(57)【要約】【課題】投影データに基づいて物質弁別を正確かつ効率的に実行すること。【解決手段】実施形態のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線源と、Ｘ線検出器と、処理回路とを備える。Ｘ線源は、Ｘ線を照射する。Ｘ線検出器は、前記Ｘ線源から照射されて被検体を透過したＸ線を検出する。処理回路は、複数のエネルギー成分を有する投影データであって、前記Ｘ線検出器において検出されるＸ線の強度を表す投影データを取得する。また、処理回路は、複数の物質それぞれの投影長をパラメータとして含みＸ線の減衰モデルの近似値を求める検出器モデルを用いて計算された計算データであって、前記被検体を透過したＸ線の強度を表す計算データと、前記投影データとの差を表すコスト関数を、前記複数のエネルギー成分にわたって計算する。そして、処理回路は、前記計算したコスト関数が最小値に収束する前記複数の物質それぞれの投影長を求める。【選択図】図１
2016131887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を照射するＸ線源と、
前記Ｘ線源から照射されて被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
処理回路と
を備え、
前記処理回路は、
複数のエネルギー成分を有する投影データであって、前記Ｘ線検出器において検出されるＸ線の強度を表す投影データを取得し、
複数の物質それぞれの投影長をパラメータとして含みＸ線の減衰モデルの近似値を求める検出器モデルを用いて計算された計算データであって、前記被検体を透過したＸ線の強度を表す計算データと、前記投影データとの差を表すコスト関数を、前記複数のエネルギー成分にわたって計算し、
前記計算したコスト関数が最小値に収束する前記複数の物質それぞれの投影長を求める、Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記処理回路は、
遺伝的アルゴリズム、模擬焼きなまし法、量子焼きなまし法、群れアルゴリズム、進化アルゴリズム、ランダム探索、レプリカ交換法、および反応探索最適化法のうちの１つである確率的最適化法を用いて、前記計算したコスト関数が最小値に収束する前記複数の物質それぞれの投影長を求める、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
前記処理回路は、
複数の物質それぞれの現在の投影長の周囲の標本空間の範囲内にあるように選択される複数のランダムな投影長を選択し、
前記複数のランダムな投影長に対応する前記コスト関数が、前記複数の物質それぞれの現在の投影長に対応する前記コスト関数よりも小さい場合、前記複数のランダムな投影長に等しくなるように、前記複数の物質それぞれの現在の投影長を設定し、
前記複数のランダムな投影長に対応する前記コスト関数が、前記複数の物質それぞれの現在の投影長に対応する前記コスト関数以上である場合、前記複数の物質それぞれの現在の投影長を変わらないように維持し、
前記複数の物質それぞれの現在の投影長に対応する前記コスト関数が所定の閾値よりも小さくなるか、または繰り返し回数が所定の最大繰り返し回数に達するかのいずれかになるまで、前記複数のランダムな投影長を選択するステップと、前記複数の物質それぞれの現在の投影長を設定するステップと、前記複数の物質それぞれの現在の投影長を維持するステップとを繰り返すことにより、前記複数の物質それぞれの投影長を求める、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
前記処理回路は、前記投影データと前記計算データとの差の最小二乗法、前記投影データと前記計算データとの差の重み付き最小二乗法、およびポアソン尤度関数法のうちの１つである方法を用いて、前記コスト関数を計算する、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
前記処理回路は、
線形検出器応答項と非線形検出器応答項とを有する前記検出器モデルを用いて、前記コスト関数を計算し、
前記線形検出器応答項および前記非線形検出器応答項は、それぞれ検出器不感時間と入射Ｘ線フラックスとを含む、請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項６】
前記処理回路は、前記Ｘ線源における前記Ｘ線の強度を表す基準Ｘ線強度を用いて決定される前記入射Ｘ線フラックスを用いて、前記コスト関数を計算する、請求項５に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項７】
前記Ｘ線源において放射される基準Ｘ線強度Ｉｒｅｆを検出する基準検出器をさらに備え、
前記処理回路は、前記基準Ｘ線強度と対応する所定のフラックス校正係数との積として、各検出素子の各エネルギー成分の前記入射Ｘ線フラックスを計算する、請求項６に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項８】
前記処理回路は、第１のステップおよび第２のステップを有する複数ステップの最適化法に基づいて、前記複数の物質それぞれの投影長を求め、
前記第１のステップは、第１のコスト関数を最小化する前記複数の物質それぞれの投影長を求めて解く大域的最適化法を実行する工程を含み、
前記第２のステップは、前記第１のステップで取得した、前記第１のコスト関数を最小化する前記複数の物質それぞれの投影長を用いて、第２のコスト関数を最小化する前記複数の物質それぞれの投影長を求めて解く第２の最適化方法を実行する工程を含む、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項９】
前記処理回路は、前記複数の物質それぞれの投影長を求め、前記第１のステップは粗い最適化を実行する工程を含み、前記第２のステップは細かい最適化を実行する工程を含む、請求項８に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１０】
前記処理回路は、前記複数の物質それぞれの投影長を求め、前記第１のステップは大域的最適化を実行する工程を含み、前記第２のステップは局所的最適化を実行する工程を含む、請求項８に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１１】
前記処理回路は、求められた前記複数の物質それぞれの投影長を用いて、各物質モデルに対応する画像をそれぞれ再構成する、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１２】
前記Ｘ線検出器は、光子計数型のＸ線検出器である、請求項１〜１１のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１３】
複数のエネルギー成分を有する投影データであって、Ｘ線源から照射されて被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器において検出されるＸ線の強度を表す投影データを取得し、
複数の物質それぞれの投影長をパラメータとして含みＸ線の減衰モデルの近似値を求める検出器モデルを用いて計算された計算データであって、前記被検体を透過したＸ線の強度を表す計算データと、前記投影データとの差を表すコスト関数を、前記複数のエネルギー成分にわたって計算し、
前記計算したコスト関数が最小値に収束する前記複数の物質それぞれの投影長を求める、
処理回路を備える、画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ（Computed  Tomography）装置及び画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＴシステムおよび方法は、特に医用イメージングおよび診断のために広く用いられている。ＣＴシステムは一般的に、被検体の１つ以上の断面スライスの画像を生成する。Ｘ線管等の放射線源は、一方の側から被検体に放射線を照射する。一般的にＸ線源に隣接するコリメータは、Ｘ線ビームの角度範囲を制限するため、被検体に当たる放射線は、被検体の断面を定義する平面領域に実質的に限定される。被検体の反対側の少なくとも１つの検出器（および一般的には２つ以上の多くの検出器）が、実質的に被検体のスライス面を透過した放射線を受ける。被検体を通過した放射線の減衰は、検出器から受信された電気信号を処理することにより測定される。
【０００３】
従来、ＣＴ投影データを測定するために、エネルギー積分検出器が用いられてきた。現在、最近の技術開発により、光子計数検出器（Photon  Counting  Detector：ＰＣＤ）が従来のエネルギー積分検出器の実現可能な代替案になりつつある。ＰＣＤは、スペクトルＣＴを実行する機能を含む多くの利点を有する。透過したＸ線データのスペクトル特性を取得するために、ＰＣＤは、Ｘ線ビームをその成分エネルギーすなわちスペクトルビンに分割し、各ビンにおける光子数を計数する。スペクトルＣＴは、２つ以上のエネルギーレベルで透過したＸ線の検出を行うため、スペクトルＣＴは一般的に、定義によりデュアルエネルギーＣＴを含む。
【０００４】
ＰＣＤは、結果として生じるシンチレーション光子を検出するために、光学検出器（例えば、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオード）に接続された発光する結晶等の間接的検出器と比べ、速い応答時間を持つ半導体を使用する。この速い応答時間により、ＰＣＤは、個々のＸ線検出事象を時間分解することができる。しかし、臨床的Ｘ線イメージングを表す高いＸ線フラックスレートにおいて、単一検出器上で複数のＸ線検出事象が、検出器の時間応答の範囲内に発生する可能性があり、この現象はパイルアップと呼ばれる。
【０００５】
スペクトルＣＴで用いられる半導体ベースのＰＣＤは、全ての事象について入射光子を検出して光子エネルギーを測定することができる。しかし、相互作用の深さおよび弾道欠損により、測定された光子エネルギーを、入射光子エネルギーに一意に関連付けることはできない。また高フラックスにおいて、パルスパイルアップは、数え落としの原因になることがある。
【０００６】
補正されないままでは、パイルアップ、検出器の非線形性、および投影イメージングプロセスの他のアーチファクトにより、ＰＣＤから再構成された画像の品質が低下し得る。一方、これらの影響をデータに対して補正、すなわち校正してデータから排除する場合、スペクトルＣＴは従来のＣＴよりも多くの利点を有する。多くの臨床用途が、より効果的な物質識別およびビームハードニング補正を含むスペクトルＣＴ技術の恩恵を受けることができる。さらに、非スペクトルＣＴと比べて、スペクトルＣＴは、撮像される被検体から完全な組織の特徴情報を抽出する。
【０００７】
半導体ベースのＰＣＤは、スペクトルＣＴの有力候補であり、従来のスペクトルＣＴ技術（例えば、デュアル線源、ｋＶｐ切り替え、等）よりも優れたスペクトル情報を提供することができる。スペクトルＣＴのために半導体ベースのＰＣＤをより効果的に用いる上での１つの課題は、投影データに基づいて物質弁別を正確かつ効率的に実行することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０３５５８５３号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／０２５１０９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、投影データに基づいて物質弁別を正確かつ効率的に実行することができるＸ線ＣＴ装置及び画像処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線源と、Ｘ線検出器と、処理回路とを備える。Ｘ線源は、Ｘ線を照射する。Ｘ線検出器は、前記Ｘ線源から照射されて被検体を透過したＸ線を検出する。処理回路は、複数のエネルギー成分を有する投影データであって、前記Ｘ線検出器において検出されるＸ線の強度を表す投影データを取得する。また、処理回路は、複数の物質それぞれの投影長をパラメータとして含みＸ線の減衰モデルの近似値を求める検出器モデルを用いて計算された計算データであって、前記被検体を透過したＸ線の強度を表す計算データと、前記投影データとの差を表すコスト関数を、前記複数のエネルギー成分にわたって計算する。そして、処理回路は、前記計算したコスト関数が最小値に収束する前記複数の物質それぞれの投影長を求める。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、コスト関数φを用いた物質弁別方法を実行するフローチャートを示す。
【図２】図２は、コスト関数最小化プロセスを実行するフローチャートを示す。
【図３】図３は、スペクトルＣＴデータを水および骨に対応する物質の投影長に分解するためのコスト関数を実行した表面プロットを示す。
【図４】図４は、２ステップの物質弁別方法を実行するフローチャートを示す。
【図５】図５は、第４世代の幾何学的配列で配置されたＰＣＤと第３世代の幾何学的配列で配置されたエネルギー積分検出器とを有し、さらに制御回路と処理回路とデータ収集回路とを備えるＸ線ＣＴ装置を実装した概要図を示す。
【図６】図６は、ＣＴスキャナ装置において所定の第４世代の幾何学的配列でＰＣＤを配置した概要図を示す。
【図７】図７は、ＣＴスキャナ装置において、所定の第３世代の幾何学的配列の検出器ユニットと組み合わせて、所定の第４世代の幾何学的配列でＰＣＤを配置した概要図を示す。
【図８】図８は、ＣＴスキャナ装置において、所定の第３世代の幾何学的配列の２つのＸ線源および２つの検出器ユニットと組み合わせて、所定の第４世代の幾何学的配列でＰＣＤを配置した概要図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置及び画像処理装置を説明する。なお、実施形態は、以下の実施形態に限られるものではない。また、一つの実施形態に記載した内容は、原則として他の実施形態にも同様に適用される。
【００１３】
一実施形態において処理回路を備える装置が提供され、処理回路は、（１）複数のエネルギー成分を有する投影データであって、撮像される被検体を透過してから複数の検出素子において検出される放射線の強度を表す投影データを取得し、（２）計算データが、撮像される被検体を透過した放射線の強度を表し、各投影長が複数の物質モデルの各物質モデルに対応する複数の投影長を用いて放射線の減衰の近似値を求める検出器モデルを用いて、計算データが計算されるとした場合、複数のエネルギー成分にわたって、投影データと計算データとの差を表すコスト関数を計算し、（３）コスト関数の大域的最小点の近似値を求めるために、計算したコスト関数が収束するまで複数の投影長を最適化するよう構成される。
【００１４】
別の実施形態において装置が提供され、装置は、（１）Ｘ線を照射するＸ線源と、（２）Ｘ線源から照射されたＸ線の複数のエネルギー成分を検出し投影データを生成するようそれぞれ構成された複数の検出素子と、（３）（ａ）複数のエネルギー成分を有する投影データであって、撮像される被検体を透過してから複数の検出素子において検出される放射線の強度を表す投影データを取得し、（ｂ）計算データが、撮像される被検体を透過した放射線の強度を表し、各投影長が複数の物質モデルの各物質モデルに対応する複数の投影長を用いて放射線の減衰の近似値を求める検出器モデルを用いて、計算データが計算されるとした場合、複数のエネルギー成分にわたって、投影データと計算データとの差を表すコスト関数を計算し、（ｃ）コスト関数の大域的最小点の近似値を求めるために、計算したコスト関数が収束するまで複数の投影長を最適化するよう構成される処理回路とを備える。
【００１５】
別の実施形態において方法が提供され、方法は、（１）複数のエネルギー成分を有する投影データであって、撮像される被検体を透過してから複数の検出素子において検出される放射線の強度を表す投影データを取得するステップと、（２）計算データが、撮像される被検体を透過した放射線の強度を表し、各投影長が複数の物質モデルの各物質モデルに対応する複数の投影長を用いて放射線の減衰の近似値を求める検出器モデルを用いて、計算データが計算されるとした場合、複数のエネルギー成分にわたって、投影データと計算データとの差を表すコスト関数を計算するステップと、（３）コスト関数の大域的最小点の近似値を求めるために、計算したコスト関数が収束するまで複数の投影長を修正するステップとを含む。
【００１６】
（第１の実施形態）
スペクトルＣＴでは、複数のエネルギー成分を有する放射線を用いて被検体ＯＢＪの投影測定が行われる。この投影測定は一連の角度で行われるため、非スペクトルＣＴと同様の従来のＣＴ画像再構成法を用いることができる。しかし、非スペクトルＣＴと異なり、スペクトルＣＴは投影測定をいくつか（現在の臨床環境では通常２つ）の物質成分に分解できるようにする追加情報を生成する。Ｘ線ビームが撮像される被検体ＯＢＪを横断する際に、２つの主要な区別可能な相互作用メカニズムによりＸ線が減衰するため、物質弁別により２つの成分物質が生じる。この相互作用メカニズムは、コンプトン散乱および光電吸収である。スペクトル領域から物質領域への投影データのマッピングは、画像再構成プロセスの前または後のいずれかで実行することができる。しかし、ビームハードニングを考慮すると、スペクトル領域から物質領域への物質弁別を再構成プロセスの前に実行する方が好ましい。本明細書では、画像再構成プロセスの前に物質弁別を実行する場合を考える。なお、以下では、Ｘ線ＣＴ装置が有するプロセッサ５７０が物質弁別を実行する場合について説明する。なお、プロセッサ５７０などのＸ線ＣＴ装置が有する各種構成については図５を用いて後述する。また、Ｘ線ＣＴ装置のことをＣＴスキャナとも言う。
【００１７】
Ｘ線のほとんどが、撮像される被検体ＯＢＪの大部分の原子のＫ端を大きく上回るエネルギーを有する場合、生体である被検体を撮像する従来のＸ線源の場合と同様、上記の２つの主な相互作用プロセスの存在と整合の取れた２つのエネルギー成分だけを用いて、物質弁別問題を解くことができる。したがって、スペクトルＣＴはデュアルエネルギーＣＴと呼ばれることもあり、物質弁別プロセスをデュアルエネルギー解析と呼ぶことができる。本明細書では、スペクトルＣＴは、少なくともデュアルエネルギーＣＴを含むこととするが、３つ以上のエネルギー成分を用いる投影測定も含むため、２物質への弁別問題が複合要因によって決定される。特許文献１（引用することによりその全体が本明細書に編入される）に記載されているように、画像品質を改善するために、ノイズの均衡化（バランスさせること）および関連方法において、さらなるエネルギー成分によって与えられる追加情報を効果的に用いることができる。
【００１８】
生体物質におけるＸ線の減衰は２つの物理的プロセス（すなわち、光電吸収およびコンプトン散乱）によってほぼ決まるため、デュアルエネルギー解析法を用いることができる。したがって、エネルギーの関数としての減衰係数は、以下に示す式（１）の分解により近似することができる。
【００１９】
【数１】
2016131887.tif 000003
【００２０】
ここで、μＰＥ（Ｅ，ｘ，ｙ）は光電減衰であり、μＣ（Ｅ，ｘ，ｙ）はコンプトン減衰である。あるいは、この減衰係数は、並べ替えて高Ｚ物質（すなわち、物質１）と低Ｚ物質（すなわち、物質２）とに分解することができ、以下に示す式（２）となる。
【００２１】
【数２】
2016131887.tif 000004
【００２２】
ここで、ｃ１（ｘ，ｙ）およびｃ２（ｘ，ｙ）は、それぞれ第１の基礎画像および第２の基礎画像である。
【００２３】
次に、半導体ベースのＰＣＤの検出器モデルについて説明する。放射線検出器の応答関数（「検出器モデル」とも言う）は、改善された結果を得るために校正することができる。一実施例では、任意の放射線検出器それぞれの計数の数に対する検出器モデルは以下に示す式（３）となる。
【００２４】
【数３】
2016131887.tif 000005
【００２５】
なお、Ｔは、積分時間を示し、Ｒ０は、線形応答関数を示し、Ｒ１は、非線形応答関数を示し、τは、不感時間を示し、ｎは、検出器毎のＸ線フラックスを示し、Ｓ（Ｅ０）およびＳ（Ｅ１）は、検出されたスペクトルを示す。また、式（３）に示すように、線形検出器応答項および非線形検出器応答項は、それぞれ検出器不感時間と入射Ｘ線フラックスとを含む。ここで、積分時間Ｔ、線形応答関数Ｒ０、非線形応答関数Ｒ１、および不感時間τのそれぞれは、各放射線検出器およびエネルギー成分に対して、被検体ＯＢＪについての投影測定の前に実行される校正の結果として、既知である。上記の非線形検出器モデルには、１次非線形項のみ含まれる。一般的には、計数の数に対して、より高次の非線形項を検出器モデルに含めることもできる。各積分は、ｍ番目のエネルギービンについてのスペクトル域に対して積分される。したがって、各検出器の各エネルギービン／成分に対して固有の計数Ｎｍがある。
【００２６】
検出されたスペクトルＳ（Ｅ０）およびＳ（Ｅ１）を一般化してＳ（Ｅｉ）とすると、Ｓ（Ｅｉ）は以下に示す式（４）で与えられる。
【００２７】
【数４】
2016131887.tif 000006
【００２８】
ここで、減衰係数μ１およびμ２はＸ線エネルギーの既知関数であり、また被検体ＯＢＪがない場合のスペクトル（Ｓａｉｒで示される）も既知である。
【００２９】
同様に、検出器毎のＸ線フラックスｎは以下に示す式（５）で与えられる。なお、Ｘ線フラックスとは、検出器の単位面積当たりのＸ線量を示す。
【００３０】
【数５】
2016131887.tif 000007
【００３１】
ここで、ｎａｉｒは既知である。一実施例では、ｎａｉｒの値は以下に示す式（６）で与えられる。すなわち、プロセッサ５７０は、Ｘ線源におけるＸ線の強度を表す基準Ｘ線強度を用いて決定される入射Ｘ線フラックスを用いて、コスト関数を計算する。
【００３２】
【数６】
2016131887.tif 000008
【００３３】
ここで、Ａは被検体ＯＢＪについての投影測定の前に決定される各検出器で固有の校正項であり、Ｉｒｅｆは基準となる検出器信号である。より具体的には、プロセッサ５７０は、基準Ｘ線強度と対応する所定のフラックス校正係数との積として、各検出素子の各エネルギー成分の入射Ｘ線フラックスを計算する。なお、Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線源において放射される基準Ｘ線強度Ｉｒｅｆを検出する基準検出器をさらに備えるようにしてもよいし、所定の基準Ｘ線強度Ｉｒｅｆを取得するようにしてもよい。
【００３４】
ここで図面（いくつかの図面にわたって、同様の参照番号は同一または対応する部品を示す）を参照すると、図１は、先に説明した検出器モデルと組み合わせて投影測定値を用いて、物質分解投影長Ｌ１およびＬ２を取得するための方法１００を示す。より具体的には、プロセッサ５７０は、方法１００において、複数のエネルギー成分を有する投影データであって、Ｘ線検出器において検出されるＸ線の強度を表す投影データを取得し、複数の物質それぞれの投影長をパラメータとして含みＸ線の減衰モデルの近似値を求める検出器モデルを用いて計算された計算データであって、被検体を透過したＸ線の強度を表す計算データと、投影データとの差を表すコスト関数を、複数のエネルギー成分にわたって計算し、計算したコスト関数が最小値に収束する複数の物質それぞれの投影長を求める。
【００３５】
例えば、方法１００の最初のステップＳ１１０で、プロセッサ５７０は、コスト関数φ（Ｌ１，Ｌ２）を計算する。このコスト関数は、測定された投影データＮ’ｍを、先に説明した検出器モデルから取得された対応する計算値Ｎｍと組み合わせる。すなわち、プロセッサ５７０は、線形検出器応答項と非線形検出器応答項とを有する検出器モデルを用いて、コスト関数を計算する。図１に示すように、検出器モデルを用いる計算値Ｎｍを事前に計算してルックアップテーブルに格納することができ、また代替実施例では、Ｎｍの値を必要なときに計算することができる。
【００３６】
いくつかの異なるコスト関数φ（Ｌ１，Ｌ２）も可能である。一実施例では、コスト関数は、測定計数Ｎ’ｍと計算計数Ｎｍとの差の最小二乗であり、以下に示す式（７）で表される。すなわち、プロセッサ５７０は、投影データと計算データとの差の最小二乗法を用いて、コスト関数を計算する。
【００３７】
【数７】
2016131887.tif 000009
【００３８】
一実施例において、コスト関数は測定計数Ｎ’ｍと計算計数Ｎｍとの差の重み付き最小二乗であり、以下に示す式（８）で表される。すなわち、プロセッサ５７０は、投影データと計算データとの差の重み付き最小二乗法を用いて、コスト関数を計算する。
【００３９】
【数８】
2016131887.tif 000010
【００４０】
ここで、σｍはＮ’ｍの標準偏差である。
【００４１】
一実施例では、コスト関数はポアソン尤度関数であり、以下に示す式（９）で表される。すなわち、プロセッサ５７０は、ポアソン尤度関数法を用いて、コスト関数を計算する。
【００４２】
【数９】
2016131887.tif 000011
【００４３】
このように、プロセッサ５７０は、ステップＳ１１０において、投影データと計算データとの差の最小二乗法、投影データと計算データとの差の重み付き最小二乗法、およびポアソン尤度関数法のうちの１つである方法を用いて、コスト関数を計算する。
【００４４】
ステップＳ１１０でコスト関数を計算した後、方法１００は、コスト関数の最小値を求めるために最適化法を実行するプロセス１２０に進む。コスト関数が大域的最小値とは異なる局所的最小値を有する場合、コスト関数の大域的最小値を求めるためにロバストな確率的最適化プロセスが有益である。図３は、複数の局所的最小値と１つの大域的最小値とを有する最小二乗コスト関数の例を示す。大域的最小値を求めるための周知の方法は多数あり、例えば、遺伝的アルゴリズム、模擬焼きなまし法、量子焼きなまし法、群れアルゴリズム、進化アルゴリズム、ランダム探索、レプリカ交換法、および反応探索最適化法、全数探索、区間法、その他従来の決定論的方法、確率的方法、ヒューリスティック法、メタヒューリスティック法等が挙げられる。すなわち、プロセッサ５７０は、遺伝的アルゴリズム、模擬焼きなまし法、量子焼きなまし法、群れアルゴリズム、進化アルゴリズム、ランダム探索、レプリカ交換法、および反応探索最適化法のうちの１つである確率的最適化法を用いて、計算したコスト関数が最小値に収束する複数の物質それぞれの投影長を求める。
【００４５】
一実施例において、プロセス１２０を実行するために、図２に示す方法が用いられる。
より具体的には、プロセッサ５７０は、複数の物質それぞれの現在の投影長の周囲の標本空間の範囲内にあるように選択される複数のランダムな投影長を選択する。例えば、図２において、プロセッサ５７０は、Ｌ（０）＝（Ｌ１（０），Ｌ２（０））に対する初期推定値としてランダム値を選択すると、プロセッサ５７０は、プロセス１２０を始める。次に、ステップＳ２１０において、プロセッサ５７０は、ループ変数ｎを増分する。
【００４６】
ステップＳ２１０に続き、プロセッサ５７０は、ステップＳ２２０に進み、現在の一組の投影長Ｌ（ｎ−１）＝（Ｌ１（ｎ−１），Ｌ２（ｎ−１））の周囲の標本空間から新たな標本点Ｌ’をランダムに選択する。
【００４７】
ステップＳ２３０に進み、プロセッサ５７０は、コスト関数φ（Ｌ（ｎ−１））とφ（Ｌ’）とでどちらの値が小さいかを照会する。ステップＳ２４０およびＳ２５０において、プロセッサ５７０は、次のループの繰り返し用に、コスト関数の小さい方の値に対応する引数を、次の一組の投影長Ｌ（ｎ）＝（Ｌ１（ｎ），Ｌ２（ｎ））に代入する。例えば、プロセッサ５７０は、ステップＳ２３０において、複数のランダムな投影長に対応するコスト関数が、複数の物質それぞれの現在の投影長に対応するコスト関数よりも小さい場合、ステップＳ２４０において、複数のランダムな投影長に等しくなるように、複数の物質それぞれの現在の投影長を設定する。また、例えば、プロセッサ５７０は、ステップＳ２３０において、複数のランダムな投影長に対応するコスト関数が、複数の物質それぞれの現在の投影長に対応するコスト関数以上である場合、ステップＳ２５０において、複数の物質それぞれの現在の投影長を変わらないように維持する。
【００４８】
プロセス１２０のステップＳ２６０で、プロセッサ５７０は、ループの停止基準が満たされているかを評価する。様々な停止基準を用いることができるが、図２に示す実施例では、ループの最大繰り返し回数ｎｍａｘに達するか、またはコスト関数が所定の閾値ε未満になるかのいずれかにおいて、ループが停止する。停止基準が満たされると、プロセッサ５７０は、プロセス１２０のＳ２６０においてループを終了し、現在の投影長Ｌ（ｎ）＝（Ｌ１（ｎ），Ｌ２（ｎ））を最終の投影長として報告する。停止基準が満たされなければ、プロセッサ５７０は、ステップＳ２６０からステップＳ２１０に進むことにより、ループを継続する。すなわち、プロセッサ５７０は、複数の物質それぞれの現在の投影長に対応するコスト関数が所定の閾値よりも小さくなるか、または繰り返し回数が所定の最大繰り返し回数に達するかのいずれかになるまで、複数のランダムな投影長を選択するステップと、複数の物質それぞれの現在の投影長を設定するステップと、複数の物質それぞれの現在の投影長を維持するステップとを繰り返すことにより、複数の物質それぞれの投影長を求める。
【００４９】
一実施例において、粗い検索基準と共に方法１００が用いられる。方法１００では、プロセッサ５７０は、第１のステップおよび第２のステップを有する複数ステップの最適化法に基づいて、複数の物質それぞれの投影長を求める。ここで、第１のステップは、第１のコスト関数を最小化する複数の物質それぞれの投影長を求めて解く大域的最適化法を実行する工程を含み、第２のステップは、第１のステップで取得した、第１のコスト関数を最小化する複数の物質それぞれの投影長を用いて、第２のコスト関数を最小化する複数の物質それぞれの投影長を求めて解く第２の最適化方法を実行する工程を含む。ここで、例えば、プロセッサ５７０は、複数の物質それぞれの投影長を求め、第１のステップは粗い最適化を実行する工程を含み、第２のステップは細かい最適化を実行する工程を含む。より具体的には、グリッド上のコスト関数値が事前に計算され、ルックアップテーブルにまとめられる場合、事前計算されたコスト関数値に対するグリッドの間隔は、事前計算されたコスト関数値のグリッドを決定する隣接する投影長の間隔が大きくなる。あるいは、事前計算されたコスト関数値のルックアップテーブルを使わずに図２に示すプロセスを用いる場合、新たな標本点Ｌ’をランダムに選択する元である現在の投影長の値を取り囲む大きな標本空間を用いることにより、粗い検索が実行される。さらに、図２に示すプロセス１２０の実施例で粗い検索とした場合、停止基準閾値εは、対応する細かい検索のときよりも大きくなり、ｎｍａｘの値は、対応する細かい検索のときのものよりも小さくなる。
【００５０】
一実施例において、初期検索で大域的最小値のおおよその近傍を求めるために、粗い検索基準と共に方法１００を用いる大域的最小値検索が用いられる。そして、粗い大域的検索に続き、細かい検索基準を用いる細かい検索を用いて、粗い大域的検索を用いて取得した大域的最小値のおおまかな近似値が絞り込まれる。細かい検索では、粗い検索の最終値が細かい検索の開始値として用いられる。
【００５１】
大域的最小値ではない局所的最小値を含む大域的最小値の十分小さい近傍を求めるのに十分な検索基準と共に、粗い大域的検索を用いることにより、粗い検索に続く細かい検索は、大域的最適化問題に対してロバストである必要はない（すなわち、局所的最適化法は２回目の検索にとって適切でなければならない）。したがって、細かい検索は、局所的最小値最適化法を用いることができ、局所的最適化法よりも遅く収束することが多い大域的最適化法を用いる必要はない。
【００５２】
一実施例において、方法１００を用いて２回目の検索が行うことができる。別の実施例では、上述した検出器モデルおよび特許文献２で述べられた検出器モデル等の、検出器モデル法を用いて２回目の検索を行うことで投影長を求めることができる。別の代替実施例では、異なるコスト関数を用いて、大域的最小値を求める繰り返し検索を行うことができる。ここでは想定上、大域的最小値に対応する投影長は各コスト関数に対してほぼ同じであるが、投影長は、異なるコスト関数に対応する純局所的な最小値に対しては異なっている。したがって、複数のコスト関数に対して同時に最小値となる最小値を求めることで、よりロバストに真の大域的最小値まで最適化を繰り返すことができ、ある１つのコスト関数の純局所的な最小値まで繰り返すことを避けることができる。局所的最小値は、限定された範囲における関数の最小の値であり、大域的最小値は、関数の全範囲における関数の最小の値である。
【００５３】
図４は、コスト関数の大域的最小値を求めて解くことにより最適化された投影長を取得するための、２段階法４００の実施例を示す。図４に示す２段階法４００において、プロセッサ５７０は、複数の物質それぞれの投影長を求め、第１のステップは大域的最適化を実行する工程を含み、第２のステップは局所的最適化を実行する工程を含む。大域的最小値プロセス４１０は、図２に示す最適化プロセス１２０と同様である。誤差限界ε、ループ変数ｎ、および投影長Ｌ（０）が、初期化ステップ４０２から大域的最小値プロセス４１０に渡される。プロセッサ５７０は、ループ変数ｎを、各ループ繰り返しの最初のステップ４１２において、増分する。
【００５４】
次に、ステップ４１４において、プロセッサ５７０は、投影長Ｌ（ｎ）がコスト関数φ（Ｌ（ｎ））の大域的最小値に向けて収束するよう、大域的最適化ステップにより投影長Ｌ（ｎ）の値を更新する。大域的最適化ステップは、本明細書で先に述べた大域的最適化法のどれに基づいても実行することができる。
【００５５】
次に、ステップ４１６において、プロセッサ５７０は、収束基準を評価し、コスト関数φ（Ｌ（ｎ））が所定の閾値未満である、または最大繰り返し回数ｎｍａｘに達した場合、プロセス４１０のループを終了し、投影長Ｌ（ｎ）の最終値を得る。
【００５６】
プロセッサ５７０は、ステップ４２２で誤差限界εおよびループ変数ｎ’を再初期化する。誤差限界は、大域的最小値最適化ループの誤差限界ε１より小さい値ε２に設定される。また、ステップ４２２において、プロセッサ５７０は、投影長の初期値を、大域的最小値最適化ループで求めた最終の近似値に設定する。すなわちＬ’（０）＝Ｌ（ｎ）となる。
【００５７】
次に、プロセッサ５７０は、局所的最小値ループ４３０の各繰り返しを、ステップ４３２においてループ変数ｎ’を増分することにより開始する。
【００５８】
ステップ４３４において、プロセッサ５７０は、コスト関数φ’（Ｌ’（ｎ’））の局所的最小値を求める検索で投影長Ｌ’（ｎ’）を更新する。ここで方法４００の一実施例では、局所的最小値法４３０で用いられるコスト関数φ’は、大域的最小値ループ４１０で用いられるコスト関数φとは異なる。方法４００の代替実施例において、局所的最小値法４３０で用いられるコスト関数φ’は、大域的最小値ループ４１０で用いられるコスト関数φと同じである。投影長Ｌ’（ｎ’）を更新する方法は任意の局所的最適化方法に対応するものでよく、その例としてネルダーミード（Nelder-Mead）シンプレックス法、勾配降下法、ニュートン法、共役勾配法、シューティング法等の周知の局所的最適化法が挙げられる。
【００５９】
ステップ４３６において、プロセッサ５７０は、停止基準に達したか否かについて照会する。図４は停止基準の例示的実施例を示しており、プロセッサ５７０は、コスト関数が所定の誤差限界未満になるか、またはループの最大繰り返し回数ｎ’＝ｎ’ｍａｘに達した場合、ループを終了する。停止基準が満たされると、プロセッサ５７０は、ループ４３０を終了し、投影長Ｌ’（ｎ’）の現在値が最終の投影長Ｌ’（Ｆｉｎａｌ）として出力する。停止基準が満たされなければ、プロセッサ５７０は、ループ４３０を停止基準が満たされるまで継続する。
【００６０】
図５は、第３世代の幾何学的配列で配置されたエネルギー積分検出器および第４世代の幾何学的配列で配置されたＰＣＤの両方を有するＣＴスキャナを示す。図５に示すのは、ＣＴスキャナシステムにおいて、所定の第３世代の幾何学的配列のエネルギー積分検出器ユニット５０３と組み合わせて、所定の第４世代の幾何学的配列でＰＣＤを配置するための実施例である。図５は、ガントリ５４０における、寝台５１６上に横たわるスキャン対象の被検体ＯＢＪと、Ｘ線源５１２と、コリメータ／フィルタ５１４と、Ｘ線検出器５０３と、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮとの相対位置を示している。すなわち、図５に示すように、ＣＴスキャナは、Ｘ線源５１２から照射されて被検体を透過したＸ線を検出する複数の検出器を備える。また図５には、Ｘ線投影データを収集し、格納し、処理し、分配するための回路およびハードウエアが示されている。回路およびハードウエアは、プロセッサ５７０と、ネットワークコントローラ５８０と、メモリ５７８と、データ収集システム５７６とを含む。
【００６１】
概して、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮはそれぞれ、所定のエネルギービン毎の光子数を出力する。第４世代の幾何学的配列の疎らな光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮに加え、図５に示す実施例は、ＣＴスキャナシステムにおいて、従来の第３世代の幾何学的配列の検出器５０３等の検出器ユニットを含む。検出器ユニット５０３内の検出素子は、検出器ユニットの表面に沿って、ＰＣＤよりも高密度に配置することができる。
【００６２】
一実施例において、ＰＣＤは、円形等の所定の幾何学的配列で被検体ＯＢＪの周りに疎らに配置される。例えば、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ガントリ５４０内の所定の環状構成要素５２０上に固定配置される。一実施例において、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、環状構成要素５２０上の所定の等距離の位置に固定配置される。代替実施例において、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、環状構成要素５２０上の所定の不等距離の位置に固定配置される。環状構成要素５２０は、データ収集の間、被検体ＯＢＪに対して静止したままで回転しない。
【００６３】
光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが被検体ＯＢＪに対して静止している一方で、Ｘ線源５１２、コリメータ５１４、検出器ユニット５０３のそれぞれは、被検体ＯＢＪの周りを回転する。一実施例において、Ｘ線源５１２およびコリメータ５１４はガントリ５４０内の環状フレーム等の第１の回転部５１０上に取り付けられ、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの内側でＸ線源５１２が被検体ＯＢＪの周りを回転する間、Ｘ線源５１２が被検体ＯＢＪに向けて所定の線源ファンビーム角度θＡで放射Ｘ線を照射するようになっている。すなわち、Ｘ線源５１２は、Ｘ線を照射する。さらに、検出器ユニット５０３が、第２の回転部５３０上に取り付けられる。回転部５３０は、被検体ＯＢＪをはさんでＸ線源５１２の正反対位置に検出器ユニット５０３を搭載し、静止した環状構成要素５２０の外側を回転する。
【００６４】
一実施例において、Ｘ線源５１２は、被検体ＯＢＪに対して螺旋状の経路を移動してもよく、この場合、Ｘ線源５１２は、回転部５１０の回転面に垂直な所定の方向に動かされる。
【００６５】
Ｘ線源５１２および検出器ユニット５０３が被検体ＯＢＪの周りを回転する際に、光子計数検出器ＰＣＤおよび検出器ユニット５０３のそれぞれが、データ収集の間に透過した放射Ｘ線を検出する。光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、被検体ＯＢＪを透過した放射Ｘ線を断続的に検出し、所定のエネルギービン毎に、光子数を表す計数値をそれぞれ出力する。一方、検出器ユニット５０３内の検出素子は、検出器ユニット５０３が回転する際に、被検体ＯＢＪを透過した放射Ｘ線を連続的に検出し、検出した信号を出力する。一実施例では、検出器ユニット５０３は、検出器ユニットの表面上に所定のチャネル方向およびセグメント方向に、高密度に配置されたエネルギー積分検出器を有する。
【００６６】
一実施例において、Ｘ線源５１２、ＰＣＤ、および検出器ユニット５０３が、半径が異なる３つの所定の環状経路を集合的に形成する。少なくとも１つのＸ線源５１２が被検体ＯＢＪの周りの第２の環状経路に沿って回転する一方で、ＰＣＤは、被検体ＯＢＪの周りの第１の環状経路に沿って疎らに配置される。さらに、検出器ユニット５０３は、第３の環状経路に沿って移動する。上記の例示的実施形態は、第３の環状経路が、最大であり、被検体ＯＢＪの周りの第１の環状経路および第２の環状経路の外側にあることを示している。図示しないが、代替実施形態として、第１の環状経路および第２の環状経路の相対的な関係を変えて、Ｘ線源５１２用の第２の環状経路が、被検体ＯＢＪの周りに疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの第１の環状経路よりも大きく、外側にあるようにしてもよい。さらに、別の代替実施形態として、Ｘ線源５１２は、検出器ユニット５０３と同じ第３の環状経路を移動してもよい。
【００６７】
ＣＴスキャナにおいて、所定の第３世代の幾何学的配列の検出器ユニットと組み合わせて、所定の第４世代の幾何学的配列でＰＣＤを配置する他の代替実施形態がある。特許文献２（引用することによりその全体が本明細書に編入される）に記載されているようなＸ線ＣＴスキャナのいくつかの代替実施形態である。
【００６８】
一代替実施例において、検出器ユニット５０３は存在せず、検出器としてＰＣＤだけがある。
【００６９】
一実施例において、Ｘ線源５１２は、所定の高レベルエネルギーおよび所定の低レベルエネルギーで放射Ｘ線を照射するためのｋＶ切り替え機能を実行するよう構成される。さらに別の代替実施形態では、Ｘ線源５１２は、幅広いスペクトルのＸ線エネルギーを照射する単一線源である。さらに別の実施形態では、Ｘ線源５１２は複数のＸ線放射体であり、各放射体は、Ｘ線を個別に照射することが可能で、異なるスペクトルのＸ線エネルギーを照射する。
【００７０】
検出器ユニット５０３は、光電子増倍管またはアバランシェフォトダイオードと共にシンチレーション素子等のエネルギー積分検出器を用いて、放射Ｘ線のシンチレータ素子との相互作用によるシンチレーション事象の結果として得られるシンチレーション光子を検出することができる。シンチレータ素子は、結晶シンチレーティング材料（例えば、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、純ＣｓＩ、ＣｓＦ、ＫＩ（Ｔｌ）、ＬｉＩ（Ｅｕ）、ＢａＦ２、ＣａＦ２（Ｅｕ）、ＺｎＳ（Ａｇ）、ＣａＷＯ４、ＣｄＷＯ４、ＹＡＧ（Ｃｅ）、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（Ｃｅ）、ＧＳＯ、ＬＳＯ、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬａＢｒ３（Ｃｅ）、ＬＹＳＯ、ＢＧＯ、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬａＢｒ３（Ｃｅ）、Ｃ１４Ｈ１０、Ｃ１４Ｈ１２、Ｃ１０Ｈ８）、有機液体シンチレーティング材料（例えば、ｐ−ターフェニル（Ｃ１８Ｈ１４）、ＰＢＤ（Ｃ２０Ｈ１４Ｎ２Ｏ）、ブチルＰＢＤ（Ｃ２４Ｈ２２Ｎ２Ｏ）、ＰＰＯ（Ｃ１５Ｈ１１ＮＯ）等の蛍光物質を含む有機溶剤）、プラスチックシンチレーティング材料（例えば、固体高分子マトリクス中に浮遊している蛍光物質）、またはその他の周知のシンチレーティング材料を含んでもよい。
【００７１】
ＰＣＤは、テルル化カドミウム（Cadmium  Telluride：ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（Cadmium  Zinc  Telluride：ＣＺＴ）、ケイ素（Silicon：Ｓｉ）、ヨウ化水銀（Mercuric  Iodide：ＨｇＩ２）、ヒ化ガリウム（Gallium  Arsenide：ＧａＡｓ）等の半導体をベースにした直接型放射Ｘ線検出器を用いてもよい。これらの直接型Ｘ線検出器は、間接型検出器よりも時間応答がはるかに速い。直接型検出器の高速時間応答により、臨床Ｘ線イメージング用途の高いＸ線フラックスにおいてさえも、限られたパイルアップを伴うだけで、個々のＸ線検出事象を分解することが可能になる。検出されたＸ線のエネルギー量は、直接型検出器において生成された信号に比例し、検出事象のエネルギーは、固有な数の対応するエネルギービンにまとめることができ、スペクトル分解されたＸ線投影測定値が得られる。
【００７２】
また、ＣＴスキャナは、ＰＣＤおよび検出器ユニット５０３からデータ収集システム５７６、プロセッサ５７０、メモリ５７８、ネットワークコントローラ５８０まで投影測定結果を転送するデータチャネルを含む。データ収集システム５７６は、検出器からの投影データの収集、デジタル化、および転送を制御する。また、データ収集システム５７６は、環状回転フレーム５１０および５３０の回転を制御するための放射線撮影制御回路を含む。また一実施例において、データ収集システム５７６は、寝台５１６の移動と、Ｘ線源５１２の動作（例えば、Ｘ線源への高電圧の供給）と、Ｘ線検出器の動作（例えば、Ｘ線検出器のゲート制御およびその読み出し）とを制御する。データ収集システム５７６は、集中システムとすることもでき、または代わりに分散システムとすることもできる。実施例において、データ収集システム５７６はプロセッサ５７０と一体化される。プロセッサ５７０は、投影データからの画像の再構成、投影データの再構成前の処理、画像データの再構成後の処理を含む機能を実行する。投影データの再構成前の処理に、検出器校正、検出器非線形性、極性効果、ノイズの均衡化、および物質弁別のための補正を含めることもできる。例えば、プロセッサ５７０は、求められた複数の物質それぞれの投影長を用いて、各物質モデルに対応する画像をそれぞれ再構成する。また、プロセッサ５７０は、必要に応じて再構成後の処理に、画像のフィルタリングおよび平滑化、ボリュームレンダリング処理、および画像差処理を含めることができる。画像再構成処理は、フィルタ逆投影、反復画像再構成法、または確率的画像再構成法を用いて実行することができる。プロセッサ５７０およびデータ収集システム５７６共に、例えば、投影データ、再構成画像、校正データおよびパラメータ、ならびにコンピュータプログラムを格納するために、メモリ５７８を使用できる。
【００７３】
特定用途向け集積回路（Application  Specific  Integrated  Circuit：ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field  Programmable  Gate  Array：ＦＰＧＡ）、またはその他の複合プログラマブル論理回路（Complex  Programmable  Logic  Device：ＣＰＬＤ）等の個別論理ゲートとして実装することができるＣＰＵ（Central  Processing  Unit）を、プロセッサ５７０に含めることができる。ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤの実装は、ＶＨＤＬ(Very-high-speed-integrated-circuits  Hardware  Description  Language)、Ｖｅｒｉｌｏｇまたはその他のハードウェア記述言語でコード化してもよく、またそのコードを直接ＦＰＧＡもしくはＣＰＬＤ内の電子メモリの中に、または別の電子メモリとして、格納してもよい。さらにメモリは、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ等の不揮発性のものでもよい。またメモリは、スタティックまたはダイナミックＲＡＭ等の揮発性のものでもよい。また、ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤとメモリとの間の対話ならびに電子メモリを管理するために、マイクロコントローラやマイクロプロセッサ等の処理装置を設けてもよい。
【００７４】
あるいは、再構成プロセッサ内のＣＰＵは、本明細書で説明した機能を実行する一連のコンピュータ可読命令を含むコンピュータプログラムを実行してもよい。このプログラムは、上記の非一時的電子メモリや、ハードディスクドライブ、ＣＤ（Compact  Disc）、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc）、フラッシュドライブ等の既知の記憶媒体のいずれに格納してもよい。さらに、コンピュータ可読命令は、ユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン、もしくはオペレーティングシステムの構成要素、またはこれらの組み合わせとして提供され、米国Ｉｎｔｅｌ社製のＸｅｎｏｎプロセッサまたは米国ＡＭＤ社製のＯｐｔｅｒｏｎプロセッサ等の処理装置、ならびにＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  ＶＩＳＴＡ、ＵＮＩＸ（登録商標）、Ｓｏｌａｒｉｓ、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、およびＡｐｐｌｅ  ＭＡＣ−ＯＳ等の当業者に知られているオペレーティングシステムと連動して実行されてもよい。さらに、命令を実行するために、並行して協同的に動作する多重プロセッサとして、ＣＰＵを実装することができる。
【００７５】
一実施例において、再構成画像をディスプレイに表示することができる。ディスプレイは、ＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）ディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode  Ray  Tube）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＯＬＥＤ（Organic  Light-Emitting  Diode）、ＬＥＤ（Light-Emitting  Diode）等の当技術分野で知られているディスプレイでもよい。
【００７６】
メモリ５７８は、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、フラッシュドライブ、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ等の当技術分野で知られている電子記憶装置でもよい。
【００７７】
米国Ｉｎｔｅｌ社製のＩｎｔｅｌ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）  ＰＲＯネットワークインタフェースカード等のネットワークコントローラ５８０は、ＣＴスキャナの様々な部品間を接続して機能できるようにする。さらに、ネットワークコントローラ５８０は、外部ネットワークと接続して機能できるようにする。当然ながら、外部ネットワークは、インターネット等の公衆ネットワーク、もしくはＬＡＮネットワークやＷＡＮネットワーク等の私設ネットワーク、またはこれらの組み合わせでもよく、ＰＳＴＮサブネットワークまたはＩＳＤＮサブネットワークを含んでもよい。また、外部ネットワークは、イーサネット（登録商標）等の有線でもよく、またはＥＤＧＥ、３Ｇおよび４Ｇ無線セルラーシステムを含むセルラーネットワーク等の無線であってもよい。また、無線ネットワークは、ＷｉＦｉ（Wireless  Fidelity）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の周知の無線通信方式であってもよい。
【００７８】
さらに例示されるように、上記の実施例は例であって、別の実施例を多くの態様において上記例から変化させることができる。例えば、線源５１２、ＰＣＤ、エネルギー積分検出器５０３の間の軌道または経路の特定の空間的関係を開示しているが、空間的関係は相対的なものであって、図５に示すような特定の関係に限定されない。別の例では、エネルギー識別検出器ＰＣＤが、図５に示す実施例におけるガントリ５４０の内部に取り付けられる一方、別の実施例のＰＣＤが、図５に示していない後付けユニットまたは装置に最初に取り付けられてから、後付け装置が既存のＣＴスキャナシステムに設置される。最後に、エネルギー積分検出器５０３および放射線源５１２の一対が図５に示す実施例に示されているが、本実施形態による別の実施例では、エネルギー積分検出器５０３および放射線源５１２の別の対が組み込まれる。
【００７９】
ここで図６を参照すると、本実施形態によるＣＴスキャナシステムにおける所定の第４世代の幾何学的配列でＰＣＤを配置するための一実施例を、図は示している。図６は、１つの例示的実施例における、被検体すなわちスキャン対象の被検体ＯＢＪと、Ｘ線源すなわち放射線照射源５１２と、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮとの間の相対的な関係を単に示す。単純化するために、データ収集および処理、ならびに収集データに基づく画像の再構成に必要となり得る他の構成要素およびユニットは、図から除外されている。概して、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、１つの装置でできており、所定のエネルギー成分毎に光子数を出力する。約１００〜３００個のＰＣＤが特定の実施例において利用されるが、ＰＣＤの上記数値範囲は単なる例であって、請求項は特定数のＰＣＤに必ずしも限定されない。
【００８０】
さらに図６を参照すると、一実施例は、円形等の所定の幾何学的配列で被検体ＯＢＪの周りに疎らに配置された所定数のＰＣＤを含む。例えば、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ガントリ６００内の所定の環状構成要素６２０上に固定配置される。さらに、一実施例において、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、環状構成要素６２０上の所定の等距離の位置に固定配置される。別の実施例では、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、環状構成要素６２０上の所定の不等距離の位置に固定配置される。環状構成要素６２０は、データ収集の間、被検体ＯＢＪに対して静止したままで回転しない。一方、Ｘ線源５１２は、環状構成要素６２０の外側に位置し、ガントリ６００内の環状フレーム等の回転部６３０上に取り付けられ、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側でＸ線源５１２が被検体ＯＢＪの周りを回転する間、Ｘ線源５１２が被検体ＯＢＪに向けて所定の線源ファンビーム角度θＡでＸ線を照射するようになっている。その結果として、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、被検体ＯＢＪを透過したＸ線を所定の検出器ファンビーム角度θＢでそれぞれ検出し、所定のエネルギー成分毎に光子数を出力する。
【００８１】
特定の実施例では、エネルギー識別検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮがモジュール式の後付けユニットのモジュールハウジングに最初に収容されてから、後付け装置が既存のＣＴスキャナシステム内に設置される。上記のモジュール式の後付け装置は、他の実施例と共に用いてもよい。すなわち、エネルギー識別検出器を有するモジュール装置６２０は、画像を再構成するための既存の画像スキャナに後付けされる。画像スキャナは、連続的に被検体に向けてエネルギーを照射しながら、所定の中心の周りの第１の経路に沿って放射線照射源を回転させる。画像スキャナは、所定の中心の周りの第２の経路に沿って、強度データを検出するためのエネルギー積分検出器を回転させてもよい。モジュール装置は、スペクトルデータを検出するための所定数のエネルギー識別検出器と、第３の経路に沿って固定配置された所定数のエネルギー識別検出器を収容するためのモジュールハウジングとをさらに備える。第３の経路は、モジュールハウジングが既存の画像スキャナ内に後付けされているため、第１の経路の内側にある。スキャナは、強度データおよびスペクトルデータに基づき画像を再構成する。上記の経路は、円周や螺旋や多角形等、ある所定の軌道を含むが、所定の組み合わせにおける所定の経路の特定の組に限定されない。さらに、モジュール式後付けユニットまたは装置６２０のサイズは、既存のＣＴシステムのガントリまたはハウジングに必ずしも限定されない。また、モジュール式後付けユニットまたは装置６２０は、既存のＣＴスキャナシステムのガントリまたはハウジングに、着脱可能に、または固定して取り付けられてもよい。
【００８２】
また図６は、Ｘ線源５１２からのＸ線は、被検体ＯＢＪに向かって、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの間の開口すなわち隙間を通って進むことを示している。照射されたＸ線の一部は、線源５１２に対する角度に応じて、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの特定のものによって遮られる。言い換えると、線源５１２が所定の軌道６３０の周りを回転する際に、照射されたＸ線の特定の部分が、ある任意の時間において、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの一部の背面上に照射される。残りのＸ線は、隙間を通って進み、検出面が線源５１２に向いており実質的に所定の線源ファンビーム角度θＡの範囲内にある光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの特定のものに到達する。これらの光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのそれぞれは、所定の検出器ファンビーム角度θＢで個々に検出する。
【００８３】
上記の実施例では、被検体ＯＢＪの周りの第２の環状経路に沿って少なくとも１つのＸ線源５１２が回転する一方で、被検体ＯＢＪの周りの第１の環状経路に沿ってＰＣＤが疎らに固定されている。さらに上記の実施例は、第１の環状経路が、被検体ＯＢＪの周りの第２の環状経路よりも小さく、内側にあることを示している。本実施形態によるＣＴスキャナシステムにおいて、所定の第４世代の幾何学的配列でＰＣＤを配置するための、他の代替実施例がある。図示していないが、代替実施例は、ほぼ環状の第１の経路を含んでもよく、また、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮがそれに沿って疎らに配置される所定の多角形等の非環状の第１の経路を含んでもよい。
【００８４】
再び、図示していないが、代替的実施例は２つ以上のＸ線源５１２を含んでもよく、複数のＸ線源５１２は、互いに所定の角度をおいて所定の環状フレーム等の回転部６３０上に取り付けられる。特定の実施例において、少なくとも１つのＸ線源５１２が単一エネルギーの線源であってもよい。同様に、第２の代替実施例は、所定の高レベルエネルギーと所定の低レベルエネルギーとでＸ線を照射するためのｋＶ切り替え機能を実行するよう構成されたＸ線源５１２を含んでもよい。さらに、放射線照射源すなわちＸ線源５１２は、放射線エネルギーレベルと時間経過に対する強度レベルとの組み合わせを調整してもよい。
【００８５】
また、本実施形態による上記実施例は、短い距離で後方から放射線を照射される光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのそれぞれに、保護背面カバーを設ける。Ｘ線源５１２が、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの第１の環状経路の外側を移動する際に、望ましくない影響を実質的に低減するために、保護層が光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮを背面へのＸ線の照射から保護する。
【００８６】
ここで図７を参照すると、本実施形態によるＣＴスキャナシステムにおいて、所定の第３世代の幾何学的配列の検出器ユニットと組み合わせて、所定の第４世代の幾何学的配列でＰＣＤを配置するための別の実施例を、図は示している。図７は、１つの例示的実施例における、スキャン対象の被検体ＯＢＪと、Ｘ線源すなわち放射線照射源５１２と、エネルギー積分検出器５０３と、エネルギー識別検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮとの間の相対的な関係を単に示す。単純化するために、データ収集および処理、ならびに収集データに基づく画像の再構成に必要となり得る他の構成要素およびユニットは、図から除外されている。
【００８７】
実施例は、２種類の検出器の組み合わせを活用する。概して、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、１つの装置でできており、所定のエネルギー成分毎に光子数を出力する。約１００〜３００個のＰＣＤが特定の実施例において使用されるが、ＰＣＤの上記数値範囲は単なる例であって、請求項は特定数のＰＣＤに必ずしも限定されない。第４世代の幾何学的配列で疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮに加えて、ここでの図７の実施例は、本実施形態によるＣＴスキャナシステムにおいて、第３世代の幾何学的配列のエネルギー積分検出器５０３等の別の検出器をさらに含む。検出器ユニット５０３の検出素子は、概して、検出器ユニット表面に沿って例示的実施例におけるＰＣＤよりも高密度に配置される。検出器ユニット５０３の検出器表面は、柔軟性があり、アイソセンタもしくは線源を中心とする円筒形、線源を中心とする球形状、または平面であってもよい。
【００８８】
さらに図７を参照すると、一実施例は、円形等の所定の幾何学的配列で被検体ＯＢＪの周りに疎らに配置された所定数のＰＣＤを含む。例えば、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ガントリ７００内の所定の環状構成要素７２０上に固定配置される。さらに、一実施例において、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、環状構成要素７２０上の所定の等距離の位置に固定配置される。別の実施例では、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、環状構成要素７２０上の所定の不等距離の位置に固定配置される。環状構成要素７２０は、データ収集の間、被検体ＯＢＪに対して静止したままで回転しない。また、環状構成要素７２０には、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの２つの隣接する検出器の間に隙間があり、これらの隙間によりＸ線が大きく干渉することなく透過できる。図示していないが、代替実施例は、多角形等の環状に近い非環状であり、それに沿って光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが疎らに配置される所定の構成要素７２０を含んでもよい。
【００８９】
光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが被検体ＯＢＪに対して静止している一方で、Ｘ線源５１２および検出器ユニット５０３の両方が、被検体ＯＢＪの周りを回転する。一実施例において、Ｘ線源５１２はガントリ７００内の環状フレーム等の第１の回転部７３０上に取り付けられ、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側でＸ線源５１２が被検体ＯＢＪの周りを回転する間、Ｘ線源５１２が被検体ＯＢＪに向けて所定の線源ファンビーム角度θＡでＸ線を照射するようになっている。さらに、追加の検出器ユニット５０３が、本実施形態によるＣＴスキャナシステムの上記例示的実施例において、第３世代の幾何学的配列で、第２の回転部７４０上に取り付けられる。回転部７４０は、被検体ＯＢＪをはさんでＸ線源５１２の正反対位置に検出器ユニット５０３を搭載し、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが所定の疎らな形態で配置された静止している環状構成要素７２０の外側を回転する。
【００９０】
一実施例において、回転部７３０および７４０は、Ｘ線源５１２と検出器ユニット５０３が、異なる半径で被検体ＯＢＪの周りを回転する際に互いに１８０度の角度を維持するように、環状フレーム１０２等の単一構成要素として一体的に構成される。任意の実施例において、回転部７３０と回転部７４０は、別々の構成要素であるが、被検体ＯＢＪをはさんで１８０度の固定された対角位置にＸ線源５１２および検出器ユニット５０３を保つように、同時に回転する。さらに、回転部７３０の回転面に垂直な所定の方向に被検体を動かす際に、Ｘ線源５１２は螺旋経路を移動してもよい。図示していないが、別の代替実施例において、回転部７３０と回転部７４０は、その直径が逆転する。すなわち、この代替実施例では、線源５１２および検出器ユニット５０３は、互いに正反対の固定位置を移動しつつ、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側を移動するが、線源５１２は検出器５０３よりも内側の軌道を有する。
【００９１】
上記の例示的実施例において、Ｘ線源５１２、ＰＣＤ、および検出器ユニット５０３が、半径が異なる３つの所定の環状経路を集合的に形成する。少なくとも１つのＸ線源５１２が被検体ＯＢＪの周りの第２の環状経路に沿って回転する一方で、ＰＣＤは、被検体ＯＢＪの周りの第１の環状経路に沿って疎らに配置される。さらに、検出器ユニット５０３は、第３の環状経路に沿って移動する。上記の例示的実施例は、第２の環状経路が、最大であり、被検体ＯＢＪの周りの第１の環状経路および第３の環状経路の外側にあることを示している。図示しないが、さらに別の代替実施形態として、変更を加えて、Ｘ線源５１２が、検出器ユニット５０３と同じ第３の環状経路を移動するようにしてもよい。本実施形態によるＣＴスキャナシステムにおいて、所定の第３世代の幾何学的配列の検出器ユニットと組み合わせて、所定の第４世代の幾何学的配列でＰＣＤを配置するための他の代替実施例がある。特定の実施例において、Ｘ線源５１２が単一エネルギーの線源であってもよい。同様に、別の代替実施例は、所定の高レベルエネルギーと所定の低レベルエネルギーとでＸ線を照射するためのｋＶ切り替え機能を実行するよう構成されたＸ線源５１２を含んでもよい。さらに、放射線照射源すなわちＸ線源５１２は、放射線エネルギーレベルと時間経過に対する強度レベルとの組み合わせを調整してもよい。
【００９２】
Ｘ線源５１２および検出器ユニット５０３が被検体ＯＢＪの周りを回転する際に、光子計数検出器ＰＣＤおよび検出器ユニット５０３のそれぞれが、データ収集の間に透過したＸ線を検出する。光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、所定の検出器ファンビーム角度θＢで、被検体ＯＢＪを透過したＸ線を断続的に検出し、所定のエネルギー成分毎に光子数をそれぞれ出力する。一方、検出器ユニット５０３内の検出素子は、検出器ユニット５０３が回転する際に、被検体ＯＢＪを透過したＸ線を連続的に検出し、検出したエネルギー積分信号を出力する。検出器ユニット５０３内の検出素子の別の特徴について後で詳細に説明するが、検出器ユニット５０３の一実施例は、検出器ユニットの表面上に所定のチャネル方向およびセグメント方向に、高密度に配置されたエネルギー積分検出器を有する。
【００９３】
線源５１２は光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側を移動するため、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの間の開口すなわち隙間を通して、Ｘ線が被検体ＯＢＪに向けて照射されることを、図７はさらに示している。照射されたＸ線の一部は、線源５１２に対する角度に応じて、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの特定のものによって遮られる。言い換えると、線源５１２が所定の軌道７３０の周りを回転する際に、照射されたＸ線の特定の部分が、ある任意の時間において、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの一部の背面上に照射される。残りのＸ線は、隙間を通って進み、検出面が線源５１２に向いており実質的に所定の線源ファンビーム角度θＡの範囲内にある光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの特定のものに到達する。これらの光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのそれぞれは、所定の検出器ファンビーム角度θＢで個々に検出する。さらに、残りのＸ線のさらに一部は、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの特定のものの間の別の隙間を通ってさらなる距離を進み、検出面が実質的に所定の線源ファンビーム角度θＡの範囲内にある検出器ユニット５０３に到達する。
【００９４】
また、本実施形態による上記実施例は、短い距離で後方から放射線を照射される光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのそれぞれに、保護背面カバーを設ける。Ｘ線源５１２が、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの第１の環状経路の外側を移動する際に、望ましくない影響を実質的に低減するために、保護層が光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮを背面へのＸ線の照射から保護する。
【００９５】
概して、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、環状構成要素７２０に沿って疎らに配置される。光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮはスパース（疎）ビュー投影データを収集するが、収集された投影データは、特定のスパースビュー再構成法による少なくともデュアルのエネルギー再構成のためには十分である。またさらに、検出器ユニット５０３は別の一連の投影データを収集し、検出器ユニット５０３からの投影データを用いて、全体的な画像品質が改善される。検出器ユニット５０３が、散乱線除去グリッドを有するエネルギー積分検出器で構成される場合、検出器ユニット５０３からの投影データを用いて、ＰＣＤからの投影データ上の散乱が補正される。上記の代替実施例において、所定の環状構成要素７２０およびＰＣＤの一部を透過するＸ線を考慮して、積分検出器を校正する必要があるようにしてもよい。投影データを収集する上で、空間分解能を向上させるために、線源軌道上のサンプリングを密に行ってもよい。
【００９６】
ここで図８を参照すると、本実施形態によるＣＴスキャナシステムにおいて、所定の第３世代の幾何学的配列の２つのＸ線源および２つの検出器ユニットと組み合わせて、所定の第４世代の幾何学的配列でＰＣＤを配置するための別の実施例を、図は示している。図８は、１つの例示的実施例における、スキャン対象の被検体ＯＢＪと、２つの放射線照射線源すなわちＸ線源５１２−１および５１２−２と、２つのＸ線検出器ユニット５０３−１および５０３−２と、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮとの間の相対的な関係を単に示す。単純化するために、データ収集および処理、ならびに収集データに基づく画像の再構成に必要な他の構成要素およびユニットは、図から除外されている。
【００９７】
既に説明したように、約１００〜３００個の光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが特定の実施例において概して使用される。しかし、ＰＣＤの上記数値範囲は単なる例であって、請求項は特定数のＰＣＤに必ずしも限定されない。第４世代の幾何学的配列の疎らな光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮに加え、ここでの図８の例示的実施例は、本実施形態によるＣＴスキャナシステムにおいて、所定の第３世代の幾何学的配列の少なくとも２つの検出器ユニット５０３−１および５０３−２をさらに含む。検出器ユニット５０３−１および５０３−２は、実施例においてどちらもエネルギー積分検出器であるが、他の実施例において２つの検出器は異なっていてもよい。
【００９８】
さらに図８を参照すると、一実施例は、円形等の所定の幾何学的配列で被検体ＯＢＪの周りに疎らに配置された所定数のＰＣＤを含む。例えば、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ガントリ８００内の所定の環状構成要素８２０上に固定配置される。さらに、一実施例において、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、環状構成要素８２０上の所定の等距離の位置に固定配置される。別の実施例では、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、環状構成要素８２０上の所定の不等距離の位置に固定配置される。環状構成要素８２０は、データ収集の間、被検体ＯＢＪに対して静止したままで回転しない。また、環状構成要素８２０には、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの２つの隣接する検出器の間に隙間があり、これらの隙間によりＸ線が大きく干渉することなく透過できる。図示していないが、代替実施例は、多角形等の環状に近い非環状であり、それに沿って光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが疎らに配置される所定の構成要素８２０を含んでもよい。
【００９９】
光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが被検体ＯＢＪに対して静止している一方で、Ｘ線源５１２−１、５１２−２および検出器ユニット５０３−１、５０３−２の２つの対が、被検体ＯＢＪの周りを回転する。それぞれの対について、回転部８４０は、被検体ＯＢＪをはさんでＸ線源５１２−１および５１２−２の正反対位置に検出器ユニット５０３−１および５０３−２を搭載し、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが所定の疎らな形態で固定配置された静止環状構成要素８２０の外側を回転する。さらに、Ｘ線源５１２−１および検出器ユニット５０３−１の第１の対は、上記の例示的実施例において、ガントリ８００内でＸ線源５１２−２および検出器ユニット５０３−２の第２の対に対してほぼ垂直に取り付けられる。疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側でＸ線源５１２−１および５１２−２が被検体ＯＢＪの周りを回転する間、Ｘ線源５１２−１および５１２−２のそれぞれが被検体ＯＢＪに向けて所定の線源ファンビーム角度θＡでＸ線を照射する。
【０１００】
一実施例において、回転部８３０および８４０は、Ｘ線源５１２−１、５１２−２と検出器ユニット５０３−１、５０３−２が、異なる半径で被検体ＯＢＪの周りを回転する際に互いに１８０度の角度を維持するように、環状フレーム１０２等の単一構成要素として一体的に構成される。任意の実施例において、回転部８３０と回転部８４０は、別々の構成要素であるが、被検体ＯＢＪをはさんで１８０度の固定された対角位置にＸ線源５１２−１、５１２−２および検出器ユニット５０３−１、５０３−２を保つように、同時に回転する。さらに、回転部８３０の回転面に垂直な所定の方向に被検体を動かす際に、Ｘ線源５１２−１および５１２−２は螺旋経路を移動してもよい。図示していないが、別の代替実施例において、回転部８３０と回転部８４０は、その直径が逆転する。すなわち、Ｘ線源５１２−１、５１２−２および検出器ユニット５０３−１、５０３−２は、互いに正反対の固定位置を移動しつつ、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側を移動するが、Ｘ線源５１２−１、５１２−２は検出器５０３−１、５０３−２よりも外側の軌道を有する。
【０１０１】
上記の例示的実施例において、Ｘ線源５１２−１、５１２−２、ＰＣＤ、および検出器ユニット５０３−１、５０３−２が、半径が異なる３つの所定の環状経路を集合的に形成する。Ｘ線源５１２−１および５１２−２が被検体ＯＢＪの周りの第２の環状経路に沿って回転する一方で、ＰＣＤは、被検体ＯＢＪの周りの第１の環状経路に沿って疎らに配置される。さらに、検出器ユニット５０３−１および５０３−２は、どちらも第３の環状経路に沿って移動する。上記の例示的実施例は、第３の環状経路が、最大であり、被検体ＯＢＪの周りの第１の環状経路および第２の環状経路の外側にあることを示している。図示しないが、さらに別の代替実施形態として、変更を加えて、Ｘ線源５１２−１および５１２−２が、検出器ユニット５０３−１および５０３−２と同じ第３の環状経路を移動するようにしてもよい。
【０１０２】
本実施形態によるＣＴスキャナシステムにおいて、所定の第３世代の幾何学的配列の２つの線源および２つの検出器ユニットを組み合わせて、所定の第４世代の幾何学的配列でＰＣＤを配置するための他の代替実施例がある。特定の実施例において、Ｘ線源５１２−１および５１２−２の少なくとも１つが、単一エネルギーの線源であってもよい。同様に、別の代替実施例は、所定の高レベルエネルギーと所定の低レベルエネルギーとでＸ線を照射するためのｋＶ切り替え機能を実行するよう構成されたＸ線源５１２−１および５１２−２を含んでもよい。さらに、放射線照射源すなわちＸ線源５１２−１および５１２−２の少なくとも１つは、放射線エネルギーレベルと時間経過に対する強度レベルとの組み合わせを調整してもよい。
【０１０３】
Ｘ線源５１２−１、５１２−２および検出器ユニット５０３−１、５０３−２が被検体ＯＢＪの周りを回転する際に、ＰＣＤおよび検出器ユニット５０３−１、５０３−２のそれぞれが、データ収集の間に透過したＸ線を検出する。光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、所定の検出器ファンビーム角度θＢで、被検体ＯＢＪを透過したＸ線を断続的に検出し、所定のエネルギー成分毎に光子数をそれぞれ出力する。一方、検出器ユニット５０３−１および５０３−２内の検出素子は、検出器ユニット５０３−１および５０３−２が回転する際に、被検体ＯＢＪを透過したＸ線を連続的に検出し、検出したエネルギー積分信号を出力する。検出器ユニット５０３−１および５０３−２内の検出素子の別の特徴について後で詳細に説明するが、検出器ユニット５０３−１および５０３−２の一実施例は、検出器ユニットの表面上に所定のチャネル方向およびセグメント方向に、高密度に配置されたエネルギー積分検出器を有する。
【０１０４】
Ｘ線源５１２−１および５１２−２は光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側を移動するため、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの間の開口すなわち隙間を通して、Ｘ線が被検体ＯＢＪに向けて照射されることを、図８はさらに示している。照射されたＸ線の一部は、Ｘ線源５１２−１および５１２−２に対する角度に応じて、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの特定のものによって遮られる。言い換えると、Ｘ線源５１２−１および５１２−２が所定の軌道８３０の周りを回転する際に、照射されたＸ線の特定の部分が、ある任意の時間において、疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの一部の背面上に照射される。残りのＸ線は、隙間を通って進み、検出面がＸ線源５１２−１または５１２−２に向いており実質的に所定の線源ファンビーム角度θＡの範囲内にある光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの特定のものに到達する。これらの光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのそれぞれは、所定の検出器ファンビーム角度θＢで個々に検出する。さらに、残りのＸ線のさらに一部は、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの特定のものの間の別の隙間を通ってさらなる距離を進み、検出面が実質的に所定の線源ファンビーム角度θＡの範囲内にある検出器ユニット５０３−１または５０３−２に到達する。
【０１０５】
また、本実施形態による上記実施例は、短い距離で後方から放射線を照射されるＰＣＤのそれぞれに、保護背面カバーを設ける。Ｘ線源５１２−１および５１２−２が疎らに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの第１の環状経路の外側を移動する際に、望ましくない影響を実質的に低減するために、保護層が光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮを背面へのＸ線の照射から保護する。
【０１０６】
概して、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、環状構成要素８２０に沿って疎らに配置される。光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮはスパース（疎）ビュー投影データを収集するが、収集された投影データは、特定のスパースビュー再構成法による少なくともデュアルのエネルギー再構成のためには十分である。さらに、検出器ユニット５０３−１および５０３−２はそれぞれ別の一連の投影データを収集し、検出器ユニット５０３−１および５０３−２からの投影データを用いて、全体的な画像品質が改善される。検出器ユニット５０３−１および５０３−２が、散乱線除去グリッドを有する積分検出器で構成される場合、検出器ユニット５０３−１および５０３−２からの投影データを用いて、ＰＣＤからの投影データ上の散乱が補正される。上記の代替実施例において、所定の環状構成要素８２０およびＰＣＤの一部を透過するＸ線を考慮して、積分検出器を校正する必要があるようにしてもよい。投影データを収集する上で、空間分解能を向上させるために、線源軌道上のサンプリングを密に行ってもよい。
【０１０７】
特定の実施例を説明したが、これらの実施例は、単なる例示として提示したものであり、本開示の教示を限定するものではない。実際、本明細書で説明した新規の方法、装置、およびシステムは、様々な別の態様で具体化が可能である。さらには、本発明の要旨を逸脱することなく、本明細書で説明した方法、装置、およびシステムの態様において様々な省略、置換、および変更が可能である。
【０１０８】
（その他の実施形態）
実施形態は、上述した実施形態に限られるものではない。
【０１０９】
上記の実施形態の説明において、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
【０１１０】
また、上記の実施形態で説明した制御方法は、予め用意された制御プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション（画像処理装置）等のコンピュータで実行することによって実現することができる。すなわち、画像処理装置は、複数のエネルギー成分を有する投影データであって、Ｘ線源から照射されて被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器において検出されるＸ線の強度を表す投影データを取得する。また、画像処理装置は、複数の物質それぞれの投影長をパラメータとして含みＸ線の減衰モデルの近似値を求める検出器モデルを用いて計算された計算データであって、被検体を透過したＸ線の強度を表す計算データと、投影データとの差を表すコスト関数を、複数のエネルギー成分にわたって計算する。そして画像処理装置は、計算したコスト関数が最小値に収束する複数の物質それぞれの投影長を求める。また、この制御プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この制御プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。
【０１１１】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、投影データに基づいて物質弁別を正確かつ効率的に実行することができる。
【０１１２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１３】
ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮ  光子計数検出器
５０３  検出器ユニット
５１２  Ｘ線源
５７０  プロセッサ
【図１】
2016131887.tif 000012
【図２】
2016131887.tif 000013
【図４】
2016131887.tif 000014
【図５】
2016131887.tif 000015
【図６】
2016131887.tif 000016
【図７】
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【図８】
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【図３】
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