(57)【要約】  本発明は、角度が限定されているデジタル乳房トモシンセシス（ＤＢＴ）に特に適用可能な較正プロセスに関する。本方法は、一連のＸ線投影照射画像を取得するステップと、各Ｘ線投影照射画像に対応する、投影配置構造の初期推定を形成するステップと、中間ＤＢＴ再構成を計算するステップと、較正結果に対応する各Ｘ線投影照射画像に対する投影配置構造の初期推定に適用される一連の剛体変換パラメータを確立するステップと、前記一連のＸ線投影照射画像と、前記投影配置構造の最後に較正された推定とを使用して、最終的なＤＢＴ再構成を計算するステップと、を含む。【選択図】図３
2022500144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル乳房トモシンセシス（ＤＢＴ）再構成のための自己較正プロセスであって、
Ｘ線源およびＸ線検出器を含むＸ線撮像手段を使用して、断層撮影角度にわたって複数の２次元Ｘ線投影画像を取得するステップと、
前記Ｘ線投影画像を取得する間の前記Ｘ線源および前記Ｘ線検出器の空間位置および向きを記述する、投影配置構造の初期推定を定義するステップと、
前記Ｘ線投影画像および前記投影配置構造の初期推定を使用して、中間ＤＢＴ再構成を計算するステップと、
前記Ｘ線投影画像、前記投影配置構造の初期推定、および中間ＤＢＴ再構成に基づいて、前記投影配置構造の初期推定のための、投影画像に固有な補正幾何学的変換を求めるステップと、
前記Ｘ線投影画像と、前記求められた補正幾何学変換に対応する前記投影配置構造の補正された推定とを使用して、最終的なＤＢＴ再構成を計算するステップと、
を含み、
前記Ｘ線投影画像は、限られた断層撮影角度にわたって取得された限られた数の２次元画像を含み、前記投影配置構造の初期推定のための前記補正幾何学的変換は、前記Ｘ線投影画像を取得する間の前記Ｘ線源および前記Ｘ線検出器の前記空間位置および向きに対応する、投影画像に固有な回転座標系において求められる、
ＤＢＴ再構成のための自己較正プロセス。
【請求項２】
前記投影画像に固有な回転座標系は、１本の軸を、前記Ｘ線源および前記Ｘ線検出器のピクセルアレイの中心に隣接する仮想Ｘ線に一致するように設定し、他の２本の垂直軸を、前記仮想Ｘ線に垂直な平面に対する前記Ｘ線検出器のピクセルアレイの軸の直交投影に一致するように設定することによって定義される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記投影画像に固有な回転座標系は、２本の垂直軸を、前記Ｘ線検出器のピクセルアレイに一致するように設定し、第３の垂直軸を、前記Ｘ線検出器のピクセルアレイの法線に一致するように設定することによって定義される、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記回転座標系における幾何学的変換を、前記投影配置構造の初期推定に適用することによって、再投影されたデジタル再構成Ｘ線写真の前記投影配置構造が得られる、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記補正幾何学的変換は、前記Ｘ線投影画像と、前記中間ＤＢＴ再構成の対応する再投影されたデジタル再構成Ｘ線写真との間の最大類似性を見つけることによって求められる、
請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
固定座標系における正味の変換が計算され、回転座標系において求められた前記補正幾何学的変換から差し引かれる、
請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記投影画像に固有な幾何学的変換を前記回転座標系から固定座標系にマッピングしてそれらの平均をとることによって、前記固定座標系における前記正味の変換が計算され、前記固定座標系から前記回転座標系にマッピングされた後、前記平均が前記幾何学的変換から差し引かれる、
請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記中間ＤＢＴ再構成を計算する前記ステップおよび前記補正幾何学的変換を求める前記ステップは、複数回繰り返され、各繰り返し後の補正された投影配置構造の推定が、次の繰り返しの投影配置構造の新たな初期推定の役割を果たし、最後の補正された投影配置構造の推定が、最後に適用された繰り返しの補正された投影配置構造の推定に対応する、
請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記限られた数の投影画像は、数十画像のオーダーである、
請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記限られた数の投影画像は、２０画像以下である、
請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記限られた数の投影画像は、１０画像以下である、
請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記限られた断層撮影角度は、約６０度以下である、
請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記限られた断層撮影角度は、約４０度以下、例えば、１５〜３０度である、
請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
計算装置において実行されたときに、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法を実行するように構成されているコンピュータプログラムコード、を備えたコンピュータプログラム。
【請求項１５】
コンピュータプログラムを実行するように構成されている少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータプログラムおよび関連データを記憶するように構成されている少なくとも１つのメモリと、
を備えた装置において、
前記装置が、医療用撮影装置に接続可能であり、かつ、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法を実行するように構成されている、
ことを特徴とする、前記装置。
【請求項１６】
医療用撮影装置と、
請求項１４に記載の装置と、を備え、
前記装置が、前記医療用撮影装置に接続されている、
医療用デジタル乳房トモシンセシス撮影装置。
【請求項１７】
デジタル乳房トモシンセシス（ＤＢＴ）自己較正プロセスのための方法であって、
一連のＸ線投影照射画像を取得するステップと、
各Ｘ線投影照射画像に対応する、投影配置構造の初期推定を形成するステップと、を含み、
中間ＤＢＴ再構成を計算するステップと、
較正結果に対応する各Ｘ線投影照射画像に対する投影配置構造の初期推定に適用される一連の剛体変換パラメータを確立するステップと、
前記一連のＸ線投影照射画像と、前記投影配置構造の最後に較正された推定とを使用して、最終的なＤＢＴ再構成を計算するステップと、
をさらに含むことを特徴とする、前記方法。
【請求項１８】
前記最終的なＤＢＴ再構成画像は、元のＸ線照射と、前記確立された一連の剛体変換パラメータに基づく精密な投影配置構造の推定とを使用して、計算される、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記確立された一連の剛体変換パラメータを適用することによって、前記投影配置構造の初期推定の、投影画像に固有な剛体変換を実行するステップ、をさらに含む、
請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記変換は、平行移動および回転を含む、
請求項１７〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
所与の投影画像に対して現在の投影配置構造の推定に適用される前記一連の剛体変換パラメータは、Ｘ線源および検出器の仮想運動に対応する投影配置構造の変更または精密化された形状をもたらす、
請求項１７〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記中間ＤＢＴ再構成のＤＲＲ画像は、前記対応する投影配置構造の初期推定に対する剛体変換の後に計算される、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
投影画像に固有な回転座標フレームにおいて前記剛体変換を実行するステップ、をさらに含む、
請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記計算されたＤＲＲ画像と前記対応する測定されたＸ線投影画像との類似性を測定するステップ、をさらに含む、
請求項２１〜２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記測定されたＸ線投影画像と前記計算されたＤＲＲ投影画像との間の類似性測度の極値を前記剛体変換パラメータの関数として見つけることによって、前記投影に固有な剛体変換パラメータを最適化するステップ、をさらに含む、
請求項２１〜２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
前記方法は、複数回繰り返され、前記変換パラメータは、次の反復において、その後のパラメータ最適化のための初期推定として使用される、
請求項１７〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
計算装置において実行されたときに、請求項１７〜２６のいずれかに記載の方法を実行するように構成されているコンピュータプログラムコード、を備えたコンピュータプログラム。
【請求項２８】
コンピュータプログラムを実行するように構成されている少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータプログラムおよび関連データを記憶するように構成されている少なくとも１つのメモリと、
を備えた装置において、
前記装置が、医療用撮影装置に接続可能であり、かつ、請求項１７〜２６のいずれかに記載の方法を実行するように構成されている、
ことを特徴とする、前記装置。
【請求項２９】
医療用撮影装置と、
請求項２８に記載の装置と、を備え、
前記装置が、前記医療用撮影装置に接続されている、
医療用デジタル乳房トモシンセシス撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角度が限定されているデジタル乳房トモシンセシスの分野における投影配置構造の自己較正および患者の動き補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の開示は、Ｘ線デジタル乳房トモシンセシスであって、限定された断層撮影角度から取得される複数のＸ線投影画像を使用して患者の解剖学的構造の断面画像を再構成する、Ｘ線デジタル乳房トモシンセシスに関する。限定された角度での断層撮影におけるＸ線投影画像を取得する所要時間は、一般には１０秒のオーダーであり、その間にＸ線管（Ｘ線源）およびＸ線センサ（Ｘ線検出器）が、限定された取得角度に対応する空間軌道を物理的に移動する。
【０００３】
撮影軌道は、十分な精度で既知であるべきであり、撮影される対象物は、再構成される画像が鮮明かつ解剖学的構造に忠実であるようにする目的で、Ｘ線投影画像を取得する間、十分に静止したままであるべきであり、なぜなら複数の投影画像測定値が、静止した対象物の相互に位置合わせされて統合されるビュー（co-registered integrated views）を表すものと想定されるためである。これにより、調べる解剖学的構造を表す減衰分布を再構成するために使用できる、幾何学的に整合性のある一連の測定値が得られる。これらの想定が守られないと、投影測定値が互いに不整合となる結果として、再構成された画像の精度が低下する。
【０００４】
最終的な画像の精度は、一般には、再構成プロセスにおいて行われる想定が、実際の物理的な画像取得プロセスにどれくらい正確に一致しているかによって決まる。取得された各Ｘ線画像に対応する、Ｘ線源およびＸ線検出器の推定される空間位置は、再構成プロセスにおけるＸ線経路の計算に影響する。撮影装置の固有な製造公差および動作公差ならびに潜在的な変形、ならびに患者が撮影装置に寄りかかることにより、達成される回転角および位置は、撮影軌道の想定される形状に従った理想的な値から逸脱する傾向にある。しかし、系統的な偏差は、特定の期間または動作サイクルの後に繰り返されるさまざまな較正方法を使用することによって、対処することができる。
【０００５】
一般的に言えば、幾何学的な不正確性の最も大きな原因は、Ｘ線投影画像の取得中に患者が潜在的に動くことである。デジタル乳房トモシンセシスでは、これは、撮影される解剖学的構造（乳房）が一般には撮影中に物理的に圧迫されることによって幾分軽減される。それでもなお、撮影される対象物がＸ線投影画像の取得中に動くと、Ｘ線測定値の実際の空間経路が相互に不整合になる。患者は動くべきではなく、動かないように必ず患者に指示されることは周知であるが、一般に患者は、Ｘ線投影を取得する間、完全に静止したままでいることができない。例えば、患者は、撮影装置の突然の動きまたは撮影装置が立てる音によって驚くことがある。
【０００６】
一般に、上述した不正確さは、実際のすべての測定値においてある程度存在する。最悪のケースのシナリオでは、投影画像測定値の、結果として生じる幾何学的不整合により、放射線技師が画像再構成の品質を検査した後にスキャンを繰り返す必要が生じることさえある。これは、Ｘ線画像の取得に関連付けられる放射線量（妥当な範囲内で可能な限り低く維持されることが目標とされる）のため望ましくない。
【０００７】
マンモグラフィは、乳癌のスクリーニングに広く用いられているＸ線撮影方法である。スクリーニング研究では、マンモグラフィの感度は９０〜９３％で、特異度は９０〜９７％であると報告されている。マンモグラフィは、５０歳以上の女性の乳癌死亡率を３５％低下させ、４０〜５０歳の女性の乳癌死亡率を２５〜３５％低下させると推定されている。
【０００８】
乳房に石灰化（つまり、組織内の小さなカルシウム沈着物）などのさまざまな異常がないかマンモグラフィの画像を調べる。一般に石灰化は触診では検出できないが、Ｘ線画像では見える。小さなカルシウム沈着物のクラスタ（つまり、いわゆる微小石灰化）は、乳房細胞活性の増加の徴候であり、これは、乳癌と関連している可能性がある。
【０００９】
従来のマンモグラフィでは、一般に、撮影する乳腺を２枚の圧迫板の間で圧迫し、少なくとも２回、上からおよび斜め方向から、放射線を照射する。必要に応じて、横から追加的に第３の画像を撮る。しかし、結果として得られる２次元Ｘ線写真では、強く減衰する組織が、Ｘ線源と検出器の間の同じ視線（line-of-sight）上にある他の構造を不明瞭にすることがある。このことが、マンモグラフィ検査においても、いくつかの角度からＸ線照射画像を取得することを必要とする、３次元断層撮影を適用することにつながっている。
【００１０】
マンモグラフィは、３次元トモシンセシス再構成プロセスを使用して実行することができる。この場合、乳房のいくつかの２次元Ｘ線投影画像を、異なる投影角度、例えば、縦軸から±１５度の範囲で取得し、得られた２次元Ｘ線投影画像に基づいて、周知のアルゴリズムを使用して断層撮影画像を再構成することができる。再構成を行うためには、Ｘ線源、検出器、および再構成に使用される画像グリッドの相対的位置を記述する、３次元の投影配置構造（projection geometry）の十分に正確な表現を利用可能であることが必要である。
【００１１】
議論したように、多数の２次元Ｘ線投影画像に基づいて、適切なアルゴリズムを使用して３次元画像を再構成することができる。このような撮影モダリティは、デジタル乳房トモシンセシス撮影（ＤＢＴ）として一般に知られている。ＤＢＴでは、狭く限定された断層撮影角度が使用され、比較的少ない数のＸ線投影画像が取得されるが、他方で、微小石灰化を検出するために高い面内空間分解能も必要とされる。
【００１２】
一般的な最新デジタルマンモグラフィ装置は、フレーム部と、このフレーム部に対して回転可能なＣアームまたは対応する構造物とを有する。Ｃアームは、一端にＸ線源を、他端に放射線検出器を収容する。撮影される乳房は、一般に、検出器の近くに配置され、Ｘ線照射取得の間中プレートの間で圧迫される。Ｘ線源は、一般に比較的重い部品であり、マンモグラフィ撮影装置の機械的設計に課題をもたらす。比較的大きな質量は、Ｘ線投影画像取得戦略に有利であり、この場合、Ｃアームは、自身の軌道を連続的に移動して、Ｃアームの加速および減速に起因する機械的振動と、ひどく長いＸ線照射時間との両方を回避する。しかし、これは、照射の動きぼけを回避するために、５０ミリ秒以下のオーダーの短い個々のＸ線照射時間を必要とし、次には、質量および関連する機械的課題をさらに増加させる十分に強力なＸ線源を使用することが必要となる。
【００１３】
臨床的に関連する構造の寸法が極めて小さいＤＢＴ撮影では、トモシンセシス再構成に使用される画像グリッドに対するＸ線源およびＸ線検出器の相対位置を表す３次元の撮影配置構造（imaging geometry）を十分に正確に表現することが重要である。すなわち、再構成の空間分解能は、再構成アルゴリズムの入力として使用される上記撮影配置構造の一貫性と精度に大きく依存する。これには、公称撮影軌道を正確に再現することができる高精度の機械的設計、または、好ましくは個々の画像取得毎に、撮影される視野に対するＸ線源および検出器の軌道の実際の再現形状を規定通りに測定または推測することを可能にする較正方法のいずれかが必要である。断続的に実行される配置構造較正手順に一般的に依拠するＣＢＣＴ撮影装置と比較して、ＤＢＴ撮影装置の平均して低い小売価格は、その可動部の実行可能な機械的精度に追加の制限をもたらし、このことは、前の較正手順に適合するように再現撮影配置構造に依拠するのではなく、再現撮影配置構造を連続的に測定または推測することに基づく解決策に有利に働く。特に、既存のデジタルマンモグラフィ撮影装置を改良して中核的な機械的設計を変更することなくＤＢＴ撮影を可能にする見通しは、臨床的および商業的な両方の関心事である。これは、撮影配置構造を、当該装置によって再現している最中に観察することができる必要性をさらに強調する。
【００１４】
幾何学的な不正確性の問題に対処するために、計算手法が開発されている。文献に報告されている手法においては、固定座標系における剛体幾何学的変換による、Ｘ線源およびＸ線検出器の仮想的な運動をモデルに適用しておき、投影画像を取得する間の剛体運動を補正する。医療断層撮影に関連する最近の手法においては、結果としての再構成の鮮明度を最大化することによって、このような幾何学的変換が最適化される。一般に、このような補正プロセスは反復的に実行される。
【００１５】
ＤＢＴ撮影においては、幾何学的不一致または患者の動きをモデル化して補正するのに固定座標系を適用することは理想的ではない、なぜなら、固有な幾何学的自由度が座標系によって分離されないためである。ＤＢＴ撮影装置においては、特に、Ｘ線ビームは発散してピラミッド状の円錐を形成する。結果として、Ｘ線源およびＸ線検出器の中心に隣接する仮想Ｘ線（isoray）に沿ったシフトは、拡大率に影響するのみであるのに対して、Ｘ線検出器のピクセルアレイに沿った面内のシフトは、投影画像内での撮影対象物の最大のシフトにつながる。さらに、適用される幾何学的補正の結果として生じる正味の変換（net transformation）を、結果としての補正されたＤＢＴ再構成および補正されないＤＢＴ再構成の剛体位置合わせ（rigid registration）の公知の手段によって抑制することは、特に幾何学的補正プロセス中に反復的に適用される場合、計算負荷が大きい。
【００１６】
ＤＢＴ撮影における高い幾何学的精度の要求により、これを確保するための専用手法が考案されている。そのうちの一例は、十分に放射線不透過性または放射線透過性であるランドマーク対象物をＤＢＴ撮影装置の視野に埋め込むことである。Ｘ線投影画像におけるランドマークの位置に基づいて、実現されたＸ線投影配置構造を推定し、この情報をＤＢＴ画像再構成プロセスに組み込むことができる。しかし、このような正確に埋め込まれたランドマークアセンブリの製造コストは著しく、Ｘ線投影画像におけるランドマークの可視性の要求は、適用可能な視野を制限し、結果として得られる配置構造表現は、Ｘ線投影画像取得中に患者の乳房は圧迫されてほとんど静止したままであるという事実にもかかわらず、例えば、不快感、呼吸、または心拍に起因する、撮影装置およびランドマークに対する患者の動きを全く考慮に入れることができない。
【発明の概要】
【００１７】
開示されているプロセスの一実施形態においては、Ｘ線源およびＸ線検出器の空間位置および向きに関連付けられる固有の回転座標系を利用するデータ駆動型アルゴリズムを使用して、測定されるＸ線投影画像に対応する実際の撮影配置構造（imaging geometry）の改善された推定を確立することができる。正味の変換を計算し、推定される補正幾何学的変換パラメータ（corrective geometric transformation parameters）から直接差し引くことによって、固定基準座標系における正味の変換が抑制される。結果として、患者に対するＸ線源およびＸ線検出器システムの相対的な位置、またはＸ線源およびＸ線検出器システムに対する患者の相対的な位置が、Ｘ線投影画像の内容に基づいて、過去にさかのぼって推定されて改善される。この補正プロセスの目的は、Ｘ線画像測定値の幾何学的整合性を改善することによって、結果としての画像の品質を改善し、これにより、画像の再構成の要件をより良好に満たすことである。この固有の座標系では、適用される幾何学的自由度を、補正プロセスおよび結果としての画像の品質の両方に対する幾何学的自由度の相対的な重要性に対応するように定義することが可能になる。
【００１８】
上記プロセスでは、画像の再構成のために通常必要であるデータ（つまり、一連のＸ線投影画像と、当該Ｘ線投影画像を取得する間のＸ線源およびＸ線検出器の空間位置に対応する投影配置構造の推定）を、その入力としてとることができる。対応する方法と同様に、最初に、推定される投影配置構造を使用して中間再構成を計算する。次に、アクセスされる各Ｘ線投影画像と、残りのＸ線投影画像との幾何学的対応を改善する補正幾何学的変換（corrective geometric transformation）を、画像を取得する間のＸ線源およびＸ線検出器の仮想的な運動に対応する変換によって確立する。特に、補正幾何学的変換を求めるために、投影画像に固有な回転座標系が適用される。この補正プロセス（投影配置構造の現在の推定を使用しての中間再構成の計算と、それに続く、補正変換の最適化を含む）は、複数回繰り返すことができる。補正幾何学的変換を確立した後、Ｘ線投影画像と、補正変換に対応する投影配置構造の最終的な推定とを使用して、最終的なＤＢＴ再構成を計算する。
【００１９】
他の実施形態では、本発明およびその好ましい実施形態の目的は、画像再構成手順と併用して各投影画像に対する撮影配置構造の再現形状を遡及的に求めることによって、デジタルマンモグラフィ装置によって撮影された個々の２次元Ｘ線投影画像からの３次元トモシンセシス再構成を可能にすることである。本発明は、ランドマークに基づく較正手順を用いることなく、撮影配置構造の正確な表現を得ることを可能にし、さらに、既存のデジタルマンモグラフィ装置を利用することを可能にする。既存のデジタルマンモグラフィ装置の機械的精度は、２次元マンモグラムの取得というその当初意図した用途に限定されており、所与のＸ線照射軌道を正確に再現することができず、また、それ自体ではＸ線源および検出器の位置を正確に測定することもできない。したがって、本発明の好ましい実施形態は、既存のデジタルマンモグラフィ装置のソフトウェアをアップグレードして３次元トモシンセシス撮影にも適用可能にすることを含む。
【００２０】
本発明では、最終的なＤＢＴ画像再構成プロセスの前に自己較正手順を適用する。この較正手順では、データ駆動型動き推定アルゴリズムを適用して、Ｘ線照射軌道の近似幾何学的形状を反映する投影配置構造の初期推定から出発して、取得したＸ線投影画像の間の相互幾何学的対応を確立する。本質的に、患者および再構成画像に対するＸ線源および検出器の位置は、Ｘ線投影画像データに基づいて遡及的に推定される。ＤＢＴ撮影ではＸ線投影画像の間の幾何学的な不正確性および不一致の主な原因がＸ線照射取得軌道の再現精度から生じることが予想されるが、本手法は、撮影される乳房が一般に撮影中に圧迫されているという事実にもかかわらず、起こり得る患者のあらゆる動きを補正することもできる。対象となる構造の小さい物理的寸法に関連する高精度の要件を考慮すると、これは、Ｘ線検出器に対するＸ線源の位置のみを獲得することができ、患者の位置は獲得することができない、ランドマークアセンブリに基づく較正手法に勝る明確な利点である。
【００２１】
自己較正手順は、一連のデジタルマンモグラフィＸ線投影照射画像を測定するステップと、当該画像を再構成ワークステーションに送信するステップと、各Ｘ線投影照射画像に対応する投影配置構造の初期推定を確立するステップと、中間ＤＢＴ再構成を計算するステップと、各Ｘ線投影照射画像に対して一連の剛体変換パラメータ（rigid transformation parameters）を反復的に確立して前記配置構造の初期推定を精密化するステップとを含む。剛体変換を適用することは、Ｘ線源および検出器を実際の観察されるＸ線投影画像コンテンツと一致させる、Ｘ線源および検出器の仮想運動に対応する。これは、測定データそれ自体を使用して撮影配置構造を適応的に求めることによって可能である。
【００２２】
自己較正手順は、好ましくは、反復的に実行され、各反復に先だって中間ＤＢＴ画像が再構成される。次いで、測定された各Ｘ線投影画像に対して、デジタル再構成Ｘ線写真（ＤＲＲ：digitally reconstructed radiograph）画像を、評価された各一連の剛体変換パラメータに対応するＤＢＴ再構成から計算する。変換パラメータの妥当性、つまり、特定のＸ線投影画像に対するＸ線源および検出器の仮想運動の妥当性は、計算されたＤＲＲ画像と物理的に測定されたＸ線投影画像との類似性を測定することによって確立される。そして、剛体変換パラメータの最適化は、測定されたＸ線投影画像と、対応する計算されたＤＲＲ投影画像との間の類似性測度の極値を、剛体変換パラメータの関数として見つけることに基づいている。本手順は、更新された中間ＤＢＴ再構成を計算するために次の反復で使用され、さらにはその後のパラメータ最適化のための初期推定として使用される、Ｘ線投影画像に固有な剛体変換パラメータを用いて何度も反復される。
【００２３】
本発明の開示された実施形態の恩恵には、投影配置構造の一貫性の向上が含まれ、この結果として、鮮明度、詳細レベル、およびコントラストの点でより高い画質が得られる。さらなる恩恵は、投影配置構造に関連する画質の低下に起因する再スキャンを潜在的に防止することによって、患者が受ける放射線量を低減することができることである。
【００２４】
マンモグラフィに関して、とりわけ、開示された自己較正プロセスは、既存のデジタルマンモグラフィ撮影装置をアップグレードして３次元トモシンセシス撮像を可能にしたい場合にうまく利用することができる。３次元トモシンセシスは、乳癌の早期発見の可能性を高め、トモシンセシスマンモグラフィ装置をより手頃な価格にすることができる。さらなる恩恵は、機械的な不正確さだけでなく、投影画像取得中の患者のわずかな動きさえも補正する可能性であり、これは、例えば、固定された較正用ランドマークアセンブリを使用する場合には達成することができない。
【００２５】
添付の図面は、開示されている患者の動き補正方法のさらなる理解を支援する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】１つの一般的なマンモグラフィ撮影装置の一例を示している。
【図２】一般的なトモシンセシス撮影の原理を示している。
【図３】患者の動き補正方法の一実施形態をフローチャートとして示している。
【図４】図３のステップ２０２を詳述するフローチャートを示している。
【図５】トモシンセシス撮影に関連して固定座標系および回転座標系を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
撮影配置構造の一般的な記述は、Ｘ線源の焦点の３次元位置と、Ｘ線検出器の中心の３次元位置と、Ｘ線検出器の向きを十分に一意に決定するための情報と、からなる。このような情報は、例えば、検出器のピクセルアレイの横軸および縦軸の方向を決定する、基準座標系における回転角から構成することができる。投影配置構造の記述は、一般には、撮影装置の物理的な測度の情報と、所与の撮影プログラムに対応する理想的な照射軌道の情報とに基づく。さらに、投影配置構造の十分な精度を確保するため、一般には較正プロセスが周期的に実行される。
【００２８】
再構成プロセスにおいて採用される基本的な想定は、Ｘ線投影画像を取得している間、撮影された解剖学的構造は十分に静止したままであったということである。この論理的根拠として、Ｘ線投影は、後から整合的に合成して対象物の構造を再構成することができる、静止した対象物の互いに位置合わせされた（co-registered）測定値、を表すべきである。投影配置構造における系統誤差は、周期的な較正プロセスによって補正することができ、これによって、想定される理想的なＸ線投影画像の取得軌道からの逸脱から生じる影響が排除される。
【００２９】
さらに困難な問題は、撮影中に患者が動くことから生じ、これはその性質上、予測不可能かつランダムである。この動きは、撮影の間、患者を支持することによってある程度防止されるが、ＤＢＴ撮影においてＸ線投影画像を取得する所要時間は比較的長く（１０秒のオーダー）、患者の動きを完全に排除することは実現不可能である。これに加えて、マンモグラフィ検査に定期的に参加している高齢患者は、撮影中に動かないままでいることはさらに難しい。
【００３０】
Ｘ線投影画像を取得する間に患者が大きく動いた場合、再構成された画像には、顕著な縞状アーチファクトまたは画像ぶれアーチファクトが生じ、これによって最悪の場合、意図した医療目的にその画像が役立たなくなることがある。スキャンを繰り返せば、より良好な結果が提供されうるが、その代償としてさらなる放射線量を受ける。
【００３１】
望ましくない動きの悪影響を補正するための開示されている過去にさかのぼる手法においては、最初に、２次元Ｘ線投影画像および推定される撮影配置構造を使用して中間再構成を計算する。中間再構成は、診断目的の再構成を作成するときに一般に使用されるよりも粗い解像度で計算すれば十分である。中間再構成は、すべてのＸ線投影画像からの情報を統合する役割を果たし、外観的には、測定された２次元Ｘ線投影画像の相互の幾何学的整合性を反映する再構成である。
【００３２】
投影画像に固有な配置構造の最適化は、物理的なＸ線投影画像と、デジタル再構成Ｘ線写真（ＤＲＲ）を形成する、中間再構成の対応する再投影されたデータとの類似性を測定することに基づく。この論理的根拠として、推定された投影配置構造が一貫しているときには、再構成された画像（定義により、順投影演算の意味において複数の投影画像によって伝えられる測定値を満たすことを試みる）の再投影は、測定データによく合致する。幾何学的に不整合な場合、中間再構成の再投影は、測定された投影から逸脱する。中間再構成は、すべての投影画像を統合する役割を果たすため、中間再構成の再投影は、すべての投影画像の和を反映し、測定されたＸ線投影画像と順投影された画像との最大類似性は、対応する再投影の配置構造（reprojection geometry）が中間再構成の平均の補正された投影配置構造（average correct projection geometry）に合致するときに、最大化されることを予測することができる。
【００３３】
一般的なＤＢＴ撮影装置においては、放出されたＸ線ビームは発散してピラミッド状の円錐を形成する。Ｘ線源およびＸ線検出器の中心に隣接する仮想Ｘ線に沿ったシフトは、拡大率に影響するのみであるのに対して、Ｘ線検出器の平面に沿ったシフトは、投影画像内での撮影対象物の最大のシフトにつながる。この観点から、開示されている手法では、画像を取得する間のＸ線源およびＸ線検出器の物理的位置に関連付けられる回転座標系を採用する。すなわち、１本の軸を、Ｘ線源からＸ線検出器のピクセルアレイの中心に向かう仮想Ｘ線に一致するように設定し、他の２本の垂直軸を、その仮想Ｘ線に垂直な平面に対するＸ線検出器のピクセルアレイの軸の直交投影に一致するように設定する。各投影画像について、投影配置構造の幾何学的変換をこれらの固有の軸に沿って制限することによって、幾何学的自由度を分離する（幾何学的精度の意味における幾何学的自由度の重要性が変化する）ことが可能である。
【００３４】
各Ｘ線投影画像に個別の幾何学的変換が行われるときには、結果としての平均の変換が、再構成された画像に対する正味の影響を受ける可能性がある。正味の影響自体は、例えば、補正されない解剖学的構造に対する、再構成された解剖学的構造の全体的な正味のシフトまたは回転として現れる。解剖学的構造の正味の変換は、再構成画像の適用性にマイナスに影響する可能性がある。したがって、正味の変換の補正方法も開示する。正味の変換は、変換される各投影画像に対応する変換を、回転座標系から固定座標系にマッピングすることによって推定することができる。例えば、各投影画像がその横軸に沿ってのみずれると想定することによって、投影に固有な回転座標系の既知の横軸に基づいて、固定座標系における対応するずれを計算することができ、平均値をとって、固定座標系における正味のずれを表すことができる。上述したマッピングの逆によって、正味の変換の逆元（inverse）を回転座標系に再びマッピングして、投影画像に固有な変換から差し引くことができる。結果として、固定座標系における正味の変換が排除される。
【００３５】
最適化プロセスにおいては、所与のＸ線投影画像の補正幾何学的変換の良好性が、変換された投影配置構造に対応する順投影された画像と元のＸ線投影画像との類似性によって測定される。再投影とＸ線投影との類似性は、例えば、画像の平均二乗差、相関係数、または勾配相関係数（gradient correlation coefficient）によって測定することができる。この場合、中間ＤＢＴ再構成が与えられたとき、（類似性の測度の意味において）各投影画像の最適な幾何学的変換は、順投影された画像とＸ線投影画像との間の類似性測度の極値を幾何学的変換のパラメータの関数として見つけることによって、求めることができる。
【００３６】
したがって、最適化プロセスは、Ｘ線投影配置構造の初期推定を使用して中間ＤＢＴ再構成を計算するステップと、測定されたＸ線投影画像のすべてまたはサブセットにアクセスするステップと、（アクセスされた各投影画像について）測定されたＸ線投影画像と中間ＤＢＴ再構成の対応する順投影との間の最大類似性を、回転座標系において実行される幾何学的変換のパラメータの関数として見つけることによって、投影画像に固有な補正変換を確立するステップと、固定基準座標系における正味の変換を推定して、対応する変換を回転座標系における変換パラメータから差し引くステップと、十分な補正結果が得られたと推測されるときに最終的なＤＢＴ再構成を計算するステップと、を含む。
【００３７】
図１は、デジタルマンモグラフィ装置の一般的な構成を示す。図１のマンモグラフィ装置（１）は、フレーム部（１０）と、このフレーム部に取り付けられたＣアーム（１１）（より一般的にはアーム構造体（１１））とからなる。Ｃアーム（１１）の上部には、そのカバーの内側に、Ｘ線放射源（１２）が配置されている。このＸ線放射源は、マンモグラフィ装置の上側の圧迫プレート（１４）（本装置にこのような上側の圧迫プレートが取り付けられている場合）を通過して検出器ハウジング（１３）内にあるＸ線検出器（１８）に向かうＸ線ビームを生成するように構成されている。検出器ハウジング（１３）または対応する構造体は、一般的には、グリッド構造体（１７）を組み込んで撮影対象物によって散乱された放射線を吸収することができる下側のトレイ構造体（１５）の内側に配置される。下側のトレイ構造体（１５）は、本装置の固定構造体であってもよいし、取り外し可能であってもよい。下側の下部トレイ構造（１５）の上面は、一般に、乳房が撮影のために位置決めされる台として機能するため、この構造体は、しばしば、下側の圧迫プレートとも呼ばれる。図１による解決策では、下側のトレイ構造体（１５）をマンモグラフィ装置（１）に取り外し可能に連結可能とするために、下側のトレイ構造体に連結手段（１６）が設けられている。
【００３８】
一般的な現代のデジタルマンモグラフィ装置は、Ｃアーム（１１）を垂直方向に移動させるとともに一般にＣアーム（１１）と本装置のフレーム（１０）を連結する水平軸である軸の周りに回転させることができるように電動化されている。Ｃアーム（１１）は、２つの部分によって実現することができ、それによって、本装置の基本的な構造は、ほぼ垂直に立っているフレーム部（１０）または、例えば、壁または天井に固定されているフレーム部（１０）のいずれかと、このフレーム部と連結して水平回転軸に対して回転可能に配置されたアーム構造体（１１）とを含むことができ、このアーム構造体（１１）の両端のうち、実質的に第１の端部には、焦点を有する放射線源（１２）が配置され、第２の端部には、画像データ受信手段（１８）が配置されている。アーム構造体（１１）は、水平回転軸に対して第１の端部および／または第２の端部が独立して回転可能になるように実現することができる。本装置は、情報記録手段と、撮影に関連する情報を処理する、とりわけ、画像情報を処理する、手段とを含む、制御手段をさらに含むことができる。
【００３９】
図２は、乳房の個々のＸ線照射画像が、異なる投影角度、例えば、縦軸から約±１５度の角度で撮影される、一般的なトモシンセシス撮影の原理を示している。図２は、撮像中の乳房に対する放射線源（１２）の位置のみが変えられている構成を示している。しかし、乳房を所定の位置に保持したまま検出器（１８）が撮影中の乳房の反対側にある放射線源（１２）の動きに追従するようにＣアーム（１１）が全体として回転する構成も知られている。提示する自己較正方法は、いずれの構成にも適用可能である。
【００４０】
図３は、例えば、図１の撮影装置によって取得される画像を処理するために使用することができる、患者の動き補正のための本発明の一実施形態のステップを説明している。本方法は、Ｘ線源１０５およびＸ線検出器１０９の位置に関連付けられる回転座標系における最初に推定される投影配置構造に対する補正幾何学的変換を見つけることに基づく。
【００４１】
図３の方法のステップ２００においては、測定されたＸ線投影画像と、取得プロセスに対応する投影配置構造の初期推定とを含む入力データを得る。投影配置構造は、Ｘ線検出器１０９の推定される向きを決める。投影配置構造の形状は、一般には、例えば放射線不透過性マーカを有する公知の基準ファントムを利用する配置構造較正手順に基づく。
【００４２】
ステップ２０１においては、ステップ２００において得られた入力データを使用して、投影最適化法を目的として中間再構成を計算する。入力データのダウンサンプリングされたバージョンを使用することが可能である、なぜなら、一般には、診断目的用に意図された画像と同じ高い空間解像度を適用する必要がないためである。中間再構成とは、ステップ２００における測定プロセス中に取得されたすべての利用可能な物理的情報および幾何学的情報を統合することと理解される。幾何学的に不整合の場合、そのことは、例えば再構成された細部のぼやけにより、中間再構成によって反映される。
【００４３】
ステップ２０２においては、回転座標系において、投影画像の補正幾何学的変換を確立する。この幾何学的変換の目的は、投影配置構造の初期推定における固有の幾何学的不整合を補正することである。ステップ２０２の詳細は、後から図４を参照しながら説明するが、より一般的には、最適な幾何学的変換を見つけることによって、補正幾何学的変換を求める。変換の良好性は、変換に類似性値を割り当てることによって定義される。類似性値は、中間画像再構成の再投影されたデジタル再構成Ｘ線写真（ＤＲＲ）を、対応する測定されたＸ線投影画像と比較することによって、計算される（適用された投影配置構造が、評価される幾何学的変換に対応する）。より高い類似性値が、より良好な補正幾何学的変換を示すとみなされる。幾何学的変換に回転座標系を適用することによって、幾何学的自由度を、円錐形状の投影配置構造における問題に対する幾何学的自由度の重要性に従って分離することが可能である。
【００４４】
ステップ２０３においては、固定座標系における正味幾何学的変換を差し引く。固定座標系は、一般には、撮影装置の静的な構成要素に関して定義される。正味幾何学的変換は、ステップ２０２において確立された幾何学的変換を、回転座標系から固定座標系に線形変換することによって、計算される。線形変換は、回転座標系および固定座標系の既知の座標軸に基づいて容易に得られる。正味の変換が確立された後、その逆元を固定座標系から回転座標系に線形変換する。この場合、正味の変換の逆元は、回転座標系における各投影画像の一連の幾何学的変換パラメータに対応する。ステップ２０２において確立された幾何学的パラメータ値にこれらの値を加えると、固定座標系において正味の変換が相殺される。
【００４５】
ステップ２０４においては、ステップ２０３から得られた変換パラメータ値を投影配置構造の初期推定に適用して、補正された投影配置構造の推定を得る。特に、ステップ２０４に進む前に、ステップ２０１〜２０３を反復的に複数回繰り返すことができる。
【００４６】
ステップ２０５においては、補正された投影配置構造の推定を使用して、最終的なＤＢＴ再構成を計算する。最終的なＤＢＴ再構成は、通常の方法で計算されるが、例外としてステップ２０１〜２０４が適用されなかった場合、ステップ２０１〜２０４において得られる補正された投影配置構造の推定の代りに、投影配置構造の初期推定が使用される。
【００４７】
図４は、図３によるステップ２０２の詳細を一例として説明している。ステップ３００においては、評価される幾何学的変換を、回転座標系における投影画像の初期配置構造に適用する。この場合も、座標系は、考慮される投影画像を物理的に取得する間のＸ線源およびＸ線検出器の空間位置および向きに一致するように定義される。回転基準系において変換を適用するステップは、固定座標系（撮影配置構造は一般にこの座標系で定義される）から回転座標系（変換はこの座標系で実行される）への線形マッピングと、それに続く、回転座標系から固定座標系への逆線形マッピングを含む。達成される効果の簡単な例として、Ｘ線検出器の横軸に対応する軸（つまり、仮想Ｘ線に垂直な平面に対するＸ線検出器の横軸の投影）に沿った平行移動を適用する場合、投影画像の初期投影配置構造が回転座標系にマッピングされ、回転座標系のこの軸に沿って所与の量（Ｘ線源およびＸ線検出器の仮想的な運動に対応する）だけ平行移動され、次いで固定座標系に再びマッピングされる。変換された投影配置構造は、固定座標系で表され、得られた変換後の投影配置構造が、次のステップ３０１の入力として使用される。
【００４８】
ステップ３０１においては、ステップ２０１において計算された中間ＤＢＴ再構成の、再投影されたＤＲＲ画像を、ステップ３００において得られた変換後の投影配置構造を使用して計算する。ＤＲＲ画像の計算は、Ｓｉｄｄｏｎレイキャスティング法（Siddon raycasting method）などの標準的なアルゴリズムを使用して実行することができる。一般的な再投影アルゴリズムにおいては、アルゴリズムの入力は、Ｘ線表現の端点と、ＤＲＲ画像が計算される元画像（同じ座標系で表された元画像の空間位置および向きの情報を含む）からなる。説明した設定においては、この座標系は固定座標系に相当する。ステップ３００において適用される幾何学的変換の効果は、中間再構成を通る仮想的な各Ｘ線経路の端点を変化させることであり、これにより、幾何学的変換の効果が、得られるＤＲＲ画像に伝搬する。
【００４９】
ステップ３０２においては、ステップ３０１において得られたＤＲＲ画像と、ステップ２００において取得されたＸ線投影画像との間の類似性を評価する。類似性は、画像の平均二乗差または画像の相関など確立されている手法を使用する、画像の点ごとの比較に基づく。類似性を評価するために使用される具体的な測度は、説明されている方法において重要ではない。得られた類似性値は、ステップ３００への入力として与えられる幾何学的パラメータに割り当てられる。より高い類似性は、より適切な幾何学的変換パラメータを示すとみなされる。
【００５０】
ステップ３０３においては、ステップ３００〜３０２を適用することによって得られる最も高い類似性値に対応するパラメータを見つけることによって、最適な幾何学的変換パラメータを確立する。一般的な設定においては、最適な幾何学的変換パラメータを確立するために、ステップ３００〜３０２が、周知のＮｅｌｄｅｒ−Ｍｅａｄシンプレックスアルゴリズム（Nelder-Mead simplex algorithm）などの適切な最小化アルゴリズムによって、反復的に評価される。これらのパラメータは、ステップ２０１〜２０３の反復によって潜在的に変更されるまで、格納されて特定の投影画像に割り当てられる。
【００５１】
図５は、ステップ２０２において適用される回転座標系を示している。ＤＢＴ撮影装置において、図１に示すようなアーム構造体（１１）は、一般に、Ｘ線源（１２）およびＸ線検出器（１８）を支持している。ＤＢＴ撮影においては、特に、Ｘ線ビームは発散してピラミッド状の円錐を形成する。Ｘ線源（１２）およびＸ線検出器（１８）の中心に隣接する仮想Ｘ線に沿ったシフトは、拡大率に影響するのみであるのに対して、Ｘ線検出器のピクセルアレイの軸に対応するシフトは、投影画像内での撮影対象物の最大のシフトにつながる。この観点から、開示されている手法では、画像を取得する間のＸ線源の物理的な位置および向きに関連付けられる回転ｕｖｗ座標系を採用する。各投影画像について、投影配置構造の幾何学的変換をこれらの固有な軸に沿って制限することによって、幾何学的自由度を分離する（幾何学的精度の意味におけるその重要性が変化する）ことが可能である。固定座標系（正味の変換はこの座標系で計算される）は、ｘｙｚ座標系によって表してある。
【００５２】
座標系のｕ軸を、Ｘ線源（１２）からＸ線検出器（１８）の中心に向かう仮想Ｘ線と一致するように設定し、ｖ軸を、仮想Ｘ線に垂直な平面に対するＸ線検出器（１８）のピクセルアレイの横軸の平面投影に一致するように設定すると、これらの自由度は、例えば、剛体変換の場合、１．仮想Ｘ線（ｕ軸）に沿った縦方向のシフト、２．Ｘ線検出器のピクセルアレイの投影された横軸（ｖ軸）に沿った横方向のシフト、３．Ｘ線検出器のピクセルアレイの投影された縦軸（ｗ軸）に沿った垂直方向のシフト、４．ｕ軸の周りの回転（ロール角）、５．ｖ軸の周りの回転（ピッチ角）、６．ｗ軸の周りの回転（ヨー角）、である。
【００５３】
開示されている患者の動き補正方法の結果として、Ｘ線投影画像およびこれに対応してＤＢＴ再構成画像の物理的な取得に対応する投影配置構造の推定が改善され、幾何学的不整合の影響が減少する。
【００５４】
本発明の好ましい実施形態は、マンモグラフィ撮影装置（１）を含むトモシンセシス用のマンモグラフィ撮影装置を含んでおり、マンモグラフィ撮影装置（１）は、ほぼ垂直に立っているフレーム部（１０）、または、壁もしくは天井に固定することができるフレーム部（１０）のいずれかと、このフレーム部（１０）と連結して水平回転軸に対して回転可能なアーム構造体（１１）とを含み、このアーム構造体（１１）の両端のうち、実質的に第１の端部には、焦点を有するＸ線源（１２）が配置され、実質的に第２の端部には、画像データ受信手段（１８）が配置されている。アーム構造体（１１）の前記第２の端部と連結して、実質的に画像データ受信手段（１８）の上に位置する下側のトレイ構造体（１５）がさらに配置されている。また、本装置は、アーム構造体（１１）の少なくとも１つの構成要素を移動させるための、また、画像データ受信手段（１８）の動作を制御するための制御手段、ならびに情報記録手段および情報を処理する手段を含む処理手段も含んでいる。
【００５５】
トモシンセシス撮像プロセスは、撮影のために患者を位置決めすることから始めることができる。これは、上記装置に関連して、乳房を下側のトレイ構成体（１５）の上に置き、恐らく上側の圧迫プレート（１４）によって圧迫して動かないようにすることを意味する。本装置のアーム構造体（１１）、または放射線源（１２）を含むアーム構造体の一部が、まだ撮影プロセスの最初の投影角度に駆動されていない場合には、そこに駆動され、その後、本装置は、最初の照射の準備が整うことになる。照射に関連して検出器（１８）によって検出された画像情報は、読み取って記録され、撮影は、小さな投影角度間隔、例えば、２度の投影角度間隔で繰り返される。
【００５６】
Ｘ線照射に対応する測定された生データは、一般に入射Ｘ線照射の強度または比例測度を表す。周知の対数マッピングを測定された生画像に適用して、撮影された乳房の全Ｘ線減衰分布の空間ペンシル積分におおよそ比例するＸ線投影画像に至る。測定されたＸ線照射画像の前処理を、撮影装置または画像処理ワークステーションで実行するように構成してもよい。
【００５７】
前処理されたＸ線投影画像を取得し、画像処理ワークステーションまたはこれに相当するものに送信した後、各Ｘ線照射に対する撮影配置構造を求める反復手順を実行する。Ｘ線検出器が固定されている場合、撮影配置構造は、検出器に対するＸ線源の３次元位置によって求められる。検出器がＸ線照射取得の過程でわずかに動く場合、撮影配置構造を決めるためには検出器の位置も必要である。また、これは、患者のいかなる動きをも補正するためにも必要であり、以下で想定されている。したがって、投影配置構造の記述は、Ｘ線源（焦点）ならびに検出器の位置および検出器の姿勢を含んでいる。Ｘ線源の位置は、３次元基準座標系における点として表される。
【００５８】
反復手順においては、各Ｘ線投影画像の照射に対応するＸ線照射源（１２）および検出器（１８）の３次元位置を推定する。この推定は、その位置のあらかじめ定められた推定を初期推定として使用し、その後、各測定Ｘ線投影画像と他のすべての測定Ｘ線投影画像との間の幾何学的対応を最大化する精密な推定をもたらす補正剛体変換を最適化することによって行われる。デジタルマンモグラフィ装置の制限された機械的および位置的精度に関連する上記側面のために、Ｘ線源の位置の最初の推定は、実際には常に非理想的であることが理解される。
【００５９】
各Ｘ線投影画像と他のすべてのＸ線投影画像との幾何学的対応を、適切な前方投影アルゴリズムを使用して中間ＤＢＴ画像再構成から計算した対応するデジタル再構成Ｘ線写真（ＤＲＲ）と比較することによって測定する。ＤＢＴ再構成は、周知の反復ＳＩＲＴアルゴリズムなどの適切なアルゴリズムを使用して計算することができる。投影配置構造が正確に既知であり、且つ、理想的な画像再構成を、理想的な投影画像測定値から、例えば、画素サイズならびにＸ線の伝播および検出用の物理的モデルに関して、無限の精度で、計算することができるであろう理想的な状況において、計算されるＤＲＲ画像は、測定されたＸ線投影画像と完全に等しいことが理解される。さらに、中間ＤＢＴ再構成は、各Ｘ線投影画像からのすべての利用可能な構造的および幾何学的情報を本質的に含んでいると理解される。このような推論（reasoning）に基づいて、反復手法を採用して、測定したＸ線投影画像と中間トモシンセシス再構成の計算したＤＲＲ投影画像との間の対応を最大化する撮影配置構造を徐々に推定する。中間ＤＢＴ再構成は、一般には、医学的診断に使用される一般的なＤＢＴ画像再構成の場合よりも粗いサンプリングで計算される。これは、自己較正プロセスで使用される動き補正アルゴリズムの計算効率を高めるためである。
【００６０】
各Ｘ線投影画像に対する投影配置構造の記述の剛体変換パラメータを、投影配置構造の初期記述を変更しないままにする恒等変換に初期化する。各反復に対して、また、各Ｘ線投影画像に対して、測定された投影画像と中間ＤＢＴ再構成の対応する計算されたＤＲＲ投影画像との間の幾何学的対応を最大化する、更新剛体変換パラメータを確立する。その後、対応レベル、次には各剛体変換候補の適切性を、測定されたＸ線投影画像および計算されたＤＲＲ投影画像から計算された類似性測度によって測定する。
【００６１】
要約すると、ステップ３００〜３０４は、これらのステップからなる個々の反復を有する自己較正手順における投影固有の剛体変換パラメータの反復最適化を記述する。各反復は、測定されたＸ線投影画像と、撮影配置構造の初期推定および撮影配置構造の変更形状を一意に決定する投影固有の剛体変換パラメータによって与えられる撮影配置構造の現在推定とを使用して、中間ＤＢＴ再構成を計算することから始まる（ステップ３００）。最初の反復においては、変換パラメータを、恒等変換、つまり、ゼロ平行移動またはゼロ回転に設定する。
【００６２】
各反復における各Ｘ線画像の投影配置構造の剛体変換パラメータに対する新しい候補値の妥当性は、まず、現在の中間ＤＢＴ再構成の対応するＤＲＲ投影画像を計算することによって評価される。ＤＲＲ投影画像の計算は、現在の投影画像の投影配置構造の初期推定に候補剛体変換パラメータを適用することから始まる（ステップ３０１）。剛体変換をＸ線源および検出器の位置に適用し、その後、これらの位置を使用してＤＲＲ投影画像を計算する。
【００６３】
現在のＸ線投影画像の投影配置構造に候補剛体変換が適用された状態で、現在の中間ＤＢＴ再構成のＤＲＲ画像を、適切な前方投影アルゴリズムを使用して計算する（ステップ３０２）。得られるＤＲＲ画像は、ＤＢＴ再構成と、剛体変換パラメータを投影配置構造の元の初期推定に適用することによって得られる投影配置構造とによって一意に決定される。
【００６４】
剛体変換パラメータの候補値の妥当性は、測定されたＸ線投影画像と、前記変換パラメータを適用して得られた投影配置構造を使用して計算されたＤＲＲ投影画像との類似性を評価することによって推定される（ステップ３０３）。類似性は、適切な画像類似性測度（例えば、画像相互相関、勾配相関、相互情報、または画像差のエントロピー）を計算することによって評価される。測定されたＸ線投影画像と計算されたＤＲＲ画像との間のより高い類似性は、上記の考察により、より適切な剛体変換パラメータを示すとみなされる。
【００６５】
剛体変換パラメータの最適化は、測定されたＸ線投影画像と計算されたＤＲＲ投影画像との間の適用された類似性測度の極値を剛体変換パラメータの関数として見つけることによって実行される（ステップ３０４）。この最適化は、所定の条件が満たされるまで、ステップ３０１〜３０３を繰り返すことによって実行される。所定の条件は、例えば、反復回数、または投影固有の変換パラメータの全体的な変化であってもよい。見つけた投影類似性の極値に対応する最適な剛体変換パラメータを見つけた後には、この変換パラメータを記憶して、ステップ３００から再度始まる次の反復で使用する。十分な反復回数は、一般に、補正手順の精度の所望レベルおよび初期推定の精度に依存する。反復プロセスが、投影配置構造の推定がその後の反復の間でもはや大きく変化することはない点に収束したと予想されると、計算を終了することができる。
【００６６】
動き補正に基づく自己較正プロセスの唯一の結果は、投影配置構造の初期推定に適用されて、Ｘ線投影配置構造の最適化された推定をもたらす、一連の投影画像固有の剛体変換パラメータである。最適化された投影配置構造の推定は、投影配置構造の初期推定に取って代わって、医療目的で使用される患者を表す最終的なＤＢＴ再構成画像を計算するための入力として使用される。
【００６７】
マンモグラフィにおけるトモシンセシスに関連して、本発明は、限られた数の投影画像を用いて、限られた断層撮影角度を用いて使用することができる。投影画像の数は、２０画像以下、さらには１０画像以下など、たった数十画像のオーダーであることができる。断層撮影角度は、約６０度以下、さらには、１５〜３０度など、４０度以下であることができる。
【００６８】
上記の方法は、計算装置で実行されるコンピュータソフトウェアとして実施することができる。ソフトウェアが計算装置で実行される場合、それは、上記の発明方法を実行するように構成されている。ソフトウェアは、計算装置に提供することができるように、コンピュータ可読媒体に実施される。
【００６９】
開示した方法は、計算装置で実行されるコンピュータソフトウェアとして実施することができる。ソフトウェアは、計算装置に提供することができるように、コンピュータ可読媒体に実施される。
【００７０】
上述したように、例示的な実施形態の構成要素は、本発明の実施形態の教示内容に従ってプログラムされた命令を保持するため、ならびに、本明細書に記載されているデータ構造、テーブル、レコード、および／または他のデータを保持するために、コンピュータ可読媒体またはメモリを含むことができる。コンピュータ可読媒体は、実行できるように命令をプロセッサに提供することに関与する任意の適切な媒体を含むことができる。コンピュータ可読媒体の一般的な形態としては、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の適切な磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ±Ｒ、ＣＤ±ＲＷ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ±ＲＷ、ＤＶＤ±Ｒ、ＨＤ  ＤＶＤ、ＨＤ  ＤＶＤ−Ｒ、ＨＤ  ＤＶＤ−ＲＷ、ＨＤ  ＤＶＤ−ＲＡＭ、ブルーレイディスク、任意の他の適切な光媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ、任意の他の適切なメモリチップまたはカートリッジ、搬送波、またはコンピュータが読み取ることのできる任意の他の適切な媒体、が挙げられる。
【００７１】
要約すると、本発明の実施形態は、デジタル乳房トモシンセシス（ＤＢＴ）再構成のための自己較正プロセスであって、
Ｘ線源およびＸ線検出器を含むＸ線撮像手段を使用して、撮影される患者の、限られた断層撮影角度にわたる限られた数の２次元画像を含む一連のＸ線投影画像を取得するステップと、
前記Ｘ線投影画像を取得する間の前記Ｘ線源および前記Ｘ線検出器の空間位置および向きを記述する、投影配置構造の初期推定を定義するステップと、
前記Ｘ線投影画像および前記投影配置構造の初期推定を使用して、中間ＤＢＴ再構成を計算するステップと、
前記Ｘ線投影画像、前記投影配置構造の初期推定、および中間ＤＢＴ再構成に基づいて、前記投影配置構造の初期推定のための、投影画像に固有な補正幾何学的変換を求めるステップと、
前記Ｘ線投影画像と、前記求められた補正幾何学変換に対応する前記投影配置構造の補正された推定とを使用して、最終的なＤＢＴ再構成を計算するステップであって、前記投影配置構造の初期推定のための前記補正幾何学的変換が、前記Ｘ線投影画像を取得する間の前記Ｘ線源および前記Ｘ線検出器の前記空間位置および向きに対応する、投影画像に固有な回転座標系において求められる、ステップと、
を含む。
【００７２】
前記投影画像に固有な回転座標系は、１本の軸を、前記Ｘ線源から前記Ｘ線検出器のピクセルアレイの中心に向かう仮想Ｘ線に一致するように設定し、他の２本の垂直軸を、前記仮想Ｘ線に垂直な平面に対する前記Ｘ線検出器のピクセルアレイの軸の直交投影に一致するように設定することによって定義することができる。
【００７３】
前記投影画像に固有な回転座標系を定義する別の可能性は、２本の垂直軸を、前記Ｘ線検出器のピクセルアレイに一致するように設定し、第３の垂直軸を、前記Ｘ線検出器のピクセルアレイの法線に一致するように設定することである。
【００７４】
一実施形態によれば、前記投影画像に固有な回転座標系は、２本の垂直軸を、前記仮想Ｘ線に垂直な平面に対する前記Ｘ線検出器のエッジの直交幾何学的投影に一致するように設定し、第３の軸を、前記仮想Ｘ線に一致するように設定することによって定義することができる。
【００７５】
一実施形態によれば、前記投影画像に固有な回転座標系は、２本の垂直軸を、前記Ｘ線検出器のエッジに一致するように設定し、第３の軸を、前記Ｘ線検出器の法線に一致するように設定することによって定義することができる。
【００７６】
前記回転座標系における幾何学的変換を、前記投影配置構造の初期推定に適用することによって、再投影されたデジタル再構成Ｘ線写真の前記投影配置構造が得られる。
【００７７】
前記Ｘ線投影画像と、前記中間ＤＢＴ再構成の対応する再投影されたデジタル再構成Ｘ線写真との間の最大類似性を見つけることによって、前記補正幾何学的変換が求められる。
【００７８】
固定座標系における正味の変換が計算され、回転座標系において求められた前記補正幾何学的変換から差し引かれる。
【００７９】
前記投影画像に固有な幾何学的変換を前記回転座標系から固定座標系にマッピングしてそれらの平均をとることによって、前記固定座標系における前記正味の変換が計算され、前記固定座標系から前記回転座標系にマッピングされた後、前記平均が前記幾何学的変換から差し引かれる。
【００８０】
前記中間ＤＢＴ再構成を計算する前記ステップおよび前記補正幾何学的変換を求める前記ステップは、複数回繰り返され、各繰り返し後の補正された投影配置構造の推定が、次の繰り返しの投影配置構造の新たな初期推定の役割を果たし、最後の補正された投影配置構造の推定が、最後に適用された繰り返しの補正された投影配置構造の推定に対応する。
【００８１】
実施形態は、計算装置において実行されたときに、上記開示内容に係る方法を実行するように構成されているコンピュータプログラムコード、を備えたコンピュータプログラムと、
コンピュータプログラムを実行するように構成されている少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータプログラムおよび関連データを記憶するように構成されている少なくとも１つのメモリと、を備えた装置であって、
前記装置が、医療用撮影装置に接続可能であり、かつ、上記開示内容に係る方法を実行するように構成されている、前記装置と、
を含む。
【００８２】
さらなる一実施形態は、デジタル乳房トモシンセシス（ＤＢＴ）自己較正プロセスのための方法であって、
一連のＸ線投影照射画像を取得するステップと、
各Ｘ線投影照射画像に対応する、投影配置構造の初期推定を形成するステップと、さらに、
中間ＤＢＴ再構成を計算するステップと、
較正結果に対応する各Ｘ線投影照射画像に対する投影配置構造の初期推定に適用される一連の剛体変換パラメータを確立するステップと、
前記一連のＸ線投影照射画像と、前記投影配置構造の最後に較正された推定とを使用して、最終的なＤＢＴ再構成を計算するステップと、
を含む。
【００８３】
前記最終的なＤＢＴ再構成画像は、元のＸ線照射と、前記確立された一連の剛体変換パラメータに基づく精密な投影配置構造の推定とを使用して、計算される。
【００８４】
前記方法は、前記確立された一連の剛体変換パラメータを適用することによって、前記投影配置構造の初期推定の、投影画像に固有な剛体変換を実行するステップ、をさらに含む。
【００８５】
前記変換は、平行移動および回転を含む。
【００８６】
所与の投影画像に対して現在の投影配置構造の推定に適用される前記一連の剛体変換パラメータは、Ｘ線源および検出器の仮想運動に対応する投影配置構造の変更または精密化された形状をもたらす。
【００８７】
前記中間ＤＢＴ再構成のＤＲＲ画像は、前記対応する投影配置構造の初期推定に対する剛体変換の後に計算される。
【００８８】
前記方法は、投影画像に固有な回転座標フレームにおいて前記剛体変換を実行するステップ、をさらに含む。
【００８９】
前記方法は、前記計算されたＤＲＲ画像と前記対応する測定されたＸ線投影画像との類似性を測定するステップ、をさらに含む。
【００９０】
前記方法は、前記測定されたＸ線投影画像と前記計算されたＤＲＲ投影画像との間の類似性測度の極値を前記剛体変換パラメータの関数として見つけることによって、前記投影に固有な剛体変換パラメータを最適化するステップ、をさらに含む。
【００９１】
前記方法は、複数回繰り返され、前記変換パラメータは、次の反復において、その後のパラメータ最適化のための初期推定として使用される。
【００９２】
一実施形態において、コンピュータプログラムが、計算装置において実行されたときに、上記開示内容に係る方法を実行するように構成されているコンピュータプログラムコードを備えている。
【００９３】
一実施形態は、
コンピュータプログラムを実行するように構成されている少なくとも１つのプロセッサ（１１２）と、
コンピュータプログラムおよび関連データを記憶するように構成されている少なくとも１つのメモリ（１１３）と、
を備えた装置であり、
前記装置が、医療用撮影装置に接続可能であり、かつ、上記開示内容に係る方法を実行するように構成されている。
【００９４】
他の実施形態は、
医療用撮影装置と、
上記の装置と、を備え、前記装置が、前記医療用撮影装置に接続されている、
医療用デジタル乳房トモシンセシス撮影装置である。
【００９５】
自己較正する医療撮影装置の基本的な発想は、技術の進歩に伴い、さまざまな方法で実施されうることが、当業者には明らかである。したがって、自己較正する医療撮影装置およびその実施形態は、上述した例に限定されず、請求項の範囲内でさまざまな形態をとることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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