マルチビュー間隔での高速ｋＶ変調を用いてデュアルスペクトルＣＴを実行するための方法及び装置
【課題】単一スキャンの間に複数のエネルギー状態で撮像データを収集する方法及び装置を提供すること。
【解決手段】ＣＴシステムは、発生器に対してＸ線源を第１の持続時間（７４）にわたって第１の電圧（７０）に付勢させること、少なくとも第１の持続時間（７４）の間に少なくとも１つのビュー（７６）に関する撮像データを収集すること、第１の持続時間（７４）の後で、発生器に対してＸ線源を第２の持続時間（７８）にわたって第２の電圧（７２）に付勢させること、並びに少なくとも第２の持続時間（７８）の間に２つ以上のビュー（８０）に関する撮像データを収集すること、を行うように構成された制御器を含む。
【解決手段】ＣＴシステムは、発生器に対してＸ線源を第１の持続時間（７４）にわたって第１の電圧（７０）に付勢させること、少なくとも第１の持続時間（７４）の間に少なくとも１つのビュー（７６）に関する撮像データを収集すること、第１の持続時間（７４）の後で、発生器に対してＸ線源を第２の持続時間（７８）にわたって第２の電圧（７２）に付勢させること、並びに少なくとも第２の持続時間（７８）の間に２つ以上のビュー（８０）に関する撮像データを収集すること、を行うように構成された制御器を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には診断用撮像に関し、さらに詳細には、マルチビュー間隔で変調されたマルチエネルギー撮像源を用いて複数のエネルギー域で撮像データを収集する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ断層（ＣＴ）撮像システムでは典型的には、患者や荷物など検査対象や被検物に向けてＸ線源が扇形状にビームを放出する。以下において「検査対象（ｓｕｂｊｅｃｔ）」及び「被検物（ｏｂｊｅｃｔ）」という用語は、撮像の対象となり得る任意のものを含むものとする。このビームは、検査対象により減衰を受けた後、放射線検出器のアレイに当たる。検出器アレイの位置で受け取った減衰ビーム放射の強度は典型的には検査対象によるＸ線ビームの減衰に依存する。検出器アレイの各検出器素子は、各検出器素子が受け取った減衰ビームを表す電気信号を別々に発生させる。この電気信号は、最終的に画像作成の解析のためにデータ処理システムに送られる。
【０００３】
一般的にはＸ線源と検出器アレイを、撮像面内で検査対象を取り囲むガントリの周りで回転させている。Ｘ線源は、焦点の位置でＸ線ビームを放出するＸ線管を含むのが典型的である。Ｘ線検出器は、検出器の位置で受け取られるＸ線ビームをコリメートするためのコリメータと、Ｘ線を光学的エネルギーに変換するためにコリメータの近くにあるシンチレータと、近傍にあるシンチレータから光学的エネルギーを受け取りこれから電気信号を生成するためのフォトダイオードと、を含むのが典型的である。
【０００４】
典型的には、シンチレータアレイの各シンチレータはＸ線を光学的エネルギーに変換する。各シンチレータはその近傍にあるフォトダイオードに光学的エネルギーを放出する。各フォトダイオードはこの光学的エネルギーを検出し、対応する電気信号を発生させる。フォトダイオードの出力は次いで、画像再構成のためにデータ処理システムに送られる。
【０００５】
ＣＴ撮像システムは、ＥＤＣＴ、ＭＥＣＴ及び／またはＤＥ−ＣＴ撮像システムと呼ぶことがあるエネルギー弁別（ＥＤ）型、マルチエネルギー（ＭＥ）型、及び／またはデュアルエネルギー（ＤＥ）型のＣＴ撮像システムを含むことがある。こうしたシステムは、シンチレータあるいはシンチレータの代わりとなる直接変換検出器材料を用いることがある。ＥＤＣＴ、ＭＥＣＴ、及び／またはＤＥ−ＣＴ撮像システムは一例では、様々なＸ線スペクトルに応答するように構成されている。例えば従来の第３世代ＣＴシステムは、放出Ｘ線ビームをなす入射フォトンのエネルギーのピーク及びスペクトルを異ならせた様々なピークキロボルト（ｋＶｐ）レベルで投影を順次収集することがある。検出器に到達するＸ線光子のそれぞれをその光子エネルギーと共に記録するようなエネルギー感応性検出器が用いられることがある。
【０００６】
計測値を得るための技法には、（１）２つの弁別的なエネルギースペクトルを用いたスキャン、及び（２）検出器でのエネルギー預託に従った光子エネルギーの検出が含まれる。ＥＤＣＴ／ＭＥＣＴ／ＤＥ−ＣＴは、エネルギー弁別及び材料特徴付けを提供する。例えば物体散乱が無ければシステムによって、入射Ｘ線スペクトルの低エネルギー部分と高エネルギー部分というスペクトル内の２つの光子エネルギー領域からの信号に基づいた異なるエネルギーでの挙動が導出される。医用ＣＴの所与のエネルギー領域では、Ｘ線減衰に対して（１）コンプトン散乱と（２）光電効果という２つの物理過程が支配的である。２つのエネルギー領域からの検出信号によって、撮像対象材料のエネルギー依存性を分解させるのに十分な情報が提供される。さらに２つのエネルギー領域からの検出信号によって、想定した２つの材料から構成された被検物の組成比を決定するための十分な情報が提供される。
【０００７】
デュアルエネルギースキャンの主たる目的は、異なるクロマチックエネルギー状態による２つのスキャンを利用することによって画像内部でコントラスト分離を強調した診断ＣＴ画像を取得することにある。（１）そのスキャンが検査対象の周りに２回の回転を必要とするような逐次的なバックツーバック（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）方式か、（２）その管球が例えば８０ｋＶｐ及び１４０ｋＶｐのポテンシャルで動作するような検査対象の周りで必要な回転が１回であるような回転角度の関数とした交互配置方式かのいずれかで２つのスキャンを収集することを含むデュアルエネルギースキャンを実現するために、多くの技法が提唱されてきた。高周波発生器によって、交互のビューに対する高周波電磁気エネルギー投射源のｋＶｐポテンシャルの切り替えを可能とさせている。このため、２つのデュアルエネルギー画像に関するデータは、従来のＣＴテクノロジーで必要であったように数秒間の離間をとって２つの別々のスキャンをするのではなく、時間交互配置方式で取得することができる。さらに、互いに数秒間の離間をとって別々にスキャンをすると、患者の動き（外部的な患者の動きと内部の臓器の動きの両方）並びに様々な円錐角度に起因してデータ組間で位置整列不良が生じる。また動きのある身体フィーチャに関して詳細部の分解が必要である場合では一般的に、従来の２パス型のデュアルｋＶｐ技法は高信頼性に適用することが不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、患者動きを最小としかつ円錐角度効果を最小限にするような単一スキャンの間に複数のエネルギー状態で撮像データを収集するための装置及び方法を設計することが望ましい。
【０００９】
本発明は、単一スキャンの間に複数のエネルギー状態で撮像データを収集する方法及び装置を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様では、ＣＴシステムは、スキャン対象を受け容れるための開口部を有する回転式ガントリと、検査対象に向けて複数のエネルギーを有するＸ線を投射するように構成されたＸ線源と、Ｘ線源を第１の電圧に付勢するように構成されかつＸ線源を第１の電圧と異なる第２の電圧に付勢するように構成された発生器と、を含む。本システムはさらに、発生器に対してＸ線源を第１の持続時間にわたって第１の電圧に付勢させること、少なくとも第１の持続時間の間に少なくとも１つのビューに関する撮像データを収集すること、第１の持続時間の後で、発生器に対してＸ線源を第２の持続時間にわたって第２の電圧に付勢させること、並びに少なくとも第２の持続時間の間に２つ以上のビューに関する撮像データを収集すること、を行うように構成された制御器を含む。
【００１１】
本発明の別の態様では、複数のクロマチックエネルギーでＣＴ撮像データを収集する方法は、ガントリ上に装着したＸ線源を撮像対象の周りで回転させる工程と、ガントリの第１の角度性回転の間に被検物に向けて第１の電圧を有するＸ線エネルギービームを投射する工程と、第１の角度性回転の間に第１組の計測投影を収集する工程と、を含む。本方法はさらに、第１組の計測投影の収集後のガントリの第２の角度性回転の間に被検物に向けて第２の電圧を有するＸ線エネルギービームを投射する工程と、ガントリの第２の角度性回転の間に２つ以上の計測投影からなる第２の組を収集する工程と、を含む。
【００１２】
本発明のさらに別の態様では、制御器が複数のクロマチックエネルギー状態で撮像データを収集するように構成されており、該制御器は、そのエネルギー源がスキャン対象に向けて第１の電圧ポテンシャルの第１のＸ線ビームを投射するように構成させてガントリ上に装着されたＸ線源を付勢すること、該第１のＸ線ビームから少なくとも１つのビューデータの第１の組を収集すること、検査対象に向けて第２のＸ線ビームを投射するようにＸ線源を第２の電圧ポテンシャルに付勢すること、並びに該第２のＸ線ビームから少なくとも２つの後続のビューデータの第２の組を収集すること、を行わせる命令を有する。
【００１３】
本発明に関する様々な別の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付の図面は、本発明を実施するために目下のところ企図される好ましい一実施形態を図示したものである。
【００１５】
診断用デバイスは、Ｘ線システム、磁気共鳴（ＭＲ）システム、超音波システム、コンピュータ断層（ＣＴ）システム、陽電子放出断層（ＰＥＴ）システム、超音波、核医学その他のタイプの撮像システムを含む。Ｘ線源の用途は、撮像、医学、セキュリティ及び工業用検査の用途を含む。しかし当業者であれば、ある実現形態は単一スライスや別の多重スライス構成で用いるように利用可能であることを理解されよう。さらにある実現形態はＸ線の検出及び変換に利用可能である。しかし当業者であればさらに、ある実現形態は別の高周波電磁気エネルギーの検出及び変換に利用可能であることを理解されよう。ある実現形態は、「第３世代」ＣＴスキャナ及び／または別のＣＴシステムで利用可能である。
【００１６】
本発明の動作環境について、６４スライスのコンピュータ断層（ＣＴ）システムに関連して記載することにする。しかし当業者であれば、本発明が別の多重スライス構成で用いるように等しく適用可能であることを理解されよう。
【００１７】
図１を参照すると、「第３世代」ＣＴスキャナに特徴的なガントリ１２を含むようなコンピュータ断層（ＣＴ）撮像システム１０を表している。ガントリ１２は、ガントリ１２の反対側にある検出器アセンブリまたはコリメータ１８に向けてポリクロマチックＸ線ビーム１６を投射するＸ線源１４を有する。ここで図２を参照すると、検出器アセンブリ１８は複数の検出器２０及びデータ収集システム（ＤＡＳ）３２によって形成されている。複数の検出器２０は患者２２を通過する投射Ｘ線を検知しており、またＤＡＳ３２は後続の処理のためにこのデータをディジタル信号に変換している。各検出器２０は、入射したＸ線ビームすなわち患者２２を通過して減衰を受けたビームの強度を表すアナログ電気信号を発生させる。Ｘ線投影データを収集するスキャンの間に、ガントリ１２及びこの上に装着された構成要素は回転中心２４の周りに回転する。
【００１８】
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作はＣＴシステム１０の制御機構２６によって統御される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力信号及びタイミング信号を提供するＸ線発生器２８と、ガントリ１２の位置及び回転速度を制御するガントリモータ制御器３０と、を含む。画像再構成装置３４は、サンプリングされディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取り、高速で再構成を実行する。この再構成画像はコンピュータ３６に入力として与えられ、このコンピュータ３６によって画像が大容量記憶装置３８内に保存される。
【００１９】
コンピュータ３６はまた、キーボード、マウス、音声起動制御器または適当な別の任意の入力装置などある形態のオペレータインタフェースを有するコンソール４０を介してオペレータからコマンド及びスキャンパラメータを受け取る。付属のディスプレイ４２によってオペレータはコンピュータ３６からの再構成画像その他のデータを観察することができる。コンピュータ３６は、オペレータが発したコマンド及びパラメータを用いて、制御信号及び制御情報をＤＡＳ３２、Ｘ線発生器２８及びガントリモータ制御器３０に提供する。さらにコンピュータ３６は、患者２２及びガントリ１２を位置決めするようにモータ式テーブル４６を制御するためのテーブルモータ制御器４４を動作させる。具体的には、テーブル４６によって図１のガントリ開口４８内に患者２２を完全にあるいはその一部を通過させている。
【００２０】
図３に示すように、検出器アセンブリ１８はコリメート用ブレードまたはプレート１９をその間に配置させたレール１７を含む。プレート１９は、Ｘ線ビームが例えば検出器アセンブリ１８上に位置決めされた図４の検出器２０上に当たる前にＸ線１６をコリメートするように位置決めされる。一実施形態では検出器アセンブリ１８は、その各々が６４×１６個の画素５０からなるアレイサイズを有する５７個の検出器２０を含む。このため検出器アセンブリ１８は、ガントリ１２の各回転によって６４個の同時データスライスの収集を可能とするように６４の横列と９１２の縦列（１６×５７個の検出器）を有する。
【００２１】
図４を参照すると、検出器２０はＤＡＳ３２を含んでおり、各検出器２０がパック５１内に多数の検出器素子５０を配列させて含む。検出器２０は、パック５１内部で検出器素子５０を基準として位置決めされたピン５２を含む。パック５１は、複数のダイオード５９を有するバックライト式ダイオードアレイ５３上に位置決めされている。一方バックライト式ダイオードアレイ５３は多層サブストレート５４上に位置決めされている。多層サブストレート５４上にはスペーサ５５が配置されている。検出器素子５０はバックライト式ダイオードアレイ５３と光学的に結合されており、バックライト式ダイオードアレイ５３は一方多層サブストレート５４と電気的に結合されている。多層サブストレート５４のフェース５７に対してかつＤＡＳ３２に対して、フレックス回路５６が取り付けられている。検出器２０はピン５２を用いることによって検出器アセンブリ１８内部に位置決めされる。
【００２２】
一実施形態の動作では、検出器素子５０内部に入ったＸ線はパック５１を横断するフォトンを発生させ、これがアナログ信号を発生させてバックライト式ダイオードアレイ５３内部のダイオード上で検出される。発生させたアナログ信号は多層サブストレート５４を通過しフレックス回路５６を通過して、アナログ信号をディジタル信号に変換するＤＡＳ３２まで送られる。
【００２３】
検討したように、従来のデュアルｋＶｐ式ＣＴスキャンは、例えば先ずあるｋＶｐでスキャンし次いで第２のｋＶｐでスキャンすることによって実施されることがある。２つのｋＶｐで収集した画像に起こりうる位置整列不良を克服するために、図５に本発明の一実施形態に従ったデュアルｋＶｐ機能を有するスキャンシーケンスを図示している。図５は、０．３〜２ｍｓｅｃごとなどマルチビュー間隔でｋＶｐ変調を実施し、２つのｋＶｐデータ組間の位置整列不良を大幅に低下または排除すると共に、同時に２つのｋＶｐでの画像再構成に十分なデータを提供することができることを表している。
【００２４】
ここで図５を参照すると、本発明の一実施形態では撮像データが第１の電圧７０と第２の電圧７２で収集される。本実施形態及び関連する実施形態では、撮像データのことをビューまたは投影とも呼んでいる。この実施形態では図２のＸ線発生器２８は、制御器２６により制御を受けており、時刻７１またはその前に開始して第１の持続時間７４にわたってＸ線管１４に第１の電圧７０を提供すると共に、この第１の電圧７０を時刻８８まで提供している。第１の持続時間７４の間に、Ｘ線管１４を第１の電圧７０とした１つまたは複数のビューデータ７６がコンピュータ３６により収集されることがある。第１の持続時間７４の後にＸ線発生器２８は、時刻７９で開始して第２の持続時間７８にわたってＸ線管１４に第２の電圧７２を提供し、この第２の電圧７２は時刻８１まで提供される。第２の持続時間７４の間に、Ｘ線管１４を第２の電圧７２とした２つ以上のビューデータ８０がコンピュータ３６により収集されることがある。第２の持続時間７８の後でＸ線発生器２８は、再びＸ線管１４に対して第１の電圧７０を時刻８３で開始して第３の持続時間８２にわたって提供し、この第１の電圧７０は時刻８５まで提供される。第３の持続時間８２の間に、Ｘ線管１４を第１の電圧７０として１つまたは複数のビューデータ８４がコンピュータ３６により収集されることがある。本発明の一実施形態では、Ｘ線管１４において第１の電圧７０は８０ｋＶｐであり、かつ第２の電圧７２は１４０ｋＶｐである。本発明の別の実施形態では、Ｘ線管１４の電流は加えられた電圧７０、７２の関数として制御される。
【００２５】
容量性効果やその他の効果のために、Ｘ線発生器２８は第１の電圧７０から第２の電圧７２に、並びにこの逆方向に瞬時に切り替えることは不可能である。このため典型的には、電圧変更の実現を可能にするには有限の時間が必要である。再び図５を見ると例えば、Ｘ線発生器２８は時刻７３まで第１の電圧７０とすることがある。Ｘ線発生器２８に第２の電圧７２を出力させる時点である時刻７３において、発生器２８の出力はこの後の時刻７９まで第２の電圧７２に至っていない。したがって、Ｘ線発生器２８の電圧が２つの電圧７０、７２の間で遷移状態にある期間である遷移時間７５が時刻７３から時刻７９まで生じる。
【００２６】
第１の電圧７０でビューデータを収集した後の第２の電圧７２によるビューデータ収集の遅延を回避し、ビューデータが第２の電圧７２が実際に実現されたときだけに収集されるようにするため、遷移７５の間にビューデータを収集することがある。この方式では、第１の電圧７０でのビューデータが遷移７５の部分で収集されることがあり、また第２の電圧７２でのビューデータが遷移７５の別の部分で収集されることがある。図５に示すように、第１の電圧７０におけるビュー７６は時刻８９で開始され、遷移７５の途中の点８９に実質的に対応する時刻９０で終了する最終ビュー８７を含む。したがってビュー８７は、第１の電圧７０で収集したビューデータ以外に、第１の電圧７０より高くかつ電圧７０、７２の間の点８９の電圧より低い電圧で収集したビューデータを含む。Ｘ線管１４の電圧が点８９を通過した後に、ビュー８７は完了し、ビュー８０のうちの第１のビュー９１におけるビューデータの収集が開始される。このため第１のビュー９１は、第２の電圧７２の電圧を含んで時刻９０で始まり時刻９３で終了する。
【００２７】
Ｘ線発生器２８内における信号のタイミングは、患者２２に対する線量が最小限となるようにコンピュータ３６によって制御されることがある。ビューデータ７６は第１の電圧７０で収集されることがあり、また第１の電圧７０における最終ビュー収集８７は、発生器の出力電圧が電圧の遷移状態にある間（すなわち、時刻７３と９０の間）に収集したデータを含むことがある。さらに、第２の電圧７２で収集したデータを含む第１のビューデータ９１は、出力電圧により第２の電圧７２が実現される前に生じるように時刻９０においてトリガを受けることがある。本発明の一実施形態では、図５に示すようなトリガ点８９が第１の電圧７０と第２の電圧７２の実質的に中間で発生している。しかし当業者であれば、そのトリガが２つの電圧７０、７２の中間点でトリガを受けないことになり、この２つの電圧の間のある別の点に来ることがあることを理解されよう。当業者であればさらに、低電圧と高電圧からなるパターンは様々な回数（したがって、様々なガントリ角度で）反復させ、これによって１つまたは複数のビューが第１の電圧７０で取得され、第２の電圧７２で２つ以上のビューが取得され、かつ再度第１の電圧７０で１つまたは複数のビューが取得されるようにした交互配置のデータパターンを収集することがあることを理解されよう。当業者であればさらに、各持続時間の間に取得するビューの数は必ずしも図示したパターン（すなわち、第１の電圧７０で３つのビュー、第２の電圧７２で２つのビュー、第１の電圧７０で３つのビュー）に限定されるものではなく、その数はもう一方のｋＶｐに切り替え戻す前に各ｋＶｐにおいて数１０ｍｓｅｃにわたる２〜５０ビューの範囲とすることがあることを理解されよう。
【００２８】
一般に、一方が低ｋＶｐでありもう一方が高ｋＶｐであるような同じ角度位置からの２つの投影ｐｌｏｗとｐｈｉｇｈを使用する際に、基本材料分解（ｂａｓｉｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）過程を通じて材料特異的情報を取得することができる。この過程では、任意の材料のＸ線減衰係数を材料がその減衰曲線内にｋエッジを有しないようなあるエネルギー領域内における２つの基本材料の加重和として表現することができる。高ｋＶｐ及び低ｋＶｐで計測したＸ線減衰から基本材料密度線績分を取得するための機械特異的材料分解関数ｆ１（）及びｆ２（）（例えば、ｄｍ１とｄｍ２をそれぞれ基本材料１と２の密度とした、∫ｄｍ１ｄｌ＝ｆ１（ｐｌｏｗ，ｐｈｉｇｈ）及び∫ｄｍ２ｄｌ＝ｆ２（ｐｌｏｗ，ｐｈｉｇｈ））を導出することができる。材料密度線績分を用いたＣＴ再構成によれば、２つの基本材料からなる密度画像を、定量的で正確かつビームハードニング無く作成することが可能である。したがって高ｋＶｐと低ｋＶｐの投影データは、２つの収集間で時間遅延を全く無くすか極めて小さくして同じガントリ角度で取得しなければならない。
【００２９】
ここで図６を参照すると、本発明の一実施形態に従って、所与のガントリ角度の計測投影を近傍のビューデータから取得することがある。図５に示すようなデータに対応する一例ではプロフィール９４は、図５に関連した検討による低ｋＶｐ及び高ｋＶｐで取得した計測投影を含む。本発明の一実施形態では、各電圧における計測投影は、対応する補間済み投影を取得するため、並びに上で検討したようなＣＴ再構成のための基本材料データを提供するために使用されることがある。例えば近傍の計測投影データ９８及び１００に対する補間によって低ｋＶｐ投影データ９６が取得されることがある。このため補間による低ｋＶｐ投影データ９６及び計測した高ｋＶｐ投影データ１０２によって、所与のガントリ角度に関する２つのｋＶｐでのデータが提供される。本明細書に記載した補間方法は別のビューに拡張することができる。したがって補間済みデータ１０４〜１１０は、近傍の計測投影データを用いることによって同様の方式で取得することができる。このため計測した投影データは、高ｋＶｐと低ｋＶｐの交互配置データからなる計測データを提供するのみならず、これによって所与のガントリ角度において対応するデータを補間するための基準が形成され、高ｋＶｐ及び低ｋＶｐ投影データを等価的時刻にすることが可能となると共に基本材料分解を実行するためのビューが提供される。
【００３０】
ここで図７を参照すると梱包品／手荷物検査システム５１０は、梱包品や手荷物をその内部に通過させ得る開口部５１４をその内部に有する回転式ガントリ５１２を含む。回転式ガントリ５１２は、高周波電磁気エネルギー源５１６、並びに図４または５に示したのと同様のシンチレータセルからなるシンチレータアレイを有する検出器アセンブリ５１８を収容している。さらに搬送システム５２０が設けられており、該搬送システム５２０は、スキャンのために開口部５１４内に梱包品や手荷物品５２６を自動的かつ連続的に通過させるための構造５２４によって支持された搬送ベルト５２２を含む。被検物５２６は制御された連続方式で、搬送ベルト５２２により開口部５１４内にフィードされ、次いで撮像データが収集され、さらに搬送ベルト５２２によって開口部５１４から梱包品５２６が排出される。このため、郵便検査員、手荷物取扱い者、及び別のセキュリティ担当者は、爆発物、ナイフ、銃器、禁制品、その他の有無について梱包品５２６の内容を非侵襲的に検査することができる。
【００３１】
開示した方法及び装置の技術的寄与は、マルチビュー間隔で変調したマルチエネルギー撮像源を用いて複数のエネルギー域で撮像データを収集するコンピュータ実現型の方法がこれによって提供されることである。
【００３２】
システム１０及び／または５１０の一実現形態は一例では、電子構成要素、ハードウェア構成要素、及び／またはコンピュータソフトウェア構成要素のうちの１つまたは幾つかなどの複数の構成要素を備える。システム１０及び／または５１０の一実現形態内では、こうした構成要素を数多く組み合わせたり、分離させたりすることができる。システム１０及び／または５１０の一実現形態の例示的な一構成要素は、多くのプログラミング言語のうちのいずれかによって記述または実現させたコンピュータ命令の組及び／またはシリーズを利用するかつ／または備えることは当業者であれば理解されよう。システム１０及び／または５１０の一実現形態は一例では、任意の向き（例えば、水平方向、斜方向あるいは垂直方向）を含む（本明細書の説明及び図面では、説明を目的としてシステム１０及び／または５１０の一実現形態の例示的な向きを示している）。
【００３３】
システム１０及び／またはシステム５１０の一実現形態は一例では、１つまたは複数のコンピュータ読み取り可能信号保持媒体を利用する。コンピュータ読み取り可能信号保持媒体は一例では、１つまたは複数の実現形態の１つまたは複数の部分を実行するためのソフトウェア、ファームウェア及び／またはアセンブリ言語を保存する。システム１０及び／またはシステム５１０の一実現形態向けのコンピュータ読み取り可能信号保持媒体の一例は、画像再構成装置３４の記録可能データ記憶媒体及び／またはコンピュータ３６の大容量記憶装置３８を備える。システム１０及び／またはシステム５１０の一実現形態向けのコンピュータ読み取り可能信号保持媒体は一例では、磁気式、電気式、光学式、生物学式及び／または原子式のデータ記憶媒体のうちの１つまたは幾つかを備える。例えば、コンピュータ読み取り可能信号保持媒体の一実現形態は、フレキシブルディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスクドライブ及び／または電子式メモリを備える。別の例では、コンピュータ読み取り可能信号保持媒体の一実現形態は、例えば電話ネットワーク、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）、ワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、インターネット及び／またはワイヤレスネットワークのうちの１つまたは幾つかなどシステム１０及び／またはシステム５１０の一実現形態を構成するまたはこれと結合させたネットワークを介して送られる変調搬送波信号を含む。
【００３４】
したがって本発明の一実施形態では、ＣＴシステムは、スキャン対象を受け容れるための開口部を有する回転式ガントリと、検査対象に向けて複数のエネルギーを有するＸ線を投射するように構成されたＸ線源と、Ｘ線源を第１の電圧に付勢するように構成されかつＸ線源を第１の電圧と異なる第２の電圧に付勢するように構成された発生器と、を含む。本システムはさらに、発生器に対してＸ線源を第１の持続時間にわたって第１の電圧に付勢させること、少なくとも第１の持続時間の間に少なくとも１つのビューに関する撮像データを収集すること、第１の持続時間の後で、発生器に対してＸ線源を第２の持続時間にわたって第２の電圧に付勢させること、並びに少なくとも第２の持続時間の間に２つ以上のビューに関する撮像データを収集すること、を行うように構成された制御器を含む。
【００３５】
本発明の別の実施形態では、複数のクロマチックエネルギーでＣＴ撮像データを収集する方法は、ガントリ上に装着したＸ線源を撮像対象の周りで回転させる工程と、ガントリの第１の角度性回転の間に被検物に向けて第１の電圧を有するＸ線エネルギービームを投射する工程と、第１の角度性回転の間に第１組の計測投影を収集する工程と、を含む。本方法はさらに、第１組の計測投影の収集後のガントリの第２の角度性回転の間に被検物に向けて第２の電圧を有するＸ線エネルギービームを投射する工程と、ガントリの第２の角度性回転の間に２つ以上の計測投影からなる第２の組を収集する工程と、を含む。
【００３６】
本発明のさらに別の実施形態では、制御器が複数のクロマチックエネルギー状態で撮像データを収集するように構成されており、該制御器は、そのエネルギー源がスキャン対象に向けて第１の電圧ポテンシャルの第１のＸ線ビームを投射するように構成させてガントリ上に装着されたＸ線源を付勢すること、該第１のＸ線ビームから少なくとも１つのビューデータの第１の組を収集すること、検査対象に向けて第２のＸ線ビームを投射するようにＸ線源を第２の電圧ポテンシャルに付勢すること、並びに該第２のＸ線ビームから少なくとも２つの後続のビューデータの第２の組を収集すること、を行わせる命令を有する。
【００３７】
本発明を好ましい実施形態について記載しているが、明示的に記述した以外の等価、代替及び修正も可能であり、かつこれらも添付の特許請求の範囲の域内にあることを理解されたい。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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ＣＴ撮像システムの外観図である。
【図２】図１に示したシステムのブロック概要図である。
【図３】ＣＴシステム検出器アレイの一実施形態の斜視図である。
【図４】検出器の一実施形態の斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による低ｋＶｐ及び高ｋＶｐプロトコルのプロットである。
【図６】本発明の一実施形態に従って計測ｋＶｐデータからの補間済みｋＶｐデータの作成を表した補間方法の図である。
【図７】本発明の一実施形態による非侵襲的な梱包品検査システムで使用するためのＣＴシステムの外観図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０ コンピュータ断層（ＣＴ）撮像システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ ポリクロマチックＸ線ビーム
１７ レール
１８ 検出器アセンブリ、コリメータ
１９ コリメート用ブレードまたはプレート
２０ 複数の検出器
２２ 患者
２４ 回転中心
２６ 制御機構
２８ Ｘ線発生器
３０ ガントリモータ制御器
３２ データ収集システム（ＤＡＳ）
３４ 画像再構成装置
３６ コンピュータ
３８ 大容量記憶装置
４０ オペレータコンソール
４２ 付属ディスプレイ
４４ テーブルモータ制御器
４６ モータ式テーブル
４８ ガントリ開口部
５０ 画素
５１ パック
５２ ピン
５３ バックライト式ダイオードアレイ
５９ 複数のダイオード
５４ 多層サブストレート
５５ スペーサ
５６ フレックス回路
７０ 第１の電圧
７１ 時刻
７２ 第２の電圧
７３ 時刻
７４ 第１の持続時間
７５ 遷移時間
７６ １つまたは複数のビュー
７８ 第２の持続時間
７９ 時刻
８１ 時刻
８０ ２つ以上のビュー
８２ 第３の持続時間
８３ 時刻
８５ 時刻
８４ １つまたは複数のビュー
８７ 最終ビュー
８８ 時刻
８９ 点
９０ 時刻
９１ 第１のビュー
９３ 時刻
９４ プロフィール
９６ 低ｋＶｐ投影データ
９８ 計測投影データ
１００ 計測投影データ
１０２ 高ｋＶｐ投影データ
１０４ 補間済みデータ
１１０ 補間済みデータ
５１０ 梱包品／手荷物検査システム
５１２ 回転式ガントリ
５１４ 開口部
５１６ 高周波電磁気エネルギー源
５１８ 検出器アセンブリ
５２０ 搬送システム
５２２ 搬送ベルト
５２４ 構造
５２６ 梱包品または手荷物品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には診断用撮像に関し、さらに詳細には、マルチビュー間隔で変調されたマルチエネルギー撮像源を用いて複数のエネルギー域で撮像データを収集する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ断層（ＣＴ）撮像システムでは典型的には、患者や荷物など検査対象や被検物に向けてＸ線源が扇形状にビームを放出する。以下において「検査対象（ｓｕｂｊｅｃｔ）」及び「被検物（ｏｂｊｅｃｔ）」という用語は、撮像の対象となり得る任意のものを含むものとする。このビームは、検査対象により減衰を受けた後、放射線検出器のアレイに当たる。検出器アレイの位置で受け取った減衰ビーム放射の強度は典型的には検査対象によるＸ線ビームの減衰に依存する。検出器アレイの各検出器素子は、各検出器素子が受け取った減衰ビームを表す電気信号を別々に発生させる。この電気信号は、最終的に画像作成の解析のためにデータ処理システムに送られる。
【０００３】
一般的にはＸ線源と検出器アレイを、撮像面内で検査対象を取り囲むガントリの周りで回転させている。Ｘ線源は、焦点の位置でＸ線ビームを放出するＸ線管を含むのが典型的である。Ｘ線検出器は、検出器の位置で受け取られるＸ線ビームをコリメートするためのコリメータと、Ｘ線を光学的エネルギーに変換するためにコリメータの近くにあるシンチレータと、近傍にあるシンチレータから光学的エネルギーを受け取りこれから電気信号を生成するためのフォトダイオードと、を含むのが典型的である。
【０００４】
典型的には、シンチレータアレイの各シンチレータはＸ線を光学的エネルギーに変換する。各シンチレータはその近傍にあるフォトダイオードに光学的エネルギーを放出する。各フォトダイオードはこの光学的エネルギーを検出し、対応する電気信号を発生させる。フォトダイオードの出力は次いで、画像再構成のためにデータ処理システムに送られる。
【０００５】
ＣＴ撮像システムは、ＥＤＣＴ、ＭＥＣＴ及び／またはＤＥ−ＣＴ撮像システムと呼ぶことがあるエネルギー弁別（ＥＤ）型、マルチエネルギー（ＭＥ）型、及び／またはデュアルエネルギー（ＤＥ）型のＣＴ撮像システムを含むことがある。こうしたシステムは、シンチレータあるいはシンチレータの代わりとなる直接変換検出器材料を用いることがある。ＥＤＣＴ、ＭＥＣＴ、及び／またはＤＥ−ＣＴ撮像システムは一例では、様々なＸ線スペクトルに応答するように構成されている。例えば従来の第３世代ＣＴシステムは、放出Ｘ線ビームをなす入射フォトンのエネルギーのピーク及びスペクトルを異ならせた様々なピークキロボルト（ｋＶｐ）レベルで投影を順次収集することがある。検出器に到達するＸ線光子のそれぞれをその光子エネルギーと共に記録するようなエネルギー感応性検出器が用いられることがある。
【０００６】
計測値を得るための技法には、（１）２つの弁別的なエネルギースペクトルを用いたスキャン、及び（２）検出器でのエネルギー預託に従った光子エネルギーの検出が含まれる。ＥＤＣＴ／ＭＥＣＴ／ＤＥ−ＣＴは、エネルギー弁別及び材料特徴付けを提供する。例えば物体散乱が無ければシステムによって、入射Ｘ線スペクトルの低エネルギー部分と高エネルギー部分というスペクトル内の２つの光子エネルギー領域からの信号に基づいた異なるエネルギーでの挙動が導出される。医用ＣＴの所与のエネルギー領域では、Ｘ線減衰に対して（１）コンプトン散乱と（２）光電効果という２つの物理過程が支配的である。２つのエネルギー領域からの検出信号によって、撮像対象材料のエネルギー依存性を分解させるのに十分な情報が提供される。さらに２つのエネルギー領域からの検出信号によって、想定した２つの材料から構成された被検物の組成比を決定するための十分な情報が提供される。
【０００７】
デュアルエネルギースキャンの主たる目的は、異なるクロマチックエネルギー状態による２つのスキャンを利用することによって画像内部でコントラスト分離を強調した診断ＣＴ画像を取得することにある。（１）そのスキャンが検査対象の周りに２回の回転を必要とするような逐次的なバックツーバック（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）方式か、（２）その管球が例えば８０ｋＶｐ及び１４０ｋＶｐのポテンシャルで動作するような検査対象の周りで必要な回転が１回であるような回転角度の関数とした交互配置方式かのいずれかで２つのスキャンを収集することを含むデュアルエネルギースキャンを実現するために、多くの技法が提唱されてきた。高周波発生器によって、交互のビューに対する高周波電磁気エネルギー投射源のｋＶｐポテンシャルの切り替えを可能とさせている。このため、２つのデュアルエネルギー画像に関するデータは、従来のＣＴテクノロジーで必要であったように数秒間の離間をとって２つの別々のスキャンをするのではなく、時間交互配置方式で取得することができる。さらに、互いに数秒間の離間をとって別々にスキャンをすると、患者の動き（外部的な患者の動きと内部の臓器の動きの両方）並びに様々な円錐角度に起因してデータ組間で位置整列不良が生じる。また動きのある身体フィーチャに関して詳細部の分解が必要である場合では一般的に、従来の２パス型のデュアルｋＶｐ技法は高信頼性に適用することが不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、患者動きを最小としかつ円錐角度効果を最小限にするような単一スキャンの間に複数のエネルギー状態で撮像データを収集するための装置及び方法を設計することが望ましい。
【０００９】
本発明は、単一スキャンの間に複数のエネルギー状態で撮像データを収集する方法及び装置を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様では、ＣＴシステムは、スキャン対象を受け容れるための開口部を有する回転式ガントリと、検査対象に向けて複数のエネルギーを有するＸ線を投射するように構成されたＸ線源と、Ｘ線源を第１の電圧に付勢するように構成されかつＸ線源を第１の電圧と異なる第２の電圧に付勢するように構成された発生器と、を含む。本システムはさらに、発生器に対してＸ線源を第１の持続時間にわたって第１の電圧に付勢させること、少なくとも第１の持続時間の間に少なくとも１つのビューに関する撮像データを収集すること、第１の持続時間の後で、発生器に対してＸ線源を第２の持続時間にわたって第２の電圧に付勢させること、並びに少なくとも第２の持続時間の間に２つ以上のビューに関する撮像データを収集すること、を行うように構成された制御器を含む。
【００１１】
本発明の別の態様では、複数のクロマチックエネルギーでＣＴ撮像データを収集する方法は、ガントリ上に装着したＸ線源を撮像対象の周りで回転させる工程と、ガントリの第１の角度性回転の間に被検物に向けて第１の電圧を有するＸ線エネルギービームを投射する工程と、第１の角度性回転の間に第１組の計測投影を収集する工程と、を含む。本方法はさらに、第１組の計測投影の収集後のガントリの第２の角度性回転の間に被検物に向けて第２の電圧を有するＸ線エネルギービームを投射する工程と、ガントリの第２の角度性回転の間に２つ以上の計測投影からなる第２の組を収集する工程と、を含む。
【００１２】
本発明のさらに別の態様では、制御器が複数のクロマチックエネルギー状態で撮像データを収集するように構成されており、該制御器は、そのエネルギー源がスキャン対象に向けて第１の電圧ポテンシャルの第１のＸ線ビームを投射するように構成させてガントリ上に装着されたＸ線源を付勢すること、該第１のＸ線ビームから少なくとも１つのビューデータの第１の組を収集すること、検査対象に向けて第２のＸ線ビームを投射するようにＸ線源を第２の電圧ポテンシャルに付勢すること、並びに該第２のＸ線ビームから少なくとも２つの後続のビューデータの第２の組を収集すること、を行わせる命令を有する。
【００１３】
本発明に関する様々な別の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付の図面は、本発明を実施するために目下のところ企図される好ましい一実施形態を図示したものである。
【００１５】
診断用デバイスは、Ｘ線システム、磁気共鳴（ＭＲ）システム、超音波システム、コンピュータ断層（ＣＴ）システム、陽電子放出断層（ＰＥＴ）システム、超音波、核医学その他のタイプの撮像システムを含む。Ｘ線源の用途は、撮像、医学、セキュリティ及び工業用検査の用途を含む。しかし当業者であれば、ある実現形態は単一スライスや別の多重スライス構成で用いるように利用可能であることを理解されよう。さらにある実現形態はＸ線の検出及び変換に利用可能である。しかし当業者であればさらに、ある実現形態は別の高周波電磁気エネルギーの検出及び変換に利用可能であることを理解されよう。ある実現形態は、「第３世代」ＣＴスキャナ及び／または別のＣＴシステムで利用可能である。
【００１６】
本発明の動作環境について、６４スライスのコンピュータ断層（ＣＴ）システムに関連して記載することにする。しかし当業者であれば、本発明が別の多重スライス構成で用いるように等しく適用可能であることを理解されよう。
【００１７】
図１を参照すると、「第３世代」ＣＴスキャナに特徴的なガントリ１２を含むようなコンピュータ断層（ＣＴ）撮像システム１０を表している。ガントリ１２は、ガントリ１２の反対側にある検出器アセンブリまたはコリメータ１８に向けてポリクロマチックＸ線ビーム１６を投射するＸ線源１４を有する。ここで図２を参照すると、検出器アセンブリ１８は複数の検出器２０及びデータ収集システム（ＤＡＳ）３２によって形成されている。複数の検出器２０は患者２２を通過する投射Ｘ線を検知しており、またＤＡＳ３２は後続の処理のためにこのデータをディジタル信号に変換している。各検出器２０は、入射したＸ線ビームすなわち患者２２を通過して減衰を受けたビームの強度を表すアナログ電気信号を発生させる。Ｘ線投影データを収集するスキャンの間に、ガントリ１２及びこの上に装着された構成要素は回転中心２４の周りに回転する。
【００１８】
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作はＣＴシステム１０の制御機構２６によって統御される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力信号及びタイミング信号を提供するＸ線発生器２８と、ガントリ１２の位置及び回転速度を制御するガントリモータ制御器３０と、を含む。画像再構成装置３４は、サンプリングされディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取り、高速で再構成を実行する。この再構成画像はコンピュータ３６に入力として与えられ、このコンピュータ３６によって画像が大容量記憶装置３８内に保存される。
【００１９】
コンピュータ３６はまた、キーボード、マウス、音声起動制御器または適当な別の任意の入力装置などある形態のオペレータインタフェースを有するコンソール４０を介してオペレータからコマンド及びスキャンパラメータを受け取る。付属のディスプレイ４２によってオペレータはコンピュータ３６からの再構成画像その他のデータを観察することができる。コンピュータ３６は、オペレータが発したコマンド及びパラメータを用いて、制御信号及び制御情報をＤＡＳ３２、Ｘ線発生器２８及びガントリモータ制御器３０に提供する。さらにコンピュータ３６は、患者２２及びガントリ１２を位置決めするようにモータ式テーブル４６を制御するためのテーブルモータ制御器４４を動作させる。具体的には、テーブル４６によって図１のガントリ開口４８内に患者２２を完全にあるいはその一部を通過させている。
【００２０】
図３に示すように、検出器アセンブリ１８はコリメート用ブレードまたはプレート１９をその間に配置させたレール１７を含む。プレート１９は、Ｘ線ビームが例えば検出器アセンブリ１８上に位置決めされた図４の検出器２０上に当たる前にＸ線１６をコリメートするように位置決めされる。一実施形態では検出器アセンブリ１８は、その各々が６４×１６個の画素５０からなるアレイサイズを有する５７個の検出器２０を含む。このため検出器アセンブリ１８は、ガントリ１２の各回転によって６４個の同時データスライスの収集を可能とするように６４の横列と９１２の縦列（１６×５７個の検出器）を有する。
【００２１】
図４を参照すると、検出器２０はＤＡＳ３２を含んでおり、各検出器２０がパック５１内に多数の検出器素子５０を配列させて含む。検出器２０は、パック５１内部で検出器素子５０を基準として位置決めされたピン５２を含む。パック５１は、複数のダイオード５９を有するバックライト式ダイオードアレイ５３上に位置決めされている。一方バックライト式ダイオードアレイ５３は多層サブストレート５４上に位置決めされている。多層サブストレート５４上にはスペーサ５５が配置されている。検出器素子５０はバックライト式ダイオードアレイ５３と光学的に結合されており、バックライト式ダイオードアレイ５３は一方多層サブストレート５４と電気的に結合されている。多層サブストレート５４のフェース５７に対してかつＤＡＳ３２に対して、フレックス回路５６が取り付けられている。検出器２０はピン５２を用いることによって検出器アセンブリ１８内部に位置決めされる。
【００２２】
一実施形態の動作では、検出器素子５０内部に入ったＸ線はパック５１を横断するフォトンを発生させ、これがアナログ信号を発生させてバックライト式ダイオードアレイ５３内部のダイオード上で検出される。発生させたアナログ信号は多層サブストレート５４を通過しフレックス回路５６を通過して、アナログ信号をディジタル信号に変換するＤＡＳ３２まで送られる。
【００２３】
検討したように、従来のデュアルｋＶｐ式ＣＴスキャンは、例えば先ずあるｋＶｐでスキャンし次いで第２のｋＶｐでスキャンすることによって実施されることがある。２つのｋＶｐで収集した画像に起こりうる位置整列不良を克服するために、図５に本発明の一実施形態に従ったデュアルｋＶｐ機能を有するスキャンシーケンスを図示している。図５は、０．３〜２ｍｓｅｃごとなどマルチビュー間隔でｋＶｐ変調を実施し、２つのｋＶｐデータ組間の位置整列不良を大幅に低下または排除すると共に、同時に２つのｋＶｐでの画像再構成に十分なデータを提供することができることを表している。
【００２４】
ここで図５を参照すると、本発明の一実施形態では撮像データが第１の電圧７０と第２の電圧７２で収集される。本実施形態及び関連する実施形態では、撮像データのことをビューまたは投影とも呼んでいる。この実施形態では図２のＸ線発生器２８は、制御器２６により制御を受けており、時刻７１またはその前に開始して第１の持続時間７４にわたってＸ線管１４に第１の電圧７０を提供すると共に、この第１の電圧７０を時刻８８まで提供している。第１の持続時間７４の間に、Ｘ線管１４を第１の電圧７０とした１つまたは複数のビューデータ７６がコンピュータ３６により収集されることがある。第１の持続時間７４の後にＸ線発生器２８は、時刻７９で開始して第２の持続時間７８にわたってＸ線管１４に第２の電圧７２を提供し、この第２の電圧７２は時刻８１まで提供される。第２の持続時間７４の間に、Ｘ線管１４を第２の電圧７２とした２つ以上のビューデータ８０がコンピュータ３６により収集されることがある。第２の持続時間７８の後でＸ線発生器２８は、再びＸ線管１４に対して第１の電圧７０を時刻８３で開始して第３の持続時間８２にわたって提供し、この第１の電圧７０は時刻８５まで提供される。第３の持続時間８２の間に、Ｘ線管１４を第１の電圧７０として１つまたは複数のビューデータ８４がコンピュータ３６により収集されることがある。本発明の一実施形態では、Ｘ線管１４において第１の電圧７０は８０ｋＶｐであり、かつ第２の電圧７２は１４０ｋＶｐである。本発明の別の実施形態では、Ｘ線管１４の電流は加えられた電圧７０、７２の関数として制御される。
【００２５】
容量性効果やその他の効果のために、Ｘ線発生器２８は第１の電圧７０から第２の電圧７２に、並びにこの逆方向に瞬時に切り替えることは不可能である。このため典型的には、電圧変更の実現を可能にするには有限の時間が必要である。再び図５を見ると例えば、Ｘ線発生器２８は時刻７３まで第１の電圧７０とすることがある。Ｘ線発生器２８に第２の電圧７２を出力させる時点である時刻７３において、発生器２８の出力はこの後の時刻７９まで第２の電圧７２に至っていない。したがって、Ｘ線発生器２８の電圧が２つの電圧７０、７２の間で遷移状態にある期間である遷移時間７５が時刻７３から時刻７９まで生じる。
【００２６】
第１の電圧７０でビューデータを収集した後の第２の電圧７２によるビューデータ収集の遅延を回避し、ビューデータが第２の電圧７２が実際に実現されたときだけに収集されるようにするため、遷移７５の間にビューデータを収集することがある。この方式では、第１の電圧７０でのビューデータが遷移７５の部分で収集されることがあり、また第２の電圧７２でのビューデータが遷移７５の別の部分で収集されることがある。図５に示すように、第１の電圧７０におけるビュー７６は時刻８９で開始され、遷移７５の途中の点８９に実質的に対応する時刻９０で終了する最終ビュー８７を含む。したがってビュー８７は、第１の電圧７０で収集したビューデータ以外に、第１の電圧７０より高くかつ電圧７０、７２の間の点８９の電圧より低い電圧で収集したビューデータを含む。Ｘ線管１４の電圧が点８９を通過した後に、ビュー８７は完了し、ビュー８０のうちの第１のビュー９１におけるビューデータの収集が開始される。このため第１のビュー９１は、第２の電圧７２の電圧を含んで時刻９０で始まり時刻９３で終了する。
【００２７】
Ｘ線発生器２８内における信号のタイミングは、患者２２に対する線量が最小限となるようにコンピュータ３６によって制御されることがある。ビューデータ７６は第１の電圧７０で収集されることがあり、また第１の電圧７０における最終ビュー収集８７は、発生器の出力電圧が電圧の遷移状態にある間（すなわち、時刻７３と９０の間）に収集したデータを含むことがある。さらに、第２の電圧７２で収集したデータを含む第１のビューデータ９１は、出力電圧により第２の電圧７２が実現される前に生じるように時刻９０においてトリガを受けることがある。本発明の一実施形態では、図５に示すようなトリガ点８９が第１の電圧７０と第２の電圧７２の実質的に中間で発生している。しかし当業者であれば、そのトリガが２つの電圧７０、７２の中間点でトリガを受けないことになり、この２つの電圧の間のある別の点に来ることがあることを理解されよう。当業者であればさらに、低電圧と高電圧からなるパターンは様々な回数（したがって、様々なガントリ角度で）反復させ、これによって１つまたは複数のビューが第１の電圧７０で取得され、第２の電圧７２で２つ以上のビューが取得され、かつ再度第１の電圧７０で１つまたは複数のビューが取得されるようにした交互配置のデータパターンを収集することがあることを理解されよう。当業者であればさらに、各持続時間の間に取得するビューの数は必ずしも図示したパターン（すなわち、第１の電圧７０で３つのビュー、第２の電圧７２で２つのビュー、第１の電圧７０で３つのビュー）に限定されるものではなく、その数はもう一方のｋＶｐに切り替え戻す前に各ｋＶｐにおいて数１０ｍｓｅｃにわたる２〜５０ビューの範囲とすることがあることを理解されよう。
【００２８】
一般に、一方が低ｋＶｐでありもう一方が高ｋＶｐであるような同じ角度位置からの２つの投影ｐｌｏｗとｐｈｉｇｈを使用する際に、基本材料分解（ｂａｓｉｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）過程を通じて材料特異的情報を取得することができる。この過程では、任意の材料のＸ線減衰係数を材料がその減衰曲線内にｋエッジを有しないようなあるエネルギー領域内における２つの基本材料の加重和として表現することができる。高ｋＶｐ及び低ｋＶｐで計測したＸ線減衰から基本材料密度線績分を取得するための機械特異的材料分解関数ｆ１（）及びｆ２（）（例えば、ｄｍ１とｄｍ２をそれぞれ基本材料１と２の密度とした、∫ｄｍ１ｄｌ＝ｆ１（ｐｌｏｗ，ｐｈｉｇｈ）及び∫ｄｍ２ｄｌ＝ｆ２（ｐｌｏｗ，ｐｈｉｇｈ））を導出することができる。材料密度線績分を用いたＣＴ再構成によれば、２つの基本材料からなる密度画像を、定量的で正確かつビームハードニング無く作成することが可能である。したがって高ｋＶｐと低ｋＶｐの投影データは、２つの収集間で時間遅延を全く無くすか極めて小さくして同じガントリ角度で取得しなければならない。
【００２９】
ここで図６を参照すると、本発明の一実施形態に従って、所与のガントリ角度の計測投影を近傍のビューデータから取得することがある。図５に示すようなデータに対応する一例ではプロフィール９４は、図５に関連した検討による低ｋＶｐ及び高ｋＶｐで取得した計測投影を含む。本発明の一実施形態では、各電圧における計測投影は、対応する補間済み投影を取得するため、並びに上で検討したようなＣＴ再構成のための基本材料データを提供するために使用されることがある。例えば近傍の計測投影データ９８及び１００に対する補間によって低ｋＶｐ投影データ９６が取得されることがある。このため補間による低ｋＶｐ投影データ９６及び計測した高ｋＶｐ投影データ１０２によって、所与のガントリ角度に関する２つのｋＶｐでのデータが提供される。本明細書に記載した補間方法は別のビューに拡張することができる。したがって補間済みデータ１０４〜１１０は、近傍の計測投影データを用いることによって同様の方式で取得することができる。このため計測した投影データは、高ｋＶｐと低ｋＶｐの交互配置データからなる計測データを提供するのみならず、これによって所与のガントリ角度において対応するデータを補間するための基準が形成され、高ｋＶｐ及び低ｋＶｐ投影データを等価的時刻にすることが可能となると共に基本材料分解を実行するためのビューが提供される。
【００３０】
ここで図７を参照すると梱包品／手荷物検査システム５１０は、梱包品や手荷物をその内部に通過させ得る開口部５１４をその内部に有する回転式ガントリ５１２を含む。回転式ガントリ５１２は、高周波電磁気エネルギー源５１６、並びに図４または５に示したのと同様のシンチレータセルからなるシンチレータアレイを有する検出器アセンブリ５１８を収容している。さらに搬送システム５２０が設けられており、該搬送システム５２０は、スキャンのために開口部５１４内に梱包品や手荷物品５２６を自動的かつ連続的に通過させるための構造５２４によって支持された搬送ベルト５２２を含む。被検物５２６は制御された連続方式で、搬送ベルト５２２により開口部５１４内にフィードされ、次いで撮像データが収集され、さらに搬送ベルト５２２によって開口部５１４から梱包品５２６が排出される。このため、郵便検査員、手荷物取扱い者、及び別のセキュリティ担当者は、爆発物、ナイフ、銃器、禁制品、その他の有無について梱包品５２６の内容を非侵襲的に検査することができる。
【００３１】
開示した方法及び装置の技術的寄与は、マルチビュー間隔で変調したマルチエネルギー撮像源を用いて複数のエネルギー域で撮像データを収集するコンピュータ実現型の方法がこれによって提供されることである。
【００３２】
システム１０及び／または５１０の一実現形態は一例では、電子構成要素、ハードウェア構成要素、及び／またはコンピュータソフトウェア構成要素のうちの１つまたは幾つかなどの複数の構成要素を備える。システム１０及び／または５１０の一実現形態内では、こうした構成要素を数多く組み合わせたり、分離させたりすることができる。システム１０及び／または５１０の一実現形態の例示的な一構成要素は、多くのプログラミング言語のうちのいずれかによって記述または実現させたコンピュータ命令の組及び／またはシリーズを利用するかつ／または備えることは当業者であれば理解されよう。システム１０及び／または５１０の一実現形態は一例では、任意の向き（例えば、水平方向、斜方向あるいは垂直方向）を含む（本明細書の説明及び図面では、説明を目的としてシステム１０及び／または５１０の一実現形態の例示的な向きを示している）。
【００３３】
システム１０及び／またはシステム５１０の一実現形態は一例では、１つまたは複数のコンピュータ読み取り可能信号保持媒体を利用する。コンピュータ読み取り可能信号保持媒体は一例では、１つまたは複数の実現形態の１つまたは複数の部分を実行するためのソフトウェア、ファームウェア及び／またはアセンブリ言語を保存する。システム１０及び／またはシステム５１０の一実現形態向けのコンピュータ読み取り可能信号保持媒体の一例は、画像再構成装置３４の記録可能データ記憶媒体及び／またはコンピュータ３６の大容量記憶装置３８を備える。システム１０及び／またはシステム５１０の一実現形態向けのコンピュータ読み取り可能信号保持媒体は一例では、磁気式、電気式、光学式、生物学式及び／または原子式のデータ記憶媒体のうちの１つまたは幾つかを備える。例えば、コンピュータ読み取り可能信号保持媒体の一実現形態は、フレキシブルディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスクドライブ及び／または電子式メモリを備える。別の例では、コンピュータ読み取り可能信号保持媒体の一実現形態は、例えば電話ネットワーク、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）、ワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、インターネット及び／またはワイヤレスネットワークのうちの１つまたは幾つかなどシステム１０及び／またはシステム５１０の一実現形態を構成するまたはこれと結合させたネットワークを介して送られる変調搬送波信号を含む。
【００３４】
したがって本発明の一実施形態では、ＣＴシステムは、スキャン対象を受け容れるための開口部を有する回転式ガントリと、検査対象に向けて複数のエネルギーを有するＸ線を投射するように構成されたＸ線源と、Ｘ線源を第１の電圧に付勢するように構成されかつＸ線源を第１の電圧と異なる第２の電圧に付勢するように構成された発生器と、を含む。本システムはさらに、発生器に対してＸ線源を第１の持続時間にわたって第１の電圧に付勢させること、少なくとも第１の持続時間の間に少なくとも１つのビューに関する撮像データを収集すること、第１の持続時間の後で、発生器に対してＸ線源を第２の持続時間にわたって第２の電圧に付勢させること、並びに少なくとも第２の持続時間の間に２つ以上のビューに関する撮像データを収集すること、を行うように構成された制御器を含む。
【００３５】
本発明の別の実施形態では、複数のクロマチックエネルギーでＣＴ撮像データを収集する方法は、ガントリ上に装着したＸ線源を撮像対象の周りで回転させる工程と、ガントリの第１の角度性回転の間に被検物に向けて第１の電圧を有するＸ線エネルギービームを投射する工程と、第１の角度性回転の間に第１組の計測投影を収集する工程と、を含む。本方法はさらに、第１組の計測投影の収集後のガントリの第２の角度性回転の間に被検物に向けて第２の電圧を有するＸ線エネルギービームを投射する工程と、ガントリの第２の角度性回転の間に２つ以上の計測投影からなる第２の組を収集する工程と、を含む。
【００３６】
本発明のさらに別の実施形態では、制御器が複数のクロマチックエネルギー状態で撮像データを収集するように構成されており、該制御器は、そのエネルギー源がスキャン対象に向けて第１の電圧ポテンシャルの第１のＸ線ビームを投射するように構成させてガントリ上に装着されたＸ線源を付勢すること、該第１のＸ線ビームから少なくとも１つのビューデータの第１の組を収集すること、検査対象に向けて第２のＸ線ビームを投射するようにＸ線源を第２の電圧ポテンシャルに付勢すること、並びに該第２のＸ線ビームから少なくとも２つの後続のビューデータの第２の組を収集すること、を行わせる命令を有する。
【００３７】
本発明を好ましい実施形態について記載しているが、明示的に記述した以外の等価、代替及び修正も可能であり、かつこれらも添付の特許請求の範囲の域内にあることを理解されたい。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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ＣＴ撮像システムの外観図である。
【図２】図１に示したシステムのブロック概要図である。
【図３】ＣＴシステム検出器アレイの一実施形態の斜視図である。
【図４】検出器の一実施形態の斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による低ｋＶｐ及び高ｋＶｐプロトコルのプロットである。
【図６】本発明の一実施形態に従って計測ｋＶｐデータからの補間済みｋＶｐデータの作成を表した補間方法の図である。
【図７】本発明の一実施形態による非侵襲的な梱包品検査システムで使用するためのＣＴシステムの外観図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０ コンピュータ断層（ＣＴ）撮像システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１６ ポリクロマチックＸ線ビーム
１７ レール
１８ 検出器アセンブリ、コリメータ
１９ コリメート用ブレードまたはプレート
２０ 複数の検出器
２２ 患者
２４ 回転中心
２６ 制御機構
２８ Ｘ線発生器
３０ ガントリモータ制御器
３２ データ収集システム（ＤＡＳ）
３４ 画像再構成装置
３６ コンピュータ
３８ 大容量記憶装置
４０ オペレータコンソール
４２ 付属ディスプレイ
４４ テーブルモータ制御器
４６ モータ式テーブル
４８ ガントリ開口部
５０ 画素
５１ パック
５２ ピン
５３ バックライト式ダイオードアレイ
５９ 複数のダイオード
５４ 多層サブストレート
５５ スペーサ
５６ フレックス回路
７０ 第１の電圧
７１ 時刻
７２ 第２の電圧
７３ 時刻
７４ 第１の持続時間
７５ 遷移時間
７６ １つまたは複数のビュー
７８ 第２の持続時間
７９ 時刻
８１ 時刻
８０ ２つ以上のビュー
８２ 第３の持続時間
８３ 時刻
８５ 時刻
８４ １つまたは複数のビュー
８７ 最終ビュー
８８ 時刻
８９ 点
９０ 時刻
９１ 第１のビュー
９３ 時刻
９４ プロフィール
９６ 低ｋＶｐ投影データ
９８ 計測投影データ
１００ 計測投影データ
１０２ 高ｋＶｐ投影データ
１０４ 補間済みデータ
１１０ 補間済みデータ
５１０ 梱包品／手荷物検査システム
５１２ 回転式ガントリ
５１４ 開口部
５１６ 高周波電磁気エネルギー源
５１８ 検出器アセンブリ
５２０ 搬送システム
５２２ 搬送ベルト
５２４ 構造
５２６ 梱包品または手荷物品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキャン対象（２２）を受け容れるための開口部（４８）を有する回転式ガントリ（１２）と、
対象（２２）に向けて複数のエネルギーを有するＸ線を投射するように構成されたＸ線源（１４）と、
Ｘ線源（１４）を第１の電圧（７０）に付勢させるように構成されかつ該Ｘ線源（１４）を第２の電圧（７２）に付勢させるように構成された発生器（２８）であって、該第１の電圧（７０）は該第２の電圧（７２）と異なっている発生器（２８）と、
制御器（２６）であって、
発生器（２８）に対してＸ線源（１４）を第１の持続時間（７４）にわたって第１の電圧（７０）に付勢させること、
少なくとも第１の持続時間（７４）の間に少なくとも１つのビュー（７６）に関する撮像データを収集すること、
第１の持続時間（７４）の後で、発生器（２８）に対してＸ線源（１４）を第２の持続時間（７８）にわたって第２の電圧（７２）に付勢させること、
少なくとも第２の持続時間（７８）の間に２つ以上のビュー（８０）に関する撮像データを収集すること、
を行うように構成された制御器（２６）と、
を備えるＣＴシステム（１０）。
【請求項２】
前記Ｘ線源（１４）は、
発生器（２８）を第１の電圧（７０）に付勢させたときに第１の電流を出力すること、
発生器（２８）を第２の電圧（７２）に付勢させたときに第１の電流と異なる第２の電流を出力すること、
を行うようにさらに構成されている、請求項１に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項３】
前記制御器（２６）は、
発生器（２８）に対してＸ線源（１４）を第２の電圧（７２）に付勢させた後で、発生器（２８）に対して第１の電圧（７０）へのＸ線源（１４）の付勢を第３の持続時間（８２）にわたって反復させること、
少なくとも第３の持続時間（８２）の間に少なくとも１つのビュー（８４）に関する撮像データを収集すること、
を行うようにさらに構成されている、請求項１に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項４】
前記第２の電圧（７２）で計測した２つ以上のビュー（８０）は第１の電圧（７０）における対応する補間済みビュー（９６）を有しており、該補間済みビュー（９６）は第１の電圧（７０）における第１の持続時間（７４）の間の計測ビュー（９８）と第１の電圧（７０）における第３の持続時間（８２）の間の計測ビュー（１００）の間の補間によって取得される、請求項３に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項５】
前記補間は線形補間である、請求項４に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項６】
前記制御器（２６）は、ガントリ（１２）の単一の回転の範囲内で発生器（２８）を介した第１の電圧（７０）へのＸ線源（１４）の付勢並びに付勢の反復をさせるように構成されている、請求項３に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項７】
前記第２の電圧（７２）は前記第１の電圧（７０）と比べて規模がより大きい、請求項１に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項８】
前記第１の電圧（７０）は概ね８０ｋＶｐであり、かつ前記第２の電圧（７２）は概ね１４０ｋＶｐである、請求項７に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項９】
前記制御器（２６）は、発生器（２８）の出力電圧が第１の電圧（７０）と第２の電圧（７２）の間に来るまで第２の持続時間（７８）にわたる画像データの収集を遅延するようにさらに構成されている、請求項１に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項１０】
前記遅延は発生器（２８）が第１の電圧（７０）と第２の電圧（７２）の概ね中間の電圧を出力するまでの遅延である、請求項９に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項１】
スキャン対象（２２）を受け容れるための開口部（４８）を有する回転式ガントリ（１２）と、
対象（２２）に向けて複数のエネルギーを有するＸ線を投射するように構成されたＸ線源（１４）と、
Ｘ線源（１４）を第１の電圧（７０）に付勢させるように構成されかつ該Ｘ線源（１４）を第２の電圧（７２）に付勢させるように構成された発生器（２８）であって、該第１の電圧（７０）は該第２の電圧（７２）と異なっている発生器（２８）と、
制御器（２６）であって、
発生器（２８）に対してＸ線源（１４）を第１の持続時間（７４）にわたって第１の電圧（７０）に付勢させること、
少なくとも第１の持続時間（７４）の間に少なくとも１つのビュー（７６）に関する撮像データを収集すること、
第１の持続時間（７４）の後で、発生器（２８）に対してＸ線源（１４）を第２の持続時間（７８）にわたって第２の電圧（７２）に付勢させること、
少なくとも第２の持続時間（７８）の間に２つ以上のビュー（８０）に関する撮像データを収集すること、
を行うように構成された制御器（２６）と、
を備えるＣＴシステム（１０）。
【請求項２】
前記Ｘ線源（１４）は、
発生器（２８）を第１の電圧（７０）に付勢させたときに第１の電流を出力すること、
発生器（２８）を第２の電圧（７２）に付勢させたときに第１の電流と異なる第２の電流を出力すること、
を行うようにさらに構成されている、請求項１に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項３】
前記制御器（２６）は、
発生器（２８）に対してＸ線源（１４）を第２の電圧（７２）に付勢させた後で、発生器（２８）に対して第１の電圧（７０）へのＸ線源（１４）の付勢を第３の持続時間（８２）にわたって反復させること、
少なくとも第３の持続時間（８２）の間に少なくとも１つのビュー（８４）に関する撮像データを収集すること、
を行うようにさらに構成されている、請求項１に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項４】
前記第２の電圧（７２）で計測した２つ以上のビュー（８０）は第１の電圧（７０）における対応する補間済みビュー（９６）を有しており、該補間済みビュー（９６）は第１の電圧（７０）における第１の持続時間（７４）の間の計測ビュー（９８）と第１の電圧（７０）における第３の持続時間（８２）の間の計測ビュー（１００）の間の補間によって取得される、請求項３に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項５】
前記補間は線形補間である、請求項４に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項６】
前記制御器（２６）は、ガントリ（１２）の単一の回転の範囲内で発生器（２８）を介した第１の電圧（７０）へのＸ線源（１４）の付勢並びに付勢の反復をさせるように構成されている、請求項３に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項７】
前記第２の電圧（７２）は前記第１の電圧（７０）と比べて規模がより大きい、請求項１に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項８】
前記第１の電圧（７０）は概ね８０ｋＶｐであり、かつ前記第２の電圧（７２）は概ね１４０ｋＶｐである、請求項７に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項９】
前記制御器（２６）は、発生器（２８）の出力電圧が第１の電圧（７０）と第２の電圧（７２）の間に来るまで第２の持続時間（７８）にわたる画像データの収集を遅延するようにさらに構成されている、請求項１に記載のＣＴシステム（１０）。
【請求項１０】
前記遅延は発生器（２８）が第１の電圧（７０）と第２の電圧（７２）の概ね中間の電圧を出力するまでの遅延である、請求項９に記載のＣＴシステム（１０）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−９０１１５（Ｐ２００９−９０１１５Ａ）
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６０４７５（Ｐ２００８−２６０４７５）
【出願日】平成２０年１０月７日（２００８．１０．７）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月７日（２００８．１０．７）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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