JP5722950B2 - スペクトル分解x線撮像装置 - Google Patents
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Description
a)所与の観察周期中に連続的に変化するエネルギースペクトルを有するX線を放射する段階;
b)前記観察周期内の異なるサンプリング期間中に所与の測定領域(例えば、センサユニットの)で測定されたX線の量を表す、2以上である複数mの、放射線サンプリング値を生成する段階;
c)上記サンプリング期間に関するX線源の実効エネルギースペクトルを推定する段階;
を有する。
− 異なる高電圧設定を用いた複数の連続的なスキャン(すなわち、対象物の周りの回転)を行う。この場合、患者の動きからのアーチファクトによって画質が低下する。
− X線検出器が各々の回転角及び高電圧設定の投影を記録しながらスキャン中に異なる高電圧設定間で高速切替えを行う(W.A.Kalender等、「Evaluation of a prototype dual-energy computed tomographic apparatus, I. Phantom studies」、Med. Phys.、1986年、第13巻、p.334-339を参照)。
− 2つ(以上)のX線管及び2つ(以上)の検出器がガントリーに取り付けられ、スキャン中に同時に作動される。
− 連続的(好ましくは、周期的でもある)に変化するエネルギースペクトルP(E,t)を有するX放射線を生成するX線源10。
− X線源10により放射されたX線を測定し、対応する連続的な測定信号i(t)を提供するセンサ部20と、測定信号i(t)を読み出し、それをデジタル値に変換する読み出し部30とを有する検出器。
− 放射線源10内の実際の管電圧U(t)を測定する電圧センサユニット40。
− 検知されてデジタル化された管電圧及び検出器の測定信号が更なる処理のために供給される、好ましくはワークステーションのようなデータ処理装置によって実現された、評価システム50。
− 測定された検出器信号i(tk)、
− 関連する管電圧U(tk)、及び
− 回転ディスク13の透過率T(E,tk)
を、
− 時点tkで使われていたX線スペクトルΦk(E)=P(E,tk)の計算、及び
− このスペクトルΦk(E)の測定された検出器信号i(tk)への関連付け、
のために取得することが可能である。仮に、これが観察周期T中の異なる時点t1,・・・,tk,・・・,tmで行われる場合、これは異なる光子エネルギースペクトルΦk(E)に対応する測定値i(tk)を生じさせることになる。
For tA=0からEnd_of_Scanまで、Tごとに、do
*** スキャン時間全体にわたって連続的にサンプリング
For k =1からmまで、do ***各周期Tにおいてサブサンプリング
t=tA+k・Ts
a)y(t)を記録、
b)U(t)を決定、
c)実効一次(プライマリ)管スペクトルΦk(E)をb)から決定
endfor
d)係数aj(tA) (j=1・・・J)をμ(E,r)モデルに従って決定(例えば、Alvarez−Markovskiの方法)
endfor
段階d)にて適用され得るAlvarez−Markovskiの方法は以下のように要約され得る(上述のR.E.Alvarez、A.Macovskiの論文を参照)。
− 一般的プロシージャの段階a)における検出器信号i(t)のサンプリングが、周波数応答G(f)を有するADCを用いて実行される。
− 一般的プロシージャの段階b)におけるチューブ高電圧U(t)が、同一の帯域幅又は一層高い帯域幅を有する信号処理ユニットを用いて決定される。
− 一般的プロシージャの段階c)における実効一次管スペクトルΦk(E)が然るべく計算される。このスペクトルが単一のピークエネルギー(すなわち、単一の高電圧)を有する方形波の場合と対照的に、この場合には、1つのサンプリング期間Ikに対応する一次スペクトルがピークエネルギーの分布を表す。信号i(t)が100%のデューティサイクルでサンプリングされる場合、すなわち、インパルス応答g(t)が長方形“ボックスカー”形状を有する場合、Φk(E)は、期間E1<Epeak<E2内にピークエネルギーEpeakを有する一次管スペクトルP(E,t)の平均値を表す。信号処理電子回路G(f)がフレキシブルな周波数応答を有する場合、インパルス応答g(t)はボックスカー形状から有意に逸脱し得る。この場合、サンプリング点tkに関するΦk(E)の計算は、管スペクトルの(g(t)で重み付けられた)加重平均である。
管電圧の連続時間モデルUmodel(t)が構築され、管スペクトルモデルQ(E,U)と結合される。得られた管スペクトルモデルP(E,t)を検出器のインパルス応答g(t)と折り畳むことにより、最終的に、モジュールb)の実行からの全ての管電圧U(t)に対して理論的なスペクトルΦk(E)が与えられる。重要なことには、このかなり複雑な手順が実行されねばならず、スペクトルΦk(E)は、サンプリング時間tにおけるピークエネルギーEpeakに対応するスペクトルを用いることによっては計算され得ない。フィルタ処理は線形時不変系(linear time invariant system;LTI系)を必要とし、X線透過のエネルギー依存性は非線形であるからである。
第2の方法は、G(f)がボックスカー形状である方法1の特別なケースである。これは、i(t)及びU(t)のサンプリングが最小のデューティサイクル(→0%)で実行されることを意味する。これを図4及び5に示す。これらの図は、スペクトルCTシステムの例示的な動作を、高電圧変調U(t)(図4)及び対応する検出器出力i(t)(図5)で示している。二種類の信号処理電子回路を検討する。第1は、サンプリングが積分器型フィルタIFを用いて実行される。すなわち、信号が積分期間にわたって平均化される。第2は、この例では周波数ドメインでボックスカー形状を有するフレキシブルフィルタFFが適用される。すなわち、時点tでサンプリングされたデータ点が、時点tでの量子化されたデータ値を反映する。
第3の方法においては、m個の検出器データのサブサンプリングに、Alvarez−Markovski法で抽出される係数A1,・・・,Anの数n(m>n)より多くの数のデータ点が用いられる。それ以外は、方法2においてと同じ技術が用いられる。最終段階として、係数A1,・・・,Anを抽出するために最尤法が適用される(上述のR.E.Alvarez、A.Macovskiの論文を参照)。例えば、n=2の場合、A1及びA2は、それぞれ、“光効果画像”及び“コンプトン効果画像”を表し得る。後者の画像は電子密度の定量的な測定を可能にする。
− X線CTシステムが現在用いられている医用撮像。数多くの臨床用途が、特にシステムが造影剤と組み合わされた場合に、高められたコントラスト分解能の恩恵を受けることになる。CT−血管造影においては、石灰化の視認性が向上され得る。
− 非破壊検査において、物質分解が処理段階で実行され得る。
− 自国の保安において、荷物スキャンシステムの物質の選択性が向上される。
など、如何なる撮像分野にも用いられ得る。
Claims (15)
- a)所与の観察周期中に、連続的に変化するエネルギースペクトルを有するX線を放射するX線源;
b)前記観察周期内の異なるサンプリング期間中に当該検出器のセンサユニットによって測定されたX線の量を表す、2以上である複数mの、放射線サンプリング値を生成する検出器であり、連続的な測定信号から前記サンプリング値を重み関数に従ってサンプリングする放射線サンプリングユニットを有する検出器;
c)m個のサンプリング期間に関する前記X線源の実効的なエネルギースペクトルを推定するスペクトル推定ユニットであり、前記X線源の管電圧の連続時間モデルと結合された管スペクトルモデルを、前記放射線サンプリングユニットの前記重み関数と折り畳むことによって、前記実効的なエネルギースペクトルを推定するスペクトル推定ユニット;
を有するX線撮像装置。 - 前記X線源は、時間とともに変化するスペクトル特性を有するフィルタ素子を有する、請求項1に記載のX線撮像装置。
- 前記X線源は、X線管と、該X線管に付随し該X線管に周期的な管電圧を供給する発生器とを有する、請求項1に記載のX線撮像装置。
- 前記周期的な管電圧は正弦波の管電圧である、請求項3に記載のX線撮像装置。
- 前記管電圧を測定する電圧センサユニットを有する請求項3又は4に記載のX線撮像装置。
- 前記電圧センサユニットは、前記サンプリング期間中に電圧値をサンプリングする電圧サンプリングユニットを有する、請求項5に記載のX線撮像装置。
- 前記スペクトル推定ユニットは、前記実効的なエネルギースペクトルを、様々な管電圧に対して与えられたモデルスペクトルから決定する、請求項6に記載のX線撮像装置。
- 前記放射線サンプリングユニットは、特にΣΔ型A/D変換器であるオーバーサンプリングA/D変換器を有する、請求項1又は6に記載のX線撮像装置。
- 前記電圧サンプリングユニットは、特にΣΔ型A/D変換器であるオーバーサンプリングA/D変換器を有する、請求項6に記載のX線撮像装置。
- 前記放射線サンプリングユニットは、異なる観察周期の類似したサンプリング期間に属するサンプリング値から成るm個のデータストリームを生成するフィルタユニットを有する、請求項1又は6に記載のX線撮像装置。
- 前記電圧サンプリングユニットは、異なる観察周期の類似したサンプリング期間に属するサンプリング値から成るm個のデータストリームを生成するフィルタユニットを有する、請求項6に記載のX線撮像装置。
- 前記X線源と前記検出器との間のX線経路内に配置された対象物内の減衰係数μを、異なる投影方向から取得された該対象物のX線投影から計算する再構成モジュール、を有する請求項1に記載のX線撮像装置。
- CTスキャナである請求項1に記載のX線撮像装置。
- 対象物のスペクトル分解X線画像を生成する方法であって、
a)所与の観察周期中に、連続的に変化するエネルギースペクトルを有するX線を放射する段階;
b)前記観察周期内の異なるサンプリング期間中に所与の測定領域で測定されたX線の量を表す、2以上である複数mの、放射線サンプリング値を生成する段階であり、連続的な測定信号から前記サンプリング値を重み関数に従ってサンプリングする段階;
c)前記サンプリング期間に関する放射X線源の実効的なエネルギースペクトルを推定する段階であり、前記放射X線源の管電圧の連続時間モデルと結合された管スペクトルモデルを、前記サンプリングする段階の前記重み関数と折り畳むことによって、前記実効的なエネルギースペクトルを推定する段階;
を有する方法。
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