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Info
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ある。
Claims (12)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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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