(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線ビームの空間変調を用いるＸ線イメージング・システムであって、
空間的及び時間的に変化し且つ少なくとも１つのビーム強度信号（１８０）に基づく複数のＸ線強度を含む前記ビーム（１１０）を撮像対象物（１２０）に向かって送信するＸ線源（１０５、４０５）と、
前記ビーム（１１０）と前記対象物（１２０）との間の相互作用後に前記ビーム（１３０）を受信し、該ビームの複数の残留強度を計測して、少なくとも前記残留強度に基づき残留画像信号（１５０）を生成するＸ線検出器（１４０）と、
前記残留強度、前記対象物（１２０）の関心領域、及び予想される対象物運動の少なくとも１つに基づき空間的に変化する前記ビーム強度信号（１８０）を生成するビーム・プロセッサ（１６０）と、
１つ又はそれ以上の前記残留画像信号（１５０）及び前記ビーム強度信号（１８０）に基づく出力画像信号（１９０）を生成する画像プロセッサ（１７０）と、
を含み、
前記複数のＸ線強度が、前記撮像対象物（１２０）における予測される放射線厚みの分布、前記撮像対象物（１２０）の前記関心領域の分布、及び前記撮像対象物（１２０）の運動領域の分布のうちの１つ又はそれ以上に適合するよう変更される、
システム。
【請求項２】
前記複数のＸ線強度が、残留画像信号（１５０）に応じて動的に変更される請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記Ｘ線源（１０５、４０５）から送信される前記ビームをフィルタリングし、前記ビームの減弱量を変化させるフィルタを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
Ｘ線ビームの空間変調を用いたＸ線イメージング方法であって、
撮像対象物（１２０）に向かって前記ビームを送信して、少なくとも１つのビーム強度信号（１８０）に基づく、前記Ｘ線ビーム（１１０）のＸ線強度が該ビーム（１１０）にわたって変化する段階と、
Ｘ線検出器（１４０）において前記ビームを受信する段階と、
前記検出器（１４０）で前記ビーム（１１０）の複数の強度を計測する段階と、
前記検出器（１４０）で計測された少なくとも前記強度に基づいて残留画像信号（１５０）を生成する段階と、
前記残留画像信号（１５０）及び前記ビーム強度信号（１８０）に基づいて出力画像信号（１９０）を生成する段階と、
を含み、
前記ビーム強度信号（１８０）が、前記撮像対象物（１２０）の予測される放射線厚みの分布と前記検出器（１４０）で計測された前記強度とのうちの１つ又はそれ以上に基づき、空間的に変更され、
前記Ｘ線強度が、撮像対象物（１２０）の放射線厚みの分布、関心領域の分布、及び予測される対象物（１２０）運動領域の分布のうちの１つ又はそれ以上に適合するよう変更されることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記Ｘ線強度を前記残留画像信号（１５０）に応じて動的に変更する段階を更に含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ビーム・プロセッサ（１６０）が、前記ビーム（１１０）の減弱量を変化させるための制御を行う請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記ビームを送信するＸ線源（１０５、４０５）から送信される前記ビームをフィルタリングし、前記ビームの減弱量を変化させる段階を含む請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記ビーム・プロセッサ（１６０）及び画像プロセッサ（１７０）が、外付けビーム変更装置（１１３０）に含まれることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、Ｘ線イメージング・システムに関する。具体的には、本発明は、Ｘ線ビームの空間変調を用いるＸ線イメージングのためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＸ線イメージング・システムは、対象物を本質的に均一なＸ線ビームに曝露するＸ線源からなる。ビームが対象物を透過するときに、対象物全体にわたり放射線濃度が変化することにより、対象物においてＸ線束の変化する部分が減弱（例えば吸収又は散乱）されることになる。対象物を透過後、残りのビームは検出器に衝突する。検出器が様々な強度を有するビームを受信すると、検出器はビーム強度を計測してデータ収集システムに伝達する。次に、データ収集システムはビーム強度を用いて、陰影画像を生成することができる。
【０００３】
この従来の手法には多くの基本的問題が存在する。例えば、撮像対象物の全体は、撮像対象物の運動の存在及び／又は様々な対象物ボリュームが観察者にとってどの程度関心があるかにかかわらず、対象物全体にわたって変化する放射線厚みとは関係なく比較的高いＸ線量を受ける。
【０００４】
最大量のビームを減弱する対象物ボリュームが、これらのボリュームの画像を形成するのに十分なフォトン束を確実に受信するように、多量の線量が一般に用いられる。放射線厚みの大きい対象物ボリュームに衝突するビームが、十分な数のＸ線フォトンを検出器に到達させることを可能とするのに不十分な強度を有する場合には、結果として得られる陰影画像は、対象物ボリュームの特徴部に十分なコントラストを生成することができない。検出されたフォトン数の変動による対象物の放射線厚みの変化を識別可能とするためには、十分な数のフォトンが検出器に到達しなければならない。これらの変動は、量子ノイズ又はモトルとして公知である。
【０００５】
しかしながら、高いＸ線量はまた、放射線厚みが小さい対象物ボリュームにも衝突し、この放射線厚みの小さい対象物ボリュームでは、適切に撮像するために必要な線量が極めて少ない。薄い対象物ボリュームの過度の照射は有害な場合がある。加えて、これらのことは、例えば（ａ）Ｘ線散乱の増加、（ｂ）ベイリング・グレアの増加、及び（ｃ）検出器飽和などといった、別のイメージング問題を生じる可能性がある。最新の高性能Ｘ線検出器により、飽和することなく大小両方の放射線厚みを有する対象物ボリュームのイメージングを可能にすることができる。しかしながら、かかるシステムはやはり、放射線濃度が小さい対象物ボリュームを大きなＸ線量に不必要に曝露する場合がある。加えて、かかる高性能検出器は、Ｘ線システムにかなりのコストを付加する。
【０００６】
従来のＸ線イメージングの別の問題は、高い空間分解能及びグレイスケール分解能を必要とせずに基準に対してだけ撮像される対象物ボリュームへの線量が高いことである。これらのボリュームは、低減された線量率で撮像することができ、それでも適切な情報を提供するが、一方、高いグレイスケール及び空間分解能を要する対象物ボリュームは、依然として通常の線量で曝露されることを必要とする可能性がある。
【０００７】
従来のフルオロスコピーに関する別の問題は、フレーム毎に変化がほとんど生じることがなく、従って新しい情報がほとんど存在しない対象物ボリュームに対して照射線量率が過剰なことである。撮像領域が対象物運動をほとんど含まないことが既知である場合には、線量を低減し且つこれまでのフレームからの情報再利用を増やして、対象物の正確に表示することができるようになる。対象物ボリュームを移動又は変化させるには、適切な画質を得るために正規の線量率に曝露することが必要な場合が依然としてある。
【０００８】
幾つかのビーム変調技法がすでに提案されている。これらの技法は、達成しようとする目標により、２つの一般的なカテゴリー：（ａ）検出器曝露を空間的に等化又は均質化しようとするビーム等化方法、及び（ｂ）臨床的関心の少ない解剖学的ボリュームへの曝露を低減しようとする関心領域放射線撮影及びフルオロスコピー法に分類することができる。各々の幾つかの実施例を以下に示す。
【０００９】
ビーム変調方法の別のカテゴリー化は、表示された画像が、導入された輝度変調について補正されるか否かに基づくものである。多くの用途においては、未補正画像は、ユーザにとって補正画像以上の価値があるので、この補正は不必要である。他の用途においては、撮像対象物の本来の放射線厚みを正確に表示する画像強度を提示することを必要とする場合があり、出力画像を提示する前に、システムはＸ線ビームに導入された強度変動の反転を必要とする場合がある。
【００１０】
ビーム変調方法はまた、ビーム変調が自動的又は手動的のいずれで構成し且つ生じるかに基づいて分類することができる。従って、自動及び手動のビーム変調方法は区別される。
【００１１】
線量低減、Ｘ線散乱低減、或いは検出器飽和を防止するために、Ｘ線検出器への照射を等化又は均一にする幾つかの技法が提案されている。これらの技法は通常、Ｘ線源と撮像対象物との間に等化ビーム・フィルタを配置することから構成される。例えば、Ｓｉｒｖｉｎに付与された「均質化フィルタを含むＸ線装置」という名称の米国特許第５，１８５，７７５号において、撮像対象物の形態に適合するフィルタが、Ｘ線源と撮像対象物との間に配置され、検出器曝露を均質化して血管造影画像の品質を改善する。
【００１２】
任意の対象物の形態に適合するフィルタを迅速に生成するための幾つかの技法が提案されてきた。かかる技法の１つは、Ｂｏｏｎｅに付与された「放射線等化装置及び方法」という名称の米国特許第５，１０７，５２９号に開示されている。Ｂｏｏｎｅは、Ｘ線ビームのフィルタ処理で用いられる複数の並置ディスクの利用を説明している。各ディスクは、複雑な減弱パターンを含み、多くの減弱パターンを得るために別個に回転可能である。単一のスカウト画像に基づき、ディスクは最適な減弱パターンを生成するように回転する。減弱パターンは、事前画像の過剰照射領域に相当する撮像対象物の領域においてビーム減弱の増加を生じる。このようにＢｏｏｎｅは、検出器で受信されるＸ線ビーム強度を等化するＸ線フィルタ装置及び方法について説明している。
【００１３】
別の提案された解決策が、Ｅｄｈｏｌｍらに付与された「放射線機器のための照射補正装置」という名称の米国特許第３，７５５，６７２号で開示されている。Ｅｄｈｏｌｍは、Ｘ線吸収量を変化させることができるＸ線フィルタについて説明している。フィルタは、フィルタの異なる部分におけるＸ線吸収量を独立して変更することが可能な可変形状である。加えて、フィルタの一部のＸ線吸収量は、イメージング平面の下に配置される放射線検出手段により検出される事前すなわちスカウト画像に基づく信号に応答して自動的に調整される。このように、Ｅｄｈｏｌｍは、事前画像中に検出されるＸ線強度に基づくＸ線源弱量を自動的に変化させることができるＸ線フィルタについて説明している。
【００１４】
別の提案される解決策が、Ｄｏｂｂｉｎｓ  ＩＩＩに付与された「放射線画像のための可変補正方法及び装置」という名称の米国特許第４，８６８，８５７号及び第５，０８１，６５９号において開示されている。Ｄｏｂｂｉｎｓは、事前すなわちスカウト低線量Ｘ線画像に基づくＸ線ビームの変調について説明している。従って、Ｂｏｏｎｅ及びＥｄｈｏｌｍに関して上述したのと同様に、Ｄｏｂｂｉｎｓは静止型Ｘ線フィルタ処理方法及び装置について説明している。変調は、検出器で受信されると等化されるＸ線ビームをもたらすデジタル・ビーム減弱器マスクに基づいている。Ｄｏｂｂｉｎｓのデジタル・ビーム減弱マスクは、検出されたＸ線強度とデジタル処理で組み合わされて最終的なＸ線画像を形成する。
【００１５】
あまり重要でない対象物ボリュームに対する過度の照射の問題に対処するために、関心領域フルオロスコピー（「ＲＯＩＦ」）が提案されている（例えば、Ｒｕｄｉｎらの「関心領域フルオロスコピー」Ｊ．ｏｆ  Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．１９９２年９月−１０月、１９（５）、１１８３−９ページ）。ＲＯＩＦにおいて、手順特定フィルタがＸ線源と撮像対象物との間に配置され、臨床的関心の少ない領域におけるＸ線ビームを選択的に減弱する。処置の前に、減弱フィルタのみの画像を撮像することにより補正マスク画像が収集される。処置中、マスク画像は、デジタル・サブトラクション血管造影法と同様にデジタル処理で差し引かれ、撮像対象物の本来の減弱を復元する。
【００１６】
提案されたシステムの多くは、ビーム・フィルタを生成又は選択し、これらをビーム内に位置決めして、画像補正を実行するために人の介入を必要とする。ビーム等化処理の一部又は全体を自動化するための幾つかの解決策が提案されてきた。これらの解決策は、全体的にコンピュータ等化放射線撮影法として公知である。このような解決策の幾つかのカテゴリーは、（ａ）スキャン又はラスター・システム（例えば、Ｖｌａｓｂｌｏｅｍらの「ＡＭＢＥＲ、胸部Ｘ線撮影のためのスキャン多重ビーム等化システム」Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ、１６９巻１号２９−３４ページ）、（ｂ）そのボリューム形状が機械的又は電子的に制御されるＸ線吸収液又は可変物質を用いる解決法（例えば、Ｔａｎｇ、Ｍａｔｈｅｒ及びＺｈｏｕの「デジタル血管造影法のための領域Ｘ線ビーム等化」Ｊ．ｏｆ  Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．１９９９年、２６（１２）、２６８４−９２ページ）、（ｃ）所要の減弱パターンをＸ線吸収インクで印刷（Ｈａｓｅｇａｗａらの「デジタル・ビーム減弱システムの幾何学的特性」Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．１４、１９８７年５月−６月号の３、３１４−２１）、（ｄ）厚みを変化させる多重リーフ又は多重層の半透明フィルタを用いる解決法であり、フィルタの位置は所要の減弱パターンを生成するように独立して調整される（例えば、Ｂｏｏｎｅに付与された「放射線等化装置及び方法」という名称の米国特許第５，１０７，５２９号）である。
【００１７】
上記の引例は、ビーム変調法を説明しており、ここで必要とされるＸ線強度場は、事前スカウト画像から算出され、或いは手動でプログラムされる。しかしながら、多くのＸ線処置は、複数のビューから何百又は何千の連続するフレームを必要とする場合があるので、これらの解決法は、中断しないオートフォーカス・イメージングの機構に最適なビーム変調をもたらさない。
【００１８】
Ｘ線ビームの小部分のみが常に使用されるので、ラスター・ビーム又はスリット・ビームのスキャン・システム（ＡＭＢＥＲなど）のような提案の解決策の一部は、Ｘ線管のローディング要件を有意に増大させる。
【００１９】
ビームを選択的に減弱するために半透明物質を用いる解決法は、Ｘ線ビームのフォトンエネルギーに対して敏感である。３５ｋｅＶ前後の有効なＸ線フォトンエネルギーを有するＸ線ビームを減弱するように設計されたフィルタは、有効なフォトンエネルギーが、例えば２０ｋｅＶにまで低下すると有効なビーム変調には不透明すぎ、或いは有効なフォトンエネルギーが、例えば７０ｋｅＶにまで上昇すると透明すぎるようになる。低エネルギー及び高エネルギーのビームで動作する専用フィルタに関する問題に対処するには、かかるシステムの複雑性が実質的に増大することが必要となる。これらＸ線吸収物質の量又は厚みは、Ｘ線技法が有意な変化を受けるときには、重大な要因により変更する必要がある。広範なＸ線技法における有効なビーム変調要因をもたらすかかるシステムにおいて、これらの設計は極めて複雑となる可能性がある。
【００２０】
加えて、上記引例で提案される自動化されたビーム変調システムは、広いスペクトルのイメージング用途で有用となるような高速、分解能、及びダイナミックレンジをもたらすためには、大型であり、緩慢且つ高価すぎる可能性がある。
【特許文献１】米国特許第５，１８５，７７５号公報
【特許文献２】米国特許第５，１０７，５２９号公報
【特許文献３】米国特許第３，７５５，６７２号公報
【特許文献４】米国特許第４，８６８，８５７号公報
【特許文献５】米国特許第５，０８１，６５９号公報
【非特許文献１】Ｒｕｄｉｎらの「関心領域フルオロスコピー」Ｊ．ｏｆ  Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．１９９２年９月−１０月、１９（５）、１１８３−９ページ
【非特許文献２】Ｖｌａｓｂｌｏｅｍらの「ＡＭＢＥＲ、胸部Ｘ線撮影のためのスキャン多重ビーム等化システム」Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ、１６９巻１号２９−３４ページ
【非特許文献３】Ｔａｎｇ、Ｍａｔｈｅｒ及びＺｈｏｕの「デジタル血管造影法のための領域Ｘ線ビーム等化」Ｊ．ｏｆ  Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．１９９９年、２６（１２）、２６８４−９２ページ
【非特許文献４】Ｈａｓｅｇａｗａらの「デジタル・ビーム減弱システムの幾何学的特性」Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．１４、１９８７年５月−６月号の３、３１４−２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
医療インターベンショナル・イメージングなどのダイナミック・イメージング環境でビーム変調システムを有用にするために、ユーザ介入がなくスカウト・ショットを必要としない連続的なＸ線ビームの変調が可能な、改善されたシステム及び方法の必要性がある。かかるシステム及び方法は、撮像対象物にＸ線ビームが衝突する前に撮像領域全体のＸ線ビーム強度を制御することができる。変化の程度は、広範なＸ線技法における十分な数の中間強度値を分解すると共に、例えば最大で１又は２桁の大きさのように十分に高いことが必要な場合がある。システム及び方法はまた、例えば放射線撮影上薄く、静止しており、又は関心の少ない領域などの関心特性を適切に与えるため、低線量で十分な撮像対象物の領域に対してＸ線照射を自動的に低減することができる。システムはまた、画質の様々な態様を損なうこと、観察者を混乱させること、又は表示画像を歪曲することがなく、表示された画像をレンダリングすることができる。要するに、かかるシステムは、ビーム等化及び関心領域フルオロスコピーの利点（例えば、線量低下、Ｘ線散乱低下、光グレアの低下、飽和の低下など）を提供することができると共に、表示された画像をあたかも均一な高照射ビームで生成したように見せる。加えて、かかるシステム及び方法は、関心のある対象物ボリューム、放射線厚みが大きな対象物ボリューム、及び予測運動のある対象物ボリュームを高線量で照射することにより改善された画質をもたらすことができる。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、Ｘ線ビームの空間変調を用いて、引き続き、ビーム変調により導入される輝度又はノイズ歪みを出力画像からデジタル除去することができるＸ線システムを提供する。システムは、Ｘ線源、Ｘ線検出器、ビーム・プロセッサ及び画像プロセッサを含む。線源は、撮像対象物に向かってＸ線ビームを送信する。ビームは、少なくとも１つのビーム強度信号に基づくビーム強度場を含む。検出器はビームを受信し、ビームの複数の強度を計測する。検出器はまた、少なくとも計測された強度に基づいて残留画像信号を発生する。ビーム・プロセッサは、ビーム強度信号を連続的又は周期的に更新して、最適なビーム強度場を維持する。画像プロセッサは、残留画像信号及びビーム強度信号のうちの１つ又はそれ以上に基づいて出力画像を生成する。
【００２３】
本発明はまた、Ｘ線ビームの空間変調を用いたＸ線イメージング方法を提供する。方法は、撮像対象物に向かって空間変調されたＸ線ビームを送信する段階と、Ｘ線検出器でビームを受信する段階と、検出器で複数のビーム強度を計測する段階と、少なくとも計測された強度に基づいて残留画像信号を生成する段階と、及び出力画像信号を生成する段階を含む。初期ビームにわたるＸ線強度に少なくとも１つのビーム強度信号に基づいて空間的に変化するようにさせる。ビーム強度信号は、（ａ）最新の残留画像及びビーム強度場から決定することができる、撮像対象物の計測された又は予測された放射線厚み、（ｂ）撮像対象物の計測された又は予測された放射線厚み、及び（ｃ）検出され又は予測された対象物運動のうちの少なくとも幾つかに基づく。出力画像信号は、残留画像信号及びビーム強度信号のうちの１つ又はそれ以上に基づく。
【００２４】
本発明はまた、ビーム強度信号に基づくＸ線ビームの自動的及び動的な空間変調の技法である「Ｘ線覆い焼き処理」のシステム及び方法を提供する。Ｘ線覆い焼き処理は、ビームにＸ線遮断素子の配列を配置することから構成される。素子の幾つかは、様々な程度まで重複することができ、従って、ビームの遮断部分の領域が変化する。次に、全体の配列に高周波周期運動を受けさせると共に、ビーム強度に、周期運動との同期化において時間的に変化させる。この処理の組み合わされた効果は、ビームの遮断部分を平滑化し、グラデーション・レベルが高く広範な滑らかな半透明減弱パターンを連続的に変化させるようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
上記要約並びに本発明の幾つかの実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むとよりよく理解される。本発明の例証として、幾つかの実施形態が図面において示されている。しかしながら、本発明は、添付図面に示される構成及び手段に限定されるものではない点を理解されたい。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態によるＸ線ビーム変調を用いるＸ線システム１００の概略図を示す。システム１００は、空間変調ビーム１１０を生成するＸ線源１０５、撮像対象物１２０、Ｘ線検出器１４０、Ｘ線ビーム・プロセッサ１６０、画像プロセッサ１７０、及び表示装置１９５を含む。変調ビーム１１０は、撮像対象物１２０を透過して、対象物の特徴により種々の程度に減弱され、残留ビーム１３０を形成する。検出器１４０は、残留ビーム１３０内のビーム強度を計測し、残留画像１５０をビーム・プロセッサ１６０及び画像プロセッサ１７０に伝達する。ビーム強度信号１８０は、ビーム・プロセッサ１６０からＸ線源１０５及び画像プロセッサ１７０に伝達されることができる。画像プロセッサは、表示画像信号１９０を生成して表示装置１９５に伝達する。
【００２７】
上述のように、線源１０５は、空間変調ビーム１１０を撮像対象物１２０に向かって送信することができる。より具体的には、線源１０５は、ビーム強度信号に応じて、ビーム１１０にわたるＸ線強度を不均一に変更可能とすることができる。ビーム強度信号は、空間変調されたＸ線ビーム１１０の強度場のデジタル表示である。
【００２８】
線源１０５は、幾つかの実施形態の任意の１つによって、ビーム１１０のＸ線強度場を変化させることができる。例えば、システム１００は、ナロービーム１１０を対象物１２０の特定の領域にわたってラスター・パターンで前後に動かしながら、ビーム強度を時間的に変化させて検出器１４０において画像を統合することにより、ラスター・ビーム１１０を用いることができる。別の実施形態において、線源１０５は、多重ビーム線源を含むことができ、その各々は撮像対象物１２０の異なる部分を照射する。次いで、線源１０５は、個々のＸ線源の出力を制御することによりビーム１１０を空間的に変調することができる。
【００２９】
空間変調されたＸ線ビーム１１０は、対象物１２０の放射線厚みの分布に適合するように構成することができる。例えば、対象物１２０は、既知の計測又は予測厚み分布（例えば、フルオロスコピー・シーケンスの以前のフレームに基づく）を有することができる。少なくともこの分布に基づき、撮像対象物１２０の放射線厚みが厚い領域への照射を増大させ、及び／又は撮像対象物１２０の放射線厚みが薄い領域への照射を減少させるようにビーム強度信号を生成して、これにより、例えば残留ビーム１３０の強度がほぼ均一になると思われる。残留ビーム１３０は、例えば、少なくとも撮像対象物１２０により減弱された後のＸ線ビームを含むことができる。
【００３０】
空間変調されたＸ線ビーム１１０は、対象物１２０の関心領域の分布に適合するように構成することができる。関心領域は、システム１００のユーザがイメージングを望む対象物１２０の区域又はボリュームとすることができる。対象物１２０の関心領域は、プログラムされ、推察され、又は予測された、以前のスキャン又は全体的な図から先験的に知ることができる。少なくともこれらの関心領域の分布に基づき、例えば、非常に関心のある領域への線照射を増加させ、及び／又は関心の少ない領域へのＸ線曝露を低減させる結果となるビーム強度信号を生成することができる。
【００３１】
空間変調されたＸ線ビーム１１０はまた、対象物１２０の持続的な運動領域分布に適合するように設定することができる。対象物１２０は、イメージング・システム１００に対して移動すると考えられる領域又はボリュームを有することができる。他の領域は静止したままである可能性が高い。例えば、対象物１２０が患者の胸腔である場合には、胸腔の静止状態に対して動く患者の心臓を含むことができる。対象物１２０の運動領域は、ユーザがプログラムする、先験的に既知である、計測する、或いは予測することができる。運動がほとんどない領域では照射をあまり必要とせず、ここでは、これまでのフレームからの情報を再利用してこれらの静止領域の高画質表示を生成するように画像処理法を利用することができる。少なくとも運動の予測分布に基づいてビーム強度信号を生成することができ、結果として運動を伴う領域へのＸ線照射が増加し、及び／又は運動がほとんどないか又は全くない領域へのＸ線照射が低減されることになる。
【００３２】
最終的に、空間変調されたＸ線ビーム１１０は、上述の３つの分布の組合せに適合するように設定することができ、例えば、（ａ）放射線厚み、（ｂ）関心領域、及び（ｃ）対象物の運動領域を組み合わせて改善されたビーム強度信号を生成することができる。
【００３３】
ビーム１１０が対象物１２０を透過すると、検出器１４０が残留ビーム１３０を受信する。検出器１４０は、残留画像１３０によって投影された強度パターンを計測又は記録することができる装置である。例えば、検出器１４０は、電荷結合素子デジタルビデオカメラに結合された固体Ｘ線検出器又は画像倍増管とすることができる。
【００３４】
残留ビーム１３０の少なくとも計測された強度に基づき、検出器１４０は残留画像１５０を生成することができる。例えば、残留画像１５０は、検出器１４０により受信された様々な残留ビーム１３０の強度を表す電子データを含むことができる。検出器１４０は、ビーム・プロセッサ１６０及び画像プロセッサ１７０の少なくとも一方に残留画像１５０を伝達する。
【００３５】
ビーム・プロセッサ１６０は、システム１００の画像処理構成要素である。ビーム・プロセッサ１６０は、検出器１４０から残留画像１５０を受信し、ビーム強度信号１８０を生成して、ビーム強度信号１８０を線源１０５及び画像プロセッサ１７０の少なくとも一方に伝達することが可能な任意のプロセッサとすることができる。ビーム・プロセッサ１６０は、例えば、コンピュータの汎用マイクロプロセッサ、ソフトウェア・コンポーネント、又は専用デジタル信号処理（「ＤＳＰ」）回路で具現化することができる。ビーム・プロセッサ１６０は、システム１００の処理を与えるシステムにおいて具現化することができ、これはまた画像プロセッサ１７０で実行されるようなシステム１００用の追加タスクを実行することができる。
【００３６】
ビーム・プロセッサ１６０は、残留画像１５０を受信した後、残留画像１５０を検査して、ビーム強度信号１８０をどのように変更する必要があるかを求める。従って、ビーム・プロセッサ１６０は、少なくとも撮像対象物１２０の変化に基づきビーム１１０強度場を周期的又は連続的に更新することができるフィードバック・ループを完成する。ビーム・プロセッサ１６０は、受信した残留画像１５０を生成するためにビーム１１０強度場が適用されたものを「認識する」ことができるので、ビーム・プロセッサ１６０は、撮像対象物１２０の放射線厚みを推定するための均一ビームのスカウト・ショットは必要ではなく、更に、撮像対象物１２０がイメージング・セッション全体を通して移動又は変化するときに、ビーム強度信号１８０を周期的及び／又は連続的に更新することができる。
【００３７】
ビーム強度信号１８０が、主に撮像対象物１２０の放射線厚みに基づく場合には、フィードバック・ループは、Ｘ線源１０５のビーム変調性能限界内で本質的に均一な残留画像１５０を生じることができる。すなわち場合によっては、Ｘ線源１０５のビーム変調の空間分解能限界、ダイナミックレンジ限界、又はグレイスケール分解能限界により、部分的なビーム等化のお陰で有意な改善をもたらすことができたとしても、ビーム等化を完全に行うことは可能とはならない。これらの限界には、空間分解能、強度分解能、及びダイナミックレンジが含まれる。残留画像は、対象物の運動又は他の変化の情報、並びにＸ線源１０５のビーム変調器で解像されない詳細を含むことができる。Ｘ線源１０５のビーム変調性能が、対応するＸ線検出器１４０の画像収集性能に近づくと、残像画像１５０は、もしあれば、ノイズと運動のみを含むことができる。従って、撮像対象物に関する相当の有用な情報は、ビーム強度信号１８０に含まれる可能性がある。
【００３８】
ビーム強度信号１８０がまた、対象物１２０の運動予測領域及び関心領域に基づく場合には、ビーム・プロセッサ１６０は、これらの領域のビーム強度の増大を生じさせるようなビーム強度信号１８０を生成することができる。従って、残留画像１４０が不均一となる可能性があり、撮像対象物１２０の放射線厚みを正確に表すことができない。
【００３９】
上述のように、ビーム・プロセッサ１６０はまた、ビーム強度信号１８０を画像プロセッサ１７０に伝達することができる。画像プロセッサ１７０は、２つ又はそれ以上の画像信号を、画像代数演算子を用いる第３の画像信号と組み合わせることが可能な任意のプロセッサとすることができる。例えば、画像プロセッサ１７０は、専用ハードウェア構成要素、プログラマブルデバイス、又は汎用マイクロプロセッサ上で動作する埋め込みソフトウェア・コンポーネントとすることができる。
【００４０】
画像プロセッサ１７０は、残留画像１５０からビーム強度信号１８０を差し引いて出力画像１９０を生成する。このサブトラクションは、例えば、ピクセル毎のベースで行うことができる。サブトラクション操作の具体的な意味は、構成画像に適用されるグレイスケール変換に依存する。例えば、対数グレイスケール変換が残留画像及びビーム強度信号に適用される場合には、単純な算術減算を用いることができる。次いで、組み合わされた画像１９０は、例えば均一なＸ線ビームで収集されたような、対象物１２０の本来の放射線厚みを正確に表すことができる。ビーム強度信号１８０が適合する残留画像１５０と確実に結合されるように、システムに信号遅延を設定しなければならない場合がある。
【００４１】
画像プロセッサ１７０はまた、ビーム・プロセッサ１６０のビーム強度信号１８０を生成するのに用いられる、同じ関心領域情報及び運動領域情報に従って、画像プロセッサの処理を適応させることができる。これらの適応は、空間フィルタ処理、時間的フィルタ処理、特徴強調、ノイズ抑制、及びその他を含むことができる。例えば、ビーム・プロセッサ１６０が関心の少ない領域に対して線量を減少させる場合には、画像プロセッサ１７０は、対応する画像領域におけるノイズ低減を高めることができる。別の実施例のように、ビーム・プロセッサ１６０が、対象物の運動がほとんどないことが予測される領域に対して線量を減少させる場合には、時間的フィルタ処理を増大して用いて以前のフレームの再利用を増やし、高品質の画像を提示することができる。多重スケール画像処理法は、これらの解決策を促進することができる。
【００４２】
本発明の別の実施形態において、本発明は、既存のイメージング・システムへの外付けアドオン装置として具現化することができる。図１１において、システム１１００は、破線の箱で区切られた既存の従来システム１１０５を含み、これは同様に、Ｘ線源４０５及びＸ線検出器１４０を含む。外付けビーム変調装置は、外付けアドオン・プロセッサ１１３０、ビーム変調器１１１５、及び表示装置１１４０を備える。従来のシステムのビデオ出力１１１０は、アドオン・プロセッサ１１３０に接続される。ビーム変調器１１１５は、従来のシステム１１０５のＸ線源４０５に取り付けられる。アドオン・プロセッサ１１３０は、図４におけるビーム・プロセッサ１６０及び画像プロセッサ１７０の役割を果たす。ビーム構成信号４２０は、変調器接続１１２０に沿ってビーム変調器１１１５に送られる。ビデオ信号１１１０は、残留画像信号をアドオン・プロセッサ１１３０に送る。
【００４３】
従来のデジタルフルオロスコピーＸ線イメージング・システムは通常、Ｘ線源１０５、検出器１４０を含み、ビデオ出力信号１１１０を生成することができる。動作中、線源１０５は、Ｘ線ビーム１１０を対象物１２０に向けて送信する。ビーム１１０が対象物１２０を透過し、残留ビーム１３０となった後（上述のように）、検出器１４０は、残留ビーム１３０のＸ線強度を計測する。システム１１０５は次に、この残留ビームを他のシステムに供給することができるビデオ信号１１１０に変換する。
【００４４】
しかしながら、この実施形態において、このようなシステムに外付けビーム変調装置１１１５を付加して、本発明の機能性を既存のイメージング・システムに加えることができる。装置１１１５は、アドオン・プロセッサ１１３０によって制御される。
【００４５】
動作中、処理ブロックは、従来のシステム１１０５からビデオ出力１１１０を受信する。次に、アドオン・プロセッサ１１３０は、上述のようにビーム・プロセッサ１６０及び画像プロセッサ１７０と同様の機能性を達成するように作動する。例えば、アドオン・プロセッサ１１３０が残留画像１１１０を受信すると、ビーム・プロセッサ１６０と同様のビーム・プロセッサが、残留画像ビデオ信号１１２０を検査して、ビーム１１０のビーム強度をどのように変更する必要があるかを決定する。アドオン・プロセッサ１１３０のビーム・プロセッサは、上述のように、少なくとも撮像対象物１２０の変化に基づいてビーム１１０強度場を周期的又は連続的に更新することができるフィードバック・ループを完成する。次いで、装置１１２０は、ビーム強度信号１８０をビーム変調接続１１２０を介してビーム変調器に伝達することができる。
【００４６】
加えて、アドオン・プロセッサ１１３０のビーム・プロセッサがビーム強度信号を求めると、アドオン・プロセッサ１１３０はまた、ビーム強度信号をシステム１００の画像プロセッサ１７０と同様の内部画像プロセッサに伝達することができる。次に、アドオン１１３０の画像プロセッサは、残留画像１５０からビーム強度信号１８０を差し引き、出力画像１９０を生成する。このサブトラクションは、例えばピクセル毎のベースで行うことができる。次いで、装置１１２０は、システム１１００のユーザに表示するために画像１９０を外付け表示装置１１４０に伝達することができる。従って、現在記載されている実施形態は、本発明の機能性を達成するために、既存のＸ線イメージング・システムにビーム変調装置１１２０を単なる追加をもたらす。
【００４７】
図２は、本発明の実施形態による上述のフィードバック・ループに基づいて、出力画像信号１９０を発生する方法２００によるフローチャートを示す。まず、ステップ２１０において、Ｘ線源１０５が対象物１２０に向かってＸ線ビーム１１０を送信する。次に、ステップ２２０において、空間変調ビーム１１０が対象物１２０を透過して該対象物１２０により減弱される。対象物１２０の反対側に存在する、結果として得られたビームが残留ビーム１３０である。ステップ２３０において、検出器１４０が、残留画像１５０を生成するために残留ビーム１３０のＸ線強度を計測する。次いで、ステップ２４０において、検出器１４０は、残留画像１５０をビーム・プロセッサ１６０及び画像プロセッサ１７０に伝達する。次に、ステップ２５０において、ビーム・プロセッサ１６０は、ビーム強度信号１８０を発生し、信号１８０を線源１０５及び画像プロセッサ１７０に伝達する。次いで、ステップ２６０において、画像プロセッサ１７０が、画像出力信号１９０を生成するために残留画像１５０をビーム強度信号１８０と結合する。次に、この出力信号１９０は、例えば表示装置１９５に表示することができる。次いで、方法２００は、ステップ２１０に戻ることができる。このようにして、方法２００はフィードバック・ループ方式で進むことができる。
【００４８】
ビーム・プロセッサ１６０は、毎秒３０、１５、又は７．５フレームのフルオロスコピー・フレームレートなどの規則的に反復又は連続してビーム強度信号１８０を生成し伝達することができる。
【００４９】
出力画像に２つの成分を組み合わせることに加えて、画像プロセッサ１７０はまた、例えば特徴強調、ダイナミックレンジ抑制、ノイズ低減、デジタル・サブトラクション血管造影（「ＤＳＡ」）、及びグレイスケール変換などの他の画像処理タスクを実行することもできる。画像プロセッサ１７０におけるこれらの処理タスクは、ビーム・プロセッサ１６０のビーム変調タスクと相関付けることができる。例えば、運動を含むようには予測されない領域は、ビーム・プロセッサ１６０で制御された少ないＸ線照射を受信することができるが、この領域はまた、画像プロセッサ１７０における画像ノイズを低減するようにより強く時間平均することができる。別の実施例として、関心の少ない領域は、少ないＸ線照射を受信することができるが、例えば、画像プロセッサ１７０におけるノイズを低減するようにより多く空間平均することもできる。
【００５０】
表示装置１９５は、画像プロセッサ１７０から出力画像１９０を受信し、観察者にこれを提示する。
【００５１】
図３は、本発明の実施形態による空間変調ビーム１１０、残留画像１５０、及びフィードバック・ループが最適なビーム強度場近くに生成された後の表示画像信号１９０の実施例を示す。図３において、ビーム・プロセッサは、関心領域又は予測される対象物運動を考慮せずに残留画像を等化するようにプログラムされる。加えて、ビーム変調器の空間分解能は、図３において制限され、そのためビーム強度信号は低周波画像情報しか含まず、残留画像が残りの高周波画像情報を含む。結合された出力画像１９０は、均一なビーム・システムを用いて高線量及び高分解能で収集されたように見えるが、このとき、実際には撮像対象物に対する平均線量は有意に低減されている。
【００５２】
図４は、本発明の実施形態により用いられるＸ線ビーム１１０の空間変調を使用するＸ線システム４００の概略図である。システム４００は、本質的に均一なＸ線ビーム４１０を照射するＸ線源４０５、ビーム変調フィルタ４１５、撮像対象物１２０、Ｘ線検出器１４０、ビーム・プロセッサ１６０、画像プロセッサ１７０、及び表示装置１９５を含む。初期ビーム４１０は、例えばヒール効果により完全に均一とすることはできない。ビーム変調フィルタ４１５がＸ線源４０５と撮像対象物１２０との間に配置される。Ｘ線源４０５は、変調フィルタ４１５、撮像対象物１２０、及び検出器１４０に向かって本質的に均一なＸ線ビーム４１０を送信する。均一なビーム４１０の少なくとも一部は、変調フィルタ４１５を透過して変調ビーム１１０を形成する。変調ビーム１１０は、撮像対象物１２０を透過して、その特徴部により様々な程度まで減弱され、残留ビーム１３０を形成する。Ｘ線検出器１４０は残留ビーム１３０の強度を計測し、残留画像１５０を形成して、これをビーム・プロセッサ１６０及び画像プロセッサ１７０に伝達する。ビーム・プロセッサ１６０は、ビーム強度信号１８０を形成し、信号１８０を画像プロセッサ１７０に伝達する。次に、ビーム・プロセッサ１６０は、ビーム強度信号１８０を変調器構成信号４２０に変換し、これをビーム変調フィルタ４１５に伝達する。このようにして、ビーム強度信号１８０及び変調器構成信号４２０の両方がＸ線ビームの空間変調を決定するよう機能する。画像プロセッサ１７０は、出力画像１９０を生成し、これを表示装置１９５に伝達する。画像プロセッサ１７０は、図１に関して上述したのと同様に、強度信号１８０及び変調器構成信号４２０を統合することにより出力画像１９０を生成することができる。
【００５３】
ビーム変調フィルタ４１５は、変調器構成信号４２０に応じて初期ビーム４１０をビーム領域にわたり様々な程度まで減弱することができる。ビーム変調フィルタ４１５は、初期ビーム４１０の減弱量をビーム領域にわたり様々な程度まで選択的に変更し、これにより空間変調ビーム１１０を生成することが可能な任意の装置とすることができる。図１の空間変調ビーム１１０と同様に、ビーム変調フィルタ４１５は、上述のように所要のビーム１１０の強度場を生成するように初期ビーム４１０を減弱することができる。
【００５４】
１つの実施例において、ビーム領域にわたるビーム減弱を選択的に変更するビーム変調フィルタ４１５の能力は、液晶表示（「ＬＣＤ」）装置と比較することができる。例えば、ＬＣＤ装置は、液晶のマトリクスに電流を印加することにより、ピクセルを通る光の透過を制御することができる。適切な電流の印加によりＬＣＤの個々のピクセルが変化し、ＬＣＤを透過する光の量を可変とすることができる。同様に、ビーム変調フィルタ４１５は、変調構成信号４２０に基づき、例えば、可変量のＸ線ビーム４１０を透過させることを可能とするように変更することができる、ピクセルのマトリクスを利用することができる。
【００５５】
システム４００の残りの構成要素の機能は、図１に示されるシステム１００のものと同様であり、上記で説明されている。システム４００の機能性、用途、及び利点は、図１のシステム１００の機能性と同様である。例えば、線源１０５及び４０５、対象物１２０、検出器１４０、ビーム・プロセッサ１６０、画像プロセッサ１７０、及び表示装置１９５は、図１及び図４の双方で同様に動作することができる。
【００５６】
図５は、本発明の実施形態によるビーム変調フィルタを用いる上述のフィードバック・ループに基づく、出力画像信号１９０を発生する方法５００によるフローチャートを示す。まずステップ５０５において、Ｘ線源４０５が、上述のようにフィルタすなわちビーム減弱器４１５に向かってＸ線ビーム４１０を送信する。次に、ステップ５１０において、ビーム減弱器（すなわちフィルタ）４１５が、上述のようにビーム４１０を減弱する。例えば、減弱器４１５は、変調構成信号４２０に応じて不均一にビーム４１０を減弱することができる。ビーム４１０が減弱器４１５を出ると、ビーム４１０は上述のように変調ビーム１１０になる。次に、変調ビーム１１０は、ステップ５２０に示されるように、撮像対象物１２０を透過して残留ビーム１３０になる。次いで、残留ビーム１３０は、検出器１４０に衝突する。ステップ５３０において、検出器１４０は、残留画像１５０を生成するために残留ビーム１３０のＸ線強度を計測する。次に、ステップ５４０において、検出器１４０は、上述のように残留画像１５０をビーム・プロセッサ１６０及び画像プロセッサ１７０に伝達する。ステップ５５０において、ビーム・プロセッサ１６０は、ビーム強度信号１８０を発生し、強度信号１８０を画像プロセッサ１７０に伝達する。次いで、ステップ５６０において、ビーム・プロセッサ１６０は、上述のようにビーム強度信号１８０を構成信号４２０に変換し、信号４２０をビーム減弱器４１５に伝達する。次に、ステップ５７０において、画像プロセッサ１７０は、上述のように出力画像信号１９０を生成するために残留画像１５０をビーム強度信号１８０と統合する。次いで、この画像信号１９０を表示のため表示装置１９５に伝達することができる。次に、方法５００は、ステップ５０５に進むことができる。このようにして、方法５００は、フィードバック・ループ方式で進むことができる。
【００５７】
本発明によるビーム変調フィルタの実用的な実施形態のベースは、「Ｘ線覆い焼き処理」と呼ばれる。この用語は、暗室光写真における覆い焼き処理及び焼付け法に由来する。写真の一部分への露光を制御するために、撮像者は、計算された露光時間の間、光ビームに不透明マスクを導入することができる。写真に鋭いマスク・エッジをフェザーリングするために、撮像者は、マスクを水平又は垂直方向に揺動することができる。印画紙は、経時的に露光を蓄積し、その結果、印画紙への合計露光の変化は、領域がマスクにより遮られたままである持続時間により画像全体にわたって制御することができる。
【００５８】
これまでに開示された（例えば上述の）ビーム変調フィルタは、Ｘ線ビームに配置された半透明の物質の厚みを変化させることによりビームを変調する。対照的に、Ｘ線覆い焼き処理は、放射線撮影上不透明な素子を用いてビームを完全に遮断するが、フレーム蓄積期間の制御された部分についてだけである。この方法は、ビーム変調に柔軟性、高いグラデーション・レベル、高空間分解能、及び高いダイナミックレンジを与える。加えて、これまでに試みられた解決法（上述のようなもの）とは異なり、Ｘ線覆い焼き処理を用いるビーム変調は、Ｘ線遮断素子が放射線撮影上不透明性を維持する限り、Ｘ線フォトンエネルギーに対してそれほど敏感でない。インターベンショナル医療フルオロスコピー及び診断用放射線撮影法に用いられるＸ線技法の範囲において、０．８−１．５ｍｍのタングステンで作られた素子がＸ線ビームを効果的に遮断するのに十分とすることができる。
【００５９】
照射時間を制御するために、Ｘ線遮断素子は、高速又は高周波で高精度に移動、回転、及び／又は振動することができる。運動の複雑性を低減するのを助けるために、均一なビームの強度は、Ｘ線遮断素子の運動に同期して変化することができる。実際、これらの運動及びビーム強度を適切に周期的に変化させることはより容易とすることができる。従って、Ｘ線覆い焼き処理法は、Ｘ線ビームのＸ線遮断素子の制御された配列を使用することにより、周期的な時間的Ｘ線ビーム変調及び検出器フレーム蓄積期間と同期する高周波の周期的運動を受けて、所要のＸ線ビームの空間的変調を生成するものとして定義することができる。
【００６０】
図８は、本発明の実施形態によるＸ線覆い焼き処理の効果を示す。この実施形態において、照射領域６１５は、画像セル７２０に分割される。放射線撮影上不透明な素子７１０を任意の画像セルに導入することができる。素子７１０が、ほぼ１つのセル幅の振幅でＸ線ビームに垂直な面において高周波の振動運動８１０を受けるときに、半透明の不鮮明な減弱パターン８００が生成される可能性がある。ここで振動８１０は、調波又は正弦波と仮定する。振動運動８１０は、減弱パターン８００から鮮鋭な特徴部を完全に除去することはできない。これらの鮮鋭な特徴部は、出力画像１９０にアーチファクトをもたらす可能性がある。これらの鮮鋭な特徴部を除去するために、システムは、振動運動８１０の位相と同期される初期均一ビーム４１０の強度を変化させることができる。
【００６１】
例えば、ディスク回転６３０の中心がｐ＝０の場合であるように極座標θ、ｐで定義される、ｋ番目のベースディスクの減弱関数をφｋ（θ、ｐ）∈［０、１］とする。次にシステムは、各ディスクｋの位相６４０を適切な角度オフセット値ψｋだけオフセットさせて、スタック全体の所要の組合された減弱関数
【００６２】
【数１】
0005468720.tif 000002
【００６３】
を生成する。１つ又はそれ以上の位相シフトを表す指標６４０は、例証の目的で図６に含まれる。ディスク・スタック全体６１０に回転振動を受けさせ、これによりその角度オフセットεは、ε＝λｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）で変化し、ここで、ｔは時間、Ｔは振動周期、及びλは角振動振幅（例えば、λ＝π／６４）である。次に、ディスク・スタックの一部は、時間可変強度Ｉ０（ｔ）を有する均一ビームに照射される。次いで、時間ｔの任意の時点で、変調ビームの強度は、
Ｉ（θ、ｐ、ｔ）＝Ｉ０（ｔ）・Φ（θ＋ε（ｔ）、ｐ）
となる。各半周期の間の平均強度は、
【００６４】
【数２】
0005468720.tif 000003
【００６５】
である。積分変数をεに代入すると、この数式は、
【００６６】
【数３】
0005468720.tif 000004
【００６７】
となる。これは畳込み積分Ｉ（θ、ｐ）＝ｈ（θ）＊Φ（θ、ｐ）として記述することができ、ここで、
【００６８】
【数４】
0005468720.tif 000005
【００６９】
である。次に、均一なＸ線ビーム４１０の時間強度波形Ｉ０（ｔ）を変更することにより、減弱パターンΦ（θ、ｐ）をθ軸に沿った任意の関数ｇ（θ）で効果的に畳込むことができることが示される。例えば、ｇ（θ）をガウシアン又はハニングカーネルなどの平滑化帯域制限カーネルとして選択することができる。すなわち、ｈ（θ）＝ｇ（θ）であり、ビーム強度波形は、ｔ＝［０、Ｔ／２］に対して、
Ｉ０（ｔ）＝ｇ（λｃｏｓ２πｔ／Ｔ）・２πλ／Ｔ・ｓｉｎ２πｔ／Ｔ
（単一パルス）として計算することができる。パルスは、イメージング用途による要求に応じて、互いに順次展開又は続くことができる。
【００７０】
図９は、上述の調波振動関数ε（ｔ）に対応することができる振動オフセット関数９１０、及び上述のように比例均一ビーム４１０強度Ｉ０（ｔ）を生成するＸ線管電流波形９２０（ｍＡ）の実施例を示す。Ｘ線管波形９２０は、平滑カーネルｈ（θ）をガウシアン・カーネルにして、図８に示されるような平滑化効果をもたらす。
【００７１】
図８における運動ぼけは、振動方向８１０に沿ってのみ減弱パターンを平滑化する点に留意されたい。半径方向軸に沿った平滑さは、Ｘ線遮断素子７１０の幅の円滑な変動により達成される。Ｘ線遮断素子の縦列８３０が、図９のビーム強度変調９２０と同期される振動８１０により平滑化されるときに、結果として得られたビーム変調パターン８４０は、少なくとも部分的に帯域制限畳込みカーネルｈ（ｘ）により振動８１０の方向に沿って完全に均一にすることができる。ビーム遮断素子の横列８５０は、少なくとも部分的にＸ線遮断素子７１０の帯域制限幅変動により振動８１０に直交する均一な減弱をもたらすことができる。このようにして、周期運動８１０及び時間的なビーム強度変調と組み合わされるＸ線遮断素子７１０を用いて、滑らかに変化する減弱パターンをもたらすことができる。これらのパターンは、画像アーチファクトを排除し、又は完全なビームの位置合わせの必要性を回避するために重要とすることができる。
【００７２】
運動ぼけ及び時間的ビーム変調は、減弱パターンから鮮鋭な特徴部を除去する。ビーム遮断素子７１０によって遮断される領域は、該素子が配置された画像セルにおいて生成される減弱に寄与する。システムは、様々な幅の可能性のあるビーム遮断素子のセットから選択することにより局所的減弱を調整することができる。図１０は、本発明の実施形態による素子間の閉塞を用いて局所的減弱レベルを調整する、より柔軟な方法を示す。２つのビーム遮断素子１００１及び１００２をビーム内に配置することができる。素子１００１、１００２は、大きさ及び／又は形状が異なることができる。これらの素子１００１、１００２が、異なる平面に配置される場合には、これらは互いに閉塞することができる。その結果、全体のビーム遮断領域は、機械的精度によってのみ制限される減弱レベルの数に伴い漸次的に変えることができる。
【００７３】
例えば、２つの素子１００１、１００２が、素子配列１０１０におけるように互いに閉塞してないときには、結果として得られる減弱セル１０２０は、素子配列１０３０と１０５０及び対応する減弱セル１０４０と１０６０におけるように、素子１００１、１００２が互いに閉塞しているときよりも、様々な程度まで暗くなる可能性がある。加えて、素子の回転、或いは素子を焦点により近づける、又は焦点から離すなど、ビーム遮断素子の投影領域を変更する他の方法を用いることができる。
【００７４】
Ｘ線遮断素子の設計はまた、隣接するセルがどのように相互作用するかを考慮することができる。例えば、Ｘ線ビームの一部を完全に遮断する能力があることが望ましいとすることができる。そのため、素子の横列及び／又は縦列は、Ｘ線ビームが完全に遮断されるようにしっかりとかみ合うことができる。ビーム遮断素子は、ギャップなしに領域全体を遮断するよう構成可能とするために、隣接する横列から素子間を連結するように設計される。例えば、最大の減弱に設定された素子のセル１０７０及び１０７５の２つの隣接する縦列は、組み合わされると、配列１０８０のようにしっかりと固定することができる。これらが運動によりぼかされた後、平滑化された減弱パターン１０８５は、ビームが完全に遮断される領域を含む。
【００７５】
素子間閉塞は、１つ又は幾つかのビーム遮断素子を用いてＸ線ビームの変化する部分を遮断する幾つかの可能な手法のうちの１つに過ぎない。例えば、素子の回転又はローリング、或いは線源に向かう又は線源から離れる素子の移動を用いることができる。また、素子間閉塞は２つの素子に制限される必要もない。様々な配置で互いに閉塞する複数の素子は、所要の減弱パターンを生成する際に、より大きな柔軟性をもたらすことができる。
【００７６】
図６及び図７は各々、本発明の実施形態によるビーム変調フィルタ４１５の実施形態を示す。Ｘ線源１０５は、上述のように本質的に均一なＸ線ビーム４１０を生成する。均一なＸ線ビーム４１０は、ディスク状のベースフィルタ６２０のスタックを横切る。ベースフィルタ６２０は、放射線撮影上半透明な材料で作られ、Ｘ線遮断素子７１０の配列を含む。
【００７７】
ベースディスクの相対的角度オフセット６４０は、各ディスクの異なる部分を照射領域６１５内に設置する。例えば、所与のディスクの角度オフセット６４０は、特定のＸ線遮断素子７１０又は指標６３５により示される他の公知の位置決めマーカの角度オフセット６４０により求めることができる。ディスクの角度オフセットは、独立して制御することができる。ディスク６２０の数、素子７１０の様々な配列、及び様々なディスク６２０の様々な角度変位を変更することにより、照射領域６１５におけるＸ線遮断素子の多数の可能性のある配列が可能である。
【００７８】
ディスク・スタック全体に、均一ビーム４１０の周期的な時間変調と同期した軸６３０の周りの高周波回転振動を受けさせることができる。
【００７９】
ベースディスクの回転オフセットは、上述のようにビーム・プロセッサ１６０から発生する変調器構成信号４２０により制御することができる。これらのオフセットを生じさせるモータ及び機械は図６に示されてないが、例えば、当業者には公知のステッピング・モータ構造で具現化することができる。
【００８０】
本発明の実施形態の1つの実施例において、ベースフィルタ６２０の円形照射領域６１５は、図７に示されるようにセル７２０の縦列及び横列に分割することができる。例えば、図７において、円形照射領域６１５は、５つの７セル中心縦列及び２つの３セル境界横列に分割される。４１セルの各々のビーム減弱レベルは、これらの間の円滑な遷移により独立して制御することができる。
【００８１】
２つのベースディスクが、画像セルの５つの中心縦列の各々に割り当てられる（総数で１０個のベースディスク）。各ディスク６２０は、照射される縦列の各セル７２０がＸ線遮断素子を含むか又は含まないかのいずれかである位置まで回転することができる。１つの７セル縦列について、２７＝１２８のこうした７個組みが可能である。１がＸ線遮断素子の存在することを表し、０がＸ線遮断素子のないことを表すとすると、１２８素子パターン
0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0
によるベースディスク周りの素子の円形配列により、ディスク６２０をこうした任意の可能な７個組を生成する配置まで回転させることができる。各縦列に２つのディスクを割り当てることができるので、３５個の中心セルの各々に対して、４つの可能性のある構成が可能であり、すなわち、（１）Ｘ線遮断素子が存在しない、（２）第１のベースディスクから１つのＸ線遮断素子が存在する、（３）第２のベースディスクから１つのＸ線遮断素子が存在する、及び（４）１つは第１のベースディスクから、１つは第２のベースディスクからの２つのＸ線遮断素子が存在する。例えば、第１のディスクからの素子により結果として得られるセル減弱が０．３３で、第２のディスクからのものが０．６７である場合には、双方の素子がセルに存在すると、減弱は、素子間の閉塞の程度を調整することにより０．６７から１．０の連続するグラデーションで変化することができる。
【００８２】
他の多くのパターン設計が、必ずしもセル・マトリクスに基づかずに可能である。例えば、図７の６１５などの円形照射領域において、垂直な境界縦列は３つのセルしか含まない。４つの独立した減弱レベルをもたらす、上述の７１５のようなビーム遮断素子の２進パターンを有する２つのディスクを用いる代わりに、５個組の減弱パターンを用いて、各セルに５つの減弱パターンのいずれかを独立して形成することができる。かかる１２５セル円形パターンの実施例は、
0 0 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 1 1 3 3 0 0 2 2 4 4 2 2 0 0 3 3 1 1 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 4 4 0 1 2 3 4 0 2 3 0 1 3 4 1 2 4 0 3 4 3 4 2 3 2 3 1 2 1 2 0 2 4 2 4 1 3 1 3 0 3 0 2 0 1 0 1 4 1 4 2 0 3 1 4 0 4 1 0 2 1 3 2 4 3 0 4 2 1 4 3 1 0 3 2 0 4 3 2 1 0 4 0
である。このパターンにおいて、０から４の数字の任意の連続する３個組を見出すことができる。これらの数字に一致するビーム遮断素子の５つのタイプがディスク上に円形に配列されると、３つの照射セルにかかる素子の任意の組合せを選択することができる。
【００８３】
本発明の特定の要素、実施形態及び用途を示して説明してきたが、当業者であれば、特に前述の教示の観点で修正を行い得ることから、本発明はこれらに限定されないことが理解される。従って、かかる修正を保護し、且つ本発明の精神及び範囲内にあるこれらの特徴を組み込むことは、添付の請求項によって企図される。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】
【００８４】
【図１】本発明の実施形態によるＸ線ビーム変調を用いるＸ線システムの概略図。
【図２】本発明の実施形態による上述のフィードバック・ループに基づく出力画像信号を発生する方法によるフローチャート。
【図３】本発明の実施形態によるビーム強度場の実施例。
【図４】本発明の実施形態により用いられるＸ線の空間変調を用いるＸ線システムの概略図。
【図５】本発明の実施形態によるビーム変調フィルタを用いる上述のフィードバック・ループに基づき出力画像信号を発生する方法によるフローチャート。
【図６】本発明の実施形態によるビーム変調フィルタの実施形態。
【図７】本発明の実施形態によるビーム変調フィルタの実施形態。
【図８】本発明の実施形態によるＸ線覆い焼き処理の効果を示す図。
【図９】９２０などのＸ線管電流波形を用いて、本発明の実施形態により９１０などの調波振動により生成される運動ぼけを平滑できることを示す図。
【図１０】本発明の実施形態による素子間閉塞を用いた局所的減弱レベルを調整するより柔軟な方法を示す図。
【図１１】本発明の実施形態により用いられる従来のフルオロスコピーイメージング・システム１１０５と組み合わせて動作するアドオン・ビーム変調システム１１００。
【符号の説明】
【００８５】
１００  Ｘ線システム
１０５  Ｘ線源
１２０  撮像対象物
１４０  Ｘ線検出器
１６０  Ｘ線ビーム・プロセッサ
１７０  画像プロセッサ
１８０  ビーム強度信号
１９０  表示画像信号
１９５  表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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