特許 6918247 マルチスペクトルデータの反復的物質分解のための装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6918247

(24)【登録日】2021年7月26日

(45)【発行日】2021年8月11日

(54)【発明の名称】マルチスペクトルデータの反復的物質分解のための装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 6/03 20060101AFI20210729BHJP

【ＦＩ】

   A61B6/03 373

   A61B6/03 360Z

【請求項の数】15

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2020-543185(P2020-543185)

(86)(22)【出願日】2019年2月1日

(65)【公表番号】特表2021-513413(P2021-513413A)

(43)【公表日】2021年5月27日

(86)【国際出願番号】EP2019052458

(87)【国際公開番号】WO2019158371

(87)【国際公開日】20190822

【審査請求日】2021年5月13日

(31)【優先権主張番号】18156735.5

(32)【優先日】2018年2月14日

(33)【優先権主張国】EP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】590000248

【氏名又は名称】コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ

【氏名又は名称原語表記】ＫＯＮＩＮＫＬＩＪＫＥ ＰＨＩＬＩＰＳ Ｎ．Ｖ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001690

【氏名又は名称】特許業務法人Ｍ＆Ｓパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】ウィームカー ラファエル

(72)【発明者】

【氏名】サブシンスキ ヨルグ

(72)【発明者】

【氏名】クリンダー トビアス

【審査官】 相川 俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１４２０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／１２５０５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１４−５０７２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２３２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Radin A. Nasirudin，"Electronic cleansing for CT colonography using spectral-driven iterative reconstruction"，Proc. of SPIE，2017年03月03日，Vol.10134，pp.1013436-1 - 1013436-6

【文献】 W. Cai，"Electronic Cleansing in Fecal-Tagging Dual-Energy CT Colonography Based on Material Decomposition and Virtual Colon Tagging"，IEEE Transactions on Biomedical Engineering，2015年02月，Vol.62, No.2，pp.754-765

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ６／００ − ６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための装置であって、前記装置は、
入力ユニットと、
処理ユニットと、
出力ユニットと
を備え、
前記入力ユニットは、身体部分を含む関心領域の複数のスペクトル画像を前記処理ユニットに提供し、
前記入力ユニットは、複数の物質の物質係数の複数のセットを前記処理ユニットに提供し、物質係数のセットに対して各物質係数は、対応する物質と関連付けられ、物質係数の各セットは、前記複数のスペクトル画像のうちの対応するスペクトル画像と関連付けられ、
前記処理ユニットは、
ｉ）前記複数のスペクトル画像の各スペクトル画像を複数の物質画像及びオフセット画像に分解することであって、異なる物質画像は前記複数の物質のうちの異なる物質に対応し、物質画像は、前記対応する物質の前記物質係数に、異なる画像ロケーションにおける物質濃度を乗算した値によって表され、前記物質係数は、前記対応するスペクトル画像の前記物質係数のセットからの１つの前記物質係数である、当該分解することと、
ｉｉ）各スペクトル画像について、更新された複数の物質画像及びオフセット画像を決定するために、前記身体部分に関係する少なくとも１つのトポロジー的制約に基づいて、各スペクトル画像の前記物質画像のうちの少なくとも１つを操作することと、
ｉｉｉ）複数のスペクトル画像を再構成することであって、再構成される各スペクトル画像は、対応する前記更新された複数の物質画像及び前記オフセット画像から再構成される、当該再構成することと、
ｉｖ）複数の補正を決定するために、再構成スペクトル画像内の画像ロケーションにおける強度を、再構成前の対応するスペクトル画像内の前記画像ロケーションにおける前記強度と比較することであって、補正は画像ロケーションと関連付けられる、当該比較することと、
ｖ）対応する前記複数の補正の利用を含め、各スペクトル画像の前記更新された複数の物質画像を修正することと、
ｖｉ）収束するまで，ｉｉ）〜ｖ）を反復することと
を行い、
前記出力ユニットは、収束時に前記再構成スペクトル画像のうちの少なくとも１つを出力すること、及び／又は、収束時に前記更新された物質画像のうちの少なくとも１つを出力することを行う、装置。

【請求項2】

前記複数のスペクトル画像の各スペクトル画像は、前記複数の物質画像及び前記オフセット画像の線形結合に分解される、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

第１のスペクトル画像と関連付けられるオフセットは、第２のスペクトル画像と関連付けられるオフセットとは異なる、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項4】

前記処理ユニットは、再構成されている複数のスペクトル画像にガウス平滑化を適用する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項5】

前記処理ユニットは、連結成分を決定するために、各スペクトル画像の前記物質画像のうちの少なくとも１つを分析し、前記身体部分に関係する少なくとも１つのトポロジー的制約は、前記身体部分が少なくとも１つの連結成分から構成されることを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項6】

前記少なくとも１つの連結成分は単一の連結成分である、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記少なくとも１つのトポロジー的制約に基づいた前記物質画像のうちの前記少なくとも１つの操作は、前記少なくとも１つの連結成分のもの以外の物質係数をゼロに設定することを含む、請求項５又は６に記載の装置。

【請求項8】

前記少なくとも１つのトポロジー的制約に基づいた前記物質画像のうちの前記少なくとも１つの操作は、最大の連結成分のもの以外の物質係数をゼロに設定することを含む、請求項５から７のいずれか一項に記載の装置。

【請求項9】

前記処理ユニットは、再構成前の前記スペクトル画像内の対応する複数のロケーションにおける強度間の複数の勾配を計算し、前記処理ユニットは、前記複数の勾配を前記再構成スペクトル画像とともに利用して、複数の勾配導出補正を決定し、各スペクトル画像の前記更新された複数の物質画像の修正は、対応する前記複数の勾配導出補正の利用を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。

【請求項10】

再構成前の前記スペクトル画像内の複数の第１のロケーションと複数の第２のロケーションとの間の強度の複数の勾配を決定することと、前記複数の勾配を前記再構成スペクトル画像内の前記複数の第１のロケーションに適用して、前記再構成スペクトル画像内の前記複数の第２のロケーションにおける複数の勾配導出強度を決定することとを含み、前記複数の勾配導出補正を決定することは、前記再構成画像内の前記複数の第２のロケーションにおける前記複数の勾配導出強度を、前記再構成スペクトル画像内の前記複数の第２のロケーションにおける複数の強度と比較することを含む、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

前記再構成画像内の前記複数の第２のロケーションにおける前記複数の勾配導出強度を、前記再構成スペクトル画像内の前記複数の第２のロケーションにおける前記複数の強度と比較することは、前記再構成スペクトル画像内の前記複数の第２のロケーションにおける前記複数の強度から、前記再構成画像内の前記複数の第２のロケーションにおける前記勾配導出強度を減算して、複数の強度補正を提供することを含み、各スペクトル画像の前記更新された複数の物質画像の修正は、対応する前記複数の強度補正によって前記再構成画像内の前記複数の第１のロケーションにおける前記複数の強度を補正することと、各スペクトル画像の前記更新された複数の物質画像の各物質画像について、補正されている前記強度に前記物質係数を乗算することとを含む、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記複数のスペクトル画像の各スペクトル画像の複数の物質画像及びオフセット画像への分解は、前記複数のスペクトル画像内のロケーションにおける物質濃度の合計が１以下になるような濃度制約を施行することを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。

【請求項13】

マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための医療システムであって、前記医療システムは、
画像取得ユニットと、
請求項１から１２のいずれか一項に記載のマルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための装置と
を備え、
前記画像取得ユニットは、身体部分を含む関心領域の複数のスペクトルＸ線画像を取得する、医療システム。

【請求項14】

マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための方法であって、前記方法は、
ａ）身体部分を含む関心領域の複数のスペクトル画像を提供するステップと、
ｂ）複数の物質の物質係数の複数のセットを提供するステップであって、物質係数のセットに対して各物質係数は、対応する物質と関連付けられ、物質係数の各セットは、前記複数のスペクトル画像のうちの対応するスペクトル画像と関連付けられる、当該物質係数の複数のセットを提供するステップと、
ｃ）前記複数のスペクトル画像の各スペクトル画像を複数の物質画像及びオフセット画像に分解するステップであって、異なる物質画像は前記複数の物質のうちの異なる物質に対応し、物質画像は、前記対応する物質の前記物質係数に、異なる画像ロケーションにおける物質濃度を乗算した値によって表され、前記物質係数は、前記対応するスペクトル画像の前記物質係数のセットからの１つの前記物質係数である、当該分解するステップと、
ｅ）各スペクトル画像について、更新された複数の物質画像及びオフセット画像を決定するために、前記身体部分に関係する少なくとも１つのトポロジー的制約に基づいて、各スペクトル画像の前記物質画像のうちの少なくとも１つを操作するステップと、
ｆ）複数のスペクトル画像を再構成するステップであって、再構成される各スペクトル画像は、対応する前記更新された複数の物質画像及び前記オフセット画像から再構成される、再構成するステップと、
ｇ）複数の補正を決定するために、再構成スペクトル画像内の画像ロケーションにおける強度を、再構成前の対応するスペクトル画像内の前記画像ロケーションにおける前記強度と比較するステップであって、補正は画像ロケーションと関連付けられる、当該比較するステップと、
ｉ）対応する前記複数の補正の利用を含め、各スペクトル画像の前記更新された複数の物質画像を修正するステップと、
ｊ）収束するまで、ステップｅ）〜ｉ）を反復するステップと、
ｋ）収束時に前記再構成スペクトル画像のうちの少なくとも１つを出力すること、及び／又は、収束時に前記更新された物質画像のうちの少なくとも１つを出力することを行うステップと
を有する、方法。

【請求項15】

プロセッサによって実行されると、請求項１４に記載の方法を実行する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置、及び／又は、請求項１３に記載の医療システムを制御するためのコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための装置、マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のためのシステム、マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための方法、及び、コンピュータプログラム要素に関する。

【背景技術】

【0002】

本発明の全般的な背景は、Ｘ線スペクトルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）の分野である。ＣＴシステムでは、Ｘ線源がＸ線放射を放出する。放出された放射線は、対象者又は対象物が中に位置する検査領域を横切り、Ｘ線源に対向する検出器アレイによって検出される。検出器アレイは、検査領域及び対象者を横切る放射線を検出し、例えば未加工検出器データ又は投影画像などの、投影データを生成する。再構成手段が、投影データを処理し、対象者又は対象物の容積測定画像を再構成する。Ｘ線スペクトルＣＴは、従来のＣＴシステムの機能を拡張する撮像モダリティである。スペクトルＣＴの特定の構成であるデュアルエネルギー（ＤＥ）ＣＴは、２つの光子エネルギーにおいて同時に取得される２つの減衰値を利用して、物質の質量減衰係数から構成される光電子及びコンプトン寄与を解決し、それによって、その光電子及びコンプトン寄与の値によって未知の物質を識別する。この方式は、診断エネルギー範囲の平均値に近いｋ端エネルギーを有するヨウ素などの物質において特に良好に作用する。２つの基底関数の任意の２つの線形独立な和は減衰係数空間全体に及ぶため、任意の物質を、水及びヨウ素などの、２つの他の物質、いわゆる基底物質の線形結合によって表すことができる。基底物質画像は、単色画像、物質相殺画像、実効原子番号画像又は電子密度画像のような新たな用途を提供する。

【0003】

しかしながら、２つの主要物質は、理想的な定式化においてはスペクトル空間全体に及ぶのに数学的に十分であるが、現実の条件下では、ノイズが存在する場合、空間解像度が制限されている場合、及び、０％を下回る又は１００％を上回る濃度がないこと、トポロジー的な形状の制約などのような特定の境界条件が満たされる必要がある場合、より多くの物質が必要とされる。

【0004】

デュアルソース、高速ｋＶｐスイッチング、及び２層検出器構成など、デュアルエネルギーＣＴ取得を実施するためのいくつかの手法が存在する。加えて、定量的撮像は、医療撮像コミュニティにおける現在の主要なトレンドの１つである。追加のスペクトル情報が、スキャンされている対象物及びその物質組成に関して測定することができる定量的情報を改善するため、スペクトルＣＴはこのトレンドをサポートする。

【0005】

そのような複合物質分解（ＭＭＤ）は、多くの臨床用途にとって基本的なタスクになりつつあり、その目標は、多くの場合、所与の物質を特性化、検出、及び／又はその量を定量化することである。ＭＭＤは、腫瘍、リンパ節を観察するために、また、電子結腸洗浄と呼ばれる過程において利用することができる。電子結腸洗浄は、結腸内のポリープが結腸がんに発展する可能性があるために開発された。それゆえ、特定の年齢を上回る無症状の患者が、結腸の内視鏡検査（結腸内視鏡検査）を実施し、可能性のあるポリープを検出及び評価することが推奨されている。このスクリーニングの順守は低いため、ＣＴを用いた非侵襲性の仮想結腸内視鏡検査（ＶＣ）が、代替手段として開発された。ボリュームレンダリング（ＶＲ）技法を使用することによって、結腸壁の仮想内視鏡レンダリングを生成することができ、現実の内視鏡の視野と同様の画像印象がもたらされる。１つの問題は、結腸が、可能性のあるポリープを隠すおそれがある排泄物及び流体を含有することである。結腸の強制的な物理的洗浄のために下剤（スクリーニング順守率をさらに低下させる）を使用する代わりに、電子洗浄（ＥＣ）が開発されている。このために、患者は、ＣＴスキャンの前に造影剤を服用し、造影剤は、Ｘ線のために密度を高めることによって流体及び排泄物を染色し、ＣＴ画像ボリュームのより高いハンスフィールド単位（ＨＵ）（及び異なるスペクトル）がもたらされる。造影剤によってタグ付けされるものなどの物質は、ＭＭＤを利用したＥＣ画像処理アルゴリズムによって、ＣＴボリュームから抑制することができる。したがって、洗浄された画像ボリュームにおいて、タグ付けされた物質がポリープを隠すことはもはやあり得ない。従来のＣＴにまさるマルチスペクトルＣＴの利点は、コントラストによってタグ付けされた物質が、例えば軟組織又は骨とは別様に明示され、したがって、タグ付けされた物質の電子洗浄を改善することができるため、各画像点の追加の情報をもたらすことである。

【0006】

しかしながら、スキャナの解像度が限られていること、及び、ノイズを考慮に入れると、多数の物質への分解は不良設定問題であるため、ＤＥ ＣＴのＭＭＤは非常に困難である。したがって、従来の（非スペクトル）ＣＴにおける標準的な電子洗浄（ＥＣ）は、十分な情報が得られない画像ロケーションにおいて、特に、三方向物質遷移領域（例えば、空気−軟組織−タグ付けされた物質が触れている）において、結腸内に多量の排泄物及び流体が残っている最小限の準備しかできていない結腸内視鏡検査（下剤がまったく又は小量しか使用されない）について、アーチファクトを生成することが知られている。これらの洗浄アーチファクトによって、ポリープが見落とされるとともに、ポリープが偽陽性に誤って検出される可能性があり、診断が過剰又は過小になる可能性がある。

【0007】

ＭＭＤに関するさらなる情報は、以下の文献に見ることができる：Ｍｅｎｄｏｎｃａ、Ｐａｕｌｏ ＲＳ他「Ｍｕｌｔｉ−ｍａｔｅｒｉａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｅｃｔｒａｌ ＣＴ ｉｍａｇｅｓ」ＳＰＩＥ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ． Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ、２０１０；Ｌｏｎｇ、Ｙｏｎｇ、及びＪｅｆｆｒｅｙ Ａ． Ｆｅｓｓｌｅｒ「Ｍｕｌｔｉ−ｍａｔｅｒｉａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｉｍａｇｅ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｘ−ｒａｙ ＣＴ」Ｐｒｏｃ． ２ｎｄ Ｉｎｔ． Ｍｔｇ． ｏｎ ｉｍａｇｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｘ−ｒａｙ ＣＴ （２０１２）：４１３−６；Ｍｅｎｄｏｎｃａ、Ｐａｕｌｏ ＲＳ、Ｐｅｔｅｒ Ｌａｍｂ、及びＤｕｓｈｙａｎｔ Ｖ． Ｓａｈａｎｉ「Ａ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉ−ｍａｔｅｒｉａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｄｕａｌ−ｅｎｅｒｇｙ ＣＴ ｉｍａｇｅｓ」Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ３３．１ （２０１４）：９９−１１６。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための改善された装置を有することが有利である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決され、さらなる実施形態が、従属請求項において組み込まれる。本発明の以下の説明されている態様及び例は、マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための装置、マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のためのシステム、マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための方法、並びに、コンピュータプログラム要素及びコンピュータ可読媒体にも適用されることに留意されたい。

【0010】

第１の態様によれば、マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための装置であって、当該装置は、
入力ユニットと、
処理ユニットと、
出力ユニットと
を備える、装置が提供される。

【0011】

入力ユニットは、身体部分を含む関心領域の複数のスペクトル画像を処理ユニットに提供するように構成されている。入力ユニットはまた、複数の物質の物質係数の複数のセットを処理ユニットに提供するようにも構成されている。物質係数のセットに対して各物質係数は、対応する物質と関連付けられ、物質係数の各セットは、複数のスペクトル画像のうちの対応するスペクトル画像と関連付けられる。処理ユニットは、
ｉ）複数のスペクトル画像の各スペクトル画像を複数の物質画像及びオフセット画像に分解することであって、異なる物質画像は複数の物質のうちの異なる物質に対応し、物質画像は、対応する物質の物質係数に、異なる画像ロケーションにおける物質濃度を乗算した値によって表され、物質係数は、対応するスペクトル画像の物質係数のセットからの１つの物質係数である、分解することと、
ｉｉ）各スペクトル画像について、更新された複数の物質画像及びオフセット画像を決定するために、身体部分に関係する少なくとも１つのトポロジー的制約に基づいて、各スペクトル画像の物質画像のうちの少なくとも１つを操作することと、
ｉｉｉ）複数のスペクトル画像を再構成することであって、再構成される各スペクトル画像は、対応する更新された複数の物質画像及びオフセット画像から再構成される、再構成することと、
ｉｖ）複数の補正を決定するために、再構成スペクトル画像内の画像ロケーションにおける強度を、再構成前の対応するスペクトル画像内の画像ロケーションにおける強度と比較することであって、補正は画像ロケーションと関連付けられる、比較することと、
ｖ）対応する複数の補正の利用を含め、各スペクトル画像の更新された複数の物質画像を修正することと、
ｖｉ）収束するまで，ｉｉ）〜ｖ）を反復することと
を行うように構成されている。

【0012】

出力ユニットは、収束時に再構成スペクトル画像のうちの少なくとも１つを出力すること、及び／又は、収束時に更新された物質画像のうちの少なくとも１つを出力することを行うように構成されている。

【0013】

言い換えれば、Ｋ個のスペクトル画像が各々、Ｎ個の異なる基礎物質＋オフセットに分解される。１つのスペクトル画像の撮像対象物内のロケーションは、Ｎ＋１個の値によって表され、異なるスペクトル画像の撮像対象物内のこのロケーションは、Ｎ＋１個の値によって表される。したがって、撮像対象物内のロケーションは、Ｋ＊（Ｎ＋１）個の値によって表される。撮像対象物内のすべてのロケーションは、同様にＫ＊（Ｎ＋１）個の値によって表される。例えば、非現実的な対象物構成を除去する形状制約などのトポロジー的制約を物質画像に反復的に適用し、これらの物質画像から再構成される画像を、分解前の画像と比較することによって、画像が、身体部分を周囲の物質からより明瞭に解像することができる解に向かって繰り返すことが可能になる。

【0014】

このように、例えば電子結腸洗浄がマルチスペクトル画像から可能にされ、腫瘍及びリンパ節コントラスト取り込み分析及びかん流が可能にされる。

【0015】

言い換えると、反復的形状制約複合物質分解は、身体部分の取得されるマルチスペクトル画像の画像処理を改善することを可能にする。

【0016】

さらに説明すると、Ｋ＊（Ｎ＋）個の値の正確な解はすべてのボクセルについて可能であるとは限らないが、説明されているように、形状制約複合物質分解及び再構成は、反復的に適用されるとき、解が導出されることを可能にする。

【0017】

一例において、複数のスペクトル画像の各スペクトル画像は、複数の物質画像及びオフセット画像の線形結合に分解される。

【0018】

一例において、第１のスペクトル画像と関連付けられるオフセットは、第２のスペクトル画像と関連付けられるオフセットとは異なる。

【0019】

一例において、処理ユニットは、再構成されている複数のスペクトル画像にガウス平滑化を適用するように構成されている。

【0020】

このようにしてスペクトル画像を取得するのに使用されるＸ線スキャナの点広がり関数（ＰＳＦ）を考慮に入れることができる。スキャナは一定レベルの解像度を有し、これは、隣接するロケーション又はボクセルの強度が互いに流出し得ることを意味する。その後、スキャナのＰＳＦが、合成（再構成）エネルギー（スペクトル）画像にガウス平滑化を適用することによって、前進モデリングにおいてシミュレートされる。これによって、取得されているエネルギー画像の逆畳み込みが不要になる。

【0021】

一例において、処理ユニットは、連結成分を決定するために、各スペクトル画像の物質画像のうちの少なくとも１つを分析するように構成されている。身体部分に関係する少なくとも１つのトポロジー的制約は、身体部分が少なくとも１つの連結成分から構成されることを含む。

【0022】

このように、結腸内の排泄物などの「浮遊」している物質を、そのようなものとして決定し、画像から取り除く又は消去することができる。

【0023】

一例において、少なくとも１つの連結成分は単一の連結成分である。

【0024】

言い換えれば、結腸壁などの身体部分が単一の連結成分であるという知識を使用して、物質画像を操作することができる。また、これによって、解剖学的に現実的ではないため、物質の浮遊する島が身体部分を形成すると考えないことが可能になる。加えて、穴は無視することができる。

【0025】

一例において、少なくとも１つのトポロジー的制約に基づいた物質画像のうちの少なくとも１つの操作は、少なくとも１つの連結成分のもの以外の物質係数をゼロに設定することを含む。

【0026】

このように、画像を反復的に洗浄して、結腸壁又は染色された腫瘍若しくはリンパ節などの特徴を存在したままにすることができる。

【0027】

一例において、少なくとも１つのトポロジー的制約に基づいた物質画像のうちの少なくとも１つの操作は、最大の連結成分のもの以外の物質係数をゼロに設定することを含む。

【0028】

一例において、処理ユニットは、再構成前のスペクトル画像内の対応する複数のロケーションにおける強度間の複数の勾配を計算するように構成されている。処理ユニットは、複数の勾配を再構成スペクトル画像とともに利用して、複数の勾配導出補正を決定するように構成されており、各スペクトル画像の更新された複数の物質画像の修正は、対応する複数の勾配導出補正の利用を含む。

【0029】

このように、勾配は、不良設定問題の解決の支援における追加の情報源を提供する。

【0030】

一例において、処理ユニットは、再構成前のスペクトル画像内の複数の第１のロケーションと複数の第２のロケーションとの間の強度の複数の勾配を決定し、複数の勾配を再構成スペクトル画像内の複数の第１のロケーションに適用して、再構成スペクトル画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の勾配導出強度を決定するように構成されている。このとき、複数の勾配導出補正の決定は、再構成画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の勾配導出強度を、再構成スペクトル画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の強度と比較することを含む。

【0031】

一例において、再構成画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の勾配導出強度を、再構成スペクトル画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の強度と比較することは、再構成スペクトル画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の強度から、再構成画像内の複数の第２のロケーションにおける勾配導出強度を減算して、複数の強度補正を提供することを含む。各スペクトル画像の更新された複数の物質画像の修正は、対応する複数の強度補正によって再構成画像内の複数の第１の位置における複数の強度を補正することと、各スペクトル画像の更新された複数の物質画像の各物質画像について、補正されている強度に物質係数を乗算することとを含む。

【0032】

一例において、複数のスペクトル画像の各スペクトル画像の複数の物質画像及びオフセット画像への分解は、複数のスペクトル画像内のロケーションにおける物質濃度の合計が１以下になるような濃度制約を施行することを含む。

【0033】

第２の態様によれば、マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための医療システムであって、当該医療システムは、
画像取得ユニットと、
第１の態様によるマルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための装置と
を備える、医療システムが提供される。

【0034】

画像取得ユニットは、身体部分を含む関心領域の複数のスペクトルＸ線画像を取得するように構成されている。

【0035】

第３の態様によれば、マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための方法であって、当該方法は、
ａ）身体部分を含む関心領域の複数のスペクトル画像を提供するステップと、
ｂ）複数の物質の物質係数の複数のセットを提供するステップであって、物質係数のセットに対して各物質係数は、対応する物質と関連付けられ、物質係数の各セットは、複数のスペクトル画像のうちの対応するスペクトル画像と関連付けられる、物質係数の複数のセットを提供するステップと、
ｃ）複数のスペクトル画像の各スペクトル画像を複数の物質画像及びオフセット画像に分解するステップであって、異なる物質画像は複数の物質のうちの異なる物質に対応し、物質画像は、対応する物質の物質係数に、異なる画像ロケーションにおける物質濃度を乗算した値によって表され、物質係数は、対応するスペクトル画像の物質係数のセットからの１つの物質係数である、分解するステップと、
ｅ）各スペクトル画像について、更新された複数の物質画像及びオフセット画像を決定するために、身体部分に関係する少なくとも１つのトポロジー的制約に基づいて、各スペクトル画像の物質画像のうちの少なくとも１つを操作するステップと、
ｆ）複数のスペクトル画像を再構成するステップであって、再構成される各スペクトル画像は、対応する更新された複数の物質画像及びオフセット画像から再構成される、再構成するステップと、
ｇ）複数の補正を決定するために、再構成スペクトル画像内の画像ロケーションにおける強度を、再構成前の対応するスペクトル画像内の画像ロケーションにおける強度と比較するステップであって、補正は画像ロケーションと関連付けられる、比較するステップと、
ｉ）対応する複数の補正の利用を含め、各スペクトル画像の更新された複数の物質画像を修正するステップと、
ｊ）収束するまで、ステップｅ）〜ｉ）を反復するステップと、
ｋ）収束時に再構成スペクトル画像のうちの少なくとも１つを出力すること、及び／又は、収束時に更新された物質画像のうちの少なくとも１つを出力することを行うステップと
を有する、方法が提供される。

【0036】

別の態様によれば、前述したような装置を制御するコンピュータプログラム要素であって、コンピュータプログラム要素は処理ユニットによって実行され、前述したような方法のステップを実施するように適合されている、コンピュータプログラム要素が提供される。

【0037】

有利には、上記態様のいずれかによって与えられる利点は、他の態様のすべてに等しく適用され、逆も同様である。

【0038】

上記態様及び例は、以降説明される実施形態から明らかになり、それらの実施形態を参照することによって解明される。

【0039】

以下において、例示的な実施形態を、添付の図面を参照して説明する。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための装置の一例の概略的な設定を示す図である。

【図2】マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のためのシステムの一例の概略的な設定を示す図である。

【図3】マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための方法を示す図である。

【図4】左側にマルチスペクトル入力画像、中央に分解された物質画像（ここでは組織を表すＴと称する）、及び、右側に再構成（又は合成）画像を概略的に示す図である。

【図5】スペクトル入力画像、分解された物質画像、及び再構成（合成）スペクトル画像の可能な構成のさらに３つの例を概略的に示す図である。

【図6】反復的分解及び物質係数推定の詳細なワークフローを示す図である。

【図7】上部において、左側にタグ付けされている流体を示す従来の画像を示し、右側にタグ付けされている流体を不透明な表面として示すボリュームレンダリングを示し、下部において、仮想的に（電子的に）洗浄されている物質画像を示し、右側に、タグ付けされている流体層の下の洗浄されている結腸壁を示す、同じ位置におけるボリュームレンダリングを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0041】

図１は、マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための装置１０の一例を示す。装置１０は、入力ユニット２０と、処理ユニット３０と、出力ユニット４０とを備える。入力ユニット２０は、身体部分を含む関心領域の複数のスペクトル画像を処理ユニット３０に提供するように構成されている。入力ユニット２０はまた、複数の物質の物質係数の複数のセットを処理ユニット３０に提供するようにも構成されている。物質係数のセットに対して各物質係数は、対応する物質と関連付けられ、物質係数の各セットは、複数のスペクトル画像のうちの対応するスペクトル画像と関連付けられる。処理ユニット３０は、以下を行うように構成されている。
ｉ）複数のスペクトル画像の各スペクトル画像を、複数の物質画像及びオフセット画像に分解する。異なる物質画像は複数の物質のうちの異なる物質に対応し、物質画像は、対応する物質の物質係数に、異なる画像ロケーションにおける物質濃度を乗算した値によって表され、物質係数は、対応するスペクトル画像の物質係数のセットからの１つの物質係数である。
ｉｉ）各スペクトル画像について、更新された複数の物質画像及びオフセット画像を決定するために、身体部分に関係する少なくとも１つのトポロジー的制約に基づいて、各スペクトル画像の物質画像のうちの少なくとも１つを操作する。
ｉｉｉ）複数のスペクトル画像を再構成する。再構成される各スペクトル画像は、対応する更新された複数の物質画像及びオフセット画像から再構成される。
ｉｖ）複数の補正を決定するために、再構成スペクトル画像内の画像ロケーションにおける強度を、再構成前の対応するスペクトル画像内の画像ロケーションにおける強度と比較し、補正は画像ロケーションと関連付けられる。
ｖ）対応する複数の補正の利用を含め、各スペクトル画像の更新された複数の物質画像を修正する。
ｖｉ）収束するまで，ｉｉ）〜ｖ）を反復する。

【0042】

出力ユニット４０は、収束時に再構成スペクトル画像のうちの少なくとも１つを出力すること、及び／又は、収束時に更新された物質画像のうちの少なくとも１つを出力することを行うように構成されている。

【0043】

一例において、複数のスペクトル画像は、２つ以上のスペクトル的に解像された画像の結合である画像を含む。したがって、この画像は、減衰又はスペクトル的に解像されていない画像であり得る。

【0044】

一例において、複数のスペクトル画像は、光電散乱全減衰係数画像及びコンプトン散乱全減衰係数画像などの、スペクトル画像から導出される複数の画像を含む。

【0045】

一例において、画像ロケーションはボリュームピクセル又はボクセルである。

【0046】

一例において、造影剤が、関心領域内に存在する。

【0047】

一例において、身体部分は、結腸又は結腸の一部分である。言い換えれば、マルチスペクトル画像分解は、トポロジー的制約を利用することによって反復的に使用され、身体部分が周囲の物質から分離されることを可能にする。このように、改善された電子結腸洗浄が可能にされる。

【0048】

一例において、身体部分は、腫瘍又はリンパ節である。したがって、造影剤が投入されるとき、腫瘍又はリンパ節の評価のために、造影剤の取り込みパターン及び強度を考慮することが重要である。ここで説明する反復的分解装置は、コントラスト物質画像が可能な限り精密に再構成されることを可能にする。

【0049】

一例によれば、複数のスペクトル画像の各スペクトル画像は、複数の物質画像及びオフセット画像の線形結合に分解される。

【0050】

一例によれば、第１のスペクトル画像と関連付けられるオフセットは、第２のスペクトル画像と関連付けられるオフセットとは異なる。

【0051】

一例によれば、処理ユニットは、再構成されている複数のスペクトル画像にガウス平滑化を適用するように構成されている。

【0052】

一例によれば、処理ユニットは、連結成分を決定するために、各スペクトル画像の物質画像のうちの少なくとも１つを分析するように構成されている。このとき、身体部分に関係する少なくとも１つのトポロジー的制約は、身体部分が少なくとも１つの連結成分から構成されることを含む。

【0053】

一例によれば、少なくとも１つの連結成分は単一の連結成分である。

【0054】

一例によれば、少なくとも１つのトポロジー的制約に基づいた物質画像のうちの少なくとも１つの操作は、少なくとも１つの連結成分のもの以外の物質係数をゼロに設定することを含む。

【0055】

一例によれば、少なくとも１つのトポロジー的制約に基づいた物質画像のうちの少なくとも１つの操作は、最大の連結成分のもの以外の物質係数をゼロに設定することを含む。

【0056】

一例によれば、処理ユニットは、再構成前のスペクトル画像内の対応する複数のロケーションにおける強度間の複数の勾配を計算するように構成されている。処理ユニットはまた、複数の勾配を再構成スペクトル画像とともに利用して、複数の勾配導出補正を決定するようにも構成されている。各スペクトル画像の更新された複数の物質画像の修正は、対応する複数の勾配導出補正の利用を含む。

【0057】

一例によれば、処理ユニットは、再構成前のスペクトル画像内の複数の第１のロケーションと複数の第２のロケーションとの間の強度の複数の勾配を決定するように構成されている。処理ユニットはまた、複数の勾配を再構成スペクトル画像内の複数の第１のロケーションに適用して、再構成スペクトル画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の勾配導出強度を決定するようにも構成されている。複数の勾配導出補正の決定は、再構成画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の勾配導出強度を、再構成スペクトル画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の強度と比較することを含む。

【0058】

一例によれば、再構成画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の勾配導出強度を、再構成スペクトル画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の強度と比較することは、再構成スペクトル画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の強度から、再構成画像内の複数の第２のロケーションにおける勾配導出強度を減算して、複数の強度補正を提供することを含む。各スペクトル画像の更新された複数の物質画像の修正は、対応する複数の強度補正によって再構成画像内の複数の第１の位置における複数の強度を補正することと、各スペクトル画像の更新された複数の物質画像の各物質画像について、補正されている強度に物質係数を乗算することとを含む。

【0059】

一例において、強度補正は、第１の位置における強度から減算され、結果もたらされる値が、各物質画像の物質係数と乗算される。

【0060】

一例によれば、複数のスペクトル画像の各スペクトル画像の複数の物質画像及びオフセット画像への分解は、複数のスペクトル画像内のロケーションにおける物質濃度の合計が１以下になるような濃度制約を施行することを含む。

【0061】

一例において、複数のスペクトル画像内のロケーションにおける物質濃度の合計が１よりも大きいとき、濃度制約の施行は、各物質濃度を物質濃度の合計で除算することを含む。

【0062】

一例において、複数のスペクトル画像の各スペクトル画像の複数の物質画像及びオフセット画像への分解は、濃度制約を施行することを含み、異なる画像ロケーションにおける物質濃度は１以上にならなければならない。

【0063】

図２は、マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための医療システム１００の一例を示す。システムは、画像取得ユニット１１０と、図１の任意の例に関連して説明したようなマルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための装置１０とを備える。画像取得ユニット１１０は、身体部分を含む関心領域の複数のスペクトルＸ線画像を取得するように構成されている。

【0064】

一例において、画像取得ユニットは、例えば、トモシンセシス装置など、Ｘ線撮像デバイスを含む。

【0065】

図３は、マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための方法２００を、その基本ステップにおいて示す。方法２００は、以下のステップを有する。

【0066】

ステップａ）としても参照される提供ステップ２１０において、身体部分を含む関心領域の複数のスペクトル画像を提供する。

【0067】

ステップｂ）としても参照される提供ステップ２２０において、複数の物質の物質係数の複数のセットを提供する。物質係数のセットに対して各物質係数は、対応する物質と関連付けられ、物質係数の各セットは、複数のスペクトル画像のうちの対応するスペクトル画像と関連付けられる。

【0068】

ステップｃ）としても参照される分解ステップ２３０において、複数のスペクトル画像の各スペクトル画像を、複数の物質画像及びオフセット画像に分解する。異なる物質画像は、複数の物質の異なる物質に対応する。物質画像は、対応する物質の物質係数に、異なる画像ロケーションにおける物質濃度を乗算した値によって表され、物質係数は、対応するスペクトル画像の物質係数のセットからの１つの物質係数である。

【0069】

ステップｅ）としても参照される操作ステップ２４０において、各スペクトル画像について、更新された複数の物質画像及びオフセット画像を決定するために、身体部分に関係する少なくとも１つのトポロジー的制約に基づいて、各スペクトル画像の物質画像のうちの少なくとも１つを操作する。

【0070】

ステップｆ）としても参照される再構成ステップ２５０において、複数のスペクトル画像を再構成する。再構成される各スペクトル画像は、対応する更新された複数の物質画像及びオフセット画像から再構成される。

【0071】

ステップｇ）としても参照される比較ステップ２６０において、複数の補正を決定するために、再構成スペクトル画像内の画像ロケーションにおける強度を、再構成前の対応するスペクトル画像内の画像ロケーションにおける強度と比較する。補正は画像ロケーションと関連付けられる。

【0072】

ステップｉ）としても参照される修正ステップ２７０において、対応する複数の補正の利用を含め、各スペクトル画像の更新された複数の物質画像を修正する。

【0073】

ステップｊ）としても参照される反復ステップ２８０において、収束するまで、ステップｅ）〜ｉ）を反復する。

【0074】

ステップｋ）としても参照される出力ステップ２９０において、収束時に再構成スペクトル画像のうちの少なくとも１つを出力すること、及び／又は、収束時に更新された物質画像のうちの少なくとも１つを出力することを行う。

【0075】

一例において、収束は、ステップｇ）において、修正後の物質画像内に小さい平均シフトが存在するときに発生する。

【0076】

一例において、複数のスペクトル画像の各スペクトル画像は、複数の物質画像及びオフセット画像の線形結合に分解される。

【0077】

一例において、第１のスペクトル画像と関連付けられるオフセットは、第２のスペクトル画像と関連付けられるオフセットとは異なる。

【0078】

一例において、再構成されている複数のスペクトル画像にガウス平滑化が適用される。

【0079】

一例において、方法は、連結成分を決定するために、各スペクトル画像の物質画像のうちの少なくとも１つを分析するステップｄ）（３００）を有し、ステップｅ）は、身体部分が少なくとも１つの連結成分から構成されることを含む。

【0080】

一例において、少なくとも１つの連結成分は単一の連結成分である。

【0081】

一例において、ステップｅ）は、少なくとも１つの連結成分のもの以外の物質係数をゼロに設定することを含む。

【0082】

一例において、ステップｅ）は、最大の連結成分のもの以外の物質係数をゼロに設定することを含む。

【0083】

一例において、方法は、再構成前のスペクトル画像内の対応する複数のロケーションにおける強度間の複数の勾配を計算するステップｈ）（３１０）を有する。方法はこのとき、複数の勾配を再構成スペクトル画像とともに利用して、複数の勾配導出補正を決定するステップを有する。ステップｉ）はこのとき、対応する複数の勾配導出補正の利用を含む。

【0084】

一例において、ステップｈ）は、再構成前のスペクトル画像内の複数の第１のロケーションと複数の第２のロケーションとの間の強度の複数の勾配を決定することを含む。方法はこのとき、複数の勾配を再構成スペクトル画像内の複数の第１のロケーションに適用して、再構成スペクトル画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の勾配導出強度を決定するステップを有する。このとき、複数の勾配導出補正の決定は、再構成画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の勾配導出強度を、再構成スペクトル画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の強度と比較することを含む。

【0085】

一例において、再構成画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の勾配導出強度を、再構成スペクトル画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の強度と比較するステップｈ）は、再構成スペクトル画像内の複数の第２のロケーションにおける複数の強度から、再構成画像内の複数の第２のロケーションにおける勾配導出強度を減算して、複数の強度補正を提供することを含む。ステップｉ）はこのとき、対応する複数の強度補正によって再構成画像内の複数の第１の位置における複数の強度を補正することと、各スペクトル画像の更新された複数の物質画像の各物質画像について、補正されている強度に物質係数を乗算することとを含む。

【0086】

一例において、ステップｃ）は、複数のスペクトル画像内のロケーションにおける物質濃度の合計が１以下になるような濃度制約を施行することを含む。

【0087】

このように、方法を適用するアルゴリズムは、身体部分の画像及びファントムに適用することができる。

【0088】

ここで、マルチスペクトル画像データの反復的物質分解のための装置、システム及び方法を、図４〜図７に関連してより詳細に説明する。

【0089】

装置は、要約すると、以下を行うアルゴリズムを実施する。

【0090】

アルゴリズムは、Ｋ個のスペクトル入力画像ボリュームを取り込み、それらをＭ個の物質画像ボリュームへと線形的に分解する。他の手法とは異なり、入力画像及び物質画像の数は、例えばＫ＝２又はＭ＝２に限定されない。他の手法とは異なり、分解は、各ボクセルについて独立しておらず、隣接関係（例えば、勾配）を考慮する。

【0091】

物質画像は、物質特有に操作される（例えば、タグ付けされた物質成分が消去又は取り除かれる）。特定のトポロジー的制約が適用され、解剖学的事前形状を使用したモルフォロジー演算が適用される。

【0092】

Ｋ個のスペクトル入力画像ボリュームが、Ｍ個の物質画像から再構成される。再構成画像は、ステップ（２）の操作によって（特定の用途に関して）改善することができる。

【0093】

したがって、例えば、３つの入力ボリューム／画像データセットは、８０ｋＶ画像データ、１２０ｋＶ画像データ及び非エネルギー解像画像データであり得、この場合、Ｋ＝３であるが、より多くの画像データセットがあり得、例えば、マルチスペクトルデータは、将来のマルチスペクトルシステムについて、３つ、４つ、さらには１２以上など、２つを超えるエネルギーバンドを有する。さらに、８０ｋＶ画像データ及び１２０ｋＶ画像データが入力として使用されるのではなく、入力は、例えば、例として減衰画像を有するコンプトン散乱画像データ及び光電効果画像データであり得る。その上、正則化を助けるために、エネルギー解像ボリュームのうちの１つ又は複数のエッジ保存平滑化の結果などの、追加の導出ボリュームも追加することができる。

【0094】

撮像対象物内の各点におけるデータは、例えば水、ヨウ素、ＰＭＭＡなど、又は他の基底物質などの基底物質の線形結合として表すことができる。それゆえ、上記の例を続けると、撮像対象物内の点（ロケーション又はボクセル）における８０ｋＶデータは、Ｃ１＊ｍ１（８０）＋Ｃ２＊ｍ２（８０）＋Ｃ３＊ｍ３（８０）＋Ｃ４＊ｍ４（８０）＋オフセット（８０）として表すことができる。ここで、ｍ１、ｍ２、ｍ３、及びｍ４は基底物質であり、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４は、実質的に、撮像対象物内のその点におけるその物質の量である。それゆえ、この事例においては、４つの物質Ｍ＝４及び追加のオフセットが存在し、したがって、Ｍ＋１＝（５）個の値となる。同様に、撮像対象物内のその点における１２０ｋＶデータは、Ｃ１＊ｍ１（１２０）＋Ｃ２＊ｍ２（１２０）＋Ｃ３＊ｍ３（１２０）＋Ｃ４＊ｍ４（１２０）＋オフセット（１２０）として表すことができる。したがって、ここでもＭ＋１＝（５）個の値が得られる。同様に、第３のＫデータセット、非エネルギー解像データについて、データは同様に表すことができる。それゆえ、値の総数は、撮像対象物内のその点についてＫ＊（Ｍ＋１）＝１５個の値である。

【0095】

したがって、Ｋ＝３であるこの事例において、撮像対象物内の点における８０ｋＶデータ、１２０ｋＶデータ及び非エネルギー解像データを表す３つの一次方程式が存在し、ここで、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４は、方程式の各セットにおいて同じであるが、ｍ個の値及びオフセットは異なる。

【0096】

アルゴリズムのワークフローの詳細な記述
スペクトル入力画像ｋ∈Ｋの各画像ボクセル値Ｉは、物質濃度ｃ_ｉの線形結合として定式化され、ｉ∈Ｋである。

【数1】

ここで、ｍは、非ボクセル特有の物質係数、すなわち、物質の特定の濃度ｃが特定のスペクトル画像タイプｋに寄与する密度である。Ｋ×（Ｍ＋１）個の物質係数が必要とされる。

【0097】

上記の式は、空気（ｍ_ａ）、軟組織（ｍ_ｓ）及びタグ付けされているコントラスト（ｍ_ｔ）の物質、並びに追加の定数（ｍ_ｃ）（画像の暗電流又はＤＣ成分と呼ばれることがある）による例を与える。

【0098】

一般性を損なうことなく、空気の密度をゼロに設定することができる。

【数2】

また、任意の数Ｍは導入される物質であり得る。

【数3】

【0099】

一般的に、スペクトル入力画像は、従来の（結合）画像、光効果画像、散乱効果画像、及び単一エネルギー画像の任意の結合であり得る（図４〜図５）。

【0100】

アルゴリズムは、Ｋ×（Ｍ＋１）個の値を有する物質係数の最初の推測（例えば文献又は最後の分解からの値）によって開始する。

【0101】

各ボクセルについて、組成（又は濃度）ベクトルｃ_ｉが、Ｋ個の一次方程式を解くことによって導出される。各ボクセルについて解くべきＭ個の未知数が存在する。（この方程式系が劣決定系である場合、任意の選択される物質をｃ＝０に設定することができる。）

【0102】

これによって、物質画像の最初の推測（フローチャート図６の第１のエントリ）がもたらされる。代替的に、物質画像のそのような最初の推測は、それぞれの物質画像内で１に設定することができる、実質的に純粋な空気又は純粋なコントラスト物質、及び、０に設定することができるすべての他の値などの、特定のスペクトル画像内で非常に高い又は低い、固有に決定されるボクセルを考慮することによって確立することができる。

【0103】

一般的に、各物質画像は、各ボクセルについて濃度値ｃ＝０．．１を含む。

【0104】

すべてのボクセルについて（又は代替的に大きい画像領域について）、線形方程式系が、物質係数ｍ^k_ｉについて解かれる。ここで、Ｎ個のボクセルからの多数Ｎ個の方程式が存在するが、Ｋ×（Ｍ＋１）個の未知数はほんのわずかであり、結果、最良に適合する大域最小二乗偏差（又はＬ１ノルム）を効率的に求めることができる。

【0105】

スペクトル画像は、物質係数の現在の推定値及び各スペクトル画像の各ボクセルの線形結合を使用して、物質画像の現在の推定値から合成される。

【0106】

各合成スペクトル画像へのＰＳＦの適用（例えば、ガウス平滑化による）。マルチスペクトル及び減衰データを取得するために使用されるスキャナは、制限された空間解像度を有し、これは、点広がり関数（ＰＳＦ）として表すことができる。すなわち、隣接するボクセルが互いへと流出するため、方程式はもはや各ボクセルについて真に線形ではない。それゆえ、ＰＳＦは、（観察されているエネルギー画像を逆畳み込みしようとするのではなく）ガウス平滑化を合成エネルギー画像に適用することによって、前進モデリングにおいてシミュレートされる。

【0107】

合成スペクトル画像を元のスペクトル画像ｋ∈Ｋと比較することによって、各ボクセルの偏差ΔＩ^ｋがもたらされる。これまでのスペクトル画像の合成値と元の値との間の偏差のこの計算はすべてのボクセルについて行われるが、（任意選択的に）付加的に隣接するボクセルと中央ボクセルとの間のすべての勾配について実行することができる。ここで、元の勾配と合成勾配との間の相違が計算される。各勾配相違は中央ボクセルに起因する。

【0108】

物質画像が正しく仮定された場合、それらは観測強度を「説明」することが可能であるだけでなく、ボクセル間の観測勾配も説明することが可能であるはずである。それゆえ、強度に加えて、勾配も比較することができる。

【0109】

位置ｘにあるボクセルと、位置ｘ’にあるその隣接ボクセルとの間の観測勾配ｇ（ｘ，ｘ’）を、以下のようにする。
ｇ（ｘ，ｘ’）＝ｏ（ｘ）−ｏ（ｘ’）
ここで、ｏは特定のスペクトル画像ｋ内の観測強度である。このとき、合成強度ｓは合成隣接強度ｓ（ｘ’）＋観測勾配に等しくなるはずであると期待される。
ｓ（ｘ）！＝ｓ（ｘ’）＋ｇ（ｘ，ｘ’）

【0110】

それゆえ、均等ｓ（ｘ）−（ｓ（ｘ’）＋ｇ（ｘ，ｘ’））からの任意の偏差が、中央ボクセルｓ（ｘ）に対する補正Ｄｓとして逆投影される。
Ｄｓ＝−ｇａｍｍａ＊（ｓ（ｘ）−（ｓ（ｘ’）＋ｇ（ｘ，ｘ’）））

【0111】

この補正は、現在の物質係数推定値ｍに比例する特定の物質ｉに変換する。
Ｄｃ_ｉ＝−ｇａｍｍａ＊（ｓ（ｘ）−（ｓ（ｘ’）＋ｇ（ｘ，ｘ’）））＊ｍ_ｉ

【0112】

合成強度は、観測強度に等しくなるはずである。それゆえ、合成強度が高すぎる場合、物質濃度推定値は低下されるはずであり、逆も同様である。さらに、物質濃度は、物質係数ｍに比例して変化するはずである。補正ステップは、数値的に安定した低速の収束を可能にするために、小さい一定のガンマによってのみ適用される。

【0113】

ここで、要約する点５における、説明されている状況を、より詳細に説明する。物質画像ｋの各々に対する各ボクセルの偏差（相違）

【数4】

の逆伝播が、勾配∇Ｄ^ｋ＝（∂Ｄ^ｋ／∂ｃ_ｉ）の負の方向に従うことによって行われ、その成分は、濃度ｃ_ｉに関する偏導関数から構成される。

【数5】

【0114】

その後、各濃度が、以下によって反復的に更新される。

【数6】

【0115】

濃度制約ｃ_ｉ≧０及びΣｃ_ｉ≦１．０が物質画像に対して施行され、すなわち、濃度ｃ_ｉにわたる合計が１．０よりも大きい場合、すべてのｃ_ｉをΣｃ_ｉで除算する。

【0116】

物質特有のトポロジー的制約が、物質画像に対して施行される。（例えば、軟組織は、トポロジー的に単純な連結成分でなければならない。したがって、軟組織の「浮遊」する島は解剖学的に現実的ではなく、穴（ハンドル）も現実的ではない。）物質特有のモルフォロジー演算が、物質画像に対して適用される。（例えば、エッジ保存平滑化の適用、薄い遷移層の除去、解剖学的事前形状の強調、特定の空間周波数成分のフィルタリングなど）。例えば、反復の各ステップにおいて、物質ボリュームの１つである結腸壁画像ボリュームが、連結成分に関して分析される。条件は、結腸壁が単一の連結成分であることである。より分離した成分が存在する場合、最も大きいものを除くすべての成分が消去される、すなわち、次の反復について、物質濃度値がゼロに設定される。

【0117】

収束、すなわち、物質画像及び物質係数の小さい平均シフトまで、ステップ（１）において再開し、このプロセスを反復する。

【0118】

仮想内視鏡レンダリングのボリュームレンダリングのための入力として洗浄された画像を得るために、２つの選択肢が存在する（図７）。

【0119】

コントラストによってタグ付けされた物質の物質画像が洗浄された（すべてのボクセルについて０に設定された）後、合成スペクトル画像の１つを取り込む。

【0120】

タグ付けされた物質の画像（例えば軟組織物質画像）以外の物質画像のうちの１つ（又は物質画像の適切な線形結合）を取り込む。

【0121】

上記の手法は、以下の利点を提供する。

【0122】

反復的手法は、部分的なボリューム効果（１ボクセル内のＰＶＥ）を考慮するだけでなく、その上、隣接条件及び演算（勾配、点広がり関数（ＰＳＦ）、解剖学的事前形状、トポロジー的制約）を含むことを可能にする。

【0123】

非冗長情報を追加する、任意の数のマルチスペクトル入力画像タイプを使用することができる（例えば、従来の画像、光効果画像、散乱効果画像、ノイズ画像、任意の仮想単一エネルギー画像）。

【0124】

マルチスペクトル入力は、任意の数の物質画像に分解することができる（隣接するボクセルが追加の情報を含むため）。

【0125】

改良された物質分解は、電子洗浄の改善をもたらす。

【0126】

アルゴリズムは（例えば、ＧＰＵ上での）超並列実装を可能にする。

【0127】

別の例示的な実施形態において、適切なシステム上で、先行する実施形態のうちの１つによる方法のステップを実行するように構成されていることを特徴とするコンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が提供される。それゆえ、コンピュータプログラム要素は、同じく一実施形態の一部であり得る、コンピュータユニット上に記憶され得る。このコンピューティングユニットは、上述した方法のステップを実施するか、又は、実施を誘導するように構成される。その上、コンピューティングユニットは、上述した装置及び／又はシステムの構成要素を操作するように構成される。コンピューティングユニットは、自動的に動作し、及び／又は、ユーザの命令を実行するように構成することができる。コンピュータプログラムが、データプロセッサの作業メモリにロードされる。したがって、データプロセッサは、先行する実施形態のうちの１つによる方法を実行するように装備される。

【0128】

本発明のこの例示的な実施形態は、最初から本発明を使用するコンピュータプログラムと、更新によって既存のプログラムを、本発明を使用するプログラムにするコンピュータプログラムの両方をカバーする。

【0129】

さらに、コンピュータプログラム要素は、上述したような方法の例示的な実施形態の手順を満たすのに必要なすべてのステップを提供することが可能であり得る。

【0130】

本発明のさらなる例示的な実施形態によれば、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ可読媒体が提示され、コンピュータ可読媒体は、コンピュータプログラム要素を記憶しており、コンピュータプログラム要素は、先行する節によって説明されている。

【0131】

コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又はその一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体のような、適切な媒体上に記憶及び／又は分散されるが、インターネット又は他の有線若しくはワイヤレス電気通信システムを介してなど、他の形態で分散されてもよい。

【0132】

しかしながら、コンピュータプログラムはまた、ワールドワイドウェブのようなネットワークを介して提示されてもよく、そのようなネットワークからデータプロセッサの作業メモリにダウンロードすることができる。本発明のさらなる例示的な実施形態によれば、コンピュータプログラム要素をダウンロードに利用可能にする媒体が提供され、コンピュータプログラム要素は、本発明の前述の実施形態のうちの１つによる方法を実施するように構成されている。

【0133】

本発明の実施形態は、複数の異なる主題を参照して説明されていることに留意されたい。特に、いくつかの実施形態は、方法タイプの請求項を参照して説明されており、一方、他の実施形態は、装置タイプの請求項を参照して説明されている。しかしながら、当業者は、上記及び以下の説明から、別途注記されない限り、１つのタイプの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、異なる主題に関係する特徴間の任意の組み合わせも、本出願によって開示されるとみなすことになる。しかしながら、すべての特徴を組み合わせて、特徴を単純に加えることを超える相乗効果を提供することができる。

【0134】

図面及び上記の説明において本発明が詳細に図解及び説明されているが、そのような図解及び説明は限定ではなく実例又は例示と考えられるべきである。本発明は開示されている実施形態に限定されるものではない。当業者は、図面、本開示、及び従属請求項を研究することから、特許請求されている本発明を実践することにおいて、開示されている実施形態に対する他の変形形態を理解し、実行することができる。

【0135】

特許請求の範囲において、「備える」という単語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形は複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、特許請求の範囲内で記載されているいくつかの項目の機能を満たす。特定の方策が相互に異なる従属請求項に記載されているというだけのことは、これらの方策の組み合わせを好都合に使用することができないということを示すものではない。特許請求の範囲内の任意の参照符号は、それらの範囲を限定されるようには解釈されないものとする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】