JP7362752B2 - 拡張スペクトルx線画像化 - Google Patents
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Description
i)二重露光(スピン・スピンまたは回転回転技法とも呼ばれ、第1の完全回転の後、より高い加速度電圧での第2の完全回転の間、低加速度電圧が使用される)
ii)二重源(2つの回転するX線管に、典型的にはおよそ80kVおよび140kVの異なる高電圧を供給する)
iii)高速kV切り替え(典型的にはおよそ80kVおよび140kVで交番する高電圧と共にX線管にパルスを発する)
iv)二重層技法(検出器の下部の方が、ソースに近い部分よりも実質的に高いX線エネルギーに会う、検出器を挟み込む)
1.X線露光の所定のシーケンスでオブジェクトを露光し、X線管の加速度電圧は回転の間に数回変更される。1つのシーケンス(視野にわたる)は、低、低、高、低、低、高、・・・であり得、別のこうしたシーケンスは低、高、低、高、・・・などであり得る。
2.検出において相互作用する光子をカウントし、蓄積されたエネルギーがどのしきい値間にあるかに基づいてビン・カウンタを増分する。
3.出力は、異なるX線スペクトルを使用して取得した投影データの少なくとも2つのサブセット(各検出要素および各視野角についての、ビン内のカウント)である。
4.材料ベースの分解は投影データに適用され、結果として、ベース材料の経路長推定(各検出要素(γ)および視野角(θ)についてA*(γ,θ)と示される)が生じる。
5.異なる視野角θは、加速度電圧の切り替えに起因して、異なる事前患者X線スペクトルを見ていることになる。したがって、経路長推定A*(γ,θ)の共分散行列は異なることになる。
6.共分散行列における相違(特定の視野角θに使用される実際のX線スペクトルに依存する)は、必ずしも必要ではないが、場合によっては画像化タスクに基づく逆重み付け方式と共に、再構成において考慮に入れることが可能である。
7.ベース画像は、全てのセットまたは、場合によっては重み付けされたそのサブセットA*(γ,θ)を使用して、例えば、逆ラドン変換の何らかの実施によって、再構成される。
1.X線露光の所定のシーケンスでオブジェクトを露光し、X線管の加速度電圧は回転の間に数回変更される。1つのシーケンス(視野にわたる)は、低、低、高、低、低、高、・・・であり得、別のこうしたシーケンスは低、高、低、高、・・・などであり得る。
2.検出において相互作用する光子をカウントし、蓄積されたエネルギーがどのしきい値間にあるかに基づいてビン・カウンタを増分する。
3.出力は、異なるX線スペクトルを使用して取得した投影データの少なくとも2つのサブセット(各検出要素および各視野角についての、ビン内のカウント)である。
4.低エネルギービンにおけるカウント(図5Aおよび図5Bにおける、しきい値T1とT2との間)は、コンプトン相互作用から発せられることがわかっている。材料ベースの分解は、高エネルギー露光と低エネルギー露光との間で視野角がわずかに異なるため、空間分解能におけるペナルティを伴うが、現在のエネルギー統合検出器を利用する切り替えkVpシステムによって材料分解が実行される際に使用する方法と同じ方法を使用して実行され得る。この結果として経路長推定
5.光電効果が優勢である場所(上記図5のT2)でビン・カウントを使用する材料ベースの分解は、投影データに基づいて実行され、結果としてベース材料の経路長推定(各検出要素(γ)および視野角(θ)についてθと示される)が生じる。この結果、A*(γ,θ)のセットが生じる。
6.異なる視野角θは、加速度電圧の切り替えに起因して、異なる事前患者X線スペクトルを見ていることになる。したがって、その視野角内でどのスペクトルが印加されたかに依存して、経路長推定A*(γ,θ)の共分散行列は異なることになる。
7.共分散行列における相違は、必ずしも必要ではないが、場合によっては画像化タスクに基づく逆重み付け方式と共に、再構成において考慮に入れることが可能である。
8.ベース画像は、全てのセットまたは、場合によっては重み付けされたそのサブセットA*(γ,θ)、および
1.X線露光の所定のシーケンスでオブジェクトを露光し、X線管の加速度電圧は回転の間に数回変更される。1つのシーケンス(視野にわたる)は、低、低、高、低、低、高、・・・であり得、別のこうしたシーケンスは低、高、低、高、・・・などであり得る。
2.検出において相互作用する光子をカウントし、蓄積されたエネルギーがどのしきい値間にあるかに基づいてビン・カウンタを増分する。
3.出力は、異なるX線スペクトルを使用して取得した投影データの少なくとも2つのサブセット(各検出要素および各視野角についての、ビン内のカウント)である。
4.X線露光の所定のシーケンスに基づいて視野をグループ化する。「低、高、低、高、・・・など」が所定のシーケンスであり、各露光についてN個のエネルギービンが集められる場合、各平均視野角
5.材料ベースの分解は集約された投影データ(2Nビン)に適用され、結果として、ベース材料の経路長推定
6.
7.ベース画像は、全てのセットまたは、場合によっては重み付けされたそのサブセットA*(γ,θ)を使用して、例えば、逆ラドン変換の何らかの実施によって、再構成される。
μ(E)=α1f1(E)+α2f2(E)
上式で、fiは基底関数であり、αiは対応する基底係数である。k吸収エッジが画像化に使用されるエネルギー領域内に存在するように十分に高い、高原子番号の画像化容積内に、1つまたは複数の元素が存在する場合、こうした元素の各々について、1つの基底関数を追加しなければならない。医療用画像化の分野では、こうしたkエッジ元素は、典型的には造影剤として使用される物質、ヨウ素またはガドリニウムであり得る。
1.US2012/0087463
2.US9,757,085
3.US9,836,859
4.Sebastian Faby,Stefan Kuchenbecker,Stefan Sawall,David Simons,Heinz-Peter Schlemmer,Michael Lell,Marc Kachelrieβによる「Performance of today’s dual energy CT and future multi energy CT in virtual non-contrast imaging and in iodine quantification:A simulation study」、Medical Physics 42(7)、2015年7月、doi:http://dx.doi.org/10.1118/1.4922654
5.Tao,A,Huang、R,Tao,S,Michalak,G,McCollough,C,Leng,Sによる、Dual Source Photon-Counting-Detector CT with a Tin Filter:A Phantom Study on Iodine Quantification Accuracy and Precision, Radiological Society of North America 2018 Scientific Assembly and Annual Meeting,2018年11月25日から11月30日、イリノイ州シカゴ、archive.rsna.org/2018/18014541.html。2019年2月18日アクセス済み。
6.Robert E.Alvarezによる「Estimator for photon counting energy selective x-ray imaging with multibin pulse height analysis」、Med.Phys.38(5)、2011年5月
7.Ehn,S,Sellerer,T,Mechlem,K,Fehringer,A,Epple,M,Herzen,J,Pfeiffer,F,Noel,PBによる「Basis material decomposition in spectral CT using a semi-empirical,polychromatic adaption of the Beer-Lambert model」、Phys.Med.Biol.62,2017年
8.Alvarez and Macovskiによる「Energy-selective reconstructions in X-ray computerised tomography」、Phys.Med.Biol.21,733
Claims (13)
- X線源(10)と多数の検出要素を有するX線検出器(20)とを備える、X線画像化のための装置(100)であって、前記X線源(10)および前記X線検出器(20)は、異なる視野角での投影セットを実行可能にするために、画像化されるべきサブジェクトまたはオブジェクトの周りを回転可能なサポート(12)上に配置され、
前記装置(100)は、前記投影セットを介して低エネルギーおよび高エネルギーの露光を実行可能にするための回転の間、低電圧および高電圧を含む少なくとも2つの異なる電圧を交互に印加するための切り替えkVpモードで前記X線源(10)を動作させ、それによって低エネルギー投影および高エネルギー投影を提供するように構成され、
前記X線検出器(20)は、光子計数を複数のエネルギービンに割り振るように構成された、光子計数マルチビン検出器であり、また装置(100)は、低エネルギー投影および高エネルギー投影の両方について対応する光子計数情報を提供するために、前記エネルギービンの少なくともサブセットからカウントを選択するように構成され、
前記装置(100)は、対応する光子計数情報に基づき、多数の前記低エネルギー投影および高エネルギー投影の各々について、および/または、少なくとも1つの低エネルギー投影および少なくとも1つの高エネルギー投影の多数の組み合わせの各々について、材料ベースの分解を実行するように、構成され、
前記装置(100)は、多数の前記低エネルギー投影および高エネルギー投影の各々について、および/または、少なくとも1つの低エネルギー投影および少なくとも1つの高エネルギー投影の多数の組み合わせの各々について、ベース材料の経路長推定を生成するために、前記材料ベースの分解を実行するように、ならびに、前記経路長推定に基づいて画像再構成を実行するように、構成され、
前記装置(100)は、ベース材料についての経路長推定、および前記推定された経路長の共分散を表す関連する共分散行列を生成するように、ならびに、前記対応する共分散行列に基づいて、低エネルギー投影および高エネルギー投影についての経路長推定を組み合わせるように、構成される、装置(100)。 - 前記装置(100)は、回転の間に、少なくとも2つの異なる電圧を前記X線源(10)に交互に印加するために、高速kV切り替えを提供するように構成される、請求項1に記載の装置。
- 前記光子計数マルチビン検出器(20)は、低エネルギーまたは高エネルギーの露光の下で、各投影について、すなわち各検出要素および各視野角について、光子計数をエネルギービンに割り振るように構成され、前記装置(100)は、前記投影について対応する光子計数情報を提供するために、少なくとも前記エネルギービンのサブセットからカウントを抽出するように構成される、請求項1または2に記載の装置。
- 前記装置(100)は、前記印加されるX線スペクトルに関する情報に基づいて、材料ベースの分解を実行するように構成される、請求項1から3のいずれかに記載の装置。
- 前記装置(100)は、少なくとも1つの低エネルギー投影および少なくとも1つの高エネルギー投影の光子計数情報を含む、近接する投影に基づく二重エネルギー経路長推定を生成するように構成される、請求項1に記載の装置。
- 前記装置(100)は、空間分解能とベース画像ノイズとの間のトレードオフを最適化するために、前記二重エネルギー経路長推定を事前情報として使用するように構成される、請求項5に記載の装置。
- 前記光子計数マルチビン検出器(20)のしきい値は、スペクトルのコンプトン部分をカウントするために1つまたは複数のビンが割り振られ、残りは前記スペクトルの光電部分に割り振られるように、割り振られる、請求項1から6のいずれかに記載の装置。
- 高エネルギー投影および低エネルギー投影についての前記光子計数マルチビン検出器(20)のしきい値は同一である、請求項1から7のいずれかに記載の装置。
- 低エネルギー投影についての前記光子計数マルチビン検出器(20)のしきい値は、高エネルギー投影のしきい値とは異なる、請求項1から8のいずれかに記載の装置。
- 前記光子計数マルチビン検出器(20)は直接変換材料に基づくものである、請求項1から9のいずれかに記載の装置。
- 前記光子計数マルチビン検出器(20)には、前記直接変換材料としてシリコンが提供される、請求項10に記載の装置。
- 請求項1から11のいずれかに記載のX線画像化のための装置(100)を備える、X線画像化システム(100)。
- 前記X線画像化システム(100)および/またはX線画像化のための前記装置(100)は、コンピュータ断層撮影(CT)システムである、請求項12に記載のX線画像化システム。
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