JP4753602B2 - 静止型コンピュータ断層撮影システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は一般的に云えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システムの分野に関するものであり、詳しくは、画像再構成のためのより完全なデータの測定に役立つ静止型ＣＴシステム用の線源及び検出器構成に関するものである。

コンピュータ断層撮影法は、３次元構造から２次元断面画像又は３次元立体画像を生成する手法である。ＣＴイメージング・システムは主に、ＣＴガントリ、及び患者テーブル又は架台を含んでいる。ガントリは、典型的には一方の側にコリメータ及びフィルタを含むＸ線管であるＸ線源と、反対側に関連したデータ取得システム（ＤＡＳ）を備えた検出器とを収容した可動のフレームである。ガントリは、典型的にはまた、スリップリング・システムを必要とする回転構成要素、並びにガントリ角度制御モータ及び位置決め用レーザ・ライトのような全ての関連電子装置も含んでいる。

公知の所謂「第３世代」ＣＴシステム（線源及び検出器が固定した配列で構成されていていて、それら自身が回転するか、或いは関心のある物体を回転させる装置と組み合わされている）では、Ｘ線源及び検出器アレイが撮像平面内で撮像対象の物体の周りをガントリと共に回転させられて、Ｘ線ビームが物体と交差する角度が常に変化するようになっている。上述のように、Ｘ線源は典型的にはＸ線管を含んでおり、Ｘ線管は焦点からＸ線ビームを放出する。Ｘ線検出器は、Ｘ線フォトンが衝突したときに光又は電気エネルギを生成する結晶又は電離性ガスを含むことがある。ＣＴシステムで利用される３種類の模範的な検出器はシンチレーション検出器、ガス電離検出器、又は直接変換検出器である。ＣＴシステムは、典型的には、検出器における散乱放射線を低減するためにポスト・コリメータを含むことがある。これらのシステムには、回転速度、システムの機械的バランス、電力及び熱的要件に関する制約があり、それらは回転構成要素に起因して益々複雑になる。

静止型ＣＴ設計を含む他の種類のＣＴアーキテクチャでは、高走査速度が提供され、Ｘ線を発生するために高強度電子ビームを静止Ｘ線ターゲットに導く機構が採用されている。しかしながら、これらの静止型ＣＴ構成ではより完全な画像データを取得することに関して課題がある。上述した種類の静止型ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器の両者が静止していて、ガントリの全周又はそのかなりの部分に沿って延在する。

代替の静止型ＣＴシステム設計では、ガントリの全周に沿って延在するか、又は撮像シナリオを容易にするのに充分な範囲にわたって延在する分布形Ｘ線源を含んでいる。このＸ線源は、典型的には、幾つかの個別の電子エミッタを含んでいる。静止型ＣＴ構成ではＸ線源及び検出器の両者が静止しているので、それらは適切な走査プロトコルに役立つように設計する必要がある。好ましい軸方向（アキシャル）走査構成では、中心の検出器の縦軸方向の両方の限界にある分布形Ｘ線源は、面積（エリア）形検出器アレイに対して（垂直方向及び／又は半径方向に）僅かにずれていることがある。結果として、イメージング・システムの視野の中心にあるボリューム（立体的な領域）はＸ線を受けず、このボリュームにおける再構成を妨げる。好ましい螺旋（ヘリカル）走査構成では、分布形Ｘ線源がガントリ全周に沿って延在する２つの面積形検出器の間に設置されている。Ｘ線は２つの検出器アレイの間の隙間を通って放出されて、撮像ボリュームにＸ線束を与える。Ｘ線源もまたガントリ全周に沿って分布しているので、隙間はガントリ全周にわたって延在し、これはＣＴ投影データの測定を妨げ且つ対応するボリューム内のアーチファクト無しの画像再構成を妨げる。
米国特許第５１９５１１２号

従って、画像再構成のためのより完全なデータの測定に役立つ静止型ＣＴシステム用の改良した線源及び検出器構成を提供することが望ましい。

要約すると、本発明手法の様々な面によれば、イメージング・システムは、少なくとも撮像ボリューム（立体的な撮像領域）の所望の部分を実質的に取り囲んでいると共に、撮像ボリュームの周りの複数の個別の線源位置から放射線ビームを放出するように構成されている放射線源と、減衰時の放射線ビームを受け取るように構成されている検出器とを含んでいる。放射線源及び検出器の内の少なくとも１つは、関心のあるボリュームに照射する放射線ビームを供給するために放射線源に対して且つ該放射線ビームを受け取るために検出器構成に対して妨害のない経路を生じさせるように変位可能である。

別の面によれば、撮像ボリュームの所望の部分を走査する方法を提供する。本方法は、放射線ビームを放出する放射線源をトリガする段階と、放射線源に大体隣接して配置された第１の検出器を変位させて、関心のあるボリュームに照射する放射線ビームに対して妨害のない経路を生じさせる段階と、放射線源と大体対向して配置された第２の検出器を変位させて、透過放射線ビームを測定する段階とを含んでいる。

本発明のこれらの及び他の特徴、側面及び利点は、添付の図面を参照した以下の詳しい説明からより良く理解されよう。図面において、図面全体を通じて同様な要素は同じ参照数字で表している。

先ず図１について説明すると、静止型コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムを総体的に参照符号１０で表して例示している。ＣＴシステム１０はスキャナ１２を有し、該スキャナ１２は支持構造により形成されて、内部に、以下に詳しく説明するように、１つ又は複数の静止し且つ分布したＸ線源（図１に示していない）と、１つ又は複数の静止したディジタル検出器（図１に示していない）とを含んでいる。スキャナは、患者用の、より一般的には、走査対象物用のテーブル１４又は他の支持体を受け入れるように構成されている。テーブルは、撮像シーケンス中に走査される撮像ボリューム又は平面内に対象物を適切に位置決めするために、スキャナの開口部の中へ動かすことができる。

システムは更に、放射線源制御装置１６と、テーブル制御装置１８と、データ取得制御装置２０とを有しており、これらは全てシステム制御装置２２の指令の下に機能することができる。放射線源制御装置１６はＸ線放射のタイミングを調整し、Ｘ線は、以下に説明するように、スキャナ１２の周りに沿った複数の点から、その反対側にある検出器セグメントへ差し向けられる。本例の静止型ＣＴ構成では、放射線源制御装置１６は、透過Ｘ線強度データの多数の取得を行うための各時点に、分布形Ｘ線源内の１つ又は複数のエミッタをトリガすることができる。例えば、特定の配置構成では、Ｘ線放射線源制御装置１６はＸ線の放出を順々にトリガして、スキャナの周りに沿って透過Ｘ線強度を隣接した又は隣接していない取得位置で収集するようにすることができる。多数のこのような測定値は一検査シーケンスで収集することができ、以下に説明するように検出器素子に結合されたデータ取得制御装置２０が、検出器素子から信号を受け取って、該信号を記憶のため及びその後の画像再構成のために処理する。他の構成では、信号は実時間で処理して、ガントリの撮像ボリューム内の患者について再構成を行うことができる。このとき、テーブル制御装置１８は、テーブル及び対象物を、放射線が放出される平面内に、又は、本発明の分野で一般的に云えば、撮像しようとするボリューム内に適切に位置決めするように作用する。テーブルは、用いる撮像プロトコルに応じて、撮像シーケンス相互の合間に又は特定の撮像シーケンス中に変位させることができる。

システム制御装置２２は一般的に放射線源制御装置１６、テーブル制御装置１８及びデータ取得制御装置２０の動作を調整する。従って、システム制御装置２２は、放射線源制御装置１６に作用して、Ｘ線の放出をトリガすると共に、システム制御装置によって規定された撮像シーケンス中のこのような放出を調整することができる。システム制御装置はまた、軸方向又は螺旋モードのような様々な撮像モードで、又は特別な関心のあるボリュームについての透過Ｘ線強度測定データを収集するように、このような放出と整合してテーブルの動きを調整することができる。システム制御装置２２はまた、データ取得制御装置２０によって取得されたデータを受け取って、データの記憶及び処理を調整する。図１には別々の存在として示しているが、放射線源制御装置１６、テーブル制御装置１８及びデータ取得制御装置２０の内の１つ又は複数をシステム制御装置２２の中に含めることができる。

ここで、本書で述べる制御装置、並びに様々な回路が、ハードウエア回路又はファームウエア又はソフトウエアによって規定することができることに留意されたい。例えば、撮像シーケンスのための特定のプロトコルは、一般にシステム制御装置によって実行されるコードによって規定される。更に、スキャナによって取得された透過Ｘ線強度データについて必要とされる初期処理、調整、フィルタリング及び他の動作は、図１に例示された構成要素の内の１つ又は複数の構成要素内で実行することができる。例えば、以下に説明するように、検出器素子は、取得用検出器の素子に対応する場所に位置するフォトダイオードにおける電荷の減少を表すアナログ信号を発生する。このようなアナログ信号はスキャナ内の電子装置によってディジタル信号に変換されて、データ取得制御装置２０へ伝送される。この時点で部分的な処理を行うことができ、信号は最終的には更なるフィルタリング及び処理のためにシステム制御装置へ伝送される。

システム制御装置２２はまた、オペレータ・インターフェース２４と１つ又は複数のメモリ装置２６とに結合されている。オペレータ・インターフェースはシステム制御装置と一体にすることができ、一般に、撮像シーケンスを開始し、このようなシーケンスを制御し、及び撮像シーケンス中に取得されたデータを操作するためのオペレータ・ワークステーション及び／又はキーボードを含んでいる。メモリ装置２６はイメージング・システムが設置された場所（ローカル）に在ってよく、或いは一部又は全部がシステムから遠隔の位置に在ってもよい。従って、メモリ装置２６はローカルの磁気又は光メモリ、或いは再構成用の画像データのためのローカル又は遠隔の保存装置を含むことができる。更に、メモリ装置は、再構成のために、生の又は部分的に処理済みの又は完全に処理済みのデータを受け取るように構成することができる。

システム制御装置２２又はオペレータ・インターフェース２４、或いは任意の遠隔のシステム及びワークステーションが、画像処理及び再構成のためのソフトウエアを含むことができる。当業者に理解されるように、ＣＴデータのこのような処理は、多数の数学的アルゴリズム及び手法によって実行することができる。例えば、通常のフィルタ補正逆投影手法を使用することにより、イメージング・システムによって取得されたデータを処理して再構成することができる。他の手法、及びフィルタ補正逆投影法に関連して使用される手法も用いることができる。データをイメージング・システムから遠隔の処理ステーション、メモリ装置又は画像表示装置へ伝送するために、遠隔のインターフェース２８をシステム内に含めることができる。

静止型ＣＴシステム１０のスキャナ１２は、１つ又は複数の分布形Ｘ線源を含むと共に、放射線を受け且つ対応する信号を処理してデータを生成するための１つ又は複数のディジタル検出器を含むのが好ましい。図２は、静止型ＣＴシステムに用いることのできる種類の模範的な分布形Ｘ線源の一部分を例示する。図２に示されているように、模範的な実施例では、分布形Ｘ線源３０は一連の電子ビーム・エミッタ３２を含むことができ、これらの電子ビーム・エミッタ３２は図１に示された放射線源制御装置１６に結合されていて、スキャナの動作中にその放射線源制御装置によってトリガされる。電子ビーム・エミッタ３２はターゲット３４に隣接して位置決めされている。放射線源制御装置によってトリガされたとき、電子ビーム・エミッタ３２はターゲット３４へ向けて電子ビーム３６を放出することができる。ターゲット３４は、例えば、タングステン・レール又は素子とすることができるが、電子ビームの衝突時に、参照符号３８で示すようにＸ線を放出する。Ｘ線源は反射モード又は透過モードのいずれかで動作するものであってよい。図２に示されているような反射モードは、Ｘ線が主にターゲットの内の、電子ビームの衝突する側と同じ側で発生されることを意味する。透過モードは、電子ビームがターゲットに衝突する側とは反対側でターゲットからＸ線が発生されることを意味する。次いで、Ｘ線ビーム３８は随意選択によるコリメータ４０の方へ差し向けられる。コリメータ４０はＸ線に対して大体不透明であるが、開口４２を含んでいる。開口４２は寸法を不変にしてもよく、或いは調節可能にしてもよい。開口４２により、Ｘ線ビームの一部がコリメータを通過して、コリメートされたビーム４４を形成することができる。コリメートされたビーム４４はスキャナの撮像ボリュームの方へ差し向けられて、関心のある対象物を通過し、その後、スキャナの反対側にある検出器素子に衝突する。

エミッタ又は分布形線源についての多数の代替構成が考えられ得ることは勿論である。更に、分布形線源内の個別のＸ線源は様々な種類及び形状のＸ線ビームを放出することができる。これらのビームには、例えば、扇形ビーム、円錐形ビーム、及び撮像シナリオ及び患者に照射する線量の両方に役立つ特別なフィルタ処理したビームを含むことができる。同様に、分布形Ｘ線源を構成する様々な構成要素も変えることができる。一実施形態では、例えば、真空外被内に収容する冷陰極エミッタが考えられる。外被内にはエミッタから隔てて静止した陽極が配置される。この種の配置構成は図２の概要図に大体対応する。勿論、他の材料、構成及び動作原理を分布形線源に用いることができる。例えば、１つの放出装置は、複数のＸ線ビームを生成するためにターゲット上の複数の位置へ電子ビームを送るように形成することができる。放出装置としては、多数の入手可能な電子放出装置、例えば、熱電子エミッタ、冷陰極エミッタ、炭素基エミッタ、光エミッタ、強誘電体エミッタ、レーザ・ダイオード、モノリシック半導体などのうちの１つとすることができる。

以下により詳しく説明するように、本発明の静止型ＣＴ手法は、分布形放射線源として表した、Ｘ線の発生のために複数の分布したアドレス可能な電子放出源を使用することを基礎とする。更に、これらの分布形放射線源は、単一の一体の外囲器又は真空外囲器、或いは互いに協力して動作するように設計された複数の真空外囲器の中で関連付けることができる。個別の線源は独立に且つ個別にアドレス可能であり、これにより、放射線は撮像プロトコルによって規定された通りに撮像シーケンス中の各々の時点に各々の線源から放出させることができる。他の構成では、線源は論理グループ毎にアドレス可能であり、例えば、エミッタは２つずつ又は３つずつ一緒に結線することができる。望ましい場合、２つ以上のこのような線源を任意の時点に同時にトリガしてもよく、或いは、ガントリの回転を模倣するように特定の順序で、又は撮像ボリューム又は撮像平面の周りに沿って任意の所望の順序で、線源をトリガしてもよい。

複数の検出器素子が、分布形線源によって放出された放射線を受け取る１つ又は複数の検出器を形成する。図３は、本発明の目的のために用いることのできる検出器の一部分を例示している。各検出器は複数の検出器素子で構成して、特別なイメージング用途を満足させるように分解能を可変にすることができる。この検出器集成体は、従来の回転型ＣＴシステムで使用されている検出器と大体同じようにすることができるが、スキャナの内周面のより大きい部分又は全体にわたって延在する。一般的に、検出器４６は一連の検出器素子４８と、関連する信号処理回路５０とを含んでいる。各検出器素子はシンチレーション型の装置であって、フォトダイオード及び関連する薄膜トランジスタを含むことができる。検出器に入射するＸ線はシンチレータによってそれより低いエネルギの光子に変換され、これらの光子はフォトダイオードに衝突する。これにより、フォトダイオードの両端間に保持されていた電荷が減少し、そこで、トランジスタを制御することにより、フォトダイオードを再充電して、電荷の減少量を測定することができる。各取得毎に集められたデータ内の検出器素子すなわちピクセルにそれぞれ対応する様々なフォトダイオードの電荷減少量を逐次的に測定することによって、各々のピクセル位置における透過放射線を符号化するデータが収集される。このデータは信号処理回路５０によって処理される。信号処理回路５０は一般的に、アナログ信号をディジタル値へ変換し、可能な場合に必要なフィルタリングを実行し、取得データを前に述べたようなイメージング・システムの処理回路へ伝送する。シンチレータをベースとしたエネルギ積分装置の形態の検出器について説明したが、ガス電離、直接変換、光子計数又はエネルギ弁別式検出器も等しく適している。

多数の検出器素子４８を検出器内で関連付けて、多数の行及び列を成す個別の検出器素子を規定するようにすることができる。以下に述べるように、本発明の手法の検出器構成は独立にアドレス可能な分布形Ｘ線源と対向して検出器素子を配置して、画像再構成のために多数のビュー取得を収集できるようにする。

当業者によって認識されるように、ＣＴシステムにおける再構成手法は、取得データのそれぞれの使用法が異なり、且つ画像再構成のためのそれぞれの手法及び仮定が異なる。また、正確な画像再構成のためのデータを供給する静止型ＣＴシステムの高速且つ効率のよい動作のために多数の幾何学的配置を利用できることが当業者によって認識されよう。

現在考えられている幾何学的配置の多くは、ガントリの全周にわたって延在する線源及び／又は検出器を含む。しかしながら、これらの概念のうちの特定のものは、これらの構造内の完全なリングの一部分を除くことによって、より低い費用で、等しく又は大体満足に機能する構成にまで減縮できる。例えば、用いられる画像再構成手法によっては、１８０°に放射Ｘ線ビームの扇形角度を加えた範囲にわたって延在する検出器が、優れたデータ収集及び画像再構成を行うために充分なことがある。

更に、機械的な事由で、線源と検出器との間の界面に隙間（ギャップ）が生じることがある。このような隙間のために、本発明の手法の様々な面に従って、線源及び／又は検出器からの追加の測定が必要になることがあり、これらの追加の測定は欠落したデータを補う。更に、以下に述べる様々な構成は軸方向走査モード、螺旋走査モード及び他の適切な走査モードについて検討する。しかしながら、特別な用途に応じて、これらの構成のうちの或る特定の構成はこれらのモードの１つ又は複数に一層適していることがある。例えば、医学的用途には軸方向モードが適し、荷物検査用走査のような用途には螺旋モードが適していることがある。また、以下の構成において記述される線源及び検出器は、異なる直径、寸法、範囲などを持つことができる。更に、線源及び検出器はそれぞれ、以下に述べる構成を近似する線状部分、平面状部分、又は他の空間的に分布した部分を有することができる。

図４〜図１０に示すような本発明の手法では、放射線イメージング・システムは、撮像ボリュームの所望の部分を実質的に取り囲んでいると共に、撮像ボリュームの周りの複数の個別の位置から放射線ビームを放出するように構成されている少なくとも１つの放射線源を含んでいる。少なくとも１つの検出器が、患者によって減衰した時の放射線ビームを受け取るように構成されている。これらの構成では、少なくとも１つの検出器部分が、撮像ボリュームの所望の部分に照射するために放射線ビームに対して、且つより完全に放射線ビームを受け取るために１つ又は複数の他の検出器部分に対して、妨害のない経路を生じさせるように変位可能である。特定の構成では、分布した線源の内の少なくとも１つの線源が、数学的により完全な投影データの測定のために撮像ボリュームの所望の部分に照射するために、移動するように構成されている。当業者には理解されるように、また静止型ＣＴ用のＸ線源についてのこれまで説明したように、特定の静止型ＣＴシステムでは、複数のＸ線源が撮像対象のボリュームに対して配列され、且つ各々のＸ線源がＸ線ビームを放出するように構成されている。特定の構成では、複数の検出器（又は検出器素子）がそれぞれのＸ線源と大体向かい合うように配列されており、その各々の検出器は、撮像ボリュームの所望の部分に照射するために放射線ビームに対して妨害のない経路を生じさせ且つ数学的により完全な投影データの測定のために該放射線ビームを受け取るために、変位するように構成されている。一般的に、図４〜１０は、上述の線源−検出器構成で実施される本発明の手法の実施形態の幾つかの限定ではない例を含んでいる。

図４は、螺旋走査モードで使用することのできる線源−検出器構成を例示しており、この場合、分布形放射線源５６に２つの検出器５２及び５４が並置されている。図５は、図４の線源−検出器構成の場合に、全体的に参照数字５１で示した撮像対象のボリュームの一部分（すなわち、撮像ボリュームの所望の部分）を走査するためにイメージング・システム１０によって使用するための模範的な実施形態を例示している。図５中の線源５６は、線源５６と大体対向して配置された検出器６０及び６２によって捕捉すべき放射線ビーム３８を放出するようにトリガされる。一例では、線源５６をトリガしようとするとき、線源５６に大体隣接して配置された検出器５２及び５４の少なくとも一方は、大体矢印６４及び６６でそれぞれ示された方向に大体横に移動するように構成されており、この移動により、全体的に参照数字３７で示した妨害のない経路を通って放射線ビーム３８を放出するように分布形放射線源５６内の少なくとも１つの個別の線源位置５７に対して開口３５を開くことによって、妨害のない態様で放射線ビーム３８を放出させることができる。同時に、特定の例では検出器６０及び６２の少なくとも一方が、大体矢印６８及び７０でそれぞれ示された方向に大体横に移動して、線源５６と大体対向して配置された線源５８（これは線源５６によって示された同じ真空外囲器であってよい）内の線源位置５９に対して必要とされる開口を覆い、これにより透過放射線ビーム３８を遮る。螺旋走査モードでは、当業者に理解されるように、線源５８がトリガされるとき（図示していない）、検出器６０及び６２はそれぞれ方向矢印６８及び７０とは反対の方向に移動して、線源位置５９に対する開口３５を開く。同時に、検出器５２及び５４がそれぞれ方向矢印６４及び６６とは反対の方向に移動して、透過Ｘ線を完全に遮断し且つ線源位置５７に対して必要とされる開口を閉じる。この構成の結果として、特に静止型構成において典型的には２つの面積形検出器の間に設けられている隙間の区域内の投影データが効果的に取得されることになる。と云うのは、該隙間の区域を無くしたためである。更に、検出器の角度範囲は、走査中での検出器の移動の回数及びタイミングを低減するように選ぶことができる。

特別な走査プロトコル又はイメージング用途に適合させるような上述の構成の幾つかの組合せ及び部分的な組合せが可能であることが当業者には良く理解されよう。例えば、一実施形態では、第１の検出器（５２又は５４）が分布形放射線源５６に大体隣接して配置され、この第１の検出器は、分布形放射線源５６の少なくとも１つの個別の位置５７に対して開口３５を開くことによって、放射線ビーム３８を妨害のない経路３７を通って撮像ボリュームの所望の部分に照射できるようにするために、横に移動するように構成されている。第２の検出器（６０又は６２）が第１の検出器（５２又は５４）と大体対向して配置され、この第２の検出器は、分布形放射線源５６と大体対向して配置された分布形放射線源５８の別の個別の線源位置５９によって必要とされる開口の少なくとも一部分を覆うことによって透過放射線ビーム３８を遮るために、横に移動するように構成されている。別の例では、第１組の少なくとも２つの検出器（５２及び５４）が分布形放射線源５６に大体隣接して配置され、この第１組の検出器は、放射線ビーム３８を放出するために分布形放射線源５６の少なくとも１つの個別の線源位置５７に対して開口３５を開くことによって、放射線ビーム３８が妨害のない経路３７を通ることができるようにするために、横に移動するように構成されている。第２組の少なくとも２つの検出器（６０及び６２）が第１組の少なくとも２つの検出器（５２及び５４）と大体対向して配置され、この第２組の検出器は、分布形放射線源５６と大体対向して配置された分布形放射線源５８の別の個別の線源位置５９に対して必要とされる開口の少なくとも一部分を覆うことによって透過放射線ビーム３８を遮るために、横に移動するように構成されている。

模範的な一実施形態では、検出器５２及び６０（又は代替例では５４及び６２）が（複数の平面状部分又は円筒状部分を備えた完全なリングのような）単一の閉じた構造を形成し、これらの検出器５２及び６０は、透過放射線ビーム３８を遮るために分布形放射線源５６及び５８と大体対向して配置された線源位置５７及び５９に対して必要とされる開口３５の少なくとも一部分を覆うと共に、完全に静止した構成の分布形線源及び検出器の場合に螺旋走査モードで通常欠落するような投影データを収集するために、章動(nutation)する。章動は、リングの対称軸がスキャナの縦軸に対して僅かに傾斜すると共にこの縦軸の周りを旋回する時に生じる運動として定義される。

図６は、軸方向走査モードで使用することのできる別の模範的な線源−検出器構成を例示しており、この場合、検出器７６が２つの分布形放射線源７２及び７４の間に配置されている。図７は、図６の線源−検出器構成の場合に、全体的に参照数字５１で示した撮像ボリュームの所望の部分を走査するためにイメージング・システム１０によって使用するための模範的な実施形態である。再び当業者には理解されるように、軸方向走査モードでは典型的には、線源７２，７４，７８及び８０がトリガされたとき、参照数字７１で大まかに示した、視野の中心付近の領域からの投影データは、完全に静止した線源−検出器幾何学的配置構成、並びに線源と検出器の縁部との間の有限の隔たりに起因して、取得されない。この問題を克服するために、図７に示されているような模範的な一実施形態では、検出器７６（第１の検出器）が中心位置から、線源位置７３によって必要とされる開口３５を開く方向８４に移動して、放射線ビーム３８に対する妨害のない経路３７を生じさせたとき、線源７２がトリガされて放射線ビーム３８を放出する。特定の例では、検出器７６は線源位置７３に対する開口３５を開くように大体横に移動する。（線源７２と大体対向する）線源−検出器構成の反対側では、検出器８２（第２の検出器）が、線源７８の線源位置７９によって必要とされる開口と線源８０の線源位置８１によって必要とされる開口との両方を覆って、画像再構成のために必要な所用の投影データを測定するために、中心位置に在るように構成されている。模範的な一実施形態では、検出器８２は単一の構造であり、また検出器８２は、透過放射線ビーム３８を遮るために分布形放射線源７２及び７４と大体対向して配置された線源位置７９及び８１に対して必要とされる開口の少なくとも一部分を覆うと共に、完全に静止した構成の分布形線源及び検出器の場合に軸方向走査モードで通常欠落するような領域７１に関する情報を収集するために、章動する。線源位置８１，７３及び７５をそれぞれ線源８０，７２及び７４内で作動するときに必要とされる検出器の移動操作は、上記の説明から容易に推測される。更に、線源７８，８０，７２及び７４の１つ又は複数は同じ真空外囲器を有することができる。

章動運動はまた、その結果として、線源位置７３及び７５によって必要とされる開口３５を同時に閉じ且つ線源位置７９によって必要とされる開口を開き、また作動された線源位置からの透過放射線ビームを効果的に捕捉するために検出器素子を適切に位置決めすることが、当業者には理解されよう。図７に示されているように、全ての線源位置から領域７１内の投影データを測定するために、他の章動運動が容易に推測される。

螺旋走査モードに関して説明したように、特別な走査プロトコル又はイメージング用途に適合させるような上述の構成の様々な組合せ及び部分的な組合せが可能である。

図８及び図９は、それぞれ典型的な螺旋及び軸方向走査構成の模範的な実施形態を例示しており、その場合、検出器の部分、例えば、検出器部分９４，１０４，１１４，１１６，１２６及び１２８を移動させて、開口を設け又はＸ線放射（放射線ビーム）を遮る。

図８は、図４及び図５で説明したような走査構成と同様に、大まかに５１で示した撮像ボリュームの所望の部分を撮像するために典型的に螺旋走査構成で使用されるイメージング・システム１０を示している。検出器部分９４が、放出する放射線ビーム３８に対して妨害のない経路３７を生じさせるために、線源８８の線源位置８９に対する少なくとも１つの個別の開口３５を開く方向９６に大体横に動かされ、また、検出器部分１０４が、線源８８と大体対向して配置された分布形放射線源９８の線源位置９９に対する開口を覆うことによって、透過放射線ビーム３８を遮るように動かされる。再び、図５に関して説明したように、また図４〜図１０に示された全ての構成の場合と同様に、検出器部分の角度範囲は、走査中にこれらの部分を位置決めし直さなければならない回数を最少にするように選ぶことが好ましい。

図９は、図６及び図７に関して説明したような走査構成と同様に、ボリューム５１を撮像するために典型的に軸方向走査構成で使用されるイメージング・システム１０を示している。部分１１４（第１の部分）が、放射線ビーム３８に対して妨害のない経路３７を生じさせて、領域７１からの投影データ測定値を取得するために、線源１０８の線源位置１０９に対する開口３５を開くように、大まかに１１８で示された方向に動かされる。代わりに、特定の一例では、検出器の組合せが、作動されていない線源位置によって必要とされている開口を少なくとも部分的に覆って、図９の領域７１を含む投影データ測定を可能にすると共に、作動されている線源位置によって必要とされている開口を開いて、撮像ボリュームの所要の部分を完全に照射するための放射線ビームが得られるようにするために、章動するように構成される。当業者に理解されるように、螺旋走査構成の場合と同様に、軸方向走査構成について説明したような検出器パネル及び部分の角度範囲は、軸方向走査期間中の移動を最小にするように選ばれる。

検出器又は検出器部分が変位可能とした上述の構成に加えて、或る特定の構成では、１つ又は複数の分布形放射線源が、数学的により完全な投影データの測定のために撮像ボリュームの所望の部分に照射するために、且つ放射線ビームを受け取る検出器に対して、変位可能であるように構成される。図１０は、イメージング・システム１０が、数学的により完全な投影データの測定のために放射線ビーム３８で撮像ボリューム５１を照射するために変位又は移動させるように構成されている線源（１３４，１３６，１３８，１４０）を含んでいる特定の実施形態を例示している。この実施形態を軸方向走査モードに関して説明するが、この手法は、当業者に理解されるように、例えば、螺旋走査モードで他の走査構成にも適用できる。図１０は、撮像ボリューム５１をより完全に照射するための移動型放射線源１３４についての模範的な構成を例示している。この実施形態では、線源及び検出器は、放射線ビーム３８を放出するためにトリガされる線源１３４のみが撮像ボリューム５１をより完全に照射するための方向１５４に移動し、且つ透過放射線ビームが検出器１４８によって効果的に遮られるように、配置されている。また上述の線源移動の結果、領域７１からの欠落する情報が効果的に取得される。再び、当業者に理解されるように、上記の手法に基づいて、軸方向及び螺旋走査モードの両方について線源移動の様々な組合せ及び部分的な組合せが可能である。また、本手法の様々な面によれば線源及び検出器の両方を変位させるようにする様々な組合せ及び部分的な組合せが可能である。

当業者に理解されるように、上述した構成は、静止型ＣＴシステム構成の軸方向及び螺旋走査の両方における数学的に不完全な投影データ測定についての制約を克服する。詳しく述べると、軸方向走査モードでは、視野の中心における不完全な投影データについての制限が取り除かれ、また、螺旋走査モードでは、有効な線源回転の角度範囲における不完全な投影データについての制限が取り除かれる。この結果、静止型ＣＴ用途での円錐ビーム再構成における画像品質の改善のために数学的により完全な投影データ測定値が得られる。

本発明は様々な変更及び代替形態にすることができるが、特定の実施形態を図面に例として示し且つ本書で詳しく説明した。しかしながら、本発明は開示した特定の形態に制限されるものではないことを理解されたい。むしろ、本発明は、特許請求の範囲によって規定されるような本発明の精神及び範囲内に入る全ての変更、等価物及び代替物をカバーするものである。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の手法の様々な面に従った模範例の静止型ＣＴシステムの概要図である。 図１に例示された種類のシステムに使用するための模範例の分布形線源の概要図である。 図１のシステムに使用するための検出器の一部分の概要図である。 図１のシステムに使用するための模範例の線源−検出器構成の概要図である。 より完全な投影データを取得するために検出器の移動を用いる、図４の構成に使用するためのイメージング手法の概要図である。 図１のシステムに使用するための別の模範例の線源−検出器構成の概要図である。 より完全な投影データを取得するために検出器の移動を用いる、図６の構成に使用するためのイメージング手法の概要図である。 より完全な投影データを取得するために検出器部分の移動を用いる、図４の構成に使用するための別のイメージング手法の概要図である。 より完全な投影データを取得するために検出器部分の移動を用いる、図６の構成に使用するための代替のイメージング手法の概要図である。 より完全な投影データを取得するために線源の移動を用いる代替のイメージング手法の概要図である。

符号の説明

１０ 静止型断層撮影（ＣＴ）システム
１２ スキャナ
１４ テーブル
３０ 分布形Ｘ線源
３２ 電子ビーム・エミッタ
３４ ターゲット
３５ 開口
３６ 電子ビーム
３７ 妨害のない経路
３８ Ｘ線ビーム
４０ コリメータ
４２ 開口
４４ コリメートされたビーム
４６ 検出器
４８ 検出器素子
５０ 信号処理回路
５１ 撮像ボリューム
５２、５４ 検出器
５６ 分布形放射線源
５７、５９ 線源位置
５８ 線源
６０、６２ 検出器
７１ 領域
７２、７４ 分布形放射線源
７３、７５、７９、８１ 線源位置
７６、８２ 検出器
７８、８０ 線源
８８、９８ 線源
８９、９９ 線源位置
９４、１０４、１１４、１１６、１２６、１２８ 検出器部分
１０８ 線源
１０９ 線源位置
１３４、１３６、１３８、１４０ 線源
１４８ 検出器

Claims (1)

1. 静止型のイメージング・システムであって、
   撮像ボリューム（５１）の所望の部分を実質的に取り囲んでいると共に、前記撮像ボリューム（５１）の周りの複数の個別の線源位置（５７，５９）から放射線ビーム（３８）を放出するように構成されている複数の分布形放射線源（５６，５８）と、
   前記分布形放射線源（５６，５８）の内側に配置された複数の放射線検出器であって、前記撮像ボリューム（５１）の所望の部分を透過した放射線ビーム（３８）を受け取るように構成されている複数の検出器（５２，５４，６０，６２）とを含み、
   前記複数の検出器（５２，５４，６０，６２）の内の、第１及び第２の検出器（５２，５４）は体軸方向において、互いに離れる方向に移動し、第１の線源位置（５７）に対する開口（３５）を開くように変位可能であって、前記第１及び第２の検出器（５２，５４）に対向する位置に配置された第３及び第４の検出器（６０，６２）は第２の線源位置（５９）に対する開口（３５）が閉じた状態に固定されて静止することにより、前記第１の線源位置（５７）から前記撮像ボリューム（５１）の所望の部分に照射するために放射線ビーム（３８）に対して且つそれぞれが前記体軸方向に複数の検出器素子の列を有する前記第３及び第４の検出器（６０，６２）が該放射線ビーム（３８）を受け取るために前記第１及び第２の検出器（５２，５４）が前記第３及び第４の検出器（６０，６２）に対して妨害のない経路（３７）を生じさせ、
   前記第３及び第４の検出器（６０，６２）は体軸方向において、互いに離れる方向に移動し、前記第２の線源位置（５９）に対する開口（３５）を開くように変位可能であって、前記第３及び第４の検出器（６０，６２）に対向する位置に配置された前記第１及び第２の検出器（５２，５４）は前記第１の線源位置（５７）に対する開口（３５）が閉じた状態に固定されて静止することにより、前記第２の線源位置（５９）から前記撮像ボリューム（５１）の所望の部分に照射するために放射線ビーム（３８）に対して且つそれぞれが前記体軸方向に複数の検出器素子の列を有する前記第１及び第２の検出器（５２，５４）が該放射線ビーム（３８）を受け取るために前記第３及び第４の検出器（６０，６２）が前記第１及び第２の検出器（５２，５４）に対して妨害のない経路（３７）を生じさせることを特徴とするイメージング・システム（１０）。
   

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