(57)【要約】周期運動を行う対象物（５）の合成断層像データを取得するための装置は、放射線源（１）と、さまざまな角度（α１，…，αｎ，…，αＮ）で伝搬する放射線の光束（ｂ１，…，ｂｎ，…，ｂＮ）が対象物を通じてそれぞれのライン検出器に入射されるように放射線源に向けて方向付けられる複数のライン検出器（６ａ）を含む検出器（６）と、各ライン検出器が対象物全体を走査するのに十分な距離で、放射線源及び放射線検出器を対象物に対して移動させるための装置（７）とを備える。装置（７）は、対象物を通じて伝達される放射線の複数の二次元画像をライン検出器にて取得するために移動を複数回に渡って繰り返し、各回の移動を対象物の周期運動に対して異なる位相シフト（Δ，２Δ，…）で行う。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期運動を行う対象物（５）の合成断層像(tomosynthesis) データを取得するための走査式装置であって、
対称軸（３）を中心に放射線（２）を放射するように構成された発散性放射線源と、
複数のライン検出器（６ａ）を含む放射線検出器（６）であって、各ライン検出器（６ａ）は、複数の異なる角度（α１，…，αｎ，…，αＮ）のそれぞれ１つで伝搬する前記放射線の光束（ｂ１，…，ｂｎ，…，ｂＮ）が当該ライン検出器に入射可能となるように前記発散性放射線源に向けて方向付けられ、当該ライン検出器内に入射された前記光束の一次元画像を繰り返し記録するように構成されている、放射線検出器（６）と、
前記発散性放射線源と前記放射線検出器との間の放射線経路に配置され、前記対象物を収容するための対象物領域と、
前記複数のライン検出器が線画像を繰り返し検出する間、前記発散性放射線源及び前記放射線検出器を、前記対称軸に実質直交する経路（８）に沿って実質直線状に、かつ前記各ライン検出器が前記対象物全体を走査するのに十分な距離で、前記対象物に対して移動させるように構成された移動装置（７）と、を備え、
前記移動装置（７）は、前記複数のライン検出器が線画像を繰り返し検出する間、前記発散性放射線源及び前記放射線検出器を、前記経路に沿って前記距離で複数回に渡り前記対象物に対して移動させるように構成されており、各回の移動において前記複数のライン検出器の各々は、前記複数の異なる角度のそれぞれ１つで前記対象物を通じて伝達される放射線の複数の二次元画像を、前記対象物の周期運動に対して異なる位相シフト（Δ，２Δ，…）で取得することを特徴とする走査式装置。
【請求項２】
前記位相シフトは、前記対象物の周期運動の期間（Ｔ）に対してほぼ均等に分散されている、請求項１記載の走査式装置。
【請求項３】
前記移動装置（７）は、前記発散性放射線源及び前記放射線検出器を、前記経路に沿って前記距離で、交互に反対方向に前記対象物に対して移動させるように構成されている、請求項１又は２記載の走査式装置。
【請求項４】
前記複数の二次元画像の各々は、前記対象物に対する前記発散性放射線源及び前記放射線検出器の異なる移動中に記録された複数の線画像から取得される、請求項１乃至３のいずれか一項記載の走査式装置。
【請求項５】
前記複数の二次元画像の各々は、前記移動装置による前記複数回の移動のそれぞれ１つの間に記録されたＫ／Ｎ個の線画像から取得され、ここで、Ｋは、前記移動装置による各移動の間に前記各ライン検出器により記録された線画像の数であり、Ｎは、前記移動装置によってなされる前記移動の回数である、請求項４記載の走査式装置。
【請求項６】
前記対象物は心臓である、請求項１乃至５のいずれか一項記載の走査式装置。
【請求項７】
前記対象物の周期運動を測定する装置（３１）と、
前記経路に沿った前記距離での、前記対象物に対する前記発散性放射源及び前記放射線検出器の前記複数回の移動を、前記対象物の周期運動に同期させるように構成された装置（３３）と、
を更に備える請求項６記載の走査式装置。
【請求項８】
前記対象物の周期運動を測定する装置は、ＥＣＧ装置、又は静脈ないし動脈の圧力変動を測定する装置である、請求項７記載の走査式装置。
【請求項９】
前記対象物に対する前記発散性放射線源及び前記放射線検出器の前記複数回の移動の各々は、前記対象物の周期運動の一周期未満の時間において実行され、
前記対象物に対する前記発散性放射線源及び前記放射線検出器の前記複数回の移動は、前記対象物の周期運動の連続的な周期下において実行される、請求項１乃至８のいずれか一項記載の走査式装置。
【請求項１０】
前記移動の方向に沿った前記放射線検出器の寸法は前記移動の方向に沿った前記対象物の寸法よりも長く、好ましくは少なくとも２倍の長さである、請求項１乃至９のいずれか一項記載の走査式装置。
【請求項１１】
前記発散性放射線源はＸ線源（１）であり、
前記各ライン検出器は気体電離検出器（６ａ）であり、それぞれの光束による電離結果として解放された電子は当該光束の方向に実質垂直な方向に沿って加速される、請求項１乃至１０のいずれか一項記載の走査式装置。
【請求項１２】
前記気体電離検出器は電子なだれ検出器（６ａ）である、請求項１１記載の走査式装置。
【請求項１３】
前記気体電離検出器は高指向感度を有するように形成されている、請求項１１記載の走査式装置。
【請求項１４】
前記各ライン検出器は、ダイオードアレイ、シンチレータアレイ、ＣＣＤアレイ、ＴＦＴ検出器、ＣＭＯＳ検出器、及び液体検出器（６ａ）のいずれかである、請求項１乃至１０のいずれか一項記載の走査式装置。
【請求項１５】
前記放射線源と前記対象物領域との間の前記放射線経路に配置されるコリメータ（４）であって、前記複数のライン検出器に向けられていない放射線が前記対象物に衝突するのを防ぎ、前記対象物に対する放射線量を削減するコリメータ（４）を更に備える請求項１乃至１４のいずれか一項記載の走査式装置。
【請求項１６】
対象物（５）の合成断層像(tomosynthesis) データを取得するための方法であって、
発散性放射線源（１）により、対称軸（３）を中心に放射線（２）を放射するステップと、
複数のライン検出器（６ａ）を含む放射線検出器（６）を前記発散性放射線源（１）に向けて方向付けるステップであって、複数の異なる角度（α１，…，αｎ，…，αＮ）のそれぞれ１つで伝搬する前記放射線の光束（ｂ１，…，ｂｎ，…，ｂＮ）が前記各ライン検出器（６ａ）に入射可能となるように当該各ライン検出器を前記発散性放射線源に向けて方向付ける、ステップと、
前記周期運動を行う前記対象物を前記発散性放射線源と前記放射線検出器との間の放射線経路に配置するステップと、
前記対象物に伝達された後に入射される前記光束を前記複数のライン検出器が繰り返し記録する間に、前記発散性放射線源及び前記放射線検出器を、前記対称軸に実質直交する経路（８）に沿って実質直線状に、かつ前記各ライン検出器が前記対象物全体を走査するのに十分な距離で、前記対象物に対して移動させるステップと、を備え、
前記移動させるステップでは、前記対象物に伝達された後に入射される前記光束を前記複数のライン検出器が繰り返し記録する間に、前記発散性放射線源及び前記放射線検出器を、前記経路に沿って前記距離で、かつ各回の移動が前記対象物の周期運動に対して異なる位相シフト（Δ，２Δ，…）で実行されるように、複数回に渡って前記対象物に対して移動させ、
当該方法は更に、
前記複数の異なる角度のそれぞれ１つで前記対象物を通じて伝達される放射線の複数の二次元画像を、前記複数のライン検出器の各々に対して形成するステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記複数の二次元画像の各々は、前記対象物に対する前記発散性放射線源及び前記放射線検出器の異なる移動中に記録された複数の線画像から生成される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、例えば心拍等の周期運動を行う対象物の検査のために時間分解された合成断層像(tomosynthesis) データを取得するための走査式装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成断層像画像においては、対象物を通過した放射線の複数の画像が異なる角度で取得される。複数の画像を合成することによって、放射線を浴びた対象物内で任意の平面を再構築することが可能である。使用する画像数が多いほど、再構築される合成断層像画像においてより優れた画像品質が得られる。画像が取得される角度が大きいほど、検出器平面に直交する方向においてより優れた位置分解能が得られる。
【０００３】
国際公開第２００５／００２４４３  Ａ１号パンフレットは、対象物の合成断層像データを取得するための装置を開示している。この装置は、対称軸を中心に放射線を放射する線源と、複数のライン検出器を含む放射線検出器であって、各ライン検出器がそれぞれの角度で線源に向けて方向付けられる放射線検出器と、各ライン検出器がそれぞれの角度で対象物を通じて伝達された放射線の線画像を記録する間に、上記対象物に対して線源及び放射線検出器を、対称軸に直交する方向に沿って直線状に移動させる装置とを備える。１つの二次元画像は各ライン検出器により別々の角度で生成される。
【０００４】
このような装置は、単一の一次元検出器を使用することで対象物の合成断層像データを取得可能とするものよりも高速に合成断層像データを生成することが知られており、測定時間を低減する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、時間分解能が依然として満足に得られないことがある。この時間分解能は、単一のライン検出器が対象物全体を走査するのに要する時間で定められる。走査方向に約２０ｃｍとして測定される例えば心臓などの対象物の場合、走査速度が毎秒６ｍであると仮定すると、二次元合成断層像画像の時間分解能は約３０ｍｓである。周期的に移動する対象物の場合、そのような時間分解能は通常不十分である。
【０００６】
従って、本発明の主たる目的は、周期運動を行う対象物の合成断層像データを取得するための走査式装置及び方法であって、一連の二次元合成断層像画像をより高い時間分解能且つより高い反復率で記憶することができる走査式装置及び方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、より高い空間分解能、より高い信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比、より高いダイナミックレンジ、より高い画像コントラストを有し、また、重なり合う組織からのノイズが小さく、複雑でなく、高品質で高時間分解された二次元合成断層像画像を生成することができる走査式装置及び方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の更なる他の目的は、信頼性が高く、正確で、緻密で、比較的安価な走査式装置及び方法を提供することにある。
これらの目的は、添付の特許請求の範囲に記載されるような装置及び方法によって実現される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、周期運動を行う対象物の合成断層像（トモシンセシス）データを取得する走査式装置であって、（ｉ）対称軸を中心に放射線を放射するように構成された放射線源、（ｉｉ）複数のライン検出器を含む放射線検出器であって、各ライン検出器は、それぞれ異なる角度で伝搬する放射線の光束が当該ライン検出器に入射可能となるように放射線源に向けて方向付けられ、当該ライン検出器に入射された前記光束の一次元画像を繰り返し記録するように構成されている、放射線検出器、（ｉｉｉ）対象物を保持するために放射線源と放射線検出器との間の放射線経路に配置される対象物領域、及び（ｉｖ）対称軸に実質直交する経路に沿って実質直線状に、且つ各ライン検出器が対象物全体を走査するのに十分な距離で、且つ各回の移動が対象物の周期運動に対して異なる位相シフトで実行されるように、放射線源及び放射線検出器を対象物に対して複数回に渡って移動させるように構成された移動装置とを備える。この走査式装置を提供することにより、一連の二次元合成断層像画像を、より高い時間分解能、且つより高い反復率で、各ライン検出器によって記録することができる。
【００１０】
好ましくは、対象物に対する放射線源及び放射線検出器の複数回移動（対象物の走査）は対象物の周期運動と同期する。より好適には、走査は対象物の周期運動の連続的周期において交互に反対方向で実行される。
【００１１】
より好適には、位相シフトは対象物の周期運動の期間に対して実質的に均等に分散される。対象物の周期運動の異なる期間で測定された二次元画像を生成するために、各ライン検出器からの異なる二次元画像データが合成される。従って、時間分解能は、実行される走査回数分だけ増加する。
【００１２】
使用されるライン検出器は、好ましくは指向感度の高い気体並列プレート（gaseous-based parallel plate）検出器であるが、それに限らない。他に使用可能なライン検出器としては、シンチレータアレイ、ＣＣＤアレイ、ＴＦＴ検出器、ＣＭＯＳ検出器、液体検出器、及び、Ｘ線が真横か或いはほぼ真横に、もしくは垂直に入射するＰＩＮダイオードアレイのようなダイオードアレイが挙げられる。コリメータ構造は、散乱したＸ線を部分的に排除するためにライン検出器の前に配置されてよい。
【００１３】
本発明の追加の特徴及びその優位点は、以下に記述する本発明の実施形態の詳細な説明及び添付図から理解し得る。なお、これらは例示であって、本発明を制限するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１の装置は、（ｚ軸に平行な）対称軸３を中心にＸ線２を生成する発散性のＸ線源１と、コリメータ４と、放射線検出器６と、装置７とを備える。装置７は、Ｘ線源１、コリメータ４及び放射線検出器６を相互に接続し、それらＸ線源１、コリメータ４及び放射線検出器６を、対称軸３に実質直交する方向８に沿って（概してＸ軸と平行に）実質直線状に移動させることにより、対象物５を走査する。なお、本発明では、対象物５は周期運動を行う。例えば、対象物５としては、心拍する心臓や、または周期的に空気で満たされる若しくは空になる肺などが挙げられる。
【００１５】
放射線検出器６は、複数のライン検出器６ａを備える。各ライン検出器６ａは、放射線検出器６の前面に対し複数の異なる角度α１，…，αｎ，…，αＮのそれぞれ１つで伝搬される放射線２のそれぞれの光束ｂ１，…，ｂｎ，…，ｂＮがそれぞれのライン検出器６ａに入射可能となるように発散性放射線源１に向けて方向付けられている。複数のライン検出器６ａは、ｙ方向に広がる線画像を記録すべくｙ方向に広がっている。
【００１６】
コリメータ４は、例えば放射線検出器６のライン検出器６ａの数に対応する数で放射線透過用の狭い細長い孔が切り取られているタングステンの薄箔であってよい。複数の細長い孔は、それを通過するＸ線が複数の検出器装置６ａ、即ちそれぞれの光束ｂ１，…，ｂｎ，…，ｂＮとして達するように複数のライン検出器６ａと位置合わせされている。任意に設けられるこのコリメータ４は、複数のライン検出器６ａに直接的に向けられていない放射線が対象物５に衝突しないようにし、それによって対象物への放射線量を低減する。これは、対象物が人間や動物、又はその一部分であるすべての応用例で有利である。
【００１７】
走査中、装置７は、各ライン検出器６ａが異なる角度α１，…，αｎ，…，αＮのそれぞれ１つで対象物５を通じて伝達された放射線の線画像を繰り返し記録する間に、矢印８で示されるような放射線検出器の前面に平行な直線状の経路で、放射線源１、コリメータ４及び放射線検出器６を対象物５に対して移動させる。
【００１８】
対象物５の走査は、各ライン検出器６ａが当該対象物全体を走査するに充分に長い距離で実行され、これによって、各ライン検出器６ａは異なる角度α１，…，αｎ，…，αＮのそれぞれ１つで対象物５を通じて伝達された放射線の二次元画像を取得する。
【００１９】
図２ａ〜図２ｃは、図１の装置による走査中に、それぞれ３つの異なるＸ線幅ｂ１，ｂｎ及びｂＮが検査対象物５を横切る様子を概略的に示す。符号９は、走査方向８、即ち、放射線検出器２の前面と一致するｘ軸に平行な面を示す。
【００２０】
図２ａ〜図２ｃから分かるように、対をなす各ライン検出器／Ｘ線束は、異なる角度の１つで完全な二次元画像を生じさせる。図２ａは、角度α１で対象物を通じて伝達された放射線の二次元画像を形成する様子を示し、図２ｂは、角度αｎで同一の対象物を通じて伝達された放射線の二次元画像を形成する様子を示し、図２ｃは、角度αＮで同様に二次元画像を形成する様子を示している。
【００２１】
好ましくは、複数の異なる角度は、対象物の検査のための高品質の合成断層像データを取得するために、検査の適用例や種類に応じて、少なくとも５°、好ましくは少なくとも１０°、最も好ましくは少なくとも１５°の角度範囲αＮ〜α１で分散される。ライン検出器６ａの数は、検査中に必要とされる、異なる角度で記録される画像数に応じて、少なくとも３台、好ましくは少なくとも１０台、最も好ましくは２５台である。
【００２２】
ｓ１で示される図２ａ〜図２ｃの走査ステップは、一次元記録から形成する二次元画像の所望の空間分解能に依存する。通常、走査ステップｓ１は約１０〜５００マイクロメートルであり、各ライン検出器の個別の検出要素は同様のサイズとすることができる。
【００２３】
１００台のライン検出器を１ｃｍのピッチで備える例示的な放射線検出器の場合、その放射線検出器の（走査方向での）長さは１ｍとなる。走査方向に約０．２ｍ広がる対象物を例とすると、全体の走査長さは、各ライン検出器が対象物全体を走査するには１．２ｍとなる。例えば、Ｘ線管からのｘ線流束量（X-ray fluence）や、または電子機器の読み出し時間によって制限される総走査時間を０．２ｓとした場合、走査速度は約６ｍ／ｓであり、各々別の角度で対象物５の１００枚の二次元画像を記録する走査中にライン検出器が繰り返し読み出される。
【００２４】
時間分解能は、各ライン検出器が約３０ｍｓで０．２ｍ走査するのに要する時間で示される。運動、つまり周期運動を行う対象物の場合、この分解能は十分ではない可能性がある。
【００２５】
従って、本発明では、ライン検出器６ａが線画像を繰り返し検出する間、異なる角度のそれぞれ１つで対象物５を通じて伝達される放射線の複数の二次元画像を各ライン検出器６ａにおいて取得するために、移動装置７は、対象物の周期運動に対し各回の移動が異なる位相シフトで行われるように、上記直線状の経路に沿って上記した距離で、放射線源１、コリメータ４及び放射線検出器６を対象物５に対して複数回にわたって移動させるように構成されている。
【００２６】
図３〜図６は、異なる走査段階中にある本発明の装置を示す概略的な平面図である。この装置は図１の装置に類似しているが、対象物５の周期運動を測定するための装置３１と、放射線源１、コリメータ４及び放射線検出器６の移動を対象物５に対して同期させるためのコンピュータ３３とを更に備えている。
【００２７】
対象物５が心臓である場合、周期運動を測定する装置３１はＥＣＧ装置か、または静脈ないしは動脈の圧力変動を測定する装置であってよい。
コンピュータ３３は記録されたデータを後処理するためのモジュールを備えてもよく、合成断層像再構築プロセスで形成されるような対象物５を通るスライスの二次元画像を、個別の画像、もしくは鼓動等のような周期運動の動画のいずれかとして表示してもよい。
【００２８】
図３は、走査の開始時における本発明の装置を示す。放射線検出器６の右側端のライン検出器は、心臓５を通るＸ線の伝達を記録し始めるところである。周期運動は３つの鼓動を示すＥＣＧ図３５によって示される。走査は矢印３７によって示される時刻に開始し、走査方向は矢印８で示される。
【００２９】
図４は、走査の第１走査移動の終了時における本発明の装置を示す。装置は、走査方向における放射線検出器６の寸法と心臓５の寸法との合計である距離Ｄを走査し、該放射線検出器６の左側端のライン検出器は、心臓５を通るＸ線の伝達を記録したところで終了する。第１走査移動は矢印４１によって示された時刻で終了し、該第１走査移動の走査時間はｓｔで示される。この時間は好ましくは心臓の運動の周期よりもはるかに短い。
【００３０】
図５は、走査の第２走査移動の開始時における本発明の装置を示す。放射線検出器６の右側端のライン検出器６ａは、再び、心臓５を通るＸ線の伝達を記録し始めようとしている。第２走査移動は、第１走査移動の始まりから時間Ｔ＋Δ後である、矢印５１で示された時刻に開始される。ここで、Ｔは移動期間であり、Δは小さい位相シフトである。
【００３１】
最後に、図６は、走査の第３走査移動の開始時における本発明の装置を示す。放射線検出器６の右側のライン検出器６ａは、再び、心臓を通るＸ線の伝達を記録し始めようとしている。第３走査移動は、第１走査移動の始まりから時間２（Ｔ＋Δ）後である矢印６１で示される時刻に開始される。
【００３２】
走査は毎回、心臓の新たな移動期間内で、Δという追加の位相シフトである追加の走査移動を備える。これは、位相シフトΣΔの合計が全期間Ｔに達するまで続く。こうして、走査が完了される。
【００３３】
必須ではないが、より好適には、位相シフトは、対象物５の周期運動の期間にわたって実質的に均等に分散される。同様に必須ではないが、より好適には、対象物５に対する、放射線源１、コリメータ４及び放射線検出器６の複数回の移動は、当該対象物の周期運動の連続的な周期下において実行される。
【００３４】
装置が各走査移動後にその初期状態に戻される必要がなければ実用的である。従って、走査移動は、放射線検出器６が対象物５上で前後に走査されるように、交互に反対方向に実行されてよい。
【００３５】
合成断層像再構築プロセスを実行するコンピュータ３３は、該再構築に基づく放射線の各二次元画像を、走査移動の異なる移動の間に記録される線画像から形成する。例えば、放射線の各二次元画像は、各走査移動の間に記録されるＫ／Ｎ個の線画像から取得されてもよい。ここで、Ｋは、各走査移動の間に各ライン検出器によって記録される線画像の数であり、Ｎは、走査中に実行される走査移動の回数である。
【００３６】
他の形態では、コンピュータ３３は、放射線の二次元画像に関する合成断層像再構築プロセスに基づいて、走査移動の単一の移動中に記録される線画像から各二次元画像を形成する。
【００３７】
走査移動の回数は周期運動の時間展開を研究するのに使用される再構築プロセスで形成される二次元画像の数を指定する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】対象物の合成断層像データを取得するための本発明の装置を概略的に示す平面図。
【図２ａ】図１の装置による第１走査移動中に該装置が検査対象物を横断するときの特定のＸ線束を概略的に示す平面図。
【図２ｂ】図１の装置による第１走査移動中に該装置が検査対象物を横断するときの特定のＸ線束を概略的に示す平面図。
【図２ｃ】図１の装置による第１走査移動中に該装置が検査対象物を横断するときの特定のＸ線束を概略的に示す平面図。
【図３】異なる走査段階で対象物の合成断層像データを取得するための本発明の装置を概略的に示す平面図。
【図４】異なる走査段階で対象物の合成断層像データを取得するための本発明の装置を概略的に示す平面図。
【図５】異なる走査段階で対象物の合成断層像データを取得するための本発明の装置を概略的に示す平面図。
【図６】異なる走査段階で対象物の合成断層像データを取得するための本発明の装置を概略的に示す平面図。
【図１】
2008532689.tif 000003
【図２ａ】
2008532689.tif 000004
【図２ｂ】
2008532689.tif 000005
【図２ｃ】
2008532689.tif 000006
【図３】
2008532689.tif 000007
【図４】
2008532689.tif 000008
【図５】
2008532689.tif 000009
【図６】
2008532689.tif 000010
【国際調査報告】
2008532689.tif 000011
2008532689.tif 000012
2008532689.tif 000013
2008532689.tif 000014
2008532689.tif 000015