(57)【要約】  第１の波長で吸収端を有する第１の原子種を含む検出器を有する、体積を撮像するためのシステムおよび方法。システムはまた、電離エネルギーを放出するための第２の原子種を有する線源も含む。第２の原子種は、検出器の吸収端と実質的に一致する特徴的放出ピークを有する。特徴的放出ピークの近傍領域以外の領域で、線源からの電離エネルギーを阻止するためのフィルタを設けることができる。本システムおよび方法を使用して、より低い放射線量で効果的な撮像を達成することができる。
2008504103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積を撮像するためのシステムであって、
（ａ）第１の波長を有する吸収端を備えた第１の原子種を含む検出器と、
（ｂ）第２の原子種を有する線源とを含み、前記第２の原子種が電離エネルギーを放出するためのものであり、前記第２の原子種が前記第１の波長と実質的に一致する第２の波長で特徴的放出ピークを有するシステム。
【請求項２】
前記第２の波長が、前記吸収端での相対吸収量より少なくとも約５０％低い前記第１の原子種の相対吸収量に対応する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２の波長が、前記吸収端での相対吸収量より少なくとも約２０％低い前記第１の原子種の相対吸収量に対応する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の波長が、前記吸収端での相対吸収量より少なくとも約１０％低い前記第１の原子種の相対吸収量に対応する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２の波長が、前記吸収端より約０．０４オングストローム下から前記吸収端までの波長に対応する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２の原子種と前記体積の間に配置されたフィルタエレメントをさらに含み、前記フィルタエレメントが、前記体積に照射するための前記電離エネルギーを、前記第２の波長を含み前記吸収端または吸収端より低い波長を含む狭撮像帯域の波長に制限するためのものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記狭撮像帯域が、前記第１の波長より約０．０４オングストローム下から前記第１の波長より約０．００５オングストローム上までの波長に制限される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の原子種が、エルビウム、ジスプロシウム、ヨーロピウム、サマリウム、ネオジム、ガドリニウム、ランタン、およびそれらの組合せからなる群から選択される種を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の原子種が原子種の混合を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２の原子種が、レニウム、タングステン、モリブデン、ニオビウム、タンタル、ハフニウム、イリジウム、オスミウム、およびそれらの組合せからなる群から選択される種を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２の原子種がタンタルを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記特徴的放出ピークが放出最大量である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記特徴的放出ピークがＫ−α−２またはＫ−α−１ピークを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記電離エネルギーがＸ線エネルギーを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記撮像システムがコンピュータ断層法（ＣＴ）システムである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記検出器から受け取った情報から画像を形成するために前記検出器と通信する画像プロセッサをさらに含み、前記情報が前記体積を通過する前記電離エネルギーと関連する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
体積を撮像するためのシステムの製造方法であって、
（ａ）対応する第１の波長を備えた吸収端を有する、検出器の原子種を設けるステップと、
（ｂ）前記第１の波長と実質的に一致する第２の波長を有する特徴的放出ピークを有する、線源の原子種を設けるステップと、
（ｃ）前記体積に前記電離放射線を照射するための線源エレメントに、前記線源の原子種を含むステップと、
（ｄ）前記体積を通過する前記電離放射線を検出するように構成された検出器エレメントに、前記検出器の原子種を含むステップとを含む方法。
【請求項１８】
前記第２の波長が、前記吸収端での相対吸収量より少なくとも約５０％低い前記第１の原子種の相対吸収量に対応する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の波長が、前記吸収端での相対吸収量より少なくとも約２０％低い前記第１の原子種の相対吸収量に対応する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記吸収端を含む狭撮像帯域の波長のみを検出するように、前記検出器エレメントを調整するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記体積に照射するための前記電離放射線を、前記第２の波長を含み前記吸収端または吸収端より低い波長を含む狭撮像帯域の波長に制限するステップをさらに含み、前記狭撮像帯域が所望される所定の画像品質を達成するために必要な波長のみを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記狭撮像帯域が、前記第１の波長より約０．０４オングストローム下から前記第１の波長より約０．００５オングストローム上までの波長に制限される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の原子種が、エルビウム、ジスプロシウム、ヨーロピウム、サマリウム、ネオジム、ガドリニウム、ランタン、およびそれらの組合せからなる群から選択される種を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２の原子種が、レニウム、タングステン、モリブデン、ニオビウム、タンタル、ハフニウム、イリジウム、オスミウム、およびそれらの組合せからなる群から選択される種を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の原子種がタンタルを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
前記電離エネルギーがＸ線エネルギーを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
前記撮像システムがコンピュータ断層法（ＣＴ）システムである、請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１の波長を決定するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
体積を撮像するための方法であって、
（ａ）吸収端を備えた第１の原子種を有する検出器を設けるステップと、
（ｂ）前記吸収端と実質的に一致する特徴的放出ピークを備えた第２の原子種を有する線源を設けるステップと、
（ｃ）前記線源から前記体積に電離放射線を照射するステップと、
（ｄ）前記検出器を使用して前記体積を通過する前記電離放射線を検出するステップと、
（ｅ）前記検出器によって検出された前記電離放射線に基づいて画像を形成するステップとを含む方法。
【請求項３０】
前記体積に照射される前記電離放射線の強度を、前記画像の所望される所定の品質を達成するのに必要な最小レベルに制限するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記特徴的放出ピークが、前記吸収端での相対吸収量より少なくとも約５０％低い前記第１の原子種の相対吸収値に対応する波長を有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記特徴的放出ピークが、前記吸収端での相対吸収量より少なくとも約２０％低い前記第１の原子種の相対吸収値に対応する波長を有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記吸収端を含む狭撮像帯域の波長のみを検出するように、前記検出器エレメントを調整するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記体積に照射するための前記電離放射線を、前記特徴的放出ピークに対応する波長を含み前記吸収端または吸収端より低い波長を含む狭撮像帯域の波長に制限するステップをさらに含み、前記狭撮像帯域が前記画像の所望される所定の品質を達成するために必要な波長のみを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記狭撮像帯域が、前記吸収端に対応する前記第１の波長より約０．０４オングストローム下から前記第１の波長より約０．００５オングストローム上までの波長に制限される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１の原子種が、エルビウム、ジスプロシウム、ヨーロピウム、サマリウム、ネオジム、ガドリニウム、ランタン、およびそれらの組合せからなる群から選択される種を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３７】
前記第２の原子種が、レニウム、タングステン、モリブデン、ニオビウム、タンタル、ハフニウム、イリジウム、オスミウム、およびそれらの組合せからなる群から選択される種を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３８】
前記第２の原子種がタンタルを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３９】
前記電離エネルギーがＸ線エネルギーを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項４０】
前記画像がコンピュータ断層法（ＣＴ）を使用して形成される、請求項２９に記載の方法。
【請求項４１】
体積の画像を取得するための撮像システムであって、
（ａ）電離エネルギーを提供するように動作可能に構成され、電離エネルギーを生成するための第１の原子種を含む線源と、
（ｂ）前記電離エネルギーを吸収することができ吸収端を有する第２の原子種を含む、検出器とを含み、
前記線源が狭撮像帯域に制限された波長で前記体積に前記電離エネルギーを照射し、前記狭撮像帯域は前記吸収端または前記吸収端より低い波長を含み、前記画像の所望される所定の品質を達成するために必要な波長のみを含むシステム。
【請求項４２】
前記狭撮像帯域が、前記吸収端に対応する前記第１の波長より約０．０４オングストローム下から前記第１の波長より約０．００５オングストローム上までの波長に制限される、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記第１原子種の特徴的放出ピークが前記吸収端と実質的に一致する、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４４】
前記狭撮像帯域が前記吸収端に対応する波長を含む、請求項４１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願データ
本出願は、２００４年６月２８日に出願された「Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｘ−Ｒａｙ−Ｄｅｔｅｃｔｏｒ−Ｂａｓｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ＣＴ」という名称の米国仮特許出願第６０／５８３３８２号の優先権の利益を主張し、参照によってその全体を援用する。
【０００２】
本発明は一般に、電離放射線を使用する撮像の分野に関する。特に、本発明は、より少ない放射線量を使用する電離放射線撮像システムおよび方法を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
Ｘ線やガンマ線などの電離放射線は、特に医療用撮像などの撮像システムで長い間使用されてきた。電離放射線への被曝には多くの有害な影響が実証されており、その最も重篤なもののひとつは致命的ガンの誘発である。すべての被験者は、一般的な撮像法によって被曝する線量で電離放射線の影響を受けやすい。しかし、小児では平均的な中年期の成人よりもリスクが約１０倍高いことが報告されている。電離放射線の負の影響に対するこの高い感受性は、一部には、成人の細胞よりも放射線誘発性の新生物転換が起きやすい、小児の体内の細胞の成長および分裂に起因する。さらに、小児は中年期の成人よりも、放射線による遺伝毒性の影響が発現する余命期間が長い。
【０００４】
従来の胸部Ｘ線で使用されるものなどのＸ線放射線は、医療用画像を形成するために長い間積極的に使用されてきた。近年使用されている別のタイプの電離放射線撮像法はコンピュータ断層法（「ＣＴ」）であり、一般に線源としてＸ線放射線を使用する。従来のＸ線ＣＴ法は、対象の人体（または体積）を通過するＸ線の吸収差異を測定し、断層法によってデータのコンピュータ分析を使用して画像を形成する。従来のＸ線ＣＴ法の線量は、第二次世界大戦の日本人原爆生存者の、高いガン死亡率が観察されたグループが受けた線量と同様であることが明らかになっている。このような生存者のデータを使用して、Ｂｒｅｎｎｅｒらは、従来のＸ線ＣＴ法を乳幼児および小児に使用すると、このようなＣＴ法を使用して検査した小児１千人あたり１人が最終的にガンが原因で死亡する可能性がある、と予測した。Ｂｒｅｎｎｅｒら、「Ｅｓｔｉｍａｔｅｄ  ｒｉｓｋｓ  ｏｆ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ｆａｔａｌ  ｃａｎｃｅｒ  ｆｒｏｍ  ｐｅｄｉａｔｒｉｃ  ＣＴ」、ＡＪＲ  Ａｍ  Ｊ  Ｒｏｅｎｔｇｅｎｏｌ．２００１；１７６：２８９〜２９６頁を参照されたい。この比率は高すぎて容認できない、と考える人が多い。例えば、２００１年のＢｒｅｎｎｅｒらによる観察以来、米国では約１２００万人の乳幼児および小児がＣＴによって撮像されており、そのうち約１万２千人がその後ＣＴ処置によって起きるガンが原因で死亡することになると予測される。
【０００５】
電離放射線を使用する撮像システムは一般に、電離放射線を対象に照射するための線源、および対象を通過する電離放射線を検出する検出器を含む。フィルムが検出器として機能する場合もある。他の場合には、コンピュータ撮像デバイスに接続された電子検出器が使用されることもある。所望の撮像被曝を得ることを補助するために、線源の調整（ミリアンペア、ｍＡおよび／またはキロボルト、ｋＶ）を実施することができる。線源の全出力（したがって対象が受ける放射線量）を上げると、より高い解像度の画像が得られる。線源の全出力を下げる（放射線量を低下させる）と、低品質の画像が得られる。
【０００６】
放射線量による高い影響を受けやすい対象に対して、電離放射線撮像の使用を減らし、より慎重に使用する試みがなされてきた。小児および乳幼児に対するこのようなアプローチにもかかわらず、小児科での診断的ＣＴ画像の全体数は毎年増え続けている。電離放射線の被曝を低減するために使用される別の方法には、「合理的に可能な限り低い」（ＡＬＡＲＡ）放射線量を照射するように、既存の機器の被曝パラメータを調整することが挙げられる。被曝パラメータには、管電流（ｍＡ）、ピークキロ電圧（ｋＶｐ）、ピッチ、スライス厚、およびテーブル速度がある。被曝パラメータの調整は、既存の技術（例えば、線源および検出器）によって制限されており、望ましい画像品質の達成を維持する限り、全放射線量はあるレベルまでしか低減することができない。さらに、放射線量を低減する試みにもかかわらず、必要以上に高い放射線量を多くの対象に被曝させる多様な画像スキャン法がまだ存在している。また、マルチ検出器（マルチスライス）画像スキャナが現在使用されており、本質的により複雑であり、線量の低減に関してさらなる問題を提起している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
対象を撮像する放射線量をさらに低減するためのシステムおよび方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態では、本発明は体積を撮像するためのシステムを提供する。システムは、所定の吸収端が第１の波長を有する、第１の原子種を有する検出器を含む。システムはまた、第２の原子種を有する線源を含み、電離エネルギーを放出するための第２の原子種が吸収端または吸収端付近の波長を含み、第２の原子種が第１の波長と実質的に一致する第２の波長の特徴的放出ピークを有する。
【０００９】
別の実施形態では、本発明は体積を撮像するためのシステムの製造方法を提供する。方法は、（ａ）対応する第１の波長の吸収端を有する検出器の原子種を設けるステップと、（ｂ）第１の波長と実質的に一致する第２の波長を有する特徴的放出ピークを有する線源の原子種を設けるステップと、（ｃ）体積に電離放射線を照射するための線源エレメントに線源の原子種を含むステップと、（ｄ）体積を通過する電離放射線を検出するように構成された検出器エレメントに検出器の原子種を含むステップとを含む。
【００１０】
さらに別の実施形態では、本発明は体積を撮像する方法を提供する。方法は、（ａ）吸収端を有する第１の原子種を含む検出器を設けるステップと、（ｂ）吸収端と実質的に一致する特徴的放出ピークを有する第２の原子種を含む線源を設けるステップと、（ｃ）線源から体積に電離放射線を照射するステップと、（ｄ）体積を通過する電離放射線を検出する検出器を使用するステップと、（ｅ）検出器で検出された電離放射線に基づいて画像を形成するステップとを含む。
【００１１】
さらに別の実施形態では、本発明は体積の画像を取得するための撮像システムを提供する。システムは、電離エネルギーを提供するように動作可能に構成された線源を含み、線源は電離エネルギーを生成するための第１の原子種を含む。システムはまた、電離エネルギーを吸収することのできる第２の原子種を有する検出器も含み、第２の原子種は吸収端を有する。線源は、狭撮像帯域に制限された波長で体積に電離エネルギーを照射し、狭撮像帯域は吸収端または吸収端より低い波長を含み、所望される所定の画像品質を達成するために必要な波長のみを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を説明する目的で、図面は現在好ましい本発明の形態を示す。ただし、本発明は図面に示された詳細な配置および機器に制限されるものではないことを理解されたい。本発明は、高い画像品質を維持しながら、撮像される対象に加える放射線量を低減する電離放射線撮像システムおよび方法を提供する。線源のピーク放出を検出器のピーク吸収と一致させることによって、撮像される対象に対して最小化された放射線量を使用して高品質の画像を得ることができる。
【００１３】
図１は、ガドリニウムの相対エネルギー吸収量対エネルギー波長のグラフ１１およびランタンの相対的エネルギー吸収対エネルギー波長のグラフ１２を示す。ガドリニウムおよびランタンは、本発明による検出器に含むことのできる原子種の例である。グラフ１１は、約０．２５オングストローム（Ａ）の波長エネルギーでの、ガドリニウムの吸収端１３または吸収最大量を示す。グラフ１２は約０．３２Ａでのランタンの吸収端１４を示す。グラフ１１および１２から分かるように、原子種によるエネルギーの最大吸収量は、その吸収端またはその吸収端よりわずかに低い波長で起きる。吸収端よりわずかに高い波長のエネルギーが吸収される程度は、比較的大きく低下する。
【００１４】
図２はＸ線領域のタングステンの相対エネルギー放出強度のグラフ２１を示す。タングステンは、本発明による線源に含むことのできる原子種の例である。グラフ２１は、Ｋ−α−２放出ピーク２２およびＫ−α−１放出ピーク２３を含む。放出ピーク２２および２３は個々の原子種に特有であり、特徴的ピークという。異なる原子種は、異なる特徴的ピークを有する電離放射線を生成する。グラフ２１はまた、広帯域波長をカバーする「白色放射線」ピーク２４も含む。線源の減速電圧を変化させることによって、「白色放射線」ピークを変化させることができる。
【００１５】
従来の電離放射線撮像検出器は、吸収端１３などの吸収端から離れた波長で作用するように設計されている。一般的な撮像線源は、広帯域スペクトルの波長にわたって電離放射線を生成する。従来の撮像検出器は、この広帯域スペクトルにわたるエネルギーに同等に反応しなければならない。線源の広帯域スペクトルにわたって線形結果を得るために、従来の検出器を、吸収端よりも吸収曲線の平坦な部分で動作するように調整する。本発明は、タングステンのＫ−α−１放出ピーク２３など、線源の強い放出ピークを検出器の吸収端と一致させることによって、検出器の原子種の吸収端を利用する。このようにするとき、検出器の感度が最大化され、線源からの低いレベルのエネルギーを使用することが可能になる。
【００１６】
図３は、本発明によるシステム３００の一実施形態を示す。検出器３１０は、電離放射線を吸収することができ、特定の波長での吸収端を有する原子種３１５を含む。線源３２０は、検出器の原子種３１５の吸収端の波長と実質的に一致する波長で特徴的放出ピークを有するように選択された、原子種３２５を含む。線源３２０および検出器３１０は、体積３３０に電離放射線３４０を照射するように体積３３０に関して配置されている。検出器３１０は、体積３３０の中および／または付近を通過する電離放射線３４０を検出するように配置されている。検出器３１０は、検出器３１０からの情報を処理し画像を形成するための、一般的なコンピューティングデバイス３５０と通信する。
【００１７】
特徴的放出ピークの波長が吸収端の波長または波長より低く、波長帯域内で相対吸収係数が吸収端の約５０％未満に低下するほど検出器の吸収曲線を大きく下回らないとき、特徴的放出ピークの波長は、吸収端の波長と実質的に一致する。相対吸収係数は波長の３乗に比例して変化し、機知の計算値である。したがって、吸収端の相対吸収量の約５０％より高い相対吸収係数を得るために、特徴的放出ピークは、吸収端の波長の約２０％以内であり相対吸収量が吸収端から約５０％の低下に対応する波長を有するべきである。吸収端の相対吸収量の約８０％より高い相対吸収係数を得るために、特徴的放出ピークは、吸収端の波長の約７％以内であり相対吸収量が吸収端から約２０％の低下に対応する波長を有するべきである。吸収端の相対吸収量の約９０％より高い相対吸収係数を得るために、特徴的放出ピークは、吸収端の波長の約１％以内であり相対吸収量が吸収端から約１０％の低下に対応する波長を有するべきである。例えば、キセノン（Ｘｅ）検出器およびタングステン（Ｗ）線源では、吸収端は０．３５８オングストロームであり、最も近い特徴的放射ピークは、相対吸収係数が約２２％で０．２１４オングストロームである。これは実質的な一致のために所望される相対吸収係数（５０％）よりも低い。
【００１８】
一例では、線源の特徴的放出ピークの波長は検出器の原子種の吸収端と実質的に一致する。この例の特徴的放出ピークの波長は、吸収端または吸収端より低く、吸収端での相対吸収量より少なくとも約５０％低い検出器の原子種の相対吸収量に対応する波長である。別の例では、線源の特徴的放出ピークの波長は検出器の原子種の吸収端と実質的に一致する。この例の特徴的放出ピークの波長は、吸収端または吸収端より低く、吸収端での相対吸収量より少なくとも約２０％低い検出器の原子種の相対吸収量に対応する波長である。さらに別の例では、線源の特徴的放出ピークの波長は検出器の原子種の吸収端と実質的に一致する。この例の特徴的放出ピークの波長は、吸収端または吸収端より低く、吸収端での相対吸収量より少なくとも約１０％低い検出器の原子種の相対吸収量に対応する波長である。さらに別の例では、線源の特徴的放出ピークの波長は検出器の原子種の吸収端と実質的に一致する。この例の特徴的放出ピークの波長は、吸収端または吸収端より低く、前記吸収端より約０．０４オングストローム下から前記吸収端までの波長に対応する波長である。さらに別の例では、線源の特徴的放出ピークの波長は検出器の原子種の吸収端と実質的に一致する。この例の特徴的放出ピークの波長は、吸収端または吸収端より低く、前記吸収端より約０．０３オングストローム下から前記吸収端までの波長に対応する波長である。さらに別の例では、線源の特徴的放出ピークの波長は検出器の原子種の吸収端と実質的に一致する。この例の特徴的放出ピークの波長は、吸収端または吸収端より低く、前記吸収端より約０．０１オングストローム下から前記吸収端までの波長に対応する波長である。
【００１９】
本発明による検出器は、検出することのできる吸収端を有する原子種を有する任意の検出器を含む。当業者であれば、撮像検出器を製造し構成するための様々な方法を、容易に理解するであろう。一実施形態では、検出器は本発明による原子種を有する透明および／または半透明セラミックのソリッドステートデバイスを含む。検出器に含まれる原子種は、最大吸収量が所望の波長になるように選択することができる。別の態様では、検出器の原子種は予め選択された線源の原子種と一致するように選択することができる。検出器の原子種の例には、限定はされないが、エルビウム（Ｅｒ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、ネオジム（Ｎｄ）、およびそれらの組合せがある。検出器は原子種の混合を含むことができる。一例では、検出器はジスプロシウムとガドリニウムの混合を含む。
【００２０】
本発明による線源は、撮像システムで画像を形成することのできる電離放射線を生成するための原子種を有する任意の線源を含む。所望の検出器に対応するように所望の撮像波長および／または狭撮像帯域の波長が本発明に従って決定されると、当業者であれば、撮像のための線源を構成する様々な方法を容易に理解するであろう。線源の例には、限定はされないが、粒子加速装置、原子衝突装置、真空管および放射性原子種がある。線源の構成の一例には、高エネルギー電子（例えば、１２０ｋＶ）の減速によってＸ線などの電離エネルギーを生成する、高電圧の回転アノードの真空管がある。このような構成では、電子の減速による利用可能な運動エネルギーのうち、実際にはごく少量しか電離エネルギーに変換されない。残りの運動エネルギーは熱に変換される。
【００２１】
撮像線源に共通する問題は熱であり、この熱を管理することが設計上の課題である。従来の線源では、線源の原子種の選択は、一般に動作時の高熱に耐えるものに制限されている。本発明の１つの利点は、検出器の吸収最大量を線源の放出ピークに慎重に一致させることにより、望ましい画像品質の達成を維持しながら、使用される放射線の強度を低減できることである。放出される放射線の強度を低減することによって、線源の熱が減少し、低融解温度を有する幅広い線源原子種の使用が可能になる。低融点の線源の原子種の例には、限定はされないが、ハフニウム（Ｈｆ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、およびそれらの組合せがある。
【００２２】
本発明の別の実施形態では、撮像される対象に照射される電離エネルギーは、検出器の原子種の吸収端または吸収端付近の波長に制限される。本発明のさらに別の実施形態では、撮像される対象に照射される電離エネルギーは、検出器の原子種の吸収端または吸収端より低い波長に制限される。本発明のさらに別の実施形態では、撮像される対象に照射される電離エネルギーは、検出器の原子種に関して決定された狭撮像帯域に制限される。狭撮像帯域は、検出器の吸収端または吸収端より低い波長を含み、最終的な画像に所望される所定の品質を達成するのに必要な波長のみを含む。所定の画像品質を達成するのに必要な波長を決定する際、撮像される体積に到達する電離放射線の全体的な線量は、できる限り少ない帯域幅を使用して所望される画像品質を達成するように、最終的な画像品質との均衡を取っている。電離放射線の全体的な線量は、放射線強度と体積に到達する線源の帯域幅の関数である。線源の特徴的放出ピークが検出器の吸収端と実質的に一致する場合、従来の方法に比べて強度を大幅に低減することができる。電離放射線をこの狭撮像帯域で所望の画像品質の達成を維持できる範囲に制限することによって、電離エネルギーの線量をさらに低減することもできる。線源の特徴的放出ピークが検出器の吸収端と実質的に一致しない例では、被曝を狭撮像帯域に制限することによって、線量を大幅に低減することもできる。一例では、狭撮像帯域は検出器の吸収端に対応する波長を含む。別の例では、狭撮像帯域は吸収端より約０．０４オングストローム下から吸収端より約０．００５オングストローム上の波長のみを含む。さらに別の例では、狭画像帯域は吸収端より約０．０１オングストローム下から吸収端より約０．００５オングストローム上の波長のみを含む。
【００２３】
本発明の他の実施形態では、選択された線源の原子種の放出ピークは所望の撮像波長に対応するように選択される。一例では、線源の原子種は所望の撮像波長に対応するｋ−α−２ピークを有するように選択される。別の例では、線源の原子種は所望の撮像波長に対応するｋ−α−１ピークを有するように選択される。このような例では、所望の撮像波長の狭撮像帯域は検出器による最大吸収量の波長および線源による最大放出量の波長に対応するので、線源エネルギーの強度を低減し、より高い強度で広帯域スペクトルの線源エネルギーを使用して達成するのと同様の画像解像度を達成することが可能である。
【００２４】
線源は、波長を所望の撮像波長に制限する助けとなるフィルタを含みまたは付属させることができる。別の態様では、波長を所望の撮像波長に制限する助けとなるように、線源の電圧を調整することができる。所望の撮像波長でエネルギーを放出することのできる任意の原子種を、線源に含むように選択することができる。線源の原子種の例には、限定はされないが、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、およびそれらの組合せがある。一例では、線源は原子種の混合を含む。
【００２５】
フィルタを適正に選択しまたは電子的変更を検出器に加えることによって、制限された波長帯域で動作するように、検出器を調整することができる。一例では、吸収端を含む狭撮像帯域の波長のみを検出するように、検出器を調整することができる。
【００２６】
別の実施形態では、全体的な放出を狭撮像帯域に制限せずに、線源の放出最大量の波長を、狭画像帯域の波長にほぼ一致させる。線源の強度を低減し、放出最大量と吸収端をほぼ一致させることによって、従来の撮像法より大幅に低い放射線レベルで画像品質を達成することができる。
【００２７】
本発明での使用に適切な電離放射線の例には、限定はされないが、Ｘ線、ガンマ線、様々な素粒子、およびそれらの組合せを含む。一例では、電離放射線は、対象の画像を形成することのできる任意の短波長の電離放射線を含む。別の例では、電離放射線はＸ線を含む。さらに別の例では、電離放射線はガンマ線を含む。
【００２８】
十分な強度の撮像のための信号反応をもたらしながら、撮像される対象に照射する電離放射線を、検出器の吸収端または吸収端付近の狭帯域に最小化すると、多くの撮像用途で利点がある。そのような撮像用途の一例はＣＴ撮像である。本発明に従って撮像することのできる対象の例には、限定はされないが、人、他の生物、食物、荷物、機械部品、およびそれらの組合せがある。一態様では、本発明のための用途は医療用撮像である。別の態様では、本発明のための用途は実験用撮像である。生物、無生物、若年または老年を問わず、多くのタイプの対象に対する電離放射線量を最小化することが望ましい。上述したように、小児および乳幼児は特に電離放射線の被曝の影響を受けやすい。本発明のシステムおよび方法の適用の一例は、小児科ＣＴでの放射線被曝を最小限に抑えることである。
【００２９】
本発明の別の実施形態では、本発明による線源および検出器を含むように、既存の撮像システムを修正することができる。一例では、既存システムの線源および検出器を、最大吸収量とピーク放出量の波長が実質的に一致する線源および検出器に置換することができる。別の例では、既存システムの線源および検出器を、狭撮像帯域に制限された放射線を使用する線源および検出器に置換することができる。さらに別の例では、既存の線源および検出器の活性材料（原子種）を、本発明による線源および検出器の原子種に置換することができる。さらに別の例では、既存の検出器の吸収最大量を決定し、対応する線源を既存システムに設け、所望の撮像波長で撮像するように既存検出器を構成することができる。
【００３０】
表１は、例示的な検出器の原子種および線源の原子種の様々な吸収および放出値を示す。例示的な検出器の原子種の最大吸収量（吸収端）の波長を、様々な例示的な線源の原子種の放出ピークと比較することによって、吸収および放出最大量を実質的に一致させる有利な組合せを決定することができる。表１は、様々な例示的な原子種の吸収端からＫ−α−１ピークまでの分散の計算値を含む。表１は原子種の選択された例を含むが、本発明はこれらの例に制限されない。
【００３１】
【表１】
2008504103.tif 000003
【００３２】
本発明の一実施形態では、検出器の原子種としてエルビウムを使用することができる。エルビウムの吸収端は約０．２１５オングストロームである。線源の原子種の放出量は、検出器の吸収端に実質的に一致し、またはそれより低くなるように選択することができる。一例では、管電圧および適切なフィルタを選択することによって、他の線源の放射線（「白色放射線」など）を狭撮像帯域に制限することができる。３つのほぼ一致した線源の原子種であるレニウム、タングステン、およびタンタルでは、レニウム原子種はエルビウムの吸収最大量に実質的に一致する（Ｅｒの吸収端からＲｅのＫ−α−１を引くと０．００８オングストロームに等しい）。
【００３３】
本発明の別の実施形態では、検出器の原子種としてジスプロシウムを使用することができる。ジスプロシウムの吸収端は約０．２３０オングストロームである。線源の原子種の３つの例はすべてジスプロシウムの吸収最大量と実質的に一致し、タンタルが０．０１０オングストロームの分散で最も近い。
【００３４】
本発明のさらに別の実施形態では、検出器の原子種としてジスプロシウムとガドリニウムの５０：５０ｗｔ／ｗｔの混合を使用することができる。混合物の吸収端は約０．２３８オングストロームである。線源の原子種の３つの例はすべて混合物の吸収最大量と実質的に一致し、タンタルが０．０１８オングストロームの分散で最も近い。
【００３５】
本発明のさらに別の実施形態では、検出器の原子種としてガドリニウムを使用することができる。ガドリニウムの吸収端は約０．２４６オングストロームである。表１に記載された線源の原子種の３つの例はすべてガドリニウムの吸収最大量と実質的に一致し、タンタルが０．０２６オングストロームの分散で最も近い。
【００３６】
以上、本発明をその例示的な実施形態に関して説明および図示したが、本発明の精神および範囲から離れずに前述および様々な他の改変、省略および追加を行うことができることを、当業者であれば理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ガドリニウムおよびランタンの相対的なＸ線吸収量対波長のグラフである。
【図２】１２０ｋＶ電子で励起されたタングステンの相対的なＸ線放出強度対波長のグラフである。
【図３】本発明の実施形態の例の概略図である。
【図１】
2008504103.tif 000004
【図２】
2008504103.tif 000005
【図３】
2008504103.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月28日(2007.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積を撮像するためのシステムであって、
第１の波長を有する吸収端を備えた第１の原子種を含む検出器と、
第２の原子種を有する線源とを含み、前記第２の原子種が電離エネルギーを放出するためのものであり、前記第２の原子種の特徴的放出ピークの第２の波長を前記第１の波長と実質的に一致させるように、前記第２の原子種が選択されているシステム。
【請求項２】
体積を撮像するためのシステムであって、
第１の波長を有する吸収端を備えた第１の原子種を含む検出器と、
第２の原子種を含み、前記第２の原子種が電離エネルギーを放出するためのものであり、前記第２の原子種の特徴的放出ピークの第２の波長を前記第１の波長と実質的に一致させるように、前記第２の原子種が選択される線源と、
前記第２の原子種と前記体積の間に配置されたフィルタエレメントとを含み、前記フィルタエレメントが、前記体積に照射するための前記電離エネルギーを、前記第２の波長を含み前記吸収端または吸収端より低い波長を含む狭撮像帯域の波長に制限するためのものであるシステム。
【請求項３】
前記第２の波長が、前記吸収端のピークで相対吸収量より少なくとも約５０％低い前記第１の原子種の相対吸収量に対応するように、前記第２の原子種が選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の波長が、前記吸収端のピークでの相対吸収量より少なくとも約２０％低い前記第１の原子種の相対吸収量に対応するように、前記第２の原子種が選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２の波長が、前記吸収端のピークでの相対吸収量より少なくとも約１０％低い前記第１の原子種の相対吸収量に対応するように、前記第２の原子種が選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２の波長が、前記吸収端より約０．０４オングストローム下から前記吸収端までの波長に対応するように、前記第２の原子種が選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記狭撮像帯域が、前記第１の波長より約０．０４オングストローム下から前記第１の波長より約０．００５オングストローム上までの波長に制限される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の原子種が、エルビウム、ジスプロシウム、ヨーロピウム、サマリウム、ネオジム、ガドリニウム、ランタン、およびそれらの組合せからなる群から選択される種を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の原子種が原子種の混合を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２の原子種が、レニウム、タングステン、モリブデン、ニオビウム、タンタル、ハフニウム、イリジウム、オスミウム、およびそれらの組合せからなる群から選択される種を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２の原子種がタンタルを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記特徴的放出ピークが最大放出強度を有するピークである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記特徴的放出ピークがＫ−α−２またはＫ−α−１ピークを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記電離エネルギーがＸ線エネルギーを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
請求項１に記載のシステムと、
前記検出器から受け取った情報から画像を形成するために前記検出器と通信する画像プロセッサとを含み、前記情報が前記体積を通過する前記電離放射線と関連するコンピュータ断層法デバイス。
【請求項１６】
前記線源が前記電離エネルギーを前記体積に照射するように前記体積の第１の側に配置され、前記検出器が、前記電離エネルギーを前記体積を通過した後に検出するように前記体積の第２の側に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記検出器が、前記体積の画像を形成するために使用することのできる情報を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
体積を撮像するためのシステムの製造方法であって、
検出器の原子種を設けるステップと、
前記検出器の原子種の吸収端の第１の波長を決定するステップと、
線源の原子種の特徴的放出ピークの第２の波長を前記第１の波長と実質的に一致させるように、前記線源の原子種を選択するステップと、
前記体積に電離放射線を照射するための線源エレメントに、前記線源の原子種を含むステップと、
前記体積を通過する前記電離放射線を検出するように構成された検出器エレメントに、前記検出器の原子種を含むステップと、
前記体積に照射するための前記電離放射線を、前記第２の波長を含み前記吸収端または吸収端より低い波長を含む狭撮像帯域の波長に制限するステップとを含む方法。
【請求項１９】
前記第２の波長が、前記吸収端のピークでの相対吸収量より少なくとも約５０％低い前記第１の原子種の相対吸収量に対応するように、前記第２の原子種が選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の波長が、前記吸収端のピークでの相対吸収量より少なくとも約２０％低い前記第１の原子種の相対吸収量に対応するように、前記第２の原子種が選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記吸収端を含む狭撮像帯域の波長のみを検出するように、前記検出器エレメントを調整するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記狭撮像帯域が所望される所定の画像品質を達成するために必要な波長のみを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記狭撮像帯域が、前記第１の波長より約０．０４オングストローム下から前記第１の波長より約０．００５オングストローム上までの波長に制限される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の原子種が、エルビウム、ジスプロシウム、ヨーロピウム、サマリウム、ネオジム、ガドリニウム、ランタン、およびそれらの組合せからなる群から選択される種を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の原子種が、レニウム、タングステン、モリブデン、ニオビウム、タンタル、ハフニウム、イリジウム、オスミウム、およびそれらの組合せからなる群から選択される種を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の原子種がタンタルを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記電離エネルギーがＸ線エネルギーを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２８】
体積を撮像するための方法であって、
吸収端を備えた第１の原子種を有する検出器を設けるステップと、
第２の原子種を含み、前記第２の原子種の特徴的放出ピークを前記吸収端と実質的に一致させるように、前記第２の原子種が選択される線源を設けるステップと、
前記線源から前記体積に電離放射線を照射するステップと、
前記検出器を使用して前記体積を通過する前記電離放射線を検出するステップと、
前記検出器によって検出された前記電離放射線に基づいて画像を形成するステップと、
前記体積に照射するための前記電離放射線を、前記特徴的放出ピークに対応する波長を含み前記吸収端または吸収端より低い波長を含む狭撮像帯域の波長に制限するステップとを含む方法。
【請求項２９】
前記体積に照射される前記電離放射線の強度を、前記画像の所望される所定の品質を達成するのに必要な最小レベルに制限するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記特徴的放出ピークが、前記吸収端のピークでの相対吸収量より少なくとも約５０％低い前記第１の原子種の相対吸収値に対応する波長を有するように、前記第２の原子種が選択される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記特徴的放出ピークが、前記吸収端のピークでの相対吸収量より少なくとも約２０％低い前記第１の原子種の相対吸収値に対応する波長を有するように、前記第２の原子種が選択される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記吸収端を含む狭撮像帯域の波長のみを検出するように、前記検出器エレメントを調整するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記狭撮像帯域が前記画像の所望される所定の品質を達成するために必要な波長のみを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記狭撮像帯域が、前記吸収端に対応する前記第１の波長より約０．０４オングストローム下から前記第１の波長より約０．００５オングストローム上までの波長に制限される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１の原子種が、エルビウム、ジスプロシウム、ヨーロピウム、サマリウム、ネオジム、ガドリニウム、ランタン、およびそれらの組合せからなる群から選択される種を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
前記第２の原子種が、レニウム、タングステン、モリブデン、ニオビウム、タンタル、ハフニウム、イリジウム、オスミウム、およびそれらの組合せからなる群から選択される種を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３７】
前記第２の原子種がタンタルを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
前記電離エネルギーがＸ線エネルギーを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３９】
体積の画像を取得するための撮像システムであって、
電離エネルギーを提供するように動作可能に構成され、電離エネルギーを生成するための第１の原子種を含む線源と、
前記電離エネルギーを吸収することができ吸収端を有する第２の原子種を含み、前記第１および第２の原子種が前記吸収端および前記第１の原子種の特徴的放出ピークと実質的に一致するように選択される、検出器とを含み、
前記線源が狭撮像帯域に制限された波長で前記体積に前記電離エネルギーを照射し、前記狭撮像帯域は前記特徴的放出ピークの波長、前記吸収端または前記吸収端より低い波長を含み、前記画像の所望される所定の品質を達成するために必要な波長のみを含むシステム。
【請求項４０】
前記狭撮像帯域が、前記吸収端に対応する前記第１の波長より約０．０４オングストローム下から前記第１の波長より約０．００５オングストローム上までの波長に制限される、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記狭撮像帯域が前記吸収端に対応する波長を含む、請求項３９に記載のシステム。
【国際調査報告】
2008504103.tif 000007
2008504103.tif 000008
2008504103.tif 000009