JP2009500136A - X線又は赤外線による撮影方法及び撮影装置 - Google Patents
X線又は赤外線による撮影方法及び撮影装置 Download PDFInfo
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Abstract
【選択図】 図26
Description
被検体を受容する支持体と、
被検体を照射するか、若しくは照らすために伝播方向に沿ってX線ビーム又は光線ビームを放射する光源と、
X線又は光線による被検体の通過に応じて減衰される光度を検出するために、該ビームにより照射されるか、若しくは照らされる検出器と、
検出された光度を、被検体によるX線又は光線の減衰を求めることができるデータに変換するアナログ−デジタル変換器とを含む、
X線又は赤外線による身体の撮影方法及び撮影装置に関する。
スキャナーグラフ(又はコンピュータ断層撮影法)は、1968年にEMI社のエンジニアであるG.N.Hounsfieldにより発見された。
1972年の特許の名称は、「A method and apparatus for examination of a body by radiation such as X or gamma−radiation」とされている。
当該発明によって、本発明者は1979年にノーベル賞を受賞した。
器官の通過によって、ビームは減衰されるが、検出器によってこの減衰を測定する。
断層面の交差スキャンによって、一連の情報を生成し、接続されたコンピュータの適切なソフトウェアにより、これらの一連の情報を処理する。
骨に対しては1000という値が、空気に対しては−1000という値がしばしば選択される。
各投影に対して減衰値を得るステップと、
一つの輪郭の複数値を計算するステップと、
各断層面を行列で表すステップと、
特定のマップにより各表示を示すステップと、
空間的なマップシステムを設定するステップとを含む、プロセスから生成される。
人間の細胞の平均寸法は10ミクロンである。
人体内で発見される微生物の大きさは、約1μm3であることもある。
しかし、所定の患者に対するシステムの使用時間は、明確な経済閾値を超えることはできない。
その一方で、特に輪郭数が増えると照射量が増す。
従来の方法では、50ミクロン相当の精細度に達するために、照射量と計算時間とを8000で乗じている。
伝播方向に沿ってX線ビーム若しくは光線ビームを放射する光源により被検体を照射するか、又は照らし、
ビームにより照射されるか、若しくは照らされる検出器により、X線又は光線による被検体の通過に応じて減衰される光度を検出し、
アナログ−デジタル変換器により、検出された光度を、被検体によるX線又は光線の減衰を求めることができるデータに変換し、
枠に取り付けられる光源及び検出器に対して回転軸を中心として移動可能に取り付けられる支持体を或る回転角度だけ回転させるか、或いは支持体に対して回転軸を中心として移動可能な枠に取り付けられる光源及び検出器を或る回転角度だけ回転させ、
適切にプログラムされたコンピュータを用いて、
(1) 第1の回転角度に対して検出器の帯状領域で検出される光度を変換して得られるデータを、帯状領域のn個の基本セグメントの内部でn個の平均値にすると共に、好適には第1の回転角度とは90度異なる第2の回転角度に対して検出器の帯状領域で検出される光度を変換して得られるデータを、帯状領域のm個の基本セグメントの内部でm個の平均値にするステップであって、
n個の基本セグメントとm個の基本セグメントとが、回転軸に垂直な対象物の断層面のn×m個の基本ゾーンから成るアレイに相当し、得られたn個の平均値とm個の平均値とが、それぞれ列生成ベクトルの項と行生成ベクトルの項とを構成することによる、平均値を出すステップと、
(2) 行列項(Bij)を各基本ゾーンに割り当てることによって、2個の生成ベクトルの項で初期行列(n、m)を形成するステップであって、行列項は、減衰係数を示すと共に、行生成ベクトルの項の数(m)により列生成ベクトルの対応項(i)を割ったものと、列生成ベクトルの項の数(n)により行生成ベクトルの対応項(j)を割ったものとを足して2で割ることにより定義される、初期行列を形成するステップと、
(3) 初期行列の各行で行列項(Bij)の和により定義される行の境界値と、初期行列の各列で行列項(Bij)の和により定義される列の境界値と、行又は列のひずみとしての生成ベクトルの項とを考慮し、以下の式を用いることによって、最小二乗法により各基本ゾーンの減衰係数を調整するステップであって、
Cij=所望の値、
Bij=初期の推定値、
(n)=初期行列の行の数、
(m)=初期行列の列の数であり、
全てのiの値に対して列jのひずみは、
(4) 様々な回転角度の組で取得したデータに対してステップ(1)〜ステップ(3)を繰り返すステップと、
(5) 様々な回転角度の組で得られた調整行列を回転演算子で処理するステップであって、全体を同一組の角度(0度と90度)に重ね、次いで、重ねられた調整行列の平均値を一項ずつ出すことにより、被検体の減衰係数の画像をアレイにより求められる精細度で表す合成行列を得る、調整行列を処理するステップ、
とを実施する、X線又は赤外線による身体の撮影方法を対象とする。
適切にプログラムされたコンピュータを用いて、
第1の帯状領域及び第2の帯状領域が延びている回転軸(19)に垂直な対象物の断層面に対して、第1の検出器(13a)の第1の帯状領域で検出された光度を変換して得られるデータの平均値を出すと共に、第2の検出器の第2の帯状領域で検出された光度を変換して得られるデータの平均値を出すことによって、ステップ(1)を実施する。
(6) 検出器の照射された若しくは照らされた範囲全体で検出される光度を変換して得られるデータを記録し、
(7) 第1の回転角度及び第2の回転角度に対して検出器の照射された若しくは照らされた範囲の帯状領域で、又は、それぞれ、第1の検出器及び第2の検出器の第1の帯状領域及び第2の帯状領域で検出された光度を変換して得られるデータを呼び出し、
呼び出されたデータに基づいてステップ(1)〜ステップ(5)を実施する。
適切にプログラムされたコンピュータを用いて、
(8) 円錐ビーム又は角錐ビームの幾何学的な頂部と検出器との間でビームの軸方向に沿った距離と、幾何学的な頂部と検出器の照射された若しくは照らされた範囲の帯状領域の基本セグメントとの距離とに依存する修正係数で、呼び出されたデータを乗じることによって、該呼び出されたデータを修正し、この修正が、回転軸に沿って被検物を仮想拡大することに相当し、
呼び出されて修正されたデータに基づいてステップ(1)〜ステップ(5)を実施する。
被検体を受容するための支持体と、
被検体を照射するか、若しくは照らすために伝播方向に沿ってX線ビーム又は光線ビームを放射する光源と、
X線又は光線による被検体の通過に応じて減衰される光度を検出するために、ビームによって照射されるか、若しくは照らされる検出器、
とを備え、さらに、該装置において、
支持体と、光源及び検出器とは、個人が立った位置又は座った位置で支持体に受容されるように、垂直な回転軸を中心として支持体が光源及び検出器に対して移動可能である、特別に設計された装置にまでおよぶものである。
被検体を受容するための支持体と、
被検体を照射するか、若しくは照らすために伝播方向に沿ってX線ビーム又は光線ビームを放射する光源と、
X線又は光線による被検体の通過に応じて減衰される光度を検出するために、ビームによって照射されるか、若しくは照らされる検出器、
とを備え、
支持体と、光源及び検出器とが、水平な回転軸を中心として支持体が光源及び検出器に対して移動可能であり、さらに、該装置において、
光源及び検出器は、2個の光源と2個の検出器とに分割されることにより、それぞれ、2個の検出器を照射するか、若しくは照らすために好適には2つの直交方向に沿って伝播する2個のX線ビーム又は光線ビームを形成する、
特別に設計された装置。
本発明者は、好適には検出器への画像投影を用いることを選択した。
この方法は、通常は被検物の放射線撮影を行うことを目的としており、コンピュータの画面、次いでプリンタに、放射線撮影型画像を生成する。
すなわち、放射線撮影画像を生成してからこれを処理するか、又は、検出器の出力で情報を取り出し、アナログ情報をデジタル情報に変換処理してから、この情報を処理する方法である。
この技法により瞬間的に得られる情報が増えるので、処理要求自体が著しく増大し、そのために処理プロセスの見直しが必要になった。
a) 例えば得られた第1の画像から、例えば厚さ1mmに相当するが25μmまで薄くてもよい帯状領域を取り出し、この帯状領域を、ビームの方向に平行で被検物の回転軸に垂直な基本層と同数に対応する長さ1mmの基本セグメントにカットする。
画像読み取りソフトウェアによって基本光度の平均値を測定し、そこから各基本セグメントに対して被検体による吸収係数の平均値を導いて、各基本セグメントに結合される減衰係数を導き出すことができる。
このようにして、各断層から第1のベクトルを得る。
次に、対象物又は撮影の回転により、例えば90度ずらした異なる角度で得られる第2の画像を取り出す。
同じ断層面に配置された帯状領域を同様の仕方でカットし、そこから第2のベクトルを導き出す。
このようにして、2個の直交ベクトルを得る。
b) この2個の直交ベクトル(又はいずれにしても交差するベクトル)から、第1の初期行列を以下のように生成することができる。
すなわち、各ベクトルを初期行列の生成ベクトルとみなす。
この行列の各行又は、各列を他のベクトルの項の数に等しい数で割ると、異なる行又は列に結合される2種類の基本項が得られる。
その場合、行に対応する項と、この項が置かれている列に対応する項との算術平均(又は幾何平均)を出すことによって行列の各項を推定できる。
かくして、ベクトル自体がこのように得られる場合、ミリメートル単位のカットに対応する初期行列が形成される。
c) 後述する調整方法により、各ベクトルの項を行又は列のひずみとみなすことによって、この初期行列を調整する。
探索を完全なものにするために、90度ずらした一連の画像対を形成し、これらの対と同数の基本行列をそこから導き出す。
画像対の数は、基本ベクトル数と等しくすることができる。
そこで、個々の行列の対応項の平均値に等しい項を持つ行列を計算すればよい。
最後に、各項に対して標準偏差を計算し、全体が申し分なければ、平均値の行列に対応する画像を生成できる。
ポイントツーポイントによる走査システムよりもデータ取得が非常に高速化され、制約が少ない。
検出器の画素の精細度が約25ミクロンの場合(例えば寸法23×0.6cmのATMEL社の検出器は、1辺が25ミクロンの200万個のゾーンをその表面上に提供する)、例えば互いに対してずらした2個の画像を得るという条件では、空きスペースを考慮に入れたとしても数百万個の点が得られる。
データ処理は、このように調整計算を一挙に利用し、この計算を、p回の撮影に対して調整行列数をpに等しくするように繰り返すことにより、非常に簡素化できる。
完全な一回転の間に定期的に角度をずらして実施されるこれらの撮影を、90度ずらした組と対にする。
合成画像は、回転後に同一平面で重ね合わせをして、取得した同等値の平均値を計算することによって得られる。
この計算時間は、回転角度の対を4個ずつグループ化することにより実施される方法を用いれば8秒になる。
本特許に詳しく説明する計算プロセスの改良によって、以下の実験結果が出た。
すなわち、同じPCでさらに良好な数字に到達可能であって、1440000個の項に対する計算時間は秒単位となり、顕著な改善がみられたのである。
500万個の項の計算時間:1秒
1000個の断層の計算時間:1000秒すなわち約15分
このシステムにより、精細度1mmでは個人全体を1秒でスキャンし、精細度100ミクロンでは高さ数十センチにわたって通常の個人をスキャンすることが可能であって、ズームソフトウェアを用いれば分単位の時間で25ミクロンの前立腺等の器官をスキャンできる。
PCの標準プロセッサを用いるマイクロプロセッサ全体の価格はおよそ10000ユーロである。
しかしながら、本特許に示す計算方法によって性能を改善することにより、これを避けることができる。
上記に挙げた例では、調整済みの画像は、ユーザの選択により、精細度が27ミクロンか、又はこの数の倍数すなわち54、108、216若しくは432となる。
2個の画像間の間隔もまた27、54、108、216若しくは432ミクロンになる。
本方法は、減衰係数のポイントツーポイント計算に至るので、さらにズーム作用を実施することができる。
すなわち、例えば個人の身体で骨盤等の所定のゾーンを選択し、このゾーンで中程度の精細度の画像を生成してから、選択されたゾーンで例えば前立腺に対応する個人の骨盤部分等のより小さいゾーンを画定し、当該より小さいゾーンに対して高い精細度で計算を実施するのである。
実際、やや円錐形のビームの各光線は、隣接する光線の画像、又は強い特異点(例えば金属中の不純物)によるエコーの影響を受けた画像を生成する。
しかも、数学的な処理をすれば分析を容易にすることができる。
実際、結果として得られた行列の行又は列で得られる値は、例えば多項式調整によって補正可能値として処理できるので、以下の2つの結果が得られる。
つまり、偶然誤差が平滑化される一方で、2個又は複数個の交差補間を考慮しながら測定ポイント間を補間して補正関数を用いることにより、精細度を改善することもできる。
この方法は、検査生体を照射した後にX線装置が生成する基本ビームの光度又は残留値を、放射線検出器により測定し、その結果として得られる信号処理において重要な役割を果たす。
行iと列jの推定値をBijとし、
行列の対応項で最も確率の高い値をCijとし、
列jの項の和をρjとし、
行iの項の和をcjとすると、
Bijの推定値は、線形調整方法若しくは多項式調整方法の結果として、或いはより簡単には算術平均若しくは幾何平均の結果として得られる。
ラグランジュ関数は、以下のように表せる。
行の乗数に対応する25個の変数μi
列の乗数に対応する30個の変数λj
行列計算を用いてこの問題を解く方法は最も自明の解法であるが、非常に複雑な計算、すなわち従来の方法で使用されるものよりもやや複雑な計算を含んでいる。
本発明者は、まず、計算プロセスの速やかな改良に着目し、その一方で、検査中の照射量の制限という主要目標を超えて、計算時間の短縮を試みる研究を続けた。
したがって、n個の行とm個の列から成る行列において、n=3、m=4とする。
これにより以下のような表になる。
この方法は、変数Cij及びBijと、変数λj及びμjとの線形関係式を直接表している。
しかしながら、このような方法は本発明に特有のものとはみなされず、本発明は、初期値Bijの推定に際して、後述するように、ひずみベクトル自体から生成する方法を用いている。
以下、分かりやすくするために3×4個の項だけを含む初期値Bijの単純な生成例を挙げる。
列のひずみは、最終行Pに記録されている。
初期値Bijは、算術平均を用いて行及び列のひずみ値から生成された。
かくして以下のようになる。
22.292=(85/4+70/3)/2;21.8=(85/4+67/3)2;20.46=(85/4+59/3)/2;20.625=(85/4+60/3)/2;
23.292=(93/4+70/3)/2;22.8=(93/4+67/3)/2;21.46=(93/4+59/3)/2;21.625=(93/4+60/3)/2
得られる和は、表に示される。
23.292+22.8+21.46+21.625=89.177; 21.417+22.292+23.292=67、
20.9+21.8+22.8=65.5; 19.58+20.46+21.46=61.5; 19.75+20.625+21.625=62
25.25=23.29+(93−89.18)/4+(70−67)/3; 20.5=20.9+(78−81.65)/4+(67−65.5)/3、
22.3=21.80+(85−85.18)/4+(67−65.5)/3; 24.3=22.8+(93−89.18)/4+(67−65.5)/3、
17.8=19.58+((78−81.65)/4+(59−61.5)3; 19.6=20.46+(85−85.18)/4+(59−61.5)/3、
21.6=21.46+(93−89.18)/4+(59−61.5)/3; 18.167=19.75+(78−81.65)/4+(60−62)/3、
19.917=20.63+(85−85.18)/4+(60−62)/3; 21.917=21.63+(93−89.18)74+(60−62)/3
同様に、例えば幾何平均等の他の平均を用いてもよい。
この場合、各値Bijは、行のひずみ値の対応項と列のひずみ値の対応項との積の平方根に等しい。
しかし、この平均は計算時間が長くなるので、算術平均を用いることが好ましい。
これらの条件では、一般式の第3の項はゼロになる。
その場合、第1のベクトルが行のひずみを示す垂直ベクトルに対応し、第2のベクトルが列のひずみを示す水平ベクトルに対応するような2個の生成ベクトルから、大きさnの結果行列を直接生成できる。
水平ベクトルの項は、それとは対称的に、nで割った列のひずみから、2n2で割ったベクトルの項の和を減算したものに等しくなるようにされている。
計算の観点からみると、計算時間は2分の1になる。
直径6cmで、端部品29を構成する光源11の鉛管から出る70kvのX線ビーム。
45×30mmの小型検出器13。
ビームと検出器13との間に配置された1のピッチでの被検物9の回転手段17(図1、図2参照)。
様々な回転ピッチで被検物9の放射線画像を得られる医療用撮影ソフトウェア(KODAK社製)を収容するマイクロコンピュータ27。
例として、添付図面では、図3a〜図3dに、0度、90度、180度、270度についての検出光度画像を示した。
このようにして、0度、90度、180度、270度に対応する4つの帯状領域75a〜75dを得る。
各基本面積における画素の光度の平均値を、適切なソフトウェアにより読み取る。
それによって、各基本面積の平均値に対応する30(又は31)項のベクトルを得る。
255の場合、基本セグメントは完全に白である。
これらの条件で、ベクトルの対応項に達する線に沿った減衰係数は、255から同等の斑紋の光度値を引いたものに等しいことが認められる。
これらの条件では、介在物がないと減衰係数値は0になる。
基本セグメントが完全に黒の場合は減衰係数値が255になり、ビームの光線全体が吸収されたことになる。
修正値は0度、90度、180度、270度の4つの断層について示されている。
この表では、適切なソフトウェアによって平均値が推定されており、標準偏差は許容限度内にとどまっている。
得られた値を補正して、各列の値の和が平均値に等しくなるようにするが、それは距離の条件が同じであれば所与の被検体による吸収は一定であるためである。
これらのひずみ値を図5に示した。
したがって、この表(初期行列)は以下を示している。
行と列の和。
図4の表から導いたひずみ。
和とひずみとの偏差。
上記の偏差を31で割った減少した偏差。
該プロセスは、36個の基本放射線画像において生成された36個の断層から36個の画像を生成し、前述のように第1の回転角度0度のカットと第2の回転角度90度のカットとを組み合わせて推定されるデータを、対ごとに計算することから成る。
基本画像と、図3a〜図3dに示したような関連するデジタルデータとを取得及び記録する。
光源に対して支持体の回転軸に垂直なX線の光源のビーム11により照射される被検体9の範囲の帯状領域75をグラフで画定する(図9)。
この同じ面に配置される画像に組み合わされた値を、この区間から導き出す。
例えば、0度〜360度まで10度ずつ増分される36個の回転角度から取り出した36個の基本放射線画像おいて生成された36個の断層を取り出す。
ずれが90度である回転角度の対に対して、値を2個ずつ組み合わせることにより、この場合には36個の画像を生成する計算を実施する。
36個の画像を均質に重ねるように、回転角度に等しい角度のずれに応じて画像を回転させる。
回転軸に対して垂直であり且つ帯状領域が延びている、選択された断層面で検査される鳥の骨の断層を示す図10、図11に示したような合成画像を生成する。
図11は、この金属要素のより良好な検査を可能にする拡大図である。
100ミクロンの図12は、検査された骨に金属球があることを示している。
25ミクロンの図13では、特異点をより容易に認識することができる。
グラフ90−180に対しては、0度。
グラフ90−180に対しては、270度。
グラフ180−270に対しては、180度。
グラフ270−0に対しては、90度。
好適には、この回転を自動的に、そして高速で処理するために前置方法を実施する。
図にある表に前置方法を示した。
この回転を行うには、最初に、大きさが[5、5]の行列を、大きさが[3、25]の行列に展開する。
これにおいて、図16でみられるように、3つの行は、値がCijである25個の基本ゾーンのアレイ及び基本ゾーン地点のX座標と、この点のY座標及びX座標とにそれぞれ対応する。
その場合、展開された行列[3、25]を大きさが[3、3]の上記の回転演算子で乗じることにより、図17の回転行列[3、25]を得ることができる。
各点の回転座標X’、Y’、Z’の値は、整数値ではない。
その場合には、図18に示したように、丸めを行って、これらの回転座標を整数X”、Y”、Z”にする。
このようなX、Y、ZからX”、Y”、Z”への座標変更は、1回だけ実施する。
その結果、行列(10度、100度)の座標点X、Y、Zの各調整値Cijに、この行列の−10度の回転に相当する座標前置(X”、Y”、Z”)を割り当てる。
座標X’、Y’、Z’からX”、Y”、Z”への丸めの影響については、無視してよい。
好適には、互いに直交な4組の回転角度(0度と90度、90度と180度、180度と270度、270度と360度)から成る第1のグループに対してステップ(1)を実施することにより、第1の回転角度(0度;90度;180度;270度)に対して得られたn個の平均値をそれぞれ座標で有する4個の列生成ベクトルと、各4組の角度の第2の回転角度(90度;180度;270度;360度)に対して得られたm個の平均値をそれぞれ座標で有する4個の行生成ベクトルとを構築する。
4個の列ベクトルと4個の行ベクトルとを回転演算子で処理することにより、同一組の回転角度(0度と90度)でこれらを重ね、次いで、同一組の回転角度(0度と90度)で重ねた列ベクトル及び行ベクトルの座標の平均値を項ごとに平均化することによって、単純化された列生成ベクトルと単純化された行生成ベクトルとを構成する。
単純化された列生成ベクトル及び行生成ベクトルの項から、ステップ(2)を実施する。
ステップ(3)を実施し、各行及び各列に対して調整値を用いて計算された行及び列の境界値が、単純化された行生成ベクトル及び列生成ベクトルの項にそれぞれ等しい調整行列を得る。
第1のグループの組の回転角度に対し、基準角度(10度)の倍数だけずらした、異なる4組の回転角度の各グループに対し、ステップ(4)及び(5)を実施する。
これについては、36個の画像についての下記の例から分かる。
グループIの行列:回転なし。
グループIIの行列:回転10度。
グループIIIの行列:回転20度。
グループIVの行列:回転30度。
グループVの行列:回転40度。
グループVIの行列:回転50度。
グループVIIの行列:回転60度。
グループVIIIの行列:回転70度。
グループIXの行列:回転80度。
さらに、誤差計算を見ると、36個の行列を生成した場合や、回転数を減らすことで凝集した場合よりもずっと高いレベルの精度に到達することが分かる。
グループIは、点0を起点として0度ずらした行列に再編成される、0度、90度、180度、270度の4つの角度のずれに対応する。
グループIIは、30度ずらした行列に再編成される、30度、120度、210度、300度のずれに対応する。
グループIIIは、60度ずらした行列に再編成される、60度、150度、240度、330度のずれに対応する。
グループIVは、90度ずらした行列に再編成される、90度、180度、270度、360度のずれに対応する。
そのため、最終合成行列は、一項ずつの場合の35回転ではなく、わずか3回転のみで得ることができる。
その場合の精度は、36個の行列を用いて得た精度に匹敵する。
したがって、計算時間は、行列を生成する新しい方式による計算時間の節約を考慮しなくても、ほぼ12分の1になるはずである。
特に初期行列は、一方が行に、そして他方が列に対応する単純化された2個のベクトルから生成することが可能である。
第1のベクトルの項は、ひずみベクトルの項を係数2*nで割ることによって導かれる。
同様に、第2のベクトルの項は、列のひずみベクトルの項を係数2*mで割ることによって導かれる。
このため、行列の各項は、対応する単純化されたベクトルの2個の項の和にすぎない。
この方法は、同様に結果行列にも適用される。
非常に大型の行列の場合、この方法は、各項の生成で加算のみが実施されるため、計算時間を著しく短縮することができる。
回転数は5にされ、精度は現行の36個の行列の場合よりも優れたものになる。
検査を受ける人間(又は物体)が置かれる回転台31。
人間は通常は立っていることができるが、具合が悪い場合は連結シートに座らせることができる。
このシートは、シート連結部により、検査部位を適切に検査できるように傾斜したまま座らせることができる。
多くの患者に対しては、図20に示したように、撮影用に回転することが可能なX線透過式の連結椅子34に座らせるようにしてもよい。
X線源11から、垂直支柱23に沿って移動可能な水平軸状に放射されるビーム。
検査部位の寸法に応じて、垂直支柱25に沿って垂直移動又は水平移動可能な検出器13。
支柱の代わりに、平行六面体の接合モジュールの2個の保持プレートを支える歯付きベルト手段を備えたリフトキャリッジを用いてもよい。
このベルトの回転によって、接合モジュールを下方又は上方に移動させることができる。
キャリッジは、それ自体が動いて接合モジュールを水平面で移動させる。
検出器13とビームとが、回転台31の回転軸19の交差軸でアラインメントされる瞬間に、検出器13からビームの各フラッシュに対して送られる情報を、アナログ−デジタル変換器15を介して瞬間的に受信するコンピュータ27。
回転台31は、回転角度が互いにちょうど隣接する画像をとるように一項ずつ回転する。
例えば、回転軸19から検出器13までの距離が75cmの場合、検出器は、約4.70mの円で完全に一回転する。
検出器13が23cmのプレートである場合、互いに90度で選択される対又はペアから10個の基本画像を得るには、単一回転の間に約20のピッチで十分である。
ピッチが6cmしかない場合、円形運動は、約80個のピッチにさらに正確にカットされ、所望の精細度で40個の画像を生成することができる。
ビーム及び検出器が約4.70mの円に配置されていなくても、接近した場合に得られる画像の幾何学処理によって、幅47cm、高さ10cmの画像を得ることができる。
これは、患者が、伸縮装置33で垂直移動可能な連結椅子34に座れば可能になる。
図21では、患者の上部すなわち頭部と肩をスキャンできる。
図22では、中央部分、特に腹部をスキャンできる。
図23では、下部すなわち脚部をスキャンできる。
図24の位置では、連結椅子34がわずかに傾斜しており、伸縮装置の高さが2.40m又は2.50mに制限されるように構成されている。
このような状況では、ビームから検出器までの距離は、最大約3.25mでなければならない。
実際、20個の画像を得ることを望んだ場合、直径3.25mの円の円周は約10mである(基本角度を約18度とし、すなわち弧を約50cmで弦を約48cmとする)。
ビームと検出器との距離3.25mは参考の値であり、検出器の寸法に匹敵するビーム寸法を距離に応じて決定することで、これよりも短い距離で画像を得ることができる。
したがって、アセンブリは、例えば175×175×205cm又は190×190×205cmの小部屋から成り、本発明による方法を実施するために特別に設計された装置を構成しており、以下のものを含んでいる(図25、図26)。
システム全体の構造体と、X線からの周囲の保護という2つの役割を有する、寸法175×175×220cmの小部屋。
直交動作する検出器とX線ビームとを支持可能にする4個の接合平行六面体12a、12b、14a、14b。
上記平行六面体を垂直及び水平の並進を可能にする4個の二重支柱23。
2個の平行六面体14a、14bに配置される2個の検出器13a、13b。
他の2個の平行六面体12a、12bに配置される2個のX線ビーム11a、11b。
基本画像及び合成画像を生成するために検出器のデータを受信する情報処理システム27。
動作機能全体の制御コンソール。
そのため、この小部屋は、撮影時に全く同じ高さで90度で配置された2個の同一ビームを装備しており、その撮影は同期化して行われる。
その結果、構築された小部屋の仕様は、以下のようになっている。
鉛板の連結構造を支持する175×175cmの鋼板フロア21。
床から約15cmのところで鋼板フロアに配置され、椅子34の回転電動機にアクセスできるように分解可能な175×175cmの鉛フロア25。
鉛板を支持するための、形鋼の金属構造及び鋼管。
前面の正面壁について、中央が、2つの高さの間に未処理ゾーンを残さないように垂直にスライドする、52.5×10cmの20枚のパネル38を支持可能な、高さ205cm、幅55cmの門形支持枠37から成り、この門形支持枠の右側と左側が、高さ205cm、幅61.25cmの鉛ガラスのドア42から成る。
右側の壁について、この壁は、中央が、2つの高さの間に未処理ゾーンを残さないように垂直上方にスライドする、52.5×10cmの20枚の鉛パネル38を支持可能な、高さ205cm、幅55cmの門形支持枠37から成り、右側と左側は、205×61.25cmの鉛の壁16から成る。
左側の壁について、この壁は、中央が、2つの高さの間に未処理ゾーンを残さないように垂直上方にスライドする、52.5×10cmの20枚の鉛パネル38を支持可能な、高さ205cm、幅55cmの門形支持枠37から成り、右側と左側は、205×61.25cmの鉛の壁16から成る。
底について、中央が、2つの高さの間に未処理ゾーンを残さないように垂直上方にスライドする52.5×10cmの20枚のパネル38を支持可能な、高さ205cm、幅55cmの門形支持枠37から成り、右側と左側は、高さ205cm、幅61.25cmの鉛ガラスのドア42から成る。
スライドパネル群の持ち上げ設備を支持可能な175×175cmの鉛製の天井40。
図27では、パネルは、群ごとに引き上げられて所定の窓41を開放し、手動又は自動で開閉可能な連結要素36によって結合されている。
また、引き上げカム39により下部のパネルも引き上げて、システムの任意のゾーンを選択するようにすることができる。
これらの条件で、スライドパネルの動きを同期化することにより、小部屋の4個の中央門形枠の窓41を同じ高さで同時に開放する。
結合されたパネル群を持ち上げることを可能にする機構を、小部屋の屋根40に配置する。
メンテナンスを容易にするために、下部プレート25を取り外し式にし、患者が座る椅子を駆動する電動機にアクセスできるようにする。
金属ワイヤを介してパネル群を駆動し、金属フィルムが巻かれた2個のウインチを備え、各ウインチが、例えばORIENTAL MOTORS社のステッピングモータにより駆動され、そのトルクが、1度未満のピッチで約20ニュートンメートルである、プーリ機構による機構。
HOERBIGER社が製造したようなジャッキを用いる機構。
ジャッキは、以下のように構成される。
すなわち、二端に固定されたウォームに金属バーを配置し、該金属バーは、ねじのピッチに適合するピッチを有する管によってウォームに結合される。
電動機でウォームを回転させることによって、毎秒数10cmを超え得る速度で1500ニュートンまで持ち上げられる。
その場合、ジャッキ44は、小部屋の屋根40に結合された金属プレート49に配置され、適切な出力のパルスで動作するモータ47により駆動され、限度内若しくは選択された速度でいずれかの方向への移動を行うようになされている。
内法10cm、外法10.8cm、内側の奥行き52.5cm、外側の奥行き53.3cm、幅75cm。
したがって、各平行六面体の重量は約22kgであり、各平行六面体は、検出器又はビームとトンネルとに対して26kgまでの追加重量に耐えられる。
垂直寸法1/2ミリメートルの精度で、約50kgのアセンブリを垂直移動させるように構成されている。
約1cmの精度で、接合平行六面体を水平移動させるように設計されている。
同様に、さらに多くの画像を得る場合は、平行六面体モジュールの代わりに、これよりも長い同形のモジュールを用いてもよい。
モジュールの長さの選択は、どのくらいの精度を望むかに依存し、モジュールが延長された場合は、一段と強力なX線ビームと、感度がいっそう高い検出器とを用意しなければならない。
平行六面体の接合モジュール12、14は、回転台31に正面壁、側壁、底を近づけることにより、小部屋の外形寸法の低減を可能にすることが分かる。
このプレートには、複数のタイプの検出器を取り付け可能である。
検出器13は、好適には、例えば23×0.6cmで幅全体が46cmのATMEL AT71957タイプの二重検出バー48と、二重検出バーの支持体50とを含み、当該バーは、接続部43により電子装置54に接続される。
電子装置は、アナログデータをデジタルデータに変換し、これをバッファメモリに保存して、複数行から構成される行列としてコンピュータに転送する。
行列の対応する物理的な寸法は約46cm、行間の間隔は27ミクロンであり、これによって約10×46cmの形状に相当する行列を生成できる。
この電子装置の寸法は、ほぼ50×20×5cmである。
この間隔が、二重検出バー48用の開口部52を構成する。
同様に、二重検出バー48の後方に幅の狭いプレート57がおかれる。
最初に、電子装置54を断面中央軸の左に0.7cm移動し、次いで、電子装置をこの軸の右に0.7cm移動し、再び垂直スキャンを行って2個の画像を得、これらの画像を情報処理により重ねることによって、黒色ゾーンのない1個の画像が得られる。
電動ジャッキは、応力引き受けプレート49を介して接合モジュール14に固定される。
例えば、供給電圧が40〜110kV、電力が3200ワット、動作シーケンスが数秒の内蔵高圧変換器を有するビームを使用できる。
また、供給電圧が125kV、電力が30000ワット、動作シーケンスが1ミリ秒〜1.6秒の同型ビームを用いることもできる。
好適には、供給電圧が160kV、連続電力が4000ワットのビームの使用が想定される。
これらのビームは、4mmの作動電極を有し、該作動電極はオイル循環により冷却され、該オイル自体がオイル/水交換器により冷却される。
この配置には、患者が受ける放射線の量を、検出器13の検出バー48の照射にちょうど必要な量に制限するという長所がある。
このコリメータ手段は、2枚のプレート60と、接合モジュール12の反対側の端に配置される同様の2枚のプレート60と、接合モジュールの内部に延び、コリメータトンネルを形成するように、2枚の端部プレート60に、例えば溶接又はねじ止めによってそれぞれ固定される2枚の水平プレート58とを有する。
このアセンブリは、X線ビームがモジュールの高さのスキャンを行うことができるように固定される接合モジュール12に対して、垂直に移動することが可能である。
接合モジュール12に対するコリメータトンネルの移動は、ここでも同様に、中央門形枠37におけるスライドパネル38の移動で説明した電動ジャッキタイプの1つ又は2つの電動ジャッキ44、47によって保障される。
電動ジャッキは、応力引き受けプレート49を介して接合モジュール12に固定される。
これらのプレートは、X線ビームのコリメータトンネルを設けるように、約1cmの間隔をあけられている。
このようにして、厚みの薄いX線ビームを設け、患者が受ける放射線の量を制限する。
回転運動は、プログラムにより規定されたステップ式の回転角度で、一回転又は複数回転を実施するようにプログラム可能である。
回転台31には、患者を固定するベルトを連結することが可能な、X線透過材料製の患者固定装置46又は連結椅子34を固定する。
4個の接合平行六面体を、水平方向に同じ位置に配置する。
スライドパネルを引き上げて、約20cmの検査スペースを開ける。
接合平行六面体と、ビーム閉鎖手段とを挿入させる。
接合平行六面体で、パネルを正確に閉じる。
ビームと検出器を、高さ10cmのところで同時に移動させて、2個の同期画像を生成するように制御する。
この操作にかかる時間は、2〜4秒とする。
場合によって、検出器は、2つの位置の間で1.4cmのずれを伴って、垂直方向に2回の反復動作が可能である。
特に、フラッシュの持続時間を決定するビームの動作制御を行う。
例えば、10度以上の角度で患者を回転させる。
新しい角度下で、上記操作を繰り返す。
合成画像を生成する複数の基本画像を得るために、12回〜36回シーケンスを繰り返す。
アナログデータをデジタルデータに変換する。
この変換は、検出器に内蔵された特殊チップによって実施することが可能である。
そして、十分な容量のディスクにデジタルデータを保存する。
また、ディスクをコピーして、医療検査の必要性に応じて、スキャンされた様々な断層画像を生成するのに適切なソフトウェアによって、各オペレータに伝達することを可能にする。
約2〜3秒の回転時間の間に、組織の任意の部分の画像が10個又は40個得られるので、この場合、高速スクロールにより、数分の1秒単位でずらした一連の画像を生成することが可能になる。
その場合は、単一のX線ビームと単一の検出器だけを配置する。
換言すれば、単一検出式の小部屋では、60個の画像を形成するのに患者が受ける照射線量が60線量であるのに対し、患者の照射線量が40線量のみで60個の画像が得ることが可能であるということである。
二重検出式の小部屋では、同数の画像に対して照射率が1/3減ることが分かる。
直交ビーム11a、11bと、対応する検出器13a、13bとを、フロア21のプレートに対して同じ高さの第1の位置に移動する。
この移動は、フロア21のプレートに対して同じ位置を占有する中央門形枠35の2枚のスライドパネル36の正面に接合モジュール12、14を配置するように、二重支柱23を用いて実施される。
窓41を開放するために、中央門形枠37において、スライドパネル36を垂直に並進移動させる。
レール26を用いて、ビーム及び検出器の接合モジュール12、14を、窓41を介して水平に並進移動させ、連結椅子34に座っている患者に、ビームの接合モジュールからX線が出る端と、検出器13の接合モジュールにX線が入る端とを接近させる。
引き上げカム39を用いて、窓41を介して接合モジュールの位置を調節する。
ビーム11a、11b及び検出器13a、13bを、個々の接合モジュール12、14に対して垂直に並進移動させる。
該接合モジュールは、この移動中、垂直支柱23に対して固定位置に留まる。
この移動には、電動ジャッキ44、47を使用する。
これらの2つの移動を同一速度で同期化して実施することにより、ビーム11a、11bの前方に配置されるコリメータトンネルのプレート60の間に形成される開口部8と、検出器13a、13bの2枚の鉛プレート56の間の分離間隔から形成される開口部52とを対応させて保持する。
これらの2つの移動の間、ビーム11の開口部8及び検出バー48の開口部52が、接合モジュール12、14の全高10cmを通り抜ける。
電子装置の性能を考慮すると、移動速度の変化は、例えばデータ取得中は毎秒1.5〜5cmであるが、データを記録せずに全体を低い位置又は高い位置に置きなおす場合はさらに高速化できる。
接合モジュール12、14に対してビーム11a、11bと検出器13a、13bとを同期化させて移動する間、2秒〜6秒間に10×46cmの画像を得る。
患者を回転させて、互いに18度ずらした20個の画像を連続して得る。
また、直交するように配置された、ビームと検出器とから成る他方のアセンブリに対称に、互いに18度ずらした20個の画像を同じく得る。
そこで60個の画像を利用可能になるが、これは、一方は検出器13aから、他方は検出器13bから、2個ずつ同期化されて送られる20個の同期画像と、検出器13aの非同期画像20個と、検出器13bの非同期画像20個とに分けられ、すなわち、全部で60個の画像を利用できる。
回転全体は、約60秒間続く。
前述のように、高さ10cmで精細度25ミクロンの場合、情報処理手段によってデータを重ねることにより、25ミクロンの倍数の精細度を有する画像を生成することができる。
その際、画像生成は、選択されたゾーン全体或いはズーム手段のシリンダに配置された一連のゾーンでズーム撮影可能であれば、より低い精細度で実施可能である。
2個のビーム11a、11bの交差地点に回転軸19を配置することによって、交差軸に配置される直径が約1cmのデッドゾーンを形成できる。
図32に示したようなフロア25に固定された溝28に沿った移動により偏心するように、回転軸19を配置する。
患者の体重は120kg、椅子の重量はその連結部を含めて20kgに達し得る。
回転モータが、それ自体が椅子を支持する回転軸を支える堅牢なプレートを駆動する必要があるのはそのためである。
この堅牢なプレートは、フロアの下に配置され、その溝の寸法は、下に配置されるモータとその制御システム全体とを保護するような寸法にすることができる。
接合モジュール12、14をレール26において逆方向に移動させることにより、窓41から接合モジュールを引き抜き、中央門形枠37のスライドパネル36を、垂直方向に下げて窓を閉めることにより、ビーム11と検出器13とに対して小部屋を閉じる。
接合モジュール12、14を垂直方向に移動することにより、フロア21のプレートに対して第2の高さの位置に配置されるスライドパネル36の正面に配置する。
新たに開放された窓41を介して、レール26において接合モジュール12、14を水平方向に移動して、ビーム11の接合モジュールから出る端と、検出器13の接合モジュールに入る端とを患者に接近させる。
引き上げカム39を用いて、窓41を介して接合モジュールの位置を調節する。
第2の高さの位置で支持される接合モジュール12、14に対してビーム11及び検出器13を新たに移動し、そして第1の高さの位置での撮影に関する前述の手順に従って、再び60個の画像を取得する。
例えば、18度のピッチごとに角度を回転させることにより、20回の二重撮影を行って高さ46cmの領域に関する情報を取得すること。
全てのビットマップを、ハードディスクに記録すること。
放射線技師が精細度400ミクロンの第1の検査を行い、すなわち、1200個よりもやや少ないカットを約1分半で形成すること。
及び、検査領域の全部又は一部に対して、より高い精細度で専門医が補完検査を行うこと。
特にプログラミング面で高価なマルチプロセッサシステムを使えば、計算時間を100分の1〜10分の1だけ短縮できる。
このようなシステムは、第1の検査の後、得られた結果に応じて設置してもよい。
任意の物体の非破壊検査。
閉じた対象物の内部の動きを観察したい場合は、一連の画像の観察。
実際、物理的な対象物を、例えば毎秒10回転又は25回転の速度で高速回転させることができる。
幅6cmの検出器を使用することにより、回転により40個の画像を形成し、結合可能なそれらの画像で完全な1個の合成画像を作り出して、毎秒25回転でテレビ画面上で生成される画像に匹敵するダイナミック画像を得る。
図33、図34が示す装置は、以下を備える。
水平面に延びていて、患者が立って配置される回転台又は非回転台32。
その上には、垂直回転軸を中心として回転し、高さ約25cm、幅6cmの検出器13と、検出器に患者の一部の画像を投影可能なX線ビーム11とを支持する水平コンソール22を備えるアセンブリを支持可能な、垂直支柱24。
位置0の角度で、上部コンソール22を回転させ、約1/2秒でX線ビームを供給して、例えば6×25cmの画像を取得システムにより得て、検出器とビームとのアセンブリを、例えば10度の角度で新たに回転させて新しい画像を撮影して、これを記録する。
以下、同様に行う。
情報の品質は、脳頭蓋全体を3次元で容易に再現できるような品質である。
被検体9を受容する支持体30。
被検体9を照射するか、若しくは照らす伝播方向に沿ってX線ビーム又は光線ビームを放射する光源11a、11b。
X線又は光線による被検体9の通過に応じて減衰される光度を検知するために、ビームにより照射されるか、若しくは照らされる検出器13a、13b。
支持体30と光源及び検出器であって、水平回転軸19を中心として互いに対して移動可能であり、光源11及び検出器13を、2個の光源11a、11bと2個の検出器13a、13bとに分けることにより、2個の検出器13a、13bを、それぞれ照射するか、若しくは照らすために、好適には、2つの直交方向10a、10bに沿って伝播される2つのX線ビーム又は光線ビームを形成する、支持体30と光源及び検出器。
このルーチンによって、ポイントツーポイントで、この地点に関する標準偏差が計算可能になり、この標準偏差を基準値で割ることによって当該地点に関する誤差レベルを得てから、これらの誤差レベルの平均値を出し、ひいては画像全体において又は特定ゾーンごとに画像の精度を得られる。
図37は、第178番の面にあるコンピュータ断層撮影図である。
画像品質の評価が可能であって、画像全体に対する平均誤差は、図36では1.90%であり、図37では1.13%である。
精細度が非常に高い画像を得るためには、精細度が非常に高い検出器を用いるか、又は以下の原理に基づいて幾何学的な増幅を実現すればよい。
軸方向10に中心を合わせた円錐ビーム71又は角錐ビーム73が、被検物9を通過する。
このビームは、例えば25ミクロンの精細度である検出器13に達する。
この光学管33を、1度、5度、10度、18度にすることが可能なピッチで、ステッピングマイクロモータにより回転軸19を中心として回転駆動させて、360個、72個、36個、20個の角度位置を得る。
円錐ビーム71又は角錐ビーム73として光源11を投影する手段69を、外装81に固定する。
図40及び図41は、それぞれ円錐型と角錐型の投影例を示している。
図40では、投影手段69が円錐台である。
図41では、投影手段69が角錐台である。
X線を通さない外装81は、投影手段69の正面に、開口部83を備えている。
円錐ビーム71又は角錐ビーム73と検出器13との交点は、円77、楕円形、又は多角形79を描く。
この陽極は、例えば銅等の良好な熱伝導性を有する材料から成る。
陽極には、約1mmのタングステン製のターゲット91を挿入する。
ターゲット91に電子ビームが当たると、これらの電子が制動され、それらの運動エネルギーの一部がX線に変換されるのだが、該X線の波長は電子ビームの電子ボルト数に応じて決められる。
例として、160000ボルトの管の場合、波長は0.00774ナノメータである。
半波長で達成可能な精細度は0.1ミクロンを超える。
その場合、幾何学的な増幅は、2300〜230となる。
もちろん、簡単な調節によって光源と検出器との間の距離を修正すれば、適切な幾何学的な増幅が得られる。
幾何学的な増幅率は、円錐の頂部及び検出器間の距離と、円錐の頂部及び被検物間の距離との比に等しい。
この場合、円錐は、ターゲット91を頂部Sとし、外装81の開口部83に等しい投影手段の開口部67により可能にされる角度を開放角度とする。
図39と図42に示すように、くびれ部分68を作成することによって、円錐の頂部Sを管11の外に配置する。
例えば、直径11.4cm、したがって円周が約360mmの陽極に、幅1mmの36個のターゲットを配置可能であり、各ターゲットが、約1mmすなわち約1度の弧を占有する。
そのため、完全に一回転すると36個のフラッシュが発生し、これらのフラッシュが、有利には、同期手段93と、支持体33及び回転陽極89のモータMとによって、被検物9の支持体33の回転と同期されて、角度が10度ずれた36個の画像を得る。
このようにして、光源の各パルスが、支持体33の回転ごとに、検出器13を照射するか、又は照らす。
この速度が毎秒10〜50回転であるとすると、1秒間に10〜50個の画像が得られ、各画像は36個の基本画像の集約によって生じる。
もちろん、計算時間は取得時間よりもずっと長いが、当該計算によって、被検物についての毎秒50個の画像を有する本格的なフィルムが得られる。
ピッチ18度ごとに光学管33を一回転させ、適切な速度でフィルムを移動させると、毎秒25個の画像を有するフィルムが得られるが、これによって著しい数の画像処理が行われるので、スーパーコンピュータの使用が必要になる。
検出された光度を変換するには、写真フィルム読み取り用のカメラを備えたアナログ−デジタル変換器15を用いる。
上部に、連結アーム99により容易に移動できるX線源11。
底面が230mm×60mmで、頂部が約1mmの穴である、角錐ビーム73として光源を投影する角錐台69から構成された投影手段。
被検体9を支持する役割をする、直径約1mmの光学管33。
光学管33を回転制御する、ステッピングモータM。
回転軸19を中心とする光学管33の第1の角度位置で、光源11を作動させて、1ミリ秒〜100ミリ秒の間で可変する時間の間、検出器13を励起し、コンピュータ27に、この第1の画像をビットマップとして回収する。
このようにして36個の画像を得て、これを処理することによって、照射される範囲の、回転軸19に垂直であるどのような断層面のコンピュータ断層撮影写真も得られる。
本方法を繰り返すと、被検体のダイナミックビジョンを可能にする、経時的にずらした複数画像が得られる。
さらに、3次元画像の生成を可能にする、光学管33の回転軸19に沿った被検体の範囲におけるコンピュータ断層撮影写真が得られる。
適切にプログラムされたコンピュータ27を用いて、以下のステップを実施することを改めて確認するだけでよい。
回転軸19を中心とする第1の回転角度に対して、検出器13の帯状領域75において検出された光度を変換して得られるデータを、帯状領域のn個の基本セグメント76の内部でn個の平均値にすると共に、好適には、第1の回転角度とは90度異なる第2の回転角度に対して、検出器13の帯状領域75で検出された光度を変換して得られるデータを、帯状領域のm個の基本セグメント76の内部でm個の平均値にするステップ。
n個とm個の基本セグメントは、回転軸19に垂直な被検物9の断層面のn×m個の基本ゾーンのアレイに対応する。
得られたn個とm個の平均値は、それぞれ列生成ベクトル及び行生成ベクトルの項を構成する。
減衰係数を示すと共に、行生成ベクトルの項の数(m)により列生成ベクトルの対応項(i)を割ったものと、列生成ベクトルの項の数(n)により行生成ベクトルの対応項(j)を割ったものとを、足して2で割ることにより定義される行列項(Bij)を、各基本ゾーンに割り当てることによって、2個の生成ベクトルの項で初期行列(n、m)を形成するステップ。
初期行列の各行における項(Bij)の和により定義される行の境界値と、初期行列の各列における項(Bij)の和により定義される列の境界値と、行又は列のひずみとしての生成ベクトルの項とを考慮すると共に、上記の式を用いることにより、最小二乗法によって各基本ゾーンの減衰係数を調整するステップであって、これにより、調整値(Cij)を用いて計算される行及び列の境界値が、各行及び各列に対して行生成ベクトル及び列生成ベクトルの項にそれぞれ等しい調整行列を得る、調整するステップ。
次いで、様々な回転角度の組に対して得られた調整行列を、回転演算子で処理することにより、全体を同一組の角度(0度と90度)に重ね、重ねられた調整行列の平均値を一項ずつ出すことにより、被検体9の減衰係数の画像をアレイにより求められる精細度で表す合成行列を得る。
円筒ビームの場合と同様に画像を処理するには、円錐ビーム71又は角錐ビーム73の幾何学的な頂部Sと検出器13との間の、ビームの軸方向10に沿った距離D、及び、幾何学的な頂部Sと、検出器13により照射されるか、若しくは照らされる範囲にある帯状領域75の基本セグメント76との間の距離Dsを考慮して、円錐ビーム又は角錐ビームの仮想円筒化に相当するデータ修正を実施しなければならない。
欄IIでは、幾何学的な頂部Sと検出器との間の、軸方向10に沿った距離Dを44.4cmとして、幾何学的な頂部Sと基本セグメント76との間の距離Dsを計算した。
以下の3つの修正を計算した。
距離Dsの値と44.4cmとの比に直接比例する1次修正(欄III)。
1次修正の2乗である2次修正(欄IV)。
1次修正の3乗である3次修正(欄V)。
また、検出器、画像、又は標準グリッドのあらゆる地点で行われた測定で実施される校正によって得られた経験に基づく修正を適用してもよい。
また、3次の、または必要に応じて3次以上の多項式調整を実施してもよく、これは、修正評価プロセスに直接組み込まれる。
この修正は、回転軸19に沿った被検物の仮想拡大に相当する。
この場合、各光源11a、11bは、投影手段69を備える。
これらの微生物は、光学管の回転軸19に沿った範囲で撮影を行う場合、3次元で見ることができ、照射される範囲若しくは照らされる範囲は、投影手段69の開口部67に依存する。
実際、75cm×48cmの画面で、約100×65ミクロンの画像を投影すると仮定すると、7500倍の拡大効果が得られる。
10倍のズーミングだけで、容易に10ミクロンの細胞の内部ビジョンが得られ、小型細胞又は細胞の複数の部分をこれまでよりもずっとよく観察できる。
高精度PC用に使用されるプロセッサでは、0.2秒間に100ミクロンの視野に対して、精度0.1ミクロンの画像すなわち百万個の点が生成されること。
現在市販されているマルチプロセッサシステムでは、10個のプロセッサを結合するだけで、20秒間に1000個の画像が生成されること。
2 支持体
3 支持体
4 支持体
5 支持体
6 支持体
7 支持体
8 開口部
9 被検体
10 軸方向
11 光源
12 接合モジュール
13 検出器
14 接合モジュール
15 アナログ−デジタル変換器
16 小部屋
17 回転手段
18 黒い斑紋
19 回転軸
Claims (20)
- X線又は赤外線による身体の撮影方法であって、
被検体(9)が、支持体(1、3、5、7;31、34;30;32;33)に受容され、
伝播方向(10)に沿って、X線ビーム若しくは光線ビームを放射する光源(11)により、前記被検体(9)を照射するか、又は照らし、
前記ビームにより照射されるか、若しくは照らされる検出器(13)により、前記X線又は前記光線による前記被検体(9)の通過に応じて減衰される光度を検出し、
アナログ−デジタル変換器(15)により、前記検出された光度を、前記被検体による前記X線又は前記光線の減衰を求めることができるデータに変換し、
枠(21、23、25)に取り付けられる前記光源(11)及び前記検出器(13)に対して、回転軸(19)を中心として移動可能に取り付けられる支持体(1−7;31、34)を、或る回転角度だけ回転させるか、或いは前記支持体(30、32)に対して回転軸を中心として移動可能な枠(22)に取り付けられる前記光源(11)及び前記検出器(13)を、或る回転角度だけ回転させ、
適切にプログラムされたコンピュータ(27)を用いて、
(1) 第1の回転角度に対して前記検出器(13)の帯状領域(75)で検出される光度を変換して得られるデータを、該帯状領域のn個の基本セグメント(76)の内部でn個の平均値にすると共に、
好適には、第1の回転角度とは90度異なる第2の回転角度に対して前記検出器(13)の帯状領域(75)で検出される光度を変換して得られるデータを、該帯状領域のm個の基本セグメント(76)の内部でm個の平均値にするステップであって、
前記n個の基本セグメントと前記m個の基本セグメントとが、前記回転軸(19)に垂直な前記対象物(9)の断層面のn×m個の基本ゾーンから成るアレイに相当し、
得られた前記n個の平均値と前記m個の平均値とが、それぞれ列生成ベクトルの項と行生成ベクトルの項とを構成することによる、平均値を出すステップと、
(2) 行列項(Bij)を各基本ゾーンに割り当てることによって、2個の生成ベクトルの項で初期行列(n、m)を形成するステップであって、
前記行列項は、減衰係数を示すと共に、
前記行生成ベクトルの項の数(m)により前記列生成ベクトルの対応項(i)を割ったものと、該列生成ベクトルの項の数(n)により該行生成ベクトルの対応項(j)を割ったものとを足して2で割ることにより定義されることによる、初期行列(n、m)を形成するステップと、
(3) 前記初期行列の各行で、前記行列項(Bij)の和により定義される行の境界値と、該初期行列の各列で前記行列項(Bij)の和により定義される列の境界値と、行又は列のひずみとしての生成ベクトルの項とを考慮し、
以下の式を用いることによって、最小二乗法により各基本ゾーンの前記減衰係数を調整するステップであって、
Cij=所望の値、
Bij=初期の推定値、
(n)=前記初期行列の行の数、
(m)=前記初期行列の列の数であり、
全てのiの値に対して列jのひずみは、
これにより、前記調整値(Cij)を用いて計算した行及び列の境界値が、各行及び各列に対して前記行生成ベクトル及び前記列生成ベクトルの項にそれぞれ等しい調整行列を得ることで、各基本ゾーンの前記減衰係数を調整するステップと、
(4) 様々な回転角度の組で取得したデータに対して、前記ステップ(1)〜前記ステップ(3)を繰り返すステップと、
(5) 前記様々な回転角度の組で得られた前記調整行列を、回転演算子で処理するステップであって、
全体を同一組の角度(0度と90度)に重ね、次いで、該重ねられた調整行列の平均値を一項ずつ出すことにより、前記被検体(9)の前記減衰係数の画像を、前記アレイにより求められる精細度で表す合成行列を得る、処理するステップとを実施する、
X線又は赤外線による身体の撮影方法。 - 好適には、互いに直交する4組の回転角度(0度と90度;90度と180度;180度と270度;270度と360度)に対して、前記ステップ(1)を行うことにより、
前記4組の回転角度のそれぞれの前記第1の回転角度(0度;90度;180度;270度)に対して得られる前記n個の平均値を座標としてそれぞれ有する4個の列生成ベクトルと、前記第2の回転角度(90度;180度;270度;360度)に対して得られる前記m個の平均値を座標としてそれぞれ有する4個の行生成ベクトルとを形成し、
前記4個の列生成ベクトルと、前記4個の行生成ベクトルとを、回転演算子により処理することによって、
これらを同一組の回転角度(0度と90度)に重ね、
次いで、該同一組の回転角度(0度と90度)で重ねられた前記列生成ベクトル及び前記行生成ベクトルの対応項の平均値を一項ずつ出すことにより、単純化された1個の列生成ベクトルと単純化された1個の行生成ベクトルとを形成し、
前記単純化された列生成ベクトル及び前記単純化された行生成ベクトルの項から、前記ステップ(2)を実施し、
前記ステップ(3)を実施することにより、前記調整値(Cij)を用いて計算された行及び列の境界値が、各行及び各列に対して、前記単純化された行生成ベクトル及び前記単純化された列生成ベクトルの項にそれぞれ等しい調整行列を取得し、
前記第1のグループの組の前記回転角度に対して基準角度(10度)の倍数だけずらした4組の回転角度の異なるグループについて、前記ステップ(4)と前記ステップ(5)を実施する、
請求項1に記載のX線又は赤外線による身体の撮影方法。 - 前記枠(21、23、25、22)が、好適には、90度異なる、軸方向の第1の伝播方向(10a)及び第2の伝播方向(10b)に沿って、第1のX線ビーム又は光線ビーム及び第2のX線ビーム又は光線ビームを放射する2個の光源(11a、11b)と、該第1のビーム及び該第2のビームにより照射されるか、若しくは照らされる2個の検出器(13a、13b)とを含み、
適切にプログラムされた前記コンピュータ(27)を用いて、
第1の帯状領域(75a)及び第2の帯状領域(75b)が延びている前記回転軸(19)に垂直な前記対象物の前記断層面に対して、
前記第1の検出器(13a)の前記第1の帯状領域(75a)で検出された光度を変換して得られるデータの平均値を出すと共に、
前記第2の検出器(13b)の前記第2の帯状領域(75b)で検出された光度を変換して得られるデータの平均値を出すことによって、前記ステップ(1)を実施する、
請求項1又は2に記載のX線又は赤外線による身体の撮影方法。 - 前記光源(11、11a、11b)の一つ又は複数の制御パルスによって、前記回転軸(19)に平行に前記被検体(9)の或る範囲を照射するか、若しくは照らすことを特徴とする方法であって、
適切にプログラムされた前記コンピュータ(27)を用いて、
(6) 前記検出器(13、13a、13b)の照射された若しくは照らされた前記範囲の全体で検出される光度を変換して得られるデータを記録し、
(7) 前記第1の回転角度及び前記第2の回転角度に対して検出器(13)の照射された若しくは照らされた前記範囲の前記帯状領域(75)で、又は、それぞれ、前記第1の検出器(13a)及び前記第2の検出器(13b)の前記第1の帯状領域(75a)及び前記第2の帯状領域(75b)で検出された光度を変換して得られる記録データを呼び出し、
前記呼び出されたデータに基づいて、前記ステップ(1)〜ステップ(5)を実施する、
請求項1〜3のいずれか一つに記載のX線又は赤外線による身体の撮影方法。 - 前記光源(11、11a、11b)を、円錐ビーム(71)又は角錐ビーム(73)として投影することにより、前記被検体(9)の前記範囲、さらには該被検体の全体を照射するか、若しくは照らすことを特徴とする方法であって、
適切にプログラムされた前記コンピュータ(27)を用いて、
(8) 前記円錐ビーム(71)又は前記角錐ビーム(73)の幾何学的な頂部(S)と前記検出器(13、13a、13b)との間で、前記ビームの軸方向(10)に沿った距離(D)と、前記幾何学的な頂部(S)と前記検出器(13、13a、13b)の照射された若しくは照らされた前記範囲の前記帯状領域(75、75a、75b)の基本セグメントとの間の距離(Ds)とに依存する修正係数で呼び出されたデータを乗じることによって、呼び出されたデータを修正し、
この修正が、前記回転軸(19)に沿って前記被検物を仮想拡大することに相当し、
呼び出されて修正された前記データに基づいて、前記ステップ(1)〜ステップ(5)を実施する、
請求項4に記載のX線又は赤外線による身体の撮影方法。 - 前記請求項1〜4のいずれか一つに記載の方法を実施するように特別に設計された装置であって、
特に被検体が個人の身体である場合、
前記被検体(9)を受容するための支持体(31、34;32)と、
被検体(9)を照射するか、若しくは照らすために伝播方向に沿ってX線ビーム又は光線ビームを放射する光源(11、11a、11b)と、
前記X線又は前記光線による前記被検体(9)の通過に応じて減衰される光度を検出するために、前記ビームによって照射されるか、若しくは照らされる検出器(13、13a、13b)とを備え、
前記支持体(31、34;32)と、前記光源(11、11a、11b)及び前記検出器(13、13a、13b)とが、前記個人が立った位置又は座った位置で、前記支持体に受容されるように、垂直な回転軸(19)を中心として前記支持体が前記光源及び前記検出器に対して移動可能である、特別に設計された装置。 - 前記支持体(31、34;32)が、前記垂直な回転軸(19)を中心として回転する台(31)を有し、
好適には、前記個人の固定手段(46)又はX線が透過できる椅子(34)を備えている、
請求項6に記載の特別に設計された装置。 - 光源(11)及び検出器(13)が、2個の光源(11a、11b)と2個の検出器(13a、13b)とに分割されることにより、
それぞれ、該2個の検出器(13a、13b)を照射するか、若しくは照らすために、
好適には、2つの直交方向(10a、10b)に沿って伝播する2個のX線ビーム又は光線ビームを形成する、
請求項6又は7に記載の特別に設計された装置。 - 前記椅子(34)が、伸縮式の脚部(33)に取り付けられることを特徴とする、
請求項7又は8に記載の特別に設計された装置。 - 前記支持体(31、34;32)と、場合によっては前記回転台(31)とが、
X線を通さない小部屋(16、42、37、38、25)に配置され、
前記光源(11、11a、11b)又は前記検出器(13、13a、13b)が、接合モジュール(12、12a、12b、14、14a、14b)を介してX線を放射若しくは受光し、
該接合モジュールは、垂直移動手段(23)によって垂直に並進することにより前記小部屋の壁(37、38)に作られた窓(41)の正面で移動し、また、水平移動手段(26)によって水平に並進することにより前記窓(41)を介して移動して前記小部屋に通じる、
請求項6〜8のいずれか一つに記載の特別に設計された装置。 - 前記光源(11、11a、11b)及び前記検出器(13、13a、13b)が、同期制御される垂直移動手段(44、47、49)により、前記接合モジュール(12、12a、12b、14、14a、14b)に対して垂直に並進可能である、請求項10に記載の特別に設計された装置。
- 前記窓(41)を形成する開口部を開放するために、
スライドパネル(38)が、前記小部屋の門形の枠(37)内で上昇手段(44、47、49、36、39)により群ごとに引き上げられ、
この窓を介して、前記接合モジュール(12、12a、12b、14、14a、14b)が水平移動することにより、前記小部屋に通じる、
請求項10又は11に記載の特別に設計された装置。 - 前記光源(11、11a、11b)及び前記検出器(13、13a、13b)が、
支柱(24)により支持されながら、前記垂直な回転軸(19)を中心として回転移動可能である、
請求項6又は7に記載の特別に設計された装置。 - 請求項1〜4のいずれか一つに記載の方法を実施するために特別に設計された装置であって、
被検体(9)を受容するための支持体(1、3、5、7;30)と、
前記被検体(9)を照射するか、若しくは照らすために、伝播方向に沿ってX線ビーム又は光線ビームを放射する光源(11、11a、11b)と、
前記X線又は前記光線による前記被検体(9)の通過に応じて減衰される光度を検出するために、前記ビームによって照射されるか、若しくは照らされる検出器(13、13a、13b)とを備え、
前記支持体(1、3、5、7;30)と、前記光源(11、11a、11b)及び前記検出器(13、13a、13b)とが、水平な回転軸(19)を中心として、前記支持体が前記光源及び前記検出器に対して移動可能であり、
光源(11)及び検出器(13)が、2個の光源(11a、11b)と2個の検出器(13a、13b)とに分割されることにより、
それぞれ、該2個の検出器(13a、13b)を照射するか、若しくは照らすために、好適には、2つの直交方向(10a、10b)に沿って伝播する2個のX線ビーム又は光線ビームを形成する、特別に設計された装置。 - 請求項5に記載の方法を実施するために特別に設計された装置であって、
特に、被検体がミリメートル単位又は顕微鏡でしか見えない大きさである場合、
前記被検体(9)を受容するための支持体(33)と、
前記被検体(9)を照射するか、若しくは照らすために、伝播方向(10)に沿ってX線ビーム又は光線ビームを放射する光源(11、11a、11b)と、
前記X線又は前記光線による前記被検体(9)の通過に応じて減衰される光度を検出するために、前記ビームによって照射されるか、若しくは照らされる検出器(13、13a、13b)とを備え、
前記支持体(33)と、前記光源(11、11a、11b)及び前記検出器(13、13a、13b)とが、回転軸(19)を中心として、該支持体が該光源及び該検出器に対して移動可能であり、
前記光源(11、11a、11b)が、前記ビームの軸方向(10)を中心とする円錐ビーム(71)又は角錐ビーム(73)によって、前記検出器(13、13a、13b)を照射するか、若しくは照らすように、投影手段(69)が設けられている、特別に設計された装置。 - 前記光源(11、11a、11b)が、複数のターゲット(91)を備えた回転陽極(89)を有し、
該回転陽極が、前記光源(11、11a、11b)に対する前記支持体(33)の回転と同期される移動手段(M)によって回転制御されることにより、
前記光源の各パルスが、前記支持体(33)の各回転の間に、前記検出器(13、13a、13b)を照射するか、若しくは照らす、請求項15に記載の特別に設計された装置。 - 前記検出器(13、13a、13b)が、写真フィルム(97)を有し、
前記アナログ−デジタル変換器(15)が、該写真フィルムで検出される光度を読み取り、且つ該光度をデジタルデータに変換するためのカメラを含む、請求項6〜16のいずれか一つに記載の特別に設計された装置。 - 前記写真フィルム(97)が、前記回転陽極(89)の回転と同期される移動手段(M)によって、間欠的に移動することにより、
前記光源(11)の各パルスが、各間欠移動の間に、前記写真フィルム(97)を照射するか、若しくは照らす、請求項17に記載の特別に設計された装置。 - 請求項1〜5のいずれか一つに記載の方法、又は請求項6〜18のいずれか一つに記載の装置を実施するために適切にプログラムされたコンピュータ(27)。
- コンピュータ(27)へのロード時に、請求項1〜5のいずれか一つに記載の方法、又は請求項6〜18のいずれか一つに記載の装置を実施するためのコンピュータプログラム。
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A131 | Notification of reasons for refusal |
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A02 | Decision of refusal |
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