JP2013013721A - 多重エネルギｘ線源を用いて計算機式断層写真法データを取得するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光電効果から散乱効果を識別する。
【解決手段】多重エネルギＣＴイメージング・システム（１０）が、低安定バイアス（５８）、高安定バイアス（５６）、及びこれらの間の移行バイアス（６０）の印加時にＸ線（１６、２０）を放出するＸ線源（１２）と、Ｘ線検出器（２２）と、低安定バイアス（５８）又は高安定バイアス（５６）がＸ線源（１２）に印加されているときにのみＸ線検出器（２２）によって発生される電気信号に対応する第一のデータ集合を取得するデータ処理回路（３４）と、取得された第一のデータ集合を処理して、１又は複数の多重エネルギＣＴ画像を構築するように構成されているプロセッサ（３６）を含んでいる。
【選択図】図１

Description

現代医療では、医療従事者は慣例的に、非侵襲態様で患者の体内組織を評価する患者撮像検査を行なうことを望む。典型的な単エネルギ計算機式断層写真法（ＣＴ）撮像では、得られるＸ線画像は主としてＸ線源とＸ線検出器との間での患者組織によるＸ線の減弱に基づく各々の被解析ボクセルの平均密度の表現となる。しかしながら、多重エネルギＸ線撮像では、さらに多量の撮像データが各々のボクセルについて収集され得る。例えば、二重エネルギＸ線イメージング・システムでは、二つの異なるエネルギ（すなわち異なる周波数）のＸ線を用いており、この高エネルギＸ線は一般的には、低エネルギＸ線よりも患者組織との相互作用が実質的に少ない。多重エネルギＣＴ投影データを再構成するために、Ｘ線の基礎的な物理学的効果すなわち散乱効果及び光電効果が、物質分解（ＭＤ）として公知の過程において識別される。

多重エネルギＣＴデータ取得時には、多重エネルギＸ線源を用いて異なるエネルギを有するＸ線を与えることができ、かかるＸ線源は、一つの平均エネルギを有するＸ線の放出から異なる平均エネルギを有するＸ線の放出へ高速で切り換わることが可能であり得る（すなわち高速切換型線源）。例えば、Ｘ線源はＸ線管であってよく、印加バイアスを低電圧と高電圧との間で変調させる（例えば秒当たり数回）ことにより、高エネルギを有するＸ線及び低エネルギを有するＸ線を放出することができる。しかしながら、高速切換型多重エネルギＸ線源はまた、二つの異なるエネルギを有するＸ線の放出の間で切り換わっているときに、中間エネルギを有するＸ線も放出し得る。すなわち、例えば、二重エネルギ線源は、低電圧バイアスが印加されているときには特定の低エネルギのＸ線を放出し、高電圧バイアスが印加されているときには高エネルギのＸ線を放出するように構成され得るが、実際には、線源はまた、当該線源に印加されているバイアスが低電圧バイアスと高電圧バイアスとの間で切り換わっているときに低エネルギと高エネルギとの間のエネルギを有するＸ線を放出する場合がある。

多重エネルギＣＴ撮像時に取得される投影データを再構成するときに、ＭＤ計算を用いて光電効果から散乱効果を識別する試みは、Ｘ線のエネルギが明瞭に分解されないときには益々困難になり、また計算費用が高くなる。すなわち、２以上の十分に分解されたエネルギを有するＸ線を単に与えるのではなく実際にはＸ線エネルギの連続体がＸ線検出器に対して与えられているときに、これらの物理学的効果を計算によって分離することは実用的でない場合がある。

一実施形態では、多重エネルギ計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムが、低安定バイアス、高安定バイアス、及び低安定バイアスと高安定バイアスとの間の移行バイアスの印加時にＸ線を放出するＸ線源を含んでいる。このイメージング・システムはまた、Ｘ線源によって放出されて当該Ｘ線検出器に到達したＸ線の強度に対応する電気信号を発生するように構成されているＸ線検出器を含んでいる。このイメージング・システムはまた、低安定バイアス又は高安定バイアスがＸ線源に印加されているときにのみＸ線検出器によって発生される電気信号に対応する第一のデータ集合を取得するように構成されているデータ処理回路を含んでいる。このイメージング・システムはまた、取得された第一のデータ集合を処理して、１又は複数の多重エネルギＣＴ画像を構築するように構成されているプロセッサを含んでいる。

一実施形態では、多重エネルギ放射線イメージング・システムが、２以上の安定バイアス及び各々の安定バイアスの間の対応する不安定バイアスの印加を通じて放射線を放出する放射線源を含んでいる。このイメージング・システムはまた、放射線源からの放射線を受け取って、受け取った放射線の強度に対応する電気信号を発生するように構成されている放射線検出器を含んでいる。このイメージング・システムはまた、起動信号が供給されているときに放射線検出器によって発生される電気信号から第一のデータ集合を取得し、起動信号が供給されていないときに放射線検出器によって発生される電気信号から第二のデータ集合を取得するように構成されているデータ処理回路を含んでいる。このイメージング・システムはまた、放射線源及びデータ処理回路に結合されて、放射線源への安定バイアスの印加をデータ処理回路への起動信号の印加と同期させるように構成されている制御器ユニットを含んでいる。

一実施形態では、多重エネルギ切換型Ｘ線イメージング・システムでのエネルギ分離を改善する方法が、低バイアスと高バイアスとの間で切り換えられてＸ線を放出するときに切換型Ｘ線源の線源バイアスを監視するステップを含んでいる。この方法はまた、放出されたＸ線を、検出されたＸ線に対応する電気信号を発生するＸ線検出器を用いて検出するステップを含んでいる。この方法はまた、線源バイアスが低バイアス又は高バイアスにおいて安定しているときに検出器から第一のデータ集合を取得するようにデータ処理回路を起動するステップを含んでいる。この方法はまた、取得された第一のデータ集合をプロセッサによって処理して、１又は複数の多重エネルギ・コンピュータ断層写真法（ＣＴ）画像を構築するステップを含んでいる。

本発明の各実施形態のこれらの特徴及び観点、並びに他の特徴及び観点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むとさらに十分に理解されよう。図面全体にわたり、類似の参照符号は類似の部材を表わす。
本開示の各観点による多重エネルギＣＴイメージング・システムの一実施形態を示す図である。 本開示の各観点による多重エネルギＸ線源の一実施形態に印加されるバイアスのプロットを経時的に示す図である。 本開示の各観点によるもう一つの多重エネルギＸ線源の一実施形態に印加されるバイアスのプロットを経時的に示す図である。 本開示の各観点に従って患者イメージング・システムがＸ線投影データを取得して処理するときの工程を示す流れ図である。

開示される各実施形態は、多重エネルギＸ線源が安定エネルギ・レベルのＸ線を放出しているときに取得されるＸ線投影データと、Ｘ線源が中間エネルギ・レベルのＸ線を放出しているときに取得されるＸ線投影データとを別個に処理する方法を説明する。本出願の文脈での「安定エネルギ・レベル」との用語は、Ｘ線源が著しい変化なしに一定の期間にわたり放出することが可能であるようなＸ線のエネルギ・レベルを指す。すなわち、例えば、二重エネルギＸ線源は、高安定エネルギ・レベルのＸ線の放出と低安定エネルギ・レベルのＸ線の放出との間で切り換わることが可能であり得る。従って、「中間エネルギ・レベル」又は「不安定エネルギ・レベル」との用語は、安定エネルギ・レベル同士の間に位置するＸ線のエネルギ・レベルを指す。同様に、バイアス駆動型Ｘ線源について、本出願の文脈での「安定バイアス」又は「安定電圧」との用語は、安定エネルギ・レベルのＸ線が放出されるように、実質的な変化なしに一定期間にわたりＸ線源に印加され得るバイアスを指す。同様に、「中間バイアス若しくは電圧」、「不安定バイアス若しくは電圧」、又は「移行バイアス若しくは電圧」との用語は、安定バイアス同士又は安定電圧同士の間にあり（例えば安定バイアス同士の間の移行時にあるとき）、中間エネルギ・レベルのＸ線を発生することが可能なＸ線源に印加されているバイアスを指す。このようなものとして、「移行期間」との用語は、Ｘ線源が不安定バイアスを受け取っている及び／又は不安定エネルギ・レベルのＸ線を放出しているような時間窓を指し、「安定期間」との用語は、Ｘ線源が安定バイアスを受け取っている及び／又は安定エネルギ・レベルのＸ線を放出しているような時間窓を指す。

一般的には、開示される各実施形態は、安定エネルギ・レベルのＸ線を用いて取得されたＸ線投影データと、Ｘ線が不安定エネルギ・レベル又は中間エネルギ・レベルを有している移行期間中に取得された投影データとを別個に処理する様々な方法を含んでいる。幾つかの実施形態では、Ｘ線源は、移行期間中に不安定バイアスを受け取っているときにはＸ線を放出しないように構成されることができ、従って、Ｘ線投影データは、安定エネルギ・レベルのＸ線の放出中にのみ取得される。他の実施形態では、不安定エネルギ・レベルのＸ線を用いて取得された投影データを無視する又は破棄し、安定エネルギ・レベルのＸ線を用いて取得された投影データのみを残して多重エネルギＣＴ画像（１又は複数）のＭＤ再構成に用いる。幾つかの実施形態では、移行窓の間に取得された投影データは、非多重エネルギＣＴ画像（例えば通常のＣＴ画像又は単色ＣＴ画像）を再構成するのに用いられ、線源が安定エネルギ・レベルのＸ線を放出しているときに取得された投影データのみを多重エネルギＣＴ画像（１又は複数）のＭＤ再構成に用いることができる。幾つかの実施形態では、投影データは安定エネルギ・レベル及び不安定エネルギ・レベルの両方のＸ線から取得されてよく、ＭＤ再構成工程は、安定エネルギ・レベルのＸ線から取得された投影データの方がＭＤ計算において大きい重みを受けることを可能にし得る重み付き推定器を頼ることができる。

以上の議論を念頭に置いて、図１は、投影データを取得して処理するイメージング・システム１０を線図で示す。図示の実施形態では、システム１０は、本発明の手法に従って多重エネルギＸ線投影データ及び非多重エネルギＸ線投影データを取得し、投影データを画像に再構成して、表示及び解析のために画像データを処理するように設計されている多重エネルギ計算機式断層写真法（ＣＴ）システムである。イメージング・システム１０は医療撮像の状況で議論されるが、本書で議論する手法及び構成は手荷物検査又は小包検査のような他の非侵襲的撮像状況に応用可能である。図１に示す実施形態では、多重エネルギＣＴイメージング・システム１０は、Ｘ線放射線の線源１２を含んでいる。本書で詳細に議論するように、Ｘ線放射線の線源１２は、Ｘ線管のような多重エネルギＸ線源、又は表面に沿った異なる位置からＸ線を放出するように構成されている分散型線源である。例えば、多重エネルギＸ線源１２は、１又は複数の位置指定型固体放出器を含み得る。かかる固体放出器は、一次元アレイすなわち線状アレイ、及び二次元アレイを含めて電界放出器のアレイとして構成され得る。多重エネルギＸ線源は、２以上の安定エネルギ・レベルのＸ線を放出するように構成されている。例えば、多重エネルギ線源は、２種、３種、４種、又は５種の異なる安定電圧の印加時に２種、３種、４種、又は５種の異なる安定エネルギ・レベルのＸ線を放出することが可能であってよい。

多重エネルギＸ線源１２は、コリメータ１４の近傍に配置され得る。コリメータ１４は、線源１２の各々の放出点毎に設けられた鉛又はタングステンのシャッタのような１又は複数のコリメートを行なう領域から成っていてよい。コリメータ１４は典型的には、患者１８のような被検体が配置されている領域に流入する放射線１６の１又は複数のビームの寸法及び形状を画定する。放射線ビーム１６は一般的には、検出器アレイの構成に依存してファン形状又はコーン形状であってよい。放射線２０の減弱される部分が減弱を与える被検体を通過して、参照番号２２に全体的に表わされている検出器アレイに入射する。

検出器２２は一般的には、複数の検出器素子によって形成されており、検出器素子は着目する被検体を又は周囲を通過したＸ線を検出する。各々の検出器素子が、ビームが検出器に衝突している時間に素子の位置に入射したＸ線ビームの強度を表わす電気信号を発生する。典型的には、信号は、複数の放射線撮影ビューが収集され得るように着目する被検体の周りの多様な角度位置において取得される。これらの信号を後述するように取得し処理して、被検体の内部の特徴の画像を再構成する。

多重エネルギＸ線源１２は、ＣＴ検査系列のための電力、焦点スポット位置、及び制御信号等を供給するシステム制御器２４によって制御される。また、検出器２２もシステム制御器２４に結合され、システム制御器２４は検出器２２において発生される信号の取得を命令する。システム制御器２４はまた、ダイナミック・レンジの初期調節、及びディジタル画像データのインタリーブ処理等のための様々な信号処理作用及びフィルタ処理作用を実行することができる。一般的には、システム制御器２４は、検査プロトコルを実行して取得されたデータを処理するようにイメージング・システムの動作を命令する。ここでの状況では、システム制御器２４はまた、信号処理回路及び付設されるメモリ回路を含んでいる。付設されるメモリ回路は、システム制御器によって実行されるプログラム及びルーチン、構成パラメータ、並びに画像データ等を記憶することができる。一実施形態では、システム制御器２４は、汎用又は特定応用向けのコンピュータ・システムのようなプロセッサ方式システムの全て又は一部として具現化され得る。

図１に示す実施形態では、システム制御器２４は、モータ制御器３２を介して線形配置サブシステム２８及び回転サブシステム２６の移動を制御することができる。線源１２及び／又は検出器２２を回転させ得るイメージング・システム１０では、回転サブシステム２６はＸ線源１２、コリメータ１４、及び／又は検出器２２を１回又は多数回にわたり患者１８の周りに回転させることができる。尚、回転サブシステム２６はガントリを含み得ることを特記しておく。線形配置サブシステム２８は、患者１８、又はさらに明確に述べると患者テーブルを、線形に変位させることを可能にする。このように、患者テーブルは、ガントリの内部、又は線源１２及び／若しくは検出器２２構成によって画定される撮像容積の内部を線形に移動して、患者１８の特定の区域の画像を形成することができる。静止型線源１２及び静止型検出器２２を含む実施形態では、回転サブシステム２６が存在していなくてもよい。同様に、線源１２及び検出器２２がＺ軸すなわち患者１８の主長に関連する軸に沿って拡張された又は十分な撮影範囲を提供するように構成されているような実施形態では、線形配置サブシステム２８が存在していなくてもよい。

さらに、システム制御器２４は、データ処理回路３４を含み得る。本実施形態では、検出器２２はシステム制御器２４に結合され、さらに具体的にはデータ処理回路３４に結合されている。データ処理回路３４は、検出器２２によって収集されたデータを受け取る。データ処理回路３４は典型的には、検出器２２から標本採集されたアナログ信号を受け取り、データをディジタル信号へ変換して、コンピュータ３６のようなプロセッサ方式のシステムによる後の処理に供する。代替的に他の実施形態では、検出器２２は、ディジタルからアナログへの変換器を含んで、標本採集されたアナログ信号を、データ処理回路３４への伝送の前にディジタル信号へ変換してもよい。加えて、幾つかの実施形態では、データ処理回路３４はシステム制御器２４によって選択的に起動されて（例えば起動信号を介して）、検出器２２からの信号を受け取ってもよい。

加えて、多重エネルギＸ線源１２は、システム制御器２４の内部に配設されているＸ線制御器３０によって制御され得る。Ｘ線制御器３０は、Ｘ線源１２に電力及びタイミング信号を与えるように構成され得る。例えば、Ｘ線制御器３０は、２以上の安定エネルギ・レベルのＸ線を発生するために少なくとも２以上の安定バイアスを線源１２に供給するように構成されている高速切換型電源を含み得る。加えて、Ｘ線制御器３０はまた、線源バイアスを監視し、後に詳細に議論するように一つの時間点でのバイアスの安定性を決定するための統計学的情報（例えば線源バイアス曲線の各種平均（average又はmean）安定バイアス及び平均周期等）を算出して記憶するように構成されている感知及び処理回路を含み得る。さらに、Ｘ線制御器３０は、一つの時間点での線源バイアスに関する情報（例えば安定バイアス対不安定バイアス）、及び線源バイアス曲線に関する統計学的情報をシステム制御器２４に供給することができる。この情報によって、システム制御器２４は、移行期間を識別して、検出されたＸ線が安定印加バイアスから放出されたのか、或いは不安定印加バイアスから放出されたのかを決定し、従って、検出されたＸ線が安定エネルギ・レベルを有するか、或いは不安定エネルギ・レベルを有するかを決定することができる。後に詳細に議論するように、これにより、移行期間中に取得される投影データを、データの残部とは別個に処理することを可能にし得る。幾つかの実施形態では、Ｘ線制御器３０はまた、後に詳細に議論するように、印加されたときにＸ線源が放出を行なわないようにし得るようなゲート制御信号をＸ線源１２に供給するように構成されていてもよい。

代替的には、幾つかの実施形態では、システム制御器２４は、ＣＴイメージング・システム１０の各構成要素の動作を同期させ得るようなクロック（例えば時間処理ユニット）を含み得る。例えば、クロックは、システム制御器２４が、安定バイアス（例えば低安定バイアス及び高安定バイアス等）の線源１２への印加を、検出器２２からデータを取得するためのデータ処理回路３４の起動（例えば起動信号を介した）と時間的に相関させることを可能にする信号を与えることができる。幾つかの実施形態では、クロックは、不安定バイアスの線源１２への印加を、検出器２２からデータを取得するためのデータ処理回路３４の停止（例えば停止信号又は起動信号の停止を介した）とやはり時間的に相関させる信号を与えることができる。

図示の実施形態では、コンピュータ３６はシステム制御器２４に結合されている。データ処理回路３４によって収集されたデータはコンピュータ３６に送信されて、後の処理及び再構成に供することができる。コンピュータ３６は、当該コンピュータ３６によって処理されたデータ、当該コンピュータ３６によって処理されるべきデータ、又は本発明の手法に従って画像データを処理する等のように当該コンピュータ３６によって実行されるべきルーチンを記憶し得るメモリ３８を含み、又はメモリ３８と連絡することができる。尚、所望の量のデータ及び／又はコードを記憶することが可能な任意の形式のコンピュータ・アクセス可能なメモリ装置をかかるシステム１０によって用いてよいことを理解されたい。また、メモリ３８は、システム１０に対してローカルであり且つ／又はリモートであってよい類似の又は異なる形式の磁気装置又は光装置のような１又は複数のメモリ装置を含み得る。メモリ３８は、データ、処理パラメータ、及び／又は本書に記載される工程を実行する１若しくは複数のルーチンを含むコンピュータ・プログラムを記憶し得る。

コンピュータ３６はまた、システム制御器２４によって可能にされる各特徴すなわち走査動作及びデータ取得を制御するように構成され得る。さらに、コンピュータ３６は、キーボード及び／又は他の入力装置を装備し得る操作者ワークステーション４０を介して操作者から命令及び走査パラメータを受け取るように構成され得る。これにより操作者は、操作者ワークステーション４０を介してシステム１０を制御することができる。このように、操作者は、再構成画像、及びコンピュータ３６からのシステムに関連する他のデータを観察する、撮像を開始する、並びに画像フィルタを選択して適用する等を行なうことができる。さらに、操作者は、再構成画像から着目する特徴及び領域を手動で識別したり、本書で議論するような計算機支援式幾何学的構成決定を通して自動的に識別され且つ／又は強調された着目する特徴及び領域を検討したりすることができる。代替的には、自動検出アルゴリズムをかかる強調された着目する特徴又は領域に適用してもよい。

操作者ワークステーション４０に結合されている表示器４２を用いて再構成画像を観察することができる。加えて、再構成画像は、操作者ワークステーション４０に結合され得るプリンタ４４によって印刷され得る。表示器４２及びプリンタ４４はまた、直接又は操作者ワークステーション４０を介しての何れかでコンピュータ３６に接続され得る。さらに、操作者ワークステーション４０はまた、画像保管及び通信システム（ＰＡＣＳ）４６に結合され得る。尚、異なる位置の他者が画像データへのアクセスを得ることができるように、ＰＡＣＳ４６を遠隔システム４８、放射線科情報システム（ＲＩＳ）、病院情報システム（ＨＩＳ）、又は内外の網に結合し得ることを特記しておく。

１又は複数の操作者ワークステーション４０は、システム・パラメータを出力する、検査を依頼する、及び画像を観察する等のためのシステムにおいて結合され得る。一般的には、表示器、プリンタ、ワークステーション、及びシステムの内部に提供されている同様の装置は、データ取得構成要素に対してローカルに位置していてもよいし、これらの構成要素から遠隔に位置していてもよく、インターネット及び仮想私設網等のような１又は複数の構成自在型網を介して画像取得システムに結合されて施設若しくは病院の内部の他の箇所、又は全く異なる位置等に位置していてよい。

前述のように、Ｘ線制御器３０は、多重エネルギＸ線源に印加されるバイアスを供給し、また監視することができる。例えば、図２は、線源電圧５２（すなわちＸ線源に印加されているバイアス）のプロット５０を経時的５４に示す図である。図示の実施形態では、線源バイアスは、高安定電圧領域５６と低安定電圧領域５８との間で近似的にシヌソイド状に振動しており、移行期間６０が各々の領域の間に中間不安定電圧を有している。例えば、線源バイアスは高安定電圧領域５６について約１４０ｋＶｐであり、低安定電圧領域５８について約８０ｋＶｐであり得る。

図２では、線源バイアスの幾分かの変動が図示の高低の安定バイアス領域の端の近くで観察され得る。幾つかの実施形態では、線源バイアスは、線源バイアス変化（又はドリフト）が一定の時間長にわたり約１０％未満であるときに、Ｘ線制御器３０によって安定と看做され得る。幾つかの具現化形態では、時間長は、検出器２２の取得時間区間程度又は該時間区間の倍数であってよい。例えば、取得時間区間が約３５０μｓであるようなＸ線検出器２２について、線源バイアスは、３５０μｓ又は７００μｓにわたり約１０％未満だけ変化するときにＸ線制御器３０によって安定と看做され得る。幾つかの実施形態では、時間長は、線源バイアス曲線の周期６６（すなわち１サイクルの持続時間）の分数（又は百分率）であってよい。例えば、線源バイアス曲線の周期６６が約１ｍｓである場合には、Ｘ線制御器３０は、線源バイアスが５００μｓ（すなわち周期６６の５０％）又は２５０μｓ（すなわち周期６６の２５％）にわたり約１０％未満で変化するときに線源バイアスを安定と看做し得る。他の実施形態では、Ｘ線制御器３０は平均安定バイアスを決定してもよく、線源バイアスは、平均安定バイアスの約１０％の範囲内にある（範囲６２及び６４によって示すように）ときに安定と看做され得る。例えば、平均高安定バイアスが１４０ｋＶｐであるようなＸ線源について、Ｘ線制御器は、線源バイアスが１４０ｋＶｐ±１０％（すなわち１５４ｋＶｐと１２６ｋＶｐとの間）にあるときに線源バイアスを安定と看做し得る。

図示の実施形態の移行期間６０は、線源電圧の最大ゆらぎを経験する線源バイアス曲線の部分（すなわち変曲点６８）を包含している。幾つかの実施形態では、線源バイアスは、線源バイアス変化又はドリフトが一定の時間長にわたり約１０％よりも大きいときにＸ線制御器３０によって不安定と看做され得る。幾つかの具現化形態では、時間長は、検出器２２の取得時間区間又は該時間区間の倍数であってよい。例えば、取得時間区間が約４００μｓであるようなＸ線検出器２２については、線源バイアスは、約４００μｓ又は８００μｓにわたり約１０％を上回って変化するときにＸ線制御器３０によって不安定と看做され得る。幾つかの実施形態では、時間長は、線源バイアス曲線の周期６６の分数又は百分率であってよい。例えば、線源バイアス曲線の周期６６が約１ｍｓである場合に、Ｘ線制御器３０は、線源バイアスが約３５０μｓ（すなわち周期の３５％）又は１００μｓ（すなわち周期の１０％）にわたり約１０％を上回って変化するときに線源バイアスを不安定と看做し得る。幾つかの実施形態では、Ｘ線制御器３０は、Ｘ線源１２の平均安定バイアスを決定して、平均安定バイアスの１０％の範囲内に収まらない（範囲７０及び７２によって示すように）ときに線源バイアスを不安定と看做し得る。例えば、Ｘ線源の平均安定バイアスが約８０ｋＶｐ及び１４０ｋＶｐであった場合に、Ｘ線制御器３０は、約８９ｋＶｐ（すなわち＞８０ｋＶｐ＋１０％）と１２５ｋＶｐ（すなわち＜１４０ｋＶｐ−１０％）との間の範囲にあるあらゆる線源バイアスを不安定と看做し得る。

このことを念頭に置くと、多重エネルギＣＴイメージング・システム１０の一実施形態は、移行期間６０中に投影データを収集しないシステム制御器２４及びデータ処理回路３４を含み得る。一般的には、このことは前述のように多重エネルギＣＴ ＭＤ再構成に望ましい、というのは移行期間６０中に取得される投影データは信号又はコントラスト・データにはあまり寄与せず雑音レベルに実質的に寄与する場合があるからである。一実施形態では、システム制御器２４は、検出器２２及び／又はデータ処理回路３４の起動を安定バイアスの線源１２への印加（例えば安定高バイアス領域５６又は安定低バイアス領域５８）に同期させるために、現時点で多重エネルギＸ線源１２に印加されているバイアスに関してＸ線制御器３０によって提供される情報に頼ることができる。幾つかの実施形態では、システム制御器２４は代わりに、投影データが収集されないように移行期間６０中に検出器２２及び／又はデータ処理回路３４を停止させることができる。他の実施形態では、検出器１２及びデータ処理回路３４は、移行期間６０中にも投影データを取得するように動作したままにして、次いで移行期間から収集された投影データを後に破棄してもよい。

しかしながら、移行期間６０中に投影データを収集しなかったり破棄したりするのではなく、多重エネルギＸ線源１２が移行期間６０中にＸ線を放出しないようにすることが望ましい場合がある。このようなものとして、幾つかの実施形態は、Ｘ線制御器３０からのゲート信号によって制御され得るゲート制御型多重エネルギＸ線源１２を含み得る。例えば、Ｘ線源１２は陰極及び陽極を含むＸ線管であってよく、これらの陰極及び陽極に跨がってＸ線制御器がＸ線を発生するための電圧（例えば線源バイアス曲線５０）を印加する。加えて、ゲート制御型Ｘ線源はまた、例えばバイアスを印加され得る（例えばゲート制御信号を介して）陰極の近くに配設されるフィルタ又はスクリーンを含み得る。フィルタにバイアスを加えることにより、陰極を出た電子は、陽極に到達しないようにフィルタに引き付けられるか又はフィルタによって反発され、従ってＸ線を放出しないで済む。かかる実施形態では、ゲート制御信号は、Ｘ線を放出しないで済むように移行期間６０と同期することができ、従って、投影データを、Ｘ線が放出されるときに安定バイアス領域５６及び５８にわたって取得するに留めることができる。

もう一つの実施形態では、安定バイアス領域（５６及び５８）並びに移行期間６０にわたって投影データを収集し、次いでデータを別個に処理することが望ましい場合がある。すなわち、移行期間６０中に取得された投影データは、ＭＤ再構成工程に含まれると問題となり得るが、単独で又は安定期間５６及び５８中に取得された投影データと組み合わせると、他の形式のＸ線画像（例えば非多重エネルギＣＴ画像又は単色ＣＴ画像）を形成するのに依然有用である場合がある。従って、一実施形態では、データ処理回路３４を用いて、移行期間６０、並びに安定期間５６及び５８の両方で投影データを取得することができる。かかる実施形態では、データ処理回路３４は、安定領域（５６及び５８）中に取得された投影データを移行期間６０中に取得された投影データとは別個に記憶させて（例えば別々のビン、メモリ３８の別々の空間、又はコンピュータ３６の別々のメモリ空間若しくは記憶空間に格納して）、コンピュータ３６によって別々に処理することができる。

もう一つの実施形態では、上述のように、安定バイアス領域（５８及び６０）並びに移行領域６０の両方からの投影データを収集して記憶し、取得された投影データの全てをＭＤ再構成工程に含めて、安定バイアス領域５８及び６０中に取得された投影データの方に大きい計算重みを与えることが望ましい場合もある。例えば、ＭＤ再構成工程が重み付き推定器（例えば重み付き最小自乗推定、重み付き平均、又は重み付き減算）を用いて、安定バイアス領域５８及び６０は、ＭＤ再構成工程のための情報をより多く含むのでより大きい重みを受けることができる。移行領域６０中に取得された投影データは、単色サイノグラムのためには幾分かの情報を寄与し得るが物質分解サイノグラムのためには遥かに小さい寄与しかしないので、より小さい重みを受けることができる。代替的に幾つかの実施形態では、重み付き減算を用いることができ、移行期間中に取得された投影データは、安定期間中に取得されたデータよりも大きい重みを受けることができ、従ってＭＤ再構成に相対的に小さい効果を有し得る。実際に、安定領域（例えば５８若しくは６０）又は移行領域６０中に取得された投影データの範囲内であっても、投影データに異なる重みを加えることもできる。例えば、移行期間６０の中盤で取得された投影データは、移行期間６０の序盤又は終盤の近くで取得された投影データとは異なる重みを受け得る。従って、任意の重み付き手法について、安定領域（５８及び６０）並びに移行領域６０の投影データの部分が計算において受ける重みを調節することにより、移行期間からの投影データによってＭＤ再構成工程に導入される上述の雑音の有害効果を軽減することができる。

図３はさらに、３種の安定バイアスを有し、従って３種の異なる安定エネルギ・レベルのＸ線を放出することが可能な多重エネルギＸ線源１２の一実施形態について、線源バイアス５２のプロット８０を経時的５４に示す。図示の実施形態では、３種の安定バイアス領域は、低安定バイアス領域８２、中間安定バイアス領域８４、及び高安定バイアス領域８６を、各々の領域の間の不安定バイアス領域８８（すなわち移行期間）と共に含んでいる。３種の安定バイアス８２、８４及び８６を有するＸ線源の一実施形態について、２種の安定バイアス５６及び５８を有する前述の実施形態と同様に、移行期間８８を同様の方法で扱うことができる。

例えば、幾つかの実施形態では、Ｘ線源１２は、移行期間８８中に不安定バイアスを受けると（例えばＸ線制御器３０によってフィルタに供給されるゲート制御信号を介して）Ｘ線を放出しなくなるように構成されることができ、従って、投影データは、安定バイアス領域８２、８４及び８６中にのみ取得され得る。他の実施形態では、安定期間８２、８４、及び８６中に取得された投影データのみが物質分解計算に用いられ得るように、移行期間８８中に取得された投影データを無視し（例えば検出器２２及び／又はデータ処理回路３４の停止を介して）、又は収集して破棄することができる。幾つかの実施形態では、非多重エネルギＣＴ画像（例えば通常のＣＴ画像又は単色ＣＴ画像）を構築するために安定バイアス領域８２、８４、及び８６、並びに／又は移行期間８８中に取得された投影データを用いる一方、安定バイアス領域８２、８４、及び８６から取得された投影データのみを多重エネルギＣＴ画像のＭＤ再構成に含めることができる。幾つかの実施形態では、投影データは、安定バイアス領域８２、８４、及び８６、並びに移行期間８８中に取得されることができ、ＭＤ再構成工程は、安定エネルギ・レベルのＸ線から（すなわち安定バイアス領域８２、８４、及び８８中に）取得された投影データの方がＭＤ再構成において大きい重みを受けることを可能にし得る重み付き推定器（例えば重み付き最小自乗推定）を頼ることができる。

図４は、患者イメージング・システム１０を用いて安定線源バイアス及び不安定線源バイアスの期間中に投影データ集合を取得して、様々な形式のＣＴ画像を構築するのに適当に取得投影データ集合を処理し得るような工程９０の一実施形態を示す。工程９０は、Ｘ線源１２がＸ線を放出しながら低バイアスと高バイアスとの間で切り換えられているときにＸ線源１２に印加されるバイアスを監視する（ブロック９２）ことから開始する。例えば、Ｘ線制御器３０及び／又はシステム制御器２４は、線源バイアスが約８０ｋＶｐと１４０ｋＶｐとの間で切り換えられるときに線源バイアスを監視することができる。次に、患者イメージング・システム１０は、放出されたＸ線をＸ線検出器２２において検出することができ（ブロック９４）、Ｘ線検出器２２は検出されたＸ線に対応する電気信号を発生する。次いで、患者イメージング・システム１０（例えばシステム１０のシステム制御器２４）は、線源バイアスが低バイアス又は高バイアスにおいて安定であるときに検出器２２から第一の投影データ集合を取得するようにデータ処理回路３４を起動することができる（ブロック９６）。例えば、システム制御器２４が線源バイアスを監視していて、線源バイアスが平均安定高又は低バイアスの約１０％の範囲内（例えば８０ｋＶｐ又は１４０ｋＶｐの１０％の範囲内）にあると決定したときに、システム制御器２４は、検出器２２から第一の投影データ集合を取得するようにデータ処理回路３４を起動することができる。第一の投影データ集合が取得された後に、患者イメージング・システム１０は、プロセッサ（例えばコンピュータ３６）によって第一の投影データ集合を処理して、１又は複数の多重エネルギＣＴ画像を構築することができる（ブロック９８）。

患者イメージング・システム１０はまた、線源バイアスが不安定であるときに検出器２２から第二の投影データ集合を取得するように処理回路３４を起動することができる（ブロック１００）。例えば、システム制御器２４がＸ線源１２に印加されているバイアスを監視していて、線源バイアスが平均安定低又は高バイアスの約１０％の範囲内にない（例えば８０ｋＶｐ又は１４０ｋＶｐの１０％の範囲内にない）と決定したときに、システム制御器２４は、検出器２２から第二の投影データ集合を取得するようにデータ処理回路３４を起動することができる。幾つかの実施形態では、第二の投影データ集合の取得（ブロック１００）は、取得された第一のデータ集合の処理（ブロック９８）の完了を待たずに開始してもよく、これらのステップが並行して実行されることを可能にする。

第二の投影データ集合を取得した後に、患者イメージング・システム１０は、プロセッサ（例えばコンピュータ３６）によってこの第一の投影データ集合、第二の投影データ集合、又は両方を処理して、１又は複数の非多重エネルギＣＴ画像を構築することができる（ブロック１０２）。前述のように、他の実施形態では、患者イメージング・システムは、不安定バイアス期間中にはデータ処理回路３４及び／又は検出器を停止させる、不安定バイアス期間中にはＸ線源１２が放出を行なわないようにする、且つ／又は投影データを収集して不安定バイアス期間中に取得された投影データを破棄することもできる。従って、かかる実施形態については、工程９０の最後の二つのステップ（ブロック１００及び１０２）は実行しなくてよい。

本発明の技術的効果としては、多重エネルギＣＴ投影データの物質分解再構成を行なうための計算時間及び困難を縮小することが挙げられる。安定バイアス領域とは異なるように移行期間を扱うことにより、ＭＤ再構成工程に用いられる投影データの品質を高めることができる。加えて、幾つかの実施形態では、移行期間からの投影データを収集して、非多重エネルギＣＴ画像へ変換する別個の処理、又は重み付き計算を用いたＭＤ再構成への組み入れに供することにより、撮像工程は、取得された投影データを実効的な態様で活用することを保証することができる。さらに、幾つかの実施形態では、移行期間中にはＸ線源が放出を行なわないようにすることにより、患者が検査中に曝射される放射線を少なくすることができる。

この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者が本発明を実施することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。

１０：イメージング・システム
１２：線源
１４：コリメータ
１６：放射線
１８：患者
２０：放射線
２２：検出器
２４：システム制御器
２８：線形配置サブシステム
２６：回転サブシステム
３２：モータ制御器
３４：データ処理回路
３６：コンピュータ
３０：Ｘ線制御器
３８：メモリ
４０：操作者ワークステーション
４２：表示器
４４：プリンタ
４６：ＰＡＣＳ
４８：遠隔クライアント
５０：プロット
５２：線源電圧
５４：時間軸
５６：高安定電圧領域
５８：低安定電圧領域
６０：不安定バイアス領域
６２、６４：安定と看做される範囲
６６：周期
６８：変曲点
７０、７２：不安定と看做される範囲
８０：プロット
８２：低安定バイアス領域
８４：中間安定バイアス領域
８６：高安定バイアス領域
８８：不安定バイアス領域
９０：工程

Claims (13)

1. 低安定バイアス（５８）、高安定バイアス（５６）、及び前記低安定バイアス（５８）と前記高安定バイアス（５６）との間の移行バイアス（６０）の印加時にＸ線（１６、２０）を放出するＸ線源（１２）と、
   該Ｘ線源により放出されて当該Ｘ線検出器（２２）に到達した前記Ｘ線（１６、２０）の強度に対応する電気信号を発生するように構成されているＸ線検出器（２２）と、
   前記低安定バイアス（５８）又は前記高安定バイアス（５６）が前記Ｘ線源（１２）に印加されているときにのみ前記Ｘ線検出器により発生される前記電気信号に対応する第一のデータ集合を取得するように構成されているデータ処理回路（３４）と、
   前記取得された第一のデータ集合を処理して、１又は複数の多重エネルギ計算機式断層写真法（ＣＴ）画像を構築するように構成されているプロセッサ（３６）と
   を備えた多重エネルギ計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム（１０）。
2. 前記Ｘ線源（１２）は、前記低安定バイアス（５８）又は前記高安定バイアス（５６）が当該Ｘ線源（１２）に印加されているときにのみ当該Ｘ線源（１２）にＸ線（１６、２０）を放出させるように構成されているフィルタを含んでいる、請求項１に記載のシステム（１０）。
3. 前記Ｘ線源（１２）への前記低安定バイアス（５８）又は前記高安定バイアス（５６）の印加と前記データ処理回路（３４）による前記第一のデータ集合の取得とを時間的に相関させる信号を与えるように構成されているクロックを含んでいる請求項１に記載のシステム（１０）。
4. 前記データ処理回路（３４）は、前記低安定バイアス（５８）と前記高安定バイアス（５６）との間の前記移行バイアスが前記Ｘ線源（１２）に印加されているときに前記Ｘ線検出器（２２）により発生される前記電気信号に対応する第二のデータ集合を取得するように構成されている、請求項１に記載のシステム（１０）。
5. 前記Ｘ線源（１２）への前記低安定バイアス（５８）又は前記高安定バイアス（５６）の印加と、前記データ処理回路（３４）による前記第一のデータ集合の取得とを時間的に相関させる信号を与え、
   前記Ｘ線源（１２）への前記移行バイアス（６０）の印加と、前記データ処理回路（３４）による前記第二のデータ集合の取得とを時間的に相関させる信号を与える
   ように構成されているクロックを含んでいる請求項４に記載のシステム（１０）。
6. 前記プロセッサ（３６）は、前記取得された第一のデータ集合、前記取得された第二のデータ集合、又は両方を処理して、非多重エネルギＣＴ画像を構築するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
7. 前記プロセッサ（３６）は、前記取得された第一のデータ集合及び前記取得された第二のデータ集合を用いて、前記取得された第一のデータ集合が前記取得された第二のデータ集合とは異なるように重み付けされるような重み付き計算を用いて多重エネルギＣＴ画像を構築する、請求項４に記載のシステム。
8. ２以上の安定バイアス（５６、５８、８２、８４、８６）及び各々の安定バイアス（５６、５８、８２、８４、８６）の間の対応する不安定バイアス（６０、８８）の印加を通じて放射線（１６、２０）を放出する放射線源（１２）と、
   該放射線源（１２）からの前記放射線（１６、２０）を受け取って、該受け取った放射線（１６、２０）の強度に対応する電気信号を発生するように構成されている放射線検出器（２２）と、
   起動信号が供給されているときには前記放射線検出器（２２）により発生される前記電気信号から第一のデータ集合を取得するように構成されており、前記起動信号が供給されていないときには前記放射線検出器（２２）により発生される前記電気信号から第二のデータ集合を取得するように構成されているデータ処理回路（３４）と、
   前記放射線源（１２）及び前記データ処理回路（３４）に結合されて、前記放射線源（１２）への前記安定バイアス（５６、５８、８２、８４、８６）の印加を前記データ処理回路（３４）への前記起動信号の印加と同期させるように構成されている制御器ユニット（３０）と
   を備えた多重エネルギ放射線イメージング・システム（１０）。
9. 前記安定バイアスの印加中にのみ前記放射線源（１２）に放射線（１６、２０）を放出させるように構成されているグリッドをさらに含んでいる請求項８に記載のシステム（１０）。
10. 前記取得された第一のデータ集合及び前記取得された第二のデータ集合の一方又は両方を処理して、１又は複数の計算機式断層写真法（ＣＴ）画像を構築するように構成されているプロセッサ（３６）をさらに含んでいる請求項８に記載のシステム（１０）。
11. 前記プロセッサ（３６）は、前記取得された第一のデータ集合、前記取得された第二のデータ集合、又は両方を用いて、１又は複数の単色ＣＴ画像を構築する、請求項１０に記載のシステム（１０）。
12. 前記１又は複数のＣＴ画像は、重み付き計算を用いて前記取得された第一のデータ集合及び前記取得された第二のデータ集合から構築される少なくとも一つの多重エネルギＣＴ画像を含んでいる、請求項１０に記載のシステム（１０）。
13. 前記重み付き計算は、重み付き最小自乗推定、重み付き平均、又は重み付き減算計算を含んでいる、請求項１２に記載のシステム（１０）。