(57)【要約】画像化装置およびそれに関連する方法には、第１の軌道で放射ビームを投射する放射源と、この放射源から離れて配置され、前記第１軌道の放射ビームを受信する位置に配置された検出器と、前記放射源と検出器の間にあり、その一部分を放射源からの放射ビームが検出器に受信される前に通過する画像化領域と、前記検出器を、前記第１軌道とほぼ垂直の方向の第１方向にある第２の位置に移動させる検出器位置決め装置と、前記放射ビームの軌道を変化させて、このビームを前記第２位置に配置された前記検出器に誘導するビーム位置決め装置とを備える。ビーム位置決め装置により、ビームの軌道が移動する検出器の経路に追従可能になり、それにより、通常、目標対象物のうちの、所定のいずれかの時点において検出器の視野内にある領域のみが有害な放射にさらされるだけになり、放射線量の安全かつより効果的な利用が可能になる。
2005527800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軌道で放射ビームを投射する放射源と、
前記放射源から離して配置され、かつ前記第１軌道の放射ビームを受信する位置に配置された検出器と、
前記放射源と前記検出器の間にある領域であって、この領域の一部分を前記放射源からの放射ビームが通過後、前記検出器に受信される、画像化領域と、
前記検出器を、前記第１軌道にほぼ垂直な方向に向かって第２の位置に移動させる検出器位置決め装置と、
前記放射ビームの軌道を変化させて、このビームを前記第２位置に配置された検出器に誘導するビーム位置決め装置と、を備えた画像化装置。
【請求項２】
請求項１において、前記検出器が円弧に沿って移動する画像化装置。
【請求項３】
請求項１において、前記検出器が直線に沿って移動する画像化装置。
【請求項４】
請求項１において、前記検出器が２次元検出器である画像化装置。
【請求項５】
請求項４において、前記検出器が２次元平板型検出器である画像化装置。
【請求項６】
請求項１において、前記放射源がＸ線源である画像化装置。
【請求項７】
請求項１において、前記画像化領域が画像化される対象物を受け入れるように構成され、前記対象物が、前記検出器が移動可能である少なくとも一方向において、前記検出器の視野範囲よりも大きい画像化装置。
【請求項８】
請求項１において、前記検出器位置決め装置が、位置決め装置枠およびこの位置決め装置枠内で前記検出器を移動させるモータを備えている画像化装置。
【請求項９】
請求項１において、前記検出器位置決め装置が、レールおよびこのレールと係合して移動する前記検出器を案内する少なくとも１つのベアリングを有している画像化装置。
【請求項１０】
請求項１において、さらに、移動する検出器の位置を示す位置決めフィードバック・システムを備えている画像化装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記位置決めフィードバック・システムが、直線エンコーダ・テープおよび読取りヘッドを有している画像化装置。
【請求項１２】
請求項１０において、前記位置決めフィードバック・システムが、回転エンコーダおよび摩擦車を有している画像化装置。
【請求項１３】
請求項１において、前記検出器が、半径の中心が前記放射源の焦点にある円弧に沿って移動する画像化装置。
【請求項１４】
請求項１において、前記ビーム位置決め装置がビームを誘導することにより、前記検出器が移動しても、ビームの中心線が前記検出器の幾何的中心の方向に向けられた状態を維持する、画像化装置。
【請求項１５】
請求項１において、前記ビーム位置決め装置が、前記放射源の焦点が固定状態を維持する一方で、ビームを複数の軌道に誘導する画像化装置。
【請求項１６】
請求項１において、前記ビーム位置決め装置が、前記放射源を傾斜させる傾斜システムを有している画像化装置。
【請求項１７】
請求項１６において、前記傾斜システムが、前記放射源の焦点を中心として前記放射源を傾斜させる画像化装置。
【請求項１８】
請求項１６において、前記傾斜システムが、一端が傾斜可能な放射源に、他端が支持体に接続されたリニア・アクチュエータを有し、このアクチュエータの長さによって前記放射源の傾斜角度が決められる画像化装置。
【請求項１９】
請求項１６において、前記傾斜システムが、前記Ｘ線源に連結されたモータ駆動式プーリを有している画像化装置。
【請求項２０】
請求項１において、前記ビーム位置決め装置が可動コリメータを有し、このコリメータの位置によってビームの軌道が決められる画像化装置。
【請求項２１】
請求項１において、さらに、前記放射源および前記検出器を前記画像化領域内の対象物に対して回転させる手段を有している装置。
【請求項２２】
請求項２１において、前記回転させる手段が機械化ロータを有し、このロータ上に前記放射源および前記検出器が取り付けられている画像化装置。
【請求項２３】
請求項２２において、さらにＯ字形のガントリを有し、このガントリの内側で前記機械化ロータが回転可能である画像化装置。
【請求項２４】
請求項２１において、前記回転させる手段が、前記対象物を前記放射源および前記検出器に対して回転させるためのターンテーブルを有している画像化装置。
【請求項２５】
請求項１において、前記検出された放射を利用して、前記画像化領域内の対象物の２次元平面画像を得る画像化装置。
【請求項２６】
請求項１において、前記検出された放射ビームを利用して、前記画像化領域内の対象物の３次元コンピュータ断層撮影再構成画像を得る画像化装置。
【請求項２７】
放射ビームを第１の軌道で投射し、このビームが対象物の第１領域を通過して第１位置に配置された検出器に達すること、
前記検出器を、前記第１軌道にほぼ垂直な方向に向かって第２位置に移動させること、
前記ビームの軌道を変化させることにより、前記ビームが前記対象物の第２領域を通過して前記第２位置にある前記検出器に達するようにすること、を含む対象物を画像化する方法。
【請求項２８】
請求項２７において、前記検出器を円弧に沿って移動させる画像化方法。
【請求項２９】
請求項２７において、前記検出器を直線に沿って移動させる画像化方法。
【請求項３０】
請求項２７において、前記投射された放射ビームがＸ線放射ビームを含んでいる画像化方法。
【請求項３１】
請求項２７において、前記画像化される対象物が前記検出器の視野範囲よりも大きく、前記検出器を複数の位置に移動させることにより、前記対象物の全体を画像化できるようにする画像化方法。
【請求項３２】
請求項２７において、検出器が２次元検出器である画像化方法。
【請求項３３】
請求項２７において、前記検出器を、位置決め装置枠およびこの枠内で前記検出器を移動させるモータを有している検出器位置決め装置によって移動させる画像化方法。
【請求項３４】
請求項２７において、前記ビームが放射源によって投射され、前記ビームの軌道を、前記放射源を傾斜させることにより変化させる画像化方法。
【請求項３５】
請求項３４において、前記放射源を前記放射源の焦点を中心として傾斜させる画像化方法。
【請求項３６】
請求項２７において、さらに、
前記放射源および前記検出器を前記画像化領域内の対象物に対して回転させて、複数の投射角度からの画像データを得ることを含む画像化方法。
【請求項３７】
請求項３６において、前記放射源および前記検出器を複数の投射角度に回転させる画像化方法。
【請求項３８】
請求項３７において、前記放射源および前記検出器を複数の投射角度に回転させること、ならびに各投射角度において、前記検出器を移動させて前記ビームの軌道を変化させることを含む画像化方法。
【請求項３９】
請求項３８において、
第１の投射角度において、前記検出器を移動させて前記ビームの軌道を変化させること前記放射源および前記検出器を第２の投射角度へと回転させること、
前記検出器を移動させて前記ビームの軌道を変化させる工程を繰り返すこと、を含む画像化方法。
【請求項４０】
請求項２７において、前記検出された放射を利用して、対象物の２次元平面画像を得る画像化方法。
【請求項４１】
請求項２７において、前記検出された放射を利用して、対象物の３次元コンピュータ断層撮影再構成画像を得る画像化方法。
【請求項４２】
対象物を画像化するための検出器システムであって、
対象物からの放射を検出するための検出器と、
前記検出器を支持し、かつ検出器の移動経路を限定する位置決め装置枠と、
前記検出器または位置決め装置枠の少なくとも１つに取り付けられ、前記検出器を移動経路に沿って複数の位置に移動させるモータと、を備えている検出器システム。
【請求項４３】
請求項４２において、前記位置決め装置枠が、前記移動経路を限定する少なくとも１つのレールを備えており、さらに前記システムが、前記少なくとも１つのレールと係合し、前記位置決め装置枠内を移動する前記検出器を案内するベアリングを備えている検出器システム。
【請求項４４】
請求項４３において、前記モータが、摩擦車を前記位置決め装置枠の少なくとも１つのレールに対して駆動して、前記検出器を移動させる検出器システム。
【請求項４５】
請求項４２において、さらに、移動する前記検出器の位置を示す位置決めフィードバック・システムを備えている検出器システム。
【請求項４６】
請求項４５において、前記位置決めフィードバック・システムが、直線エンコーダ・テープおよび読取りヘッドを有している検出器システム。
【請求項４７】
請求項４５において、前記位置決めフィードバック・システムが、回転エンコーダおよび摩擦車を有している検出器システム。
【請求項４８】
複数の軌道で放射ビームを投射するためのシステムであって、
第１の軌道で放射ビームを投射する放射源と、
前記放射源を収容し、かつこの放射源に連結されたフレームであって、前記放射源をこのフレームに対して回転運動可能に連結しているフレームと、
前記フレームおよび前記放射源に連結され、前記放射源を前記フレームに対して回転させて前記放射ビームの軌道を変化させる電動式システムと、を備えているシステム。
【請求項４９】
請求項４８において、前記電動式システムがリニア・アクチュエータを備えており、このリニア・アクチュエータの長さによって、前記放射源の前記フレームに対する回転角度が制御されるシステム。
【請求項５０】
請求項４９において、前記放射源が、前記放射ビームの焦点を中心として回転するシステム。
【請求項５１】
請求項４８において、前記放射源がＸ線源であるシステム。
【請求項５２】
放射ビームを、対象物の第１の領域を通過して第１の位置に配置された検出器に達するように第１の軌道で投射する手段と、
前記検出器を、前記第１の道とほぼ垂直な方向にある第２の位置に移動させる手段と、
前記ビームが前記対象物の第２の領域を通過して前記第２の位置にある前記検出器に達するよう、前記ビームの軌道を変化させる手段と、を備えている画像化装置。
【請求項５３】
放射線を照射される、検出器の視野よりも大きい対象物を画像化するための装置であって、
前記検出器を異なる位置に移動させ、かつこの各位置において画像を取得するための検出器位置決め手段と、
画像化ビームの軌道を変化させることにより、前記各位置への経路に追従し、それにより、放射線量のより安全かつ効率的な利用を実現するビーム位置決め手段と、を備えている装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本発明は、２００２年３月１９日出願の米国特許仮出願第６０／３６６，０６２号に基づく利益を主張し、この米国特許仮出願の全内容は、参照により本明細書に引用したものとする。
【背景技術】
【０００２】
医療用および産業用の両者における従来のコンピュータ断層撮影においては、Ｘ線ファン・ビームおよび線形アレイ検出器を使用して、２次元アキシャル画像化を実現する。これら２次元（２Ｄ）画像の品質は高いが、一度に対象物の単一スライス像しか画像化できない。３次元（３Ｄ）のデータ・セットを得るため、一連の２Ｄ画像を、「スライス・スタック（stack of slices）」法として公知の方法で連続して取得する。この方法の欠点の１つは、一度に１つのスライスを行う３Ｄデータ・セットの取得が、本質的に低速の処理である点にある。この従来からの断層撮影技法には他の問題が存在し、それら問題には、例えば複数の断面を同時に画像化できないという事実から生じるモーション・アーチファクトや、Ｘ線投射領域の重畳に起因するＸ線放射の過剰な被爆などがある。
【０００３】
３Ｄコンピュータ断層撮影の別の技法は、コーン・ビームＸ線画像化である。コーン・ビーム形状を用いるシステムにおいては、Ｘ線源が、目標物を通して２Ｄ領域検出器領域に円錐形状のＸ線放射ビームを投射する。目標物は、Ｘ線源および検出器を静止している対象物の周りに走査円状に運動させることによって、あるいはＸ線源および検出器を静止状態に維持しながら対象物を回転させることによって、好ましくは３６０°の範囲にわたって走査される。いずれの場合においても、Ｘ線源と対象物との間の相対運動によって走査が達成される。３Ｄ画像化のための２Ｄ「スライス・スタック」法と比べ、コーン・ビーム形状は、放射線の被曝を最小にすると同時に、きわめて短時間で３Ｄ画像化を実現できる。平板型画像受像器を用いた３Ｄ容積画像データの取得のためのコーン・ビームＸ線システムの一例が、Ｒｏｏｓらの米国特許第６，０４１，０９７号明細書に記載されている。
【０００４】
しかしながら、画像化される対象物が検出器の視野よりも大きい場合（産業および医療における画像化用途において頻繁に生じる）、既存のコーン・ビーム再構成技法には大きい制限が生じる。このような状況においては、いくつかの測定投射データが、画像化対象の視野からの情報、および視野外の対象物の他の領域からの情報の両者を含んでいる。したがって、結果として得られた画像化対象の視野の画像は、重なっている物質からもたらされるデータによって劣化する。
【０００５】
画像化システムの視野よりも大きい対象物を画像化するため、いくつかの方法が提案されている。例えば、Ｅｂｅｒｈａｒｄらの米国特許第５，０３２，９９０号には、線形アレイ検出器の幅が視野に入れる対象物または対象物の一部の範囲に対して十分な幅でない場合の、対象物の２Ｄ画像化技法が記載されている。この方法は、対象物を連続的に走査し、対象物、Ｘ線源、および検出器アレイの複数の相対位置において部分データ・セットを取得することを含んでいる。Ｅｂｅｒｈａｒｄらの米国特許第５，１８７，６５９号は、視野よりも大きな対象物についてＣＴの３Ｄ画像化を実行する際に、データの劣化を回避する技法を記載している。この技法は、目標の対象物に対して異なる軌道で回転する１つまたは複数のＸ線源および検出器を用い、対象物を複数の走査軌道で走査することを含んでいる。さらに別の技法が、Ｅｂａｒｈａｒｄらの米国特許第５，３１９，６９３号に記載されている。この特許では、実際の領域検出器をＸ線源に対して移動させるか、あるいは対象物を領域検出器に対して移動させることによって、比較的小さい領域検出器を使用して比較的大きい領域検出器をシミュレーションすることが記載されている。これらの技法はすべて、１つまたは複数のＸ線源、検出器、および画像化される対象物の複雑な相対運動を特徴としている。さらに、これらの技法のいずれも、目標とする対象物が、投射の重畳する領域からの過剰なＸ線放射を被爆する。
【０００６】
現在のところ、目標対象物の放射被爆を最小にすると同時に、簡単かつ直接的方法で大視野の対象物を画像化するための放射システムは存在していない。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、３Ｄコンピュータ断層撮影（ＣＴ）および２Ｄ平面Ｘ線画像化を含む放射を利用する画像化に関する。詳細には、本発明は、コーン・ビーム構成を用いて視野より大きな対象物の部位を画像化する際に、失われるデータの量を最小にすると同時に、画像再構成における劣化および結果としてのアーチファクトを防止する方法およびシステムに関する。
【０００８】
本発明の１つの態様による画像化装置は、第１の軌道で放射ビームを投射する放射源と、この放射源から離れて配置され、前記第１軌道の放射ビームを受信する位置に配置された検出器と、前記放射源と検出器の間にあり、その一部分を放射源からの放射ビームが検出器に受信される前に通過する画像化領域と、前記検出器を、前記第１軌道とほぼ垂直の方向の第１方向にある第２の位置に移動させる検出器位置決め装置と、前記放射ビームの軌道を変化させて、このビームを前記第２位置に配置された前記検出器に誘導するビーム位置決め装置とを備える。放射源はＸ線コーン・ビーム源とすることができ、検出器は２次元平板型検出器アレイとすることができる。
【０００９】
限定されたサイズの検出器アレイを、放射源と反対側の直線または円弧に沿って移動させ、この移動経路に沿った複数の位置において画像を取得することによって、実質的に大きい視野を得ることができる。１つの実施形態においては、検出器を移動させる検出器位置決め装置が、検出器を支持するとともに移動の経路を決定している位置決め装置枠と、位置決め装置枠内で移動する検出器を駆動するモータとを有している。直線エンコーダ・テープおよび読取りヘッドを備える位置決めフィードバック・システムを用いて、検出器を位置決め装置枠内で精密に配置および位置決めすることができる。位置決めフィードバック・システムとして、ロータリ・エンコーダおよび摩擦車など、他の位置決めエンコーダ・システムを用いることもできる。
【００１０】
Ｘ線源などの放射源は、固定の焦点からの放射ビームの軌道を変化させるビーム位置決め機構を備えている。これにより、ビームを、画像化領域を交差して走査し、また移動する検出器アレイなど移動する目標物の経路に追従させることが可能になる。１つの態様においては、ビーム位置決め装置によってビームを目標対象物の限られた領域を通過して連続的に走査することができ、所定のいずれの時点においても有害な放射にさらされるのは移動する検出器の視野内にある領域のみであるため、本発明のビーム位置決め機構によって、放射線量のより安全かつ効率的な利用が可能になる。
【００１１】
１つの実施形態においては、傾斜ビーム位置決め機構が、放射源を収容するフレーム、ならびにフレームと放射源の両者に連結された電動式システムを備えており、このシステムが、放射源をフレームに対して回転または傾斜させて、放射源から投射される放射ビームの軌道を変化させる。好ましい実施形態においては、投射される放射ビームの焦点を中心として放射源を回転させる。電動式傾斜システムは、例えば一端が固定フレームに、他端が放射源に連結されたリニア・アクチュエータを備えることができ、この場合、アクチュエータの長さによって、放射源の傾斜の角度を制御するか、または放射源を傾けるための電動式プーリ・システムを制御する。別の実施形態においては、モータにより可動コリメータを駆動して出力ビームの軌道を変化させる。
【００１２】
さらに別の態様においては、本発明は放射源および行移動可能な検出器を対象物に対して回転させるための手段を備えることにより、３６０°走査の全体または一部にわたるさまざまな投射角度において画像を得ることができる。１つの実施形態においては、放射源および検出器が、実質的にＯ字形のガントリ・リングのようなガントリに収容され、ガントリ・リングの内側周りに回転可能である。放射源および検出器は、レールとベアリング・システム上を、ガントリを周って回転する電動式ロータに取り付けることができる。別の実施形態においては、放射源および移動可能な検出器がテーブルのような支持体上に固定して保たれる一方で、対象物がターンテーブルまたは回転台上で回転する。
【００１３】
また本発明は対象物を画像化する方法に関するものであり、この方法には、第１の軌道で放射ビームを投射し、このビームが対象物の第１の領域を通過して第１の位置に配置された検出器に達するようにすること、前記検出器を、前記第１軌道と実質的に垂直方向にある第２位置に移動させること、およびビームの軌道を変化させて、ビームが対象物の第２領域を通過して前記第２位置にある検出器に達するようにすることを含む。好ましくは、放射ビームはＸ線放射のコーン・ビームまたはファン・ビームから成り、検出された放射を利用して対象物の２次元平面画像または３次元コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を得る。
【００１４】
１つの態様において、本発明は、検出器アレイを複数の位置に移動させる検出器位置決め装置を用いることによって、検出器の視野よりも大きい対象物を簡単かつ直接的な方法で画像化でき、これにより、比較的小さいサイズの単一検出器アレイを用いて実質的に大きい視野を実現できる。さらに、ビーム位置決め手段によって、ビームの軌道が移動する検出器の経路を追従可能にし、それにより、所定のいかなる時点においても目標対象物のうちの検出器の視野内にある領域のみが有害な放射にさらされるため、放射線量のより安全かつ効率的な利用が可能になる。
【００１５】
本発明の前述した目的およびその他の目的、特徴、ならびに利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面では、同一参照符号は異なる図面においても同一部品を指す。図面は必ずしも縮尺通りでなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００１７】
図１Ａ〜Ｃは、本発明の1つの実施形態による移動検出器を備えたＸ線走査システムを概略的に示した図である。図１Ａ〜Ｃに示した走査システムは、画像化される対象物を配置する中央開口を有し、この実施形態においては一般に円形すなわち「Ｏ字形状」であるハウジングからなるガントリ１１を備えている。ガントリ１１はＸ線源１３（回転陽極パルスＸ線源など）を含み、このＸ線源が、Ｘ線放射ビーム１５をガントリの中央開口に放射して、画像化される対象物を通り、ガントリの反対側に位置する（２次元平板型デジタル検出器アレイなどの）検出器アレイ１４に投射する。次いで、検出器１４で検出されたＸ線を用いて、公知の技法により対象物の２次元画像を生成できる。次いで、検出器１４で検出されたＸ線が、公知の技法を用いて対象物の２Ｄ平面または３Ｄ断層撮影再構成画像を生成する。
【００１８】
検出器１４は、ビーム１５の軌道とほぼ垂直な方向に、直線または円弧に沿って複数の位置に移動する。これにより、検出器は、検出器アレイの視野よりも広い対象物の画像を取得できる。図１Ａ〜１Ｃは、検出器がＸ線源と反対側の円弧に沿った３つの位置に移動するときの大視野画像化領域を示している。これは図２Ａ〜Ｃによりさらに明瞭に示されており、これらの図は、検出器が３つの異なる位置に移動するときのＸ線源および検出器の側面図である。図２Ｄは、これら３つの全てのＸ線源および検出器位置で得られたデータを結合することによって得られる大画像化視野を示した斜視図である。図２Ａ〜Ｃに示すとおり、検出器が連続する各位置に移動するとき、検出器画素の最後の列４１が直前の検出器位置の画素の先頭の列４２の位置に隣接し、図２Ｄに示すとおり幅の広い視野を有する大型「実効」検出器が実現する。得られた画像は、相互に接触する３つの画像の結合であり、比較的小さいサイズの単一検出器アレイをだけを用いて大視野が得られる。
【００１９】
図１Ａ〜Ｃに示すとおり、好ましくは、Ｘ線源１３は静止の焦点４０からのビーム１５の軌道を変化させるためのビーム位置決め機構を備えることにより、検出器が移動するときにビームを検出器に追従させるようにする。これにより、所定のいずれの時点においても、通常は目標対象物の検出器の視野内にある領域だけが潜在的に有害な放射にさらされるため、放射線量のより安全かつより効率的な利用が可能になる。
【００２０】
好ましくは、検出器の移動およびＸ線ビームの軌道は、コンピュータによるモータ制御システムによって自動的に制御され、連係して動作する。
【００２１】
図３は、本発明の移動検出器アレイを使用して得られる大視野を、従来どおりの静止構成における同一検出器アレイの視野と比較して示している。小さい円と大きい円がそれぞれ、移動しないアレイおよび平行移動するアレイについて、検出器の視野内の画像化領域の軸を中心とする領域の直径変化を表わしている。この画像化領域の直径は、Ｘ線源の焦点から検出器アレイまでビームが円錐形状に広がるため、検出器の幅の約半分である。図３に示すとおり、この画像化領域の直径は、ガントリ上の直線または円弧に沿った複数の位置に検出器アレイを移動させ、またＸ線源を走査することによって、大幅に増加できる。
【００２２】
１つの態様においては、Ｘ線源１３および移動検出器１４はガントリの内側周りに（好ましくは電動式ロータ上で）に回転可能であって、３６０°回転の一部または全体にわたる複数の投射角度からの大視野Ｘ線画像を得ることができる。３６０°回転の全体にわたる複数の投射を収集することによって、目標対象物の３次元コーン・ビーム断層撮影再構成に十分なデータが得られる。
【００２３】
図４のマトリクス図に示すとおり、目標対象物を３６０°回転の一部または全体にわたって走査する大視野画像を得るため、少なくとも２つの方法がある。第１の方法では、ガントリ内におけるＸ線源および検出器の各回転角度において、検出器が２つまたはそれ以上の位置に移動し、各検出器位置でＸ線画像を取得する。これが図４のマトリクス図の一番上の行に示されており、Ｘ線源および検出器台座をロータ角度０に保ちつつ、検出器が台座上を検出器位置１〜３に移動する。次いで、Ｘ線源および検出器台座を保持しているロータが、ガントリ上の第２の位置すなわちロータ角度１まで回転し、再び検出器が３つの検出器位置に移動する。Ｘ線源および検出器台座がガントリ上のＮ個のロータ位置を通って回転するようにこの工程を繰り返して、３６０°走査の全体にわたって対象物の大視野画像を得る。
【００２４】
第２の方法においては、移動する検出器の各位置において、Ｘ線源および検出器台座が目標対象物の周りに、３６０°回転の一部または全体を実行する。これが図４のマトリクス図の一番左の列に示されており、検出器を検出器位置１に保ちつつ、Ｘ線源および検出器台座がガントリ内をロータ角度０〜Ｎまで回転する。次いで、図４の中央列に示されているとおり、検出器を検出器位置２まで移動させ、再びＸ線源および検出器台座がガントリ内をロータ角度０〜Ｎまで回転する。この工程が、移動する検出器アレイの各位置について繰り返され、Ｘ線源および検出器台座が、各検出器位置について目標対象物の周りの一部または全体を走査する。
【００２５】
次に図５を参照すると、本発明の1つの実施形態によるＸ線検出器位置決め装置１００が、分解組立図で示されている。位置決め台座１００は、検出器を保持するための検出器台車１０１と、検出器台車に取り付けられた摩擦駆動装置１０２と、検出器台車が移動可能に取り付けられる位置決め装置枠１０３とを有している。位置決め装置枠は、平行な２枚の側壁１０４、ベース１０５、および側壁の間を延びる一連の横枠１０６を備えている。側壁１０４の内側には、枠の全長にわたって延びる同心円上の３つの主表面を含む。各側壁１０４の上面には、その上を摩擦車１０９が走行する平坦面（第１の主表面）が存在し、中央には一対のＶ溝ローラ１１０が乗るＶ溝レール（第２の主表面）が存在し、底部には直線エンコーダのテープが取り付けられる別の平坦面（第３の主表面）が存在する。
【００２６】
図示の実施形態において、曲線状の側部レールの各構成部品の同心半径は、Ｘ線源の焦点を中心とする外接円の関数で変化する。焦点と検出器アレイの中心画素を結ぶ中心放射線または中心線は、検出器アレイの平面にほぼ垂直である。移動する検出器の各構成部品を定められた側面曲線レールに沿って移動させることによって、検出器の面が、焦点と検出器アレイの中心画素を結ぶ放射線または直線を接続することによって描かれる円に対し、接線方向に移動する。別の実施形態は、半径が無限大の円を備えており、この場合、側面曲線レールは、平らな平面または直線に沿って直線状になる。
【００２７】
摩擦駆動装置１０２は、サーボモータ、ギア・ヘッド、ベルト・ドライブ、軸、および摩擦車１０９から構成されている。摩擦駆動装置は、ブラケット１０７によって検出器台車１０１に取り付けられている。好ましくは、摩擦車１０９にはばね負荷が加えられ、側壁１０４の平らな上面に押し付けられている。ブラケット１０７にはローラ１１０が取り付けられ、このローラ１１０は位置決め装置側壁１０４の径方向中央のＶ溝に押し付けられている。Ｖ溝ローラ１１０は、検出器台車１０１を正確に位置決めするとともに、あらゆる方向からの負荷を許容し、したがってガントリの角度または位置に無関係に、移動する検出器アレイを正確に位置決定することができる。摩擦車１０９は、位置決めシステムにおけるバックラッシを最小にしている。さらに、読み取りヘッド１０８が検出器台車ブラケット１０７に設置され、位置決め装置側壁１０４の平坦な下面に取り付けられたエンコーダ・テープを読み取る。読み取りヘッド１０８はサーボモータに位置フィードバック情報を提供して、検出器台車を移動の同心軸にの周りに正確に位置決めする。以下に詳細に述べるとおり、Ｘ線検出器位置決め装置１００は、検出器アセンブリ全体をガントリの内側周りに回転させるため、側壁１０４に取り付けたベアリング２９を備えることもできる。
【００２８】
図６Ａ〜Ｃを参照すると、検出器台車１０１を円弧に沿った複数の位置に移動させる、検出器位置決め装置アセンブリ１００が示されている。動作の際、検出器台車１０１および摩擦駆動装置アセンブリ１０２が、サーボモータによって位置決め枠の同心軸に沿って正確に移動し、直線エンコーダ・システムによって正確に位置決めされる。図６Ａ〜Ｃには３つの位置が示されているが、検出器台車１０１は、位置決め装置枠１０３によって限定される円弧に沿った任意の点に正確に位置することができる。摩擦駆動装置１０２の小型化により、駆動装置１０２を位置決め装置枠１０３内に完全に収容すると同時に、検出器台車１０１を最大限に移動させることができ、検出器台車の遠位端を位置決め装置枠の端部を超えて（図６Ａおよび６Ｃに示すように）突き出すことにより、検出器によって得られる「有効」視野をさらに広げることができる。
【００２９】
前述のとおり、好ましくは、本発明の画像化システムはビーム位置決め機構を有する放射源を備え、前記機構により、固定の焦点から発生する放射の軌道を変化させて、ビームが複数の位置を交差して走査できるようにする。図７には、ビーム位置決め機構を備えるＸ線源の台座２００の1つの実施形態が示されている。台座は、Ｘ線源１３を包囲する外壁フレーム２０１（分解した状態で示してある）、旋回式Ｘ線源取付け板２０２、およびサーボモータ式リニア・アクチュエータ２０３を備えている。Ｘ線源１３は、底部がＸ線源取付け板２０２によって支持され、両側から一対のブッシング取付け板２０６によって支持されている。ブッシング取付け板２０６は、ブッシング２０５に圧入された精密なダウエルピン２０４によって、外壁フレーム２０１に結合されている。ダウエルピン２０４によって、ブッシング取付け板２０６、したがってＸ線源１３およびＸ線源取り付け板２０２を、外壁フレーム２０１に対して回転運動させることができる。好ましくは、この回転運動の中心はＸ線源の焦点に置かれる。
【００３０】
このような傾斜システムに含まれる精密なサーボモータ式リニア・アクチュエータ２０３は、その一端が外壁フレーム２０１に取り付けられ、他端が旋回Ｘ線源取付け板２０２に取り付けられている。電動式リニア・アクチュエータ２０３の長さを変化させることによって、Ｘ線源取付け板２０２およびＸ線源１３を、ダウエルピン２０４を中心として回転させ、Ｘ線源を制御してその焦点を中心として傾斜するように制御できる。図８には、完全に組み立てられたＸ線源台座が示されている。
【００３１】
図９Ａ〜９Ｃには、Ｘ線源およびビーム傾斜位置決め機構の動作が示されている。リニア・アクチュエータが、完全に引き込まれた位置（図９Ａ）から完全に突き出た位置（図９Ｃ）まで運動する際に、Ｘ線源がその焦点を中心として回転し、この結果、放射ビームの軌道が変化する。この実施形態においては、回転中心は、焦点から検出器アレイの中心画素までの距離によって定められる半径を有する円の中心に合致している。回転角度は、Ｘ線検出器の焦点と検出器アレイの中心画素とを結ぶ線によって定まる角度を決定することによって計算される。コンピュータ利用運動制御システムを用いて、Ｘ線源の傾斜角度を移動する検出器アレイの位置と同期させ、検出器が別の位置に移動したときにもＸ線ビームが検出器の中央にとどまるようにすることができる。
【００３２】
本発明によれば、Ｘ線ビーム位置決め装置のさまざまな他の実施形態を用いることができる。例えば、図１０に示すとおり、電動式ベルトおよびプーリからなるシステムによってＸ線源を複数の位置に傾斜させることができる。図１１に示す別の実施形態においては、Ｘ線ビームの軌道を、サーボモータによって駆動されるスライド式コリメータによって変化させることができる。
【００３３】
図１２に示すとおり、Ｘ線源の台座２００およびＸ線検出器位置決め装置１００を湾曲ブラケット・アセンブリ３０１によって一体に連結し、Ｃ字形の電動式ロータ・アセンブリ３３を形成できる。剛体ブラケット３０１が、Ｘ線源および検出器を相互に対向して保持し、ロータ・アセンブリ全体が、Ｏ字形のＸ線ガントリ内を回転できる。さらに、ロータ・アセンブリ３３はモータ３１および駆動輪３２をロータの一端に備えることにより、ロータ・アセンブリ３３をガントリの内側周りに駆動できる。
【００３４】
図１３は、Ｃ字形の電動式ロータ３３を収容しているガントリ１１の側面切断図である。ガントリの内側側壁は、ガントリの内側周りに連続ループ状に延びる曲線レール２７を備えている。ロータ・アセンブリ３３の駆動輪３２（図１２）はガントリの曲線レール２７と係合し、このレールを利用して、ロータ・アセンブリをガントリの内側周りに駆動する。回転型の増分（インクリメンタル）エンコーダを利用して、ガントリ内におけるロータ・アセンブリの角度位置を精密に測定ができる。増分エンコーダは、ガントリの側壁内に位置する同心レール上を回転する摩擦車によって駆動できる。さらにロータ・アセンブリ３３は、ガントリ内を回転する際にロータ・アセンブリ３３の案内を助けるため、ガントリの曲線レール２７に係合するベアリング２９を備えている。ガントリ・リング１１の内側にはロータ・アセンブリ３３との電気的接続を維持するスリップリングを備え、このスリップリングにより、Ｘ線源、検出器、検出器位置決め装置、および／またはビーム位置決め装置を動作させるために必要な電力、ならびにアセンブリ全体をガントリ枠内で回転させるのに必要な電力を供給することができる。さらに、このスリップリングを利用して、制御信号をロータに伝送し、ならびに検出器からガントリの外部に置かれた別個の処理ユニットにＸ線画像データを伝送することができる。このスリップリングの機能のいずれか、またはすべてを、例えばロータに接続されたフレキシブル・ケーブル束など、他の手段で実行することもできる。
【００３５】
好ましい実施形態のロータ・アセンブリはＣ字形のロータであるが、Ｏ字形のロータなどの別のロータ構成も使用できることは、理解されるであろう。例えば、第２の湾曲ブラケット３０１をロータ３３の開放端を閉じるように取り付けて、ほぼＯ字形のロータを実現できる。さらに、Ｘ線源および検出器を、別個の機械化システムを用いて互いに独立して回転させることもできる。
【００３６】
本発明の１つの態様によるＸ線走査システム１０は、通常、支持構造体に固定されたガントリ１１を備えており、この支持構造体は可動または固定の台車、患者支持台、壁面、床、あるいは天井であってもよい。図１４に示すとおり、ガントリ１１は、リング位置決めユニット２０を介して移動式台車１２に片持ち梁形式で取り付けられている。特定のいくつかの実施形態においては、リング位置決めユニット２０によって、例えばｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の少なくとも１つに沿った平行移動、および／または、ｘ軸およびｙ軸の少なくとも１つを中心にした回転など、ガントリ１１を支持構造体に対して移動および／または回転させることができる。片持ち支持による多自由度可動ガントリを備えるＸ線走査装置は、本出願と同一所有者の２００２年６月１１日出願の米国特許仮出願第６０／３８８，０６３号および２００２年８月２１日出願の米国特許仮出願第６０／４０５，０９８号に記載されており、これら仮出願における全内容は参照により本明細書に引用したものとする。
【００３７】
図１４の移動式台車１２には、随意に、電源、Ｘ線発電機、ならびに検出器の移動およびＸ線源の傾斜運動を含むＸ線走査装置の動作を制御するためのコンピュータ・システムを備えることができる。さらにコンピュータ・システムは、画像処理などの種々のデータ処理機能およびＸ線画像の格納を行なうこともできる。さらに移動式台車１２は、Ｘ線スキャナによって得た画像を表示するため、好ましくは平面型表示装置などの表示システム６０を備えている。さらに、表示装置がタッチ・スクリーン式コントローラなどのユーザ・インターフェイス機能を備えることにより、ユーザは走査システムと対話して走査システムの機能を制御できる。特定のいくつかの実施形態においては、ユーザ制御式のペンダントまたは足踏みペダルによって、スキャン・システムの機能を制御できる。１つまたは複数の固定ユニットが移動式台車１２の機能のいずれかを実行可能であるとも、理解されるであろう。
【００３８】
本発明の画像化装置は、ガントリ・リングから少なくとも部分的に取り外すことができる一部分を有する、ほぼＯ字形のガントリを備えることにより、画像化される対象物がガントリ・リングの中央画像化領域まで半径方向に進入および退出できる開口すなわち「切断部」をガントリ・リングに実現できる。この形式の装置の利点は、Ｘ線ガントリを患者などの目標とする対象物の周囲で操作でき、その後にガントリを対象物の周りで閉じて、対象物への中断を最小にしつつＸ線画像化を実行できる点にある。Ｘ線画像化のための「切断可能な」ガントリ装置の例は、本出願と同一所有者の２００２年１２月１２日出願の米国特許出願第１０／３１９，４０７号に記載されており、これの全内容も参照により本明細書に引用したものとする。
【００３９】
また、ここに示した実施形態は、Ｏ字形状のガントリを有するＸ線画像化装置を含んでいるが、完全な３６０°よりも少ない回転能力しか有さない切断リング形状のガントリを含む別のガントリ構成を使用してもよいことは、理解されるであろう。
【００４０】
図１５を参照すると、卓上型の大視野走査装置が描かれている。この実施形態においては、連結器ブラケット、ガントリ、およびロータ摩擦駆動装置が、固定テーブル取付台３０２および視野の中心に位置するターンテーブル３０３で置き替えられている。ターンテーブルは画像化される対象物を完全な３６０°回転で回転させて、すべての方向からの投射画像を取り込む。検出器およびＸ線源の位置決め装置アセンブリ１００、２００は、相互に一定の距離を開けて固定して取り付けられている。ターンテーブル３０３は、Ｘ線の焦点と検出器位置決め装置アセンブリの中心とを結ぶ放射線に沿った任意の点で、テーブルに固定して取り付けできる。この実施形態におけるデータ収集方法は、この場合には、Ｘ線走査を実行するのが対象物に対するＸ線源および検出器の回転ではなく、Ｘ線源および検出器に対する対象物の回転である点を除き、Ｘ線ガントリについての前述の方法と本質的に同じである。
【００４１】
ここで説明したＸ線画像化システムおよび方法は、２次元および／または３次元のＸ線走査に用いることができる。ガントリの回転に沿った所定の角度からのそれぞれの２次元投射を観察でき、あるいは部分回転または全回転を通じて集めた複数の投射を、コーンまたはファン・ビーム断層撮影再構成手法を用いて再構築できる。本発明は、例えば本出願と同一の所有者に係る発明の名称「擬似同時多平面Ｘ線画像化のためのシステムおよび方法（Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｑｕａｓｉ−Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｍｕｌｔｉ−Ｐｌａｎａｒ  Ｘ−Ｒａｙ  Ｉｍａｇｉｎｇ）」２００３年３月１３日の出願（代理人事件番号第３３４９．１００１−００１）などに記載されているように、多平面のＸ線画像を擬似的に同時に取得するために使用することができ、前記出願における全内容も参照により本明細書に引用したものとする。さらに、本出願と同一所有者の２００２年８月２１日出願の米国特許仮出願第６０／４０５，０９６号に記載されているように、各検出器位置で得た画像を仮想等直線または等角度検出器アレイ上に再投射し、その後、標準フィルタ処理逆投影断層撮影再構成技法を実行できる。
【００４２】
ここで説明した検出器アレイは、２次元平板半導体検出器アレイを有している。ただし、本発明においては各種の検出器および検出器アレイを使用可能であり、これら検出器には、Ｃ字アームの蛍光透視装置などファン・ビームまたはコーン・ビームを用いる通常の診断用画像化装置で用いられるあらゆる検出器構成を含むことは、理解されるであろう。好ましい検出器は、シンチレータ・アモルファス・シリコン技術を使用する２次元薄膜トランジスタＸ線検出器である。
【００４３】
以上、本発明を、本発明の好ましい実施形態により詳細に図示して説明してきたが、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形状や詳細についてさまざまな変更が可能であることは、当業者には理解されるであろう。例えば、ここで図示して説明した特定の実施形態は、一般にコンピュータ断層撮影（ＣＴ）Ｘ線画像化用途に関係しているが、本発明の原理を、例えば磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）、単一光子放射コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）、超音波画像化、および写真画像化を含む他の医療および非医療の画像化用途に拡張できることも、理解されるであろう。
【００４４】
また、ここで図示して説明した実施形態は、主に医療における画像化に関係しているが、本発明を材料の試験や分析、容器の検査、および大きな物体の画像化などの工業用途を含む他の多数の用途に利用できることも、理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施形態による移動検出器アレイを備えるＸ線走査システムを示した概略図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は図１のシステムのＸ線源および検出器を示した側面図、（Ｄ）は同斜視図である。
【図３】本発明の移動検出器システムによって実現可能な大視野を示した図である。
【図４】本発明の一実施形態による、Ｘ線走査システムのデータ収集マトリクスを示した概略図である。
【図５】一実施形態による、Ｘ線検出器位置決め台座の分解組立図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は３つの位置に移動するＸ線検出器位置決め台座を示す斜視図である。
【図７】本発明の1つの実施形態によるＸ線源およびＸ線源位置決め台座の分解組立図である。
【図８】組み立てられたＸ線源および位置決め台座の斜視図である。
【図９Ａ】本発明の1つの実施形態による、リニア・アクチュエータによって一つの位置に傾斜したＸ線源を示す。
【図９Ｂ】本発明の1つの実施形態による、リニア・アクチュエータによって他の位置に傾斜したＸ線源を示す。
【図９Ｃ】本発明の1つの実施形態による、リニア・アクチュエータによってさらに他の位置に傾斜したＸ線源を示す。
【図１０】本発明の別の実施形態による、Ｘ線源を複数の位置に傾斜させるための電動式ベルトおよびプーリ・システムを示す斜視図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施形態による、Ｘ線ビームを複数の検出器位置に誘導するための電動式のスライド式コリメータを示す。
【図１２】ガントリ内でＸ線源および検出器を回転させるためのロータ・アセンブリの斜視図である。
【図１３】ガントリ・リング内のロータ・アセンブリを示した側面切断図である。
【図１４】1つの実施形態による、大視野対象物の断層撮影および平面画像化のための移動式台車およびガントリ・アセンブリの概略図である。
【図１５】さらに別の実施形態による、大視野対象物の断層撮影および平面画像化のための回転台を備える卓上型Ｘ線アセンブリを示す。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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