(57)【要約】  暗視野イメージングのための方法は、Ｘ線干渉計を含むイメージング装置を用いて、対象物の暗視野画像投影を取得するステップと、各取得した投影のための対象物に対する所定の周波数であって、各投影で互いに異なる当該所定の周波数を有する圧力波を付与するステップと、前記取得した投影を処理し、前記対象物の３Ｄ画像を生成するステップとを有する。つまり、前記方法は、音響的に変調されたＸ線暗視野トモグラフィに対応する。イメージングシステムは、暗視野イメージングのためのスキャナを含み、スキャナは、ソース／検出器ペアと、被験者支持体と、所定の周波数を有する圧力波を生成し、送信するように構成された圧力波発生装置と、対象物に付与される互いに異なる周波数を持つ互いに異なる圧力波を用いて、対象物の少なくとも２つの暗視野投影を取得するためにスキャナ及び圧力波発生装置を制御するコンソールとを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線干渉計を含むイメージング装置を用いて、対象物の暗視野画像投影を取得するステップと、
各取得した投影のための対象物に対する所定の周波数であって、各投影で互いに異なる所定の周波数を有する圧力波を付与するステップと、
前記取得した投影を処理し、前記対象物の３Ｄ画像を生成するステップと、
を有する、暗視野イメージング方法。
【請求項２】
前記圧力波は、前記対象物の物質の変形をもたらす、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記イメージング装置のソース／検出器ペアと、スキャンする前記対象物を支持する前記イメージング装置の被験者支持体との間に相対的な動き無しで前記投影が取得される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
投影の取得の間、圧力が前記対象物に付与される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記対象物に全く圧力波を付与すること無しに、基準暗視野画像投影を取得するステップを更に有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記所定の周波数は、１Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲内の周波数である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記取得された投影は、フーリエ変換を表す、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
逆フーリエ変換、及び前記対象物を横断する各線に沿った分布の再構成によって、前記対象物の前記３Ｄ画像を生成するステップを更に有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記取得された投影の反復再構成及び離散形成を行い、これにより一つの組み合わされた再構成において弾性視野と暗視野とを解決するステップを更に有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記イメージング装置の干渉計の吸収格子をステッピングし、投影を位相符号化するステップを更に有する、前記請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
ソース／検出器ペア及び被験者支持体を有する暗視野イメージングのスキャナと、
所定の周波数を有する圧力波を生成し、送信する圧力波発生装置と、
対象物に付与される互いに異なる周波数を持つ互いに異なる圧力波を用いて、前記対象物の少なくとも２つの暗視野投影を取得するために前記スキャナ及び前記圧力波発生装置を制御するコンソールと、
を有する、イメージングシステム。
【請求項１２】
前記圧力波は、前記対象物の物質の変形をもたらす、請求項１１に記載のイメージングシステム。
【請求項１３】
ソース格子と、
位相格子と、
吸収格子と、
前記投影を位相符号化するために前記位相格子又は前記吸収格子の少なくとも一方を他方に対してステッピングする格子ステッパと、
を更に有する、請求項１１又は１２に記載のイメージングシステム。
【請求項１４】
前記ソース／検出器ペアと前記被験者支持体との間に相対的な動き無しに前記投影が取得される、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のイメージングシステム。
【請求項１５】
前記コンソールは、前記対象物に圧力を付与せずに前記対象物の基準暗視野投影を取得するために、前記スキャナ及び前記圧力波発生装置を制御する、請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載のイメージングシステム。
【請求項１６】
前記所定の周波数は、１Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数である、請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載のイメージングシステム。
【請求項１７】
取得された暗視野信号を処理し、前記対象物の３Ｄ画像を生成する暗視野信号プロセッサを更に有する、請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載のイメージングシステム。
【請求項１８】
前記取得された暗視野信号は、フーリエ変換を表し、前記暗視野信号プロセッサは、フーリエ逆変換し、前記対象物を横断する各線に沿って分布を再構成し、これにより前記対象物の前記３Ｄ画像を生成する、請求項１７に記載のイメージングシステム。
【請求項１９】
前記取得された投影を反復再構成し、離散形成し、これにより一つの組み合わされた再構成において弾性視野と暗視野とを解決する暗視野プロセッサを更に有する、請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載のイメージングシステム。
【請求項２０】
前記対象物をスキャンするイメージングシステムのソース／検出器ペアと前記対象物との間に相対的な動き無しに取得されたデータを持つ対象物の３Ｄ暗視野画像を生成するステップと、各取得された投影に対して互いに異なる周波数を持つ圧力波を付与するステップとを有する、方法。
【請求項２１】
前記圧力波は、前記対象物の物質の変形をもたらす、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
投影の取得の間、各圧力波が前記対象物に付与される、請求項２０又は２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
下記の発明は、概して暗視野イメージングに関し、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）への特定のアプリケーションで説明される。
【背景技術】
【０００２】
従来のＣＴイメージングでは、コントラストは、スキャンされた対象物の構成要素の吸収断面積における違いを通して得られる。これは、骨などの高吸収構造が、マトリクス状の比較的低吸収材、例えば人間の身体の周辺組織に埋め込まれている場合に良い結果を生む。しかしながら、類似の吸収断面積を持つ異なる形状の組織が検査される場合（例えばマンモグラフィ又は血管造影法）、Ｘ線吸収コントラストは、比較的不充分である。結果として、現在の病院中心のＸ線システムで得られる吸収Ｘ線写真において、病理性の組織を非病理性の組織から識別することは、特定の組織組成にとって困難なままである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
暗視野（又は格子ベース微分位相像）イメージングは、上記のコントラスト制限を克服する。一般に、このようなイメージングは、スキャンされた対象物について付加的な情報を提供する位相コントラストのＸ線画像の取得を可能にするＸ線格子を利用する。暗視野イメージングを用いると、スキャンされた対象物により回折されたＸ線の散乱成分に基づいた画像が生成される。スキャンされた対象物におけるごくわずかな密度差は、その結果、非常に高い解像度で示され得る。暗視野イメージングのために構成されたイメージングシステムの例が、「位相コントラストイメージング」という名称で2012年6月8日に出願され、コーニンクレッカ  フィリップス  エレクトロニクス  エヌ・ヴェに譲渡された出願シリアル番号13/514,682に述べられており、この出願全体は、本明細書に参照により包含される。
【０００４】
13/514,682に説明された装置は、図１に示されており、検査領域１０６を挟んで互いに反対側に位置するＸ線ソース１０２及び検出アレイ１０４を含む。ソース格子１０８は、Ｘ線ソース１０２に隣接し、吸収（又は分析）格子１１０は、検出アレイ１０４に隣接し、位相格子１１２は、対象物１１４と吸収格子１１０との間にある。ソース格子１０８は、位相格子１１２から距離（“ｌ”）１１６で隔てられている。位相格子１１２は、吸収格子１１０から距離（“ｄ”）１１８で隔てられており、これはタルボ距離に対応する
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λは入射放射線の波長である）。
【０００５】
ソース格子１０８、位相格子１１２、及び吸収格子１１０は、それぞれ格子ライン周期ｐ０、ｐ１、及びｐ２を有し、
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及び
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である。ソース格子１０８は、単独ではコヒーレントであり、相互にインコヒーレントなソースのアレイを作り出す。ビーム路内の対象物１１４は、Ｘ線の各コヒーレントなサブセットに対してわずかな屈折の原因となり、これは、対象物の局部位相勾配に比例する。この小さな角度偏差は、位相格子１１２と吸収格子１１０との組み合わせを通して、局部的に透過された強度の変化をもたらす。
【０００６】
位相格子１１２は、ビームスプリッタとして作用し、入ってくるＸ線を基本的に２つの１次回折に分割する。回折されたビームは、干渉し、タルボ距離で、位相格子と１／（１＋ｄ）で規定される幾何拡大係数との積の半分に等しい周期性を持つ線形の周期的なフリンジパターンを形成する。ビーム中の対象物１１４上の屈折によって引き起こされる入射波面の摂動は、フリンジの局部的変位の原因となる。吸収格子１１０は、検出アレイ１０４に対して透過マスクとして作用し、局部フリンジ位置を信号強度変動に変換する。よって、検出信号プロファイルは、対象物１１４によって引き起こされる位相シフトについての定量的な情報を含む。
【０００７】
位相情報を符号化し、抽出するために、位相ステッピング・アプローチが利用されている。このアプローチを用いて、吸収格子１１０は、位相格子１１２に対して、格子ライン周期にわたる所定のステップサイズの動きを介して、格子のラインに垂直である横方向に並進される。各格子ステップにおいて測定が行われ、複数（例えば８）の格子ステップ及び測定が投影に対して行われる。３Ｄ取得のために、回転の異なる角度視野から取得された所定の数（例えば１０００）の投影で、対象物１１４は、Ｘ線ソース１０２、格子１０８、１１０、及び１１２、並びに検出アレイ１０４に対して回転し、又は、Ｘ線ソース１０２、格子１０８、１１０、及び１１２、並びに検出アレイ１０４は、対象物１１４の周りを（少なくとも１８０度＋扇角度にわたって）回転する。
【０００８】
暗視野画像の各画素は、小角度散乱分布の第２モーメントの線積分を表す。しかしながら、ライン積分への寄与は、逆信号拡大のために、Ｘ線ソース１０２と検出アレイ１０４との間の検査領域１０６における対象物１１４の相対位置に依存する。これは図２及び図３に示されている。図２では、対象物１１４は、図３における対象物１１４の位置と比較して、Ｘ線ソース１０２により近い。結果として、図２の対象物位置に対する検出アレイプロファイル２００の最大高２０２は、図３の対象物位置に対する検出アレイプロファイル３００の最大高３０２と比較して小さくなる。一般に、逆信号拡大は、Ｘ線ソース１０２と検出アレイ１０４との間の対象物１１４の位置に対して、検出した信号の高さを反比例にスケーリングする。
【０００９】
Ｘ線ソース１０２から対象物１１４を通って検出アレイ１０４への経路に沿ったＸ線の減衰は、式１に示されるように発生し、
【数１】
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Ｉは、検出画素における検出信号（暗視野投影値）であり、Ｉ０は非減衰検出信号であり、ｌはＸ線ソース１０２（ｌ＝０）から対象物１１４を通って検出アレイ１０４（ｌ＝１）の検出画素へのＸ線に沿った位置であり、ｆ（・）は対象物特性の分布であり、
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は源の位置であり、
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はＸ線ソース１０２から位相格子１１２へのＸ線に沿った単位ベクトルである。式の両辺の対数をとることは、式２に示されるように、経路に沿って減衰係数の線積分を示す一次方程式を与え、
【数２】
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ｈは、測定可能な信号である。ゴールは、線
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に沿った特性ｆ（・）の分布を再構成することである。
【００１０】
残念ながら、Ｘ線ソース１０２、格子１０８、１１０、及び１１２、並びに検出アレイ１０４を回転させるために、画像システムは、少なくともＸ線ソース１０２、検出器、並びに格子１０８、１１０、及び１１２を支持する回転フレーム、固定フレーム、回転フレームを支持するためのベアリング、ベルト、チェーン、磁気又は他のモータ付き駆動システム、回転フレームを回転させるコントローラ、及び角度位置情報を決定するための１つ以上のエンコーダ又はこれに類するものを含まなければならず、これは、暗視野イメージングシステム全体に複雑さを与え、コストを増大させる。加えて、回転部品は、各回転中に回転部品に動的な構造の変化をもたらす力ｇを受け、これは、格子が正確に各測定でステッピングされるように、位相ステッピング部品の機械的要求及び耐性を増加させる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書に説明される態様は、上記の課題等に対処する。
【００１２】
一態様では、暗視野イメージング方法は、Ｘ線干渉計を含むイメージング装置を用いて対象物の暗視野画像投影を取得すること、各取得した投影のための対象物に対する所定の周波数であって、各投影で互いに異なる当該所定の周波数を有する圧力波を付与すること、及び取得した投影を処理し、対象物の３Ｄ画像を生成することを含む。
【００１３】
別の態様では、イメージングシステムは、暗視野イメージングのためのスキャナを含み、スキャナは、ソース／検出器ペアと、被験者支持体と、所定の周波数を有する圧力波を生成し、送信するように構成された圧力波発生装置と、対象物に付与される互いに異なる周波数を持つ互いに異なる圧力波を用いて、対象物の少なくとも２つの暗視野投影を取得するためにスキャナ及び圧力波発生装置を制御するコンソールとを含む。
【００１４】
別の態様では、方法は、対象物をスキャンするイメージングシステムのソース／検出器ペアと対象物との間に相対的な動き無しに取得されたデータを用いて、及び各取得された投影に対して互いに異なる周波数を持つ圧力波を付与することにより、対象物の３Ｄ暗視野画像を生成することを含む。
【００１５】
本発明は、様々な部品及び部品のアレンジメント、並びに様々なステップ及びステップのアレンジメントを採ることができる。図面は、好ましい実施形態を表す目的のみのためであり、発明を限定するとして見なされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、暗視野イメージングのために構成された従来技術の装置を模式的に表す。
【図２】図２は、線に沿った対象物位置拡大がどのように暗視野イメージングに影響を及ぼすかを模式的に表す。
【図３】図３は、線に沿った対象物位置拡大がどのように暗視野イメージングに影響を及ぼすかを模式的に表す。
【図４】図４は、３Ｄ暗視野格子ベースＤＰＣＩイメージングのために構成されたイメージングシステムを模式的に表す。
【図５】図５は、３Ｄ暗視野格子ベースＤＰＣＩイメージング方法の例を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図４を参照すると、少なくとも３Ｄ暗視野イメージングために構成されたスキャナ４０１を含むイメージングシステム４００が模式的に表されている。スキャナ４０１は、検査領域４０６及び対象物４１７又はその中の被験者を横断する放射線を放射する、フォーカルスポット４０４を備える放射線源４０２（例えばＸ線管）を含む。放射線感受性検出アレイ４０８は、検査領域４０６を挟んで放射線源４０２の反対側に位置する。放射線感受性検出アレイ４０８は、検査領域４０６を横断する放射線を検出し、これを示す暗視野に関する暗視野信号を含む信号を生成する。
【００１８】
Ｘ線イメージング干渉計は、３つの格子構造、ソース格子４１０と、位相格子４１２と、吸収格子４１４とを含む。ソース格子４１０、位相格子４１２、及び吸収格子４１４は、それぞれ格子ライン周期を有し、例えば、「位相コントラストイメージング」という名称で2012年6月8日に出願され、コーニンクレッカ  フィリップス  エレクトロニクス  エヌ・ヴェに譲渡された出願整理番号13/514,682に述べられている（この出願全体は、本明細書に参照により包含される）通り、或る距離で隔てられている。一般に、放射線の経路においてソース格子４１０は、フォーカルスポット４０４に隣接し、透過スリットを有する吸収マスクとして作用し、発せられた放射線ビームをフィルタし、個々にコーヒーレント（しかし、相互にインコヒーレントな）ソースを作り出す。
【００１９】
対象物は、対象物の屈折率の実数部分の局部勾配に比例するコヒーレントなＸ線の屈折を引き起こし、角度偏差は、位相格子４１２を通して局部的に透過された強度の変化をもたらす。位相格子４１２は、対象物に隣接して位置し、ビームスプリッタとして作用し、入ってくるＸ線を線形の周期的なフリンジパターンを干渉し、形成する屈折されたビームに分割する。吸収格子４１４は、検出器４０８のための透過マスクとして作用し、局部的フリンジ位置を信号強度変動に変換する。位相／吸収格子４１２／４１４は、角度偏差を局部的に透過された強度の変化に変換するマルチコリメータと見なすことができ、これは標準又は他のイメージング検出アレイで検出することができる。
【００２０】
位相格子４１２及び吸収格子４１４は、ｚ軸に垂直な横方向に、相互に対して並進するように構成される。これは、横断方向にある位相格子４１２及び吸収格子４１４の（異なるスピードで同じ方向、又は同じ若しくは異なるスピードで反対方向に）一方又は両方を並進させることを含む。例示的目的で、下記は、吸収格子４１４が並進する構成に関して述べている。格子ステッパ４１８は、吸収格子４１４を所定の離散ステップサイズのインクリメントで動かす位相ステッピングアルゴリズムに少なくとも基づいて、吸収格子４１４の並進（すなわちステッピング）を制御する。
【００２１】
圧力波発生器４２０は、検査領域４０６及びその中の対象物４１７を横断する圧力波を発生させ、送信する。圧力波発生装置４０２は、エネルギの一形態を所定の周波数の圧力波に変換することができる変換器又はこれに類するものを含んでもよい。適切な周波数は、１ヘルツ（１Ｈｚ）と１０００ヘルツ（１０００Ｈｚ）との間の周波数であり、これは、検査領域４０６における対象物４１７の物理的な変位に似た検査領域４０６における対象物４１７の物理的な変形をもたらす、対象物４１７の物質の圧縮及び／又は振動を引き起こす。
【００２２】
汎用コンピューティングシステム又はコンピュータは、操作コンソール４２４として供される。コンソール４２４は、モニタなどの人間が読み取ることができる出力装置と、キーボード、マウス等の入力装置とを含む。コンソール４２４にあるソフトウエアは、操作者がイメージングシステム４００と相互作用する及び／又は当該システムを操作することを可能にする。このような相互作用は、圧力波発生装置４２０を利用する暗視野イメージングスキャンプロトコルの選択、スキャンの開始等を含む。被験者支持体４１６は、検査領域４０６において対象物４１７を支持する。
【００２３】
一つの暗視野イメージングプロトコルを用いて、圧力波発生装置４２０は、対象物４１７を通過する圧力波を送信するように起動され、格子ステッパ４１８は、投影の取得のための位相符号化ステップを通して吸収格子４１４をステッピングし、互いに異なる周波数を持つ圧力波が、互いに異なる投影のために生成され、ソース／検出器ペア４０２／４０８と対象物４１７との間に相対的な動きが無い投影が取得される。位相符号化ステップ及び／又は投影の数は、デフォルトであり得、ユーザが規定でき、及び／又は他のやり方で決定することができる。
【００２４】
このようなアルゴリズムを用いて、圧力波は、対象物４１７の物質と相互作用し、このような相互作用は、各投影に対して、対象物４１７の異なる物質の変形をもたらし、これは、効果的には、ソース４０２と検出器４０８との間の線経路に沿った対象物４１７の物理的な動きに似ている。暗視野信号ｈは、ソース４０２からの対象物４１７の距離の関数であるため、結果として生じる投影のセットは、各線に沿った減衰を決定するのに使用することができる情報を含み、これはより詳細に次に説明される。
【００２５】
上記に述べたとおり、暗視野信号ｈは、式２に示されるように表され、以下に再度記載する。
【数２】
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組織の低圧縮率のために、組織は、圧力波における局部変位と反応する。理想的な条件の下で、変位
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は、式３に示されるように圧力波励起の下で
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に沿って一致することができ、
【数３】
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ａは変位の振幅、ｉはsqrt(-1)、ktは音波の周波数、krは波長、tは時間である。スナップショット（ｔ＝定数）に対しては、（各線に対する）定数部分Ｃは、式４に示されるようにパラメータｌを使用して
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に沿った変位から分離することができ、
【数４】
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Ｍは、波励起パラメータのセットであり、
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である。
【００２６】
式２及び式４に基づいた、局部変位の関数としての暗視野イメージング測定ｈは、式５に示されるように表すことができる。
【数５】
2015522157.tif 000018
基準測定
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を用いると、式５は、式６に示されるように記載することができる。
【数６】
2015522157.tif 000020
モジュレーションのセットを用いると、式６は、フーリエ変換になる。
【００２７】
暗視野信号プロセッサ４２２は、検出アレイ４０８によって生成され出力された暗視野信号を処理し、スキャンされた対象物４１７の３Ｄデータを作成する。これは、逆フーリエ変換、線
2015522157.tif 000021
に沿った特性ｆ（・）の分布の再構成、及び対象物の３Ｄ画像の作成を含む。組織の不均質な弾性特性が変位場を妨げる場合、反復再構成及び測定の離散形成が、一つの組み合わされた再構成において弾性視野と暗視野とを解決するために使用することができる。
【００２８】
図５は、投影の間、ソース／検出器ペア４０２／４０８と対象物４１７との物理的な動きの無い暗視野イメージング方法の例を表す。
【００２９】
動作の順番は、限定的ではないと認められるべきである。従って、他の順番がここに検討される。加えて、１つ以上の動作は省略されてもよく、及び／又は１つ以上の追加の動作が含まれてもよい。
【００３０】
５０２では、ソース／検出器ペア４０２／４０８と対象物４１７との間に相対的な動きが無い対象物４１７の暗視野スキャンの基準投影が取得される。
【００３１】
５０４では、所定の周波数を持つ圧力波が対象物に付与され、ソース４０２と検出器４０８との間の線経路に沿った対象物４１７の実際の物理的な変位に似た対象物４１７の変形をもたらす。
【００３２】
５０６では、ソース／検出器ペア４０２／４０８と対象物４１７との間に相対的な動きが無い第１変形を受けた対象物４１７の暗視野スキャンの次の投影が取得される。
【００３３】
５０８では、別の投影が取得されるべきかが決定される。
【００３４】
取得されるべきである場合、動作５０４及び５０６は、次の異なる周波数を持つ圧力波で繰り返される。
【００３５】
取得されるべきでない場合、５１０では、対象物４１７の３Ｄ画像を生成するために投影が処理される。
【００３６】
上記方法は、コンピュータ可読命令によって実行されてもよく、コンピュータプロセッサによって実行される場合、プロセッサに説明した動作を実行させるコンピュータ可読保存媒体にエンコードされてもよく又は組み込まれてもよい。追加的に又は代替的に、コンピュータ可読命令の少なくとも１つは、信号、搬送波、又は他の一時的な媒体によって実行される。
【００３７】
本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されてきた。他者が前述の詳細な説明を読み理解する際に、修正及び変更が生じ得る。本発明は、全てのこのような修正及び変更が添付の請求項の範囲又はこれらと同等のものの範囲内にある限りにおいて、これらを含むとして解釈されることを意図している。
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2015522157.tif 000028
2015522157.tif 000029