JP7294592B2 - トモシンセシス、蛍光透視、及び定位イメージングのためのコンパクトｘ線デバイス、システム、及び方法 - Google Patents

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［関連出願の相互参照］
本特許出願は、２０１９年１２月３日に出願された米国仮特許出願第６２／７７４，６４９号に対する優先権を主張し、この米国仮特許出願の開示全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。

本明細書で開示される主題は、Ｘ線イメージングに関する。より具体的には、本明細書で開示される主題は、デジタルトモシンセシス、蛍光透視、及び定位イメージングを含む複数の機能を実行できるコンパクトＸ線イメージングシステムに関する。

手首、踝、又は四肢等の体肢の外傷は、非常によくあることであり、全ての人口集団に影響を与えるものである。それは、重要な公衆衛生上の問題である。標準的なＸ線撮影が、依然として基本的なイメージングツールである。しかしながら、それは、２次元（２Ｄ）イメージングモダリティとしては感度及び特異度が欠けている。特に、舟状骨及び距骨の無変位骨折並びに関節リウマチに起因するびらんについて、誤診率が高いことが知られている。

誤診は、６～１２週間のギプス固定を含む、過剰治療並びに生活の生産性及び質の不必要な損失につながる。骨折が見逃された結果、手術を必要とし得る慢性的な非治癒性骨折及び／又は関節の早期関節炎が生じる可能性がある。

Ｘ線撮影における不顕性骨折は、多くの場合、隣接する解剖学的構造による不鮮明化に起因する。不鮮明化は、三次元（３Ｄ）イメージングモダリティを用いれば低減できる。コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、ＳＰＥＣＴ／ＣＴ、及び骨スキャンは、Ｘ線撮影に比較してより良好な特異度及び感度を有することが知られているが、これらの方法はより高コストであり、利用できないことが多い。ＣＴスキャンを提供するのは緊急ケアセンタのうちの１４％のみであるが、骨折のケアを提供するのは緊急ケアセンタのうちの８０％である。また、ＣＴスキャンは、患者を２ＤＸ線撮影よりも著しく高い放射線量に曝露する。骨スキャンは、放射性核種の注入から放射線曝露を増大させ、骨折後７２時間以上が経過するまで実行できない。

関節炎は、罹患率が高く、社会に対する経済的コストの高い疾患である。自己免疫疾患の１つである関節リウマチ（ＲＡ）は、地球人口の最大１．０％までに影響し、女性は男性よりも罹患する頻度が高い。その特徴は増殖性の血管過多による滑膜炎であり、これは骨びらん、軟骨の損傷、関節破壊、及び長期就業不能につながる。骨、軟骨、半月板、靭帯、及び滑膜組織の退行性変化を特徴とする慢性の消耗性関節疾患である変形性膝関節症（ＯＡ）は、総障害生存年数の３％を占める、非致死性健康保険負担の４番目に多い原因である。

Ｘ線撮影は、関節炎を有する患者の診断、ステージング、及びフォローアップのために、また個々の患者の治療有効性の評価のために、従来から用いられている。Ｘ線撮影の主な利点は、検査時間が短く、低コスト、かつ入手しやすいことである。しかしながら、骨びらんの検出の感度が、特に早期関節炎を有する患者について低い等、かなりの欠点もある。Ｘ線撮影では、三次元（３Ｄ）構造が２Ｄ画像に投影されるので、病理所見の検出能は構造の重なりによって制限される。

トモシンセシスは、一連の制限角度投影像を用いて、スキャンされた対象物の３Ｄ表現を生成する疑似３Ｄイメージングモダリティである。それは、ＣＴと略同程度に著しく低減した放射線量及びコストで、深度情報を提供するとともに構造的な重なりを除去する。それは現在、デジタルマンモグラフィに比較して著しく高い感度及び精度を有し、乳癌検出のために臨床的に幅広く用いられている。

複数の近年の科学的研究により、整形外科イメージングについてトモシンセシスがＸ線撮影よりも優れていることが示されている。ＲＡを有する３０人の患者の臨床研究において、Ｘ線撮影と比較してトモシンセシスを用いた場合に、Ｘ線撮影と比較してほんの僅かに放射線量を増加しただけで、手及び手首における骨びらんの検出感度がおおよそ２０％上昇することが見出された。早期ＲＡを有する患者の場合、手及び手首のメジアンびらんスコアは、Ｘ線撮影を用いるよりもトモシンセシスを用いた方が著しく高かった。急性期手首外傷を有する１００人の患者に関する別の臨床研究では、「トモシンセシスの診断値は標準的なＸ線撮影のそれよりも優れている」（Ｍ．Ｏｔｔｅｎｉｎ，Ａ．Ｊａｃｑｕｏｔ，Ｏ．Ｇｒｏｓｐｒｅｔｒｅ他「Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｏｍｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｒｉｓｔ」Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｏｅｎｔｇｅｎｏｌｏｇｙ，１９８：１８０－１８６（２０１２））ことが見出されている。

この研究では、トモシンセシスは、低コストであること、要求される放射線が非常に低いレベルであること、その速度、及びワークフローに効率的に組み込まれることを理由として、標準的なＸ線撮影とともに、手首の骨折の診断の一翼を担うとさらに結論付けている。特に舟状骨骨折に関して、それは、より信頼性の高い診断を提供し、他の高コストのイメージング方法の必要性を低減する。

図１は、商業的に入手可能なトモシンセシススキャナ１００を示している。この例示的なトモシンセシススキャナ１００は、Ｘ線曝露を行いながら、電動アーム１２０上に装着された大きなシングルビームＸ線管１１０を、長距離を横切って機械的に移動させることによって、再構成に必要な投影像を収集する。管が動くことにより、目下入手可能なトモシンセシススキャナ１００は、空間分解能がブレた画像を取得し、検出感度は、このモダリティが本来提供できるものより低くなる。さらに、トモシンセシススキャナ１００は大きく、専用のイメージング室を必要とする。室内トモシンセシススキャナの例は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（ＧＥ）から商業的に入手可能なＶｏｌｕｍｅＲＡＤスキャナである。このデバイスは、電動アーム１２０上に装着された回転アノードＸ線管１１０を使用して、約４０度の角度スパンにわたってスキャンし、この間に約６０の投影像が撮影される。例えば平面パネル検出器等の面検出器は、患者の背後に配置される。典型的なソース－イメージャ間の距離は、約１００ｃｍ～１８０ｃｍ（両端含む）である。

Ｃアーム及びミニＣアーム２Ｄ蛍光透視デバイスは、整形外科手術中の画像ガイダンスに用いられる。蛍光透視デバイスは、単一の焦点からのＸ線放射を用いて、２Ｄ画像を形成する。それは、連続又はパルスモードのいずれかで作動される。連続蛍光透視モードでは、Ｘ線放射は常にオンであり、画像は、典型的には３０フレーム毎秒で表示される。パルス蛍光透視モードでは、Ｘ線放射は、パルス出力され、画像は、典型的には１５フレーム毎秒で表示される。例えば図２に示すようなミニＣアームデバイスのソース－イメージャ間距離は、通常のＣアームでは約１００ｃｍ～１８０ｃｍであるのに比較して小さく、典型的には約４０ｃｍ程度である。

商業的に入手可能なミニＣアーム蛍光透視デバイスの例は、Ｆｌｕｏｒｏｓｃａｎ ＩｎＳｉｇｈｔのミニＣアーム体肢イメージングシステムである。ミニＣアームは、複数の理由から臨床用途にとって魅力的である。それが占めるスペースはより小さく、これは過密な手術室においては貴重である。それは移動可能であり、容易に操作できる。さらに、比較的短いソース－イメージャ間距離が示されているが、これにより、散乱して操作者に届く放射線が低減される。

低減したソース－イメージャ間距離で上記分解能を実現するために、ミニＣアームデバイスは、典型的には、低い管電流で動作するマイクロフォーカスＸ線管を使用する。例えば、Ｆｌｕｏｒｏｓｃａｎ ＩｎＳｉｇｈｔミニＣアームシステムは、焦点サイズが約０．０４５ｍｍ、管ピークキロ電圧範囲が約４０ｋＶｐ～７５ｋＶｐ（両端含む）、管電流が約０．０２ｍＡ～０．１ｍＡ（両端含む）であるＸ線管を使用する。それは、最大出力が７５ｋＶｐで約０．１ｍＡである。検出器ピクセルサイズは約０．０７５ｍｍ×０．０７５ｍｍである。

しかしながら、今日のミニＣアームイメージングデバイスで、蛍光透視イメージングとトモシンセシスイメージングとの両方を実行できるものはない。原理上では、これは、Ｘ線管又はＸ線管及び検出器の対をＣアームに沿って機械的に回転させることによって実現できるが、このアプローチを利用し難くする複数の技術的制限が存在する。特に、臨床的に許容可能な時間でトモシンセシススキャンを完了させるために、また、妥当な角度スキャンをカバーするために、Ｘ線焦点の動きのブレは、マイクロフォーカスＸ線管の本来の焦点サイズよりも１桁大きくなり、イメージングの品質を深刻に低下させる。

本願の主題は、整形外科及び放射線科クリニックにおけるポイント・オブ・ケアでトモシンセシスイメージング、蛍光透視イメージング、及び定位イメージングを高分解能で実行できるコンパクトＸ線デバイスを開示する。以下に開示されるデバイスの意図された用途の一部には、非限定的な例として、整形外科及び放射線科クリニックにおけるヒトの体肢の診断及びインターベンショナルイメージングが含まれる。本明細書で開示されるデバイスは、獣医イメージングを含む他のイメージング用途に使用できることも想定されている。

本開示によれば、コンパクトＸ線イメージングのためのシステム及び方法が提供される。１つの態様において、コンパクトＸ線イメージングシステムが提供される。一部の実施形態において、コンパクトＸ線イメージングシステムは、複数の空間的に分散されたＸ線焦点を有するＸ線源アレイ、及びデジタル面Ｘ線検出器と、Ｘ線源アレイの射出窓に接続され、複数の空間的に分散されたＸ線焦点のそれぞれから生成されるＸ線放射をデジタル面Ｘ線検出器の表面に実質的にコリメートするように構成されているコリメーションアセンブリと、電子スイッチングデバイスであって、高圧電源と、電流源と、Ｘ線源アレイ又はデジタル面Ｘ線検出器のいずれのいかなる機械的な動きも伴わずにトモシンセシス再構成のための１つ又は複数の投影像を生成するために、電流源を、事前設定された電流値で、コンパクトＸ線イメージングデバイスの複数の電界放出カソードに、１度に１つずつ、順次接続するように構成されているスイッチと、検出器データ収集を複数の空間的に分散されたＸ線焦点からのＸ線曝露と同期するように構成されている１つ又は複数の第１プロセッサ及び／又は回路を備えるトリガと、を備える、電子スイッチングデバイスと、トモシンセシスを用いて患者の上肢及び下肢両方を非荷重支持又は荷重支持位置のいずれかでイメージングできるように、Ｘ線源アレイ及びデジタル面Ｘ線検出器の位置及び向きを調整可能にするように構成されている機械的支持体と、を備え、コンパクトＸ線イメージングシステムは、複数のイメージングモードで動作するように構成されている。

一部の実施形態において、コンパクトＸ線イメージングシステムは、トモシンセシスイメージングモード又はパルス蛍光透視モードのいずれかで動作するように構成されている。

一部の実施形態において、コンパクトＸ線イメージングシステムは、Ｘ線イメージングデバイスがトモシンセシスイメージングモードで作動される場合、トモシンセシス再構成のための１つ又は複数の要求される投影像を収集すべく、Ｘ線源アレイ、デジタル面Ｘ線検出器、又は患者のいずれも動かすことなく、複数の空間的に分散されたＸ線焦点からのＸ線ビームを電子的に順次アクティベートすることによってスキャン用Ｘ線ビームが生成されるように構成され、Ｘ線イメージングデバイスがパルス蛍光透視イメージングモードで作動される場合、複数の空間的に分散されたＸ線焦点の中央焦点から生成されるＸ線放射が、約５～３０パルス毎秒でパルス出力され、各Ｘ線パルス毎に、スキャンされる対象物の画像が形成されて表示され、それにより、対象物のＸ線動画を生成するように構成されている。

一部の実施形態において、コンパクトＸ線イメージングシステムは、定位モードで作動されるように構成されている。

一部の実施形態において、コンパクトＸ線イメージングシステムは、Ｘ線イメージングデバイスが定位モードで作動される場合、複数の空間的に分散されたＸ線焦点のうちの２つの別個の焦点がＸ線放射を放出するようにアクティベートされ、それにより２つの異なる角から２つの投影像が形成されて表示されるように構成されている。

別の態様において、コンパクトＸ線イメージングデバイスを用いるＸ線イメージングの方法が提供される。一部の実施形態において、方法は、複数の空間的に分散されたＸ線焦点を有するＸ線源アレイ、及びデジタル面Ｘ線検出器を設ける段階と、複数の空間的に分散されたＸ線焦点のそれぞれから生成されるＸ線放射を、Ｘ線源アレイの射出窓に接続されたコリメーションアセンブリを用いてデジタル面Ｘ線検出器の表面に実質的にコリメートする段階と、電子スイッチングデバイスであって、高圧電源と、電流源と、スイッチと、１つ又は複数の第１プロセッサ及び／又は回路を備えるトリガと、を備える電子スイッチングデバイスを設ける段階と、複数の空間的に分散されたＸ線焦点のデジタル面Ｘ線検出器に対する位置は依然として変わらないまま、トモシンセシスを用いて患者の上肢及び下肢両方を非荷重支持又は荷重支持位置のいずれかでイメージングできるように調整するように、Ｘ線源アレイ及びデジタル面Ｘ線検出器を位置決め及び方向付けする段階と、Ｘ線源アレイ又はデジタル面Ｘ線検出器のいずれかのいかなる機械的な動きも伴わずにトモシンセシス再構成のための１つ又は複数の投影像を生成するために、電流源を、事前設定された電流値で、コンパクトＸ線イメージングデバイスの複数の電界放出カソードに、１度に１つずつ、順次接続する段階と、検出器データ収集を複数の空間的に分散されたＸ線焦点からのＸ線曝露と同期する段階と、を含み、コンパクトＸ線イメージングシステムは、複数のイメージングモードで動作するように構成されている。

別の態様において、ミニＣアームＸ線イメージングシステムが提供される。一部の実施形態において、ミニＣアームＸ線イメージングシステムは、複数の空間的に分散されたマイクロフォーカスＸ線焦点を有する炭素ナノチューブベースのマイクロフォーカスＸ線源アレイ、及びミニＣアーム上に装着されたデジタル面Ｘ線検出器と、マイクロフォーカスＸ線源アレイの射出窓に接続され、複数の空間的に分散されたマイクロフォーカスＸ線焦点のそれぞれから生成されるＸ線放射をデジタル面Ｘ線検出器の表面に実質的にコリメートするように構成されているコリメーションアセンブリと、電子スイッチングデバイスであって、高圧電源と、電流源と、マイクロフォーカスＸ線源アレイ又はデジタル面Ｘ線検出器のいずれのいかなる機械的な動きも伴わずにトモシンセシス再構成のための１つ又は複数の投影像を生成するために、電流源を、事前設定された電流値で、ミニＣアームＸ線イメージングデバイスの複数の電界放出カソードに、１度に１つずつ、順次接続するように構成されているスイッチと、検出器データ収集を複数の空間的に分散されたマイクロフォーカスＸ線焦点からのＸ線曝露と同期するように構成されている１つ又は複数のプロセッサ及び／又は回路を備えるトリガと、を備える、電子スイッチングデバイスと、を備え、ミニＣアームＸ線デバイスは、三次元トモシンセシスイメージングモード、蛍光透視モード、又は定位モードのいずれかで動作するように構成されている。

別の態様において、ミニＣアームＸ線イメージングシステムを用いるＸ線イメージングの方法が提供される。一部の実施形態において、方法は、複数の空間的に分散されたマイクロフォーカスＸ線焦点を有する炭素ナノチューブベースのマイクロフォーカスＸ線源アレイ、及びミニＣアーム上に装着されたデジタル面Ｘ線検出器を備えるミニＣアームＸ線イメージングシステムを設ける段階と、複数の空間的に分散されたマイクロフォーカスＸ線焦点のそれぞれから生成されるＸ線放射を、マイクロフォーカスＸ線源アレイの射出窓に接続されたコリメーションアセンブリを用いてデジタル面Ｘ線検出器の表面に実質的にコリメートする段階と、電子スイッチングデバイスであって、高圧電源と、電流源と、スイッチと、１つ又は複数のプロセッサ及び／又は回路を備えるトリガと、を備える電子スイッチングデバイスを設ける段階と、マイクロフォーカスＸ線源アレイ又はデジタル面Ｘ線検出器のいずれのいかなる機械的な動きも伴わずにトモシンセシス再構成のための１つ又は複数の投影像を生成するために、電流源を、事前設定された電流値で、ミニＣアームＸ線イメージングデバイスの複数の電界放出カソードに、１度に１つずつ、順次接続する段階と、検出器データ収集を複数の空間的に分散されたマイクロフォーカスＸ線焦点からのＸ線曝露と同期する段階と、を含み、ミニＣアームＸ線デバイスは、三次元トモシンセシスイメージングモード、蛍光透視モード、又は定位モードのいずれかで動作するように構成されている。

本明細書で開示される主題の態様の一部が上述されており、これはここで開示される主題によって全体的又は部分的に実現されるが、以下に最もよく説明される添付図面と併せて検討されると、説明が進むにつれて他の態様が明らかになる。

本主題の特徴及び利点は、単に説明的かつ非限定的な例として与えられる添付図面と併せて読まれるべき以下の詳細な説明からより容易に理解される。

商業的に入手可能な従来のトモシンセシススキャナの図である。

商業的に入手可能なデバイスに係る従来のミニＣアームＸ線イメージングデバイスの図である。

本開示の一部の実施形態に係る例示的なＸ線イメージングシステムの図である。 本開示の一部の実施形態に係る例示的なＸ線イメージングシステムの図である。 本開示の一部の実施形態に係る例示的なＸ線イメージングシステムの図である。 本開示の一部の実施形態に係る例示的なＸ線イメージングシステムの図である。

湾曲型炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）Ｘ線源の図である。 線型ＣＮＴ Ｘ線源の図である。

本開示の一部の実施形態に係る移動可能ミニＣアームＸ線イメージングシステムの図である。

本開示の一部の実施形態に係るＸ線イメージングシステムの様々なコンポーネントの例示的な構成の図である。 本開示の一部の実施形態に係るＸ線イメージングシステムの様々なコンポーネントの例示的な構成の図である。

本開示の一部の実施形態の例示的なＸ線イメージングシステムのシステム分解能を実証するために実行されたシミュレーションを示す図である。

本開示の別の実施形態に係る例示的なベンチトップＸ線イメージングシステムの図である。

本開示の一部の実施形態に係るシステム及びデバイスと同じ細部を撮影しない従来のイメージングシステムによって撮影された例示的な投影像を示す図である。 本開示のデバイスによって撮影される再構成スライス画像を示す図である。

本開示の例示的なシステムによって異なる態様で撮影された例示的なトモシンセシス再構成スライス画像を示す図である。 本開示の例示的なシステムによって異なる態様で撮影された例示的なトモシンセシス再構成スライス画像を示す図である。

本開示の主題は、非限定的な例としてポイント・オブ・ケアでのイメージングのためのコンパクトＸ線デバイスを含む。本明細書で開示されるデバイスは、複数の機能のために使用できる。それらは、診断トモシンセシスイメージングに用いることができ、大きな室内トモシンセシスデバイスと同様の機能を提供するが、フットプリントはより小さい（すなわち、検査／手術室においてより小さい物理的スペースを占める）。本開示のデバイスは、インターベンショナルな目的にも用いることができ、手術及び他の処置のための画像ガイダンスを提供する。一部の実施形態において、デバイスは、トモシンセシスイメージングモード、２ＤＸ線撮影モード、蛍光透視モード、又は定位モードのいずれかで使用できる。

図３Ａは、本明細書で開示される主題の１つの可能な実施形態を示している。一部の実施形態において、図３Ａに示すＸ線イメージングデバイス３００は、複数の空間的に分散されたＸ線焦点（この図には示していない）を有するＸ線源アレイ３１０と、デジタル面Ｘ線検出器３２０とを備える、コンパクトＸ線トモシンセシスデバイスである。一部の実施形態において、デジタル面Ｘ線検出器３２０は、非限定的な例として、画像を記録すべくＸ線源アレイ３１０に平行に対向して配置される。一部の実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００は、Ｘ線源アレイ３１０の射出窓に接続されるビーム制限デバイス又はコリメーションアセンブリ（この図には示していない）を備える。一部の実施形態において、コリメーションアセンブリは、複数の空間的に分散されたＸ線焦点のそれぞれから生成されるＸ線放射をデジタル面Ｘ線検出器３２０の表面に実質的にコリメートするように構成されている。一部の実施形態において、デジタル面Ｘ線検出器３２０は、例えば、限定されるものではないが、平面パネルタイプの面検出器とすることができる。

一部の実施形態において、複数の空間的に分散されたＸ線焦点は、空間的に分散された２つのＸ線焦点、又は空間的に分散された２つよりも多いＸ線焦点を有する。一部の実施形態において、複数の空間的に分散されたＸ線焦点のそれぞれは、約０．０１ｍｍ～０．３ｍｍ（両端含む）のスポットサイズでマイクロフォーカスされる。例えば、限定されるものではないが、一部の実施形態において、焦点のそれぞれのスポットサイズは、約０．１ｍｍ～０．２ｍｍ（両端含む）とすることができる。例えば、限定されるものではないが、一部の実施形態において、焦点のそれぞれのスポットサイズは、約０．１ｍｍとすることができる。一部の実施形態において、複数の空間的に分散されたＸ線焦点のうち少なくとも１つは、約０．０１ｍｍ～０．３ｍｍ（両端含む）のスポットサイズでマイクロフォーカスされる。一部の実施形態において、複数の空間的に分散されたＸ線焦点は、デジタル面Ｘ線検出器３２０が配置される平面に実質的に垂直な平面に配置される。一部の実施形態において、Ｘ線源アレイの複数の空間的に分散された焦点は、デジタル面Ｘ線検出器３２０が配置される平面に実質的に平行な平面に配置される。

スキャン用Ｘ線ビームを電子的に生成するために、一部の実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００は、高圧電源と、電流源と、スイッチとを含む、電子スイッチングデバイス３３０をさらに備える。一部の実施形態において、高圧電源及び電流源は、Ｘ線源アレイ３１０にを含む、Ｘ線イメージングデバイス３００に電力を供給するように構成されている。一部の実施形態において、スイッチは、電流源をＸ線源アレイ３１０の１つ又は複数の電界放出カソードに順次接続するように構成されている。一部の実施形態において、Ｘ線源アレイ３１０又はデジタル面Ｘ線検出器３２０のいずれのいかなる機械的な動きも伴わずにトモシンセシス再構成のための１つ又は複数の投影像を生成するために、電流源は、約０．０５ｍＡ～２０ｍＡ（両端含む）の事前設定された電流値で、Ｘ線源アレイ３１０の１つ又は複数の電界放出カソードに、１度に１つずつ、順次接続される。

一部の実施形態において、電子スイッチングデバイス３３０は、検出器データ収集を複数の空間的に分散されたＸ線焦点からのＸ線曝露と同期するために、トリガ又はトリガ機構をさらに備える。一部の実施形態において、トリガは、非限定的な例として、検出器データ収集を複数の空間的に分散されたＸ線焦点からのＸ線曝露と同期するように構成されている１つ又は複数の第１プロセッサ及び／又は回路を含むことができる。一部の実施形態において、電子スイッチングデバイス３３０は、異なるアノードエネルギーレベルで得られる投影像を組み合わせて造影２ＤＸ線画像及び／又は３Ｄトモシンセシス画像を生成できるように、高圧電源を単一のイメージングシーケンス中に１つよりも多いエネルギーレベルで作動させるように構成されている。

一部の実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００は、移動可能なカート３３２上に載置又は移動可能なカート３３２に固定できる。一部のさらなる実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００は、非限定的な例として、トモシンセシスを用いて患者の上肢及び下肢両方を非荷重支持又は荷重支持位置のいずれかでイメージングできるように、Ｘ線源アレイ３１０及びデジタル面Ｘ線検出器３２０の位置及び向きを調整可能にするように構成されている機械的支持体３３４を備えることができる。一部の実施形態において、イメージングは、複数の空間的に分散されたＸ線焦点の位置がデジタル面Ｘ線検出器３２０に対して依然として変わらないまま行うことができる。一部の実施形態において、本開示のＸ線イメージングデバイス３００は、トモシンセシスイメージングモード、パルス蛍光透視モード、又は定位モードのいずれかで作動されるように構成されている。

一部の実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００は、撮像モードを切り替えるように構成されている１つ又は複数の中央処理装置を備える。一部の実施形態において、中央処理装置は、電子スイッチングデバイス３３０内に埋め込むか若しくはその一部とするか、又は電子スイッチングデバイス３３０を別様に制御することができる。例えば、限定されるものではないが、Ｘ線イメージングデバイス３００は、自動的に又は使用者からの何らかの入力を受けた後のいずれかで、撮像モードを切り替えて、Ｘ線イメージングデバイス３００におけるＸ線源アレイ３１０及びデジタル面Ｘ線検出器３２０並びに様々な他のデバイスを制御する、プロセッサを備えることができる。一部の実施形態において、中央処理装置は、撮像モードを、トモシンセシスイメージングモード、２ＤＸ線撮影モード、蛍光透視モード、又は定位モード間で切り替えるように構成されている。これに関して、中央処理装置は、本明細書の説明従って、Ｘ線源アレイ３１０及びデジタル面Ｘ線検出器３２０並びに様々な他のデバイスを制御するように構成できる。

一部の実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００がトモシンセシスイメージングモードで作動される場合、スキャン用Ｘ線ビームは、トモシンセシス再構成に必要な投影像の全てを収集するために、Ｘ線源アレイ３１０、デジタル面Ｘ線検出器３２０、又は患者（この図には示していない）のいずれも動かすことなく、複数の空間的に分散されたＸ線焦点からのＸ線ビームを順次電子的にアクティベートすることによって生成される。１つの実施形態において、これは、投影像を生成するために複数の空間的に分散されたＸ線焦点からのＸ線放射を生成するように、電子スイッチングデバイス３３０の電流源を、事前設定された電流値で、１度に１つずつ、Ｘ線源アレイ３１０における電界放出カソードと接続することによって実現される。一部の実施形態において、事前設定された電流値は、約０．０５ｍＡ～２０ｍＡ（両端含む）に設定される。

一部の実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００は、１つ又は複数の第２プロセッサと、非一時的コンピュータ可読媒体と、投影像を再構成してトモシンセシス画像のスタックにするように構成されているトモシンセシス画像再構成アルゴリズムとをさらに備える。一部の実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００は、使用者又は実行者がＸ線イメージングデバイスによって生成される画像を閲覧することを可能にする、モニタ３３６等の閲覧スクリーン又は他のディスプレイをさらに備える。一部の実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００は、例えば、限定されるものではないが、トモシンセシス再構成の速度を上昇させるべく、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）を備える。一部の実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００は、非限定的な例として、図３Ｂに示すように壁に又は図３Ｃに示すように別個の移動可能なカート上に載置される、メインマシンとは別個のモニタ３３６等のディスプレイ又は他のスクリーンを備える。

図３Ａを参照すると、一部の実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００が２ＤＸ線撮影モードで作動される場合、単一の２次元Ｘ線画像又は１つ又は複数の２次元蛍光透視画像を生成するために、複数の空間的に分散されたＸ線焦点のうちの１つ又は複数から生成されるＸ線放射が用いられる。

一部の実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００が蛍光透視イメージングモード、好ましくはパルス蛍光透視モードで作動される場合、複数の画像を生成するために、複数の空間的に分散されたＸ線焦点のうちの１つから生成されるＸ線放射が用いられる。一部の実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００は、１つのＸ線焦点から発する放射線をパルス出力するように構成されている。一部の実施形態において、複数の空間的に分散されたＸ線焦点のうちの中央Ｘ線焦点が使用され、この中央焦点を用いて放射線ビームがパルス出力される。一部の実施形態において、この１つのＸ線焦点は、約５～３０パルス毎秒の範囲のレートでパルス出力される。一部の実施形態において、中央Ｘ線焦点は、約５～３０パルス毎秒の範囲のパルスレートでパルス出力される。一部の実施形態において、各Ｘ線パルス（中央Ｘ線焦点又は別の単一のＸ線焦点のいずれかに対する）毎に、スキャンされた対象物の画像が形成されて表示され、それにより、スキャンされた対象物のＸ線動画又はＸ線ビデオを生成する。

一部の実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００が定位イメージングモードで作動される場合、複数の空間的に分散されたＸ線焦点のうちの複数の別個の焦点からのＸ線放射を用いて、複数の異なる画角からの複数の投影像を形成して表示する。一部の実施形態において、定位イメージングモードは、複数の空間的に分散されたＸ線焦点のうちの２つの別個の焦点を用いて、２つの異なる画角からの２つの投影像を形成して表示する。一部の実施形態において、Ｘ線源アレイ３１０の機械的な移動は要求されない。一部の実施形態において、Ｘ線イメージングデバイス３００が定位イメージングモードで作動される場合に生成される画像は、例えば、限定されるものではないが、２次元又は三次元画像とすることができる。

本開示の一部の実施形態において、Ｘ線源アレイ３１０は、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）ベースのＸ線アレイである。ＣＮＴ Ｘ線源アレイは、室温で電子を生成するために個別に制御可能なＣＮＴ電界エミッタのアレイを使用する。ここでは、電子が加速されてアノードに衝突することでＸ線を生成する。本開示の一部の実施形態において、ＣＮＴ電界エミッタは、電子スイッチングデバイス３３０に接続されている。個々のＣＮＴカソードのオンオフを電子的に切り替えることにより、いかなる機械的な動きも伴わずに、異なる画角からスキャン用Ｘ線ビームを生成して、トモシンセシス再構成に必要な複数の投影像を収集できる。図４Ａは、この原理を利用して動作するＸ線源を示している。一部の実施形態において、ＣＮＴ Ｘ線源アレイ３１０は、例えば、限定されるものではないが、図４Ａに示すような湾曲した形にして配置できる。しかしながら、一部の実施形態において、ＣＮＴ Ｘ線源アレイ３１０は、湾曲した形である必要はなく、真っ直ぐ又は線型とすることができる。そのような真っ直ぐ又は線型のＣＮＴ Ｘ線源アレイ３１０は、図４Ｂに示されている。さらに、図４Ａ及び図４Ｂに記載のＣＮＴ Ｘ線源アレイ３１０は両方とも、例えば、限定されるものではないが、ＸｉｎＲａｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＬＬＣから商業的に入手可能である。

ＣＮＴでは、電界放出を利用して、電子が室温で生成される。非常に鋭利な対象物の両端に電位差を加えることによって、鋭利な対象物の先端に電子が生成され得る。現代のＸ線管及びＣＮＴを用いるＸ線イメージングの１つの要件として、電子源のそれぞれの集束が挙げられる。ＣＮＴでは、放出プロセス中に、電界放出電子の一部が既に集束されているので、比較的小さな集束構造もまた必要とされる。２００２年、Ｚｈｏｕ及び同僚らは、ＣＮＴが、その原子的に鋭利な先端及び高い機械的安定性により、Ｘ線源のための有効な電界エミッタとして機能し得ることを実証した。さらに、以前のダイヤモンド及びタングステンの先端を用いた試みとは対照的に、要求されるターンオン電圧は著しく減少した。ＣＮＴ Ｘ線源は緊密に配置でき、様々な用途のためのマルチビームＸ線源の作成を可能にする。

一部の実施形態において、本開示のＸ線イメージングデバイス３００は、約５～６０（両端含む）の個別に制御可能なＣＮＴエミッタを電子源として備える。一部の実施形態において、Ｘ線源アレイは単極設計である。一部の実施形態において、Ｘ線源アレイのアノード電圧は、約０ｋＶ～１２０ｋＶ（両端含む）のアノード電圧及び約０．０５ｍＡ～２０ｍＡ（両端含む）のＸ線管電流を含む。一部の実施形態において、Ｘ線焦点は、線、円、２Ｄアレイ、又は任意の他の２Ｄ又は３Ｄ幾何学構成の空間分布を有する。

図３Ｄは、電子スイッチングデバイス３３０のより詳細な例を示している。一部の実施形態において、本明細書で説明されるように、電子スイッチングデバイス３３０は、高圧電源３４０と、電流源３４２と、スイッチ３４４と、１つ又は複数の第１プロセッサ３４６を含むトリガと、１つ又は複数の第２プロセッサ３４８と、中央処理装置３５０とを備えることができる。一部の実施形態において、高圧電源３４０は、例えば、限定されるものではないが、Ｘ線源アレイ３１０及びデジタル面Ｘ線検出器３２０を含む、本開示のＸ線イメージングデバイス３００の様々なコンポーネントに電力を提供するように構成されている。一部の実施形態において、Ｘ線源アレイ３１０又はデジタル面Ｘ線検出器３２０のいずれのいかなる機械的な動きも伴わずにトモシンセシス再構成のための１つ又は複数の投影像を生成するために、電流源３４２は、スイッチ３４４によって、事前設定された電流値で、コンパクトＸ線イメージングデバイスの複数の電界放出カソードに、１度に１つずつ、接続されるように構成されている。

一部の実施形態において、スイッチ３４４は、本明細書で説明されるように電流源３４２を接続するように構成されている。一部の実施形態において、１つ又は複数の第１プロセッサ３４６を含むトリガは、検出器データ収集を複数の空間的に分散されたＸ線焦点からのＸ線曝露と同期するように構成されている。一部の実施形態において、１つ又は複数の第１プロセッサ３４６は、電子スイッチングデバイス３３０内に又は本明細書に説明されるＸ線イメージングデバイス３００の他の任意の好適な部材内に位置できる。一部の実施形態において、１つ又は複数の第２プロセッサ３４８は、非一時的コンピュータ可読媒体と、投影像を再構成してトモシンセシス画像のスタックにするように構成されているトモシンセシス画像再構成アルゴリズムとを備える。一部の実施形態において、１つ又は複数の第２プロセッサ３４８は、患者の体肢の荷重起因の構造変形／変位を導き出すために、非荷重支持画像及び荷重支持画像を自動的に登録するように構成されている。一部の実施形態において、１つ又は複数の第２プロセッサ３４８は、患者の体肢の造影剤による造影画像を生成するために、造影剤注入前画像及び造影剤注入後画像を自動的に登録するように構成されている。

一部の実施形態において、中央処理装置３５０は、Ｘ線イメージングデバイス３００の撮像モードを切り替えるように構成されている。一部の実施形態において、中央処理装置３５０は、自動的に又は使用者からの何らかの入力を受けた後のいずれかで、撮像モードを切り替えて、Ｘ線イメージングデバイス３００におけるＸ線源アレイ３１０及びデジタル面Ｘ線検出器３２０並びに様々な他のデバイスを制御する、プロセッサを備えることができる。一部の実施形態において、中央処理装置は、撮像モードを、トモシンセシスイメージングモード、２ＤＸ線撮影モード、蛍光透視モード、又は定位モード間で切り替えるように構成されている。これに関して、中央処理装置は、本明細書の説明従って、Ｘ線源アレイ３１０及びデジタル面Ｘ線検出器３２０並びに様々な他のデバイスを制御するように構成できる。一部の実施形態において、中央処理装置３５０は、モニタ３３６又は他のデバイス上に表示又は出力のいずれかをするためにデータを受信するように、１つ又は複数の第１プロセッサ３４６、１つ又は複数の第２プロセッサ３４８、又は他の様々なコンポーネントのうちの任意のものと相互作用又は通信できる。例えば、限定されるものではないが、１つ又は複数の第２プロセッサ３４８は、トモシンセシス画像を処理して再構成し、モニタ３３６上に画像を表示するように構成されている中央処理装置３５０に、それらを送信するように構成できる。さらに、一部の実施形態において、検出器３２０及びＸ線イメージングデバイス３００のプロセッサのうちの任意のものは、（任意の撮像モードを用いて）撮影された画像を、モニタ３３６上に表示するために中央処理装置３５０に送信してよい。

図５は、例えば、限定されるものではないが、上肢及び下肢両方を非荷重支持又は荷重支持位置のいずれかでイメージングできるように、Ｘ線源及び検出器の対の位置及び向きを全体として調整可能にする機械的支持構造を備える、本開示のミニＣアームＸ線イメージングデバイス４００の別の実施形態を示している。図５のミニＣアームＸ線イメージングデバイス４００は、プロセッサ、スイッチングデバイス、モニタ等を含む、上記で論じられた前述のＸ線イメージングデバイスと同じ電子コンポーネントの多くを備えることができる。本開示の一部の実施形態において、機械的支持体は、例えば、限定されるものではないが、蛍光透視のために商業的に用いられるミニＣアーム４０４である。一部の実施形態において、機械的支持体は、機械化アーム又は他の機械化構造を備える又は含むことができる。一部の実施形態において、機械的支持体は、非機械化アーム又は他の非機械化構造とすることができる。一部の実施形態において、機械的支持体は、図５に示すもののような可動支持アームとすることができる。

一部の実施形態において、機械的支持体は、例えば、限定されるものではないが、移動可能なカート４０２又は他の移動可能若しくは移動不能な装置等の支持構造に取り付けられた又は装着された調整可能な伸長可能支持アーム４０６に接続されたミニＣアーム４０４を備えることができる。一部の実施形態において、調整可能な伸長可能支持アーム４０６は、Ｘ線イメージングデバイス４００の使用者が、Ｘ線源アレイ３１０及びデジタル面Ｘ線検出器３２０をイメージングのために患者の身体の一部に近付けるように動かすことができるように、伸長及び折り畳み及び／又は旋回するように構成されている。一部の実施形態において、ミニＣアームＸ線イメージングデバイス４００の１つ又は複数の第２プロセッサは、患者の体肢の荷重起因の構造変形／変位を導き出すために、非荷重支持画像及び荷重支持画像を自動的に登録するように構成されている。一部の実施形態において、１つ又は複数の第２プロセッサは、患者の体肢の造影剤による造影画像を生成するために、造影剤注入前画像及び造影剤注入後画像を自動的に登録するように構成されている。

第１のプロセッサ、第２のプロセッサ、及び／又は中央処理装置等の、ミニＣアームＸ線イメージングデバイス４００の１つ又は複数のプロセッサは全て、ハウジング４０８内を含む、ミニＣアームＸ線イメージングデバイス４００上の任意の好適な場所に配置できる。ハウジング４０８は、図３Ａ～図３Ｄに関して上記で説明した電子スイッチングユニットも含むことができる。

一部の実施形態において、図５のミニＣアームＸ線イメージングデバイス４００は、複数の空間的に分散されたマイクロフォーカスＸ線焦点を有する炭素ナノチューブベースのマイクロフォーカスＸ線源アレイと、ミニＣアーム上に装着されたデジタル面Ｘ線検出器とを備える。さらに、図５のミニＣアームＸ線イメージングデバイスは、本明細書で説明されるように、３Ｄトモシンセシスイメージングモード、蛍光透視モード、及び／又は定位モードのいずれかで動作するように構成されている。一部の実施形態において、ミニＣアームＸ線イメージングデバイス４００は、本明細書で論じられるように様々なイメージングモードを切り替える電子スイッチングユニットを制御するように構成されている中央処理装置を備える。

図６には、Ｘ線イメージングデバイスの一部の実施形態の幾何学構成６００が、互いに対して平行な幾何学的配置になっているＸ線源アレイ３１０及びデジタル面Ｘ線検出器３２０とともに示されている。イメージングデバイスのサイズを低減するために、一部の実施形態において、システムソース－イメージャ間距離（ＳＩＤ）６１４は、ミニＣアームデバイスに用いられるものと同様に、約４０ｃｍ～６０ｃｍ（両端含む）とすることができる。ＳＩＤ６１４の低減は、ａ）曝露に必要なＸ線管パワーの低減、ｂ）操作者に対する放射線曝露の低減、ｃ）イメージングシステムのサイズ及び重量の低減の利益も有する。ＳＩＤ６１４の減少は、しかしながら、システム分解能に悪影響を及ぼす。イメージングシステムの空間分解能は、Ｘ線源アレイ３１０の焦点サイズ、デジタル面Ｘ線検出器３２０のピクセルサイズ、及び倍率係数を含む因子によって決まる。倍率係数は、ソース－オブジェクト間距離（ＳＯＤ）６１６に対するＳＩＤ６１４の比であり、ここで、ソースはＸ線源アレイ３１０であり、オブジェクトはスキャンされる対象物６３０である。

異なる倍率係数での診断イメージングに必要な高空間分解能を実現するために、本開示の１つの実施形態において、マイクロフォーカスＸ線源アレイ３１０が使用される。一部の実施形態において、例えば、限定されるものではないが、線源アレイは、ＣＮＴベースのマイクロフォーカスＸ線源アレイである。一部の実施形態において、Ｘ線源アレイ３１０におけるＸ線焦点６１２のサイズ（明確さのために、焦点のうち３つのみが矢印で印されている）は、好ましくは約０．１ｍｍ以下である。深度分解能を得るために、Ｘ線源アレイ３１０によってカバーされる角度スキャン６１８は、一部の実施形態において、約１０～５０度（両端含む）である。一部の実施形態において、Ｘ線源アレイ３１０の角度スキャン（すなわち、角度カバレッジ）６１８は約４０度であり、ＳＩＤ６１６は約４０ｃｍである。一部の実施形態において、線型Ｘ線源アレイの場合、これは、Ｘ線焦点６１２が成す線が約２×ｔａｎ（２０度）×４０ｃｍ又は約２９ｃｍに等しいことを必要とする。

本開示の一部の実施形態において、Ｘ線源アレイ３１０は、約１０～４０（両端含む）のカソードを備え、各カソードは、既定の焦点サイズを有するアノード上の対応する焦点６１２から１のＸ線ビームを生成し、約１０～４０（両端含む）のマイクロフォーカス焦点６１２を提供する。一部の実施形態において、ＣＮＴ Ｘ線源アレイ３１０は、約３０の空間的に分散されたマイクロフォーカスＸ線焦点６１２を有し、各焦点６１２は、例えば、半値全幅（ＦＷＨＭ）で約０．１ｍｍの平均焦点サイズを有する。一部の実施形態において、Ｘ線源アレイ３１０は、約０ｋＶｐ～１２０ｋＶｐ（両端含む）のエネルギー範囲で動作する。１つの実施形態において、Ｘ線源アレイ３１０は、非限定的な例として、体肢をイメージングすべく、約４０ｋＶｐ～８０ｋＶｐ（両端含む）のエネルギー範囲で動作する。

一部の実施形態において、ＣＮＴベースのマイクロフォーカスＸ線源アレイ３１０は、Ｘ線アノード上の小さい面積に電子ビームを集束させる静電集束構造を用いる。静電集束構造の１つの非限定的な例は、アインツェルタイプの静電集束レンズである。アインツェルタイプの静電集束レンズを備えるシングルビームＣＮＴマイクロフォーカスＸ線管の構成は、公開文献「Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｂａｓｅｄ ｍｉｃｒｏｆｏｃｕｓ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｘ－ｒａｙ ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８９，１０３１１１（２００６）；Ｚｅｊｉａｎ Ｌｉｕ他及び米国特許第７，８２６，５９５号に記載されており、これらの開示は参照によりその全体が本明細書に援用される。

一部の実施形態において、Ｘ線源アレイ３１０からのＸ線光子出力は、Ｘ線焦点６１２のサイズに依存する。焦点６１２のサイズの低減は、最大管パワーを制限し、従って、生成されるＸ線の流速量を制限する。静止アノードを備えるマイクロフォーカスＸ線源では、Ｘ線管電圧が約７０ｋＶｐである場合であって、Ｘ線焦点６１２のサイズが０．１ｍｍ未満である場合、Ｘ線管の電流は、一般的に１ｍＡ未満である。

Ｘ線イメージングでは、画像品質、特に画像信号対雑音比（ＳＮＲ）は、Ｘ線検出器３２０によって受け取られるＸ線光子の量に依存し、Ｘ線光子の量は、入射線量に依存する。人の手首のトモシンセシスイメージングでは、上記の公開文献において、約０．２ｍＧｙ～０．３ｍＧｙの総入射線量が一般的に用いられている。歯科イメージング用に設計された本開示に係るＣＮＴ Ｘ線源アレイによる実験では、Ｘ線放射生成率は、４０ｃｍのＳＩＤ６１４かつ約７０ｋＶｐのＸ線管電圧で、約０．４ｍＧｙ／ｍＡｓであることが示されている。約５０ｋＶｐのＸ線管電圧で、生成率は０．２ｍＧｙ／ｍＡｓまで低減することが予期される。従って、ＳＩＤが４０ｃｍのデバイスでは、５０ｋＶｐでの人の手首のイメージングに関して、必要なソース電流は約１ｍＡである。５０ｋＶｐかつ０．５ｍＡの管電流で作動されるマイクロフォーカス線源アレイを仮定すると、必要な総Ｘ線曝露は、１ｍＡｓの線量では２秒である。２０の投影像が存在し、検出器フレームレートが４フレーム毎秒である場合、検出器の総読み出し時間は、５秒であり、例示的なデバイスの総スキャン時間は、人の手首のトモシンセシスイメージングに関して７秒である。これに比較して、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃによる現行の商用室内デジタルトモシンセシススキャナは、トモシンセシススキャンに約１０秒かかる。これは、本開示の例示的なデバイスが、現在入手可能な大きな室内スキャナと比較して、著しく短くなくても、同程度の時間でトモシンセシススキャンを実行できることを示している。

本開示の一部の実施形態において、図７に示すように、Ｘ線イメージングデバイス３００は、ＩＥＣ規格によって要求されるように、全てのＸ線焦点からのＸ線放射をデジタル面Ｘ線検出器３２０の表面に対して閉じ込めるように構成されているコリメーションアセンブリ７０２等のビーム制限デバイスを備えることができる。一部の実施形態において、コリメーションアセンブリ７０２は、例えば、限定されるものではないが、１つ又は複数のコリメータとすることができる。一部の実施形態において、コリメーションアセンブリ７０２は、Ｘ線源アレイ３１０の射出窓に接続され、複数の空間的に分散された焦点６１２の１つ１つから生成されるＸ線放射をデジタル面Ｘ線検出器３２０の表面に対して実質的にコリメート又は閉じ込めるように構成されている。

一部の実施形態において、コリメーションアセンブリ７０２は、一次コリメータ及び二次コリメータを備え、一次コリメータは、複数のアパーチャを有し、複数のアパーチャの各アパーチャは、１つの対応するＸ線焦点６１２Ａからの放射を通過させるように構成されている。換言すると、一部の実施形態において、第１アパーチャは、単一の対応するＸ線焦点６１２Ａに対して固定又は整合され、第１アパーチャは、その対応するＸ線焦点６１２Ａのみからの放射線を通過させるように構成されている。図７のこの観点ではアパーチャが見えていないが、線７０４及び７０６は、各Ｘ線焦点６１２Ａ及び６１２Ｂからの放射線がデジタルＸ線検出器３２０上にそれぞれどのようにコリメートされ集束されるかを示している。

図８は、本開示の例示的なＸ線イメージングデバイスのシステム分解能を示すために実行されたシミュレーションを示す複数のグラフを含む。このシミュレーションは、Ｘ線検出器から異なる距離だけ離れたＸ線源を用いた場合のシステム分解能を実証するために行われた。

本明細書の上記で開示されたデバイスの動作の実現可能性が、図９に示すベンチトップデバイス９００等のベンチトップデバイスを用いて実証された。既存の短いＣＮＴ Ｘ線源アレイ３１０及び平面パネル検出器３２０が、メカニカルスタンド９１０上に装着された。さらに、ベンチトップデバイス９００は、ベンチトップデバイス９００をさらに支持するために用いられる１組の脚９０８を備える。線源アレイは、４０ｃｍのＳＩＤで４０度をカバーするように合計３つの位置に並進移動される。線９０２、９０４及び９０６は、検出器３２０に向かって伝播するときのＸ線ビームの角度を示している。死体標本が、２１の投射を用いて５５ｋＶｐでイメージングされた。画像は、反復アルゴリズムを用いて再構成された。

ベンチトップデバイス（又は本明細書の開示に係る他のデバイス）によって再構成される例示的な画像が、図１０Ｂに示されている。図１０Ａは、本開示のものとは異なるデバイスを用いて撮影された死体手首の例示的な投影像を示している。それは従来の方法を用いて撮影された。観察者が図１０Ａの画像を図１０Ｂの画像（本開示の方法を用いて撮影された）と比較すると、従来の方法（すなわち、図１０Ａを撮影するのに用いられた方法）では、図１０Ｂの再構成スライス画像（本開示のデバイスによって生成される）の明瞭さ及び細部は実現されないことが明らかである。参照インジケータによって示されるように、図１０Ｂの再構成スライス画像は、図１０Ａの投影像上では見えない関節裂隙及び病変１０００を撮影可能である。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、異なる深度又は高さでの２つの異なる画像を用いた本開示のデバイスの別のデモンストレーションを示している。図１１Ａは、有頭骨の平面における、標本からの手首のトモシンセシス再構成スライスを示している。図１１Ｂは、舟状骨及び有鈎骨鈎の掌側における、同じ手首のトモシンセシス再構成スライスを示している。

本明細書で開示される主題の一部は、ハードウェア及び／又はファームウェアと組み合わせたソフトウェアにおいて又はソフトウェアを用いて実施できる。例えば、本明細書で説明される主題は、プロセッサ又は処理ユニットによって実行されるソフトウェアにおいて実施できる。１つの例示的な実装において、本明細書で説明される主題は、コンピュータのプロセッサによって実行されると、工程を実行するようにコンピュータを制御するコンピュータ実行可能命令が格納されているコンピュータ可読媒体を用いて実施できる。本明細書で説明される主題を実施するのに好適なコンピュータ可読媒体の例としては、ディスクメモリデバイス、チップメモリデバイス、プログラマブルロジックデバイス、及び特定用途向け集積回路等の非一時的デバイスが挙げられる。さらに、本明細書で説明される主題を実施するコンピュータ可読媒体は、単一のデバイス若しくはコンピューティングプラットホームに配置もできるし、又は、複数のデバイス又はコンピューティングプラットホームにわたって分散もできる。

本主題は、その趣旨及び本質的な特徴から逸脱することなく、他の形態で実施できる。従って、記載されている実施形態は、全ての観点で例示的であり限定を課すものではないとみなされるべきである。本主題を特定の好ましい実施形態によって説明したが、当業者には明らかである他の実施形態も本主題の範囲内にある。

Claims (12)

1. コンパクトＸ線イメージングシステムであって、
   複数の空間的に分散されたＸ線焦点を有するＸ線源アレイ、及びデジタル面Ｘ線検出器と、
   前記Ｘ線源アレイの射出窓に接続され、前記複数の空間的に分散されたＸ線焦点のそれぞれから生成されるＸ線放射を前記デジタル面Ｘ線検出器の表面に実質的にコリメートするように構成されているコリメーションアセンブリであり、一次コリメータ及び二次コリメータを備え、前記一次コリメータは、各アパーチャが１つの対応するＸ線焦点のみからの放射線を通過させて前記デジタル面Ｘ線検出器の表面に集束するように構成されている複数のアパーチャを有する、コリメーションアセンブリと、
   電子スイッチングデバイスであって、
   高圧電源と、
   電流源と、
   前記Ｘ線源アレイ又は前記デジタル面Ｘ線検出器のいずれのいかなる機械的な動きも伴わずにトモシンセシス再構成のための１つ又は複数の投影像を生成するために、前記電流源を、事前設定された電流値で、前記コンパクトＸ線イメージングシステムの複数の電界放出カソードに、１度に１つずつ、順次接続するように構成されているスイッチと、
   検出器データ収集を前記複数の空間的に分散されたＸ線焦点からのＸ線曝露と同期するように構成されている１つ又は複数の第１プロセッサ及び／又は回路を備えるトリガと、
   を備える、電子スイッチングデバイスと、
   前記Ｘ線源アレイ及び前記デジタル面Ｘ線検出器の位置及び向きを調整可能にするように構成されている機械的支持体と、
   を備え、
   前記Ｘ線源アレイの複数のＸ線焦点は、前記デジタル面Ｘ線検出器が配置される平面に実質的に垂直な平面に配置され、
   前記コンパクトＸ線イメージングシステムは、複数のイメージングモードで動作するように構成されている、コンパクトＸ線イメージングシステム。
2. 前記コンパクトＸ線イメージングシステムは、トモシンセシスイメージングモード又はパルス蛍光透視モードのいずれかで動作するように構成されている、請求項１に記載のコンパクトＸ線イメージングシステム。
3. 前記コンパクトＸ線イメージングシステムが前記トモシンセシスイメージングモードで作動される場合、トモシンセシス再構成のための１つ又は複数の要求される投影像を収集すべく、前記Ｘ線源アレイ、前記デジタル面Ｘ線検出器、又は患者のいずれも動かすことなく、前記複数の空間的に分散されたＸ線焦点からのＸ線ビームを電子的に順次アクティベートすることによってスキャン用Ｘ線ビームが生成されるように構成され、
   前記コンパクトＸ線イメージングシステムが前記パルス蛍光透視モードで作動される場合、前記複数の空間的に分散されたＸ線焦点の中央焦点から生成されるＸ線放射が、５～３０パルス毎秒でパルス出力され、各Ｘ線パルス毎に、スキャンされる対象物の画像が形成されて表示され、それにより、前記対象物のＸ線動画を生成するように構成されている、
   請求項２に記載のコンパクトＸ線イメージングシステム。
4. 定位モードで動作するようにさらに構成され、前記コンパクトＸ線イメージングシステムが前記定位モードで作動される場合、前記複数の空間的に分散されたＸ線焦点のうちの２つの別個の焦点がＸ線放射を放出するようにアクティベートされ、それにより２つの異なる角から２つの投影像が形成されて表示される、請求項１～３のいずれか一項に記載のコンパクトＸ線イメージングシステム。
5. 前記Ｘ線源アレイは、５及び６０を含む５～６０の個別に制御可能な炭素ナノチューブエミッタを電子源として備え、
   前記Ｘ線源アレイは、０ｋＶ及び１２０ｋＶを含む０ｋＶ～１２０ｋＶのアノード電圧、かつ、０．０５ｍＡ及び２０ｍＡを含む０．０５ｍＡ～２０ｍＡのＸ線管電流での単極設計を有し、
   前記Ｘ線焦点の空間分布は、線、円、２Ｄアレイ、又は任意の他の２Ｄ又は３Ｄ幾何学構成である、請求項１～４のいずれか一項に記載のコンパクトＸ線イメージングシステム。
6. 複数の前記Ｘ線焦点のうち少なくとも１つは、０．０１ｍｍ及び０．３ｍｍを含む０．０１ｍｍ～０．３ｍｍの範囲のスポットサイズでマイクロフォーカスされる、請求項１～５のいずれか一項に記載のコンパクトＸ線イメージングシステム。
7. 前記機械的支持体は、前記Ｘ線源アレイ及び前記デジタル面Ｘ線検出器を支持するミニＣアーム、前記ミニＣアームに接続された伸長及び折り畳み及び／又は旋回するように構成された伸長可能支持アームを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のコンパクトＸ線イメージングシステム。
8. 前記電子スイッチングデバイスは、異なるアノードエネルギーレベルで得られる投影像を組み合わせて造影２次元（２Ｄ）Ｘ線画像及び三次元（３Ｄ）トモシンセシス画像を生成できるように、単一のイメージングシーケンス中に１つよりも多いエネルギーレベルで高圧電源を作動させるように構成されている、請求項１～７のいずれか一項に記載のコンパクトＸ線イメージングシステム。
9. １つ又は複数の第２プロセッサと、実行可能命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体とをさらに備え、
   前記１つ又は複数の第２プロセッサは、患者の体肢の造影剤による造影画像を生成するために、造影剤注入前画像及び造影剤注入後画像を自動的に登録するように構成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載のコンパクトＸ線イメージングシステム。
10. コンパクトＸ線イメージングシステムを用いるＸ線イメージングの方法であって、
    複数の空間的に分散されたＸ線焦点を有するＸ線源アレイ、及びデジタル面Ｘ線検出器を設ける段階と、
    前記複数の空間的に分散されたＸ線焦点のそれぞれから生成されるＸ線放射を、前記Ｘ線源アレイの射出窓に接続されたコリメーションアセンブリを用いて前記デジタル面Ｘ線検出器の表面に実質的にコリメートする段階であり、前記コリメーションアセンブリは、一次コリメータ及び二次コリメータを備え、前記一次コリメータは、各アパーチャが１つの対応するＸ線焦点のみからの放射線を通過させて前記デジタル面Ｘ線検出器の表面に集束するように構成されている複数のアパーチャを有する、段階と、
    電子スイッチングデバイスであって、
    高圧電源と、
    電流源と、
    スイッチと、
    １つ又は複数の第１プロセッサ及び／又は回路を備えるトリガと、
    を備える電子スイッチングデバイスを設ける段階と、
    前記複数の空間的に分散されたＸ線焦点の前記デジタル面Ｘ線検出器に対する位置は依然として変わらないまま、前記Ｘ線源アレイ及び前記デジタル面Ｘ線検出器を位置決め及び方向付けする段階と、
    前記Ｘ線源アレイ又は前記デジタル面Ｘ線検出器のいずれかのいかなる機械的な動きも伴わずにトモシンセシス再構成のための１つ又は複数の投影像を生成するために、前記電流源を、事前設定された電流値で、前記コンパクトＸ線イメージングシステムの複数の電界放出カソードに、１度に１つずつ、順次接続する段階と、
    検出器データ収集を前記複数の空間的に分散されたＸ線焦点からのＸ線曝露と同期する段階と、
    を含み、
    前記Ｘ線源アレイの複数のＸ線焦点は、前記デジタル面Ｘ線検出器が配置される平面に実質的に垂直な平面に配置され、
    前記コンパクトＸ線イメージングシステムは、複数のイメージングモードで動作するように構成されている、方法。
11. ミニＣアームＸ線イメージングシステムであって、
    複数の空間的に分散されたマイクロフォーカスＸ線焦点を有する炭素ナノチューブベースのマイクロフォーカスＸ線源アレイ、及びミニＣアーム上に装着されたデジタル面Ｘ線検出器と、
    前記マイクロフォーカスＸ線源アレイの射出窓に接続され、前記複数の空間的に分散されたマイクロフォーカスＸ線焦点のそれぞれから生成されるＸ線放射を前記デジタル面Ｘ線検出器の表面に実質的にコリメートするように構成されているコリメーションアセンブリであり、一次コリメータ及び二次コリメータを備え、前記一次コリメータは、各アパーチャが１つの対応するＸ線焦点のみからの放射線を通過させて前記デジタル面Ｘ線検出器の表面に集束するように構成されている複数のアパーチャを有する、コリメーションアセンブリと、
    電子スイッチングデバイスであって、
    高圧電源と、
    電流源と、
    前記マイクロフォーカスＸ線源アレイ又は前記デジタル面Ｘ線検出器のいずれのいかなる機械的な動きも伴わずにトモシンセシス再構成のための１つ又は複数の投影像を生成するために、前記電流源を、事前設定された電流値で、前記ミニＣアームＸ線イメージングシステムの複数の電界放出カソードに、１度に１つずつ、順次接続するように構成されているスイッチと、
    検出器データ収集を前記複数の空間的に分散されたマイクロフォーカスＸ線焦点からのＸ線曝露と同期するように構成されている１つ又は複数のプロセッサ及び／又は回路を備えるトリガと、
    を備える、電子スイッチングデバイスと、
    を備え、
    前記マイクロフォーカスＸ線源アレイの複数のマイクロフォーカスＸ線焦点は、前記デジタル面Ｘ線検出器が配置される平面に実質的に垂直な平面に配置され、
    前記ミニＣアームＸ線イメージングシステムは、三次元トモシンセシスイメージングモード、蛍光透視モード、又は定位モードのいずれかで動作するように構成されている、ミニＣアームＸ線イメージングシステム。
12. ミニＣアームＸ線イメージングシステムを用いるＸ線イメージングの方法であって、
    複数の空間的に分散されたマイクロフォーカスＸ線焦点を有する炭素ナノチューブベースのマイクロフォーカスＸ線源アレイ、及びミニＣアーム上に装着されたデジタル面Ｘ線検出器を備えるミニＣアームＸ線イメージングシステムを設ける段階と、
    前記複数の空間的に分散されたマイクロフォーカスＸ線焦点のそれぞれから生成されるＸ線放射を、前記マイクロフォーカスＸ線源アレイの射出窓に接続されたコリメーションアセンブリを用いて前記デジタル面Ｘ線検出器の表面に実質的にコリメートする段階であり、前記コリメーションアセンブリは、一次コリメータ及び二次コリメータを備え、前記一次コリメータは、各アパーチャが１つの対応するＸ線焦点のみからの放射線を通過させて前記デジタル面Ｘ線検出器の表面に集束するように構成されている複数のアパーチャを有する、段階と、
    電子スイッチングデバイスであって、
    高圧電源と、
    電流源と、
    スイッチと、
    １つ又は複数のプロセッサ及び／又は回路を備えるトリガと、
    を備える電子スイッチングデバイスを設ける段階と、
    前記マイクロフォーカスＸ線源アレイ又は前記デジタル面Ｘ線検出器のいずれのいかなる機械的な動きも伴わずにトモシンセシス再構成のための１つ又は複数の投影像を生成するために、前記電流源を、事前設定された電流値で、前記ミニＣアームＸ線イメージングシステムの複数の電界放出カソードに、１度に１つずつ、順次接続する段階と、
    検出器データ収集を前記複数の空間的に分散されたマイクロフォーカスＸ線焦点からのＸ線曝露と同期する段階と、
    を含み、
    前記マイクロフォーカスＸ線源アレイの複数のマイクロフォーカスＸ線焦点は、前記デジタル面Ｘ線検出器が配置される平面に実質的に垂直な平面に配置され、
    前記ミニＣアームＸ線イメージングシステムは、三次元トモシンセシスイメージングモード、蛍光透視モード、又は定位モードのいずれかで動作するように構成されている、方法。

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