(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの点像分布関数または線像分布関数のプロフィル（２２’）を導出するために1箇所以上のスキャン済物体不連続部（２３）の各々の画像領域において画像エッジ応答関数（２５）に対して逆畳み込み処理（２９）が実行され、かつ前記導出されたプロフィル（２２’）の全幅半値（ＦＷＨＭ）が特定される画像化方法であって、
前記逆畳み込み処理（２９）が前記画像エッジ応答関数（２５）のサブピクセルサンプリングによって実行され、前記導出されたプロフィル（２２’）がそれぞれのエッジ応答関数の画像領域プロフィル（２５’）と相関され、それぞれの不連続部の前記画像領域における位置が前記導出された線像分布関数の全幅半値（ＦＷＨＭ）の中央点（３０）から決定され、かつ前記不連続部における前記画像エッジの空間分解能を強化するために前記エッジ応答関数の前記画像領域プロフィル（２５’）内のサブピクセル（３２）が前記位置の一方の側から他方の側へと移動されることを特徴とする画像化方法。
【請求項２】
前記逆畳み込み処理（２９）は最小二乗実行フィルタリングを使用してサブピクセルサンプリングによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記画像領域におけるスプリアスのエッジを取り除くために低コントラストフィルタリングが使用される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
さまざまな前記スキャン済物体不連続部の画像の前記のエッジ画像の規定を強化することによって前記スキャン済物体のエッジ輪郭（３７）が前記画像領域において規定される、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記エッジ輪郭（３７）内の前記物体画像の面積及び／または体積及び／または強度が決定される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
物体スキャンが磁気共鳴（ＭＲ）スキャンであり、緩和時間Ｔ1及びＴ2の値が前記輪郭内の前記物体画像について導出され、かつこれらの値が、前記スキャン済物体に含まれる組織の種類または他の物質の種類を記憶データから識別するために使用される、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記識別された組織または他の物質の種類についての密度値がさらなる記憶データから導出される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ＭＲスキャンから導出された画像化に対しては記憶データに従って幾何学的補正が加えられる、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
物体の同一部分の磁気共鳴（ＭＲ）及びコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンの前記画像領域におけるエッジ応答関数に適用される方法であって、前記の２つのスキャンの前記の強化画像エッジが前記部分に関して相互に相関され、かつ前記物体の前記部分の画像化が、前記ＣＴスキャン内の各対応相関位置に該当するＣＴコントラスト数に依存して修正される強化ＭＲスキャン画像に従って提供される、請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
それぞれの点像分布関数または線像分布関数のプロフィル（２２’）を導出するために1箇所以上のスキャン済物体不連続部（２３）の各々の画像領域において画像エッジ応答関数（２５）に対して逆畳み込み処理（２９）が実行され、かつ前記導出されたプロフィル（２２’）の全幅半値（ＦＷＨＭ）が特定される画像化システムであって、
前記画像エッジ応答関数（２５）のサブピクセルサンプリングによって前記逆畳み込み処理（２９）を実行するため、及び前記導出されたプロフィル（２２’）をそれぞれのエッジ応答関数の前記画像領域プロフィル（２５’）と相関するための手段（５）を含み、それぞれの不連続部の前記画像領域における位置が前記導出された線像分布関数の全幅半値（ＦＷＨＭ）の中央点（３０）から決定され、かつ前記不連続部における前記画像エッジの空間分解能を強化するために前記エッジ応答関数の前記画像領域プロフィル（２５’）内のサブピクセル（３２）を前記位置の一方の側から他方の側へと移動させる（３１）ための手段（６）をも含むことを特徴とする画像化システム。
【請求項１１】
前記逆畳み込み処理（２９）が最小二乗実行フィルタリングを用いるサブピクセルサンプリングによって実行される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
さまざまな前記スキャン済物体不連続部の画像の前記のエッジ画像の規定を強化することによって前記スキャン済物体のエッジ輪郭（３７）を前記画像領域において規定するための手段（８）を含む、請求項１０または１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記エッジ輪郭（３７）内の前記物体画像の面積及び／または体積及び／または強度を決定するための手段を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記物体スキャンが磁気共鳴（ＭＲ）スキャンである、請求項１０から１３までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ＭＲスキャンから導出された画像化に対しては記憶データに従って幾何学的補正が加えられる、請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は画像化に関するものであり、特に、それぞれの点像分布関数または線像分布関数のプロフィルを導出するために１箇所以上のスキャン済物体不連続部の各々の画像領域において画像エッジ応答関数に対して逆畳み込み処理が実行され、かつ前記導出されたプロフィルの全幅半値が特定される種類の画像強化のための方法及びシステムに関するものである。
【０００２】
画像化方法は物体領域(object domain)から画像領域(image domain)への変換(transfer)を含むが、有限サイズのエネルギ源、検出器サイズ、サンプリング周波数、表示密度、ソフトウェア・フィルタ機能、および、可能的にはいくらかの撮像素子(imager)に拠る部分的体積効果(partial-volume effect)などの限定要因により、物体領域において無限に精細なデルタ関数は画像領域において忠実には再現され得ない。代わりに、スミアな画像(smeared-out image)もしくは点像分布関数(point-spread function)(PSF)が観察される。同様に、物体領域において無限に尖鋭なエッジ応答関数(edge-response function)(ERF)は画像領域内でスミアなERFとなる。不連続部もしくはコントラスト・プロフィルの各近接したERFが相互に接近するほど、スミア効果(smearing effect)は強くなる。
【０００３】
線形加速装置によって生成される画像における検出器サイズ効果（detector-size effect）を補正する際に使用するための上述の種類の画像化方法及びシステムは、「放射線検出器線像分布関数を回復する際の逆畳み込み及び全最小二乗（total least squares）の使用」（Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ＵＳ、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、第２５巻、Ｎｏ．２、１９９８年２月（１９９８−２）、１５２−１６０ページ，ＸＰ０００８３３８２１、ＩＳＳＮ：００９４−２４０５）と題するＣｈａｒｌａｎｄ  Ｐ．他による論文により既知である。ここで、逆畳み込み処理は、加速装置のデンシトメーター放射線検出器の線像分布関数（ＬＳＦ）を導出するために画像プロフィルに応用される。このプロフィルの全幅半値（ＦＷＨＭ）が測定されて、生成された画像の空間分解能の強化において検出器サイズ補正のためにこの測定値及び導出された関数が使用されるが、この方法は、その実用的応用において限界があり、特にマトリクス形式のデジタル表示が使用される場合に限界がある。
画像化システムの線像分布関数（ＬＳＦ）を考慮に入れる別の画像化方法が、「脈管追跡及び反復的逆畳み込み法を用いる血管心臓映写による心臓疾患の自動分析」（心臓学におけるコンピュータの進展に関する会議、ワシントン、ＵＳ、ＩＥＥＥコンピュータ学会出版物、１９８９年１０月１６日会議（１９８９−１０）、１５３−１５６ページ、ＸＰ０００１４７０３３、ＩＳＢＮ：０−８１８６−２１１４−１）と題するＡｌｐｅｒｉｎ  Ｎ．他の論文において説明されている。しかし、この方法においては、空間分解能の強化のためでなく、血管サイズを決定するために逆畳み込みが使用されている。血管の画像プロフィルは、最良の適合が得られるまで、変動するサイズの円筒で画像化システムの線像分布関数（ＬＳＦ）を畳み込むことによって生成される理論上のプロフィルと比較される。
【０００４】
上述の種類の、改良された形態の画像化方法及びシステムを提供することが、本発明の目的である。
本発明の１つの態様に従えば、上述の種類の画像化方法は、逆畳み込み処理が画像エッジ応答関数のサブピクセルサンプリングによって実行され、導出されたプロフィルがそれぞれのエッジ応答関数の画像領域プロフィルと相関され、それぞれの不連続部の画像領域における位置が導出された線像分布関数の全幅半値の中央点から決定され、かつ不連続部における画像エッジの空間分解能を強化するためにエッジ応答関数の画像領域プロフィル内のサブピクセルが前記位置の一方の側から他方の側へと移動されること、を特徴とする。
本発明の別の態様に従えば、上述の種類の画像化システムは、システムが画像エッジ応答関数のサブピクセルサンプリングによって逆畳み込み処理を実行するため、及び導出されたプロフィルをそれぞれのエッジ応答関数の画像領域プロフィルと相関させるための手段を含み、それぞれの不連続部の画像領域における位置が導出された線像分布関数の全幅半値の中央点から決定され、かつ不連続部における画像エッジの空間分解能を強化するためにエッジ応答関数の画像領域プロフィル内のサブピクセルを前記位置の一方の側から他方の側へと移動させるための手段をも含むこと、を特徴とする。
【０００５】
本発明の方法及びシステムによれば、画像領域における不連続部の位置がそれぞれの点像分布関数または線像分布関数の画像領域プロフィルから直接決定されるという利点がある。このことは、画像化システム自体の点像分布関数または線像分布関数のみでなく、コントラストレベル及びパーシャルボリューム効果、及び画像エッジ応答関数に生じるランダムノイズ並びにオーバーシュート（例えば、フィルタリングによるもの）をも考慮に入れる正確性を有する。それぞれの不連続部の導出された位置の一方の側から他方の側へのサブピクセルの移動は、不連続部における画像エッジの空間分解能を正確に強化するための経験的方法をもたらす。このようにして、本発明の方法及びシステムは、他の特性を見返りに失うことなく画像化における空間分解能のロスを回復できるようにし、特にその結果得られる画像のノイズを増大することなくこれを達成できる。不連続部における元々の高分解能「ステップ関数」特性は、ノイズの増大なしに事実上回復され、ノイズの増大がないということは、実質的スミアのない正確な画像定義を与えるために非常に重要である。
本発明の方法及びシステムの逆畳み込み処理は最小二乗実行フィルタリングを用いて実行され、画像領域におけるスプリアスのエッジを取り除くために低コントラストフィルタリングを使用することができる。
スキャン対象の物体のエッジ輪郭は、スキャンされた複数の物体不連続部の画像のエッジ画像定義を強化することによって画像領域において定義することができる。エッジ輪郭内の物体-画像の面積及び／または体積及び／または強度を決定することができる。
【０００６】
以下においては添付図面を参照し、本発明に係る画像化方法およびシステムを例示的に記述する。
図１に関して記述される方法およびシステムは医療診断および治療計画を目的としてMRスキャンを利用する。基本的に、記述された総括的技術において本発明の方法およびシステムは、MRスキャンの他の用途において且つ他のスキャン技術が利用される状況においても使用され得る。さらに、構造および機能はいずれも図１における個別の‘ブロック’１〜１９により表されるが、上記方法およびシステムはプログラムされたデジタル・データ処理操作において相当の程度まで明らかである。
【０００７】
図１を参照すると、MRスキャナ1による慣用の操作に従い導出されたデータは、プロセッサ2において画像化目的で処理される。プロセッサ2の出力は表示3を提供すべく使用され、該表示3から後画像化処理4へと委ねられる。後画像化処理4は、さらに詳細で忠実な検査を行うべく表示3の所定領域を選択する機能を含む。
【０００８】
ここまで記述された範囲で図１の画像化方法およびシステムは慣用であり、既に公知の処から前進する段階が達成されるのは、後画像化処理4により獲得された関心選択領域の画像データのさらなる処理5においてである。より詳細には、さらなる処理5は、関心選択領域の画像輪郭の真の縁部もしくは境界をさらに明確に定義し、且つ、これらの輪郭の画像化の精度を高めるべく作用する。
【０００９】
スキャナ1によりスキャンされた物体領域からの特定形状を、後画像化処理4内に現れる画像領域へと変換する定義および精度は、多くの要因により制限される。かかる制限はスキャナ1自体(特に有限サイズのエネルギ源)、プロセッサ2により実施される処理、および表示3から生じ；かかる制限は本来的にたとえば、使用されるデータ・サンプリング周波数および表示密度、および関連するソフトウェアのフィルタ機能により生ずる。より詳細には図２を参照すると、物体領域内での無限に精細なデルタ関数20は画像領域において忠実には再現されない。代わりに、矢印21により表された変換は、画像領域における点像分布関数(PSF)もしくはスミアな画像22に帰着する。同様に、物体領域における無限に尖鋭なエッジ応答関数(ERF)もしくは段部23は矢印24により示された変換により、画像領域において寸法矢印26により示されて分布するスミアな遷移部25となる。２個の画像ERFが相互に接近されたとき、スミア効果(smeared-out effect)は相互に重なり合う。その結果としての空間分解能の劣化は多くの場合に百分率変調変換(percentage modulation transfer)により監視されるが、この百分率変調変換は、画像領域における変調の大きさと物体領域におけるそれとの比率で与えられて百分率で表現される。
【００１０】
スミア効果は、隣接する不連続部の各ERFまたはコントラスト・プロフィルが相互に接近するほど(または、変調の空間周波数が高くなるほど)強くなり；これはプロフィル高さの損失をも引き起こす。空間分解能の本来的な損失(すなわち、ERFの角隅縁部上でスミア効果により表された部分)は、超高分解能のデジタル・スキャン・システムにより画像を再スキャンすることによってさえも、回復されずまたは部分的に回復され得ない。
【００１１】
本発明によればさらなる処理5は、精度の高い縁部画像の定義および位置を提供すると共に、画像化における空間分解能を増進すべく作用する。特に図２に関しては、物体ERFの不連続部もしくは段部23に対応する縁部位置は画像領域内で画像PSFの全幅半値(full-width half-maximum)(FWHM)の中央点から精密照準され(pin-pointed)；この精密照準は画像ERFに対するサブ・ピクセル精度とされる。低コントラストおよび‘領域’フィルタリングが‘擬似’縁部を除去するために使用され、またサブ・ピクセル・サンプリングが単一ピクセル変調の分解能まで詳しく検出するために使用される。そのときに上記ERFの不連続部もしくは段部23は、最適縁部位置の外側からサブ・ピクセル値を除去して内側(within)を補償することにより、画像領域内で回復される。なお、その場合に各サブ・ピクセルは表示ではピクセルとなり、且つ、上記画質強化は極高分解能画像変換システムの性能に等しくなる。
【００１２】
図２において矢印27および28により示された如く、無限に尖鋭な段部23の画像ERF 25は画像PSF 22と物体ERF 23との畳み込みにより生成され得る。本発明によれば、矢印29により表される、サブ・ピクセル・サンプリングを用いた画像ERF 25の逆畳み込みにより、画像PSF 22は逆畳み込み空間において画像PSF 22'として再現される。画像ERF 25はこの空間内で画像ERF 25'としてPSF 22'に重畳され、最適縁部位置30は、画像PSF 22'のFWHMの中央点から導出され且つサブ・ピクセルの精度で精密照準される。
【００１３】
１次元の場合、本発明に係る操作は比較的に容易である、と言うのも、x-プロフィルもしくはy-プロフィルのみ、すなわち線像分布関数(line spread function)LSFのみが関与するからである。但し２次元の操作は、画像における一切の可能的なストリーキング(streaking)を排除すべくx-プロフィルおよびy-プロフィルの両者、および、必要に応じてxy-対角的プロフィルが使用可能であり；この場合、画像を復元すべく適切な重み付け方式が必要となる。
【００１４】
物体ERF 23により表される元の尖鋭な縁部特定形状が更なる処理5において上記位置30にて精密照準されたなら、その特定形状は付加的再処理6(図１)により回復され得る。再処理6において最適縁部位置30の‘外側’で生ずる各サブ・ピクセル値は、それらの‘内側(within)’を補償すべく移動される。これは図２において、画像ERF 25'においてサブ・ピクセル・ブロック32を点30の後ろから前へと移動する矢印31により表される。形状において忠実に物体ERF 23に合致するという画像ERF 25'から画像ERF 33への復元は、矢印34により表される。画像ERF 33は表示7(図１)において拡大して表示される。
【００１５】
これらの技術によれば、画像ノイズなどの他の特性に関するトレードオフ損失なしで、画像化における空間分解能の損失が相当に回復され得る。
更に、表示7において空間分解能を強化すると、表示3から選択された関心領域がプロフィル縁部におけるブレ(blurring)(もしくは段部)の影響なしで再現される。
【００１６】
図３は、流体内における豚の脳の実際のMRスキャンで提供された低コントラスト結果の一定部分を示している。曲線Aは生成された画像ERFであり、曲線Bは、処理5において実行された曲線Aの逆畳み込みから帰着する線像分布関数(LSF)である。最適縁部位置は曲線BのFWHMの中央点Cから確立されると共に、付加的再処理6はサブ・ピクセル移動により作用し、曲線Aをその元となる縁部特定形状に実質的に合致すべく表示7にて復元する。
【００１７】
なお、曲線Aは段部化されているが、曲線Bは円滑であり且つ中央点Cはサブ・ピクセル精度で位置決めされることを銘記されたい。さらに曲線Bは、プロフィル高さとバックグラウンド・ノイズとの間の8:1より大きい感度を表している。
再び図２を参照すると、表示3の被選択関心領域内における画像の完全プロフィル35は、処理5で導出された縁部位置データから矢印36により示された如く構築される。このデータは、被選択関心領域の複数のx-プロフィルもしくはy-プロフィルのサンプリングから導出された全ての対応点の位置と共に、点30の位置を特定する。上記データからのこれらの点の構築および表示は表示8内で生ずることから、上記プロフィル35に対する相当に正確な輪郭37が定義される。真の輪郭37の尖鋭度は、関連する画像ERF 25の分布(矢印26により表されている)により逆畳み込み無しで獲得されるであろうスミア輪郭と対照的である。
【００１８】
輪郭37の小寸部分は図４に拡大されて示されると共に、x-プロフィルおよびy-プロフィルからそれぞれ導出された各最適縁部位置間の最適適合線として定義され；各x-プロフィル位置は黒点で表され且つ各y-プロフィル位置は白点で表される。x-プロフィルおよびy-プロフィルの対応位置同士の接近性は、達成されたサブ・ピクセルのレベルに対する精度を示している。もし上記逆畳み込み技術が使用されなければ画像プロフィル輪郭において明白となるであろうスミアは、点線38および39により境界付けられた空間に亘り延在するはずであり；これらの境界は、図２におけるプロフィル35の表示では点線で示されている。
【００１９】
表示8において導出された画像輪郭37は正確に定義されることから、その輪郭内の領域の計算9においては対応して正確な決定が許容され；関与する体積もまた、スキャンされた順次的スライスから導出され得る。面積および体積の決定は、治療の前後における腫瘍もしくは病巣のサイズの診断および正確な評価10に対して特に有用である。同様に、血管造影における動脈寸法の評価に対しても有用である。
【００２０】
さらに、表示8において導出された画像輪郭37の正確な定義は、診断および治療計画11に対する解剖学的構造をセグメント化(segmenting)するのに特に有用である。また、処理12によれば２回のスキャンの強度の比率が導出されて、緩和時間T1およびT2の値および陽子密度の値が導出される。これらの値は次に、スキャナ1内で使用されたクーチ・トップ(couch-top)14から導出された標準化データを利用して、画像輪郭の境界内で表示13に示される。位置座標を決定するための目印をも提供するクーチ・トップ14は、図５および図６に示された形態を有すると共に以下で記述される。
【００２１】
図５および図６を参照するとポリスチレン発泡体であるクーチ・トップ40は、平坦厚板の形状を有すると共に、MR設備のスキャン台に適合する湾曲発泡体基部41上に支持される。トップ40内には稲妻形に延在する２本の管42が埋設されて、中央に埋設された直線管43の各側にて上記クーチの丈に沿って延在する。
稲妻形に延在する各管42は二重内孔の矩形断面であるが、管43は単一内孔断面である。而して管42および43の配列により画成される５個の内孔にはそれぞれ、標準化および較正の目的で表Iの５種類のMR溶液S0〜S4が充填され得る。４種のMnCl2・4H2O溶液すなわちS1〜S4は解剖学的組織に対するT1およびT2の値の全範囲をカバーすると共に、CuSO4・5H2Oである第5の溶液、すなわちS0は名目的に“緩やかな結合水(loosely bound water)”に等しい。
【００２２】
【表１】
0004309062.tif 000002
【００２３】
表示13においてT1、T2により示された組織種類および陽子密度値は処理15によりルックアップ・テーブルから決定され、且つ、表示16において画像輪郭境界内には組織密度が割当てられる。表示16の画像は更に、メモリ17から供給されるデータに従い幾何学的歪みに関して経験的に補正される。メモリ17内に記憶されるデータはクモの巣形態の一群のドラムファントム画法(drum phantom)を使用して導出され、且つ、幾何学的歪みの補正は、画像輪郭が定義される精度および空間分解能の故に基本的に写実的に有効である。
【００２４】
補正された画像に割当てられた組織種類は、Richard A、Geise等により1977年7月の放射線医学(Radiology)、第124巻:133-141頁に記述された大容積不均質性補正方法(Bulk Heterogeneity Correction method)により表示16で利用されることにより、各画像に対して正規化組織密度値を確立し；これに対する更新可能なルックアップ・テーブルはメモリ18に記憶される。故に、クーチ14から導出された位置データに関連してステップ19で使用されたときに表示16の全ての組織輪郭は、それぞれの組織密度および位置が正確にマッピングされる。これにより、診断および治療計画に関する正確で容易に使用可能な独立式の基準が確立されると共に、直交および傾斜MR画像が関与するときには真に３次元的な評価および計画が可能とされる。
【００２５】
上記において本発明の上記方法およびシステムは医療に関して記述されたが、かかる方法およびシステムはたとえば概略的に工学技術、物理科学および計装の分野などの様に、上記よりも広範囲に適用可能である。更に、上記方法およびシステムはMR画像化方法に制限されるものでなく、他の形態の画像化が関与する場合にも利用され得る。図１において‘ブロック’1乃至11により示された各ステップおよび構造は、MR画像化方法に対するのと同様にしてコンピュータ支援式断層撮影(CT)に適用可能である。本発明が適用可能な他の形態の画像化方法としては、X線撮影、フィルムもしくは印刷のデジタル形態への画像変換、デジタルX線蛍光間接撮影法、超音波撮像、核医学、陽電子放射断層撮影法(PET)および他のカメラもしくは画像化方法が挙げられる。上記技術は特に、考察の対象となる小寸構造が造影液体の注入により強調表示されるというX線デジタル蛍光間接撮影法で使用されるに適しており；上記小寸構造はまた、画像減算技術を使用して周囲の干渉作用から分離され得る。
【００２６】
X線撮影、超音波撮像、核医学およびPETスキャンの本来的な分解能は比較的に低いが、いくつかのものはリアルタイムの考察に使用される。故に、個々の静止フレームもしくはハードコピーの画像のみが再処理され得る。
工学技術、物理科学および計装の分野に関し、本発明はたとえばバーコード・パターン、DNA分析のスペクトル、目の虹彩パターン(たとえば、民間金融における識別目的で)、指紋識別、および発光分光などに関して使用される１次元画像に適用可能である。本発明はまたたとえば、衛星もしくはパターン認識により獲得された画像、または、監視カメラもしくは実験室実験作業の間における２次元画像にも適用可能である。概略的事項として本発明は、たとえば物体および画像との間の位置的変位の測定、歪み補正および製造制御などのために、真の物体の縁部位置に対する画像の縁部位置を正確に決定することが必要な場合に適用可能である。
【００２７】
本発明のさらなる適用例として、以下においてはCT画像化方法およびMR画像化方法を相互に関連させて使用する方法およびシステムを記述する。
磁気共鳴(MR)信号に対する主な寄与は、水分子およびタンパク質の豊富な陽子含有量に由来する。それは、使用される磁界によるラーモア周波数(Larmor frequency)での量子過程である。陽子からの‘T1重み付け’および‘T2重み付け’MR信号は一定の割合で相対的なコントラスト数(contrast number)を提供する一方、CTにおいてX線吸収はX線ビーム内に晒された全ての原子の電子密度により影響される多色減衰プロセス(polychromatic attenuation process)である。CT数(または線形減衰係数、電子密度もしくは組織密度)をMRコントラスト数と相関させる方程式は無く；２つのタイプの信号間を直接的に較正することは不可能である。かかる相関の欠如は、基線基準として水を使用したCTコントラスト(絶対)スケールの各反対側の端部における骨および空気であって、それらに共通する少ない陽子数によりMR画像コントラスト(相対)スケールの同一端部における骨および空気を検討することで確認されている。
【００２８】
CT信号とMR信号との間には相関が欠如することから、画像化を目的としてそれらを組合せて使用するのは本来は不都合であるが、本発明は、それらの各々の利点を利用して画像分解能およびコントラスト情報を改善する方法およびシステムを提供する。
後者に関し、CTは高い空間分解能を提供するが、横断スライスに対して垂直な視界に関してのみである。信号／ノイズ比を改善すべく長寸ボクセル(elongate voxel)を使用する必要があることから、復元された全ての非横断面に対する分解能は低い。同様に、長寸ボクセルの使用による部分的体積効果もまた、病巣のコントラスト・プロフィルの薄寸縁部における検出誤差を引き起こす。一方でMRは、任意の画像スライス面に対して垂直な方向で見たときには同様の高度の空間分解能を与え得ると共に、立方ボクセル体積の画像化方法でも等方性の分解能を提供し得る。
【００２９】
この目的のために、患者もしくは他の対象物の関心体積の断面に亘り多数のスライス横断面CTスキャンが収集される。また、同一の体積の対応する多数のスライス横断面MRスキャンも収集される。後者のスキャンのスライス厚みはCTスライスの厚みの半分とされ又はCTスライスの厚みよりも薄寸とされ得ると共に、２次元的にもしくは３次元的に収集され得る。スキャンされた患者もしくは他の物体は、そのクーチ・トップ上で座標基準配置に関する目印を提供するクーチ上に拘束される。これはたとえば、対応するCTおよびMRスキャン、および、可能的には行われる放射線治療に対する１次の精度に対する解剖学的な位置および特定形状の再現性を確実にするためである。
【００３０】
CTおよびMR画像のそれぞれの横断面は、上記方法で個別に処理されると共に、CTおよびMR画像に対する逆畳み込み空間内で相互に整合される。上記２組の逆畳み込みマップは次に、CT数が変換されて対応のMRコントラスト数を置換し得るべく、２次の精度へと相互に結合される。これが達成されたなら、２次元MR画像からもしくは３次元の体積画像の対応ボクセルの再配置から、非横断(すなわち傾斜)面が獲得可能であり；その場合に２次元MRが使用され、コントラスト変換のさらなるステップが必要なこともある。
【００３１】
CTおよびMR画像のそれぞれの横断面は、CTおよびMR画像に対する逆畳み込み空間において‘境界’もしくは‘指紋’整合技術を用いることにより個別に処理される。これらの横断画像面において、特に医療的に使用される場合、患者の側部に沿った皮膚輪郭特定形状は２次的整列および整合目的で最適に使用され得る、と言うのも、それらは患者の移動により影響されることが少ないからである。クーチ・トップ(たとえば図５および図６に関して上述された)に埋設された矩形管システムの座標位置に関し、遷移誤差は容易に補正され得る。処理されたデータは次に、厳密に対応するCT画像およびMR画像の横断スライスに対する‘診断および統計ソフトウェア・パッケージ’に対し、且つ、病巣もしくは組織のプロフィルもしくは輪郭の‘真の’面積と、次に‘真の’体積の正確な演算のための関連した‘統計パッケージ’に対し、使用され得る。
【００３２】
上記２組の逆畳み込みマップはまた、対応するMRコントラスト数を置換すべくCT数が変換され得る如く、２次の精度へと相互に結合され得る。これが行われたなら、２次元画像からもしくは３次元体積の対応ボクセルの再配置から、非横断(すなわち傾斜)面が獲得され；２次元MRの場合にはコントラスト変換の更なるステップが必要とされる。変換されたコントラスト・データは次に、MR画像を使用する平面内傾斜画像擬似３次元手法のための３次元放射線治療処理計画用ソフトウェア・パッケージで使用され得る。
【００３３】
本発明に係る画像データの逆畳み込み処理に必要なソフトウェアは、最小二乗曲線適合方法に関連して実施され得る。次に、必要なソフトウェアを容易に開発し得る上記方法の数学モデルが図７に関して与えられるが、図７は、降下段部縁部SDEを有することにより画像ERF E(x)を生成する階段関数SFによるLSF L(x)の畳み込みを示している。SFの点x=1からx=nにおける畳み込みから帰着するE(x)の値を考えると：
【００３４】
【数１】
0004309062.tif 000003
【００３５】
逆畳み込みに関し、すなわち、LSF L(x)を明らかにするERF E(x)に関し、
【００３６】
【数２】
0004309062.tif 000004
【００３７】
故に、ERFの向きに関わらず逆畳み込み処理により同一形状のLSFが回復され；正のまたは負のコントラスト・プロフィルの立ち上がり(roll-up)もしくは立ち下がり(roll-down)ERFのいずれが関与するかは問題でない。これは重要な特性である、と言うのも、正のコントラスト輪郭は両端部にて立ち上がり(ロウからハイへの)ERFを有するが、負のコントラスト輪郭は両端部にて立ち下がり(ハイからロウへの)ERFを有するからである。
【００３８】
実用的な実施方式において、上記LSFは実行フィルタ(running filter)を使用する逆畳み込みにより上記ERFから導出される。これにより、画像のデジタル化ピクセル値に影響するノイズの問題を克服する上で上記方法の精度が高められる。上記関数のひとつの点から他の点までの全長に沿って進む一群のデータ点の最小二乗適合法が利用される。
【００３９】
y=a0+a1x+a2x2が上記ERF曲線を示すものとすれば、５点適合もしくは７点適合が使用され、正規方程式は次の様になる：
【００４０】
【数３】
0004309062.tif 000005
【００４１】
式中、
m-5，・・・mまで；iは1+n，・・・5+n；または、
m-7，・・・mまで；iは1+n，・・・7+n；
nは0，1，2，・・・；且つ、
1，・・・mはERFプロフィルの範囲(span)である。
【００４２】
解は、
【００４３】
【数４】
0004309062.tif 000006
【００４４】
または、
【００４５】
【数５】
0004309062.tif 000007
【００４６】
のいずれかから導かれ得る。
これらの式の両者に対して：
【００４７】
【数６】
0004309062.tif 000008
【００４８】
とし得る。
次に、LSFプロフィルに対するxに関して、dy/dx(3+n)またはdy/dx(4+n)における勾配が導出されてプロットされ得る。
xに対するdy/dxのグラフによりLSFプロフィルが与えられる。このプロフィルのピークは、グラフの上昇および下降縁部の各中央点の中央に配置される。かかる各中央点は上記プロフィルの全幅半値(FWHM)の各極値を定義するものであり、且つ、これの中央点は‘平均’効果によりサブ・ピクセル・レベルの精度で決定される。
【００４９】
上記点像分布関数(PSF)は２次元プロフィルであり、該プロフィルは実際には、画像平面内で相互に直交する２つの対応LSFから導出され得る。故に、PSFプロフィルのピーク位置は、２個のピークもしくは２個のLSFプロフィルの‘平均’もしくは‘交差(cross-over)’から得られる。上記PSFは実際には２次元平面における２本の直交軸から得られる。
【００５０】
上記LSF(もしくはPSF)の生成は、位相反転補正の後で、コントラスト輪郭の各縁部における各ERFの立ち上がりもしくは立ち下がり特性に依存しない。換言すると、それは、輪郭内における向きおよびコントラスト数の絶対値に依存しない。LSF(もしくはPSF)のピーク位置は立ち上がりもしくは立ち下がりERFの中央中間(50%)点であり、これは真の縁部の定義に対する最適位置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法およびシステムの概略図である。
【図２】  図１の方法およびシステムにより実施される処理の特徴を示す図である。
【図３】  図１の方法およびシステムを使用して達成される結果を示す図である。
【図４】  図２に示された画像プロフィルの輪郭のある区分を拡大して示す図である。
【図５】  図１の方法およびシステムで使用されるクーチ・トップ(couch-top)の平面図である。
【図６】  図１の方法およびシステムで使用されるクーチ・トップの端部断面図である。
【図７】  図１の方法およびシステムに係る逆畳み込み処理の数学モデルの基礎としての畳み込み操作を示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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