JP2008253758A - 可搬型フラット・パネル検出器を用いた二重エネルギ放射線撮像法の画像取得及び処理連鎖 - Google Patents

Abstract

【課題】原画像データを取得すること及び観察用の画像を形成するように画像データを処理することの両方を行なうように設計された可動式Ｘ線イメージング・システムを提供する。
【解決手段】システム（２０）は、Ｘ線源（２２）及び可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器（２４）を有し、高エネルギ画像（１１８）及び低エネルギ画像（１２０）を形成し、これらの画像を分解して軟組織画像（１３０）及び骨画像（１３２）を形成し、所望の解剖学的構造をさらに解析することができる。システム（２０）は、搬送を容易にする搬送器（３０）に配設される。システム（２０）は、フラット・パネル・ディジタル検出器のＸ線源との整列を容易にする整列システムを有する。システムはまた、散乱線除去グリッド（９６）と、画像から散乱線除去グリッド（９６）のアーティファクトを除去する散乱線除去グリッド位置揃えシステムとを含む。
【選択図】 図１

Description

本開示は一般的には、二重エネルギ撮像に関し、具体的には、可搬型フラット・パネル・ディジタル検出器を有する可動式二重エネルギ・イメージング・システムによって二重エネルギ画像を形成して処理する手法に関する。

医用診断及び撮像用システムが、現代の健康管理施設において広く用いられている。現在、医用診断及び撮像用システムのための多くのモダリティが存在する。これらのモダリティには、計算機式断層写真法（ＣＴ）システム、Ｘ線システム（従来型、及びディジタル型又はディジタル化型の両方のイメージング・システムを含む）、磁気共鳴（ＭＲ）システム、陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）システム、超音波システム、並びに核医学システム等が含まれる。かかるシステムは、身体状態を識別し、診断して治療する極めて有益な手段を提供し、診断時の外科的介入の必要性を大幅に減少させる。多くの場合に、これらのモダリティは互いを補完し、特定の種別の組織、器官及び生理学的系等を撮像する一定範囲の手法を医師に提供する。

有用な放射線画像として再構成され得るディジタル・データを生成するディジタル・イメージング・システムは、益々広く普及しつつある。ディジタル・イメージング・システムの一応用では、線源からの放射線が、医用診断応用では典型的には患者である被検体に照射されて、放射線の一部が被検体を透過して検出器に入射する。検出器の表面が放射線を光フォトンに変換し、光フォトンが検知される。検出器は、アレイを成す不連続な画素又はピクセルに分割されており、各々のピクセル領域に入射する放射線の量又は強度に基づいて出力信号を符号化する。放射線が被検体を透過するにつれて放射線強度が変化するので、出力信号に基づいて再構成される画像は、従来の写真フィルム法によって入手可能であるものと同様の組織及び他の特徴の投影を与えることができる。利用時には、検出器のピクセル位置において発生された信号がサンプリングされてディジタル化される。ディジタル値は処理サーキットリに伝送され、ここでフィルタ補正、スケーリング及びさらなる処理を施されて画像データ集合を生成する。次いで、このデータ集合を用いて、結果画像を再構成し、画像をコンピュータ・モニタ等に表示したり従来の写真フィルムに転写する等を行なうことができる。

二重エネルギ（ＤＥ）放射線撮像法は、比較的短い時間区間内での異なるエネルギにおける２枚のＸ線画像の取得を含む。次いで、これら２枚の画像を用いて、撮像された解剖学的構造を分解して、軟組織画像及び骨画像を作成する。既存のディジタル放射線撮像法（ＤＲ）の画像取得及び処理の手法は、ＤＥ放射線撮像法向けに設計されていなかった。加えて、可動式ＤＲイメージング・システムにＤＥ撮像を応用すると幾つかの特有の課題が加わる。例えば、可動式ＤＲイメージング・システムでは、固定された常置式ＤＲイメージング・システムの場合のようにＸ線源に対する検出器の空間的位置が常に分かる訳ではない。加えて、検出器をＸ線源に対して機械的に固定することができず、患者が移動するときには必ず検出器は僅かに移動し得る。結果として、Ｘ線源と検出器との間に整列不正が起こり得る。さらに、可動式ＤＲイメージング・システムはしばしば、病状が重いため移動することができない患者の画像を得るために用いられる。従って、これらの患者は、保息が可能であるとしても極めて容易に保息し得る訳ではない場合が多い。結果として、１回目の照射と２回目の照射との間で肺容積が変化するときに画像にアーティファクトが生ずる。

従って、可動式ＤＲイメージング・システムに関連するこれらの問題を克服する手法が必要とされている。本書に記載の手法は可動式ＤＲイメージング・システムに関連するこれらの問題の１又は複数を解決することを意図している。

可動式二重エネルギＸ線イメージング・システムが提示される。可動式二重エネルギＸ線イメージング・システムは、原画像データを取得すること及び観察用の画像を形成するように画像データを処理することの両方を行なうように設計されたディジタルＸ線システムである。システムは、Ｘ線源及び可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器を有する。システムは車輪付き搬送器を有し、システムを患者の許に搬送することを可能にしている。システムは、患者の高エネルギ画像及び低エネルギ画像を形成するように動作可能であり、これらの画像を分解して軟組織画像及び骨画像を形成し、所望の解剖学的構造をさらに解析することができる。据付け型システムと比較して可動式システムには制限があるため、多くの手法を利用して可動式二重エネルギＸ線イメージング・システムの画像取得能力、処理能力及び表示能力を高める。

本発明の一観点は、システムが呼吸センサを利用して画像取得時に肺ゲート制御を実行し得ることである。本発明のもう一つの観点は、フラット・パネル・ディジタル検出器とＸ線源との整列を容易にするシステムである。本発明のさらにもう一つの観点は、低電力状態から全電力状態に移行した後のフラット・パネル・ディジタルＸ線検出器の温度勾配を補償する温度補正機能である。本発明のさらにもう一つの観点は、散乱線除去グリッドを利用する場合の散乱線除去グリッドの位置揃えである。本発明のさらに他の観点については以降で述べる。

本発明の上述の特徴、観点及び利点並びに他の特徴、観点及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むとさらに十分に理解されよう。図面全体を通して類似の符号は類似の部分を表わす。

上の記載では二重エネルギ・システムについて説明しているが、同じ概念が多重エネルギ・システムにも等しく適用可能である。図１を全体的に参照すると、可動式二重エネルギＸ線イメージング・システムが示されており、参照番号２０によって全体的に参照されている。図示の実施形態では、二重エネルギＸ線イメージング・システム２０は、本発明の手法に従って原画像データを取得すること及び表示のために画像データを処理することの両方を行なうように設計されたディジタルＸ線システムである。具体的には、システム２０は高エネルギ画像及び低エネルギ画像を形成するように動作可能であり、これらの画像を分解して軟組織画像及び骨画像を形成して、所望の解剖学的構造をさらに解析することができる。

可動式二重エネルギＸ線イメージング・システム２０は、Ｘ線源２２及び可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器２４を有する。可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器２４は、二重エネルギＸ線撮像を実行するように動作可能である。患者２６が、Ｘ線源２２と検出器２４との間に配置される。検出器２４は、患者２６を透過するＸ線を受光して、本体ユニット２８に撮像データを伝送する。可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器２４は、ケーブルによって本体ユニット２８に結合されており、搬送時には本体ユニット２８に格納することができる。本体ユニット２８は、撮像データを処理して観察用の画像を形成するシステム電子回路３２を収容している。加えて、システム電子回路３２はＸ線源２２に電力を供給して電力を制御する。Ｘ線源２２への電力は、高エネルギ画像及び低エネルギ画像の両方を形成すべくＸ線源２２に電力を供給するように動作可能な発電機によって与えられる。本体ユニット２８はまた、所望の画像を形成するように利用者がシステム２０の動作を制御することを可能にする操作者ワークステーション３４を有する。システム電子回路３２によって形成された画像は、表示器３６に表示される。加えて、システム２０によって形成された画像をフィルムに印刷することもできる。

可動式二重エネルギＸ線イメージング・システム２０はまた、システム２０の動作を強化する幾つかのセンサを含んでいる。図示の実施形態では、患者の呼吸周期を表わす信号をシステム電子回路３２に送る呼吸センサ３８が設けられている。可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器２４の移動はＸ線源２２に独立であるため、Ｘ線が角度を成して検出器２４に入射して患者２６の不正確な画像を形成する可能性がある。図示の実施形態では、検出器２４は、Ｘ線源２２に対して検出器２４を整列させて、Ｘ線源２２からのＸ線が正しい角度で検出器２４に入射するのを確実にするために用いられる整列発信器４０を有する。図示の実施形態では、Ｘ線源２２に近接して配置されているセンサが、整列発信器４０によって発生される信号を受信するように構成されている。システム２０は、これらの信号を用いてＸ線源２２に対する検出器２４の配向及び位置を三角法で測定し、Ｘ線源２２から発せられるＸ線の経路に対して検出器２４が垂直に整列しているか否かを決定することが可能である。整列センサはまた、検出器２４が何時Ｘ線源２２の範囲内に入ったかを示すように動作可能であり得る。検出器２４及びＸ線源２２が整列したときに、可聴及び／又は可視の指標が起動される。但し、反対の構成を用いてもよく、すなわち整列発信器４０をＸ線源２２に配置し、センサを検出器２４の内部に配置してもよい。加えて、Ｘ線源２２は調節自在型スタンド４２によって支持されている。最後に、システム２０は、システム２０によって形成された画像が放射線科医のワークステーション等の遠隔の利用者に送られ得るようにインターネット又は他の通信網に接続されていてもよい。

図２を全体的に参照すると、可動式二重エネルギ・イメージング・システム２０は、Ｘ線源２２に隣接して配置されたコリメータ４４を含んでいる。コリメータ４４は、患者２６が配置されている領域に放射線流４６を流入させる。放射線の一部４８は、患者２６を透過するか又は患者２６の周囲を通過して、可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器２４に入射する。後にさらに詳述するように、Ｘ線検出器２４は、検出器表面において受光されたＸ線フォトンを相対的に低いエネルギのフォトンに変換し、続いて電気信号に変換して、これらの電気信号が取得され処理されて、被検体の内部の特徴の画像を再構成する。図２はまた、Ｘ線源２２と可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器２４とが整列していることの重要性を示している。整列していない場合には、患者２６を透過する又は患者２６の周囲を通過する放射線の一部４８が検出器２４によって受光され得ず、患者２６の正確な画像を得ることができない。さらに、検出器２４がＸ線源と一直線に位置している場合でも、検出器２４は、放射線４８の適正な検出のためにはＸ線源２２に対して垂直に角度を成していなければならない。

Ｘ線源２２は、検査系列のための電力信号及び制御信号の両方を供給する電源／制御回路５０によって制御される。さらに、検出器２４は、検出器制御器５２に結合されており、検出器制御器５２は検出器２４において発生される信号の取得を命令する。検出器制御器５２はまた、ダイナミック・レンジの初期調節やディジタル画像データのインタリーブ等のような様々な信号処理作用及びフィルタ処理作用を実行することができる。電源／制御回路５０及び検出器制御器５２の両方が、システム制御器５４からの信号に応答する。一般的には、システム制御器５４は、イメージング・システムの動作を命令して、検査プロトコルを実行して取得画像データを処理する。本書の状況では、システム制御器５４はまた、典型的には汎用又は特定応用向けディジタル・コンピュータを基本構成要素とする信号処理サーキットリと、コンピュータによって実行されるプログラム及びルーチン並びに構成パラメータ及び画像データを記憶する付設のメモリ・サーキットリと、インタフェイス回路等とを含んでいる。図示の実施形態では、呼吸センサ３８は呼吸周期データをシステム制御器５４に与える。

システム制御器５４は、表示器３６又はプリンタのような出力装置にリンクされている。システム制御器５４はまた、操作者ワークステーション３４にリンクされており、システム・パラメータを出力し、検査を依頼し、画像を観察する等を行なう。一般的には、システム内に供給される表示器、プリンタ、ワークステーション及び同様の装置は、データ取得構成要素に対してローカルに位置していてもよいし、或いはこれらの構成要素に対してリモートに位置して、同じ施設内若しくは病院内の他の場所又は全く異なる場所に位置し、インターネット及び仮想私設網等のような１又は複数の構成可変型網を介して画像取得システムにリンクされていてもよい。

図３を全体的に参照すると、ディジタル検出器２４の機能的構成要素が掲げられている。加えて、典型的には検出器制御器５２の内部に構成される撮像検出器制御器又はＩＤＣ５６が掲げられている。ＩＤＣ５６は、ＣＰＵ又はディジタル信号プロセッサ、及びメモリ回路を含んでおり、検知された信号の検出器からの取得を命令する。ＩＤＣ５６は、双方向光ファイバ導体を介して検出器２４内部の検出器制御サーキットリ５８に結合されている。これにより、ＩＤＣ５６は動作時に検出器の内部の画像データについての指令信号をやり取りする。検出器制御サーキットリ５８は、電源６０からＤＣ電力を受け取る。検出器制御サーキットリ５８は、システムの動作のデータ取得段階時に信号を伝送するのに用いられる横列ドライバ及び縦列ドライバのためにタイミング指令及び制御指令を発するように構成されている。従って、検出器制御サーキットリ５８は電力信号及び制御信号を参照／調節器サーキットリ６２に送信し、ディジタル画像ピクセル・データを参照／調節器サーキットリ６２から受信する。

本実施形態では、可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器２４は、検査時に検出器表面において受光されたＸ線フォトンを相対的に低いエネルギ（光）のフォトンに変換するシンチレータから成っている。次いで、光検出器のアレイが、これらの光フォトンを、検出器表面の個々のピクセル領域に入射するフォトンの数又は放射線の強度を表わす電気信号に変換する。読出し電子回路が、生じたアナログ信号をディジタル値へ変換し、これらのディジタル値を処理し、記憶して、画像の再構成に続いて表示器３６等に表示することができる。ここでの形態では、光検出器のアレイはアモルファス・シリコンの単一の基材に形成されている。アレイ素子は横列及び縦列を成して配列されており、各々の素子がフォトダイオードと薄膜トランジスタから成っている。各々のダイオードのカソードはトランジスタのソースに接続され、全てのダイオードのアノードが負バイアス電圧に接続される。各々の横列のトランジスタのゲートは共に接続され、横列電極は後述するように走査電子回路に接続される。１列の縦列のトランジスタのドレインは共に接続され、各々の縦列の電極が読出し電子回路に接続される。

図示の実施形態では、可搬型フラット・パネル・ディジタル検出器２４は、横列バス６４及び縦列バス６６を有する。横列バス６４は複数の導体を含んでおり、検出器の様々な縦列からの読出しを可能にすると共に、必要に応じて横列をディスエーブルにして選択された横列に電荷補償電圧を印加する。縦列バス６６は追加の導体を含んでおり、横列が相次いでイネーブルにされている間に縦列からの読出しを命令する。横列バス６４は一連の横列ドライバ６８に結合されており、横列ドライバ６８の各々が検出器の一連の横列をイネーブルにすることを命令する。同様に、読出し電子回路７０は縦列バス６６に結合されており、検出器の全ての縦列の読出しを命令する。本発明の手法では、検出器２４の部分的な読出しを用いることにより、画像取得速度が増大する。図示の実施形態では、横列ドライバ６８及び読出し電子回路７０は検出器パネル７２に結合されており、検出器パネル７２は複数の区画７４に細分され得る。各々の区画７４は、横列ドライバ６８の一つに結合されており、一定数の横列を含んでいる。同様に、読出し電子回路７０の各々は一連の縦列に結合されている。これにより、上述のフォトダイオード及び薄膜トランジスタの構成は、横列７８及び縦列８０を成して構成された一連のピクセル又は不連続な画素７６を画定する。横列及び縦列は、高さ８４及び幅８６を有する画像マトリクス８２を画定している。

各々のピクセル７６は、縦列電極８８が横列電極９０に交差する横列と縦列との交点に全体的に画定される。上述のように、薄膜トランジスタ９２が各々のピクセルの各々の交点の位置に設けられ、フォトダイオード９４も同様に設けられる。各々の横列が横列ドライバ６８によってイネーブルにされると、各々のフォトダイオード９４からの信号を読出し電子回路７０を介して入手することができ、これらの信号を後続の処理及び画像再構成のためにディジタル信号に変換することができる。このように、アレイのピクセルの１列の横列全体がこの横列のピクセルの全てのトランジスタのゲートに取り付けられた走査線が起動されるときに同時に制御される。従って、この特定の横列のピクセルの各々がスイッチを介してデータ線に接続され、データ線は読出し電子回路によって用いられてフォトダイオード９４に電荷を復元する。

尚、電荷が、付設されている専用読出しチャネルの各々によって１列の横列の全てのピクセルに同時に復元されているときに、読出し電子回路は前段の横列からの測定値をアナログ電圧からディジタル値に変換することを特記しておく。さらに、読出し電子回路は、前段の２列の横列からのディジタル値を取得サブシステムに転送し、取得サブシステムは何らかの処理を実行してから診断画像をモニタに表示し又はフィルムに書き込む。このように、読出し電子回路は、特定の横列のピクセルの電荷を測定し又は復元すること、前段の横列のピクセルのデータを変換すること、及び２列前の横列のピクセルの変換後データを転送することの三つの作用を同時に果たす。

図４を全体的に参照すると、可搬型フラット・パネル・ディジタル検出器２４の一実施形態が示されている。検出器２４は、可搬型フラット・パネル・ディジタル検出器２４の画像マトリクス８２の上に載置された散乱線除去グリッド９６を有する。散乱は、Ｘ線のような幾つかの形態の放射線が、透過する媒体の１又は複数の局所的不均一性によって直線の軌跡から強制的に偏向させられるような一般的な物理的過程である。散乱線除去グリッド９６は、散乱Ｘ線が検出器２４に到達するのを防ぐことにより散乱の影響を低減する。かかる散乱線除去グリッドを用いるときに、Ｘ線源２２とグリッドとの間の著しい整列不正によって画像アーティファクトが生ずる場合がある。Ｘ線源２２に対する検出器２４の整列は、検出器２４がＸ線源２２に独立であることにより妨げられる。加えて、検出器２４が患者２６の被撮像領域の下方に配置されているので、検出器２４の位置は患者２６の位置によって決定される。

整列不正からの画像アーティファクトを回避するために、発信器４０を用いてＸ線源２２に対する検出器２４の整列を可能にする。代替的には、整列発信器４０を散乱線除去グリッド９６に配設して、Ｘ線源２２からのＸ線が正しい角度で散乱線除去グリッド９６に入射するのを確実にすることができる。Ｘ線源２２は、発信器４０からの信号を受け取って、Ｘ線源２２に対する検出器２４の位置を三角法で測定するように動作可能な受信器を有する。検出器２４及びＸ線源２２は、検出器２４の平面がＸ線源２２によって発生されるＸ線に対して垂直になるように検出器２４が配置されて、検出器２４がＸ線源に対して中心揃えされたときに、整列する。図示の実施形態では、システム２０は、検出器２４とＸ線源２２とが整列したときに、視覚的且つ／又は聴覚的な指標を発生する。従って、利用者が、患者２６の画像を取得する前に検出器２４を配置して検出器２４が整列していることを確実にすることが可能になる。加えて、図示の実施形態では、発泡パッド９８がグリッド９６の上に載置されている。発泡パッド９８は患者２６と検出器２４との間に空隙を形成し、この空隙もまた、散乱したＸ線が検出器２４に到達するのを防ぐことにより散乱の影響を低減する。

図５を全体的に参照すると、図１の可動式二重エネルギＸ線イメージング・システム２０による撮像データの処理の手法が掲げられており、参照番号１００によって全体的に表わされている。システム２０は可動式であるため、以下の手法には幾つかの適応化が施されている。図示の実施形態での第一の手法は、ブロック１０２によって全体的に表わされる画像取得手法である。一旦、画像の取得が完了すると、取得された画像に対して、ブロック１０４によって全体的に参照される前処理手法が実行される。前処理が完了した後に、取得画像は分解されて処理前の（raw）軟組織画像及び処理前の骨画像が形成され、このことが参照番号１０６によって全体的に表わされている。次に、取得画像は、参照番号１０８によって全体的に表わされる後処理を施される。最後に、一旦、後処理が完了すると、取得画像は視覚的表示のために処理され、このことがブロック１１０によって全体的に参照されている。

図６を全体的に参照すると、図５の画像取得手法１０２の例示的な実施形態が掲げられている。図示の実施形態では、画像取得手法１０２は可動式イメージング・システムと共に用いられるブロック１１２によって全体的に表わされる手法最適化手法を含んでいる。据付け型Ｘ線イメージング・システムは典型的には、Ｘ線源に電力を供給する遥かに大型の発電機を有する。例えば、固定式ディジタル放射線イメージング・システムは典型的には６０ｋＷ〜８０ｋＷの発電機を有するが、可動式システムは通常１５ｋＷ〜３０ｋＷの範囲の発電機を有する。手法最適化とは、据付け型Ｘ線イメージング・システムに比較して可動式Ｘ線イメージング・システムの場合に存在するＸ線を発生するのに利用可能な電力が小さいことを考慮に入れるために用いられる手法を指す。図示の実施形態では、手法最適化１１２は、据付け型システムに対してピーク・キロボルト数（ｋＶｐ）及び銅濾波（Ｘ線スペクトルを硬化させる）を調節することを含んでいる。

一旦、取得パラメータが画定されると、参照番号１１４によって全体的に表わされる心ゲート制御及び／又は肺ゲート制御を実行することができる。心ゲート制御は、検出器２４による画像の取得を心周期の特定の点においてトリガ起動する手法である。この手法は、心臓を含む像での心運動によるアーティファクトを低減し、また肺運動のように心運動に間接的に関連するアーティファクトを低減する。心ゲート制御は、心臓／大動脈の拍動に起因する肺／心臓モーション・アーティファクトに対処する。肺ゲート制御は、１回目の照射と２回目の照射との間で肺容積が変化するときに画像に画像アーティファクトが生成されるのを防ぐ手法である。肺容積の変化は、ＤＲイメージング・システムを用いて、保息が可能であるとしても極めて長時間にわたって保息し得る訳ではない患者の画像を得る場合に起こり得る。肺ゲート制御の一実施形態では、システム２０は、図１の呼吸センサ３８からの信号に基づいて、肺が最も低速の運動をしているときに高エネルギ画像及び低エネルギ画像の両方を取得する。肺ゲート制御の代替的な実施形態では、高エネルギ画像及び低エネルギ画像は、異なる呼吸周期であるが呼吸周期の近似的に同じ点において取得される。

図示の手法では、可搬型フラット・パネル・ディジタル検出器２４に対するＸ線源の整列は利用者によって実行され、このことがブロック１１６によって全体的に表わされている。前述のように、検出器２４に配置された発信器４０を用いて検出器２４をＸ線源２２に整列させる。前述のように、検出器２４とＸ線源２２とが整列したときに聴覚的且つ／又は視覚的な指標が形成される。これにより、操作者は、指標が存在しているときに得られた画像が検出器２４及びＸ線源２２の適正な整列を有することを知ることが可能になる。

画像取得時には、Ｘ線画像が高エネルギ（「ｋＶｐ」）において取得され、このことがブロック１１８によって全体的に表わされている。連続して、Ｘ線画像が低エネルギ（「ｋＶｐ」）において取得され、このことがブロック１２０によって全体的に表わされている。低エネルギ画像が典型的には最初に取得される。低エネルギ照射は約１００ミリ秒〜３００ミリ秒にわたって持続し得る。高エネルギ照射は約０．５秒後に発生して、約１０ミリ秒〜３０ミリ秒にわたって持続し得る。コリメータ４４の濾波作用を各回の取得の間で変化させて、Ｘ線エネルギの分離を拡大することができる。検出器補正を高エネルギ画像及び低エネルギ画像の両方にそれぞれ適用することができる。かかる検出器補正は、フラット・パネル検出器を用いるシステムにおいて公知であり、不良ピクセル／ライン補正及びゲイン・マップ補正等、並びに遅延ピクセル補正のような二重エネルギ撮像に特有の補正のような手法を含んでいる。加えて、前述の発泡パッド９８が、患者２６と検出器２４の間に空隙を形成する。この空隙は、散乱を低減することにより画像の取得を改善する。

図７を全体的に参照すると、図５の前処理手法１０４の例示的な実施形態が掲げられている。前処理手法１０４は、ブロック１２２によって全体的に表わされている高ｋＶｐ検出器補正と、ブロック１２４によって全体的に表わされている低ｋＶｐ検出器補正とを含んでいる。既存の検出器補正手法を用いてもよく、特殊化された散乱線除去グリッドを含むハードウェアによる解決策、及び／又はコンボリューション式方法若しくはデコンボリューション式方法を用いたソフトウェアによる解決策等がある。加えて、ソフトウェア手法は、１枚の画像からの情報を利用して他の画像のパラメータを調整することができる。加えて、検出器補正を用いて検出器２４に対する温度の影響を補償することができる。

固定式Ｘ線イメージング・システムでは、一旦、最初に暖機されると検出器温度は安定を保つ。しかしながら、可動式Ｘ線イメージング・システムは、頻繁にオン及びオフにされる。加えて、システム２０の図示の実施形態は、省エネルギの特徴を有し、一定の非利用時間の後に検出器２４への電力が低減される。従って、検出器２４の温度は、可動式Ｘ線イメージング・システム２０を用いて画像を取得するときに静止温度に安定しない場合がある。典型的には、検出器２４に最大電力が供給されると、検出器２４は検出器２４への電力増加によって熱せられる。検出器２４が熱せられると、温度勾配が検出器表面にわたって空間的に存在するようになり、ピクセル・オフセット／ゲインに影響を及ぼし、これによりＸ線照射後に得られる画像値に影響を及ぼし得る。温度勾配を補償するために温度補正関数が与えられる。温度補正関数は、検出器２４が最大電力において動作する時間にわたって如何に熱せられるかのモデルに基づいている。補正への入力は、最大電力モードへの切換えと画像捕獲時刻との間の時間間隔である。代替的な実施形態では、検出器２４は温度センサを有し、実際の検出器２４温度に基づく入力を供給する。次いで、実際の検出器温度を用いて温度補正関数を確定する。また、雑音の低減も実行される。ブロック１２６によって全体的に表わされる１又は複数の雑音低減アルゴリズムが、高ｋＶｐ画像及び低ｋＶｐ画像に適用される。

また、ブロック１２８によって全体的に表わされる位置揃え手法を用いて高ｋＶｐ画像と低ｋＶｐ画像との間の運動を補正することにより、モーション・アーティファクトを減少させる。位置揃えアルゴリズムは、高ｋＶｐ画像及び低ｋＶｐ画像に適用される公知の剛体型又は歪み型の位置揃えルーチンであってよい。位置揃え処理は、軟組織画像及び／又は骨画像での残留構造、並びに肺／心臓モーション・アーティファクトに対処する。加えて、位置揃え手法１２８はグリッド位置揃えを含んでいる。散乱線除去グリッド９６を用いるときに、グリッド９６は患者２６と独立に移動し得る。グリッドの位置揃えは、高ｋＶｐ画像におけるグリッドと低ｋＶｐ画像におけるグリッドとを整列させることによりグリッドのあらゆる移動を補正する。

図５に戻り、分解手法１０６はまた、可動式である二重エネルギＸ線イメージング・システムに基づく配慮を含んでいる。２枚の画像は一般的には、次の二重エネルギ分解方程式に従って分解される。

ＩＳ＝ＩＨ／ＩＬ^ＷＳ （１）
ＩＢ＝ＩＨ／ＩＬ^ＷＢ （２）
ここで、ＩＳは軟組織画像を表わし、ＩＢは骨画像を表わし、ＩＨは高エネルギ画像を表わし、ＩＬは低エネルギ画像を表わし、ＷＳは軟組織分解パラメータであり、ＷＢは骨分解パラメータであり、０＜ＷＳ＜ＷＢ＜１である。

分解についての特殊な配慮は、可動式の環境に見受けられる非最適条件下では分解は領域依存型になるとの事実を契機として、空間変動型パラメータ対数減算手法を用いることを含む。既存の対数減算手法は、対数減算に用いられるパラメータが画像の位置に対して不変であると仮定している。しかしながら、経験を通じて、このパラメータは位置依存型であることが決定されている。このことは、画像の一つの領域ではパラメータの所与の値が最良に作用しても、画像の他領域では同じパラメータの異なる値が最良に作用することを意味する。ここで、画像のｍ個の領域にｍ個の最適パラメータが存在すると仮定する。空間変動型パラメータ対数減算手法は、領域をｍ個の領域に分割し、ｍ個の異なるパラメータを用いて画像を分解し、全ての結果を結合して、結合された結果画像を得る方法である。

空間変動型パラメータ対数減算手法の主要な配慮は、対数減算パラメータを組織密度量に基づいて修正し、分解後画像の様々な部分をシームレスな態様でまとめて元に戻すことである。図示の実施形態では、高出力画像及び低出力画像の対にアクセスするアルゴリズムを用いる。高エネルギ画像は、減弱密度に基づいて多数の領域に分割されて、マスク「Ｍ」を得る。次いで、このマスクを処理して、領域を周囲の隣接領域に合わせて変化させることにより、あらゆる小孔又は間隙を除去する。次いで、これらの領域を比較的少数の大領域にマージする。例えば、大領域は高組織密度、中組織密度及び低組織密度に分割され得る。次いで、これらの画像を、標準パラメータ（「Ｗ」）及び非標準パラメータ（Ｗ_１、Ｗ_２、Ｗ_３…）を用いて分解する。これにより、軟組織画像（ＩＳ、ＩＳ_１、ＩＳ_２…）及び骨画像（ＩＢ、ＩＢ_１、ＩＢ_２…）の一定数の対が形成される。軟組織画像（ＩＳ_１、ＩＳ_２…）の各々についてＩＳへの強度マッチングが実行されて、強度マッチング後画像ＩＳ_１、ＩＳ_２…を得る。次いで、ＩＳの各領域を、マスク「Ｍ」による案内に沿って強度マッチング後画像（ＩＳ_１、ＩＳ_２…）の各領域によって置き換える。同様に、骨画像（ＩＢ_１、ＩＢ_２…）の各々についてもＩＢへの強度マッチングが実行され、強度マッチング後画像ＩＢ_１、ＩＢ_２…を得る。次いで、ＩＢの各領域を、マスク「Ｍ」による案内に沿って強度マッチング後画像（ＩＢ_１、ＩＢ_２…）の各領域によって置き換える。結果として，最終的なＩＳ画像及びＩＢ画像は、シームレスな多重パラメータによる対数抽出画像を有する。

図８を全体的に参照すると、図５の画像後処理手法１０８の例示的な実施形態が掲げられている。分解の後に、処理前の軟組織画像１３０及び処理前の骨画像１３２が形成される。後処理時には、処理前の軟組織画像１３０及び処理前の骨画像１３２は同様の処理手法を施される。図示の実施形態では、前処理手法１０４がグリッド・アーティファクトの全てを除去しなかった場合に、ブロック１３４によって全体的に表わされるグリッド・アーティファクト除去手法を用いて、処理前の軟組織画像１３０及び処理前の骨画像１３２からあらゆる残留グリッド・アーティファクトを除去する。グリッド・アーティファクト除去手法１３４は周波数ノッチ・フィルタを含んでいてよく、このフィルタでは、得られる画像は空間的周波数領域での顕著なスパイクについて解析され、次いで、これらのスパイクが抑制される。

散乱線除去グリッドの利用が臨床的配慮から可能でないときには、散乱補正手法１３６を用いることができる。散乱補正手法１３６では、高勾配のエッジ領域が全ての計算から除外される。高勾配エッジ領域にない領域では、得られた画像の加重平均が実行される。エッジ領域に対応する領域では、隣接する内包領域に基づいて値を外挿して最終的な平均画像を作成する。最終的な平均画像の端数を原画像から減算して、散乱補正画像を得る。

また、コントラスト・マッチング１３８を実行して、処理前の軟組織画像１３０及び処理前の骨画像１３２における諸構造のコントラストを標準画像の対応する構造にマッチングさせる。例えば、処理前の軟組織画像１３０（例えば、胸部画像）の軟組織構造のコントラストを、標準ＰＡ画像内のコントラストにマッチングさせる。コントラスト・マッチングを実行してＸ線画像の解釈を容易にする。

また、ブロック１４０によって全体的に表わされる１又は複数の雑音低減手法を軟組織画像１３０及び骨画像１３２に適用してもよい。雑音低減手法１４０は、ＤＥ分解に起因する雑音に対処する。用いられた散乱補正の量に依存して、高コントラスト画像が望まれる場合には特に、選択による雑音低減アルゴリズムが必要とされる場合がある。雑音低減手法１４０は、パラメータ設定を調整して大構造の視覚化を改善し、局所的な高周波雑音を軽減することが可能である。

加えて、ブロック１４２によって全体的に表わされる表示画像処理１４２を処理前の軟組織画像１３０及び処理前の骨画像１３２に実行することができる。表示画像処理１４２は、エッジ強調、表示ウィンドウ・レベル及びウィンドウ幅調節等のような最適表示のための工程を含んでいる。後処理手法１０８の結果が、処理済み軟組織画像１４４及び処理済み骨画像１４６となる。臨床環境において時宜を得た画像の再表示（review）を可能にするために、画像処理は、処理前の画像を専用のオフライン・プロセッサに送ることにより高速化されることができ、次いで、このプロセッサは処理済み画像を再表示のために可動式Ｘ線イメージング・システム２０に送り返す。

図９を参照すると、図５の画像表示手法１１０の例示的な実施形態が掲げられている。表示手法１１０は、モニタ又はプリンタによる表示を含めた多数の表示手法を網羅することを意図している。表示手法１１０は、利用者入力（例えば放射線科医の設定選択）に応じて表示オプション及びハンギング・プロトコルを指定することを含んでおり、このことがブロック１４８によって全体的に表わされている。これらの表示オプション及びハンギング・プロトコルは、画像が再表示されるワークステーション及び画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）等の制限に依存してカスタマイズされ又は標準化され得る。例えば、画像が表示されるワークステーションの表示能力及び帯域幅能力に依存して画像の分解能を調節することができる。

ブロック１５０によって全体的に表わされている対話型情報ツールを利用して、可動式Ｘ線イメージング・システム２０を緊急事態においてさらに有用にすることができる。例えば、対話型情報ツール１５０は、距離、寸法、擬似容積、及び対象数のようなパラメータを与えることができる。加えて、ツール１５０は、利用者が画像に描画したり関心領域に関する統計を実行したりすることを可能にし得る。

ブロック１５２によって全体的に表わされている計算機支援式診断（ＣＡＤ）アルゴリズムが、処理済み軟組織画像１４４、処理済み骨画像１４６及び標準画像の１又は全てに適用され得る。ＣＡＤアルゴリズム１５２は、性能を高めるように処理済み軟組織画像及び処理済み骨画像に合わせて調整され得る。処理済み軟組織画像１４４及び／又は処理済み骨画像１４６は、任意のＣＡＤアルゴリズムの結果と共に観察のために表示され、このことがブロック１５４によって全体的に表わされている。例えば、三つの画像形式（標準、軟組織及び骨）を、時間ループ又は手動による段階式切換えのいずれかによって単一の表示器で動的に観察することができる。この可視化手法１５４は、画像の並列的な再表示では容易には明らかとならない病理を潜在的に強調し得る。

ブロック１５６によって全体的に表わされている特定の特徴向けの強調手法を用いてもよい。可動式Ｘ線イメージング・システム２０は、外科手術装置及び／又は監視装置も共通して用いられているような状況で利用され得る。かかる状況では、特定の装置を強調するアルゴリズムを診断及び患者管理に役立てることができる。

加えて、可動式Ｘ線イメージング・システム２０は、ローカル又はリモートのワークステーションに無線接続され得る。このようにして、システム２０によって得られた画像を、診断及び治療のために放射線科医へ速やかに転送することができる。

発明の幾つかの特徴のみを本書で図示して説明したが、当業者には多くの改変及び変更が想到されよう。従って、特許請求の範囲は、本発明の真意に含まれるような全ての改変及び変更を網羅するものと理解されたい。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。

本発明の手法の例示的な実施形態による二重エネルギＸ線イメージング・システムの遠近図である。 本発明の手法の例示的な実施形態による図１の二重エネルギＸ線イメージング・システムの全体図である。 本発明の手法の例示的な実施形態による図１のシステムの検出器の機能サーキットリの図である。 本発明の手法の例示的な実施形態による図１の検出器及び発泡パッドの遠近図である。 本発明の手法の例示的な実施形態による画像取得及び処理の手法のブロック図である。 本発明の手法の例示的な実施形態による図５の画像取得手法のブロック図である。 本発明の手法の例示的な実施形態による図５の画像前処理手法のブロック図である。 本発明の手法の例示的な実施形態による図５の画像後処理手法のブロック図である。 本発明の手法の例示的な実施形態による図５の画像表示手法のブロック図である。

符号の説明

２０ 可動式二重エネルギＸ線イメージング・システム
２２ Ｘ線源
２４ 可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器
２６ 患者
２８ 本体ユニット
３０ 可動式カート
３２ システム電子回路
３４ 操作者ワークステーション
３６ 表示器
３８ 呼吸センサ
４０ 整列発信器
４２ 調節自在式スタンド
４４ コリメータ
４６ 放射線流
４８ 放射線の一部
５０ 電源／制御回路
５２ 検出器制御器
５４ システム制御器
５６ 撮像検出器制御器
５８ 検出器制御サーキットリ
６０ 電源
６２ 参照／調節器サーキットリ
６４ 横列バス
６６ 縦列バス
６８ 横列ドライバ
７０ 読出し電子回路
７２ 検出器パネル
７４ 検出器パネルの区画
７６ 一連のピクセル又は不連続な画素
７８ 横列
８０ 縦列
８２ 画像マトリクス
８４ 画像マトリクスの高さ
８６ 画像マトリクスの幅
８８ 縦列電極
９０ 横列電極
９２ 薄膜トランジスタ
９４ フォトダイオード
９６ 散乱線除去グリッド
９８ 発泡パッド
１００ 可動式二重エネルギＸ線イメージング・システムによる撮像データの処理の手法
１０２ 画像取得手法
１０４ 前処理手法
１０６ 分解手法
１０８ 画像後処理手法
１１０ 画像表示手法
１１２ 画像取得手法最適化
１１４ 心ゲート制御及び／又は肺ゲート制御
１１６ 可搬型フラット・パネル・ディジタル検出器に対するＸ線源の整列
１１８ 高エネルギでの画像の取得
１２０ 低エネルギでの画像の取得
１２２ 高ｋＶｐ検出器補正
１２４ 低ｋＶｐ検出器補正
１２６ 雑音低減アルゴリズムを適用する
１２８ 位置揃え／運動補正手法
１３０ 処理前の軟組織画像
１３２ 処理前の骨画像
１３４ グリッド・アーティファクト除去手法
１３６ 散乱補正手法
１３８ コントラスト・マッチング
１４０ 雑音低減手法
１４２ 表示画像処理
１４４ 処理済み軟組織画像
１４６ 処理済み骨画像
１４８ 利用者入力に応じて表示オプション及びハンギング・プロトコルを指定する
１５０ 対話型情報ツール
１５２ 計算機支援式診断（ＣＡＤ）アルゴリズム
１５４ 可視化手法
１５６ 特定の特徴向けの強調手法

Claims (10)

1. 第一の時間点において第一のエネルギ・レベルにあるＸ線を発生し、第二の時間点において第二のエネルギ・レベルにあるＸ線を発生するように構成されているＸ線源（２２）と、
   前記第一のエネルギ・レベルにある前記Ｘ線及び前記第二のエネルギ・レベルにある前記Ｘ線を発生するように前記Ｘ線源に電力を供給するように動作可能な電源（５０）と、
   前記第一のエネルギ・レベル及び前記第二のエネルギ・レベルにある前記Ｘ線源（２２）からのＸ線を検出するように動作可能な可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器（２４）であって、前記第一のエネルギ・レベルにおいて発生されるＸ線からのＸ線強度を表わす第一の信号（１１８）及び前記第二のエネルギ・レベルにおいて発生されるＸ線からのＸ線強度を表わす第二の信号（１２０）を発生する可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器（２４）と、
   該検出器（２４）から受け取った少なくとも前記第一（１１８）及び第二の信号（１２０）から特定物質を表わす画像（１３０、１３２）を形成するように動作可能なプロセッサ方式の装置（２８）と、
   前記Ｘ線源（２２）、前記電源（５０）、前記ディジタルＸ線検出器（２４）及び前記プロセッサ方式の装置（２８）の少なくとも一つを患者（２６）の許に搬送するように構成されている搬送器（３０）と
   を備えた医用イメージング・システム（２０）。
2. 患者の呼吸周期を検出して、該患者の呼吸周期を表わす信号を発生するように動作可能なセンサ（３８）を含んでいる請求項１に記載の医用イメージング・システム（２０）。
3. 患者の呼吸周期の所望の時相において、前記第一のエネルギ・レベルにある第一の画像を取得し、前記第二のエネルギ・レベルにある第二の画像を取得するように構成されている請求項２に記載の医用イメージング・システム（２０）。
4. 第一の呼吸周期の間の所与の点において前記第一のエネルギ・レベルにある第一の画像を取得し、後続の呼吸周期の近似的に同じ所与の点において前記第二のエネルギ・レベルにある第二の画像を取得するように構成されている請求項２に記載の医用イメージング・システム（２０）。
5. 前記可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器（２４）及び／又は散乱線除去グリッド（９６）が前記Ｘ線源（２２）に整列したときに指標を生成するように動作可能な整列センサ（４０）を含んでいる請求項１に記載の医用イメージング・システム（２０）。
6. 前記患者（２６）と前記可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器（２４）との間に低減弱間隙を設けるように構成された散乱低減パッド（９８）を含んでいる請求項１に記載の医用イメージング・システム（２０）。
7. 検出器温度の変化により生ずる前記可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器（２４）の検出器ゲインを補償する温度補正機能（１２２、１２４）を含んでいる請求項１に記載の医用イメージング・システム（２０）。
8. 前記可搬型フラット・パネル・ディジタルＸ線検出器に配設された散乱線除去グリッド（９６）と、前記第一のエネルギ・レベルにおいて発生されるＸ線から得られる第一の特定物質を表わす画像及び前記第二のエネルギ・レベルにおいて発生されるＸ線から得られる第二の特定物質を表わす画像において前記散乱線除去グリッドを位置揃えする散乱線除去グリッド位置揃え手法（１２８）とを含んでいる請求項１に記載の医用イメージング・システム（２０）。
9. 空間変動型パラメータを含む対数減算アルゴリズムを有する画像分解工程（１０６）を含んでいる請求項１に記載の医用イメージング・システム（２０）。
10. 前記特定物質を表わす画像は、軟組織画像（１３０）及び骨画像（１３２）を含んでいる、請求項１に記載の医用イメージング・システム（２０）。

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