JP2009531108A - 効率的な二重エネルギーｘ線減衰測定 - Google Patents

Abstract

被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを測定する方法及びＣＴシステムが記載される。ＣＴシステムは、回転可能支持体、２つの異なるＸ線焦点を有するＸ線源、及び異なるスペクトル感度を示す複数の検出素子を有するＸ線検出装置、を有する。方法は、（ａ）第１の焦点から生じるＸ線を放射するようＸ線源を調整する段階、（ｂ）第１の検出素子及び第２の検出素子で別個に第１の減衰データを取得する段階、（ｃ）Ｘ線焦点を第２の焦点へ離散的に移動させる段階、（ｄ）２種類の検出素子で別個に第２の減衰データを取得する段階、を有する。第１の焦点から生じる第１のビーム経路が被写体内の特定のボクセルを貫通し第１の検出素子に衝突するよう、及び第２のＸ線焦点から生じる第２のビーム経路が当該特定のボクセルを貫通し第２の検出素子に衝突するよう、２つの焦点は互いに空間的に離れている。

Description

本発明は二重エネルギーＸ線撮像の分野に関する。二重エネルギーＸ線撮像により、１つの同一の被写体の２つの異なる画像が得られる。このために、画像毎に異なるＸ線光子エネルギーを有するＸ線、又は光子エネルギーの異なる分布が用いられる。特に、本発明は、コンピューター断層撮像システムを用いた検査中の被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを測定する簡単且つ効率的な方法に関する。

本発明は、検査中の被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを測定するコンピューター断層撮像システムに更に関する。

更に、本発明は、コンピューター断層撮像システムを用い二重エネルギーＸ線減衰データを測定するデータ処理装置に関する。

更に、本発明は、コンピューター断層撮像システムを用いた検査中に被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを測定するために上述の方法を実行する命令を有するコンピューター可読媒体及びプログラム要素に関する。

二重エネルギー・コンピューター断層撮像（ＣＴ）は、良く知られた技術であり、被写体のＸ線吸収の依存度のスペクトル依存性が、２つの異なるスペクトル重み付け関数を用い測定される。望ましくは、２つのスペクトル重み付け関数は全く重なり合わないか、又は少し重なり合う。標準的に、検査中の被写体の異なるスペクトル減衰の挙動は、光効果やコンプトン散乱のような異なる物理的効果により引き起こされる。異なる物質は減衰のスペクトル依存性が異なる。従って、二重エネルギーＣＴは、物質の特性の改善を可能にする。

二重エネルギーＣＴは、従来、Ｘ線管の電子加速電圧を切り替えるか、検出器を用いるかの何れかにより実施されている。これは２つの異なる光子エネルギーの間を区別する能力である。しかしながら、管の電圧の切り替えは、最新のＣＴシステムの状況で標準的に３００μｓのような特に短いデータ取得時間の間に達成することが困難である。一方、エネルギー分解能を有する検出器は比較的コスト高である。しかしながら、エネルギー分解能は、検出されたＸ線光子のエネルギー識別能を定めるために必要である。

特許文献１は、検出素子の配列と細長いアノード若しくは二重焦点を備えたＸ線管を有するＸ線スキャナーを開示している。Ｘ線スキャナーは異なるモードで動作し得る。つまり（ａ）全ての検出器信号を別個に用いることによる不対モード、（ｂ）２つの隣接する検出素子の信号を結合することによる対モード、及び（ｃ）選択的に異なるスペクトル・フィルターを用いることにより検出素子を交番させる二重エネルギー・モード、である。
欧州特許第０２３１０３７ A１号明細書

従って、検査中の被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを効率的に測定する方法及びシステムが必要である。

この必要性は、従属請求項による発明により満たされる。本発明の有利な実施例は、独立請求項により記載される。

本発明の第１の態様によると、コンピューター断層撮像システムを用いた検査中に被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを測定する方法が提供される。

従って、回転軸の周りに回転可能な回転可能支持体、第１のＸ線焦点と第２のＸ線焦点とを有する、回転可能支持体に取り付けられたＸ線源、及び複数の検出素子を有するＸ線検出装置、を有するコンピューター断層撮像システムが用いられる。検出素子は、第１のグループの第１の検出素子と第２のグループの第２の検出素子とに分けられる。第１及び第２の検出素子は異なるスペクトル感度を示し、Ｘ線検出装置は回転軸に関してＸ線源と反対側に回転可能支持体に取り付けられる。

記載される方法は、（ａ）第１の焦点から生じるＸ線を放射するようＸ線源を調整する段階、（ｂ）第１の検出素子及び第２の検出素子で別個に第１のＸ線減衰データを取得する段階、（ｃ）Ｘ線焦点を第１のＸ線焦点から第２のＸ線焦点へ移動させる段階、（ｄ）第１及び第２の検出素子で別個に第２のＸ線減衰データを取得する段階、を有する。従って、第１のＸ線焦点から生じる第１のビーム経路が被写体内の特定のボクセルを貫通し第１の検出素子に衝突するよう、及び第２のＸ線焦点から生じる第２のビーム経路が当該特定のボクセルを貫通し第２の検出素子に衝突するよう、２つの焦点は互いに空間的に離れている。Ｘ線焦点は、第１のＸ線焦点から第２のＸ線焦点へ離散的方法で移動される。

本発明のこの態様は、Ｘ線源の焦点が物理受光器の放射線サンプリング距離の全長だけジャンプする場合に、二重エネルギー減衰画像データは簡単且つ効率的な方法で取得されるという考えに基づく。従って、Ｘ線のエネルギー毎に、比較的低い空間解像度の２つの投影データ・セットが取得される。しかしながら、これらの２つの投影データ・セットを結合し、改善された解像度のＸ線画像を得ることが可能である。この改善された解像度は、単一のＸ線焦点及び１種類の検出素子のみで達成可能な解像度に相当する。

勿論、２つの投影データ・セットのこの組合せは、２つのＸ線光子エネルギーに対し実行されてよい。従って、結局、異なる光子エネルギーで被写体の減衰を表す２つの異なる画像が得られ、各画像は上述の元の解像度を示す。
２つの焦点から生じるＸ線ビームはそれぞれ、扇形ビーム又は円錐形ビームを有してよい。円錐形ビームの場合、検査中の被写体を貫通する全てのＸ線光子を利用するために、２次元検出器アレイが用いられる。

本発明のある実施例によると、前記方法は、前記第１の検出素子で取得された前記第１のＸ線減衰データを、前記第１の検出素子で取得された前記第２のＸ線減衰データと結合する段階、及び／又は前記第２の検出素子で取得された前記第１のＸ線減衰データを、前記第２の検出素子で取得された前記第２のＸ線減衰データと結合する段階、を更に有する。

これは、空間解像度が２倍に有意に改善されるという利点を有する。上述のように、このような改善された解像度は、（ａ）単一のＸ線焦点を有するＸ線源、及び（ｂ）単一種類の検出素子を有する検出器が用いられた場合に与えられる空間解像度に相当する。それぞれ特定のＸ線光子エネルギーでＸ線減衰を表す２つの異なるデータ・セットが得られた後、二重エネルギーＣＴ画像再構成のための知られている標準的な方法を適用することによりデータ分析が実行されてよい。

本発明の更なる実施例によると、前記第１のビーム経路が衝突する前記第１の検出素子、及び前記第２のビーム経路が衝突する前記第２の検出素子は、隣接する検出素子である。これは、比較的小さいアーチファクトのみが生成されるという利点を有する。これは、同一の光子エネルギー及び所定の視角（つまり、回転可能支持体の１つの角度位置）で、隣接するボクセルが僅かに異なるビーム経路角度で測定されるからである。

この観点から留意すべき点は、ボクセルの大きさは、特に検出素子の大きさに依存するＣＴスキャナーの空間解像度により定められることである。

本発明の更なる実施例によると、前記Ｘ線源を調整する段階、前記第１のＸ線減衰データを取得する段階、前記Ｘ線焦点を移動する段階、及び前記第２のＸ線減衰データを取得する段階は、前記回転可能支持体の角度位置により定められる複数の異なる視角で実行される。これは、検体内の全てのボクセルの減衰が２つの異なる光子エネルギーに対し決定されるという利点を有する。２つの異なる光子エネルギーでの減衰が、主に互いに独立である２つの異なる物理的減衰効果に主に基づく場合（例えば、フォト効果、コンプトン効果）、これらのボクセルのＸ線減衰は、広範囲の光子エネルギーに対し計算される。

扇形ビームの場合、検体は回転軸に垂直な方向のスライスである。しかしながら、検査中の被写体を回転軸に沿ってずらすことにより、又はＸ線源及び検出装置を検査中の被写体の周りの螺旋経路に沿って移動することにより、有効な検体は検査中の被写体の３次元部分になる。

留意すべき点は、円錐形ビームを用いることにより、２次元検出器が用いられる場合にデータ取得が高速化されることである。

本発明の更なる実施例によると、検査中の被写体内の複数のボクセルのＸ線減衰データを表す減衰マップが生成される。減衰マップは、別の医療検査方法のデータ評価で考慮される。

このような医療検査方法は、例えば、陽電子放出型断層撮影法（ＰＥＴ）又は単光子放出コンピューター断層撮影（ＳＰＥＣＴ）であってよい。

従って、上述のように、減衰マップは、光子エネルギーのＸ線減衰を含んでよく、別の医療検査方法に用いられる。ＰＥＴの場合、対応する光子エネルギーは５１１ｋｅＶである。ＳＰＥＣＴの場合、対応する光子エネルギーは標準的に用いられる放射性素子に依存する単一エネルギーである。

別の医療検査方法のデータ評価は、以下の方法で二重エネルギー減衰からもたらされる。標準的に、二重エネルギーＣＴは、関連するエネルギー範囲が約６０ｋｅＶ乃至１４０ｋｅＶの範囲の診断で２つのスペクトルの異なるＸ線減衰を測定する。別の医療検査方法の光子エネルギーは良く知られているので（ＰＥＴでは５１１ｋｅＶ）、当該別の医療検査方法の光子エネルギーにおける検査中の被写体の実際の減衰をより正確に推定するために、外挿のための２つのスペクトルの異なるエネルギー減衰を用いることができる。

好適な３次元減衰マップの生成は、当該別の放射能検査方法に関連するＸ線光子に対する減衰補正が達成され、当該別の放射線検査方法により得られるデータのより一層正確なデータ評価を可能にするという利点をもたらす。

留意すべき点は、医療用途では、所謂、患者投影後のエネルギー・フィルタリングを実行することが屡々許容されないことである。従って、エネルギー識別は、患者と検出素子との間の選択されたビーム経路に配置されるＸ線吸収素子により実行される。このような患者投影後のエネルギー・フィルタリングは、通常患者の健康に有害な放射線量を増大することが明らかである。しかしながら、記載される方法は、患者投影後のエネルギー・フィルタリングを用い二重エネルギーＸ線減衰データを測定し、前述のような別の放射線検査方法と組合せることができる。何故なら、ＰＥＴ及び／又はＳＰＥＣＴの場合、結果として生じる放射画像は取得した減衰マップによって有意な利益を得るからである。これは、特に減衰マップがＸ線測定により比較的低い放射線量で生成された場合に当てはまる。

本発明の更なる実施例によると、手荷物品の二重エネルギーＸ線減衰データが測定される。これは、例えば手荷物品内の爆発物の識別を可能にする効果的な方法を提供するので有利である。

この点に関し言及すべき点は、手荷物品とは別に及び人間若しくは動物とは別に、上述の方法で他の種類の被写体が測定されてもよいことである。特に、無生物を測定する場合、線量の問題は通常は二次的な問題である。従って、記載される方法は高光子束で実行され、高い精度の減衰データ測定をもたらす。記載される方法の更なる用途は、例えば二重エネルギー減衰測定に基づく３次元材料検査である。

本発明の更なる実施例によると、用いられるＸ線源は少なくとも１つの第３のＸ線焦点を更に有し、用いられるＸ線検出装置は少なくとも１つの第３の検出素子を更に有する。当該第３の検出素子は、第１及び第２の検出素子とそれぞれ異なるスペクトル感度を有する。この実施例と共に記載される方法は、Ｘ線焦点を離散的方法で第２のＸ線焦点から第３のＸ線焦点へ移動する段階、及び第３のＸ線減衰データを取得する段階、を更に有する。従って、第１、第２、及び第３の減衰データを取得する段階はそれぞれ、第１、第２、及び第３の検出素子による別個のデータ取得を含む。更に、第２及び第３のＸ線焦点は、第３のＸ線焦点から生じる第３のビーム経路がボクセルを貫通し第３の検出素子に衝突するよう、空間的に離れている。

本発明の実施例と共に記載される方法は、検査中の被写体の三重エネルギーＸ線減衰データが取得されるという利点を有する。これは、検査中の被写体の一層詳細なＸ線減衰挙動を提供しうる。
この点に関し言及すべき点は、記載される方法が四重若しくは更なる多重エネルギーＣＴ方法にも拡張されてよいことである。

本発明の更なる態様によると、検査中の被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを測定するコンピューター断層撮像システムが提供される。

コンピューター断層撮像システムは、回転軸の周りに回転可能な回転可能支持体、及び第１のＸ線焦点と第２のＸ線焦点とを有する、回転可能支持体に取り付けられたＸ線源、を有する。コンピューター断層撮像システムは、複数の検出素子を有するＸ線検出装置を更に有する。検出素子は、第１のグループの第１の検出素子と第２のグループの第２の検出素子とに分けられる。第１及び第２の検出素子は異なるスペクトル感度を示し、Ｘ線検出装置は回転軸に関してＸ線源と反対側に回転可能支持体に取り付けられる。

更に、コンピューター断層撮像システムは、Ｘ線源とＸ線検出装置とに結合された制御部を有する。制御部は、（ａ）第１のＸ線焦点から生じるＸ線を放射するようＸ線源を調整する段階、（ｂ）第１の検出素子及び第２の検出素子で別個に第１のＸ線減衰データを取得する段階、（ｃ）Ｘ線焦点を第１のＸ線焦点から第２のＸ線焦点へ移動させる段階、（ｄ）第１及び第２の検出素子で別個に第２のＸ線減衰データを取得する段階、を有する。従って、第１のＸ線焦点から生じる第１のビーム経路が被写体内の特定のボクセルを貫通し第１の検出素子に衝突するよう、及び第２のＸ線焦点から生じる第２のビーム経路が当該特定のボクセルを貫通し第２の検出素子に衝突するよう、２つの焦点は互いに空間的に離れている。Ｘ線焦点は、第１のＸ線焦点から第２のＸ線焦点へ離散的方法で移動される。

本発明のある実施例によると、前記Ｘ線焦点は前記回転軸と垂直な平面に配置される。

これは、取得されたＸ線減衰データの空間解像度が、例えばＸ線源の陽極上の２つの異なるＸ線焦点における電子の合焦制御により単純且つ効果的方法で向上されるという利点を提供する。

本発明の更なる実施例によると、前記第１の検出素子及び／又は前記第２の検出素子はエネルギー識別能を示す。これは、検出素子の空間解像度が検出素子の適切な動作条件により実現されるという利点を提供する。更に、検出素子の空間解像度は、検出素子のスペクトル範囲を現在の測定条件に最適に調整するために変化されてよい。

本発明の更なる実施例によると、前記第１及び第２の検出素子は前記Ｘ線検出装置内に交互に配置される。望ましくは、検出素子の行の２つに１つが第１の検出素子又は第２の検出素子である。

しかしながら、三重エネルギー又は多重エネルギーＣＴ方法と関連して上述したように、３つの異なるＸ線焦点及び３種類の検出素子の場合には、Ｘ線検出装置内の検出素子の周期性は、相応に調整されてよい。
本発明の更なる実施例によると、前記第１及び第２の検出素子のスペクトル感度はそれぞれ、前記Ｘ線検出装置の前に配置されたＸ線吸収装置により実現される。このような静的患者投影後のフィルタリングでは、Ｘ線が検査中の被写体を通過した後にエネルギー分離が実行される。当該静的患者投影後のフィルタリングは、現在の医療ＣＴスキャナーを例えば手荷物検査用途に廉価に変更するために用いられる。

本発明の更なる実施例によると、前記Ｘ線吸収装置は、異なるスペクトルのＸ線吸収特性を有する部分を交互に有する。望ましくは、Ｘ線吸収装置は櫛のような構造である。当該構造は２つに１つの検出素子へ伝搬する放射線のスペクトル分布に影響を与える。

櫛のような構造は、比較的安価な素子であるという利点を有する。従って、二重エネルギー・スキャンは、知られている単一エネルギーＣＴスキャナーの複雑且つ高価な変更なしに達成されうる。

明らかなことは、三重エネルギーＣＴを実行する場合、吸収装置が３つに１つの検出素子に衝突する放射線のスペクトル分布に影響を与えるよう調整されることである。多重エネルギーＣＴでは、吸収装置は更に高い周期性を示さなければならない。

本発明の更なる実施例によると、前記Ｘ線吸収装置は、前記Ｘ線検出装置の前に離れて取り付けられる。これは、Ｘ線吸収装置が二重エネルギーＣＴと単一エネルギーＣＴとの間で設定を変更するために迅速に取り外せるという利点を提供する。望ましくは、Ｘ線吸収装置は、ヒンジにより又は如何なる任意の迅速な結合装置により、Ｘ線吸収装置に取り付けられてよい。

本発明の更なる実施例によると、Ｘ線検出装置は、回転軸に垂直な平面内にある中央軸に関してオフセットをもって回転可能支持体に取り付けられる。従って、中央軸はＸ線源の中心と回転軸により定められる。この所謂オフセット技術は、支持体の互いに１８０度異なる２つの異なる角度位置で得られるＸ線減衰データが重複しないという利点を提供する。

交番に一列に配置された２つの異なる検出素子を用いて二重エネルギーＣＴが実行される場合、オフセットは２つの隣接する検出素子の中心同士の間の距離の半分であることが望ましい。従って、Ｘ度＋１８０度の支持体の角度位置で被写体を横切るビーム経路は、Ｘ度の支持体の角度位置で被写体を横切るビーム経路同士の間にある。従って、空間解像度が向上する。

本発明の更なる態様によると、コンピューター断層撮像システムを用いた検査中の被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを測定するデータ処理装置が提供される。従って、上述のコンピューター断層撮像システムの実施例の何れか１つによるＣＴスキャナーが用いられる。本発明のこの態様によるデータ処理装置は、検査中の被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを格納するメモリー、及びデータ処理装置を有する。データ処理装置は、上述の方法の実施例の段階を有する動作を実行するために用いられる。

本発明の更なる態様によると、コンピューター断層撮像システムを用いた検査中の被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを測定するコンピューター・プログラムが格納されたコンピューター可読媒体が提供される。従って、上述のコンピューター断層撮像システムの実施例の何れか１つによるＣＴスキャナーが用いられる。コンピューター・プログラムは、プロセッサーにより実行されたとき、上述の方法の実施例の段階を有する動作を実行するために用いられる。

本発明の更なる態様によると、コンピューター断層撮像システムを用いた検査中の被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを測定するプログラム要素が提供される。従って、上述のコンピューター断層撮像システムの実施例の何れか１つによるＣＴスキャナーが用いられる。プログラム要素は、プロセッサーにより実行されたとき、上述の方法の実施例の段階を有する動作を実行するために用いられる。
プログラム要素は、例えばＣ＋＋のような如何なる適切なプログラム言語で書かれてもよく、ＣＤ−ＲＯＭのようなコンピューター可読媒体に格納されてよい。また、コンピューター・プログラムは、ワールド・ワイド・ウェブのようなネットワークから画像処理装置若しくはプロセッサー、又は如何なる適切なコンピューターにダウンロードされてよく、当該ネットワークから入手可能であってよい。

留意すべき点は、本発明の実施例が異なる対象に関して記載されていることである。特に、いくつかの実施例は装置の請求項に関して記載され、他の実施例は方法の請求項に関して記載されている。しかしながら、当業者は上述及び以下の記載から収穫をうるだろう。当該記載には、特に言及しない場合には１種類の対象に属する特徴の如何なる組合せに加え、異なる対象に関連する特徴同士、特に装置の請求項の特徴と方法の請求項の特徴との間の如何なる組合せも本願明細書に開示されていると考えられる。

本発明の上述の態様、及び更なる態様は、以下に記載される実施例から明らかであり、実施例を参照して説明される。本発明は、実施例を参照して以下により詳細に記載されるが、これらに限定されない。

図中の説明は概略である。留意すべき点は、異なる図を通じて同様の又は同一の要素は同一の参照符号又は参照記号を付されていることである。これらの同一の参照符号は、対応する参照記号と最初の桁及び／又は添え字が異なるだけである。

図１は、回転可能な支持体１０１を有するＣＴスキャナー１００を示す。支持体１０１内には、多色性Ｘ線源１０５及びＸ線検出装置１１５が組み込まれている。支持体１０１は、駆動モーター１０４と駆動機構により回転軸１０２の周りを回転する。駆動機構は、３つの駆動ローラー１０３を用いて表される。支持体１０１の回転は、連続的に又は段階的方法で達成されてよい。

ＣＴスキャナー１００は、検査中の被写体１１０が支持体１０１の中心に位置付けられるよう配置されるテーブル１１２を更に有する。テーブル１１２は、被写体１１０の異なる部分が検査されうるよう、ガントリ１０１に対して回転軸１０２と平行な方向に移動可能である。

Ｘ線検出装置１１５は、相互接続され円弧に沿って並べられた１列の検出素子１１６を有する。検出素子１１６は、前置増幅器１１８及び処理装置１２５を介し全て別個に読み出される。データ処理装置１２５は、測定された検出器信号を変換できる。種々の異なる被写体１１０に対するシステムのＸ線源１０５の視角からデータ減衰信号を測定することにより、データ処理装置１２５は、被写体１１０の３次元画像を再構成できる。再構成された画像は、モニター１２６及び／又はプリンター１２７により出力されてよい。

データ処理装置１２５は、矢印１１７により示される回転方向に回転可能な支持体１０１の動きを制御するために用いられるモーター制御部１２０と更に結合される。

Ｘ線源１０５は細長いアノード１０６を備えたＸ線管である。アノード１０６は回転軸１０２と垂直な方向に細長い。カソードにより放出される電子ビームは、図示されないが、２つのＸ線焦点、つまり第１のＸ線焦点１０６ａ及び第２のＸ線焦点１０６ｂの一方に個別に向けられてよい。電子ビームは第１のＸ線焦点１０６ａに向けられ、第１の放射線ビーム１０７はＸ線源１０５から放射される。電子ビームが第２のＸ線焦点１０６ｂに向けられると、第２の放射線ビーム１０８がＸ線源１０５から放射される。

２つの焦点１０６ａと１０６ｂとの間で電子ビームを空間的に切り替えることと、データ取得との間の同期を得るために、データ処理装置１２５は、電子制御部（示されない）と更に結合される。

Ｘ線検出装置の検出素子１１６は、第１のグループの第１の検出素子と、第２のグループの第２の検出素子とに分けられる。第１の検出素子及び第２の検出素子は、異なるスペクトル感度を示す。本願明細書に記載される実施例によると、異なるスペクトル感度は、Ｘ線吸収装置（図１に示されない）を用い達成される。このＸ線吸収装置は、検出素子の入力窓の前に取り付けられ、毎秒、検出素子がＸ線吸収装置で覆われるよう周期的構造の櫛を有する。Ｘ線吸収装置の材料は、Ｘ線吸収装置から送信されるＸ線のスペクトル分布を変更するよう選択される。

図２は、それぞれ２つの異なるＸ線焦点から生じる２つの異なるＸ線ビームを用いた二重エネルギー測定を示す図である。細長いアノード２０６を有するＸ線源２０５は、Ｘ線検出装置２１５と一緒に回転軸２０２の周りを回転する。図２はある角度位置からのＣＴシステムを示す。これにより、Ｘ線源２０５、回転軸２０２、及びＸ線検出装置２１５の中心は、垂直中心軸２０９上に配置される。

アノード２０６は２つのＸ線焦点、つまり第１のＸ線焦点２０６ａ及び第２のＸ線焦点２０６ｂを有する。第１のＸ線焦点２０６ａからは第１のＸ線ビームが生じる。これは２つの第２のビーム経路２０７ａ及び２０７ｂによりそれぞれ示される。第２のＸ線焦点２０６ｂからは第２のＸ線ビームが生じる。これは２つの第２のビーム経路２０８ａ及び２０８ｂによりそれぞれ示される。

Ｘ線検出装置２１５は、標準的に円弧に沿って交番に並べられた第１の検出素子２１６ａ及び第２の検出素子２１６ｂを有する。しかしながら、平面検出素子が用いられてもよい。第１の検出素子２１６ａ及び第２の検出素子２１６ｂは、アノード２０６から放射されるＸ線光子を検出するために異なるスペクトル感度を示す。

図２から分かるように、第１の焦点２０６ａから生じる第１のビーム経路２０７ａは、ボクセル２３０を貫通し、第１の検出素子２１６ａに衝突する。Ｘ線焦点を第２の焦点２０６ｂへ切り替えることにより、第２の検出素子２１６ｂに衝突する第２のビーム経路２０８ａがボクセル２３０を貫通する。従って、他のボクセルにより引き起こされるＸ線減衰は別として、ボクセル２３０により引き起こされるＸ線減衰の寄与は、２つの異なるスペクトル分布に対し検出されうる。これらの分布は、それぞれ第１の検出素子２１６ａ及び第２の検出素子２１６ｂのスペクトル感度により決定される。それぞれ第１のビーム経路２０７ｂ及び第２のビーム経路２０８ｂが貫通するボクセル２３１により引き起こされる減衰にも同様のことが言える。

Ｘ線源２０５をＸ線検出装置２１５と一緒に回転軸２０２の周りで回転することにより、被写体２１０により引き起こされるＸ線減衰を複数の視角で測定することが可能である。従って、視角毎に、それぞれ２つの異なる光子エネルギーに対するＸ線減衰を表す２つの異なるデータ・セットが取得される。この点において、視角の用語は、検査中の被写体２１０に対する、Ｘ線源２０５の特定の角度位置により定められる。これは、各視角がアクティブなＸ線焦点に依存して２つの異なる投影角を有することを意味する。

最初に、所定のスペクトル分布に対するＸ線減衰を表す各データ・セットは、低い空間解像度を有する。何故なら、１つおきの検出素子のみが所定のスペクトル分布に割り当てられるからである。しかしながら、完全な空間解像度は、取得された減衰データを適切な方法で結合することにより達成される。完全な空間解像度を達成するため、検出素子２１６ａの中心と隣接する検出素子２１６ｂの中心との間の距離は、第１の焦点２０６ａと第２の焦点２０６ｂとの間の間隔により定められるサンプリング距離の全長に一致する。これは、図２から、示された視角において、ボクセル２３０が第１のビーム経路２０７ａを用い第１のスペクトル分布でキャプチャされ、第２のビーム経路２０８ａを用い第２のスペクトル分布でキャプチャされるという事実から分かる。必要な変更を加えると、被写体２１０内のボクセル２３１及び全ての他のボクセル（示されない）にも同様のことが言える。

図３は、所謂放射線オフセット技術を用いた非冗長データ取得を示す図である。簡単のため、放射線オフセット技術は、１つの焦点のみを有するＸ線源で示される。しかしながら、オフセット技術の原理は、上述の二重エネルギー測定に適用されてもよい。

図３から分かるように、Ｘ線検出装置３１５は、中央軸３０９に関し、２つの隣接する検出素子３１６の中心間の距離の４分の１だけずれている。これは、Ｘ線焦点３０６及びＸ線検出装置３１５の回転軸３０２に関する角度位置が１８０度だけ変化した場合に、Ｘ線焦点３０６と検出素子３１６との間のビーム経路の空間的進路が交互配置されるという効果を有する。これは、角度位置Ｘ度で取得された減衰データが、角度位置Ｘ度＋１８０度で測定された対応する減衰データと比べて冗長でないという効果を有する。

留意すべき点は、上述の二重エネルギー測定の場合、検出素子の周期性は２倍異なる。何故なら、１つおきの検出素子のみが同一のスペクトル感度を有するからである。従って、オフセット技術を上述の二重エネルギー測定に適用するために、２つの隣接する検出素子３１６の中心間の距離の半分のオフセットが、１つの焦点のみが用いられる場合には１８０度だけ異なる角度位置でＸ線経路の対称的な交互配置を実現するために最適である。

放射線オフセット技術が２つの異なるＸ線焦点から生じる２つの異なるＸ線ビームと組み合わされて用いられる場合、２つの隣接する検出素子３１６の中心間の距離の４分の１のオフセットが最適である。

図４は、本発明による方法の実施例を実行する、本発明によるデータ処理装置４２５の実施例である。データ処理装置４２５は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）又は画像処理装置４６１を有する。画像処理装置４６１は、取得した投影データを一時的に格納するためのメモリー４６２と接続されている。バス・システム４６５を介し、画像処理装置４６１は複数の入力／出力回路、又はＣＴスキャナーのような診断装置と接続される。更に、画像処理装置４６１は、例えばコンピューター・モニターであり情報又は画像処理装置４６１により再構成された１以上の画像を表示する表示装置４６３と接続される。オペレーター又はユーザーは、図４に示されないキーボード５６４及び／又は如何なる他の出力装置を介し画像処理装置４６１と相互作用する。

留意すべき点は、用語「有する」は、他の要素又は段階を排除しないこと、及び単数表記は複数を排除しないことである。また、異なる実施例に関連して記載された要素は結合されてもよい。留意すべき点は、請求項中の参照符号は請求項の範囲を限定するとみなされるべきではないことである。

二重エネルギーＣＴシステムの簡略な概要図を示す。 それぞれ２つの異なるＸ線焦点から生じる２つの異なるＸ線ビームを用いた二重エネルギー測定を示す図である。 所謂オフセット技術を用いた非冗長データ取得を示す図である。 本発明による実施例を実行するデータ処理装置である。

符号の説明

１００ コンピューター断層撮像装置／ＣＴスキャナー
１０１ 回転可能支持体／ガントリ
１０２ 回転軸
１０３ 駆動ローラー
１０４ 駆動モーター
１０５ 多色Ｘ線源
１０６ 細長いアノード
１０６ａ 第１のＸ線焦点
１０６ｂ 第２のＸ線焦点
１０７ 第１の放射線ビーム
１０８ 第２の放射線ビーム
１１０ 検査中の被写体
１１２ テーブル
１１５ Ｘ線検出装置
１１６ 検出素子
１１７ 回転方向
１１８ 前置増幅器
１２０ モーター制御部
１２５ データ処理装置（再構成部を含む）
１２６ モニター
１２７ プリンター
２０２ 回転軸
２０５ 多色Ｘ線源
２０６ 細長いアノード
２０６ａ 第１のＸ線焦点
２０６ｂ 第２のＸ線焦点
２０７ａ 第１の検出素子に衝突する第１のビーム経路
２０７ｂ 第２の検出素子に衝突する第１のビーム経路
２０８ａ 第２の検出素子に衝突する第２のビーム経路
２０８ｂ 第１の検出素子に衝突する第２のビーム経路
２０９ 中央軸
２１５ Ｘ線検出装置
２１６ａ 第１の検出素子
２１６ｂ 第２の検出素子
２３０ ボクセル
２３１ ボクセル
３０２ 回転軸
３０６ Ｘ線焦点
３０９ 中央軸
３１５ Ｘ線検出装置
３１６ 検出素子
４２５ データ処理装置
４６１ 中央演算処理装置／画像処理装置
４６２ メモリー
４６３ 表示装置
４６４ キーボード
４６５ バス・システム

Claims (18)

1. コンピューター断層撮像システムを用い検査中の被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを測定する方法であって、前記コンピューター断層撮像システムは、
   −回転軸の周りを回転可能な回転可能支持体、
   −第１のＸ線焦点と第２のＸ線焦点とを有し、前記回転可能支持体に取り付けられたＸ線源、及び
   −複数の検出素子を有するＸ線検出装置、を有し、
   前記検出素子は第１のグループの第１の検出素子と第２のグループの第２の検出素子とに分けられ、前記第１及び第２の検出素子は異なるスペクトル感度を示し、
   前記Ｘ線検出装置は、前記回転軸に関し前記Ｘ線源と反対側に前記回転可能支持体に取り付けられ、
   前記方法は：
   前記第１のＸ線焦点から生じるＸ線を放射するよう前記Ｘ線源を調整する段階、
   前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子で別個に第１のＸ線減衰データを取得する段階、
   前記第１のＸ線焦点から前記第２のＸ線焦点へＸ線焦点を移動する段階、及び
   前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子で別個に第２のＸ線減衰データを取得する段階、を有し、
   前記第１のＸ線焦点から生じる第１のビーム経路が前記被写体内の特定のボクセルを貫通し第１の検出素子に衝突し、前記第２のＸ線焦点から生じる第２のビーム経路が前記ボクセルを貫通し第２の検出素子に衝突するよう、前記２つのＸ線焦点は互いに空間的に離れており、及び
   前記Ｘ線焦点は前記第１のＸ線焦点から前記第２のＸ線焦点へ離散的方法で移動される、方法。
2. 前記第１の検出素子で取得された前記第１のＸ線減衰データを、前記第１の検出素子で取得された前記第２のＸ線減衰データと結合する段階、及び／又は
   前記第２の検出素子で取得された前記第１のＸ線減衰データを、前記第２の検出素子で取得された前記第２のＸ線減衰データと結合する段階、を更に有する請求項１記載の方法。
3. 前記第１のビーム経路により衝突される前記第１の検出素子、及び前記第２のビーム経路により衝突される前記第２の検出素子は、隣接する検出素子である、請求項１記載の方法。
4. 前記Ｘ線源を調整する段階、前記第１のＸ線減衰データを取得する段階、前記Ｘ線焦点を移動する段階、及び前記第２のＸ線減衰データを取得する段階は、前記回転可能支持体の角度位置により定められる複数の異なる視角で実行される、請求項１記載の方法。
5. 検査中の前記被写体内の複数のボクセルの前記Ｘ線減衰データを表す減衰マップが生成され、
   前記減衰マップは更なる放射線検査方法のデータ評価のために用いられる、請求項４記載の方法。
6. 手荷物品の二重エネルギーＸ線減衰データが測定される、請求項１記載の方法。
7. −前記Ｘ線源は少なくとも１つの第３のＸ線焦点を更に有し、及び
   −前記Ｘ線検出装置は、前記第１及び前記第２の検出素子とそれぞれ異なるスペクトル感度を有する少なくとも１つの第３の検出素子を更に有し、
   前記方法は、
   前記Ｘ線焦点を前記第２のＸ線焦点から前記第３のＸ線焦点へ離散的方法で移動させる段階、及び
   第３のＸ線減衰データを取得する段階、を更に有し、
   前記第１、第２、及び第３の減衰データを取得する段階はそれぞれ、前記第１、第２、及び第３の検出素子による別個のデータ取得を含み、
   前記第２及び第３のＸ線焦点は、前記第３のＸ線焦点から生じる第３のビーム経路が前記ボクセルを貫通し第３の検出素子に衝突するよう、互いに空間的に離れている、請求項１記載の方法。
8. 検査中の被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを測定するコンピューター断層撮像システムであって、
   回転軸の周りに回転可能な回転可能支持体、
   第１のＸ線焦点及び第２のＸ線焦点を有し、前記回転可能支持体に取り付けられたＸ線源、及び
   複数の検出素子を有するＸ線検出素子、及び
   制御部、を有し、
   前記検出素子は、第１のグループの第１の検出素子及び第２のグループの第２の検出素子に分けられ、前記第１及び第２の検出素子は異なるスペクトル感度を示し、
   前記Ｘ線検出装置は、前記回転軸に関し前記Ｘ線源と反対側に前記回転可能支持体に取り付けられ、
   前記制御部は、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出装置と結合され、
   前記制御部は、
   −前記第１のＸ線焦点から生じるＸ線を放射するよう前記Ｘ線源を調整する段階、
   −前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子で別個に第１のＸ線減衰データを取得する段階、
   −前記第１のＸ線焦点から前記第２のＸ線焦点へＸ線焦点を移動させる段階、及び
   −前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子で別個に第２のＸ線減衰データを取得する段階、を実行し、
   ２つの前記Ｘ線焦点は、前記第１のＸ線焦点から生じる第１のビーム経路が前記被写体内の特定のボクセルを貫通し第１の検出素子に衝突するよう、及び前記第２のＸ線焦点から生じる第２のビーム経路が前記被写体内の前記特定のボクセルを貫通し第２の検出素子に衝突するよう、互いに空間的に離れており、
   前記Ｘ線焦点は、前記第１のＸ線焦点から前記第２のＸ線焦点へ離散的方法で移動される、コンピューター断層撮像システム。
9. 前記Ｘ線焦点は前記回転軸と垂直な平面に配置される、請求項８記載のコンピューター断層撮像システム。
10. 前記第１の検出素子及び／又は前記第２の検出素子はエネルギー識別能を示す、請求項８記載のコンピューター断層撮像システム。
11. 前記第１及び第２の検出素子は前記Ｘ線検出装置内に交互に配置される、請求項８記載のコンピューター断層撮像システム。
12. 前記第１及び第２の検出素子のスペクトル感度はそれぞれ、前記Ｘ線検出装置の前に配置されたＸ線吸収装置により実現される、請求項８記載のコンピューター断層撮像システム。
13. 前記Ｘ線吸収装置は、異なるスペクトルのＸ線吸収特性を有する部分を交互に有する、請求項１２記載のコンピューター断層撮像システム。
14. 前記Ｘ線吸収装置は、前記Ｘ線検出装置の前に取り外し可能に取り付けられる、請求項１３記載のコンピューター断層撮像システム。
15. 前記Ｘ線検出装置は、前記回転軸に垂直な面にある中央軸に関してオフセットをもって前記回転可能支持体に取り付けられ、前記中央軸は前記Ｘ線源の中心と前記回転軸とにより定められる、請求項８記載のコンピューター断層撮像システム。
16. データ処理装置であって、
    コンピューター断層撮像システムを用い検査中の被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを測定し、前記コンピューター断層撮像システムは、
    −回転軸の周りを回転可能な回転可能支持体、
    −第１のＸ線焦点と第２のＸ線焦点とを有し、前記回転可能支持体に取り付けられたＸ線源、及び
    −複数の検出素子を有するＸ線検出装置、を有し、
    前記検出素子は第１のグループの第１の検出素子と第２のグループの第２の検出素子とに分けられ、前記第１及び第２の検出素子は異なるスペクトル感度を示し、
    前記Ｘ線検出装置は、前記回転軸に関し前記Ｘ線源と反対側に前記回転可能支持体に取り付けられ、
    前記データ処理装置は、
    検査中の被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを格納するメモリー、及び
    データ・プロセッサーを有し、
    前記データ・プロセッサーは、
    −前記第１のＸ線焦点から生じるＸ線を放射するよう前記Ｘ線源を調整する段階、
    −前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子で別個に第１のＸ線減衰データを取得する段階、
    −前記第１のＸ線焦点から前記第２のＸ線焦点へＸ線焦点を移動する段階、及び
    −前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子で別個に第２のＸ線減衰データを取得する段階、を実行し、
    前記第１のＸ線焦点から生じる第１のビーム経路が前記被写体内の特定のボクセルを貫通し第１の検出素子に衝突し、前記第２のＸ線焦点から生じる第２のビーム経路が前記ボクセルを貫通し第２の検出素子に衝突するよう、前記２つのＸ線焦点は互いに空間的に離れており、及び
    前記Ｘ線焦点は前記第１のＸ線焦点から前記第２のＸ線焦点へ離散的方法で移動される、データ処理装置。
17. コンピューター断層撮像システムを用い検査中の被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを測定するためのコンピューター・プログラムが格納されたコンピューター可読媒体であって、
    前記コンピューター断層撮像システムは、
    −回転軸の周りを回転可能な回転可能支持体、
    −第１のＸ線焦点と第２のＸ線焦点とを有し、前記回転可能支持体に取り付けられたＸ線源、及び
    −複数の検出素子を有するＸ線検出装置、を有し、
    前記検出素子は第１のグループの第１の検出素子と第２のグループの第２の検出素子とに分けられ、前記第１及び第２の検出素子は異なるスペクトル感度を示し、
    前記Ｘ線検出装置は、前記回転軸に関し前記Ｘ線源と反対側に前記回転可能支持体に取り付けられ、
    前記コンピューター・プログラムは、プロセッサーにより実行されると、
    −前記第１のＸ線焦点から生じるＸ線を放射するよう前記Ｘ線源を調整する段階、
    −前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子で別個に第１のＸ線減衰データを取得する段階、
    −前記第１のＸ線焦点から前記第２のＸ線焦点へＸ線焦点を移動する段階、及び
    −前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子で別個に第２のＸ線減衰データを取得する段階、を実行し、
    前記第１のＸ線焦点から生じる第１のビーム経路が前記被写体内の特定のボクセルを貫通し第１の検出素子に衝突し、前記第２のＸ線焦点から生じる第２のビーム経路が前記特定のボクセルを貫通し第２の検出素子に衝突するよう、前記２つのＸ線焦点は互いに空間的に離れており、及び
    前記Ｘ線焦点は前記第１のＸ線焦点から前記第２のＸ線焦点へ離散的方法で移動される、コンピューター可読媒体。
18. コンピューター断層撮像システムを用い検査中の被写体の二重エネルギーＸ線減衰データを測定するためのプログラムであって、
    前記コンピューター断層撮像システムは、
    −回転軸の周りを回転可能な回転可能支持体、
    −第１のＸ線焦点と第２のＸ線焦点とを有し、前記回転可能支持体に取り付けられたＸ線源、及び
    −複数の検出素子を有するＸ線検出装置、を有し、
    前記検出素子は第１のグループの第１の検出素子と第２のグループの第２の検出素子とに分けられ、前記第１及び第２の検出素子は異なるスペクトル感度を示し、
    前記Ｘ線検出装置は、前記回転軸に関し前記Ｘ線源と反対側に前記回転可能支持体に取り付けられ、
    前記プログラムは、プロセッサーにより実行されると、
    −前記第１のＸ線焦点から生じるＸ線を放射するよう前記Ｘ線源を調整する段階、
    −前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子で別個に第１のＸ線減衰データを取得する段階、
    −前記第１のＸ線焦点から前記第２のＸ線焦点へＸ線焦点を移動する段階、及び
    −前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子で別個に第２のＸ線減衰データを取得する段階、を実行し、
    前記第１のＸ線焦点から生じる第１のビーム経路が前記被写体内の特定のボクセルを貫通し第１の検出素子に衝突し、前記第２のＸ線焦点から生じる第２のビーム経路が前記特定のボクセルを貫通し第２の検出素子に衝突するよう、前記２つのＸ線焦点は互いに空間的に離れており、及び
    前記Ｘ線焦点は前記第１のＸ線焦点から前記第２のＸ線焦点へ離散的方法で移動される、プログラム。
    

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