(57)【要約】対象物（１）の検査領域（２）を撮像するための撮像方法は、エネルギービーム源（１０）によりエネルギー入力ビーム（３）を生成する工程と、エネルギー入力ビームの複数のエネルギー入力ビーム成分（４）を用いて複数の投射方向に沿って検査領域を照射する工程とを備え、複数のエネルギー入力ビーム成分はフレームマスク（４０）を用いて形成され、このフレームマスクは、エネルギー入力ビーム（１０）と対象物との間に配置され、複数のフレームマスク窓（４１）を有している。上記方法はさらに、フレームマスクの外側に配置された外部検出器デバイス（２１）を用いてエネルギー入力ビーム成分の第１積分減衰値を測定する工程と、フレームマスクの内面に配置されたフレームマスク検出器デバイス（２４）を用いてエネルギー入力ビーム成分の第２積分減衰値を測定する工程と、第１および第２積分減衰値に基づいて検査領域の画像を再構築する工程とを備えている。さらに、対象物の検査領域を撮像する撮像装置（１００）が開示される。
2009512526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギービーム源（１０）によってエネルギー入力ビーム（３）を生成する工程を具備する、対象物（１）の検査領域（２）を撮像するための撮像方法において、
さらに、
前記エネルギー入力ビーム（３）のエネルギー入力ビーム成分（４）によって複数の投射方向に沿って前記検査領域（２）を照射する工程であって、前記エネルギー入力ビーム成分は、前記エネルギー入力ビーム（１０）と対象物（１）との間に配置された複数のフレームマスク窓（４１）を有しているフレームマスク（４０）を用いて形成される工程と、
前記フレームマスク（４０）の外側に配置された外部検出器デバイス（２１）を用いて前記エネルギー入力ビーム成分（４）の第１積分減衰値を測定する工程と、
前記フレームマスク（４０）の内面に配置されたフレームマスク検出器デバイス（２４）を用いて前記エネルギー入力ビーム成分（４）の第２積分減衰値を測定する工程と、
前記第１および第２積分減衰値に基づいて前記検査領域（２）の画像を再構築する工程と、を具備することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記画像を再構築する前記工程は、前記第１積分減衰値から取得される第１投影関数の値と乗算される多項式の第１総和と、前記第２積分減衰値から取得される第２投影関数の値と乗算される多項式の第２総和との重ね合わせとして画像関数を決定する工程を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１および第２投影関数は、平行なエネルギー入力ビーム成分の第１および第２グループに対して測定される前記第１および第２積分減衰値からそれぞれ取得される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記画像を再構築する前記工程は、フィルタ補正逆投影アルゴリズムにより画像関数を決定する工程を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記照射する工程は、前記エネルギービーム源（１０）と前記フレームマスク（４０）とを相対的に移動させることにより前記投射方向を設定する工程を有する、前記全ての請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記照射する工程は、前記外部検出器デバイス（２１）および前記フレームマスク（４０）を相互に移動する間に、前記投射方向に従って前記第２積分減衰値を測定する前記工程を有する、前記全ての請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記フレームマスク（４０）および前記対象物（１）は、固定位置を有し、また、前記エネルギービーム源（１０）と、前記外部検出器デバイス（２１）との少なくとも一方は、前記フレームマスク（４０）の周りを移動される、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記エネルギービーム源（１０）と前記外部検出器デバイス（２１）とは、前記フレームマスク（４０）の周りを同時に移動される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記エネルギービーム源（１０）と前記外部検出器デバイス（２１）とは、前記フレームマスク（４０）の周りの保持体（５０）上で回転される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記エネルギービーム源（１０）と前記外部検出器デバイス（２１）とは、固定位置を有し、また、前記フレームマスク（４０）と前記対象物（１）とは、前記エネルギービーム源（１０）と前記外部検出器デバイス（２１）とに対して相対的に移動される、請求項５または６に記載の方法。
【請求項１１】
前記フレームマスク（４０）と前記対象物（１）とは、前記エネルギービーム源（１０）と前記外部検出器デバイス（２１）とに対して相対的に回転される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記エネルギービーム源（１０）と、前記外部検出器デバイス（２１）と、前記フレームマスク（４０）と、前記対象物（１）とは、相互に固定されており、また、前記照射する工程は、マルチフォーカスビーム源を操作することにより前記複数の投射方向を設定する工程を有する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記エネルギービーム源（１０）は、Ｘ線源（１１）を備えている、前記全ての請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
複数の検査領域（２）を撮像することにより前記対象物（１）の３次元画像を再構築する工程を有する、前記全ての請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
対象物（１）を照射するために適用されるエネルギービーム源デバイス（１０）と、
前記エネルギービーム源デバイス（１０）からの、前記対象物（１）を透過した放射線を測定するために適用される検出器デバイス（２０）と、
前記対象物（１）を保持するための保持デバイス（３０）と、
を具備する、対象物（１）の検査領域（２）を撮像するための撮像装置（１００）において、
フレームマスク（４０）が、前記保持デバイス（３０）を囲んだ複数のフレームマスク窓（４１）を有しており、
前記エネルギービーム源デバイス（１０）は、前記フレームマスク（４０）の外側上に配置されており、そして、
前記検出器デバイス（２０）は、前記フレームマスク（４０）の前記外側に配置された外部検出器デバイス（２１）と、前記フレームマスク（４０）の内面（４２）に配置されたフレームマスク検出器デバイス（２４）とを有していることを特徴とする撮像装置。
【請求項１６】
前記フレームマスク（４０）は、リング形状マスクを備えている、請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記フレームマスク（４０）は、前記保持デバイス（３０）に固定されている、請求項１５または１６に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記エネルギービーム源デバイス（１０）と前記外部検出器デバイス（２２）との少なくとも一方は、保持体（５０）上に移動可能に配置されている、請求項１５ないし１７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記エネルギービーム源デバイス（１０）および前記外部検出器デバイス（２２）は、前記フレームマスク（４０）周りの前記保持体（５０）上で回転するように適用されている、請求項１８に記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記エネルギービーム源デバイス（１０）および前記外部検出器デバイス（２２）は、コンピュータ断層撮影ガントリ内に配置されている、請求項１９に記載の撮像装置。
【請求項２１】
前記フレームマスク（４０）および前記保持デバイス（３０）は、固定位置を有する、前記エネルギービーム源デバイス（１０）および前記外部検出器デバイス（２２）に対して移動可能である、請求項１５ないし１７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２２】
前記複数のフレームマスク窓（４１）は、等しいサイズを有する、請求項１５ないし２１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２３】
前記フレームマスク検出器デバイス（２４）は前記フレームマスク窓（４１）により相互に分離されている、複数のフレームマスク検出器（２５）を備えている、請求項１５ないし２２のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２４】
前記フレームマスク検出器デバイス（２４）は前記フレームマスク（４０）の外面上の遮蔽物（４３）により照射に対して保護される、請求項１５ないし２３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２５】
前記エネルギービーム源デバイス（１０）はＸ線源（１１）を備えている、請求項１５ないし２４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２６】
前記検出器デバイス（２０）を用いて測定される第１および第２積分減衰値に基づいて前記検査領域（２）の画像を再構築するために適用される再構築デバイス（６０）をさらに備えている、請求項１５ないし２５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物に対する複数の所定の投射方向に対応して測定される複数の投影関数を備えているラドンデータ（Ｒａｄｏｎ  ｄａｔａ）に基づいて対象物の検査領域を撮像する方法に関する。詳細には、本発明は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像方法に関する。さらに、本発明は、詳細には上記の撮像方法に基づいて、検査領域を撮像する装置、例えばＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サンプルの非破壊検査は、材料科学、非破壊試験、診療、考古学、建設技術、セキュリティー問題に関する技術等といった様々な技術分野において重要な目的である。例えば、コンピュータ断層撮影によってサンプルの画像を取得する１つの方法は、Ｘ線を用いて様々な投射方向からサンプル平面を通して照射し、その後にそれぞれの方向で測定された減衰データに基づいてサンプル平面を再構築することを基本としている。測定された減衰データの全体はラドン空間におけるいわゆるラドンデータによって表わすことができる。
【０００３】
現在では、ラドンデータの様々な再構築方法が知られている。従来の画像再構築の数学的および物理的原理を説明するために、Ｗ．Ａ．Ｋａｌｅｎｄｅｒによる教則本「コンピュータ断層撮影の基本、システム技術、画像品質、用途（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ，Ｓｙｓｔｅｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｍａｇｅ  Ｑｕａｌｉｔｙ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」（第１版、ＩＳＢＮ３−８９５７８−０８１−２（１ｓｔ．ｅｄｉｔｉｏｎ，ＩＳＢＮ  ３−８９５７８−０８１−２））、Ｇ．Ｔ．Ｈｅｒｍａｎ「投影像からの画像再構築：コンピュータ断層撮影の基本（Ｉｍａｇｅ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ：  Ｔｈｅ  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）」（アカデミックプレス社，１９８０年（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，１９８０））およびＴｈｏｒｓｔｅｎ  Ｍ．Ｂｕｚｕｇ「コンピュータ断層撮影入門（Ｅｉｎｆｕｈｒｕｎｇ  ｉｎ  ｄｉｅ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｅ）」（シュプリンガー出版、  ベルリン、２００４年（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｂｅｒｌｉｎ  ２００４））が参照される。従来の再構築方法は反復再構築法およびフィルタ補正逆投影法として集約できる。
【０００４】
反復型再構築は、複数の反復工程に基づく近似方法である。高分解能画像の反復型再構築の本質的な欠点は、反復が極めて長い計算時間につながることである。フィルタ補正逆投影法は、原理的に、ラドンデータのフーリエ変換とフーリエ変換画像データと間の関係を表すフーリエスライス定理に依存する。フーリエスライス定理を用いる一般的な欠点は、再構築における補間工程が、増加する空間周波数により増加する傾向を有する誤差およびアーティファクトを結果的にもたらすという事実にある。この欠点は高分解能を持つ検出器を使用することによってだけ回避できる。しかし、これらの検出器の利用は、線量負荷量、コストおよびデータ処理時間の点で制限される。
【０００５】
ラドンデータから画像関数を再構築する改善された方法は、ＥＰ０４０３１０４３．５（本特許明細書の出願日では未公開である）に記載されている。円板上の直交多項式展開（以下、ＯＰＥＤアルゴリズム）を用いるこの方法により、検査の領域を表す画像関数は、検査の領域を通る複数の所定の投射方向に対応して測定される投影関数の値と乗算される多項式の総和としてラドンデータから決定される。ＯＰＥＤアルゴリズムは、詳細には、計算時間の低減、雑音低減および撮像分解能の向上の点から本質的な利点を有する。
【０００６】
ラドンデータを収集するのに使用される従来のコンピュータ断層撮影装置は、対象物を照射するＸ線源、対象物を通過する減衰した照射を測定する検出器デバイスおよび対象物を保持するための保持デバイスを備えている。保持デバイスは、Ｘ線源および検出器デバイスを持つ回転可能な照射ユニットの保持体を備えているガントリ内に配置されている。いわゆる第４世代のコンピュータ断層撮影装置では、回転可能なＸ線源−検出器ユニットは、図１３に示されるとおり、固定された検出器リング２０’と回転可能なＸ線源１０’の組み合わせに置き換えられる（Ｔｈｏｒｓｔｅｎ  Ｍ．Ｂｕｚｕｇによる上述の教則本「コンピュータ断層撮影入門（Ｅｉｎｆｕｈｒｕｎｇ  ｉｎ  ｄｉｅ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｅ）」の５１頁参照）。検出器リング２０’は対象物の周りの円上に配置されている約５０００の検出素子を有している。Ｘ線源近傍の検出器を通る照射を回避するために、従来の技術は検出器リング２０’の動的な傾斜を有している。動的な傾斜は、検出器リングの複雑な構造および傾斜制御を要求するという欠点を表す。
【０００７】
従来のコンピュータ断層撮影装置は、対象物に加えられるすべての照射が有効な再構築データに収集および変換されるとは限らないという別の欠点を有する。したがって、対象物、例えば患者は不必要な高い照射線量を受ける。
【０００８】
上述の欠点は従来のＣＴ撮像だけではなく、ラドンデータに関するすべての利用可能な再構築方法に関連する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、収集されたラドンデータから画像関数を再構築し、対象物の検査領域を撮像し、非破壊検査における利用領域を拡大し、従来の撮像技術の欠点を回避することによって改善された撮像方法を提供することである。詳細には、本発明の目的は撮像方法を提供することであり、この方法においては、対象物に加えられるすべての照射を収集および利用して画像関数を再構築するラドンデータを提供することにより、撮像における照射線量を低減できる。さらに、撮像方法は、計算時間が長いという欠点を持たない高分解能を持つ画像関数を再構築することが可能でなければならない。本発明の別の目的は収集されたラドンデータを再構築することにより検査領域を撮像する改善された撮像装置を提供することである。特定の態様によれば、本発明の目的は、エネルギー入力量（例えば照射線量）および検査領域内の散乱効果を低減することを可能にする撮像装置を提供することである。
【００１０】
上述の目的は、特許請求項１または１５の形態を備えている方法またはデバイスを用いて達成される。本発明の有利な実施形態および適用は従属請求項に定義される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
撮像方法に関しては、本発明は、検査領域を囲むフレームマスクにより形成される、エネルギー入力ビーム成分の積分減衰値の２つのグループを測定することによりラドンデータを収集する一般的な技術を基本とする。積分減衰値の第１グループはフレームマスクの外側に配置された外部検出器デバイスを用いて測定され、積分減衰値の第２グループはフレームマスクの内面に配置されたフレームマスク検出器デバイスを用いて測定される。
【００１２】
エネルギー入力ビームはフレームマスクの外側に配置されたエネルギービーム源により生成される。エネルギー入力ビーム成分はフレームマスクのフレームマスク窓を用いて形成される。各エネルギー入力ビーム成分は外部検出器デバイスまたはフレームマスク検出器デバイスの１つを用いて測定される。積分減衰値の第１グループは、検査領域の反対側に配置されたペアのフレームマスク窓を通過するエネルギー入力ビーム成分を用いて測定される。積分減衰値の第２グループは、フレームマスク窓を通過しフレームマスクの内面上のフレームマスク検出器に衝突するエネルギー入力ビーム成分を用いて測定される。
【００１３】
したがって、本発明のラドンデータ収集は、対象物の検査領域に入射するすべてのエネルギービーム、例えばＸ線ビームは検出器により捕集され、カウントされるように改善される。他方では、すべての測定される減衰値は画像関数を再構築するために使用され、これにより、すべてのエネルギービームフォトンは再構築において使用され、エネルギービーム量、例えばＸ線量は信号対雑音比を低下させることなく低減できる。
【００１４】
詳細には、本発明の撮像方法は、フレームマスク内に対象物を位置決めする工程と、フレームマスクの外側に配置されたエネルギービーム源によりエネルギー入力ビームを生成する工程と、エネルギー入力ビーム成分を用いて複数の投射方向に沿って検査領域を照射する工程と、エネルギー入力ビーム成分の積分減衰値の第１および第２グループを測定する工程と、第１および第２積分減衰値に基づいて検査領域の画像を再構築する工程とを備えている。照射する工程は、フレームマスクにより定義される、照射方向の設定を備えている。
【００１５】
第４世代の従来の断層撮影装置と異なり、例えば、従来の動的傾斜といったフレームマスクのいずれの移動も、検査領域がフレームマスク窓を通して照射される場合、省略できる。フレームマスク窓は３つの機能を満たす。第１には、エネルギービームはマスクを通過して、検査領域および外部の検出器デバイスに伝達される。さらに、エネルギービーム成分はマスクにより形成される。最後に、平行なエネルギービーム成分のセットは以下に説明されるとおりマスクにより形成される。
【００１６】
本明細書で使用される用語「検査領域」（ＲＯＩ）は一般に、撮像される対象物または対象物の一部を指す。一般に、ＲＯＩは２次元エンティティとして説明できる。対象物の３次元画像を再構築するために、複数のＲＯＩが撮像される。
【００１７】
使用される用語「投射方向」はここでは一般に３次元空間のＲＯＩを通るエネルギー入力ビームの直線経路を指す。投射方向は、使用される座標系に対する角度により定義できる。
【００１８】
ＲＯＩで測定されたラドンデータは投影関数セットを備え、これは、ＲＯＩを通過する複数の所定の投射方向に対応して決定される。各投影関数は、現在の投射方向と平行のある特定の数の「投射」（理論的には無限大でもよい）を用いて収集されるデータを備えている。これらの投射は、１次元の線全体にわたって積分することにより特性決定される。十分な数のこれらの積分「投射」を測定することにより、対象物の画像関数はラドンデータから再構築できる。
【００１９】
投影関数の値は一般に、ＲＯＩを通りそれぞれの投射方向に沿って移動するエネルギー入力ビームの変化（詳細には、例えば吸収または散乱による減衰）により決定される。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態によれば、ＲＯＩの画像関数は、積分減衰値の第１グループから取得される第１投影関数の値と乗算される多項式の第１総和と、積分減衰値の第２グループから取得される第２投影関数の値と乗算される多項式の第２総和との重ね合わせとして再構築される。好ましくは、線形重ね合わせが提供される。第１に、ＥＰ０４０３１０４３．５に記載されている再構築アルゴリズム（ＯＰＥＤアルゴリズム）は、それぞれフレームマスクおよび外部検出器を用いて測定される減衰値のグループに適用される。その後、減衰値のそれぞれのグループにより得られた画像が重ね合わせられる。したがって、ＥＰ０４０３１０４３．５に記載されているＯＰＥＤアルゴリズムの利点は、本発明の撮像方法により完全に取得できる。
【００２１】
好ましくは、ＯＰＥＤアルゴリズムを利用する投影関数は、平行なエネルギー入力ビーム成分の対応する第１および第２グループを検出する検出器を用いて測定される積分減衰値の第１および第２グループから取得される。フレームマスクにより提供される走査形状から、平行エネルギー入力ビーム成分のグループは自動的に生成される。フレームマスクの固定形状は、各検出されるビーム成分が複数の平行エネルギー入力ビーム成分に属することを保証する。
【００２２】
本発明の別の重要な利点は、撮像方法の適用が上述のＯＰＥＤアルゴリズムの実装に必ずしも制限されることなく、他のアルゴリズムを用いて画像を再構築することもできるという事実である。本発明の別の実施形態によれば、画像再構築工程はフィルタ補正逆投影アルゴリズム（ＥＢＰアルゴリズム）の実装を備えている。本発明のこの実施形態は、ＥＢＰソフトウェアツールの可用性および従来のデータ処理技術との互換性の点において特に利点を有するが、ＯＰＥＤアルゴリズムを使用するほどには適していない。
【００２３】
本発明の撮像方法は、詳細には、少なくとも１８０°の角度範囲全体わたり分布される複数のそれぞれの投射方向に沿って、フレームマスクにより成形されるエネルギー入力ビーム成分でＲＯＩを照射する工程を有する。フレームマスクおよび対象物は一般に、投射方向を有している少なくとも１つの平面内に相互に固定されている。投射方向は様々な技術により設定できる。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態によれば、投射方向はエネルギービーム源およびフレームマスクを相互に移動することにより設定される。好ましくは、エネルギービーム源デバイスは、１つの単一エネルギービーム源のみを備え、このビーム源はフレームマスクの周りを移動可能である。代替方法として、移動するエネルギービーム源は複数の単一エネルギービーム源、例えば２、３またはそれ以上のエネルギービーム源を備えていることもできる。この実施形態では、投射方向は、固定フレームマスクに対してエネルギービーム源を対象物と共に移動することにより、およびＲＯＩに対して特定の角度位置に従ってデータを収集することにより設定される。単一移動エネルギービーム源を持つこの実施形態は、外部検出器デバイスをエネルギービーム源に対して反対の位置に配置するための空間の不足を回避する利点を有する。好ましくは、エネルギービーム源は連続的に移動される。
【００２５】
本発明の別の好ましい実施形態によれば、外部検出器デバイスはフレームマスク周りを移動可能な１つの単一外部検出器アレイを備えていることにより、異なる投射方向で第１積分減衰値を測定する。移動するエネルギービーム源が複数の単一エネルギービーム源を備えている場合、これに応じて、外部検出器デバイスは複数の単一外部検出器アレイを備えている。外部検出器アレイは、エネルギービーム源デバイスと同期して移動可能であり、この結果、投射方向は、エネルギービーム源と外部検出器デバイスの組み合わせをＲＯＩに対する特定の角度位置に移動することにより自動的に設定できる。
【００２６】
本発明の特に好ましい実施形態によれば、エネルギービーム源と外部検出器アレイとはフレームマスクの周りを同時に回転して、投射方向を設定する。好ましくは、両方の構築要素はフレームマスクおよびＲＯＩの周囲の共通の保持体上に配置される。この実施形態の利点は特に、ＲＯＩ周りでのエネルギービーム源デバイスおよび外部検出器デバイスの同期回転を、従来の撮像装置、例えばコンピュータ断層撮影装置に設けることができるという事実である。
【００２７】
別の代替方法によれば、エネルギービーム源および外部検出器デバイスは固定されているが、投射方向は、ビーム源と検出器デバイスと間のフレームマスクおよび対象物を移動することにより、例えば、回転することにより設定される。この実施形態は、マイクロコンピュータ断層撮影用途、例えば小型の対象物に対して特に有利である。
【００２８】
さらに別の代替方法によれば、すべての構築要素が固定されている。この場合は、エネルギービーム源デバイスは、対応する外部検出器アレイに近接するフレームマスクの円周の周りに分布されている複数の単一ビーム源を備えている。投射方向は、単一ビーム源を作動して対象物に対して追従して照射角を変化させることにより設定される。
【００２９】
本発明の撮像方法を使用される様々な種類のエネルギー入力ビームに適用して、ラドンデータを提供することができる。使用される用語「エネルギー入力ビーム」は本明細書ではすべての種類の物理量を指し、このビームは、ＲＯＩとの相互作用のために搬送されるエネルギーが変化する間に、ＲＯＩを通る直線（または実質的な直線）に沿って移動する。詳細には、用語「エネルギー入力ビーム」は電磁放射線または粒子放射線を範囲に有している。好ましくは、エネルギー入力ビームはＸ線を備えている。Ｘ線源デバイスがエネルギービーム源デバイスとして使用される場合、フレームマスクにより改善される従来のコンピュータ断層撮影装置を用いて本発明の撮像方法を実現できる。
【００３０】
装置に関しては、本発明は一般に、検査中の対象物の周囲の保持体上に配置されたエネルギービーム源を有する撮像装置および対象物を通過して伝達されるエネルギービーム源からの放射線を測定するための検出器デバイスを提供することを基本とする。撮像装置はＲＯＩの方向に一致する少なくとも１つの平面上で対象物を囲むフレームマスクを設け、このマスクはエネルギービーム成分を形成するフレームマスク窓を有している。さらに、フレームマスク窓はＲＯＩを照射する複数の有効な投射方向を規定する。検出器デバイスは外部検出器デバイスおよびフレームマスク検出器デバイスを備えている。外部検出器デバイスはフレームマスクの外側に配置され、フレームマスク検出器デバイスは、フレームマスクの内面上のフレームマスク窓間に配置されたフレームマスク検出器を備えている。フレームマスクにより新しい検出形態が提供され、このマスクはＲＯＩに対して等しく間隔を空けた投射角を使用し、例えば扇形ビーム形状を有するエネルギービーム源デバイスからのエネルギービームを平行なエネルギービーム成分に自動的に変換する。
【００３１】
好ましくは、フレームマスクはＲＯＩを覆う軸方向延長部を持つリング形状または均一な円柱形状を有する。代替方法として、フレームマスクは対象物全体を覆う軸方向延長部を持つ管形状または長い円筒形状を有する。特に好ましくは、円形断面を持つリング形状または管形状のフレームマスクである。円形断面により、画像再構築アルゴリズムの有効な実現に対する利点が得られる。
【００３２】
有利には、フレームマスクおよび保持デバイスは保持体に対して固定された位置を有する。この場合、少なくとも１つのビーム源および検出器デバイスは移動でき、例えばデータ収集に対してフレームマスクの周りに回転できる。代替方法として、ビーム源および検出器デバイスが保持デバイスの周りに分布された複数の単一ビーム源および検出器アレイを備えている場合、すべての構築要素は間隙を空けて固定できる。
【００３３】
本発明の好ましい実施形態によれば、エネルギービーム源デバイスは保持体上に移動可能に配置された単一エネルギービーム源を備えている。有利には、１つの単一エネルギービーム源は変化する投射方向を設定するのに十分である。単一エネルギービーム源および単一外部検出器アレイの両方が、従来のＣＴ装置から既知であるとおり、ＣＴガントリに含まれる、保持体上に配置された共通ユニットを形成する場合、さらなる利点が得られる。
【００３４】
本発明のさらに好ましい実施形態によれば、フレームマスク窓はサイズが等しく、したがって、ＲＯＩの均一な照射および平坦な外部検出器上に投射されるエネルギービーム成分の等しい寸法が得られる。好ましくは、フレームマスクの外面は遮蔽物を設け、この遮蔽物は照射に対してフレームマスク検出器を保護する利点を有する。
【００３５】
本発明の有利な実施形態によれば、撮像装置は検出器デバイスを用いて検出される減衰値に基づく画像の再構築に適用される再構築回路を設けている。
【００３６】
本発明の好ましい用途は、材料科学、非破壊撮像、非破壊試験、診療、考古学、建設技術、セキュリティー問題に関する技術等といった様々な技術分野において存在する。
【００３７】
さらに、本発明の詳細および利点は添付図面を参照して以下に説明されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明はコンピュータ断層撮影における好ましい用途に関連して以下に説明される。本発明は他の種類のエネルギー入力ビームの用途（例えば中性子または例えばＶＩＳまたはＩＲ範囲における光といった）と類似の方法で実現できる。さらに、好ましい実施形態の以下の説明は主に走査形状、データ収集およびデータ処理に言及する。走査形状は固定されたフレームマスクおよび回転するビーム源−検出器ユニットに関して説明される。本発明は固定されたビーム源−検出器ユニットおよび回転するフレームマスクおよび対象物により、類似方法で実現できる。本発明を実現するのに使用されるＣＴ装置の詳細は、従来のＣＴ装置から既知である限りは、説明されない。
【００３９】
１．本発明の撮像装置
図１は、本発明による撮像装置１００の実施形態を概略的に示しており、この装置１００は、保持体５０上に配置されたエネルギービーム源デバイス１０と、保持体５０上に配置された外部検出器デバイス２１およびフレームマスク４０の内面に配置されたフレームマスク検出器デバイス２４を備えている検出器デバイス２０と、対象物１を支持するための保持デバイス３０と、再構築回路６０とを備えている。
【００４０】
上記構築要素１０、３０および５０は、ＣＴ装置、例えば現在の医療ＣＴシステムから知られているとおりに、構築されている。詳細には、前記エネルギービーム源デバイス１０は、ビーム源−検出器ユニット５１として外部検出器デバイス２１と組み合わされた可動式Ｘ線源１１を備えている。このビーム源−検出器ユニット５１は、例えば従来のＣＴガントリから既知であるようなガイドレールである保持体５０上に配置されている。この保持体５０は、エネルギービーム源デバイス１０と外部検出器デバイス２１とが対象物１の周りで回転することを可能にする円として示されている。変形例によれば、このビーム源保持体は、楕円形または別の形状を有してもよい。このことは、検査される対象物の幾何学的形状への適合の点で有利である。保持デバイス３０は、例えばＣＴシステムから既知であるような保持体テーブル、またはエネルギービーム源デバイス１０および検出器デバイス２０に対して対象物１を配置および調整するための任意の他の保持体または保持基板である。さらに、制御デバイス、表示デバイス等のような更なる構築要素（図示なし）が、提供され、これらは、それ自体従来技術のデバイスから既知である。
【００４１】
前記外部検出器デバイス２１は、エネルギービーム源デバイス１０と反対側の保持体５０上に移動可能に配置されている検出器アレイ２２を備えている。この構造により、ＲＯＩ（図面の平面に平行な）を通る投射方向は、構築要素１０、２１を持つビーム源−検出器ユニット５１を保持デバイス３０の周りに回転させることにより設定できる。前記検出器アレイ２２は曲面、例えば、円筒または球面（図２参照）の基準面上、もしくは平面の（図５参照）の基準面上に配置された複数のセンサ素子の線形または２次元アレイである。
【００４２】
前記フレームマスク４０（概略的に示されている）は、外側に、エネルギービーム源デバイス１０および外部検出器アレイ２２が配置された、リング形状の構築要素を備えている。そして、このフレームマスク４０は、所定の円弧長さを持つ相互に間隔を空けた複数のフレームマスク窓４１を有している。前記フレーム検出器デバイス２４は、複数の単一フレーム検出器２５を備え、これら検出器２５は、フレームマスク窓４１の間のフレームマスク４０の内面４２に配置されている。各フレーム検出器２５は、単一センサを備えている。鉛またはタングステンのような、Ｘ線遮蔽材料４３が、フレームマスク４０を形成するために、または少なくともフレームマスク検出器２５の位置に応じてフレームマスク４０の外面を覆うために使用される。
【００４３】
前記フレームマスク４０は、保持体５０に対して固定されている。２次元画像を記録するために、このフレームマスク４０は、同様に保持デバイス３０に対しても固定されている。所定の位置にフレームマスク４０を保持し、フレームマスク検出器２５の電気接続体を有する構造体（図示なし）が設けられている。このフレームマスク４０は、基準平面に位置合わせされている断面（通常円形断面）を持つリング形状または円筒形状を有し、この中を、Ｘ線源１１から外部検出器デバイス２１へのＸ線が通る。対象物１は、ＲＯＩがこの基準平面に位置合わせされるように配置される。３次元画像を再構築する場合の対応する技術が、以下に説明される。
【００４４】
前記再構築回路６０は、従来のＣＴデバイスから既知であるような計算ユニットを有している。本発明によれば、この計算ユニットは、投影関数を構築するおよびＲＯＩの画像を再構築する工程を実行するために適用される回路を有している（以下を参照）。
【００４５】
前記フレームマスク４０とビーム源−検出器ユニット５１とは、撮像装置の主要部分を表し、これらは本発明による照射と測定との両方を決定する。これらの部品は、図２を参照してさらに特徴を説明される。
【００４６】
複数のフレームマスク検出器２５を備えた前記フレームマスク４０は、ＲＯＩ２を含んで、円板の境界に配置されている。以下に説明されるアルゴリズムとの関連で、この円板は単位円板と見なされる。フレームマスク４０と円板との両方は、固定されている。複数のフレームマスク検出器２５は、フレームマスク検出器デバイス２４のチャネルを表す。複数のフレームマスク検出器２５の各々は、１次元または２次元構築を持つ単一センサを備えている。フレームマスク４０の内面に沿って分布された２ｍ＋１フレーム（ｍは自然数）のマスク検出器２５が存在する。各フレームマスク検出器２５は、単位円上で円弧長さπ／（２ｍ＋１）に等しい同一半径方向幅を有する。フレームマスク検出器２５の中心は、２ｊπ／（２ｍ＋１）（ただし０≦ｊ≦２ｍ）に位置する。フレームマスク窓４１は、フレームマスク検出器２５により形成されたチャネルを分離している。フレームマスク窓４１は、検出器２５と同一幅を有している（２π／（４ｍ＋２））。医療用途では、以下の例を挙げることができる。すなわち、単位円板の直径：６０ｃｍ、各検出器の半径方向幅（各窓）：１ｍｍ、検出器／窓の数：１０００である。また、フレームマスクの軸方向幅は、２次元画像を再構築する場合については、０．５から５０ｍｍである。他の用途、例えばマイクロＣＴ用途では、他のサイズを使用してもよい。
【００４７】
撮像装置の第２主要部分は、Ｘ線源１１と外部検出器デバイス２１とを持つビーム源−検出器ユニット５１である（図１参照）。このビーム源−検出器ユニット５１は、単位円板（または別の固定点）の中心周りに保持体上で移動可能である。Ｘ線源１１と外部検出器デバイス２１間の距離は、単位円板の直径より大きく、したがってビーム源−検出器ユニット５１のＸ線源１１（近位）と外部検出器デバイス２１（遠位）との両方は、フレームマスク４０の外側にある。外部検出器デバイス２１は検出器アレイを備え、この検出器アレイはいくつかの検出器チャネルに分割され、これらチャネルの幅は検出器デバイス２１の距離および単位円板の半径のみに依存する。湾曲した検出器アレイでは、検出器チャネルの幅は曲率に依存する。
【００４８】
図２では、外部検出器デバイス２１は、円弧として示されているが、また図５に示されるとおり、検出器を取り付けた平板であってもよい。一般に、Ｘ線源１１は可能な限りＲＯＩに近接して位置決めされ、移動される（図１、２）。しかし、この形態は厳密には必要ではない。前記Ｘ線源１１は、ＲＯＩからより離れた距離に配置されてもよい（例えば医療用途では１５ｃｍから１００ｃｍの範囲）。
【００４９】
Ｘ線源１１から放射されるＸ線は、ビーム形成デバイスとして役立つ、フレームマスク４０の近端においてフレームマスク窓４１を通る。したがって、いくつかのＸ線ビーム成分の扇形ビームが、以下に特定される厚みで形成される。
【００５０】
フレームマスク窓４１を通った複数のＸ線ビーム成分は、単位円板の遠位側に衝突する。複数のビーム成分の幾つかは、フレームマスク４０の内面のフレームマスク検出器２５に衝突し、他のビーム成分は、フレームマスク４０の反対側のフレームマスク窓４１を通過し、外部検出器デバイス２１の検出器アレイ２２（ビーム源−検出器ユニット５１の遠端）に衝突する。外部検出器デバイス２１を用いて測定される減衰値の第１グループは、動的データと称され、固定されたフレームマスク検出器２５を用いて測定される減衰値の第２グループは、静的データと称される。
【００５１】
２．本発明の撮像方法
図３では、本発明の撮像方法を実行する工程が要約されている。最初に、検査される対象物、例えば患者人体の頭部または他の部分が準備される（工程Ｓ１）。対象物を準備することは、検査の領域がビーム源−検出器ユニット５１およびフレームマスク４０と位置合わせされる（図１参照）ように、ＣＴガントリの保持デバイス３０上に対象物を位置決めすることを備えている。その後、対象物は照射を受ける（工程Ｓ２）。Ｘ線源１１が作動され、対象物および検出器デバイス２０の方向に向けられる扇形または円錐形のＸ線ビームが生成される。Ｘ線ビームはフレームマスク４０を通過し、この結果、複数のＸ線ビーム成分が、フレームマスク窓４１により形成される。積分減衰値を測定すること（手順Ｓ３）は、外部検出器デバイス２１とフレームマスク検出器２５とにより捕集されたＸ線を検出することを備えている。工程Ｓ２およびＳ３は、連続的に実施され、対象物１を通してＸ線を照射する複数の照射方向において測定がなされる。投射方向は、保持体５０上のビーム源−検出器ユニット５１の完全な回転により設定される。工程Ｓ３はデータの離散化を自動的に有している。本発明の検出形態のため、離散的な減衰値データが記録される。外部検出器デバイス２１およびフレームマスク検出器２５を用いて測定される減衰値は、投影関数を構築すること（工程Ｓ４）およびＲＯＩの画像を再構築するためのデータ処理（工程Ｓ６）の工程を受ける、積分減衰値の第１および第２グループを形成する。
【００５２】
少なくとも工程Ｓ１からＳ３の１つの間に、対象物は、例えば造影剤を加えることによりまたは介入によりさらに操作されてもよい。本発明のこの実施形態は、撮像方法の医療用途における動的画像の収集または詳細には変化する対象物の撮像に対して特に有利である。
【００５３】
投影関数を構築する工程（工程Ｓ４）は、以下でさらに詳細に説明される。各投影関数は、検出器デバイス２０を用いて測定されるビーム成分の割り当てにより得られる、複数の平行投影を備えている。割り当てにより、扇形ビーム形状は、ラドンデータからの画像の再構築に対して必要とされる平行形状になる。
【００５４】
図４には、平行なＸ線ビーム成分のグループに対するＸ線ビーム成分の扇形の割り当てが概略的に示されている。図４の外側の円周上の黒丸は、Ｘ線源１１からそこを通過してビーム成分が伝達されるフレームマスク窓の中心位置を指し、小さい円はフレームマスク検出器２５を指す。ＲＯＩ２との交差部分（内側の円板）を有するこれらの線だけが示されている。Ｘ線源１１からフレームマスク検出器２５に放射するＸ線ビーム成分は自動的に平行線になる。例として、点線Ｌ１は平行ビームの第１セットを表す。他方では、Ｘ線源１１から外部検出器２３に放射されるＸ線ビーム成分は、同様に平行線になる。これらの投射の方向はＸ線源１１からフレームマスク検出器２５間のフレームマスク窓を通る線の方向である。例として、点線Ｌ２は平行ビームの第２セットを表す。
【００５５】
図４に示されているような割り当てから得られる平行線セットについては、平行な点線は、チェビシェフ点ｃｏｓ（２ｊ＋１）π／（２ｍ＋１），ｊ＝０，１，．．．２ｍ上、すなわち平行方向に垂直であり、単位円板の原点上に中心を有する軸上に位置する。ＥＰ０４０３１０４３．５は、詳細にはチェビシェフ点のより詳細な説明に関して、本明細書に導入されている。
【００５６】
３．動的データの収集
動的データの収集は、図５ないし図８を参照して説明される。図５は、フレームマスク４０により囲まれる保持デバイス３０上の対象物１を示している。Ｘ線源１１は保持体５０上に配置されている。直線状の検出器アレイ２２を持つ外部検出器デバイス２１は、Ｘ線源１１と反対側の保持体５０上に配置されている。検出器アレイ２２は、複数のセンサ素子２３を備えている。各センサ素子２３は、単一センサまたは接続された単一センサのサブアレイから成り、フレームマスク窓の各ペアを通過する１つのエネルギービーム成分を検出するために配置されている。したがって、各センサ素子２３は、外部検出器デバイス２１の１つの検出チャネルを表している。ペアのフレームマスク窓を通る投射は、扇形角度の増加と共に減少する幅を有するため、センサ素子２３のサイズは検出器アレイ２２の中心から両端の方向に減少する。
【００５７】
前記フレームマスク４０は、Ｎ個のフレームマスク窓４１を有している。本発明の説明においては、フレームマスク窓４１の数Ｎは奇数であると仮定される。本発明の実現はこの実施形態に限定されない。偶数Ｎを用いる場合は類似の方法で考慮できる。
【００５８】
Ｘ線源１１から放射される扇形ビーム３は、複数のＸ線ビーム成分４に変換される。Ｘ線源１１とフレームマスク窓４１との相対位置に依存して、完全なＸ線ビーム成分またはＸ線ビーム成分の一部（４．１、４．２）は、フレームマスク４０の内面のフレームマスク検出器（例えば２５）または外部検出器アレイ２２のセンサ素子（例えば２３）にそれぞれ衝突する。外部検出器デバイス２１に伝達されるエネルギービーム成分を順序付けることまたは割り当てることにより、動的データが得られ、これらは、図６の平行なＸ線ビーム成分５として表わされている。
【００５９】
図６では、静止フレームマスク４０（半径ｒ）がＸ線ビーム成分５の平行なセットと共に示されている。黒色の縞のそれぞれは外部検出器デバイスの検出器チャネルに対応している。これらの縞の形状は、「窓−窓」ペアにより規定され、２つのパラメータｔおよびψにより表されてもよい。このパラメータｔは、静止フレームマスク４０の中心と対応するフレームマスク窓４１の中心を結ぶ線（例えば図６の線Ｌ３）との間の符号付き距離である。また、前記パラメータψは、最初の方向ｅ０と、Ｌ３に垂直な方向（図６の方向ｅ）との間の角度である。
【００６０】
縞は以下の２つの表現式を用いて表わされる。
【数１】
2009512526.tif 000003
【数２】
2009512526.tif 000004
【００６１】
ここで、δは固定座標系におけるｅ０を決定する角度である。
【００６２】
表現式（１）および（２）の１つは冗長である。以下の等価の関係式が有効である。
【数３】
2009512526.tif 000005
【数４】
2009512526.tif 000006
【００６３】
（２）により与えられる縞を表すペアの数（図６における符号５）は、縞の全数（Ｘ線ビーム成分）の正確に２倍の大きさである。この理由は、各縞が固定フレームマスク４０の周りのＸ線源の回転の１サイクル中に２度通過されるからである。
【００６４】
外部検出器デバイス２１は、フォトンの通路が図示された縞の１つ内に完全に納まるようなフォトンだけを受け入れる。したがって、外部検出器デバイス２１のセンサ素子２３と縞との間には、以下の対応関係が存在する。センサ素子をゼロオフセットで反時計方向にカウントすると、ｋ番目のセンサ素子は縞（φｉｂ，ｔｌｂ），ｊ＝０，．．．，Ｎ−１に関連し、ここでｂ＝ｋ  ｍｏｄ  ２およびｌ＝（ｋ＋ｂ）／２である。逆に、縞（φｉｂ，ｔｌｂ），ｊ＝０，．．．，Ｎ−１内に存在する通路を持つフォトンはセンサ素子２ｌ−ｂに受け入れられる。この対応関係の結果として、外部検出器デバイスのセンサ素子とパラメータｔｌｂとの間に一対一のマップが存在する。したがって、各センサ素子は対応するパラメータｔｌｂに基づいて簡単に識別し、読み取りできる。式（３）および（４）の上述の関係から、センサ素子ｔｌ０およびｔ１（Ｎ−１）／２−ｉ，０≦ｉ≦（Ｎ−３）／２（または：ｔｌ１およびｔ（Ｎ−１）／２−ｉ０，０≦ｉ≦（Ｎ−３）／２）は、同一の縞上の情報を収集することになる。この現象は、対応するＸ線ビーム成分に対するＸ線源の位置の二重特性により説明できる。対応するセンサ素子は「同等物」と呼ばれる。同等センサ素子で検出された平行Ｘ線ビーム成分の２つのセットは図６に示されている。
【００６５】
ビーム源−検出器ユニット５１の回転中に、外部検出器デバイスの単一センサ素子はＸ線ビーム成分の大きなセットからの情報を受け入れる。この情報が扱われる方法は図７を参照して以下に説明される。
【００６６】
図７では、単一センサ素子２３の３つの制御位置が示されている。センサ素子２３は、Ｘ線源１１の位置Ｐ１とＰ２との間でフォトンを受け入れ、位置Ｐ２とＰ３との間ではフレームマスク４０により遮蔽される。したがって、位置Ｐ１は「スイッチ・オン」、位置Ｐ２は「スイッチ・オフ」および位置３は再度「スイッチ・オン」と解釈される。「スイッチ・オン」と「スイッチ・オフ」との間の時間間隔においては、１つだけの明確なＸ線エネルギービーム成分（縞）に関する情報が収集される。単一センサ素子ｔｌｂの「スイッチ・オン」点βｌｂ（ｊ）は角度増分２π／ＮでＸ線源の円形軌道上に均一に分布され、以下の式で表わすことができる。
【数５】
2009512526.tif 000007
【００６７】
ここで、ＲはＸ線源軌道の半径である。対応する「スイッチ・オフ」点のセットは、設定される「スイッチ・オン」に対して角度π／Ｎだけ移動されるだけである。
【００６８】
式（５）に基づくと、動的データはセンサ素子から読み出され、画像再構築工程Ｓ５に対して入力を提供する平行チャネルの所定の配列に割り当てられる（図２）。
【００６９】
動的データ収集の変更形態の表示は図８に示されている。この表示は本発明の変更実施形態に対応する。これは、ビーム源−検出器ユニット５１は固定されているが、フレームマスクを持つ円板は回転するという形態に基づいている。図８では、実線の円弧はフレームマスク４０の１つの位置を表し、２つの点線Ｌ４は、Ｘ線がそこを通過して外部検出器デバイス２１に伝達される特定のフレームマスク窓４１を表記するために示されている。外部検出器デバイス２１は、複数のセンサ素子２３を備えて示されている。点線および鎖線の円弧は、ビーム源−検出器ユニット５１に対するフレームマスク４０の別の２つの位置を示し、これらは２つの実線Ｌ５により示されるとおり、検出器上のチャネルの大きさを定義する２つの極限位置である。左側の実線は、Ｘ線源１１がフレームマスク窓４１の２つの終点に整列するときおよびフレームマスク４０が点線の円弧により表記された位置にあるときの位置を示している。右側の実線は、フレームマスクが鎖線の弧により表記された位置にあるときの同一の整列を示している。
【００７０】
フレームマスク４０とビーム源−検出器ユニットとが、相対的に回転すると（実際には：ビーム源―検出器ユニットが回転するとき）、これらの２つの特定のフレームマスク窓を通してＸ線源１１から放射されるＸ線が、外部検出器デバイス２１のチャネルにより収集される。この結果、検出器デバイスのチャネルが規定される。検出されるフォトンの累積は、底部のフレームマスク窓から上部のフレームマスク窓へのＸ線ビーム成分に対するデータを表す。これらのデータはまた平行Ｘ線に割り当てられ、これらＸ線の方向は図４に示された点線Ｌ２の方向である。
【００７１】
結果としての動的データは以下の式で表される。
【数６】
2009512526.tif 000008
【００７２】
４．静的データの収集
図９には、積分減衰値の第２グループを測定することによる静的データの収集が示されている。フレームマスク検出器２５の１つのチャネルが表記され、フレームマスク窓４１の１つを通るＸ線ビーム成分が示されている。２つの点線Ｌ６は、フレームマスク検出器２５にフレームマスク窓４１を通って入射されるＸ線ビーム成分を示し、実線Ｌ７は、単位円板の周りを移動するときのＸ線源１１の極限位置を示している。Ｘ線源が、実線Ｌ７の間の円弧の内側であるとき、Ｘ線源が放射するＸ線ビーム成分は、フレームマスク検出器２５に衝突する。検出されたフォトンの累積は、フレームマスク窓４１からフレームマスク検出器２５までのＸ線ビーム成分についての積分減衰値を表す。
【００７３】
割り当て工程の後に、フレームマスク検出器２５に受け入れられる平行Ｘ線ビーム成分のセットの構築は、図１０のように表わすことができる。図６の表示とは逆に、静的データは、「窓−検出器」ペアに基づいて表わされている。灰色（６）および黒色（７）の縞は、平行Ｘ線ビーム成分の２つのセットを表す。縞のそれぞれはペア（ψｊ，ｔｉ）によって、以下の式で一意に表される。
【数７】
2009512526.tif 000009
【００７４】
フレームマスク検出器２５の各センサ素子は、以下の関係式から、ψｊ，ｊ＝０，．．．，Ｎ−１により簡単に識別できる。
【数８】
2009512526.tif 000010
【００７５】
図１１は、フレームマスク検出器２５の単一センサ素子の作用が、動的データの収集の場合と同様に、「スイッチ・オン」「スイッチ・オフ」様式で発生することを示している。ビーム源−検出器ユニット５１の反時計方向の回転により、フレームマスク検出器２５の作用はＸ線源１１の位置Ｐ１でスイッチ・オンにされ、位置Ｐ２ではスイッチ・オフされ、位置Ｐ３では再度スイッチ・オンされる。
【００７６】
静止フレームマスク４０周りの回転中に、Ｘ線源からの放射線は図１２に示されているとおり、交互のオフ−オン順に特定のフレームマスク検出器２５に衝突する。それぞれが別個に衝突することは、Ｘ線源１１により横断されるフレームマスク窓４１からフレームマスク検出器２５に集束する特定のＸ線ビームチャネルに対応する。Ｘ線源１１の反時計方向の回転により、検出器素子２５（ψｋ）に集束する縞のセットΩｋは以下の式で表わすことができる。
【数９】
2009512526.tif 000011
【００７７】
検出器素子（ψｋ）に対する「スイッチ・オン」位置（βｋ）の座標は以下のとおりである。
【数１０】
2009512526.tif 000012
【００７８】
ただし、ｊが偶数の場合ｓ＝１であり、他の場合は−１である。フレームマスク検出器に対する「スイッチ・オフ」位置の座標はβｋ＋π／Ｎである。
【００７９】
センサ素子の出力信号の適正な記録は、センサ素子の作用の上記のオン−オフ切り替え様式ならびに式（５）および（１０）において定義される対応する制御点の情報に基づいている。記録工程は様々な方法で実現できる。第１に、各別個のセンサ素子はＮ次元マトリックスと関連付けることができる。所定のセンサ素子に対する各衝突パルスは、このマトリックスの対応するセルに記録される。マトリックスへの記録は、静止フレームマスクの周りでビーム源−検出器ユニット５１の１サイクルの回転後に完了する。
【００８０】
衝突パルスは有限の長さを有する、すなわち有限の間隔またはパルス維持に関して定義される。パルス維持の点における信号の値は、センサ素子により瞬時に検出されるフォトンの数に関連する。パルス維持全体にわたる積分は、単一Ｘ線ビームチャネルを横切る間にセンサ素子により検出されるフォトンの全体数を提供する。
【００８１】
単位円板Ｂ２＝｛（ｘ，ｙ）：ｘ２＋ｙ２≦１｝上で定義される関数ｆ（ｘ，ｙ）により表される２次元画像に対して、ラドン投射は以下の式のとおり線積分である。
【数１１】
2009512526.tif 000013
【００８２】
ここで、Ｉ（θ，ｔ）＝｛（ｘ，ｙ）：ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθ＝ｔ｝∩Ｂ２はＢ２の内側の線セグメントである。厚い放射線は平均（ラドン投射の積分）を意味する。本明細書では、Ｘ線ビーム成分が太いか細いかによらず、ラドンデータに対して同一表記が使用される。したがって、ラドンデータは以下の式で示される。
【数１２】
2009512526.tif 000014
【００８３】
複数のフレームマスク検出器で収集される減衰値は、図４に示される形状に続いてＯＰＥＤアルゴリズムのために平行Ｘ線に割り当てることができる。２ｍ＋１ビューおよびＲＯＩと交差するビュー当たりのＭ＝２ｍ＋１Ｘ線ビーム成分が存在し、これらのラドンデータはフレームマスク検出器２５により記入される。データのセットは以下により表わされる。
【数１３】
2009512526.tif 000015
【００８４】
この場合、それのＸ線成分がＲＯＩの外側にあるデータでは、ＲＯＩはゼロとして取られなければならない。
【００８５】
５．ＯＰＥＤアルゴリズムの適用
ビーム源−検出器ユニット５１が円板に沿って移動すると、静的および動的データを備えているラドンデータが収集される。同時に、静的データおよび動的データを用いてＲＯＩの画像を再構築する（図２の工程Ｓ５）。再構築のために使用されるアルゴリズムは、好ましくは、以下に説明される２種類の異なる形態のＯＰＥＤアルゴリズムに基づいている。ＥＰ０４０３１０４３．５に記載された画像構築アルゴリズムの明細は参照により本明細書に導入されている。以下においては、静的および動的データに基づいて画像を再構築するためのＯＰＥＤアルゴリズムの変更が説明される。
【００８６】
単位円板Ｂ上の全ての二乗積分可能関数は、以下の総和の式で表される。
【数１４】
2009512526.tif 000016
【００８７】
ここで、ｐｒｏｊｎｆは直交多項式の次数ｎの部分空間上のｆの投射である。この式は、Ｌ２（Ｂ）ノルム（ｎｏｒｍ）において以下の式を意味する。
【数１５】
2009512526.tif 000017
【００８８】
関数Ｓｎｆは直交展開のｎ番目の部分和であり、Ｌ２ノルム内のｆの最適多項式近似である。
【００８９】
変更されたアルゴリズムはＳｎｆ（ｘ，ｙ）に対する以下の式に基づいている。
【数１６】
2009512526.tif 000018
【００９０】
ここで、
【数１７】
2009512526.tif 000019
【００９１】
式（１６）から変更されるＯＰＥＤアルゴリズムを導出するために、２つの異なる求積公式がＳ２ｍ（ｎ＝２ｍ）における積分に対して使用される。
【数１８】
2009512526.tif 000020
【数１９】
2009512526.tif 000021
【００９２】
本発明の撮像方法では、２つのグループのデータが収集される。式（６）による動的データＲ２に加えて、静的データＲ２ｖ＋１（（２ｊ＋１）π／２ｍ＋１）が考慮され、これらの方向は図４の小さい円から小さい円までの線である。この目的のために、後続のフレームマスク検出器の測定値間の補間が使用される。
【００９３】
式（１３）における静的データＲ２については、式（１８）が使用される。この結果は以下の総和の式になる。
【数２０】
2009512526.tif 000022
【００９４】
ここで、
【数２１】
2009512526.tif 000023
【００９５】
式（６）における動的データＲ２については、式（１９）が使用される。この結果は下の総和の式になる。
【数２２】
2009512526.tif 000024
【００９６】
ここで、
【数２３】
2009512526.tif 000025
【００９７】
最終の再構築工程は上記２つの項の平均により与えられる。
【数２４】
2009512526.tif 000026
【００９８】
以下の数学的説明は円で取り囲まれている円板を引用する。類似の考察は楕円で囲まれる領域に対して実行できることが強調される。楕円の式（ｘ２／ａ２）＋（ｙ２／ｂ２）＝１により、変数の変化ｘ＝ａｕおよびｙ＝ｂｖの結果は、円板ｕ２＋ｖ２＝１の場合に戻る。さらに形状の変更は、変数の対応する変化を導入できる場合に可能である。対応するフレームマスクの作成が可能であるが、アルゴリズムの点から、円または楕円のマスク断面ほどには適さない。
【００９９】
ここで使用されている数学的ツールのさらなる詳細は、Ｒ．Ｍａｒｒ：「Ｊ．Ｍａｔｈ．Ａｎａｌ．Ａｐｐｌ．」  ｖｏｌ．４５，１９７４，ｐ．３５７−３７４における、「線積分のサンプリングからの円領域上の関数の再構築（Ｏｎ  ｔｈｅ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｏｎ  ａ  ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｄｏｍａｉｎ  ｆｒｏｍ  ａ  ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｏｆ  ｉｔｓ  ｌｉｎｅ  ｉｎｔｅｇｒａｌｓ）」と、Ｆ．Ｎａｔｔｅｒｅｒ：原本「応用数学における古典３２（Ｃｌａｓｓｉｃｓ  ｉｎ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ  ３２）」（ＳＩＭＡ，フィラデルフィア，ペンシルベニア州，２００１年（ＳＩＡＭ，Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ，２００１））の１９８６年の再販である「コンピュータ断層撮影の数学（Ｔｈｅ  ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ  ｏｆ  ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）」と、Ｆ．ＮａｔｔｅｒｅｒおよびＦ．Ｗｕｅｂｂｅｌｉｎｇ：「画像再構築における数学的方法（Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｉｍａｇｅ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）」（（ＳＩＭＡ，フィラデルフィア，ペンシルベニア州，２００１年（ＳＩＡＭ，Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ，２００１））と、Ｃ．ＤｕｎｋｌおよびＹｕａｎ  Ｘｕ：「複数変数の直交多項式（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｓ  ｏｆ  ｓｅｖｅｒａｌ  ｖａｒｉａｂｌｅｓ）」（ケンブリッジ大学出版局，２００１年（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ，２００１））と、Ｙｕａｎ  Ｘｕ：「Ｂｕｌｌ．Ｌｏｎｄｏｎ  Ｍａｔｈ．Ｓｏｃ．」  ｖｏｌ．３２，２０００，ｐ．４４７−４５７における、「球面およびボール上の直交多項式に対するＦｕｎｋ−Ｈｅｃｋｅ公式（Ｆｕｎｋ−Ｈｅｃｋｅ  ｆｏｒｍｕｌａ  ｆｏｒ  ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｓ  ｏｎ  ｓｐｈｅｒｅｓ  ａｎｄ  ｏｎ  ｂａｌｌｓ）」と、Ｙｕａｎ  Ｘｕ：「Ｊ．Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ」ｖｏｌ．１１２，２００１，ｐ．２９５−３１０における、「カーネルの再生成の表示およびボール上のルベーグ定数（Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｋｅｒｎｅｌｓ  ａｎｄ  ｔｈｅ  Ｌｅｂｅｓｇｕｅ  ｃｏｎｓｔａｎｔｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｂａｌｌ）」との出版物への参照がなされる。
【０１００】
６．他のアルゴリズムの適用
本発明の別の実施形態によれば、工程Ｓ５（図３）はＦＢＰアルゴリズムの適用を備えてもよい。ＦＢＰアルゴリズムは、結果として得られる部分的な画像の後続の重ね合わせに、収集されたデータの第１および第２グループを個別に適用できる。代替方法として、ＦＢＰアルゴリズムは全ての収集データに同時に適用できる。
【０１０１】
７．３次元画像の記録
本発明の検出形態では、らせん状の投射データを処理して対象物の３次元画像を得ることができる。このように、少なくとも１つの対象物およびビーム源−検出器ユニットを、所定の方向に（例えば、対象物を照射する工程Ｓ２における投射方向に垂直）平行移動して、らせん状の投射データを取得する。好ましくは、検査中の対象物、例えば連続的に移動する患者テーブル上に横たわる患者は、ＣＴガントリを通して移動される。
【０１０２】
らせん状の投射データを収集するために、上述の平坦なリング形状のフレームマスクを使用できる。この場合、フレームマスクは、対象物に対して、例えば投射方向を含んで平面に垂直に移動可能である。代替方法として、フレームマスクは、撮像される対象物の全長にわたって延びるチューブ形状を有する。管形状のフレームマスクは管の長手方向に沿って渦巻き状または線形窓として延びるフレームマスク窓を有する。さらに、管形状のフレームマスクは固定の管形状の外部検出器および／または固定のマルチフォーカスビーム源デバイスと組み合わせて使用できる。
【０１０３】
この方法により、いわゆるらせん状または渦巻き状のＣＴデータセットを収集でき、このデータセットは、第１および第２グループの減衰値の両方を有している。詳細には、らせん状のＣＴデータセットは、上述の方法と類似の方法で再構築され、対象物の３次元画像に結合される２次元画像スタックを取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明による撮像装置の実施形態の略図である。
【図２】本発明による撮像装置の形状の別の図である。
【図３】本発明による撮像方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図４】本発明によるラドンデータ収集の原理を示す図である。
【図５】本発明によるラドンデータ収集の原理を示す図である。
【図６】本発明によるラドンデータ収集の原理を示す図である。
【図７】本発明によるラドンデータ収集の原理を示す図である。
【図８】本発明によるラドンデータ収集の原理を示す図である。
【図９】本発明によるラドンデータ収集の原理を示す図である。
【図１０】本発明によるラドンデータ収集の原理を示す図である。
【図１１】本発明によるラドンデータ収集の原理を示す図である。
【図１２】本発明によるラドンデータ収集の原理を示す図である。
【図１３】従来の撮像装置（従来技術）の略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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