(57)【要約】  患者の医用撮像のための、台に少なくとも１つのＸ線源を一体化する方法および装置。本装置は、患者を載せ得る台と、線方向に沿った複数のＸ線源位置において、Ｘ線を生成するように構成された少なくとも１つのＸ線源であって、前記少なくとも１つのＸ線源は、Ｘ線の少なくとも一部が、台の上に載せられた患者の一部分を通過するのに加えて、台の一部分を通過するように、Ｘ線を生成するように配置される、少なくとも１つのＸ線源と、複数の検出素子を含み、また台の上に載せられた患者の一部分を通過した、Ｘ線の少なくとも一部を検出するように配置された少なくとも１つの検出器アレイであって、前記少なくとも１つの検出器アレイは、２次元構成に配置された検出素子を含む、少なくとも１つの検出器アレイと、を含む。少なくとも１つの検出器を使用して検出したＸ線データから画像を再構成するために、逐次再構成法を使用し得る。
2017510364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者を載せ得る台と、
線方向に沿った複数のＸ線源位置において、Ｘ線を生成するように構成された少なくとも１つのＸ線源であって、前記少なくとも１つのＸ線源は、前記Ｘ線の少なくとも一部が、前記台の上に載せられた患者の一部分を通過するのに加えて、前記台の一部分を通過するように、前記Ｘ線を生成するように配置される、少なくとも１つのＸ線源と、
複数の検出素子を含み、また前記台の上に載せられた前記患者の前記一部分を通過した、前記Ｘ線の前記少なくとも一部を検出するように配置された少なくとも１つの検出器アレイであって、前記少なくとも１つの検出器アレイは、２次元構成に配置された検出素子を含む、少なくとも１つの検出器アレイと、を含む、装置。
【請求項２】
前記台は、手術台である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記台は、前記Ｘ線の前記少なくとも一部が通過し得るような少なくとも１つの窓を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの窓は、前記少なくとも１つの窓を前記Ｘ線が通過し得るようにする材料を含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記材料は、炭素繊維、キャンバス地、織物、布地、または木材を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つのＸ線源は、前記台の実質的に下方に取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つのＸ線源は、少なくとも部分的に前記台の上方に延びる部分を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つのＸ線源は、全体が前記台の下方に取り付けられる、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つのＸ線源は、前記台の実質的に上方に取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのＸ線源は、画像の再構成に使用するデータの一回の取得の間、静止しているように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのＸ線源は、前記少なくとも１つのＸ線源が前記台の長さ方向および幅方向、あるいは長さ方向または幅方向に沿って並進可能となるように取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの線源は、少なくとも１つのＥビーム源を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのＥビーム源は、前記少なくとも１つのＥビーム源によって生成される前記Ｘ線を発生させる、少なくとも１つのターゲットを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのターゲットは、１つまたは２つ以上の線状セグメントを含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの線源は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ源を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの線源は、時間多重化を使用して作動されるように構成される複数の副線源を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの検出器アレイは、フラットパネル型検出器アレイを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの検出器アレイは、可動構造体に取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの検出器アレイは、乗り物に取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記乗り物は、軍用の乗り物、救急車、および航空機からなる群から選択される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの検出器アレイは、病院施設内の部屋の天井に取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
少なくとも１つのプロセッサであって、前記少なくとも１つのプロセッサにより実行された際に、前記少なくとも１つの検出器アレイによって検出された前記Ｘ線に、少なくとも部分的に基づいて、ボリューム画像を再構成する命令がプログラムされた、少なくとも１つのプロセッサを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
ボリューム画像を再構成することは、逐次再構成法を使用してボリューム画像を再構成することを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
ボリューム画像を再構成することは、ＯＳＩＲＴ、ＳＡＲＴ、ＳＩＲＴ、ＯＳＣ、Ｃ、ＳＭＡＲＴ、ＭＡＲＴ、およびＥＭからなる群から選択される再構成法を使用してボリューム画像を再構成することを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
ボリューム画像を再構成することは、レギュレータを使用してボリューム画像を再構成することを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
前記レギュレータは、チホノフレギュレータ、全変動レギュレータ、ラプラシアンレギュレータ、および圧縮センシングレギュレータからなる群から選択される、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
ボリューム画像を再構成することは、先行画像に少なくとも部分的に基づいてボリューム画像を再構成することを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２８】
ボリューム画像を再構成することは、複数の患者の複数の画像を使用して決定された先行情報に少なくとも部分的に基づいてボリューム画像を再構成することを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２９】
ボリューム画像を再構成することは、少なくとも１つの全画像統計値を使用して決定された先行情報に少なくとも部分的に基づいてボリューム画像を再構成することを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項３０】
ボリューム画像を再構成することは、１分未満でボリューム画像を再構成することを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項３１】
ボリューム画像を再構成することは、３０秒未満でボリューム画像を再構成することを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項３２】
ボリューム画像を再構成することは、５秒未満でボリューム画像を再構成することを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項３３】
ボリューム画像を再構成することは、ボリューム再構成要件を満たさない情報を使用してボリューム画像を再構成することを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項３４】
前記ボリューム再構成要件は、Ｔｕｙ条件、ｐｉ線条件、ナイキスト条件、および無トランケーション条件からなる群から選択される要件である、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記少なくとも１つのＸ線源によって生成される前記Ｘ線から、前記患者以外の人を少なくとも部分的に遮蔽するように構成された遮蔽構造体を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３６】
前記少なくとも１つの検出器アレイの１つまたは２つ以上の検出素子から情報を読み取るように構成された読み取り回路を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３７】
前記読み取り回路は、前記少なくとも１つの検出器アレイの前記検出素子のうち、全てよりは少ない数の前記検出素子から情報を同時に読み取るように構成される、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記読み取り回路は、前記１つまたは２つ以上の検出素子から読み取った前記情報を、ボリューム画像の再構成を行うようにプログラムされた少なくとも１つのプロセッサに提供するように構成される、請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの線源および前記少なくとも１つの検出器は、前記少なくとも１つの線源または前記少なくとも１つの検出器アレイを動かすことなく、人が前記患者に対して少なくとも１つの手技を行い得るように配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの線源および前記少なくとも１つの検出器は、前記少なくとも１つのＸ線源による前記Ｘ線の生成中に、人が前記患者に対して少なくとも１つの手技を行い得るように配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項４１】
前記少なくとも１つの線源の動作を制御するようにプログラムされたコントローラであって、前記コントローラは、撮像する対象の少なくとも１つの箇所を通過するＸ線の適応範囲が１８０度未満となるように、前記少なくとも１つの線源の前記動作を制御するようにプログラムされるコントローラを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４２】
前記装置は、撮像の際に静止している部品のみを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４３】
前記装置は、熱変化に感受性のない部品のみを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４４】
前記装置は、乗り物で輸送可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項４５】
装置の製造方法であって、前記方法は、
患者を載せ得る台に、線方向に沿った複数のＸ線源位置において、Ｘ線を生成するように構成された少なくとも１つのＸ線源を一体化することを含み、前記少なくとも１つのＸ線源は、前記Ｘ線の少なくとも一部が、前記台の上に載せられた患者の一部分を通過するのに加えて、前記台の一部分を通過するように、前記Ｘ線を生成するように配置され、前記装置は、複数の検出素子を含み、また前記台の上に載せられた前記患者の前記一部分を通過した、前記Ｘ線の前記少なくとも一部を検出するように配置された少なくとも１つの検出器アレイを更に含み、前記少なくとも１つの検出器アレイは、２次元構成に配置された検出素子を含む、方法。
【請求項４６】
前記台は、手術台である、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記方法は、前記少なくとも１つのＸ線源によって生成された前記Ｘ線の前記少なくとも一部が通過し得るような少なくとも１つの窓を、前記台に形成することを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記少なくとも１つの窓は、前記少なくとも１つの窓を前記Ｘ線が通過し得るようにする材料を含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記材料は、炭素繊維、キャンバス地、織物、布地、または木材を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記少なくとも１つのＸ線源を前記台の実質的に下方に取り付けることを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５１】
前記少なくとも１つのＸ線源が少なくとも部分的に前記台の上方に延びる部分を含むように、前記少なくとも１つのＸ線源を位置決めすることを更に含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記少なくとも１つのＸ線源の全体を前記台の下方に取り付けることを更に含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記少なくとも１つのＸ線源を前記台の実質的に上方に取り付けることを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５４】
前記少なくとも１つのＸ線源は、画像の再構成に使用するデータの一回の取得の間、静止しているように構成される、請求項４５に記載の方法。
【請求項５５】
前記少なくとも１つのＸ線源が前記台の長さ方向および幅方向、あるいは長さ方向または幅方向に沿って並進可能となるように、前記少なくとも１つのＸ線源を取り付けることを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５６】
前記少なくとも１つの線源は、少なくとも１つのＥビーム源を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５７】
前記少なくとも１つのＥビーム源は、前記少なくとも１つのＥビーム源によって生成される前記Ｘ線を発生させる、少なくとも１つのターゲットを含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記少なくとも１つのターゲットは、１つまたは２つ以上の線状セグメントを含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記少なくとも１つの線源は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ源を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項６０】
前記少なくとも１つの線源は、時間多重化を使用して作動されるように構成される複数の副線源を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項６１】
前記少なくとも１つの検出器アレイは、フラットパネル型検出器アレイを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項６２】
前記少なくとも１つの検出器アレイを、可動構造体に取り付けることを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項６３】
前記少なくとも１つの検出器アレイを乗り物に取り付けることを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項６４】
前記乗り物は、軍用の乗り物、救急車、および航空機からなる群から選択される、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記少なくとも１つの検出器アレイを、病院施設内の部屋の天井に取り付けることを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項６６】
前記装置は、少なくとも１つのプロセッサであって、前記少なくとも１つのプロセッサにより実行された際に、前記少なくとも１つの検出器アレイによって検出された前記Ｘ線に、少なくとも部分的に基づいて、ボリューム画像を再構成する命令がプログラムされた、少なくとも１つのプロセッサを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項６７】
ボリューム画像を再構成することは、逐次再構成法を使用してボリューム画像を再構成することを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
ボリューム画像を再構成することは、ＯＳＩＲＴ、ＳＡＲＴ、ＳＩＲＴ、ＯＳＣ、Ｃ、ＳＭＡＲＴ、ＭＡＲＴ、およびＥＭからなる群から選択される再構成法を使用してボリューム画像を再構成することを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項６９】
ボリューム画像を再構成することは、レギュレータを使用してボリューム画像を再構成することを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項７０】
前記レギュレータは、チホノフレギュレータ、全変動レギュレータ、ラプラシアンレギュレータ、および圧縮センシングレギュレータからなる群から選択される、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
ボリューム画像を再構成することは、先行画像に少なくとも部分的に基づいてボリューム画像を再構成することを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項７２】
ボリューム画像を再構成することは、複数の患者の複数の画像を使用して決定された先行情報に少なくとも部分的に基づいてボリューム画像を再構成することを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項７３】
ボリューム画像を再構成することは、少なくとも１つの全画像統計値を使用して決定された先行情報に少なくとも部分的に基づいてボリューム画像を再構成することを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項７４】
ボリューム画像を再構成することは、１分未満でボリューム画像を再構成することを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項７５】
ボリューム画像を再構成することは、３０秒未満でボリューム画像を再構成することを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項７６】
ボリューム画像を再構成することは、５秒未満でボリューム画像を再構成することを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項７７】
ボリューム画像を再構成することは、ボリューム再構成要件を満たさない情報を使用してボリューム画像を再構成することを含む、請求項６６に記載の方法。
【請求項７８】
前記ボリューム再構成要件は、Ｔｕｙ条件、ｐｉ線条件、ナイキスト条件、および無トランケーション条件からなる群から選択される要件である、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記装置は、前記少なくとも１つのＸ線源によって生成される前記Ｘ線から、前記患者以外の人を少なくとも部分的に遮蔽するように構成された遮蔽構造体を更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項８０】
前記装置は、前記少なくとも１つの検出器アレイの１つまたは２つ以上の検出素子から情報を読み取るように構成された読み取り回路を更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項８１】
前記読み取り回路は、前記少なくとも１つの検出器アレイの前記検出素子のうち、全てよりは少ない数の前記検出素子から情報を同時に読み取るように構成される、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
前記読み取り回路は、前記１つまたは２つ以上の検出素子から読み取った前記情報を、ボリューム画像の再構成を行うようにプログラムされた少なくとも１つのプロセッサに提供するように構成される、請求項８０に記載の方法。
【請求項８３】
前記少なくとも１つの線源および前記少なくとも１つの検出器は、前記少なくとも１つの線源または前記少なくとも１つの検出器アレイを動かすことなく、人が前記患者に対して少なくとも１つの手技を行い得るように配置されることを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項８４】
前記少なくとも１つの線源および前記少なくとも１つの検出器は、前記少なくとも１つのＸ線源による前記Ｘ線の生成中に、人が前記患者に対して少なくとも１つの手技を行い得るように配置されることを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項８５】
前記装置は、前記少なくとも１つの線源の動作を制御するようにプログラムされたコントローラであって、前記コントローラは、撮像する対象の少なくとも１つの箇所を通過するＸ線の適応範囲が１８０度未満となるように、前記少なくとも１つの線源の前記動作を制御するようにプログラムされるコントローラを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項８６】
前記装置において、撮像の際に静止している部品のみを含めることを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項８７】
前記装置において、熱変化に感受性のない部品のみを含めることを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項８８】
前記装置は、乗り物で輸送可能である、請求項４５に記載の方法。
【請求項８９】
ボリューム画像の再構成方法であって、
少なくとも１つの検出器アレイからＸ線データを受け取ることであって、前記受け取ったＸ線データは、ボリューム再構成要件を満たさないものである、Ｘ線データを受け取ることと、
少なくとも１つのコンピュータプロセッサを用い、前記受け取ったデータに少なくとも部分的に基づき、逐次再構成法を使用して、前記ボリューム画像を再構成することと、を含む、方法。
【請求項９０】
前記ボリューム画像を再構成することは、ＯＳＩＲＴ、ＳＡＲＴ、ＳＩＲＴ、ＯＳＣ、Ｃ、ＳＭＡＲＴ、ＭＡＲＴ、およびＥＭからなる群から選択される逐次再構成法を使用して前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９１】
前記ボリューム画像を再構成することは、レギュレータを使用して前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９２】
前記レギュレータは、チホノフレギュレータ、全変動レギュレータ、ラプラシアンレギュレータ、および圧縮センシングレギュレータからなる群から選択される、請求項９１に記載の方法。
【請求項９３】
前記ボリューム画像を再構成することは、先行画像に少なくとも部分的に基づいて前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９４】
前記ボリューム画像を再構成することは、複数の患者の複数の画像を使用して決定された先行情報に少なくとも部分的に基づいて前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項９３に記載の方法。
【請求項９５】
前記ボリューム画像を再構成することは、少なくとも１つの全画像統計値を使用して決定された先行情報に少なくとも部分的に基づいて前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９６】
前記ボリューム画像を再構成することは、１分未満で前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９７】
前記ボリューム画像を再構成することは、３０秒未満で前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９８】
前記ボリューム画像を再構成することは、５秒未満で前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９９】
前記ボリューム再構成要件は、Ｔｕｙ条件、ｐｉ線条件、ナイキスト条件、および無トランケーション条件からなる群から選択される要件である、請求項８９に記載の方法。
【請求項１００】
複数の命令で符号化された非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記複数の命令は、少なくとも１つのコンピュータプロセッサによって実行された際に、
少なくとも１つの検出器アレイからＸ線データを受け取ることであって、前記受け取ったＸ線データは、ボリューム再構成要件を満たさないものである、Ｘ線データを受け取ることと、
前記少なくとも１つのコンピュータプロセッサを用い、前記受け取ったデータに少なくとも部分的に基づき、逐次再構成法を使用して、ボリューム画像を再構成することと、を含む、方法を実行する、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１０１】
前記ボリューム画像を再構成することは、ＯＳＩＲＴ、ＳＡＲＴ、ＳＩＲＴ、ＯＳＣ、Ｃ、ＳＭＡＲＴ、ＭＡＲＴ、およびＥＭからなる群から選択される逐次再構成法を使用して前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項１００に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１０２】
前記ボリューム画像を再構成することは、レギュレータを使用して前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項１００に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１０３】
前記レギュレータは、チホノフレギュレータ、全変動レギュレータ、ラプラシアンレギュレータ、および圧縮センシングレギュレータからなる群から選択される、請求項１０２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１０４】
前記ボリューム画像を再構成することは、先行画像に少なくとも部分的に基づいて前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項１００に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１０５】
前記ボリューム画像を再構成することは、複数の患者の複数の画像を使用して決定された先行情報に少なくとも部分的に基づいて前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項１０４に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１０６】
前記ボリューム画像を再構成することは、少なくとも１つの全画像統計値を使用して決定された先行情報に少なくとも部分的に基づいて前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項１００に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１０７】
前記ボリューム画像を再構成することは、１分未満で前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項１００に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１０８】
前記ボリューム画像を再構成することは、３０秒未満で前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項１００に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１０９】
前記ボリューム画像を再構成することは、５秒未満で前記ボリューム画像を再構成することを含む、請求項１００に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１１０】
前記ボリューム再構成要件は、Ｔｕｙ条件、ｐｉ線条件、ナイキスト条件、および無トランケーション条件からなる群から選択される要件である、請求項１００に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線ボリューム撮像装置一体型患者台に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線撮像技術は、医用撮像から、通常は人の目にとっては不透明な手荷物、貨物または他の容器内にある未認可の物品もしくは物質の検出に至るまで、幅広い用途で用いられてきた。Ｘ線撮像は、典型的には、高エネルギーの放射線（即ち、Ｘ線）を撮像する物体に通過させることを含む。線源を出て物体を通過するＸ線は、物体の内部構造と相互作用し、その物質の様々な特性（例えば、透過特性、散乱特性、および回折特性など）に応じて変化する。物体から出射するＸ線放射の変化（例えば、減衰）を測定することにより、放射線が通過した物質に関する情報を得て、その物体の画像を形成することができる。
【０００３】
撮像する物体を貫通してくるＸ線放射を測定するため、典型的には、物体に対して放射線源とは反対側に、Ｘ線放射に応答する検出器のアレイを配置する。このアレイ内の検出器によって測定される放射の強度は、Ｘ線源からＸ線検出器までの光線に沿った物質の密度を表している。物体を通る概ね平行な平面を通過するこのような光線を複数測定し、投影画像にまとめることができる。このような各測定値は、投影画像内のデータ点、または「ピクセル」を表す。
【０００４】
投影画像化は、物性または他の特性を有する物体を見つけるのに非常に好適であり、それらの物体は、撮像する物体の配向に関わらず、認識可能な輪郭を有する一群のピクセルを生成する。しかしながら、投影画像は、一部の物体を高い信頼性で検出するかまたは特徴付けるのには、あまり好適とは言えない。放射線が物体の薄い部分のみを通過した場合、または複数の物体を通過した場合には、投影画像内には、画像内の他のピクセルと大きく異なる特徴的なピクセル群が存在しない場合もある。得られた投影画像によって物体を十分に特徴付けることができないか、または、得られた投影画像内に物体が検出されない場合すらある。
【０００５】
複数の異なった方向から物体を通過させたＸ線の減衰を測定することにより、比較的薄い物体についてより正確な検出ができるようになる。例えば、コンピュータ断層（ＣＴ）スキャナの場合、回転式のガントリにＸ線源および検出器を取り付けることにより、このような測定結果を得ることができる。ガントリを物体の周りで回転させながら、多数の異なる方向から、物体を通過する放射線を測定する。
【０００６】
複数の投影画像を使用して、物体の３次元画像、即ちボリューム画像を構築することもできる。ボリューム画像は、「ボクセル」（２次元画像におけるピクセルと類似したもの）と呼ばれる３次元のサブブロックに編成され、ここで、各ボクセルは、３次元空間のある位置におけるその物体の密度（または他の物性）値に対応している。比較的薄い物体であっても、このようなボリューム画像内で認識可能な一群のボクセルを形成し得る。
【０００７】
物体を通り抜ける様々な角度からの複数の放射線測定結果を使用して、物体のボリューム画像を計算するプロセスを、本明細書では、ボリューム画像の再構成と呼ぶ。ボリューム画像の再構成の品質は、撮像された物体の幾何学的配置のみならず、測定に使用するＸ線源および検出器の相対位置など、撮像システムの幾何学的配置にも左右される。線源および検出器の相対位置により、各ボクセルに対して、Ｘ線による照射を行う角度セットを調節する。
【０００８】
また、ＣＴスキャナは、負傷または他の医療的状態の程度を判定するために患者の一部分を撮影する医療用途においても有用性が見出されている。例えば、自動車事故、爆発、または何らかの他の外傷性の出来事によって埋め込まれた異物を取り除くための手術を行う前に、ＣＴスキャナを用いて患者を撮影する場合がある。手術を行う予定の患者の一部分のボリューム画像を再構成することにより、１つまたは複数の異物についての情報が外科医にもたらされ、外科的処置の方針が立てやすくなる。
【発明の概要】
【０００９】
発明者らは、患者に対して迅速にＣＴスキャンを行うことにより医療行為が容易となる状況において、一部の従来型Ｘ線スキャナでは、適用性が制限されていることを認識し、理解していた。例えば、一部の軍事用途では、戦場において負傷した兵士にＣＴスキャンを行い、そのような患者に手術を行う前に速やかに負傷を調べることが有利となり得る。しかしながら、一部の従来型ＣＴスキャナは、大型の機械であり、乗り物（例えば、ヘリコプター）で戦場、または他の同様の環境に運搬したり、容易に輸送したりすることができない。加えて、典型的には、回転式のガントリに配置されるＸ線源および検出器、あるいはＸ線源または検出器を含む従来型ＣＴスキャナには、可動部品が含まれており、このような可動部品は、温度変化および他の物理的障害の程度が様々である苛酷な物理的環境においては、うまく動作しない場合がある。したがって、一部の実施形態は、台（例えば、施術台、手術台、ストレッチャ、担架、ガーニなど）と一体化された運搬可能なＸ線撮像装置を使用して、患者のＸ線画像を迅速に得るための方法および装置に関する。
【００１０】
以下により詳細に記載される例示的な実施形態は、（例えば、戦場での）軍事用途のための実施形態の配備に関するものであるが、本発明の実施形態は、いずれかの特定の用途に基づいて限定されるものではないことが理解されるべきである。例えば、一部の実施形態を、（例えば、捜索救助用の救急車における）救急用途、従来の医療施設環境（例えば、病院の手術室）において使用してもよいし、または実施形態を、任意の他の好適な用途、もしくは任意の他の好適な環境で使用してもよい。
【００１１】
一態様においては、一部の実施形態は、患者を載せ得る台と、線方向に沿った複数のＸ線源位置において、Ｘ線を生成するように構成された少なくとも１つのＸ線源であって、前記少なくとも１つのＸ線源は、Ｘ線の少なくとも一部が、台の上に載せられた患者の一部分を通過するのに加えて、台の一部分を通過するように、Ｘ線を生成するように配置される、少なくとも１つのＸ線源と、複数の検出素子を含み、また台の上に載せられた患者の一部分を通過した、Ｘ線の少なくとも一部を検出するように配置された少なくとも１つの検出器アレイと、を含む、装置に関する。
【００１２】
他の態様においては、一部の実施形態は、患者を載せ得る台と、線方向に沿った複数のＸ線源位置において、Ｘ線を生成するように構成された少なくとも１つのＸ線源であって、前記少なくとも１つのＸ線源は、Ｘ線の少なくとも一部が、台の上に載せられた患者の一部分を通過するのに加えて、台の一部分を通過するように、Ｘ線を生成するように配置される、少なくとも１つのＸ線源と、複数の検出素子を含み、また台の上に載せられた患者の一部分を通過した、Ｘ線の少なくとも一部を検出するように配置された少なくとも１つの検出器アレイと、を含む、装置の製造方法に関する。
【００１３】
他の態様においては、一部の実施形態は、ボリューム画像の再構成方法であって、少なくとも１つの検出器アレイからＸ線データを受け取ることであって、受け取ったＸ線データは、ボリューム再構成要件を満たさないものである、Ｘ線データを受け取ることと、少なくとも１つのコンピュータプロセッサを用い、受け取ったデータに少なくとも部分的に基づき、逐次再構成法を使用して、ボリューム画像を再構成することと、を含む、方法に関する。
【００１４】
他の態様においては、一部の実施形態は、複数の命令で符号化された非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記複数の命令は、少なくとも１つのコンピュータプロセッサによって実行された際に、ある方法を実行する、非一時的コンピュータ可読媒体に関する。この方法は、少なくとも１つの検出器アレイからＸ線データを受け取ることであって、受け取ったＸ線データは、ボリューム再構成要件を満たさないものである、Ｘ線データを受け取ることと、前記少なくとも１つのコンピュータプロセッサを用い、受け取ったデータに少なくとも部分的に基づき、逐次再構成法を使用して、ボリューム画像を再構成することと、を含む。
【００１５】
以下に更に詳細に記載される前述の概念および追加概念のあらゆる組み合わせ（ただし、これらの概念は互いに一貫していない）は、本明細書に開示される発明の主題の一部となることが意図されていることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一部の実施形態に係る例示的な撮像装置の図である。
【図２】一部の実施形態に係る、多視点ボリューム画像を形成する態様を示す図である。
【図３】一部の実施形態に従って使用し得る、例示的な手術台の図である。
【図４】一部の実施形態に係る、ボリューム画像を再構成するための例示的なプロセスである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
戦場または前線医療ステーションなどの困難な環境条件では、従来型のＣＴスキャナを使用して負傷した患者を撮像するのはあまり好適ではない、固有の問題が生じる。例えば、緊急事態にある負傷した兵士に対する、診断的または外科的な指針を立てるために、素早くＣＴスキャンを得ることは非常に困難である。したがって、本発明の一部の実施形態は、このような困難な環境での使用で実用的な、取得が迅速で、その場で使用され、戦場耐久性のある、運搬可能なＸ線撮像方法および装置に関する。
【００１８】
本発明の一部の実施形態は、患者を載せ得る台と一体化されたＸ線装置に関する。この台は、銃撃での負傷による１つまたは２つ以上の銃弾の除去、戦場負傷での１つまたは２つ以上の破片の除去などの外科手技のために患者を載せる手術台であってもよい。一部の従来型のＣＴスキャナでは、手術台と密接に一体化され得ないという制限があり、各撮像セッションの合間にＣＴスキャナおよび患者、あるいはＣＴスキャナまたは患者の実質的な調整を伴わずに、患者の撮像を、外科手技中に繰り返して行うことができない。例えば、従来型のトモシンセシスＣアームスキャナでは、典型的には、外科手技を継続するために、撮像セッションの前後に、再度の位置決め、および患者の再度の位置決め、あるいは位置決め、または患者の再度の位置決めが必要である。加えて、従来型のＣＴスキャナが外科手技中に使用される場合、典型的には、撮像セッション中に、外科医または他の医療専門家が、台上にいる患者へアクセスすることを妨げてしまう。したがって、一部の実施形態は、撮像セッション中、および撮像セッションの直後、あるいは撮像セッション中、または撮像セッションの直後に医師が患者にアクセスすることを妨げない、手術台と一体化されたＸ線装置に関する。本発明の実施形態の他の利点は、以下の記載から明らかとなる。
【００１９】
図１は、本発明の一部の実施形態に係る撮像装置１００を示す。撮像装置１００は、患者１１６を載せ得る台１１０を含む。一部の実施形態においては、台１１０は、１９３．０４ｃｍ（７６インチ）×５０．８０ｃｍ（２０インチ）×７６．２０ｃｍ（３０インチ）の標準的な寸法の手術台であってもよいし、任意の他の好適な寸法の手術台であってもよい。図３は、ミリメートルで示す例示的な寸法を有する例示的な手術台３１０の図である。
【００２０】
台１１０は、任意の好適な材料で作製してよく、鋼、炭素繊維、織物、布地、キャンバス地、および木材などが挙げられるが、これらに限定されない。台１１０の少なくとも一部分は、台の少なくとも一部分をＸ線が通過し得るようにする材料で作製してもよい。例えば、一部の実施形態においては、台１１０の少なくとも一部分は、窓１１４を形成する炭素繊維材料を含んでいてもよく、少なくとも１つのＸ線源によって生成されたＸ線は、この窓１１４を通過することができる。一部の実施形態においては、台１１０は、取り外し可能な担架、ガーニ、またはストレッチャとして実装されてもよいし、台１１０にある前記少なくとも１つの窓１１４は、キャンバス地、織物、布地、木材、または少なくとも１つの窓をＸ線が通過し得るようにする任意の他の好適な材料を含んでいてよい。一部の実施形態においては、Ｘ線台にある少なくとも１つの窓は、材料で形成されていなくてもよく、少なくとも１つのＸ線源によって生成されたＸ線が、いかなる材料も含んでいない、少なくとも１つの窓を通過できるようになっていてもよい。台１１０にある少なくとも１つの窓は、任意の好適な大きさのものであってよく、例えば、台の表面全体の大きさなどが挙げられるが、これに限定されない。
【００２１】
一部の実施形態においては、台１１０の少なくとも一部分は、その台の少なくとも一部分が１つまたは２つ以上の方向に並進し得るように、可動であってもよく、これにより、台の上に載せられた患者の様々な部分を、少なくとも１つのＸ線源によって生成されたＸ線の経路内に持ってくることができるようになっていてもよい。台１１０の並進は、任意の好適な方法で行うことができる。例えば、一部の実施形態では、１つまたは２つ以上のレールを含んでいてもよく、これにより台の少なくとも一部分が、台の長さ方向および幅方向、あるいは長さ方向または幅方向に並進可能とされる。他の実施形態においては、台１１０は、静止していてもよく、患者の撮像に使用する少なくとも１つのＸ線源が、例えば、台に据え付けられた１つまたは２つ以上のレールに沿って可動であってもよい。
【００２２】
また、撮像装置１００は、台１１０の少なくとも一部分を通過するＸ線放射１１８を生成するように構成されたＸ線源１１２を含んでいてよい。一部の実施形態においては、Ｘ線源１１２は、線方向に沿った複数のＸ線源位置においてＸ線を生成するように構成された、線状のＸ線源である。一部の実施形態においては、Ｘ線源１１２は、可動部品を必要とすることなく（例えば、回転式のガントリを必要とすることなく）、台１１０を通過する、一続きの時間多重化される空間位置における、Ｘ線放射を生成する、静止したＸ線源である。本明細書で使用されるとき、静止した線源という用語は、画像の１回の取得中に動くことがない線源のことである。Ｘ線エネルギーが様々な空間位置において生成され得るように、このような静止した線源は、電子的に制御されてよい。このような静止したＸ線源の例としては、Ｅビームがある。Ｅビーム撮像システムにおいては、１つまたは２つ以上のＥビームを、Ｅビーム応答性のターゲットの表面上に衝突するように方向付ける。ターゲットは、例えば、タングステン、モリブデン、金、または表面上に衝突した電子線に応じてＸ線を放出する他の材料から形成されていてよい。例えば、このターゲットは、Ｅビームのエネルギーを、そのターゲットから本質的に４π方向に放出されるＸ線光子に変換する材料であってよい。ターゲットから放出されたＸ線の一部を、各種の放射線吸収材料（鉛など）のうちのいずれかを使用して、選択的に遮蔽することによって、放出されるエネルギーを整形またはコリメートする。例えば、Ｘ線をコリメートして、コーンビーム、ファンビーム、ペンシルビーム、または、概ね所望の特性を有する任意の他のＸ線ビームを形成し得る。続いて、対象物体を貫通させて、物体の１つまたは２つ以上の特性を確かめるために、コリメートしたＸ線を検査領域内に通し得る。
【００２３】
従来のＸ線スキャンシステムでは、円形の幾何学的配置にて位置決めされているか、または回転する１つもしくは２つ以上の線源および検出器が用いられるが、Ｅビーム撮像システムは、任意の、より具体的には、非円形の幾何学的配置を含んでいてもよく、これにより、設計の柔軟性に関する多くの利点が得られ、また、より小型で安価なＸ線検出システムとすることが容易になる。ある例示的なＸ線スキャンシステムにおいては、ＥビームのエネルギーをＸ線エネルギーに変換するターゲットは、１つまたは２つ以上の線状セグメントとして提供されてよい。
【００２４】
加えて、本発明の様々な実施形態においては、様々な種類の静止した線源を使用することができる。例えば、ある実装においては、Ｘ線源１１２は、それぞれが個別の線源として機能する複数のカーボンナノチューブ素子を含んでいてもよく、ここで、これらの素子は、時間的に連続して、これらの素子のそれぞれに信号を適用することにより作動される。また、複数のカーボンナノチューブ素子を含むＸ線源は、本明細書に記載する手法に従った線状線源として構成されてもよい。
【００２５】
他の実施形態においては、Ｘ線源１１２は、時間的に連続して作動されるとき、Ｘ線放射を放出する、切り替え可能なＸ線源の分散アレイを含んでいてもよい。分散アレイ内の切り替え可能なＸ線源は、以下に限定されるわけではないが、電圧および光源などの任意の好適な信号を各線源に適用することにより作動されてもよい。
【００２６】
他の実施形態においては、Ｘ線源１１２は、１つよりも多い数のエネルギー準位でＸ線放射を放出するマルチエネルギーＸ線源を含んでいてもよい。例えば、検査システムには、第１のエネルギー準位および第２のエネルギー準位においてＸ線放射を生成するように適合された、１つまたは２つ以上のＸ線生成サブシステムが含まれてもよい。代替的には、マルチエネルギーＸ線源は、２つよりも多い数のエネルギー準位でＸ線放射を放出してもよい。マルチエネルギー撮像を可能とするために、各Ｘ線生成サブシステムは、各Ｘ線生成サブシステムが動作するとき、連続的な間隔の間に異なるエネルギー準位の放射線を生成してよい。検出器の出力を、Ｘ線生成サブシステムが、例えば、高エネルギーＸ線、および、低エネルギーＸ線を生成している時間と関連付けることにより、マルチエネルギー画像解析のための高Ｘ線データと低Ｘ線データとを集めることができる。このような解析は、当該技術分野において既知である手法、または任意の他の好適な方法を用いて行われてよい。
【００２７】
Ｘ線源１１２は、任意の好適な方法で台１１０と一体化されてよい。一部の実施形態においては、Ｘ線源１１２は、台１１０の実質的に下方に取り付けられてよい。このような構成では、Ｘ線源で生成されたＸ線は、台１１０を上向きに通過し、以下に更に詳しく記載するように、台１１０の上方に取り付けられた少なくとも１つの検出器アレイ１２０によって検出される。一部の実施形態においては、Ｘ線源は、図１に示すように、全体が台１１０の下方に取り付けられてもよい。他の実施形態においては、Ｘ線源１１２の少なくとも一部分は、少なくとも部分的に台１１０の上方に延びていてもよい。例えば、Ｘ線源１１２は、Ｘ線を、台１１０の底面に垂直な方向に（即ち、台の長さ方向および幅寸法、あるいは長さ方向または幅寸法に沿って）生成可能とする部分を含んでいてもよい。一部の実施形態においては、台１１０の上方に延びるＸ線源１１２の一部分は、第１の構成では、Ｘ線源全体が台の下方に配置され、第２の構成では、Ｘ線源の一部分が台の上方に延びるように、調整可能であってもよい。Ｘ線源１１２の少なくとも一部分が台１１０の下方に取り付けられる実施形態においては、Ｘ線源１１２によって生成されたＸ線の少なくとも一部が、台の上に載せられた患者を通過する前に、台の少なくとも一部分を通過する。
【００２８】
上述したように、一部の実施形態においては、台上の患者を動かすことなく、台１１０の上に載せられた患者の様々な部分を撮像できるように、Ｘ線源１１２は、台１１０の少なくとも一部分に対して可動であってよい。Ｘ線源１１２が、台１１０の長さ寸法および幅寸法、あるいは長さ寸法または幅寸法に沿って並進可能となるように、任意の好適な機構が使用されてよく、例えば、１つまたは２つ以上のレール（そのレール上をＸ線源１１２および台１１０、あるいはＸ線源１１２または台１１０の少なくとも一部分が動き得る）などが挙げられるが、これに限定されない。
【００２９】
Ｘ線源１１２は、台１１０の下方に取り付けられた状態で示されているが、一部の実施形態においては、代替的に、Ｘ線源１１２を台１１０の上方に取り付けて、台１１０の上面を下向きに通るＸ線放射が生成されるように構成してもよいことが理解されるべきである。このような実施形態では、少なくとも１つの検出器アレイは、台を通過する放射線を検出するように、台１１０の一部分と一体化されていてもよいし、台１１０の下方に取り付けられていてもよい。
【００３０】
また、撮像装置１００は、複数の検出素子を含み、かつＸ線源１１２から台１１０の一部分を通過してきたＸ線を検出するように配置された検出器アレイ１２０を含む。検出器アレイ１２０は、Ｘ線を検出するために任意の好適な種類の検出器を含んでいてよく、これらの検出器は、任意の好適な２次元構成で配置されていてよい。一部の実施形態においては、検出器アレイ１２０は、図１に示すようなフラットパネル型検出器アレイを含む。一部の実施形態においては、検出器アレイ１２０は、２次元構成に配置された検出器の線状アレイを複数含んでいてもよい。他の実施形態においては、検出器アレイ１２０は、シンチレータ素子を備えたフォトダイオードのアレイを含む。一部の実施形態においては、検出器アレイ１２０は、可動構造体に取り付けられた１つまたは２つ以上の検出器アレイを含んでいてもよい。可動構造体に検出器アレイ１２０を取り付けることにより、検出器アレイを、台の上に載せられた患者の上で並進させて、体の様々な部分を撮像することが可能となり得る。あるいは、可動構造体に検出器アレイ１２０を取り付けることにより、医療手技の間に邪魔にならないように、検出器アレイを動かすことが可能となり得る。
【００３１】
マルチエネルギーＸ線源を用いる実施形態においては、検出器アレイ１２０内の検出器の少なくとも一部は、受け取ったＸ線放射を、第１のエネルギー、または第２のエネルギーなどの複数のエネルギーのうちの１つを有するものとして分類するように構成され得る。例えば、検出器アレイ１２０内の検出器の一部または全ては、個々のＸ線光子の到着エネルギーを十分な分解能で記録して、第１のエネルギーを有する光子と、第２のエネルギーを有する光子とを分けるように適合されていてよい。これらの検出器は、例えば、個々の光子の分類を可能とする、ＣｄＺｎＴｅ（ＣＺＴ）などの材料で構築されていることによって、受け取ったＸ線放射のエネルギーを分類するように構成されていてもよい。このような検出器は、当該技術分野において既知であり、一般的には、光子計数型検出器、またはマルチスペクトル検出器と呼ばれることが多い。
【００３２】
一部の実施形態においては、検出器アレイ１２０は、図１に示すように台１１０の上方に取り付けられてもよい。検出器アレイ１２０は、任意の好適な方法で取り付けられてよく、例えば、陸上で、空で、または海で使用される軍用の乗り物、ヘリコプター、救急車、もしくは航空機などの乗り物に検出器アレイを取り付けることが挙げられるが、これに限定されない。例えば、一部の実施形態においては、検出器アレイ１２０は、船／海用船舶の物理的サイズの制限、およびＣＴシステムのフォームファクタ（例えば、従来型のＣＴシステムは、このような船舶のハッチを通り抜けることができない場合がある）により、従来型のＣＴシステムを収容することができない、海用船舶などの軍用の乗り物に取り付けられる。
【００３３】
上述したように、一部の実施形態により、一体化型の医療用Ｘ線スキャナを運搬可能とすることができ、Ｘ線スキャナを、従来型のＸ線スキャナには不向きな軍事用途および救急用途、あるいは軍事用途または救急用途のために輸送することができる。一部の実施形態では、Ｘ線スキャナは、ヘリコプターで輸送可能な重量となる。例えば、一部の実施形態に従って製造した撮像装置は、１万ポンド未満、８千ポンド未満、５千ポンド未満、または２千ポンド未満となり得る。他の実施形態では、Ｘ線スキャナは、救急車などの乗り物で輸送可能な大きさのものとなる。このような大きさとするために、一部の実施形態では、従来の大きさの、救急車のガーニまたは台の寸法内に全体が納まるか、または実質的に納まるように構成された、小型のＸ線源を含んでいてもよい。
【００３４】
大型の連続した構造を有する従来型のＣＴシステムでは、Ｘ線源および検出器アレイなどのＣＴシステムの複数の部品が、回転式のガントリに取り付けられ、その大きさおよびフォームファクタにより、運搬性およびコンフィギュアビリティが制限されている。一部の実施形態においては、Ｘ線スキャナの１つまたは２つ以上の部品は、Ｘ線スキャナを組み立てる場所へ別々に輸送することができるモジュールとして提供され（例えば、製造され）、システムのモジュール化された各部分を、所望の場所で組み立てることができる。例えば、一部の実施形態においては、Ｘ線源、検出器アレイ、電源、およびＸ線システムの他の電子機器のうちの１つまたは２つ以上を、Ｘ線による画像（例えば、ＣＴ画像）を生成するためのＸ線システムに組み立て得る、別々のモジュールとして提供することができる。このような実施形態ではモジュール化されていることにより、Ｘ線システムの運搬性がもたらされる。
【００３５】
一部の実施形態に係るＸ線スキャナは、軍事用または救急用の乗り物または船舶に配備されるのではなく、病院などの従来の医療施設に設置され得る。このような用途においては、検出器アレイ１２０は、その医療施設の手術室または他の部屋の天井に取り付けることもできる。天井に取り付ける場合は、検出器アレイ１２０を、天井に固定してもよいし、撮像中の患者に接近させることができる可動構造体に取り付けてもよい。可動構造体に検出器アレイ１２０を取り付けることにより、検出器アレイを固定的な構成で天井に取り付けるのに比べて、検出器アレイの大きさを小さくすることが可能となり得る。一部の実施形態においては、代替的に、検出器アレイ１２０を、乗り物または構造体の天井に取り付けるのではなく、可動構造体または固定構造体に取り付けてもよい。
【００３６】
一部の実施形態においては、検出器アレイ１２０は、検出器アレイの検出素子からの情報を読み取るように構成された読み取り回路と接続される。読み取り回路は、検出器アレイの全ての検出素子から、または検出器アレイの検出素子のサブセット（即ち、全てよりは少ない数の検出素子）から、情報を同時に読み取るように構成されていてもよい。検出器アレイの検出素子から読み取った情報は、以下に更に詳しく記載するように、読み取った情報に基づいてボリューム画像の再構成を行う少なくとも１つのコンピュータに提供されてよい。
【００３７】
撮像装置１００はまた、検出器アレイ１２０によって検出されたＸ線に少なくとも部分的に基づいて、ボリューム画像を再構成するようにプログラムされた少なくとも１つのプロセッサを含む、コンピュータ１３０を含む。一部の実施形態においては、コンピュータ１３０は、図１に示すように、撮像装置１００と一体化されていてもよい。他の実施形態においては、コンピュータ１３０は、撮像装置１００から遠隔した位置にあってもよく、検出器アレイ１２０からのＸ線データ出力は、画像の再構成および解析、あるいは画像の再構成または解析のために、遠隔地に位置したコンピュータ１３０に送信されてもよい。例えば、戦場の前線において、撮像装置１００により患者の撮像が行われる軍事用途の場合、検出器アレイ１２０からのＸ線データ出力は、安全な場所に位置するコンピュータ１３０に送信されてもよく、その場所で、医師は、集められた検出器のデータに基づいて再構成される画像を解析することができる。本発明の実施形態は、コンピュータ１３０の特定の構成または位置に制限されることはなく、代替的に、コンピュータ１３０が撮像装置１００と一体化されている場合には、コンピュータ１３０を用いて画像を再構成し、再構成された画像を解析のために遠隔地に位置したコンピュータに送信してもよい。
【００３８】
図２は、物体２００（例えば、患者の体のある領域）について行われた測定からボリューム画像を計算する態様について示す図である。図２の簡単な例では、撮像した物体２００は、９個の領域に分割されている。物体２００の画像は、これら９個の領域のそれぞれにおける物質の特性を計算することで形成される。９個の領域のそれぞれは、計算した画像内のボクセルに対応することになる。このため、物体内のこれらの領域を、「ボクセル」と呼ぶ場合もある。図２の簡単な例では、物体２００は、９個のボクセルに分割されており、そのうちＶ（１，１，１）、Ｖ（１，１，２）、Ｖ（１，１，３）、Ｖ（２，２，３）、およびＶ（３，３，３）に番号が付けられている。物体２００のボリューム画像を形成するため、検出器（検出器２３０１、２３０２、および２３０３が示されている）の測定出力からボクセルのそれぞれに対する物性が計算される。図示した実施形態においては、物性は、ボクセル内の物質の平均密度である。
【００３９】
図示した実施形態においては、密度を計算する基礎となり得る測定は、様々な方向から物体２００に放射線を通過させることによって行われる。物体を通過した後の光線の強度を測定し、測定強度と入射強度を比較することにより、その光線の経路に沿った減衰を決定することができる。十分な数の方向にて、十分な数の通過する光線に沿った減衰が測定された場合は、集まったデータを処理して、個々のボクセルそれぞれの中の密度を計算することができる。
【００４０】
例えば、図２には、線源２２０１と検出器２３０１が示されている。線源２２０１から検出器２３０１へ通過する光線は、ボクセルＶ（１，１，３）、Ｖ（２，２，３）、およびＶ（３，３，３）を通過する。結果的に、検出器２３０１において測定される値は、これらのボクセルのそれぞれの密度に依存することになる。そのため、線源２２０１からの光線について、検出器２３０１において得られる測定値を用いて、ボクセルＶ（１，１，３）、Ｖ（２，２，３）、およびＶ（３，３，３）のそれぞれにおける密度を推定することができる。
【００４１】
示されているように、線源２２０１から検出器２３０１までの光線は、物体２００を通過する光線のうちの１つだけを表したものである。図２の例には他の光線が示されている。例えば、線源２２０２から検出器２３０２へ通過する光線が示されている。線源２２０１から検出器２３０１へ通過する光線と同様に、光線源２２０２は、検出器２３０２に衝突する前にボクセルＶ（１，１，３）、Ｖ（２，２，３）、およびＶ（３，２，３）を通過するため、検出器２３０２において測定される値は、これらのボクセルの密度に依存することになる。同様に、線源２２０３から検出器２３０３へ通過する光線に対して、検出器２３０３において測定される値は、この光線に沿ったボクセル（Ｖ（１，１，１）、Ｖ（１，１，２）、およびＶ（１，１，３））の密度の影響を受ける。
【００４２】
物体２００を通過する光線として図２に示されているのは３つだけである。これらの光線のそれぞれが、物体２００において光線が通過したボクセルの密度を表す単一の測定値を生成する。図２に示す簡単な問題では、物体２００は、２７個のボクセルに分割されている。したがって、物体２００を通過する光線として図２に示されているのは３つだけではあるが、典型的には、物体２００のボリューム画像を計算するためには、より多くの測定値が必要となる。
【００４３】
物理的システムにおいては、行われる測定の数は、画像内のボクセルの数を超えることがしばしばある。例えば、測定は、複数の光線が各ボクセルを通過するように行うことができ、ここで、これらの光線の一部は、ある角度範囲から各ボクセルを通過する。この角度範囲は、任意の好適な範囲となり得る。例えば、１８０°を超える角度範囲から、または可能な限り１８０°に近い角度範囲から物体を通過する光線があることが望ましい場合がある。しかしながら、角度範囲がより小さくなり得る他の場合では、例えば、１７０°、１６０°、１５０°、または１４０°、あるいはそれよりも小さい範囲などを用いてもよい。
【００４４】
発明者らは、特定の実装（例えば、軍事用の実装、および運搬可能な救急用の実装）では、高画質な画像を得ることと同程度に、またはそれ以上に、迅速に画像を取得することが重要となり得ることを認識し、理解していた。したがって、一部の実施形態においては、ボリューム画像は、いくつかの撮像アーチファクトを含んで再構成される。例えば、１つまたは２つ以上のボリューム再構成要件を満たさない情報を使用して、ボリューム画像を再構成してもよい。任意の好適なボリューム再構成要件を使用することができ、例えば、Ｔｕｙ条件、ｐｉ線条件、ナイキスト条件、および無トランケーション条件などが挙げられるが、これらに限定されない。加えて、一部の実施形態においては、ボリューム撮像での再構成を、実質的に１８０°未満の角度範囲に対応する情報を使用して行ってもよい。一部の実施形態においては、１つまたは複数のＸ線源の動作を制御するコントローラを提供して、１８０°未満の角度範囲などの、任意の所望される角度範囲を達成してもよい。
【００４５】
検査されている物体を通過する複数の光線から得られた測定結果を用いて、ボリューム画像を計算することができる。例えば、十分な数の個々の角度からの光線に沿って十分な数の測定が行われる場合、検出器の測定出力を使用して、連立方程式系を決定でき、この連立方程式を、物体２００内の個々のボクセルの密度を表す未知の値について、数学的な逐次法を用いて解くことができる。
【００４６】
測定プロセスにおいて不確実性、または他のばらつきがあると、測定結果から導いた方程式系について、全ての式を同時に満たす単一解とならない場合もある。そのため、実際の測定結果から導いた方程式系を解くことには、方程式の最適解となる値を求めることが伴なわれ得る。同様に、複数の角度からの測定結果を得ることにより、ボクセルを直接的な方法を用いて計算できるようになる。
【００４７】
一部の実施形態においては、逐次再構成法を用いて物体のボリューム画像を再構成する。任意の好適な逐次再構成法を使用してよく、この点において、本発明の実施形態は限定されない。一例として、代数的再構成法（ＡＲＴ：Ａｌｇｅｂｒａｉｃ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）と呼ばれる逐次法では、撮像された物体内のボクセルのそれぞれに対する値ρを計算する。最尤推定値Ｍ２は、
【００４８】
【数１】
2017510364.tif 000003
として定義され、ここで、Ｘｉにより、光線が通過するボクセルにおける密度を、物体を通過してきた光線の測定値と関係付けている。推定したボクセル密度^ρkにＸｉをかけると、ｉ番目の光線に沿った測定値の推定値が得られる。実際の測定値ｘｉからこの推定値を引くことにより、誤差値が得られる。これらの誤差値を不確実性値σｉで重み付けし、２乗して、他の光線に沿って同様に計算した値と足し合わせると、Ｍ２の値が得られる。この逐次法の目的は、密度値の変化に対するＭ２の変化を最小にする密度値ρを求めることである。この基準を満たす密度値は、計算後の画像に表される。
【００４９】
ＡＲＴは、当該技術分野において既知である多くの逐次再構成方法のうちの１つに過ぎない。多くの逐次再構成法のうちの任意のものを、ＡＲＴの代わりに、またはＡＲＴに加えて、使用してよい。例えば、オーダサブセット同時逐次再構成法（ＯＳＩＲＴ：Ｏｒｄｅｒｅｄ−Ｓｕｂｓｅｔｓ  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、同時代数的再構成法（ＳＡＲＴ：Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ａｌｇｅｂｒａｉｃ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、同時逐次再構成法（ＳＩＲＴ：Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、乗法的代数的再構成法（ＭＡＲＴ：Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｖｅ  Ａｌｇｅｂｒａｉｃ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、同時乗法的代数的再構成法（ＳＭＡＲＴ：Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｖｅ  Ａｌｇｅｂｒａｉｃ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、最小二乗ＱＲ法、期待値最大化（ＥＭ：Ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ  Ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ）、オーダサブセット期待値最大化（ＯＳＥＭ：Ｏｒｄｅｒｅｄ  Ｓｕｂｓｅｔｓ  Ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ  Ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ）、コンベックス法（Ｃ）、およびオーダサブセットコンベックス法（ＯＳＣ：Ｏｒｄｅｒｅｄ−Ｓｕｂｓｅｔｓ  Ｃｏｎｖｅｘ  ｍｅｔｈｏｄ）のうちの任意の手法を使用してよい。
【００５０】
発明者らは、逐次再構成方法を使用することにより、本発明の一部の実施形態を用いて集めたＸ線データに基づいた画像の再構成を迅速に行うことができることを理解している。一部の実施形態においては、画像再構成法では、レギュレータを用いた再構成が行われてもよく、これにより、再構成法において、可能な複数の画像解（ｉｍａｇｅ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）からの選択が可能となる。任意の好適なレギュレータを使用してよく、この点において、本発明の実施形態は限定されない。例示的なレギュレータとしては、チホノフレギュレータ、全変動（ＴＶ：Ｔｏｔａｌ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）レギュレータ、ラプラシアンレギュレータ、および圧縮センシングレギュレータなどが挙げられるが、これらに限定されない。
【００５１】
一部の実施形態においては、画像再構成は、画像の再構成空間を制限する先行画像に、少なくとも部分的に基づいていてもよい。任意の好適な先行画像を使用してよく、この点において、本発明の実施形態は限定されない。例えば、一部の実施形態においては、先行画像を、少なくとも１つの全画像統計値（例えば、ｋ平均、ｋ最近傍）に少なくとも部分的に基づいて決定してもよい。一部の実施形態においては、この少なくとも１つの全画像統計値は、以前の撮像セッションでの患者の１つまたは２つ以上の画像に少なくとも部分的に基づくものであってもよい。一部の実施形態においては、先行画像は、複数の患者から得られた複数の画像に少なくとも部分的に基づいて決定されてもよく、これらの先行画像を使用して、画像の再構成を制限してもよい。例えば、これらの複数の画像を使用して、具体的な撮像する物体（例えば、脳、心臓、肝臓など）についての解剖学的な目印の群を特定してもよく、これらの解剖学的な目印は、画像の再構成における先行画像として使用することができる。代替的には、これらの複数の画像を任意の他の好適な方法で使用して、本発明の一部の実施形態に従った、画像再構成のための先行画像を決定してもよいことが理解されるべきである。
【００５２】
本明細書に記載する手法のうちの１つまたは２つ以上に従って構築される撮像システムでは、許容可能な画質のボリューム画像とするための画像再構成時間を、従来型のＣＴスキャナを使用して達成可能な時間よりも実質的に短くすることができる。例えば、一部の実施形態においては、ボリューム画像を１分未満で再構成することができる。一部の実施形態においては、ボリューム画像を３０秒未満で再構成することができる。一部の実施形態においては、ボリューム画像を５秒未満で再構成することができる。
【００５３】
図４は、本発明の一部の実施形態を使用して検出されたＸ線データに少なくとも部分的に基づいて、ボリューム画像を再構成するための例示的なプロセスを示す。動作４１０においては、少なくとも１つの検出器アレイからＸ線データを受け取る。上述したように、この受け取られるＸ線データは、従来型のＣＴスキャナを使用して撮影される高画質な画像で典型的に要求される、１８０°よりも実質的に狭いＸ線角度範囲を使用して集められたデータに対応するものであってよい。このプロセスは、動作４２０へと進み、ここでは、上述したような、１つまたは２つ以上の逐次再構成法を用いて、受け取ったＸ線データを使用したボリューム画像の再構成を行う。再構成の後、プロセスは、再構成した画像を出力する動作４３０へ進む。例えば、再構成した画像を画面上に表示してもよいし、再構成した画像を記述するデータを、後で表示および解析、あるいは表示または解析するために他の機器に送信してもよい。
【００５４】
本発明の一部の実施形態に従って、製造された撮像装置は、特定用途の撮像装置としての使用を容易にする、追加的なハードウェアおよびソフトウェア、あるいはハードウェアまたはソフトウェアの構成要素を含んでいてもよい。例えば、一部の実施形態においては、撮像装置は、Ｘ線源によって生成されたＸ線で撮像されている患者以外の人（例えば、外科医）を少なくとも部分的に遮蔽するように構成された遮蔽構造体を含んでいてもよい。任意の好適な遮蔽構造体を使用してよく、この点において、本発明の実施形態は限定されない。例えば、外科医と患者との間に運搬可能な遮蔽構造体を一時的に置き、撮像のために患者にＸ線放射を照射する間に、または照射の直前に、外科医が患者に対して医療手術を行うことができるようになっていてもよい。代替的には、外科医または他の医療専門家は、外科医をＸ線放射から遮蔽するための防護用の衣服またはベストとして遮蔽構造体を着用してもよい。代替的には、任意の他の好適な遮蔽構造体（遮蔽構造体がない場合も含む）を使用してもよい。
【００５５】
上述したように、外科的環境において使用される一部の従来型のＣＴスキャナにおける制限は、従来型のＣＴスキャナが撮像のために配置されている間、典型的には、医師が患者にアクセスすることを妨げてしまうために、撮像と患者に対する医療手技とを同時にまたはほぼ同時に行うことができないということである。従来型のＣＴスキャナの適切な位置決めには、典型的にはかなりの時間を要し、これは、撮像セッションが複数回必要となる場合には、より大きな問題となる。一部の実施形態に係る撮像装置は、Ｘ線源または検出器アレイを動かす必要なく、人（例えば、外科医）が、台の上に載せられた患者に対して少なくとも１つの医療手技を行うことができるように設計される。例えば、Ｘ線源を台と一体化させ、検出器アレイを静止させることにより、医療手技の間に、人の一部分を迅速におよび繰り返し、あるいは迅速にまたは繰り返し撮像することができるようにするために必要な撮像構成の変更は、ごく最小限（または変更なし）となる。迅速かつ頻繁な撮像セッションが可能となることにより、本発明の一部の実施形態は、以下に限定されるわけではないが、軍事環境および緊急環境などの様々な環境において、従来型のＣＴスキャナよりもより好適なものとなり得る。例えば、迅速に撮像することにより、撮像する患者への鎮静剤を減らすかもしくはなくすことが可能となり得、および／または手術のために患者を手術台に載せたり、降ろしたりする動作をなくすことが可能となり得る。
【００５６】
前述した内容から理解されるように、本明細書に記載する原理に従って設計されるＸ線撮像システムは、撮像の速さおよび運搬性が重要であるか、または所望される医療用途のために、画像を安価で、早く、かつ正確に生成することができる。
【００５７】
加えて、本発明の一部の実施形態に従って製造された撮像システムは、１つまたは２つ以上の温度非感受性部品を使用して、および、このような環境において故障しやすい可動部品を含めないことによって、あるいは、１つもしくは２つ以上の温度非感受性部品を使用して、または、このような環境において故障しやすい可動部品を含めないことによって、苛酷な環境での使用のために「堅牢化」されていてもよい。追加的に、または代替的に、一部の実施形態では、撮像装置の１つもしくは２つ以上の部品を密封して、外部からの破片が装置の各部分に入り込まないようにすることにより、堅牢化されてもよいし、または任意の他の好適な１つもしくは複数の手法を使用して実施形態を堅牢化してもよい。
【００５８】
変更物、改造物、および改良物も本開示の一部分であることが意図されており、本発明の趣旨および範囲内に含まれることが意図されている。したがって、前述の記載および図面は例示的なものに過ぎない。
【００５９】
本発明の上述の実施形態は、多くの方法のうちのいずれかによって実装することができる。例えば、これらの実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組み合わせを使用して実装されていてよい。ソフトウェアとして実装される場合には、このソフトウェアコードは、単一のコンピュータに設けられているか、または複数のコンピュータに分散しているかのいずれにせよ、任意の好適なプロセッサまたはプロセッサの集合体において実行することができる。
【００６０】
更に、コンピュータは、ラックマウント型コンピュータ、デスクトップ型コンピュータ、ラップトップ型コンピュータ、またはタブレット型コンピュータなどの多くの形態のうちの任意のものとして具体化されてよいことが理解されるべきである。
【００６１】
また、コンピュータは、１つまたは２つ以上の入出力機器を有していてよい。これらの機器は、特に、ユーザインターフェイスを提供するために使用することができる。ユーザインターフェイスを提供するために使用することができる出力機器の例としては、出力を視覚的に提示するためのプリンタまたはディスプレイ画面、および出力を聴覚的に提示するためのスピーカまたは他の音声生成機器などが挙げられる。ユーザインターフェイスに使用できる入力機器の例としては、キーボード、およびマウス、タッチパッド、デジタイジングタブレットなどのポインティングデバイスが挙げられる。他の例としては、コンピュータは、音声認識によって、または他の可聴形式にて、入力情報を受け取ってもよい。
【００６２】
このようなコンピュータは、ローカルエリアネットワーク、または企業ネットワークもしくはインターネットなどのワイドエリアネットワークなどの任意の好適な形態の、１つまたは２つ以上のネットワークによって互いに接続されていてよい。このようなネットワークは、任意の好適な技術に基づくものであってよく、任意の好適なプロトコルに従って作動してよく、無線ネットワーク、有線ネットワーク、または光ファイバーネットワークを含み得る。
【００６３】
また、本明細書に概説される様々な方法またはプロセスは、種々のオペレーティングシステムまたはプラットフォームのうちのいずれかを採用した、１つまたは２つ以上のプロセッサ上で実行し得るソフトウェアとしてコードされていてよい。加えて、このようなソフトウェアは、多くの好適なプログラミング言語および従来のプログラミングまたはスクリプトツール、あるいは好適なプログラミング言語または従来のプログラミングもしくはスクリプトツールのうちの任意のものを使用して記述されてよく、また、実行可能な機械語コードまたはフレームワークもしくはバーチャルマシンによって実行される中間コードとしてコンパイルされてもよい。
【００６４】
この点に関しては、本発明は、１つまたは２つ以上のコンピュータ、もしくは他のプロセッサ上で実行された際に、上述した本発明の様々な実施形態を実装した方法を実施する、１つまたは２つ以上のプログラムにより符号化された、コンピュータ可読媒体（または複数のコンピュータ可読媒体）（例えば、コンピュータのメモリ、１枚もしくは２枚以上のフロッピーディスク（登録商標）、コンパクトディスク、光学ディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイにおける回路構成、または他の半導体デバイスなど）として、具体化されていてよい。この１つまたは複数のコンピュータ可読媒体は、上述したような本発明の様々な態様を実装するために、記憶された１つまたは複数のプログラムを、１つまたは２つ以上の異なるコンピュータもしくは他のプロセッサ上に読み込むことができるように、輸送可能なものであってよい。例示のためであって、限定ではないが、コンピュータ可読媒体には、コンピュータ記憶媒体が含まれ得る。コンピュータ記憶媒体には、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、もしくは他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法または技術で実装された、揮発性の、および非揮発性の、取り外し可能な、および取り外し不可能な媒体のいずれもが含まれる。コンピュータ記憶媒体としては、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリもしくは他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）もしくは他の光学ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置、もしくは他の磁気記憶装置、または所望の情報を記憶するために使用することができ、かつコンピュータによってアクセス可能な任意の他の媒体などが挙げられるが、これらに限定されない。
【００６５】
本明細書では「プログラム」または「ソフトウェア」という用語は包括的な意味で使用されており、上述したような本発明の様々な態様を実装するために、コンピュータまたは他のプロセッサにプログラムするために用い得る、任意の種類のコンピュータコードまたはコンピュータ実行可能な命令セットを指している。加えて、この実施形態の一態様によれば、実行された際に本発明の方法を実施する、１つまたは２つ以上のコンピュータプログラムは、単一のコンピュータまたはプロセッサ上に存在していなければならないわけではなく、本発明の様々な態様を実装する、異なる多くのコンピュータまたはプロセッサ間でモジュール様式で分散していてもよいことが理解されるべきである。
【００６６】
コンピュータ実行可能な命令は、１つまたは２つ以上のコンピュータまたは他のデバイスによって実行される、プログラムモジュールなどの多くの形式であってよい。一般的には、プログラムモジュールは、特定のタスクを行うか、または特定の抽象データ型を実装する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。典型的には、これらのプログラムモジュールの機能は、様々な実施形態で所望されるように、組み合わせたり、または分散されたりしてもよい。
【００６７】
本発明は、方法として具体化されてもよく、そのうちの一例が提供された。本方法の一部として実施される動作は、任意の好適な方法で順序付けられてよい。したがって、例示的な実施形態において連続的な動作として示されていたとしても、例示されたものとは異なる順番で動作を行う（複数の動作を同時に実施することを含み得る）ように実施形態を構築してもよい。
【００６８】
本発明の様々な態様は、単独で、組み合わせて、または前述の実施形態において具体的に述べられなかった様々な構成にて使用されてよく、そのため、その用途は、前述の記載で述べられたか、または図に示された詳細、および構成要素の配置に限定されない。例えば、一実施形態において記載された態様を、他の実施形態において記載された態様と任意の様式で組み合わせることができる。
【００６９】
請求項において、請求項の構成要素を修飾するために使用されている「第１の」、「第２の」、「第３の」などの序数詞は、それ自体によっては、いかなる順序、序列、またはある請求項の構成要素が他の構成要素の上位に来ること、または方法の各動作を行う上での時間的な順番をも示しておらず、単に、特定の名前を有する請求項のある構成要素を、（序数詞が使用されていることを除いて）同じ名前を有する他の構成要素と区別して、請求項のこれらの構成要素を見分けるための標識として用いられているに過ぎない。
【００７０】
また、本明細書で使用される表現および用語は、説明のためのものであり、限定的なものとして理解されるべきではない。本明細書における「含む」または「有する」、「含有する」、「伴う」、およびこれらの変形表現は、その後に列挙される項目、およびその均等物、ならびに追加項目を包含する意図で使用されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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