JP5469293B2 - ハイブリッド型コンピュータ断層撮影検出器を使用して画像再構成を行うための方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に云えば、画像再構成に関するものである。具体的には、本発明は、ハイブリッド型コンピュータ断層撮影（ＣＴ）検出器を使用して画像再構成を行うための手法に関するものである。

ＣＴイメージング・システムは様々な角度から患者を通り抜けたＸ線ビームの強度を測定する。患者を撮影する角度範囲が充分であると、走査対象物の内部構造を明らかにする断面画像を形成することができる。これらの画像は典型的には陰極線管又はコンピュータ画面上に表示され、またフィルム上に印刷又は再生することもできる。また、仮想３Ｄ画像をＣＴ検査によって生成することもできる。

ＣＴスキャナはＸ線源からＸ線ビームを投射して減弱性対象物（例えば、患者）に通すように動作する。Ｘ線ビームは、検出器の構成、最適な患者照射量、又は他の因子に依存して、線源と対象物との間でコリメートされて扇形又は円錐形ビームを形成する。次いで、一組の検出器素子が減弱したビームを検出する。検出器素子はＸ線ビームの強度に基づいた信号を発生する。このように測定されたデータは、Ｘ線通路に沿った対象物の減弱係数の線積分を表すように処理される。処理後のデータは典型的には「投影」と呼ばれる。フィルタ補正逆投影法のような再構成手法を使用することによって、これらの投影から断面画像が形成される。隣接した断面画像を一緒に表示して、対象物又は患者の被撮像領域を表すボリューム（立体物）を描くことができる。

当業者に理解されるように、物質の減弱係数は、Ｘ線が所与の長さの物質を通過するときに生じることのある２つの別々の事象の関数である。第１の事象はコンプトン散乱として知られており、これは所与の長さの物質を通過するＸ線フォトンが散乱する現象、すなわち、元々のビーム経路から方向が変わる現象を表し、その結果としてエネルギが変化する。第２の事象は光電吸収として知られており、これは所与の長さの物質を通過するＸ線フォトンが該物質によって吸収される現象を表す。

直ぐ予想されるように、異なる物質はそれらの散乱及び吸収特性が異なり、その結果、異なる物質では減弱係数が異なる。具体的に述べると、コンプトン散乱の確率はその一部が被撮像物質の電子密度に依存し、また光電吸収の確率はその一部が被撮像物質の原子番号に依存する、すなわち、原子番号が大きくなると、吸収の可能性が大きくなる。更に、コンプトン散乱効果及び光電吸収は共にＸ線ビームのエネルギにも部分的に依存する。結果として、相異なる物質は、該物質によるＸ線減弱度における光電吸収及びコンプトン散乱効果の相対的な重要性に基づいて互いから区別することができる。具体的に述べると、２つ以上のＸ線エネルギ又はスペクトル、すなわち、マルチエネルギ又はマルチスペクトルＣＴにおいて物質で生じる減弱の測定は、用いられるＸ線エネルギ・レベルにおいて物質についてそれぞれのコンプトン散乱及び光電吸収の寄与分を定量化できるようにすることができる。

マルチエネルギＣＴ走査は、２つの異なる実効Ｘ線エネルギによるＸ線透過測定値を取得するプロセスに関する。しばしば、これは２つ以上の管電圧（二重ｋＶｐ）における測定値を組み合わせることによって達成される。２つの異なる既知の実効エネルギの２つの測定値を使用して、組織及び／又は物質組成について情報を抽出することが可能である。共通の方策は、対象物を、骨と等価な吸収体と、軟組織と等価な吸収体とに分離することである。マルチエネルギ走査は、診断用Ｘ線エネルギ範囲内で、本質的に全てのＸ線相互作用が光電吸収又はコンプトン散乱のいずれかを介するものであり、これらが異なるエネルギ依存性を持つと云う原理に基づいている。これらは次いで、原子番号及び電子密度に異なる依存性を持つ。前に述べたように、コンプトン散乱の確率はＸ線エネルギ及び電子密度に依存し、他方、光電吸収の確率は原子番号につれて急激に増大し且つフォトン・エネルギの増大につれて急激に減少する。

エネルギ弁別（ＥＤ）検出器が一般にマルチエネルギＣＴ走査システムに使用されて、例えば、高エネルギ信号及び低エネルギ信号のような、２つ以上のエネルギ間隔に対応する２つ以上の信号を発生することによって、検出したフォトンのエネルギ分布に関する情報を提供する。当業者に理解されるように、ＥＤ検出器は、撮像ボリューム内の物質（１つ又は複数）の物理的な密度及び／又は実効原子番号に関する情報と関連して空間情報を提供する。空間情報並びに密度情報及び／又は原子番号情報を使用して、オペレータは、原子番号又は密度が異なっている骨、軟組織又は造影剤のような選択された物質を主に表示する画像を再構成することができる。このように、主に関心のある物質を表示する骨画像、軟組織画像、造影剤画像などを再構成することができる。これらの画像は次に関心のある物質のボリューム・レンダリングを形成するように関連付けることができ、これは骨の密度又は劣化、軟組織の損傷、造影剤の灌流などを決定する際に有用であると思われる。ＥＤ検出器は、単一線源エネルギで、又は二重ｋＶｐのＣＴシステムと同様な複数線源エネルギで使用することができる。

他方、従来のＣＴ検出器はエネルギ積算（ＥＩ）検出器と呼ばれる。ＥＩ検出器は、各ビュー(view)において吸収されたＸ線エネルギの総量に比例する電子信号を発生する。この結果、検出器信号は個々のフォトンのエネルギ分布に関する情報を何ら含んでいない。

画像データを再構成するためにエネルギ積算（ＥＩ）検出器又はエネルギ弁別（ＥＤ）検出器のいずれかを使用する多数の再構成手法がこれまで提案されている。ＥＤ検出器を使用する再構成は、画像再構成中、又は画像再構成後に、投影測定値について物質分解(decomposition) を遂行する段階を含む。再構成前の分解では、物質特有の（例えば、骨と軟組織、水と骨、水とバリウム、又はコンプトン散乱と光電）投影が各ビュー角度で計算され、そして各セットから、物質特有の画像が再構成される。この方式の利点は、ビーム硬化によるアーティファクトが防止されることである。再構成後のマルチエネルギ処理では、各画像はビーム硬化によるアーティファクトを持つことがあり、これは物質分解では除去されない。
米国特許第６９０４１１８号 米国特許第６８１９７３８号

ＣＴシステムで画像データを再構成するために、ＥＤ検出器セルによって供給されるエネルギ情報を、ＥＩ検出器セルによって供給される高フラックス能力及び高信号対ノイズ比（ＳＮＲ）と組み合わせる手法を開発することが望ましい。その上、ＥＩ検出器セル及びＥＤ検出器セルの組合せを有するＣＴ検出器を使用して、ＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを有する画像データを再構成するための手法を開発することが望ましい。

本発明の様々な実施形態は上記の及び他の要求に対処する。一実施形態では、エネルギ積算（ＥＩ）及びエネルギ弁別（ＥＤ）データ測定値を含む画像データセットを取得する方法を提供する。本方法は、取得サイクル中にＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを得る段階と、選択された態様で前記ＥＩ測定データと前記ＥＤ測定データとを組み合わせ且つ再構成して、少なくとも１つのＥＤ成分画像を作成する段階と、を含む。

第２の実施形態では、エネルギ積算（ＥＩ）及びエネルギ弁別（ＥＤ）データ測定値を含む画像データセットを取得する方法を提供する。本方法は、取得サイクル中にＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを得る段階を含む。次いで本方法は、ＥＩ測定データについて第１の再構成を行ってＥＩ画像を得る段階と、ＥＤ測定データについて第２の再構成を行って少なくとも１つのＥＤ成分画像を得る段階を含む。次いで本方法は、ＥＩ画像と少なくとも１つのＥＤ成分画像とを組み合わせて、更新ＥＤ成分画像又はＥＤ・ＥＩ組合せ画像の少なくとも一方を得る段階を含む。

第３の実施形態では、エネルギ積算（ＥＩ）及びエネルギ弁別（ＥＤ）データ測定値を含む画像データセットを取得する方法を提供する。本方法は、取得サイクル中にＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを得る段階を含む。次いで本方法は、ＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを選択的に組み合わせ、この組み合わせたＥＩ測定データ及びＥＤ測定データに基づいてＥＩデータセット及び１つ以上のＥＤ成分データセットの内の少なくとも１つを作成する段階を含む。次いで本方法は、ＥＩデータセット及び／又は１つ以上のＥＤ成分データセットに基づいて再構成を行って、ＥＩ再構成画像及び１つ以上のＥＤ成分画像の内の少なくとも１つを作成する段階を含む。

第４の実施形態では、エネルギ積算（ＥＩ）及びエネルギ弁別（ＥＤ）データ測定値を含む画像データセットを取得する方法を提供する。本方法は、取得サイクル中にＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを得る段階を含む。次いで本方法は、ＥＩ測定データに基づいて第１の再構成を行ってＥＩ画像を作成する段階と、ＥＤ測定データ及びＥＩ画像に基づいて第２の再構成を行って１つ以上のＥＤ成分画像を作成する段階を含む。

第５の実施形態では、エネルギ積算（ＥＩ）及びエネルギ弁別（ＥＤ）データ測定値を含む画像データセットを取得する方法を提供する。本方法は、取得サイクル中にＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを得る段階を含む。次いで本方法は、ＥＩ測定データに基づいて第１の再構成を行ってＥＩ画像を作成し、該ＥＩ画像について区分化(partitioning)アルゴリズムを適用して区分された画像を作成する段階を含む。次いで本方法は、ＥＤ測定データ及び区分された画像に基づいて第２の再構成を行って、１つ以上のＥＤ成分画像を作成する段階を含む。

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説明から最も良く理解されよう。図面においては、同じ参照符号は同様な部品を表す。

図１は、本発明の様々な面に従って画像データを取得し処理するイメージング・システム１０を例示する略図である。例示の実施形態では、システム１０は、本発明手法に従って２つ以上のＸ線エネルギ・レベル又はスペクトルで画像を取得し且つ該画像を表示及び分析のために処理するように設計されているマルチエネルギ・コンピュータ断層撮影（ＭＥ−ＣＴ）システムである。イメージング・システム１０は、各検出されたフォトンのエネルギ・レベルを評価できるようにするエネルギ弁別（ＥＤ）部分についてエネルギ分解能を持つ検出器を使用して、単一Ｘ線源スペクトルで画像データを取得するように設計することができる。図１に例示した実施形態では、イメージング・システム１０はＸ線放射線源１２を含む。この模範的な実施形態では、Ｘ線放射線源１２は典型的にはＸ線管である。

コリメータ１４は、患者１８のような被検体が位置決めされる領域の中へ放射線１６の流れを通過させる。一部の放射線２０は被検体を通過し又は迂回して、全体を参照数字２２で表した検出器アレイに衝突する。アレイの検出器素子は、入射Ｘ線ビームの強度を表す電気信号を発生する。これらの信号は取得されて、被検体内の様々な特徴の画像を再構成するように処理される。

特定の実施形態では、検出器２２はハイブリッド型検出器である。本書で用いる用語「ハイブリッド型検出器」とは、１つ以上のエネルギ積算（ＥＩ）検出器セルと１つ以上のエネルギ弁別（ＥＤ）検出器セルとの組合せを様々な構成で配列したものを表す。図２は、画像データを再構成するために本発明手法の実施形態によって用いられるハイブリッド型検出器の幾つかの模範的な構成を例示する。当業者に知られているように、エネルギ積算（ＥＩ）検出器は、各々のビューにおいて吸収されたＸ線エネルギの総量に比例する電子信号を発生する。その結果、検出器信号は、個々のフォトンのエネルギ分布に関する情報を何ら含まない。エネルギ弁別（ＥＤ）検出器は、例えば、高エネルギ信号及び低エネルギ信号のような、２つ以上のエネルギ間隔に対応する２つ以上の信号を発生することによって、検出したフォトンのエネルギ分布に関する情報を提供する。

システム制御装置２４が線源１２を制御することができる。システム制御装置２４は典型的には、ＣＴ検査シーケンスのために電力及び制御信号の量を供給する。その上、検出器２２がシステム制御装置２４に結合されており、システム制御装置２４は、検出器２２で発生された信号の取得を制御する。システム制御装置２４はまた、ダイナミックレンジの初期調節、ディジタル画像データのインターリーブなどのためのような様々な信号処理及びフィルタ機能を実行することができる。一般に、システム制御装置２４はイメージング・システムの動作を指令して、検査プロトコルを実行し且つ取得データを処理する。本発明に関して云えば、システム制御装置２４はまた、典型的には汎用又は特定用途向けディジタル・コンピュータをベースとした信号処理回路、コンピュータによって実行されるプログラム及びルーチンと共に構成設定パラメータ及び画像データを記憶するための関連したメモリ回路、インターフェース回路などを含む。

図１に例示された実施形態では、システム制御装置２４は線形位置決めサブシステム２６及び回転サブシステム２８に結合されている。回転サブシステム２８は、患者１８を中心にしてＸ線源１２、コリメータ１４及び検出器２２を１回転又は複数回転させることができる。ここで、回転サブシステム２８はガントリを含むことができることに留意されたい。この場合、システム制御装置２４はガントリを動作させるために利用することができる。線形位置決めサブシステム２６は、患者１８、より詳しく述べると患者テーブルを、直線的に変位させることができる。従って、患者テーブルは、患者１８の特定の部位の画像を作成するためにガントリ内を直線的に移動することができる。

その上、当業者に理解されるように、放射線源は、システム制御装置２４内に配置されたＸ線制御装置３０によって制御することがシステム制御装置２４できる。具体的に述べると、Ｘ線制御装置３０はＸ線源１２に電力及びタイミング信号を供給するように構成されていて、線源１２がどのようなＸ線エネルギ・レベル又はスペクトルを放出するのかを決定することができる。モータ制御装置３２は回転サブシステム２８及び線形位置決めサブシステム２６の動きを制御するために利用することができる。

更に、システム制御装置２４はまた、例示されているように、データ取得システム３４を含む。この模範的な実施形態では、検出器２２はシステム制御装置２４に、より具体的に述べると、データ取得システム３４に結合されている。データ取得システム３４は、検出器２２の読出し電子回路によって収集されたデータを受け取る。データ取得システム３４は典型的には検出器２２からサンプリングされたアナログ信号を受け取って、コンピュータ３６によるその後の処理のためにデータをディジタル信号へ変換する。

コンピュータ３６は典型的にはシステム制御装置２４に結合されている。データ取得システム３４によって収集されたデータは、その後の処理及び再構成のためにコンピュータ３６に伝送される。コンピュータ３６は、コンピュータ３６によって処理されたデータ又はコンピュータ３６によって処理すべきデータを記憶できるメモリ３８を含むか又はそれと通信することができる。ここで、所望量のデータ及び／又はコードを記憶する能力のある任意の型式のコンピュータ・アクセス可能なメモリ装置を上記のような模範的なシステム１０によって利用することができることを理解されたい。更に、メモリ３８は、磁気的装置又は光学的装置のような同じ形式又は異なる形式の１つ以上のメモリ装置を含むことができ、これらの装置はシステム１０と同じ場所及び／又は遠隔の場所にあってよい。メモリ３８は、データ、処理パラメータ、及び／又は本書で述べるプロセスを遂行するための１つ以上のルーチンを含むコンピュータ・プログラムを記憶することができる。

コンピュータ３６はまた、システム制御装置２４によって可能とされた特徴、すなわち、走査動作及びデータ取得を制御するように適応させることもできる。更に、コンピュータ３６は、典型的にはキーボード及び他の入力装置（図示せず）を装備したオペレータ・ワークステーション４０を介して、オペレータから指令又は走査パラメータを受け取るように構成することができる。これにより、オペレータは入力装置を介してシステム１０を制御することができる。従って、オペレータは、コンピュータ３６からの再構成画像及びシステムに関連した他のデータを観察すること、イメージングを開始すること等々を行うことができる。

オペレータは入力装置を介してシステム１０を制御することができる。従って、オペレータは、コンピュータ３６からの再構成画像及びシステムに関連した他のデータを観察すること、イメージングを開始すること等々を行うことができる。同様に、オペレータ・ワークステーション４０に結合された表示装置４２により、オペレータが再構成画像を観察し且つイメージングを制御することを可能にすることができる。更に、再構成画像はまたプリンタ４４によって印刷することができ、プリンタ４４はオペレータ・ワークステーション４０に結合することができる。表示装置４２及びプリンタ４４はまた、コンピュータ３６に、直接に又はオペレータ・ワークステーション４０を介して接続することができる。更に、オペレータ・ワークステーション４０はまた、画像保管及び通信システム（ＰＡＣＳ）４６に結合することができる。ここで、ＰＡＣＳ４６は遠隔のクライアント４８、放射線科情報システム（ＲＩＳ）、病院情報システム（ＨＩＳ）、或いは内部又は外部ネットワークに結合して、異なる場所に居る者が画像に及び画像データにアクセスできるようにすることができることに留意されたい。

また更に、コンピュータ３６及びオペレータ・ワークステーション４０は、標準の又は特殊目的のコンピュータ及び関連処理回路を含むことのできる他の出力装置に結合することができることに留意されたい。１つ以上のオペレータ・ワークステーション４０を、システム・パラメータを出力し、検査を要求し、画像を見ることなどのために、システムに更にリンクさせることができる。一般に、システム内に設けられる表示装置、プリンタ、ワークステーション及び同様な装置は、データ取得用構成部品と同じ場所に設置することができ、或いはこれらの構成部品から遠隔の場所、例えば、インターネット、仮想プライベート・ネットワークなどのような１つ以上の構成設定可能なネットワークを介してリンクされた、研究所又は病院内の他の場所、或いは全く異なる場所に設置することができる。

図２は、図１のイメージング・システムによって取得されたエネルギ積算（ＥＩ）測定値及びエネルギ弁別（ＥＤ）測定値を有する画像データを再構成するための模範的なハイブリッド型検出器のセル構成を例示する。参照数字５０は、Ｘ軸に沿ってインターリーブ（交互配置）形式に配列された、１つ以上のエネルギ積算（ＥＩ）検出器セル５２及び１つ以上のエネルギ弁別（ＥＤ）検出器セル５４を含むハイブリッド型検出器のセル構成を例示する。特定の実施形態では、検出器セルのインターリーブ型配列は、横列を交互にした、縦列を交互にした、又は市松模様にした、ＥＩセル５２及びＥＤセル５４の配列を含む。減衰器あるいは移動可能なコリメータ羽根又はフィルタ５６がＥＤ検出器セル５４の１つ以上を塞ぐように構成される。参照数字５７は、Ｚ軸に沿ってインターリーブ（交互配置）形式に配列された、１つ以上のＥＩ検出器セル５２及び１つ以上のＥＤ検出器セル５４を含む別のハイブリッド型検出器のセル構成を例示する。参照数字５８は、ＥＩ検出器セル５２によって囲まれたＥＤ検出器セル５４の中央部分を含むハイブリッド型検出器のセル構成を例示する。参照数字５５は、ＥＤ検出器セル５４の最上層及びＥＩ検出器セル５２の最下層を含む多層ハイブリッド型検出器のセル構成を例示する。 この構成では、ＥＤ層は飽和を避けるために実質的に薄く製作され、このためＥＤ層を通り抜けたフォトンがＥＩ層によって検出される。参照数字５９は、検出器セルがＥＤ及びＥＩの両モードで動作するように構成されたハイブリッド型検出器のセル構成を例示する。模範的な動作では、ハイブリッド型検出器のセル構成５９を有するセルは、フラックスが低いときＥＤセル５４として機能し、またフラックスが高いときはＥＩセル５２として機能するように構成されている。別の模範的な動作では、検出器セルは、例えば、ＥＤ測定値を生じる低ｍＡのビューの後にＥＩ測定値を生じる高ｍＡのビューが続くように、決定論的態様でＥＤモードからＥＩモードへ切り換えることができる。その結果のデータセットは、ＥＤビュー及びＥＩビューを含むハイブリッド型データセットである。参照数字６０は、ＥＩセル５２及びＥＤセル５４が静止型ＣＴ構成に配列された更に別のハイブリッド型検出器のセル構成を例示する。複数のＥＩ検出器セル５２は検出器アレイ２２に沿って配列することができる。また、複数のＥＤ検出器セル５４は複数のＥＩ検出器セル５２に隣接して且つ検出器アレイ２２に沿って配列することができる。理解されるように、静止型ＣＴシステムは１つ以上の静止型放射線源（図示せず）を含む。一般に、多くの実施形態では、ＥＩ検出器部分及びＥＤ検出器部分はまた、（多分に別々の線源を持つ場合でも）互いから空間的に分離することができ、その結果、ハイブリッド型検出器と比べてハイブリッド型システムが構成される。

参照数字６２は、円弧状組合せ検出器６５を有する別の模範的なハイブリッド型検出器のセル構成を例示する。この実施形態では、第１の放射線源６３及び第２の放射線源６４を用いることができる。第１の放射線源６３及び第２の放射線源６４は一実施形態では逐次的に照射することができることに留意されよう。更に、本発明手法の様々な面によれば、３つ以上の線源も用いることができる。円弧状検出器６５は、第１の側方翼状部６６と、第２の側方翼状部６７と、第１及び第２の側方翼状部６６，６７の間に配置された中央部６８とを含むことができる。現在考えられる構成では、第１の側方翼状部６６は第１組の複数のエネルギ積算検出器素子を含むことができる。同様な態様で、第２の側方翼状部６７は第２組の複数のエネルギ積算検出器素子を含むことができる。また、中央部６８は複数のエネルギ弁別検出器素子を含むことができる。参照数字６９は比較的大きい関心のある領域を表し、他方、参照数字７０は比較的小さい関心のある領域を表す。本発明手法の模範的な面によれば、比較的大きい視野を持つＸ線ビームの一部分を複数のエネルギ積算検出器素子によって測定することができ、他方、比較的小さい視野を持つＸ線ビームの一部分を複数のエネルギ弁別検出器素子によって測定することができる。

以下に説明する流れ図は、図２に例示して説明したハイブリッド型検出器構成の内の１つ以上を使用して、ＥＩ画像及び１つ以上のＥＤ成分画像を作成するために選択された態様でＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを組み合わせるための様々な実施形態を例示する。当業者に知られているように、ＥＤ成分画像を有する各ボクセルは、光電吸収密度／重量及びコンプトン散乱密度／重量によって特徴付けることができる。Ｘ線減弱が主に光電吸収及びコンプトン散乱によるものであることを理解すると、ボクセルにおける線減弱度(linear attenuation)は２つのパラメータφ及びθによって特徴付けることができる。ここで、φは所与の組織又はボクセルにおける光電吸収の量を表し、θは所与の組織又はボクセルにおけるコンプトン散乱を表す。光電吸収（Φ（Ｅ））及びコンプトン散乱（Θ（Ｅ））による効果のエネルギ依存性が知られていて、物質とは独立である場合、ボクセルの線減弱度は以下の式（１）に示されるように表すことができる。

μ（Ｅ）＝φ・Φ(E)＋θ・Θ(E) （１）
各物質の減弱度が２つの基底関数Φ（Ｅ）及びΘ（Ｅ）の一次結合として表すことができるので、それらのφ及びθが一次独立である任意の２つの物質を、新しい一組の基底関数を定義するために選ぶことができる。このような物質の典型的な例は、それらに限定されないが、水と骨、又は骨とヨウ素である。例えば、水と骨の分解は、以下に示されているように式（２）によって表すことができる。

μ（Ｅ）＝ｗ・Ｗ(E)＋ｂ・Ｂ(E) （２）
ここで、ｗは水を表し、ｂは骨を表す。式（２）は下式を代入することによって、式（１）に変換することができる（その逆も可能である）。

Ｗ（Ｅ）＝ｃ１・Φ(E)＋ｃ２・Θ(E) （３）
Ｂ（Ｅ）＝ｃ３・Φ(E)＋ｃ４・Θ(E) （４）
ここで、ｃ１、ｃ２、ｃ３及びｃ４は経験的に定められた係数である。この代わりに、理想的な物質、例えば、光電吸収を生じないでコンプトン相互作用のみを持つ第１の理想的物質とコンプトン相互作用を持たずに光電吸収のみを生じる第２の理想的な物質とを使用することができる。次いで、任意の実際の物質を、これらの２つの理想的な物質の一次結合として表すことができる。

従って、本発明手法の様々な面によれば、１つ以上のＥＤ成分画像を作成する段階は、ＥＤ測定値に基づいて、ＥＤ成分画像を構成する各ボクセルについて光電吸収部分及びコンプトン散乱部分の１つ以上を決定する段階を含む。本書で用いる「ＥＤ成分画像」とは、これに限定されないが、コンプトン散乱成分画像、光電成分画像、水成分画像、又は骨成分画像を含むことができる。他の用途のためには、吸収スペクトルにおけるＫエッジの存在のような付加的な物理的プロセスのモデルを作ることが必要なことがある。

図３は、本発明の一実施形態に従って、ハイブリッド型ＣＴ検出器を使用して画像データを再構成するための模範的な論理を含む模範的な様々な処理段階の流れ図である。先ず段階７１で、取得サイクル中にＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを得る。段階７２で、ＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを選択された態様で組み合わせて再構成することにより、１つ以上のＥＤ成分画像を作成する。一実施形態では、ＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを組み合わせる段階は、ＥＤ測定データ及びＥＩ測定データについて逐次近似再構成(iterative reconstruction)を行って、１つ以上のＥＤ成分画像を作成する段階を含む。逐次近似再構成法の例としては、これに限定されないが、最大尤度（ＭＬ）法、帰納的最大確率（ＭＡＰ）法、加重最小自乗（ＷＬＳ）法及びペナライズド(penalized) 加重最小自乗（ＰＷＬＳ）法が挙げられる。ＥＤ成分画像は更に処理して、線減弱係数画像、ＣＴナンバー画像又は単一物質画像の内の少なくとも１つを作成することができる。一実施形態では、ＥＤ成分画像は、コンプトン散乱による減弱度又は光電効果による減弱度の内の少なくとも１つを表す。

図４は、本発明の別の実施形態に従って、ハイブリッド型ＣＴ検出器を使用して画像データを再構成するための模範的な論理を含む模範的な様々な処理段階の流れ図である。段階７４で、取得サイクル中にＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを得る。段階７６で、ＥＩ測定データについて第１の再構成を行って、ＥＩ画像を得る。段階７８で、ＥＤ測定データについて第２の再構成を行って、１つ以上のＥＤ成分画像を得る。段階８０で、ＥＩ画像とＥＤ成分画像とを組み合わせて、更新ＥＤ成分画像又はＥＤ・ＥＩ組合せ画像を得る。当業者に理解されるように、本発明の実施形態に従ったハイブリッド型検出器の使用の結果として作成されるＥＤ画像は、完全なＥＤデータが得られなかったことに起因してアーティファクト又は周波数成分の欠落が生じることがある。一実施形態によれば、ＥＩ画像及びＥＤ画像はそれらのいずれかにおける情報の欠落又はアーティファクトを補償するように組み合わされる。一実施形態では、この組み合わせは、（例えば、ＥＤデータにより視野の切断が生じた場合における）欠落したＥＤ部分を、ＥＩ画像の拡縮後のもので補修(patching)することを含む。別の実施形態では、この組み合わせは、ＥＤ画像における欠落した高周波成分を補修するための高周波成分についてＥＩ画像を使用することを含む。更に別の実施形態では、異なるカラー・マップをオーバーレイすることによってＥＤ画像とＥＩ画像とを組み合わせることができる。更に、特定の実施形態では、第１の再構成は、ＥＩ画像を得るためにフィルタ補正逆投影法を使用して遂行することができる。また第２の再構成は、１つ以上のＥＤ成分画像を作成するために逐次近似再構成法を使用して遂行することができる。

図５は、本発明の別の実施形態に従って、ハイブリッド型ＣＴ検出器を使用して画像データを再構成するための模範的な論理を含む模範的な様々な処理段階の流れ図である。先ず段階８２で、取得サイクル中にＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを得る。段階８４で、ＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを選択的に組み合わせる。一実施形態では、このＥＩ測定データ及びＥＤ測定データ選択的に組み合わせる段階は、（例えば、ＥＤデータにより視野の切断が生じた場合における）欠落したＥＤ部分を、ＥＩデータの拡縮後のもので補修することを含む。別の実施形態では、この組み合わせる段階は、ＥＤデータにおける欠落した高周波成分を補修するための高周波成分についてＥＩデータを使用することを含む。段階８６で、組み合わせたＥＩ測定データ及びＥＤ測定データに基づいて、ＥＩデータセット及び／又は１つ以上のＥＤ成分データセットを作成する。段階８８で、ＥＩデータセット及び１つ以上のＥＤ成分データセットに基づいて再構成を行って、ＥＩ再構成画像と１つ以上のＥＤ成分画像との内の少なくとも１つを作成する。更に、一実施形態では、ＥＩデータセットについてフィルタ補正逆投影再構成を行って、ＥＩ再構成画像を作成し、またＥＤ成分データセットについて逐次近似再構成を行って、１つ以上のＥＤ成分画像を作成する。

図６は、本発明の更に別の実施形態に従って、ハイブリッド型ＣＴ検出器を使用して画像データを再構成するための模範的な論理を含む模範的な様々な処理段階の流れ図である。先ず段階９０で、取得サイクル中にＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを得る。段階９２で、ＥＩ測定データに基づいて第１の再構成を行って、ＥＩ画像を作成する。段階９４で、ＥＤ測定データ及びＥＩ画像に基づいて第２の再構成を行って、１つ以上のＥＤ成分画像を作成する。特定の実施形態では、ＥＩ画像はＥＤ画像を再構成するための出発点として又は事前情報として使用される。事前情報は、ＥＤ画像における疎らな又は欠落したデータを補償する。更に、ＥＩ画像は、変換関数を使用して、１つ以上のＥＤ成分画像の逐次近似再構成のための最初の推定値を生じるように変換することができる。この変換されたＥＩ画像は、逐次近似再構成処理中にＥＤ画像についての制約として、又はＥＤ画像の逐次近似再構成より以前の絶対強度として使用することができる。更に、或る特定の実施形態では、フィルタ補正逆投影再構成を使用して第１の再構成を行って、ＥＩ画像を得ることができる。また、逐次近似再構成を使用して第２の再構成を行って、１つ以上のＥＤ成分画像を作成することができる。一実施形態では、第２の再構成は、ＥＩ画像を拡縮する段階、ＥＩ画像をＥＤ成分画像の逐次近似再構成における最初の推定値として使用する段階、又はＥＩ画像をＥＤ成分画像の逐次近似再構成における事前情報として使用する段階を含む。別の実施形態では、第２の再構成は、第１の成分を固定した状態に保ちながら、２物質空間内で第１の成分に対して直交する第２の成分を再構成する。例えば、第１の成分が水の密度を表している場合、第２の成分はゼロの水密度を持つ。

図７は、本発明の更に別の実施形態に従って、ハイブリッド型ＣＴ検出器を使用して画像データを再構成するための模範的な論理を含む模範的な様々な処理段階の流れ図である。先ず段階９６で、取得サイクル中にＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを得る。段階９８で、ＥＩ測定データについて第１の再構成を行って、ＥＩ画像を作成する。段階１００で、ＥＩ画像について区分化アルゴリズムを適用して、区分された画像を作成する。一実施形態では、区分化アルゴリズムは、ＥＩ画像を、骨領域、軟組織又はヨウ素領域の内の少なくとも１つにセグメント化する。当業者に理解されるように、区分化アルゴリズム（又はセグメント化アルゴリズム）は、二次導関数のゼロ交差のような簡単な閾値判定手法に基づいたものである。区分化アルゴリズムはまた、区分化段階で役立つ、例えばアトラスの形態の解剖学的情報を使用することができる。段階１０２で、ＥＤ測定データ及び区分された画像に基づいて第２の再構成を行って、１つ以上のＥＤ成分画像を作成する。一実施形態では、第２の再構成は、ＥＩ画像を拡縮する段階、ＥＩ画像をＥＤ成分画像の逐次近似再構成における最初の推定値として使用する段階、又はＥＩ画像をＥＤ成分画像の逐次近似再構成における事前情報として使用する段階を含む。別の実施形態では、第２の再構成は、区分化アルゴリズムによって識別された通りの特定の組織分類（例えば、ヨウ素と骨）で各領域を再構成することができる。

本書では本発明の或る特定の特徴のみを例示して説明したが、当業者には多くの修正及び変更を為し得よう。従って、特許請求の範囲が本発明の真の精神に範囲内にあるこのような修正及び変更の全てをカバーするものであることを理解されたい。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。

本発明の様々な面に従って画像データを取得し処理するイメージング・システムを例示する略図である。 図１のイメージング・システムによって取得されたエネルギ積算（ＥＩ）測定値及びエネルギ弁別（ＥＤ）測定値を有する画像データを再構成するための模範的なハイブリッド型検出器のセル構成を例示する略図である。 本発明の一実施形態に従って、ハイブリッド型ＣＴ検出器を使用して画像データを再構成するための模範的な論理を含む模範的な様々な処理段階の流れ図である。 本発明の別の実施形態に従って、ハイブリッド型ＣＴ検出器を使用して画像データを再構成するための模範的な論理を含む模範的な様々な処理段階の流れ図である。 本発明の別の実施形態に従って、ハイブリッド型ＣＴ検出器を使用して画像データを再構成するための模範的な論理を含む模範的な様々な処理段階の流れ図である。 本発明の更に別の実施形態に従って、ハイブリッド型ＣＴ検出器を使用して画像データを再構成するための模範的な論理を含む模範的な様々な処理段階の流れ図である。 本発明の更に別の実施形態に従って、ハイブリッド型ＣＴ検出器を使用して画像データを再構成するための模範的な論理を含む模範的な様々な処理段階の流れ図である。

符号の説明

１０ 画像データを取得し処理するシステム
１２ Ｘ線放射線源
１４ コリメータ
１６ 放射線の流れ
１８ 患者
２０ 放射線
２２ 検出器アレイ
２４ システム制御装置
２６ 線形位置決めサブシステム
２８ 回転サブシステム
５０、５５、５７、５８、５９、６０、６２ ハイブリッド型検出器のセル構成
５２ ＥＩ検出器セル
５４ ＥＤ検出器セル
５６ 減衰器
６３ 第１の放射線源
６４ 第２の放射線源
６５ 円弧状検出器
６６ 第１の側方翼状部
６７ 第２の側方翼状部
６８ 中央部
６９ 比較的大きい関心のある領域
７０ 比較的小さい関心のある領域

Claims (10)

1. エネルギ積算（ＥＩ）及びエネルギ弁別（ＥＤ）データ測定値を含む画像データセットを取得する方法であって、
   取得サイクル中にＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを得る段階と、
   選択された態様で前記ＥＩ測定データと前記ＥＤ測定データとを組み合わせる段階と
   を含み、前記組み合わせる段階が、
   前記ＥＩ測定データに基づいて第１の再構成を行って、ＥＩ画像を得る段階と、
   前記ＥＤ測定データに基づいて第２の再構成を行って、少なくとも１つのＥＤ成分画像を得る段階と、
   前記ＥＩ画像と前記少なくとも１つのＥＤ成分画像とを組み合わせて、前記ＥＩ画像または前記ＥＤ成分画像の情報の欠陥またはアーティファクトを補償した、更新ＥＤ成分画像およびＥＤ・ＥＩ組合せ画像の内うちの少なくとも１つを得る段階と、
   を含む、方法。
2. 更に、前記ＥＤ成分画像を処理して、線減弱係数画像、ＣＴナンバー画像又は単一物質画像の内の少なくとも１つを作成する段階を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記組み合わせる段階は、前記ＥＤ測定データ及び前記ＥＩ測定データについて逐次近似再構成を行って、前記少なくとも１つのＥＤ成分画像を作成する段階を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記ＥＤ成分画像は、コンプトン散乱による減弱又は光電効果による減弱の内の少なくとも一方を表している、請求項３に記載の方法。
5. エネルギ積算（ＥＩ）及びエネルギ弁別（ＥＤ）データ測定値を含む画像データセットを取得する方法であって、
   取得サイクル中にＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを得る段階と、
   前記ＥＩ測定データ及び前記ＥＤ測定データを選択的に組み合わせる段階と、
   前記組み合わせたＥＩ測定データ及びＥＤ測定データに基づいてＥＩデータセット及び１つ以上のＥＤ成分データセットの内の少なくとも１つを作成する段階と、
   前記ＥＩデータセット及び前記１つ以上のＥＤ成分データセットに基づいて再構成を行って、前記ＥＩデータセットまたは前記ＥＤ成分データセットの情報の欠陥またはアーティファクトを補償した、ＥＩ再構成画像及び１つ以上のＥＤ成分画像の内の少なくとも１つを作成する段階と、
   を含む、方法。
6. エネルギ積算（ＥＩ）及びエネルギ弁別（ＥＤ）データ測定値を含む画像データセットを取得する方法であって、
   取得サイクル中にＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを得る段階と、
   前記ＥＩ測定データに基づいて第１の再構成を行って、ＥＩ画像を作成する段階と、
   前記ＥＤ測定データ及び前記ＥＩ画像に基づいて第２の再構成を行って、前記ＥＤ測定データの情報の欠陥またはアーティファクトを補償した、１つ以上のＥＤ成分画像を作成する段階と、
   を含む、方法。
7. 前記第２の再構成は、１つ以上のＥＤ成分画像を作成するために逐次近似再構成を行う段階を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記第２の再構成は、前記ＥＩ画像を拡縮する段階、前記ＥＤ成分画像の逐次近似再構成における最初の推定値として前記ＥＩ画像を使用する段階、又は前記ＥＤ成分画像の逐次近似再構成における事前情報として前記ＥＩ画像を使用する段階の内の少なくとも１つを含む、請求項７に記載の方法。
9. エネルギ積算（ＥＩ）及びエネルギ弁別（ＥＤ）データ測定値を含む画像データセットを取得する方法であって、
   取得サイクル中にＥＩ測定データ及びＥＤ測定データを得る段階と、
   前記ＥＩ測定データに基づいて第１の再構成を行って、ＥＩ画像を作成する段階と、
   前記ＥＩ画像について区分化アルゴリズムを適用して、区分された画像を作成する段階と、
   前記ＥＤ測定データ及び前記区分された画像に基づいて第２の再構成を行って、前記ＥＤ測定データの情報の欠陥またはアーティファクトを補償した、１つ以上のＥＤ成分画像を作成する段階と、
   を含む、方法。
10. 前記区分化アルゴリズムは、前記ＥＩ画像を、骨領域、軟組織又はヨウ素領域の内の少なくとも１つにセグメント化する段階を含む、請求項９に記載の方法。
    

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