(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象（４０）の少なくとも１次元投影を用いて３次元ボリューム画像データセット（１３０，１７０）へ対象を画像再構成する方法であって、投影が少なくとも１つの検出器−線源システムによって対象（４０）に対して相対的に異なる位置および角度に関して発生可能であり、１つの範囲（１００ａ）内における少なくとも２つの投影が、３次元ボリューム画像データセットへ投影を逆投影するための基礎として、再構成ボリュームを形成する対象の画像再構成方法において、
完全にカバーされている範囲（１００ａ）に基づいて第１の再構成ボリュームが作成され、この第１の再構成ボリュームから第１の３次元ボリューム画像データセット（１３０）が作成され、引続いて第１の３次元ボリューム画像データセット（１３０）から仮想投影（１４０）が抽出されることによって、投影の少なくとも一部により完全にカバーされている範囲（１００ａ）に基づいて仮想投影（１４０）が作成され、
仮想投影（１４０）が、投影によって部分的にしかカバーされていない少なくとも１つの範囲（１００ｂ）の補充（１５０）のために使用される
ことを特徴とする対象の画像再構成方法。
【請求項２】
完全にカバーされている範囲（１００ａ）が初期範囲から出発して求められ、関連する投影の付加によって、完全にカバーされている最大範囲（１００ａ）が反復的に求められることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
仮想投影（１４０）が第１の３次元ボリューム画像データセット（１３０）から線積分として抽出されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
完全にカバーされている範囲（１００ａ）に基づいた第１の再構成ボリュームと、部分的にしかカバーされていない範囲（１００ｂ）に基づいた第２の再構成ボリュームとが、仮想投影（１４０）を補充されて結合されて、１つの総合再構成ボリューム（１６０）を形成し、引続いて総合再構成ボリューム（１６０）から３次元の総合ボリューム画像データセット（１７０）が逆投影されることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
第１の３次元ボリューム画像データセット（１３０）が第１の再構成ボリュームに基づいて逆投影され、第２の３次元ボリューム画像データセットが第２の再構成ボリュームに基づいて逆投影され、引続いて第１の３次元ボリューム画像データセット（１３０）と第２の３次元ボリューム画像データセットとが結合されて、１つの総合ボリューム画像データセット（１７０）を形成することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項６】
第１の検出器（３０ａ）を備えた第１の検出器−線源システム（２０ａ，３０ａ）と、第１の検出器（３０ａ）に比べて小さい検出器（３０ｂ）を備えた少なくとも１つの第２の検出器−線源システム（２０ｂ，３０ｂ）によって、投影が発生させられることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項７】
第１の検出器−線源システム（２０ａ，３０ａ）の投影が、完全にカバーされている範囲（１００ａ）の形成のために使用され、引続いてこれからの仮想投影（１４０）が、第２の検出器−線源システム（２０ｂ，３０ｂ）の投影の補充（１５０）のために使用されることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
３次元ボリューム画像データセット（１３０，１７０）への投影の逆投影（１３０）がフィルタ補正逆投影であることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
【請求項９】
検出器−線源システム（２０ａ，３０ａ）の基礎をなす撮像法が、Ｘ線断層撮影法であることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
撮像法が計算ユニット（５０）により制御されることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
３次元ボリューム画像データセット（１３０，１７０）から、３次元ボリューム画像データセット（１３０，１７０）を通る自由に選択可能な画像面に関する面画像（１８０）が抽出されることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の１つに記載の方法を実施するための少なくとも１つの検出器−線源システム（２０ａ，３０ａ）および計算ユニット（５０）を備えた装置。
【請求項１３】
自由にプログラム可能な論理装置（ＦＰＧＡ）またはアプリケーション固有のスイッチング回路（ＡＳＩＣ）が、仮想投影（１４０）の計算を行ない、かつ投影によって部分的にしかカバーされていない範囲（１００ｂ）を仮想投影（１４０）によって補充することを特徴とする請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
第１の検出器（３０ａ）を備えた第１の検出器−線源システム（２０ａ，３０ａ）と、第１の検出器（３０ａ）に比べて小さい検出器（３０ｂ）を備えた少なくとも１つの第２の検出器−線源システム（２０ｂ，３０ｂ）とが投影を発生することを特徴とする請求項１２又は１３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象の少なくとも１次元投影を用いて３次元ボリューム画像データセットへ対象を画像再構成する方法であって、投影が少なくとも１つの検出器−線源システムによって対象に対して相対的に異なる位置および角度に関して発生可能であり、１つの範囲内における少なくとも２つの投影が、３次元ボリューム画像データセットへ投影を逆投影するための基礎として、再構成ボリュームを形成する対象の画像再構成方法に関する。本発明は同様にその方法を実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医用撮像法は、たいてい検出器−線源システムによって作成される検査対象画像の多数の処理ステップを必要とする。この場合に、対象によって減弱された放射線の投影が異なる角度に関して撮影される。これらの投影から投影の交差範囲においていわゆる再構成ボリュームが導き出される。再構成ボリュームは対象の３次元ボリュームデータセットへの逆投影のための前提である。
【０００３】
医用撮像法の基礎は、投影撮影中の検出器−線源システムの方位に基づいて撮影された投影と検査対象を通るその都度の放射線の方位に依存した減弱とを１つの再構成ボリュームに統合し、引続いて画像として逆投影する画像投影および画像変換法にある。そのようにして求められ位置に依存する減弱値は、ボリュームデータセットへの逆投影のための基礎として用いられる。例えば患者の身体のような検査対象の投影の撮影のために、しばしば放射線源および対応配置されて対象を透視する放射線検出器が配置されている。透視すべき対象つまり対象の部分範囲によって、特徴的に、放射線源から出射した放射線が減弱される。対象に対する放射線源および放射線検出器の相対的な位置および距離に依存して、その都度、放射線検出器において減弱プロフィールの特徴的な投影が求められる。
【０００４】
いわゆるラドン変換により、各ビーム経過について、対象に対する相対的な検出された投影の既知の角度依存性に基づいて、その都度線積分が形成される。線積分は投影の範囲において再構成ボリュームを形成する。再構成ボリュームは、ひき続く３次元ボリュームデータセットへの逆投影のためのデータ基礎として用いられる。
【０００５】
ボリュームデータセットへの再構成ボリュームの逆投影は、しばしば、いわゆる逆ラドン変換により行なわれる。このために、しばしばフーリエスライス理論（英語：ｆｏｕｒｉｅｒ  ｓｌｉｃｅ  ｔｈｅｏｒｅｍ）またはフィルタ補正逆投影（英語：ｆｉｌｔｅｒｅｄ  ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）が使用される。フィルタ補正逆投影は、たいてい医用撮像システムにおいて、高い数値安定性のゆえに使用される。そのようにして作成されたこのボリュームデータセットから、引続いて、自由に選択可能な画像面に関して医用画像を抽出することができる。
【０００６】
更に、３次元画像データセットの完全なカバーのために、１つの範囲における少なくとも２つの投影の交差によってカバーされていないデータ点が、該範囲内において求められなければならない。
【０００７】
現在、該範囲内の不足データ点は、付加的な検出器の付加的な投影により最も大きい検出器の投影データに基づいて補間される。全ての放射線経過の該範囲の完全カバーの場合にのみ、減弱プロフィールの投影のフィルタ補正逆投影が可能である。更に、投影の種類、例えば平行投影またはファン状に広げられた投影が逆投影時に考慮されなければならない。
【０００８】
したがって、補間された再構成ボリュームを作成するためには、しばしば投影の撮影時に、短い時間内に検査対象の完全な影像を得るために、円軌道上を３６０°もしくは１８０°だけ回転する検出器−線源システムの特に高い速度が必要である。例えば肺または心臓の撮影のような患者の動く器官の撮影は、非常に短い時間間隔内において撮影されなければならない。なぜならば、さもなければ器官の動きが医用画像の質を低下させるからである。従来どおりの方法で、回転方向にずらされて取り付けられた複数の検出器−線源システムの使用によって、１回転中に投影が発生され、引続いて投影が画像投影・画像変換法によって組み合わされ、３次元ボリュームデータセットへ逆投影される。
【０００９】
投影の発生中に、普通の撮像システムにおいては、２つの検出器−線源システムが検査対象の周りを移動し、撮影中における両システムの相対位置は互いに同じままである。コストおよび場所の理由から第１の検出器−線源システムの主検出器よりも第２の検出器−線源システムおよび他の検出器を小さく設計することがしばしば普通であるので、両検出器−線源システムの全てのビームが透過する範囲は検査対象全体を捕捉していない。もしくは、そのように作成された該範囲は多検出器−線源システムの同寸法の検出器の場合よりも小さい。
【００１０】
この場合に厄介なことに次のことが結果として起こる。すなわち、再構成ボリュームのフィルタ補正逆投影の数学的条件は、再構成ボリュームのデータ点の全てが求められている場合にしか、全てのビーム経過の完全な重なりを可能にしない。特に、異なる検出器サイズを有する多検出器−線源システムの場合には、同じ検出器サイズを有する多検出器−線源システムに比べると、小さくされかつ投影によって部分的に不完全にしかカバーされない範囲の問題が生じる。
【００１１】
現在では、その問題は、投影が二重検出器−線源システムにより求められ、第１の検出器−線源システムが大きな検出器を有し、第２の検出器−線源システムが小さい検出器を有するようにして解決される。第１の検出器−線源システムの投影の考慮のもとに、付加的な検出器−線源システムの再構成ボリューム内のデータ点が、隣接する線積分の考察によって、投影によって部分的にしかカバーされていない範囲内において補間される。このように数学的に完全なものにされた再構成ボリュームは、ひき続いて完全に逆投影によりボリュームデータセットに逆投影される。部分的にしかカバーされていない範囲の十分にカバーされていないデータ点に対する測定データによる補償は、現在のところ存在しない。
【００１２】
引続いて、再構成ボリュームにおける画素もしくはそのようにして作成された医用画像のフィルタ処理および画像後処理が上述の撮像法の終了後に随意的に可能である。
【００１３】
トモシンセスの枠内において走査された対象の３次元画像の再構成方法ならびにトモシンセスのための装置は公知である（例えば、特許文献１参照）。適切な重み付け要素および最適なフィルタの考慮のもとでの再構成ボリュームのための２次元および３次元のフィルタ関数の選択によって、この公知の発明によれば、画質を改善することができ、かつボリュームデータセットの断層表示のために高周波の画像成分を実現することができる。
【００１４】
従来技術において知られている投影のための全ての再構成方法においては、再構成ボリュームの完全なカバーのために、データ点の数学的な補間が再構成ボリューム内における隣接する線積分に基づいて行なわれ、これらが逆投影時に、例えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）のボリューム画像データセットの画質の阻害をもたらし得るという不都合がある。
【特許文献１】独国特許出願公開第１９８４２９４４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の課題は、投影によって部分的にしかカバーされていない範囲の場合にも３次元ボリュームデータセットへの逆投影を可能にする撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この課題は請求項１による特徴によって解決される。本方法にしたがって、完全にカバーされている範囲に基づいて第１の再構成ボリュームが作成され、この第１の再構成ボリュームから第１の３次元ボリューム画像データセットが作成され、引続いて第１の３次元ボリューム画像データセットから仮想投影が抽出されることによって、投影の少なくとも一部によりカバーされた範囲に基づいて仮想投影が作成され、仮想投影が、投影によって部分的にしかカバーされていない少なくとも１つの範囲の補充のために使用される。
【００１７】
本発明において、完全にカバーされた範囲はその都度適用される数学的再構成法の枠内において再構成ボリュームを規定するのに適し、この再構成ボリュームから相応の３次元ボリュームデータセットを完全に逆投影することができる。
【００１８】
本発明による方法の利点は、再構成ボリュームの不足データ点が従来のように２つの既知のデータ点の間で補間されるのではなく、他の再構成ボリュームの既に求められたデータ点によって算出されることにある。仮想投影により、投影によって部分的にしかカバーされていない再構成ボリューム内のこれらの不足データ点が補充される。仮想投影は既に測定され補間されていないデータに基づくので、測定されたデータ点と補充されたデータ点との間の移行部において画像再構成時に発生するアーチファクトは、測定されたデータ点と補充されたデータ点との間の従来技術から知られている移行部に比べて少なくなる。
【００１９】
本発明による方法の有利な実施態様においては、完全にカバーされている範囲が初期（出発）範囲から出発して求められ、関連する投影の付加によって、完全にカバーされている最大に可能な範囲（最大範囲）が反復的に求められる。初期範囲の確定によって、完全にカバーされている範囲は常に本発明による方法を実施するための出発点として定められていることが保証されている。多数の検出器−線源システムの場合、回転軸線は、この回転軸線が中心ビーム（放射線源から検出器中心までの仮想線）、従って撮像システムのアイソセンタを通過するように配置されている。検出器−線源システムの回転軸線の交差範囲において投影の完全な重なりが常に生じるので、例えばこの範囲を初期範囲として定めることができる。この範囲に基づいて他の既に求められた投影が付け加えられ、反復的に、他の投影が基礎をなす該範囲を拡張しかつその拡張された該範囲が既に考察された投影によってもしくは他の投影によって完全にカバーされているか否かがチェックされる。投影により完全にカバーされている既に求められた範囲を超えて、完全にカバーされたより大きな投影範囲を求めるべきでない場合、投影により完全にカバーされている既に求められた範囲が第１の再構成ボリュームの形成のための基礎として使用される。
【００２０】
完全にカバーされている範囲に基づいて第１の再構成ボリュームが作成され、この第１の再構成ボリュームから第１の３次元ボリューム画像データセットが作成され、引続いて第１の３次元ボリューム画像データセットから仮想投影が抽出されると好ましい。
【００２１】
仮想投影が第１の３次元ボリューム画像データセットから線積分として抽出されると好ましい。第１の３次元ボリューム画像データセットは、３次元ボリューム画像データセットによって描出される撮影対象部分の「仮想投影撮影」のための基礎として使用され、仮想投影は第１の３次元ボリューム画像データセットから線積分として求められる。
【００２２】
有利な実施態様では、完全にカバーされている範囲に基づいた第１の再構成ボリュームと、投影により部分的にしかカバーされていない範囲に基づいた第２の再構成ボリュームとが、仮想投影を補充されて結合されて、１つの総合再構成ボリュームを形成し、引続いて総合再構成ボリュームから３次元の総合ボリューム画像データセットが逆投影される。個々の再構成ボリュームを結合して１つの総合ボリューム画像データセットを形成することによって、再構成ボリュームの１つが他の再構成ボリュームの完全な構成部分でない場合にも、より大きい３次元ボリュームデータセットへの逆投影が可能である。
【００２３】
代替として、第１の３次元ボリューム画像データセットが第１の再構成ボリュームに基づいて逆投影され、第２の３次元ボリューム画像データセットが仮想投影を補充された第２の再構成ボリュームに基づいて逆投影され、引続いて第１の３次元ボリューム画像データセットと第２の３次元ボリューム画像データセットとが結合されて１つの総合ボリューム画像データセットを形成することもよい。
【００２４】
本発明による方法の有利な実施態様では、第１の検出器を備えた第１の検出器−線源システムと、第１の検出器に比べて小さい検出器を備えた少なくとも１つの第２の検出器−線源システムとによって、投影が発生される。特に、例えば肺または心臓の撮像のような短い測定時間を有する画像化法の場合には、多検出器−線源システムの特に高い回転速度が必要である。これらの高い回転速度は、たいてい回転方向にずらされて取り付けられた多数の検出器−線源システムの使用によって達成される。したがって、本発明による方法は、特に異なる検出器サイズを有する既存の撮像システムにおいて利用することができる。
【００２５】
本発明による方法の有利な実施態様では、第１の検出器−線源システムの投影が、完全にカバーされている範囲の形成のために使用され、引続いてこれからの仮想投影が、第２の検出器−線源システムの投影の補充のために使用される。
【００２６】
３次元ボリューム画像データセットへの投影の逆投影はフィルタ補正逆投影であると好ましい。検出器−線源システムの基礎をなす撮像法が、Ｘ線断層撮影法、核スピン断層撮影法、特にポジトロンエミッション断層撮影法（ＰＥＴ法）のようなエミッション断層撮影法、光学式断層撮影法、量子断層撮影法またはインピーダンス断層撮影法であると好ましい。撮像法は計算ユニットにより制御されると好ましい。本発明による方法の有利な実施態様では、３次元ボリューム画像データセットから、３次元ボリューム画像データセットを通る自由に選択可能な画像平面に関する平面画像が抽出される。
【００２７】
本発明の課題は同様に請求項１３の特徴によって解決される。本発明による装置は、少なくとも１つの検出器−線源システムと、仮想投影の計算を行なう計算ユニット、特に自由にプログラム可能な論理回路（フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ、略称：ＦＰＧＡ）または特定用途のために設計・製造される集積回路（アプリケーション・スペシフィック・インテグレーティッド回路、略称：ＡＳＩＣ）とを有する。装置の有利な形態では、第１の検出器を備えた第１の検出器−線源システムと第１の検出器に比べて小さい検出器を備えた少なくとも１つの第２の検出器−線源システムとが投影を発生する。
【００２８】
本発明の他の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下において、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。ここでは模範的に、
図１は第１の再構成ボリュームと補充された第２の再構成ボリュームとの組み合わせを
有する本発明による方法のフローチャートを示し、
図２は第１の範囲と投影によって部分的にしかカバーされていない２つの他の範囲とを有する２つの検出器−線源システムを備えた撮像システムを示す。
【００３０】
図１には、第１の初期範囲１００ａと補充された第２の範囲１５０とを結合して１つの総合再構成ボリューム１６０を形成する本発明による方法のフローチャートを示す。初期（出発）範囲１００ａは、この範囲１００ａ内における投影の完全なカバーを保証する。質問１１０に基づいて、初期範囲１００ａは、図１にＰにて示された他の関連する投影だけ付加１２０によって拡張されるか、又は第１の３次元ボリューム画像データセット１３０への逆投影のための出発点として使用される。ひき続いて第１の３次元ボリュームデータセット１３０から仮想投影１４０が抽出され、仮想投影１４０は、投影により部分的にしかカバーされていない少なくとも１つの第２の範囲１００ｂの補充１５０のために使用される。その後、範囲１００ａ，１５０が統合されて１つの総合再構成ボリューム１６０を形成する。総合再構成ボリューム１６０に基づいて、フィルタ補正逆投影により３次元総合ボリューム画像データセット１７０が作成される。３次元総合ボリューム画像データセット１７０から、３次元総合ボリューム画像データセット１７０内の任意の画像面に関して医用画像１８０が抽出され、引続いて可視化される。
【００３１】
図２は、投影によって完全にカバーされた第１の範囲１００ａと、投影によって部分的にしかカバーされていない２つの他の範囲１００ｂ，１００ｃとを有する２つの検出器−線源システムを備えた本発明による撮像システム１０を示す。第１の検出器−線源システム２０ａ，３０ａおよび第２の検出器−線源システム２０ｂ，３０ｂは、対象４０、例えば患者の周りに、対象４０が少なくとも部分的にそれぞれの検出器−線源システム２０ａ，３０ａ；２０ｂ，３０ｂのアイソセンタ内に存在するように配置されている。第２の検出器−線源システム２０ｂ，３０ｂは第１の検出器３０ａに比べて小さな検出器３０ｂを有する。投影により完全にカバーされた範囲１００ａが中間画像の作成に用いられ、この中間画像から、その後、これまで完全にカバーされていなかった範囲１００ｂ，１００ｃの補充のために仮想投影１４０が抽出される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による方法のフローチャート
【図２】２つの検出器−線源システムを備えた撮像システムを示す概略図
【符号の説明】
【００３３】
２０ａ      第１の検出器−線源システムの線源
２０ｂ      第２の検出器−線源システムの線源
３０ａ      第１の検出器−線源システムの検出器
３０ｂ      第２の検出器−線源システムの検出器
４０        対象
１００ａ    投影により完全にカバーされている第１の初期範囲
１００ｂ    投影により部分的にしかカバーされていない第２の範囲
１００ｃ    投影により部分的にしかカバーされていない第２の範囲
１１０      質問
１２０      付加
１３０      第１の３次元ボリューム画像データセット
１４０      仮想投影
１５０      補充された第２の範囲
１６０      総合再構成ボリューム
１７０      ３次元総合ボリューム画像データセット
１８０      医用画像
【図１】
0005348855.tif 000002
【図２】
0005348855.tif 000003