JP6371033B2

JP6371033B2 - 計算機式断層写真法（ｃｔ）撮像での投与線量低減の方法、及び該方法を実装した装置

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Publication number: JP6371033B2
Application number: JP2012184702A
Authority: JP
Inventors: チャン・シー; アブデレジィズ・イクレフ; パーヴァナ・サイナス; シャオイェ・ウー; ローマン・メルナイク
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2032-08-24
Also published as: JP2013052232A; DE102012108059A1; US20130058451A1; US8942341B2

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、撮像応用における投与線量低減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、これにより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おり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線を光エネルギへ変換する。各々のシンチレータは、当該シンチレータに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臨床応用の近年の発展に伴って、一つの器官全体を単一のガントリ回転及び単一の投影で網羅することが望ましく、このため心取得全体を単一の心サイクルで完了し得るようになっている。心臓は典型的には、殆どの患者について径が２５ｃｍ（ｘ−ｙ平面において）及び長さが１２ｃｍ（スライス方向又はｚ方向において）の円筒形領域で網羅され得る。神経灌流検査では、造影剤摂取及び流失の間に患者を絶えず走査しつつ患者長軸（ｚ方向）に沿って少なくとも１２ｃｍを網羅することが望ましい。市場には、心臓及び神経灌流検査の撮像情報を提供するのに必要な撮影範囲を優に超えた例えばｚ軸に沿って１６ｃｍ及び患者を横断して（ｘ−ｙ平面において）５０ｃｍ視野（ＦＯＶ）を網羅するＣＴスキャナが存在している。このように、心臓及び神経灌流検査では、ｘ−ｙ平面の着目部位（ＲＯＩ）は、完全検出器撮影範囲である５０ｃｍよりも著しく小さい。

しかしながら、５０ｃｍＦＯＶで患者を走査しても付加的な関連情報が殆ど与えられないばかりでなく、付加的な投与線量を患者に照射することになる。また、かかるスキャナの費用も極端に高い場合がある。設計の観点からは、着目対象よりも僅かに大きいＦＯＶ（ｘ−ｙ平面において）まで撮影範囲を縮小することが望ましい。しかしながら、ＣＴ再構成では、着目対象を忠実に再構成するためには着目部位の外部の情報が必要である。この情報が存在しなければ、典型的な打ち切り（トランケーション）アーティファクトが生じ得る。打ち切られた投影に基づいて画像を再構成する試みが近年為されているが、これらの再構成手法は典型的には、不安定解を与えるか、又は再構成ＦＯＶの内部の特定の知見を要求する。

従って、ＣＴシステムの全体費用を低減しつつＣＴ撮像での投与線量低減を行なう装置及び方法を設計することができると望ましい。

本発明は、投与線量低減の方法及び装置に関するものである。

一観点によれば、ＣＴシステムが、走査対象を収容する開口を有する回転式ガントリと、対象へ向けてＸ線ビームを投射するように構成されているＸ線源と、スライス方向に一定の幅を有し、対象を通過したＸ線を検出するように構成されている検出器アレイと、Ｘ線源と開口との間に配置された第一のボウタイ・フィルタとを含んでいる。第一のボウタイ・フィルタは、検出器アレイのアイソチャネルを通過するＸ線を減弱させるように配置された第一のＸ線濾波領域と、アイソチャネルからチャネル方向に中心を外れて位置する検出器アレイのチャネルを通過するＸ線を減弱させるように配置された第二のＸ線濾波領域と、アイソチャネルからチャネル方向に中心を外れて位置する検出器アレイのチャネルを通過するＸ線を減弱させるように配置自在なＸ線減弱材料とを含んでいる。このシステムはまた、検出器アレイに接続されて、検出器アレイからの出力を受け取るように構成されているデータ取得システム（ＤＡＳ）と、ＤＡＳから対象の撮像データの投影を取得して、撮像データを用いて対象の画像を形成するようにプログラムされているコンピュータとを含んでいる。

もう一つの観点によれば、ＣＴ撮像の方法が、ボウタイ・フィルタの中央部を通して、検出器アレイのアイソチャネルを含む検出器アレイの中央部までＸ線のビームを投射するステップと、ボウタイ・フィルタの中央部からチャネル方向にずれて位置しており第一のＸ線減弱性材料を取り付けられて有するボウタイ・フィルタの第一の非中央部を通して検出器アレイの第一の非中央部までＸ線のビームを投射するステップとを含んでいる。

さらにもう一つの観点によれば、非一時的なコンピュータ可読の記憶媒体が、コンピュータによって実行されると、第一の着目部位（ＲＯＩ）を画定しており検出器のアイソチャネルを含むボウタイ・フィルタの第一の部分の中央領域を通過したＸ線から検出器において生成されるＸ線撮像データを取得し、ボウタイ・フィルタの第一の部分の二つの領域であって、アイソチャネルから相反するチャネル方向にずれて位置している二つの領域を通過したＸ線から検出器において生成されるＸ線撮像データであって、ボウタイ・フィルタの材料とは異なる材質であるＸ線減弱材料を通過したＸ線から発生されるボウタイ・フィルタの二つの領域からのＸ線撮像データを取得して、これらのＸ線撮像データを用いて画像を形成することをコンピュータに行なわせる命令を含むコンピュータ・プログラムを記憶している。

他の様々な特徴及び利点が、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各実施形態を示す。
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Ｘ線濾波領域を有するボウタイ・フィルタを示す図である。濾波後のＸ線ビームの相対的なＸ線強度プロファイルの一例を示す図である。本発明の一実施形態による減数型Ｘ線検出器の一例を示す図である。本発明の一実施形態による減数型Ｘ線検出器のもう一つの例を示す図である。全視野（ＦＯＶ）動作モード及び着目部位（ＲＯＩ）動作モード用の検出器アレイを示す図である。図９の二つの動作モードを達成するボウタイ・フィルタ及び検出器を有するシステム構成の一例を示す図である。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６４スライス型計算機式断層写真法（ＣＴ）システムに関して説明する。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して説明する。但し、当業者はさらに、本発明が他の高周波電磁エネルギの検出及び変換にも同等に適用可能であることを認められよう。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及び図２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、Ｘ線源１４は、ガントリ１２の反対側に位置する検出器アセンブリ１８へ向けてＸ線のビーム１６を投射する。イメージング・システム１０は、患者前置（プリ・ペイシェント）コリメータ２７及びボウタイ・フィルタ２９を含んでいる。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を通過する投射Ｘ線１６を感知する。ＤＡＳ３２は検出器２０からのデータを後続の処理のためにディジタル信号へ変換する。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線源１４に電力信号及びタイミング信号を供給すると共に、患者前置コリメータ２７及びボウタイ・フィルタ２９の動作の移動制御を行なう制御器２８を含んでおり、また制御機構２６は、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御器３０を含んでいる。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、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２４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。

当技術分野で広く理解されているように、患者２２は、ガントリ１２のスライス方向と一般に呼ばれるｚ方向２１に全体的に平行移動される。また、やはり当技術分野で広く理解されているように、検出器アセンブリ１８は、ガントリ１２のｘ方向２３すなわちチャネル方向に円周方向に回転させられる。このように、Ｘ線１６はＸ線源１４から発して患者２２を通過しつつ、全体的にｙ方向２５に走行して検出器アセンブリ１８を通過する。

図３に示すように、検出器アセンブリ１８は、レール１７を含んでいる。一般的には、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をレール１７の間に配置して含み得る。プレート１９は、Ｘ線ビーム１６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ている。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個のピクセル素子５０のアレイ寸法を有している。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（１６×５７個の検出器）を有し、これにより、ガントリ１２の各々の回転によってデータの６４枚の同時的なスライスを収集することを可能にしている。このように、図１及び図２と一致して、ｚ方向２１（又はスライス方向）、ｘ方向２３（又はチャネル方向）、及びｙ方向２５が図示されている。

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一定数の検出器素子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。前述と一致して、ｚ方向２１がやはりスライス方向を画定しており、当技術分野で理解されるように、検出器２０においてｚ方向２１に沿って配置される検出器素子５０の数は、図１及び図２のイメージング・システム１０のようなイメージング・システムにおいて取得され得る撮像スライスの数を画定する。典型的には、ｚ方向２１に沿ったスライス又は検出器素子５０の数は、１６、６４、又は２５６の何れであってもよい。しかしながら、本発明はこのように限定されず、本発明に従って任意の数のスライスがコリメートされ得るものと思量される。ｘ方向２３すなわちチャネル方向も検出器２０に関して図示されている。典型的には、上述のように、各々の検出器２０がｘ方向２３に１６個の検出器素子５０を含んでおり、典型的には、５７個のかかる検出器２０が検出器アセンブリ１８に配置されて存在する。しかしながら、本発明はこのように限定されず、本発明によれば任意の数のチャネルがコリメートされ得るものと思量される。ｙ方向２５は、ＤＡＳ３２と全体的に平行な方向６０を有するものとして図示されている。

図３に戻ると、同図には３個の例示的な検出器２０（検出器モジュールとも呼ぶ）が図示されている（例えば上述の５７個のモジュールのうち）。例えば図１及び図２の患者２２の撮像時に、着目部位（ＲＯＩ）６２が、検出器アセンブリ１８に装着された検出器２０から撮像データを取得することにより撮像され得る。このように、ガントリ１２が回転するのに伴って、Ｘ線１６が線源１４から発して患者２２を通過し、検出器２０によって受光される。典型的には、撮像データは、当技術分野で公知のようにヘリカル・スキャン又はアキシャル・スキャンの何れかを行なってＲＯＩ６２から取得される。一般的には、検出器アセンブリ１８のｘ方向２３に沿った中心に位置する真中のチャネルがアイソチャネル又はアイソセンタと画定され、このチャネルは、真中の射線６６に沿って検出器アセンブリ１８まで通過したＸ線を受光する。さらに詳細に説明するために図２に戻ると、射線６６は全体的に回転中心２４を通過する真中の射線６６を示している。

本発明によれば、患者前置コリメータに濾波作用を加えてＲＯＩの外部の信号を最小化する。このことは、ボウタイ・フィルタ自体よりも大きい単位厚み当たり減弱量を典型的に有する数ミリメートルのアルミニウム又は銅のような減弱性薄板を、ボウタイ・フィルタのチャネル領域の外部に付加することにより達成され得る。当技術分野で公知のように、典型的なボウタイは、アルミニウム、プラスチック、及び制御可能な減弱量を提供する他の材料を用いて、製造、機械加工、及び利用の費用が全体的に小さい材料を用いて作製され得る。一実施形態によれば、ＲＯＩの外部に３ｍｍの銅を用いる。このように、図５は、図１〜図４に示すシステム１０及び構成要素に対応するボウタイ・フィルタ２９、検出器アレイ１８、Ｘ線源１４、及びＲＯＩ６２を遠近図で示している。図を分かり易くするために、例えばガントリ１２のようなシステム１０の他の構成要素は示していない。

図５を参照すると、システム１０はＸ線源１４の焦点スポット１００を含んでおり、ここからＸ線１６が検出器アレイ１８へ向けて発する。ボウタイ・フィルタ２９は第一のＸ線濾波領域１０２と、第二のＸ線濾波領域１０４とを含んでおり、第二のＸ線濾波領域１０４自体が第一の小領域１０６と第二の小領域１０８とを含んでいる。小領域１０６、１０８は、焦点スポット１００から当該小領域１０６、１０８を通って検出器アレイ１８まで通過するＸ線１６を減弱させるように配置されているＸ線減弱材料１１０を含んでいる。さらに明確に述べると、ボウタイ・フィルタ２９の第一の小領域１０６を通過したＸ線１１２が検出器アレイ１８の第一の小領域１１４まで通過し、ボウタイ・フィルタ２９の第二の小領域１０８を通過したＸ線１１６が検出器アレイ１８の第二の小領域１１８まで通過する。反対に、ボウタイ・フィルタ２９の第一のＸ線濾波領域１０２を通過したＸ線１２０は中央の検出器領域１２２まで通過し、この領域１２２は、真中の射線６６に沿って通過するＸ線１６を受光するように配置されているチャネルであるアイソチャネル１２４を含んでいる。既述のように、検出器アレイ１８はＤＡＳ３２に電気的に結合され、ＤＡＳ３２はコンピュータ３６に結合されている。従って、コンピュータ３６は、検出器アレイ１８からの画像データを取得するように構成されているＤＡＳ３２から画像データの投影を取得するようにプログラムされている。

中央の検出器領域１２２と第一の小領域１１４とが第一の境界１２６によって分離されており、中央の検出器領域１２２と第二の小領域１１８とが第二の境界１２８によって分離されている。このように、第一の境界１２６はアイソチャネル１２４からｘ方向２３に一致する第一のチャネル方向１３０に位置し、第二の境界１２８はアイソチャネル１２４から同様にｘ方向２３に一致するが第一のチャネル方向１３０とは反対の第二のチャネル方向１３２に位置する。第一及び第二のＸ線濾波領域１０２、１０４は対応する第一及び第二の検出器小領域１１４、１１８並びに中央の検出器領域１２２と共に、ＲＯＩ６２が第一のＸ線濾波領域１０２及び中央の検出器領域１２２によって完全に包含されるようにするために選択される。当業者は、撮像される患者に基づいてＲＯＩ６２の寸法は様々であってよく、従ってＸ線濾波領域１０２、１０４及び対応する検出器小領域１１４、１１８は、例えばシステム１０の期待される臨床用途に基づいて期待され得るＲＯＩ６２の寸法範囲に基づいて選択され得ることを認められよう。

典型的な小型ボウタイ・フィルタは２５ｃｍの走査視野（ＦＯＶ）を網羅し得るので、Ｘ線減弱材料１１０を追加しても、ボウタイ・フィルタ２９のような小型ボウタイ・フィルタの対象を走査するときの作用性に影響を与えることはない。一実施形態によれば、Ｘ線減弱材料１１０は、第一及び第二の小領域１０６、１０８に恒久的又は着脱自在（材料１１０を交換するために）の何れかで取り付けられる配置自在型材料である。代替的に、もう一つの実施形態によれば、Ｘ線減弱材料１１０は、例えば心走査が必要とされるときに動的に着脱され得る。すなわち、Ｘ線減弱材料１１０は動的に再配置される１３４ことができ、またＸ線１１２及び１１６がボウタイ・フィルタ２９の第一及び第二の小領域１０６、１０８のみによって減弱されＸ線減弱材料１１０では減弱されないようにする等のように所望に応じて例えばシステム１０の制御器２８によって制御され得る。

好適実施形態では、第一及び第二の小領域１０６、１０８と共に配置されているときのＸ線減弱材料１１０によって提供される濾波量は、図５に示す第一及び第二の小領域１１４、１１８のＸ線束を２０分の１以下に減少させる。すなわち、ＲＯＩ６２の外部の放射線は全体の投与線量に比較して本質的に無視してよい。図６は、例示的な３ｍｍ厚フィルタの相対的な強度プロファイルを示す。中央の検出器領域１２２によって完全に包含される典型的なＲＯＩ６２について、検出器アレイ１８の中央の検出器領域１２２の外部の第一及び第二の小領域１１４、１１８において受け取られる撮像データは、最終画像において付加的な情報を殆ど提供しないと言える。しかしながら、中央の検出器領域１２２の外部の各位置１４０でのＸ線エネルギ量は、最終画像の打ち切り誤差を回避するためには有用であり又は必要であり得る。従って、第一及び第二の小領域１１４、１１８において受光されるＸ線１１２、１１６から近似的合計エネルギを受け取ることが望ましい。

本発明の一実施形態によれば、検出器の費用を削減するために検出器モジュールの幾つかが図７に示すようにＲＯＩの外部から除去される。図７は、３個のモジュールから２個を除去した構成を含む減数型（depopulated）の検出器アレイ１８の平面図を示す。中央のモジュール１５０が図５に示す中央の検出器領域１２２に合致し、第一の小領域１５２が図５の第一の小領域１１４に合致し、第二の小領域１５４が図５の第二の小領域１１８に合致する。この実施形態によれば、中心モジュール１５６が作用モジュールとして中央の検出器領域１２２及び検出器小領域１５２、１５４に含まれている。すなわち、ｚ方向２１に沿って、且つ検出器アレイ１８のｘ方向２３に沿った全長に沿って、ＲＯＩ６２を超えて延在する全ＦＯＶを提供するために作用モジュールが含まれている。しかしながら、検出器アレイ１８の隅角では、モジュール位置は減数され得る。このように、ｚ境界１５８を画定して、ｚ境界１５８と境界１２６、１２８との間にモジュールの四つの隅角領域１６０を画定する。

このようなものとして、全ＦＯＶにわたるが例えばｚ境界１５８の間に限定されたｚ撮影範囲に位置する作用モジュールは、スキャナに、ＦＯＶ全体の完全忠実画像を収集する方法を提供する。このように、一つの動作モードでは、例えば中心モジュール１５６の幅に等しいコリメート幅に合致する図１及び図２に示すコリメータ２７を用いて、ｚ方向２１での患者前置コリメーションが提供される。このモードでは、全ＦＯＶを得るために、図５に示すＸ線減弱材料１１０が取り外されるか、又は薄板が存在していない箇所に大型の若しくは中間的なボウタイが用いられる。

図５の隅角領域１６０を参照して述べると、白抜きのブロック１６２が除去されたモジュールの位置を表わし、ブロック１６４が、内部に位置する作用モジュールを表わす。ブロック１６４のかかるモジュールの役割は、打ち切りアーティファクトを回避するのに略十分な情報を与えることにあるので、四つの隅角領域１６０のこれらの領域には低品質モジュールを用いることができることを特記しておく。このように、さらに限定されたＲＯＩによる走査が望まれるとき（例えばＲＯＩ６２の撮像データを得るため）には、外側の小領域１５２、１５４を薄板又はＸ線減弱材料１１０によって濾波して投与線量を最小化しつつ検出器アレイ１８全体をＸ線１６で曝射する。検出器には外側領域（すなわち白抜きのブロック１６２）に間隙が存在するため、検出器アレイ１８を通過したＸ線フォトンの一部は検出されない。しかしながら、これらの領域でのＸ線強度は極めて低いので、この失われた情報は投与線量効率の僅かな部分に相当するに留まる。図７に示す構成では、例えばＸ線束の１％未満が検出されない。また、低品質モジュールは規則的なパターンに配置されている必要はないことを認められたい。低品質モジュールは、隅角領域１６０の周り及びブロック１６４に分散されて、再構成に十分な情報が確実に収集されるようにすることができる。

画像再構成に先立って、測定された投影に対し、白抜きのブロック１６２に検出器モジュールが存在していないことから生ずるような欠落情報を推定する付加的な処理を施す。一実施形態では、欠落情報を推定するために二つの付加的なステップが加えられる。第一のステップは、ＲＯＩの外部で測定された信号に低域通過フィルタ処理を施すものである。尚、これらの領域で測定された投影は、Ｘ線強度が低いため相対的に大きい雑音を含み得ることを特記しておく。再構成目的のためには、ＲＯＩの正確な再構成を確実に行なうために平均信号を用いて外側領域のプロファイルを推定することができる。

次のステップは、間隙を有する領域での検出器モジュールの欠損による欠落信号を推定するものである。このことは、測定された信号を補間することにより行なわれ得る（前段に記載した平滑化演算の後に）。補間は線形、スプライン、ラグランジュ、三次エルミート、高次ラグランジュ、及び他の方法の何れであってもよい。所望があれば、フーリエ補間を用いて周波数内容をさらに細かく保存することもできる。欠落投影標本を補間済み標本によって置き換えた後に、従来の再構成アルゴリズムを用いて着目部位の画像を再構成することができる。

さらに、白抜きブロック及び作用ブロックの任意のパターンを用いて検出器アレイ１８の四つの隅角領域１６０を充填してよいことを理解されたい。このように、図８に示すもう一つの実施形態によれば、四つの隅角領域１６０はここでもｚ境界１５８及び境界１２６、１２８によって画定されている。認められるように、同図には作用モジュールと白抜きのブロック１６２とを有する代替的なブロック１６４のパターンが示されている。さらに、白抜きのブロック１６２及び作用モジュールを有するブロック１６４のパターンは対称である必要も繰り返しパターンを有している必要もない。寧ろ、作用モジュールを有するブロック１６４は、四つの隅角領域１６０の範囲内に無作為に配置されていてよい。

このように、本発明によれば図９に示すように全ＦＯＶ動作モード２００が示され、このモード２００では、後に図１０に示すように大型のボウタイ・フィルタを用いることにより外側スライス２０２が患者前置コリメータ（図１及び図２に示すコリメータ２７のような）を用いてＸ線から遮断されて、中心スライス２０４からの撮像データが全ＦＯＶ２０６にわたり得られる。また、同じ検出器構成をＲＯＩ動作モード２０８に用いることもでき、このモード２０８では、例えばコリメータ２７を全ＦＯＶ動作モード２００よりも遥かに広い間隔に開くことによりｚ方向の全スライス２１０を得る。しかしながら、このモードでは、小型ボウタイ・フィルタ（全ＦＯＶ動作モード２００に用いられているフィルタよりも寸法が相対的に小さい）を用い、また図５に示すような領域１０４の減弱性材料１１０を含めることにより減弱領域２１２が形成されており、データは、図５に示すようなＲＯＩ６２に対応し得るさらに限定されたＲＯＩ２１４にわたり得られる。

ここで図１０を参照すると、図９の二つの動作モード（全ＦＯＶ及びＲＯＩ）を達成するボウタイ・フィルタ及び検出器アレイを示すシステムが図示されている。図５に関して記載したように、システム１０は、焦点スポット１００を有するＸ線源１４を含んでおり、焦点スポット１００からＸ線１６が検出器アレイ１８へ向けて発し、検出器アレイ１８は第一の検出器小領域１１４、第二の検出器小領域１１８、及び中央の検出器領域１２２を含んでいる。本実施形態では、ボウタイ・フィルタ・アセンブリ２５０が、図５に示すようなボウタイ２９を含んでいる。しかしながら、この実施形態では、ボウタイ・フィルタ・アセンブリ２５０はまた第二のボウタイ・フィルタ２５２を含んでおり、このフィルタ２５２はｚ方向２１にずれて位置し、全ＦＯＶ動作モードに用いられ得るプロファイルを含んでいる。このように、一実施形態によれば、図９に関して記載したように、ボウタイ・フィルタ・アセンブリ２５０のボウタイ・フィルタ２９を用いてＲＯＩ動作モード２０８での撮像データを得ることができ、またボウタイ・フィルタ・アセンブリ２５０をｚ方向２１にずらすと、全ＦＯＶ動作モード２００において動作するようにするために第二のボウタイ・フィルタ２５２を焦点スポット１００と検出器アセンブリ１８との間に配置することができる。

ここで図１１を参照すると、小包／手荷物検査システム５００が、小包又は手荷物を通過させ得る開口５０４を内部に有する回転式ガントリ５０２を含んでいる。回転式ガントリ５０２は、高周波電磁エネルギ源５０６と、図１又は図２に示される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５０８とを収容している。また、コンベヤ・システム５１０が設けられており、コンベヤ・システム５１０は、構造５１４によって支持されて走査のために小包又は手荷物５１６を自動的に且つ連続的に開口５０４に通すコンベヤ・ベルト５１２を含んでいる。物体５１６をコンベヤ・ベルト５１２によって開口５０４に送り込み、次いで撮像データを取得し、コンベヤ・ベルト５１２によって開口５０４から小包５１６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５１６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寄与は、撮像応用における投与線量低減のコンピュータ実装型の方法及び装置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、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。

本発明の一実施形態によれば、ＣＴシステムが、走査対象を収容する開口を有する回転式ガントリと、対象へ向けてＸ線ビームを投射するように構成されているＸ線源と、スライス方向に一定の幅を有し、対象を通過したＸ線を検出するように構成されている検出器アレイと、Ｘ線源と開口との間に配置された第一のボウタイ・フィルタとを含んでいる。第一のボウタイ・フィルタは、検出器アレイのアイソチャネルを通過するＸ線を減弱させるように配置された第一のＸ線濾波領域と、アイソチャネルからチャネル方向に中心を外れて位置する検出器アレイのチャネルを通過するＸ線を減弱させるように配置された第二のＸ線濾波領域と、アイソチャネルからチャネル方向に中心を外れて位置する検出器アレイのチャネルを通過するＸ線を減弱させるように配置自在なＸ線減弱材料とを含んでいる。このシステムはまた、検出器アレイに接続されて、検出器アレイからの出力を受け取るように構成されているデータ取得システム（ＤＡＳ）と、ＤＡＳから対象の撮像データの投影を取得して、撮像データを用いて対象の画像を形成するようにプログラムされているコンピュータとを含んでいる。

本発明のもう一つの実施形態によれば、ＣＴ撮像の方法が、ボウタイ・フィルタの中央部を通して、検出器アレイのアイソチャネルを含む検出器アレイの中央部までＸ線のビームを投射するステップと、ボウタイ・フィルタの中央部からチャネル方向にずれて位置しており第一のＸ線減弱性材料を取り付けられて有するボウタイ・フィルタの第一の非中央部を通して検出器アレイの第一の非中央部までＸ線のビームを投射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によれば、非一時的なコンピュータ可読の記憶媒体が、コンピュータによって実行されると、第一の着目部位（ＲＯＩ）を画定しており検出器のアイソチャネルを含むボウタイ・フィルタの第一の部分の中央領域を通過したＸ線から検出器において生成されるＸ線撮像データを取得し、ボウタイ・フィルタの第一の部分の二つの領域であって、アイソチャネルから相反するチャネル方向にずれて位置している二つの領域を通過したＸ線から検出器において生成されるＸ線撮像データであって、ボウタイ・フィルタの材料とは異なる材質であるＸ線減弱材料を通過したＸ線から発生されるボウタイ・フィルタの二つの領域からのＸ線撮像データを取得して、これらのＸ線撮像データを用いて画像を形成することをコンピュータに行なわせる命令を含むコンピュータ・プログラムを記憶している。

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。特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、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
１４：Ｘ線源
１６：投射Ｘ線
１７：レール
１８：検出器アセンブリ
１９：コリメート用プレート
２０：複数の検出器
２１：ｚ方向
２２：患者
２３：ｘ方向
２４：回転中心
２５：ｙ方向
２６：制御機構
２７：患者前置（プリ・ペイシェント）コリメータ
２８：制御器
２９：ボウタイ・フィルタ
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：ピクセル素子
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（フレックス）回路
５７：面
５９：複数のダイオード
６０：ＤＡＳ３２と全体的に平行な方向
６２：着目部位（ＲＯＩ）
６６：真中の射線
１００：焦点スポット
１０２：第一のＸ線濾波領域
１０４：第二のＸ線濾波領域
１０６：フィルタの第一の小領域
１０８：フィルタの第二の小領域
１１０：Ｘ線減弱材料
１１２：フィルタの第一の小領域を通過したＸ線
１１４：検出器アレイの第一の小領域
１１６：フィルタの第二の小領域を通過したＸ線
１１８：検出器アレイの第二の小領域
１２０：第一のＸ線濾波領域を通過したＸ線
１２２：中央の検出器領域
１２４：アイソチャネル
１２６：第一の境界
１２８：第二の境界
１３０：第一のチャネル方向
１３２：第二のチャネル方向
１３４：Ｘ線減弱材料の動的再配置
１４０：検出器領域の外側の位置
１５０：中央モジュール
１５２：第一の小領域
１５４：第二の小領域
１５６：中心モジュール
１５８：ｚ境界
１６０：隅角領域
１６２：除去されたモジュール
１６４：作用モジュール
２００：全ＦＯＶ動作モード
２０２：外側スライス
２０４：中心スライス
２０６：全ＦＯＶ
２０８：ＲＯＩ動作モード
２１０：ｚ方向の全スライス
２１２：減弱領域
２１４：さらに限定されたＲＯＩ
２５０：ボウタイ・フィルタ・アセンブリ
２５２：第二のボウタイ・フィルタ
５００：小包／手荷物検査システム
５０２：回転式ガントリ
５０４：開口
５０６：高周波電磁エネルギ源
５０８：検出器アセンブリ
５１０：コンベヤ・システム
５１２：コンベヤ・ベルト
５１４：構造
５１６：小包又は手荷物

Claims

走査対象（２２）を収容する開口（４８）を有する回転式ガントリ（１２）と、
前記対象（２２）へ向けてＸ線ビーム（１６）を投射するように構成されているＸ線源（１４）と、
スライス方向（２１）に一定の幅を有し、前記対象（２２）を通過したＸ線（１６）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）と前記開口（４８）との間に配置されて、
・前記検出器アレイ（１８）のアイソチャネル（１２４）を通過するＸ線（１２０）を減弱させるように配置されている第一のＸ線濾波領域（１０２）と、
・前記アイソチャネル（１２４）からチャネル方向（１３０）に中心を外れて位置する前記検出器アレイ（１８）のチャネルを通過するＸ線（１１２）を減弱させるように配置されている第二のＸ線濾波領域（１０４）と、
・前記アイソチャネル（１２４）から前記チャネル方向（１３０）に中心を外れて位置する前記検出器アレイ（１８）の前記チャネルを通過する前記Ｘ線（１１２）を減弱させるように配置自在なＸ線減弱材料（１１０）と、
を含んでいる第一のボウタイ・フィルタ（２９）と、
前記検出器アレイ（１８）に接続されて、前記検出器アレイ（１８）からの出力を受け取るように構成されているデータ取得システム（ＤＡＳ）（３２）と、
・該ＤＡＳ（３２）から前記対象の撮像データの投影を取得して、
・前記撮像データを用いて前記対象の画像を形成する
ようにプログラムされているコンピュータ（３６）と、
を備え、
前記コンピュータ（３６）は、
前記Ｘ線減弱材料（１１０）を通過したＸ線（１１２）から得られる撮像対象（２２）の着目部位（ＲＯＩ）の外部で測定された信号を低域通過フィルタ処理して、
前記ＲＯＩの外部の検出器モジュールの欠損に起因して生ずる欠落信号を推
定する
ようにプログラムされている、
計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
走査対象（２２）を収容する開口（４８）を有する回転式ガントリ（１２）と、
前記対象（２２）へ向けてＸ線ビーム（１６）を投射するように構成されているＸ線源（１４）と、
スライス方向（２１）に一定の幅を有し、前記対象（２２）を通過したＸ線（１６）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）と前記開口（４８）との間に配置されて、
・前記検出器アレイ（１８）のアイソチャネル（１２４）を通過するＸ線（１２０）を減弱させるように配置されている第一のＸ線濾波領域（１０２）と、
・前記アイソチャネル（１２４）からチャネル方向（１３０）に中心を外れて位置する前記検出器アレイ（１８）のチャネルを通過するＸ線（１１２）を減弱させるように配置されている第二のＸ線濾波領域（１０４）と、
・前記アイソチャネル（１２４）から前記チャネル方向（１３０）に中心を外れて位置する前記検出器アレイ（１８）の前記チャネルを通過する前記Ｘ線（１１２）を減弱させるように配置自在なＸ線減弱材料（１１０）と、
を含んでいる第一のボウタイ・フィルタ（２９）と、
前記検出器アレイ（１８）に接続されて、前記検出器アレイ（１８）からの出力を受け取るように構成されているデータ取得システム（ＤＡＳ）（３２）と、
・該ＤＡＳ（３２）から前記対象の撮像データの投影を取得して、
・前記撮像データを用いて前記対象の画像を形成する
ようにプログラムされているコンピュータ（３６）と、
前記開口（４８）と前記Ｘ線源（１４）との間に配置されて、Ｘ線（１６）をスライス方向（２１）にコリメートするように構成されている患者前置コリメータ（２７）と、
前記第一のボウタイ・フィルタ（２９）から前記スライス方向（２１）にずれて位置する第二のボウタイ・フィルタ（２５２）と、
・Ｘ線（１６）が前記スライス方向（２１）での前記検出器アレイの幅よりも狭い第一の幅において前記検出器アレイ（１８）に入射するように、前記患者前置コリメータの開口を前記スライス方向（２１）に狭めて、
・前記Ｘ線減弱材料（１１０）が、前記アイソチャネル（１２４）から前記チャネル方向（１３０）に中心を外れて位置する前記検出器アレイ（１８）の前記チャネルを通過するＸ線を減弱させないように、当該Ｘ線減弱材料（１１０）を再配置する
ように構成されている制御器（２８）と、
を備え、
前記第二のＸ線濾波領域（１０４）は、前記検出器アレイまでＸ線を通過させる領域であって、
前記アイソチャネル（１２４）に対して第一のチャネル方向（１３０）に位置する第一の境界（１２６）から前記第一のチャネル方向（１３０）に前記アイソチャネル（１２４）から離隔して延在する前記検出器アレイ（１８）の第一の小領域（１１４）と、
前記アイソチャネル（１２４）に対して第二のチャネル方向（１３２）に位置する第二の境界（１２８）から前記第二のチャネル方向（１３２）に前記アイソチャネル（１２４）から離隔して延在する前記検出器アレイ（１８）の第二の小領域（１１８）と
を含む領域としてさらに画定され、
前記第一及び第二の小領域の各々は、検出器モジュールが存在する部分と、前記検出器モジュールが存在しない部分とを含む、計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
前記Ｘ線減弱材料（１１０）は前記第二のＸ線濾波領域（１０４）に取り付けられている、請求項１又は２に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
前記Ｘ線減弱材料（１１０）は、制御器（２８）を介して少なくとも前記チャネル方向（１３０）に動的に配置自在である、請求項１乃至３のいずれかに記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
前記Ｘ線減弱材料（１１０）は、前記第一のボウタイ・フィルタ（２９）の単位厚み当たりＸ線減弱量よりも大きい単位厚み当たりＸ線減弱量を有する、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）システム（１０）。
前記第一のＸ線濾波領域（１０２）は、前記検出器アレイまでＸ線を通過させる領域であって、
前記アイソチャネル（１２４）から第一のチャネル方向（１３０）に位置する前記検出器アレイ（１８）の第一の境界（１２６）と、
前記アイソチャネル（１２４）から前記第一のチャネル方向（１３０）とは反対の第二のチャネル方向（１３２）に位置する前記検出器アレイ（１８）の第二の境界（１２８）と
の間の領域としてさらに画定され、
前記第一及び第二の境界領域（１２６、１２８）は、前記ＲＯＩに対応している、請求項１に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
前記第一及び第二の小領域（１１４、１１８）は、前記検出器アレイ（１８）の中心スライスからスライス方向（２１）に第三の境界（１５８）までずれて位置する前記検出器アレイ（１８）の部分（１６４）を含んでいる、請求項２に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。
前記制御器（２８）は、前記コリメート後のＸ線が前記第二のボウタイ（２５２）を通過するように、前記第一及び第二のボウタイ・フィルタ（２９、２５２）をスライス方向（２１）に平行移動させるように構成されている、請求項２に記載の計算機式断層写真法（ＣＴ）システム（１０）。