JP2023539256A - 放射線によるイメージングおよび放射線によるイメージングを使用する方法のための拡張照射野型イメージング用コリメータ - Google Patents

Abstract

【要約】【解決手段】 放射線によるイメージングシステムは、標的対象から放出される放射線をフィルタリングするように構成されたコリメータを含み、前記コリメータは、前記コリメータ上に不均一に分布した複数の開口部を含む。前記複数の開口部の最大受光角は１５°以下である。前記放射線によるイメージングシステムは、さらに、前記コリメータを通過した放射線を検出する検出器を含む。前記コリメータは、前記コリメータに対面する前記検出器の上面上の１点が２若しくはそれ以上の前記複数の開口部によって同時に照射されるように、前記検出器から離間して配置される。【選択図】 図１Ａ

Description

優先権
本出願は、２０２１年３月３１日付で出願した米国特許仮出願第６３／１６８，７７８号および２０２０年８月２８日付で出願した米国特許仮出願第６３／０７１，５４０号に対して優先権および利益を主張する、２０２１年８月１１日付で出願した米国特許出願第１７／３９９，７６８号に対して優先権を主張するものであり、その内容全体がこの参照により本明細書に組み込まれる。

分子医学イメージング（核医学イメージングとしても知られる）などの放射線によるイメージングでは、放射性医薬品の分布を表す画像が医療診断のために生成される。イメージングに先立って、患者などの対象に放射性医薬品が注入される。放射性医薬品は放射性光子（ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ ｐｈｏｔｏｎｓ）を放出し、この光子は体内を透過して光子検出器によって検出される。次に、受光した光子からの情報に基づいて、光子検出器により、患者体内の放射性医薬品の分布を決定することができる。この分布は、患者の生理機能を表すため、分布画像によって、心臓病学、腫瘍学、神経学などにおける様々な疾患や状態を診断するための貴重な臨床情報が提供される。

コリメータと光子検出器が連動して動作することにより、画像が生成される。コリメータとは、光子経路を誘導する装置（光子が一定の経路を通るように誘導する装置）である。Ｘ線やＣＴのように周知の光源位置から光子が放出されるのとは異なり、放射線によるイメージングでは、被検者の体内の未知の位置から光子が放出される。コリメータを使用しない場合、あらゆる方向からの光子が光子検出器に記録され、画像再構築が困難となる可能性がある。そのため、コリメータは、写真のカメラにおけるレンズと同様に、光子を可能な経路に誘導して画像を再構築する役割を果たすために使用される。既存の放射線によるイメージングシステムは、意図された目的には概ね適しているが、すべての面で完全に満足できるものではない。例えば、既存のコリメータおよび検出器は、撮像解像度および信号感度の両方に優れているわけではなく、いずれかをトレードオフすることで配備しなければならないことが多い。したがって、放射線によるイメージングシステムの改良が望まれている。

様々な実施形態によれば、本開示は、放射線によるイメージングシステムを提供する。前記放射線によるイメージングシステムは、標的対象から放出される放射線をフィルタリングするように構成されたコリメータであって、前記コリメータ上に不均一に分布した複数の開口部を含み、前記複数の開口部の最大受光角は１５°以下である、前記コリメータと、前記コリメータを通過した放射線を検出する検出器とを含み、前記コリメータは、前記コリメータに対面する前記検出器の上面上の１点が２若しくはそれ以上の前記複数の開口部によって同時に照射されるように、前記検出器から離間して配置される。いくつかの実施形態において、前記検出器の上面上の１点は、前記複数の開口部のうち所定の割合の開口部によって照射されるものであり、前記割合は、約２５％未満である。いくつかの実施形態において、前記複数の開口部の数は、１千を超える。いくつかの実施形態において、前記複数の開口部は、開口サイズ、開口形状、受光角、開口長、および開口ピッチのうちの少なくとも１つが異なる。いくつかの実施形態において、前記コリメータと前記検出器との間の距離は、前記コリメータの厚さの約０．５倍～約１０倍（約１．５倍～約１０倍など）である。いくつかの実施形態において、前記複数の開口部は、反復基本パターンを含む所定の開口パターンを形成する。いくつかの実施形態において、前記反復基本パターンは、符号化開口パターンである。いくつかの実施形態において、前記複数の開口部のうちの１つの開口部の照射面積は、実質的に前記基本パターンの面積と等しい。いくつかの実施形態において、前記コリメータは、第１の部分と、第２の部分とを含み、前記第１の部分は、前記第１の部分上に均一に分布した貫通孔を含み、前記第２の部分は、前記第２の部分上に不均一に分布し、かつ前記複数の開口部に対応する貫通孔を含むものであり、それにより、前記第１の部分の貫通孔が前記第２の部分によって遮断される。いくつかの実施形態において、前記第１の部分の厚さは、前記第２の部分の約２倍～約１０倍である。いくつかの実施形態において、前記コリメータは第１のコリメータであり、前記検出器は第１の検出器であり、当該システムは、さらに、第２のコリメータと、前記第２のコリメータに連結された第２の検出器とを含み、前記第２のコリメータは、前記第２の検出器に取り付けられている。

様々な実施形態によれば、本開示は、放射線によるイメージングシステムを提供する。前記放射線によるイメージングシステムは、標的対象から放出される放射線をフィルタリングするように構成された第１のコリメータであって、第１の開口パターンを形成する第１の複数の開口部を含むものである、前記第１のコリメータと、前記第１のコリメータに関連付けられ、前記第１のコリメータを通過した放射線を検出する第１の検出器と、前記標的対象から放出される放射線をフィルタリングするように構成された第２のコリメータであって、第２の開口パターンを形成する第２の複数の開口部を含むものである、前記第２のコリメータと、前記第２のコリメータに関連付けられ、前記第２のコリメータを通過した放射線を検出する第２の検出器とを含み、前記標的対象は、前記第１のコリメータと前記第２のコリメータとの間に配置されているものであり、前記第１の開口パターンは、前記第２の開口パターンと異なる。いくつかの実施形態において、前記第１のコリメータは、前記第１の検出器に接触し、前記第２のコリメータは、前記第２の検出器から離間して配置される。いくつかの実施形態において、前記第２のコリメータと前記第２の検出器との距離は、前記第２コリメータの厚さの約０．５倍～約７倍（約１．５倍～約７倍など）である。いくつかの実施形態において、前記第１の複数の開口部は前記第１のコリメータ上に均一に分布しており、前記第２の複数の開口部は、前記第２のコリメータ上に不均一に分布している。いくつかの実施形態において、前記第２の開口パターンは、反復符号化パターンを含む。いくつかの実施形態において、前記反復符号化パターンは、均一冗長配列（ＵＲＡ）パターン、修正均一冗長配列（ＭＵＲＡ）パターン、および完全二元配列（ＰＢＡ）パターンのうちの１である。いくつかの実施形態において、前記第１および第２の検出器の対向方向は、オフセット角を有する。

様々な実施形態によれば、本開示は、標的対象から放出される放射線をフィルタリングするように構成されたコリメータを提供する。前記コリメータは、均一に分布した第１の複数の貫通孔を含む第１の部分と、不均一に分布した第２の複数の貫通孔を含む第２の部分とを含み、前記第１および第２の部分は、離間して配置され、前記対象によって放出された光子が一部の前記第１の複数の貫通孔を通過した際に前記第２の部分によって遮断されるように位置合わせされている。いくつかの実施形態において、第２の複数の貫通孔は、符号化パターンを形成する。いくつかの実施形態において、前記第２の部分は、前記第２の部分に対面する前記第１の部分の表面に対してスライドするように動作可能であり、それにより、位置合わせされる前記第１および第２の複数の貫通孔を変更することができる。

様々な実施形態によれば、本開示は、イメージングシステムにおける位置ずれを補正する方法を提供する。前記方法は、コリメータと、デジタル化された画素グリッドを有する検出器とを提供する工程と、フラッド光源で前記コリメータを照射する工程と、前記デジタル化された画素グリッドの各画素における信号強度を記録する工程であって、前記信号強度は、前記コリメータを照射する工程によって発生するものである、前記記録する工程と、前記記録された信号強度から記述子を導く工程と、前記デジタル化された画素グリッドに導入された一連のオフセットを生成する工程と、前記一連のオフセットから、前記記述子を最適化する選択オフセットを求める工程と、前記選択オフセットから導かれた実際の最適オフセットに基づいて、前記デジタル化された画素グリッドを再生する工程とを含む。いくつかの実施形態において、前記選択オフセットは、それぞれ直交する２方向における一対のオフセット値を含む。いくつかの実施形態において、前記記述子は、前記記録された信号強度のコントラスト値、ピーク値、および谷値のうちの１つである。いくつかの実施形態において、前記コントラスト値は、前記デジタル化された画素グリッドで記録された信号強度に対応する信号強度線のピーク値および谷値の比によって決定される。いくつかの実施形態において、前記選択オフセットを求める工程は、前記一連のオフセットを掃引し、前記記述子を最大化または最小化する選択オフセットを選択する工程を含む。いくつかの実施形態において、前記デジタル化された画素グリッドを再生する工程は、固定オフセットにより前記選択オフセットを調整して前記実際の最適オフセットを生成し、前記実際の最適オフセットによって、前記デジタル化された画素グリッドを再生する工程を含む。

本開示は、添付の図面とともに解釈した場合、以下の詳細な説明から最もよく理解される。当業分野の一般的な慣行に従い、種々の構成要素は原寸に比例したものではなく、例示する目的のみに使用されることに注意されたい。むしろ、種々の構成要素の寸法は、説明を明確にするために、任意に拡張または縮小されている。
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、本開示の様々な態様に従った、例示的な放射線によるイメージングシステムの概略図である。 図１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、本開示の様々な態様に従った、例示的な放射線によるイメージングシステムの概略図である。 図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図２Ｅ、および図２Ｆは、本開示のいくつかの実施形態による、コリメータの部分斜視図、断面図、および平面図である。 図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図２Ｅ、および図２Ｆは、本開示のいくつかの実施形態による、コリメータの部分斜視図、断面図、および平面図である。 図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図２Ｅ、および図２Ｆは、本開示のいくつかの実施形態による、コリメータの部分斜視図、断面図、および平面図である。 図３は、本開示のいくつかの実施形態による、放射線によるイメージングシステムの部分断面図である。 図４は、本開示のいくつかの別の実施形態による、放射線によるイメージングシステムの部分断面図である。 図５Ａおよび図５Ｂは、本開示の様々な態様に従った、不均一に分布した開口部を有するコリメータの部分平面図である。 図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃは、本開示のいくつかの実施形態による、反復基本パターンを有するコリメータの平面図である。 図７は、本開示の様々な態様に従った、高速画像再構築アルゴリズムで原画像をサブ画像に分解する工程を示す。 図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図１０Ａ、および図１０Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、軽量型コリメータのいくつかの実施形態の断面図を示す。 図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図１０Ａ、および図１０Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、軽量型コリメータのいくつかの実施形態の断面図を示す。 図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図１０Ａ、および図１０Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、軽量型コリメータのいくつかの実施形態の断面図を示す。 図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１３は、位置合わせ調整を有する、放射線によるイメージングシステムのいくつかの実施形態の平面図および断面図を示す。 図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１３は、位置合わせ調整を有する、放射線によるイメージングシステムのいくつかの実施形態の平面図および断面図を示す。 図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１３は、位置合わせ調整を有する、放射線によるイメージングシステムのいくつかの実施形態の平面図および断面図を示す。

以下の開示は、本開示の異なる特徴を実施するための多くの異なる実施形態、または例を提供する。本開示を簡略化するために、構成要素および配置の具体例を以下に説明する。これらは、当然ながら、単なる例であり、限定することを意図していない。本開示の関連技術分野における当業者であれば通常考えるように、説明する装置、システム、方法に対する任意の変更およびさらなる修正、ならびに本開示の原理の任意のさらなる適用が当然考られる。例えば、１実施形態に関連して説明する特徴、構成要素、および／または工程は、組み合わせが明示的に示されていない場合でも、本開示の別の実施形態に関連して説明する特徴、構成要素、および／または工程と組み合わせることができ、それにより、本開示に従った、装置、システム、または方法のさらに別の実施形態を形成することができる。また、本開示では、様々な例において、参照番号および／または文字を繰り返すことがあるが、このような繰り返しは、簡略化および明確化を目的とするものであり、それ自体によって、説明する様々な実施形態間および／または構成間の関係が規定されるものではない。

さらに、以下の本開示における別の要素上の要素、別の要素に接続された要素、および／または別の要素と連結された要素は、当該要素が別の要素に直接接触する実施形態を含む場合と、追加の要素が当該要素と別の要素との間に介在しており、当該要素が別の要素に直接接触しない実施形態も含む場合がある。さらに、空間的相対語、例えば、「より下方」、「より上方」、「水平」、「垂直」、「上」、「にわたる」、「下方」、「真下」、「上方に」、「下方に」、「上部」、「底部」等、およびその派生語（例えば、「水平に」、「下方に向かって」、「上方に向かって」等）は、別の要素に対する１の要素の関係を本開示において容易にするために使用されている。このような空間的相対語は、上記要素を含む装置の異なる向きを包含することを意図している。さらに、数値または数値範囲が「約」、「おおよそ」などとともに記載される場合、当該用語は、例えば、記載された数値の±１０％以内の数値、または当業者によって理解される他の数値などの、記載された数値を含む合理的な範囲内にある数値を包含することを意図している。例えば、「約５ｃｍ」という用語は、４．５ｃｍ～５．５ｃｍまでの寸法範囲を包含する。

本開示は、放射線によるイメージングにおいて使用されるコリメータに関し、より具体的には、核医学（分子）イメージングシステムにおいて使用される、不均一に分布した開口部を有するコリメータに関する。「不均一に分布した開口部」という用語は、開口サイズ、（断面形状および長手方向の形状を含む）開口形状、開口長、開口ピッチ、および開口方向を含む（但し、これに限定されない）開口部のプロファイルの少なくとも１つが異なるコリメータの開口部（貫通孔）を指す。

核医学（分子）イメージングシステムなどの放射線によるイメージングでは、コリメータと検出器は連動して動作し、被検者の体内における放射性医薬品の分布を表す画像を生成する。多くの核医学イメージングシステム、例えば、単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）、および陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）イメージングシステムは、ガンマ線または光子イメージングデータなどのイメージングデータを取得するために、１若しくはそれ以上の検出器が使用される。画像を取得する前に、通常、患者などの対象に放射性医薬品が経口投与されるか、若しくは注射される。放射性医薬品に原子核崩壊が生じ、直接的または間接的な対消滅によって、特定の速度および特徴的なエネルギーを有するガンマ光子が放出される。１若しくはそれ以上の検出器ユニットが対象の周囲に配置され、その放出が記録または監視される。多くの場合、製造やデータ処理の都合上、検出器は平面形状に構成されているため、データは２Ｄマトリクス形式で取得されるが、この構成は投影と呼ばれることが多い。検出されたイベントの位置、エネルギー、および検出回数を含む記録情報に基づいて、放射性医薬品の分布を表す画像を再構築し、対象の特定の部分（例えば、患者の身体部位）の機能を観察することができる。

しかしながら、既存のコリメータおよび検出器の設計には、様々な問題がある。例えば、平行孔を有するコリメータは、検出器内の検知画素間のクロストークを低減するために、通常検出器と密接に連結され（または取り付けられ）ているため、任意の検知画素対する可能な光子経路が１つのみとなる。通常、コリメータの開口部が長いと、イメージングシステムの撮像解像度は向上するが、信号感度が劣化する。そのため、コリメータの開口部の長さは、撮像解像度と信号感度のトレードオフを考慮して決定する必要がある。

本開示は、不均一に分布した開口部を有するコリメータが、検出器から離れた距離に配置され、検出器の特定の領域が、複数の開口部を通過する光子によって同時に照射される、コリメータ設計の実施形態を示す。換言すれば、コリメータの少なくともいくつかの開口部は、検出器上において互いに重なり合う照射面積を有する。コリメータを検出器から離間して、より大きな開口サイズ（またはより広い受光角）を利用することにより、コリメータの開口部の有効長が増加し、信号感度を犠牲にすることなく撮像解像度が改善される。また、本開示のいくつかの実施形態では、コリメータの開口部は、反復パターンを有する。さらなる実施形態において、このパターンは、均一冗長配列（ＵＲＡ）パターン、修正均一冗長配列（ＭＵＲＡ）パターン、完全二元配列（ＰＢＡ）パターン、ランダムパターン、疑似ランダムパターン、およびその他の適切なパターンのうちの１つであってよい。この反復パターンにより、放射線によるイメージングシステムに簡略化された画像再構築アルゴリズムを採用することが可能となり、計算の複雑さが低減され、システム性能が向上する。様々な実施形態において、閉鎖型孔部が完全に充填されない開口部を画定する薄板を備えることで、コリメータに軽量設計を採用することもできる。したがって、この新規のコリメータ設計によって、様々な側面において放射線によるイメージングシステムの性能が向上する。

図１Ａ～図１Ｃは、いくつかの実施形態による本開示の特徴を組み込んだ例示的な放射線によるイメージングシステム１００（特に、核医学イメージングシステム）を示す。図１Ａは、Ｘ－Ｚ平面におけるシステム１００の一部の側断面図である。図１Ｂおよび図１Ｃは、２つの実施形態におけるＹ－Ｚ平面でのシステム１００の軸方向図である。イメージングシステム１００は、患者などの標的対象を医学的に検査または治療するために使用することができる。イメージングシステム１００は、１若しくはそれ以上の検出器１０８（対向位置にある２つの検出器１０８を示す）を軸方向軸（例えば、図示のようにＸ方向）を中心として支持し、回転させるように構成された回転機構（例えば、ガントリー中央ボアを中心として方向付けられたロータ）をさらに含む一体化ガントリー１０２を含む。図１Ｂに例示する１実施形態では、２つの検出器１０８は、対向位置において円１５２に沿って回転するように動作可能であり、ここで、２つの検出器１０８のそれぞれの上面に対する法線方向１５４Ａおよび１５４Ｂはともに円１５２の中心かつ反対方向を指す。図１Ｃに示す代替実施形態では、２つの検出器１０８は同様に、２つの検出器１０８のそれぞれの上面に対する法線方向１５４Ａおよび１５４Ｂが円１５２の中心を指す状態で、対向位置において円１５２に沿って回転するように動作可能である。両者の違いは、図１Ｃの法線方向１５４Ａおよび１５４Ｂは、完全に反対方向にあるのではなく、小角度Υを成す点にある。角度Υは、いくつかの実施形態によると、システム性能の必要性に応じて、約０．５°から約２０°の範囲であってもよい。図１Ｂおよび図１Ｃにおける設定の詳細については後述する。各検出器１０８は、コリメータ１１０と連動して動作する。コリメータ１１０は、光子経路を誘導する装置である。Ｘ線やＣＴのように周知の光源位置から光子が放出されるのとは異なり、分子イメージングでは、被検者の体内の未知の位置から光子が放出される。コリメータ１１０を使用しない場合、あらゆる方向からの光子が検出器１０８によって記録され、画像再構築が困難となる可能性がある。そのため、コリメータ１１０は、光子経路に誘導して画像を再構築するために使用される。テーブル支持システム１１４に連結された患者テーブル１１２をさらに含み、このテーブル支持システムは、床に直接連結されてもよいし、基部を介してガントリー１０２に連結されてもよい。患者テーブル１１２は、テーブル支持システム１１４に対してスライド自在に構成されており、これにより、軸方向軸と実質的に一直線上にある検査位置への患者１５０の出入りが容易になる。制御コンソール１２０は、当該技術分野で公知の任意の方法など、イメージングシステム１００の操作および制御を提供する。制御コンソール１２０は、当該技術分野で知られている任意の態様で、イメージングシステム１００の操作および制御を提供する。例えば、制御コンソール１２０は、オペレータまたは技術者が、ロータ１０４の回転、検出器１０８およびコリメータ１１０の移動、回転、または傾斜、および患者テーブル１１２のスライドなどの機械的な動きを制御するために使用することができる。イメージングシステム１００は、データを取得し核医学画像を再構築するための、データ記憶装置、画像プロセッサ、画像記憶装置、およびディスプレイなどのコンピュータ構成要素（図示せず）をさらに含む。いくつかの実施形態では、１若しくはそれ以上のコンピュータ構成要素は、（例えば、クラウドコンピューティングを使用して）部分的または全体的にリモートに配置することができる。いくつかの実施形態では、これらの構成要素の１若しくはそれ以上は、ローカルまたはリモートに配置される。

いくつかの実施形態では、検出器１０８は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、または高純度ゲルマニウム（ＨＰＧｅ）などからなる半導体検出器である。いくつかの実施形態では、検出器１０８は、（ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）またはヨウ化セシウム（ＣｓＩ）などからなる）シンチレータ検出器である。いくつかの他の実施形態では、検出器１０８はまた、小型光電子増倍管（ＰＭＴ）、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭＴ）、またはアバランシェフォトダイオードと結合したシンチレータであってもよい。患者１５０に経口投与されるか、若しくは注射された１若しくはそれ以上の放射性医薬品に原子核崩壊が生じ、直接的または間接的な対消滅によって、特定の速度および特徴的なエネルギーを有する放射線（例えば、ガンマ光子）が放出される。検出器１０８は、放射線の放出を記録または監視するために患者１５０の近傍に配置される。検出されたイベントの位置、エネルギー、および検出回数を含む記録情報に基づいて、放射性医薬品の分布を表す画像を再構築し、患者１５０の身体部位の状態または機能を観察することができる。

コリメータ１１０は、１若しくはそれ以上の開口部（貫通孔ともいう）を画定する複数の壁（隔壁（ｓｅｐｔａ）としても知られる）を含む。様々な実施形態において、隔壁は、鉛またはタングステンなどの重金属でできている。隔壁の厚さは、光子のエネルギーに応じて、光子が主にプレート上の小さな開口部を通過するように、放射線の大部分を遮断するのに十分な大きさである。より高エネルギーのガンマ線をイメージングするためには、厚さをより大きくする必要がある。コリメータ１１０は、検出器１０８と患者１５０などのイメージング対象との間に配置される。放射線が通過して検出器上の特定の位置に到達することができる方向および角度範囲（受光角：ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ａｎｇｌｅ）は、コリメータの開口部によって決定される。コリメータ１１０は、開口部の数および幾何学的配置に応じて、単孔型コリメータ、多孔型コリメータ、符号化開口コリメータ、またはその他の適切なタイプのコリメータであってよい。

イメージングシステム１００は、（例えば、検出器１０８およびコリメータ１１０を互いに連結するなど）部品を互いに連結するためのコネクタ、部品を移動させるモータ、光子遮蔽部品、その他の部品を収容するハウジング部品など、イメージングガントリーに必要なその他の部品を含むことができる。例えば、連結および遮蔽用構成要素１１６は、検出器１０８およびコリメータ１１０を、双方が一緒に移動し（例えば、回転する）、放射線（光子）がコリメータ１１０以外の経路を通って検出器１０８に到達するのを阻止するように連結することができる。別の実施形態では、検出器１０８およびコリメータ１１０は、互いに対して独立して移動することができる。

図２Ａは、例示的な多孔型（または多開口型）コリメータ２０２の斜視図を示し、図２Ｂは、（図２Ａの切断線Ｂ－Ｂに沿った）コリメータ２０２の断面図を示す。コリメータ２０２は多数の孔部２０８を有し、各孔部は、所定の高さＨと、直径（または幅）Ｗとを有する。高さＨは、コリメータ２０２の厚さでもある。孔部２０８はまた、開口部または貫通孔ともいう。開口部２０８の受光角Θは、開口部２０８の上部開口上の端点から下部開口上の対向する端点に向かう２本の光線Ｒ０とＲ１との間の角度によって画定される。受光角Θ内を伝搬する入射光子（または放射線）のみが、開口部２０８を通過することができる（但し、隔壁２１２を透過する可能性があるごく僅かの光線については考慮していない）。上述したように、隔壁２１２は、鉛またはタングステンなどの放射線吸収性重金属（複数可）または合金でできている。隔壁２１２は、対象方向から放出されない（または対象方向に向かって伝搬しない）放射線の大部分を吸収する。高エネルギー放射線用のコリメータは、低エネルギー放射線用のコリメータよりもはるかに厚い隔壁を有する。隔壁は通常、不要な光子による隔壁の透過率が５％を超えないように、また場合によっては１％を超えないように設計されている。コリメータによって遮断または吸収される放射線または光子は、ごく僅かな割合の光子（例えば、５％以下）が依然として放射線吸収材料の厚さを透過する可能性があるため、１００％の遮断率を必要としないことに留意されたい。換言すれば、遮断（または他の同様の用語）とは、光子の大部分（例えば、９５％以上、または９９％以上）が放射線吸収材料に吸収されることを意味する。

コリメータ２０２は、入射光子の受光角Θを制限することにより、検出された光子の位置情報を提供する。通常、受光角Θが小さいほど、コリメータ２０２によって提供される撮像解像度は高くなる。コリメータ２０２は、並んで互いに平行に配置された多数の実質的に同一の細長い開口部２０８を有することができる。細長い開口部は小さな受光角Θを伴うため、それに応じて高撮像解像度をもたらす。コリメータ２０２は、例えば２０ｍｍ～７０ｍｍなど、１５ｍｍより大きい厚さＨ、および約１ｍｍ～５ｍｍの開口直径（または幅）Ｗを有し、それによって大きなアスペクト比（Ｈ／Ｗ）および小さな受光角Θが提供される。平行孔型コリメータ２０２の受光角Θは、１５°未満などの小さな角度に制限される。受光角Θが（例えば１５°より大きいなど）大きすぎる場合、特定の平行孔型コリメータによって提供される撮像解像度は低くなり、好ましくないと考えられる。特に明記しない限り、本開示の例示的なコリメータの受光角は、１５°未満である。「ｘ－ｚ」断面が長方形である図２Ｂの孔部に加えて、上記受光角の概念は、その他の形態の孔部、例えば、収束型または末広型コリメータの孔部に拡張することができ、この場合、孔部は、台形形状であってもよく、また、当該孔部を通過することができる光線の最大の角度差を表す傾斜を有してもよい。

図２Ａに示すコリメータ２０２は、均一に分布した開口部を有する平行孔型コリメータである。図示された実施形態では、開口部２０８は実質的に同一であり、各開口部は、製作精度の制限によって生じる変動を除いて、同じ高さＨおよび同じ直径または幅Ｗを有する。したがって、各開口部は、小さい（例えば、特定の例では約５°など、１５°未満である）同じ受光角Θを有する。開口ピッチＰもまた、コリメータ２０２上で実質的に同じである。すなわち、コリメータ２０２上では、開口間隔Ｓ（隔壁の厚さ）は均一である。本明細書では、均一の開口形状、開口サイズ、開口長、および開口ピッチを有する開口部を「均一に分布した開口部」という。

図２Ｃおよび図２Ｄは、（コリメータ２０２など）の均一に分布した開口部を有する平行孔型コリメータの２つの配列の平面図を示すが、その他の配列も可能であり、そのような配列は、本開示の要旨および範囲から逸脱するものではない。図２Ｃにおいて、開口部２０８は、直交する行および列に配置されており、直交する２次元グリッド配列を形成する。各開口部２０８は、（図２Ｃにおいて破線で表される）グリッドネットワーク内の正方形の単位グリッド２４０と整列しているとみなすことができる。２つの隣接する開口部２０８は、同一ピッチＰを有し、ここで、Ｐ＝Ｗ＋Ｓ、Ｗは開口部２０８の幅（または直径）、Ｓは２つの隣接する開口部２０８間の最小間隔（または隔壁の厚さ）である。図２Ｄにおいて、開口部２０８は、互いに隣接する行が連続して千鳥状に配列され、２つの隣接する行は、所定の距離（またはオフセット）だけ互いにオフセットされている。このオフセットは、１実施形態においてＷであってもよく、また、代替実施形態ではその他の適切な値であってもよい。各開口部２０８は、（図２Ｄにおいて破線で表される）グリッドネットワーク内の六角形の単位グリッド２４０と整列しているとみなすことができる。２つの隣接する開口部２０８は、同一ピッチＰを有し、ここで、Ｐ＝Ｗ＋Ｓ、Ｗは開口部２０８の幅（または直径）、Ｓは２つの隣接する開口部２０８間の最小間隔（または隔壁の厚さ）である。いくつかの代替実施形態（図示せず）では、開口部２０８は、グリッドネットワーク内のハニカム形状の単位グリッド２４０と整列可能である。図２Ｅおよび２Ｆはそれぞれ、図２Ｃおよび２Ｄの変形実施形態を示す。単位グリッド２４０のうちの１若しくはそれ以上は、当該グリットを貫通する開口部（複数可）を備えないように設計され、これは、（図２Ｅおよび図２Ｆにおいて破線の円で表される）隔壁材料によって充填された（または閉鎖された）開口部を有することに相当する。このような開口部の配列は、可変の開口ピッチを有する、若しくは閉鎖型孔部を有すると考えられるため、均一に分布した開口部を有する平行孔型コリメータの範疇に入らない。すなわち、図２Ｅおよび図２Ｆの開口部は、不均一に分布している。

図３は、図２Ｂに示されるコリメータ２０２と、（例えば、患者などの）標的対象２０６内の放射性医薬品の分布を表す画像を生成するために連動して動作する検出器２０４の概略的な断面図である。コリメータ２０２は、標的対象２０６と検出器２０４との間に配置され、特定の光子を遮断し、その他の光子を通過させることによって放射線をフィルタリングするように構成されている。図示する実施形態では、コリメータ２０２と検出器２０４とを連結し遮蔽する構成要素は、簡略化のために省略されている。本実施形態では、コリメータ２０２は、その内部の開口部または孔部が長方形の断面を有し、互いに平行に配置された平行孔型コリメータである。代替実施形態では、コリメータ２０２内の開口部または孔部は、末広断面（ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ）、収束断面、またはその他の断面形状を有してもよい。

検出器２０４は、画素２１４の長方形配列、正方形配列、またはその他の適切な配列などの、検知画素２１４の配列を含む。動作時において、各検知画素２１４は、当該検知画素に入射する放射線量を独立して記録または監視し、（例えば、電圧または電流などの）放射線量に関連付けられた信号を生成する。検知画素２１４は、実質的に同じサイズおよび同じ形状（例えば、円形、長方形、または正方形）であってもよい。様々な実施形態において、検知画素２１４のサイズは、約１ｘ１ｍｍ^２～約５ｘ５ｍｍ^２の範囲であってよい。検知画素配列のピッチＰ'は、様々な実施形態において、１ｍｍ未満～約６ｍｍまでの範囲であってよい。一例において、ＣＺＴまたはシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）ベースの検出器２０４は、４ｃｍ ｘ ４ｃｍのサイズに作製することができ、この場合、ベースの検出器２０４は、２．５ｍｍ ｘ ２．５ｍｍの単位画素サイズを有する１６ｘ１６の検知画素配列からなる。いくつかの実施形態では、検出器２０４は、検知画素２１４から生成された信号を収集および処理するための適切な電子回路（例えば、ＡＳＩＣ）を含む。いくつかの別の実施形態では、検知画素２１４は、大半のＰＭＴベースの検出器システムの場合のように、互いに物理的に区別されず、連続した検出器表面のデジタル化の単なる生成物である。例えば、検出器表面は、当該表面における各単位グリッドがコリメータ２０２の１つの開口部に対応する、コリメータ２０２のグリッドネットワークと同一のグリッドネットワークとしてデジタル化することができる。

図３では、簡略化のため、検知画素のピッチＰ'が開口ピッチＰに実質的に等しいと仮定しており、各検知画素２１４は対応する開口部２０８の真下にある。さらに、コリメータ２０２は、光子が開口部２０８のみに沿って伝搬し、その直下にある対応する検知画素２１４に到達することができるように、検知器２０４との間に最小限の間隔を置いた状態で検出器２０４と密接に連結され（または取り付けられ）ている。但し、（例えば、光子が隔壁を通過する、若しくは光子が１つの開口部を通過した際に別の異なる開口部の直下にある検知画素に入射するなどの）最小限またはごく僅かなクロストークの可能性はある。本開示においては、「密接に連結」および「取り付けられた」という用語はいずれも、コリメータと検出器との間の間隔がコリメータの厚さの半分未満であることを指し、これは、コリメータ２０２および検出器２０４が物理的に接触している場合も含む。

平行孔型コリメータでは、撮像源がコリメータから遠ざかると、撮像解像度が急速に低下する。開口サイズＷおよび長さ（又は有効長）Ｈ_ｅを有するコリメータにおいて、コリメータの上面２１０の上方の垂直距離Ｚに位置する標的対象２０６に対して、コリメータの撮像解像度Ｒ_ｃは、以下の式（１）で与えられる。

有効開口長Ｈ_ｅは、Ｈ_ｅ＝Ｈ － ２／μで与えられ、Ｈは開口長、μはコリメータ材料の線減弱係数である。鉛の場合、１５０ｋｅＶでは、μ＝２２．４３ｃｍ^－１、

となる。開口長Ｈは通常２０ｍｍより大きいため、

となる。本明細書では、簡略化のため、意味のある違いがない限り、ＨとＨ_ｅは互換的に使用される。式（１）の簡単な見方として、撮像解像度Ｒ_ｃは、図３に示すように、開口部の底面から開口部を通して見ることができる、距離Ｚにおける面積に等しい。

式（１）から分かるように、撮像解像度Ｒ_ｃは距離Ｚに対して線形的に増加し、同じ距離Ｚにおいて、Ｈ_ｅがより大きい場合、Ｒ_ｃはより小さくなる（すなわち、撮像解像度がより良好となる）。すなわち、開口部がより長い（すなわち、Ｈがより大きい）ほど撮像解像度は向上する。しかしながら、開口部が長くなると、逆２乗の関係で信号感度に悪影響を及ぼす。線源から放出される放射線量に対する、コリメータを通過する放射線量（例えばガンマ線）の割合で定義されるコリメータ効率をＧとすると、ＧはＨ_ｅ ^－２に正比例する

。したがって、開口長Ｈは、撮像解像度と信号感度のバランスを考慮して選択する必要がある。

図４は、「拡張照射野型イメージング（ＳＦＩ：ｓｐｒｅａｄ ｆｉｅｌｄ ｉｍａｇｉｎｇ）用コリメータ」と呼ばれる代替コリメータ設計を示し、当該コリメータでは、開口長が均等に大きくなるため、信号感度を犠牲にすることなく、撮像解像度がより高くなる。図３に示す平行孔型コリメータ２０２と比べると、図４に示すＳＦＩコリメータ２０３は、少なくとも２つの顕著な特徴を有する。第１に、図３の構成と比べると、ＳＦＩコリメータ２０３と検出器２０４との間の間隔Ｄが大幅に大きい。第２に、ＳＦＩコリメータ２０３の開口部２０８は全て同一ではなく、少なくとも１つの点で異なっている。これらについては、以下さらに説明する。

ＳＦＩコリメータ２０３と検出器２０４との間の間隔Ｄが増加されることで、１つの開口部２０８を通過する光子は、検出器２０４上において、開口部２０８を越えた拡張領域に入射可能となる。すなわち、標的対象２０６からの放射線は、１つの開口部２０８を通過して、当該開口部２０８のサイズよりも実質的に大きい、検出器２０４上の領域まで拡張されて照射され、他の隣接する開口部の真下にある領域にまで及ぶ。これとは対照的に、図３に示すように、コリメータ２０２が検出器２０４に密接に連結されている場合、１つの開口部２０８を通って伝搬する、標的対象２０６からの放射線は、開口部２０８のサイズと実質的に等しい検出器２０４上の領域のみを照射する。図４に示すように、受光角Θを画定する線Ａ１とＡ２との間に入射する入射光子は、開口部２０８を通過して検出器２０４に到達し、検出器２０４を「照射する」。開口部２０８の受光角を画定する線によって囲まれた検出器２０４の表面積を、各開口部２０８の照射面積（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｎｇ ａｒｅａ）とする。例えば、中央開口部２０８の照射面積は、検出器２０４と交差する線Ａ１とＡ２線との間の検出器２０４における表面積によって画定される。照射面積のサイズおよび形状は、対応する開口部のプロファイルおよびコリメータ２０２と検出器２０４との間の間隔Ｄに依存する。いくつかの実施形態では、検出器２０４上の開口部２０８の照射面積は、対応する開口部２０８および対応する開口部２０８を包囲する隔壁の半分を含む、対応する単位グリッドのサイズの少なくとも２倍である（単位グリッドの境界は、当該単位グリッドと隣接する単位グリッドとの間の隔壁の中央部にあることに注意されたい）。さらに、１つの開口部２０８の照射面積は、隣接する開口部の照射面積と重なり合ってもよい。例えば、様々な実施形態において、照射面積の１０％、２０％、または５０％よりも大きい面積が、他の照射面積と重なり合ってもよい（この場合、開口部２０８を通過する放射線のみを考慮し、開口部２０８を包囲する隔壁を透過する放射線を除く）。図４では、開口部２０８の下方の線Ａ１および線Ａ２によって定義される照射面積と、隣接する開口部の下方で線Ａ１'およびＡ２'によって画定される別の照射面積との間の重複面積を示す。すなわち、検出器２０４の重複面積内の点（または検知画素２１４）は、１若しくはそれ以上の開口部２０８からの放射線を受光ことができる。さらに、いくつかの実施形態では、検出器２０４内の任意の１つの検知画素２１４は、開口部２０８の全数のうちの所定の割合以下の開口部２０８によって同時に照射され、この割合は２５％未満である。いくつかの実施形態では、この割合は、１０％未満、５％未満、または２％未満である場合もある。いくつか別の実施形態では、任意の開口部の照射面積は、連結された検出器２０４における、（すべての孔部を介した）全照射面積のうちの所定の割合以下であり、この割合は、１０％未満、５％未満、または２％未満である場合もある。これに対し、符号化開口コリメータまたはマルチピンホールコリメータにおける孔部は通常、本開示の実施形態よりも、全照射面積に対してより大きな割合の領域を照射する。例えば、これらのコリメータの１つの孔部の照射面積は、各コリメータの全孔部の全照射面積の２５％よりも大きい、若しくは４０％よりも大きい可能性があり、それにより、イメージングシステムに膨大な量のクロストークが導入される。任意の１つの孔部の照射面積を、（システム性能の必要性に応じて）連結された検出器２０４における、（すべての孔部を介した）全照射面積の１０％、５％、または場合によっては２％以下に制限することにより、異なる開口部からのクロストークが効果的に低減され、撮像解像度および信号感度において良好な性能を達成することができる。

（通常は重金属材料である）遮蔽体２４４は、コリメータ２０３と検出器２０４との間の空間を覆う（または密閉する）ために周辺領域に沿って設けられ、放射線がその空間を通して検出器２０４に到達するのを阻止する。図４では、遮蔽体２４４とＳＦＩコリメータ２０３との間、および遮蔽体２４４と検出器２０４との間に隙間が示されているが、これは例示目的のみである。様々な実施形態において、遮蔽体２４４は、コリメータ２０３を通過する放射線のみが検出器２０４に到達可能な閉鎖領域（または密閉領域）を提供するために配備される。

本実施形態において、ＳＦＩコリメータ２０３の開口部２０８は、すべて同一ではない。開口部２０８は、開口形状、開口サイズ、または開口長においても異なる場合がある。開口サイズが異なる場合、受光角Θが異なる可能性があるが、本実施形態では、最大受光角Θは、１５°未満である。上述したように、受光角Θが１５°未満の場合、望ましい撮像解像度が提供される。また、所与のコリメータの厚さＨにおいて、受光角Θがより小さい場合、開口サイズ、ひいてはコリメータ寸法がより小さくなる。受光角Θが１５°未満の場合、小型コリメータの設計と、（例えば、機械公差などの）製造上の困難性との間に良好な妥協点を見出すことができる。さらに、受光角Θが１５°より大きい場合、隣接する開口部からのクロストークが増加し、その結果解像度が劣化して、イメージング処理後の処理がより複雑になる。いくつかの用途では、システム性能の必要性に応じて、より高い撮像解像度を達成し、かつクロストークを低減させるために、受光角Θを約１０°未満、または場合によっては約５°未満にすることができる。いくつかの実施形態では、ＳＦＩコリメータ２０３の開口部２０８の一部は閉鎖されており、実質的に遮断されて光子の通過を許容しない。したがって、開口ピッチもまた、コリメータ２０３にわたって変化する。例えば、図５Ｂでは、２０８'の周りのピッチおよび隔壁は、他の隔壁と比較的異なっている。開口部のプロファイルの少なくとも１つのパラメータ（例えば、開口形状、開口サイズ、開口長、および開口ピッチなど）において不均一性を有する開口部は、「不均一に分布した開口部」という。図５Ａは、異なる開口形状（例えば、円形および正方形）、開口サイズ、および（破線の円によって表される遮断された開口部によって生じる）異なる開口ピッチを有するＳＦＩコリメータ２０３の１実施形態を示す。図５Ａでは、各開口部２０８は、それぞれの単位グリッド２４０と位置合わせされている（例えば、中心間の位置合わせ）。図５Ｂは、ＳＦＩコリメータ２０３のさらに別の実施形態を示し、この実施形態では、単位グリッド２４０からオフセットされた少なくとも１つのアパーチャ２０８'が存在する。このような開口部の配列を有するＳＦＩコリメータ２０３は、不均一に分布した開口部を有する平行孔型コリメータと考えられる。図５Ａおよび図５Ｂは、単にＳＦＩコリメータ２０３の一部分を示しているに過ぎないことに留意されたい。１実施形態では、コリメータ２０３上の開口部２０８の総数は、約２千（２０００）、５千（５０００）、１万（１００００）、３万（３００００）、場合によっては１０万（１０００００）など、１千（１０００）を超える。各開口部は検出器２０４の表面積のごく一部のみを照射し、また、開口部２０８間に著しいクロストークまたは多重化が存在するため、多数の開口部は、より高い感度、良好な範囲の視野（ＦＯＶ）、および検出器２０４表面積の有効利用のために有益である。

いくつかの実施形態では、コリメータ２０３の開口部２０８の一部または全部は、サイズ３ｘ３、４ｘ４、３ｘ５、５ｘ５などのパターンの反復などの反復パターンで配列することができる。反復パターンは、基本パターンと呼ばれる。いくつかの実施形態では、基本パターンは、当該パターン内に１つの中央孔部が存在するように、奇数の行および／列を有し、このようなパターンはデータ処理において有利である場合がある。図６Ａは、ＳＦＩコリメータ２０３の１実施形態の平面図（または平面図の一部）を示す。ＳＦＩコリメータ２０３の少なくとも一部は、５ｘ５単位格子の基本パターンの反復を含み、図６Ｂに例示される１つの基本パターンでは、白色の画素は開放型開口部を表し、灰色の画素は閉鎖型開口部を表す。開放型開口部は隔壁で囲まれている。図６Ａの点線は、基本パターン間の境界を表している。図示する実施形態では、開口部は正方形の単位グリッドと整列し、単位グリッド全体のサイズまで拡大することができる。基本パターンは、ＵＲＡ、ＭＵＲＡ、ＰＢＡ、ランダムまたは擬似ランダムパターンなどの符号化開口パターンとすることができる。いくつかの実施形態では、反復パターンの数は、例えば、３ｘ３、３ｘ５、５ｘ５など、２ｘ２よりも大きい数である。図６Ａにおいて図示する基本パターンはＭＵＲＡ ５パターンであり、Ｘ方向に３回、Ｙ方向に３回反復して、１５ｘ１５のサイズのコリメータ（またはコリメータの一部）が形成される。様々な実施形態において、基本パターンは、システム要件の必要性に応じて、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ任意の回数だけ反復させることが可能である。図６Ｃは、ＳＦＩコリメータ２０３（またはその一部）の別の実施形態の平面図を示し、本実施形態では、ＭＵＲＡ ５の基本パターンをＸ方向に２５回およびＹ方向に２５回反復して、１２５ｘ１２５のサイズのコリメータ（またはコリメータの一部）が形成される。図示する実施形態では、開口部の形状およびサイズは同一である。いくつかの実施形態では、開口部は、形状またはサイズ、若しくはその両方が異なることがある。

図４に戻ると、コリメータ２０３と検出器２０４との間の間隔Ｄは、検出器２０４上の各開口部２０８の照射面積が、反復基本パターンと同じ、若しくはそれ以下であるとともに、開口部の間隔（ピッチ）の少なくとも２倍よりも大きくなるように選択することができる。検出器２０４上の開口部２０８の照射面積のサイズは、図４の点線Ｂ１およびＢ２によって例示されるように、コリメータ２０３の基本パターンのサイズに実質的に等しい。以下でさらに詳細に説明するように、照射面積のサイズを基本パターンと実質的に等しく（または基本パターンの整数倍と）することにより、システム効率および精度を大幅に向上させる高速画像再構築アルゴリズムが提供される。その結果、コリメータ２０３と検出器２０４との間の間隔Ｄは、開口長（コリメータ厚さ）Ｈの半分よりも大きい場合に最適化される。様々な実施形態において、ＤはＨの１０倍未満、例えばＨの１．５倍と１０倍の間、Ｈの１倍と７倍の間、Ｈの１．５倍と７倍、または他の適切な範囲にすることができる。ＤがＨの１．５倍未満など小さすぎる場合、解像度の向上に対する有意な効果は見られない。一方、ＤがＨの１０倍より大きい場合、隣接する開口部からのクロストークが高くなり、画像再構築時に複雑さが増し、解像度の劣化が生じる。いくつかの例では、ＤはＨの約１倍、１．５倍、２倍、２．５倍、３倍、または３．５倍である。

さらに、図４を参照すると、検出器２０４の検知画素２１４について、その真上にある開口部を通して見ることができる領域は、撮像解像度Ｒ_ｎとも呼ばれ、以下の式（２）で与えられる。

式（１）と式（２）の違いは、式（１）のＨ_ｅが式（２）では（Ｈ＋Ｄ）に置換されていることであり、これにより、実質的にＤだけ開口長が延長され、撮像解像度を大幅に向上させることができる。また、信号感度を向上させるために開口サイズＷを大きくした場合でも、Ｒ_ｎをＲ_ｃよりも小さくすることができる。

光子が１つの開口部を通過して、別の開口部の真下にある検出領域に入射する場合、クロストークまたは多重化が存在することを意味する。これに対して、平行孔型コリメータ（例えば、図３に示すコリメータ２０２）が装備されている検出器の表面上の任意の検知画素では、光子が通過して到達できる開口部は１つのみである（但し、平行孔型コリメータ設計において抑制すべきイベントである隔壁の透過は除く）。検出器の所定の位置で検出された光子が通過可能な経路は複数あり、また、所定の地点にある光源について、放射線が検出器に到達するために通過可能な開口部は複数あるため、上記クロストークの影響によって通常解像度が低下する。これは、平行孔型コリメータのようにすべての開口部が本質的に同一である場合にも当てはまる。

一方、図４に示すようなＳＦＩコリメータ２０３に関しては、開口部はすべて同一ではない。具体的には、検出器表面上の検知画素の可視領域内にある開口部はすべて同一ではない（ここでの可視領域とは、光子が検出器表面上の検知画素に到達するために通過可能なすべての開口部の集合体を意味する）。このように、下方にある開口部のパターンが異なるため、互いに近接した光源は検出器上に異なる陰影を投影する。このような異なる陰影は、再構築アルゴリズムが元の光源分布、すなわち物体像をＲ_ｎに近い高解像度で復元するのに役立つ。検出器の表面は、通常、グリッドのネットワークとしてデジタル化され、各グリッドは、検知画素の境界を表す。いくつかの実施形態では、隣接する検知画素によって観察される開口パターンは異なっている。

単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）イメージングと同様に、連結された１対のコリメータ（コリメータ２０３など）および検出器（検出器２０４など）を標的対象の周りで回転させることにより、複数の角度から画像（投影とも呼ばれる）を取得することができる。この取得態様では、連結されたコリメータおよび検出器は、相互に相対運動することなく、共に移動する。特定の角度αでの順投影ｐは、以下のように表すことができる。

式中、ｉおよびｊは、検出画素および物体像のボクセルのインデックスであり、ｆ（ｊ）は、ボクセルオブジェクトｊの値、Ｋα（ｉ，ｊ）は、カメラが角度αのときにボクセルｊから放出された光子が画素ｉで検出される確率である。元の物体像ｆを再構築する方法として、ＭＬＥＭアルゴリズムが使用され、ｆは次式で反復的に求めることができる。

または

式中、ｆ^（ｋ）（ｊ）はｋ回目の反復における物体像であり、ｐ（ｉ，α）は、検出器画素ｉおよび角度αにおける測定投影である。このアルゴリズムは、順投影、比率計算、および逆投影の３工程を有する。このアルゴリズムの変形態様はＯＳＥＭと呼ばれ、ＯＳＥＭでは、投影はＮ個のサブセットに分割され、計算は、このサブセットのうちの１つを使って反復を数回実行することで開始され、すべてのサブセットが計算されるまで次のサブセットに移行する。この工程は、異なるサブセットに分割し、各サブセットについて異なる反復回数を用いることにより繰り返すことができる。

式（５）のアルゴリズムは、多数のボクセルおよび画素に角度数を乗算することを考えると、多大な時間を必要とし、また、Ｋ行列の記憶領域も膨大なものになる。１つの角度での投影は６４ｘ６４から最大５１２ｘ５１２画素までデジタル化が可能であり、通常、６０または１２０の角度数での取得が必要となる。また、物体像は１２８ｘ１２８ｘ１２８、または２５６ｘ２５６ｘ２５６のボクセルを有することが多いため、行列Ｋα（ｉ，ｊ）は膨大な数になる。

開口部が基本パターンの反復によって構成され、（基本パターンにおいて孔部が異なっていたとしても）すべての反復パターンにおける対応する貫通孔が同じ形状および寸法を有する場合、行列Ｋおよびアルゴリズムを簡略化することができる。通常、サイズＸｘＹ（ＸとＹは異なっていてもよい）を有する反復基本パターンでは、点光源が検出器上に投影する可能性のあるＸｘＹの積の倍数に等しいパターンの数しか存在しない。図６Ａまたは図６Ｂは、反復パターンが５ｘ５（Ｘ＝Ｙ＝５）ＭＵＲＡ ５パターンである一例である。基本パターンの孔部のインデックス（開放型および閉鎖型孔部を含むグリッド単位）をｍとすると、ｍ＝１，．．．２５である。この例では、コリメータ２０３（図４参照）から距離Ｚに位置する平面を想定しており、この平面上の任意の点にある点光源は、検出器２０４上に所定パターンを投影する。ここで、投影パターンのサイズは、検出器のサイズよりもはるかに小さく、点光源が検出器に投影することができるパターンは、ＸｘＹ＝２５のみであり、この点光源の真下にある開口部のインデックスに応じて（但し、境界領域を除く）、ｐｓｆ_ｍ，Ｚ（ｘ，ｙ）として示される（ここで、ｘ＝－Ｍ，．．．Ｍおよびｙ＝－Ｎ，．．．Ｎである。）。ここで、検出器の画素のサイズは、コリメータのピッチ（孔部の間隔）と同じ、若しくはその何分の一かになる。したがって、２５のパターンは、開口部によってインデックスすることにより、基本的な５ｘ５のパターンとすることができる。一方、画素（ボクセルともいう）サイズがコリメータのピッチ（孔部の間隔）と同じであり、画素がコリメータのピッチと整合した、ｆ_Ｚとして表される距離Ｚにある物体像は、図７に示すように、ｆ_Ｚと同じサイズの２５のサブ画像に分割することができる。ここで、各サブ画像において、開口部と同じインデックスを有する、開口部上の画素は同様に維持され、残りの画素は０に設定される。パターンインデックスをｍとすると、距離Ｚにおける物体像のスライスｆ_Ｚは、次式のサブ画像ｆ_Ｚ（ｊ，ｍ）で表すことができる。

これにより、式（５）のＺにおける物体像の順投影工程は、次のように書き換えることができる。

ここで、

は、現在の物体像ｆ_Ｚ ^（ｋ）の推定値に基づいて計算された順投影であり、＊は畳み込みを表す。同様の方法により逆投影工程を計算することができる。畳み込みは、ＦＦＴアルゴリズムによる行列の乗算よりも計算効率が良いことが知られている。この考え方は、コリメータピッチの数分の１のボクセルサイズに拡張することができ、ｐｓｆパターンおよび対応するサブ画像の所定の畳み込みのＸｘＹ倍の畳み込みを使用することができる。例えば、ボクセルサイズがコリメータのピッチの半分の場合、ｐｓｆパターンおよび対応するサブ画像の２５の畳み込みの４倍（２ｘ２）（すなわち、合計１００の畳み込み）を使用することができる。この方法では、計算の複雑さは増すものの、より高精度になる。

式（７）はまた、物体像が距離Ｚで示されるコリメータ面に平行なスライスで構成されている場合、投影パターンｐｓｆ_ｍ，ｚは異なる角度αに対して同じであることを示す。これにより、アルゴリズムがさらに簡略化される。

各角度に対して式（５）を独立的に実行する１つの方法は、αを総和から除外し、距離Ｚに沿って推定値ｆ_Ｚ（ｊ）の総和を求めて、角度ｐ'_αでの二次投影を得る方法である。物体像ｆからｐ'_αを導くための投影形状は平行孔型コリメーションと同様であるため、フィルタ補正逆投影法（ＦＢＰ）、代数的再構成法（ＡＲＴ）、ＯＳＥＭ法などの平行孔型コリメーションの画像再構築アルゴリズムを使用してｐ'_αからｆを再構築することができる。

１つの代替法は、補間によりｆｚをｆ_α，ｚに変換する方法であり、ここでｆ_α，ｚは、上記角度でコリメータ面に平行な（Ｚによって示される）スライスから構成される。次に、補間を適用する前に、順投影、逆投影の工程を実行し、

によって与えられる逆投影された比率、ｑ_ａ，ｚをｆの元のグリッドに変換した後、ｆｚの更新比率を計算する。

図４に戻ると、コリメータ２０３に関して、開口部の高さＨ（すなわち、コリメータ２０３の厚さ）は、その開口幅または直径Ｗよりもはるかに大きい場合がある。例えば、開口幅Ｗは２ｍｍ未満であり、開口の高さＨは２０ｍｍより大きくてもよい。しかしながら、閉鎖型開口部については、開口部が完全に充填されている必要はなく、むしろ、放射線が開口部を通過するのを遮断するのに十分な厚さで充填されていればよい。例えば、放射性同位体Ｔｃ－９９ｍを隔壁材料に使用する場合、３ｍｍの厚さの鉛によって、１４０ｋｅＶのガンマ線の入射放射線を９９％以上遮断することができる。したがって、コリメータを軽量に製造することが可能である。図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、コリメータ２０３は、開放型孔部と閉鎖型孔部とを有するコリメータであり、２つのセクションを含む。一方のセクションは、均一に分布した貫通孔を有する平行孔型コリメータと同様のセクションである（平行孔型セクション２６２とも呼ばれる）。他方のセクションは、平行孔型セクション２６２における貫通孔よりも少ない貫通孔（例えば、約半分の貫通孔）を有する、不均一に分布した貫通孔を有する実質的により薄肉のプレート２６４（ただし、放射線を実質的に遮断するのに十分な厚さを有する）である。図８Ａおよび図８Ｂに示すコリメータ２０３は、マルチセクションコリメータともいう。薄肉プレート２６４の貫通孔は、平行孔型セクション２６２の貫通孔と整列してコリメータ２０３の開口パターンをともに画定するが、一方平行孔型セクション２６２の他の貫通孔は、薄肉プレート２６４の不透明材料によって遮断されている。したがって、薄肉プレート２６４の貫通孔によって、コリメータ２０３の最終的な開口部の位置が画定される。薄肉プレート２６４は、パターン化された開口セクション２６４ともいう。いくつかの実施形態において、平行孔型セクション２６２のすべての貫通孔は実質的に同一であるが、一方パターン化された開口セクション２６４の貫通孔は異なっており、閉鎖型孔部を含む場合もある。さらに、パターン化された開口セクション２６４は、平行孔型セクション２６２の表面に対して水平方向にスライドするように動作可能であるなど、いくつかの実施形態において移動自在であってもよい。したがって、平行孔型セクション２６２に対してパターン化された開口セクション２６４を移動させることにより、１つの角度で複数の投影を取得することができる。

パターン化された開口セクション２６４は、標的放射線を遮断するのに十分な厚さＨ１を有する。様々な実施形態において、平行孔型セクション２６２の厚さＨ２は、符号化開口セクション２６４の厚さＨ１の約２倍から約１０倍であってよい。例えば、２５ｍｍの開口長は、２０ｍｍの厚さを有する平行孔型セクション２６２と５ｍｍの厚さを有するパターン化された開口セクション２６４とで構成することができる。このように、完全に充填された閉鎖型開口部と比べると、コリメータ全体の重量を大幅に低減することができる。パターン化された開口セクション２６４は、検出器に面する平行孔型セクションの側部（図８Ａ）または標的対象に面する側部（図８Ｂ）、または２つのサブ平行孔型セクションの中間部にあってもよい。（例えば、図８Ｃのサブ平行孔型セクション２６２－ａおよび２６２－ｂ、ここでＨ２－ａ＋Ｈ２－ｂ＝Ｈ２）。実際、閉鎖型開口部は、放射線を遮断するのに薄層の重金属材料のみを必要とする。この薄層は、必要に応じて複数のセグメントに分割することもできる。したがって、この新規の設計では、規則的な平行貫通孔を製造することから開始され、次に、薄層を開放型開口部内の任意の位置に配置して閉鎖型開口部を作製することができる。

図８Ａ～８Ｃに示す開口部は同じ断面および開口幅を有するが、異なる開口部のプロファイルを可能とする多くの異なる設計が存在する。例えば、軽量設計は、同じピッチの開口部を有するが、異なる開口サイズと隔壁とを有するコリメータにも適用することができる。そのような例のいくつかが、図９Ａ～９Ｃに示されている。図９Ａでは、コリメータ２０３は、直径（または幅）Ｗを有するいくつかの開口部と、より小さい直径（または幅）Ｗ'を有するいくつかの開口部とを有する。より幅狭の開口部の側壁を作製するために、コリメータ２０３の厚さ全体にわたって一定幅の隔壁を使用する代わりに、隔壁は、側方端部のみにより肉厚部分を有してもよい。側方端部における厚さＨ１－ａおよびＨ１－ｂは、標的放射線を遮断し、より幅狭の開口部の設計と同様に、より小さい受光角Θを維持するのに十分である。図８Ａ～８Ｃを参照して説明した上記のマルチセクションの設計の要旨は、図９Ａの例示的なコリメータにも適用することができる。図９Ｂは、１つの平行孔型セクション２６２と、開口サイズを画定する２つのパターン化された開口セクション２６４－ａ／２６４－ｂとを有するコリメータ２０３を示す。場合によっては、２６４－ａ／２６４－ｂのうちの１つのみが、受光角Θを調整するために必要となる。また、開口部は、断面および垂直断面の双方において、異なる形状を有していてもよい。いくつかの実施形態において、開口部は、異なる向きを有してもよい。パターン化された開口セクション２６４－ａ／２６４－ｂでは、図９Ｃに示すような、開放型および閉鎖型開口部のパターンによって開口部サイズが画定されてもよい。図８Ａ～図９Ｃを集合的に参照すると、１つの平行孔型セクション２６２が、異なるパターン化された開口セクション２６４ａおよび／または２６４ｂと対になることで、異なるコリメータ構成が作製される。したがって、本開示によるマルチセクションコリメータは、軽量設計を実現するとともに、低コストの解決策も提供する。特に、図８Ａ～８Ｃおよび図９Ａ～９Ｃは、マルチセクションコリメータの隣接するセクションが互いに物理的に接触している実施形態を示すことに留意されたい。代替的実施形態では、隣接するセクションは、コリメータの性能が保証される限り、物理的に接触することなく（光子が１つの孔部から入射して別の孔部から射出するのを防ぐために）互いに密接に連結されている。

ここで、図１０Ａを参照する。平行孔型セクション２６２およびパターン化された開口セクション２６４とが互いに取り付けられた、図８Ａ～図９Ｃに示す例示的なコリメータとは異なり、図１０Ａに示す例示的なコリメータでは、平行孔型セクション２６２がパターン化された開口セクション２６４から離間して配置されている。さらに、パターン化された開口セクション２６４は、検出器２０４に密接に連結されてもよい。図示された実施形態では、検出器２０４の検知画素２１４は、上方にある平行孔型セクション２６２内の平行孔部からの照射を受けるために、パターン化された開口セクション２６４内に対応する開口部を有する。パターン化された開口セクション２６４の開口部は意図的に大きさが異なり、その結果、画素２１４を照射可能な平行孔型セクション２６２内の平行孔部の数が異なることになる。例えば、検知画素２１４ａは、隣接する検知画素２１４ｂよりも大きな対応する開口部をパターン化された開口セクション２６４に有する。その結果、検知画素２１４ａは、平行孔型セクション２６２の底面と交差する線Ｃ１およびＣ２の間に境界を有する平行孔型セクション２６２の複数の平行孔部によって照射可能である。これに対し、画素２１４ｂは、パターン化された開口セクション２６４の対応する開口部がより小さいため、平行孔型セクション２６２の底面と交差する線Ｄ１およびＤ２の間に境界を有する、平行孔型セクション２６２内で真上にある単一の平行孔部によってのみ照射される。同一の検知画素２１４を照射可能な平行孔型セクション２６２内の平行孔部の数は、パターン化された開口セクション２６４の対応する開口部の受光角に依存する。同一の検知画素２１４を照射可能な平行孔型セクション２６２内の平行孔部の数はまた、平行孔型セクション２６２とパターン化された開口セクション２６４との間の距離Ｈ３にも依存する。原則的に、距離Ｈ３は、検出器２０４の画素２１４の一部が少なくとも２若しくはそれ以上の上記平行孔部２０８によって照射可能とするものである。図１０Ｂに示す代替実施形態では、検出器２０４に密接に連結されるのは平行孔型セクション２６２であり、一方、パターン化された開口セクション２６４は２６２から離間して配置されていることに留意されたい。

本発明で提示した設計は、先に提示した２つの特徴によって修正された、収束型または末広型孔部を有するコリメータなど、細長い孔部を多数有するその他の変形実施形態に適応することができる。

図１Ａ～１Ｃに戻ると、放射線によるイメージングシステム１００は、連結されたコリメータおよび検出器の少なくとも２つの異なるセットを使用することができる。そのような実施形態のうちの１つでは、一方のセットは、連結された検出器から離間して配置された（例えば、図４、図６Ａ～６Ｃ、図８Ａ～８Ｃ、図９Ａ～９Ｃ、または図１０Ａ～１０Ｂに示す）ＳＦＩ（拡張照射野型イメージング用）コリメータ２０３を有し、もう一方のセットは、（例えば、図３に示す）連結された検出器に取着された平行孔型コリメータ２０２を有する。通常、この構成では、平行孔型コリメータ２０２の開口（および／または受光角）は、ＳＦＩコリメータ２０３のものよりも小さい。式（１）に示すように、平行孔型コリメータは、開口が小さいため近距離（Ｚが小さい）では解像度が良いが、標的対象がコリメータから遠ざかるにつれて、撮像解像度は急速に低下する。これに対して、ＳＦＩコリメータ２０３は、標的対象がコリメータから遠ざかった場合に、優れた撮像解像度を提供する。多角度の画像取得の際に、２セットの連結されたコリメータおよび検出器モジュールは、標的対象の周りを回転して画像（投影）を取得する。当然ながら、標的対象の特定の部位は、所定の角度において一方のコリメータに接近し、反対の角度では、回転中心（ＣＯＲ）に近接した部分を除いて標的対象から遠ざかることになる。これらの２つのコリメータを組み合わせることにより、平行孔型コリメータ２０２により近い位置については、平行孔型コリメータ２０２の投影から推定される更新係数により大きな重みを割り当て、また、平行孔型コリメータ２０２からより遠い位置については、ＳＦＩコリメータ２０３の投影から推定される更新係数により大きな重みを割り当てることができる。換言すると、２セットの連結されたコリメータおよび検出器モジュールの推定値間の重み付は、距離に依存する。この構成の別の利点は、平行孔型コリメータのみを用いた再構築によって物体像の迅速な推定値を取得することができ、この推定値を、双方のコリメータからの投影を用いた反復再構築のための初期推定値として使用できることにある。多角度の平行孔部からの投影を再構築する方法としては、フィルタ補正逆投影法（ＦＢＰ）、代数的再構成法（ＡＲＴ）、順序付きサブセット期待値最大化法（ＯＳＥＭ）などを選択することができる。そして、２つのカメラの双方が平行孔型コリメータを備える従来の走査と比べると、本発明の平行孔型コリメータの取得角度が半分のみであることによる低走査回数を緩和するために、（ローパスフィルタ処理（ＬＰＦ）を適用し、および／またはより大きな画素を再構築することにより）より低解像度で画像再構築を行う工程が実行される場合もある。別の実施形態では、連結されたコリメータおよび検出器モジュールの少なくとも２つのセットがシステムに使用され、当該モジュールの双方は、連結された検出器から離間して配置された（例えば、図４、図６Ａ～６Ｃ、図８Ａ～８Ｃ、図９Ａ～９Ｃ、または図１０Ａ～１０Ｂに示す）ＳＦＩコリメータ２０３を含む。しかしながら、２つのコリメータの細長い貫通孔は異なる受光角を有する。例えば、一方のＳＦＩコリメータ２０３の最大受光角は、他方のＳＦＩコリメータ２０３の少なくとも２倍である（一方は１０°で、他方は５°など）。別の実施形態では、連結されたコリメータおよび検出器モジュールの少なくとも２つのセットがシステムに使用され、少なくとも１つの検出器は、細長い孔部（小さい受光角）を有し、連結された検出器から離間して配置された（例えば、図４、図６Ａ～６Ｃ、図８Ａ～８Ｃ、図９Ａ～９Ｃ、または図１０Ａ～１０Ｂに示す）ＳＦＩコリメータ２０３と連結されており、別の検出器は、符号化開口コリメータを含むマルチピンホールコリメータに連結されており、当該コリメータでは、最大受光角が、２０°よりも大きいなど、ＳＦＩコリメータ２０３よりも大幅に大きい。

図１Ｂを参照すると、放射線によるイメージングシステム１００において、対向する位置にある、連結されたコリメータおよび検出器の２つの同一のセットが使用される場合、等しい掃引ステップ（ｓｗｅｅｐｉｎｇ ｓｔｅｐｓ）において、連結されたコリメータおよび検出器の各セットを半回転させるだけでよい。第１および第２の半円からのデータを結合することにより、１周分の画像が取得される。例えば、３°の掃引ステップにおいて、第１のセットは、０°、３°、６°、．．．１７７°の角度で画像を順次取得し、第２のセットは、１８０°、１８３°、１８６°、．．．３５７°の角度で画像を順次取得する。放射線によるイメージングシステム１００において、連結されたコリメータおよび検出器の２つの異なるのセットが使用される場合、各セットは、異なる態様で「観察」を行うため、それぞれ１周回転させる必要がある。同じ動作時間を維持するために、各セットは、２倍の掃引ステップによって１周分の掃引を行う。例えば、６°の掃引ステップにおいて、第１のセットは、０°、６°、１２°、．．．１８０°、１８６°．．．３５４°の角度で画像を順次取得し、第２のセットは、１８０°、１８６°、１９２°、．．．３５４°、０°、．．．１７４の角度で画像を順次取得する。システムによって掃引される所与の角度の各々について、２つの画像が取得され、１つの画像は第１のセットから取得され、別の画像は第２のセットから取得される。換言すると、２つのセットは、異なる態様で「観察」を行うが、各セットは、もう一方のセットが画像を取得したのと同じ角度から画像を取得すること繰り返す。これに対し、図１Ｃを参照すると、連結されたコリメータおよび検出器の２つの異なるのセットは、完全に対向する位置になく、掃引ステップの角度の半分の角度だけオフセットされている。例えば、６°の掃引ステップの場合、２つのセットが向く方向１５４Ａおよび１５４Ｂは、約３°の角度Υを成す。２つのセットが向く方向をオフセットすることにより、システム１００は、各画像を異なる角度から取得することができる。例えば、６°の掃引ステップおよび３°のオフセットでは、第１のセットは、０°、６°、１２°、．．．１８０°、１８６°、．．．３５４°の角度で画像を順次取得し、第２のセットは、１８３°、１８９°、１９５°、．．．３５７°、３°、．．．１７７°の角度で画像を順次取得する。

次に、図１１Ａおよび図１１Ｂを参照する。放射線によるイメージングシステムにおいては、コリメータの開口部が検出器の検知画素と位置合わせされている場合、性能が最適化される。図１１Ａは、検出器２０４上に重ね合わせられた例示的なＳＦＩコリメータ２０３の一部分（図６Ｂに示す基本パターン）のＸ－Ｙ平面における平面図を示す。図１１Ｂは、図１１Ａの切断線Ａ－Ａに沿ったコリメータ２０３および検出器２０４の一部分のＸ－Ｚ平面における概略断面図を示す。図１０Ａおよび図１０Ｂに示す検出器２０４は、個別の検知画素２１４の配列を含む。この個別の検知画素２１４は、ＣＺＴまたはＳｉＰＭ構造に基づいていてもよい。通常、検知画素２１４は、図示する実施形態における行ｉ＝１，２，３，．．．および列ｊ＝１，２，３，．．．などの行列で形成されたグリッドネットワーク（画素グリッドともいう）内に配置される。Ｘ－Ｙ平面の位置（ｘ，ｙ）に位置する任意の検知画素２１４は、グリッドネットワーク内のインデックス（ｉ，ｊ）（ｉおよびｊは整数）で表すことができ、コリメータ２０３のグリッドネットワーク（開口部グリッドともいう）内に対応する開口部（または、符号化パターン若しくは隔壁内の閉鎖型開口部）を有する。図１１Ａおよび図１１Ｂにおける検知画素２１４は、個別に互いに物理的に区別されるため、検出器とコリメータとの間の位置合わせは容易に達成できる。すなわち、画素グリッドと開口部グリッドが重なるように、検知画素２１４をコリメータ２０３の対応する開口部の真下に配置することで達成できる。

次に、図１２Ａおよび図１２Ｂを参照する。図３および４に関連して説明したように、いくつかの実施形態では、検出器の検知画素は、大半のＰＭＴベースの検出器システムの場合のように、互いに物理的に区別されず、連続した検出器表面のデジタル化の単なる生成物である。図１２Ａは、そのような検出器２０４上に重ね合わせられた例示的なＳＦＩコリメータ２０３の一部分（図６Ｂに示す基本パターン）のＸ－Ｙ平面における平面図を示す。図１２Ｂは、図１２Ａの切断線Ａ－Ａに沿ったコリメータ２０３および検出器２０４の一部分のＸ－Ｚ平面における概略断面図を示す。検出器表面は、コリメータ２０３の対応する開口部グリッドと同じ、すなわち、グリッド点間の間隔が同じである画素グリッドとしてデジタル化される。すなわち、検出器表面上の各画素の単位グリッドは、コリメータ２０３において最も近接した対応する開口部（または、符号化パターン若しくは隔壁内の閉鎖型開口部）を有する。検出器表面上の各画素の単位グリッドはまた、検出器の画素ともいう。検出器の画素は、行ｉ＝１，２，３，．．．および列ｊ＝１，２，３，．．．などの行列で形成されたグリッドネットワーク内に配置され、画素（ｉ，ｊ）（ｉおよびｊは整数）としてラベル付けすることができる。理想的には、完全に位置合わせされた状態では、検出器の画素グリッドとコリメータの開口部グリッドは重なるべきである。しかしながら、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、装置の組み立て時などの画素グリッドと開口部グリッドとの間に位置ずれが生じ、その結果、（Δｘで示す）Ｘ方向のずれおよび／または（Δｙで示す）Ｙ方向のずれが生じる場合がかなりある。このような位置ずれはシステムの低下をもたらす。例えば、図１２Ｂに示すように、完全に位置合わせされた状態では、コリメータ２０３の開口部を通過する入射光子において、画素（３，１）で発生したイベント（例えば、カウント）として記録すべき入射光子は、その代わりに画素（３，２）で発生したイベントとして記録され、これにより、記録信号における開口部パターのコントラストが減少する。

光電子倍増管（ＰＭＴ）ベースの検出システムを例にとると（その他の構造を用いた検出システムも同様である）、ＰＭＴは、光電面で入射光子を光電子に変換することによって機能する。これらの電子は、一連の帯電した陰極から多数の二次電子を生成し、陽極で測定可能な電流パルスを生成する。隣接するＰＭＴで測定可能な電流パルスに基づいて、連続的なＸ－Ｙ平面上の位置（ｘ，ｙ）を、光子の入射イベントが発生した位置として決定することができる。連続的なＸ－Ｙ平面とインデックス（ｉ，ｊ）との間のマッピングに基づき、位置（ｘ，ｙ）で発生したイベントは、次に、画素（ｉ，ｊ）で発生したイベントとしてデジタル化される。しかしながら、上述したように、連続的なＸ－Ｙ平面とインデックス（ｉ，ｊ）との間の初期マッピングの位置ずれにより、性能が低下する可能性がある。画像コントラストは、オフセットによる位置ずれを調整する方法を提供する。ヒトの眼および知力で画像を認識するためには、取得された画像配列にコントラストが存在する必要がある。被写体の任意の部分によって、異なる画素において記録される信号強度が変化する必要がある。最も簡単なものとしては、コリメータの開口部および閉鎖型開口部（または隔壁）など、部分的または全体的に不透明な構造によって生じる透過コントラストがある。画像に存在するコントラストの量によって、位置ずれを調整するのに重要な精度が決定される。図１３は、コリメータを物理的に移動せずにアルゴリズムによって位置ずれを相殺する設定を示す。図１３では、Ｃｏ－５７ ｏｒ Ｔｃ－９９ｍ矩形フラッド光源（ｆｌｏｏｄ ｓｏｕｒｃｅ）などのフラッド光源２４２がコリメータ２０３の上方に均一的な照射野を提供する。フラッド光源２４２は、コリメータ２０３の厚さの半分未満など、コリメータ２０３に密接に連結して配置することができ、この配置は、コリメータ２０３およびフラッド光源２４２が物理的に接触している場合も含む。フラッド光源２４２により照射されている状態では、検出器２０４によって取得される画像は、コリメータ２０３による陰影を含むフラッド光源２４２の画像である。照射野が均一的であるため、取得画像におけるコントラストは、コリメータ２０３の透明および不透明な特徴に基づいている。すなわち、閉鎖型開口部（または隔壁）、若しくは小さな開口部の下方にある画素は、開放型開口部または大きな開口部の下にある画素と比べると、画像信号強度が低くなる。

コントラストは、画像の単一強度のピークと谷との間の変動の測定基準（例えば、比率または絶対差）として定義することができる。一例として、図１３の信号強度線２４４は、ピークと谷に対応するＶ_ｐおよびＶ_ｖを示す。コントラストを最大化する方法の１つとしては、Ｖ_ｐ／Ｖ_ｖの比率、または

の差を最大化する方法がある。コントラストが最大化したときに、コリメータと検出器との間の位置合わせが達成されたと考えられる。

検出器表面は画素グリッドにデジタル化されているため、コリメータを物理的に移動せずに、アルゴリズムによって位置ずれを相殺、すなわち、コントラストの最大化を達成することができる。１つの例示的な方法では、検出器表面から出現する各信号（例えば、ＰＭＴベースの検出システムの場合、ＰＭＴからの電流パルス）は、座標（ｘ，ｙ）を有するイベントとして記録される。したがって、データリスト（リストモードともいう）における各エントリは、単一の検出光子に関する情報を含む属性ベクトルである。例えば、一連のイベントは、（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）（ｎ＝１，２，３，．．．）としてラベル付けすることができ、ここで、各対は、ｎ番目に検出されたイベントのＸ－およびＹ－座標を表す。連続的なＸ－Ｙ平面と個別のインデックス（ｉ，ｊ）との間のマッピングに基づいて、Ｃ（ｉ，ｊ）として表される、画素（ｉ，ｊ）の記録総数は、

として表現することができる。式中、Ｄは、（ｘ，ｙ）で発生したイベントを対応する画素（ｉ，ｊ）にマッピングするためのデジタル化関数であり、δ関数は、Ｄ（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）が（ｉ，ｊ）に等しい場合に１、それ以外の場合に０を与える。さらに、エネルギーウィンドウを任意選択的に適用して、そのエネルギーウィンドウ内でイベントが発生した場合のみ計数されるようにイベントをフィルタリングすることができる。定義によれば、Ｃ（ｉ，ｊ）は、画素（ｉ，ｊ）での画像信号強度であり、画素（ｉ，ｊ）が占める領域で記録されたイベント数を表し、これはデジタル化関数Ｄによって定義される。Ｃ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１，２，３，．．．；ｊ＝１，２，３，．．．）の集合からピークと谷における信号強度を特定し、初期コントラスト

を計算することができる。

次に、画素グリッドを「オフセット」するために、デジタル化関数にオフセット対（δｘ，δｙ）を導入し、Ｃ（ｉ，ｊ）を再計算する。したがって、Ｃ（ｉ，ｊ）は、

として表現することができる。式中、（δｘ，δｙ）の導入は、Ｘ方向にδｘ、Ｙ方向にδｙの距離だけ画素グリッドを移動させることに相当する。その結果、画素（ｉ，ｊ）として記録されるはずの位置（ｘ，ｙ）で発生したイベントは、位置（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）で発生したイベントと同等とみなされ、それに応じて隣接画素（ｉ'，ｊ'）として記録される。したがって、Ｃ（ｉ，ｊ）曲線は異なるものとなり、更新されたコントラスト

が計算される。勾配降下法、共役勾配法などの最適化方法によって、ピーク／谷のコントラストを最大化するための最適な（δｘ，δｙ）を求めることができる。代替的な方法として、一連のオフセット対（δｘ，δｙ）を段階的に作成することができる。一連のオフセット対（δｘ，δｙ）を掃引することにより、コントラストが最大となる１つのオフセット対（δｘ，δｙ）を、画素グリッドを再生するなどの、位置ずれを相殺するための正しいオフセット量として選択することができる。このオフセット対（δｘ，δｙ）は、選択オフセット対、または選択オフセットという。代替的に、選択オフセット対（δｘ，δｙ）は、（画素グリッドを再生するための特例として）Ｘ－Ｙ平面の原点（ｘ_０，ｙ_０）をオフセットして画素グリッド全体をシフトするために適用することができる。理想的には、選択された（δｘ，δｙ）の対は、実質的に位置ずれ（Δｘ，Δｙ）と等しくなるが、これは、一連のオフセット対（δｘ，δｙ）を生成する際に使用する掃引ステップにも依存する。様々な実施形態において、一連のオフセット対（δｘ，δｙ）は、画素ピッチＰ_ｘ（Ｘ方向のピッチ）および画素ピッチＰ_ｙ（Ｙ方向のピッチ）をそれぞれ等分することにより生成することができる。例えば、画素ピッチがＸ方向およびＹ方向ともに２．０ｍｍである場合、オフセット対（δｘ，δｙ）の集合は、δｘ＜Ｐ_ｘ、δｙ＜Ｐ_ｙで、０から開始されれる０．２ｕｍのステップの掃引、すなわち、｛（０，０），（０．２ｍｍ，０），（０．４ｍｍ，０）．．．（２．０ｍｍ，１．８ｍｍ），（２．０ｍｍ，２．０ｍｍ）｝の集合とすることができる。また、バブルソートアルゴリズム、バケットソートアルゴリズム、挿入ソートアルゴリズム、またはその他の適切なアルゴリズムによる他の方法で、オフセット対（δｘ，δｙ）を生成することが可能である。

代替的に、本方法では、δｘとδｙを一緒に掃引する代わりに、（δｙを固定することにより）Ｘ方向にのみ掃引を実行して、最初にＸ方向における最適化されたオフセットδｘを取得し、次に、（最適化されたδｘを用いて）Ｙ方向にのみ掃引を実行して、Ｙ方向における最適化されたオフセットδｙを取得してもよい。あるいは同様に、本方法では、最初にＹ方向に掃引を実行した後、Ｘ方向に掃引を実行することができる。さらに、コントラストを計算するために画素グリッド全体からＶ_ｐおよびＶ_ｖを２次元的に選択する代わりに、本方法では、（図１３の信号強度線２４４などのＣ（ｉ，ｊ）の集合におけるｉを固定することにより）１つの行を選択し、（δｘ，δｙ）を掃引して、行における最大のコントラストを取得し、選択オフセット対（δｘ，δｙ）を画素グリッド全体に適用してもよい。また、同様に、本方法では、（Ｃ（ｉ，ｊ）の集合におけるｊを固定することにより）１つの列を選択し、（δｘ，δｙ）を掃引して、列における最大のコントラストを取得し、選択オフセット対（δｘ，δｙ）を画素グリッド全体に適用してもよい。

孔部のパターンが異なる場合、異なる最適化法が必要とされる場合があることに留意されたい。いくつかのパターンでは、記録された信号強度の記述子の最大値または最低値（例えば、コントラスト、ピーク時における信号強度、谷における信号強度など）が、最大コントラスト、最大ピーク値、または最小谷値などの最大化／最小化のために使用される。反復孔部パターンが使用される場合、（基本パターンにおいて同一の孔部に対応する）対応する画素を一緒に加算して画素値におけるランダム性（すなわち、量子ノイズ）を減少させることができる。また、いくつかの実施形態では、特定の孔部パターンが使用される場合、最適化ルーチンから選択オフセット対（δｘ，δｙ）は、実際の最適オフセットから離れた固定オフセットの位置にあり、この固定オフセットは、孔部パターンによって決定される場合がある。例えば、いくつかの孔部パターンでは、フラッド光源画像における最大画素値は、隣接する２ｘ２の開放型開口部の中央に位置する。その場合、固定オフセットは孔部のピッチの半分であり、画素を孔部に位置合わせするために使用される実際の最適オフセットは、当該固定オフセットによって補正されることになる。すなわち、選択オフセット対（δｘ，δｙ）を求めた後、選択オフセット対（δｘ，δｙ）に固定オフセットを加算、または選択オフセット対（δｘ，δｙ）から固定オフセットを減算して、位置ずれ調整のために使用する実際の最適オフセットを得るさらなる工程が、選択的に実行される場合がある。

限定することを意図するものではないが、本開示の１若しくはそれ以上の実施形態は、患者などの標的対象における放射線によるイメージングに多くの利点を提供する。例えば、関連する検出器から離間して配置された反復符号化パターンを有するコリメータの設計は、信号感度を犠牲にすることなく優れた撮像解像度を提供するものであり、したがって、システム性能が改善される。

上記の説明では、当業者が本開示の観点をより良く理解できるように、いくつかの実施形態の特徴について概説した。当業者であれば、本明細書で紹介した実施形態と同じ目的を遂行し、および／または同じ利点を達成するためのその他の工程および構造を設計または修正するための基礎として、本開示を容易に使用できることを理解するものと考えられる。また、当業者は、そのような均等構造は、本開示の要旨および範囲から逸脱するものではないこと、および本開示の要旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において様々な変更、置換、および改変を行うことができることを認識すべきである。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示と一致する形で広く解釈されることが適切である。

Claims (20)

1. 放射線によるイメージングシステムであって、
   標的対象から放出される放射線をフィルタリングするように構成されたコリメータであって、
   前記コリメータ上に不均一に分布した複数の開口部を含み、
   前記複数の開口部の最大受光角は１５°以下であり、
   前記複数の開口部は、基本パターンを含む所定の開口パターンを形成し、前記基本パターンは、前記開口パターン内で４回よりも多い回数反復されるものである、
   前記コリメータと、
   前記コリメータを通過した放射線を検出する検出器と
   を有し、
   前記コリメータは、前記コリメータに対面する前記検出器の上面上の１点が２若しくはそれ以上の前記複数の開口部によって同時に照射されるように、前記検出器から離間して配置されるものである、
   放射線によるイメージングシステム。
2. 請求項１記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記検出器の上面上の１点は、前記複数の開口部のうち所定の割合の開口部によって照射されるものであり、前記割合は、約２５％未満である、放射線によるイメージングシステム。
3. 請求項１記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記複数の開口部の数は、１千を超えるものである、放射線によるイメージングシステム。
4. 請求項１記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記複数の開口部は、開口サイズ、開口形状、受光角、開口長、および開口ピッチのうちの少なくとも１つが異なるものである、放射線によるイメージングシステム。
5. 請求項１記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記コリメータと前記検出器との間の距離は、前記コリメータの厚さの約１．５倍～約１０倍である、放射線によるイメージングシステム。
6. 請求項１記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記基本パターンは、符号化開口パターンである、放射線によるイメージングシステム。
7. 請求項１記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記複数の開口部のうちの１つの開口部の照射面積は、実質的に前記基本パターンの面積と等しいものである、放射線によるイメージングシステム。
8. 請求項１記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記コリメータは、第１の部分と、第２の部分とを含み、前記第１の部分は、前記第１の部分上に均一に分布した貫通孔を含み、前記第２の部分は、前記第２の部分上に不均一に分布し、かつ前記複数の開口部に対応する貫通孔を含むものであり、それにより、前記第１の部分の貫通孔が前記第２の部分によって遮断されるものである、放射線によるイメージングシステム。
9. 請求項８記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記第１の部分の厚さは、前記第２の部分の約２倍～約１０倍である、放射線によるイメージングシステム。
10. 請求項１記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記コリメータは第１のコリメータであり、前記検出器は第１の検出器であり、当該システムは、さらに、
    第２のコリメータと、
    前記第２のコリメータに連結された第２の検出器と
    を有し、
    前記第２のコリメータは、前記第２の検出器に取り付けられているものである、
    放射線によるイメージングシステム。
11. 放射線によるイメージングシステムであって、
    標的対象から放出される放射線をフィルタリングするように構成された第１のコリメータであって、第１の開口パターンを形成する第１の複数の開口部を含むものである、前記第１のコリメータと、
    前記第１のコリメータに関連付けられ、前記第１のコリメータを通過した放射線を検出する第１の検出器と、
    前記標的対象から放出される放射線をフィルタリングするように構成された第２のコリメータであって、
    第２の開口パターンを形成する第２の複数の開口部を含み、
    前記第２の複数の開口部は、前記第２のコリメータ上に不均一に分布し、
    前記第２の複数の開口部の最大受光角は１５°以下であり、
    前記第２の開口パターンは、前記第２の開口パターン内で４回よりも多い回数反復されるものである、
    前記第２のコリメータと、
    前記第２のコリメータに関連付けられ、前記第２のコリメータを通過した放射線を検出する第２の検出器と
    を有し、
    前記標的対象は、前記第１のコリメータと前記第２のコリメータとの間に配置されているものであり、前記第１の開口パターンは、前記第２の開口パターンと異なるものである、
    放射線によるイメージングシステム。
12. 請求項１１記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記第１のコリメータは、前記第１の検出器に接触しているものである、放射線によるイメージングシステム。
13. 請求項１２記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記第２のコリメータと前記第２の検出器との距離は、前記第２コリメータの厚さの約１．５倍～約７倍である、放射線によるイメージングシステム。
14. 請求項１１記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記第１の複数の開口部は前記第１のコリメータ上に均一に分布しているものである、放射線によるイメージングシステム。
15. 請求項１１記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記基本パターンは符号化パターンを含むものである、放射線によるイメージングシステム。
16. 請求項１５記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記符号化パターンは、均一冗長配列（ＵＲＡ）パターン、修正均一冗長配列（ＭＵＲＡ）パターン、および完全二元配列（ＰＢＡ）パターンのうちの１である、放射線によるイメージングシステム。
17. 請求項１５記載の放射線によるイメージングシステムにおいて、前記第１の検出器の上面に対する法線方向と前記第２の検出器の上面に対する法線方向とは、非ゼロの角度を成すものである、放射線によるイメージングシステム。
18. イメージングシステムにおける位置ずれを補正する方法であって、
    コリメータと、デジタル化された画素グリッドを有する検出器とを提供する工程と、
    フラッド光源で前記コリメータを照射する工程と、
    前記デジタル化された画素グリッドの各画素における信号強度を記録する工程であって、前記信号強度は、前記コリメータを照射する工程によって発生するものである、前記記録する工程と、
    前記記録された信号強度から記述子を導く工程と、
    前記デジタル化された画素グリッドに導入された一連のオフセットを生成する工程と、
    前記一連のオフセットから、前記記述子を最適化する選択オフセットを求める工程と、
    前記選択オフセットから導かれた実際の最適オフセットに基づいて、前記デジタル化された画素グリッドを再生する工程と
    を有する、方法。
19. 請求項１８記載の方法において、前記選択オフセットは、それぞれ直交する２方向における一対のオフセット値を含むものである、方法。
20. 請求項１８記載の方法において、前記記述子は、前記記録された信号強度のコントラスト値、ピーク値、および谷値のうちの１つである、方法。

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