(57)【要約】  本発明は、スキャンパラメータに従って対象物をスキャンするように適応された、対象物を撮像する撮像システムに関する。当該撮像システムは、対象物の２次元投影画像を生成する投影画像生成ユニット（１５）を有する。モデル提供ユニット（１６）が対象物の３次元モデルを提供し、レジストレーションユニット（１７）が３次元モデルを２次元投影画像と整合させる。スキャンパラメータ決定ユニット（１８）が、整合された３次元モデルからスキャンパラメータを決定する。
2010512915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキャンパラメータに従って対象物をスキャンするように適応された、対象物を撮像する撮像システムであって：
−  前記対象物の２次元投影画像を生成する投影画像生成ユニット、
−  前記対象物の３次元モデルを提供するモデル提供ユニット、
−  前記３次元モデルを前記２次元投影画像と整合させるレジストレーションユニット、
−  整合された３次元モデルから前記スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定ユニット、
を有する撮像システム。
【請求項２】
前記２次元投影画像と前記３次元モデルとの間のレジストレーション、及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方をユーザが変更することを可能にする変更ユニット、を更に有する請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
当該撮像システムは、３次元の前記対象物の動きを決定する動き決定ユニットを有し、前記モデル提供ユニットは、前記対象物の動く３次元モデルを提供するように適応されており、前記レジストレーションユニットは、決定された前記対象物の動きを用いて、前記動く３次元モデルを前記２次元投影画像と整合させるように適応されており、前記スキャンパラメータ決定ユニットは、整合された動く３次元モデルから前記スキャンパラメータを決定するように適応されている、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項４】
前記レジストレーションユニットは、前記３次元モデルを前記２次元投影画像に適応させるように適応されている、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項５】
スキャンパラメータに従って対象物をスキャンする撮像システムによって使用されることが可能な、スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定装置であって、当該スキャンパラメータ決定装置は、投影画像生成ユニットにより生成された前記対象物の２次元投影画像を与えられ、
当該スキャンパラメータ決定装置は：
−  前記対象物の３次元モデルを提供するモデル提供ユニット、
−  前記３次元モデルを前記２次元投影画像と整合させるレジストレーションユニット、
−  整合された３次元モデルから前記スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定ユニット、
を有する、スキャンパラメータ決定装置。
【請求項６】
スキャンパラメータに従って対象物をスキャンするように適応された、対象物を撮像する撮像方法であって：
−  投影画像生成ユニットが前記対象物の２次元投影画像を生成する段階、
−  モデル提供ユニットが前記対象物の３次元モデルを提供する段階、
−  レジストレーションユニットが前記３次元モデルを前記２次元投影画像と整合させる段階、
−  スキャンパラメータ決定ユニットが、整合された３次元モデルから前記スキャンパラメータを決定する段階、
を有する撮像方法。
【請求項７】
スキャンパラメータに従って対象物をスキャンする撮像システムによって使用されることが可能な、スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定方法であって、当該スキャンパラメータ決定方法は、投影画像生成ユニットにより生成された前記対象物の２次元投影画像を与えられ、
当該スキャンパラメータ決定方法は：
−  モデル提供ユニットが前記対象物の３次元モデルを提供する段階、
−  レジストレーションユニットが前記３次元モデルを前記２次元投影画像と整合させる段階、
−  スキャンパラメータ決定ユニットが、整合された３次元モデルから前記スキャンパラメータを決定する段階、
を有する、スキャンパラメータ決定方法。
【請求項８】
対象物を撮像するためのコンピュータプログラムであって、請求項１に記載の撮像システムを制御するコンピュータ上で実行されるときに、請求項６に記載の撮像方法の段階群をコンピュータに実行させるプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【請求項９】
スキャンパラメータを決定するためのコンピュータプログラムであって、請求項５に記載のスキャンパラメータ決定装置を制御するコンピュータ上で実行されるときに、請求項７に記載のスキャンパラメータ決定方法の段階群をコンピュータに実行させるプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を撮像するための撮像システム、撮像方法及びコンピュータプログラムに関する。本発明は更に、スキャンパラメータを決定するためのスキャンパラメータ決定装置、スキャンパラメータ決定方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ断層撮影システムは、対象物を撮像する撮像システムである。コンピュータ断層撮影システムは、対象物が配置される検査領域に対して移動するＸ線源及び検出ユニットを有する。対象物を通過後の放射線に依存した検出値が収集され、収集された検出値を用いて対象物の画像が再構成される。Ｘ線源は、一般的に、所望の関心領域を再構成するのに十分な検出値を得るために照射されなければならない対象物の部分のみを照射する。関心領域は一般的に手作業で定められる。手作業で関心領域を定めるために、２次元投影画像が生成され、モニタ上に表示される。そして、ユーザが、グラフィカル・ユーザ・インタフェースを用いて、２次元投影画像上で関心領域を定める。２次元投影画像は、対象物が載せられる対象物テーブルを直線的に移動させ、且つＸ線源の放射線によって対象物を照射することによって生成される。Ｘ線源は、２次元投影画像の生成中は回転されない。
【０００３】
この関心領域の決定法は、投影方向において、重なり合う対象物の複数の構造が２次元投影画像内で識別されることができず、関心領域の決定の品質を低下させてしまうという欠点を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、関心領域のようなスキャンパラメータの決定が改善される、対象物を撮像する撮像システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様において、スキャンパラメータに従って対象物をスキャンするように適応された、対象物を撮像する撮像システムが提示される。当該撮像システムは：
−  対象物の２次元投影画像を生成する投影画像生成ユニット、
−  対象物の３次元モデルを提供するモデル提供ユニット、
−  ３次元モデルを２次元投影画像と整合させるレジストレーションユニット、
−  整合されたモデルからスキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定ユニット、
を有する。
【０００６】
本発明は、モデルが３次元モデルであるので、投影画像の投影方向内で重なり合う複数の構造を３次元モデル内で識別することができ、スキャンパラメータの決定が改善されるという考えに基づく。
【０００７】
撮像システムは好ましくは更に、２次元投影画像と３次元モデルとの間のレジストレーション及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方を表示する表示ユニットを有する。これにより、ユーザが、２次元投影画像と３次元モデルとの間のレジストレーションを監視すること、及び／又はスキャンパラメータの決定を監視することが可能になる。
【０００８】
更に好ましくは、撮像システムは、２次元投影画像と３次元モデルとの間のレジストレーション及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方をユーザが変更することを可能にする変更ユニットを有する。これにより、ユーザが、２次元投影画像と３次元モデルとの間のレジストレーション及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方を補正することが可能になり、スキャンパラメータの決定が更に改善される。
【０００９】
更に好ましくは、撮像システムは、対象物の動きを決定する動き決定ユニットを有し、モデル提供ユニットは、対象物の動く３次元モデルを提供するように適応され、レジストレーションユニットは、決定された対象物の動きを用いて、動く３次元モデルを２次元投影画像と整合させるように適応され、スキャンパラメータ決定ユニットは、整合された動く３次元モデルからスキャンパラメータを決定するように適応される。
【００１０】
２次元投影画像の生成中、２次元投影画像の３次元モデルとの整合中、及び整合された３次元モデルからのスキャンパラメータの決定中に対象物の動きが考慮されるので、スキャンされるべき対象物が動く対象物であっても、スキャンパラメータの決定が改善される。
【００１１】
一実施形態において、レジストレーションユニットは、２次元投影画像内及び３次元モデル内で検出可能なレジストレーション特徴部をレジストレーションのために用いるように適応される。そのとき、スキャンパラメータ決定ユニットは、整合された３次元モデルからスキャンパラメータを決定するために、３次元モデルのスキャンパラメータ決定特徴部を用いる。こうすることは、レジストレーションのためのレジストレーション特徴部と、スキャンパラメータの決定のためのスキャンパラメータ決定特徴部とを、相互に独立して最適化することを可能にする。これにより、レジストレーション品質及びスキャンパラメータ決定品質が更に向上される。
【００１２】
好ましくは、対象物の３次元モデルは、対象物それ自体を有するのみではなく、更なる物体又は構成要素、特にレジストレーション特徴部を有する。例えば、撮像されるべき対象物が患者の心臓である場合、対象物のモデルは好ましくは、心臓を有するのみではなく、ヒト患者の胸部領域内に位置する複数の物体又は構成要素を有する。すなわち、撮像されるべき対象物が患者の心臓である場合、心臓のモデルは好ましくは、患者の心臓と、レジストレーション特徴部として用い得る脊柱及び肋骨のような、胸部領域内の更なる構成要素又は物体と、を含む胸部モデルである。
【００１３】
好ましくは、モデル提供ユニットは３次元モデルを２次元投影画像に適応させるように適応される。３次元モデルは、投影画像に可能な限り一致するように、例えば、平行移動され、回転され、収縮され、且つ／或いは拡大される等して変形され得る。例えば、絶対差の和又は相関のような類似性の指標を用いることができ、３次元モデルは、２次元投影画像及びシミュレーションされた２次元投影画像に与えられる類似性の指標が最小化されるように変形されることが可能である。ここで、シミュレーションされた２次元投影画像は、例えば、与えられた２次元投影画像の投影の幾何学構成内で、変形された３次元モデルを順投影することによってシミュレーションされたもの等とし得る。現在スキャンされるべき対象物の投影を示す２次元投影画像に３次元モデルが適応されるので、３次元モデルは、標準的な対象物ではなくそれぞれの対象物に適応される。この適応された３次元モデルはそれぞれの対象物に特有の３次元モデルであり、それを用いてスキャンパラメータが決定されるので、スキャンパラメータの決定は更に改善される。
【００１４】
本発明の更なる一態様において、スキャンパラメータに従って対象物をスキャンする撮像システムによって使用されることが可能な、スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定装置が提供される。当該スキャンパラメータ決定装置は、投影画像生成ユニットにより生成された対象物の２次元投影画像を与えられる。当該スキャンパラメータ決定装置は：
−  対象物の３次元モデルを提供するモデル提供ユニット、
−  ３次元モデルを２次元投影画像と整合させるレジストレーションユニット、
−  整合された３次元モデルからスキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定ユニット、
を有する。
【００１５】
本発明の更なる一態様において、スキャンパラメータに従って対象物をスキャンするように適応された、対象物を撮像する撮像方法が提示される。当該撮像方法は：
−  投影画像生成ユニットによって対象物の２次元投影画像を生成する段階、
−  モデル提供ユニットによって対象物の３次元モデルを提供する段階、
−  レジストレーションユニットによって３次元モデルを２次元投影画像と整合させる段階、
−  スキャンパラメータ決定ユニットによって、整合された３次元モデルからスキャンパラメータを決定する段階、
を有する。
【００１６】
本発明の更なる一態様において、スキャンパラメータに従って対象物をスキャンする撮像システムによって使用されることが可能な、スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定方法が提供される。当該スキャンパラメータ決定方法は、投影画像生成ユニットにより生成された対象物の２次元投影画像を与えられる。当該スキャンパラメータ決定方法は：
−  モデル提供ユニットによって対象物の３次元モデルを提供する段階、
−  レジストレーションユニットによって３次元モデルを２次元投影画像と整合させる段階、
−  スキャンパラメータ決定ユニットによって、整合された３次元モデルからスキャンパラメータを決定する段階、
を有する。
【００１７】
本発明の更なる一態様において、対象物を撮像するためのコンピュータプログラムが提供される。当該コンピュータプログラムは、請求項１に記載の撮像システムを制御するコンピュータ上で実行されるときに、請求項６に記載の撮像方法の段階群をコンピュータに実行させるプログラムコードを有する。
【００１８】
本発明の更なる一態様において、スキャンパラメータを決定するためのコンピュータプログラムが提供される。当該コンピュータプログラムは、請求項５に記載のスキャンパラメータ決定装置を制御するコンピュータ上で実行されるときに、請求項７に記載のスキャンパラメータ決定方法の段階群をコンピュータに実行させるプログラムコードを有する。
【００１９】
理解されるように、請求項１に係る撮像システム、請求項５に係るスキャンパラメータ決定装置、請求項６に係る撮像方法、請求項８に係るコンピュータプログラム、及び請求項９に係るコンピュータプログラムは、従属請求項にて規定されるのと同様の好適実施形態及び／又は同一の好適実施形態を有する。
【００２０】
理解されるように、本発明の好適実施形態は、例えば２以上の従属請求項とそれぞれの独立請求項との組み合わせとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明のこれら及び更なる態様は、以下にて説明する実施形態を参照することにより明らかになる。
【図１】本発明に従った撮像システムを概略的に示す図である。
【図２】本発明に従ったスキャンパラメータ決定装置を概略的に示す図である。
【図３】本発明に従った、対象物を撮像する撮像方法を概略的に示すフローチャートである。
【図４】本発明に従った、スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定方法を概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、対象物を撮像する撮像システムを示しており、この実施形態においてはコンピュータ断層撮影システム（ＣＴシステム）である。このＣＴシステムは、ｚ方向に平行に延在する回転軸Ｒの周りを回転することが可能なガントリー１を含んでいる。ガントリー１には、この実施形態においてはＸ線源２である放射線源２が取り付けられている。Ｘ線源２は、Ｘ線源２によって生成された放射線から円錐状の放射線ビーム４を形成するコリメータ装置３を備えている。放射線は、この実施形態においては円筒形である検査領域５内の例えば患者などの対象物（図示せず）を横切る。Ｘ線ビーム４は、検査領域５を横切った後、この実施形態においては２次元の検出面を有する検出ユニット６に入射する。検出ユニット６は、ガントリー１に取り付けられている。
【００２３】
この撮像システムは、２つのモータ７、８を有する駆動装置を含んでいる。ガントリー１は、モータ７によって、好ましくは一定であるが調整可能な角速度で回転されることが可能である。検査領域５内の患者テーブル上に配置された例えば患者といった対象物を、回転軸Ｒの方向すなわちｚ軸の方向に平行に変位させるためにモータ８が設けられている。これらのモータ７、８は、例えば放射線源２と検査領域５とが螺旋軌道に沿って相対的に移動するように、制御ユニット９によって制御される。しかしながら、検査領域５が移動されずに放射線源２が回転されるのみであること、すなわち、放射線源２が検査領域５に対して円形軌道に沿って移動することも可能である。また、対象物を含む検査領域５が回転軸Ｒに平行な方向すなわちｚ軸方向に移動され、放射線源２が回転されないこと、すなわち、放射線源２と検査領域５とが直線軌道に沿って相対的に移動することも可能である。
【００２４】
他の一実施形態においては、コリメータ３は扇状のビームを形成するように適応されてもよく、また、検出ユニット６は１次元検出器であってもよい。
【００２５】
制御ユニット９は、対象物の画像を再構成するために使用されることになる検出値の収集中に、対象物が１つ以上のスキャンパラメータに従ってスキャンされるように適応される。スキャンパラメータを決定するため、放射線源２と検査領域５とが直線軌道に沿って相対的に移動し、検出ユニット６によって検出値が収集され、検出値が投影画像生成ユニット１５に伝送される。これらの検出値の収集中、好ましくは、放射線源２は回転されず、検査領域５ひいては対象物は、例えば、患者が配置される患者テーブルを平行方向すなわち回転軸Ｒに平行に移動させることによって、ｚ方向に平行すなわち回転軸に平行に移動される。投影画像生成装置１５は、対象物の２次元投影画像を生成し、生成された２次元投影画像をスキャンパラメータ決定装置１２に送信する。
【００２６】
より詳細に図２に示したスキャンパラメータ決定装置１２は、対象物の３次元モデルを提供するモデル提供ユニット１６と、３次元モデルを２次元投影画像に位置整合（レジストレーション）するレジストレーションユニット１７と、整合された３次元モデルからスキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定ユニット１８と、２次元投影画像と３次元モデルとの間のレジストレーション及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方をユーザが変更することを可能にする変更ユニット１９とを有している。決定されたスキャンパラメータ及び／又は３次元の整合されたモデル、並びに２次元投影画像はディスプレー１１上に表示されることが可能である。スキャンパラメータ決定ユニット１８によって決定されたスキャンパラメータは制御ユニット９に伝送され、制御ユニット９は、対象物の画像を再構成するために使用されることになる検出値を収集するため、決定されたスキャンパラメータに従って対象物のスキャンを制御する。
【００２７】
制御ユニット９が撮像システムを決定された１つ以上のスキャンパラメータに従って制御していた間に収集された検出値は、対象物の画像を生成する画像生成装置１０に与えられる。画像生成装置１０は、収集された検出値を用いて対象物の画像を再構成する。
【００２８】
再構成された画像は、最終的に、画像を表示するディスプレー１１に与えられ得る。画像生成装置１０、スキャンパラメータ決定装置１２、及び／又は投影画像生成ユニット１５も、好ましくは、制御ユニット９によって制御される。
【００２９】
制御ユニット９は、特に所望のスキャンをユーザが選択あるいは選定することを可能にする、例えばキーボード又はマウス等の、入力ユニット２０に接続されている。例えば、複数の対象物が存在し、或る特定の対象物が画像化されるべき場合、ユーザは対象物の或る特定の部分のみを入力することが可能である。
【００３０】
この実施形態において、ＣＴシステムは更に、対象物の動きを決定する動き決定ユニット１４を有する。動き決定ユニット１４は、例えば、心臓、又は心臓の一部すなわち関心領域が画像化されなければならない場合、患者の心臓運動に直接関連する心電図を収集する心電計である。付加的に、あるいは代替的に、動き決定ユニット１４は、呼吸によって引き起こされる患者の動きを決定する装置を有することができる。また、動き決定ユニット１４は、対象物の画像を再構成するために使用されることになる収集された検出値から対象物の動きを決定するように適応されることが可能である。そのとき、対象物の画像はまた、対象物の一部すなわち対象物の関心領域を画像化することができる。
【００３１】
続いて、図３に示すフローチャートを参照して、本発明に従った対象物を撮像する撮像方法の一実施形態を更に詳細に説明する。
【００３２】
段階１０１にて、実行されるべきスキャンタイプが与えられる。例えば、ユーザが、入力装置２０を用いて制御ユニット９に、対応する入力信号を入力することによって、スキャンタイプを規定する。ユーザは、例えば、心臓のような患者の或る特定の器官が撮像されるべきことを規定することができる。また、ユーザは、或る器官の一部又は関心領域のような対象物の一部のみが撮像されるべきことを規定することができる。さらに、例えば、ユーザは、心臓コンピュータ断層撮影血管造影スキャン（心臓ＣＴＡスキャン）が実行されるべきことを規定することができる。ユーザにより行われる選択等によってスキャンタイプが与えられない場合には、所定の初期設定のスキャンタイプが以降の段階で用いられる。
【００３３】
段階１０２にて、２次元投影画像が生成される。この２次元投影画像の生成のため、Ｘ線源２は回転せず、対象物を含む検査領域５がｚ方向すなわち回転軸Ｒに平行な方向に移動される。すなわち、Ｘ線源２と検査領域５とが直線軌道に沿って相対的に移動する。Ｘ線源２は、検査領域５内の対象物を横切るＸ放射線を放射する。対象物を通過したＸ放射線が検出ユニット６によって検出され、検出ユニット６が検出値を生成する。これらの検出値は投影画像生成ユニット１５に伝送され、投影画像生成ユニット１５は検出値から対象物の投影画像を生成する。この投影画像は概観画像である。すなわち、この投影画像は、段階１０１にて規定されたスキャンタイプを実行することを可能にするためにスキャンされなければならない対象物、対象物の一部、又は対象物内の関心領域を含むのに十分な大きさであることが確実な検査領域５の領域を示す。例えば、段階１０１にて患者の心臓全体が撮像されるべきことが定められた場合、すなわち、心臓スキャンタイプが規定された場合、投影画像が確実に少なくともヒトの心臓を示すように、検出値が収集され且つ投影画像が生成される。例えば、この場合において、投影画像は胸部全体を示すことができる。このような投影画像は例えばスキャノグラム（scanogram）である。
【００３４】
段階１０３にて、モデル提供ユニット１６によって対象物の３次元モデルが提供される。モデル提供ユニット１６は、例えば、段階１０１にて規定されたスキャンタイプに対応する対象物の３次元モデルが格納されたメモリである。例えば、段階１０１にてユーザによって心臓スキャンタイプが規定された場合、モデル提供ユニット１６は、心臓を有する３次元モデルを提供する。好ましくは、この３次元モデルは心臓自体を有するのみではなく、２次元投影画像内及び３次元モデル内で検出可能なレジストレーション造形物をも有する。これらのレジストレーション造形物は、例えば、胸部の骨である。
【００３５】
３次元モデルは、例えば、段階１０１にて規定されたスキャンタイプに対応するそれぞれの解剖学的領域の解剖学的モデルである。解剖学的モデルは、例えば、頭部／頸部領域、胸部／腹部領域、骨盤、又は脚部領域のモデルである。これらの解剖学的モデルは、それぞれの解剖学的領域内に位置する対応する骨格及び軟組織、特に器官、を有する。例えば、胸部領域の解剖学的モデルは好ましくは、脊柱、胸郭、心臓、大動脈及び主要動脈枝、肺、気管、並びに横隔膜の全体を含む。１つのモデルが、例えば、Tobias  Klinderの学位論文「Geometrical  Rib-Cage  Modeling,  Detection,  and  Segmentation」、ハノーバー大学、2006年に開示されている。
【００３６】
段階１０２及び１０３の順序は入れ替え可能である。すなわち、段階１０３は段階１０２の前に実行されてもよい。
【００３７】
段階１０４にて、提供された３次元モデル及び２次元投影画像はレジストレーションユニット１７に伝送され、レジストレーションユニット１７は、３次元モデルを２次元投影画像に整合させ、好ましくは更に、３次元モデルを２次元投影画像に適応させる。このレジストレーション及び適応化のため、この実施形態においては、レジストレーション特徴部が用いられる。レジストレーション特徴部は、好ましくは、３次元モデル内及び２次元投影画像で識別されることが可能な骨格である。投影画像内の骨格は、閾値振り分け、探索光線を投じること（キャスティング）、及び／又は汎用ハフ変換を用いることによって検出することができる。探索光線のキャスティングの使用は、例えば、C.Lorenz、J.v.Bergの「Fast  automated  object  detection  by  recursive  casting  of  search  rays」、CARS、2005年に開示されており、汎用ハフ変換の使用は、例えば、D.H.Ballardの「Generalizing  the  Hough  transform  to  detect  arbitrary  shapes」、Recognition、1981年、第13巻、第2号、p.111-122に開示されている。
【００３８】
骨格は好ましくは、表面近傍の皮質骨と構造内の骨髄との間の密度変化により与えられる構造を横切る濃淡値パターンによって特徴付けられる。探索される構造の典型的な寸法に関係するこの変化は、この容積部を貫通するように投じられる探索光線（探索光線のキャスティング）によって検出されることが可能である。
【００３９】
レジストレーションユニット１７は、レジストレーション特徴部を用いて、すなわち、この実施形態においては検出された骨格を用いて、２次元投影画像に対して３次元モデルを位置付け、３次元モデルを２次元投影画像に適応させる。投影画像に対するモデルの位置決め及び適応化は、２Ｄ−３Ｄレジストレーション法を用いることによって行われる。好ましくは、モデルは、この実施形態においては骨格であるモデルのレジストレーション特徴部が投影画像のレジストレーション特徴部に可能な限り一致するように位置付けられ、変形される。この変形は好ましくは、３次元モデルの並進、回転、及び拡大若しくは縮小を含む。２Ｄ−３Ｄレジストレーション法は、例えば、J.Weese、T.M.Buzug、C.Lorenz、C.Fassnachtの「An  approach  to  2D/3D  registration  of  a  vertebra  in  2D  X-ray  fluoroscopies  with  3D  CT  images」、VRMed、1997年、p.119-128、ISBS:3-540-62794-0等に記載されているような、シミュレーションされた投影画像、若しくはモデルから生成された放射線写真、又は、S.Lavallee、R.Szeliskiの「Recovering  the  position  and  orientation  of  free  form  objects  from  image  contours  using  3D  distance  maps」、IEEE  PAMI、1995年、第17巻、第4号等に記載されているような、輪郭線（シルエットライン）の投影画像内のエッジ形状への整合を用いる。例えば、絶対差の和又は相関のような類似性の指標を用いることができ、３次元モデルは、２次元投影画像のレジストレーション特徴部及びシミュレーションされた２次元投影画像のレジストレーション特徴部に与えられる類似性の指標が最小化されるように変形されることが可能である。ここで、シミュレーションされた２次元投影画像は、例えば、与えられた２次元投影画像の投影の幾何学構成内で、変形された３次元モデルを順投影すること、特に変形された３次元モデルのレジストレーション特徴部を順投影することによってシミュレーションされたもの等とし得る。上述のように、レジストレーション特徴部は例えば骨であり、特に、骨のシルエットライン及びエッジ形状である。
【００４０】
例えば、３次元モデルが胸部モデルである場合、好ましくは、２次元投影画像内で脊柱及び肋骨がレジストレーション特徴部として検出される。このとき、好ましくは、上述の探索光線のキャスティング技術又は汎用ハフ変換が用いられる。そして、２Ｄ−３Ｄレジストレーション法は好ましくは、３次元モデルの肋骨及び／又は脊柱が２次元投影画像内で特定された肋骨及び／又は脊柱と可能な限り一致するように３次元胸部モデルを位置付け且つ適応することによって実行される。
【００４１】
この実施形態において、動き決定ユニット１４は、例えば検査領域５内に存在する心臓の動きといった対象物の動きを決定している。故に、提供された３次元モデルは好ましくは、対象物の動く３次元モデルであり、レジストレーションユニット１７は、投影画像の収集中の対象物の決定された動きを用いて、動く３次元モデルを２次元投影画像に整合させ、且つ好ましくは、動く３次元モデルを２次元投影画像に適応させるように適応される。故に、各投影画像、又は幾つかの投影画像に関して、対象物の、対応する動きの位相が決定され、レジストレーション及び好ましくは適応化の際に、それぞれの動き位相における動く３次元モデルが、該それぞれの動き位相を有する２次元投影画像に整合され、且つ好ましくは適応される。
【００４２】
段階１０５にて、整合された３次元モデルはスキャンパラメータ決定ユニット１８に伝送され、整合された３次元モデルから１つ以上のスキャンパラメータが決定される。３次元モデル内では対象物の寸法及び位置は既知であるため、１つ以上のスキャンパラメータは、対象物が、すなわち、例えば、対象物全体、対象物の一部、又は対象物の関心領域が、撮像システムによって撮像されるように決定されることが可能である。例えば、撮像されるべき対象物が心臓であり、且つ３次元モデルが、２次元投影画像に対して既に整合された胸部モデルである場合、放射ユニット２の光線によってスキャンされるべき領域は、心臓全体、心臓の一部、又は心臓の関心領域が再構成され得るようなスキャンパラメータとして決定されることができる。また、心臓の３次元モデルを含む整合された３次元胸部モデルから、例えば、ボーラス注入法の遅延時間に使用される大動脈コントラストピーク測定の断層位置及び断層内位置が決定され得る。
【００４３】
好ましくは、３次元モデルは、構成要素固有の局所座標系を担持する構成要素（例えば、個々の椎骨、肋骨、器官）から成る胸部モデルのような解剖学的な３次元モデルである。個々の座標系間の関係は、例えば解剖学的３次元モデルの生成中に学習することによって既知である。この実施形態においては骨格であるレジストレーション特徴部の位置、向き及び寸法は、レジストレーション段階１０４の後には既知であり、且つレジストレーション特徴部すなわちレジストレーション用の構成要素、及び軟組織器官のようなその他の構成要素の個々の座標系間の空間的関係は既知であるので、例えば、心臓の位置、向き及び寸法といった、解剖学的３次元モデル内の対象物又は解剖学的モデル内の関心領域の位置、向き及び寸法は容易に決定され得る。
【００４４】
１つ以上の対象物又は構成要素の位置、向き及び寸法は既知であるので、この情報を、段階１０１にて規定されたスキャンタイプに応じた少なくとも１つのスキャンパラメータを決定するために用いることができる。例えば、心臓全体を撮像することを要する心臓スキャンが段階１０１にて規定されている場合、その特定患者の心臓の位置、向き及び寸法が既知であるため、心臓の画像を再構成するために照射されなければならない患者の領域が容易に決定され得る。また、心臓ＣＴＡスキャンタイプが段階１０１にて与えられている場合、整合された解剖学的モデルから大動脈の位置、向き及び寸法を決定することができ、ボーラス注入法の遅延時間に使用されるコントラストピーク測定のために大動脈の画像が再構成され得るようにスキャンパラメータを定めることが可能である。このボーラスは心臓の血管を可視化するために使用される造影急速静注薬である。
【００４５】
１つ以上のスキャンパラメータの決定は、好ましくは、自動で行われる。
【００４６】
段階１０６にて、ディスプレー１１が、２次元投影画像、整合された３次元モデル、及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも１つを表示する。段階１０７にて、ユーザが変更ユニット１９を用いることによって、３次元モデルの、２次元投影画像及び／又は決定されたスキャンパラメータとのレジストレーションが変更され得る。変更ユニット１９は、例えば、ユーザが、例えば２次元投影画像に対する３次元モデルの位置を変更することによってレジストレーションを変更すること、又は、例えば段階１０５にて選択的にスキャンパラメータとして決定された検査領域５の関心領域を変更することによって決定されたスキャンパラメータを変更することを可能にするグラフィカル・ユーザ・インタフェースを有する。ユーザが３次元モデルの２次元投影画像とのレジストレーションを変更する場合、好ましくは、３次元モデルの２次元投影画像との変更されたレジストレーションを用いて、再び段階１０５にてスキャンパラメータが決定される。他の一実施形態においては、段階１０７にてレジストレーションがユーザによって変更された後、この方法は、２次元投影画像に対する３次元モデルの変更された位置を、レジストレーションのための２次元投影画像に対する３次元モデルの初期状態での位置として用いて、あるいは、或る固定位置と変更ユニット１９によって変更された向きとを有する３次元モデルを２次元投影画像に適応させるために３次元モデルの拡大若しくは縮小のみを行って、段階１０４におけるレジストレーションを続けることができる。
【００４７】
段階１０８にて、段階１０５にて決定されたスキャンパラメータに従って、検査領域５、故に対象物がスキャンされる。例えば、撮像されるべき検査領域５内の領域、すなわち、関心領域など、であるスキャンパラメータが段階１０５にて決定された場合、放射線源２及び検査領域５は、段階１０５にて定められた検査領域内の領域の画像を再構成するのに十分な検出値が収集されるように相対移動する。段階１０９にて、段階１０８にて収集された検出値を用いて、対象物の画像が再構成される。この再構成は再構成ユニットによって実行される。再構成ユニットは好ましくは、対象物を再構成するためにフィルタ補正逆投影技術を用いる。逆ラドン変換のようなその他の再構成技術も使用可能である。再構成において、好ましくは、動き決定ユニット１４によって決定された対象物の動きが考慮される。
【００４８】
段階１０６及び／又は１０７は省略してもよい。段階１０６が省略される場合、対象物を撮像する撮像方法は、３次元モデルの２次元投影画像とのレジストレーション及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方を視覚化することを行わない。段階１０７が省略される場合、対象物を撮像する撮像方法は、３次元モデルの２次元投影画像とのレジストレーション及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方を変更することを可能にしない。
【００４９】
以下、図４を参照して、スキャンパラメータに従って対象物をスキャンする撮像システムによって使用され得る、スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定方法の一実施形態を説明する。
【００５０】
段階２０１にて、撮像されるべき対象物の３次元モデルがモデル提供ユニット１６によって提供される。この３次元モデルの提供は図３の段階１０３に対応する。
【００５１】
段階２０２にて、提供された３次元モデルと、投影画像生成ユニット１５によって提供された対象物の２次元投影画像とが、レジストレーションユニット１７によって整合される。さらに、好ましくは、レジストレーションユニット１７は３次元モデルを２次元投影画像に適応させる。この段階２０２は段階１０４に対応する。
【００５２】
段階２０３にて、整合された３次元モデルはスキャンパラメータ決定ユニット１８に伝送され、整合された３次元モデルから１つ以上のスキャンパラメータが決定される。この整合された３次元モデルからの１つ以上のスキャンパラメータの決定は、図３の段階１０５に対応する。
【００５３】
段階２０４にて、ディスプレー１１が、２次元投影画像、整合された３次元モデル、及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも１つを表示する。段階２０５にて、ユーザが変更ユニット１９を用いることによって、３次元モデルの、２次元投影画像及び／又は決定されたスキャンパラメータとのレジストレーションが変更され得る。この変更ユニット１９による変更の提供は、図３の段階１０７に対応する。
【００５４】
段階２０６にて、スキャンパラメータを決定するスキャンパラメータ決定方法は終了する。
【００５５】
段階２０１−２０５の一層詳細な説明については、上述の対応する段階１０３−１０７を参照することができる。
【００５６】
段階２０４及び／又は２０５は省略してもよい。段階２０４が省略される場合、３次元モデルと２次元投影画像とのレジストレーション及びスキャンパラメータのうちの少なくとも一方を視覚化することは行われず、段階２０５が省略される場合、スキャンパラメータ決定方法は、３次元モデルの２次元投影画像とのレジストレーション及び決定されたスキャンパラメータのうちの少なくとも一方をユーザが変更することを可能にしない。
【００５７】
上述の撮像システムは動き決定ユニット１４を有するが、本発明は、動き決定ユニットを有する撮像システムに限定されない。例えば、撮像システムは、動き決定ユニットを有しない撮像システムとしてもよい。
【００５８】
表現“対象物の撮像”及び類似の表現は、対象物全体、対象物の一部、及び／又は対象物の関心領域の撮像を含む。また、撮像システムは複数の対象物を撮像してもよい。
【００５９】
本発明は、コンピュータ断層撮影システムである撮像システムに限定されない。例えば、撮像システムは、Ｃアーム上に搭載されたＸ線システムであってもよい。
【００６０】
本発明は、器官又は患者のその他の対象物を撮像する撮像システムに限定されない。例えば、技術的な対象物が撮像されてもよい。例えば、製造品質制御においては、技術的な対象物を監視目的で撮像しなければならないが、技術的な対象物は異なることがあり、同じように撮像システム内に配置することができないことがある。本発明に従った撮像システム及びスキャンパラメータ決定装置は、製造品質制御において、それぞれの技術的対象物の形態、位置及び向きに関係なく、技術的対象物を再現性良く、正確に且つ信頼性高く監視することを可能にする。
【００６１】
請求項記載発明を実施しようとする当業者は、図面、開示及び従属請求項から学ぶことにより、開示された実施形態のその他の変更を理解し、変更を行うことができる。特許請求の範囲において、用語“有する”はその他の要素又は段階を排除するものではなく、不定冠詞“ａ又はａｎ”は複数であることを排除するものではない。特に、請求項１内の用語“スキャンパラメータ”は、本発明を、唯一のスキャンパラメータの決定に限定するものではない。複数のスキャンパラメータが本発明に従って決定され得る。
【００６２】
単一のユニットが、特許請求の範囲に記載された複数の品目の機能を果たしてもよい。特定の複数の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に用いられ得ないということを指し示すものではない。
【００６３】
コンピュータプログラムは、その他のハードウェアとともに、あるいはその他のハードウェアの一部として提供される、例えば光記憶媒体又は半導体媒体などの、好適な媒体に格納あるいはそれ上で流通されてもよいし、例えばインターネット又はその他の有線若しくは無線の電気通信システムを介して等、その他の形態で流通されてもよい。
【００６４】
特許請求の範囲中の如何なる参照符号も本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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