JP4759255B2 - 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イメージング・システムの分野に関するものである。より具体的には、本発明は、検出器及び分布形線源素子をイメージング・システムのスキャナ内に位置決めして固定するようにした静止型コンピュータ断層撮影システムについての幾何学的配置及び構成に関するものである。

コンピュータ断層撮影イメージング・システムには多くの用途が存在する。このようなイメージング・システムは、ここ数十年にわたって開発されて、典型的にはスライス及びボリュームとして表される関心のある対象物の内部の特徴を画像化するための強力なツール（道具）を提供している。一般的に云えば、このシステムは、関心のある対象物を通って検出器へ向けて放射線を差し向ける線源を有する。線源としては関心のある対象物に侵入することができる任意の種類の放射線であってよいが、本書での説明ではＸ線源に特に注目する。従来のシステムでは、Ｘ線源及び検出器を回転可能なガントリ上に装着していて、毎秒２回転程度の比較的高い速度で回転させるが、それよりも速い速度も遅い速度も使用される。検出器での入射Ｘ線強度の測定値は、回転中に多数の位置で取得して、その後の分析及び処理のために記憶することができる。次いで、システムは、取得した強度測定値を処理することによって有用な再構成画像を算出して、対象物内の特徴の位置の決定を可能にする。この基本的な設計の変形が提案されて、現在使用されているが、現行の技術は線源及び検出器の回転を利用しており、窓の選択及びデータの特殊な処理により再構成画像の明瞭さを高めている。
米国特許第６３８５２９２号

このような配置構成は対象物内の関心のある特徴を識別するのに非常に有用であることが証明されているが、線源及び検出器素子を回転させる必要があるので限界がある。典型的にはＸ線源として通常のＸ線管が含まれており、Ｘ線管は幾分重量があり、また回転中に電力を供給し且つ冷却しなければならない。同様に、検出器は、次第に嵩張ってきていて、より高い分解能でイメージング・システムの視野にわたって延在し、また検査中に大量のデータを得るために複数の列を成している。検出器に関連する回路も、データ取得及び初期処理を実行するために回転させなければならない。動作中に発生された熱を除去する機構と共に、電力及びデータ伝送用相互接続部を備えた注意深く釣り合いをとったシステムを作るためには、技術的熟練が必要とされる。

現在、コンピュータ断層撮影法においてシステム設計の改善が要望されている。特に、回転負荷を軽減でき、或いはシステム構成部品の回転の必要性を全く無くすことさえもできる設計法が非常に要望されている。線源及び検出器の回転に伴う機械的、電気的、熱的な問題及び他の問題を低減しながら、高品質の画像を生成できるシステムが特に要望されている。

本発明は、このような要望に答えるために設計されたコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム用の新規な幾何学的配置及び構成を提供する。本発明の手法は、医学的診断の分野、部品検査、小包及び荷物処理用途などを含めて、広範囲の環境に適用することができる。本発明の手法は、線源又は検出器を回転させる必要性を無くして、システムに分布形のＸ線源及び検出器を取り入れることを可能にする。

分布形線源及び検出器についての様々な有用な構成を提供し、それらの幾つかは、画像データ品質を改善するため、再構成の目的のための取得データの完全さを改善するため、質のよい再構成画像を得るためのカバー範囲を規定するため等のために、互いに関連して使用することができる。本手法は、様々な手法に従って動作し且つ撮像検査用の放射線ビームを生成するために明確に一意的にアドレスすることのでき種々のエミッタ又は線源に用いることができる。同様に、本手法は、その幾何学的配置の多くが従来構造の検出器素子に基づいて定められているような、広範囲の検出器構成に使用できる。本発明の手法では、コリメータ又は他の素子のようなシステムの或る特定の素子は回転し得るが、基本的な素子、すなわち、線源及び検出器は検査シーケンスの間、静止した状態に留まるようにすることができる。

次に、図面を参照して、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つ又は複数の静止型で分布形のＸ線源（図１に示していない）と、１つ又は複数の静止型ディジタル検出器（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の周りに沿った様々な点から、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システム構成では、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。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、用いる撮像シーケンスに応じて、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の動作を全体的に調整する。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、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。

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に例示された構成部品のうちの１つ又は複数の構成部品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、取得用検出器のピクセル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回路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。当業者によって認識されるように、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又は記憶メモリ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例の分布形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該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。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で示されるように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うちの、電子ビームが衝突する側と同じ側で発生されることを意味する。透過モードでは、Ｘ線はターゲットの反対側で発生される。次いで、Ｘ線ビーム３８はコリメータ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は寸法を不変にすることができ、或いは調節可能にすることができる。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、分布形線源内の個々の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、及び様々な断面形状の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部品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。エミッタ装置としては、多数の入手可能な電子放出装置、例えば、熱電子エミッタ、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、複数の分布したアドレス可能なＸ線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、単一の一体の容器又は管の中で、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管の中で関連付けることができる。以下に説明する線源構成のうちの特定のものは、スキャナの開口部の周りに位置決めできるように形状が弓形又はリング状である。他の線源は、通常のＣＴ用語では「Ｚ方向」とされる方向に撮像ボリュームに沿って延在するように構成が線状線源である。個々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、スキャナの内面のより大きい部分又は全体にわたって延在する。検出器（１つ又は複数）についての特別な構成を以下にまとめて示す。ところで、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、フォトダイオードのアレイ（配列体）と、関連する薄膜トランジスタとを含むことができる。検出器に衝突する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する。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、アナログ減少量信号をディジタル信号へ変換し、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、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ピクセル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線源に対向して検出器素子を位置決めして、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、また画像再構成のためのそれぞれの手法及び仮定が異なる。本発明の手法では、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判明した。図４〜図３１は、ＣＴスキャナ内に静止していて、従来の又は改良された画像処理及び画像再構成アルゴリズムと共に使用することのできる分布形線源及び検出器についての模範的な幾何学的配置及び構成を例示する。

現在考えられている幾何学的配置の多くは、３６０°の線源及び／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が生じることがある。このような隙間のために線源及び／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及び螺旋走査モードの両方について検討する。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一方又は他方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。最後に、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又は平面状部分を有することができる。

図４に例示した第１の構成では、リング状検出器５２が図３に例示したような複数の検出器素子を有していて、撮像ボリュームを大体完全に囲むように延在する。このリング状検出器５２に隣接してリング状線源５４の形態の分布形線源が位置決めされており、この分布形線源は前に述べたように多数の個別にアドレス可能な線源又はエミッタを含んでいる。線源はシステム制御装置によってトリガされて、通常は直径方向に対向した位置にある検出器に向けて放射線を放出することができる。放射線は関心のある対象物を通り、関心のある対象物内の特徴部によって減衰し、データ収集のための検出器に衝突する。

図５の構成は、図４に例示されている種類のリング状検出器５２と共に、リング状線源５４を含んでいる。この集成体はまた、線状線源５６によって示されているようなＺ方向に沿った一対の線状線源を含んでいる。単一のリング状線源は検出器の一方の側に位置決めされており、また線状線源５６はリング状線源から延在して、システムによって収集されるデータの完全さに寄与する。リング状検出器５２は線状線源５６を収容する隙間を含むことができる。このような線状線源はデータ収集の際に動作の複雑さを増大させるが、線状線源は集合的データ取得の数学的完全さを潜在的に改善すると信じられる。図５には２つのこのような線状線源が示されているが、この構成は僅か１つの線状線源を含むことも、また３つ以上の線状線源を含むこともできる。

図６の構成は、一対のリング状検出器５２を、それらの間に位置するリング状線源５４と合体させている。この構成は、低照射線量による効率の良さの点で特に魅力的であると信じられ、また爆発物のような関心のある特定の対象物を検出するのに特に有用である可能性がある。

図７の構成は、一対のリング状検出器５２と、リング状線源５４と、１つ又は複数の線状線源５６とを含んでいる。リング状線源は対のリング状検出器の間に位置決めされ、また線状線源はリング状検出器に対して大体平行に延在する。線状線源を受け入れるための隙間をリング状検出器に設けることができる。線状線源は、図５の集成体の場合のように取得データの数学的完全さのための付加的なデータを測定するために該構成に付加されている。

図８は別の代替実施形態を例示しており、この実施形態では、２つのリング状線源５４がリング状検出器５２の両側に並置状態に位置決めされている。この集成体は妥当なデータの完全さを与えることができ、またスキャナの中央平面の周りの欠落した関心領域を低減できると信じられる。更に、この検出器は、イメージング・システムの視野の中心における軸方向カバー範囲が同じであるとき、前述の集成体の場合よりも小形にすることができる。同様に、線源についてより小さい円錐角を使用することにより、散乱を大幅に低減できる。もし各線源リングについて同じ数のビューを維持しなければならない場合、この集成体ではより高いデータ収集サンプリング速度を必要とすることがある。

図９の構成は、一対のリング状線源５４が並置されているリング状検出器５２を含み、また１つ又は複数の線状線源５６を含んでいる。前と同様に、線状線源は、集合的データ取得の数学的完全さを増大させる付加的なデータを取得する手段を提供し、また線源リングは図８の構成の利点を提供する。

図１０の構成は、上述の種類のリング状検出器５２に並置されている部分リング状線源５８の組合せに基づいている。図には２つの部分リング状線源が例示されているが、他の数の部分リング状線源を含むことができ、またこれらはリング状検出器の一方の側と反対の側とに交互に位置決めすることができる。図１０の構成は、幾分か数学的に完全でないデータが生じる可能性があるが、完全リング状線源に比べて線源のコストを下げると信じられる。部分リング状線源をリング状検出器の一方の側と反対の側とに交互に設けるために、偶数の部分リング状線源が用いられ、２つの部分リング状線源の場合は相対的に良い結果が予想され、４つの部分リング状線源の場合は相対的にそれより劣った結果が予想される。

図１１の構成は、図１０の構成と同様であるが、部分リング状線源５８と組み合わせて線状線源５６を含んでいる。線状線源５６を使用する上述の場合と同様に、Ｚ軸に沿った線状線源から放射線を放出できるようにするために、隙間をリング状検出器５２に設けることができる。Ｚ軸に沿った線状線源は集合的データ取得の数学的完全さを高める。図１１の例では、２つ又は４つのこのような部分線源リングを用いることができるが、この数はより大きい数に変えることができる。

図１２の構成は、上述の集成体の場合と同様にリング状検出器を用いており、該検出器に複数対のリング状線源５４が並置されている。この実施形態では、２つのこのようなリング状線源がリング状検出器５２に直ぐ隣接して設けられ、また追加のリング状線源がリング状検出器５２の両側で隔たった位置に設けられている。外側のリングは内側のリングと共に使用した時に冗長なデータを提供することができると予想される。同様に、図１３の構成は、Ｚ方向の一対の線状線源５６と共に、リング状線源及びリング状検出器を用いている。前の場合と同様に、線状線源５６は画像再構成のためのより完全なデータを供給するのに役立つことができると予想される。

図１４及び図１５の構成は、図１２及び１３の構成と類似しているが、複数のリング状検出器が、相隔てて設けられたリング状線源の間に位置するものとして例示されている。当業者によって認識されるように、図１４及び図１５の構成は、図８及び図９の構成と比較したとき、Ｚ方向における対象物の所与のカバー範囲の場合に、放出される放射線の所要の円錐角がより小さい角度になる。希望される場合、図１４及び図１５の集成体の検出器５２は相異なる分解能にして、中央の検出器を外側の検出器よりも高い分解能にすることができる。図１５の集成体は図１４の集成体と同様であるが、取得データの数学的完全さを高めるために軸方向に沿って線状線源を付加している。

用途に応じて、図１４におけるリング状線源５４の１つ又は複数とリング状検出器５２の１つ又は複数とを特定の撮像プロトコルのために利用することができる。利用されるリング状検出器５２及びリング状線源５４の数に応じて検出器の分解能を構成できる場合に、検出器用のデータ取得システム内の所要の電子回路を最小にする幾つかのデータ取得案が想定される。図１４の集成体を利用する構成は、図１５の集成体に適用可能である。しかしながら、利用可能な線状線源５６を使用して追加のデータが取得される。

図１６の構成は、部分リング状検出器６０と共に少なくとも１つの部分リング状線源５８を含んでいる。この集成体はまた、Ｚ軸に沿って１つ又は複数の線状線源５６を含むことができる。図１６に示されている集成体のような集成体は、検出器によるボリュームの１８０°及び線源によるボリュームの１８０°のように、撮像ボリュームの関連部分のカバー範囲を規定する。このような集成体の利点の一つは、線源及び検出器を大体同じ撮像平面内に置くことができると云うことである。しかしながら、これらの集成体によっては、データが幾分不完全なことがある。

図１７の構成は、大体リング状の検出器５２と、斜めに配置された弓形の部分リング状線源６２とを含んでいる。線源は検出器を通って放射線を放出するように改造され、検出器には線源を受け入れるためのスロット又は開口を設けることができる。その結果の構造は、大体弓形のプロフィール、線形プロフィール、正弦波形、傾斜した円、又は２つの傾斜した円を規定する。この設計は、データ取得の数学的完全さの観点から非常に柔軟性がある。

図１８は、参照符号６４で示すような変更した部分リング状検出器を有する模範例の構成を例示している。部分リング状線源５８が検出器の切欠き６６の中まで延在するように位置決めされる。図１８の集成体は、線源及び検出器の両方が撮像ボリュームの１８０°を越える範囲をカバーすることを可能にする。好ましい構成では、線源は、少なくとも１８０°と独立にアドレス可能な分布形線源によって放出される放射線の扇形角度との和に等しい範囲をカバーする。

図１９の構成は、図１８の構成と同様であるが、複数の部分リング状線源５８と、参照符号５６で示すようなＺ軸に沿った線状線源との組合せによって、付加的なボリュームをカバーすることができる。この複合線源は、撮像ボリュームの１８０°を越える範囲をカバーし、好ましくは、１８０°と放射線の扇形角度との和に等しい範囲又はそれ以上をカバーすることができる。静止型検出器は前に述べたような部分リング６０である。これもまた、撮像ボリュームの１８０°を越える範囲をカバーすることができる。

図２０の構成は、上述の図６の構成と幾分類似している。この構成は、リング状検出器５２とリング状線源５４とより成る。しかしながら、図２０の集成体では、検出器が、中央の隙間の無い単一のユニットとして設けられている。中央の検出器素子は物理的に、分布形線源５４が一方の側で検出器を介して放射線を放出し、これをこの集成体の反対側の検出器素子によって検出することができるように構成されている。

図２１の構成は、螺旋状検出器７０に隣接して配置された螺旋状線源６８を含んでいる。線源及び検出器は前に述べた構成と大体類似した構成であってよいが、図２１に例示されている螺旋状集成体は、従来の螺旋状ボリューム取得に対応する態様で走査を行うことが可能である。従って、図２１の集成体は、テーブルの並進によって、図６の構成により得ることのできるものと同様なデータ収集結果を得るために使用することができる。図２１の構成は、撮像ボリュームの中に欠落した部分又はスラブを生じることなく、このような取得を可能にする。

図２２の構成は、図２１の構成と同様であるが、螺旋状線源６８が撮像ボリュームの周りに複数のターン（巻回部）を形成しており、また並置された螺旋状検出器７０も同様になっている。図２２の集成体は、螺旋の端縁を除いて、また線源と検出器との間の隙間を除いて、比較的完全なデータを提供する。

図２３に例示された別の構成では、リング状線源５４が図２３に黒点によって表されている複数の独立にアドレス可能な放出源を含み、このリング状線源５４はリング状検出器５２の周りに配置されている。その結果の集成体は、図６のもとと同様である。しかしながら、図２３の集成体では、検出器には開口７２が設けられており、これらの開口７２を通って線源から放射線を放出することができる。この集成体では、分布形線源が検出器を通って放出する場所の相互の間で追加のデータを収集することができる。

図２４に例示されている幾分異なる構成では、リング状線源５４が、複数のセグメント７４を含むものとして例示されているリング状検出器を少なくとも部分的に取り囲んでいる。これらのセグメントはスリット又は開口７６によって互いから離間している。実際に、１つ又は複数のこのようなリング状線源を使用することができる。線源はスリット７６を通して放射線を放出する。スリット７６は大体Ｚ軸に沿った向きに延在する。

図２５〜図２８は、参照符号７８で示すような傾斜したリング状線源をリング状検出器５２と共に使用する模範例の構成を例示する。例えば、図２５の集成体では、検出器は、リング状線源が図１７に関して前に述べたのと同様な態様で検出器を横切る場所に、放射線の放出のための空間を設けるように構成されている。図２６の代替集成体では、リング状検出器５２が傾斜したリング状線源７８と共に用いられるが、リング状検出器５２は該検出器を通って放出される放射線のための通路を設けていない。図２７の代替構成では、２つの傾斜したリング状線源７８がリング状検出器５２と共に、図２５に例示したのと同様な態様で用いられている。この実施形態では、図２５に関して前に述べたようにリング状検出器を通って放射線を放出できるようにする通路が設けられている。図２８の構成では、２つのリング状線源７８が再び用いられているが、図２６に関して前に述べたのと同様な態様でリング状検出器５２を通って放射線を放出させるための通路は何も設けられていない。図２５〜図２８における線源はリング状線源として示されているが、それらは切断して、複数の線状のセグメントで構成することができる。更に、図２６及び図２８において、放出した放射線が検出器によって阻止される線源部分は省くことができる。

図２９の集成体は、実効的に、図１８に関して前に例示した種類の２つの切欠き付き検出器と対応する線源素子との組合せである。すなわち、部分リング状線源５８を受け入れるための切欠き６６を提供する２つの切欠き付き検出器６４は、端部同士が組み合わされて、撮像ボリュームの周りに大体完全な集成体を構成する。図２９の集成体は、取得データの数学的完全さに関して有利であると思われる。更に、Ｚ軸に沿って延在する線状線源５６は、例示したようにデータの完全さを改善するためにこの集成体に付加することができる。

図３０の集成体は、一対のリング状線源５４と、それぞれの関連したリング状検出器５２とを含んでいる。図３０で参照符号８０及び８２を付した線源及び検出器の対は直径が異なっており、これにより一方の集成体を他方の集成体の中へテレスコープ式に動かすことができる。ある面で、図３０の集成体は、図８の二重リング状線源集成体と類似しているが、検出器を同心の２つの部分に分割して、Ｚ軸方向のカバー範囲を適応可能にしている。このような適応型カバー範囲は、照射線量を低くすることができ、また小さいＺ軸方向のカバー範囲しか希望されない場合に検査の際の散乱を低減することができる。この集成体は対のリング状線源及びリング状検出器に制限されず、２つ以上のリング状線源及びリング状検出器を含むことができる。

図３１に例示されている別の構成は、部分リング状線源５８と組み合わせた複数の（図では２つの）リング状線源５４を有している。変更したリング状検出器８４がリング状線源５４の間に設けられている。変更したリング状検出器８４は部分リング状線源５８を受け入れるための開口８６を含んでいる。図３１の集成体、並びにリング状線源と部分リング状線源との組合せを含むこの種類の集成体は、前に述べた集成体よりも、取得データの数学的完全さを高めることができる。測定データの数学的完全さを更に改善するために、Ｚ軸に沿って延在する線状線源をこの構成に含めることができる。しかし、それらは図３１に示していない。

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包含するものである。

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。 リング状線源及びリング状検出器を含む第１の実施形態の静止型ＣＴ構成の概要図である。 リング状線源とリング状検出器と線状線源とを用いる別の構成の概要図である。 ２つのリング状検出器の間にリング状線源を用いる代替構成の概要図である。 ２つのリング状検出器の間のリング状線源を線状線源と共に用いる代替構成の概要図である。 一対のリング状線源をリング状検出器と共に用いる代替構成の概要図である。 一対のリング状線源及び線状線源をリング状検出器と共に用いる代替構成の概要図である。 一対の部分リング状線源をリング状検出器と共に用いる代替構成の概要図である。 部分リング状線源及び線状線源をリング状検出器と共に用いる代替構成の概要図である。 一連のリング状線源及びリング状検出器を用いる代替構成の概要図である。 一連のリング状線源及び線状線源をリング状検出器と共に用いる代替構成の概要図である。 一連のリング状線源を一連のリング状検出器と共に用いる代替構成の概要図である。 一連のリング状線源及び線状線源を一連のリング状検出器と共に用いる代替構成の概要図である。 １つの部分リング状線源、又は線状線源を備えた複数の部分リング状線源と、部分リング状検出器とを用いる代替構成の概要図である。 一連の線状／円弧状線源とリング状検出器とを用いる代替構成の概要図である。 部分リング状線源と、切欠きを持つ構成の部分リング状検出器とを用いる代替構成の概要図である。 部分リング状線源と、部分リング状検出器に部分的にオーバーラップする線状／円弧状線源とを用いる代替構成の概要図である。 リング状線源とリング状検出器とを用いる代替構成の概要図である。 螺旋状に１回巻きのリング状線源とリング状検出器とを用いる代替構成の概要図である。 螺旋状に複数回巻きのリング状線源とリング状検出器とを用いる代替構成の概要図である。 リング状検出器内の開口に放射線を通すように構成されているリング状線源を用いる代替構成の概要図である。 リング状検出器内のスリットに放射線を通すように構成されているリング状線源を用いる代替構成の概要図である。 傾斜したリング状線源とリング状検出器とを用いる代替構成の概要図である。 傾斜したリング状線源及びリング状検出器についての別の構成を用いる代替構成の概要図である。 ２つの傾斜したリング状線源とリング状検出器とを用いる代替構成の概要図である。 ２つの傾斜したリング状線源とリング状検出器とを用いる別の代替構成の概要図である。 部分リング状線源と、相補的な切欠きを持つ構成の部分リング状検出器とを用いる代替構成の概要図である。 テレスコープ式に伸縮するため又は組合せの相互作用のためのリング状線源及びリング状検出器の集成体を用いる別の代替構成の概要図である。 リング状及び部分リング状線源の組合せとリング状検出器とを用いる代替構成の概要図である。

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
３６ 電子ビーム
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
５２ リング状検出器
５４ リング状線源
５６ 線状線源
５８ 部分リング状線源
６０ 部分リング状検出器
６２ 弓形の部分リング状線源
６４ 変更した部分リング状検出器
６６ 切欠き
６８ 螺旋状線源
７０ 螺旋状検出器
７２ 開口
７４ セグメント
７６ スロット
７８ 傾斜したリング状線源
８０、８２ 線源及び検出器の対
８４ 変更したリング状検出器
８６ 開口

Claims (12)

1. 撮像ボリュームの少なくとも一部分の周りに延在する少なくとも１つの静止型検出器（４６）と、
   前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）に近接して配置された少なくとも１つの静止型分布形Ｘ線源（３０）と、
   前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）を用いて三次元データを取得するために、前記少なくとも１つの静止型分布形Ｘ線源（３０）内の１つ以上のエミッタをトリガするＸ線源制御装置（１６）と、
   を備え、
   前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）及び前記少なくとも１つの静止型分布形Ｘ線源（３０）は、画像再構成のための取得された三次元データの数学的完全さを向上させるために、前記少なくとも１つの静止型分布形Ｘ線源（３０）が少なくとも２つの完全リング状線源（５４）を含んでおり、
   前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）は、一対のリング状検出器（５２）を含んでおり、また前記少なくとも２つの完全リング状線源のうちの少なくとも１つのリング状線源（５４）が前記一対のリング状検出器（５２）の間に位置している、ことを特徴とする三次元静止型ＣＴシステム（１０）。
2. 前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）は、２つ以上のリング状線源（５４）の間に配置された１つ以上のリング状検出器（５２）を含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 更に、画像再構成のための取得データの完全さを高めるために少なくともＺ方向に延在する１つ又は複数の線状線源（５６）を含んでいる請求項２に記載のシステム。
4. 前記少なくとも１つの静止型分布形Ｘ線源（３０）は少なくとも２つの完全リング状線源（５４）を含むことを特徴とする請求項２記載のシステム。
5. 前記２つ以上のリング状線源（５４）は、前記静止型検出器（５２）に直ぐ隣接して配置された少なくとも２つのリング状線源（５４）と、前記２つ以上のリング状線源（のいずれかの側で隔たった位置に設けられた追加のリング状線源（５４）とを含むことを特徴とする請求項２記載のシステム。
6. 前記２つ以上のリング状線源（５４）は、放射線を放出するための複数の間隔をあけて設けられたリング状線源（５４）を含んでおり、
   また前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）は、放射線を受け取るために前記間隔をあけて設けられたリング状線源の間に位置している複数のリング状検出器（５２）を含むことを特徴とする請求項２記載のシステム。
7. 前記システムは１つ以上の部分リング状線源（５８）を更に含んでおり、
   前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）は、２つ以上のリング状線源（５４）の間に位置する１つ以上のリング状検出器（５２）を含むと共に、前記１つ以上の部分リング状線源（５８）を含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。
8. 前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）は、２つ以上のリング状線源（５４）の間に位置する１つ以上のリング状検出器（５２）を含んでおり、
   前記１つ以上のリング状検出器（５２）及び前記２つ以上のリング状線源（５４）は、前記１つ以上のリング状検出器（５２）が前記２つ以上のリング状線源（５４）と共にテレスコープ式に動くことができるように、異なる直径を有している、請求項１記載のシステム。
9. 撮像ボリュームの少なくとも一部分の周りに延在する少なくとも１つの静止型検出器（４６）と、
   前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）に近接して配置された少なくとも１つの静止型分布形Ｘ線源（３０）と、
   少なくともＺ方向に延在する１つ以上の線状線源（５６）と、
   前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）を用いて三次元データを取得するために、前記少なくとも１つの静止型分布形Ｘ線源（３０）内の１つ以上のエミッタをトリガするＸ線源制御装置（１６）と、
   を備え、
   前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）、前記少なくとも１つの静止型分布形Ｘ線源（３０）及び前記１つ以上の線状線源（５６）により、画像再構成のための取得された三次元データの数学的完全さを向上させること、を特徴とする三次元静止型ＣＴシステム（１０）。
10. 撮像ボリュームの少なくとも一部分の周りに延在する少なくとも１つの静止型リング状検出器（５２）と、
    前記少なくとも１つの静止型リング状検出器（５２）の一方の側と反対の側とに交互に位置決めすることができ、前記少なくとも１つの静止型リング状検出器（５２）へ向けて放射線を放出するように構成されている１つ以上の部分リング状線源（５８）と、
    前記少なくとも１つの静止型リング状検出器（５２）を用いて三次元データを取得するために、前記１つ以上の部分リング状線源（５８）内の１つ以上のエミッタをトリガするＸ線源制御装置（１６）と、
    を備え、
    前記少なくとも１つの静止型リング状検出器（５２）及び、前記１つ以上の部分リング状線源（５８）は、画像再構成のための取得された三次元データの数学的完全さを向上させることを特徴とする三次元静止型ＣＴシステム（１０）。
11. 撮像ボリュームの少なくとも一部分の周りに延在する少なくとも１つの静止型検出器（４６）と、
    前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）に近接して配置された少なくとも１つの静止型分布形Ｘ線源（３０）と、
    前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）を用いて三次元データを取得するために、前記少なくとも１つの静止型分布形Ｘ線源（３０）内の１つ以上のエミッタをトリガするＸ線源制御装置（１６）と、
    を備え、
    前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）及び前記少なくとも１つの静止型分布形Ｘ線源（３０）は、画像再構成のための取得された三次元データの数学的完全さを向上させるために、
    前記少なくとも１つの静止型検出器（４６）は螺旋状検出器（７０）を含んでおり、また前記少なくとも１つの静止型分布形Ｘ線源（３０）は、前記螺旋状検出器（７０）に隣接して配置された螺旋状線源（６８）を含んでいること、を特徴とする三次元静止型ＣＴシステム（１０）。
12. 更に、画像再構成のための取得データの完全さを高めるために,
    少なくともＺ方向に延在する１つ又は複数の線状線源（５６）を含んでいる請求項１０， １２のいずれか１項に記載のシステム。

Images