JP2011120903A - 二重エネルギｃｔの低信号データを軽減するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】計算機式断層写真法（ＣＴ）システムにおいて、低ｋＶｐ撮像の高空間周波数内容を損なわない低ｋＶｐ撮像の軽減方式を設計する。
【解決手段】ＣＴシステムが、走査対象を収容する開口を有する回転式ガントリと、制御器とを含んでおり、制御器は、第一のｋＶｐにおいてｋＶｐ投影データを取得し（３０２）、第二のｋＶｐにおいてｋＶｐ投影データを取得し（３２０）、第二のｋＶｐにおいて取得されたｋＶｐ投影データからデータを抽出し（３２８）、第一のｋＶｐにおける軽減された投影データを生成するように、抽出されたデータを第一のｋＶｐにおいて取得されたｋＶｐ投影データに加算して（３３２）、第一のｋＶｐにおける軽減された投影データを用い、また第二のｋＶｐにおいて取得された投影データを用いて画像を形成する（３１６）ように構成されている。
【選択図】図６
【解決手段】ＣＴシステムが、走査対象を収容する開口を有する回転式ガントリと、制御器とを含んでおり、制御器は、第一のｋＶｐにおいてｋＶｐ投影データを取得し（３０２）、第二のｋＶｐにおいてｋＶｐ投影データを取得し（３２０）、第二のｋＶｐにおいて取得されたｋＶｐ投影データからデータを抽出し（３２８）、第一のｋＶｐにおける軽減された投影データを生成するように、抽出されたデータを第一のｋＶｐにおいて取得されたｋＶｐ投影データに加算して（３３２）、第一のｋＶｐにおける軽減された投影データを用い、また第二のｋＶｐにおいて取得された投影データを用いて画像を形成する（３１６）ように構成されている。
【選択図】図６
Description
本発明の各実施形態は一般的には、診断撮像に関し、さらに具体的には、多重エネルギ撮像線源を用いて１よりも多いエネルギ範囲において撮像データを取得する装置及び方法に関する。
典型的には、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムでは、Ｘ線源が患者又は手荷物のような被検体又は物体へ向けてファン（扇形）形状又はコーン（円錐形）形状のビームを放出する。以下では、「被検体」及び「対象」「物体」等の用語は、撮像されることが可能な任意の物体を含むものとする。ビームは被検体によって減弱された後に放射線検出器のアレイに入射する。検出器アレイにおいて受光される減弱後のビーム放射線の強度は典型的には、被検体によるＸ線ビームの減弱量に依存する。検出器アレイ内の各々の検出器素子が、各々の検出器素子によって受光される減弱後のビームを示す別個の電気信号を発生する。電気信号はデータ処理システムへ伝送されて解析され、ここから最終的に画像を形成する。
一般的には、Ｘ線源及び検出器アレイは、撮像平面内で被検体を中心としてガントリの周りで回転する。Ｘ線源は典型的には、焦点においてＸ線ビームを放出するＸ線管を含んでいる。Ｘ線検出器は典型的には、検出器において受光されるＸ線ビームをコリメートするコリメータと、コリメータに隣接して設けられてＸ線を光エネルギへ変換するシンチレータと、隣接するシンチレータから光エネルギを受け取ってここから電気信号を発生するフォトダイオードとを含んでいる。典型的には、シンチレータ・アレイの各々のシンチレータがＸ線を光エネルギへ変換する。各々のシンチレータは、隣接するフォトダイオードに光エネルギを放出する。各々のフォトダイオードが光エネルギを検出して対応する電気信号を発生する。次いで、フォトダイオードの出力はデータ処理システムへ伝送されて画像再構成を施される。
ＣＴイメージング・システムは、物質分解、実効Ｚ、又は単色画像推定用のデータを取得するためにエネルギ感知（ＥＳ）型、多重エネルギ（ＭＥ）型、及び／又は二重エネルギ（ＤＥ）型のＣＴイメージング・システムを含む場合があり、これらのシステムは、ＥＳＣＴイメージング・システム、ＭＥＣＴイメージング・システム、及び／又はＤＥＣＴイメージング・システムとも呼ばれる。ＥＳＣＴ／ＭＥＣＴ／ＤＥＣＴはエネルギ識別を提供する。例えば、対象散乱が存在しない状態で、システムは、スペクトルからの二つの相対的なフォトン・エネルギ領域からの信号すなわち入射Ｘ線スペクトルの低エネルギ部分及び高エネルギ部分からの信号に基づいて、異なるエネルギにおける物質減弱を導く。医用ＣＴに関連する所与のエネルギ領域では、二つの物理的過程すなわち（１）コンプトン散乱及び（２）光電効果がＸ線減弱を支配する。これら二つの過程はフォトン・エネルギに対する感受性を有するため、原子状元素の各々が特有のエネルギ感受性の減弱特徴を有する。従って、二つのエネルギ領域からの検出信号は、被撮像物質のエネルギ依存性を分解するのに十分な情報を提供する。さらに、二つのエネルギ領域からの検出信号は、コンプトン散乱及び光電効果によって物質減弱係数を決定するのに十分な情報を提供する。代替的には、物質減弱は、２種の仮想的物質で構成される物体の相対的な組成として表わされてもよいし、被撮像物体の密度及び実効原子番号として表わされてもよい。当技術分野では理解されているように、数学的基底変換を用いると、エネルギ感受性減弱は、２種の基底物質、密度又は実効Ｚ数によって表わされることもできるし、異なるｋｅＶを有する二つの単色表現として表わされることもできる。
かかるシステムは、シンチレータの代わりに直接変換型検出器物質を用いる場合がある。ＥＳＣＴイメージング・システム、ＭＥＣＴイメージング・システム、及び／又はＤＥＣＴイメージング・システムは一例では、異なるＸ線スペクトルに応答するように構成される。検出器に到達する各々のＸ線フォトンが当該フォトンのフォトン・エネルギを示すようなエネルギ感知型検出器を用いることができる。物質分解用の投影データを取得する一つの手法は、電子的に画素化された構造を有する又はアノードを取り付けられたＣＺＴ又は他の直接変換物質のようなエネルギ感知型検出器を用いることを含んでいる。しかしながら、かかるシステムは典型的には、各々の受光されたＸ線フォトンのエネルギ内容を分離して識別するために付加的な経費及び動作の複雑性を含む。
代替的には、従来のシンチレータ方式の第三世代ＣＴシステムを用いてエネルギ感知測定を提供することもできる。かかるシステムは、放出されるＸ線ビームを構成する入射フォトンのエネルギのピーク及びスペクトルを変化させるようなＸ線管の異なるピーク・キロボルト数（ｋＶｐ）動作レベルにおいて逐次的に投影を取得することができる。二つの別個のエネルギ・スペクトルによる走査の主な目的は、異なる多色エネルギ状態にある二つの走査を利用することにより、画像の内部の情報（コントラスト分離及び物質特異性等）を強調する診断用ＣＴ画像を得ることにある。
エネルギ感知走査を達成するために、例えば８０ｋＶｐ及び１４０ｋＶｐにおいて２回の走査を取得することを含む一つの手法が提案されている。これら２回の走査は、例として（１）各走査が被検体の周りでのガントリの２回の回転を必要とし、数百ミリ秒乃至数秒で離隔し得るように連続して（back-to-back）時間的に逐次的に取得する、（２）被検体の周りでの１回の回転を必要とし、回転角度の関数としてインタリーブされた状態で取得する、又は（３）管／検出器を約９０°離隔して装着した２管／２検出器システムを用いる等によって取得され得る。
高周波低キャパシタンス発生器が、交互のビューに対して高周波電磁エネルギ投射源のｋＶｐ電位を切り換えてデータ集合をインタリーブすることを可能にした。結果として、２種のエネルギ感知走査のデータを、数秒で離隔して行なわれる別個の走査にも２管／２検出器のシステムにもよらずに、時間的にインタリーブされた態様で得ることができる。コントラストを改善し、またビーム・ハードニング・アーティファクトを低減する又は解消するために、高低各ｋＶｐの走査の間のエネルギ分離を増大させることが望ましい。エネルギ分離は、高ｋＶｐ走査でのエネルギを高めることにより増大し得る。しかしながら、高ｋＶｐ走査は、高電圧でのシステム安定性のため制限される場合がある。
代替的には、エネルギ分離は、低ｋＶｐ走査でのエネルギを低下させることにより増大させることもできる。しかしながら、低ｋＶｐ投影ではシステム雑音が受信信号を埋没させる程のＸ線減弱が起こる場合があり、またＸ線減弱は典型的には、撮像対象の寸法が大きいほど大きくなる。従来の単一ｋＶｐ撮像において見受けられる場合があったように、例えば１２０ｋＶｐまででの撮像は対象によっては検出信号が極く弱くなるため電子システム雑音及び散乱Ｘ線雑音のような他の干渉信号によって埋没する場合があり、投影データの汚染を招き得る。このように、従来のＣＴでは、画像の低信号白縞（ストリーキング）アーティファクトを回避するために低信号軽減（mitigation）アルゴリズムを介在させることが可能である。かかるアルゴリズムは、二重エネルギ応用の走査データ集合の一方又は両方にも適用され得る。
しかしながら、当技術分野では理解されているように、低信号軽減アルゴリズムは典型的には、検出器チャネル、検出器横列及び／又はビューの各次元に沿って作用するデータ平滑化フィルタである。また、公知のアルゴリズムは白縞を低減させ得るが、得られる画像においてデータ標本の高空間周波数内容を減少させ、従って分解能を低下させることもある。このように、行なわれた二重又は多重エネルギ検査の潜在的に大部分において低信号軽減が必要とされる。
従って、低ｋＶｐ撮像の高空間周波数内容を損なわない低ｋＶｐ撮像の軽減方式を設計することが望ましい。
本発明の各実施形態は、上述の欠点を克服する低信号撮像データを軽減する方法及び装置に関するものである。
本発明の一観点によれば、ＣＴシステムが、走査対象を収容する開口を有する回転式ガントリと、制御器とを含んでおり、制御器は、第一のｋＶｐにおいてｋＶｐ投影データを取得し、第二のｋＶｐにおいてｋＶｐ投影データを取得し、第二のｋＶｐにおいて取得されたｋＶｐ投影データからデータを抽出し、第一のｋＶｐにおける軽減された投影データを生成するように、抽出されたデータを第一のｋＶｐにおいて取得されたｋＶｐ投影データに加算して、第一のｋＶｐにおける軽減された投影データを用い、また第二のｋＶｐにおいて取得された投影データを用いて画像を形成するように構成されている。
本発明のもう一つの観点によれば、ＣＴ撮像の方法が、１又は複数の第一のｋＶｐの投影データ集合を取得するステップと、複数の第二のｋＶｐの投影データ集合を取得するステップと、複数の第二のｋＶｐの投影データ集合から情報を抽出するステップと、補正された第一のｋＶｐの投影データ集合を生成するように、抽出された情報を第一のｋＶｐの投影データ集合の一つに加算するステップと、少なくとも補正された第一のｋＶｐの投影データ集合を用いて画像を形成するステップとを含んでいる。
本発明のさらにもう一つの観点によれば、コンピュータ・プログラムを記憶したコンピュータ可読の記憶媒体が命令を含んでおり、命令はコンピュータによって実行されると、第一のｋＶｐのビュー・データを取得し、第二のｋＶｐのビュー・データを取得し、第二のｋＶｐのビュー・データから高周波データを抽出し、調節された第一のｋＶｐのビュー・データを生成するように、抽出された高周波データを用いて第一のｋＶｐのビュー・データを調節して、調節された第一のｋＶｐのビュー・データを用いて画像を形成することをコンピュータに行なわせる。
これらの利点及び特徴並びに他の利点及び特徴は、添付図面と共に掲げられる以下の本発明の好適実施形態の詳細な説明から容易に理解されよう。
診断装置は、Ｘ線システム、磁気共鳴（ＭＲ）システム、超音波システム、計算機式断層写真法（ＣＴ）システム、陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）システム、超音波、核医学、及び他の形式のイメージング・システムを含んでいる。Ｘ線源の応用は、撮像応用、医学応用、警備応用、及び工業用検査応用を含んでいる。但し、当業者には、具現化形態がシングル・スライス型構成又は他のマルチ・スライス型構成での利用に適用可能であることが認められよう。また、具現化形態は、Ｘ線の検出及び変換に利用可能である。しかしながら、当業者はさらに、具現化形態が他の高周波電磁エネルギの検出及び変換にも利用可能であることを認められよう。具現化形態は「第三世代」ＣＴスキャナ及び／又は他のＣＴシステムと共に利用可能である。
本発明の動作環境を６４スライス型計算機式断層写真法（ＣＴ）システムに関連して説明する。しかしながら、当業者には、本発明が他のマルチ・スライス型構成での利用、及び動作時に焦点スポットをシフトさせるすなわち「揺動（wobbling）」させる能力を有するシステムでの利用にも同等に適用可能であることを認められよう。また、本発明をＸ線の検出及び変換に関連して説明する。しかしながら、当業者はさらに、本発明が他の高周波電磁エネルギの検出及び変換にも同等に適用可能であることを認められよう。本発明を「第三世代」ＣＴスキャナに関して説明するが、本発明は他のＣＴシステムにも同等に適用可能である。
二重エネルギＣＴシステム及び方法が開示される。本発明の各実施形態は、医用ＣＴでの解剖学的細部及び組織特徴評価情報、並びに手荷物の内部の構成要素の両方の取得を支援する。エネルギ識別情報又はデータを用いて、ビーム・ハードニング等の影響を低減することができる。このシステムは、組織識別データの取得を支援し、従って疾患又は他の病理を示す診断情報を提供する。また、この検出器を用いて、ヨード及びカルシウム（並びに他の原子番号の大きい物質）のコントラストを強調する最適エネルギ加重の利用によって、造影剤及び他の特殊な物質のように被検体内に注入され得る物質を検出し、測定して、特徴評価することができる。造影剤は、例えばさらに良好な視覚化のために血流に注入されるヨードを含み得る。手荷物走査では、エネルギ感知型ＣＴの原理から生成される実効原子番号が、ビーム・ハードニング等の画像アーティファクトの低減を可能にすると共に、偽警報の減少のための付加的な識別情報を提供する。
図１及び図２には、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「第三世代」ＣＴスキャナに典型的なガントリ１２を含むものとして示されている。ガントリ１２はＸ線源１４を有し、Ｘ線源１４は、ガントリ１２の反対側に位置するコリメータを含む検出器アセンブリ１８へ向けてＸ線ビーム１６を投射する。本発明の各実施形態では、Ｘ線源１４は静止ターゲット又は回転ターゲットの何れかを含んでいる。検出器アセンブリ１８は、複数の検出器２０及びデータ取得システム（ＤＡＳ）３２によって形成されている。複数の検出器２０は、患者２２を透過する投射Ｘ線を感知し、ＤＡＳ３２は後続の処理のためにデータをディジタル信号へ変換する。各々の検出器２０が、入射Ｘ線ビームの強度を表わし従って患者２２を透過した減弱後のビームの強度を表わすアナログ電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得するための１回の走査の間に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されている構成部品は回転中心２４の周りを回転する。
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御器２８及び発生器２９と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御器３０とを含んでいる。画像再構成器３４が、標本化されてディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取って高速再構成を実行する。再構成された画像、及び本書に記載される各実施形態はコンピュータ３６への入力として印加され、コンピュータ３６は、コンピュータＲＡＭ及びディスク等を含み得る大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。
コンピュータ３６はまた、キーボード、マウス、音声作動式コントローラ、又は他の任意の適当な入力装置のような何らかの形態の操作者インタフェイスを有するコンソール４０を介して、操作者から命令及び走査用パラメータを受け取る。付設されている表示器４２によって、操作者は、再構成された画像及びコンピュータ３６からのその他のデータを観測することができる。操作者が供給した命令及びパラメータはコンピュータ３６によって用いられて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御器２８及びガントリ・モータ制御器３０に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ３６は、電動テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作させて、患者２２及びガントリ１２を配置する。具体的には、テーブル４６は患者２２を図１のガントリ開口４８を通して全体として又は部分的に移動させる。
システム１０は単極モード又は双極モードの何れかで動作することができる。単極動作では、アノードが接地されてカソードに負電位が印加されるか、又はカソードが接地されてアノードに正電位が印加される。反対に、双極動作では、印加される電位がアノードとカソードとの間で分割される。単極又は双極の何れの場合でも、電位がアノードとカソードとの間に印加され、カソードから放出される電子はこの電位によってアノードへ向けて加速される。例えば、カソードとアノードの間に−１４０ｋＶの電圧差が保たれ、管が双極設計であるときに、カソードは例えば−７０ｋＶに保たれ、アノードは＋７０ｋＶに保たれ得る。対照的に、カソードとアノードとの間に同様に−１４０ｋＶの離隔を有する単極設計では、カソードは呼応してこの相対的に大きい−１４０ｋＶの電位に保たれ、アノードは接地されるため約０ｋＶに保たれる。従って、アノードは管の内部のカソードと正味１４０ｋＶの差を有して動作する。
図３に示すように、検出器アセンブリ１８は、コリメート用ブレード又はプレート１９を間に配置したレール１７を含んでいる。プレート１９は、Ｘ線ビームが例えば検出器アセンブリ１８に配置された図４の検出器２０に入射する前にＸ線１６をコリメートするように配置されている。一実施形態では、検出器アセンブリ１８は、後に図示するような５７個の検出器２０を含んでおり、各々の検出器２０が６４×１６のアレイ寸法のピクセル素子５０を有している。結果として、検出器アセンブリ１８は６４列の横列及び９１２列の縦列（１６×５７個の検出器）を有し、ガントリ１２の各回の回転によって６４枚の同時スライスのデータを収集することを可能にしている。
図４を参照すると、検出器２０はＤＡＳ３２を含んでおり、各々の検出器２０が、パック５１として構成されている多数の検出器素子５０を含んでいる。検出器２０は、検出器素子５０に対してパック５１の内部に配置されたピン５２を含んでいる。パック５１は、複数のダイオード５９を有する背面照射型ダイオード・アレイ５３の上に配置されている。次に、背面照射型ダイオード・アレイ５３は多層基材５４の上に配置されている。スペーサ５５が多層基材５４の上に配置されている。検出器素子５０は背面照射型ダイオード・アレイ５３に光学的に結合され、次に背面照射型ダイオード・アレイ５３は多層基材５４に電気的に結合されている。軟質（フレックス）回路５６が、多層基材５４の面５７及びＤＡＳ３２に取り付けられている。検出器２０は、ピン５２の利用によって検出器アセンブリ１８の内部に配置される。
一実施形態の動作時には、検出器素子５０の内部に入射するＸ線がフォトンを発生し、フォトンがパック５１を横断することによりアナログ信号を発生して、この信号が背面照射型ダイオード・アレイ５３の内部のダイオードにおいて検出される。発生されるアナログ信号は、多層基材５４を通り、フレックス回路５６を通ってＤＡＳ３２まで運ばれて、ここでアナログ信号がディジタル信号へ変換される。
以下の議論は、単一の検出器及び単一の制御器を有する単一のエネルギ線源からの高低各ｋＶｐの投影データ集合を含む本発明の一実施形態を参照する。しかしながら、本発明は、限定しないが２以上の線源及び２以上の検出器を有することを含む広範囲のシステムに同等に適用可能であることを理解されたい。かかるシステムでは、線源及び検出器を制御するために単一の制御器を用いてもよいし、多数の制御器を用いてもよい。
さらに、以下の議論は、後にあらためて記載するように、低ｋＶｐ投影データ及び高ｋＶｐ投影データを取得し、高ｋＶｐ投影データを用いて低ｋＶｐ投影データを補正することを参照している。しかしながら、本発明は一般的に、一つのｋＶｐにおいて得られたデータに対するもう一つのｋＶｐにおいて得られたデータを用いることによる補正にも適用可能であることを理解されたい。例えば、以下の議論では、高ｋＶｐデータよりも低ｋＶｐデータの方が高レベルの雑音（又は劣った統計値）を含み、これにより画像アーティファクトを招き得ると想定し、従って高ｋＶｐデータを用いて低ｋＶｐデータを補正している。しかしながら、取得される高ｋＶｐ投影データに比較して低ｋＶｐ投影データの方で低い雑音又は良好な統計値が得られるような例にも本発明は同様に適用可能であり、この例では低ｋＶｐ投影データからの高周波成分すなわち統計値を同等に用いて高ｋＶｐ投影データの高雑音及び／又は劣った統計値を補正することができる。
図５には、低ｋＶｐＣＴ撮像データを取得して軽減する手法２００が示されている。手法２００は、本発明の各実施形態によれば、ステップ２０２において、例えば図２の発生器２９を用いて線源１４に電圧を印加して高低各ｋＶｐの投影データ又はデータ集合を取得するステップと、ステップ２０４において低ｋＶｐ信号軽減又は補正ステップを適用すべきか否かを判定するステップとを含んでいる。ステップ２０４での判定は、低信号閾値（ＬＳＴ）、システム特性、及び画像取得設定等に基づいて客観的に行なわれ得る。代替的には、ステップ２０４での判定は、例えば白縞又は他のアーティファクトが最終画像に観察されるときに利用者の観察に基づいて主観的に行なわれてもよい。
軽減又は補正ステップが適用されない場合（ブロック２０６）には、ステップ２０２において取得された高低各ｋＶｐの投影データを用いて、ステップ２０８において最終画像を形成する。しかしながら、軽減又は補正を適用すべき場合（ブロック２１０）には、ステップ２１２において高ｋＶｐ投影データからの高周波データを用いて低ｋＶｐ投影データを軽減する。このことについては後に図６においてあらためて説明する。ステップ２１４において、公知の二重エネルギ画像再構成方法に従って、取得された高ｋＶｐ投影データ及び調節済みの低ｋＶｐ投影データを用いて二重エネルギ画像を形成する。
一旦、図５のステップ２１０において低ｋＶｐデータを軽減するものと判定されたら、本発明の各実施形態に従って、高周波分解パターンが高ｋＶｐ投影から抽出されて、取得される低ｋＶｐ投影に加算される。一実施形態によれば、図６に示すように、隣接する高ｋＶｐ投影データを用いることにより、低ｋＶｐ信号分解が強化され又は軽減される。この実施形態では、低ｋＶｐ投影の各チャネルがＬＳＴに対して検査され、１又は複数のチャネルがＬＳＴを下回っている場合には、隣接する高ｋＶｐ投影を結合してここから高周波成分を抽出する。一実施形態では、ＬＳＴは、低信号劣化が開始する点として定義され、基本ファントムに対して動作条件に基づいて経験的に決定され得る。例えば、ＬＳＴは、回転当たりのビュー数、焦点スポット揺動、ガントリ回転周期、幾何学的効率、構成要素の幾何学的構成（すなわち線源及び検出器等）、検出器光出力、ＤＡＳ効率、ＤＡＳ電子雑音、ｋＶｐ、又はｍＡ等のような１又は複数のパラメータに基づいて決定され得る。
従って、図６は、ステップ３０２から開始する低ｋＶｐデータ軽減のためのループ３００を表わし、ステップ３０２では軽減が可能な低ｋＶｐ投影が識別される。ステップ３０４では、識別された低ｋＶｐ投影の各チャネルがＬＳＴに対して検査される。ＬＳＴ３０６を下回らなければ、ステップ３０８においてさらに他の低ｋＶｐデータ集合を検査するか否かの問い合わせを行なう。検査する場合（ブロック３１０）には、ステップ３１２において次の低ｋＶｐ投影データ集合を考察する。しかしながら、全ての低ｋＶｐ投影が検査されており考察対象が残っていない場合（ブロック３１４）には、図５に関してステップ２１４において議論したように、ステップ３１６において高ｋＶｐデータ及び軽減後の低ｋＶｐデータを用いて画像を再構成する。
図６にさらに詳細に示すように、低ｋＶｐデータを軽減することができる。従って、所載のように低ｋＶｐ投影データをＬＳＴに対して検査したときに、低ｋＶｐデータ集合の１又は複数のチャネルがＬＳＴを下回っている場合（ブロック３１８）には、本発明の一実施形態によれば、高ｋＶｐ投影データＨ（ｎ）から抽出された高周波データを用いて低ｋＶｐ投影データ集合が補正される。
このように、この実施形態によれば、軽減したい低ｋＶｐ投影データＬ（ｎ）に隣接するＨ（ｎ−１）及びＨ（ｎ＋１）がステップ３２０において決定される。ステップ３２２では、平均又は加重平均高ｋＶｐ投影Ｈａ（ｎ）が、次式
Ｈａ（ｎ）＝（Ｈ（ｎ−１）＋Ｈ（ｎ＋１））／２ （式１）
を用いて決定される。
Ｈａ（ｎ）＝（Ｈ（ｎ−１）＋Ｈ（ｎ＋１））／２ （式１）
を用いて決定される。
ステップ３２４では、スケーリングされた高ｋＶｐ投影Ｈｓ（ｎ）が、平均又は加重平均高ｋＶｐ投影Ｈａ（ｎ）を用いて決定される。
Ｈｓ（ｎ）＝（１−Ｈａ（ｎ））＊Ｓｆ（ｎ）＋１ （式２）
本発明は、平均が単純平均であるか加重平均によるものかを問わずデータの平均化に適用される。平均化は典型的には、データの単純平均を含んでいるが、加重平均は、当技術分野では理解されているように不等の加重によってデータを平均することを含んでいる。換言すると、当技術分野では理解されているように、幾つかのデータが他のデータよりも大きく加重され得る。しかしながら、何れにせよ加重型平均及び非加重型平均の両方が本発明の各実施形態の範囲内に含まれ、任意の形式の平均を参照するときには包含されている。
本発明は、平均が単純平均であるか加重平均によるものかを問わずデータの平均化に適用される。平均化は典型的には、データの単純平均を含んでいるが、加重平均は、当技術分野では理解されているように不等の加重によってデータを平均することを含んでいる。換言すると、当技術分野では理解されているように、幾つかのデータが他のデータよりも大きく加重され得る。しかしながら、何れにせよ加重型平均及び非加重型平均の両方が本発明の各実施形態の範囲内に含まれ、任意の形式の平均を参照するときには包含されている。
スケーリング・ファクタＳｆ（ｎ）は、本発明の各実施形態によれば多様な方法によって決定されることができ、このことについては後にあらためて説明する。ステップ３２６において、スケーリング後の高ｋＶｐ投影Ｈｓ（ｎ）から高周波成分をフィルタ除去することにより、フィルタ処理された高ｋＶｐ投影Ｈｓｍ（ｎ）が形成される。ステップ３２８において、スケーリング後の高ｋＶｐ投影Ｈｓ（ｎ）からフィルタ処理後の高ｋＶｐ投影Ｈｓｍ（ｎ）を減算することにより、スケーリング後の高ｋＶｐ投影Ｈｓ（ｎ）から高周波数が抽出されて高周波投影Ｈδ（ｎ）を形成する。
Ｈδ（ｎ）＝Ｈｓ（ｎ）−Ｈｓｍ（ｎ） （式３）
ステップ３３０において、低ｋＶｐ投影データＬ（ｎ）から高周波成分をフィルタ除去することにより、フィルタ処理された又は基底の低ｋＶｐ投影データＬｍ（ｎ）が形成される。一旦フィルタ処理されたら、ステップ３３２において、高周波データＨδ（ｎ）がフィルタ処理後の低ｋＶｐ投影Ｌｍ（ｎ）に加算されて、再構成用の低ｋＶｐ投影ＬＲ（ｎ）を形成する。
ステップ３３０において、低ｋＶｐ投影データＬ（ｎ）から高周波成分をフィルタ除去することにより、フィルタ処理された又は基底の低ｋＶｐ投影データＬｍ（ｎ）が形成される。一旦フィルタ処理されたら、ステップ３３２において、高周波データＨδ（ｎ）がフィルタ処理後の低ｋＶｐ投影Ｌｍ（ｎ）に加算されて、再構成用の低ｋＶｐ投影ＬＲ（ｎ）を形成する。
ＬＲ（ｎ）＝Ｌｍ（ｎ）＋Ｈδ（ｎ） （式４）
スケーリング・ファクタＳｆ（ｎ）は多様な方法によって決定され得る。一実施形態によれば、平均又は加重平均スケーリング・ファクタＳｆ（ｎ）が、低ｋＶｐ投影Ｌ（ｎ）から決定される平均低ｋＶｐ投影ＬＭ（ｎ）と、平均又は加重平均高ｋＶｐ投影Ｈａ（ｎ）（上述のようにして決定されている）との両方を用いることにより決定される。
スケーリング・ファクタＳｆ（ｎ）は多様な方法によって決定され得る。一実施形態によれば、平均又は加重平均スケーリング・ファクタＳｆ（ｎ）が、低ｋＶｐ投影Ｌ（ｎ）から決定される平均低ｋＶｐ投影ＬＭ（ｎ）と、平均又は加重平均高ｋＶｐ投影Ｈａ（ｎ）（上述のようにして決定されている）との両方を用いることにより決定される。
低ｋＶｐＣＴ撮像データでの低信号の影響をさらに最小化する又は軽減するために、高低各ｋＶｐの投影データは、従来の又は公知の低信号軽減方式を用いるにせよ上の図５に示したもののような方式を用いるにせよ取得されるデータを軽減する必要性を小さくし得るような態様で取得され得る。一つの方法によれば、高低各ｋＶｐの投影データは、低ｋＶｐ積分期間が高ｋＶｐ積分期間よりも長くなるような非対称の標本化区間において取得され得る。従って、図８を参照して述べると、図１及び図２の発生器２９のような発生器が、低及び高ｋＶｐ４５０を出力するように構成され得る。低ｋＶｐ４５２は第一の期間４５４にわたり出力され、高ｋＶｐ４５６は第二の期間４５８にわたり出力される。図示のように、第一の期間４５４は第二の時間的期間４５８よりも長い時間的期間にわたり生ずる。また図示のように、ｋＶｐ設定プロファイル４６０が設定点又は発生器出力電圧を示しており、出力される低ｋＶｐ４５２よりも典型的には高い結果的な低ｋＶｐ４６４を示す実際の又は達成されるｋＶｐ出力４６２が示されている。同様に、結果的な高ｋＶｐ４６６は典型的には、出力される高ｋＶｐ４５６よりも低い。実際の又は達成されるｋＶｐ出力４６２は、システムのキャパシタンス及び他の既知の効果による結果的な立ち下がり時間４６８及び立ち上がり時間４７０を含んでいる。
呼応して、低及び高ｋＶｐ積分４７２は、低ｋＶｐ積分期間４７４及び高ｋＶｐ積分期間４７６を含んでおり、これらの期間は低ｋＶｐから高ｋＶｐへ切り替わるのに伴うトリガによって生じ、反対の場合も同様である。このようなものとして、低ｋＶｐ信号の積分は、高ｋＶｐ信号の積分の時間的期間よりも長い時間的期間にわたり生ずる。このことから、標本当たりさらに多くのＸ線フォトンを捕捉して積分することが可能になり、これにより、所望の検出信号が例えば電子的雑音を上回って増大する。一実施形態では、固定されたトリガ間隔を非対称に結合することにより改善を実現することができる。一例では、データは低ｋＶｐにある三つの固定された標本区間にわたり相次いで取得され、次いで高ｋＶｐにある二つの固定された標本区間にわたり相次いで取得され得る。
このように、非対称の時間区間を有するデータが取得され、又は多数の／逐次式低ｋＶｐショット及び引き続いての多数の／逐次式高ｋＶｐショットによってデータが取得されるときには、本発明の各実施形態は、当技術分野では理解されているように、対応するガントリの位置を考慮するように取得される投影データに加重することを含んでいる。例えば、上の式１について記載したようにステップ３２０において隣接する高ｋＶｐ投影データを決定し、引き続いて取得されたデータを平均するときに、式１は、取得データの非対称性を考慮するように隣接する高ｋＶｐ投影Ｈ（ｎ−１）及びＨ（ｎ＋１）に加重することにより適当に変形される。さらに、当業者は、ステップ３２２において多数の隣接する高ｋＶｐ投影を用いて平均又は加重平均高ｋＶｐ投影Ｈａ（ｎ）を求め得ることを認められよう。
独立に又は本書に開示される方法及び手法の任意のものと組み合わせて用いられ得るさらにもう一つの方法は、投影数を減少させることにより低ｋＶｐ積分区間を増大させるものである。このことは、方位角方向の分解能損及びビュー・エイリアシングを考慮して最適化しつつ実行され得る。
さらに、投影が損なわれる可能性が高いときには、スカウト・データから決定することが可能である。一実施形態では、直交する走査投影データが横方向スカウト走査及び前後（ＡＰ）スカウト走査の両方について取得される。回転当たり網羅される各々のＺ幅についてボウタイ型減弱を考慮した後に、ビュー平均を求めて中心域及びエッジ域に分離することができる。投影測定（ＰＭ）（水に対して正規化して表わした減弱水）をスキャナの動作条件の関数である低信号閾値（ＬＳＴ）に対して比較する。本発明の各実施形態では、患者減弱及びＬＳＴは、対数処理前の信号強度で直接的に表わされてもよいし、対数処理後のＰＭ及びＬＳＴを用いることにより表わされてもよい。従って、横方向及びＡＰの両スカウト走査を用いて、ＬＳＴ−ＰＭをそれぞれの横方向ビュー及びＡＰビューについて決定することができ、ＬＳＴ−ＰＭが設定限度を下回る場合には、対応する区画又はビューにおいて減少させたビュー率を用いることができる。
上の議論では、「低ｋＶｐ」データとは、二重エネルギ取得時に相対的に劣った統計値を有する投影データ集合を記述する一般的な用語である。例えば、二重管−検出器構成（一例として約９０°の角度でずらして配置された二組の管−検出器の対）では、付加的なフィルタ処理を高ｋＶｐの管−検出器に適用し（例えば１４０ｋＶｐ設定では付加的なＳｎフィルタ）、他方の管−検出器対の低ｋＶｐを高める（例えば８０ｋＶｐから１００ｋＶｐまで増大させる）ことができる。しかしながら、前述のように、低いｋＶｐ設定（１００ｋＶｐ）によるデータ集合の方が、高いｋＶｐ設定（１４０ｋＶｐ）よりも雑音が少ない可能性がある。この場合には、上で概略を述べた補正アプローチを、低いｋＶｐ設定（１００ｋＶｐ）の代わりに高いｋＶｐ設定（１４０ｋＶｐ）に適用する。
また、上で概略を述べた工程（「低ｋＶｐ」データの低域通過フィルタ処理及び高域通過フィルタ処理された「高ｋＶｐ」データの加算）は、「低ｋＶｐ」の不十分さを補正するための「高ｋＶｐ」情報の有効活用を示す説明目的のためのものであることを理解されたい。しかしながら、本発明によれば、かかる不十分さを補正するために他のアプローチを用いることもできる。例えば、かなりの雑音を呈する「低ｋＶｐ」チャネルについて、対応する「高ｋＶｐ」チャネルを「低ｋＶｐ」チャネルにフィッティングさせて、不正の「低ｋＶｐ」チャネルの推定を得ることができる。さらに明確に述べると、「低ｋＶｐ」チャネルのチャネルｋが閾値試験に合格しない場合に、ｋ−ｎからｋ＋ｎまでの近隣のチャネルの「高ｋＶｐ」データを用いて、ｋ−ｎからｋ＋ｎまでの「低ｋＶｐ」データの多項式フィッティングを実行して、フィッティング後の「高ｋＶｐ」チャネルｋによって「低ｋＶｐ」チャネルｋの推定を求めることができる。
また、フィルタ処理パラメータ（例えば図６において説明される高域通過及び低域通過の両方）を測定された投影データに依存して動的に変化させてもよいことを理解されたい。
図９を参照すると、小包／手荷物検査システム５１０が、小包又は手荷物を通過させ得る開口５１４を内部に有する回転式ガントリ５１２を含んでいる。回転式ガントリ５１２は、高周波電磁エネルギ源５１６と、図４に示されるものと同様のシンチレータ・セルで構成されたシンチレータ・アレイを有する検出器アセンブリ５１８とを収容している。また、コンベヤ・システム５２０が設けられており、コンベヤ・システム５２０は、構造５２４によって支持されており走査のために小包又は手荷物５２６を自動的に且つ連続的に開口５１４に通すコンベヤ・ベルト５２２を含んでいる。物体５２６をコンベヤ・ベルト５２２によって開口５１４に送り込み、次いで撮像データを取得し、コンベヤ・ベルト５２２によって開口５１４から小包５２６を除去することを、制御された連続的な態様で行なう。結果として、郵便物検査官、手荷物積み降ろし員及び他の警備人員が、爆発物、刃物、銃及び密輸品等について小包５２６の内容を非侵襲的に検査することができる。
本発明の各実施形態の具現化形態は一例では、１又は複数の電子的構成要素、ハードウェア構成要素、及び／又はコンピュータ・ソフトウェア構成要素のような複数の構成要素を含んでいる。多数のかかる構成要素が本発明の各実施形態の具現化形態において結合され又は分離され得る。本発明の各実施形態の具現化形態の例示的な構成要素は、当業者には認められるように多数のプログラミング言語の任意のもので書かれ又は具現化された一組及び／又は一連のコンピュータ命令を用い及び／又は含んでいる。
本発明の各実施形態の具現化形態は一例では１又は複数のコンピュータ可読の記憶媒体を用いる。本発明の各実施形態の具現化形態のためのコンピュータ可読の信号担持媒体の一例は、画像再構成器３４の記録可能なデータ記憶媒体、及び／又はコンピュータ３６の大容量記憶装置３８を含んでいる。本発明の各実施形態の具現化形態のためのコンピュータ可読の記憶媒体は一例では、磁気式、電気式、光学式、生物式、及び／又は原子式のデータ記憶媒体の１又は複数を含んでいる。例えば、コンピュータ可読の信号担持媒体の具現化形態は、フレキシブル・ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハード・ディスク・ドライブ、及び／又は電子メモリを含んでいる。
開示された方法及び装置の技術的な寄与は、多重エネルギ撮像線源を用いて１よりも多いエネルギ範囲において撮像データを取得するコンピュータ実装型の装置及び方法を提供することである。
本発明の一実施形態によれば、ＣＴシステムが、走査対象を収容する開口を有する回転式ガントリと、制御器とを含んでおり、制御器は、第一のｋＶｐにおいてｋＶｐ投影データを取得し、第二のｋＶｐにおいてｋＶｐ投影データを取得し、第二のｋＶｐにおいて取得されたｋＶｐ投影データからデータを抽出し、第一のｋＶｐにおける軽減された投影データを生成するように、抽出されたデータを第一のｋＶｐにおいて取得されたｋＶｐ投影データに加算して、第一のｋＶｐにおける軽減された投影データを用い、また第二のｋＶｐにおいて取得された投影データを用いて画像を形成するように構成されている。
本発明のもう一つの実施形態によれば、ＣＴ撮像の方法が、１又は複数の第一のｋＶｐの投影データ集合を取得するステップと、複数の第二のｋＶｐの投影データ集合を取得するステップと、複数の第二のｋＶｐの投影データ集合から情報を抽出するステップと、補正された第一のｋＶｐの投影データ集合を生成するように、抽出された情報を第一のｋＶｐの投影データ集合の一つに加算するステップと、少なくとも補正された第一のｋＶｐの投影データ集合を用いて画像を形成するステップとを含んでいる。
本発明のさらにもう一つの実施形態によれば、コンピュータ・プログラムを記憶したコンピュータ可読の記憶媒体が命令を含んでおり、命令はコンピュータによって実行されると、第一のｋＶｐのビュー・データを取得し、第二のｋＶｐのビュー・データを取得し、第二のｋＶｐのビュー・データから高周波データを抽出し、調節された第一のｋＶｐのビュー・データを生成するように、抽出された高周波データを用いて第一のｋＶｐのビュー・データを調節して、調節された第一のｋＶｐのビュー・データを用いて画像を形成することをコンピュータに行なわせる。
発明を限定された数の実施形態にのみ関連して詳細に記載したが、本発明はかかる開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されよう。寧ろ、本発明は、本書では記載されていないが発明の要旨及び範囲に沿った任意の数の変形、変更、置換又は均等構成を組み入れるように改変することができる。さらに、単一エネルギ手法及び二重エネルギ手法について上で議論しているが、本発明は２よりも多いエネルギによるアプローチを包含している。加えて、発明の様々な実施形態について記載したが、発明の各観点は所載の実施形態の幾つかのみを含んでいてもよいことを理解されたい。従って、本発明は、以上の記載によって制限されるのではなく、特許請求の範囲によってのみ制限されるものとする。
１０ 計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ Ｘ線ビーム
１７ レール
１８ 検出器アセンブリ
１９ コリメート用ブレード又はプレート
２０ 検出器
２２ 患者
２４ 回転中心
２６ 制御機構
２８ Ｘ線制御器
２９ 発生器
３０ ガントリ・モータ制御器
３２ データ取得システム（ＤＡＳ）
３４ 画像再構成器
３６ コンピュータ
３８ 大容量記憶装置
４０ コンソール
４２ 表示器
４４ テーブル・モータ制御器
４６ 電動テーブル
４８ ガントリ開口
５０ ピクセル素子
５１ パック
５２ ピン
５３ 背面照射型ダイオード・アレイ
５４ 多層基材
５５ スペーサ
５６ 軟質回路
５７ ダイオードの面
５９ 複数のダイオード
４５０ 低及び高ｋＶｐ
４５２ 低ｋＶｐ
４５４ 第一の期間
４５６ 高ｋＶｐ
４５８ 第二の期間
４６０ ｋＶｐ設定プロファイル
４６２ 達成される低ｋＶＰ出力
４６４ 結果的な低ｋＶｐ
４６６ 結果的な高ｋＶｐ
４６８ 立ち下がり時間
４７０ 立ち上がり時間
４７２ 低及び高ｋＶｐ積分
４７４ 低ｋＶｐ積分期間
４７６ 高ｋＶｐ積分期間
５１０ 小包／手荷物検査システム
５１２ 回転式ガントリ
５１４ 開口
５１６ 高周波電磁エネルギ源
５１８ 検出器アセンブリ
５２０ コンベヤ・システム
５２２ コンベヤ・ベルト
５２４ 構造
５２６ 小包又は手荷物
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ Ｘ線ビーム
１７ レール
１８ 検出器アセンブリ
１９ コリメート用ブレード又はプレート
２０ 検出器
２２ 患者
２４ 回転中心
２６ 制御機構
２８ Ｘ線制御器
２９ 発生器
３０ ガントリ・モータ制御器
３２ データ取得システム（ＤＡＳ）
３４ 画像再構成器
３６ コンピュータ
３８ 大容量記憶装置
４０ コンソール
４２ 表示器
４４ テーブル・モータ制御器
４６ 電動テーブル
４８ ガントリ開口
５０ ピクセル素子
５１ パック
５２ ピン
５３ 背面照射型ダイオード・アレイ
５４ 多層基材
５５ スペーサ
５６ 軟質回路
５７ ダイオードの面
５９ 複数のダイオード
４５０ 低及び高ｋＶｐ
４５２ 低ｋＶｐ
４５４ 第一の期間
４５６ 高ｋＶｐ
４５８ 第二の期間
４６０ ｋＶｐ設定プロファイル
４６２ 達成される低ｋＶＰ出力
４６４ 結果的な低ｋＶｐ
４６６ 結果的な高ｋＶｐ
４６８ 立ち下がり時間
４７０ 立ち上がり時間
４７２ 低及び高ｋＶｐ積分
４７４ 低ｋＶｐ積分期間
４７６ 高ｋＶｐ積分期間
５１０ 小包／手荷物検査システム
５１２ 回転式ガントリ
５１４ 開口
５１６ 高周波電磁エネルギ源
５１８ 検出器アセンブリ
５２０ コンベヤ・システム
５２２ コンベヤ・ベルト
５２４ 構造
５２６ 小包又は手荷物
Claims (10)
- 走査対象（２２）を収容する開口（４８）を有する回転式ガントリ（１２）と、
制御器（２６）と
を備えた計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）であって、前記制御器（２６）は、
第一のｋＶｐにおいてｋＶｐ投影データを取得し（３０２）、
第二のｋＶｐにおいてｋＶｐ投影データを取得し（３２０）、
前記第二のｋＶｐにおいて取得された前記ｋＶｐ投影データからデータを抽出し（３２８）、
前記第一のｋＶｐにおける軽減された投影データを生成するように、前記抽出されたデータを前記第一のｋＶｐにおいて取得された前記ｋＶｐ投影データに加算して（３３２）、
前記第一のｋＶｐにおける前記軽減された投影データを用い、また前記第二のｋＶｐにおいて取得された前記投影データを用いて画像を形成する（３１６）
ように構成されている、計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。 - 前記抽出されるデータは、高周波データ及び統計データの一方である、請求項１に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
- 前記ガントリ（１２）に結合されており、第一のｋＶｐにおいて取得される前記ｋＶｐ投影データを生成するように、前記第一のｋＶｐにおいて前記開口（４８）を通して前記対象（２２）へ向けてＸ線（１６）を投射し、第二のｋＶｐにおいて取得される前記ｋＶｐ投影データを生成するように、前記第二のｋＶｐにおいて前記開口（４８）を通して前記対象（２２）へ向けてＸ線（１６）を投射するように構成されているＸ線源（１４）を含んでいる請求項１に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
- 前記第一のｋＶｐは前記第二のｋＶｐ（４６２）よりも低い電圧（４６４）にある、請求項１に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
- 前記制御器（２６）は、フィルタ処理されたｋＶｐ基底投影データを生成する（３３０）ように、前記第一のｋＶｐにおいて取得された前記投影データからデータを抽出するように構成されており、
前記制御器（２６）は、抽出されたデータを前記第一のｋＶｐにおいて取得された前記ｋＶｐ投影データに加算する（３３２）ように構成されているときに、前記抽出されたデータを前記フィルタ処理されたｋＶｐ基底投影データ集合に加算するように構成されている、請求項１に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。 - 前記制御器（２６）は、前記データを抽出するように構成されているときに、
平均された第二のｋＶｐの投影データを生成するように、前記第二のｋＶｐにおいて取得された投影データを平均し（３２２）、
スケーリングされた投影を生成するように、前記平均された第二のｋＶｐの投影データにスケール・ファクタ関数を乗算して（３２４）、
前記抽出されたデータを生成するように、前記平均された第二のｋＶｐの投影データから前記スケーリングされた投影を減算する（３２８）
ように構成されている、請求項１に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。 - 前記制御器（２６）は、前記第一のｋＶｐにおいて取得される前記投影データに前記スケール・ファクタ関数を乗算する（３３０）ように構成されている、請求項６に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
- 前記スケール・ファクタ関数は、少なくとも前記平均された第二のｋＶｐの投影データ及び前記第一のｋＶｐにおいて取得される前記ｋＶｐ投影データの関数である（４００）、請求項６に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
- 前記第一のｋＶｐ（４６４）において取得される前記ｋＶｐ投影データは、前記第二のｋＶｐ（４６２）において取得される投影データの標本化期間（４５８）よりも長い標本化期間（４５４）にわたり取得される、請求項１に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
- 前記第一のｋＶｐ（４６４）において取得される前記投影データは第一の数のビューにわたり取得され、前記第二のｋＶｐ（４６２）において取得される前記投影データは第二の数のビューにわたり取得され、前記第二の数のビューは前記第一の数のビューよりも少ない、請求項１に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
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