(57)【要約】【課題】ビームトラッキングにおけるアパーチャエッジ間の相互干渉の低減、トラッキングレンジの増大、トラッキング感度の改善、及び耐ノイズ性能の強化を備えたＣＴシステムで使用するコリメータを提供する。【解決手段】ＣＴシステムで使用するコリメータは、Ｘ線吸収材料で作られ、Ｘ線イメージングで使用される第１のＸ線ビームを通過させる第１の幅を有するイメージングアパーチャと、Ｘ線ビームトラッキングで使用される第２のＸ線ビームを通過させる第２の幅を有するトラッキングアパーチャと、を含む。本発明は、ジュライ技術の１つ又はそれ以上の態様を改善することができ、すなわち、ビームトラッキングにおいて、ビーム干渉の低減、トラッキングレンジの増大、トラッキング感度の改善、ノイズ耐性の強化などの１つ又はそれ以上を達成することができる。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＴシステムで使用するためのＸ線吸収材料で作られたコリメータであって、
Ｘ線イメージングで使用される第１のＸ線ビームを通過させる第１の幅を有するイメージングアパーチャと、
Ｘ線ビームトラッキングで使用される第２のＸ線ビームを通過させる第２の幅を有するトラッキングアパーチャと、
を備える、コリメータ。
【請求項２】
前記イメージングアパーチャ及び前記トラッキングアパーチャが、長さ方向で整列される、請求項１に記載のコリメータ。
【請求項３】
前記第２の幅が、前記第１の幅とは異なる、請求項２に記載のコリメータ。
【請求項４】
前記第２の幅が、前記トラッキングアパーチャの２つのエッジによって引き起こされる相互干渉を低減するために前記第１の幅よりも大きいか、又は、前記第２の幅が、前記ビームトラッキングの作動レンジを増大させるために前記第１の幅よりも小さい、請求項３に記載のコリメータ。
【請求項５】
前記トラッキングアパーチャが第１のトラッキングアパーチャのみを含む、請求項４に記載のコリメータ。
【請求項６】
前記トラッキングアパーチャが、第１のトラッキングアパーチャ及び第２のトラッキングアパーチャを含む、請求項４に記載のコリメータ。
【請求項７】
第１のトラッキングアパーチャ及び第２のトラッキングアパーチャが、同じ幅を有する、請求項６に記載のコリメータ。
【請求項８】
前記イメージングアパーチャの幅及び前記トラッキングアパーチャの幅が固定されている、請求項１〜７の何れか１項に記載のコリメータ。
【請求項９】
前記トラッキングアパーチャが矩形形状を有し、及び／又は前記イメージングアパーチャが矩形形状を有する、請求項１〜７の何れか１項に記載のコリメータ。
【請求項１０】
前記トラッキングアパーチャ及び前記イメージングアパーチャが連続的に形成されている、請求項１〜７の何れか１項に記載のコリメータ。
【請求項１１】
前記トラッキングアパーチャの幅が、Ｚ比を用いてビームトラッキングに適応される、請求項１〜７の何れか１項に記載のコリメータ。
【請求項１２】
前記トラッキングアパーチャの幅が、Ｚ比に関連するキャリブレーション曲線及び作動レンジを決定するように適応される、請求項１１に記載のコリメータ。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか１項に記載のコリメータを備えたＣＴシステム。
【請求項１４】
Ｘ線吸収材料で作られたコリメータを備えるＣＴシステムで使用する方法であって、
Ｘ線イメージングにおいて、第１のＸ線ビームが第１の幅を有するイメージングアパーチャを通過できるようにするステップと、
Ｘ線トラッキングにおいて、第２のＸ線ビームが第２の幅を有するトラッキングアパーチャを通過できるようにするステップと、
を含む、方法。
【請求項１５】
前記イメージングアパーチャ及び前記トラッキングアパーチャが、長さ方向で整列されている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の幅が、前記第１の幅とは異なる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の幅が、前記トラッキングアパーチャの２つのエッジによって引き起こされる相互干渉を低減するために前記第１の幅よりも大きいように構成され、或いは、前記第２の幅は、前記ビームトラッキングの作動レンジを増大させるために、前記第１の幅よりも小さいように構成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記トラッキングアパーチャが、第１のトラッキングアパーチャのみを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記トラッキングアパーチャが、第１のトラッキングアパーチャ及び第２のトラッキングアパーチャを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のトラッキングアパーチャ及び第２のトラッキングアパーチャは、同じ幅を有して構成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記イメージングアパーチャの第１の幅及び前記トラッキングアパーチャの第２の幅が固定される、請求項１４〜２０の何れか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記トラッキングアパーチャが矩形形状を有するように構成され、及び／又は前記イメージングアパーチャが矩形形状を有するように構成される、請求項１４〜２０の何れか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記トラッキングアパーチャが、前記イメージングアパーチャと共に連続的に形成される、請求項１４〜２０の何れか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記トラッキングアパーチャが、Ｚ比ビームトラッキングを実施するのに使用される、請求項１４〜２０の何れか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記トラッキングアパーチャが、Ｚ比に関連するキャリブレーション曲線及び作動レンジを決定するのに使用される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
Ｘ線ビームトラッキング中に前記トラッキングアパーチャの２つのエッジの現行のＺ比を決定するステップを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記２つのエッジの現行のＺ比が両方とも前記キャリブレーション曲線の作動レンジ内にある場合には、前記２つのエッジの現行のＺ比を用いて、前記トラッキングアパーチャの２つのエッジと作動点との間の平均距離を最小にするように前記トラッキングアパーチャを移動させるステップを更に含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記２つのエッジのうちの１つのエッジの現行のＺ比だけが前記キャリブレーション曲線の作動レンジ内にある場合には、前記１つのエッジのＺ比を用いて、前記トラッキングアパーチャの２つのエッジと作動点との間の平均距離を最小にするように前記トラッキングアパーチャを移動させるステップを更に含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記２つのエッジの現行のＺ比の何れもが前記キャリブレーション曲線の作動レンジ内にない場合に、前記トラッキングアパーチャをＣＴシステムのＺ軸の第１の方向で第１の距離だけ移動させるステップと、
前記トラッキングアパーチャを前記第１の距離だけ移動させた後、前記トラッキングアパーチャの２つのエッジの現行のＺ比を計算するステップと、
前記計算した現行のＺ比を用いてＸ線ビームトラッキングを実施するステップと、
を更に含み、
前記２つのエッジの現行のＺ比が両方とも前記キャリブレーション曲線の作動レンジ内にある場合には、前記２つのエッジの現行のＺ比を用いて、前記トラッキングアパーチャの２つのエッジと作動点との間の平均距離を最小にするように前記トラッキングアパーチャを移動させ、又は、前記２つのエッジのうちの１つのエッジの現行のＺ比だけが前記キャリブレーション曲線の作動レンジ内にある場合には、前記１つのエッジのＺ比を用いて、前記トラッキングアパーチャの２つのエッジと作動点との間の平均距離を最小にするように前記トラッキングアパーチャを移動させる、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記トラッキングアパーチャを第１の距離だけ移動させた後、前記トラッキングアパーチャの２つのエッジの現行のＺ比の何れもが前記キャリブレーション曲線の作動レンジ内にない場合には、前記トラッキングアパーチャを前記ＣＴシステムのＺ軸の前記第１の方向とは反対で第２の方向で且つ第１の距離よりも大きい第２の距離だけ移動させるステップと、
前記トラッキングアパーチャを前記第２の距離だけ移動させた後、前記トラッキングアパーチャの２つのエッジの現行のＺ比を計算するステップと、
前記計算した現行のＺ比を用いてＸ線ビームトラッキングを実施するステップと、
を更に含み、
前記２つのエッジの現行のＺ比が両方とも前記キャリブレーション曲線の作動レンジ内にある場合には、前記２つのエッジのＺ比を用いて、前記トラッキングアパーチャの２つのエッジと作動点との間の平均距離を最小にするように前記トラッキングアパーチャを移動させ、又は、前記２つのエッジのうちの１つのエッジの現行のＺ比だけが前記キャリブレーション曲線の作動レンジ内にある場合には、前記１つのエッジのＺ比を用いて、前記トラッキングアパーチャの２つのエッジと作動点との間の平均距離を最小にするように前記トラッキングアパーチャを移動させ、又は、前記トラッキングアパーチャの２つのエッジの現行のＺ比の何れもが前記キャリブレーション曲線の作動レンジ内にない場合には、Ｘ線トラッキングを中断し、及び／又はエラーを報告する、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メディカルスキャニングに関し、より詳細には、ＣＴシステム用の別個のトラッキングアパーチャを有するコリメータ及びその対応する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療技術が発達するにつれて、メディカルスキャニングは、多くの医学的応用における重要な診断及び治療ツールになりつつある。例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）は、患者の診断及び放射線治療に広く使用されてきた。ＣＴシステムにおいて、Ｘ線源によって投影される扇形（ファン）ビームは、デカルト座標系のＸ−Ｙ平面、すなわち、「イメージング（撮像）平面」にキャリブレーション（較正）（又はコリメート）される。Ｘ線ビームは、撮像されることになるターゲット物体（患者など）を透過し、ターゲット物体の様々な部分によって減弱された後に検出器アレイに到達する。Ｘ線ビームの減弱は、検出器アレイにより検出され、Ｘ線イメージ（すなわち、ＣＴイメージ）を形成できるようになる。
【０００３】
最近では、患者に送達される不必要な放射線量を低減するよう配慮及び試みが、一層なされている。放射線量を低減するために一般的に使用されている方法は、長手方向（すなわち、ＣＴシステムの座標系のＺ軸方向）のＸ線ビームの厚みを低減することである。現行のＣＴ製造業者らは通常、過剰なＸ線ビームを遮断するためにプリペイシャント・コリメータを用いている。最新技術において、Ｚ軸方向のビーム幅に関する異なる要件に対応するために、２種類のコリメータが設計されている。１つの種類のコリメータは、異なる幅のアパーチャを提供するために独立して移動できる２つのアパーチャエッジを有する。他の種類のコリメータは、１つ又はそれ以上の固定幅のアパーチャを含む。
【０００４】
第三世代ＣＴシステムの回転ガントリは、異なる回転角度でＺ方向運動を発生させる。Ｘ線管がガントリ上に堅固に装着されるので、焦点のＺ方向運動は、ガントリ回転として発生する。熱膨張に起因する焦点運動は、Ｚ運動の別の発生源である。一方では、コリメータは、最適な線量低減のため狭いアパーチャを有する必要があり、他方では、Ｚ方向に沿った焦点移動に対応するために幅広のアパーチャが望ましい。
【０００５】
この相反する矛盾を解消するために、Ｔｏｔｈ他は、Ｚ比を用いたＸ線源の焦点運動を動的に追跡（トラッキング）する方法を提案した（“Ａ  ｄｏｓｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ
ｘ−ｒａｙ  ｂｅａｍ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ｍｕｌｔｉｓｌｉｃｅ  ＣＴ  ｓｃａｎｎｅｒｓ”，Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．Ｖ
ｏｌ．２７，Ｎｏ．１２，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  ２０００）。この論文の内容は、引用により全体が本明細書に組み込まれる。
【０００６】
焦点トラッキングに関する他の従来技術については、米国特許第５，６４４，６１４号，第７，３１７，７８６号，第５，４６９，４２９，第５，２９９，２５０号などを参照することができる。これらの特許の内容は、引用により全体が本明細書に組み込まれる。
【０００７】
これらの従来技術は、コリメータアパーチャのサイズに関する矛盾をある程度軽減したが、アパーチャエッジ間に比較的大きな相互干渉が存在すること、固定アパーチャ幅を有する従来のコリメータの使用において十分なトラッキング作動レンジを提供できないことなどの問題がある。特にミリメートル未満の固定幅アパーチャにおいては、これらの問題がより重大である。
【０００８】
加えて、既存のコリメータはまた、トラッキング感度の不良、並びにノイズ及び他の変動に対する耐性不良など、他の態様における幾つかの欠点がある。従って、既存技術の１つ又はそれ以上の態様を改善し、これによりビームトラッキングにおけるアパーチャエッジ間の相互干渉の低減、トラッキングレンジの増大、トラッキング感度の改善、耐ノイズ性能の強化の解決策に対する要望がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来技術における１つ又はそれ以上の問題点を解決することを意図する。詳細には、本発明は、ビームトラッキングにおける以下の目的；すなわち、コリメータアパーチャのエッジ間の相互干渉の低減、トラッキングレンジの増大、トラッキング感度の改善、耐ノイズの強化などの１つ又はそれ以上を達成することを意図する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ＣＴシステムで使用するコリメータが提供される。コリメータは、Ｘ線吸収材料で作られ、Ｘ線イメージングで使用される第１のＸ線ビームを通過させる第１の幅を有するイメージングアパーチャと、Ｘ線ビームトラッキングで使用される第２のＸ線ビームを通過させる第２の幅を有するトラッキングアパーチャと、を含む。
【００１２】
本発明の１つの実施形態によれば、イメージングアパーチャ及びトラッキングアパーチャは、長さ方向で整列される。
【００１３】
本発明の１つの実施形態によれば、第２の幅は、前記第１の幅とは異なる。
【００１４】
本発明の１つの実施形態によれば、第２の幅は、トラッキングアパーチャの２つのエッジによって引き起こされる相互干渉を低減するために第１の幅よりも大きい。
【００１５】
本発明の１つの実施形態によれば、第２の幅は、ビームトラッキングの作動レンジを増大させるために第１の幅よりも小さい。
【００１６】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャは、第１のトラッキングアパーチャのみを含む。
【００１７】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャは、第１のトラッキングアパーチャ及び第２のトラッキングアパーチャを含む。
【００１８】
本発明の１つの実施形態によれば、第１のトラッキングアパーチャ及び第２のトラッキングアパーチャは、同じ幅を有する。
【００１９】
本発明の１つの実施形態によれば、イメージングアパーチャの幅及びトラッキングアパーチャの幅は固定されている。
【００２０】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャは矩形形状を有し及び／又はイメージングアパーチャは矩形形状を有する。
【００２１】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャ及びイメージングアパーチャは連続的に形成される。
【００２２】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャは、Ｚ比を用いたビームトラッキングに適応された幅を有し、Ｚ比は、トラッキングアパーチャの本影領域における検出器信号に対する半影領域における検出器信号の比を指す。
【００２３】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャの幅は、Ｚ比に関連するキャリブレーション曲線及び作動レンジを決定するように適応される。
【００２４】
本発明の第２の態様によれば、本発明の実施形態の１つによれる、コリメータを備えたＣＴシステムが提供される。
【００２５】
本発明の第３の態様によれば、Ｘ線吸収材料で作られたコリメータを備えるＣＴシステムで使用する方法が提供される。本方法は、Ｘ線イメージングにおいて、第１のＸ線ビームが第１の幅を有するイメージングアパーチャを通過できるようにするステップと、Ｘ線トラッキングにおいて、第２のＸ線ビームが第２の幅を有するトラッキングアパーチャを通過できるようにするステップと、を含む。
【００２６】
本発明の上述の改善策は、従来技術における１つ又はそれ以上の問題を解決することができる。詳細には、本発明は、ビームトラッキングにおける以下；すなわち、ビームの相互干渉の低減、トラッキングレンジの増大、トラッキング感度の改善、耐ノイズの強化などの１つ又はそれ以上を達成することができる。
【００２７】
本発明の利点、特徴要素、及び特徴は、図面を参照しながら本発明の特定の実施形態の説明によって更に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の１つの実施形態によるＣＴシステムを示す図。
【図２】本発明の１つの実施形態によるＸ線源を示す図。
【図３】本発明の１つの実施形態による、検出器アレイのトラッキングチャンネルの内側列及び外側列を示す図。
【図４】本発明の１つの実施形態による、２つのアパーチャエッジのＺ比曲線を示す図。
【図５】小さな固定幅を有するアパーチャのＺ比曲線。
【図６】大きな固定幅を有するアパーチャのＺ比曲線。
【図７】本発明の１つの実施形態による、ＣＴシステムで使用するためのコリメータ
【図８】異なるアパーチャ幅に対応するＲ比曲線。
【図９】本発明の１つの実施形態による、ＣＴシステムで使用するための方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、本発明の例示的な実施形態が図示された図面を参照しながら以下においてより完全に説明する。しかしながら、本発明は、他の異なる方法で実施することができ、これらの特定の実施形態に限定されるものではない点は理解されたい。逆に、これらの実施形態の提供は、本発明の概念が当業者によって十分に理解できるように本発明の開示内容を徹底的且つ完全にすることを意図している。本出願を通じて、同一又は同様の参照符号は、同じ手段又はユニットを表している。
【００３０】
図１は、本発明の１つの実施形態によるＣＴシステム１０を概略的に示している。ＣＴシステム１０は、第三世代ＣＴシステムのガントリ１２を含む。ガントリ１２は、検出器アレイ１８上に扇形Ｘ線ビームを奏者するＸ線源１４を含み、検出器アレイ１８は、Ｘ線源に対向したガントリ１２の側部に配置される。検出器アレイ１８は、患者の身体２２を透過するＸ線の結合検出用の複数の検出器素子からなる。各検出器素子は、受け取ったＸ線の強度と、テーブル４６上の患者２２を通過した後のＸ線の減弱とを示す電気信号を発生することができる。スキャンは、ガントリ１２及びその上に装着された構成要素がガントリ１２の回転中心の周りに旋回するにつれてＸ線投影を収集するために実施される。
【００３１】
Ｘ線源は、一般に、アノード及びカソードを有する真空Ｘ線ハウジングを含む。アノードとカソードの両端に高電圧が印加されたときに、電子がカソードからアノード上の焦点（又はフォーカス）に加速されるとＸ線が発生する。ＣＴシステムにおいて、Ｘ線源からのＸ線ビームは、コリメータを通過し、Ｘ線ビームの輪郭又は形状を定めるようにすることができる。Ｘ線吸収材料で作られたコリメータは、アパーチャを有する。コリメータによってＸ線ビームを望ましい扇形輪郭又は形状に制限又は限定するプロセスは、「コリメーション」と呼ばれる。
【００３２】
図２は、本発明の１つの実施形態による、Ｘ線源１４を示す。Ｘ線ビーム１６は、Ｘ線源１４の焦点５０から照射される。Ｘ線ビーム１６は、コリメータ５２によってコリメートされた後、扇形ビームの中心軸５４に沿って複数の検出器素子２０により形成される検出器アレイ１８に投影される。
【００３３】
本発明のＣＴシステム及びそのＸ線源の構成を特定の実施形態に関連して上記で説明してきたが、これは、本発明を限定することを意図するものではない。ＣＴシステム及びＸ線源の他の実施構成もまた、本発明に適用可能である。
【００３４】
種々の方法を用いてＸ線ビームをトラッキングすることができる。Ｘ線ビームトラッキングにおいて、Ｚ軸方向（すなわち、テーブルの長手方向）におけるコリメータアパーチャの移動を制御するために制御パラメータを使用して、該制御パラメータをビーム位置にマッピングするキャリブレーション関数を導き出すことが必要となる。確定した制御パラメータ及びキャリブレーション関数は、Ｚ軸方向に沿ったアパーチャ移動の方向と大きさを決定できるように正確なビーム位置を提供する。トラッキング制御パラメータ及び／又はキャリブレーション関数は、アパーチャの設計（例えば、アパーチャの形状及び移動特性）に従って適切に選択することができる。
【００３５】
本発明の１つの実施形態によれば、検出器アレイの内側列（本影領域）における検出器信号に対する外側列（半影領域）における検出器信号の比（すなわち、Ｚ比）が制御パラメータとして使用される。図３は、本発明の一部の実施形態による、検出器アレイのトラッキングチャンネルの内側列と外側列とを示している。図３に示すパラメータは、当該技術分野で一般的に使用されている。例えば、上部のトラッキングチャンネルにおいて、参照符号１Ａ及び１Ｂは、検出器アレイのトラッキングチャンネルの内側列を示し、参照符号２Ａ及び２Ｂは、トラッキングチャンネルの外側列を示している。「２×１」は、コリメータアパーチャによりカバーされる検出器列の数と、ＩＳＯ中心（すなわち、ガントリ中心）平面のＺ軸方向における単一の検出器要素の等価サイズ１ｍｍを乗じたものである。
【００３６】
Ｚ比を用いてビームをトラッキングするためには、Ｚ軸方向でアパーチャを掃引してキャリブレーション関数又はＺ比曲線（すなわち、キャリブレーション曲線）を取得して、Ｚ比をアパーチャ位置にマッピングする必要があり、また、必要に応じて、幾何形状計算を用いてこれをビーム位置に更にマッピングする必要がある。アパーチャの２つのエッジが互いに対して独立して移動できる場合において、Ｚ比曲線を取得する掃引プロセスでは、アパーチャの第１のエッジは、第２のエッジから離れて構成され、次いで、第２のエッジが掃引されてＺ比曲線が得られる。第１のエッジのＺ比曲線は、同じ方法で取得することができる。２つのエッジが互いからかなり離れて構成することができるので、２つのエッジ間の相互干渉の影響は、Ｚ比計算において効果的に排除することができる。同時に、安定したビームトラッキングのより広い作動レンジを得ることができる。
【００３７】
図４は、本発明の１つの実施形態による２つのアパーチャエッジのＺ比曲線を示す。図示のように、横軸がアパーチャ位置を示し、縦軸がＺ比を示し、実線は第１のエッジＡのＺ比曲線を示し、破線は第２のエッジＢのＺ比曲線を示している。この実施形態において、アパーチャ幅は２．２１０ｍｍ、掃引レンジは（−０．８００，＋０．８００）ｍｍ、及び掃引ステップが２０である。
【００３８】
本発明の一部の実施形態によれば、アパーチャ位置は、アパーチャの長手方向における中心線のＺ軸座標を意味する。他の実施形態では、他の位置を用いてアパーチャ位置を示すこともできる。
【００３９】
ビームトラッキング、特にＺ比曲線の取得、作動点及び作動レンジの決定などにおけるＺ比を使用する方法は、当該技術分野で周知であるので、本明細書では詳細には説明しない。
【００４０】
固定幅アパーチャを有するコリメータにおいて、アパーチャの２つのエッジは独立して移動できないので、エッジ間の干渉を回避すること、及び十分なビームトラッキングレンジを設ける上で問題がある。このような問題は、コリメータアパーチャの幅が不適切に選択された（例えば、広すぎる又は狭すぎる）場合に生じる。
【００４１】
例えば、ＣＴシステムのＩＳＯ中心における最狭ビーム幅が０．６２５ｍｍ〜１ｍｍ、Ｚ軸方向の公称検出器幅が０．６２５ｍｍ〜１．２５ｍｍである事例において、固定アパーチャ幅０．６２５ｍｍ〜１ｍｍ（ＩＳＯでの公称幅）を使用した場合には、エッジ間の大きな相互干渉が存在し、得られるＺ比は、本影領域の信号に対する半影領域の信号の比ではないことになる。この状況では、内側列は、幾らかの半影信号を含むので、作動点のＺ比は、極めて小さな値（例えば、０．２未満）を有するだけである。従って、狭い固定幅のアパーチャを用いると、ノイズ及び他の機能に対する耐性が不十分になり、安定したビームトラッキング作動点及び作動レンジを提供できなくなる。図５は、小さな固定幅を有するアパーチャのＺ比曲線を示す。
【００４２】
別の実施例として、８×１．２５ｍｍ検出器で使用するような大きな幅のコリメータアパーチャでは、対応するイメージングチャンネルでのアパーチャ幅は、８×１．２５ｍｍ検出器を十分にカバーする程幅広でなければならない。しかしながら、このような幅のアパーチャでは、トラッキングチャンネルの外側列と内側列のＺ比は、大きなレンジにおいては１に極めて近くなり、従って、キャリブレーション曲線において十分な作動レンジを提供することができない。図６は、大きな固定幅を有するアパーチャのＺ比曲線を示す。
【００４３】
図７は、本発明の１つの実施形態による、ＣＴシステムで使用するコリメータ７０を示している。コリメータ７０は、Ｘ線吸収材料で作られ、イメージングアパーチャ７２，７２’及びトラッキングアパーチャ７３，７３’を含む。Ｘ線源から照射されてイメージングアパーチャを通過するＸ線は、Ｘ線イメージングの第１のＸ線ビームを形成し、Ｘ線源から照射されてトラッキングアパーチャを通過するＸ線は、Ｘ線イメージングの第２のＸ線ビームを形成する。Ｘ線イメージング及びビームトラッキングでのＸ線ビームの使用は、当該技術分野で周知であるので、本明細書では詳細には説明しない。
【００４４】
図７に示すように、イメージングアパーチャ７２，７２’の幅は、トラッキングアパーチャ７３，７３’の幅とは異なる場合があり、イメージングアパーチャ及びトラッキングアパーチャは、長手方向で整列され、すなわち、長さ方向に延びるイメージングアパーチャの中心線と長さ方向に延びるトラッキングアパーチャの中心線は、同じ直線上又は実質的に同じ直線上にある。
【００４５】
本発明の１つの実施形態によれば、長さ方向に延びるイメージングアパーチャの中心線と長さ方向に延びるトラッキングアパーチャの中心線は、僅かに位置ずれしている。例えば、８×１．２５ｍｍ検出器アレイでは、イメージングアパーチャが、検出器アレイのイメージングチャンネルにおいて検出器の列１〜８に対応する場合には、検出器の４つの列の幅に相当するトラッキングアパーチャは、イメージングチャンネルの列１〜４、２〜５、３〜６、４〜７、又は５〜８に対応するものとして選択することができる。実際に、位置ずれのサイズは、トラッキングアパーチャを通過するＸ線をトラッキングチャンネルの検出器によって依然として検出できるようなものである限り、このような僅かな位置ずれは許容される。
【００４６】
図７に示すコリメータは単に例示的なものであり、本発明を限定することを意図するものではない点は理解されるであろう。例えば、図７に示すようなコリメータは２つのペアのアパーチャ７２，７２’及び７３，７３’を含むが、コリメータは、１つのペアのアパーチャだけ（すなわち、１つのイメージングアパーチャと１つのトラッキングアパーチャ）を含むことができ、或いは代替として、コリメータは、２つよりも多いペアのアパーチャを含むこともできる点は、当業者には理解されるであろう。加えて、互いに整列したイメージングアパーチャ及びトラッキングアパーチャは、図７に示すように異なる幅を有するが、一部の特定の実施形態においては同じ幅を有することもできる。
【００４７】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャの幅は、イメージングアパーチャの幅よりも大きい。コリメータは、イメージングアパーチャ及びトラッキングアパーチャをそれぞれ備えるので、また、２つのアパーチャが別個に異なる幅を有することができるので、ＣＴイメージングに必要とされるビーム幅によって課せられるイメージングアパーチャの幅に対する要件は、ビームトラッキング用のトラッキングアパーチャの幅に影響を与えない。例えば、１．２５ｍｍ検出器幅に対する２×０．６２５ｍｍ又は２×１ｍｍなどの狭いビーム幅において、イメージングチャンネルでのイメージングアパーチャの幅は、イメージングアパーチャに関連する本影領域が２つの列の検出器をカバーするように設計することができ、ビームトラッキングチャンネルでのトラッキングアパーチャの幅は、トラッキングアパーチャに関連する本影領域が４つよりも多い列の検出器をカバーするように設計することができる。従って、イメージングアパーチャに対する適切な幅とトラッキングアパーチャに対する適切な幅を選択することにより、イメージングに必要とされるビーム幅を確保しながら、トラッキングアパーチャの２つのエッジによって引き起こされるビーム干渉を低減することができる。
【００４８】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャの幅は、イメージングアパーチャの幅よりも小さい。例えば、８×１．２５ｍｍ検出器幅における８×０．６２５ｍｍのようなより広いビーム幅では、イメージングチャンネルでのイメージングアパーチャ幅は、検出器の全ての８つの列が本影領域にあるようにすべきである。ビームトラッキングチャンネルにて同じアパーチャ幅が使用される場合には、内側列及び外側列の両方が本影領域内にあるので、Ｚ比は、アパーチャＺ値の大きなレンジにおいて１に極めて近くなる。結果として、Ｚ比は、Ｘ線源の焦点の移動に反応しにくい。この状況において、イメージングアパーチャ幅よりも狭いトラッキングアパーチャ幅（例えば、検出器の４列、６列、８列の一部をカバーするもの）を選択することができる。従って、ＣＴイメージングに必要とされるビーム幅によって課せられるイメージングアパーチャ幅に関する要件は、トラッキングアパーチャの幅に影響を及ぼすことがないので、イメージングアパーチャ及びトラッキングアパーチャに適切な幅を選択することにより、イメージングに必要とされるビーム幅を確保しながら、より大きなビームトラッキング作動レンジを提供することができる。
【００４９】
本発明の１つの実施形態によれば、コリメータは、１つだけのトラッキングアパーチャを含む。トラッキングアパーチャは、長さ方向でイメージングアパーチャと整列したあらゆる位置、例えば、イメージングアパーチャの左又は右側に対する位置に配置することができる。或いは、トラッキングアパーチャは、長さ方向でイメージングアパーチャと整列することができるが、イメージングアパーチャに対して僅かに位置ずれしている。
【００５０】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャはまた、第１のトラッキングアパーチャ及び第２のトラッキングアパーチャなどの２つのアパーチャを含むことができる。第１のトラッキングアパーチャ及び第２のトラッキングアパーチャなどの２つのアパーチャは、長さ方向でイメージングアパーチャと整列又は僅かに位置ずれした何れかの位置に配置することができる。例えば、同じ又は異なる幅を有する第１のトラッキングアパーチャ及び第２のトラッキングアパーチャは、イメージングアパーチャの２つの側部それぞれに配置することができる。
【００５１】
本発明の１つの実施形態によれば、イメージングアパーチャ及びトラッキングアパーチャは、固定幅とすることができる。固定幅を有するトラッキングアパーチャにおいて、作動点は、Ｚ比曲線の位置（アパーチャ位置＝０の場合）又は他の好適な位置に相当することができる。イメージングアパーチャ及びトラッキングアパーチャの少なくとも１つが可変幅を有するように設計することも可能である点は理解される。例えば、イメージングアパーチャの２つのエッジは、独立して移動可能であるように設計され、トラッキングアパーチャは、固定幅を有するように設計される。このような設計は、Ｘ線イメージングにおいて異なる幅の扇形ビームを用いたときにアパーチャ幅を調整する回数を低減することができる。
【００５２】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャ及びイメージングアパーチャの両方は、図７に示すように、細長い矩形の形状を有する。しかしながら、特定の用途の要求に応じて、トラッキングアパーチャ及びイメージングアパーチャはまた、細長い菱形などの他の好適な形状に適応させることもできる。
【００５３】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャ及びイメージングアパーチャは、連続的に形成され、間にＸ線吸収材料が存在しない。しかしながら、実際の用途に応じて、トラッキングアパーチャ及びイメージングアパーチャはまた、離散的に形成され、これ以上のＸ線を遮断するためにＸ線吸収材料によって分離することができる点は理解されるであろう。
【００５４】
上記において、本発明の１つの実施形態は、Ｚ比を用いてビームトラッキングと関連して説明しており、トラッキングアパーチャは、Ｚ比に関連するキャリブレーション曲線及び作動レンジを決定するよう適応された幅を有する。しかしながら、トラッキングアパーチャ及びイメージングアパーチャを有するコリメータはまた、他のトラッキング解決策で用いることもできる当業者であれば理解されるであろう。
【００５５】
本発明の１つの実施形態において、側部Ａ及び側部ＢにおけるＸ線信号の非対称度Ｒ＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、ビームトラッキングにおいて用いることができ、ここでＡは、トラッキングチャンネルの側部Ａにおける検出器列信号を表し、Ｂは、トラッキングチャンネルの側部Ｂにおける検出器列信号を表す。例えば、８つの列の検出器を有するトラッキングチャンネルにおいて、Ａは、左側の検出器の４つの列の信号を表すことができ、Ｂは、右側の検出器の４つの列の信号を表すことができる。非対称度Ｒを用いたトラッキングモードにおいて、幅広のアパーチャ（例えば、８×１．２５ｍｍ）の事例では、トラッキングアパーチャ及びイメージングアパーチャが同じ幅を用いる場合には、非対称度Ｒは、作動点にて極めて平坦、すなわち、焦点移動に対して反応しにくいことになる。この事例では、これに対応してトラッキングアパーチャを幅狭にすることにより、トラッキング感度を高めることができる。
【００５６】
図８は、異なるアパーチャ幅に対応するＲ比曲線を示し、ここで横軸はアパーチャ位置を示し、縦軸はＲ値を示す。図８において、破線は、アパーチャ幅が４．１２ｍｍであるときのＲ値の変化を示し、実線は、アパーチャ幅が３．５ｍｍであるときのＲ値の変化を示す。
【００５７】
本発明の１つの実施形態によれば、上述のコリメータを備えたＣＴシステムも提供される。ＣＴシステムで使用されるコリメータは、Ｘ線吸収材料で作られ、イメージングアパーチャ及びトラッキングアパーチャを含む。イメージングアパーチャの幅は、Ｘ線イメージングにおけるＸ線の通過を可能にし、トラッキングアパーチャの幅は、Ｘ線トラッキングにおけるＸ線の通過を可能にする。ＣＴシステムで使用されるコリメータはまた、上述のような１つ又はそれ以上の特徴要素を含むことができる点は理解されるであろう。
【００５８】
本発明によるコリメータは、Ｘ線ビームをトラッキングするため既存のＣＴシステム及び場合によっては将来のＣＴシステムで用いることができる。本発明によるコリメータを用いることにより、エッジ間の相互干渉を低減することができると同時に、Ｘ線ビームトラッキングにおいて比較的大きなトラッキング作動レンジを提供することができる。
【００５９】
図９は、本発明の１つの実施形態によるＣＴシステムで使用する方法を示しており、ＣＴシステムは、Ｘ線吸収材料で作られたコリメータを含む。本方法において、第１のＸ線ビームは、Ｘ線イメージングにおいてイメージングアパーチャを通過することができ、第２のＸ線ビームは、Ｘ線トラッキングにおいてトラッキングアパーチャを通過することができる。イメージングアパーチャは第１の幅を有し、トラッキングアパーチャは第２の幅を有する。
【００６０】
本発明の１つの実施形態によれば、イメージングアパーチャ及びトラッキングアパーチャは、長さ方向で整列される。
【００６１】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャの第２の幅は、イメージングアパーチャの第１の幅とは異なる。
【００６２】
本発明の１つの実施形態によれば、第２の幅は、トラッキングアパーチャの２つのエッジによって引き起こされる相互干渉を低減するため、第１の幅よりも大きいように構成される。
【００６３】
本発明の１つの実施形態によれば、第２の幅は、ビームトラッキングの改善した作動レンジを提供するために、第１の幅よりも小さいように構成される。
【００６４】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャは、第１のトラッキングアパーチャを含む。
【００６５】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャは、第１のトラッキングアパーチャ及び第２のトラッキングアパーチャを含む。
【００６６】
本発明の１つの実施形態によれば、第１のトラッキングアパーチャ及び第２のトラッキングアパーチャは、同じ幅を有して構成される。
【００６７】
本発明の１つの実施形態によれば、イメージングアパーチャの第１の幅及びトラッキングアパーチャの第２の幅は固定である。
【００６８】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャは矩形形状を有し及び／又はイメージングアパーチャは矩形形状を有する。
【００６９】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャ及びイメージングアパーチャは連続的に形成される。
【００７０】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャは、Ｚ比ビームトラッキング用に使用される。上述のように、Ｚ比とは、トラッキングアパーチャの本影領域における検出器信号に対する半影領域における検出器信号の比を指す。
【００７１】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャは、Ｚ比に関連するキャリブレーション曲線及び作動レンジを決定するのに使用される。
【００７２】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャの２つのエッジの現行のＺ比は、Ｘ線ビームトラッキング中に決定される。
【００７３】
本発明の１つの実施形態によれば、２つのエッジの現行のＺ比が両方ともキャリブレーション曲線の作動レンジ内にある場合には、２つのエッジの現行のＺ比を用いて、トラッキングアパーチャの２つのエッジと作動点との間の平均距離を最小にするようにトラッキングアパーチャを移動させる。
【００７４】
本発明の１つの実施形態によれば、１つのエッジの現行のＺ比だけがキャリブレーション曲線の作動レンジ内にある場合には、１つのエッジのＺ比を用いて、トラッキングアパーチャの２つのエッジと作動点との間の平均距離を最小にするようにトラッキングアパーチャを移動させる。
【００７５】
本発明の１つの実施形態によれば、２つのエッジの現行のＺ比の何れもがキャリブレーション曲線の作動レンジ内にない場合には、トラッキングアパーチャは、ＣＴシステムのＺ軸の第１の方向で第１の距離だけ移動され、次いで、トラッキングアパーチャの２つのエッジの現行のＺ比が計算され、計算した現行のＺ比を用いて、Ｘ線ビームトラッキングを実施し、又は、２つのエッジの現行のＺ比が両方ともキャリブレーション曲線の作動レンジ内にある場合には、２つのエッジのＺ比を用いて、トラッキングアパーチャの２つのエッジと作動点との間の平均距離を最小にするようにトラッキングアパーチャを移動させ、又は、１つのエッジの現行のＺ比だけがキャリブレーション曲線の作動レンジ内にある場合には、１つのエッジのＺ比を用いて、トラッキングアパーチャの２つのエッジと作動点との間の平均距離を最小にするようにトラッキングアパーチャを移動させる。
【００７６】
本発明の１つの実施形態によれば、トラッキングアパーチャが第１の距離を移動した後、トラッキングアパーチャの２つのエッジの現行のＺ比の何れもがキャリブレーション曲線の作動レンジ内にない場合には、トラッキングアパーチャは、ＣＴシステムのＺ軸の第２の方向で第２の距離だけ移動され、該第２の方向は第１の方向とは反対であり、第２の距離は、第１の距離よりも大きく、第２の距離の移動後、トラッキングアパーチャの２つのエッジの現行のＺ比が計算され、計算した現行のＺ比を用いて、Ｘ線ビームトラッキングを実施し、２つのエッジの現行のＺ比が両方ともキャリブレーション曲線の作動レンジ内にある場合には、２つのエッジのＺ比を用いて、トラッキングアパーチャの２つのエッジと作動点との間の平均距離を最小にするようにトラッキングアパーチャを移動させ、又は、１つのエッジの現行のＺ比だけがキャリブレーション曲線の作動レンジ内にある場合には、１つのエッジのＺ比を用いて、トラッキングアパーチャの２つのエッジと作動点との間の平均距離を最小にするようにトラッキングアパーチャを移動させ、又は、トラッキングアパーチャの２つのエッジの現行のＺ比の何れもがキャリブレーション曲線の作動レンジ内にない場合には、Ｘ線トラッキングを中断し、及び／又はエラーを報告する。
【００７７】
本発明は、限定ではないが、ハードウェア、ファームウェア、コンピュータプログラム、論理手段、その他を含む、本技術分野において既知の種々の方法で実現できることは、当業者には理解されるであろう。
【００７８】
上記の明細書及び対応する図面全体を通じて、本発明の好ましい実施形態を詳細に明らかにしてきた。更に、本明細書において幾つかの特別な用語を用いているが、これらは、単に例示を意図している。本発明に対して種々の修正、等価的な置き換え、変更などを行い得ることは、当業者には理解されるであろう。例えば、上記の実施形態における１つのステップ又はモジュールは、実施構成において２つ又はそれ以上のステップ又はモジュールに分けることができ、逆に、上記の実施形態におけるモジュール又は手段の２つ又はそれ以上のステップ又は機能は、実施構成において１つのステップ又はモジュールにすることができる。これらの変更が本発明の技術的思想から逸脱しない限り、これらは、本出願の請求項に記載された保護範囲内にあるものとする。本発明の保護範囲は、添付の請求項によって定義される。
【符号の説明】
【００７９】
７０  コリメータ
７２、７２’  イメージングアパーチャ
７３、７３’  トラッキングアパーチャ
【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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