JP2007203074A - 投影または断層撮影による位相コントラスト画像の作成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】X線システムまたはX線CTシステム(1)により、検査対象を透過するX線(Si)の位相シフト(φ)の測定による位置に関係した画像値を用いて、検査対象(P)の投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成する方法において、位相シフト(φ(E1),φ(E2))が少なくとも2つの異なるエネルギー範囲(E1,E2)に関してエネルギー固有に測定され、画像値がエネルギー固有の位相シフト(φ(E1),φ(E2))の関数として形成される。
【選択図】図2
Description
"X−ray phase imaging with a grating interferometer",T.Weitkamp at all,8.August 2005/Vol.12,No.16/OPTCS EXPRESS
{φ(E1)−φ(E2)}/{φ(E1)+φ(E2)}
なる値が使用される。但し、φ(Ex)はエネルギー範囲Exにおいて測定された位相シフトに関する変数である。
{n(E1)−n(E2)}/{n(E1)+n(E2)}
なる関数、またはn(E1)/n(E2)なる商、またはn(E1)−n(E2)なる簡単なΔ値(差値)を介して有利に使用することができる。
検出器システムが少なくとも1つの検出器列、とりわけ複数の検出器列を形成する多数の隣接配置された検出素子を有し、検査対象が少なくとも1つの焦点−検出器システムにより円状またはスパイラル状に走査されるステップ、
測定のために少なくとも1つの焦点と少なくとも1つの検出器との間に、X線を照射されるX線光学格子セットが配置されるステップ、
焦点と検査対象との間の少なくとも1つの線源格子により、個別のコヒーレントX線を有するX線源の場が作成されるステップ、
検査対象がX線によって透過され、X線が透過物質に応じて異なる位相シフトを受けるステップ、
第1のエネルギー範囲(E1)に同調した第1の位相格子により、このエネルギー範囲のX線の干渉パターンが発生されるステップ、
他のエネルギー範囲(E2)に同調した少なくとも1つの第2の位相格子により、このエネルギー範囲のX線の少なくとも1つの他の干渉パターンが発生されるステップ、
X線が分析格子を通して検出器に案内され、分析格子をそれぞれ異なってずらして同じ空間ビームの少なくとも3回の強度測定によって、検査対象の透過時における各ビームの位相シフトが求められるステップ、
ビームの測定された位相シフトまたはそれから求められた屈折率から、検査対象の断層撮影による位相コントラストデータが再構成されるステップ。
検査対象がX線管の焦点から出射するX線ビームを照射され、
検出器により受信したX線強度が測定され、少なくとも1つのX線管と検出器との間に、少なくとも1つの線源格子と、交互にビーム通路に挿入される少なくとも2つの異なる位相格子と、分析格子とから構成されたX線光学格子セットが配置され、
焦点と検出器との間の空間内において検査対象を透過する各ビームについて、分析格子をそれぞれ異なってずらして配置して少なくとも3回の強度測定によって対象の透過時の該当ビームの位相シフトが求められ、
各ビームについて、各ビームの異なるエネルギー範囲の測定された位相シフト(φ(E1),φ(E2))から、ピクセル値がエネルギー固有の位相シフト(φ(E1),φ(E2))の関数として算出される。
p11=2×(p01×p2)/(p01+p2)
p01=p2×(l1/d1)
d1=(l1×d´1)/(l1−d´1),但しd´1={p1 2/(4λ1)}/2
h11=λ1/{2(n−1)}
が当てはまり、第2の格子セットに対しては、
p12=2×(p02×p2)/(p02+p2)
p02=p2×(l2/d2)
d2=(l2×d´2)/(l2−d´2),但しd´2={p2 2/(4λ2)}/2
h12=λ2/{2(n−1)}
が当てはまる。
但し、
px =格子Gxの格子周期、
pxy=格子Gxyの格子周期、
lx =エネルギー範囲Exについての線源格子G0から位相格子G1xまでの距離、
dx =ファンビームジオメトリにおけるエネルギー範囲Exについての位相格子G1xから分析格子G2までの距離、
d´x=平行ジオメトリのもとでのエネルギー範囲Exについての位相格子G1xから分析格子G2までの距離、
λx =エネルギー範囲ExにおけるX線の波長、
h1x=放射方向におけるエネルギー範囲Exについての格子G1xの突条部高さ、
n =格子材料の屈折率。
焦点と検出器との間に配置されてX線を照射され、検査対象を透過する際のX線の位相シフトをビームごとに分解して測定し、平行に位置合わせされているX線光学格子セットと
から少なくとも構成され、X線光学格子セットが、
少なくとも1つの焦点と検査対象との間に配置されている線源格子と、
検査対象と検出器との間に配置されかつ交互にビーム通路内に導入可能な少なくとも2つの位相格子と、
検出器の前に配置されている分析格子と、
分析格子を、位相格子に対して相対的に、ビーム方向に対して垂直かつ格子線の長手方向に対して垂直な方向に移動させる装置と
を有するX線装置の焦点−検出器システムが本発明に含まれる。
図1はX線CTの焦点−検出器システムの概略的な3D表示を示し、
図2は線源格子、位相格子、分析格子およびそれらの格子構造が表示されている焦点−検出器システムの縦断面を示し、
図3は干渉現象を表示するために位相格子、分析格子および検出器を有するCTの焦点−検出器システムの縦断面を示し、
図4は種々の加速電圧においてビームハードニングフィルタを使用した際の特性線を有するタングステン陽極の制動スペクトルを示し、
図5は異なる格子セットを有するCTの2つの90°ずれた焦点−検出器システムの概略的な断面図を示し、
図6は分割された異なる格子セットを有するCTの分割された焦点−検出器システムの概略的な断面図を示し、
図7は分割された異なる格子セットを有するCTの他の分割された焦点−検出器システムの概略的な断面図を示し、
図8は本発明によるCTシステムの3D表示を示す。
p11=2×(p01×p2)/(p01+p2)
p01=p2×(l1/d1)
d1=(l1×d´1)/(l1−d´1),但しd´1={p1 2/(4λ1)}/2
h11=λ1/{2(n−1)}
が当てはまり、第2の格子セットに対しては、
p12=2×(p02×p2)/(p02+p2)
p02=p2×(l2/d2)
d2=(l2×d´2)/(l2−d´2),但しd´2={p2 2/(4λ2)}/2
h12=λ2/{2(n−1)}
が当てはまる。
但し、
px =格子Gxの格子周期
pxy=格子Gxyの格子周期
lx =エネルギー範囲Exについての線源格子G0から位相格子G1xまでの距離
dx =ファンビームジオメトリにおけるエネルギー範囲Exについての位相格子G1xから分析格子G2までの距離
d´x=平行ジオメトリのもとでのエネルギー範囲Exについての位相格子G1xから分析格子G2までの距離
λx =エネルギー範囲ExにおけるX線の波長
h1x=放射方向におけるエネルギー範囲Exについての格子G1xの突条部高さ
n =格子材料の屈折率
φ=2πn(v/λ)
が成立する。但し、vは検査対象におけるボクセルもしくはピクセルの大きさに相当し、nは屈折率であり、λはX線の波長である。
{φ(E1)−φ(E2)}/{φ(E1)+φ(E2)}
が使用されるとよい。同様な関係は、この関数から値のφ=2πnv/λなる線形換算にしたがって決定される関数
{n(E1)−n(E2)}/{n(E1)+n(E2)}
にも当てはまる。
2 第1のX線管
3 第1の検出器
4 第2のX線管
5 第2の検出器
6 ガントリハウジング
7 患者
8 患者用寝台
9 システム軸線
10 制御および計算ユニット
11 メモリ
12 本発明による方法の概略図
A 経路
B 経路
D1,D2 検出器
d1,d2 位相格子−分析格子の距離
E1 第1のエネルギー範囲
E2 第2のエネルギー範囲
F1,F2 焦点
G0,G01,G02 線源格子
G11,G12 位相格子
G2,G21,G22 分析格子
h0 格子突条部の高さ
h11,h12 格子突条部の高さ
h2 格子突条部の高さ
Iph 位相コントラスト画像
IA 吸収画像
I(Ei(XG)) 格子ずれxGの際に検出素子Eiで測定された強度
Kα,Kβ 特性X線のピーク
l1,l2 線源格子−位相格子の距離
P 患者
p01,p02 格子線の周期
p11,p12 格子線の周期
p2 格子線の周期
Prgx プログラム
S システム軸線
xG 分析格子のずれ
w 焦点広がり
x,y,z 直交座標系
ν ボクセルの広がり
μ(φ(E1),(E2))CT画像データセットのボクセルの位相シフトの差関数
φ 位相シフト
φ(Ex) エネルギーExを有するX線の位相シフト
λ 観察されたX線の波長
Claims (39)
- X線システムまたはX線CTシステム(1)により、検査対象を透過するX線(Si)の位相シフト(φ)の測定による位置に関係した画像値を用いて、検査対象(P)の投影または断層撮影による位相コントラスト画像を作成する方法において、位相シフト(φ(E1),φ(E2))が少なくとも2つの異なるエネルギー範囲(E1,E2)に関してエネルギー固有に測定され、画像値がエネルギー固有の位相シフト(φ(E1),φ(E2))の関数として形成されることを特徴とする投影または断層撮影による位相コントラスト画像の作成方法。
- エネルギー固有の位相シフト(φ(E1),φ(E2))が厳密に2つのエネルギー範囲(E1,E2)について決定されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- エネルギー固有の位相シフト(φ(E1),φ(E2))の関数において、
{φ(E1)−φ(E2)}/{φ(E1)+φ(E2)}
なる値が使用されることを特徴とする請求項1又は2記載の方法。 - エネルギー固有の位相シフト(φ(E1),φ(E2))の関数において、
φ(E1)/φ(E2)
なる値が使用されることを特徴とする請求項1又は2記載の方法。 - エネルギー固有の位相シフト(φ(E1),φ(E2))の関数において、
φ(E1)−φ(E2)
なる値が使用されることを特徴とする請求項1又は2記載の方法。 - 測定されたエネルギー固有の位相シフト(φ(E1),φ(E2))からエネルギー固有の屈折率(n(E1),n(E2))が算出され、画像値として使用されることを特徴とする請求項1又は2記載の方法。
- エネルギー固有の屈折率(n(E1),n(E2))が、φ=2πnv/λ(但し、λは観察されたエネルギー範囲のX線の波長、vはボクセルの広がり)なる関係にしたがって決定されるであることを特徴とする請求項6記載の方法。
- エネルギー固有の屈折率(n(E1),n(E2))の関数において、
{n(E1)−n(E2)}/{n(E1)+n(E2)}
なる値が使用されることを特徴とする請求項7記載の方法。 - エネルギー固有の屈折率(n(E1),n(E2))の関数において、
n(E1)/n(E2)
なる値が使用されることを特徴とする請求項7記載の方法。 - エネルギー固有の屈折率(n(E1),n(E2))の関数において、
n(E1)−n(E2)
なる値が使用されることを特徴とする請求項7記載の方法。 - 断層撮影によるX線位相コントラスト画像を作成するために、
検査対象(P)が少なくとも1つの焦点−検出器システム(2,3)により円状またはスパイラル状に走査され、検出器システム(3)は少なくとも1つの検出器列を形成する多数の隣接配置された検出素子(Ex)を有し、
測定のために少なくとも1つの焦点(F1)と少なくとも1つの検出器(D1)との間に、X線(Si)を照射されるX線光学格子(Gxy)のセットが配置され、
焦点(F1)と検査対象(P)との間の少なくとも1つの線源格子(G0x)により、個別のコヒーレントX線(Si)を有するX線源の場が作成され、
検査対象(P)がX線(Si)によって透過され、X線が透過物質に応じて異なる位相シフト(φ)を受け、
第1のエネルギー範囲(E1)に同調した第1の位相格子(G11)により、このエネルギー範囲のX線の干渉パターンが発生され、
他のエネルギー範囲(E2)に同調した少なくとも1つの第2の位相格子(G12)により、このエネルギー範囲のX線の少なくとも1つの他の干渉パターンが発生され、
X線が分析格子(G2x)を通して検出器に案内され、分析格子(G2x)をそれぞれ異なってずらして同じ空間ビームの少なくとも3回の強度測定によって、検査対象(P)の透過時における各ビームの位相シフト(φ)が求められ、
ビームの測定された位相シフト(φ)またはそれから求められた屈折率(n)から、検査対象(P)の断層撮影による位相コントラストデータが再構成される
ことを特徴とする請求項1乃至10の1つに記載の方法。 - エネルギー範囲ごとに位相シフト(φ)を測定するために、それぞれエネルギー固有に合わせられた格子セット(G0x,G1x,G2x)を有する専用の焦点−検出器システム(2,3;4,5)が使用され、焦点−検出器システム(2,3;4,5)は角度をずらされてガントリ上に配置されていることを特徴とする請求項11記載の方法。
- エネルギー範囲ごとに位相シフト(φ;Ex)を測定するために、同じ焦点−検出器システム(2,3)において異なった位相格子(G1x)が使用されることを特徴とする請求項11記載の方法。
- 少なくとも1つの分析格子(G2x)が同調している少なくとも1つのエネルギー範囲(Ex)のために、使用された陽極材料の特性X線のピークのエネルギーが使用されることを特徴とする請求項1乃至13の1つに記載の方法。
- 陽極材料のKα線およびKβ線が2つのエネルギー範囲(E1,E2)のために使用されることを特徴とする請求項14記載の方法。
- 少なくとも2つの異なるエネルギー範囲(E1,E2)のX線が異なる陽極材料により発生されることを特徴とする請求項14記載の方法。
- 投影による位相コントラスト画像を作成するために、
検査対象(P)がX線管(2)の焦点(F1)から出射するX線ビームを照射され、
検出器(D1)により受信したX線強度が測定され、少なくとも1つのX線管(2)と検出器(D1)との間に、少なくとも1つの線源格子(G0x)と、交互にビーム通路内に挿入される少なくとも2つの異なる位相格子(G11,G12)と、分析格子(G2)とから構成されたX線光学格子セットが配置され、
焦点(F1)と検出器(D1)との間の空間内において検査対象を透過する各ビームについて、分析格子(G2)をそれぞれ異なってずらして配置して少なくとも3回の強度測定によって対象(P)の透過時の該当ビームの位相シフトが求められ、
各ビームについて、各ビームの異なるエネルギー範囲の測定された位相シフト(φ(E1),φ(E2)から、ピクセル値がエネルギー固有の位相シフト(φ(E1),φ(E2)の関数として算出される
ことを特徴とする請求項1乃至10の1つに記載の方法。 - 少なくとも1つの分析格子(G2x)が同調している少なくとも1つのエネルギー範囲(Ex)のために、使用された陽極材料の特性X線のピークのエネルギーが使用されることを特徴とする請求項17記載の方法。
- 陽極材料のKα線およびKβ線が2つのエネルギー範囲(E1,E2)のために使用されることを特徴とする請求項18記載の方法。
- 少なくとも2つの異なるエネルギー範囲(E1,E2)のX線が異なる陽極材料により発生されることを特徴とする請求項18記載の方法。
- 断層撮影による位相コントラスト画像を作成するためのX線コンピュータ断層撮影システム(1)において、
検査対象(P)の周りを回転可能にガントリまたはCアーム上に配置された少なくとも1つの焦点−検出器システム(2,3)と、
少なくとも1つの線源格子(G0)、交互にビーム経路内に導入可能な少なくとも2つの位相格子(G11,G12)および分析格子(G2)から構成され、焦点(F1)と検出器(D1)との間でX線を照射されるX線光学格子セットと
を備えていることを特徴とするX線コンピュータ断層撮影システム。 - 断層撮影による位相コントラスト画像を作成するためのX線コンピュータ断層撮影システム(1)において、
検査対象(P)の周りを回転可能にガントリまたはCアーム上に配置された少なくとも2つの焦点−検出器システム(2,3;4,5)と、
焦点−検出器システム(2,3;4,5)ごとに、線源格子(G0x)、位相格子(G1x)および分析格子(G2x)から構成され、エネルギー固有に設計され、かつ焦点(F1)と検出器(D1)との間でX線を照射されるX線光学格子セットと
を備えていることを特徴とするX線コンピュータ断層撮影システム。 - 分析格子(G2x)を、位相格子(G1x)に対して相対的に、ビーム方向に対して垂直かつ格子線の長手方向に対して垂直な方向に移動させる装置が設けられていることを特徴とする請求項21又は22記載のX線コンピュータ断層撮影システム。
- X線光学格子を持たず専ら吸収測定に用いられる少なくとも1つの他の焦点−検出器システム(4,5)が角度をずらしてガントリ上に配置されていることを特徴とする請求項21乃至23の1つに記載のX線コンピュータ断層撮影システム。
- 格子装置が次のジオメトリ条件を満たすこと、すなわち、第1の格子セットに対しては、
p11=2×(p01×p2)/(p01+p2)
p01=p2×(l1/d1)
d1=(l1×d´1)/(l1−d´1),但しd´1={p1 2/(4λ1)}/2
h11=λ1/{2(n−1)}
が当てはまり、第2の格子セットに対しては、
p12=2×(p02×p2)/(p02+p2)
p02=p2×(l2/d2)
d2=(l2×d´2)/(l2−d´2),但しd´2={p2 2/(4λ2)}/2
h12=λ2/{2(n−1)}
が当てはまる
(但し、
px =格子Gxの格子周期、
pxy=格子Gxyの格子周期、
lx =エネルギー範囲Exについての線源格子G0から位相格子G1xまでの距離、
dx =ファンビームジオメトリにおけるエネルギー範囲Exについての位相格子G1xから分析格子G2までの距離、
d´x=平行ジオメトリのもとでのエネルギー範囲Exについての位相格子G1xから分析格子G2までの距離、
λx =エネルギー範囲ExにおけるX線の波長、
h1x=放射方向におけるエネルギー範囲Exについての格子G1xの突条部高さ、
n =格子材料の屈折率)
ことを特徴とする請求項21乃至24の1つに記載のX線コンピュータ断層撮影システム。 - 格子装置は、付加的にl1+d1=l2+d2なるジオメトリ条件を満たし、したがってp01≠p02であることを特徴とする請求項25記載のX線コンピュータ断層撮影システム。
- 格子装置は、付加的にp01=p02なるジオメトリ条件を満たし、したがってl1+d1≠l2+d2であることを特徴とする請求項25記載のX線コンピュータ断層撮影システム。
- 格子装置は、p01≠p02なるジオメトリ条件も、l1+d1≠l2+d2なるジオメトリ条件も満たすことを特徴とする請求項25記載のX線コンピュータ断層撮影システム。
- コンピュータ断層撮影システムが、動作中に請求項1乃至16の少なくとも1つに記載の方法を実行するプログラムコード(Prgx)を含む計算および制御ユニット(10)を有することを特徴とする請求項21乃至28の1つに記載のX線コンピュータ断層撮影システム。
- コンピュータ断層撮影システムの記憶媒体またはコンピュータ断層撮影システムのための記憶媒体において、記憶媒体(11)が、コンピュータ断層撮影システム(1)の動作中に請求項1乃至16の少なくとも1つに記載の方法を実行するプログラムコード(Prgx)を含むことを特徴とする記憶媒体。
- 焦点(F1)と多数の検出素子(Ex)を有する対向する平らな検出器(D1)とを備えたX線源と、
焦点(F1)と検出器(D1)との間に配置されてX線を照射され、検査対象(P)を透過する際のX線の位相シフト(φ)をビームごとに分解して測定し、平行に位置合わせされているX線光学格子セット(G0x,G1x,G2x)と
から少なくとも構成され、
X線光学格子セット(G0x,G1x,G2x)が、
少なくとも1つの焦点(F1)と検査対象(P)との間に配置されている線源格子(G0x)と、
検査対象(P)と検出器(D1)との間に配置されかつ交互にビーム通路内に導入可能な少なくとも2つの位相格子(G1x)と、
検出器の前に配置されている分析格子(G2)と、
分析格子を、位相格子に対して相対的に、ビーム方向に対して垂直かつ格子線の長手方向に対して垂直な方向に移動させる装置と
を有することを特徴とするX線装置の焦点−検出器システム。 - 請求項31記載の少なくとも1つの焦点−検出器システムを有することを特徴とするX線システム。
- 位相格子を異なってずらして同じビームの複数回の強度測定から位相シフトを算出する手段が設けられていることを特徴とする請求項32記載のX線システム。
- 格子装置が次のジオメトリ条件を満たすこと、すなわち、第1の格子セットに対しては、
p11=2×(p01×p2)/(p01+p2)
p01=p2×(l1/d1)
d1=(l1×d´1)/(l1−d´1),但しd´1={p1 2/(4λ1)}/2
h11=λ1/{2(n−1)}
が当てはまり、第2の格子セットに対しては、
p12=2×(p02×p2)/(p02+p2)
p02=p2×(l2/d2)
d2=(l2×d´2)/(l2−d´2),但しd´2={p2 2/(4λ2)}/2
h12=λ2/{2(n−1)}
が当てはまる
(但し、
px =格子Gxの格子周期、
pxy=格子Gxyの格子周期、
lx =エネルギー範囲Exについての線源格子G0から位相格子G1xまでの距離、
dx =ファンビームジオメトリにおけるエネルギー範囲Exについての位相格子G1xから分析格子G2までの距離、
d´x=平行ジオメトリのもとでのエネルギー範囲Exについての位相格子G1xから分析格子G2までの距離、
λx =エネルギー範囲ExにおけるX線の波長、
h1x=放射方向におけるエネルギー範囲Exについての格子G1xの突条部高さ、
n =格子材料の屈折率)
ことを特徴とする請求項32又は33記載のX線システム。 - 格子装置は、付加的にl1+d1=l2+d2なるジオメトリ条件を満たし、したがってp01≠p02であることを特徴とする請求項34記載のX線システム。
- 格子装置は、付加的にp01=p02なるジオメトリ条件を満たし、したがってl1+d1≠l2+d2であることを特徴とする請求項34記載のX線システム。
- 格子装置は、p01≠p02なるジオメトリ条件も、l1+d1≠l2+d2なるジオメトリ条件も満たすことを特徴とする請求項34記載のX線システム。
- X線システムは、動作中に請求項1乃至10または17乃至20の少なくとも1つに記載の方法を実行するプログラムコード(Prgx)を含む計算および制御ユニット(10)を有する請求項32乃至37の1つに記載のX線Tシステム。
- X線システムの記憶媒体またはX線システムのための記憶媒体において、記憶媒体(11)がX線システム(1)の動作中に請求項1乃至10の少なくとも1つまたは請求項
17乃至20の少なくとも1つに記載の方法を実行するプログラムコード(Prgx)を含むことを特徴とする記憶媒体。
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