(57)【要約】  本発明は、小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する移動物体を有する関心領域を撮像する撮像システムに関する。検出値が提供され、該検出値から小運動決定ユニット（１５）が小運動位相における関心領域内の物体の動きを決定する。大運動決定ユニット（１６）が、決定された小運動位相における物体の動きから、大運動位相における物体の動きを決定する。再構成ユニット（１７）が、前記検出値から関心領域の画像を再構成する。再構成ユニット（１７）は、小運動位相及び大運動位相における決定された動きを用いて動き補償を実行するように適応される。
2010515477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する移動物体を有する関心領域を撮像する撮像システムであって：
−  前記移動物体の特性に依存した検出値を提供する検出値提供ユニット、
−  前記検出値から、前記小運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定する小運動決定ユニット、
−  決定された、前記小運動位相における前記物体の動きから、前記大運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定する大運動決定ユニット、
−  前記検出値から前記関心領域の画像を再構成する再構成ユニットであり、前記小運動位相及び前記大運動位相における決定された動きを用いて動き補償を実行するように適応された再構成ユニット、
を有する撮像システム。
【請求項２】
前記小運動決定ユニットは、
−  前記検出値から、前記小運動位相内の複数の位相位置における前記関心領域の画像を再構成し、
−  前記複数の位相位置における前記関心領域の画像を比較することにより、前記小運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定する、
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３】
前記小運動決定ユニットは、
−  相似変換を決定することによって１つの位相位置から他の位相位置への動きを決定し、該相似変換は、該相似変換が適用された前記１つの位相位置における変換画像が、前記他の位相位置における画像と所与の類似性の指標に関して類似するように決定され、
−  少なくとも、１つの小運動位相内の複数の位相位置のうちの２つの間で、該小運動位相内の動きを定める少なくとも１つの相似変換を決定する、
ように適応されている、
請求項２に記載の撮像システム。
【請求項４】
前記小運動決定ユニットは、１つの位相位置における画像と他の位相位置における画像との間の相似変換の決定を、先ず、平行移動を、該平行移動が適用された前記１つの位相位置における画像が前記他の位相位置における画像と前記所与の類似性の指標に関して類似するように決定することによって行うように適応されており、決定された平行移動は、前記相似変換の決定のための初期的な相似変換として用いられる、請求項３に記載の撮像システム。
【請求項５】
関心領域において、前記物体は所与の密度範囲内の密度を有する少なくとも１つの高密度要素を有し、且つ前記小運動決定ユニットは、
−  相似変換を決定することによって１つの位相位置から他の位相位置への動きを決定し、該相似変換は、該相似変換が適用された前記１つの位相位置における画像内の前記少なくとも１つの高密度要素である変換された少なくとも１つの高密度要素が、前記他の位相位置における画像内の前記少なくとも１つの高密度要素と所与の類似性の指標に関して類似するように決定され、
−  少なくとも、１つの小運動位相内の複数の位相位置のうちの２つの間で、該小運動位相内の動きを定める少なくとも１つの相似変換を決定する、
ように適応されている、
請求項２に記載の撮像システム。
【請求項６】
前記小運動決定ユニットは、１つの位相位置における画像内の前記少なくとも１つの高密度要素と他の位相位置における画像内の前記少なくとも１つの高密度要素との間の相似変換の決定を、先ず、平行移動を、該平行移動が適用された前記１つの位相位置における画像内の前記少なくとも１つの高密度要素である平行移動された少なくとも１つの高密度要素が、前記他の位相位置における画像内の前記少なくとも１つの高密度要素と前記所与の類似性の指標に関して類似するように決定することによって行うように適応されており、決定された平行移動は、前記相似変換の決定のための初期的な相似変換として用いられる、請求項５に記載の撮像システム。
【請求項７】
前記大運動決定ユニットは、大運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを、該大運動位相に隣接する小運動位相の決定された動きを補間することによって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８】
前記検出値提供ユニットは、前記移動物体の特性に依存した検出値を生成する検出値生成ユニットである、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項９】
関心領域内の、小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する移動物体、の動きを決定する動き決定システムであって、当該動き決定システムは、検出値提供ユニットにより、前記移動物体の特性に依存した検出値を提供され、当該動き決定システムは、
−  前記検出値から、前記小運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定する小運動決定ユニット、
−  決定された、前記小運動位相における前記物体の動きから、前記大運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定する大運動決定ユニット、
を有する、動き決定システム。
【請求項１０】
前記検出値から前記関心領域の画像を再構成する再構成ユニットを更に有し、該再構成ユニットは、前記小運動位相及び前記大運動位相における決定された動きを用いて動き補償を実行するように適応されている、請求項９に記載の動き決定システム。
【請求項１１】
関心領域内の移動物体内の造影剤を撮像する撮像システムであって、前記移動物体は、前記関心領域内に所与の密度範囲内の密度を有する少なくとも１つの高密度要素を有し、且つ小運動位相において大運動位相においてより小さく移動し、当該撮像システムは：
−  前記物体内に前記造影剤が存在しないときに、前記移動物体の特性に依存した第１の検出値を提供する検出値提供ユニット、
−  前記第１の検出値から、前記小運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定する小運動決定ユニット、
−  決定された、前記小運動位相における前記物体の動きから、前記大運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定する大運動決定ユニット、
−  前記第１の検出値から、前記少なくとも１つの高密度要素を有する前記物体を有する前記関心領域の第１の画像を再構成する再構成ユニットであり、前記小運動位相及び前記大運動位相における決定された動きを用いて動き補償を実行するように適応された再構成ユニット、
を有し、
前記検出値提供ユニットは更に、前記物体内に前記造影剤が存在するときに、前記移動物体及び前記造影剤のうちの少なくとも一方の特性に依存した第２の検出値を提供するように適応され、
前記再構成ユニットは更に、前記第２の検出値から、前記物体を有する前記関心領域の第２の画像を再構成するように適応され、
当該撮像システムは更に：
−  前記第１の画像を前記第２の画像に位置整合するレジストレーションユニット、
−  前記第１の画像の前記少なくとも１つの高密度要素を前記第２の画像から局所的に減算する局所サブトラクションユニット、
を有する、撮像システム。
【請求項１２】
小運動決定ユニットは、前記第２の検出値から、前記小運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定するように適応され、
前記大運動決定ユニットは、前記第２の検出値から決定された、前記小運動位相における前記物体の動きから、前記大運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定するように適応され、
前記再構成ユニットは、前記第２の検出値から前記関心領域の前記第２の画像を再構成するように適応され、且つ前記第２の検出値から決定された、前記小運動位相及び前記大運動位相における動きを用いて動き補償を実行するように適応されている、
請求項１１に記載の撮像システム。
【請求項１３】
前記再構成ユニットは、前記第２の検出値から前記関心領域の前記第２の画像を再構成するように適応され、且つ前記第１の検出値から決定された、前記小運動位相及び前記大運動位相における動きを用いて動き補償を実行するように適応されている、
請求項１２に記載の撮像システム。
【請求項１４】
前記検出値提供ユニットは、前記物体内に前記造影剤が存在しないときに、前記移動物体の特性に依存した第１の検出値を生成し、且つ前記物体内に前記造影剤が存在するときに、前記移動物体の特性に依存した第２の検出値を生成する検出値生成ユニットである、請求項１１に記載の撮像システム。
【請求項１５】
小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する移動物体を有する関心領域を撮像する撮像方法であって：
−  前記移動物体の特性に依存した検出値を提供する段階、
−  前記検出値から、前記小運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定する段階、
−  決定された、前記小運動位相における前記物体の動きから、前記大運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定する段階、
−  前記検出値から前記関心領域の画像を再構成する段階であり、前記小運動位相及び前記大運動位相における決定された動きを用いて動き補償が実行される段階、
を有する撮像方法。
【請求項１６】
関心領域内の、小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する移動物体、の動きを動き決定システムが決定する動き決定方法であって、前記動き決定システムは、前記移動物体の特性に依存した検出値を提供され、当該動き決定方法は、
−  小運動決定ユニットが、前記検出値から、前記小運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定する段階、
−  大運動決定ユニットが、決定された、前記小運動位相における前記物体の動きから、前記大運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定する段階、
を有する、動き決定方法。
【請求項１７】
関心領域内の移動物体内の造影剤を撮像する撮像方法であって、前記移動物体は、前記関心領域内に所与の密度範囲内の密度を有する少なくとも１つの高密度要素を有し、且つ小運動位相において大運動位相においてより小さく移動し、当該撮像方法は：
−  前記物体内に前記造影剤が存在しないときに、前記移動物体の特性に依存した第１の検出値を提供する段階、
−  前記第１の検出値から、前記小運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定する段階、
−  決定された、前記小運動位相における前記物体の動きから、前記大運動位相における前記関心領域内の前記物体の動きを決定する段階、
−  前記第１の検出値から、前記少なくとも１つの高密度要素を有する前記物体を有する前記関心領域の第１の画像を再構成する段階であり、前記小運動位相及び前記大運動位相における決定された動きを用いて動き補償が実行される段階、
−  前記物体内に前記造影剤が存在するときに、前記移動物体及び前記造影剤のうちの少なくとも一方の特性に依存した第２の検出値を提供する段階、
−  前記第２の検出値から、前記物体を有する前記関心領域の第２の画像を再構成する段階、
−  前記第１の画像を前記第２の画像に位置整合する段階、
−  前記第１の画像の前記少なくとも１つの高密度要素を前記第２の画像から局所的に減算する段階、
を有する、撮像方法。
【請求項１８】
移動物体を有する関心領域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コンピュータに請求項１５に記載の方法の段階群を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１９】
関心領域内の移動物体の動き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９に記載の動き決定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コンピュータに請求項１６に記載の方法の段階群を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２０】
関心領域内の移動物体内の造影剤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１１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コンピュータに請求項１７に記載の方法の段階群を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、移動する物体を有する関心領域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。本発明はまた、関心領域内の移動物体の動きを決定するための動き決定システム、動き決定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、関心領域の移動物体内の造影剤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。
【背景技術】
【０００２】
移動する物体を有する関心領域を撮像する撮像システムは、例えば、患者の心臓を撮像するコンピュータ断層撮影システムである。そのようなコンピュータ断層撮影システムは、一般的に、心臓ＣＴシステムと呼ばれる。心臓ＣＴシステムは、心臓の位相位置を決定するための心電計を有し、心臓の関心領域の再構成のために、心臓が相対的に静止した状態にある心臓の特定位相位置において収集された検出値のみが用いられる。故に、心臓の関心領域を再構成することには、検出値の一部のみが用いられる。こうすることは、信号対雑音比ひいては画質を低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、小さい動きの位相（小運動位相）において大きい動きの位相（大運動位相）においてより小さく移動する移動物体を有する関心領域を撮像するための、改善された画質を有する関心領域の画像を再構成する、撮像システム、撮像方法及びコンピュータプログラ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】
【０００４】
本発明の第１の態様において、小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する移動物体を有する関心領域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：
−  移動物体の特性に依存した検出値を提供する検出値提供ユニット、
−  前記検出値から、小運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定する小運動決定ユニット、
−  決定された、小運動位相における前記物体の動きから、大運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定する大運動決定ユニット、
−  前記検出値から関心領域の画像を再構成する再構成ユニットであり、小運動位相及び大運動位相における決定された動きを用いて動き補償を実行するように適応された再構成ユニット、
を有する。
【０００５】
本発明は、関心領域の再構成中に動き補償を実行するために小運動位相及び大運動位相における動きが用いられるので、関心領域を再構成するために物体の大運動位相に対応する検出値も用いられ得るという考えに基づく。これにより、再構成画像の信号対雑音比が増大されるので、再構成画像の品質が向上される。
【０００６】
小運動位相とは、物体が少ししか動かない、全く動かない、あるいは、大運動位相においてより小さく動くような運動位相である。例えば、物体が心臓である場合、小運動位相は心臓が相対的に静止した位相であり、大運動位相は心臓がより強く動く位相である。
【０００７】
好ましくは、小運動決定ユニットは、
−  前記検出値から、小運動位相内の複数の位相位置における関心領域の画像を再構成し、
−  前記複数の位相位置における関心領域の画像を比較することにより、小運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定する、
ように適応される。これにより、関心領域内且つ小運動位相内の物体の動きを高い信頼性で決定することが可能になる。
【０００８】
更に好ましくは、小運動決定ユニットは、
−  相似変換を決定することによって１つの位相位置から他の位相位置への動きを決定し、該相似変換は、該相似変換が適用された前記１つの位相位置における変換画像が、前記他の位相位置における画像と所与の類似性の指標に関して類似するように決定され、
−  少なくとも、１つの小運動位相内の複数の位相位置のうちの２つの間で、該小運動位相内の動きを定める少なくとも１つの相似変換を決定する、
ように適応される。
【０００９】
相似変換は、複数の位相点における関心領域の画像内で検出可能な構造の、例えば、回転、平行移動、及び拡大縮小（スケーリング）を含む変換である。相似変換は好ましくは９パラメータ・アフィン変換である。類似性の指標は例えば相関又は絶対差の和である。変換画像は他方の画像に類似するとは、例えば、類似性の指標が類似性の所定の閾値より小さい類似性の値を生じる場合である。付加的あるいは代替的に、２つの画像が類似するとは、該２つの画像に与えられた類似性の指標が最小の類似性の値を生じる場合である。相似変換は選択的に、画像全体には適用されず、双方の画像内で特定され得る構造のみに適用される。これにより、動きの決定が改善されるので、決定された動きを動き補償に用いる画像再構成の品質が向上される。
【００１０】
更に好ましくは、小運動決定ユニットは、１つの位相位置における画像と他の位相位置における画像との間の相似変換の決定を、先ず、平行移動を、該平行移動が適用された前記１つの位相位置における画像が前記他の位相位置における画像と所与の類似性の指標に関して類似するように決定することによって行うように適応され、決定された平行移動は、相似変換の決定のための初期的な相似変換として用いられる。これにより、決定すべき相似変換の良好な最初の推測が得られ、相似変換の決定が加速され、該決定のための計算コスト、ひいては、動きの決定及び関心領域の画像の再構成のための計算コストが削減される。
【００１１】
関心領域において、前記物体は所与の密度範囲内の密度を有する少なくとも１つの高密度要素を有してもよい。その場合、小運動決定ユニットは、
−  相似変換を決定することによって１つの位相位置から他の位相位置への動きを決定し、該相似変換は、該相似変換が適用された前記１つの位相位置における画像内の前記少なくとも１つの高密度要素である変換された少なくとも１つの高密度要素が、前記他の位相位置における画像内の前記少なくとも１つの高密度要素と所与の類似性の指標に関して類似するように決定され、
−  少なくとも、１つの小運動位相内の複数の位相位置のうちの２つの間で、該小運動位相内の動きを定める少なくとも１つの相似変換を決定する、
ように適応されてもよい。高密度要素は、例えば、患者の心臓内の石灰化である。また、撮像システムがコンピュータ断層撮影システムである場合、石灰化の密度は、好ましくは１００ハウンスフィールドユニット（ＨＵ）から１６０ＨＵの範囲内、より好ましくは１２０ＨＵから１４０ＨＵの範囲内であり、更に好ましくは、石灰化の密度は１３０ＨＵである。前記少なくとも１つの高密度要素の好適密度は、Agatston等の「Quantification  of  coronary  artery  calcium  using  ultrafast  computed  tomography」、J.  Am  Coll  Cardiol、第15巻、第4号、1990年、p.827-832に開示されている。なお、この文献をここに援用する。
【００１２】
前記少なくとも１つの高密度要素は相異なる画像内で容易に特定され得るので、相似変換ひいては動きの決定の精度が更に向上される。また、前記少なくとも１つの高密度要素が患者の心臓の石灰化である場合、動き補償を用いて再構成された再構成画像から石灰化の寸法及び形状を決定することができるので、カルシウムスコアリング（scoring）を高い信頼性で実行することが可能である。心臓が２つ以上の石灰化を有する場合、石灰化ごとに動きをその他の石灰化の動きとは独立に決定することができ、各石灰化を、それぞれの動きを用いて動き補償再構成することが可能である。これにより、異なる石灰化が、例えば患者の心臓の異なる位置にある等により、異なるように移動する場合であっても、相異なる石灰化の寸法及び形状を決定することが可能になる。
【００１３】
更に好ましくは、小運動決定ユニットは、１つの位相位置における画像内の前記少なくとも１つの高密度要素と他の位相位置における画像内の前記少なくとも１つの高密度要素との間の相似変換の決定を、先ず、平行移動を、該平行移動が適用された前記１つの位相位置における画像内の前記少なくとも１つの高密度要素である平行移動された少なくとも１つの高密度要素が、前記他の位相位置における画像内の前記少なくとも１つの高密度要素と所与の類似性の指標に関して類似するように決定することによって行うように適応されており、決定された平行移動は、相似変換の決定のための初期的な相似変換として用いられる。この平行移動は、所望の相似変換の良好な最初の推測であり、相似変換の決定が加速され、相似変換を決定するために必要な計算コストが削減される。
【００１４】
好ましくは、大運動決定ユニットは、大運動位相における関心領域内の前記物体の動きを、該大運動位相に隣接する小運動位相の決定された動きを補間することによって決定するように適応される。補間による大運動位相における物体の動きの決定は、動きを低い計算コスト且つ高い信頼性で決定することを可能にする。
【００１５】
検出値提供ユニットは、移動物体の特性に依存した検出値を生成する検出値生成ユニットであってもよい。更に好ましくは、検出値生成ユニットは、Ｘ線源、Ｘ線検出ユニット、及びＸ線源を関心領域に対して移動させる移動ユニットの組み合わせである。すなわち、撮像システムは、少なくとも請求項１に規定されるユニットを有するコンピュータ断層撮影システムであってもよい。
【００１６】
本発明の更なる一態様において、関心領域内の、小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する移動物体、の動きを決定する動き決定システムが提示される。当該動き決定システムは、検出値提供ユニットにより、前記移動物体の特性に依存した検出値を提供される。当該動き決定システムは、
−  前記検出値から、小運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定する小運動決定ユニット、
−  決定された、小運動位相における前記物体の動きから、大運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定する大運動決定ユニット、
を有する。当該動き決定システムは、前記検出値から関心領域の画像を再構成する再構成ユニットを更に有してもよく、再構成ユニットは、小運動位相及び大運動位相における決定された動きを用いて動き補償を実行するように適応される。
【００１７】
本発明の更なる一態様において、移動物体内の造影剤を撮像する撮像システムが提示される。移動物体は、関心領域内に所与の密度範囲内の密度を有する少なくとも１つの高密度要素を有し、且つ小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する。当該撮像システムは：
−  前記物体内に造影剤が存在しないときに、前記移動物体の特性に依存した第１の検出値を提供する検出値提供ユニット、
−  第１の検出値から、小運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定する小運動決定ユニット、
−  決定された、小運動位相における前記物体の動きから、大運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定する大運動決定ユニット、
−  第１の検出値から、前記少なくとも１つの高密度要素を有する前記物体を有する関心領域の第１の画像を再構成する再構成ユニットであり、小運動位相及び大運動位相における決定された動きを用いて動き補償を実行するように適応された再構成ユニット、
を有し、
検出値提供ユニットは更に、前記物体内に造影剤が存在するときに、前記移動物体及び造影剤のうちの少なくとも一方の特性に依存した第２の検出値を提供するように適応され、
再構成ユニットは更に、第２の検出値から、前記物体を有する関心領域の第２の画像を再構成するように適応され、
当該撮像システムは更に：
−  第１の画像を第２の画像に位置整合するレジストレーションユニット、
−  第１の画像の前記少なくとも１つの高密度要素を第２の画像から局所的に減算する局所サブトラクションユニット、
を有する。
【００１８】
第１の画像は、小運動位相及び大運動位相における決定された動きを用いて動き補償再構成されているので、前記少なくとも１つの高密度要素の寸法及び形状を高い信頼性で決定することができ、第１の画像の前記少なくとも１つの高密度要素を第２の画像から高い信頼性で局所的に減算することが可能になる。それにより、前記少なくとも１つの高密度要素による乱され抑制して、特には前記少なくとも１つの高密度要素により乱されずに、関心領域内の前記物体内の造影剤を示す第２の画像が得られる。前記少なくとも１つの高密度要素は、造影剤を有する心臓の石灰化であってもよい。結果として、例えば造影剤を含んだ心臓の血管を示すといった、造影剤を示す画像の品質が向上される。
【００１９】
更に好ましくは、小運動決定ユニットは、第２の検出値から、小運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定するように適応され、
大運動決定ユニットは、第２の検出値から決定された、小運動位相における前記物体の動きから、大運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定するように適応され、
再構成ユニットは、第２の検出値から関心領域の第２の画像を再構成するように適応され、且つ第２の検出値から決定された、小運動位相及び大運動位相における動きを用いて動き補償を実行するように適応される。第２の画像も動き補償を用いて再構成されるので、減算の品質、ひいては、前記少なくとも１つの高密度要素を有しない最終的な第２の画像の品質が更に向上される。
【００２０】
更に好ましくは、再構成ユニットは、第２の検出値から関心領域の第２の画像を再構成するように適応され、且つ第１の検出値から決定された、小運動位相及び大運動位相における動きを用いて動き補償を実行するように適応される。第１の画像に関して決定された動きが第２の画像の動き補償再構成に使用されるので、第１の画像に関してのみ動きを決定すればよく、関心領域内の物体内の造影剤を撮像するために必要な計算コストが削減される。
【００２１】
更に好ましくは、検出値提供ユニットは、前記物体内に造影剤が存在しないときに、前記移動物体の特性に依存した第１の検出値を生成し、且つ前記物体内に造影剤が存在するときに、前記移動物体の特性に依存した第２の検出値を生成する検出値生成ユニットである。
【００２２】
本発明の更なる一態様において、小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する移動物体を有する関心領域を撮像する撮像方法が提示される。当該方法は：
−  前記移動物体の特性に依存した検出値を提供する段階、
−  前記検出値から、小運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定する段階、
−  決定された、小運動位相における前記物体の動きから、大運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定する段階、
−  前記検出値から関心領域の画像を再構成する段階であり、小運動位相及び大運動位相における決定された動きを用いて動き補償が実行される段階、
を有する。
【００２３】
本発明の更なる一態様において、関心領域内の、小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する移動物体、の動きを動き決定システムが決定する動き決定方法が提示される。動き決定システムは、前記移動物体の特性に依存した検出値を提供され、当該動き決定方法は、
−  小運動決定ユニットが、前記検出値から、小運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定する段階、
−  大運動決定ユニットが、決定された、小運動位相における前記物体の動きから、大運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定する段階、
を有する。
【００２４】
本発明の更なる一態様において、移動物体内の造影剤を撮像する撮像方法が提示される。前記移動物体は、関心領域内に所与の密度範囲内の密度を有する少なくとも１つの高密度要素を有し、且つ小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する。当該撮像方法は：
−  前記物体内に造影剤が存在しないときに、前記移動物体の特性に依存した第１の検出値を提供する段階、
−  第１の検出値から、小運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定する段階、
−  決定された、小運動位相における前記物体の動きから、大運動位相における関心領域内の前記物体の動きを決定する段階、
−  第１の検出値から、前記少なくとも１つの高密度要素を有する前記物体を有する関心領域の第１の画像を再構成する段階であり、小運動位相及び大運動位相における決定された動きを用いて動き補償が実行される段階、
−  前記物体内に造影剤が存在するときに、前記移動物体及び造影剤のうちの少なくとも一方の特性に依存した第２の検出値を提供する段階、
−  第２の検出値から、前記物体を有する関心領域の第２の画像を再構成する段階、
−  第１の画像を第２の画像に位置整合する段階、
−  第１の画像の前記少なくとも１つの高密度要素を第２の画像から局所的に減算する段階、
を有する。
【００２５】
本発明の更なる一態様において、移動物体を撮像するためのコンピュータプログラムが提示される。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コンピュータに請求項１５に記載の方法の段階群を実行させるプログラムコードを有する。
【００２６】
本発明の更なる一態様において、移動物体の動きを決定するためのコンピュータプログラムが提示される。当該コンピュータプログラムは、請求項９に記載の動き決定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コンピュータに請求項１６に記載の方法の段階群を実行させるプログラムコードを有する。
【００２７】
本発明の更なる一態様において、移動物体内の造影剤を撮像するためのコンピュータプログラムが提示される。当該コンピュータプログラムは、請求項１１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コンピュータに請求項１７に記載の方法の段階群を実行させるプログラムコードを有する。
【００２８】
理解されるように、請求項１に係る移動物体を有する関心領域を撮像する撮像システム、請求項９に係る移動物体の動きを決定する動き決定システム、請求項１１に係る移動物体内の造影剤を撮像する撮像システム、請求項１５に係る移動物体を有する関心領域を撮像する撮像方法、請求項１６に係る移動物体の動きを決定する動き決定方法、請求項１７に係る関心領域内の移動物体内の造影剤を撮像する撮像システム、請求項１８に係る移動物体を有する関心領域を撮像するためのコンピュータプログラム、請求項１９に係る関心領域内の移動物体の動きを決定するためのコンピュータプログラム、及び請求項２０に係る関心領域内の移動物体内の造影剤を撮像するための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。
【００２９】
理解されるように、本発明の好適実施形態は、例えば、２つ以上の従属請求項のそれぞれの独立請求項との組み合わせとし得る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
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、移動物体を有する関心領域を撮像する撮像システムの代表例を概略的に示す図である。
【図２】本発明に従った、移動物体を有する関心領域を撮像する撮像方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図３】本発明に従った、小さい動きの位相における関心領域内の物体の動きの決定の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】小さい動きの位相において決定された物体の動きから、大きい動きの位相における関心領域内の物体の動きを決定するための、空間的な空間内での補間を模式的に示す図である。
【図５】本発明に従った、関心領域内の移動物体内の造影剤を撮像する撮像システムの一実施形態を概略的に示す図である。
【図６】本発明に従った、関心領域内の移動物体内の造影剤を撮像する撮像方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図７】関心領域内の物体の動きの決定の一実施形態を示すフローチャートである。
【図８】アフィン変換を模式的に示す図である。
【図９】各コーナーに割当て値を有する立方体を示す図である。
【図１０】基準点のシフトを模式的に示す図である。
【図１１】大きい動きの場の中での動きの補間を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、小さい動きの位相において、大きい動きの位相においてより小さく移動する移動物体を有する関心領域を撮像する撮像システムを概略的に示している。この撮像システムは、この実施形態において、コンピュータ断層撮影システム２０である。コンピュータ断層撮影システム２０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である放射線源が取り付けられている。Ｘ線源２は、Ｘ線源２によって放射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。他の実施形態においては、コリメータ３は、例えば扇状を有する形態など、他の形態を有する放射線ビームを形成するように適応されてもよい。
【００３２】
放射線は、小さい動きの位相において大きい動きの位相においてより小さく移動する、例えば患者の心臓又は移動する技術的物体といった、移動物体（図示せず）を横切る。この移動物体は検査区画５内に位置付けられる。Ｘ線ビーム４は、検査区画５を横切った後、この実施形態においては２次元の検出器である検出ユニット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。他の実施形態においては、検出ユニットは１次元の検出器であってもよい。
【００３３】
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駆動される。移動物体が配置された検査区画５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、更なるモータ８が設けられている。移動物体は、例えば、モータ８によって回転軸Ｒの方向すなわちｚ軸の方向に平行に移動可能な可動テーブル又はコンベヤベルトの上に配置される。これらのモータ７、８、ガントリー１、Ｘ線源２、及び検出ユニット６は、移動物体の特性に依存した検出値を生成する検出値生成ユニットを形成する。モータ７、８は、放射線源２と検査区画５とが選択的に円形軌道又は螺旋軌道に沿って相対的に移動するよう、制御ユニット９によって制御される。Ｘ線源２と検査区画５とを円形軌道に沿って相対的に移動させるため、好ましくは、検査区画５は移動されずにＸ線源２が回転される。Ｘ線源２と検査区画５とを螺旋軌道に沿って相対的に移動させるため、好ましくは、Ｘ線源２が回転され、検査区画５が回転軸Ｒに平行すなわちｚ軸に平行に移動される。
【００３４】
検出ユニット６によって収集された検出値、すなわち、検出値生成ユニット１、２、６、７、８によって生成された検出値は、該検出値から移動物体の動きを決定し関心領域の画像を再構成する動き決定システム１０に与えられる。再構成において、決定された動きを用いて動き補償が実行される。再構成された再構成画像は、最終的に、生成された画像を表示するディスプレイ１１に提供され得る。
【００３５】
他の一実施形態においては、付加的あるいは代替的に、関心領域の再構成画像は、関心領域の再構成画像を用いてカルシウムスコアリングを実行するカルシウムスコアリングユニットに提供されてもよい。
【００３６】
動き決定システム１０は、小さい動きの位相（小運動位相）における関心領域内の物体の動きを検出値から決定する小運動決定ユニット１５と、決定された小運動位相における物体の動きから、大きい動きの位相（大運動位相）における関心領域内の物体の動きを決定する大運動決定ユニット１６と、小運動位相及び大運動位相における決定された動きを用いて動き補償を実行するように適応された、検出値から関心領域の画像を再構成する再構成ユニット１７とを有する。好ましくは、動き決定システム１０も制御ユニット９によって制御される。
【００３７】
コンピュータ断層撮影システム１は更に、この実施形態においてのように移動物体が周期的に運動する場合に移動物体の運動サイクル内の位相点を定める運動位相位置規定ユニット１４を有する。運動位相位置規定ユニット１４は、この実施形態において、動き決定システム１０に伝送される心電図を提供する心電計である。好ましくは、運動位相位置規定ユニット１４も制御ユニット９によって制御される。
【００３８】
続いて、図２に示すフローチャートを参照して、本発明に従った、小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する移動物体を有する関心領域を撮像する撮像方法を更に詳細に説明する。
【００３９】
段階２０１にて、X線源２と検査区画５とが円形軌道に沿って相対的に移動する間に、すなわち、この実施形態において可動テーブル又はコンベヤベルトが移動されずにＸ線源２が回転される間に、検出ユニット６によって検出値が収集される。Ｘ線源２は、Ｘ線源２の各角度位置において移動物体が完全に円錐状放射線ビーム４内にあるように移動物体を照射する。他の一実施形態において、Ｘ線源２及び検査区画５は螺旋軌道に沿って相対移動してもよい。検出値の収集中、この実施形態においては心電計である運動位相位置規定ユニット１４が、各検出値を移動物体の運動位相位置に割り当てることができるように心電図を記録する。
【００４０】
段階２０２にて、検出値及び対応する決定された運動位相位置は小運動決定ユニット１５に伝送され、小運動決定ユニット１５は検出値から小運動位相における関心領域内の物体の動きを決定する。次に、図３に示すフローチャートを参照して、検出値からの小運動位相における関心領域内の物体の動きの決定を更に詳細に説明する。
【００４１】
段階３０１にて、小運動位相及び大運動位相が決定される。小運動位相及び大運動位相は、好ましくは、運動位相点規定ユニット１４によって定められた複数の位相位置で関心領域の画像を再構成することにより決定される。この再構成は、既知のゲーティング再構成技術によって行われ得る。隣接し合う位相位置の画像が、例えば、これらの画像に相関又は絶対差の和のような類似性の指標を適用することによって比較され、これらの画像が該類似性指標に関して類似する場合、これら２つの位相点における関心領域内の物体の動きは小運動である、すなわち、これら２つの位相点は小運動位相に属するとされ、２つの画像が該類似性指標に関して類似しない場合、これら２つの位相点における物体の動きは大運動であり、これら２つの位相点は大運動位相に属するとされる。２つの画像に与えられた類似性指標から得られた類似性の値が所定の閾値を超える場合、２つの画像は類似する。この閾値は校正又は実験によって予め決定され得る。
【００４２】
好ましくは、小運動位相及び大運動位相を決定するために、動きマップ法及び／又は局所動きマップが用いられる。局所運動マップを決定する動きマップ法において、関心領域は好ましくは、例えば患者の心臓の一部といった物体の一部とされ、隣接し合う位相点における画像が関心領域内で比較される。局所運動マップを決定する動きマップ法は、Manzke等の「Automatic  phase  determination  for  retrospectively  gated  cardiac  CT」、Med.  Phys.、第31巻、第12号、2004年12月、pp.3345-3362にて更に詳細に説明されている。なお、この文献をここに援用する。
【００４３】
複数の運動位相位置で関心領域の画像を再構成することには、例えばKoken等の「Aperture  weighted  cardiac  reconstruction  for  cone-beam  CT」、Phys.  Med.  Biol.、第51巻、2006年、p.3433-3448に開示されているアパーチャ加重心臓再構成（ＡＷＣＲ）法といった、従来からの心臓ＣＴ再構成アルゴリズムを用いることができる。なお、この文献をここに援用する。
【００４４】
段階３０２にて、小運動位相内の幾つかの運動位相位置における関心領域の画像が、好ましくは、より高い分解能を有する、運動位相内のより多く位相位置における検出値から、再構成される。この再構成においても、例えばＡＷＣＲといった従来からの心臓ＣＴ再構成アルゴリズムを用いることができる。
【００４５】
段階３０２において好ましくは、関心領域の画像は、好ましくは５０位相位置から１５０位相位置の範囲内、より好ましくは８０位相位置から１２０位相位置の範囲内の多数の位相位置で再構成され、好ましくは関心領域の画像は段階３０２にて１００個の相異なる位相位置で再構成される。他の実施形態において、小運動位相及び大運動位相を決定するために段階３０１にて再構成された画像は、段階３０３にて小運動位相内の動きを決定することにも用いられてもよく、その場合、段階３０２は省略され得る。
【００４６】
次の段階３０３にて、小運動位相における関心領域内の物体の動き、すなわち、この実施形態においては動きベクトル場が、それぞれの小運動位相内で複数の位相位置における関心領域の画像を比較することによって決定される。
【００４７】
動きベクトル場は、関心領域のボクセルごとに、且つ関心領域の画像が再構成された小運動位相内の位相位置ごとに、それぞれのボクセルの、それぞれの位相位置における該ボクセルの位置から関心領域の画像が再構成された次の位相位置における該ボクセルの位置までの動きを記述する動きベクトルを有する。
【００４８】
段階３０３にて、小運動位相内で１つの位相位置から他の１つの位相位置までの動きを決定するため、相似変換が適用された一方の位相位置における変形された画像が他方の位相位置における画像に所与の類似性指標に関して類似するような相似変換が決定される。故に、この実施形態において、相似変換は、段階３０２にて、あるいは他の一実施形態においては段階３０１にて関心領域の画像が再構成された小運動位相内の隣接位相位置の各対の間で決定される。小運動位相の決定された相似変換は、１つの位相位置から次の位相位置までの関心領域の各ボクセルの動きを定め、故に、小運動位相の動きベクトル場、すなわち、小運動位相における関心領域内の物体の動きを定める。相似変換、故に動きベクトル場は複数の小運動位相、少なくとも２つの小運動位相に関して決定される。
【００４９】
相似変換は小運動決定ユニット１５によって決定される。小運動決定ユニット１５は好ましくは、１つの位相位置における画像と他の１つの位相位置における画像との間の相似変換が、先ず、平行移動が適用された一方の位相位置における関心領域の画像が他方の位相位置における関心領域の画像と所与の類似性指標に関して類似するような平行移動を決定することによって決定され、決定された平行移動を相似変換の決定のための初期的な相似変換として用いるように適応される。
【００５０】
相似変換は好ましくは、９パラメータ・アフィン変換である。この９パラメータ・アフィン変換は、平行移動、回転及びスケーリングを含む。類似性の指標は好ましくは、相関又は絶対差の和である。小運動位相内の２つの位相点間の相似変換は、好ましくは、上述のように先ず平行移動を決定し、且つこの平行移動を、ダウンヒルアルゴリズムを用いて最終的な相似変換を決定するための初期的な相似変換として用いることによって決定される。
【００５１】
他の一実施形態においては、段階３０３にて、それぞれの小運動位相内の上記の２つの異なる位相位置における再構成画像内で少なくとも１つの高密度要素を特定することができ、相似変換が適用された一方の位相位置における画像内の上記少なくとも１つの高密度要素である変換された少なくとも１つの高密度要素が、他方の位相位置における画像内の上記少なくとも１つの高密度要素と所与の類似性指標に関して類似するように、相似変換を決定することが可能である。この場合においても好ましくは、最初に平行移動が、小運動位相内の２つの位相位置間の最終的な相似変換の決定の、初期的な相似変換として決定される。故に、この実施形態においては、動きベクトル場は、関心領域の画像のボクセルのうち、上記少なくとも１つの高密度要素の少なくとも一部を示すボクセルに対してのみ決定される。これらのボクセルは小運動位相内の異なる位相位置における異なる画像内で容易に特定することができ、且つ関心領域の全ボクセルに対してではなく、少なくとも高密度要素の少なくとも一部を示す関心領域のボクセルに対してのみ動きベクトル場を決定すればよいので、動きベクトル場を高い信頼性且つ低減された計算コストで決定することが可能である。少なくとも１つの高密度要素のみを動き補償再構成すればよい場合、このような動きベクトル場で十分である。少なくとも１つの高密度要素は、例えば石灰化であり、小運動位相内の異なる位相位置における関心領域の画像の各々内で、石灰化の少なくとも一部を示すボクセルが閾値振り分けによって決定され得る。石灰化は、好ましくは１００ＨＵから１６０ＨＵまでの範囲内、より好ましくは１２０ＨＵから１４０ＨＵまでの範囲内の密度を有する高密度要素であり、更に好ましくは、この高密度要素は１３０ＨＵの密度を有する。
【００５２】
段階２０２すなわち段階３０１−３０３にて動き、すなわちこの実施形態においては動きベクトル場、が決定された後、段階２０３にて、大運動決定ユニット１６により、段階２０２にて決定された小運動位相における関心領域内の物体の動きから、大運動位相における関心領域内の物体の動きが決定される。
【００５３】
大運動位相は小運動位相同士の間に位置する。好ましくは、大運動位相における動きベクトル場は、小運動位相の決定された動きすなわち動きベクトル場を用いる補間によって決定される。更に好ましくは、大運動位相における動きベクトル場を決定するためにスプライン補間が用いられる。補間を実行するため、この実施形態においては、先ず、マッチング法を用いて、相異なる小運動位相における対応するボクセルが特定される。この特定及びマッチング法が実行された後、複数の異なる小運動位相において、関心領域内の或る特定のボクセルの動きが既知となる。補間は、空間的な空間内、あるいは相似変換のパラメータにより定められるパラメータ空間内で実行され得る。
【００５４】
空間的な空間内での補間を図４に模式的に示す。図４は、空間的な空間内で、或る特定のボクセルが沿いながら移動する移動経路２２を模式的に示している。位置Ａと位置Ｂとの間のボクセルの移動は、段階２０２にて小運動位相の動きベクトル場を決定することによって決定されている。さらに、位置Ｃを通過後の該ボクセルの動きも、他の小運動位相の動きベクトル場として段階２０２にて決定されている。位置ＢとＣとの間の領域が、２つの隣接小運動位相間に位置する大運動位相に対応する。位置Ｂ及び位置Ｃにおける該ボクセルの位置は、図４において、×印と実線のベクトル２３とによって特定されている。これらの位置ＢとＣとの間の該ボクセルの動きは、すなわち、例えば図４の破線のベクトル２４は、好ましくは、スプライン補間又は三次補間によって決定される。
【００５５】
小運動位相の各２つの隣接位相位置の間で相似変換が決定される。すなわち、小運動位相内の５０個の位相位置における５０画像が再構成されている場合、相似変換は、相異なる位相位置における画像間で４９個の変換を定める。得られた動きベクトル場は、小運動位相内の異なる位相位置における異なる画像内の１つの要素に関して、その位置の移動を記述する。
【００５６】
段階２０４にて、再構成ユニット１７により、動き補償再構成アルゴリズムを用いて関心領域の最終画像が再構成される。この動き補償再構成アルゴリズムにおいて、小運動位相及び大運動位相における決定された動き、すなわち、決定された動きベクトル場を用いて動き補償が実行され、該動きベクトル場は動き補償再構成を適用し得る再構成位相点に関連付けられる。
【００５７】
動き補償再構成は既知であり、例えば、Schaefer等の「Motion-Compensated  and  Gated  Cone  Beam  Filtered  Back-Projection  for  3-D  Rotational  X-Ray  Angiography」、IEEE  TRANSACTIONS  ON  MEDICAL  IMAGING、第25巻、第7号、2006年7月、p.898-906にて開示されている。なお、この文献をここに援用する。
【００５８】
関心領域は好ましくは、患者の心臓の石灰化をただ１つ含む。故に、相異なる石灰化すなわち相異なる関心領域に関して、互いに独立して動きが決定される。それにより、関心領域内の動きを心臓のその他の部分の動きから独立して決定することが可能になり、決定された動き、ひいては、動き補償された再構成画像の品質が高められる。また、大運動位相に対応する検出値も再構成に用いられ得るので、信号対雑音比が増大され、動きアーチファクトが抑制あるいは排除される。
【００５９】
図５は、関心領域内の移動物体内の造影剤を撮像する他の撮像システム１２０を概略的に示している。この撮像システムも、この実施形態において、コンピュータ断層撮影システムである。図１に示した撮像システム２０と同様に、図５に示した撮像システム１２０は、ガントリー１０１、Ｘ線源１０２、コリメータ装置１０３、円錐状の放射線ビーム１０４、検査区画１０５、検出ユニット１０６、モータ１０７、１０８、制御ユニット１０９、及び運動位相位置規定ユニット１１４を有し、これらは図１に示した撮像システム２０の対応するユニットと同様である。
【００６０】
内部で造影剤を撮像すべき移動物体は、所与の密度範囲内の密度を有し且つ小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する関心領域の少なくとも１つの高密度要素を有する移動物体である。この物体は、例えば、高密度要素として石灰化を有する患者の心臓である。ガントリー１０１、Ｘ線源１０２、検出ユニット１０６及びモータ１０７、１０８は、検出値提供ユニットの構成要素である。検出値提供ユニットは、物体内に造影剤が存在しない場合に、移動物体の特性に依存した第１の検出値を生成する。撮像システム１２０は更に、動き決定システム１１０を有する。動き決定システム１１０は、小運動位相における関心領域内の物体に動きを第１の検出値から決定する小運動決定ユニット１１５と、決定された小運動位相における物体の動きから、大運動位相における関心領域内の物体の動きを決定する大運動決定ユニット１１６と、上記少なくとも高密度要素を含む物体を有する関心領域の第１の画像を第１の検出値から再構成する再構成ユニット１１７とを含む。再構成ユニット１１７は、小運動位相及び大運動位相における決定された動きを用いて動き補償を実行するように適応される。故に、第１の検出値から、少なくとも１つの高密度要素を有するが造影剤を有しない関心領域の動き補償された画像が再構成される。
【００６１】
コンピュータ断層撮影システム１２０、具体的には検出値提供ユニット１０１、１０２、１０６、１０７、１０８は更に、物体内に造影剤が存在する場合に、移動物体及び造影剤のうちの少なくとも一方の特性に依存した第２の検出値を提供するよう適応される。再構成ユニット１１７は更に、この物体を有する関心領域の第２の画像を第２の検出値から再構成するように適応される。
【００６２】
撮像システム１２０は更に、第１の画像を第２の画像と位置整合するための、好ましくは少なくとも高密度要素をレジストレーションのために使用するレジストレーションユニット１１８と、第１の画像の上記少なくとも１つの高密度要素を第２の画像から局所的に減算する局所サブトラクションユニット１１９とを有する。第１の画像の上記少なくとも１つの高密度要素が減算された第２の画像は、ディスプレイ１１１上に表示され得る。
【００６３】
局所的な減算の前、第２の画像は関心領域内の上記少なくとも１つの高密度要素及び造影剤を示し、第１の画像は造影剤のない上記少なくとも１つの高密度要素を示す。故に、第１の画像の上記少なくとも１つの高密度要素を第２の画像から局所的に減算することにより、局所的な減算の後、第２の画像は、上記少なくとも１つの高密度要素を実質的に有さずに関心領域内の造影剤を示す。例えば、移動物体が、冠動脈を撮像するために造影剤を有する患者の心臓であり、且つ上記少なくとも１つの高密度要素が石灰化である場合、撮像システム１２０は、石灰化による乱れが抑制された、特には、石灰化により乱されていない造影剤画像すなわち冠動脈画像を提供することができる。好ましくは、関心領域は、関心ある１つの冠動脈及び石灰化のみを有するような寸法にされる。撮像システム１２０は、特には患者の心臓である物体内の、相異なる位置にある相異なる関心領域を独立に撮像し得る。これにより、物体の相異なる部分が相異なるように移動する場合であっても、物体内の造影剤の高品質な再構成が可能になる。
【００６４】
続いて、図６に示すフローチャートを参照して、移動物体が関心領域内で所与の密度範囲内の密度を有する少なくとも１つの高密度要素を有し、且つ移動物体が小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する場合に、関心領域内の移動物体内の造影剤を撮像する撮像方法の一実施形態を説明する。
【００６５】
段階４０１にて、対象物は移動されずにＸ線源１０２が回転軸の周りすなわちｚ軸の周りを回転する。すなわち、Ｘ線源１０２が対象物の周りを円形軌道に沿って進行する。好ましくは、円形軌道に沿ったＸ線源１０２の移動中、対象物の全体が常に円錐状の放射線ビーム１０４内にある。他の一実施形態においては、Ｘ線源１０２及び検査区画１０５は、例えば螺旋軌道に沿って等、その他の軌道に沿って相対移動してもよい。Ｘ線源１０２は、内部に造影剤が存在しない対象物を横切るＸ放射線を放射する。対象物は、例えば、患者の心臓等の患者の器官又は技術的物体である。対象物を通過したＸ放射線は検出ユニット１０６によって検出され、検出ユニット１０６は移動物体の特性に依存した第１の検出値を生成する。
【００６６】
段階４０２にて、小運動決定ユニット１１５が、小運動位相における関心領域内の物体の動きを第１の検出値から決定する。この関心領域内の物体の動きの決定は、好ましくは、図２の段階２０２及び図３の段階３０１−３０３を参照して説明したようにして実行される。
【００６７】
段階４０３にて、大運動決定ユニット１１６が、特に補間によって、決定された小運動位相における物体の動きから、大運動位相における関心領域内の物体の動きを決定する。好ましくは、この大運動位相における関心領域内の物体の動きの決定は、図２の段階２０３を参照して説明したようにして実行される。
【００６８】
段階４０４にて、再構成ユニット１１７が、第１の検出値から、上記少なくとも１つの高密度要素を有する物体を含む関心領域の第１の画像を再構成する。このとき、再構成ユニット１１７は、段階４０２及び４０３にて決定された小運動位相及び大運動位相における動きを用いて動き補償を実行する。この再構成は好ましくは、図２の段階２０４を参照して説明したようにして実行される。
【００６９】
段階４０５にて、検出値提供ユニット１０１、１０２、１０６、１０７、１０８が第２の検出値を生成する。このとき、Ｘ線源１０２及び検査区画１０５は段階４０１にて説明したように相対移動する。すなわち、収集のための幾何学配置及びＸ線源１０２の検査区画１０５に対する移動は、段階４０１及び４０５において同様である。これらの段階の間の相違は、段階４０１では物体内に造影剤が存在せず、段階４０５では関心領域内の物体内に例えばガドリニウム又はヨウ素ベースの造影剤といった造影剤が存在することである。
【００７０】
段階４０６にて、再構成ユニット１１７によって、収集された第２の検出値を用いて物体の第２の画像が再構成される。第２の画像は、この実施形態においては、この実施形態における運動位相位置規定ユニット１１４である心電計１１４の心電図が用いられるゲーティング再構成技術を用いて再構成され得る。代替的に、第２の画像の再構成においても、図２の段階２０２、２０３、又は図６の段階４０２、４０３を参照して説明したようにして、第２の検出値から、小運動位相内の動き及び大運動位相内の動きを決定し、第２の検出値からの第２の画像の動き補償再構成においても、図２の段階２０４又は図６の段階４０４を参照して説明した動き補償再構成と同様に、これら決定された小運動位相及び大運動位相における動きを用いてもよい。他の一実施形態においては、小運動位相及び大運動位相における、段階４０２及び４０３にて第１の検出値から決定された移動物体の動きを、段階４０６における第２の検出値からの第２の画像の動き補償再構成にも用いてもよい。すなわち、第１の検出値から決定された動きを第２の画像の動き補償再構成に用いてもよい。
【００７１】
段階４０７にて、レジストレーションユニット１１８が、特に、第１及び第２の画像内で上記少なくとも１つの高密度要素の少なくとも一部を示すボクセルを位置整合することによって、第１の画像を第２の画像に対して位置整合させる。
【００７２】
段階４０８にて、局所サブトラクションユニット１１９によって、第１の画像の、閾値振り分けによって特定可能な上記少なくとも１つの高密度要素が第２の画像から局所的に減算される。第１の画像の上記少なくとも１つの高密度要素が局所的に減算された第２の画像は、上記少なくとも１つの高密度要素による乱れを抑制した、特には、上記少なくとも１つの高密度要素により乱されずに、関心領域内の物体を示すことなく造影剤を示す。
【００７３】
移動物体は好ましくは患者の心臓であり、少なくとも１つの高密度要素は好ましくは石灰化である。また、関心領域は好ましくは、１つの石灰化を有するような寸法にされる。患者の心臓が複数の石灰化を有する場合、好ましくは、段階４０１及び４０５における収集は一度に実行されるが、段階４０２−４０４及び段階４０６−４０８における動きの決定及び再構成は、関心領域ごと、すなわち、石灰化ごとに実行される。故に、各石灰化の位置及び形状の再構成及び決定が高い信頼性で行われ、第１の画像内に示された石灰化をそれぞれの第２の画像から減算することにより、第２の画像において石灰化の高品質での抑圧がもたらされ得る。各第２の画像は好ましくは、石灰化により乱されることなく、関心ある冠動脈を示す。
【００７４】
局所的な減算は、第２の画像のボクセルのうち、好ましくは石灰化である上記少なくとも１つの高密度要素の少なくとも一部を有するボクセルにおいてのみ、第１の画像の上記少なくとも１つの高密度要素を第２の画像から減算することによって実行される。局所的な減算を実行すると、石灰化が減算された箇所ではコントラストが消滅し、冠動脈の残りの管腔が残存する。局所的な減算は、M.  van  Straten等の「Removal  of  arterial  wall  calcifications  in  CT  angiography  by  local  subtraction」、Med.  Phys.、第30巻、第5号、2003年、p.761-770にて更に詳細に説明されている。なお、この文献をここに援用する。
【００７５】
好ましくは、段階４０１にてカルシウム・スコアリング・スキャンが実行され、段階４０５にて冠動脈血管造影スキャンが実行される。さらに、段階４０１及び４０５において好ましくは、低ピッチ螺旋スキャン、又は好ましくは物体の運動の少なくとも１サイクル、特には少なくとも一回の心臓鼓動に及ぶ完全な物体カバレッジを実現する大型の検出器アレイを用いた円形コンピュータ断層撮影スキャンの何れかが実行される。故に、物体は好ましくは周期運動する物体である。
【００７６】
好ましくは、段階４０６にて関心ある冠動脈のゲーティング再構成が実行され、段階４０７にて第１の画像の石灰化が好ましく第２の画像に対して整合され、そして段階４０８にて局所減算が実行される。代替的に、段階４０５にて、特に図６の段階４０２、図３の段階３０１−３０３及び図２の段階２０２を参照して説明したようにゲーティング再構成から冠動脈の動きを決定するために用いられる関心ある冠動脈の一組のゲーティング再構成が実行され、関心ある冠動脈の動き補償再構成が実行される。さらに、段階４０７にて第１の画像の石灰化が、関心血管構造を示す第２の画像の石灰化に整合され、段階４０８にて局所的な減算が実行される。他の一実施形態においては、段階４０６にて、心臓サイクル内の石灰化の動きに関して段階４０２及び４０３で決定された動きベクトル場を用いて、石灰化を含む関心ある冠動脈の動き補償再構成が実行される。この場合、段階４０７にて第１の画像の石灰化は、血管構造を示す第２の画像の石灰化に対して整合され、段階４０８にて局所的な減算が実行される。
【００７７】
上述の、血管構造を示す第２の画像からの第１の画像の石灰化の局所的な減算は、冠動脈コンピュータ断層撮影血管造影スキャンにおけるカルシウム・ブルーミングの影響を低減する。これらの冠動脈コンピュータ断層撮影血管造影スキャンが血管腔の分析に用いられる場合、血管腔分析が改善される。
【００７８】
次に、関心領域が組織、石灰化、及び存在する場合には、組織から空気まで生じる鋭い遷移を有すると仮定した場合の、小運動位相において大運動位相においてより小さく移動する関心領域内の移動物体の動きを決定するための更なる一実施形態を説明する。
【００７９】
骨のような石灰化はＸ線の強い減衰を生じさせるので、周囲組織より遙かに高いＣＴ値を有する。故に、石灰化病変は強い特徴をもたらす。従って、石灰化領域の分割（セグメント化）が好ましくは、閾値振り分けとその後の領域成長技術とによって行われる。セグメント化された石灰化はブロックマッチングを適用するために用いられる。ブロックマッチングは、平行移動的な変位を検出するために用いられ得る。従って、最大の石灰化セグメント化され、他の時間フレームにおいて比較されるブロックとして機能するようフレーム化される。
【００８０】
結果は、動きの平行移動部分に関する情報を与える変位ベクトルである。
【００８１】
ｏは物体の回転及びスケーリングに関する情報を達成し、ブロックマッチングアルゴリズムは、類似性指標の多次元最適化によって平行移動、回転及びスケーリングに関する最良のフィッティングを見出す９パラメータ・アフィン変換モデルを用いる。
【００８２】
補間によって大運動位相における動きベクトル場が決定される。動きベクトル場同士の間での補間により、小運動位相同士の間の隙間が閉じられる。
【００８３】
小運動位相及び大運動位相は、この実施形態においては、小運動位相を決定するための有益な手法である局所動きマップを決定することによって決定される。結果は、特には心臓位相点である位相点の関数としての類似性指標である。各小運動位相内で画像のレジストレーションが適用され得る。画像のレジストレーションは好ましくは１つの画像（テンプレート画像）を他の１つ（ターゲット画像）と比較するので、各小運動位相内の１つの画像がテンプレートとして作用するように選択される。この画像は、例えば各小運動位相の中心画像であり、以下ではアンカー位相点Ｐａｎｃｈｏｒと称する。複数の小運動位相が、局所動きマップを参照することによって選択される。
【００８４】
画像のレジストレーションとは、この実施形態においてはテンプレート画像及びターゲット画像と呼ぶ２つの画像間の最適フィッティングを意味する。目標は、小運動位相ｉのアンカー位相点Ｐｉａｎｃｈｏｒとそれぞれの同一小運動位相内の位相点との間の変換を最適に記述するパラメータを見出すことである。再構成されたテンプレート画像は強度値：
【００８５】
【数１】
2010515477.tif 000003
を有し、この強度値が、
【００８６】
【数２】
2010515477.tif 000004
を有するターゲット画像に整合される。好適なアルゴリズムは、変換モデル、費用関数、最適化アルゴリズムという３つの部分から成る。
所与の変換パラメータセット：
【００８７】
【数３】
2010515477.tif 000005
に関し、３Ｄ画像：
【００８８】
【数４】
2010515477.tif 000006
が変換される。望みは、この変換画像：
【００８９】
【数５】
2010515477.tif 000007
をターゲット画像：
【００９０】
【数６】
2010515477.tif 000008
上に最適に整合することである。費用関数：
【００９１】
【数７】
2010515477.tif 000009
は類似性の指標によって与えられる。故に、ベクトルｋを変化させることによって費用関数を最小化することにより、最適な変換パラメータ：
【００９２】
【数８】
2010515477.tif 000010
が得られる。最適な変換パラメータセットを見出すための方法を図７に示す。
【００９３】
図７において、ダウンヒル・シンプレックス・アルゴリズムに開始ベクトル及びステップサイズベクトルが与えられ、開始推測行列Ｋ０を形成するパラメータ空間内の一組の点が生成される。開始時の推測は、付加的なブロックマッチングアルゴリズムを用いて決定され得る。費用関数は、変換されたテンプレート（template）画像とターゲット（target）画像との間の類似性の指標である。
【００９４】
変換は通常、ボクセルの中心がターゲットの格子（グリッド）と一致するようには画像を変更しない。テンプレートを新たなフレームに投影することに代えて、逆行列Ａ−１ｔｅｍｐｌａｔｅ，ｔａｒｇｅｔを適用することによってボクセル値を逆計算することが有利である。中心は（境界を除いて）８個のその他のボクセルによって囲まれているので、新たな中心位置（図８）における強度を決定するために、これら隣接ボクセルを用いることができる。故に、変換された画像の或る特定のボクセルを採用し、逆行列Ａ−１ｔｅｍｐｌａｔｅ，ｔａｒｇｅｔによってその元の位置を計算することが適切である。元のフレームにおいて、ボクセルの強度は、補間法を用いて計算され得る。
【００９５】
【数９】
2010515477.tif 000011
トリリニア（trilinear）補間は、頂点に値を与えられた（立方体の）箱内の点群を線形補間する方法である。図９に示すように各コーナーに割当て値を有する単位立方体を考える。各頂点の値をＶｉｊｋと表記する。この立方体内の位置（ｘ，ｙ，ｚ）の値は、
Ｖｘｙｚ＝Ｖ０００（１−ｘ）（１−ｙ）（１−ｚ）
＋Ｖ１００ｘ（１−ｙ）（１−ｚ）
＋Ｖ０１０（１−ｘ）ｙ（１−ｚ）
＋Ｖ００１（１−ｘ）（１−ｙ）ｚ
＋Ｖ１０１ｘ（１−ｙ）ｚ
＋Ｖ０１１（１−ｘ）ｙｚ
＋Ｖ１１０ｘｙ（１−ｚ）
＋Ｖ１１１ｘｙｚ                          （４）
によって決定される。費用関数が、
【００９６】
【数１０】
2010515477.tif 000012
と
【００９７】
【数１１】
2010515477.tif 000013
との間の類似性を測定する。故に、値が、
【００９８】
【数１２】
2010515477.tif 000014
によって決定される。
【００９９】
モダリティ内の類似性指標の一般的な費用関数は平均平方差、相互相関、又は相関係数である。相関係数は、比較される画像の振幅変化に対して感度を有さない。相関係数を費用関数として実装した。実装した最適化アルゴリズムは最小値を探索するものである。故に、関数は：
【０１００】
【数１３】
2010515477.tif 000015
となる。ただし、上に線を付した変数は平均値を表す。
【０１０１】
最良フィッティングのための自動探索を実現する最終ステップは、好ましくは、変換パラメータセット：
【０１０２】
【数１４】
2010515477.tif 000016
を探索する最適化アルゴリズムである。第１の選択はダウンヒル・シンプレックス法である。変換はそれぞれ３次元での平行移動、回転及びスケーリングを含むので、作業は９個のパラメータにおける最適化問題である。
【０１０３】
好ましくは、このアルゴリズムを開始するために１０個の変換推測の組が作り出される。この組は１つの変換ベクトル、及びエッジ長の
【０１０４】
【数１５】
2010515477.tif 000017
を提供するステップサイズベクトルを用いて構築され得る。
【０１０５】
例えば小運動位相内など、明らかに小さい変位を受け継ぐ画像のマッチングに適した開始時の推測は、画像を変換しないベクトル：
【０１０６】
【数１６】
2010515477.tif 000018
とし得る。
【０１０７】
第２の入力はステップサイズベクトル：
【０１０８】
【数１７】
2010515477.tif 000019
である。このベクトルは、パラメータ空間におけるダウンヒル・シンプレックス・アルゴリズムの頂点群を表す一組のパラメータベクトルを作り出す。それらは単一のパラメータの典型的な長さスケールの大きさを有する。有意義な選択は、平行移動成分ｔｘ、ｔｙ及びｔｚに対して、例えば±３ｍｍ等、数ｍｍのステップサイズである。開始時の推測が良好な最初の推測をもたらすからである。回転及びスケーリングはあまり大きくないと見なされる。故に、ｒｘ、ｒｙ及びｒｚのステップサイズは例えば±０．２（１１．４６°）に設定され、ｍｘ、ｍｙ及びｍｚのステップサイズは例えば±０．２に設定される。
【０１０９】
この実施形態においては、局所的な動きは平行移動が支配的であると思われる。故に、実装されるブロックマッチングアルゴリズムは、パラメータｔｘ、ｔｙ及びｔｚに関して粗い情報を供給することができるべきである。それは、開始時の推測：
【０１１０】
【数１８】
2010515477.tif 000020
を見出すためにダウンヒル・シンプレックス・アルゴリズムに先立って全探索を実行するために用いられ得る。
【０１１１】
ブロックマッチングを適用するため、適当なブロック群がテンプレート画像内でセグメント化される。石灰化領域を追跡するという特別な場合において、最大の石灰化の周りの立方体フレームが探索ブロックとして作用する。石灰化は、閾値とその後の領域成長アルゴリズムとを用いてセグメント化される。そして、このブロックが、最良のマッチングを見出すためにターゲット画像全体で移動される。得られた変換情報が等式（９）の開始ベクトルを完成させる。最終的に、開始時の推測はこのベクトル及びステップサイズベクトル（ベクトルη）を用いて構築される。
【０１１２】
この実施形態においては、この時点までに、複数の小運動位相に関する動きベクトル場が計算されている。このことは、各小運動位相のアンカー位相点とそれらの隣接位相点との間の動きベクトル場が得られていることを意味する。
【０１１３】
各セクションの収集された動き情報は、一般に、その他の小運動位相に結び付けられていない。故に好ましくは、補間前に、全ての動きベクトル場が単一の位相点に関連付けられる。一般的に、複数の小運動位相の全ての位相点は基準位相点として選択されてもよい。計算労力を最小化するため、アンカー位相点のうちの１つが選択され得る。
【０１１４】
動きベクトル場を１つの小運動位相からその他へと平行移動するため、アンカー点Ｐｉａｎｃｈｏｒと上述のように例えば中心アンカー位相点Ｐｃａｎｃｈｏｒである基準位相点との間の動きベクトル場が決定される。２つの（異なる）位相点の画像の間で画像のレジストレーションが行われる。Ａｉｊを位相点ＰｉからＰｊへの変換を表す行列とし、Ａｉｋを位相点Ｐｉ及びＰｋに属する変換行列とすると、
【０１１５】
【数１９】
2010515477.tif 000021
となる。等式（１０）及び等式（１１）を用いて、
【０１１６】
【数２０】
2010515477.tif 000022
が得られ、故に、
Ａｊｋ＝ＡｉｋＡｉｊ−１          （１３）
である。位相点ｋにおけるベクトルｘｊの変位は、
【０１１７】
【数２１】
2010515477.tif 000023
である（図１０参照）。等式（１２）及び（１３）を用いてベクトルｘｋを置き換えると、
【０１１８】
【数２２】
2010515477.tif 000024
が得られる。ただし、Ｉは４×４の１の行列である。
【０１１９】
この実施形態においては、図１０において、基準点を移動するために、以前の基準点から新たな基準点への動きベクトルであるベクトルｄｉｊと以前の基準点から関心位相点への動きベクトルを表すベクトルｄｉｋとの双方を有することが必要である。
【０１２０】
等式（１３）は、動きベクトルを位相点ＰｉからＰｋに伝播するために必要な計算を記述しており、１つの基準位相点Ｐｉｒｅｆから新たな基準に争点Ｐｊｒｅｆへの動きベクトル場が使用可能であり且つＰｉｒｅｆからＰｋへの動きベクトル場も使用可能である場合、ＰｊｒｅｆからＰｋへの動きベクトル場を直接的に計算することができる。
【０１２１】
強い動きを有する位相点の動き、すなわち、大運動位相における位相点の動きを見積もるため、好ましくは補間が実行される。補間された動きベクトル場を得ることには、空間ドメインにおける補間及びパラメータドメインにおける補間という２つの好適手法がある。
【０１２２】
補間は一般的に、或る特定数のノード間の値の推測である。例えば線形補間法、多項フィッティング法、三次補間法、又はベジエ補間などの幾つかの補間方法が用いられ得る。
【０１２３】
空間ドメインにおける補間は、関心領域（ＲＯＩ）の全ての位相点ｉ及び全てのボクセル（ベクトルｘ）に関して
【０１２４】
【数２３】
2010515477.tif 000025
を補間する。補間のためのノード群は好ましくは、Ｐｃａｎｃｈｏｒと小運動位相内の全ての位相点との間のボクセルの変位ベクトルである：
【０１２５】
【数２４】
2010515477.tif 000026
によって提供される。空間ドメインにおける補間は、補間のために全ての単一ベクトルの推測ベクトルを使用する。
【０１２６】
第２の可能性は、アフィン変換に由来する動きベクトル場の補間である。変換行列Ａを生成するパラメータ群は時間の関数であるので、パラメータドメインにおける補間と呼ぶパラメータ補間を行うことができる。
【０１２７】
図１１に、パラメータを様々な位相点に対して示す。変換パラメータが小運動位相において計算される（破線）。パラメータ空間における補間は、計算された変換パラメータを補間に使用する（実線）。
【０１２８】
動きベクトル場は、動き補償された心臓再構成が適用され得る再構成位相点に関連付けられる。
【０１２９】
図面及び以上の記載において本発明の例示及び説明を詳細に行ったが、これらの例示及び説明は、限定的なものではなく、例示的あるいは典型的なものと見なされるべきである。本発明は開示の実施形態に限定されるものではない。
【０１３０】
撮像システムはまた、例えばコンピュータ断層撮影システムによって収集された検出値、及び場合により、心電図のような運動位相位置規定ユニットの値が格納される検出値提供ユニットとしてメモリを有し得る。さらに、物体は物体全体又は物体の一部のみの何れであっても良く、また、技術的物体や心臓以外の器官であってもよい。例えば、物体は腎動脈とし得る。また、図６を参照しての上述の説明において、造影剤が物体内に存在しているときの第２の検出値の収集は、造影剤が物体内に存在していないときの第１の検出値の収集の前に行われてもよい。さらに、第２の画像の再構成も、第１の画像の再構成の前に行われてもよい。好ましくは、特に動きベクトル場が屈曲形状を有する場合、動きベクトル場は平滑化される。
【０１３１】
さらに、少なくとも１つの高密度要素は、上述の１６０ＨＵより高い密度を有してもよい。
【０１３２】
図面、この開示及び添付の特許請求の範囲の教示を受けて請求項に係る発明を実施しようとする当業者は、開示の実施形態へのその他の変形を理解し実現することができる。
【０１３３】
請求項において、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。単一のユニット又はその他のユニットが、請求項内で列挙された複数の品目の機能を果たしてもよい。１つ以上のユニット、特にそれらの機能は、１つ以上のコンピュータプログラム及び／又は専用ハードウェアによって実装され得る。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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
請求項中の如何なる参照符号もそ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】
2010515477.tif 000027
【図２】
2010515477.tif 000028
【図３】
2010515477.tif 000029
【図４】
2010515477.tif 000030
【図５】
2010515477.tif 000031
【図６】
2010515477.tif 000032
【図７】
2010515477.tif 000033
【図８】
2010515477.tif 000034
【図９】
2010515477.tif 000035
【図１０】
2010515477.tif 000036
【図１１】
2010515477.tif 000037
【国際調査報告】
2010515477.tif 000038
2010515477.tif 000039
2010515477.tif 000040