(57)【要約】  例えばマンモグラフィ又はＣＴ用途に有用な、エネルギー分解Ｘ線画像を生成するための方法が提案される。まず、好ましくは低線量のＸ線ビーム５が、女性の乳房など、物体１５の対象領域を通るように向けられ、初期Ｘ線強度値が獲得される。これらの初期Ｘ線強度値に基づいて、例えば光子計数エネルギー分解Ｘ線検出器９のエネルギー閾値が、物体１５の局所的な特性及び特徴に特に適合される。そのような適合されたエネルギー閾値を用いて、エネルギー分解メインＸ線強度値が獲得されて、最終的に、エネルギー分解Ｘ線画像を生成する。エネルギー分解Ｘ線画像獲得におけるエネルギー閾値のそのような特定の適合の原理は、有利には走査Ｘ線システムで実施され得て、ここで、走査されるＸ線検出器９の第１の検出器素子１７が、初期Ｘ線強度値を獲得して、次いで後続の検出器素子１７に関するエネルギー閾値を設定するために使用され、そのエネルギー閾値を用いて、メインＸ線強度値が獲得される。
2016521580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の画素を含むエネルギー分解Ｘ線画像を生成するためのデバイスであって、
−  Ｘ線源と、
−  Ｘ線検出器と、
−  適合手段と、
−  制御及び評価ユニットと
を備え、
前記Ｘ線源が、Ｘ線ビームを、物体の対象領域を通るように向け、
前記Ｘ線検出器が、各前記画素に関して、前記対象領域を透過されたＸ線の初期Ｘ線強度値を獲得し、
前記適合手段が、各前記画素に関する前記獲得されたＸ線強度値に応じて、各画素に関してエネルギー閾値を適合し、
前記Ｘ線源が、更に、Ｘ線スペクトルを有するＸ線ビームを、前記物体の前記対象領域を通るように向け、
前記Ｘ線検出器が、更に、各前記画素に関して、前記適合されたエネルギー閾値よりも低いエネルギーでの第１の部分Ｘ線スペクトル範囲内で前記対象領域を透過されたＸ線の第１のメインＸ線強度値を獲得し、前記適合されたエネルギー閾値よりも高いエネルギーでの第２の部分Ｘ線スペクトル範囲内で前記対象領域を透過されたＸ線の第２のメインＸ線強度値を獲得し、
前記制御及び評価ユニットが、各前記画素に関して、前記第１及び第２のメインＸ線強度値に基づいて前記エネルギー分解Ｘ線画像を生成する、
デバイス。
【請求項２】
前記Ｘ線源が、更に、Ｘ線ビームを発生し、前記Ｘ線検出器が、更に、前記エネルギー閾値よりも低い検出されたＸ線のエネルギーと前記エネルギー閾値よりも高い検出されたＸ線のエネルギーとを弁別する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記Ｘ線検出器が、ラインに沿って配置された幾つかのＸ線検出素子を有するライン検出器である、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記Ｘ線検出器が、２次元マトリックスとして配置された多数の検出器素子を有する２Ｄ検出器である、請求項２に記載のデバイス。
【請求項５】
多数の画素を備えるエネルギー分解Ｘ線画像を生成するための方法であって、
Ｘ線ビームを、物体の対象領域を通るように向け、各画素に関して、前記対象領域を透過されたＸ線の初期Ｘ線強度値を獲得するステップと、
各前記画素に関する前記獲得されたＸ線強度値に応じて、各画素に関してエネルギー閾値を適合するステップと、
Ｘ線スペクトルを有するＸ線ビームを、前記物体の前記対象領域を通るように向け、各前記画素に関して、それぞれ、前記適合されたエネルギー閾値よりも低いエネルギーでの第１の部分Ｘ線スペクトル範囲内で前記対象領域を透過されたＸ線の第１のメインＸ線強度値を獲得し、前記適合されたエネルギー閾値よりも高いエネルギーでの第２の部分Ｘ線スペクトル範囲内で前記対象領域を透過されたＸ線の第２のメインＸ線強度値を獲得するステップと、
各前記画素に関して、前記第１及び第２のメインＸ線強度値に基づいて前記エネルギー分解Ｘ線画像を生成するステップと
を含む、方法。
【請求項６】
前記初期Ｘ線強度値を獲得する前記ステップが、各前記画素に関して、それぞれ、予め設定されたエネルギー閾値よりも低いエネルギーでの第１の初期部分Ｘ線スペクトル範囲内で前記対象領域を透過されたＸ線の第１の初期Ｘ線強度値を獲得し、前記予め設定されたエネルギー閾値よりも高いエネルギーでの第２の初期部分Ｘ線スペクトル範囲内で前記対象領域を透過されたＸ線の第２の初期Ｘ線強度値を獲得するステップを含み、
前記エネルギー閾値が、各前記画素に関する前記獲得された第１及び第２の初期Ｘ線強度値に応じて適合される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
各前記画素に関して前記第１のメイン強度値が前記第２のメイン強度値と実質的に等しくなるように、各前記画素に関して前記エネルギー閾値が適合される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
Ｘ線ビームが、走査経路に沿って前記対象領域を通して走査され、それにより、前記対象領域の一部での幾つかの画素のサブアレイを同時に照射し、ここで、前記それぞれの画素が前記走査Ｘ線ビームの上流部分によって照射されるときに、各前記画素に関する前記初期Ｘ線強度値が獲得され、前記それぞれの画素が前記走査Ｘ線ビームの下流部分によって照射されるときに、各前記画素に関する前記メインの第１及び第２のＸ線強度値が獲得され、ここで、上流及び下流が、前記走査方向に関して解釈される、請求項５乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記初期Ｘ線強度値と前記メインＸ線強度値とが、ラインに沿って配置された多数の検出器素子をそれぞれ有する幾つかのライン検出器を有するＸ線検出器を使用して獲得される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
Ｘ線ビームが、前記対象領域を通るように向けられ、前記対象領域全体の全ての画素を同時に照射し、各前記画素に関する前記初期Ｘ線強度値が同時に獲得され、ここで、後続のステップにおいて、Ｘ線ビームが、前記対象領域を通るように向けられ、全ての画素を同時に照射し、各前記画素に関する前記第１及び第２のメインＸ線強度値が同時に獲得される、請求項５乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記初期Ｘ線強度値と前記第１及び第２のメインＸ線強度値とが、２次元マトリックスとして配置された多数の検出器素子を有するＸ線検出器を使用して獲得される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記エネルギー分解Ｘ線画像が、各前記画素に関する前記初期Ｘ線強度値と前記第１及び第２のメインＸ線強度値との組合せに基づいて生成される、請求項５乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
コンピュータで実行されるときに、請求項５乃至１２のいずれか一項に記載の方法を実施するコンピュータ可読命令を備える、コンピュータプログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のコンピュータプログラムが記憶されている、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、特にマンモグラフィ又はコンピュータ断層撮像用途のための、多数の画素を備えるエネルギー分解Ｘ線画像を生成するための方法に関する。更に、本発明は、そのような方法を実施するためのデバイス、そのような方法を制御するコンピュータプログラム製品、及びそのようなコンピュータプログラム製品が記憶されているコンピュータ可読媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線撮像は、広範な用途で使用されている。ここで、典型的には、Ｘ線源から発するＸ線ビームが、物体の対象領域を通るように向けられ、物体を透過された後のＸ線ビームのＸ線強度を検出するためにＸ線検出器が使用される。
【０００３】
一般に、生成されるＸ線画像は、２次元マトリックスとして配置された多数の画素を備える。各画素に関して、例えばＸ線検出器を使用してＸ線強度値が獲得される。Ｘ線検出器は、１つ又は複数の検出器素子を備えることがある。例えば、検出器素子の数は、画像の画素の数と同一でよく、複数の検出器素子の各検出器素子が、画像の画素の１つに関して、Ｘ線強度値を獲得することができる。代替として、検出器は、画素の数に比べて少数の検出器素子のみを備え、対象領域に沿って走査され得て、画像の各画素に関するＸ線強度値を連続的に獲得する。
【０００４】
例えば、Ｘ線強度値は、Ｘ線検出器素子の２次元マトリックスアレイを備えるＸ線検出器を使用して、これらの画素それぞれに関して同時に獲得され得る。ここで、例えば、各１つのＸ線検出器素子が、１つの画像画素に関するＸ線強度値を提供することができ、又は幾つかのＸ線検出器素子からの信号の和が、１つの信号画像画素に関するＸ線強度値を提供することができる。
【０００５】
代替として、複数の画素に関するＸ線強度値が、Ｘ線ビーム及び／又はＸ線検出器を対象領域を通して走査させることによって順次に獲得され得る。ここで、検出器は、１つ又は少数の検出器素子を有することができ、検出器素子は、１ステップで１つ又は少数の画素に関するＸ線強度値を獲得し、次いで次の位置に走査される。
【０００６】
Ｘ線撮像は、医療用途に特に有用であり得る。ここで、患者の体内の様々な内部構造が検査され得る。これは、そのような内部構造が一般に異なるＸ線吸収特性を有するからである。例えば、マンモグラフィ用途で、女性の乳房の組織内部の構造が、任意の悪性組織を見つけるために検査され得る。
【０００７】
エネルギー分解Ｘ線撮像システムが開発されており、現在、日常的なスクリーニング及び臨床での使用に実現可能になりつつある。そのような撮像システムは、検出されたＸ線の光子エネルギーを弁別するように適合され、それによりスペクトルＸ線情報を評価する。そのようなエネルギー分解Ｘ線撮像システムにおいて、Ｘ線検出器は、その検出器素子の１つに衝突する全Ｘ線強度を測定することができるだけでなく、更に、そのような衝突するＸ線強度を提供する光子のエネルギー、即ち波長スペクトルを弁別するように適合され得る。
【０００８】
例えば、エネルギー分解Ｘ線撮像において、Ｘ線検査の前に、１つ又は幾つかのエネルギー閾値又は波長閾値が予め決定され得て、次いで実際のＸ線画像獲得中、検出器は、衝突するＸ線強度全体のうち、そのような閾値よりも低い光子エネルギー又は波長を有する部分と、そのような閾値よりも高い光子エネルギー／波長を有する他の部分とを区別することができる。そのような情報は、後の画像解釈に有用であり得る。
【０００９】
米国特許出願公開第２０１０／２３２６６９Ａ１号は、検査中の物体の画像を復元するための２つの異なるＸ線エネルギーに関係付けられる減衰データの信号対雑音比を動的に最適化するための方法を開示する。この方法は、（ａ）複数の異なる投影角度で、物体の厚さ及び材料組成を推定するステップと、（ｂ）様々な投影角度それぞれに関して、異なる第１及び第２のＸ線エネルギーの様々な組合せに関して、対応する共通の信号対雑音比を計算するステップと、（ｃ）様々な投影角度それぞれに関して、最大の対応する共通の信号対雑音比を生じる第１及び第２のＸ線エネルギーを選択するステップと、（ｄ）様々な投影角度それぞれに関して、物体のＸ線減衰データを獲得するステップとを含み、ここで、上記２つのＸ線エネルギーは、それぞれの投影角度に割り当てられた最大信号対雑音比を生じるＸ線エネルギーである。
【００１０】
米国特許出願公開第２０１０／３０１２２４Ａ１号は、多色Ｘ線源と、少なくとも１つの調節可能な閾値によって画定される少なくとも１つのエネルギー窓内で光子計数モードで動作するのに適した画素を有する検出器と、少なくとも１つのカウンタとを含み、これにより、各画素が、所定の時間間隔中にエネルギー窓内で画素によって受信された光子の数に応じた出力を送達するＸ線撮像デバイスを開示する。米国特許第８，４４２，１８４Ａ１号は、エネルギー分解検出器アレイを有するスペクトルＣＴを開示する。国際公開第２０１３／０９３６８４Ａ２号は、光子計数Ｘ線検出器を開示する。米国特許出願公開第２０１２／００８７４６３Ａ１号は、光子計数及びエネルギー弁別検出器の閾値較正を開示する。
【００１１】
エネルギー分解Ｘ線画像、特にそこに含まれるスペクトル情報に関する情報の質は、閾値の特定の設定に依存することがある。例えば、そのような閾値の不適切な設定の結果、獲得されるエネルギー分解Ｘ線画像が過剰な雑音を示すことがある。しかし、例えば、撮像される領域又は体積にわたって物体の特性がかなり変化することがあるので、そのような閾値の設定の最適化は容易ではないことが判明している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
好ましくは画像内の全ての点に関して最適化されたエネルギー閾値設定により得られる高い画像品質を有するエネルギー分解Ｘ線画像を生成するための方法が必要であり得る。更に、エネルギー分解Ｘ線画像を生成するための対応するデバイス、そのようなエネルギー分解Ｘ線撮像方法を制御するようにコンピュータに命令するコンピュータプログラム製品、及びそのようなコンピュータプログラム製品を備えるコンピュータ可読媒体が必要であり得る。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そのような必要性は、独立請求項の主題によって満たされ得る。本発明の実施形態は、従属請求項で定義されており、以下の説明で述べる。
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、多数の画素を備える最適化されたエネルギー分解Ｘ線画像を生成するための方法が述べられる。この方法は、（ａ）Ｘ線ビームを、物体の対象領域を通るように向け、各画素に関して、対象領域を透過されたＸ線の初期強度値を獲得するステップと、（ｂ）各画素に関する獲得されたＸ線強度値に応じて、少なくとも１つのエネルギー閾値を適合するステップと、（ｃ）Ｘ線スペクトルを有するＸ線ビームを、物体の対象領域を通るように向け、各画素に関して、それぞれ、適合されたエネルギー閾値よりも低いエネルギーでの第１の部分Ｘ線スペクトル範囲内で対象領域を透過されたＸ線の第１のメインＸ線強度値を獲得し、適合されたエネルギー閾値よりも高いエネルギーでの第２の部分Ｘ線スペクトル範囲内で対象領域を透過されたＸ線の第２のメインＸ線強度値を獲得するステップとを含む。最後に、エネルギー分解Ｘ線画像が、各画素に関する第１のメインＸ線強度値と第２のメインＸ線強度値とに基づいて生成される。
【００１５】
本発明の第２の態様は、多数の画素を備えるエネルギー分解Ｘ線画像を生成するためのデバイスであって、本発明の上記の第１の態様による方法を実施するように適合されたデバイスに関する。
【００１６】
本発明の第３の態様は、コンピュータで実行されるときに、本発明の上記の第１の態様による方法を制御するコンピュータ可読命令を備えるコンピュータプログラム製品に関する。
【００１７】
本発明の第４の態様は、本発明の上記の第３の態様によるコンピュータプログラム製品が記憶されているコンピュータ可読媒体に関する。
【００１８】
本発明の範囲を制限することなく、本発明の概念は、以下の観察及び着想に基づくものとして理解され得る。
【００１９】
エネルギー分解Ｘ線画像を獲得するために、少なくとも１つのエネルギー閾値が設定されなければならず、それにより、物体の対象領域を透過されたＸ線の実際の検出中、閾値の使用が、透過されたＸ線の高エネルギー部分と透過されたＸ線の低エネルギー部分とを弁別することを可能にし、高エネルギー部分は、閾値よりも低いエネルギー又は波長を有するＸ線光子を含み、低エネルギー部分は、そのような閾値よりも高いエネルギー又は波長を有するＸ線光子を含む。
【００２０】
従来技術の手法では、Ｘ線検出器の検出器素子のエネルギー閾値は、典型的には、例えば平均的な均質な物体に関して最適化する較正処置によって実際のＸ線検査の前に包括的に設定される。従って、獲得されたＸ線画像の多数の画素それぞれに関するＸ線強度値の獲得後、閾値レベル値の空間的変化はない。
【００２１】
しかし、検査中の物体は、物体を透過され、次いで検出器に衝突する放射の強度に影響を及ぼすだけでなく、典型的には、物体を透過されるＸ線スペクトルのエネルギー分布も影響を及ぼされることが判明している。
【００２２】
例えば、減衰力が高い高密度物体は、透過されたＸ線スペクトルを、吸収力が低い物体よりも高いエネルギーにシフトさせる。なぜなら、典型的には、高エネルギーＸ線光子よりも低エネルギーＸ線光子のほうが吸収されやすいからである。そのような効果は、「ビームハードニング」とも呼ばれる。
【００２３】
本発明の実施形態の根底にある着想は、エネルギー分解Ｘ線画像を生成する際に、そのようなビームハードニング効果を考慮に入れることである。特に、そのような効果を補償するために、閾値最適化は、包括的には行われないべきであり、即ち、エネルギー閾値は、Ｘ線強度値を獲得する際にエネルギー分解Ｘ線画像の画素全てに関して同一に設定されるべきではなく、検査中の物体の局所的に変化する特徴が考慮に入れられるべきである。
【００２４】
即ち、エネルギー分解Ｘ線画像の多数の画素それぞれに関して対象領域を透過されたＸ線のエネルギー依存強度を測定するときに適用されるエネルギー閾値に対して、検査中の物体の特徴が影響を及ぼし得ることが可能にされるべきである。
【００２５】
従って、本発明の実施形態によれば、画像獲得プロセス全体を２つの部分に分割することが提案される。
【００２６】
まず、Ｘ線ビームが、物体の対象領域を通るように向けられ、物体を透過した後に、Ｘ線強度値が獲得される。ここで、そのようなＸ線強度値は、生成すべきＸ線画像全体の各画素に関して獲得される。第１のステップで獲得されるそのようなＸ線強度値は、「初期」Ｘ線強度値と呼ばれ、例えば比較的低いＸ線線量を使用して獲得され得る。これらの初期Ｘ線強度値は、最終的なエネルギー分解Ｘ線画像を生成するための後の処理ステップで使用され得るが、これらの値の主な目的は、後続の「メイン」Ｘ線強度値の獲得に関して設定され得るエネルギー閾値を後で適合させるための情報の基礎となることである。即ち、そのような予備獲得で獲得される初期Ｘ線強度値は、局所的な物体の特徴及び特性を決定し、次いで、これらの局所的な物体の特徴に対する閾値を空間的に設定するために使用され得て、それにより、物体の各部分に関して放射の最適な部分が検出され得る。初期Ｘ線強度値は、エネルギー分解されてもされなくてもよく、及び／又はメインＸ線強度値と同じ検出器技術を用いて獲得されることも、そうでないこともある。
【００２７】
第２に、エネルギー閾値を、それぞれの画素に関して事前に獲得された初期Ｘ線強度値に応じて適合された値に設定した後、各画素に関してそのような設定されたエネルギー閾値を適用して、メインＸ線強度値が獲得され得て、そこから、最終的なエネルギー分解Ｘ線画像の全て又は大部分が生成される。
【００２８】
従って、各画素で、即ち物体の対象領域内の各位置に関して、この位置に関する前に獲得された初期Ｘ線強度値に応じて、即ち物体の局所的なＸ線減衰特性を考慮に入れて、局所的なエネルギー閾値が特に設定される。
【００２９】
従って、エネルギー分解Ｘ線画像を生成する際、エネルギー閾値は、検査される物体の局所的なＸ線減衰特性に関して最適に適合され得て、ここで、局所的な減衰特性に関する情報は、先立ってそれぞれの位置で初期Ｘ線強度値を獲得することによって実現され得る。
【００３０】
本発明の一実施形態によれば、初期Ｘ線強度値を獲得するステップが、各画素に関して、それぞれ、予め設定されたエネルギー閾値よりも低いエネルギーでの第１の初期部分Ｘ線スペクトル範囲内で対象領域を透過されたＸ線の第１の初期Ｘ線強度値を獲得し、予め設定されたエネルギー閾値よりも高いエネルギーでの第２の初期部分Ｘ線スペクトル範囲内で対象領域を透過されたＸ線の第２の初期Ｘ線強度値を獲得するステップを含む。次いで、各画素に関する獲得された第１及び第２の初期Ｘ線強度値に応じて、エネルギー閾値が適合され得る。
【００３１】
即ち、初期Ｘ線強度値の獲得が、エネルギー分解式に前もって行われる。ここで、エネルギー閾値が、所定の値に予め設定され得る。そのような所定の値は、例えば、全ての画素に関して同じでよく、又は検査される物体の各位置に関して推定され得る。次いで、そのような予備的に獲得された初期Ｘ線強度値に基づいて、エネルギー閾値が、各画素に関して局所的に適合され得て、その後、そのような最適化されたエネルギー閾値を用いて、メインのエネルギー分解画像の獲得が実施され得る。
【００３２】
例えば、本発明の一実施形態によれば、各画素に関して第１のメイン強度値が第２のメイン強度値と実質的に等しくなるように、各画素に関してエネルギー閾値が適合され得る。
【００３３】
即ち、各画素に関するエネルギー閾値は、後続のメインの画像獲得において、閾値よりも低いエネルギーを有する衝突するＸ線に関して獲得されるＸ線強度値と、エネルギー閾値よりも高いエネルギーを有する衝突するＸ線に関して獲得される強度値とが実質的に等しくなるように適合され得る。ここで、「実質的に等しい」は、相対的に２０％まで、又は代替として相対的に１０％までのパリティからの偏差を含むものと解釈され得る。
【００３４】
本発明の一実施形態によれば、Ｘ線ビームは、走査経路に沿って対象領域を通って走査され、それにより対象領域の部分領域を同時に照射し、そのような部分領域は、例えば、画像全体の画像画素のサブアレイに対応する。それぞれの画素が走査Ｘ線ビームの上流部分によって照射されるときに、各画素に関する初期Ｘ線強度値が獲得され、それぞれの画素が走査Ｘ線ビームの下流部分によって照射されるときに、各画素に関するメインの第１及び第２のＸ線強度値が獲得される。
【００３５】
即ち、Ｘ線ビーム及び検出器は、対象領域を通して走査され得る。Ｘ線ビーム及び検出器は、獲得されるべき画像の多数の隣接する画素と同じ大きさの断面積を有する。従って、Ｘ線ビームで検出器を走査するとき、対象領域の各部分は、まず、走査Ｘ線ビームの上流部分によって照明され、このビームが検出器の上流部分によって同時に検出され、次いで、その後、このＸ線ビームの下流部分によって照明され、このビームが検出器の下流部分によって検出される（「上流」及び「下流」は、走査方向に関して解釈される）。従って、Ｘ線ビーム及び検出器の上流部分は、初期Ｘ線強度値を獲得するために使用され得る。次いで、これらの初期Ｘ線強度に基づいて、対象領域のそれぞれの画素又は部分領域に関するエネルギー閾値が適切に適合され得る。従って、Ｘ線ビーム及び検出器の下流部分がそれぞれの画素又は部分領域に達するとき、前に適合されたエネルギー閾値を使用してメインのＸ線強度値が獲得され得る。
【００３６】
従って、各エネルギー解像Ｘ線画像に関する初期Ｘ線強度値とメインＸ線強度値との両方が、単一の走査プロセスで獲得され得る。
【００３７】
ここで、一実施形態によれば、初期Ｘ線強度値とメインＸ線強度値とが、ラインに沿って配置された多数の検出器素子を有するＸ線検出器を使用して獲得される。
【００３８】
例えば、そのようなライン検出器は、その長手方向軸が走査方向に垂直な状態で走査され得て、１つ又は複数の第１の検出器ラインが、対象領域内の特定の画素又は位置で初期Ｘ線強度値を獲得するために使用され得て、その後、ライン検出器を更に走査した後、更なる下流ラインが使用されて、第１の検出器ラインによって提供された情報に基づいて最適化されたレベルに既に設定された関連のエネルギー閾値を用いて第１及び第２のメインのＸ線強度値を獲得する。
【００３９】
本発明の代替実施形態によれば、Ｘ線ビームは、対象領域を通るように向けられ、全ての画素を同時に照射し、各画素に関する初期Ｘ線強度値が同時に獲得される。ここで、後続のステップにおいて、Ｘ線ビームは、対象領域を通るように向けられ、全ての画素を同時に照射し、各画素に関する第１及び第２のメインＸ線強度値が同時に獲得される。
【００４０】
即ち、先の実施形態とは対照的に、走査は行われず、代わりに、多数の画素に関して同時に初期Ｘ線強度値が獲得され、次いで全ての画素に関してエネルギー閾値が適合され、ここで、１つの特定の画素に関する各エネルギー閾値は、その画素に関する獲得された初期Ｘ線強度値に応じて適合される。最後に、適合されたエネルギー閾値よりも低い及び高いエネルギーでの第１及び第２の部分Ｘ線スペクトル範囲に関する第１及び第２のＸ線強度値をそれぞれ獲得することによって、メイン画像獲得が行われる。
【００４１】
そのような実施形態では、初期Ｘ線強度値と第１及び第２のメインＸ線強度値とが、２次元マトリックスとして配置された多数の検出器素子を有するＸ線検出器を使用して獲得され得る。
【００４２】
即ち、Ｘ線強度値は、ラインに沿って配置されるだけでなく、表面領域に沿っても配置された検出器素子を有するＸ線検出器を使用して獲得され得て、それにより、そのような検出器を使用して、２次元Ｘ線画像の多数の画素が同時に獲得され得る。
【００４３】
本発明の一実施形態によれば、エネルギー分解Ｘ線画像は、各画素に関する第１及び第２のメインＸ線強度値に基づいてのみならず、初期Ｘ線強度値と第１及び第２のメインＸ線強度値との組合せにも基づいて最終的に生成される。
【００４４】
即ち、初期Ｘ線強度値は、各画素に関するエネルギー閾値を後で適合させるために獲得されるだけでなく、これらの初期Ｘ線強度値の獲得は、Ｘ線強度値獲得全体の一部であり、従って、最終的なエネルギー解像Ｘ線画像は、これらの初期Ｘ線強度値に基づいて、且つ後で獲得されるメインＸ線強度値に基づいて生成される。従って、予備の初期Ｘ線強度値獲得に含まれる情報が、最終画像のために再使用され得る。それにより、余剰のＸ線線量への被曝が防止され得る。
【００４５】
本明細書の実施形態の実現し得る特徴及び利点は、一部は、エネルギー分解Ｘ線画像を生成するための本発明による方法に関して、一部は、そのようなＸ線画像を生成するためのデバイスに関して、本明細書で述べられることに留意されたい。この方法に関して述べられる特徴がデバイスにも同様に適用され得て、またその逆も成り立ち、特徴は、本発明の更なる実施形態を実現するのに適した様式で複合又は交換され得ることを当業者は理解されよう。
【００４６】
以下、本発明の実施形態を添付図面に関して説明する。説明も図面も、本発明を限定するものとは解釈されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態によるエネルギー分解Ｘ線画像を生成するためのデバイスの側面図である。
【図２】２ＤＸ線検出器の上面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるエネルギー分解Ｘ線画像を生成するための方法の流れ図である。
【図４】本発明の別の実施形態によるエネルギー分解Ｘ線画像を生成するための走査デバイスの側面図である。
【図５】ラインＸ線検出器の部分上面図である。
【図６】図４に示されるデバイスの検出器構成の拡大側面図である。
【図７】本発明の一実施形態によるエネルギー分解Ｘ線画像を生成するためのデバイスのＸ線検出器用の検出器素子及び評価ユニットの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図面は、概略にすぎず、正しい縮尺では描かれていない。図面を通じて、同一の参照符号は、同一又は同様の特徴に関する。
【００４９】
以下の説明では、本発明の実現し得る特徴を、本発明の特定の実施形態に関して説明する。
【００５０】
一般に、本発明の実施形態は、任意のエネルギー分解Ｘ線撮像に関する。以下では、特定の例を、マンモグラフィ及びコンピュータ断層撮像（ＣＴ）用途に関して提示する。
【００５１】
エネルギー分解Ｘ線撮像では、撮像システムは、検出されたＸ線の光子エネルギーを弁別することができ、従ってスペクトルＸ線情報を評価することができる。エネルギー分解検出（時としてスペクトル撮像とも呼ばれる）の幾つかの用途は、例えば、エネルギー重み付け、エネルギーサブトラクション、及び組織特徴付けを含めたマンモグラフィの分野で認識されている。
【００５２】
エネルギー分解Ｘ線撮像システムの一例は、光子計数システムでよい。そのような光子計数システムは、例えば、「Philips MicroDose」という名の下で本出願人によって提供されている。光子計数検出器では、典型的には、光子エネルギーが、１つ又は複数のエネルギー弁別閾によって測定される。ここで、検出器に到達するＸ線の強度は、閾値よりも低い光子エネルギーを有するＸ線に関しても、閾値よりも高い光子エネルギーを有するＸ線に関しても測定され得る。
【００５３】
最終のエネルギー分解Ｘ線画像に含まれるスペクトル情報の質は、典型的には、検出器に入射するＸ線光子のエネルギースペクトルに対する閾値レベルの設定に依存する。従って、閾値最適化が必要とされる。一例として、全ての閾値が入射Ｘ線スペクトルの範囲外である場合にはスペクトル情報は提供されず、直観的に、検出器に入射するＸ線スペクトルの中心の近くに閾値を設定することがより効率的である。
【００５４】
Ｘ線撮像を使用して物体が検査されるとき、Ｘ線のビームは、物体の対象領域（ＲＯＩ）を通るように向けられ、このＲＯＩを透過されたＸ線のＸ線強度が測定される。物体内部の内部構造は、異なる密度又は材料組成など、異なる物理的特性を有することがあり、従って異なるＸ線減衰特性を有することがあり、従って、透過されたＸ線の強度を測定することによってそのような内部構造に関する情報が導出され得る。
【００５５】
しかし、検査中の物体は、透過されるＸ線放射の強度に影響を及ぼすのみならず、一般に、透過されるＸ線スペクトルのエネルギー分布にも影響を及ぼす。例えば、典型的には、減衰力が高い物体の高密度部分は、Ｘ線スペクトルを、吸収力が低い物体の部分よりも高いエネルギーにシフトさせる。なぜなら、低エネルギー光子がより吸収されやすいからである。この効果は、一般にビームハードニングと呼ばれる。
【００５６】
従って、従来技術の手法では、一般に、エネルギー分解Ｘ線撮像デバイスの検出器素子の任意のエネルギー閾値は、例えば平均的な均質な物体に関して最適化する較正処置によってＸ線検査前に包括的に設定され、従って、Ｘ線検出器のＸ線検出領域全体にわたって閾値レベルの空間的変化はないが、本発明では、Ｘ線ビームハードニングを考慮に入れ、局所的な物体の特徴及び特性を考慮に入れて閾値最適化を実施することによってそのような効果を少なくとも一部補償することが提案される。ここで、本発明の実施形態は、検査中の物体の特徴及び特性が、検出器素子の閾値レベルに影響を及ぼすことを可能にする。従って、物体に関する閾値を最適化することによってスペクトル関連用途の性能が改良され得る。
【００５７】
例えば、マンモグラフィ用途では、局所的に変化する物体の特徴及び特性は、乳房厚及び乳腺含有量（一般に乳腺濃度と呼ばれる）でよい。より厚く、より高密度の乳房は、一般に、透過されるＸ線スペクトルをより高いエネルギーにシフトさせる。
【００５８】
ＣＴの代替の例では、局所的に変化する物体の特徴及び特性は、検査対象の身体部位の厚さ及び組織組成でよい。例えば、骨、血液、皮膚、及び厚い身体部位は、透過されるＸ線スペクトルを、脂肪、肺組織、及び薄い身体部位よりも高いエネルギーにシフトさせる。
【００５９】
一般に、本発明の実施形態によるエネルギー分解Ｘ線撮像では、物体の対象領域を透過されたＸ線のＸ線強度値の獲得は、生成すべきエネルギー分解Ｘ線画像の各画素に関して、２ステップで行われる。
【００６０】
まず、最初のステップで、予備Ｘ線強度獲得が行われる。この予備Ｘ線獲得は、典型的には低いＸ線線量で実施され得る。次いで、そのような予備ステップで獲得された初期Ｘ線強度値は、局所的に変化する物体の特徴及び特性を決定するために使用され得て、これらの決定された物体の特徴及び特性に対して閾値のレベル又は値が設定され得て、それにより、後続のメイン獲得ステップで、検査される物体の各部分又は位置に関してＸ線放射の最適な部分が検出され得る。
【００６１】
次いで、メイン獲得ステップにおいて、予備獲得ステップよりも好ましくは高い線量のＸ線ビームが、ＲＯＩを通るように向けられてよく、Ｘ線強度値が、エネルギー分解式に獲得され得て、ここで、事前に設定された最適化されたエネルギー閾値は、エネルギー閾値よりも低いスペクトル部分におけるＸ線光子エネルギーと、そのような閾値よりも高いスペクトル部分における光子エネルギーとの間の最適化された弁別を可能にする。
【００６２】
基本的に、エネルギー分解画像獲得は、２つ以上の閾値を用いて行われてもよく、即ち、３つ以上の異なるスペクトル部分のＸ線光子が区別され得て、異なる「ビン」にソートされ得る。
【００６３】
次に、マンモグラフィ用途を対象とする本発明の第１の単純な実施形態を、図１、図２、及び図３を参照して述べる。
【００６４】
図１は、多数の画素を備えるエネルギー分解Ｘ線画像を生成するためのデバイス１の側面図を示す。デバイス１は、Ｘ線ビーム５を発生するためのＸ線源３と、コリメータ７と、Ｘ線検出器９と、支持体１１と、制御及び評価ユニット１３とを備える。
【００６５】
Ｘ線源３は、Ｘ線管を備える。Ｘ線ビーム５は、Ｘ線検出器９の検出面１０全体がＸ線源３によって同時に照明され得るように、ある放出角で放出される。女性の乳房などの対象物体１５が、支持体１１によって支持されたＸ線検出器９の検出面１０の上に配置されて、対象領域が検出面１０の上に位置決めされる。
【００６６】
図２の上面図に示されるように、Ｘ線検出器９の検出面１０は、２次元マトリックスとして配置された多数の検出器素子１７を備え、従って検出器素子１７は複数の行及び列に配置される。コリメータ７は、Ｘ線ビーム５をコリメートし、それにより、ビーム部分１９は、Ｘ線検出器９の検出器素子１７全てに同時に向けられる。
【００６７】
そのような静止構成では、各検出器素子１７は、この特定の検出器素子１７に入射するＸ線の強度を示す信号を発生することができる。次いで、多数のそのような信号が、制御及び評価ユニット１３に提供され得る。この制御及び評価ユニット１３は、信号を評価し、最終的に、多数の画素を備えるＸ線画像をそこから生成することができる。更に、制御及び評価ユニット１３は、Ｘ線源３及び検出器９の動作を制御することができる。
【００６８】
エネルギー分解Ｘ線画像の生成を可能にするために、Ｘ線検出器９は、Ｘ線ビーム５の入射部分１９のエネルギースペクトルを弁別するように更に適合される。特に、各検出器素子１７は、閾値よりも低いエネルギーを有する入射Ｘ線光子と、閾値よりも高いエネルギーを有するＸ線光子とを区別することができる。ここで、閾値は、固定値ではなく、例えば制御及び評価ユニット１３によって適合及び設定され得る。特に、エネルギー閾値は、多数の検出器素子１７それぞれに関して個別に設定され得る。
【００６９】
従って、図１に示されるデバイス１により、エネルギー分解Ｘ線画像を生成するための方法の単純な実施形態が実施され得る。図３の流れ図を参照してこの方法を述べる。
【００７０】
Ｘ線画像獲得処置（ステップＳ１）を開始した後、デバイス１の全ての素子が初期化され、動作パラメータが所定の値に設定される（ステップＳ２）。例えば、Ｘ線源３のパラメータは、Ｘ線ビーム５を所定のエネルギースペクトルで放出するように予め設定される。更に、Ｘ線検出器９の閾値が所定の値に設定される。特に、一般に、全ての検出器素子１７に関する全てのエネルギー閾値が、同一の予め設定されたエネルギー閾値に設定される。そのような予め設定されたエネルギー閾値は、例えば、それに先立つ較正プロセスに基づいて決定され得る。
【００７１】
次いで、Ｘ線源３は、Ｘ線ビーム５を放出して、物体１５の対象領域を通るように向けるように動作される。Ｘ線検出器９は、このＲＯＩを透過されたＸ線の初期Ｘ線強度値を獲得するように制御される（ステップＳ３）。即ち、実際のメイン検査手順の前に、低線量スカウト画像が獲得される。
【００７２】
初期Ｘ線強度値、即ち低線量スカウト画像は、エネルギー分解式に獲得されても、そうでなくてもよい。しかし、そのような初期強度値をエネルギー分解式に獲得することが有利となり得る。即ち、各検出器素子１７に関して、予め設定されたエネルギー閾値よりも低いエネルギーでの第１の初期部分Ｘ線スペクトル範囲内でＲＯＩを透過されたＸ線の第１の初期Ｘ線強度値と、この予め設定されたエネルギー閾値よりも高いエネルギーでの第２の初期部分Ｘ線スペクトル範囲内でＲＯＩを透過されたＸ線の第２の初期Ｘ線強度値とを弁別して、初期強度値を獲得することが有利となり得る。
【００７３】
その後、各画素に関する、即ち各検出器素子１７に関するエネルギー閾値が、前に獲得されたＸ線強度値を考慮に入れて特に適合される（ステップＳ４）。即ち、スカウト画像の強度値は、閾値を空間的に最適化するために使用される。各画素に関して、前に獲得されたＸ線強度値に応じて閾値が適合されるので、そのような閾値設定の際に物体１５の局所的な特徴及び特性が考慮に入れられる。
【００７４】
メイン検査及び画像獲得ステップ（ステップＳ５及びＳ６）において、Ｘ線ビーム５は、再び、物体１５のＲＯＩを通るように向けられ（ステップＳ５）、メインＸ線強度が、Ｘ線検出器９の各検出器素子１７で測定される（ステップＳ６）。ここで、Ｘ線ビーム５は、あるＸ線スペクトルで放出され、メインＸ線強度値を獲得する際、検出器素子１７は、第１のメインＸ線強度値を生成するための事前に適合されたエネルギー閾値よりも低いエネルギーでの第１の部分Ｘ線スペクトル範囲内のＸ線光子と、第２のメインＸ線強度値を生成するための事前に適合されたエネルギー閾値よりも高いエネルギーでの第２の部分Ｘ線スペクトル範囲内のエネルギーを有するＸ線光子とを弁別する。
【００７５】
最後に、Ｘ線検出器９の検出器素子１７によって測定された全ての第１及び第２のメインＸ線強度値から、エネルギー分解Ｘ線画像が生成され得る（ステップＳ７）。
【００７６】
ここで、例えば、各メインＸ線強度値が、最終的にエネルギー分解されたＸ線画像の１つの画素を形成することができ、ここで、第１のメインＸ線強度値が、それぞれの検出器素子１７によって検出されたＸ線の低エネルギー成分に関する情報を提供することができ、第２のメインＸ線強度値が、高エネルギー成分に関する情報を提供することができる。代替として、多数の検出器素子１７が、最終的なエネルギー分解Ｘ線画像の単一の画素を形成してもよい。
【００７７】
図１〜図３に関して述べる実施形態では、Ｘ線強度値は、ＲＯＩ全体に関して同時に獲得される。ここで、まず、好ましくは低いＸ線線量でスカウト画像が獲得され、次いでメイン画像が獲得される。しかし、そのような２つの画像獲得の間に不可避の時間差が存在し、これは、モーションブラーを追加し得る。そのようなモーションブラーにより、スカウト画像に関して獲得された初期Ｘ線強度値は、最終的なＸ線画像に寄与するには有用でないことがある。これは、一般に、Ｘ線照射の観点からは最適でないことがあり、従って、初期Ｘ線強度値とメインＸ線強度値との獲得の間の時間差を最小限にすることが望まれる。更に、２次元光子計数検出器は、製造が難しく費用がかかる。
【００７８】
本発明の好ましい実装形態を形成する一実施形態を、図４〜図７を参照して述べる。ここで、エネルギー分解Ｘ線撮像は、ライン１８に沿って配置された多数の検出器素子１７を有する幾つかの連続するラインＸ線検出器を備える検出器構成９を含む走査システムを用いて行われる。そのような走査システムの一例は、「Philips MicroDose」マンモグラフィシステムである。
【００７９】
ここで、可動Ｘ線源３によって放出されるＸ線ビーム５は、走査経路２１に沿って、女性の乳房など、物体１５の対象領域を通して走査される。
【００８０】
図５の上面図に示されるように、Ｘ線検出器構成９は、幾つかのラインＸ線検出器１８を備え、各ラインＸ線検出器１８が、ラインに沿って１次元に配置された多数の、例えば数千個の検出器素子１７を備える。ライン検出器１８は、例えば数ミリメートルの間隔ｓだけ互いに離隔され、各検出器素子１７は、典型的には、５０〜５００μｍ程度の寸法を有する。図４及び図５に示されるように、そのようなラインＸ線検出器の向きは、走査方向２１に垂直に設定される。
【００８１】
そのような走査システムを使用するエネルギー分解Ｘ線画像を生成するための方法ステップの多くは、図１〜図３に示される実施形態に関して上述したものと同様であるが、幾つか重要な、有益となり得る相違点もある。
【００８２】
おそらく最も重要なことに、そのような走査システムにおいて、各検出器素子１７のエネルギー閾値は、例えば走査中に１つ又は複数の第１のライン検出器１８’から得られた情報に基づいて、走査処置中に継続的に最適化され得る。
【００８３】
即ち、複数の検出器ライン１８又は素子１７を備えるＸ線検出器構成９に関して、特定の位置での物体１５の特徴が、例えばこの位置を通る検出器９の第１のライン検出器１８’によって検出されるＸ線から推定され得て、次いで、後の時点で同じ位置を通るライン検出器１８’’での閾値を最適化するために使用され得る。それにより、初期Ｘ線強度値とメインＸ線強度値との獲得の間の時間差が最小限にされる。
【００８４】
例えば、走査処置の開始時、閾値は、例えば何らかの従来の方法及び物体の構成に関する最も有力な推測を使用して設定され得る。次いで、走査処置中、Ｘ線ビーム５で検出器９が走査経路２１に沿って同期されて走査され、従ってＸ線ビーム５が物体１５のＲＯＩを通って走査し、それによりＸ線検出器９の検出器素子１７を同時に照射する。これらの検出器素子１７は、走査中の検出器９の各位置に関して、獲得すべき画像の幾つかの画素のサブアレイを形成する。
【００８５】
そのような走査中、それぞれの画素が走査Ｘ線ビーム５及び検出器９の上流部分によって照射されるときに、各画素に関して初期Ｘ線強度値が獲得され得る。即ち、初期Ｘ線強度値は、走査方向２１に沿って、第１の検出器１８’の検出器素子１７の１つ又は幾つかによって常に提供され得る。これらの初期Ｘ線強度値に基づいて、検出器９の下流部分での後続の検出器ライン１８’’の検出器素子１７のエネルギー閾値は、後でこれらの検出器素子１７によってメインの第１及び第２のＸ線強度値が獲得される前に特に適合され得る。
【００８６】
即ち、走査中の定期的な時点において、走査中に前の検出器ラインによって検出されたエネルギー分解式又は非エネルギー分解Ｘ線に基づいて、各検出器素子１７のエネルギー閾値が最適化される。これらの時点は、検出器ラインの間隔及び走査運動の速度に合わせて調節され得る。
【００８７】
最適化のための入力は、検査中の物体１５の特徴／組成モデル又は任意の他の最適化方式でよい。第１の検出器ラインの閾値を最適化するために検出器９の一部によってまだ走査されていない位置での物体１５の特徴を予測するために、物体の特徴が空間内でゆっくりと変化しているという仮定が成され得て、外挿方式が適用され得る。
【００８８】
エネルギー閾値の継続的な最適化は、電子回路及び／又はソフトウェア若しくはファームウェアで実装され得る。例えば、コンピュータプログラム要素でのソフトウェアは、コンピュータ可読命令を含むことがあり、これらの命令は、制御及び評価ユニット１３内の処理装置に、上記の画像獲得方法を実施するように命令する。ソフトウェアは、ＣＤ、ＤＶＤ、フラッシュメモリなどのコンピュータ可読媒体に記憶されていてよく、又は例えばインターネットを介してサーバからダウンロード可能でもよい。
【００８９】
上記の手法は、多列スパイラルＣＴに一般化され得て、その際、上の説明に従って閾値を調整するために、第１の検出器の列が使用され得る。
【００９０】
上記の実装形態の任意のものにおけるＸ線検出器は、例えばPhilips MicroDoseシステムでの光子計数検出器でよく、又は閾値が動的に設定され得る任意の他のエネルギー分解システム検出器でよい。
【００９１】
図７は、そのような検出器９の検出器素子１７と、そのような検出器９によって提供される信号のデータ処理用の評価及び制御ユニット１３との基本原理を示す。特定の光子エネルギーを有するＸ線光子３７が、検出器素子１７で捕捉され、高電圧をかけられた２つの電極間で電荷結合を生じる。電圧信号は、前置増幅器２３、整形器２５、弁別器２７、反一致ユニット２９、及び最後に、評価及び制御ユニット１３に含まれる２つのカウンタ３１、３３に提供される。そのような構成を使用して、Ｘ線光子３７のエネルギーが解像され得て、このエネルギーが閾値よりも高いか低いかに応じて、カウンタ３１、３３の一方でＸ線光子３７の発生が計数される。
【００９２】
上記の１つのＸ線源３及び複数の検出器素子１７と同様に、１つの検出器と複数のＸ線源を有する逆の撮像幾何形態も可能であることに留意されたい。本発明の態様は、エネルギー閾値を調節するのではなく、入力スペクトル、例えば個々のＸ線源のフィルタリングのためのｋＶｐを調節することによって、そのような幾何形態に一般化され得る。
【００９３】
本発明の実施形態は、任意のスペクトル関連用途に適用され得る。最適化された閾値は、エネルギー重み付けの性能を改良することができ、より高いコントラスト対雑音比の観点でより良い画像品質を実現し、又はより低い線量で同等の画像品質を実現する。最適化された閾値はまた、エネルギーサブトラクション（デュアルエネルギーサブトラクションとしても知られている）に関して、及び病理特徴付けや乳腺濃度評価などの組織特徴付けに関しても重要となり得る。
【符号の説明】
【００９４】
１  エネルギー分解Ｘ線画像を生成するためのデバイス
３  Ｘ線源
５  Ｘ線ビーム
７  コリメータ
９  Ｘ線検出器
１０  検出面
１１  支持体
１３  制御及び評価ユニット
１５  対象物体
１７  検出器素子
１８  Ｘ線検出器ライン
１９  ビーム部分
２１  走査経路
２３  前置増幅器
２５  整形器
２７  弁別器
２９  反一致ユニット
３１  カウンタ
３３  カウンタ
３７  Ｘ線光子
【図１】
2016521580.tif 000003
【図２】
2016521580.tif 000004
【図３】
2016521580.tif 000005
【図４】
2016521580.tif 000006
【図５】
2016521580.tif 000007
【図６−７】
2016521580.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成27年11月25日(2015.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
エネルギー分解Ｘ線画像を獲得するために、少なくとも１つのエネルギー閾値が設定されなければならず、それにより、物体の対象領域を透過されたＸ線の実際の検出中、閾値の使用が、透過されたＸ線の高エネルギー部分と透過されたＸ線の低エネルギー部分とを弁別することを可能にし、高エネルギー部分は、閾値よりも低い波長を有するＸ線光子を含み、低エネルギー部分は、そのような閾値よりも高い波長を有するＸ線光子を含む。
【国際調査報告】
2016521580.tif 000009
2016521580.tif 000010
2016521580.tif 000011