(57)【要約】【解決手段】  ヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータから画像再構成中に生成されるモーションアーチファクトを低減することにより、動きを推定し補償する改良型システムおよび方法である。特定の実施態様において、再構成はヘリカル部分角度再構成（ＰＡＲ）に基づくものである。【選択図】図１
2020503913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータからの画像再構成におけるモーションアーチファクトを低減することによって動きを推定し補償する方法であって、
関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータを収集する工程と、前記スキャンデータは、コーンビームを生成するための放射線源と、前記コーンビームを検出するための放射線検出器とを使用して取得され、
前記放射線源の軌道に沿って複数の中心点を選択する工程と、
前記放射線源の軌道に沿って複数のセクション対を識別する工程と、前記複数のセクション対のそれぞれは、前記複数の中心点のうちの１つと関連づけられるとともに、各セクション対の第１セクションおよび各セクション対の第２セクションは、前記中心点の両側に配置されており、
複数のセクション対のサブセットを選択する工程と、
各サブセット対について、前記第１セクションのスキャンデータからの第１部分画像と前記第２セクションのスキャンデータからの第２部分画像とを再構成する工程と、
前記各サブセット対について、前記第１部分画像および第２部分画像の画像登録を実行して、前記第１部分画像を前記第２部分画像に変換する変形を推定する工程と、該変形はスキャン中の関心対象の動きを表すものであり、
前記スキャンデータおよび推定された変形を使用して、関心対象を再構成することにより、動き補償画像を生成する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記各サブセット対について、前記第１セクションのスキャンデータからの第１部分画像と前記第２セクションのスキャンデータからの第２部分画像とを再構成する工程はさらに、実質的な重なりを有する関心領域内の第１部分画像および第２部分画像を再構成する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１セクションおよび前記第２セクションの間の少なくとも１つのコードを識別する工程をさらに含み、前記各サブセット対について、前記第１セクションのスキャンデータからの第１部分画像および前記第２セクションのスキャンデータからの第２部分画像を再構成する工程はさらに、少なくとも１つのコードの近傍の一組の点において、前記第１部分画像および第２部分画像を再構成する工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のセクション対各々の前記第１セクションおよび前記複数のセクション対各々の前記第２セクションは、πに等しい角距離だけ互いに離れている、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の中心点が前記ヘリカルＣＴ放射線源の軌道に沿って等間隔に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
動き情報信号を取得する工程をさらに含み、前記複数の中心点それぞれの間隔と前記複数の中心点それぞれの位置は、前記動き情報信号に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
動き情報信号を取得する工程をさらに含み、前記サブセットの前記第１セクションの長さおよび前記第２セクションの長さは、前記動き情報信号に基づき増減される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記各サブセット対について、前記第１部分画像および前記第２部分画像の画像登録を実行して、前記第１部分画像を前記第２部分画像に変換する変形を推定する工程はさらに、ある時点における関心対象内のある点の変形を推定する工程を含み、これは前記点が前記放射線源のコーンビームによって照射されている時間区間中にされる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記スキャンデータおよび前記推定された変形を使用して、前記関心対象を再構成することにより、動き補償画像を生成する工程はさらに、前記サブセットに対する前記変形推定を補間することにより、前記関心対象の変形を推定する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記サブセットの各セクション対について、前記第１セクションのスキャンデータからの第１部分画像および前記第２セクションのスキャンデータからの第２部分画像を再構成する工程は、局所断層撮影（ＬＴ）法、厳密な再構成または準厳密な再構成技術に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記各サブセット対について、前記第１セクションおよび前記第２セクションの間の少なくとも１つのコードを識別し、識別されたコードの近傍で各ペアの前記第１部分画像および前記第２部分画像を再構成して、二次元の第１部分画像および二次元の第２部分画像を生成するとともに、該二次元の第１部分画像および二次元の第２部分画像を用いて画像登録を行う工程をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記各サブセット対について、前記第１セクションおよび第２セクションの間のコード面を識別し、該識別されたコード面の近傍で各対の前記第１部分画像および第２部分画像を再構成して、三次元の第１部分画像および三次元の第２部分画像を生成するとともに、該三次元の第１部分画像および三次元の第２部分画像を用いて画像登録を行う工程をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータから画像再構成におけるモーションアーチファクトを低減することにより、動きを推定し補償するシステムであって、
関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータを記憶するメモリと、
関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータからの画像再構成におけるモーションアーチファクトを低減することにより、動きを推定および補償するデータ処理装置とを含み、前記データ処理装置は、
ヘリカルＣＴスキャンデータを前記メモリから読み込むことと、
放射線源の軌道に沿って複数の中心点を選択することと、
前記放射線源の軌道に沿って複数のセクション対を識別することと、前記複数のセクション対のそれぞれは、前記複数の中心点の１つと関連付けられており、各セクション対の第１セクションおよび各セクション対の第２セクションは、前記中心点の両側に配置されており、
前記複数のセクション対のサブセットを選択することと、
各サブセット対について、前記第１セクションのスキャンデータからの第１部分画像と第２セクションのスキャンデータからの第２部分画像を再構成することと、
前記各サブセット対について、前記第１部分画像および第２部分画像の画像登録を実行して、前記第１部分画像を前記第２部分画像に変換する変形を推定することと、前記変形はスキャン中の対象の動きを表すものであり、
前記スキャンデータおよび推定された変形を使用して、前記関心対象を再構成することによりモーションアーチファクト補償画像を生成することと
を実行するように適合された、システム。
【請求項１４】
関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータからの画像再構成におけるモーションアーチファクトを低減することにより動きを推定および補償する方法を実行するためのコンピュータ実行可能命令を有する１つまたは複数の非一時的コンピュータ可読媒体であって、
関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータを収集することと、前記スキャンデータは、コーンビームを生成するための放射線源と、前記コーンビームを検出するための放射線検出器とを使用して取得され、
前記放射線源の軌道に沿って複数の中心点を選択することと、
前記放射線源の軌道に沿って複数のセクション対を識別することと、前記複数のセクション対のそれぞれは、前記複数の中心点の１つと関連づけられ、各セクション対の第１セクションおよび各セクション対の第２セクションは、前記中心点の両側に配置されており、
前記複数のセクション対のサブセットを選択することと、
各サブセット対について、前記第１セクションのスキャンデータからの第１部分画像と第２セクションのスキャンデータからの第２部分画像を再構成することと、
前記各サブセット対について、前記第１部分画像および第２部分画像の各画像登録を実行して、前記第１部分画像を前記第２部分画像に変換する変形を推定することと、前記変形はスキャン中の関心対象の動きを表すものであり、
前記スキャンデータおよび推定された変形を使用して、関心対象を再構成することにより、モーションアーチファクト補償画像を生成することと
を含む媒体。
【請求項１５】
前記各サブセット対について、前記第１セクションのスキャンデータからの第１部分画像および前記第２セクションのスキャンデータからの第２部分画像を再構成することはさらに、実質的な重なりを有する関心領域内の前記第１部分画像および第２部分画像を再構成することをさらに含む、請求項１３に記載の媒体。
【請求項１６】
前記第１セクションおよび第２セクションの間の少なくとも１つのコードを識別することをさらに含み、前記各サブセット対について、前記第１セクションのスキャンデータからの第１部分画像および第２セクションのスキャンデータからの第２部分画像を再構成することはさらに、少なくとも１つのコードの近傍にある一組の点において、前記第１部分画像および第２部分画像を再構成することを含む、請求項１４に記載の媒体。
【請求項１７】
前記各サブセット対について、前記第１部分画像および第２部分画像の画像登録を実行して、前記第１部分画像を前記第２部分画像に変換する変形を推定することはさらに、ある時点における関心対象内の点の変形を推定することを含み、これは前記点が放射線源のコーンビームによって照射されている時間区間中にされる、請求項１３に記載の媒体。
【請求項１８】
前記スキャンデータおよび前記推定された変形を使用して、前記関心対象を再構成することにより、前記動き補償画像を生成することはさらに、前記サブセットに対する変形推定補間により、前記関心対象の変形を推定することを含む、請求項１３に記載の媒体。
【請求項１９】
前記各サブセット対について前記第１セクションおよび第２セクションの間のコードを識別することと、識別されたコードの近傍において各対の前記第１部分画像および第２部分画像を再構成して、二次元の第１部分画像および二次元の第２部分画像を生成することと、前記二次元の第１部分画像および二次元の第２部分画像を使用して画像登録を実行することをさらに含む、請求項１４に記載の媒体。
【請求項２０】
前記各サブセット対について、前記第１セクションおよび第２セクションの間のコード面を識別することと、前記識別されたコード面上で各対の前記第１部分画像および第２部分画像を再構成して、三次元の第１部分画像および三次元の第２部分画像を生成することと、前記三次元の第１部分画像および三次元の第２部分画像を用いて画像登録を行うことをさらに含む、請求項１４に記載の媒体。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、「ヘリカルコンピュータ断層撮影における動き推定および補償システムと方法」と題され、２０１６年１１月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／４２３，１６６号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は画像処理の分野に関し、特に、医療用途における画像処理に関する。とりわけ、本発明は、関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンでの動き推定および動き補償方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
動きは、ヘリカルコーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＴ）におけるアーチファクトの最も重大な要因の１つである。モーションアーチファクトは、スキャン中に対象が変化しないという要件と、スキャン中に対象が変化する（「変形する」または「移動する」）という現実との間の食い違いから生じる。自発的または非自発的を問わず、画像取得中の患者の動きは、再構成された画像にモーションアーチファクトをもたらす可能性がある。呼吸や心臓の動きなどの非自発的な動きは、モーションアーチファクトを引き起こす可能性がある。円形ＣＴスキャンデータから動き補償画像を再構成する既知の技術が当該技術分野にはあるが、既知の技術は視野（ＦＯＶ）が連続的に変化するヘリカルＣＴスキャンに特有の条件に対処していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、当技術分野で必要とされているのは、ヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータから画像再構成中に生成されるモーションアーチファクトを低減することにより、動き推定および補償を行う改良型システムおよび方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ヘリカルコンピュータ断層撮影スキャンデータから画像再構成中に生じるモーションアーチファクトを低減することにより、動きを推定するとともに、動きを補償する改良されたシステムおよび方法を提供する。様々な実施態様において、本システムおよび方法は、可変ピッチらせんおよび回転軸が変化するらせんを含み、より一般的ならせん状軌道にも適用可能である。
【０００６】
一態様において、本発明は、関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータからの画像再構成におけるモーションアーチファクトを低減することによって動きを推定し補償する方法を提供する。本方法は、関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータを収集する工程を含み、スキャンデータは、コーンビームを生成するための放射線源と、コーンビームを検出するための放射線検出器とを使用して取得される。本方法はさらに、放射線源の軌道に沿って複数の中心点を選択する工程と、放射線源の軌道に沿って複数のセクション対を識別する工程とを含み、複数のセクション対のそれぞれは、複数の中心点のうちの１つと関連づけられるとともに、各セクション対の第１セクションおよび各セクション対の第２セクションは、中心点の両側に配置される。特定の態様において、セクションは、πに等しい角距離だけ互いに離れている、本方法はさらに、複数のセクション対のサブセットを選択する工程と、各サブセット対について、第１セクションのスキャンデータからの第１部分画像と第２セクションのスキャンデータからの第２部分画像とを再構成する工程と、各サブセット対について、第１部分画像および第２部分画像の画像登録を実行して、第１部分画像を第２部分画像に変換する変形を推定する工程とを含み、変形はスキャン中の関心対象の動きを表すものである。部分画像の画像登録に続き、本方法はさらに、スキャンデータおよび推定された変形を使用して、関心対象を再構成することにより、動き補償画像を生成する工程を含む。
【０００７】
更なる実施態様において、本発明は、関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータから画像再構成におけるモーションアーチファクトを低減することにより、動きを推定し補償するシステムを提供する、本システムは、関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータを記憶するメモリと、データ処理装置を含む。データ処理装置は、関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータからの画像再構成におけるモーションアーチファクトを低減することにより、動きを推定および補償するように構成される。そのようなものとして、データ処理装置は、ヘリカルＣＴスキャンデータをメモリから読み出し、放射線源の軌道に沿って複数の中心点を選択し、放射線源の軌道に沿って複数のセクション対を識別するように適合されており、複数のセクション対のそれぞれは、複数の中心点の１つと関連付けられており、各セクション対の第１セクションおよび各セクション対の第２セクションは、中心点の両側に配置される。特定の実施態様において、セクションは、πに等しい角距離だけ互いに離れている。データ処理装置はさらに、複数のセクション対のサブセットを選択し、各サブセット対について、第１セクションのスキャンデータからの第１部分画像と第２セクションのスキャンデータからの第２部分画像を再構成し、各サブセット対について、第１部分画像および第２部分画像の画像登録を実行して、第１部分画像を第２部分画像に変換する変形を推定し、変形はスキャン中の関心対象の動きを表すものであり、スキャンデータおよび推定された変形を使用して、関心対象を再構成することによりモーションアーチファクト補償画像を生成するように構成される。
【０００８】
本発明はさらに、関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータからの画像再構成におけるモーションアーチファクトを低減することにより動きを推定および補償する方法を実行するためのコンピュータ実行可能命令を有する１つまたは複数の非一時的コンピュータ可読媒体を含む実施態様を提供する。本方法は、関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータを収集することを含み、スキャンデータは、コーンビームを生成するための放射線源と、コーンビームを検出するための放射線検出器とを使用して取得される。本方法はさらに、放射線源の軌道に沿って複数の中心点を選択することと、放射線源の軌道に沿って複数のセクション対を識別することを含み、複数のセクション対のそれぞれは、複数の中心点の１つと関連づけられ、各セクション対の第１セクションおよび各セクション対の第２セクションは、中心点の両側に配置される。特定の実施態様において、セクションは、πに等しい角距離だけ互いに離れている。本方法はさらに、複数のセクション対のサブセットを選択することと、各サブセット対について、第１セクションのスキャンデータからの第１部分画像と第２セクションのスキャンデータからの第２部分画像を再構成することと、各サブセット対について、第１部分画像および第２部分画像の画像登録を実行して、第１部分画像を第２部分画像に変換する変形を推定することを含み、変形はスキャン中の関心対象の動きを表すものである。部分画像の画像登録に続き、本方法はさらに、スキャンデータおよび推定された変形を使用して、関心対象を再構成することにより、モーションアーチファクト補償画像を生成することを含む。
【０００９】
本発明をより完全に理解するために、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態にかかる、例示的なヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナの図である
【図２】本発明の一実施形態にかかる、ヘリカルＣＴスキャンにおけるモーションアーチファクトを推定するためのヘリカル軌道の一部および関連するセクション対の図である。線源軌道は回転軸に垂直な平面に投影されて示されている。
【図３】本発明の実施形態にかかる、モーションアーチファクトを低減することにより動きを補償するための補助再構成体積の図である。図示された体積は１つの線源位置から見える。
【図４】本発明の一実施形態にかかる、ヘリカルＣＴスキャンにおけるモーションアーチファクトを推定するためのセクション対から見える体積の重なりを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる、重なり体積内のＰＩ線を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる、ヘリカルＣＴスキャンにおける動きの推定および補償方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明にかかるヘリカルＣＴスキャナシステム１００の例示的実施形態を示す。本実施形態は例示的であることを意図しており、本発明は医用撮像に関するものとして説明される。しかしながら、これは限定されることを意図するものではなく、本発明の様々な実施形態は、セキュリティのための手荷物走査および材料分析などの他の目的のためにも使用され得る。
【００１２】
図１に示すように、ヘリカルＣＴスキャナシステム１００は、回転軸１０５を中心に回転可能なガントリ１０２を含む。ガントリ１０２は、円錐形の放射ビーム１１５を形成する放射線源１１０を担持する。放射線源１１０から放射される放射ビーム１１５は、ガントリ１０２の中心に位置決めされた関心対象１２０上に集束される。放射線検出器１２５は、放射線源１１０とは反対側のガントリ１０２上に位置決めされる。放射線検出器１２５は、関心対象１２０を通過した後の円錐形の放射ビーム１１５の強度を測定するための複数の検出器要素を含む。
【００１３】
関心対象１２０のスキャン中に、放射線源１１０および放射線検出器１２５は、ガントリ１０２と共に１４５で示す方向に回転する。また、関心対象１２０は、関心対象１２０をガントリ１０２の回転軸１０５と並行な方向に沿って移動させる可動テーブル１３０上に位置決めされる。このようにして、関心対象１２０の周りにヘリカルスキャン軌道が作成され、関心対象のヘリカルＣＴスキャンデータが得られる。
【００１４】
関心対象１２０のヘリカルスキャンに続いて、放射線検出器１２５は収集されたヘリカルＣＴスキャンデータをデータ処理装置１３５に提供する。データ処理装置１３５は、放射線検出器１２５によって提供された測定値から画像を再構成するように構成される。データ処理装置１３５によって生成された画像は、表示器１４０に提供されて、後から見るようにしてもよい。
【００１５】
データ処理装置１３５はさらに、放射線検出器１２５によって提供されるスキャンデータ内の動きを補正するために、動き推定および動き補償を実行するように適合される。動きの推定および補償は、以下に詳述するように、データ処理装置１３５によって実行される。
【００１６】
比較的長いヘリカルスキャン軌道
2020503913.tif 000003
の場合、各ボクセル
2020503913.tif 000004
は、
2020503913.tif 000005
自体のセクションを使用して再構成され、
2020503913.tif 000006
として記される。
2020503913.tif 000007
のパラメータ記述が
2020503913.tif 000008
であるとする。
2020503913.tif 000009
に対応するパラメータ区間を
2020503913.tif 000010
とする。ヘリカルＣＴスキャンでは、通常、放射線源はスキャン軌道
2020503913.tif 000011
に沿って一定の速度で移動するので、パラメータ
2020503913.tif 000012
は時間と共に識別することができる。
2020503913.tif 000013
は動的対象を表し、
2020503913.tif 000014
は時間を表す。したがって、すべてのボクセル
2020503913.tif 000015
に対して、
2020503913.tif 000016
の値は全ての
2020503913.tif 000017
について同じであるいくつかの参照時刻
2020503913.tif 000018
にではなく、いくつかの時間
2020503913.tif 000019
に再構成され、
2020503913.tif 000020
は区間
2020503913.tif 000021
の中点である。したがって、ヘリカルスキャンの場合には、関数
2020503913.tif 000022
のみを再構成することが好ましい。
【００１７】
円形スキャンでは、線源は常に同じFOV（視野）を「見る」ので、これにより、
2020503913.tif 000023
を再構成することができる。対照的に、ヘリカルスキャンではFOVは常に変化する。これは、円形スキャンおよびヘリカルスキャンの違い、並びに異なるモーションアーチファクトの推定および補償方法が必要な理由を説明するものである。
【００１８】
図２を参照すると、距離πだけ離れて位置するらせん２００の２つのセクションを使用して再構成することができる体積を求めることが必要である。図２に示すように、らせんのこれら２つのセクションを、対応するパラメータ区間によって
2020503913.tif 000024
および
2020503913.tif 000025
とすると、区間
2020503913.tif 000026
２０５は点
2020503913.tif 000027
２１５を中心とし、区間
2020503913.tif 000028
２１０は点
2020503913.tif 000029
２２０を中心とする。
2020503913.tif 000030
２３０は、スキャンの回転方向を識別する。対称性により、動き推定（ＭＥ）が、２つの区間から計算された部分角度再構成（ＰＡＲｓ）に基づいて実行される場合、推定された動きモデルは、時間
2020503913.tif 000031
２２５に対応することになる。
【００１９】
図２に示すように、
2020503913.tif 000032
２３５が、ＰＡＲｓを計算するために使用される（平行ビームジオメトリにおける）方向の範囲を表すと仮定する。ＲＯＩ（関心領域）のファン角度の半分を
2020503913.tif 000033
とする。ここで、
2020503913.tif 000034
は中心半径２４０であり、
2020503913.tif 000035
２４５は回転距離の線源から中心までの距離である。そのため、以下のとおりとなる。
【００２０】
【数１】
2020503913.tif 000036
【００２１】
したがって、各
2020503913.tif 000037
区間の幅は
2020503913.tif 000038
である。
【００２２】
中点
2020503913.tif 000039
が固定されると、所望の体積は、全ての線源位置
2020503913.tif 000040
から「見える」点の集合
2020503913.tif 000041
である。
2020503913.tif 000042
３０５が、図３に示されるように、光源が
2020503913.tif 000043
３００に位置するときに見える点の集合を示すとする。
【００２３】
【数２】
2020503913.tif 000044
【００２４】
そのとき、所望の体積は、
2020503913.tif 000045
である。図４には、
2020503913.tif 000046
４０５を通る垂直断面４００が示されている。高いピッチ値でスキャンを実行することが望ましいので、図４にそのようなＰＩ線の一つを示すように、体積
2020503913.tif 000047
４０５がＰＩ線４１０のかなり近くに位置していることは明らかである。また、図５のＰＩ線５００では、一方の端点が
2020503913.tif 000048
の内側に位置し、他方の端点が
2020503913.tif 000049
の内側に位置する。
【００２５】
点
2020503913.tif 000050
を通るＰＩ線を
2020503913.tif 000051
とすると、次の面
2020503913.tif 000052
５００（「ポテトチップ」とも呼ばれる）を、図５に示すように定義することができる。
【００２６】
【数３】
2020503913.tif 000053
【００２７】
式３のＰＩ線は以下の特性を有する：底部端点は
2020503913.tif 000054
２０５内にあり、頂部端点は
2020503913.tif 000055
２１０内にあり、また、
2020503913.tif 000056
２２５に対して対称である。らせんピッチが高い場合、
2020503913.tif 000057
４０５は、
2020503913.tif 000058
５００を含むかなり「薄い」集合である。したがって、異なる
2020503913.tif 000059
２２５についてポテトチップス
2020503913.tif 000060
５００は交差しない。
【００２８】
先の記載に基づいて、本発明は動き推定方法を提供するものであり、最初に、全スキャン長をカバーする等間隔の点の集合
2020503913.tif 000061
を選択し、再構成グリッドを
2020503913.tif 000062
として表すことを含む。
【００２９】
次に、以下を含む動き推定を実行する。
【００３０】
１）全ての
2020503913.tif 000063
をループする。
2020503913.tif 000064
ごとに、次の手順を繰り返す。
【００３１】
２）各
2020503913.tif 000065
について、ボクセル
2020503913.tif 000066
のＰＩ区間の中点が
2020503913.tif 000067
と一致するように
2020503913.tif 000068
を求める。したがって、数式３を参照すると、
2020503913.tif 000069
である。また、
2020503913.tif 000070
の上方の
2020503913.tif 000071
の上下の境界を求める。
【００３２】
３）区間
2020503913.tif 000072
および
2020503913.tif 000073
をそれぞれ使用して、2つのＰＡＲｓ
2020503913.tif 000074
および
2020503913.tif 000075
を再構成する。ＰＡＲｓは座標
2020503913.tif 000076
に再構成される。これらの座標は、式
2020503913.tif 000077
によって物理座標に変換される。
2020503913.tif 000078
の値は、区間
2020503913.tif 000079
に制限される。ここで、
2020503913.tif 000080
は、結果として得られる体積が厳密に
2020503913.tif 000081
の内側になる程度に十分に小さい。
【００３３】
４）シフト
2020503913.tif 000082
を求めることにより画像登録を実行する。
【００３４】
【数４】
2020503913.tif 000083
【００３５】
数式４に示す最小化問題の幾何学的意味を議論する際に、点
2020503913.tif 000084
は全て面
2020503913.tif 000085
に属することを思い出されたい。項
2020503913.tif 000086
は、体積
2020503913.tif 000087
内の対称的に歪んだ面
2020503913.tif 000088
の値に対応する。数式４を解くことにより、２つの歪んだ面上の
2020503913.tif 000089
および
2020503913.tif 000090
の値が一致することが保証される。数式４の解が求められると、面
2020503913.tif 000091
上の点は、以下の数式に従って移動すると仮定される。
【００３６】
【数５】
2020503913.tif 000092
【００３７】
集合
2020503913.tif 000093
はかなり薄いので、1つの選択肢として、２つの体積ではなく、２つの面を登録する。
【００３８】
更なるノイズ安定性のために、動きベクトル
2020503913.tif 000094
が二次元であること、すなわちゼロ
2020503913.tif 000095
成分を有することが要求され得る。このように、数式４は２Ｄ画像を登録することと等価である。この手法の欠点は、面
2020503913.tif 000096
から離れる動きが無視されることである。動きベクトル
2020503913.tif 000097
が３Ｄである場合、動き推定の精度は向上するが、ノイズ安定性は低下する。
【００３９】
数式４の問題は、推定された動きベクトルが１つの
2020503913.tif 000098
から次のものへ滑らかに変化することを保証するために、全ての
2020503913.tif 000099
について互いに独立しているので、数式４の問題は、全ての
2020503913.tif 000100
に対して組み合わされ、また、
2020503913.tif 000101
に沿って
2020503913.tif 000102
の平滑化を強化する正則化部を追加してもよい。
【００４０】
第３のステップは、動き補償再構成を含む。動きが逆投影ステップで考慮される、最も直接的な動き補償再構成の利用が提案される。したがって、再構成するときに必要なのは、現在の任意のボクセルがどこにあるのかを見つけることだけである。これは、次の方法の手順を使用して実行できる。
【００４１】
１）ボクセル
2020503913.tif 000103
が与えられたら、そのＰＩ線を求める。
【００４２】
２）ボクセルのＰＩパラメータ区間の中点
2020503913.tif 000104
を計算する。これは
2020503913.tif 000105
を意味する。すなわち、与えられたボクセルを含むポテトチップスが求められる。
【００４３】
３）
2020503913.tif 000106
を含む区間
2020503913.tif 000107
を求める。
【００４４】
４）ボクセルの動きベクトル
2020503913.tif 000108
を
2020503913.tif 000109
および
2020503913.tif 000110
の間を補間することによって求める。
【００４５】
５）所与の線源位置または時間
2020503913.tif 000111
について、ボクセルの新しい位置を、数式５を参照し、以下の数式を使用することによって計算する。
【００４６】
６）
【００４７】
【数６】
2020503913.tif 000112
【００４８】
図６を参照すると、関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータからの画像再構成におけるモーションアーチファクトを低減することによって動きを推定し補償する方法６００が提供される。本方法６００は、図１のデータ処理装置１３５、放射線源１１０、および放射線検出器１２５を使用して実行されてよい。
【００４９】
第１のステップ６０５において、本方法６００は、関心対象のヘリカルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンデータを収集する工程を含み、スキャンデータは、コーンビームを生成するための放射線源と、コーンビームを検出するための放射線検出器とを使用して取得される。
【００５０】
スキャンデータの収集に続いて、本方法はステップ６１０において、放射線源の軌道に沿って複数の中心点を選択し、続くステップ６１５において、複数の中心点のそれぞれについて、スキャンデータの軌道に沿って一対のセクションを特定する。セクション対の第１セクションおよびセクション対の第２セクションは、中心点の両側に配置される。
【００５１】
典型的な中心点を
2020503913.tif 000113
と表し、対の第１セクションを
2020503913.tif 000114
と表し、対の第２セクションを
2020503913.tif 000115
と表す。線源がセクションに沿って移動する間の対象の動きの量がごく僅かであるように、セクションは長すぎてはならない。同時に、関心対象のいくつかの特徴が明確に認識できるよう、関心対象の一部の不完全な再構成を可能にするべく、セクションの長さは短すぎてはならない。
【００５２】
一実施形態において、中心点は軌道スキャンに沿って互いに等距離にあり、各対における第１および第２セクションの長さは等しい。更なる実施形態では、中心点の位置は必ずしも均一である必要はなく、セクションの長さは等しい必要はない。例えば、放射線源の軌道に沿った中心点位置およびセクション対の長さは、関心対象の動き情報を含む外部信号に基づくことができる。例示的な実施形態では、ＥＣＧ（心電図）信号をヘリカルスキャンデータと同時に収集し、また、患者の心臓の動きが遅い場合には、中心点をより遠くに離し、患者の心臓の動きが速い場合には、中心点を互いに接近して配置するようにしてもよい。したがって、動き情報信号を使用して、複数の中心点それぞれの間の間隔と、複数の中心点のそれぞれの位置とを決定することができる。同様に、患者の心臓の動きが遅いときには、軌道に沿った一対のセクションのセクション長さを増加させ、患者の心臓の動きが速いときには、軌道に沿った一対のセクションのセックション長さを減少させてもよい。したがって、ＥＣＧなどの外部源からの動き情報信号を使用して、動き推定および補償方法を改善することができる。
【００５３】
次のステップ６２０において、本方法は続いて、各セクション対について、第１セクションのスキャンデータからの第１部分画像と第２セクションのスキャンデータからの第２部分画像とを再構成する。
2020503913.tif 000116
に対応するスキャンデータを用いて再構成された画像を
2020503913.tif 000117
と表し、
2020503913.tif 000118
に対応するスキャンデータを用いて再構成された画像を
2020503913.tif 000119
と表す。画像が再構成される点の集合
2020503913.tif 000120
は、両方のセクションで同じでなければならない。この点集合を
2020503913.tif 000121
と表記する。検出器の範囲が限られているため、点の集合は大きすぎず、一般的に
2020503913.tif 000122
上の点と
2020503913.tif 000123
上の点を結ぶ線（コード）のごく近傍にある。特に、これらの再構成は関心対象のサブセットに関係する。軌道
2020503913.tif 000124
および
2020503913.tif 000125
のセクションは一般的に限られた角度範囲をカバーするので、
2020503913.tif 000126
および
2020503913.tif 000127
の再構成は、部分角度再構成（ＰＡＲｓ）と呼ばれる。
2020503913.tif 000128
および
2020503913.tif 000129
の再構成は、減衰係数を正確に復元することを試みる必要はなく、代わりに、例えば強化されたエッジを用いて、対象の修正画像を再構成することができる。再構成の主な要件は、スキャン中に対象物に動きがない場合、
2020503913.tif 000130
と
2020503913.tif 000131
が互いに非常に近いことである。
【００５４】
次に、ステップ６２５において、第１部分画像および第２部分画像の画像登録を実行して、第１部分画像から第２部分画像へ変換する変形を推定する。変形は、スキャン中の関心対象の動きを表す。画像登録を実行する際に、１つの画像を別の画像に変換する変形は、対象が
2020503913.tif 000132
に近い時間に、領域
2020503913.tif 000133
の近傍で対象が受けている変形の推定値とみなされる。すべての中心点
2020503913.tif 000134
ついて領域
2020503913.tif 000135
で推定された動きを補間することにより、関心対象内の関心領域について大域的変形関数が得られる。この変形機能は、その点が放射線源によって照射された時間間隔に依存して、対象の異なる点
2020503913.tif 000136
での変形が、常時ではなく、固定時間で推定されるという特性を有する。
【００５５】
ステップ６３０において、本方法は、スキャンデータおよび推定された変形を使用して、関心対象を再構成することにより、動き補償画像を生成することで終了する。
【００５６】
したがって、様々な実施形態において、本発明は、ヘリカルコンピュータ断層撮影スキャンデータから画像再構成中に生成される動きを推定し、モーションアーチファクトを低減する改良型システムおよび方法を提供する。
【００５７】
上記の例示的な実施形態は限定を意味するものではなく、例示的な実施形態の変形は、本発明の範囲内にある。
【００５８】
一般的に、本方法は、より一般的ならせん状の軌道、例えば、可変ピッチらせん、回転軸が幾分変化するらせん（例えば、熱ドリフトの場合のように）などに適用可能である。
【００５９】
ＰＡＲｓを計算するために他の方法も使用することができる。その方法は、局所断層撮影法（ＬＴ）、或いは厳密なまたは準厳密な再構成に基づいてもよい。
【００６０】
対象の動き（または、等価的に変形）を推定する代わりに、本方法は、スキャンの較正（即ち、例えば中心光線の位置、または線源から中心への回転距離などの関連するスキャンパラメータの決定）にも使用できる。追加の実施形態において、較正はスキャン中またはスキャン後にオンザフライで実行してもよい。較正はまた、スキャン全体について一組のパラメータを求めることによって、またはこれらのパラメータをスキャン軌道に沿った関数として計算することにより実行することができる。
【００６１】
様々な実施形態において、線源軌道は、一方向へのらせん状のターンとそれに続く反対方向へのらせん状のターンとからなってもよい。
【００６２】
提案された本発明方法は、他の動き推定アルゴリズムと組み合わせて使用することができる。例えば、基準マーカを使用して予備運動モデルが得られる場合、提案されたアルゴリズムは、改善された（すなわち、より正確な）運動モデルを求めるための第２ステップとして使用することができる。
【００６３】
本発明は、ソフトウェアベースの方法に応答して動作を実行する様々なコンピューティングプラットフォーム上で具現化することができる。以下は、本発明を可能にするために利用することができる情報技術についての先例を提供する。
【００６４】
請求の範囲に記載のコンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体とすることができる。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、または半導体のシステム、装置、またはデバイス、あるいは前述の任意の適切な組合せとすることができる。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例（網羅的ではないリスト）には、以下のものが含まれる：１つまたは複数のワイヤを有する電気的接続、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯用コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶装置、磁気記憶装置、または前述の任意の適切な組み合わせ。本明細書の文脈において、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイスによって使用され、またはそれらに関連して使用するためのプログラムを含む、または格納することができる任意の非一時的な有形的表現媒体とすることができる。
【００６５】
コンピュータ可読信号媒体は、例えばベースバンドで、または搬送波の一部として、その中に組み込まれたコンピュータ可読プログラムコードを有する伝搬データ信号を含んでもよい。そのような伝搬信号は、電磁的、光学的、またはそれらの任意の適切な組み合わせを含むがこれらに限定されない、任意の様々な形態をとり得る。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読記憶媒体ではなく、命令実行システム、装置、またはデバイスによって、またはそれらに関連して使用するためにプログラムを通信、伝播、または移送することができる任意のコンピュータ可読媒体とすることができる。しかしながら、上述したように、回路は制定法上許されない発明の主題であるため、ソフトウェア製品としての本発明に対する請求の範囲は、コンピュータハードドライブ、フラッシュＲＡＭ、光ディスク等のような非一時的ソフトウェア媒体において具体化されるものである。
【００６６】
コンピュータ可読媒体で具現化されたプログラムコードは、無線、有線、光ファイバケーブル、無線周波数など、またはこれらの任意の適切な組合せを含むがこれらに限定されない任意の適切な媒体を使用して送信され得る。本発明の態様のための動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ、Ｃ＃、Ｃ＋＋、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃなどのオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語など従来の手続き型プログラミング言語を含む１つまたは複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書くことができる。
【００６７】
本発明の態様は、本発明の実施形態にかかる方法、装置（システム）およびコンピュータプログラム製品の図およびブロック図の少なくともいずれかを参照して説明される。フローチャート図およびブロック図の少なくともいずれかの各ブロック、ならびにフローチャート図およびブロック図の少なくともいずれかのブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実行されることは理解される。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、特殊用途のコンピュータ、または機械製造用の他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに提供され、その命令は、コンピュータまたはプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサを介して実行されて、フローチャートおよびブロック図の少なくともいずれかの１または複数のブロックで指定された機能または動作を実行する手段を作成する。
【００６８】
これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、または他のデバイスが、特定の方法で機能するように指示することができるコンピュータ可読媒体に格納することができ、それにより、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、フローチャートおよびブロック図の少なくともいずれかの１または複数のブロックで指定された機能または動作を実行する命令を含む作成物を作成する。
【００６９】
コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ、他のプログラム可能なデータ処理装置、または他のデバイスに読み込まれて、コンピュータ、他のプログラム可能な装置または他のデバイスで実行される一連の動作ステップを引き起こし、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行される命令が、フローチャートおよびブロック図の少なくともいずれかの１または複数のブロックで指定された機能または動作を実行するためのプロセスを提供するコンピュータ実行工程を作成する。
【００７０】
「エンドユーザ」と言及するときには、ソフトウェアの基礎となるソースコードを修正する開発者または作者とは対照的に、ソフトウェアのオペレータであることに留意されたい。セキュリティ上の目的で、認証とは特定のユーザーを識別することを意味し、承認とはそのユーザーが実行を許可される手順と機能を定義する。
【００７１】
上記の効果、および上記の説明から明らかにされる効果は、効率的に達成される。また、本発明の範囲から逸脱することなく、上記の構成に特定の変更を加えることができるので、前述の説明に含まれ、または添付の図面に示されている全ての事項は、例示として解釈されるべきであり、限定的な意味ではない。
【００７２】
以下の請求の範囲は、本明細書に記載された本発明の全ての一般的かつ具体的な特徴、および言語の問題としてそれらの間に含まれると言える全ての本発明の範囲の記述を網羅するものである。
【図１】
2020503913.tif 000137
【図２】
2020503913.tif 000138
【図３】
2020503913.tif 000139
【図４】
2020503913.tif 000140
【図５】
2020503913.tif 000141
【図６】
2020503913.tif 000142
【国際調査報告】
2020503913.tif 000143