(57)【要約】      （修正有）【課題】一回の走査により透過ＣＴ及び蛍光ＣＴ結像を同時に実現するシステム及び結像方法を提供する。【解決手段】放射線ビームを発する放射線源１０１と、被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行する回転走査機器１０２と、放射線源により発されて被検査物を通過した放射線ビームを受ける透過ＣＴ検知器１０３と、放射線源により発された放射線ビームが被検査物内に照射されることによって励起されて発生した蛍光光子を受ける蛍光ＣＴ検知器１０４と、透過ＣＴ検知器からの透過データ信号と蛍光ＣＴ検知器からの蛍光データ信号とをそれぞれ採集するデータ採集手段１０５と、放射線ビームを発するように前記放射線源を制御し、被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行するように回転走査機器を制御するとともに、前記透過データ信号および蛍光データ信号に基づいて、透過ＣＴ画像と蛍光ＣＴ画像とを同時に取得する制御・データ処理手段１０６と、を含む。【選択図】図３
2019025331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線ビームを発する放射線源と、
被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行する回転走査機器と、
放射線源により発されて被検査物を通過した放射線ビームを受ける透過ＣＴ検知器と、
放射線源により発された放射線ビームが被検査物内に照射されることによって励起されて発生した蛍光光子を受ける蛍光ＣＴ検知器と、
透過ＣＴ検知器からの透過データ信号と蛍光ＣＴ検知器からの蛍光データ信号とをそれぞれ採集するデータ採集手段と、
放射線ビームを発するように前記放射線源を制御し、被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行するように回転走査機器を制御するとともに、前記透過データ信号および蛍光データ信号に基づいて、透過ＣＴ画像と蛍光ＣＴ画像とを同時に取得する制御・データ処理手段と、を含む、
放射線透過・蛍光ＣＴ結像システム。
【請求項２】
制御・データ処理手段は、放射線源と透過ＣＴ検知器と蛍光ＣＴ検知器とを回転させて被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行するように、回転走査機器を制御する、
請求項１に記載の結像システム。
【請求項３】
前記蛍光ＣＴ検知器は、
蛍光エネルギースペクトル検知素子と、
励起されて発生した放射線蛍光光子をコリメートして前記蛍光エネルギースペクトル検知素子に入射させるコリメーターと、
前記蛍光エネルギースペクトル検知素子を包んで封じ込むシールド部材と、を含む、
請求項１に記載の結像システム。
【請求項４】
前記シールド部材は、高密度材料により形成され、かつ、前記コリメーターは、前記シールド部材の側壁に形成されている、
請求項３に記載の結像システム。
【請求項５】
前記コリメーターと前記蛍光エネルギースペクトル検知素子との間の距離、および前記蛍光エネルギースペクトル検知素子の長さは、調節可能である、
請求項３に記載の結像システム。
【請求項６】
前記コリメーターは、コリメーション孔として形成され、
前記励起されて発生した蛍光光子は、前記コリメーション孔によりコリメートされて前記蛍光エネルギースペクトル検知素子に入射する、
請求項３に記載の結像システム。
【請求項７】
前記コリメーション孔は、開孔の傾斜角が９０度であり、中心孔径が０．５ｍｍである、
請求項６に記載の結像システム。
【請求項８】
前記蛍光エネルギースペクトル検知素子は、ラインアレイ検知素子あるいはプレーンアレイ検知素子である、
請求項３に記載の結像システム。
【請求項９】
前記放射線源は、Ｘ線あるいはγ線を発出可能な装置である、
請求項１に記載の結像システム。
【請求項１０】
前記透過ＣＴ検知器は、ラインアレイ検知器あるいはプレーンアレイ検知器である、
請求項１に記載の結像システム。
【請求項１１】
前記制御・データ処理手段は、前記透過データ信号及び透過強度モデルから、被検査物に関連する線減衰係数分布を算出する、
請求項１に記載の結像システム。
【請求項１２】
前記制御・データ処理手段は、前記蛍光データ信号、蛍光強度モデル及び前記線減衰係数分布から、被検査物に関連する特異元素の濃度分布または成分分布を算出する、
請求項１１に記載の結像システム。
【請求項１３】
前記制御・データ処理手段は、ディスプレイに表示するように、取得された透過ＣＴ画像および蛍光ＣＴ画像に対して画像融合処理を行う、
請求項１に記載の結像システム。
【請求項１４】
放射線ビームを発するように放射線源を制御するステップと、
被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行するように回転走査機器を制御するステップと、
透過ＣＴ検知器からの透過データ信号と蛍光ＣＴ検知器からの蛍光データ信号とをそれぞれ採集するように制御するステップと、
前記透過データ信号および蛍光データ信号に基づいて、透過ＣＴ画像と蛍光ＣＴ画像とを同時に取得するステップと、を含む、
放射線透過・蛍光ＣＴ結像方法。
【請求項１５】
被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行するように回転走査機器を制御するステップは、
前記放射線源と前記透過ＣＴ検知器と前記蛍光ＣＴ検知器とを回転させて、被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行するように、回転走査機器を制御するステップを含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記透過データ信号および蛍光データ信号に基づいて、透過ＣＴ画像と蛍光ＣＴ画像とを同時に取得するステップは、
前記透過データ信号及び透過強度モデルに基づいて、被検査物に関連する線減衰係数分布を算出するステップを含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記透過データ信号および蛍光データ信号に基づいて、透過ＣＴ画像と蛍光ＣＴ画像とを同時に取得するステップは、
前記蛍光データ信号、蛍光強度モデルおよび前記線減衰係数分布に基づいて、被検査物に関連する特異元素の濃度分布または成分分布を算出するステップを含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
被検査物に関連する特異元素の濃度分布を算出するステップは、
放射線源が単一エネルギースペクトルＣＴ走査を採用する場合、蛍光の減衰係数分布μ（Ｅ，ベクトルｒ）が放射線の減衰係数分布μバー（ベクトルｒ）により近似的に代えられ、放射線源がマルチエネルギースペクトルＣＴ走査を採用する場合、蛍光の減衰係数分布μ（Ｅ，ベクトルｒ）がそれぞれのエネルギーエリアの放射線の減衰係数分布μ（Ｅｋ，ベクトルｒ）により近似的に代えられるステップを含み、
ここで、ｋは放射線検知器エネルギーエリアの番号を示し、Ｅkはｋ番目のエネルギーエリアの光子の平均エネルギーを示し、ベクトルｒは被検査物内部の位置を示す、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ディスプレイに表示するように、取得された透過ＣＴ画像および蛍光ＣＴ画像に対して画像融合処理を行うステップをさらに含む、
請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、放射結像に関し、具体的には、放射線透過・蛍光ＣＴ結像システム及び結像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ結像技術は、すでに臨床医学、保安検査、産業非破壊検査などの多数の分野において巨大な成功を達成している。従来のＸ線ＣＴ結像の基本的な原理は、Ｘ線源により発されるＸ線ビームを利用して、異なる角度で物体を走査し、当該Ｘ線ビームが物体を通過する前と後の情報（エネルギー積分、光子数等）をそれぞれ測定し、この２つの情報の変化を利用して物理的モデルを構築した後、ＣＴ画像再構成により被走査物体の内部物質の等価線減衰係数の分布画像、即ち、Ｘ線に対する物質の吸収強さを表すグレイスケール画像を得ることである。しかしながら、これは特異性及び唯一性を有しなく、正確な物質識別は実現できない。ここ十年、Ｘ線エネルギースペクトルＣＴ（デュアルエネルギーＣＴを含む）技術は、大きな進展を遂げており、２つ以上のエネルギー（エネルギースペクトル）の異なるＸ線投影データを採集し、ＣＴ再構成と材料解析アルゴリズムとを利用することにより、異なるエネルギーにおける物体内部の等価線減衰係数分布画像が得られることに加えて、その等価原子番号と電子密度の分布画像も得られるので、一定の物質識別能力を持っており、臨床医学、保安検査などの応用分野において重要な応用を実現している。
【０００３】
従来のＸ線ＣＴと異なり、Ｘ線蛍光ＣＴは、一定のエネルギーのＸ線ビームを利用して物体を照射し、物体内のある原子番号の高い元素を励起して特定のエネルギーの蛍光光子を発生して放射し、検知器により検知される。元素種類ごとに唯一のＸ線蛍光エネルギースペクトルが対応されているので、採集された蛍光エネルギースペクトルデータにより異なる元素の正確な識別を実現できる。蛍光ＣＴは、異なる角度においてＸ線で物体を走査して発生した蛍光光子を採集し、画像再構成により特異元素物質に対して高感度の識別および定量的な計算を実現することである。今まで、世界中の蛍光ＣＴに関する研究は、主に、同期放射光源による蛍光ＣＴ研究と、一般的なＸ線機器によるＸＦＣＴ研究との２つの種類に分かれて行われている。同期放射光源による蛍光ＣＴ研究においては、主に、同期放射光源の極めて高い輝度と単色性を利用しているが、同期放射システムが大体積で高価なので、工程的な応用および研究には適していない。一方、一般的なＸ線機器によるＸＦＣＴ研究は、Ｘ線機器の発生するＸ線エネルギースペクトルが連続的な特性を持ち、且つ、低価で体積が小さいので、現在の蛍光ＣＴ研究の主流となっている。しかし、現在、Ｘ線機器による蛍光ＣＴ結像システムは、蛍光光子の収集効率の向上やノイズの低減のために、通常、エネルギー分解能がかなり高い単一画素Ｘ線分光器を利用して蛍光光子を検知している。Ｘ線機器の前に、あるいは分光器の前に、単一孔コリメーターを設けることにより、１本の放射線の経路を特定し、効率がかなり低い「回転＋シフト」方式の第１世代ＣＴ走査方式により蛍光ＣＴデータの採集を完成しているので、数時間、ひいては十数時間の走査時間がかかり、工程的な応用の要求を満たしていない。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するために、第３世代のＣＴ走査方式に基づいて、一回の円周走査により被検査物に対する透過ＣＴ結像及び蛍光ＣＴ結像を同時に実現した放射線透過・蛍光ＣＴ結像システム及び結像方法を提案する。
【０００５】
本発明の一方面においては、放射線ビームを発する放射線源と、被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行する回転走査機器と、放射線源により発されて被検査物を通過した放射線ビームを受ける透過ＣＴ検知器と、放射線源により発された放射線ビームが被検査物内に照射されることによって励起されて発生した蛍光光子を受ける蛍光ＣＴ検知器と、透過ＣＴ検知器からの透過データ信号と蛍光ＣＴ検知器からの蛍光データ信号とをそれぞれ採集するデータ採集手段と、放射線ビームを発するように前記放射線源を制御し、被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行するように回転走査機器を制御するとともに、前記透過データ信号および蛍光データ信号に基づいて、透過ＣＴ画像と蛍光ＣＴ画像とを同時に取得する制御・データ処理手段と、を含む、放射線透過・蛍光ＣＴ結像システムを提案している。
【０００６】
好ましくは、制御・データ処理手段は、放射線源と透過ＣＴ検知器と前記蛍光ＣＴ検知器とを回転させて被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行するように、回転走査機器を制御する。
【０００７】
好ましくは、前記蛍光ＣＴ検知器は、蛍光エネルギースペクトル検知素子と、励起されて発生した蛍光光子をコリメートして前記蛍光エネルギースペクトル検知素子に入射させるコリメーターと、前記蛍光エネルギースペクトル検知素子を包んで封じ込むシールド部材と、を含む。
【０００８】
好ましくは、前記シールド部材は、高密度材料により形成され、かつ、前記コリメーターは前記シールド部材の側壁に形成されている。
【０００９】
好ましくは、前記コリメーターと前記蛍光エネルギースペクトル検知素子との間の距離、および前記蛍光エネルギースペクトル検知素子の長さは、調節可能である。
【００１０】
好ましくは、前記コリメーターは、コリメーション孔として形成され、前記励起されて発生した蛍光光子は、前記コリメーション孔によりコリメートされて前記蛍光エネルギースペクトル検知素子に入射する。
【００１１】
好ましくは、前記コリメーション孔は、開孔の傾斜角が９０度であり、中心孔径が０．５ｍｍである。
【００１２】
好ましくは、前記蛍光エネルギースペクトル検知素子は、ラインアレイ検知素子あるいはプレーンアレイ検知素子である。
【００１３】
好ましくは、前記放射線源は、Ｘ線あるいはγ線を発出可能な装置である。
【００１４】
好ましくは、前記透過ＣＴ検知器は、ラインアレイ検知器あるいはプレーンアレイ検知器である。
【００１５】
好ましくは、前記制御・データ処理手段は、前記透過データ信号及び透過強度モデルから、被検査物に関連する線減衰係数分布を算出する。
【００１６】
好ましくは、前記制御・データ処理手段は、前記蛍光データ信号、蛍光強度モデル及び前記線減衰係数分布から、被検査物に関連する特異元素の濃度分布または成分分布を算出する。
【００１７】
好ましくは、前記制御・データ処理手段は、ディスプレイに表示するように、取得された透過ＣＴ画像および蛍光ＣＴ画像に対して画像融合処理を行う。
【００１８】
本発明の他の一方面においては、放射線ビームを発するように放射線源を制御するステップと、被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行するように回転走査機器を制御するステップと、透過ＣＴ検知器からの透過データ信号と蛍光ＣＴ検知器からの蛍光データ信号とをそれぞれ採集するように制御するステップと、前記透過データ信号および蛍光データ信号に基づいて、透過ＣＴ画像と蛍光ＣＴ画像とを同時に取得するステップと、を含む、放射線透過・蛍光ＣＴ結像方法を提案している。
【００１９】
好ましくは、被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行するように回転走査機器を制御するステップは、前記放射線源と前記透過ＣＴ検知器と前記蛍光ＣＴ検知器とを回転させて、被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行するように、回転走査機器を制御するステップを含む。
【００２０】
好ましくは、前記透過データ信号および蛍光データ信号に基づいて、透過ＣＴ画像と蛍光ＣＴ画像とを同時に取得するステップは、前記透過データ信号及び透過強度モデルに基づいて、被検査物に関連する線減衰係数分布を算出するステップを含む。
【００２１】
好ましくは、前記透過データ信号および蛍光データ信号に基づいて、透過ＣＴ画像と蛍光ＣＴ画像とを同時に取得するステップは、前記蛍光データ信号、蛍光強度モデルおよび前記線減衰係数分布に基づいて、被検査物に関連する特異元素の濃度分布または成分分布を算出するステップを含む。
【００２２】
好ましくは、被検査物に関連する特異元素の濃度分布を算出するステップは、放射線源が単一エネルギースペクトルＣＴ走査を採用する場合、蛍光の減衰係数分布μ（Ｅ，ベクトルｒ）が放射線の減衰係数分布μバー（ベクトルｒ）により近似的に代えられ、放射線源がマルチエネルギースペクトルＣＴ走査を採用する場合、蛍光の減衰係数分布μ（Ｅ，ベクトルｒ）がそれぞれのエネルギーエリアの放射線の減衰係数分布μ（Ｅｋ，ベクトルｒ）により近似的に代えられるステップを含み、ここで、ｋは放射線検知器エネルギーエリアの番号を示し、Ｅkはｋ番目のエネルギーエリアの光子の平均エネルギーを示し、ベクトルｒは被検査物内部の位置を示す。
【００２３】
好ましくは、前記方法は、ディスプレイに表示するように、取得された透過ＣＴ画像および蛍光ＣＴ画像に対して画像融合処理を行うステップをさらに含む。
【００２４】
上記の技術案によると、一回の完全な走査において放射線透過ＣＴ結像と蛍光ＣＴ結像とを同時に完成でき、さらには、この２つの結像方式の融合結像を実現している。本発明の結像技術は、従来のＸ線ＣＴの快速、安定、低コスト、およびＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，陽電子放射断層結像）、ＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｈｏｔｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，単一光子放射コンピューター断層結像）の人体代謝機能を反映可能な結像、高感度の利点を組み合わせて、生物特異性のある非放射性薬物により快速に分子機能結像を実現できる。この技術は、生物、臨床医学、保安検査等の分野において巨大な潜在力と応用価値を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
以下の図面は本発明の実施形態を示している。これらの図面と実施形態は、限定的でもなく、列挙的でもない形態で、本発明の幾つかの実施例を提供している。
【図１】図１は、本発明の実施例による放射線透過・蛍光ＣＴ結像システムを示す構成模式図である。
【図２ａ】図２ａは、本発明の実施例による図１の結像システムにおける蛍光ＣＴ検知器を示す構成模式図である。
【図２ｂ】図２ｂは、本発明の実施例による図２ａの蛍光ＣＴ検知器におけるコリメーターを示す具体的設計図である。
【図３】図３は、本発明の実施例による図１に示されたような結像システムにおける制御・データ処理を示す論理図である。
【図４】図４は、本発明の実施例による図１の制御・データ処理手段を含むコンピューターを示す構成ブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施例による放射線透過・蛍光ＣＴ結像方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。注意すべきことは、以下の実施例は例示的なものであり、本発明を限定するものではない。以下の説明においては、本発明の理解を容易にするために、多くの特定的な細部について記述しているが、当業者にとって明らかに分かるように、必ずこれらの特定の細部を採用して本発明を実現することではない。その他の実例においては、本発明を混同させることを避けるために、周知の回路、材料または方法に対する具体的な記述を省略した。
【００２７】
明細書の全般にかけて、「一実施例」、「実施例」、「一例」または「例」とは、当該実施例または例に記述された特定的な特徴、構成または特性を組み合わせたものは、本発明の少なくとも一実施例に含まれていることを意味する。従って、明細書の全般にかけて、記載された「一実施例において」、「実施例において」、「一例」または「例」は、必ずしも同一の実施例又は例示を指すものとは限らない。また、いずれの適宜な組合せ及び／又はサブ組合せによって、特定な特徴、構造又は特性を１つ又は複数の実施例又は例示に組み合わせることができる。また、当業者であれば理解できるように、ここで使用する「及び／又は」という専門用語は、一つまたは複数の関連の列記項目の何れかと全ての組み合わせを含む。
【００２８】
図１は本発明の実施例による放射線透過・蛍光ＣＴ結像システム１００を示す構成模式図である。図１に示すように、本発明の実施例による結像システム１００は、放射線源１０１と、回転走査機器１０２と、透過ＣＴ検知器１０３と、蛍光ＣＴ検知器１０４と、データ採集手段１０５と、制御・データ処理手段１０６と、を含む。
【００２９】
放射線源１０１は放射線ビームを発する。放射線源１０１は、普通の各機種のＸ線機器、加速器であってもよく、放射性同位体、同期放射光源などのＸ線あるいはγ線を発出可能な装置であってもよい。
【００３０】
回転走査機器１０２は、被検査物１０７に対して回転ＣＴ走査を実行する。回転走査機器１０２の核心的な機能は、設定された走査パラメーターに従ってＣＴ走査の過程を完成することである。一般的な臨床医学ＣＴ及び保安検査ＣＴはスリップリング構造を採用し、Ｘ線機器及び検知器などの核心装置を被検査物１０７周りに回転させて、回転走査を完成する。産業用のＣＴは、通常、被検査物を回転テーブルに固定し、この被検査物を回転させてＣＴ走査を実現する。
【００３１】
透過ＣＴ検知器１０３は、放射線源１０１より発されて被検査物１０７を通過した放射線ビームを受ける。透過ＣＴ検知器１０３には、透過ＣＴ用アレイ検知器を採用できるが、従来のエネルギー積分型検知器、例えば、現在、医療用の螺旋ＣＴにおいてよく用いられる「シンチレータ＋光電子増倍管」構造による多数列検知器アレイまたはプレート検知器であってもよく、アレイエネルギースペクトル検知器、例えば、多くの研究が行われている光子カウンタ検知器アレイであってもよい。
【００３２】
蛍光ＣＴ検知器１０４は、放射線源１０１より発された放射線ビームが被検査物１０７内に照射されることによって励起されて発生した蛍光光子を受ける。蛍光ＣＴ検知器１０４は、蛍光ＣＴ用アレイエネルギースペクトル検知器を採用してもよい。アレイエネルギースペクトル検知器は、特定のエネルギーの蛍光光子を他のエネルギーの散乱光子から区別するために用いられる。従来の蛍光ＣＴ検知器は単一像素のＸ線分光器を用いる場合が多く、高いエネルギー分解能を持っているものの、走査速度が非常に遅い。これに対し、本発明の実施例において採用したアレイエネルギースペクトル検知器（例えば、アレイ光子カウンタ検知器）は、ただ数個のエネルギーウィンドーで、特定のエネルギーの蛍光光子の採集を実現できる。本実施例において、蛍光ＣＴ検知器１０４の数は複数であってもよい。例えば、図１に示すように、２つの蛍光ＣＴ検知器がそれぞれ左側と右側に位置してもよいが、本実施例はこれに限られない。
【００３３】
データ採集手段１０５は、透過ＣＴ検知器１０３からの透過データ信号と蛍光ＣＴ検知器１０４からの蛍光データ信号をそれぞれ採集する。実施例において、データ採集手段１０５は、透過ＣＴ検知器１０３と蛍光ＣＴ検知器１０４とがＣＴ走査中に生成された投影データをそれぞれ採集する。
【００３４】
制御・データ処理手段１０６は、放射線源１０１が放射線ビームを発するように制御し、回転走査機器１０２が被検査物１０７に対して回転ＣＴ走査を実行するように制御するとともに、透過データ信号および蛍光データ信号に基づいて、透過ＣＴ画像と蛍光ＣＴ画像とを同時に取得する。具体的には、制御・データ処理手段１０６は、放射線源１０１と、透過ＣＴ検知器１０３と、前記蛍光ＣＴ検知器１０４とを回転させて、被検査物１０７に対して回転ＣＴ走査を実行するように、回転走査機器１０２を制御し、かつ、採集された透過ＣＴ検知器１０３と蛍光ＣＴ検知器１０４とがＣＴ走査中に生成した投影データに基づいて、同時に本発明の透過ＣＴ及び蛍光ＣＴ画像の再構成を完成する。さらに、ディスプレイにおいて、透過ＣＴ画像と蛍光ＣＴ画像との融合画像を表示する。
【００３５】
図２ａは、本発明の実施例による図１の結像システムにおける蛍光ＣＴ検知器を示す構成模式図である。蛍光ＣＴ検知器１０４は、蛍光エネルギースペクトル検知素子２０１と、コリメーター２０２と、シールド部材２０３と、を含む。
【００３６】
蛍光エネルギースペクトル検知素子２０１は、特定のエネルギーの蛍光光子を他のエネルギーの散乱光子から区別でき、従来の蛍光ＣＴは、単一像素のＸ線分光器を用いる場合が多く、高いエネルギー分解能を持っているものの、走査速度が非常に遅い。これに対し、本発明の実施例において採用したアレイ蛍光ＣＴエネルギースペクトル検知素子（例えば、アレイ光子カウンタ検知器）は、ただ数個のエネルギーウィンドーで、特定のエネルギーの蛍光光子の採集を実現できる。
【００３７】
コリメーター２０２は、励起されて発生したＸ線蛍光光子をコリメートして蛍光エネルギースペクトル検知素子２０１に入射させる。本実施例において、コリメーターは、結像コリメーション孔であってもよく、ピンホール式結像の原理により、原子番号の高い元素に放射線を照射することにより発生した蛍光光子は、ピンホールによりコリメーションされて、アレイ蛍光ＣＴエネルギースペクトル検知素子２０１において直線経路に対応する蛍光の採集を実現する。この結像コリメーション孔およびアレイ蛍光ＣＴアレイ検知素子により、蛍光ＣＴ結像の視角の広さが決められ、結像コリメーション孔からアレイ蛍光ＣＴアレイ検知器までの距離、及びアレイ検知器の長さを調節することにより、蛍光ＣＴ結像視角の異なる設計を実現できる。故に、この結像コリメーション孔は、視角の広い蛍光ＣＴ結像を実現する核心デバイスの１つである。図２ｂは、この結像コリメーション孔の１つの具体的な設計案であり、開孔の傾斜角は７０°〜１１０°であってもよく、中心孔径は、０．１ｍｍ〜５ｍｍであってもよい。望ましい案として、開孔の傾斜角は９０°であることが好ましく、中心孔径は０．５ｍｍであることが好ましい。
【００３８】
シールド部材２０３は、コリメーター２０２が位置する部分を除き、蛍光ＣＴエネルギースペクトル検知素子２０１の他の部分を包んで封じ込む。シールド部材２０３は、高密度の材料により形成される。図２ａに示すように、コリメーター２０２は、シールド部材２０３の側壁に形成されている。本実施例において、シールド部材は、蛍光ＣＴエネルギースペクトル検知素子を厳密に高密度材料のボックス（例えば、鉛のシートを張り付けた金属のボックス）内にパッキングするためのものであり、ボックスの比較的に小さい端面のみにおいて結像コリメーション孔を残して、結像コリメーション孔を通る光子を除き、他の方向から入射する光子は全部このシールドボックス外に止められ、バックグラウンドにおける散乱光子の蛍光ＣＴエネルギースペクトル検知素子に対する影響を最大限に低減している。
【００３９】
図３は、本発明の実施例による図１に示すような結像システムの制御・データ処理を示す論理図である。制御・データ処理手段１０６は、放射線ビームを発するように放射線源１０１を制御し、放射線源１０１と透過ＣＴ検知器１０３と蛍光ＣＴ検知器１０４とを回転させて、被検査物１０７に対して回転ＣＴ走査を実行するように、回転走査機器１０２を制御する。透過ＣＴ検知器１０３は、放射線源１０１により発されて被検査物１０７を通過した放射線ビームを受け、蛍光ＣＴ検知器１０４は、放射線源１０１により発された放射線ビームが被検査物１０７内に照射されることによって励起されて発生した蛍光光子を受ける。データ採集手段１０５は、透過ＣＴ検知器１０３からの透過データ信号と蛍光ＣＴ検知器１０４からの蛍光データ信号とをそれぞれ採集する。制御・データ処理手段１０６は、透過データ信号及び透過強度モデル（Ｘ線透過強度を算出する数学的モデル）から、被検査物に関連する線減衰係数分布を算出する。さらに、制御・データ処理手段１０６は、前記蛍光データ信号及び蛍光強度モデル（蛍光強度を算出する数学的モデル）から、被検査物に関連する特異元素の濃度分布または成分分布を算出する。本実施例において、濃度分布または成分分布を精確的に再構成するには、前記線減衰係数分布を利用する必要があり、これによって、同時に本発明の透過ＣＴ及び蛍光ＣＴ画像を再構成するとともに、ディスプレイにおいて透過ＣＴ画像と蛍光ＣＴ画像との融合画像を表示する。この融合画像は、線減衰係数分布情報（グレイスケールで表すことができる）だけではなく、特異元素の原子序数と対応する濃度分布情報（カラー及び対応する輝度で表すことができる）とも含む。
【００４０】
図４は、本発明の実施例による図１の制御・データ処理手段を含むコンピューターを示す構成ブロック図である。図４に示すように、データ採集手段により採集されたデータは、インターフェースユニット６８及びバス６４を介してメモリ６１に記憶される。メモリ６１には、さらに、強度モデルが記憶されている。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）６２には、コンピューターデータプロセッサーの配置情報及びプログラムが記憶されている。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）６３は、制御・データプロセッサー６６の動作中に、一時的に各種類のデータを記憶するためのものである。なお、メモリ６１には、さらに、データ処理のためのコンピュータープログラムが記憶されている。内部バス６４には、上記のメモリ６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、入力装置６５、プロセッサー６６、表示装置６７及びインターフェースユニット６８が接続されている。ユーザーが例えばキーボードやマウスのような入力装置６５により操作命令を入力した後、コンピュータープログラムの指令コードは、プロセッサー６６に予定された画像再構成アルゴリズムを実行するように命令し、データ処理結果を得た後、それを例えばＬＣＤディスプレイのような表示装置６７に表示するか、例えばプリントのようなハードコピーの形で処理結果を直接出力する。
【００４１】
図５は、本発明の実施例による透過された放射線と励起された蛍光についてともに結像するＣＴ結像方法を示すフローチャートである。
【００４２】
ステップ５０１において、放射線ビームを発するように放射線源を制御し、
ステップ５０２において、被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行するように回転走査機器を制御し、
ステップ５０３において、透過ＣＴ検知器からの透過データ信号と蛍光ＣＴ検知器からの蛍光データ信号とをそれぞれ採集するように制御し、
ステップ５０４において、前記透過データ信号および蛍光データ信号に基づいて、透過ＣＴ画像と蛍光ＣＴ画像とを同時に取得する。
【００４３】
実施例において、ステップ５０２は、前記放射線源と、前記透過ＣＴ検知器と、前記蛍光ＣＴ検知器とを回転させて、被検査物に対して回転ＣＴ走査を実行するように、回転走査機器を制御するステップを含む。
【００４４】
実施例において、ステップ５０４は、前記透過データ信号及び透過強度モデルから、被検査物に関連する線減衰係数分布を算出するステップを含む。ステップ５０４は、前記蛍光データ信号と蛍光強度モデル及び前記線減衰係数分布に基づいて、被検査物に関連する特異元素の濃度分布または成分分布を算出するステップをさらに含む。
【００４５】
以下、透過強度モデル及び蛍光強度モデル、並びに結像過程について詳細に記述する。
【００４６】
まず、Ｘ線源により発された一束のＸ線が被検査物内部の位置ベクトルｒＴに達するとき、被検査物により減衰されることを考えると、当該入射したＸ線のエネルギースペクトルは、下記の式で表される。
【００４７】
【数１】
2019025331.tif 000003
…（１）
【００４８】
ここで、ｌＳＴバーは、Ｘ線源から出発して位置ベクトルｒＴを経るＸ線経路を示し、Ｉ０（Ｅ）は、Ｘ線源により発されて、被検査物に照射される前のＸ線ビームエネルギースペクトルを示し、μ（Ｅ，ベクトルｒ）は、被検査物内の任意的な点のエネルギーに関連するＸ線減衰係数を示す。
【００４９】
透過ＣＴ結像は、当該Ｘ線ビームがその直線の伝搬方向に沿って透過検知器内に入射して発生した信号を採集することであり、これは、下記の式で表される。
【００５０】
【数２】
2019025331.tif 000004
…（２）
【００５１】
ここで、Ｑ（Ｅ）は、検知器のエネルギー応答関数を示し、ｋは、Ｘ線エネルギースペクトル検知器（例えば、光子カウンタ検知器）のエネルギーエリアの番号を示し、Ｅkは、ｋ番目のエネルギーエリア光子の平均エネルギーを示す。透過ＣＴ検知器としてエネルギー積分型検知器が用いられると、上記式（２）において、エネルギーを積分するエネルギーエリアｂｉｎ（Ｅk）が入射Ｘ線エネルギースペクトルの幅（０，Ｅmax）である。
【００５２】
蛍光ＣＴ結像にとって、式（１）により表される位置ベクトルｒＴに達するＸ線は、下記の式に従って特定のエネルギーの蛍光光子を発生する一定の確率が存在する。
【００５３】
【数３】
2019025331.tif 000005
…（３）
【００５４】
ここで、μｍｐｅ（Ｅ）は、位置ベクトルｒＴにおけるＸ線に対する特異元素の光電吸収質量係数を示し、ωは、蛍光光子の収量（既知の定数に近似することができる）を示し、ρ（ベクトルｒＴ）は、当該位置における蛍光を発生できる特異元素（例えば、造影剤）の質量濃度を示し、ＥKは、当該特異元素のＫ−ｅｄｇｅエネルギーを示す。
【００５５】
上記の発生された蛍光光子は、図２ａに示された蛍光ＣＴエネルギースペクトル検知器により収集され、その信号は、下記の式で表される。
【００５６】
【数４】
2019025331.tif 000006
…（４）
【００５７】
ここで、ｌＴＤバーは、ベクトルｒＴにおいて発生された蛍光がコリメーターを介して蛍光ＣＴエネルギースペクトル検知素子のある単位に入射する経路を示し、μＸＲＦ（ベクトルｒ）は、被検査物の蛍光光子に対する線減衰係数を示し、Ａｎｇは、ベクトルｒＴが当該検知器手段にマッピングされたときの立体角を示し、ｌＴは、当該検知器手段が収集した蛍光光子の直線経路を示す。
【００５８】
上記の式により、式（２）は、透過ＣＴの数学的強度モデルを構築しており、式（１）、（３）及び（４）は蛍光ＣＴの数学的強度モデルを構築していることが分かる。この２つの数学的強度モデル間の関連は、これらの信号がともに同一のＸ線源Ｉ０（Ｅ）からのものであり、ともに被検査物の線減衰係数分布μ（Ｅ，ベクトルｒ）に関係することである。本発明の実施例の画像再構成は、透過ＣＴ結像の核心的な任務であるμ（Ｅ，ベクトルｒ）を再構成することと、蛍光ＣＴ結像の核心的な任務である特異元素の濃度分布ρ（ベクトルｒＴ）を再構成することとの２つの任務を含む。
【００５９】
まず、透過ＣＴ画像の再構成を考えると、同様に、２つの状況に分かれる。
【００６０】
１）透過ＣＴが単一エネルギースペクトルＣＴ走査（現在、ほとんどのＣＴがこの走査方式を採用する）であれば、式（２）は、下記の式に簡略化できる。
【００６１】
【数５】
2019025331.tif 000007
…（５）
【００６２】
この時、被検査物の等価線減衰係数分布μバー（ベクトルｒ）は、完全なＣＴ走査により採集された一連のＸ線投影データにより再構成できる。即ち、下記の式になる。
【００６３】
【数６】
2019025331.tif 000008
…（６）
【００６４】
ここで、Ｉ０、Ｉは、それぞれ、Ｘ線源により発されて被検出物を通過する前と後の各本のＸ線の強度（エネルギー積分）である。
【００６５】
２）透過ＣＴがマルチエネルギースペクトルＣＴ走査（例えば、デュアルエネルギーＣＴ、エネルギースペクトルＣＴ等）であれば、式（２）は下記の式に近似できる。
【００６６】
【数７】
2019025331.tif 000009
…（７）
【００６７】
したがって、透過ＣＴの式（６）及び（７）は、いずれも通常のフィルタ補正逆投影アルゴリズムまたは反復再構成アルゴリズムにより透過ＣＴ画像μバー（ベクトルｒ）またはμ（Ｅｋ，ベクトルｒ）を再構成できる。
【００６８】
蛍光ＣＴの再構成は、透過ＣＴよりも複雑である。まず、式（４）により、蛍光ＣＴにより採集されたデータＩＸＦＣＴから、被検出物が照射されることによって発生した蛍光強度分布ＩＸＲＦ（ベクトルｒ）を再構成する。この時、蛍光に対する被検出物自身の減衰吸収、即ち、μＸＲＦ（ベクトルｒ）の影響を考えなければならない。一般的には、μＸＲＦ（ベクトルｒ）は、透過ＣＴ再構成の結果により提供される。透過ＣＴが単一エネルギースペクトルＣＴ走査であれば、μＸＲＦ（ベクトルｒ）はμバー（ベクトルｒ）により近似され、透過ＣＴがマルチエネルギースペクトルＣＴ走査であれば、μＸＲＦ（ベクトルｒ）はＥkが蛍光光子のエネルギーに最も近いエネルギーエリア画像μ（Ｅｋ，ベクトルｒ）により近似される。μＸＲＦ（ベクトルｒ）が既知の場合、式（４）は下記の式に近似できる。
【００６９】
【数８】
2019025331.tif 000010
…（８）
【００７０】
ここで、ＭａｐＡｔｔＸｒｆ（ベクトルｒＴ）は、ベクトルｒＴにおいて発生された蛍光が検知器に入る前に受けられた減衰を示す。蛍光ＣＴが採集できる光子数は通常少ないことに鑑みると、ポアソンノイズモデルを考えて、下記の式により被検出物の蛍光強度分布ＩＸＲＦ（ベクトルｒ）を再構成できる。
【００７１】
【数９】
2019025331.tif 000011
…（９）
【００７２】
ここで、ａｉｊは、蛍光ＣＴ結像の空間幾何的関係により決められる投影行列、即ち、蛍光ＣＴ検知器により採集されたｉ本目の蛍光投影ＩＸＦＣＴ＿ｉが、再構成された蛍光強度分布ＩＸＲＦ付きのｊ番目の画素ＩＸＲＦ＿ｊに対する貢献を示す。
【００７３】
被検出物の蛍光強度分布ＩＸＲＦ（ベクトルｒ）を再構成できたら、式（３）により被検査物内の特異元素（造影剤）の濃度分布ρ（ベクトルｒＴ）を求めることができる。
【００７４】
【数１０】
2019025331.tif 000012
…（１０）
【００７５】
ここで、等式の右側の分母におけるＭｍｐｅ（Ｅ）、ωは、特定の既知の元素にとっていずれも既知の量であり、Ｉ（Ｅ，ベクトルｒＴ）は、式（１）により求められる。前述のμＸＲＦ（ベクトルｒ）に対する近似と類似して、式（１）におけるμ（Ｅ，ベクトルｒ）も透過ＣＴにより提供されるものである。即ち、透過ＣＴが単一エネルギースペクトルＣＴ走査であれば、μ（Ｅ，ベクトルｒ）はμバー（ベクトルｒ）により近似され、透過ＣＴがマルチエネルギースペクトルＣＴ走査であれば、μ（Ｅ，ベクトルｒ）は各エネルギーエリアのエネルギースペクトルＣＴ画像μ（Ｅｋ，ベクトルｒ）により近似される。
【００７６】
本発明の結像システムは、回転走査により、放射線源により発された放射線ビームが被検査物を通過した後に減衰された情報、及び、該放射線ビームが被検査物内のある原子番号の高い元素を照射することにより励起されて発生した特徴的なＸ光子を同時に採集し、画像再構成により、放射線透過ＣＴ画像と蛍光ＣＴ画像とを同時に取得する。透視ＣＴは空間分解能の高い被検査物の構成情報を提供でき、蛍光ＣＴは特異元素（ある特定の原子番号の高い元素）に対して高感度の濃度分布結像を実現できるので、本発明の結像装置は臨床医学、保安検査等の分野のために品質の高いマルチモード情報画像を提供できる。
【００７７】
以上の詳細な記述においては、ブロック図、フローチャート及び／又は例によりＸ線結像システム及び結像方法の多数の実施例を記述した。このようなブロック図、フローチャート及び／又は例が１つまたは複数の機能及び／又は操作を含む場合、当業者は、このようなブロック図、フローチャートまたは例のそれぞれの機能及び／又は操作が、各種のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたは実質的にこれらの任意的な組み合わせにより単独及び／又はともに実現できることを理解すべきである。一実施例において、本発明の実施例に記載された主題の幾つかの部分は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、または他の集積回路により実現できる。しかしながら、当業者は、ここで開示された実施例のある方面の全体または一部が等価的に集積回路において実現でき、一台または複数の台のコンピューターにおいて実行される１つまたは複数のコンピュータープログラム（例えば、一台または複数台のコンピューターにおいて実行される１つまたは複数のプログラム）として実現でき、１つまたは複数のプロセッサーにおいて実行される１つまたは複数のプログラム（例えば、１つまたは複数のマイクロプロセッサーにおいて実行される１つまたは複数のプログラム）として実現でき、ファームウェアとして実現でき、あるいは実質的に上記形態の任意的な組み合わせとして実現できる、ことを理解すべきである。そして、当業者は、本発明から電路の設計及び／又はソフトウェア及び／又はファームウェアコードの書き込み能力を持つ。また、当業者は、本発明に記載された主題のメカニズムが複数の形態のプログラム製品として配布でき、且つ、実際に配布を実行するための信号キャリア媒体がどのような種類であっても、本発明に記載された主題の例示的な実施例を適用できる、ことを理解すべきである。信号キャリア媒体の例としては、ＦＤ、ＨＤＤ、ＣＤ、ＤＶＤ、デジタルテープ、コンピューターメモリなどの記録可能な媒体、及びデジタル及び／又はアナログ通信媒体（例えば、光ファイバーまたは光ケーブル、導波路、有線通信回線、無線通信線路など）のような伝送型媒体を含むことができるが、これに限られない。
【００７８】
幾つかの典型的な実施例を参照して本発明を記述したが、使用された用語は説明及び例示的なものであり、制限的なものではないことに注意すべきである。本発明は発明の趣旨又は実質を逸脱することなく、いろんな形態で具体的に実施できるので、上記の実施例は前述の細部に限られなく、添付の請求の範囲に限定された精神及び範囲において広義的に解釈すべきである。従って、請求の範囲又はそれと均等な範囲内の全ての変化及び改良は、添付の請求の範囲に含まれるべきである。
【図１】
2019025331.tif 000013
【図２ａ】
2019025331.tif 000014
【図２ｂ】
2019025331.tif 000015
【図３】
2019025331.tif 000016
【図４】
2019025331.tif 000017
【図５】
2019025331.tif 000018