JP2008502397A - 医療用画像装置における照射および赤外、超音波または磁気パルスビームへの曝露の削減を意図した方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、医療用画像装置において、平面または非平面の表面の各項または領域に付随する値を代表する像を得るように、信号を処理する方法を改善することによって、赤外光ビーム、超音波または磁気パルスビーム（１）への体の曝露を削減する方法であって、以下を本質とする方法に関する：矩形行列の各点または領域に付随する推定値を保有するための最初の像を作り出すこと；最初の行列から増幅行列を得るため、２点間で値を補間することによってまたは、領域の分割から得られるミクロ領域内に領域の値を分配することによって評価すること；検査領域（２０）を調査する交差シリーズに沿った物理的走査（１９）によって、行列の境界値を計算するよう、各走査の２境界間での変化を測定すること；および像のより細かな分解能を得るよう、境界に関する制約を考慮した最小二乗法による調整を用いて、各項の値を調整すること。
【選択図】図２７

Description

本発明は、医療用画像装置からの照射および赤外、超音波または磁気パルスビームへの生物の曝露の削減を意図した方法に関し、調べた生物中のどこに妥当な異常部または疾患部があるかを検出して処置するために、非常に改善された条件下で生物内部のデジタル像を作り出すことを視野に入れて１つの信号または一組の信号を処理する方法を含む。

この目的のために現在、各点に関する情報の項目を作り出し、そして、異常部または疾患部を調査するために医師によって使用できる像の形式で再生され得るよう、生物中に存在する一組の点または要素領域に関する情報を得て処理するために種々の方法、特に、Ｘ線撮影法、スキャノグラフィ、超音波検査法および磁気共鳴画像法が一般に使用されている。

従来、各点または領域に付随する、医療用スキャナの場合の減衰係数値、超音波検査法の場合の反射値または磁気共鳴画像法の場合のプロトン密度値が、生物の内部像を作り出すために適切な計算を用いて得られている。
この点に関して、医療用スキャナの例は従来技術を示す。

実際に、医療用画像は癌およびいくつかの重篤な症状を検出し治療するための、または患者の内部器官を観察するための基本手順である。しかしながら、医学界においては、信号とそれが表わす像を得て処理する上で著しい改良を達成するために、高解像度の医療用画像方法に対する要求を更に強力に表明する必要があると感じられている。

先ず、スキャノグラフィの原理と当分野での技術の現状を思い出すことが必要である。
スキャノグラフィ（または断層密度測定）は、ＥＭＩ社で働いていた技術者Ｇ．Ｎ．Ｈｏｕｎｓｆｉｅｌｄによって１９６８年に発見された。
１９７２年の特許（特許文献１、特許文献２）の名称は「Ｘ線またはガンマ線のような照射によって体を調べる方法と装置」である。
１９７９年にこの発明者はその発明に対してノーベル賞を受賞した。

この発明の原理は以下の通りである：
Ｘ線ビームは定められた面を走査し、器官を直線的に通過して、板、つまり放射線検出器にぶつかる。器官を通過すると、ビームは減衰し、その減衰の程度を検出器を用いて測定することができる。断面における交差走査によって、付随のコンピュータ上の適切なソフトウエアによって処理される一組の情報が得られる。

実際に不均一媒体中において、各走査軸に沿った減衰が、Ｃｏｍｐｔｏｎ効果による光電吸収と拡散を考慮した指数則によって表わされる。

Ｉ０を参照値、Ｉｘを点Ｘでの値とすると、以下の関係式が得られる：

これから、離散化により以下の式が得られる：

連続する値Ａ_１、Ａ_２・・・・、Ａ_ｎは、Ｘ_１、Ｘ_２・・・・、Ｘ_ｎによって定義される各セグメントの値に対応する。

次いで、特定の角度（または特定の位置）に付随する各走査のプロファイルは一連の方程式によって表わされる。

減衰係数の参照値、例えば、水または如何なるその他の適切に選択された分子の参照値に対する値によって特別なスケールが定義される。
最もしばしば使用されるスケールは、あらゆる生きた生物中に豊富に存在する分子、つまり水に関連するものである。
もし、Ａ（Ｈ_２Ｏ）が水の減衰係数を表わすとすれば、下記式：
Ｂｎ＝［Ａｎ−Ａ（Ｈ_２Ｏ）］＊１０００／（Ｈ_２Ｏ）
のような相対的スケールが使用される。

水の減衰係数の値は１または０に等しいと定義されてよく、そのことによって、水は人体の必須成分であるため、使用し易い表記システムが創出できる。
しかしながら、得られる情報が（視覚的に）表わされる方法に従って他のシステムを使用してもよい。しばしば、骨に対しては１０００という値が選択されそして空気に対しては−１０００という値が選択される。

十分な数の交差走査の情報処理によって、実際に小さな要素細胞または領域を定義することにより、走査数が細胞数に等しいとすれば、一組の一次方程式を解くことが可能になる。

情報の編集と使用は付随のコンピュータによって行われる。
このコンピュータは一組のデータを集め、次いで、各要素領域の減衰係数の値を計算する。
これらの計算から得られる情報が断層面マップによって表わされる。
これら数組のマップは、縦方向または横方向の断面を可能にする解析の三次元走査像を構成する。

このようにその医療的解釈は組織の実際の内部像に基づくものである。
そのような像によって、腫瘍または他の異常を検出するために、脳の状態と同様、ある骨の状態も調べることが可能となる。

これらの調査は他の調査、例えば超音波検査法や磁気共鳴画像法によって進められまたは完成される。

走査およびそれが導入した方法は医療的調査の必須手法として生き残っている。
最初は、３度のオーダーで一連の角移動を、数百回繰り返し実施した。
それ以来導入されてきた改善によって、複数の検出器のお陰で、一回に行われる如何なる測定においてもその測定回数を重ねるように、複数のビームと十分な長さの検出細片を組合せることが可能になった。

５世代目のスキャナにおいては、如何なるシフトつまり移動も防ぐために、検出細片が断面に対して直角に使用される。

得られる像は以下の段階的方法の結果である：
−各投影に対する減衰値を得る；
―プロファイルの値を計算する；
―各断面の行列を表示する；
−特定のマップを用いて各表示を変換する；および
―空間地図作製系を確立する。

現在、ｍｍ^３オーダーで各要素領域の体積が得られる。しかしながら、生きた細胞の数は１ｍｍ^３当たり１０億個のオーダーであるため、この方法は顕微鏡的スケールには程遠い。

そのような走査の例が、特許文献３に述べられている。この明細書によると、線源と検出器を、像を撮ることが望ましい断面に直角に２５６回、体の周りで回転させることによって、体の２５６回のＸ線走査が実施される。この検出器は２５６個のセルを含み、線源と検出器の間でのＸ線の強度変化を、各走査に対してｐ＝２５６２の走査プロファイルに沿って測定する。適切にプログラムされたコンピュータを用いて、断面のｐ＝２５６２点に付随するｐ＝２５６２の値が計算される。この計算は、通常、代数的再構成法（ＡＲＴ）によって行われる。しかしながら、ここに提唱された改善は、最初にｐ＝２５６２の走査プロファイルのサブ集合体、例えば，１／４、つまり６４×２５６の走査プロファイルのみを処理することにある。これらのプロファイルは、実際に実行される４つのｐ走査プロファイルによって平均することで、またはこれらｐプロファイルの４つに１つを選択することで得られる。次いで、断面の２５６２点を代表する像、言い換えれば、使用される検出器に従う像の可能な最高の解像度に到達するために、この代数的再構成法が、走査プロファイルのサブグループから計算された値に適用される。

米国特許第３，９２４，１３１号 米国特許第３，９１９，５５２号 米国特許第５，２４１，４７１号 欧州特許第９９４０１３５８号 フランス特許第００４０１５３２号

癌を初期に検出するためには、著しい解像度の向上が前提となる。しかしながら、ある特定患者に対してこの系が使用される時間の長さが、ある経済的閾値を越えることはできない。しかしながら、中でも、プロファイル数が増加すると、全体的な放射線量を増すことになる。

しかしながら、癌小結節の成長が、付随する脈管化を起こす時に加速することが知られており、この現象は、臨界サイズ、例えば５０ミクロンに達した時に起こる。従来の手順においては、その解像度を達成するために、放射線量と計算時間が８０００倍に増大する。

そのために、本発明者は先ず、解像度を増大させることおよびコンピュータの計算能力の限りない増大およびＸ線装置のはるかに遅い進歩を考慮した解決策を見出すことを試みた。

このための本発明の目的は、医療用画像装置において、平面または非平面の表面の各項または領域に付随する値を代表する像を得るように、信号を処理するための方法を改善することによって、照射（１）、赤外光のビーム（４５、４６）または、超音波または磁気パルスビームへの生物の曝露の削減を意図した方法であって、以下を本質とする方法：
−矩形行列を用いて、像を代表する各点または領域に付随する値の推定をできるだけ精密に得るように、公知の方法によって最初の像を作り出すこと；最初の行列から出発して展開行列に到るように、２点間での値を補間することによってまたは、領域の再分割から得られるミクロ領域内に領域の値を分配することによって評価すること；そうすることでより正確な最初の像を生むこと；
−検査領域を調査する走査の交差シリーズに従う物理的走査において、調査された像を代表する行列の境界値を計算するよう、各走査の２点間の変化を精密に測定すること；ここで境界値はこの代表行列の行と列の項の合計である；および
−像のより正確な分解能を得るよう、境界に関する制約を考慮した最小二乗法による調整を用いて、調査された像の点に付随する各項、従って各値を調整することである。

好ましくは、各項の値は以下の式：

（式中、
Ｃｉｊは求められた値であり、
Ｂｉｊは最初に推定された値であり、
ｎは矩形行列の行数であり、
ｍは矩形行列の列数であり、
列ｊの制約であるｉの値は全て、下記式：

を満足し、
行ｉの制約であるｊの値は全て、下記式：

を満足する）
を用いて調整される。

そして、測定値の平均値と標準偏差の推定値を見出すように、各領域に付随する値の一連の評価を得るために、同一方法が同じデータの組に数回適用されて、毎回、異なる方法で物理的に分離される。

項Ｂｉｊの各々は、ｋ倍に増幅されたそしてより正確な調整を意図した最初の像に導く参照行列を得るために、行と列の数が最初の行列の増幅係数と見なされるｋに等しい、正方に縮小した行列の各項を分配することによって、像を代表する縮小行列を作り出すように、一組の離れた物理的走査から評価される

また本発明は、与えられたステップに対応する各プロファイルに関する係数を得るように、そして２つのプロファイルシリーズを用いて得られる一組の像を作り出すように、圧電作動装置を用い、ガイド手段を用いて、Ｘ線、赤外光または超音波ビームが直線的に一歩一歩移動させられ；ここで各シリ−ズにおけるプロファイルは互いに平行でありそしてこの２つのシリーズは互いに交差していることを特徴とする、本発明による方法を実施するための装置に関する。

好ましくは、このビームはそれ自身が圧電作動装置を用いて直線的に動く軸の周りで回転する。独立した処理または３次元的処理が可能な複数の平行像を同時に作り出すために、複数の検出バリアが供される。Ｘ線ビームまたはレーザビーム、特に赤外ビームまたは超音波ビームまたは磁場のための板または他の支持体も供され、一組の検出器を用いて、ビームのステップによって生じる各プロファイルの減衰に関する情報を得るよう、圧電作動装置がこれらビームの向きをその上で変えられまたは移動できる。一方は調査目的のための、他方は治療のための２つのビーム群を使用してよい。また本装置は、板または細片の移動によって、１つまたはそれより多くのブロック装置を離すように、移動できるワイヤまたは細片の２つの交差するネットワークを用いて選別され得る、孔開きブロック板も含む。

また本発明は、鏡がガイド手段を用いて直線的に一歩一歩移動させられ、鏡の直線移動の与えられたステップに対応する各プロファイルに関する係数を得るように、そして２つのプロファイルシリーズを用いて得られる一組の像を作り出すように、赤外ビームを反射するために、そして圧電作動装置を用いて回転点の周りで回転させられ、ここで各シリ−ズにおけるプロファイルは互いに平行でありそしてこの２つのシリーズは互いに交差していることを特徴とする、本発明に記載の方法を実施するための装置にも関する。

レーザまたは赤外ビ−ムが使用される好ましい態様において、赤外ビームの反射を防ぐために、反射防止層で被覆された２つの透明板が供される；これらの透明板はこのビームの屈折を制限するように互いに平行であり、検査される目的物はこの２つの板の間に配置されてそして、支持板として役立つそれらの１つに支えられて据えられる。

従って、正確な走査装置と共に、非常に精密に位置取りとスチッチが可能な非常に小さな寸法のスクリーン、および各要素ミクロ領域の減衰係数値の受け入れ可能な評価を提供する情報処理システムの組合せによって、ビームパルス数、従って記録されるプロファイル数をかなりの倍率で減らすことが可能となり、一方、同時に、危険レベルの照射を含むことなく、１ｍｍから１０または２０ミクロンの解像度まで引上げることが可能となる。

実際に、１０００×１０００の像行列に対して、標準的方法による分解能を得るには１００万プロファイルを必要とする。以下に開示する方法によって、第一に、２０×２０の行列に対応する標準的像に対する像を得ること、次いで、１０００×１０００の像に到達するために、単純に外挿された第二の像をこれから導出すること、次いで、各１００万点の減衰係数の満足できる推定が得られるように、調査された生物を２０００プロファイルのみを含む二つの軸に沿って再走査することが可能になる。この方法に従えば、第一段階で４００プロファイル、次いで２０００プロファイル、つまり合計２４００プロファイルを作成するだけで十分であり、これは、必要なプロファイル数の９９．７６％の削減に相当する。

この場合、照射レベルは４１７に分割されるが、この改善は調査の重要な領域に対しては更により有意義となる。

２０×２０ｃｍの領域を１ｍｍの解像度で調べると、現在実施されている如く、２００×２００点、つまり４００００点に関する減衰係数が得られることになり、この場合４００００プロファイルの作成が必要になる。もし、１０ミクロンの解像度を得ることを望むならば、１００００倍も多い点の数つまり４億点の減衰係数値を入手することが必要となり、患者を致死量の照射に晒すこととなるため、超音波検査法または磁気共鳴画像法が使用されるかどうかにかかわらず、処理遅れと実際に耐えられないコストを含むという事実からして、それは極めて実現性からかけ離れている。

ここに述べられる方法においては、４億プロファイルではなく、低い解像度を得るための４００００プロファイル、続いて高い解像度の交差走査のための補助的４００００プロファイルの作成、つまり合計８００００プロファイルの作成、言い換えれば１／５０００の数のプロファイルおよび付随する照射が必要となる。
しかしながら、如何にしてそれに伴う信号と値を処理するかの問題は依然として残る。

そこで本発明者は、各項に関しては近似推定が得られ、行列の各行と列の合計に関しては精密な情報が得られる場合に、スキャナによって調査される特定領域の断面プロファイルを表わす矩形行列の項の評価に関する特別の問題を解くべく、信号とそれに付随する情報の処理方法を完成させることに注力してきた。

種々の画像状況において遭遇する問題を解決するためにいくつかの方法を完成させ、調べてみた。その結果、矩形行列によって表わされる望みの像を得るという観点で、計算方法において著しい簡略化が供される独創的方法にたどり着いた。

検査面内または表面上に位置する如何なる領域点の減衰係数の組も、実際にそのような行列によって表わすことができる。
医療的画像の場合、この方法によって作成するプロファイル数を減少させ得る。

これから述べるように、実際にこの方法で、最初の行列の各項または領域のスライスによって得られるミクロ領域における推定値を得るため、低い解像度の最初の行列の各項または領域の値の分配または外挿によって、より大きなサイズの行列を作成することが可能になる。
このようにして展開行列が得られる。

次いで、もし境界要素の値を得ることが望まれ、その境界要素が行または列の項の合計である場合、各項を信頼性高く評価できる計算方法によってこの展開行列を調整する。
この場合、例えば、２０項を含む５×４の行列から、５００項を含む２５×２０の行列まで進み、次に上記方法によって各項を計算することができる。

次いで、種々のプロファイルが得られるよう、得られた信号を表わす最初の行列の展開と調整が含まれる。

この調整方法について以下に述べる。この方法は、より小さな最初の行列から大きな寸法の行列を適宜得た後に行われる計算において特別な役割を演じる。

従って、以下の記述は、本発明に従う、調整計算方法それ自体に関する。この方法は、放射線検出器による測定から得られる、Ｘ線装置から生じる主ビームの、調査される生物を通過した後の強度または残留値の信号の処理において重要な役割を演じる。

もし、ｎ行ｍ列の大きさを有する行列を処理することが望まれるならば、
Ｂｉｊをｉ行、ｊ列での推定値とし、
Ｃｉｊをこの行列の対応する項の最も確からしい値とし、
ρｊをｊ列の項の合計とし、
ｃｊをｉ行の項の合計とする。

Ｂｉｊの推定値は、この行列展開方法によってまたは、そのような推定を供する如何なる他の方法、特に線形または多項式の調整技法を使用する方法によっても得られる。

本法の場合、行と列の制約を考慮してＣｉｊの値の解、つまり以下の関数の最小値が求められる：

全てのｉとｊの値は、下記式：

を満足する。
これは以下の制約を受ける。

ｊの値は全て、下記式：

を満足する。

ｉの値は全て、下記式：

を満足する。

制約下でのこの関数の最小値を調査することがＬａｇｒａｎｇｅ乗数の方法を使用して行われ、ここでＬａｇｒａｎｇｉａｎは以下のように表わされる：

この関数は２つの部分から構成されており、つまり左側の文字を含まない第１部分および線形関係の組である第２部分である。

このように、Ｌａｇｒａｎｇｉａｎは、変数Ｃｉｊおよび行と列の制約（実際に２組の制約、つまり行制約と列制約がある）に付随するＬａｇｒａｎｇｅ乗数、λｊとμｉに対して導かれる。

これらの条件下で、Ｌａｇｒａｎｇｉａｎを微分することによってＣｉｊに関する一組の線形関係および、制約値に関する一組の関係値を得ることができ、それは以下のように表わされる：

ｄＬ／ｄＣｉｊが、変数Ｃｉｊに対する関数Ｌの偏導関数を表わすと特定することによって、

そして、全てのｉおよび全てのｊに関し、制約は

この偏導関数に対応するｎ×ｍの関係式にｎ＋ｍの制約関係式を加えたこの組は線形であり、ｎｍ＋ｎ＋ｍ変数に対応する一つの解のみを与える。

もし、例えば、行数ｎが２５に等しく、列数ｍが３０に等しい行列を処理したいならば、線形代数による解は以下の処理からなる：
−７５０個のＣｉｊ変数
−行の乗数μｉに対応する２５個の変数
−列の乗数λｊに対応する３０個の変数

７５０個ではなく５５個のプロファイルしか得る必要がない故、最初の目的は既に達成された。

８０５個の変数に対して、偏導関数に対応する合計で７５０個の関係式および制約に対応する５５個の関係式がある。行列計算法を採用することによるこの問題の解が、最も明快な解であるが、非常に退屈な計算が含まれるため、従来法において含まれるものよりは少しばかり扱い難い。本発明者の目的は第一に迅速に計算する方法の改善であったが、本発明者の本質的目的に加えて、検査期間中の照射の制限があった。そこで、本発明者は計算時間の改善に引き続いて挑戦した。

１と２の関係式を組合せることによって以下のことが得られる：

これらの関係式から以下が導かれる：

これらの条件下で、例えばμｉにλｊの値を代入すると、全てのｊに対して次のようになる：

全てのｉは、下記式：

を満足する。

μｉにつき

と定義すると、μｉは行の制約に付随する乗数の平均となり、以下の２つの関係式に到達する：

全てのｊは、下記式：

を満足する。

全てのｉは、下記式：

を満足する。

実際に、下記式：

の値はμ⁻に等しくなる。

このような条件下で、この関係式に代入すると：

という代数関係式に到達する。

この調節式によって、項毎の計算によってＢｉｊの行列からＣｉｊの行列が導出できる：

こうして本発明者は全く驚くべきことに、行列計算法の使用を必要としない、代数型の計算を実行することに成功した。

この代数型の計算によって、参照行列の部分的処理が可能になり、これは多くの場合、十分である。

信号を処理するこの方法の数値的検証および、医療事情において求められている像の解像度値の確立について以下に述べる。

本法の縮小モデルへの応用例
行数ｎ＝３、列数ｍ＝４の行列を考えてみよう：

最初の行列

この行列において、３つの行と４つの列に推定値が入力されており、行の制約値がＣ列に入力されている。
列の制約値が最下段のＰ行に入力されている。

列（または行）の制約の合計が各項の合計に等しいため、上記式の応用は簡略化されて次のようになる：

計算後の平衡状態

単純な計算機上で行われる計算によって、縦方向または横方向に合計した項の値が制約値を満足していることのみならず、望みの値に導かれていることをチェックしても良い。

線形代数の方法を用いた平衡化
この方法は、変数ＣｉｊとＢｉｊおよび変数λｊとλｉの間の線形関係を直接表わす。

線形システムを解く従来の方法は、変数間関係式の係数の行列を反転することおよびこの反転行列による、この関係式の第二項を表わすベクトルの乗算を含む。

ａ）下記式のＬＡＧＲＡＮＧＩＡＮの偏導関数表示から生じる変数の間には１２個の関係式がある：

ｂ）下記式で表わされる、列に関する４つの制約関係式および行に関する３つの制約関係式がある：

従来の方法では、次いで、ｎ×ｍ＋ｎ＋ｍに等しいサイズ、つまり、我々の場合には１９×１９の行列の反転が必要になり、そしてそのための計算時間は明らかにあまりにも長くなる。

６シーケンスに対応する二段階解析
Ａ）行列展開
これは以下のような順序で実施する：

１．断層密度調査の要素減衰係数に対応する交差プロファイルの２つのシリーズを代表する最初の行列の創出；例えば、表１の「最初の行列」が挙げられる。
２．構造表の確立；例えば、図１７の「展開前」と題する、添付の表２を参照されたい。
３．２５で除した各値に近い場合の書込み；その結果、図１８の表３「展開後」が得られる。

Ｂ）調整は以下のように行われる：
４．行と列の制約の書込み。その結果、行と列の合計および対応する制約が示される、図１９の表４「展開＋制約」が導かれる。各制約は、特定の走査に従って、プロファイルの末端検出器上に表示される値の読みによって得られるプロファイルの合計減衰値の物理的測定からの結果である。
５．前に示された式による値の計算。その結果、図２０の表５「展開＋制約＋計算」が導かれる。
６．次いで、Ｃｉｊの値に関して表５が、カラーおよび段階的な像によって表現され、図２１の表６−１を構成する。

医療専門家はこのようにして、限られた操作数を使用して、よりよい解像度を有する、医学的に使用できる像の望みの結果および、既存の方法によって要求されるものよりも低い放射線照射量がかくして達成できる。

実際に、面内または表面上の全領域によって、矩形行列が創出されそしてこの行列は、各シリーズにおいて互いに平行で、各シリーズは相手に対して直角またはそうでない、２つのプロファイルシリーズの形成から簡単に得られる。また、それは、プロファイルのシリーズがある極を通過して、できればから他の極から得られるプロファイルと交差する極座標において得られる情報によって生み出されてもよい。

参照領域の一部分のみを、何の問題も無く処理することが常に可能であることが思い出されるであろう。

実際に、計算方法が同じであると仮定して、計算を１つまたはより多くの像領域に制限することさえ可能である。

従って、本方法の段階は以下のようになる：
ａ）従来の解像度、例えば、１ｍｍの走査を使用する検査を実行する、
ｂ）適切な像を得る、
ｃ）詳細な調査の領域を定義する、
ｄ）次いで、特定の移動手段を含む適切な装置を用いて高解像度走査を実施し、
ｅ）次いで、選択された領域からの情報を処理する。この処理には以下のものが含まれる：

ｅ．１）従来の解像度での走査手順を用いた検査によって得られる参照像から出発して、要素領域を適切な方法で分割することから生じるミクロ領域の減衰値を推定すること。
ｅ．２）高解像度走査に基づき、特定の領域に対応する行列の項の値を、前述の調整法によって計算すること。
ｅ．３）もし必要ならば、全体または部分的な区分化（セクショニング）つまり調査領域のスケールの変更に基づいて、この方法を繰り返してもよい。またはもしそれが適切ならば、各ミクロ領域の数個の減衰値が得られるように、そしてその平均値が改良された評価を供して、標準的偏差を伴うように、同一領域の異なる角度での走査を繰り返してもよい。

ｆ）種々の調査段階における各ミクロ領域の減衰値のデータベースを創出すること、および
ｇ）結果とそれから得られる可視化を、２次元または３次元で、黒色、灰色および白色またはカラーで部分的にまたは完全に編集すること。

今回がその場合であるが、パワー増大が要求される場合、もし必要で適切ならば、同じ微細な走査技法および調査装置を使用して集中的処理を実施してもよい。次いで、Ｘ線レーザビームを（または小さな断面の如何なるビームも）使用してよく、そして、無関係な器官への照射リスクを低減させながら、調査と治療を組合せるよう、適切な増幅レベルで数回繰り返して使用してもよい。

続く治療に必要な情報を得るために、二つの方法を採用してもよい：

１． 二つの組合せ装置の使用
ａ）実際に、１ｍｍの像解像度を得るために十分な走査数を可能にする、リングを含む既存のスキャナを用いて断層密度測定解析を実施してもよい。この情報を情報システムのメモリ内に保存させ、それに続いて、各領域の系統的な分割の結果得られる各ミクロ領域の減衰係数値が得られ、その結果、補完的調査が的確に制限される。

ｂ）次いで、互いにより近づいた照射ビームに沿った、定義された領域内の減衰係数値が得られるように、二番目の特別装置内で高解像度走査が実施される。この二番目の装置の構造は、その走査がより小さな角度領域に制限されるものの、一番目の装置と同じでよく、そしてその角度は、一組の十分な交差測定を得るために実施される段階数の関数である。この二番目の装置は、物理的に行列を具現化するためにもっと簡単な矩形であってよい。この場合、既にその性質を述べた数学的修正処理を受ける行列を直接、矩形にするように２つのビームが直角に移動される。

ｃ）ここでの問題はやはり、領域が正確な重なりによって処理されるように調整することである。そこで次の２つの解決策が使われる：

Ｃ．１）得られる像が同一スケールで重なるよう、各像の減衰係数を精密に比較できるソフトウエアを用いて、この両方共回転できる２つの装置によって得られる像の解析を含む解決策、

Ｃ．２）検出され易い性質を有する、例えば、鉛粒子または他材料などの物理的参照マークのような皮膚上での位置決めを含むもう１つの解決策。これらの粒子は地形学的境界に相当する。

２．統合装置の使用
この装置は、例えば、以下のような二重走査運転を可能にする：
既存型のスキャナによって作り出されるような像を得るための、１ｍｍオーダーのステップでのビーム移動走査、
同一像上に、同一地形図に基づいて２つのタイプの情報を作り出すような、続いて（または同時に）ビームの非常に小さな移動（１ｍｍの１／１０または１／１００のステップ）を含む走査。

以下に述べる装置では一方および／または他方の走査方法を使用できるが、２つの走査を、特に両者を同時に実施する場合においては、ある程度の複雑さを伴うという犠牲を払うことになる。

またこの場合も、非常に高い吸収を有する材料を皮膚または生物中に置くことによって、物理的参照マークによる像の調整を完了させることができる。
実際に、腫瘍内または付随する脈管化領域内に濃縮できる分子を注入してよい。

この統合装置の場合、ブロック板および検知板を支持し、そして直角に動き、各々が例えば９０°に傾いた大きな領域をカバーするように、互いに対して独立に傾むく２つのビームを付随する安定な矩形の物理的システムを配置することで十分である。

代替法として、ある角度位置を維持しながら移動が起こるならば、移動の組合せを、治療される事例に適した手順に従って調整できる。最終目的は２組のデータが入手できることである：

−各領域を同定できる大きな走査参照行列、
−各ミクロ領域における減衰係数値を評価するために、本方法の記述の最初で開示された数学的方法によって取扱うことができる微細な走査によって作り出される情報から得られる行列

「全体配置」と題するダイアグラムＮｏ．１は実施の例を示す。図１のこのダイアグラムにおいて、粒子つまりビーム加速物１は動くことができる。位置取り板２は高さに関して移動可能で、水平に動くことができる。吸収板３は放射線を吸収する重たい材料から成る。検出棒４のための支持板は、検査される物体つまり対象物が存在しないまたは存在する際に、減衰係数を読むことができる一組の棒を支持する。ブロック装置５は位置と開口度が調整できる一組のオリフィスから成る。

このダイアグラムは物理的システム全体の断面を示す。患者がその上に横たわるテーブル２は枠内に置かれる。垂直ビーム１はブロック装置５の板を通過し、次いで患者とテーブルを通過して検出器を支持し情報処理装置に連結されている板４に到達する。

少なくとも２つの傾斜可能で移動可能なビームを伴う矩形枠の新しい事例を選択して例示する。

「ビームとブロック装置の斜視図」と題するダイアグラムＮｏ．２は、枠がテーブル上に置かれ、枠内に導入可能なマットレス上に患者が横たわる改良型における斜視的に見た垂直走査および水平走査を示す配置の投影図である。図２のこのダイアグラムにおいて、１は垂直ビームを表わし、１０は水平ビーム、２は位置取りテーブル、８は水平ビーム装置を支持する取付け金具、４は水平検出板、６は垂直検出板、そして７は水平ブロック格子を表わす。

この改良型において、ビームはテーブルを通過せず、そしてこの配置の目的は、情報処理中における当テーブルの問題を排除することにある。

勿論、照射からのリスクを制限するように、通常パワーのビームを使用することが可能である。この場合、２つのタイプのビーム、または種々の増幅レベルで操作されるＸ線レーザが同じ場所で使用できる治療が前提である。

生物が精密にビームを受けるために、窓が開いた鉛板が軌跡内に置かれ、ここで寸法と断面の詳細は、想定される各解析手順または治療に依存する。

我々のシステムの場合には、１ｍｍの１００分の１から２００分の１の非常に小さなオリフィスを含む追加の板が設置される；これらのオリフィスは好ましくは非常に細いワイヤの動きによってブロックされる。こうして２組の重なったワイヤ格子が、つまり図１０の水平ワイヤ１２と垂直ワイヤ１３が直角に交差して形成される。これら２組は、同時にオリフィスをブロックする。１ｍｍの解像度のためには、これらのワイヤが幅０．８から１ｍｍの細片によって代替される。図１０から１３のダイアグラム５「ブロックシステム」を参照されたい。

Ｘ軸およびＹ軸に沿った２つのワイヤの移動によって１つのオリフィスのブロックが開放される。２つのサブセットを同時に移動すると、矩形領域が開放される（図１０のダイアグラム５を参照）。図９は、ワイヤ１３が垂直に動いた後の開口部１４を示す。

これらの移動は、圧電作動装置を使用して精密に達成される。検査または治療されるミクロ領域が１から２、３ミリ秒の間だけ曝露されるように、精密な領域のブロック解除が非常に短時間だけ行われる。図１１に示す通り、制御ボックス１５がこれらのワイヤの動きを制御する。

「ビームおよびブロック」と題するダイグラム３も参照されたい。図３のこのダイアグラムにおいて、ビーム１のブロック装置５は、動くことができて数ブロックにグループ化される、同時にまたは独立して操作される一連の検査孔から成る。ブロック装置の種々の形態が図４から８に示されている。図８はより特定的に可変断面のスリットを示す。

そのような手順に固有の困難を避けるために、遠隔測定用および断面位置取り測定用と類似の、位置合せと観察の二重機能を有するレーザを使用することが好ましい。

「参照レーザ」と題するダイアグラムＮｏ．４の配置について記述する。そのようなレーザは、眼のような生物の透明部分を治療する場合または、外科的診療行為中に皮膚のような表面または内部器官を検査することが望まれる場合に使用できる。

ブロック板および検出板および実際に非常に素早く作動する格子の使用は、対象物または患者を物理的に移動させずに、検査される領域の枠取り操作を可能とすることを意図したものである。図９のダイアグラム４において、参照レーザ１６はＸ線ビームの正確な位置を占めている。ブロックシステム５を支持する枠は光線の軌跡内にある。支持テーブル２もブロック枠と検出枠を支持する。支持マットレス１７は検出枠の高さに調整される。電気的スイッチダイアグラム１８は全ての情報を情報処理システムに結び付ける。

「走査の解析」と題するダイアグラムＮｏ．６は、使用される走査方法を示す。

図１４において、ビーム１は走査板１９に沿って動き、一歩一歩の動きを実行する。従来法の場合、連続するビームが中央点Ｏに向かって収斂するように、各ステップでビームが徐々に傾けられる。各走査によって、ビームがブロック板５、次いで検査領域２０を通過しそして最後に、その板と共にビームの衝撃を受ける点の位置によっておよび画面角度によって定義される軸内に配列された領域中の検出器４に到達する。

各領域の減衰係数を確実に求めるよう、得られるプロファイルの数と要素検査点の数を等しくしなければならない。

展開行列の各項に対して適切な平均値と標準偏差を計算するために、各ミクロ領域の十分な数の推定が得られるよう、一連の微細な走査によって良好な近似を得ることができる。

微細な走査の場合、２つのビーム１と１０に対して、または、同一ビームに対してこの傾斜が一定に保持される；後者は、もし図１４に示されるように、ビーム、ブロック装置５、２２および検出器４、６の支持板１９、２１が、２つの走査が全検査領域を覆って重なり得る２つのシリ−ズの解析を実施するために移動することによって、水平位置１９、５、４から垂直位置２１、２２、６に動く場合である。

このように、本システムは、微細な走査に対して４つの段階で機能する。
１．例えば４×６ｍｍの検査領域の定義、
２．４つのコーナーのＸ座標よＹ座標を定義することによるこの領域の点の特定、
３．治療のための適切なビームまたは粒子加速器または解析用のＸ線または調査用の低レベルおよび治療用の高レベルの数レベルで操作されるＸ線レーザの作動、
４．ブロックワイヤの２つの座標軸に沿った移動による迅速ブロック開放

以下に想定される２つの操作段階に対して同一装置が使用される場合、検出器によって供される情報は実時間で情報処理システムに伝送される：
−全体検査に対する１ｍｍのステップでの走査、
−それに続く例えば２０ミクロンのステップでの走査。

最初の走査は、標準手順に従ってビームを動かし傾けることによって実施され、ここで、種々の標準条件下での、事前に定義された領域の検査を可能とするためにブロック装置を開ける。前述の調整法で処理された一連の測定に対して、１００００×１００００の行列の反転によって、またはもし標準偏差を伴う平均値を得るために十分であれば、より迅速な条件下で、１００００点の値を精密に計算するために、１０×１０ｃｍの領域に対して、１００００プロファイルが実施される。この手順は特に照射レベルを制限する。

第二の走査に対して、２つのビームが制限された場を動き得る、例えば１断面（切断）当たり２００×３００点、つまり６００００点の矩形行列の発生（２０ミクロンの解像度に対して）を含む４×６ｍｍサイズの矩形領域の検査ができるように、好ましくは２つのビームがその傾きを維持することができる。ここで、照射レベルを制限しながら、既に述べたアルゴリズムを念頭におくと、その数値処理は受け入れ可能な制限内に止まる。

「特別走査」と題するダイアグラム７は特に興味あるもので、単一の例えば水平の走査板１９および単一の検出板４、本件では水平板、を使用することが可能であることを示す。図１５は、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤのコーナーを有する台形を示す。参照番号２３と２４は各々水平線と垂直線を表わす。

図１６のこれらの条件下で、対象物２０が断面、例えば２つの角度αとβ下において、１ｍｍよりも近い各点に対して評価され、そのことによって精密な評価が得られるために十分な点の数で走査が重ねられる。

既述の方法による処理に対して必要なデータを得るために、約２０ミクロンのステップでの動きを含むまたは各ステップ当たり１度の何分の１かでの回転を含む少なくとも２つの走査によってこの手順が完了される。この２組の走査の角度は９０°に等しくてもまたは等しくなくてもよい。本計算に関して、非直交座標軸を使用することから生じる複雑さは無視できる。

本装置がＸ線レーザビームを含み、その中でビームが検査の対象物または患者を通過することを思い出されるであろう。ビームが通過した後、ビームが検査された対象物または患者を通過する間の減衰係数を測定するために、検出器がビームの残留パワーを読むことができる。

このビームは、非常に小さな断面積のオリフィスに対峙して配置された小さな可動スクリーンから成る一組のブロック装置の前で各点毎に通過する。

一組のブロック装置を覆いそして同等の検出棒に影響を及ぼすよう、十分に大きなビームを使用することが可能である。

もし、ある種の自然な動き（例えば呼吸）によって、器官の要素が毎秒１ｃｍの速さで移動し得ることが受入れられ、そしてもし、１０から２０ミクロンの像の精密度を得ることが望ましいならば、このブロック装置が機能する時間をミリ秒のオーダーとし、本装置は非常に短い時間で継続する一連の連続フラッシュを作り出すべきである。

従ってもし、本ビームが非常に迅速に作り出されそして遮断される必要があり（特に光線またはＸ線が使用される場合）、またはもし、ブロック配置を迅速に変更する必要があるならば、非常に短い継続時間に対する制御機能（電気的または機械的）の問題が、技術的レベルでの電磁システムまたはコストレベルでの電子システムという限界と直面することになる。

Ｎｏｒｂｅｒｔ ＢＥＹＲＡＲＤによって出願された、「圧電制御接触器」に関する特許文献４において、この発明者は圧電作動装置の使用によって動かされる接触回路ブレーカーのための制御装置を述べている。

一番最近の試験結果は以下のことを示している：
−電流の中断が１ミリ秒のオーダーの時間内で起こり得る。
−適切な電子回路のお陰で、例えば交流の場合は、強度ゼロの点を電流が通過する時に電流の中断が起こり得る。

間違いなく、制御装置には以下のものが設置され得る：
−例えば、２００または４００Ｈｚに等しい周波数の電流を供給する交流電源（または変調装置）、
−ゼロ強度の最初の通電の瞬間に回路を操作できそして、それ以後の通電中に回路を遮断る電子回路。

これらの条件下で本装置は、１／８００秒に等しい半分の間、つまり１．２５ミリ秒の間、または１／４００秒つまり２．５ミリ秒の間、始動されまたはロック解除される。

Ｎｏｒｂｅｒｔ ＢＥＹＲＡＲＤによって完成されそして、電子制御回路を含むこの装置において、交流電流（正弦曲線）の強度がゼロ強度を通過する時点で、回路の開閉が起こる状態を維持しながら、その機能が働く時間が精密に調整されるように、電子回路をロックし次いでロック解除することが可能である。
従って、適切な時間で精密な瞬間に回路開閉を作動させることが可能である。

従って、もし検査される対象物または領域の移動が毎秒１ｃｍの速度で起こる場合には、１０から２０ミクロンの移動に対応して、１から２ミリ秒の間で、その対象物または領域を検査することができる。ランダム変化を考慮するため、ビームは直径１００ミクロン（それがいくつかのＸ線レーザに対する通常の例である）を有するべきである。

ここで関心があるのは、現在の１ｍｍの値に替わって、１０から２０ミクロンの解像度、つまり現在の技法と比較して５０から１００倍も向上した解像度での調査を可能ならしめる本質的な点である。
そのことによって得られる経済的利得は容易に計算できる。

前述の特許において述べられているような遮断装置は、たぶん他の項目も含めた一連の生産に対して約１０ユーロ以下の価格であるべきである；例えばサイリスタを用いる電子的遮断は、約１００倍も高い遮断システムを含む。

もし、そのような精度を有するシステムが入手できれば、その検出器によって得られる情報量は著しく増大し、現在のスキャナに一般に付随するソフトウエアと計算機の限界を直ぐに越えるであろう。

この装置のレベルで付随する計算機は、解像度を５０倍上げるために、一組の一次方程式および１２５０００倍も多くの変数を処理しなければならないであろう。

１ｍｍの領域に対して、断面が２０×２０ｃｍの対象物を考えて見よう。そうすると、１断面当たり２００×２００の減衰係数、つまり４００００点を計算しなければならない。プログラミングによる近道にも係わらず、その計算の時間とコストは、今日でもまだ相当なものである。

もし、解像度を５０倍も改良するには、現在の計算機の速度とそれによる能力を相当（１２５０００倍のオーダー）に増大しなければならない。

もし、Ｍｏｏｒｅの法則が将来において引続き適用されそして、そのために計算能力が１８ヶ月毎に倍増されると仮定すれば、そこのシステムが操作可能になるのに２５年間も待たなければならない。
これが、計算方法を加速するために前述のような他の方法の使用が必要な理由である。

そこで、この計算方法は以下のようになる：
第一段階で、縮小された領域の減衰係数の推定を試みる。

従来法で調査された断面の内部から取られた制限領域が検査され、そしてこの領域が例えば４ｍｍ×３ｍｍのサイズを有すると仮定しよう。そのような領域において、従来法または他の方法で計算された、異なる減衰係数を有する１２個の領域がある。

各領域の代表値が２頁の表１「最初の行列」に示されている。

次いで、各領域は２５個（５×５）の小領域に分割される。図１７の「展開前」の表において、減衰係数値が各領域の中央に現れるのはそのためである。

展開された最初の領域Ｎｏ．１に関するこの係数は、２２の１／２５、つまり０．８８に等しくそして、図１８の表「展開後の行列」に、分配後の各ミクロ領域の減衰係数を示している展開行列が見られる。

制約値が図１９の「展開後＋制約」の表中に示され、そして図１８の表に示される情報が完結される。

図１９の表に基づく上記調整法を試験し、そして図２０の「展開＋制約＋計算」の表を作成することによってその操作性をチェックした。その結果、減衰係数の推定合計値が実際に制約値に等しいことが示された。

この表５の試験の結果、以下の計算法に従うことになる：
１．番号が付いた行は各項の推定値を示し、そして表４（Ｂｉｊ）における相当値と同一である。
２．列２１は本表の推定値の合計を与える。
３．列２２は行制約を与える。
４．列２３は２２と２１の値の間の差を与える。

同様にして、各列に対する列制約と、推定値合計の差が本表の下部に与えられる。

最後に、番号付き行に示された値（Ｂｉｊ）を用いて、この計算から得られる値（Ｃｉｊ）に付随するマクロ指示を用いて計算された値が、番号付き行の値の上に位置する、全ての灰色をつけた行に現れる。

例えば：
もし、元の行列から取った、行３に与えられた係数、およびその上の行に現れる係数を推定すると、列２１においてその合計が実際に１３．９８７、つまり、１４に等しく列２２に現れる制約の値に非常に近いかどうかをチェックできる。本表の一組の係数に対して実施されるこの計算によって、今や簡単な代数式で、通常、本計算方法から得られる行列式を代替する故に、このようにして発見された本法が非常に迅速な計算を実施できることが示される。

現代の計算機は、対応する問題を処理でき、そして前に論じたものと類似の計算手順を使うことによる処理よりもむしろ良好に実施できる。

１．もし、各領域の値を、例えば２５個のミクロ領域へ配分することによって得られた表を用いてバランス計算を実行すれば、行または列の制約値からかなりかけ離れていることが２つの方法で分かる：
２．もし境界値が得られない場合には、標準解像度（１ｍｍ）の段階のお陰で、行と列の既知の値を分配することによってこれらの値を評価してもよい。

３．次いで、２０ミクロンに縮小された段階、そして１ミリ秒の操作時間の段階を用いて一歩一歩の計算に進む。この方法により、推定値と観察値の間の偏差が明らかになる。もし必要ならば、角度が異なる数回の微細な走査を実施することによって、Ｃｉｊの数回の評価が供され、そして望みの値の改良へと導かれる。
４．もし推定値と観察値の間の偏差が、前に定められた閾値より小さければ、例えば２０％の相対偏差が許容でき、そして何のリスクも無しに、上述の方法を用いた計算へ進み得る。

５．しかしながら、もし偏差がより大きく、第二の閾値を下回る、例えば、±４０％の相対偏差値が残るならば、例えば各領域の２５ミクロ領域への分割から、各領域の９ミクロ領域への分割に変更することによって、展開のレベルを縮小する。もし、この新しい分配にも係わらず、問題の領域内にまだ偏差が残るならば、従来法に従って処理して減衰係数を確実に計算するかまたは、より経済的である一連の走査を用いる方法を採用すればよい。

６．現在、このようにして、１ｍｍ（現在の分解能）の替わりに、１ｃｍ×１ｃｍサイズのミクロ領域、つまり辺の長さが２０ミクロンの２５００００個のミクロ領域を処理する強力だが入手可能な計算機の使用を想定することが可能である。
７．ブロック装置のサイズおよびビームの操作の時間制約またはブロック装置の中断という物理的限界を考慮すると、この分解能技法によれば、５０倍の解像度の改善に到達できる。

８．想定されるものに近い表３、４及び５の例には、３００個の減衰係数の推定値に対するビームの境界値３５個の測定が含まれる。
９．経済的および健康上の利得は、より大きな表を用いる場合に目を見張らせるものがある。

しかしながら、１ミクロンサイズのミクロ領域のレベル、いうならば細胞のサイズに達することができる理想的状況にはまだ程遠い。
２０ミクロンサイズの各ミクロ領域は実際に８０００個の細胞を含む。
今のところ、これらの計算によって、大きな、例えば２０×２０ｃｍサイズの領域の調査用スキャナに付随する計算機の限界まで到達できる。

各領域に対して１２個の近い値を供する複数の走査、例えば、１２回の走査を実施でき、次いでそれを平均値および標準偏差の計算に使用でき、それが大多数の場合において、完全に許容できる推定値を供しそして法外な計算時間を含む行列計算の使用を避けられることがもう一度思い出されるであろう。

情報を使用できるようにするため、適切な方法でそれを編集する必要がある。減衰係数に依存しておおよそ灰色である各断面領域を示すマップを編集することによって、従来通りに前進することができ、これは次の２つの方法で実施できる：
−１ｍｍの分解能での、全断面に対する標準法（または複数走査の方法）によって、
−種々の暗さの灰色または種々の色を用いてより詳細に処理される、各ミニ領域に対する補完的方法において。

もし必要ならば、読み取りを容易にするために、これらのミニ領域を拡大できる。

好ましくは、如何なる特別な異常部位をも浮び上がらせるために等減衰ライン（同じ減衰レベルを有するミクロ領域を結ぶ曲線）を描くことが可能である。

種々の色を使用することによって、等減衰ラインの、種々の灰色度の背景上への重なりを想像できる。

添付ダイアグラム６−１は、色の使用とは別に、多くの減衰レベルの線を描いている故に、際立った例を示し、これによって更に調査結果が改良できる。

軸走査、つまり、断面（スライス面）の移動も考慮する必要がある；現在では、数ｃｍの長さに亘って十分な数の検出器を含む棒が供される故に、これは実際の物理的移動をもはや必要としない。

問題はまたしても情報処理の問題である；何故ならば、この軸移動が断面における走査と同じオーダーの大きさであるべきでそして、前述の方法によって大きく簡略化されたとはいえ、ひどく高いないものであってはならない計算を含むからである。

もし、詳細な調査のためという理由から、断面を比較することになる場合は、特に、ミクロ領域に対してのみならず現在の解像度に対応する領域に対しても情報の三次元投影を得ることができる。

従って、本発明者は以下のように操作されるシステムを開発した：
−現在と同じサイズの領域に関する測定値を得るために、１ｍｍの分解能を有するスキャナを用いる；この計算は、各領域の精密な減衰係数値を供する線形代数学を用いる、または各点に対する平均値と標準偏差を得るために１０回（または数１０回）の走査を含む最初に述べた方法を用いる、２つの方法で実施されて良い。更に如何なる点に対しても十分な精密さを達成するよう、より大きな数の走査を実施することが可能である。
−より詳細な検査に対する、より制限されたサイズの領域を定義する（例えば、１領域当たり１００個のミニ領域を含む、辺が１ｃｍの領域、つまり増幅係数が１０、または１領域当たりわずか２５個だけのミニ領域で間に合わせるため）
−各領域に対して得られた値を、各ミニ領域、例えば２５個のミクロ領域（表３、４及び５参照）において分配する。そうすることで各ミクロ領域の減衰係数値と境界値を推定する。
−境界値を一歩一歩測定する。
−この明細書の最初に述べられ、表５に示された方法の使用に基づいて、数学的または数値的な処理を実施する。
−もし必要ならば、解像度を次第に精緻化するように、２つまたはそれ以上の段階においてその前の操作を実施する。
−比例分配法によって推定された減衰係数値および前述の方法によって計算された減衰係数値の比較検討する。もし、特定のミクロ領域内においてまたは一組の連続したミクロ領域に対して大きな差があれば、１領域当たりのミクロ領域数を減少させそして新しい分配と推定計算を実施する。もし、差が残るならば、問題の領域に対する減衰係数を従来法によって計算する。
−参照文書（１ｍｍの解像度）および上記または想定される新しい表示を使用して高解像度（２０から１００ミクロンの解像度）によって得られた文書を編集する。

このようにその操作が上に述べられてきた方法によって、我々の手中にある計算技法とツールを使用して、現在の分解能より１００倍も良好な解像度を得ることが可能となる。

３つの図２２、２３及び２４を各々表６−２、６−３及び６−４に対して編集した；これらの表は、縮小領域に対して２０、１２．５及び１０ミクロンの解像度に対応する像を表わす。最後の例において、その像は、４０４００個の方程式と変数を含む線形代数問題の解に関する計算方法の結果を表わすが、わずか４００回の二次走査に加えて４回の一次走査しか必要ない、つまり、照射レベルの９９％が削減され、この照射レベルは一次領域のサイズが増せば相対的に減少する。

既に説明した通り、１０ミクロンの解像度で２０×２０ｃｍサイズの断面を検査するには、４億個の点および同数のプロファイルが含まれ、従来法による２００００×２００００の行列の反転が要求される；一方、我々の方法では、２段階で、我々の手中にある代数計算、特に、適切に選択された縮小領域に対する代数計算を使用してわずか８００００プロファイル、つまり５倍も少ないプロファイルしか含まれずそして、これは如何なる複雑さも伴わない。

移動、位置取り、電気的スイッチングのメカニクスそして最後に計算技術の分野におけるこの技術的進歩によって、１ミクロンまたはそれより小さい分解能を達成すること、つまり独立した状態での異常細胞の検出が、記述したシステムの基本原理を変えることなく可能になる。

現時点で、本発明者によって特許文献５において開示された、ミクロステッピング（ミクロ歯が付いたラック型）圧電モータに関する技法を使用してもよい。この方法は、ミクロ歯が付いたラックを形成するよう、その表面に非常に細かく線を付けられた可動要素上の非常に細かい点を介して圧電棒を作動させることが本質である。例えば１００ミクロンのステップを用いて、このようにしてこの移動が得られる。しかしながら、高出力の可能性からくる恩恵も受けながら、非常に小さなステップを含む一連の移動を得るよう、フランスのＣＥＤＲＡＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ社製またはイスラエルのＮＡＮＯＭＯＴＩＯＮ社製の圧電作動装置も使用可能である。

例として、ＣＥＤＲＡＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ社製のＡＰＡｓの名称で知られている圧電作動装置の使用が可能である。
本件の場合、ＣＥＤＲＡＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ社によって述べられたＰＲＭｓという名称のような装置を使用して、回転動作を伝達することも可能である。

上記の処理方法から便益が得られるデジタル化された像を得るために信号を処理する方法を、医療用画像以外の分野、特に以下の領域において使用してよいことは自明である：
−表層度、底土および大気圧の地図作製
―デジタル写真および映画撮影法および写真複写
―特にテレビジョン分野における画像処理と画像伝送

超音波検査法または核磁気共鳴によって得られる医療用画像に関しては、上述の通り、像または特定の領域の代表行列が、１つまたは２つの極に焦点を合せた一連のプロファイルに付随する、または直交座標または斜交座標で表わされたデータから成る故に、像の改善方法が同じ種類のものである。展開および／または行列調整方法により、解像度における顕著な改善が同様に導かれる。

実験例の目的で、図２５に鶏の骨の像を示す。この像は、骨の縦方向に直角な断面に対応する。格子はｍｍ単位で目盛られており、そして種々の灰色レベルはＸ線に対する骨の異なる減衰係数値に対応している。

赤外線レーザまたは超音波による治療も予備調査に付随するものである。

この２つのシステムは、断層平面におけるレーザビームの移動タイプが基本的に異なることを想定している。両者において、１０６４ナノメーターの波長を有するＹＡＧ ＮＥＯＤＹＮＥレーザが好ましく使用される。１パルスあたりのエネルギーは５から１０ミリジュールの間である。ビームのサイズは光学系によって変更でき、１から５ミクロンの間まで変えられる。パルスの継続時間は１から５ナノ秒の間である。この継続時間は特に、読取り光電セルの反応時間に依存する。もし光電セルの反応時間が１マイクロ秒のオーダーであれば、同じオーダーの大きさのパルス時間が供される必要があるし、ビームのエネルギーは適切に調節する必要がある。このレーザ装置の重量は数キログラムであってよい。

検査されるべき対象物の近傍にて移動可能で、斜面上にて自己移動可能で、向き変更可能なスピンドルによって支持された光ファイバ系も使用してよい。詳細な調査用には、光束自身が移動可能で向き変更可能な、平らな光ファイバ光束が使用できる。

第一の系は、各面に対してレーザが固定位置を有し、そして斜面上にて移動可能で、斜面上でのその位置の各点で回転によって向きを変え得る鏡を用いてビームの移動がなされることを想定している。第ニの系は、レーザが斜面上で動きそして斜面上の各点で回転によって向きを変え得ることを想定している。

第一の系の様子が図２６に示されている。この図２６において、３０は床を表わし、３１はテーブルの脚を支える調節手段、３２は支持用円筒、３３はスライドするチューブ、３５は振動を除去可能なＴｅｆｌｏｎ（登録商標）製トーラス、３４は如何なる残留振動も除去しまたは減衰させるよう、硬い金属、花崗岩または大理石のような非変形材料製の支持板、３６はレーザを板上に固定する手段、３７はレーザチューブ、３８は向きを変えられる鏡、３９は取付金具を支持体に固定する手段、４１は光電セルを構成する検出板、４２は取付金具の水平レール、４０はセルを過剰曝露から保護する板、４３は鏡用の支持棒、４４は検査されるべき対象物、４５または４６は入射レーザ光、４５’または４６’は平行レーザ光、４７は検査されるべき対象物用で赤外照射を透過させる回転可能で移動可能な支持板、そして４８は取付金具を表わす。

この操作は次の通りである：支持用円筒３２、スライドするチューブ３３およびトーラス形状の結合部３５を支持する小さな板の範囲内で、支持板４７を移動させて望みの高さに置く。スライドするチューブ３３は、実質的に全ての振動を濾過するＴｅｆｌｏｎ製のトーラス形状の結合部３５を通して以外には支持用円筒３２と全く接触しない。鏡３８用の支持棒４３を必要な位置に移動して、入射レーザ光４５が望み通りに向きを変えるように鏡３８とレーザ３７の向きを変える。

種々の走査プログラムによって、低解像度、または高解像度でプロファイルが得られる。第一の場合、各セルの要素表面は１ｍｍ^２のオーダーのものである。第ニの場合、要素セルのサイズは１００ミクロンのオーダーのものであってよく、１ミクロン（波長を考慮すると実用的限界）もの小ささでもあり得る。

望みの解像度を得るためは、レーザチューブ内に統合された光学系にビームを通過させると、検査されるべき対象物のレベルでのその直径を１ｍｍまで増大させるかまたは１ミクロンまで減少させ得る。

小さな直径の場合、２つの手順が一緒に採用されるか、または他の方法では、横切られる対象物または光電セルへの熱的影響を減少させるためにパルス継続時間を短縮させるように操作を実行することによって、または赤外エネルギーを吸収するための装置４０を挿入することによって、採用され得る。従って断層撮影面の形成は以下のように達成される：

第一段階で、例えば、１ｍｍの解像度で操作されるようにビームを制御し、検出板を調節して、対称物の断面の表面ｍｍ^２に等しい数のプロファイルが得られるように走査プログラムを定義し、そしてセルから得られた結果をコンピュータに移動させることによって、その走査プログラムを実施する。

第二段階で、望みの高い解像度が得られるようにビームと検出板を制御し、そして、対象物の断面における調査される領域、二つの平行な高解像度または高くない解像度走査の間の角度（一般に直角）および対象物の透明度に応じて、パルス継続時間およびあり得る吸収を制御するように交差走査プログラムを確立する。

細胞レベルで得られたデータを、データ処理を実行してその結果を保存するコンピュータに移す。

第三段階で、計算結果を用いて各断層面の像をプリンタを用いて、グレイスケールまたはカラーを使用して（または使用せずに）描く。

前述のアルゴリズムの使用は、同じ条件下で起きる。このように使用された方法によって、Ｘ線スキャナに対して得られたものに等しく比例して計算時間に非常に大きな節約ができる。

選択された操作モードにおいて、平行な横断光線４６と４６’が得られるように、鏡３８は、レーザビームと同じように回転軸の周りで回転する。この鏡は、２つのシリーズのプロファイルが、各シリーズにおいて横断光線が互いに平行になりそして２つのシリーズが交差しそして、異なる角度での新しい走査において２つの平行な走査が交差するように得られるために、十分な距離を動かせる。

特異点の体積は、ある平面において、あるレベルの着色を有する小さな正方形を単純に一定の面でカウントし、次いでその隣接平面において得られた数を、そして観察によって定義される２つの制限面の間にあるその隣接領域に対して得られた数を加えることによって得ることができる。

異なった平面に関する一組の結果からなるデータベースによって、ある介在物の絶対不透明性に起因する黒い領域を浮き彫りにすることができる。そして、いくつかのこうして隠れた領域が見えなくなる。

この領域を明るくするためには、少なくとも２つの方法が採用できる：つまり、完全な像を再構成するように顕微鏡的参照要素を適所に置いた後で、複数の像が異なる角度で得られるように対象物を回転させ、または隠れた領域の像を得るように取付金具４８を回転させることである。
両者の場合において、検査されるべき対象物を、軸の周りに回転可能な透明板４７の上に、必要ならば固定させて、置くべきである。

この第一の系において、鏡による反射がある波長に対して困難となり、その結果、反射角で変わる光エネルギーの損失が生じ、対象物なし状態における、より複雑な参照測定を行うことが必要となり、計算を複雑化する可能性がある。

他方、鏡３８の回転と並進は、その軽量性から非常に容易であり、低パワーの圧電差動装置があるだけでよい。

第二の系の様子が図２７に示されている。ここで、同じ参照番号は同じ要素を示す。参照番号４９は枠を示す。

この系の機能は以下の通りである：
支持用円筒３２、スライドするチューブ３３およびトーラス形状の結合部３５用の小さな支持板の内部の範囲内で動かせることによって、支持板３４を望みの高さに置く。検査されるべき対象物を支持するための板４７を選択された角度で置く。次いで、第一の系と同じ手順が続く。走査を例示するために図１８を参照する。この図で、２つの交差走査が得られるように、第１の位置からの距離でのビーム３７の移動および、ビーム３７の新しい傾斜の選択が示される。ビーム４５と４５’は各走査において互いに平行である。

この第二の系において、レーザビーム３７の並進と回転には、より強力な作動装置が必要になる。この場合もまた前述のアルゴリズムを使用すると同じ利点が供される。このように本方法を使用すると、Ｘ線スキャナに対して得られたものと同じオーダーでの計算時間において非常に大きな節約が可能となる。

尚、赤外照射の場合、いくつかの現象、例えば、対象物内部での反射、特定領域内での屈折および熱に変換される赤外エネルギーの吸収の結果、減衰がもたらされ得る。

従って、種々の減衰源を区別するよう、可能ならば種々の領域における温度の上昇も測定することが重要である。

次に、対象物の性質が重要であり、そして種々の測定に対して対象物が回転できると、種々の材料に対する波長とそれに対応する屈折率に依存する反射または屈折によって生じる誤差を評価することにおいて有用な情報が得られる。

反射現象を避けるために、低屈折率材料の薄層を気相蒸着によってプラスチック材料の非常に薄い膜上に作製して、このフィルム５０で生物を覆うことが可能である。

屈折に関して言えば、いわばコヒ−レント光が生産されるレーザが使用される場合、この現象はコヒ−レントでない光が使用された場合とは異なるものの、やはりある程度の屈折が存在する；図２８に示されるように、生物または対象物４４を２つの透明板４７と５１の間に配置することによって屈折は減少され得る；これらの透明板は、図２６と２７に図示された例にある支持板を形成する板のうちの一つであり、反射を避けるように反射防止層で被覆されておりそして、これらもまた生じ得る屈折を制限するよう、厳密に平行である。

それにも係わらず、体４４の中である程度の屈折は起こり得るため、その結果ビームの偏差がもたらされる。この場合、生物は反射防止層で被覆されたプラスチックの超薄膜５０で囲われ、２つの透明板４７と５１は互いの上に必要な距離で配列され、検量試験が実施される。その結果、生物４４が無い状態で異なった走査角度に対してビームを局在化させることができ、そして生物がもたらす各ビームの偏差を測定するために生物の正規走査が実施される。

もし、偏差がなければ、またはもし偏差が正規であれば、得られた像は許容できる品質のものと言える。もし、正規でない偏差があれば、最初の入射角を考慮して像を再調整するために補正が必要でありそして、正常な訂正の後で行列をこのように処理し、偏差を補正するために行列の各行を置き換える。

ある入射角でのＸ線に対して、赤外線照射に対して、またはもし横切られる体が類似の屈折率を有する領域を含む場合はこの問題が消える。屈折率の大きな変化に起因する偏差が見出される場合、以下の手順が採用される：

ａ）Ｘ線スキャナを用いて、特定領域の解析を実施する。この解析によって、組織の種類の差または解析された領域中の特異点の検出が可能になる。
ｂ）この小さな完全に特定された領域において、非常に高解像度の赤外線レーザを用いて走査を実施して、解析された領域のマップを作成するために対応する情報を集める；この情報は、Ｘ線スキャナによって得られるデータから、そして同様にその領域を通過する路の最初の点および最終点の座標の知見の両方から生じる、横切られた各ミクロ領域の屈折率の評価を考慮して、各光線路の発見的処置を用いた赤外線走査によって得られる。

このように、２つの系、つまりＸ線スキャナと赤外レーザスキャナを組合せることが、像の品質とその解像度の改善につながる。

しかしながら、ここで述べた２つの赤外スキャナ系において、本発明に従う方法によって、赤外レーザによって得られるプロファイルの数を高解像度に対して温度上昇がまだ制御可能である程度まで減少でき、そのことによって調査対象物または生物の、または横切られる体が類似屈折率を有する領域を含む場合に、過剰な加熱が避けられる。

既に説明した通り、計算時間がまだ情報処理のための通常法の制限内にある。

本発明の装置全体の配置を示す図である。 本発明におけるビームとブロック装置の斜視図である。 本発明におけるビームとブロック装置の一実施形態を示す図である。 本発明におけるブロック装置の一実施形態を示す図である。 本発明におけるブロック装置の一実施形態を示す図である。 本発明におけるブロック装置の一実施形態を示す図である。 本発明におけるブロック装置の一実施形態を示す図である。 本発明におけるブロック装置の一実施形態を示す図である。 ワイヤの移動によるブロックの開放を示す図である。 本発明におけるブロックシステムの一実施形態を示す図である。 本発明におけるブロックシステムの一実施形態を示す図である。 本発明におけるブロックシステムの一実施形態を示す図である。 本発明におけるブロックシステムの一実施形態を示す図である。 本発明におけるビームの一実施形態を示す図である。 本発明における走査の一実施形態を示す図である。 本発明における走査の一実施形態を示す図である。 「展開前」の行列の一実施形態を示す図である。 「展開後」の行列の一実施形態を示す図である。 「展開後＋制約」の行列の一実施形態を示す図である。 「展開＋制約＋計算」の行列の一実施形態を示す図である。 図２０に基づいて構成された表の一実施形態を示す図である。 解像度２０ミクロンで構成された表の一実施形態を示す図である。 解像度１２．５ミクロンで構成された表の一実施形態を示す図である。 解像度１０ミクロンで構成された表の一実施形態を示す図である。 本発明を鶏の骨に適用した結果を示す図である。 レーザビームの移動の一実施形態を示す図である。 レーザビームの移動の一実施形態を示す図である。 透明板を用いる一実施形態を示す図である。

現在、各要素領域の体積はｍｍ ^３ オーダーに至っている。

そのようなスキャナの例が、特許文献３に述べられている。この明細書によると、線源と検出器を、像を撮ることが望ましい断面に直角に２５６回、体の周りで回転させることによって、体の２５６回のＸ線走査が実施される。この検出器は２５６個のセルを含み、線源と検出器の間でのＸ線の強度変化を、各走査に対してｐ＝２５６２の走査プロファイルに沿って測定する。適切にプログラムされたコンピュータを用いて、断面のｐ＝２５６２点に付随するｐ＝２５６２の値が計算される。この計算は、通常、代数的再構成法（ＡＲＴ）によって行われる。しかしながら、ここに提唱された改善は、最初にｐ＝２５６２の走査プロファイルのサブ集合体、例えば，１／４、つまり６４×２５６の走査プロファイルのみを処理することにある。これらのプロファイルは、実際に実行される４つのｐ走査プロファイルによって平均することで、またはこれらｐプロファイルの４つに１つを選択することで得られる。次いで、断面の２５６２点を代表する像、言い換えれば、使用される検出器に従う像の可能な最高の解像度に到達するために、この代数的再構成法が、走査プロファイルのサブグループから計算された値に適用される。
しかしながら、生きた細胞の数は１ｍｍ ^３ 当たり１０億個のオーダーであるため、この方法は顕微鏡的スケールには程遠い。

Claims (11)

1. 医療用画像装置において、平面または非平面の表面の各項または領域に付随する値を代表する像を得るように、信号を処理するための方法を改善することによって、照射（１）、赤外光のビーム（４５、４６）または超音波または磁気パルスビームへの生物の曝露の削減を意図する方法であって、以下を本質とする方法：
   矩形行列を用いて、像を代表する各点または領域に付随する値の推定をできるだけ精密に得るように、公知の方法によって最初の像を作り出すこと；最初の行列から出発して展開行列に到るように、２点間での値を補間することによってまたは、領域の再分割から得られるミクロ領域内に領域の値を分配することによって評価すること；そうすることでより正確な最初の像を作り出すこと；
   検査領域（２０、４４）を調査する走査の交差シリーズに従う物理的走査（１９、２１、４２）において、調査された像を代表する行列の境界値を計算するよう、各走査の２点間の変化を精密に測定すること；ここで境界値はこの代表行列の行と列の項の合計である；および
   像のより正確な分解能を得るよう、境界に関する制約を考慮した最小二乗法による調整を用いて、調査された像の点に付随する各項、従って各値を調整すること。
2. 各項の値は以下の式：
   

   

   （式中、
   Ｃｉｊは求められた値であり、
   Ｂｉｊは最初に推定された値であり、
   ｎは矩形行列の行数であり、
   ｍは矩形行列の列数であり、
   列ｊの制約であるｉの値は全て、下記式：
   

   

   を満足し、
   行ｉの制約であるｊの値は全て、下記式：
   

   

   を満足する）
   を用いて調整され、また
   測定値の平均値と標準偏差の推定値を見出すように、各領域に付随する値の一連の評価を得るために、同一方法が同じデータの組に数回適用されて、毎回、異なる方法で物理的に分離される
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 項Ｂｉｊの各々は、ｋ回増幅されたそしてより正確な調整可能な最初の像に導く参照行列を得るために、行と列の数が最初の行列の展開係数と見なされるｋに等しい、正方に縮小した行列の各項を分配することによって、像を代表する縮小行列を作り出すように、一組の離れた物理的走査から評価されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 鏡（３８）はガイド手段（４２）を用いて直線的に一歩一歩移動させられ、鏡（３８）の直線移動の与えられたステップに対応する各プロファイルに関する係数を得るように、そして２つのプロファイルシリーズを用いて得られる一組の像を作り出すように、赤外レーザビーム（４５、４６）を反射する（４５’、４６’）ために、そして圧電作動装置によって回転可能な点の周りで回転させられ、ここで各シリ−ズにおける赤外線は互いに平行であり（４５’、４６’）そしてこの２つのシリーズは互いに交差していることを特徴とする請求項１、２または３に記載の方法を実施するための装置。
5. Ｘ線ビーム（１、１０）、赤外ビーム（４５、４６）または超音波ビームは、２つのプロファイルシリーズ（２３、２４）を、各シリ−ズにおいてこれらのプロファイル（４５、４５’；４６、４６’）は互いに平行でありそしてこの２つのシリーズは互いに交差するように用いて得られる一組の像を作り出すために、与えられたステップに対応する各プロファイルに関する係数を得るように、圧電作動装置による誘導を用いて直線的に一歩一歩移動させられる（１９、２１、４２）ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の方法を実施するための装置。
6. 該ビーム（１、３７）は、それ自身が圧電作動装置を用いて直線的に動く（１９、２１、４２）軸の周りに回転することを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 装置は、独立した処理または３次元的処理が可能な複数の平行像を同時に作り出すために、複数の検出棒（４）を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の装置。
8. 装置は、Ｘ線ビームまたはレーザビーム、特に赤外ビーム（３７）または超音波ビームまたは磁場のための板（１９、２１）または他の支持体（４８、４９）を含み、一組の検出器（４、６、４０）を用いて、ビームのステップによって生じる各プロファイルの減衰に関する情報を得るよう、圧電作動装置はこれらビームの向きをその上で変えられ（α、β）または移動できることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 装置は、一方は調査目的のために、他方は治療のために機能する２つのビーム群を含むことを特徴とする請求項５、６、７または８に記載の装置。
10. 装置は、板または細片の移動によって、１つまたはそれより多くのブロック装置（１４）をブロック解除するように移動できる、ワイヤ（１２、１３）または細片の２つの交差するネットワークによって遮蔽され得る、孔開きブロック板（５、７、２２）を含むことを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の装置。
11. 装置は、赤外ビーム（４５’）の反射を防ぐために、反射防止層で被覆された２つの透明板（４７、５１）を含み、これらの透明板はこのビームの屈折を制限するように平行であり、検査される目的物（４４）はこの２つの板の間に配置されてそして、支持板（４７）として役立つそれらの１つに支えられていることを特徴とする請求項４または１０に記載の装置。

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