(57)【要約】【課題】被検体（２２）の結腸直腸部位（１０４）からエネルギー感知又はエネルギー識別ＣＴデータを収集することを含むＣＴコロノグラフィの方法（８０）及びシステム（１０）が提示される。【解決手段】ＣＴデータは収集されて、基底材料密度マップ（９６、９８）に分解され（９４）、結腸直腸部位（１０４）における組織間のコントラストを識別し増強するのに用いられる。本発明は特に、結腸直腸部位（１０４）へしゃ下前処理又は吹送を行うことなくの結腸ポリープ（１０６）の検出に適用可能である。本発明は更に、結腸ポリープ（１０６）の自動検出に関する。【選択図】図３
2006142011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源（１４）と、
放射線検出器（１８）と、
前記放射線検出器（１８）により収集されたＣＴデータを第１のデータセット（９０）及び第２のデータセット（９２）に分解して、被検体（２２）の結腸直腸部位（１０４）の組成を描出するようにプログラムされたコンピュータ（３６）と、
を備え、
前記第１のデータセット（９０）が前記第２のデータセット（９２）とは異なるエネルギーレベルにおけるデータから構成されることを特徴とするイメージング・スキャナ（１０）。
【請求項２】
前記コンピュータ（３６）が更に、前記被検体（２２）の結腸直腸部位（１０４）の画像（１０２）を便とポリープ（１０６）との間のコントラストにより再構成するようにプログラムされる請求項１に記載のイメージング・スキャナ（１０）。
【請求項３】
前記コンピュータ（３６）が更に、便とポリープとを色分けした区別化により画像を表示するようにプログラムされる請求項２に記載のイメージング・スキャナ（１０）
【請求項４】
前記コンピュータ（３６）が更に、前記第１のデータセット（９０）が水分に対応するデータから構成され、前記第２のデータセット（９２）が造影剤に対応するデータから構成されるようにＣＴデータ（９４）を分解するようプログラムされる請求項１に記載のイメージング・スキャナ（１０）。
【請求項５】
前記コンピュータ（３６）が更に、前記分解されたＣＴデータから前記被検体（２２）の結腸直腸部位（１０４）における結腸ポリープ（１０６）の存在を自動的に求めるようにプログラムされる請求項１に記載のイメージング・スキャナ（１０）。
【請求項６】
前記コンピュータ（３６）が更に、材料基底密度ペア（９４）を参照テーブルに対して比較し、該比較から撮像されたものが結腸ポリープに相当するかどうかを割り出すようにプログラムされる請求項５に記載のイメージング・スキャナ（１０）。
【請求項７】
前記コンピュータ（３６）が更に、被検体（２２）の結腸直腸部位（１０４）へのしゃ下前処理又は吹送のない結腸ポリープ（１０６）検出で前記被検体（２２）の結腸直腸部位（１０４）を撮像するようにプログラムされる請求項６に記載のイメージング・スキャナ（１０）。
【請求項８】
前記コンピュータ（３６）が、前記第２のデータセット（９２）からのデータに対応するピクセルとは異なる前記第１のデータセット（９０）からのデータに対応するピクセルをコード化して、前記被検体（２２）の結腸直腸部位（１０４）の画像においてコントラストを増強するように更にプログラムされる請求項１に記載のイメージング・スキャナ（１０）。
【請求項９】
前記コンピュータ（３６）が更に、ＣＴ画像からのデータ及び２次元基底材料データから構成される単一画像を再構成するようにプログラムされるイメージング・スキャナ（１０）。
【請求項１０】
前記コンピュータ（３６）が更に、前記第１のデータセット（９０）のデータ及び前記第２のデータセット（９２）のデータに基づき組織を癌性及び非癌性に自動的に特徴付けるようにプログラムされる請求項１に記載のイメージング・スキャナ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、放射線イメージングに関し、より具体的には、結腸直腸部位にしゃ下前処理又は吹送を行うことなく被検体の結腸直腸部位の結腸ポリープを検出する方法及びシステムに関する。本発明は、フォトン計数及び／又はエネルギー識別ＣＴシステムに特に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
結腸直腸癌は癌死亡の主要要因である。潜在的な癌性ポリープを検出するために開発された一般に認知されている幾つかのスクリーニング手法がある。これらのポリープを検出し除去することができれば、結腸直腸癌の発生率及び死亡率を低下させることができることは広く認識されている。
【０００３】
結腸内視鏡検査法は、潜在的癌性ポリープを検出するために使用される一般的な技法である。しかしながら結腸鏡検査は、患者に対して侵襲的であり、不快な思いをすることが多い。最近では、患者の結腸又は結腸直腸部位全体を撮像するのにコンピュータ断層撮影の原理を用いるＣＴコロノグラフィなどの他の技法が開発されており、これらは潜在的癌性ポリープの検出に高い感度を示す。ＣＴコロノグラフィ検査は、結腸鏡検査よりもはるかに侵襲性が少ないと考えられるが、画像においてポリープと便とのコントラストを取り込むためにしゃ下による腸管処理、便マーカ、及び／又は結腸への吹送を必要とする。ほとんどの患者は、このしゃ下前処理により合併症を起こすことはないが、この処置は極めて不快であり、スクリーニング摂生に関して患者のノンコンプライアンスの有意な要因として留意される。
【０００４】
更に不十分な前処理は、流体又は便の滞留を引き起こすことがあり、これは所見を曖昧にする可能性がある。従って、２つの検査を行うことが提言されており、その１つは仰臥位で、もう１つが腹臥位である。患者が腹臥位にあるときのＣＴデータの収集により、どのような残留流体も底部で収集することが可能となり、放射線医は、患者が仰臥位にあるときに流体により隠される場合があったあらゆるポリープを発見することができる。２つの検査での撮影は全体の検出率を改善するが、スキャン時間が増加し患者の処理能力が低下する。
【特許文献１】米国特許第５４００３７８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、しゃ下前処理又は吹送を行うことなくポリープ及び便のコントラストにより被検体の結腸直腸部位を撮像することができるＣＴシステムを設計することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前述の欠点を克服するＣＴコロノグラフィの方法及び装置に関する。本発明は、エネルギー選択検出器を使用して、又はＸ線管線源のエネルギーレンジを変調することにより放射線検出器で受け取られた放射線のエネルギーを収集して特徴付け、非侵襲的且つ被検体の結腸直腸部位へのしゃ下前処理又は吹送を行うことなく結腸ポリープを識別することができる方法及びシステムを含む。
【０００７】
本発明は、所与の線束率における放射線エネルギーを検出して、検出された該放射線エネルギーを示す信号を出力するように構成された放射線エネルギー検出器を有するフォトン計数（ＰＣ）放射線撮影システムに適用可能である。所与の成形時間を有する成形ユニットが電気信号を受け取るように接続され、該電気信号を調整けして放射線フォトンエネルギーを示す電気パルスをもたらす。ＰＣチャンネルは、電気信号を受け取り、調整可能なパルス高さ識別子又は閾値によるフォトンエネルギーを示す、ある高さ又は強度の電気パルス信号をサンプリングするのに接続される。ＰＣチャンネルは更に、サンプリング間隔にわたりフォトン計数出力を提供するように構成される。システムはまた、ＰＣチャンネルに動作可能に接続され、且つ少なくとも所与の線束率の関数として成形時間を自動的に調整するように構成されるコントローラを含む。システムはまた、ＰＣチャンネルに動作可能に接続され、且つ所与の線束率又は成形時間の関数としてパルス高さ又は閾値識別子に対する感度を自動的に調整するように構成されるコントローラを含む。
【０００８】
本発明はまた、積分エネルギー選択検出器に適用可能であり、ここでは、受信放射線は、エネルギービンを識別するために層状設計又は相互作用の深度を用いる直接又は間接的変換検出器材料の使用により重ね合わせることができる２つ又はそれ以上のエネルギー範囲に位置合わせされる。
【０００９】
本発明はまた、２つ又はそれ以上の異なるエネルギー関数のスペクトルを調整するよう変調されるエネルギー積分検出器及びＸ線源に適用可能である。
【００１０】
従って、本発明の一態様によれば、イメージング・スキャナが開示され、これは、放射線源及び放射線検出器を含む。コンピュータが放射線検出器に動作可能に接続され、放射線検出器により収集され第１のデータセット及び第２のデータセットを表すＸ線投影データを処理するようにプログラムされる。第１のデータセットは、第２のデータセットのものとは異なるエネルギーレベルのデータから構成される。次に、コンピュータは、エネルギー投影データの２つのセットを第１の基底材料及び第２の基底材料に起因する投影を表す投影データの２つ又はそれ以上のセットに分解することができる。次いで、基底材料データセットの投影が再構成されて基底材料の密度マップを形成し、被検体の結腸直腸部位の組成を描出するのにデータセットを用いることができる。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、ＣＴイメージングの方法は、被検体のＲＯＩからエネルギー感知ＣＴデータを収集することを含む。本方法は更に、エネルギー感知ＣＴデータを第１のエネルギービン及び第２のエネルギービンに分解すること、及び第２のエネルギービンからのデータに対応するピクセルとは異なる第１のエネルギービンからのデータに対応するピクセルをコード化してＲＯＩの画像におけるコントラストを取り込むことを含む。
【００１２】
本発明はまた、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されるコンピュータ・プログラムで具現化される。コンピュータ・プログラムは、コンピュータにより実行されたときに、コンピュータに、被検体の結腸直腸部位から収集されるエネルギー感知ＣＴデータを受信させ、エネルギー識別ＣＴデータを少なくとも２つのデータセットに分解させる命令セットを含む。コンピュータはまた、各データセットにコード化値を割り当て、結腸直腸部位の正常及び異常組織間のコントラストにより結腸直腸部位へのしゃ下前処理なしで結腸直腸部位の画像を再構成するようにされる。
【００１３】
別の態様によれば、本発明は、放射線源及び放射線検出器を有するＣＴシステムを含む。ＣＴシステムは更に、被検体の結腸直腸部位から収集された第１のエネルギー・スペクトルのデータを受け取り、更に被検体の結腸直腸部位から収集された第２のエネルギー・スペクトルのデータを受け取るようにプログラムされるコンピュータを含む。コンピュータは更に、結腸直腸部位へのしゃ下前処理なしで結腸直腸部位の正常及び異常組織間のコントラストにより被検体の結腸直腸部位の画像を再構成するようにプログラムされる。
【００１４】
本発明の更に別の態様によれば、ＣＴシステムが開示され、放射線源、放射線検出器、及び被検体の結腸直腸部位から収集された第１のエネルギー・スペクトルのデータを受け取り、被検体の結腸直腸部位から収集された第２のエネルギー・スペクトルのデータを受け取るようにプログラムされるコンピュータを含む。コンピュータは更に、受け取られたデータから結腸直腸部位内の静脈内投与又は経口投与された造影剤を検出してラベル付けするようにプログラムされる。
【００１５】
本発明の更に別の態様によれば、ＣＴシステムは放射線源並びに放射線検出器を含む。コンピュータを含み、該コンピュータは、被検体の結腸直腸部位から収集された第１のエネルギー・スペクトルに関するデータを受け取り、且つ被検体の結腸直腸部位から収集された第２のエネルギー・スペクトルに関するデータを受け取るようにプログラムされる。コンピュータはまた、受け取ったデータに基づき組織を癌性及び非癌性に自動的に特徴付けるようにプログラムされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の他の様々な特徴、目的、及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかになるであろう。
【００１７】
図面は、本発明を実施するために現在企図される１つの好ましい実施形態を示す。
【００１８】
本発明の動作環境が４スライスコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムに関して説明される。しかしながら、本発明は単一スライス又は他のマルチスライス構成での使用にも同等に適用可能であることは当業者であれば理解されるであろう。更に本発明は、Ｘ線の検出及び変換に関して説明される。しかしながら、本発明は、他の放射線エネルギー源の検出及び変換にも同等に適用可能であることは当業者であれば更に理解されるであろう。
【００１９】
図１及び図２を参照すると、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「第３世代」ＣＴスキャナを表すガントリ１２を含んで示されている。ガントリ１２は、ガントリ１２の反対側にある検出器組立体１８に向かってＸ線ビーム１６を投射するＸ線源１４を有する。検出器組立体１８は、医療患者２２を透過する投射Ｘ線を共に感知する複数の検出器２０により形成される。各検出器２０は電気信号を生成し、該電気信号は入射Ｘ線ビームの強度を表すだけでなく、フォトン又はＸ線計数データ及びエネルギーレベルをもたらし、従って患者２２を透過するときの減弱ビームをもたらすことも可能である。Ｘ線投影データを収集するためのスキャン中に、ガントリ１２及びこれに組み込まれた構成要素は回転中心２４の周りを回転する。
【００２０】
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６により管理される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線コントローラ２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータコントローラ３０とを含む。制御機構２６のデータ収集システム（ＤＡＳ）３２は、検出器２０からのデータを検査し、後続処理のためデータをデジタル信号に変換する。画像再構成装置３４は、ＤＡＳ３２からサンプリングされデジタル化されたＸ線データを受信し、高速再構成を実行する。再構成された画像は、大容量記憶装置３８に画像を記憶するコンピュータ３６に入力として加えられる。
【００２１】
コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介してオペレータからの命令及びスキャン・パラメータを受け取る。付随する表示画面４２により、オペレータは、再構成された画像及びコンピュータ３６からの他のデータを観察することができる。オペレータが供給した命令及びパラメータは、コンピュータ３６により用いられ、ＤＡＳ３２、Ｘ線コントローラ２８、及びガントリ・モータコントローラ３０に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ３６は、電動テーブル４６を制御して患者２２及びガントリ１２を位置付けるテーブル・モータコントローラ４４を作動する。具体的には、テーブル４６は、ガントリ開口部４８を通って患者２２の部分を移動させる。
【００２２】
１つの実施形態において、ＣＴシステム１０は、エネルギー識別コンピュータ断層撮影（ＥＤＣＴ）システムであり、異なる入射Ｘ線スペクトルに応答するように構成される。これは、異なるＸ線管電圧を連続して用いて投影データを収集することにより達成することができる。例えば、２つのスキャンは、連続式又はインターリーブ式のいずれかで収集され、この場合線管は、例えば８０ｋＶｐ及び１６０ｋＶｐ電位で動作し、それぞれ低いエネルギー・スペクトルと高いエネルギー・スペクトルとを発生する。或いは、特殊フィルタがＸ線源１４と被検体２２との間に配置され、これにより検出器列が異なるエネルギー・スペクトルの投影を連続式又はインターリーブ式のいずれかで収集するようになる。更に別の実施形態は、エネルギー感知フォトン計数検出器を用いて、検出器に到達する各Ｘ線フォトンがそのフォトンエネルギーで記録されるようにする。更に別の実施形態は、エネルギー感知検出器を用いて、検出器層又は相互作用検出器の深さを使用することにより重なる可能性のある２つ又はそれ以上のエネルギービンにフォトンを分離するのに直接又は間接変換材料が用いられるようになる。
【００２３】
ＥＤＣＴは、エネルギー識別又は材料特徴付けが無いことなどの、幾つかのＣＴシステム全体に関連する問題を低減する又は排除することができる。対象物散乱が無い場合には、ＥＣＴシステム１０を用いて、入射フォトンエネルギー・スペクトルの２つの領域、入射Ｘ線スペクトルの低エネルギー部分及び高エネルギー部分を別個に検出することができる。他のどのようなエネルギーにおける動作も、２つのエネルギー領域からの信号に基づき導出することができる。この現象は、ＣＴが関心を示すエネルギー領域において２つの自然現象、すなわち（１）コンプトン散乱と（２）光電効果がＸ線源弱を支配する基本的事実により生じる。Ｘ線ビームの減弱を引き起こす対象物の動作を特徴付けるために、２つの独立したパラメータが測定される。従って、２つのエネルギー領域から検出された信号は、撮像対象物のエネルギー依存性を解明するのに十分な情報を提供し、このようにして、材料の組成を特徴付けることができる。
【００２４】
ＥＤＣＴに用いられるデータ分析は、コンプトン及び光電分解及び／又は基底材料分解（ＢＭＤ）を含む。コンプトン及び光電分解において、１ペアの画像が生成され、これは再構成されたＣＴ画像における全体の減弱係数を特徴付ける１つの画像を得る代わりに、コンプトン及び光電処理からの減弱を別個に表している。また、処理におけるわずかな変更により、密度及び実効原子番号を表す画像の生成が可能である。ＢＭＤ法は、エネルギー範囲のどのような所与の材料のＸ線源弱も他の２つの公知の材料の密度混合の一次結合により表すことができるという概念に基づく。これら２つの材料は、基底材料と呼ばれる。ＢＭＤを用いると、２つの再構成された画像が得られ、各画像は基底材料の１つに相当する密度を表す。密度はＸ線フォトンエネルギーとは無関係なので、これらの画像にはビーム硬化アーチファクトは比較的認められない。加えて、基底材料は関心材料をターゲットにするように選択され、従って画像のコントラストが増強される。
【００２５】
フォトン計数によるエネルギー識別を実装しないマルチエネルギーＣＴシステムを最適化するためには、Ｘ線スペクトルにおけるエネルギー分離が大きくなるほど画質が良好になる点を留意すべきである。また、これら２つのエネルギー領域におけるフォトン統計値が同程度である必要があり、そうでない場合、統計情報が少ないエネルギー領域は再構成画像においてノイズが支配的となる。
【００２６】
二重エネルギー測定値を得るための別の方法があり、（１）２つの区別されるエネルギー・スペクトルを用いたスキャン、（２）検出器における透過深度によるフォトンエネルギーの検出、又は（３）エネルギー識別によるフォトンの計数である。フォトン計数は、クリーンなスペクトル分離と、フォトン統計値を均衡させる調整可能なエネルギー分離閾値とを提供する。
【００２７】
前述の方法の各々に適用可能であるが、本発明は更に、フォトン事象を計数してエネルギーレベルを計数された事象に関連付けることが可能なエネルギー識別放射線検出器を有するマルチエネルギー・システムに関して説明されることになる。これらの検出器の飽和に対抗するために、幾つかの飽和技法を用いることができる。かかる技法の１つが以下で説明される。
【００２８】
一般に、高感度フォトン計数放射線検出器は、比較的低いダイナミック・レンジを有するように構成される。通常高い線束状態は発生しないので、これは一般にフォトン計数検出器の適用に許容可能とみなされる。ＣＴ検出器設計において、対象物を通る低い線束検出器の測定値は通常、空中、及び／又はＣＴ検出器が極めて高いダイナミック・レンジ応答を有することを必要とするスキャン対象物の外形内で高線量の照射領域を伴う。更に、これらの高い線束領域における正確なフォトンの測定は、低い線束領域におけるよりもあまり重要でなく、該低い線束領域は各フォトンが収集された合計フォトン統計値に対する整数部を占める。高い線束領域は、臨床的又は診断的価値が小さいにもかかわらず、オーバーレンジ又は飽和した検出器チャンネル・データで再構成された画像はアーチファクトを生じる傾向がある可能性がある。従って、高い線束状態の操作もまた重要である。
【００２９】
Ｘ線束管理制御は、低ダイナミック・レンジにより特徴付けられた検出器チャンネルを有するＰＣ  Ｘ線システムの飽和を防ぐように設計される。検出器チャンネルのダイナミック・レンジは、検出器チャンネルが低い線束端で有意なデータを提供し、高い線束端ではオーバーレンジ又は飽和を生じないように操作することができるＸ線束レベルの範囲を定める。オーバーレンジを防いで、診断的に有用なデータを提供することが必要であるが、一般的に厚い断面及び限定されたＸ線透過の他の領域を通るイメージング中に発生する低い線束状態の操作もまた、検出器設計において重要である。従って、本明細書で説明されるＸ線束管理制御は、高線束及び低線束両方の状態を満たすように設計される。
【００３０】
一般に、フォトン計数検出器の動作は、固定された成形時間曲線により特徴付けられる。成形時間曲線は、許容可能なＰＣ計数率、ノイズ抑制、及びエネルギー分解能を与えるように電荷積分時間（単一事象信号レベル）と検出器チャンネル回復時間との関係又は均衡を定める。通常、検出器チャンネルは、低い線束率状態に有利である成形時間を有するように構成される。すなわち、わずかなＸ線フォトンに変換する低い線束率状態では、フォトン電荷全体を積分してＳＮＲが最適化されるように成形時間がより長いのが好ましい。フォトン雲全体を積分するのに必要な時間に関しては一般に比較的わずかな制約しかない。線束率状態は低い線束により特徴付けられるので、検出器チャンネルは、フォトン雲全体を積分又は他の方法でサンプリングする間に飽和する可能性は低い。一方、低い線束率が好ましい一定時間の成形は、高い線束率状態では不十分となる可能性がある。更に、成形時間が高い線束率状態に適合又は対応するように固定される場合には、低い線束率状態下のＳＮＲ及びエネルギー分解能への悪影響が続いて起こる。
【００３１】
従って、ＣＴシステムは、検出器チャンネルの成形時間を動的及び自動的に制御するように設計され、その結果、低い線束率状態並びに高い線束率状態に最適に対処されるようになる。次に図３を参照すると、本発明に適用可能なＸ線検出器システム５０の概略ブロック図が示される。システム５０は、検出器素子５４から電気信号を受け取るように接続されるＰＣチャンネル５２を含む。検出器５４は、Ｘ線源により投射され医療患者などの被検体により減弱されるＸ線１６を検出するように構成される。本発明はガンマ線及び他の形態の放射線エネルギーにも適用可能であることを理解されたい。
【００３２】
ＰＣチャンネル５２は、検出器素子５４から電気信号を受け取るように接続される低ノイズ／高速電荷増幅器５６を含む。次いで、増幅器５６の増幅出力は、電気信号から個々のフォトン事象を抽出するように構成された信号成形器５８に入力される。エネルギーレベル識別器６０は、信号成形器５８に接続され、１つ又は複数の閾値に対するこれらのパルス高エネルギーレベルに基づくフォトンをフィルタ処理するように設計されている。このために、所望の範囲外のエネルギーレベルを有するこれらのフォトンは、画像再構成のための計数及び処理から除外される。最低限でも、識別器６０は、システム内のノイズに対応するエネルギーレベルを有するフォトンを除外するように設計される。複数の閾値を用いて、エネルギーレベル範囲を定め得ることが企図される。計数素子６２はエネルギーレベル識別器６０により除去されなかったフォトンを受信し、検出器で受信されたフォトンの数を計数して対応する出力６４を提供するように構成される。以下で説明され、且つ公知のＰＣチャンネルとは対照的に、ＰＣチャンネル５２の動作は可変の成形時間により管理される。
【００３３】
ＰＣチャンネル５２は、成形時間コントローラ６８及び好ましくはエネルギーレベルコントローラ７０を含むコントローラ６６に動作可能に接続される。コントローラ６６がエネルギーレベルコントローラ７０を含むのが好ましいが、本発明はエネルギーレベルコントローラ７０なしで実施可能であることが企図される。１つの実施形態において、ＰＣチャンネル５２は、動作がチャンネルの成形時間を定めるアクティブ・フィルタを含む。この点において、アクティブ・フィルタの抵抗及び容量特性を調整して、チャンネルの成形時間特性を操作することができる。
【００３４】
成形時間コントローラ６８は、ＰＣチャンネル５２に接続され、フィードバック・ループ７２をわたり受け取られるフォトン計数フィードバックに基づいてＰＣチャンネル５２の成形時間特性を調整するよう設計される。より具体的には、計数されるフォトン数６４により測定される低Ｘ線束に検出器素子が曝露されると、成形時間コントローラ６８はチャンネルの成形時間を増加させる。反対に、検出器素子５４のＸ線束が増加すると、成形時間コントローラはＰＣチャンネル５２の成形又はサンプリング・ウィンドウ時間を減少させる。
【００３５】
従って、検出器が高いＸ線束を受けているときには、ＰＣチャンネルがフォトン電荷雲をサンプリングするのに費やす時間量が低減される。従って、フォトン電荷雲に関するあまり正確でないフォトン及びエネルギー識別データが測定されるが、しかしながら、チャンネルは、オーバーレンジを回避するのに十分な速度で回復する。この点において、成形時間又はサンプリング・ウィンドウが低減されるので、より多くのフォトンがデータについて検査、すなわち計数され、一方、検出された各フォトンは、あまり正確でないエネルギー識別情報を提供する。更に高い線束状態下では、別個の各フォトンはあまり重要ではないものと想定され、全体のシステム性能及び画質は、低ＳＮＲにより最小限の影響を受ける。一方、検出器が低いＸ線束を受けているときには、ＰＣチャンネルがフォトン電荷雲をサンプリングするのに費やす時間が延長され、これにより、フォトン電荷雲全体をサンプリングし比較的正確なフォトン計数及びエネルギー識別データを得るのに十分な時間が可能となる。
【００３６】
上述のようにコントローラ６６は、１つの実施形態において、エネルギーレベルコントローラ７０を含む。測定されたフォトン信号レベルがチャンネル成形時間に応じて変化するので、自動エネルギー識別器エネルギーレベルコントローラ７０は、成形時間コントローラ６８及びＰＣチャンネル５２に結合され、成形時間の調整に応答してＰＣチャンネルのエネルギーレベル閾値を調整或いは他の方法で較正する。適切なチャンネル較正を行なうことにより、エネルギーレベルが許容可能又は低いフォトンが計数されて、チャンネル成形時間及び計数率と無関係に線形エネルギー応答を確実にする。
【００３７】
図４を参照すると、例示的なＰＣチャンネルのそれぞれの成形時間曲線に対する幾つかの振幅プロットが示されている。成形時間が減少すると、潜在的に計数率が増加するが、図示のように信号振幅は低下し、ノイズが増大する。具体的には、曲線７４で定められる成形時間を曲線７６で定められる成形時間にまで調整すると、潜在的に計数率が増加するが、これにより計数されるフォトンの全体的な信号強度が反比例して低下し、ＳＮＲに悪影響を及ぼす。成形時間が更に減少し、すなわち曲線７６から曲線７８になると、潜在的に計数率が更に増加ようになるが、これと共に信号強度及びＳＮＲは更に低下する。
【００３８】
本発明は更に、図１から図４に関して説明されたようなＣＴシステムで収集されたエネルギー識別ＣＴデータを用いて、患者の結腸直腸部位のポリープと便とのコントラストの取り込みを伴うＣＴコロノグラフィに関する。上述のように、所与の放射線検出器の出力を画像再構成に用いることができるように、高Ｘ線束状態でのエネルギー識別検出器の飽和又はオーバーレンジを防止することは重要である。これまで、放射線検出器のオーバーレンジを防止するために可変成形時間コントローラを説明してきた。しかしながら、本発明は、限定ではないが、動的コリメーション、動的２電流制御、及び可変成形されたボウタイ・フィルタを含む、高線束状態下での放射線検出器のオーバーレンジを防ぐための他の技法及び機構を組み込んだＣＴシステムに適用可能であることが企図される。この点において、エネルギー感知又は識別のＣＴデータにより、従来のＣＴシステムを用いて収集されたＣＴデータ特有の不確実性が回避される。すなわち、異なる減弱特性を有する異なる材料又は材料の混合物は、異なる材料の減弱と密度の積が同じであるように密度値が異なる場合には、同じＣＴ又はハウンスフィールド値を生成することができることはよく知られている。すなわち所与の画像ボクセルのＣＴ値は、放射線検出器に入射するフォトン数並びに受信されるＸ線のエネルギーレベルの関数である。
【００３９】
対照的に、本明細書に記載のＣＴシステムは、受信されるフォトン数を計数し、並びに受信され又は計数された各フォトンのエネルギーレベルを求めることが可能である。以下により詳細に説明されるように、フォトン計数並びに計数されたフォトンのエネルギーレベルから、撮像された材料の密度だけでなく撮像材料の種類も割り出すことが可能である。次いで、この情報を用いて、便とポリープ、又は静脈内投与されたヨウ素及び／又は経口投与された硫酸バリウム剤などの造影剤と同じＣＴ値特性である他の組織とを区別することができる。静脈内のヨウ素はポリープ又は結腸壁まで進み、一方、経口投与された硫酸バリウムは便にまで進むことを当業者であれば理解するであろう。本発明は各々に適用可能であり、非増強組織と造影剤増強組織との区別に用いることができる。更に本発明を用いて、異なる部位又は組織に送達される異なる造影剤を区別することができる。
【００４０】
次に図５を参照して、本発明の１つの実施形態によるコロノグラフィ・イメージング処理のステップを説明する。処理８０は、患者の結腸直腸部位からＣＴデータを収集するＣＴ検査の指示８２で始まる。次いで、ＣＴスキャンが、８２で確立されたパラメータに一致して８４で実施され、エネルギー感知ＣＴデータの投影を収集する。上述のように、エネルギー感知ＣＴデータは、フォトン計数並びにエネルギーレベル情報を含む。収集されたＣＴデータがフォトン計数並びにエネルギーレベル情報を含むので、本発明は、８６で投影を閾値と比較して、投影データを１つ又は複数のエネルギービンにビンすることが企図される。これによって投影は８８で閾値と比較される。閾値に対して投影が属する範囲に応じて、投影が第１のエネルギービン９０又は第２のエネルギービン９２のいずれかに分類されることになる。１つの企図される実施例において、エネルギービンは、水から収集されたデータに対する造影剤から収集されたデータに相当する。図５には２つのエネルギービンだけが示されているが、２つより多いエネルギービン又は分類をエネルギー感知ＣＴデータの分解に適用してもよいことが企図される。上述のように、２つ又はそれ以上のエネルギービンが、ピーク電圧（ｋＶｐ）の調整又は特殊フィルタ材料の使用のいずれかによりＸ線管のエネルギー・スペクトルを変調することを用いるといった他の機構を通して収集することができることも企図される。
【００４１】
エネルギービンが計算されると、該エネルギービンは２つの基底材料９４を表す投影ＣＴデータに分解される。２つの投影データセットが処理されて、第１の材料９６及び第２の材料９８の密度値の再構成画像を形成する。エネルギービンを２つの基底材料に分解することに代えて、エネルギービンを実効原子数及び密度などの直交基底関数の別のセット又は光電及びコンプトン散乱成分に分解することができることが企図される。基底材料密度値が利用可能になると、２次元情報を用いて、２次元基底材料密度データ１００に基づき結腸直腸部位で見出された物質を識別することができる。２次元データは、従来のＣＴ処理技法が利用可能な１次元データよりも多くの情報を有する。更に分解法は、同じＣＴ値であるが、化学組成が異なることにより基底材料２次元マップでの表示が異なる物質を識別することができる。この点において、材料基底分解を用いて材料間のコントラストがより大きく生成される。次いで、１０２で放射線医又は他の医療提供者によって評価するための画像を表示し、処理が完了する。画像の表示は、データの後処理の追加を含み、特定の化学組成の材料を強調する色分けされた画像を生成することができる。
【００４２】
上記で示された実施例において、エネルギービンは、経口投与された造影剤に対応するデータから水分に対応するデータを分割するように設計される。この点において、対応する投影は再構成されて、投与された造影剤の密度並びに画像に存在する水分の密度を表す画像を形成することになる。その結果、造影剤が注入された画像の領域は、ＣＴ値密度のみに基づくよりも容易に正常組織と区別されることになる。更に、異なる組織を分類して分離し、最終的には、組織及び／又は造影剤と関連付けられたＣＴ値が同じであっても画像内の組織の区別が容易に確認できるよう区別して重み付けすることができる。この点において、再構成画像の各ピクセルは、画像再構成中に所与のピクセルで撮像されたものを他のピクセルで撮像されたものと区別するのに使用される値でコード化することができる。また、合成画像ではなく、結腸ポリープ単独の画像が再構成可能であることも企図される。すなわち、フォトン計数及びエネルギー識別データに一致する組織の差違に基づき、結腸ポリープに対応するデータを分離して、画像再構成に使用することができ、一方、全ての非ポリープデータは背景レベルに設定される。
【００４３】
次に図６を参照すると、被検体の結腸直腸部位が、結腸直腸部位１０４内で便１０８により囲まれたポリープ１０６を含むよう図式的に示されている。好ましい実施形態において、結腸直腸部位は、ＣＴデータ収集の前にしゃ下前処理を吹き込まれず、又はさらされない。しかしながら、静脈投与のヨウ素又は経口投与の硫酸バリウムなどの造影剤を用いて、結腸直腸部位内において正常組織からの潜在的に癌性の可能性がある結腸ポリープ間のコントラストを更に取り込むことができると企図される。公知のように、造影剤は、癌組織に容易に吸収されるが結腸直腸部位内の他の組織には吸収されないものを選択することができる。従って、結腸直腸部位内の癌性又は他の病理学的異常は、潜在的に癌性の結腸ポリープを識別するのに用いることができる造影剤の貯留を生じることができる。この点において、エネルギー感知及び／又はエネルギー識別ＣＴデータの収集及び分解をより、結腸直腸部位内の悪性ポリープを自動的に識別することが可能である。すなわち材料基底密度値は、癌細胞をターゲットとする造影剤が、同様のＣＴ値を有することができる自然発生の組織ではなくポリープ内に存在することを示すことができる。例えば、材料基底値は、経験的データの参照テーブルと比較することができ、この比較に基づいて結腸ポリープ又は便として識別することができる。加えて、再構成画像において材料密度値を近接している値と比較することにより、識別され又は検出された結腸ポリープの大きさ並びに形状を割り出すことができる。この点において、再構成画像の選択部分のＣＴ値、形状、テクスチャ、及び材料組成を用いて自動的に結腸ポリープを検出し特徴付ける検出処理を実装することが可能である。
【００４４】
従って、本発明はイメージング・スキャナを含む。イメージング・スキャナは放射線源及び放射線検出器を含む。コンピュータは、放射線検出器に動作可能に接続され、放射線検出器により収集されたＣＴデータを第１のデータセット及び第２のデータセットに分解して被検体の結腸直腸部位の組成を描出するようにプログラムされる。第１のデータセットは、第２のデータセットのものとは異なるエネルギーレベルのデータから構成される。
【００４５】
ＣＴシステムが存在し、被検体のＲＯＩからエネルギー感知ＣＴデータを収集する。本方法は更に、エネルギー感知ＣＴデータを第１のエネルギービン及び第２のエネルギービンに分解すること、及び第２のエネルギービンからのデータに対応するピクセルとは異なる第１のエネルギービンからのデータに対応するピクセルをコード化してＲＯＩの画像のコントラストを取り込むことを含む。
【００４６】
本発明は更に、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されるコンピュータ・プログラムを含む。コンピュータ・プログラムは、コンピュータによって実行されると、コンピュータに被検体の結腸直腸部位から収集されたエネルギー識別ＣＴデータを受け取り、該エネルギー識別ＣＴデータを少なくとも２つのデータセットに分解させる命令セットを含む。コンピュータはまた、各データセットにコード化値を割り当て、結腸直腸部位に吹送することなく結腸直腸部位の正常及び異常組織間のコントラストにより結腸直腸部位の画像を再構成させる。
【００４７】
加えて本発明は、放射線源及び放射線検出器を有するＣＴシステムを含む。ＣＴシステムは更に、被検体の結腸直腸部位から収集された第１のエネルギー・スペクトルにおけるデータを受け取り、被検体の結腸直腸部位から収集された第２のエネルギー・スペクトルにおけるデータを受け取るようにプログラムされるコンピュータを含む。コンピュータは更に、第１のエネルギー・スペクトル内のデータと第２のエネルギー・スペクトル内のデータとの間のコントラストにより被検体の結腸直腸部位の画像を再構成するようプログラムされる。
【００４８】
更に本発明によれば、ＣＴシステムが開示され、該ＣＴシステムは、放射線源と、放射線検出器と、被検体の結腸直腸部位から収集された第１のエネルギー・スペクトルにおけるデータを受け取り、被検体の結腸直腸部位から収集された第２のエネルギー・スペクトルにおけるデータを受け取るようにプログラムされるコンピュータとを含む。コンピュータは更に、分解されたデータから結腸直腸部位のラベル付けされた造影剤を検出するようにプログラムされる。
【００４９】
本発明は更に、放射線源及び放射線検出器を有するＣＴシステムを含む。コンピュータを含み、被検体の結腸直腸部位から収集された第１のエネルギー・スペクトルに関するデータを受け取り、並びに被検体の結腸直腸部位から収集された第２のエネルギー・スペクトルに関するデータを受け取るようにプログラムされる。コンピュータは、エネルギー感知データを材料基底関数データに分解するようプログラムされる。コンピュータはまた、受け取ったデータに基づき組織を癌性及び非癌性に自動的に特徴付けるようにプログラムされる。
【００５０】
本発明を好ましい実施形態に関して説明してきたが、明記されない限り、均等物、代替形態、及び修正形態が可能であり、添付の請求項の範囲内にあることは理解される。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】
【００５１】
【図１】ＣＴイメージング・システムの透視図。
【図２】図１に示されるシステムの概略ブロック図。
【図３】本発明による検出器組立体の概略ブロック図。
【図４】例示的なＰＣ検出器の幾つかの成形時間に対する信号振幅プロットを示すグラフ。
【図５】本発明によるＣＴコロノグラフィ検査のステップを説明するフローチャート。
【図６】ポリープが配置された被検体の結腸直腸部位の概略図。
【符号の説明】
【００５２】
１６  Ｘ線
５２  ＰＣチャンネル
５４  検出器
５６  低ノイズ／高速電荷増幅器
５８  信号成形器
６０  エネルギーレベル識別器
６２  計数素子
６４  フォトン計数
６６  ＰＣチャンネルコントローラ
６８  成形時間コントローラ
７０  エネルギーレベルコントローラ
【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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