JP2011530372A - 理想的なアイソセントリックではない三次元回転型のx線スキャナシステムにおける、較正用ファントムに基づく回転中心探索アルゴリズムを用いたリング・アーチファクトの較正方法 - Google Patents
理想的なアイソセントリックではない三次元回転型のx線スキャナシステムにおける、較正用ファントムに基づく回転中心探索アルゴリズムを用いたリング・アーチファクトの較正方法 Download PDFInfo
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Abstract
を決定するため、及び実質的に円状のリング・アーチファクトRAを除去するための、速く、正確な、数学的に強力な較正方法に関する。前記実質的に円状のリング・アーチファクトは、斯様なCTスキャナシステムを三次元的に再構築されねばならない関心対象の一連の二次元の投影画像を取得するために使用する際に生じる。このために、C字状のアームをもつ回転型のCTスキャナが幾何学的な較正データを提供するために使われる。当該CTスキャナは、少なくとも1つのX線管Sにより発されたX線ビームに晒され、X線照射に感応する少なくとも1つの放射線検出器Dを有し、当該X線管と検出器の各々は、一連の二次元投影画像から三次元的に再構築されねばならない関心対象の周りを理想的な円状ではない軌跡TF、TCDに沿って回転する。前記幾何学的な較正データは、較正用ファントムを複数の異なる投影方向からスキャンするステップと、各投影方向ごとに、X線管の焦点スポット及びX線検出器の中心の三次元の位置を算出するステップとにより提供される。少なくとも1つのX線管及び少なくとも1つの放射線検出器が回転する際の回転軸の正確な三次元の位置及び角方位を近似するために、数学的に強力な最小二乗法の適合を複数用いた円回帰技術が使用されている。
Description
の位置ベクトル
(ここでO は、3つの直交する座標軸x、y、及びzをもつ静止三次元デカルト座標システムの原点である)と、実効的な回転軸(即ち「実効的なアイソセンタ」)の方位ベクトル
とが得られる。ここで後者は、上記の座標軸にまたがる三次元のベクトル空間内で直線
として描かれている。
での瞬間的な位置を表わしており、ここでt0は、画像取得セッションの開始時刻であり、△tは、三次元回転型のC字状のアームをもつスキャナシステムのX線管SとX線検出器Dとを、断層撮像的に再構築され且つ可視化されねばならない関心対象の周りに回転させるときに、2つの隣接する投影方向から2つの連続した二次元投影画像を取得する間のスキャン間隔を意味する。
の近くのエリアの拡大版を示し、これにより、焦点の軌跡面(x'-y'面)に投影された、最小二乗法の最適化規範による回帰円RCとフィットする僅かに円に似たアーチファクトを形成している一連の点を示している。例えば、
及びF. Haklにより発行された文書「物理学におけるデータ分離のための非決定性法の学習、テクニカル・レポートNo.903」(コンピュータ・サイエンス研究所(チェコ共和国、科学アカデミー)、2003年12月、ftp://ftp.cs.cas.cz/pub/reports/v903-03.pdf)、で説明されている方法が、この課題を線形化するために使うことができる。この方法の結果として、前記回帰円RCの中心MRC及び半径rRCが得られ、中心座標は、三次元回転型のC字状のアームをもつスキャナシステムの実効的な回転中心(「実効的なアイソセンタ」)として解釈されることができる。本出願で開示したように、本発明によれば前記一連の点は、
− 各投影方向ごとに(したがって各画像取得時刻tnごとに)X線の焦点から検出器の中心まで、直線の接続線を描くステップと、
− X線管の焦点スポット位置PF(t=tn)及びX線検出器の中心位置PCD(t=tn)を接続している線の各々を、分割比
によって分割するステップと、によって得られる。ここで
は、時刻t=tnでの前記X線管の瞬間的な焦点スポット位置PF(t=tn)及び時刻t=tnでのそれぞれの投影角に対する回転中心の現在位置の間の距離と、前記X線検出器の瞬間的な中心位置PCD(t=tn)及び、この瞬間でのこの投影角に対する現在の回転中心の間の距離との比率によって、投影方向ごとに決定される。結果として得られた実質的に円状のリング・アーチファクトの重心位置に相当する回帰円RCの中心MRCが、このようにC字状のアームをもつシステムの実効的な回転中心
として解釈されることができる。図4cから容易に理解できるように(図4cでは焦点の回帰円RCF の中心MF及び検出器の回帰円MDの中心RCDによって与えられる「焦点の重心位置」及び「検出器の重心位置」と、それぞれが呼ばれている)全ての焦点位置と検出器位置とに対するフィッティング(適合)の中心が、算出された回帰円RCの中心位置MRCによって与えられる実効的な回転中心
と必ずしも一致するわけではない。算出された回帰円RCF及び同RCDは、これらの円の中心MF及びMDが、一致しない別々の点として描かれているので同心である必要はないことも図4cから読み取れる。
、特に長さが1に正規化された法線ベクトル
が次に算出され、真の実効的な回転軸の方向を指しているものと解釈される。これは、したがって、実効的な回転軸の角方位が、それぞれ焦点の軌跡面上又は同一面上の検出器の軌跡面上にある法線ベクトルの角方位である、図4cに図示されている状況とは異なる。
と呼ばれる真の実効的な回転中心が、この時点で、焦点の軌跡面と検出器の軌跡面との間の場所にある点として見出されることができると、前記改善手順は更に予見する。当該点は、正規化された法線ベクトル
の方向にあり、言い換えれば前記焦点軌跡面及び前記検出器軌跡面までの距離において、両者の距離比率が前記分割比?n と等しいところにある。したがって
の座標が、回帰円RCの中心MRCのx"‐y"面への投影により見出されることができる。
Claims (13)
- 少なくとも1つのX線管と、当該X線管と同一直径上に配置された少なくとも1つのX線検出器とを備えた完全なアイソセントリックではない三次元回転型のX線スキャナシステムによって、複数の異なる投影方向から取得された一連のX線撮影された二次元の投影画像中にある、円状のリング・アーチファクトを大幅に除去する較正方法であって、当該較正方法は、
− 可視化され且つ断層撮像的に再現される対象物の周りを、円状の軌跡に沿って前記X線管及び前記X線検出器の各々が移動するときに、較正用ファントムを前記投影方向の各々からスキャンするステップと、
− 各投影方向ごとに、前記少なくとも1つのX線管の焦点スポットの三次元における位置、及び前記少なくとも1つのX線検出器の三次元における中心位置を、前記取得した二次元の投影画像から算出するステップと、
− 前記完全にアイソセントリックではない三次元回転型のX線スキャナシステムが回転する際の回転中心の三次元座標を、前記算出された三次元の位置データに基づいて実行される三次元較正手順の結果として得られる一連の幾何学較正データから決定するステップと、
を含む較正方法。 - 前記三次元の較正手順が、前記較正用ファントムを前記投影方向の各々からスキャンしたときに得られる前記実質的に円状のリング・アーチファクトの二次元投影に最も良くフィットする回帰円の中心位置及び半径を算出し、結果として得られた前記実質的に円状のリング・アーチファクトを前記回帰円がある投影面へと投影する、円の回帰アルゴリズムに基づくことを特徴とする、請求項1に記載の較正方法。
- 前記円の回帰アルゴリズムが、前記少なくとも1つのX線管の焦点スポット位置と前記少なくとも1つの付随するX線検出器の中心位置とを接続する線の各々を、所与の分割比によって分割することによって得られる三次元の位置を示す、実質的に円状のリング・アーチファクトを形成している、一連の点に最も良くフィットする円になる最小二乗法の適合を含むことを特徴とする、請求項2に記載の較正方法。
- 前記分割比が、それぞれの画像取得時刻における、前記少なくとも1つのX線管の瞬間的な焦点スポット位置及び前記特定の投影角度に対するこの時刻における前記回転中心の位置の間の距離と、この瞬間におけるこの投影角度に対する前記少なくとも1つのX線検出器の瞬間的な中心位置及びこの時刻における前記回転中心の間の距離との比率によって、前記投影方向の各々に対して決定されることを特徴とする、請求項3に記載の較正方法。
- 前記取得した一連のX線撮影された二次元画像から関心対象を再構築するときに、前記三次元の較正手順を用いて算出した前記回帰円の中心位置が、前記実質的に円状のリング・アーチファクトの投影面にある前記実効的な回転中心として解釈されることを特徴とする、請求項2乃至4の何れか一項に記載の較正方法。
- 前記取得した一連のX線撮影された二次元の投影画像から関心対象を再構築するときに、結果として得られた前記回帰円の面に直交するベクトルの方位が、前記実効的な回転軸の方位ベクトルとして解釈されることを特徴とする、請求項2乃至4の何れか一項に記載の較正方法。
- 前記実効的な回転軸の前記方位ベクトルが、一連の点にフィットさせるための最小二乗法の最適化規範に基づいて算出され、当該一連の点が、前記一連のX線撮影された二次元の投影画像を、回帰円を得るために異なる投影方向から取得し、結果として得られた前記回帰円の面にある法線ベクトルを前記実効的な回転軸の方位ベクトルとして解釈するときの、一連の離散的な画像取得の所与の回数に対して、前記焦点スポットの軌跡上にある前記少なくとも1つのX線管の焦点スポットの異なる角度位置における前記所与の数の離散的な点と、正反対に対向する位置にある前記少なくとも1つのX線検出器の中心の、当該検出器の軌跡上にある同数の離散的な点とから成ることを特徴とする、請求項1に記載の較正方法。
- 前記実効的な回転中心が、前記少なくとも1つのX線管の焦点スポットの軌跡面と、前記少なくとも1つの付随するX線検出器の中心の軌跡面との間の場所にある点として算出され、当該点は前記法線ベクトルの方向にあり、言い換えれば、前記焦点軌跡面及び前記検出器軌跡面までの距離において、両者の距離比率が前記分割比に等しいところにあることを特徴とする、請求項7に記載の較正方法。
- 少なくとも1つのX線管と、前記X線管に対して正反対の位置に配置された少なくとも1つの付随するX線検出器と、を有する完全にアイソセントリックではない三次元回転型のX線スキャナシステムによって複数の異なる投影方向から得られた一連のX線撮影された二次元の投影画像から、関心対象を断層撮像的に再構築するための方法であって、
前記画像が、前記X線管及び前記X線検出器を2つの円状の軌跡に沿って前記対象物の周りに移動させるときに取得され、請求項1乃至8の何れか一項に記載の実質的に円状のリング・アーチファクトを除去するための較正方法を含むことを特徴とする、方法。 - 請求項1乃至8の何れか一項に記載の較正方法を実施する較正ユニットを有する、コンピュータ断層撮影法で使用される、完全にアイソセントリックではないC字状のアームをもつ三次元回転型のX線スキャナシステム。
- 前記較正ユニットと相互作用する再構築ユニットを有し、当該再構築ユニットが、請求項9に記載の再構築方法を実施するよう適応されている、請求項10に記載のC字状のアームをもつ三次元回転型のX線スキャナシステム。
- 請求項10に記載のC字状のアームをもつ三次元回転型のX線撮像システムを較正するための較正ユニットで実行されたときに、請求項1乃至8の何れか一項に記載の方法を実行するためのコンピュータ・プログラム。
- 請求項11に記載のC字状のアームをもつ三次元回転型のX線スキャナシステムに実装され実行されたときに、請求項9に記載の方法を実行するためのソフトウェア・ルーチンを有する、請求項12に記載のコンピュータ・プログラム。
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