JP2021087771A - コンピュータ断層撮影のためのセグメント化された光子計数検出器を使用するコヒーレント散乱撮像のためのシステムおよび方法 - Google Patents

コンピュータ断層撮影のためのセグメント化された光子計数検出器を使用するコヒーレント散乱撮像のためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

【課題】コンピュータ断層撮影のためのセグメント化された光子計数検出器を使用するコヒーレント散乱撮像のためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】セグメント化された検出器アレイを備えたコンピュータ断層撮影システムを使用するコヒーレント散乱撮像のための方法およびシステムが提供される。一実施形態では、方法は、Ｘ線源およびセグメント化された光子計数検出器アレイを用いて関心領域を撮像するステップと、関心領域における関心対象の位置を検出するステップと、Ｘ線源およびセグメント化された光子計数検出器アレイにより、関心対象を選択的にスキャンするステップと、セグメント化された光子計数検出器アレイを用いて、関心対象からのコヒーレント散乱信号を検出するステップと、検出されたコヒーレント散乱信号に基づいて、関心対象の物質を決定するステップと、を含む。このようにして、コヒーレント散乱信号を使用して、画像化されたボリューム内の病変または他の関心対象を識別し調査することができる。【選択図】図２

Description

本明細書に開示する主題の実施形態は、医療および産業用撮像システムに関し、より詳細には、セグメント化された光子計数検出器を含むコンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システムによるコヒーレント散乱撮像に関する。
非侵襲的撮像技術は、患者または対象物に侵襲的処置を施すことなく、患者または対象物の内部構造の画像を得ることを可能にする。特に、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）などの技術は、ターゲットボリュームを通るＸ線の差動透過などの様々な物理的原理を使用して画像データを取得し、断層画像（例えば、人体または他の撮像された構造の内部の３次元表現）を構築する。
米国特許第９５３８９７５号明細書
一実施形態では、方法は、Ｘ線源およびセグメント化された光子計数検出器アレイを用いて関心領域を撮像するステップと、関心領域における関心対象の位置を検出するステップと、Ｘ線源およびセグメント化された光子計数検出器アレイにより、関心対象を選択的にスキャンするステップと、セグメント化された光子計数検出器アレイを用いて、関心対象からのコヒーレント散乱信号を検出するステップと、検出されたコヒーレント散乱信号に基づいて、関心対象を構成する物質を決定するステップと、を含む。このようにして、コヒーレント散乱信号を使用して、画像化されたボリューム内の病変または他の関心対象を識別し特徴付けることができる。
上記の簡単な説明は、詳細な説明でさらに説明される概念の選択を簡略化した形で紹介するために提供されていることを理解されたい。特許請求される主題の重要または本質的な特徴を特定することは意図されておらず、特許請求される主題の範囲は、詳細な説明に続く特許請求の範囲によって一義的に定義される。さらに、特許請求される主題は、上記または本開示の任意の部分で述べられた不都合を解決する実施態様に限定されず、より一般的には、医用撮像および無生物対象物の非破壊評価の両方に適用され得る。
本発明は、添付の図面を参照しながら、以下の非限定的な実施形態の説明を読むことからよりよく理解されるであろう。
一実施形態による、撮像システムの図である。 一実施形態による、例示的な撮像システムのブロック概略図である。 一実施形態による、セグメント化されていない検出器を用いたコヒーレント散乱撮像を示す図である。 一実施形態による、セグメント化されていない検出器のコヒーレント散乱信号が背景信号によってどのように支配されるかを示すグラフである。 例示的な実施形態による、セグメント化された検出器を用いたコヒーレント散乱撮像を示す図である。 例示的な実施形態による、セグメント化された検出器のセグメントの受容野を示すグラフである。 例示的な実施形態による、セグメント化された検出器でコヒーレント散乱信号がどのように検出されるかを示すグラフである。 例示的な実施形態による、標準プロトコルによる１つまたは複数の画像の取得を示す図である。 例示的な実施形態による、単一スライスからのコヒーレント散乱データの取得を示す図である。 例示的な実施形態による、コヒーレント散乱ＣＴの例示的な方法を示す高レベルのフローチャートを示す図である。 例示的な実施形態による、コヒーレント散乱放射線をセグメント化された検出器と位置合わせするように、Ｘ線源および患者テーブルを調整するためのプロセスを示す図である。
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、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システムを用いたコヒーレント散乱撮像のためのシステムおよび方法が提供される。本技法に従って画像を取得するために使用され得るＣＴ撮像システムの例が、図１および図２に提示されている。コヒーレント散乱は、臨床的に有用なＸ線エネルギーでは、減衰係数、または物質によって散乱または吸収されるＸ線の量の約〜７％に寄与する（例えば、６０ｋｅＶでの水の全質量減衰係数に対するコヒーレント散乱のパーセンテージ）。コヒーレント散乱信号は、特定の光子散乱角度で物質に特有の一意的なピークを示す。したがって、コヒーレントに散乱されたＸ線は、貴重な物質識別情報を含む。従来のＣＴシステムでは、コヒーレント散乱Ｘ線に関する情報はしばしば無視されている。コヒーレント散乱Ｘ線を利用する際の主な障害は、図３に示すように、検出器の受容視野が比較的広いので、図４に示すように、照明視野内の他の線源からの散乱Ｘ線のために関心対象からのコヒーレント散乱Ｘ線を確認するのが難しいということである。例示的で非限定的な例として病変を含み得る関心対象からコヒーレント散乱Ｘ線を取得する１つの手法は、図５に示すように、セグメント化された光子計数検出器を用いてコヒーレント散乱Ｘ線を検出することを含む。セグメント化された光子計数検出器のセグメントは、図６に示すように、異なる角度感度を提供するので、セグメントの少なくとも１つの受容視野が、図７に示すように、関心対象からのコヒーレント散乱Ｘ線を主に検出することができる。したがって、コヒーレント散乱撮像の方法は、図８に示すように、最初に標準ＣＴプロトコルを使用してボリュームの画像を取得し、次に、図９に示すように、関心対象を含むボリュームのスライスを照明するようにＸ線源および検出器を方向付けるステップを含むことができる。次に、図１０に示すように、関心対象からのコヒーレント散乱データを取得して、関心対象の物質組成を決定するために使用することができる。いくつかの実施形態では、図１１に示すように、関心対象からのコヒーレント散乱Ｘ線がセグメント化された光子計数検出器と最適に位置合わせされるように、Ｘ線源と患者テーブルをタンデムに調整することができる。
ＣＴ撮像システムは、最初に、標準プロトコルを使用して画像を取得し、関心対象を含む初期ボリュームを取得することができる。次に、ＣＴ撮像システムは追加のプロトコルを使用して、関心対象をさらに詳細に特徴付ける。最初に、Ｘ線源をコリメートすることができ、ガントリの向きを調整して、関心対象の撮像を局所化することができる。次に、ＣＴシステムを使用する後続のスキャンを、関心対象の選択的な撮像のために最適化された条件下で行うことができる。セグメント化されたＸ線検出器アレイによって提供される角度識別とエネルギー分解能を使用して、関心対象からのコヒーレント散乱シグネチャを取り込み、そのようにして関心対象に対応する個々のピークを分離することができる。最後に、個々のピークを使用して、関心対象の物質の識別を改善することができる。このようにして、コヒーレント散乱シグネチャに基づいて関心対象の１つまたは複数の物質を決定し、ＣＴベースの診断を支援および改善することができる。
本開示のセグメント化された光子計数検出器の実施形態は、位相コントラストＣＴ撮像の１つまたは複数の機能を組み込んでもよいことが当業者によって理解されるであろう。一般に、位相コントラストＣＴ撮像システムは、撮像中に減衰、電子密度、コヒーレント散乱を測定しながら、Ｘ線位相シフトを利用して対象物を撮像する。本開示の実施形態も、減衰、電子密度、およびコヒーレント散乱を測定することができるが、標準プロトコルを用いたＣＴ撮像をさらに可能にすることができる。このように、２つのモードを実施することができ、第１のモードは、より大きな関心領域のＣＴ撮像であり、第２のモードは、より大きな関心領域内の関心対象を撮像し、受信したコヒーレント散乱信号により関心対象を特徴付けることである。
図１は、ＣＴ撮像用に構成された例示的なＣＴシステム１００を示している。特に、ＣＴシステム１００は、患者、無生物、１つまたは複数の製造部品、ならびに／あるいは体内に存在する歯科用インプラント、ステント、および／または造影剤などの異物などの対象物１１２を撮像するように構成される。一実施形態では、ＣＴシステム１００は、ガントリ１０２を含み、ガントリ１０２は、対象物１１２の撮像に使用するためのＸ線放射１０６のビームを投射するように構成された少なくとも１つのＸ線源１０４をさらに含むことができる。具体的には、Ｘ線源１０４は、Ｘ線１０６をガントリ１０２の対向する側に配置された検出器アレイ１０８に向けて投影するように構成される。図１は単一のＸ線源１０４のみを図示しているが、特定の実施形態では、患者に対応する異なるエネルギーレベルまたは角度方位で投影データを収集するために、複数のＸ線放射源および／または検出器を使用して複数のＸ線１０６を投影することができる。いくつかの実施形態では、Ｘ線源１０４は、Ｘ線管の動作電圧の迅速なピークキロボルト（ｋＶｐ）スイッチングによってデュアルエネルギー撮像を可能にすることができる。いくつかの実施形態では、用いられるＸ線検出器は、異なるエネルギーのＸ線光子を区別することが可能な光子計数検出器である。他の実施形態では、Ｘ線管／検出器のペアの２つのセットが、デュアルエネルギー投影を生成するために使用され、一方のセットはＸ線管の低ｋＶｐ設定で取得され、他方はＸ線管の高ｋＶｐ設定で取得される。したがって、本明細書で説明される方法は、単一のエネルギー取得技法ならびにデュアルエネルギー取得技法で実施され得ることを理解されたい。
ある特定の実施形態では、ＣＴシステム１００は、逐次近似または解析的画像再構成方法、あるいは両方の組み合わせを使用して、対象物１１２のターゲットボリュームの画像を再構成するように構成された画像プロセッサユニット１１０をさらに含む。例えば、画像プロセッサユニット１１０は、フィルタ補正逆投影（ＦＢＰ）などの解析的画像再構成手法を使用して、患者のターゲットボリュームの画像を再構成することができる。別の例として、画像プロセッサユニット１１０は、高度な統計的反復再構成（ＡＳＩＲ）またはモデルベースの反復再構成（ＭＢＩＲ）などの反復画像再構成手法を使用して、対象物１１２のターゲットボリュームの画像を再構成することができる。本明細書でさらに説明するように、いくつかの例では、画像プロセッサユニット１１０は、逐次近似画像再構成手法に加えて、ＦＢＰなどの解析的画像再構成手法の両方を使用してもよい。
いくつかのＣＴ撮像システム構成では、放射線源は、デカルト座標系のＸ−Ｙ−Ｚ平面内にあるようにコリメートされ、一般に「撮像面」と呼ばれる円錐形のビームを投影する。放射線ビームは、患者または対象物１１２などの撮像される対象物を通過する。ビームは、対象物によって減衰された後に、放射線検出器のアレイに衝突する。検出器アレイで受け取られる減衰された放射線ビームの強度は、対象物による放射線ビームの減衰に依存する。アレイの各検出器素子は、検出器の位置でのビーム強度の測定値である個別の電気信号を生成し、対象物によるビームの減衰を推定するために使用することができる。すべての検出器素子からの減衰測定値を個別に取得し、透過プロファイルを生成する。
いくつかのＣＴシステムでは、放射線源および検出器アレイは、放射線ビームが対象物と交差する角度が絶えず変化するように、撮像面内および撮像される対象物の周りでガントリと共に回転する。ガントリの１つの角度位置での検出器アレイからの放射線減衰測定値、例えば投影データのグループは、「ビュー」と呼ばれる。対象物の「スキャン」は、対象物の周りでの放射線源および検出器の１回転の間に異なる角度位置またはビュー角度で行われた一組のビューを含む。本明細書で説明される方法の利点はＣＴ以外の医療撮像モダリティにも生じると考えられるので、本明細書で使用される「ビュー」という用語は、１つのガントリ角度からの投影データに関して上述の使用に限定されない。「ビュー」という用語は、ＣＴ、Ｘ線ラジオグラフィ撮像、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、もしくは単一光子放出ＣＴ（ＳＰＥＣＴ）取得、および／または開発中のモダリティ、ならびに融合された実施形態におけるそれらの組み合わせを含む任意の他のモダリティのいずれかからの、異なる角度からの複数のデータ取得がある場合は常に１つのデータを取得することを意味するために使用される。
投影データは、対象物を通して取得された１つまたは複数の２次元スライスに対応する画像、または、投影データが拡張軸方向カバレッジ、例えばＺ軸照明を含むいくつかの例では、対象物の３次元画像ボリュームを再構築するために処理される。一組の投影データから画像を再構成するための１つの方法は、当技術分野においてフィルタ補正逆投影技法と呼ばれる。透過型および放出型断層撮影再構成技法はまた、最尤期待値最大化（ＭＬＥＭ）および順序付きサブセット期待値最大化再構成技法、ならびに逐次近似再構成技法などの統計的逐次近似方法を含む。このプロセスは、スキャンからの減衰測定値を「ＣＴ数」または「ハウンズフィールド単位」と呼ばれる整数に変換し、これは表示装置上の対応するピクセルの輝度を制御するために使用される。
総スキャン時間を短縮するために、「ヘリカル」スキャンを実施することができる。「ヘリカル」スキャンを実施するには、所定の軸方向範囲についてのデータを取得しながら患者を移動させる。そのようなシステムは、コーンビームのヘリカルスキャンから単一の螺旋を生成する。コーンビームによってマッピングされた螺旋は投影データをもたらし、そこから各所定のスライスの画像を再構成することができる。
本明細書で使用する場合、「画像を再構成する」という語句は、画像を表すデータが生成されるが可視画像は生成されない本発明の実施形態を除外することを意図しない。したがって、本明細書で使用する場合、「画像」という用語は、可視画像と可視画像を表すデータの両方を広く指す。しかしながら、多くの実施形態は、少なくとも１つの可視画像を生成する（または生成するように構成される）。
図２は、図１のＣＴシステム１００と同様の例示的な撮像システム２００を示す。本開示の態様によれば、撮像システム２００は、対象物２０４（例えば、図１の対象物１１２）を撮像するように構成される。一実施形態では、撮像システム２００は、検出器アレイ１０８（図１を参照）を含む。検出器アレイ１０８は、対応する投影データを取得するために対象物２０４（患者など）を通過するＸ線ビーム１０６（図１を参照）を共に検知する複数の検出器素子２０２をさらに含む。したがって、一実施形態では、検出器アレイ１０８は、セルまたは検出器素子２０２の複数の行を含むマルチスライス構成で製作される。そのような構成では、検出器素子２０２の１つまたは複数の追加の行が、投影データを取得するための並列構成に配置される。
ある特定の実施形態では、撮像システム２００は、所望の投影データを取得するために、対象物２０４の周りの異なる角度位置を横切るように構成される。したがって、ガントリ１０２およびそれに取り付けられた構成要素は、例えば、異なるエネルギーレベルで投影データを取得するために、回転中心２０６を中心に回転するように構成することができる。あるいは、対象物２０４に対する投影角度が時間の関数として変化する実施形態では、取り付けられた構成要素を、円弧に沿ってではなく、一般的な曲線に沿って移動するように構成することができる。
Ｘ線源１０４および検出器アレイ１０８が回転すると、検出器アレイ１０８は、減衰されたＸ線ビームのデータを収集する。検出器アレイ１０８によって収集されたデータは、データを調整するための前処理および較正を受けて、スキャンされた対象物２０４の減衰係数の線積分を表す。処理されたデータは、投影と一般的に呼ばれる。
いくつかの例では、検出器アレイ１０８の個々の検出器または検出器素子２０２は、個々の光子の相互作用を１つまたは複数のエネルギービンに記録する光子計数検出器を含むことができる。本明細書で説明される方法は、エネルギー積分検出器を用いて実施することもできることを認識されたい。
取得された投影データの組は、基底物質分解（ＢＭＤ）に使用することができる。ＢＭＤ中、測定された投影は、一組の物質−密度投影に変換される。物質−密度投影を再構成し、骨、軟組織、および／または造影剤マップなどの各それぞれの基底物質の一対または一組の物質−密度マップまたは画像を形成することができる。次に、密度マップまたは画像を関連付け、基底物質、例えば、骨、軟組織、および／または造影剤のボリュームレンダリングを撮像されたボリューム内に形成することができる。
再構成されると、撮像システム２００によって作成された基底物質画像は、２つの基底物質の密度で表された、対象物２０４の内部特徴を明らかにする。密度画像、または複数の密度画像の組み合わせを表示して、これらの特徴を表示することができる。病状などの医学的状態、より一般的には医学的事象の診断のための従来の手法では、放射線技師または医師は、密度画像のハードコピーもしくは表示、またはこれらの組み合わせを検討し、特徴的な関心特徴を識別する。そのような特徴は、特定の解剖学的構造または器官の病変、サイズおよび形状、ならびに個々の開業医のスキルおよび知識に基づいて画像で識別可能な他の特徴を含むことができる。
一実施形態では、撮像システム２００は、ガントリ１０２の回転およびＸ線源１０４の動作などの構成要素の移動を制御する制御機構２０８を含む。特定の実施形態では、制御機構２０８は、電力およびタイミング信号をＸ線源１０４に提供するように構成されたＸ線コントローラ２１０をさらに含む。加えて、制御機構２０８は、撮像要件に基づいてガントリ１０２の回転速度および／または位置を制御するように構成されたガントリモータコントローラ２１２を含む。
特定の実施形態では、制御機構２０８は、検出器素子２０２から受信されたアナログデータをサンプリングし、後の処理のためにアナログデータをデジタル信号に変換するように構成されたデータ収集システム（ＤＡＳ）２１４をさらに含む。光子計数撮像システムの場合、ＤＡＳ２１４は、検出器１０８から１つまたは複数のエネルギービン内の測定された光子数をダウンロードする。ＤＡＳ２１４は、本明細書でさらに説明するように、検出器素子２０２のサブセットからのアナログデータをいわゆるマクロ検出器に選択的に集約するようにさらに構成され得る。ＤＡＳ２１４によってサンプリングされデジタル化されたデータは、コンピュータまたはコンピューティングデバイス２１６に送信される。一例では、コンピューティングデバイス２１６は、データを記憶装置または大容量記憶装置２１８に格納する。記憶装置２１８は、例えば、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ドライブを含んでもよい。
加えて、コンピューティングデバイス２１６は、データの取得および／または処理などのシステムの動作を制御するために、ＤＡＳ２１４、Ｘ線コントローラ２１０、およびガントリモータコントローラ２１２のうちの１つまたは複数にコマンドおよびパラメータを提供する。特定の実施形態では、コンピューティングデバイス２１６は、オペレータ入力に基づいてシステムの動作を制御する。コンピューティングデバイス２１６は、コンピューティングデバイス２１６に動作可能に結合されたオペレータコンソール２２０を介して、例えば、コマンドおよび／またはスキャンパラメータを含むオペレータ入力を受け取る。オペレータコンソール２２０は、オペレータがコマンドおよび／またはスキャンパラメータを指定することを可能にするキーボード（図示せず）またはタッチスクリーンを含むことができる。
図２は、１つのオペレータコンソール２２０のみを示しているが、２つ以上のオペレータコンソールを撮像システム２００に結合し、例えば、システムパラメータを入力もしくは出力すること、試験を要求すること、データをプロットすること、および／または画像を閲覧することができる。さらに、特定の実施形態では、撮像システム２００は、例えば、施設もしくは病院内で、あるいはインターネットおよび／または仮想プライベートネットワーク、無線電話ネットワーク、無線ローカルエリアネットワーク、有線ローカルエリアネットワーク、無線広域ネットワーク、有線広域ネットワークなどの１つまたは複数の構成可能な有線および／または無線ネットワークを介して完全に異なる場所において、局所的にもしくは遠隔に位置する複数のディスプレイ、プリンタ、ワークステーション、および／または同様のデバイスに結合されてもよい。
一実施形態では、例えば、撮像システム２００は、画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）２２４を含むか、またはそれに結合される。例示的な実施態様では、ＰＡＣＳ２２４は、放射線科情報システム、病院情報システム、および／または内部もしくは外部ネットワーク（図示せず）などの遠隔システムにさらに結合され、異なる場所にいるオペレータがコマンドおよびパラメータを供給すること、および／または画像データへのアクセスを得ることを可能にする。
コンピューティングデバイス２１６は、オペレータ供給のおよび／またはシステム定義のコマンドおよびパラメータを使用してテーブルモータコントローラ２２６を動作させ、テーブルモータコントローラ２２６は、電動テーブルであり得るテーブル２２８を制御することができる。具体的には、テーブルモータコントローラ２２６は、対象物２０４のターゲットボリュームに対応する投影データを取得するために、ガントリ１０２内で対象物２０４を適切に位置決めするためにテーブル２２８を移動させることができる。
前述のように、ＤＡＳ２１４は、検出器素子２０２によって取得された投影データをサンプリングおよびデジタル化する。その後に、画像再構成器２３０が、サンプリングされてデジタル化されたＸ線データを使用して、高速再構成を実行する。図２は別個のエンティティとして画像再構成器２３０を示しているが、ある特定の実施形態では、画像再構成器２３０は、コンピューティングデバイス２１６の一部を形成してもよい。あるいは、画像再構成器２３０は、撮像システム２００に存在しなくてもよく、代わりに、コンピューティングデバイス２１６が、画像再構成器２３０の１つまたは複数の機能を実施してもよい。さらに、画像再構成器２３０は、局所的にまたは遠隔に位置してもよく、有線または無線ネットワークを使用して撮像システム２００に動作可能に接続されてもよい。特に、１つの例示的な実施形態は、画像再構成器２３０のための「クラウド」ネットワーククラスタ内の計算資源を使用することができる。
一実施形態では、画像再構成器２３０は、図２に示すようなコンピューティングデバイス２１６を介して、または直接接続（図示せず）を介して、再構成された画像を記憶装置２１８に格納する。あるいは、画像再構成器２３０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、再構成された画像をコンピューティングデバイス２１６に送信することができる。特定の実施形態では、コンピューティングデバイス２１６は、再構成された画像および／または患者情報を、コンピューティングデバイス２１６および／または画像再構成器２３０に通信可能に結合されたディスプレイまたは表示装置２３２に送信することができる。いくつかの実施形態では、再構成された画像は、短期または長期の記憶のために、コンピューティングデバイス２１６または画像再構成器２３０から記憶装置２１８に送信することができる。
本明細書でさらに説明する様々な方法およびプロセス（図１０を参照して以下で説明する方法など）は、撮像システム２００のコンピューティングデバイス（またはコントローラ）の非一時的メモリに実行可能命令として格納することができる。一実施形態では、画像再構成器２３０は、そのような実行可能命令を非一時的メモリに含むことができ、スキャンデータから画像を再構成するために本明細書で説明される方法を適用することができる。別の実施形態では、コンピューティングデバイス２１６は、命令を非一時的メモリに含むことができ、画像再構成器２３０から再構成された画像を受信した後に、少なくとも部分的に、本明細書で説明される方法を再構成された画像に適用することができる。さらに別の実施形態では、本明細書で説明される方法およびプロセスは、画像再構成器２３０およびコンピューティングデバイス２１６にわたって分散されてもよい。
一実施形態では、ディスプレイ２３２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２３２はまた、オペレータがその後のスキャン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）を介して関心ボリューム（ＶＯＩ）を選択すること、および／または患者情報を要求することを可能にすることができる。
上述したように、コヒーレント散乱は、臨床的に有用なＸ線エネルギーでは、減衰係数、または物質によって散乱または吸収されるＸ線の量の約〜７％に寄与する（例えば、６０ｋｅＶでの水の全質量減衰係数に対するコヒーレント散乱のパーセンテージ）。コヒーレント散乱信号は、特定の散乱角度で物質に特有の一意的なピークを示す。したがって、コヒーレント散乱放射線は、貴重な物質識別情報を含む。従来のＣＴシステムでは、散乱されたコヒーレントＸ線に関する情報はしばしば無視されている。
いくつかのＣＴシステムでコヒーレント散乱情報を確認することの難しさを示すために、図３は、ＣＴシステムでのコヒーレント散乱撮像を示す図３００を示す。Ｘ線源３０２は、関心対象３１２を含む対象物３１０のスライスに向かってＸ線ビーム３０４を放出する。対象物３１０によって減衰されたＸ線ビーム３０４は、Ｘ線ビーム３０４と位置合わせされた検出器３２２によって検出される。対象物３１０からのコヒーレント散乱放射線は、図示するようにｚ方向に沿った位置ＺでＸ線ビーム３０４の方向から角度３２９で配置された検出器アレイ３２６内の検出器３２４によって検出される。検出器３２４の受容視野３２５は比較的広い場合があるので、関心対象３１２からのコヒーレント散乱放射線３３２だけでなく、対象物３１０からのコヒーレント散乱Ｘ線３３０が検出器３２４によって検出され得る。
コヒーレント散乱放射線を利用することに対する主な障害は、検出器３２４の受容視野３２５が比較的広いことである。例えば、図４は、関心対象３１２からのコヒーレント散乱信号が背景信号によってどのように支配されるかを示すグラフ４００を示す。特に、グラフ４００は、検出器３２４によって測定された対象物３１０からの総コヒーレント散乱のプロット４０５、ならびに関心対象３１２からのコヒーレント散乱のプロット４１０を示している。示されるように、関心対象３１２からのコヒーレント散乱は、全体として対象物３１０からの総コヒーレント散乱と比較して非常に弱いので、検出器平面での関心対象３１２からの受信信号は背景散乱の中で不明瞭になる。その結果、関心対象３１２からのコヒーレント散乱の回復は、非常に困難な場合がある。
したがって、図３および図４は、場合によっては、非セグメント化Ｘ線検出器を使用して収集された信号に基づいて関心対象からのコヒーレント散乱を区別するのに障害があり得ることを示している。物質識別により適している可能性のあるコヒーレント散乱データを取得するための１つの代替手法は、コヒーレント散乱Ｘ線を検出するためにセグメント化された光子計数検出器を使用することを含むことができる。例示的な例として、図５は、例示的な実施形態による、セグメント化された検出器を用いたコヒーレント散乱撮像を示すブロック図５００を示す。図３の前の例と同様に、Ｘ線源５０２は、関心対象５１２を含む対象物５１０のスライスに向けてＸ線ビーム５０４を生成する。しかしながら、図３の前の例とは対照的に、Ｘ線ビーム５０４と位置合わせされた検出器アレイ５３５内の第１の検出器５２０は、図示するように、Ｘ線ビーム５０４の方向に沿って積み重ねられた第１のセグメント５２１、第２のセグメント５２２、および第３のセグメント５２３を含む。さらに、検出器アレイ５３５の第２の検出器５３０はまた、半径方向に沿って積み重ねられた第１のセグメント５３１、第２のセグメント５３２、および第３のセグメント５３３を含む。したがって、検出器５２０、５３０の各々は、その個々のセグメントが入射Ｘ線放射の方向に沿って積み重ねられ得るという点で、深度セグメント化された検出器とみなすことができる。光子計数検出器５２０、５３０は各々３つのセグメントで示されているが、検出器は異なる例では異なる数のセグメントで構成されてもよいこと、および検出器ごとの３つのセグメントは、例示的および非限定的な例として提供されていることを理解されたい。
図示するように、第２の検出器５３０は、Ｘ線ビーム５０４の方向に対して角度５３９で配向され、第１の検出器５２０からｚ方向に沿って距離Ｚに配置される。したがって、対象物５１０からのコヒーレント散乱放射線５５０は、検出器５３０に入射する。
しかしながら、第２の検出器５３０のセグメントの受容視野は異なる。特に、第１のセグメント５３１は第１の受容視野５４１を有し、第２のセグメント５３２は第２の受容視野５４２を有し、第３のセグメント５３３は第３の受容視野５４３を有し、第１の受容視野５４１は第２の受容視野５４２よりも広く、次に第２の受容視野５４２は第３の受容視野５４３よりも広い。
したがって、関心対象５１２からのコヒーレント散乱放射線５５２は、第２の検出器５３０の第３のセグメント５３３の第３の受容視野５４３内にあるが、一方、対象物５１０の他の場所からのコヒーレント散乱放射線５５０は第３の受容視野５４３内にはない。
いくつかの例では、第１の検出器５２０は内部コリメータ５２４をさらに含むことができ、第２の検出器５３０は内部コリメータ５３４をさらに含むことができる。内部コリメータ５２４、５３４は、光子計数検出器５２０、５３０の個々のセグメントの角度感度をそれぞれ改善することができる。
図６は、例示的な実施形態による、セグメント化された検出器のセグメントの受容野を示すグラフ６００を示す。特に、グラフ６００は、第１の受容視野５４１を定義する第１の角度６１２に対応する、第１のセグメント５３１のセグメント応答のプロット６１０と、第２の受容視野５４２を定義する第２の角度６２２に対応する、第２のセグメント５３２のセグメント応答のプロット６２０と、第３の受容視野５４３を定義する第３の角度６３２に対応する、第３のセグメント５３３のセグメント応答のプロット６３０と、を示す。第３の角度６３２は最小であり、それにより、第３の受容視野５４３が受容視野５４１、５４２より小さいことを示している。検出器セグメントのこの角度感度により、スライスの残りからの広帯域背景コヒーレント散乱信号から、明確に定義された角度散乱成分を使用して、関心領域からのコヒーレント散乱信号を識別することができる。
図７は、例示的な実施形態による、セグメント化された検出器でコヒーレント散乱信号がどのように検出されるかを示すグラフ７００を示す。グラフ７００は、検出器５３０の第３のセグメント５３３によって測定された総コヒーレント散乱信号のプロット７０５、ならびに関心対象５１２からのコヒーレント散乱信号のプロット７１０を示す。示されるように、第３のセグメント５３３によって測定された全信号のプロット７０５は、プロット７１０によって示される関心対象５１２の実際のコヒーレント散乱信号と高度に相関し、背景コヒーレント散乱による影響が少ない。ピーク強度の比などの主要な特性は、プロット７１０で示される検出された信号でよく保存されている。したがって、複数のピクセル、ピクセルセグメント、ピクセルセグメント内のエネルギービン、および投影からの信号を組み込むことにより、信号回復を強化することができる。
対照的に、検出器５３０の第１のセグメント５３１は、比較的広い受容視野５４１を有するので、プロット７１５によって示される第１のセグメント５３１によって測定された総コヒーレント散乱信号は、セグメント化されていない検出器による図４のプロット４０５に似ている。プロット７１０として示されている有用な信号は、第１のセグメント５３１の背景に同様に埋め込まれている。
一般に、コヒーレント散乱ピークの位置は、受け取られた光子の対応するエネルギーの関数である。したがって、深度セグメント化された検出器５３０は、コヒーレント散乱をセグメント化することによって、より高いエネルギー分解能を可能にすることができる。このようにして、深度セグメント化された検出器５３０によって提供される角度感度は、スキャンからの受信されたコヒーレント散乱信号を効果的に分割し、関心対象から生じるコヒーレント散乱を分離して特徴付けることができる。
セグメント化された検出器を用いて関心対象からのコヒーレント散乱信号をより正確に分解する能力を利用するために、セグメント化された検出器を用いたコヒーレント散乱ＣＴのための方法が本明細書で提供される。最初に、病変などの関心対象の位置を検出するために、標準ＣＴプロトコルを使用して画像を取得することができる。例示的な例として、図８は、例示的な実施形態による、標準プロトコルによる対象物８１０の画像の取得を示す図８００を示す。図示するように、Ｘ線源８０２は、複数のセグメント化された検出器を含むＸ線検出器アレイ８２２の検出面８２５を覆うように、対象物８１０に向かってＸ線のビーム８４２、８４４を生成する。Ｘ線のビーム８４２、８４４は、図示するように、標準撮像プロトコルに従って、検出器８２２の端部と位置合わせされた広いビームに対応する。Ｘ線は、２つのビーム８４２と８４４との間のＸ線源８０２によって生成されて、対象物８１０のボリューム８１２全体を撮像することを理解されたい。図示するように、撮像されているボリューム８１２は、関心対象８１５を含む。
したがって、検出器アレイ８２２を介して取得されたボリューム８１２の結果として生じる画像は、関心対象８１５を含む。したがって、対象物８１０内の関心対象８１５の特定の位置は、画像に基づいて決定することができる。
関心対象８１５のコヒーレント散乱撮像を実行するために、Ｘ線源８０２およびＸ線検出器アレイ８２２の位置を関心対象８１５の位置に対して調整することができる。例示的な例として、図９は、例示的な実施形態による、単一スライス９１２からのコヒーレント散乱データの取得を示す図９００を示す。ここでＸ線源８０２がコリメートされ、ビーム９４２、９４４によって示される１次Ｘ線ビームは、示されるように、関心対象８１５を含む対象物８１０の単一スライス９１２に向けられる。いくつかの例では、Ｘ線源８０２は、単一スライス９１２が可能な限り狭くなるようにコリメートすることができる。例えば、単一スライス９１２は、関心対象８１５の最大空間寸法と同じくらい狭くてもよい。
図示するように、最初にＸ線源８０２によって放出され、対象物８１０のスライス９１２内で減衰された１次Ｘ線は、検出器アレイ８２２内のセグメント化された検出器９５０の１次サブセットによって検出される。例えば、Ｘ線源８０２によって放出され、関心対象８１５によって減衰されたＸ線９５５は、セグメント化された検出器９５０の１次サブセット内で検出される。
さらに、関心対象８１５からのコヒーレント散乱Ｘ線９６２、９６４は、検出器アレイ８２２内のセグメント化された検出器９６０の２次サブセット内で検出される。１次Ｘ線９５５とコヒーレント散乱Ｘ線９６２、９６４との間のコヒーレント散乱角度９７０は、関心対象８１５の物質組成、ならびにＸ線エネルギーに依存し得る。したがって、セグメント化された検出器９６０の２次サブセット内のセグメント化された検出器の特定のセグメントによって取得されたコヒーレント散乱を評価することにより、関心対象８１５の物質組成を決定することができる。図７に示すように、コヒーレント散乱信号は、ｚ位置の関数として変化する。このように、予想されるコヒーレント散乱信号は、関心対象８１５からのコヒーレント散乱信号を測定するために使用されるセグメント化された検出器９６０の選択を導く。
図１０は、例示的な実施形態による、ＣＴシステムにおけるコヒーレント散乱撮像のための例示的な方法１０００を示す高レベルのフローチャートを示す。方法１０００は、例えば、図５に関して説明したように、セグメント化された光子計数検出器を用いて構成された図１および図２の撮像システムを用いて実施されてもよい。一例として、方法１０００は、図２の撮像システム２００のコンピューティングデバイス２１６などのコンピューティングデバイスの非一時的メモリに実装されてもよい。
方法１０００は、ステップ１００５で開始する。ステップ１００５で、方法１０００は、標準ＣＴプロトコルで初期画像を取得するステップを含むことができる。例えば、方法１０００は、図８に示すように、Ｘ線検出器アレイ全体を照明するＸ線のビームを生成するようにＸ線源を制御し、それにより（例えば、複数の減衰測定値から生成された透過プロファイルを処理することにより）撮像される対象物のボリュームまたは対象物を撮像するステップを含むことができる。ステップ１０１０で、方法１０００は、初期画像に基づいて関心対象の位置を検出するステップを含むことができる。例えば、ボリューム８１２内の関心対象８１５などの関心対象は、自動的に検出されるか、またはユーザによって手動で示され得る。撮像されたボリューム内の関心対象の位置を決定または測定または推定することができる。
ステップ１０１５に続くと、方法１０００は、Ｘ線源のビームを単一スライスにコリメートするステップを含むことができ、そしてステップ１０２０で、方法１０００は、ステップ１０１０で測定された関心対象の位置に基づいてＸ線源および検出器アレイを配向するステップを含むことができる。例えば、方法１０００は、図９に示すように、関心対象からのコヒーレント散乱を最適に取り込むように検出器アレイが配向されるように、ガントリを回転するように制御するステップを含むことができる。
具体的には、関心対象の位置が最初に撮像されたボリュームの縁部の近くにあり、Ｘ線源が関心対象を含む単一スライスにコリメートされている場合、ガントリを回転させて、関心対象をＸ線源にできるだけ近づけ（これにより、１次Ｘ線ビームとコヒーレント散乱信号との間の角度が増加する）かつ検出器アレイからできるだけ離すようにすることができる。このようにして、ガントリは、検出器アレイにおける１次Ｘ線ビームからのコヒーレント散乱信号の分離を最大にするように配向することができる。関心対象が最初に撮像されたボリュームの中心のしきい値距離内にある例では、Ｘ線源と検出器アレイの配向は任意選択とみなすことができる（例えば、ガントリを回転しても関心対象がＸ線源に著しく近くにならないため）。
他の実施形態では、図１１を参照して以下で説明するように、検出器アレイは固定されたままでよく、Ｘ線源および関心対象が置かれるテーブルの各々をタンデムに調整することができるので、検出器アレイ内の１つまたは複数の検出器のセグメントをコヒーレント散乱信号と位置合わせすることができる。具体的には、１次Ｘ線ビームとコヒーレント散乱信号との間の角度は、関心対象の疑わしい物質に基づいて最初に推定することができる（例えば、疑わしい物質に特有のコヒーレント散乱信号の予測ピークを使用して、コヒーレント散乱信号と１次Ｘ線ビームとの間の角度を推定することができる）。次に、推定された角度に基づいて、Ｘ線コントローラおよびテーブルモータコントローラは、コヒーレント散乱信号を１つまたは複数の検出器のセグメントと位置合わせするために、Ｘ線源および患者テーブルをそれぞれ調整するようにコンピューティングデバイスによって指示され得る。１次Ｘ線ビームとコヒーレント散乱信号の特定のピークに対応するコヒーレント散乱信号との間の角度を推定することにより、コヒーレント散乱信号の所与のピークの検出を強化するようにシステムが最適に位置合わせされる。
ステップ１０２５で、方法１０００は、関心対象からコヒーレント散乱データを取得するステップを含むことができる。より具体的には、方法１０００は、Ｘ線源によって放出された１次Ｘ線ビームから離れて配置されたセグメント化された検出器によりコヒーレント散乱データを取得するステップを含むことができる。ステップ１０３０で、方法１０００は、例えば、コヒーレント散乱角度に基づいて、取得されたコヒーレント散乱データのセグメント化されたデータからコヒーレント散乱シグネチャを取得するステップを含むことができる。
ステップ１０３５で、方法１０００は、関心対象の物質組成を決定するために、コヒーレント散乱シグネチャを適用するステップを含むことができる。上述したように、特定の物質からのコヒーレント散乱信号は、所定のＸ線エネルギーにおいて固有のシグネチャを有し、入射Ｘ線ビームに対する特定の角度に対応する明確な鋭いピークを有する。したがって、方法１０００は、関心対象の物質組成を形成する１つまたは複数の物質を決定するために、コヒーレント散乱シグネチャを既知のコヒーレント散乱シグネチャのデータベースまたはルックアップテーブルと比較するステップを含むことができる。さらに、方法１０００は、コヒーレント散乱信号を使用して、デュアルエネルギーまたはマルチエネルギー投影データで物質分解を向上させるステップを含むことができる。例えば、方法１０００は、デュアルエネルギー投影データの低エネルギーＸ線放射および高エネルギーＸ線放射にそれぞれ基づいて、関心対象の物質組成を形成する少なくとも２つの物質を決定するステップを含むことができる。
ステップ１０４０で、方法１０００は、物質組成および関心対象の場所の各々に基づいて医学的問題を診断するステップを含むことができる。例えば、方法１０００は、病変の特徴である場所および１つまたは複数の物質を特定し、その後に、関心対象を病変として特徴付けるステップを含むことができる。病変はその後に、良性または悪性と診断することができ、その後に治療を推奨することができる。病変としての関心対象の診断は、例示的かつ非限定的な例として提供されており、関心対象は、対象物内の多くの組織、臓器、または異物のうちのいずれか１つとして特徴付けられてもよいことが理解されよう。本明細書に開示する他の実施形態は、例えば無生物対象物の１つまたは複数の構成要素の識別など、医療診断を超える他の用途に向けられてもよいことがさらに理解されよう。その後に、方法１０００は最初に戻る。
図１１は、Ｘ線源１１０２および患者テーブル１１１４を調整する１１５０ための例示的なプロセスの図１１００を示す。第１のＣＴスキャン１１２５は、検出器アレイ１１３５内の第１のセグメント化された検出器１１２０と位置合わせされたＸ線源１１０２を示す。さらに、患者テーブル１１１４が示されており、それはＸ線源１１０２によって生成されたＸ線ビーム１１０４が対象物１１１０と相互作用し、次いで第１のセグメント化された検出器１１２０によって収集され得るように、対象物１１１０（例えば、患者）を支持する。
対象物１１１０は関心対象１１１２を含むことができ、そこからコヒーレント散乱放射線１１５２が、関心対象１１１２とＸ線ビーム１１０４との相互作用時に発生することができる。コヒーレント散乱放射線１１５２は、ｚ方向に沿った位置Ｚにおいて検出器アレイ１１３５内の第２のセグメント化された検出器１１３０によって収集され得る。
一般に、ＣＴ撮像システムの検出器は、Ｘ線焦点スポット位置（例えば、Ｘ線源１１０２）に焦点が合うように設計することができる。しかしながら、いくつかの例では、効率的なコヒーレント散乱信号検出は、１つまたは複数の検出器（例えば、第２のセグメント化された検出器１１３０）をコヒーレント散乱源に位置合わせすることによって促進され得る。対象物１１１０の各部分がコヒーレント散乱放射線をもたらす可能性があるが、ＣＴ撮像システムのユーザは、関心対象１１１２からのコヒーレント散乱放射線１１５２に特に関心があり得る。したがって、第２のセグメント化された検出器１１３０を、関心対象１１１２からのコヒーレント散乱放射線１１５２と位置合わせすることが望ましい場合がある。
Ｘ線源１１０２と患者テーブル１１１４のタンデムでの調整１１５０−長手方向（例えば、左から右）または高さ（例えば、上下）−により、第２のセグメント化された検出器１１３０のコヒーレント散乱源（例えば、関心対象１１１２）への焦点合わせを可能にすることができる。最初のスキャン１１２５（例えば、調整１１５０の前）は、関心対象１１１２の位置に関する情報を提供することができる。関心対象１１１２の疑わしい物質組成が提供されると、Ｘ線ビーム１１０４とコヒーレント散乱放射線１１５２との間の角度１１６２を（例えば、関心対象１１１２の疑わしい物質組成に特有の予測されたコヒーレント散乱シグネチャのピークから）推定することができる。その結果、角度１１６２および関心対象１１１２の位置を使用して、第２のスキャン１１７５のためにＸ線源１１０２および患者テーブル１１１４を調整１１５０することができる。このようにして、関心対象１１１２のコヒーレント散乱シグネチャの改善された検出を実現することができる。
このようにして、関心対象からのコヒーレント散乱Ｘ線の位置を特定して取得することができる医用撮像システムが提供される。コヒーレント散乱Ｘ線の取得の技術的効果は、コヒーレント散乱シグネチャを決定することができ、そこから関心対象を識別して特徴付けることができることである。本開示の別の技術的効果は、関心対象の場所に基づいて関心対象を含む単一スライスを照明するようにＸ線源のコリメーションを調整することを含む。
一実施形態では、方法は、Ｘ線源およびセグメント化された光子計数検出器アレイを用いて関心領域を撮像するステップと、関心領域における関心対象の位置を検出するステップと、Ｘ線源およびセグメント化された光子計数検出器アレイにより、関心対象を選択的にスキャンするステップと、セグメント化された光子計数検出器アレイを用いて、関心対象からのコヒーレント散乱信号を検出するステップと、検出されたコヒーレント散乱信号に基づいて、関心対象を構成する物質を決定するステップと、を含む。本方法の第１の例では、関心対象を選択的にスキャンするステップは、Ｘ線源をコリメートし、関心対象を含む関心領域内のボリュームの単一スライスを照明するように、Ｘ線源、セグメント化された光子計数検出器アレイ、および関心対象の位置を調整するステップを含む。本方法の第２の例では、任意選択で第１の例を含み、Ｘ線源、セグメント化された光子計数検出器アレイ、および関心対象の位置を調整するステップは、セグメント化された光子計数検出器アレイ上の１次Ｘ線ビームからのコヒーレント散乱信号の分離を最大にする。本方法の第３の例では、任意選択で第１および第２の例の１つまたは複数を含み、関心対象を選択的にスキャンするステップは、１次Ｘ線ビームとコヒーレント散乱信号との間の角度を推定するステップと、セグメント化された光子計数検出器アレイの１つまたは複数の検出器のセグメントが、コヒーレント散乱信号と最適に位置合わせされるように、関心対象の位置と推定された角度に基づいて、Ｘ線源および関心対象の各々を調整するステップと、を含む。本方法の第４の例では、任意選択で第１から第３の例の１つまたは複数を含み、検出されたコヒーレント散乱信号に基づいて関心対象を構成する物質を決定するステップは、セグメント化された光子計数検出器アレイの１つまたは複数の検出器のセグメントから関心対象のコヒーレント散乱スペクトルシグネチャを取得するステップを含み、コヒーレント散乱スペクトルシグネチャは、関心対象を構成する物質に固有の少なくとも１つのピークを含む。本方法の第５の例では、任意選択で第１から第４の例の１つまたは複数を含み、関心領域を撮像するステップは、関心対象を表す可視画像を再構成するステップを含み、可視画像は、２次元スライスまたは３次元レンダリングを含む。
別の実施形態では、医用撮像システムは、Ｘ線源と、Ｘ線源によって放出され、関心対象によって減衰されたＸ線放射を検出するように構成されたセグメント化されたＸ線検出器アレイと、セグメント化されたＸ線検出器アレイに通信可能に結合され、非一時的メモリに命令を保存するコントローラと、を含み、命令は、セグメント化されたＸ線検出器アレイにより、検出されたＸ線放射から生成された１つまたは複数の透過プロファイルを受け取り、１つまたは複数の透過プロファイルから１つまたは複数の画像を再構成し、１つまたは複数の再構成された画像のうちの少なくとも１つは関心対象を表し、１つまたは複数の再構成された画像に基づいて関心対象を自動的に検出し、セグメント化されたＸ線検出器アレイにより、関心対象に対応するコヒーレント散乱データを取得し、コヒーレント散乱データに基づいて、関心対象の物質組成を決定するように実行可能である。医用撮像システムの第１の例では、１つまたは複数の透過プロファイルを受け取ることは、セグメント化されたＸ線検出器アレイの検出器により、検出されたＸ線放射の減衰測定値を個別に決定し、取得された減衰測定値から１つまたは複数の透過プロファイルを生成し、コントローラで、セグメント化されたＸ線検出器アレイから１つまたは複数の透過プロファイルを受け取ることを含む。医用撮像システムの第２の例では、任意選択で第１の例を含み、医用撮像システムは、コントローラに通信可能に結合された表示装置をさらに含み、命令はさらに、１つまたは複数の再構成された画像を表示装置に表示するように実行可能である。医用撮像システムの第３の例では、任意選択で第１および第２の例の１つまたは複数を含み、Ｘ線放射は、Ｘ線放射のスペクトルを含み、セグメント化されたＸ線検出器アレイは、Ｘ線放射の異なるエネルギー範囲内の光子を検出、測定、および区別するように構成されたエネルギー識別検出器を含み、コヒーレント散乱データの物質組成を決定することは、Ｘ線放射の異なるエネルギー範囲内の光子の測定値に基づいて、関心対象を構成する複数の物質を決定することを含み、再構成された画像は、複数の物質の１つまたは複数に基づくボリュームレンダリングを含む。医用撮像システムの第４の例では、任意選択で第１から第３の例の１つまたは複数を含み、Ｘ線放射の異なるエネルギー範囲内の光子の測定値に基づいて複数の物質を決定することは、複数の物質にそれぞれ対応する複数の物質密度マップを形成するために、測定値を処理することを含み、複数の物質密度マップは、ボリュームレンダリングを形成するために関連付けまたは組み合わされる。医用撮像システムの第５の例では、任意選択で第１から第４の例の１つまたは複数を含み、セグメント化されたＸ線検出器アレイは、複数のセグメント化された光子計数検出器を含み、各セグメント化された光子計数検出器は、複数のセグメントを含み、複数のセグメントの各々は、コヒーレント散乱データに対して異なる受容視野を提供する。医用撮像システムの第６の例では、任意選択で第１から第５の例の１つまたは複数を含み、複数のセグメント化された光子計数検出器の１次サブセットは、１つまたは複数の透過プロファイルを収集および送信するように構成され、複数のセグメント化された光子計数検出器の２次サブセットは、コヒーレント散乱データを収集および送信するように構成される。医用撮像システムの第７の例では、任意選択で第１から第６の例の１つまたは複数を含み、２次サブセットは１次サブセットから離れて配置され、２次サブセットの受容視野は、Ｘ線放射の光子散乱角によって定義される。医用撮像システムの第８の例では、任意選択で第１から第７の例の１つまたは複数を含み、医用撮像システムは、Ｘ線源およびセグメント化されたＸ線検出器アレイを含むガントリであって、セグメント化されたＸ線検出器アレイがＸ線源に対向するガントリ上に配置される、ガントリと、ガントリの回転速度および位置を制御するように構成されたガントリモータコントローラと、をさらに含み、命令は、Ｘ線源からのＸ線放射を、関心対象を含む単一の撮像スライスにコリメートし、関心対象からコヒーレント散乱データを取り込むために、セグメント化されたＸ線検出器アレイを方向付けるように、ガントリモータコントローラによりガントリを回転させるようにさらに実行可能である。
さらに別の実施形態では、対象物内の関心対象を撮像するための方法は、複数のセグメント化されたＸ線検出器素子で受け取られたＸ線放射に基づいてコヒーレント散乱スペクトルシグネチャを決定するステップと、関心対象を含む関心領域の画像を生成するステップと、コヒーレント散乱スペクトルシグネチャに基づいて、関心対象の１つまたは複数の物質を特定するステップと、１つまたは複数の特定された物質ならびに画像に基づいて医療問題を診断するステップと、を含む。本方法の第１の例では、本方法は、複数のセグメント化されたＸ線検出器素子で減衰測定値を収集するステップをさらに含み、関心対象を含む関心領域の画像を生成するステップは、収集された減衰測定値に基づく。本方法の第２の例では、任意選択で第１の例を含み、本方法は、画像内の関心対象の位置を決定するステップと、関心対象の位置に基づいて、Ｘ線放射を放出するＸ線源のコリメーションを調整するステップであって、Ｘ線源は、複数のセグメント化されたＸ線検出器素子に対向して配置される、ステップと、Ｘ線源および複数のセグメント化されたＸ線検出器素子をタンデムに方向付けするステップと、をさらに含む。本方法の第３の例では、任意選択で第１および第２の例の１つまたは複数を含み、１つまたは複数の特定された物質ならびに画像に基づいて医療問題を診断するステップは、１つまたは複数の特定された物質ならびに画像内の関心対象の位置に基づいて、関心対象を病変として特徴付けるステップと、対象物の病変を診断するステップと、を含む。本方法の第４の例では、任意選択で第１から第３の例の１つまたは複数を含み、関心対象の１つまたは複数の物質を特定するステップは、１つまたは複数の物質を特定するために、コヒーレント散乱スペクトルシグネチャを既知のコヒーレント散乱スペクトルシグネチャのデータベースまたはルックアップテーブルと比較するステップを含む。
本明細書で述べるように、関心対象および疑わしい構成物質が与えられると、１次Ｘ線ビームとコヒーレント散乱Ｘ線信号との間の角度は、角度がコヒーレント散乱信号のピークに対応するように決定され得る。光子計数検出器にエネルギー識別機能がある場合、例えば、検出された光子のエネルギーが推定され、カウントされた光子が２つ以上のエネルギービンに分割されている場合には、特定のビュー角度でのコヒーレント散乱信号のスペクトルシグネチャを推定することができ、スペクトルシグネチャは、選択した角度方向でのエネルギーに依存するコヒーレント散乱信号（例えば、エネルギーの関数としてのコヒーレント散乱信号）を指すことができる。スペクトルシグネチャは、関心対象内の物質を識別するのにさらに役立ち得る。
関心対象を含むスライスを照明するようにＸ線源をコリメートする場合、関心対象から生成されたコヒーレント散乱は、対象物の周囲の組織によって減衰する場合がある。したがって、コヒーレント散乱信号は減衰である可能性がある。ＰＥＴ／ＳＰＥＣＴ撮像の当業者によく知られているように、関心対象とコヒーレント散乱信号を推定するために使用される検出器との間の組織による減衰は、元のＣＴスキャンから推定され、コヒーレント散乱信号の振幅を補正するために使用され得る。補正は、光子計数検出器の場合と同様に、測定された信号全体に適用するか、エネルギー識別光子計数検出器に対応するようにスペクトル調整することができる。
本明細書で使用する場合、単数形で列挙され、「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」という単語に続けられる要素またはステップは、除外することが明示的に述べられない限り、複数の前記要素またはステップを除外しないと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、列挙された特徴をも組み込む追加の実施形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図しない。さらに、明示的に反対の記載がない限り、特定の性質を有する要素または複数の要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その性質を有さない追加のそのような要素を含むことができる。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「そこにある（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語は、それぞれの用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な言葉での同等物として使用される。さらに、「第１の」、「第２の」、および「第３の」などの用語は、単にラベルとして使用され、それらの対象物に数値的要件または特定の位置的順序を課すことを意図しない。
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示すると共に、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、実施例を使用している。本明細書で提供される実施例は医療用途に関連しているが、本開示の範囲は、産業、生物医学、および他の分野での非破壊試験をカバーする。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ると共に、当業者に想起される他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、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。
１００ ＣＴシステム
１０２ ガントリ
１０４ Ｘ線源
１０６ Ｘ線放射／Ｘ線／Ｘ線ビーム
１０８ 検出器アレイ／検出器
１１０ 画像プロセッサユニット
１１２ 対象物
２００ 撮像システム
２０２ 検出器素子
２０４ 対象物
２０６ 回転中心
２０８ 制御機構
２１０ Ｘ線コントローラ
２１２ ガントリモータコントローラ
２１４ データ収集システム（ＤＡＳ）
２１６ コンピューティングデバイス
２１８ 記憶装置
２２０ オペレータコンソール
２２４ 画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）
２２６ テーブルモータコントローラ
２２８ テーブル
２３０ 画像再構成器
２３２ 表示装置／ディスプレイ
３００ 図
３０２ Ｘ線源
３０４ Ｘ線ビーム
３１０ 対象物
３１２ 関心対象
３２２ 検出器
３２４ 検出器
３２５ 受容視野
３２６ 検出器アレイ
３２９ 角度
３３０ コヒーレント散乱Ｘ線
３３２ コヒーレント散乱放射線
４００ グラフ
４０５ プロット
４１０ プロット
５００ ブロック図
５０２ Ｘ線源
５０４ Ｘ線ビーム
５１０ 対象物
５１２ 関心対象
５２０ 第１の検出器／光子計数検出器
５２１ 第１のセグメント
５２２ 第２のセグメント
５２３ 第３のセグメント
５２４ 内部コリメータ
５３０ 第２の検出器／光子計数検出器
５３１ 第１のセグメント
５３２ 第２のセグメント
５３３ 第３のセグメント
５３４ 内部コリメータ
５３５ 検出器アレイ
５３９ 角度
５４１ 第１の受容視野
５４２ 第２の受容視野
５４３ 第３の受容視野
５５０ コヒーレント散乱放射線
５５２ コヒーレント散乱放射線
６００ グラフ
６１０ プロット
６１２ 第１の角度
６２０ プロット
６２２ 第２の角度
６３０ プロット
６３２ 第３の角度
７００ グラフ
７０５ プロット
７１０ プロット
７１５ プロット
８００ 図
８０２ Ｘ線源
８１０ 対象物
８１２ ボリューム
８１５ 関心対象
８２２ Ｘ線検出器アレイ／検出器
８２５ 検出面
８４２ Ｘ線のビーム
８４４ Ｘ線のビーム
９００ 図
９１２ 単一スライス
９４２ ビーム
９４４ ビーム
９５０ セグメント化された検出器
９５５ １次Ｘ線
９６０ セグメント化された検出器
９６２ コヒーレント散乱Ｘ線
９６４ コヒーレント散乱Ｘ線
９７０ コヒーレント散乱角度
１０００ 方法
１００５ ステップ
１０１０ ステップ
１０１５ ステップ
１０２０ ステップ
１０２５ ステップ
１０３０ ステップ
１０３５ ステップ
１０４０ ステップ
１１００ 図
１１０２ Ｘ線源
１１０４ Ｘ線ビーム
１１１０ 対象物
１１１２ 関心対象
１１１４ 患者テーブル
１１２０ 第１のセグメント化された検出器
１１２５ 第１のＣＴスキャン
１１３０ 第２のセグメント化された検出器
１１３５ 検出器アレイ
１１５０ 調整
１１５２ コヒーレント散乱放射線
１１６２ 角度
１１７５ 第２のスキャン

Claims (20)

  1. Ｘ線源（１０４）およびセグメント化された光子計数検出器アレイ（１０８）を用いて関心領域を撮像するステップ（１００５）と、
    前記関心領域における関心対象（３１２）の位置を検出するステップ（１０１０）と、
    前記Ｘ線源（１０４）および前記セグメント化された光子計数検出器アレイ（１０８）により、前記関心対象（３１２）を選択的にスキャンするステップ（１０２０）と、
    前記セグメント化された光子計数検出器アレイ（１０８）を用いて、前記関心対象（３１２）からのコヒーレント散乱信号を検出するステップ（１０２５）と、
    前記検出されたコヒーレント散乱信号に基づいて、前記関心対象（３１２）を構成する物質を決定するステップ（１０３５）と、
    を含む方法（１０００）。
  2. 前記関心対象（３１２）を選択的にスキャンするステップ（１０２０）は、前記Ｘ線源（１０４）をコリメートし、前記関心対象（３１２）を含む前記関心領域内のボリュームの単一スライスを照明するように、前記Ｘ線源（１０４）、前記セグメント化された光子計数検出器アレイ（１０８）、および前記関心対象（３１２）の位置を調整するステップを含む、請求項１に記載の方法（１０００）。
  3. 前記Ｘ線源（１０４）、前記セグメント化された光子計数検出器アレイ（１０８）、および前記関心対象（３１２）の前記位置を調整するステップは、前記セグメント化された光子計数検出器アレイ（１０８）上の１次Ｘ線ビームからの前記コヒーレント散乱信号の分離を最大にする、請求項２に記載の方法（１０００）。
  4. 前記関心対象（３１２）を選択的にスキャンするステップ（１０２０）は、
    １次Ｘ線ビームと前記コヒーレント散乱信号との間の角度を推定するステップと、
    前記セグメント化された光子計数検出器アレイ（１０８）の１つまたは複数の検出器のセグメントが、前記コヒーレント散乱信号と最適に位置合わせされるように、前記関心対象（３１２）の前記位置と前記推定された角度に基づいて、前記Ｘ線源（１０４）および前記関心対象（３１２）の各々を調整するステップと、を含む、請求項１に記載の方法（１０００）。
  5. 前記検出されたコヒーレント散乱信号に基づいて前記関心対象（３１２）を構成する前記物質を決定するステップ（１０３５）は、前記セグメント化された光子計数検出器アレイ（１０８）の１つまたは複数の検出器のセグメントから前記関心対象（３１２）のコヒーレント散乱スペクトルシグネチャを取得するステップを含み、前記コヒーレント散乱スペクトルシグネチャは、前記関心対象（３１２）を構成する前記物質に固有の少なくとも１つのピークを含む、請求項１に記載の方法（１０００）。
  6. 前記関心領域を撮像するステップ（１００５）は、前記関心対象（３１２）を表す可視画像を再構成するステップを含み、前記可視画像は、２次元スライスまたは３次元レンダリングを含む、請求項１に記載の方法（１０００）。
  7. 医用撮像システム（２００）であって、
    Ｘ線源（１０４）と、
    前記Ｘ線源（１０４）によって放出され、関心対象（３１２）によって減衰されたＸ線放射を検出するように構成されたセグメント化されたＸ線検出器アレイ（１０８）と、
    前記セグメント化されたＸ線検出器アレイ（１０８）に通信可能に結合され、非一時的メモリに命令を保存するコントローラ（２１０）と、を含み、前記命令は、
    前記セグメント化されたＸ線検出器アレイ（１０８）により、前記検出されたＸ線放射から生成された１つまたは複数の透過プロファイルを受け取り、
    前記１つまたは複数の透過プロファイルから１つまたは複数の画像を再構成し、前記１つまたは複数の再構成された画像のうちの少なくとも１つは関心対象（３１２）を表し、
    前記１つまたは複数の再構成された画像に基づいて前記関心対象（３１２）を自動的に検出し、
    前記セグメント化されたＸ線検出器アレイ（１０８）により、前記関心対象（３１２）に対応するコヒーレント散乱データを取得し、
    前記コヒーレント散乱データに基づいて、前記関心対象（３１２）の物質組成を決定する、ように実行可能である、医用撮像システム（２００）。
  8. 前記１つまたは複数の透過プロファイルを受け取ることは、
    前記セグメント化されたＸ線検出器アレイ（１０８）の検出器（２０２）により、前記検出されたＸ線放射の減衰測定値を個別に決定し、
    前記取得された減衰測定値から前記１つまたは複数の透過プロファイルを生成し、
    前記コントローラ（２１０）で、前記セグメント化されたＸ線検出器アレイ（１０８）から前記１つまたは複数の透過プロファイルを受け取ることを含む、請求項７に記載の医用撮像システム（２００）。
  9. 前記コントローラ（２１０）に通信可能に結合された表示装置（２３２）をさらに含み、
    前記命令はさらに、前記１つまたは複数の再構成された画像を前記表示装置（２３２）に表示するように実行可能である、請求項７に記載の医用撮像システム（２００）。
  10. 前記Ｘ線放射は、Ｘ線放射のスペクトルを含み、
    前記セグメント化されたＸ線検出器アレイ（１０８）は、前記Ｘ線放射の異なるエネルギー範囲内の光子を検出、測定、および区別するように構成されたエネルギー識別検出器（２０２）を含み、
    前記コヒーレント散乱データの前記物質組成を決定することは、前記Ｘ線放射の前記異なるエネルギー範囲内の前記光子の前記測定値に基づいて、前記関心対象（３１２）を構成する複数の物質を決定することを含み、
    前記再構成された画像は、前記複数の物質の１つまたは複数に基づくボリュームレンダリングを含む、請求項７に記載の医用撮像システム（２００）。
  11. 前記Ｘ線放射の前記異なるエネルギー範囲内の前記光子の前記測定値に基づいて前記複数の物質を決定することは、前記複数の物質にそれぞれ対応する複数の物質密度マップを形成するために、前記測定値を処理することを含み、
    前記複数の物質密度マップは、前記ボリュームレンダリングを形成するために関連付けまたは組み合わされる、請求項１０に記載の医用撮像システム（２００）。
  12. 前記セグメント化されたＸ線検出器アレイ（１０８）は、複数のセグメント化された光子計数検出器（２０２）を含み、各セグメント化された光子計数検出器（２０２）は、複数のセグメントを含み、前記複数のセグメントの各々は、前記コヒーレント散乱データに対して異なる受容視野を提供する、請求項７に記載の医用撮像システム（２００）。
  13. 前記複数のセグメント化された光子計数検出器（２０２）の１次サブセットは、前記１つまたは複数の透過プロファイルを収集および送信するように構成され、前記複数のセグメント化された光子計数検出器（２０２）の２次サブセットは、前記コヒーレント散乱データを収集および送信するように構成される、請求項１２に記載の医用撮像システム（２００）。
  14. 前記２次サブセットは前記１次サブセットから離れて配置され、
    前記２次サブセットの前記受容視野は、前記Ｘ線放射の光子散乱角によって定義される、請求項１３に記載の医用撮像システム（２００）。
  15. 前記Ｘ線源（１０４）および前記セグメント化されたＸ線検出器アレイ（１０８）を含むガントリ（１０２）であって、前記セグメント化されたＸ線検出器アレイ（１０８）が前記Ｘ線源（１０４）に対向する前記ガントリ（１０２）上に配置される、ガントリ（１０２）と、
    前記ガントリ（１０２）の回転速度および位置を制御するように構成されたガントリモータコントローラ（２１２）と、をさらに含み、
    前記命令は、
    前記Ｘ線源（１０４）からの前記Ｘ線放射を、前記関心対象（３１２）を含む単一の撮像スライスにコリメートし、
    前記関心対象（３１２）から前記コヒーレント散乱データを取り込むために、前記セグメント化されたＸ線検出器アレイ（１０８）を方向付けるように、前記ガントリモータコントローラ（２１２）により前記ガントリ（１０２）を回転させる、ようにさらに実行可能である、
    請求項７に記載の医用撮像システム（２００）。
  16. 対象物内の関心対象（３１２）を撮像するための方法（１０００）であって、
    複数のセグメント化されたＸ線検出器素子（２０２）で受け取られたＸ線放射に基づいてコヒーレント散乱スペクトルシグネチャを決定するステップと、
    前記関心対象（３１２）を含む関心領域の画像を生成するステップと、
    前記コヒーレント散乱スペクトルシグネチャに基づいて、前記関心対象（３１２）の１つまたは複数の物質を特定するステップと、
    前記１つまたは複数の特定された物質ならびに前記画像に基づいて医療問題を診断するステップ（１０４０）と、
    を含む方法（１０００）。
  17. 前記複数のセグメント化されたＸ線検出器素子（２０２）で減衰測定値を収集するステップをさらに含み、
    前記関心対象（３１２）を含む前記関心領域の前記画像を生成するステップは、前記収集された減衰測定値に基づく、請求項１６に記載の方法（１０００）。
  18. 前記画像内の前記関心対象（３１２）の位置を決定するステップ（１０１０）と、
    前記関心対象（３１２）の前記位置に基づいて、
    前記Ｘ線放射を放出するＸ線源（１０４）のコリメーションを調整するステップであって、前記Ｘ線源（１０４）は、前記複数のセグメント化されたＸ線検出器素子（２０２）に対向して配置される、ステップと、
    前記Ｘ線源（１０４）および前記複数のセグメント化されたＸ線検出器素子（２０２）をタンデムに方向付けするステップと、
    をさらに含む、請求項１６に記載の方法（１０００）。
  19. 前記１つまたは複数の特定された物質ならびに前記画像に基づいて前記医療問題を診断するステップ（１０４０）は、
    前記１つまたは複数の特定された物質ならびに前記画像内の前記関心対象（３１２）の前記位置に基づいて、前記関心対象（３１２）を病変として特徴付けるステップと、
    前記対象物の前記病変を診断するステップと、
    を含む、請求項１８に記載の方法（１０００）。
  20. 前記関心対象（３１２）の前記１つまたは複数の物質を特定するステップは、前記１つまたは複数の物質を特定するために、前記コヒーレント散乱スペクトルシグネチャを既知のコヒーレント散乱スペクトルシグネチャのデータベースまたはルックアップテーブルと比較するステップを含む、請求項１６に記載の方法（１０００）。
JP2020188236A 2019-11-15 2020-11-11 コンピュータ断層撮影のためのセグメント化された光子計数検出器を使用するコヒーレント散乱撮像のためのシステムおよび方法 Active JP7242622B2 (ja)

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