JP2017526457A - コンピュータ断層撮影法におけるスペクトル及び強度の格子変調のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
対象物のＸ線投影図を生成するＸ線撮像システムであって、複数のＸ線ビーム１０４を形成する単一のＸ線源１１０を有するＸ線デバイスと、複数のＸ線ビーム内に位置付けられたフィルタ１２０と、撮像すべき対象物が収容される対象物空間と、複数の画素１５１〜１５５のアレイを含むＸ線検出器１５０とを含むＸ線撮像システム。Ｘ線デバイス、フィルタ、及び複数の画素は、少なくとも１つの画素が複数のＸ線ビームに露出されるように構成される。特定の画素によって受け取られるＸ線放射は、フィルタによる同じスペクトル濾過を受ける。同じスペクトル濾過を受けたＸ線放射を受け取る画素は、画素サブセットに集約される。
Description
本開示は、Ｘ線源及びＸ線検出器によってスペクトルの異なるＸ線像を生成する方法及び撮像システムに関する。より詳細には、本開示は、Ｘ線検出器の近接する画素が異なるスペクトルを受け取るようにスペクトル変調されたビームをもたらすために、Ｘ線システム内で異なるスペクトル濾過を提供するフィルタを含むこと、及びこのスペクトル情報を使用して、スペクトルＸ線撮像手段を実行することに関する。
コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）は、異なる向きの投影図を利用することによって患者又は対象物の３次元表現を再現する技術である。３次元ボリュームから、たとえば、２次元の横断面画像を表示することができる。ＣＴシステムは、典型的には、円錐ビームを形成するようにコリメートされたＸ線源を含み、この円錐ビームは、撮像すべき対象物、すなわち患者を通って誘導され、Ｘ線検出器アレイによって受け取られる。Ｘ線源、円錐ビーム、及び検出器アレイは、撮像平面内のガントリ上で、撮像される対象物の周りをともに回転させることができる。
しかし、Ｘ線放射は望ましくない影響を与える。医療撮像の領域において、望ましくない影響には、患者が受ける放射線量がある。なぜなら、放射線量によって細胞及び遺伝子が損傷を受けるおそれがあるからである。さらに望ましくない影響として、Ｘ線放射と物質の相互作用によりＸ線放射が散乱し、これが検出器内で関心信号、すなわち１次放射線の信号を増加させる。望ましくない影響を低減させるための最も直截的な方法として、総Ｘ線露出量を最小に制限する方策がとられるが、これには画像を取得する必要がある。
負の影響を低減させるために、円錐ビームを形成するための３つの要素が使用される。第１に、各検出器撮像素子（本明細書では「画素」と呼ぶ）がビームに露出される一方で、検出器でない区域に対するオーバーラップが最小まで低減されるように、コリメータは、円錐ビームが検出器区域全体をちょうど覆うように円錐形状を画定する。第２に、「ビームシェーパ」、「ボウタイ」、又は時として「ウェッジ」として知られる蝶ネクタイ形状のデバイスが、Ｘ線ビームの経路内に配置される。ウェッジは、Ｘ線減衰フィルタとして機能するものであり、概して、水、したがって人体のものに近いＸ線吸収スペクトル特徴を有するアルミニウムなどの軽金属又はテフロン（登録商標）などの合成高分子から作られる。
ウェッジは、撮像される体の厚さの変動を補償することが意図される。撮像される体の中心、通常は最も厚い部分を通過するＸ線は、このフィルタによって減衰される量が最も小さくなり、撮像される体の周辺部、通常は最も薄い部分を通過するＸ線は、このフィルタによって減衰される量がより大きくなる。この選択的減衰の結果、Ｘ線線量のより良好な分布が得られる。
これにより、一方では、走査される患者に対する総線量の低減が可能になる。他方では、検出器に当たるＸ線の強度プロファイルの空間的な変動がより小さくなる。したがって、ウェッジは、より高感度のＸ線検出器の使用を可能にし、したがって検出すべきＸ線強度の総ダイナミックレンジを低減させることができる。最後に、負の影響を低減させる第３の要素として、空間的に均質なフィルタ（典型的には、たとえば銅から作られた金属板の形）に、スペクトルの低エネルギー成分を主に吸収させる。平滑なＸ線スペクトルの低エネルギー成分は、典型的には、対象物又は患者によって強く減衰され、したがって測定される信号にそれほど寄与しない。したがって、フィルタは、取得される検出器信号を許容できる程度に低減しながら、患者が露出される総線量を低減させる。
次に、散乱Ｘ線放射を最小まで低減させることも望ましい。なぜなら、その強度が１次強度に重なり、したがって測定される強度がより高くなるために画像アーティファクトを引き起こすからである。したがって、散乱放射線信号に対して測定した放射線を補正するために、散乱放射線量を判定する方法を開発することが望ましい。典型的には、散乱放射線は、１次放射線と演繹的に区別することができないため、容易に入手することができない。さらに、散乱放射線は走査される患者の幾何形状に複雑に関係するため、取得した画像の状況全体から散乱放射線を判定することも困難である。
ＣＴの特別な態様には、一般に２重エネルギーＣＴ、多重エネルギーＣＴ、又はスペクトルＣＴと呼ばれるスペクトル方法がある。これらすべての方法の共通の特徴は、異なる材料がＸ線光子のエネルギーに関して異なる形でＸ線を減衰させることを使用することである。したがって、異なる重み付けがＸ線光子エネルギーにかけられたＣＴ投影図の取得により、材料密度だけでなく化学組成に関する追加の（３Ｄ）情報が提供される。言い換えれば、異なるスペクトル重み付けを表すデータセットで対象ボリュームを走査することが可能である場合、数学的方法を適用して、異なる物理的又は化学的特性を表す３Ｄデータボリュームを生成することが可能になる。そのような特性に対する一般に知られている例には、骨塩量と軟組織密度の比、又はヨウ素、バリウム、ガドリニウム、金、若しくは他の化学元素のような造影剤内容物の存在の視覚化がある。他の例には、水のような組織、骨ミネラル、及び／又はＫ吸収端造影材料を含有する材料密度の別個の３Ｄボリュームの生成がある。これらの方法はすべて、取得される投影図のスペクトル分離が強ければ強いほど、より良好に機能する。選択される方法に応じて、分離される物理的／化学的特性の数又は区別可能な材料の数もまた、投影図生成に使用される異なるスペクトルの数に依存する。
本出願の態様は、上記の問題などに対処する。
本開示の態様によれば、Ｘ線撮像システムが提示される。Ｘ線撮像システムは、複数のＸ線ビームを形成する単一のＸ線源を有するＸ線デバイスと、複数のＸ線ビーム内に位置付けられたフィルタと、撮像すべき対象物が収容される対象物空間と、複数の画素のアレイを含むＸ線検出器とを含む。Ｘ線デバイス、フィルタ、及び複数の画素は、少なくとも１つの画素が複数のＸ線ビームに露出されるように構成される。特定の画素によって受け取られるＸ線放射は、フィルタによる同じスペクトル濾過を受ける。同じスペクトル濾過を受けたＸ線放射を受け取る画素は、画素サブセットに集約される。少なくとも２つの画素サブセットが存在する。
本開示の一態様によれば、Ｘ線デバイスは、Ｘ線デバイスとフィルタとの間に位置付けられたコリメータを含み、コリメータは、Ｘ線源によって生成される複数のＸ線ビームを誘導する複数の開口を有する。
本開示のさらなる態様によれば、Ｘ線源は、Ｘ線放出区域を含み、Ｘ線放出区域は、複数のＸ線ビームがＸ線放出区域の１つ又は複数の顕著な強度最大値から発生するように空間的に変調されたＸ線強度プロファイルを有する。
本開示の別の態様によれば、複数の画素は、それらの間にＸ線の影響を受けない領域を有する。Ｘ線撮像システム及びコリメータは、複数の画素間のＸ線の影響を受けない領域内でＸ線強度を低減させるように構成される。
本開示のさらに別の態様によれば、フィルタは、少なくとも２つの異なる材料を含む。１つの例示的な実施形態では、フィルタ材料の１つは空気である。
本開示のさらに別の態様によれば、フィルタは、空間変調を有する１つの材料を含む。１つの例示的な実施形態では、フィルタは、少なくとも２つの空間的に分離されたフィルタの組合せである。
本開示のさらに別の態様によれば、フィルタは、空間的に交互のスペクトル濾過パターンを有する。フィルタは、異なるスペクトル濾過を表す格子線を有する格子又はタイルのパターンである。１つの例示的な実施形態では、フィルタは交換可能であり、１組の複数の異なるフィルタから選択することができる。
本開示のさらに別の態様によれば、Ｘ線検出器の画素のサブセットは、行、列、又はタイルの交差及び交互パターンを形成する。Ｘ線検出器の画素のサブセットの交互パターンの行、列、又はタイルの最も小さい有効サイズは、１つの画素の有効サイズに対応する。
本開示のさらに別の態様によれば、フィルタは、Ｘ線検出器の複数の画素の少なくとも１つの画素サブセットが、Ｘ線デバイスのＸ線源からのあらゆる直接Ｘ線放射から陰になるように、少なくとも１つの画素サブセットがＸ線を通さない濾過を表すように構成される。
本開示のさらなる態様によれば、上記のＸ線撮像システムの少なくとも１つの画素サブセットに対する散乱Ｘ線放射の強度を測定する方法が提示され、この方法は、Ｘ線デバイスを介して複数のＸ線ビームを生成するステップと、１つ又は複数のフィルタ及びコリメータの組合せ並びにＸ線撮像システム内に含まれる対象物を通って複数のＸ線ビームを伝送するステップと、Ｘ線デバイスからの直接Ｘ線放射を通さない濾過を表す少なくとも１つの画素サブセットに対する散乱Ｘ線強度を検出するステップとを含む。
本開示のさらなる態様によれば、Ｘ線撮像システムによってスペクトルの異なるＸ線投影図の少なくとも２つのサブセットを含む少なくとも１つのＸ線投影データセットを生成する方法が提示され、この方法は、Ｘ線デバイスを介して複数のＸ線ビームを生成するステップと、１つ又は複数のフィルタ及びコリメータの組合せ並びにＸ線撮像システム内に含まれる対象物を通って複数のＸ線ビームを伝送するステップと、Ｘ線撮像システムのＸ線検出器を介してＸ線ビームを検出するステップと、Ｘ線検出器の複数の画素の画素サブセットの取得したデータを、スペクトルの異なるＸ線投影図のサブセットへ論理的に割り当てるステップとを含む。
本開示のさらなる適用可能範囲は、以下に示す詳細な説明から明らかになるであろう。しかし、本開示の精神及び範囲内の様々な変更及び修正がこの詳細な説明から当業者には明らかになるため、詳細な説明及び特有の例は、本開示の好ましい実施形態を示す一方で、例示のみを目的として与えられることを理解されたい。
本開示の態様は、以下の図を参照すると、さらに理解することができる。図中の構成要素は、必ずしも原寸に比例するものではなく、代わりに本開示の原理について明確に示す場合には強調されている。さらに、図中、同様の参照番号は、いくつかの図全体にわたって対応する部分を指す。
本開示について、特有の実施形態に関して説明するが、本開示の精神から逸脱することなく、様々な修正、再配置、及び置換えを行うことができることが、当業者には容易に明らかであろう。本開示の範囲は、本明細書に添付の特許請求の範囲によって画定される。
対象物に関する多くの投影図の収集及びＸ線ビームの濾過は、ＣＴ画像形成で使用される要素である。本開示は、後述するように、少なくとも放射源、ビームフィルタ、及び放射線感受性の検出器アレイを含む特にコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）スキャナの形のＸ線デバイスに関する。
スペクトルＣＴ撮像の特別な用途は、特定の画素に対して異なるＸ線スペクトルを提供するデバイスに認めることができる。空間的に変調されたフィルタをＸ線ビームに入れるだけで、フィルタ構造を画像検出器上へ直接投影することによって、そのような機能性がもう提供されると考える人もいるかもしれない。実際には、理想的な点状Ｘ線源を有するＣＴシステムの場合、そのようなフィルタは、空間的に変調された所望のＸ線スペクトルを提供することができる。
しかし、この簡単な方法は、Ｘ線スポットの有限拡大が存在するという理由で、適さないことが非常に多いことが、当業者には理解されよう。実際には、Ｘ線放出区域の空間的な拡大は、投影される構造をぼかし、すなわち、投影されるフィルタ構造がペナンブラ（半影）によって乱される。これは、システムの幾何寸法に依存する。ほとんどの場合、フィルタは、Ｘ線源に近接して配置する必要があり、それにより、特定の方向に対する所望のスペクトルは、近接する画素と大幅にオーバーラップしない限り、検出器内の画素のサイズに制限されないようになっている。
このペナンブラの問題を克服するために、ほぼ点状のＸ線源のアレイを使用する手法が提案される。これは、これらの「点エミッタ」の空間的拡大が十分に小さく、検出される画像内のペナンブラ効果が、画素サイズの拡大の広がりに制限されるという意味である。各点エミッタは、フィルタ材料の周期的なアレイとの併用で、フィルタアレイを検出器上へ投影し、その結果、特定の画像のオーバーラップ（アレイの周期性を使用）により、濾過されたアレイの画像が調和して重畳される。したがって、Ｘ線ビームを空間的及びスペクトル的に変調するフィルタを導入することを含むシステム及び方法が提案される。このフィルタは、たとえば、Ｘ線システム内に２つの異なる材料から構築することができ、たとえばＸ線検出器の近接する画素が異なるスペクトルを受け取るようにスペクトル変調されたビームをもたらすことができる。
本開示の実施形態を次に詳細に参照されたい。本開示の特定の実施形態について説明するが、本開示の実施形態をそれらの記載の実施形態に限定することが意図されるものではないことが理解されるであろう。逆に、本開示の実施形態の参照は、添付の特許請求の範囲によって画定される本開示の実施形態の精神及び範囲内に含まれる代替手段、修正、及び等価物を含むことが意図される。
図１を参照すると、本開示による少なくとも１つのＸ線源を有する撮像システムの撮像の幾何学的配置が提示される。
Ｘ線撮像システム１００は、複数の位置１０６からＸ線を放出する少なくとも１つのＸ線デバイス１１０と、フィルタ格子１２０と、オプションのコリメータ格子１３０と、対象物空間１４０と、複数の画素１５１〜１５５のアレイを含むＸ線検出器１５０とを含む。複数の画素１５１〜１５５は、Ｘ線の影響を受けない間隙１７０によって分離することができる。Ｘ線デバイス１１０は、複数のＸ線ビーム１０４を生成し、各ビーム１０４は、位置１０６の１つを画素１５１〜１５５の１つとそれぞれ接続することを特徴とする。Ｘ線ビーム１０４は、フィルタ１２０を通過する。フィルタ１２０は、Ｘ線ビーム１０４のそれぞれに特有の濾過を適用するように構成された「フィルタ格子」と呼ぶことができる。位置１０６、フィルタ格子１２０、及び検出器画素１５１〜１５５は、特定の単一の画素に接続されたすべてのＸ線ビーム１０４がフィルタ格子１２０による同じスペクトル濾過を受けるように構成される。
Ｘ線ビーム１０４のスペクトル的及び空間的な分離は、複数の開口１０８を含むオプションのコリメータ格子１３０によって対応することができる。開口１０８は、Ｘ線ビーム１０４のそれぞれの中心に沿って伝搬する光子の通過を可能にするように構成され、又は異なる言い方をすれば、位置１０６の中心から任意の画素１５１〜１５５の中心へ伝搬する各光子は、オプションのコリメータ格子１３０の開口１０８を通過する。さらに、オプションのコリメータ１３０のブロッキング１３１が、位置１０６の１つから画素１５１〜１５５間の間隙１７０の方へ伝搬するＸ線光子の最大量を抑制するように構成される。
画素間隙１７０に照射しないことは、オプションのコリメータ格子１３０が存在しない構成と比較すると、対象物空間１４０内に配置される対象物又は患者が受ける線量がより少なくなることを意味する。理想的な不透明な格子の場合、画素間隙１７０を完全に陰にすることも実現することができる。線量が現在のＣＴの幾何学的配置の約２０％まで節約されることを示すことができる。コリメータ格子１３０は、ブロッキング１３１を通って伝送される放射線の量が最小まで低減されるように、たとえば適当な厚さのタングステン又は鉛などの非常に不透明な材料から構築又は形成されることが企図される。（Ｘ線源から見て）フィルタ格子１２０及びオプションのコリメータ１３０の後ろでＸ線検出器１５０の前に位置する対象物空間１４０内に、撮像すべき対象物が位置付けられる。この例示的な実施形態では、５つの画素１５１〜１５５が示されている。しかし、いくつかのより多くの画素がＸ線検出器１５０のアレイを形成することも、当業者には考えられよう。
図２ａ及び図２ｂは、Ｘ線デバイス１１０の２つの可能な構成を示す。どちらの構成も、Ｘ線が出てくる位置１０６を提供する。図２ａでは、Ｘ線デバイス１１０は、Ｘ線光子が出てくる単一の区域１１２を含む。この区域は、一般的なＸ線管の一般的な焦点とすることができる。放出されたＸ線は、格子１１４によってコリメートされる。格子１１４は、その開口１０６のみを通ってＸ線を伝送するように構成されており、したがって開口１０６は、Ｘ線デバイス１１０の位置１０６と同一である。格子１１４は、ブロッキング２３１を通って伝送される放射線の量が最小まで低減されるように、たとえば適当な厚さのタングステン又は鉛などの非常に不透明な材料から構築又は形成されることが企図される。検出器１５０の特定の画素によって受け取られたＸ線ビーム１０４は、特定の数の位置１０６、すなわち照準線内で検出器１５０の対応する画素とＸ線放出区域１１２との間の位置１０６のみを通過することができることに留意されたい。また、検出器１５０の異なる画素に割り当てられたＸ線ビーム１０４は、Ｘ線デバイス１１０の完全に異なる位置１０６に割り当てられるものとすることができる。
図２ｂに示す代替実施形態では、Ｘ線デバイス１１０は、空間的に変調された強度内でＸ線光子が出てくる単一の区域１１６を含み、したがって位置１０６は、Ｘ線区域１１６の局所的な強度最大値によって表される。区域１１６は、Ｘ線管の焦点とすることができ、それに対するＸ線強度の変調は、金属アノードに当たる電子の密度がそれに対応して変動することによって実行される。たとえば、電子は、空間的に変調された電子源から生成することができ、一般的な電子レンズ光学系が、電子源の「像」をもたらし、それにより焦点は、電子源区域と同じ空間的なＸ線強度パターンを表示する。
フィルタ１２０は、異なるＸ線濾過の特徴パターンを形成する。たとえば、図３ａ及び図３ｂを参照すると、このパターンは、フィルタ１２０の水平方向（又は垂直方向）の長さに延びる交互ストリップの形とすることができる。図３ａでは、フィルタ１２０は側面図で示されており、どちらも異なったＸ線濾過特性によって互いに異なる第１の格子２１０及び第２の格子２２０が示されている。図３ｂでは、フィルタ１２０は上面図に示されており、フィルタ１２０の長さに延びる第１の格子２１０及び第２の格子２２０が示されている。
フィルタ１２０のこの交互パターンデザインは、複数の画素１５１〜１５５の交互の画素に、異なるＸ線スペクトルが照射されることを可能にする。たとえば、図１、図４、及び図５のすべてに示すように、第１の画素１５１は、第１のスペクトル１８０を受け取り、第２の画素１５２は、第２のスペクトル１８２を受け取る。加えて、第３の画素１５３及び第５の画素１５５は、第１のスペクトル１８０を受け取り、第４の画素１５４は、第２のスペクトル１８２を受け取る。異なる言い方をすれば、奇数の画素（すなわち、画素１５１、１５３、及び１５５）は、第１のスペクトル１８０を受け取り、偶数の画素（すなわち、画素１５２及び１５４）は、第２のスペクトル１８２を受け取る。したがって、それぞれの隣接又は近接する画素は、異なるスペクトルを受け取ることができる（すなわち、スペクトルの交互構成の形成）。異なる言い方をすれば、スペクトル分離を実現することができる。さらに、第１のスペクトル１８０は、高エネルギー光子に強い重みを有することができ、第２のスペクトル１８２は、低エネルギー光子に強い重みを有することができ、逆も同様である。
その結果、撮像システム１００内へフィルタ１２０を組み込むことによって、Ｘ線検出器１５０のアレイの交互の画素が、異なるスペクトルを受け取ることができる。したがって、Ｘ線デバイス１１０のＸ線放出位置１０６の配置とともに、フィルタ１２０は、スペクトル間の空間的なオーバーラップが生じないように、又はＸ線検出器１５０上の特定の位置に対して空間スペクトルのオーバーラップが最小まで低減されるように、少なくとも２つのスペクトルの生成を引き起こす。
フィルタ格子１２０に使用されるパターンは、Ｘ線デバイス１１０のＸ線放出位置１０６のパターン、オプションのコリメータ格子１３０のパターン、及びＸ線検出器１５０の画素アレイの幾何学的配置に位置合わせされる必要があることに留意されたい。したがって、Ｘ線検出器１５０に対して画素のサブセットが割り当てられ、異なるＸ線スペクトルのパターンに位置合わせされる。たとえば、図３ａ及び図３ｂに報告するフィルタ格子１２０の格子線パターンは、Ｘ線デバイスのＸ線放出位置１０６の類似の格子線パターン、並びにオプションでコリメータ格子１３０の格子線パターン及びＸ線検出器１５０の検出器画素の方形パターンとともに使用されるはずであり、画素のサブセットは、交差する格子線パターンを形成する。
図３ａ及び図３ｂに表示したものよりさらに多くのパターン配置の可能性があることが、当業者には理解されよう。たとえば図３ｃに示す代替配置では、フィルタ格子１２０が、方形タイル２３０、２４０の２次元パターンによって形成される。このタイルパターンは、ほぼ点エミッタの方形アレイで配置されたＸ線放出位置１０６を有するＸ線デバイス１１０とともに使用され、オプションで開口１０８の方形アレイを有するコリメータ格子１３０、及び画素サブセットが交差タイルパターンを形成する方形画素行列を有するＸ線検出器１５０とともに使用される。
図１を再び参照すると、スペクトル濾過の交互パターンを検出するように構成された検出器画素アレイが示されており、すなわち各画素が、その直接近接する画素とは異なるスペクトルを検出する。しかし、他の構成も可能であることが当業者には理解されよう。たとえば、Ｘ線デバイス１１０、フィルタ格子１２０、及びオプションのコリメータ格子１３０は、第１のスペクトル１８０及び第２のスペクトル１８２がより大きい周期性で交差パターンを形成し、パターンの列、行、又はタイルが単一の検出器画素より大きいサイズ寸法で検出器区域を覆うように構成することができる。これは、画素のサブセットが、直接近接する画素のシーケンスを含むことができることを意味する。言い換えれば、画素のサブセットによって表されるパターンの列、行、又はタイルのサイズは、１つの画素のサイズに対応することができるが、１つの画素のサイズに限定されるものではなく、したがってより大きいサイズを有することもできる。
さらに、第１のスペクトル１８０及び第２のスペクトル１８２に対する手段のみが図１に示されているが、Ｘ線デバイス１１０、フィルタ格子１２０、オプションのコリメータ格子１３０、及び検出器１５０は、３つ以上のスペクトルを有する交差パターンを生成することができるように構成することができることが、当業者には理解されよう。たとえば、３つ以上の異なるＸ線濾過のための手段を提供し、適当な格子ピッチを有するフィルタ格子を選ぶことによって、検出器１５０上に３つ以上の異なるスペクトルの交互及び交差シーケンスを生成することが可能になる。
この構成を満たす（すなわち、適当な幾何学的配置を選ぶことによる）フィルタ１２０を、Ｘ線デバイス１１０と検出器１５０との間の異なる位置に配置することもできることに留意されたい。たとえば、図４は、フィルタ格子１２０の代替の位置付けを示す（全体的なシステムの幾何学的配置に応じて格子ピッチを適合させる必要があることに留意されたい）。また、たとえばフィルタ格子１２０及びオプションのコリメータ格子１３０をシステム内へ取り付けるべき固定の順序はない。代替実施形態として、フィルタ格子１２０は、たとえば図５に示すように、２つ以上のフィルタ１２２及び１２４の組合せに置き換えることができる。効果的な格子１２０のいくつかのさらなる配置及びパターンが、当業者には考えられよう。
フィルタ１２０は、２つ以上の異なる材料を含むことができ、又は２つ以上の異なる材料から形成することができる。別法として、フィルタ１２０は、材料厚さの調節によって異なる濾過を提供する単一の材料から形成することができる。フィルタ材料の１つは、空気又は別のわずかに減衰させる材料とすることができる。実際上、このわずかに減衰させる材料は、Ｘ線の減衰が実際上ゼロであることを表し、それにより画素のサブセットの１つが、実際上濾過されないスペクトルに割り当てられる。
さらに、フィルタ格子１２０の材料の１つ又は複数は、タンタル、タングステン、又は鉛などの比較的大きいＫ吸収端エネルギーを有する材料から形成することができ、その結果得られるスペクトル濾過では、Ｋ吸収端を下回るエネルギーを有する光子の伝送が比較的強化される。Ｋ吸収端は、Ｋ吸収端を下回るエネルギーを有する光子でも対象物空間１４０内に配置された対象物を通過することができるように十分な高さになるように選択することができる。より大きい相対的な重みを「高い」エネルギーに加えるスペクトルを生じさせるために、アルミニウム、銅、又は錫などの比較的低いＫ吸収端を有する材料を使用することも企図される。なぜなら、それらの材料のＫ吸収端エネルギーは、Ｋ吸収端を下回る光子エネルギーが対象物空間１４０内に配置された対象物を透過することが実際上可能でないほど低いと想定されるからである。非常に特殊な検出器（たとえば、光子計数若しくは多層検出器）又は高速スイッチング特性を有する管を必要とすることなく、スペクトルＣＴ特性へのアクセスを可能にする多くのさらなる実施形態が考えられる。
加えて、フィルタ格子１２０の１つ又は複数の材料（又はそれらの厚さ）は、Ｘ線を通さないようにすることができ、その結果、画素の少なくとも１つのサブセットに１次放射線が照射されなくなる。したがって、これらの画素によって受け取られる放射線は、散乱放射線のみからなる。補間により、完全に照射される画素によって受け取られる強度をその散乱量によって補正することができる。
上記の例は、本開示の様々な態様及び本開示の方法の実践を示す。これらの例は、本開示の多くの異なる実施形態の排他的な説明を提供することが意図されるものではない。したがって、上記の本開示について、明瞭さ及び理解の目的で、例示及び例としてある程度詳細に説明したが、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、多くの変更及び修正を本開示に加えることができることが、当業者には容易に理解されよう。したがって、上記の説明は、限定ではなく、特定の実施形態の単なる例示として解釈されるべきである。本開示に添付する特許請求の範囲の範囲及び精神内の他の修正形態も、当業者には考えられよう。
Claims (20)
- 対象物のＸ線投影を生成するためのＸ線撮像システムであって、当該Ｘ線撮像システムは、
複数のＸ線ビームを形成する単一のＸ線源を有するＸ線デバイスと、
前記複数のＸ線ビーム内に位置付けされたフィルタと、
撮像すされるべき前記対象物が収容される対象物空間と、
複数の画素のアレイを含むＸ線検出器と
を含み、
前記Ｘ線デバイス、前記フィルタ、及び前記複数の画素は、少なくとも１つの画素が前記複数のＸ線ビームに露出されるように構成され、
特定の画素によって受け取られるＸ線放射は、前記フィルタによる同じスペクトル濾過を受け、
同じスペクトル濾過を受けるＸ線放射を受け取る画素は、画素サブセットに集約され、
少なくとも２つの画素サブセットが存在する、
Ｘ線撮像システム。 - 前記Ｘ線デバイスは、前記Ｘ線デバイスと前記フィルタとの間に位置付けられたコリメータを含み、当該コリメータは、前記Ｘ線源によって生成される前記複数のＸ線ビームを指向させる複数の開口を有する、請求項１に記載のＸ線撮像システム。
- 前記Ｘ線源は、Ｘ線放出区域を含み、当該Ｘ線放出区域は、前記複数のＸ線ビームが前記Ｘ線放出区域の１つ又は複数の顕著な強度最大値から発生するように空間的に変調されたＸ線強度プロファイルを有する、請求項１に記載のＸ線撮像システム。
- 前記複数の画素は、それらの間にＸ線の影響を受けない領域を有し、コリメータは複数の開口を有し、
前記Ｘ線撮像システム及び前記コリメータは、前記複数の画素間の前記Ｘ線の影響を受けない領域内でＸ線強度を低減させる、
請求項１乃至３の何れか一項に記載のＸ線撮像システム。 - 前記フィルタは、少なくとも２つの異なる材料を含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載のＸ線撮像システム。
- 前記フィルタ材料の１つは空気である、請求項５に記載のＸ線撮像システム。
- 前記フィルタは、空間変調を持つ１つの材料を含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載のＸ線撮像システム。
- 前記フィルタは、少なくとも２つの空間的に分離されたフィルタの組合せである、請求項１乃至７の何れか一項に記載のＸ線撮像システム。
- 前記フィルタは、空間的に交互のスペクトル濾過パターンを有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載のＸ線撮像システム。
- 前記フィルタは、異なるスペクトル濾過を表す格子線を有する格子又はタイルのパターンである、請求項９に記載のＸ線撮像システム。
- 前記フィルタは交換可能であり、複数の異なるフィルタのセットから選択することができる、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のＸ線撮像システム。
- 前記Ｘ線検出器の前記画素のサブセットは、行、列、又はタイルの交差及び交互パターンを形成する、請求項１乃至１１の何れか一項に記載のＸ線撮像システム。
- 前記Ｘ線検出器の画素のサブセットの前記交互パターンの行、列、又はタイルの最も小さい有効サイズは、１つの画素の有効サイズに対応する、請求項１２に記載のＸ線撮像システム。
- 前記フィルタは、前記Ｘ線検出器の前記複数の画素の少なくとも１つの画素サブセットが、前記Ｘ線デバイスの前記Ｘ線源からのあらゆる直接Ｘ線放射から陰になるように、少なくとも１つの画素サブセットがＸ線を通さない濾過を表すように、構成される、請求項１乃至１３の何れか一項に記載のＸ線撮像システム。
- 請求項１４に記載のＸ線撮像システムの少なくとも１つの画素サブセットに対する散乱Ｘ線放射の強度を測定する方法であって、
前記Ｘ線デバイスを介して複数のＸ線ビームを生成するステップと、
１つ又は複数のフィルタ及びコリメータの組合せ並びに前記Ｘ線撮像システム内に含まれる対象物を通って前記複数のＸ線ビームを伝送するステップと、
前記Ｘ線デバイスからの直接Ｘ線放射を通さない濾過を表す前記少なくとも１つの画素サブセットに対する散乱Ｘ線強度を検出するステップと
を含む、方法。 - 請求項１乃至１４に記載のＸ線撮像システムによってスペクトルの異なるＸ線投影の少なくとも２つのサブセットを含む少なくとも１つのＸ線投影データセットを生成する方法であって、
前記Ｘ線デバイスを介して複数のＸ線ビームを生成するステップと、
１つ又は複数のフィルタ及びコリメータの組合せ並びに前記Ｘ線撮像システム内に含まれる対象物を通って複数の前記Ｘ線ビームを伝送するステップと、
前記Ｘ線撮像システムの前記Ｘ線検出器を介して前記Ｘ線ビームを検出するステップと、
前記Ｘ線検出器の前記複数の画素の前記画素サブセットの取得したデータを、スペクトルの異なるＸ線投影のサブセットへ論理的に割り当てるステップと
を含む、方法。 - 散乱Ｘ線放射に対して補正された少なくとも１つのＸ線投影データセットを生成する方法であって、請求項１５に記載の散乱Ｘ線放射の強度を測定する方法を使用するステップと、請求項１６に記載の方法で生成された少なくとも１つのＸ線投影データセットを散乱Ｘ線放射に対して補正するステップとを含む、方法。
- 請求項１６又は１７に記載の方法によって生成された少なくとも１つのＸ線投影データセットを使用して対象物の化学的又は物理的情報を表す少なくとも１つの２Ｄデータセット又は少なくとも１つの３Ｄデータセットを生成する、方法。
- 少なくとも１つの２Ｄデータセット又は少なくとも１つの３Ｄデータセットの前記化学的又は物理的情報は、
ビーム減衰、質量密度、濃度、又はハンスフィールドユニットの単位における特定の化学元素又は化学組成の表現、
ビーム減衰、質量密度、濃度、又はハンスフィールドユニットの単位における特定の化学元素又は化学組成の組み合わせ、
ビーム減衰、質量密度、濃度、又はハンスフィールドユニットの単位における、別の特定の化学元素又は化学組成の組み合わせによって差し引かれた、特定の化学元素又は化学組成の組み合わせ、
特定の化学元素又は化学組成の組み合わせに対する特定の化学元素又は化学組成の１つの組み合わせのビーム減衰、質量密度、濃度、又はハンスフィールドユニットの単位の比率、
単色Ｘ線放射が撮像に使用された場合のように処理される対象物の表現、
のうちの１つである、請求項１８に記載の方法。 - 請求項１５乃至１９の何れか一項に記載の方法を使用する、コンピュータ断層撮影システム。
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