JP5869001B2

JP5869001B2 - 検出値処理装置

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Publication number: JP5869001B2
Application number: JP2013550990A
Authority: JP
Inventors: ローランドプロクサ; ゲルハルドマルテンス
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2032-01-25
Also published as: US20130308848A1; CN103339497B; CN103339497A; JP2014503828A; US9316601B2; WO2012104751A1; EP2671069A1; EP2671069B1

Description

本発明は、検出値処理装置、検出値処理方法、及び検出値処理コンピュータプログラムに関する。本発明は更に、検出値処理装置を含む検出装置、対応する検出方法、及び対応する検出コンピュータプログラムに関する。

米国特許出願公開第２００９／００５２６２１Ａ１号は、コンピュータ断層撮影システムの検査ゾーンを横断する多色放射線を放出するＸ線源を含むコンピュータ断層撮影システムを開示する。検査ゾーンを横断した放射線は、エネルギー依存検出値を生成する検出器によって検出される。コンピュータ断層撮影システムは更に、検査ゾーンを横断する前の放射線をフィルタリングするボウタイフィルタ（bowtie filter）を含む。生成されたエネルギー依存検出値は、検査ゾーンの像を再構成するために使用される。ボウタイフィルタは検査ゾーン内に配置される検査対象に当てられる放射線量を減少させる。しかし、ボウタイフィルタは検出値にも悪影響を及ぼし、検出値ひいては検出値から再構築される像の品質を低減する。

本発明は、品質が向上された像が生成されるように検出値を処理できる、検出値処理装置、検出値処理方法、及び検出値処理コンピュータプログラムを提供することを目的とする。本発明は更に、当該検出値処理装置を含む検出装置、対応する検出方法、及び対応する検出コンピュータプログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様では、検出値処理装置が提示される。当該検出値処理装置は、
検出値を提供する検出値提供ユニットであって、検出値は、検出器によって生成され、検査ゾーンを横断した後の放射線を示すエネルギー依存検出値であり、放射線は、放射線源によって放出された多色放射線であり、多色放射線のエネルギー範囲内のＫエッジを有するＫエッジフィルタ材料を含むフィルタによってフィルタリングされる、当該検出値提供ユニットと、
検出値のエネルギー依存性から、Ｋエッジフィルタ材料によってもたらされた減衰を示す第１の成分減衰値であるＫエッジ減衰値と、検査ゾーンの追加成分によってもたらされた減衰を示す追加成分減衰値とを求めるために、検出値に成分分解技術を適用する成分分解ユニットと、
追加成分減衰値から検査ゾーンの像を再構成する再構成ユニットと、
を含む。

Ｋエッジフィルタ材料によってもたらされた減衰を示す第１の成分減衰値であるＫエッジ減衰値と、検査ゾーンの追加成分によってもたらされた減衰を示す追加成分減衰値とを求めるために、検出値に成分分解技術が適用され、検査ゾーンの像は、追加成分減衰値から再構成されるので、フィルタによってあまり悪影響を受けていない、又は、フィルタによって全く悪影響を受けていない像を再構成することができる。これは、フィルタのＫエッジフィルタ材料によってもたらされた減衰を示すＫエッジ減衰値が、像の再構成に使用されないからである。これは、再構成された像の品質を向上させる。

再構成ユニットは、単一の追加成分に対応する成分減衰値から、又は、幾つかの追加成分に対応する成分減衰値から、検査ゾーンの像を再構成する。

検出値提供ユニットは、好ましくは、既に獲得されている検出値がその中に記憶されている記憶装置か、又は、データ接続を介して成分分解ユニットに検出値を提供するインターネット接続といったデータ接続である。

検出値は、好ましくは、多色Ｘ線源と、撮像されるべき検査対象がその中に好ましくは配置される検査ゾーンとを互いに移動させることによって生成されるコンピュータ断層撮影投影データであり、放射線源によって放出された多色放射線は、検査ゾーンを横断し、エネルギー分解検出器によって検出される。検査ゾーンは、様々な投影方向に対応する投影データを生成するために、様々な角度方向における多色放射線によって好ましくは照射される。Ｘ線放射線源の代わりに、核放射線源といった別の放射線源が使用されてもよい。

フィルタは、ボウタイフィルタ、特に、動的制御可能なボウタイフィルタであることが好適である。ボウタイフィルタは、放射線源と検査ゾーンとの間に好ましくは配置される。ボウタイフィルタは、好ましくは、２つの対向する側からＸ線ビームの方へと動的に移動可能な変動する厚さを有する２つのフィルタ部分で構成される。フィルタの厚さは、関連の検出器素子のＸ線強度を下げるために、ビームの外側部分に向かって増大する。この強度減少は、強度が減少されていなければ、検出器への放射線が高くなりすぎてしまう検査ゾーンの周辺領域の減衰の低さを補償する。動的ボウタイフィルタは、検出器全体の放射線強度のダイナミックレンジを減少させるために使用する。この減少は、検出器が、限られた計数率性能を有する光子計数検出器のように限られたダイナミックレンジでのみ動作可能である場合に、非常に有益である。

フィルタは、ボウタイフィルタであることが更に好適である。成分分解ユニットは、Ｋエッジ減衰値を平滑化するために、空間フィルタカーネル及び時間フィルタカーネルのうち少なくとも一方を好ましくは使用する。放射線をフィルタリングするフィルタの空間的及び時間的影響は、平滑関数であると想定される。これは、検出器の隣接検出素子の検出値のみならず、同じ検出素子の時間的に連続する検出値も、フィルタから同様の減衰寄与を有するものと想定されることを意味する。例えば空間フィルタカーネル及び／又は時間フィルタカーネルを使用してＫエッジ減衰値をフィルタリングすることで、Ｋエッジ減衰値へのノイズの影響を減少することができ、したがって、ノイズにあまり影響を受けていない平滑化されたＫエッジ減衰値が与えられている間に求められる追加成分減衰値の品質を向上させる。

空間フィルタカーネル及び時間フィルタカーネルは、例えばＫエッジ減衰値を平滑化するためにＫエッジ減衰値を平均化する平均カーネルである。

成分分解ユニットは、ベース物質分解技術及び物理的効果分解技術のうち少なくとも一方を検出値に好ましくは適用する。成分分解ユニットは、検出値のエネルギー依存性から、Ｋエッジフィルタ材料によってもたらされた減衰を示す第１の成分減衰値であるＫエッジ減衰値と、第２の成分によってもたらされた減衰を示す第２の成分減衰値である追加成分減衰値と、第３の成分によってもたらされた減衰を示す第３の成分減衰値とを求めるために、検出値に成分分解技術を適用する。再構成ユニットは、第２の成分減衰値と第３の成分減衰値との組み合わせから、検査ゾーンの像を好ましくは再構成する。好ましくは、第２及び第３の成分のうちの一方は、光電効果成分値を生成するための検査ゾーンの光電効果成分であり、第２及び第３の成分のうちの他方は、コンプトン効果成分値を生成するための検査ゾーンのコンプトン効果成分である。

一実施形態では、成分分解ユニットは、Ｋエッジフィルタ材料のＫエッジ減衰である第１の成分の第１のエネルギー依存減衰に依存する第１の寄与と、追加成分による追加のエネルギー依存減衰に依存する追加寄与との組み合わせとして、エネルギー依存検出値を記述する検出値のモデルを使用して、エネルギー依存検出値の連立方程式を解くことによって、Ｋエッジ減衰値を求める。具体的には、検出値のモデルは、Ｋエッジ寄与と、骨といった第１のベース物質の寄与と、軟組織といった他のベース物質の他の寄与との組み合わせとして、エネルギー依存検出値を記述する。検出値のモデルは、Ｋエッジ寄与と、光電効果寄与と、コンプトン効果寄与との組み合わせとして、エネルギー依存検出値を記述することも可能である。成分分解ユニットは、Ｋエッジフィルタ材料のＫエッジ効果と、光電効果と、コンプトン効果との組み合わせとして、エネルギー依存検出値を記述する検出値のモデルを使用して、エネルギー依存検出値の連立方程式を解くことによって、Ｋエッジ減衰値を求める。各効果は、対応する減衰で、各々のエネルギー依存検出値に寄与する。これにより、例えば空間フィルタカーネル及び／又は時間フィルタカーネルを使用して平滑化されるＫエッジ減衰値を比較的簡単な方法で効果的に求めることができる。

Ｋエッジ減衰値が求められた後、当該Ｋエッジ減衰値は、空間的及び／又は時間的に平滑化され、平滑化されたＫエッジ減衰値は、エネルギー依存検出値の連立方程式を解くために再度使用される。ここでは、今度は平滑化されたＫエッジ減衰値が与えられ、連立方程式の解は、例えば光電効果減衰値及びコンプトン効果減衰値である。この光電効果減衰値及び／又はコンプトン効果減衰値は、検査ゾーンの像の再構成に使用される。

一実施形態では、成分分解ユニットは、ａ）光電効果成分値から、Ｋエッジフィルタ材料の対応するＫエッジ減衰値と、フィルタの光電効果成分値及びＫエッジフィルタ材料のＫエッジ減衰値の提供された比率との積を引き算し、ｂ）コンプトン効果成分値から、Ｋエッジフィルタ材料の対応するＫエッジ減衰値と、フィルタのコンプトン効果成分値及びＫエッジフィルタ材料のＫエッジ減衰値の提供された比率との積を引き算することによって、フィルタの光電効果及びコンプトン効果に対して、光電効果成分値及びコンプトン効果成分値を補正する。これは、光電効果成分値及びコンプトン効果成分値へのフィルタの考えられる悪影響を更に減少し、これにより、光電効果成分値及び／又はコンプトン効果成分値を使用することによって再構成される像の品質を更に向上させる。

成分分解ユニットは、検査ゾーン内のＫエッジ材料であるＫエッジ検査ゾーン材料である第４の成分によってもたらされた減衰を示す更なる第４の成分減衰値が求められるように、検出値に成分分解技術を適用する。ここで、Ｋエッジ検査ゾーン材料のＫエッジと、Ｋエッジフィルタ材料のＫエッジとは異なる。これにより、多色放射線のエネルギー範囲内のＫエッジを有する造影剤といった検査ゾーン内のＫエッジ検査ゾーン材料も考慮に入れることができる。第４の成分減衰値は、Ｋエッジ検査ゾーン材料を示し、したがって、検査ゾーン内にあるＫエッジ検査ゾーン材料の像を再構成するために、Ｋエッジフィルタ材料によってもたらされた減衰を示すＫエッジ減衰値とは別個に再構成される。この別個の再構成により、Ｋエッジフィルタ材料を含むフィルタによりもたらされる再構成への負の影響は減少され、具体的には排除される。これにより、例えば、検査ゾーン内に造影剤がある場合に、高品質の造影剤の像を再構成することができる。

本発明の更なる態様では、検出装置が提示される。当該検出装置は、
放射線を放出する放射線源であって、放射線は多色放射線であり、放射線が検出装置の検査ゾーンを横断するように適応される放射線源と、
検査ゾーンを横断した後の放射線を示すエネルギー依存検出値を生成する検出器と、
請求項１に記載される検出値処理装置と、
を含む。

本発明の更なる態様では、検出値処理方法が提示される。当該検出値処理方法は、
検出器によって生成され、検査ゾーンを横断した後の放射線を示すエネルギー依存検出値である検出値を提供するステップであって、放射線は、放射線源によって放出された多色放射線であり、多色放射線のエネルギー範囲内のＫエッジを有するＫエッジフィルタ材料を含むフィルタによってフィルタリングされる、ステップと、
検出値のエネルギー依存性から、Ｋエッジフィルタ材料によってもたらされた減衰を示す第１の成分減衰値であるＫエッジ減衰値と、検査ゾーンの追加成分によってもたらされた減衰を示す追加成分減衰値とを求めるために、検出値に成分分解技術を適用するステップと、
追加成分減衰値から検査ゾーンの像を再構成するステップと、
を含む。

本発明の更なる態様では、検出方法が提示される。当該検出方法は、
検査ゾーンを横断する多色放射線を放出するステップと、
検査ゾーンを横断した後の多色放射線を示すエネルギー依存検出値を生成するステップと、
エネルギー依存検出値を、請求項１２に記載されるように処理するステップと、
を含む。

本発明の更なる態様では、検出値処理コンピュータプログラムが提示される。当該検出値処理コンピュータプログラムは、それが請求項１に記載される検出値処理装置を制御するコンピュータ上で実行されると、検出値処理装置に、請求項１２に記載される検出値処理方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含む。

本発明の更なる態様では、検出コンピュータプログラムが提示される。当該検出コンピュータプログラムは、請求項１１に記載される検出装置を制御するコンピュータ上で実行されると、検出装置に、請求項１３に記載される検出方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含む。

請求項１の検出値処理装置、請求項１１の検出装置、請求項１２の検出値処理方法、請求項１３に記載の検出方法、並びに、請求項１４及び１５のコンピュータプログラムは、従属請求項に記載される同様及び／又は同一の好適な実施形態を有することは理解されるべきである。

本発明の好適な実施形態は、従属請求項の各独立請求項との任意の組み合わせであってもよいことは理解されるべきである。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明する実施形態を参照して明らかとなろう。

図１は、検出値処理装置を含む検出装置の一実施形態を概略的及び例示的に示す。図２は、ボウタイフィルタの一実施形態を概略的及び例示的に示す。図３は、ボウタイフィルタの一実施形態を概略的及び例示的に示す。図４は、検出値処理方法の一実施形態を例示的に説明するフローチャートを示す。図５は、検出方法の一実施形態を例示的に説明するフローチャートを示す。

図１は、本実施形態ではコンピュータ断層撮影システムである検出装置を概略的及び例示的に示す。コンピュータ断層撮影システム３０は、ｚ方向と平行に延在する回転軸Ｒの周りを回転可能なガントリ１を含む。本実施形態ではＸ線管である多色放射線源２がガントリ１上に取り付けられている。放射線源２には、放射線源２によって放出された多色放射線をフィルタリングし、本実施形態では放射線源２によって生成された放射線から円錐放射線ビーム４を形成するコリメーション及びフィルタリングユニット３が設けられている。放射線４は、本実施形態では円筒形である検査ゾーン５内の患者といった検査対象（図示せず）を横断する。検査ゾーンを横断した後、放射線ビーム４は、２次元検出面を含むエネルギー分解検出器６に入射する。検出器６は、ガントリ１上に取り付けられる。

エネルギー分解検出器は、例えば入射光子を計数し、特定のエネルギー領域におけるエネルギー当たりの光子数を示す検出値を出力するという原理に基づいて動作する。このようなエネルギー分解検出器は、例えば、Ｌｌｏｐａｒｔ、Ｘ他による論文「First test measurements of a 64k pixel readout chip working in a single photon counting mode」（Nucl. Inst. and Meth. A、５０９（１−３）、１５７−１６３、２００３年）及び同じくＬｌｏｐａｒｔ、Ｘ他による論文「Medipix2: A 64-k pixel readout chip with 55 mum square elements working in a single photon counting mode」（IEEE Trans. Nucl. Sci. ４９（５）：２２７９−２２８３、２００２年）に説明される。これらの論文は、参照することにより、本明細書に組み込まれるものとする。

図２及び図３に、コリメーション及びフィルタリングユニット３の一実施形態が概略的に及び例示的に示される。コリメーション及びフィルタリングユニット３は、焦点１８から延在する放射線４を平行にするコリメータ１７と、本実施形態では、動的制御可能なボウタイフィルタであるフィルタ１５とを含む。ボウタイフィルタ１５は、放射線４を減衰させる２つの部分を含む。結果としてもたらされる放射線４は、ボウタイフィルタ１５によってフィルタリングされない中心部分１９と、ボウタイフィルタ１５によってフィルタリングされた周辺部分２０とを含む。部分１６は、矢印２４によって示されるように移動可能である。部分１６は、制御ユニット９によって制御されるモータ２６によって好ましくは移動可能である。ボウタイフィルタ１５の部分１６は、放射線の中心に向って厚さが減少する。一実施形態では、ボウタイフィルタ１５の部分１６は、既知の固定式ボウタイフィルタの対応する部分のように形作られるが、固定式ボウタイフィルタとは対照的に、動的制御可能なボウタイフィルタ１５の部分１６は、矢印２４によって示される方向に移動可能である。

図２では、検査対象が検査ゾーン５の中心に置かれていると想定され、したがって、動的制御可能なボウタイフィルタ１５は、放射線４の中心部分１９がフィルタリングされないが、周辺部分２０のみがフィルタリングされるように配置される。図３は、動的制御可能なボウタイフィルタ１５の配置を示す。ここでは、検査対象は、試験ゾーン５の中心に置かれていないと想定される。したがって、放射線４の非減衰部分１９は、中心から外れるように移動されている。

フィルタ１５、具体的には、部分１６は、多色放射線４のエネルギー範囲内のＫエッジを有するＫエッジフィルタ材料を含む。Ｋエッジフィルタ材料は、多色放射線４のエネルギー範囲内のＫエッジエネルギーを有する原子を含む。Ｋエッジフィルタ材料は、例えば、タンタル、タングステン、金、及び鉛のうちの少なくとも１つを含む。これらの元素のうちの１つ又は幾つかは、それらの金属状態、又は、酸化状態といった別の化学状態で使用されても、例えば、Ｚ＜５０を有する元素といった低Ｚ元素を担持した他の安定化学化合物内に使用されてもよい。Ｋエッジフィルタ材料は、プラスチック、低原子番号の金属等といった他の低原子番号のホスト材料とのサンドイッチコンポーネントとして、又は、これらのホスト材料との混合物としても使用されてもよい。一実施形態では、多色放射線４のエネルギー範囲は、約４０ｋｅＶと約１１０ｋｅＶとの間であり、この場合、Ｋエッジフィルタ材料の原子の原子番号Ｚは、約５６と約９０との間の範囲内に好ましくはある。

コンピュータ断層撮影システムは、２つのモータ７、８を含む。ガントリ１は、モータ７によって、好適には一定の、しかし、調節可能な角速度で駆動される。モータ８は、回転軸Ｒすなわちｚ軸の方向と平行に、例えば検査ゾーン５内の患者台上に配置される患者である検査対象を移動させるために設けられている。これらのモータ７、８は、例えば、放射線源２と、検査ゾーン５ひいては検査ゾーン５内の検査対象とが、らせん軌道に沿って互いに相対的に移動するように、制御ユニット９によって制御される。しかし、放射線源２と検査ゾーン５とは、別の軌道に沿って互いに相対的に移動してもよい。例えば、検査対象及び検査ゾーン５は移動しないで、放射線源２のみが回転されてもよい。すなわち、放射線源２は、検査対象又は検査ゾーン５に対して円形軌道に沿って移動してもよい。更に、別の実施形態では、コリメーション及びフィルタリングユニットは、別のビーム形状、特にファンビームを形成してもよく、また、検出器６は、別のビーム形状、特にファンビームに対応して形作られた検出面を含む。

放射線源２と検査ゾーン５との相対移動の間に、検出器は、検出器６の検出面に入射する放射線に依存して、エネルギー依存検出値を生成する。

本実施形態では、投影データである検出値は、有線又は無線データ接続を介して、検出値受信ユニット１２を含む検出値処理装置１０に送信される。検出値提供ユニットとみなされてもよい検出値受信ユニット１２は、検出値のエネルギー依存性から、Ｋエッジフィルタ材料によってもたらされた減衰を示す第１の成分減衰値であるＫエッジ減衰値と、試験ゾーンの追加の成分によってもたらされた減衰を示す追加成分減衰値とを求めるために検出値に成分分解技術を適用する成分分解ユニット１３に、当該検出値を提供する。追加成分減衰値は、追加成分減衰値から検査ゾーン５内の検査対象の像を再構成する再構成ユニット１４によって使用される。例えば、再構成ユニットは、追加成分減衰値から像を再構成するために、フィルタ逆投影、反復再構成アルゴリズム、逆ラドン変換アルゴリズム等を行う。再構成された像はディスプレイ１１上に表示される。

Ｋエッジ減衰値は、各検出値をもたらした光線に沿ったＫエッジ吸収係数の線積分に対応する。

成分分解ユニットは、求めたＫエッジ減衰値を平滑化し、成分分解技術を再度適用する。ここでは、追加成分減衰値は、平滑化されたＫエッジ減衰値が与えられている間に求められる。Ｋエッジ減衰値を平滑化するために、好ましくは、空間及び時間フィルタカーネルが使用される。或いは、空間フィルタカーネルのみ、又は、時間フィルタカーネルのみが使用されてもよい。検出値は、収集時間、エネルギー領域（エネルギービンとみなされてよい）、及び検出器の検出素子によって好ましくは決められる。Ｋエッジ減衰値を空間的に平滑化するためには、特定の収集時間及び検出素子に関連するＫエッジ減衰値が、当該特定の検出素子、当該検出素子に隣接する検出素子、及び同じ収集時間に関連するＫエッジ減衰値の平均である平均Ｋエッジ減衰値によって置換される。Ｋエッジ減衰値を時間的に平滑化するためには、特定の収集時間及び検出素子に関連するＫエッジ減衰値が、特定の収集時間及び（同じ検出素子に対応する）隣接収集時間のＫエッジ減衰値の平均である平均Ｋエッジ減衰値によって置換される。換言すれば、Ｋエッジ減衰値
は、指数ｎにおいて時間空間近傍で平滑化され、ここでは指数ｎは、検出器６の各検出素子と収集時間とによって決められた測定パラメータを示す。

本実施形態では、成分分解ユニット１３は、検出値に物理的効果分解技術を適用する。しかし、成分分解ユニットは、ベース物質分解技術を検出値に適用してもよい。具体的には、成分分解ユニット１３は、検出値のエネルギー依存性から、Ｋエッジフィルタ材料によってもたらされた減衰を示す第１の成分減衰値であるＫエッジ減衰値と、第２の成分によってもたらされた減衰を示す第２の成分減衰値である追加成分減衰値と、第３の成分によってもたらされた減衰を示す第３の成分減衰値とを求めるために、検出値に成分分解技術を適用する。次に、再構成ユニット１４は、第２の成分減衰値と第３の成分減衰値との組み合わせから、検査ゾーンの像を再構成する。しかし、再構成ユニット１４は、第２の成分減衰値、又は、第３の成分減衰値から検査ゾーンの像を再構成してもよい。第２の成分は、検査ゾーンの光電効果成分であり、第３の成分は、検査ゾーンのコンプトン（Compton）効果成分である。Ｋエッジ減衰値及び追加成分減衰値を求めるために、成分分解ユニットは、エネルギー依存検出値の連立方程式を解く。ここで、Ｋエッジフィルタ材料のＫエッジ効果、光電効果、及びコンプトン効果の組み合わせとしてエネルギー依存検出値を記述する検出値のモデルが使用される。各効果は、各自のエネルギー依存検出値に対し、対応する減衰で寄与する。この連立方程式は、例えば、次のとおり定義できる。
ここで、
は、測定パラメータｎ及びエネルギービンｂによって定義される各検出値であり、測定パラメータｎは、検出器６の各検出素子と収集時間とによって定義される。エネルギービンｂ内のスペクトル感度は、Ｓ_ｂ（Ｅ）で示され、放射線源２からの放射線束は、φ（Ｅ）で示され、Ｋエッジ効果、光電効果、及びコンプトン効果といった様々な効果（又は、換言すれば、様々な成分又は様々な寄与）は、効果の集合Ｍからのｍで示され、各効果ｍのエネルギー依存関数（又は、換言すれば、各成分ｍのエネルギー依存減衰）は、ｆ_ｍ（Ｅ）で示され、
は、減衰値、すなわち、測定パラメータｎによって定義された検出値に寄与する各効果ｍの減衰線積分を示す。

本実施形態では、エネルギービンの数は、連立方程式が既知の数値法で解くことができるように少なくとも３つであり、数量Ｓ_ｂ（Ｅ）、φ（Ｅ）、及びｆ_ｍ（Ｅ）は既知であり、連立方程式を解いた結果は、コンプトン効果、光電効果、及びＫエッジ効果のそれぞれに対して減衰値
、
及び
である。スペクトル感度Ｓ_ｂ（Ｅ）と、放射線源からの放射線束φ（Ｅ）とは、検出装置の特性であり、例えば、検出装置の対応する測定結果から既知である。モデリングされた効果のエネルギー依存関数ｆ_ｍ（Ｅ）も、測定結果及び／又は文献から既知である。再構成ユニット１４は、コンプトン効果減衰値のみに基づいてコンプトン効果像を、光電効果減衰値のみに基づいて光電効果像を、及び／又は、光電効果減衰値とコンプトン効果減衰値とに基づいて複合像を再構成するが、後者の場合、対応する光電効果及びコンプトン効果減衰値の合計が好ましくは逆投影される。

ボウタイフィルタ１５が、Ｋエッジを有するフィルタ材料のみならず、光電効果及びコンプトン効果に著しく寄与するフィルタ材料も含む場合、成分分解ユニット１３は、ボウタイフィルタ１５のコンプトン効果減衰値及び光電効果減衰値を求め、これらのフィルタ減衰値を、上記式（１）に従って求めた光電効果減衰値
及びコンプトン効果減衰値
がボウタイフィルタによって影響を受けないように当該減衰値を補正するために、当該減衰値から引き算する。フィルタの光電効果は、Ｋエッジフィルタ材料のＫエッジ減衰値
を、フィルタの光電減衰値とＫエッジフィルタ材料のＫエッジ減衰値
との提供された比率Ｒ_ＫＰで掛け算することによって好ましくは求められる。フィルタのコンプトン効果減衰値は、Ｋエッジフィルタ材料のＫエッジ減衰値
を、フィルタのコンプトン効果減衰値とＫエッジフィルタ材料のＫエッジ減衰値
との提供された比率Ｒ_ＫＣで掛け算することによって好ましくは求められる。成分分解ユニット１３は、Ｋエッジ減衰値を求めている間に光電効果及びコンプトン効果へのボウタイフィルタ１５の考えられる寄与が直接考慮され、それにより、Ｋエッジ減衰値を求めるのと同時に、ボウタイフィルタ１５の光電効果及びコンプトン効果の影響を受けていない、補正された光電効果減衰値及びコンプトン効果減衰値も取得される。具体的には、成分分解ユニット１３は、以下の連立方程式を解く。
ここで、ｆ_Ｃ（Ｅ）は、コンプトン効果のエネルギー依存関数を示し、ｆ_Ｐ（Ｅ）は、光電効果のエネルギー依存関数を示す。Ｋエッジ材料のエネルギー依存関数は、ｆ_Ｋ（Ｅ）で示される。式（３）、（４）における、
は、検査ゾーンの補正済みコンプトン効果減衰値を示し、
は、検査ゾーンの補正済み光電効果減衰値を示す。再構成ユニット１４は、補正済みコンプトン効果減衰値及び／又は補正済み光電効果減衰値から検査ゾーンの像を再構成する。

一実施形態では、成分分解ユニット１３は、平滑化されたＫエッジ減衰値Ｆ^ｎを取得するためにＫエッジ減衰値
を平滑化し、また、特に、次式
に従って、分解技術を再度行うために、例えば、式（１）を解くことによって、Ｋエッジ減衰値
を最初に求める。

更に、ボウタイフィルタ１５が、Ｋエッジ材料を含むだけでなく、光電効果及びコンプトン効果にも寄与する場合、成分分解ユニット１３は、
に従って、検査ゾーンの補正済みコンプトン効果減衰値
と検査ゾーンの補正済み光電効果減衰値
とを求めるために、平滑化されたＫエッジ減衰値Ｆ^ｎを使用する。

求めた光電効果減衰値
とコンプトン効果減衰値
とは、検査ゾーン５内にある検査対象の像を再構成するために再構成ユニット１４によって使用される。

検査ゾーン５内に、（Ｋエッジフィルタ材料のＫエッジとは異なる）Ｋエッジを有する造影剤のようなＫエッジ検査ゾーン材料がある場合、成分分解ユニット１３は、特に、次式
（ここで、ｆ_ｚ（Ｅ）はＫエッジ検査ゾーン材料のエネルギー依存性を示し、
はＫエッジ検査ゾーン材料によってもたらされた減衰を示す第１の成分減衰値を示す）に従って、Ｋエッジ検査ゾーン材料である第４の成分によってもたらされた減衰を示す更なる第４の減衰値が求められるように、検出値に成分分解技術を適用する。第１の成分減衰値は、各光線に沿った吸収の線積分であり、検査ゾーン５内のＫエッジ検査ゾーン材料の分布の像を生成するために再構成ユニット１４によって再構成される。例えば、Ｋエッジ検査ゾーン材料が、検査ゾーン内の造影剤である場合、造影剤の像が再構成される。

以下、図４に示されるフローチャートを参照して、検出値処理方法の一実施形態が例示的に説明される。

ステップ１０１において、検出値が提供される。検出値は、検出器６によって生成され、検査ゾーン５を横断した後の放射線４を示すエネルギー依存検出値である。放射線４は、放射線源２によって放出された多色放射線であり、多色放射線４のエネルギー範囲内にＫエッジを有するＫエッジフィルタ材料を含むボウタイフィルタ１５によってフィルタリングされる。ステップ１０２において、検出値のエネルギー依存性から、Ｋエッジフィルタ材料によってもたらされた減衰を示す第１の成分減衰値であるＫエッジ減衰値と、検査ゾーンの追加成分によってもたらされた減衰を示す追加成分減衰値とを求めるために、成分分解技術が検出値に適用される。ステップ１０３において、検査ゾーンの像が、追加成分減衰値から再構成される。例えば、ステップ１０２において、コンプトン効果減衰値及び光電効果減衰値を求め、ステップ１０３において、コンプトン効果減衰値及び／又は光電効果減衰値を、検査ゾーンの像を再構成するために使用する。ステップ１０４において、再構成像は、ディスプレイ１１上に表示される。

図５は、検出方法の一実施形態を説明するフローチャートを例示的に示す。ステップ２０１において、放射線源２は、検査ゾーン５を横断する多色放射線４を放出する。ステップ２０２において、検出器６によってエネルギー依存検出値が生成される。検出値は、検査ゾーン５を横断した後の放射線４を示す。ステップ２０３において、検出値は、図４を参照して上述したとおり処理される。

上述したとおり、光子計数コンピュータ断層撮影に動的制御されたボウタイフィルタが使用される場合、主な問題は、通常、ボウタイフィルタの校正である。測定結果へのフィルタの影響が校正スキャンで簡単に測定できる静的ボウタイフィルタとは異なって、動的ボウタイフィルタは、患者である検査対象のスキャン時に動的に、特に検出器画素ごとに、すなわち、検出器素子ごとに減衰を変更する。しかし、ボウタイフィルタによる影響について検出値を補正するためには、各検出器素子及び各投影測定につき、ボウタイフィルタの影響の正確な知識が入手可能であるべきである。

動的ボウタイフィルタは、例えばエネルギー分離を有する光子計数検出器といったエネルギー選択検出器を使用した特定の原子の選択的及び定量的撮像を可能にするＫエッジ撮像で検出可能な原子を含むフィルタ材料から作られる。動的ボウタイフィルタは、そのようなＫエッジ材料の明確な濃度で作られる又は当該濃度を含む。したがって、ボウタイフィルタからの減衰は、検出値から容易に求めることができる。

ボウタイフィルタによる減衰を求めることができるので、処理及び校正が簡単になる。例えば、スキャナ、すなわち、検出装置は、ビーム中に任意のボウタイフィルトレーションなしで通常どおりに校正される。各スキャンは、通常どおり、事前に獲得した校正情報で補正される。各検出器測定値について、物質分解を行うことができる。分解のためのベース物質は、ボウタイフィルタ材料のＫエッジ材料を含まなくてはならない。これは、まさに、ボウタイフィルタＫエッジ材料によってもたらされる減衰である。ボウタイフィルタ材料が、Ｋエッジ材料と他の成分との混合物である場合、これらの成分の、例えば光電効果成分及びコンプトン効果成分の減衰は、ボウタイフィルタ材料の周知の組成が与えられて、推定することができる。

上記の投影領域成分分解は、測定結果と、例えば式（１）に定義される測定結果の上記モデルとが与えられて、
を推定する。ボウタイフィルタ材料がＫエッジ成分を含む場合、成分分解は、関連の減衰積分
を供給する。ボウタイフィルタＫエッジ材料は、その独自の成分ベース（component base）を有するため、他のベース成分を汚染せず、別の種類のチャネルに分離される。ボウタイフィルタ材料が、Ｋエッジ材料と他の成分との混合である場合、他のベース成分積分を補正するために、他の成分の既知の相対濃度及び既知のスペクトル吸収を使用する。例えば、ボウタイフィルタにおける追加成分は、上述のとおり、それらのコンプトン及び光電吸収で適切にモデリングされる。

ボウタイフィルタの影響は、例えば式（２）乃至（４）を参照して上述したとおり結果から引き算されるので、補正済みコンプトン及び光電効果成分を使用した最初の成分分解は、直接、出力として使用できる。別の実施形態では、成分分解は、その時既知の平滑化Ｋエッジ減衰値Ｆ^ｎが、例えば式（５）乃至（８）を参照して上述したとおりに使用される変形モデルで繰り返される。

上記実施形態において、Ｋエッジ成分以外の様々な成分は、光電効果成分、及びコンプトン効果成分であるが、様々な成分は、様々なベース物質を表すこともできる。更に、上記実施形態では、３つの成分が好ましくはモデリングされているが、検出値処理装置は、４つ以上の様々な成分をモデリングすることもできる。

上記式は、組み合わせることもできる。例えば、式（９）でも、既に求められ、平滑化されたＫエッジ減衰値を使用することができる。更に、式（９）に関して、式（３）、（４）、及び、（７）、（８）によって定義された光電効果成分減衰値及びコンプトン効果減衰値の補正を使用することができる。

開示された実施形態に対する他の変形は、図面、開示内容、及び添付の請求項の検討から、クレームされた発明を実施する当業者によって理解かつ実現できる。

請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数形を排除するものではない。

単一のユニット又はデバイスが、請求項に記載される幾つかのアイテムの機能を実現する。単に特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるからといって、これらの手段を有利に組み合わせて使用することができないということを示すものではない。

１つ又は幾つかのユニットによって行われるＫエッジ減衰値及び追加成分減衰値の決定といった計算は、任意の別の数のユニット又はデバイスによって行われてもよい。例えば、ステップ１０２及び１０３は、単一のユニットによって、又は、任意の他の数の様々なユニットによって行われてよい。検出値処理方法に従う検出値処理装置の計算並びに／又は制御、及び／若しくは、検出方法に従う検出装置の制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段、及び／又は、専用ハードウェアとして実施される。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体上に記憶／分散配置されるが、インターネット若しくは他の有線又は無線の通信システムを介してといったように他の形態で分散配置されてもよい。

請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈すべきではない。

本発明は、検出値処理装置に関する。検査ゾーンを横断した後の多色放射線を示すエネルギー依存検出値が提供される。放射線は、Ｋエッジフィルタ材料を含むフィルタによってフィルタリングされる。Ｋエッジフィルタ材料によってもたらされた減衰を示す第１の成分減衰値であるＫエッジ減衰値と、検査ゾーンの追加成分によってもたらされた減衰を示す追加成分減衰値とを求めるために、成分分解技術が検出値に適用され、検査ゾーンの像が、追加成分減衰値から再構成される。したがって、像の再構成にＫエッジ減衰値が使用されないので、フィルタによって悪影響を受けていない像が再構成される。これは、再構成された像の品質を向上させる。

Claims

検出値を提供する検出値提供ユニットであって、前記検出値は、検出器によって生成され、検査ゾーンを横断した後の放射線を示すエネルギー依存検出値であり、前記放射線は、放射線源によって放出された多色放射線であり、前記多色放射線のエネルギー範囲内のＫエッジを有するＫエッジフィルタ材料を含むフィルタによってフィルタリングされる、当該検出値提供ユニットと、
前記検出値のエネルギー依存性から、前記Ｋエッジフィルタ材料によってもたらされた減衰を示す第１の成分減衰値であるＫエッジ減衰値と、前記検査ゾーンの追加成分によってもたらされた減衰を示す追加成分減衰値とを求めるために、前記検出値に成分分解技術を適用する成分分解ユニットと、
前記追加成分減衰値から前記検査ゾーンの像を再構成する再構成ユニットと、
を含む、検出値処理装置。
前記フィルタは、ボウタイフィルタである、請求項１に記載の検出値処理装置。
前記フィルタは、動的制御可能なボウタイフィルタである、請求項１に記載の検出値処理装置。
前記成分分解ユニットは、求めた前記Ｋエッジ減衰値を平滑化し、前記成分分解技術を再度適用し、前記追加成分減衰値は、平滑化された前記Ｋエッジ減衰値が与えられている間に求められる、請求項１に記載の検出値処理装置。
前記成分分解ユニットは、前記Ｋエッジ減衰値を平滑化するために、空間フィルタカーネル及び時間フィルタカーネルのうち少なくとも一方を使用する、請求項４に記載の検出値処理装置。
前記成分分解ユニットは、前記検出値のエネルギー依存性から、前記Ｋエッジフィルタ材料によってもたらされた減衰を示す第１の成分減衰値であるＫエッジ減衰値と、第２の成分によってもたらされた減衰を示す第２の成分減衰値である前記追加成分減衰値と、第３の成分によってもたらされた減衰を示す第３の成分減衰値とを求めるために、前記検出値に成分分解技術を適用する、請求項１に記載の検出値処理装置。
前記再構成ユニットは、前記第２の成分減衰値及び前記第３の成分減衰値の組み合わせから前記検査ゾーンの像を再構成する、請求項６に記載の検出値処理装置。
前記第２及び第３の成分のうちの一方は、光電効果成分値を生成するための前記検査ゾーンの光電効果成分であり、前記第２及び第３の成分のうちの他方は、コンプトン効果成分値を生成するための前記検査ゾーンのコンプトン効果成分である、請求項６に記載の検出値処理装置。
前記成分分解ユニットは、ａ）前記光電効果成分値から、前記Ｋエッジフィルタ材料の対応するＫエッジ減衰値と、前記フィルタの光電効果成分値及び前記Ｋエッジフィルタ材料の前記Ｋエッジ減衰値の提供された比率との積を引き算し、ｂ）前記コンプトン効果成分値から、前記Ｋエッジフィルタ材料の対応するＫエッジ減衰値と、前記フィルタのコンプトン効果成分値及び前記Ｋエッジフィルタ材料の前記Ｋエッジ減衰値の提供された比率との積を引き算することによって、前記フィルタの光電効果及びコンプトン効果に対して、前記光電効果成分値及び前記コンプトン効果成分値を補正する、請求項８に記載の検出値処理装置。
前記成分分解ユニットは、前記検査ゾーン内のＫエッジ材料であるＫエッジ検査ゾーン材料である第４の成分によってもたらされた減衰を示す更なる第４の成分減衰値が求められるように、前記検出値に前記成分分解技術を適用し、前記Ｋエッジ検査ゾーン材料のＫエッジと、前記Ｋエッジフィルタ材料のＫエッジとは異なる、請求項６に記載の検出値処理装置。
放射線を放出する放射線源であって、前記放射線は多色放射線であり、前記放射線が前記検出装置の検査ゾーンを横断するように適応される前記放射線源と、
前記検査ゾーンを横断した後の前記放射線を示すエネルギー依存検出値を生成する検出器と、
請求項１に記載される検出値処理装置と、
を含む、検出装置。
検出器によって生成され、検査ゾーンを横断した後の放射線を示すエネルギー依存検出値である検出値を提供するステップであって、前記放射線は、放射線源によって放出された多色放射線であり、前記多色放射線のエネルギー範囲内のＫエッジを有するＫエッジフィルタ材料を含むフィルタによってフィルタリングされる、ステップと、
前記検出値のエネルギー依存性から、前記Ｋエッジフィルタ材料によってもたらされた減衰を示す第１の成分減衰値であるＫエッジ減衰値と、前記検査ゾーンの追加成分によってもたらされた減衰を示す追加成分減衰値とを求めるために、前記検出値に成分分解技術を適用するステップと、
前記追加成分減衰値から前記検査ゾーンの像を再構成するステップと、
を含む、検出値処理方法。
検査ゾーンを横断する多色放射線を放出するステップと、
前記検査ゾーンを横断した後の前記多色放射線を示すエネルギー依存検出値を生成するステップと、
前記エネルギー依存検出値を、請求項１２に記載されるように処理するステップと、
を含む、検出方法。
検出値処理コンピュータプログラムが、請求項１に記載される検出値処理装置を制御するコンピュータ上で実行されると、前記検出値処理装置に、請求項１２に記載される検出値処理方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含む、検出値処理コンピュータプログラム。
検出コンピュータプログラムが、請求項１１に記載される検出装置を制御するコンピュータ上で実行されると、前記検出装置に、請求項１３に記載される検出方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含む、検出コンピュータプログラム。