(57)【要約】  本発明は、放射線減衰ガスで満たされた凹状のビーム・シェーパー・ボディを有する放射線イメージングのためのビーム・シェーパーを提供する。放射線の減衰は、ガス又はガスを含むハウジングに対して圧力を追加又は除去することにより変更されることが可能であり、3D放射線イメージングにおける動的なビーム・シェーパーとしての使用に適したものにする。
2018500056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
3Dイメージング・システムのための動的なビーム・シェーパーであって：
放射線ビームの放射を減衰させる放射線吸収ガスを含む凹状のビーム・シェーパー・ボディ；
前記凹状のビーム・シェーパー・ボディに圧力を誘発するように構成される圧力誘発手段；
を有し、前記ビーム・シェーパー・ボディの減衰プロファイルは、誘発される圧力に基づいて適合され、前記減衰プロファイルは前記ビーム・シェーパー・ボディの中で局所的に変化している、ビーム・シェーパー。
【請求項２】
前記ビーム・シェーパー・ボディは、剛直なハウジング、好ましくはボウタイ形状の剛直なハウジングを有する、請求項1に記載のビーム・シェーパー。
【請求項３】
前記ビーム・シェーパー・ボディは、フレキシブルなハウジングを有する、請求項1に記載のビーム・シェーパー。
【請求項４】
前記圧力誘発手段は、前記フレキシブルなハウジングの形状を操作するためのビーム・シェーパー・ボディ操作部を有する、請求項3に記載のビーム・シェーパー。
【請求項５】
前記ビーム・シェーパー・ボディ操作部は、前記フレキシブルなハウジングにおける個々の場所で前記フレキシブルなハウジングの形状を操作するように構成される少なくとも1つの操作エレメントを有する、請求項4に記載のビーム・シェーパー。
【請求項６】
前記圧力誘発手段は、ガス流制御手段を有するガス導管を有する前記ビーム・シェーパー・ボディの開口に接続されるガス・コンテナを有し、前記ガス・コンテナ及び前記ビーム・シェーパー・ボディの間でガス流の制御を可能にする、請求項1ないし5のうちの何れか1項に記載のビーム・シェーパー。
【請求項７】
ガスがキセノン、クリプトン又はその混合である、請求項1ないし6のうちの何れか1項に記載のビーム・シェーパー。
【請求項８】
撮像される対象のボディ・プロファイルを決定するボディ・プロファイル決定部；及び
決定されたボディ・プロファイルに少なくとも基づいて、前記ビーム・シェーパー・ボディの減衰プロファイルを決定する減衰プロファイル決定部；
を有する請求項1ないし7のうちの何れか1項に記載のビーム・シェーパー。
【請求項９】
3Dイメージング・システムのための動的なビーム・シェーパーにより放射線ビームを減衰させる方法であって、前記動的なビーム・シェーパーは、前記放射線ビームの放射を減衰させる放射線吸収ガスを含む凹状のビーム・シェーパー・ボディを有し、当該方法は、前記凹状のビーム・シェーパー・ボディに圧力を誘発するステップを有し、前記ビーム・シェーパー・ボディの減衰プロファイルは、誘発される圧力に基づいて適合され、前記減衰プロファイルは前記ビーム・シェーパー・ボディの中で局所的に変化している、方法。
【請求項１０】
前記凹状のビーム・シェーパー・ボディの圧力は、前記ビーム・シェーパー・ボディの形状を操作することにより、好ましくは前記ビーム・シェーパー・ボディの局所的な変形により誘発される、請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
前記ビーム・シェーパー・ボディの形状は、ボウタイ形状に操作される、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
ボディ・プロファイルが、撮像される対象について決定され、前記ビーム・シェーパー・ボディの形状を操作するための入力パラメータとして試用される、請求項9に記載の方法。
【請求項１３】
前記凹状のビーム・シェーパー・ボディの圧力は、前記ビーム・シェーパー・ボディにガスを追加する又は前記ビーム・シェーパー・ボディからガスを除去することにより、誘発される請求項9ないし12のうちの何れか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記凹状のビーム・シェーパー・ボディに誘発される圧力は、検査領域に対する放射線源の位置に基づいて決定される、請求項9ないし13のうちの何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
請求項1ないし8のうちの何れか一項に記載の動的なビーム・シェーパーを有する3Dイメージング・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、3Dイメージング・システムの動的なビーム・シェーパー、動的なビーム・シェーパーにより放射線ビームを減衰させる方法、及び、3Dイメージング・システムに関連する。
【背景技術】
【０００２】
X線コンピュータ断層撮影又は3D介入x線イメージング等のような3D放射線イメージング(図1参照)では、対象の投影画像が様々な視点から取得され、取得された投影から、体積画像データが再構築される。空間的に等方性の解像度が望まれる場合、投影画像の情報コンテンツの角度範囲は、180度プラス放射線ビームのファン・アングルに及ぶ必要がある。全てではないが、現在の多くの3D放射線イメージング・システムでは、対象の所定の視野が、所定のファン・アングルに及ぶx線ビームにより照射される。対象が受ける放射線を減らすために、ビームは、通常、放射線フィルターによりフィルタリングされ、通常的には一様な放射線吸収固体又は液体であるが、希に一様なガス充填x線フィルター(gas-filled  x-ray  filter)によりフィルタリングされ、この点についてはDE10227808A1に開示されている。x線ビームの減衰は、撮像される対象(例えば、患者の身体)の局所的な厚みに強く依存するので、対象のうち薄い部分(例えば、端の部分)は、厚い部分と比較して過剰に照射されてしまう。更に、典型的な対象物又は患者の形状は円柱状ではないので、x線ビームの最適な視準(又はコリメーション)は、各々の投影の角度方向に依存する。
【０００３】
この問題を克服するために、ビーム・シェーパーが知られている。各々の投影の角度方向に依存してx線ビームを整形することが可能なx線フィルタリング・デバイスが存在する。最も一般的なビーム・シェーパーは、いわゆる「ボウタイ・フィルター(bow-tie  filter)」である(その形状に起因して蝶ネクタイ又はリボン等と言及される)。ボウタイ・フィルターは、x線を、フィルターの外側では多く及びフィルターの内側では少なく減衰させ、これにより、対象の端部でのx線量を減らす。しかしながら、そのようなビーム・シェーパーは、3Dイメージング・システムでの使用に際して或る種の欠点を有する。それは図2a及び図2bにより示されている。
【０００４】
図2aは、3Dイメージャー10,10’のアクティブ・エリアに関する拡大図である。撮像される対象30は、検査領域14の中で放射線源11とディテクタ12との間に配置される。対象30は、ソース11からディテクタ12へ放射される放射線(x線)13により撮像される。ボウタイ形状のビーム・シェーパー20が、ソース11と検査領域14との間に配置される。ビーム・シェーパー20は、放射線吸収材料を含む。放射線ビーム13はフィルタリングされ、それにより、中央付近のフォトンは、端部側のフォトンよりも少なく放射線吸収材料に遭遇する。(人間の身体の場合に通常的に見受けられるように)対象30は中央付近で厚く端部側で薄く形成されている。ビーム・シェーパー20の蝶ネクタイ形状に起因して、対象30の中央部は、端側より多くの放射線量を受け、端側と比較して中央部分に多くの質量が存在することに対処している。図2aに示される状況は第1の極端な状態を示し：対象は、放射線ビーム13の全体を実質的にカバーしている。個々のビーム131、132及び133は全て(部分的に)対象30によって吸収される。これに起因して、及び、外側のビーム131及び133は、ビーム・シェーパー20により中央ビーム132よりも強くフィルタリングされ且つ対象のうち中央ビーム132の場合より少ない質量にしか遭遇しないことに起因して、ディテクタにおいて、一様な強度プロファイルが達成される。
【０００５】
これは理想的な状況であり、対象が全ての放射角で対称的な場合である。しかしながら、(例えば、図2a及び2bに示されるような場合又は人体であるような場合のような)非対称な対称の3Dイメージングでは、理想的でない状況が生じる。図2bは第2極端な状況を示し：放射線ビーム13が最も狭い側で対象30を照射するような場所まで、放射線源11が回転している。この場合、対象30は放射線ビーム全体をカバーしていない。中央ビーム132は依然として対象により十分に減衰させられるが、対象30を通る経路は図2aの状況におけるものよりもかなり長く、より多くの減衰を引き起こし、より少ない放射線がディテクタ12により受けられ、おそらくは画像品質の減少を招く結果となる。一方、外側の放射線ビーム131及び133は対象30に全く遭遇せず、ビーム・シェーパー20を後にして更なる減衰を全く受けることなくディテクタ12に到達する。ディテクタにおける強度プロファイルは、バランスがとれた状態から大きくずれてしまう：ディテクタ12の端側は過剰に照射される一方、中央部はおそらくは照射不足となる。この位置関係では、異なるビーム・シェーパー形態が望ましく、例えば、図2a及び図2bに示されるものよりも、中央部で薄く且つ端側で厚いものが望ましい。
【０００６】
最適なビーム・シェーパー構成は、対象30に対する放射線源11の各々の位置に応じて(又は少なくとも複数の位置において)異なり、従って、動的なビーム・シェーパーが開発されている。これらは対象の厚みの角度不均一性(the  angular  inhomogeneity)を考慮に入れることが可能である。しかしながら、既存の動的なビーム・シェーピング・デバイスは、3D放射線システムの全ての動作モードでは使用可能でない。
【０００７】
第1に、x線ビーム・シェーパーの強いエッジ(すなわち、高いコントラスト)は、投影画像に高いコントラストの影をもたらし、それは再構築アルゴリズムに密接な関わりを有する。第2に、3D(断層撮影)再構築及び一貫した画像品質を許容するために、減衰プロファイルの非常に高い再現性が必要となり、そのような要求は既存の動的なビーム・シェーパーにとって容易でない。第3に、場所に応じて、x線ビームは、元々の強度の10％-20％程度に低く減衰されなければならない。この吸収プロセスに起因して生成される散乱放射線量は、重要であり、かつ、フィルター材料の実際の選択に強く依存する。散乱されるx線放射は、一般的には、投影画像のコントラストを飾る。そして、第4に、動的なビーム・シェーパーは、従来技術で最新の3Dイメージング・システムの高速回転に対処する程度に十分高速に、x線ビーム・プロファイルを変化させることができる必要がある。既存の動的なビーム・シェーパーに関し、このことは、上記の他の問題とも相俟って困難であることが判明している。
【０００８】
例えば、DE1020122217616A1又はDE102012223748A1のように、3Dのx線イメージャーに関する幾つかの動的なビーム・シェーパーが提案されている。これらの文献では、動的なビーム・フィルターは、液体をフィルター内にポンピングすることに基づいている。しかしながら、これら及び他の既知の動的なビーム・シェーパーは、異なる広がりに関する上記の技術的問題により、特に、ソースの回転速度に減衰を合わせることに関する上記の技術的問題により制限される。また、液体の漏洩は、前提となる装置又はパーツの電子回路又は機構に深刻なダメージを及ぼしかねない。これらの理由により、既存の動的なビーム・シェーパーは、際立った臨床的及び市場的な受け入れを未だ見るに至っていない。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の目的は、上記の技術的な問題を、少なくともより良い程度まで克服し、現在の既存の動的なビーム・シェーパー等が市場を獲得して臨床的に受け入れられるようにすることである。
【００１０】
本発明による第1実施形態は、出願時の請求項1によるイメージング・システムのためのダイナミック・ビーム・シェーパーに関連する。放射線を減衰させるために放射線吸収ガスを利用する利点は、漏洩が、不都合な影響を潜在的にもたらさないことである。また、ビーム・シェーパーの重量も軽減される。
【００１１】
本発明の文脈において、「圧力誘発手段」は、圧力を外部から又は内部から誘発するか否かによらず、凹状のビーム・シェーパー・ボディ(a  hollow  beam  shaper  body)に対して直接的又は間接的に圧力を誘発する任意の手段を包含する。ビーム・シェーパー・ボディに圧力を誘発することにより、ガスの減衰プロファイルは、x線ビームの経路における気体分子の量を(局所的に)増減することにより、変更されることが可能である。
【００１２】
本発明の文脈において、「減衰プロファイルはビーム・シェーパー・ボディの中で局所的に変化している」とは、放射線ビームの経路内でビーム・シェーパーの長さにわたって一様な減衰プロファイルは存在しないことを意味する。本発明では、強度プロファイルが、放射線ビームの経路内のビーム・シェーパーの長さに沿って変化し、例えば、徐々に変化してもよいし、或いは、一度に若しくは離散的に局所的に変化してもよい。
【００１３】
本発明の別の形態は、出願時の請求項2によるビーム・シェーパーに関連する。剛直な(rigid)ハウジングは、機械的に強度が高く、比較的簡易であり、最も知られているビーム・シェーパーに類似している。ボウタイ形状は、対象にとって一様な強度プロファイルをもたらすことが可能なビーム・シェーパーに一般的な形状であり、(例えば、多くの人体の場合にそうであるように)中央部で厚くなり端部で薄くなっている。
【００１４】
本発明の別の形態は、出願時の請求項3によるビーム・シェーパーに関連する。減衰ガスで充填されたフレキシブルなハウジングは、異なる形状に操作され、ビーム・シェーパー・ボディを通り且つ放射線ビームの減衰に影響を及ぼす様々な経路長を可能にする。操作は、出願時の請求項4に記載されるように、ビーム・シェーパー・ボディ操作部によりなされてもよい。ビーム・シェーパー・ボディ操作部は、表面全体にわたってビーム・シェーパー・ボディを操作してもよいし、或いは、1つ又は複数個の個別的な表面において操作してもよい(例えば、出願時の請求項5)。後者の形態の利点は、ビーム・シェーパー・ボディが、例えば、ボウタイ形状又はダンベル形状(a  dumbbell  shape)などのような非常に特殊な形状に操作することが可能な点である。
【００１５】
本発明の別の形態は、出願時の請求項6によるビーム・シェーパーに関連する。ビーム・シェーパー・ボディにガスを追加する又はそこからガスを除去することにより、ビーム・シェーパー・ボディ内の減衰ガス分子の量は、増やされる又は減らされる。剛直なビーム・シェーパー・ボディ・ハウジングの場合には圧力が増えるが、フレキシブルなハウジングは所望の形状に膨張させられる。ガス流制御手段は、バルブ、ポンプ、通気孔又はそれらの組み合わせであるとすることが可能であり、或いは、2つの区切られた部屋の間でガスの流れを制御する他の任意の手段であるとすることも可能である。
【００１６】
本発明の別の形態は、出願時の請求項7によるビーム・シェーパーに関連する。キセノンは、特に適したガスであり、既に判明しているように、実用的なサイズのビーム・シェーパー・ボディにおいて、大気圧で放射線を十分に減衰させる。クリプトンは、高い作動圧力及び/又は大きなハウジングを必要とし、キセノンよりも僅かに理想性を下回るが、クリプトンが放射線減衰ガスとして使用される場合、ビーム・ハードニングの影響が減る。双方のガスの混合は、夫々のガスの長所に関して最適化するために使用されることが可能である。
【００１７】
本発明の別の形態は、出願時の請求項8によるビーム・シェーパーに関連する。このように、減衰プロファイルは決定されたボディ・プロファイルに対して決定(及び設定)されることが可能であり、スキャンされる対象の各パーツについて、最適に調整された受信放射強度をもたらす結果となる。
【００１８】
本発明の別の形態は、出願時の請求項9ないし14のうちの何れかによる方法に関連する。特に、出願時の請求項14に係る方法は、ビーム・シェーパーを、3Dイメージング・システムとともに使用することに相応しくし、その理由は、ビーム・シェーパーの減衰プロファイルが、検査領域(及び撮像される対象の形状)に対する放射線源の位置に応じて調整されることが可能だからである。
【００１９】
本発明の別の形態は、本発明による動的なビーム・シェーパーを有する出願時の請求項15による3Dイメージングシステムに関連する。
【００２０】
本発明の更に別の側面及び実施形態は、以下の詳細な記述を参照及び理解することにより当業者に認められるであろう。多くの追加的な利点及び利益は、好ましい実施形態についての以下の詳細な記述を閲覧することにより当業者にとって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明は図面を用いて説明される。
【図１ａ】例示的な3D放射線イメージャ(コンピュータ断層撮像デバイス)の概略図。
【図１ｂ】例示的な3D放射線イメージャ(3D  X線イメージング・デバイス)の概略図。
【図２ａ】(対象の広い側を照射する位置関係に関し)ディテクタと放射線源との間のビーム・シェーパーの配置を概略的に示す図。
【図２ｂ】(対象の狭い側を照射する位置関係に関し)ディテクタと放射線源との間のビーム・シェーパーの配置を概略的に示す図。
【図３】本発明によるビーム・シェーパーの第1形態を概略的に示す図。
【図４】本発明によるビーム・シェーパーの第2形態を概略的に示す図。
【図５】本発明によるビーム・シェーパーの第3形態を概略的に示す図。
【図６】本発明によるビーム・シェーパーの第4形態を概略的に示す図。
【図７】本発明によるビーム・シェーパーの第5形態を概略的に示す図。
【図８】本発明によるビーム・シェーパーの第6形態を概略的に示す図。
【図９】本発明によるビーム・シェーパーの第7形態を概略的に示す図。
【図１０】本発明によるビーム・シェーパーが、判定された身体タイプに基づいて、どのように適合されるかを概略的に示す図。
【図１１】本発明によるイメージング・システム・シェーパーのビーム・シェーパーにより放射線ビームを減衰させる方法を概略的に示す図。  本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの組み合わせ、並びに、様々なプロセス・オペレーション及びプロセス・オペレーションの組み合わせによる形態をとってもよい。図面は、好ましい実施形態を説明することを目的としているに過ぎず、本発明を限定するようには解釈されるべきでない。図示の便宜上、所定の特徴は省略され、或いは、寸法が実際の縮尺に従っていないかもしれない。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、3D放射線イメージングにより、特にx線イメージングにより、また、(図1aに概略的に示されるような)コンピュータ断層撮影及び(図1bに概略的に示される)3D-X線イメージングにより説明されるが、それらに限定されず、検査領域14を経由して放射線ディテクタ12,12’の方へ放射線を放出する放射線源(又はソース)11,11’が使用される。放射線ビームが検査領域14に到達する前に、放射線を減衰させるために、ビーム・シェーパー20,20’がソース11,11’の近くに配置される。例えば医学的な理由による場合の動物又は人間、或いは、セキュリティの理由による場合の物体のような撮像される対象は、検査領域の中で動かされる。放出される放射線は、身体内の様々な身体部分により様々なレベルに減衰させられ、検出後に、それは処理され、身体のうち照射されたセクションの画像スライスに再構築される。これは、身体又は少なくとも関心がある身体部分が完全に撮像されるまで、反復される。結果の一連の画像スライスは統合され、身体及びその内部の固い及び柔らかい身体部分の3次元画像を構築する。
【００２３】
本発明は、(i)放射線ビームがガス状の放射線吸収材料により減衰させられること、及び(ii)様々なレベルの減衰は、放射線ビームの経路内で気体分子の量を変えることにより達成されること、という洞察に基づいている。以下、本発明による動的なビーム・シェーパーの様々な非限定的な実施形態が、本原理を明らかにするために説明される。
【００２４】
本発明によるビーム・シェーパーの第1形態は、放射線吸収ガス22で満たされた凹状のビーム・シェーパー・ボディ21を有する。ガス及びガス圧力は、それらが放射線を何らかの所定のレベルに減衰するように選択されてよい。そのようなビーム・シェーパーは、既存のビーム・シェーピング・デバイスではなく、2Dイメージング・システムで既に好都合に使用され、例えばその理由は、本発明によるビーム・シェーパーは軽量でありおそらくは安価であるからである。また、ガスが充填されたビーム・シェーパーにより、放射線ビームの強度プロファイルは、(以下の実施形態のうちの何れかとの組み合わせで使用される場合には)様々なデバイスを搭載することなく、様々な形状に調整される。そして、ビーム・シェーパーは、2Dモードから3Dモードへ切り替わる場合に(例えば、C型アーク・システム)、除外されなくてよい。
【００２５】
一方、ガスが充填されたビーム・シェーパーを、3Dイメージングの動的なビーム・シェーパーとして使用することは、特に有益である。概して、以下の実施形態及び概念は、既存の動的なビーム・シェーパーについての上記の欠点を克服する。例えば、放射線ビームの経路における気体分子の量を変更することは、非常に速やかに実行されることが可能であり、そのため、放射線源の回転に対処できる程度に十分に速く、その速度は、通常、毎秒4回転のオーダーである。また、ガスは非常に再現性高く且つ正確に操作されることが可能であり、断層撮影の再構築及び一貫した画像品質を許容する。また、ガスにより、ビーム・シェーパーの所望の減衰プロファイル(例えば、ボウタイ・プロファイル)は、減衰強度を局所的に変化させることにより様々な仕方で達成されることが可能であり、この点については以下において詳細に説明される。更に、ビーム・シェーパーがダメージを受けてガスが漏れる場合でも、液体に基づく動的なビーム・シェーパーと比較して、周囲の機器及び電子装置にダメージを及ぼすおそれはかなり小さい。各々の実施形態に関し、適用可能な他の利点が説明される。
【００２６】
図3には、本発明によるビーム・シェーパーの第2形態が示されている。ビーム・シェーパー20は、剛直な凹状のビーム・シェーパー・ボディ21を有し、そのボディは初期ガス圧力p1で放射線吸収ガスにより満たされている。凹状ボディ21は、ガス導管23によりガス貯蔵部25に接続される。ガス貯蔵部25は、凹状ボディ21と同じガス22で満たされているが、異なる圧力p2で満たされている。ガス貯蔵部は、任意の寸法又は形状を有してよい。導管23は、貯蔵部25と凹状ボディ23との間のガスの流れに作用するバルブ24を有する。双方向のガス・ポンプ(図示せず)が、バルブ24の代わりに又はそれとの組み合わせで使用されてもよい。剛直なビーム・シェーパー・ボディの利点は、既存のビーム・シェーパーと同様であり、機械的な複雑さが限られていることである。
【００２７】
状況(a)では、凹状ビーム・シェーパー・ボディ21内のガス圧力p1が、ガス貯蔵部25内のガス圧力p2より低い。バルブ24を開くと、貯蔵部25から凹状ボディ21へガスが流れ、状況(b)に示されるように、剛直な凹状ボディ21内のガス圧力p1は増加する。今やビーム・シェーパー・ボディ21内には多くの気体分子が存在するので、より多くの放射線がビーム・フィルターにより減衰させられる。ガスが凹状ビーム・シェーパー・ボディから汲み出されると、減衰は弱められる。ビーム・シェーパー・ボディ21に対するガスの流入及び流出は、段階的に又は連続的に規制(又は調整)され、それにより、ガスの出入りが検査領域の周りのディテクタの回転に適合するようにし、且つ、非対称な対象に合わせて、様々な照射角度から様々に減衰した照射により対象30をガスが照射するようにする。
【００２８】
本発明によるビーム・シェーパーの第3の一連の実施形態が、図4、図5、図6及び図7に示されている。これら全ての図において、状況(a)は、初期の低い圧力p1でフレキシブル・ビーム・シェーパー・ボディ21を含むビーム・シェーパー20を示し、これらの図では平坦なバルーン状構造として描かれているが、他の任意の形状又は圧力を有することが可能である。上述の実施形態と同様に、ビーム・シェーパー・ボディ21は、バルブ24(及び/又はポンプ)を備えたガス導管23によりガス貯蔵部25に接続される。ガスは、バルブを開くことにより(又はポンピングすることにより)フレキシブル・ビーム・シェーパー・ボディ21に供給される。フレキシブル・ボディ21はガスを受け入れることで膨張する。フレキシブル・ハウジングの中でガスが、より多く存在する場合、放射線減衰は増加する。上述の実施形態と同様に、ガスの流れは、ソース(又は放射線源)の回転に合わせて循環的に規制される。
【００２９】
通常、ボウタイ状の形状を得ることが望ましい。フレキシブル・ビーム・シェーパー・ボディは、当然に、ボウタイ(又は他の任意の所望の)形状に予め形成しておくことが可能であるが、他の方法で達成されることも可能である。図4、図5、図6及び図7の各々は、ボウタイ形状を達成するための代替的な実施形態を提供する。当業者は、同様に機能する変形例又は他の実施形態を容易に見出すことができるであろう。
【００３０】
図4において、フレキシブル・ビーム・シェーパー・ボディ21は、ビーム・シェーパー・ボディ21の中央部に近接部(a  thickened  part)26a,26bを有する。この近接部26a,26bは、2つの(又はそれ以上の)別個の近接部であってもよいし、或いは、ビーム・シェーパー・ボディ21を包囲する1つの連続的なリング状の近接部であってもよい。ビーム・シェーパー・ボディ21が膨張すると、その中央部は、加わる圧力に対して大きな抵抗となって膨張せず(又は少なくとも僅かにしか膨張せず)、近接部でない外側の部分が大きく膨張する(状況(b))。これは、ボウタイ形状に類似するダンベル状の形となり、図2bに示されるような配置に応じて最適に減衰させることに非常に適しており；その減衰は中央部で最小となり且つ外側で強く遮られる。この点に関する変形例は容易に想定され、例えば、近接部を含む複数のエリアが、ビーム・シェーパー・ボディ21を異なる形状に強制し、或いは、所定の方向(例えば、端側)に膨張を制限し、異なる形状を得てもよい。
【００３１】
図5は類似する実施形態であるが、この例では、ブロック・エレメント26a’,26b’が、ビーム・シェーパー・ボディ21の中央部の上、下及び/又は周囲に配置されている点が異なる。膨張する際に、ビーム・シェーパー・ボディ21は、中央部分ではブロック・エレメント26a’,26b’により膨張が制限されるが、制限されない端部側では、ビーム・シェーパー・ボディ21は自由に膨張し、この場合もダンベル状の形になる。
【００３２】
図6は図5の実施形態の変形例を示し、一連のブロック・エレメント26a’,26b’及び端部のブロック・エレメント27がフレキシブル・ハウジング21に沿って配置され、それにより、膨張の際に、ビーム・シェーパー・ボディ21がボウタイ形状に強制されるようにする。
【００３３】
図7は更に別の変形例を示し、(先の例では複数の)個別的なブロック・エレメントが、フレキシブル・ビーム・シェーパー・ボディ21を包囲する連続的なボウタイ形状の区切られた室(又は加圧室)に形成されている。ブロック・エレメント26a’,26b’は、置換可能に配置され、他の対象の寸法に合致する別の形状のブロック・エレメントにそれらを交換することを可能にする。
【００３４】
図8は上述の実施形態に類似するブロック・エレメントを有する実施形態を示すが、この実施形態では、フレキシブル・ビーム・シェーパー・ボディ21がガス貯蔵部に接続されていない。この場合、ブロック・エレメント26a’,26b’は、ビーム・シェーパー・ボディ21に向かうように及び遠ざかるように動くことが可能であり、これにより、ビーム・シェーパー・ボディをボウタイ形状に圧縮する。
【００３５】
図9は本発明の別の実施形態を示し、フレキシブル・ビーム・シェーパー・ボディ21がガス貯蔵部に接続されていない。この実施形態では、マニピュレータ26a’,26b’(この実施形態では、一連のロッド状構造、例えば、伸縮自在のロッド状構造)が、ビーム・シェーパー・ボディ21の周りに配置されている。マニピュレータ26a’,26b’は、フレキシブル・ハウジング21の方へ個別的に伸張することが可能である。接触すると、マニピュレータ26a’,26b’は、フレキシブル・ハウジングを変形させる。状況(b)では、この実施形態でどのようにしてボウタイ形状が達成されるかが示されている。この実施形態の利点は、所望の任意の形状を獲得する柔軟性を提供できることである。
【００３６】
図10にはその様子が詳細に示されている。対象の身体プロファイルに応じて、ビーム・シェーパー・ボディは、様々な(ボウタイ)形状に操作される。例えば、ボウタイ・フィルターは、より厚い対象の場合(状況(b))よりも、より薄い対象の場合(状況(a))に、より厚く形成される。3Dイメージングでは、ボウタイ・フィルターは、ソース11が対象30の広いエリアを照射するように配置される場合には状況(a)に示されるように形成される一方、ソースが対象の狭いエリアを照射し、ボウタイ・フィルターが中央部では薄くなり且つ外側エリアではできるだけ強くブロックし、ディテクタ12の端部側における過剰照射を回避するように、ソースが配置される場合には、状況(c)に示されるように、ボウタイ・フィルターが形成される。ソース11の回転とともにマニピュレータ26a’,26b’の動きを合わせることにより、真に動的なビーム・シェーパーが得られ、全ての照射角についてディテクタで一様な強度プロファイルをもたらす。しかしながら、その複雑な形状及びマニピュレータの個々の制御(又はステアリング)に起因して、及び、マニピュレータが放射線の波長に対して透明な材料によるものである必要があること等に起因して、この実施形態の技術的な実現性は、上記の実施形態の場合よりも、実際には達成困難になりがちであるかもしれない。
【００３７】
図10の下位の行に示されているように、同様な効果は、図8に示される実施形態とともに記述されるものに類似する、ブロック・エレメント26a’,26b’を有する幾らか簡易な方法で達成されてもよく、その例の場合、(例えば、小さな原子番号を有する気体又は液体で満たすことにより)ブロック・エレメント自体が様々な形状に変形可能である。
【００３８】
放射線吸収ガスの適切な選択は非常に重要なことである。ガスは、比較的小さな体積の中で80％ないし90％に至るほど放射線を減衰させることが可能であるべきである。この理由から多くのガスは相応しくなく、なぜなら、多くのガスは、その目的を達成するために、非常に大きな体積又は非常に高い圧力を必要とすることになるからであり、そのような体積や圧力は実際上不可能である及び/又は望ましくない。また、(例えば、有毒な、腐食性の又は放射能を有する)有害なガスを抑制することが望まれ、有害なガスは、リークが生じた場合に、機器、電子回路又は撮像される対象に問題を引き起こしかねない。
【００３９】
本発明のビーム・シェーパーに使用するのに適したガスを決定するために、広範囲に及ぶスクリーニング(又は適性検査)が実行された。先ず、照射される一次x線強度の30％減衰に対応するフィルター厚みが算出された(この場合において、検査されるガスに対して1大気圧が仮定され、100keVのタングステン陽極による(10度のアノード角度で)x線スペクトルを利用し、その陽極は、スペクトルの低エネルギー部分を減衰させるために2.7mmのAlフィルターにより事前に硬化されている)。ガスに対して、より薄い厚みのフィルター手段が、本発明のビーム・シェーパーに利用することに一層相応しい。厚い厚みは、実用的に問題となってしまう大きなフィルターを必要とし、或いは、高い圧力が必要となり、高い圧力は、ビーム・シェーパー・ボディの高度な構造化の必要性を要求し或いは危険なものになり得る。更に、散乱線対一次放射線の比率(a  ratio  of  scattered  to  primary  radiation：SPR)は、解析的な推定により決定された。これらの推定は、様々な仮定に基づいており、例えば、システムの幾何学的寸法などのような様々な境界条件に依存する。様々な仮定又は境界条件を利用して、様々な値の結果が得られる。様々なガスに対して選択された結果が表1に提示されている。各々のガスについて同じ仮定及び境界条件が使用されているが、提示される値は、異なるガス同士の間の比較例を示すために提供されているに過ぎず、任意単位(a.u.)として考えられるべきである。
【００４０】
表1：ガス・スクリーニング結果
【００４１】
【表１】
2018500056.tif 000003
表2は、一般に使用される(固体の)アルミニウム・ベースの又はカーボン・ベースの(例えば、テフロン（登録商標）の)ビーム・シェーパーに関する比較結果を示す。フィルターの厚み及びSPRは、表1のガスに対するものと同様にして決定されている。
【００４２】
表2：固体のビーム・シェーパー材料によるスクリーニング結果
【００４３】
【表２】
2018500056.tif 000004
1000mmを越えるフィルター厚み計算値を伴うガスは実用的ではなく或いは非常に高い圧力を必要とすることになり、従って、本発明の観点からは好ましくない。ラジウムは比較的薄いフィルター厚み及び低いSPRを有するが、その放射性に起因して不適切である。
【００４４】
厚み及びガス圧力の間の優れたバランスが望まれる場合、キセノンが最も好ましい材料である。これは、薄いフィルター厚みと低いSPRとを組み合わせる。フィルターの厚みは固体のビーム・シェーパーのものより厚いが、散乱特性(SPR)は顕著に優れており、当然に、ガスに基づくビーム・シェーパーに関して上述した全ての利点をもたらす。x線放射の吸収は、一般に、ランベルト・ベールの法則(Beer-Lambert’s  law)により記述され：相対的な吸収は経路長に指数関数的に依存する。従って、一般的に言えば、ガス圧力又はフィルター厚さの何れかの僅かな変化が、局所的なx線吸収の強い変化をもたらす。このため、(例えば、図3ないし7に類似する実施形態における)ビーム・シェーパー・ボディ内のガス圧力の比較的僅かな操作、或いは、(図8ないし10に類似する実施形態における)ビーム・シェーパー・ボディの形状の変化が、特定の放射角で必要な減衰を達成するために必要とされる。これは、速やかな再現性のある変化を促し、ビーム・シェーパーの構造的な複雑化を抑制する。100keVのx線スペクトルを入射フォトン・フラックス積分(the  incident  integral  photon  flux)の30％まで減衰させることを達成するためには、大気圧(1気圧)のキセノンで満たされたビーム・シェーパー・ボディを10cmの経路長だけ通る必要がある。そのようなビーム・シェーパーの寸法は、現在の3Dイメージャーに十分に適合している。また、圧力は1気圧に非常に近いので(従って、大気圧に近いので)、ビーム・シェーパー・ボディの構造的な条件は危機的なものではない。更に、キセノンは毒性のない希ガスであり、ほとんど全ての材料に対して不活性である。追加的な効果は、吸収材料についての所謂K端(edge)に関連している(K端は、エネルギーの関数として、減衰係数の急激な増加である)。吸収材料のK端が、イメージングの目的に使用されるエネルギー範囲内にある場合、それは減衰したx線スペクトル内の吸収端をもたらす。
【００４５】
クリプトンも使用に適している。しかしながら、近似的に同じSPRに関し、同じ放射線減衰を達成させるために、6.7倍大きなフィルター厚み又は圧力が必要になる。しかしながら、クリプトン(原子番号Z=36)は、キセノン(Z=56)より低いビーム・ハードニング効果(a  lower  beam  hardening  effect)を有し、その理由は、減衰したビームのスペクトルは、より大きな原子番号の材料に関する高いフォトン・エネルギーの方へシフトするからである。このため、万一ビーム・ハードニングが問題となる場合には、大気圧より高い圧力でクリプトンで満たされた(いくらか)厚いビーム・シェーパーは、キセノンが充填されたビーム・シェーパーに対する適切な代替例となる。当然に、ハウジングについては更に厳しい構造的条件が存在する。
【００４６】
例えば、キセノンとクリプトンの混合のような混合ガスは、キセノンだけの場合のビーム・ハードニングを低減させるために使用されることが可能である一方、フィルター厚み又はガス圧力がクリプトンだけの場合より低く維持されることが可能である。規制条件のもとで圧力容器(a  pressure  vessel)としてビーム・シェーパーを分類する閾値より低く、ガス圧力が維持されることが可能であれば、有益である。
【００４７】
ビーム・シェーパー・ハウジングの機械的な構成は、プラスチックの変形を伴わずに、(例えば、キセノン吸収剤の例の場合には0.95atmないし2大気圧の間のような)或る程度の圧力差に耐えられることを要する。別の機械的な問題は、高速なサイクリックな圧力変化のための条件から生じる。一方、ビーム・シェーパー・ボディ・ハウジング材料の厚みは、x線の物理的な影響(減衰、ビーム・ハードニング、及び、散乱など)により制約を受ける。大ざっぱな実現可能性の評価によれば、減衰器の両側に対する2mmの厚みのカーボン・ファイバ補強プラスチックは、適切なものであり、そのような材料は、一般に、優れた機械的強度及び剛直性により、x線ビームの僅かな減衰を導くに過ぎない。(フィルター・ハウジングの両側で2mmずつ合計)4mmのカーボンを通過すると、完全なフォトン・フラックスを83％まで減衰させる。(フィルター・ハウジングの両側で1mmずつ合計)2mmのカーボンを通過すると、完全なフォトン・フラックスを91％まで減衰させる。このビーム減衰は、一次のオーダーまで空間的に不変である。カーボン(Z=6)という小さな原子番号に起因して、何れの場合も、大きなビーム・ハードニングは予想されない。4mmの厚みの材料の場合には、SPR=2a.u.のオーダーで、散乱線対一次線の比率(A  scatter  to  primary  ratio)がディテクタ表面で予想され、2mmの厚みの材料の場合には、SPR=1a.u.のオーダーで、散乱線対一次線の比率がディテクタ表面で予想される。これらのSPR値は、この場合も任意単位であり、ガス・スクリーニングと同様に、同じ境界条件及び仮定を利用して決定された。考慮する他のビーム・シェーパー・ボディ設計パラメータは、イメージング・デバイス内のビーム・シェーパーに関し、典型的な患者の形状に、及び、許容可能な空間に対する所望の減衰パラメータに、ビーム・シェーパーを調整することを含む。
【００４８】
ガス充填ビーム・シェーパーの更なる利点は、ビーム・シェーパー内の空気で減衰ガスを交換することにより、(ボウタイ・フィルターによらず)イメージング・システムの「エアー較正(air  calibration)」が強く促進されることが可能な点である。フィルター・コンポーネントの機械的な動きは不要である。ガスに基づく動的なビーム・シェーパーのアイディアは、更に、複雑さを軽減するために、通常の「剛直な」ビーム・シェーピング・デバイスと組み合わせることが可能である。減衰プロファイルが、任意の角度で一般に必要とされる最小減衰変動に類似するように、ガスに基づく減衰器のビーム・シェーパー・ボディを設計することが、特に望ましい。
【００４９】
図11では、本発明による方法が概略的に示される。様々な(選択的な)入力パラメータに基づいて、圧力がビーム・シェーパーに誘導される(103)。例えば、撮像される対象の身体プロファイルが判定され(100)、それを利用して所望のビーム・シェーパー強度プロファイルを選択し、例えば身体のタイプに基づいて強度プロファイルを選択し(101)、例えばボウタイ・プロファイル等のような標準的な強度プロファイルを選択し(101’)、或いは、他のプロファイルを選択する(100’’)。また、放射線源の位置が判定され(102)、その位置は、圧力を導入するための入力パラメータとして使用される(103)。ビーム・シェーパー・ボディに対してガスを追加又は除去することにより(104)、或いは、ビーム・シェーパー・ボディに外的な圧力を加えることにより(104’)、或いは、それら双方により、圧力が導入されてもよい。放射線源が対象の周囲を動く場合、このプロセスは、対象に対するソースの位置各々について反復されることが可能である。
【００５０】
本発明は図面及び上記の記述により詳細に説明及び記述されてきたが、そのような説明及び記述は例示又は具体例であって限定ではないように解釈されるべきであり；本発明は開示される実施形態には限定されない。例えば、圧力は、加熱又は冷却する手段等のように、非機械的な手段により誘発されることが可能である(ただし、温度変化に起因するガス膨張又は収縮は十分に速やかに再現性よくなされるものとする)。
【００５１】
寸法は絶対的な尺度ではない。本発明の説明の簡明化のため、所定の特徴は拡大され、簡略化され、或いは、再配置されている。
【００５２】
開示された実施形態に対する他の変形例は、明細書、添付の特許請求の範囲及び添付図面を学ぶことにより、請求項に係る発明を実施する当業者により理解され生み出されることが可能である。特許請求の範囲において、「有する(comprising)」という用語は他のエレメント又はステップを排除しておらず、「ある(“a”  or  “an”)」という不定冠詞的な用語は複数個を排除していない。単独のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載されている複数の事項の諸機能を実現してもよい。所定の複数の事項が互に異なる従属請求項に記載されているという唯それだけの事実は、それらの事項の組み合わせが有利に使用できないことを示してはいない。請求項に何らかの参照符合が記載されている場合、それらは範囲を限定するように解釈されるべきでない。
【図１ａ】
2018500056.tif 000005
【図１ｂ】
2018500056.tif 000006
【図２ａ】
2018500056.tif 000007
【図２ｂ】
2018500056.tif 000008
【図３】
2018500056.tif 000009
【図４】
2018500056.tif 000010
【図５】
2018500056.tif 000011
【図６】
2018500056.tif 000012
【図７】
2018500056.tif 000013
【図８（ａ）】
2018500056.tif 000014
【図８（ｂ）】
2018500056.tif 000015
【図９】
2018500056.tif 000016
【図１０（ａ）】
2018500056.tif 000017
【図１０（ｂ）】
2018500056.tif 000018
【図１０（ｃ）】
2018500056.tif 000019
【図１１】
2018500056.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月24日(2017.4.24)
【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】
3Dイメージング・システムのための動的なビーム・シェーパーであって：
放射線ビームの放射を減衰させる放射線吸収ガスを含む凹状のビーム・シェーパー・ボディ；
前記凹状のビーム・シェーパー・ボディに圧力を誘発するように構成される圧力誘発手段；
を有し、前記ビーム・シェーパー・ボディの減衰プロファイルは、誘発される圧力に基づいて適合され、前記放射線ビームの経路内で前記ビーム・シェーパー・ボディの長さにわたって一様な減衰プロファイルは存在しないように、前記減衰プロファイルは前記ビーム・シェーパー・ボディの中で局所的に変化している、ビーム・シェーパー。
【請求項２】
前記ビーム・シェーパー・ボディは、剛直なハウジング、好ましくはボウタイ形状の剛直なハウジングを有する、請求項1に記載のビーム・シェーパー。
【請求項３】
前記ビーム・シェーパー・ボディは、フレキシブルなハウジングを有する、請求項1に記載のビーム・シェーパー。
【請求項４】
前記圧力誘発手段は、前記フレキシブルなハウジングの形状を操作するためのビーム・シェーパー・ボディ操作部を有する、請求項3に記載のビーム・シェーパー。
【請求項５】
前記ビーム・シェーパー・ボディ操作部は、前記フレキシブルなハウジングにおける個々の場所で前記フレキシブルなハウジングの形状を操作するように構成される少なくとも1つの操作エレメントを有する、請求項4に記載のビーム・シェーパー。
【請求項６】
前記圧力誘発手段は、ガス流制御手段を有するガス導管を有する前記ビーム・シェーパー・ボディの開口に接続されるガス・コンテナを有し、前記ガス・コンテナ及び前記ビーム・シェーパー・ボディの間でガス流の制御を可能にする、請求項1ないし5のうちの何れか1項に記載のビーム・シェーパー。
【請求項７】
ガスがキセノン、クリプトン又はその混合である、請求項1ないし6のうちの何れか1項に記載のビーム・シェーパー。
【請求項８】
撮像される対象のボディ・プロファイルを決定するボディ・プロファイル決定部；及び
決定されたボディ・プロファイルに少なくとも基づいて、前記ビーム・シェーパー・ボディの減衰プロファイルを決定する減衰プロファイル決定部；
を有する請求項1ないし7のうちの何れか1項に記載のビーム・シェーパー。
【請求項９】
3Dイメージング・システムのための動的なビーム・シェーパーにより放射線ビームを減衰させる方法であって、前記動的なビーム・シェーパーは、前記放射線ビームの放射を減衰させる放射線吸収ガスを含む凹状のビーム・シェーパー・ボディを有し、当該方法は、前記凹状のビーム・シェーパー・ボディに圧力を誘発するステップを有し、前記ビーム・シェーパー・ボディの減衰プロファイルは、誘発される圧力に基づいて適合され、前記放射線ビームの経路内で前記ビーム・シェーパー・ボディの長さにわたって一様な減衰プロファイルは存在しないように、前記減衰プロファイルは前記ビーム・シェーパー・ボディの中で局所的に変化している、方法。
【請求項１０】
前記凹状のビーム・シェーパー・ボディの圧力は、前記ビーム・シェーパー・ボディの形状を操作することにより、好ましくは前記ビーム・シェーパー・ボディの局所的な変形により誘発される、請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
前記ビーム・シェーパー・ボディの形状は、ボウタイ形状に操作される、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
ボディ・プロファイルが、撮像される対象について決定され、前記ビーム・シェーパー・ボディの形状を操作するための入力パラメータとして試用される、請求項9に記載の方法。
【請求項１３】
前記凹状のビーム・シェーパー・ボディの圧力は、前記ビーム・シェーパー・ボディにガスを追加する又は前記ビーム・シェーパー・ボディからガスを除去することにより、誘発される請求項9ないし12のうちの何れか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記凹状のビーム・シェーパー・ボディに誘発される圧力は、検査領域に対する放射線源の位置に基づいて決定される、請求項9ないし13のうちの何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
請求項1ないし8のうちの何れか一項に記載の動的なビーム・シェーパーを有する3Dイメージング・システム。
【国際調査報告】
2018500056.tif 000021
2018500056.tif 000022