JP2015521893A - 放射線撮影装置においてマルチエネルギーデータを推定する方法および装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、第１、第２セル集合を利用して第１、第２スペクトルを示す第１、第２データ集合を生成し、１つのディテクタアレイによってマルチエネルギー撮影をすることに関し、第１データ集合のセル数がより多い。第１データ集合は、第１セル集合の測定データと、第１スペクトルを感知する第２集合から生じた推定データからなる。第２データ集合は、第２セル集合の測定データと、第２スペクトルを感知する第１集合から生じた推定データからなる。【選択図】図６
Description
本発明は放射線撮影装置に関し、検査中の物体の物性（密度、有効原子数など）に関する情報を利用する医療、保安などの分野に適用される。
ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置や他の放射線撮影装置は、検査中の物体の内部特徴に関する情報や映像を求めるのに有効に使用される。一般的に放射線（Ｘ線やγ線）に物体が露出されると、この物体の内部特徴にしたがって吸収／減衰する放射線や物体を透過する光子数に基づいて映像が形成される。このように形成された映像は、検査中の物体内の下位物体それぞれの密度の関数であって、映像が色相や陰影を有するようになる密度映像や減衰映像である。例えば、密度が高い下位物体は密度が低い下位物体よりも放射線をさらに多く吸収するため、骨や金属のように高密度の下位物体は、筋肉や衣類のような低密度の下位物体とは異なる陰影を有する。
このような撮影装置が有用ではあっても、密度ではない他の成分に基づく映像がさらに有利になることもある。例えば、保安分野では、類似した密度を有する衣類や他の非危険物によって危険物を偽装する場合がある。したがって、空港のような場所では、検査中の物体の他の物性（有効原子数またはｚ−有効値）を決めることが好ましいことがある。この場合、密度は類似するが原子数は異なるため、危険物を区分することができる。
１９９２年初盤には、空港や軍事施設のような環境で検査中の物体の有効原子数のような情報を提供するマルチエネルギー撮影装置が開発された。このような装置は、密度を基準として下位物体を区分するとき、検査性能が改善されたりもしたが、誤った警報を出したりもした。
マルチエネルギー撮影装置は、多様な光子エネルギースペクトルを利用して物体の映像を再構成する。このようなスペクトルは多様な方法で測定することができる。例えば、（スペクトルがそれぞれ異なる放射線を選択的に感知する）エネルギー分解ディテクタや、（スペクトルがそれぞれ異なる放射線を放出する）２つの放射線ソースを利用したり、（エネルギーが電圧によって変わる）１つの放射線ソースにかかる電圧を変化させて測定することができる。マルチエネルギー撮影装置に追加のハードウェアが必要となるため、費用が上昇し、重量も大きくなることから、これによってマルチエネルギー撮影装置はシングルエネルギー撮影装置よりも高価で実現が難しい。
本発明は、第１放射線エネルギースペクトルを感知するディテクタセルの第１集合と第２放射線エネルギースペクトルを感知するディテクタセルの第２集合を含む多数のディテクタセルからなるディテクタアレイを備えた放射線撮影装置において、第１、第２放射線エネルギースペクトルを表現するデータを含むマルチエネルギーデータを推定する方法を提供する。
この方法は、第１集合から生じたデータを利用し、第２集合から生じたデータを排除した部分第１データ集合を生成する段階、第２集合から生じたデータを利用し、第１集合から生じたデータを排除した部分第２データ集合を生成する段階、部分第１データ集合に基づいて部分第１データ集合から排除されたデータを推定し、第１放射線エネルギースペクトルを表示する完全な第１データ集合を生成する段階、および部分第２データ集合に基づいて部分第２データ集合から排除されたデータを推定し、第２放射線エネルギースペクトルを表示する完全な第２データ集合を生成する段階を含む。
本発明は、マルチエネルギー放射線撮影装置も提供する。この装置は、放射線を放出する放射線ソース、放射線の第１、第２放射線エネルギースペクトルをそれぞれ感知する第１、第２集合を含む多数のディテクタセルを備えたディテクタアレイ、ディテクタセルの第２集合から生じたデータは排除したままでディテクタセルの第１集合から生じる部分第１データ集合と、ディテクタセルの第１集合から生じたデータは排除したままでディテクタセルの第２集合から生じる部分第２データ集合を生成するコンパイラ、および第１放射線エネルギースペクトルを表示する完全な第１データ集合を生成するように部分第１データ集合に基づいて部分第１データ集合から排除されるデータと、第２放射線エネルギースペクトルを表示する完全な第２データ集合を生成するように部分第２データ集合と完全な第１データ集合に基づいて部分第２データ集合から排除されるデータを推定する推定器を備える。
なお、本発明は、第１放射線エネルギースペクトルを感知するディテクタセルの第１集合と第２放射線エネルギースペクトルを感知するディテクタセルの第２集合を含む多数のディテクタセルからなるディテクタアレイを備えた放射線撮影装置において、第１、第２放射線エネルギースペクトルを表現するデータを含むマルチエネルギーデータを推定する方法をプロセッサによって実行するコンピュータ命令語を含んでいるコンピュータ読み取り媒体も提供する。この方法は、第１集合から生じたデータを利用し、第２集合から生じたデータを排除した部分第１データ集合を生成する段階、第２集合から生じたデータを利用し、第１集合から生じたデータを排除した部分第２データ集合を生成する段階、部分第１データ集合に基づいて部分第１データ集合から排除されたデータを推定し、第１放射線エネルギースペクトルを表示する完全な第１データ集合を生成する段階、および部分第２データ集合に基づいて部分第２データ集合から排除されたデータを推定し、第２放射線エネルギースペクトルを表示する完全な第２データ集合を生成する段階を含む。
本発明は、放射線撮影装置においてマルチエネルギー投射データを推定するためものである。ディテクタアレイは第１、第２集合のディテクタセルを含み、（ろ過されていない）第１集合は第１放射線エネルギースペクトル（例：８０〜１００ｋｅＶ）を感知し、（ろ過された）第２集合は第２放射線エネルギースペクトル（例：９０〜１００ｋｅＶ）を感知してマルチエネルギーデータを効果的に生成する。
後述で詳しく説明するが、第１、第２集合の表面積は相当に相違することができる。例えば、ディテクタアレイが２４列のディテクタセルで構成される場合、第２集合は２列であり、第１集合は残りの２２列からなることができる。
一般的に、マルチエネルギー映像を形成したりデュアルエネルギーを分解するためには、ほぼすべてのディテクタセルで求めたデータを含む２つのほぼ完全なデータ集合が必要となる。完全な第１、第２データ集合はそれぞれ第１、第２スペクトルを示す。ディテクタアレイが２つの集合に分けられるため、測定データからは完全なデータ集合が生じることがない。すなわち、第２集合から生じた測定データは第２スペクトルを示し、第１スペクトルを示す完全な第１データ集合から排除される。第１集合から生じた測定データも同様である。
第１スペクトルを示す完全な第１データ集合を生成しようとすると、第２集合から生じたデータ推定値を第１集合から生じた測定データと結合させる。完全な第２データ集合も同様である。すなわち、完全な第１、第２データ集合はそれぞれ測定データと推定データの和であるが、推定データに対する測定データの比はデータ集合ごとに異なる。例えば、完全な第１データ集合に含まれる大部分のデータが測定データである反面、完全な第２データ集合に含まれる大部分のデータは推定データであることができる。
第２放射線エネルギースペクトルを感知するように構成された第１集合から生じたデータを推定しようとすると、完全な第１データ集合とここから生じた測定データを２つとも利用する。したがって、第１、第２スペクトルを示すデータを利用して第２スペクトルを感知する第１集合から生じたデータを推定する。このような方法により、第１、第２エネルギースペクトルの両者を１つのディテクタアレイだけで測定することができるため、経済的である。
図１の環境１００のＣＴ装置は、（一番目放射線エネルギースペクトルを示すデータと二番目放射線エネルギースペクトルを示すデータを含む）マルチエネルギー投射データを推定し、マルチエネルギー映像を生成する。ここでは、検査中の物体１０２のマルチエネルギー２次元、３次元、４次元などの映像を生成するＣＴ装置を例示するが、マルチエネルギー２次元映像を生成するラインシステムや投射システムのような他の装置を考慮することもできる。配列も例示に過ぎず、例えば、データ取得機１２２がディテクタアレイ１０６内に含まれる他の配列を採択することもできる。
ＣＴ装置の検査部１０８は物体１０２を検査する場所であって、回転ガントリ１０４と（固定式）支持構造１１０を備え、支持構造は回転ガントリを囲んで内側の回転リングの外部を固定リングが囲んでいる構造である。検査中の物体１０２は検査区域１１４を通過する支持台１１２上に置くことができ、回転ガントリ１０４がモータ、駆動軸、チェーン、ローラトラックのような回転機１１６によって物体１０２の周りを回転する。
回転ガントリ１０４は検査区域１１４を囲み、Ｘ線やγ線を放出する放射線ソース１１８とディテクタアレイ１０６を有し、ディテクタアレイは放射線ソース１１８の反対側に位置する。後述で詳しく説明するが、ディテクタアレイは放射線を感知する多数のディテクタセルからなり、第１ディテクタセル集合は第１放射線エネルギースペクトルを感知し、第２ディテクタセル集合は第２放射線エネルギースペクトルを感知する。これらのスペクトルは互いに重なってもよく、そうでなくてもよい。例えば、第１ディテクタセル集合が８０〜１００ｋｅＶの放射線を感知し、第２ディテクタセル集合が９０〜１００ｋｅＶの放射線を感知したり、第１ディテクタセル集合が７５〜８５ｋｅＶの放射線を感知し、第２ディテクタセル集合が９０〜１００ｋｅＶの放射線を感知することができる。放射線ソース１１８は、これらのディテクタセル集合の放射線エネルギースペクトルを含むエネルギー範囲の放射線を放出する。したがって、放射線ソース１１８が７５〜１００ｋｅＶの放射線を放出することもできる。
物体１０２を検査するとき、放射線ソース１１８は、放射線１２０を扇形や他の形態で検査区域１１４に向かって放出する。このような放射線１２０は、連続的やパルス形態で断続的に放出することができる。
放射線は物体を透過しながら減衰し、物体の特性に応じて減衰率が異なり、ディテクタアレイ１０６で感知される量子数の変化や減衰率に基づいて映像が生成される。例えば、骨や金属のように密度が高い物体は、肌や衣類のように密度が低い物体よりも放射線１２０をさらに多く減衰させ、ディテクタアレイにぶつかる量子数も減少する。
ディテクタアレイ１０６は、感知された放射線を信号として非晶質セレンや他の直接変換物質を利用して直接的に変換したり、シンチレータや他の間接変換物質を利用して間接的に変換したりし、変換した信号はデータ取得機１２２に送られ、ここで投射データを生成する。
投射データ生成器１２４は、一定の時間間隔や測定間隔でディテクタにぶつかる放射線を示す投射データを編集する。このような測定間隔を「ビュー」といい、一般的に放射線ソースが物体に対して特定の角度範囲にある間に放出される放射線１２０から生じた信号を反映する。投射データ生成器１２４は、感知した放射線のエネルギースペクトルに基づいて投射データを編集する。例えば、一番目放射線エネルギースペクトルを感知する第１ディテクタセル集合から生じた投射データは、第２ディテクタセル集合から生じた投射データとは別途で編集される。したがって、測定間隔であるビューの間でデータが２つの（別途の）データ集合として編集される。第１データ集合は第１放射線エネルギースペクトルを示すデータを含み、第２データ集合は第２放射線エネルギースペクトルを示すデータを含む。
データ集合で映像を生成したり分解過程を実行しようとすると、各データ集合を完成しなければならない。すなわち、ディテクタアレイのほぼすべてのディテクタセルのデータをデータ集合として表現しなければならない。第１データ集合が第１放射線エネルギースペクトルだけを示すデータを含むため、第２ディテクタセル集合から生じたデータは第１データ集合から排除され、これは第２ディテクタセル集合から生じたデータが通常は他の放射線エネルギースペクトルを示すためである。同じように、第１ディテクタセル集合から生じたデータは第２データ集合から排除され、これは第２データ集合が第１ディテクタセル集合から生じたデータに表示された放射線エネルギースペクトルとは異なる放射線エネルギースペクトルを表示するためである。したがって、後述で詳しく説明するように、投射データ生成器は、それぞれのデータ集合から排除された測定データを評価／推定して少なくとも２つの完全なデータ集合を生成する。例えば、完全な第１データ集合は（実際にはディテクタセルの一部のデータのみを推定するとしても）第１エネルギースペクトルを感知するディテクタセルのほぼすべてを表示し、完全な第２データ集合は（実際にはディテクタセルの一部のデータのみを推定するとしても）第２エネルギースペクトルを感知するディテクタセルほぼすべてを表示する。
映像生成器１２６は、分解過程から生じたデータや投射データ生成器１２４で出力されたデータ集合を受け、投射空間である映像データを生成する。このようにすることにより、投射データはユーザ１３２が見て理解しやすいドメインである映像空間に変換される。
ワークステーションやコンピュータのような端末機１２８は、映像生成器で出力した映像データを受け、モニター１３０を利用しながら（保安要員や医師などの）ユーザ１３２に示す。このようにユーザ１３４は、映像を検査して物体１０２内の関心領域を確認することができる。端末機１３０は、ユーザ入力によって検査装置１０８の（回転速度やコンベアベルト速度などの）動作を直接操作することもできる。
コントローラ１３４は端末機と連結し、端末機から入力を受け、実行する動作を示す命令語を生成したりもする。例えば、ユーザ１３２が他のエネルギーレベルで物体１０２を再検査したいときには、コントローラ１３４は（物体を検査区域に戻すように）方向を変えるように支持台１１２に指示する命令を下すことができる。
以上は例示に過ぎず、上述した１つ以上の要素の機能を多数の要素に分割したり１つに統合することもでき、他の機能を行う他の要素を追加することもできる。
ディテクタアレイは２つ以上のディテクタセル集合で構成され、ディテクタセル集合ごとに放射線エネルギースペクトルが異なる。図２〜４は、このようなディテクタセル配列を示すディテクタアレイ２００、３００、４００の平面図である。このような配列も例示に過ぎず、他の配列を採択することもできる。
図２において、ディテクタセル２０２は第１放射線エネルギースペクトルを感知し、ディテクタセル２０４は第２放射線エネルギースペクトルを感知し、ディテクタセル２０４はディテクタセル２０２の間に疎らに配列される。これらのディテクタセル２０２、２０４の割合は画質に応じて異なることがあるが、ディテクタセル２０２とディテクタセル２０４の割合は通常は３：１以下である。ディテクタアレイの総感知面積の２５％未満をディテクタセル２０４が占めるのが通常である。
第１、第２放射線エネルギースペクトルが一部重なることがあるところ、例えば、第１、第２スペクトルの範囲がそれぞれ８０〜１００ｋｅＶと９０〜１００ｋｅＶであることがあり、この場合には第２スペクトルは完全に第１スペクトル範囲に属する。一方、これらのスペクトルが互いに重ならないこともあり、その範囲がそれぞれ７５〜８５ｋｅＶと９０〜１００ｋｅＶとなることもできる。
また、ディテクタアレイ２００を製作するとき、第１、第２スペクトルを区分するようにしてもよく、後で区分するようにしてもよい。すなわち、ディテクタアレイを、初めは（１つの放射線エネルギースペクトルだけを感知する）シングルエネルギーディテクタアレイで構成した後に２種類のディテクタセル２０２、２０４を含むように改造したり、初めからマルチエネルギーディテクタアレイで構成することもできる。
一例として、ディテクタアレイ２００を製作した後にフィルタを利用して放射線の一部分を減衰させ、二番目ディテクタセル２０４の感知面積を一部カバーし、ディテクタセル２０２とは異なるスペクトルを感知するようにする。このようなフィルタは放出した放射線の一部だけを減衰させるものであって、金属を含む減衰物質からなる。例えば、銅のような金属フィルタをディテクタセル２０４の感知面積に重畳させる。このようなフィルタは、接着テープのような接着剤を使用してディテクタアレイ２００に選択的または永久的に付着する。この場合、他の放射線エネルギースペクトルをフィルタリング（減衰）する新たな接着剤を使用してディテクタセル２０４を後で再構成することもできる。
一方、両側ディテクタセル２０２、２０４を製造するときに、それぞれ異なるスペクトルを感知するように構成し、例えば、シンチレータ材料の厚さおよび／または種類をディテクタセルごとに異なるように付着することができる。
図３のディテクタアレイ３００において、ディテクタセル３０２、３０４はそれぞれ第１、第２放射線エネルギースペクトルを感知する。具体的に、第２スペクトルを感知するディテクタセル３０４は２列のディテクタアレイ３００を有し、残りの列は第１スペクトルを感知するディテクタセル３０２からなる。ディテクタセル３０４の列が２つ以上であることもあり、１列や１列の一部分であることもある。
図４のディテクタアレイ４００ではそれぞれ第１、第２スペクトルを感知するディテクタセル４０２、４０４のうちのディテクタセル４０４は１つの行と１つの列からなり、ディテクタアレイ４００の残りの行と列はディテクタセル４０２からなる。もちろん、このような構成は例示に過ぎず、他の配列も可能である。
図５は、放射線撮影装置で検査する物体の密度や原子数（例：ｚ−有効値）特性を表示する映像を生成するために、図１の映像再構成機１２６に使用されるマルチエネルギーデータを生成するシステム、具体的には投射データ生成器５００を示したブロック図である。
投射データ生成器５００は、コンパイラ５０２、推定器５０４、精製器５０６、および分解器５０８を備え、この実施形態において、ある要素は投射データ生成器の外部に位置することもでき、２つ以上の要素が実行する機能を１つの要素が実行することもでき、さらにはある要素の機能を２つ以上に分離することもできる。また、以下の説明は、１回の測定期間を示すデータに対して実行される機能に関するものであるが、このような機能が必要である場合には多くのビューに対して繰り返されることもできる。
コンパイラ５０２は、データ取得機１２２で求めた測定データから２つ以上の部分データ集合を生成し、このデータはディテクタセルの放射線エネルギースペクトルに基づいてデータ集合に分割される。一例として、コンパイラ５０２が第１放射線エネルギースペクトルを感知する第１ディテクタセル２０２から生じた測定データを編集し、第１スペクトルを示す第１部分データ集合を生成することができる。同じように、このコンパイラは、第２ディテクタセル２０４を利用して第２部分データ集合を生成することもできる。コンパイラ５０２は、第２ディテクタセルから生じたほぼすべての測定データを第１部分データ集合から排除し、これは第１部分データ集合が第１エネルギースペクトルを表示し、第２ディテクタ集合は第２エネルギースペクトルを示すデータを生成するためである。同じように、コンパイラが第１ディテクタセルから生じたほぼすべての測定データを第２部分データ集合から排除するが、その理由は類似する。
推定器５０４は、完全なデータ集合のためにそれぞれの部分データ集合から排除されたデータを推定する。すなわち、完全なデータ集合は、ディテクタセルの全部から生じたデータを含むのが通常である。第２ディテクタセル集合から生じた測定データが第１データ集合から排除され、第１ディテクタセル集合から生じた測定データは第２データ集合から排除されるため、第１、第２部分データ集合すべては完全な集合ではない。このため、推定器５０２は、第１、第２部分データ集合から排除されたデータ、すなわち、第１データ集合のためには第２ディテクタセル集合から生じたデータを推定する。このような方法により、第１ディテクタセル集合の測定データと第２ディテクタセルから生じたデータの推定を利用して第１放射線エネルギースペクトルを示す完全な第１データ集合を生成する。同じように、推定器５０４は、第２データ集合のために第１ディテクタセル集合から生じたデータを推定する。第２ディテクタセル集合の測定データと第１ディテクタセルから生じたデータの推定を利用して第２放射線エネルギースペクトルを示す完全な第２データ集合を生成する。
第１、第２データ集合を誘導するのに利用された技術が互いに異なることもある。例えば、第２放射線エネルギースペクトルを示す測定データ量が第１放射線エネルギースペクトルを示す測定データ量よりも小さいことがあり、これは多数のセルが図２〜４のように第１放射線エネルギースペクトルを感知するためである。第１スペクトルを示す測定データ量が与えられると、推定器５０４はこのデータを補間して第２ディテクタセル集合から生じたデータを推定し、測定データから推定第１データ集合を誘導することができる。
このような技法を、推定第２データ集合を誘導するのに活用してもよく、しなくてもよいが、これはこのような補間法を実行することができるデータが（第２ディテクタセル集合の数が少なくて）少ないためである。これによって推定器５０４は、第２ディテクタセル集合と完全な第１データ集合からの測定データを両者とも利用して推定第２データ集合を誘導する。このような方法により、第１、第２スペクトルを示すデータを利用して推定第２データ集合を求め、結果的には第２放射線エネルギースペクトルを示す完全な第２データ集合を求める。すなわち、第２スペクトルを示す測定データ量が第１スペクトルを示す測定データ量よりも小さいときは、第２データ集合の推定自体が不良設定問題となる。不良設定推定問題を安定させるためには、正規化方式を採択しなければならない。例えば、第２エネルギースペクトルを表示する測定データと第１エネルギースペクトルを表示する完全な第１データ集合にエッジ保全正規化方法を適用して推定第２データ集合や完全な第２データ集合の推定部を誘導／生成する。
精製器５０６は、完全な第２データ集合と完全な第１データ集合を比べて完全な第２データ集合やその一部分を精製する。一例として、完全な第１、第２データ集合が物体の同一するビューをそれぞれ異なるスペクトルで表現すると、これらの２つのデータ集合間の強度分布は互いに類似しながらも大きさは異ならなければならない。したがって、精製器５０６は、完全な第１、第２データ集合の強度を比較し、強度が大きさだけ変わるのか、または形状も変わるかを決める。形状が異なる場合、精製器は推定値を繰り返し精製して完全な第２データ集合やその一部を生成し、完全な第２データ集合で表現された強度分布が形状において第１データ集合で表現された強度分布と一致するまで、または他の停止臨界値を満たすまで繰り返す。
分解器５０８は、分析的や繰り返されるその他のマルチエネルギー分解技法を利用してそれぞれの完全なデータ集合の減衰係数を分解する。完全な第１、第２データ集合が互いに異なるスペクトルを示すため、データが同じ物体やビューを表現するとしても減衰係数が互いに異なり、ｚ−有効情報と密度情報を誘導することができる。分解器で出力された分解されたマルチエネルギーデータは映像生成器１２６に送られ、ここでマルチエネルギーデータが投射空間から映像空間に変換されてマルチエネルギー映像を生成する。
図６は、それぞれ異なるスペクトルを示す２つの完全なデータ集合を生成してこれらを分解し、マルチエネルギー映像のためのマルチエネルギー投射データを生成するフローチャートである。
ディテクタアレイ６００をなす多数のディテクタセルをそれぞれ異なるエネルギースペクトルを感知し、感知されたスペクトルを表示するデータを出力する２つの集合６０２、６０４に分ける。例えば、ディテクタアレイ６００のハッチング部は第１集合６０２を、ハッチングのない部分は第２集合６０４である。ディテクタセルの第１集合６０２で出力されたデータはコンパイラ５０２によって編集され、第１スペクトルを示す（感知された放射線を示して測定第１データ集合ともいう）部分第１データ集合６０６と第２スペクトルを示す（測定第２データ集合ともいう）部分第２データ集合６０８を生成する。これらの部分第１、第２データ集合は、通常は物体の同一するビューを表現する。
（ディテクタアレイのハッチング部とは反対に）ディテクタセル全体の情報と第１スペクトルを示す完全な第１データ集合を生成しようとすると（６１０）、第２集合が第１放射線を感知するように構成された場合、第２集合で生成されたデータを推定するように６１２推定器５０４が部分／測定第１データ集合６０６を利用する。したがって、第１スペクトルを示す部分／測定第１データ集合と第１放射線エネルギーを示す推定第１データ集合に基づいて完全な第１データ集合が生成される。
ディテクタセル全体の情報と第２スペクトルを示す完全な第２データ集合を生成しようとすると（６１４）、第１集合が第２放射線を感知するように構成された場合、第１集合で生成されたデータを推定するように６１６推定器５０４が部分／測定第１データ集合６０８を利用する。しかし、（例えば、２列のディテクタセルだけがこのようなデータを生成して）部分／測定第２データ集合６０８を含む制限されたデータ量であるため、このようなデータ集合６０８は第２放射線エネルギースペクトルを表示するデータを推定するには不十分である。このために、第２スペクトルを感知するように構成された場合のディテクタセルの第１集合で生成された第２エネルギースペクトルを示すデータを推定するとき（６１６）、完全な第１データ集合６１０を活用する。したがって、第２エネルギーを示す部分／測定第２データ集合６０８と第１エネルギーを示す完全な第１データ集合６１０に基づいて完全な第２データ集合６１４を生成する。一例として、部分／測定第２データ集合６０８と完全な第１データ集合６１０に基づいてエッジ保全正規化アルゴリズムを適用して（完全な第２データ集合を設定するのに利用される）推定第２データ集合を生成する。
（測定データとは反対に推定データで構成される）完全な第２データ集合を精製するためには（６１８）、完全な第１データ集合６１０を完全な第２データ集合６１４と比較し、完全な第２データ集合に含まれたデータ（または推定値）を精製する。例えば、完全な第２データ集合６１４に含まれた推定値が正確なとき、生成されると予想される予想第１データ集合を生成するのに完全な第２データ集合を利用する。次に、予想第１データ集合を完全な第１データ集合６１０と比較し、その差に基づいて完全な第２データ集合６１４を精製する。
次に、完全な第１データ集合と完全な／精製された第２データ集合を比較してマルチエネルギー分解過程を実行し（６２０）、物体の基本成分（密度、原子数など）を求める。
次に、完全な第１データ集合と完全な／精製された第２データ集合を比較してマルチエネルギー分解過程を実行し（６２０）、物体の基本成分（密度、原子数など）を求める。
図７〜１１は、図７の過程の測定間隔中のそれぞれのディテクタセルで測定した強度の分布を示したグラフであって、ｙ軸７０２は強度を、ｘ軸７０４は強度を測定するディテクタセルを示す。すなわち、それぞれのディテクタセルに番号を付けてｘ軸に配列する。第１ディテクタセルはｘ軸の第１位置に表現され、第２ディテクタセルはｘ軸の第２位置に表現され、ディテクタセルで測定した強度はｙ軸で表現される。
図７のグラフ７００は、第１エネルギースペクトルを感知するディテクタセルの第１集合から生じた部分／測定第１データ集合６０６で表現された強度である。上述したように、部分第１データ集合は、第２スペクトルを感知するディテクタセルの第２集合から生じたデータを排除し、これは第２集合が第１集合とは異なるスペクトルを測定するためである。このため、部分／測定第１データ集合は不完全であると見なす。すなわち、第２スペクトルを感知するディテクタセルのデータが部分／測定第１データ集合に含まれず、グラフ（分布図）が不連続的である。
図８のグラフ８００は、第２エネルギースペクトルを感知するディテクタセルの第２集合から生じた部分／測定第２データ集合６０８で表現された強度である。上述したように、部分第２データ集合は、第１スペクトルを感知するディテクタセルの第１集合から生じたデータを排除し、これは第１集合が第２集合とは異なるスペクトルを測定するためである。このため、部分／測定第２データ集合は不完全であると見なす。すなわち、第１スペクトルを感知するディテクタセルのデータが部分／測定第２データ集合に含まれない。図７〜８のグラフ７００、８００を結合すると、測定間隔中のディテクタアレイから生じたほぼすべてのデータが結合されて表現されるであろう。
図９のグラフ９００は、（推定第１データ集合を求めて部分第１データ集合と結合した後の）完全な第１データ集合６１０の強度である。完全な第１データ集合の推定部は、ディテクタセルの第２集合で測定されたデータを示し、点線で表示される。実線は部分／測定第１データ集合である。部分第１データ集合から少量のデータが排除されると、図７のグラフで表示された部分／測定第１データ集合を補間して推定をする。
図１０のグラフ１０００は、（推定第２データ集合を求めて部分第２データ集合と結合した後の）完全な第２データ集合６１４の強度である。完全な第２データ集合の推定部は、ディテクタセルの第１集合で測定されたデータを示し、点線で表示される。実線は、ディテクタセルの第２集合から生じた部分／測定第２データ集合である。第２スペクトルを示す部分／測定データ量に対して相当量のデータを推定すると、第２スペクトルを示す部分／測定データだけの利用では、排除されたディテクタセルに対する推定できないはずである。このため、（図９のグラフのような）完全な第１データセットと第２スペクトルを表示する部分／測定データを利用しながら、図１０のグラフ１０００のような完全な第２データ集合を求める。
図１１のグラフ１１００は、完全な第１データ集合に関する強度であって、完全な第２データ集合に関する強度グラフ１１０２と形状は似ているが大きさが異なる。このような原理に基づいて完全な第１、第２データ集合を比較し、停止臨界値を満たすまで、完全な第２データ集合に含まれた推定値を繰り返して精製する。このようにすることにより、それぞれ異なるスペクトルを示す２つの完全なデータ集合を２つの部分／測定データ集合で生成し、このときにディテクタアレイは１つだけ使用する。
図１２は、第１、第２放射線エネルギースペクトルを表示するデータを含むマルチエネルギー投射データを推定する方法１２００を示したフローチャートである。ディテクタアレイのディテクタセルの第１集合２０２と第２集合２０４がそれぞれ第１、第２スペクトルを感知する。本実施形態は例示に過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。
１２０２段階から始まり、１２０４段階で部分第１データ集合を生成し、このデータ集合は第１放射線エネルギースペクトルを表示するものであって、測定間隔であるビュー間にディテクタセルの第１集合から生じた測定データを含む。すなわち、検査中の物体とその下のディテクタアレイが放射線に露出され、ディテクタアレイのディテクタセルにぶつかる放射線がアナログ信号に変換し、結果的には投射データに変換する。第１集合から生じた投射データを編集して部分第１データ集合を求める。
第２集合から生じた投射データは部分第１データ集合には含まれておらず、これは第２集合から生じた測定データが第１スペクトルとは異なる第２スペクトルを示すためである。したがって、第２集合から生じた測定データは、第１スペクトルを示す部分第１データ集合から排除される。
１２０６段階で、部分第２データ集合が生成され、このデータ集合は第２スペクトルを示すものであって、測定間隔の間の第２集合から生じた測定データを含む。すなわち、第２集合から生じた測定データを編集して部分第２データ集合を生成する。第１集合から生じた投射データが部分第２データ集合には含まれておらず、これは第１集合から生じた測定データが第１スペクトルを示すためである。したがって、第１集合から生じた測定データは、第２スペクトルを示す部分第２データ集合から排除される。
１２０８段階で、部分第１データ集合から排除されたデータを推定する。すなわち、ディテクタセルが第１スペクトルを感知する場合、第２集合から生じた投射データを推定して部分第１データ集合と結合し、第１スペクトルを示す完全な第１データ集合を求める。このように推定されたデータを推定第１データ集合といい、これは第１データ集合に関連し、部分／測定第１データ集合と共に完全な第１データ集合を生成するのに利用されるためであり、ここで、完全な第１データ集合は、推定第１データ集合と部分第１データ集合の和を含む。
推定は部分第１データ集合に基づく。すなわち、第１スペクトルを示す測定データを利用して第１スペクトルを示す推定データを求める。例えば、部分第１データ集合を利用して推定データを求め、補間法を含んだ多様な分析法や反復法を利用することができる。
１２１０段階で、部分第２データ集合から排除されたデータを推定する。すなわち、ディテクタセルが第２スペクトルを感知する場合、第１集合から生じた投射データを推定して部分第２データ集合と結合させ、第２スペクトルを示す完全な第２データ集合を求める。このように推定されたデータを推定第２データ集合といい、これは第２データ集合に関連し、部分／測定第２データ集合と共に完全な第２データ集合を生成するのに利用されるためであり、ここで、完全な第２データ集合は、推定第２データ集合と部分第２データ集合の和を含む。
図２〜５で説明したように、部分第２データ集合に含まれたデータ量は、推定第２データ集合を推定するのに不十分である。すなわち、部分第２データ集合は、推定第２データ集合を求める補間法を実行するのに十分なデータを有することができない。このため、図５〜６で説明したように、完全な第１データ集合と部分第２データ集合を利用して推定第２データ集合を求める。例えば、部分第２データ集合から排除されたデータを推定するとき、完全な第１データ集合と部分第２データ集合の両者を利用するエッジ保全技法を利用して推定第２データ集合を求める。
１２１２段階で、部分第２データ集合から排除されたデータを精製して推定値の正確度を改善する。例えば、部分第１データ集合から部分第２データ集合まで排除された推定データをマッピングして第１、第２完全なデータ集合と比較する。次に、部分第２データ集合から排除されたデータ推定値を部分第１データ集合の軸線勾配に基づいたマッピングに合わせてアップデートする。このような生成は停止臨界値を満たすまで繰り返され、満たされたときには完全な第２データ集合の現在反復値が分解器５０８に出力される。
１２１４段階で、完全な第１データ集合と完全な第２データ集合の現在反復値が合わさる。例えば、完全な第１、第２データ集合を分解して検査物体の特徴（例：密度や原子数）を確認するのにマルチエネルギー分解アルゴリズムを利用することができる。このような方法によって密度や原子数を示す映像を生成する。すなわち、分解アルゴリズムを利用しながら、マルチエネルギー投射データからマルチエネルギー映像を生成する。
１２１６段階で終了する。
本発明は、上述した技術を実現するプロセッサ実行命令語を含んでいるコンピュータ読み取り媒体も提供する。図１３に示された実施形態１３００のコンピュータ読み取り媒体１３０２は、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、ハードディスクドライバのプラッタであって、コンピュータ読み取りデータ１３０４がエンコードされている。コンピュータ読み取りデータ１３０４はコンピュータ実行命令語１３０６を含み、このような命令語によって図１２の方法１２００と同じ方法１３０８が実行される。コンピュータ実行命令語１３０６は、図１の環境１００や図５の環境５００のようなシステムを実現してもよい。
Claims (20)
- 第１放射線エネルギースペクトルを感知するディテクタセルの第１集合と第２放射線エネルギースペクトルを感知するディテクタセルの第２集合を含む多数のディテクタセルからなるディテクタアレイを備えた放射線撮影装置において、第１、第２放射線エネルギースペクトルを表現するデータを含むマルチエネルギーデータを推定する方法１２００であって、
第１集合から生じたデータを利用し、第２集合から生じたデータを排除した部分第１データ集合を生成する段階１２０４、
第２集合から生じたデータを利用し、第１集合から生じたデータを排除した部分第２データ集合を生成する段階１２０６、
部分第１データ集合に基づいて部分第１データ集合から排除されたデータを推定し、第１放射線エネルギースペクトルを表示する完全な第１データ集合を生成する段階１２０８、および
部分第２データ集合に基づいて部分第２データ集合から排除されたデータを推定し、第２放射線エネルギースペクトルを表示する完全な第２データ集合を生成する段階１２１０
を含むことを特徴とするデータ推定方法。 - 部分第２データ集合から排除されたデータを推定するとき、エッジ保全正規化アルゴリズムを利用することを特徴とする、請求項１に記載のデータ推定方法。
- 部分第１データ集合から排除されたデータを推定するとき、部分第１データ集合を利用した補間法を実行することを特徴とする、請求項１に記載のデータ推定方法。
- 部分第２データ集合から排除されたデータ推定値を精製するとき、完全な第１、第２データ集合を利用することを特徴とする、請求項１に記載のデータ推定方法。
- 部分第２データ集合から排除されたデータ推定値を精製するとき、部分第１データ集合から部分第２データ集合まで排除されたデータ推定値をマッピングした後、このマッピングに基づいて部分第２データ集合から排除されたデータ推定値をアップデートすることを特徴とする、請求項１に記載のデータ推定方法。
- 完全な第１、第２データ集合を合わせて、検査中の物体の密度と原子数を示す映像を生成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のデータ推定方法。
- 完全な第１、第２データ集合を合わせるとき、マルチエネルギー分解アルゴリズムを利用することを特徴とする、請求項６に記載のデータ推定方法。
- 部分第１データ集合を生成するときに投射空間の部分第１データ集合を生成し、部分第２データ集合を生成するときに投射空間の部分第２データ集合を生成することを特徴とする、請求項１に記載のデータ推定方法。
- 完全な第１、第２データ集合が投射空間ドメインにあることを特徴とする、請求項１に記載のデータ推定方法。
- 放射線撮影装置がＣＴ装置を含むことを特徴とする、請求項１に記載のデータ推定方法。
- ディテクタセルの第２集合がフィルタを含み、第２集合が第２放射線エネルギースペクトルのエネルギーを有する放射線だけを感知するように、第２集合にぶつかる放射線の少なくとも一部をろ過することを特徴とする、請求項１に記載のデータ推定方法。
- 前記フィルタが第２集合に含まれたそれぞれのディテクタセルの感知面に接着する接着剤を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のデータ推定方法。
- 放射線を放出する放射線ソース１１８、
放射線の第１、第２放射線エネルギースペクトルをそれぞれ感知する第１、第２集合を含む多数のディテクタセルを備えたディテクタアレイ１０６、
ディテクタセルの第２集合から生じたデータは排除したままでディテクタセルの第１集合から生じる部分第１データ集合と、ディテクタセルの第１集合から生じたデータは排除したままでディテクタセルの第２集合から生じる部分第２データ集合を生成するコンパイラ５０２、および
第１放射線エネルギースペクトルを表示する完全な第１データ集合を生成するように部分第１データ集合に基づいて部分第１データ集合から排除されるデータと、第２放射線エネルギースペクトルを表示する完全な第２データ集合を生成するように部分第２データ集合と完全な第１データ集合に基づいて部分第２データ集合から排除されるデータを推定する推定器５０４
を備えることを特徴とする、マルチエネルギー放射線撮影装置。 - 完全な第１、第２データ集合を比較して部分第２データ集合から排除されたデータ推定値を精製する精製器をさらに備えることを特徴とする、請求項１３に記載のマルチエネルギー放射線撮影装置。
- 完全な第１、第２データ集合を利用して密度と原子数を示す映像を生成する映像生成器をさらに備えることを特徴とする、請求項１３に記載のマルチエネルギー放射線撮影装置。
- マルチエネルギー分解アルゴリズムを利用して完全な第１、第２データ集合を合わせてマルチエネルギーデータを生成する分解器をさらに備えることを特徴とする、請求項１３に記載のマルチエネルギー放射線撮影装置。
- 前記推定器がエッジ保全正規化アルゴリズムを利用して部分第２データ集合から排除されるデータを推定することを特徴とする、請求項１３に記載のマルチエネルギー放射線撮影装置。
- ディテクタセルの第２集合がフィルタを含み、このフィルタは、放出された放射線の一部をろ過して第２放射線エネルギースペクトルのエネルギーを有する放射線だけを透過させることを特徴とする、請求項１３に記載のマルチエネルギー放射線撮影装置。
- 前記フィルタが第２集合のディテクタセルに選択的に付着される付着部材を含むことを特徴とする、請求項１８に記載のマルチエネルギー放射線撮影装置。
- 第１放射線エネルギースペクトルを感知するディテクタセルの第１集合と第２放射線エネルギースペクトルを感知するディテクタセルの第２集合を含む多数のディテクタセルからなるディテクタアレイを備えた放射線撮影装置において、第１、第２放射線エネルギースペクトルを表現するデータを含むマルチエネルギーデータを推定する方法１３０８をプロセッサによって実行するコンピュータ命令語１３０６を含んでいるコンピュータ読み取り媒体１３０２であって、
前記方法が、
第１集合から生じたデータを利用し、第２集合から生じたデータを排除した部分第１データ集合を生成する段階１２０４、
第２集合から生じたデータを利用し、第１集合から生じたデータを排除した部分第２データ集合を生成する段階１２０６、
部分第１データ集合に基づいて部分第１データ集合から排除されたデータを推定し、第１放射線エネルギースペクトルを表示する完全な第１データ集合を生成する段階１２０８、および
部分第２データ集合に基づいて部分第２データ集合から排除されたデータを推定し、第２放射線エネルギースペクトルを表示する完全な第２データ集合を生成する段階１２１０
を含むことを特徴とする、コンピュータ読み取り媒体。
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2012
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