(57)【要約】      （修正有）【課題】ＲＯＩ断層撮影のためのスキャン軌道を実施するための装置および方法を提供する。【解決手段】被検体の外接円半径に基づいて第１の焦点被写体間距離を決定する工程であって、被検体が関心領域を含む、工程５０３と、関心領域を包含する最小の円柱の半径に基づいて第２の焦点被写体間距離を決定する工程５０５と、第１の焦点被写体間距離に応じた複数の可能な観察角度から複数の観察角度を決定する工程であって、複数の観察角度の各観察角度が、関心領域から測定された関連する焦点被写体間距離を有し、複数の観察角度の各々の関連する焦点被写体間距離が、第１の焦点被写体間距離よりも小さく、かつ第２の焦点被写体間距離よりも大きい、工程５０７と、少なくとも上記の複数の観察角度を用いて関心領域をスキャンする工程５０９と、を含む。【選択図】図５
2019191171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の外接円半径に基づいて第１の焦点被写体間距離を決定する工程であって、前記被検体が関心領域を含む、工程と、
前記関心領域を包含する最小の円柱の半径に基づいて第２の焦点被写体間距離を決定する工程と、
前記第１の焦点被写体間距離に応じた複数の可能な観察角度から複数の観察角度を決定する工程であって、前記複数の観察角度の各観察角度が、前記関心領域から測定された関連する焦点被写体間距離を有し、前記複数の観察角度の各々の前記関連する焦点被写体間距離が、前記第１の焦点被写体間距離よりも小さく、かつ前記第２の焦点被写体間距離よりも大きい、工程と、
少なくとも前記複数の観察角度を用いて前記関心領域をスキャンする工程と
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１の焦点被写体間距離に応じた複数の可能な観察角度から複数の観察角度を決定する工程が、前記複数の観察角度の関連する焦点被写体間距離の平均二乗値が前記第１の焦点被写体間距離よりも小さいことに基づいて前記複数の観察角度を選択することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の観察角度の関連する焦点被写体間距離の前記平均二乗値が、前記複数の観察角度の各観察角度でのスキャンに費やされた時間によって重み付けされる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の焦点被写体間距離に比べて最小化されることができない関連する焦点被写体間距離を前記複数の可能な観察角度のサブセットが有することに基づいて、前記複数の可能な観察角度の前記サブセットを前記関心領域のスキャンから除外する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の観察角度が、ジグザグ、らせんのサブセット、および格子型空間充填軌道のうちの１つから選択されるスキャン軌道で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の観察角度が、円弧であるスキャン軌道で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の観察角度が、観察角度の不連続部位を含むスキャン軌道で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記被検体内の前記関心領域の位置に基づいて前記複数の観察角度を選択する工程であって、前記複数の観察角度と、前記被検体内の前記関心領域の前記位置との間の関係によって前記第１の焦点被写体間距離の最小化が可能になる、工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の観察角度が、前記被検体内の前記関心領域の位置に対する前記複数の観察角度の関連する焦点被写体間距離を最小にするように選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも前記複数の観察角度を用いて前記関心領域をスキャンする工程が、前記第１の焦点被写体間距離以上の関連する焦点被写体間距離を有する前記複数の可能な観察角度からの１つ以上の観察角度をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
以下を備える、コンピュータ断層撮影スキャンを実行するためのシステム：
被検体を保持し移動させるためのステージ；
前記被検体にＸ線のビームを提供するための線源；
前記被検体を通過した後の前記Ｘ線のビームの少なくとも一部を検出するための検出器；ならびに
前記ステージの移動を制御するために少なくとも前記ステージに接続された制御器であって、前記制御器によって実行されると、
被検体の外接円半径に基づいて第１の焦点被写体間距離を決定することであって、前記被検体が関心領域を含む、こと、
前記関心領域を包含する最小の円柱の半径に基づいて第２の焦点被写体間距離を決定すること、
前記第１の焦点被写体間距離に応じた複数の可能な観察角度から複数の観察角度を決定することであって、前記複数の観察角度の各観察角度が、前記関心領域から測定された関連する焦点被写体間距離を有し、前記複数の観察角度の各々の前記関連する焦点被写体間距離が、前記第１の焦点被写体間距離よりも小さく、かつ前記第２の焦点被写体間距離よりも大きい、こと、および
少なくとも前記複数の観察角度を用いて前記関心領域をスキャンすること
を前記システムに行わせる実行可能コードに接続されているかまたはそれを含む、制御器。
【請求項１２】
前記第１の焦点被写体間距離に応じた複数の可能な観察角度から複数の観察角度を決定することを前記制御器に行わせる前記実行可能コードが、
前記制御器によって実行されると、前記複数の観察角度の関連する焦点被写体間距離の平均二乗値が前記第１の焦点被写体間距離よりも小さいことに基づいて前記複数の観察角度を選択することを前記システムに行わせる実行可能コード
をさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記複数の観察角度の関連する焦点被写体間距離の前記平均二乗値が、前記複数の観察角度の各観察角度でのスキャンに費やされた時間によって重み付けされる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御器によって実行されると、
前記第２の焦点被写体間距離に比べて最小化されることができない関連する焦点被写体間距離を前記複数の可能な観察角度のサブセットが有することに基づいて、前記複数の可能な観察角度の前記サブセットを前記関心領域のスキャンから除外すること
を前記システムに行わせる実行可能コード
をさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複数の観察角度が、ジグザグ、らせんのサブセット、および格子型空間充填軌道のうちの１つから選択されるスキャン軌道で実施される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記複数の観察角度が、円弧であるスキャン軌道で実施される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記複数の観察角度が、観察角度の不連続部位を含むスキャン軌道で実施される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記制御器によって実行されると、
前記被検体内の前記関心領域の位置に基づいて前記複数の観察角度を選択することであって、前記複数の観察角度と、前記被検体内の前記関心領域の前記位置との間の関係によって前記第１の焦点被写体間距離の最小化が可能になる、こと
を前記システムに行わせる実行可能コード
をさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記複数の観察角度が、前記被検体内の前記関心領域の位置に対する前記複数の観察角度の関連する焦点被写体間距離を最小にするように選択される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２０】
少なくとも前記複数の観察角度を用いて前記関心領域をスキャンすることを前記制御器に行わせる前記実行可能コードが、
前記制御器によって実行されると、前記第１の焦点被写体間距離以上の関連する焦点被写体間距離を有する前記複数の可能な観察角度からの１つ以上の観察角度で前記関心領域をスキャンすることを前記システムに行わせる実行可能コード
をさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全般的にコンピュータ断層撮影に関し、より具体的には関心領域固有のスキャン軌道に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ断層撮影（ＣＴ）は、被検体を調査するためにＸ線を使用し、内部構造のデータを取得することを含む。ＣＴベースのシステムは、従来、被検体、Ｘ線源および検出器を互いに対して移動、例えば回転させて、被検体周りの使用可能な観察角度で画像を取得する。次いで、スキャンデータがアルゴリズムにより操作されて、被検体の様々なスライスの再構成を得ることができる。画像の解像度は、線源、被検体および検出器などの様々な構成要素間の距離に影響され得る。例えば、コーンビームＣＴシステムでは、線源と被検体との間の距離が大きいと、得られる画像の品質が低下する。
【０００３】
さらに、被検体内の関心領域（ＲＯＩ）は、典型的なスキャン軌道によって得られるよりも高い解像度のデータを必要とすることがあり、例えば、ＲＯＩと線源との間の相対距離が、ＲＯＩと交差するコーン角度が小さいために、Ｘ線束に影響を与えることがある。容認可能と思われるＲＯＩのスキャン解像度が得られるかもしれないが、ＲＯＩのより高品質の画像が望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書において、ＲＯＩ断層撮影のためのスキャン軌道を実施するための装置および方法が提供される。
より具体的には、本発明は以下を提供する：
[１] 被検体の外接円半径に基づいて第１の焦点被写体間距離を決定する工程であって、前記被検体が関心領域を含む、工程と、
前記関心領域を包含する最小の円柱の半径に基づいて第２の焦点被写体間距離を決定する工程と、
前記第１の焦点被写体間距離に応じた複数の可能な観察角度から複数の観察角度を決定する工程であって、前記複数の観察角度の各観察角度が、前記関心領域から測定された関連する焦点被写体間距離を有し、前記複数の観察角度の各々の前記関連する焦点被写体間距離が、前記第１の焦点被写体間距離よりも小さく、かつ前記第２の焦点被写体間距離よりも大きい、工程と、
少なくとも前記複数の観察角度を用いて前記関心領域をスキャンする工程と
を含む、方法；
[２] 前記第１の焦点被写体間距離に応じた複数の可能な観察角度から複数の観察角度を決定する工程が、前記複数の観察角度の関連する焦点被写体間距離の平均二乗値が前記第１の焦点被写体間距離よりも小さいことに基づいて前記複数の観察角度を選択することを含む、[１]に記載の方法；
[３] 前記複数の観察角度の関連する焦点被写体間距離の前記平均二乗値が、前記複数の観察角度の各観察角度でのスキャンに費やされた時間によって重み付けされる、[２]に記載の方法；
[４] 前記第２の焦点被写体間距離に比べて最小化されることができない関連する焦点被写体間距離を前記複数の可能な観察角度のサブセットが有することに基づいて、前記複数の可能な観察角度の前記サブセットを前記関心領域のスキャンから除外する工程をさらに含む、[１]に記載の方法；
[５] 前記複数の観察角度が、ジグザグ、らせんのサブセット、および格子型空間充填軌道のうちの１つから選択されるスキャン軌道で実施される、[１]に記載の方法；
[６] 前記複数の観察角度が、円弧であるスキャン軌道で実施される、[１]に記載の方法；
[７] 前記複数の観察角度が、観察角度の不連続部位を含むスキャン軌道で実施される、[１]に記載の方法；
[８] 前記被検体内の前記関心領域の位置に基づいて前記複数の観察角度を選択する工程であって、前記複数の観察角度と、前記被検体内の前記関心領域の前記位置との間の関係によって前記第１の焦点被写体間距離の最小化が可能になる、工程をさらに含む、[１]に記載の方法；
[９] 前記複数の観察角度が、前記被検体内の前記関心領域の位置に対する前記複数の観察角度の関連する焦点被写体間距離を最小にするように選択される、[１]に記載の方法；
[１０] 少なくとも前記複数の観察角度を用いて前記関心領域をスキャンする工程が、前記第１の焦点被写体間距離以上の関連する焦点被写体間距離を有する前記複数の可能な観察角度からの１つ以上の観察角度をさらに含む、[１]に記載の方法；
[１１] 以下を備える、コンピュータ断層撮影スキャンを実行するためのシステム：
被検体を保持し移動させるためのステージ；
前記被検体にＸ線のビームを提供するための線源；
前記被検体を通過した後の前記Ｘ線のビームの少なくとも一部を検出するための検出器；ならびに
前記ステージの移動を制御するために少なくとも前記ステージに接続された制御器であって、前記制御器によって実行されると、
被検体の外接円半径に基づいて第１の焦点被写体間距離を決定することであって、前記被検体が関心領域を含む、こと、
前記関心領域を包含する最小の円柱の半径に基づいて第２の焦点被写体間距離を決定すること、
前記第１の焦点被写体間距離に応じた複数の可能な観察角度から複数の観察角度を決定することであって、前記複数の観察角度の各観察角度が、前記関心領域から測定された関連する焦点被写体間距離を有し、前記複数の観察角度の各々の前記関連する焦点被写体間距離が、前記第１の焦点被写体間距離よりも小さく、かつ前記第２の焦点被写体間距離よりも大きい、こと、および
少なくとも前記複数の観察角度を用いて前記関心領域をスキャンすること
を前記システムに行わせる実行可能コードに接続されているかまたはそれを含む、制御器；
[１２] 前記第１の焦点被写体間距離に応じた複数の可能な観察角度から複数の観察角度を決定することを前記制御器に行わせる前記実行可能コードが、
前記制御器によって実行されると、前記複数の観察角度の関連する焦点被写体間距離の平均二乗値が前記第１の焦点被写体間距離よりも小さいことに基づいて前記複数の観察角度を選択することを前記システムに行わせる実行可能コード
をさらに含む、[１１]に記載のシステム；
[１３] 前記複数の観察角度の関連する焦点被写体間距離の前記平均二乗値が、前記複数の観察角度の各観察角度でのスキャンに費やされた時間によって重み付けされる、[１２]に記載のシステム；
[１４] 前記制御器によって実行されると、
前記第２の焦点被写体間距離に比べて最小化されることができない関連する焦点被写体間距離を前記複数の可能な観察角度のサブセットが有することに基づいて、前記複数の可能な観察角度の前記サブセットを前記関心領域のスキャンから除外すること
を前記システムに行わせる実行可能コード
をさらに含む、[１１]に記載のシステム；
[１５] 前記複数の観察角度が、ジグザグ、らせんのサブセット、および格子型空間充填軌道のうちの１つから選択されるスキャン軌道で実施される、[１１]に記載のシステム；
[１６] 前記複数の観察角度が、円弧であるスキャン軌道で実施される、[１１]に記載のシステム；
[１７] 前記複数の観察角度が、観察角度の不連続部位を含むスキャン軌道で実施される、[１１]に記載のシステム；
[１８] 前記制御器によって実行されると、
前記被検体内の前記関心領域の位置に基づいて前記複数の観察角度を選択することであって、前記複数の観察角度と、前記被検体内の前記関心領域の前記位置との間の関係によって前記第１の焦点被写体間距離の最小化が可能になる、こと
を前記システムに行わせる実行可能コード
をさらに含む、[１１]に記載のシステム；
[１９] 前記複数の観察角度が、前記被検体内の前記関心領域の位置に対する前記複数の観察角度の関連する焦点被写体間距離を最小にするように選択される、[１１]に記載のシステム；ならびに
[２０] 少なくとも前記複数の観察角度を用いて前記関心領域をスキャンすることを前記制御器に行わせる前記実行可能コードが、
前記制御器によって実行されると、前記第１の焦点被写体間距離以上の関連する焦点被写体間距離を有する前記複数の可能な観察角度からの１つ以上の観察角度で前記関心領域をスキャンすることを前記システムに行わせる実行可能コード
をさらに含む、[１１]に記載のシステム。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の一実施形態によるＣＴシステムの例示的な概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示の一実施形態による、線源、被検体、および検出器の平面図を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、例示的な被検体の軌道であり、従来のマイクロＣＴスキャンを示す。
【図１Ｄ】図１Ｄは、例示的なＲＯＩベースの軌道であり、従来のマイクロＣＴのＲＯＩスキャンを示す。
【図１Ｅ】図１Ｅは、本開示の一実施形態による、スキャン軌道効率を高めかつＲＯＩベースＦＯＤを最小化するための観察角度のセットを含むスキャンを示す。
【図１Ｆ】図１Ｆは、本開示の一実施形態による、いびつな被検体のスキャンを示す。
【図２】図２Ａ〜２Ｃは、本開示の一実施形態による、例示的なスキャンを示す。
【図３】図３Ａおよび３Ｂは、本開示の一実施形態による、例示的な３次元スキャンである。図３Ｃは、本明細書に開示された一実施形態による、ＲＯＩの位置を示すための被検体の平面図を示す。
【図４】図４は、本明細書に開示された一実施形態による、被検体内のＲＯＩについてＣＴスキャンを実行するための例示的な方法である。
【図５】図５は、本開示の一実施形態による、低減された観察角度のセットを使用するＲＯＩスキャンのための例示的な方法である。
【図６】図６は、本開示の一実施形態による、ＣＴシステムの例示的な機能ブロック図である。
【０００６】
同じ参照番号は、図面のいくつかの図にわたって、対応する部分を指す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
実施形態の詳細な説明
本発明の実施形態は、関心領域に関する焦点被写体間距離を最小化しかつスキャン軌道効率を最大化するように選択された観察角度を用いて関心領域をスキャンするために、円錐形Ｘ線ビーム、および円形、らせん、または空間充填スキャン（被検体）軌道を用いる、小さい物体（特に円柱形の被検体）のマイクロメートルスケールまたはナノメートルスケールのコンピュータ断層撮影（ＣＴ）のための断層撮影装置の文脈の中で以下に説明される。しかしながら、本明細書に記載の方法は概して、コーンビームシステムおよびパラレルビームシステムの両方を含む広範囲の異なる断層撮影の方法および装置に適用可能であり、特定の装置タイプ、ビームタイプ、対象物タイプ、長さスケール、またはスキャン軌道に限定されないことを理解すべきである。
【０００８】
本出願および特許請求の範囲において使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数形も含む。加えて、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」の意味である。さらに、用語「接続された」は、接続されたアイテム間の中間要素の存在を排除するものではない。
【０００９】
本明細書に記載のシステム、装置、および方法は多少なりとも限定的なものとして解釈されるべきではない。むしろ、本開示は、単独で、ならびに互いとの種々の組み合わせおよび部分的な組み合わせで、種々の開示された実施形態のすべての新規性および非自明性を有する特徴および態様を対象とする。開示されたシステム、方法、および装置は、任意の特定の態様または特徴またはそれらの組み合わせに限定されず、開示されたシステム、方法および装置は、任意の１つ以上の特定の利点が存在する、または問題が解決されることも必要としない。いずれの動作理論も説明を容易にするためであるが、開示されたシステム、方法、および装置は、そのような動作理論に限定されない。
【００１０】
開示された方法のいくつかの動作は、便宜上、特定の順番で記載されているが、以下に記載される具体的な言葉によって特定の順序が要求されない限り、この説明方法が並び替えを包含することを理解されるものとする。例えば、順々に記載される動作は、いくつかの場合では、並び替えまたは同時に実行されてもよい。さらに、単純化のために、添付の図面は、開示されたシステム、方法、および装置が、他のシステム、方法、および装置とともに使用され得る様々な方法を示さないことがある。加えて、説明は、開示された方法を説明するために、「生成する」および「提供する」等の用語を使用することがある。これらの用語は、実行される実際の操作の高レベルの抽象化である。これらの用語に対応する実際の動作は、特定の実施に応じて、様々であり、当業者には容易に認識できる。
【００１１】
いくつかの例では、値、手順、または装置は、「最低」、「最良」、「最小」などと呼ばれる。そのような記載は、多くの使用されている機能的選択肢の中からの選択が可能であり、そのような選択が他の選択よりも優れている、より小さい、または他の選択肢である必要はないことを示すことを意図していることが理解されよう。
【００１２】
ミクロンおよび／またはナノメートルスケールでデータを取得するために使用され得る実験室ベースのＣＴシステムは、様々な被検体を画像化するために使用される。被検体は、生物材料、鉱物材料、複合材料などであり得、結果として得られる画像は、内部構造の再構成であり得る。一般に、ＣＴシステムは、間に被検体が配置されたＸ線源および検出器を備える。ＣＴ源は、大きなコーンにわたって、例えば広角にわたって均等に放射線を放出することができ、コーンビーム断層撮影の効率は、被検体に入射するコーン角度が大きくなるにつれて増大する。効率の向上は、主に被検体に入射するＸ線束の増加による可能性がある。いくつかの実施形態では、線源と被検体との間の距離を短くして、より高いコーン角度を得ることができる。上述のように、これらのＣＴシステムは、線源および検出器に対して被検体を回転させる、または線源および検出器を、被検体の周りを同時に同等に回転させる。被検体の形状、線源から被検体までの距離、線源から検出器までの距離、被検体から検出器までの距離、およびそれらの組み合わせなど、様々な物理的制約が、得られるスキャンの解像度、信号対雑音比、および品質のうちの１つ以上に影響を及ぼし得る。これらの相対距離は、被検体、または被検体の一部を通過して検出器と交差するＸ線ビームコーンの量に影響を及ぼす。より具体的には、構成要素間の距離は、被検体を通過して検出器に衝突するＸ線束の量に影響を及ぼす。被検体を通過して検出器に入射する線束の量は、データの解像度および品質の１つの重要な側面である。そのため、線源と被検体との間、および線源と検出器との間の距離が大きいと、スキャン品質の低下をもたらす可能性があり、距離が小さいと、スキャン品質の向上をもたらす可能性がある。
【００１３】
被検体の他の要因もまた、スキャンの品質、例えば信号対雑音比（ＳＮＲ）または解像度に影響を及ぼし得る。一般に、被検体内のＲＯＩのサイズ、形状、および位置、ならびにＲＯＩから線源および検出器までの相対距離は、ＲＯＩのスキャンの品質に影響を及ぼし得る。被検体の回転軸上のＲＯＩは、距離に起因して、線源からの線束をより少なく受ける可能性があり、それにより、ＲＯＩの質の低いスキャン／投影をもたらす可能性がある。この距離は、ＲＯＩに入射するコーン角度に影響を及ぼし、その結果、ＲＯＩを横切って検出器に入射するＸ線束が減少する。ＲＯＩに入射して検出器によって捕集される線束の量は、スキャンの品質、例えばスキャンのＳＮＲおよび解像度に影響を及ぼす。本明細書で使用されるとき、およびＲＯＩスキャンの文脈の中では、「コーン角度」は、ＲＯＩによって範囲を定められた角度と見なされることがある。
【００１４】
いくつかの実施形態では、ＲＯＩが被検体の運動軸（または線源−検出器対の回転軸）上に位置付けられていない場合、ＲＯＩの再構成画像の質が制限されることがある。例えば、ＲＯＩが元の（被検体の）回転軸から半径方向にずれており、被検体の一つの表面に近い領域に拘束されている場合（例えば、図１Ｂの１１２を参照）、被検体および／または線源／検出器が移動するにつれてＲＯＩと線源との間の距離が変化するため、ＲＯＩを通過するＸ線束が異なるであろう。例えば、ＲＯＩが線源と反対側にあるとき、これらのＸ線からのデータは、ＲＯＩを横切るＸ線束の減少のために、ＲＯＩが線源に隣接しているときよりも強度が低くなるであろう。Ｘ線束は、線源とＲＯＩとの間の距離に起因して減少する、コーン角度の減少により、減少する可能性がある。ＲＯＩを通過するＸ線束の減少は、得られる画像の品質に影響を及ぼし得る。いくつかの実施形態では、被検体全体の回転軸の位置は、取得中の被検体の揺れを最小化し、検出器を最も都合よく満たすことができるように、被検体の中心の最も近くにある（図１Ｅ参照）。しかしながら、いくつかの実施形態では、ＲＯＩは、被検体を軸周りにフラフープのように回転させ得る、例えば、被検体の中心が円形またはらせんの経路を移動し得、それにより、線源と被検体との間の距離に影響を及ぼして両者の間の干渉を回避し得る偏心回転などの、回転軸上に配置される（図１Ｆ参照）。したがって、ＲＯＩスキャンの画質を向上させるための技術が望まれる。
【００１５】
画像再構成に関して、標準のフィルタ補正逆投影（ＦＢＰ）技術は、ラドン変換のための反転公式に基づいており、非常に小さいセットの正則軌道に適用することができ、均等かつ蜜にサンプリングされた円形およびらせんの軌道にのみ直接適用可能である。他の軌道については、再構成は、深刻なアーチファクト、例えば、よりまばらなまたは可変の角度サンプリングを伴う軌道、または焦点−検出器間距離（ＦＤＤ）または焦点−被写体間距離（ＦＯＤ）の変動を含む。ＲＯＩスキャンに関して、ＦＯＤは、焦点−ＲＯＩ間距離であってもよい。反復再構成法（ＩＲＴ）は、よりまばらで不完全なまたはあまり規則的でないデータから再構成することができるが、一般的に、ＦＢＰ法よりも計算時間が一桁以上遅いという犠牲を伴う。一般に、ＩＲＴは、非常に遅くて堅牢か、または速くて信頼できないかのいずれかである。ＩＲＴを用いても、軌道が不完全な場合は、低品質の再構成をもたらすであろう。
【００１６】
最近の研究により、逆投影フィルタ（ＢＰＦ）によって前処理され、さらにマルチグリッド法によって加速される高速反復法が特定された。これらの手法は、ＦＢＰ法よりもはるかに広範囲の軌道に適用可能であるが、非対称性や不完全性に対して敏感である可能性が高い。ここで提案されている軌道とＢＰＦ再構成との組み合わせは、合理的な計算量で高品質のＲＯＩデータを生成するのに特に適していると思われる。本明細書に開示される軌道は、ＦＢＰ再構成では機能しない可能性があるが、ＩＲＴまたはＢＰＦのいずれかで、他のＲＯＩ軌道よりも高品質のデータを生成するはずである。
【００１７】
１つの解決策は、被検体の外接円半径に基づいて最小ＦＯＤを決定することと、最小ＦＯＤに対する関係性を満たす観察角度のみを用いてＲＯＩをスキャンすることと、を含み得る。外接円半径は、スキャンシステムの回転軸にＲＯＩを位置合わせして被検体を配置することに基づいて決定される。上述のように、そのように取り付けられた被検体は偏心回転を有するであろうし、被検体との衝突を回避するように線源および検出器を配置することが必要である。しかしながら、この構成は従来、ＦＯＤを増加させ、それにより画質を低下させる。しかしながら、すべての可能な観察角度よりも少ない観察角度を用いてＲＯＩを中心とするスキャンを実行することができ、実施される観察角度は、スキャン効率を高める（スキャン効率は、決定された最小ＦＯＤに基づいて高められ得る）ように選択されるであろう。スキャン効率はＦＯＤの逆数に近いことに留意すべきである。実施される観察角度を選択するための１つの技術が、最小ＦＯＤよりも小さい、ＲＯＩベースＦＯＤの平均二乗値を有する観察角度を選択することである。いくつかの実施形態では、この技術は、被検体の、ＲＯＩに最も近い側面上で選択された複数の観察角度を含む、実施される観察角度をもたらすことができ、それにより、スキャン軌道が、その近傍の被検体の周りで部分的に弧状またはジグザグ状のパターンで振動することになり得る。観察角度のうちのいくつかは、最小ＦＯＤよりも大きい関連するＦＯＤを有し得るが、ＦＯＤ距離の平均二乗値は、最小ＦＯＤよりも小さくなるであろう。他の実施形態では、平均二乗ＦＯＤ距離は、選択された観察角度の各々においてデータを取得するのに費やされた時間によって重み付けされ得る。
【００１８】
別の解決策は、１つのスキャンが、比較的完全な観察角度のセットおよび／または被検体全体を含む軌道を用いる一方で、別のスキャンは、限定された軌道またはより小さな観察角度のセットを有する、被検体の複数スキャンを含み得る。本明細書で使用されるとき、「観察角度のセット」は、投影（被検体のＸ線グレースケール測定値）が得られる、被検体の周りの位置を指し、これらの位置は、実施される軌道によって決定され得る。例えば、他のスキャンでは縮小された軌道を用いることができ、第１のスキャンではより完全な軌道を用いることができる。縮小された軌道は、より完全なスキャンのＦＯＤ（例えば被検体ベースのＦＯＤ）と比較して、線源とＲＯＩとの間の距離を縮小すること（例えば、ＲＯＩベースＦＯＤを縮小すること）を可能にし得る。ＲＯＩベースのスキャンのためのＦＯＤの縮小、例えば縮小された軌道は、ＲＯＩベースＦＯＤを最小化することによってスキャン効率を改善し得る。いくつかの実施形態では、線源と検出器との間の距離も縮小され得るが、場合によっては、被検体の全体形状により、その距離の縮小が制限されることがある。いくつかの実施形態では、他のスキャン（例えば第２のスキャン）のためのスキャン軌道は、被検体の周りを一回転しない代わりに、ＲＯＩを中心とする限定された角度で、またはＲＯＩが被検体の表面に最も近い、被検体の領域（図２Ｂ参照）に限定して、スキャンすることができる。例えば、限定された角度は、１８０°スキャン、１８０°未満のスキャン、または被検体の形状に起因していくつかの角度を外す／省くスキャンさえも含み得る。このように、軌道で用いられる限定された角度で被検体の形状に制約が与えられると、スキャンは、線源をＲＯＩの近くに保つことができる。次に、２つのスキャンからのデータを組み合わせて、被検体内のＲＯＩの状況を依然として提供しながら、ＲＯＩの高品質の再構成（例えば、高解像度、改善されたＳＮＲなど）を提供することができる。そのような実施形態は、説明を容易にするために、２つの別々のスキャンを使用するものとして説明されているが、本明細書に開示される技術は、２つの完全に別々のスキャンの使用を必要とするわけではない。概して、２つのスキャンは、被検体の同じ領域が、複数の機会に、異なるレベルの倍率、ＦＯＤ、スキャン時間などで観察される単一の軌道に組み合わされ得る。いくつかの実施形態では、本明細書で実施される限定されたスキャン軌道は、低減された観察角度のセットに関連してスキャン時間の短縮をもたらし得る。
【００１９】
図１Ａは、本開示の一実施形態による、ＣＴシステム１００の例示的な概略図である。ＣＴシステム１００は、被検体のＸ線減衰データ（例えば投影）を取得し、それに応じて画像再構成を提供するために使用することができる。ＣＴシステム１００は、線源１０２、ステージ１０８、および検出器１０６を少なくとも含むことができる。いくつかの実施形態では、線源１０２、ステージ１０８、および検出器１０６は、それらの動作を制御し、少なくとも検出器１０６からのデータを受け取る制御電子機器（図示せず）に接続されてよい。ＣＴシステム１００は、被検体１０４の投影、例えばＸ線減衰データ（グレースケールデータ）、を取得することができ、このデータはその後、被検体１０４、および／または被検体１０４内の所望の領域の再構成を形成するために使用することができる。いくつかの実施形態では、図１Ｂに示されるように、被検体１０４内のＲＯＩ １１２は、ＣＴスキャンデータの分析のための望ましい領域とすることができる。
【００２０】
線源１０２は、広いコーン角度と呼ばれることもある高いコーン角度で、線源焦点から外側に放射する円錐形状のＸ線を供給することができる。本明細書で使用されるとき、「高いコーン角度」は、線源１０２の焦点において、被検体によって、またはＲＯＩによって範囲を定めた角度を定義する。この定義に基づくと、低いコーン角度はより小さい角度になる。一般に、高いコーン角度はより広いコーンを定義し、低いコーン角度はより狭いコーンを定義する。さらに、任意の特定の投影を得るために使用されるコーン角度は、線源１０２、被検体１０４、および検出器１０６の間の相対距離によって影響を受ける。より具体的には、線源１０２と被検体１０４、または被検体の所望の領域、例えばＲＯＩ １１２との間の距離、焦点被写体間距離（ＦＯＤ）が、被検体１０４または所望の領域に入射して通過する、放出されるＸ線、例えばＸ線束のコーンの量に影響を及ぼし得る。ＦＯＤは、従来、スキャンの目標および被検体がどのようにステージ１０８上に取り付けられるかに応じて、線源から被検体の回転軸までの距離、または線源から被検体内の関心領域までの距離として定義され得ることに留意されたい。ＲＯＩスキャンに関して、ＲＯＩ中心ＦＯＤは、線源からＲＯＩの中心までの距離であり、必ずしも被検体１０４の中心ではない。ＦＯＤは、（所与のＦＤＤに対する）ＲＯＩの平均倍率、およびＲＯＩが範囲を定めるコーン角度を決定し得る。一般に、ＦＯＤが小さいほど、非常に大きい立体角にわたって等方的に放射線を放出する線源１０２に起因して、より多くのＸ線束が被検体／ＲＯＩを通過し、それにより、取得される画像／再構成の品質が高まる。さらに、光源１０２と検出器１０６との間の距離、焦点−検出器間距離（ＦＤＤ）もまた、画像および再構成の品質に影響を及ぼし得る。一般に、ＦＤＤが大きいと、検出器１０６に入射するＸ線のコーン角度が低くなる可能性があり、距離が小さいと、検出器１０６に入射するＸ線のコーン角度が高くなる可能性がある。これらの距離、ＦＯＤおよびＦＤＤは、スキャンの品質、および視野（ＦＯＶ）にも影響を及ぼし得る。上述のように、一般に、これらの距離が小さいほど、被検体１０４を通過して検出器１０６に入射するＸ線束が増加するため、より高品質でより低ノイズのスキャンが得られ、それにより、スキャン効率が改善される。
【００２１】
検出器１０６は、被検体１０４を透過したＸ線を受光するように配置することができる。いくつかの実施形態では、ＲＯＩ １１２を含む、被検体１０２を通過する入射Ｘ線束を最大化するために、被検体の形状および回転に基づいてＦＤＤを最小化することができる。検出器１０６は、Ｘ線が照射されると可視光を発生するシンチレータと、シンチレータによって発生されたシンチレーションの空間的配置の二次元画像を表す画像データを発生する、シンチレータの背後に取り付けられたＣＣＤ、ＣＭＯＳまたはアモルファスシリコンフラットパネルセンサとを含み得る。その結果、対象を透過したＸ線についての二次元画像またはＸ線強度のマップが得られる。理解されるように、これらの画像の各々は、被検体１０４を透過して検出器１０６に送られるＸ線の方向に沿って投影されたときの、被検体１０４の外部構造および内部構造の両方の特徴に関する情報を含んでいる。
【００２２】
ステージ１０８は被検体１０４を支持する。いくつかの実施形態では、ステージ１０８は、時計回り、反時計回り、またはその両方（図１Ａに示されるΘ）のいずれかに回転することができ、かつ図１Ａに示す基準軸によって示されるＸ、Ｙ、およびＺ方向に（正の方向または負の方向に）移動することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、ステージ１０８は、線源１０２および検出器１０６が同時に被検体の周りを回転し、また、＋／−Ｚ方向に平行移動する間、固定されたままでもよい。被検体１０４および／または線源１０２／検出器１０６対の相対移動は、スキャンデータ、例えば画像データの投影を取得するときに使用される「軌道」を画定し得る。固定被検体の軌道設定では、軌道は、被検体の周りの線源１０２の移動を指し、Ｘ線束のコーンは線源１０２を起点とする。いくつかの実施形態では、軌跡は二次元であり得るが、他の実施形態では、軌跡は三次元であり得る。例えば、２Ｄ軌道は、被検体１０４の周りの円、例えば一回転、を含み得、３Ｄ軌道は、被検体１０４の周りのらせんを含み得る。
【００２３】
例えば、所望の観察角度からの被検体１０４のスキャンデータ（例えば、画像、投影）を得るために、ＣＴシステム１００によって軌道が実行される。軌道には、上述のように、（どちらの成分が実際に移動しているかにかかわらず）線源１０２が被検体１０４に対して移動するスキャン軌道または線源軌道、および被検体１０４と検出器１０６との関係が変化する検出器軌道が含まれ得る。線源または検出器のいずれかの所望の軌道に沿って移動している間に、ＣＴシステム１００は、連続的、半連続的、または周期的を含む様々な速度で画像を取得することができる。投影が取得される各位置は、観察角度と呼ばれることがある。大部分の軌道は、例えば、被検体の周りの完全な一回転またはそれ以下であり得る、比較的完全な観察角度のセットを含むが、低減または制限された観察角度のセットを含む調整または短縮された軌道が、本明細書に開示される。低減された／制限された観察角度は、ＲＯＩ（例えば、ＲＯＩ １１２）のより高品質のデータを取得するために使用することができる。いくつかの実施形態では、低減または制限された観察角度のセットを用いるスキャンは、ＲＯＩに基づいて調整され、少なくとも被検体１０４の外接円半径に関して最小化されたＦＯＤを含む、より短いおよび／または可変のＦＯＤを用いて実行することができる。
【００２４】
調整された、限定された、短縮された軌道および低減された／制限された観察角度のセットは、一回転またはさらには半回転も含まない可能性があるが、代わりに被検体１０４の部分回転を行うことができる、またはＲＯＩが被検体１０４の表面に最も近い領域において、少数の離散した観察角度で撮られた投影を含み得る。２Ｄの文脈では、調整された軌道は、被検体１０４の一部の周りに円弧を形成し得る。さらに、コーン角度を考慮に入れるために、ある追加の回転が含まれることがある。例えば、被検体内の各点を通る１８０°のＸ線を提供するために、調整された軌道の間、１８０°（足すコーン角度の量）の円弧が実施され得る。いくつかの実施形態では、調整された軌道は、軌道の大部分の間（例えば、取得時間の不均衡の大きな部分の間）、線源点が被検体の、ＲＯＩ １１２に近い側にあるように選択され得る。調整された軌道をそのように位置付けることによって、調整された軌道からのデータは、例えば、ＲＯＩ １１２のＦＯＤを縮小／最小化して、できる限り近い距離からＲＯＩ １１２のできる限り多くを含むことができる。一般に、被検体の周りの限定された円弧に軌道を調整すること、または制限された観察角度のセットを使用することによって、ＦＯＤを最小化することができる。言い換えると、最小化されたＦＯＤは、より高品質のスキャンを提供することができ、それにより、より高い解像度および／または向上されたＳＮＲを有する画像がもたらされ得る。ＣＴシステム１００は、被検体１０４の中心点（およびＲＯＩ １１２）を機器の回転軸に対してＸおよびＹ方向に移動させることを可能にするために、被検体回転ステージ上に取り付けられた被検体位置決めステージを含む。このように、軌道はもはや単一の回転中心を有さなくてもよいが、線源１０２は常に、ＲＯＩ １１２の中心に（またはその近くに）向けられ、検出器１０６は、ＲＯＩ １１２の投影が検出器１０６内の中央にくるように位置付けられ得る。
【００２５】
図１Ｂは、本開示の一実施形態による、線源１０２、被検体１０４、および検出器１０６の平面図を示す。示されているように、ＲＯＩ １１２は被検体１０４と中心が一致していなくてもよく、むしろ、ＲＯＩ １１２は中心から離れていてもよい。ＲＯＩ １１２が中心から離れていると、被検体１０４と線源１０２／検出器１０６対との相対移動により、回転中にＲＯＩ １１２と線源１０２との距離が変化することがある（例えば、図１Ｃ参照）。ＲＯＩ １１２と線源１０２との間の距離のこの変化は、線源１０２とＲＯＩ １１２との間のＦＯＤが変動するために、ＲＯＩ １１２を横切るＸ線束の量に影響を及ぼす可能性がある。あるいは、ＲＯＩ １１２が回転軸の中心に来るように被検体１０４を取り付けてもよく、それにより、ＲＯＩ １１２のＦＯＤが一定になるであろうが、被検体１０４の形状に起因して、最悪のシナリオのＦＯＤが実施される可能性がある（例えば、図１Ｄ参照）。いずれのシナリオでも、線源１０２とＲＯＩ １１２との間の距離が増加すると減弱され得るＸ線束の変化は、ＲＯＩ １１２の投影の品質に影響を及ぼす可能性がある。
【００２６】
ＲＯＩ １１２の画像データを改善するために、システム１００は、ＲＯＩベースＦＯＤを最小化するように選択された調整された観察角度で、ＲＯＩ １１２のより高品質のスキャンを得るために使用される軌道／観察角度を調整することができる。いくつかの実施形態では、システム１００は、線源１０２／検出器１０６対に対する被検体１０４の相対移動を１回転未満にすることができる。例えば、システム１００は、ＲＯＩ １１２が被検体１０４の表面に最も近いところに円弧の中心点が位置付けられた円弧状の軌道および関連する観察角度を使用することができる。加えて、より多くのＸ線束がＲＯＩ １１２を通って伝播するように、ＦＯＤが縮小される。縮小されたＦＯＤは、ＲＯＩ １１２が回転軸上にある状態で取り付けられた被検体１０４の外接円半径に基づいて、システム１００によって決定され得る。さらに、各回転から取得されたデータの解像度を維持するために、ＦＤＤも縮小することができる。しかしながら、ＦＯＤおよびＦＤＤの縮小は、サンプル１０４が線源１０２または検出器１０６のいずれにも影響を及ぼさないように、サンプル１０４の形状によって制約されることがある。任意の特定の観察角度について、「最適な」ＦＯＤおよびＦＤＤを、線源−被検体間の干渉を引き起こさずにＦＯＤを最小化するもの、およびＲＯＩが検出器の視野を満たすようにＦＤＤを調整するものとみなすことができる。
【００２７】
ＦＯＤを最小化すると、ＲＯＩ １１２に入射して通過するＸ線束が増加するために、より高品質でより高解像度のスキャンデータが提供され得る。調整された軌道のみから得られたデータは、ＲＯＩ １１２を完全にはカバーしない、ＲＯＩ １１２の内部構造の高品質の断層画像を提供しない、またはＲＯＩ １１２の直接的な再構成のための十分なデータを提供しない可能性があるが、いくつかの実施形態では、例えば、被検体１０４のより完全な観察角度のセットを含む第２のまたは追加のスキャンからデータを補強することができる。いくつかの実施形態では、追加のスキャンは、より低い解像度のものであり得、その視野内に被検体全体を含み得る。例えば、より短いＦＯＤおよび調整された軌道を用いる第２のスキャンに加えて、より長いＦＯＤおよび完全な軌道を用いる第１のスキャンを実行してもよい。追加的または代替的に、例えば可変ＦＯＤなど、第２のスキャンのＦＯＤはスキャン中に動的に調整され得る。ＦＤＤもまた、幾何学的倍率を維持するように調整され得る、または一定のままであり得る。いくつかの実施形態では、第１の走スキャンは、低倍率のスキャンとし、第２のスキャンは、高倍率のスキャンとすることができる。さらに、ＲＯＩ １１２に対するスキャン軌道を実施するためのワークフローは、低倍率のスキャンを行うこと、低倍率のスキャンからＲＯＩを決定すること、次いで調整された軌道／制限された観察角度およびより短い／可変のＦＯＤを用いて高倍率のスキャンを行うこと、を含み得る。
【００２８】
図１Ｃは、例示的な被検体軌道１０１であり、従来のマイクロＣＴスキャンを示す。例えば、スキャン軌道は、被検体１０４の回転軸から線源まで測定されたＦＯＤを有し、図中で被検体ＦＯＤ表示された円形またはらせんの軌道を含み得る。線源１０２は、スキャン軌道１１４Ａを表す破線の円１１４Ａに位置付けられている。線源１０２／検出器１０６対に対する被検体１０４の相対回転移動が進むと、被検体ＦＯＤの距離は変化しないで、一定になるであろう。スキャン軌道は、２Ｄの場合には、被検体１０４の周りの一回転または１８０°より大きい円弧をすべて含み得、または、３Ｄの場合には、被検体１０４の周りのらせん運動または点の軌跡（例えば空間充填軌道）をすべて含み得る。
【００２９】
図１Ｄは、例示的なＲＯＩベースの軌道１０３であり、従来のマイクロＣＴのＲＯＩスキャンを示す。従来のＲＯＩスキャンは、被検体１０４と光源１０２／検出器１０６対との相対回転が、被検体１０４の軸心ではなくＲＯＩ １１２の重心を中心とするように被検体１０４を取り付けることによって進められる。したがって、光源１０２／検出器１０６対に対する被検体１０４の回転は、破線で示されるように、被検体１０４がＲＯＩ １１２の周りを揺らぐ結果になる。したがって、ＲＯＩ軌道１１４Ｂは、被検体１０４の動きを考慮に入れるように調整されなければならず、図１Ｃの被検体軌道よりも大きくなってしまう可能性がある。ＲＯＩ ＦＯＤ距離は、被検体１０４と光源１０２との間の衝突を回避するように設定されなければならない。検出器１０６も衝突を避けるように配置されなければならないが、図１Ｃまたは１Ｄには示されていない。
【００３０】
本開示によるＲＯＩ中心ＦＯＤの最小距離を決定する１つの方法が、ＲＯＩ １１２を中心に回転したときの被検体１０４の外接円半径を決定することである。外接円半径は、図１Ｄに示すように、点Ａ、Ｂ、およびＣによって指定される、三角形の３つの点と交差する円の半径として定義される。被検体内のＲＯＩの位置は、被検体のサイズとともに、被検体の外接円半径に影響を及ぼすことに留意されたい。
【００３１】
上述のように、ＲＯＩ ＦＯＤを最小化するための１つの基準が、被検体１０４の外接円半径よりも小さい平均二乗ＦＯＤ距離を有する観察角度のみを選択することである。例えば、ＲＯＩのスキャンは、ＲＯＩが表面に最も近いところで被検体を中心とする円弧に沿うなど、被検体の、ＲＯＩが表面に最も近い側の観察角度のみを使用することができる。ＲＯＩ ＦＯＤを最小化することによってスキャン軌道効率が向上し、それにより、ＲＯＩのより高品質のスキャンがもたらされる。
【００３２】
図１Ｅは、本開示の一実施形態による、スキャン軌道効率を高め、ＲＯＩベースＦＯＤを最小化するための観察角度のセットを含むスキャン１０５を示す。スキャン１０５は、スキャン軌道効率を最大化するためのスキャン軌道１１４Ｂを含む。スキャン軌道効率は、ＲＯＩベースＦＯＤ（例えばＦＯＤ２）を最小化する観察角度を用いることによって、最大化され得る。スキャン軌道１１４Ｂの観察角度は、すべての可能な観察角度からの限定された観察角度のセットであってもよい（可能な観察角度の完全なセットの一例については図１Ｄの軌道１１８Ｂを参照）。選択された観察角度が最小化されたＦＯＤを有することを確実にするための１つの閾値は、図１Ｄのように取り付けられたときの被検体１０４の外接円半径を最小所望ＦＯＤとして用いることであり得る。次に、当該最小値を基準にして、当該最小値よりも小さい計算平均二乗ＦＯＤ距離を有する複数の観察角度を選択することができる。例えば、２Ｄスキャン用に実施されるスキャン軌道１１４Ｂは、被検体１０４の周りの円弧であって、被検体におけるＲＯＩ １１２が表面に最も近い領域を中心とした円弧のみである可能性がある。
【００３３】
上に示したようにスキャン軌道１１４Ｂを限定することによって、図１Ｄに示される従来のものと比較して、可変のＲＯＩベースＦＯＤがもたらされることにも留意されたい。例えば、線源１０２が軌道１１４Ｂに沿って移動するにつれて、線源１０２とＲＯＩ １１２の重心との間の距離が増減する。観察角度のうちのいくつかは、他の観察角度よりも長い関連するＦＯＤを有する一方で、縮小された軌道スキャンのために選択された観察角度は、最小ＦＯＤよりも小さい平均二乗ＦＯＤ距離を有するであろう。したがって、縮小されたＦＯＤ２は、図１ＤのＲＯＩ ＦＯＤと比較して、最大化されたスキャン軌道効率および改善された画質をもたらす。
【００３４】
図１Ｆは、本開示の一実施形態による、いびつな被検体のスキャン１０５Ａを示す。スキャン１０５Ａのスキャン軌道１１４Ｂは、ＦＯＤ２を最小化するように選択することができ、２本の点線で表されるような観察角度のみを含むことができる。示したように、スキャン軌道は、ＲＯＩの上を完全に通過する必要はないかもしれないが、関連するＦＯＤ、特にＦＯＤ２距離の平均二乗値を最小化する観察角度のみを含んでもよい。
【００３５】
いくつかの実施形態では、各観察角度で費やされる時間は、各視野の関連するＦＯＤに基づいて調整することができる。例えば、スキャン１０５が最小の定義を完全には満たさない観察角度を含む場合、最小の定義を満たす観察角度は、定義を満たさない観察角度よりも長い関連する観察時間を有し得る。
【００３６】
図２Ａ〜２Ｃはそれぞれ、本開示の一実施形態による、例示的なスキャン２０１、２０３、および２０５を示す。スキャン２０１および２０３は、被検体２０４全体の低解像度データを取得するため、次いでＲＯＩ ２１２の高解像度データを取得するために実行される、一連のスキャンを示す。スキャン２０１および２０３は、例えば、ＣＴシステム１００によって実行することができる。スキャン２０５は、スキャン２０１とスキャン２０３との組み合わせを示しており、例示目的でのみ含まれている。各スキャン中に得られたスキャンデータは、アーチファクトのない単一の高解像度データセットを提供するために組み合わせることができる。例えば、高解像度データは適度に完全な高解像度情報を含み得るが、再構成アルゴリズムがアーチファクトのない良好な解に妥当な時間で収束することを可能にするために、低解像度の放射線写真が必要とされる。他の実施形態では、高解像度データが不完全である可能性があるので、この場合、低解像度のスキャンデータを用いてアーチファクトおよび解像度の損失を最小化することができる。しかしながら、他の実施形態では、ＲＯＩ ２１２の高品質スキャンを得るために、スキャン２０３のみが実行され得る。明確にするために、線源および検出器は示されていないが、線源は、軌道位置（図２Ａ〜２Ｃにおける太い点線／破線）に位置付けられて、ＲＯＩを通過する線束を最大化するように向けられるであろう一方、検出器は、被検体２０４から同様の距離またはさらに後方に位置付けてもよい。
【００３７】
スキャン２０１は、比較的低倍率のスキャンとすることができる。いくつかの実施形態では、スキャン２０１は、第１のＦＯＤ（例えばＦＯＤ１）において比較的完全な観察角度のセットから被検体２０４のスキャンを完了する円形軌道２１４Ａを含む。ＦＯＤ１は、軌道２１４Ａに位置付けられるであろう光源と被検体２０４の中心との間の距離であり得る。
【００３８】
スキャン２０３は、比較的高倍率のスキャンとすることができる。いくつかの実施形態では、スキャン２０３は、調整または限定された軌道（例えば、低減された観察角度のセットを有する軌道）を含み、可変ＦＯＤ（例えばＦＯＤ２）で実行されるが、ＦＯＤ２は、被検体２０４の外接円半径を基準にして最小化され得、概してＦＯＤ１よりも短くてよい。ＦＯＤ２は、軌道２１４Ｂに位置付けられるであろう線源とＲＯＩ ２１２（の中心）との間の距離であり、軌道２１４Ｂにおいて実施される観察角度に基づいて変化し得る。スキャン２０３は、概して被検体２０４の一回転よりも小さくてもよい軌道２１４Ｂを含み、少なくとも軌道２１４Ａに比べて低減された観察角度のセットを含む。いくつかの実施形態では、軌道２１４Ｂの観察角度は、選択された観察角度に関連する平均二乗ＦＯＤ距離が最小ＦＯＤよりも小さくなるように最小化されたＦＯＤ２に基づいて選択され得る。他の実施形態では、ＦＯＤ２はＦＯＤ１よりも小さい。いずれの場合も、スキャン２０３で実施される観察角度は、ＲＯＩ ２１２のスキャン効率を改善するように選択選択され得る。
【００３９】
いくつかの実施形態では、軌道２１４Ｂは、被検体２０４の周りの約１８０°の回転をカバーする。軌道２１４Ｂは、コーン角度をカバーするための追加の円弧を用いて、１８０°の回転をカバーすることができる。いくつかの実施形態では、軌道２１４Ｂは、ＲＯＩ ２１２を所望のＦＯＶ内の中央に配置しながら、かつ被検体２０４の形状およびサイズの制限内でＦＯＤ２を最小化しながら、できる限り広い範囲のＲＯＩ ２１２を得るように、調整されることができる。軌道２１４Ｂの範囲を限定することによって、より多くのＸ線束がＲＯＩ ２１２を通過して検出器に入射するように、スキャン２０３中にＦＯＤ２を動的に縮小することができ、それにより、少なくともＲＯＩ ２１２の高品質スキャンがもたらされる可能性がある。いくつかの実施形態では、スキャン２０３中にＦＯＤ２を変更することができ、そのような実施形態では、ＦＯＤが変更される間、倍率を維持するために、ＦＤＤも変更し得る。ＦＯＤが線源とＲＯＩ ２１２との間の距離として定義される実施形態では、ＦＯＤ２を最小化するように、（例えば、被検体または線源の移動により）ＲＯＩ ２１２が変化するにつれてＦＯＤが変化し得る。
【００４０】
スキャン２０５は、軌道２１４Ａおよび２１４Ｂの相対位置および長さを示す。２つの軌道に基づくスキャンデータを組み合わせて、ＲＯＩの単一の高品質、高解像度ビューを再構成することができる。別の言い方をすれば、スキャンデータの組み合わせは、ユーザーが、低解像度データから高解像度データへとＲＯＩ ２１２にズームインすることを可能にし得る。いくつかの実施形態では、再構成プロセス中に発生する可能性がある、高解像度スキャンからのいくつかの欠落したデータを、低解像度のスキャンデータを用いて埋めることができる。
【００４１】
図３Ａおよび３Ｂはそれぞれ、本開示の一実施形態による例示的な３次元スキャン３０７および３０９を示す。図３Ｃは、被検体３０４内のＲＯＩ ３１２の位置を示すための被検体３０４の平面図である。スキャン３０７および３０９は、ＣＴシステム１００などのＣＴシステムによって実行することができる。被検体１０４および２０４と同様に、被検体３０４は、中心から離れた位置にあるＲＯＩ ３１２を含む。したがって、軌道３１４Ａを使用する低解像度の第１のスキャンを最初に実行して、次に軌道３１４Ｂを使用する調整されたまたは局所化されたスキャンを実行することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、ＲＯＩ ３１２の画像データを取得するために、スキャン３０９のみが実行され得る。軌道３１４Ａは、軌道３１４Ｂのために使用されるＦＯＤ２より大きくてもよい第１のＦＯＤ（ＦＯＤ１）で実行される。ＦＯＤ２は、スキャンの対象物に基づいてもよく、いくつかの実施形態では動的に変わり得る。例えば、ＦＯＤ１は、軌道３１４Ａに位置付けられ得る線源から被検体３０４の中心までの距離とすることができ、一方、ＦＯＤ２は、例えば軌道３１４Ｂに位置付けられた線源からＲＯＩ ３１２の中心までの距離とすることができる。例えば、スキャン３０９中に、線源とＲＯＩ ３１２との間の距離が変わることによってＦＯＤ２が変化し得る。
【００４２】
いくつかの実施形態では、軌道３１４Ａはらせん形状であってもよい。したがって、被検体３０４または光源／検出器対は、回転しながら＋／−Ｚ方向に移動し得る。ＲＯＩ ３１２が決定されると、上記で定義したように、ＦＯＤ１よりも小さいか、または最小ＦＯＤより小さい組み合わされた値を有するかのいずれかである関連するＦＯＤを有する観察角度の選択に基づいて、ＲＯＩのより高倍率のデータを得るために軌道３１４Ｂを実行することができる。いくつかの実施形態では、軌道３１４Ｂは、円弧のジグザグパターンまたは格子型空間充填軌道であってもよい。格子型空間充填軌道は、被検体３０４のある領域にわたって投影が得られる、点の配列を含む。一般に、スキャンデータは、最小限の要件を維持しながら、被検体３０４の、ＦＯＤ２が軌道全体にわたって変化することが可能な部分の周りの空間のアクセス可能な領域（例えば、Ｚ、Θ、およびＦＯＤ２の変化）において得ることができる。いくつかの実施形態では、軌道３１４Ｂは、１８０°の回転にコーン角度を加えた範囲をカバーする円弧を含み得る。スキャン３０７および３０９は特定の軌道を用いて説明されているが、考えられるすべての軌道が本開示の範囲内にある。
【００４３】
図４は、本明細書に開示された一実施形態による、被検体内のＲＯＩのＣＴスキャンを実行するための例示的な方法４０９である。方法４０９は、例えばＣＴシステム１００などのＣＴシステムによって実行することができる。方法４０９は、ＲＯＩベースのスキャンのための焦点被写体間距離を最小化するためのプロセスを含み得る。そのようなプロセスは、例えば、被検体内のＲＯＩの位置に基づいて、そしてさらに被検体の形状に基づいて、観察角度を選択することができる。いくつかの実施形態では、被検体は、ＲＯＩが回転軸に位置合わせされるように、ＣＴシステムのステージ上に取り付けられ得る。そのような場合、ＣＴシステムの線源および検出器に対する被検体の相対回転は、被検体と線源／検出器との間の衝突を回避するために、ＦＯＤを限定する可能性がある。しかしながら、開示された技術は、最小化されたＦＯＤを可能にする観察角度の選択を通じて、ＦＯＤを最小化することを可能にする。観察角度の選択を通じたＦＯＤの最小化は、中心から離れた位置にあるＲＯＩにも同様に適用可能である。
【００４４】
方法４０９は、被検体内の関心領域の位置に基づいて第１の複数の観察角度を選択する工程であって、この第１の複数の観察角度と、被検体内の関心領域の位置との間の関係によって、第１の焦点被写体間距離の最小化が可能になる、工程を含む、プロセスブロック４１１で開始し得る。
【００４５】
プロセスブロック４１１の後に、第１の焦点被写体間距離で第１のスキャン軌道を用いて、被検体内の関心領域をスキャンする工程を含む、プロセスブロック４１３が続き得る。いくつかの実施形態では、少なくとも被検体の形状、および被検体内の関心領域の位置に対して、第１の焦点被写体距離は、可変であり、関心領域に基づく第１の焦点被写体間距離の長さとすることができる。第１のスキャン軌道は、第１の複数の観察角度を含むであろう。プロセスブロック４１３の後に、第１の複数の観察角度のうちの少なくとも１つの観察角度について、第１の焦点被写体間距離を最小化する工程を含む、プロセスブロック４１５が続き得る。もちろん、第１の複数の観察角度のうちの他の数の観察角度も同様に最小化することができる。いくつかの実施形態では、第１の複数の観察角度は、第１の焦点被写体間距離の最小化を可能にする観察角度に限定されることができ、他の観察角度は、第１のスキャン軌道から省略または制限することができる。
【００４６】
いくつかの実施形態では、制限された観察角度は、別のスキャンの焦点被写体間距離よりも大きい関連する焦点被写体間距離を有することができる（任意選択であるプロセスブロック４１７）。同様に任意選択である他のスキャンは、第１の焦点被写体間距離よりも大きい第２の焦点被写体間距離で、ほぼ完全な観察角度のセットを含む第２のスキャン軌道を用いて実行することができる。この他のスキャンは、被検体全体の低倍率スキャンであってもよく、第２の焦点被写体間距離は、被検体の形状を収容するために、第１の焦点被写体間距離よりも大きくてもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態では、第１のスキャンは、ＲＯＩの高倍率スキャンであってもよく、第２のスキャンは、被検体全体の低倍率スキャンであってもよい。さらに、第１および第２のスキャンからのデータを組み合わせて、ＲＯＩベースのスキャンに状況を提供することができる。
【００４８】
図５は、本開示の一実施形態による、低減された観察角度のセットを使用するＲＯＩスキャンのための例示的な方法５０１である。この方法は、システム１００などのＣＴシステムで実施することができ、ＲＯＩスキャンに基づいて再構成を提供することができる。方法５０１は、被検体の外接円半径に基づいて第１のＦＯＤを決定する工程であって、被検体がＲＯＩを含む、工程を含む、プロセスブロック５０３で開始し得る。外接円半径は、被検体内のＲＯＩの位置に基づいて、最初に決定することができる。例えば、ＲＯＩが回転軸上にある状態で回転するように被検体が取り付けられ、次いで被検体の揺動回転によって生成される外周に基づいて外接円半径が決定される。円周に沿った３つの点が、外接円半径を画定する。被検体内のＲＯＩの位置は、被検体の動きが変化することにより、外接円半径の大きさに影響を及ぼし得る。さらに、第１の焦点被写体間距離は、そのＦＯＤが第１のＦＯＤよりも大きいことに基づいて、使用される任意の観察角度の外側境界を設定し得る。
【００４９】
プロセスブロック５０３の後に、関心領域を含む最小の円柱の半径に基づいて、第２の焦点被写体間距離を決定する工程を含む、プロセスブロック５０５が続く。いくつかの実施形態では、ＲＯＩを含む最小の円柱は、ＲＯＩの半径に等しい半径を有する仮想円柱であってもよい。そのため、第２のＦＯＤは、被検体内に位置付けられているために、得ることができない可能性がある。したがって、最小の第２のＦＯＤは、ＲＯＩから被検体の最も近い表面までの距離としてもよい。これは可能な最小のＦＯＤであり得るが、被検体と線源との間の衝突を回避するために、若干より長いＦＯＤを画像取得中に用いてもよい。
【００５０】
プロセスブロック５０５の後に、第１の焦点被写体間距離に応じた複数の可能な観察角度から複数の観察角度を決定する工程であって、複数の観察角度の各観察角度が、関心領域から測定された関連する焦点被写体間距離を有し、複数の観察角度の各々の関連する焦点被写体間距離が、第１の焦点被写体間距離よりも小さく、かつ第２の焦点被写体間距離よりも大きい、工程を含む、プロセスブロック５０７が続き得る。いくつかの実施形態では、複数の観察角度は、複数の観察角度の関連するＦＯＤの平均二乗ＦＯＤ距離が第１のＦＯＤよりも小さいことに基づいて選択される。したがって、観察角度を選択する工程は、平均二乗ＦＯＤの計算値を継続的に更新し、当該計算値を最小ＦＯＤと比較することを含む。平均二乗ＦＯＤの計算値が当該最小値より大きい値に増加することになる観察角度が選択された場合、その観察角度は、所望のＦＯＤをもたらさないものとして選択解除され除外され得る。いくつかの実施形態では、平均二乗ＦＯＤ距離は、選択された観察角度の各々でデータを取得するのに費やされた時間によってさらに重み付けされ得る。スキャン中にこの関係を満たす観察角度のみを使用することが望ましいかもしれないが、必要に応じて、他の観察角度（例えば、より長いＦＯＤを有する観察角度）を含むことも許容される。概して、選択された観察角度は、被検体内のＲＯＩの位置に関して最短のＦＯＤを有するものである。プロセスブロック５０７の後に、複数の観察角度を用いてＲＯＩをスキャンする工程を含む、プロセスブロック５０９が続く。
【００５１】
図６は、本開示の一実施形態によるＣＴシステム６００の一例の機能ブロック図である。ＣＴシステム６００は、ＣＴシステム１００の一例であり得、被検体のＣＴスキャンを取得して、被検体の様々なスライスおよび領域の投影を提供するために使用することができる。ＣＴシステム６００は、制御器６２０、メモリ６２２、ステージ６２４、プログラム６２６、検出器６２８、および線源６３０を少なくとも含むことができる。一般に、ＣＴシステム６００は、本明細書に記載されるように被検体のスキャンを実行することができる。
【００５２】
制御器６２０は、マイクロ制御器、ＣＰＵ、１つまたは複数のコンピューティングコアなどであってよい。制御器６２０は、ＣＴシステム６００の複数の態様を制御することができ、ＣＴシステム６００の様々な他の構成要素に接続して、それらからデータを受信し、それらに制御信号を提供するようにすることができる。例えば、検出器６２０は、プログラム６２６内に格納されたコードを実行して、ＣＴシステム６００に、異なるＦＯＤで異なる軌道を用いて被検体の低倍率スキャンおよび高倍率スキャンを実行させることができる。加えて、検出器６２８によって取得されたスキャンデータは、制御器６２０に提供することができる。それに応じて、制御器６２０は、データにアルゴリズムを実行してＣＴスキャン、投影などを提供することができる。述べたように、アルゴリズムはプログラム６２６の一部であってよい。
【００５３】
メモリ６２２は、データおよび命令を保持するように接続された揮発性または不揮発性メモリであってよい。メモリ６２２の一部であってよいプログラム６２６は、ステージ、線源、および検出器を制御するなどの、ＣＴシステム６００のさまざまな役割を実行するための動作命令およびコードを、他のさまざまな補助構成要素とともに備えることができる。
【００５４】
ステージ６２４は、制御器６２０によって提供された制御信号に応答して被検体を支持し、その移動を提供することができる。制御信号は、メモリ６２２および／またはプログラム６２６に格納されているステージ制御命令を実行している間に、制御器６２０が生成することができる。例えば、ステージを制御することによって、例えば、らせんまたはジグザグのパターンなどの所望の軌道に従ってステージを移動させることができる。
【００５５】
検出器６２８は、被検体を通過したＸ線を検出し、かつ、それらの強度を記録することができる。Ｘ線の強度は、被検体の通過による減衰のために低下される可能性がある。減衰量は、被検体を画像化するためおよび再構成を生成するために使用されるデータとなることができる。画像データまたはスキャンデータは、処理のために制御器６２０に提供されてよく、または後の処理のためにメモリ６２２に記憶されてもよい。加えて、検出器６２８は、ＦＤＤを調整するために、制御器６２０からの制御信号に応じて移動させることができる。ＦＤＤは、被検体の形状、サイズを考慮に入れるために、または所望のＦＯＶを得るために、調整することができる。
【００５６】
線源６３０は、被検体にＸ線を供給し、制御装置６２０によって制御されることができる。例えば、線源６３０は、制御器６２０からの制御信号に応答して、所望の強度でＸ線を発生させることができ、また被検体に対してある方向に移動することができる。線源６３０の移動は、ＣＴシステム６００のＦＯＤを調整するために実行され得る。ＦＯＤは、被検体の形状、サイズを考慮に入れるために、または所望のＦＯＶを得るために調整することができる。
【００５７】
開示された技術を例示するために本明細書で説明された実施形態は、限定するものと見なされるべきではなく、実施の例を提供するだけのものである。当業者は、本明細書で意図され、本開示の範囲内にある、開示された技術を実施し得る他の無数の方法を理解するであろう。
【符号の説明】
【００５８】
１００  ＣＴシステム
１０１  被検体軌道
１０２  線源
１０３  ＲＯＩベースの軌道
１０４  被検体
１０５  スキャン
１０６  検出器
１０８  ステージ
１１２  ＲＯＩ
１１４  軌道
１１８  軌道
２０１  スキャン
２０３  スキャン
２０４  被検体
２０５  スキャン
２１２  ＲＯＩ
２１４  軌道
３０４  被検体
３０７  スキャン
３０９  スキャン
３１２  ＲＯＩ
３１４  軌道
４０９  方法
５０１  方法
６００  ＣＴシステム
６２０  制御器
６２２  メモリ
６２４  ステージ
６２６  プログラム
６２８  検出器
６３０  線源
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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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】
2019191171.tif 000013
【外国語明細書】
2019191171000001.pdf