(57)【要約】  新規再構成技術を用い、空間的、時間的に重複するＸ線から、関心領域の３次元画像を再構成するＸ線撮像システム及び方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線撮像システムであって、
入射するＸ線に応じて信号を生成するために配置される検出器であって、前記信号が前記検出器のあるピクセルに入射する前記Ｘ線の強度を示す検出器と；
複数のＸ線発生源であって、前記複数のＸ線発生源の少なくとも２つが、関心領域（ＲＯＩ）を通過し、前記検出器の前記ピクセルで空間的、時間的に重複するようなＸ線を放出するために配置される複数のＸ線発生源と；
前記検出器の前記ピクセルに入射する前記Ｘ線の強度を示す前記信号を受信し、前記検出器の前記ピクセルで重複する前記２つ以上のＸ線のそれぞれに起因する前記強度の推定値を生成するために配置される処理装置と、を含むＸ線撮像システム。
【請求項２】
前記処理装置がさらに、前記検出器の前記ピクセルで重複する前記２つ以上のＸ線のそれぞれに起因する前記強度の１つ又は複数の推定値を用い、前記ＲＯＩの３次元表示を生成するために配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記処理装置に動作可能に結合されたディスプレイをさらに含み、前記ディスプレイが、前記ＲＯＩの前記３次元表示の１つ又は複数の２次元図を表示するために配置される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のＸ線発生源が、分散型発生源アレイの２つ以上のエミッタ要素を含む、請求項１〜３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記処理装置がさらに、前記ＲＯＩを複数の３次元非重複ボクセルにボクセル化し；各前記ボクセルに起因する減衰係数を推定し；各前記ボクセルに起因する前記推定された減衰係数に基づき、前記ＲＯＩを複数の３次元非重複ボクセルに再ボクセル化するために配置される、請求項１〜４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記処理装置がさらに、停止基準まで前記再ボクセル化を繰り返すために配置される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記処理装置がさらに、圧縮センシングアルゴリズムを用い、各ボクセルに起因する前記減衰係数を推定するために配置される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記圧縮センシングアルゴリズムが、前記推定された減衰係数に適用される最適化及び線形化アルゴリズム、フォワードバックワード分離アルゴリズム、又はその組合せの少なくとも１つを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数のＸ線発生源及び前記検出器それぞれが、前記Ｘ線発生源及び前記検出器の相対位置を決定するために配置される１つ又は複数のセンサを含む、請求項１〜８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記Ｘ線撮像システムを操作するための制御装置をさらに含み、前記制御装置が前記複数のＸ線発生源のサブセットを作動するために配置される、請求項１〜９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
Ｘ線画像を再構成する方法であって、
関心領域（ＲＯＩ）に送達され、前記検出器のあるピクセルで空間的、時間的に重複するようなＸ線を放出するために２つ以上の発生源を作動することと；
前記検出器の前記ピクセルに入射する前記重複するＸ線の強度を検出することと；
前記検出器の前記ピクセルに入射する前記重複するＸ線の総強度を用い、前記検出器の前記ピクセルで重複する前記２つ以上のＸ線のそれぞれに起因する前記強度の推定値を生成することと、
を含む、Ｘ線画像を再構成する方法。
【請求項１２】
前記検出器の前記ピクセルで重複する前記２つ以上のＸ線のそれぞれに起因する前記強度の１つ又は複数の推定値を利用し、前記ＲＯＩの３次元表示を生成することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＲＯＩの前記３次元表示の１つ又は複数の２次元図を表示することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＲＯＩを複数の３次元非重複ボクセルにボクセル化することと；各前記ボクセルに起因する減衰係数を推定することと；各前記ボクセルに起因する推定された減衰係数に基づき、前記ＲＯＩを複数の３次元非重複ボクセルに再ボクセル化することと、をさらに含む、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
停止基準まで前記再ボクセル化をさらに繰り返す、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
各ボクセルに起因する前記減衰係数を推定するために圧縮センシングアルゴリズムを用いることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記圧縮センシングアルゴリズムが、最適化及び線形化アルゴリズム、フォワードバックワード分離アルゴリズム、又はその組合せの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
一度に１回ずつＸ線を放出するために各発生源を作動する工程と、前記検出器の前記ピクセルで重複するようなＸ線を放出するために組の発生源を作動する工程とを含む、校正を実施することをさらに含む、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
画像取得速度、画質及びＲＯＩ範囲の少なくとも１つを最適化するために、前記２つ以上の発生源を選択して作動させＸ線を放出することをさらに含む、請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概してＸ線イメージングに関し、より詳細には空間的、時間的に重複するＸ線から３次元画像を再構成する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線放射から３次元画像を再構成することは、特に医用イメージング、工業検査及び空港警備における応用の重要な画像再構成問題である。伝統的なＸ線イメージングは平面ラジオグラフィに基づくものが最も一般的である。この手法は一組の真空管から作られた単一の点状Ｘ線発生源を利用しており、これは広範囲のエネルギー及び電流を超える単一のＸ線コーン又はファンビームを生成するために配置される。しかし、特に、確実にＸ線が十分な面積をカバーするためには、Ｘ線発生源は撮像される対象物（又は人）から相当な距離を置かなければならないため、このような点状Ｘ線発生源で可能な撮像幾何は限定される。
【０００３】
伝統的なＸ線システムにおいて、通常Ｓｏｕｒｃｅ  ｔｏ  Ｏｂｊｅｃｔ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ（「ＳＯＤ」）又は隔離距離と呼ばれる発生源と対象物間の距離が離れると、多くのパワーを必要とする。このパワーを供給するため、伝統的なＸ線システムは大型で高価な重い（数十キログラム）電源装置を使用している。これは、頻繁に冷却する必要があり、さらにこのシステムの体積及び重量を増すことになる。
【０００４】
また、その名の通り、平面ラジオグラフィは２次元画像を生成するためにのみ配置される。３次元画像を生成するために、Ｘ線断層撮影法、つまり断面によるイメージングを使用することができる。通常、Ｘ線断層撮影法は、様々な方向から静止した対象物又は人の多数の画像を撮影した後、これら多数の２次元画像を用いて３次元画像を再構成することを含む。通常、機械のガントリーは、一連の位置に沿って単一のＸ線発生源（真空管）を動かす必要があり、このためＸ線システムのサイズ及び費用が増す。また、画像を順次撮影するため、この機構は他の望ましい方法よりも総画像取込み時間が長く必要である。
【０００５】
画像取込み時間を最小限にするため、各発生源が選択的に作動した状態で、対象物又は人の周囲の固定又は静止した位置に、多数の真空管発生源を置くことができる。この構造は全画像取込み時間を短くするが、発生源のコスト及びその相対体積のため、このシステムは実用的でない。また、比較的大型の各真空管発生源のため、このようなシステムは限られた数の視野角しか収納することができない。言い換えれば、発生源のサイズのため、対象物又は人を限られた数の方向からしか撮像することができず、高解像度の３次元画像の生成を妨げる。
【０００６】
これらの手法の代替法は、エミッタアレイにおける単一の分散型発生源から多数のＸ線発生源を作製することである。Ｓｐｉｎｄｔ型アレイなどの電界増加型エミッタ（「ＦＥＥ」）アレイ（フィールドエミッタアレイと呼ぶこともある）は、Ｘ線管において使用され、高度な陰極として機能することができる。高電圧で、適度な電界増加型チップ（例えば、モリブデンチップ又はコーン）のＦＥＥアレイは、Ｘ線を生成するエミッタとして作用することができる。Ｘ線を放出するために個別のチップ（又は組のチップ）を選択することができ、このようにＸ線発生源として作用する。同様に、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）から作製される陰極は、低電圧で電子放出を制御することができるため、選択される個々のＣＮＴにＸ線を放出させる。いずれの場合でも、このようなＦＥＥアレイは、分散型発生源から多数のＸ線発生源を生成することができる。
【０００７】
分散型発生源アレイ（エミッタアレイとしても知られる）は、様々な個別のエミッタ（例えば、モリブデンチップ、ＣＮＴ等）を選択的に作動することにより、異なる視野角から対象物を撮像する。従って、分散型発生源アレイは、対象物又は人の周囲に重い真空管系発生源を動かす必要性、又はこのような多数の真空管系発生源を利用する必要性を排除する。例えば、平面エミッタアレイの場合、アレイのサイズを大きくすることができ、アレイの１つの角の１つの発生源（例えば、第１エミッタ要素）から、反対の角の第２の発生源（例えば、第２エミッタ要素）に重要な転位を行うことができる。発生源、より詳細にはアレイの至るところに位置するエミッタ要素を作動することにより、画像を異なる視野角から同時に得ることができる。これは、単一発生源システムと比較して、画像取込み時間を最小限にし、同時に、３次元画像を再構成するために十分な数の角度から対象物を撮像する。
【０００８】
このようにして、分散型発生源アレイは断層撮影法及びトモシンセシス（高解像度制限角度断層撮影法）を可能にするが、このシステム設計上、厳しい幾何制約も強いられる。アレイの各発生源又はエミッタはそれ自身のＸ線コーンを作製して、対象物、つまり対象物内の関心領域（「ＲＯＩ」）を確実に完全にカバーするため、ある程度のコーンの空間的重複が存在するはずである。しかし、このような空間的重複、特に検出器でのＸ線の重複があれば、多数の角度から対象物の特徴を照射するため、このようなアレイを用いて形成される画像は多数の画像又は陰を含む場合がある。
【０００９】
従来の再構成方法は、時空的なＸ線重複を適切に分離することができない。従って、時空的なＸ線の重複が無い従来のシステムにおいて、必要とされた画像解像度を得るために、ＳＯＤを狭い範囲に保持しなければならない。この相関関係を、数式１として表すことができ、ここで、Ｍは達成可能な画像解像度を調節する設計パラメータで、１〜４の値を取り（例えば、Ｍ＝２）、ｄｍａｘは与えられたシステム設計を用いて、特定の解像度に撮像することができる対象物の最大厚であり、δはＳＯＤである。Ｍの値が大きいほど、達成可能な画像解像度は高いが、ＳＯＤはより制約される。与えられた発生源のピッチ間隔及びコリメーション角はｄｍａｘ及びＭの関数であるため、このような制限は発生源及び検出器の形状を厳しく制約する。特に、この制限により、異なる身体部分を撮像するために、異なるエミッタアレイパネル形状を作製する必要がある。
【００１０】
【数１】
2019524231.tif 000003
【００１１】
従って、従来の画像再構成手法を用いると、Ｘ線が同時に検出器で重複することがないように、Ｘ線撮像システムを設計しなければならない。この制約は、特に重複するＸ線からの測定値が線形ではないことに起因し、線形圧縮センシングなど従来の再構成方法はＸ線重複により作製されたものなど非線形制約を適当に扱うことができない。これらの制約のため、Ｘ線画像再構成に対する従来の手法は、時空的なＸ線重複を考慮して設計されたシステムに対する阻害要因を教示する。
【００１２】
重複に対処する以前の方法は、散乱線除去グリッドを使用することを含む。これは検出器へのＸ線の取り込み角を限定するため、重複を防止する。しかし、散乱線除去グリッドは、Ｘ線によりカバーされる面積を限定することにより、所定の照射に利用できる情報も限定する。あるいは、エミッタを選択的に作動することにより、検出器でＸ線が重複することなく、対象物を完全にカバーすることができる。しかし、分散型発生源アレイを用いて空間的重複を避けることは、各発生源が関心のある全面積をカバーしなければならず、パワー要件を増加させるか、あるいは特定の非重複エミッタ要素のみを同時に作動することができるため、画像を取得する時間が長くなることを意味する。画像取得に時間がかかると、特に子供や負傷患者の場合、スキャン中に動く傾向があるため、特に懸念される。
【００１３】
従って、当技術分野には、より柔軟な撮像幾何が可能なＸ線撮像システム及び方法の必要性があり、これは発生源（又はエミッタ要素）及び検出器間の距離、並びにコリメーション角の大きさの選択がより柔軟であることを含む。また、従来のシステムと比較して画像取込みに必要な時間を最小限にすると同時に、正確な３次元画像を生成するために配置されるシステム及び方法の必要性がある。さらに、時空的に重複するＸ線を適切に扱うために配置されるシステム及び方法の必要性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本開示の実施形態は空間的、時間的に重複するＸ線から３次元画像を再構成するシステム、方法及び技術を対象とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の態様において、Ｘ線撮像システムを提供し、入射するＸ線に応じて信号を生成するために配置される検出器であって、この信号が検出器のあるピクセルに入射するＸ線の強度を示す検出器と；複数のＸ線発生源であって、少なくとも２つの複数のＸ線発生源が、関心領域（ＲＯＩ）を通過し、検出器のこのピクセルで空間的、時間的に重複するようなＸ線を放出するために配置される複数のＸ線発生源と；検出器のこのピクセルに入射するＸ線の強度を示す信号を受信し、検出器のこのピクセルで重複する２つ又は複数のＸ線のそれぞれに起因する強度の推定値を生成するために配置される処理装置と、を含む。
【００１６】
Ｘ線の時空的重複は、制御された方法で意図的に検出器で作製することができる。その後、重複するＸ線に起因する測定値を少なくとも部分的に用い、撮像された対象物、ヒト又はＲＯＩの正確な３次元画像を再構成するため、新規再構成技術を用いることができる。
【００１７】
検出器のピクセルで重複する２つ又は複数のＸ線のそれぞれに起因する強度の１つ又は複数の推定値を用い、ＲＯＩの３次元表示を生成するため、処理装置をさらに配置してよい。
【００１８】
このシステムは処理装置に動作可能に結合されたディスプレイをさらに含んでよく、このディスプレイはＲＯＩの３次元表示の１つ又は複数の２次元図を表示するために配置される。
【００１９】
複数のＸ線発生源は、分散型発生源アレイの２つ又は複数のエミッタ要素を含んでよい。ＲＯＩを複数の３次元非重複ボクセルにボクセル化し；各該ボクセルに起因する減衰係数を推定し；各該ボクセルに起因する推定された減衰係数に基づき、ＲＯＩを複数の３次元非重複ボクセルに再ボクセル化するため、処理装置をさらに配置してよい。
【００２０】
停止基準まで該再ボクセル化を繰り返すために、処理装置をさらに配置してよい。圧縮センシングアルゴリズムを用い、各ボクセルに起因する該減衰係数を推定するために、処理装置をさらに配置してよい。
【００２１】
圧縮センシングアルゴリズムは、推定された減衰係数に適用される、最適化及び線形化アルゴリズム、フォワードバックワード分離アルゴリズム、又はその組合せの、少なくとも１つを含んでよい。
【００２２】
複数のＸ線発生源及び検出器それぞれは、Ｘ線発生源及び検出器の相対位置を決定するために配置される、１つ又は複数のセンサを含んでよい。
【００２３】
このシステムは、Ｘ線撮像システムを操作する制御装置をさらに含んでよく、この制御装置は複数のＸ線発生源のサブセットを作動するために配置される。
【００２４】
Ｘ線に応じて電子信号を生成するために、検出器を配置してよい。信号は検出器でＸ線の強度により変わり、従って、対象物又は人による減衰（例えば、Ｘ線強度の吸収又は弱化）の大きさを提供する。Ｘ線撮像システムは、多数の発生源のＸ線放射を含んでもよい。これらの発生源の少なくとも２つは、対象物又は人を通過した後、検出器のあるピクセルで空間的、時間的に重複するようなＸ線を放出してよい。
【００２５】
１つの実施例において、Ｘ線発生源は分散型発生源アレイにおける別々のエミッタ要素を含んでよい。重複するＸ線に起因する信号を含めた、検出器からの信号を受信する処理装置を、新規再構成技術を利用するために配置することができ、検出器で重複するそれぞれのＸ線に起因する強度を推定し、撮像された対象物又は人のＲＯＩの正確な３次元再構成を生成する。当業者に理解されるように、ピクセルは、検出器の他の要素と区別することができる信号を作製するために配置される検出器内の別々の要素又はセンサを表す。
【００２６】
第２の態様において、関心領域（ＲＯＩ）に送達され、検出器のあるピクセルで空間的、時間的に重複するようなＸ線を放出するために、２つ又は複数の発生源を作動することと；検出器のこのピクセルに入射する重複するＸ線の強度を検出することと；検出器のこのピクセルに入射する重複するＸ線の総強度を用い、検出器のこのピクセルで重複する２つ又は複数のＸ線のそれぞれに起因する強度の推定値を生成することと、を含むＸ線画像を再構成する方法を提供する。
【００２７】
本開示の実施形態は、空間的、時間的に重複するＸ線から３次元画像を再構成する方法を含んでもよい。かかる方法に従って、対象物又は人、より具体的にはＲＯＩを通って送達され、検出器で時空的に重複するようなＸ線を放射するために、Ｘ線放射の２つ又は複数の発生源を作製してよい。その後、検出器に入射する重複するＸ線の強度を検出することができ、このように、対象物又は人による減衰の大きさを提供する。その後、検出器で重複するＸ線のそれぞれに起因する強度を推定することができ、撮像された対象物又は人のＲＯＩの３次元画像を生成することができる。新規再構成技術を利用して、各重複するＸ線の強度を推定することができる。
【００２８】
本方法は、検出器のピクセルで重複する２つ又は複数のＸ線のそれぞれに起因する強度の１つ又は複数の推定値を利用し、ＲＯＩの３次元表示を生成することをさらに含んでよい。
【００２９】
本方法は、ＲＯＩの３次元表示の１つ又は複数の２次元図を表示することをさらに含んでよい。
【００３０】
本方法は、ＲＯＩを複数の３次元非重複ボクセルにボクセル化することと；各該ボクセルに起因する減衰係数を推定することと；各該ボクセルに起因する推定された減衰係数に基づき、ＲＯＩを複数の３次元非重複ボクセルに再ボクセル化することと、をさらに含んでよい。
【００３１】
本方法は、停止基準まで、該再ボクセル化をさらに繰り返してよい。
【００３２】
本方法は、各ボクセルに起因する該減衰係数を推定するために、圧縮センシングアルゴリズムを用いることをさらに含んでよい。
【００３３】
圧縮センシングアルゴリズムは、最適化及び線形化アルゴリズム、フォワードバックワード分離アルゴリズム、又はその組合せの、少なくとも１つを含んでよい。
【００３４】
本方法は、一度に１回ずつＸ線を放射するために各発生源を作動する工程と；検出器のピクセルで重複するようなＸ線を放出するために組の発生源を作動する工程と、を含む校正を実施することをさらに含んでよい。
【００３５】
本方法は、画像取得速度、画質及びＲＯＩ範囲の少なくとも１つを最適化するために、作動する２つ又は複数の発生源を選択してＸ線を放出することをさらに含んでよい。
【００３６】
第１の態様のシステムを用いて、ここで記載された方法を行ってよい。
【００３７】
「ために配置される」という表現は、「することができる」という意味として理解してよい。
【００３８】
本発明の様々な目的、特徴、実施形態及び利点は、添付図と併せて、本開示の実施形態の以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。本概要は様々な実施形態の導入を提供するが、請求された主題の範囲を限定することを意図しない。本発明のさらなる利点は、上述の開示を考慮して、当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は本開示の態様に基づく、Ｘ線撮像システムの一例の模式断面表示である。
【図２】図２は本開示の態様に基づく、エミッタアレイの模式平面表示である。
【図３】図３は本開示の態様に基づく、Ｘ線画像を再構成する例示的な方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明は特定の図面に関して記載されるが、本発明はこれらに限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載した図面は単なる概略であり、限定するものではない。各図面は本発明の特徴のすべてを含まず、従って必ずしも本発明の実施形態になると見なされるべきではない。図面において、一部の要素のサイズは誇張される場合があり、説明のため正確な縮尺ではない。寸法及び相対寸法は本発明の現実の縮写に相当しない。
【００４１】
さらに、明細書及び特許請求の範囲における第１、第２、第３などの用語は、類似の要素間を区別するために用いられ、時間的に、空間的に、ランク順に、又は任意の他の方法で順番を記載するために用いられるとは限らない。このように用いられる用語は適切な状況下で交換可能に用いられること、ここで記載又は説明されたもの以外の順番で操作を行うことができることが理解されるべきである。
【００４２】
さらに、明細書及び特許請求の範囲における最上部、底部、上に、下になどの用語は、便宜的に用いられ、相対位置を記載するために用いられるとは限らない。このように用いられる用語は適切な状況下で交換可能に用いられること、操作はここで記載又は説明されたもの以外の方向で行うことができることが理解されるべきである。
【００４３】
特許請求の範囲で用いられる「を含む」という用語は、その後列挙される手段に制限されると解釈されるべきではないことが留意され、他の要素又は工程を排除しない。このように、記載したような所定の特徴、整数、工程又は成分の存在を明記するとして解釈されるべきであるが、１つ又は複数の他の特徴、整数、工程もしくは成分又はその群の存在もしくは添加を除外しない。このように、「手段Ａ及びＢを含む装置」という表現の範囲は、構成要素Ａ及びＢのみからなる装置に限定されるべきではない。本発明に関し、ただ単にこの装置の関連構成要素にＡ及びＢがあることを意味する。
【００４４】
同様に、明細書で用いられる「結合される」という用語は、直接結合のみに制限されるものとして解釈されるべきではないことに留意する。従って、「装置Ｂに結合される装置Ａ」という表現の範囲は、装置Ａの出力が装置Ｂの入力に直接結合される装置又はシステムに限定されるべきではない。Ａの出力及びＢの入力間の経路が存在することを意味し、この経路は他の装置又は手段を含む経路でよい。「結合される」は、２つ又は複数の要素が直接物理的又は電気接触のどちらかにあること、あるいは２つ又は複数の要素が互いに直接接触しないが、やはり互いに協力するか相互作用することを意味することができる。例えば、無線接続が意図される。
【００４５】
この明細書中の「実施形態」又は「態様」への言及は、実施形態又は態様に関連して記載される特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態又は態様に含まれることを意味する。このように、この明細書中の様々な箇所における「一実施形態において」「ある実施形態において」又は「ある態様において」という表現の出現は、必ずしもすべて同じ実施形態又は態様に言及するものではなく、異なる実施形態又は態様に言及してよい。さらに、本開示から当業者に明らかであるように、本発明の任意の実施形態又は態様の特定の特徴、構造又は特性は、１つ又は複数の実施形態又は態様において、任意の好適な方法で組み合わされてよい。
【００４６】
同様に、本明細書において、本発明の様々な特徴が、開示を合理化し、１つ又は複数の様々な発明の態様の理解を助ける目的のため、その単一の実施形態、図又は記載において、共に分類される場合があることが理解されるであろう。しかし、本開示の方法は、請求された発明が各請求項で明確に記載されるよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈されるべきでない。さらに、任意の個別の図又は態様の記載は、必ずしも本発明の実施形態とみなされるべきではない。むしろ、以下のクレームが反映するように、発明の態様は上述の開示された単一の実施形態のすべての特徴よりも少ない。このように、詳細な説明に続く請求項は、これによりこの詳細な説明に明白に組み込まれ、各請求項は本発明の別々の実施形態として独立する。
【００４７】
さらに、ここに記載されたいくつかの実施形態は他の実施形態に含まれるいくつかの特徴を含むが、異なる実施形態の特徴の組合せは、当業者に理解されるように、本発明の範囲内にあり、さらなる実施形態を形成することを意味する。例えば、以下の請求項において、請求された実施形態のいずれかは、任意の組合せで用いることができる。
【００４８】
ここで提供される記載において、多数の特定の詳細が明記される。しかし、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細が無くても実施することができることが理解される。他の例において、周知の方法、構造及び技術は、本記載の理解を妨げないよう、詳細には示されていない。
【００４９】
本発明の論考において、反対に述べられない限り、パラメータの許容範囲の上限又は下限の代替値の開示は、該値の１つが他よりも非常に好ましいという指示に加えて、該代替値のより好ましい値及び好ましくない値間にある該パラメータの各中間値それ自体が、該好ましくない値よりも好ましく、また該好ましくない値及び該中間値間の各値よりも好ましいという暗黙の提示として理解されるべきである。
【００５０】
「少なくとも１つ」という用語の使用は、ある特定の状況下における１つのみを意味することができる。「任意の」という用語の使用は、ある特定の状況下における「すべて」及び／又は「各」を意味することができる。
【００５１】
以下、本発明の原理は、本発明の例示的な特徴に関する少なくとも１つの図の詳細な記述により説明される。本発明の基本的概念又は技術的教示から逸脱することなく、当業者の知識により、他の配置を構成することができることは明らかであり、本発明は添付の請求項の条件によってのみ限定される。
【００５２】
詳細な説明
図１は本開示の態様に基づく、Ｘ線撮像システム１００の一例を示す。図に示すように、Ｘ線撮像システム１００は、分散型発生源アレイの２つ以上のエミッタ要素など、Ｘ線放射の２つ以上の発生源１１０を含んでよい。
【００５３】
コリメータ（図示せず）は、各発生源１１０に隣接して位置し、各発生源１１０により放出される各Ｘ線放射ビーム１３０の大きさ及び形状を画定するために用いることができる。典型的な使用において、Ｘ線ビーム１３０は円錐形でよく、従って小円錐を形成する。あるいは、発生源１１０は様々な他の形状のＸ線ビーム１３０を放出してよい。「小円錐」は、単一のエミッタによるＸ線放射の一般的な包絡円錐を指すことができる。この用語は、単一のエミッタの放射をエミッタの全アレイのものと区別するために用いることができる。
【００５４】
図２を参照し、本開示のある実施形態において、発生源１１０はＦＥＥなどの分散型発生源アレイの一部を形成することができる。一例において、分散型発生源アレイ２００は、複数の分離した個別のエミッタ要素を含んでよく、各エミッタ要素はＸ線放射の発生源１１０である。図に示すように、各発生源１１０をその中心が正三角形のグリッドのノード点にある状態で配置することができるため、各発生源１１０をエミッタアレイ２００中に（垂直及び水平に）等しい間隔で置くことができる。あるいは、発生源１１０を様々な他の形状で配置してよい（例えば、正方形、長方形又は六角形などの様々なグリッドパターンから構成される、ｙ軸よりもｘ軸で間隔を置いて配置される、あるいはランダム又は擬似ランダムに分配される）。
【００５５】
Ｘ線撮像システム１００は１つ又は複数の検出器１４０を含んでもよい。検出器１４０は、検出器１４０に衝突するＸ線ビーム１３０の強度を表す電気信号を作製する要素を含んでよく、従って対象物１６０に起因する減衰（例えば、Ｘ線強度の吸収又は弱化）の大きさを提供する。ここで論じられるように、これらの電気信号は対象物１６０のスキャンされた部位に起因する減衰の大きさを提供するため、電気信号を処理して、対象物１６０のＲＯＩの３次元再構成を生成することができる。本開示のある実施形態において、検出器１４０を複数の検出器ピクセル（又はセンシングダイオード）から形成することができ、それぞれの検出器ピクセルを、衝突するＸ線ビーム１３０の強度を表す電気信号を作製するために配置することができる。
【００５６】
図１に示すように、使用時、ＲＯＩの少なくとも１つの照射又はスキャンが、検出器１４０で少なくとも２つの異なる発生源１１０から放出されるＸ線ビーム１３０の時空的な重複を含むように、Ｘ線撮像システム１００を構成してよい。この構成は、様々な方法で達成することができる。例えば、制御装置１８０は発生源１１０に動作可能に結合され、従って発生源１１０のサブセットを選択的に作動するために用いることができる。一態様において、制御装置１８０は、各個別の発生源１１０に与えられるパワーを制御するために構成されてよい。このようにして、制御装置１８０は放出点を作動することができ、発生源１１０のサブセットを作動してＸ線ビーム１３０を放出することができ、重複する発生源１１０を選択することもできる。
【００５７】
Ｘ線撮像システム１００は処理装置１５０を含んでもよい。処理装置１５０は１つ又は複数のプロセッサ、コンピュータ、ＣＰＵ又は類似のデバイスを含んでよく、検出器１４０に入射するＸ線ビーム１３０の強度など、画像情報を処理するために構成されてよい。例えば、検出器１４０に衝突するＸ線ビーム１３０の強度に相当する電子信号など、検出器１４０からのデータを受信するため、処理装置１５０は検出器１４０に動作可能に結合されてよい。
【００５８】
検出器１４０で共に測定されたＸ線ビーム１３０の時空的重複に起因する減衰を解析するために、処理装置１５０を構成して（ここで述べたような）１つ又は複数のプロセスを実行してもよい。発生源１１０及び検出器１４０の相対位置、例えば所定の照射において作動される各発生源１１０、及びＸ線ビーム１３０の強度を表す電子信号を発する一部の検出器１４０（例えば検出器ピクセル）の位置、を認識することにより、処理装置１５０は、検出器１４０から受信した電子信号をＲＯＩ中の様々な点の減衰を表す３次元データアレイに変換することができる。
【００５９】
本開示のある態様において、処理装置１５０は対象物１６０、より詳細には対象物１６０のＲＯＩを３次元非重複体積要素、つまりボクセルに分割することができる。その後、対象物１６０の一部により占められるものとして、及び均質物質で構成されるものとして、処理装置１５０は各ボクセルをモデル化することができる。均質物質の減衰係数（どれだけ容易にＸ線がボクセル内の物質を通過するかの特性を示す）は単一のデータ点を表す。その後、処理装置１５０はベクトルと呼ばれるアレイにすべてのこのようなデータ点を集めることができる。
【００６０】
処理装置１５０は、モデル化したベクトルを、検出器１４０に衝突するＸ線ビーム１３０の強度に相当する検出器１４０から受信した電子信号と比較することができる。このようにして、処理装置１５０は、各ボクセルのモデル化された減衰を、各ボクセルに起因する検出された減衰と比較することができる。その後、処理装置１５０は、実際の測定値に基づきモデル化されたベクトルを繰り返し洗練するために、圧縮センシング方法に基づく再構成アルゴリズムを利用することができる。次に、このような反復の結果を用いて、ＲＯＩの３次元モデルを再構成することができる。
【００６１】
図１を参照し、Ｘ線撮像システム１００はメモリ１７０を含んでもよい。メモリ１７０は処理装置１５０の一部でよく、あるいは処理装置１５０に動作可能に結合されてよい。メモリ１７０は、処理装置１５０によりその後処理するため、１回又は複数のＸ線スキャン中に取得されるデータを保存することができる。例えば、典型的な使用において、対象物又は患者に、短い一連のＸ線照射（１〜５０照射、例えば５〜１０照射）を行い、各照射中に測定される減衰など、これらの照射からのデータをメモリ１７０に保存した後、ここで論じられるような画像再構成を洗練するために処理するか又は用いることができる。
【００６２】
記載の通り、対象物１６０のＲＯＩの一部に起因する減衰を決定するためには、各発生源１１０及び検出器１４０、つまり検出器ピクセルの相対位置（距離及び方向）がわかっていなければならない。固定設置の場合、必要とされる測定は設置時に行われ、日常保守中に確認される場合がある。あるいは、機械的測定によるものを含めた、いくつもの他の方法で相対位置を決定してよい。
【００６３】
本開示のある態様において、Ｘ線撮像システム１００は、検出器１４０に対する発生源１１０及び／又はその反対の相対位置を決定するために配置される１つ又は複数のセンサ１９０を含んでよい。センサ１９０は近接センサの任意の種類でよく、各発生源１１０及び検出器１４０間の距離を決定するために使用することができる。この距離を用いて、対象物１６０を撮像する際に使用する発生源１１０の好適なサブセットを選択することができる。例えば、操作者又はＸ線技師は制御装置１８０を利用し、対象物１６０のＲＯＩを選択することができる。本開示のある態様において、その後、ＳＯＤの範囲を（例えば処理装置１５０により）事前に計算し、製造された発生源１１０の固定ピッチ及びコリメーション角、並びに撮像されるＲＯＩに基づき、操作者に提供することができる。操作者又はＸ線技師は、ＳＯＤの特定の範囲内に検出器１４０を位置させてよい。その後、センサ１９０は、発生源１１０及び検出器１４０間（あるいは発生源１１０及び対象物１６０間）の距離を測定することができる。検出器１４０の１つ又は複数のピクセルで時空的に重複する２つ以上の発生源１１０を含めた、発生源１１０のサブセットを（例えば処理装置１５０により）計算することができ、画像取得速度、画質及び／又はＲＯＩ範囲を最適化する。本開示の目的のため、空間的、時間的重複（又は時空的重複）は、２つ又は複数のＸ線がサンプリング時間間隔内で検出器のあるピクセルに入射する場合を含んでよい。
【００６４】
Ｘ線撮像システム１００は、視覚化ワークステーション及びディスプレイ１２０を含んでもよい。視覚化ワークステーション及びディスプレイ１２０は処理装置１５０に動作可能に結合されてよく、対象物１６０のＲＯＩの再構成された３次元画像を観察するために用いることができる。例えば、視覚化ワークステーション１２０は、処理装置１５０により決定される３次元データアレイを、ＲＯＩの１つ又は複数の内部ビュー（例えば２次元スライス）に変換するために計算を行い、操作者又はＸ線技師に表示することができる。
【００６５】
図３は本開示の態様に基づく、Ｘ線画像を再構成する例示的な方法を示すフローチャートである。この方法は工程５０１で開始し、エア校正（又はエアショット）などの校正手順は、空気減衰、各発生源１１０の空間的変動、検出器１４０の感度変化を相殺する手段、検出器１４０の不良ピクセルを補う手段などとして実施されてよい。検出器１４０の応答における非線形性を理解し、必要であれば補うため、校正データをさらに用いてよい。従来のデジタル検出器は線形である（例えば、入力フラックスが２倍であると２倍の信号出力を作製する）が、入射角が異なる場合、これは当てはまらない。
【００６６】
本開示のある態様において、２段階校正を実施してよく、これにより一度に１つずつ各発生源１１０が作動され、続いて発生源１１０を群又は組で作動することができ、少なくとも２つのＸ線ビーム１３０は検出器１４０で時空的に重複する。このような２段階校正はすべての可能性のある電位変動を除去することはできないが、与えられた状況における主な応答の問題を相殺することができる。
【００６７】
図３に示す方法の最初の工程（例えば工程５０２の前）として、この校正を行ってよい。あるいは、このような校正は、図３に示す方法を実施する直前に行う必要はなく、代わりに定期的に（例えば、毎日又は毎週）行い、性能変動（例えば、温度による）又は腐食（例えば、経年劣化、Ｘ線照射又は物理的損傷による）を捉えることができる。ここに記載される再構成アルゴリズムを調節するために、この校正結果を用いることができ、このような校正によるデータをメモリ１７０に保存し、処理装置１５０により後で処理することができる。
【００６８】
図３を参照し、校正結果が許容限界内であり、任意の構成変更又は修正された測定値が記録されていることを前提に、１つ又は複数のデータ取得手順を実施してよい（工程５０２〜５０５）。最初の事項として、工程５０２で対象物（又は人）１６０の３次元ＲＯＩを選択する。本開示を考慮して当業者に理解されるように、操作者又はＸ線技師により制御装置１８０を用い、あるいは様々な方法で、この選択を実施することができる。選択されたＲＯＩ、発生源１１０のピッチ及びコリメーション角、並びにＳＯＤに基づき、ＲＯＩを撮像するために用いられる発生源１１０の一群又はサブセットを、工程５０３で選択してよい。ＲＯＩ幾何、ピッチ及びコリメーション角、並びにＳＯＤを考慮に入れる幾何学的計算を用いて、画像取得速度、画質及び／又はＲＯＩ範囲の１つ又は複数を最適化することができる。
【００６９】
図示していないが、本開示の一態様において、製造された発生源１１０の固定ピッチ及びコリメーション角に基づき、ＳＯＤの範囲を計算することができ、操作者又はＸ線技師に提供される。その後、操作者は、発生源１１０及び検出器１４０間の計算されたＳＯＤの範囲内に、対象物１６０を位置させることができる。その後、発生源１１０及び検出器１４０間の距離を例えばセンサ１９０により、又は機械的に測定することができる。あるいは、発生源１１０及び検出器１４０を固定させてよく、又は可動性であれば、Ｘ線スキャンプロセスを通して常に相対位置がわかる方法で動くように設計してよい（例えば、発生源１１０及び／又は検出器１４０が既知のパターンで動く）。
【００７０】
工程５０４で、工程５０３で選択された発生源１１０の群又はサブセットを作動し、選択されたＲＯＩ（工程５０２）に、一連のＸ線照射を行うことができる。その後、（対象物１６０通過後）検出器１４０に衝突するＸ線ビーム１３０の強度の局所変動を工程５０５で測定することができ、このように対象物１６０に起因する減衰の大きさを提供する。工程５０５で測定された減衰を、例えばメモリ１７０に、あるいは処理装置１５０に保存してよい。これらの減衰測定値を以前のスキャンから（例えば、発生源１１０の一群又はサブセットの以前の作動から）得られた減衰測定値に加えることができる。このプロセスを十分な生データが取り込まれるまで繰り返し、このデータをＲＯＩの所望の画像に変換することができる。
【００７１】
次に、ブロック５０６から５０７を参照し、対象物１６０のＲＯＩの３次元表示を再構成するために、反復再構成プロセスを実施することができる。その後、ＲＯＩをボクセルと呼ばれるｎ個の３次元非重複体積要素にさらに分割することができる（工程５０６）。このようなボクセルを定義（又は再定義）するプロセスを、ボクセル化（又は再ボクセル化）と呼ぶことができる。隅々まで均質の放射吸収特性（例えば同じ減衰係数）を有するものとして、各ボクセルをモデル化することができる。このように、各ボクセルは単一のサンプル又はデータ点（例えば単一の減衰係数）を表す。このようなすべてのデータ点をベクトルと呼ばれるアレイに集めることができる。このボクセル化プロセスを、本開示を考慮して当業者により理解されるように、処理装置１５０により、あるいはいくつもの他の手段により行うことができる。
【００７２】
ここで論じられるような圧縮センシング方法は、２つ以上の時空的に重複するＸ線ビームのそれぞれに起因する強度を決定するために配置され、工程５０５で得られた有効データに最も適合する一連の減衰係数を決定するために用いることができる。このようにして、その後、所定の最適性条件（例えば所望の解像度）を達成するなど、停止基準が満たされるまで、ボクセル化を反復して洗練すること（工程５０６及び５０７を繰り返すこと）により、好適なボクセル化を決定することができる。特定のボクセル化に関する減衰係数を決定するために用いられる圧縮センシング方法は、通常１回又は複数の反復を含むため、言及しやすいように、各連続するボクセル化の洗練を外部反復と呼び、一方、（各特定のボクセル化内の）各連続する圧縮センシング方法の反復を内部反復と呼ぶ。
【００７３】
ブロック５０７を参照し、ボクセル化（又は再ボクセル化）後、圧縮センシング方法を用い、時空的に重複するＸ線に起因する強度測定値を解析し、このようにして各ボクセルを占める物質に起因する減衰、より詳細には減衰係数を決定することができる。圧縮センシングは数学的技術であり、画像中のスパースを活用して、他の方法で必要とされるよりも少ない測定値から再構成することができる。この技術は基底追跡問題と呼ぶこともできる。従来の基底追跡問題は、解を無限に有する劣決定線形系に関し、このうち、非ゼロのエントリが最も少ない解を見出すことを目的とする。数学的に、この概念は、数式２として表すことができ、ここで｜・｜は集合の濃度、つまり元の数を示し、Ａはｍｘｎ行列であり、ｂはサイズｍのベクトルである。ここで、ｍは測定値数であり、ｎはボクセル数であり、χは減衰係数のベクトルであり、χｉはｉ番目のボクセルの減衰係数である。
【００７４】
【数２】
2019524231.tif 000004
制約条件：
2019524231.tif 000005
【００７５】
異なる発生源１１０からの２つ以上のＸ線ビーム１３０が検出器１４０で重複する場合、このような重複するＸ線からの測定値は（非重複Ｘ線であるように）線形にはならない。代わりに、２つのＸ線ビーム１３０が検出器１４０、より詳細には検出器１４０のあるピクセルで重複するなら、測定値ｊでの減衰は、数式３となり、ここで、右辺の２つの項のそれぞれは１つのＸ線ビーム１４０に起因する測定値に相当し、ＩＥｊｋはエミッタ（又は発生源）ｋでの放射に相当し、ＩＤｊは検出器ｊでの放射に相当し、ξｉｊｋは、ｋ番目の発生源１１０からｉ番目のボクセルまで発散するＸ線ビーム１３０により伝わる距離を示す。検出器１４０のｊ番目のピクセルで重複するｐｊＸ線について、より一般的な式は、数式４である。
【００７６】
【数３】
2019524231.tif 000006
（１）
【００７７】
【数４】
2019524231.tif 000007
（２）
【００７８】
１つの手法においては、［０，１］区間で十分に近似する正の２数(数式５)及びλに関して、我々が数式６を有すると仮定し、測定値の非線形性を否定することにより、非線形制約（２）を線形化することができる。重複するＸ線ビーム１３０の観点から、制約（２）は、数式７に簡約され、ここで、係数
2019524231.tif 000008
は凸結合の重み、つまり正であり合計１となる（数式８）。対数を右辺に適用すると、線形制約（数式９)、が得られ、又はＡχ＝ｂであり、ここで、ｂはｂｊのベクトルであり、Ａは距離
2019524231.tif 000009
の負の凸結合からなる行列であり（数式１０）、ｐｊは測定値ｊで重複するＸ線発生源の数を示す。Ａは、連続する照射から生じる相当する線形観測行列Aの圧縮として解釈することができる（数式１１、１２）。上記は非線形観測の第１の線形近似を提供する。しかし、重複するＸ線ビーム１３０に沿った減衰の差に応じて、（４）の２項はこの簡約化を正当化するには違いすぎる場合がある。
【００７９】
【数５】
2019524231.tif 000010
【００８０】
【数６】
2019524231.tif 000011
【００８１】
【数７】
2019524231.tif 000012
（３）
【００８２】
【数８】
2019524231.tif 000013
【００８３】
【数９】
2019524231.tif 000014
（４）
【００８４】
【数１０】
2019524231.tif 000015
【００８５】
【数１１】
2019524231.tif 000016
【００８６】
【数１２】
2019524231.tif 000017
（５）
【００８７】
従って、各測定値ｊについて、線形化を決定するパラメータτｊは繰り返し推定される場合がある。その後、これらのパラメータに基づき、対応するモデルを最適化することができる。
2019524231.tif 000018
【００８８】
数式１３が数式１４の比率として定義されるような２値ａｋ＞０（ｋ＝１，．．．，ｐ）及び凸結合重みλｋ＞０（ｋ＝１，．．．，ｐ）について、対数関数の凹性のため、すべてａｋ＜１であるとき、τ（ａ，λ）＜１が保持される。この概念を測定値（３）に適用することにより、測定値ｊで重複するｐｊＸ線コーンの比率τｊ（χ）は、数式１５により与えられる。このように、以下の数式１６は制約（２）のために得られ、以前の通り、ｂｊ＝ｌｏｇ（ψｊ）である（数式１７、１８）。ここで、行列Ａのエントリである（数式１９）。対角行列τ＝ｄｉａｇ（τ１，．．．，τｍ）（１１）を導入すると、制約τＡχ＝ｂ（１２）を与える。上述に基づき、以下の再構成（最適化及び線形化）アルゴリズムを式で表すことができ、測定されたＸ線の集合を、該当するベクトル測定値ｂと共に、Ｘ線の交差長及びボクセルの疎行列Ａで表すことができ、ここで、ｍ（測定値数）はｎ（ボクセル数）よりも相当少なくてよい。疎行列及びベクトル測定値を組み立てると、以下が解かれ、ベクトルχが十分に収束するまで、ｔ＝１，２，．．．に対して、繰り返し洗練される。
【００８９】
【数１３】
2019524231.tif 000019
【００９０】
【数１４】
2019524231.tif 000020
（６）
【００９１】
【数１５】
2019524231.tif 000021
（７）
【００９２】
【数１６】
2019524231.tif 000022
（８）
【００９３】
【数１７】
2019524231.tif 000023
（９）
【００９４】
【数１８】
2019524231.tif 000024
（１０）
【００９５】
【数１９】
2019524231.tif 000025
【００９６】
１．アップデートχ：
【００９７】
【数２０】
2019524231.tif 000026
【００９８】
ここで、μ＞０は正則化パラメータであり、スパース事前分布及びデータ忠実度項間の均衡をとる。スパース事前分布｜｜χ｜｜ｓはＬ１ノルム、全変動ノルム又はこの２つの凸結合である。
【００９９】
２．アップデートτ：
【０１００】
【数２１】
2019524231.tif 000027
【０１０１】
【数２２】
2019524231.tif 000028
【０１０２】
初期化を行い、以下をまず計算することができる。
０．χ＝ＡＴｂ，τ＝Ｉ、ここで、Ｉはｍｘｍ単位行列である。
【０１０３】
下記は、重複を伴う再構成問題を解く代替法である。（２）を参照し、ベクトルχのスパース再構成の関心を再度仮定すると、Ｌ１の事前分布を用いる最小化は、数式２３を与え、測定値は数式２４である。係数−ξｉｊｋをスパースベクトルｒｊｋで表すことができる（数式２５）。
データ制約項でノイズを考慮すると、以下の数式２６（１３）の最小２乗式が誘導される。ここで正則化パラメータμ＞０であり、これはスパース事前分布及びデータ忠実度項の均衡をとる。式（１５）は、数式２７の形の最適化問題に相当し、凸微分不可能（数式２８）、凸偏微分可能（数式２９）である。
【０１０４】
【数２３】
2019524231.tif 000029
（１３）
【０１０５】
【数２４】
2019524231.tif 000030
【０１０６】
【数２５】
2019524231.tif 000031
（１４）
【０１０７】
【数２６】
2019524231.tif 000032
（１５）
【０１０８】
【数２７】
2019524231.tif 000033
（１６）
【０１０９】
【数２８】
2019524231.tif 000034
（１７）
【０１１０】
【数２９】
2019524231.tif 000035
（１８）
【０１１１】
形（１６）の最適化問題は、ｔ＝０，１，２．．．及びχ０＝０に対して、一次フォワードバックワード分離アップデート列を用いて解することができ、数式３０。ここで収束率Ｏ（１／ｔ）及びステップサイズλ＝１／Ｌである。ｆが下半連続凸関数であり、ｇは凸微分可能であれば、アップデート列（１９）は（１６）の最小値に収束し、リプシッツ連続勾配を有する。
【０１１２】
【数３０】
2019524231.tif 000036
（１９）
【０１１３】
（１６）の例外として（１５）を最適化するために、χの初期化は、最小点(数式３１)よりも小さく保持され、これはｇが、x（数式３２）の凸偏であるためである。さらに、ステップサイズλは、数式３３がすべての反復ｔに対して保証されるように、選択されるべきである。バックトラック直線探索アルゴリズムを用い、ステップサイズλを決定することができる（例えば、数式３４）。測定値は、数式３５で与えられ、ここで、数式３６であり、従って、直線探索を数式３７により制約することができる。これは、数式３８に必要であるが、十分な条件ではない。
【０１１４】
【数３１】
2019524231.tif 000037
【０１１５】
【数３２】
2019524231.tif 000038
【０１１６】
【数３３】
2019524231.tif 000039
【０１１７】
【数３４】
2019524231.tif 000040
【０１１８】
【数３５】
2019524231.tif 000041
【０１１９】
【数３６】
2019524231.tif 000042
【０１２０】
【数３７】
2019524231.tif 000043
（２０）
【０１２１】
【数３８】
2019524231.tif 000044
【０１２２】
上述に基づき、以下の第２の再構成（フォワードバックワード分離）アルゴリズムが式で表され、ＲＯＩ（又はＲＯＩの一部）の３次元再構成を生成するために用いることができる。ブロック５０５で得られた測定値に基づき、以下を組み立てることができる。
【０１２３】
【数３９】
2019524231.tif 000045
【０１２４】
【数４０】
2019524231.tif 000046
【０１２５】
【数４１】
2019524231.tif 000047
【０１２６】
【数４２】
2019524231.tif 000048
【０１２７】
【数４３】
2019524231.tif 000049
【０１２８】
次に、初期化χ０＝０を実施し、以下を解し、ｔ＝１，２，などに対して反復して洗練することができる。
１．探索方向を計算する(数式４４)
２．バックトラック直線探索(数式４５)
３．アップデートχ：(数式４６)
４．停止基準（数式４７）
【０１２９】
【数４４】
2019524231.tif 000050
【０１３０】
【数４５】
2019524231.tif 000051
【０１３１】
【数４６】
2019524231.tif 000052
【０１３２】
【数４７】
2019524231.tif 000053
【０１３３】
シミュレーション及び実際の測定値の両方を用いた実験結果は、ここで開示された再構成アルゴリズムが線形制約から再構成の精度を著しく改善することを示している。このような実験は、本方法が平均重複〜２までの連続する（非重複）照射とほぼ同じ画質を再現するために配置され、同時にＳＯＤ及びエミッタコリメーション角に関して、堅牢さを高度に増し、画像取込み時間が増すことを示している。言い換えれば、概して、検出器１４０のピクセル当たりの時空的なＸ線重複が２つ以下の発生源１１０に起因する場合、本方法は最適な結果を提供する。典型的な使用において、検出器１４０のピクセルのサブセットは１つ以下のＸ線ビーム１３０を検出するため、本方法は、ピクセルの第２のサブセットが、２個超の発生源１１０による時空的に重複するＸ線を検出することができる構造を可能にする。
【０１３４】
工程５０７を再度参照し、各内部反復（例えば、圧縮センシングアルゴリズムを解し、反復して洗練する）の終わりに、次の外部反復を実施してよい（工程５０６）。各次の外部反復において、工程５０７で決定される減衰係数に基づき、以前のボクセル化の各ボクセルを変更することができる。例えば、測定された減衰により合わせるため、ボクセルをより小さいボクセルにさらに分割するか、あるいは２つ以上の隣接するボクセルを単一のボクセルにまとめてよい。停止基準（例えば、所望の画像解像度）まで、ボクセル化を反復して改良することにより、最適なボクセル化を得ることができる。
【０１３５】
反復ループ（工程５０６及び５０７）の終わりに、ＲＯＩ対象物１６０の３次元グラフィック表示を作製するため、各ボクセルから導かれた結果として得られるχ（減衰係数）値を用いることができる。３次元画像、より一般的には一連の２次元「スライス」（例えばｚ軸に沿った）として、このグラフィック表示を表示することができる（工程５０８）。このようにして、操作者又はＸ線技師により、ＲＯＩを検査することができる。
【０１３６】
特に、上述の方法は説明のために順序立てた工程で示されているが、単なる例である。記載される工程を列挙した順番で実施する必要はない。さらに、各列挙した工程をやはり本開示に合わせて実施する必要はない。
【０１３７】
本開示を考慮して当業者に理解されるように、ここで記載される実施形態は、非重複状態を排除することが堅牢なシステム構造を可能にするため、従来のシステムの設計制限を克服することができる。例えば、非重複状態の緩和は、厚い対象物のトモシンセシスの場合に特に有用となり得る。このような場合に、対象物の最上面でＸ線の適用を完全に行うために、通常、Ｘ線ビームのコーン又はファン形状により、対象物の底面でかなりの重複がある。従来のシステムはこのような重複に対処することができないため、このような対象物の最上面は、対象物の底面と比較して、通常アンダーサンプリングが行われる（従って不明瞭である）。本発明の実施形態はＸ線重複を認めているため、このような対象物の最上面でより高いサンプリングを行うことができ、このようにしてより鮮明な画像を作製することができる。
【０１３８】
また、医学的応用においては、患者の動作により連続照射の全持続時間が限定される（通常０．１秒まで）が、従来のシステムは、ｘ−ｙ平面（検出器の平面）及びｚ方向（ｘ−ｙ平面に直角方向）において達成可能な解像度を両立させなければならない。ｚ方向の解像度を増すためには、鈍いコリメーション角を用いなければならない。これは重複を避けることを困難にし、許容される時間限界（例えば、０．１秒）で行われる照射はより少なくなる。ｘ−ｙ平面の解像度を高める鋭角、及びｚ方向の画像解像度を高める鈍角と時間的に重複する方法で、発生源１１０（又はエミッタ）が鋭、鈍コリメーション角と混合することができるようにすることで、本開示の実施形態はこの制約を克服する。
【０１３９】
さらに、医療機関又は臨床環境において、発生源１１０及び検出器１４０が適当に調整されず（例えば、発生源のピッチ及びヨーが検出器と同一平面上にない）、他の方法で許容されるＳＯＤでさえＸ線重複を引き起こす場合がある。本開示の実施形態の重複に耐える能力はこの懸念を排除し、患者にＸ線を照射するような方法においてより柔軟である。例えば仰臥位の患者をベッドの足部から撮像することができ、患者の上に重い発生源を吊り下げる必要がない。
【０１４０】
本開示の実施形態は、異なるＲＯＩを扱うことに関して、従来のシステムよりも著しい利点も有する。ＲＯＩの面積が検出器に類似する場合、Ｘ線重複は、追加の発生源１１０又はエミッタを必要とすることなく、ＲＯＩの端部をよくサンプリングし、操作速度も高める。従来のシステム（Ｘ線重複を許容することができない）において、端の発生源又はエミッタ（例えば、従来のエミッタパネルにおけるエミッタの外側の横列及び縦列）は、通常ＲＯＩの小さい部分をカバーする。エミッタ、より詳細には異なるエミッタからのＸ線は重複することができないため、これにより操作者又はＸ線技師は端のエミッタを別々に作動させ、従って本開示の実施形態下で必要であるよりも多くのスキャンを実施する必要がある。
【０１４１】
ＲＯＩが検出器と比べて小さい場合、本開示の実施形態は、異なるエミッタからのＸ線が重複して、ＲＯＩ全体を効果的にカバーするため、取得時間を効果的に半減することができる。このようにして、操作者又はＸ線技師は迅速に一連の画像を取得することができ、従ってモーションアーチファクト数を軽減する。動作がより大きな懸念となることがあり、身体の厚みがより小さい子供又は痩せた患者の場合、この特徴は特に有益である。
【０１４２】
本開示の実施形態は上に記載されているが、本発明は上述の内容により限定されるべきでないことは理解されるべきである。反対に、上述の明細書、図面及び要約は説明のために記載されており、本発明を限定する意図はない。むしろ、本開示を考慮して当業者が認識するように、本発明の範囲及び趣旨を逸脱することなく、上述の内容に様々な変更を加えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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