JP2003024321A - 断層撮影法によって得た像から３次元モデルを再構成するための較正方法 - Google Patents

断層撮影法によって得た像から３次元モデルを再構成するための較正方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出手段と該検出手段に対して移動可能であ
るＸ線源とを含んでいる断層撮影装置によって得た像か
ら３次元モデルを再構成するための較正方法を提供す
る。 【解決手段】 １つの同じ支持体（５）上に担持されて
いる一組のマーカー（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）をＸ線
の場の中に配置し、撮像した像へのマーカーの投影の位
置を処理して、撮像時における線源の位置を推測する。
また、マーカー（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）を支持体に
対して固定し、撮像した像へのマーカー（４ａ、４ｂ、
４ｃ、４ｄ）の投影の位置を処理して、空間内でのマー
カー（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）の位置を推測する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線断層撮影法に
よって得た像から３次元モデルを画像再構成するための
較正方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】従来、断層撮影システムは、図１に示さ
れているように、固定してもよい（例えば、Ｘ線に感応
するスクリーンのような）検出手段１と、移動可能であ
って、検出手段１に対して且つ放射線検査を受けるべき
人体又は物体に対して幾つかの位置を取り、また該人体
又は物体の固定の点を中心にして回転する（例えば、Ｘ
線源のような）放射線供給手段２とを含んでいる。
【０００３】断層撮影２次元像から３次元モデルを再構
成するための多数の手法が知られている。例えば、文献
「Image reconstruction from projections: the funda
mentales of computerized tomography 」, T. Herman,
Academic Press, New York(1980)に記載の再構成アル
ゴリズムを参照されたい。このような再構成法は一般的
に撮像システムの精密な「幾何学的較正」を必要とし、
この較正は３次元空間と様々な２次元投影によって得ら
れた２次元情報とを結びつける。もしこの較正が精確で
ないと、再構成された３次元モデルの品質に欠陥を有
し、特に、小さな構造が明瞭にならない。場合によって
は、この較正は、線源と検出手段との間の距離、線源の
角度位置などのような、撮像システム自身によって供給
される情報から直接的に実行される。この形式の較正の
代替法では、（患者を含めない）撮像用幾何学的配置の
事前較正を行い、また線源を予め較正した相次ぐ位置に
置くことを含んでいる。これらの形式の較正では、機械
的な理由のため、満足のいく精確さ又は結果が得られな
い。
【０００４】他の較正手法では、空間内で基準として作
用するマーカーを使用しており、これらのマーカーは撮
像の際にＸ線の場の中にあり、従って投影像上に現れ
る。３次元空間内でのこれらのマーカーの位置は既知で
あると想定されており、各投影についての撮像用幾何学
的配置は、投影像上のマーカーの位置から導き出された
連立方程式の置き換えによって推測される。理論的に
は、これらのマーカーを用いる手法は、マーカーを用い
ない手法よりもより良い精確さが得られるはずである。
実際には、空間内のマーカーの位置を精確に決定するこ
とは困難な場合が多い。特に、***撮影検査の際、マー
カーは圧迫板に対して固定されているが、検出器に対す
る圧迫板の位置が高精度で分かっているわけではなく、
また圧迫板は患者の胸に押し付けられたとき僅かに動き
易い。
【０００５】
【発明の概要】本発明の一実施形態は、マーカーを使用
して、空間内でのそれらの位置を実質的に精確に決定す
る方法である。
【０００６】本発明の一実施形態は、検出手段と該検出
手段に対して移動可能である放射線供給手段とを含んで
いる断層撮影装置によって得た像から３次元モデルを再
構成するための較正方法であり、該方法では、１つの同
じ支持体上に担持されている一組のマーカーを放射線の
場の中に配置し、撮像した像へのマーカーの投影の位置
を処理して、撮像時における放射線供給手段の位置を推
測する。また、マーカーを支持体に対して固定し、撮像
した像へのマーカーの投影の位置を処理することによ
り、空間内でのマーカーの位置を推測する。
【０００７】特に、本発明の一実施形態では、像へのマ
ーカーの投影の位置を処理して、これから、マーカーの
想定した初期位置と変位した後にマーカーが取る位置と
の間のマーカーの剛性変位を特徴付ける変換パラメータ
を推測する。
【０００８】特に、一実施形態によれば、様々な撮像の
際の線源の位置を決定すると共に、全てのマーカー及び
撮像について、一方では撮像から生じる像への各マーカ
ーの投影の理論的位置と他方では像内でのその実際の位
置との間の距離の関数である総合誤差を最小にする変換
パラメータの値を決定する。
【０００９】本方法の実施形態により、最初に空間内に
おけるマーカーの精確な位置を知ることを必要とせず
に、実質的に精確な較正を得ることができることが理解
されよう。
【００１０】
【発明の詳しい説明】本発明の実施形態は、単に例示し
且つそれに限定するものではない以下の説明を、添付の
図面を参照して読むことにより、更に明らかになろう。
【００１１】図２及び図３に示されるように、本発明を
実施するためのマーカー４ａ〜４ｄに対する可能な１つ
の支持体は、平坦な板（例えば、圧迫板）３である。マ
ーカー４ａ〜４ｄは例えば金属の球であり、板３はＸ線
透過性の材料で作られる。撮像の際、撮像対象物（例え
ば、***）はスクリーン１とマーカー４ａ〜４ｄを支持
している板３との間に圧迫される。線源２の各位置にお
いて、線源から放出された放射線が、検出手段を構成す
るスクリーン１上へ、放射線検査を受ける対象物の領域
の像と同時にマーカー４ａ〜４ｄの像を投影する。板の
正確な位置は厳密には分からない。特に、スクリーン１
と板３とを***に対して配置するときに加える圧迫によ
り板の変位が生じ、この変位は患者毎に大幅に変わり得
る。既知であるデータは、様々なマーカー４ａ〜４ｄの
互いに対する相対位置だけである。一旦圧迫板３が所定
位置に置かれると、それは実行される一連の撮像全体を
通じて固定された状態に留まると考えられる。
【００１２】較正は、各々の撮像毎に、線源２の位置
と、板３の初期位置に対する変位とを実質的に精確に決
定することを含む。これは、Ｎを撮像数として、３Ｎ＋
６個の撮像用幾何学的配置パラメータ、すなわち、各々
の撮像についての線源２の３つの座標（これらの座標
は、デカルト座標（図におけるｘ，ｙ，ｚ）又は極座標
とすることができる）と、板の初期位置から実際の位置
までの変位に対応する剛性変換を記述する６個のパラメ
ータ（３つの平行移動パラメータ及び３つの回転パラメ
ータ）とを決定することに対応する。上記のパラメータ
の決定を行うために、マーカーが互いに対して固定され
ていると云う制約を用いる。
【００１３】例えば、全てのマーカー及び全ての撮像に
ついて、撮像から生じる像への各マーカーの投影の理論
的位置Ｐｍと像内でのその実際の位置Ｐｄとの間の距離
の和を最小にすることのできるような撮像パラメータが
決定される。理論的位置Ｐｍは次のように定義される。
【００１４】（１）線源の位置と仮定した位置（ｘ，
ｙ，ｚ）から、線源の場の中にある点の理論的投影の法
則を定義する。このような法則は、例えば、ビューイン
グ・ソフトウエアにおける従来の場合と同様に、３×４
投影マトリクスと要約される； （２）板の変位に対応すると想定される剛体変換を全て
のマーカーに適用することによって、各マーカーの位置
を決定する； （３）計算された投影をマーカーの計算された位置に適
用し、これから、投影された像上のマーカーの理論的な
位置Ｐｍを推測する。従来の非線形最小化手法、例え
ば、パウエル法によって、最小化を達成し得る。
【００１５】多数の未知のパラメータがある場合、計算
時間が望ましくないほど長くなることがある。その解決
のために、上記の最小化が、好ましくは、２つの異なる
ステップにおいて、一方では剛体変換のパラメータを決
定し、且つ他方では線源の取る様々な位置（ｘｉ，ｙ
ｉ，ｚｉ）に対応する座標を決定することによって、実
行される。第１に、剛体変換のパラメータに初期化値を
与え、且つ総合誤差を最小にする全ての撮像についての
線源位置を決定する。第２に、このように第１のステッ
プで決定された線源位置を用いて、総合誤差を最小にす
る６つの剛性変換パラメータを決定する。
【００１６】この反復処理において、様々な撮像の際に
線源の様々な位置を決定することを含むステップがｎ個
の独立の最小化に分解されるようにすることができる。
この較正方法では、空間内のマーカーの位置を決定す
る。マーカーが圧迫板（***撮影検査の場合）に固定さ
れているとき、上述の方法は胸部を圧迫する際の板の動
きに対してかなり不感応である。
【００１７】当業者にとって、特許請求の範囲に記載し
たような本発明の趣旨及び範囲から離れることなく構造
や処理ステップや機能に様々な変更をなすことができよ
う。
【図面の簡単な説明】
【図１】断層撮影装置の一般的な原理を例示する略図で
ある。
【図２】本発明の可能な一実施形態を示す略図である。
【図３】本発明の可能な一実施形態を示す略図である。
【符号の説明】
１ スクリーン ２ 放射線源 ３ 圧迫板 ４ａ〜４ｄ マーカー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローラン・ロネ フランス、79470・サン・レーミ・レ・シ ュブルーズ、インパス・ド・サルジ、11番 (72)発明者 アンドレア・リック フランス、78370・プレジール、シェマ ン・デ・イリス、53番 (72)発明者 セルジュ・マラー フランス、78533・ビュク・セデックス、 ベーペー・34、リュ・ド・ラ・ミニエ、 283番 (72)発明者 ソフィー・セガール フランス、92240・マラコフ、リュ・ポー ル・ヴァイアン・クゥテュリエ、51番 Ｆターム(参考） 4C093 AA11 CA23 DA06 ED21 FC13 FC27 FF42 5B057 AA08 BA03 BA24 BA26 CH08 CH18 DA07 DA08 DB03 DB09 DC08 5L096 BA06 CA04 FA67 FA69

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 検出手段と該検出手段に対して移動可能
    である放射線源を構成する手段とを含んでいる断層撮影
    装置によって撮像した像から３次元モデルを構成するた
    めの較正方法であって、 一組のマーカー（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）を前記線源
    の場の中に配置するステップと、 撮像した像への前記マーカーの投影の位置を処理して、
    撮像時における前記線源の位置を推測するステップであ
    って、前記マーカー（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）が同じ
    支持体（５）上に担持されている、当該ステップと、 前記マーカー（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）を前記支持体
    に対して固定するステップと、 撮像した像への前記マーカー（４ａ、４ｂ、４ｃ、４
    ｄ）の投影の位置を処理して、空間内での前記マーカー
    ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）の位置を推測するステップ
    と、を有している較正方法。
  2. 【請求項２】 撮像した像への前記マーカー（４ａ、４
    ｂ、４ｃ、４ｄ）の投影の位置を処理して、前記マーカ
    ー（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）の想定した初期位置と変
    位した後に前記マーカー（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）が
    取る位置との間の前記マーカーの剛性変位を特徴付ける
    変換パラメータを推測する、請求項１記載の較正方法。
  3. 【請求項３】 様々な撮像の際の前記線源の位置を決定
    すると共に、全てのマーカー（４ａ、４ｂ、４ｃ、４
    ｄ）及び撮像について、撮像から生じる像への各マーカ
    ーの投影の理論的位置（Ｐｍ）と像内でのその実際の位
    置（Ｐｄ）との間の距離の関数である総合誤差を最小に
    する変換パラメータの値を決定する、請求項２記載の較
    正方法。
  4. 【請求項４】 前記最小にする処理が、 全ての撮像及びマーカー（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）に
    ついて変換パラメータ及び線源の位置に所与の値を割り
    当て、そして、これらの変換パラメータ値について大域
    誤差の最小化を決定し、 このように決定された線源位置について総合誤差を最小
    にする変換パラメータ値を決定すること、を含んでい
    る、請求項３記載の較正方法。
  5. 【請求項５】 線源の位置の決定のため、１つを除く全
    ての線源に所与の値が割り当てられ、その線源について
    は、全てのマーカー（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）につい
    て、また変換パラメータに割り当てられた値について、
    また他の線源に割り当てられた位置について、大域誤差
    を最小にする位置が決定され、この決定が各々の線源に
    ついて順に実行される、請求項４記載の較正方法。
  6. 【請求項６】 前記支持体が圧迫板である、請求項１記
    載の較正方法。
  7. 【請求項７】 検出手段（１）と、 前記検出手段に対して移動可能である放射線源を構成す
    る手段（２）と、 前記放射線源の場の中に配置された一組のマーカー（４
    ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）と、 前記マーカーを１つの同じ支持体上に担持する手段と、 撮像した像への前記マーカーの投影の位置を処理して、
    撮像時における前記放射線源の位置を推測する処理手段
    と、を有する、撮像した像の再構成のための装置。
  8. 【請求項８】 前記処理手段は、撮像した像への前記マ
    ーカー（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）の投影の位置を処理
    して、前記マーカーの想定した初期位置と変位した後に
    前記マーカーが取る位置との間の前記マーカーの剛性変
    位を特徴付ける変換パラメータを推測する、請求項７記
    載の装置。
  9. 【請求項９】 前記処理手段は、様々な撮像の際の前記
    線源の位置を決定すると共に、全てのマーカー及び撮像
    について、撮像から生じる像への各マーカーの投影の理
    論的位置（Ｐｍ）と像内でのその実際の位置（Ｐｄ）と
    の間の距離の関数である総合誤差を最小にする変換パラ
    メータの値を決定する、請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記処理手段は、総合誤差を最小にす
    るため、 全ての撮像及びマーカー（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）に
    ついて変換パラメータ及び線源の位置に所与の値を割り
    当て、そして、これらの変換パラメータ値について大域
    誤差の最小化を決定し、 このように決定された線源位置について総合誤差を最小
    にする変換パラメータ値を決定すること、を含んでい
    る、請求項９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記処理手段は、線源の位置の決定の
    ため、１つを除く全ての線源に所与の値が割り当てら
    れ、その線源については、全てのマーカー（４ａ、４
    ｂ、４ｃ、４ｄ）について、また変換パラメータに割り
    当てられた値について、また他の線源に割り当てられた
    位置について、大域誤差を最小にする位置が決定される
    ようにし、この決定が各々の線源について順に実行され
    る、請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記担持させる手段が圧迫板である、
    請求項７記載の装置。
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