JP5905694B2

JP5905694B2 - 広いカバー範囲及び低線量での心ｃｔ撮像のための動的コリメータを備えた計算機式断層写真法スキャナ

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Publication number: JP5905694B2
Application number: JP2011215821A
Authority: JP
Inventors: ジャホア・ファン; ロイ−アーナルフ・ヘルゲ・ニルセン
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Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2016-04-20
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Description

本発明の各実施形態は一般的には、診断撮像に関し、さらに具体的には、高時間分解能、欠落データ及び長手方向打ち切り（truncation）による画像アーティファクトの低減、並びに放射線量の低減を有することが可能な計算機式断層写真法（ＣＴ）撮像の方法及び装置に関する。

典型的には、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムでは、Ｘ線源が患者又は手荷物のような被検体又は物体へ向けてファン（扇形）形状のビームを放出する。以下では、「被検体」及び「対象」「物体」等の用語は、撮像されることが可能な任意の物体を含むものとする。ビームは被検体によって減弱された後に放射線検出器のアレイに入射する。検出器アレイにおいて受光される減弱後のビーム放射線の強度は典型的には、被検体によるＸ線ビームの減弱量に依存する。検出器アレイの各々の検出器素子が、各々の検出器素子によって受光される減弱後のビームを示す別個の電気信号を発生する。電気信号はデータ処理システムへ伝送されて解析され、ここから最終的に画像を形成する。

一般的には、Ｘ線源及び検出器アレイは、撮像平面内で被検体を中心としてガントリの周りを回転する。Ｘ線源は典型的には、焦点においてＸ線ビームを放出するＸ線管を含んでいる。Ｘ線検出器は典型的には、検出器において受光されるＸ線ビームをコリメートするコリメータと、コリメータに隣接して設けられてＸ線を光エネルギへ変換するシンチレータと、隣接するシンチレータから光エネルギを受け取ってここから電気信号を発生するフォトダイオードとを含んでいる。

典型的には、シンチレータ・アレイの各々のシンチレータがＸ線を光エネルギに変換する。各々のシンチレータは、隣接するフォトダイオードに光エネルギを放出する。各々のフォトダイオードが光エネルギを検出して対応する電気信号を発生する。次いで、フォトダイオードの出力はデータ処理システムへ伝送されて画像再構成を施される。

ＣＴ撮像の重要な最新の応用の一つは、心撮像での利用である。しかしながら、冠動脈ＣＴアンジオグラフィ法のような心撮像の手法は特有の技術的問題を提起しており、これらの問題の一つが、画像のモーション・アーティファクトを回避するための高時間分解能の必要性である。かかる高時間分解能を達成する一つの方法は、１回のガントリ回転の範囲内で心領域全体を走査する広いカバー範囲（coverage）の多列検出器ＣＴ（ＭＤＣＴ）システムを用いることである。本書では、広いカバー範囲とは、１回の軸回転の範囲内で人間の心臓の大半をカバー（網羅）し得る長手方向でのＸ線ビームの照射範囲を指す。典型的には、時間分解能を保つために、走査の約２分の１からのデータのみが画像再構成に利用される。しかしながら、残念なことに、かかる心ハーフ・スキャン撮像方法は、大きいＸ線コーン・ビーム角が大きいときには著しい欠落データ及び長手方向打ち切りの問題に直面する。この心ハーフ・スキャン方法に起因するコーン・ビーム・アーティファクトは、再構成された画像において容易に観察され、画質を大幅に劣化させる。

上述の心ハーフ・スキャン手法に関連する欠落データ及び長手方向打ち切りの問題を軽減するためには、広いカバー範囲のフル・スキャン心撮像の利用が一つの解決法となる（但しハーフ・スキャン再構成方法を用いる）。この広いカバー範囲のフル・スキャン心撮像は、ハーフ・スキャン撮像に関連する欠落データ及び長手方向打ち切りの問題を軽減しつつ時間分解能を保つ方法を提供する。しかしながら、フル・スキャン心撮像は、ハーフ・スキャン心撮像と比較して大きい放射線量を被検体に投与する。実際に、フル・スキャン心撮像での放射線量は、ハーフ・スキャン心撮像に対して放射線量の５０％（又はさらに大きい）の増加に相当する。患者が照射される放射線量及び走査時間を最小にするためのあらゆる努力を払っても、従来のフル・スキャン心撮像は理想的とは言えない。

従って、高時間分解能、欠落データ及び長手方向打ち切りによる画像アーティファクトの低減、並びに放射線量の低減を有することが可能なＣＴ撮像の装置及び方法を設計することが望ましい。

本発明の一実施形態は、走査される被検体を収容する開口を有するガントリと、ガントリの内部に配設されて、ＣＴデータ取得時にＸ線のコーン・ビームを被検体に投射するように構成されているＸ線源と、被検体を透過するＸ線を検出するように構成されている検出器アレイとを含む計算機式断層写真法（ＣＴ）スキャナに関するものである。このＣＴスキャナはさらに、Ｘ線源の近傍に配設されている動的コリメータと、制御器とを含んでおり、制御器は、Ｘ線源を被検体の周りに回転させ、Ｘ線源の単一の回転が第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンに分割され、第一のハーフ・スキャン時に第一の撮像データ集合を取得し、第二のハーフ・スキャン時に第二の撮像データ集合を取得するように構成されている。制御器はさらに、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの一方からの画像データを取得した後に、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの他方からの画像データの取得の開始と同時に、動的コリメータを配置し、動的コリメータは、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの一方にわたりＸ線源によって放出されるＸ線ビームの中央部分を遮断するように構成されており、第一の撮像データ集合及び第二の撮像データ集合を用いてＣＴ画像を再構成するように構成されている。

本発明のもう一つの実施形態は、心ＣＴ撮像の方法に関するものであり、この方法は、円環状の回転経路に沿って走査被検体の周りで一連の投影角を通してＸ線源を回転させるステップであって、Ｘ線源の単一の回転が第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンに分割される、回転させるステップと、第一のハーフ・スキャンから第一の撮像データ集合を取得するステップと、第二のハーフ・スキャンから第二の撮像データ集合を取得するステップとを含んでいる。この方法はさらに、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの一方にわたりＸ線源によって放出されるＸ線ビームの中央部分を遮断するように、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの一方からの画像データ取得の完了の後に、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの他方からの画像データの取得の開始と同時に、コリメータを配置するステップと、第一の撮像データ集合及び第二の撮像データ集合を用いてＣＴ画像を再構成するステップとを含んでいる。

本発明のもう一つの実施形態は、走査される被検体を収容する開口を有する回転式ガントリと、回転式ガントリの内部に配設されて、ＣＴデータ取得時にＸ線のビームを被検体に投射するように構成されているＸ線源と、Ｘ線源の近傍に配設されて、Ｘ線の投射ビームの経路に移動自在に配置されるように構成されているコリメータとを含むＣＴイメージング・システムに関するものである。このＣＴイメージング・システムはさらに、コンピュータを含んでおり、コンピュータは、Ｘ線源を被検体の周りに全回転させ、Ｘ線源の回転は第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンに分割され、第一のハーフ・スキャンから第一の撮像データ集合を取得し、第二のハーフ・スキャンから第二の撮像データ集合を取得するようにプログラムされている。コンピュータはさらに、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの一方からの撮像データの取得の後に、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの他方からの撮像データの取得の開始と同時に、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの他方からの撮像データの取得の全体にわたり、Ｘ線源によって放出されるＸ線ビームの中央部分を遮断するようにコリメータを移動自在に配置して、第一の撮像データ集合及び第二の撮像データ集合を用いてＣＴ画像を再構成するようにプログラムされている。

他の様々な特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。

図面は、本発明を実施するために現状で思量される好ましい一実施形態を示す。
ＣＴイメージング・システムの見取り図である。図１に示すシステムのブロック概略図である。ＣＴシステム検出器アレイの一実施形態の遠近図である。検出器の一実施形態の遠近図である。本発明の一実施形態による心ＣＴ撮像に対する長手方向に広い検出器によるアプローチの第一のハーフ・スキャンの概略図である。本発明の一実施形態による心ＣＴ撮像に対する長手方向に広い検出器によるアプローチの第二のハーフ・スキャンの概略図である。本発明の一実施形態によるＣＴ撮像の方法を示す流れ図である。非侵襲型小包検査システムと共に用いられるＣＴシステムの見取り図である。

本発明の動作環境を広いカバー範囲の多列検出器計算機式断層写真法（ＣＴ）システムに関連して説明する。但し、当業者には、本発明が他のマルチ・スライス型構成での利用にも同等に適用可能であることが認められよう。また、本発明をＸ線の検出及び変換に関連して説明する。但し、当業者は、本発明が他の高周波電磁エネルギの検出及び変換についても同等に適用可能であることをさらに認められよう。本発明を「第三世代」ＣＴスキャナに関して説明するが、本発明は他のＣＴシステムについても同等に適用可能である。

図１には、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「第三世代」ＣＴスキャナに典型的なガントリ１２を含むものとして示されている。ガントリ１２はＸ線源１４を有しており、Ｘ線源１４は、Ｘ線ビームをガントリ１２の反対側に設けられている検出器アセンブリ又はポスト・ペイシェント・コリメーション１８に向かって投射する。図２を参照すると、検出器アセンブリ１８は、複数の検出器２０及びデータ取得システム（ＤＡＳ）３２によって形成されている。複数の検出器２０は、患者２２を透過する投射Ｘ線１６を感知し、ＤＡＳ３２は後続の処理のためにデータをディジタル信号に変換する。各々の検出器２０が、入射Ｘ線ビームの強度を表わし従って患者２２を透過した減弱後のビームを表わすアナログ電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得するための１回の走査の間に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されている構成部品は回転中心２４の周りを回転する。

ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６は、Ｘ線制御器２８とガントリ・モータ制御器３０とを含んでおり、Ｘ線制御器２８はＸ線源１４に電力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御器３０はガントリ１２の回転速度及び位置を制御する。画像再構成器３４が、標本化されてディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取って高速再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ３６への入力として印加され、コンピュータ３６は大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。

コンピュータ３６はまた、キーボード、マウス、音声作動式コントローラ、又は他の任意の適当な入力装置のような何らかの形態の操作者インタフェイスを有するコンソール４０を介して、操作者から命令及び走査用パラメータを受け取る。付設されている表示器４２によって、操作者は、再構成された画像及びコンピュータ３６からの他のデータを観察することができる。操作者が供給した命令及びパラメータはコンピュータ３６によって用いられて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御器２８及びガントリ・モータ制御器３０に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ３６は、電動テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作させて、患者２２及びガントリ１２を配置する。具体的には、テーブル４６は患者２２を図１のガントリ開口４８を通して全体として又は部分的に移動させる。

図３に示すように、検出器アセンブリ１８は、コリメート用ブレード又はプレート１９を間に配置したレール１７を含んでいる。プレート１９は、Ｘ線ビームが例えば検出器アセンブリ１８に配置された図４の検出器２０に入射する前にＸ線１６をコリメートするように配置される。一実施形態では、検出器アセンブリ１８は５７個の検出器２０を含んでおり、各々の検出器２０が６４×１６のアレイ寸法のピクセル素子５０を有している。結果として、検出器アセンブリ１８は６４列の横列及び９１２列の縦列（１６ｘ５７個の検出器）を有し、これによりガントリ１２の各回の回転によって６４枚の同時スライスのデータを収集することを可能にしている。１回転で人間の心臓全体をカバーするように長手方向に広いカバー範囲を達成するためには、典型的には６４列よりも多い横列を成す検出器が必要とされる。所要の検出器横列の数は、所要のカバー範囲と検出器横列の幅との関数である。

図４を参照すると、検出器２０はＤＡＳ３２を含んでおり、各々の検出器２０が、パック５１として構成されている多数の検出器素子５０を含んでいる。検出器２０は、検出器素子５０に対してパック５１の内部に配置されたピン５２を含んでいる。パック５１は、複数のダイオード５９を有する背面照射型ダイオード・アレイ５３の上に配置されている。次に、背面照射型ダイオード・アレイ５３は多層基材５４の上に配置されている。スペーサ５５が多層基材５４の上に配置されている。検出器素子５０は背面照射型ダイオード・アレイ５３に光学的に結合され、次に背面照射型ダイオード・アレイ５３は多層基材５４に電気的に結合されている。軟質（フレックス）回路５６が、多層基材５４の面５７及びＤＡＳ３２に取り付けられている。検出器２０は、ピン５２の利用によって検出器アセンブリ１８の内部に配置される。

一実施形態の動作時には、検出器素子５０の内部に入射するＸ線がフォトンを発生し、フォトンがパック５１を横断することによりアナログ信号を発生して、この信号が背面照射型ダイオード・アレイ５３の内部のダイオードにおいて検出される。発生されるアナログ信号は、多層基材５４を通り、フレックス回路５６を通ってＤＡＳ３２まで運ばれて、ここでアナログ信号がディジタル信号へ変換される。

前述のように、計算機式断層写真法の重要な最新の応用の一つは、心撮像での利用である。心臓の運動は高速で略定常的であるので、心ＣＴ撮像では高速の時間的な取得速度を用いて再構成画像のモーション・アーティファクトを回避している。かかる高時間分解能を達成するために、高速のガントリ回転速度、広い長手方向検出器カバー範囲、及び多数のＸ線源等を含めて、様々な先進的取得手法が心撮像のために開発されている。特に長手方向に広い検出器によるアプローチについて述べると、Ｘ線源の被検体の周りでの１回の単一の軸回転によって、患者集団の大半について心臓全体の撮像を可能にすると期待されている。

従来、心撮像は、画像を再構成するのに必要な撮像データを完全ガントリ回転の本質的に２分の１から取得することを可能にするハーフ・スキャン取得モードを用いて行なわれている。しかしながら、長手方向に広い検出器によるアプローチに存在する大きいコーン・ビーム角のため、ハーフ・スキャン取得モードを用いて形成される画像に著しいコーン・ビーム・アーティファクトが存在する場合がある。フル・スキャン取得モードの利用によって、画像に存在するコーン・ビーム・アーティファクトを軽減し得るが、このことは被検体に対する放射線量の追加を代償とする。

図５には、上述の心ＣＴ撮像に対する長手方向に広い検出器によるアプローチの概略図を示す。図５は、以下に説明するように本発明の一実施形態による第一のハーフ・スキャン取得を表わす。

Ｘ線源２００がコーン形状のＸ線ビーム２０１をボウタイ・フィルタ２０２を通して放出し、ボウタイ・フィルタ２０２はＸ線源２００によって放出される低エネルギ・フォトンが走査対象に到達する前にこれらのフォトンを吸収する。Ｘ線源２００及びボウタイ・フィルタ２０２の両方が、撮像容積２０４のＺ軸の周りに軸方向に回転する。図５は、Ｚ軸の周りに１８０°のみ回転されるＸ線源２００及びボウタイ・フィルタ２０２を示しているが、この図示は単に走査を通じたコーン形状のビーム２０１のカバー範囲を示すためのものであり、Ｘ線源２００及びボウタイ・フィルタ２０２は撮像容積２０４の周りでの３６０°の回転が可能であることを理解されたい。

心ＣＴ撮像では、撮像容積２０４は心領域全体に相当し、Ｘ線源２００及びボウタイ・フィルタ２０２のＺ軸の周りでの単一の回転の後に再構成されることを意図した領域である。図５に示す例では、撮像容積２０４は、長手方向に１６０ｍｍ（ｗ＝１６０ｍｍ）及び全径２５０ｍｍ（ｄ＝２５０ｍｍ）の寸法を有しているが、撮像容積２０４はかかる寸法に限定されないことを理解されたい。さらに、図５でのＸ線源２００からＺ軸までの距離は６１０ｍｍであるが、この距離も同様にかかる寸法に限定されないことを理解されたい。

撮像容積２０４のフル・スキャン取得では、Ｘ線源２００を撮像容積２０４の周りに完全軸回転（すなわち３６０°）で回転させることができ、このフル・スキャンからの撮像データを利用して撮像容積２０４を表わす画像を再構成する。撮像データが第一のハーフ・スキャン（すなわち完全軸回転の最初の１８０°＋ファン角度）において取得された後に、第一のハーフ・スキャンの投影角に対する相補分の投影角を有する撮像データが第二のハーフ・スキャン（すなわち完全軸回転の第二の１８０°区画）において取得される。このようにして、フル・スキャン取得は画像再構成に用いられるデータの最大範囲を与え、このことは減少したアーティファクトを有する画像を再構成するのに有用である。例えば、図５を参照して述べると、フル・スキャン取得は、撮像容積２０４の領域２０６では全３６０°の走査カバー範囲、領域２０８では１８０°よりも大きい走査カバー範囲、領域２１０では１８０°よりも小さい走査カバー範囲を見込んでいる。再構成画像がコーン・ビーム・アーティファクトを殆ど乃至全く有しないようにするためには、少なくとも１８０°の走査カバー範囲が望ましく、かかる走査カバー範囲はフル・スキャン取得を用いて実質的に得られる。実際に、図５に示す例を用いて、カバー範囲の９８％を上回るデータがフル・スキャン取得を介して与えられ、最小の領域２１０のみが、これらの条件下で１８０°未満の走査カバー範囲を提供する。

フル・スキャン取得は、最小のコーン・ビーム・アーティファクトを有する画像を成功裡に取得し得るが、かかるフル・スキャン取得はまた、走査される対象に望ましくない追加の放射線量を投与する。代替的には、ハーフ・スキャン取得アプローチを利用して放射線量を減少させることができるが、かかるアプローチ自体は、画像再構成のためにフル・スキャン取得と比較して実質的に少ないカバー範囲のデータしか利用可能にしない。上述のように、画像再構成には少なくとも１８０°の走査カバー範囲が望ましい。ハーフ・スキャン取得のみを用いると、可能なデータ範囲は遥かに小さくなり、従って、撮像容積２０４のかなりの部分が画像再構成には不十分なデータを含むことになる。例えば、図５を再び参照して述べると、撮像容積２０４の領域２０６はハーフ・スキャン取得アプローチを用いると１８０°よりも大きい走査カバー範囲を有するが、領域２０８は１８０°よりも小さい走査カバー範囲を有し、領域２１０は１８０°よりも遥かに小さい走査カバー範囲を有するので、結果として全カバー範囲データの約８６％を得る（フル・スキャン取得を用いた９８％を上回るカバー範囲のデータに比較して）。従来のハーフ・スキャン取得のみでの走査カバー範囲の不足は、望ましくないコーン・ビーム・アーティファクトを招き、従ってコーン・ビーム・アーティファクトが主な関心事であるときにハーフ・スキャン取得アプローチは広いカバー範囲の心撮像での利用にとって興味深いものではない。

従って、図５は本発明の一実施形態による第一のハーフ・スキャン取得を示しているが、低アーティファクトの画像再構成に十分なデータの取得を可能にし、しかも走査対象が投与される追加の放射線量を最小にするためには、第二のハーフ・スキャン取得が望まれる。本発明の各実施形態は、図６に関連して以下にさらに説明するように、それぞれの第一及び第二のハーフ・スキャン取得を用いてかかる画像データ取得方法を達成する。

図６には、本発明の各実施形態による第二のハーフ・スキャン取得の概略図を示す。一貫性及び分かり易さのために図５と図６との間で共通の要素は共通の参照番号を共有し、各々の共通の要素の目的又は意味はここでは繰り返さない。

前述のように、図５に関して、第一のハーフ・スキャンからの画像データが、撮像容積２０４のＺ軸の周りにＸ線源２００及びボウタイ・フィルタ２０２を軸回転させることにより取得され、撮像データはこの第一のハーフ・スキャン時に連続的に取得される。第一のハーフ・スキャンは、Ｘ線ビームのファン角度と共にＺ軸の周りでの１８０°の回転を構成している。領域２０６では１８０°よりも大きい走査カバー範囲が得られるので、この第一のハーフ・スキャン時に領域２０６について十分な画像データが取得される。しかしながら、領域２０８及び領域２１０では第一のハーフ・スキャン単独からでは不十分なデータが取得され、従って、撮像容積２０４の全体の実効的な画像再構成のためにはフル・スキャン取得の方が興味深い。

従って、第一のハーフ・スキャン時の画像データ取得の後に、Ｘ線源２００は、第二のハーフ・スキャンと呼ばれる撮像容積２０４の周りでの第二の１８０°の軸回転に入る。しかしながら、第二のハーフ・スキャンでの画像データ取得の開始と同時に、動的コリメータ２１２が、Ｘ線源２００から放出されるＸ線ビームの中央部分を実効的に遮断するように、Ｘ線源２００とボウタイ・フィルタ２０２との間に移動自在に配置される。このように、第二のハーフ・スキャン時には動的コリメータ２１２はＸ線源２００から放出されるＸ線ビームの多くを遮断するが、Ｘ線ビームの外側部分（すなわちＸ線ビームの線２１４から外側の部分）は走査対象に入射するに任せる。第一のハーフ・スキャン時に既に取得された領域２０６からの冗長な不要画像データは第二のハーフ・スキャン時には取得されず、標本化が不十分な領域２０８及び領域２１０からの画像データは第二のハーフ・スキャン時に依然取得され、これにより撮像容積２０４の殆どについて少なくとも１８０°のデータ範囲が取得されることを可能にする。第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの両方からの画像データの取得の後に、ＣＴ画像が再構成される。

図５及び図６に関連して上に記載したＣＴ撮像手法は、十分なデータ範囲が取得されることを可能にするばかりでなく、走査対象が投与される可能性のある放射線量を実質的に減少させる。さらに、この手法が何らかのガントリ回転速度での心ＣＴ撮像について具現化されると完全なフル・スキャン取得が単一の心拍の範囲内で完了され得るため、これによりモーション・アーティファクトを回避するのに必要な高時間分解能を達成する。

動的コリメータ２１２は好ましくは、高減弱性材料（例えばタングステン）で形成され、Ｘ線源２００によって放出されるＸ線ビームの実質的な部分を実効的に遮断することを可能にする。「コリメータ」との用語が用いられているが、動的コリメータ２１２はＸ線ビームを従来の意味で成形するのではなく、代わりにＸ線ビームの外側部分を走査対象に入射させつつＸ線ビームの実質的な中央部分（すなわち８０％）を遮断する。ＣＴ撮像に用いられる従来のコリメータとは異なり、動的コリメータ２１２はまた、単一ユニットとして形成される。さらに、動的コリメータ２１２は、第一のハーフ・スキャンの後に、第二のハーフ・スキャンの開始と同時に、任意の適当な作動手段を用いてＸ線源２００とボウタイ２０２との間に移動自在に配置され得る。但し、上述の例では動的コリメータ２１２が第二のハーフ・スキャン時に配置されると規定しているが、本発明はこのように限定されない。すなわち、動的コリメータ２１２が、第一のハーフ・スキャン時のＸ線ビームの一部を遮断するように配置され、第二のハーフ・スキャン時にはＸ線の一部を遮断するように配置されなくてもよい。さらに、動的コリメータ２１２が、フル・スキャンの任意の期間にＸ線ビームの一部を遮断するように配置されてもよい。

第二のハーフ・スキャン時に動的コリメータ２１２を用いない場合には、放射線量は、フル・スキャン取得時に、同じカバー範囲について単にハーフ・スキャン取得を行なうよりも例えば５０％を上回って多くなり得る。しかしながら、第二のハーフ・スキャン時にＸ線ビームの例えば８０％の部分を遮断するために動的コリメータ２１２を用いれば、撮像されている対象が少なくとも１８０°の標本化によって一様にカバーされることが確実になる。このアプローチは、従来のフル・スキャン取得に対して約３０％の放射線量低減に等しい。放射線量のかかる実質的な低減は、高時間分解能及びコーン・ビーム・アーティファクトの低減と相俟って、本発明に関して記載される広いカバー範囲のフル・スキャン取得の手法を心ＣＴ撮像の興味深い選択肢とする。

図７には、本発明の一実施形態によるＣＴ撮像の方法３００を示す。方法３００は、ブロック３０２において円環状経路に沿って走査被検体（例えば患者）の周りにＸ線源を回転させることにより開始する。ブロック３０４では、第一の撮像データ集合がＸ線源からの第一のハーフ・スキャンから取得される。次に、ブロック３０６では、第一のハーフ・スキャン時の撮像データの取得の完了の後に、第二のハーフ・スキャンからの撮像データ取得の開始と同時に、動的コリメータが配置される。上述のように、動的コリメータは、第二のハーフ・スキャン時にＸ線源によって放出されるＸ線ビームの実質的な部分を遮断するように構成されている。ブロック３０８では、第二の撮像データ集合が第二のハーフ・スキャンから取得され、これにより撮像データのフル・スキャン取得を完了する。最後に、ブロック３１０では、取得された第一及び第二の撮像データ集合を用いてＣＴ画像が再構成される。

以上の例は心ＣＴ撮像に特に関連しているが、本発明はこのように限定されない。本発明は他の形態のＣＴ撮像、特に神経学的研究及び小児科の走査を含めて、低減された又は限定された放射線量が望まれるＣＴ撮像に適用され得る。

図８を参照すると、小包／手荷物検査システム１００が、小包又は手荷物を通過させ得る開口１０４を有する回転式ガントリ１０２を含んでいる。回転式ガントリ１０２は、高周波電磁エネルギ源１０６と、図６又は図７に示すものと同様のシンチレータ・セルで構成されたシンチレータ・アレイを有する検出器アセンブリ１０８とを収容している。また、コンベヤ・システム１１０が設けられており、コンベヤ・システム１１０は、構造１１４によって支持されており走査のために小包又は手荷物１１６を自動的に連続的に開口１０４に通すコンベヤ・ベルト１１２を含んでいる。物体１１６をコンベヤ・ベルト１１２によって開口１０４に送り込み、次いで撮像データを取得し、コンベヤ・ベルト１１２によって開口１０４から小包１１６を除去することを、制御された連続的な態様で行なう。結果として、郵便物検査官、手荷物積み降ろし員及び他の警備人員が、爆発物、刃物、銃及び密輸品等について小包１１６の内容を非侵襲的に検査することができる。

開示された方法及び装置の技術的な寄与は、高時間分解能、欠落データ及び長手方向打ち切りによる画像アーティファクトの低減、並びに放射線量の低減を有することが可能な計算機式断層写真法（ＣＴ）撮像の方法を実行するように実装されたコンピュータを提供することである。

当業者は、本発明の各実施形態が、コンピュータ・プログラムを記憶したコンピュータ可読の記憶媒体に結び付けられて制御され得ることを認められよう。コンピュータ可読の記憶媒体は、電子的構成要素、ハードウェア構成要素、及び／又はコンピュータ・ソフトウェア構成要素の１又は複数のような複数の構成要素を含んでいる。これらの構成要素は、連鎖を成す１若しくは複数の具現化形態又は実施形態の１若しくは複数の部分を実行するソフトウェア、ファームウェア、及び／又はアセンブリ言語のような命令を一般に記憶する１又は複数のコンピュータ可読の記憶媒体を含み得る。これらのコンピュータ可読の記憶媒体は一般的には、非一時的であり且つ／又は有形である。かかるコンピュータ可読の記憶媒体の例としては、コンピュータの記録可能なデータ記憶媒体及び／又は記憶装置等がある。コンピュータ可読の記憶媒体は例えば、磁気式、電気式、光学式、生物式、及び／又は原子式のデータ記憶媒体の１又は複数を用いていてよい。さらに、かかる媒体は、例えばフロッピィ・ディスク（「フロッピィ」は商標）、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハード・ディスク・ドライブ、及び／又は電子メモリの形態を取り得る。列挙されていない他の形態の非一時的であり且つ／又は有形であるコンピュータ可読の記憶媒体を本発明の各実施形態と共に用いてもよい。

多数のかかる構成要素がシステムの具現化形態において結合され又は分割され得る。さらに、かかる構成要素は、当業者には認められるように多数のプログラミング言語の任意のもので書かれ又は具現化された一組及び／又は一連のコンピュータ命令を含み得る。加えて、搬送波のような他の形態のコンピュータ可読の媒体を用いて、１又は複数のコンピュータによって実行されると、連鎖を成す１若しくは複数の具現化形態又は実施形態の１若しくは複数の部分を実行することを当該１又は複数のコンピュータに行なわせる命令の系列を表わすコンピュータ・データ信号を具現化することができる。

従って、本発明の一実施形態は、走査される被検体を収容する開口を有するガントリと、ガントリの内部に配設されて、ＣＴデータ取得時にＸ線のコーン・ビームを被検体に投射するように構成されているＸ線源と、被検体を透過するＸ線を検出するように構成されている検出器アレイとを含む計算機式断層写真法（ＣＴ）スキャナに関するものである。このＣＴスキャナはさらに、Ｘ線源の近傍に配設されている動的コリメータと、制御器とを含んでおり、制御器は、Ｘ線源を被検体の周りに回転させ、Ｘ線源の単一の回転が第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンに分割され、第一のハーフ・スキャン時に第一の撮像データ集合を取得し、第二のハーフ・スキャン時に第二の撮像データ集合を取得するように構成されている。制御器はさらに、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの一方からの画像データを取得した後に、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの他方からの画像データの取得の開始と同時に、動的コリメータを配置し、動的コリメータは、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの一方にわたりＸ線源によって放出されるＸ線ビームの中央部分を遮断するように構成されており、第一の撮像データ集合及び第二の撮像データ集合を用いてＣＴ画像を再構成するように構成されている。

本発明のさらにもう一つの実施形態は、走査される被検体を収容する開口を有する回転式ガントリと、回転式ガントリの内部に配設されて、ＣＴデータ取得時にＸ線のビームを被検体に投射するように構成されているＸ線源と、Ｘ線源の近傍に配設されて、Ｘ線の投射ビームの経路に移動自在に配置されるように構成されているコリメータとを含むＣＴイメージング・システムに関するものである。このＣＴイメージング・システムはさらに、コンピュータを含んでおり、コンピュータは、Ｘ線源を被検体の周りに全回転させ、Ｘ線源の回転は第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンに分割され、第一のハーフ・スキャンから第一の撮像データ集合を取得し、第二のハーフ・スキャンから第二の撮像データ集合を取得するようにプログラムされている。コンピュータはさらに、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの一方からの撮像データの取得の後に、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの他方からの撮像データの取得の開始時に、第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンの他方からの撮像データの取得の全体にわたり、Ｘ線源によって放出されるＸ線ビームの中央部分を遮断するようにコリメータを移動自在に配置して、第一の撮像データ集合及び第二の撮像データ集合を用いてＣＴ画像を再構成するようにプログラムされている。

この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者が本発明を実施することを可能にするように実例を用いている。本発明の特許付与可能な範囲は特許請求の範囲によって画定され、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造的要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。

１０計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム
１２ガントリ
１４Ｘ線源
１６投射Ｘ線
１７レール
１８検出器アセンブリ
１９コリメート用ブレード又はプレート
２０検出器
２２患者
２４回転中心
２６制御機構
２８Ｘ線制御器
３０ガントリ・モータ制御器
３２データ取得システム（ＤＡＳ）
３４画像再構成器
３６コンピュータ
３８大容量記憶装置
４０コンソール
４２表示器
４４テーブル・モータ制御器
４６電動テーブル
４８ガントリ開口
５０検出器素子
５１パック
５２ピン
５３背面照射型ダイオード・アレイ
５４多層基材
５５スペーサ
５６軟質回路
５７面
５９複数のダイオード
１００小包／手荷物検査システム
１０２回転式ガントリ
１０４開口
１０６高周波電磁エネルギ源
１０８検出器アセンブリ
１１０コンベヤ・システム
１１２コンベヤ・ベルト
１１４構造
１１６小包又は手荷物
２００Ｘ線源
２０１コーン形状のＸ線ビーム
２０２ボウタイ・フィルタ
２０４撮像容積
２０６、２０８、２１０領域
２１２動的コリメータ
２１４線
３００ＣＴ撮像の方法

Claims

走査される被検体（２２）を収容する開口（４８）を有するガントリ（１２）と、
該ガントリ（１２）の内部に配設されて、計算機式断層写真法（ＣＴ）データ取得時にＸ線のコーン・ビーム（２０１）を前記被検体（２２）に投射するように構成されているＸ線源（１４、２００）と、
前記被検体（２２）を透過するＸ線を検出するように構成されている検出器アレイ（１８）と、
前記Ｘ線源（１４、２００）の近傍に配設されている動的コリメータ（２１２）と、
制御器（２６）と
を備えた計算機式断層写真法（ＣＴ）スキャナ（１０）であって、前記制御器（２６）は、
前記Ｘ線源（１４、２００）を前記被検体（２２）の周りに回転させ、前記Ｘ線源（１４、２００）の単一の回転が第一のハーフ・スキャン及び第二のハーフ・スキャンに分割され、
前記第一のハーフ・スキャン時に第一の撮像データ集合を取得し、
前記第二のハーフ・スキャン時に第二の撮像データ集合を取得し、
前記第一のハーフ・スキャン及び前記第二のハーフ・スキャンの一方からの画像データを取得した後に、前記第一のハーフ・スキャン及び前記第二のハーフ・スキャンの他方からの画像データの取得の開始と同時に、前記動的コリメータ（２１２）を配置し、該動的コリメータ（２１２）は、前記第一のハーフ・スキャン及び前記第二のハーフ・スキャンの一方にわたり前記Ｘ線源（１４、２００）により放出されるＸ線ビーム（２０１）のｚ軸に沿って定められる中央部分を遮断するように構成されており、
前記第一の撮像データ集合及び前記第二の撮像データ集合を用いてＣＴ画像を再構成する
ように構成されている、計算機式断層写真法（ＣＴ）スキャナ（１０）。
前記Ｘ線源（１４、２００）の近傍に配設されて、低エネルギ・フォトンを前記被検体（２２）に到達する前に吸収するボウタイ・フィルタ（２０２）をさらに含んでおり、前記制御器（２６）は、前記動的コリメータ（２１２）を前記Ｘ線源（１４、２００）と前記ボウタイ・フィルタ（２０２）との間に配置するように構成されている、請求項１に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）スキャナ。
前記動的コリメータ（２１２）は、高Ｘ線減弱特性を有する材料で形成されている、請求項１または２に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）スキャナ。
前記動的コリメータ（２１２）はタングステンで形成されている、請求項３に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）スキャナ。
前記動的コリメータ（２１２）は、前記Ｘ線ビーム（２０１）の一部を遮断するように構成されている単一の要素を含んでいる、請求項１乃至４のいずれかに記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）スキャナ。
前記動的コリメータ（２１２）は、前記Ｘ線源（１４、２００）により放出される前記Ｘ線ビーム（２０１）の前記中央部分のみを遮断し、前記Ｘ線ビーム（２０１）の外側部分は前記被検体に到達するままに任せるように、前記Ｘ線源（１４、２００）から離隔して配置される、請求項１乃至５のいずれかに記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）スキャナ。
前記動的コリメータ（２１２）は、前記第二のハーフ・スキャン時に前記Ｘ線源（１４、２００）により放出される前記Ｘ線ビーム（２０１）の８０％を遮断するように構成されている、請求項１乃至６のいずれかに記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）スキャナ。
前記制御器（２６）は、前記被検体（２２）の単一の心拍の範囲内で前記被検体（２２）の周りに完全に前記Ｘ線源（１４、２００）を回転させるように構成されている、請求項１乃至７のいずれかに記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）スキャナ。
前記制御器（２６）は、前記被検体（２２）の周りでの前記Ｘ線源（１４、２００）の全回転から取得される前記第一の撮像データ集合及び前記第二の撮像データ集合から前記ＣＴ画像を再構成するように構成されている、請求項１乃至８のいずれかに記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）スキャナ。
前記検出器アレイ（１８）は多列検出器アレイである、請求項１乃至９のいずれかに記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）スキャナ。