JP5137407B2

JP5137407B2 - トモシンセシス画質制御の方法及び装置

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Publication number: JP5137407B2
Application number: JP2007008656A
Authority: JP
Inventors: バオジュン・リ; ローランド・サウンダース; ジョン・サンドリック; シャンフェン・ニ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2027-01-18
Also published as: FR2896607A1; US7286631B2; JP2007195966A; US20060120506A1; FR2896607B1

Description

本発明は一般的には、医用撮像分野に関する。さらに具体的には、本発明は、トモシンセシス画質制御の方法及び装置に関する。この方法及び装置は、変調伝達関数（ＭＴＦ）の測定を介した平面内分解能及びスライス厚の測定を扱う。

診断手順から放射線治療に至る応用では、高性能医用撮像の重要性は計り知れない。このようなものとして、先進的な技術が絶えず開発されている。ディジタル医用撮像技術は、医用撮像の将来性を表わすものである。ディジタル医用イメージング・システムは、従来のフィルム方式の医用イメージング・システムよりも正確で詳細な解剖学的物体の画像を形成し、一旦、解剖学的物体が走査されれば、画像のさらなる品質強化を可能にする。

断層写真法は二次元式の放射線撮像手法であって、この手法では解剖学的物体の選択された平面の断面画像が得られるが、解剖学的物体の他平面の詳細は不鮮明である。トモシンセシスは放射線撮像における先進的な応用であって、限定された角度にわたって取得された一組の低線量投影画像から解剖学的構造の任意枚数の断層平面の遡及的再構成を可能にする。これらの断層平面が伝える深さ情報は、従来の投影Ｘ線撮像では入手可能でない。換言すると、トモシンセシスは、解剖学的物体の数枚の二次元画像が、異なる角度及び／又は異なる平面で得られるような先進的な三次元式の放射線撮像手法であると言える。次いで、これらの二次元画像は解剖学的物体の容積の三次元画像として再構成される。従来の投影式Ｘ線撮像手法とは異なり、トモシンセシスは、腫瘍又は他の解剖学的特徴のような撮像されている解剖学的物体の内部の関心領域について深さ情報を与える。トモシンセシスは、追加のＸ線撮像を必要とせずにＸ線照射の単一の走査系列から任意枚数の二次元断層画像スライスを再構成することを可能にし、これにより望ましい特徴評価ツールとなっている。

典型的には、ディジタル断層写真法システムでは、Ｘ線源が撮像される解剖学的物体の一方の側に配置され、Ｘ線検出器（すなわちアモルファス・シリコン製フラット・パネルＸ線検出器）が撮像される解剖学的物体の反対側に配置される。アモルファス・シリコン製フラット・パネルＸ線検出器においては、アモルファス・シリコン・アレイがガラス基材の表面に配設されており、シンチレータがアモルファス・シリコン・アレイの上に配設されてアレイに光学的に結合されている。Ｘ線源は、直線、円弧、円、楕円、内擺線又はその他任意の適当な幾何学的構成に沿って掃引し、Ｘ線フォトンのビームをシンチレータに向けて照射する。シンチレータはこれらのＸ線フォトンを吸収して可視光へ変換する。次いで、アモルファス・シリコン・アレイはこの可視光を検出して各々のピクセルにおいて電荷へ変換する。アモルファス・シリコン・アレイの各々のピクセルでの電荷は低雑音電子回路によって読み出されてディジタル化された後に、画像プロセッサへ送られる。最後に、二次元断面画像が表示器に表示され、また後の検索のためにメモリに記憶されてもよい。所望があれば１又は複数の三次元再構成アルゴリズムを用いて一連の二次元断面画像を再構成して、最終的な三次元画像に深さ情報を盛り込むことができる。

ディジタル断層写真法システムに関して述べると、妥当な画像分解能にはＸ線源のＸ線検出器に関する正確な位置揃え（アラインメント）が極めて重要である。Ｘ線レベル又は信号レベルを正確に定量化することの困難なフィルム方式のＸ線システムについて位置揃えを較正し且つ／又は確実化するために、ファントムがしばしば用いられている。しかしながら、フィルム方式のＸ線システムに関連する一つの欠点は、典型的には、画像の鮮明度の目視評価を行なうことしかできないことである。ディジタル断層写真法システムのようなディジタル放射線撮影イメージング・システム、及び数値的な解析のために画像をディジタル化することが可能なその他任意の放射線撮影イメージング・システムは、位置揃え及び／又は画像の分解能若しくは鮮明度の正確な定量的測定を得ることを可能にするのに役立つ。従って、参照によりその全体が本出願に援用される２００４年１月９日に出願された米国特許出願第１０／７５５，０７４号「ALIGNMENT SYSTEMS AND METHODS FOR RADIOGRAPHIC IMAGING SYSTEMS」は、離散的な空間解析及び周波数解析を用いて放射線撮影イメージング・システムの機械的な位置揃えを正確に定量化し、これにより、システムから最適な画像分解能を得ることができるようにシステムの精密な機械的な位置揃えを可能にするシステム及び方法、並びに単純な幾何学的形状ファントムを提供している。
米国特許第６６３２０２０号米国特許第５７９９０５９号米国特許第６４６０００３号米国特許第６４０９３８３号米国特許第６８１１３１４号

ディジタル・トモシンセシス・システムに関して述べると、平面内分解能及びスライス厚という二つの重要な画質特性が存在している。平面内分解能は、同じ平面内で微小距離だけ離隔して配置されている隣り合った複数の解剖学的物体又は解剖学的特徴を分解するシステムの能力を定義する。一例として図１を参照すると、同図は、当業者に周知の標準的なライン・ペア（line pair）型ファントム１０を図示しており（又は精密に近似しており）、平面内分解能が高いということは、システムがさらに多くのライン・ペア１２を分解することが可能であることを意味する。臨床の場面では、このことは、毛管又は微小石灰化等のような微小な構造を分解することが可能であることを意味する。

一方、スライス厚は、異なる平面の間でのシステムの分解能力を定義する。従来は、放射線画像は三次元の解剖学的物体の二次元の投影を反映しており、従って、解剖学的特徴の間の空間的な関係を理解することが困難である。現行の撮像製品における画質シグニチャ試験（ＩＱＳＴ）は、平面内分解能、不良ピクセル及び他の特定検出器向け測定規準のみを測定するように設計されているため、スライス厚の測定には適さない。トモシンセシスの場合を考えると、上下に重なる解剖学的特徴の深さ情報を画像と共に符号化することが可能となっている。トモシンセシスの場合には、断層写真法の場合に比べてスライス厚の定義が明白でない、というのは、トモシンセシス平面はＸ線ビームに対して垂直（又は斜め）に位置しているからである。断層写真法の場合には、画像平面はＸ線ビームに対して平行（又はマルチ・スライス断層写真法の場合には近似的に平行）に位置している。従って、断層写真法は主にスライス厚の直接的な測定を用いるが、トモシンセシスでは直接的な測定及び間接的な測定の両方が必要とされる。

従って、平面内分解能及びスライス厚を測定する間接的な方法及び関連する装置が必要とされている。理想的には、この方法及び関連する装置は、変調伝達関数（ＭＴＦ）の測定に基づくものとする。有利には、かかる方法及び関連する装置は、平面内分解能及びスライス厚の両方を１回の測定に結合し、正確で信頼性が高く、容易に自動化されるものとし、また高価なファントムを必要としないものとする。

様々な実施形態の例において、本発明は、トモシンセシス画質制御の方法及び装置を提供する。さらに明確に述べると、本発明は、変調伝達関数（ＭＴＦ）の測定を介した平面内分解能及びスライス厚の測定を扱う方法及び装置を提供する。実際的には、本発明の方法及び装置は、トモシンセシス・システムについて定量的で且つ直観的な品質検査を提供するために、現在既存の又は将来存在する任意の特殊設計されたトモシンセシス用スライス厚ファントムと組み合わされる。

本発明の実施形態の一例では、トモシンセシス・イメージング・システムのためのトモシンセシス画質制御の方法を提供し、この方法は、変調伝達関数（ＭＴＦ）の測定を介した平面内分解能及びスライス厚の測定を扱い、予め決められた尖鋭度のエッジを有するファントムをＸ線検出器の撮像平面に対して予め決められた角度に配置するステップと、トモシンセシス取得を実行して、１又は複数の三次元再構成アルゴリズムを用いて１又は複数のスライス画像を形成するステップと、１又は複数のスライス画像から測定対象のスライス画像を選択するステップと、ファントムの焦点の合った部分を含む最も鮮明なエッジを測定対象のスライス画像内で識別するステップと、測定対象のスライス画像、及び測定対象のスライス画像内で最も鮮明なエッジの座標をＭＴＦアルゴリズムに入力するステップと、ＭＴＦアルゴリズムを用いて測定対象のスライス画像の平面内分解能及びスライス厚を算出するステップとを含んでいる。

本発明の実施形態のもう一つの例では、トモシンセシス・イメージング・システムのためのトモシンセシス画質制御の方法を提供し、この方法は、変調伝達関数（ＭＴＦ）の測定を介した平面内分解能及びスライス厚の測定を扱い、予め決められた尖鋭度のエッジを有するファントムをＸ線検出器の撮像平面に対して予め決められた角度に配置するステップと、トモシンセシス取得を実行して、１又は複数の三次元再構成アルゴリズムを用いて１又は複数のスライス画像を形成するステップと、１又は複数のスライス画像から測定対象のスライス画像を選択するステップと、ファントムの焦点の合った部分を含む最も鮮明なエッジを測定対象のスライス画像内で識別するステップと、測定対象のスライス画像、及び測定対象のスライス画像内で最も鮮明なエッジの座標をＭＴＦアルゴリズムに入力するステップと、ＭＴＦアルゴリズムを用いて測定対象のスライス画像の平面内分解能及びスライス厚を算出するステップとを含んでおり、上述のＭＴＦアルゴリズムは、再構成されたトモシンセシス平面からエッジ・プロファイルを抽出するステップと、エッジ・プロファイルの一次導関数を求めるステップと、ファントムに沿った予め決められた距離について空間ＭＴＦを決定するために、エッジ・プロファイルの一次導関数にフーリエ変換を施すステップと、エッジ・プロファイルの鮮明度に対応しておりトモシンセシス・イメージング・システムの平面内分解能を表わす半値半幅（ＨＷＨＭ）を空間ＭＴＦについて算出するステップと、ＨＷＨＭ対ｚ方向曲線からトモシンセシス・イメージング・システムのスライス厚を決定するステップとを含んでいる。

本発明の実施形態のさらにもう一つの例では、トモシンセシス・イメージング・システムのためのトモシンセシス画質制御の装置を提供し、この装置は、変調伝達関数（ＭＴＦ）の測定を介した平面内分解能及びスライス厚の測定を扱い、予め決められた尖鋭度のエッジを有しており、Ｘ線検出器の撮像平面に対して予め決められた角度に配置されているファントムと、トモシンセシス取得を実行して、１又は複数の三次元再構成アルゴリズムを用いて１又は複数のスライス画像を形成する手段と、１又は複数のスライス画像から測定対象のスライス画像を選択する手段と、ファントムの焦点の合った部分を含む最も鮮明なエッジを測定対象のスライス画像内で識別する手段と、測定対象のスライス画像、及び測定対象のスライス画像内で最も鮮明なエッジの座標をＭＴＦアルゴリズムに入力する手段と、ＭＴＦアルゴリズムを用いて測定対象のスライス画像の平面内分解能及びスライス厚を算出する手段とを含んでいる。

様々な図面を参照して本発明の方法及び装置を図示して本書で説明する。図面では、類似の参照番号は適宜類似の方法ステップ及び／又は装置構成要素を表わしている。

本発明の完全な理解を促す目的で、図１〜図１３に示すような本発明の様々な好適実施形態を参照し、また特定の言語を用いてかかる実施形態を説明する。本書で用いられる用語は、説明の目的のためのものであって限定のためのものではない。本書に開示する特定の構造詳細及び機能詳細は、限定として解釈すべきではなく、特許請求の範囲の基礎事項として、また本発明を様々に用いることを当業者に教示する代表的な基礎事項としてのみ解釈すべきである。図示の構造及び機能におけるあらゆる改変又は変形、並びに本書で説明されて当業者に通常想到されるような本発明の原理のさらに他の応用は、本発明の要旨及び範囲に含まれるものと看做す。

図２には、本発明の実施形態に用いられる一つの例示的なディジタル断層写真法システム２０のアーキテクチャを示す模式図が示されている。ディジタル断層写真法システム２０は典型的には、Ｘ線源２５、Ｘ線検出器２２、Ｘ線検出器２２を動作させる電子回路を組み入れたＸ線検出器制御器２６、及びＸ線源２５を動作させる電子回路を組み入れたＸ線源制御器２４を含んでいる。動作について述べると、全システム制御器３６が電力信号及びタイミング信号をＸ線源制御器２４ヘ供給すると、Ｘ線源制御器２４はＸ線源２５の動作、位置、投影／照射角、及び掃引速度等を制御する。Ｘ線源２５は典型的には、Ｘ線２７をＸ線源２５からアモルファス・シリコン・アレイ４０及びシンチレータ４２を含むＸ線検出器２２に向かって照射させつつ、直線、円弧、円、楕円、内擺線又はその他任意の適当な幾何学的形状に沿って掃引する。全システム制御器３６はまた、Ｘ線検出器制御器２６の動作を制御し、するとＸ線検出器制御器２６はＸ線検出器２２の動作を制御する。撮像されている解剖学的物体（すなわち患者２９）を透過した後に、Ｘ線２７はシンチレータ４２に衝突し、シンチレータ４２は内部でＸ線フォトンを可視光へ変換する。次いで、可視光は、アモルファス・シリコン・アレイ４０内のフォトダイオード５１のアレイ（図３）によって電荷へ変換される。各々のフォトダイオード５１は、シンチレータ４２によって発生される可視光の大部分を確実に受光するのに十分に広い面積を有する。各々のフォトダイオード５１はまた、可視光フォトン励起から生ずる電荷を蓄積することを可能にするような比較的大きいキャパシタンスを有している。Ｘ線検出器制御器２６内のデータ取得システムが、Ｘ線検出器２２からのアナログ電荷データをサンプリングしてディジタル信号へ変換して、後の処理に供する。これらのディジタル信号は画像プロセッサ２８へ送られて、ここで画像信号が処理されて画質を強化される。次いで、処理を施されて画質を強化された画像は、陰極線管表示器３２又は他の適当な表示器に表示されてもよいし、且つ／又は後の検索のために大容量記憶３０に記憶されてもよい。選択随意で、画像プロセッサ２８はまた、輝度制御信号を発生して照射制御回路３４に印加し、電源４４を調節することができ、これによりＸ線源制御器２４を介してＸ線源２５を調節する。ディジタル断層写真法システム２０の動作は、操作者インタフェイス３８を介して操作者から命令及び／又は走査パラメータを受け取る全システム制御器３６によって制御される。操作者インタフェイス３８は、例えばキーボード、指触パッド又は他の適当な入力装置を含んでいる。陰極線管表示器３２（又は他の適当な表示器）によって、操作者は再構成された画像、及び画像プロセッサ２８からの他のデータを観察することができる。操作者が供給した命令及び／又は走査パラメータは全システム制御器３６によって用いられて、画像プロセッサ２８、Ｘ線源制御器２４、Ｘ線検出器制御器２６及び／又は照射制御回路３４に制御信号及び情報を供給する。

本発明の実施形態は、全システム制御器３６で走行するソフトウェア又はファームウェアを利用して、本発明の方法及び装置に関連するデータの処理を遂行する。マウス、ポインティング・デバイス又は他の適当な入力装置を用いて、データ位置及び／又は画像位置等の入力を容易にする。本発明の他実施形態は、画像を記憶し且つ／又は印刷するメモリ装置及び／又は印刷能力を有する汎用コンピュータ又はワークステーションを利用する。適当なメモリ装置は当業者には周知であり、限定しないが、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ハード・ドライブ、光学媒体及びディスケット等がある。汎用コンピュータ又はワークステーションを用いた実施形態は、該コンピュータ又はワークステーションから従来の電子的記憶媒体及び／又は従来の通信リンクを介してデータを受け取り、これらのデータから画像が再構成される。

図３には、本発明の実施形態に用いられる例示的なアモルファス・シリコン製フラット・パネルＸ線検出器２２が示されている。典型的には、縦列電極６０及び横列電極６２が単一部材のガラス基材６４の表面に配設され、これによりアモルファス・シリコン・アレイ４０が画定されている。アモルファス・シリコン・アレイ４０は、フォトダイオード５１及び電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）５２のアレイを含んでいる。シンチレータ４２がアモルファス・シリコン・アレイ４０の上に配設されてアレイ４０に光学的に結合されている。シンチレータ４２は、例えば線量効率の高いヨウ化セシウムシンチレータであってよく、動作時にＸ線フォトンを受光し吸収して、可視光へ変換する。高フィル・ファクタのアモルファス・シリコン・アレイ４０は、その内部では各々のフォトダイオード５１がピクセルを表わしており、検出された可視光を各々のピクセルにおいて電荷へ変換する。次いで、低雑音電子回路によって（接点フィンガ７０及び接点リード７２を介して）各々のピクセルの電荷を読み出してディジタル化し、この後に、画像プロセッサ２８（図２）へ送る。

断層写真法イメージング・システムは、画像が取得されている間に用いられる掃引角に依存したスライス厚を有する画像を形成する。Ｘ線源２５（図２）のＸ線検出器２２（図２及び図３）に関する機械的な位置揃え及び速度追跡は、画像において精密なスライス厚及びスライス深さにとって極めて重要である。しかしながら、この機械的な位置揃えに寄与する多数の項目を直接測定することは比較的困難である。従って、かかるシステム及び他の放射線撮影イメージング・システムの機械的な位置揃えの良好な代替的な測定は、既知のファントムの画像の結果的な品質を間接的に測定することにより得られる。

ファントムは、得られる画像の画質を決定するためにフィルム方式のイメージング・システムでは広く用いられている。しかしながら、かかるファントムをフィルム方式のシステムと共に用いても、典型的には、結果として得られる画質又は鮮明度の定性的すなわち主観的な解析を可能にするに過ぎず、スライス厚及びスライス深さが近似的に正しいか否かを示すに過ぎない。詳細な定量的な解析結果を得るのは比較的困難であり、殆どの従来のシステム及び方法の性能範囲を超えている。

現状では、放射線撮影イメージング・システムの機械的な位置揃え、及び該システムによって形成される結果として得られる画像の分解能を定量的に評価する許容可能なシステム及び方法は存在しない。参照によりその全体が本出願に援用される２００４年１月９日に出願された米国特許出願第１０／７５５，０７４号「ALIGNMENT SYSTEMS AND METHODS FOR RADIOGRAPHIC IMAGING SYSTEMS」（特許文献１）のファントム、並びに離散的な空間解析及び周波数解析方法は、放射線撮影イメージング・システムの機械的な位置揃えの定量的な解析を提供し、これにより、最適な画質が達成され得るようにかかるイメージング・システムを精密に位置揃えすることを可能にする。

Ｘ線検出器の分解能は、Ｘ線検出器の表面に配置された放射線非透過性の薄いバー形状ファントムを用いて測定され得る。このファントムのＸ線画像を取得し、画像の部分集合を、バーの画像によって形成されるエッジの導関数の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を求めることにより解析する。この計算の結果は、イメージング・システムの分解能を定義する一方法であるイメージング・システムの空間周波数応答を与える。

１又は複数の単純な幾何学的形状ファントムを用いて、放射線撮影イメージング・システムの焦点深度及び焦点範囲を決定することができる。本発明のファントムは、画像分解能測定等を得ることを可能にするのに十分に直線的なエッジを保持することが可能な任意の適当な放射線非透過性減弱性材料を含んでいる。幾つかの例示的な非限定的材料としては、タングステン、鉛、スズ、鉛−スズ合金、鋼、原子番号の大きい充填材を含浸させたエポキシ等がある。図４を参照して述べると、本発明の実施形態は、Ｘ線検出器２２（図２及び図３）に隣接して配設される放射線透過性の台８４を用いており、この放射線透過性の台８４は、薄いバー形状の「傾斜」ファントム８０を、傾斜ファントム８０の中心がイメージング・システム２０（図２）の中心に又は中心の近くに位置するような角度で表面又は内部に配置している。この放射線透過性の台８４は、例えば低密度発泡材（空気を模擬する）、水又は任意の適当な人体組織様材料のような任意の適当な放射線透過性材料から成っている。傾斜ファントム８０の長軸は、Ｘ線源２５（図２）及び／又はＸ線検出器２２の走行方向に垂直に配置されているため、結果として得られる画像は、イメージング・システム２０の焦点深度において最良の分解能を与える。例えば、傾斜ファントム８０は、Ｘ線検出器表面板（図示されていない）に関して３０°の傾斜を成して配置される１ｍｍタングステンの「定規」から成っていてよい。走査方向はこの定規に垂直である。

前述のように、本発明は、トモシンセシス画質制御の方法及び装置を提供する。さらに明確に述べると、本発明は、変調伝達関数（ＭＴＦ）の測定を介した平面内分解能及びスライス厚の測定を扱う方法及び装置を提供する。実際的には、本発明の方法及び装置は、トモシンセシス・システムについて定量的で且つ直観的な品質検査を提供するために、現在既存の又は将来存在する任意の特殊設計されたトモシンセシス用スライス厚ファントムと組み合わされる。

本発明の方法は、やはり前述したように、高密度金属、タングステン及び鋼等で製造されており尖鋭なエッジを有する傾斜ファントム８０（図４）をＸ線検出器平面に対して一定の角度に配置するステップを含んでいる。繰り返しになるが、用いられる放射線透過性の台８４は、低密度発泡材（空気を模擬する）、水又は任意の適当な人体組織様材料から成っている。次に、トモシンセシス取得を実行して、１又は複数の三次元再構成アルゴリズムを用いてスライス画像を形成する。後続の測定では１又は複数のスライス画像が用いられる。次に、傾斜ファントム８０の焦点の合った部分に相当する最も鮮明なエッジを測定対象の画像内で識別する。このことが、図５の傾斜ファントムの再構成された断層スライス画像に示されており、同図では、最も鮮明な点９０（最も高輝度の点）が強調されている。この識別は、操作者によって手動で行なわれてもよいし、自動式ソフトウェア・プログラムを用いて行なわれてもよい。次に、測定対象の画像及び最も鮮明な点９０の座標を、ＭＴＦを算出するために本発明のアルゴリズム（又は等価なアルゴリズム）に入力する。

先ず、予め決められた再構成されたトモシンセシス平面から一連のエッジ・プロファイル９２を抽出する。一つのかかるエッジ・プロファイル９２を図６に示す。第一のエッジ・プロファイル９２は、エッジ上の最も鮮明な点（焦点の合った点又は平面内の点）を横断するように選択される。次いで、第一のプロファイルに平行に走行しており例えば１ｍｍ間隔で傾斜材の画像に沿って離隔している他のプロファイルを選択する。第二に、各々のエッジ・プロファイル９２の一次導関数９４を求める。このことを図７に示す。第三に、各々のエッジ・プロファイル９２の一次導関数９４にフーリエ変換を施して、傾斜材の画像に沿った距離について空間ＭＴＦを決定する。次いで、この距離を、傾斜角に基づいてｚ方向の深さへ変換する。第四に、各々の空間ＭＴＦについて半値半幅（ＨＷＨＭ）９６を算出する。このことを図８に示す。最後に、最も鮮明なエッジ・プロファイル９２に対応するＨＷＨＭ９６がトモシンセシス・システムの平面内分解能を表わす。トモシンセシス・システムのスライス厚は、ＨＷＨＭ対ｚ方向曲線９８から決定される。このことを図９に示す。

算出された平面内分解能及びスライス厚は、表示装置及び／又は記録手段（すなわち記憶装置及び／又はプリンタ）を介して操作者へ報告される。以上のステップを、例えば細いワイヤ等のような任意の特殊設計されたファントムを用いた平面内分解能／スライス厚の任意の直接的な測定と組み合わせて、結果の直観的な理解／視覚化を与えることもできる。用いられるファントム（１又は複数）を問わず、この直観的な理解／視覚化は、ファントム（１又は複数）の１又は複数のスライス画像を介して達成される。特殊設計されたファントム（１又は複数）を個別に又は従来のステップと組み合わせて用いると、トモシンセシス・システムのコントラスト、低コントラスト検出能、並びに雑音特性（信号対雑音比（ＳＮＲ）及び雑音スペクトル等）を測定することができる。

断層写真法の場合に戻り、図４を再び参照して述べると、傾斜ファントム８０の静的参照画像を撮影して、問題となっている特定の高さについて可能な最大分解能を与えることができる。次いで、焦点スポット及び固有Ｘ線検出器分解能、並びにあらゆる減弱性材料からの散乱を決定して、後に画像から除去することができる。本発明の解析ツールを任意の適当な方向（すなわち横方向及び長手方向等）に用いることもできる。

図１０に示すように、ボウタイ形状の画像が傾斜ファントム８０（図４）の結果として得られる断層画像となる。この画像の中心１００は、可能な最大分解能を示しており、バーのエッジが明確に画定されるようなイメージング・システムの焦点平面に対応している。バーのエッジは、焦点平面からの距離が増すにつれて不鮮明になり始める。焦点平面におけるこの可能な最大分解能からの不鮮明度の増加は画像取得時に用いられた掃引角によって決定される。理想的には、矢印１０２の近傍に、ファントムが存在している箇所の信号と存在していない箇所の偽信号との間の段差的変化が存在している筈である。しかしながら、実際には、機械的な位置揃え不正の問題のためイメージング・システム分解能が完全分解能に達しないため、矢印１０２の近傍には段差的変化は存在しない。従って、実際には、観察されるのは、鮮明なエッジではなく緩やかなエッジを有する矩形プロファイルである。

図１１には、ディジタル断層写真法イメージング・システムの焦点平面の近くでの傾斜ファントム８０（図４）の一つのエッジの断面プロファイル１１２が示されている。理想的には、傾斜ファントム８０がＸ線源及び／又はＸ線検出器掃引の中心線に精密に位置揃えされていれば、このプロファイル１１２は、点１１１に示すような緩やかなエッジを有する丸みを帯びたプロファイルではなく鮮明なエッジを有する矩形形状を有する。焦点スポットがファントム８０のエッジ１１１をある程度まで不鮮明化するが、Ｘ線源２５（図２）とＸ線検出器２２（図２及び図３）との間の機械的な位置揃え不正が、この画像の劣化の大部分を齎す。このプロファイルの導関数は、このディジタル断層写真法イメージング・システムの線拡散関数１１３を示す。

図１２には、イメージング・システムの分解能を定義する一方法であるディジタル断層写真法イメージング・システムの焦点平面における空間周波数応答１１４が示されている。空間周波数応答は、線拡散関数１１３（図１１）の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）又は他の数値的な解析を求めることにより得ることができる。画像分解能の数値的な尺度を得ると、ディジタル・イメージング・システムに対し、該システムから可能な最良の画像を得ることができるように精密な位置揃え及び較正を行なうことが可能になる。

図４に示すように、本発明の実施形態は、検出器面積の相対的に広い区画にわたって焦点一様性を測定するのに有用な幾つかの小ファントム８２を組み入れることができる。傾斜ファントム８０について説明したのと同じ解析をこれら小ファントム８２の各々に用いることができる。かかる実施形態は、固定された焦点深度を横断したＸ線検出器２２（図２及び図３）の焦点一様性の正確な測定を与える。

画像内の様々な位置での画質性能を特徴評価することに加えて、本発明の解析の出力を利用して、画像処理手法及びフィルタ処理手法を用いて、撮像されている解剖学的物体の最大限の視覚化のための一様な画質を得るために反復型位置揃え誤差を補正することができる。図１３に示すように、乱雑な位置揃え誤差から反復型位置揃え誤差を分離するために、ファントム（１又は複数）の多数の未処理画像を用いる（ブロック１２０）。各々の画像の空間的特徴評価を行なう（ブロック１２２）。この後に、カスタマイズされた画像処理及び画質強化を行ない（ブロック１２４）、以前に決定されている既知のファントム仕様１２６を考慮に入れる。必要に応じて、画質を最適化するように画像処理パラメータを調節する（ブロック１３０）。最後に、画像に補正マップを適用して（ブロック１２８）、反復型位置揃え誤差を含まない最終画像を形成する。

本書に記載したファントム、装置、システム及び方法を、限定しないが医用撮像（すなわちフィルム方式のＸ線システム、ディジタルＸ線システム、線形断層写真法システム、トモシンセシス・システム、計算機式放射線撮影システム、並びに数値的な解析を行なうことができるように得られた画像をディジタル化することが可能なその他任意の放射線撮影イメージング・システム及び／若しくはＸ線平面画像用イメージング・システム等）、非破壊撮像、並びに／又は部品の試験、並びに／又は密輸品（すなわち武器及び爆発物等）の検出のような目的で、多くの放射線撮影イメージング・システムに用いることができる。

本発明が満たす様々な必要性の達成について本発明の様々な実施形態を図示して説明した。但し、これらの実施形態は、本発明の様々な実施形態の原理を説明するに過ぎないことを理解されたい。本発明の要旨及び範囲から逸脱しないような様々な実施形態に対する多くの改変及び適応構成は当業者には明らかであろう。例えば、本書で図示して説明した実施形態はバー形状ファントムを用いているが、本発明の要旨及び範囲から逸脱することなく他の多くの形状が可能であり、かかる全ての変形は本書で網羅されているものとする。このように、本発明は、特許請求の範囲及びその同等物の範囲内に含まれるような全ての適当な改変及び変形を網羅するものとする。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

放射線撮影イメージング・システムの平面内分解能を評価して定量化するのに用いられる当業者に周知の標準的なライン・ペア型ファントムを示す（又は精密に近似する）模式図である。本発明の実施形態に用いられる一つの例示的なディジタル断層写真法システムのアーキテクチャを示す模式図である。本発明の実施形態に用いられる例示的なアモルファス・シリコン製フラット・パネルＸ線検出器を示す遠近図である。本発明の実施形態に用いられる例示的な放射線透過性の台及びバー形状「傾斜」ファントムを示す遠近図である。最も鮮明な点（最も高輝度の点）を強調した図４の傾斜ファントムの再構成された断層スライス画像の図である。本発明の実施形態に用いられるエッジ・プロファイルのプロット図である。本発明の実施形態に用いられるエッジ・プロファイルの一次導関数のプロット図である。各々の空間変調伝達関数（ＭＴＦ）毎に半値半幅（ＨＷＨＭ）を識別する本発明の実施形態に用いられるＭＴＦのプロット図である。ＨＷＨＭ対ｚ方向曲線からのトモシンセシス・システムのスライス厚の決定を示すプロット図である。図４の傾斜ファントムのもう１枚の再構成された断層スライス画像の図である。ディジタル断層写真法イメージング・システムの焦点平面の近くでの図４の傾斜ファントムの断面プロファイルを示すプロット図である。ディジタル断層写真法イメージング・システムの焦点平面での空間周波数応答を示すプロット図である。撮像されている解剖学的物体の最大限の視覚化のための一様な画質を得るために、画像処理手法及びフィルタ処理手法を用いて反復型位置揃え誤差を補正する本発明の方法の一実施形態を示す流れ図である。

符号の説明

２０ディジタル断層写真法システム
２２Ｘ線検出器
２５Ｘ線源
２７Ｘ線
２９患者
３２陰極線管表示器
４０アモルファス・シリコン・アレイ
４２シンチレータ
５１フォトダイオード
５２電界効果トランジスタ
６０縦列電極
６２横列電極
６４ガラス基材
７０接点フィンガ
７２接点リード
８０傾斜ファントム
８２小ファントム
８４放射線透過性の台
９０最も鮮明な点
９２エッジ・プロファイル
９４一次導関数
９６半値半幅（ＨＷＨＭ）
９８ＨＷＨＭ対ｚ方向曲線
１００ファントムの画像
１０２矢印
１１１エッジ
１１２断面プロファイル
１１３線拡散関数
１１４空間周波数応答

Claims

トモシンセシス・イメージング・システム（２０）のためのトモシンセシス画質制御の方法であって、当該方法は、変調伝達関数（ＭＴＦ）の測定を介した平面内分解能及びスライス厚の測定を扱い、
予め決められた尖鋭度のエッジを有するファントム（８０，８２）をＸ線検出器（２２）の撮像平面に対して予め決められた角度に配置するステップと、
トモシンセシス取得を実行して、１又は複数の三次元再構成アルゴリズムを用いて１又は複数のスライス画像を形成するステップと、
前記１又は複数のスライス画像から測定対象のスライス画像を選択するステップと、
前記ファントム（８０，８２）の焦点の合った部分を含む最も鮮明なエッジを前記測定対象のスライス画像内で識別するステップと、
前記測定対象のスライス画像、及び前記測定対象のスライス内での前記最も鮮明なエッジの座標をＭＴＦアルゴリズムに入力するステップと、
前記ＭＴＦアルゴリズムを用いて前記測定対象のスライス画像の前記平面内分解能及びスライス厚を算出するステップと、
オペレータに算出された前記平面内分解能及び前記スライス厚を報告するステップと、
を備えた方法。
前記ファントム（８０，８２）は高密度金属、タングステン及び鋼の１又は複数を含んでいる、請求項１に記載の方法。
前記ファントム（８０，８２）は放射線透過性の台（８４）の表面又は内部に配設されている、請求項１に記載の方法。
前記放射線透過性の台（８４）は低密度発泡材、水及び人体組織様材料の１又は複数を含んでいる、請求項３に記載の方法。
前記測定対象のスライス内での前記最も鮮明なエッジを識別する前記ステップは、前記測定対象のスライス内での前記最も鮮明なエッジを手動で識別するステップ、及び前記測定対象のスライス内での前記最も鮮明なエッジを自動式ソフトウェア・プログラムを用いて識別するステップの一方を含んでいる、請求項１に記載の方法。
前記ＭＴＦアルゴリズムは、
再構成されたトモシンセシス平面からエッジ・プロファイルを抽出するステップと、
前記エッジ・プロファイルの一次導関数を求めるステップと、
前記ファントムに沿った予め決められた距離について空間ＭＴＦを決定するために、前記エッジ・プロファイルの前記一次導関数にフーリエ変換を施すステップと、
前記エッジ・プロファイルの前記鮮明度に対応しており前記トモシンセシス・イメージング・システム（２０）の前記平面内分解能を表わす半値半幅（ＨＷＨＭ）を前記空間ＭＴＦについて算出するステップと、
ＨＷＨＭ対ｚ方向曲線から前記トモシンセシス・イメージング・システム（２０）の前記スライス厚を決定するステップと、
を含んでいる、請求項１に記載の方法。
前記再構成されたトモシンセシス平面から前記エッジ・プロファイルを抽出する前記ステップは、前記再構成されたトモシンセシス平面の焦点の合った部分又は平面内部分を横断して前記再構成されたトモシンセシス平面から前記エッジ・プロファイルを抽出するステップを含んでいる、請求項６に記載の方法。
前記再構成されたトモシンセシス平面から前記エッジ・プロファイルを抽出する前記ステップは、前記再構成されたトモシンセシス平面の焦点の合った部分又は平面内部分に平行な平面を横断して前記再構成されたトモシンセシス平面から前記エッジ・プロファイルを抽出するステップを含んでいる、請求項６に記載の方法。
前記トモシンセシス・イメージング・システムの前記平面内分解能及びスライス厚を操作者に対して出力するステップをさらに含んでいる請求項６に記載の方法。
前記トモシンセシス・イメージング・システムの前記平面内分解能及びスライス厚を、特殊設計されたファントム（８０，８２）を用いて得られる平面内分解能及びスライス厚の直接的な測定と組み合わせるステップをさらに含んでいる請求項６に記載の方法。