JP2007014761A - 分散型ｘ線源を用いた撮像のシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転負荷若しくは並進負荷を軽減し、又はシステム構成要素の回転若しくは並進の必要性を一挙に解消したよりコンパクトで且つ／又はより軽量のＸ線源を組み入れた改良型イメージング・システム、トポロジ及び方法を提供する。
【解決手段】Ｘ線イメージング・システム（１０）を提供する。Ｘ線イメージング・システム（１０）は分散型Ｘ線源（４８）と検出器（２０）とを含んでいる。分散型Ｘ線源（４８）は、実質的に直線状の線分（７２）、実質的に円弧状の線分（７８）、曲線状の線分（８０）又は実質的に非平面状の表面（８６）として構成された複数の放出点（７４）からＸ線（５６）を放出するように構成されており、検出器（２０）は、検出器（２０）に入射するＸ線（１８）に応答して複数の信号を発生するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は一般的には、医用撮像を含めた非侵襲型撮像の分野に関する。具体的には、本発明は、様々な撮像モダリティにおいて有用な分散型Ｘ線源及び検出器の幾何学的形状及び構成に関する。

Ｘ線イメージング・システムは、医療分野及び非医療分野の両方で様々な応用に用いられている。例えば、医用Ｘ線イメージング・システムには、一般的な放射線システム、マンモグラフィ・システム、Ｘ線Ｃアーム・システム、トモシンセシス・システム及び計算機式断層写真法イメージング・システム等がある。これらの様々なイメージング・システムはそれぞれ異なるトポロジを有しており、これらのイメージング・システムを用いて、患者を透過したＸ線の減弱に基づいて患者の画像又はビューを作成する。Ｘ線の減弱、イメージング・システムのトポロジ、並びに収集されるデータの形式及び量に基づいて、運動を示す像、コントラスト強調、容積再構成及び二次元画像等を含めた様々な像を構築することができる。代替的には、Ｘ線イメージング・システムを、産業用品質管理、又は乗客の手荷物、小荷物及び／若しくは貨物の警備スクリーニングのような非医療応用に用いてもよい。かかる応用では、取得データ及び／又はスライス若しくは容積を表わす形成画像を用いて、表面的な目視検査では見えないがスクリーニング実行者にとっては関心のある物体、形状又は不規則性を検出することができる。
米国特許第６，６７４，８３７号 米国特許出願公開第２００２／００９４０６４号 米国特許出願公開第２００２／００８５６７４号 米国特許第６，３８５，２９２号 米国特許出願第１０／８１４，５３７号 米国特許出願第１０／８１６，０１５号 米国特許出願第１０／８１６，０６４号 欧州特許出願公開第ＥＰ１２７７４３９Ａ１号 国際公開第０２０６７７７９Ａ１号

典型的には、Ｘ線イメージング・システムは、医用及び非医用共に、Ｘ線管を用いて撮像工程で用いられるＸ線を発生している。具体的には、幾分重量が重く給電して冷却しなければならない従来の単一の回転アノード式Ｘ線管がＸ線式のイメージング・システムのＸ線源として典型的に用いられている。しかしながら、かかるＸ線管の大きさ及び重量は、様々なＸ線撮像トポロジでは比較的望ましくない場合がある。例えば、被撮像容積に対して様々なビュー角度で画像データを取得する撮像トポロジでは、物体又は患者に対して様々なビュー角度位置にＸ線管を移動させる必要がある場合がある。明らかに、Ｘ線管の大きさ及び重量によって、滑らかで且つ／又は高速の運動が望まれる場合は特に、管を移動させるのに用いられる機構の複雑さが直接決まる。さらに、Ｘ線管と共に検出器を移動させるトポロジでは、イメージング・システムの複雑さがさらに高まる場合がある。

Ｘ線管が全体的に静止型であるシステムでも、Ｘ線管の電力及び冷却の要件から、望ましくないほどシステム設計が複雑化する場合がある。具体的には、幾つかの医用撮像応用では、システム構成要件のため患者に不安感及び不快感を与える場合がある。

従って、回転負荷若しくは並進負荷を軽減し、又はシステム構成要素の回転若しくは並進の必要性を一挙に解消したよりコンパクトで且つ／又はより軽量のＸ線源を組み入れた改良型イメージング・システム、トポロジ及び方法を提供することが望ましい。つまり、線源及び／又は検出器の回転又は並進に関連する機械的課題、電気的課題、熱的課題及び他の課題を軽減しつつ高品質の画像を形成することのできる効率的なイメージング・システムを提供することが望ましい。

要約して述べると、本発明の手法の一観点によれば、Ｘ線イメージング・システムを提供する。このＸ線イメージング・システムは、分散型Ｘ線源と検出器とを含んでいる。分散型Ｘ線源は、実質的に直線状の線分、実質的に円弧状の線分又は曲線状の線分として構成された複数の放出点からＸ線を放出するように構成されており、検出器は、検出器に入射するＸ線に応答して複数の信号を発生するように構成されている。

本発明の手法のもう一つの観点によれば、Ｘ線イメージング・システムを提供する。このＸ線イメージング・システムは、分散型Ｘ線源と検出器とを含んでいる。分散型Ｘ線源は、実質的に非平面状の表面として構成された複数の放出点からＸ線を放出するように構成されており、検出器は、検出器に入射するＸ線に応答して複数の信号を発生するように構成されている。

本発明の手法のさらにもう一つの観点によれば、Ｘ線画像データを取得する方法を提供する。この方法は、実質的に直線状の線分、実質的に円弧状の線分又は曲線状の線分として構成された複数の放出点を有する分散型Ｘ線源からＸ線を放出するステップを提供する。この方法はまた、検出器に入射するＸ線に応答して複数の信号を発生するステップと、少なくとも１枚の画像を形成するように上述の複数の信号を処理するステップとを提供する。この方法によって定義される形式の作用を可能にするシステム及びコンピュータ・プログラムを本発明の手法によって提供してもよい。

本発明の手法のさらにもう一つの観点によれば、Ｘ線画像データを取得する方法を提供する。この方法は、実質的に非平面状の表面として構成された複数の放出点を有する分散型Ｘ線源からＸ線を放出するステップを提供する。この方法はまた、検出器に入射するＸ線に応答して複数の信号を発生するステップと、少なくとも１枚の画像を形成するように上述の複数の信号を処理するステップとを提供する。この方法によって定義される形式の作用を可能にするシステム及びコンピュータ・プログラムを本発明の手法によって提供してもよい。

本発明のこれらの特徴、観点及び利点並びに他の特徴、観点及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を精読するとさらに十分に理解されよう。図面では、類似の参照符号は図面全体を通して類似の部材を表わす。

本発明の手法及び構成は一般的には、分散型Ｘ線源を用いたＸ線撮像に関するものである。かかる撮像手法及び構成は、医用撮像、産業用検査システム、Ｘ線放射線撮像、非破壊試験、重金属分析、並びに警備及び手荷物スクリーニング等のような多様な撮像環境で有用であり得る。ここでの議論は医用撮像環境での実例を掲げているが、当業者は、産業用撮像、警備スクリーニング、及び／又は手荷物若しくは小荷物検査のためのような他の環境でのこれらの手法及び構成の応用が本発明の手法の範囲内に十分含まれることを容易に理解されよう。

図１には、本発明の手法に従って用いられるイメージング・システム１０を示す。図示の実施形態では、イメージング・システム１０は、Ｘ線源のような放射線源１２を含んでいる。本書で議論する実施形態では、Ｘ線源は、２以上の不連続的なすなわち離隔した放出点から成る分散型Ｘ線源である。放射線源１２に隣接してコリメータ（図示されていない）が配置されていてもよい。コリメータは、線源１２の各々の放出点毎に設けられている鉛又はタングステンのシャッターのようなコリメートする領域から成っていてよい。コリメータは典型的には、患者１６のような被検体が配置されている領域を通過する１又は複数の放射線流１４の寸法及び形状を画定する。減弱を生ずる被検体を、放射線の減弱しなかった部分１８が透過して、参照番号２０によって全体的に表わされている検出器アレイに入射する。尚、Ｘ線ビーム１４の一部は、患者１６の境界を越えて延在していてよく、患者１６による減弱を受けないで検出器２０に入射してもよいことを特記しておく。

検出器２０は複数の検出器素子によって全体的に形成されており、検出器素子は、被検体を透過し又は被検体の周囲を通過したＸ線１８を検出する。例えば、検出器２０は、アレイとして構成された多数の横列及び／又は縦列を成す検出器素子を含んでいてよい。各々の検出器素子は、Ｘ線束を受光すると、後に行なわれる検出器２０の信号読み出しまでの間の素子の位置でのＸ線ビームの積算エネルギを表わす電気信号を発生する。典型的には、関心のある被検体を中心とした１又は複数のビュー角度位置で信号を取得して、複数の放射線撮像用ビューを収集し得るようにしている。これらの信号を取得し処理して、被検体の体内の特徴の画像を再構成する。このことについては後述する。

放射線源１２は、撮像系列のための電力信号、焦点スポット位置信号及び制御信号等を供給するシステム制御器２２によって制御される。さらに、検出器２０もシステム制御器２２に結合されており、システム制御器２２は検出器２０において発生された信号の取得を指令する。システム制御器２２はまた、ダイナミック・レンジの初期調節及びディジタル画像データのインタリーブ処理等のような様々な信号処理作用及びフィルタ処理作用を実行することができる。一般的には、システム制御器２２は、イメージング・システム１０の動作を指令して、検査プロトコルを実行させて取得されたデータを処理させる。ここの例では、システム制御器２２はまた、典型的には汎用又は特定応用向けのディジタル・コンピュータを基本構成要素とする信号処理サーキットリ、及び付設されたメモリ・サーキットリを含んでいてよい。付設されたメモリ・サーキットリは、コンピュータによって実行されるプログラム及びルーチン、構成パラメータ、並びに画像データ等を記憶することができる。例えば、付設されたメモリ・サーキットリは、本発明の手法を具現化するプログラム又はルーチンを記憶することができる。

図１に示す実施形態では、システム制御器２２は、モータ制御器２６を介して運動サブシステム２４の運動を制御することができる。図示のイメージング・システム１０では、運動サブシステム２４は、Ｘ線源１２、コリメータ１４及び／又は検出器２０を患者１６に対して１又は複数の空間内方向に移動させることができる。尚、運動サブシステム２４は、線源１２及び／又は検出器２０を配設し得るＣアーム又は他の可動式アームのような支持構造を含んでいてもよいことを特記しておく。さらに、運動サブシステム２４は、患者１６、又はさらに明確に述べると患者テーブルを線源１２及び検出器２０に対して変位させることが可能であって、患者１６の特定の区域の画像を形成することができる。

当業者には認められるように、放射線の線源１２は、システム制御器２２内に配設されている放射線制御器２８によって制御され得る。放射線制御器２８は、放射線源１２に電力信号及びタイミング信号を供給するように構成されていてよい。加えて、放射線制御器２８は、線源１２が不連続的な電子放出器を含む分散型線源である場合には、焦点スポット位置すなわち放出点の起動を行なうように構成されていてよい。後述するように、適当な電子放出器としては、タングステン・フィラメント、タングステン・プレート、電界放出器、熱電界放出器、含浸型カソード、熱イオン・カソード、光放出器及び強誘電性カソード等がある。

さらに、システム制御器２２はデータ取得サーキットリ３０を含んでいてよい。この実施形態の例では、検出器２０はシステム制御器２２に、さらに具体的にはデータ取得サーキットリ３０に結合されている。データ取得サーキットリ３０は、検出器２０の読み出し電子回路によって収集されたデータを受け取る。具体的には、データ取得サーキットリ３０は典型的には、サンプリングされたアナログ信号を検出器２０から受け取って、これらのデータをディジタル信号へ変換して、後に行なわれる画像再構成器３２及び／又はコンピュータ３４による処理に供する。

コンピュータ３４は典型的には、システム制御器２２に結合されている。データ取得サーキットリ３０によって収集されたデータを画像再構成器３２及び／又はコンピュータ３４へ送信することができ、後に行なわれる処理及び再構成に供する。例えば、検出器２０から収集されたデータに、データ取得サーキットリ３０、画像再構成器３２及び／又はコンピュータ３４において前処理及び較正を施して、走査対象の減弱係数の線積分を表わすようにデータを調整することができる。次いで、処理後のデータを再配列し、フィルタ処理して逆投影して、被走査区域の画像を形成することができる。尚、本書の観点では典型的なフィルタ補正逆投影再構成アルゴリズムを説明するが、統計学的な再構成アプローチを含めて任意の適当な再構成アルゴリズムを用いてよいことを特記しておく。一旦再構成されたら、イメージング・システム１０によって形成される画像は、患者１６の体内の関心領域を明らかにし、この画像を診断及び評価等に用いることができる。

コンピュータ３４は、コンピュータ３４によって処理されたデータ又はコンピュータ３４によって処理されるべきデータを記憶することのできるメモリ３６を含み或いはこれと交信することができる。コンピュータによるアクセスが可能であり所望の量のデータ及び／又はコードを記憶することが可能な任意の形式のメモリ装置がかかる例示的なシステム１０によって用いられ得ることを理解されたい。さらに、メモリ３６は、類似した形式又は異なる形式の磁気装置又は光学的装置のような１又は複数のメモリ装置を含んでいてよく、これらのメモリ装置はシステム１０に対してローカル且つ／又はリモートに位置していてよい。メモリ３６は、データ、処理パラメータ及び／又は本書に記載する工程を実行する１又は複数のルーチンを含むコンピュータ・プログラムを記憶することができる。さらに、メモリ３６をシステム制御器２２に直接結合して（図示されていない）、取得されたデータの記憶を容易にしてもよい。

コンピュータ３４はまた、システム制御器２２によって可能となる特徴すなわち走査動作及びデータ取得を制御するように構成されていてよい。さらに、コンピュータ３４は、キーボード及び／又は他の入力装置を備え得る操作者ワークステーション３８を介して操作者から命令及び走査パラメータを受け取るように構成されていてよい。これにより、操作者は操作者ワークステーション３８を介してシステム１０を制御することができる。このようにして、操作者は操作者ワークステーション３８から再構成画像及びシステムに関連するその他データを観察したり撮像を開始したりすることができる。

操作者ワークステーション３８に結合されている表示器４０を用いて再構成画像を観察することができる。加えて、走査された画像を操作者ワークステーション３８に結合されているプリンタ４２によって印刷することもできる。表示器４０及びプリンタ４２はまた、直接又は操作者ワークステーション３８を介してのいずれかでコンピュータ３４に接続されていてよい。さらに、操作者ワークステーション３８はまた、画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）４４に結合されていてもよい。尚、ＰＡＣＳ４４が放射線科情報システム（ＲＩＳ）、病院情報システム（ＨＩＳ）のような遠隔システム４６、又は構内ネットワーク若しくは外部ネットワークに結合されて、異なる位置にいる第三者が画像データにアクセスし得るようにしてもよいことを特記しておく。

システム内で１又は複数の操作者ワークステーション３８を結合して、システム・パラメータを出力する、検査を要求する、及び画像を観察する等を行なってもよい。一般的には、表示器、プリンタ、ワークステーション、及びシステム内に供給されている同様の装置は、データ取得構成要素に対してローカルに位置していてもよいし、或いはインターネット及び仮想的私設等のような１又は複数の構成設定自在型ネットワークを介して画像取得システムに結合されて、施設若しくは病院内の他の箇所、又は全く異なる位置等でこれらの構成要素からリモートに位置していてもよい。

上述のイメージング・システム１０は、空間分解能及び時間分解能を高め、画質を高め、且つ／又は長手方向の撮像範囲を改善するように多様な方法で構成することができる。実際に、これらのパラメータの１又は複数を改善する様々な線源１２及び検出器２２構成を具現化することができる。例えば、本書で議論するように、多数の放出点を用いた分散型線源１２を利用することができる。放出点の起動は、交番型起動方式を用いる等によって一度に１又は複数の放出点が作動するように協調動作させることができる。この態様で、各々の放出点は、作動すると、所与の視野内での対象の画像を形成し又は再構成するのに要求されるＸ線減弱データの一部又は全てを提供することができる。視野に関連する投影データの部分集合のみを一度に取得する実施形態では、検出器２０の平面内の広がりを縮小することもできる。検出器２０は、応用及び画像容積における関心区域によって変化する分解能を備えた素子を含んでいてよい。例えば、心撮像では、心臓が投影される領域では高分解能検出器を用い、撮像容積の残部では低分解能の検出器を用いることができる。

イメージング・システム１０は、１又は複数の移動型又は静止型の分散型線源と、放射線を受光し対応する信号を処理して測定データを生成する１又は複数の移動型又は静止型の検出器とを含んでいる。図２は、イメージング・システム１０に用いることのできる形式の例示的な分散型Ｘ線源４８の一部を示す。図２に示すように、具現化形態の一例では、分散型Ｘ線源４８は、真空ハウジングに収容された一連の位置指定可能な放出装置５０を含んでいてよく、これらの放出装置５０は、図１に示す放射線制御器２８に結合されており、イメージング・システム１０の動作時に電子ビームを放出するように放射線制御器２８によって動作開始（トリガ）される。位置指定可能な放出装置５０は、ターゲット５２に隣接して配置されて、放射線制御器２８によって動作開始されるとターゲット又はアノード５２に向かって電子ビーム５４を放出することができる。ターゲット５２は、例えば高密度材料のレールで構築されてよく、衝突する電子ビーム５４の結果として、参照番号５６によって示すＸ線放射のビームの放出を生ずる。高密度材料は、例えばタングステン若しくはタングステン合金、モリブデン、タンタル、又はレニウムであってよい。代替的には、高密度材料は、入射する電子ビームに対して複数のターゲットを形成するように、１本の共通レールの２箇所以上の位置でコーティングされていてもよい。反射モードでは、Ｘ線は、電子が衝突した側と同じターゲットの側で主に生成されることになる。透過モードでは、Ｘ線は、入射した電子のビームに対して反対側のターゲットの側で発生される。次いで、Ｘ線ビーム５６は、Ｘ線放射に対して全体的に不透過性であるが多数の放出位置を形成した開口又はアパーチャ６０を含んでいるコリメータ５８へ向かう。アパーチャ６０は、固定寸法であってもよいし、調節自在であってもよい。アパーチャ６０は、Ｘ線ビーム５６の一部をコリメータに貫通させてコリメートされたビーム６２を形成し、このビーム６２が撮像容積に向かって関心のある被検体を透過し、検出器素子に入射する。

多くの代替的な放出器又は分散型線源の構成を思量し得ることは言うまでもない。さらに、分散型線源内の異なるＸ線発生器が様々な形式及び形状のＸ線ビームを放出することができる。これらのＸ線ビームとしては、例えば扇形ビーム、円錐形ビーム及び様々な断面幾何学的形状のビームがある。同様に、分散型Ｘ線源を構成する様々な構成要素が変化してもよい。一実施形態では、例えば、真空ハウジングに収容される冷カソード放出器が思量される。代替的には、位置指定可能な放出装置５０が、例えば熱イオン放出器、炭素基放出器、光放出器、強誘電性放出器、レーザ・ダイオード及びモノリシック半導体等の多くの利用可能な電子放出装置の一つであってもよい。次いで、静止型アノードをハウジング内に配設して、１又は複数の電子放出器から離隔して設ける。この形式の構成は一般的には、図２の概略図に対応している。分散型線源に他の材料、構成及び動作原理を用いてもよい。

後に改めて詳述するように、本発明の手法は、複数の分散型の位置指定可能なＸ線放射線源の利用に基づくものである。さらに、これらの分散型放射線源を、単一の一体型封入体若しくは管、又は協働するように設計された複数の管において関連付けてもよい。以下で述べる線源構成の幾つかのものは、実質的に直線状の線分構成、実質的に円弧状の線分構成又は曲線状の線分構成から成っていてよい。同様に、他の関心のある線源構成は、実質的に平面状の構成、又は実質的に円筒形の表面構成若しくは曲面状の表面構成のような実質的に非平面状の構成から成っていてもよい。これら様々な構成の内部の個々の放出点は、撮像プロトコルによって定義される撮像系列の間の様々な時刻に放射線が放出点の各々から動作開始され得るように、独立に且つ別個に位置指定可能である。所望があれば、任意の時間的瞬間に同時に１よりも多いかかる放出点を動作開始させてもよいし、或いは円形若しくは螺旋状の回転、又は直線状若しくは円弧状の並進のような二次元運動又は三次元運動を模擬する特定の系列として、或いは撮像容積又は撮像平面を中心とした所望の任意の系列としてこれらの放出点を動作開始させてもよい。

上述のように、複数の検出器素子が１又は複数の検出器を形成しており、これらの検出器が分散型線源（１又は複数）によって放出された放射線を受光する。図３は、ここでの目的に用いることのできるような検出器の一部を示す。各々の検出器は、特定の撮像応用を満たすように変化する分解能を備えた検出器素子で構成されていてよい。検出器（１又は複数）の特定の構成を以下にまとめる。しかしながら、一般的に、検出器６４は、一連の検出器素子６６と、付設された信号処理ユニット６８とを含んでいる。これらの検出器素子は、１種、２種又はこれよりも多い寸法を有し得るため、視野の異なる部分に異なる空間分解能特性を生じ得る。各々の検出器素子６６は、フォトダイオードと付設された薄膜トランジスタとのアレイを含んでいてよい。例えば、一実施形態では、検出器に入射したＸ線放射をシンチレータによって相対的にエネルギの低いフォトンへ変換し、これらのフォトンがフォトダイオードに入射する。このようにして、フォトダイオードに跨がって保たれていた電荷が消尽し、フォトダイオードに再充電することにより電荷の消尽を測定するようにトランジスタを制御することができる。各々が各回の取得毎の収集データのピクセルに対応している様々なフォトダイオードでの電荷の消尽を相次いで測定することにより、検出器ピクセル位置の各々での放射線減弱を間接的に符号化したデータが収集される。このデータを、一般的にアナログ消尽信号をディジタル値へ変換する信号処理ユニット６８によって処理し、あらゆる所要の処理を施して、取得されたデータを上述のようなイメージング・システムの処理サーキットリへ送信する。

ピクセルの多くの横列及び縦列を画定するように多数の検出器素子６６が検出器に存在していてよい。後に述べるように、本発明の手法の検出器構成は、画像の形成又は再構成のために１又は複数のビュー角度位置からのデータ収集を可能にするように、独立に位置指定可能な分散型Ｘ線源に対向して検出器素子を配置している。シンチレータ方式のエネルギ積算型装置として検出器を記載しているが、直接変換型検出器、フォトン計数型検出器又はエネルギ識別型検出器も同等に適している。

当業者には認められるように、本発明の手法に従って、イメージング・システムの回転荷重又は並進荷重を大幅に低減し又は除去しつつイメージング・システムの高速且つ高効率の動作を行なわせるために、多様な分散型線源の幾何学的形状、構成及び起動方式を実施することができる。検出器及び分散型線源の多くの例示的な構成及び方式を図４〜図１３に示すように本書で説明する。但し、ここに含まれている例は本発明の手法の範囲を制限しないことを理解されたい。そうではなく、本発明の手法は、多数の不連続的な放出点及びかかる放出点のための任意の作動方式を可能にする任意の線源の幾何学的形状及び構成を包含しているものと広く理解することができる。

例えば、図４〜図６に示すように、様々な図示の構成で検出器７０及び１又は複数の直線状の分散型線源７２を用いて、対象の画像を取得することができる。これらの構成としては、限定しないが垂直な直線状の分散型線源（図４）、水平の直線状の分散型線源（図５）、２本以上の平行な直線状の分散型線源、互いに交わっても交わらなくてもよい２本以上の非平行な直線状の分散型線源（図６）、又は任意の角度で交わる２本以上の直線状の分散型線源等がある。検出器７０は一般的には、平面状、円筒状又は任意のトポロジとして構成されており前述の形式の複数の検出器素子及び付設のサーキットリを含む従来の構造を有していてよい。分散型線源７２は、前述のように要求に応じてＸ線放射を放出するように独立且つ別個に位置指定可能であるように設計されたＸ線放出点７４を形成する一連の電子放出器を含んでいてよい。検出器７０及び線源７２の両方とも、静止型であってもよいし、矢印７６によって示すように動作時に三次元空間内を移動してもよい。

さらに、直線状の分散型線源７２の１又は複数は、検出器７０の平面に対して全体的に垂直であってもよいし、又は検出器７０に向かって若しくは検出器７０から離隔して角度を成す等のように検出器７０の平面に対して非平行であり得る平面に位置していてよいことを特記しておく。さらにもう一つの実施形態では、多数の直線状の分散型線源７２を、これらの線源７２が図７に示すように検出器７０の平面に対して表面を形成するように用いてもよい。同様に、多数の直線状の分散型線源７２を、本発明の手法の範囲内にあるようにしつつ他の様々な二次元及び／又は三次元幾何学的構成で用いてよい。これらの構成としては、限定しないが十字形、正方形、矩形、三角形及び六角形等を形成する多数の直線状の分散型線源７２等がある。同様に、適当に構成された直線状の分散型線源によって円錐形又は角錐形のようなさらに複雑な三次元構成を形成してもよい。尚、これらの構成の配向は、検出器７０の平面に対して任意であってよいことを特記しておく。かかる幾何学的構成に用いられる分散型線源７２は、上述の構成と同様に、特定の系列でのＸ線放射の放出を可能にするように独立且つ別個に位置指定可能であるＸ線放出点７４を形成するように複数の電子放出器を有していてよい。前述のように、検出器７０及び線源７２は静止型であってもよいし、矢印７６によって示すように動作時に三次元空間内を移動してもよい。

幾つかの実施形態では、１又は複数の円弧状の分散型線源７８及び検出器７０を多様な構成で用いて対象の画像を取得してよい。例えば、図８に示すように、検出器の平面に全体的に垂直な平面内で円弧を形成する円弧状の分散型線源を撮像対象について用いてよい。他の実施形態では、円弧状の分散型線源は検出器の平面に平行であってもよいし検出器に対して任意の角度を成していてもよい。同様に、２本以上の円弧状の（又は他の）分散型線源を用いて円、長円、楕円及び曲線状十字構造等のような様々な二次元及び三次元幾何学的形状を形成してよい。さらに、多数の円弧状の分散型線源７８を用いて、検出器の平面７０に対して円弧、反転した円弧又は撮像応用に適当なその他任意の表面を形成するようにしてもよい。上述のように、円弧状の分散型線源７８は、Ｘ線放出点７４を形成するために複数の独立且つ別個に位置指定可能な放出器を含んでいてよく、Ｘ線放出が特定の系列として形成され得るようにすることができる。検出器７０及び円弧状の線源７８は静止型であってもよいし、矢印７６によって示すように動作時に三次元空間内を移動してもよい。さらに他の例として、図９に示すように１又は複数の直線状の分散型線源７２及び円弧状の分散型線源７８を多様な構成で用いて対象の画像を取得してもよい。同様に、円弧状、直線状又は他の構成の分散型線源の様々な組み合わせを所望に応じて組み合わせて所望の線源構成を形成することもできる。

さらに、放出点７４が曲線状の線分を形成する場合に、検出器７０及び１又は複数の分散型線源を多様な二次元構成又は三次元構成として用いて対象を撮像してもよい。これらの構成は様々であってよく、検出器平面に対して全体的に平行であってもなくてもよい構成での１若しくは複数の曲線状の線源８０、又は本書に記載しているような他の線源を含んでいてよい。例えば、図１０は、かかる曲線状の分散型線源８０の一つを検出器７０と共に示している。ここでも、検出器７０及び曲線状の分散型線源８０は静止型であってもよいし、矢印７６によって示すように動作時に三次元空間内を移動してもよい。

当業者には認められるように、上述の分散型線源の各形式は便宜上類似の線源形式として議論され図示されている。しかしながら、本発明の様々な実施形態において本書で開示されている分散型線源構成の組み合わせを具現化してもよい。例えば、多数の線源を用いた様々な図示の実施形態の任意のものにおいて１又は複数の直線状の分散型線源７２を１若しくは複数の円弧状の分散型線源７８又は曲線状の分散型線源８０と共に具現化してよい。一般的には、多数型の分散型線源の実施形態は、本書で議論したものであれそれ以外であれ、類似の分散型線源構成又は分散型線源構成の組み合わせで構成されていてよい。

幾つかの実施形態では、Ｘ線放出点７４が二次元の平面状の表面を形成しているような１又は複数の平面状の分散型線源８２を用いてよい。例えば、図１１は、検出器７０の平面に平行な平面状の分散型線源８２を示しており、ここでは線源及び検出器は静止型であってもよいし、矢印７６によって示すように動作時に三次元空間内を移動してもよい。尚、幾つかの実施形態では、平面状の分散型線源８２が検出器７０の平面に対して傾斜していてもよいことを特記しておく。同様に、幾つかの実施形態では、Ｘ線放出点７４が実質的に非平面状の表面を形成しているような１又は複数の分散型線源を用いてもよい。例えば、図１２に示すように、幾つかの実施形態では、Ｘ線放出点７４が全体的に円筒形の表面を形成しているような１又は複数の分散型線源８４を用いてよい。さらに、幾つかの実施形態では、図１３に示すように、Ｘ線放出点７４が全体的に三次元の表面又は曲面状の表面を形成しているような１又は複数の分散型線源８６を用いてよい。尚、上述の実施形態では、線源及び検出器は静止型であってもよいし、矢印７６によって示すように動作時に三次元空間内を移動してもよいことを特記しておく。さらに、前述のように、図示の実施形態又は他の実施形態で用いるために平面状の表面の分散型線源、非平面状の表面（全体的に円筒形の表面、全体的に三次元の表面又は曲面状の表面）の分散型線源、直線状の分散型線源、円弧状の分散型線源、及び曲線状の分散型線源の様々な組み合わせを形成してよい。

当業者には認められるように、多数の分散型線源を用いた実施形態では、様々な分散型線源が互いに対して移動してもよい。加えて、データ取得プロトコルを容易にするために可動型又は可搬型の二次元検出器技術及び／又は多数の検出器アレイが思量される。熱イオン又は冷カソード電界放出技術を用いた線源のような分散型Ｘ線源を用いることにより、線源位置（１箇所）及び／又は複数の線源位置の物理的運動を抑え、最適化し、又は完全に除外することができる。分散型線源技術は、Ｘ線モダリティについて既存のＸ線イメージング・システムの動作を強化し、多数の撮像モダリティについて新たな応用又は手順を可能にし、画質を高め、患者ワークフローを改善する。

分散型線源技術は、多様な方法でＸ線モダリティについて既存のイメージング・システムの動作を強化することができる。例えば、上で議論した様々な実施形態に記載されているような様々な幾何学的形状、構成及び作動方式を、従来のマンモグラフィ・システム、三次元マンモグラフィ・システム、トモシンセシス・システム、一般的な放射線撮像用Ｘ線システム、Ｘ線Ｃアーム・システム、三次元Ｘ線Ｃアーム・システム又は計算機式断層写真法システムのような広範なイメージング・システムに用いることができる。上で議論した様々な実施形態に記載されている以上に述べた柔軟で且つ／又は適応化が可能な構成は、患者に対する接近性を改善し、全体的なシステムの複雑さを抑える。

同様に、分散型線源技術は、新たな応用及び／又は手順を可能にすることができる。例えば、本書に記載した構成及び方法を、平面撮像、アキシャル断層写真撮像（トモシンセシス及び計算機式断層写真法）、並びに螺旋断層写真撮像（トモシンセシス及び計算機式断層写真法）と共に用いることができる。分散型線源、検出器及び／又は患者の１又は複数の運動によって、本発明の手法の多様な実施形態又は観点においてかかる撮像手法を可能にすることができる。さらに、上で議論した様々な実施形態に記載されている構成は、内在的標識及び／又は非内在的標識を用いることにより、検査の間での位置合わせ、及び／又はアトラスとの位置合わせを改善する。診断用手順、侵襲型手順及び／又は手術用手順のような多くの撮像手順を、上で議論した様々な実施形態に記載されている様々な幾何学的形状、構成及び起動方式によって可能となるＸ線技術及びイメージング・システムによって実行することができる。これらの方式はさらに単純な線源及び／又は検出器構成を可能とし、強化された且つ／又は新たな取得プロトコルを得ることができる。

加えて、分散型線源技術は多様な方法で画質を高めることができる。例えば、本書に開示したような分散型線源技術を用いたシステム構成は、次の各項によって画質の改善を容易にする。

・画像再構成での測定データの数学的な完全性を改善する（投影データの数学的な完全性とは、取得された投影データからサンプリング制約の範囲内で撮像容積の正確な再構成を得る能力を指す）。投影データ集合の数学的な完全性を高めると、再構成画像の品質を高めると共に、欠落データ又は部分的データによって生ずるアーティファクトの低減が可能になる。

・新規の散乱低減トポロジ及び関連するアルゴリズムを具現化することにより測定データの信号対雑音比を高める。

・心臓のような動構造の運動に起因するアーティファクトを低減し又は排除するような走査時間の高速化を可能にする。

・ガントリ運動を低減し又は排除することができるため画質が高まる。

・物理的システムでは反復が困難な取得軌道を可能にする。例えば、心運動の影響を抑えるように走査中に多数の角度位置の間でＸ線源を「跳躍させる（hop）」又は動作開始させる能力等がある。

さらに、本書に開示したような分散型線源技術を用いて、患者ワークフローを改善することができる。上で議論した様々な実施形態に記載されている分散型線源構成の起動は、適当な撮像プロトコルに基づいてプログラム可能であり且つ／又は自動化することができる。撮像シナリオを改善すると、ワークフローを改善して患者のスループットを高めることができる。例えば、Ｘ線Ｃアーム応用では、従来のＸ線管を静止型の分散型Ｘ線源で置き換えれば、検出器を移動させるだけで画像データを取得することができる。移動する線源及び／又は検出器構造を少なくし又は排除することができるため、侵襲型処置も容易になる。これにより、患者及び臨床医師双方の安全性が高まる。もう一つのワークフローの改善は、患者への照射線量の低減である。患者に照射するＸ線量を最小限に抑えつつ医師が診断を下すことを可能にするのに必要なＸ線データを取得することが望ましい。上に列挙した画質の改善によって、Ｘ線測定での信号対雑音比が高まり、これにより、患者に照射する線量を低減し得るプロトコルを容易にする。

分散型線源技術の多数の利点を実現することのできる撮像応用の一例は、マンモグラフィでのトモシンセシスの利用である。現行技術に基づく断層写真マンモグラフィ手法は、従来のＸ線源及び高分解能面積検出器を用いて、乳房を中心とした限定された角度範囲にわたって撮像容積の多数のＸ線画像を取得する。取得時間中には、管を移動させてガントリを安定させるのに時間が必要であり、この時間中に乳房は圧迫された状態にある。静止型の分散型Ｘ線源では、線源位置の高速切換えが可能となり、運動が不要となるため画質が高まり、走査区間が著しく短縮され得るため患者の安楽感が高まる。一実施形態では、静止型断層写真マンモグラフィ・スキャナを胸壁の近傍で撮像するように構成して、病変の検出を改善することができる。同様に、断層写真マンモグラフィ・スキャナの一実施形態は、各々の線源点が小容積を照射するようにした線源点の分散型２Ｄアレイを含むことができる。かかる実施形態では、Ｘ線出力が十分であれば、アレイでのＸ線位置を高速で順次変化させて、乳房の小容積を照射するようにコリメートすることができる。さらに、散乱が大幅に低減されるため、線量効率を低下させる散乱防止格子を不要にし得る可能性が高い。散乱の低減は、患部検出での画像コントラストの改善と相関がある。マンモグラフィの応用と同様に、トモシンセシス取得での静止型の分散型Ｘ線源の利用によって、線源位置の高速切換えが可能になり、運動が排除されるため画質を高め、走査区間を短縮することができる。さらに、静止型の位置指定可能な線源を用いてさらに複雑な運動軌跡を模擬することができる。このように、完全性の観点からのデータ品質が著しく改善されることにより、画質をよりよくしてアーティファクトをより少なくすることができる。静止型の分散型線源技術を用いて患者を高速走査することが可能となるため、臨床環境では現状思量されなかった動的トモシンセシス応用が可能となる。この例で記載するように、静止型の分散型線源技術は、断層写真Ｘ線イメージング・システムの動作を強化し（ガントリ運動がない）、新たな手順を可能にし（すなわち動的撮像）、画質を高め（ガントリ運動がなく散乱が低減している）、患者の安楽感を高めてワークフローを改善する（走査時間が短縮される）ことを同時に実現する。

本書で本発明の幾つかの特徴のみを図示して記載したが、当業者には多くの改変及び変形が想到されよう。従って、特許請求の範囲は本発明の真意に含まれるような全ての改変及び変形を網羅するものと理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の手法の一観点による１又は複数の分散型線源を用いた例示的なイメージング・システムを示す図である。 図１のイメージング・システムに用いられる例示的な分散型線源を示す図である。 図１のイメージング・システムに用いられる検出器の部分を示す図である。 垂直な直線状の分散型線源及び検出器を含む第一の例示的なイメージング・システム構成の概略図である。 水平な直線状の分散型線源及び検出器を含むさらに他の構成の概略図である。 一対の任意構成の直線状の分散型線源及び検出器を含むさらに他の構成の概略図である。 検出器の平面に対して表面として構成された多数の直線状の分散型線源を含むさらに他の構成の概略図である。 円弧状の分散型線源及び検出器を含むさらに他の構成の概略図である。 円弧状の分散型線源及び直線状の分散型線源を含むさらに他の構成の概略図である。 曲線状の分散型線源及び検出器を含むさらに他の構成の概略図である。 平面状の分散型線源及び検出器を含むさらに他の構成の概略図である。 円筒形の分散型線源及び検出器を含むさらに他の構成の概略図である。 曲面状の分散型線源及び検出器を含むさらに他の構成の概略図である。

符号の説明

１０ イメージング・システム
１２ 放射線源
１４ 放射線流
１６ 患者
１８ 放射線の減弱しなかった部分
２０ 検出器アレイ
２２ システム制御器
２４ 運動サブシステム
４８ 分散型Ｘ線源
５０ 放出装置
５２ ターゲット
５４ 電子ビーム
５６ Ｘ線放射のビーム
５８ コリメータ
６０ アパーチャ
６２ コリメートされたビーム
６４ 検出器
６６ 検出器素子
６８ 信号処理ユニット
７０ 検出器
７２ 直線状の分散型線源
７４ Ｘ線放出点
７６ 検出器及び線源の移動方向
７８ 円弧状の分散型線源
８０ 曲線状の線源
８２ 平面状の分散型線源
８４ 円筒形の分散型線源
８６ 曲面状の分散型線源

Claims (10)

1. 実質的に直線状の線分（７２）、実質的に円弧状の線分（７８）又は曲線状の線分（８０）として構成された複数の放出点（７４）からＸ線（５６）を放出するように構成されている分散型Ｘ線源（４８）と、
   当該検出器（２０）に入射するＸ線（１８）に応答して複数の信号を発生するように構成されている検出器（２０）と、
   を備えたＸ線イメージング・システム（１０）。
2. 前記分散型Ｘ線源（４８）は、撮像容積に関して静止しているように又は移動するように構成されている、請求項１に記載のＸ線イメージング・システム（１０）。
3. 前記検出器（２０）は、撮像容積に関して静止しているように又は移動するように構成されている、請求項１に記載のＸ線イメージング・システム（１０）。
4. 撮像容積に関して静止しているように又は移動するように構成されている患者支持体をさらに含んでいる請求項１に記載のＸ線イメージング・システム（１０）。
5. マンモグラフィ・システム、トモシンセシス・システム、一般的な放射線撮像用Ｘ線システム、Ｘ線Ｃアーム・システム又は計算機式断層写真法システムを含んでいる請求項１に記載のＸ線イメージング・システム（１０）。
6. 前記分散型Ｘ線源（４８）は、
   電子ビーム（５４）を放出するように構成されている１又は複数の位置指定可能な放出装置（５０）と、
   前記位置指定可能な放出装置（５０）から離隔して設けられており、前記電子ビーム（５４）の衝突に際して複数の放出点（７４）からＸ線（５６）を放出する１又は複数のアノード（５２）と、
   を含んでいる、請求項１に記載のＸ線イメージング・システム（１０）。
7. 前記１又は複数の位置指定可能な放出装置は（５０）、熱イオン放出器、冷カソード放出器、炭素基放出器、光放出器、強誘電性放出器、レーザ・ダイオード又はモノリシック半導体を含んでいる、請求項６に記載のＸ線イメージング・システム（１０）。
8. 実質的に非平面状の表面（８６）として構成された複数の放出点（７４）からＸ線（５６）を放出するように構成されている分散型Ｘ線源（４８）と、
   当該検出器（２０）に入射するＸ線（１８）に応答して複数の信号を発生するように構成されている検出器（２０）と、
   を備えたＸ線イメージング・システム（１０）。
9. 実質的に直線状の線分（７２）、実質的に円弧状の線分（７８）又は曲線状の線分（８０）として構成された複数の放出点（７４）を有する分散型Ｘ線源（４８）からＸ線（５６）を放出するステップと、
   検出器（２０）に入射する前記Ｘ線（１８）に応答して複数の信号を発生するステップと、
   少なくとも１枚の画像を形成するように前記複数の信号を処理するステップと、
   を備えたＸ線画像データを取得する方法。
10. 実質的に非平面状の表面（８６）として構成された複数の放出点（７４）を有する分散型Ｘ線源（４８）からＸ線（５６）を放出するステップと、
    検出器（２０）に入射する前記Ｘ線（１８）に応答して複数の信号を発生するステップと、
    少なくとも１枚の画像を形成するように前記複数の信号を処理するステップと、
    を備えたＸ線画像データを取得する方法。

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