JP4874232B2 - 撮像データを取得するための構造及び方法 - Google Patents

Description

本発明は概して、被写体の時間分解分析を行なうために、撮像データを高い反復速度で取得するための走査式構造及び方法に関する。

マンモグラフィのようなＸ線医療診断法は、例えば癌の早期発見のために、診察されるべき患者の乳房などの患者の一部の一つ以上の画像を生成する低用量の方法である。
乳房撮影診断では通常、患者の乳房の各々の２つの画像を取得する。すなわち、一方の画像は上方から撮影し、他方の画像は側方から撮影する。次に、医師またはＸ線技師は乳房の画像、すなわちマンモグラフを診察して乳癌を特定する。

この診断法は、早期乳癌を発見する最良の方法の内の一つであるが、乳癌の発見作業において乳癌を、乳房撮影画像を調査する医師またはＸ線技師が見逃すことも起こり得る。例えば、Ｘ線写真上に濃く写る乳腺組織によって乳癌が隠されてしまっている場合に見逃す可能性がある。

複数の画像を異なる角度から取得する断層撮像法（ｔｏｍｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｍａｇｉｎｇ）が、乳癌の早期発見を行なうために研究されている。複数の画像を合成することにより、検出器に平行な全ての平面を撮像対象乳房に再構成することができる。利用する画像が多くなるほど、再構成断層撮影画像の画質が良好になる。

血管造影法は、血液またはリンパ管を検査する放射線法である。例えばセルディンガー（Ｓｅｌｄｉｎｇｅｒ）法によりカテーテルを血管に挿入し、水溶性造影剤を血管に注入し、その後、一連の血管Ｘ線画像を撮影する。動脈、静脈、及びリンパ管の検査法は動脈造影法、静脈造影法（ｆｌｅｂｏｇｒａｐｈｙ）、及びリンパ造影法とそれぞれ称される。一般的に適用される検査方法である動脈造影法は、心臓検査用の血管心臓造影法、心臓冠動脈検査用の冠動脈造影法、及び大動脈検査用の大動脈造影法を含む。

透視診断法はイオン化放射線を可視化する方法である。蛍光材料、例えばＢａＰｔ（ＣＮ）_４から成る表面層を有するガラス板はガンマ線に曝されると可視光を放出する。透視診断法を使用して、例えば高速Ｘ線カメラによって高い反復速度で撮影される画像を可視化する、または周波数変換して、例えば患者の心臓を検査する。

イオン化放射線を検出する種々の１次元検出器はこの技術分野において公知である。そのような検出器によって瞬時に１次元撮像を行なうことができるが、２次元撮像は１次元検出器、及び任意に用いる放射線源を、１次元検出器アレイに直交する方向に走査させることによってしか行なうことができない。そのような検出器を、例えば複数の画像を異なる角度から取得する必要のある断層撮影において使用すると、非常に長い時間が掛かる。例えば時間の経過による変動が観察される血管造影法の場合、状況は更に悪化する。

被写体の２次元撮像を行なう走査式放射線検出器装置は特許文献１に開示されている。この装置は複数の１次元検出器ユニットを備える。各ユニットは入射スリットを有し、このスリットを通して、被写体を透過するイオン化放射線が入射する。更に各ユニットはイオン化放射線の１次元撮像を行なうように配置される。これらの検出器ユニットは支持体の上にアレイ状に配置される。これらのユニットの対応する入射スリットが互いに平行であり、かつイオン化放射線源に対向する。検出器構成は更に、検出器ユニットアレイをイオン化放射線の方向に直交する平面で回転させる回転デバイスを含み、これらの検出器ユ
ニットは検出を繰り返し行なって被写体の一連の２次元画像を生成するように配列される。
米国特許公開公報２００３／０１５５５１９ Ａ１

上記した先行技術による走査式放射線検出器装置では、複数の１次元検出器ユニットは、これらのユニットが、異なる角度での被写体の２次元画像を生成できるように配列されていないため、そのような走査式放射線検出器装置は、断層撮影データを取得するために使用するには適していない。

更に、２次元画像の再構成に必要なアルゴリズムは、これらの１次元検出器ユニットの互いに対する位置、及び回転軸線に対する位置に依存して速度が遅くなり、かつ複雑になり得る。

更に、回転軸線に近接する空間がほとんど無く、これによって１次元検出器ユニットの数が制限され、従ってこの構成において実現できる空間分解能が低くなる。複数の実施形態の内の幾つかの実施形態は、回転軸線において測定を行なうことが全くできない。

更に、かつ最も重要となり得ることであるが、先行技術による構成は放射線源を一つしか使用せず、これによって被写体の２次元画像を記録する最大反復速度が非常に遅くなり、／または２次元画像において実現できる空間分解能が非常に低くなる。測定の間、放射線源のスイッチを切って冷却することができず、従って放射線源の最大出力放射線束によって、測定が行なわれる速度が制限される。

従って、本発明の主たる目的は、被写体の撮像データを、先行技術における走査装置及び走査方法を使用して実現するよりも高い速度で取得する、走査式構造及び方法をそれぞれ提供することにある。

この態様では、走査検出を使用して撮像データを収集して被写体の３次元画像を高い反復速度で再構成する機能を実現するそのような構造、及びそのような方法を提供することを特に目的とする。

本発明の別の目的は、被写体を低用量の放射線に暴露させてながら、作動可能であるそのような構造、及びそのような方法を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、複雑ではなく、かつ高空間分解能、高感度、高信号対雑音比、高ダイナミックレンジ、高画像コントラスト、及び重なり合った組織からのノイズが低い、被写体の高品質２次元画像及び３次元画像を生成することができるそのような構造、及びそのような方法を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、信頼性が高く、高精度であり、かつ安価であるそのような構造、及びそのような方法を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、断層撮影データの取得を可能にするそのような構造、及びそのような方法を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、２次元または３次元画像を高い空間分解能で取得するための完全にコンピュータ化された断層撮影（ＣＴ）装置を使用する必要がないそのような構造、及びそのような方法を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、血管造影法及び透視診断法において使用することができるそ
のような構造、及びそのような方法を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、高速であり、かつ簡単な再構成アルゴリズムの利用を可能にするそのような構造、及びそのような方法を提供することにある。

これらの目的は、とりわけ、添付の特許請求の範囲において請求される装置及び方法によって達成することができる。
本発明の一態様によれば、被写体の撮像データを高い反復速度で取得する走査式構造が提供される。この走査式構造は、支持構造と、支持構造に固定配置される複数の走査装置とを備える。複数の走査装置の各々は、放射線源と、複数の１次元検出器（ｌｉｎｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）の積層体を有する放射線検出器とを備える。複数の１次元検出器の各々は放射線源に向かうように配置されて、放射線の放射線束が１次元検出器に入射することが可能となる。本装置は更に、複数の走査装置の内の一つの走査装置の放射線経路に配置される被写体テーブルと、支持構造を被写体テーブルに対して回転させて、被写体テーブルが複数の走査装置の各々の放射線経路に連続的に位置するように配置されるようにするデバイスを備える。回転の間に、複数の放射線検出器の各々における複数の１次元検出器の各々が、被写体を透過する放射線の複数の１次元画像（ｌｉｎｅ ｉｍａｇｅｓ）を記録するように適合させる。

装置からのデータは、断層撮影法及び断層撮像法だけでなく、血管造影法及び透視診断法における使用に非常に適する。
１次元検出器を使用することが好ましいが、これに限定されることはなく、ガス式の平行平板検出器を使用することができる。使用することができる他の１次元検出器として、シンチレータアレイ、ＣＣＤアレイ、ＴＦＴ及びＣＭＯＳを用いる検出器、液体検出器、及びダイオードアレイを挙げることができ、このダイオードアレイとしては、例えばＸ線がエッジに、エッジに近い部分に、または直交する方向から入射するＰＩＮダイオードアレイがある。

更に、本発明の特徴及び利点は、以下に示す本発明の実施形態に関する詳細記述、及び例示のためにのみ示され、従って添付の図１〜４を参照することにより明らかになるが、これらの図面は本発明を制限するものではない。

図１に、被写体５のｘ線検査に関する断層撮影データまたは他の撮像データを取得する装置１０を示す。装置１０はｘ線２を、ｚ軸線に平行な対称軸線３を中心としてこの軸線の周りに放出するＸ線源１と、コリメータ４と、放射線検出器６と、Ｘ線源１、コリメータ４、及び放射線検出器６を互いに対して堅固に連結する構造体７とを備える。

放射線検出器６は、複数の１次元検出器６ａの積層体を備える。各１次元検出器は発散性放射線源１に向かうように配置されている。これにより、放射線検出器６の前面に対して複数の異なる角度α_１，．．．，α_ｎ，．．．，α_Ｎの内のいずれかの角度で伝搬する放射線２の各放射線束ｂ_１，．．．，ｂ_ｎ，．．．，ｂ_Ｎが各１次元検出器６ａに入射することが可能となる。

コリメータ４は、例えば複数の狭幅の放射線透過スリットが切断またはエッチングにより形成された、タングステンから成る金属箔とすることができ、スリットの数は放射線検出器６の１次元検出器６ａの数に対応する。これらのスリットは１次元検出器６ａに位置合わせされるので、コリメータ４のスリットを通過するＸ線は複数の検出ユニット６ａに、すなわちそれぞれの放射線束ｂ_１，．．．，ｂ_ｎ，．．．，ｂ_Ｎとして到達する。任意で設けるコリメータ４は、任意で設けるものであるが、１次元検出器６ａの方向に真っ直
ぐに向かっていない放射線が検査対象の被写体５に衝突することを防止することにより、被写体が受ける放射線量を低減することができる。これは、被写体がヒトまたは動物、或いはこれらの生物の一部分である全ての適用形態において有利である。

米国特許出願番号１０／６５７２４１には、そのような検出装置を被写体５の直線走査に使用して被写体の断層撮影データを取得して被写体５の２次元画像を再構成する、３次元画像さえも再構成する方法が開示されている。上記米国特許出願の内容はここにおいて参照することにより本発明に援用される。

そのような走査を行なっている間、デバイス７は放射線源１、コリメータ４、及び放射線検出器６を被写体５に対して、矢印８で示すように、放射線検出器の前面に平行な直線方向に移動させ、同時に、複数の１次元検出器６ａの各々は被写体５を透過する放射線の複数の１次元画像を異なる角度α_１，．．．，α_ｎ，．．．，α_Ｎの内の対応するいずれかの角度で記録する。被写体５に対する走査は、複数の１次元検出器６ａの各１次元検出器を目標の被写体全体を横切るように走査させて、複数の１次元検出器６ａの各々に関して、被写体５を透過する放射線の２次元画像を異なる角度α_１，．．．，α_ｎ，．．．，α_Ｎの内の対応するいずれかの角度で取得することができるように十分に長い距離に渡って行なうことが好ましい。

図２ａ〜図２ｃでは、３つの異なるＸ線束ｂ１，ｂｎ，及びｂＮが、これらの束が検査被写体５を図１の装置が走査を行なっている間に横切るときの様子として模式的に示される。参照番号９は、走査方向８及び放射線検出器６の前面に一致するｘ軸線に平行な平面を示す。

図２ａ〜図２ｃから分かるように、各１次元検出器／Ｘ線束の対によって完全な２次元画像が種々の角度の内の異なる１つの角度で生成される。図２ａは、被写体を角度α_１で透過する放射線の２次元画像が形成される様子を示し、図２ｂは、同じ被写体を角度α_ｎで透過する放射線の２次元画像が形成される様子を示し、図２ｃは、角度α_Ｎでの同様の２次元画像が形成される様子を示している。

そのような検出器走査測定法によって、被写体の断層撮影データを記録する、すなわち多数の２次元Ｘ線透過画像を高速で同時に記録することができる。しかしながら、この測定法は、被写体に対する第２走査を行なうために、走査動作を遅くして停止させ、反対方向に加速する必要があるため、例えばカテーテルの位置決めのような時間によって変わる検査状態を観察するためや、例えば心臓、血液、造影剤などのような動いている物体を可視化するために、幾つかの画像を次から次に記録するのには適さない。そのような動作には非常に長い時間が掛かかるとともに、遅延及び加速の間に検出器に加わる大きな力に起因する安定性及び位置合わせの問題が生じる。

更に、大きく広がった角度の断層撮影データを取得するために、すなわち放射線を大きな開口角で検出装置に照射するために、検出装置を走査方向に長く形成して、走査距離を長くする必要がある。従って、走査速度を大きくする必要があり、これによって走査移動の最初及び最後における検出装置の遅延及び加速に対する要求が高くなる。

コンピュータを援用する断層撮影（ＣＴ）では、回転速度を上げることにより１秒当たりに更に多くの画像を記録し、更に多くの検出器の行、例えば４行，８行，及び１６行の検出器の行をＣＴ用１次元検出器に使用して時間分解測定を行なうのことが今日の主流である。近年、６４の検出器行及び最大２５６の検出器行を使用するという議論が為されている。検出器のコストは、そのような多くの検出器の行を有する検出器に関しては法外に高くなる。

１秒当たりの画像の数が増加すると、患者が受ける既に十分高くなっている放射線量が更に増大することになる。今日のＣＴの一つの目標は、時間分解測定による例えば心臓の３次元画像を記録する機能を備えることである。

血管造影法では、時間によって変化する血管またはリンパ管の動きを解析するが、この操作においては、使用する検出器の反復速度に対して必要条件が課される。
時間分解測定による断層撮影、または例えば血管造影写真測定のような他の撮像測定を、上述の走査方法を使用して高い反復速度で実施することができるようになるためには、幾つかの変更及び修正を行なう必要がある。

図３には、本発明の好適な実施形態に従って、撮像データを高い反復速度で取得して被写体のｘ線検査を行なう構成を上面図として模式的に示す。この構成は、図１の装置１０を複数台備え、これらの装置は回転軸線１２を有する支持構造１１の上に配置される。これらの装置１０は、ほぼ円形のディスクまたはプレートから成ることが好ましい支持構造１１の上に、回転軸線１２からほぼ等距離に、かつ好ましくは回転軸線１２の周りに等角に配置される。すなわち、これらの装置１０の内の隣接する装置は、隣接装置の間の距離がほぼ一定になるように配置される。これらの装置１０は、ｚ軸線に平行な放射線２の対称軸線３が、ｘｙ平面に延びる支持構造１１の法線に平行になるように、支持構造１１に立設される。図３において、Ｘ線源１、コリメータ４、放射線検出器６、及び堅固な連結を行なう構造体７を明瞭に観察することができる。

更に、検査対象の被写体を載せる被写体テーブル１３を設ける。被写体テーブル１３はまず、複数の走査装置の内の一つの装置のコリメータ４と放射線検出器６との間の放射線経路に配置される。ここで、被写体テーブルは支持構造１１によってではなく、別の支持構造（図示せず）によって支持されることに留意されたい。

デバイス１４を設けて、支持構造１１を回転軸線１２の周りに、かつ被写体テーブル１３に対して回転させて、被写体テーブル１３が、本構成の複数の走査装置の各々の発散性放射線源と放射線検出器との間の放射線経路を連続的に横切るように当該テーブルを配置する。回転の間、複数の走査装置１０の各々における複数の１次元検出器６ａの各々は、被写体を透過した放射線の複数の１次元画像を異なる角度の内の一つの対応するいずれかの角度で記録するように適合させる。

ここで、検出装置１０は連続的な順序で動作することが好ましい。従って、Ｘ線放射線源１は、この放射線源を被写体テーブル１３を横断する形で走査させている間のみ、オン状態に切り替えられ、よって測定用の放射線を生成するだけでよい。

好適には、回転用に設けられるデバイスは、支持構造１１を被写体テーブル１３に対して、少なくとも一定角度だけ回転するように適合される、例えば、複数の走査装置１０の各々における複数の１次元検出器６ａの各々を、被写体全体を横切るように走査させて、複数の走査装置１０の各々における複数の１次元検出器６ａの各々に関して放射線の２次元画像を取得するために十分な、全回転を一回転するように適合させる。

この構成により、断層撮影再構成または他のいずれかの種類の画像再構成を行なうための数セットの２次元画像を次から次に記録することができ、検出器を遅延させ、停止し、加速する必要がない。これらの検出器は単純に一定の回転速度で回転させることが好ましい。

ここで、各検出装置１０の走査移動に関して、米国特許出願番号１０／６５７２４１に
開示されている走査と比較した場合に差が出ることに注目されたい。当該出願では、ｘ方向の直線走査について記載されているのに対して、本発明では、走査方向はｘｙ平面に配置される円の周辺に沿っている。しかしながら、円の半径が大きくなると、直線に一層近い移動が行なわれる。

検出装置１０と回転軸線１２との間の距離は約０．５ｍ〜約４ｍの範囲であることが好ましく、更に好適には約０．５ｍ〜約２ｍの範囲であり、最も好適には約１ｍである。
支持構造１１の上に配置される検出装置を更に増やすと、時間分解で記録するための反復速度を、支持構造１１の或る回転速度が与えられる場合に高くする必要がある。

走査装置１０の数は２〜２０の範囲であることが好ましく、更に好適には２〜１０の範囲であり、最も好適には４〜８の範囲である。代表的な数は５である。
回転用に設けられるデバイス１４は、支持構造１１を被写体テーブル１３に対して、好適には１秒当たり約０．２回転〜１秒当たり約１０回転の範囲、更に好適には１秒当たり約０．５回転〜１秒当たり約５回転の範囲、最も好適には１秒当たり約０．５回転〜１秒当たり約２回転の範囲である。代表的な数値は１秒当たり１回転ある。

この数値は、断層撮影に関して約０．４画像／秒〜約２００画像／秒の範囲の反復速度に相当する。上に記載した代表的な数値は、１秒当たり約５画像の反復速度に対応する。各画像は、複数の走査装置の各々における複数の１次元検出器の積層体の１次元検出器６ａの数に対応する多数の角度で記録される。

被写体検査用の高品質断層撮影データを取得するためには、適用形態または検査の種類に応じて、異なる角度α_１，．．．，α_ｎ，．．．，α_Ｎは、好適には少なくとも５°、更に好適には少なくとも２０°、最も好適には少なくとも４５°の角度範囲α_Ｎ〜α_１に渡って分布する。代表的な値は９０°である。他の種類の測定を行なおうとする場合、角度範囲α_Ｎ〜α_１は当然、ずっと小さくすることができる。或る例においては、角度範囲α_Ｎ〜α_１は最小化する必要がある。

複数の走査装置１０の各々における複数の１次元検出器の積層体の複数の１次元検出器６ａの各々の放射方向の長さは、約０．０５ｍ〜２ｍの範囲であることが好ましく、更に好適には約０．１ｍ〜１ｍの範囲であり、最も好適には約０．２ｍ〜０．５ｍの範囲である。同様に、複数の走査装置１０の各々における複数の１次元検出器の積層体は、接線方向に、約０．２ｍ〜２ｍの範囲であることが好ましく、更に好適には約０．４ｍ〜１．５ｍの範囲であり、最も好適には約０．７５ｍ〜１．２５ｍの範囲である。走査装置１０のサイズは、本構成が使用される特定の適用形態によって変わる。

複数の走査装置１０の各々における複数の１次元検出器の積層体の１次元検出器６ａの個数は、少なくとも２個、好適には少なくとも５個、更に好適には少なくとも１０個、最も好適には約２０個〜約１００個の範囲であり、いずれの個数にするかは、検査中に必要とされる、異なる角度で記録される画像の数によって変わる。最大数百個もの１次元検出器６ａを設けることができる。

図２ａ〜図２ｃにｓｌとして示す走査幅によって、１次元記録を走査方向に行なうことにより形成される２次元画像の空間分解能が設定される。通常、走査幅ｓｌは約１０〜５００ミクロンとすることができ、複数の１次元検出器の各々の個々の検出素子は同様のサイズとすることができる。

図４に被写体のｘ線検査を行なうために、本発明の別の好適な実施形態に従って断層撮影データまたは他の撮像データを高い反復速度で取得する構成を模式的に上面図として示
す。本実施形態は、各検出装置１０の複数の１次元検出器６ａは、各検出装置１０内部で互いに平行に配置されるのではなく、回転軸線１２に対して放射状に配置される（１１）ことを除いて、図３の実施形態と同様である。当然、いずれの再構成モデルも１次元検出器６ａの非平行配置型構成に対応するように改変される必要がある。

一般的な２次元透過画像による記録を行なう場合、走査式構造は通常、次の寸法を有することができる。支持構造は１ｍの半径を有することができ、１次元検出器は２０ｃｍの長さとし、かつ支持構造の周辺に放射状に互いに１ｃｍだけ離間するように配置することができる。６台の走査装置を設け、各装置は約１００個の１次元検出器を含み、これらの１次元検出器は、１次元検出器の約１．５ｍ上方に配置される放射線源の方に指向される。走査の間の回転速度は、例えば１秒当たり０．０１〜１回転とすることができる。回転速度はまた、デバイスに加わる機械力、及びＸ線管からのＸ線束（更には、被写体の透過放射線）によって主として制限される形で大きくする、または小さくして、十分なＸ線を各画素において検出して高品質画像を生成することができる。

好適には、回転速度は、１秒当たり少なくとも１つの２次元透過画像を生成することができるように選択される。
３つの異なる特徴的な変形例を挙げることができる。

第１変形例では、複数の２次元透過画像は、画像処理装置によって再構成することができるが、この再構成は、これらの２次元透過画像の各々を、複数の放射線検出器の内の一つの検出器の複数の１次元検出器の内の一つの１次元検出器による１次元Ｘ線画像に基づいて構築する、または生成することにより行なわれる、すなわち各１次元検出器は、全ての１次元画像を記録し、この記録によって一つの２次元透過画像が生成されるようにする役割を受け持つ。再構成される２次元透過画像の数は、支持構造が回転する各回転において、複数の走査装置の数及び複数の放射線検出器の各々の１次元検出器の数の積に等しい。

血管心臓造影法では、患者の心臓は経時的に検査される。例えば、心臓のサイズが１６ｃｍであり、回転速度が１秒当たり０．０１回転であり、検出器が上記特性を有するとすると、一つの１次元検出器が心臓を横断するように検出器を走査させる時間は約２．５秒である。走査工程を例えば０．１ｍｍとすると、照射時間は各１つの瞬時記録１次元画像に関して１．５ｍｓとなる。たとえそれらの画像が重複する期間の間に撮影される（露光される）としても、１秒当たり６つの２次元透過画像が撮影される。

第２変形例では、複数の２次元透過画像は画像処理装置によって再構成される。この再構成は、これらの２次元透過画像の各々を、放射線検出器の複数の１次元検出器の内の隣接する１次元検出器同士の間の距離に対応する距離を走査している間に記録されるような、複数の放射線検出器の内の一つの放射線検出器の複数の１次元検出器による１次元放射線画像に基づいて構築することにより行なわれる。すなわち被写体全体に対応する一つの放射線検出器の全ての１次元検出器が一緒になって複数の１次元画像を記録するように機能し、これによって２次元透過画像が生成される。

上のような構成を仮定する場合、約１６個の１次元検出器が心臓全体に対応するので、各２次元透過画像は１６個の１次元検出器が走査の間に撮影する１次元画像に基づいて生成される。回転速度が１秒当たり０．１６回転である場合、各画像の露光時間は約１０ｍｓとなり、１秒当たり１００個の２次元透過画像が次から次に撮影されることになる。

第３変形例では、複数の２次元透過画像は画像処理装置によって再構成されるが、この再構成は、これらの２次元透過画像の各々における各１次元画像を、複数の放射線検出器
の内の一つの放射線検出器の複数の１次元検出器の各々による一つの１次元放射線画像に基づいて構築することにより行なわれる、すなわち一つの放射線検出器の全ての１次元検出器が一緒になって複数の１次元画像を記録するように機能し、これによって２次元透過画像が生成される。２次元透過画像の各１次元画像は、所定位置の放射線検出器の全ての１次元検出器が撮影する複数の１次元画像に基づいて生成される。再構成される２次元透過画像の数は、支持構造が回転する各回転において、走査装置の数に等しい。

上のような構成及び１秒当たり１回転の回転速度を仮定する場合、一つの２次元透過画像の露光時間は約１６０ｍｓであり、１秒当たり６個の画像が撮影される。
所定の反復速度で周期的な事象、すなわち例えば心臓の拍動のような一定時間間隔で生じる事象を撮像する場合、一連の２次元画像の時間分解能は、数回の拍動に渡って収集される撮像データを合成することにより、撮像のサンプリングレートよりも短くすることができる。この方法は、拍動周期及び画像サンプリング周期が互いに対して整数倍ではないが、各拍動の間の一連の画像から位相シフトが得られる場合に特に有効である。

本発明において使用される好適な１次元検出器はガス式の平行平板検出器（ｇａｓｅｏｕｓ−ｂａｓｅｄ ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｌａｔｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）であり、電子注入型のアバランシェ増倍型素子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ａｖａｌａｎｃｈｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を備えることが好ましい。そのようなガス式の平行平板検出器はイオン化検出器であり、イオン化放射によってイオン化される結果として自由になった電子が放射の方向にほぼ直交する方向に加速される。

本発明に使用されるそのような種類のガス封入型１次元検出器に関する更なる詳細については、トム フランケ（Ｔｏｍ Ｆｒａｎｃｋｅ）らによって発明され、かつスウェーデンのエックスカウンター アーベー（ＸＣｏｕｎｔｅｒ ＡＢ）社に譲渡され、更にはこれらの特許文献を本明細書において参照することにより、その内容が本発明に援用される以下の米国特許文献を参照されたい：米国特許第６，５４６，０７０号、第６，５２２，７２２号、第６，５１８，５７８号、第６，１１８，１２５号、第６，３７３，０６５号、第６，３３７，４８２号、第６，３８５，２８２号、第６，４１４，３１７号、第６，４７６，３９７号、及び第６，４７７，２２３号。ここで特に、そのような種類の検出器は、コンプトン（Ｃｏｍｐｔｏｎ）散乱放射を検出することがないようにするために非常に有効であることに注目すべきである。この特性は高品質断層撮影データを取得するために最も重要である。

更に、そのような種類の検出器は極めて感度が高いことが判明しており、かつ基本的に、１個の光子の検出に適合させることができ、この機能は非常に高速のプロセスを分析する場合に重要となる。

１次元検出器の平行平板、すなわち平行電極の間の距離は約２ｍｍ未満、好適には約１ｍｍ未満、更に好適には約０．５ｍｍ未満、最も好適には約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲とすることができる。エックスカウンター アーベー社は最近、１次元検出器がコンプトン散乱によるバックグランドを除去する特性を有することを実験的に立証する作業を開始しており、従来の検出システムではいずれの構造も全く観測することができないような高エネルギーＸ線の広いＸ線スペクトルを使用して良好なコントラストが観察されている。上に記載したガス封入型１次元検出器は散乱光子の９９％超を識別すると考えられ、正しく構成することにより、散乱光子の約９９．９％以上を検出することがないようにすることができると推定される。

この特性に関する更なる詳細は、フランケらによる米国特許第６，８５６，６６９ Ｂ２号に記載されており、この特許文献の内容をここで参照することによりその内容が本発
明に援用される。

以上に説明した通りであるが、他のいずれかのタイプの検出器を本発明に使用することができることを理解されたい。そのような１次元検出器はシンチレータアレイ、ＣＣＤアレイ、ＴＦＴ及びＣＭＯＳを用いる検出器、液体検出器、及び１次元ＰＩＮダイオードアレイのような固体検出器を含み、このＰＩＮダイオードアレイには、コリメータ構造を前面に有して散乱Ｘ線を一部除去することができる構成によってＸ線がエッジに、エッジに近い部分に、または直交する方向から入射する。

ここで更に、Ｘ線源１、コリメータ４、及び放射線検出器６を堅固に連結する構造体７を、Ｘ線源１、コリメータ４、及び放射線検出器６用の複数の個別のデバイス（図示せず）に置き替えて、これらのデバイスを電気的に制御して、これらの個別デバイスの同期直線移動を行なって同じ走査移動が得られるようにすることができることに注目されたい。

更には、被写体を静止した状態に維持し、支持構造を回転軸線の周りを回転させるのではなく、支持構造を静止した状態に維持し、被写体を回転軸線を中心に回転させることができることに注目されたい。この構成は特に、検査対象の被写体が目覚めている患者ではない場合に有利となり得る。

被写体の画像を更に別の角度で記録することができるためには、被写体を回転させる、または被写体テーブルを動かすことができる、或いは走査装置１０を載せた支持構造を傾け、その後、走査を、支持構造の平面に直交する回転軸線を中心に支持構造を回転させることにより実施することができる。

ここで、２次元撮像を行なう上述の全ての３つの変形例に関して、各画像は、被写体を透過する角度が、垂直軸線に対する検出器の角度に起因して、前の透過角度とは少し異なるように撮影されることに留意されたい。この一連の撮像角度を画像取得に使用する各放射線検出器６に関して繰り返す。この操作は、例えば心臓を多くの異なる角度から観察すると利点が得られる構成の血管造影法に有利である。この方法によって、心臓は１回の造影剤の注入に関して多くの角度から撮像することができる。この方法はまた、１つの造影図では腫瘍が濃い被写体に隠れてしまうが、異なる角度からは観察することができる乳房撮影法または他のいずれかの腫瘍見付け出し作業において利点をもたらす。

更に、図１の装置の放射線検出器６を変更して、１次元積層体として配置するのではなく、１次元検出器を円の周辺に配置し、円の中心が放射線源１の位置に一致するようにすることができることに注目されたい。

本発明の利点としては以下の事項が挙げられる。
非常に多くの連続画像を短期間の間に記録することができる。画像の数は、使用する走査検出装置の数、各走査検出装置の１次元検出器の数、走査移動の回転速度、及び選択する再構成モデルによって決まる。

検出装置、すなわち放射線源及び放射線検出器に加わる力は経時的に小さく、かつ一定である。機械的振動は生じない。
一度に１つ、または２つのＸ線管のスイッチを入れて作動させるだけでよい。これは、各Ｘ線源はＸ線源が測定に必要になる時間以外の時間に冷却することができる、すなわちＸ線源が被写体テーブル１３を覆い始めてＸ線源の放射ビームが被写体を完全に横断して走査してしまうまでの期間を除く期間に冷却することができることを意味する。その結果、１秒当たり非常に多くの連続画像を、Ｘ線管をオーバーヒートさせることなく記録することができる。通常、Ｘ線源は、走査期間の１／６〜１／３の間に渡ってスイッチが入れ
られる。これは放射線源のスイッチが入れられているときの電力を、最大連続電力よりも３〜６倍に増やすことができることを意味する。制御デバイスを設けて複数のＸ線管の電源、または使用する複数の他の放射線源の電源の切り替えを制御することができる。

Ｘ線管は大きな熱容量を有する必要がないので、安価なＸ線管を使用することができる。
本構成において、走査検出装置の幅及び長さに関する制限が全くない。走査検出装置が有する幅が大きくなると、断層撮影の角度を大きくすることができる。各１次元検出器の長さは短くすることができる。長い１次元検出器が必要である場合、幾つかの１次元検出器を並べてこれらの検出器が一緒になって一つの長い１次元検出器の機能を提供するようにする。そのような構成は、トム フランケによる米国特許公開公報２００３０１５５５１８号に開示されており、この特許文献の内容をここで参照することによりこの内容が本発明の開示に含まれる。

１次元検出器が回転軸線から離反するように１次元検出器を配置することにより、画素群を二次元（ｑｕａｄｒａｔｉｃ）に近い形で配置することができるので、再構成が高速かつ容易に行なわれる。走査が直線走査に更に近い形で行なわれる。更に、複数の１次元検出器を互いに更に近接するように配置する（更に高密度に敷き詰める）ことができる。これは、２つの隣接する１次元検出器の間の距離が、そのこれらの検出器の両方の遠端部（放射状の内側端部及び放射状の外側端部）において、支持構造の大きな半径及び１次元検出器の位置によって非常に近い大きさになるからである。

イオン化放射線のほとんど全てが１次元検出器に検出器の法線方向に衝突する。これは、放射線源が支持構造の周辺の１次元検出器の真上に位置するためである。
患者への放射線量はＣＴよりも少ない。

放射線照射時間が短く、これは被写体の動きに起因する、または被写体によるどのようなピンぼけも最小に抑えられることを意味する。
好適には、電子注入型のアバランシェ増倍型素子を備えるガス式の平行平板検出器を使用することにより、方向感度の高い放射線検出器を備える非常に安価な構成を提供することができる。すなわち、これらの放射線検出器は光子の散乱によるノイズが非常に小さく、かつ電子ノイズが発生しない、すなわちこれらの放射線検出器は光子計数を個々の光子に関して、極めて優れた信号対雑音比で行なうことができる。

被写体のｘ線検査に関する断層撮影データまたは他の撮像データを取得する装置の側面図を模式的に示す図。 特定のＸ線束が検査被写体を図１の装置が走査している間に横切るときの様子を模式的に示す図。 特定のＸ線束が検査被写体を図１の装置が走査している間に横切るときの様子を模式的に示す図。 特定のＸ線束が検査被写体を図１の装置が走査している間に横切るときの様子を模式的に示す図。 本発明の好適な実施形態による、被写体のｘ線検査に関する断層撮影データまたは他の撮像データを高い反復速度で取得する構成の上面図を模式的に示す図であり、本構成は図１の装置を複数台備える。 本発明の好適な実施形態による、被写体のｘ線検査に関する断層撮影データまたは他の撮像データを高い反復速度で取得する構成の上面図を模式的に示す図であり、本構成は図１の装置を複数台備える。

Claims (36)

1. 被写体（５）の撮像データを高い反復速度で取得する走査式構造であって、
   回転軸線（１２）を有する支持構造（１１）と、
   前記支持構造に前記回転軸線からほぼ同じ距離だけ離れて固定配置される複数の走査装置（１０）であって、前記複数の走査装置の各々は、
   放射線（２）を放出する放射線源（１）と、
   複数の１次元検出器（６ａ）の積層体を有する放射線検出器（６）とを備え、複数の１次元検出器の各々は放射線源に向かって配置されて、１次元検出器への前記放射線の放射線束（ｂ_１，．．．，ｂ_ｎ，．．．，ｂ_Ｎ）の入射を可能にする、複数の走査装置（１０）と、
   その上に前記被写体が配置される被写体テーブル（１３）であって、放射線源と前記複数の走査装置の内の一つの走査装置の放射線検出器との間の放射線経路に配置される被写体テーブル（１３）と、
   前記支持構造を、前記回転軸線を中心として前記被写体テーブルに対して回転させて、前記被写体テーブルが前記複数の走査装置の各々の発散性放射線源と放射線検出器との間の放射線経路内に連続的に配置されるようにするデバイス（１４）とを備え、
   当該回転の間、前記複数の放射線検出器の各々における複数の１次元検出器の各々が高い反復速度で、前記被写体を透過する放射線の複数の１次元画像を記録するように適合されていることを特徴とする、走査式構造。
2. 高い反復速度で取得される前記撮像データは断層撮影データであり、
   前記複数の放射線源（１）の各々は発散性であり、
   前記複数の放射線検出器（６）の各々における複数の１次元検出器は前記複数の発散性放射線源の内の対応する発散性放射線源に向かって配置されて、異なる角度（α_１，．．．，α_ｎ，．．．，α_Ｎ）で伝搬する発散性放射線源からの放射線の放射線束（ｂ_１，．．．，ｂ_ｎ，．．．，ｂ_Ｎ）が、複数の１次元検出器の対応する１次元検出器に入射することを可能にし、
   前記複数の放射線検出器（６）の各々における複数の１次元検出器は、それぞれ、各々が前記被写体を透過する放射線の複数の１次元画像を、前記複数の異なる角度の内の対応するいずれかの角度で記録して前記断層撮影データを供給するように適合されている、請
   求項１記載の走査式構造。
3. 前記複数の異なる角度は、少なくとも５°の角度範囲（α_Ｎ−α_１）に渡って分布する、請求項２記載の構造。
4. 前記被写体の２次元画像および３次元画像のいずれかを、前記断層撮影データに基づいて、断層撮影の再構成計算を行なうことによって再構成するように適合された画像処理装置を備える、請求項２又は３記載の走査式構造。
5. 高い反復速度で取得される前記撮像データは、２次元透過画像を再構成するためのデータである、請求項１記載の走査式構造。
6. 前記複数の２次元透過画像を再構成するように適合された画像処理装置を備え、これらの２次元透過画像の数は、前記回転デバイスが前記支持構造を回転させる各回転において、対応する前記複数の走査装置の数に等しい、請求項５記載の走査式構造。
7. 前記画像処理装置は、前記複数の２次元透過画像の各々における各走査線が、前記複数の放射線検出器の内の一つの放射線検出器の複数の１次元検出器の各々による一つの１次元放射線画像に基づいて形成されるように、前記複数の２次元透過画像を再構成するように適合される、請求項６記載の走査式構造。
8. 前記複数の２次元透過画像を再構成するように適合された画像処理装置を備え、これらの２次元透過画像の数は、前記回転デバイスが前記支持構造を回転させる各回転において、前記複数の走査装置の数と、前記複数の放射線検出器の各々の１次元検出器の数との積に等しい、請求項５記載の走査式構造。
9. 前記画像処理装置は、前記複数の２次元透過画像の各々における各１次元画像が、前記複数の放射線検出器の内の一つの放射線検出器の複数の１次元検出器の内の一つの１次元検出器による１次元放射線画像に基づいて形成されるように、前記複数の２次元透過画像を再構成するように適合される、請求項８記載の走査式構造。
10. 前記画像処理装置は、前記２次元透過画像の各々が、前記複数の放射線検出器の内の一つの放射線検出器の複数の１次元検出器の内の一つの１次元検出器による複数の１次元放射線画像に基づいて形成されるように、前記複数の２次元透過画像を再構成するように適合される、請求項９記載の走査式構造。
11. 前記画像処理装置は、前記２次元透過画像の各々が、前記複数の放射線検出器の内の一つの放射線検出器の複数の１次元検出器による複数の１次元放射線画像に基づいて形成されるように、前記複数の２次元透過画像を再構成するように適合され、これらの１次元放射線画像は、前記複数の放射線検出器の内の前記一つの放射線検出器の複数の１次元検出器の隣接する１次元検出器の間の距離に対応する距離を走査している間に記録される、請求項９記載の走査式構造。
12. 前記被写体を透過する放射線を高い反復速度で可視化する蛍光透視装置を備える、請求項５乃至１１のいずれか一項に記載の走査式構造。
13. 複数の２次元透過画像を再構成する前記データは血管造影データである、請求項５乃至１１のいずれか一項に記載の走査式構造。
14. 前記複数の走査装置の数は２〜２０台の範囲である、請求項１乃至１３のいずれか一項
    に記載の走査式構造。
15. 前記複数の走査装置は、前記回転軸線の周りに等角に配置される、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の走査式構造。
16. 前記ほぼ同じ距離は、０．５ｍ〜４ｍの範囲である、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の走査式構造。
17. 前記回転動作を行なうために設けられるデバイスは、前記支持構造を前記被写体テーブルに対して、０．０１回転／秒〜１０回転／秒の範囲の回転速度で回転させるように適合される、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の走査式構造。
18. 前記複数の放射線検出器の各々における複数の１次元検出器の積層体の複数の１次元検出器（６ａ）の各々の、前記回転軸線に対する放射方向の長さは、０．０５ｍ〜２ｍの範囲である、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の走査式構造。
19. 前記複数の放射線検出器の各々における複数の１次元検出器の積層体の、前記回転軸線に対する接線方向の長さは、０．２ｍ〜２ｍの範囲である、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の走査式構造。
20. 前記複数の放射線検出器の各々における複数の１次元検出器の積層体の１次元検出器（６ａ）の数は、少なくとも２台である、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の走査式構造。
21. 前記複数の放射線検出器の各々における複数の１次元検出器（６ａ）は互いに平行に配置される、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の走査式構造。
22. 前記複数の放射線検出器の各々における複数の１次元検出器の積層体の複数の１次元検出器（６ａ）の各々は、前記回転軸線に対して放射状に配置される、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の走査式構造。
23. 前記複数の走査装置の各々の発散性放射線源はＸ線源（１）であり、
    前記複数の走査装置の各々の放射線検出器はガスイオン化検出器（６ａ）であり、各放射線束によるイオン化の結果として自由になった電子が各放射線束の方向にほぼ直交する方向に加速される、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の走査式構造。
24. 前記ガスイオン化検出器は電子なだれ検出器（６ａ）である、請求項２３記載の走査式構造。
25. 前記複数の走査装置の各々の放射線検出器は、ダイオードアレイ、シンチレータアレイ、ＣＣＤアレイ、ＴＦＴを用いる、またはＣＭＯＳを用いる検出器、または液体検出器（６ａ）の内のいずれかである、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の走査式構造。
26. 前記複数の走査装置の各々は、当該走査装置の放射線源の直ぐ下流の放射線経路に配置されるコリメータ（４）を備え、前記コリメータは、当該走査装置の複数の１次元検出器に向かって指向されていない放射線が前記被写体に衝突することを防止して、前記被写体が受ける放射線量を低減する、請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の走査式構造。
27. 前記複数の放射線源のスイッチを入断する制御装置を備え、前記制御装置は、これらの前記放射線源のスイッチを連続した順番で入断し、被写体が放射線源を含む走査装置の放
    射線経路から外れている間に、前記複数の放射線源の各々のスイッチを切断して、各放射線源を冷却するために設けられている、請求項１乃至２６のいずれか一項に記載の走査式構造。
28. 複数の放射線検出器における複数の１次元検出器の各々は回転軸線から或る距離に配置され、当該距離はこれらの放射線検出器における複数の１次元検出器の各々の長さよりも長い、請求項１乃至２７のいずれか一項に記載の走査式構造。
29. 被写体（５）の撮像データを高い反復速度で走査式構造を使用して取得する走査方法であって、走査式構造は、回転軸線（１２）を有する支持構造（１１）と、前記支持構造に前記回転軸線からほぼ同じ距離だけ離れて固定配置される複数の走査装置（１０）とを備え、前記複数の走査装置の各々は、放射線を放出する放射線源（１）と、複数の１次元検出器（６ａ）の積層体を有する放射線検出器（６）とを備え、複数の１次元検出器の各々は放射線源に向かって配置されて、１次元検出器への前記放射線の放射線束（ｂ_１，．．．，ｂ_ｎ，．．．，ｂ_Ｎ）の入射を可能にしており、前記方法は、
    前記被写体を前記複数の走査装置の内の一つの走査装置の放射線源と放射線検出器との間の放射線経路に配置する工程と、
    前記支持構造を、前記回転軸線を中心として前記被写体に対して回転させて、前記被写体が、前記複数の走査装置の各々の発散性放射線源と放射線検出器との間の放射線経路内に連続的に配置されるようにする工程であって、前記回転中に、前記複数の走査装置の各々における前記複数の１次元検出器の各々によって、前記被写体を透過する放射線の複数の１次元画像を高い反復速度で記録する工程とを含む方法。
30. 高い反復速度で取得される前記撮像データは断層撮影データとして提供され、
    前記放射線源（１）の各々からの放射線は、発散性放射線ビームとして放出され、
    前記複数の放射線検出器（６）の各々における複数の１次元検出器は、前記複数の発散性放射線源の内の対応する１つの放射線源に向かって配置されて、異なる角度（α_１，．．．，α_ｎ，．．．，α_Ｎ）で伝搬する放射線源からの放射線の放射線束（ｂ_１，．．．，ｂ_ｎ，．．．，ｂ_Ｎ）が、複数の１次元検出器の内の対応する１次元検出器にそれぞれ入射することを可能にし、
    前記被写体を前記複数の異なる角度の内の対応するいずれかの角度で透過する放射線の複数の１次元画像は、前記複数の放射線検出器（６）の各々における複数の１次元検出器によって記録されて前記断層撮影データを提供する、請求項２９記載の方法。
31. 前記被写体の２次元画像および３次元画像のいずれかは、前記断層撮影データに基づいて断層撮影再構成計算を実行することによって再構成される、請求項３０記載の方法。
32. 高い反復速度で取得される前記撮像データは、２次元透過画像を再構成するためのデータとして供給される、請求項２９記載の方法。
33. 前記複数の２次元透過画像は、その画像の数が前記支持構造が回転する各回転において、前記複数の走査装置の数に等しく、前記複数の２次元透過画像の各々の各１次元画像を、前記複数の放射線検出器の内の一つの放射線検出器における複数の１次元検出器の各々による一つの１次元放射線画像に基づいて形成することにより再構成される、請求項３２記載の方法。
34. 前記複数の２次元透過画像は、その画像の数が前記支持構造が回転する各回転において、前記複数の走査装置の数と、前記複数の放射線検出器の各々における１次元検出器の数との積に等しく、前記複数の２次元透過画像の各々を、前記複数の放射線検出器の内の一つの放射線検出器における複数の１次元検出器の内の一つの１次元検出器による複数の１
    次元放射線画像に基づいて形成することにより再構成される、請求項３２記載の方法。
35. 前記複数の２次元透過画像は、その画像の数が前記支持構造が回転する各回転において前記複数の走査装置の数と、前記複数の放射線検出器の各々における１次元検出器の数との積に等しく、前記複数の２次元透過画像の各々を、前記複数の放射線検出器の内の一つの放射線検出器における複数の１次元検出器による複数の１次元放射線画像に基づいて形成することにより再構成され、当該１次元放射線画像は、前記複数の放射線検出器の内の前記一つの放射線検出器における複数の１次元検出器の内の隣接する１次元検出器の間の距離に対応する距離を走査している間に記録される、請求項３２記載の方法。
36. 前記被写体を透過する放射線は、蛍光透視法によって高い反復速度で可視化される、請求項２９乃至３５のいずれか一項に記載の方法。

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