JP6140716B2 - アーチファクトを補正する装置、方法、システム及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、画像を画像アーチファクトについて補正する装置、画像を画像アーチファクトについて補正する方法、画像を画像アーチファクトについて補正する医用画像処理システム、コンピュータプログラム製品、及びコンピュータ読取可能媒体に関する。

金属性インプラント又は他の高密度部品はしばしば、ＣＴ画像において画像アーチファクトを引き起こす。メタルアーチファクト低減（Metal artifact reduction；ＭＡＲ）アルゴリズムが、大抵の場合の画像アーチファクトを低減するものとして知られている。あるＭＡＲアルゴリズムが特許文献１に伝えられている。

米国特許第７，９９１，２４３号

しかしながら、これまでに既知の最良のアルゴリズムでさえ、新たなアーチファクトを時に生成するという課題を残している。

したがって、画像アーチファクト低減アルゴリズムを向上させる必要性がある。

本発明の目的は独立請求項の内容により解決され、さらなる実施形態が従属請求項に組み込まれる。

下記に記載の態様は、さらに、画像を画像アーチファクトについて補正する方法、画像を画像アーチファクトについて補正する方法、画像を画像アーチファクトについて補正する医用画像処理システム、コンピュータプログラム製品、及びコンピュータ読取可能媒体にも適用されることに留意されたい。

一態様に従い、画像をアーチファクトについて補正する装置が提供される。

本装置は、初期画像を受信する入力ユニットと、上記の画像を処理して補正をもたらす処理ユニットと、上記初期画像の補正版を出力する出力ユニットとを含む。

上記処理ユニットは、上記初期画像をアーチファクト補正器に転送し、該アーチファクト補正器から補正画像のサンプルを受信するように構成された補正サンプル採取器を含む。上記サンプル画像は上記アーチファクト補正器により上記初期画像に適用された補正処置の結果である。

上記処理ユニットはさらに、上記初期画像と上記補正サンプル画像とを比較して上記初期画像に対する上記アーチファクト補正器の補正処置を表す補正器画像を定めるように構成された比較器を含む。

上記処理ユニットはさらに、上記初期画像内の複数の画像点のいずれか１つに、重み付けされた様式で、上記のそれぞれの補正処置を適応的に再適用するように構成されたアーチファクト補正制御器を含む。上記補正処置の重み付けのために画像点ごとに使用される重み付け又は重み付け係数は、上記画像点を囲む区域内の画像情報が上記補正器画像内の対応する区域内の対応する画像情報により補償可能である度合に関連付けられる。

そうして適応的に再補正された初期画像が次いで出力ユニットにより補正画像として出力される。

換言すると、補正処置が制御器により適応的に再適用されて改良された最終補正画像が取得され、それにより以前に存在したアーチファクトが除去され、新たなアーチファクトの生成が回避されることを確かにする。

本装置は、既知のメタルアーチファクト低減（ＭＡＲ）アルゴリズムを実装している既存のアーチファクト補正器に適用することが可能である。

本装置は、既存のＭＡＲシステムに対する「アドオン」として使用することができる。本装置は、既存のＭＡＲシステムによる補正結果出力を分析し、次いで補正器画像を「ロードマップ」として用いて補正処置を適応的に再適用することにより補正結果を改良するため、「メタ画像アーチファクト補正器」である。補正器画像は、初期画像に対する補正処置についての既存のＭＡＲシステムの推定を記録する。

本装置は、「二重に」適応的な様式で、すなわち定量的及び空間的な意味で動作する。つまり制御器は、推定された補正措置を初期画像内のどの画像点に適用するべきかという場所と、どれほど減衰又は増幅された補正処置を上記の場所に適用するべきかという量とを決定する。

本装置は、２段階の方法で動作する。第１のサンプル実行において、アーチファクト補正器は初期画像に対して全体的に適用されてサンプル補正画像を取得し、初期画像に対するアルゴリズムの補正処置に関する情報を収集する。

補正処置は補正器画像内に記録される。補正器画像を用い、補正器画像内に記録された補正処置が適応的及び選択的に第２の最終実行に適用される。しかしながらここでは補正処置は、元の初期画像内にも存在する特徴を「補正画像」が示すところの画像領域において局所的にのみ適用される。

制御器は、区域に関して動作する。画像プレーン（画像フレームの周りの境界領域について画像プレーンセーフティの全体を含むことができる）の事前に定義された領域内の各画像点を中心として、サブ領域又は区域（「区画」）が定義される。この区画は次いで補正器画像にマップ付けされて初期画像区域に対応する補正器画像区域を画定し、そうして各画像点について区域のペアが取得される。

補償度合（以降「度合」という）は、互いを補償し、又は打ち消すための２つの区域内の画像情報の適合性を測定する。上記度合、又は上記度合に関連付けられた補正重み付けは、区画のペア間で画像情報が反映されている、又は類似している程度を示す。このようにして、上記度合は、初期画像区域と補正器画像区域とのそれぞれのペアの各々の性質である。区域は互いに対応するため、区域のいずれかは度合を「有する」ということができる。

区域についての高い補償度合又は能力は補正処置の維持又は増幅さえももたらす（アーチファクトが完全に補償され、又は無効にされる場合、重み付け又は減衰係数は「１」に近接し、理想的には減衰されない）が、一方、低い補償度合又は能力は減衰又は完全な消去をもたらし、重み付け係数は１より小さい絶対値を有するか、又はゼロに近接さえする。

換言すると、補償度合が高ければ高いほどそれぞれの中心画像点における補正処置の増幅が大きくなり、補償度合が低ければ低いほどそれぞれの中心画像点における補正処置の減衰が大きくなる。

画像アーチファクトは、局所的な画素パターンにより定義される画像特性であり、反対の画素又はボクセル強度においてではあるが補正画像内にも示されることが予期され、したがってアーチファクトは初期画像に対する補正器画像の適応的な適用の後に補償され、又は無効にされることができる。

すべてのＭＡＲアルゴリズムは、メタルアーチファクトに悩まされる初期画像が存在し、かつ上記アルゴリズムが初期画像に追加される補正器画像を生成するという方式で定式化することができる。本装置はしたがって、明示的にこの形式に従わないがむしろ補正画像を直接的に生成するＭＡＲアルゴリズムに対して使用することができる。

一実施形態において、補正画像と元の画像との差分が計算され、この差分が補正器画像として使用される。

本装置は、補正画像がアーチファクトを補償する領域に「局所的に」上記補正画像を適用するが、補正画像が新たなアーチファクトを生成するであろう場所への適用は回避するというアイデアを実行する。

本装置は、補償度合の概念を用いることによりこうした２つの場合を区別することが可能である。一実施形態に従い、重み付けは、中心画像点ごとの区域ペアから形成された組み合わせの画像情報について、エントロピー測定を用いて計算される。

ある代替的な実施形態に従い、区域のペアの各々における画像情報間の統計的相関係数が計算される。

一実施形態に従い、制御器は、補正器画像区域内の画像情報のエントロピーが所定閾値を超えるまで補正器画像区域について事前に設定されたデフォルトサイズを調整するように構成される。

区域サイズ（画素又はボクセルの数で測定される）を動的に調整することにより、アルゴリズムの実行時間を抑えることが可能となる。というのは、区域サイズとともに実行時間が増加するであろうからである。エントロピー閾値を選択することにより、実行時間について長さのバランスをとることが可能となる。エントロピーコスト関数は、小さい区域における画像情報又は構造の不足に起因して、非常に小さい区域についてむしろ単調にすることができる。しかしながら、非常に大きい区域はコンピュータ的に禁制であり、さらに、小さい領域内に存在するアーチファクトの適切な補正を妨げる。

本装置は、区域内の画像構造を解することにより適切な区域サイズを選択する。ここで「構造」はエントロピー関数により測定され、画像のエントロピーは好ましくは上記区域内の階調値の正規化されたヒストグラムのエントロピーとして定義される。補正画像がある区域においてかなり単調である場合、画素階調値ヒストグラムは高いピークを有し、大きなエントロピーを有する。エントロピーを構造尺度として用いると、これは大きな区域を選択するべきであることを意味する。一方、補正画像が区域内に細かい縞を有する場合、ヒストグラムはいくつかのピークを示し、より低いエントロピーを有する。結果として、より小さい区域が選択されてよい。

本装置はさらにＭＡＲ以外のアーチファクト補正アルゴリズムと共に使用してもよいことを理解されたい。アーチファクトは必ずしも「メタル」部分により引き起こされるものではなく、任意の他の大きく放射線を減衰させる部分によって引き起こされる可能性がある。本装置は、画像アーチファクトの原因が何であれ、既存のアーチファクト補正器の根底にある特定アルゴリズムが何であれ、任意の画像アーチファクト補正器に対して使用することができる。

ある代替的なオフサイトの実施形態において、制御器は、最終補正画像の生成を遠隔的なアーチファクト制御器において制御する。

定義
補正処置を増幅することには、単一の所与の画像点においてＭＡＲにより与えられたとおりの補正処置を維持することを含み、この後者の場合、重み付けは少なくとも１（unity）に等しい。

補正処置の減衰には、単一の所与の画像点において補正重み付けを消去することを含み、この場合、重み付けはおよそゼロ（naught）である。

画像は数値データ項目を保持する少なくとも２次元の配列、マトリクス、又は類似のデータ構造として広く解されるべきであり、各々が少なくとも２次元の座標i，jによりアドレス可能である。

画像情報又は特性は、画像プレーン内に区画又は領域を作り出す画素にわたる特定の画素値分布により与えられる特定の画素値パターンである。

本発明の代表的な実施形態をここから下記図面を参照しながら説明していく。
本発明の一実施形態による画像補正のための装置のブロック図を概略的に示す。 本発明の一実施形態による図１の装置の動作を図式的に示す。 本発明の一実施形態による画像を補正する方法のフローチャートを示す。

図１の右部に、画像をアーチファクトについて補正する装置のブロック図を示す。

本装置は、入力ユニット又はインタフェース手段１０５、処理ユニット１１０、及び出力ユニット又はインタフェース手段１５０を含む。

入力１０５は、データベースシステム１８０にアクセスして上記データベースシステムから画像アーチファクトを有する初期デジタル画像を読み出すように構成される。

データベース１８０は、医療施設内のＰＡＣＳとして配置することができ、２Ｄコンピュータ断層撮影（ＣＴ）投影画像、又はスライス画像若しくは「スライス」とも一般に呼ばれる再構成された２Ｄ若しくは３Ｄの断面画像などの医用画像データを保持する。上記画像はＤＩＣＯＭ形式などの適切なデジタル形式である。

本装置は、インタフェース手段１０５と適切なコンピュータ通信ネットワークとを介してデータベース１８０に接続するように構成される。

図１の左部に、既知のメタルアーチファクト低減（ＭＡＲ）アルゴリズムを実装しているアーチファクト補正器モジュールＭＡＲ１９０を示す。図１に図式的に示すとおり本装置の実施形態は、既存のＭＡＲ１９０システムに対する「アドオン」として配置される。ＭＡＲ１９０は、初期画像が基にしている投影データ、又は整形外科用インプラントのＣＡＤ情報などの大きく減衰している部分に関する先験的な情報などの画像に関連するさらなるデータにアクセスすることができる。

しかしながら、さらに他の実施形態において、本装置は処理ユニット１１０の構成要素として固有のＭＡＲを含むことができる。

本装置の処理ユニット１１０は、補正サンプル採取器（correction sampler）１２０、比較器１３０、及びアーチファクト補正制御１４０を含む。

一実施形態において、本装置の構成要素１０５、１５０、１２０、１３０及び１４０は、処理ユニット１１０上でソフトウェアルーチンとして動作する。しかしながら、上記構成要素が適切な通信ネットワークにおいて接続されるところの本装置の分散型アーキテクチャもまた代替的な実施形態において考えられる。上記構成要素は、さらに、専用のＦＰＧＡ又はハードワイヤード・スタンドアロン・チップとして配置することができる。上記構成要素は、マトラボ（Matlab）（登録商標）又はシミュリンク（Simulink）（登録商標）などの適切な科学的コンピューティングプラットフォームにおいてプログラムすることができ、次いで、ライブラリ内に維持される例えばＣ＋＋又はＣルーチンへと翻訳され、処理ユニット１１０により呼び出されるときにリンクされることができる。

大まかに言って、画像をアーチファクトについて補正する本装置は、入力ユニット１０５を介してデータベース１８０に接続し、上記データベースから画像アーチファクトを有する初期画像を読み出す。画像アーチファクトは、ＣＴ画像がある対象について撮られる際に、上記対象内に存在するメタル部分などの高密度部分から生じている場合がある。

画像は、ＣＴシステムを用いて取得された投影データ一式から再構成されたスライス画像であってよい。

関心対象は、人間又は動物の体の一部であってよく、高密度部分には、金属性部分、又は患者の軟組織に埋め込まれた骨構造などの他の高密度部分を含むことができる。縞、歪み、影などの画像アーチファクトが、ＣＴ実行において使用された放射線に対して周辺の軟組織の平均減衰より大きな減衰を及ぼす部分に起因して、取得した初期画像内に存在しうる。

画像補正のために初期画像を読み込んだ後、補正サンプル採取器１２０は、初期画像をＭＡＲ１９０に転送し、上記初期画像を処理してＭＡＲ補正されたサンプル画像を出力することをＭＡＲ１９０に要求する。上記ＭＡＲ補正されたサンプル画像は、次いで、補正サンプル採取器１２０に戻され受信される。

初期画像とそのＭＡＲ補正されたサンプル画像とは、次いで、比較器１３０に転送される。比較器１３０は、上記２つの画像を比較し、ＭＡＲ１９０の初期画像に対する補正処置を記録した補正器画像（corrector image）を生成する。

補正器画像は、初期画像に対するＭＡＲ補正の画像点i，jごとの補正処置を表す。補正器画像は次いでアーチファクト補正制御器１４０に転送されて、補正器画像を初期画像と組み合わせて用いることにより最終補正画像（final corrected image）が直接的に取得される。

制御器１４０は次いで、補正器画像のように初期画像に対して補正処置を再適用するが、ここでは重み付けを用いて初期画像内の画像点ごとに補正処置を変更する。個々の重み付け又は重み付け係数がパラメータとして制御器１４０により計算される。初期画像の画像プレーン内の補正すべき（to-be corrected）画像点の各々の周囲に、区画又は区域を制御器が画定する。そうして画定された初期画像区域の各々について、補正器画像内の対応する区域を制御器が画定する。そうして画定された区域のペアの各々について、制御器１４０は数値的重み付けを計算する。各重み付けは、初期（画像）区域内の画像情報が補正器画像区域内の画像情報により補償可能である度合を測定している。

制御器１４０は次いで、任意の所与の点に適用されることになる、ＭＡＲ１９０により予め推定された補正処置を、補正器画像内で検索する。推定された補正処置は次いでそれぞれの重み付けにより重み付けされ、そうして再重み付けされた補正処置を次いで制御器１４０が初期画像内のそれぞれの画像点に適用する。初期画像内の画像点の各々又は選択物についてこの方法で進めて、最終補正画像が構築される。重み付け又はパラメータを制御器が種々の原則に従い計算し、各実施形態を以下に「動作」という見出しの配下でより詳細に説明していく。

制御器１４０は次いで最終補正画像を出力インタフェース手段１５０に渡す。最終補正画像は次いで通信ネットワークを介してデータベース１８０に送信されることができ、あるいは画像レンダリング装置に転送され、画面上での閲覧用レンダリングされることができる。

別の「オフサイトの（off-site）」実施形態において、制御器１４０はＭＡＲユニットに初期画像を再補正するように指示するが、ここではＭＡＲ１９０における補正動作をアーチファクト補正制御器１４０が上記で説明したような補正器画像を用いて制御する。この実施形態において、制御器１４０は実行中にＭＡＲ１９０のアルゴリズムとインタフェースをとり、ＭＡＲ１９０の外部の（foreign）アルゴリズムにおいて使用すべき重み付けを指示する。この実施形態において、制御器１４０は適切にプログラムされたＡＰＩを備えて相互作用をもたらし、ＭＡＲ１９０における画像補正アルゴリズムは適切に適合されて制御器１４０の制御関数をＭＡＲ１９０において実行しなければならないであろう。

上記オフサイトの実施形態において、いったん最終補正画像がＭＡＲ１９０において制御器１４０の制御下で生成されると、最終補正画像は次いで制御器１４０にフィードバックされ、今度は制御器１４０がオフサイト補正画像を出力インタフェース手段１５０に渡す。さらに別の実施形態において、ＭＡＲ１９０が最終補正画像を出力し、そしてさらなる後処理のためにデータベース１８０又は他のものに対してリリースすることができる。

動作
初期画像μ_ijが、行i及び列jを含むマトリクスとして形成される。行i及び列jにおけるマトリクスエントリは、画素要素／ボクセル要素の階調値レベルを表す数値である。初期画像μ_ij内の各アーチファクトが、上記画素要素／ボクセル要素の領域により画定される独特の画像特性として形成される。下記は画素要素のみを参照していくが、下記はボクセル要素に対して同様に適用されることを理解されたい。

ＭＡＲ１９０において生成され、補正サンプル採取器１２０により要求されるサンプル補正画像σ_ijは、画像μ_ijと同一数の行及び列の形状を成すが、概して、ＭＡＲ１９０においてなされる補正処置に起因して種々の画素値エントリを有する。

比較器１３０は、初期画像μ_ijとサンプル画像σ_ijとに基づいて補正器画像ｃ_ijを生成するように構成される。一実施形態において、比較器１３０は、初期画像μ_ijとサンプル画像σ_ijとにおける画素に関する（pixel-wise）差分を形成し、初期画像μ_ij又はサンプル画像σ_ijと同一数の行及び列を有する補正器画像ｃ_ijをもたらす。この差分値はその結果、画像点i，jにおける補正処置を表す。その後、補正器画像ｃ_ijは初期画像μ_ijと共に処理のために制御器１４０に転送される。

制御器１４０は、補正器画像ｃ_ijを用い、反復的な補正を初期画像μ_ijに対して適応的に適用するように構成される。制御器１４０は、補正画像ｃ_ijを初期画像μ_ijに対して局所的にのみ適用するように構成され、すなわち、適用は、補正器画像ｃ_ijの補正処置がアーチファクトを補償しうるところの領域に限定されるが、補正処置の適用は、新たなアーチファクトが生成されうるところの初期画像の他の領域において回避され、又は十分に減衰される。

制御器１４０により実施されるアルゴリズムは、以下により詳細に説明していく２つの場合における区別を可能にする。

図２は、制御器１４０の動作の図式的な説明を提供する。

図２の左部において、初期画像区画Ω_mnが、暗色楕円として図式的に示されたアーチファクトを含む。対応する補正器画像区画Ω_ijが、形状について初期画像区画内の構造に合致するが反対の階調値で示された明色破線楕円の形式で示されるような、合致する又は類似の画像構造又は情報を含む。ゆえに、補正器画像ｃ_ijは区画Ω_mn内の画像点に適用されるとき暗色楕円アーチファクトを完全に補償しうるため、ＭＡＲ１９０は暗色楕円アーチファクトについて補正処置を正確に推定している。区画Ω_mn内の画像情報はしたがって高い補償度合を有する。制御器１４０はしたがって１（unity）より大きいパラメータＡを計算して上記区画Ω_mn内の画像点について補正器画像ｃ_ijにより記録されたとおりの補正処置を少なくとも維持し、あるいはさらに増幅させる。

区画Ω_klは、反対のシナリオを示す。ここでは、ＭＡＲ１９０は、補正処置を不正確に推定している。というのは、上記補正処置がもし適用されると、図３の左下部において「きれいな」区画Ω_klで示すとおりアーチファクトがまったく存在しないところに暗色矩形アーチファクト（図３の右下部に示す）をもたらしうるからである。制御器１４０はしたがって、両区画内の構造が合致しないため、区画Ω_klについて非常に低い補償度合を計算する。制御パラメータＡはしたがって、１（unity）より小さい値を有しゼロに近い減衰的なものとなって、区画Ω_kl内の画像点についてＭＡＲ１９０により提案された補正処置をこうして無効にし、あるいは消去する。

一実施形態に従い、制御器１４０は、初期画像μ_ijを読み出し、各点i，jについて、上記点i，jの周囲の区域Ω_ij（「区画」とも呼ぶ）を画定する。上記点は、上記区画の中心点ということができ、各区画は少なくとも１つのこうした中心点又は「シード（seed）」点を有する。区域Ω_ijは、画像プレーン内のサブセットを画定し、縦横がｎ×ｎ画素の矩形領域により与えることができる。一実施形態において、１１×１１画素の正方形が、区画Ω_ijについてデフォルトサイズとして選択される。

他の実施形態において、区域Ω_ijは、画像点i，jの各々を囲む特定半径ｒを有する円である。

制御器１４０は次いでこの区域Ω_ijと補正器画像ｃ_ij内の対応する区域Ω_ijとをマッピングする。一実施形態において、このことは、補正器画像ｃ_ij内の対応する区域を画定したものと同一の画素座標を用いて行われる。

一実施形態において、ＣＰＵ時間を節約するために、区画は、初期画像μ_ij内の各々のあらゆる画像画素点に対しては画定されないが、アーチファクトを含む可能性が高い領域に限定される。画像プレーン内のこの関心領域は、例えば、適切にプログラムされたセグメント化器（segmentor）の利用により定めることができる。それぞれの区域Ω_ijに対する中心点としての画像点i，jを画像μ_ijの境界から十分に遠く離して選択して、上記区域がうまく画定され、現在のフレームを越えて広がらないことを確かにする。

一実施形態において、制御器１４０は、初期画像μ_ijの区画Ω_ij内の画素値と補正器画像ｃ_ij内の対応する区画Ω_ij内の画素値とにおける統計的相関係数として重み付けを計算する。統計的相関係数についての計算は以下の式、すなわち

に従う。ここで、

及び

は初期画像区画及び補正器画像区画それぞれにおける平均画素値を表す。

最終補正画像ｆ_ijの画素値が、次いで、
ｆ_ij＝μ_ij−ｔ_ijｃ_ij
に従い計算される。

一実施形態において、ｔ_ijの値の範囲は、クリッピング関数Ａにより選択可能な範囲にウィンドウ化され（windowed）、変換される。

一実施形態において、部分的に正弦曲線の関数、すなわち

が定義される。

式Ａ(ｔ)において、正の相関（ｔ_ij＝１）に対する０から、完全な反相関（ｔ_ij＝−１）すなわち負の相関に対する１までの間で変化する制御パラメータが指定され、上記２つの極値の間の滑らかな正弦曲線の推移が定義される。

カットオフパラメータｔ₀が、マイナス１からゼロまでの間で変化し、点i，jにおける補正器画像ｃ_ijによる補正処置の適用が変更されない、すなわち減衰されないことを確かにするように相関係数が「十分に負」であるべきと考えられるカットオフ点を定義する。

クリッピング関数Ａ(ｔ)を用いて、最終補正画像画素が次いで、
ｆ_ij＝μ_ij＋Ａ(ｔ)ｃ_ij
で計算される。

一実施形態において、区画間の相関は、骨又は他の高密度物質を表している領域をセグメント化器を用いて追跡することによってより堅牢にされる。こうした領域は次いで、上記区画に関する相関係数の計算の前に、それぞれの区画から除外される。

別の実施形態において、制御器１４０は、区画の各ペアに関するエントロピーに従い重み付けを計算するように構成される。

エントロピーに基づく実施形態において、各区画ペアに対する重み付けは、下記の式、すなわち

により決定される。換言すると、制御器１４０は、

を解くように構成される。ここで、Ｈは、エントロピー関数

を表し、

及び

は初期画像と補正画像とを表し、各々が、選択された区画Ω_ijに限定される。

エントロピー関数Ｈは、上記の式（１）に示したように各区画について画素レベル強度ヒストグラムを定めることによって計算することができる。画素値の区間（「ビン」）が各区画について定義され、上記ビンのうちいずれか１つに当てはまる値を有する画素の数が記録される。

各ビンについて、Ｐの値ｐ_iを、それぞれのビン範囲内の値を有する画素の正規化された分画により近似することが、所望のヒストグラムを生み出す。

上記ヒストグラムは次いで、確率変数Ｘの確率質量関数Ｐ＝Ｐ(ｐ_i)の近似として使用することができ、区画内の各画素値i，jは、互いに独立で同一の分布に従う画素値確率変数Ｘのサンプルと見なされる。

一実施形態においてａ＝−０．５かつｂ＝１．５であるが、別の妥当な解空間が即時のアーチファクト補正という課題の要求に合わせて選択されてもよいことを理解されたい。１より大きい値を許容することは、アーチファクト強度が過小推定されている状況を説明する（accounts for）。アーチファクト構造の形状が正確に推定されているが逆の強度を有する場合、Ａ_ijについて負の値が生じうる。

補正パラメータについての式（１）において、限定された画像の線形結合が、マトリクスのベクトル空間に形成される。スカラーＡ_ijは、補正器画像ｃ_ijの補正処置のどれほどが区画Ω_mnに追加されるべきかを測定して、それにより可能なかぎり追加する画像情報を少なくし、すなわち線形に結合された画像のエントロピーを最小化する。

一実施形態において、ヒストグラムに対するビンが１０ハウンスフィールド単位（ＨＵ）の増加において選択され、デフォルト区域サイズが１１×１１画素である。

本発明に係る装置によりユーザはビンレベルとデフォルト区域サイズとを設定することが可能となる。

任意の所与の画像点i，jにおいてＡを解いた場合、それぞれの区域の中心点i，jにおける補正処置は次いで、画像構造尺度として区域ペアのエントロピーにより測定されたとおりの度合に従い、Ａ_ijにより重み付けされ、
ｆ_ij＝μ_ij＋Ａ_ijｃ_ij
となる。

両区画の組み合わせの画像のエントロピーを重み付けとして用いることは、結果的に生じる最終補正画像が最小量の画像特性を有することを確かにする。それにより、補正器の適用が新たなアーチファクト、すなわち初期画像内に以前に存在しなかった新たな画像情報又は特性を追加しないことが確かにされる。

一実施形態において、重み付けＡ_ijは、ａ＝０かつｂ＝１の単位区間に限定される。上記単位区間内で最小のエントロピーとして計算されたパラメータは、補正器画像が初期画像μ_ij内に既に存在するアーチファクト構造だけを含む場合、１という値、又は１に近い値を想定することになる。

重み付けＡ_ijは、補正器画像ｃ_ijが初期画像μ_ij内に存在しない新たな画像情報（新たなアーチファクト）だけを含む場合、０という値、又は０に近い値を想定することになる。

別の実施形態において、計算された重み付けが、ベイズ推定器フレームワークにおいて合理的に確認される。起こりそうにない値は破棄され、例えば

に従いＡ_ijを決定することにより、最も起こりうる値にリセットされる。ここで、ｐは、重み付け係数についての先験確率関数（「事前」ともいう）であり、例えば１という期待値を有するガウス分布関数である。

上記実施形態のいずれにおいても、補正器１４０はさらに、例えば区画の端の幅又は直径などのサイズを選択するときに、計算されたエントロピーを使用するように構成することができる。この方法において、区画は、補正器画像ｃ_ijの区画内の情報内容に基づいて選択される。

区画により囲まれた画素領域のエントロピーに従い区画を選択することは、ＣＰＵ時間の節約と最終補正画像の品質の向上とをもたらす。エントロピーを用いることにより、構造がほとんど存在しない単調な領域から情報の豊富な画像領域を区別することが可能となる。補正画像ｃ_ij内の単調な領域は、ピークを有する画素値ヒストグラムを有し、したがって上記領域は高いエントロピーを有し、換言すると構造尺度としてエントロピー関数Ｈを用いることは、平均よりも大きい区域又は区画が上記領域に対して選択されることをもたらすことになる。一方、補正画像ｃ_ij内の領域が縞、影又は特異性などのより多くの画像構造を含む場合、上記領域についての画素値ヒストグラムは複数のピークを示す可能性が高く、結果としてより高いエントロピーを有するであろう。この高エントロピーの場合において、制御器１４０は、上記領域内で平均よりも小さい区画を選択するように構成される。一実施形態において、区画はしたがって、区画により囲まれた領域のエントロピーに従って適応的に選択される。

一実施形態に従い、デフォルト区画サイズが、上記区画において計算されたエントロピーに従って選択され、拡大縮小される。制御器１４０は、設定可能な平均エントロピー値を用いて、上記平均値に関して拡大縮小に影響を及ぼす。

他の実施形態において、制御器１４０は、画像値の分散、又は平均からの平均絶対差などの、エントロピーとは異なる画像構造尺度を実装する。

図３を参照して、画像を画像アーチファクトについて補正する方法のフローチャートを示す。

ステップＳ３０５において、初期画像を受信する。

ステップＳ３１０において、初期画像を既存のアーチファクト補正器に転送して上記アーチファクト補正器から補正画像のサンプルを受信する。サンプル補正画像は、アーチファクト補正器により実施されたアーチファクト補正器アルゴリズムによって初期画像に適用された、推定された補正処置の結果である。

ステップＳ３２０において、初期画像と補正サンプル画像とを比較する。次いで、比較の結果が、初期画像内の初期画像点i，jごとにアーチファクト補正器の補正処置を表す補正器画像として記録される。

随意的なステップにおいて、予め設定されたデフォルトサイズの補正器画像区域内の画像情報のエントロピーが所定閾値を超えるまで、デフォルト区域サイズを調整する（Ｓ３３０）。閾値とデフォルトサイズとは双方とも設定で変えることができ、その調整は一般に区域を拡大して適切な量のエントロピーを確保することを意味する。エントロピーの妥当な量は例えば０．０５又は０．１とすることができる。

ステップＳ３４０において、次いで、それぞれの補正処置が、重み付けされた様式で、初期画像内の複数の画像点のうちいずれか１つに適応的に再適用される。補正処置の重み付けのために画像点ごとに使用される重み付けは、上記画像点を囲む区域内の画像情報が補正器画像内の対応する区域内の対応する画像情報により補償可能である度合に関連する。上記複数（の画像点）には、初期画像内のすべての画像点（境界又は画像フレームに沿う画像点のバンドを除く）、又は画像アーチファクトを含む可能性が最も高くなるように定められた画像点の選択物を含むことができる。セグメント化ステップを用いて、画像プレーンを関心領域にかなり適切に切り取る（prune down）ことができる。随意的に、同様の様式で、画像プレーンをトリムして画像背景領域を除外することができる。

一実施形態において、重み付けは、区域ごとに、それぞれの初期画像区域と対応する補正器画像区域との双方からの画像情報の組み合わせのエントロピーを最小化するように計算される。

代替的な実施形態において、重み付けは、区域ごとに、それぞれの初期画像区域内の画像情報と対応する補正器画像区域内の対応する画像情報との間の統計的相関係数として計算される。

本発明の別の代表的な実施形態において、適切なシステムにおいて前述の実施形態のうち１つに従う方法の方法ステップを実行するように適合され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。

コンピュータプログラム要素はしたがってコンピュータユニットに記憶することができ、上記コンピュータユニットもまた本発明の一実施形態の一部であってよい。このコンピューティングユニットを適合させて上述した方法のステップを実行し、又は実行を促すことができる。さらに、上記コンピューティングユニットは、上述した装置の構成要素を動作させるように適合させることができる。上記コンピューティングユニットは、自動的に動作し、かつ／あるいはユーザの命令を実行するように適合させることができる。コンピュータプログラムは、データプロセッサのワーキングメモリにロードされることができる。データプロセッサはこのように備えられて本発明の方法を実行することができる。

本発明のこの代表的な実施形態は、最初から本発明を利用するコンピュータプログラムと既存のプログラムを更新により本発明を使用するプログラムに変えるコンピュータプログラムとの双方をカバーする。

さらに、上記コンピュータプログラム要素は、上述したような方法の代表的な実施形態の手順を満たすようにすべての必要なステップを提供することができる。

本発明のさらなる代表的な実施形態に従い、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読取可能媒体が提示される。ここで上記コンピュータ読取可能媒体は、前述の部分により説明されたコンピュータプログラム要素を記憶して有する。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、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などの適切な媒体において記憶され、及び／又は配布されることができるが、さらにインターネット又は他の有線若しくは無線の通信システムを介するなどして他の形式で配布されてもよい。

しかしながら、コンピュータプログラムはさらにワールド・ワイド・ウェブのようなネットワークを介して提示されることもでき、こうしたネットワークからデータプロセッサのワーキングメモリへダウンロードされることができる。本発明のさらなる代表的な実施形態に従い、コンピュータプログラム要素をダウンロードに関して利用可能にする媒体が提供され、上記コンピュータプログラム要素は、本発明の以前に記載の実施形態のうち１つに従う方法を実行するように配置される。

本発明の実施形態は種々の対象事項に関して説明していることに留意されたい。具体的には、いくつかの実施形態は方法の種類の請求項に関して説明しており、一方、他の実施形態は装置の種類の請求項に関して説明している。しかしながら当業者は、他の方法で示されていない限り、１種類の対象事項に属する特徴の任意の組み合わせに加えてさらに種々の対象事項に関する特徴間の任意の組み合わせが本願とともに開示されていると考えられることを、上記及び下記の説明から推測するであろう。例えば、実施形態がＣＴスキャナを参照して説明されているが、上記実施形態は同様に３ＤのＸ線イメージングにも容易に適用することができる。さらに、すべての特徴を組み合わせて、特徴の単純な総和よりも多くの相乗効果を提供することができる。

本発明を、図面及び上記説明において詳細に図示及び説明したが、こうした図示及び説明は例示的又は代表的と見なされるべきであって限定的と見なされるべきではない。本発明は開示した実施形態に限定されない。開示した実施形態に対する他の変形が、請求した発明を実施する際に、図面、開示及び従属請求項についての調査から当業者により理解され達成されるであろう。

請求項において、単語「含む（“comprising”）」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ある（“a”又は“an”）」は複数を除外するものではない。１つのプロセッサ又は他のユニットが、請求項に列挙されたいくつかの項目の機能を満たしてよい。特定の手段が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを使用しても利点を得られないことを示すものではない。請求項内のいかなる参照符号も、請求項の範囲を限定するものと見なされるべきではない。

Claims (13)

1. 画像をアーチファクトについて補正する装置であって、当該装置は、
   初期画像を受信する入力ユニットと、
   前記画像を処理して補正をもたらす処理ユニットと、
   前記初期画像の補正版を出力する出力ユニットと、
   を含み、前記処理ユニットは、
   前記初期画像をアーチファクト補正器に転送し、該アーチファクト補正器から補正されたサンプル画像を受信するように構成された補正サンプル採取器であり、前記のサンプル画像は前記アーチファクト補正器により前記初期画像に適用された補正処置の結果である、補正サンプル採取器と、
   前記初期画像と前記の補正されたサンプル画像とを比較して前記初期画像に対する前記アーチファクト補正器の前記補正処置を表す補正器画像を定めるように構成された比較器と、
   前記初期画像内の複数の画像点のいずれか１つに、重み付けされた様式で、前記のそれぞれの補正処置を適応的に再適用するように構成されたアーチファクト補正制御器であり、前記補正処置の重み付けのために画像点ごとに使用される重み付けは、前記画像点を囲む区域内の画像情報が前記補正器画像内の対応する区域内の対応する画像情報により補償可能である度合に関連付けられる、制御器と、
   を含み、前記出力ユニットは、適応的に再補正された初期画像を補正画像として出力するように構成されている、装置。
2. 前記重み付けは区域に依存し、前記の補償可能である度合を示し、前記重み付けは任意の所与の画像点において前記補正処置を減衰又は増幅させ、前記減衰は前記補償可能である度合に反比例して変化し、前記増幅は前記補償可能である度合に正比例して変化する、請求項１に記載の装置。
3. 前記制御器は、前記の初期画像のそれぞれの区域と前記の補正器画像の対応する区域との双方からの画像情報の組み合わせのエントロピーを区域ごとに最小化するように重み付けを計算するように構成される、請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記制御器は、前記の初期画像のそれぞれの区域内の画像情報と前記の補正器画像の対応する区域内の対応する画像情報との間の統計的相関係数から区域ごとに重み付けを計算するように構成される、請求項１又は請求項２に記載の装置。
5. 前記の補正器画像の対応する区域のサイズは前記制御器によりデフォルトサイズに設定され、前記制御器は、前記の補正器画像のデフォルトの対応する区域内の画像情報のエントロピーが所定の閾値を超えるまで前記サイズを調整するように構成される、請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の装置。
6. 画像をアーチファクトについて補正する方法であって、
   初期画像を受信するステップと、
   前記初期画像をアーチファクト補正器に転送し、該アーチファクト補正器から補正されたサンプル画像を受信するステップであり、前記のサンプル画像は前記アーチファクト補正器により前記初期画像に適用された補正処置の結果である、ステップと、
   前記初期画像と前記の補正されたサンプル画像とを比較して前記初期画像に対する前記アーチファクト補正器の前記補正処置を表す補正器画像を定めるステップと、
   前記初期画像内の複数の画像点のうちいずれか１つに、重み付けされた様式で、前記のそれぞれの補正処置を適応的に再適用するステップであり、前記補正処置の重み付けのために画像点ごとに使用される重み付けは、前記画像点を囲む区域内の画像情報が前記補正器画像内の対応する区域内の対応する画像情報により補償可能である度合に関連付けられる、ステップと、
   を含む方法。
7. 前記重み付けは区域に依存し、前記の補償可能である度合を示し、前記重み付けは任意の所与の画像点において前記補正処置を減衰又は増幅させ、前記減衰は前記補償可能である度合に反比例して変化し、前記増幅は前記補償可能である度合に正比例して変化する、請求項６に記載の方法。
8. 
   前記補正処置を適応的に再適用するステップは、前記の初期画像のそれぞれの区域と前記の補正器画像の対応する区域との双方からの画像情報の組み合わせのエントロピーを区域ごとに最小化するように重み付けを計算することを含む、請求項６又は請求項７に記載の方法。
9. 前記補正処置を適応的に再適用するステップは、前記の初期画像のそれぞれの区域内の画像情報と前記の補正器画像の対応する区域内の対応する画像情報との間の統計的相関係数から区域ごとに重み付けを計算することを含む、請求項６又は請求項７に記載の方法。
10. 前記補正処置を適応的に再適用するステップの前に、デフォルトサイズに予め設定された補正器画像の対応する区域内の画像情報のエントロピーが所定の閾値を超えるまでサイズを調整するステップ、を含む請求項６乃至９のうちいずれか１項に記載の方法。
11. 画像を画像アーチファクトについて補正する医用画像処理システムであって、
    請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の装置と、
    前記アーチファクト補正器と、
    前記初期画像を保持するデータベースシステムと、
    を含むシステム。
12. 請求項６乃至１０に記載のうち何れか一項に記載の方法を、請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の装置の処理ユニットに実行させるコンピュータプログラム。
13. 請求項１２に記載のコンピュータプログラムを記憶したコンピュータ読取可能媒体。

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