(57)【要約】  シミュレートされたCT画像を生成するためのシステムについて説明する。このシステムは、CTイメージングシミュレータ、ファントムデータベース、およびスキャナデータベースを含むことができる。ファントムデータベースは1つまたは複数の仮想ファントムを含むことができるが、スキャナデータベースは、対象CTスキャナを含む1つまたは複数のCTスキャナに関する情報を含むことができる。CTイメージングシミュレータは、対象患者に関する情報、仮想ファントム、および対象CTスキャナに関するスキャナ情報を使用して、対象CTスキャナを使用して対象患者に実行された場合に実際のCT画像がどのように見えるかを厳密にシミュレートするシミュレートされたCT画像を生成することができる。シミュレートされたCT画像は、ディスプレイ画面に表示できる。また、シミュレートされたCT画像を生成する方法およびシミュレートされたCT画像を生成するために使用できるCTイメージングシミュレータソフトウェアについても説明する。
2020508172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象患者のシミュレートされたCT画像を生成する方法であって、
前記対象患者に関する患者情報を受信するステップであって、前記患者情報は前記対象患者の1つまたは複数の身体的特性に関する情報を含む、ステップと、
ファントムデータベースから仮想ファントムを選択するステップであって、前記選択は前記患者情報と前記仮想ファントムの特性との比較に基づいている、ステップと、
CTイメージングシミュレータで前記仮想ファントムを受信するステップと、
前記CTイメージングシミュレータで、対象CTスキャナに関するスキャナ情報を受信するステップであって、前記スキャナ情報は前記対象CTスキャナによって採用される画像再構成手法に関する情報を含む、ステップと、
前記CTイメージングシミュレータにより、画像シミュレーションプロセスを実行するステップであって、前記画像シミュレーションプロセスは、前記仮想ファントムと前記スキャナ情報を使用してシミュレートされたCT画像を生成することを含む、ステップと、
視覚的に知覚可能な形式でディスプレイ画面上に前記シミュレートされたCT画像を提供するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記仮想ファントムを変形させるステップをさらに含み、前記仮想ファントムを変形させるステップは、前記仮想ファントム内の器官の形状を調整するステップ、前記患者情報を使用して前記仮想ファントム内の組織密度を調整するステップ、および前記仮想ファントムにインプラントを組み込むステップ、のうちの1つまたは複数を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記仮想ファントムを変形させるステップが、前記患者情報を使用して前記組織密度を調整するステップを含み、前記患者情報は前記対象患者の骨密度情報を含む、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記仮想ファントムを変形させるステップが、前記仮想ファントムに前記インプラントを組み込むステップを含む、請求項2に記載の方法。
【請求項５】
前記スキャナ情報の少なくとも一部が、前記CTイメージングシミュレータと通信するスキャナデータベースから受信される、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記スキャナ情報の少なくとも一部が前記CTイメージングシミュレータに関連するユーザインタフェースから受信され、前記スキャナ情報の前記少なくとも一部は、ユーザによって前記ユーザインタフェースに手動で入力されている、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記CTイメージングシミュレータが前記対象CTスキャナと通信し、前記スキャナ情報の少なくとも一部が前記対象CTスキャナから受信される、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記CTイメージングシミュレータで、前記対象CTスキャナの識別情報を受信するステップと、
前記CTイメージングシミュレータにより、前記対象CTスキャナに関するスキャナ情報のためのスキャナデータベースを照会するステップであって、前記照会は前記対象CTスキャナの前記識別情報に基づいている、ステップと、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記仮想ファントムを選択するステップが、前記CTイメージングシミュレータによって行われた前記患者情報と前記仮想ファントムの特性との比較に基づいて前記CTイメージングシミュレータによって実行される、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記対象患者の前記1つまたは複数の身体的特性が、年齢、身長、体の大きさ、性別、体重、および肥満度指数の少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
前記画像シミュレーションプロセスが投影画像を生成することを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１２】
前記画像シミュレーションプロセスが、以下の式
【数１】
2020508172.tif 000006
に従って減衰から線形減衰への変換を実行するステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
前記画像シミュレーションプロセスが、シミュレートされたスライス画像を生成するために再構成を実行することを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
システムであって、
ユーザインタフェース、ディスプレイ画面、プロセッサ、およびプログラミング命令を含む非一時的記憶媒体を含むCTイメージングシミュレータと、
前記CTイメージングシミュレータと通信するファントムデータベースであって、前記ファントムデータベースは、1つまたは複数の仮想ファントムを含む、ファントムデータベースと、
前記CTイメージングシミュレータと通信するスキャナデータベースであって、前記スキャナデータベースは、対象CTスキャナを含む1つまたは複数のCTスキャナに関する情報を含む、スキャナデータベースと、
を備え、
前記プログラミング命令は、実行されると、前記プロセッサが、
対象患者に関する患者情報を受信することであって、前記患者情報は前記対象患者の1つまたは複数の身体的特性に関する情報を含む、前記患者情報を受信することと、
前記ファントムデータベースから仮想ファントムを受信することであって、前記仮想ファントムは前記患者情報と前記仮想ファントムの特性との比較に基づいて選択されている、前記仮想ファントムを受信することと、
前記対象CTスキャナに関するスキャナ情報を受信することであって、前記スキャナ情報は、前記対象CTスキャナによって採用される画像再構成手法に関する情報を含む、前記スキャナ情報を受信することと、
画像シミュレーションプロセスを実行することであって、前記画像シミュレーションプロセスは、前記仮想ファントムと前記スキャナ情報を使用してシミュレートされたCT画像を生成することを含む、前記実行することと、
視覚的に知覚可能な形式で前記ディスプレイ画面に前記シミュレートされたCT画像を提供することと、
を可能にする、システム。
【請求項１５】
前記プログラミング命令は、実行されると、前記プロセッサが前記スキャナデータベースから前記スキャナ情報の少なくとも一部を受信することをさらに可能にする、請求項14に記載のシステム。
【請求項１６】
前記プログラミング命令は、実行されると、前記プロセッサが前記対象CTスキャナに関するスキャナ情報について前記スキャナデータベースを照会することをさらに可能にし、前記照会は前記対象CTスキャナの識別情報に基づく、請求項15に記載のシステム。
【請求項１７】
前記プログラミング命令は、実行されると、前記プロセッサが前記仮想ファントムを変形させることをさらに可能にし、前記仮想ファントムを変形させることは、前記仮想ファントム内の器官の形状を調整すること、前記患者情報を使用して前記仮想ファントムの組織密度を調整すること、および前記仮想ファントムにインプラントを組み込むこと、のうちの1つまたは複数を含む、請求項14に記載のシステム。
【請求項１８】
対象患者のシミュレートされたCT画像を生成するために非一時的記憶媒体に格納されたCTイメージングシミュレータソフトウェアであって、前記ソフトウェアは、実行されると、プロセッサが
前記対象患者に関する患者情報を受信することであって、前記患者情報は、前記対象患者の1つまたは複数の身体的特性に関する情報を含む、前記患者情報を受信することと、
仮想ファントムを受信することであって、前記仮想ファントムは前記患者情報と前記仮想ファントムの特性との比較に基づいて選択されている、前記仮想ファントムを受信することと、
対象CTスキャナに関するスキャナ情報を受信することであって、前記スキャナ情報は、前記対象CTスキャナによって採用される画像再構成手法に関する情報を含む、前記スキャナ情報を受信することと、
画像シミュレーションプロセスを実行することであって、前記画像シミュレーションプロセスは、前記仮想ファントムと前記スキャナ情報を使用してシミュレートされたCT画像を生成することを含む、前記実行することと、
視覚的に知覚可能な形式で前記シミュレートされたCT画像を提供することと、
を可能にするプログラミング命令を含む、CTイメージングシミュレータソフトウェア。
【請求項１９】
前記プログラミング命令は、実行されると、前記プロセッサがスキャナデータベースから前記スキャナ情報の少なくとも一部を受信することをさらに可能にする、請求項18に記載のCTイメージングシミュレータソフトウェア。
【請求項２０】
前記プログラミング命令は、実行されると、前記プロセッサが前記対象CTスキャナに関するスキャナ情報について前記スキャナデータベースを照会することをさらに可能にし、前記照会は前記対象CTスキャナの識別情報に基づく、請求項19に記載のCTイメージングシミュレータソフトウェア。
【請求項２１】
前記プログラミング命令は、実行されると、前記プロセッサが前記仮想ファントムを変形させることをさらに可能にし、前記仮想ファントムを変形させることは、前記仮想ファントム内の器官の形状を調整すること、前記患者情報を使用して前記仮想ファントムの組織密度を調整すること、および前記仮想ファントムにインプラントを組み込むこと、のうちの1つまたは複数を含む、請求項18に記載のCTイメージングシミュレータソフトウェア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、2017年2月24日に出願された米国仮特許出願第62/463,423号の利益を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
発明の分野
本開示は、医療イメージングのためのシステムおよび方法に関し、特に、詳細な擬人化コンピュータファントムに基づいて現実的なシミュレートされたコンピュータ断層撮影（CT）画像を生成するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
CTイメージングは、世界中の病院や医療施設で広く使用されている不可欠な診断ツールである。CTイメージングの望ましくない副作用は、かなりの量の放射線に患者を曝すことである。国際原子力機関（IAEA）によると、通常の胸部X線では0.1mSv未満であるのに対して、胸部または腹部のCTスキャンでは、患者は5〜20mSvに曝される。残念ながら、CTスキャンで露出を下げると、取得したCT画像の品質に悪影響を及ぼし、診断に悪影響を与える可能性がある。近年のCTスキャンにおける過剰なX線放射への曝露の害に対する認識の高まりにより、合理的に可能な限り低く（「ALARA」）という原理に大きな焦点が置かれ、CTイメージングを最適化する方法に大きな関心を集めている。現在、被曝の推定と放射線量の監視が利用可能であり、広く使用されている。そのような最も顕著な用途の1つは、Bayer HealthCare LLCから入手可能なRadimetricsTM Enterprise Platformを使用することである。対照的に、これまでのところ、患者を過度の不必要な放射線に曝すことなく、画像の品質が診断目的に十分であることを先取り的に保証するための包括的かつ信頼できるソリューションへの焦点は不十分であった。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の特定の実施形態の目的は、対象患者に対して対象CTスキャナによって実行されるCTスキャンの結果をシミュレートする方法を提供することである。以下の段落で明らかになるように、本明細書で説明される実施形態は、シミュレートされたCT画像を生成するためのシステムおよび方法に関する。シミュレートされたCT画像は、対象患者の実際の身体的特徴と、対象CTスキャナが画像データをキャプチャして再構成画像に変換するために使用する実際の情報を考慮に入れる。その結果、シミュレートされた画像は、CTスキャンが対象患者に対象CTスキャナによって実行された場合に生成される画像に非常に似ている。
【０００５】
本開示の様々な態様は、以下の条項のうちの1つまたは複数によってさらに特徴付けられ得る。
【０００６】
条項1：対象患者のシミュレートされたCT画像を生成する方法であって、対象患者に関する患者情報を受信するステップであって、患者情報は、対象患者の1つまたは複数の身体的特性に関する情報を含む、ステップと、ファントムデータベースから仮想ファントムを選択するステップであって、選択は、患者情報と仮想ファントムの特性との比較に基づいている、ステップと、CTイメージングシミュレータで仮想ファントムを受信するステップと、CTイメージングシミュレータで、対象CTスキャナに関するスキャナ情報を受信するステップであって、スキャナ情報は、対象CTスキャナによって採用される画像再構成手法に関する情報を含む、ステップと、CTイメージングシミュレータにより、画像シミュレーションプロセスを実行するステップであって、画像シミュレーションプロセスは、仮想ファントムとスキャナ情報を使用してシミュレートされたCT画像を生成する、ステップと、視覚的に知覚可能な形式でディスプレイ画面上にシミュレートされたCT画像を提供するステップと、を含む。
【０００７】
条項2：仮想ファントムを変形させるステップをさらに含み、仮想ファントムを変形させるステップは、仮想ファントム内の器官の形状を調整するステップ、患者情報を使用して仮想ファントム内の組織密度を調整するステップ、および仮想ファントムにインプラントを組み込むステップ、のうちの1つまたは複数を含む、条項1に記載の方法。
【０００８】
条項3：仮想ファントムを変形させるステップが、患者情報を使用して組織密度を調整するステップを含み、患者情報は対象患者の骨密度情報を含む、条項2に記載の方法。
【０００９】
条項4：仮想ファントムを変形させるステップが、仮想ファントムにインプラントを組み込むステップを含む、条項2または3に記載の方法。
【００１０】
条項5：スキャナ情報の少なくとも一部が、CTイメージングシミュレータと通信するスキャナデータベースから受信される、条項1から4のいずれかに記載の方法。
【００１１】
条項6：スキャナ情報の少なくとも一部がCTイメージングシミュレータに関連するユーザインタフェースから受信され、スキャナ情報の少なくとも一部は、ユーザによってユーザインタフェースに手動で入力されている、条項1から5のいずれかに記載の方法。
【００１２】
条項7：CTイメージングシミュレータが対象CTスキャナと通信し、スキャナ情報の少なくとも一部が対象CTスキャナから受信される、条項1から6のいずれかに記載の方法。
【００１３】
条項8：CTイメージングシミュレータで、対象CTスキャナの識別情報を受信するステップと、CTイメージングシミュレータにより、対象CTスキャナに関するスキャナ情報のためのスキャナデータベースを照会するステップであって、照会は対象CTスキャナの識別情報に基づいている、ステップと、をさらに含む、条項1から7のいずれかに記載の方法。
【００１４】
条項9：仮想ファントムを選択するステップが、CTイメージングシミュレータによって行われた患者情報と仮想ファントムの特性との比較に基づいてCTイメージングシミュレータによって実行される、条項1から8のいずれかに記載の方法。
【００１５】
条項10：対象患者の1つまたは複数の身体的特性が、年齢、身長、体の大きさ、性別、体重、および肥満度指数の少なくとも1つを含む、条項1から9のいずれかに記載の方法。
【００１６】
条項11：画像シミュレーションプロセスが投影画像を生成することを含む、条項1から10のいずれかに記載の方法。
【００１７】
条項12：画像シミュレーションプロセスが、以下の式
【００１８】
【数１】
2020508172.tif 000003
【００１９】
に従って減衰から線形減衰への変換を実行することを含む、条項1から11のいずれかに記載の方法。
【００２０】
条項13：画像シミュレーションプロセスが、シミュレートされたスライス画像を生成するために再構成を実行することを含む、条項1から13のいずれかに記載の方法。
【００２１】
条項14：システムであって、ユーザインタフェース、ディスプレイ画面、プロセッサ、およびプログラミング命令を含む非一時的記憶媒体を含むCTイメージングシミュレータと、CTイメージングシミュレータと通信するファントムデータベースであって、ファントムデータベースは、1つまたは複数の仮想ファントムを含む、ファントムデータベースと、CTイメージングシミュレータと通信するスキャナデータベースであって、スキャナデータベースは、対象CTスキャナを含む1つまたは複数のCTスキャナに関する情報を含む、スキャナデータベースと、を備え、プログラミング命令は、実行されると、プロセッサが、対象患者に関する患者情報を受信することであって、患者情報は対象患者の1つまたは複数の身体的特性に関する情報を含む、前記患者情報を受信することと、ファントムデータベースから仮想ファントムを受信することであって、仮想ファントムは患者情報と仮想ファントムの特性との比較に基づいて選択されている、前記仮想ファントムを受信することと、対象CTスキャナに関するスキャナ情報を受信することであって、スキャナ情報は、対象CTスキャナによって採用される画像再構成手法に関する情報を含む、前記スキャナ情報を受信することと、画像シミュレーションプロセスを実行することであって、画像シミュレーションプロセスは、仮想ファントムとスキャナ情報を使用してシミュレートされたCT画像を生成することを含む、前記実行することと、視覚的に知覚可能な形式でディスプレイ画面にシミュレートされたCT画像を提供することと、を可能にする、システム。
【００２２】
条項15：プログラミング命令は、実行されると、プロセッサがスキャナデータベースからスキャナ情報の少なくとも一部を受信することをさらに可能にする、条項14に記載のシステム。
【００２３】
条項16：プログラミング命令は、実行されると、プロセッサが対象スキャナに関するスキャナ情報についてスキャナデータベースを照会することをさらに可能にし、照会は対象CTスキャナの識別情報に基づく、条項14または15に記載のシステム。
【００２４】
条項17：プログラミング命令は、実行されると、プロセッサが仮想ファントムを変形させることをさらに可能にし、仮想ファントムを変形させることは、仮想ファントム内の器官の形状を調整すること、患者情報を使用して仮想ファントムの組織密度を調整すること、および仮想ファントムにインプラントを組み込むこと、のうちの1つまたは複数を含む、条項14から16のいずれかに記載のシステム。
【００２５】
条項18：対象患者のシミュレートされたCT画像を生成するために非一時的記憶媒体に格納されたCTイメージングシミュレータソフトウェアであって、ソフトウェアは、実行されると、プロセッサが対象患者に関する患者情報を受信し、患者情報は、対象患者の1つまたは複数の身体的特性に関する情報を含み、仮想ファントムを受信し、仮想ファントムは患者情報と仮想ファントムの特性との比較に基づいて選択されており、対象CTスキャナに関するスキャナ情報を受信し、スキャナ情報は、対象CTスキャナによって採用される画像再構成手法に関する情報を含み、画像シミュレーションプロセスを実行し、画像シミュレーションプロセスは、仮想ファントムとスキャナ情報を使用してシミュレートされたCT画像を生成することを含み、視覚的に知覚可能な形式でシミュレートされたCT画像を提供することを可能にするプログラミング命令を含む。
【００２６】
条項19：プログラミング命令は、実行されると、プロセッサがスキャナデータベースからスキャナ情報の少なくとも一部を受信することをさらに可能にする、条項18に記載のCTイメージングシミュレータソフトウェア。
【００２７】
条項20：プログラミング命令は、実行されると、プロセッサが対象CTスキャナに関するスキャナ情報についてスキャナデータベースを照会することをさらに可能にし、照会は対象CTスキャナの識別情報に基づく、条項19に記載のCTイメージングシミュレータソフトウェア。
【００２８】
条項21：プログラミング命令は、実行されると、プロセッサが仮想ファントムを変形させることをさらに可能にし、仮想ファントムを変形させることは、仮想ファントム内の器官の形状を調整すること、患者情報を使用して仮想ファントムの組織密度を調整すること、および仮想ファントムにインプラントを組み込むこと、のうちの1つまたは複数を含む、条項18から20のいずれかに記載のCTイメージングシミュレータソフトウェア。
【００２９】
条項22：プログラミング命令は、実行されると、プロセッサが条項1から13のいずれかの方法を実行することを可能にする、条項14に記載のCTイメージングシミュレータソフトウェア。
【００３０】
条項23：プログラミング命令は、実行されると、プロセッサが条項1から13のいずれかの方法を実行することを可能にする、条項18に記載のCTイメージングシミュレータソフトウェア。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】非限定的な一実施形態によるCTスキャン環境および関連するコンピューティングシステムを示す図である。
【図２】非限定的な一実施形態によるCTイメージングシミュレータおよび関連するコンポーネントを示す図である。
【図３】非限定的な一実施形態による、ネットワーク化されたCTスキャン環境および関連するコンピューティングシステムを示す図である。
【図４】非限定的な一実施形態による器官を備えたメッシュ仮想ファントムの図である。
【図５】非限定的な一実施形態による、シミュレートされたCT画像を生成する方法のフロー図である。
【図６】非限定的な一実施形態による、イメージングシミュレーションプロセスの一部として実行されるフルファントムインスタンスの単一の平面投影図である。
【図７】非限定的な一実施形態による、イメージングシミュレーションプロセスの一部として実行される減衰から線形減衰への変換を示す図である。
【図８】非限定的な一実施形態による、イメージングシミュレーションプロセスの一部として生成されたシミュレートされたスライス画像の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下の説明の目的で、空間的配向の用語は、図面で配向されている実施形態に関連するものとする。しかしながら、本開示の様々な実施形態は、そうではないと明示的に指定されている場合を除き、代替の変形およびステップシーケンスを想定し得ることを理解されたい。また、添付の図面に示され、以下の明細書に記載されている特定のデバイスおよびプロセスは、単なる例示であることも理解されたい。したがって、本明細書に開示されている実施形態に関連する特定の寸法および他の身体的特徴は、限定的であるとみなされるべきではない。
【００３３】
明細書で使用されているように、「a」、「an」、および「the」の単数形には、文脈で特に明確に指示されていない限り、複数の指示対象が含まれる。
【００３４】
特に明記しない限り、本明細書に開示されるすべての範囲または比率は、そこに含まれるありとあらゆる部分範囲または部分比率を包含すると理解されるべきである。例えば、「1〜10」の指定された範囲または比率は、1の最小値と10の最大値の間（およびこれらを含む）のすべての部分範囲、つまり、1〜6.1、3.5〜7.8、および5.5〜10などに限定されない、1以上の最小値で始まり、10以下の最大値で終わるすべての部分範囲または部分比率を含むとみなされる必要がある。
【００３５】
本書で言及する発行済みの特許および特許出願などのすべての文書は、特に明記しない限り、その全体が「参照により組み込まれている」とみなされるものとする。
【００３６】
本開示の実施形態は、一般に、コンピュータ断層撮影（CT）スキャン中に生成される画像をシミュレートするための方法およびシステムを対象とする。より具体的には、本開示の実施形態は、対象患者が対象スキャナを使用して実際にCTスキャンを受けた場合に生成される画像を正確に表すシミュレートされた画像を生成する手法を提供する。以下で詳細に説明するように、CTイメージングシミュレータシステムは、特定のCT画像がどのように見えるかを前向きに評価するとともに、特定のCTイメージング処置がどのように改善されたかを遡及的に評価するのに役立つツールを提供する。診断画像検査を注文する際にCT画像シミュレーションを考慮すると、より多くの情報に基づいた意思決定プロセスにつながり、最終的には患者の安全とケアに役立つ可能性がある。
【００３７】
図1は、本発明の一実施形態による、シミュレートされたCT画像を提供するように構成されたCTスキャン環境100および関連するコンピューティングシステムの例を示している。示されるように、CTスキャン環境100は、CTスキャナ105、関連するイメージングシステム125、およびCTイメージングシミュレータ130を含む。加えて、CTイメージングシミュレータ130は、ファントムデータベース132およびスキャナデータベース134を含むことができる。
【００３８】
知られているように、CTスキャナ105は、X線源110からのX線を被験者120に照射するために使用されるデバイスを提供する。X線源110から放出されたX線は、X線が通過する物質の密度と種類に依存して異なる速度で被験者120の組織、器官、および構造を通過する（その一部は、そのような組織の器官および構造によって吸収される）。リング115とともに配置されたセンサは、被験者120を通過する放射線の量を検出する。結果として得られるセンサ情報は、イメージングシステム125に渡される。イメージングシステム125は、CTスキャナ105から得られたセンサデータから画像を受け取り、格納し、生成するように構成されたコンピューティングデバイスを提供する。
【００３９】
CTスキャン画像（「スライス」と呼ばれることが多い）は、通常、体の長軸に垂直な軸面または横断面に対して作成される。しかしながら、CTスキャナ105は、画像データが様々な平面で、または構造の体積（3D）表現として再フォーマットされることを可能にし得る。CTスキャンが実行されると、CTスキャナ105によって生成されたイメージングデータが格納され得、得られたスキャン画像が他の方法で検討または評価されることが可能になる。一実施形態では、イメージングデータは、周知のDICOM標準を使用してフォーマットされ、PACSリポジトリに格納されてもよい。
【００４０】
非限定的な一実施形態では、CTイメージングシミュレータ130は、特定の患者がCTスキャナ105によるCTスキャンの対象である場合にイメージングシステム125によって生成される画像に対応するシミュレートされた画像を生成するように構成されたコンピューティングシステムおよびソフトウェアアプリケーションを提供する。このシミュレーションは、予測的な意味で（つまり、スキャンを実行する前に）行うことができるが、スキャン後にも行うことができる。CTイメージングシミュレータ130は、少なくともプロセッサと、実行時にプロセッサが本明細書で説明する動作を実行できるようにする非一時的機械可読媒体に格納されたソフトウェア命令とを含むことができる。CTイメージングシミュレータ130は、CTイメージングシミュレータ130と通信する、キーボード、マウス、タッチ画面、または有線もしくは無線デバイス（例えば、スマートフォン、ラップトップ、リモートコントロール、またはPDA）などのコマンドを入力するためのユーザインタフェースや画像を表示するためのディスプレイなどの1つまたは複数のハードウェアコンポーネントも含み得る。
【００４１】
以下の開示を読むことから明らかなように、ファントムデータベース132およびスキャナデータベース134はCTイメージングシミュレータ130の一部として示されているが、これらのデータベースのそれぞれは、CTイメージングシミュレータ130から、さらにはCTスキャン環境100からでも遠隔に配置されることができる。例えば、これらのデータベースの1つまたは複数は、イントラネット、LAN、WAN、またはインターネット接続などのネットワーク接続を介してCTイメージングシミュレータ130によって遠隔に配置され、アクセス可能であり得る。別の例として、これらのデータベースの1つまたは複数は、インターネットを介してCTイメージングシミュレータ130によってアクセス可能なクラウドベースのデータベースであってもよい。いくつかの非限定的な実施形態では、CTイメージングシミュレータ130はCTスキャナ105自体から必要な情報を受け取ることができるため、スキャナデータベース134は必要ではない場合がある。
【００４２】
いくつかの非限定的な実施形態では、図2に示されるように、CTイメージングシミュレータ130は、CTスキャン環境100の残りのコンポーネントに関連しないスタンドアロンシステムであってもよい。この実施形態では、CTイメージングシミュレータ130は、それに関連するファントムデータベース132およびスキャナデータベース134を有してもよく、または上記のように、これらのデータベースはCTイメージングシミュレータ130から遠隔に位置し、インターネットを含み得るネットワークを介してアクセス可能であってもよい。
【００４３】
図3に示すさらに別の実施形態では、CTイメージングシミュレータ130は、ローカルエリアネットワーク、クラウドベースネットワーク、広域ネットワーク、インターネット、イントラネットなどのネットワーク、または別の適切なネットワークなどを介して、複数のCTスキャナ1110および／または複数のイメージングシステム1115に関連付けることができる。示されるように、CTイメージングシミュレータ130をホストするクラウドベースのプロバイダ1125は、ネットワーク1120を介してイメージング設備1105a〜bと通信することができる。各イメージング設備1105では、患者にイメージングサービスを提供するために、関連するイメージングシステム1115を含むCTスキャナ1110が使用される。
【００４４】
ファントムデータベース132は、イメージングファントムを含む。イメージングファントムは当技術分野で周知であり、一般に、実際の人間の代わりに電離放射線研究で使用できる人体またはその一部のモデルとして説明できる。時間の経過とともに、これらのファントムは人体の内部構造に関してますます正確になっている。ファントムは物理ファントムである場合があり、通常、人体とその器官の密度がほぼ等しい様々な液体または半液体を保持するシリンダまたは一連のシリンダなど、特別に設計されたオブジェクトの形をとる。例示的な物理ファントムは、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第4,985,906号明細書で議論されているものである。ファントムは、本明細書では仮想ファントムとも呼ばれる人体の数学的モデルでもあり得る。本開示の目的のために、数学的または仮想のファントムは、ファントムデータベース132に格納される。
【００４５】
仮想ファントムは、人間の組織、器官、構造などの部分の受け入れられた数学モデルを提供できる。例えば、仮想ファントムは、人体（またはその一部）の3次元モデルを作成するために使用される非一様有理Bスプライン（NURBS）のセットを提供し得る。あるいは、仮想ファントムは、空間領域構成法（CSG）またはその他の数学的表現を使用して表すことができる。適切な仮想ファントムの例には、ボリューム（ボクセル）またはサーフェスベース（メッシュまたはNURBS）のファントムが含まれる。本開示において有用であり得る仮想ファントムの例は、図4に提供される。図4のファントムは、個々の器官と、患者の循環系、ペースメーカー、金属インプラント、腫瘍などの潜在的な詳細を含む。このようなファントムは、交差しない閉じたボリュームとして器官をコンピュータのメモリに個別にロードすることで作成できる。器官は、どの器官がどの器官に囲まれているかに基づいて階層構造になっている（例えば、脳は頭蓋骨に含まれている）。包含に基づく器官の階層は、器官内の各光線が横断する長さを決定するために必要である。次に、組織の材料と密度（ICRPまたはNISTの表で説明）が器官のボリュームに割り当てられる（例えば、骨材は骨に、軟部組織は筋肉に、など）。これは器官名に基づいて自動的に行われるが、ユーザは自分のニーズに合わせて組織材料と密度の自動割り当てを変更するオプションがある。
【００４６】
ファントムデータベース132には、以前に作成された利用可能なイメージングファントムのセットを事前に取り込むことができる。追加のファントムは、作成時にファントムデータベース132に追加できる。ファントムデータベース132内のファントムは、例えばファントムの精度または性能について学習した追加情報に基づいてファントムの特定の特性を修正することにより、定期的に更新または調整することもできる。本開示において有用な仮想ファントムはまた、患者のCT画像から構築され得る。いくつかの実施形態では、CT画像自体は、特にトリミングされない場合、本明細書に記載の画像シミュレーションプロセスが器官のセグメンテーションを必要とせずに実行できるため、画像シミュレーションのファントムとして使用できる。
【００４７】
CTイメージングシミュレータ130は、以下で説明するプロセスに従って、ファントムデータベース132からファントムを受け取るためにファントムデータベース132と通信することができる。CTイメージングシミュレータ130とファントムデータベース132との間の通信は、有線接続または無線接続を含む、当技術分野で知られている任意のタイプの通信によるものとすることができる。ほんの一例として、CTイメージングシミュレータ130は、有線または無線LAN、VPN、またはWAN接続を介してファントムデータベース132と通信することができる。ファントムデータベース132は、インターネットを介してアクセス可能なクラウドベースのデータベースであってもよい。この実施形態は、ファントムデータベース132を、例えば異なるイメージング設備内または世界の異なる場所であっても、互いに離れている複数のCTイメージングシミュレータ130間で共有できるという追加の利点を提供する。ファントムデータベース132は、ファントムを任意の適切なデータ構造に格納することができる。例えば、ファントムデータベース132は、ファントムデータベース132を照会および維持するために構造化照会言語（SQL）を使用するリレーショナルデータベースであり得る。ファントムデータベース132は、CTイメージングシミュレータ130がファントムデータベース132を照会し、対象患者の身体的特性および特徴と有利に（例えば、密接に）比較する特性を有するファントムを見つけることができるように配置されるべきである。
【００４８】
スキャナデータベース134は、1つまたは複数のCTスキャナに関する情報を含む。スキャナデータベース134に情報を含めることができるCTスキャナは、CTスキャン環境100の一部であるCTスキャナ105を含むことができる。また、1つまたは複数のイメージング設備1105a〜bの一部であるCTスキャナ1110のそれぞれを含むことができる。さらに、スキャナデータベース134は、任意の数の市販のCTスキャナに関する情報を含むことができる。本開示の目的のために、特定のCTスキャナの「スキャナ情報」は、本明細書の説明から明らかなように、対象CTスキャナに関連付けられたイメージングシステム125,1115に関する情報も含み得る。この開示を読むことから理解されるように、情報がスキャナデータベース134に格納されるCTスキャナが多くなればなるほど、より強力で有用なCTイメージングシミュレータ130になり得る。しかしながら、スキャナデータベース134内の情報は、市販のCTスキャナに関する情報に限定される必要はなく、その情報は理論的CTスキャナにも関係し得る。そのような情報は、CTイメージングシミュレータ130が、実際の患者がCT処置に予定されていない教育または訓練目的に使用される場合に有用であり得る。
【００４９】
当該技術分野で知られているように、CTスキャナは、ガントリが患者の周りを移動する際に様々な位置を通じて同様の信号を生成する一連の検出器要素を含む検出器アレイを含む。様々なアルゴリズムと動作パラメータが、CTスキャナが各動作を実行する方法を制御する。これらのアルゴリズムと動作パラメータがどうあるべきかを知らせる原則の一般的なセットがあるが、各商用CTスキャナはこれらのアルゴリズムと動作パラメータにわずかな変動がある場合がある。
【００５０】
スキャナデータベース134に格納できるスキャナ情報には、これらに関する情報と、対象スキャナがスキャン動作を実行して生データを生成する方法（タイミングや管電圧などのスキャンパラメータを含む）、スキャナが生データを収集する方法（検出器アレイが機能する方法を含む）、およびスキャナが生データから画像を生成する方法（生データが画像に再構成される方法を含む）に関するその他のパラメータと動作の詳細を含むことができる。例えば、スキャナデータベース134は、スキャン動作により生成された生データから画像を再構成するためにスキャナにより使用されるアルゴリズムに関する情報を含むことができる。スキャナデータベース134に各スキャナについて格納された情報は、同じ手法を使用したときにスキャナによって生成される画像を正確にシミュレートするために、CTイメージングシミュレータ130がスキャナで使用されるものと同じ、または類似の画像再構成手法を使用して画像シミュレーションを実行できるように十分に完全かつ詳細でなければならない。画像再構成に使用できる再構成技術の例には、米国特許出願公開第2009/0196393号、米国特許出願公開第2012/0128265号、米国特許出願公開第2005/0259780号、米国特許出願公開第2011/0097007号、米国特許出願公開第2015/0125055号、および米国特許第6,907,102号が含まれ、それぞれ参照により本明細書に組み込まれる。
【００５１】
特定の対象スキャナについてCTイメージングシミュレータ130によって生成されたシミュレートされた画像の精度は、スキャナデータベース134に含まれる対象スキャナの情報の精度と量に依存する。例えば、CTイメージングシミュレータ130は、当技術分野で一般に知られているベースラインまたはデフォルトの画像再構成情報を使用してシミュレーションを実行できるが、対象CTスキャナがベースライン画像再構成手法に従っていない場合、シミュレートされた画像は、対象CTスキャナの実際の画像がどのように表示されるかを正確に示していないかもしれない。他方、スキャナデータベース134が対象スキャナによって実行される画像再構成手法に関する詳細のすべてまたは大部分を含む場合、CTイメージングシミュレータ130はこの情報にアクセスし、シミュレーション中にそれを適用して対象CTスキャナがスキャンの実行後に生成する画像とほぼ一致するシミュレートされた画像を生成することができる。
【００５２】
スキャナデータベース134に格納できるスキャナ情報の非限定的な一例は、平坦な形をしたフィルタおよびX線源の詳細などの初期（すなわち、減衰されていない）光線スペクトルのX線ビーム仕様である。別の非限定的な例は、スキャナの検出器アレイの仕様、ならびに検出器の効率と応答の閾値である。上記で言及したさらに別の非限定的な例は、シミュレートされたサイノグラムからの同一の画像再構成のためのスキャナの再構成アルゴリズムである。これらの例の中で、再構成アルゴリズムは最も重要であると考えることができ、なぜなら、一部のスキャナでは、画像の再構成は反復アプローチに基づいて行われ、他のスキャナはフィルタ処理された逆投影アルゴリズムを採用するためである。再構成されたCT画像の特定のアーチファクトは一般に、画像の再構成に使用されるアルゴリズムの詳細に依存し、シミュレートされた画像でのこれらのアーチファクトの正確な再現は、これらのアルゴリズムの詳細を知ることに依存する。ほんの一例として、アキシャルCT画像のノイズの縞はかなり普遍的であるが、ノイズ縞がどこでどのように現れるかは、ある程度、画像再構成の詳細に依存し得る。これは、非常に密なノイズ縞とみなされる星形アーチファクトを処理する場合に特に当てはまる。ただし、ノイズのコンテキストでスキャナ情報を使用する本来の目的は、ノイズの縞を決定するだけではなく、例えば、完全に確率的ではない特定の方法で集約する傾向など、ノイズ縞に関連する非ランダムなアーチファクトを含む。
【００５３】
情報は、任意の既知のデータ構造でスキャナデータベース134に格納できる。例えば、スキャナデータベース134は、スキャナデータベース134を照会および維持するために構造化照会言語（SQL）を使用するリレーショナルデータベースであり得る。単なる例として、スキャナデータベース134は、スキャナデータベース134の各行が製造業者、モデル、製造日、および／またはシリアル番号によって識別される異なるCTスキャナを表し、各列がそのスキャナに特有のスキャナ情報のタイプを表すことができるように構成できる。各CTスキャナは、イメージング設備によって割り当てられたカスタム名（例えば、「CTルーム1スキャナ」、「CTルーム2スキャナ」など）を使用して識別することもできる。ファントムデータベース132と同様に、スキャナデータベース134は、例えばインターネットを介してアクセスできるようにクラウドベースにすることができる。
【００５４】
図5は、一実施形態による、CTイメージングシミュレータ130を動作させて、対象患者の適切なシミュレートされたCT画像を生成する方法200を示している。示されるように、方法200はステップ205で開始し、CTイメージングシミュレータ130はファントムデータベース132から仮想ファントムを選択する。ステップ210で、CTイメージングシミュレータ130は、CTスキャン環境100のCTスキャナ105であり得る対象CTスキャナのスキャナ情報を受信する。このスキャナ情報の一部またはすべては、スキャナデータベース134から受信することができ、一方、情報の一部またはすべては、CTスキャナ105から直接、またはCTイメージングシミュレータ130のユーザインタフェースへのユーザ入力を介して受信することもできる。ステップ215で、CTイメージングシミュレータ130は、画像シミュレーションを実行し、ディスプレイ画面上に表示できるシミュレートされた画像を生成する。これらの各ステップについて、以下でさらに説明する。ステップ205および210は、任意の順序で実行することができ、ステップ215の前に実行されるならば、同時に実行することさえできる。
【００５５】
ステップ205で、CTイメージングシミュレータ130は、ファントムデータベース132から、画像シミュレーションに使用される仮想ファントムを選択する。適切なファントムを選択するプロセスは、一般に、CTイメージングシミュレータ130で、対象患者の身体的特性などの対象患者の特性を受信することから始まる。このような特性の例には、患者の年齢、身長、体の大きさ、性別、体重、肥満度指数（BMI）などが含まれる。この情報は、例えば、病院情報システム（HIS）、放射線情報システム（RIS）、またはイメージング設備内またはイメージング設備で利用可能な別の情報ソースから受信できる。この情報は、ユーザがそのユーザインタフェースを介してCTイメージングシミュレータ130に直接入力することもできる。この情報が受信されると、CTイメージングシミュレータ130は、ファントムデータベース132を照会して、対象患者の特性と密接に整合する特性を有するファントムを見つけることができる。あるいは、ユーザは、ファントムデータベース132から特定のファントムを選択して、シミュレーションに使用することができる。いずれの場合でも、選択プロセスは、特定のファントムが過去にこの患者で使用されたかどうかなど、患者の以前のイメージング処置に関する情報をさらに考慮してもよい。
【００５６】
ファントム選択ステップ205の一部として、ファントムデータベース132から選択されたファントムは、BMI、身長、性別、および他の解剖学的測定基準を含むファントムの特性を対象患者とより良く整合させるために変形され得る。この修正プロセスは、CTイメージングシミュレータ130に関連するソフトウェアを使用してオペレータによって開始および制御されてもよく、あるいは、CTイメージングシミュレータ130によって自動的に実行されてもよい。非限定的な一実施形態では、ファントムは、ファントムの組織および／または骨密度表現を対象患者の既知の組織および／または骨密度情報とより良く整合させるように修正することができる。例えば、骨粗鬆症と診断された患者の骨密度は低くなる。組織の材料と密度は、シミュレーション中にファントム器官を通過する際のX線ビームの減衰に影響する。別の非限定的な実施形態では、ペースメーカーおよび金属または他のインプラントなどの他の詳細もファントムに組み込むことができる。ファントムに循環系がある場合、ユーザはこの時点で造影剤が存在するかどうかを指定し、関連するパラメータを設定できる。
【００５７】
一実施形態では、CTイメージングシミュレータ130は、その内容が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第8,958,617号および第9,547,893号ならびに米国特許出願公開第2017/0228860号および第2017/0243350号に記載された技術を使用して特定の患者をより良くモデル化するために仮想ファントムを変形するように構成されてもよい。適切な変形には、患者の既存の画像など、対象患者に関する情報を使用した器官の形状の調整と組織密度の調整が含まれる。
【００５８】
ステップ210で、CTイメージングシミュレータ130は、対象CTスキャナに関するスキャナ情報を受信する。対象CTスキャナは、対象患者に対してCTスキャンを実行するために使用される予定の（または使用された）CTスキャナである。しかしながら、対象CTスキャナは代わりに異なるスキャナであってもよく、これは、CTイメージングシミュレータ130が、患者がCT処置を予定されていない教育または訓練目的に使用される場合であり得る。
【００５９】
CTイメージングシミュレータ130は、様々なソースからスキャナ情報を受信することができる。この情報の主なソースは、上述のように、1つまたは複数のCTスキャナに関する情報を格納するスキャナデータベース134であり得る。CTイメージングシミュレータ130が対象CTスキャナの識別情報（例えば、製造業者、モデル、製造日、シリアル番号など）を認識すると、CTイメージングシミュレータ130は、このスキャナに関する情報についてスキャナデータベース134を照会して、スキャナデータベース134からの対象CTスキャナに関する任意の情報を取り出すことができる。CTイメージングシミュレータ130は、例えば、ユーザがCTイメージングシミュレータ130にその情報を入力するか、CTイメージングシミュレータ130の事前設定リストから対象CTスキャナを選択することにより、対象CTスキャナの識別情報を学習することができる。あるいは、HIS、RIS、または別の情報ソースから受信した情報は、対象CTスキャナの識別情報をCTイメージングシミュレータ130に提供してもよい。別の例として、対象CTスキャナとCTイメージングシミュレータ130が通信している場合、CTイメージングシミュレータ130は、この情報について対象CTスキャナを照会することができる。
【００６０】
スキャナデータベース134からスキャナ情報を受信することに加えて、スキャナ情報は、CTイメージングシミュレータ130のユーザインタフェースを介してユーザによりCTイメージングシミュレータ130に提供され得る。スキャナ情報は、対象CTスキャナからCTイメージングシミュレータ130に送信することもできる。スキャナ情報を受信するこれらの方法は、管電圧やkVPなど、スキャンごとに、また患者ごとに異なり得るスキャナ情報に特に適している。この通信は、有線（LAN、WANなど）または無線（Wi-Fi、Bluetooth（登録商標）、ZigBeeなど）接続を介してスキャナからCTイメージングシミュレータに直接行うことができる。通信は、1つまたは複数の中間システムまたはネットワーク、例えばインジェクタシステムを介するなど、間接的であることもある。別の非限定的な実施形態では、CTイメージングシミュレータ130は、ハードドライブなどのCTイメージングシミュレータ130に関連するローカルストレージデバイスから、またはUSBフラッシュドライブ、CD、またはDVDなどの取り外し可能なストレージデバイスからそれを取得することにより、スキャナ情報を受信できる。
【００６１】
上述のように、スキャナ情報は、好ましくは対象CTスキャナに結び付けられ、特定であるが、CTイメージングシミュレータ130によって使用されるスキャナ情報はまた、そのような情報が対象CTスキャナで利用できない場合、一般に当技術分野で知られている、デフォルト画像再構成情報などの一般的またはデフォルト情報から部分的または全体的に導出され得る。例えば、CTイメージングシミュレータ130が、対象CTスキャナによって実行される画像再構成手法に従うために必要なスキャナ情報のすべてではなく一部を受信する場合、CTイメージングシミュレータ130は、スキャナデータベース134またはCTイメージングシミュレータ130にローカルに格納されている一般的なまたはデフォルトの情報であらゆるギャップを埋めることができる。別の代替として、CTイメージングシミュレータ130は、情報が知られている同様のスキャナからのスキャナ情報を使用して、対象CTスキャナに関連するスキャナ情報のギャップを埋めることができる。例えば、対象CTスキャナが特定のメーカーの新しいモデルであり、スキャナデータベース134にその特定のモデルに関する情報が含まれていない場合、CTイメージングシミュレータ130は代わりに、スキャナデータベース134に含まれるそのメーカーの最新のモデルなどの同じメーカーの異なるスキャナに関する情報を取得してもよい。
【００６２】
ステップ215で、スキャナ情報が受信され、ファントムが選択されると、CTイメージングシミュレータ130は、スキャナ情報を使用してファントムに対して一連の投影が実行される画像シミュレーションプロセスを実行し、シミュレートされた画像を生成する。
【００６３】
画像シミュレーションは、シミュレーションアルゴリズムを使用して実行され得る。シミュレーションアルゴリズムは、CTイメージングシミュレータ130に関連する非一時的な機械可読媒体に格納されたソフトウェア命令の形であり得る。これらの命令は、CTイメージングシミュレータ130に関連付けられたプロセッサによって実行され得る。
【００６４】
画像シミュレーションプロセスは、投影画像の形式で生データを生成することから開始できる。投影は当技術分野で知られており、ファントムの周りの様々な平面に投影される通常の放射線画像に似ている。図6を参照すると、完全なファントムインスタンスの単一の平面投影の描写が示されている。イメージングプロトコルの目的によっては、完全なファントムインスタンスは必要ない場合があり、頭部または胴体のみの投影など、ファントムの一部の部分的な投影で十分な場合がある。とりわけ寸法やピクセル間隔などのこれらの生画像の詳細は、ユーザが提供したスキャン範囲と、ステップ210で受信した対象CTスキャナのスキャナ情報に大きく依存する。
【００６５】
当業者には理解されるように、投影は様々な方法で行うことができる。投影方法の選択は、例えば、2次元または3次元の再構成のどちらを目的とするかに依存し得る。3次元再構成を目的とする場合、投影は、広角円錐ヘリカルスキャンをシミュレートするために使用され得る、Feldkamp-Davis-Kress（FDK）アルゴリズムまたはKatsevichの再構成アルゴリズムに基づくものなど、既知の再構成方法とともに広角円錐ヘリカル投影にすることができる。2次元の再構成を目的とする場合は、平面への投影（スライス投影とも呼ばれる）を使用できる。
【００６６】
アルゴリズム的には、広角円錐投影であろうと平面投影であろうと、表面ベースのファントムを使用する場合、器官の境界と光線との交点を決定するか、ボクセルファントムの単一の媒体で横断する長さを直接決定することが含まれ得る。器官の組織組成は、シミュレートされた光線の総減衰量の決定に組み込まれる。減衰係数は、次の式
【００６７】
【数２】
2020508172.tif 000004
【００６８】
に従って表現され得る。ここで、μorganは器官の線形減衰係数（エネルギー／kVpに依存）であり、dorganは光線が器官を横切る長さである。
【００６９】
投影ステップが完了した後、2次元投影画像を再編成できる。この再編成プロセスは、一般にCTスキャナが生の収集データを再編成してファンビームデータ収集を修正する方法を反映することを目的としている。再編成プロセス中、スキャナの生データ前処理の利用可能な詳細は、その用語が本明細書で使用される「スキャナ情報」の一例であり、CTイメージングシミュレータ130によって組み込まれ得る。再編成ステップは、例えば、スライスごとに投影することにより、完全に回避できる。また、3次元再構成をシミュレートするための広角円錐ヘリカル投影の結果は3次元セットであることに留意されたい。ただし、現在、ほとんどのCTスキャナは2次元構成型スキャナである。
【００７０】
次に、CTイメージングシミュレータ130は、単一スライスの生の投影を「サイノグラム」に変換するために、減衰から線形減衰への変換を実行することができる。この変換の効果の例を図7に示す。「サイノグラム」という用語が使用されているが、このステップは2次元再構成の画像シミュレーションに固有のものではなく、2次元および3次元の両方の再構成スキームに適用できる。数学的には、この変換では、次の式に従って減衰した投影の大きさの自然対数を適用する必要がある：
【００７１】
【数３】
2020508172.tif 000005
【００７２】
このべき乗と対数を取る必要性は、上記の式δの追加項にある。この項は、適切な分布（複合ポアソン分布など）に基づいてランダムに生成されるノイズであり、主にX線管電流と検出器効率などのスキャナの他の特定の属性に依存する。特定のスキャナの高精度画像シミュレーションが意図されており、独自のスキャナ情報が利用可能な場合、この項に電子ノイズが追加されることもある。
【００７３】
次に、CTイメージングシミュレータ130は再構成を実行することができ、これは画像シミュレーションの最終ステップを構成し得る。ノイズの多い線形減衰投影と呼ばれることがより適切な上記の「サイノグラム」が編集されると、「サイノグラム」をシミュレートされたスライス画像に変換するために再構成を実行できる。この変換の効果の例を図8に示す。再構成、およびその問題の画像シミュレーションは、低管電流と不十分なkVpによる光子枯渇の主な影響をキャプチャすることができるが、シミュレートされた画像の精度は、対象CTスキャナで採用される再構成アルゴリズムの仕様を組み込むことで改善できる。
【００７４】
当業者によって理解されるように、対象CTスキャナの仕様に応じて、様々な再構成アルゴリズムを採用することができる。例えば、2次元再構成の場合、再構成アルゴリズムは、例えば、フィルタ処理された逆投影（FBP）または反復（代数）再構成であってもよい。3次元再構成は、Feldkamp-Davis-Kress（FDK）アルゴリズムまたはKatsevichの正確な再構成アルゴリズムに基づいて行うことができる。他の適切な再構成方法には、Tangらの米国特許出願公開第2016/0367212号、およびCaoの米国特許出願公開第2013/0315453号で論じられているものが含まれ、これらはそれぞれ、参照により本明細書に明示的に組み込まれる。上記のように、再構成されたCT画像のアーチファクトは、画像の再構成に使用されるアルゴリズムの詳細に依存する。
【００７５】
再構成プロセスが完了すると、出力はシミュレートされたCT画像になる。図8に示される実施形態では、シミュレートされたCT画像はシミュレートされたスライス画像の形態である。画像シミュレーションのステップを繰り返して、ファントムの様々なスライスの追加のシミュレートされた画像を生成できる。シミュレートされた画像は編集され、CTイメージングシミュレータ130に関連付けられたディスプレイに表示され、そこでユーザが検討することができる。シミュレートされた画像は、有線または無線通信手段を介して、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、ラップトップ、PDAなどのハンドヘルドデバイスなど、CTイメージングシミュレータから離れていてもよい別の検討デバイス、またはシミュレートされた画像を表示できるディスプレイ画面を有する他のデバイスに送信されてもよい。さらに、シミュレートされた画像は、将来の使用と検討のためにデータベースに格納できる。
【００７６】
CTイメージングシミュレータ130には様々な用途が考えられる。非限定的な一実施形態では、CTイメージングシミュレータ130は、既存のCTイメージングプロトコルを改善および最適化するとともに、新しいカスタムプロトコルを設計するための見込みのあるツールとして使用される。例として、CTイメージングシミュレータ130を使用して、特定のイメージングプロトコルが十分な解像度を有する対象患者のCT画像を提供するかどうかをテストするために、シミュレートされた画像を生成することができる。シミュレートされた画像の検討に基づいて、イメージングプロトコルの調整を行うことができる。これらの調整には、例えば、シミュレートされた画像が手近なタスクに対して過剰な解像度を有する場合、CTスキャンの一部として適用される全体的な放射線の低減が含まれてもよい。別の例として、放射線科医は、CTイメージングシミュレータ130を使用して、実際の患者でそのようなプロトコルをテストする前に、様々なカスタムプロトコルをテストすることができる。
【００７７】
別の非限定的な実施形態では、CTイメージングシミュレータ130は、参照により明示的に本明細書に組み込まれる米国特許第8,953,861号および第9,792,680号ならびに米国特許出願公開第2017/0123074号および第2017/0228860号などで議論されているように、既存のモンテカルロベースの器官線量推定ツールと一緒に使用して、放射線量と画質の両方の側面を含むCTイメージングの包括的なピクチャを提供することができる。
【００７８】
別の非限定的な実施形態では、CTイメージングシミュレータ130は、CT画像の遡及的分析のためのツールとして使用されて、診断を損なうことなく放射線量を減らすことが可能であったかどうか、または造影剤が使用された場合に、画像品質がどの程度改善されたかなどの質問に対処することができる。
【００７９】
さらに別の非限定的な実施形態では、CTイメージングシミュレータ130は、教育の場などで、学習および議論できるシミュレートされた画像を提供するための経済的な研究または訓練ツールとして使用され得る。
【００８０】
本発明を上記の実施形態および／または例に関連して詳細に説明したが、そのような詳細は例示であって限定するものではなく、当業者は本発明から逸脱することなく変更を加えることができることを理解されたい。本発明の範囲は、前述の説明ではなく、以下の特許請求の範囲によって示される。請求項の同等の意味および範囲内にあるすべての変更および変形は、その範囲内に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００８１】
100  CTスキャン環境
105  CTスキャナ
110  X線源
115  リング
120  被験者
125  イメージングシステム
130  CTイメージングシミュレータ
132  ファントムデータベース
134  スキャナデータベース
1105a  イメージング設備
1105b  イメージング設備
1110  CTスキャナ
1115  イメージングシステム
1120  ネットワーク
1125  クラウドベースのプロバイダ
【図１】
2020508172.tif 000007
【図２】
2020508172.tif 000008
【図３】
2020508172.tif 000009
【図４】
2020508172.tif 000010
【図５】
2020508172.tif 000011
【図６】
2020508172.tif 000012
【図７】
2020508172.tif 000013
【図８】
2020508172.tif 000014
【国際調査報告】
2020508172.tif 000015
2020508172.tif 000016