JP2019030637A - 可変距離撮像 - Google Patents

Abstract

【課題】骨密度測定に関連する医用撮像のシステムおよび方法を提供する。【解決手段】撮像用のシステムは、被検体に対して移動可能なガントリを含む。線源は、撮像手順中に放射線を放射するように構成される。検出器は、撮像手順中に線源から減衰した放射線を受け取るように構成され、線源および検出器の少なくとも１つは、調整可能なジョイントによってガントリに移動可能に固定される。撮像コントローラは、少なくともガントリおよび調整可能なジョイントに操作可能に接続され、ガントリのコントローラは、事前の患者情報および撮像システムジオメトリ情報を受け取り、撮像コントローラは、撮像ジオメトリを決定してガントリおよび調整可能なジョイントを操作し、撮像ジオメトリに応じて焦点受像器間距離（ＳＩＤ）を変更する。【選択図】図１

Description

本開示は、医用診断撮像の分野に関する。より具体的には、本開示は、特に骨密度測定に関連する医用撮像のシステムおよび方法に関する。

医用Ｘ線撮像、例えば、骨密度測定システムでは、Ｘ線源およびＸ線検出器は、一般に、実質的にＣ字形状のガントリの対向する端部に取り付けられる。密度測定で典型的に用いられるような走査放射線技術は、例えばファンビームに形成された狭くコリメートされた放射線ビームを使用する。他の構成のＸ線撮像システムが知られているが、放射された放射線ファンビーム、典型的にはＸ線は、Ｘ線検出器に入射し、Ｘ線検出器によって検出可能である。これは、典型的には、Ｘ線検出器用により小さいアレイを使用し、Ｘ線源およびＸ線検出器は、患者に対して移動される。実施形態では、これは、他の従来のＸ線撮影技術と比較して、患者全体を含む患者の広い領域からのデータの走査または収集を可能にする。線源および検出器は、対象物（例えば、人体の一部）がそれらの間に介在されてＸ線が照射されると、検出器が介在した対象物の特性を表すデータを生成するように配置される。

密度測定の特定の用途では、２つ（またはそれ以上）のエネルギーのＸ線が使用される場合、異なるエネルギーのＸ線の吸収の違いによって骨および組織の情報を取得することができる。２つの異なるＸ線エネルギーにおける対象物によるＸ線吸収の測定値は、２つの選択される基礎素材に分解されたその対象物の組成に関する情報を明らかにすることができる。医用分野では、選択される基礎素材は、骨および軟組織であることが多い。骨を周囲の軟組織と区別する能力は、骨粗鬆症および他の骨疾患の診断のための生体内骨密度に関する定量的情報をＸ線画像がもたらすことを可能にする。

少なくともいくつかの公知の二重エネルギー撮像システムは、ショットキーアノードおよびカソード接点を有するテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）半導体を使用して製造される検出器素子を含む。印加されたバイアス電圧の影響下で、半導体は、半導体によって吸収された各Ｘ線のエネルギーに比例する電流を生成する。Ｘ線による半導体電流のわずかな増加は、画像を生成するために使用されるデジタル信号に変換される。

撮像システムの例示的な実施形態は、撮像される患者を支持するように構成された可動テーブルを含む。ガントリは、可動テーブルの周りを移動可能である。ガントリは、少なくとも１つの調整可能なジョイントを含む。線源は、撮像手順中に放射線を放射するように構成される。検出器は、撮像手順中に線源から減衰した放射線を受け取るように構成される。線源および検出器の少なくとも一方は、ガントリの少なくとも１つの調整可能なジョイントによって他方に対して移動可能である。撮像コントローラは、少なくとも可動テーブル、ガントリ、および少なくとも１つの調整可能なジョイントに操作可能に接続される。撮像コントローラは、可動テーブル、ガントリ、および少なくとも１つの調整可能なジョイントの少なくとも１つを操作し、線源、検出器、およびテーブルの間の相対位置を変更する。

撮像システムの例示的な実施形態では、撮像コントローラは、撮像手順情報および撮像システムジオメトリ情報をさらに受け取る。撮像コントローラは、撮像ジオメトリを決定し、撮像ジオメトリに応じて焦点受像器間距離（ＳＩＤ）を変更するために、ガントリおよび少なくとも１つの調整可能なジョイントを操作する。さらなる例示的な実施形態では、調整可能なコリメータが、線源に関連付けられる。調整可能なコリメータは、撮像コントローラによって操作可能であり、撮像ジオメトリのＳＩＤに基づいて線源から放射される放射線ビームを成形する。

撮像システムの例示的な実施形態では、線源は、Ｘ線エミッタであり、検出器は、Ｘ線検出器である。撮像コントローラは、撮像手順中にＸ線画像の形態の医用画像を取得する。エミッタジョイントは、Ｘ線エミッタをガントリに移動可能に接続し、検出器ジョイントは、Ｘ線検出器をガントリに移動可能に接続する。撮像コントローラは、エミッタジョイントおよび検出器ジョイントを協調して操作し、ＳＩＤ、焦点対象物間距離（ＳＯＤ）、および対象物受像器間距離（ＯＩＤ）の少なくとも１つを調整する。

撮像システムの例示的な実施形態では、撮像コントローラは、撮像手順情報および撮像システムジオメトリ情報を受け取る。撮像コントローラは、線源軌道および検出器軌道を含む撮像ジオメトリを決定する。撮像コントローラは、線源軌道および検出器軌道に応じて撮像手順中にガントリを操作する。さらなる例示的な実施形態では、撮像コントローラは、撮像手順中にエミッタジョイントおよび検出器ジョイントの少なくとも１つを操作し、線源軌道および撮像手順中に変化するＳＩＤをもたらす検出器軌道を提供する。

本発明は、非限定的な実施形態の以下の説明を、添付の図面を参照して読むことにより、よりよく理解されるであろう。

例示的な撮像システムのブロック概略図である。 例示的な密度測定システムの概略図である。 本発明の一実施形態によるＣアームアセンブリの概略図である。 被検体に対する撮像ジオメトリの線源および検出器軌跡を図式的に示す図である。 線源および検出器の２つの向きを例示的に示す図である。

以下の説明は、医用撮像システムの様々な実施形態に関する。特に、乳房密度を測定するために例示的に使用されるような単一エネルギーＸ線吸収測定法（ＳＸＡ）システムまたは骨密度を測定するために使用される二重エネルギーＸ線吸収測定法（ＤＸＡ）としての使用のための方法およびシステムが提供される。本明細書では密度測定の例を使用しているが、他の実施形態では、他のモダリティのＸ線撮影および／または医用撮像を用いることができることが認識されるであろう。例えば、これらは、限定はしないが、トモシンセシス、ＭＲＩ、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ、Ｃアーム血管造影法、マンモグラフィ、超音波などを含むことができる。密度測定に関する本説明は、１つの適切な用途の例として提供される。

例示的な実施形態では、図１〜図３に様々に示されているように、密度測定システム１０は、実質的にＣ字形状または半円形のガントリ、またはＣアーム１２を含むように構成することができる。Ｃアーム１２は、対向する端部に互いに対向して取り付けられた線源１４および検出器１８を移動可能に支持する。患者は、線源１４と検出器１８との間に配置される。

本開示内の他の撮像システムでは、線源または検出器の一方が固定位置に留まり、線源または検出器の他方が患者に対して移動可能であることが認識されるであろう。本明細書で開示されるさらに他の例示的な実施形態では、患者を支持するように構成されるテーブルは、さらに移動可能であり、所望の画像取得を達成する。画像データの取得中、Ｃアーム１２は、移動可能であり、患者に対する線源１４および／または検出器１８の位置および／または向きを変更する。例示的な実施形態では、Ｃアーム１２は、横方向走査経路、連続して重なる走査経路、またはジグザグ（例えば、ラスタ）走査経路で線源１４および検出器１８を移動させることができる。他の形態の画像データ取得は、限定はしないが、Ｃアーム１２の回転または傾斜を含むことができる他の形態の走査経路を利用することができることが認識されるであろう。

図１および図２を参照すると、システム１０の例示的な実施形態は、少なくとも骨の面積、骨の長さ、骨塩量（ＢＭＣ）、骨密度（ＢＭＤ）、または組織厚さもしくは密度を測定するように構成される。ＢＭＤは、ＢＭＣを骨の面積で割ることによって計算される。操作中、広帯域エネルギーレベルを有するＸ線ビームは、対象物を走査して、例えば、人間の患者を走査して患者の骨を撮像するために利用される。取得された骨の画像は、例えば骨粗鬆症などの病状を診断するために使用される。画像は、二重エネルギーＸ線走査中に取得された決定された骨密度情報から部分的に生成されてもよい。本明細書でさらに詳細に説明するように、線源１４、検出器１８、および／またはテーブルの位置は、限定はしないが、倍率、画像解像度の向上、または空間解像度を含むさらなる所望の撮像目的を達成するように調整することができる。

撮像システム１０は、ガントリ１２を含むものとして示されている。例示的な目的のために、撮像システム１０は、二重エネルギーＸ線吸収測定法（ＤＸＡ）システムとして説明することができるが、様々な他のシステムも同様の方法で実施することができることが認識されるであろう。ガントリ１２は、Ｘ線ビーム１６を検出器アレイ１８に向けて投影するＸ線源１４を含む。ガントリ１２は、例示的には、患者などの被検体２２の下方に配置される下側端部１３と、被検体２２の上方に配置される上側端部１５とを含む。Ｘ線は、被検体２２を通過して減衰したＸ線を生成する。図１に示すように、Ｘ線源１４は、上側端部１５に固定され、Ｘ線検出器１８は、下側端部１３に固定されてもよい。図２に示すように、検出器１８は、上側端部１５に固定され、Ｘ線源１４は、下側端部１３に固定されてもよい。各検出器素子２０は、例示的には、限定はしないが、減衰したＸ線の強度を表す電気信号を生成するテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）検出器素子である。画像データを取得するための走査中、ガントリ１２および／またはガントリ１２に取り付けられた構成要素は、例示的には、被検体２２および／またはテーブル４６に対して移動可能である。

ガントリ１２の移動およびＸ線源１４の操作は、撮像システム１０の撮像コントローラ２６によって管理される。撮像コントローラ２６は、Ｘ線源１４に電力およびタイミング信号を供給するＸ線コントローラ２８を含む。Ｘ線コントローラ２８はさらに、実行される撮像手順に応じて線源１４からのＸ線ビームを成形するために、調整可能なコリメータ２５に操作および／または制御信号を供給することができる。実施形態では、Ｘ線ビームは、ファンビームとして成形（コリメート）されてもよい。例示的な実施形態では、ファンビーム１６は、視差および画像の重なりぼけを改善するように示されている、ビームのＸ線間の分岐を制限するような狭いファンビームであってもよい。

撮像コントローラ２６は、ガントリ１２の運動、速度、および位置を制御するガントリモータコントローラ３０をさらに含む。いくつかの実施形態では、ガントリモータコントローラ３０は、ガントリ１２の傾斜角を制御することができる。ガントリモータコントローラ３０は、検出器１８とガントリ１２との間の可動ジョイント５０を制御するようにさらに操作してもよい。ガントリモータコントローラ３０は、例示的には、線源１４とガントリ１２との間の可動ジョイント５４を制御するようにさらに操作してもよい。テーブルモータコントローラ４４は、テーブルモータ７０を介してテーブル４６に操作可能に接続される。テーブルモータ７０は、テーブルモータコントローラ４４からの制御信号の下で、テーブル４６を複数の移動の自由度で平行移動、回転、および／または傾斜させるように操作可能である。一実施形態では、テーブルモータ７０は、テーブル４６を３つの自由度（例えば、水平方向、垂直方向、および深さ方向の平行移動）で移動させるように操作可能であり、別の実施形態では、回転移動の自由度（例えば、ピッチ、ヨー、およびロール）を利用可能であってもよい。テーブルモータ７０は、限定はしないが、ラックアンドピニオン、スクリュー、またはチェーン駆動アクチュエータを含む、テーブル４６のこれらの移動を実行する１つまたは複数の機械式または電気機械式システムを含むことができることが認識されるであろう。

Ｘ線源１４およびＸ線検出器１８は、被検体２２の一連の横方向走査２７をトレースするようにラスタパターン２４内を移動することができ、その間に二重エネルギーＸ線データがＸ線検出器１８によって収集される。横方向走査手順は、患者を横断して取得された複数の走査画像から単一の画像または定量的データセットのいずれかを生成し、Ｘ線源１４および検出器２６は、患者の上下軸と縦方向に、または患者の左から右に横方向に位置合わせされる。横方向運動を使用して患者を走査することは、患者の横方向が患者の縦方向より短いので、隣接する走査画像の取得間の時間を最小にするのを容易にする。したがって、横方向走査は、画像をより正確に併合することを可能にする走査画像間の患者の運動アーチファクトの重大度を低減することができる。

横方向走査運動は、ガントリモータコントローラ３０によるガントリ１２、Ｘ線源１４、およびＸ線検出器１８の運動制御と、テーブルモータ７０を介してテーブル４６を操作するテーブルモータコントローラ４４によるテーブル４６の制御との間の協調によって発生される。操作中、Ｘ線源１４は、例示的には、長手方向軸４８に平行な平面を有するファンビーム１６を生成する。任意選択で、ファンビーム１６は、長手方向軸４８に垂直な平面を有してもよい。ラスタパターン２４は、ファンビーム１６の連続する走査線の間にいくらかの重なり合い（例えば、１０％の重なり合い）があるように調整される。

撮像コントローラ２６のデータ取得システム（ＤＡＳ）３２は、例示的には、検出器素子２０からのデータをサンプリングしてデジタル化し、その後の処理のためにそのデータをサンプリングされデジタル化されたデータに変換する。いくつかの実施形態では、ＤＡＳ３２は、ガントリ１２の検出器アレイ１８に隣接して配置されてもよい。プリプロセッサ３３は、ＤＡＳ３２からサンプリングされデジタル化されたデータを受け取り、サンプリングされデジタル化されたデータを前処理する。一実施形態では、前処理は、限定はしないが、オフセット補正、初期速度補正、参照チャネル補正、空気較正、および／または負対数演算の適用を含む。本明細書で使用する場合、プロセッサという用語は、当技術分野でプロセッサと呼ばれる集積回路のみに限らず、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ、特定用途向け集積回路、および任意の他のプログラマブル回路を広範に指し、これらの用語は、本明細書では互換的に使用される。プリプロセッサ３３は、サンプリングされデジタル化されたデータを前処理して、前処理されたデータを生成する。

画像プロセッサ３４は、プリプロセッサ３３から前処理されたデータを受け取り、１つまたは複数の画像処理操作による密度測定および／または吸収測定法を含む画像分析を実行する。取得された骨および組織情報、例えば、画像および密度情報は、画像プロセッサ３４および／またはコンピュータ３６への操作を介してリアルタイムで処理および表示され得る。コンピュータ３６は、例示的には、大容量記憶装置３８に再構成画像を記憶するように操作し、大容量記憶装置３８は、非限定的な例として、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、コンパクトディスク読み出し／書き込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）ドライブ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）ドライブ、フラッシュドライブ、および／またはソリッドステート記憶装置を含んでもよい。本明細書で使用する場合、コンピュータという用語は、当技術分野でコンピュータと呼ばれる集積回路のみに限らず、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ、特定用途向け集積回路、および任意の他のプログラマブル回路を広範に指し、これらの用語は、本明細書では互換的に使用される。本明細書で説明されるプロセッサおよび／またはコントローラの任意の１つまたは複数は、例えば、コンピュータ３６によってアクセス可能かつ実行可能なコンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータ可読コードの実行を通じて、コンピュータ３６によって、またはコンピュータ３６と共に実行され得ることが認識されるであろう。

コンピュータ３６はまた、キーボード、マウス、音声起動コントローラ、タッチスクリーンまたは任意の他の適切な入力装置などのユーザインターフェース装置を含むコンソール４０を介して、オペレータなどのユーザから指令および走査パラメータを受け取る。関連するディスプレイ４２は、オペレータなどのユーザが、コンピュータ３６から画像および密度測定データを観測することを可能にする。指令および走査パラメータは、コンピュータ３６によって使用され、ＤＡＳ３２、Ｘ線コントローラ２８、およびガントリモータコントローラ３０を含む撮像コントローラ２６に制御信号および情報を供給する。加えて、コンピュータ３６は、例示的には電動テーブル４６である、可動被検体支持部を制御する撮像コントローラ２６の一例であるテーブルモータコントローラ４４を操作し、被検体２２をガントリ１２内に配置することができる。特に、テーブルモータコントローラ４４は、テーブル４６を調整して被検体２２の位置を移動させる。

操作中、システム１０は、二重エネルギーＸ線モードまたは単一エネルギーＸ線モードのいずれかで操作するように構成される。単一エネルギーモードでは、Ｘ線源１４は、数ｋｅＶの狭い帯域のエネルギーで、約２０〜１５０ｋｅＶの診断撮像範囲でＸ線を放射する。二重エネルギーモードでは、Ｘ線源１４は、同時にまたは迅速に連続して放射される２つ以上の帯域のエネルギーで放射線を放射する。Ｘ線源１４はまた、診断撮像範囲にわたって数ｋｅＶを超える単一の広帯域エネルギーを放射するように構成されてもよい。システム１０は、Ｘ線源１４の電圧および／または電流を増加または減少させることによって、二重エネルギーモードと単一エネルギーモードとの間で切り替えることができる。システム１０はまた、Ｋエッジフィルタを除去または追加することによって、二重エネルギーモードと単一エネルギーモードとの間で切り替えることができる。Ｘ線源１４は、異なるエネルギーまたはエネルギー範囲でＸ線を放射することができることに留意されたい。

Ｘ線源１４は、Ｘ線ファンビーム１６を出力するように構成することができる。Ｘ線源１４はまた、Ｘ線ペンシルビーム（図示せず）、Ｘ線コーンビーム、または他の構成を出力するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、コンピュータ３６は、走査された体の少なくとも一部の骨または組織情報を決定するために、単一エネルギーモードまたは二重エネルギーモードで操作するようにシステム１０を制御する。単一エネルギーモードは、一般に、より高い解像度の画像を生成することを可能にする。取得された画像は、例えば、骨密度または他の骨および組織の特性または内容を測定するために使用され得る。上述したように、二重エネルギーＸ線走査は、患者の体全体の直線走査であってもよく、これは上述のような横方向の走査シーケンスで実行されてもよい。二重エネルギーＸ線走査中、患者の体全体の画像を取得することができ、これは体内の骨および組織に関する画像情報を含む。体全体の全身または全体走査は、低線量モード走査であってもよい単一の走査操作として実行されてもよい。いくつかの実施形態では、全身または全体走査の代わりに、体の個々の矩形領域の走査が実行されてもよく、これは単一のスイープ走査であってもよい。患者またはその一部の走査が完了すると、検出器１８によって供給される二重エネルギー信号は、骨および軟組織のような２つの基礎素材の画像に分解される。高エネルギー信号と低エネルギー信号とを組み合わせて、撮像目的で優れた信号対雑音比を有する単一エネルギーモードを提供することもできる。

図３を参照して本明細書でさらに詳細に説明するように、例えばコンピュータ３６からの操作の下でのガントリモータコントローラ３０は、検出器１８とガントリ１２との間の可動ジョイント５０を制御するようにさらに操作することができる。可動ジョイント５０は、ガントリモータコントローラ３０によって操作され、例示的には、検出器の位置を線５２に沿ってガントリ１２の中心点に近づけたり遠ざけたりする。同様に、ガントリモータコントローラ３０は、線源１４とガントリ１２との間で可動ジョイント５４を操作することができる。可動ジョイント５４は、ガントリモータコントローラ３０によって操作され、例示的には、線源１４の位置を線５６に沿ってガントリ１２の中心点に近づけたり遠ざけたりする。可動ジョイント５０、５４は、限定はしないが、ラックアンドピニオン、スクリュー、またはチェーン駆動アクチュエータを含む様々な機械式可動ジョイントのいずれかとすることができる。可動ジョイント５０、５４の操作により、ＳＩＤ、ＳＯＤ、およびＯＩＤを制御し、これは本明細書でさらに詳細に説明される。

ガントリモータコントローラ３０はさらに、電動ガントリジョイント６８に操作可能に接続される。電動ガントリジョイント６８は、例示的には、ガントリＣアーム１２を座標空間内で移動させるように操作可能である。例えば、電動ガントリジョイント６８は、Ｃアーム１２を一次元と三次元との間で移動させるように操作可能であってもよい。一実施形態では、電動ガントリジョイント６８は、Ｃアームを水平方向および深さ方向にも移動させるように操作可能である。知られているように、電動ガントリジョイント６８は、ガントリモータコントローラ３０の制御の下で、Ｃアーム１２を軸の周りに回転させるように操作可能である。図示の例示的な実施形態では、電動ガントリジョイント６８は、ガントリモータコントローラ３０の制御の下で、Ｃアームを少なくとも２つの軸の周りに回転させるように操作可能である。

さらに別の実施形態では、例えば線源と検出器を物理的に接続するＣアームのないシステムにおいて、線源および検出器を独立して駆動することによって、調整可能なＳＩＤ、ＳＯＤ、およびＯＩＤが例示的に設けられてもよいことが認識されるであろう。別の例示的な実施形態では、少なくとも１つの可動ジョイントは、ガントリ１２、例えば、Ｃアームに設けられてもよく、このような可動ジョイントは、線源１４と検出器１８との間の相対位置を調整するように操作可能である。

撮像手順の視野（ＦＯＶ）は、例示的には、線源、検出器、および患者の間の関係に依存する。ＦＯＶおよび画像品質は、例示的には、撮像システム内の構成要素の相対位置に少なくとも部分的に依存してもよい。図３に例示的に示されるように、これらは、線源と検出器との間の距離（ＳＩＤ）と、ＲＯＩの中心によって表される線源と対象物との間の距離（ＳＯＤ）と、検出器とＲＯＩの中心との間の距離（ＯＩＤ）とを含む。ＦＯＶを増加させるために、ＯＩＤを減少させ、ＳＯＤを増加させることができる。しかし、患者の体、または患者を支持する他の対象物、撮像システム自体、および／または撮像室の配置は、線源および検出器の位置にさらなる制約を生じさせる可能性がある。本明細書でさらに詳細に開示される実施形態では、撮像手順の前および／または間に、線源、検出器、およびテーブルの１つまたは複数の位置を変更することによって、改善された撮像を得ることができる。線源、検出器、およびテーブルの位置は、ＲＯＩ、撮像システムのジオメトリ、患者のサイズを考慮して変更することができる。これらの変化は、手順間で行うことができ、またはこれらの変化は、手順中で行うことができる。

例示的な実施形態では、ＤＥＸＡ撮像システムの性能および堅牢性は、（テーブル４６の操作を介して）Ｘ線源１４、Ｘ線検出器１８、および被検体２２の相対位置の洗練された制御によって改善することができる。被検体は、サイズおよび形状が大きく変化する。例示的な実施形態では、線源１４は、典型的には、テーブル４６の下の固定関係に位置する。しかし、検出器１８は、被検体のサイズ、特に被検体の胴囲に対応するように、被検体２２に近づいたり離れたりすることができる。被検体がより薄い実施形態では、検出器１８は、例示的には、被検体２２の近くに移動させることができる。ＯＩＤを低減することにより、より多くのＸ線束が検出器１８のセル毎に受け取られ、他のすべての要素は一定のままで画像品質を改善する。しかし、通常、Ｃアームの上側アームによって表されるような検出器の位置は、平均的な被検体のサイズと所望の画像品質とのバランスをとる位置に固定されるが、本明細書に記載の実施形態では、Ｃアームを操作して、より大きな患者が検出器１８とテーブル４６との間に収容され得るようにＯＩＤを増加させることができる。他の実施形態では、テーブル４６を下方に移動させることができるが、本明細書で説明されるようにＸ線源の位置に対応するシフトがなければ、ＳＯＤは低減し、ＦＯＶが縮小する。大きな患者を撮像するという状況では、縮小されたＦＯＶは、撮像時間を長くし、被検体をより大きなＸ放射線に曝したり、撮像手順の目標に反したりする可能性がある。

上記に関連して、線源を患者に近づけることによって、ＳＯＤが低減し、これにより撮像手順のＦＯＶが縮小するが、その撮像手順の解像度は、検出器のセルが撮像される患者のより小さな領域に広がるにつれて改善される。これは、患者のより小さなＲＯＩの大きな倍率が望ましい実施形態において特に有用であり得る。一例では、これは、骨変性の評価のための特定のジョイントを撮像するために使用され得る。

撮像コントローラは、例示的には、上述したように、ラスタパターンであってもよい走査パターン２４を決定するために操作する。ガントリ１２、テーブル４６、Ｘ線源１４およびＸ線検出器１８は、例示的には、決定された走査パターン２４に追従するように移動される。走査パターン２４は、Ｘ線源１４およびコリメータ２５によって投影されるファンビームの幅に例示的に依存し得る複数の横方向走査２７を含むことができる。走査パターン２４は、ユーザからの手順の撮像ジオメトリまたは対象物を制御するための、例えば、患者の特定の解剖学的部分を走査するための入力に基づいて、例えば上述のようなＳＩＤ、ＳＯＤ、またはＯＩＤに対する１つまたは複数の調整をさらに含むことができる。

例示的な実施形態では、例えば、ラスタパターン２４の横方向走査２７が実行されるとき、患者の輪郭が追従されてもよく、Ｘ線源１４および／またはＸ線検出器１８の位置は、テーブル４６の被検体２２の包絡線または輪郭に対して移動させることができる。そのような実施形態では、横方向走査の各々は、その横断面における患者横断面の寸法および／または撮像の特定の調査に対して決定されたＳＩＤ、ＳＯＤ、ＯＩＤを有することができる。例示的な実施形態では、撮像パターン２４は、その中に含まれる横方向走査２７の１つまたは複数に対してＳＩＤ、ＳＯＤ、またはＯＩＤの少なくとも１つに対する１つまたは複数の調整を含むことができる。

例示的な実施形態では、１つまたは複数のスカウト画像によって取得された患者輪郭情報、記憶された患者のサイズおよび／または形状データ、患者の身長、体重、ＢＭＩ、または他の物理的測定値を使用して、線源位置、テーブル位置、検出器位置および／またはガントリ１２の位置の調整を決定することができる。一実施形態では、デジタル患者モデルを生成し、および／または患者のＥＭＲに既に記憶することができる。実施形態では、システム１０は、限定はしないが、患者の１つまたは複数の画像を取得するデジタルカメラなどの撮像装置を含むことができ、画像は、これらの画像から得られた１つまたは複数の位置および患者のサイズ／身長／体積測定値から取得することができる。他の実施形態では、患者の初期低線量、またはスカウト走査を取得して、患者の測定値を取得することができる。患者の輪郭は、例示的には、一方の側のテーブルの表面と、患者を表すテーブル上の深さ／高さ（図３のＤ）とによって囲まれた包絡線とすることができる。実施形態では、輪郭は、例示的には、患者の最も高い部分の上の所定の距離またはクリアランス高さ（Ｃ）であってもよい。患者のより詳細なモデルまたは測定値が利用可能である場合、患者の輪郭は、テーブルに対して患者の解剖学的部分をより正確に反映するように同様に調整されてもよい。

本説明は、Ｘ線源１４が被検体２２の下に位置し、Ｘ線検出器１８が被検体の上に位置するシステムに関してなされたが、同様の実施形態は、Ｘ線源１４およびＸ線検出器１８の位置を逆にして実施してもよいことが認識されるであろう。

実施形態では、コンピュータ３６は、限定はしないが、Ｘ線コントローラ２８、ガントリモータコントローラ３０、ＤＡＳ３２、プリプロセッサ３３、画像プロセッサ３４、およびテーブルモータコントローラ４４を含む、撮像コントローラ２６のすべてまたは一部をさらに備えるか、または操作することができる。これらの構成要素は、１つまたは複数のプロセッサまたはコントローラに実装され、そのようなコントローラ間で協調して、または単一のコンピュータまたはコントローラで操作するモジュールまたはプログラムとして本明細書に記載の機能を実行することができることが認識されるであろう。

代替の実施形態では、Ｘ線源１４の代わりに、高周波電磁エネルギーを被検体２２に向けて投影するように構成された高周波電磁エネルギー投影源を使用することができる。ガントリ内に配置され、高周波電磁エネルギーを検出するように構成された検出器アレイを、検出器アレイ１８の代わりに使用することもできる。

一実施形態では、画像プロセッサ３４は、再構成画像を大容量記憶装置３８に記憶する。代替的に、画像プロセッサ３４は、診断および評価のための有用な患者情報を生成するために画像データをコンピュータ３６に送信する。特定の実施形態では、コンピュータ３６は、画像データおよび／または患者情報を、コンピュータ３６および／または画像プロセッサ３４に通信可能に結合されたディスプレイ４２に送信する。いくつかの実施形態では、患者情報は、例えば、電子医療記録（ＥＭＲ）４３に記憶されているように可能な限り電子的に外部線源から収集することができ、機械のオペレータによって入力されてもよい。

一実施形態では、ディスプレイ４２は、オペレータが撮像された解剖学的構造を評価することを可能にする。ディスプレイ４２はまた、オペレータが、後続の走査または処理のために、例えば、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を介してＲＯＩを選択すること、および／または患者情報を要求することも可能にすることができる。

図４は、ＣＴ撮像システムの適用において本明細書で開示される実施形態で使用され得るような被検体２２に対する線源軌道６０と検出器軌道６２との間の例示的な撮像ジオメトリを図式的に示す。図４は、例示的には、可動テーブル４６に配置された患者２２を表す。上述したガントリ１２の操作により、Ｘ線源１４は、線源軌道６０に沿って移動可能であり、検出器１８は、検出器軌道６２に沿って移動可能である。患者２２は、例示的には、線源軌道６０および検出器軌道６２の中心に位置する。線源軌道６０および検出器軌道は、例えば、ガントリ（図示せず）を用いて、線源１４および検出器１８を同時に回転させながら、線源１４、検出器１８、およびテーブル４６の位置を維持することによって例示的には達成される。これは、ＳＩＤ、ＳＯＤ、およびＯＩＤがすべて撮像手順を通して固定されたままである例示的な実施形態を示す。

図５では、図４に示す例示的なＣＴシステムが、可動テーブル４６および患者２２の輪郭に追従するように修正された検出器軌道６２’を有して表されている。そのような実施形態では、検出器軌道６２’は、検出器１８の位置を被検体２２のアイソセンタ６４に近づけたり遠ざけたりすることによって達成することができ、例示的には、線源１４および検出器１８を支持するガントリの回転軸がその周りに配置される。アイソセンタ６４および／またはガントリ回転軸に近づけたり遠ざけたりする検出器１８の位置の移動は、ＳＯＤは固定されたままでＳＩＤおよびＯＩＤを変化させる。

Ｃアームガントリは、線源および検出器が回転可能な回転軸を画定する。この回転軸を対象物にまたはその近くに配置し、対線源および検出器を対象物の周りで回転させるか、または対象物を線源および検出器の周りで回転させることによって、複数の異なる向きで取得された対象物の画像を得ることができる。これらの画像は、例えば画像再構成の方法を使用して、対象物の包括的な三次元画像を生成するために組み合わせることができる。このような取得は、通常、コーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）による取得と呼ばれる。

ＣＢＣＴ対応システムは、典型的には、小さな視野を提供し、したがって、単一の走査の間に対象物（例えば、患者）の小さな部分のみを３Ｄ撮像することができる。例えば、患者の肝臓などの対象物の中心から外れた部分を撮像する場合、患者が走査中に載るテーブルは、典型的には、対象の解剖学的構造が３Ｄ視野と一致するように配置される。しかし、患者がここでは検出器および／または線源の軌跡に近くに配置されているので、検出器および／または線源が患者と衝突する可能性がある。検出器を回転の中心から離すと、衝突のリスクは減少するが、対象物の再構成された三次元画像の直径はさらに減少する。現在、撮像システムのオペレータは、そのような衝突が起こらないように患者が再配置される試行錯誤の手法を使用している。いくつかの例では、患者を再配置することは、撮像視野の外側にある対象の解剖学的構造につながる可能性がある。縮小された視野または不適切な患者の配置は、追加の取得につながり、Ｘ線線量の増加、医療処置の長期化、および／または化学的注入剤の追加の使用をもたらす可能性がある。

典型的には、患者などの撮像される被検体は、線源１４によって生成された放射線が被検体を通過して検出器１８によって検出されるように、撮像平面内に配置される。コーンビームＣＴ（ＣＢＣＴ）の場合、撮像システムの視野（ＦＯＶ）は小さく、アイソセンタの中心に位置する。いくつかの例では、例示的には、撮像される特定の臓器、臓器系、または対象物である可能性のある関心領域（ＲＯＩ）は、被検体に対して偏心していることがあるため、被検体は、ＦＯＶがＲＯＩと一致するように配置されるべきである。実施形態では、調整可能なコリメータ２５が、Ｘ線源１４に関連して配置される。調整可能なコリメータ２５は、撮像手順に関連してＸ線源１４から放射されたＸ線ビーム１６を成形するように操作する。

上述したように、ＳＩＤ、ＳＯＤ、およびＯＩＤの１つまたは複数を変化させることによって、Ｘ線源１４および検出器１８の一方または両方の軌道を制御して、テーブルおよび／または患者との線源および検出器のいずれかとの衝突のリスクを低減または防止しながら、患者のサイズに適応することができる。例示的に図４を参照すると、撮像アイソセンタに対する変更を達成すると共にＳＩＤ、ＳＯＤ、およびＯＩＤを変更することは、撮像手順の前、または撮像手順中のいずれかで、テーブル４６の位置を調整することによってさらに行うことができる。

図５は、線源１４および検出器１８の２つの向きを例示的に示す。例示的な実施形態では、線源１４と検出器１８を物理的に接続し、同時に移動させるガントリＣアームは示されていないことが認識されるであろう。線源１４および検出器１８は、例示的には、それぞれの線源軌道６０および検出器軌道６２’に沿った２つの位置に示されている。図３Ｂの検討で分かるように、線源１４’および検出器１８’の位置では、ＳＯＤおよびＯＩＤからなるＳＩＤを横切って、線源１４’と検出器１８’との間の方向にＸ線が放射される。線源１４および検出器１８の位置では、ＳＩＤは、検出器軌道６２’に沿った相対的な検出位置の変化により低減し、検出器を患者（対象物）のアイソセンタ６４の近くに移動させる。図３Ｂに示す例では、ＳＯＤは同じままであるが、ＯＩＤの低減は、撮像手順のこの時点で全体的に低減したＳＩＤをもたらす。

本明細書に開示される撮像システムの調整可能な性質は、例示的には、患者のサイズだけでなく、様々な撮像手順にも適合する堅牢な撮像能力を有する撮像システムを提供する。手順間ならびに手順中で可変のＳＩＤ、ＳＯＤ、およびＯＩＤを達成することができるガントリを提供することによって、本明細書に開示されるシステムの実施形態は、幼児または小児ならびに肥満成人に対して撮像手順を提供するために効果的に使用され得る。以前の撮像システムでは、患者のサイズに適応するための手順間または手順中の調整が制限されていたか、または利用できなかった。例示的な実施形態では、これは、患者および／またはテーブルとの撮像システムの構成要素のいずれかとの衝突のリスクを回避しつつ、撮像手順の目標を達成するために線源および検出器を患者の近くに配置することができる。

本明細書で提供される説明は、ＤＥＸＡの例示的な実施形態を使用した。他の撮像技術もまた、本明細書に開示されたシステムおよび方法で同様の利益を見出すことができるが、様々な実施形態が、本出願に記載されるような利点の技術的効果を生じ得る。例示的な実施形態では、一般に、低減されたＳＩＤは、より低い放射線量で改善された画像品質および／または等価の撮像品質を得ることに関連し、したがって実施形態では、線源および／または検出器の軌道は、選択された画像手順の所望の画像品質をなお達成しながら放射線量を最小限に抑えるように選択および／または操作することができることが認識されるであろう。

１つの例示的な実施形態では、本明細書に開示されたシステムを使用して、例えばジョイント撮像のための高解像度撮像モードを実行することができる。高解像度モードでは、システムは、例えば可動ジョイント５４を操作して線源１４をガントリ１２の回転軸の中心に近づけて配置することによって、ＳＯＤを低減するように操作される。別の実施形態では、テーブルモータ７０は、テーブル、およびテーブルによって支持される患者を線源１４に近づけて配置するように操作することができる。どちらの場合でも、ＳＯＤが低減すると、対象物が拡大され、解像度の高い画像を撮影することができる。

別の例示的な実施形態では、ＳＩＤは、例えば、小児撮像の場合に低減されてもよく、患者はより小さいため、より小さいＳＩＤを可能にする。ＳＩＤを低減することによって、束が検出器素子レベルで増加し、特別な分解能は、より高い解像度の検出器、例えば、２列の検出器素子を使用する検出器の代わりに４列を含む検出器で維持することができる。

例示的な実施形態では、調整可能なコリメータ２５は、ＳＩＤの変化に関連して操作することができ、Ｘ線ビーム１６は、ＳＩＤおよび検出器アレイ１８のサイズによって例示的に制約されるように、二次元視野（ＦＯＶ）に一致するように成形される。

さらに別の例示的な実施形態では、ファンビームＸ線撮影が本明細書の例示的な提案に使用されているが、他の形状のＸ線ビームを様々な撮像手順で使用することができることが認識されるであろう。例えば、線源１４に関連する調整可能なコリメータは、限定はしないが、コーンビーム、直線ビーム、狭いファンビーム、または広いファンビームを含む他のビーム形状を提供するために使用することができるが、当業者であれば、本開示の範囲内で再ミキシングしながら、他の実施形態において例示的に提供され得る他のビーム形状を認識するであろう。

上記の説明では、特定の用語が、簡潔さ、明瞭性、および理解のために使用されている。このような用語は、説明のために使用されており、広義に解釈されることを意図したものであるため、従来技術の要件を超えて、そこから不必要な限定が推論されてはならない。本明細書に説明されている異なるシステムおよび方法ステップは、単独で、または他のシステムおよび方法と組み合わせて使用することができる。添付の特許請求の範囲内で、様々な均等例、代替例、および修正例が可能であることは当然である。

図に示されている機能ブロック図、操作シーケンス、および流れ図は、本開示の新規な態様を実行するための例示的なアーキテクチャ、環境、および方法論を表す。説明の簡略化のために、本明細書に含まれる方法論は、機能図、操作シーケンス、または流れ図の形態であってもよく、一連の動作として説明することができるが、いくつかの動作は、それに従って、異なる順序で、および／または本明細書に示され記載された他の動作と同時に行われるため、方法論は動作の順序によって制限されないことを理解および認識されたい。例えば、当業者であれば、方法論は、状態図のような、相互に関係する一連の状態または事象として代替的に表すことができることを理解および認識するであろう。さらに、方法論に示されたすべての動作は、新規の実施態様に必要でなくてもよい。

この書面による説明は、本発明を開示するために最良の形態を含んで例を使用し、さらに当業者が本発明を製造し使用することを可能にする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含むことができる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。

１０ 密度測定システム、撮像システム
１２ ガントリ、ガントリＣアーム
１３ 下側端部
１４ Ｘ線源
１４’ 線源
１５ 上側端部
１６ Ｘ線ファンビーム
１８ Ｘ線検出器、検出器アレイ
１８’ 検出器
２０ 検出器素子
２２ 患者、被検体
２４ 走査パターン、ラスタパターン、撮像パターン
２５ コリメータ
２６ 撮像コントローラ、検出器
２７ 横方向走査
２８ Ｘ線コントローラ
３０ ガントリモータコントローラ
３３ プリプロセッサ
３４ 画像プロセッサ
３６ コンピュータ
３８ 大容量記憶装置
４０ コンソール
４２ ディスプレイ
４４ テーブルモータコントローラ
４６ 電動テーブル、可動テーブル
４８ 長手方向軸
５０ 可動ジョイント
５２ 線
５４ 可動ジョイント
５６ 線
６０ 線源軌道
６２ 検出器軌道
６２’ 検出器軌道
６４ アイソセンタ
６８ 電動ガントリジョイント
７０ テーブルモータ

Claims (20)

1. 医用撮像用のシステム（１０）であって、
   被検体（２２）に対して移動可能であり、少なくとも１つの調整可能なジョイント（５０、５４）を備えるガントリ（１２）と、
   撮像手順中に放射線を放射するように構成された線源（１４）と、
   前記撮像手順中に前記線源（１４）から減衰した放射線を受け取るように構成された検出器（１８）であって、前記線源（１４）および前記検出器（１８）の少なくとも１つは、前記ガントリ（１２）の前記少なくとも１つの調整可能なジョイント（５０、５４）によって他方に対して移動可能である、検出器（１８）と、
   少なくとも前記ガントリ（１２）および前記調整可能なジョイント（５０、５４）に操作可能に接続された撮像コントローラ（２６）とを備え、前記ガントリのコントローラは、患者情報および撮像システム入力を受け取り、前記撮像コントローラ（２６）は、前記患者情報および前記撮像システム入力に基づいて撮像ジオメトリを決定し、前記ガントリ（１２）および前記少なくとも１つの調整可能なジョイント（５０、５４）を操作し、前記撮像ジオメトリに応じて前記Ｘ線源（１４）およびＸ線検出器（１８）の少なくとも１つの相対位置を調整する、
   システム（１０）。
2. 前記撮像コントローラ（２６）に操作可能に接続された可動被検体支持部をさらに備え、前記システムジオメトリが、前記可動被検体支持部の位置をさらに備え、前記撮像コントローラ（２６）が、前記撮像手順のために前記位置に前記可動被検体支持部を操作する、請求項１に記載のシステム（１０）。
3. 前記線源（１４）が、二重エネルギーＸ線エミッタであり、前記検出器（１８）が、Ｘ線検出器（１８）であり、前記撮像手順が、二重エネルギーＸ線吸収測定法（ＤＥＸＡ）手順である、請求項１に記載のシステム（１０）。
4. 前記Ｘ線エミッタが、エミッタジョイントによって前記ガントリ（１２）に移動可能に固定され、前記Ｘ線検出器（１８）が、検出器ジョイントによって前記ガントリ（１２）に移動可能に固定され、前記エミッタジョイントと前記検出器ジョイントの両方が、焦点受像器間距離（ＳＩＤ）を調整するように前記撮像コントローラ（２６）によって操作可能である、請求項１に記載のシステム（１０）。
5. Ｘ線ファンビーム（１６）を生成するために前記Ｘ線エミッタに対して配置されたコリメータ（２５）をさらに備える、請求項１に記載のシステム（１０）。
6. 前記患者情報が、患者（２２）の胴囲である、請求項２に記載のシステム（１０）。
7. 前記患者情報が、前記可動被検体支持部に対する患者（２２）の輪郭である、請求項２に記載のシステム（１０）。
8. 前記患者（２２）の輪郭が、前記患者（２２）のリコール画像から得られる、請求項７に記載のシステム（１０）。
9. 前記撮像コントローラ（２６）が、複数の横方向走査（２７）を含む走査パターン（２４）に応じて前記ガントリ（１２）および前記可動被検体支持部の少なくとも１つを移動させるように操作し、前記撮像ジオメトリでは、各横方向走査（２７）のための焦点対象物間距離（ＳＯＤ）および対象物受像器間距離（ＯＩＤ）の少なくとも１つが、前記患者（２２）の輪郭に基づいて調整される、請求項７に記載のシステム（１０）。
10. 前記撮像システム入力が、検出されたＸ線束の増加であり、前記撮像ジオメトリが、対象物受像器間距離の低減を含む、請求項１に記載のシステム（１０）。
11. 前記撮像システム入力が、倍率であり、前記撮像ジオメトリが、焦点対象物間距離（ＳＯＤ）の減少を含む、請求項１に記載のシステム（１０）。
12. 密度測定の方法であって、
    患者（２２）の患者情報を得ることと、
    可動患者支持部と、可動ガントリ（１２）に移動可能に接続されたＸ線源（１４）と、前記可動ガントリ（１２）に移動可能に接続されたＸ線検出器（１８）とを備える撮像システム（１０）を設けることであって、前記患者支持部、前記Ｘ線源（１４）、および前記Ｘ線検出器（１８）は、他のものに対して移動可能である、設けることと、
    前記患者情報から撮像ジオメトリを決定することであって、前記撮像ジオメトリは、焦点受像器間距離（ＳＩＤ）と、焦点対象物間距離（ＳＯＤ）と、対象物受像器間距離（ＯＩＤ）とを含む、決定することと、
    前記撮像ジオメトリに応じて前記Ｘ線源（１４）、前記Ｘ線検出器（１８）、および前記患者支持部を操作することと、
    前記Ｘ線源（１４）および前記Ｘ線検出器（１８）を操作してＸ線吸収データを取得することと、
    前記患者（２２）の解剖学的部分の密度を決定することと
    を含む、方法。
13. 撮像システム入力を受け取ることをさらに含み、前記撮像ジオメトリが、前記撮像システム入力からさらに決定される、
    請求項１２に記載の方法。
14. 前記撮像システム入力が、検出されたＸ線束の増加であり、前記決定された撮像ジオメトリが、前記ＯＩＤの低減を含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記撮像システム入力が、倍率であり、前記撮像ジオメトリが、前記ＳＯＤの減少を含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記患者情報が、前記患者（２２）の輪郭であり、
    前記撮像ジオメトリを含む走査パターン（２４）を決定することと、
    前記Ｘ線吸収データを取得するために、前記ガントリ（１２）および前記患者支持部の少なくとも１つを移動させることによって前記走査パターン（２４）を実行することと
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
17. 前記患者（２２）の医用画像を取得することと、
    前記患者（２２）の前記医用画像から患者（２２）の輪郭を決定することと
    をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記走査パターン（２４）が、複数の横方向走査（２７）を含み、前記ＳＯＤおよび前記ＯＩＤの少なくとも１つが、前記患者（２２）の輪郭に基づいて前記複数の横方向走査（２７）の横方向走査（２７）間で調整される、請求項１６に記載の方法。
19. 密度測定用のシステム（１０）であって、
    患者（２２）に対して移動可能なガントリ（１２）と、
    前記患者（２２）を支持するように構成された可動患者支持部と、
    前記ガントリ（１２）に移動可能に結合され、密度測定手順中に放射線を放射するように操作可能なＸ線源（１４）と、
    前記Ｘ線源（１４）に対して配置され、前記放射された放射線をコリメートしてファンビーム（１６）を形成するコリメータ（２５）と、
    前記ガントリ（１２）に移動可能に結合され、前記密度測定手順中に前記Ｘ線源（１４）から減衰した放射線を受け取るように操作可能なＸ線検出器（１８）と、
    患者データおよび撮像システム情報を受け取り、前記Ｘ線源（１４）および前記Ｘ線検出器（１８）の複数の横方向走査（２７）を含む走査パターン（２４）を決定する撮像コントローラ（２６）であって、前記走査パターン（２４）は、前記患者データおよび前記撮像システム情報から決定された焦点対象物間距離（ＳＯＤ）または対象物受像器間距離（ＯＩＤ）の少なくとも１つを含む少なくとも１つの撮像ジオメトリをさらに含む、撮像コントローラ（２６）と
    を備える、システム（１０）。
20. 前記Ｘ線源（１４）が、二重エネルギーＸ線エミッタであり、前記密度測定手順が、二重エネルギーＸ線吸収測定法（ＤＥＸＡ）手順である、請求項１９に記載のシステム（１０）。