(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多次元アセンブリを有するイメージング装置であって、該多次元アセンブリが、
個別にアドレス付け可能で、異なる平均エネルギーでＸ線スペクトルを同時に放出するよう制御可能な複数のＸ線源と、
前記複数のＸ線源における１つ又は複数のＸ線源から放出された前記Ｘ線スペクトルを検出するよう構成される複数のＸ線検出器であって、選択されたＸ線検出器だけがアクティベートされるよう制御可能な複数のＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器からの信号を処理し、視覚的表現を生成し、以前の画像の解析から得られる対象物のＸ線の局所吸収の知識に基づき、Ｘ線吸収の大きな領域に対して生成されるＸ線光子の数を増やし、Ｘ線吸収の小さな領域に対して生成されるＸ線光子の数を減らすよう制御することにより、最小のＸ線量レベルで前記視覚的表現が生成されるよう、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を制御させるワークステーションとを有し、
前記複数のＸ線源と前記複数のＸ線検出器とが、前記多次元アセンブリに分散される、イメージング装置。
【請求項２】
前記多次元アセンブリ、前記複数のＸ線源、及び前記複数のＸ線検出器が固定されている、請求項１に記載のイメージング装置。
【請求項３】
前記複数のＸ線源が、前記多次元アセンブリの表面における前記複数のＸ線検出器にわたり分散される、請求項１又は２に記載のイメージング装置。
【請求項４】
前記複数のＸ線源が、前記多次元アセンブリの少なくとも第１の面に配置され、前記複数のＸ線検出器は、前記多次元アセンブリの少なくとも第２の面に配置され、前記第１の面が前記第２の面と異なっている、請求項１又は２に記載のイメージング装置。
【請求項５】
各Ｘ線源が、冷陰極Ｘ線源を有する、請求項１乃至４のいずれかに記載のイメージング装置。
【請求項６】
前記冷陰極Ｘ線源が、カーボンナノチューブ、炭素チップ、炭素複合物、金属チップ、半導体チップ、焦電気物質若しくは強誘電体物質又はこれらの組み合わせのいずれかを有する、請求項５に記載のイメージング装置。
【請求項７】
前記イメージング装置が、動作中に静止している対象物を画像化するよう構成される、請求項１乃至６のいずれかに記載のイメージング装置。
【請求項８】
前記複数のＸ線検出器のそれぞれが、異なる平均エネルギーにあるＸ線を検出するよう構成可能である、請求項１に記載のイメージング装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載のイメージング装置を有する第１のイメージングシステムと、
機能的なイメージングシステムとを有し、
前記第１のイメージングシステム及び前記機能的なイメージングシステムが、対象物の特定の領域を画像化するよう構成される、結合モダリティイメージングシステム。
【請求項１０】
前記機能的なイメージングシステムが、光学イメージングシステム、磁気共鳴イメージングシステム、陽電子放出断層撮影システム、単光子放出コンピュータ断層撮影システム、コンピュータ断層撮影システム、温度イメージングシステム、又は超音波システムを有する、請求項９に記載の結合モダリティイメージングシステム。
【請求項１１】
イメージングシステムの動作方法において、制御部に、
多次元アセンブリに分散される個別にアドレス付け可能な複数のＸ線源を制御して、１つ又は複数の異なる平均エネルギーでＸ線スペクトルを同時に放出するステップと、
前記多次元アセンブリに分散される複数のＸ線検出器であって、選択されたＸ線検出器だけがアクティベートされる複数のＸ線検出器を制御して、前記複数のＸ線源の１つ又は複数から放出される前記Ｘ線スペクトルを検出するステップと、
前記Ｘ線検出器からの信号を処理し、視覚的表現を生成し、以前の画像の解析から得られる対象物のＸ線の局所吸収の知識に基づき、Ｘ線吸収の大きな領域に対して生成されるＸ線光子の数を増やし、Ｘ線吸収の小さな領域に対して生成されるＸ線光子の数を減らすよう制御することにより、最小のＸ線量レベルで前記視覚的表現が生成されるよう、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器を制御させるステップとを実行させる、イメージングシステムの動作方法。
【請求項１２】
少なくとも前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に画像化される対象物が配置される、請求項１１に記載のイメージングシステムの動作方法。
【請求項１３】
前記Ｘ線検出器により検出されるＸ線に基づき、前記対象物の表示を生成するステップを有する、請求項１２に記載のイメージングシステムの動作方法。
【請求項１４】
改善された画像を生成するよう１つ又は複数の画像取得パラメタを変化させるべく前記生成された表示を解析するステップを有する、請求項１３に記載のイメージングシステムの動作方法。
【請求項１５】
前記１つ又は複数の画像取得パラメタを変化させるステップが、Ｘ線放出の持続時間、前記複数のＸ線源のうちの１つ又は複数のＸ線源から放出されるＸ線の平均エネルギー、前記複数のＸ線源のうちの１つ又は複数のＸ線源からのＸ線放出のシーケンス、又はこれらの組み合わせの少なくともいずれかを変更するステップを有する、請求項１４に記載のイメージングシステムの動作方法。
【請求項１６】
前記表示に基づき、前記複数のＸ線源のうちの１つ又は複数のＸ線源の投影角度を変更するステップを有する、請求項１３に記載のイメージングシステムの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、X線イメージング装置に関する。本発明は更に、結合モダリティイメージングに関する。本発明は更に、イメージングシステムの動作方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
X線は、通常紫外線より短いが、ガンマ線より長い波長を持つ電磁放射線の形式である。言い換えると、X線波長は、約10ピコメータから約1ナノメータまでの範囲にある。X線は、産業分野でのイメージングだけでなく医療分野でのイメージングに適用される。医療分野において、X線は、診断に非常に役に立つ。例えば、骨における裂け目の発見に役立つ。X線技術の進歩により、今日では、例えば、コンピュータ断層撮影法を用いることなどにより、様々な器官の3D画像を生成するのにX線が用いられている。産業分野では、あらゆる種類の装置(管、PCボード、チップ等)における欠陥を発見するのに、しばしばX線スキャナが使用される。
【０００３】
医療分野のイメージングで使用されるX線イメージングシステムは通常、X線源、X線検出器、患者台、及び被ばく時間、放出されるX線のエネルギー等を調整する手段からなる。X線イメージングシステムは、マルチスライスCTシステムの同時(cuurent)生成を形成するよう更に進化したコンピュータ断層撮影(CT)イメージングシステムといった、より特有なイメージングシステムに進化してきている。
【０００４】
斯かるイメージング装置の実施形態は、先行文献である米国特許出願公開第2004/0213378 A1号より知られる。この文献は、X線源とX線検出ユニットとを有するコンピュータ断層撮影デバイスを開示する。X線源は、陰極、陽極ターゲット及びコリメータを有する。陰極は、電場の適用に応じて電子を放出する、個別にプログラム可能な電子放出ユニットを複数有する。陽極ターゲットは、放出された電子による衝撃の際、X線を放出する。この文書は更に、電子放出ユニットが、電場放出物質を含むこと、及びその電場放出物質が、ナノ構造物質、複数のナノチューブ又は複数のナノワイヤを含むことを開示する。コンピュータ断層撮影法におけるX線の使用も開示される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記文献において開示される技術は、結果として、対象物における様々なスポットでX線の吸収が変化することを生じさせ、それは、生成画像における分解能欠如をもたらす。これは、例えば、吸収が非常に高いか、又は画像化される対象物が非常に厚いようないくつかのスポットで、画像がより粒状(grainier)になるためである。イメージングの間、生成された3D画像は、正確な診断に必要な十分な詳細を欠くことになる。ほとんどの場合、これは、適切な診断を困難にするあいまいな画像の生成をもたらすことになる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、改善された分解能を備える画像を生成するイメージング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、請求項１に記載されるように、イメージング装置を提供する。本発明の追加的な実施形態が、請求項２〜１４に規定される。
【０００８】
本発明の第１の側面によれば、イメージング装置が開示される。そのイメージング装置は、個別にアドレス付け可能な複数のX線源を更に有する多次元アセンブリを有する。その複数のX線源は、異なる平均エネルギーでX線スペクトルを同時に放出するよう更に構成可能である。更に、その多次元アセンブリは、上記少なくとも１つのX線源から放出される前記X線の少なくとも一部を検出するよう構成される複数のX線検出器を更に有する。上記複数のX線源と上記複数のX線検出器とは、上記多次元アセンブリに分散される。以下の議論において、X線スペクトルという用語は、X線という用語と交換可能に使用されることができ、限定として解釈されるものではない。
【０００９】
多次元アセンブリは、その名が示すとおり、通常、複数のX線源と複数のX線検出器とを所望の配置で保持するよう構成される構造体である。その複数のX線源と複数のX線検出器とは、上記複数のX線検出器からの少なくとも１つのX線検出器が、上器複数のX線源からの少なくとも１つX線源により放出されるX線の少なくとも一部を検出する構成となるよう配置される。
【００１０】
X線は、特性放射線として、かつドイツ語で制動放射を意味する「Bremsstrahlung」として生成される。なぜ制動放射と呼ばれるかといえば、電子がターゲットを突くとき、電子の減速によりX線が生み出されるためである。加速／減速された粒子により放出されるエネルギーは、1/m2に比例する。ここでmは、粒子の静止質量を示す。従って制動放射は、光粒子に関しては特に重要な役割を担い、電子に関するエネルギー損失に原則的に貢献する。
【００１１】
各X線源において異なる陽極物質を持つことにより、異なるエネルギーの特性X線放射線が生成されることができる。キャリア上にコールドエミッタを配置又は切り替える際に、特定の形状を適合させることにより、X線ビームの形状が、特殊な必要性に基づきモデル化されることができる。例えば、X線照射される対象物の形状により規定されることができる。特定の実現においては、X線源の１つ又は複数のグループをアクティベートさせることにより、異なるエネルギーのX線が生成されることができる。各グループは、異なる陽極物質を持つ。他の特定の実現においては、加速電圧を個別に変化させることにより、グループ状に、又はすべてのX線源に対して同時に、変化する平均エネルギーのX線スペクトルが各X線源から生成されることができる。
【００１２】
他の特定の実現において、陽極物質のグループを単一の陽極にデポジットさせることも可能である。各陽極物質は、電子による衝突時にX線を生成するよう構成される。その陽極は、反射又は透過タイプとすることができる。
【００１３】
複数のX線源を介して異なる平均エネルギーのX線を生成することにより、X線の所望の透過と、その後の上記複数のX線検出器のうちの少なくとも１つのX線検出器によるX線の好適な検出とを得ることが可能である。これは、高分解能を持つ画像の生成の役に立つ適切な画像信号の好適な取得を可能にする。異なる平均X線エネルギーは、有利には、検査下の非一様な対象物の様々な部分を画像化し、異なる種類の組織／物質間を区別するのに使用されることができる。対象物における異なる部位又は部分を良好に区別することを達成するのに複数のエネルギーが効率的に使用されることができる。例えば、医療イメージングにおいては、本技術は、造影剤と組織又は軟組織との良好な識別、カートリッジと骨との良好な識別等を提供することができる。
【００１４】
本発明の追加的な実施形態において、上記イメージング装置は、上記複数のX線源、及び上記複数のX線検出器が固定されている構成を有する。その実施形態の構成を持つイメージング装置の利点は、少なくとも複数のX線源と複数のX線検出器とに対する可動部品を減らすことで、イメージング装置のデザインが簡略化される点にある。他の利点は、音響ノイズの削減、機械振動の削減、消費電力の削減、コストの削減といったことを含む。
【００１５】
本発明の追加的な実施形態において、上記イメージング装置は、上記複数のX線源が、上記多次元アセンブリの表面における上記複数のX線検出器にわたり分散される構成を有する。言い換えると、X線源とX線検出器との内部間隔(inter-leaving)が存在する。これは、複数のX線源が異なる方向から対象物上へX線を放出することを可能にし、その放出経路においてX線の少なくとも一部の検出も更に可能にする。多次元アセンブリが複数の面をもつような特定の実現において、本実施形態の配置が、１つ以上の平面で実現されることができる。本書で実現される本発明の利点は、固定されたX線源及びX線検出器、並びに固定された対象物を用いる場合であっても、対象物の３次元画像の生成が可能である点にある。
【００１６】
本発明の追加的な実施形態において、上記イメージング装置は、上記複数のX線源と上記複数のX線検出器との構成を有し、その態様は、上記X線源が、上記多次元アセンブリの少なくとも第１の面で一緒にグループ化され、上記X線検出器は、上記多次元アセンブリの少なくとも第２の面に配置され一緒にグループ化されるものである。
言い換えると、そのX線源及びX線検出器は、互いに離れて配置される。特定の実現において、X線源は、例えば、多次元アセンブリが、箱のような多面構造であるとき、１つ以上の面でグループ化されることができる。同様に、複数のX線検出器は、１つ以上の面に配置されグループ化されることができる。更に、他の特定の実施形態において、上記複数のX線源とX線検出器との第１のセットが、多次元アセンブリの反対の面に配置されることができる。その特定の実現の追加的な実施形態において、X線源とX線検出器との異なるセットが、上記X線源とX線検出器との第１のセットに対して角度をなして配置されることができる。これは、複数のX線源が、複数のX線検出器にわたり分散されていた前述の実施形態の構成と対照的である。本発明のこの構成は、複数のX線源及び複数のX線検出器をアレイとして製造することを容易化できるという利点を持つ。
【００１７】
本発明の追加的な実施形態において、上記複数のX線源からの各X線源が、冷陰極X線源を有する。上記複数のX線源からの各個別のX線源は、単一の陰極と単一の陽極要素とを含む冷陰極デバイスを有することができる。その冷陰極デバイスは、有利には、X線源のサイズ及び重さを軽くするため、消費電力を減らすため、小型化を容易にするため及び／又は所与の領域において多数のX線源が含まれることを可能にするために、サーマルエミッタの使用を回避するのに使用されることができる。複数のX線源における各X線源の個別のアドレッシングは、通常、特定の行及び列の各交差部分で電場放出しきい値より大きな電圧を印加することにより実現されることができる。X線の放出のためその特定のX線源がアクティベートされることができる。
【００１８】
冷陰極は、高分解能、長時間のX線源寿命、高速なパルス処理(ゲーティング)、低消費電力及びインスタントオン挙動等の利点を与える。冷却要件はあまり厳しくなくなり、その結果、セットアップコスト及び動作コストが低くなり、デザインの自由度が生まれる。冷陰極を用いる重要な利点は、X線の即時放出が可能である点である。するとこのX線源における冷陰極とターゲット陽極との間に抽出場が印加される瞬間にX線放出が開始される。これは、高速なイメージングを容易にする。冷陰極X線源を用いる他の利点は、イメージング装置の小型化の可能性を含んでいることである。
【００１９】
本発明の追加的な実施形態において、冷陰極X線源は、カーボンナノチューブ(CNT)を有する。CNTは、良好な電界エミッタ又はいわゆる冷陰極である。冷陰極を用いることの利点は、熱電子源と比べたとき、低消費電力、高い堅牢性、高速なスイッチを含む。また、冷陰極は、炭素チップ(ダイアモンドチップも含む)、炭素複合物チップ、金属チップ、半導体チップ、強誘電体物質若しくは焦電気物質又はこれらの組み合わせのいずれかを有することができる。他の特定の実現において、冷陰極は、構造的に炭素に似ているが、原則例えばシリコン又はモリブデンといった非カーボン又は非晶質物質から作られる構造を有することもできる。斯かる実現において、冷陰極は、シリコンチップ又はモリブデンチップを有することができる。更に別の実現では、冷陰極が原則的に陽極として炭素物質を有するが、原則非炭素物質から作られる陰極を有することもできる。斯かる実現は、本書に述べられる本発明の範囲内のものとして解釈されるべきである。
【００２０】
本発明の追加的な実施形態において、上記イメージング装置は、動作中に静止している対象物を画像化するよう構成される。その場合、その対象物は、少なくとも１つのX線源からX線を受信するよう配置される。本実施形態の構成の利点は、対象物が静止状態で配置されるので、イメージング装置のデザインに関する機械的な問題が少ない点にある。例えば、イメージングが実行される必要があるのが患者であり、その患者が、全体のイメージング処理の間静止した状態を保つ場合、その患者は、高血圧、高心拍、又は高アドレナリンレベルといった異常を示す何らかのエラー原因をもたらすストレスをほとんど又は全く感じることがない。更に、静止イメージング設定は、イメージング装置又は患者どちらかの動きによりもたらされるアーチファクトの削減を容易にする。本実施形態の装置の１つの利点は、可動部品が存在しない一方、イメージング装置が3D画像の生成を容易にする点にある。これは、通常、複数のX線源とX線検出器とを用いて得られる２つ又はそれ以上の画像の再構成により実現される。
【００２１】
有利には、複数のX線源と複数のX線検出器とが対象物の周りに位置するよう、対象物は配置される。その場合、複数のX線源における各X線源は、対象物上にX線を放出するよう構成される。複数のX線検出器のうちの少なくとも１つのX線検出器は、上記少なくとも１つのX線源により放出され、上記対象物を通過するX線の少なくとも一部を検出するよう構成される。
【００２２】
本発明の更なる目的は、機能的情報成分だけでなく構造的情報成分を備える画像を生成するイメージング装置を提供することにある。本目的を達成するために、結合モダリティイメージングシステムが、請求項１乃至８のいずれかに記載のイメージング装置を有する第１のイメージングシステムと、第２のイメージングシステムとを有する。第１のイメージングシステムは、構造的イメージングを容易にし、第２のイメージングシステムは、機能的イメージングを容易にする。更に、その第１及び第２のイメージングシステムは、個別の画像を生成するために、対象物を同時に又は分離して画像化するよう構成される。時間制約のあるイメージング又は機能的イメージングが実行される必要があるとき、並びに異なるパラメタが測定及び監視される必要があるとき、この結合モダリティイメージングシステムは、特に有益である。腫瘍又は微小石灰化等の有無に関するより正確な診断を好適に理解し、かつ提供するため、例えば、マンモグラフィといったイメージング手順において、構造イメージング(X線イメージング)に加えて機能的イメージング技術(例えば、光学イメージング、PETイメージング、又は磁気共鳴(MR)イメージング)を含むことが有益であろう。同時にイメージングを実行することにより、画像の同時位置調整に関する問題が回避されることができる。
【００２３】
本発明の追加的な実施形態において、上記第２のイメージングシステムは、光学イメージングシステム、陽電子放出断層撮影(PET)システム、単光子放出コンピュータ断層撮影(SPECT)システム、MRイメージングシステム、温度イメージングシステム、又は超音波システムを有する。特定の例示的な実施形態において、第２のイメージングシステムは、１つ又は複数の特定のイメージングシステムの組み合わせを有することもできる。例えば、結合モダリティイメージングシステムにおいて、冷陰極ベースのX線源及び対応するX線検出器が、任意の認識可能なパターンでの第２のイメージングシステムに必要な異なったタイプの源及び検出器と組み合わされることができる。例えば、他のすべてのX線源が、LED又はレーザで置き換えられることができ、対応する他のすべてのX線検出器は、光学検出器で置き換えられることができる。
【００２４】
本発明の更なる目的は、イメージングシステムの動作方法を提供することにある。その方法は、各X線源が異なるエネルギーでX線を放出することができるよう、複数のX線源を構成するステップを有する。その方法は、上記複数のX線源から放出される上記X線の少なくとも一部を少なくとも１つのX線検出器を介して検出するステップを更に有する。異なるエネルギーのX線は、本書における前セクションで説明されたのと同じ態様で生成されることができる。斯かる構成の利点は、イメージングシステムから生成される画像が高コントラスト及び／又は高分解能であることにある。言い換えると、本技術の例示的な実現において、対象物のX線の局所吸収の知識に基づき、異なる領域におけるX線の吸収を最適化することが有利である。斯かる知識は通常、同様な対象物及び同様な領域に関して以前に実行されたイメージング手順から格納されるデータから得られる。更に、斯かる知識は、以前に生成された画像を用いるステップと、続いてより多くの放射線を吸収する領域に入射するX線エネルギーを変化させるステップとを用いることにより、同じイメージング手順から動的に得られることができる。
【００２５】
X線吸収が大きな領域では、(生成されるX線光子の数を示す)より多くのmAが必要とされる。その逆も成立する。以前の画像の解析及び次の画像に対するmAの制御は、イメージングワークステーションで実行されることができる。X線光子の数を変化させることの利点は、本実施形態の技術を用いて生成される任意の3D画像の信号対ノイズ比における明らかな増加が存在することである。一方、画像化される対象物に対する線量は最小化される。
【００２６】
本発明の追加的な実施形態において、その動作方法は、複数のX線源からの少なくとも１つのX線源と少なくとも１つのX線検出器との間で画像化される対象物を受信するステップを更に有する。これは、放出されるX線が対象物を通過すること、及びX線の少なくとも一部が検出器により受信されることを容易にする。いったん受信された対象物は、一般に静止しているよう構成される。対象物が静止していることの利点は、前述された通りである。
【００２７】
本発明の追加的な実施形態において、その動作方法は、上記少なくとも１つのX線検出器により検出されるX線の少なくとも一部に基づき、上記対象物の表示を生成するステップを有する。
【００２８】
本発明の追加的な実施形態において、その動作方法は、所望の持続時間の間X線を放出するよう複数のX線源を構成するステップを有する。所望のシーケンスで各X線源をアクティベートすることにより、この持続時間は制御されることができる。この所望のシーケンスは、シリアルアクティベーション、パラレルアクティベーション、又はX線放出用のX線源の一部だけをアクティベーションするやり方とすることができる。本実施形態の利点は、対象物に対する線量を最小化すること、及び２、３の又は残りのX線源からの散乱X線の検出を減らすことにより画像信号の信号対ノイズ比を増加させ、特定の領域の画像データの抽出を容易にすることである。逆に、散乱放射線の貢献が同様に評価されることができる。そのセットアップは、例えば、透過及び散乱断層撮影を用いて、非コヒーレントな散乱イメージングとマルチモダリティセットアップとに対する可能性を向上させるきっかけにもなる。更に別の可能性のある実施形態では、本動作方法は、上記複数のX線源のうちの１つ又は複数のX線源の投影角度を上記表示に基づき変更するステップを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明のこれら及び他の側面は、対応する図面により説明されるものとして以下説明される実施形態を参照して明らかとなり、それらの実施形態を参照して説明されることになる。
【００３０】
図面に目を向け、最初に図１を参照すると、本発明の１つの側面による例示的なイメージング装置１００が図示される。そのイメージング装置１００は、多次元アセンブリ１１０を含む。その多次元アセンブリ１１０は、複数のX線検出器(一般に参照符号１３０で表される)に対して分散される複数のX線源(一般に参照符号１２０で表される)を有する。
【００３１】
多次元アセンブリ１１０は通常、イメージング手順が実行される必要がある対象物１５０が配置されることができる開口部１４０を持つ。対象物１５０は、実施される技術の適用分野に応じて、種々のタイプとすることができる。例えば、産業分野におけるイメージング手順において、対象物は、プリント回路基板から、飛行機搭乗時における未識別バッグまでのいかなるものとすることができる。一方、医療分野でのイメージングでは、対象物１５０は、患者の全身、又は手、腕、脚、耳、鼻、胸等の周辺ボディパーツとすることができる。実施される技術は、適切な修正を加えることにより、医療分野でのイメージングだけでなく、産業分野でのイメージングに適用されることもできる。しかしながら、本書でのセクションでは、好適な理解のため、説明は医療分野でのイメージングにおける使用の観点から詳細に行われる。
【００３２】
図１の議論に戻ると、イメージングシステム１００は、X線源コントローラ１６０、X線検出器コントローラ１７０、検出器取得回路１８０、及びイメージングワークステーション１９０を更に有する。目前の作業に応じて、X線コントローラは、異なる取得戦略を実行することができる。イメージングワークステーション１９０は、取得された画像信号を解析し、ディスプレイ１９５に最適な視覚的表現を生成し、かつ最小のX線量レベルでディスプレイにおける情報を最適化するため、X線源コントローラ１６０及びX線検出器コントローラ１７０の制御戦略を適合させることになる。例えば、医療分野でのイメージング手順において、インターベンション医は曲がった(torqued)血管を通るカテーテルを操作する間に、イメージングワークステーション１９０は、X線源から生じるX線に対する最適な投影角度の自動選択を容易化することができる。イメージングワークステーション１９０は、例えばカテーテル先端の周囲といった画像における特定の注目領域に向かってX線源の陽極を突く電子の数を変化させることにより、X線量の自動適合も容易化することもできる。
【００３３】
イメージングシステム１００の出力は、イメージングシステム１００のこうしたユニークな特性を用いて構成された画像である。その画像は、高分解能及び高コントラストを持つ３次元画像、対象物を構成する異なった物質に分解される画像、又は患者の曲がった血管を通るカテーテルを操作するといった既定の所定の作業のための最適な表示角度から撮像される平面画像とすることができる。また、上述の組み合わせとすることもできる(3D物質分解ボリュームからの最適な表示平面)。本書で述べられるように、複数のX線源１２０から異なるエネルギーを持つX線が放出されることで、高分解能及び／又は高デコンポジションが実現される。対象物を画像化するとは、通常、対象物内の内部領域の画像を生成するために、対象物における注目領域にわたる撮像を表すものとして意図されることに留意されたい。しかしながら、他の特定の場合には、その技術は、内部及び外部両方の表現を示す対象物自身の全体の画像を直接生成するために使用されることができる。
【００３４】
現在の実施形態では、多次元アセンブリ１１０が、１つの開口部１４０を持つものとして図示されるが、他の特定の実現では、多次元アセンブリ１１０が、1つ以上の開口部を含むことができる点に留意されたい。他の特定の実現では、多次元アセンブリ１１０が、折り畳み型タイプとすることができる。その場合、多次元アセンブリ１１０は、対象物１５０を包むよう複数のX線源１２０と複数のX線検出器１３０とを持つ。本質的に、多次元アセンブリ１１０は、画像化される対象物の周囲での所望の適合を実現するようデザインされることになる。多次元アセンブリ１１０に対する斯かる修正は、本書に述べられる本発明の範囲内にあるものとして考えられるべきである。
【００３５】
既に上述したように、複数のX線源１２０はそれぞれ、冷陰極X線源を有することができる。本発明において冷陰極X線源を用いることの利点は、電力消費が少ない点、X線の瞬間放出ができること、高いスイッチング周波数が可能なこと、デザインの容易さ、及び放熱がほとんどないことを含む。冷陰極X線源はそれぞれ、単一の陰極と単一の陽極とを含む。各X線源１２０により放出されるX線のエネルギーは、さまざまな方法により制御されることができる。
【００３６】
１つの例示的な実現においては、各X線源における陽極が、異なる物質を持つことができる。アクティベーションの際電子が陽極物質を突くとき、バックグラウンドの制動放射と共にいわゆる特性放射線と呼ばれる特定のエネルギーのX線が、陽極物質に応じて放出されることができる。必要な場合には、放出される放射線の擬似単色性を実現するために、フィルタ又はレンズの異なる構成が使用されることもできる。
【００３７】
更なる例示的な実現において、各X線源１２０の陽極は、複数の陽極物質を有することができる。各陽極物質は、陽極における特定の位置に配置される。陰極から放出される電子が陽極の特定の領域に選択的に衝突するよう構成することにより、異なったエネルギーのX線が、単一のX線源から放出されることができる。その実現の追加的な実施形態において、単一の大きな陰極の代わりの複数の陰極と、１つ又は複数の陽極物質を複数持つ単一の陽極とを持つことも可能である。複数のX線源１２０は、時間的に同じ瞬間に異なったエネルギーでX線を放出することができる点に留意されたい。前述されたように、所望のエネルギーでX線を放出するため、X線源をそれぞれ持つこと、又はいくつかのX線源を持つことの利点は、画像化される対象物１５０の異なった領域におけるX線透過の所望のレベルが実現されることができる点にある。当業者であれば理解されるであろうが、X線の異なった浸透深度を思い通りに実現することは、対象物が異なったX線吸収レベル又はさまざまな厚を示している場合でも高分解能及び高コントラストを持つ画像の生成を可能にすることになる。重要なことに、これは、対象物１５０に対するX線量を低減させることももたらす。
【００３８】
更に別の例示的な実施形態において、加速電圧を変化させ、陽極ターゲットにぶつかる前の電子が異なる速度で移動することを可能にすることにより、異なるエネルギーの制動放射スペクトルが生み出されることもできる。これは、異なるエネルギーを得る重要な方法である(異なる陽極物質との比較において)。これは、なぜなら、制動放射がX線パワーの大部分を表すが、特性(擬似単色性)放射は、わずかな部分しか構成しないからである。
【００３９】
更に、X線源とX線検出器との設定における現在のジオメトリを用いれば、対象物１５０が多次元アセンブリ１１０に配置された後、その対象物をまったく動かすことなく、全体のイメージング手順を実行することが可能である点に留意されたい。これは、複数のX線源１２０のそれぞれ又はグループを所望のシーケンス及び所望の持続時間で選択的にアクティベートすることにより実現されることができる。特定の場合には、１つ又はいくつかのX線源１２０が、特定の持続時間アクティベートされることができ、そのアクティベートされたX線源からの減衰された1次X線であって対象物１５０を通過するものが、１つ又は複数のX線検出器１３０により検出されることができる。
【００４０】
X線源コントローラ１６０は、複数のX線源１２０を制御するよう構成される。複数のX線源１２０は、１度に１つ、１度に複数、又は１度にすべてアクティベートされることができる。X線源コントローラ１６０は、複数のX線源１２０からの各X線源又はX線源のグループをアドレス付けするよう構成され、それらにアクティベーション信号を提供するよう構成される。電子フォーカス手段(図示省略)がX線源において使用されるような特定の実現においては、X線源コントローラ１６０は、電子フォーカス手段の機能を制御及び変更するよう構成可能とすることができる。
【００４１】
複数のX線検出器１３０のそれぞれは、X線検出器で検出されるX線のエネルギー及び／又は数を示す信号を生成するよう構成される。特定の実現においては、X線検出器コントローラ１７０は、複数のX線検出器１３０からのX線検出器の選択されたグループだけをアクティベートすることができる。X線検出器の選択的なグループだけをアクティベートすることにより、いくつかのX線検出器による散乱又は浮遊X線の検出が減らされる。逆に、散乱された放射線の貢献は、動作中の源からの散乱放射線のみを受信することができるそうした検出器(だけ)をアクティベートすることにより、評価されることができる。インコヒーレント散乱イメージング、並びに、例えば、透過及び散乱断層撮影法を用いるマルチモダリティ設定に対する可能性を向上させるため、同様な手順が使用されることもできる。検出器取得回路１８０は、X線検出器コントローラ１７０を介して複数のX線検出器１３０のそれぞれからの信号を受信し、画像１９５を生成するためその信号をイメージングワークステーション１９０に与えるよう構成される。その画像は、3D画像、検査下にある対象物を構成する異なる物質に分解される画像、又は最適な表示角度からの画像である。
【００４２】
検出器物質の選択は、イメージング要件に基づきなされることができる。例えば、増加された空間分解能が必要とされるとき、非晶質セレン、酸化鉛、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀又はテルル化カドミウム亜鉛(CZT)といった直接変換物質が使用されることができる。結果として高速取得を生じさせる好適な時間挙動のための要件が存在するような別の実施形態では、間接変換が採用されることができる。この構成において、フォトダイオードと共にシンチレータが使用されることができる。シンチレータ物質の例は、タリウムを伴うヨウ化セシウム、ヨウ化ナトリウム、タングステン酸カドミウム、硫酸化ガドリニウム、及び他の既知の物質を含む。他の特定の実現において、例えばCZTベースによる光子計数検出器、並びにPET及びSPECTシステムで使用されるようなスペクトル分解検出器も使用されることができる。計数モード又は積分モード(信号積分時間の間測定されたX線束を合計する)のいずれかが、使用されることができる。計数及び積分処理は、組み合わせられることもできる。更に、軟組織及び移動関節部の骨等の即時的な画像を提供するのに、異なるエネルギー感度を持つX線検出器と、異なるkVpで動作するX線源とが使用されることができる。
【００４３】
本実施形態でのイメージング装置では、X線源コントローラ１６０、X線検出器コントローラ１７０、データ取得回路１８０は、イメージングワークステーション１９０の外側に位置するものとして図示されるが、特定の実現においては、それらのいくつか又はすべてが、イメージングワークステーション１９０の内部に配置されることができる点に特に留意されたい。斯かる場合、イメージングワークステーション１９０は、所望の機能のいくつか又はすべてを提供するよう構成されることができる。斯かる構成は、本書に説明される本発明の範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。
【００４４】
図２は、本発明の特定の側面に基づくイメージング装置２００の別の実施形態を示す。そのイメージング装置２００は、複数のX線源２２０と複数のX線検出器２３０とを更に有する多次元アセンブリ２１０を含む。図１に図示されるイメージングシステム１００とは異なり、本実施形態のイメージングシステム２００は、複数のX線検出器２３０から離れるが、多次元アセンブリ２１０上に位置する複数のX線源２２０を持つ。言い換えると、複数のX線源２２０は、一緒にグループ化され、多次元アセンブリ２１０の面２３５に配置される。複数のX線検出器２３０は、一緒にグループ化され、多次元アセンブリの面２４５に配置される。図２は、多次元アセンブリ２１０の２つの面におけるX線源２２０及びX線源２２０の存在のみを示すだが、それは限定として考慮されるべきではない。複数のX線源２２０及び複数のX線検出器２３０がグループ化され、互いに分離して配置されるような他の構成が、本発明の範囲内のものとして考慮されるべきである。
【００４５】
例えば、特定の実現において、複数のX線源２２０は、多次元アセンブリ２１０の２つの隣接する面に配置されることができる一方で(その構成は明確さのため図示されていない)、複数のX線検出器２３０が、その複数のX線源２２０を持つ２つの面のそれぞれに対して反対にある２つの面上に配置されることもできる。追加的な例では、多次元アセンブリ２１０が本質的に折り畳める場合、複数のX線源２２０及び複数のX線検出器２３０は、分離したグループで配置されることができる。しかし、２つのグループは、互いに隣合って配置される。更に、複数のX線源２２０及び複数のX線検出器２３０は、すべての実現において互いに反対にあるよう面して配置される必要があるわけではない。しかしながら、少なくとも１つのX線源により放出され、対象物２５０を通るX線が、画像化される対象物２５０又はその対象物の一部の３次元画像２９５を生成するのに適切なデータ取得を十分に保証する程度に検出されることができるような態様で、X線源２２０及びX線検出器２３０の任意の配置が行われるべきである。図１に示されるイメージング装置１００同様、複数のX線源２２０は、同時に異なった平均エネルギーのX線スペクトルを放出するよう構成されることができる。異なるエネルギーのX線の生成が実現される態様は、図１の議論において前述された態様と同じである。
【００４６】
本発明の別の実現において、X線源のそれぞれ又はグループが、特定の平均エネルギーでX線スペクトルを放出するようX線源２２０を一緒にグループ化させることにより、異なるエネルギーのX線が放出されることができる。斯かるグループを多数多次元アセンブリ２１０に配置することにより、画像化される対象物２５０は、任意の所望の領域で所望のエネルギーのX線の影響を受けることが可能にされる。
【００４７】
図１に記載される実施形態と同様、図２に示されるイメージング装置２００は、X線源コントローラ２６０、X線検出器コントローラ２７０、データ取得回路２８０及びイメージングワークステーション２９０を有する。これらは、図１の説明で前述されたのと同じ態様で機能する。
【００４８】
図１又は図２に図示される本発明の追加的な実施形態において、複数のX線源からの各X線源は、所望の持続時間の間X線を放出するよう構成される。例えば、各X線源のアクティベーションの特定のシーケンスにおいてX線を放出するよう、X線源はアクティベートされることができる。そのシーケンスは、連続したアクティベーションとすることができ、又は他の場合には、X線源のいくつか若しくはすべての並列的アクティベーションとすることができる。本発明の利点は、２、３の又は残りのX線源からの散乱X線の検出を減らすことにより、画像信号の信号対ノイズ比を増加させて、特定の領域の画像データの抽出を容易にする点にある。特定のシーケンスにおけるX線源のアクティベーションの間、アクティベートされない状態の１つ又は複数のX線源も存在することになる点に更に留意されたい。
【００４９】
図１及び図２は、X線源とX線検出器との２つの異なる構成を示すが、X線源とX線検出器との他の構成も可能であることを特に留意されたい。例えば、前述されたが、図３に示される追加的な実施形態において、多次元アセンブリ３４５の１つの表面が、複数のX線源３２０を持ち、多次元アセンブリの反対側の表面が、複数のX線検出器３３０を持つことになる。更に、図３に示されるように、多次元アセンブリ３４５は、異なる面であるが対向する面に配置される、X線源３４０とX線検出器３５０との第２のセットを有することもできる。斯かる実施形態は、本書に述べられる本発明の範囲内にあるものとして解釈されるべきである。
【００５０】
図４は、本発明の更に別の側面に基づく、結合モダリティイメージングシステム４００を示す。その結合モダリティイメージングシステム４００は、第１のイメージングシステム４０５と、対象物４５０を同時に画像化するよう構成される第２のイメージングシステム４１０とを含む。結合モダリティイメージングシステム４００は、データ取得回路４６０と、対象物４５０の3D画像４９５の生成を容易にするよう構成される画像再構成回路４７０とを更に含む。
【００５１】
本実施形態のイメージングシステム４００において、イメージングシステム４０５及び４１０は、対象物４５０から独立してその特徴的な画像データ信号を画像化及び取得するよう構成される。例えば、イメージングシステム４０５は、構造的イメージングを提供することができ、一方、イメージングシステム４１０は、機能的イメージングを容易にすることができる。データ取得回路４６０は、第１のイメージングシステム４０５及び第２のイメージングシステム４１０の両方から画像信号を取得し、それらを対象物４５０の画像が再構成される画像再構成回路４７０に与えるよう構成される。上述されたように、生成される画像は、構造的及び機能的画像成分の両方を含む3D画像である。特定の実現において、その画像は、２つの分離した画像を有することができ、それは、第１及び第２のイメージングシステム４０５及び４１０からそれぞれ再構成され、単一の又は異なるディスプレイ装置に互いに隣接して表示される。他の特定の実現においては、画像４５０は、２つのイメージングシステム４０５及び４１０それぞれから再構成される画像の重畳を有する単一の複合画像とすることができる。
【００５２】
説明される図面において、２つのイメージングシステム４０５及び４１０は、分離して描かれるが、このことは限定として考慮されるべきではない。本書に特定されるように、イメージングシステム４０５及び４１０の両方で使用される個別の源及び検出器が、必要に応じて混合されることができる。他の特定の実現においては、イメージングシステム４０５及び４１０が互いを補助するよう使用されることができる。例えば、第２のイメージングシステム４１０は、第１のイメージングシステムにより生成される画像における動きアーチファクトを訂正するのに使用される光学システムとすることができる。
【００５３】
第１のイメージングシステム４０５は、図１、図２又は図３に示されるイメージング装置を含む。即ち、第１のイメージングシステム４０５は、図１、図２及び図３に図示される実施形態の少なくとも１つを有する。第２のイメージングシステム４１０は、以下のいずれかを含むことができる。それは、光学イメージングシステム、陽電子放出断層撮影(PET)システム、単光子放出断層撮影(SPECT)システム、コンピュータ断層撮影(CT)システム、温度イメージングシステム、磁気共鳴(MR)システム若しくは超音波システム、又はこれらの組み合わせである。
【００５４】
第１のイメージングシステム４０５は、第２のイメージングシステム４１０と独立して動作するが、イメージングシステム４０５、４１０は、実質的に同時に画像信号を取得するよう構成可能である。例えば、第１のイメージングシステム４０５が、3D画像４９５を生成することにより構造的イメージングを提供する一方、第２のイメージングシステム４１０が、同じ時間期間に対する同じ対象物の機能的イメージングを提供することができる。構造的イメージング及び機能的イメージングを同時に行うイメージングシステムを介して情報を取得することにより、病気状態の有無に関するより好適かつ正確な診断が実現されることができる。
【００５５】
本発明の更に追加的な側面によれば、例えば図１、図２又は図３に示されるようなイメージングシステムの動作の例示的な方法が、異なるエネルギーでX線を同時に放出するよう複数のX線源を構成するステップと、複数のX線源から放出されるX線を１つ／複数のX線検出器により検出するステップとを含む。複数のX線源が、異なるエネルギーでX線を放出するよう構成又は配置されることができる態様は、以前に述べられている。本発明の特定の実施形態において、当業者であれば理解されるであろうが、その方法は有利には、X線源とX線検出器との間に画像化される対象物を配置するステップを含む。X線源又はX線検出器を特定することは、複数のX線源のいずれかと複数のX線検出器のいずれかとの間にその対象物を配置する可能性を排除するものではないことに留意されたい。特定の実現において、その方法は、X線を放出する複数のX線源のうちのいくつかのX線源だけを構成するステップを有し、一方、他の特定の実現では、その方法は有利には、異なる時間点でX線を放出する複数のX線源からの各X線源を構成するステップを含む。その方法は、X線検出器により検出されたX線に基づき対象物の表示を生成するステップを更に含む。更に、X線は、複数のX線検出器からの１つ以上のX線検出器により検出されることもできること、及び斯かる検出は、本書に述べられる本発明の範囲内のものとして解釈されるべきであることに留意されたい。
【００５６】
更に、対象物の人工画像が生成されることができる。例えば、血管を通してカテーテルをナビゲートすることに対して本技術を例示的に用いる場合、病気付近又は曲がった血管での最適な表示角度が計算されることができ、イメージングシステム１００は、自動的にこの表示ポイントへと切り替える。(例えば、事前介入的なCT又は3D回転X線イメージングに基づき)注目する血管又は他の構造のモデルが既に利用可能であるような実現においては、３つ又はそれ以上の実際の表示からの人工表示が生成されることができる。
【００５７】
本発明の方法の上述の実施形態における順序は必須ではなく、当業者であれば、本発明により意図される概念から逸脱することなく、ステップの順番を変えることができ、又はスレッドモデル、マルチプロセッサシステム、若しくは複数プロセスを用いて同時にステップを実行することができる。
【００５８】
当業者であれば理解されるように、本書に説明されるイメージング装置の様々な実施形態からの画像の再構成は、コンピュータ可読媒体に含まれるプログラム命令からなるコンピュータ可読コードを用いて実行されることができる。コードは、例えば、X線を放出し、その検出されたX線に基づき初期画像を構築するようX線源コントローラを構成することができる。コードは、構築された初期画像を解析し、ユーザ入力を取得し、複数のX線源から放出されるX線のエネルギーを変更し、及び画像化される部分の高分解能及び／又はコントラストを与える最適化された画像を生成するのにも使用されることができる。更なる実施形態において、コードは、PETシステム、SPECTシステム、超音波システム及び光学システムにより生成される画像といった第２のイメージング装置により生成される別の画像と上記最適化された画像とを結合させることに加えて、上述した機能を実現するイメージング装置を有するイメージングシステムにも使用されることができる。斯かるコードは、イメージングシステムにおける様々な機能を実現する系列上のシーケンシャル又はパラレル命令とすることができる。当業者には既知であるが、コードは、磁気媒体、又は光学媒体上に格納されることができ、機械可読可能な命令の形式又はそのコードを機械可読可能な形式に変換するための追加的なコンパイルを必要とする中間命令の形式とすることができる。
【００５９】
上述された実施形態は本発明を限定するものではなく、当業者であれば、添付された請求項の範囲から逸脱することなく、他の多くの実施形態をデザインすることができることになることに留意されたい。請求項において、括弧内に配置されるいかなる参照符号も請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。単語「comprising(有する)」は、請求項に記載される以外の他の構成要素又はステップの存在を排除するものではない。ある要素に先行する単語「a」又は「an」は、斯かる要素が複数存在することを排除するものではない。本発明は、複数の個別の要素を有するハードウェアを用いて、及び適切にプログラムされたコンピュータを用いて実現されることができる。複数の要素を列挙するシステムクレームにおいて、これらの手段の複数が１つの同じコンピュータ可読ソフトウェハ又はハードウェアアイテムにより実現されることができる。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段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示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】多次元アセンブリにおける複数のX線源と複数のX線検出器とを表わすイメージングシステムの例示的な構成の図式的な説明を示す図である。
【図２】多次元アセンブリにおける複数のX線源と複数のX線検出器とを表わすイメージングシステムの別の例示的な構成の図式的な説明を示す図である。
【図３】多次元アセンブリにおける複数のX線源と複数のX線検出器との別の例示的な構成の図式的な説明を示す図である。
【図４】例示的な結合モダリティイメージングシステムの図式的な説明を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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