(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転Ｘ線管及び前記回転Ｘ線管と向かい合って配される静止するＸ線検出器を有する３Ｄトモシンセシススキャナ装置であり、関心対象物又は検査すべき組織領域の周りを回転するとき、円軌道の円弧に沿って方位角方向に前記Ｘ線管の連続する回転運動中に２Ｄ投影画像の組を取得するための回転式ステップ・アンド・シュート画像取得手順を行い、前記２Ｄ投影画像を３Ｄ再構成手順にかけるのに適した３Ｄトモシンセシススキャナ装置において、各々の２Ｄ投影画像の画像取得時間中に、前記回転Ｘ線管の陽極上の電子ビームの焦点は、この時間中の前記管の連続する回転運動による前記Ｘ線管の前記方位角の経路距離が補正されるように、前記回転Ｘ線管のハウジングに対して開始位置から終了位置まで同じ円弧に沿って反対方向に移動する、３Ｄトモシンセシススキャナ装置。
【請求項２】
前記関心対象物又は検査すべき組織領域の次の２Ｄ投影画像の画像データを取得するための新しい画像取得処理を開始する前に、前記管のハウジングに対し、前記電子ビームの焦点をその開始位置に戻すように切り替える機構を有する請求項１に記載の３Ｄトモシンセシススキャナ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の３Ｄトモシンセシススキャナ装置であり、
Ｘ線管の連続する回転運動に前記電子ビームの焦点の補正運動の重畳を行うのに適した３Ｄトモシンセシススキャナ装置において、前記補正運動は、前記電子ビームの焦点の瞬時位置の時間に関する変化を表す不連続な鋸歯関数により規定される３Ｄトモシンセシススキャナ装置。
【請求項４】
前記不連続な鋸歯関数は、時間的に連続な部分が、前記Ｘ線管の瞬時位置の時間に関する変化を表す線形の関数の傾斜係数とは逆の傾斜係数をもつ線形関数で表される、請求項３に記載の３Ｄトモシンセシススキャナ装置。
【請求項５】
補正されるべき前記方位角の経路距離は、前記電子ビームの焦点が前記回転Ｘ線管のハウジングに対して前記開始位置から前記終了位置まで移動することによる方位角の差の線形関数であり、回転の中心と円弧上の焦点位置との間の半径方向距離が、当該線形関数の比例係数である、請求項４に記載の３Ｄトモシンセシススキャナ装置。
【請求項６】
前記Ｘ線管のハウジングに対する、前記回転Ｘ線管の陽極上の電子ビームの焦点の前記瞬時位置を検出するための第１の位置センサユニットを有する請求項１乃至５の何れか一項に記載の３Ｄトモシンセシススキャナ装置。
【請求項７】
前記開始位置から前記終了位置まで前記電子ビームの焦点を移動させるためのアクチュエータユニット、並びに前記第１の位置センサユニットにより連続して検出される前記電子ビームの焦点の瞬時位置、及び前記円軌道の円弧上の前記回転Ｘ線管の瞬時位置に基づいて閉ループ制御で前記アクチュエータユニットを制御するためのアクチュエータ制御ユニットを有し、後者の瞬時位置は第２の位置センサユニットにより検出されている請求項６に記載の３Ｄトモシンセシススキャナ装置。
【請求項８】
前記アクチュエータユニットは、結果生じる電子ビームの焦点が前記開始位置から前記終了位置まで前記円軌道に沿って移動するような前記回転Ｘ線管の陽極のＸ線放射表面上に衝突する電子ビームを偏向させるための電場及び／又は磁場を発生させるための場発生装置が装備されている請求項７に記載の３Ｄトモシンセシススキャナ装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の３Ｄトモシンセシススキャナ装置を有する、画像取得、処理、映像化及びアーカイブシステム。
【請求項１０】
回転Ｘ線管及び前記回転Ｘ線管と向かい合って配される静止するＸ線検出器を有する３Ｄトモシンセシススキャナ装置を動作させるための方法において、
関心対象物又は検査すべき組織領域の周りを回転するとき、円軌道の円弧に沿って方位角方向に前記回転Ｘ線管の連続する回転運動中に２Ｄ投影画像の組を取得するための回転式ステップ・アンド・シュート画像取得手順を行うステップ、及び
前記２Ｄ投影画像を３Ｄ再構成手順にかけるステップであり、各々の２Ｄ投影画像の画像取得時間中に、前記Ｘ線管の陽極上の前記電子ビームの焦点は、この時間中の前記管の連続する回転運動による前記Ｘ線管の前記方位角の経路距離が補正されるように、前記回転Ｘ線管のハウジングに対して開始位置から終了位置まで同じ円弧に沿って反対方向に移動しているステップ
を有する方法。
【請求項１１】
前記関心対象物又は検査すべき組織領域の次の２Ｄ投影画像の画像データを取得するための新しい画像取得処理を開始する前に、前記管のハウジングに対し、前記電子ビームの焦点をその開始位置まで戻すように切り替えるステップを有する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記方位角経路距離の補正は、前記Ｘ線管の連続する回転運動に前記電子ビームの焦点の補正運動を重畳することにより達成され、前記補正運動は、前記焦点の瞬時位置の時間に関する変化を表す不連続な鋸歯関数により規定される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記不連続な鋸歯関数は、時間的に連続な部分が、前記Ｘ線管の瞬時位置の時間に関する変化を表す線形の関数の傾斜係数とは逆の傾斜係数をもつ線形関数で表される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記関心対象物又は検査すべき組織領域の周りの前記連続する回転運動中に、前記回転Ｘ線管の瞬時位置を連続して検出するステップ、及び
前記回転Ｘ線管の瞬時位置に依存する前記Ｘ線管のハウジングに対し、前記開始位置から前記終了位置まで前記円軌道の円弧に沿って、前記Ｘ線管の陽極上の焦点を移動させるのに利用されるアクチュエータユニットを制御するステップ
を有する請求項１０乃至１３の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
３Ｄトモシンセシススキャナ装置の画像取得制御ユニット上で実施されると共に、実行しているとき、請求項１０乃至１４の何れか一項に記載の方法を実施するためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、ＣＴベースの撮像システムに言及し、特に検査すべき乳房組織の周りを管が連続して移動している間、焦点を動かさない回転式のステップ・アンド・シュート(step-and-shoot)画像取得のための高速３Ｄトモシンセシススキャナ装置及びＣＴベースの方法に関し、これは、動きアーチファクト及びブラー効果(blurring effect)を避けるために、コーンビームボリュームＣＴマンモグラフィ撮像に有利に使用される。
【背景技術】
【０００２】
ＣＴ及びＭＲＩマンモグラフィーは現在最も効果的な乳がんのスクリーニング技術である。従来のマンモグラフィー技術は、２つの異なる方向、上から下及び一方の側面から他方の側面の方向から撮られる女性の胸の一対の２ＤのＸ線画像に依存している。検査すべき乳房組織は、全ての乳房組織が視察されることを確実にするために、２枚のガラス板の間に押し付けられ、そして維持される。今日では、ＦＦＤＭ(full-field digital mammography)システムが普通に用いられ、これは、例えばリアルタイムの非晶質シリコン（α−Ｓｉ）又は非晶質セレン（α−Ｓｅ）のフラットパネル検出器（ＦＰＤ）の技術に基づいている。
【０００３】
マンモグラフィーは、乳がんの死亡率を３０〜５０％減らすことを達成する助けとなることが様々な臨床研究において示されていたとしても、マンモグラフィーは完全な撮像技術ではなく、これは乳がんの３０％が一般に見落とされるからである。マンモグラムを読み取ることは、乳房組織の重畳が原因で難しく、これは時々、小さながん組織範囲及び他の病理学的な組織異常を検出不能にさせる。臨床的な乳房撮像において、腫瘍及び他の組織異常は、関心のある面の外側にある正常な乳房組織の要素によって不明瞭となることがあり、故に偽陰性(false-negative)の結果及び感度の低下につながる。反対に、重畳する組織の要素が組織異常に見えることが分かり、マンモグラム上にがんの腫瘍のように現れる擬陽性(false-positive)の病変につながる。これは、従来の２Ｄマンモグラフィーにおいて患者の不要なコールバックの１つの理由である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の２Ｄマンモグラフィーとは対照的に、デジタルブレストトモシンセシス（ＤＢＴ）は、ブレストボリューム(breast volume)において異なる深さに位置する複数の高解像度の画像スライスを生じさせるブレストイメージングにおける刺激的な新しい展開である。これによりＤＢＴは、例えば５０°の円弧にわたるＸ線管の湾曲運動(sweep)の間に、複数の投影角で取得された押し付けられた乳房の、一連の例えば１１枚の低線量の２次元投影画像からボリュームのビューを（例えばフィルタ逆投影アルゴリズムと一緒に標準的な３Ｄ逆ラドン変換に基づいて）再構成することにより、女性の乳房の３次元の構造情報を供給する。乳房内における異なる高さの対象物は、異なる角度で別々に投影される。後続する画像再構成は、検出器表面に平行な異なる深さ層からなるスライス画像のスタックにつながる。スライス内(in-slice)分解能は、大部分は検出器の分解能により決められ、普通は比較的小さな角度スキャン範囲内における前記対象物の不完全なサンプリングが原因により、異なるスライス間の分解能（"深さ分解能"）よりもかなり高い。この技術は、医師が周囲の重畳される組織による妨害のない女性の乳房の内部をぱらぱらめくることを可能にする。
【０００５】
結果として、ＤＢＴは、腫瘍を不明瞭にする又はがんの幻影を作り出すかもしれない重畳される組織の問題を大きく減少させる。他の研究者は、例えばアンギオグラフィー、胸部撮像、手関節撮像、歯の撮像のような応用のためのトモシンセシスを研究する。ＤＢＴの診断能力は、乳腺腫瘍の"機能"情報を供給する造影剤の使用によりさら向上する。
【０００６】
しかしながら、ＤＢＴボリューム画像は、最尤推定−期待値最大化（ＭＬＥＭ）として知られる複雑なアルゴリズムを使用して計算されるので、このＤＢＴ方法は、莫大な計算量を含み、これは、臨床環境に利用されるために事前に長い時間を要する。それにもかかわらず、ＤＢＴを用いた初期結果は有望である。研究者は、この新しい乳房撮像技術は、密集した乳房組織内において乳がんを簡単に見つけさせ、乳がんのスクリーニングをより楽なものにすると信じている。
【０００７】
研究者ががんをより早期に発見することが可能であることを示すだけでなく、乳房の正常な構造の重畳が原因により、従来のマンモグラフィーを使用するときに起こる多くの誤認警報を減少させることも可能である。ＤＢＴはこれら偽陽性の研究を事実上解消する。これは多くの女性にとっての多大な不安を無くし、乳がんのスクリーニングの総費用を減少させる一方、その精度を向上させる。
【０００８】
早期の臨床研究の結果は、診断ブレストトモシンセシスが病変の周辺を分析し、良性腫瘍と悪性腫瘍とを区別する能力を向上させることを示している。この改善した診断情報は、生検に対する正しい目標をよりよく特定することとなり、腫瘍の周辺及び乳がんの範囲を分析する助けとなる一方、行われる生検の総数を減少させる助けとなる。
【０００９】
従来のＤＢＴシステムにおいて、画像の取得に必要な合計時間は、（画像数Ｎはおそらく例えば約１１から５５の間にある）全ての取得画像の合計の統合時間Ｔｉｎｔ及びＸ線管を画像の位置間を移動させるのに必要な合計時間Ｔｍｏｖｅによって決められる。取得したＸ線画像の起こり得る最良の品質を得るために、画像取得手順は、画像統合時間Ｔｉｎｔの間はＸ線管が静止しているストップ・アンド・シュート法を使用するべきである。Ｘ線管の移動中（意図的な移動を止めた後、機械的に安定するまでの時間−意図しない移動−を含む）、画像の取得は行うことができない。しかしながら、このような手順が使用されるとき、合計の取得時間Ｔａｃｑ＝Ｔｉｎｔ＋Ｔｍｏｖｅは、かなり長い。利用可能な取得時間Ｔａｃｑは好ましくは、例えば１０秒未満、及び好ましくは例えば８秒未満に制限されるべきであるため、撮像のために実際に残っている合計時間Ｔｉｎｔは、短くなる。幾つかの製造業者は、画像の取得中にＸ線管が移動する場合に起こる焦点の移動さえも容認するらしい。しかしながら、これは得られる画像品質を大幅に減少させる深刻な画像のぼけ（ブラー）につながる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的はこれにより、Ｘ線管の連続する回転運動、及び検査すべき乳房組織の周りの円軌道の円弧に沿ったＸ線管の焦点位置により従来のＤＢＴシステムに起こる動きアーチファクト及びブラー効果の無い高められた画像品質を、トモシンセシススキャナ装置及びＣＴベースの方法に供給することである。
【００１１】
本目的を考慮して、本発明の第１の例示的な実施例は、（以下に"対象物"とも呼ばれる）関心対象物及び検査すべき組織領域の周りを回転するとき、円軌道の円弧に沿って方位角方向に回転Ｘ線管の連続する回転運動中に２Ｄ投影画像の組を取得するための回転式ステップ・アンド・シュート画像取得手順を行い、これら２Ｄ投影画像を３Ｄ再構成手順にかけるのに適した新しい３Ｄトモシンセシススキャナ装置に専念している。本発明によれば、各々の２Ｄ投影画像の画像取得時間中に、前記回転Ｘ線管の陽極上の電子ビームの焦点は、この時間中の管の連続する回転運動のために、この回転Ｘ線管で覆われる方位角の経路距離が補正されるような回転Ｘ線管のハウジングに対し、開始位置から終了位置まで同じ円弧に沿って反対方向に移動すると予測される。この文脈において、焦点の補正運動は、μｍ規模の精度である必要はないことを注意すべきであり、これは、実用系において既に大きな改善となる数百μｍまでの誤差を持つ精度だからである。
【００１２】
３Ｄトモシンセシススキャナはさらに、前記関心対象物及び検査すべき組織領域の次の２Ｄ投影画像の画像データを取得するための新しい画像取得処理を開始する前に、前記管のハウジングに対し、前記電子ビームの焦点をそれの開始位置に切り替えるための機構を有する。
【００１３】
前記３Ｄトモシンセシススキャナ装置はこれにより、Ｘ線管の連続する回転運動に電子ビームの焦点の補正運動の重畳を行うのに適している。これにより、前記補正運動は、前記Ｘ線管がそれに沿ってその時間にわたり移動する円軌道の円弧上の前記電子ビームの焦点の瞬時位置(momentary position)を表す時変の不連続な鋸歯関数により規定される。前記時変の不連続な鋸歯関数は、その時間にわたる前記Ｘ線管の瞬時位置を表す線形の時変関数の傾斜係数に比べて、逆の傾斜係数を持つ階段状の線形関数により与えられることが有利に予測される。補正されるべき方位角の経路距離は、回転Ｘ線管のハウジングに対し、前記開始位置から前記終了位置まで移動しているとき、（この線形関数の比例係数である、回転の中心と円弧上の焦点位置との間の半径方向距離を持つ）電子ビームの焦点で覆われる方位角の差の線形関数である。前記管のハウジングに対する焦点の移動及びそれによる円弧に沿った回転Ｘ線管の連続する回転運動の重畳は、前記対象物に対し静止する焦点位置及び前記対象物に対しＸ線管に正反対に配される静止するＸ線検出器となる。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、提案する３Ｄトモシンセシススキャナ装置は、前記Ｘ線管のハウジングに対する、回転Ｘ線管の陽極上の電子ビームの焦点の瞬時位置を検出するための第１の位置センサユニットを有することが予測される。それに加え、前記３Ｄトモシンセシススキャナ装置は、前記開始位置から前記終了位置まで前記回転Ｘ線管の陽極上の電子ビームの焦点を移動させるためのアクチュエータユニット、並びに前記第１の位置センサユニットにより連続して検出される電子ビームの焦点の瞬時位置、及び前記円軌道の円弧上の回転Ｘ線管の瞬時位置に基づいて閉ループ制御で前記アクチュエータユニットを制御するためのアクチュエータ制御ユニットを有し、後者の瞬時位置は、第２の位置センサユニットにより検出される。これにより前記アクチュエータユニットは、結果生じる電子ビームの焦点が前記開始位置から前記終了位置まで前記円軌道に沿って移動するような前記回転Ｘ線管の陽極のＸ線放射表面上に衝突する電子ビームを偏向させるのに必要とされる電場及び／又は磁場を発生させるための場発生装置が装備される。
【００１５】
本発明の第２の例示的な実施例は、先行する請求項の何れか一項に記載の３Ｄトモシンセシススキャナ装置を有する、画像取得、処理、映像化及びアーカイブシステムを参照する。
【００１６】
本発明の第３の例示的な実施例は、前記第１の例示的な実施例を参照して上述したような回転Ｘ線管及びこのＸ線管と正反対に配される静止するＸ線検出器を有する３Ｄトモシンセシススキャナ装置を動作させるための方法に注がれる。これにより前記方法は、関心対象物及び検査すべき組織領域の周りを回転するとき、円軌道の円弧に沿って方位角方向に前記回転Ｘ線管の連続する回転運動中に２Ｄ投影画像の組を取得するための回転式ステップ・アンド・シュート画像取得手順を行うステップ、並びにこれら２Ｄ投影画像を３Ｄ再構成手順にかけるステップを有する。本発明によれば、各々の２Ｄ投影画像の画像取得時間中に、前記回転Ｘ線管の陽極上の電子ビームの焦点は、この時間中の管の連続する回転運動のために、この回転Ｘ線管で覆われる方位角の経路距離が補正されるような回転Ｘ線管のハウジングに対し、開始位置から終了位置まで同じ円弧に沿って反対方向に移動すると予測される。このようにして、（静止慣性系の任意の点から見て）Ｘ線の焦点は、回転Ｘ線管の連続する回転運動中の様々な異なる投影角からの対象物を示す一連の個別の２Ｄ投影画像から各々の画像の取得中、間隔を空けて静止している。
【００１７】
それに加え、前記方法は、前記関心対象物及び検査すべき組織領域の次の２Ｄ投影画像の画像データを取得するための新しい画像取得処理を開始する前に、前記管のハウジングに対し、焦点をその開始位置に戻すように切り替えるステップを有する。
【００１８】
前記方位角の経路距離の補正はこれにより、Ｘ線管の連続する回転運動に前記電子ビームの焦点の補正運動を重畳することにより達成され、この補正運動は、その時間にわたる前記焦点の瞬時位置を表す時変の不連続な鋸歯関数により規定される。前記鋸歯関数は好ましくは、その時間にわたる前記Ｘ線管の瞬時位置を表す線形の時変関数の傾斜係数に比べて、逆の傾斜係数を持つ階段状の線形関数により与えられる。
【００１９】
上述した方法はさらに、関心対象物又は検査すべき組織領域の周りの連続する回転運動中に、前記回転Ｘ線管の瞬時位置を連続して検出するステップ、前記回転Ｘ線管の瞬時位置に依存する回転Ｘ線管のハウジングに対し、前記開始位置から前記終了位置まで前記円軌道の円弧に沿って、前記回転Ｘ線管の陽極上の焦点を移動させるのに利用されるアクチュエータユニットを制御するステップを有する。
【００２０】
最後に、本発明の第４の例示的な実施例は、３Ｄトモシンセシススキャナ装置の画像取得制御ユニット上に実装されると共に、実行しているとき、前記第３の例示的な実施例を参照して上述した方法を実施するためのコンピュータプログラムを述べる。
【００２１】
本発明のこれら及び他の利点は、以下に記載の実施例を参照すると共に、添付の図面を参照して、例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術により知られるようなＣＴマンモグラフィーに使用するための従来のデジタルブレストトモシンセシススキャナ装置の構成を概略的な断面側面図で示す。
【図２】本発明による提案した３Ｄトモシンセシスシステムの概略図及びそれのシステム要件。
【図３】Ｘ線管が時間の関数として回転軸の周りを移動する円軌道の円弧に沿って、方位角方向のネット焦点位置を示す本発明の前記第３の例示的な実施例による前記提案した画像取得方法を説明する位置−時間特徴を示し、この円弧に沿って前記回転軸の周りを回転するときの連続する管の運動及び前記Ｘ線管の管のハウジング内における同じ円弧に沿った反対方向の焦点の移動を重畳するように与えられる。
【図４】前記Ｘ線管のハウジングに対し、方位角方向への前記回転Ｘ線管の陽極上の電子ビームの焦点の移動を制御する閉ループ制御回路の概略的なブロック図を示す。
【図５】本発明の前記第３の例示的な実施例による提案した画像取得方法を説明する流れ図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明による提案する３Ｄトモシンセシススキャナ装置の構成並びに画像取得方法の特定のステップが特別な改善点に関して及び添付の図面を参照してより詳細に説明される。
【００２４】
図１において、従来技術により知られるようなＣＴマンモグラフィーに使用するための従来のデジタルブレストトモシンセシススキャナ装置が概略的な断面側面図で示される。このトモシンセシススキャナ装置は、直交座標軸ｘ、ｙ及びｚによって広がる静止三次元デカルト座標系のｙ方向に走っている、従って図面に垂直な水平回転軸１０２の周りを半径ｒの円軌道の円弧に沿って移動する回転Ｘ線管１０１を有する。さらに、検査すべき女性の乳房組織Ｍに対してＸ線管１０１とは全く正反対に配される静止するＸ線検出器１０４（例えば、フラットパネル検出器、ストリップ検出器、ＣＴ検出器又は如何なる他の種類のＸ線検出器）が予見され、組織Ｍは水平圧迫パドル１０３によって垂直方向ｚに僅かに圧迫される。本実施例における前記回転軸１０２は、前記圧迫される検査すべき乳房組織Ｍからかなり大きな距離ｄＡＭ＝ｗＰ＋ｄＡＤ−ｄＰＤで選択される。ここでｗＰは、前記圧迫パドルの幅を示し、ｄＡＤは前記回転軸とフラットパネル検出器１０４の照射される表面との間の距離であり、及びｄＰＤは、前記圧迫パドル１０３と前記フラットパネル検出器１０４との間の距離を表す。しかしながら、ｄＡＭの実際の長さは、夫々適用されるシステム設計に依存している。
【００２５】
図１に示される構成において、Ｘ線管１０１の回転の中心は、地点１０２を通る直線ＡＢ上の何れかの位置に選択され、（ここでは例示的に地点１０２と同じであるように示される）この直線の開始地点Ａは、前記圧迫される検査すべき乳房組織Ｍより上の位置にある中心線１０２'の上にあり、この直線の終了地点Ｂは、Ｘ線管１０１がそれに沿って移動する円軌道の円弧と中心線１０２'との交点である。この構成の代替案として、前記開始地点Ａは、Ｘ線透過撮影（図示せず）によって検査される前記圧迫される乳房組織Ｍ内又はそれより下の何れかにあってもよい。
【００２６】
Ｘ線管１０１の移動を描く軌道は、直線ＡＢに好ましくは垂直である方向に走っている、地点Ｂを通る直線により与えられることも予見される。これら計算は、結果生じる２Ｄ投影画像を計算し、次いでそれに応じて適応する必要があることを要求し、これは例えば参照番号１０２で示される地点により与えられるような、直線ＡＢ上の回転の中心の周りを半径ｒの円軌道の円弧に沿ってＸ線管１０１を移動させる場合よりもさらに難しい。
【００２７】
従来のマンモグラフィーに使用される乳房毎の２つのＸ線ビューの代わりに、描かれているデジタルブレストトモシンセシススキャナ装置は、例えば撮像セッション毎に例えば約５５枚までの２Ｄ投影画像を取得することを可能にし、各々の画像は、上述した円弧に沿った異なる方位角位置から撮られる一方、従来のマンモグラフィーほど放射線を患者に曝さない。これらビューに基づいて、コンピュータ（図示せず）は、最尤推定−期待値最大化、及びブランダイス大学及びマサチューセッツ総合病院（ＭＧＨ）によって共同開発されたアルゴリズムを用いることにより検査される乳房組織内の病理学的な構造（例えば腫瘍又は他のがん組織の領域）の位置を推定する。
【００２８】
本発明による提案した３Ｄトモシンセシスシステムの概略図とそれのシステム要件を示す図２に表されるように、回転Ｘ線管１０１は、関心対象物Ｏ又は検査すべきサンプル乳房組織Ｍのすぐ近くにある水平回転軸の周りを半径ｒの円軌道の円弧に沿って、例えばΔφｍａｘ＝４５°・（π／１８０°）ラジアンの方位角範囲にわたり移動し、前記円弧は、方位角位置ｂ（ｔ＝ｔ０）＝ｒ・φ（ｔ＝ｔ０）で始まり、方位角位置ｂ（ｔ＝ｔＮ）＝ｒ・φ（ｔ＝ｔＮ）で終わり、ｔｎ（ｎ∈｛０，１，２，…，Ｎ｝）はＮ＋１回の離散取得時間を示す。これにより、φ（ｔ＝ｔ０）及びφ（ｔ＝ｔＮ）は、離散時間ｔ＝ｔ０及びｔ＝ｔＮ夫々でのラジアンで与えられる対応する方位角角度を示す。この回転運動中、別個の正距投影角から得られる、例えば約１５から４５枚の間の２Ｄ投影画像は、例えばＴａｃｑ＝１０秒の全画像取得時間内でとられる。これにより、Ｔａｃｑは、離散時間ｔ０とｔＮとの間の時間差を示す。本発明はこれにより、静止慣性系から見るとき静止している電子ビームの焦点を用いることにより、Ｘ線管の回転運動は、画像取得手順と並行して実施され得る方法を使用する。Ｘ線管を特定の画像位置間で移動させるのに必要とされる蓄積時間Ｔｉｎｔ及びＴｍｏｖｅの重畳はこれにより、かなり短い全取得時間Ｔａｃｑでモーションブラーの無い(motion blur-free)画像となる。その上、前記提案した３Ｄトモシンセシスシステム及び画像取得方法は、静止するネット焦点位置となる一方、簡単なストップ・アンド・シュート方法と一緒に連続回転する管の移動に基づく従来のトモシンセシスシステムよりもさらに少ない機械的制御を要求し、それ故に２Ｄ投影画像は単に前記Ｘ線管が静止している蓄積時間中に取得されるだけであると述べられている。
【００２９】
図３の図表に示されるような位置−時間特性を参照すると、本発明の前記第３の例示的な実施例による、提案される画像取得方法がより詳細に説明されている。図は、回転Ｘ線管１０１がその上で時間ｔの関数として前記回転軸の周りを移動する、半径ｒを持つ円軌道の長さｂの円弧に沿った方位角方向のネット焦点位置を示し、ここで、不連続の鋸歯関数のグラフとして示される前記図において、焦点のネット位置は、上述した円弧に沿って回転軸の周りを回転するときの連続する管の移動と、前記Ｘ線管の管のハウジングに対するこの円弧に沿った方位角焦点の移動との重畳として与えられる。
【００３０】
鋸歯関数の傾斜係数ｂＦＳＨ（ｔ）＝ｒ・φＦＳＨ（ｔ）は、管の方位角位置関数ｂＴ（ｔ）＝ｒ・φＴ（ｔ）の逆傾斜係数であり、φＦＳＨ（ｔ）及びφＴ（ｔ）は、上述した円軌道の同じ円弧上における、焦点の対応する方位角角度及びＸ線管の対応する方位角角度を時間ｔの関数として夫々示すラジアン単位で与えられるという事実により、前記回転Ｘ線管の陽極のＸ線放射表面上に電子ビームの焦点のネット位置を示す結果生じる不連続関数は、各時間フレームｔｎ，ｔｎ＋１［ｎ∈｛０，１，２，…，Ｎ−１｝］内において０に等しい傾斜係数を持つ。
【００３１】
代替案として、回転Ｘ線管内の電子ビームの焦点の方位角位置ｂＦＳＨ（ｔ）の比較的小さな変化ΔｂＦＳＨが上述した管の位置関数ｂＴ（ｔ）の傾斜係数を補正する焦点のネット位置ｂＦＳ，ｎｅｔ（ｔ）＝ｂＴ（ｔ）＋ｂＦＳＨ（ｔ）において時間間隔Δｔ＝ｔｎ−ｔｎ−１ ∀ｎ毎に比較的大きな変化Δｂを生じさせるような陽極の形状が設計されてもよい。前記陽極のＸ線放射表面はこれにより、比較的急勾配の外形を持つべきである。
【００３２】
Ｘ線の焦点が前記管内を移動しなければならない距離を知るために、以下の推定が与えられる。回転Ｘ線管１０１の電子ビームの焦点と回転軸１０２との半径方向距離が例えばｒ＝６０ｃｍであり、上述した円弧がΔφｍａｘ＝５０°・（π／１８０°）ラジアンの角度幅を持つ場合、この円弧の全長ｂ及びそれにより前記Ｘ線管で覆われる方位角経路は、
【数１】
0005384612.tif 000002
の通り計算され、これはｂ≒５２ｃｍを生じる。ここでｂｎは、この円弧に沿った電子ビームの焦点の２つの隣接する画像取得位置間の円弧距離を示し、ｂｎは各ｎ（ｎ∈｛１，２，…，Ｎ−１｝）の値に対し同じ長さを持つ。
【００３３】
取得した画像数が例えばＮ＝３０である場合、回転Ｘ線管の陽極上のＸ線の焦点が進むのに必要な最大距離は、
【数２】
0005384612.tif 000003
によって与えられ、従ってｂｎ≒１．８ｃｍを生じる。より多くの又はより少ない画像が取得される必要があるとき、この数は変わるだろう。さらに、１００％のデューティサイクルが得られることが必要とは限らない。しかしながら、約２ｃｍの長さが一般的な値である。
【００３４】
図４において、Ｘ線管のハウジングに対する回転Ｘ線管の陽極上の電子ビームの焦点の方位角方向への移動を制御するための閉ループ制御回路４００の概略的なブロック図が示される。フィードバックラインにおいて、この閉ループ制御回路４００は、前記Ｘ線管のハウジングに対する回転Ｘ線管の陽極上の電子ビームの焦点の連続して検出する瞬時位置ｂＦＳＨ（ｔ）のための第１の位置センサユニットを有し、前記第１の位置検出器の出力信号は、前記アクチュエータ制御ユニットの入力ポートにフィードバックされる。フィードフォワードラインは、回転Ｘ線管の陽極上の電子ビームの焦点を前記開始位置ｂｓから前記終了位置ｂｅまで移動させるためのアクチュエータユニット４０３を有する。前記アクチュエータユニットの前にあるアクチュエータ制御ユニット４０１は、前記第１の位置センサユニット４０２により連続して検出されるような電子ビームの焦点の瞬時位置ｂＦＳＨ（ｔ）に基づくと共に、第２の位置センサユニット４０４により検出されるような円軌道の円弧上の回転Ｘ線管の瞬時位置ｂＴ（ｔ）に基づいて、閉ループ制御において前記アクチュエータユニット４０３を制御するのに用いられる。
【００３５】
前記第３の例示的な実施例を参照して上述したような、３Ｄトモシンセシススキャナ装置を動作させるための前記提案した方法を説明するフローチャートが図５に示される。新しいトモシンセシス画像の取得セッションを開始するための制御命令（又は電源オン信号）を受信した（Ｓ１）後、円軌道の円弧に沿った方位角方向（＋φ）への回転Ｘ線管１０１の連続回転運動の間、２Ｄ投影画像の組を取得するための回転式ステップ・アンド・シュート画像取得手順は、前記Ｘ線管１０１が関心対象物Ｏ又は検査すべき組織領域Ｍの周りを回転するときに行われる（Ｓ２）。そうでなければ、前記手順は、上記制御命令又は電源オン信号が受信されるまで、ループにおいてステップＳ１を続ける。前記実行しているトモシンセシス画像取得セッションを終了させるための制御信号（又は電源オフ信号）を受信するとき（Ｓ３）、前記手順は終了する。そうでなければ、上記制御命令又は電源オフ信号が受信されるまで、ループにおいてステップＳ２を循環的に繰り返され続ける。
【００３６】
本発明及び上記例示的な実施例は、動きアーチファクト及びブラー効果を避けるために、コーンビームボリュームＣＴマンモグラフィー撮像に使用されるようなデジタルブレストトモシンセシスシステムの範囲内において有利に応用されることができる。それにより、撮像実行毎の取得画像数Ｎは、例えば約１１から５５まで変化してもよい。
【００３７】
上述したようなＸ線又はＣＴスキャナシステムは、例えばフラットパネル検出器、ストリップ検出器、ＣＴ検出器、又は非晶質シリコン（α−Ｓｉ）若しくはシンチレータ若しくは先行する画像の読み出しに並行して画像情報を取得するのに使用される直接変換材料を使用するＣＭＯＳスキャナアレイに基づく他の種類のＸ線検出器が装備されることができる。
【００３８】
このようにして、回転Ｘ線管は、Ｘ線管の回転運動による中断が無く（ＴｉｎｔがＴａｃｑに等しいことを意味する）、画像取得のために永続的に使用され、１００％のデューティサイクル
【数３】
0005384612.tif 000004
が得られる。結果として、後続する３Ｄ再構成アルゴリズムに必要とされるようなＮ個の２Ｄ投影画像からなる完全な画像シーケンスを得るのに要する全画像取得時間Ｔａｃｑ、及び故に患者が完全に残っている時間は依然として最小化される。しかしながら、画像の統合と画像の読み出しとを並行して使用することができない検出器が用いられるとき、前記デューティサイクルは１００％にはできないが、必要とされる全画像取得時間Ｔａｃｑのかなりの減少が得られる。
【００３９】
本発明の範囲内で提案されるような電子ビームの焦点移動の概念が回転軸の周りを走っている円軌道の円弧上を移動する回転Ｘ線管を用いたアプリケーションシナリオに基づいて開示されていたとしても、前記概念は、静止ガントリに回転しないように取り付けられる、プログラム可能なスイッチシーケンスによってアドレッシングされる逐次的にスイッチ可能な空間分布したＸ線管のアレイを有するＸ線又はＣＴスキャナシステムの構成にも適用されることができる。それにより、（各々のＸ線管の焦点位置に発生する熱による融解又は亀裂が入ることによる）利用される陽極材料の損傷を避けるために、特定のＸ線管の夫々の陽極ターゲットが曝される、陰極により放射される電子ビームの焦点が変位することが与えられる。静止Ｘ線管は、例えば高い空間分解能及び迅速なスイッチング能力の利点を含むカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）型であってもよい。
【００４０】
デジタルブレストトモシンセシス装置及び方法と呼ばれる、本出願に開示される提案したシステム構成に加え、ここに開示される発明の利点は、ＣＴマンモグラフィー以外の３Ｄトモシンセシス応用に使用されることも検討される。加えて、ここに開示される方法及び装置が医療の環境に属しているように開示されたとしても、本発明の利点は、それらに限定はされないが、例えば空港若しくは他の種類の輸送センターでの手荷物検査システムのような産業又は輸送の環境で一般に用いられるシステムのような非医療撮像システムにもたらされてもよい。
【００４１】
本発明が図面及び先の説明において詳細に図例及び説明されているのに対し、このような図例及び説明は、説明的又は例示的であり、限定的ではないとみなすべきであり、これは、本発明が開示される実施例に限定されないことを意味している。開示される実施例の他の変形例は、図面、発明の開示及び請求項の検討から、本発明を行う当業者により理解及び達成されることができる。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、複数あることを示さないことが、それが複数あることを排除するものではない。ある方法が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実がこれらの方法の組み合わせが有利に使用されることができないことを指しているのではない。コンピュータプログラムは、例えば光学記憶媒体又は他のハードウェアと一緒に若しくはその一部として設けられるソリッドステート媒体のような適切な媒体に記憶／分布されるが、他の形式で、例えばインターネット又は他の有線若しくは無線の電話通信システムを介して配布されてもよい。その上、請求項における如何なる参照符号も本発明の範囲を制限するとは考えるべきではない。
【図１】
0005384612.tif 000005
【図２】
0005384612.tif 000006
【図３】
0005384612.tif 000007
【図４】
0005384612.tif 000008
【図５】
0005384612.tif 000009