(57)【要約】  本発明は、専用のスペクトル撮像ファントムがスペクトルＸ線デバイスによって走査され、スペクトル撮像ファントムのスペクトル撮像データが得られるスペクトル撮像に関する。スペクトル撮像ファントムの当該撮像データは、被検体の向上された更なる撮像データを得るための入力として使用される。被検体のスペクトル走査は、スペクトル撮像ファントムのスペクトル走査に続いて又は同時に行われる。向上された更なる撮像データは、推奨を提供するために及び／又は更なるデータ処理のために、スペクトルファントム撮像データを撮像データ補正の入力として使用することによって得られる。
2018532468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低減衰物質と、
第１のコンプトン散乱及び第１の光電吸収を有する物質を含むか又は対応する物質を含む第１のインサートと、
第２のコンプトン散乱及び第２の光電吸収を有する第２のインサートと、
を含むファントム体であって、前記第１の光電吸収と前記第１のコンプトン散乱との比率が、前記第２の光電吸収と前記第２のコンプトン散乱との比率とは異なるように選択されている、前記ファントム体を含む、スペクトル撮像ファントム。
【請求項２】
前記第１のインサート及び前記第２のインサートは、実質的に同じ又は全く同じ減衰プロファイルを有する、請求項１に記載のスペクトル撮像ファントム。
【請求項３】
前記低減衰物質は、水等価物質である、請求項１に記載のスペクトル撮像ファントム。
【請求項４】
第１の濃度の造影剤を含むか若しくは対応する物質、第１の及び／若しくは更なる濃度の更なる造影剤、並びに／又は、更なるコンプトン散乱及び更なる光電吸収を有する更なる物質を含むか、これらの組み合わせを含む、少なくとも１つの更なるインサートを含む、請求項１乃至３の何れか一項に記載のスペクトル撮像ファントム。
【請求項５】
前記第１のインサートは、１つ以上の異なる濃度のヨウ素又はガドリニウム造影剤を含むか若しくは対応する物質、又は、テフロン（登録商標）、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリエチレン、リン酸水素ナトリウム若しくはリン酸水素カリウムを含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載のスペクトル撮像ファントム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの更なるインサートは、１つ以上の異なる濃度のヨウ素若しくはガドリニウム造影剤、及び／又は、テフロン（登録商標）、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリエチレン、リン酸水素ナトリウム若しくはリン酸水素カリウムを含む、請求項４又は５に記載のスペクトル撮像ファントム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの第１のインサートは、前記少なくとも１つの第１のインサートが、撮像される被検体の一部の減衰特性を模倣するように選択され、請求項２乃至５の何れか一項に記載のスペクトル撮像ファントムについては、前記少なくとも１つの更なるインサートは、前記少なくとも１つの更なるインサートが、撮像される前記被検体の一部の減衰特性を模倣するように選択される、請求項１乃至６の何れか一項に記載のスペクトル撮像ファントム。
【請求項８】
前記ファントム体は、走査される被検体の下、上又は上方に前記ファントム体が置かれるように、平らな形状又はアーチ形状を有する、請求項１乃至７の何れか一項に記載のスペクトル撮像ファントム。
【請求項９】
前記ファントム体は、細長い形状を有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載のスペクトル撮像ファントム。
【請求項１０】
前記ファントム体及び前記インサートは、固体物質である、請求項１乃至９の何れか一項に記載のスペクトル撮像ファントム。
【請求項１１】
前記インサートは、前記ファントム体内に永久的に固定される、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のスペクトル撮像ファントム。
【請求項１２】
スペクトルＸ線撮像デバイスと、請求項１乃至１１の何れか一項に記載のスペクトル撮像ファントムと、を含む、スペクトル撮像システム。
【請求項１３】
前記スペクトル撮像ファントムは、前記スペクトルＸ線撮像デバイスの被検体支持体に埋め込まれている、請求項１２に記載のスペクトル撮像システム。
【請求項１４】
前記スペクトルＸ線撮像デバイスは、スペクトルコンピュータ断層撮影撮像デバイスである、請求項１２又は１３に記載のスペクトル撮像システム。
【請求項１５】
請求項１乃至８の何れか一項に記載のスペクトル撮像ファントムを、コンピュータ断層撮影撮像デバイスの検査領域内に挿入するステップと、
少なくとも前記スペクトル撮像ファントムの走査を含むスペクトルコンピュータ断層撮影走査を行い、これにより、少なくとも前記スペクトルコンピュータ断層撮影ファントムのスペクトル撮像データを得るステップと、
前記スペクトルコンピュータ断層撮影ファントムの得られた前記スペクトル撮像データを、被検体の向上された更なる撮像データを得るための入力として使用するステップと、
を含み、
前記被検体のスペクトルコンピュータ断層撮影走査は、前記スペクトル撮像ファントムの前記スペクトルコンピュータ断層撮影走査に続いて又は同時に行われる、スペクトル撮像方法。
【請求項１６】
推奨を提供するために、及び／又は、更なるデータ処理のために、向上された画像データを撮像データ補正のための入力として使用することによって、前記向上された画像データを得るための入力として前記スペクトル撮像ファントムが使用される、請求項１５に記載のスペクトル撮像方法。
【請求項１７】
前記被検体は患者であり、前記患者内又は前記患者上の少なくとも関心領域の更なる撮像データが得られる、請求項１５又は１６に記載のスペクトル撮像方法。
【請求項１８】
前記被検体の前記スペクトルコンピュータ断層撮影走査は、前記スペクトル撮像ファントムの前記スペクトルコンピュータ断層撮影走査と同時に行われる、請求項１６又は１７に記載のスペクトル撮像方法。
【請求項１９】
前記スペクトル撮像データの物質分解におけるクロストークを定量化するステップと、
定量化された前記クロストークに対して得られた前記スペクトル撮像データを補正するステップと、
少なくとも１つのシステムパラメータを決定し、前記少なくとも１つのシステムパラメータを、定量化された前記クロストークの前記補正に使用するステップと、
を更に含む、請求項１５乃至１８の何れか一項に記載のスペクトル撮像方法。
【請求項２０】
前記スペクトル撮像ファントムの得られた前記スペクトル撮像データを、理論データ、他のソースで測定されたデータ、撮像される被検体について前に測定されたデータ及び／又は前記スペクトル撮像ファントムの前の走査中に得られた、特に、最後の較正手順直後の前の走査中に得られた前記スペクトル撮像ファントムのデータを含む基準撮像データと比較するステップと、
前記得られたスペクトル撮像データと、前記最後の較正手順中又は最後の較正手順直後に得られたスペクトル撮像データとの差分が所定閾値を超える場合に新しい較正を行うための推奨を含む特別な動作の推奨を提供するステップと、
を更に含む、請求項１５乃至１９の何れか一項に記載のスペクトル撮像方法。
【請求項２１】
前記スペクトル撮像ファントムの得られた前記スペクトル撮像データを、反復再構成アルゴリズムを含む再構成アルゴリズム用の入力として使用することによって、前記スペクトル撮像データを再構成するステップを更に含む、請求項１５乃至２０の何れか一項に記載のスペクトル撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペクトル撮像ファントム、スペクトル撮像システム及びスペクトル撮像ファントムを使用するスペクトル撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばスペクトルコンピュータ断層撮影（ＣＴ）である２Ｄ又は３Ｄ  Ｘ線撮像といったスペクトル撮像の利点の１つは、スペクトル撮像が、物質分解後に定量的物質画像を提供可能である点である。物質分解について、例えば、（例えばAlvarez, R. Eによる「Estimator for photon counting energy selective x-ray imaging with multi-bin pulse height analysis」（Med. Phys., 2011, 38, 2324-2334）から知られている）次元ルックアップテーブル手法、（例えばRoessl, E., Proksa, Rによる「K-edge imaging in x-ray computed tomography using multi-bin photon counting detectors」（Phys. Med. Biol., 2007, 52, 4679-4696）から知られている）理論的順モデル又は（例えばSchirra, C.他による「Towards In-vivo K-edge Imaging Using a New Semi-Analytical Calibration Method」（Proc. SPIE9033, Medical Imaging 2014: Physics of Medical Imaging, 90330N, 19 March 2014）から知られている）半解析的手法の応用を含む様々な方法が考えられる。
【０００３】
これらの及び他の知られている方法は、スキャナ及び関心物体の状態が較正時の状態とは異なる場合、結果がゆがむという同じ問題に直面している。検出器の状態は、センサの分極により変化するか、又は、管からのＸ線スペクトルが、例えば走査中の加熱により変化する。（３つ以上の物質でも）ルックアップテーブルを利用する手法は、人体は較正に使用された物質で厳密に構成されるわけではないという事実に苦しむ。リング、帯状のアーチファクト又は物質画像間のクロストークは、様々な物質の減衰のエネルギー依存性、様々な検出器スペクトル反応及び様々な検出器部品のＸ線スペクトルに起因して生じる。スペクトル順モデル又は半解析的手法は、決して測定値に正確に一致しないことが十分に考えられる。散乱は、スペクトルフットプリントを有し、様々なビンにおいて検出されたカウントを様々に変化させる。これは、モデルを更に一層複雑にする。予測及び測定における不一致は、物質画像にクロストーク及びアーチファクトを生成する。より優れた順モデル又は半解析的手法は、アーチファクトを減少させるが、最終的に結果としてもたらされる画像の品質が、定量的医用撮像に十分に良いかどうかは不明である。
【０００４】
上記系統的誤差に加えて、検出器の（経時）安定性の品質が、しばしば、新しいスペクトル較正を必要にする。スペクトル較正を推奨するには、ＣＴスキャナの状態を評価することが望ましい。
【０００５】
上記画像アーチファクトはすべて、選択された走査プトロコル、特にＸ線管電圧に依存する。最善処理の後では、オペレータ又は医師といったユーザに、画像内に残っている誤差を定性的及び定量的に提供することが好適である。最善の場合では、ユーザは有意な誤差がないことが伝えられる。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１２／０１５５６１７Ａ１号に、身体の様々な部分の減衰を模倣する液体物質を用いた充填を可能にするインサートを有するスペクトルＣＴ較正ファントムが開示されている。
【０００７】
国際特許公開ＷＯ２００８／０４６４９８Ａ１に、物質分解係数を決定するための２つ以上のスペクトルのトモグラフィの較正方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、特に、上記課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、この目的は、低減衰物質と、第１のコンプトン散乱及び第１の光電吸収を有する物質を含む少なくとも第１のインサートと、第２のコンプトン散乱及び第２の光電吸収を有する第２のインサートとを含み、第１の光電吸収と第１のコンプトン散乱との比率は、第１の光電吸収と第１のコンプトン散乱との比率とは異なるように選択される、ファントム体を含むスペクトル撮像ファントムによって達成される。このような撮像ファントムは、人体といった被検体の反応をシミュレートする。好適な実施形態では、請求項１に記載のスペクトル撮像ファントムでは、第１のインサート及び第２のインサートは、実質的に同じ減衰プロファイル、好適には全く同じ減衰プロファイルを有し、これは、インサート自体の減衰に関係なく、様々なインサートのスペクトル特性をより一層正確に区別することを可能にする。好適な実施形態では、低減衰物質は、水等価物質である。
【００１０】
好適な実施形態では、スペクトル撮像ファントムは、更なる濃度の造影剤を含むか又は対応する物質を含む少なくとも１つの更なるインサートと、第１の及び／若しくは更なる濃度の更なる造影剤、並びに／又は、更なるコンプトン散乱及び更なる光電吸収を有する更なる物質を含み、これらの組み合わせを含む。したがって、被検体のより多くの部分の反応がシミュレートされる。
【００１１】
好適な実施形態では、第１の（及び更なる）インサートは、当該インサートが、撮像される被検体の一部の減衰特性を模倣するように選択される。例えば第１及び／又は更なるインサートは、１つ以上の異なる濃度のヨウ素若しくはガドリニウム造影剤を含むか若しくは対応する物質、又は、テフロン（登録商標）、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリエチレン、リン酸水素ナトリウム若しくはリン酸水素カリウムを含む。
【００１２】
好適な実施形態では、ファントム体は、当該ファントム体を走査される被検体の下、上又は上方に置くことができるように、平らな形状又はアーチ形状を有する。好適には、形状は、例えば被検体全体又は少なくとも被検体の関心部分である大面積を覆うように細長い。更に、構成要素であることが人間にとってより快適である。
【００１３】
更に好適な実施形態では、ファントム体及びインサートは、固体物質である。これはより、漏れを防ぐために、インサートとファントム体とを流体的に隔離する必要がなくなる。
【００１４】
更なる実施形態では、インサートは、ファントム体内に永久的に固定される。これは、各手順前の調製が不要となるため、使い勝手を良くし、これは更に、手順間の再現性を良くする。
【００１５】
本発明の実施形態は更に、スペクトルＸ線撮像デバイス、好適にはスペクトルコンピュータ断層撮影撮像デバイスと、本発明によるスペクトル撮像ファントムとを含むスペクトル撮像システムに関する。スペクトル撮像ファントムは、好適には、スペクトルＸ線撮像デバイスの被検体支持体に埋め込まれ、これは、使い勝手を良くし、また、撮像デバイスに対して常に同じデータが生成されることを可能にする固定位置を可能にする。
【００１６】
本発明の実施形態は更に、本発明によるスペクトル撮像ファントムを、コンピュータ断層撮影撮像デバイスの検査領域内に挿入するステップと、少なくともスペクトル撮像ファントムの走査を含むスペクトルコンピュータ断層撮影走査を行い、これにより、少なくともスペクトルコンピュータ断層撮影ファントムのスペクトル撮像データを得るステップと、スペクトルコンピュータ断層撮影ファントムの得られたスペクトル撮像データを、被検体の向上された更なる撮像データを得るための入力として使用するステップとを含み、被検体のスペクトルコンピュータ断層撮影走査は、スペクトル撮像ファントムのスペクトルコンピュータ断層撮影走査に続いて又は同時に行われる、スペクトル撮像方法に関する。好適には、スペクトル撮像ファントムは向上された画像データを得るための入力として使用され、向上された画像データは、推奨を提供するために、及び／又は、更なるデータ処理のために撮像データ補正のための入力として使用される。スペクトルファントムの撮像データは、画質又は信頼性の向上に使用され、これは、医師を、例えば被検体の関心領域の診断ついて支援する。
【００１７】
好適な実施形態では、被検体のスペクトル走査は、スペクトルファントムのスペクトル走査と同時に行われる。したがって、被検体及びファントムの撮像データは同時に取られ、したがって、ファントムからのデータは、被検体が受ける実際の放射線照射条件をはるかによく反映する。
【００１８】
好適な実施形態では、スペクトル撮像方法は更に、撮像データの物質分解におけるクロストークを定量化するステップと、定量化されたクロストークについて得られた画像データを補正するステップと、任意選択的に、少なくとも１つのシステムパラメータを決定し、当該少なくとも１つのシステムパラメータを、定量化されたクロストークの補正に使用するステップとを含む。クロストークを補正することにより、より信頼性のある画像が得られる。
【００１９】
好適な実施形態では、スペクトル撮像方法は更に、スペクトルファントムの得られた撮像データを、理論データ、他のソースで測定されたデータ、撮像される被検体の前に測定されたデータ及び／又はスペクトルファントムの前の走査、好適には、最後の較正手順直後の前の走査中に得られたスペクトルファントムのデータを含む基準撮像データと比較するステップと、例えば得られた撮像データと最後の較正手順中又は直後に得られた撮像データとの差分が所定閾値を超える場合に新しい較正を行うための推奨である特別な動作の推奨を提供するステップとを含む。ユーザは、イメージャを再較正することを決定してよく、これにより、次に得られる被検体画像データの信頼性が向上される。
【００２０】
好適な実施形態では、スペクトル撮像方法は更に、スペクトル撮像ファントムの得られたスペクトル撮像データを、再構成アルゴリズム、好適には反復再構成アルゴリズム用の入力として使用することによって、撮像データを再構成するステップを含む。このようにすると、ファントムからの「較正」データが画像の再構成に使用され、これは、モデル化された撮像データの信頼性を向上させるのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ−１Ｅ】図１Ａ乃至図１Ｅは、本発明によるスペクトル較正ファントムの一実施形態を概略的に示す。
【図２Ａ−２Ｅ】図２Ａ乃至図２Ｅは、撮像被検体上に示される本発明によるスペクトル較正ファントムの一実施形態を示す。
【図３】図３は、本発明によるスペクトル撮像方法を説明するフローチャートを示す。
【００２２】
本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの構成、また、様々な処理演算及び処理演算の構成の形を取ってよい。図面は、好適な実施形態を例示することのみを目的とし、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。見易くするために、幾つかの特徴が省略されるか又は寸法は縮尺通りではない。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、一例としてＣＴ撮像を使用して説明されるが、本発明は、当業者であれば実施方法が分かっている変更を加えて、２Ｄ又は３Ｄ（例えばＣアーム）スペクトルＸ線撮像システムといった他のスペクトル（Ｘ線）撮像システムにも適している。
【００２４】
ＣＴシステムといったＸ線イメージャを較正するための較正ファントムは知られている。ファントムは、正確に分かっている減衰特性を有する人工構造物であり、較正目的又は検出器診断のために、制御され再現可能なやり方で検出器応答特性を決定するために、通常（しばしば固定）ガントリを用いて走査される。
【００２５】
既知のＣＴファントムは、当該ファントムが走査に使用されるすべてのＸ線波長においてコンプトン散乱及び光電吸収について人体の反応をシミュレートしなければならないので、スペクトルＣＴとの使用には最善ではない。これは、スペクトルファントム体１０に、少なくとも２つのインサートを具備させることによって達成される。各インサートは、光電効果とコンプトン散乱との異なる比率を有するように選択される。これは、スペクトル情報を最適化することを可能にする。好適な実施形態では、少なくとも２つのインサートは、同じ減衰特性を有するが、光電効果とコンプトン散乱との異なる比率を有するように選択される。これは、減衰に関係なく、スペクトル情報を区別することを可能にする。
【００２６】
提案されるスペクトルファントム１０は、低減衰物質のバルクと、その中に配置される少なくとも１つのインサートとを有することが好適である。
【００２７】
臓器、骨又は体液といった患者の身体の１つ以上の部分の減衰特性を模倣する物質を、バルク及びインサートに使用することが好適である。低減衰物質は、デルリン（Ｄｅｌｒｉｎ）（商標）といった水等価物質であることが好適である。したがって、検出器応答は、撮像患者を模倣するファントムを使用して決定される。これは、したがって、患者の身体に対して最適に較正されたスキャナをもたらす可能性が高い。
【００２８】
インサートは、様々な濃度のヨウ素又はガドリニウムといったよく使われる造影剤を使用して作成される。インサートは、実際の造影剤物質か又は造影剤と同じに又は非常に似たように反応する「造影剤状」の物質を含む。非限定的な例として、図１Ａ乃至図１Ｅに示されるスペクトルファントム１０は、第１の濃度のヨウ素を含む第１のインサートＣＡ−１−１、第２の濃度のヨウ素を含む第２のインサートＣＡ−１−２、第１の濃度のガドリニウムを含む第３のインサートＣＡ−２−１、及び、第２の濃度のガドリニウムを含む第４のインサートＣＡ−２−２を有する。より多くの又はより少ない種類の造影剤及び／又は濃度を使用してもよい。
【００２９】
或いは又は追加的に、インサートは更に、光電吸収とコンプトン散乱との異なる比率を有する物質を使用して作成されてもよい。非限定的な例として、図１Ａ乃至図１Ｅに示されるスペクトルファントム１０は、光電吸収とコンプトン散乱との異なる比率を有する６つのそのようなインサートを含む。これらのインサートＰ−Ｃ−１、Ｐ−Ｃ−２、Ｐ−Ｃ−３、Ｐ−Ｃ−４、Ｐ−Ｃ−５、Ｐ−Ｃ−６は、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、リン酸水素ナトリウム（Ｃａ２ＨＰＯ４）及びリン酸水素カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）をそれぞれ含む。より少ない、他の及びより多くの物質も考えられる。
【００３０】
好適には、本発明によるスペクトルファントムは、少なくとも１つ、しかし、好適にはそれよりも多くの造影剤インサートと、少なくとも１つ、好適にはそれよりも多くの光電吸収及びコンプトン散乱インサートとを含む。
【００３１】
本発明のスペクトルファントム１０は、スペクトルスキャナに収まる任意の形状を有する。本発明のスペクトルファントムは、患者といった被検体１と共に、好適には、被検体の関心領域２の近くで走査される。ファントムの形状及びデザインは、これに対応するように適応される。関心領域は、本発明のコンテキストでは、臓器又は患者の区切られた一部といった被検体内の３次元ボリュームであると理解される。
【００３２】
好適な実施形態では、ファントム体及びインサートは、結晶物質、プラスチックホイル等といった固形物質である。既知のファントムは、しばしば、ファントム、撮像システムに深刻なダメージをもたらす又は患者に悪影響を及ぼし得る漏れを引き起こす可能性のある液体物質を使用する。
【００３３】
更なる実施形態では、インサートは、ファントム体内に永久的に固定される。多くの既知のインサート（特に流体インサート）は調製されなければならず、これは厄介で、非常に正確に行われる必要がある。固定インサートを使用することにより、各手順前の調製が不要となるため、使用が簡単になり、これは更に、手順間での再現性が良くなる。当然ながら、インサートは、様々な被検体及び関心物体によく適しているように選択されなければならない。異なる永久固定インサートを有する様々なファントムを在庫しておく必要がある。
【００３４】
図１Ａ及び図１Ｂは、走査される被検体の下に置かれるスペクトルファントム１０を示す。図１Ａのファントムはアーチ状であり、これは、患者の快適さを向上させる。図１Ｂのファントムは平らであり、これは、作成がより簡単である。これらの実施形態は共に細長い形状を示し、これにより、被検体がその上に横たわることが可能になる。よりコンパクトなソリューションも可能であり、これは、製造費及び保管空間要件を削減するが、患者の快適さを妨げる場合がある。インサート（Ｐ−Ｃ、ＣＡ）は、まとめられて又は離間されて、様々な方法でファントム体１０内に配置される。好適には、インサート（Ｐ−Ｃ、ＣＡ）は、（図１Ａ及び図１Ｂの上図に示されるように）ファントムの主長さ軸に沿って配置され、これにより、ＣＴイメージャの１つの撮像スライス内ですべてのインサートを撮像することが可能になる。しかし、インサートは、ファントム体全体に又は（図１Ａ及び図１Ｂの下図に示されるように）幅軸において広がることも可能である。
【００３５】
被検体の下にファントムを置く利点は、被検体と共に走査される場合に、ファントムの位置が、患者の動きによって影響を受けない点である。図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、患者と共に撮像手順にある図１Ａ及び図１Ｂの実施形態を使用する本発明によるスペクトル撮像システムを示す。図２Ａ及び図２Ｂの実施形態は、撮像デバイスの患者支持体に埋め込まれたファントムを示す。これにより、特にコンパクトなデザインが可能となる。更に、ファントムは、各後続走査において全く同じ位置を常に有する。
【００３６】
図１Ｃ、図１Ｄ及び図１Ｅは、走査される被検体の上又は上方に置かれる実施形態を示す。これの利点は、共に走査されると、患者内での放射線の減衰が生じないので、ファントムは、放出された放射線の総量を受け取る点である。更に、これらの実施形態は、被検体内の関心領域の近くに配置されてもよい。
【００３７】
図１Ｃは、図２Ｃに示されるように、走査のためにＣＴスキャナのガントリ４を通るように動かされようとしている患者支持体３上に横たわる患者２について、取り付け手段１１を用いて患者２の身体上又は患者２の近くに取り付けられるブロック形状のスペクトルファントム１０を示す。取り付け手段１１は、クリップ、テープ又は任意の他の既知の取り付け手段を含む。この実施形態は、長方形ブロックとして示されるが、例えば長方形、円形若しくは楕円形プレート、アーチ又はリングといった異なる形状を有してもよい。
【００３８】
図１Ｄは、図２Ｄに示されるように、走査される被検体２の周りに結び付けられるベルトに組み込まれるスペクトルファントム１０を示す。ベルトは、ベルトバックル、ボタン、ベルクロ（登録商標）等といった任意の形式であってよい取り付け手段１１を用いて閉じられる。図１Ｃの実施形態に比べて、例えば子供、動物又は身体若しくは知的障害を持つ被検体といった特に動く被検体について、スペクトルファントムが患者から滑り落ちる可能性が少ない点が利点である。更に、このスペクトルファントムは、患者の皮膚に直接取り付けられた場合、図１Ｃの実施形態よりも不快である可能性が少ない。更に、このスペクトルファントムは、患者２にしっかりと取り付けられることが可能であるため、関心領域２により近い可能性がある。
【００３９】
図１Ｅは、図２Ｅに示されるように、走査される被検体２の上方に配置されるアーチ状スペクトルファントム１０を示す。このコンパクトな実施形態の利点は、当該スペクトルファントムが、検出器から常に同じ相対距離にあり、患者２に取り付けられる必要がなく、したがって、患者の動きによって影響を受けない点である。更に、このスペクトルファントムは、放射線が被検体によって減衰されることなく、放出された放射線を、妨げられることなく受け取る。
【００４０】
上記実施形態のすべてにおいて、スペクトルファントム１０及び／又は被検体１は、ファントム１０を走査することから得られるデータが関心領域２と空間的に対応するように最適に置かれる。
【００４１】
図３は、本発明によるスペクトル走査方法のフローチャートを示す。ステップ１０１において、本発明によるファントムが、ＣＴデバイス内に、スペクトル走査ステップ１０４において走査されるように置かれ、スペクトルファントムのスペクトル撮像データが得られる。本発明のコンテキストでは、「デバイス内に置かれる」又は「デバイス内に挿入される」との表現は、ガントリの検査領域内に置かれると解釈されるが、検査領域外の撮像デバイスの支持体上、内又は上方に置かれることも含む。走査１０４中、ファントムは、ガントリ内で静止しているか、又は、ガントリ内を平行移動して動かされてもよく、その間、ガントリも静止していても又は回転していてもよい。
【００４２】
ファントムを、走査される被検体と一緒に、好適には、被検体の関心領域の近くで走査（１０４）することが特に有利である。これを達成するために、走査される被検体も、ＣＴデバイス内に置かれ（１０２）、スペクトルファントムは、被検体上又は近くに、好適には関心領域の近くに配置される（１０３）。これには、ファントムを所望位置に置くことが含まれるが、患者を（固定）ファントムに対して位置決めすることも含まれる。本発明のコンテキストにおける「関心領域の近く」との表現は、関心領域の近く、好適には物理的に可能な限り又は快適であるように関心領域の近くであるが、関心領域の走査を妨げないことを意味する。これは、幾つかの場合では、関心領域の隣、下、上又は上方を意味する。ファントム及び被検体を一緒に走査することによって、スペクトルファントムの撮像データ及び被験者の更なるスペクトル撮像データが一時的に且つ空間的に最適に位置合わせされる。走査ステップ１０４後、ファントムのスペクトル撮像データを使用して、較正ファントムの一般的な利用法にあるように、潜在的な較正又は診断ステップ１０８ための検出器応答を決定する。
【００４３】
しかし、本発明では、ファントムは、従来の意味での較正ファントムではなく、スペクトルファントムの走査と同時に又はスペクトルファントムの走査に続いて、例えば走査される被検体の更なる画像データを向上させるために、画像データが具体的に使用される（１０５、１０６、１０７）撮像ファントムである。更なる画像データは、更なる撮像データのデータ補正のための入力としてスペクトル撮像データを使用する（１０５）ことによって、又は、更なる画像データを生成するように走査に関してユーザに推奨を生成するためにスペクトルファントムのスペクトル撮像データを使用する（１０６）ことによって、又は、更なるスペクトル撮像データの画像再構成のための追加入力として、ファントムのスペクトル撮像データを使用する（１０７）ことによって、ファントムのスペクトル撮像データによって向上される。
【００４４】
スペクトル撮像データを使用すること（１０５、１０６、１０７）は、例えば様々な方法で行われる。例えばスペクトルＣＴ撮像の任意の物質分解法に固有の系統的クロストーク又はバイアスを使用することによって行われる。スペクトルＣＴデータの物質分解における系統的誤差は、画像においてリング又は帯状のアーチファクトとして、又は、物質画像間のクロストークとして現れる。これらのアーチファクトは、走査中に生じても又は変化してもよい。
【００４５】
ファントムのスペクトル撮像データの物質分解に固有の系統的クロストークは、定量化され（１０５−１）、更なる撮像データにおける定量化されたクロストークを補正する（１０５−２）ために、専用補正アルゴリズムが、入力パラメータとして適用される。特に、ファントムの撮像データ及び更なる撮像データが同時に取得された場合、更なる撮像データの関連があり且つ正確な補正が実現される。更に、幾つかのシステムパラメータの変化も検出され、補正アルゴリズムの適切な入力パラメータは、更に一層最適化された更なる撮像データを実現するように適応されてよい。
【００４６】
現在の走査のスペクトルＣＴファントムの分解物質画像は、最後のスペクトル較正の直後に取得された画像と比較される（１０６−１）。画像間の差分又は最新画像における誤差が大きすぎる場合（適切な測定基準で測定される）、例えば新しいエネルギー較正を行い、高電圧をオンとオフとを切り替えること、又は、物質較正若しくは他のスペクトル較正を行うことの提案といった特別な動作が推奨される（１０６−２）。したがって、ＣＴデバイスは、被検体の走査に最適化され、被検体の向上された更なる画像データが得られる。
【００４７】
或いは又は更に、最終物質画像におけるＣＴ値のクロストーク又は絶対誤差の残存量を、スペクトルＣＴファントムの結果をグラウンドトゥルースと比較し（１０６−１）、また、検査者の画像の読み取りを助け、向上された更なる画像データを得るための動作を検査者が取ることを潜在的に促すために、（例えば結果を表示することによって）結果を提供する（１０６−２）ことによって評価することができる。
【００４８】
スペクトルＣＴファントムの分解物質画像は更に、各スライスのパラメータを調整するために反復再構成中に使用されてもよい（１０７）。参考までに、標準的な反復多チャネル再構成は、式（１）：
【数１】
2018532468.tif 000003
で表されてよい。
【００４９】
式（１）では、ｉは、すべての投影の指標である。Ａｉは、投影角ｉについての順投影演算子であり、ｐ、Ｓ及びｋは、それぞれ、光電画像、散乱画像及びｋエッジ物質画像であり、ｍｉ，ｐ、ｍｉ，Ｓ及びｍｉ，ｋは、投影方向ｉについて分解及び測定された線積分である。行列Ｃｉは、投影ｍｉ，ｐ、ｍｉ，Ｓ及びｍｉ，ｋの雑音分散行列である。最後に、Ｒは、解決策を安定させるために、例えば平滑性である幾つかの追加の制約を実施する正則化パラメータλ（ラムダ）で重み付けされた正規化項である。クロストークは、式（２）：
【数２】
2018532468.tif 000004
に示されるように、発見的線形モデルによって減少可能であることが経験的に分かった。
【００５０】
例えば線形変換された測定値が再構成に使用される場合。系のスペクトル「不安定性」は、変換行列Ｔが投影指数に依存するという事実に反映される。しかし、Ｔは単位元行列（unity matrix）に近い。提案されるファントムが視野内であることにより、式（３）：
【数３】
2018532468.tif 000005
に示されるように、Ｔｉの自由パラメータに関しても、費用関数を最適化することによって、反復再構成中にＴの要素を推定することが可能となる。
【００５１】
Ｔに関する予備知識を含めるために、追加の正則化項Ｒ２が（引数としてすべてのＴｉ行列を取る）費用関数に加えらる。含まれる可能な予備知識は、時間的な平滑性、行方向の正規化対称性、単位元行列までの距離等を含む。費用関数に追加される末項は、ファントムに関する予備知識である。これは、ファントムの場所を隠すマスク演算子Ｍの形で、また、ファントム内の光電効果、コンプトン散乱及びｋエッジ物質の事前に分かっている値Ｑｐ、ＱＳ及びＱｋの形で含まれる。
【００５２】
他の既知の再構成アルゴリズムも、更なる画像データから向上された画像を得るために、同様に適応されて使用されてよい。コンピュータプログラムプロダクトがアルゴリズムを実行する。
【００５３】
本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示及び説明されたが、当該例示及び説明は、限定的ではなく、例示的であると考えられるべきである。本発明は、開示される実施形態に限定されない。例えばスペクトル撮像ファントム及びスペクトル撮像方法は、スペクトルＣＴ撮像を使用して説明されたが、当業者であれば、例えば２Ｄ又は３ＤスペクトルＸ線撮像である他のスペクトル撮像方法における使用のための本発明の適応方法は分かるであろう。
【００５４】
開示された実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載される幾つかのアイテムの機能を果たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体上に記憶及び／又は分散されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介するといった他の形式で分配されてもよい。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
2018532468.tif 000006
【図１Ｂ】
2018532468.tif 000007
【図１Ｃ】
2018532468.tif 000008
【図１Ｄ】
2018532468.tif 000009
【図１Ｅ】
2018532468.tif 000010
【図２Ａ】
2018532468.tif 000011
【図２Ｂ】
2018532468.tif 000012
【図２Ｃ】
2018532468.tif 000013
【図２Ｄ】
2018532468.tif 000014
【図２Ｅ】
2018532468.tif 000015
【図３】
2018532468.tif 000016
【国際調査報告】
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