KR20210041587A - 엑스레이 이미징 시스템 및 방법, 그리고 조영제 - Google Patents
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Abstract
엑스레이 장치 및 방법은 다양한 방법으로 엑스레이 영상을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 개선된 엑스레이 장치는 2차원 검출기에 의해 획득된 엑스레이 이미지로부터 산란을 감소시킬 수 있다. 개선된 2D 엑스레이 장치는 의료 및/또는 산업 애플리케이션을 위한 3D 이미징을 제공할 수 있다. 개선된 2D 엑스레이 장치 및 방법은 개별 재료 이미징, 이미지의 특성화 및 상관관계, 밀도 측정 및 단일 피사체 내 개별 컴포넌트 또는 개별 재료의 구성 정보를 위한 구성 분석을 생성할 수 있다. 2D 또는 3D 풀 필드 엑스레이 이미징과 고해상도 2D 또는 3D 엑스레이 현미경 또는 스펙트럼 흡수 측정기 및 분광기를 결합한 비회전형 3D 현미경은 3D 및 실시간에 엑스레이 이미징 및 정량 분석에서 더 높은 해상도와 더 넓은 시야를 얻을 수 있다. 엑스레이 장치는 시간 및/또는 공간에서 추적 및/또는 수술 안내를 개선할 수 있다.
Description
본 출원은 2018년 8월 2일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/713,554호, 2019년 2월 11일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/803,613호, 2019년 5월 26일에 출원 된 미국 가특허 출원 제62,853,050호, 2018년 7월 30일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/712,058호, 2018년 10월 14일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/745,369호, 2018년 9월 11일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/729,433호, 2018년 11월 3일에 출원된 미국 및 미국 가특허 출원 제62/755,425호의 혜택을 주장한다. 따라서, 출원 각각의 전체 개시 내용은 본 명세서에 참조로 포함되고 본 명세서의 일부가 된다.
본 출원과 함께 제출된 출원 데이터 시트에서 외국 또는 국내 우선권 주장이 확인된 모든 출원은 이로써 37 CFR 1.57에 따라 참조로 통합된다.
본 출원은 2019년 1월 20일에 출원된 국제 특허 출원 PCT/US19/14391호, 2019년 3월 18일에 출원된 국제 특허 출원 PCT/US2019/022820호, 및 미국 특허 제5,648,997호, 제5,771,269호, 제6052433A호, 제6134297A호 및 제6173034B1호와 관련된다. 이들 각각의 전체 개시 내용은 본 명세서에 참조로 포함되며 본 명세서의 일부가 된다.
본 개시는 일반적으로 디지털 엑스레이 이미징에 관한 것이다.
엑스레이(광자) 빔이 이미징되는 피사체를 통과할 때, 빔의 광자는 (1) 직선(1차 빔이라고 함)으로 피사체를 관통하고 이미징 검출기에 의해 수집되어 엑스레이 2차원(2D) 이미지의 어두운 부분을 생성하고; (2) 피사체에 흡수되어 이미지의 밝은 부분을 생성하며(예 : 뼈는 흰색으로 보이지만 공기가 채워진 폐는 검정색으로 보임); 또는 (3) 피사체 내부에 흩어져 있지만, 여전히 피사체를 떠나 이미징 검출기에 의해 수집된다. 검출기에 의해 수집된 산란 신호를 피사체 내부에 존재하는 다른 밀도의 콘텐츠와 정량적으로 연관시키는 것은 어렵고, 산란 측정은 산란 신호를 생성하는 피사체의 내부 콘텐츠의 정확한 3D 공간 위치와 쉽게 상관되지 않고, 1차 엑스레이 측정에 의해 형성된 이미지의 선명도를 줄일 수 있다. 산란 방사선의 양이 증가하면 이미지의 선명도가 떨어지고 이미지 대비가 저하 될 수 있다.
1차 빔에 대한 산란비(SPR)는 산란 방사선의 에너지를 이미징 장치의 동일한 지점에 부딪히는 1차 빔의 에너지로 나눈 값이다. 인체 이미징에 2차원 검출기를 사용하는 대부분의 이미징 시스템의 경우, SPR은 50%에서 100%까지 높을 수 있다. 무작위로 산란 된 엑스레이는 이미지 대비를 감소시키고 흐림을 생성하며 신호 대 잡음 비율을 감소시키는 경향이 있다.
진단, 검사, 이미지 안내 및 추적 보안 애플리케이션의 경우, 정량적 이미징 데이터가 필요할 수 있다. 회전 컴퓨터 단층 촬영(CT)은 정량적 이미지 데이터를 제공할 수 있지만, 시간이 많이 걸리고, 일반적으로 휴대가 불가능하며, 높은 방사선이 필요하고, 그리고/또는 일반적으로 
몰 정도의 낮은 몰 민감도를 가질 수 있다. 비 회전 CT 및 2D 이미징은 회전 CT에 비해 저렴하고 빠르며, 그리고/또는 더 낮은 방사선이 필요하지만, 일반적으로 정량적이지 않다.
임상 엑스레이 영상에서 뼈의 스트레스 골절, 폐색전증 및 기타 질병을 포함 하나 이에 국한되지 않는 질병을 진단하기 위해, 골 또는 조직의 관심 영역에서 골절 이미지와 농도계의 상관이 농도계와 엑스레이 이미징 시스템에서 별도로 수행된다.
3차원(3D) 엑스레이 현미경 이미지는 종래의 회전 CT에서 사용되는 방법을 사용하여 생성되며, 여기서 피사체 또는 소스와 검출기가 축을 중심으로 회전한다. 피사체의 3D 이미지를 재구성하려면 전체 피사체를 180°로 여러 장 촬영해야 한다. 결과적으로, 이 프로세스는 시간이 많이 걸린다. 그러나 대물렌즈의 발전으로 한 자리 나노 미터(nm) 해상도 또는 더 높은 해상도에 도달할 수 있는 엑스레이 현미경 검사는 종종 1mm 범위와 같은 작은 폼(form) 팩터(factor)를 가진 피사체에 대해 수행된다.
일반적으로, 스캐닝 및 모션 기능의 추가 없이, 광자 계수 검출기, 에너지 민감 검출기, 실리콘 드리프트 검출기, 분광기 및/또는 분광 흡수 측정 시스템은 작은 치수의 피사체만 측정할 수 있다.
종래의 3D CT 스캐너의 높은 방사선 레벨로 인해, 특히 진단 및 치료 과정에서 이러한 이미징 방법의 빈도는 제한적이다.
임상 엑스레이 영상은 종종 환자가 석고 캐스트 지지대를 착용해야 하는 골절과 관련된 경우를 포함한다. 현재의 엑스레이 영상 기술은 석고 캐스트의 중첩 영상으로 인해 인체와 내장의 2차원 투사 엑스레이 영상을 선명하게 얻을 수 있는 능력이 없다. 석고 캐스트 또는 유리 섬유의 화학적 조성이 뼈 재료의 화학적 조성에 가깝고 캐스트의 두께와 불규칙한 구조로 인해 실제로 캐스트 내부의 손상된 뼈 또는 조직의 상태에 대한 이미지 정보를 얻을 수 없다. 결과적으로, 회복을 모니터링하기 위해 각 엑스레이 이미지를 촬영하기 전에 캐스트를 제거해야 하며 환자의 치료 및/또는 수술 후 관리를 보다 시기적절하게 맞춤화하거나 관리할 수 없다.
개별 세포 또는 작은 입자, 분자 및/또는 유기체는 임상 및/또는 과학적 목적을 위해 생체 내 또는 생체 외의 진단, 스크리닝, 치료 모니터링 동안 시각화, 정량화 및/또는 추적될 필요가 있을 수 있다. 그러나 엑스레이 이미징과 같은 현재 이미징 방식으로는 필요한 감도를 얻을 수 없었다.
산업 및 보안 엑스레이 이미징에서, 위험, 폭발물 및 보안 위협(예를 들어, 공항에서)을 분석해야 하며, 촬영 타겟의 재료 및 컴포넌트를 특성화하고 식별해야 할 필요가 있을 수 있다. 이러한 작업은 본 개시의 진보와 함께 수행될 수 있다.
엑스레이 촬영 장치 및 방법은 다양한 방식으로 엑스레이 촬영을 개선할 수 있다.
일부 구성에서, 엑스레이 측정 시스템은 이미징 피사체로 향하는 하나 이상의 엑스레이 빔을 방출하도록 구성된 엑스레이 소스; 및 이미징 피사체의 하류에 있는 2차원(2D) 엑스레이 검출기를 포함하며, 시스템의 제어기는 x-를 이동하거나 조향하여 타겟의 다차원 및/또는 3차원 (3D) 이미지를 얻도록 구성될 수 있다. 3D 공간의 적어도 두 축에서 광선 방출 위치 또는 엑스레이 소스, 3D 공간은 xy-z 축의 위치를 포함하고 2D 엑스레이 측정값을 얻는다. 일부 구성에서, 검출기는 피사체의 진단, 검사, 추적 및/또는 모니터링을 위한 제 1 측정 및/또는 라이브 또는 제 2 측정을 수행하도록 구성될 수 있다. 엑스레이 소스는 제어 가능한 에너지로 엑스레이 빔을 방출하도록 구성할 수 있다. 엑스레이 소스는 단일 콘 빔 또는 다중 얇은 빔을 방출하도록 구성할 수 있다. 시스템은 특정 빔이 엑스레이 검출기의 미리 결정된 위치에 도달하도록 선택적으로 허용하도록 구성된 빔 선택기 또는 빔 흡수 판을 포함할 수 있다. 프로세서는 엑스레이 측정에서 산란을 제거하도록 구성 할 수 있다. 시스템은 두 번째 2D 엑스레이 검출기를 포함할 수 있다. 2D 엑스레이 검출기는 시스템에서 유일한 엑스레이 검출기가 될 수 있다. 인접한 엑스레이 방출 위치 사이의 거리는 제 3 축에서 필요한 해상도의 치수 및/또는 두 위치가 각기 관심 영역에서 엑스레이 빔 세트를 생성하는 데 필요한 최소 거리일 수 있으며, 각 세트는 서로 다른 복셀 경로를 조명한다. 인접한 엑스레이 방출 위치 사이의 거리는 1픽셀 피치, 픽셀 피치의 정수배 또는 1픽셀 피치 미만일 수 있다. 총 방출 위치 수 또는 3D 이미지를 구성하기 위해 촬영 된 총 2D 이미지 수는 제 3 축의 깊이를 제 3 축의 해상도로 나눈 값일 수 있다. x 및 y 차원으로 이동할 때 가장 먼 방출 위치로부터의 총 이동 각도는 0.1도 또는 0.1도 미만 또는 0.1도에서 1도 사이일 수 있다. x, y 및 z 축으로 이동할 때 각 축에서 가장 멀리 떨어져 있는 방출 위치로부터의 총 이동 각도는 0.0008도 또는 0.0008도 미만, 0.0008도에서 0.5도 사이 또는 0.5도에서 0.5도 사이일 수 있다. 1도.
일부 구성에서, 2차원 엑스레이 검출기를 사용하여 실시간으로 엑스레이 피사체를 모니터링하는 방법은 다음을 포함할 수 있다 : 제 1 시점에서 타겟의 복수의 제 1 엑스레이 측정값을 획득하는 단계; 제 1 시점보다 늦게 제 2 시점에서 피사체의 복수의 제 2 엑스레이 측정값을 획득하고, 피사체 또는 이의 일부는 제 1 시점과 제 2 시점 사이에서 이동했거나 이동하지 않았으며; 복수의 제 2 엑스레이 측정값을 복수의 제 1 엑스레이 측정값에 매칭시키는 단계; 및 제 1 시점과 제 2 시점 사이에 타겟의 적어도 하나의 타겟, 컴포넌트 및/또는 관심 영역의 6D 포지셔닝을 출력하는 단계를 포함한다.
일부 구성에서, 방법은 엑스레이 소스를 사용하여 엑스레이를 방출하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 엑스레이는 단일 펄스로 방출되고, 각 펄스는 서로 다른 에너지 또는 파장에서 방출된다. 방법은 엑스레이 소스를 사용하여 엑스레이를 방출하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 엑스레이는 상이한 에너지 레벨 또는 파장에서 하나 또는 다중 펄스로 방출된다. 제 1 및/또는 제 2 측정값은 포인트, 1D 및/또는 2D 엑스레이 측정값 및/또는 3D 및/또는 4D 이미징을 포함할 수 있다. 두 번째 엑스레이 측정은 실시간 측정을 포함할 수 있다. 방법은 타겟, 관심 영역, 타겟 및 관심 영역의 다른 컴포넌트에 대한 컴포넌트의 6D 상대적 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 첫 번째 및/또는 두 번째 측정은 정량적 이미지를 포함할 수 있다. 1D 및/또는 2D의 첫 번째 및/또는 두 번째 측정에서 산란을 제거할 수 있다. 제 1 및/또는 제 2 측정값을 얻기 위해 방출 된 엑스레이는 콜리메이터를 통과하도록 구성될 수 있다. 콜리메이터는 제 1 및/또는 제 2 측정값을 얻기 위해 사용되는 엑스레이 검출기에서 다른 투과 영역을 생성하기 위해 이동가능하거나 회전 가능할 수 있다. 방법은 제 1 및/또는 제 2 측정값을 얻기 위해 복수의 엑스레이 얇은 빔을 방출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 동적 이동 동안 1 회 이상 제 1 및/또는 제 2 측정값을 샘플링하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 동일한 주파수 또는 상이한 주파수에서 제 1 및 제 2 측정값을 샘플링하는 것을 포함할 수 있다. 제 1 측정값은 시뮬레이션되거나 합성된 데이터 및/또는 미리 결정된 데이터를 더 포함할 수 있다. 매칭은 공간 구조, 치수, 폼 팩터, 해부학적 마커, 유동 특성, 컴포넌트 간의 상대적 거리 및/또는 상대적인 공간 위치, 3D 부피, 6D 방향, 구성 및/또는 컴포넌트의 밀도를 기반으로 한 매칭을 포함할 수 있다. 피사체는 수술 도구, 카테터, 생검 팁, 로봇 프로브 및/또는 환자의 신체에 이식하는 것을 포함할 수 있다. 이 방법은 로봇 수술 도구의 추적 컴포넌트 또는 안내 프로브 또는 기준 마커를 포함하는 로봇 보조 수술에 적용될 수 있다. 방법은 다른 이미징 모달리티으로부터 추가 이미징 데이터를 얻는 단계를 더 포함할 수 있다. 다른 이미징 방식은 서로 다른 프레임 속도의 검출기, 서로 다른 스펙트럼 해상도 또는 서로 다른 수의 에너지 민감 검출기 셀, 단일 검출기 어레이 또는 선형 검출기 어레이 또는 다중 탐지 채널, 스펙트럼 측정기, 흡수 측정기, 엑스레이 현미경, 간섭계, 분광기 및/또는 비-엑스레이 기반 이미징 모달리티. 다른 이미징 모달리티는 엑스레이 측정과 다른 시간 프레임에 또는 동시에 배치하거나 측정하도록 구성할 수 있다. 이 방법은 측정 가능한 특성 및/또는 임의의 특정 컴포넌트의 상대적인 공간 위치 및/또는 가시성에 기초하여 구별할 수 있는 컴포넌트 이미지에 기초하여 제 1 및 제 2 엑스레이 측정 및 추가 이미징 데이터의 코로케이션을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 타겟 또는 그 일부는 여러 차원에서 첫 번째 시점과 두 번째 시점 사이에서 이동되었을 수 있다. 다중 치수는 최대 6 개의 자유도 및/또는 시간 기준으로 구성 될 수 있다. 방법은 엑스레이 소스, 엑스레이 검출기 및/또는 빔 선택기 간의 상대적 거리 및 위치를 교정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은 다양한 에너지 레벨에서 제 1 측정값을 샘플링하고 관심 영역에서 별개의 물질, 재료 및 컴포넌트 및 타겟, 선택된 포인트 데이터 영역, 2D, 3D, 4D, 5D, 6D 및 서로 다른 에너지 레벨 에서 컴포넌트, 타겟 및 관심 영역의 7D 프레젠테이션.
일부 구성에서, 2 개 이상의 재료를 포함하는 피사체의 이미지를 생성하도록 구성된 엑스레이 이미징 시스템은 다음을 포함할 수 있다 : 복수의 재료를 포함하는 하나 이상의 엑스레이 빔을 방출하도록 구성된 엑스레이 소스 에너지 레벨 및 피사체에 대한 지시; 이미징 피사체의 하류에있는 엑스레이 검출기 또는 검출기 어셈블리로서, 검출기는 스펙트럼 민감 검출기를 포함 함; 필터; 및 미리 선택된 빔의 통과를 선택적으로 허용 또는 금지하도록 구성된 콜리메이터를 포함하며, 시스템의 프로세서는 x에서 수신된 1차원 및/또는 2차원 데이터에 기초하여 피사체의 관심 영역을 3차원으로 이미지화하도록 구성될 수 있다. 엑스레이 검출기 또는 검출기 어셈블리.
일부 구성에서, 필터는 코딩된 개구를 포함할 수 있다. 코딩된 개구는 K- 에지 코딩된 개구를 포함할 수 있다. 코딩된 조리개는 피사체와 검출기 또는 검출기 어셈블리 사이, 또는 엑스레이 소스와 피사체 사이에 위치할 수 있다. 콜리메이터는 필터와 엑스레이 소스 사이에 위치할 수 있다. 검출기 또는 검출기 어셈블리는 평판 검출기 및 스펙트럼 측정 검출기 또는 다양한 프레임 속도의 검출기 또는 평판 검출기 뒤의 검출 조립체를 포함할 수 있다. 검출기 또는 검출기 어셈블리는 평판 검출기와 더 작은 2D 검출기 또는 평판 검출기 뒤의 1D 또는 포인트 검출기로 구성 될 수 있다. 필터는 시스템의 에너지 및/또는 스펙트럼에 민감한 측정 속도를 향상시킬 수 있다.
일부 구성에서, 개선된 산란 제거 및/또는 감소 된 방사선 레벨을 갖는 엑스레이 이미징 시스템은 다음을 포함할 수 있다 : 이미징 피사체에게 향하는 하나 이상의 엑스레이 빔을 방출하도록 구성된 엑스레이 소스; 이미징 피사체의 하류에있는 제 1 2차원 엑스레이 검출기; 및 스펙트럼 측정기, 엑스레이 현미경, 흡수 측정 어셈블리 또는 고속 프레임 속도 검출기를 포함하며, 시스템의 프로세서는 엑스레이 검출기로부터 이미징 피사체의 전체 보기 엑스레이 신호와, 현미경 분광기 또는 흡수 측정 어셈블리로부터의 이미징 피사체 내 관심 영역의 고 공간 또는 스펙트럼 해상도 신호를 수신하고 처리하도록 구성될 수 있다.
일부 구성에서, 엑스레이 소스는 제어 가능한 에너지로 엑스레이 빔을 방출하도록 구성 될 수 있다. 엑스레이 소스는 각 이미징 동작에 대해 제어 가능한 에너지로 최소 2 개의 연속 엑스레이 펄스를 방출하도록 구성할 수 있으며, 두 개의 연속 엑스레이는 고에너지 펄스에 이어 저에너지 펄스를 방출하거나 광대역을 방출하도록 구성할 수 있다. 에너지 피크가 없거나 하나 이상이 있는 엑스레이 스펙트럼. 엑스레이 소스는 단색일 수 있다. 엑스레이 소스는 단일 원추형 빔 또는 팬 빔 또는 다중 빔을 방출하도록 구성할 수 있다. 엑스레이 소스는 다중 빔의 방출 위치를 제어하기 위한 빔 조정 장치를 포함할 수 있다. 다중 빔의 이동은 정수배 또는 엑스레이 검출기의 픽셀 피치의 일부를 포함할 수 있다. 엑스레이 소스는 엑스레이 빔을 서로 다른 에너지 또는 파장의 다중 엑스레이 빔으로 분할하고 회절시키는 회절 컴포넌트를 포함할 수 있다. 현미경 또는 흡수 측정기 또는 스펙트럼 엑스레이 측정 또는 고속 이미징 어셈블리는 스펙트럼에 민감한 검출기, 실리콘 이동 검출기, 광자 계수 검출기, 포토 다이오드 또는 광증 배기 튜브 및 고속 프레임 속도 2D 검출기를 포함할 수 있다. 시스템은 특정 빔이 엑스레이 검출기의 미리 결정된 위치에 도달하도록 선택적으로 허용하도록 구성된 빔 선택기를 포함할 수 있다. 빔 선택기는 2D 어레이를 구성할 수 있다. 빔 선택기의 구멍은 엑스레이 검출기 픽셀 피치의 정수배로 분리할 수 있다. 엑스레이 검출기는 1차 이미지만을 수신하도록 구성된 영역 및 산란 이미지만을 수신하도록 구성된 영역을 포함할 수 있으며, 프로세서는 엑스레이 검출기에서 수신된 신호에 기초하여 산란을 제거하도록 구성된다. 프로세서는 다중 에너지 시스템의 각 에너지 레벨에서 산란을 제거하도록 구성할 수 있다.
일부 구성에서, 개선된 산란 제거 및/또는 감소 된 방사선 레벨을 갖는 엑스레이 이미징 시스템은 다음을 포함할 수 있다 : a에 의해 서로 이격 된 복수의 엑스레이 빔을 방출하도록 구성된 엑스레이 소스 촬영 타겟을 통과하는 특정 엑스레이 빔은 1차 빔 및 산란 빔을 포함할 수있는 거리; 이미징 피사체의 하류에있는 2차원 엑스레이 검출기; 및 검출기의 특정 다른 위치에 1차 빔이 없도록 1차 빔이 검출기의 미리 결정된 위치에 선택적으로 도달하도록 구성된 빔 선택기를 포함하고, 시스템의 프로세서는 검출기의 다른 특정 위치에 있는 신호의 고해상도 산란 신호로부터 보간에 의해 고해상도 1차 신호를 얻도록 구성 될 수 있다.
일부 구성에서, 거리는 검출기상의 하나의 픽셀을 포함할 수 있다. 빔 선택기는 검출기의 미리 결정된 위치 및 특정 다른 위치가 체커 보드 패턴을 형성하도록 구성될 수 있다. 빔 선택기는 복수의 빔 흡수 입자를 포함할 수 있다. 엑스레이 소스는 단일, 이중 또는 스펙트럼 에너지 엑스레이 빔을 방출하도록 구성할 수 있다. 검출기는 스펙트럼에 민감한 검출기를 포함할 수 있다. 프로세서는 다중 에너지 시스템의 각 에너지 레벨 에서 산란을 제거하도록 구성할 수 있다. 프로세서는 둘 이상의 재료를 갖는 이미징 피사체의 재료 분해 분석을 출력하도록 구성될 수 있다. 재료 분해 분석은 서로 다른 재료의 엑스레이 측정 특성 데이터베이스를 적어도 부분적으로 기반으로 할 수 있다.
일부 구성에서, 개선된 산란 제거 및/또는 감소 된 방사선 레벨을 갖는 엑스레이 이미징 시스템은 다음을 포함할 수 있다 : 하나 이상의 엑스레이 빔을 방출하도록 구성된 엑스레이 소스, 여기서 하나 이상의 이미징 피사체를 통과하는 엑스레이 빔은 1차 빔과 산란 빔을 포함할 수 있다. 이미징 피사체의 하류에 있는 전방 2차원 엑스레이 검출기; 특정 빔이 검출기의 미리 결정된 위치에 도달하도록 선택적으로 허용하도록 구성된 빔 선택기; 및 후방 2차원 엑스레이 검출기를 포함하고, 상기 빔 선택기는 전방 및 후방 검출기 사이에 위치하며, 시스템의 프로세서는 상기 시스템에 의해 수신된 엑스레이 신호에 부분적으로 기초하여 고해상도 산란 신호를 결정하도록 구성될 수 있다. 후방 감지기에서 수신된 고해상도 신호에서 고해상도 산란 신호를 빼서 고해상도 1차 신호를 출력한다.
일부 구성에서, 엑스레이 소스는 단일, 이중 또는 스펙트럼 에너지 엑스레이 빔을 방출하도록 구성될 수 있다. 빔 선택기는 복수의 적층판을 포함할 수 있다. 복수의 적층판의 구멍은 정렬되어 조명 경로를 형성 할 수 있다. 구멍의 크기는 전방 검출기에 더 가까운 판에서 후면 감지기에 더 가까운 판로 갈수록 점점 더 커질 수 있다. 빔 선택기는 하나 이상의 차원 및/또는 초점에서 이동할 수 있다. 검출기는 스펙트럼에 민감한 검출기를 포함할 수 있다. 프로세서는 다중 에너지 시스템의 각 에너지 레벨에서 산란을 제거하도록 구성할 수 있다. 프로세서는 둘 이상의 재료를 갖는 이미징 피사체의 재료 분해 분석을 출력하도록 구성될 수 있다. 재료 분해 분석은 서로 다른 재료의 엑스레이 측정 특성 데이터베이스를 적어도 부분적으로 기반으로 할 수 있다.
일부 구성에서, 2개 이상의 재료를 포함하는 피사체의 이미지를 생성하도록 구성된 엑스레이 이미징 시스템은 다음을 포함할 수 있다 : 복수의 엑스레이 빔을 방출하도록 구성된 엑스레이 소스 에너지 레벨 및 피사체에 대한 지시; 이미징 피사체의 하류에 있는 엑스레이 검출기 또는 검출기 어셈블리로서, 검출기는 스펙트럼 민감성 검출기 또는 스펙트럼 비 민감성 검출기, 또는 실리콘 시프트 검출기, 또는 에너지 분산 광학 요소를 포함하는 스펙트럼 민감 검출 어셈블리, 또는 공간 민감성 검출기를 포함하고; 및 미리 선택된 빔의 통과를 선택적으로 허용 또는 금지하도록 구성된 빔 선택기를 포함하고, 시스템의 프로세서는 이미징 피사체에서 2 개 이상의 상이한 재료에 대한 재료 분해 정보를 출력하도록 구성될 수 있다.
일부 구성에서, 재료 분해 정보는 상이한 재료의 엑스레이 측정 특성의 데이터베이스에 적어도 부분적으로 기초하여 획득될 수 있다. 피사체의 두 개 이상의 서로 다른 물질 또는 피사체의 실제 재료와 동일하거나 유사한 물질을 캘리브레이션에 사용하여 데이터베이스를 구축하거나, 미지 물질과 측정 데이터 사이의 정량적 수치 관계를 도출할 수 있다. 알려진 등가 재료. 엑스레이 측정 특성은 원자 z 번호, 밀도 흐름 역학, 유체 학, 흐름 방향, 이동 특성, 공간 특성, 치수, 모양, 부피, 화학적, 에너지 또는 기계적으로 유도된 변화 및/또는 상태 변환. 엑스레이 소스는 거리만큼 서로 이격 된 복수의 엑스레이 얇은 빔을 방출하도록 구성 될 수 있다. 거리는 검출기의 픽셀 피치의 적어도 정수배일 수 있다
일부 구성에서, 에피토프를 포함하는 이미징 피사체를 표지하도록 구성된 조영제 복합체는 다음을 포함할 수 있다 : 에피토프에 결합하도록 구성된 도메인을 포함하는 제 1 분자, 제 1 조영제와 접합 된 분자, 여기서 도메인 및 에피토프는 제 1 분자가 제 1 분자의 첫 번째 확인에서 제 1 분자의 두 번째 확인으로 변경되도록 할 수 있으며, 제 1 분자의 두 번째 확인은 제 2 에피토프를 포함하며, 여기서 제 2 에피토프는 결합하도록 구성 될 수 있다. 두 번째 조영제와 접합 된 제 2 분자의 제 2 도메인. 일부 구성에서, 제 1 분자는 항체 또는 나노 바디, 또는 소분자 또는 펩티드 또는 단백질일 수 있다. 제 1 조영제는 유기 기반, 이온 기반, 비 이온 기반, 비금속 기반, 고유 기반, 내인성 기반 또는 금속 기반 조영제 중에서 선택 될 수 있다. 조영제는 칼슘, 아연, 공기, 아르곤, 질소, 이산화탄소, 이산화질소, 메탄, 헬륨, 산소, 가돌리늄, 철, 마그네슘, 망간, 쿠퍼, 크롬, 금,은, 툴 레늄으로 구성된 그룹에서 선택할 수 있다. 및 바륨. 내인성 조영제는 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 인, 황, 염소, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 몰리브덴, 셀레늄, 요오드 및 크롬 중에서 선택할 수 있다. 제 1 분자는 항원 특이적 분자 라벨을 추가로 포함할 수 있다. 첫 번째 조영제는 리포솜 기반 분자일 수 있다. 첫 번째 조영제는 요오드 기반 화합물일 수 있다. 금속 기반 조영제는 바륨, 탄탈륨, 텅스텐, 금,은 비스무트, 가돌리늄 또는 이테르븀 기반 조영제 중에서 선택할 수 있다. 조영제 복합체는 내부 조립시 유효 입자 크기가 300nm 미만이거나 그 이상일 수 있다. 제 1 조영제의 유효량은 10-12 몰 내지 10-3 몰일 수 있다. 제 2 조영제는 유기 기반, 이온 기반, 비 이온 기반, 비금속 기반, 진성 기반, 내인성 기반 또는 금속 기반 조영제 중에서 선택될 수 있다. 조영제는 칼슘, 아연, 공기, 아르곤, 질소, 이산화탄소, 이산화질소, 메탄, 헬륨, 산소, 가돌리늄, 철, 마그네슘, 망간, 쿠퍼, 크롬 및 바륨으로 구성된 그룹에서 선택할 수 있다. 내인성 조영제는 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 인, 황, 염소, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 몰리브덴, 셀레늄, 요오드 및 크롬 중에서 선택할 수 있다. 첫 번째 조영제는 음성 조영제일 수 있다. 두 번째 조영제는 음성 조영제일 수 있다. 네거티브 조영제는 이미징 피사체에서 자연스럽게 발생할 수 있다. 음성 조영제는 칼슘 이온 또는 칼슘 이온 복합체를 포함할 수 있다. 제 2 도메인이 제 2 에피토프에 결합하면 제 2 분자가 제 2 분자의 첫 번째 확인에서 제 2 분자의 두 번째 확인으로 변경 될 수 있으며, 제 2 분자의 두 번째 확인은 세 번째 분자에 결합하도록 구성된 제 3 에피토프를 포함한다. 복합물은 자체 조립할 수 있다. 제 1 분자와 제 2 분자는 반복 단위일 수 있다. 자체 조립된 복합체는 케이지 구조, 케이지 구조에 의해 둘러싸인 하나 이상의 조영제, 또는 하나 이상의 마이크로 버블에 둘러싸이거나 하나 이상의 마이크로 버블에 연결된 조영제를 포함할 수 있다. 복합체는 메시에 하나 이상의 조영제가 인터레이스된 메시를 포함할 수 있다. 제 1 분자는 하나 이상의 조영제에 결합하도록 구성된 하나 이상의 도메인을 포함할 수 있다. 첫 번째 및 두 번째 조영제는 동일 할 수 있다. 제 1 및 제 2 조영제는 상이한 이미징 모달리티에 적합하도록 상이할 수 있다. 도메인과 첫 번째 에피토프 사이의 결합은 이미징에 필요한 시간을 기반으로 분리되도록 구성될 수 있다. 도메인과 첫 번째 에피토프 사이의 결합이 분리되면 복합체가 분해될 수 있다. 조영제 복합체는 세포 내 또는 세포 외 환경에서 형성될 수 있다.
전술 한 시스템 및/또는 방법은 전술 한 콘트라스트 콤플렉스의 임의의 특징을 갖는 콘트라스트 콤플렉스를 포함할 수 있다.
일부 구성에서, 엑스레이 이미징을 사용하여 복수의 조영제 복합체로 라벨링된 타겟 내부의 세포 또는 효소적 이벤트를 모니터링하는 방법은 다음을 포함할 수 있다 : 엑스레이 빔 또는 복수의 엑스레이 방출 엑스레이 소스로부터의 광선 얇은 빔, 엑스레이 소스와 엑스레이 검출기 사이에 위치한 타겟을 관통하는 빔 또는 얇은 빔; 엑스레이 검출기에서 엑스레이 신호를 수신하고, 여기서 타겟으로부터의 신호의 일부는 복수의 조영제 복합체에 의해 배경 신호에 비해 증폭되며, 각 조영제 복합체는 하나 이상의 조영제 분자를 포함하고; 및 수신된 엑스레이 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 세포 또는 효소적 이벤트를 검출하는 단계를 포함한다.
일부 구성에서, 조영제 복합체는 모니터링되는 세포 또는 효소적 이벤트를 방해하지 않고 타겟의 마커 분자를 표지할 수 있다. 대조 복합체 대조 복합체는 미셀, 나노 미셀, 폴리머 미셀, 나노 현탁액, 나노 캡슐 또는 나노 에멀젼으로부터 선택된 형태 일 수 있다. 방법은 제 1 시점에 제 1 조영제를 투여하고 제 2 시점에 제 2 조영제를 투여하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 방법은 제 1 시점에서 제 1 조영제의 진행을 검출하고 제 2 시점에서 제 2 조영제의 진행을 검출하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 피사체에게 복수의 조영제 복합체를 투여하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 조영제 복합체는 경구 또는 정맥 내로 투여할 수 있다. 조영제 복합체는 제약 상 허용되는 담체를 추가로 포함할 수 있다. 조영제 복합체는 안정제를 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 조영제 분자는 타겟이 위치한 생물학적 신체에서 자연적으로 발생할 수 있다. 하나 이상의 조영제 분자는 칼슘 이온 또는 칼슘 이온 복합체를 포함할 수 있다. 조영제 복합체는 유기 기반, 이온 기반, 비 이온 기반, 비금속 기반, 진성 기반, 내인성 기반 또는 금속 기반 조영제 중에서 선택할 수 있다. 조영제 복합체는 칼슘, 아연, 공기, 아르곤, 질소, 이산화탄소, 이산화질소, 메탄, 헬륨, 산소, 가돌리늄, 철, 마그네슘, 망간, 쿠퍼, 크롬 및 바륨으로 구성된 그룹에서 선택할 수 있다. 내인성 조영제는 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 인, 황, 염소, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 몰리브덴, 셀레늄, 요오드 및 크롬 중에서 선택할 수 있다. 조영제 복합체는 리포솜 기반 분자일 수 있다. 조영제 복합체는 요오드 기반 화합물일 수 있다. 금속 기반 조영제는 바륨, 탄탈륨, 텅스텐, 금, 비스무트, 가돌리늄 또는 이테르븀 기반 조영제 중에서 선택할 수 있다. 조영제 복합체는 300nm 미만의 유효 입자 크기를 가질 수 있다. 제 1 조영제의 유효량은 10-9 몰 내지 10-3 몰일 수 있다. 첫 번째 조영제는 음성 조영제일 수 있다. 조영제 복합체는 다음을 포함할 수 있다 : 에피토프에 결합하도록 구성된 도메인을 포함하는 제 1 분자, 제 1 조영제 분자와 접합된 분자, 여기서 도메인과 에피토프의 결합은 제 1 분자가 제 1 분자를 제 1 분자의 제 2 확인으로, 제 1 분자의 제 2 확인은 제 2 에피토프를 포함하며, 여기서 제 2 에피토프는 제 2 조영제 분자와 접합된 제 2 분자의 제 2 도메인과 결합하도록 구성될 수 있다. 조영제 복합체는 자체 조립할 수 있다. 도메인과 첫 번째 에피토프 사이의 결합은 이미징에 필요한 시간을 기반으로 분리되도록 구성될 수 있다. 도메인과 첫 번째 에피토프 사이의 결합이 분리되면 조영제 복합체가 분해될 수 있다. 조영제 복합체는 세포 내 또는 세포 외 환경에서 형성될 수 있다. 엑스레이 소스는 단일, 이중 또는 스펙트럼 소스로 구성될 수 있다. 엑스레이 이미징은 전체보기 엑스레이, 엑스레이 현미경, 흡수 측정기, 엑스레이 스펙트럼 측정기 및/또는 전체 영역 엑스레이 이미징 시스템과 비교한 스펙트럼 해상도 감도, 프레임 속도, 공간 해상도 중 하나 이상의 영역에서 차이가 있는 검출기의 측정을 포함할 수 있다.
전술한 방법 및/또는 시스템의 엑스레이 측정 시스템은 다음 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다 : 엑스레이 소스 또는 적어도 두 개의 축에서 이동하는 엑스레이 방출 위치 관심 영역의 다중 차원 또는 3D 또는 4D 이미지를 구성하는 3 축 3차원 공간, 인접한 엑스레이 방출 위치 사이의 거리는 제 3 축에 필요한 해상도의 차원 및/또는 필요한 최소 거리이다. 두 위치는 관심 영역에서 다른 조합 또는 다른 수의 복셀을 포함하는 조명 경로 세트를 생성한다. 인접한 엑스레이 방출 위치 사이의 거리는 1픽셀 피치, 픽셀 피치의 정수배 또는 1픽셀 피치 미만이고; 총 방출 위치 수, 또는 3D 이미지를 구성하기 위해 취해진 총 2D 이미지 수는 제 3 축의 깊이를 제 3 축의 해상도로 나눈 값이고; x-y 평면에서 엑스레이 방출 위치 또는 엑스레이 소스를 이동할 때, 가장 먼 방출 위치로부터의 총 이동 각도는 0.1도 미만, 또는 0.1도, 또는 0.1 내지 1도; 엑스레이 방출 위치 또는 엑스레이 소스를 x, y 및/또는 z 축에서 이동할 때, 각 축에서 가장 멀리 떨어진 방출 위치로부터의 총 이동 각도는 0.0008도 또는 0.0008도 미만이거나 0.0008 내지 0.5도, 또는 0.5도 내지 1도; 엑스레이 방출 위치 또는 엑스레이 소스가 움직이지 않고, 다중 엑스레이 방출 위치 또는 다중 엑스레이 소스가 사용됨; 2개 이상의 세트의 엑스레이 방출 위치 또는 엑스레이 소스는 해당 검출기 또는 감지기의 반대편에 서로 떨어져있는 공간 위치에 배치되며, 각 세트는 하나 또는 하나의 엑스레이를 생성하는 엑스레이 소스를 포함한다. 나머지 세트와 다른 더 많은 에너지 레벨; 및/또는 컴포넌트 또는 재료를 분리하도록 구성되어 다른 컴포넌트 또는 관심 영역과 비교하여 3D 이미징을 가능하게 하고 /하거나 배경 또는 외부 이미지와 비교하여 공간 및 시간에서 6D 또는 7D 이미지를 유도하도록 구성된 재료 분해 방법 공간 마커 또는 센서.
다양한 실시 예가 예시의 목적으로 첨부된 도면에 도시되어 있으며, 실시 예의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 더욱이, 개시된 상이한 실시 예의 다양한 특징이 결합되어 본 개시의 일부인 추가적인 실시 예를 형성할 수 있다. 해당 숫자는 해당 부분을 나타낸다.
도 1a는 본 개시의 예시적인 엑스레이 이미징 장치를 개략적으로 도시한다.
도 1b는 2개의 평판 검출기를 갖는 예시적인 2D 엑스레이 이미징 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 다수의 판을 포함하는 1차 엑스레이의 선택적 전송을 위한 콜리메이터를 갖는 예시적인 엑스레이 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 2개의 이미지 단계 프로세스에서 다중 엑스레이 얇은 빔을 사용하여 산란이 제거되는 예시적인 2D 엑스레이 이미징 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 엑스레이 소스에 기초한 예시적인 이미징 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 명세서에 설명된 바와 같이 이중층 검출기 시스템을 사용하여 다중 에너지 시스템에 대한 산란을 제거하기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 빔 흡수 입자를 포함하는 산란을 제거하기 위한 예시적인 빔 차단기의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 7은 산란을 제거하기 위한 예시적인 빔 선택기의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 8은 하나 또는 다수의 엑스레이 이미징 설비로부터 다양한 시간에 도출 된 동일한 피사체에 대한 데이터를 포함하는 예시적인 데이터베이스를 개략적으로 도시한다.
도 9는 다차원 이미징 및 3D 이미징 획득을 위한 이미징 획득 동안 새로 도입된 미지 영역을 도시한다.
도 10은 엑스레이 소스와 피사체 사이의 픽셀화 된 K-에지 코딩된 개구의 사용을 도시한다.
도 11은 정량적 측정을 제공하도록 구성된 예시적인 2D 엑스레이 이미징 장치를 개략적으로 도시한다.
도 12a는 선택된 관심 영역 및 전체 영역 엑스레이 이미징의 엑스레이 스펙트럼 측정기 및 스펙트럼 흡수 측정기의 하이브리드 시스템의 개략도를 도시한다.
도 12b 및 12c는 엑스레이 현미경 및 전체 영역 엑스레이 이미징의 하이브리드 시스템의 개략도를 도시한다.
도 13a는 3D 현미경 이미징의 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 13b는 엑스레이 현미경, 흡수 측정기 및/또는 스펙트럼 측정기와 결합 된 2D 전체 영역 엑스레이 이미징의 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 13c는 2D 및 3D 엑스레이 현미경, 스펙트럼 측정기 및/또는 흡수 측정기와 결합 된 3D 전체 영역 엑스레이 이미징의 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 14는 다중 마이크로 빔을 사용하는 산란 제거를 도시한다.
도 15a는 자기 판을 사용한 예시적인 엑스레이 빔 편향을 도시한다.
도 15b는 콜리메이터의 예시적인 구성을 도시한다.
도 15c는 예시적인 콜리메이터 및 2D 엑스레이 검출기의 어셈블리를 도시한다.
도 15d는 콜리메이터로서 예시적인 내부 전반사 튜브를 통한 엑스레이 빔 투영을 도시한다.
도 15e 및 15f는 마이크로 전자 장치(즉, 도 15e에서와 같이 조정 가능한 mem 엑스레이 광학, 엑스레이 미러)와 같은 변조 제어 시스템, 또는 초음파 시스템과 같은 도 15f에 도시된 격자 또는 음향 변조기에 의해 엑스레이 빔의 회절 또는 스티어링의 예를 도시한다. 이러한 장치 및 관련 방법은 다차원 이미징, 인터페로그램(interferogram) 생성, 산란 및 1차 엑스레이 분리, 또는 구조적인 조명 빔 측정에서 엑스레이 방출 위치를 생성하는 데 사용될 수 있다.
도 15g는 2D 1차 및 산란 이미지 분리에서 방법 및 장치의 요약이다.
도 15h는 2D 기능 이미징의 요약이다.
도 16은 최소 침습 수술에서 카테터 가이드 와이어 및 임플란트가 있는 치료 장치와 함께 사용되고 피사체의 관심 영역으로 이미징되는 엑스레이 장치의 예를 개략적으로 도시한다.
도 17은 추적 및 모니터링을 위한 엑스레이 얇은 빔 장치의 예를 개략적으로 도시한다.
도 18은 이러한 콜리메이터가 엑스레이 소스(12)와 피사체(22) 사이에 배치된 엑스레이 장치에서 501, 502, 503과 같은, 도 17의 콜리메이터(24)의 상이한 구현 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 19는 엑스레이 투과 영역을 갖는 회전 디스크에서 도 17의 콜리메이터 (24)의 구현을 개략적으로 도시한다.
도 20은 도 17의 장치에서 예시적인 콜리메이터(24)를 개략적으로 도시하며, 여기서 투과 영역(200)은 2D 평면 상에 패턴을 형성한다.
도 21은 투과 영역 및 불투명 영역에 대한 예시적인 패턴 및 형상을 갖는 도 17의 장치에 대한 콜리메이터(24)의 다른 예를 개략적으로 도시한다.
도 22는 투과 영역 및 불투명 영역에 대한 예시적인 패턴 및 형상을 갖는 도 17의 장치에 대한 콜리메이터(24)의 또 다른 예를 개략적으로 도시한다.
도 23은 불투명 영역(201)과 인터레이싱(interlacing) 된 투과 영역(200)을 갖는 도 17에 도시 된 엑스레이 장치에서 콜리메이터(24)의 예를 개략적으로 도시한다.
도 24는 임의의 특정 영역에 대해 조직에 대한 방사선량을 감소시키기 위해 엑스레이 소스와 엑스레이 빔 스티어링 하드웨어를 결합하는 예를 개략적으로 도시한다.
도 25는 비 -엑스레이 이미징 모달리티을 갖는 정량적 엑스레이 이미지의 코로케이션(colocation)의 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 26, 도 27a 내지 도 27c는 관심 영역에서 다수의 컴포넌트 및 타겟의 다양한 구성 예를 도시한다.
도 28은 데이터 포인트의 제 1 측정값, 관심 영역의 컴포넌트 및 타겟의 1D 이미지, 2D 이미지에 기초하여 관심 영역에서 컴포넌트 및 관심 피사체를 위치시키고 추적하고, 관심 영역의 컴포넌트 및 타겟에 대해 동일한 단일 에너지 실시간 측정값과 매칭하기 위한 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 29a는 초기 상태의 예시적인 다차 나노엑스젠(nanoXgen)을 도시한다.
도 29b는 타겟의 1차, 2차 및 3차 결합을 형성하는 도 29A의 다차 나노엑스 젠을 도시한다.
도 30은 관심 신호의 증폭을 위한 캐스케이드 반응을 도입하는 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 31은 타겟에서 증가 된 Ca++ 밀도에 대한 예시적인 자기 조립된 3D 인클로저(enclosure) 구조 또는 다양한 형상의 케이지를 도시한다.
도 32a 및 도 32b는 Ca2+ 미셀 유사 구조를 도시한다.
도 33은 엑스레이 소스 방출 위치가 3D 공간에서 적어도 2개의 축에서 위치의 조합으로 이동할 수 있는 예시적인 3D 이미징 방법을 도시하며, 엑스레이 방출 위치의 x, y, z 축을 따라 선형으로 이동하는 것을 설명하며, 그리고 동시에 관심 영역 밖의 영역에서 전체 새로운 미지의 도입을 줄이거나 최소화하고, 완전한 3D 이미지를 재구성하는 데 필요한 이미지 수를 줄이거나 최소화한다.
도 34는 엑스레이 소스(12)의 하류 및 이미징 피사체(2)의 상류에 배치된 엑스레이 빔 흡수 판(Pi)을 도시한다.
도 35a 및 도 35b는 다양한 엑스레이 에너지의 상이한 엑스레이 소스에 의해 조명되는 엑스레이 피사체의 관심 영역 또는 컴포넌트의 예를 도시하며, 여기서 엑스레이 피사체의 관심 영역 또는 컴포넌트는 각각 다른 에너지의 엑스레이를 방출할 수 있는 적어도 두 개의 엑스레이 소스에 의해 동시에 또는 다른 시간 프레임에 조명될 수 있다. 관심 영역에서 나오는 엑스레이 신호는 하나 이상의 검출기에 투사 될 수 있다.
도 36a 및 도 36b는 각각 엑스레이 피사체의 상류 및 하류에 배치되는 도 7에서와 같은 빔 흡수 판을 도시한다. 이러한 구성은 빠른 저해상도 1차 엑스레이 측정을 생성하는 데 사용될 수 있으며, 단일 에너지 및 스펙트럼 측정기, 및 이미징과 결합 될 때 이미징은 실시간 농도계 또는 추적 시스템에서 사용될 수 있다. 이러한 판은 산란이 제거된 1차 엑스레이 측정 및 이미징 장치로 사용되는 경우 단층 촬영 측정에 있어서 x y 평면에서 약간 움직이거나 정적일 수 있다. 1차 엑스레이 차단으로 인해 누락 된 데이터는 단층 촬영 애플리케이션과 관련이 있을 만큼 충분히 작을 수 있다. 높은 공간 해상도의 완전한 3D 이미징이 필요한 경우, 엑스레이 소스가 피사체 또는 판(24)에 대해 누락 된 데이터가 후속 측정에의해 캡처될 수 있을 만큼 충분히 멀리 떨어져 이동될 수 있다. 선택적으로 판을 3D 공간에서 이동하여 누락 된 데이터를 후속 측정에서 캡처할 수 있다.
도 1a는 본 개시의 예시적인 엑스레이 이미징 장치를 개략적으로 도시한다.
도 1b는 2개의 평판 검출기를 갖는 예시적인 2D 엑스레이 이미징 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 다수의 판을 포함하는 1차 엑스레이의 선택적 전송을 위한 콜리메이터를 갖는 예시적인 엑스레이 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 2개의 이미지 단계 프로세스에서 다중 엑스레이 얇은 빔을 사용하여 산란이 제거되는 예시적인 2D 엑스레이 이미징 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 엑스레이 소스에 기초한 예시적인 이미징 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 명세서에 설명된 바와 같이 이중층 검출기 시스템을 사용하여 다중 에너지 시스템에 대한 산란을 제거하기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 빔 흡수 입자를 포함하는 산란을 제거하기 위한 예시적인 빔 차단기의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 7은 산란을 제거하기 위한 예시적인 빔 선택기의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 8은 하나 또는 다수의 엑스레이 이미징 설비로부터 다양한 시간에 도출 된 동일한 피사체에 대한 데이터를 포함하는 예시적인 데이터베이스를 개략적으로 도시한다.
도 9는 다차원 이미징 및 3D 이미징 획득을 위한 이미징 획득 동안 새로 도입된 미지 영역을 도시한다.
도 10은 엑스레이 소스와 피사체 사이의 픽셀화 된 K-에지 코딩된 개구의 사용을 도시한다.
도 11은 정량적 측정을 제공하도록 구성된 예시적인 2D 엑스레이 이미징 장치를 개략적으로 도시한다.
도 12a는 선택된 관심 영역 및 전체 영역 엑스레이 이미징의 엑스레이 스펙트럼 측정기 및 스펙트럼 흡수 측정기의 하이브리드 시스템의 개략도를 도시한다.
도 12b 및 12c는 엑스레이 현미경 및 전체 영역 엑스레이 이미징의 하이브리드 시스템의 개략도를 도시한다.
도 13a는 3D 현미경 이미징의 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 13b는 엑스레이 현미경, 흡수 측정기 및/또는 스펙트럼 측정기와 결합 된 2D 전체 영역 엑스레이 이미징의 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 13c는 2D 및 3D 엑스레이 현미경, 스펙트럼 측정기 및/또는 흡수 측정기와 결합 된 3D 전체 영역 엑스레이 이미징의 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 14는 다중 마이크로 빔을 사용하는 산란 제거를 도시한다.
도 15a는 자기 판을 사용한 예시적인 엑스레이 빔 편향을 도시한다.
도 15b는 콜리메이터의 예시적인 구성을 도시한다.
도 15c는 예시적인 콜리메이터 및 2D 엑스레이 검출기의 어셈블리를 도시한다.
도 15d는 콜리메이터로서 예시적인 내부 전반사 튜브를 통한 엑스레이 빔 투영을 도시한다.
도 15e 및 15f는 마이크로 전자 장치(즉, 도 15e에서와 같이 조정 가능한 mem 엑스레이 광학, 엑스레이 미러)와 같은 변조 제어 시스템, 또는 초음파 시스템과 같은 도 15f에 도시된 격자 또는 음향 변조기에 의해 엑스레이 빔의 회절 또는 스티어링의 예를 도시한다. 이러한 장치 및 관련 방법은 다차원 이미징, 인터페로그램(interferogram) 생성, 산란 및 1차 엑스레이 분리, 또는 구조적인 조명 빔 측정에서 엑스레이 방출 위치를 생성하는 데 사용될 수 있다.
도 15g는 2D 1차 및 산란 이미지 분리에서 방법 및 장치의 요약이다.
도 15h는 2D 기능 이미징의 요약이다.
도 16은 최소 침습 수술에서 카테터 가이드 와이어 및 임플란트가 있는 치료 장치와 함께 사용되고 피사체의 관심 영역으로 이미징되는 엑스레이 장치의 예를 개략적으로 도시한다.
도 17은 추적 및 모니터링을 위한 엑스레이 얇은 빔 장치의 예를 개략적으로 도시한다.
도 18은 이러한 콜리메이터가 엑스레이 소스(12)와 피사체(22) 사이에 배치된 엑스레이 장치에서 501, 502, 503과 같은, 도 17의 콜리메이터(24)의 상이한 구현 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 19는 엑스레이 투과 영역을 갖는 회전 디스크에서 도 17의 콜리메이터 (24)의 구현을 개략적으로 도시한다.
도 20은 도 17의 장치에서 예시적인 콜리메이터(24)를 개략적으로 도시하며, 여기서 투과 영역(200)은 2D 평면 상에 패턴을 형성한다.
도 21은 투과 영역 및 불투명 영역에 대한 예시적인 패턴 및 형상을 갖는 도 17의 장치에 대한 콜리메이터(24)의 다른 예를 개략적으로 도시한다.
도 22는 투과 영역 및 불투명 영역에 대한 예시적인 패턴 및 형상을 갖는 도 17의 장치에 대한 콜리메이터(24)의 또 다른 예를 개략적으로 도시한다.
도 23은 불투명 영역(201)과 인터레이싱(interlacing) 된 투과 영역(200)을 갖는 도 17에 도시 된 엑스레이 장치에서 콜리메이터(24)의 예를 개략적으로 도시한다.
도 24는 임의의 특정 영역에 대해 조직에 대한 방사선량을 감소시키기 위해 엑스레이 소스와 엑스레이 빔 스티어링 하드웨어를 결합하는 예를 개략적으로 도시한다.
도 25는 비 -엑스레이 이미징 모달리티을 갖는 정량적 엑스레이 이미지의 코로케이션(colocation)의 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 26, 도 27a 내지 도 27c는 관심 영역에서 다수의 컴포넌트 및 타겟의 다양한 구성 예를 도시한다.
도 28은 데이터 포인트의 제 1 측정값, 관심 영역의 컴포넌트 및 타겟의 1D 이미지, 2D 이미지에 기초하여 관심 영역에서 컴포넌트 및 관심 피사체를 위치시키고 추적하고, 관심 영역의 컴포넌트 및 타겟에 대해 동일한 단일 에너지 실시간 측정값과 매칭하기 위한 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 29a는 초기 상태의 예시적인 다차 나노엑스젠(nanoXgen)을 도시한다.
도 29b는 타겟의 1차, 2차 및 3차 결합을 형성하는 도 29A의 다차 나노엑스 젠을 도시한다.
도 30은 관심 신호의 증폭을 위한 캐스케이드 반응을 도입하는 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 31은 타겟에서 증가 된 Ca++ 밀도에 대한 예시적인 자기 조립된 3D 인클로저(enclosure) 구조 또는 다양한 형상의 케이지를 도시한다.
도 32a 및 도 32b는 Ca2+ 미셀 유사 구조를 도시한다.
도 33은 엑스레이 소스 방출 위치가 3D 공간에서 적어도 2개의 축에서 위치의 조합으로 이동할 수 있는 예시적인 3D 이미징 방법을 도시하며, 엑스레이 방출 위치의 x, y, z 축을 따라 선형으로 이동하는 것을 설명하며, 그리고 동시에 관심 영역 밖의 영역에서 전체 새로운 미지의 도입을 줄이거나 최소화하고, 완전한 3D 이미지를 재구성하는 데 필요한 이미지 수를 줄이거나 최소화한다.
도 34는 엑스레이 소스(12)의 하류 및 이미징 피사체(2)의 상류에 배치된 엑스레이 빔 흡수 판(Pi)을 도시한다.
도 35a 및 도 35b는 다양한 엑스레이 에너지의 상이한 엑스레이 소스에 의해 조명되는 엑스레이 피사체의 관심 영역 또는 컴포넌트의 예를 도시하며, 여기서 엑스레이 피사체의 관심 영역 또는 컴포넌트는 각각 다른 에너지의 엑스레이를 방출할 수 있는 적어도 두 개의 엑스레이 소스에 의해 동시에 또는 다른 시간 프레임에 조명될 수 있다. 관심 영역에서 나오는 엑스레이 신호는 하나 이상의 검출기에 투사 될 수 있다.
도 36a 및 도 36b는 각각 엑스레이 피사체의 상류 및 하류에 배치되는 도 7에서와 같은 빔 흡수 판을 도시한다. 이러한 구성은 빠른 저해상도 1차 엑스레이 측정을 생성하는 데 사용될 수 있으며, 단일 에너지 및 스펙트럼 측정기, 및 이미징과 결합 될 때 이미징은 실시간 농도계 또는 추적 시스템에서 사용될 수 있다. 이러한 판은 산란이 제거된 1차 엑스레이 측정 및 이미징 장치로 사용되는 경우 단층 촬영 측정에 있어서 x y 평면에서 약간 움직이거나 정적일 수 있다. 1차 엑스레이 차단으로 인해 누락 된 데이터는 단층 촬영 애플리케이션과 관련이 있을 만큼 충분히 작을 수 있다. 높은 공간 해상도의 완전한 3D 이미징이 필요한 경우, 엑스레이 소스가 피사체 또는 판(24)에 대해 누락 된 데이터가 후속 측정에의해 캡처될 수 있을 만큼 충분히 멀리 떨어져 이동될 수 있다. 선택적으로 판을 3D 공간에서 이동하여 누락 된 데이터를 후속 측정에서 캡처할 수 있다.
본 개시의 양태는 도면 및 다양한 실시 예와 관련하여 제공된다. 그러나, 당업자는 본 명세서에 개시된 장치 및 방법의 다른 실시 예 및 구성이 일부 다른 실시 예와 동일하게 상세히 설명되지 않더라도 여전히 본 개시의 범위 내에 속할 것이라고 이해할 것이다. 논의된 다양한 실시 예의 양태는 본 명세서의 개시의 범위를 제한하지 않으며, 대신에 이 상세 설명 이후의 청구 범위에 의해 정의된다.
개요
본 명세서에 개시된 장치, 방법 및 재료는 컴포넌트의 엑스레이 측정에 사용될 수 있으며, 특히 엑스레이 촬영되는 피사체의 다양한 컴포넌트가 산란 노이즈로 인해 종래의 2D 방사선 촬영의 엑스레이 측정을 사용하여 쉽게 구별되지 않는 경우, 및/또는 높은 방사선으로 인해 종래 CT 스캐너를 일상적으로 사용하지 못할 수 있고 그리고/또는 CT 스캐너가 시간이 너무 많이 걸리거나, 실시간이 아니고, 실행 불가능한 경우에 사용될 수 있다.
도 1a에 도시 된 바와 같이, 예시적인 2D 엑스레이 이미징 장치(10)는 엑스레이 소스(12)와, 빔 선택기, 콜리메이터 또는 빔 차단기(24)와, 엑스레이 검출기 또는 검출기 어셈블리(14)를 포함할 수 있다. 검출기 또는 검출기 어셈블리(14)는 단일 평판 검출기, 또는 전방 2차원 엑스레이 검출기(22) 및 후방 2차원 엑스레이 검출기(26)의 어셈블리를 포함할 수 있다(도 1b 참조). 엑스레이 방사선 및/또는 엑스레이 소스 및/또는 엑스레이 소스의 상대적 위치는 공간적으로 1차원 내지 6차원으로 이동되도록 구성될 수 있다. 대안으로, 엑스레이 소스는 둘 이상의 엑스레이 방출 위치를 가질수 있거나, 3D 공간 또는 2D 공간에 배치된 다중 엑스레이 소스가 존재할 수 있다.
피사체(2)는 엑스레이 소스(12)와 검출기(14) 사이에 위치한다. 엑스레이 소스(12)는 피사체(2)를 향해 엑스레이 빔(30)을 방출할 수 있다. 엑스레이 빔(30)은 일부 경우에 단일 에너지 피크, 이중 에너지 피크 또는 다중 에너지 피크를 가진 광대역 스펙트럼일 수 있다. 피사체(2) 또는 피사체(2)의 관심 영역(4)은 서로 다른 엑스레이 측정 특성을 가진 타겟 내부의 도 1a에 도시된 바와 같은 3개 이상의 재료 또는 2개의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 엑스레이 빔(30)은 또한 단색일 수 있다. 각 빔은 펄스일 수 있다. 엑스레이 빔(30)은 피사체(2)와의 상호 작용에 의해 변경되지 않은 이동 방향을 갖는 1차 엑스레이 빔(32), 및 피사체(2)와의 상호 작용에 의해 변경된 이동 방향을 갖는 산란 엑스레이 빔(34)을 포함한다. 검출기 (14)는 1차 및 산란 엑스레이 빔(32, 34)을 수신할 수 있다.
빔 선택기(24)(콜리메이터라고도 함)는 검출기(14)와 피사체(2) 사이, 또는 검출기(14)와 흡수 측정 어셈블리(11), 스펙트럼 측정 어셈블리(15), 고속 검출기 또는 검출기(14) 및 관련 어셈블리 및/또는 현미경 어셈블리(15)와 다른 검출기 사이, 또는 전방 검출기와 후방 검출기 사이에 배치될 수 있다. 빔 선택기(24)는 엑스레이 소스(12)와 피사체(2) 사이에 배치될 수 있다. 빔 선택기(24)는 1차 빔 (32)의 일부 통과를 허용하고 엑스레이 빔(30)의 나머지를 방지하거나 차단할 수 있다. 대안으로, 빔 선택기(24)[도 7에 도시 된 빔 선택기(105)와 유사함]는 산란 빔(34)을 제 2 검출기(흡수 측정 검출기, 스펙트럼 민감 검출기, 현미경 검출기 또는 후방 검출기일 수 있음)의 특정 위치에만 통과시키고, 1차 엑스레이 빔 (32)을 이들 위치로 차단하고, 1차 빔 (32) 및 산란 빔(34) 모두를 제 2 검출기의 나머지 위치로 통과시킬 수 있다. 스펙트럼 측정기, 엑스레이 현미경 및 기타 유형의 검출기의 엑스레이 관련 측정은 전체 영역 엑스레이 이미징을 수행한 후 선택한 영역에서 수행할 수 있다. 사용자가 선택하거나 디지털 프로그램이 하나 이상의 기준에 따라 영역을 선택한다. 일반적으로 이러한 선택된 영역은 전체 시야보다 훨씬 작으며 치수가 um 또는 mm일 수 있다. 선택한 모달리티(modality)를 사용하여 선택한 영역에서 높은 공간 해상도와 높은 스펙트럼 해상도를 얻을 수 있다. 이러한 이미징 시스템은 선택한 영역을 실시간으로 측정하기 위해 위치 안팎으로 이동할 수 있다. 모달리티는 엑스레이 전체 영역 검출기의 다운스트림 또는 업스트림에 배치할 수 있다. 모달리티는 자체 소스 및 검출기 어셈블리를 가질 수 있으며, 이는 엑스레이 소스 및 평판 검출기 쌍에 대해 각도를 두고 배치할 수 있지만 여전히 선택한 영역에 액세스할 수 있다. 비 엑스레이 기반 모달리티는 엑스레이 측정 및 이미징과 동시에 또는 다른 시간 프레임에 배치하거나 측정할 수 있다.
엑스레이 검출기는 피사체(2)에 의한 감쇠 후 엑스레이 방사선을 검출하고 검출된 엑스레이의 표시를 제공하도록 구성된다. 장치(10)는 또한 검출된 엑스레이의 신호를 수신하고 검출된 엑스레이 방사선을 이미지로 분해하도록 구성된 프로세서(13)를 포함할 수 있다.
빔 선택기(24)는 제 2 검출기에서 구조적 조명을 허용하며, 이는 아래에 더 상세히 설명된 바와 같이 예를 들어 제 2 검출기에 의해 수신된 신호에 기초하여 고해상도 산란 신호를 획득하여 고해상도 1차 신호를 획득하기 위해 제 1 검출기에서 고해상도 이미지로부터 고해상도 산란 신호를 감산함으로써, 산란을 제거하여 피사체(2)의 고해상도 1차 신호를 수신하는 데 사용될 수 있다.
빔 선택기(24)는 피사체(2)의 관심 영역(4)을 통해 제 2 검출기의 구조 조명을 허용할 수 있다. 구조 조명 기술을 사용하여 전체 피사체보다 작은 영역에 초점을 맞추면 피사체에 대한 총 방사선 노출을 줄일 수 있다. 본 명세서에 개시된 엑스레이 장치에서 얻은 이미지는 재료 분해 및/또는 수술기구의 추적과 같은 추가 정보를 포함하여 공간적, 스펙트럼 및/또는 시간적으로 개선된 해상도 및/또는 감도를 가질 수 있으며, 장치 이동성 및/또는 가용성을 향상시킬 수 있으며, 그리고/또는 시간, 방사선 레벨, 독성 및/또는 비용의 감소를 가져온다. 개선된 엑스레이 장치는 또한 정적 위치 및 동적 이동 위치에서 내부 타겟 또는 관심 영역의 컴포넌트의 위치 및 추적을 제공할 수 있다. 시간과 공간에 있어서 피사체 및/또는 그 컴포넌트에 대한 관심 영역에 의해 4D 이미지를 형성한다. 관심 영역에 있는 컴포넌트 또는 타겟의 공간 해상도는 6개의 자유도(즉, x, y, z 축, 피치, 요 및 롤의 변환)를 가질 수 있다. 추적은 피사체의 타겟, 컴포넌트 및/또는 관심 영역에 대한 제 1 측정값 세트와, 피사체의 타겟, 컴포넌트 및/또는 관심 영역에 대한 실시간 측정값 세트를 획득하고, 제 1 측정값 세트와 실시간 측정값 세트 또는 제 2 측정값 세트를 매칭함으로써 수행될 수 있다.
본 개시는 서로 겹칠 수있는 두 개 이상의 서로 다른 재료를 가진 피사체의 개별 컴포넌트를 이미징 및 측정하기 위해, 2D 검출기와 함께 저급 또는 무독성 조영제를 사용하는 K-에지 또는 A-스페이스 엑스레이 이미징, 및/또는 이중 및/또는 다중 에너지, 현미경 또는 분광 엑스레이 측정을 수행할 때, 정적 및/또는 실시간 엑스레이 이미징의 예시적인 재료, 장치 및/또는 방법을 제공한다.
본 개시는 개선된 엑스레이 이미징 시스템 및 방법과 함께 사용되는 조영제를 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 분자 조영제는 2D 평판 검출기와, 스펙트럼 물질 분해 개선된 2D 및 3D 이미징 시스템 및 방법의 조합과 결합될 수 있다. 본 명세서에 개시된 광자 계수 검출기 또는 PMT 뿐만 아니라, 관심 영역의 작은 영역에 대한 스펙트럼 흡수 측정기 및 엑스레이 현미경법을 추가하는 것과 같은 개선된 엑스레이 이미징 시스템은 필요한 조영제의 농도를 감소시켜 CT 또는 2D 방사선 사진에서 볼 수 있는 조영제에 있어서 독성을 감소시킬 수 있다. 선택적으로 내인성 원소, 특히 Ca2+ 및 기타 자연적으로 다량의 체내 원소는 광범위한 농도에서 독성이 없으며 사용될 수 있다. 선택적으로, 내인성 원소는 2D 방사선 사진 및 본 명세서에 개시된 임의의 다른 이미징 시스템과 같이 이미징에서 조영제의 농도를 증가시키는 데 적합한 구조로 자기 조립할 수 있다.
2D 엑스레이 이미징 장치는 6 자유도 및/또는 시간적으로 피사체의 다양한 컴포넌트의 3D 이미징 및/또는 추적을 형성하도록 구성될 수 있다. 6D 이미징은 포인트 측정, 1D 측정, 2D 측정, 3D 측정 및/또는 4D 측정(동적 움직임의 시간 기반 특성화, 흐름 방향 및/또는 속도 등을 포함)을 사용하여 생성될 수 있다. 이미징은 엑스레이 스펙트럼 측정기, 엑스레이 현미경, 분광기 및/또는 스펙트럼 흡수 측정기와, 다양한 프레임 속도 및/또는 스펙트럼 해상도 및/또는 공간 해상도의 검출기를 사용하여 전체 뷰와 초점을 맞춰 선택한 관심 영역의 양쪽 모두에서 수행될 수 있다. 단일, 이중 및/또는 기타 다중 에너지 시스템 및/또는 예를 들어 필터 사용을 통해 K-에지 측정을 포함하여 이미징이 수행될 수 있다.
본 명세서에 개시된 재료, 장치 및/또는 방법의 이점은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 1) 큰 샘플에서 작은 컴포넌트의 추적을 포함하여 나노 미터 범위와 같은 개선된 해상도. 2) 10-15 초, 테라 헤르츠 또는 요타 헤르츠(1ㅧl 024Hz) 범위에서와 같이 빠르거나, 또는 단일 포토다이오드, 포토 카운팅 검출기 또는 PMT 와 같은 최고 속도 검출기가 허용할 수 있을 만큼 빠른 개선된 검출기 속도 및/또는 추적 속도. 3) 피사체의 재료 및/또는 컴포넌트를 특성화하는 데 사용하는 것과 같이 에너지 스펙트럼 측정기에서 개선된 스펙트럼 솔루션. 4) 기존의 2D 엑스레이 측정에 비해 훨씬 더 민감하고 PET 및 MRI 또는 광 음향 이미징, 광학 이미징 그리고 초음파에 근접하거나 비교할 수 있는 것과 같이 공간 해상도, 스펙트럼 해상도 및/또는 시간 해상도의 개선으로 인한 감도 개선. 추적 속도의 증가로 인해 단일 또는 적은 수의 광 다이오드만으로도 작은 관심 영역을 추적하거나 측정하는 데 충분할 수 있으며 검출기 속도는 1 요타 헤르츠만큼 빠르다. 물리적 현상, 예를 들어 원자 물리학 또는 양자 역학 현상 및/또는 분자, 원자, 전자 및/또는 세포의 초고속 레이저 유도 변화는 엑스레이 측정을 기반으로 측정 또는 특성화될 수 있다. 5) 분자 메커니즘(예: 복합체 및 구조 형성)에 의한 신호 증폭 강화. 6) 특히 칼슘, 아연 및 마그네슘과 같은 내인성 물질의 신호 유무를 더 잘 감지한다. 7) 에너지, 화학, 전기, 전자기 및 음향 방법에 의한 컴포넌트 변형, 물질 또는 컴포넌트 상태의 활성화 및/또는 비활성화의 향상된 감지. 예를 들어, RF 절제 중에 심장 조직은 괴사를 거쳐 조직의 분자 및 세포 구성을 살아있는 조직에서 죽은 세포와 죽은 조직으로 변형시킨다. 이 변환 동안 분자 복합체와 세포 구조의 축적 또는 분해를 측정할 수 있다. 또 다른 예로서, 관심 영역의 초음파 장애와 같은 추가 에너지는 피사체에서 컴포넌트 또는 관심 영역의 개선된 차별화 및 모니터링 또는 추적을 초래할 수 있는 상이한 엑스레이 측정을 유발할 수 있다. 8) 다른 분자 리간드, 단백질, 소분자 올리고, 유기 및/또는 무기 분자일 수 있는 마커를 관심 영역 또는 관심 컴포넌트에 대한 마커를 타켓팅하는 조영제로서 칼슘, 아연 및 마그네슘과 같은 내인성 분자로 라벨링하여 독성을 낮추거나 제거했다. 9) 석고 캐스트의 뼈 조직 이미징 개선. 분자 라벨 대신, 조영제를 관심 물질 또는 관심 컴포넌트와 혼합(예: 요오드와 석고 시멘트 또는 혼합물의 혼합, 또는 수술, 생검 및/또는 치료 장치 및/또는 안내 도구와 조영제 또는 엑스레이 측정에 민감한 물질의 혼합)하여 이러한 컴포넌트를 정량화하거나 분리할 수 있다
본 명세서에 개시된 방법 및/또는 장치는 수술 안내를 위해 다양한 차원의 엑스레이 측정을 사용하여 스펙트럼 측정기, 엑스레이 현미경, 스펙트럼 흡수 측정기 및/또는 분광기와 전체 뷰 엑스레이를 결합한 두 개 이상의 재료를 포함하는 피사체에 대한 다중 에너지 시스템의 산란 제거, 독립적으로 및/또는 동시에 저독성 또는 무독성 조영제의 임의의 조합을 구현함으로써 모듈방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 저독성 또는 무독성 조영제는 통상적인 2D 엑스레이 또는 다른 통상적인 이미징 모달리티로 구현될 수 있다. 본 개시에서, 분광기는 엑스레이 스펙트럼 측정기를 의미하고; 현미경은 엑스레이 현미경을 의미하며, 흡수 측정기는 엑스레이 흡수 측정기를 의미한다.
본 명세서에 개시된 엑스레이 장치는 배터리로 작동되는 엑스레이 소스와 결합 된 핸드헬드 또는 휴대형 버전과 같은 휴대용 형식일 수 있다. 엑스레이 소스는 예를 들어, 펄스 당 100 주울 내지 1,000 주울 사이의 저장된 전기 에너지에 해당하는 엑스레이 출력, 및 0.1ms 내지 10ms 사이의 일반적인 펄스 지속 시간을 갖는 단일 샷 엑스레이 펄스를 제공하는 컴팩트 한 펄스형 엑스레이 소스를 포함할 수 있다. ps 범위의 펄스 지속 시간을 갖는 비행시간(Time of Flight) 엑스레이 소스를 사용할 수도 있다. 냉 음극 전계 방출기 기반 엑스레이 소스도 사용할 수 있다. 이러한 엑스레이 소스는 가볍고 컴팩트 할 수 있으며 매우 낮은 전력 공급이 필요하다. 장치는 인체 이미징, 생물학적 조직의 다른 유형의 이미징 및/또는 산업 애플리케이션(예: 반도체, 건설, 환경 애플리케이션 또는 기타 애플리케이션)에 적합할 수 있다. 휴대용 버전에는 배터리로 작동되는 접이식 시스템이 포함될 수 있다. 폴더블 시스템(foldable system)은 현장 검사, 진단, 이미지 안내 및/또는 재료 특성화에 사용할 수 있다.
다중 에너지 산란 감소 예
임상 엑스레이 이미징은 불리한 산란 효과를 완화하기 위해 벅키 그리드(Bucky grid)를 사용할 수 있다. 그러나 벅키 그리드는 비효율적이고 조잡한 장치가 될 수 있다. 산란을 전체 강도의 30% 또는 20%로 줄여서 환자의 엑스레이 노출을 2배~4배 증가시킨다. 공간 주파수 변조기 또는 비행시간 소스를 사용하는 것과 같이 산란 복사를 줄이기 위해 다양한 다른 방법도 개발되었다. 그러나 각 방법에는 주요 단점이 있다. 예를 들어, 빔 경화 기술은 2D 검출기에서 측정 오류 또는 초고속 측정 요구 사항을 도입하는데, 이는 대부분의 임상 애플리케이션에서 실용적이지 않다.
빔 선택기는 또한 단일 에너지, 이중 에너지 및/또는 다중 에너지 방법과 함께 사용될 수 있으며, 빔 선택기는 이중 검출기 어레이 사이에 끼어있다. 전방 검출기는 산란 및 1차 이미지를 모두 측정하고, 후방 검출기는 엑스레이 흡수 판(즉, 빔 선택기)에 내장된 1차 엑스레이 전송용으로 설계된 선택적으로 투과성 채널의 결과로 1차 엑스레이만 측정한다. 엑스레이 이미지에서 산란을 높은 정확도로 근본적으로 제거할 수 있다. 이러한 빔 선택기 및 이중 검출기 어레이은 미국 특허 제5,648,997호, 5,771,269호, 6052433A호, 6134297A호, 6173034B1호 및 국제 특허 출원 번호 PCT/US2019/022820호에 설명되어 있다
본 개시는 1차 엑스레이 및 산란 엑스레이의 더욱 정제된 분리를 제공하는 것을 포함하는, 제조 가능성을 개선하고, 비용을 절감하고, 및/또는 산란 제거의 정확도를 유지하는 것과 같이 빔 선택기 및 이중 검출기 어레이에 대한 개선을 제공한다. 본 명세서에 개시된 예시적인 2D 엑스레이 이미징 장치는 일반적으로 엑스레이 투영 경로를 따라 중첩되는 피사체의 관심 영역에서 피사체의 다양한 컴포넌트의 하나 이상의 엑스레이 측정으로부터 이미지를 구별하거나 사실 및 구조화된 결과를 도출할 수 있다. 이 장치는 생체 내 및 생체 외 이미징에서 해부학적 마커 및/또는 시간적 지표에 의해 다양한 조직 또는 조직 영역의 식별 및 특성화를 개선할 수 있으며, 그리고/또는 두 가지 이상의 재료를 포함하는 피사체에서 재료 구성의 측정, 이미지 품질, 식별 및 분석을 개선할 수 있다. 장치로 얻은 2D 엑스레이 이미지는 산란 간섭을 실질적으로 또는 거의 완전히 제거할 수 있다.
본 명세서에 개시된 2D 엑스레이 이미징 장치는 또한 컴퓨터 단층 촬영(CT) 스캐너, 자기 공명 이미징(MRI), 양 방출 단층 촬영(PET), 단일 광자 방출 계산 토모그래피(SPECT), 기타 기존의 정량 단층 촬영, 및 2D 방사선 촬영보다 훨씬 비싸거나 시간이 많이 걸리는 이미징 방법에서 이전에 수행된 시각화 및/또는 정량적 데이터 분석을 허용할 수 있다. 본 명세서에 개시된 2D 엑스레이 이미징 장치에서 수행되는 시각화 및/또는 정량적 데이터 분석은 인공 지능, 딥 머신 러닝, 인공 신경망, 컨볼루션 신경망 및/또는 심층 신경망을 사용하여 진단, 식별 및 특성화를 위해 개발된 알고리즘을 실행하여 수행될 수 있다.
본 개시는 산란 엑스레이를 감소 및/또는 제거하도록 구성된 2D 엑스레이 이미징 장치 및 방법의 예를 제공한다.
본 명세서에 개시된 2D 엑스레이 이미징 장치 및 방법은 단일 에너지, 이중 에너지 또는 다중 에너지 일 수 있다. 예시적인 2D 엑스레이 이미징 장치는 다중 에너지 산란 제거를 허용할 수 있다. 본 명세서에 개시된 장치의 엑스레이 소스는 단일 에너지 스펙트럼, 두 개의 서로 다른 에너지 스펙트럼 및/또는 다중 에너지 스펙트럼의 엑스레이를 방출할 수 있다. 단일 에너지 방법, 이중 에너지 방법 및/또는 각 에너지 레벨에서 다중 에너지 시스템에 대한 확장 된 다중 에너지 방법을 사용하여 산란을 각각 제거할 수 있다(애플리케이션에서 재료 분해를 위한 다중 에너지 엑스레이 이미징 및 분석을 사용해야 하는 경우, 스펙트럼 이미징이라고 도 함).
도 1a의 임의의 특징을 포함하는 도 1b의 장치(10)에서, 피사체(2)는 엑스레이 소스(12)와 전방 검출기(22) 사이에 위치한다. 엑스레이 소스(12)는 피사체(2)를 향해 엑스레이 빔(30)을 방출할 수 있다. 엑스레이 빔(40)은 단일 에너지 스펙트럼, 이중 에너지 스펙트럼 또는 다중 에너지 스펙트럼일 수 있다. 엑스레이 빔 (30)은 피사체(2)와의 상호작용에 의해 변경되지 않은 이동 방향을 갖는 1차 엑스레이 빔(32), 및 피사체(2)와의 상호작용에 의해 변경된 이동 방향을 갖는 산란 엑스레이 빔(34)을 포함한다. 전방 검출기(22)는 1차 엑스레이 빔(21) 및 산란 엑스레이 빔(34) 둘다를 수신할 수 있다. 빔 선택기(24)는 1차 빔(32)의 일부 통로가 후방 검출기(26)에 도달하도록 허용하고, 엑스레이 빔(30)의 일부가 후방 검출기 (26)에 도달하는 것을 방지하거나 차단할 수 있다. 후방 검출기(26)는 통과된 1차 엑스레이 빔(32)만을 실질적으로 수신할 수 있다. 대안으로, 빔 선택기(24)[도 7에 도시 된 빔 선택기(105)와 유사]는 후방 검출기(24)의 특정 위치에만 산란 빔(34)을 통과시킬 수 있고, 1차 엑스레이 빔(32)을 이들 위치에 대해 차단하고, 1차 빔 (32) 및 산란 빔(34)을 후방 검출기(24)의 나머지 위치로 통과시킨다. 후방 검출기(26)는 단일 2D 검출기 대신에 다중 검출기 또는 다이오드 어셈블리를 포함할 수 있다.
또한, 도 2는 아래에 설명된 것을 제외하고 도 1a-1b의 장치(10)의 임의의 특징을 포함하는 장치(20)를 도시한다. 1차 엑스레이(32)가 후방 검출기(26)상의 선택된 영역(52)에 도달할 수 있도록 빔 선택기(24)의 전송 채널을 엑스레이 소스의 엑스레이 방출 위치와 정렬시키기 위해, 빔 선택기(24)는 1차 엑스레이(32)가 선택된 조명 경로를 통과할 수 있도록 전송 영역 또는 구멍이 정렬된 복수의 엑스레이 흡수 판(pl, p2, p3, p4)을 포함할 수 있다. 각 판은 일정한 두께를 가질 수 있다. 스페이서는 후방 검출기(26)에 도달하기 위해 산란 된 엑스레이의 양을 줄이기 위해 판 사이에 배치될 수 있다. 스페이서는 예를 들어 2개 이상의 스페이서를 포함하는 기계적 스페이서일 수 있다. 대안으로, 전방 검출기(22) 및 빔 선택기(24)는 하나 이상의 제 1 피사체에 부착될 수 있고, 후방 검출기(26)는 제 1 피사체와 함께 하나 이상의 제 2 피사체에 부착될 수 있으며, 제 2 피사체는 그들 사이에 고정된 거리를 갖는다. 판의 엑스레이 흡수 영역의 총 두께는 엑스레이 빔을 완전히 흡수하도록 설계될 수 있으며, 각 판은 예를 들어 제조 가능성에 필요한 종횡비를 최적화하기 위해 판은의 제조 가능성에 대해 충분히 얇을 수 있다. 복수의 판을 갖는 것은 또한 후방 검출기(26)에 더 근접한 판은의 각 구멍이 후방 검출기(26)에서 보다 먼 판은의 대응하는 구멍보다 약간 더 크도록 각 판은상의 엑스레이 투과를 위한 구멍이 설계되도록 할 수 있다.
본 개시의 정량적 이미징 및 3D 이미징 방법은 일반적으로 산란 간섭을 최소화하거나 전혀 필요로 하지 않는다. 피사체를 통과하는 1차 엑스레이 및 산란 엑스레이 측정을 포함하는 산란 제거 방법은 일반적으로 공간 및 스펙트럼 영역에서 넓은 시야각 고해상도 측정에 가장 정확하고 실용적이다. 일반적으로 산란 간섭이 1차 엑스레이의 1% 미만인 경우 이미징 방법은 정량적으로 간주된다. 즉, 원자 z, 밀도, 구성 및 기타 속성과 같은 측정 가능한 속성을 정확하게 결정할 수 있다. 다음은 특정 파사체인 산란 제거 방법의 예이다. 캘리브레이션을 통한 산란 제거
본 개시 및 전술한 PCT에서의 정량적 이미징 및 3D 이미징 방법은 일반적으로 산란 간섭을 최소화하거나 전혀 필요로 하지 않다.
일부 구성에서 다음 프로세스를 사용하여 전방 고해상도 1차 엑스레이 이미지를 결정할 수 있다. 컴퓨터 또는 프로세서는 먼저 통과된 엑스레이 빔(32)의 이미지로부터 후방 검출기에서 후방 저해상도 1차 엑스레이 이미지를 결정한 다음, 결정된 후방 저해상도 1차 엑스레이 이미지로부터 전방 저해상도 1차 엑스레이 이미지를 계산할 수 있다. 컴퓨터 또는 프로세서는 또한 계산된 전방 저해상도 1차 엑스레이 이미지로부터 전방 저해상도 산란 엑스레이 이미지를 계산할 수 있다. 그런 다음 컴퓨터 또는 프로세서는 계산된 전방 저해상도 산란 엑스레이 이미지의 보간을 통해 전방 고해상도 산란 엑스레이 이미지를 계산할 수 있으며, 따라서 전방 합성 이미지에서 고해상도 산란 엑스레이 이미지를 감산하여 전방 고해상도 1차 엑스레이 이미지를 도출할 수 있다. 일반적으로 "해상도"라는 용어는 이미지 공간 해상도 및/또는 단일 픽셀에 대한 신호 진폭 해상도를 설명하는 데 사용될 수 있다. 본 개시에서 "해상도"는 "스펙트럼 해상도" 또는 "시간 해상도"의 경우를 제외하고 이미지 공간 해상도만을 의미한다.
산란 제거 공정의 예가 여기에 개시되어있다. 예를 들어, 한 예에서, 프로세스는 (a) 엑스레이 소스(12)로부터 엑스레이 빔(30)으로 피사체(2)를 조명하는 단계; (b) 전방 검출기(22)상의 위치(58)를 통과하여, 빔 선택기(24)의 전송 채널(56)을 통해 후방 검출기(26)의 영역(52)에 착륙하는 1차 엑스레이 빔(32)에 기초하여 저해상도 1차 엑스레이 이미지 DrPl, (i ', j')를 생성하는 단계; (c) 선택된 투영선을 따라 전방 검출기(22)상의 대응 영역(58)에서 저해상도 1차 이미지 DfP1(i, j)을 계산하는 단계; (d) 전방 검출기로부터 고해상도 이미지 Dfh를 측정하는 단계; (e) Dfh로부터 전방 검출기 Dfl(i, j)에서의 저해상도 합성 이미지를 생성하는 단계; (f) 저해상도 산란 컴포넌트 DfS1 (i, j)를 결정하기 위해 Dfl(i, j)에서 전방 검출기 DfP1(i, j)상의 저해상도 1차 이미지를 감산하는 단계; (g) 높은 공간 주파수 컴포넌트를 제거함으로써 저해상도 산란 컴포넌트 DfS1을 평활화하는 단계; (h) 전방 검출기에서 평활화된 저해상도 산란 컴포넌트 DfS1을 보간하여 전방 검출기 고해상도 산란 이미지 DfSh를 계산하는 단계; 및 (i) 전방 검출기 고해상도 합성 이미지 Dfh로부터 전방 검출기상의 고해상도 산란 이미지 DfSh를 감산하여 전방 검출기 고해상도 1차 엑스레이 이미지 DfPh를 산출하는 단계를 포함한다. 전술한 빔 선택기(24)에 의한 상이한 유형의 차단 간의 차이점은 후방 검출기 DrP1에서 저해상도 1차 이미지가 생성되는 방식이다.
전술한 산란 제거를 위한 프로세스는 캘리브레이션 빔을 사용하는 캘리브레이션 단계를 포함할 수 있다. 캘리브레이션 빔은 전방 검출기에서의 1차 엑스레이 측정값과 후방 검출기에서의 1차 엑스레이 측정값 간의 수치 관계를 투영된 얇은 빔 경로를 따라 설정하여 투영된 얇은 빔 경로에서 검출기의 전방 저해상도 1차 엑스레이 이미지를 도출하는 데 사용될 수 있다. 전방 저해상도 산란 엑스레이 이미지는 전방 저해상도 1차 엑스레이 및 전방 저해상도 산란 이미지를 포함하는 투영된 캘리브레이션 얇은 빔 경로를 따라 검출기 상에서 측정된 전방 이미지에서 추출될 수 있다. 전방 고해상도 산란 엑스레이 이미지는 전방 저해상도 산란 이미지에서 보간되고, 1차 및 산란 엑스레이를 모두 포함하는 실제 엑스레이 이미지에서 차감되어 전방 고해상도 1차 엑스레이 이미지를 생성할 수 있다.
빔 선택기는 조정할 수 있다. 빔 선택기는 하나 또는 다차원으로 그리고/또는 초점으로 시프트 및 이동될 수 있다. 조정은 수동 및/또는 자동으로 수행할 수 있다(예: 액추에이터 및 전자 제어 또는 기타 사용). 조정 가능성은 엑스레이 소스 위치 또는 엑스레이 방출 위치에서 유연성을 허용할 수 있다. 유연성은 검출기에 와 관련한 엑스레이 소스의 위치를 캘리브레이션하는 데 유용할 수 있다. 캘리브레이션을 통해 소스 및/또는 감지기가 측정 중에 이동할 때 엑스레이 소스와 감지기의 상대적 위치를 보다 빠르게 조정할 수 있다. 이 조정은 피사체가 움직일 때 후면 감지기의 선택된 위치에서 1차 엑스레이 측정을 보장하는 데 사용할 수 있다.
캘리브레이션 단계를 포함하는 방법은 2개 이상의 이미지를 사용하는 구조적 조명 산란 제거 방법을 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 2D 엑스레이 이미징 장치는 이중 검출기 어레이보다는 단일 검출기(도 3 참조)를 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 장치의 엑스레이 소스는 인접한 얇은 빔 사이의 거리를 두고 복수의 얇은 빔을 방출할 수 있다. 거리는 적어도 하나의 픽셀일 수 있고, 검출기에서 수집될 때는 그렇지 않을 수 있다. 이러한 수집 된 측정에는 1차 신호 및 산란 신호가 포함될 수 있다. 1차 신호 영역이 작은 경우(예: 하나 또는 몇 개의 픽셀일 경우), 이러한 영역 상의 산란 엑스레이는 바로 인접한 영역(예: 산란 신호만 있는 주변 영역의 하나 이상의 픽셀)에서 보간될 수 있다.
도 4는 각 에너지 레벨에서 산란 제거를 위해 엑스레이 얇은 빔을 사용하는 구조 조명을 이용하는 예시적인 방법을 도시한다. 도 4에 도시 된 바와 같이, 블록 (a)에서, 엑스레이 소스는 도 3에 도시 된 바와 같은 빔 선택기(24)가 있는 구조 조명 장치를 사용하여 피사체(2)의 관심 영역(4)을 비출 수 있다. 엑스레이의 에너지 레벨은 H일 수 있다. 블록(b)에서 장치는 검출기로부터 이미지 Dh(x, y)를 획득할 수 있다. Dhl(x(i), y(j))는 경로의 투영 라인을 따라 1차 엑스레이의 이미지 파일이 될 수 있다. 블록(c)에서 엑스레이 소스는 인접한 빔 사이의 간격을 두고 엑스레이의 얇은 에너지 빔 H로 피사체를 비출 수 있다. 블록(d)에서, 장치는 검출기로부터 이미지 Dlc(x(i), y(j))를 획득할 수 있다. 블록 (a)-(b) 및 블록 (c)-(d)의 순서를 전환할 수 있다. 블록(e)에서, 장치는 방정식 Dsl(x(i), y(j)) = Dhl(x(i), y(j))-Dlc(x(i), y(j))를 사용하여 이미지 Dsl(x(i), y(j))를 얻을 수 있다. 장치는 블록 (f)에서 방정식 Dhp(x, y) = Dh(x, y)-Dsh(x, y)를 사용하여 고해상도 1차 이미지 Dhp(x, y)를 얻기 전에, 저해상도 이미지 Dsl(x (i), y(j))를 나머지 검출기로 보간하여 이미지 Dsh(x, y)를 도출할 수 있다.
구조 빔은 도 3에 도시 된 바와 같이 간격을 두고 저선량 얇은 빔(32)을 포함할 수 있다. 빔(32)은 빔 선택기(24)를 통한 검출기(14)의 선택된 영역(i, j)에서 1차 빔 신호를 획득하기 위해 캘리브레이션 빔으로 사용될 수 있다. 영역은 하나의 픽셀 또는 다중 픽셀을 가질 수 있다. 일부 레벨의 산란 엑스레이(34)는 여전히 검출기 (14)상의 선택된 영역에 도달할 수 있다. 산란 엑스레이(34)는 다른 캘리브레이션 빔으로부터 산란 된 빔이다. 이러한 경우, 도 4에 도시된 산란 제거 프로세스의 1 단계의 방정식 (l)-(3)에서 아래에 설명 된 대로 (i, j)에서의 산란 신호는 바로 인접한 픽셀의 산란 신호를 선택한 영역 (i, j)으로 보간하여 도출될 수 있다.
캘리브레이션 빔(32) 사이의 간격이 증가하면, 캘리브레이션 빔으로부터의 1차 빔과 동일한 위치에서 검출기(14)에 도달하는 산란의 양이 감소된다. 일부 예에서, 검출기(14) 상에서 캘리브레이션 빔이 저해상도 1차 엑스레이 신호 및 저해상도 산란 신호를 도출하는 데 필요한 밀도에 도달할 때 캘리브레이션 빔 사이에 충분한 간격이 있는지 확인하기 위해 서로 다른 위치에서 넓은 간격의 캘리브레이션 빔을 동시에 방출할 수 있다. 엑스레이 얇은 빔에 의해 1차 엑스레이 이미지가 형성되는 검출기 영역의 산란량을 줄이기 위해 얇은 빔을 두 번 또는 여러 번 방출 할 수도 있다. 매번 얇은 빔의 위치는 서로 멀리 떨어져 있을 수 있다. 결합 된 캘리브레이션 빔 이미지는 산란 엑스레이 이미지를 계산하는 데 필요한 1차 엑스레이 이미지의 밀도에 도달할 수 있으며, 그것은 최종 고해상도 1차 엑스레이 이미지를 얻기 위해 추출될 수 있다. 수학적 방법은 아래 도 4의 방정식(4)에 설명되어 있다. 여기서 1차 신호는 (i ', j')에서 측정된 신호이다.
도 4의 방법에서의 계산은 여러 단계를 포함할 수 있다. 1 단계에서 엑스레이 얇은 캘리브레이션 빔의 수는 조명된 경로에 대한 실제 엑스레이 산란 측정이 전체 이미지에 보간될 수 있도록 최소로 필요한 얇은 엑스레이 빔 수에 의해 결정될 수 있다. 따라서 결정된 빔 수는 추출된 고해상도 1차 이미지 p(i, j)를 생성할 수 있다. 조명 경로에서 검출기에 도달하는 산란 엑스레이를 줄이기 위해 빔 수를 선택할 수 있다. 얇은 빔의 수는 1차 엑스레이와 비교하여 1% 미만의 산란 엑스레이만큼 작도록 조명 경로에서 검출기에 도달할 수 있도록 선택될 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 더 넓은 간격의 빔 세트는 산란 된 엑스레이를 계산하는 데 필요한 밀도와 구조화된 조명 산란 제거 방법을 사용하지 않고 얻은 것처럼 더 높은 해상도의 1차 엑스레이 이미지를 얻는 데 필요한 보간에 도달하기 위해 다른 시간에 방출될 수 있다. 산란 제거 프로세스는 또한 본 명세서에 개시된 산란 제거 방법을 사용하여 각 에너지 레벨에서 수행될 수 있다.
조명된 경로상의 1차 엑스레이 신호는 검출기상의 관심 영역을 비추는 엑스레이 빔을 직접 측정하여 동일한 영역에서 산란된 엑스레이를 감산한 값으로 추출할 수 있다. 조명 경로에서 산란 된 엑스레이는 조명 경로에서 픽셀을 둘러싸는 각 방향 인접 영역에서 하나 또는 여러 개의 인접 픽셀에서 엑스레이의 신호를 보간함으로써 유도될 수 있다. 계산은 아래 방정식 (l)-(3)으로 요약되어 있다.
일부 경우에, 인접 픽셀로부터 산란 된 신호의 보간은 생략될 수 있으며, 엑스레이 얇은 빔으로부터 측정된 신호는 산란 간섭이 최소화되거나 전혀 없는 1차 엑스레이 신호가 될 수 있다[예컨대, 엑스레이 얇은 빔이 마이크로 빔 또는 나노 빔에서와 같이 um 또는 nm 범위에서, 때로는 아래 방정식(4)로 이어지는 밀리빔에서 작은 직경을 갖는 경우].
단계 2에서. 엑스레이 콘 빔은 관심 영역을 조명할 수 있고, 방정식 (5)-(7)이 적용될 수 있다.
여기서, 
는 검출기 D sl의 xy 2D 평면상의 선택된 영역(i, j)에서 얇은 빔 조명 경로상 검출기의 산란 신호이다. 
은 (i, j)에 바로 인접한 영역의 일부 픽셀의 예를 나타낸다.
D lc(x(i), y(j))는 검출기상의 선택된 영역 (i, j)에서 엑스레이 얇은 빔의 조명 된 경로를 따라 측정된 엑스레이 신호이다. D hl(x(i), y(j))는 검출기의 선택한 영역(i, j)에서 엑스레이 얇은 빔의 조명 경로를 따라 엑스레이 얇은 빔의 1차 엑스레이 신호이다.
D sl(x(i), y(j))는 단계 2로부터 검출기상의 엑스레이 팬 빔 조명으로 인해 선택된 영역(i, j)에서의 산란 엑스레이가다.
Dsh(x, y)는 단계 2로부터 검출기상의 엑스레이 팬 빔 조명으로부터 측정된 엑스레이 신호의 산란된 엑스레이 컴포넌트이다.
Dh((x, y))는 단계 2의 검출기에서 피사체의 엑스레이 팬 빔 조명으로부터 측정된 엑스레이 신호이다.
D hp(x, y)는 단계 2의 검출기에서 피사체의 엑스레이 팬 빔 조명으로부터의 1차 엑스레이 신호이다.
다중 엑스레이 얇은 빔 또는 구조화된 조명 패턴의 생성은 100% 투과에서 작은 투과율에 이르는 범위의 엑스레이 투과를 허용하는 영역 그리고 엑스레이를 완전히 차단하거나 흡수하는 영역을 가진 콜리메이터(24) 또는 빔 선택기를 사용하여 달성될 수 있다. 빔 선택기(24)는 엑스레이 소스의 하류에 배치될 수 있지만, 피사체 (2)의 상류에 배치될 수 있다. 빔 선택기(24)의 도 2에서와 같은 다중 판은 버전 pl-p4가 일부 경우에 사용될 수 있다. 하나의 예에서, 이러한 구성은 다중 에너지 또는 광범위한 스펙트럼 방출이 가능한 엑스레이 소스일 때 낮은 방사선 레벨에서 관심 영역에 있는 컴포넌트 또는 타겟의 스펙트럼 측정 및/또는 밀도 측정을 가능하게 한다. K-에지 필터 또는 K-에지 코딩된 개구와 같은 에너지 필터는 콜리메이터(24)의 투과 영역의 하류에 배치될 수 있다.
낮은 산란 및 높은 공간 해상도 이미징을 위해, 빔 선택기(24)는 기계적으로 구동되는 이동자에 의해 또는 에너지 변조 방법에 의해 또는 전기적으로 이동될 수 있다.
드물게 분포된 패턴을 갖는 엑스레이 얇은 빔은 타겟의 선택된 영역에서만 엑스레이 빔을 생성하기 위해, 캐소드로부터의 전자빔을 위한 애노드상의 패턴화 된 타겟에 의해 생성될 수 있다. 패터닝된 타겟은 회전하거나 엑스레이 소스에 대한 전자 타겟 영역 안팎으로 이동하여 기존의 타겟 또는 엑스레이 구조 조명, 또는 패턴화된 조명, 또는 공간적으로 분산된 엑스레이 얇은 빔을 사용하여 엑스레이 팬 빔을 생성할 수 있다.
선택적으로, 엑스레이 소스의 애노드 타겟은 생성된 엑스레이 콘 빔이 1차 엑스레이가 방출되지 않은 선택된 영역을 가질 수 있도록 수정될 수 있다. 수정된 엑스레이 소스를 사용하면 조명 엑스레이가 드물게 분포된 경로를 비추는 분산된 엑스레이 빔으로 피사체를 통과하는 결과를 가져온다. 예를 들어 평판 검출기에 의해 수집되는 경우, 엑스레이 측정은 1차 엑스레이 신호가 없는 여러 영역을 가질 수 있다. 각 영역에는 하나 이상의 픽셀이 있을 수 있다.
선택적으로, 레이저 또는 LED 소스와 같은 광원이 전자빔을 생성하는 소스 인 경우, MEM(Microelectromechanical) 장치와 같은 빔 조정 장치, 또는 광 흡수기 또는 변조기는 특정 영역에서 광 신호를 차단하거나 변조하는 데 사용될 수 있으며, 이에 따라 전자빔이 도달하지 않는 양극 타겟의 특정 영역이 존재하는 구조화 된 프로파일을 가진 전자빔을 생성할 수 있다. 빔 스티어링 장치 또는 광 흡수기 또는 변조기는 고정된 위치에 배치되거나 이동 가능한다. 생성된 엑스레이 빔은 프로그래밍 된 경로로 피사체를 통과할 수 있으므로 빔이 검출기에 도달할 때 1차 엑스레이가 없는 영역이 존재한다.
본 개시에 설명된 구조적 빔 방법은 빔 선택기가 구현될 수 없고 적층형 검출기가 산란 제거와 다른 기능(예: 하나의 엑스레이 펄스 또는 엑스레이 현미경을 사용하여 재료 분해를 위한 이중 에너지 이미징과 같은)을 위해 사용되는 적층형 검출기 방법에 특히 유용할 수 있다. 여기서 1차 엑스레이의 엑스레이 이미지는 현미경 하드웨어 설정 및 분석에 의한 추가 처리를 위해 하류에 사용된다. 이 캘리브레이션 빔 방법의 한 가지 이점은 이 방법이 앞서 설명된 사전 재료 캘리브레이션 또는 시뮬레이션 단계가 필요 없이 모든 재료 유형에 대해 작동한다는 것을 포함할 수 있다. 이는 두 개 이상의 겹치는 재료를 포함하는 대부분의 재료 유형 또는 두께 또는 구성의 정량 분석에 유용하다. 또 다른 이점은 이 방법이 산란 이미지와 1차 이미지를 분리하는 데 필요한 검출기 평면의 크기, 및/또는 검출기 또는 검출기 평면의 수를 줄여 비용을 절감한다는 것이다.
도 3의 콜리메이터(24) 또는 빔 선택기(24)는 또한 엑스레이 소스와 피사체 사이에 배치될 수 있다. 유사하게, 도 2의 적층된 판은(p1 내지 p4) 구성이 엑스레이 소스와 피사체 사이 또는 피사체와 검출기 사이에 배치될 수 있다.
선택적으로, 1차 엑스레이 측정을 위한 해상도 요구 사항이 낮을 때, 콜리메이터(24) 및 적층된 판은(P1-P2)의 사용은 단일 단계에서 산란 제거된 1차 엑스레이 이미징을 위해 사용될 수 있다. 하나의 예에서, 파장 필터 또는 에너지 필터는 콜리메이터의 하류와 피사체의 상류, 또는 콜리메이터와 엑스레이 소스 사이에서 사용되며, 스펙트럼 측정기 및 저해상도 농도계가 얻어질 수 있다.
다중 에너지 산란 제거
본 명세서에 개시된 상관이 각각의 엑스레이 에너지 레벨에서 수행될 수 있다. 정량적 이미징 및 3D 단층 촬영 또는 애플리케이션 요구 사항을 위한 보다 철저한 산란 제거를 위해 이러한 캘리브레이션 빔 방법을 확장하여 위에서 설명한 유사한 수학적 프로세스를 사용하여 이중, 삼중 또는 그 이상의 에너지 엑스레이 산란 제거 처리에 사용할 수 있다. 다중 에너지 산란 제거 방법은 피사체가 3개의 서로 다른 컴포넌트 또는 물질을 포함할 때 이중 에너지 엑스레이 시스템에 사용될 수 있으며, 각각은 서로 다른 엑스레이 측정 속성 또는 속성들(예: 서로 다른 원자 z 번호, 서로 다른 복합 재료, 서로 다른 시간적 및/또는 공간적 마커)을 가질 수 있다. 4 개 이상의 에너지 레벨 측정이 수행되는 경우, 4개의 에너지 레벨 각각에서 유사하거나 실제의 재료 및 타겟의 캘리브레이션을 사용할 수 있으며, 경우에 따라 각각 서로 다른 원자 z 번호와 같은 측정 특성을 가진 4개 이상의 서로 다른 컴포넌트 및 둘 이상의 컴포넌트를 포함하는 그것들의 복합 재료로 캘리브레이션될 수 있다.
다중 엑스레이 얇은 빔 조명이 사용되는 경우, 각 에너지 레벨에서의 산란 이미지의 제거는 엑스레이 이미지가 촬영되는 각 에너지 레벨에 대해 도 5에 도시된 예시적인 방법을 수행함으로써 달성될 수 있다. 블록 502에서, 다중 에너지 엑스레이 소스는 각각의 에너지 레벨을 갖는 둘 이상의 컴포넌트를 포함하는 피사체를 비출 수 있다. 블록 504에서, 장치는 각각의 에너지 레벨 DrEnP1, (x(i'),(y(j') X(여기서, n은 정수임)에서 후방 검출기 상의 저해상도 1차 엑스레이 이미지에 대한 측정값을 수신할 수 있다. 블록 506에서, 장치는 피사체의 각 컴포넌트(tl, t2,..., tn)의 밀도를 도출할 수 있다. 블록 508에서 장치는 각 컴포넌트의 도출된 밀도 DrEnP1, (x(i), (y(j))를 사용하여 전방 검출기에서 저해상도 1차 엑스레이 신호를 계산할 수 있다. 블록 510에서, 장치는 저해상도 전방 검출기 측정값에서 저해상도 1차 엑스레이 신호를 빼서 전방 검출기에서 저해상도 산란 엑스레이 신호 DrEnS1, (x(i), (y(j))를 도출할 수 있다. 블록 512에서, 장치는 저해상도 산란 엑스레이 신호 DrEnS1, (x(i), (y(j)를 보간하여, 전방 검출기에서 고해상도 산란 엑스레이 신호 DrEnSH, (x(i), (y(j))를 도출할 수 있다. 블록 514에서, 장치는 전방 검출기에서 측정된 고해상도 이미지 DfEnH에서 전방 검출기의 고해상도 산란 엑스레이 신호 DrEnSH, (x(i), (y(j))를 빼서 전방 검출기의 고해상도 1차 엑스레이 신호 DrEnPH, x(i), (y(j))를 도출할 수 있다.
후방 검출기의 이미지 파일을 사용하는 대신에, 이미지 파일이 단일 검출기에 포함될 수 있으므로 전방 검출기에서 계산된 이미지와 백 검출기(back detector)의 측정된 이미지 데이터를 상관시키기 위해 캘리브레이션된 관계의 스케일링 또는 도출이 필요하지 않다. 산란을 제거하고 고해상도 이미지를 도출하기 위해 단일 이미지만 촬영하는 경우, 빔 입자 흡수기를 사용할 수 있다. 산란 제거 방법은 각 에너지 레벨에서 고해상도 1차 엑스레이를 제공하기 위해 각 에너지 레벨에서 수행된다.
위에서 논의된 바와 같이, 산란 엑스레이 데이터는 1차 엑스레이 신호를 갖는 영역에 대한 보간에 의해 도출되고 측정된 데이터에서 감산 될 수 있다. 추출된 1차 엑스레이 데이터는 2D 및/또는 다차원 이미지 구성, 및 컴포넌트, 관심 영역 또는 샘플에 대한 정량 분석을 위해 사용될 수 있다(예: 하기 방정식 (8) 및 (9) 사용).
D sh(x, y) = D sl(x(i), y(j))의 보간 (8)
D hp(x, y) = D h(x, y)-Dsh (x, y) (9)
여기서, D sl(x(i), y(j))는 엑스레이 조명 경로를 따르는 1차 엑스레이가 빔 흡수기 또는 빔 흡수기 입자에 의해 차단된다는 사실로 인해 산란 엑스레이 신호 만이 존재하는 선택된 검출기 영역(i, j)이다(예: 도 6에 도시됨). D sh(x, y)는 검출기에서 측정된 엑스레이의 고해상도 산란 엑스레이 컴포넌트이다. D hp (x, y)는 검출기에서 측정된 엑스레이의 고해상도 1차 엑스레이 컴포넌트이다. D h(x, y)는 검출기에서 측정된 엑스레이 신호이며, 이는 1차 엑스레이 신호 및 산란된 엑스레이 신호를 모두 포함할 수 있다.
영역 (i, j)에서 신호를 발생시키는 조명경로 상에 엑스레이 1차 빔이 없다는 사실로 인해 검출된 1차 엑스레이 신호가 없는 영역(i, j)에 대해, Dhp(x, y)의 영역(i, j)에서 1차 엑스레이 신호는 아래 식(10)에 의해 도출될 수 있다.
Dpl(x(i), y(j)) = (ij)에 바로 인접한 영역의 Dpl 보간 (10)
이 방법은 대부분의 애플리케이션에 충분할 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 추적 또는 수술 안내 애플리케이션에서, 빔 흡수기가 이동될 수 있거나 엑스레이 방출 위치가 조정될 수 있는 경우 둘 이상의 이미지가 촬영되면, 빔 흡수기가 상이한 조명 경로를 차단할 때마다, 이미징 갭은 하나의 이미지에서 다음 이미지로 변경되며, 시퀀스에서 하나 이상의 다른 측정값으로부터 영역(i, j)의 측정값을 추출함으로써 이미지 갭을 소급적으로 채우기에 충분한 정보를 제공할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 초고해상도 이미지가 요구되고 그리고/또는 관심 영역의 모든 영역이 조명되도록 할 필요가 있는 상황에서, 검출기 상 피사체의 데이터 누락이 없거나 훨씬 적다. 1차 엑스레이를 차단하는 빔 흡수기가 이동되는 동일한 조명 경로를 따라 동일한 피사체에 대해 두 개 이상의 이미지를 촬영해야 할 필요가 있으며, 이에 따라 마지막 이미지의 영역(i, j)이 1차 엑스레이를 수신할 수 있다. 대안으로, 영역(i, j) 상의 이러한 이미지는 빔 흡수기가 원래 위치로부터 떨어져 조정되는 영역(i, j)만을 조명하는 구조화 된 빔으로부터 도출될 수 있다.
다중 컴포넌트를 갖는 피사체를 측정하기 위해 이중 에너지 시스템 또는 복수의 빔 흡수 판을 갖는 3개 이상의 에너지 시스템의 경우, 전방 검출기 상의 저해상도 1차 및 산란 이미지 Df E1P1, Df E2P1, Df E3P1, ., Df EnPl은 방정식 (1 l)-(l 8)에 의해 계산될 수 있다.
(a) 영역 밀도 t1, t2, t3,…tn에 대한 저해상도 1차 엑스레이 이미징 세트를 푼다. 여기서 DrEll(i, j) = J[ㄾ0 El (E)ㅧexp(-(pl (E)ㅧtl(i, j) + p2 (E)ㅧt2 (i, j) + m3 (E)ㅧt3(i, j) + ... + mh (E)ㅧtn(i, j))]ㅧSr (E)dE
ㅧexp(-(pl (E)ㅧtl(i, j) + p2 (E)ㅧt2(i, j) + m3 (E)ㅧt3(i, j) + ... + pn (E)ㅧtn(i, j))]ㅧSr (E) dE; 15
ㅧexp(-(pA(E)ㅧtl(i, j) + pB (E)ㅧt2(i, j) + pC (E)ㅧt3(i, j) + ... + mh (E)ㅧtn(i, j ))]ㅧSr (E)dE
및 Dr Enl (i, j) = J[ㄾ0 En (E)ㅧexp (-(pl (E)ㅧtl(i, j) + p2 (E)ㅧt2(i, j) + pC) (E)ㅧt3(i, j) + ... + mh (E)ㅧtn(i, j))]ㅧSr (E)dE (14)
(b) tl, t2, t3, ... tn 솔루션(solution)을 이미지 세트에 대한 방정식 (15)-(l 9)에 삽입한다.
DfElP1 (x(i), y(j)) = J [ㄾ0E1 (E)ㅧSf (E)]ㅧexp(-(pl (E)ㅧtl(i, j) + p2 (E)ㅧt2(i, j) + m3 (E)ㅧt3(i, j) + ... + mh (E)ㅧtn(i, j))dE (15)
Df E2P1 (x(i), yQ) = J [ㄾ0 E2 (E)ㅧSf (E)]ㅧexp (-(pl (E)ㅧtl(i, j) + p2 (E)ㅧt2(i, j) + m3 (E)ㅧt3(i, j) + ... + mh (E)ㅧtn(iJ)) dE (16)
Df E3P1 (x(i), y(j)) = J [ㄾ0 E3 (E)ㅧSf (E)]ㅧexp (-(pl (E)ㅧtl(i, j) + p2 15 (E)ㅧt2(i, j) + m3 (E)ㅧt3(i, j)) + ... + mh (E)ㅧtn(i, j))) dE (17)
Df EnP1 (x(i), y(j)) = J [ㄾ0 En (E)ㅧSf (E)]ㅧexp (-(pl (E)ㅧtl(i, j) + p2 (E)ㅧt2(i, j) + m3 (E)ㅧt3 (i, j)) + ... + mh (E)ㅧtn(i, j))) dE (18)
여기서 (x(i), y(j))는 후방 검출기 셀(i, j)과도 교차하는 투영선과 교차하는 전방 검출기 셀의 좌표이고, F0 El (E)는 에너지 El의 엑스레이 에너지 스펙트럼이며, F0 E2 (E)는 에너지 E2의 엑스레이 에너지 스펙트럼이고, mτ(E)는 면적 밀도 tl을 갖는 물질의 질량 흡수 측정수이며, m2 (E)는 면적 밀도 t2를 갖는 물질의 질량 흡수 측정수이고, Sf (E)는 전방 검출기의 분광 감도이며, F0 E3 (E)는 에너지 E3의 엑스레이 에너지 스펙트럼이며, m3 (E)는 면적 밀도 t3를 갖는 상기 물질의 질량 흡수 측정수이고, F0 En (E)는 에너지 En의 상기 엑스레이의 에너지 스펙트럼이고, mh (E)는 면적 밀도 tn을 갖는 물질의 질량 흡수 측정수이다.
일 구현에서, 3개 이상의 상이한 컴포넌트를 갖는 피사체의 각 에너지 레벨에서 전방 검출기 상의 1차 엑스레이 신호가 도출될 수 있다. 4개 이상의 에너지 레벨에서 후면 검출기의 1차 엑스레이 측정에 의해 피사체의 4개 이상의 컴포넌트 밀도를 해결해야 하는 경우 다중 에너지 측정값으로부터 각 컴포넌트에 대한 밀도 솔루션을 삽입하면 전방 검출기의 영역과 백 검출기의 영역의 캘리브레이션된 또는 알려진 해당 관계를 기반으로 각 에너지 레벨에서 전방 1차 엑스레이 저해상도 신호를 도출할 수 있다. 이에 따라, 전방 검출기의 저해상도 산란 이미지는 전방 검출기의 고해상도 측정 합성 이미지에서 전방 검출기의 도출된 저해상도 1차 엑스레이 이미지를 빼서 도출될 수 있다. 계산은 방정식 (l9)-(24)에서 수행될 수 있다.
DffilS1 (x(i), y(j)) = DfE11 (x(i), y(j)-DffilPl (x(i), y(j)) (19)
DfElSH ((x, y)) = 보간 (DfElS1 (x(i), y(j))) (20)
DfElPH ((x, y)) = DfElH ((x, y))-DfElSH ((x, y)) (21)
DffinS1 (x(i), y(j)) = DfEnl (x(i), y(j)-DffinPl (x(i), y(j)) (22)
DfEnSH ((x, y)) = 보간 (DfEnS1 (x(i), y(j))) (23)
DffinPH ((x, y)) = DffinH ((x, y))-DfEnSH ((x, y)) 10 (24)
여기서, DfElS1 (x(i), y(j))는 에너지 레벨 El에서 취해진 영역 (i, j)에서 전방 검출기 상의 저해상도 산란 이미지이고, DfEnl (x(i), y(j)는 영역 (i, j)에서 전방 검출기에 의해 측정된 저해상도 이미지이고, DfEnSl (x(i), y(j))는 전방 검출기 DfEn1의 합성 이미지에서 영역 (i, j)의 저해상도 1차 이미지를 감산하여 도출된 에너지 레벨 En의 영역 (i, j)에서의 전방 검출기 상의 저해상도 산란 이미지이다.
그 다음, 저해상도 산란 이미지는 고해상도 산란 이미지로 추가로 보간될 수 있으며, 이 고해상도 산란 이미지는 측정된 고해상도 이미지에서 차감되어 각 에너지 레벨에서 고해상도 1차 이미지를 생성한다.
따라서, 단일 에너지 방법, 즉 각 에너지 측정에 대해 전술 한 바와 같이 단일 에너지 시스템에 대한 산란 제거를 사용하여 각 선택된 에너지 레벨에서 산란을 제거할 수 있다.
본 명세서에 개시된 모든 산란 제거 방법에서, 보간되거나 측정된 산란 이미지는 시각적 분석을 위해 제시될 수 있다.
본 명세서의 개시에 기초하여, 다양한 에너지에서 산란 제거의 다른 구현이 가능하다.
전방 검출기와 후방 검출기가 동일하거나 매우 유사한 경우, 측정 데이터를 상관시키는 데 간단한 스케일러 인자가 사용될 수 있다. 전방 검출기의 1차 엑스레이 신호는 단순 스케일러 계수를 사용하여 후방 검출기의 신호와 상관될 수 있다. 하나의 구현에서 이러한 관계는 관련 데이터 및/또는 측정값을 기반으로 시뮬레이션 될 수 있다.
바람직하게는, 전방 검출기는 피사체로부터 나오는 엑스레이의 일부가 전방 검출기에 의해 측정될 수 있고 일부는 하기에 개시된 고속 검출기, 동적 검출기 또는 고해상도 스펙트럼 또는 다중 에너지 검출기와 같은 하드웨어를 사용한 산란 제거 및/또는 기타 검출 및 측정 방법을 위한 후방 검출기 및 빔 선택기 어셈블리와 같은 추가 분석을 위해 통과할 수 있도록 설계되었다. 따라서 전방 검출기는 투과형이거나 부분적으로 투과형일 수 있다. 바람직하게는, 빔 경화가 없거나 최소이고 엑스레이 수정 기능이 없거나 최소화되는 것이다. 바람직하게는, 검출기의 전자 장치는 검출기의 하류 대신 측면에 배치될 수 있다. 선택적으로, 검출기는 엑스레이에 또는 일부 경우 가시광선에 완전히 투명할 수 있다. 엑스레이에 대한 전방 검출기의 영향은 피사체와 검출기의 하류 측정값 분석을 위해 캘리브레이션 및 제거될 수 있다.
살아있는 피사체 또는 생물학적 조직(체내 및/또는 체외)의 엑스레이 이미징에서, 뼈와 연조직 외에 조직 또는 물질(예를 들어, 수술 도구, 임플란트, 조영제 라벨 또는 제제, 및/또는 혈관과 같은 이미징된 피사체의 제 3 컴포넌트를 포함하지만 이에 제한되지 않는 외부 피사체). 산업용 엑스레이 이미징에서는 복잡한 혼합물 또는 다중 컴포넌트 피사체의 다양한 컴포넌트를 특성화해야 할 필요가 있을 수 있다. 다양한 재료를 사용하여 다양한 재료 및 복합 재료 또는 고유한 엑스레이 측정 가능 특성을 가진 영역에 대한 데이터베이스를 캘리브레이션하거나 설정할 수 있다. 데이터베이스의 재료 유형에는 뼈와 연조직 이상이 포함될 수 있다.
다양한 공간 복잡도 및/또는 구성 복잡도의 재료가 데이터베이스의 캘리브레이션 또는 설정을 위해 사용될 수 있다(아래에서 더 자세히 설명된다). 예를 들어, 피사체 내부의 관심 영역에 있는 컴포넌트와 유사한 재료를 캘리브레이션 단계에서 엑스레이 측정에 사용할 수 있으므로 전방 검출기의 1차 엑스레이 신호와 후면 감지기의 대응 신호는 이러한 재료 유형과 관련이 있다. 하나의 예에서, 엑스레이 에너지 스펙트럼을 다르게 섭동할 수 있는(예를 들어, 이미징된 피사체에서 예상되는 것과 유사한) 다양한 공간 복잡성 및 치수의 미세 구조, 및 구성 복잡성이 검출기에 수신된 각 에너지 레벨 이미지 각각에 대한 캘리브레이션 단계에 도입된다. 예를 들어, 흉부 이미징에서 뼈, 심장 조직, 혈관 내 조직 및 혈액과 유사한 미세 구조와 카테터 및 수술 도구와 같은 기타 컴포넌트를 캘리브레이션에 사용할 수 있다.
캘리브레이션 목적을 위해, 장치는 빔 선택기와 전방 검출기 사이, 빔 선택기와 후방 검출기 사이 및/또는 전방 검출기와 백 검출기 사이의 상대적 위치 및/또는 정렬을 조정하거나 유지할 수 있다. 조정은 하나 이상의 측면 프레임과 같은 기계적 구조에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 장치는 모든 컴포넌트를 부착하고 스페이서 역할을 하는 복수의 나사를 포함할 수 있고, 접착제와 같은 화학 물질도 사용할 수 있다. 자기 스페이서도 사용될 수 있다.
장치는 예를 들어, 기계적으로 그리고 /또는 소프트웨어를 사용하여 동일한 1차 엑스레이 투영 경로에 대응하는 전방 검출기 및 백 검출기 상의 픽셀 위치를 결정할 수 있으며, 검출기 및 빔 선택기 형상의 디자인은 입력된 바와 같다. 이미징 프로세스 전에 관련 픽셀의 위치를 기계 설계의 일부로 선택하고, 소프트웨어에 저장하고 등록할 수 있다.
소프트웨어는 또한 선택적으로 검출기 및/또는 빔 선택기 위치의 기준 및 설계 파라미터로 작용할 수 있는 피사체의 일부 또는 타겟과 같은 컴포넌트의 이미징된 신호에 기초하여 관련 픽셀 위치를 알고리즘적으로 결정할 수 있다.
소프트웨어는 검출기, 또는 검출기 및 빔 선택기상의 마커에 대한 피사체와 관련한 엑스레이 소스 위치의 공간적 위치 측정을 용이하게 할 수 있고, 각각의 하드웨어, 피사체, 피사체의 기준 마커 및/또는 피사체 내부의 관련 컴포넌트의 기하학적 위치 및 공간적 위치를 캘리브레이션 할 수 있다.
데이터베이스는 몇 가지 상이한 옵션에 기초한 1차 엑스레이 신호의 도출된 관계 알고리즘을 포함하는 관계 데이터를 포함할 수 있다. 시뮬레이션 된 물질 엑스레이 신호, 또는 검출기 또는 동일한 유형의 감지기에 의한 물질 또는 유사한 물질의 이전 측정을 기반으로 한 합성 된 엑스레이 신호, 또는 특정 물질의 알려진 확립된 엑스레이 측정 특성을 상관을 위해 사용할 수 있다. 시뮬레이션 된 데이터를 사용하여 전방 검출기 측정값 및 백 검출기 측정값의 상관을 할 수 있다. 관계는 또한 전방 검출기 및 대응하는 백 검출기 상의 하나 이상의 에너지에서 상이한 유형, 물리적 구성 및/또는 치수의 이전 재료 측정 데이터로부터 도출될 수 있다. 관계는 또한 특정 전방 및 백 검출기의 특성과 이러한 특성을 기반으로 예측된 신호 레벨에서 도출될 수 있다. 예를 들어 전방 검출기와 백 검출기가 동일하면 특정 물질에 대해 선형 관계가 존재할 수 있다. 일부 예에서, 이러한 관련 알고리즘은 본 명세서에 설명된 두 인자에 기초하여 상관된다. 그 알고리즘은 또한 동일한 유형 또는 유사한 검출기에 의해 역사적으로 하나 이상의 에너지 레벨에서 다양한 물질 유형 및 두께의 축적된 검출기 측정값을 포함하는 라이브러리에서 각 개별 요소 및 결합된 요소를 기반으로 상관될 수 있다.
본 명세서에 개시된 엑스레이 장치는 컴퓨터에 저장된 캘리브레이션된 데이터베이스가 상이한 검출기의 이미징 특성을 상관시킬 수 있는 알고리즘 소프트웨어 작동을 포함할 수 있다. 전방 검출기 상의 하나 이상의 픽셀로부터의 신호는 투영된 엑스레이 빔 경로를 따라 특정 물질 또는 피사체에 대한 백 검출기의 대응 영역과 상관 될 수 있다. 재료 및 에너지 레벨을 사용하여 전방 검출기의 영역과 백 검출기의 투영 경로를 따르는 해당 영역에서 1차 엑스레이 신호를 캘리브레이션 할 수 있다. 캘리브레이션 데이터베이스의 설정은 애플리케이션의 필요에 따라 선택 사항일 수 있다. 이미징하거나 측정할 피사체의 물질을 알고 정의하면 엑스레이 측정 특징을 예측할 수 있다.
복잡성, 조성 및 두께 측면에서 구조와 동등한 재료 및/또는 단순화된 버전은 실제 재료뿐만 아니라 캘리브레이션에도 사용될 수 있다. 캘리브레이션 재료 선택의 복잡성은 재료의 구성, 유기 및/또는 유기 분자의 다중 또는 혼합 분자, 공간 구성, 밀도 및/또는 재료의 분말 형태 여부, 재료의 원자 번호, 단일 재료인지 복합 재료인지의 여부, 재료의 두께와 같은 여러 요인으로 인해 발생할 수 있다. 일부 재료는 공간에서 겹칠 수 있다. 예를 들어, 미세 석회화는 부드럽고 마른 조직의 매트릭스에 존재할 수 있다. 심장 판막 또는 스텐트와 같은 임플란트는 혈액과 혼합될 수 있으며, 여기서 혈액은 혈액 세포와 혈장, 혈관, 뼈, 근육, 및 혈관 외부의 이미징 경로에 있는 기타 연조직을 포함한다. 마이크로 칩 층은 둘 이상의 서로 다른 금속, 폴리머, 혼합물 또는 복합물로 구성될 수 있다. 피사체에는 비행기 또는 자동차에 사용되는 기계 컴포넌트과 같은 금속 컴포넌트 또는 폴리머 컴포넌트이 포함될 수 있다. 단일 에너지 엑스레이, 특히 에너지 스펙트럼에서 단일 에너지 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 엑스레이 스펙트럼에서 등가 재료 및 재료의 측정된 특성에 대해서 데이터베이스를 설정할 수 있다. 바람직하게는, 참조 데이터베이스와 결합 된 단일 에너지 엑스레이를 사용하는 재료 분해는 컴포넌트 밀도를 결정하고 엑스레이의 조명 경로에서 컴포넌트를 식별하는 데 활용될 수 있다.
2차 근사는 이중 에너지의 캘리브레이션 및 이중 및 단일 에너지에서 다중 에너지로의 확장을 위해 포함될 수 있다. 설명된 바와 같이, 알려진 재료의 측정값, 예를 들어 세 가지 알려진 재료(예: u, v, w)의 측정값은 p, q 및 o와 같은 알려진 각 재료와 유사한 실제 재료의 측정값과 관련될 수 있다. 실제 재료는 직접 측정하기 어렵기 때문에 알 수 없지만 u, v, w의 검출기 측정값은 p, q 및 o의 측정값과 상관될 수 있다. 따라서 다중 에너지, 이 경우에는 3중 에너지에서 해당 u, v, w의 측정값으로부터 밀도 및 기타 엑스레이 민감성 또는 측정 가능한 파라미터 측면에서 p, q, o 각각에 대해 수학적 관계를 도출될 수 있다. 이 방법은 3개 이상의 에너지로 확장될 수 있다.
본 명세서에 개시된 엑스레이 장치는 또한 관심이 없는 엑스레이 빔이 후방 검출기에 도달하지 못하도록 빔 선택기와 후방 검출기 사이의 공간에 대해 빔 선택기의 측면에 의해 정의된 외주 상에 하나 이상의 빔 스토퍼를 포함할 수 있다.
전방 검출기의 1차 빔 신호와 후방 검출기의 대응 1차 빔 신호를 더 잘 상관하기 위해, 각 재료 또는 복합 재료, 또는 컴포넌트의 두께를 결정하고 그리고/또는 캘리브레이션 또는 참조 데이터베이스를 위해 데이터를 제공하기 위해, 전방 검출기 및 백 검출기의 엑스레이 측정은 다양한 두께의 재료로 수행될 수 있으며, 이 재료는 관심 지역에서 대비 라벨, 다양한 원자 z 번호 및/또는 재료 컴포넌트를 갖는 선택된 캘리브레이션 재료와 동일하거나 유사할 수 있다. 예시적인 산업 적용에서, 한 유형의 분말 화학 물질이 다중 컴포넌트의 피사체에서 식별되거나 검출될 때, 다양한 양 및/또는 다양한 두께의 분말 화학 물질의 측정값은 전방 검출기 및 백 검출기를 상관시키기 위해 사용될 수 있다.
관심 영역의 두께 또는 관심 영역의 다양한 컴포넌트의 두께가 알려진 경우, 예를 들어, 특정 피사체에 대해 이미 3차원(3D) 정량 측정이 이루어진 경우[그 경우, 각 알려진 복셀(voxel)이 피사체 또는 관심 영역에서 해결되거나, 이전 측정이 관련 컴포넌트의 두께를 결정하기 위해 이미 수행되었거나, 또는 피사체 또는 컴포넌트의 두께가 제공된다(예: 정의된 재료 유형 및 치수를 가진 수술 도구의 두께)], 설명된 기존 데이터를 참조 데이터베이스 또는 라이브러리에 포함시켜 캘리브레이션 단계를 단순화할 수 있다.
이중 검출기 어셈블리 산란 제거 시스템에 추가하여, 도 6은 단 하나의 검출기를 사용하여 각 컴포넌트의 밀도를 측정할 수 있는 밀도계 및/또는 산란 제거 의 예를 도시하며, 빔 흡수 판(105)을 포함할 수 있다. 복수의 빔 흡수체 입자(100)는 판(105) 상에 공간적으로 분포될 수 있다. 입자(100)의 밀도는 조절될 수 있다. 각 입자는 "온 및 오프" 또는 "일차 엑스레이에 대해 불투명 또는 투과성"의 두 개 이상의 상태 위치를 가질 수 있다. 입자(100)가 위치하는 판(105)은 1차 엑스레이의 투과를 조정하기 위해 하나 이상의 액추에이터에 의해 기울어질 수 있다. 판(100)은 또한 검출기에 평행한 평면에서 하나 이상의 액추에이터에 의해 2D 공간상에서 이동될 수 있다. 이러한 판의 여러 개를 하나의 빔 선택기로 사용할 수 있다.
도 7에 도시 된 바와 같이 다중 엑스레이 빔이 생성되는 경우, 다양한 엑스레이 흡수 특성을 갖거나 엑스레이에 대해 완전히 투명한 도 6의 판(105), 예를 들어 폴리머 판은 빔 흡수 입자(100)를 제자리에 유지하는데 사용될 수 있다. 판 (105)은 피사체(2)와 엑스레이(10) 소스 사이에 배치될 수 있거나 피사체(2)와 전방 검출기(22) 사이에 배치될 수 있다.
미리 결정된 패턴으로 분포된 빔 흡수 입자의 밀도가 변하는 2개 이상의 판이 도 7의 장치에서 사용될 수 있다. 이러한 판의 x, y 및 z 방향으로 이동자 또는 하나 이상의 축 포지셔너 등에 의한 움직임은 하나 이상의 움직임에서 판의 엑스레이 흡수 특성을 0% 내지 100%로 조정할 수 있다. 빔 흡수 입자(100)의 밀도는 관심 영역에 대한 방사선 노출 및 이미지의 해상도에 영향을 미칠 수 있다. 입자(100)의 밀도가 높을수록 관심 영역에 대한 방사선 노출이 줄어들 수 있다. 입자 밀도가 낮을수록 방사선에 더 많이 노출될 수 있지만 측정 해상도가 높아질 수 있다. 충분히 높은 해상도와 동시에 가장 낮은 포지션의 방사선 노출로 균형을 이룰 수 있다.
입자(100)의 크기는 검출기(14)에 평행한 x 및 y 평면에서 약 0.1um 내지 최대 약 10mm 일 수 있다. x 및 y 2D 평면에서 검출기(14)에 평행한 빔 흡수 입자 (100)의 위치는 1차 엑스레이 빔이 차단되는 위치를 조정하기 위해 이동될 수 있으므로, 이전에 차단된 관심 영역을 통한 조명 경로를 허용하고 그렇지 않으면 존재할 수 있는 관심 영역 내에서 구멍이나 누락 된 측정값을 제거한다.
본 명세서에 설명된 산란 제거 프로세스는 정량적 2D 및 3D 이미지와 피사체의 측정을 구성할 때 시간과 방사선 노출을 줄일 수 있다. 고해상도 1차 엑스레이 측정 데이터를 도출하기 위해 샘플에 대해 하나의 이미지 측정만 수행할 수 있다. 엑스레이 방사선은 각기 다른 시간에 여러 측정에 있어서 피사체의 관심 영역의 특정 위치에 대해 감소 될 수 있다. 예를 들어, 샘플의 측정은 동일한 컴포넌트의 다른 위치(예: 그것에 바로 인접한 위치)에서 조명된 엑스레이 빔을 사용하여 반복될 수 있다. 샘플이 받는 총 방사능 레벨은 동일할 수 있지만 관심 영역에있는 샘플의 특정 영역은 전체 방사능의 일부만 얻는다. 필요하거나 원하는 해상도에 따라 1차 엑스레이 신호로 조명되는 영역의 크기를 조정할 수 있으며, 경우에 따라 샘플의 직접적인 엑스레이 방사를 샘플의 특정 위치에 대해 줄일 수 있도록 최소화할 수 있다. 한 번의 측정으로 관심 영역에 대해 엑스레이 방사선 노출을 줄일 수도 있다. 예를 들어, 엑스레이 빔은 선택한 관심 영역에 대해서만 엑스레이 얇은 빔을 비추도록 조정될 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 관심 영역상의 엑스레이 조명 영역의 분포는 원하는 해상도의 측정을 생성하도록 조정될 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 엑스레이 빔은 냉 음극 엑스레이 소스에서와 같이 전자빔 생성을 위한 선택 영역에 대해 활성화되거나 자기와 같은 조향 메커니즘에 의해 조향(steering)될 수 있다. 이것은 예를 들어, 엑스레이 소스(12)와 피사체(16) 사이 또는 피사체(16)와 검출기(14) 사이에 배치된, 도 6 및 도 7에서와 같은 빔 흡수 입자 판(105) 또는 도 3에서와 같은 투과 구멍을 갖는 콜리메이터 또는 도 1b에서와 같은 빔 선택기(24), 또는 도 26에서와 같이 드물게 공간적으로 분포된 경로로 관심 영역을 조명하기 위해 엑스레이 빔을 생성할 수 있는 애노드의 선택된 영역을 갖는 엑스레이 소스에 의해 달성될 수 있다. 2D 또는 다중 차원 이미지 및 3D 이미지는 본 개시에서 설명된 방법에 기초하여 구성될 수 있다. 샘플의 다른 관심 영역에는 다른 해상도가 필요할 수 있으며, 1차 엑스레이 조명 경로가 다른 영역 또는 경우에 따라 그리고/또는 다양한 구성, 복합 재료, 불균질 재료, 균질 재료 및 두 개 이상의 재료의 인터페이스 영역 또는 관심 영역의 원자 z 번호에 대해 가변될 수 있다.
예를 들어, 도 6에서와같이 빔 흡수 판(들)을 갖는 장치는 또한 애플리케이션의 요구에 따라 조정 가능한 해상도 및/또는 빠른 조정 가능한 해상도 측정값을 측정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 빔 흡수 입자는 낮은 해상도 이미지에 대한 측정을 제공하기 위해 고밀도로 분포될 수 있다. 빔 흡수 입자는 더 높은 해상도 이미지를 얻기 위해 더 드물게 분포될 수 있다. 빔 흡수 판(들)을 갖는 장치는 베릴륨과 같은 재료를 포함할 수 있는 빔 흡수 영역 또는 빔 투명 영역을 포함할 수 있다. 엑스레이, 특히 스펙트럼 엑스레이의 완전한 감쇠를 허용하기 위해 하나 또는 여러 개의 판을 서로의 위에 적층할 수 있다. 이 판은 애플리케이션의 필요에 따라 조정 가능한 해상도 및/또는 빠른 조정 가능한 해상도 측정에 사용될 수 있다. 예를 들어, 빔 흡수 입자는 낮은 해상도 이미지에 대한 측정을 제공하기 위해 고밀도로 분포될 수 있다.
하나의 바람직한 구현에서, 빔 흡수 입자의 밀도는 이중 에너지 밀도계와 같은 밀도계의 해상도와 동일한 해상도를 갖도록 조정될 수 있으며, 동시에 선형 검출기 스캐닝 이중 에너지 시스템에 기반한 농도계와 유사하거나 그보다 낮은 방사 레벨을 갖는다. 이 경우, 빔 흡수 입자는 원통형 막대를 포함할 수 있으며, 막대의 각 세로축은 1차 엑스레이 조사 방향을 따라 존재한다.
종래의 이중 에너지 밀도계 기반의 스캐닝 선형 검출기는 시간 소모적이고 낮은 해상도를 갖는다(예를 들어 평판 검출기에 의한 2D 이미지의 1/10 방사 및 500㎛ 해상도에서). 도 6의 구성을 이용하여, 빔 흡수 입자가 예를 들어 검출기와 평행한 xy 치수로 50-500um로 설정되고 발생기에서 나오는 엑스레이를 완전히 감쇠시킬 만큼 충분한 두께를 가질 경우, 엑스레이 소스와 피사체 사이에 판을 배치할 수 있다. 이러한 입자가 방사선을 감소시킬 수 있을 만큼 높은 밀도로 설계되어 엑스레이 측정을 위해 500um 해상도를 달성하기에 충분한 경우, 실시간 저 방사선 농도계를 얻을 수 있다. 또한, 에너지 필터는 이중 또는 다중 에너지 측정의 속도를 높이기 위해 엑스레이 투과 영역에 사용될 수 있다. 다른 조직 유형 및 컴포넌트 유형의 골밀도 및/또는 밀도를 측정할 수 있다. 대안으로, 도 3, 도 2 및 도 1b에서와 같은 콜리메이터 또는 빔 선택기 판은 엑스레이 소스와 피사체 사이에 배치될 수 있다. 또한, 빔 선택기 판의 구멍을 통해 투과된 1차 엑스레이는 에너지 필터, 예를 들어 k-에지 코딩 필터에 의해 필터링 될 수 있다.
빔 흡수 입자 판, 또는 구멍 또는 빔 선택기가 있는 콜리메이터는 각각 컴포넌트의 추적 및 모니터링에 사용될 수 있다. 단, 컴포넌트는 이러한 하드웨어 요소 각각에 의해 달성 가능한 해상도로 특성화될 수 있다.
고해상도 이미징 목적으로, 고해상도 1차 엑스레이 이미징에 필요한 산란 제거를 달성하기 위한 빔 흡수 입자의 최소 밀도가 존재할 수 있다. 그 외에도 1차 엑스레이 이미징 측정 영역을 조정할 수 있다. 하나의 특정 이미지 측정에 대한 충분한 정보가 있는 이미지를 얻기 위해 1차 엑스레이 영역에서 몇 개의 픽셀을 선택할 수 있는지에 따라 샘플이 받을 방사선의 양과 이미지의 해상도가 결정될 수 있다. 2개 또는 3개 이상의 인접 픽셀 중 하나의 픽셀 또는 클러스터 된 픽셀 영역의 1차 엑스레이 신호는 1차 엑스레이를 차단하기 위해 더 조밀하거나 더 많은 수 또는 더 큰 불투명한 빔 흡수 입자 영역을 사용하여 수신될 수 있다. 결과 측정값은 1차 엑스레이가 도달하지 않는 동일 클러스터 영역의 인접 픽셀로 보간될 수 있다. 이러한 클러스터 된 픽셀 영역을 여러 개 포함하는 완전한 이미지는 상대적으로 높은 해상도의 1차 엑스레이 이미지뿐만 아니라 낮은 해상도를 생성할 수 있는 반면, 예를 들어 하드웨어에 의해 달성될 수 있는 가장 높은 해상도의 1차 엑스레이 이미지는 검출기의 해상도로 제한되지 않기 때문에 필요하지 않을 수 있다. 단일, 이중 또는 다중 에너지 방법을 사용하여 조직(예를 들어, 뼈, 마른 조직 또는 조영제 라벨링된 조직)과 같은 다양한 컴포넌트의 물질 분해 이미징 및 농도계를 동시에 달성할 수 있다. 빔 선택기 또는 콜리메이터, 또는 빔 흡수 입자 판은 특히 고해상도 이미징이 필요한 경우 바람직하게는 피사체와 검출기 사이에 배치될 수 있다.
대안으로, 타겟의 작은 영역의 이미지 또는 관심 영역에 포함된 컴포넌트의 이미지만 특정 애플리케이션에 필요로 할 수 있는 측정을 위해 관심 영역의 방사선을 제한하기 위해 빔 흡수 입자에 의해 더 큰 영역의 세그먼트가 차단될 수 있다. 이러한 구성은 빔 흡수 입자가 구형이고 그리고/또는 구형의 직경이 엑스레이의 완전한 감쇠를 보장하는 3D 이미징 또는 단층 촬영 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 엑스레이 방출 위치/ 엑스레이 소스가 이동함에 따라, 구는 임의의 방향 또는 각도에서 들어오는 엑스레이를 감쇠시킨다.
콜리메이터의 통상적인 사용에서, 팬 빔 엑스레이의 출력은 방출 면적 또는 각도를 제한하는 콜리메이터에 의해 조정될 수 있다. 이 경우, 빔 흡수 입자를 사용하여 동일한 결과를 얻을 수 있다. 선택적으로, 콜리메이터 및/또는 빔 흡수 입자 모두가 관심 영역에서 원하는 엑스레이 방출을 달성하기 위해 채택될 수 있다.
본 명세서에 개시된 이미징 방법은 예를 들어 질병이 있는 조직 영역을 찾기 위해 샘플에서 컴포넌트를 찾아 분석하는 데 사용할 수 있다. 따라서 낮은 방사선 레벨을 갖는 저해상도 이미지는 먼저 타겟 컴포넌트이 존재하는 것으로 알려진 관심 영역을 찾기 위해, 그리고/또는 타겟 컴포넌트를 검출하기 위해 더 조밀한 빔 흡수 입자를 사용하여 획득될 수 있다. 그런 다음 분석 목적을 위해 컴포넌트에 대한 자세한 데이터를 추가로 도출하기 위해 컴포넌트의 위치로만 샘플에 대한 방사를 제한하면서 컴포넌트의 고해상도 이미지를 측정할 수 있다.
본 명세서에 개시된 이미징 방법은, 예를 들어 콘트라스트 라벨링된 컴포넌트의 존재를 스캔하기 위해 관심 영역의 컴포넌트를 추적하는 데 사용될 수 있다. 관심 영역의 고해상도 측정값은 특히 컴포넌트가 작고 그리고/또는 농도가 낮은 경우 컴포넌트를 감지하고 위치를 파악하기 위해 획득될 수 있다. 컴포넌트의 선택된 영역에서 고해상도 및/또는 저해상도로 측정하는 한편 컴포넌트 외부의 영역, 한 영역 또는 여러 영역에서 저해상도로 측정하여 관심 영역의 컴포넌트를 위치결정, 추적, 분석 및/또는 모니터링함으로써, 컴포넌트는 추적된다.
산란 제거의 추가 예는 도 14를 참조하여 아래에 더욱 설명되어있다.
액세서리 하드웨어
본 명세서에 개시된 엑스레이 시스템은 미세 유체 칩 홀더 상의 미세 유체 칩 또는 테이블인 피사체 홀더, 또는 샘플 홀더를 포함할 수 있다. 미세 유체 칩 및/또는 그 홀더는 엑스레이에 투명할 수 있다.
일부 경우에, C 암 어셈블리와 같은 A 검출기 홀더는 호형 C 암으로 연결된 피사체의 한쪽 끝에는 엑스레이 소스, 그리고 반대편에는 검출기가 포함될 수 있다. 검출기는 선택적으로 홀더에 배치될 수 있고, 피사체의 홀더(존재할 경우), 및 엑스레이 소스의 포지셔너 또는 홀더(존재할 경우)와 독립적으로 움직이고 지지될 수 있다.
측정 및 이미지 데이터베이스
본 명세서에 개시된 장치는 본 명세서에 개시된 장치 및/또는 본 명세서에 개시된 이미징 방법을 사용하여 생성된 이미지를 저장하는 도 8에 도시 된 바와 같은 스토리지 및/또는 데이터베이스를 포함할 수 있다. 각 이미지, 또는 이미지 및/또는 데이터를 포함하는 데이터 세트는 시간 t=tO, tl, t2에서 시간 레이블과 연관될 수 있으며, 시간 단위는 초, 분, 시간, 월, 년, 또는 초 미만에서 년까지의 범위에 있을 수 있다. 이러한 시간 레이블은 이미지 또는 데이터가 획득되는 시간과 연관될 수 있다. 각 이미지 또는 데이터 세트는 동일한 시설에서 획득하거나 획득되지 않을 수 있다. 시간에 민감한 데이터베이스는 하나 이상의 위치, 시설, 또는 도 8의 위치 1, 2, 3과 같은 다른 이미징 사이트에 피사체의 이미지를 저장할 수 있으며, 이는 동일한 식별자 또는 관련 식별자를 가진 피사체와 관련된 또는 그 피사체 중 엑스레이 이미지 이외의 구조화되지 않은 그리고 구조화된 데이터와 연결될 수 있다. 이러한 데이터는 시간 t = tO, tl, t2 ...에서 시간 레이블로 레이블링 될 수 있다. 이러한 데이터베이스는 데이터 및/또는 이미지로부터 추출된 사실 및/또는 특정 시간과 연관된 사실과 관련된 구조화 및 구조화되지 않은 데이터를 포함할 수 있다. 이러한 시스템은 시간 초과된 피사체의 동일한 관심 영역의 이미지를 추적하고 모니터링할 수 있다.
본 명세서에 개시된 장치는 예를 들어 물질 분해 후에 시간에 민감한 산란 제거된 엑스레이 이미지 및 이들의 후 처리된 이미지를 생성할 수 있다. 이러한 이미지는 일반적으로 이미지를 촬영한 시간인 시간 지정자로 라벨링될 수 있다. 피사체의 공간적 및/또는 시간적으로 촬영된 이러한 이미지 및 관련 이미지 세트는 각 이미지 또는 이미지 세트에 대한 특정 시간과 관련되는 타임스탬프 및/또는 고유 식별자, 및 피사체와 관련된 식별자로 라벨링 될 수 있다. 이러한 데이터베이스에서 시간에 민감한 데이터를 포함하여 하나 이상의 사실이 추출될 수 있다.
전술한 라벨 및 데이터베이스 시스템은 커스텀(custom) DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine) 라벨을 포함하지만 이에 한정되지 않는 DICOM 라벨의 임의의 특징을 통합할 수 있다. 일부 예에서, 특정 시간 및 고유 식별자가 있는 이러한 라벨은 제 2 ID, 예를 들어 상대적으로 영구적인 피사체 (즉, 인간 환자)의 사회 보장 번호 또는 피사체에 의해 선택된 식별자로 만들어질 수 있다. 이러한 식별자는 난수와 통합되어 암호화를 생성할 수 있다. 식별자는 피사체와 관련된 하나의 사실 또는 피사체와 관련된 두 개 이상의 사실의 한 세트일 수 있다. 식별자는 피사체에 대한 제 2 사실 또는 제 2 키이거나 피사체에 할당되거나 피사체에 의해 선택된 두 개 이상의 사실 또는 번호 세트일 수 있으므로, 제 1 식별자 또는 제 1 식별자 세트는 공개되지 않을 수 있고, 피사체의 이미지 또는 피사체의 이미지 세트에 액세스할 때 숨겨질 수 있다. 제 2 키 또는 제 2 식별자는 제 2 식별자를 사용하는 추가 보안 조치를 포함할 수 있으며, 이는 개인 정보에 액세스하지 않고도 특정 피사체의 이미지를 검색하고 그리고/또는 이미지의 연속성을 연결할 수 있다. 제 2 식별자는 물리적 키와 같은 번호 또는 액세스 방법, 또는 휴대폰과 같은 장치일 수 있다.
데이터베이스는 피사체의 개인 정보를 포함하지 않고 피사체에 할당되거나 피사체에 의해 선택되거나 피사체와 관련된 키(예: 미국에서 사회 보장 번호가 될 수 있는 피사체에 대한 고유 식별자)를 포함할 수 있다. 피사체 및/또는 지정된 엔티티는 액세스 권한을 확인하거나 추가로 검증하기 위해 액세스할 수 있다. 액세스 보안을 높이기 위해 서로 다른 제 2 식별자 조합이 함께 사용될 수 있다. 데이터베이스에는 피사체와 관련된 일부 또는 전체 개인 정보가 포함될 수 있다. 개인 정보가 없거나 일부 개인 정보가 없는 경우에는 시간 경과에 따라 이미지 데이터 및 기타 피사체와 관련된 데이터의 연속성을 보장하기 위해 암호화, 접근 또는 추적 방법을 사용한다. 다음 방법중 하나 이상을 사용할 수 있다(예: 제 2 키; 원격 및/또는 현장의 제 2 액세스 장치; 및/또는 동일한 장치로부터의 제 2 액세스 컴포넌트;와 난수의 혼합과 같은 방법). 제 2 키는 사회 보장 번호와 같이 장기적이고 변경되지 않는 특성일 수 있다. 제 2 액세스 장치는 물리적인 키 또는 무선 또는 유선 장치가 현장에서 사용될 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 데이터베이스에 대한 인터넷 또는 인트라넷 통신이 있는 경우 장치를 원격으로 사용할 수 있다.
따라서 데이터베이스 시스템은 피사체에 대해 시간이 지남에 따라 이미지 데이터를 연속적으로 및/또는 간헐적으로 연결, 검색 및/또는 저장할 수 있다. 예를 들어, 환자의 질병 또는 건강 상태를 진단, 치료 및/또는 치료 후의 모니터링을 하기 위해, 이러한 시스템은 시간이 지남에 따라 환자의 이미지에 액세스하고 평가할 수 있게 한다.
본 명세서에 개시된 장치는 다음과 같은 소프트웨어 및/또는 알고리즘 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 동일한 엑스레이 빔 투영 경로에서 전방 검출기 및 후방 검출기 상의 이미징 신호 상관; 단일 에너지에서 산란 제거 이미지 처리; 및/또는 2개 이상의 에너지 레벨로 산란 제거.
개량 키트
개장 키트는 기존의 엑스레이 이미징 시스템을 수정하고 그리고/또는 본 명세서에 개시된 시스템을 보강하기 위해 사용될 수 있다. 키트에는 다음과 같은 하나 이상의 하드웨어 및/또는 소프트웨어가 포함될 수 있다.
· 콜리메이터 및 빔 선택기를 위한 엑스레이 소스, 검출기 또는 모션 컨트롤러의 여러 공급 업체의 하드웨어 제어를 통합하는 소프트웨어.
· 기존 하드웨어 세트와 기존 소프트웨어 세트를 통합하는 데 사용되는 방법에 대한 사용 설명서. 또는 하나 이상의 하드웨어 또는 소프트웨어 항목, 추가로 또는 제공된 개조에서 제공되는 하나 이상의 하드웨어 또는 소프트웨어 항목을 포함한 기존 방법을 사용하기 위한 사용 설명서.
· 이미지 처리를 위해 위에서 설명한 소프트웨어
· 기존 방사선 촬영 시스템을 엑스레이 소스 및 검출기로 개조하기 위한 도 6 및 도 7에 설명된 적어도 하나의 하드웨어 빔 흡수기 입자 판.
· 도 1-3에 설명된 빔 흡수 콜리메이터 또는 검출기 및 빔 흡수 콜리메이터, 또는 엑스레이 소스 및 검출기를 갖는 기존 방사선 촬영 시스템을 개조하기 위해 도 6의 105와 같은 빔 흡수 입자 판. 이러한 개조 시스템은 또한 산란 제거를 위해 측정된 데이터를 이미지 처리하는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 엑스레이 소스, 검출기 또는 검출기 어셈블리와 같은 개량 키트에 제공된 하드웨어를, C-암 또는 포지셔닝을 위한 방사선과 같은 기존 하드웨어에 통합하기 위해 통합 하드웨어가 포함될 수 있다.
· 여기에 설명된 하드웨어 및 소프트웨어는 다음 모달리티 및 방법중 하나 이상에서 측정을 위해 사용되거나 변화될 수 있다: K-에지 이미징 및 이중 및 다중 에너지(대안으로, 스펙트럼 이미징이라 함), 유동 동적, 유체 관련, 흐름 방향, 동적 움직임, 시간 마커의 특성, 해부학적 마커, 고스트 이미징, 간섭계, 위상차, 암시야, 엑스레이 회절, 엑스레이 형광 통합, 다중 광자 엑스레이, 엑스레이 산란, 엑스레이 분광 및/또는 모든 엑스레이 검출 가능한 조영제 및 에너지 장치 유도 측정 및 정량화. · 본 명세서에 설명된 시스템에서 사용되는 하드웨어 및 소프트웨어 항목 및 방법 중 적어도 하나, 예를 들어, 검출기, 빔 입자 흡수기, 빔 선택기, 콜리메이터, 이미징 처리용 소프트웨어.
·정형외과 이미징, 유방, 폐, 임의의 체내 이미징 디스플레이 또는 시험 관내 또는 체외와 같이 사용자에게 필요한 애플리케이션을 디스플레이하는 기능을 포함하고, 밀도 정보, 두께 또는 재료 분해 및 기타 측정된 정량화 가능한 매개변수를 디스플레이하는 보기 또는 디스플레이 소프트웨어. 뷰어는 컴포넌트의 추적, 피사체의 식별, 또는 관심 영역 내의 컴포넌트 동적 특성, 엑스레이 이미징 또는 다른 이미징 모달리티(MRI, PET, SPECT 또는 광학 측정 및/또는 다른 에너지 또는 전기 또는 화학을 기반으로 한 측정)와 결합된 엑스레이 이미징을 기반으로 관심 영역 내의 유체의 동적 및 흐름 방향 정보를 포함할 수 있는 시간 정보를 기록 및/또는 디스플레이할 수 있다.
·밀도 측정 및 정량 분석 정보를 디스플레이 할 수 있는 사용자용 데이터 분석 소프트웨어.
·정량적 포인트, 작은 2D 영역, 1D, 3D-6D 다차원 이미징 분석, 단일 에너지, 이중 에너지 및 다중 에너지의 물질 분해 분석, K-에지 측정 분석, 위상차 이미징 분석, 일관되고, 일관되면서 부분적으로 일관되거나, 또는 일관되지 않은 엑스레이 이미징, 및/또는 다른 이미징 양식 및 분석 방법의 측정 데이터를 포함하여 인터넷 및 인트라넷을 통해 동일한 컴퓨터에서 다른 소스의 다른 정형 및 비정형 데이터 유형과 통합하기 위해 필요한 데이터 출력, 딥머신러닝에 사용되는 데이터 출력, 다차원 단층 촬영에 필요한 데이터 출력을 위해, 관심 영역의 컴포넌트 또는 피사체의 식별, 컴포넌트 또는 피사체의 특성, 원자 번호를 결정하는 것을 포함하는 기타 정량 분석 작업을 위해 사용된 데이터 출력용 소프트웨어. 통합에는 시뮬레이션 및 측정된 속성, 구조화되지 않은 데이터 및/또는 구조화된 데이터를 하나 이상의 컴포넌트, 및/또는 피사체 및 유사한 유형의 컴포넌트 및 피사체에 대한 하나 이상의 데이터 매트릭스를 기반으로 도출한 사실이 포함될 수도 있다.
· 정량 분석 및 관련 디스플레이를 위한 동일 유형의 샘플, 동일 컴포넌트, 동일 피사체, 또는 동일 관심 영역에 대해 그러한 문서에서 도출된 사실, 또는 다른 구조화 및/또는 구조화되지 않은 문서와의 통합 소프트웨어. ·동일한 샘플의 분석 및 측정 데이터를 위해 측정 및 정량화된 데이터 및 분석 결과를 기반으로 하는 이미지, 구조화되지 않은 그리고/또는 구조화된 문서를 장치들 사이에 인터넷을 통해 전송하고, ECG 게이트 심장 움직임 및/또는 하나 이상의 샘플에서 사실 도출(진단 및 행동 특성화)을 기반으로 한 측정과 같은 게이트 움직임 모니터링, 특정 주파수에서 추출된 측정값 및 다른 시간 관련 파라미터[지 진심 파(SCG) 신호 기능]를 추적한다. 예를 들어, 하나 이상의 사실을 도출하거나 피사체를 원격으로 시각화하고 모니터링하기 위해 다양한 환자의 데이터 및/또는 다양한 모달리티를 측정한 동일 환자가 분석될 수 있다.
· 단일 에너지, 이중 에너지, 스펙트럼 CT, PET, SPET, MRI를 포함하는 CT를 위해 개발된 알고리즘을 사용하는 것과 같이 엑스레이 이미징에 의해 식별 가능한 영역인 조영제의 정량화 및 시각화에 사용하기 위한 화학, 및/또는 자기 입자 기반 이미징 및 광 음향 및 광학 이미징 및 분광기.
· 관심 영역에서 에너지 또는 화학적으로 온도 변조된 컴포넌트를 정량화, 식별, 구별 및 특성화하는 것을 포함하는 작업을 수행하기 위한 알고리즘, 하드웨어 및 화학적 성질. 화학적 조절은 pH 또는 효소 기능(특정 조영제 접합 리간드에 결합할 수 있는 고친화성 에피토프를 갖는 특정 단백질 분자를 분해하고 형성하기 위한 프로테아제 또는 촉매 기능)을 지칭한다. 작업은 시간에 민감하거나 반복적 일수 있으며, 시간 및 방사선 레벨 고려 사항에 대한 각 모달리티의 제한이 극복되는 경우 CT 및 잠재적으로 CT, SPECT, PET, MRI, 광학 및 음향 방법에 적용할 수 있는 작업을 포함한다. 예를 들어, 내인성 분자 또는 이온 기반 조영제를 추적하거나, 초고속 엑스레이 또는 초고속 레이저에 이르기까지 짧은 시간 차이에 하나 이상의 컴포넌트 및 분자 상호작용의 동역학의 동적 흐름 및 이동을 추적하면 사용된 검출기(예: 포토카운팅 검출기, PMT 및 포토다이오드, 엑스레이 또는 엑스레이 섬광 가시광선에 민감한 1D 또는 2D 검출기))의 설계 또는 속도에서 허용하는 한 피코 또는 펨토초 단위로 측정할 수 있다. 정량화 및 분석에는 특히 CT, PET 또는 MRI 또는 광학 방법에 적용 가능한 딥 머신 러닝 인공 지능 사용이 포함될 수 있다.
· 엑스레이를 가시광으로 변환하기 위해 신틸레이터 스크린을 추가하는 것과 같이, 나노 미터 범위까지 매우 높은 해상도에서 정량적 측정을 위해 가시광 광학계를 사용하는 현재의 엑스레이 현미경 검사 방법을 적용한다. 기존의 엑스레이 광학 장치와 엑스레이 현미경으로 알려진 가시광선 광학 장치를 선택적으로 추가하여 시료 측정의 성능과 해상도를 더욱 높일 수 있다.
· 측정된 데이터의 저장, 사용, 전송을 위한 사이버 보안 기능을 가진 소프트웨어.
· 휴대용 하드웨어 어셈블리는 휴대용 엑스레이 소스, 실드, 케이스, 및 운반할 액세서리 또는 이동할 하드웨어 또는 보관할 케이스를 포함한다.
· 하나 이상의 에너지 레벨의 엑스레이 소스.
· 싱크로트론, 유사 싱크로트론, 또는 엑스레이 소스 유사 선형 가속기.
· 하나 이상의 에너지 레벨의 냉 음극 엑스레이 소스.
· 예를 들어, 도 15a에 도시된 바와 같은 솔레노이드 코일 기반 편향 장치 또는 자기 판과 같은 자기 메커니즘을 사용하여 내장형 전자빔 편향기를 가질 수 있는 냉 음극 나노 튜브 또는 나노 와이어 기반의 유형을 포함하는 엑스레이 소스. 이러한 자기 메커니즘은 나노 튜브 기반의 엑스레이 소스를 조정하는 데 제한되지 않고, 엑스레이 방사선 또는 나노 튜브 소스를 생성하기 위해 다양한 유형의 엑스레이 소스에서 모든 전자빔을 조정하는 데 유용 할 수 있다, 여기서 다양한 나노 튜브 영역은 전자빔을 생성하거나 상이한 공간 위치에서 엑스레이 빔을 생성하기 위해 전자빔을 조향하기 위해 활성화 또는 비활성화될 수 있다. 예를 들어, 이러한 유형의 나노 튜브 소스 방출 위치는 전자빔의 생성을 위한 전계 방출기 영역 또는 각 전계 방출기의 영역을 비활성화 또는 활성화함으로써 조정되거나 이동될 수 있다. 엑스레이 방출 위치, 또는 픽셀화 된 엑스레이 소스와 같은 다중 엑스레이 방출 위치를 갖는 엑스레이 소스의 이동은 본 개시에서 설명된 다차원 엑스레이 이미징 및 3D 이미징에 사용될 수 있다.
· PMT 기반 음극, 냉 음극의 타입을 포함하는 광 기반 엑스레이 소스(그것들 중 일부는 내장된 광 빔 위치 조정 메커니즘, 예를 들어 광 빔 조정 또는 광전자 증배관 위치 이동 메커니즘을 갖는다).
· 전자빔 위치 조정 메커니즘(예를 들어 광빔 조정 또는 광전자 증배관 위치 이동 메커니즘)이 내장된 탄소 나노 튜브 및 냉 음극을 갖는 타입을 포함하는 비행 시간 엑스레이 소스.
· 선형 가속 엑스레이 소스, 각 개별 영역에 대해 타겟에서 감소 된 방사선을 사용하는 매번 다른 방사선 경로. · 냉 음극을 갖는 타입을 포함하는 금속 액체 양극 엑스레이 소스.
· 측정된 데이터로부터 산란 엑스레이의 보간.
· 엑스레이 얇은 빔 조명 방법을 위한 산란 엑스레이의 보간.
· 선형, 입방체, 코사인 및/또는 방사형 그리드를 포함하는 측정된 데이터로부터 산란 엑스레이의 보간.
· nm 미만, nm, um, mm 또는 cm 범위에서 다양한 치수의 엑스레이 얇은 빔의 다양한 공간 밀도 분포를 갖는 구조화된 조명.
· 매번 수행되는 측정에서 각 빔 크기를 갖는 구조화된 조명은 공간적으로 다르게 분포된 하나 이상의 빔으로부터 변할 수 있다.
· 본 명세서에 개시된 구조화된 조명 방법에 사용되는 하드웨어 항목.
· 1차 엑스레이를 추론하기 위한 알고리즘, 소프트웨어, 구조적 조명 방법에서의 다양한 보간 방법.
· 분산된 투과 구멍이 있는 하나의 빔 흡수기 콜리메이터, 또는 이러한 빔 흡수기 콜리메이터 스택, 또는 도 6에서와 같은 빔 흡수 입자 판(105)(X-ray 소스와 피사체 사이 또는 검출기와 피사체 사이에 배치될 수 있으며 다음의 장치를 포함함)을 사용하는 것을 포함하여, 하나의 검출기로 단일 샷에서 산란 제거 이미지 및/또는 물질 분해를 얻는 하드웨어 및 방법: 도 6에 도시된 바와 같은 서로 거리에 있어서 분산된 다수의 빔 흡수기 입자(각각의 흡수체는 다양한 형상 및 부피를 가질 수 있거나 서로 유사할 수 있고, 하나 이상의 구멍 또는 다양한 두께 또는 흡수 특성을 가질 수 있어 엑스레이가 특정 영역을 통과할 수 있다). 이러한 빔 흡수기는 특정 방향으로 향하면 엑스레이를 완전히 차단할 수 있다; 다른 방향으로 향할 때(예를 들어, 각도로 움직일 때) 전송을 허용할 수 있으며, 전송 레벨은 0-100 %로 가변될 수 있다. 공간에 있어서 적어도 하나의 축에 있는 이러한 장치의 위치는 이동될 수 있어, 다중 조명 또는 이미징이 발생할 때 1차 엑스레이가 차단되는 위치가 상이하다.
· 분산된 투과 구멍이 있는 하나의 빔 흡수기 콜리메이터, 또는 이러한 빔 흡수기 콜리메이터 스택, 또는 도 6에서와 같은 빔 흡수 입자 판(105)(X-ray 소스와 피사체 사이 또는 검출기와 피사체 사이에 배치될 수 있으며 다음의 장치를 포함함)을 사용하는 것을 포함하여, 하나의 검출기에 의해 두 이미지로 물질 분해 및/또는 산란 제거 이미지를 얻는 하드웨어 및 방법: 도 6에 도시된 바와 같은 서로 거리에 있어서 분산된 다수의 빔 흡수기 입자(각각의 흡수체는 다양한 형상 및 부피를 가질 수 있거나 서로 유사할 수 있고, 하나 이상의 구멍 또는 다양한 두께 또는 흡수 특성을 가질 수 있어 엑스레이가 특정 영역을 통과할 수 있다). 이러한 빔 흡수기는 특정 방향으로 향하면 엑스레이를 완전히 차단할 수 있다; 다른 방향으로 향할 때(예를 들어, 각도로 움직일 때) 전송을 허용할 수 있으며, 전송 레벨은 0-100 %로 가변될 수 있다. 공간에 있어서 적어도 하나의 축에 있는 이러한 장치의 위치는 이동될 수 있어, 다중 조명 또는 이미징이 발생할 때 1차 엑스레이가 차단되는 위치가 상이하다. 각각의 하드웨어는 제 1 이미지로부터 고해상도 산란 신호를 도출하는 데 사용될 수 있고, 제 2 고해상도 이미지는 제 1 이미지에서 고해상도 산란 이미지를 뺀 후에 고해상도 1차 이미지를 생성하기 위해 촬영될 수 있다.
· 이동 또는 회전은 미세 입자 사이의 상대 위치가 고정될 수 있는 경우 전체 입자 장치를 이동시키기 위한 기계적 또는 에너지 기반일 수 있다.
· 마이크로 입자의 각 단위의 상대적 위치는 액추에이터와 같은 기계적 방법(예를 들어, MEM과 같은 장치 또는 초음파 또는 레이저와 같은 에너지 기반의 기계적 방법) 또는 전압 또는 자기력과 같은 전기적 방법에 의해 적어도 1차원으로 이동할 수 있다.
· 빔 흡수 입자 사이의 매질은 액체 또는 공기, 또는 폴리머, 베룰륨과 같은 반투명 재료, 예를 들어 판과 같은 구조일 수 있다.
· 액정 장치, 각각의 액정 셀은 위치 측면에서 변조될 수 있는 엑스레이 흡수체를 구비한다.
· 엑스레이가 엑스레이를 투과하거나 엑스레이에 불투명하게 되도록 변조될 수 있는 크리스탈 유닛(unit).
· 각 입자는 엑스레이 빔을 차단하거나 1차 엑스레이가 검출기에 도달하는 것을 방지하여, 적어도 하나의 픽셀 또는 전체적으로 산란 엑스레이 신호 또는 빛 또는 전기 신호로 구성될 둘 이상의 픽셀이 산란된 엑스레이 신호로 인해 발생할 수 있다. 이러한 픽셀은 nm 범위 또는 0.01 nm -10 mm 범위와 같이 작은 크기를 가질 수 있다. 엑스레이 신호를 섬광화하여 이미징을 위해 가시광선으로 변환할 수 있다.
· 산란 측정, 보간된 이미지 및 1차 이미지는 고해상도 산란 이미지의 도출에 사용될 수 있으며, 따라서 빔 흡수 입자가 제자리에 없는 상태에서 제 2 이미지가 촬영되는 경우 동일한 샘플의 고해상도 1차 이미지가 사용될 수 있다. 즉, 이러한 빔 선택기는 방해되지 않도록 완전히 이동한다.
· 동일한 영역의 샘플에서 동일한 이미지를 촬영해야 하는 애플리케이션에서, 빔 흡수 입자는 다른 위치로 약간 이동될 수 있으며, 제 1 이미지에서 차단된 1차 이미지는 샘플에서 동일한 관심 영역 이후에 촬영된 하나 이상의 이미지의 추출 된 데이터로부터 도출될 수 있다.
2D 엑스레이 이미징 시스템 또는 그 컴포넌트(하드웨어 및/또는 소프트웨어) 또는 이를 사용하는 방법 또는 위에서 설명한 개조 키트는 PPU(pay per use) 방법을 사용하여 제공될 수 있다. 예를 들어, 사용은 다음 동작 중 하나 이상으로 정의될 수 있다: 한 환자 또는 한 피사체의 하나 이상의 이미지 촬영, 또는 측정된 엑스레이 이미지에서 도출된 하나 이상의 이미지 출력, 또는 분석 결과로부터 하나 이상의 사실을 추출하는 것 또는 하나 이상의 진단 또는 치료 절차에 대한 데이터 제공
대안으로, 요금은 등가 시스템의 소매 가격의 일부로 계산될 수 있다. 2D 엑스레이 이미징 시스템 또는 그 컴포넌트(하드웨어 및/또는 소프트웨어) 또는 이를 사용하는 방법, 또는 위에서 설명한 개조 키트는 무료로 제공될 수 있다.
2D 엑스레이 방사선 촬영을 엑스레이 현미경 및/또는 스펙트럼 엑스레이 측정 및/또는 스펙트럼 엑스레이 흡수 측정기 및/또는 시간 민감성 및/또는 높은 공간 해상도 및/또는 고 스펙트럼 해상도 검출기와 결합하는 예 - 하이브리드 정량 엑스레이 시스템.
본 개시에서, 산란 제거 방법은 3D 이미지 및/또는 정량 분석을 생성하기 위해 현미경 및/또는 흡수 측정기와 엑스레이 방사선 촬영 기술을 결합하는 데 도움이 될 수 있다.
통상적으로, 3D 엑스레이 현미경을 사용하여 피사체의 3D 이미지를 재구성하려면 일반적으로 180°에서 전체 피사체의 여러 이미지를 촬영해야 한다. 고해상도 및 정량 측정을 달성하는 데 필요한 하드웨어를 회전할 필요가 있기 때문에, 3D CT 및 3D 현미경 장치는 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 부피도 크다. 3D 현미경 시스템은 일반적으로 특히 병원, 연구소, 수술 센터 또는 이동식 진단 및 수술 스테이션 외부에서 휴대하기에는 적합하지 않다. 피사체는 회전형 CT 기반 시스템에서 상대적으로 높은 선량의 방사선을 수신한다. 다중 빔 2D 이미징은 더 넓은 영역을 커버하기 위해 이미징 시야와 속도를 확장할 수 있지만, 엑스레이 현미경에서 3D 이미징을 달성하기 위해서는 피사체 주위의 회전 운동 또는 피사체의 회전이 여전히 필요하다. 역 기하학 CT 단층 촬영 기반 기술은 피사체를 통과하기 전에 이러한 구멍을 통해 방출되는 스캐닝 엑스레이 소스와 결합된 구멍이 있는 2차원(2D) 콜리메이터를 사용해야 한다. 제 3 축의 결과로 생성 된 3D 이미지는 해상도가 충분하지 않을 수 있으며, 3D CT 스캐너에서 일반적으로 제공하는 기타 정량 정보뿐만 아니라 정확한 위치 정보를 포함한 정량 정보를 제공할 수 없다.
다중 엑스레이 빔의 신호가 개별적으로 측정되어 기록되는 경우, 피사체를 프로빙할 때 향상된 신호 대 잡음비(SNR)가 달성될 수 있다. 타겟 위치가 여러 평행 엑스레이 빔에 노출되는 동안 체계적으로 스캔 될 때(예: x 및 y 좌표에서), 엑스레이 빔이 피사체와 상호 작용하는 다양한 좌표에서 속성의 체계적인 "맵"은 동일 영역을 스캔하기 위해 단일 엑스레이 프로브를 사용할 때보다 훨씬 빠르게 생성될 수 있다. 6 차원으로 피사체에 대한 상대적인 엑스레이 방출 위치를 이동하고 그리고/또는 다양한 프로토콜에 따라 피사체를 스캔하여 더 빠른 단층 촬영 및 스펙트럼 측정 분석은 원뿔형 빔 형태의 방사된 1차 엑스레이 빔을 사용하여 달성할 수 있지만, 1차 엑스레이 빔의 각 빔은 인접한 1차 빔과 공간적 간격을 가질 수 있다. 간격은 검출기에서 감지된 한 픽셀 이상일 수 있다. 대안으로, 평행화된 엑스레이 빔을 생성하여 피사체를 비출 수 있다.
그러나, 전술한 다중 빔 시스템에서는 몇 가지 제한이 있다. 엑스레이가 피사체와 검출기에 도달하기 전에 기존 빔 마스크를 엑스레이 소스의 빔 경로에 배치해야 한다. 회전 또는 3축 방법이 여전히 3D 이미징에 사용되기 때문에, 이 다중 빔 방법을 활용하는 사용 및 샘플 레퍼토리는 3D 이미징에서 제한된다. 이 다중 빔 방법이 작동하려면 피사체가 필요한 엑스레이 현미경 샘플 치수를 충족하기 위해 얇아야 한다. 더욱이, 이러한 다중 빔 방법은 보다 상세하고 해상도가 높은 현미경 이미징을 위한 관심 영역을 찾기 위해 엑스레이 현미경 검출기의 상류에 있는 2D 검출기를 기반으로 하는 전체 영역 엑스레이 이미징과 결합되지 않는다.
선택적으로, 전체 영역 엑스레이 검출기보다 더 빠른 프레임 속도 및 더 높은 해상도를 갖는 검출기는 전체 영역 엑스레이 검출기의 하류에 배치될 수 있다(예, 광자 계수 검출기 및 PMT는 엑스레이 광학 장치를 사용하지 않고 엑스레이 현미경을 사용하여 선택된 관심 영역을 이미징한다).
엑스레이 스펙트럼 흡수 측정기 또는 엑스레이 스펙트럼 측정기는 또한 선택된 관심 영역에서의 높은 스펙트럼 해상도와 2D 및 3D 이미징을 위한 엑스레이 방사선 촬영 장치와 결합 될 수 있다. 일반적으로 엑스레이 흡수 측정은 이중 에너지 시스템을 사용하는 뼈의 밀도 측정으로 제한된다. 일반적으로 엑스레이 흡수 측정은 연조직과 다른 뼈 조직에 의한 엑스레이 흡수를 기반으로 뼈 밀도를 정량화하기 위해 척추를 스캔하는 선형 스캐너로 수행된다. 이러한 시스템은 애플리케이션이 제한적이며 시간이 많이 걸리고 달성 가능한 해상도에 제한이 있다. 피사체의 다양한 컴포넌트를 분석하기 위해 이중 에너지 흡수 측정기를 사용하는 체내 연구는 고유한 하드웨어 복잡성, 필요한 시간 및 제한된 해상도로 인해 여전히 널리 채택되지 않는다.
또한, 종래의 엑스레이 방사선 촬영은 각 애플리케이션에 대한 요구 사항이 다르기 때문에 엑스레이 소스의 제한으로 인해 엑스레이 현미경 또는 흡수 측정기와 쉽게 결합되지 않을 수 있다. 또한 산란 간섭은 전체 영역 엑스레이 이미징에서 정량 분석을 위한 정량화 가능한 1차 엑스레이 이미징 형성에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 엑스레이 전체 영역 이미징 및 엑스레이 현미경 시스템 모두에서 다차원 측정을 위한 회전 요구 사항은 엑스레이 현미경에서 달성된 고해상도 측정뿐만 아니라 고차원 정량 측정을 달성하기 위해 둘 다 결합하는 실용성을 제한할 수 있다. 예를 들어, 체내 측정, 엑스레이 현미경 또는 고해상도 스펙트럼 측정기 또는 고해상도 포토다이오드, 포인트, 1D 및 소형 2D 어레이 검출기는 단일 세포 또는 분자, 희귀 세포 또는 작은 세포 클러스터 및 분자 관련 이벤트 및 형태 및 존재를 나타낼 수 있으며, 반면에 전체 영역 엑스레이는 코로케이션(colocation) 및 샘플 분석을 위해 더 큰 차원의 정량적 측정 및 이미징을 커버할 수 있다.
본 명세서에 개시된 물질 분해 및 이미징 방법을 사용하여, 엑스레이 방사선 촬영을 위한 피사체의 관심 영역이 보다 상세한 스펙트럼 측정, 흡수 측정 및/또는 현미경 이미징 및 분석 및/또는 더 빠른 프레임 속도 이미징을 위해 도 1a의 4s에서와 같이 선택될 수 있다. 본 개시는 선택된 관심 영역(4s)을 조사하기 위해 하나 이상의 엑스레이 빔을 갖는 엑스레이 이미징, 측정 및 정량 분석 시스템을 제공한다. 시스템의 기능에는 2D 이중 또는 스펙트럼 이미징, 3D 전체 영역 엑스레이 이미징, 3D 전체 영역 및/또는 단일, 이중 에너지 또는 다중 에너지 이미징, 비 회전 2D 및 3D 엑스레이 현미경 및/또는 포인트, 1D, 2D 또는 3D 스펙트럼 흡수 측정기 또는 선택된 관심 영역(4s)의 스펙트럼 측정(예를 들어, 프로세서의 사용자 선택 또는 디지털 프로그램(13)은 2D 또는 다중 차원 또는 3D 차원의 전체 영역 이미징 및/또는 공간 이미징의 결과로서, 하나 이상의 기준에 따라 4s를 선택한다)이 포함될 수 있다. 시스템은 2D 엑스레이 현미경 또는 3D 엑스레이 현미경 또는 스펙트럼 흡수 측정기 또는 스펙트럼 엑스레이 측정을 가진 하나의 검출기 및/또는 다중 엑스레이 빔 구성을 사용하여 관심 영역 4의 전체 영역 시야 또는 선택한 관심 영역(4s)에서 산란 제거를 선택적으로 제공할 수 있다. 대안으로, 산란 제거는 현미경과 3D 현미경 어셈블리 사이에 빔 선택기 콜리메이터가 있는 이중 검출기를 사용할 수 있다. 이 시스템은 높은 스펙트럼 해상도 스펙트럼 측정기와 결합되거나 그리고/또는 엑스레이 현미경에 의한 이미징 또는 상세한 높은 공간 해상도 측정, 및/또는 높은 공간 해상도 검출기 및/또는 고속 스펙트럼 측정기 및 다중 차원 및 3D 측정 및 포인트, 1D-3D 및 4D 차원의 선택된 관심 영역(4s), 타겟 및 컴포넌트의 이미징과 결합 된 전체 영역 이미징의 하이브리드 시스템으로 간주 될 수 있다.
산란 제거는 본 명세서에 개시된 하이브리드 시스템에서 본 개시에 설명된 바와 같이 하드웨어 및 방법에 의해 달성될 수 있다.
관심 영역(4)은 하나 이상의 컴포넌트를 가질 수 있다. 각 컴포넌트는 다양한 컴포넌트, 복합 재료, 비균질 재료, 또는 균질 재료 및/또는 둘 이상의 재료 또는 다양한 원자 z 수 또는 엑스레이 측정 가능한 특성의 재료의 계면 영역일 수 있다.
본 명세서에 개시된 재료 분해 방법은 관심 영역에서 각 컴포넌트의 밀도, 두께, 조성, 엑스레이 측정 가능한 특성을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 대안으로, 스펙트럼 CT 및 이중 또는 다중, 또는 스펙트럼 엑스레이 이미징에 사용되는 기타 방법 및 알고리즘, 및 기저 기능 스펙트럼 엑스레이 이미징 방법, 또는 종래 기술의 방법도 사용될 수 있다.
하이브리드 시스템에서의 하드웨어 배치
하드웨어는 모든 엑스레이 측정 모듈이 피사체에 접근할 수 있는 각도로 배치된 위치에서 정적일 수 있으며, 여전히 관심 영역을 찾고 하나 이상의 소스로부터 컴포넌트 또는 컴포넌트들을 조사하는 기능을 유지한다. 하이브리드 시스템에서 선택된 관심 영역의 측정을 위한 하나 이상의 검출기 또는 관련 하드웨어는 피사체의 반대쪽에 전체 영역 평판 검출기의 하류에 배치될 수 있다. 전체 영역 검출기는 피사체에 가장 가깝게 배치될 수 있다. 하이브리드 시스템의 다른 하드웨어 및 기타 검출 모듈은 피사체 반대쪽에 다른 엑스레이 소스 또는 동일 엑스레이 소스를 사용하여 전체 영역 이미징을 위해 평판 검출기에 상대적인 각도로 배치될 수 있다.
대안으로, 평판 검출기는 다른 검출 모듈에서 가장 멀리 떨어져 있을 수 있다.
스펙트럼 흡수 측정기는 평판 엑스레이 검출기의 하류 또는 평판 엑스레이 검출기와 관련 하드웨어 및 타겟 사이의 상류에 배치될 수 있다. 대안으로, 평판 검출기를 제외하고 모든 하드웨어를 엑스레이 소스와 피사체 또는 피사체와 평판 검출기 사이의 위치 안팎으로 이동하거나 평판이 평판 검출기의 하류 또는 다른 위치로 이동한 후 평판 검출기 대신 이동할 수 있다.
단일 또는 스펙트럼 엑스레이 현미경 검사에 필요한 하드웨어는 콘덴서를 포함할 수 있다. 동일하거나 추가적인 엑스레이 소스 빔 구멍이 사용되는 경우, 엑스레이 소스 빔 구멍은 엑스레이 소스와 피사체 사이에 배치될 수 있다. 광자 계수기 및 실리콘 시프트 검출기와 에너지 민감 검출기를 포함하는 피사체 및 검출기 또는 검출기 모듈은 도 36a-b에 도시된 바와 같이 평판 검출기의 상류 또는 하류에 배치될 수 있다. 어떤 경우에는 하이브리드 시스템이 서로 대각선이 될 수 있으며 피사체가 그 중간에 있다.
도 12b 및 12c에 도시 된 바와 같이, 2D 또는 3D 전체 영역 엑스레이 이미징은 더 빠른 프레임 속도 및/또는 더 높은 스펙트럼 해상도 및/또는 더 많은 수의 에너지 민감 검출기 또는 검출기 셀(320)과 결합 될 수 있다. 이는 전체 영역 엑스레이 이미징 검출기(14)의 하류에, 피사체로부터 멀리 떨어지거나 또는 피사체와 전체 영역 엑스레이 이미징 검출기(14) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 전체 영역 엑스레이 이미징 검출기(14)보다 작은 고속 프레임 속도 2D 검출기 또는 포인트 검출기 또는 1D 선형 어레이를 사용하여, 더 정량적으로 분석될 선택 영역 또는 선택 컴포넌트 또는 선택 타겟에 대한 더 높은 프레임 속도, 더 높은 공간 해상도, 및/또는 더 높은 스펙트럼 해상도로 추가 정보를 캡처할 수 있다.
이러한 하이브리드 시스템 검출기(3)는 기계적으로 6D 공간에서 이동될 수 있거나, 또는 바람직하게는 예를 들어, 관심 영역에서 선택된 영역(들)(4s)을 통해 투영된 엑스레이를 측정하기 위해 공간적으로 자신을 동적으로 위치시키기 위해 검출기(14)에 평행한 x 및 y 평면으로 이동기에 의해 이동될 수 있다. 유사하게, 스펙트럼 측정기 또는 스펙트럼 흡수 측정기의 검출 모듈과 관련된 하드웨어, 또는 x 현미경내의 대물렌즈 및 검출기는 피사체 및 엑스레이 소스 반대편에 있는 전체 영역 검출기의 하류, 또는 피사체와 전체 영역 엑스레이 검출기 사이에 배치될 수 있으며, 엑스레이 현미경 시스템의 조명 모듈, 또는 콘덴서 및 빔 조리개는 피사체와 엑스레이 소스 사이에 배치될 수 있다.
또는, 예를 들어 11, 15의 하드웨어는, 전체 영역 엑스레이 검출기(14)가 이동기에 의해 엑스레이 빔의 시선 밖으로 이동될 수 있기 때문에, 전체 영역 엑스레이 검출기 대신에 이동기에 의해 이동될 수 있다. 선택적으로, 하이브리드 이미징 하드웨어 서브 모듈, 예를 들어 선택된 관심 영역(4s)의 상세한 분석을 위한 11 또는 15는, 예컨대, 원래 경로와 다른 각도에서 또는 다른 엑스레이 소스를 사용하여 4s를 조명하기 위해 엑스레이 광학 장치 또는 관련 어셈블리에 의해 조정되는 경우, 동일한 소스(12)와 함께 전체 영역 검출기(14)로부터 각도를 가지고 배치될 수 있다.
다중 에너지 엑스레이 소스 배치
본 개시의 엑스레이 시스템은 예를 들어, 피사체(2)와 관련하여 검출기(14)의 반대측 상의 상이한 공간 위치로부터 동일 관심 영역(R1)을 조명하기 위해 하나 이상의 엑스레이 소스를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 35a에 도시된 바와 같이 검출기의 영역은 각각의 엑스레이 소스에 대응하여 판독될 수 있다. 각 소스는 다른 소스와는 다른 하나 이상의 엑스레이 에너지 또는 파장을 생성할 수 있다. 2D 및 3D 이미지 모두 각 엑스레이 소스에 의해 생성된 측정을 기반으로 생성될 수 있다. 이는 다중 에너지 애플리케이션에 대한 측정 속도를 높일 수 있다.
또한, 더 많은 검출기가 도 35b에 도시 된 바와 같이 사용될 수 있어서, 2 개 이상의 검출기(24)가 대응하는 엑스레이 소스의 관심 영역(R1)으로부터 출력된 엑스레이를 수집한다.
엑스레이 소스
평판 엑스레이 검출기, 2D 검출기, 1D 검출기, 광 다이오드 및 광자 계수기, 또는 엑스레이 현미경 또는 엑스레이 스펙트럼 측정기 및 스펙트럼 흡수 측정기를 사용하는 엑스레이 전체 영역 이미징에 임의의 적절한 엑스레이 튜브가 사용될 수 있다. 다색 성질의 엑스레이 관을 사용할 수 있다. 엑스레이 흡수 측정이 다색 소스로 수행되고, 관심 영역의 하이브리드 시스템에서 세부 분석을 위한 선택된 영역이 전체 영역 엑스레이 이미징의 결과 또는 기준의 하나 또는 세트를 기반으로 한 사용자 또는 컴퓨터 입력에 의해 결정되는 경우, SNR은 다양한 파장에 대한 전체 영역 엑스레이 이미지와 비교할 수 있다. 다색 엑스레이 소스는 엑스레이 모노크로 메이터(monochromator) 또는 엑스레이 파장 또는 에너지 필터, 또는 폴리그라파이트로 만들어진 미러와 같은 엑스레이 광학을 사용하는 바와 같은 단색 소스로 변환될 수 있다. 마이크로 소스, 싱크로트론 소스 또는 싱크로트론 유사 또는 선형 가속기 기반 또는 유사 타입의 소스, 또는 레이저 컴프톤(Compton) 산란 소스가 사용될 수 있다. 예를 들어 열분해 흑연 미러와 같은 미러와 함께 사용되는 엑스레이 튜브는 원하는 에너지에 대한 브래그 각도를 정의하고 팬 빔 소스 역할을 하는 출구 슬릿을 포함할 수 있다. 나노 튜브 또는 나노 와이어 기반 엑스레이 소스도 사용할 수 있다.
엑스레이 마이크로 소스의 어레이를 생성하는 소스는 본 명세서에 개시된 것과 같은 구조화 된 조명을 위해 피사체에 이미징될 수 있다. 원래의 엑스레이 빔을 공간적으로 분할 할 수 있는 엑스레이 광학 장치, 크리스탈 또는 MEM 장치, 또는 굴절 격자는 공간적으로 분리되고 드물게 분포된 다중 얇은 빔을 생성할 수 있다. 대안 으로, 선택된 영역에서 엑스레이 빔을 선택적으로 전송하기 위한 구멍이 있는 회전 디스크가 마이크로 빔 발생기 역할을 할 수 있다. 전체 관심 영역에 있는 피사체의 최종 이미지는 스티칭(stitching)을 허용하는 방식으로 공간적으로 배열된 경우 얇은 빔에 의해 생성된 이미지로부터 모자이크 방식으로 함께 스티칭될 수 있다.
본 명세서에 개시된 엑스레이 시스템은 공간적으로 분해된 엑스레이 투과 분석을 수행할 수 있다. 입사 엑스레이 빔이 피사체를 향할 때, 엑스레이는 투영된 경로를 따라 전송될 수 있다. 입사 엑스레이 빔은 원추형 빔, 팬 빔 또는 포인트 빔일 수 있거나, 또는 엑스레이 얇은 빔의 어레이를 포함할 수 있다. 전송된 엑스레이는 공간 해상도 엑스레이 검출기로 측정될 수 있다.
본 명세서에 개시된 엑스레이 시스템은 또한 위상차 분석을 수행할 수 있다. 입사 엑스레이 빔이 두 개로 분할되어 피사체를 향하면, 엑스레이가 투영 경로를 따라 전송되고 하류에서 결합되어 검출기에 간섭 패턴을 형성할 수 있다.
본 명세서에 개시된 엑스레이 시스템은 위상차 정보 또는 공간적으로 분해된 엑스레이 회절 분석을 수행하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함할 수 있다. 입사 엑스레이 빔은 회절 된 엑스레이를 생성하기 위해 피사체를 향할 수 있다. 입사 엑스레이 빔은 얇은 빔이거나 엑스레이 얇은 빔의 어레이를 포함할 수 있다. 회절 된 엑스레이 및/또는 인터페로그램은 공간적으로 분해되는 엑스레이 검출기로 측정할 수 있다. 본 명세서에 개시된 엑스레이 시스템은 공간적으로 분해된 엑스레이 형광 분석을 수행할 수 있다. 엑스레이 여기 빔은 형광 엑스레이를 생성하기 위해 피사체로 향할 수 있으며, 여기서 엑스레이 여기 빔은 엑스레이 마이크로 빔의 평면 어레이를 포함한다. 개별 엑스레이 마이크로 빔은 각각 낮은 두 자릿수 마이크론보다 작은 직경을 가질 수 있다. 형광 엑스레이는 엑스레이 이미징 광학 시스템과 에너지 해상도 및 공간 해상도 엑스레이 검출기를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템으로 촬영될 수 있다. 엑스레이 이미징 광학 시스템은 피사체가 엑스레이 여기 빔에 의해 조명될 때 생성된 형광 엑스레이를 수집하여 피사체 평면이 엑스레이 이미징 광학 시스템의 필드 심도 내에서 마이크로 빔의 평면 어레이의 평면과 동일 평면이 되도록 배치될 수 있다. 에너지 분산 및 공간 해상도 엑스레이 검출기는 엑스레이 광학 이미징 시스템의 이미지 평면에 배치될 수 있다.
개시된 시스템의 엑스레이 소스는 피사체를 조명하기 위해 사용될 수 있고 "탈봇 간섭 패턴"이라고 하는, 공간에서 자기 복제 빔 세트를 생성하는 "빔 분할" 격자를 조명할 수 있다. 하나 이상의 빔 각각은 예를 들어 피사체의 표면에서 대략 낮은 두 자릿수 미크론 이하의 직경을 갖는 고해상도를 가질 수 있다. 피사체의 이미지를 생성하는 하나 이상의 얇은 빔 투영은 1차원 및/또는 2차원에서 고해상도를 가질 수 있다.
엑스레이 광학 어셈블리는 엑스레이 소스 측 및/또는 엑스레이 현미경 검출기 측에서 사용될 수 있다. 엑스레이 전체 영역 이미징 검출기가 현미경 방법과 함께 사용되는 경우, 엑스레이 광학 장치는 바람직하게는 엑스레이 현미경 검출기 측에 구현될 수 있다.
광학 어셈블리는 반사 표면의 적어도 일부가 포물선형 또는 타원형인 하나 이상의 광학 장치를 포함할 수 있다. 광학 장치는 선택적으로 반사 표면에서 포물선형일 수 있으며 그 뒤에 타원형 프로파일이 이어질 수 있다. 엑스레이 광학 어셈블리는 콜리메이팅 렌즈 또는 광학 장치, 및 초점 렌즈 또는 광학 장치를 포함하는 이중 포물선을 포함할 수 있다.
광학 어셈블리는 축 대칭 광학의 중심을 통해 전송된 엑스레이를 제거하기 위해 하나 이상의 중앙 빔 스토퍼를 포함할 수 있다. 광학 어셈블리는 당업자에게 공지된 임의의 적절한 엑스레이 광학 요소, 예를 들어 공 초점 광학(confocal optic)을 이용하는 질문 시스템을 포함할 수 있다. 광학장치는 광학의 측면을 통해 전송되는 1차 엑스레이(예를 들어, 1차 전송된 엑스레이 현미경 구성) 또는 반사되지 않지만 형광, 회절 및/또는 간섭계 구성에서 광학 측면을 통해 전송되는 엑스레이 이외의 빔 경로 엑스레이에서 엑스레이를 제거하기 위한 개구 요소를 포함할 수 있다. 엑스레이 광학 어셈블리는 하나 이상의 존 판(zone plate)을 포함할 수 있다.
엑스레이 광학 장치는 다중 엑스레이 입력 빔 시야를 수용하기 위한 더 큰 입력 시야각을 수용하기 위해 단일 빔 버전에 비해 더 넓은 시야를 가질 수 있다.
스펙트럼 측정기 또는 흡수 측정기 및/또는 현미경 구성
예
도 12a-12c는 전체 영역 엑스레이 이미징 검출기와 스펙트럼 흡수 측정기[11 (12A)] 또는 현미경[17(12B-12C)]의 예시적인 조합을 도시한다. 도 12a-12c의 엑스레이 시스템의 전체 보기 엑스레이 이미징 에스펙트는 도 1a 및 1b의 엑스레이 장치(10)의 임의의 특징을 가질수 있다. 도 13a-c는 하이브리드 구성을 기반으로 한 측정 및 분석 방법의 몇 가지 예를 도시한다.
엑스레이 흡수 측정기 또는 엑스레이 스펙트럼 측정기는 이중 다중 에너지 또는 파장, 또는 광대역 엑스레이를 사용하여 하나 이상의 컴포넌트를 포함하는 피사체를 교란하고, 엑스레이 흡수 또는 감쇠 또는 전송 특성 및 밀도 특성에 기초하여 재료 및 컴포넌트를 분석 및 식별한다. 이 기술은 예컨대, 에너지에 민감한 검출기, 광자 계수 검출기, 에너지 분산 격자와 공간적으로 민감한 검출기 또는 실리콘 드리프트 검출기를 결합한 엑스레이 광학 어셈블리 또는 PMT를 사용하여 다양한 엑스레이 에너지의 섭동, 또는 보다 구체적으로 피사체에 의한 1차 엑스레이 흡수를 측정한다. 이 기술은 여기에 설명된 3D 이미징과 결합되어, 재료의 3D 정량 분석 및 3D 및 6D 공간에서, 피사체 또는 피사체의 다른 재료 및 컴포넌트에 대해 시간에 맞춰, 이러한 재료의 위치 지정 및 위치 지정을 제공할 수 있다. 2D 스펙트럼 엑스레이 이미징 또는 3D 스펙트럼 엑스레이 이미징과 같이 더 넓은 영역의 이미징, 또는 뼈에 대한 이미징 에너지 및 소프트에 대한 이미징 에너지 및 일부 k-에지 에너지 레벨와 같이 스펙트럼 흡수 측정기에서, 일반적으로 여러 스펙트럼이 선택되는 스펙트럼 엑스레이 단층 촬영보다는 오히려, 복수의 서로 다른 이산적인 에너지 레벨이 피사체를 통해 연속적으로 스윕할 수 있거나, 또는 광대역 엑스레이 스펙트럼을 사용하여 피사체를 조명할 수 있다. 광자 계수기 또는 광자 검출기 또는 1D 또는 2D 검출기는 때로는 에너지 분산 격자와 결합 될 수 있다. 다중 채널 흡수 측정기 또는 스캐닝 엑스레이 흡수 측정기를 사용하여 더 넓은 시야를 확보하는 동시에 더 높은 감도를 유지할 수 있다. 달성된 스펙트럼 해상도는 0.01nm만큼 높을 수 있다.
더 넓은 시야를 달성하고 동시에 높은 감도를 유지하기 위해, 다중 채널 흡수 측정기, 또는 스캐닝 스펙트럼 엑스레이 측정 또는 스캐닝 엑스레이 흡수 측정기가 사용될 수 있다.
엑스레이 빔 크기를 제한하기 위해 다양한 장치 및 방법이 사용될 수 있으므로 관심 영역에 대한 기술의 흡수율 및 감도의 방사선 레벨이 제한된다. 관심 영역의 3D 특성은 사용하도록 선택된 검출기가 훨씬 더 높은 감도를 가질 때 더 쉽게 드러나고 검출될 수 있다. 3D 이미징은 흡수 측정 데이터와 관심 영역의 3D 상관에 사용할 수 있다. 예를 들어, 빔 크기 조정 요소는 조리개, 고정 또는 조정 가능하거나 하나 이상의 엑스레이 흡수 재료에 기반한 빔 선택 기일 수 있다. 엑스레이 소스에서 엑스레이 빔을 생성하는 데 사용되는 전자빔에 대한 선택된 타겟 영역의 조정 가능한 위치 또는 속성은 좁은 빔 크기의 엑스레이를 생성하는 데 사용될 수 있다. 일부 경우, 방출된 엑스레이 소스의 하류에 있는 MEM 장치 또는 변조된 크리스탈과 같은 조정 가능한 엑스레이 변조기를 사용하여 피사체의 선택된 관심 영역만 조명하도록 시야를 제한할 수 있다.
도 12a에 도시 된 바와 같이, 시스템은 엑스레이 소스(12), 피사체(2), 전체 영역 엑스레이 검출기(14) 및 흡수 측정 어셈블리(11)를 포함할 수 있다. 엑스레이 소스(12)는 관심 피사체를 관통하는 다색 또는 단색 엑스레이를 생성하는 모든 유형의 소스일 수 있다. 검출기(14)는 선택적으로 에너지 민감형일 수 있다. 전체 영역 엑스레이 검출기(14)는 더 큰 시야 이미징을 제공하기 위해 피사체(2)와 스펙트럼 흡수 측정 광학 장치 사이에 배치될 수 있다. 관심 영역(4)은 스펙트럼 흡수 측정 분석을 위해 선택될 수 있다. 검출기(14)는 또한 스펙트럼 흡수 측정 중에 교체되거나 제거될 수 있다. 흡수되지 않은 엑스레이는 전체 영역 엑스레이 검출기가 제거되지 않은 경우, 전체 영역 엑스레이 검출기를 통과한다. 선택적으로, 전체 영역 엑스레이 검출기 및 엑스레이 광학 장치는 엑스레이 흡수 측정 중에 교체되거나 교체되지 않을 수 있다. 이는 이미지 처리 중에 이러한 하드웨어와 관련된 간섭 신호를 추출할 수 있도록 측정 전에 캘리브레이션 단계를 수행할 수 있기 때문이다.
엑스레이 빔(30)은 관심 영역(4)을 통과 할 수 있고, 크리스탈 또는 회절 격자 또는 에너지 분산 격자와 같은 요소를 포함할 수 있는 회절 요소(340)에 도달하기 전에 선택적으로 전체 엑스레이 영역 검출기(14)를 통과할 수 있다. 회절 요소(340)는 엑스레이 빔을 상이한 에너지 및/또는 파장의 다중 엑스레이 빔(341)으로 분할 및 회절할 수 있다. 특정 엑스레이 광학 장치(330)는 예를 들어, 피사체(2)와 회절 요소(340) 사이의 빔 경로에 배치되어 엑스레이 빔(341)을 선호하는 방향으로 조작하고, 초점을 맞추고 또는 조향하여 회절 요소(340)에 의해 에너지를 분산시킬 수 있다. 회절 요소(340)는 각각의 에너지 레벨 또는 파장이 다른 공간 위치에 도달하고 측정을 위해 검출기(345)로 향한다. 검출기(345)는 공간적으로 민감한 검출기일 수 있다. 광학 장치(330)는 망원경 렌즈일 수 있으며, 이는 더 작은 빔 크기로 엑스레이 팬 빔을 더욱 줄일 수 있다. 대안으로, 광학 장치(330)는 피사체로부터 나오는 1차 엑스레이를 수집하고 출력 엑스레이 치수를 더 작은 영역에 집중시키거나 초점을 맞출 수 있으며, 이는 에너지 분산 격자 및 하류 검출기에 의해 추가로 처리될 수 있다. 유리하게는, 움직이는 부분이 없을 수 있다. 선택한 지역을 실시간으로 측정할 수 있다.
개구와 같은 빔 스토퍼는 관심 측정에 유용하지 않은 엑스레이 또는 다양한 소스의 엑스레이 간섭을 차단하는데 사용될 수 있다. 대안으로, 격자 요소(340)는 투과성일 수 있고, 다양한 에너지 레벨 또는 이산 파장의 엑스레이 빔(341) 상에 색채적으로 엑스레이를 분산시킬 수 있다.
흡수 측정 어셈블리는 스펙트럼 민감성 검출기(345)[예: 실리콘 드리프트 검출기, 실리콘 리튬 검출기, 또는 회절 크리스탈 또는 합성 다층과 같은 엑스레이 파장 분산 컴포넌트 및 광 다이오드, 광자 계수 검출기와 같은 엑스레이 민감 측정 요소의 선형 어레이와 조합하여 사용되는 임의의 유형의 엑스레이 검출기 또는 검출기 어셈블리]를 포함하거나, 또는 모든 유형의 엑스레이 감지 카메라 또는 에너지 계수 검출기 또는 광 배율기 관(엑스레이 신호를 가시 광자 신호로 변환하기위한 신틸레이터 업스트림)일 수 있다. 공간적으로 민감한 검출기(345)는 엑스레이 빔(341)을 측정할 수 있다. 검출기(345)의 각 영역 또는 각 픽셀 위치는 특정 에너지 레벨 또는 파장 레벨에서 신호를 수집한다. 따라서, 공간 위치 감지 엑스레이 검출기(345)는 각각의 이산적인 에너지 레벨의 엑스레이로부터 신호를 측정하는 데 사용될 수 있다. 관심있는 공간 영역의 추가 개선을 위해 조리개를 사용할 수 있다.
대안으로, 관심 영역으로부터 하류의 흡수 측정 어셈블리는 엑스레이를 격자 시스템으로 향하게 하는 구형 미러를 포함할 수 있으며, 이는 엑스레이를 색채적으로 그리고 공간적으로 민감한 검출기 상에 분산시킬 수 있다. 선택적으로, 하나의 채널 또는 다중 채널을 가진 엑스레이 분광기 모듈은 다양한 이산적인 파장에서 고해상도 엑스레이 측정을 허용하기 위해 활용될 수 있다.
최적으로는, 스펙트럼 흡수 측정 모듈은 엑스레이를 입력으로부터 선형 검출기 또는 2D 검출기의 행과 같은 검출기로 전송하기 위해 섬유를 사용하는 것과 같이 다중 채널 측정을 할 수 있다. 구성은 피사체의 흡수 측정을 위해 더 넓은 시야를 허용할 수 있다.
예를 들어, 엑스레이 현미경에 사용되는, 엑스레이 광학 장치가 있거나 없는 상관 흡수 측정기는, 모양, 두께 및/또는 위치를 포함한 물리적 특성을 결정하기 위한 엑스레이 현미경 및/또는 2D 또는 3D 전체 영역 엑스레이 이미징에서, 3D 또는 다차원 측정과 함께 공간적, 시간적 및 스펙트럼 적으로 높은 해상도로 분자 레벨에서 화학적 조성을 측정할 수 있다. 이 조합은 조영제와 같은 라벨이 있거나 없는 분자, 세포 및/또는 이물질과 같은 매우 작은 요소의 국소화 및 특성화를 허용할 수 있다.
도 12b 및 12c에 도시 된 바와 같이, 엑스레이 현미경, 또는 스펙트럼 흡수 측정기와 결합 된 엑스레이 현미경은 예를 들어, 상세한 이미징 및 분석을 위한 2D, 다차원 또는 3D 구성에서 스펙트럼 측정기를 포함하거나 포함하지 않는 엑스레이 전체 영역 방법을 사용하여, 이미징 및 정량적 결과에 기초하여 선택된 관심 영역을 확대하는 데 사용될 수 있다. 이 경우, 엑스레이는 바람직하게는 단색 소스이며, 예를 들어 모노크로메이터는 다색성 엑스레이 소스를 수정하고, 콘덴서는 엑스레이 빔을 초점의 하류 초점으로 포커싱하고, 팬 빔이 관심 영역을 비추고, 확대된 이미지가 대물렌즈의 후면 조리개로 들어간다. 여기서, 대물렌즈는 경우에 따라 구역 판(zonal plate)이고, 빔을 2D 검출기에 포커싱한다. 3D 엑스레이 현미경은 3D 이미징 방법에서 위에서 설명한 바와 같이 추가로 구현될 수 있다. 흡수 측정기는 전체 영역 엑스레이 이미징의 직접 하류 대신 도 12a에 설명된 구성과 유사한 엑스레이 현미경과 결합 될 수 있다. 흡수 측정기는 특히 엑스레이 광학 장치가 사용되는 경우(예를 들어, 엑스레이 현미경 검사를 위한 엑스레이 소스가 다색인 경우 엑스레이 현미경에서) 엑스레이 현미경 검출기의 하류일 수 있다.
도 12b에 도시 된 바와 같이, 엑스레이 현미경 장치(17)는 고해상도 현미경에 필요한 엑스레이 광학 장치를 포함할 수 있다. 도 12b에서, 장치는 엑스레이 소스(12), 콘덴서와 같은 집광 광학 장치, 및 피사체(2)를 조명하는 개구(304)를 포함할 수 있다. 광학 장치(304)는 크리스탈 또는 모노크로메이터 또는 MEM 장치 또는 에너지 선택성 엑스레이 필터 또는 송신기일 수 있다. 장치는 주관 렌즈(subjective lens) 및 릴레이 렌즈를 포함할 수 있는 엑스레이 광학 장치(310)를 포함할 수 있다. 장치는 또한 2D 센서(320)를 포함할 수 있다. 이미지 피사체(2)는 엑스레이 광학 장치(304)와 엑스레이 광학 장치(310) 사이에 위치될 수 있다.
도 12c에서, 엑스레이 장치(1200)는 피사체(2)와 엑스레이 광학 장치(310) 사이에 배치된 전체 영역 엑스레이 검출기(14)를 가짐으로써 전체 영역 엑스레이 이미징과 2D 또는 3D 엑스레이 현미경을 결합할 수 있다. 도 12c에서, 장치(1200)는 빔 선택기 또는 콜리메이터(24)를 포함한다. 빔 선택기(24)는 방출 위치(16)에 대해 고정된 채로 유지될 수 있다. 이는 빔 선택기(24)가 고정된 초점을 가질 수 있기 때문이다. 빔 선택기(24)는 또한 빔 선택기(24)가 조정 가능한 초점을 가질 수 있기 때문에, 방출 위치(16)에 대해 고정되어 있지 않을 수 있다. 콜리메이터(24)의 예시적인 구성이 도 15b에 도시되어있다. 콜리메이터(24) 및 평판 엑스레이 전방 검출기(22)의 예시적인 어셈블리가 도 15c에 도시되어있다.
대안으로, 엑스레이 현미경은 예를 들어, 도 6에 도시 된 빔 흡수 입자 판, 또는 엑스레이 전송 또는 이러한 빔 선택기의 스택에 대해 정의된 크기의 구멍이 내장된 콜리메이터 또는 빔 선택기를 사용하는 산란 제거 장치로 수정될 수 있다.
엑스레이 광학 장치(302)는 엑스레이 빔(30)을 집속하고, 그리고/또는 크리스탈 등과 같은 모노크로메이터 또는 필터링을 통해 다색 엑스레이를 단색 얇은 빔으로 변환할 수 있다. 예를 들어 소스가 본질적으로 단색인 경우에는 변환 기능이 필요하지 않을 수 있다.
다중 채널에서 수행되는 엑스레이 흡수 측정기의 경우, 다중 섬유 또는 내부 전반사 기반 엑스레이 광학 장치는 관심 영역에서 나오는 엑스레이를 검출기로 보낼 수 있다. 선형 검출기가 흡수 측정 검출기 역할을 하는 경우, 각 채널에 대응하는 각 선형 검출기를 가진 다중 선형 검출기가 다중 채널 시스템에 사용될 수 있다.
선택적으로, 엑스레이 흡수 측정 및/또는 현미경 검사는 여러 관심 영역에 대해 여러 채널에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 12c에 도시된 바와 같은 엑스레이 현미경 장치는 에너지에 민감할 뿐 아니라 2D 이미지를 형성할 수 있는 엑스레이 검출기를 포함할 수 있다. 대안으로, 위에서 설명한 것과 유사한 흡수 측정 어셈블리가 엑스레이 현미경에 사용되는 검출기의 하류에 있을 수 있다. 엑스레이 현미경과 흡수 측정기 모두 전체 보기 엑스레이 이미징과 결합 될 수 있다. 엑스레이 소스는 다색일 수 있다. 이 장치는 엑스레이 현미경 검사를 위한 스펙트럼 민감 검출기를 포함하고, 그리고/또는 엑스레이 현미경 검출기를 통과하는 엑스레이를 분석할 수 있으며, 이는 선택 사항일 수 있고, 그리고/또는 회절격자에 의해 분산되어 공간적으로 민감한 검출기에서 신호를 생성할 수 있다.
조정 가능한 MEM 어레이를 갖는 예시적인 회절격자가 도 15e에 도시되어있다. 도시된 바와 같이, 입사각은 MEM 미러의 중심 위치를 충족하는 1차 엑스레이 각도의 각도로 제한된다. MEM에 의해 회절 된 엑스레이는 MEM 위치에 해당하는 제 2 검출기에서 수집될 수 있다. 아래에서 논의된 바와 같이, 격자는 엑스레이의 위상차 및 흡수 이미징에서 간섭 패턴 생성에도 사용될 수 있다. 도 15f는 크리스탈 회절을 위한 입사각 또는 결정 표면 회절을 위한 임계각을 사용하는 예시적인 빔 선택기를 도시한다. 정적 2D 이미징에서, 입사각이 정의된 각도를 벗어나면 크리스탈에 의한 고에너지 엑스레이의 회절이 없다. 동적 2D 이미징에서, 빔 선택기 정렬을 위해 이동 컴포넌트 없이 변조를 달성할 수 있다(예: 크리스탈 구조에서 음향 파 변조를 사용). 엑스레이는 크리스탈의 음파와 상호 작용할 수 있다.
엑스레이 스펙트럼 측정기, 흡수 측정기 또는 현미경을 위한 입력 엑스레이 빔은 관심 영역에 걸쳐 스캔되어 시야를 확장할 뿐만 아니라 다중 차원 및 3D 이미지의 구성에 필요한 이미지 또는 측정값을 획득할 수 있다. 엑스레이 빔은 본 명세서에 개시된 바와 같이 3D 이미징에 사용된 바와 같이 자기, 전자기, 전기적 및 기계적 방법을 포함하는 상이한 메커니즘에 의해 이동될 수 있다. 스캐닝된 엑스레이 스펙트럼 측정기, 또는 흡수 측정기 또는 투과 현미경 입력을 다중 빔 방법과 결합하여 전체 시야를 더 확장사고 정의된 관심 영역에 대한 이미징 속도를 높일 수 있다.
다중 빔 구성
검출기의 피치는 다중 엑스레이 소스의 피치와 일치 할 수 있으므로, 각 픽셀은 단일 마이크로 빔과 피사체의 상호 작용에서 나오는 엑스레이만 감지하도록 배치되고, 인접하는 마이크로 빔으로 인한 픽셀 간의 혼선을 줄일 수 있다. 피사체의 속성에 대한 데이터 수집 및 최종 재구성은 각 픽셀의 개별 신호가 더 이상 분해될 필요가 없음을 알고 진행될 수 있다. 마이크로 빔과 픽셀 사이에 누화가 있는 경우 추가 이미지 분석을 사용하여 적절한 캘리브레이션을 통해 누화의 일부를 제거할 수 있다.
이러한 매칭은 예를 들어, 단일 마이크로 빔에 1 : 1 매칭을 갖는 검출기 피치, 즉 각 빔의 이미지가 검출기 내의 하나의 픽셀에 형성됨으로써 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 마이크로 빔 피치의 정수 부분인 더 작은 검출기 피치(예: 2D 어레이의 경우 단일 마이크로 빔에 해당하는 엑스레이를 수집하기 위해 4개의 픽셀이 위치함을 나타내는 피치의 2* 감소, 또는 각 마이크로 빔에 해당하는 엑스레이를 검출하기 위해 9개의 픽셀이 위치함을 나타내는 피치의 3x 감소)도 사용될 수 있다. 이는 감지되는 엑스레이가 일부 공간 구조를 가지고 있을 경우, 몇 가지 이점을 제공할 수 있다.
마찬가지로, 확대된 엑스레이 시스템을 생성하는 엑스레이 광학 어셈블리를 사용하여 검사중인 피사체로부터 나오는 엑스레이가 검출기에 이미징되는 경우, 더 큰 검출기 피치가 사용될 수도 있다. 이 이미징 시스템은 본 명세서에 개시된 임의의 엑스레이 광학 트레인(train)일 수 있다. 광학 장치는 마이크로 빔 직경과 같거나 더 큰 시야를 갖는 무채색 이미징 광학 장치로 구현될 수 있다. 예를 들어, 글랜싱 입사 반사(glancing incidence reflection)를 사용하여 내부 반사 표면으로 엑스레이를 반사하여서 발산하는 엑스레이 빔을 수집하고 빔에 초점을 맞추는 축 대칭 콘덴서 광학 장치가 1 : 1 이미지를 생성하도록 설계될 수 있다. 광학 장치는 또한 확대된 이미지를 생성하는 데 사용될 수 있다.
검출기는 신틸레이터 스크린과 가시광선 광학 장치를 갖고 엑스레이 이미지를 형성하는데 사용되는 다수의 공간 분해 검출기 중 어느 하나일 수 있다. 검출기는 선형 검출기, 평판 검출기, 에너지 분해 어레이 검출기, 광자 계수 검출기, PMT, 포토다이오드, 실리콘 드리프트 검출기, 듀얼 또는 다중 레이어 검출기, 빔 선택기가 사이에 끼워진 이중 검출기 레이어 등을 포함하여 공간의존적인 엑스레이 강도를 전자 신호로 변환하는 어레이 엑스레이 검출기일 수 있다.
엑스레이 현미경에서 단일 빔 및/또는 다중 빔 구성의 경우, 엑스레이 검출기의 예는 엑스레이에 노출될 때 가시 파장의 광자를 방출하는 형광 스크린 또는 신틸레이터를 포함한다. 형광 스크린 또는 신틸레이터는 요오드화 세슘(Csl), 탈륨 도핑된 Csl, 이트륨 알루미늄 가넷(YAG) 또는 가돌리늄 설폭실레이트(GOS) 층을 포함할 수 있다. 생성된 광자는 가시 강도를 전자 신호로 변환하는 센서에 의해 감지 될 수 있으며, 선택적으로 광자의 강도 패턴을 확장하고 확대하는 릴레이 광학 어셈블리를 추가한다. 신틸레이터 및 전자 컴포넌트는 각 검출기 픽셀이 단일 마이크로 빔에 해당하는 엑스레이만 수집할 수 있도록 충분히 얇을 수 있다.
릴레이 광학 장치 및 확대된 이미지를 사용하는 경우, 검출은 엑스레이 광학장치의 시야로 제한될 수 있다. 더 큰 영역을 이미지화하기 위해 위에서 설명한 대로 여러 이미지를 모자이크 방식으로 결합할 수 있다.
예를 들어, 형광 신호 또는 산란 된 신호 또는 회절 된 신호, 또는 1차 엑스레이를 원래의 조명 경로에서 선택적으로 수집하기 위해 각 픽셀 내에 추가 구조를 갖는 검출기가 또한 사용될 수 있다.
엑스레이 스펙트럼 흡수 측정을 위한 검출기는 실리콘 드리프트 검출기, 실리콘 리튬 검출기, 또는 임의의 유형의 엑스레이 검출기 또는 검출기 어셈블리(회절 크리스탈 또는 합성 다층과 같은 엑스레이 파장 분산 컴포넌트과 조합하여 사용됨)와 같은 스펙트럼에 민감한 검출기일 수 있다. 검출기 시스템은 엑스레이 빔을, 민감한 엑스레이 검출기가 각 이산적인 에너지 레벨의 엑스레이에서 신호를 측정하는 데 사용하는 위치의 하류에서 여러 에너지 및 파장의 여러 엑스레이 빔으로 분할하고 회절시키는 크리스탈과 같은 회절 컴포넌트를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 관심 공간 영역의 추가 개선을 위해 조리개를 사용할 수 있다.
흡수 측정기, 엑스레이 현미경 또는 둘 다와 결합 된 전체 시야 엑스레이 이미징의 경우, 엑스레이 2D 평면 검출기가 피사체와 하류 엑스레이 광학 장치와 전송 용 엑스레이 검출기 사이에 배치될 수 있다. 최종 엑스레이 현미경 이미지는 이미지 처리를 사용하여 피사체와 엑스레이 현미경 광학 장치 사이에 있는 전체 영역 검출기에서 발생하는 아티팩트(artifact)를 제거함으로써 도출될 수 있다.
대안으로, 전체 영역 엑스레이 이미징 검출기의 이러한 평판은 애플리케이션이 요구하는 대로 엑스레이 현미경의 이미징 경로 안팎에 배치될 수 있다.
단일 빔 구성
투과 전체 영역 엑스레이 현미경은 단일 빔을 사용할 수 있다. 또한, 투과, 형광, 간섭계 및 회절 엑스레이 현미경은 단일 빔을 사용한 분광기, 스펙트럼 흡수 측정기, 또는 스펙트럼 측정기와 결합 될 수 있다. 엑스레이 현미경에 사용되는 것과 동일한 유형의 검출기를 사용할 수 있다. 투과 전체 영역 엑스레이 현미경의 경우, 산란 제거에 사용되는 검출기 어셈블리 또는 다중 에너지 이중 또는 다중 검출기 어셈블리도 사용될 수 있다.
검출기는 신틸레이터 스크린 및 가시 광선 광학 장치를 포함하는 검출기 시스템과 같이 엑스레이 이미지를 형성하는 데 사용되는 다수의 선형 또는 2D 검출기 중 어느 하나일 수 있다. 일부 예에서, 검출기는 선형 검출기, 평판 검출기, 에너지 분해 어레이 검출기, 광자 계수 검출기, 이중 또는 다층 검출기 및/또는 산란 제거 검출기 어셈블리를 포함하여 공간 의존적 엑스레이 강도를 전자 신호로 변환하는 어레이 엑스레이 검출기일 수 있다.
도 12c에 도시 된 바와 같이, 검출기(320) 상에 형성된 이미지로부터 검출기 (14)의 이미지가 추출될 수 있기 때문에, 현미경 이미징을 방해하지 않고 전체 영역 엑스레이 검출기(14)가 피사체(2)와 광학 장치(310) 사이에 배치될 수 있다. [유사하게, 검출기(14)의 이미지는 도 12a의 검출기(345) 상에 형성된 이미지로부터 추출될 수 있다]. 전체 영역 엑스레이 이미지는 동일 엑스레이 소스 또는 기존 엑스레이 소스로 먼저 형성될 수 있다. 관심 영역은 더 높은 해상도로 관심 영역 이미지를 해결하기 위해 흡수 측정기 또는 현미경 광학 장치 및 흡수 측정기 또는 현미경 검출기에 의해 이미지화되도록 선택될 수 있다.
엑스레이 소스(12)는 제어 가능한 에너지로 엑스레이를 방출할 수 있다. 소스(12)는 각각의 이미징 동작에 대해 단일 에너지의 엑스레이를 방출할 수 있다. 소스(12)는 각 이미징 동작에 대해 제어 가능한 에너지를 갖는 두 개의 연속적인 엑스레이 펄스를 방출할 수 있다: 평균 에너지 레벨 H에서의 고에너지 펄스에 이어 평균 에너지 레벨 L에서의 저에너지 펄스가 이어진다. 각 펄스는 제동복사 및 이산적인 라인 방사로 구성될 수 있는 단일, 재현 가능한 에너지 스펙트럼을 가질 수 있다. 소스(12)는 또한 각각의 이미징 동작을 위한 다양한 에너지 레벨의 3개 이상의 연속 펄스(예를 들어, 평균 에너지 레벨 H에서의 고에너지 펄스, 평균 에너지 레벨 M에서의 중간 에너지 펄스, 그다음 평균 에너지 레벨 L에서의 저에너지 펄스로 이어짐)를 방출할 수 있다. 각 펄스는 본질적으로 변경되지 않은 단일 에너지 스펙트럼을 가질 수 있다.
대안으로, 엑스레이 소스는 싱크로트론 또는 레이저 콤프톤 산란 소스와 같은 단색성이거나, 예를 들어 단색 소스가 되도록 광학 어셈블리(304)에 의해 수정되거나 필터링 된 다색 소스일 수 있다.
도 12b 및 12c에 도시 된 바와 같이, 엑스레이 방출 위치(16)는 엑스레이 빔의 파면이 검출기 어셈블리(14)에 평행한 평면(202)에 있도록 피사체(2)와 관련하여 이동할 수 있다. 메커니즘(200)은 방출 위치(16)를 각도, 선형 또는 둘 모두의 조합으로 이동할 수 있다. 이동은 바람직하게는 피사체(2)내의 관심 영역(4)에서 3차원의 알려지지 않은 픽셀을 해결하기 위해 수행되는 반면, 각 움직임에서 새로운 알려지지 않은 픽셀의 도입을 최소화하고 관심 영역(4)에 대한 3차원에서 알려지지 않은 픽셀의 전체 도출을 위한 전체 수의 새로운 알려지지 않은 픽셀의 도입을 최소화한다. 피사체(2)는 또한 발광 위치(16)와 관련하여, 특히 피사체(2)가 이미징되는 동안 이미 움직이고 있는 산업용 애플리케이션과 같은 애플리케이션에서, 물리적으로 이동할 수 있다. 총 이미징 시간과 방사선 노출을 최소화하기 위해 각도 또는 선형의 각 움직임은 3차원, 바람직하게는 픽셀 피치의 정수배로 알려지지 않은 픽셀을 해결할 수 있다.
총 이미징 시간 및 방사선 노출을 최소화하기 위해, 메커니즘(200)은 선택적으로 방출 위치(16)를 빠르게[검출기 어셈블리(14)의 프레임 속도로 또는 그보다 더 빠르게) 이동할 수 있다. 메커니즘(200)은 픽셀 피치의 정수배(인접한 검출기 셀 사이의 거리)의 증분으로 이 움직임을 제공할 수 있다. 모션은 모션 방향으로, 알 수 없는 성질의 정수배 또는 최대 1픽셀 피치가 검출기에서 새로운 측정을 할 때마다 관심 영역에 대한 모션 이동 축에 도입되도록 설계될 수 있다.
모션은 픽셀 피치의 일부 증분 일 수 있다. 예를 들어, 다중 차원 이미지를 재구성하기 위해 제 3 축을 따라 알려지지 않은 픽셀을 해결하기 위해서, 모션은 투영된 이미지를 따라 도입된 새로운 알려지지 않은 픽셀이 없는 검출기(14)에서 측정을 초래할 수 있지만, 관심 영역의 선택된 이미지에 대해 다른 투영 경로를 갖는 검출기에서의 새로운 측정으로 이어질 수 있다.
메커니즘 (200)은 이동 방출 위치(16) 및 선택적으로 이동 검출기 어셈블리 (14)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 엑스레이 소스(14)가 평면(202)의 상이한 위치에 배치되어 해당 위치에서 순차적으로 펄스를 방출할 수 있다. 검출기 어셈블리(14)는 고정될 수 있다. 이 메커니즘(200)에 대해, 빔 선택기(24)는 다수의 고정 초점 또는 조정 가능한 초점을 갖는다.
대안으로, 단일 엑스레이 소스(12)는 평면(202)상의 상이한 위치로부터 순차적으로 엑스레이 펄스를 방출할 수 있다. 엑스레이 소스(12)는 변조될 수 있고 발광 위치(16)를 제어하기 위해 온, 오프될 수 있는 마이크론 규모의 금속 엑스레이 방출기를 포함할 수 있다. 각 홀이 픽셀 피치의 정수배인 콜리메이터[또는 빔 선택기 (24)]의 2D 어레이는 다른 메커니즘을 사용하여 엑스레이 빔을 래스터 스캔(raster scan)할 수 있다. 2차원 액추에이터는 엑스레이 소스(12) 및 엑스레이 검출기 어셈블리(14)를 물리적으로 이동할 수 있다. 바람직하게는, 액추에이터는 각 증분이 검출기 어셈블리(14)의 프레임 속도로 또는 그보다 더 빠르게 평면(202)의 픽셀 피치의 낮은 정수배인 엑스레이 소스(12) 및 엑스레이 검출기 어셈블리(14)를 이동할 수 있다. 이러한 구성을 위해, 빔 선택기(24)(콜리메이터)는 고정된 초점을 가질 수 있다. 2차원 액추에이터는 물리적으로 엑스레이 소스(12)만을 이동할 수 있다. 바람직하게는, 액추에이터는 각 증분이 검출기 어셈블리(320)의 프레임 속도로 또는 그보다 더 빠르게 평면(202)에서 픽셀 피치의 낮은 정수배인 엑스레이 소스(12)를 이동할 수 있다. 이 구성을 위해, 빔 선택기(24)는 방출 위치(16)와 정렬된다. 빔 선택기(24)는 조정 가능한 초점을 가질 수 있다. 2차원 액추에이터는 방출 위치(16)가 원호로 이동하도록 엑스레이 소스(12)만을 물리적으로 회전시킬 수 있다. 바람직하게는, 액추에이터는 검출기 어셈블리(14)의 프레임 속도로 또는 그보다 빠른 속도로 하나의 픽셀 피치의 평면 모션을 시뮬레이션하기 위해 각 증분이 호를 따른 각도인 엑스레이 소스(12)를 회전시킬 수 있다. 이 구성을 위해 빔 선택기(24)는 방출 위치(16)와 정렬되어야 한다. 이 구성에서 빔 선택기(24)는 초점을 조정할 필요가 있을 수 있다. 어떤 경우에는 각 엑스레이 방출 위치로의 이동이 매번 초점 조정을 수반하지 않을 수 있다. 선택적으로, 엑스레이 방출 위치로의 모든 움직임이 초점 조정을 필요로 하는 것은 아니다.
예를 들어, 도 2에 도시 된 바와 같이 P1 내지 P4와 같은 다중 판을 사용한 산란 제거를 위해, 이러한 초점 조정 또는 공간적 이동이 필요하지 않을 수 있으며, 또한 이러한 구성은 둘 이상의 엑스레이 소스가 스펙트럼 측정기 및/또는 하이브리드 시스템에 사용되는 경우에 사용될 수 있다.
빔 선택기, 도 1b 또는 도 3 또는 도 9에서와 같은 콜리메이터(24), 또는 도 6 및 도 7에서와 같은 빔 흡수 입자 판(105), 또는 그림 2에서와 같이 콜리메이터 또는 빔 선택기로 구성된 다중 판과 같은 하드웨어의 한 조각을 사용하는 산란 제거 방법의 경우, 이런한 하드웨어는 이미징 방법의 요구 사항에 따라 이동되거나 이동되지 않을 수 있다.
엑스레이 방출 소스 또는 엑스레이 소스의 이동
기계적 이동기는 예를 들어 3D 이미징에서 엑스레이 소스 또는 엑스레이 소스의 방출 엑스레이 위치를 이동할 수 있다. 엑스레이 소스는 픽셀화 된 엑스레이 소스 또는 필드 방출 기반 소스에서와 같이 둘 이상의 엑스레이 방출 위치를 가질 수 있다. 여러 엑스레이 소스를 다양한 공간 위치에 배치할 수 있다. 대안으로, 전계 방출기 기반 냉 음극 엑스레이 소스는 공간적으로 다양한 엑스레이 방출 위치를 생성하기 위해 다중 방출기 또는 각 방출기의 영역을 활성화 또는 비활성화 할 수 있다.
메카니즘(200)은 또한 선택적으로 엑스레이 소스(12) 내의 전자빔을 편향시켜 애노드상의 상이한 위치에 부딪히고, 이에 따라 엑스레이 빔이 상이한 방출 위치(16)로부터 방출되게 할 수 있다. 도 15에 도시 된 바와 같이, 변화하는 자기장은 엑스레이 튜브(210)의 하우징에 부착된 솔레노이드 코일(212)(자기 판 또는 스티어링 판이라고도 함)에 의해 생성될 수 있다. 자기장은 엑스레이 빔(211)을 편향시킬 수 있다. 에너지가 공급될 때, 코일(212)은 엑스레이 튜브(210)의 전자빔에 자기장 및 관련 로렌츠 포오스(Lorantz force)을 생성하여, 엑스레이가 방출되는 양극 타겟(214)상의 충격 지점을 이동시킨다. 도 12b 및 도 12c의 방출 위치(16)는 애노드 타겟(214)상의 콘 빔(213)의 초점의 변위로 인해 이동할 수 있다. 결과적으로 방출 위치(16)가 한 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있다. 코일(212)의 신중한 제어는 1차원 또는 2차원에서 픽셀 피치만큼 작은 움직임을 생성할 수 있다.
선택적으로, 전자빔은 또한 빔이 하전된 금속판 또는 전기 광학 렌즈를 통과 할 때 편향될 수 있다. 편향 방향은 판의 극성과 전하량 또는 전기 광학 렌즈의 디자인에 따라 다르다.
선택적으로, 발광 다이오드(LED) 또는 레이저와 같은 광원이 전자빔을 생성하기 위한 소스로서 사용될 수 있으며, 이는 멀티플라이오 튜브(multiplier tube)에 의해 증폭될 수 있다. 광학 장치 또는 미러와 같은 광 편향기 및/또는 음향/광학 편향기를 사용하여 빛을 편향시킬 수 있다. 초고속 레이저를 사용하여 자외선을 방출하는 자외선 방출기를 생성할 수 있다. 광 음극은 자외선 LED에 작동가능하게 결합되어 전자를 방출할 수 있다. 전자 멀티플라이어는 광 음극에 작동가능하게 결합되어 입사 전자를 멀티플라잉(multiply) 시킬 수 있다. 양극은 전자 멀티플라이어에 작동가능하게 결합되고 엑스레이를 생성하도록 구성될 수 있다. 자외선 방출기는 전자빔의 출력을 제어하기 위해 다른 각도로 조종될 수 있으며, 이에 따라 양극에서 방출되는 엑스레이 빔의 방향 또는 위치를 제어할 수 있다.
선택적으로, 나노 와이어와 같은 금속 컴포넌트의 어레이를 강렬한 펨토초 레이저 펄스로 조사하면 고휘도 피코초 엑스레이 펄스를 생성할 수 있다. 방출 위치(16)는 금속 컴포넌트에 대한 레이저 빔의 충돌 위치를 변경하기 위해 광학 조향 장치를 사용함으로써 이동될 수 있다. 초음파는 공간 및 시간에서 엑스레이 빔을 변조할 수 있다. 예를 들어, 엑스레이 빔의 시공간 변조는 표면 탄성파에 의해 변조된 LiNbO/sub 3/크리스탈의 YZ 컷에 대한 외부 전반사에 의해 수행될 수 있다. 엑스레이 회절은 표면 음향 파의 진폭과 파장에 의해 결정될 수 있다. 엑스레이의 방출 위치(16)는 초음파 또는 표면 음향 파에 의해 크리스탈로부터 변조된 회절로 인해 이동될 수도 있다. 단일 빔 소스에 의해 방출된 엑스레이 빔은 또한 예를 들어, 도 15d에 도시 된 바와 같이 다 모세관의 내부 전반사를 사용하여 상이한 방출 위치 (16)로 이동될 수 있다.
즉, 크리스탈과 같은 광학, 전기, 자기, 엑스레이 광학 장치, 초음파와 같은 음향 및/또는 기타 조향 메커니즘을 사용하여 엑스레이 빔 출력 위치를 빠르게 조향할 수 있다(예: 피코초, 나노초, 또는 1015초만큼 빠르며, 일부 경우에는 초단파 엑스레이 펄스의 지속 시간과 동일하거나 가깝거나, 그렇지 않으면 본 명세서에 개시된 바와 같음).
산란 제거
흡수 측정기, 분광기, 또는 본원에 개시된 바와 같은 임의의 추가 모달리티가 있거나 없는 엑스레이 현미경은 1차 엑스레이로부터 산란 엑스레이를 분리할 수 있다. 빔 선택기는 엑스레이 소스의 하류와 전체 영역 엑스레이 이미징에서 피사체의 상류에 배치되거나, 엑스레이 현미경에서 콘덴서와 엑스레이 소스 사이에 배치될 수 있다. 이러한 구현이 채택되면, 3D 이미징에 필요한 영상을 더 획득하기 위해 다음과 같은 과정을 구현할 수 있다.
빔 선택기의 제 1 위치는 도 14에 도시 된 바와 같이 하나의 2D 이미지의 일부를 생성하는데 사용될 수 있으며, 이는 아래에서 더 자세히 설명된다. 영역 1만 관심 영역의 1차 엑스레이 이미지를 제공한다. 빔 선택기는 도 14와 같이 영역 1 이미지를 생성하기 위해 또는 체커 보드 디자인의 캔이다. 빔 선택기가 첫 번째 위치에 배치되고 엑스레이가 엑스레이 방출 위치의 첫 번째 위치에서 방출됨에 따라, 2D 이미지는 검출기(14)에서 촬영되지만, 영역의 절반만이 1차 엑스레이 투영 영역이다. 엑스레이 소스(12)는 도 14에 도시 된 바와 같이 평면(202)상의 다양한 위치로 래스터 스캔될 수 있다. 모든 엑스레이 방출 위치에 도달하고 평면(202) 상의 각각의 엑스레이 방출 위치에서 검출기(14) 또는 검출기 (320)에 의해 이미지가 기록된 후, 평면(202)에서 빔 선택기는 제 2 위치로 이동하고, 여기서 제 1 스캔으로부터 검출기의 영역 1은 빔 선택기의 제 2 위치에서 검출기의 영역 1에 인접한 영역이 될 수 있다. 엑스레이의 방출 위치를 변경하는 엑스레이 소스 또는 기타 컴포넌트는 제 1 위치에서 래스터 스캐닝 동작을 시작할 수 있으며 2D 이미지의 두 번째 부분이 기록될 수 있다. 2D 이미지의 제 1 부분과 제 2 부분은 동일한 엑스레이 방출 위치에서 촬영될 수 있지만 다른 빔 선택기 위치에서 촬영될 수 있다. 제 1, 2 부분은 다차원 이미지의 재구성에 사용되는 단일 2D 이미지의 일부를 형성하기 위해 함께 스티칭될 수 있다. 2D 이미지의 제 1 부분과 제 2 부분 만 제 1 2D 이미지를 형성하는 데 충분하지만, 경우에 따라서는 관심 영역에 대한 3D 이미지를 재구성하는 데 필요한 완전한 2D 이미지를 형성하기 위해 평면(202)상의 제 1 위치에서 마지막 위치로 엑스레이 소스가 래스터 스캔을 세 번 이상 수행할 수 있는 경우 제 3 부분 이상이 필요할 수 있다.
도 14에 도시 된 바와 같이, 변조기를 이동시킴으로써 검출기(14) 상에 상이한 패턴이 생성될 수 있다. 검출기(14)에 도시 된 바와 같은 패턴을 형성하기 위해, 엑스레이 소스(12)는 관심 영역(4) 상에 그러한 구조화 된 조명을 생성하도록 수정될 수 있다. 이를 수행하는 많은 방법이 있다.
엑스레이 소스(12)는 선택된 방출 위치의 다중의 얇은 빔을 방출할 수 있고, 예를 들어, 도 14에 도시 된 바와 같이, 검출기(14) 상의 낮은 산란 간섭을 갖는 1차 엑스레이 이미지 영역(1)을 형성하기 위해 피사체(2)의 관심 영역(4) 상의 공간적으로 분리된 빔 경로를 조명할 수 있다. 엑스레이 소스(12)의 전자빔 타겟은 타겟의 특정 영역이 엑스레이 빔을 제시간에 제어 가능한 방식으로 생성하도록 공간적으로 및/또는 시간적으로 조정될 수 있다. 이러한 영역은 엑스레이 빔을 선택적으로 생성하거나 오프되어 엑스레이가 생성되지 않도록 할 수 있다.
하이브리드 시스템의 한 예에서, 엑스레이 소스(12)는 또한 선택된 영역(4s)의 완전한 현미경 이미지를 위한 종래의 엑스레이 콘 빔에서와 같이 관심 영역(4)을 조명하는 풀 콘 빔을 방출할 수 있다. 고정된 전송 및 흡수 영역을 가진 콜리메이터[예: 도 12c의 빔 선택기(24) 또는 특정 위치에서 활성화되어 전송을 허용하고 지연 시간에 비활성화될 수 있는 크리스탈과 같은 조정 가능한 콜리메이터]는 엑스레이 빔을 변조하여 다중 빔을 생성할 수 있다. MEM 미러는 지정된 영역에서 엑스레이 빔 세트를 생성하기 위해 스위치를 온, 오프할 수 있다. 엑스레이 빔은 동일한 경로를 따라 이동하는 두 개의 펄스로 분할될 수 있고, 제 1 펄스는 하나의 패턴 변조기를 경험하고, 제 2 펄스는 제 2 조명 변조기를 통과하도록 지연되어 제 2 구조 조명 패턴을 생성한다. 제 1 엑스레이 소스는 관심 빔 경로를 이동하기 위해 미러에 의해 온되고, 다른 패턴 또는 상보적 패턴을 가진 제 2 엑스레이 소스가 온될 수 있다. 이러한 스위치는 양면 미러와 같은 엑스레이 미러일 수 있다.
도 14에 도시 된 바와 같이, 1차 이미지 1는 검출기(14) 상에 형성될 수 있다. 1차 이미지 1는 하나의 픽셀 또는 다중 픽셀에 있을 수 있다. 영역 2는 1차 엑스레이가 없는 영역 일 수 있지만, 특정 산란 신호를 포함할 수 있다. 1차 이미지 1 상의 산란 신호는 검출기(14)상의 이미지 1 또는 영역 1에 바로 인접한 픽셀(2)로부터 보간될 수 있다. 이미지 1 또는 영역 1의 형태는 임의의 형태일 수 있다. 이 단계는 산란 간섭이 낮거나 특정 피사체 및/또는 애플리케이션에 대해 제거할 필요가 없는 경우 선택 사항일 수 있다.
엑스레이는 도 14에 도시된 "체커 보드(checker board)"패턴 또는 검출기 (14) 상에 다른 유형의 패턴을 생성할 수 있다. 예시된 "체커 보드"패턴에서, 전체 콜리메이터 또는 변조기는 검출기(14)에 평행한 평면으로 움직일 수 있다. 영역 1과 영역 2의 크기가 각각 차원의 검출기 픽셀 피치인 경우, 움직임은 검출기 픽셀 피치 범위의 순서로 될 수 있으며, 이는 검출기(14)의 검출기 픽셀 크기에 따라 한자리 마이크로 범위, 100um 범위 또는 단일 디지털 mm 범위일 수 있다. 영역 1과 영역 2의 크기가 하나 픽셀 피치보다 크면, 변조기의 움직임이 더 커질 수 있다.
이러한 움직임은 제 1 이미지의 영역 1이 제 2 이미지의 영역 1과 정확히 동일한 위치에 완전히 놓이지 않고 엣지의 제 1 이미지의 영역 1과 제 2 이미지의 영역 2 사이에 어느 정도 오버랩되도록 설계될 수 있다. 오버랩은 콜리메이터 이동 후 검출기에서의 제 1 검출기 이미지의 영역 1 및 제 2 이미지의 영역 1에서 조합 된 이미지 스티칭의 무결성, 정렬 및/또는 정밀도를 개선할 수 있다.
1차 이미지(1)에 대한 산란 신호의 보간은 다음과 같이 설명된다. 검출기 (14)가 영역 1에 인접한 픽셀의 영역 2상의 신호 S2를 판독한 후, 장치의 프로세서는 영역 2상의 산란 신호로서 영역 1상의 신호로 보간할 수 있다. 프로세서는 Sl으로부터 영역 1 상의 산란 신호 S1(i, j)를 도출할 수 있다. 프로세서는 검출기 (14)의 영역 1에 의해 판독된 원시 LP1(i, j) 신호에서 결과 S1(i, j)를 빼서 영역 1의 1차 엑스레이 신호 Pl(i, j)를 도출할 수 있다. 그러면 프로세서는 HS1(i, j) = Hl(i, j)-Pl(i, j)에 의해 관심 지점(i, j)에서 고해상도 산란 이미지인 HS1을 도출할 수 있다. 고해상도 이미지 Hl(i, j)는 생성된 엑스레이 팬 빔에서 영역 1의 픽셀을 판독하고 전체 관심 영역을 조명하도록 투사하여 도출될 수 있다. Pl(i, j)는 저해상도 1차 이미지의 결과이다. 그런 다음 프로세서는 HS1(i, j)을 프로젝션 이미지의 나머지 부분으로 보간하여 고해상도 산란 이미지 HS를 도출할 수 있다. 고해상도 1차 엑스레이 이미지인 HP는 HP=H-HS 방정식에 의해 도출될 수 있다. HS는 고해상도 산란 이미지이고 H는 1차 및 산란 엑스레이의 측정 된 고해상도 이미지이다.
전술 한 바와 같이, 엑스레이 얇은 빔이 공간적으로 충분히 멀리 생성되면, 인접 빔으로부터의 산란 신호의 극소량 미만이 영역 1에 도달한다. 하나는 Pl = LP1이라고 합리적으로 가정할 수 있다.
삼중 이상의 에너지 레벨과 같은 다중 에너지를 사용하여 1차 엑스레이로부터 산란을 분리할 수 있다. 이 방법은 스펙트럼 이미징을 사용할 때 1차 엑스레이에서 산란 분리를 개선하기 위해 채택될 수 있다. 다중 에너지 엑스레이 1차 및 산란 분리 방법은 이미징된 피사체에 각각 3개 이상의 서로 다른 물질이 존재하기 때문에 3개 이상의 에너지를 가진 엑스레이 소스를 활용한다. 본 개시에 개시된 다중 에너지 엑스레이 데이터 분해 방법은 선형 또는 2차 근사에 의존하지 않고 원래 형태의 삼중 이상의 에너지 엑스레이 이미징 기본 방정식 시스템을 직접 해결할 수 있다.
예를 들어, 삼중 에너지 방법은 다음을 포함할 수 있다: (1) 비선형 삼중 에너지 엑스레이 이미징 기본 방정식 시스템에 따른 각 검출기에 대해 명시적 정량 방정식 시스템 DH=DH(b, s, f), DL=DL(b, s, f) 및 DM=DM (b, s, f)를 원래의 형태로 구축하는 것을 포함할 수 있다. DH는 고에너지 1차 엑스레이 신호를 나타내고, DM은 중간 에너지 1차 엑스레이 신호를 나타내며, DL은 낮은 에너지 1차 엑스레이 신호 b를 나타내고, s와 f는 조직 또는 i 유기 물질이거나, 두 f 혼합물은 b 및 s와는 다른 제 3의 재료의 밀도를 나타낸다. 원래 형태의 다중 에너지 엑스레이 이미징 기본 방정식 시스템에는 선형화 근사치 또는 직렬 확장 프로세스가 포함되어 있지 않다. 이 방법은 (2) 단계1의 수치 반전 3차원 표면 방정식 시스템 b=b(DH, DM, DL) 및 s=s(DH, DM, DL) 및 f=f(DH, DM, DL)를 재구성하는 것; 및 (3) 사용 가능한 데이터 쌍(DH, DM, DL)을 2 단계의 수치 방정식에 삽입하여 각각의 이산적인 검출기 셀 위치에서 b 및 s 및 f에 대한 원하는 값을 결정거나, 각 이산적인 검출기 셀 위치에서 DH, DM, DL 또는 이들 중 하나만을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 사용 가능한 데이터 세트(b, s, f)는 단계 1의 수치 방정식으로 확장될 수도 있다. 방법은 (4) 각 단계에서 정확도를 유지하는 것을 포함할 수 있다.
그런 재료 세트가 항상 가능하지 않을 때, u, v, w와 같은 미지의 물질 또는 피사체 b, s, f 각각과 유사한 알려진 재료 b, s, f는 이에 따라 데이터베이스를 설정하기 위해 사용될 수 있다. 데이터베이스는 두 개 이상의 컴포넌트 또는 물질의 재료 분해로 확장될 수 있다. 측정된 데이터를 통해 u, v, w 및 b, s, f간에 정량적 수치 관계를 설정할 수 있다.
대안으로, CT, MRI, 광학 측정기, 광 음향기, 음향기 및 PET 및 기계적 방법 및 기존 데이터와 같은 다른 모달리티를 도출한 데이터에 기초한 시뮬레이션 및 합성 데이터를 사용하여 데이터베이스를 생성할 수 있다.
모든 모달리티의 측정으로부터 데이터에 기초한 인공 지능 방법 및 알고리즘으로부터 도출된 사실, 구조화된 데이터, 특성, 및 결과는 데이터베이스의 일부일 수 있다.
본 명세서에 설명된 산란 제거 방법에서, 빔 선택기는 피치 픽셀 거리와 같은 작은 거리, 또는 1/2 밀리미터 또는 1 밀리미터와 같은 작은 거리에 대해 매번, 두 번 또는 몇 번만 움직일 필요가 있을 수 있다. 대조적으로, 빔 선택기가 산란 제거 목적으로 두 감지기 사이에 끼어있는 경우, 빔 선택기는 훨씬 더 복잡한 동작 (예: 여러 차원으로 이동하고 각 빔 선택 영역이 엑스레이 방출 축과 맞게 서로에 대해 상대적으로 조정됨)으로 조정해야 할 수 있다. 이 경우 엑스레이 방출 위치 이동이 훨씬 빨라져 필요한 다른 동작 및/또는 3D 이미지 기록으로 인해 발생하는 병목 현상을 줄일 수 있다. 이는 빠른 이미지 획득으로 인해 피사체의 움직임으로 인해 발생하는 이미지 왜곡을 줄일 수 있다.
31) 이마신(Imasins)
본 명세서에 설명된 3D 엑스레이 이미징 방법은 엑스레이 현미경, 전체 영역 엑스레이 이미징 및 2D 영역의 스펙트럼 측정기 모두에 적용될 수 있다. 도 9, 13 및 33은 독립형 시스템 및 하이브리드 시스템에서 3D 이미징 방법의 예를 도시한다.
3D 단층 촬영의 경우, 도 9 및 33에 도시 된 바와 같이 엑스레이 방출 위치에서 엑스레이 측정을 수행할 수 있다. 또한, 고해상도 이미징, 밀도 측정 및/또는 스펙트럼 측정을 위한 관심 영역에 대한 결정 및 선택을 위해 저해상도 엑스레이 이미지를 촬영할 수 있다. 예를 들어, 도 34 및 도 10에 도시 된 바와 같이 엑스레이 소스와 피사체 사이에 배치된 빔 흡수 입자 판(15)을 사용하여 이미지를 촬영할 수 있다. 관심 영역을 선택한 후, 도 10에서와 같이 엑스레이 흡수 영역의 더 작은 영역 상에서 콜리메이터(17)를 이용하여 고해상도 이미지가 촬영될 수 있다.
고해상도 단층 촬영 측정의 경우와 같이, 피사체와 검출기 사이에 엑스레이 빔 선택기 또는 콜리메이터, 또는 엑스레이 흡수 요소를 갖는 엑스레이 판이 배치될 수 있다. 각 엑스레이 이미지는 빔 흡수 요소가 포함된 판 또는 판들에 의해 촬영될 수 있다.
차단된 투영 경로 상의 미지의 픽셀은 다른 투영 경로의 측정에서 해결될 수 있다. 엑스레이 방출 위치가 이동될 때 각 엑스레이 이미지가 촬영됨에 따라, 빔 흡수 판 또는 판들이 엑스레이 방출 위치 또는 엑스레이 소스를 기준으로 z 방향 또는 xy 방향으로 이동하거나, 회전 할 수 있다. 여러 엑스레이 이미지를 촬영하여 차단된 투영 경로의 미지 물질을 포함하는 측정을 다음 측정 세트에서 측정하고 그 값을 확인할 수 있다.
빔 흡수 입자가 x-y 차원에서 크기가 1개 또는 2개 또는 작은 수의 픽셀 피치를 갖는 것과 같이 x-y 차원에서 작은 경우, 미지의 픽셀은 인접 영역으로부터 근사될 수 있다.
달성된 해상도가 가장 높을 수 있고(예를 들어, 100 x 이상) 측정 속도가 ps 범위 이상과 같이 가장 높을 때, 스펙트럼 감도(12 x 이상)가 선택된 픽셀에 대해 가능한 한 높을 수 있고, 개선된 해상도, 속도 및 스펙트럼 감도로 인해 전체 감도가 106 이상 증가 될 수 있다. 이러한 알려지지 않은 픽셀 또는 복셀은 많은 수 (예: 약 1000개) 중 하나 또는 하나의 측정이 누락 된 경우에도 재료 분해에서 보간되거나 도출될 수 있다.
프로세스는 2D 단일 또는 다중 빔 엑스레이 현미경에 적용될 수 있으며, 투과 모드는 독립형이거나 회절, 간섭계, 형광 및/또는 산란, 위상대조 및 암시야 엑스레이 현미경과 같은 모달리티 중 하나 이상이 결합된다. 이러한 애플리케이션의 경우, 다차원 이미지 구성에 필요한 이미지를 획득하기 위해 엑스레이가 방출되는 각 인접 지점 간의 거리는 nm 범위에 있는 것만큼 작을 수 있다.
다수의 2D 이미지가 먼저 획득된다. 프로세서는 원하는 3D 이미지의 재구성에 필요한 2D 이미지의 수를 결정할 수 있다. 프로세서는 또한 기존 3D 이미징보다 더 적은 이미지 레이어를 생성할 수 있는지의 여부를 결정할 수 있다. 2D 검출기 어레이에 m ㅧ n 검출기 셀이 있으면, 프로세서가 p<n 및 p<m 인 임의수 p의 2D 이미지를 생성할 수 있다. 그 결과 각각 m ㅧ n 픽셀이 있는 2D 이미지의 P 레이어가 생성된다. 3D 이미징 방법에는 m ㅧ n ㅧ p 변수와 m ㅧ n ㅧ p 방정식으로 선형 방정식 시스템을 푸는 것이 포함된다. 방정식에는 x 축에 m개 점, y 축에 n개 점, z 축에 p라는 3차원이 있다. 이 방법은 피사체의 관심 영역에 있는 각 복셀이 입방체라고 가정한다. 즉, 각 복셀의 변이 동일한 길이, Dx=Dy=Dz(또는 Xa=Xb=Xc, 여기서 Xa 및 Xb는 xy 평면의 피치이고, Xc는 샘플 깊이의 해상도이다). 이 방법은 Dz의 변이 Dx 및 Dy와 같지 않은 경우에도 확장될 수 있다. 도 9 및 도 10을 참조하여 2D 이미지의 3D 이미징에 대한 추가 세부 정보.
각각의 이미지에 대해, 프로세스(1310)에서, 피사체(2)에 대해 엑스레이(30)가 방출되는 위치(16)(도 12b 및 12c 참조)는 검출기 어셈블리(14) 및/또는 센서 (320)의 평면에 평행한 평면(202)으로 이동된다. 엑스레이 소스(12)는 본 명세서 개시된 바와 같은 운동을 위한 메커니즘을 포함한다. 엑스레이(30)가 방출되는 위치를 본 명세서의 나머지 부분에서 방출 위치(16)라 한다. 지점(16)을 이동 한 후, 프로세스(1312)에서 다른 2D 이미지를 촬영하고 기록할 수 있다.
이미지를 사용하기 전에 2D 이미지에서 1차 엑스레이 및 산란을 분리할 수 있다. 산란을 제거할 수 있다. 예를 들어, 낮은 원자 z 번호 재료 또는 유사한 원자 z 번호를 가진 재료의 더 나은 시각화를 위한 재료 차별화, 식별 및 검사를 위해 분산 이미지를 별도로 사용할 수도 있다. 다른 분리 방법은 엑스레이 소스와 엑스레이 검출기를 포함하는 장치의 다른 구성을 사용한다. 프로세스(1314)에서, 위에서 언급 한 다른 양상을 포함하거나 포함하지 않는 3D 단일 또는 다중 빔 엑스레이 현미경을 얻을 수 있다.
산란 특성이 낮은 피사체에서는 산란 분리 단계를 생략할 수 있다. 또한, 관심 영역을 조명하기 위해 엑스레이 얇은 빔을 사용하는 경우, 산란 분리도 생략할 수 있다.
프로세스(1302, 1304, 1306, 1308)를 통해, 픽셀 피치 또는 인접한 격자 사이의 더 작은 거리를 갖는 격자에 의해 분리되는 다양한 파장 엑스레이의 2D 인터페로그램이 2D 이미지를 제공하기 위해 검출기에 형성될 수 있다. 프로세스(1304)에서, 엑스레이 소스로부터의 엑스레이 팬 빔은 두 개의 동일한 빔으로 분할될 수 있고 에너지 분산 격자에 의해 다중 파장의 엑스레이 빔으로 분산될 수 있다. 격자 각각은 픽셀 피치 떨어져 있거나 2D 평면(202)에서 픽셀 피치 일부가 떨어져 있다. 피사체(2)를 통과하는 빔은 검출기(320)에서 인터페로그램을 형성한다. 기준 빔은 동일한 거리를 이동하지만 피사체(2)를 통과하지는 않는다. 이것은 크리스탈 또는 다른 빔 결합 메커니즘에 의해 수행될 수 있다.
프로세스(1306)에서, 상이한 방출 위치로부터 다중 파장의 대응하는 빔을 갖는 기준 빔의 인터페로그램이 검출기(320) 상에 형성될 수 있다. 각 파장의 이미지는 하나의 2D 이미지를 형성할 수 있다. 프로세스(1308)에서, 각 파장의 이미지는 평면(202)상의 다른 방출 위치로부터의 입력 빔으로부터 형성된 엑스레이 이미지를 나타내기 때문에, 다차원 엑스레이 이미지의 구성은 다른 파장의 2D 이미지를 소스(12)로부터의 단일 엑스레이 방출과 실시간으로 결합을 통해 이루어질 수 있다. 사용된 파장이 서로 가까울 경우(예: 1-20 nm 대역폭 이하), 동일한 물질에 대한 흡수 레벨의 변화를 최소화할 수 있다. 이는 다양한 파장의 엑스레이 중에서 각 물질의 흡수 특성이 유사하기 때문이다. 따라서 서로 다른 파장의 각 2D 이미지를 서로 다른 위치에 연관시킬 수 있으며 제 3 축에서 알수 없는 픽셀을 해결하여 다차원 이미지를 구성하는 데 사용할 수 있다. 두 경우 모두, 에너지 또는 파장의 변화로 인한 흡수 레벨의 변화는 투영된 빔 경로를 따라 알려지지 않은 단위 또는 알려지지 않은 복셀의 계산 및 도출에 고려될 수 있다. 일 구현에서, 하나의 파장 또는 에너지 레벨에서 재료 또는 복합 재료의 측정은 다른 에너지 레벨의 측정과 상관되며, 데이터베이스가 참조로 설정될 수 있다.
3D 이미징을 위해 도 12a-12c의 엑스레이 장치를 사용하는 방법은 다음의 일반적인 단계를 포함할 수 있다: (1) 캘리브레이션; (2) 2D 이미징; (3) 이미지 산란 제거; (4) 2D 기능 이미징; (5) 다차원 및 3D 이미지 측정, 계산, 합성 및 구성; (6) 3D 기능 이미징; 및 (7) 실제 및 합성된 3D, 2D, 다중 차원, 1D, 하나 또는 몇 개의 픽셀의 포인트 영역, 및/또는 선택된 영역 또는 컴포넌트 또는 타겟의 타임 스탬프 표시. 단계 1, 2, 3, 5, 7은 고해상도 3D 이미징에 사용할 수 있다. 단계 3 및 6은 선택적인 단계일 수 있으며 애플리케이션에 따라 적용된다. 추가 세부 사항은 국제 특허 출원 번호 PCT/US2019/022820에 설명되어 있다.
(1) 캘리브레이션. 피사체의 이미지 획득을 수행하기 전에 각 엑스레이 소스 위치에 대해 이미지가 촬영된다. 검출기 셀(i, j)은 다양한 서브 픽셀을 통과하는 신호를 수신할 수 있으며, 각 서브 픽셀 전송이 계산될 수 있다. 예를 들어 각 서브 픽셀은 픽셀의 절반이 될 수 있다. 각 픽셀(가는 열) 내에서 엑스레이 감쇠가 균일하고 볼륨에 비례한다고 가정한다. 이 기하학적 계산은 미리 수행될 수 있다. 기하학적 계산의 데이터를 저장하거나 일반 공식을 도출하여 데이터를 나타낼 수 있다.
2D 이미지가 촬영된 후, m ㅧ n ㅧ p 변수를 갖는 m ㅧ n ㅧ p 방정식인 방정식 시스템이 풀릴 수 있다. 엑스레이 소스의 각 위치는 m ㅧ n 크기의 이미지를 생성할 수 있으며 따라서 p 레이어일 수 있다. 선형 방정식 시스템은 반복 방법 또는 행렬 방법으로 풀 수 있다.
캘리브레이션을 위해 세 가지 상황이 고려될 수 있다. 피사체의 관심 영역이 엑스레이 이미징 영역 내에 잘 위치하면, 선형 방정식 시스템을 풂으로써 3D 이미지의 완성도를 보장할 수 있다. 그러나 관심 영역이 이미징 영역을 넘어 1차원 또는 2차원으로 확장되는 경우 추가 계산이 필요할 수 있다.
영역 A가 관심 영역이고 영역 B가 영역 A에 인접한다고 가정하면, 영역 B의 데이터는 영역 A의 투영 데이터를 획득하기 위해 위에서 설명한 제 2 상황 및 제 3 상황에 필요하다. 영역 A가 영역 B로 둘러싸여 있기 때문에 2 단계 스캔을 수행함으로써 영역 B의 정보를 더 큰 영역으로 확장하지 않고도 정확하게 얻을 수 있다.
대안으로, 제 1 단계는 대부분의 애플리케이션을 위해 충분할 수 있으며, 특히 관심 영역 외부에 새로 도입된 미지수가 관심 영역의 미지의 수에 비해 충분히 작은 경우에 충분할 수 있다.
대안으로, 관심 영역 밖의 영역에서 새로 도입된 미지수를 해결하기 위해, 각각의 새로운 미지 복셀 또는 각 세트의 미지 복셀이 도입됨에 따라, 관심 영역의 다차원 또는 3D 이미지를 완전히 다시 구축하기 위해 미지의 예상 경로의 측정을 해결해야 하는 검출기의 영역에 새로 도입된 미지의 복셀을 포함하는 투영 경로도 판독하는 읽을 픽셀을 포함할 수 있다. 엑스레이 방출 위치가 이동함에 따라, 점점 더 많은 알려지지 않은 복셀이 도입되고, 초기 m ㅧ n 영역 외부의 검출기에서 점점 더 많은 픽셀이 판독된다. 검출기에서 판독될 픽셀 수를 최소화하여 촬영할 이미지 수와 방사선 레벨을 최소화하기 위해, 서로 인접한 엑스레이 방출 위치는 최소 거리 또는 최적화된 공간 위치를 가질 수 있어, 전체적인 총 공간 치수 또는 가장 먼 위치로부터의 거리가 최소화된다.
2-단계 접근의 예에서, 제 1 단계에서는, 2-방향 이동을 사용함으로써, 검출기는 x 방향 및 y 방향을 따라 데이터를 획득할 수 있다. 데이터에는 Nx 데이터 포인트와 NY 데이터 포인트가 포함될 수 있다. N은 x, y 또는 z 평면의 방출 위치 수이다. 영역 A에는 픽셀 번호 NAX ㅧ NAY가 있다. 영역 B에는 픽셀 번호 NBX ㅧ NBY가 있다. 따라서 NX 및 NY의 총 투영은 (NAX+NBX)(NAY+NBY)가 된다. NL(2)는 z 축의 두께 또는 미지의 픽셀이다. Z 방향을 따라 이동하면, 해당 이동을 마찬가지로 NZ 데이터 포인트로 나눌 수 있다.
두 번째 단계에서, NZ 투영이 영역 A 및 B에 모두 포함되도록 스캔 단계를 개선할 수 있다. 예를 들어, 검출기 픽셀 피치의 정수배 대신, 스캔 단계는 관심 영역 내에서 픽셀 피치 크기의 일부(예: 픽셀 피치 크기의 1/10)를 포함할 수 있다. 새로운 스캔을 할 때마다 알려지지 않은 픽셀이 도입되지 않지만 더 많은 알려지지 않은 문제를 해결할 수 있다. 일부 경우에, 제 2 단계 이미징에서 조명될 영역은 관심 영역 외부의 영역에 새로 도입된 미지수를 포함하는 조명 경로 영역으로만 제한되는 것이 바람직하다. 콜리메이터의 치수 또는 선택된 리프를 사용하여 엑스레이 콘 빔을 선택적으로 제한할 수 있으므로, 새로 도입된 미지 복셀이 포함된 영역을 조명하는 빔만 전송된다. 그런 다음 프로세서는 방정식을 풀고 3D 이미지를 재구성함으로써 정확한 솔루션을 제공할 것이다.
(2) 2D 이미징.
엑스레이 소스의 적어도 2개의 상이한 위치로부터 취해진 2D 이미지로부터 다차원 이미지가 생성될 수 있다. 프로세서는 피사체 또는 피사체의 관심 영역의 기하학적 구조와 치수를 결정할 수 있다. 그러한 정보가 미리 결정되거나 미리 설정된 경우, 이 단계를 건너뛸 수 있다. 엑스레이 소스는 첫 번째 위치에서 엑스레이 소스의 엑스레이로 피사체를 조명하고 검출기 어셈블리에서 이미지를 판독할 수 있다. 프로세서는 이후, 엑스레이 소스를 검출기 어셈블리의 XY 평면에 평행한 XY 평면의 제 2 위치로 이동할 수 있다. 제 1 위치에서 제 2 위치로의 변위는 전술 한 바와 같이 픽셀 피치의 정수배일 수 있다. 예를 들어 변위가 하나의 픽셀 피치인 경우, 피사체의 관심 영역의 투영 된 이미지는 검출기 어셈블리의 픽셀의 한 라인만큼 관심 영역의 이미지의 외부 가장자리를 방향 변경 축을 따라 확장하여 이전에 투영된 이미지와 다르다. 즉, 두 이미지 사이에서 엑스레이 소스 위치를 이동하면 정의된 차원의 관심 영역에 대해 두 개의 서로 다른 투영 이미지가 생성되지만, 동일한 관심 영역에 대한 검출기에서의 투영 이미지의 위치는 이동 방향으로 하나의 픽셀 셀만큼 확장된다. 엑스레이 소스는 제 2 위치에 있는 엑스레이 소스의 엑스레이로 피사체를 조명하고 검출기 어셈블리에서 이미지를 판독할 수 있다. 이 프로세스는 Z 축에서 원하는 해상도의 3D 이미지를 생성하기 위해, 필요에 따라 엑스레이 소스의 여러 위치에 대해 반복할 수 있다.
(3) 산란 및 1차 엑스레이 분리.
이 단계에서, 산란 신호는 위에서 획득된 각각의 2D 이미지에서 1차 엑스레이 이미지로부터 분리될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같은 임의의 적절한 산란 제거 또는 산란 및 1차 분리 방법을 사용할 수 있다.
피사체의 관심 영역의 기하학적 구조 또는 차원이 결정될 수 있다. 일부 경우에, 그러한 정보는 프로세서에서 사용하기 위해 미리 결정되고 저장될 수 있다. 2차원 평면 엑스레이 소스가 있는 위치에 수직인 제 3 축의 두께를 기반으로 완전한 3D 이미지를 도출하기 위해 엑스레이 방출 위치가 있어야 하는 위치의 수를 결정할 수 있다. 엑스레이 방출 위치가 2D 평면으로 설계되는 경우, 위치의 수 P = 피사체 또는 관심 영역의 두께/피사체 또는 관심 영역의 두께 또는 깊이에 따른 픽셀 피치 또는 해상도 = 총 엑스레이 소스 위치의 수 = n2이다. 그러한 정보는 또한 미리 결정될 수 있다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 엑스레이 소스 또는 엑스레이 방출 위치는 각각의 선형 축에서 "제 1 위치"로 지칭되는 2차원 공간에서 적어도 P 회 이동될 수 있으며, 각 축에서 적어도 n개의 가능한 위치 또는 적어도 Vn2 위치 만큼 이동될 수 있다. 본 명세서에 언급된 미지수 단위 또는 미지 픽셀은 일반적으로 m ㅧ n으로 설명되는 2D 슬라이스 영역의 미지 픽셀 세트를 설명하는 데 사용된다. 알려지지 않은 픽셀 세트가 mㅧn 보다 큰 2D 슬라이스 영역을 참조하는 경우, 알려지지 않은 세트 또는 알려지지 않은 세트들의 총수는 총 여전히 n2이다. 이는 3D 이미지의 구성을 완료하기 위해 n2 위치 또는 n2 이미지만 필요함을 의미한다.
결과적인 2D 픽처 데이터는 본 명세서 개시된 선형 방정식 시스템 m ㅧ n ㅧ p에서 피사체 또는 관심 영역에 대한 제 3 축의 미지의 픽셀을 풀고 결정하기 위해 결합 될 수 있다. 제 1 위치에서의 엑스레이 방출 위치에서 알려지지 않은 새로운 복셀 제품이 생성된다.
m ㅧ n ㅧ p의 총 면적으로 관심 영역 외부의 새로 도입된 미지 단위 또는 복셀을 해결하기 위해, 다음은 선택적 예이다.
새로 도입된 미지의 수가 관심 영역에 비해 충분히 적으면, 2D 차원에서 m ㅧ n의 P 이미지는 관심 영역을 설명하기에 충분하다.
선택적으로, 예를 들어 제 1 위치의 동일한 xy 영역에서 "제 2 위치"라고하는 제 1 위치와는 다른 xy 평면상의 엑스레이 방출 위치에서 추가 이미지가 촬영되지만, 방출 위치는 제 1 위치와 다른 위치의 중심에 있다. 또는 제 2 위치들 사이의 거리는 깊이의 해상도 또는 인접한 제 1 위치의 거리보다 작을 수 있다. 제 2 위치의 각 이동 단계는 제 1 위치 이동의 단계보다 미세하다. 선택적으로 엑스레이 빔은 조정되거나 콜리메이팅되어 새로 도입된 미지의 영역을 조명하는 빔만 전송된다. 제한된 차원의 2D 측정은 미지의 사항을 추가로 해결하기 위해 수집된다.
선택적으로, 전술 한 바와 같이, 엑스레이 방출 위치가 제 1 위치 영역에서 이동함에 따라, mㅧn 픽셀인 검출기 상의 원래 2D 영역의 외부 에지 상의 2D 검출기의 추가 픽셀은 관심 영역 외부에 있는 알려지지 않은 영역의 측정값을 포함하도록판독된다. 바람직하게는, 조명 경로가 관심 영역에서 알려지지 않은 새로 도입된 알려지지 않은 것을 포함하는 경우에만, 검출기 상의 픽셀 영역이 그러한 투영된 경로를 측정하여 신호가 판독된다. 결과적으로 새로운 알려지지 않은 항목이 도입됨에 따라 더 많은 알려진 픽셀이 판독된다. 관심 영역의 3D 볼륨에서 알려지지 않은 단위를 포함하는 선형 방정식의 해결을 완료하는 데 여전히 P 이미지만 필요하다.
1차 이미지와 산란 이미지의 분리에 대한 추가 세부 사항은 도 15g에 요약되어 있다.
(4) 2D 기능 이미징.
상기 단계에서 얻어진 2D 이미징에 대한 수정으로서 기능 이미징이 수행될 수 있다. 기능 이미징은 단일 에너지 또는 이중 에너지 또는 다중 에너지 엑스레이 소스로 촬영된 위치 또는 2D 시각화에 추가로 정보를 제공하는 것으로 정의되며, 산란 및 1차 엑스레이 분리를 포함하거나 포함하지 않는다. 기능적 이미징 방법 및 시스템의 예는 아래에 설명되어 있다. 각 예는 다른 예와 독립적이며 애플리케이션에 필요한 추가 정보를 제공하기 위해 결합 될 수 있다.
2D 및/또는 3D 이미지 분석을 통해 하나 이상의 전체 영역 엑스레이 이미지가 촬영됨에 따라, 일부는 산란 제거를 사용하거나 일부는 물질 분해를 사용하거나 이미지에 대한 다른 유형의 정량 및 정성 분석을 수행한다. 일부는 산란 제거 및 재료 분해 정량 분석이 결합되어 있다. 예를 들어 다양한 절대 물리적 특성, 움직임, 위치 및 밀도 분석, 이미지화된 피사체의 컴포넌트에 대한 상대적 정성적 및 정량적 측정이 포함될 수 있다. 특정 관심 영역(예: 도 12a-12c에 도시된 영역 4)은 더 자세한 조사를 위해 확인될 수 있다.
추가 조사는 재료 분해 및 다른 재료 이미징(위에 설명된 바와 같음)을 포함할 수 있다. 분해에는 단일, 이중 또는 다중 에너지 엑스레이 분해 방법을 사용하여, 원자 z 번호 및/또는 서로 다른 컴포넌트의 고유한 엑스레이 측정 가능 속성 또는 속성들을 기반으로 피사체의 컴포넌트를 정량적으로 분석하고 분리하는 프로세스가 포함된다.
전술 한 바와 같이, 엑스레이 소스는 각각의 엑스레이 소스 위치로부터 2개의 엑스레이 펄스를 방출할 수 있다: 평균 에너지 레벨 L에서의 저에너지 펄스가 이어지는 평균 에너지 레벨 H에서의 고에너지 펄스; 또는 평균 에너지 레벨 H에서의 고에너지 펄스, 평균 에너지 레벨 M에서의 중간 에너지 펄스, 및 평균 에너지 레벨 L에서의 저에너지 펄스로 이어지는, 각 엑스레이 소스 위치에서의 세 개의 엑스레이 펄스;를 방출할 수 있다. 각 구성에서 각 펄스에는 본질적으로 변하지 않는 단일 에너지 스펙트럼이 있다. 다른 구성에서, 4개 이상의 에너지 펄스가 엑스레이 소스에서 방출될 수 있다.
상이한 에너지 레벨을 구별하지 않을 수 있는 전술한 2D 검출기 대신, 검출기 어셈블리는 에너지에 민감한 광자 계수 검출기 및 PMT, 및 신틸레이션 층 상류와 결합 된 가시광 검출기 또는 실리콘 시프트 검출기를 포함할 수 있다. 이러한 검출기는 기존의 엑스레이 소스 또는 피코초 엑스레이 소스와 같은 타임 오브 플라이(time of flight) 엑스레이 소스와 함께 사용되어, 다양한 원자 z 번호 및/또는 엑스레이 측정 차별화 가능 특성을 가진 다양한 컴포넌트 또는 재료 또는 물질에 대한 이미지 분리, 밀도 측정 및 정량 분석을 위한 1차 엑스레이 신호를 수집할 수 있다. 기존의 엑스레이 소스와 함께, 에너지에 민감한 광자 계수 검출기는 이중, 삼중 또는 다중 에너지 및 스펙트럼 에너지 이미징과 피사체의 다른 재료 또는 컴포넌트의 흡수 측정을 허락하면서, 1차 엑스레이 및 산란 분리를 보장하기 위해, 이중 검출기 및 빔 선택기 어셈블리에서 전방 검출기, 후방 검출기 또는 둘 모두를 대체할 수 있다.
물질 분해는 위에서 설명한 것과 다른 물질 분해 방법에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 이 방법은 적어도 하나의 선형 감쇠 계수의 표현을 나타내기 위해 적어도 두 가지 기본 기능의 조합이 사용되는 모델을 기반으로, 이미징 데이터가 적어도 하나의 기본 이미지 표현으로 분해되는 이중 에너지 방법을 포함할 수 있다. 단일 에너지에서 다른 적합한 CT 또는 엑스레이 기반 물질 분해 방법, 두 가지 이상의 에너지 방법이 여기에서 채택될 수 있다. 이러한 방법은 예를 들어 엑스레이 빔이 mm 이하 범위에서 직경이 작은 경우 산란 제거가 필요하지 않을 수 있다.
1차 엑스레이와 산란이 분리될 때 기능적 이미징이 향상될 수 있다. 1차 엑스레이 정량 측정은 수학적 분해 없이 피사체의 재료 및 컴포넌트에 대한 정량 분석 및 밀도 측정에 사용될 수 있다. 차별화, 측정, 정량화 및/또는 이미지화할 여러 재료가 있는 경우, 이중 또는 다중 에너지 엑스레이 시스템을 사용할 수 있다. 엑스레이 다중 검출기 어셈블리에 사용된 빔 선택기의 예가 도 6에 나와 있다. 빔 선택기는 엑스레이 소스와 피사체 사이 또는 검출기와 피사체 사이에 배치될 수 있다.
또한, 바람직하게는 이미징 될 재료의 동일 재료 및 조성이 전술한 바와 같이 이미징될 각 재료의 캘리브레이션을 위해 정의된 공간 및 다중 에너지 의존적 측정으로 캘리브레이션에 사용될 수 있다. 예를 들어, 생물학적 위험 또는 폭발성 물질의 특성화 및 검사에서 이전에 식별된 물질 또는 화학 물질을 사용하여 분말, 액체 또는 고체와 같은 피사체에 나타나는 형태로 캘리브레이션 될 수 있다. 이러한 캘리브레이션은 수하물 재료 또는 의류, 및 기타 수하물에 공통적인 기타 재료가 있는 경우 수행될 수 있다. 또한, 예컨대, 유방 이미징과 같이 더 많은 재료가 있는 경우, 이중 에너지 시스템을 사용하여 피사체에서 미세 석회화, 스텐트, 카테터, 이물질, 수술 도구 또는 식별 불가능한 재료와 같은 추가 재료를 구별할 수도 있다. 추가 애플리케이션은 카테터, 스텐트, 미세 수술 도구를 식별하기 위한 흉부 이미징에서 2개 이상의 에너지 레벨을 갖는 삼중 에너지 및 스펙트럼 에너지 시스템을 사용하는 것을 포함할 수 있으며, 때로는 DRC, 연조직으로부터 뼈 분리, 지방 및 린조직의 분리, 혈관 및 신경(다른 연조직 및 뼈와 더 구분하기 위해 조영제로 표시 될 수 있음)의 분리로 설명될 수 있다. 외부 또는 고유한 컴포넌트는 캘리브레이션 된 값 또는 기존 데이터베이스(위에 설명된 것과 같은) 또는 라이브러리에서의 조회, 또는 과거 데이터(위에 설명된 것과 같은)를 기반으로 한 시뮬레이션 된 값을 기반으로 구별되고 식별될 수 있다. 이러한 컴포넌트는 소프트웨어 알고리즘을 사용하여 나머지 컴포넌트와 분리 할 수 있다. DRC의 분리는 이중 에너지 분해 기반 물질 분해 방법에 대한 추가 단계로서 미세 석회화의 분리를 위해 본 명세서에 개시된 추가 2차 근사를 사용할 수 있다. 측정값이 낮거나 산란이 없는 하나 또는 몇 개의 픽셀을 포함하는 영역으로 설명되는 1D, 2D 또는 포인트 영역의 물질 분해도 포함될 수 있다.
여러 피사체의 공간적 존재 패턴은 다르지만 일관된 공간 패턴을 가진 피사체와 분리 될 수 있다. 예를 들어, 카테터는 더 작고 덜 연속적이며 특정 위치에서만 발생하며 연조직 및 뼈보다 더 드둘다. 예를 들어, 정형외과적 최소 침습 수술, 종양 생검의 수술지도에서 삼중 에너지 및 스펙트럼 엑스레이 영상 시스템은 뼈, 연조직 및 혈관과 신경을 구별할 수 있다. 수술 도구 또는 센서는 다중 에너지 이미징을 사용하여 주로 유기물로 구성된 배경 이미지와 구별되거나 분해될 수 있다. 분해는 수술 도구 또는 센서의 모양, 크기, 불연속적인 공간 패턴, 및/또는 중첩 밀도를 인식하여 수행될 수 있으며, 이는 중첩 조직 밀도 측정 및 구성과 비교하여 그 존재로 인해 달라질 수 있다. 배경과 비교한 수술 도구 또는 센서의 밀도 값을 식별할 수 있고 배경 조직과 겹치는 동안, 투영 라인을 따라 수술 도구의 공간 치수와 밀도, 및 복합 배경 재료 내 위치를 도출할 수 있다.
방사선 요법에서, 종양의 영역은 조영제로 라벨링될 수 있거나, 정상 조직의 것과 다른 밀도 측정 특징 또는 공간 특징을 가질 수 있다. 이러한 영역은 방사선 치료를 안내하기 위해 서브 마이크론 범위와 같은 정확도로 식별될 수 있다. 방사선 선량은 또한 관심 영역을 특정 조직이나 드문 이벤트 또는 특징 위치로 제한하여 조정될 수 있으며, 이에 따라 엑스레이 노출 영역을 종양이 있는 영역일 수 있는 관심 영역으로 제한하고, 선택한 관심 영역에서 실시간으로 예를 들어 희귀 세포, 종양, 병든 조직, 물질과 같은 컴포넌트의 고해상도 실시간 3D 이미지뿐 아니라 국소화 및 시각화를 위한 배경 이미지를 수집하고, 그리고/또는 낮은 방사능 레벨로 더 정확한 수술을 안내를 제공한다. 또한, 이러한 이미징 방법은 보다 정확하고 정밀한 수술 또는 방사선 치료 사전 수술 계획 및 수술 안내를 허용하며, 특히 로봇 기반 수술 시스템과 통합될 때 유용하다. 추적 및 조영제에 대한 자세한 내용은 아래에 더욱 설명되어 있다.
추가 조사는 또한 산란 제거가 있거나 없는 간섭계를 포함할 수 있다. 간섭계(적절한 기존 또는 미래의 간섭계가 될 수 있음)를 사용하면 흡수, 암시야 및/또는 위상차 이미지의 2D 이미지를 얻을 수 있다. 이러한 이미지는 3D 인터페로그램을 구성하는 데 사용될 수 있다.
간섭계는 하류에서 특정 거리에 간섭무늬를 도입하는 위상 격자를 통해 엑스레이를 방출함으로써 작동한다. 피사체가 빔 경로에 배치되면 피사체는 흡수, 굴절 및/또는 작은 각도 산란을 통해 관찰된 간섭 패턴을 수정한다. 감지기가 이러한 신호를 판독하면 피사체 및 그것의 컴포넌트의 속성을 알고리즘 적으로 결정할 수 있다.
일 예에서, 더 큰 시야를 갖기 위해 탈보트라우(Talbot-Lau) 간섭계가 사용될 수 있다. 탈보트라우 간섭계에서 빔 스플리터 격자(Gl)는 엑스레이 소스(S)와 검출기(D) 사이의 빔 경로에 배치될 수 있다. 프렉셔널 탈보트(Fractional Talbot) 효과로 인해 빔 스플리터 격자의 주기적 구조를 나타내는 강도 분포(I)가 격자 뒤의 특정 거리에서 발생할 수 있다. 피사체(O)가 빔 스플리터 격자 앞에 배치되면, 피사체의 흡수, 산란 및 굴절 특성으로 인해 강도 분포가 변경된다. 부분적 탈보트 효과에는 공간적으로 일관된 방사선이 필요하다. 이 요구 사항을 충족하기 위해 충분한 작은 초점이 있는 마이크로 포커스 엑스레이 튜브를 사용할 수 있다. 대안으로, 슬릿 마스크(GO)를 기존 엑스레이 튜브의 초점 앞에 배치할 수 있다. 이 마스크는 엑스레이 빔의 특정 부분을 흡수하여 공간적으로 일관된 슬릿 소스를 생성한다. 이러한 슬릿 소스 각각은 빔 스플리터 격자의 자체 이미지를 생성할 수 있다.
라우(Lau) 효과를 이용함으로써, 이러한 자기 이미지는 날카로운 강도 분포로 중첩될 수 있다. 일반적으로 이러한 간섭무늬는 너무 작아서 기존의 엑스레이 검출기로 해결할 수 없다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 간섭무늬와 동일한 주기의 흡수 분석기 격자(G2)를 이러한 무늬의 평면에 배치할 수 있다. 이 분석기 격자는 격자 막대에 수직인 평면에서 분석기 격자를 단계적으로 이동하여 주기적 강도 분포를 샘플링하는 데 사용할 수 있다. 전술한 인터페로그램 방법의 변형 및 그 도출물, 위상차 이미징, 여기에 설명된 이미징 방법에 기반한 암시야 이미징은 또한 본 개시의 일부이다.
코히어런트 엑스레이 빔을 생성하기 위해, 간섭계는 픽셀화 된 엑스레이 소스를 사용할 수 있다. 간섭계는 또한 MEM 기반, 크리스탈 기반 또는 음향 변조 크리스탈 격자(acoustic modulated crystal grating)를 사용하는 회절격자를 가질 수 있다. 조정 가능한 MEM 어레이를 갖는 적절한 회절격자의 예가 도 15e에 도시되어 있다.
2D 기능 이미징의 추가 세부 사항은 도 15h에 요약되어 있다.
(5) 3D 이미지 합성, 구성 및 계산
프로세서는 전술한 3D 결합 데이터 및 선형 방정식의 해에 기초하여 3차원 이미지를 도출하기 위해 종래의 컴퓨팅 단층 이미징 알고리즘을 사용할 수 있다.
또한, 엑스레이 방출 위치는 6D 공간에 있을 수 있다. 엑스레이 방출 위치가 3D 공간을 설명하는 x, yz 선형 축에서 이동하거나 또는 엑스레이 소스가 피사체에 대해 3D 공간에서 여러 개의 서로 다른 엑스레이 방출 위치를 가질 때, 각기 다른 조명 경로 세트가 생성된다. 12-1, 12-2, 12-3, 12-4 및 12-5에 예시된 바와 같은 각 엑스레이 방출 위치에서, 관심 영역 (16)의 서로 다른 투영 경로 세트 IP 12-5-1 및 IP 12-5-2가 조명될 수 있다. 각 조명 경로는 해결해야 할 알려지지 않은 복셀 중 다양한 복셀의 다른 조합 또는 다른 수의 복셀 중 하나 이상의 복셀 열을 포함할 수 있다. 예를 들어, 방출 위치 12-5에서 빔 IP 12-5-1은 4개의 복셀(Voxel#X3Y4Z1, #X3Y4Z2, #X3Y4Z3, #X3Y4Z4를 조명하고, IP 12-5-1은 4개의 복셀(# C1U4Z1, #C1U4Z2, #C1U4Z3, #XlY4Z4)도 조명한다. 방출 위치가 12-4로 이동하면, 생성된 조명 경로가 x y 및 z 축의 좌표 번호로 정의된 볼륨의 새로운 복셀 세트를 따라 투영될 수 있다. 예를 들어, 엑스레이 방출 위치에 대해 본 명세서에 설명 된 2D 평면 예에 추가하여, 방출 위치의 영역은 또한 3D 볼륨 내에있을 수 있다. 예를 들어, 촬영할 총 이미지 수가 1000개라면, 관심 영역 외부로 유입되는 새로운 미지의 수를 최소화하기 위한 엑스레이 방출 위치 이동의 총 최소 볼륨은 10 ㅧ 10 ㅧ 10일 수 있다. 이러한 볼륨의 유닛은 제 3 축에 대해 원하는 해상도가 될 수 있다. 엑스레이 방출 위치는 x, y, z 축에서 선형으로 이동할 수 있다.
여기서 각각의 미지수는 제 3 축에 대해 원하는 해상도의 정수 단위의 거리로 분리된 깊이를 따라 각 층에서 미지의 복셀 세트를 지칭할 수 있다.
요약하면, 완전한 3d 이미지의 구성을 위한 완전한 2d 이미지 세트를 도출하고, 그리고/또는 스펙트럼 측정기를 추가하여 관심 영역에서 컴포넌트의 3D 볼륨의 6D 공간 위치를 찾기 위해, 다음 단계가 포함된다.
이미징 피사체의 하류에 있는 2차원(2D) 엑스레이 검출기, 여기서 시스템은 3D 공간의 두 개 이상의 축에서 엑스레이 방출 위치 또는 엑스레이 소스를 이동하거나 조정하여 피사체의 다중 차원 및/또는 3차원(3D) 이미지를 얻도록 구성되고, 3D 공간은 xyz 축의 위치를 포함하고 2D 엑스레이 측정값을 얻는다.
인접한 엑스레이 방출 위치 사이의 거리는 제 3 축에서 필요한 해상도의 차원 및/또는 두 위치가 엑스레이 빔 세트를 생성하는 데 필요한 최소 거리이며, 각 세트는 관심 영역에서 서로 다른 복셀 경로를 조명한.
인접한 엑스레이 방출 위치 사이의 거리는 1픽셀 피치 또는 픽셀 피치의 정수배 또는 1픽셀 피치 미만이다.
3D 이미지를 구성하는 데 필요한 총 2D 이미지 수 또는 총 발광 위치 수는 는 제 3 축의 깊이를 제 3 축의 해상도로 나눈 값이다.
x 및 y 차원으로 이동하는 경우, 가장 먼 방출 위치로부터의 총 이동 각도는 0.1도 미만 또는 0.1도 또는 0.1도~1도 사이이다.
3개의 선형 축(x, y, z) 모두에서 이동하는 경우, 각 축에서 가장 멀리 떨어진 방출 위치로부터의 총 이동 각도는 0.0008도 미만 또는 0.0008도 또는 0.0008~0.5도 사이 또는 0.5도~1도 사이이다. 각 2D 측정에 대해, 에너지에 민감한 검출기, 광자 계수 검출기, 또는 광 다이오드 또는 에너지 분산 격자 및 공간적으로 민감한 검출기를 포함하는 스펙트럼 측정 어셈블리와 함께 광범위한 스펙트럼의 엑스레이 소스를 사용하여 이중 에너지 및 스펙트럼 에너지 측정값을 얻을 수 있다. 재료 분해는 피사체 이미지의 배경 또는 관심 영역의 배경 이미지 또는 외부 공간 센서 또는 마커 중에서 하나 이상의 컴포넌트를 분리한다.
3D 볼륨이 관심 컴포넌트 및 영역에 대해 x, y 및 z 축으로 분해됨에 따라, 관심 배경 영역에 대한 컴포넌트의 상대적 6D 또는 시간에 민감한 7D 공간 위치는 제 1 측정으로부터 구성된 이미지와 별개의 시간 프레임에서 두 번째 또는 실시간 측정의 이미지를 비교하여 도출될 수 있다.
(6) 3D 기능 이미징
3D 기능 이미징 단계는 위에서 설명된 2D 기능 이미징 기술을 통합할 수 있다.
(7) 3D에서 선택된 영역의 실제 및 합성 이미지, 3D, 2D, 1D 및 포인트 영역에서 다중 슬라이스 된 2D 이미지를 포함하는 다차원 이미지, 및 고해상도 및 저해상도 이미지 배경의 유무에 관계없이 프리젠테이션은 다양하다.
프로세서는 다양한 해상도에서 다축 표현을 제공하거나, 또는 다양한 컴포넌트, 관심 영역 및/또는 피사체에 대한 2D 및 3D 이미지 모두에 대해 다중 차원 표현과 결합 된 2D 이미지를 가질 수 있다.
이러한 3D 이미징 방법이 엑스레이 현미경 또는 엑스레이 흡수 측정기와 결합 된 엑스레이 현미경으로 구현될 때, 엑스레이 광학 장치는 시야를 확장하고, 그리고/또는 다양한 방출 위치에서 나오는 엑스레이를 사용하여 의도된 기능과 효과 측면에서 최적화되도록 수정될 수 있다. 수정 및/또는 최적화를 통해 소스의 다양한 엑스레이 방출 위치에서 측정된 각 투영 된 각각의 2D 이미지가 이미지 품질, 정확도, 감도 및 신호대잡음비 측면에서 비교할 수 있다.
본 명세서에 개시된 엑스레이 장치는 2개 이상의 에너지에서의 엑스레이 흡수 측정기, 투과 엑스레이 현미경, 회절, 형광 및/또는 간섭계를 포함할 수 있다. 따라서 위의 기술에 필요한 엑스레이 광학 장치는 엑스레이 전체 영역 이미징 검출기가 있는 도 12a-12c에 도시된 바와 같은 관심 영역(4)의 조사를 위한 위치로 이동하거나 시야 밖으로 이동할 수 있다. 이러한 장치는 예를 들어 전체 영역 엑스레이 검출기의 하류와 같이 엑스레이 전체 영역 이미징의 빔 경로에 없기 때문에, 엑스레이 광학 장치를 엑스레이 전체 영역 이미징 어셈블리와 함께 배치할 수 있다.
예를 들어, 엑스레이 흡수 측정기의 경우, 엑스레이 광학 장치는 격자 및 공간 감응 검출기 및 기타 관련 광학 장치를 포함하여 관심 영역 및 전체 영역 엑스레이 이미징 검출기를 통과하는 투영된 엑스레이 빔을 다른 에너지 또는 파장 레벨로 분산시키고, 다양한 에너지 레벨 및/또는 다른 공간적으로 변형된 위치에서 신호를 측정한다.
엑스레이 광학 및 비 회전 방법을 사용하여 피사체의 이미지를 생성하기 위해 3차원(3D) 현미경을 사용할 때, 이 방법은 위에서 설명한 여러 단계를 포함할 수 있으며, 그중 일부는 캘리브레이션, 피사체와 관련된 두 개 이상의 서로 다른 엑스레이 소스 위치에서 2D 이미지 획득, 2D 이미지에서 제품 3D 이미지 처리, 3D 이미지 처리, 획득한 정보 출력 등과 같이 선택 사항이다.
이 방법은 예를 들어 엑스레이 현미경 및 전체 영역 엑스레이 이미징에서와 같이 엑스레이 광학 장치를 포함하는 고속 고해상도 3D 이미징을 제공할 수 있다. 각각의 2D 엑스레이 현미경 이미지는 여러 개의 마이크로 빔으로 구성된 이미지 또는 때때로 구조화된 빔 엑스레이 이미징이라고 하는 이미지에 의해 결합 된 이미지로 형성될 수 있다. 엑스레이 흡수 측정기 및 엑스레이 분광기는 2D 또는 3D 엑스레이 현미경과 결합될 수 있다. 바람직하게는, 엑스레이 흡수 측정기 또는 스펙트럼 엑스레이 측정을 사용하여 여러 채널을 측정하면 시야가 증가하고, 특히 엑스레이 소스가 다색인 경우 다중 빔 엑스레이 현미경과 결합될 수 있다.
포인트, 1D, 2D 또는 3D 엑스레이 흡수 측정기 및/또는 스펙트럼 엑스레이 측정과 결합된 2D 또는 3D 전체 영역 엑스레이 이미징, 및 단일 또는 다중 빔의 2D 또는 3D 엑스레이 현미경은 서로 공간적으로 분산된 다중 엑스레이 빔을 사용하여 구조화된 엑스레이 현미경 이미징에 적용될 수 있다.
결합 된 기술은 공간(2D, 3D 또는 기타 다차원) 및 시간에서 어떤 경우에는 서로에 대해 상대적으로 또는 어떤 경우에는 독립적으로 관심 있는 컴포넌트 또는 영역과 피사체의 동역학, 밀도, 존재, 상호 작용, 위치, 유동 역학, 유동 방향, 특정 화학적 특성, 형태, 치수, 형태, 모양, 두께에 있어서의 물리적 특성 변화, 및 움직임을 추적하는 데 사용될 수 있다. 결합 된 기술은 엑스레이 감지 동작, 이벤트 및 물리적 현상의 관찰 및 모니터링과, 사람이 조작하는 수술, 로봇 수술, 생검 및 모니터의 외과적 안내와, 어떤 경우 원격 의료에서 또는 제조 조립 라인, 검사 라인 및 보안 애플리케이션의 원격 모니터링에서와 같이 원격으로 안내 또는 진단하는 데 사용될 수 있다. 추적 및 모니터링을 위해 각 엑스레이 측정 및 이미지에 타임스탬프가 찍힐 수 있다.
따라서, 도 13b 및 13c에 도시 된 바와 같이, 엑스레이 흡수 측정기는 2D 및 3D 전체 영역 이미징, 및/또는 2D 및 3D 현미경과 결합 될 수 있다. 엑스레이 3D 현미경 장치 및 방법은 기존의 3D 이미징 모달리티보다 방사선이 더 빠르고 낮을 수 있다. 예를 들어, 구조적 조명 구성과 함께 사용될 때 산란 제거 방법은 이러한 장치에서 수행될 수 있으며, 3D 이미징에 사용되는 모션 구성과 결합되어 특히 피사체에서 선택된 영역의 더 빠른 3D 이미지를 생성할 수 있다.
선택적으로, 3D 이미지 획득 및 생성은 스캐닝 빔 디지털 엑스레이 SBDX에 기반할 수도 있다. 이 방법에 스캐터 프리 기술을 적용하여 이미지 품질이 향상된 이미지를 도출할 수 있다.
주사 빔 디지털 엑스레이 SBDX는 대 면적 투과형 텅스텐 타겟에 입사하는 전자기적으로 주사된 전자빔을 사용한다. 전자빔은 예를 들어 1/15 초마다 또는 다른 주파수에서 소스 초점 위치의 2D 어레이에 걸쳐 래스터 스캔 될 수 있다. 멀티 홀 콜리메이터는 2D 검출기에 수렴하는 일련의 좁은 중첩 엑스레이 빔을 정의할 수 있다. 좁은 빔 투영 사이의 기하학적 관계는 SBDX 콜리메이터의 고정된 기하학과 고정된 검출기 위치에 의해 제한될 수 있다. 일반적인 SBDX 시스템 구조는 다음과 같다.
소스-검출기-거리(SDD): 약 1500mm
소스 축 거리(SAD): 약 450mm
초점 위치: 약 71ㅧ71 mm
초점 피치: 약 2.3c 2.3mm
네이티브 검출기 어레이: 약 320c 160mm
네이티브 검출기 요소 피치: 약 0.33mm
검출기 빈(bin) 모드 : 약 2 ㅧ 2mm
SBDX는 역 기하학 빔 스캐닝의 사용으로 인해 고유한 단층 합성 기능을 가진다. GPU 기반 실시간 이미지 재구성기를 사용하여 기존 형광 투시와 유사한 라이브 디스플레이를 생성할 수 있다. 표시된 각 2D 이미지 프레임은 2단계 재구성 절차를 통해 생성될 수 있다. 첫 번째 단계에서 시프트 및 추가 디지털 단층 합성을 수행하여 예를 들어 5mm 평면 간격을 가진 32개의 단일 평면 이미지 스택을 생성할 수 있다. 단층 합성 이미지 스택에 대한 픽셀 중심은 스택의 고정 된 픽셀 위치(예를 들어, 행 100, 열 100)가 검출기 중심에서 발생하는 광선에 대응하도록 정의될 수 있다. 두 번째 단계에서, 그라디언트 필터링 절차를 각 단일 평면 이미지에 적용하여 선명도 및 대비가 높은 로컬 영역을 식별할 수 있다. 최종 2D "합성" 이미지는 각 픽셀 위치에 대해 가장 높은 대비와 선명도를 가진 단일 평면 이미지에서 픽셀 값을 선택하여 형성될 수 있다. 단층 합성 픽셀 중심의 기하학적 구조와 합성 절차로 인해, 최종 합성 이미지는 피사체 볼륨에서 초점이 맞춰진 피사체의 반전된 "가상" 원뿔 빔 투영으로 보여질 수 있다. 가상 SBDX 프로젝션은 검출기의 중심에서 시작되어 소스 평면에서 끝날 수 있다. 소스 평면에서 가상 검출기 요소의 피치는 예를 들어 설정된 형상에 기초하여 0.23mm가 될 수 있다. K-에지 필터를 사용한 3D 이미징의 예
피사체(2)에서 관심 영역의 정성적 3D 엑스레이 이미지를 결정할 수 있는 엑스레이 측정 장치(90)가 도 9에 도시되어 있으며, 이는 도 1a의 장치(10)의 임의의 특징을 포함한다. 엑스레이 소스 및/또는 엑스레이 방출 위치 및/또는 엑스레이 방사선의 상대적인 공간적 위치는 피사체에 대해 상대적으로 움직일 수 있다. 엑스레이 소스 및/또는 엑스레이 방출 위치 및/또는 엑스레이 방사선은 두 개의 연속 측정 사이 및/또는 가장 인접한 엑스레이 소스 사이의 거리에서 z 축에 대해 원하는 해상도와 동일하거나 유사한 치수(예: 1픽셀 피치 미만, 검출기의 하나의 픽셀 피치 또는 여러 픽셀 피치)로 이동하도록 구성될 수 있다. 피사체에 대한 엑스레이 소스 및/또는 엑스레이 방출 위치는 2D 평면(검출기와 평행할 수 있음)에서 "제 1 위치"로 정의된 위치, 또는 6D 공간의 위치로 선형 이동 또는 아크 운동을 통해 이동할 수 있다.
엑스레이 측정 장치(90)의 프로세서는 선형 방정식 시스템을 해결함으로써 검출된 엑스레이 방사선을 3차원 이미지로 분해하도록 구성될 수 있다.
각각 깊이에 대해 원하는 해상도 단위로 또는 1픽셀 또는 1 복셀 단위로 이동하며, 각각 알려지지 않은 볼륨을 통해 서로 다른 세트의 조명 경로를 생성하고 하나 또는 미지의 매우 적인 수를 도입하는 6 자유도의 움직임은 미지의 완전한 3D 볼륨이 해결될 수 있는 여러 2D 측정으로 이어질 수 있다.
픽셀 피치 치수가 1픽셀 당 pp(um) 인 경우, 검출기 거리에 대한 엑스레이 소스는 SID(um)이고, 관심있는 영역 또는 컴포넌트, 또는 피사체의 두께는 P( um), 총 여행 볼륨, 여행 한 총 면적, 여행 총액은 PP이다.
두께 NP를 따라 3D 차원에서 분해되는 픽셀 수 또는 최소 단위는 NP=P/PP이다. 데이터 포인트 또는 엑스레이 방출 위치 DP의 수는 DP=P/PP이다. NI에서 찍은 이미지의 수는 NI=P/PP이다.
2D 전용 영역(발광 엑스레이 소스 위치의 이동)의 경우에 가장 적은 수의 미지수와 완전한 3D 이미지를 제공하기 위해 방출 소스가 위치하는 최소화 된 총 각도는 TA=ARCTAN(DP의 제곱근ㅧ3D 이미징에서 가장 작은 회전 볼륨의 단위) 또는 TA= ARCTAN(DPㅧPP/SID의 제곱근)이다. 3D 공간에 있는 엑스레이 방출 위치의 경우, 최소화된 총 각도는 TA=ARCTAN(DPㅧPP/SID의 입방근)이다.
피사체에 대한 엑스레이 소스 및/또는 엑스레이 방출 위치가 "제 1 위치"로 정의된 위치로 이동할 때, 새로 도입된 미지의 수는 각 움직임의 크기를 감소시킴으로써 감소될 수 있다. 전체 이동 영역 또는 전체 이동 공간. 제 1 위치 사이의 이동 또는 제 1 위치의 선택은 검출기에서 생성된 측정이 제 3 축에서 미지의 적어도 하나 이상의 단위를 해결할 수 있도록 할 수 있다.
새로 도입된 미지의 측정은 새로 도입된 영역에서 추가 스캔에 의해 도출될 수 있다. 엑스레이 빔은 새로 도입된 영역만 비추는 콜리메이터를 사용하여 선택적으로 생성되거나 전송될 수 있다. 새로운 엑스레이 방출 위치는 "두 번째 위치"로 정의될 수 있다. 제 2 위치는 동일한 픽셀 피치 단계에 있을 수 있지만, 단계의 중심은 제 1 위치와 다를 수 있거나, 제 1 위치 간의 거리가 아닌 다른 거리로 이동할 수 있다.
새로 도입된 미지의 측정은 또한 검출기에서 조명된 새로 도입된 영역의 투영 된 경로에서 검출기 측정을 기록함으로써 도출될 수 있다. 예를 들어, 엑스레이 방출 위치가 xy 평면에서 한 픽셀 피치만큼 움직일 때마다, 적어도 하나의 추가 픽셀 셀, 또는 픽셀 너비가 한 픽셀인 픽셀 라인이 관심 영역의 다차원 이미징을 위해 필요한 정보를 도출하는 데 고려될 수 있다. 도 9에 도시 된 바와 같이, 관심 영역 또는 피사체(2)를 통과하는 모든 투영 경로로부터 신호를 수신하는 검출기의 원래 x-y 영역은 픽셀 셀의 m ㅧ n 행렬을 포함할 수 있다. 새로 도입된 영역인 검출기의 관심 영역 바로 아래에 있는 검출기 영역은, 이제 엑스레이 방출 위치가 관심 영역의 3D 이미지 재구성을 위해 원래 위치에 대한 다음 인접 위치로 이동할 때, 엑스레이 측정을 위한 픽셀 셀의 (m+l)ㅧn 매트릭스를 포함할 수 있다.
추가된 픽셀 영역으로부터의 추가 측정은 새로 도입된 복셀을 포함하는 추가 선형 방정식을 해결하는 데 사용될 수 있다. 검출기에 수직인 축을 따라 알려지지 않은 단위의 수는 변경되지 않았을 수 있으므로, 선형 방정식의 총수는 이제 (m+l)ㅧnㅧP이다. 여기서 P는 z축의 깊이이다. 계산은 엑스레이 소스가 P의 각 단위가 X인 P위치를 이동한다고 가정하고 단순화를 위해 Xa 또는 Xb는 픽셀의 해상도 또는 검출기의 픽셀 피치이다. Xc는 해결해야 하는 샘플 깊이의 해상도이다. m의 해상도 또는 m의 단위 측정값은 Xa이며, 일반적으로 n의 단위 측정값인 Xb와 동일한 픽셀 피치이다. 이 경우 Xa = Xb = Xc이다. 그런 다음, 측정할 검출기의 총 면적은 관심 영역에 대해 (m+VP)ㅧ(n+VP)이다. 그러나, 한 번에 하나의 추가 픽셀 또는 하나의 추가 픽셀 라인이 한 번에 추가될 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 추가 측정은 관심 영역에서 알려지지 않은 복셀을 해결하기 위해 최소 픽셀 또는 셀 수를 사용할 수 있도록 고려될 수 있다. (m+VP)ㅧ(n+VP)로 계산되는 전체 면적이 모두 선형 방정식을 해결하는 데 필요한 측정에 사용되는 것은 아니다.
Xc가 Xa와 동일하지 않은 경우가 있는데, 이는 P의 단위가 픽셀 피치의 해상도가 아님을 의미한다. Xc가 Xa보다 크면, 엑스레이 방출 위치가 원래 위치에서 가장 인접한 엑스레이 방출 위치로 이동함에 따라 Xc=2Xa이면 m+2가 판독될 것이고, 또는 다시 말해서 총 (m+2)ㅧn 픽셀이 판독될 것이다. 대안으로, 새로 도입된 미지의 수가 적기 때문에 측정된 총 엑스레이 이미지 수가 새로 도입된 미지의 수에 의해 영향을 받지 않을 수 있다.
엑스레이 소스가 2D 또는 3D 또는 6D 공간(예: 호 또는 직선)에서 피사체에 대해 상대적으로 움직일 때, 이러한 움직임은 계산, 캘리브레이션 및/또는 미리 결정된 측정에 의해, 또는 미러, 빔 스플리터, 내부 전반사 모세관, MEM, 격자 및 결정, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 엑스레이 광학 장치, 전동 이동기, 전기 또는 자기와 같은 기계적 메커니즘, 또는 전자 광학 메커니즘, 전자기 메커니즘, 또는 엑스레이 광학 장치와 같은 추가 하드웨어를 사용하여 검출기와 평행할 수 있는 2D 평면의 움직임과 동일하게 변환될 수 있다.
다수의 관심 영역이 피사체(2)에서 공간적으로 분포된 경우, 영역은 동시에, 동기화된 방식으로 그러나 다른 프레임 속도로 스캐닝 되거나 동기화되지 않을 수 있다. 여러 영역은 동일한 해상도 또는 다른 해상도로 측정될 수 있다.
약 100cm의 소스-이미지 거리(SID)에 대해, 엑스레이 방출 위치의 가장 먼 거리는 초기 엑스레이 방출 위치로부터 7mm이고, 샘플의 깊이는 검출기에 수직인향Z 방향으로 25cm이고, 최대 0.4도의 스캔 각도가 100um의 해상도에 도달하는 데 필요할 수 있다. 다른 파라미터 조합은 아래 표에 나와 있다.
본 명세서에 설명된 측정 및 분석 또는 스펙트럼 이미징, 완전한 3D 이미징, 다른 다차원 이미징 및/또는 추적(또는 수술 안내)에서 다음 모달리티가 사용될 수 있다.
· 3D (본 명세서에 설명된 바와 같이 또는 평판 검출기를 사용하는 임의의 다른 3D 방법을 사용함);
· 선택된 관심 영역의 2D 이미징;
· 예를 들어, 검출기 상의 선형 공간 위치를 따라 2개 이상의 픽셀을 사용하는 1D 측정; 및/또는
· 포인트 또는 소 영역 측정, 예를 들어 검출기 상의 하나 이상의 픽셀을 갖는 하나 이상의 공간적으로 분포된 영역 그룹.
추적을 위해, 측정 또는 데이터 포인트의 제 1 세트 또는 2D 이미지 또는 다중 차원 이미지, 또는 완전한 3D 이미지가 추적 전에 획득될 수 있다. 대안으로, 이러한 제 1 데이터 세트는 종래의 CT, 정량적 단층 촬영, 본 개시의 3D 이미징 방법, 또는 MRI, SPECT, PET, 광학 이미징 또는 측정, 분광기, 광 음향 이미징 및/또는 음향 측정과 같은 다른 모달리티로부터 도출될 수 있다. 하나 이상의 제 1 측정값 세트는 엑스레이 측정 가능한 특성 및 물질을 설명하는 데이터 정보 세트로 직접 사용되거나 물질이 분해될 수 있으며, 관심 영역의 제 1 이미지로부터 원본 이미지 또는 제 1 이미지 또는 합성 이미지와 비교되어, 관심 영역의 컴포넌트 또는 물질 또는 이미지화된 피사체 자체를 6차원으로 추적한다.
도 10에 도시 된 바와 같이, 코딩된 k-에지 개구(15)는 빠른 에너지 및/또는 스펙트럼 민감성 측정을 위해, 바람직하게는 산란 간섭이 최소화되거나 없을 때, 2D 또는 공간 분포 1D 또는 공간 분포 포인트 측정을 사용하여 측정을 감지 및 추적하는데 사용될 수 있다. 필터는 엑스레이 소스(12)와 피사체(2) 사이의 개구 (15)에 배치되거나 피사체(2)와 검출기(14) 사이에 배치될 수 있다. 개구(15)는 2 개 이상의 엑스레이 투과 영역에 의해 엑스레이 콜리메이터(17)와 결합될 수 있다. 콜리메이터(17)는 엑스레이 소스(12)와 K-에지 코딩된 개구(15) 사이에 배치될 수 있다. 콜리메이터(17)는 이동될 수 있거나, 또는 콜리메이터(17) 상의 하나 이상의 개구의 위치는 액추에이터에 의해 콜리메이터(17)를 이동하거나, 조정 가능한 엑스레이 방출 위치를 갖는 양극을 사용하거나, 그리고/또는 전계 방출 나노 튜브 엑스레이 소스 또는 금속 액체 제트 소스에서와 같이 이동 또는 회전 또는 프로그래밍 된 제어에 의해 조절될 수 있다.
코딩된 개구(15)는 K-에지 코딩된 개구일 수 있다. K-에지는 엑스레이 흡수 에지라 지칭할 수 있다. 들어오는 엑스레이 빔이 원자의 K-쉘-결합 에너지(K-shell-binding energy)보다 더 많은 에너지를 가지면 엑스레이 감쇠 계수가 급격히 증가할 수 있다. 픽셀화 된 K-에지 코딩된 개구 구조(15)는 필터링 에스펙트 및 픽셀화 된 코딩 에스펙트을 갖는 구조일 수 있다. 필터링 양상 및 픽셀화 된 코딩 에스펙트는 여기에 통합된 적어도 하나의 K-에지 필터를 갖는 복수의 개구를 포함하는 단일 구조에 의해 수행될 수 있다. 대안으로, 픽셀화된 K-에지 코딩된 개구 구조는 제 1 구조(예를 들어, 엑스레이 빔(들)을 픽셀화하기 위한 패턴화 된 구조), 및 제 2 구조(예를 들어, 첫 번째 구조와 분리된 엑스레이 빔(들)을 필터링하기 위한 K-에지 필터 구조)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 K-에지 필터를 순서대로 동일한 빔 경로에 배치할 수 있다.
엑스레이 빔은 각 픽셀에서 준 단색 빔 또는 단색 빔을 포함할 수 있다. 빔은 검출기에 의해 수집될 수 있으며, 이는 예를 들어 에너지 민감성 검출기, 픽셀 화 된 에너지 민감성 검출기, 하나 이상의 에너지 민감성 픽셀 셀 또는 광자 계수 셀이 있는 검출기, 분광 검출기 또는 분광기일 수 있다.
Xa 또는 Xc가 관심 영역의 3D 이미징에서 뼈와 연조직을 모두 가질 수 있을만큼 충분히 큰 경우, 엑스레이 장치(90)는 피사체의 부분 볼륨 영역 또는 예를 들어 뼈와 연조직의 경계면에 있는 두 가지 재료 또는 물질의 경계 영역을 더 잘 이미징할 수 있다. 첫 번째 스캔 실행 후 3D 이미지를 구성할 수 있다. 기능적 이미징 및 물질 분해로 인해, 2D 이미지에서 각 조직의 두께를 추정할 수 있다. 그러나 3D 측정이 설정되면 측정이 더욱 향상될 수 있다. 결과가 여전히 만족스럽지 않으면, 선택된 영역의 더 높은 해상도 측정을 수행하여 결과를 더욱 향상시킬 수 있다. 이 경우 mㅧn 영역은 피사체보다 훨씬 작은 관심 영역으로 제한될 수 있다. 사용된 검출기는 더 높은 해상도를 가질 수 있다. 동일하거나 훨씬 더 작은 폼 팩터 및/또는 더 작은 픽셀 피치 또는 더 높은 해상도를 갖는 검출기는 평판 검출기 (14)를 대체할 수 있거나, 평판 검출기(14)의 하류 또는 검출기(14)의 상류 및 피사체의 하류에 배치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안으로, 분광기 또는 에너지 민감 검출기 또는 스펙트럼 측정 어셈블리 모듈 및/또는 훨씬 더 빠른 프레임 속도 또는 포토다이오드의 엑스레이 검출기, 포토다이오드 어레이, 광자 계수 검출기는 스펙트럼 측정 및 고속 이미지 획득을 위해 검출기의 상류 또는 하류에 배치될 수 있다.
관심 영역의 이미지를 발생시키는 측정은 에너지 섭동, 화학적 섭동, 기계적 또는 전자기적 또는 전기적 섭동, 압력/힘 섭동, 초음파/음향 섭동, 자기 섭동 및/또는 게이트 된 측정의 조건하에서 이루어질 수 있다.
본 명세서에 개시된 이미징 방법은 3D 이미지, 2D 이미지, 1D 이미지 및/또는 포인트 또는 영역 측정을 포함하는 각 엑스레이 측정에 타임스탬프를 추가하는 것을 포함할 수 있다. 시간 정보는 컴퓨터에서 시간을 판독할 수 있는 컴퓨터 프로그램으로부터, 또는 서버 장치로부터, 또는 NIST와 같은 기관에서 실시간으로 제공되는 시간 표준과 동기화된 별도의 시간 장치로부터 획득될 수 있다. 날짜 및 시간 레이블 및/또는 DICOM 레이블을 측정값 자체에 추가하거나 데이터베이스에 저장할 수 있다. 또한, 비의료 애플리케이션의 경우 식별 번호, 컴포넌트 이름, 설명 등을 포함하는 DICOM 라벨과 유사한 이미지 라벨이 사용될 수 있다. 이러한 정보는 키 식별자 및 검색 가능한 키워드, 또는 하나 이상의 식별자 또는 하나 이상의 키와 함께 데이터베이스에 보관될 수 있다. 또한, 이러한 날짜, 시간 및/또는 식별자 라벨은 소프트웨어를 사용하여 엑스레이 측정에서 도출된 이미지에 스탬프 될 수 있다. 선택적으로, 여러 차원의 직렬 이미지는 상이한 시간에 스펙트럼 또는 단일 에너지 측정의 3D, 2D, 1D 및/또는 포인트 측정으로부터 구성될 수 있고, 마치 비디오를 재생하는 것처럼 시간에 표시될 수 있다.
이러한 이미지, 특히 DICOM 이미지 라벨 또는 DICOM-유사 이미지 라벨이 있는 이미지는 예를 들어 원격으로 소프트웨어에 의해 보여지고 분석될 PAC(Picture Archiving and Communication) 시스템으로 전송될 수 있다. 3D, 2D, 1D 및/또는 지점 또는 영역 측정에서 이러한 이미지를 보는 것은 인터넷, 와이파이(WiFi), 블루투스(Bluetooth) 또는 인트라넷과 같은 무선 통신 프로토콜이 있는 서버를 통해 실시간으로 이루어질 수 있다. 또한, 압축된 이미지 또는 하나 이상의 연구 이미지 세트를 포함하는 데이터 파일은 데이터 파일의 두 서브세트로 구성될 수 있다. 하나는 하나 이상의 미리 선택된 이미지 또는 측정값을 갖는 작은 파일, 또는 측정과 관련된 선택된 데이터 또는 보고서를 포함한다. 두 번째는 완전한 데이터 세트를 포함한다. 데이터 파일이 보여질 네트워크를 통해 전송되므로, 제 1 서브세트가 먼저 전송되고, 전체 데이터 세트 전송 전에 뷰어가 즉시 보거나 미리 볼 수 있는 반면, 두 번째 서브 세트 또는 나머지 전체 데이터 세트는 다음 단계로 전송된다. 이러한 미리 보기 데이터는 전체 파일에 연결된 저장된 파일로 볼 수 있다.
RIS, EMS, PAC, 뷰어, 엑스레이 모달리티 획득 및 뷰어 시스템
본 개시의 모달리티 획득 및 뷰어 시스템은 본 명세서에 설명된 하드웨어 및 소프트웨어를 포함할 수 있다. 시스템은 독립형이거나 인트라넷이나 인터넷 또는 특수 원격 연결 네트워크를 통해 RIS 서버에 연결될 수 있다. 모달리티 획득 및 보기 시스템은 원격 뷰어 또는 PAC 시스템에 연결될 수 있다. PAC 시스템은 EMS에서 환자 정보를 캡처하거나, 또는 EMS가 RIS 서버를 업데이트할 수 있으며, 모달리티 뷰어 및 획득 시스템도 마찬가지이다.
정량적 분석 및 물질 분해
현재의 엑스레이 영상은 특정 컴포넌트 또는 조직의 관심 영역에서 밀도 정보의 측정과 동시에 2D 투영 엑스레이 이미지를 획득할 수 있는 능력이 없다. 따라서 여러 엑스레이 이미지를 여러 번 촬영해야 한다. 일부 애플리케이션에서는 정확하고 시기적절한 진단을 위해 CT 스캐너, MRI, 뼈 스캔 및 일반 엑스레이 이미지를 모두 촬영해야 한다.
나머지 컴포넌트와 비교한 하나의 컴포넌트 내 관심 영역의 상대 밀도 및 이미지, 및/또는 제 1 컴포넌트와 관련되거나 인접한 관심 영역에서 다른 컴포넌트의 상대 밀도 및 이미지는 질병 진단 및/또는 재료 구성 특성화 또는 식별을 위한 지표 정보를 형성할 수 있다. 이러한 정보를 2D 엑스레이 장비를 이용하여 적시에 모니터링할 수 있는 능력은 질병의 조기 진단 효율성을 향상시킬 수 있다. 본 명세서에 개시된 정량적 2D 평판 엑스레이 시스템은 CT 스캐너를 대체할 수 있으며 기존의 CT 스캐너로 진단할 수 있는 모든 질병 유형에 적용할 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 2D 엑스레이 장치는 실시간으로 움직임 기반 및/또는 유체 흐름 기반 특성화를 제공하여 생체 유체 기반 질병 진단 및 모니터링, 및/또는 기타 치료 관련 동작을 가능하게 한다.
본 명세서에 개시된 2D 엑스레이 장치는 또한 시간 및/또는 공간에서 피사체의 개별 물질의 결합 된 정량 및 이미지 분석을 제공할 수 있다. 장치는 두 개 이상의 재료를 갖는 피사체의 단일 재료 내에서 이미지, 밀도 측정 및/또는 합성 분석(예: 인공 지능 소프트웨어 사용)을 상관시킬 수 있다. 본 명세서에 개시된 2D 엑스레이 장치는 또한 수술 안내에서 혈관 및/또는 신경 조직을 뼈 및/또는 기타 소프트웨어 조직과 분리하여 시각화하는 경우, 및/또는 다양한 조영제 또는 엑스레이 분화 특성의 물질과 결합 된 항체로 라벨링된 조직(예: 병든 조직 또는 종양)을 분리하는 경우와 같이, 서로 다른 원자 z 번호 또는 엑스레이 측정가능하거나 차별화 가능한 특성의 3개 이상의 물질(어느 정도 오버랩될 수 있는)을 분리할 수 있다.
본 명세서에 개시된 장치의 예시적 적용은 암 진단(현탁 된 암 세포, 줄기세포, 희귀 세포 및 외래 피사체의 국소화), 순환계 질환 및 상태[예: 관상 동맥 질환(죽상 경화증), 혈관 동맥류 및 혈전], 척추 질환, 디스크 탈출증, 간질, 뇌염, 척추 협착증(척수관 협착), 뇌졸중, 신장 및 방광 결석, 및 농양 환자에 있어서의 혈전 또는 두개 내 출혈을 포함한 신경 장애; 염증성 질환(예: 궤양성 대장염 및 부비동염), 근육 장애 및/또는 머리, 골격계 및/또는 내부 장기의 손상을 포함한다. 예를 들어 폐색전증이나 폐혈전의 경우, 진단을 위해 다양한 조직의 세부 사항을 확인하기 위해 나선형 CT가 필요할 수 있다. 그러나 2D 평판과 함께 본 명세서에 개시된 방법을 사용하면 진단에 필요한 세부 정보 및 정량적 분석 정보를 달성하기 위해 훨씬 낮은 레벨의 방사선이 필요하다. 다양한 질병의 진단을 위한 장치에 의해 제공되는 다른 파라미터는 예를 들어 혈관 특징의 차원, 혈전의 존재, 불규칙성, 미세 석회화, 특수 물질 또는 낭종, 골절(예: 캘러스 형성이 골절 근처에서 발생하여 골 측정 및 주변 조직 모두에 영향을 미칠 수 있는 스트레스 골절), 정강이 부목(영향을 받지 않은 뼈 영역 및 건강 조직에서의 균일성과 정상 골밀도에 비해 손상 부위의 밀도 변화가 비정형적임), 장기 통증 관리의 모니터링, 진단, 및 치료, 영역 내 밀도 증가, 조직 함량 손실, 조직 조각 추가, 특정 미세 구조, 밀도 측정 및 이미지로 인한 구성 및 변화 유도(특히, CT 스캐너, 뼈 스캐너, MRI 및/또는 농도계를 필요로 하는 바와 같이, 고해상도 및 정확도 및 정량 측정이 필요한 경우)를 포함할 수 있다
그 결과는 특히 일반적으로 CT 스캐너, 뼈 스캐너, MRI 및/또는 농도계가 필요한 경우 최소 침습 수술, 방사선 요법 및 생검과 같은 수술 안내에 사용될 수 있다. 예시적인 적용은 또한 치료 및 수술 계획 및 안내, 치료 및 치료 반응, 및/또는 신체의 다른 기관, 신장, 사지, 눈(예를 들어, 임플란트 식립)의 치료 후 모니터링을 포함할 수 있다.
화물 검사, 보안 엑스레이 및 자동 엑스레이 검사와 같은 산업 환경에서 물질 특성화 및 식별을 위해 CT 스캐너가 필요할 수 있는 경우, 본 명세서에 개시된 2D 평판에 기반한 시스템은 화물 검사, 보안 엑스레이 및/또는 자동 엑스레이 검사와 같은 산업 응용에서 피사체에 포함된 물질 또는 물질의 존재, 위치, 특성화 및/ 또는 식별에 대한 정량 분석에 충분할 수 있다. 그 결과는 특히 일반적으로 CT 스캐너를 사용해야 하는 경우 컴포넌트, 재료, 물질 고장 분석 및 컴포넌트 검사의 식별 및 특성화에 사용될 수 있다.
정량적 및 고해상도 이미지는 CT의 이미지와 비슷할 수 있다. 선택적으로 산란이 제거된 2D 평판 이미지에 의해 드러날 수 있는 세부 사항 및 정량적 정보는 예를 들어, 분리된 조직 이미지, 및 치수, 밀도 및/또는 이미지와 관련된 정량적 측정을 포함할 수 있다.
피사체 내부의 개별 컴포넌트의 이미지 및 정량적 측정값은 치수, 구성, 두께, 미세 구조, 모양, 형태, 동일한 컴포넌트의 하나 이상의 영역, 상대 위치, 위치 및/또는 기타 파라미터와 같은 파라미터에 기초하여 분리되고 분석될 수 있다. 측정값은 독립적일 수 있고, 그리고/또는 피사체의 나머지 부분 및 그것의 상대 위치, 위치 및/또는 기타 측정값과 비교되거나, 2D 및/또는 다차원 공간에서 고해상도로, 그리고 실시간으로 및/또는 기간 사이에, 밀도, 상대 이동, 상대 위치, 차원, 구성, 두께, 모양, 형태, 미세 구조, 콘텐츠의 추가 또는 손실의 측면에서 동일한 컴포넌트의 다른 영역 또는 영역들과 비교될 수 있다. ,
도 1의 장치(10)의 임의의 특징을 포함하는 도 11에 도시 된 바와 같이, 2D 엑스레이 장치(1100)는 엑스레이 소스(12) 및 2D 엑스레이 검출기 또는 검출기 어셈블리(14)를 포함할 수 있다.
피사체(2)는 무기 재료 또는 유기 재료와 무기 재료의 혼합물일 수 있다. 피사체(2)는 다양한 원자 z 번호를 갖는 3개 이상의 복합물을 갖는 피사체일 수 있다. 피사체의 예는 조직 또는 의심되는 질병 조직에 특이적인 분자 라벨을 포함하는 인체 부분 또는 기관을 포함할 수 있다. 피사체는 산업적인 피사체가거나 검사 및 특성화될 항목일 수도 있다.
피사체(2)는 엑스레이 소스(12)와 엑스레이 검출기 또는 검출기 어셈블리(14) 사이에 위치할 수 있다. 엑스레이 소스(12)는 제어 가능한 에너지를 가진 엑스레이를 방출할 수 있다. 엑스레이 소스(12)는 각각의 이미징 동작을 위해 연속적인 펄스를 방출할 수 있다. 엑스레이 소스(12) 또는 소스 모듈은 더 빠른 펄스 속도로 빔을 방출하거나 예를 들어 본 명세서에 개시된 바와 같은 얇은 빔과 같은 특정 디자인의 빔을 방출함으로써 산란의 제거를 도울 수 있다.
펄스는 피사체에서 개별 물질의 이미지 및 밀도 측정, 및/또는 더 높은 레벨의 산란 제거를 달성하기 위한 다양한 에너지 레벨일 수 있다. 평균 에너지 레벨 H의 고에너지 펄스가 방출될 수 있고, 평균 에너지 레벨 M에서 중간 에너지 펄스가 방출될 수 있으며, 평균 에너지 레벨 L에서 저에너지 펄스가 방출될 수 있다. 각 펄스는 본질적으로 단일의 변하지 않는 에너지 스펙트럼을 가질 수 있다. 엑스레이 검출기(14)는 2D 엑스레이 이미지 정보를 컴퓨터로 전송하기에 적합한 디지털 데이터 세트로 변환하는 임의의 2D 디지털 엑스레이 검출기일 수 있다. 엑스레이 검출기(14)는 산란 간섭을 제거하는 능력이 있거나 없는 종래의 검출기 또는 엑스레이 검출기 어셈블리일 수 있다.
종래의 2D(면적) 엑스레이 검출기는 출력 신호에 혼합된 특정량의 랜덤 산란 엑스레이를 수신할 수 있다. 선택적으로, 산란 제거는 하드웨어, 엑스레이 소스, 검출기 및/또는 알고리즘의 임의의 조합을 사용하거나 본 명세서에 개시된 바와 같이 수행될 수 있다. 장치는 또한 산란 간섭을 제거하기 위해 미국 특허 제5,648,997호 및 제5,771,269호 공보에 설명된 3층 검출기 구조를 선택적으로 사용할 수 있다. 엑스레이 검출기(14)가 특정 상황에서 충분히 작은 양의 산란 간섭을 수신하면, 질적으로 정확하지만 정량적으로 부정확한 이미징 결과가 여전히 얻어질 수 있다. 허용될 수 있는 산란 간섭의 정도는 케이스에 따라 다르며, 케이스별 분석에 의해 결정될 수 있다.
장치(1100)는 피사체(2)에 대해 엑스레이 소스(12)를 이동시키는 이동기 및/또는 피사체(2)에 대해 검출기(l4)뿐만 아니라 엑스레이 소스(12)를 이동시키는 이동기를 포함할 수 있다. 선택적으로, 피사체는 살아있는 유기체 또는 동물의 경우와 같이 자발적으로 움직일 수 있으며, 내부 로봇을 사용하는 무생물 피사체는 피사체의 하나 이상의 컴포넌트 또는 전체를 움직일 수 있다.
장치(1100)를 사용하여 생성된 이미지는 PET 또는 광학 이미징, MRI 및/또는 초음파 또는 음향 또는 광 음향 이미징 방법과 같은 다른 모달리티를 사용하여 이미지와 함께 배치될 수 있다. 생성된 이미지에는 혈역학적 특성 및/또는 순환 혈관 질환을 조사하기 위한 추적자로서 예를 들어 미세 기포와 같은 입자를 사용하여 흐름을 측정하기 위한 엑스레이 입자 이미지 유속계가 포함될 수 있다. 2D 엑스레이 검출기를 사용할 때 오버랩되는 조직 및 산란이 가시성과 정량화 기능을 감소시킬 수 있으므로 흐름 분석은 심부 조직 액체 흐름 측정에 사용될 수 있다.
이 장치는 z축 변위를 정확하게 측정하기 위해 별도의 시야각을 갖는 두 개의 검출기 패널을 사용하는 PIV(Stereoscopic Particle Image Velocimetry) 또는 CT 스캐너보다 다차원 표현을 획득하는 데 더 빠른 2D 평판 기반 이미징 방법의 3D 획득에 사용될 수 있고, 3D 공간에서 유속을 획득하기에 충분히 빠를 수 있다. PIV는 속도 측정을위한 시간 측정과 조직 분리와 결합 될 수 있다. 이 장치는 인터페로그램 기반 방법을 사용하여 홀로그램에 사용될 수 있다.
이 장치는 스펙트럼 데이터 분해 방법을 적용하여 골 질량 밀도 이미지 b(x, y), 연조직 이미지 s(x, y) 및/또는 제 3 물질 질량 밀도 이미지 p(x, y) 또는 분자 라벨링 된 조직 질량 밀도 이미지 p(x, y)를 포함하는 3D 구성 이미지를 생성할 수 있다. 이 방법은 또한 개별 컴포넌트에서 관심 영역의 상대적 구성, 밀도 및/또는 이미지 정보의 분석뿐만 아니라, 위치, 밀도 및/또는 이미지(종양 크기 또는 질병 조직 크기와 같은 이미지의 형태 및 크기를 포함)에서 피사체의 다른 컴포넌트와 관련된 컴포넌트의 분석을 포함할 수 있다. 단일, 이중 또는 삼중 에너지 또는 다중 에너지를 갖는 엑스레이 소스를 포함하는 장치는 다른 위치 및/또는 다른 시간에 피사체의 하나 이상의 2D 이미지를 촬영할 수 있다. 2D 엑스레이 검출기는 엑스레이 소스로부터 엑스레이를 수신하면 전송된 엑스레이에 포함된 이미지 정보를 전기 신호로 변환하여 도 1에 도시된 바와 같은 컴퓨터 또는 프로세서에 송신할 수 있다.
엑스레이 이미징 장치는 산업 응용에서 대략 15KeV 내지 200KeV 또는 500Kev 범위의 평균 에너지를 갖는 에너지 스펙트럼의 엑스레이를 방출하도록 구성된 엑스레이 소스를 포함할 수 있다.
장치(1100)는 예를 들어 현장 설정에서 사용하기에 적합한 낮은 kw 엑스레이 발생기 또는 나노 튜브 기반 냉 음극 엑스레이 소스를 사용하여 휴대할 수 있으며, 캐년 백(canyon bag)에 포장될 수 있다. 이러한 장치는 배터리로 작동될 수 있다.
엑스레이 소스 후 빔 분할 또는 회절격자(도 15e 참조)는 이 장치(1100)에 추가되어 질병 진단에 혈액 속도 및 다른 생체 유체의 속도를 측정하기 위한 산란 및/또는 1차 엑스레이의 인터페로그램을 생성할 수 있다. PIV는 속도 측정을 위한 시간 측정 및 조직 분리와 결합될 수 있다.
수술 안내 예
2D 평판에 기초한 종래의 2D 이미징 방법은 질적 성질을 가지지만 산란으로 인해 충분한 양적 성질을 가지지 않는다. 그 결과, 3D CT 스캐너의 3D 정량 이미지와 2D 이미지를 매칭하기 위한 프레임워크로 공간 구조를 사용할 수 있지만, 매칭이 정확하지 않을 수 있다. 안정적인 실시간 포지셔닝을 얻을 수 없다. 스테레오 엑스레이 이미징은 적어도 두 개의 엑스레이 소스와 두 개의 소스 각각에 대해 두 개의 독립적인 검출기로 달성될 수 있지만, 이러한 설정은 높은 방사 레벨을 초래할 수 있으며 정성적인 2D의 특성으로 인해 매칭에 있어서 여전히 정확하지 않을 수 있는 반면, 3D CT 스캐너가 정량적 이미지를 생성한다.
특히 환자가 움직일 때 매칭의 부정확성으로 인해 수술실에서 휴대용 3D CT 스캐너를 사용하거나, 수술 도구, 임플란트, 수술 도구 및/또는 다른 것들을 추적하기 위해 수술 중에 3D CT 스캔을 반복해야 한다. 이것은 또한 훨씬 더 높은 방사선 레벨을 초래한다. 유사한 상황이 치료 후 모니터링 중에 발생할 수 있다. 3D CT 스캐너를 반복적으로 사용하는 것은 방사선 레벨으로 인한 안전 문제뿐만 아니라 비용이 많이 들고 비효율적이다. 또한 CT 스캐너는 CT 이미징 및 구성을 완료하는 데 필요한 시간으로 인해 유체 특성 또는 흐름 특성을 모니터링하는 데 적합하지 않다.
본 명세서에 개시된 2D 엑스레이 장치는, 진단의 정확성과 효능, 안전성 및 속도를 향상시킬 수 있으며, 수술적 치료, 치료 후 모니터링을 포함한 치료, 특히 다음과 같은 이유[호흡기 및 기타 환자 움직임, 관심 대상의 위치 및 동적 생리 학적 및 물리적 특성, 이식 대상 영역(예 : 심장 판막, 척추의 변형 된 영역, 임플란트, 스텐트, 암세포, 세포 매트릭스, 분자 및 세포 구조), 조직, 혈관 및 혈관의 유동 역학, 장치 또는 에너지 치료 및 고주파 (RF) 절제, 레이저 수술 또는 쇄석 성형술 또는 약물 치료 표적, 또는 생검 바늘의 위치 지정, 영상 유도 또는 다른 높은 위치와의 공동 배치와 같은 치료 표적 해상도 이미징 및 전자기학 또는 초음파, 광 음향 또는 비선형 현미경 또는 광학 생검(OCT, 초음파 또는 내시경 검사, PET 및 MRI 및 자기 입자 기반 이미징 기술, 분광학 및 간섭계를 포함)와 같은 RF 파 기반 기술]으로 인해 치료 중에 변위되는 표적 영역의 위치를 추적할 수 있다. 본 명세서에 개시된 엑스레이 장치는 또한 산업용 애플리케이션, 예를 들어 로봇 및 드로이드 추적 및 제조 공정 및 산업 공정 및/또는 하드웨어의 분석에 사용될 수 있다.
정량적 2D 엑스레이 이미지, 및 인터페로그램과 같은 정량적 2D 방법과 및 다중 에너지 스펙트럼 흡수 측정법 등과 같은 기타 측정 가능한 특성을 기반으로 하는 기타 엑스레이 이미징 방법을 사용하여 체적 영역에서 하나 이상의 컴포넌트의 특성을 이미징하고 측정하는 방법은 이미지가 정량화 가능한 데이터(예를 들어, 밀도, 조성, 유동 특성 및 유체 역학, 동적 특성, 존재, 부재, 위상 및/또는 일관성)를 제공하도록 할 수 있다. 이미징 및/또는 측정은 장기간에 걸쳐 수행될 수 있다.
본 명세서에 개시된 2D 엑스레이 장치는 다음 프로세스를 이용하여 추적을 위해 실시간으로 2D 검출기를 사용하여 3D 이미지를 생성할 수 있다. 내부 타겟을 포함하는 관심 영역에서 1D, 2D 이미지 또는 다차원 체적 이미지의 데이터 포인트를 생성하기 위해 복수의 제 1 측정값이 생성될 수 있다. 이러한 복수의 제 1 측정값은 각각 별개의 시간 기간에 또는 동시에, 또는 다양한 에너지 레벨의 이중이상의 펄스를 통해, 또는 또는 조정 가능한 파장 펄스를 통해, 하나, 둘 또는 그 이상의 에너지 레벨을 갖는 단일 펄스를 통해 생성된 이중 또는 다중 에너지 측정값일 수 있다. 제 1 측정값은 선택된 영역의 1D, 2D 이미지, 또는 서로 공간적으로 분산된 하나 또는 세트의 엑스레이 얇은 빔-투영 데이터 포인트, 또는 얇은 빔-투영 데이터 영역의 데이터 세트, 또는 인터페로그램일 수 있다. 동적 움직임의 위치를 결정하고, 추적하고 그리고 특성화하기 위해, 공간의 관심 영역에서 컴포넌트의 움직임을 추적하고 특성화하기 위해 동적 움직임 주기 또는 동적 움직임기간 동안(예를 들어 6 자유도(6D)와 해당 기간에), 제 1 측정값을 한 번 이상 샘플링할 수 있다.
관심 영역의 실시간 측정은 추적 동안 샘플링될 수 있다. 실시간 측정은 동적 움직임에 대한 제 1 측정의 주파수와 같거나 더 빠르거나 더 낮을 수 있다. 각각의 라이브 측정값은 엑스레이 얇은 빔 조명 또는 1D 및 데이터 포인트 및 선택된 데이터 영역에서의 측정 세트로부터 발생하는 하나 이상의 데이터 포인트 또는 데이터 영역, 하나 이상의 1D 또는 2D 이미지를 포함할 수 있다.
제 1 측정값 및 라이브 측정값은 정량적 이미지이며, 일부 관심 영역은 낮은 또는 최소의 산란 간섭을 생성하거나 선택적으로 본 명세서에 개시된 기술 중 임의의 것을 사용하여 산란을 제거하여 생성된다. 각 라이브 측정값 또는 각 라이브 측정값의 분해 된 데이터는 제 1 측정값, 추출 된 데이터 포인트 또는 선택된 데이터 영역의 데이터를 포함하는 합성 데이터 세트, 다양한 에너지 레벨의 선택된 1D, 2D 또는 다차원 또는 3D 또는 4D 또는 6D 또는 7D 표시, 또는 에너지 분해 데이터 포인트, 1D, 2D 또는 다차원 이미지, 3D 또는 4D 또는 6D 또는 7D의 다양한 재료 및 관심 영역의 컴포넌트(시간에 대응하는 동적 이동 위치 동안 뿐만 아니라 정적 위치로부터의 복수의 제 1 측정값에 의해 재구성된 다차원 이미지 체적 데이터로부터 생성됨) 중 하나와 매칭될 수 있다. 매칭은 공간 구조, 흐름의 특성, 컴포넌트 간의 상대 거리와 상대적인 공간 위치, 및/또는 6D 방향, 조성 및/또는 밀도의 방향, 시간 마커, 및 흐름과 유체 역학과 방향에 기반한 매칭을 포함한다. 하나 이상의 데이터 포인트, 컴포넌트의 데이터 영역, 또는 관심 영역을 통과하는 조명 경로 상의 1D 선형 이미지의 하나 이상의 스펙트럼 또는 단일 에너지 측정값을 사용하여 매칭하는 경우, 속도가 크게 향상되고, 하나의 특정 영역에 대한 방사 레벨 또는 총 방사 레벨은 특히 그러한 측정값이 매번 생성되는 다른 조명 경로의 경우 극적으로 감소 될 수 있다.
장치는 내부 용적 또는 공동 내부에 놓일 수 있는 소형 엑스레이 소스를 포함하여 제 1 측정값 및 라이브 측정값의 전부 또는 일부를 생성할 수 있다. 개조 키트는 또한 여기에 설명된 바와 같이 추적을 수행하기 위해 기존의 엑스레이 방사선 촬영 시스템을 수정하는 데 사용될 수 있다. 이 장치와 방법은 자격을 갖춘 병원 및 클리닉, 수술 센터, 이미징 센터 및 관리 의료 기관에 선불 비용없이 제공될 수 있다. 고객은 이미지를 촬영할 때마다 및/또는 이러한 이미지가 진단, 치료 전 계획, 치료, 모니터링 및 치료 후 평가에 활용되는 경우에만 비용이 청구된다.
본 개시에서, "타겟"[도 16의 타겟(110) 참조]은 치료(예를 들어, 수술 또는 로봇 공학, 방사선, 에너지 및 약물)가 지시되어야 하는 영역이다. 또는 진단의 경우 진단의 기준이 되는 영역이다. "타겟"은 임플란트, 또는 수술 도구의 영역일 수 있다. "타겟"은 컴퓨터 또는 사용자에 의해 관심 영역에서 선택된 영역 및 그 주변 영역일 수 있다. 타겟은 관심 컴포넌트를 둘러싼 인접 영역을 포함하는 영역을 나타내는 "관심 영역"에 내장될 수 있으며, 이 영역은 투영된 이미지를 생성하기 위해 엑스레이 빔이 조명될 수 있다. 관심 영역은 하나 이상의 타겟 및 그 인접 영역을 포함할 수 있다.
"컴포넌트"[도 16의 컴포넌트(120) 참조]는 정의된 정량화 가능한 파라미터 세트에 의한 엑스레이 이미징 및/또는 정량적 측정에 의해 식별될 수 있고 그리고/또는 이 정량화 가능한 파라미터 세트를 기반으로 타겟 내의 다른 컴포넌트와 구별될 수 있는 타켓 내의 영역이다. 타겟에는 하나 이상의 컴포넌트가 포함될 수 있다.
본 명세서에 개시된 "얇은 빔"[도 17의 얇은 빔(400) 참조]은 픽셀의 정수배의 시야각을 갖는 엑스레이 빔이거나, 대안으로 이러한 얇은 빔은 검출기 상의 적어도 하나의 픽셀의 활성 영역 상에 검출 가능한 신호를 형성할 수 있다. 전형적으로, 얇은 빔은 인접한 얇은 빔들 사이에 적어도 하나의 픽셀 피치의 공간으로 선택될 수 있다. 엑스레이 얇은 빔을 사용하여 체적 영역에서 하나 이상의 컴포넌트의 특성을 이미징하고 측정할 때마다, 엑스레이 얇은 빔이 컴포넌트의 다른 부분을 조명할 수 있다. 하나 이상의 얇은 빔은 측정을 기반으로 시뮬레이션 된 데이터를 합성하고 6D에서 컴포넌트 또는 관심 영역 또는 타겟의 위치를 지정하기 위한 참조 포인트 또는 참조 포인트들의 역할을 하기 위해 관심 영역에서 여러 다른 컴포넌트를 조명할 수 있다. 얇은 빔은 검출기에서 신호를 생성하는 투영 경로에서 관심 영역을 조명하는 엑스레이 빔을 지칭할 수 있으며, 검출기에 투영되는 신호의 폭은 직경이 1mm ~ 약 10mm 일 수 있으며 "미니 빔"이라 하고; 직경이 1um ~ 1mm 일 수 있으며, "마이크로 빔"이라고 하며; 직경이 0.01nm ~ lum 일 수 있으며, "나노 빔"이라 한다. 일반적으로 엑스레이 얇은 빔은 산란 간섭이 없거나 최소화된 상태에서 검출기의 엑스레이 측정을 생성한다. 바람직하게는, 얇은 빔의 투영 된 경로는 엑스레이 방출 위치 및 검출기에 상대적인 공간 위치 및 치수로 캘리브레이션되어 신호가 검출기 상에서 활성 영역의 중앙 또는 픽셀 피치의 중앙에 배치된다. 검출기는 픽셀 영역의 적어도 하나의 픽셀 피치를 채운다. 두 개 이상의 픽셀에 투영되는 경우, 유사하게 투영된 경로는 투영된 얇은 빔이 둘 이상의 픽셀을 완전히 채우고 인접한 픽셀로 넘치지 않도록 캘리브레이션된다.
"제 1 측정값"은 엑스레이 콘 빔, 팬 빔 또는 하나 이상의 엑스레이 얇은 빔으로 관심 영역을 조명함으로써 생성된 검출기상의 엑스레이 신호이다.
"제 1 이미지"는 2D 평판 엑스레이 검출기를 사용하여 측정값 및 이미지로부터 유도된 인터페로그램 및 1D, 2D, 3D 또는 4D 이미지이고, 평판 검출기를 사용한 엑스레이 전체 영역 이미징은 상류의 신틸레이터가 엑스레이를 가시 광선로 변환할 때, 가시 카메라, 엑스레이 현미경, 스펙트럼 측정기, 스펙트럼 흡수 측정기, 또는 더 빠른 프레임 포인트, 선형 및 소형 또는 대형 2D 검출기, 및/또는 에너지에 민감한 검출기, 실리콘 드리프트 검출기, 엑스레이 분광기와 결합될 수 있다. 제 1 이미지는 자기 입자, 기타 물리적 특성 측정 기술 및 시뮬레이션 데이터, 및 CT 스캔, 자기 공명 이미징, 초음파 및 PET 또는 광학 영상 또는 광학 분광기 또는 음향 광학(광 음향)을 포함하는 하나 이상의 다른 이미징 모달리티로부터 동기적으로 또는 동시에 도출되거나 측정될 수 있다.
본 명세서에서 "실시간 측정" 또는 때때로 "제 2 측정"이라고 지칭되는 "실시간 측정"은 진단, 치료, 모니터링 또는 추적 프로세스 동안 관심 영역을 엑스레이 콘빔, 팬 빔 및/또는 하나 이상의 선택된 슬라이스 빔, 또는 하나 이상의 엑스레이 얇은 빔으로 조명함으로써 생성된 검출기 상의 엑스레이 신호이다. "실시간 측정"은 시간에 민감한 방식으로 때로는 실시간으로 검출기 상에서 선택된 투영 엑스레이 데이터를 샘플링할 수 있다. 컴포넌트, 타겟, 관심 영역 및 피사체의 실시간 측정을 사용하여 제 1 측정값 및/또는 제 1 이미지의 데이터 세트로부터 재구성된 다차원 이미지에서 3D 및 4D 또는 6D 또는 7D 이미지, 데이터 포인트, 데이터 영역, 1D 라인 이미지, 2D 및 다차원 이미지의 형태로 합성된 프레젠테이션, 또는 제 1 측정값 및/또는 제 1 이미지를 매칭시킬 수 있다.
"정량적 2D 이미지"는 관심 영역의 측정값인 2D 엑스레이 이미지이며, 여기서 1) 관심 영역은 저 산란 물질이거나, 적용 요건은 측정된 엑스레이 이미지가 정량 분석에 사용될 수 있는 모든 종류의 검출기에서 가져오도록 한 것이다. 2) 산란 및 1차 엑스레이 분리 또는 분화 방법 및 장치를 사용할 수 있다. 이 중 일부는 산란이 매우 낮은 이미지를 얻기 위해 본 명세서에 설명되어 있다. 3) 초고속 엑스레이 소스 및 검출기 쌍을 사용하는 방법 또는 변조된 1차 엑스레이 영상 방법을 사용하는 방법과 같은 다른 1차 엑스레이 이미징 방법이 사용되었다. 그리고/또는 4) 사용된 엑스레이 시스템은 애플리케이션의 정량화 분석에 충분한 알고리즘 방법 또는 시뮬레이션 된 산란 데이터를 이용하여 산란 제거할 수 있다.
"1D 측정"은 슬라이스 된 방식으로 관심 영역을 조명하도록 선택된 엑스레이 빔의 한 슬라이스에 의해 검출기에 투영된 라인 이미지이다. 라인 이미지의 최소 폭은 적어도 하나의 픽셀에서 검출기 상에 신호를 생성할 수 있도록 할 수 있다. 라인 이미지의 길이는 1픽셀보다 길 수 있다. 전형적인 라인 이미지는 선택된 1D 빔 프로파일로 관심 영역을 비추는 엑스레이 빔의 투영 된 1D 측정 길이, 및 하나 이상의 픽셀 피치의 폭을 가질 수 있다. 1D 측정값은 정량적 측정값이며 추가 분석에 사용할 수 있는 정량적 데이터를 개선하기 위해 산란 제거와 함께 처리될 수 있다. 1D 측정값은 또한 검출기 상의 1D 투영 슬라이스를 따라 분포된 2개 이상의 픽셀의 측정값, 또는 슬라이스 된 투영 경로의 모든 픽셀의 측정값을 포함할 수 있으며, 각각의 픽셀은 적어도 하나의 픽셀에 의해 바로 인접한 픽셀 측정값으로부터 분리된다.
"데이터 포인트"는 관심 영역을 조명하기 위해 하나의 엑스레이 얇은 빔에 의해 검출기에 투영된 데이터 포인트이다. 데이터 포인트는 검출기의 적어도 하나의 픽셀로부터 수집된 신호를 포함할 수 있다. 투영된 경로의 공간적 위치 및 검출기상의 픽셀, 즉 "데이터 포인트"는 미리 결정되거나 결정될 수 있는 투영된 빔의 신호를 수집한다. 각 빔이 검출기의 픽셀 중심으로 투영되거나 픽셀 그룹의 중심으로 투영되도록 엑스레이 얇은 빔을 선택하는 것이 바람직하다. 데이터 포인트는 일반적으로 최소 산란 간섭을 가질 수 있다. "데이터 영역"은 관심 영역을 조명하기 위해 선택된 하나의 엑스레이 얇은 빔에 의해 검출기 상의 2개 이상의 연결된 픽셀에 투영되는 엑스레이 얇은 빔이다. 데이터 영역은 다양한 모양과 차원이 될 수 있다. 각 빔이 데이터 영역에서 픽셀 그룹의 중심으로 투영되도록 엑스레이 얇은 빔을 선택하는 것이 바람직하다. 데이터 영역은 일반적으로 최소 산란 간섭을 가질 수 있다.
"4D 이미지"는 외부 참조 또는 센서, 또는 피사체 또는 관심 영역 또는 타겟 또는 동일 컴포넌트의 다른 이미지 및 측정값에 대한 상대적 또는 절대적 시간 참조를 갖는 3D 또는 다차원 이미지를 지칭한다.
"6D 이미지"는 피치, 요(yaw), 및 롤에서의 공간적 방향 및 x, y, z 3D 볼륨을 설명하는 피사체, 관심 영역 또는 타겟 또는 컴포넌트의 다차원 이미지를 지칭한다.
"7D 이미지"는 상대적인 또는 절대적인 시간 기준으로(특히, 이 이미지 전후 또는 다른 컴포넌트에 상대적이거나, 관심 영역, 타겟 또는 피사체 또는 외부 참조 또는 센서에 대해 상대적인 기준으로), 6D 이미지를 설명하는 컴포넌트 또는 타겟 또는 관심 영역 또는 피사체의 다차원 이미지를 지칭한다.
"합성 또는 시뮬레이션 된" 이미지 및/또는 데이터는 이전 측정값 또는 기존 데이터 또는 미리 정의된 속성값으로부터 데이터를 도출하는 것을 지징한다. 예를 들어, 컴포넌트의 엑스레이 데이터 포인트의 경우, 한 영역의 뼈 조직의 세그먼트 1이 동일한 뼈의 다른 컴포넌트인 세그먼트 2와 유사한 밀도 측정 데이터를 가질 수 있는 경우, 세그먼트 1의 차원 데이터는 세그먼트 2의 이전 측정값에서 도출될 수 있다. 세그먼트 1의 정확한 엑스레이 측정값 및 치수와, 세크먼트 2의 상대적 위치는 이전 측정값 또는 기존 데이터베이스에서 도출될 수 있다. 뼈 조직, 세그먼트 1 및 세그먼트 2의 6D 및 7D 위치 지정 및 추적은 합성 데이터에서 추출될 수 있다. 두 컴포넌트는 또한 다른 조직 유형 또는 재료 유형일 수 있지만, 상대적인 위치는 유지될 수 있다. 관심있는 한 컴포넌트의 한 속성로부터 제 2 컴포넌트의 속성에 대한 적어도 하나의 결정론적 선형 관계가 있는 한, 제 2 컴포넌트에 대한 얇은 빔 투영 데이터 포인트의 측정값은 시뮬레이션 된 속성의 도출을 위한 참조 포인트 역할을 할 수 있다. 따라서 관심 있는 컴포넌트인 제 1 컴포넌트를 추적하고 배치할 수 있다.
"스펙트럼 측정"은 관심 영역을 통해 2개 이상의 에너지 레벨 또는 2개 이상의 파장에서 엑스레이 측정값을 생성하는 방법을 지칭한다. 생성된 엑스레이 신호는 일반적으로 포인트 또는 2D 데이터 영역, 1D 라인 영역 또는 2D 이미지 또는 다차원 이미지 및 3D 이미지의 치수 측정값이다. 이러한 측정값이 에너지 분해되면, 다른 재료 또는 컴포넌트가 정량적으로 분리된다. 스펙트럼 측정은 일반적으로 저해상도 이미징 설정 또는 높은 스펙트럼 해상도, 높은 수의 파장 또는 에너지 레벨 및/또는 작은 영역 또는 포인트 또는 1D 라인 영역에서의 측정을 설명한다. 스펙트럼 측정은 픽셀 피치의 투영 된 경로에서만 수행되거나 차원에서 픽셀 피치에 근접하다.
"스펙트럼 흡수 측정"은 관심 영역을 통해 2개 이상의 에너지 레벨 또는 2 개 이상의 파장에서 엑스레이 측정값을 생성하는 방법을 지칭한다. 생성된 엑스레이 신호는 일반적으로 포인트, 2D 영역, 1D 라인 영역 또는 2D 이미지 또는 다차원 이미지 및 3D 이미지의 치수 측정값이다. 이러한 측정값이 에너지 분해되면, 다른 재료 또는 컴포넌트가 정량적으로 분리된다. 스펙트럼 흡수 측정은 때때로 낮은 공간 해상도의 측정을 설명한다. 스펙트럼 흡수 측정은 1D 및 2D 형식의 낮은 공간 해상도와 높은 스펙트럼 해상도의 측정을 설명한다. 스펙트럼 흡수 측정기의 일반적인 해상도는 DㅧA와 같은 스캐닝 선형 흡수 측정기의 해상도와 유사할 수 있다.
"스펙트럼 이미징"은 엑스레이에서 하나 이상의 에너지 또는 파장 레벨에서 측정된 1D 또는 2D 또는 3D 또는 더 높은 차원에서 엑스레이 이미지를 생성하는 방법을 지칭한다. 스펙트럼 이미징은 일반적으로 공간적으로 상대적으로 높은 해상도, 스펙트럼 측정보다 상대적으로 낮은 해상도, "스펙트럼 측정"보다 상대적으로 큰 이미징 영역을 생성하는 이미징 방법을 설명한다. 선택적으로, 스펙트럼 이미징, 스펙트럼 흡수 측정기 또는 스펙트럼 측정 방법을 사용하는 최고 성능 시스템의 공간 및 스펙트럼 해상도는 유사하거나 동일할 수 있다. 그러나, 다양한 실제 고려 사항으로 인해, 본 개시의 전형적인 시나리오에서는 각 구성이 서로 다를 수 있다.
'엑스레이 얇은 빔'은 검출기에서 신호를 생성하는 투영 경로에서 관심 영역을 조명하는 엑스레이 빔을 지칭하며, 검출기에 투영되는 신호의 폭은 직경 치수에 있어서 > mm일 수 있고, "미니 빔"이라고 함; 직경 치수에 있어서 1 um ~ 1mm일 수 있고, "마이크로 빔"이라고 함; 직경 치수에 있어서, 0.01 nm ~ lum일 수 있고, "얇은 빔"이라고 함. 일반적으로 엑스레이 얇은 빔은 산란 간섭이 없거나 최소화된 상태에서 검출기에서의 엑스레이 측정값을 생성한다. 바람직하게는, 얇은 빔의 투영된 경로는 엑스레이 방출 위치 및 검출기와 관련한 공간 위치 및 치수로 캘리브레이션되어, 검출기 상에서 신호가 활성 영역의 중앙 또는 픽셀 피치의 중앙에 배치된다. 검출기는 픽셀 영역의 적어도 하나의 픽셀 피치를 채운다. 두 개 이상의 픽셀에 투영되는 경우, 유사하게 투영된 경로는 투영된 얇은 빔이 두 개 이상의 픽셀을 완전히 채우고 인접 픽셀로 넘치지 않도록 캘리브레이션 된다. 예를 들어 얇은 엑스레이 빔은 직경이 0.0lnm ~ 10mm가 될 수 있다. 얇은 빔이 직경에 있어서 mm의 정수배인 경우, 마이크로 빔에서와 같이 직경이 ㎛일 수 있으며, 얇은 빔에서와 같이 직경이 nm일 수 있다. 얇은 빔은 인접한 빔과 멀리 떨어져 있어 관심 영역을 조명하고, 검출기에서 개별 투영된 이미지와 측정 데이터 포인트를 생성할 수 있다.
관심 영역에서 "선택된 영역"은 프로세서의 디지털 프로그램에서 사용자가 전체 영역 엑스레이 이미징의 결과 또는 미리 결정된 결과에 기초하여 또는 랜덤하게 선택하는 관심 영역보다 작은 영역을 지칭한다. 선택된 영역은 엑스레이 소스의 하류에서 선택된 전송 영역을 갖도록 결합 된 콜리메이터 또는 다중 콜리메이터 리브(leaves)를 결합함으로써 선택적으로 조명될 수 있다. 또는 선택된 영역은 엑스레이를 방출하기 위한 선택적 영역을 가진 양극에서 생성된 엑스레이에 의해서만 조명된다. 또는 엑스레이 소스 또는 엑스레이 방사선이 피사체에 대해 회전하거나 또는 피사체에 대해 각각의 x, yz 축을 중심으로 회전하고 3D 공간에서 이동하고 그리고/또는 엑스레이 빔 출력의 콜리메이터 제한 영역과 결합될 때, 선택된 영역이 조명된다. 선택된 영역은 동일하거나 상이한 영역에서 조명함으로써 컴포넌트 및/또는 타겟을 추적하는데 사용될 수 있으며, 각 영역은 컴포넌트 및/또는 타겟 및/또는 관심 영역의 일부이다.
본 개시에서 "평판" 검출기는 2차원 축 중 적어도 하나의 치수가 1cm 이상인 2D 검출기를 지칭한다. 일반적으로 이러한 감지기는 최소한 몇 cm2의 xy 치수이다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 컴포넌트, 타겟 및 관심 영역의 추적 및 정적 위치 측정은 제 1 측정 및 라이브 측정에서 이동 가능한 엑스레이 소스 또는 다중 엑스레이 소스를 사용할 수 있다. 측정은 진단을 위해 다차원 이미지를 재구성하고, 제 1 측정값에서의 추출 데이터 포인트, 데이터 영역, 1D, 2D 및 3D 및 4D 및 6D 및 7D 이미지를 다차원 이미지에서 생성된 라이브 이미지와 매칭시키는데 사용할 수 있다. 미니어처 엑스레이 소스(들)를 사용하는 경우, 소스(들)와 검출기를 타겟에 가깝게(예: 제 1 측정 및 라이브 측정을 위한 소스로 사용될 인체의 공동 내부에) 배치할 수 있다. 측정은 예를 들어, 치과, 신장 또는 장, 내부 장기 또는 공동에 대한 측정이다.
본 명세서에 개시된 장치는 피사체의 관심 영역의 다른 부분과 관련된 공간 데이터를 보고할 수 있다. 예를 들어, 척추 수술 동안 장치는 수술용 프로브 또는 로봇 도구에서 신경 및/또는 혈관까지의 거리를 보고할 수 있다. 이러한 데이터는 정형외과 또는 척추 수술에서 수술 도구를 안내하기 위한 입력 신호를 제공할 수 있고, 그리고/또는 작동 장치 및/또는 외과의에게 경고하기 위해 시각적으로 및/또는 청각적으로 표시될 수 있다.
본 명세서에 개시된 장치는 더 빠른 매칭을 제공할 수 있다. 예를 들어, 방사선 투과성 마커 또는 기타 유형의 마커를 가질 수 있는 임플란트 및/또는 도구이다. 따라서 제조업체는 엑스레이 이미지에서 임플란트 크기 및 디자인의 3D 표현을 제공할 수 있다. 선택적으로 임플란트 및/또는 도구의 재료 및 디자인을 기반으로 3D 엑스레이 이미지를 시뮬레이션할 수 있다.
본 명세서에 개시된 장치는 얇은 빔의 상대적인 조명 위치를 순차적으로 제공할 수 있다. 본 명세서에 개시된 장치는 하나 이상의 엑스레이 소스를 이용하거나, 하나 이상의 엑스레이 방출 위치를 활용하여 피사체, 타겟, 관심 영역 및 컴포넌트의 실시간 다차원 이미지를 제공할 수 있다. 엑스레이 소스 또는 엑스레이 방출 위치는 각각 인접한 엑스레이 소스 또는 엑스레이 방출 위치로부터 떨어져 있는 픽셀 크기의 일부, 1픽셀 크기 또는 픽셀 크기의 정수배일 수 있다. 대안으로, 엑스레이 소스의 방출 위치는 타겟의 서로 다른 인접 영역을 조명하도록 설계될 수 있지만, 관심 영역 내에서 여전히 조명하여 타겟에 인접한 특정 조직 영역의 경우 방사선 레벨이 감소하고 새로운 미지의 픽셀이 도입되지 않는다. 제 1 측정에서 도출된 데이터 세트는 빠른 조회 및 매칭에 사용할 수 있다. 본 명세서에 개시된 장치는 제 1 이미지로 엑스레이 얇은 빔으로부터 측정된 데이터 세트를 개선하는 속도를 높이고, 동시에 예측 가능한 방식으로 얇은 빔의 위치를 이동시킴으로써 방사선을 감소시킬 수 있다. 컴포넌트의 다른 영역은 서로 알려진 공간적 상대 거리를 통해 순차적으로 조명된다. 엑스레이 측정 데이터를 컴포넌트의 3D 체적 영역을 위해 저장된 데이터 풀과 매칭시키는 작업을 빠르게 수행할 수 있다.
엑스레이 소스 및 검출기로부터 엑스레이 빔의 상대적인 공간 관계인 기하학적 구조를 캘리브레이션함으로써, 컴포넌트에서 조명을 비추는 엑스레이 얇은 빔 또는 엑스레이 팬 빔의 대략적인 위치와 경로를 예측하여 관련 영역의 제 1 측정 데이터 또는 제 1 측정값에서 추출된 데이터 또는 합성 및 시뮬레이션 된 데이터 또는 AI 방법에서 생성된 데이터를 포함하는 데이터베이스에서 검색 범위를 제한함으로써, 제 1 이미지 세트 또는 재구성된 다차원 이미지 또는 추출된 1D, 2D 및 3D 이미지의 데이터베이스에서 더 빠른 매칭 또는 검색이 달성될 수 있다.
또한, 각 컴포넌트의 크기를 제한하여 가능한 얇은 빔 경로의 데이터베이스 또는 포인트, 데이터 영역 및 컴포넌트의 1D 및 2D 이미지에서 엑스레이 측정 데이터베이스를 제한함으로써 더 빠른 매칭이 달성될 수 있다.
각각의 엑스레이 빔 투영 데이터 포인트 또는 픽셀 영역이 정량적 데이터를 전달하기 때문에, 투영된 데이터를 분해하여 각 빔이 조명하는 컴포넌트의 재료 유형 또는 구성을 도출함으로써 매칭이 달성될 수도 있다. 예를 들어, 고유한 해부학적 부분 및 고유한 위치 및/또는 방향에 대해 추출된 이미지 데이터 세트는 데이터베이스 조회를 적은 수의 데이터 세트로 제한하거나, 또는 라이브 이미지 이미징을 위한 컴포넌트 또는 관심 영역 또는 타겟의 전체 볼륨을 제한 및/또는 추가로 줄일 수 있으므로, 잠재적으로 방사선량을 줄일 수 있다.
선택적으로, 제 1 이미지로부 구성된 3차원 이미지로부터 추출된 2D 이미지는 단일 에너지(예를 들어, 높은 단일 에너지)로만 구성될 수 있으므로, 각각의 엑스레이 얇은 빔은 단일 에너지일 수 있다. 단일 에너지는 관심 영역에서 동일한 투영 경로에 대해 2D 이미지에서 해당하는 낮은 에너지를 가진다. 결과적으로 하나의 단일 에너지 라이브 엑스레이 이미지는 투영된 빔 경로를 따라 다양한 재료의 위치, 밀도 및 기타 정량적 정보를 도출하는 데 충분할 수 있다. 예를 들어, 조명된 엑스레이 경로에서 관심 영역 및 컴포넌트 또는 타겟의 뼈 및 연조직 조성이 추출될 수 있다. 본 명세서에 개시된 임의의 물질 분해 및/또는 분화 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 임플란트 또는 수술 도구 또는 컴포넌트는 조영제로 라벨링 될 수 있다.
필터를 사용하는 K-에지 측정, 또는 때때로 엑스레이 소스와 피사체 사이에 K-에지 코딩된 개구가 포함될 수 있다. 특히 데이터 포인트, 데이터 영역, 1D 및 작은 2D 영역을 엑스레이 얇은 빔을 소스로 사용하여 측정하면 산란 간섭이 적다. K-에지 필터를 사용한 첫 번째 및 실시간 측정을 사용할 수 있다. 또한, 산란 특성이 낮은 관심 영역의 경우 K-에지 필터도 사용할 수 있다. 일부 예에서, 추적은 진단 및 검사 동안, 치료 전, 치료 중 및/또는 치료 후 실행될 수 있다. 치료 전에, 적어도 2개의 2D 이미지가 측정될 수 있으며, 이는 본 명세서에 개시된 정량적 2D 이미지 또는 CT 스캔을 포함한 다른 모달리티의 데이터일 수 있다. 각각의 2D 이미지는 호흡 주기, 심장 박동주기 또는 피사체에 존재하는 관심 영역과 관련된 기타 동작과 같은 동적 동작 주기 또는 프로세스의 시점에 대응할 수 있다. 일련의 2D 이미지는 각각 실제 2D 이미지이거나 실제 2D 이미지와 컴퓨터에서 추출한 2D 이미지의 조합일 수 있다. 라이브 이미지와 매칭하기 위해 2D 이미지를 추출하기 위해, 적어도 두 개의 정량적 2D 제 1 이미지가 촬영된다. 그런 다음 실제 2D 이미지에서 2D 합성 이미지를 추출하여 처리할 수 있다. 각 2D 이미지는 타겟의 위치 및/또는 방향을 보여준다.
추적이 필요한 기간 동안, 하나의 실시간 정량적 엑스레이 이미지 또는 다차원 엑스레이 이미지, 또는 하나 이상의 투영 된 얇은 빔 데이터 영역, 또는 둘 이상의 활성 얇은 빔 투영 데이터 포인트는 동적 이동 중에 이산 시간 간격으로 측정될 수 있다. 다차원 정량적 엑스레이 이미지는 적어도 하나의 검출기와 피사체 및 검출기에 상대적인 적어도 두 개의 상이한 엑스레이 방출 위치에 의해 생성될 수 있다. 실시간 정량적 엑스레이 이미지 또는 얇은 빔 투영 데이터 포인트는 엑스레이 소스로부터의 하나의 엑스레이 방출 위치 또는 적어도 하나의 검출기에 의해 생성될 수 있다. 두 개 이상의 엑스레이 소스 및 엑스레이 투사 이미지를 수집하는 대응하는 하나 이상의 검출기를 사용하여 다차원 이미지 또는 다양한 에너지 레벨의 스펙트럼 이미지를 생성하거나 타겟 주변 영역에 대한 방사선 선량을 줄일 수 있다. 컴포넌트는 엑스레이 측정에서 명확하게 보이지 않을 수 있다. 그러나 컴포넌트의 추적 및 6D 포지셔닝은 실시간 측정값을 제 1 측정값 또는 제 1 이미지 또는 추출된 데이터 포인트, 제 1 측정값의 재구성 된 다차원 이미지 및 데이터 포인트, 데이터 영역, 1D, 2D 및 다중 차원의 이미지로부터의 1D, 2D 및 3D 및 4D 이미지와 제시간에 비교하여 결정할 수 있다.
컴포넌트, 타겟 및 관심 영역의 가장 잘 매칭되는 투영 된 이미지와 관련된 시야각에 기초하여, 라이브 엑스레이 측정이 수행되었을 때 피사체가 있었던 정확한 각도 또는 병진 이동이 결정될 수 있다. 피사체의 병진/회전 이동(예: 환자의 신체)과 호흡기, 심장과 관련된 현재 생리적 상태 및 피사체의 움직임과 관련된 기타 관련 생리적 상태는 라이브 엑스레이 측정에서 추론될 수 있다. 이 절차를 위해 기점 마커를 이식할 필요가 없으며, 이는 치료 또는 추적 중 엑스레이 투영 측정 만 필요로 한다.
제 1 및 라이브 엑스레이 이미지 및 측정은 각각 상이한 에너지 레벨 또는 조정 가능한 에너지 펄스 소스, 또는 물질 분해 및 선택적으로 타겟 또는 관심 영역의 산란 제거를 위해 동시에 여러 에너지 레벨의 펄스에서 엑스레이 빔의 2개의 펄스 또는 3개의 펄스 또는 그 이상의 펄스로 이루어질 수 있다.
대안으로, 엑스레이 소스가 하나 또는 이중 또는 3개 이상의 에너지 레벨을 갖는 펄스를 생성하는 동안, 엑스레이 측정은 하나 이상의 펄스 동안 상이한 에너지 레벨에서 취해질 수 있다. 에너지 레벨 사이의 전환은 점진적이거나 즉각적일 수 있다. 한 펄스의 파형 및/또는 에너지 레벨은 다음 펄스마다 다를 수 있다. 예를 들어, 두 개의 펄스 세트는 생성기에 의해 생성된 두 개의 서로 다른 에너지 레벨을 갖는 제 1 펄스와 하나의 에너지 레벨(제 1 펄스의 두 에너지 레벨과 다를 수 있음)을 갖는 제 2 펄스를 가질 수 있다.
선택적으로, 제 1 펄스로부터의 에너지 레벨은 낮은 에너지 레벨일 수 있고, 제 2 펄스로부터의 에너지 레벨은 중간 내지 높을 수 있다. 제 3 펄스의 에너지 레벨은 높은 레벨에서 중간 레벨까지 있을 수 있다. 제 4 펄스의 에너지 레벨은 다시 낮을 수 있다.
제 1 및 라이브 엑스레이 측정값을 생성하기 위한 펄스(들)의 에너지 레벨은 타겟 또는 관심 영역의 물질 분해 및/또는 산란 제거, 및/또는 비 표지 또는 조영제 표지 영역의 조성에 대한 정량 분석에 필요한 것에 따라 달라질 수 있다.
본 명세서에 개시된 장치의 하드웨어 공간적 위치는 빔 선택기와 이중 검출기 조합을 사용하는 것과 같은 본 명세서에 개시된 방법을 사용하는 것과 같이 산란 제거를 위해 캘리브레이션될 수 있다. 라이브 엑스레이 이미지를 촬영하기 전에, 3D 공간의 소스에 대한 빔 선택기 및 선택적으로 검출기의 상대적 위치를 캘리브레이션하여 산란 제거 프로세스 및 수집된 데이터가 더 정확하도록 보장할 수 있다. 이러한 캘리브레이션은 필요에 따라 수행될 수 있다. 검출기와 엑스레이 소스가 제자리에 고정된 경우 각 피사체 측정 전에 캘리브레이션을 수행할 수도 있다. 캘리브레이션은 수동, 조명 기반, 전동식 및/또는 기타 기계적 또는 시각적 방법을 기반으로 할 수 있다. 일부 애플리케이션에서는 이러한 캘리브레이션이 선택 사항일 수 있다.
검출기 판독 속도를 향상시키기 위해 캘리브레이션이 또한 사용될 수 있다. 엑스레이 소스와 검출기가 캘리브레이션 된 경우, 엑스레이 샘플링을 할 때마다 검출기에서 선택한 픽셀만 특정 조명 위치에 해당하는 판독만 하면 된다.
장치는 감소된 엑스레이 선량을 위한 폐쇄 루프 피드백 시스템을 포함할 수 있다. 관심 영역의 타겟에 대해 획득된 제 1 이미지 또는 제 1 이미지 세트, 또는 관심 영역의 제 1 이미지 또는 이중 또는 다중 에너지 레벨의 제 1 이미지에 기초하여, 관심 영역에 대한 엑스레이 빔 방사 출력 레벨은 조정되고, 5개의 엑스레이 빔이 공간적으로 조정되어 관심 영역 또는 타겟만 조명하여, 시각화 및 정량적 분석를 위해 수집된 데이터를 포함하지 않고 후속 제 1 측정 및 라이브 측정에 대한 입력 엑스레이 선량을 최소화한다.
도 16에 도시 된 바와 같이, 예시적인 컴퓨터 제어 에너지 치료 장치(100)는 가이드 와이어 및 카테터(104)를 포함할 수 있다. 치료 장치(100)는 본 명세서에 개시된 엑스레이 시스템과 결합되어 이미지 기반 수술 안내 시스템을 제공할 수 있다.
엑스레이 소스(12)는 피사체(16)의 관심 영역(110)에 위치한 타겟(130)에 포함된 컴포넌트(120)를 조명하는 엑스레이 빔(30)을 생성한다. 투영 엑스레이(30)는 검출기(14) 상에 이미지를 형성한다. 프로세서(도 1a의 프로세서와 같음)를 포함할 수 있는 컴퓨팅 장치(102)는 에너지 치료를 제공하기 위해 에너지 치료 장치(100)를 제어한다. 카테터(104)는 피사체(16)를 프로브하고 타겟(110) 내부의 컴포넌트(120)에 도달할 수 있다.
도 16의 엑스레이 소스(12)는 엑스레이 팬 빔을 제공할 수 있다. 도 17에서, 엑스레이 소스(12)는 다수의 얇은 빔(400)을 제공할 수 있다. 변조기(패턴화 된 마스크 또는 콜리메이터라고도 함)(24)는 검출기(14) 상에 검출 영역을 형성할 수 있는 엑스레이 얇은 빔(400)을 선택적으로 전송하는 데 사용될 수 있다. 도 18에 도시 된 바와 같이, 이들 영역은 콜리메이터(501, 502 및 503)에서 각각 401, 402 및 403으로 지정된 위치에 있을 수 있다.
선택적으로, 스캐닝 엑스레이 소스는 401, 402 및 403과 같은 2개 이상의 영역에서 각각 다른 시간에 타겟(110)을 조명하기 위해 콜리메이터(24)를 스캔할 수 있다.
위에 도시 된 바와 같이, 도 17 또는 도 15b의 콜리메이터(24)와 같은 빔 흡수기 또는 빔 선택기 마스크와 결합 된 단일 엑스레이 소스를 사용하여 관심 영역을 조명하기 위해 다중 엑스레이 얇은 빔이 선택될 수 있다. 빔 각각은 검출기 상의 하나 이상의 픽셀에 의해 검출될 수 있다. 콜리메이터(24)는 엑스레이 빔으로 투과되는 특정 영역 및 다른 영역이 엑스레이에 대해 완전히 불투명하도록 할 수 있다.
본 명세서에 개시된 임의의 예와 같은 콜리메이터의 다양한 위치 및 패턴은 특정 위치에서 조직에 대한 방사선 선량을 최소화하기 위해 상이한 시간에 투과 빔 위치를 선택하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 방사선 치료에서는 10초마다 2D 이미지를 촬영하여 타겟의 위치를 업데이트하는 것이 일반적이다. 각 2D 이미지가 하나의 엑스레이 얇은 빔(또는 1D 엑스레이 슬라이스 투영된 선 또는 여러 엑스레이 얇은 빔에 의한 구조적 조명)으로 대체되는 경우 및/또는 매번, 다른 구조 또는 다른 투과 위치를 가진 마스크[또는 회전(도 19 참조) 또는 3D 공간에서의 이동과 같은 이동 중인 투과 패턴이 있는 마스크]로 인해 다음 엑스레이 측정과 비교하여, 엑스레이 얇은 빔이 타겟의 다른 영역과 주변 영역에서 조명함에 있어서, 이미징 프로세스 전반에 걸친 후속 측정, 총 방사선 량은 조명 영역에 대해서 감소되거나 최소화될 수 있다.
방사선 치료에서, 방사선 치료 에너지 발생기는 엑스레이 소스로 사용될 수 있다.
도 18에 도시 된 바와 같이, 상이한 콜리메이터(501, 502, 503)는 각각 엑스레이 소스(12)로부터 하류에 배치되어, 엑스레이를 선택적으로 전송하여서 타겟의 상이한 영역을 조명하여 처음이미지 및 라이브 이미지에 대한 측정 데이터를 생성할 수 있다. 각 데이터 세트를 사용하여 서로 다른 시간에 측정된 동일한 컴포넌트의 엑스레이 데이터 세트를 나타낼 수도 있다. 각각의 콜리메이터는 입력 엑스레이 경로 안팎에 배치될 수 있다. 401의 빔 경로는 402 및 403의 빔 경로와 다르므로 각 빔 경로의 조직 영역은 한 번만 조명되거나 총 샘플링 시간에 비해 제한된 횟수만큼 조명된다. 선택적으로 시스템의 복잡성을 줄이기 위해 하나의 빔 경로만 사용할 수 있다.
도 19는 콜리메이터(202)가 엑스레이 투과 영역(200)을 갖는 회전 디스크인 것을 도시한다. 콜리메이터(200)가 회전하는 동안 서로 다른 시간에 엑스레이 측정이 수행될 때, 투과 영역은 회전하는 동안 상이한 위치에 있을 수 있다. 콜리메이터(202)는 도 17의 콜리메이터(24)를 대체하는데 사용될 수 있다.
도 20에서, 도 17의 콜리메이터(24)를 대체하기 위해 사용될 수 있는 콜리메이터(202)는 2D 평면상에 상이한 패턴을 형성하는 투과 영역(200)을 가질 수 있다. 콜리메이터(202)는 검출기에 평행한 2D 평면에서 이동자에 의해 이동되거나 엑스레이 소스와 함께 회전되거나, 타겟에 대한 방사선량을 줄이기 위해 다른 조명 경로에서 컴포넌트 또는 타겟에 도달하도록 제 3 축으로 이동될 수 있다.
도 21은 또 다른 예시적인 콜리메이터(202)를 도시하며, 여기서 투과 영역(200)은 변경되는 엑스레이 흡수 영역 또는 엑스레이 불투명 영역(201)을 갖는 체커 보드 패턴에 있다. 이러한 콜리메이터는 영역(201 또는 200)의 픽셀 피치에 있을 때마다 x 및/또는 y 위치로 이동하여, 투과 및 불투명 영역은 다음 시간과 비교하여 엑스레이 측정이 샘플링될 때마다 상보적이다.
도 22는 투과 영역(200)을 갖는 다른 예시적인 콜리메이터(202)를 도시한다. 이러한 콜리메이터는 x 및/또는 y 방향으로 이동될 수 있고 그리고/또는 검출기에 평행한 2D 평면에서 회전될 수 있다.
도 23은 투과 영역(200)이 불투명 영역(201)과 인터레이스된 다른 예시적인 콜리메이터(202)를 도시한다.
전술 한 바와 같이, 엑스레이 소스로부터의 엑스레이 빔은 엑스레이 샘플링의 하나 또는 다중 프레임 동안 미리 프로그램된 패턴으로 스캔 될 수 있다. 대안으로, 엑스레이 소스는 전체 영역(202) 또는 202의 선택적 영역을 간단히 조명하여 엑스레이 얇은 빔을 생성하거나 엑스레이 얇은 빔을 선택적으로 생성할 수 있다.
콜리메이터(24, 202)의 선택적 개방은 관심 영역을 조명하기 위해 3D 공간에서 엑스레이 빔을 선택적으로 전송할 수 있다. 대안으로, 하나 이상의 엑스레이 소스를 다른 위치에 있는 3D 구조에 부착하거나 빔 조정 장치에 부착하여 엑스레이 빔이 다양한 3D 위치에서 관심 영역으로 들어오는 것처럼 피사체를 스캔하기 위해 엑스레이 빔을 조향할 수 있다.
도 23은 동일한 빔(404)에 대한 조명 영역에서 감소된 방사선 레벨을 위해 스티어링 어셈블리(15)에 의한 엑스레이 소스(12)의 배치를 도시한다. 어셈블리 (15)는 컴포넌트(120)를 향하지만 3D에서 각각 다른 각도로 엑스레이 빔(404-1, 404-2 및 404-3)을 조종할 수 있는 엑스레이 광학기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 빔(404-1)은 제 1 시점에서 컴포넌트(120)를, 제 2 시점에서 빔(404-2)을, 그리고 제 3 시점에서 빔(404-3)을 조명할 수 있다. 어셈블리(15)는 필요에 따라 컴포넌트 (120)상의 다양한 영역에서 지속적인 조명을 허용할 수 있어서, 관심 영역의 특정 영역에 대한 총 방사선 선량이 실시간 측정을 위해 감소 및/또는 최소화될 수 있다. 빔 조향 조립체(15)는 굴절 장치일 수 있고, 엑스레이 소스(12)로부터의 빔 (404)은 굴절 식으로 조향 될 수 있다. 대안으로, 빔(404s)은 각각 엑스레이 얇은 빔일 수 있고, 빔 조향 어셈블리는 빔(404)을 회절 적으로 조향할 수 있다. 빔 조향 어셈블리(15)는 빔 정지 장치 또는 조정 가능한 빔 스플리터(20) 또는 모세관 기반 내부 전반사 기반 엑스레이 광학 장치(도 15d 참조)와 같은 엑스레이 가이드를 갖는 MEM 미러 또는 크리스탈 또는 회절 격자(도 15e 참조)일 수 있다.
도 26 및 27a-27c에서, 각각의 타겟 영역(110-t1, 11042, 11043)은 피사체 (16)의 관심 영역(130)에 존재할 수 있다. 도 26 및 27a-27c에 도시 된 바와 같이, 하나 이상의 컴포넌트(l20-cl, l20-c2 및 l20-c3)도 관심 영역(130)에 있을 수 있다. 1D, 2D 및 3D의 다중 차원 이미지는 컴포넌트(120-C1)(예 : 이식된 심장), 컴포넌트(120-C2)(예 : 심장 조직) 및 컴포넌트(120-C3)(예 : 가슴 뼈)의 컴포넌트 이미지에서 추출할 수 있다. 각 컴포넌트(120)는 밀도, 대비 라벨, 공간 구조 및 모양, 상대적 공간 위치, 구성 또는 움직임 특성, 유동 특성, 유동 특성, 유동 방향, 유체 역학, 존재, 가시성, 또는 움직임의 속도 또는 빈도, 또는 컴포넌트 내의 그러한 물리적 특성, 또는 제 1 엑스레이 이미지, 시뮬레이션 된 특성 또는 이전에 알려진 특성 또는 이러한 특성의 조합에 의해 분석될 수 있는 차별화 가능한 물리적 특성에 의해 구별될 수 있다.
물리적 특성은 흐름 특성을 포함할 수 있으며, 이는 스펙클, 주파수, 위상 대비에 의해 측정 될 수 있으며, 일부 경우에는 공간적으로 민감한 검출기 분광 흡수 측정기와 결합 된 에너지 분산 격자를 사용하여 재료 조성 및 흐름 특성의 변화를 모니터링하고 측정한다. 물리적 특성에는 인터페로그램으로 구분할 수 있는 특성 및 구조가 포함될 수 있다.
시뮬레이션 된 데이터는 예를 들어, 골밀도 또는 관심 영역에 포함된 알려진 골 구조의 다양한 조각의 움직임과 같은 조직의 밀도와 같은 기존 데이터를 기반으로 할 수 있으며, 이는 뼈의 예측 가능한 강도 특성을 유발할 수 있다. 따라서 호흡, 심장 박동 또는 일반적인 움직임과 같은 다양한 조건에서 동적 움직임 특성의 특성을 유발할 수 있다. 이는 이전에 수행된 측정에서 미리 측정되거나 추출된 정보로 소프트웨어에 의해 시뮬레이션 될 수 있다. 예를 들어, 임플란트 또는 수술 도구에 대해 시뮬레이션 된 데이터가 도출될 수 있으며, 이는 임플란트의 재료 유형 및 디자인에 따라 구별되는 구성 및 동적 움직임 특성을 가질 수 있다. 엑스레이 이미지에 미치는 영향은 동일한 유형의 임플란트 측정 또는 임플란트 예측값 시뮬레이션에서 기존 데이터에서 생성된 가상 이미지를 기반으로 라이브 이미징 단계 전에 결정될 수 있다. 전술 한 바와 같이, 방사선 투과 마커는 임플란트가 관심 영역에 삽입되기 전 또는 삽입될 때 라벨링하는 데 사용될 수 있다. 응급 상황에서, 피사체(16)의 제 1 이미지 또는 완전한 세트의 제 1 이미지를 쉽게 사용할 수 없거나 이미지화된 피사체가 완전한 제 1 이미지 구성에 접근할 수 없는 위치에 있을 때, 그러한 데이터는 동물의 촬영 데이터 또는 컴포넌트(120), 타겟(110) 또는 피사체(16)와 유사한 영역의 측정 된 데이터로부터 추출된 통계를 기반으로 검증된 데이터에 기초하여 시뮬레이션될 수 있다.
이전에 알려진 특성은 엑스레이 이미징 및 측정 가능한 특성(예 : 치수, 공간 구조, 모양, 밀도, 및/또는 컴포넌트(120), 타겟(110) 및 관심 피사체(16)의 위치를 찾고 추적하기 위해 엑스레이 데이터 및 이미징 분석에 사용되는 기타 관련 데이터)을 포함할 수 있다. 이전에 알려진 특성은 다음 중 하나를 사용하는 다른 이미징/측정 기술의 측정 데이터일 수 있다: 분광기, MRI, 초음파, 광학 이미징 및 분석을 포함한 에너지 또는 전자기파, PET, 자기 입자 기반 이미징, 광 음향, 열 또는 광학 간섭 측정기. 이전에 알려진 속성은 컴퓨터 또는 사용자 입력 파라미터 및 속성일 수 있다.
로봇 수술에서, 일반적으로 컴포넌트, 타겟 또는 관심 영역 외부에 가상 경계가 필요하거나, 또는 임플란트 또는 수술 도구에 가상 경계가 필요하다. 이러한 경계는 임플란트 또는 수술 도구와 상호 작용하기 위해 컴포넌트, 타겟 또는 관심 영역의 이동 및 위치를 제한하기 위해 존재한다. 전술 한 모든 속성은 컴포넌트, 타겟 및 피사체를 구별하는 데 사용될 수 있으며, 컴퓨터가 수술 도구 또는 임플란트 장치의 위치, 상대 거리 및 움직임을 제어하기 위한 가상 경계를 설정할 수 있다.
기하학적 구조의 정의 및 이에 따른 컴포넌트, 타겟 또는 관심 영역의 경계는 진단 또는 치료 계획 중에 결정될 수 있다. 이러한 정보는 제 1 측정에서 추출하여 진단 프로세스, 조사 및 발견 프로세스 중에 분석할 수 있다. 컴퓨터 또는 사용자는 진단 및 계획을 위해 획득한 이미지에서 기존 데이터 및/또는 측정 데이터를 기반으로 한 라이브 측정을 위해 관심 영역과 같은 영역을 선택할 수 있다. 예를 들어, 구조의 복잡성과 동적 운동 특성으로 인해 폐 조직에 비해 심장 조직에 대해서 더 작은 컴포넌트, 더 작은 타겟이 정의될 수 있다. 그 결과, 정상 폐 조직에 비해 심장 조직에 대해서 고정된 3D 볼륨에서 더 많은 수의 타겟이 정의될 수 있다. 조직 또는 질병의 이식 또는 치료 절차 동안 선택된 수의 컴포넌트만 측정 할 수 있으며, 일부는 동일한 조직의 다른 컴포넌트보다 더 높은 빈도로 측정되거나 다른 조직과 비교할 수 있다.
피사체(16)를 포함하는 살아있는 인간에 전형적인 동적 동작이 존재한다. 동작은 설정된 주파수, 일반적으로 정의된 주기 또는 간격, 또는 설정된 패턴(예 : 심장 박동, 호흡 및/혈류)일 수 있다. 동작은 설정된 빈도없이 수행될 수 있지만 패턴이 있거나 없는 상태로 동작할 수 있으며, 일부는 음식소화 중 위 움직임 또는 활동 또는 감정적인 이벤트에 의한 빠른 심장 박동과 같은 정상적인 생리적 이벤트 에 의해 트리거될 때 설정된 빈도에 있을 수 있다. 모션은 여러 장기 또는 동일한 장기의 세그먼트가 동적 모션 상태에 있을 수 있는 관절에서와 같은 자발적인 모션을 포함할 수 있다. 이 동작은 예를 들어 사람이 진정 상태에서 또는 수면 중에 몸을 움직이거나 이동시키는 것과 같은 비자발적 동작을 포함할 수 있다.
이미징 중에 환자는 이러한 유형의 움직임을 경험할 수 있다. 관심 영역 (130)은 조건에 특정한 동적 운동 특성을 가질 수 있으며, 그 컴포넌트(120) 각각은 별개의 동적 특성을 가질 수 있으며, 이는 엑스레이 팬 빔 또는 선택된 하나 이상의 엑스레이 얇은 빔에 의해 컴포넌트를 조명하여 다른 시간 간격으로 측정 데이터를 샘플링함으로써 캡처될 수 있다.
엑스레이 이미징은 하이브리드 이미징 구성에서 엑스레이 데이터 측정 분석과 결합 될 수 있다. 도 25는 관심 영역의 위치 및 추적에서 비엑스레이 이미징 모달리티을 사용하여 정량적 엑스레이 이미지의 하이브리드 측정 및 코로케이션에 대한 예시적인 흐름도를 보여준다. 첫 번째 및 실시간 측정 중 일부의 측정된 엑스레이 데이터는 현미경 또는 스펙트럼 흡수 측정 시스템에서 도출될 수 있다.
예를 들어, nm 범위의 세부 사항 및/또는 고해상도 스펙트럼 정량 분석을 해결하는 훨씬 더 높은 해상도 이미징이 관심 영역에 대한 선택된 시야에 대해 달성될 수 있다.
이제 엑스레이 소스의 추가 세부 사항이 설명될 것이다. 엑스레이 소스는 기존의 엑스레이 튜브 또는 다중 방출 위치를 가진 엑스레이 소스이거나, 다중 방출 위치에서 엑스레이를 방출할 수 있거나, 자기가 있는 것과 같이 빔 출력을 조정할 수 있다. 전자빔을 편향시키기 위한 자기 판, 또는 기존의 음극, 냉각 음극, 광 기반, 싱크로트론 등과 같은 음극, 결정 기반, 나노 튜브 기반 음극 및/또는 임의의 기존 양극, 액체 양극 또는 나노 와이어와 같은 양극을 포함하여 전자빔을 생성하기 위해 다양한 하드웨어 방법을 사용하는 할 수 있다. 엑스레이 소스는 또한 회절 격자 또는 콜리메이터 또는 빔 스플리터 또는 MEM을 포함하는 조정 가능한 격자 또는 빔 선택기 또는 빔 스티어링 장치, 또는 크리스탈 기반 장치 또는 내부 전반사 기반 장치 또는 도파관과 결합 될 수 있다. 에너지 스위칭 장치가 있는 모든 엑스레이 소스도 사용할 수 있다.
엑스레이 소스는 피사체 내부에 배치되거나 공동 내 또는 소형 크기일 수 있다. 예를 들어, 엑스레이 소스는 탄소 튜브 또는 크리스탈 기반 일 수 있으며 제 1 이미지 및 라이브 이미지의 일부 또는 전부를 생성할 수 있다. 이러한 엑스레이 소스는 관심 영역을 조명하기 위해 피사체(16)의 공동 또는 내부 용적에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 심장 판막 또는 스텐트 임플란트가 타겟의 위치로 안내됨에 따라, 엑스레이 소스가 안내 와이어에 연결되거나 유사한 방식으로 임플란트 위치와 관련하여 고정된 위치에 배치될 수 있다. 검출기는 피사체 외부에 배치되는 것을 제외하고는 내시경으로 사용된다. 엑스레이 소스는 도 16에서와 동일한 검출기 (14) 또는 다른 검출기와 함께 사용될 수 있다. 엑스레이 소스는 엑스레이의 초점을 맞추고 관심 영역을 통과하기 위해 콘덴서 렌즈 및 조리개를 포함할 수 있는 엑스레이 광학 어셈블리와 함께 사용될 수 있다. 전송된 엑스레이는 수집되어 검출기로 출력될 수 있다. 단색 광원의 엑스레이는 싱크로트론 및 유사 광원에 대한 모든 에너지 레벨(예 : 0-70KeV 이상)이 될 수 있다. 기존의 엑스레이 튜브에서 도출된 단색 소스는 양극 타겟의 필터링 및 사용자 정의로 인한 엑스레이 튜브 에너지 레벨 중 하나일 수 있다. 엑스레이 소스는 초고속 엑스레이 소스가 될 수 있다.
대안으로, 하나 또는 다중 채널을 갖는 도파관을 사용하여 통상적인 소스로부터 방출된 엑스레이를 액체 양극을 갖는 엑스레이 소스에 연결할 수 있다. 액체 양극의 유속과 공간적 패턴은 엑스레이 발생량과 발생되는 엑스레이량을 조정하기 위해 조정될 수 있다.
검출기는 2D 또는 선형 또는 점 엑스레이 검출기 또는 에너지 민감형 검출기 또는 분광기 모듈 또는 다중 채널 분광기 모듈일 수 있으며, 각 채널은 에너지 분산 격자, 및 피사체 또는 2D 전체 영역 검출기의 하류에 있는 공간적으로 민감한 센서 어레이를 사용하여 관심 영역에 포함된 타겟에서 엑스레이 빔에 의해 조명되는 라인의 에너지 특성을 측정한다.
개장 하드웨어 어셈블리 및 소프트웨어는 20KeV-10OOKeV의 엑스레이를 수술 안내로 생성하는 것과 같이 특정 애플리케이션 또는 방사선 치료를 위한 MeV 범위에 적합하도록 기존 하드웨어 및 소프트웨어를 수정하기 위해, 본 명세서에 개시된 엑스레이 추적 기능을 통합할 수 있다. 개조 키트는 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 하드웨어와 소프트웨어를 모두 포함하는 캘리브레이션 키트, 여기에 공개 된 이미징 방법을 위해 캘리브레이션하는 소프트웨어, 엑스레이 소스를 수정하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어, 전환할 엑스레이 소스 제어 다른 에너지, 기존의 엑스레이 소스를 새로운 엑스레이 소스로 교체하고 그리고/또는 더 많은 엑스레이 방출 위치를 생성하는 것을 포함하여 여기에 설명된 하나 이상의 추가 엑스레이 소스, 산란에 설명된 엑스레이 검출기 어셈블리 후면 평판 검출기, 이미징 프로세스 및/또는 획득을 위한 소프트웨어, 엑스레이 소스 또는 여기에 설명된 방법에 포함 된 엑스레이 시스템의 다른 부분을 이동하기 위한 위치 지정 또는 이동기를 위한 하드웨어를 대체하기 위한 제거 및 재료 분해; 산란 제거 또는 재료 분해 이미징을 위해 엑스레이 소스 빔에서 출력을 수정하는 하나 이상의 콜리메이터, 기존 이중 또는 다중 레이어 검출기를 수정하는 빔 선택기, 이중 검출기 산란 제거 어셈블리를 완성하기 위한 검출기 추가 기존 검출기, 빔 선택기 또는 콜리메이터 및 검출기가 이미있는 경우 하나 이상의 추가 검출기, 빔 조정을 위한 MEM 또는 크리스탈과 같은 조정 가능한 하드웨어 또는 엑스레이 빔 시야 및 기타 출력 속성 조정 또는 선택 얇은 빔, 엑스레이 빔 위치 조정 장치 또는 전자빔 조정 장치, 스펙트럼 흡수 측정기 또는 엑스레이 현미경 검사에 필요한 추가 하드웨어, 엑스레이 또는 비 엑스레이 이미징 모달리티 및 기술을 포함하는 데 필요한 추가 하드웨어 및 광학 분광기, MRI, PET, 광학 메커니즘, 광 음향, 초음파, 열 이미징 및 분석과 같은 분광기 또는 광 분석 시스템.
이제 추적 방법에 대한 더 자세한 내용을 설명한다. 도 25에서 볼 수 있듯이, 관심 영역의 위치 지정 및 추적을 위해 하이브리드 측정 및 비 엑스레이 이미징 모달리티을 사용한 정량적 엑스레이 이미지의 코로케이션을 사용할 수 있다. 1 단계에서는 기존의 정량적 2D 및 다차원 엑스레이 이미징 및 물질 분해 이미지 데이터베이스를 MRI, PET, 광학 이미징 및/또는 분석, 분광기, 광 음향, 초음파 및/ 또는 자기 입자와 같은 다른 방식의 이미징과 결합 할 수 있다. 기반 이미징 모달리티는 모두 정적 위치 및 3D 및 6D 추적 데이터 세트의 제 1 측정으로 저장될 수 있으며, 관심 영역에 대한 동적 움직임을 특성화하는 데 충분할 수 있다.
단계 2에서, 엑스레이에 의한 관심 영역의 실시간 측정은 임의의 다른 이미징 방법과 함께 이루어질 수 있다. 단계 3에서, 코로케이션은 염료의 코로케이션을 기반으로 수행될 수 있거나, 각각 다른 방식에 대한 1차, 2차, 3차 또는 그 이상의 차수 염료, 또는 둘 이상의 모드에 대해 공통 염료와 관련하여 수행될 수 있다. 대안으로 및/또는 추가적으로, 측정 가능한 특성, 또는 특정 컴포넌트의 상대적인 공간적 위치 또는 가시성에 기초하여 차별화 가능한 컴포넌트 이미지에 기초하여 코로케이션이 수행될 수 있다. 대안으로 및/또는 추가적으로, 코로케이션은 각 재료 유형 또는 별개의 공간 구조 또는 물리적 특성에 대한 이미지, 또는 컴포넌트 또는 타겟 또는 관심 영역에 대한 동적 움직임 특성의 측정값 매칭을 기반으로 수행될 수 있다. 대안으로 및/또는 추가적으로, 이미징 모달리티의 코로케이션은 상기의 임의의 조합에 의해 수행될 수 있다.
단계 4에서, 엑스레이 장치의 프로세서는 모든 모달리티의 실시간 측정값을 제 1 측정값 데이터베이스와 매칭시킬 수 있으며, 컴포넌트, 타겟 및/또는 관심의 영역의 3D 위치 결정, 4D 및 6D 추적을 결정할 수 있다.
도 28은 산란 제거를 포함하는 다차원 동적 이동 특성화 및 추적을 위한 예시적인 흐름도를 도시한다. 1 단계에서 프로세서는 단일, 이중 또는 스펙트럼 에너지 제 1 측정 데이터 세트를 포함하여 관심 영역에 대한 기존 3D 전체 이미징 데이터를 얻을 수 있다. 데이터는 2D 평판 기반 다차원 이미징 데이터베이스, CT 스캐너 또는 MRI, PET 및/또는 기타 광 기반 정량 분석 및 이미징 시스템에서 얻을 수 있다. 라이브 포인트, 데이터 영역, 1D, 2D, 3D 및/또는 4D 측정값과 제 1 측정값 또는 합성 데이터 세트의 매칭이 이제 더 자세히 설명된다. 관심 영역의 이중 및 다중 에너지 제 1 측정값은 모션 사이클의 동일한 단계에서 다양한 시간에 취해진 동일한 에너지 레벨의 다른 제 1 측정값과 결합 될 수 있으며, 2D 이미지 또는 1D 이미지 또는 포인트 데이터 세트를 추출하여 새로운 데이터 세트를 형성할 수 있다.
단계 2에서, 프로세서는 본 명세서에 개시된 캘리브레이션 방법(추적 프로세스을 전반에 걸쳐 필요한 기초로서 존재할 수 있음)을 사용하는 것과 같이 엑스레이 소스 및 검출기 상대 거리 및 위치, 빔 선택기 위치를 캘리브레이션할 수 있다. 엑스레이 얇은 빔 위치와 엑스레이 얇은 빔 위치와 관련된 검출기상의 픽셀 영역의 상관을 등록할 수 있다. 경우에 따라 2 단계가 필요하지 않을 수 있다.
단계 3에서, 프로세서는 관심 영역의 하나 이상의 2D 이미지를 다른 엑스레이 소스 방출 위치로 샘플링하여 동적 움직임 특성화를 위한 제 1 측정 시작에서 관심 영역, 그 컴포넌트 및 정적 위치의 타겟을 찾을 수 있다.
단계 4에서, 프로세서는 다양한 에너지 레벨에서 제 1 측정값을 샘플링 할 수 있다. 예를 들어, 엑스레이 얇은 빔 또는 관심 영역의 2D 이미징에 의해 투영된 하나 이상의 데이터 영역을 사용할 때마다 에너지 레벨, 예를 들어, 높은 에너지 레벨, 그리고 다른 에너지 레벨, 예를 들어 낮은 에너지 레벨에서 하나 이상의 선택된 얇은 빔을 동적 이동 과정 전반에 걸쳐 다양한 시간에 사용한다. 추적 및 위치를 위한 시간에 민감한 측정의 경우, 소스가 동시에 여러 에너지 엑스레이 빔을 방출하는 여러 에너지 소스이면 하나의 에너지 레벨 또는 여러 에너지 레벨에서 제 1 측정을 샘플링 할 수 있다. 이러한 측정은 관심 영역에 대한 엑스레이 조명의 한 펄스에서 수행될 수 있다. 관심 영역을 비추는 엑스레이는 애플리케이션 요구 사항에 따라 하나 또는 두 개의 얇은 빔 또는 얇은 빔 세트 또는 1D 슬라이스 엑스레이 빔 또는 선택한 엑스레이 팬 빔 영역일 수 있다. 다른 시간에 엑스레이 빔을 샘플링하여 하나 이상의 실시간 측정을 수행할 수 있다. 각 이미지는 제 1 측정값 및 제 1 이미지에서 도출된 데이터 세트에서 재구성된 다차원 이미지로부터 추출되거나 합성된 2D 또는 3D 또는 4D 이미지와 비교할 수 있다.
단계 5에서, 프로세서는 관심 영역 그리고 선택된 데이터 영역에 있는 별개의 물질, 재료 및 컴포넌트 및 타겟의 에너지 분해 이미지 추출를 추출할 수 있고, 동적 이동 프로세스 동안 컴포넌트, 타겟 및 관심 영역의 동적 이동을 특성화하기 위해 데이터베이스를 완성하도록 합성될 수 있는 고유한 에너지 레벨에서, 컴포넌트, 타겟 및 관심 영역의 1D-7D 프리젠테이션이 합성된다.
관심 영역 및 컴포넌트 및 타겟의 다중 이미지가 재구성될 수 있고 관심 영역, 컴포넌트 및 타겟의 데이터 포인트, 1D, 2D, 3D 및 4D 이미지가 제 1 측정으로부터 추출될 수 있다. 다차원 이미지가 동적 이동주기 동안 다른 시간에 수행된 제 1 측정 또는 동적 이동에 대한 관련 시간 프레임에 대해 재구성된 경우, 컴포넌트 및 타겟의 6D 이미지는 제 1 측정에서 재구성된 3D 이미지를 기반으로 추출될 수 있다.
단계 6에서, 프로세서는 처리 또는 추적 프로세스 전반에 걸쳐 컴포넌트, 타겟 및/또는 관심 영역의 추적에 필요한 실시간 측정을 수행할 수 있다. 측정할 때마다 프로세서는 엑스레이 얇은 빔 또는 관심 영역의 2D 이미징에 의해 투영된 하나 이상의 데이터 영역을 하나의 에너지 레벨(예: 높은 에너지 레벨 )에서 다른 에너지 레벨(낮음 또는 중간 레벨 등)에서 하나 이상의 선택된 얇은 빔 투영 데이터 포인트 측정을 기초로 선택적으로 애플리케이션 요구 사항에 따라 샘플링할 수 있다.
선택적으로, 단계 7에서 각각의 라이브 측정에 대해, 프로세서는 방사선 선량을 감소시키기 위해 엑스레이 얇은 빔으로 관심 영역 및 컴포넌트의 선택된 상이한 영역을 조명할 수 있다. 프로세서는 또한 선택적으로 엑스레이 얇은 빔에 의해 조명될 후속 영역을 선택하고 정의할 수 있으므로 이러한 영역의 위치를 찾는 것이 예를 들어 조명된 영역이 바로 옆에 있을 때 위치 데이터베이스를 사용하여 비교적 쉽게 찾을 수 있다. 새 측정 데이터를 배치하는 데 필요한 데이터 세트의 수를 제한하기 위한 것이다.
단계 8에서, 각각의 라이브 측정에서, 프로세서는 라이브 측정값, 또는 라이브 측정값 및 추출된 데이터의 합성 데이터를 기반으로 라이브 측정값 또는 추출 된 데이터를 구성 요소, 타겟 및 관심 영역의 해당 시간 간격 및 선택한 엑스레이 조명 위치에 대한 첫 번째 측정의 데이터와 매칭시킬 수 있다. 동일한 관심 영역의 컴포넌트는 3차원 공간에 위치할 수 있다. 저장된 3D-7D 이미지와 제 1 측정값의 일치를 수행하여 관심 영역의 엑스레이 조명 위치 및 예상되는 검출기의 투영 이미지 위치를 기반으로 이미징 데이터 세트를 조회하고 추출하여 관심 영역을 찾을 수 있다. 예를 들어, 컴포넌트 중 하나만 관심 영역에서 이동하고 나머지는 정적인 경우 하나의 펄스를 사용하는 하나의 에너지 레벨에서 하나의 이미지는 다른 인접 영역 및 기타 컴포넌트에 대해 동일한 이미지 및 물질 분해 데이터를 제공할 수 있다. 측정 변화는 측정 전과 비교하여 컴포넌트의 움직임과 위치를 나타낼 수 있다.
단일 에너지 레벨에서의 라이브 측정값과, 관심 조명 영역의 제 1 이미지 및 제 1 측정값으로 재구성된 이미지로부터 추출되거나 합성된 데이터 사이에서 매칭이 수행될 수 있으며, 제 1 측정은 단일, 이중 또는 여러 에너지 레벨에서 이루어질 수 있다. 전체 제 1 측정은 본 명세서에 개시된 다차원 이미징 방법에 기초할 수 있다. 예를 들어, 심장 판막 임플란트와 같은 컴포넌트는 별개의 물질에 대한 이중 또는 다중 에너지 물질 분해 방법을 기반으로 구별될 수 있다.
관심 영역의 단일, 이중 및 다중 에너지 우선 측정은 동일한 단계의 모션 사이클에서 다양한 시간에 취해진 동일한 에너지 레벨의 다른 최초 측정값과 결합 될 수 있고, 다양한 차원의 이미지 및 측정값은 새로운 데이터 세트를 형성하기 위해 추출될 수 있다.
재료 구성이 변하지 않기 때문에, 관심 영역의 동일한 조명 경로에서 움직이는 컴포넌트 이외의 영역에 대한 엑스레이 데이터는 측정이 수행되는 특정 에너지 레벨에 대해 생성될 수 있다. 움직이는 컴포넌트의 정확한 측정값을 추출할 수 있다.
추출된 움직이는 컴포넌트에 대한 데이터는 전술한 저장된 데이터베이스로부터 합성된 데이터와 매칭될 수 있으며, 움직이는 컴포넌트의 위치 및 움직임 방향 1D, 2D, 3D 및 6D 이미지가 도출될 수 있다.
관심 컴포넌트이 혈관인 상황에서, 혈류의 움직임은 혈관의 다양한 이미지를 생성하는 반면, 배경의 나머지 관심 영역은 상대적으로 정적이다. 따라서, 흐름 특성을 모니터링하고 특성화하기 위해 혈관을 조명하도록 하나 또는 소수의 얇은 빔을 사용하는 것이 적합할 수 있다. 어떤 경우에는 미세 기포 또는 나노 기포와 같은 조영제가 사용될 수 있다. 어떤 경우에는 위상차 엑스레이 이미징, 인터페로그램을 사용하여 혈관의 동적 혈류를 모니터링 할 수 있다. 여러 에너지 엑스레이 빔의 펄스가 컴포넌트를 비추면 스펙트럼 측정을 통해 움직이는 컴포넌트의 변화를 추가로 특성화할 수 있다.
단계 9에서, 프로세서는 컴포넌트, 타겟 및 7D 공간에서의 관심 영역위치을 추적하고 배치하기 위해 발생하는 각 시간 라이브 측정에 대해 컴포넌트 또는 타겟 또는 관심 영역상의 선택된 영역의 다양한 차원을 나타내는 이미지 및 데이터를 추출할 수 있다.
예를 들어, 종양에 더하여 제 1 이미지의 정량적 데이터 분석을 위해 관심 영역을 찾을 때, 종양 영역을 추가로 식별하기 위해 병변 또는 정상 조직에 대한 세포 매트릭스 이상이 있는 주변 영역을 식별할 수 있다. 진단 및 치료 중. 심장 값 임플란트의 컴퓨터 및/또는 사용자는 심장 조직을 여러 영역으로 분할 할 수 있으며, 일부 영역은 호흡으로 인해 이동할 수 있으며, 일부 영역은 심장 판막 펌핑으로 인해 이동할 수 있으며, 심장의 일부 영역은 다른 영역보다 더 많이 움직일 수 있다. 모든 영역을 특성화하여 다양한 영역의 엑스레이 이미지를 촬영하여 다양한시기에 임플란트 식립 절차를 모니터링 할 수 있다.
움직임 특성으로 인해 엑스선 빔의 조명 패턴은 수술 전에 계획될 수 있다. 예를 들어, 호흡으로만 움직이는 영역의 경우, 매우 제한된 수의 엑스레이 얇은 빔(예: 하나의 빔)만으로도 이 영역을 찾고 배치하는 데 충분할 수 있다. 혈액의 펌핑 및/또는 기타 혈액 관련 역학에 따라 움직이는 심장 조직 영역의 경우, 더 조밀한 수의 엑스레이 얇은 빔을 사용하여 운동 역학을 모니터링 할 수 있다. 선택적으로, 전체 영역을 덮는 시야를 갖는 엑스레이 빔은 모션 추적을 위해 이 영역을 조명하도록 미리 선택될 수 있다.
피사체의 다른 영역(예를 들어, 심장 영상에서 흉부 뼈)이 다른 역학으로 움직일 수 있지만, 이러한 영역은 심장 조직에서 관심 영역의 상대적 위치에 대한 기준점으로 사용될 수 있다. 다양한 식별 된 영역에서. 또한, 본 명세서에 개시된 이중 또는 다중 에너지 물질 분해로, 심장 판막이 배치될 수 있는 영역은 조직에 대한 대조 라벨없이 볼 수 있다. 미세 기포 또는 조영제를 사용하여 혈관을 라벨링하는 경우 심장 판막 임플란트와 같은 임플란트가 있는 심장 조직 영역의 상대적 위치 및 구조를 더 정확하게 특성화할 수 있다.
동적 특성화를 위해, 단일 에너지 레벨에서의 라이브 얇은 빔 측정값과 관심있는 얇은 빔 조명 영역의 제 1 측정값으로부터 재구성 된 2D 이미지로부터 추출된 데이터의 매칭이 수행될 수 있으며, 제 1 측정은 단일, 이중 또는 다중 에너지 레벨이 될 수 있다. 전체 제 1 측정은 본 명세서에 개시된 다차원 이미징 방법에 기초할 수 있다. 예를 들어 심장 판막 임플란트와 같은 컴포넌트는 별개의 물질에 대한 단일, 이중 또는 다중 에너지 물질 분해 방법을 기반으로 구분될 수 있다.
관심 영역의 이중 및 다중 에너지 우선 측정값은 모션 사이클의 동일한 단계에서 다양한 시간에 취해진 동일한 에너지 레벨의 다른 제 1 측정값과 결합 될 수 있으며, 다양한 차원의 측정값 또는 데이터 표현이 추출하여 새 데이터 세트를 형성한다.
재료 구성이 변하지 않기 때문에, 측정이 수행되는 특정 에너지 레벨에 대해 관심 영역의 동일한 조명 경로에서 움직이는 컴포넌트 이외의 영역에 대한 엑스레이 데이터가 생성될 수 있다. 움직이는 컴포넌트의 정확한 측정값을 추출할 수 있다.
이동 컴포넌트에 대해 추출된 데이터는 전술 한 저장된 데이터베이스로부터의 합성된 데이터와 매칭될 수 있고, 이동 컴포넌트의 위치 및 이동 방향 1D, 2D, 3D 및 6D 이미지가 도출될 수 있다.
관심 컴포넌트이 혈관인 상황에서, 혈액의 움직임은 혈관의 다양한 이미지를 생성하고 나머지 영역은 정적이다. 따라서, 하나 또는 적은 수의 얇은 빔을 사용하여 혈관을 조명하여 흐름 특성을 모니터링하고 특성화하는 것이 적합할 수 있다. 어떤 경우에는 인터페로그램을 사용하여 혈관의 움직임을 모니터링할 수 있다. 여러 에너지 엑스레이 빔의 펄스가 컴포넌트를 비추면 에너지 민감 검출기 또는 에너지 분산 격자 및 공간 민감 검출기를 사용하여 스펙트럼 분광 측정을 수행하여서 움직이는 컴포넌트의 변화를 추가로 특성화 할 수 있다.
움직이는 컴포넌트, 타겟 및 관심 영역의 복잡성이 증가함에 따라, 하나의 컴포넌트를 조명하기 위해 얇은 빔의 수가 증가할 수 있고 그리고/또는 각 얇은 빔의 시야가 확장될 수 있으며, 그리고/또는 관심 영역상의 슬라이스 영역을 조명하기위한 1D 엑스레이 빔이 필요할 수 있고 그리고/또는 관심 영역에 대한 하나의 완전한 2D 이미지 또는 인터페로그램이 필요할 수 있다. 예를 들어, 연조직으로 만들어진 컴포넌트와 같이 더 많은 탄성 강도 특성을 가진 컴포넌트의 경우 컴포넌트의 다른 세그먼트에 대해 더 얇은 빔이 필요할 수 있다. 심장 움직임 모니터링의 경우, 심장의 특정 부분의 움직임을 완전히 설명하고 조사하려면 훨씬 더 얇은 빔이 필요할 수 있다.
동적 이동 특성화를 위한 제 1 측정은 동적 이동 프로세스 또는 사이클에서 서로 다른 시간에 있을 수 있다. 다양한 생리적 조건으로 인해 추적 과정에서 관심 영역에 여러 유형의 움직임이 관련되는 경우 통계적으로 의미있는 시간 간격으로 측정이 필요할 수 있다. 예를 들어, 심장 운동은 매초마다 발생할 수 있다. 심장 박동주기 전체에 걸쳐 심장 조직의 움직임을 모니터링하기 위해 초당 1-30 프레임의 샘플링이 필요할 수 있다. 예를 들어, 포인트에서 7D까지의 다양한 차원의 이미지는 제 1 측정값 세트 및 다른 이미징 기술에 기초한 데이터 및 제 1 측정값으로부터 도출된 합성 데이터에 기초하여 추출될 수 있다. 모든 제 1 측정값 및 추출 된 관련 이미징 프리젠 테이션 데이터는 동적 이동 프로세스 또는 주기 전반에 걸쳐 통계적으로 유의미한 다른 기간 동안 결합되어 컴포넌트 또는 타겟 또는 관심 영역의 동적 이동 특성화를 위한 데이터베이스를 컴파일할 수 있다.
수술 절차 동안 및/또는 절차 후 평가를 위해 동일한 프로세스가 사용될 수 있다. 수술 중과 수술 후 데이터를 일치시킬 수 있다. 제 1 측정의 체적 이미지 데이터는 분해된 물질 정량 분석의 내부 목표를 보여주기 때문에 라이브 측정값 또는 라이브 투영 데이터 포인트 또는 데이터 영역을 제 1 이미지의 체적 데이터의 결과와 일치시키면 컴포넌트, 타겟 및 관심 영역의 3D 및 6D 위치를 추적할 수 있다.
본 명세서에 개시된 엑스레이 장치는 하나 이상의 센서(예를 들어, 외부 위치 센서) 및/또는 하나 이상의 기준 타겟과 함께 사용되어 실시간 기반으로 타겟 영역의 위치를 추적할 수 있다. 센서로부터의 신호 또는 엑스레이 이미지 또는 기타 위치 측정 기술, 빛 또는 RF 또는 자기 또는 초음파 또는 방사능 측정에서 기준 타겟의 위치는 타겟 영역의 위치와 상관 될 수 있다. 상관 모델은 엑스레이를 촬영하고 센서에서 신호를 판독하거나 인공 타겟을 통과하는 엑스레이 측정값을 판독한 다음 엑스레이를 사용하여 타겟 위치를 보여주는 가장 잘 맞는 3D 이미지를 식별하여 생성할 수 있다. 상관 관계가 설정되면 타겟 지역의 위치를 실시간으로 지속적으로 추적할 수 있다. 조영제 예
본 개시 내용은 예를 들어, 광학 분광기 및 이미징, 광 음향, CT, PET, MRI, 자기 입자 기반 이미징 및 초음파와 같은 하이브리드 방식 또는 코로케이션 이미징 뿐만 아니라 엑스레이 이미징의 2D 및 3D 이미징을 위한 조영제 및 사용 방법을 포함한다. 일부 예에서, 모달리티는 해부학적 또는 시간적 마커에 의해 본 개시 내용의 시스템과 함께 배치된다. 다른 경우에, 하나 이상의 다른 양상을 위한 조영제가 본 개시 내용의 엑스레이 시스템에서 조영제로서 사용될 수 있다. 일부 경우에, 본 개시 내용의 엑스레이 측정을 위한 조영제는 이미징, 진단, 모니터링 및 치료 및 수술 안내, 약물 전달 및 다른 모달리티을 포함하는 치료 절차에 사용되는 조영제 및/또는 다른 관련 리간드에 공유 또는 비공유적으로 연결될 수 있다.
일부 경우에 종래 기술의 엑스레이 이미징 및 CT 및 엑스레이 측정 및/또는 다른 양상과 함께 사용된 조영제인 본원에 개시된 조영제는 본 개시의 엑스레이 측정 및 이미징 시스템과 함께 사용될 수 있다. 즉, 2차원 이상의 차원, 2D 평판 검출기에 기초한 3차원 정량적 디지털 엑스레이 이미징 및 보다 구체적으로 포함하는 하이브리드 시스템은 단일, 이중 또는 다중 에너지에 관한 것이다. 본원에 개시된 바와 같이 둘 이상의 다중 재료 또는 컴포넌트를 갖는 피사체 또는 피사체의 관심 영역상의 선택된 영역의 엑스레이 이미징, 선택된 영역의 치수는 직경이 nm, um, 또는 mm 또는 cm 또는 높은 범위일 수 있음. 선택한 영역의 크기가 작으면 공간 해상도 또는 스펙트럼 해상도 또는 엑스레이 측정용 센서의 프레임 속도를 크게 높일 수 있다. 특히 전체 영역 엑스레이 이미지를 사용하여 선택한 영역. 디지털 프로그래머는 전체 영역 엑스레이 이미지의 이미징 결과를 기반으로 하나 이상의 기준에 따라 영역을 선택할 수 있다. 또는 사용자가 지역을 선택할 수 있다. 피사체 및/또는 피사체의 물질은 전체 영역 엑스레이 검출기로 촬영할 때 엑스레이 이미지에서 시각적으로 또는 정량적으로 구별할 수 없다. 그러나 전체 영역 이미지는 관심 영역에 대한 충분한 정보를 캡처하여 추가 분석 및 이미징을 위해 선택할 수 있는 영역을 결정할 수 있다. 2 개 이상의 조직의 계면 영역 또는 비균질 영역인 경우, 스펙트럼 및 공간 및/또는 시간 의존적 측정에서 더 높은 해상도를 사용하여 선택된 영역에서 훨씬 더 작은 미지의 단위를 추가로 분해할 수 있다. 본 명세서에 개시된 조영제는 유기체, 동물 또는 인체의 여러 조직 각각의 이미징 및 정량 분석과, 합성 피사체 또는 유기 피사체 또는 둘의 혼합물에서 두 개 이상의 다른 재료 또는 컴포넌트를 사용한 피사체의 이미징 및 밀도 측정에 사용될 수 있다.
연조직과 뼈의 인체 구조가 다른 재료, 예를 들어 석고 또는 유리 섬유 주조 재료, 또는 의료용 임플란트 또는 수술 도구에 의해 중첩되는 경우, 조영제를 사용하여 물질과 혼합하거나 화학적으로 결합하여 시각화 및 차별화를 가능하게 한다. 뼈는 연조직 및/또는 기타 조직, 종양, 세포 및/또는 분자 또는 분자 복합체 또는 분화 가능한 원자 z 번호 및/또는 밀도의 분자 유도체로 라벨링된 무기 또는 유기 물질, 또는 다른 원자 z 번호 및/또는 밀도를 가진 타겟 또는 컴포넌트로부터 엑스레이 이미지에서 더 잘 분리될 수 있다. 다른 원자 z 번호 및 밀도 측정 외에도 미분 가능한 엑스레이 속성은 재료의 부피, 시간 및 공간에서의 움직임 특성, 모양, 패턴, 공간 위치, 유체 역학, 에너지 유발 상태, 흐름 방향, 시간 및 해부학적 마커로 확장될 수 있다. 이미징 된 피사체가 엑스레이 시스템에 의해 해결되기에는 너무 작거나 유사한 매우 작은 단위 치수의 하나 이상의 컴포넌트를 포함하는 경우, 본 명세서에 개시된 조영제를 사용하면 이러한 컴포넌트의 검출을 향상시킬 수 있다.
본원에 개시된 조영제는 유기, 이온, 비 이온, 비금속(따라서 독성이 적음), 또는 금속, 피사체에 대해 고유 및/또는 내인성(예를 들어 Ca2+ 또는 Ca2+ 결합 펩티드 또는 단백질, 기체 물질, 기포 또는 양이온이 풍부한 영역)일 수 있다. 피사체에서 고유 분자를 사용하거나 Ca2+ (또는 또한 칼륨 등)와 같은 고유 분자를 기반으로하는 유도체 또는 접합 복합체를 사용하는 이점은 특정 범위 내에서 상대적으로 독성이 없다는 것이다. 또한, 조영제가 분자 라벨을 결합하기 전과 후에 피사체의 나머지 이미지에서 분리 된 칼슘 또는 칼슘 결합 이미지를 촬영할 수 있으므로 이중 에너지 시스템은 뼈와 기타 칼슘 기반 이미지가 분리 된 이미지를 촬영할 수 있다. 나머지 이미지에서 찍은 이미지에서 칼슘이 어디에 얼마나 많이 있는지 나타낸다. 이 애플리케이션은 희귀 세포, 분자 이벤트, 임플란트, 병든 조직 세포, 외부 항원과 같은 관심 영역에서 산발적으로 나타나는 컴포넌트의 식별 및 정량화에 특히 유용 할 수 있고, 추적 및 장기 및/또는 만성 모니터링은 독성 걱정없이 달성될 수 있다.
예를 들어, 다음은 인체의 내인성 또는 내인성 원소의 목록이다.
-원 소량-Na, Mg, K, Ca, P, S, Cl,
-필수 미량 원소-Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Se, I, Mo, Cr
-인간의 적극적인 취급으로부터 제안된 기능, 그러나 구체적으로 확인된 생화학적 기능은 없음-Li, V, Cr, B, F, Si, As
Na, Mg, K, Ca, P, S, Cl이 자연적으로 양으로 존재하기 때문에 바람직하다. 그러한 요소를 포함하는 상대적으로 많은 양의 조영제가 투여될 수 있으며, 특히 저주파에서 상대적으로 무해 할 수 있다. 리간드는 마커가 있는 종양, 또는 식별 가능한 특징을 가진 병든 조직과 같은 타겟에 결합하고, 이러한 내인성 원소 및 이들의 유도체와 접합된 다음 피사체에게 입력될 수 있다. 또 다른 예에서, 이러한 리간드는 연결되지 않고 투여될 수 있지만, 그 조성은 활성 도메인 또는 에피토프가 이러한 요소를 포함하는 요소 또는 분자의 자유 이온에 결합하도록 허용한다. 이러한 분자는 경구 섭취, 주사 또는 흡입을 통해 피사체에게 투여되기 전에 내인성이거나 합성될 수 있다. 이러한 원소 및 이들의 유도체를 포함하는 이러한 원소 이온 또는 분자의 클러스터 및 복잡한 어셈블리는 타겟 영역에서 형성될 수 있다. 그리고 그러한 클러스터와 어셈블리는 시간이 지남에 따라 분해될 수 있다. 또는 리간드와 결합 된 프로테아제 또는 산화 환원 분자 복합체와 같은 효소적으로 에피토프 또는 도메인 또는 분자 어셈블리의 기타 식별 가능한 특성을 인식하거나, 초음파를 사용하여 분해하는 것과 같은 에너지 교란을 통해 화학적으로 분해될 수 있다. 조영제와 그 접합체를 포함하는 마이크로 버블. PH 및/또는 온도는 엑스레이 측정을 위한 이러한 분자 복합체의 조립, 결합 및 분해에 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 종양 영역의 PH는 상대적인 정상 세포 매트릭스 영역인 7.0의 PH에 비해 7.4로 높다. 온도 프로브로 인한 온도 차이 또는 박테리아 감염에 대한 면역계의 항 염증 반응은 온도 유발 효소 또는 화학 반응을 유발할 수 있다.
조영제는 선택적으로 요오드계 또는 요오드화 화합물 일 수 있다. 요오드를 사용하는 조영제는 일반적으로 상대적으로 낮은 독성과 요오드 원자의 공유 결합을 기반으로 하는 수용성 유기 화합물을 포함한다. 요오드화 화합물은 방향족 또는 비 방향족 일 수 있다. 요오드화 화합물은 분자 당 1개, 2개, 3개 또는 그 이상의 요오드 원자를 포함할 수 있다. 따라서, 요오드 원자 이외에, 이러한 조영제는 탄소, 수소를 포함할 수 있고 질소, 산소 및 상대적으로 낮은 원자 z 수를 갖는 다른 원자를 포함할 수 있다. 바람직한 부류의 조영제는 요오드화 방향족 화합물의 다양한 에스테르 및 아미드를 포함할 수 있다. 요오드계 조영제는 디아트리조에이트, 요오 탈라메이트, 메트리조에이트, 요오디파미드, 이옥사글레이트, 요오헥솔, 요오비트리돌, 요오메프롤, 요오딕사놀, 요오파미돌을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예시적인 비이온성 조영제는 메트리자미드, 이오글루니드, 이오파미돌, 이오 프로마이드, 이오굴아미드, 이오버솔 및 비이온성 삼 요오드화 화합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 요오드계 조영제의 농도는 30mg/ml 내지 100mg/ml 일 수 있다. 본 개시 내용은 또한 난용성 조영제로 실시될 수 있다. 본 개시 내용은 요오도메탄설폰아미드, 요오드화 방향족 글루코아닐리드, 2-케토굴론아미드, 리버스아미드, 펩티드, 카르바메이트, 에스테르, 글루코시드 및 글루코스 유도체, 벤즈아미드 유도체, 이소프탈아미드, 비스 화합물 및/또는 비스-폴리 히드록실화아실아미드의 난용성 유도체로 실행될 수 있다. 또한, 본원에 기술된 많은 분자는 단량체 형태일 수 있으며, 또한 이량체, 삼량체 또는 중합체로 제조될 수 있다.
조영제는 선택적으로 금속 기반 조영제일 수 있다. 금속 기반 조영제는 란타나이드 기반, 바륨 기반, 탄탈 기반, 텅스텐 기반, 금 기반, 비스무트 기반, 가돌리늄 기반 및/또는 이테르븀 기반을 포함할 수 있다. 란타나이드계 조영제의 특정 예는 가도베르스타미드, 가도펜테테이트디메글루민, 가도부트롤, 가도베네이트디메글루민, 고아도테레이트메글루민 및 가독세테이트디소듐을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
조영제는 선택적으로 음성 조영제일 수 있다. 음성 조영제는 주변 혈액이나 조직보다 밀도가 낮은 조영제이다. 네거티브 조영제는 더 높은 휘도 강도를 보여주기 때문에 이미지에서 더 밝게 보인다. 공기, 산소 및 이산화탄소는 음성 조영제의 예이다.
본 개시에 따르면, 조영제가 피사체에게 투여될 수 있다. 조영제는 경구 또는 정맥 내와 같은 다양한 통상적인 방식 중 어느 하나로 투여될 수 있다. 조영제를 투여하여 해당 부위가 엑스레이 촬영될 조직에서 원하는 조영제를 생성한다.
일부 측면에서, 조영제는 상이한 시점에 투여될 수 있다. 조영제 구성 및 조영제와 관심 피사체의 상호 작용은 정량적 분석과 시각화 및 식별 및 장기 추적을 가능하게하는 데 사용할 수 있다. 장기 추적에는 조직 기능 또는 숙주 생존에 대한 장기 추적이 필요할 수 있는 임상 시험과 같이 수개월에서 수년 동안의 세포 추적이 포함될 수 있다. 다른 예에서, 조영제의 진행을 추적하기 위해 조영제가 서로 근접하게 투여될 수 있다.
0.3 um 내지 500 um의 공간 해상도를 가질 수 있는 종래의 CT와 비교하여, 일부 경우에, 엑스레이 시스템, 또는 바람직하게는, 본 개시의 하이브리드 시스템은 더 높은 공간 해상도 및 스펙트럼 해상도를 갖는다. 선택한 지역. 현미경 기기의 경우 회절 제한 공간 해상도는 파장과 대물렌즈 또는 물체 조명원 중 더 작은 쪽의 개구수에 비례한다. 고유한 대물렌즈를 사용하여 0.1nm 범위에서 현미경의 최고 해상도가 보고되었다. 일반적으로 zonal plate는 대물렌즈로 사용되며 달성 가능한 최고 해상도는 100nm 범위이다.
예를 들어, 엑스레이 현미경의 회절 제한 해상도는 0.01nm 범위에서 가장 짧은 파장의 해상도에 비례할 수 있다. 현재의 엑스레이 시스템은 이미징이 0.1nm 범위의 해상도를 가질 수 있도록 한다. 하드웨어 또는 엑스레이 광학이 계속 개발되면 가능한 가장 높은 해상도, 회절 제한 해상도에서 엑스레이 측정으로 개발될 수 있는 타겟이 개발될 수 있다. 이것은 CT의 것과 비교하여 본 개시에 개시된 엑스레이 시스템을 사용할 때 해상도의 10x 내지 108c 개선을 가능하게한다. 본 엔클로저의 엑스레이 시스템의 엑스레이 공간 해상도는 선택된 영역에 대한 엑스레이 회절 한계에 도달할 수 있다. 따라서 예를 들어 조영제의 몰 감도는 비례적으로 향상되며 3D 해상도의 증가는 103 ~ 109 또는 그 이상이다. 관심 피사체의 조영제의 농도는 약 10-3 ~ 10-12 몰 범위 및 그 사이의 모든 값으로 증가할 수 있으며, 투여되는 조영제의 양은 예를 들어 0.1mg/ml 내지 1000mg/ml 일 수 있다. 바람직하게는, 투여되는 조영제의 양은 0.1mg/ml 내지 100mg/ml이다. 바람직하게는, 투여되는 조영제의 양은 1mg/ml 내지 1000mg/ml이다.
조영제는 피사체 특이적 마커와의 혼합 또는 분자 결합을 통해 도입되어 엑스레이 이미징 또는 다른 이미징 모달리티을 사용한 엑스레이 하이브리드 이미징에서 피사체의 나머지와 구별할 수없는 물질(들)을 갖는 하나 이상의 컴포넌트를 시각화할 수 있다. 분자 결합은 이미징 장치에서 분자 라벨 및 이미징을 위한 유도 분자 캐스케이드 방법뿐만 아니라 단일 세포 검출까지의 민감도에 도달하기 위해 본원에 개시된 기술을 포함할 수 있다.
조영제에 의해 각 컴포넌트를 라벨링하는 것은 하나 이상의 항원 특이적 분자 라벨을 사용하여 이미지화 할 피사체에서 두 번째 또는 세 번째 물질을 결합하여 달성할 수 있다. 이러한 분자 라벨은 원자 z 번호 분화 입자 또는 분화 가능한 이미징 특성 또는 분자 또는 이러한 입자 또는 분자의 변형 된 버전을 포함할 수 있다. 분자 라벨은 내재적이거나 외부적으로 합성될 수 있다. 항원 특이적 분자 라벨은 인체에 있는 것과 다른 원자 z 번호를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 항원 분자 라벨의 예는 Au- (금), Pt- (백금), Ta- (탄탈륨), Yb- (이테르븀) 및 Bi- (비스무트) 기반 나노 입자, 그래핀 나노 입자 또는 그래핀 방사성 표지 복합물을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않다. 나노 튜브 복합물, 요오드화 또는 바륨, 가돌리늄 소분자 및 기타 조영제, 또는 이러한 분자를 변형하여 순환 시간을 연장하고 안정화를 증가시킨다. 예를 들어 폴리머 기반 분자, 예를 들어 폴리에틸렌, 글리콜 (PEG)을 효과적으로 예방하기 위해 스캐빈 저 세포에 의한 빠른 흡수 또는 검으로 안정화 된 NP-아랍어 (GA) 매트릭스, 덴드리머, 또는 표면이 풍부한 분 지형 폴리에틸렌 이민 (PEI) 1차 아민 또는 올리고 아르기닌과 같은 올리고 아미노산, 글루타티온과 같은 자연 발생 펩티드 또는 GSH, RES 흡수 및 세포 흡수 효율을 결정할 수있는 혈액 내 다른 나노 입자 또는 소분자 단백질 코로나와 접합 할 수 있는 기타 표면 리간드, 또는 예를 들어, 알부민 n- 덮개 Au 나노 스타. 약제 학적 약물 전달에 사용되는 임의의 분자 라벨은 본 개시 내용에서 분자 라벨로서 사용될수 있다. 본 명세서에 개시된 조영제는 이미징 신호 강도 또는 레벨을 개선하기 위해 약물 전달제 또는 약물 또는 인접한 치료제와 접합될 수 있다.
조영제 또는 조영제 복합체는 선택적으로 다양한 영상화 방식을 위해 나노 구 및 소포 내에 있을 수 있다. 다양한 조영제를 수정하고 서로 연결하여 광 음향 이미징 또는 PET 또는 MRI, 광학 일관성 단층 촬영, 생체 발광 또는 형광 이미징 또는 초음파 이미징과 같은 두 가지 추가 이미징 방식 또는 이미징 방법의 코로케이션을 가능하게 할 수 있다. 각 모달리티에 대한 조영제 또는 조영제 복합체는 화학적으로 연결되어 코로케이션을 보장 할 수 있다.
조영제는 하이드로겔 형태 일 수 있다. 하이드로겔은 물, 조영제 및 조직과 접촉한 후 가교 결합 된 하이드로겔을 형성하는 반응성 친수성 폴리머를 가지고 있다. 하이드로겔은 조직을 감싸고 코팅을 형성한다. 코팅은 자유 표면을 가질 수 있다. 하이드로겔에 배치된 조영제는 하이드로겔을 적용한 사용자가 하이드로겔을 관찰하고 그 두께를 추정하고 하이드로겔이 미리 결정된 두께에 도달할 때까지 적용 할 수 있도록 한다. 조영제는 하이드로겔 형태인 본원에 기재된 나노 입자의 현탁액일 수 있다. 하이드로겔은 칼슘 이온 또는 칼슘 이온 유도체 또는 마이크로 스피어, 입자 또는 마이크로 캡슐의 다른 내인성 원소를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 하이드로겔은 무균이다. 하이드로겔은 마커, 온도, pH 또는 효소 반응 및 기타 섭동에 따라 확장/축소 및 타겟 영역으로 이동할 수 있으며, 이는 엑스레이로 측정할 수 있다.
추가로, 미셀 또는 나노 미셀, 중합체 미셀, 나노 현탁액, 나노 캡슐, 나노 에멀젼, 또는 분자의 층화 버전과 같은 추가 변형 또는 이들의 임의의 조합이 조영제 또는 조영제 복합물을 생성하는 데 사용될 수 있다. 나노 현탁액은 계면 활성제에 의해 안정화 된 순수 약물 입자의 콜로이드 분산을 포함할 수 있다. 그러한 예는 e 6- 에티옥시 -6- 옥소핵실 -3,5- 디아세트아미도 -2,4,6- 트리요오도벤조에이트를 포함할 수 있다. 나노 에멀젼은 혼합 불가능한 두 번째 액체 내에서 하나의 액체 물질의 안정적인 나노 구조이다. 예를 들어, 나노 에멀젼은 식물성 기름과 다른 기름의 혼합물로 만들어져 인지질, 콜레스테롤 및 PEG화 된 지질로 안정화 된 유성 코어를 형성할 수 있다. 이러한 나노 에멀젼의 예는 리피오돌 또는 폴리 요오드화 트리글리세리드와 같은 지용성 요오드계 화합물을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 나노 캡슐은 주변 용매와 종종 불용성/불혼화성인 페이로드 물질을 감싸고 있는 가교 고분자막을 포함하는 안정적인 나노 입자이다. 나노 입자는 나노 방울에 의해 오일 주변의 중합체를 가교시켜 형성될 수 있다. 일부 예에서, 미셀, 나노 미셀, 나노 현탁액 또는 나노 에멀젼의 크기는 20 내지 200nm 일 수 있다.
대안으로, 조영제는 리포솜 기반 분자 일 수 있다. 리포좀은 생물학적 막과 유사한 이중층 막 구조 및 내부 수성 상을 가진 양친 매성 인지질 소포이다. 그들의 양친 매성 특성은 수성 내부에 포획된 친수성 조영제 분자와 막에 용해된 소수성 분자를 모두 수송할 수 있게 한다. 예를 들어, 요오드 또는 Ca2+ 로드 리포좀을 사용하여 대비 신호와 밀도를 축적하는 동시에 무독성, 쉬운 이동성 및 관심 부위에 대한 접근성을 보장할 수 있다. Ca2+ 또는 다른 조영제 로딩된 리포좀 또는 다른 버전의 케이지, 2D, 3D 구조 기반, 또는 단순히 클러스터 또는 집합 조영제 어셈블리가 본 개시 내용에서 조영제로서 사용될 수 있다. 리포솜 기반 조영제는 대조 원자를 지질에 화학적으로 접목하여 얻을 수 있다. 라임 기반 조영제 크기는 PEG로 수정할 수 있다. 일부 예에서, 리포솜 기반 분자는 요오드 또는 요오드 기반 분자를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 리포솜 기반 분자의 요오드 농도는 30mg 1/ml 내지 100mg I/ml 일 수 있다.
조영제는 중합체 나노 입자의 형태일 수 있다. 중합체 나노 입자의 예는 덴드리머, 나노 캡슐, 나노 튜브 또는 중합체 코팅된 나노 입자를 포함한다. 특히, 나노 스케일 금속 유기 프레임 워크(NMOF)는 이미징 및 약물 전달에도 사용할 수 있는 벌크 MOF 유사체 및 나노 입자 제형의 특징을 유지할 수 있다. 나노 입자는 요오드화 화합물의 결정질 나노 현탁액을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제 1 조영제 또는 조영제 복합체는 유효 입자 크기가 300nm 미만이다. 일부 예에서, 나노 입자는 평균 크기가 30 내지 50nm 범위이다.
조영제는 임의로 제약상 허용되는 담체 또는 안정화제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조영제는 약제학적으로 허용되는 담체로 작용하는 수성 액체에 분산될 수 있다. 다른 적합한 약제 학적 담체는 알코올, 겔, 가스 및 분말과 같은 수성 및 비 수성 용매와 혼합된 액체 담체를 포함한다. 안정제는 표면 안정제 및 점도 조절제를 포함할 수 있다. 제약 상 허용되는 담체는 식염수, 완충액, 물, 등장성 용액, 체액, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 약제학적으로 허용되는 담체는 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 철, 아연으로부터 선택된 양이온의 첨가를 추가로 포함할 수 있으며, 약 0.01M 내지 약 5M의 양일 수 있다.
나노 바디 및/또는 이와 유사한 것은 분자 또는 관심 피사체에 대한 이미징 신호 근접성을 향상시킬 수 있다. 세포 추적에 사용되는 이미징 기술은 단일 세포 감도를 갖거나 모든 해부학적 위치에서 정확한 세포 수를 정량화할 수 있다. 생체 내 또는 생체 외 이미징에서 단일 세포 감도는 줄기세포 또는 종양 세포 특성화 및 식별에서 특히 중요할 수 있다. 예를 들어 국소 주사 후에도 줄기세포의 이동 패턴이 알려지지 않았고 몸 전체에 흩어져있는 단일 줄기세포가 특정 질병 상태에 대한 효과적인 치료제가 될 가능성이 있다.
국소화 정확도를 요구하는 응용의 경우, 나노 바디 또는 펩타이드 또는 소분자 또는 화학적 프로브 또는 이의 유도체와 같은 분자 라벨이 바람직할 수 있지만, 본 명세서에 개시된 다른 유형의 분자 라벨도 사용할 수 있다.
최종적으로 달성된 감도 수준에 관계없이, 세포 분열 중 조영제 희석의 효과, 일부 조영제가 비줄기세포로 전달되는 경향 및/또는 특정 기술적 제한 사항 (아래에서 설명)을 고려할 때, 세포 수의 정량화가 특히 어려울 수 있다.
의료 영상에서, 내인성 또는 내인성 분자는 조영제, 예를 들어 Ca2+ 또는 기타 알칼리 토금속, 또는 이벤트의 지표 또는 효소(심장 박동, 미세 혈관 또는 모세 혈관의 혈류와 같은 유체 역학 및/또는 산소 상태와 같은 생리적 조건의 상태를 포함하지만 이에 제한되지 않는 활동 또는 운동 속도의 변화와 관련됨)로 인한 양이온 응집체와 같은 컴포넌트 상태의 지표로서 포함될 수 있다.
전술 한 바와 같이, 피사체는 엑스레이 소스와 엑스레이 검출기 또는 검출기 어셈블리 사이에 위치할 수 있다. 일부 경우에 k-에지 방법과 결합 된 이중 또는 다중 에너지 데이터를 사용하여, 본원에 개시된 바와 같이 둘 이상의 재료 구성 (15) 이미지를 얻을 수 있다. 예를 들어, 생체 내 이미징 동안 골 질량 밀도 이미지 b, 연조직 이미지 s 및 석고 주조 질량 밀도 이미지 p (또는 분자 라벨링 된 조직 질량 밀도 이미지 p)를 얻을 수 있다. 더욱이, 관심 컴포넌트는 하나 이상의 조영제 및 표지, 예를 들어 하나 이상의 피사체-특이적 마커(들)와 접합된 요오드화 된 분자 및/또는 나노 입자에 의해 라벨링될 수 있다.
본원에 개시된 임의의 엑스레이 장치 예는 조영제, 예를 들어 스캐터 제거 된 2D 및 3D 엑스레이 이미징 시스템 및 본원에 설명된 이들의 하이브리드 시스템과 함께 사용하기에 적합할 수 있으며, 이는 정량적 측정을 가능하게 한다. 또는 이러한 시스템은 광학 이미징, MRI, 자기 입자 이미징 및 광학 분광법 또는 기타 적절한 모달리티와 결합 될 수 있다. 재료는 이러한 이미징 모달리티와 함께 조영제를 사용하여 다중 컴포넌트 피사체에서 더 잘 시각화되고 식별되고 정량화될 수 있다. 본 개시의 엑스레이 시스템을 위한 조영제는 다른 양상에 대한 조영제와 동일할 수 있다. 대안으로, 엑스레이 시스템을 위한 조영제는 더 나은 시각화 및 코로케이션(colocalization)을 위해 다른 양상의 조영제와 결합 될 수 있다. 또한, 컴포넌트 또는 관심 영역의 해부학적, 시간적 또는 공간적 마커, 또는 참조 마커 또는 기준 마커가 코로케이션에 대한 참조로 제공될 수 있다.
본 개시는 분자(분자 라벨)가 관심 피사체에 결합하고 조영제를 운반하며, 2D 평판 검출기를 사용한 정량적 2D 및 3D 이미징을 위한 엑스레이 이미징 방법에 의해 검출될 수 있는 능력을 갖는 하나 이상의 분자 복합체를 제공한다. 이러한 분자 또는 분자 복합체는 "NanoXgen"이라고 할 수 있다. 선택적 표지를 허용하기 위해 엑스레이 이미징을 위한 1차 조영제는 별개의 원자 z 번호 또는 차별화 가능한 엑스레이 측정 가능 특성을 가진 분자가 관심 피사체에 특이적으로 결합할 수 있는 하나 이상의 분자(분자 라벨이라함)와 결합 될 때 만들 수 있다. "1차 NanoXgen"을 생성하기 위해, 이들 전술 한 분자 라벨은 항체, 펩티드, 나노 바디, 화학적 프로브, 소분자, 올리고 뉴클레오티드 및/또는 이들의 유도체일 수 있다. 유사한 특성을 가진 하나 이상의 조영제가 1차 NanoXgen에서 접합될 수 있다. 또한 여러 조영제가 분자 라벨과 결합 될 수 있다. 이러한 접합은 타겟 부위 및/또는 생체 외에서 발생할 수 있다. NanoXgen 기반 조영제 시스템은 특히 본 개시의 엑스레이 시스템에서, 관심 있는 분자 또는 마커 및 저농도 분자 또는 세포 또는 타겟 부위의 정확한 정량화를 허락하거나 때로는 시각화할 수 있게 할 수 있다.
NanoXgen은 관심 피사체의 다른 타겟 부위에 결합함으로써 정량적 영상화를 가능하게 할 수 있으며, 따라서 엑스레이 이미징 방법에 의해 검출할 수 있고 또는 다른 NanoXgens, 예를 들어 순차적으로 (예 : 2차 및/또는 3차 NanoXgens)으로 순차적으로 결합할 수 있음으로써, 관심 피사체와 관련된 조영제의 밀도를 증가시킨다. 종래의 고체 금속 재료와 같은 조영제를 사용하여 세포 또는 세포 집합을 가시화하기 위해, 세포 부피와 관련된 금속 부피는 일반적으로 밀도의 역보다 크거나 같아야 한다. 예를 들어, 기존의 CT 스캔 중에 배경 신호보다 높은 신호를 생성하려면 고체 철에서 세포 부피의 약 1/8이 필요하다.
그러나, 본 개시는 조영제 감도가 MRI 10-6 또는 PET 10-12의 감도에 필적할 수 있도록 하는 시스템을 제공한다. 그 결과, 조영제의 부피, 예를 들어 금속 기반 조영제의 양은 세포 부피의 1/8보다 훨씬 낮을 수 있으며, 몰 농도는 10x-10-9x 더 적을 수 있고, 엑스레이 측정 민감도는 본 명세서에 기술된 본 개시의 엑스레이 시스템을 이용한다. 증폭 계수 요구 사항은 애플리케이션 기반이며 분자 증폭 캐스케이드의 몇 단계가 필요한지 또는 엑스레이 시스템의 감도에 도달하는 데 필요한 nanoXgen 수를 결정하기 위해 분석해야 한다. 따라서, 관심 피사체에 특이적인 1차 조영제의 초기 결합으로부터의 신호 수준은 활성화와, 초 해상도 이미징에 설명 된 유사한 메커니즘의 조영제 비활성화를 포함하는 훨씬 더 높은 해상도의 이미징과 같은 일부 애플리케이션의 경우 결합 부위 또는 그 근처에서 빠른 속도로 증가해야 할 수 있다.
NanoXgen은 적어도 2개 또는 3개의 부분을 포함할 수 있는 분자이다. 첫 번째 부분은 관심 피사체에서 하나 이상의 에피토프에 특이적으로 결합하는 도메인을 포함할 수 있다. 에피토프에 대한 도메인의 친화도는 특정 시간 프레임 후에 에피토프로부터 분리될 수 있도록 설계될 수 있다. 두 번째 부분은 엑스레이 영상 및/또는 엑스레이 현미경 및/또는 엑스레이 스펙트럼 측정기 또는 엑스레이 스펙트럼 흡수 측정기에 의해 검출 가능한 조영제 또는 조영제일 수 있으며, 예를 들어 다음을 포함할 수 있다. 금, 은, 요오드, 칼슘, 칼륨, 형광 염료 또는 초음파, MRI, PET 또는 CT 또는 광학 영상 또는 광 음향 또는 초음파 방식으로 인식할 수 있는 조영제.
세 번째, 선택적 부분은 도메인이 관심 피사체의 타겟에 결합할 때 생성되는 새로운 또는 제 2 에피토프일 수 있다. 이 제 2 에피토프는 다른 NanoXgen에 특이적으로 결합할 수 있으며 부분적으로는 피사체의 타겟에 의해 부분적으로 형성되고 부분적으로는 결합 분자(즉, NanoXgen)에 의해 형성된 도메인의 결합으로 인해, 또는 결합 될 때 분자의 구조적 변화로 인해 생성될 수 있다.
영상화 신호 수준을 증폭하기 위해, 관심 피사체에서 상이한 에피토프의 결합을 위한 다양한 도메인을 갖는 NanoXgen 세트 및/또는 순차적으로 결합하는 이러한 NanoXgen의 다수 순서가 사용될 수 있다. 이에 따라 이미징 레벨은 광학 이미징, 광학 분광기, 광 음향 이미징, 초음파 이미징 CT, PET, 자기 입자 또는 MRI와 같은 본원에 설명 된 엑스레이 이미징과 함께 하나 이상의 생체 내 이미징 방식에 의해 검출될 수 있을 만큼 충분히 높은 수준에 도달할 수 있다. 그러한 피사체의 가장 작은 단위를 식별하고 특성화한다.
관심 피사체 또는 관심 영역은 항체의 하나의 가변 도메인 또는 임의의 다른 분자 라벨에 결합할 수있는 세포 또는 바이러스 또는 분자일 수 있다. 관심 피사체는 첫 번째 컴포넌트가 될 수 있다. 약물 전달제 또는 약물 제제가 두 번째 컴포넌트 일 수 있다. 1차 NanoXgen은 1차 NanoXgen의 첫 번째 도메인과는 다른 1차 컴포넌트의 타겟이 1차 nanoXgen의 한 도메인에 결합하고, 두 번째 컴포넌트의 타겟이 2차 도메인에 결합할 때 설계될 수 있다. 이 순차적인 계단식 과정은 유도 분자 증폭 시스템 (IMAS)을 형성할 수 있으며, 이는 다수의 NanoXgens를 사용하여 1차 NanoXgen의 결합에 의해 생성된 이미지 신호를 증폭하여 존재하는 적은 양의 관심 피사체를 감지할 수 있다. 도 29a 및 29b에 도시 된 바와 같이, 1차 NanoXgen 1은 컴포넌트(10)(예를 들어, 관심 피사체) 또는 다른 컴포넌트과의 복합 컴포넌트상의 에피토프(30B)와 결합 할 수 있는 조영제(100) 및 도메인(30A)을 포함할 수 있다. 도 29b에 도시 된 바와 같이, 결합은 결합 된 분자 복합체의 형태 변화와 같은 분자 이벤트를 유발한다. 1차 NanoXgen 1은 2차 NanoXgen(2차 nanoXgen) 2의 결합 도메인(32)에 노출된 하나 이상의 에피토프(31)와 함께 새로운 형태 11의 1차 NanoXgen으로 변경된다.
2차 NanoXgen 2는 컴포넌트 또는 타겟(10) 또는 타겟(들)에 대한 1차 NanoXgen 11의 결합으로 인해 생성된 새로 노출된 에피토프(31)에 결합하는 도메인 (32)을 포함하는 분자와 접합된 조영제(100)를 포함할 수 있다. 2차 NanoXgen 2는 1차 NanoXgen 1과 동일하거나 유사한 조영제(100)를 포함할 수 있다. 도 29a 및 29b에 도시 된 바와 같이, 도메인(31)과 에피토프(32) 사이의 결합은 또한 2차 NanoXgen 2를 새로운 형태 12로 변경할 수 있다.
결합 된 2차 NanoXgen 12 및 1차 NanoXgen 11의 조영제(100)가 여전히 이미징 시스템의 요구되는 감도에 도달하지 않으면, 3차 NanoXgen 3이 사용될 수 있다. 3차 NanoXgen 3은 2차 NanoXgen 12에 의한 결합의 결과로 도입된 하나 이상의 새로운 에피토프(33)에 대한 결합 특이성을 가질 수 있다. 모든 결합 된 NanoXgen의 조영제의 합이 필요한 밀도에 도달할 때까지 캐스케이드를 계속하도록 설계할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 엑스레이 시스템과 같은 이미징 방식에 의해 검출될 수 있다.
선택적으로, 타겟 컴포넌트상의 2개 또는 다수의 에피토프를 사용하여 동일하거나 유사한 조영제와 접합 된 다양한 상이한 nanoXgen을 결합하여 총 신호 수준이 바람직한 영상화 방식에 의해 검출될 수 있도록 할 수 있다. 또는 이미징 모달리티.
선택적으로, 결합 분자와 접합 된 조영제는 하나의 조영제에 대한 하나의 조영제 및 다른 조영제에 대해 다른 조영제에 대해 민감하여 이미징 모달리티 신호의 공동 배치가 달성 될 수 있도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 광학 분광기, CT 또는 MRI와 같은 다른 이미징 방식을 위해 설계된 조영제의 경우, 광 음향 이미징 또는 초음파 또는 광학 이미징을 동일한 유도 분자 증폭 캐스케이드에서 조영제로 사용하거나 결합할 수 있다. 선택적으로, 2차 NanoXgen은 낮은 친화도로 1차 nanoXgen 및 관심 피사체 중 하나 또는 둘 모두에 결합할 수 있다. 그러나 1차 NanoXgen이 관심 피사체에 결합 될 때 2차 NanoXgen은 두 타겟 모두에 더 높은 친화도로 결합 할 수 있다.
계단식 반응은 또한 도 30에 예시되어있다. 단계 1에서, 1차 NanoXgen상의 도메인은 관심 피사체의 에피토프에 결합한다. 2 단계에서 결합은 1차 NanoXgen의 구조 변경을 유발하여 1차 NanoXgen의 새로운 3D 구조를 생성한다. 3 단계에서 형태 변경 후 1차 NanoXgen은 새로운 에피토프를 형성한다. 4 단계에서 새로운 에피토프는 2차 NanoXgen과 결합하여 2차 NanoXgen의 형태 변화를 유도한다. 단계 5에서, 복합체는 1차 NanoXgen이 타겟과 2차 NanoXgen을 새로운 형태로 결합함으로써 형성될 수 있으며, 이에 따라 1차 및 2차 NanoXgen과 타겟을 포함하는 제 3 에피토프를 생성한다. 제 3 에피토프는 3차 NanoXgen에 결합할 수 있다. 단계 6에서, 3 개의 NanoXgen의 모든 조영제(100)는 피사체 또는 타겟을 라벨링 할 수 있고, 이에 의해 1차 NanoXgen에 의해 전달되는 이미징 콘트라스트를 약 3배 증폭시킬 수 있다. 계단식 단계는 이미징 콘트라스트가 선택한 이미징 모달리티에 대해 충분한 강도에 도달할 때까지 추가 NanoXgens로 계속될 수 있다.
유도된 분자 증폭 시스템은 각 1차 NanoXgen이 고유한 형태를 갖거나 고유한 펩타이드 또는 단일 가닥 DNA와 같은 바코드 분자에 부착되도록 설계될 수 있으며, 이는 관심 부위에서 고유한 유형의 라벨(엑스레이 민감성 또는 광학 이미징, PET 또는 MRI 또는 초음파를 포함한 다른 이미징 방식으로 감지 될 수 있음)이 있는 증폭 시스템의 고유한 캐스케이드 분자 세트만 끌어당긴다. 1차 nanoXgen이 타겟에서 분리되면 결합 부위에서 모든 nanoXgen의 분리를 유발하거나 유발하지 않을 수 있다. 선택적으로 1차 NanoXgen은 오랜기간 동안 결합 상태를 유지할 수 있으며 2차 NanoXgen은 제 1 측정이 이루어진 후 분리될 수 있다. 주기적으로 캐스케이드 분자 증폭 시스템을 투여하여 관심 피사체를 모니터링할 수 있다.
본 명세서에 개시된 NanoXgens는 또한 조영제의 전달이 타겟으로부터 nm 거리 내에있게 하여 국소화 오류를 감소시킬 수 있다. 또한, 이러한 증폭 시스템은 관심 피사체의 에피토프의 위치에 따라 세포 내 또는 세포 외 환경에서 발생할 수 있다. NanoXgens는 다른 세포 기관에 대해 세포 내에서 부위 지정 라벨링을 허용할 수 있다. 예를 들어, 나노 바디는 이전에 핵소체를 투과할 수 없었던 분자를 핵소체로 전달한 것으로 입증되었다.
이러한 증폭 시스템은 관심 피사체가 다양한 조영제가 결합하여 엑스레이 영상 또는 다른 이미징 모달리티에 의해 검출 가능한 밀도에 직접 도달할 수 있는 충분한 수의 에피토프를 갖는 경우 선택적일 수 있다.
이러한 증폭 시스템은 어떠한 주요 세포 이벤트도 유발하지 않도록 설계되어 이미징 방법의 관찰 특성을 변경하지만 이미징 신호 레벨을 높이는 것을 목표로 한다. 1차 NanoXgens에 의해 결합 된 타겟상의 에피토프는 1차 nanoXgens의 결합이 세포 생리 학적 조건, 기능, 이동성 및/또는 활력에 영향을 미칠 수 있는 것들을 배제하기 위해 선택될 수 있다. 위치 선택과 세포 페이로드를 최소화하여 세포 생존력, 기능 및 이동성을 유지할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 관심 피사체의 검출 및 정량화에 사용되는 조영제는 이미 본질적으로 또는 내생적으로, 즉 생체 내에서 자연적으로 발생할 수 있다. 예를 들어, 세포 또는 분자와 같은 관심 피사체는 하나 이상의 도메인을 가진 nanoXgen에 결합할 수 있으며, Ca2+ 기반 조영제에 결합할 수 있다. Ca2+와 접합된 이러한 분자의 응집은 본원에 개시된 IMAS를 사용하여 엑스레이 이미징에 의해 검출될 수있는 감도를 향상시킬 수 있다. 이러한 조영제 복합체가 관심 피사체에서 분리될 때, 조영제 복합체는 결국 분해되어 관심 부위에서 이탈할 수 있으며 독성을 유발하지 않고 신체로 다시 방출될 수 있다.
Ca2+ 결합 NanoXgen의 분자 조성은 예를 들어 칼모둘린에서 자연 발생 Ca2+ 결합 단백질 도메인을 함유할 수 있다. 칼슘 이온은 글루탐산 또는 아스파르트 산 잔기의 카르복실기 결합을 통해 단백질에 의해 복합화될 수 있다. 인산화된 세린, 티로신 또는 트레오닌 잔기와의 상호 작용을 통해; 또는 g- 카르복실화 된 아미노산 잔기에 의해 킬레이트화 됨으로써. 하이드록시아파타이트(HA)와 같이 인체에서 자연적으로 발생하는 Ca2+ 또는 그 유도체, 탄산칼슘 또는 이 인산칼슘 또는 하이드록시 아파타이트(HA)는 조영제가 될 수 있다.
아래에서 논의되는 바와 같이, 다차 조영제는 3개 이상의 상이한 NanoXgen 세트의 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들어, 작은 케이지 단백질은 Ca2+를 포획하고 Ca2+의 밀도를 높이기 위해 케이지 구조를 자체 조립하는 데 사용할 수 있다. 조영제는 또한 구(예를 들어, 버키볼과 유사) 또는 도 31에 도시된 이러한 구조의 변형과 같은 자체 조립된 3D 구조 또는 케이지에 포함될 수 있다. 도 31은 Buckminister Fuller는 소분자, 펩타이드, 항체 또는 올리고 뉴클레오타이드 단편과 같은 분자, 또는 하나 이상의 분자 간의 제어 된 결합 및 분리를 허용하는 작은 케이지 단백질을 포함하는 볼 구조 유형의 영감을 받아 여러 차원에서 반복된 단위 및 패턴을 가능하게 한다. 탄소 또는 그래핀 기반 또는 기타 요소 구조도 고려할 수 있다. 이러한 구조는 구조 내부에 Ca2+ 및 그 유도체 분자의 유입 및 보유를 가능하게 할 수 있다. 대안으로, 그러한 구조는 Ca2+와 인터레이스된 메쉬 내부를 가질 수 있다. 케이지 또는 3D 구조의 형성을 위한 각 기본 단위는 하나 이상의 케이지 형성 분자의 반복 단위를 포함할 수 있으며, 일부는 소분자, 단백질 또는 올리고 뉴클레오티드 또는 분자의 조합이다. 구조가 닫히면 조영제의 밀도가 선택한 이미징 모달리티에 의해 시각화를 위해 원하는 수준에 도달할 때까지 Ca2+ 전류 (또는 기타 고유 조영제)가 유입될 수 있다.
대안으로, Ca2+는 2D 또는 3D 자기 조립 메시에서 인터레이스될 수 있다. 도 32a에 도시 된 하나의 예는 도 32b에 도시 된 바와 같이 Ca2+ 또는 칼슘 함유 나노 클러스터 또는 카제인 서브 미셀(42)을 갖는 카제인 미셀(50)과 유사한 구조이다. 이러한 복합체는 타겟 부위, 즉 관심 피사체에 가깝게 형성되도록 설계될 수 있다.
카제인 미셀(50)을 형성하기 위한 자가 조립 과정을 촉발시키기 위해, 항체, 나노 바디 또는 소분자 결합과 같은 1차 분자(41)는 타겟 또는 타겟 마커의 에피토프에 결합할 수 있다. 1차 분자의 형태는 변경되어 2차 분자(42)에 결합 할 수 있다. 2차 분자가 미셀 구조의 일부이기 때문에 자가 조립 과정이 시작된다. 지정된 시간 프레임 후에, 이러한 1차 분자(41)는 분리될 수 있고 조립 복합체는 분해되어 Ca2+ 및 다른 분자를 방출할 수 있다.
본원에 개시된 분자 결합 기반 조영제는 에피토프에 대한 용이한 접근 및 관심 타겟과 검출 지점의 공동 배치에 더하여 신속한 제거 및 무독성의 이점을 갖는다.
조영제 활성부가 Ca2+와 같은 고유한 경우, 이중 에너지 또는 K-에지 유형의 이미징을 사용하여 뼈와 연조직을 구별할 수 있다. 복잡한 형성 중 및 후에 측정을 수행하면 동적 가변성, 즉 Ca2+ 풍부한 지점 및/또는 공간 위치의 가시성이 관심 컴포넌트의 존재를 나타내며 컴포넌트의 정량적 측정을 보다 정확하게 얻을 수 있다.
또한, 관심 피사체는 시간이 지남에 따라, 1차 NanoXgen과 결합하는 관심있는 세포 또는 미생물 또는 관심 분자에 발현된 유전적으로 조작된 마커에 의해, 또는 1차 nanoXgen을 사용하여 바코드에 의해 추적되고 확인될 수 있다. 시각. 1차 nanoXgen은 관심 피사체에 연결 상태를 유지할 수 있다. 대안으로, 1차 nanoXgen은 이러한 바코드를 결합 부위로 가져오고 1차 nanoXgen의 고유한 촉매 기능을 사용하거나 다른 효소 단백질에 결합하여 이러한 바코드를 연결함으로써 DNA 서열 또는 펩타이드와 같은 바코드를 관심 타겟에 도입할 수 있다. 관심 타겟에 영구적으로. 1차 nanoXgen 또는 바코드 태그가 지정된 타겟에 대한 하류 nanoXgen의 결합 및 분리는 시간이 지남에 따라 모니터링 할 수 있도록 신중하게 설계 할 수 있다.
본 명세서에 개시된 조영제는 또한 관심 피사체가 공기, 가스, 예를 들어 골내 가스 및 디스크 내 가스, 폐의 공극 또는 관절염에서 양이온이 풍부한 영역, 또는 세포 내 영역 등과 같은 영역의 분자 집합체를 포함하여 효소 활성에 의해 생성되는 것과 같은 나머지 관심 영역과 구별될 수 있는 엑스레이 검출 가능 영역의 존재를 포함할 때 적합할 수 있다. 모니터링 할 수 있는 시간 민감성 또는 촉발된 활동에는 예를 들어, 종양 성장 또는 혈관 성장으로 인한 세포 아폽토시스와 같은 내부 이벤트를 장기간, 연도, 일 또는 시간에 걸쳐 측정하고 추적하기 위한 비오틴-액틴 또는 분자 이벤트 또는 화학적 상호 작용을 기반으로 하는 효소 생성 복합체가 포함된다. 본원에 개시된 조영제는 또한 예를 들어, 종양의 존재 또는 세포 아폽토시스에 의해 유발되는 생체 내 액체 생검 또는 분자 신호 전달 경로를 모니터링하는데 적합할 수 있다. 타겟은 관심 영역에서 다양한 엑스레이 신호를 생성할 수 있는 조영제 또는 효소와 같은 분자에 결합하는 펩타이드 또는 나노 바디에 의해 인식될 수 있다.
예를 들어, 신장 탈신 경화를 위한 RF 절제 및 심장 절제와 같은 에너지 치료제의 경우, 세포 사멸 관련 이벤트가 발생하는 것과 같이 세포가 영향을 받음에 따라 다른 화학 물질이 방출된다. 이러한 화학 물질은 타겟 특정 항체, 펩티드 또는 나노 바디로 태그가 지정된 효소의 활성을 유발한다. 예를 들어, 타겟은 심장 조직 또는 신장 조직 또는 심장 조직 또는 신장의 특정 영역 일 수 있다. 효소 활성은 양이온, 또는 양이온 또는 엑스레이에 의해 검출 될 수있는 다른 분자 서명으로 태그된 비오틴 및 액틴 응집체의 형성과 같은 하나 이상의 엑스레이 측정 가능한 이벤트를 생성할 수 있다. 그 결과, 절제의 효과를 정량화 할 수 있다. 대안으로, 절제된 조직은 양이온이 풍부한 영역을 생성 할 수 있거나 살아있는 조직보다 더 단단 할 수 있다. 엑스레이 측정은 살아있는 조직과 죽은 조직 사이의 유연성과 움직임 역학의 차이를 감지할 수 있다. 또는 엑스레이 측정을 수행하는 동안 관심 조직 영역을 교란시킬 수 있는 초음파 프로브. 살아있는 조직과 죽은 조직은 다르게 반응하고 시간적으로 다른 엑스레이 측정을 생성한다.
현재 광전자 증 배관 (PMT) 또는 광자 계수 검출기 또는 광 다이오드를 이중, 3 에너지 또는 다중 에너지 엑스레이 이미징에서 사용하여 분자 조성의 변화와 같은 분자, 세포 또는 구조적 이벤트를 포함한 모든 이벤트, 아폽토시스 촉발 이벤트, 세포 상호 작용 역학, 단백질 및 단백질 상호 작용과 같은 분자 상호 작용 역학은 MRI 또는 광학 이미징 또는 광학 이미징, 분광기, 초음파 MRI 및 PET를 포함한 하나 이상의 다른 모달리티와 결합 된 본 개시의 엑스레이 시스템에 의해 측정될 수 있다.
모니터링할 수 있는 다양한 파라미터에는 산소 상태, 상태 변화, 움직임 특성 또는 광학적 방법에 의한 이전에 측정 가능한 이벤트, 분광법, 분자 상호 작용, 유동 역학 및 유속과 같은 생리적 상태의 측정이 포함된다. 생체 내 상태 변화를 유발할 수 있는 생체는 본원에 기재된 바와 같이 2D 또는 3D 엑스레이 정량 방법에 의해 측정될 수 있다.
조영제의 복합체 또는 응집체의 형성은 내부 또는 내인성 화학적, 전기적, 전자 기적, 전기 화학적, 기계적, 음향적 이벤트, 자기 메커니즘 또는 이들의 임의의 조합에 의해 촉발될 수 있다. 본 개시 내용은 화학적, 전기적, 전자기적, 기계적, 전기 화학적, 그리고 화학적, 전기적, 전자기적, 기계적, 전기 화학적, 자기, 음향, 또는 내부 이벤트와 결합 된 이러한 외력 기반 이벤트 중 둘 이상의 조합을 통해 관심 영역과의 상호 작용으로 인해 외부 힘에 의해 유발될 수 있는 분자, 원자, 세포 및 구조, 또는 현상 또는 운동 또는 유체 역학의 측정을 포함한다.
본 개시의 엑스레이 시스템에 의해 모니터링될 수 있는 이벤트는 원자 및 분자, 또는 나노 구조, 미세 구조, 세포 및 하나 이상의 이벤트의 조합, 펨토초 또는 피코초 레이저의 동역학을 특성화하는 빠른 이벤트, 트리거 된 이벤트, 2개의 광자 현미경 또는 2개의 광자 엑스레이 트리거 이벤트와 같은 비선형 이벤트, CARS, 테라 헤르츠 분광기로 측정되는 것과 같은 양자 역학 이벤트, 또는 전자기력에 의해 트리거되는 기타 이벤트 또는 표면 플라즈몬 활동과 같은 이벤트를 포함한다.
측정은 높은 공간, 스펙트럼 및 시간 해상도 측정, 예를 들어 서브 나노 미터 해상도 국지화 및 감도를 포함할 수 있다. 체외에서 개발 된 초 고해상도 방법과 유사한 기술은 생체 내에서 적용될 수 있으며, 여기서 활성 또는 정적 형광 염료의 다른 색상은 엑스레이로 측정할 수 있는 시간에 민감한 변화로 대체 될 수 있다. 이 엑스레이 측정에는 측정된 활동 또는 영역의 국소화와 타겟 영역의 상관 관계가 포함될 수 있다. 체외 이미징의 초 고해상도 이미징에 사용되는 레이저는 초고속 레이저 또는 초고속 비선형 이벤트 또는 엑스레이 생성 비선형 활동 또는 앞서 언급한 내부 활동 또는 기타 화학적 또는 외부 기계적 또는 전기적 힘 에너지 유발 활동으로 대체 될 수 있다.
1차 nanoXgen, 2차 NanoXgen 및/또는 3차 nanoXgen은 이러한 제제가 타겟 부위에 도달할 수있는 한 경구로 투여, 주사, 흡입 또는 달리 투여할 수 있다. 내인성 조영제, 조영제는 자연적으로 신체의 일부이거나 살아있는 세포 또는 유기체이지만 경우에 따라 이러한 방식으로 투여될 수도 있다. 내부 공급원의 Ca2+와 같은 고유 분자는 이러한 입자 또는 분자 또는 분자 복합체가 신체 또는 이미지 타겟에 들어간 후 nanoXgen의 다른 부분에도 결합할 수 있다. 본원에 기재된 바와 같은 분자 라벨 복합체의 기본 단위가 경구, 정맥 내, 주사 또는 흡입된 후, 전체 표지 복합체가 타겟 부위에서 자가 조립되어 그 기능을 수행할 수 있다.
본원에 기술된 조영제를 사용하면 엑스레이 측정에서 더 높은 해상도를 제공한다. 예를 들어, 피코초 엑스레이 소스는 고속 PMT, 광자 계수 검출기, 포토 다이오드 또는 고속 프레임 속도 검출기와 결합 될 수 있으며, 특히 전체 영역 엑스레이 이미징 후 선택한 관심 영역을 영상화하고 측정하기 위해 또는 사용자 정의 영역이 있는 적합한 피사체에 적합하다. 또 다른 예에서, 나노 튜브 기반 엑스레이 소스를 포함하는 종래의 엑스레이 소스를 사용하여, 2D 검출기는 시간에 따라 이미지 해상도 당 최대 마이크로 초까지 적어도 1 내지 1012 배 증가 될 수 있다. 또한 공간 해상도도 증가할 수 있다. 예를 들어, PMT, 광자 계수 검출기 또는 포토 다이오드를 사용하는 경우 엑스레이 광학을 사용하지 않는 100nm에서 엑스레이 광학을 사용하거나 사용하지 않는 0.01nm까지이다. 하나 이상의 파라미터 해상도 개선과 관련하여, 측정 감도도 증가할 가능성이 있다. 예를 들어, 시간 측정에서 엑스레이에 민감한 특성의 유무를 정확하게 모니터링할 수 있다. 예를 들어 다양한 칼슘이 풍부한 컴포넌트의 두께와 밀도를 측정함에 따라 기존 CT에 비해 다양한 시기에 칼슘 컴포넌트의 성장과 감소를 모니터링할 수 있다. 또한 감도를 더욱 높이기 위해 여러 엑스레이 민감도 특성을 동시에 동일한 영역 또는 상대 영역에서 측정 할 수 있다. 예를 들어, 관심 영역에 있는 하나 이상의 조직 또는 물질의 밀도 측정, 두께 측정은 예를 들어 종양이 있는지의 여부와 같은 현상에 대한 사실을 도출하거나 결론을 도출하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 종양 마커 측정에 결합하는 조영제에 추가하여, 양이온 수준 및/또는 낮은 pH 유도 분자 이벤트 또는 양이온 도핑 된 조영제와 같은 다른 징후가 감도를 추가로 증가시킬 수 있다.
본 개시 내용은 몰 민감도가 MRI, PET 또는 초음파의 수준으로 증가 될 수 있도록 허용한다. 조영제 관련 리간드 및 링커를 포함하는 조영제 또는 조영제 복합체는 생체 내 및 시험 관내 이미징 및 MRI, PET, 초음파 및 광학 또는 음향 광학 또는 광 음향 시스템과 같은 측정 및 요소 또는 마커를 타겟화하거나 결합할 수 있다. 특히 엑스레이 흡수 특성이 높은 제품을 이제 엑스레이 측정에 사용할 수 있다. 또한 높은 방사선 레벨과 시간 요구 사항, 낮은 감도로 인해 CT에서 내인성 원소 또는 분자 또는 그 유도체 기반 조영제의 사용이 제한된다. 그러나, 본 발명에 따르면, 2D 이중 또는 다중 에너지 및 스펙트럼 이미징 시스템, 특히 선택된 관심 영역에 대한 다중 차원 이미징 및 높은 스펙트럼 해상도 측정, 3D 이미징 시스템, 칼슘과 같은 내인성 높은 엑스레이 감쇠 요소 칼슘 기반 조영제가 이제 유용한다.
본 명세서에 개시된 분자 조영제는 본 명세서에 개시된 2D 평판 검출기 및 스펙트럼 물질 분해 개선된 2D 및 3D 이미징 시스템 및 방법의 조합과 조합될 수 있다. 여기에 공개 된 광자 계수 검출기 또는 PMT뿐만 아니라 관심 영역의 작은 영역에 대한 스펙트럼 흡수 측정기 및 엑스레이 현미경을 추가하는 것과 같은 개선된 엑스레이 이미징 시스템은 CT 또는 2D 방사선 사진에서 조영제를 볼 수 있도록 필요한 농도의 조영제를 사용하여 독성을 감소시킨다(중금속으로 라벨링된 세포 함량 60% 필요).
본 개시 내용은 더 나은 시각화 및 정량화를 위해 컴포넌트를 분리하기 위해, 엑스레이 이미징에서 측정 및 정량화하고 물질 분해를 사용하여 측정 및 정량화하는 데 필요한 중금속 나노 입자의 양을 감소시키는 방법 및 시스템을 제공한다.
예를 들어, 내인성 원소, 특히 Ca2+ 및 기타 자연적으로 다량의 체내 요소는 독성이 없으며 다음 용도로 사용될 수 있다. 1) 기존 내인성 원소 및 유도체로부터 자체 조립된 복합체를 생성한다.
2) 이들 요소를 기능화하고, 아군을 섭취하거나 신체에 주입한다. 여기에 설명 된 시스템의 감도가 높고 방사 수준이 낮기 때문에 이미지와 측정 전후에 촬영할 수 있다. 특정 위치에서 Ca2+ 양의 약간의 증가를 정확하게 측정 할 수 있다. 이전에는 방사선 량이 높기 때문에 CT를 사용하는 것이 적합하지 않았고 기존 CT를 사용한 전후 사진은 실용적이지 않다.
3) 금, 비스무트 및 구리와 같은 다른 나노 입자를 위해 개발 된 기존 리간드를 사용하여 Ca2+ 나노 입자를 기능화할 수 있다.
4) 칼슘은 그래핀 또는 마이크로 버블, 나노 버블에 위치하여 엑스레이와 초음파가 모두 라벨에 민감할 수 있다.
5) 칼슘과 같은 내인성 원소는 기존의 나노 입자와 복합체를 형성 할 수있어 타겟에 고농도의 다른 중금속 나노 입자를 필요로 하지 않고도 칼슘의 존재로 인해 이들 입자를 엑스레이로 검출할 수 있다.
추가로, 대부분의 내생 요소 및 그것의 천연 및 합성 유도체는 상이한 포맷의 조영제로 사용될 수 있다. 예를 들어, 칼슘의 경우 다음을 포함할 수 있다.
-칼슘 바이 포스페이트 형성 복합체; 인산칼슘은 유기 인산 음이온과 함께 Ca2+를 함유하는 재료 및 미네랄 계열이다. 일부 인산칼슘에는 산화물과 수산화물도 포함되어 있다.
-탄산칼슘 (선택 사항)
-히알루로난 및 탄산칼슘(CC)과 같은 종양 타겟화 능력을 포함하는 하이브리드 약물 전달 시스템 (DDS). 예를 들어, 히알루로난의 종양 타겟화 능력과 약물 로딩 특성 및 CC의 엑스레이 이미지 대비를 활용함으로써, 잘 형성된 히알루로난 -CC 나노 입자는 적절한 약물 로딩 함량으로 대장암을 타겟화하는 DDS 역할을 할 수 있다. 대장암의 화학 요법에 도움이 될 수 있다.
-칼슘은 팽창 및/또는 수축하는 것으로 알려진 하이드로겔에 사용될 수 있으며, 따라서 PH, 온도의 변화와 같은 모니터링되는 외부 조건에 의해 유발되는 가변 밀도 및 치수와 같은 엑스레이 측정 가능한 특성을 갖습니다. 및 효소 활동.
-마이크로 스피어 또는 입자 또는 마이크로 캡슐 내의 Ca2+ 유도체,
-자체 조립 된 칼슘 복합체.
나노 클러스터 또는 케이지 시스템의 결합 또는 분해는 pH 및 온도, 접촉 또는 전자기 에너지에 의해 촉발될 수 있다. 칼슘 접합체 단백질 또는 그 유도체는 관심 피사체의 고친 화성 활성 도메인에 응집하거나 결합할 수 있다. PH 또는 온도 및 분자 환경 및 매트릭스에서 적절한 조건이 주어진다. 또는 칼슘 접합체 단백질과 상호 작용하는 프로테아제의 존재 또는 부재는 분해, 형태 변화 또는 칼슘 양이온의 방출로 이어진다. 칼슘 양이온 또는 결합 된 칼슘과 타겟 부위에서의 시간적 존재 또는 부재에 대한 엑스레이 측정은 특정 세포 상태 또는 괴사 또는 세포 사멸과 같은 활동 또는 이벤트와 연관될 수 있으므로 이에 따라 엑스레이 측정으로 모니터링 할 수 있다. 본 개시. 칼슘과 그 유도체 분자 또는 분자 복합체는 마이크로 버블에 통합 될 수 있다. 효소, 산화 환원 활동 또는 초음파 프로브에 의한 초음파 에너지 파괴에 의해 분해되거나 자연 반감기가 있을 수 있다.
선택적으로, 경쟁 리간드의 존재하에, 대사 산물 조영제가 본 개시의 엑스레이 시스템에서 사용되어 이전에 엑스레이 시스템 또는 CT에서 수행되지 않았던 대사 활성을 모니터링할 수 있다. 대사 산물 조영제의 예로는 캐비 튼 기반 나노 스케일 좌표 케이지, 가역성, 4자리 캐비트랜드, 리간드 및 적절한 금속 전구체가 있다.
대안으로, 본 명세서에 개시된 조영제는 2D 검출기, 광자 계수 검출기 및 포토 다이오드 및 포토와 결합 된 나노 튜브 기반 엑스레이 소스, 광 기반 초고속 엑스레이 소스를 포함하는 통상적인 엑스레이 소스와 함께 사용될 수 있다. 멀티 플라이어 튜브, 이미지 획득 속도는 마이크로초 또는 ps 또는 fs 일 수 있다. 따라서 선택한 영역에 대한 시간 해상도는 최소 1 ~ 1012 배 향상될 수 있다. 예를 들어, 이전에 발표 된 엑스레이 광학을 사용하지 않고 100nm, 특히 PMT, 광자 계수 검출기 또는 nm 미만 엑스레이 현미경용으로 설계된 포토 다이오드 및 대물렌즈를 사용하는 경우 엑스레이 광학을 사용하여 서브 nm까지 공간 해상도가 증가한다.
본 개시 내용의 3D 이미징 방법을 사용하여, 3 개의 축 모두에서의 공간 해상도가 종래의 엑스레이 CT에 비해 적어도 1-109 배 개선될 수 있다. 스펙트럼 해상도는 스펙트럼 센서를 사용하여 일반적으로 1 ~ 12 에너지 레벨이 아니라 광자 계수 검출기, PMT, 실리콘 드리프트 검출기를 사용하여 0.01 nm 스펙트럼 해상도 이상의 고해상도 측정을 측정할 수 있으며 때로는 에너지 분산 격자와 결합되고 공간적으로 민감한다. subnm 범위의 해상도를 가진 검출기. 감도를 더욱 높이기 위해 여러 엑스레이 민감 특성을 동시에 동일한 영역 또는 인접 영역에서 측정 할 수 있다. 예를 들어, ps, fs 또는 ms 범위에서 발생하는 분자 복합체 및 분자 상호 작용 및 상호 작용 동역학의 높은 공간 및 스펙트럼 및 시간 해상도 측정, 예를 들어 종양 수용체 타겟에서 활성 도메인의 단백질 펩티드 결합 동역학 칼슘 또는 np 접합 단백질 리간드와 같은 대조 접합 단백질의 에피토프에 결합하거나 / 또는 타겟 자체가 칼슘 결합 단백질 인 경우, 타겟 부위의 시간에 따른 칼슘 농도 또는 칼슘 신호의 급속한 소멸에 의해 모니터링 될 수 있다. 각 nanoXgen은 칼슘 바이오 포스페이트 또는 탄산 칼슘 또는 칼슘 ca ++ 유리 이온 또는 칼슘 단백질 복합체와 같은 칼슘 기반 분자에 대해 하나 또는 여러 개의 결합 부위를 가질 수 있다.
본원에 개시된 조영제는 예를 들어 종양 마커 측정에 결합하는 조영제, 양이온 수준과 같은 다른 지표 및 낮은 pH 유도 분자 이외의 현상에 대한 사실을 도출하거나 결론을 도출하는 데 사용될 수 있다. 이벤트 또는 양이온 도핑 된 조영제는 감도를 더욱 증가시킬 수 있다.
일반적으로, MRI는 10-3 내지 10-5의 몰 민감도를 필요로 한다. 핵 의학은 10-12에서 10-10의 몰 민감도가 필요한다. 미세 기포의 초음파 검출에는 약 10-l2의 몰 감도가 필요한다. 기존 CT는 약 0.1 또는 0.01의 몰 감도가 필요한다. 본원에 개시된 시스템으로, 몰 민감도는 일부 경우 MRI, PET 또는 초음파 수준으로 증가 될 수 있다. 리간드 및 링커와 관련된 조영제 및 조영제, 생체 내 및 시험관 이미징, 측정 및 테스트를 위해 개발된 타겟 또는 마커 결합 요소 (예 : MRI, PET, 초음파 및 광학 또는 음향 광학 또는 광 음향 시스템, 특히 x-가 높은 시스템) 광선 흡수 특성은 엑스레이 측정에 사용될 수 있다. 조영제 레벨은 용도에 따라 조정할 수 있다. 다른 원자 z에 의해 서로 구별되지 않는 유기 및 무기 피사체의 경우, 2D로 시각화하는 데 필요한 밀도를 달성하기 위해 이미지화 할 물질에 다른 원자 z 물질 또는 요오드와 같은 방사성 표지를 혼합 할 수 있다. 이러한 재료를 시각화하는 데 필요한 라디오 라벨의 비율은 (1) 뼈 주물이 굳어지고 뼈 치유가 발생하고 주물의 다른 의도 된 기능을 위해 시간이 지남에 따라 필요한 강성과 안정성을 달성 할 수 있도록해야 한다. (2) 엑스레이 영상에서 정량화 및 시각화를 허용하여 뼈 또는 연조직의 인간 장기 및/또는 조직 영상에서 캐스트 영상을 분리한다.
두 번째 목적을 달성하기 위해, 이미징 및 정량화에 필요한 신호를 감지하기 위해 엑스레이 검출기 용 혼합물에 필요한 밀도를 평가하기 위해 다음 공식을 사용할 수 있다. 물질의 엑스레이 투명도는 주로 밀도에 따라 달라집니다. 이론적 및 실험적 연구에 따르면 엑스레이 빔이 매체를 가로지르면 매체에 의한 광자의 흡수 및 편향으로 인해 빔 강도가 감소하고 다음 방정식을 따르는 엑스레이 감쇠 정도가 감소한다. I = Iobmc, 여기서 I는 투과 된 빔 강도, I0은 입사 빔 강도, x는 매체의 두께이다. 질량 감쇠 계수, m = pZ4 / AE3로 표현되며, 여기서 p는 밀도, Z는 원자 번호, A는 원자 질량, E는 엑스레이 에너지이다. 따라서 엑스레이 감쇠는 저에너지 엑스레이과 원자 번호가 높은 물질에서 높습니다.
따라서, 이 공식에 기초하여, 의료 영상의 뼈 주조 재료, 또는 산업 응용의 배터리 재료 또는 마이크로 칩 재료에서, 둘 이상의 2D 이미지는 형성된 2D 레이어 이미지 또는 3D 이미지로 추가 확장될 수 있다. 정량적 이미징 데이터 및 차별화 된 재료 정량적 데이터, 이러한 재료의 밀도 측정.
골 시멘트 또는 주조 재료 또는 생물막의 경우, 시멘트 및 주조 재료를 요오드화 또는 기타 원자 z 가변 라벨 분자 또는 이들의 유도체와 같은 조영제와 혼합하면 엑스레이 검출에 필요한 무선 밀도를 달성할 수 있다. 대안으로, 무기 화합물, 즉 황산철, 은코팅된 마이크로 입자 또는 l- 클로로나프탈렌, 홀뮴, 하프늄 또는 심지어 나노 입자, 기타 조영제를 생체 내 이미징에 사용할 수 있다.
석고 캐스트를 엑스레이 또는 하이브리드 영상화 방식에 의해 식별 될 수있는 라벨과 혼합하는 방법은 다음 단계를 포함한다. 1. 조영제와 석고 주물을 골고루 섞습니다. 조영제는 육안검사를 통해 균질화된 혼합을 보장하기 위해 미리 컬러 안료와 접합 될 수 있다. 2. 물을 추가한다. 유리 섬유 주조의 경우 첫 번째 단계는 조영제를 수지와 균일하게 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 조영제는 균질화의 가시화 된 검증을 보장하기 위해 안료와 접합되거나 혼합될 수 있다. 두 번째 단계에서 촉매를 첨가하여 유리 섬유를 경화시킬 수 있다.
본 발명의 엑스레이 영상을 위한 조영제로서의 마이크로 버블
피사체의 혈류로의 도입에 적합한 추적자는 미세 기포를 포함할 수 있다. 미세 기포는 초음파 이미징 시스템 또는 엑스레이 이미징 또는 위상차 엑스레이 이미징 시스템을 사용하여 등록된 이미지에서 볼 수 있다. 미세 기포에는 핵 의료 영상 시스템을 사용하여 등록된 영상에서 볼 수있는 조영제가 포함될 수 있다. 미세 기포는 임계값을 초과하는 미세 기포에 초음파 에너지가 가해지면 미세 기포의 파열이 발생하고 조영제가 초음파 에너지의 임계값에 해당하는 제어 된 취약성을 가질 수 있다. 타겟화 된 마이크로 버블은 바이오 마커를 타겟화하는 리간드를 기능화함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 초음파 탐침에서 생성 된 초음파 에너지는 이러한 미세 기포를 방해할 수 있다. 또는 미세 기포의 무결성은 자연스러운 반감기를 가질 수 있다.
적절한 효소, pH 및 온도를 사용하면 조영제가 응집되고 증폭되거나 분해 될 수 있다.
결정 나노 물질과 같은 비 가시성에 기초한 조영제는 정량화 및 식별 도구로 사용될 수 있다.
예를 들어 칼 모둘 린, 칼레 티닌, S100B 단백질, 또는 칼슘 이온에 대해 높은 친 화성을 갖는 다른 이온 결합 단백질, 또는 다른 원소 아연 이온의 특정 밀도를 갖는 기능화 된 표면을 갖는 결정 나노 물질, 마그네슘 이온 또는 기타 유형의 금속 이온 또는 그 유도체는 배경과 비교하여 엑스레이 측정에서 볼 수 있다. 용액 또는 세포 매트릭스, 또는 특정 타겟이 칼슘 이온 및 그 유도체에 대해 더 높은 친 화성을 갖는 영역에서, 또는 다른 유형의 금속 이온 또는 영역의 마커가 결정 표면에 대해 더 높은 친 화성을 갖기 때문에 리간드는 환경으로 방출되고 타겟을 묶어 크리스탈 나노 물질이 보이지 않게 될 수 있다.
본 개시가 특정 실시 예 및 예의 맥락에서 설명되었지만, 본 개시가 구체적으로 개시된 실시 예를 넘어 다른 대안적인 실시 예 및/또는 사용으로 확장되고 명백하다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 수정 및 그 등가물. 또한, 본 개시의 실시 예들의 여러 변형들이 상세하게 도시되고 설명되었지만, 본 개시의 범위 내에있는 다른 수정들이 당업자에게 쉽게 명백 할 것이다. 또한, 구체 예의 특정 특징 및 측면의 다양한 조합 또는 하위 조합이 이루어질 수 있으며 여전히 본 개시의 범위 내에 속한다는 것이 고려된다. 예를 들어, 일 실시 예와 관련하여 위에서 설명 된 특징은 본 명세서에서 설명 된 다른 실시 예와 함께 사용될 수 있으며 조합은 여전히 본 개시의 범위 내에 속한다. 개시된 실시 예의 다양한 특징 및 측면은 본 개시의 실시 예의 다양한 모드를 형성하기 위해 서로 결합되거나 대체 될 수 있음을 이해해야한다. 따라서, 본 명세서의 개시 내용의 범위는 위에서 설명된 특정 실시 예에 의해 제한되지 않도록 의도된다. 따라서, 달리 언급되지 않는 한, 또는 명확하게 호환되지 않는 한, 본 발명의 각 실시 예는 본 명세서에 기술 된 본질적 특징에 추가로, 본 명세서에 개시된 본 발명의 서로 다른 실시 예로부터 본 명세서에 기술 된 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다.
특정 측면, 실시 예 또는 예와 관련하여 설명 된 특징, 재료, 특성 또는 그룹은 이 섹션 또는 본 명세서의 다른 곳에서 설명 된 임의의 다른 측면, 실시 예 또는 예에 적용 가능한 것으로 이해되어야 한다. 호환되지 않는 한. 본 명세서에 개시된 모든 특징 (수반되는 청구 범위, 요약 및 도면 포함) 및/또는 그렇게 개시된 임의의 방법 또는 프로세스의 모든 단계는 이러한 특징의 적어도 일부가 포함 된 조합을 제외하고 임의의 조합으로 결합 될 수 있다. 단계는 상호 배타적이다. 보호는 전술한 실시 예의 세부 사항으로 제한되지 않다. 보호는 본 명세서에 개시된 특징(첨부된 청구 범위, 초록 및 도면 포함)의 임의의 신규 또는 임의의 신규 조합, 또는 임의의 방법 또는 프로세스 단계의 임의의 신규 또는 임의의 신규 조합으로 확장된다. 그렇게 공개되었다. 더욱이, 개별 구현의 맥락에서 본 개시에 설명 된 특정 특징은 또한 단일 구현에서 조합하여 구현될 수 있다. 반대로, 단일 구현의 맥락에서 설명된 다양한 기능은 여러 구현에서 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 구현될 수도 있다. 더욱이, 특징이 특정 조합으로 작용하는 것으로 위에서 설명될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징은 일부 경우에 조합으로부터 절제될 수 있고, 조합은 하위 조합 또는 하위 조합의 변형으로서 청구될 수 있다.
더욱이, 동작이 도면에 묘사되거나 특정 순서로 명세서에 설명될 수 있지만, 그러한 동작은 도시 된 특정 순서 또는 순차적 순서로 수행되거나 모든 동작이 수행될 필요는 없다. 원하는 결과를 얻을 수 있다. 묘사되거나 설명되지 않은 다른 작업은 예시적인 방법 및 프로세스에 통합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 추가 작업이 설명 된 작업의 이전, 이후, 동시에 또는 사이에 수행 될 수 있다. 또한, 동작은 다른 구현에서 재배열되거나 재 어레이 될 수 있다. 당업자는 일부 실시 예에서 예시 및/또는 개시된 프로세스에서 취해진 실제 단계가 도면에 도시 된 것과 다를 수 있음을 이해할 것이다. 실시 예에 따라, 전술한 특정 단계가 제거 될 수 있고 다른 단계가 추가될 수 있다. 더욱이, 위에 개시된 특정 실시 예의 특징 및 속성은 다른 방식으로 결합되어 추가 실시 예를 형성 할 수 있으며, 이들 모두는 본 개시의 범위 내에 있다. 또한, 위에서 설명한 구현에서 다양한 시스템 컴포넌트의 분리는 모든 구현에서 이러한 분리를 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명된 컴포넌트와 시스템은 일반적으로 단일 제품으로 통합되거나 여러 제품으로 패키징 될 수 있음을 이해해야 한다.
본 개시의 목적을 위해, 특정 측면, 이점 및 신규 한 특징이 본 명세서에서 설명된다. 반드시 그러한 모든 이점이 임의의 특정 실시 예에 따라 달성될 수 있는 것은 아니다. 따라서, 예를 들어, 당업자는 본 명세서에서 교시되거나 제안될 수 있는 다른 이점을 반드시 달성하지 않고도 본 명세서에서 교시된 바와 같은 하나의 이점 또는 이점의 그룹을 달성하는 방식으로 개시가 구현되거나 수행될 수 있음을 인식할 것이다.
달리 구체적으로 언급되지 않거나 그 안에서 달리 이해되지 않는 한, "할 수 있다", "예를 들어,"등과 같이 본 명세서에서 사용되는 조건부 언어 사용된 문맥은 일반적으로 특정 실시 예는 특정 특징, 요소 및/또는 단계를 포함하는 반면 다른 실시 예는 포함하지 않는다는 것을 전달하기 위한 것이다. 따라서, 이러한 조건부 언어는 일반적으로 특징, 요소 및/또는 단계가 하나 이상의 실시 예에 대해 어떤 식으로든 필요하다는 것을 암시하거나 하나 이상의 실시 예가 다른 입력 또는 프롬프트 여부에 관계없이 결정을 위한 로직을 반드시 포함한다는 것을 의미하는 것은 아닙니다. 이러한 특징, 요소 및/또는 단계는 포함되거나 임의의 특정 실시 예에서 수행 될 것이다. 용어 "포함하는", "포함하는", "갖는" 등은 동의어이며 포괄적으로 사용되며 개방형 방식으로 사용되며 추가 요소, 기능, 행위, 작업 등을 배제하지 않다. 또한 "또는"이라는 용어는 포괄적인 의미(배타적인 의미가 아님)로 사용되므로 예를 들어 요소 목록, 목록의 요소를 연결하는 데 사용되는 경우 "또는"이라는 용어는 다음 중 하나, 일부 또는 모두를 의미한다.
달리 구체적으로 언급되지 않는 한, "X, Y 및 Z 중 적어도 하나"라는 문구와 같은 결합 어는 항목, 용어 등을 전달하기 위해 일반적으로 사용되는 문맥에서 달리 이해된다. X, Y, 또는 Z일 수 있다. 따라서, 이러한 결합 어는 일반적으로 특정 구체 예가 X 중 적어도 하나, Y 중 적어도 하나 및 Z 중 적어도 하나의 존재를 필요로 한다는 것을 의미하는 것은 아니다.
본원에 사용된 용어 "대략", "약", "일반적으로" 및 "실질적으로"와 같은 본원에 사용된 정도의 언어는 명시된 값, 양에 가까운 값, 양 또는 특성을 나타냅니다. 또는 원하는 기능을 수행하거나 원하는 결과를 얻는 특성. 예를 들어, 용어 "대략", "약", "일반적으로" 및 "실질적으로"는 다음의 10 % 미만, 5 % 미만, 1 % 미만, 명시된 금액의 0.1 % 미만 및 0.01 % 미만. 또 다른 예로서, 특정 실시 양태에서, 용어 "일반적으로 평행한" 및 "실질적으로 평행한"은 15도, 10도, 5도, 3도, 1도, 0.1도 또는 기타 이하로 정확히 평행한 값, 양 또는 특성을 지칭한다.
본 명세서에 개시된 임의의 방법은 인용된 순서대로 수행될 필요는 없다. 여기에 공개 된 방법은 개업의에 의해 취해진 특정 행동; 그러나 명시적으로 또는 함축적으로 이러한 조치에 대한 제 3 자 지침을 포함할 수도 있다. 예를 들어, "피사체를 비추는 것"과 같은 동작에는 "피사체의 조명을 지시하는 것"이 포함된다. 여기에 설명 된 모든 방법 및 작업은 컴퓨터 시스템에 의해 수행되고 완전히 자동화 될 수 있다. 일부 경우에, 컴퓨터 시스템은 설명된 기능을 수행하기 위해 네트워크를 통해 통신하고 상호 운용하는 다수의 별개의 컴퓨터 또는 컴퓨팅 장치 (예를 들어, 물리적 서버, 워크 스테이션, 스토리지 어레이, 클라우드 컴퓨팅 리소스 등)를 포함할 수 있다. 각각의 그러한 컴퓨팅 장치는 전형적으로 메모리 또는 다른 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 또는 장치 (예를 들어, 고체 상태 저장 장치, 디스크 드라이브 등)에 저장된 프로그램 명령 또는 모듈을 실행하는 프로세서 (또는 다중 프로세서)를 포함한다. 본 명세서에 개시된 다양한 기능은 그러한 프로그램 명령으로 구현 될 수 있고 / 있거나 컴퓨터 시스템의 애플리케이션 특정 회로 (예를 들어, ASIC 또는 FPGA)에서 구현될 수 있다. 컴퓨터 시스템이 다수의 컴퓨팅 장치를 포함하는 경우, 이러한 장치는 함께 배치될 수 있지만 반드시 필요한 것은 아니다. 개시된 방법 및 작업의 결과는 고체 상태 메모리 칩 및/또는 자기 디스크와 같은 물리적 저장 장치를 다른 상태로 변환함으로써 지속적으로 저장 될 수 있다. 일부 실시 예에서, 컴퓨터 시스템은 처리 자원이 다수의 별개의 사업체 또는 다른 사용자에 의해 공유되는 클라우드 기반 컴퓨팅 시스템일 수 있다.
본 개시의 범위는 본 섹션 또는 본 명세서의 다른 곳에서 바람직한 실시 예의 특정 개시에 의해 제한되는 것으로 의도되지 않으며, 본 섹션 또는 본 명세서의 다른 곳에서 제시된 청구 범위에 의해 정의될 수 있다. 또는 미래에 제시된 대로. 청구 범위의 언어는 청구 범위에 사용된 언어에 기초하여 광범위하게 해석되어야 하며, 본 명세서에 설명된 예에 한정되지 않고 또는 출원의 기소 중에 제한되지 않으며, 예는 비 배타적인 것으로 해석되어야 한다.
Claims (151)
- 엑스레이 측정 시스템으로서,
이미징 피사체로 향하는 하나 이상의 엑스레이 빔을 방출하도록 구성된 엑스레이 소스; 및
상기 이미징 피사체의 하류에 있는 2차원(2D) 엑스레이 검출기로서, 상기 시스템의 제어기가 엑스레이 방출 위치 또는 상기 엑스레이 소스를 x-y-z 축의 위치를 포함하는 3D 공간의 두 개 이상의 축에서 이동하거나 조정하고 2D 엑스레이 측정값을 획득함으로써, 상기 피사체의 다차원 및/또는 3차원(3D) 이미지를 획득하도록 구성된 2차원(2D) 엑스레이 검출기;를 포함하는 엑스레이 측정 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 검출기는 상기 피사체의 진단, 검사, 추적 및/또는 모니터링을 위한 제 1 측정 및/또는 라이브 측정 또는 제 2 측정을 수행하도록 구성된 엑스레이 측정 시스템.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 엑스레이 소스는 제어 가능한 에너지로 엑스레이 빔을 방출하도록 구성된 엑스레이 측정 시스템.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엑스레이 소스는 단일 원추형 빔 또는 다중 얇은 빔을 방출하도록 구성된 엑스레이 측정 시스템.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 특정 빔이 상기 엑스레이 검출기의 미리 결정된 위치에 도달하는 것을 선택적으로 허용하도록 구성된 빔 선택기 또는 빔 흡수 판을 포함하는 엑스레이 측정 시스템.
- 제 5 항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 엑스레이 측정값에서 산란을 제거하도록 구성된 엑스레이 측정 시스템.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 2D 엑스레이 검출기를 포함하는 엑스레이 측정 시스템.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2D 엑스레이 검출기는 상기 시스템에서 유일한 엑스레이 검출기인 엑스레이 측정 시스템.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 엑스레이 방출 위치 사이의 거리는 제 3 축에서 필요한 해상도의 치수, 및/또는 두 위치가 각기 관심 영역에서 서로 다른 복셀 경로를 조명하는 엑스레이 빔 세트를 생성하기 위해 필요한 최소 거리인 엑스레이 측정 시스템.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 엑스레이 방출 위치 사이의 거리는 1픽셀 피치, 픽셀 피치의 정수배, 또는 1픽셀 피치 미만인 엑스레이 측정 시스템.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 3D 이미지를 구성하기 위해 취해진 2D 이미지의 총수 또는 총방출 위치 수는 제 3 축의 깊이를 상기 제 3 축의 해상도로 나눈 엑스레이 측정 시스템.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, x 및 y 차원으로 이동할 때, 가장 멀리 떨어져 있는 방출 위치로부터의 총 이동 각도는 0.1도 또는 0.1도 미만 또는 0.1 ~ 1도 사이인 엑스레이 측정 시스템.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, x, y 및 z 축으로 이동할 때, 각각의 축에서 가장 멀리 떨어져 있는 방출 위치로부터의 총 이동 각도는 0.0008도 미만 또는 0.0008도 또는 0.0008 ~ 0.5도 사이 또는 0.5도 ~ 1도 사이인 엑스레이 측정 시스템.
- 2차원 엑스레이 검출기를 사용하여 실시간으로 엑스레이 피사체를 모니터링하는 방법으로서,
제 1 시점에서 상기 피사체의 복수의 제 1 엑스레이 측정값을 획득하는 단계;
상기 제 1 시점보다 늦은 제 2 시점에서 상기 피사체의 복수의 제 2 엑스레이 측정값을 획득하는 단계로서, 상기 피사체 또는 그 일부가 상기 제 1 시점과 상기 제 2 시점 사이에서 이동했거나 이동하지 않은 단계;
상기 복수의 제 2 엑스레이 측정값을 상기 복수의 제 1 엑스레이 측정값에 매칭시키는 단계; 및
상기 제 1 시점과 제 2 시점 사이에 상기 피사체의 적어도 하나의 타겟, 컴포넌트 및/또는 관심 영역의 6D 포지셔닝(positioning)을 출력하는 단계;를 포함하는 모니터링 방법.
- 제 14 항에 있어서, 엑스레이 소스를 사용하여 엑스레이를 방출하는 단계를 더 포함하고, 상기 엑스레이는 각기 상이한 에너지 또는 파장을 갖는 단일 펄스로 방출되는 모니터링 방법.
- 제 14 항에 있어서, 엑스레이 소스를 사용하여 엑스레이를 방출하는 단계를 더 포함하고, 상기 엑스레이는 상이한 에너지 레벨 또는 파장에서 하나 또는 다수의 펄스로 방출되는 것을 모니터링 방법.
- 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 측정값 및/또는 제 2 측정값은 포인트, 1D 및/또는 2D 엑스레이 측정값 및/또는 3D 및/또는 4D 이미징을 포함하는 모니터링 방법.
- 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 엑스레이 측정값은 라이브 측정값을 포함하는 모니터링 방법.
- 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타겟, 관심 영역, 피사체 및 상기 관심 영역의 다른 컴포넌트에 대한 컴포넌트의 6D 상대적 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 모니터링 방법.
- 제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 측정값 및/또는 제 2 측정값은 정량적 이미지를 포함하는 모니터링 방법.
- 제 20 항에 있어서, 1D 및/또는 2D로 제 1 측정값 및/또는 제 2 측정값으로부터 산란이 제거되는 모니터링 방법.
- 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 측정값 및/또는 제 2 측정값을 획득하기 위해 방출된 엑스레이는 콜리메이터를 통과하도록 구성되는 모니터링 방법.
- 제 22 항에 있어서, 상기 콜리메이터는 상기 제 1 측정값 및/또는 제 2 측정값을 획득하기 위해 사용되는 엑스레이 검출기 상에서 상이한 투과 영역을 생성하기 위해 이동 가능하거나 회전 가능한 모니터링 방법.
- 제 14 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 측정값 및/또는 제 2 측정값을 획득하기 위해 복수의 엑스레이 얇은 빔을 방출하는 단계를 더 포함하는 모니터링 방법.
- 제 14 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 동적 이동 동안 1회보다 자주 상기 제 1 측정값 및/또는 제 2 측정값을 샘플링하는 단계를 포함하는 모니터링 방법.
- 제 25 항에 있어서, 동일한 주파수 또는 상이한 주파수로 상기 제 1 측정값 및 제 2 측정값을 샘플링하는 단계를 포함하는 모니터링 방법.
- 제 14 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 측정값은 시뮬레이션 또는 합성된 데이터 및/또는 미리 결정된 데이터를 더 포함하는 모니터링 방법.
- 제 14 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매칭 단계는 공간 구조, 치수, 폼 팩터(form factor), 해부학적 마커, 유동 특성, 컴포넌트 간의 상대 거리 및/또는 상대 공간 위치, 3D 체적, 6D 방향, 구성, 및/또는 컴포넌트의 밀도에 기초한 매칭을 포함하는 모니터링 방법.
- 제 14 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피사체는 수술 도구, 카테터, 생검 팁, 로봇 프로브 및/또는 환자 신체 내 임플란트를 포함하는 모니터링 방법.
- 제 29 항에 있어서, 로봇 수술 도구, 또는 안내 프로브 또는 기점 마커의 추적 컴포넌트를 포함하는 로봇 보조 수술에 적용되는 모니터링 방법.
- 제 14 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 다른 이미징 모달리티(modality)으로부터 추가 이미징 데이터를 획득하는 단계를 더 포함하는 모니터링 방법.
- 제 31 항에 있어서, 상기 다른 이미징 모달리티는 상이한 프레임 속도의 검출기, 상이한 수의 에너지 민감 검출기 셀 또는 상이한 스펙트럼 해상도의 검출기, 단일 검출기 어레이 또는 선형 검출기 어레이 또는 다중 검출 채널, 스펙트럼 측정기, 흡수 측정기, 엑스레이 현미경, 간섭계, 분광기 및/또는 비엑스레이 기반 이미징 모달리티를 포함하는 모니터링 방법.
- 제 32 항에 있어서, 상기 다른 이미징 모달리티는 엑스레이 측정기와 다른 시간 프레임에 또는 동시에 배치하거나 측정하도록 구성되는 모니터링 방법.
- 제 33 항에 있어서, 측정 가능한 특성, 및/또는 임의의 특정 컴포넌트의 상대적인 공간 위치 및/또는 가시성에 기초하여 미분할 수 있는 컴포넌트 이미지에 기초하여 제 1 엑스레이 측정값 및 제 2 엑스레이 측정값 및 추가 이미징 데이터의 코로케이션(colocation)을 수행하는 단계를 더 포함하는 모니터링 방법.
- 제 14 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피사체 또는 그 일부가 다중 차원으로 제 1 시점과 제 2 시점 사이에서 이동하는 모니터링 방법.
- 제 35 항에 있어서, 상기 다중 차원은 최대 6 자유도 및/또는 시간 기준을 포함하는 모니터링 방법.
- 제 35 항 또는 제 36 항에 있어서, 엑스레이 소스, 엑스레이 검출기 및/또는 빔 선택기 사이의 상대적 거리 및 위치를 캘리브레이션하는 단계를 더 포함하는 모니터링 방법.
- 제 35 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 다양한 에너지 레벨로 제 상기 1 측정값을 샘플링하여 상기 관심 영역에서 별개의 물질, 재료, 컴포넌트 및 타겟의 에너지 분해 이미지를 추출하고, 별개의 에너지 레벨로, 선택된 포인트 데이터 영역과, 컴포넌트, 타겟 및 관심 영역의 2D, 3D, 4D, 5D, 6D 및 7D 프리젠테이션을 포함하는 단계를 더 포함하는 모니터링 방법.
- 2개 이상의 재료를 포함하는 피사체의 이미지를 생성하도록 구성된 엑스레이 이미징 시스템으로서,
복수의 에너지 레벨을 갖고 피사체를 향하는 하나 이상의 엑스레이 빔을 방출하도록 구성된 엑스레이 소스;
이미징 피사체의 하류에 있는 엑스레이 검출기 또는 검출기 어셈블리로서, 상기 검출기가 스펙트럼 민감 검출기를 포함하는 엑스레이 검출기 또는 검출기 어셈블리;
필터; 및
미리 선택된 빔의 통과를 선택적으로 허용 또는 금지하도록 구성된 콜리메이터;를 포함하고,
상기 시스템의 프로세서는 상기 엑스레이 검출기 또는 검출기 어셈블리에서 수신된 1차원 데이터 및/또는 2차원 데이터에 기초하여 상기 피사체의 관심 영역을 3차원으로 이미지화하도록 구성된 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 39 항에 있어서, 상기 필터는 코딩된 개구를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 40 항에 있어서, 상기 코딩된 개구는 K-에지 코딩된 개구를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 39 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코딩된 개구는 상기 피사체와 상기 검출기 또는 검출기 어셈블리 사이에 위치하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 39 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코딩된 개구는 상기 엑스레이 소스와 상기 피사체 사이에 위치하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 39 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콜리메이터는 상기 필터와 상기 엑스레이 소스 사이에 위치하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 39 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기 또는 검출기 어셈블리는 평판 검출기 및 스펙트럼 측정 검출기, 또는 상기 평판 검출기 뒤의 다양한 프레임 속도의 검출기 또는 검출 어셈블리를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 39 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기 또는 검출기 어셈블리는 평판 검출기 및 더 작은 2D 검출기, 또는 상기 평판 검출기 뒤의 1D 또는 포인트 검출기를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 39 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터는 상기 시스템에 의한 에너지 및/또는 스펙트럼 민감성 측정의 속도를 개선하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 개선된 산란 제거 및/또는 감소 된 방사선 레벨을 갖는 엑스레이 이미징 시스템으로서,
이미징 피사체로 향하는 하나 이상의 엑스레이 빔을 방출하도록 구성된 엑스레이 소스;
상기 이미징 피사체의 하류에 있는 제 1 2차원 엑스레이 검출기; 및
스펙트럼 측정기, 엑스레이 현미경, 흡수 측정 어셈블리 또는 고속 프레임 속도 검출기;를 포함하며,
상기 시스템의 프로세서는 상기 엑스레이 검출기로부터 상기 이미징 피사체의 전체 보기 엑스레이 신호와, 현미경 분광기 또는 상기 흡수 측정 어셈블리로부터의 상기 이미징 피사체 내 관심 영역의 고 공간 또는 스펙트럼 해상도 신호를 수신하고 처리하도록 구성되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 48 항에 있어서, 상기 엑스레이 소스는 제어 가능한 에너지로 엑스레이 빔을 방출하도록 구성되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 48 항 또는 제 49 항에 있어서, 상기 엑스레이 소스는 각각의 이미징 동작에 대해 제어 가능한 에너지를 갖는 적어도 2개의 연속적인 엑스레이 펄스를 방출하거나, 또는 에너지 피크가 없거나 하나 이상인 에너지 피크가 있는 광대역 엑스레이 스펙트럼을 방출하도록 구성되며, 상기 2개의 연속적인 엑스레이 펄스 다음에는 저에너지 펄스가 이어지는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 48 항 또는 제 49 항에 있어서, 상기 엑스레이 소스는 단색인 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 48 항 또는 제 49 항에 있어서, 상기 엑스레이 소스는 단일 원뿔 빔 또는 팬 빔 또는 다중 빔을 방출하도록 구성되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 48 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엑스레이 소스는 다중 빔의 방출 위치를 제어하기 위한 빔 조정 장치를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 53 항에 있어서, 상기 다중 빔의 이동은 상기 엑스레이 검출기의 픽셀 피치의 정수배 또는 일부를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 48 항 내지 제 54 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엑스레이 소스는 엑스레이 빔을 상이한 에너지 또는 파장의 다수의 엑스레이 빔으로 분할 및 회절시키는 회절 컴포넌트를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 48 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 현미경 또는 흡수 측정기 또는 스펙트럼 엑스레이 측정기 또는 고속 이미징 어셈블리는 스펙트럼 민감성 검출기, 또는 실리콘 시프트 검출기, 또는 광자 계수 검출기, 또는 포토다이오드, 또는 광 증배기 튜브, 및 고속 프레임 속도 2D 검출기를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 48 항 내지 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서, 특정 빔이 상기 엑스레이 검출기의 미리 결정된 위치에 도달하는 것을 선택적으로 허용하도록 구성된 빔 선택기를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 57 항에 있어서, 상기 빔 선택기는 2D 어레이를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 58 항에 있어서, 상기 빔 선택기상의 홀은 상기 엑스레이 검출기의 픽셀 피치의 정수배로 분리되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 48 항 내지 제 59 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엑스레이 검출기는 1차 이미지만을 수신하도록 구성된 영역 및 산란 이미지만을 수신하도록 구성된 영역을 포함하고, 상기 프로세서는 상기 엑스레이 검출기에서 수신된 신호에 기초하여 산란을 제거하도록 구성되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 60 항에 있어서, 상기 프로세서는 다중 에너지 시스템에 대한 각 에너지 레벨에서 산란을 제거하도록 구성되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 개선된 산란 제거 및/또는 감소 된 방사선 레벨을 갖는 엑스레이 이미징 시스템으로서,
서로 일정 거리만큼 이격된 복수의 엑스레이 빔을 방출하도록 구성된 엑스레이 소스로서, 이미징 피사체를 통과하는 특정 엑스레이 빔은 1차 빔 및 산란 빔을 포함하는 엑스레이 소스;
이미징 피사체의 하류에 있는 2차원 엑스레이 검출기; 및
상기 검출기의 다른 특정 위치에 1차 빔이 없도록 1차 빔이 상기 검출기의 미리 결정된 위치에 도달하는 것을 선택적으로 허용하도록 구성된 빔 선택기;를 포함하고,
상기 시스템의 프로세서는 상기 검출기의 다른 특정 위치에 있는 신호로부터 고해상도 산란 신호를 보간함으로써 고해상도 1차 신호를 획득하도록 구성된 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 62 항에 있어서, 상기 거리는 상기 검출기 상의 하나의 픽셀을 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 62 항 또는 제 63 항에 있어서, 상기 빔 선택기는 상기 검출기의 미리 결정된 위치 및 다른 특정 위치가 체커 보드 패턴을 형성하도록 구성되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 62 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 선택기는 복수의 빔 흡수 입자를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 62 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엑스레이 소스는 단일, 이중 또는 스펙트럼 에너지 엑스레이 빔을 방출하도록 구성되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 62 항 내지 제 66 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기가 스펙트럼 민감성 검출기를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 67 항에 있어서, 상기 프로세서는 다중 에너지 시스템에 대한 각각의 에너지 레벨에서 산란을 제거하도록 구성되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 67 항 내지 제 68 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서는 2개 이상의 재료를 갖는 이미징 피사체의 재료 분해 분석을 출력하도록 구성되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 69 항에 있어서, 상기 재료 분해 분석은 상이한 재료의 엑스레이 측정 특성 데이터베이스에 적어도 부분적으로 기초하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 개선된 산란 제거 및/또는 감소 된 방사선 레벨을 갖는 엑스레이 이미징 시스템으로서,
하나 이상의 엑스레이 빔을 방출하도록 구성된 엑스레이 소스로서, 이미징 피사체를 통과하는 하나 이상의 엑스레이 빔이 1차 빔 및 산란 빔을 포함하는 엑스레이 소스;
상기 이미징 피사체의 하류에 있는 전방 2차원 엑스레이 검출기;
특정 빔이 상기 검출기의 미리 결정된 위치에 도달하는 것을 선택적으로 허용하도록 구성된 빔 선택기; 및
후면 2차원 엑스레이 검출기로서, 빔 선택기가 상기 전방 검출기와 상기 후방 검출기 사이에 위치하는 후면 2차원 엑스레이 검출기;를 포함하며,
상기 시스템의 프로세서는 상기 후방 검출기에 의해 수신된 엑스레이 신호에 부분적으로 기초하여 고해상도 산란 신호를 결정하고, 상기 전방 검출기에서 수신된 고해상도 신호에서 고해상도 산란 신호를 감산하여 고해상도 1차 신호를 출력하도록 구성된 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 71 항에 있어서, 상기 엑스레이 소스는 단일, 이중 또는 스펙트럼 에너지 엑스레이 빔을 방출하도록 구성되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 71 항 내지 제 72 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 선택기는 복수의 적층 판을 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 73 항에 있어서, 상기 복수의 적층판의 구멍은 조명 경로를 형성하도록 정렬되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 74 항에 있어서, 상기 구멍의 크기는 상기 전방 검출기에 가까운 판으로부터 상기 후방 검출기에 가까운 판을 향하여 점점 커지는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 71 항 내지 제 75 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 선택기는 하나 이상의 치수 및/또는 초점에서 이동 가능한 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 71 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기가 스펙트럼 민감성 검출기를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 77 항에 있어서, 상기 프로세서는 다중 에너지 시스템에 대한 각각의 에너지 레벨에서 산란을 제거하도록 구성되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 77 항 내지 제 78 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서는 2개 이상의 재료를 갖는 이미징 피사체의 재료 분해 분석을 출력하도록 구성되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 79 항에 있어서, 상기 물질 분해 분석은 상이한 물질의 엑스레이 측정 특성의 데이터베이스에 적어도 부분적으로 기초하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 2개 이상의 재료를 포함하는 피사체의 이미지를 생성하도록 구성된 엑스레이 이미징 시스템으로서,
복수의 에너지 레벨을 갖고 상기 피사체를 향하는 하나 이상의 엑스레이 빔을 방출하도록 구성된 엑스레이 소스;
이미징 피사체의 하류에 있는 엑스레이 검출기 또는 검출기 어셈블리로서, 상기 검출기가 스펙트럼 민감성 검출기 또는 스펙트럼 비 민감성 검출기, 또는 실리콘 시프트 검출기, 또는 에너지 분산 광학 요소를 포함하는 스펙트럼 민감성 검출 어셈블리, 또는 공간적으로 민감한 검출기를 포함하는 엑스레이 검출기 또는 검출기 어셈블리; 및
미리 선택된 빔의 통과를 선택적으로 허용 또는 금지하도록 구성된 빔 선택기;를 포함하며,
상기 시스템의 프로세서는 상기 이미징 피사체에서 2개 이상의 상이한 물질에 대한 물질 분해 정보를 출력하도록 구성된 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 81 항에 있어서, 상기 재료 분해 정보는 상이한 재료의 엑스레이 측정 특성 데이터베이스에 적어도 부분적으로 기초하여 획득되는 엑스레이 이미징 시스템
- 제 81 항에 있어서, 상기 피사체의 둘 이상의 상이한 재료 또는 상기 피사체의 실제 재료와 동일하거나 유사한 재료가 데이터베이스를 구축하기 위한 캘리브레이션에 사용되거나, 또는 정량적 수치 관계가 알려지지 않은 재료와 알려진 등가 재료 사이의 측정 데이터로부터 도출되는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 81 항 내지 제 83 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엑스레이 측정 특성은 별개의 원자 z 번호, 밀도 유동 역학, 유체학, 유동 방향, 이동 특성, 공간 특성, 치수, 모양, 체적, 화학적, 에너지, 또는 기계적으로 유도된 변화 및/또는 상태 변환을 갖는 물질 또는 조영제를 포함하는 엑스레이 이미징 시스템.
- 제 81 항 내지 제 84 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엑스레이 소스는 일정 거리만큼 서로 이격된 복수의 엑스레이 얇은 빔을 방출하도록 구성되는 엑스레이 이미징 시스템
- 제 85 항에 있어서, 상기 거리는 적어도 상기 검출기의 픽셀 피치의 정수배 인 엑스레이 이미징 시스템.
- 에피토프(epitope)를 포함하는 이미징 피사체를 라벨링하도록 구성된 조영제 복합체로서,
상기 에피토프에 결합하도록 구성된 도메인을 포함하며 제 1 조영제와 접합되는 제 1 분자로서, 상기 도메인과 상기 에피토프의 결합은 제 1 분자가 상기 제 1 분자의 첫 번째 확인에서 상기 제 1 분자의 두 번째 확인으로 변경되게 하며, 상기 제 1 분자의 두 번째 확인은 제 2 에피토프를 포함하는 제 1 분자를 포함하며,
상기 제 2 에피토프는 제 2 조영제와 접합된 제 2 분자의 제 2 도메인과 결합하도록 구성된 조영제 복합체.
- 제 87 항에 있어서, 상기 제 1 분자는 항체 또는 나노바디, 또는 소분자 또는 펩티드, 또는 단백질인 조영제 복합체.
- 제 87 항 또는 제 88 항에 있어서, 상기 제 1 조영제는 유기 기반, 이온 기반, 비 이온 기반, 비금속 기반, 진성 기반, 내인성 기반 또는 금속 기반 조영제 중에서 선택되는 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제 89 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조영제는 칼슘, 아연, 공기, 아르곤, 질소, 이산화탄소, 이산화질소, 메탄, 헬륨, 산소, 가돌리늄, 철, 마그네슘, 망간, 쿠퍼, 크롬, 금, 은, 툴레늄 및 바륨으로 구성된 군에서 선택되는 조영제 복합체.
- 제 89 항에 있어서, 상기 내인성 기반 조영제는 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 인, 황, 염소, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 몰리브덴, 셀레늄, 요오드, 및 크롬으로부터 선택되는 조영제 복합체
- 제 87 항 내지 제 89 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 분자가 항원 특이적 분자 라벨을 추가로 포함하는 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제 92 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 조영제가 리포솜 기반 분자인 조영제 복합체.
- 제 88 항 내지 제 93 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 조영제가 요오드계 화합물인 조영제 복합체.
- 제 88 항 내지 제 94 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 기반 조영제가 바륨, 탄탈륨, 텅스텐, 금,은 비스무트, 가돌리늄 또는 이테르븀 기반 조영제로부터 선택되는 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제 95 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조영제 복합체가 내부 조립시 유효 입자 크기가 300nm 미만 또는 300nm보다 큰 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제 96 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 조영제의 유효량이 10-12몰 ~ 10-3몰인 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제 97 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 조영제가 유기 기반, 이온 기반, 비 이온 기반, 비금속 기반, 진성 기반, 내인성 기반 또는 금속 기반 조영제로부터 선택되는 조영제 복합체.
- 제 98 항에 있어서, 상기 조영제가 칼슘, 아연, 공기, 아르곤, 질소, 이산화탄소, 이산화질소, 메탄, 헬륨, 산소, 가돌리늄, 철, 마그네슘, 망간, 쿠퍼, 크롬 및 바륨으로 구성된 군에서 선택되는 조영제 복합체.
- 제 97 항에 있어서, 상기 내인성 기반 조영제가 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 인, 황, 염소, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 몰리브덴, 셀레늄, 요오드, 및 크롬으로부터 선택되는 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제 99 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 조영제가 음성 조영제인 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제 101 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 조영제가 음성 조영제인 조영제 복합체.
- 제 101 항에 있어서, 상기 음성 조영제가 상기 이미징 피사체에서 자연적으로 발생하는 조영제 복합체.
- 제 101 항 또는 제 103 항에 있어서, 상기 음성 조영제가 칼슘 이온 또는 칼슘 이온 복합체를 포함하는 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제104 항 중 어느 한항에 있어서,
상기 제 2 도메인의 상기 제 2 에피토프에 대한 결합은 상기 제 2 분자가 상기 제 2 분자의 첫 번째 확인에서 상기 제 2 분자의 두 번째 확인으로 변경되게 하고, 상기 제 2 분자의 두 번째 확인은 제 3 분자를 결합하도록 구성된 제 3 에피토프를 포함하는 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제 105 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복합체가 자가 조립되는 조영제 복합체.
- 제 106 항에 있어서, 상기 제 1 분자 및 제 2 분자가 반복 단위인 조영제 복합체.
- 제 106 항 또는 제 107 항에 있어서,
상기 자가 조립된 복합체는 케이지 구조, 상기 케이지 구조에 의해 둘러싸인 하나 이상의 조영제, 또는 하나 이상의 마이크로 버블에 둘러싸이거나 하나 이상의 마이크로 버블에 연결된 조영제를 포함하는 조영제 복합체.
- 제 106 항에 있어서, 상기 복합체는 메시 내에 하나 이상의 조영제가 인터레이스된(interlaced)된 메시를 포함하는 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제 106 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 분자가 하나 보다 많은 조영제에 결합하도록 구성된 하나 보다 많은 도메인을 포함하는 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제 110 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 조영제 및 제 2 조영제가 동일한 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제 111 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 조영제 및 제 2 조영제가 상이한 이미징 모달리티에 적합하도록 상이한 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제 112 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도메인과 상기 제 1 에피토프 사이의 결합이 이미징에 필요한 시간에 기초하여 분리되도록 구성되는 조영제 복합체.
- 제 113 항에 있어서, 상기 도메인과 상기 제 1 에피토프 사이의 결합 분리가 복합체를 분해하는 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제 114 항 중 어느 한 항에 있어서, 세포 내 또는 세포 외 환경에서 형성되는 조영제 복합체.
- 제 87 항 내지 제 115 항 중 어느 한 항의 조영제 복합체를 포함하는,
제 1 항 내지 제 13 항 또는 제 39 항 내지 제 86 항 중 어느 한 항의 시스템 또는 제 14 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항의 방법.
- 엑스레이 이미징을 사용하여 복수의 조영제 복합체로 라벨링된 타겟 내부의 세포 또는 효소적 이벤트를 모니터링하는 방법으로서,
엑스레이 소스로부터 엑스레이 빔 또는 복수의 엑스레이 얇은 빔을 방출하는 단계로서, 상기 빔 또는 얇은 빔이 상기 엑스레이 소스와 엑스레이 검출기 사이에 위치한 타겟을 관통하는 단계;
상기 엑스레이 검출기에서 엑스레이 신호를 수신하는 단계로서, 상기 타겟으로부터의 신호 일부는 복수의 조영제 복합체에 의해 배경 신호와 관련하여 증폭되며, 각 조영제 복합체가 하나 보다 많은 조영제 분자를 포함하는 단계; 및
수신된 상기 엑스레이 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 세포 또는 효소적 이벤트를 검출하는 단계;를 포함하는 모니터링 방법.
- 제 117 항에 있어서, 상기 조영제 복합체가 모니터링되는 세포 또는 효소적 이벤트를 방해하지 않고 상기 타겟의 마커 분자를 라벨링하는 모니터링 방법.
- 제 117 항 또는 제 118 항에 있어서, 상기 조영제 복합체가 미셀(micell), 나노미셀(nanomicell), 중합체 미셀(polymeric micell), 나노 현탁액, 나노 캡슐 또는 나노 에멀젼으로부터 선택된 형태인 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 119 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 시점에 제 1 조영제를 투여하고 제 2 시점에 제 2 조영제를 투여하는 단계를 추가로 포함하는 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 120 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 시점에 제 1 조영제의 진행을 검출하고 제 2 시점에 제 2 조영제의 진행을 검출하는 단계를 더 포함하는 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 121 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 조영제 복합체를 피사체에게 투여하는 단계를 추가로 포함하는 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 122 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조영제 복합체가 경구 또는 정맥 내 투여되는 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 123 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조영제 복합체가 약제학적으로 허용되는 담체를 추가로 포함하는 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 124 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조영제 복합체가 안정제를 추가로 포함하는 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 125 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 보다 많은 조영제 분자가 상기 타겟이 위치하는 생물학적 신체에서 자연적으로 발생되는 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 126 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 보다 많은 조영제 분자가 칼슘 이온 또는 칼슘 이온 복합체를 포함하는 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 127 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조영제 복합체가 유기 기반, 이온 기반, 비이온 기반, 비금속 기반, 진성 기반, 내인성 기반 또는 금속 기반 조영제로부터 선택되는 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 128 항에 있어서, 상기 조영제 복합체가 칼슘, 아연, 공기, 아르곤, 질소, 이산화탄소, 이산화질소, 메탄, 헬륨, 산소, 가돌리늄, 철, 마그네슘, 망간, 쿠퍼, 크롬 및 바륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 모니터링 방법.
- 제 128 항에 있어서, 상기 내인성 기반 조영제가 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 인, 황, 염소, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 몰리브덴, 셀레늄, 요오드, 및 크롬으로부터 선택되는 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 128 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조영제 복합체가 리포솜 기반 분자인 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 131 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조영제 복합체가 요오드계 화합물인 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 132 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 기반 조영제가 바륨, 탄탈륨, 텅스텐, 금, 비스무트, 가돌리늄 또는 이테르븀 기반 조영제로부터 선택되는 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 133 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조영제 복합체가 300nm 미만의 유효 입자 크기를 갖는 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 134 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 조영제의 유효량이 10-9 몰 ~ 10-3 몰인 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 135 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 조영제가 음성 조영제인 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 127 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조영제 복합체는,
상기 에피토프에 결합하도록 구성된 도메인을 포함하고 제 1 조영제 분자와 접합된 제 1 분자로서, 상기 도메인과 상기 에피토프의 결합은 상기 제 1 분자가 상기 제 1 분자의 첫 번째 확인에서 상기 제 1 분자의 두 번째 확인으로 변경되게하고, 상기 제 1 분자의 두 번째 확인이 제 2 에피토프를 포함하는 제 1 분자를 포함하며,
상기 제 2 에피토프는 제 2 조영제 분자와 접합된 제 2 분자의 제 2 도메인과 결합하도록 구성된 모니터링 방법.
- 제 137 항에 있어서, 상기 조영제 복합체가 자가 조립되는 모니터링 방법.
- 제 137 항 또는 제 138 항에 있어서, 상기 도메인과 상기 제 1 에피토프 사이의 결합이 이미징에 필요한 시간에 기초하여 분리되도록 구성되는 모니터링 방법.
- 제 137 항 내지 제 139 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도메인과 상기 제 1 에피토프 사이의 결합 분리가 상기 조영제 복합체를 분해하는 모니터링 방법.
- 제 137 항 내지 제 141 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조영제 복합체가 세포 내 또는 세포 외 환경에서 형성되는 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 141 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엑스레이 소스는 단일, 이중 또는 스펙트럼 소스를 포함하는 모니터링 방법.
- 제 117 항 내지 제 142 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엑스레이 이미징은 풀 뷰 엑스레이, 엑스레이 현미경, 흡수 측정기, 엑스레이 스펙트럼 측정기, 및/또는 다음 도메인(전체 영역 엑스레이 이미징 시스템과 비교한 감도, 프레임 속도, 공간 해상도 또는 스펙트럼 해상도) 중 적어도 하나의 차이를 갖는 검출기의 측정을 포함하는 모니터링 방법.
- 제 14 항 내지 제 38 항 또는 제 142 항 내지 제 143 항 중 어느 한 항, 또는 제 39 항 내지 제 86 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엑스레이 측정 시스템, 엑스레이 소스 또는 엑스레이 방출 위치는 적어도 관심 영역의 다중 차원 또는 3D 또는 4D 이미지를 구성하기 위한 3축 3차원 공간에서 두 축으로 이동하고, 인접한 엑스레이 방출 위치 사이의 거리는 제 3 축에 필요한 해상도의 차원, 및/또는 두 위치가 상기 관심 영역에서 다른 조합 또는 다른 수의 복셀을 포함하는 조명 경로 세트를 생성하기 위해 필요한 최소 거리인 시스템 또는 방법.
- 제 144 항에 있어서, 인접한 엑스레이 방출 위치 사이의 거리는 1픽셀 피치, 픽셀 피치의 정수배, 또는 1픽셀 피치 미만인 시스템 또는 방법.
- 제 144 항 또는 제 145 항에 있어서, 방출 위치의 총수 또는 3D 이미지를 구성하기 위해 취해진 총 2D 이미지의 수는 상기 제 3 축의 깊이를 상기 제 3 축의 해상도로 나눈 값인 시스템 또는 방법.
- 제 144 항 내지 제 146 항 중 어느 한 항에 있어서, 엑스레이 방출 위치 또는 엑스레이 소스를 xy 평면에서 이동할 때, 가장 멀리 떨어진 방출 위치로부터의 총 이동 각도가 0.1도 미만, 또는 0.1도, 또는 0.1도 ~ 1도 사이인 시스템 또는 방법. .
- 제 144 항 내지 제 147 항 중 어느 한 항에 있어서, 엑스레이 방출 위치 또는 엑스레이 소스를 x, y 및/또는 z 축으로 이동할 때, 각각의 축으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 방출 위치로부터의 총 이동 각도가 0.0008도 미만, 또는 0.0008도, 또는 0.0008 ~ 0.5도 사이 또는 0.5도 ~ 1도 사이인 시스템 또는 방법.
- 제 144 항 내지 제 148 항 중 어느 한 항에 있어서, 엑스레이 방출 위치 또는 엑스레이 소스가 이동되지 않고, 다중 엑스레이 방출 위치 또는 다중 엑스레이 소스가 사용되는 시스템 또는 방법.
- 제 144 항 내지 제 149 항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 세트 이상의 엑스레이 방출 위치 또는 엑스레이 소스는 대응하는 검출기(들)의 반대편인, 서로 떨어진 공간 위치에 배치되고, 각 세트는 나머지 세트(들)와 다른 하나 이상의 에너지 레벨의 엑스레이를 생성하는 엑스레이 소스를 포함하는 시스템 또는 방법.
- 제 144항 내지 제 150 항 중 어느 한 항에 있어서, 물질 분해 방법은 컴포넌트 또는 물질을 분리하도록 구성되어, 다른 컴포넌트 또는 관심 영역과 관련된 3D 이미징을 가능하게 하고, 그리고/또는 배경 또는 외부 공간 마커 또는 센서와 비교한 공간 및 시간에서 6D 또는 7D 이미지를 도출하는 시스템 또는 방법.
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