JP6415759B2 - 微分位相コントラストｃｔのためのタイル状ディテクタ配置、装置、方法、プログラム要素及び記憶媒体 - Google Patents

微分位相コントラストｃｔのためのタイル状ディテクタ配置、装置、方法、プログラム要素及び記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は微分位相コントラスト及びダークフィールド・コンピュータ断層撮影法(differential phase contrast and dark-field computed tomography)の分野に関連する。特に、本発明は、微分位相コントラスト及び/又はダークフィールド・コンピュータ断層撮影スキャナのための回転する放射線源及び検出器の配置、コンピュータ断層撮影検査装置、微分位相コントラスト・コンピュータ断層撮影スキャナ又はダークフィールド・コンピュータ断層撮影スキャナにより関心対象(an object of interest)の画像を取得する方法、プログラム要素及びコンピュータ読み取り可能な媒体に関連する。
古典的なX線イメージングは対象に起因するX線の吸収を測定するが、位相コントラスト・イメージングは、X線が検査対象を通過する際に被る位相シフトの検出を意図する。位相コントラスト・イメージング及び/又はダークフィールド・イメージングの場合、対象が(コヒーレント)X線の照射を受ける場合の強度最大値及び最小値の干渉パターンを生成するために、干渉計(例えば、回折格子)が対象の背後に配置される。対象によって導入されるX線電磁波の何らかの位相シフトは、干渉パターンにおける何らかの特徴的な変位を引き起こす。従って、これらの変位の測定は、対象の位相シフトの再構築を可能にする。更に、デコヒーレントX線微小角散乱(de-coherent X-ray small angle scattering)に由来する画像データの生成が可能になる。後者のタイプのイメージングは「ダークフィールド・イメージング」とも言及される。
医療分野に関する回折格子に基づく位相コントラスト・コンピュータ断層撮影スキャナは、複数のディテクタ・タイルを有する。各ディテクタ・タイルは干渉計及び放射線検出器要素を有する。そのような検出器はタイル状検出器(a tiled detector)と呼ばれても良い。
しかしながら、タイル化することは、隣接するタイル間に隙間又はギャップ(gaps)が存在するかもしれないことを伴う。特に、位相コントラストCTシステムの場合、タイル化は少なくとも2つの理由で画像品質にとって問題となり得る：第1に、微分データが得られる場合に、タイル間のギャップを跨ぐデータの補間は、標準的な非微分データの場合よりももっと深刻にさえなり得る。第2に、各タイルは、2つの回折格子及び放射線検出器を有するかもしれないことに加えて、干渉計のタルボット距離(Talbot distance)により決定される数センチメートルの深度を有する。この条件はギャップを更に増加させ得る。
US5,164,973A1は、タイル状検出器を含むコンピュータ断層撮影用の投影検出装置を説明している。
効果的な方法でタイル状検出器に関して優れた画像品質を提供することが望まれている。
本発明の形態は独立請求項に記載されている。利点及び別の形態は従属請求項、明細書及び図面に記載されている。
本発明の第1形態は、微分位相コントラスト及び/又はダークフィールド・コンピュータ断層撮影スキャナのための回転する放射線ソース及びディテクタの配置に関連する。放射線ソース及びディテクタの配置は、放射線ソース及びディテクタを有する。
ディテクタは複数の検出器タイルを有し、各々の検出器タイルは干渉計及び放射線検出器要素を有する。複数の検出器タイルは、円弧に沿って配置され且つ放射線ソースの位置と配置の回転中心とを通る直線に対して非対称に配置される。
検出器タイルが配置される円弧は、放射線ソースの位置に一致する中心を有しても良い。
言い換えれば、検出器タイルは、ディテクタに向かって延びる第1ラインに沿って放射線ソースから放出される放射線が、2つの隣接するタイル間のギャップに当たって良いように、非対称に配置される。しかしながら、ソースが第1ライン上にはあるが関心対象に関して反対側に位置し且つソースが第1ラインに沿ってはいるが反対方向に放射線を放出するように、放射線ソース及びディテクタの配置が回転させられると、放射線は、2つの隣接するタイル間のギャップには当たらず、中心付近でタイルに当たる、或いは、例えば中心からのオフセットがタイル幅の1/4である付近でタイルに当たる。従って、「コンプルメンタリ放射線(complementary ray)」とも言及される相補的な放射線が、そのタイルにより検出され、画像の生成に使用されることが可能である。
従って、タイル間のギャップに当たるダイレクト放射線のデータは、タイルに当たるコンプルメンタリ放射線の相補的なデータによりサンプリングされることが可能であり、或いは換言すれば、コンプリメンタリ放射線はダイレクト放射線に対応する画像データの「データ・ギャップ(data gap)」を埋めるために使用される。
実施例によれば、複数の検出器タイルのうちの第1タイルは、放射線ソースの位置と配置の回転中心とを通る直線に対して1/4個分のタイルのオフセットを有するように配置される。
複数の検出器タイルの各々の検出器タイルの各干渉計は位相回折格子を有しても良い。また、複数の検出器タイルの各々の検出器タイルの各干渉計は分析回折格子を有しても良い。
更に、放射線ソースはソース回折格子を有しても良い。有利なことに、本配置は、再構成される画像におけるリング・アーチファクトの生成に関して敏感でない。
本発明の別の形態は、回転する放射線ソース及びディテクタの上記及び下記の配置を有するコンピュータ断層撮影検査装置に関連する。
コンピュータ断層撮影検査装置は、シングル・スライスCTシステム又はコーンビームCTシステムであっても良い。
本発明の別の形態によれば、微分位相コントラスト・コンピュータ断層撮影スキャナ又はダークフィールド・コンピュータ断層撮影スキャナにより関心対象の画像を取得する方法が提供され、放射線ソースは、ディテクタの方に向かう第1方向において第1経路に沿って電磁放射線の第1ビームを放出し、ディテクタは複数の検出器タイルを有し、この場合において、第1経路は2つの隣接するタイル間のギャップに当たる。そして、放射線ソース及びディテクタの配置は回転させられ、放射線ソースは、ディテクタの方に向かう第2方向において第2経路に沿って電磁放射線の相補的な第2ビームを放出する。第1経路は第2経路に等しく、第1方向は第2方向と反対である。第2経路がタイルに当たり且つディテクタの2つの隣接するタイル間のギャップには当たらないような仕方で、検出器タイルは配置される。
ディテクタにより検出され且つ第2ビームに対応するデータは、画像の再構築に使用される。「コンプルメンタリ・データ」は、電磁放射線の第1ビームが2つの隣接するタイル間のギャップに当たる場合に、隣接するタイル間のギャップに起因する「データの隙間」を埋めるために使用される。言い換えれば、X線源が関心対象に関して反対側にある場合に取得されるデータは、X線源が関心対象に関して当初の側(即ち、反対側の反対)にある場合に隣接するタイル間のギャップに起因するデータ・ギャップを埋めるために使用される。
本発明の別の形態はプログラム要素に関連し、プログラム要素は、コンピュータ断層撮影検査装置又はダークフィールド・コンピュータ断層撮影スキャナのプロセッサにより実行される場合に、上記及び/又は下記の方法ステップを実行することを、装置(又はスキャナ)に指図する。
本発明の別の形態は、上記のプログラム要素が保存されるコンピュータ読み取り可能な媒体に関連する。
コンピュータ読み取り可能な媒体は、フロッピ・ディスク、ハード・ディスク、CD、DVD、USB(ユニバーサル・シリアル・バス)ストレージ・デバイス、RAM(ランダム・アクセス・メモリ)、ROM(リード・オンリ・メモリ)及びEPROM(消去可能プログラム可能なリード・オンリ・メモリ)であっても良い。コンピュータ読み取り可能な媒体は、プログラム・コードのダウンロードを許容する例えばインターネットのようなデータ通信ネットワークであっても良い。
本発明は病院のような臨床環境で有用な用途を与える。より具体的には、本発明は患者の医療検査に非常に適している。更に、本発明は工業的な環境でも有用な用途を与える。より具体的には、本発明は、非破壊試験(例えば、生体だけでなく非生体サンプルの組成、構造及び/又は量に関する分析)だけでなく、セキュリティ・スキャニング(例えば、空港での荷物のスキャニング)における用途に非常に適している。
本発明のこれら及び他の形態は、後述する実施形態から明らかになり及びそれらに関連して説明される。以下、本発明の実施例が次の添付図面を参照しながら説明される。
本発明の実施例による回転する放射線源及び検出器の配置の部分的な図を示す。 3つの回折格子ペアを有する広範囲干渉計を示す。 図2Aの広範囲干渉計のフレームを示す。 第1位置における放射線源及び検出器の配置を示す。 相補的な第2位置における図3Aの放射線源及び検出器の配置を示す。 本発明の実施例による放射線源及び検出器の配置を示す。 相補的な第2位置における図4Aの放射線源及び検出器の配置を示す。 本発明の実施例による検査装置を示す。 本発明の実施例による方法のフローチャートを示す。 図面は概略的なものであり、寸法に関して正確であるとは限らない。異なる図面で同じ参照符合が使用される場合、それらは同一又は類似する要素を指している場合がある。しかしながら、同一又は類似する要素は異なる参照符合でラベル付けされても良い。
図1は、本発明の実施例による微分位相コントラスト及び/又はダークフィールド・コンピュータ断層撮影スキャナのための放射線源及び検出器の配置に属する検出器タイル100を示す。配置は、関心対象104の方へ電磁放射(X線)を放出する放射線源(図示せず)を有する。
動作の際、X線105が関心対象104に影響を及ぼす前に、X線はソース回折格子を通過しても良い。関心対象を通過した後、X線は検出器300に到達する。この特定の例における検出器300は、位相回折格子101を有する。この特定の例における検出器300は、位相回折格子101により生成される干渉パターン107を分析するための分析回折格子102を更に有する。代替的に、放射線検出器103は、位相回折格子101により生成される干渉パターンを検出する(即ち、適切に解明する)程度に十分小さなピッチ、即ち十分大きな空間分解能を有し、これにより分析回折格子102の必要性を排除する。この目的のため、放射線検出器103は、いわば50マイクロメートル以上という空間分解能を有する機知の高分解能X線検出器、或いは、本願のリファレンスに組み込まれるUS2014/0177795A1に記載されているようなタイプのX線ディテクタであっても良い。X線105の方向から見て分析回折格子102の下流に、放射線検出器103が配置される。
この配置は、回転中心の周りに回転するように設計され、典型的な場合、回転中心は関心対象104の位置に一致する。
図2Aは3つの検出器タイルを有する検出器300を示し、各々の検出器タイルは位相回折格子及び分析回折格子を有する。各々の検出器タイルはピボット軸受201(a pivot bearing)に取り付けられ、ピボット軸受201は検出器300のフレームにタイルをピボット運動可能に取り付ける。更に、各々のタイルは、タイルの位置及び向きを調節するためのアクチュエータ・レバー・アーム202を有しても良い。
図2Bは図2Aの検出器300のフレームを示す。図2A及び図2Bから分かるように、隣接する回折格子ペアの間にギャップ203、204が存在し、ギャップは、「ブラインド・スポット(blind spots)」、即ち放射を検出できないものと考えられて良い。
図3Aは微分位相コントラスト及び/又はダークフィールド・コンピュータ断層撮影スキャナに関する回転する放射線源305及び検出器300の配置を示す。検出器300は、放射線源305を中心とする円の弧306に沿って配置される複数の検出器タイル100、307、309を有する。放射線源305及び検出器300は、円形の経路308に沿って中心302の周りを回転する。検出器タイル100、307は、放射線源305の位置と回転中心302とを通る直線301に対して対称的に配置される。検出器に向かって経路303に沿って放射線源から放出される放射線ビームは、2つの隣接するタイル307、309の間のギャップに当たる。放射線源が、同じ経路に沿うが反対方向に放射線を放射する位置に至るまで、放射線源及び検出器が回転させられる場合(この放射線ビームは相補的である(a complementary way)と言及される)、再び放射線は隣接するタイル307、311の間のギャップに当たる。
図3Aに示されるような円弧状に配置される検出器だけでなく、回転中心302に対して非対称に検出器パネルを配置する技術が、CTシステムのフラット・パネル・タイプ検出器(flat-panel type detectors)に適用可能であることに、留意すべきである。従って、検出器の円弧状の配置は必須でないことが認められるであろう。
図4A及び図4Bは本発明の実施例による回転する放射線源及び検出器300の配置を示す。タイル100、401等はライン301に対して非対称に配置され、それにより、放射線源が図4Aに示される位置にある場合に、X線は隣接するタイル401、402の間のギャップに当たる。しかしながら、放射線源が関心対象の反対側にある図4Bの位置関係では(関心対象は図4A、図4Bに示されていないが、円308の中に配置され、それにより、検出器及び放射線源は関心対象の周りに回転することが可能である)、経路303はギャップには当たらず、タイル401に当たる。検出器タイルは非対称に配置され、例えばライン301に対して1/4個分のタイルのオフセットだけ非対称に配置され、それにより、隣接するタイル間のギャップに当たっていたダイレクトX線(direct rays)は、相補的なX線の場合にはタイルの中心でサンプリングされる。
単独スライスCTシステムの場合、ダイレクト・データと相補的なデータとはタイル間のギャップを埋めるために組み合わせられることが可能であり、再構築のために、単純フィルタ補正逆投影(simple filtered back-projection)の利用が可能である。コーンビーム・システム(a cone-beam system)の場合、ギャップを有するタイル化されたシステムから画像を構築する方法は、反復的な再構築法を利用することである。反復的な再構築は取得されたデータを全て適切に使用し得るので、ダイレクト及び相補的なX線を明示的にインターリーブする必要はない。従って、ダイレクト及び相補的な投影におけるギャップのインターリーブ配置の利点は、如何なる追加的な及び近似的な処理によらず活用され得る。
図5は、関心対象501の周りに回転する回転可能な放射線源305及び検出器300の上記の配置を有するコンピュータ断層撮影検査装置500を示す。装置は、イメージング装置として構成されても良く、装置の動作を制御し且つ画像生成を実行するためのプロセッサ502を有する。
図6は本発明の実施例による方法のフローチャートを示す。ステップ601において、X線放射線源は、詳細に上述したように、検出器の方に向かう第1方向で第1経路に沿ってX線の第1ビームを放出する。放射線源及び検出器の双方が、別の位置関係に向けて回転させられ、その別の位置関係では検査される関心対象に関して放射線源が反対側にある。ステップ603において、放射線源は、反対方向に電磁放射線の第2の相補的なビームを放出し、そのビームは検出器により検出される。ステップ604において、放射線源が関心対象の反対側にある場合に取得される検出データは、放射線源が関心対象に関して初期の側にあり且つ放射線ビームが検出器の隣接するタイル間のギャップに当たる場合に取得される検出データにおける「データ・ギャップ」を埋めるために使用される。
「有する」という用語は複数性を排除しない点に留意すべきである。上記の何れかの実施例に関して説明された特徴は、上記の他の実施形態の他の特徴との組み合わせで使用されることが可能な点にも留意を要する。更に、上記の概要及び詳細な説明では少なくとも1つの実施例が提示されたが、多数の変形例の存在が認められるべきである。実施例又は例示的な実施形態は具体例に過ぎず、範囲、適用性又は構成を如何なる方法によっても限定するようには意図されていないことが、認められるべきである。むしろ、上記の概要及び詳細な説明は、実施例を実現するための有用な指針を当業者に与え、添付の特許請求の範囲の記載及びそれらの法律上の均等物の範囲から逸脱することなく、実施例で説明される要素の機能及び配置において様々な変形がなされて良いことが理解される。

Claims (13)

  1. 微分位相コントラスト及び／又はダークフィールド・コンピュータ断層撮影スキャナのための回転することが可能な放射線ソース及びディテクタの配置であって：
    放射線ソース；
    複数の検出器タイルを有するディテクタ；
    を有し、各々の検出器タイルは干渉計及び放射線検出器を有し；
    前記複数の検出器タイルは、前記放射線ソースの位置と前記配置の回転中心とを通る直線に対して非対称に配置されることを特徴とする配置。
  2. 前記複数の検出器タイルのうちの第１タイルは、前記直線に対して１／４個分のタイルのオフセットを有するように配置される、請求項１に記載の配置。
  3. 前記複数の検出器タイルのうちの第１タイルは、前記複数の検出器タイルの中心に配置されるタイルである、請求項１又は２に記載の配置。
  4. 前記複数の検出器タイルの各々の検出器タイルの干渉計は、位相回折格子を有する、請求項１ないし３のうち何れか一項に記載の配置。
  5. 前記複数の検出器タイルの各々の検出器タイルの干渉計は、分析回折格子を有する、請求項１ないし４のうち何れか一項に記載の配置。
  6. 前記放射線ソースは、ソース回折格子を有する、請求項１ないし５のうち何れか一項に記載の配置。
  7. 前記検出器タイルは、円弧に沿って配置される、請求項１ないし６のうち何れか一項に記載の配置。
  8. 請求項１ないし７のうち何れか一項に記載の配置を有するコンピュータ断層撮影検査装置。
  9. 円弧は前記放射線ソースの位置に一致する中心を有する、請求項８に記載のコンピュータ断層撮影検査装置。
  10. 微分位相コントラスト又はダークフィールド・コンピュータ断層撮影スキャナにより関心対象の画像を取得する方法であって：
    放射線ソースが、ディテクタの方に向かう第１方向において第１経路に沿って電磁放射線の第１ビームを放出するステップであって、前記ディテクタは複数の検出器タイルを有し、前記第１経路は２つの隣接するタイル間のギャップに当たる、ステップ；
    前記放射線ソース及び前記ディテクタを回転させるステップ；
    前記放射線ソースが、前記ディテクタの方に向かう第２方向において第２経路に沿って電磁放射線の相補的な第２ビームを放出するステップ；
    を有し、前記第１経路は前記第２経路に等しく；
    前記第１方向は前記第２方向と反対であり；及び
    前記第２経路はタイルに当たり且つ２つの隣接するタイル間のギャップには当たらないことを特徴とする方法。
  11. 画像の再構築のために前記第２ビームに対応する検出データを利用するステップを更に有する請求項１０に記載の方法。
  12. コンピュータ断層撮影検査装置のプロセッサにより実行される場合に、方法を実行するように装置に指示するプログラム要素であって、前記方法は：
    放射線ソースが、ディテクタの方に向かう第１方向において第１経路に沿って電磁放射線の第１ビームを放出するステップであって、前記ディテクタは複数の検出器タイルを有し、前記第１経路は２つの隣接するタイル間のギャップに当たる、ステップ；
    前記放射線ソース及び前記ディテクタを回転させるステップ；
    前記放射線ソースが、前記ディテクタの方に向かう第２方向において第２経路に沿って電磁放射線の相補的な第２ビームを放出するステップ；
    を有し、前記第１経路は前記第２経路に等しく；
    前記第１方向は前記第２方向と反対であり；及び
    前記第２経路はタイルに当たり且つ２つの隣接するタイル間のギャップには当たらない、プログラム要素。
  13. 請求項１２に記載のプログラム要素が保存されるコンピュータ読み取り可能な媒体。
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