JP6546201B2

JP6546201B2 - オブジェクトの画像を生成するイメージングシステム

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Publication number: JP6546201B2
Application number: JP2016571088A
Authority: JP
Inventors: プロクサ，ローラント; ケーラー，トーマス
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2019-07-17
Anticipated expiration: 2035-05-13
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Description

本発明は、オブジェクトの画像を生成するイメージングシステム、イメージング方法、及びイメージングコンピュータプログラムに関する。本発明は、特に、オブジェクトの画像を生成するスペクトルコンピュータ断層撮影システム、方法、及びコンピュータプログラムに関する。

特許文献１は、エネルギー積算及びエネルギー弁別データ測定値を含む画像データセットを取得するシステムを開示している。このシステムは、取得サイクル中にエネルギー集積測定データとエネルギー弁別測定データとを取得し、エネルギー集積測定データとエネルギー弁別測定データとを選択的に合成及び再構成して、エネルギー弁別成分画像を生成するように適応されている。

特許文献２は、少なくとも１つのスペクトルチャネルを有する少なくとも１つのモダリティを有する非侵襲的イメージングデバイスを含む装置を開示している。この装置は、さらに、異なる物質の複数のモデルと可能性基準とを格納したメモリと、非侵襲的イメージングデバイスにより与えられるオブジェクトのイメージング情報を処理するように構成された制御回路とを有し、複数のモデルを用いてイメージング情報の部分々々の候補物質を特定し、ありそうもない物質又は物質の組み合わせを除外して可能性基準を用いて候補物質を減らす。

非特許文献１は、スペクトル投影データを生成するデュアルレイヤ検出器と、生成されたスペクトル投影データに基づいてヒトなどのオブジェクトの画像を再構成する再構成部とを用いるスペクトルコンピュータ断層撮影システムを開示している。デュアルレイヤ検出器は、エネルギー分離をするために、２つの高感度検出レイヤがスタックされた技術的に複雑な構成を用いている。

米国特許出願公開第２００７／０１４７５７４Ａ１号米国特許出願公開第２０１３／０１０１１５６Ａ１号

Ｒ．Ｃａｒｍｉｅｔａｌ．著「ＭａｔｅｒｉａｌＳｅｐａｒａｔｉｏｎｗｉｔｈＤｕａｌ−ＬａｙｅｒＣＴ」（ＩＥＥＥＮｕｃｌｅａｒＳｃｉｅｎｃｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＲｅｃｏｒｄ，ｖｏｌｕｍｅ４，ｐａｇｅｓ１８７６ｔｏ１８７８（２００５））

本発明の一目的は、スペクトル投影データに基づいてオブジェクトの画像の生成をできるようにする、オブジェクトをイメージングするイメージングシステム、方法、及びコンピュータプログラムであって、技術的により複雑でない検出器を用いることができるものを提供することである。

本発明の第１の態様によると、オブジェクトの画像を生成するイメージングシステムは、
− スペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとを提供する測定投影データ提供部であって、前記スペクトル測定投影データと前記非スペクトル測定投影データとはそれぞれ、前記オブジェクトを含むイメージング領域を通った放射線に基づいて、スペクトル検出素子と非スペクトル検出素子とを有する検出器により生成されたものである、測定投影データ提供部と、
− 前記非スペクトル検出素子で終わる放射線経路に対応するスペクトル推定投影データを推定する推定部であって、非スペクトル検出素子で終わる放射線経路のスペクトル推定投影データを推定するため、前記推定部は、ａ）前記放射線経路に対応する非スペクトル測定投影データ値を生じた可能性があるイメージング領域におけるモデル物質分布を、前記非スペクトル測定投影データに基づき決定し、ｂ）前記モデル物質分布に基づき、前記スペクトル推定投影データ値の測定をシミュレーションする、推定部と、
− 前記スペクトル測定投影データと前記スペクトル推定投影データとに基づいて、前記オブジェクトの画像を再構成する再構成部とを有する。

本イメージングシステムは、提供されたスペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとに基づいて、オブジェクトの画像を生成できるので、これらの測定投影データを生成するのに用いる検出器は、スペクトル検出素子のみを含む必要はない。スペクトル検出素子は、非スペクトル検出素子より、技術的により複雑である。そのため検出器の全体的な技術的複雑性を低減できる。さらに、推定部は、非スペクトル検出素子で終わる放射線経路に対応するスペクトル推定投影データを推定できるので、これらのスペクトル推定投影データが、オブジェクトの画像を再構成するために、提供されたスペクトル測定投影データと共に用いられ、オブジェクトの高画質画像を生成できる。例えば、検出器は、スペクトル検出素子のみを含む訳ではないので、スペクトル測定投影データはおそらくトランケート（ｔｒｕｎｃａｔｅ）され、それにより生成される画像に画像アーティファクトが生じ得る。このトランケーション（ｔｒｕｎｃａｔｉｏｎ）とそれに対応する画像アーティファクトは、画像の再構成に、スペクトル測定投影データを用いるだけでなく、スペクトル推定投影データを用いることにより緩和でき、場合によっては無くすこともできる。

測定投影データ提供部は、スペクトル検出素子と非スペクトル検出素子とを有する検出器を用いて、スペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとを取得する投影データ取得システムであり得る。しかし、測定投影データ提供部は、単に、スペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとを格納し、それを提供するため格納されたスペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとを読み出す記憶部であってもよい。測定投影データ提供部は、投影データ取得システムからスペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとを受信し、受信したスペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとを提供する受信部でもあり得る。

オブジェクトは、好ましくはヒトや動物などの生体である。しかし、オブジェクトは技術的なオブジェクトであってもよい。例えば、イメージングシステムは、空港で保安のために手荷物の画像を生成するために用いることができる。

好ましい実施形態では、スペクトル推定投影データ値を推定するために前記モデル物質分布を決定するために、前記推定部は、対応する非スペクトル投影データ値に基づいて決定されるスペクトル推定投影データに対応する放射線経路に沿ったモデル物質分布を決定するように適応される。特に、前記推定部は前記放射線経路に沿った前記モデル物質分布として水分布を推定するように適応される。例えば、非スペクトル測定投影データ値について、それぞれの非スペクトル測定投影データ値に基づいて、水中実効長（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｗａｔｅｒｌｅｎｇｔｈ）を決定できる。水中実効長を用いて、それに沿った放射線の伝搬をシミュレーションすることにより、スペクトル推定投影データを決定できる。これにより、非スペクトル測定投影データと投影データ生成パラメータとに基づいて、スペクトル推定投影データを比較的速く推定できる。

スペクトル推定投影データの測定のシミュレーションは、好ましくは、スペクトル測定投影データの測定にも用いられた種類の検出素子を用いる測定をシミュレートするシミュレーションである。よって、好ましくは、スペクトル測定投影データの測定に用いられる検出技術を考慮する。例えば、光子エネルギー分離を提供するために、スペクトル測定投影データの測定に用いられる検出素子が、２つの感度検出器レイヤをスタックしたデュアルレイヤ検出素子であるとき、測定プロセスをシミュレーションする際に、レイヤの既知の吸収特性が好ましくは考慮される。

さらに別の実施形態では、前記推定部は、スペクトル推定投影データ値を推定するため前記モデル物質分布を決定するため、前記スペクトル測定投影データと前記非スペクトル投影データとに基づいて中間画像を再構成し、前記再構成された中間画像に基づいて前記物質分布を決定するように適応される。特に、前記推定部は、スペクトル測定投影データを積分して、積分された投影データを生成し、前記積分された投影データと前記非スペクトル測定投影データとに基づいて、前記中間画像を再構成するようにされる。好ましくは、前記推定部は、前記再構成された中間画像において異なる物質を分割することにより、前記物質分布を決定するように適応される。例えば、オブジェクトがヒトである場合、再構成された中間画像において骨と組織のエリアを分割し、この分割を用いて、各放射線経路に沿ったカルシウムと水の分布を決定することができる。このカルシウム／水の物質分布を用いて、スペクトル推定投影データ値の測定をシミュレーションして、それを決定できる。これにより、スペクトル推定投影データの推定精度をさらに向上できる。

また、好ましくは、前記推定部は、前記スペクトル測定投影データと前記スペクトル推定投影データ値との間の境界において、前記スペクトル測定投影データと前記スペクトル推定投影データとを平滑化するように適応される。スペクトル測定投影データからスペクトル推定投影データへの移行は必ずしも滑らかではないことがある。この移行又は境界においてこれらの投影データを平滑化することにより、オブジェクトの最終的な再構成画像がさらに改善されることがある。

本発明の別の一態様では、オブジェクトの画像を生成するイメージング方法は、
− 測定投影データ提供部が、スペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとを提供するステップであって、前記スペクトル測定投影データと前記非スペクトル測定投影データとはそれぞれ、前記オブジェクトを含むイメージング領域を通った放射線に基づいて、スペクトル検出素子と非スペクトル検出素子とを有する検出器により生成されたものである、ステップと、
− 推定部が、前記非スペクトル検出素子で終わる放射線経路に対応するスペクトル推定投影データを推定するステップであって、非スペクトル検出素子で終わる放射線経路のスペクトル推定投影データを推定するため、前記推定部は、ａ）前記放射線経路に対応する非スペクトル測定投影データ値を生じた可能性があるイメージング領域におけるモデル物質分布を、前記非スペクトル測定投影データに基づき決定し、ｂ）前記モデル物質分布に基づき、前記スペクトル推定投影データ値の測定をシミュレーションする、ステップと、
− 再構成部が、前記スペクトル測定投影データと前記スペクトル推定投影データとに基づいて、前記オブジェクトの画像を再構成するステップとを含む。

本発明の別の一態様では、関心領域をイメージングするコンピュータプログラムを提供する。該プログラムは、請求項１に記載のイメージングシステムを制御するコンピュータにおいて実行されると、前記イメージングシステムに、請求項９に記載のイメージング方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有する。

言うまでもなく、請求項１のイメージング装置、請求項９のイメージング方法、及び請求項１０のコンピュータプログラムは、同様の及び／又は同一の好ましい実施形態を有し、特に従属項に記載した実施形態を有する。

言うまでもなく、本発明の好ましい実施形態は、従属項または上記の実施形態の、各独立項との任意の組合せであり得る。

本発明の上記その他の態様を、以下に説明する実施形態を参照して明らかにし、説明する。

オブジェクトの画像を生成するイメージングシステムの一実施形態を模式的かつ例示的に示す図である。スペクトル検出素子と非スペクトル検出素子とを有する検出器を模式的かつ例示的に示す図である。間引きスペクトル測定投影データとスペクトル推定投影データとを模式的かつ例示的に示す図である。オブジェクトの画像を生成するイメージングシステムの一実施形態を例示するフローチャートである。

図１は、オブジェクトの画像を生成するイメージングシステムの一実施形態を模式的かつ例示的に示す図である。この実施形態では、イメージングシステム１７は、ヒトのコンピュータ断層撮影画像を生成するスペクトルコンピュータ断層撮影システムである。コンピュータ断層撮影システム１７は、ｚ方向と平行に延在する回転軸Ｒの周りに回転できるガントリー１を含む。放射線源２は、この実施形態ではｘ線管であり、ガントリー１に取り付けられている。放射線源２はコリメータ３を備えている。この実施形態では、これは放射線源２により発生された放射から円錐放射ビームを作る。放射線は、イメージング領域５内のヒト（図１には図示せず）を通る。イメージング領域５は、検査ゾーンであると考えて良く、この実施形態では円筒形である。イメージング領域５を通った後、放射ビーム４は、２次元検出面を含む検出器６に入射する。検出器６はガントリー１に取り付けられている。

コンピュータ断層撮影システム１７は２つのモータ７、８を有する。ガントリー１は、モータ７により、好ましくは一定だが調整可能な角速度で駆動される。モータ８は、ヒトを変位させるために設けられている。ヒトは、イメージング領域５内のテーブルなどの指示手段上に、回転軸Ｒ又はｚ軸方向に平行に配置される。これらのモータ７、８は、例えば、放射線源２とヒトとが互いに螺旋軌道に沿って動くように、制御部９により制御される。しかし、ヒトは動かずに、放射線源２だけが回転する、すなわち放射線源２がヒトに対して円形起動に沿って動くことも可能である。さらに、他の一実施形態では、コリメータ３は、他のビーム形状、特にファンビーム（ｆａｎｂｅａｍ）を形成するように適応でき、検出器６は、検出面を含み得る。検出面は、他のビーム形状、特にファンビームに対応して形成される。

図２に模式的かつ例示的に示したように、放射線源２により放射された放射線は、ヒト１４を通った後、検出器６の非スペクトル検出素子１５及びスペクトル検出素子１６により検出される。このように、検出器６は、スペクトル検出素子１６だけでなく、非スペクトル検出素子１５も含む。放射線源２とヒトが相対的に動く間に、検出器６は、検出器６の検出面に入射する放射線に応じて、スペクトル検出素子１６を用いて測定したスペクトル測定投影データと、非スペクトル検出素子１５を用いて測定した非スペクトル測定投影データとを生成する。それゆえ、放射線源２と、ヒトに対して放射線源２を動かす要素（特に、モータ７、８）と、ガントリー１と、検出器６とは、スペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとを提供する測定投影データ提供部１８を形成する。スペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとは、投影データの生成を記述する投影データ生成パラメータにより、ヒト１４を含むイメージング領域４を通った放射線４に基づいて、それぞれスペクトル検出素子１６と非スペクトル検出素子１５とを有する検出器６により生成されたものである。測定投影データ提供部１８は、投影データ取得システムであると考えることもできる。

投影データ生成パラメータは、投影データの生成を記述する。すなわち、例えば、スペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとを生成するのに用いられる放射線の取得ジオメトリ（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｇｅｏｍｅｔｒｙ）と強度とを記述する。取得ジオメトリは、検出器のスペクトル検出素子及び非スペクトル検出素子により検出される前に放射線が通った、オブジェクトに対する放射線経路を規定する。

スペクトル測定投影データ１９は、図３に模式的かつ例示的に示したように、トランケート（ｔｒｕｎｃａｔｅ）され得る。図３は、検出器６の各検出素子に応じた、例示的かつ模式的なスペクトル測定投影データ値Ｐを示す。図３から分かるように、非スペクトル検出素子１５とスペクトル検出素子１６との間の境界において、スペクトル測定投影データ１９はトランケート（ｔｒｕｎｃａｔｅ）される。

それゆえ、コンピュータ断層撮影システム１７は、さらに、非スペクトル検出素子１５で終わる放射線経路に対応するスペクトル推定投影データ２２を推定する推定部１０を含む。非スペクトル検出素子１５で終わる放射線経路のスペクトル推定投影データを推定するため、推定部１０は、ａ）放射線経路に対応する非スペクトル測定投影データ値を生じた可能性があるイメージング領域５におけるモデル物質分布を、非スペクトル測定投影データに基づき及び任意的に投影データ生成パラメータに基づき決定し、ｂ）モデル物質分布に基づき及び任意的に投影データ生成パラメータに基づき、スペクトル推定投影データ値の測定をシミュレーションする。特に、推定部１０は、対応する非スペクトル投影データ値と投影データ生成パラメータとに基づいて決定すべきスペクトル推定投影データ値に対応する放射線経路に沿ったモデル物質分布を決定するように適応されている。例えば、推定部１０は、放射線経路に沿ったモデル物質分布として、水分布、すなわち水中実効長（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｗａｔｅｒｌｅｎｇｔｈ）を推定するように適応されている。あるいは、推定部１０は、スペクトル測定投影データと非スペクトル投影データと投影データ生成パラメータとに基づいて、中間画像を再構成し、その再構成された中間画像に基づいて物質分布を決定するように適応され得る。この場合、推定部１０は、好ましくは、スペクトル測定投影データを積分（ｉｎｔｅｇｒａｔｅ）して積分投影データを生成し、積分投影データと非スペクトル測定投影データと投影データ生成パラメータとに基づいて、中間画像を再構成するようにされている。推定部１０は、再構成された中間画像において異なる物質を分割することにより、物質分布を決定するように適応され得る。例えば、物質分布を決定するために、再構成された中間画像において、骨と組織のエリアが分割されてもよい。

推定部１０は、さらに、スペクトル検出素子１６と非スペクトル検出素子１５との間の境界において、スペクトル測定投影データ１９とスペクトル推定投影データ２２とを平滑化するように適用されている。図３において、平滑化されたスペクトル推定投影データが破線２２により示されている。

コンピュータ断層撮影システム１７は、さらに、スペクトル測定投影データとスペクトル推定投影データと投影データ生成パラメータとに基づいて、ヒト１４の画像を再構成する再構成部１１を含む。この実施形態では、再構成部１１は、ヒトの画像を再構成するフィルタード後方投影アルゴリズムを用いるように適応されている。再構成部１１は、スペクトル投影データに基づいて、ヒト中の異なる物質に対応する異なる画像を再構成するために、物質分解法（ｍａｔｅｒｉａｌｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を用いるように適応され得る。例えば、ヒトに造影剤を注射した場合、そのヒトの中で造影剤のみを示す第１の画像を再構成でき、造影剤の使わずにそのヒトを示す第２の画像を再構成できる。再構成部１１は、スペクトル投影データに基づいて、コンプトン効果や光電効果などの異なる物理的効果に対応する異なる画像を再構成するようにも適応され得る。再構成部１１は、もちろん、他のスペクトル再構成法を用いるように適応し得る。既知の再構成法は、これを再構成部で用いても良いが、例えば、文献Ｅ．ＲｏｅｓｓｌａｎｄＲ．Ｐｒｏｋｓａ著「Ｋ−ｅｄｇｅｉｍａｇｉｎｇｉｎｘ−ｒａｙｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｕｓｉｎｇｍｕｌｔｉ−ｂｉｎｐｈｏｔｏｎｃｏｕｎｔｉｎｇｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」（ＰｈｙｓｉｃｓｉｎＭｅｄｉｃｉｎｅａｎｄＢｉｏｌｏｇｙ，ｖｏｌｕｍｅ５２，ｐａｇｅｓ４６７９ｔｏ４６９６（２００７））に開示されている。この文献はここに参照援用する。

推定部１０と再構成部１１とは、画像生成デバイス２３の一部であり、制御部９により制御され得る。コンピュータ断層撮影システム１７は、さらに、キーボード、コンピュータマウス、タッチパッドなどの入力部１２と、再構成画像を表示するディスプレイ１３とを含む。

以下、オブジェクトの画像を生成するイメージング方法の一実施形態を、図４に示したフローチャートを参照して例示として説明する。

オブジェクトの画像を生成するイメージング方法は、この実施形態では、ヒトの画像を生成するスペクトルコンピュータ断層撮影イメージング方法である。ステップ１０１において、放射線源２が回転軸Ｒの周りを回転し、ヒト１４は動かされない。すなわち、放射線源２がヒト１４の周りの円形起動に沿って移動する。他の一実施形態では、放射線源２は、ヒト１４に対して他の軌道、例えば螺旋軌道などに沿って動くこともできる。放射線源２がヒト１４を通る放射線を放射し、その放射線は、ヒト１４を通ると、検出器６により検出される。検出器６は、スペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとを生成する。ステップ１０１は、スペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとを提供する投影データ提供ステップであるとみなし得る。

ステップ１０２において、推定部１０により、非スペクトル検出素子１５で終わる放射線経路に対応するスペクトル推定投影データ２２を推定する。非スペクトル検出素子１５で終わる放射線経路のスペクトル推定投影データを推定するため、推定部１０は、ａ）放射線経路に対応する非スペクトル測定投影データ値を生じた可能性があるイメージング領域５におけるモデル物質分布を、非スペクトル測定投影データに基づき及び任意的に投影データ生成パラメータに基づき決定し、ｂ）モデル物質分布に基づき及び任意的に投影データ生成パラメータに基づき、スペクトル推定投影データ値の測定をシミュレーションする。ステップ１０３において、ヒト１４の画像は、スペクトル測定投影データとスペクトル推定投影データと投影データ生成パラメータとに基づいて、再構成される。ステップ１０４において、再構成された画像がディスプレイ１３に表示される。

検出器６のスペクトル検出素子１６は、好ましくはデュアルレイヤ検出素子である。デュアルレイヤ検出素子は、光子エネルギー分離をするため、スタックされた２つの感知検出レイヤ（ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｌａｙｅｒｓ）を有する。デュアルレイヤ検出素子は、周知であり、例えば、Ｒ．Ｃａｒｍｉｅｔａｌ．著の上記記事に開示されている。この記事をここに参照援用する。他の実施形態では、検出器は、エネルギー弁別機能を有する光子計数検出素子などの、他のスペクトル検出素子を含み得る。

スペクトル検出素子の生産は、非スペクトル検出素子の生産と比較して、技術的に比較的複雑であり、比較的コストが高い。非スペクトル検出素子は、従来の検出素子であるとも見なし得る。複雑性を低減し、もってコストを下げるために、検出器６はハイブリッド検出器であり、検出器の一部には、従来の、技術的により単純でより安価な検出素子を備え、他の部分には、スペクトル検出素子を備える。相違する部分は、図２に模式的かつ例示的に示したように非対称に分布し得る。好ましくは、各場合において、検出器は、円周方向に、内側スペクトル部と２つの外側非スペクトル部とを含む。

スペクトル測定投影データとスペクトル推定投影データとに基づいて画像を再構成する他に、再構成部１１は、従来型画像を再構成するようにも、すなわち非スペクトル投影データのみに基づき画像を再構成するようにも適応され得る。この画像は従来型検出器による画像に対応し、フィルタード後方投影法などの標準的な再構成法を用いて再構成することができるものである。特に、従来型画像を再構成するために、非スペクトル測定投影データを、スペクトル積分（ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）されたスペクトル測定投影データ（これはスペクトル積分後には非スペクトル投影データとなる）と共に用いることができる。スペクトル検出素子がデュアルレイヤ検出素子であるとき、非スペクトル投影データ値を生成するため、デュアルレイヤ検出素子の２つのレイヤからの測定値を足し合わせてもよい。

提供されるスペクトル測定投影データは、トランケート（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ）された投影データであり、トランケートすることにより、最終的に再構成される画像に画像アーティファクトが生じるおそれがある。特に、フィルタード後方投影アルゴリズムの場合には、トランケートされた投影データは２つの問題を生じ得る。トランケーション境界（ｔｒｕｎｃａｔｉｏｎｂｏｕｎｄａｒｙ）の近くに高周波アーティファクトが生じる可能性があり、フィルタード投影データの低周波成分が正しくないかも知れない。画像アーティファクトにより再構成画像にバイアスが生じる可能性がある。このバイアスは医療用アプリケーションの観点から、重大な欠点である。スペクトル投影データに基づくスペクトルコンピュータ断層撮影は、特にデュアルエネルギー投影データに基づくデュアルエネルギーコンピュータ断層撮影は、定量的ヨウ素マップなどの定量的医療情報を生成する貴重な機会を提供する。再構成画像中のバイアスにより定量化が難しくなる（ｄｅｇｒａｄｅ）。図１と図２を参照して上で説明したコンピュータ断層撮影システムにより、特にハイブリッドのデュアルエネルギー／従来型断層撮影検出器システムの場合に、定量化誤差の補正ができる。

推定部は、従来型検出データから、すなわち非スペクトル測定投影データから、トランケートされた領域の水中実効長（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｗａｔｅｒｌｅｎｇｔｈ）を評価し、所与の水中実効長と、デュアルレイヤ素子のレイヤの既知の吸収特性から、期待デュアルレイヤ信号、すなわちスペクトル推定投影データを推定するように適応され得る。推定された及び測定されたデュアルレイヤ信号、すなわち測定及び推定されたスペクトル投影データをトランケートされていない投影データと合成し得る。トランケートされていない投影データは、急激な転移を避ける為、トランケーション境界の近くで平滑化し得る。次いで、アセンブルされた平滑化されたスペクトル投影データは、画像を再構成するために、後方投影される前にフィルターされ得る。

一実施形態では、推定部は、決定されるスペクトル推定投影データに対応する放射線経路に沿ってモデル物質分布を決定する次式を用いるように適応されている：

ここで、Ｉは測定された検出信号、すなわち対応する非スペクトル投影データ値などであり、Ｉ_０は吸収オブジェクトが無い場合の既知の検出信号であり、Ｅはエネルギーであり、Ｓ（Ｅ）はイメージングシステム全体の既知のスペクトル応答関数であり、特に、Ｘ線管放射スペクトル、ビームフィルタ（ｂｅａｍｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）、検出器のスペクトル感度関数、エネルギー積分検出素子の場合の要因Ｅ、及び総エネルギー感度に影響するその他すべての要因を含むものであり、Ｌは各放射線経路に沿った、各ビームにおける物質の長さであり、μ（Ｅ）は物質の既知の線形吸収係数である。イメージングシステムは異なる３つのスペクトル応答関数を有する。すなわち、非スペクトル検出素子の第１のスペクトル応答関数Ｓ_Ｎ（Ｅ）と、下側レイヤのスペクトル検出素子の第２のスペクトル応答関数Ｓ_Ｌ（Ｅ）と、上側レイヤのスペクトル検出素子の第３のスペクトル応答関数Ｓ_Ｕ（Ｅ）とを有する。

それゆえ、水中実効長を決定するため、非スペクトル測定値Ｉ_Ｎは、次式によりモデル化できる：

ここで、推定部は水中実効長Ｌ_Ｈ２Ｏに対してこの式を数値的に解くように適応され得る。式（２）において、μ_Ｈ２Ｏは水の線形吸収係数を示す。

スペクトル推定投影データは、エネルギー依存の値である。すなわち、エネルギー又はエネルギー分布が異なる場合、スペクトル推定投影データ値は異なる。例えば、デュアルレイヤ検出器の下側レイヤと下側レイヤにより検出される対応するエネルギー分布とに対応する第１の値Ｉ_Ｌ、及びデュアルレイヤ検出器の上側レイヤと、上側レイヤにより検出される対応するエネルギー分布とに対応する第２の値Ｉ_Ｕとを含み得る。推定部は、次式により、Ｉ_ＬとＩ_Ｕよりなるスペクトル推定投影データ値を推定するため、すなわち、Ｉ_ＬとＩ_Ｕよりなるスペクトル推定投影データ値の測定をシミュレーションするため、水中実効長Ｌ_Ｈ２Ｏを用いるように適応され得る：

及び、

推定部は、従来型画像、すなわち非スペクトル投影データに基づいて再構成される中間画像を再構成し、再構成された従来型画像中の骨のエリアと組織のエリアを分割し、単純な「水だけ」という仮定を置換するカルシウム／水線積分を推定するようにも適用され得る。推定されたカルシウム／水線積分は、スペクトル推定投影データであると見なすことができる。これは、最終的な画像を生成するために、再構成部により、スペクトル測定投影データと共に用いられ得る。

例えば、画像を骨の部分と骨でない部分、特に軟組織の部分に分離するため、非スペクトル中間画像を分割できる。各非スペクトル検出素子に対して、骨の部分の物質厚みＬ_Ｂｏｎｅと骨でない部分の物質厚みＬ_ＳＴとを、分割された異なる部分を通る放射線経路を記述する、すなわち分割された各部分の前方投影（ｆｏｒｗａｒｄｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）を記述する投影データ生成パラメータを用いて、決定できる。推定部は、次式により、スペクトル投影データを推定できる、すなわちスペクトル投影データの測定をシミュレーションできる：

及び、

ここで、式（５）と（６）において、μ_Ｂｏｎｅは骨による線形吸収係数を示し、μ_ＳＴは骨によらない線形吸収係数を示す。骨の吸収はカルシウムの吸収とほぼ同じであり、組織の吸収は水の吸収とほぼ同じなので、μ_Ｂｏｎｅについてはカルシウムの線形吸収係数が、μ_ＳＴについては水の線形吸収係数が用いられても良い。

上記の実施形態では、イメージングシステムはコンピュータ断層撮影システムであるが、他の実施形態では、イメージングシステムはＸ線Ｃアームシステムなどの他のイメージングシステムであってもよい。

上記の実施形態では、イメージングシステムは、オブジェクトの画像を生成するために投影データを取得してその投影データを処理する手段を有する完全なイメージングシステムであるが、他の実施形態では、イメージングシステムは、投影データを取得するように適応されていないシステム、すなわち投影データ取得システムを有しないものでもあり得る。この場合、イメージングシステムは、測定された投影データを提供する測定投影データ提供部を有する。測定投影データ提供部は、単に、測定された投影データを格納して、測定された投影データを提供するためにそれを読み出す記憶部であってもよく、単に、測定された投影データを受信し、受信した測定投影データを提供する受信部であってもよい。

推定部は、上記の実施形態では、スペクトル投影データ値を推定するのに用いられる水分布、特に水中実効長を推定するように適応されているが、他の実施形態では、スペクトル投影データ値を推定するのに用いられ得る他の物質分布、特に他の物質実効長（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｌｅｎｇｔｈｓ）を推定するように適応されることができる。

請求項に記載した発明を実施する際、図面、本開示、及び添付した特許請求の範囲を研究して、開示した実施形態のその他のバリエーションを、当業者は理解して実施することができるであろう。

請求項において、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他の要素やステップを排除するものではなく、「１つの（「ａ」又は「ａｎ」）」という表現は複数ある場合を排除するものではない。

単一のユニット又はデバイスが請求項に記載した複数のアイテムの機能を満たすこともできる。相異なる従属クレームに手段が記載されているからといって、その手段を組み合わせて有利に使用することができないということではない。

測定された投影データの提供、スペクトル推定投影データの推定、投影データの平滑化、投影データに基づく画像の再構成などの一以上のユニット又はデバイスにより実効される動作を実効するユニット又はデバイスの数は、他の数であってもよい。例えば、ステップ１０２乃至１０３は、単一ユニットにより、又は他の任意数の異なるユニットにより実行され得る。イメージング方法によるイメージングシステムの手順及び／又は制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として、及び／又は専用ハードウェアとして、実装できる。

コンピュータプログラムは、光記憶媒体や他のハードウェアとともに、またはその一部として供給される固体媒体などの適切な媒体に記憶／配布することができ、インターネットや有線または無線の電気通信システムなどを介して他の形式で配信することもできる。

請求項に含まれる参照符号は、その請求項の範囲を限定するものと解してはならない。

本発明は、オブジェクトの画像を生成するコンピュータ断層撮影システムなどのイメージングシステムに関する。スペクトル検出素子と非スペクトル検出素子とを有する検出器により、スペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データが生成され、非スペクトル測定投影データを生じたモデル物質分布を用いて、かつそのモデル物質分布に基づきスペクトル推定投影データの測定をシミュレーションして、スペクトル推定投影データが推定される。測定された及び推定されたスペクトル投影データに基づいて画像が再構成される。スペクトル測定投影データに加えてスペクトル推定投影データを用いることにより、高画質のスペクトルイメージング、特に高画質のスペクトルコンピュータ断層撮影イメージングができる。これは、概してより複雑なスペクトル検出素子を有するだけでなく、より単純な非スペクトル検出素子も有する単純化された検出器を用いるものである。

Claims

オブジェクトの画像を生成するイメージングシステムであって、
スペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとを提供する測定投影データ提供部であって、前記スペクトル測定投影データと前記非スペクトル測定投影データとはそれぞれ、前記オブジェクトを含むイメージング領域を通った放射線に基づいて、スペクトル検出素子と非スペクトル検出素子とを有する検出器により生成されたものである、測定投影データ提供部を有し、
前記非スペクトル検出素子で終わる放射線経路に対応するスペクトル推定投影データを推定する推定部であって、非スペクトル検出素子で終わる放射線経路のスペクトル推定投影データ値を推定するため、前記推定部は、ａ）前記放射線経路に対応する非スペクトル測定投影データ値を生じた可能性があるイメージング領域におけるモデル物質分布を、前記非スペクトル測定投影データに基づき決定し、ｂ）前記モデル物質分布に基づき、前記スペクトル推定投影データ値の測定をシミュレーションする、推定部と、
前記スペクトル測定投影データと前記スペクトル推定投影データとに基づいて、前記オブジェクトの画像を再構成する再構成部とを有することを特徴とする、
イメージングシステム。
スペクトル推定投影データ値を推定するために前記モデル物質分布を決定するために、前記推定部は、対応する非スペクトル投影データ値に基づいて決定されるスペクトル推定投影データに対応する放射線経路に沿ったモデル物質分布を決定するように適応される、
請求項１に記載のイメージングシステム。
前記推定部は前記放射線経路に沿った前記モデル物質分布として水分布を推定するように適応される、請求項２に記載のイメージングシステム。
前記推定部は、スペクトル推定投影データ値を推定するため前記モデル物質分布を決定するため、前記スペクトル測定投影データと前記非スペクトル測定投影データとに基づいて中間画像を再構成し、前記再構成された中間画像に基づいて前記モデル物質分布を決定するように適応される、請求項１に記載のイメージングシステム。
前記推定部は、スペクトル測定投影データを積分して、積分された投影データを生成し、前記積分された投影データと前記非スペクトル測定投影データとに基づいて、前記中間画像を再構成するようにされる、請求項４に記載のイメージングシステム。
前記推定部は、前記再構成された中間画像において異なる物質を分割することにより、前記モデル物質分布を決定するように適応される、請求項４に記載のイメージングシステム。
前記推定部は、前記スペクトル測定投影データと前記スペクトル推定投影データ値との間の境界において、前記スペクトル測定投影データと前記スペクトル推定投影データとを平滑化するように適応される、請求項１に記載のイメージングシステム。
前記再構成部は、フィルタード後方投影アルゴリズムを用いて、前記オブジェクトの画像を再構成するように適応される、請求項１に記載のイメージングシステム。
オブジェクトの画像を生成するイメージング方法であって、
測定投影データ提供部が、スペクトル測定投影データと非スペクトル測定投影データとを提供するステップであって、前記スペクトル測定投影データと前記非スペクトル測定投影データとはそれぞれ、前記オブジェクトを含むイメージング領域を通った放射線に基づいて、スペクトル検出素子と非スペクトル検出素子とを有する検出器により生成されたものである、ステップを含み、
推定部が、前記非スペクトル検出素子で終わる放射線経路に対応するスペクトル推定投影データを推定するステップであって、非スペクトル検出素子で終わる放射線経路のスペクトル推定投影データ値を推定するため、前記推定部は、ａ）前記放射線経路に対応する非スペクトル測定投影データ値を生じた可能性があるイメージング領域におけるモデル物質分布を、前記非スペクトル測定投影データに基づき決定し、ｂ）前記モデル物質分布に基づき、前記スペクトル推定投影データ値の測定をシミュレーションする、ステップと、
再構成部が、前記スペクトル測定投影データと前記スペクトル推定投影データとに基づいて、前記オブジェクトの画像を再構成するステップとを含むことを特徴とする、
イメージング方法。
関心領域をイメージングするコンピュータプログラムであって、請求項１に記載のイメージングシステムを制御するコンピュータにおいて実行されると、前記イメージングシステムに、請求項９に記載のイメージング方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有することを特徴とする、コンピュータプログラム。