JP2021504037A - 回転スペクトルフィルタを使用するスペクトルイメージング - Google Patents

Abstract

イメージングシステムは、焦点２０４及びポート窓２０６を有するＸ線管２０２と、関心の所定のＸ線光子エネルギー範囲に対する第１のＸ線減衰特性を有する第１の材料を有する少なくとも第１の領域３１０及び異なるＸ線減衰特性を有する第２の領域３１２を有するフィルタ２０８とを含む。フィルタは、ポート窓と検査領域１０８との間に配置され、少なくとも第１の領域及び第２の領域が焦点から放出される放射Ｘ線を通過して放射Ｘ線をフィルタリングするように、回転する。システムは更に、フィルタリングされた放射Ｘ線のＸ線放射束を検出するＸ線放射束検出器２８０２、２９０２と、検査領域を横断するフィルタリングされた放射Ｘ線を検出し、当該検出を示す信号を生成する検出器アレイ１１２と、検出されたＸ線放射束に基づいて信号を処理して、ボリュメトリック画像データを再構成する再構成器１１４とを含む。

Description

以下は、概してスペクトル（マルチエネルギー）イメージングに関し、具体的には回転スペクトルフィルタを使用する放出Ｘ線放射ビームのフィルタリングに関し、特にコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スペクトルイメージングへの応用を用いて説明する。

スペクトルイメージング用のコンピュータ断層撮影スキャナは、様々なアプローチを使用して、様々なエネルギースペクトルでデータを取得してきている。１つのアプローチでは、複数のＸ線管と、対応する複数の検出器アレイとを使用する。各Ｘ線管は、特定のエネルギースペクトルを有するＸ線ビームを放出する。残念ながら、このアプローチは、単一のＸ線管及び単一の検出器アレイを用いるスキャナに比べて、システム全体のコストを増加させる。更に、放射Ｘ線は、細胞を損傷して殺す可能性がある電離放射線であり、このアプローチでは、単一Ｘ線管システムに比べて患者の放射線量を増加させる可能性がある。別のアプローチでは、上層が低エネルギーのＸ線光子を検出し、下層が高エネルギーのＸ線光子を検出する二重層検出器を使用する。これは、単一の検出器層のみの構成に比べて検出器のコストを増加させる可能性がある。別のアプローチでは、高速ｋＶｐスイッチングを使用する。一般に、二重エネルギーのための高速ｋＶｐスイッチングは、各積分期間に２つの異なるエネルギー測定が行われるように、管全体の電圧が各積分期間内で２つの異なる電圧間で切り替えられることを意味する。しかし、サンプリング帯域幅は、ｋＶｐスイッチの速度によって制限され、空間解像度／画質と時間分解能との間にはトレードオフがある。例えば時間分解能を高めるには、より高速なガントリ回転が必要であるが、ｋＶｐスイッチの速度制限により、各回転で取得されるデータの数が少なくなり、空間解像度及び画質に悪影響を及ぼす。

本明細書に説明する態様は、上記問題及びその他に対処する。

一態様では、イメージングシステムが、焦点及びポート窓を有するＸ線管と、関心の所定のＸ線光子エネルギー範囲に対する第１のＸ線減衰特性を有する第１の材料を有する少なくとも第１の領域、及び、異なるＸ線減衰特性を有する第２の領域を有するフィルタとを含む。フィルタは、ポート窓と検査領域との間に配置され、少なくとも第１の領域及び第２の領域が、焦点から放出される放射Ｘ線を通過して、放射Ｘ線をフィルタリングするように回転する。システムは更に、フィルタリングされた放射Ｘ線のＸ線放射束を検出するＸ線放射束検出器と、検査領域を横断するフィルタリングされた放射Ｘ線を検出し、当該検出を示す信号を生成する検出器アレイと、検出されたＸ線放射束に基づいて信号を処理して、ボリュメトリック画像データを再構成する再構成器とを含む。

別の態様では、方法は、スキャン中にイメージングシステムのＸ線管から放出される放射Ｘ線の経路においてフィルタを回転させるステップを含む。フィルタは、関心の所定のＸ線光子エネルギー範囲に対する第１のＸ線減衰特性を有する第１の材料を有する少なくとも第１の領域と、異なるＸ線減衰特性を有する第２の領域とを含む。方法は更に、Ｘ線放射束に基づいて、フィルタの位置を検出するステップと、関心のボリュメトリック画像データを再構成するために、検出されたＸ線放射束に基づいて、取得データを再構成するステップとを含む。

別の態様では、コンピュータ断層撮影イメージングシステムは、Ｘ線管と、関心の所定のＸ線光子エネルギー範囲に対する第１のＸ線減衰特性を有する第１の材料を有する少なくとも第１の領域、及び、異なるＸ線減衰特性を有する第２の領域を有するフィルタとを含む。フィルタは、円筒形で、Ｘ線管を囲み、少なくとも第１の領域及び第２の領域が、Ｘ線管から放出される放射Ｘ線を通過して、放射Ｘ線をフィルタリングするように回転する。システムは更に、フィルタを横断する放射Ｘ線を検出し、当該検出を示す信号を生成する検出器アレイと、信号を処理して、ボリュメトリック画像データを再構成する再構成器とを含む。

別の態様では、コンピュータ断層撮影イメージングシステムが、Ｘ線管と、異なるＸ線減衰特性を有する異なる第１の材料、及び、第２のＸ線減衰特性を有する第２の領域をそれぞれが含む複数の可動フィルタと、複数の可動フィルタのうちの所定の１つを、Ｘ線管から放出される放射Ｘ線の経路内へと移動させる駆動システムとを含む。システムは更に、フィルタを横断する放射Ｘ線を検出し、当該検出を示す信号を生成する検出器アレイと、信号を処理して、ボリュメトリック画像データを再構成する再構成器とを含む。

本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの構成、また、様々なステップ及びステップの構成の形を取ってよい。図面は、好適な実施形態を例示するに過ぎず、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。

図１は、スペクトルイメージング用のＸ線サブシステムを有する例示的なＣＴイメージングシステムを概略的に示す。 図２は、Ｘ線サブシステムの一例を概略的に示す。 図３は、図２のＸ線サブシステムのＸ線エネルギースペクトルフィルタの一例を概略的に示す。 図４は、イメージングシステムのｘｙ平面におけるＸ線管及び検出器アレイに関連して図３のフィルタの一例を概略的に示す。 図５は、イメージングシステムのｚｙ平面におけるＸ線管に関連して、Ｘ線ビーム経路外にある図３のフィルタの一例を概略的に示す。 図６は、イメージングシステムのｚｙ平面におけるＸ線管に関連して、完全にＸ線ビーム経路内にある図３のフィルタの一例を概略的に示す。 図７は、イメージングシステムのｚｙ平面におけるＸ線管に関連して、部分的にＸ線ビーム経路内にある図３のフィルタの一例を概略的に示す。 図８は、フィルタ領域がフィルタ支持体の内面にある図３のフィルタの変形例を概略的に示す。 図９は、フィルタ領域がフィルタ支持体の外側と内側とにわたる図３のフィルタの別の変形例を概略的に示す。 図１０は、フィルタ領域がフィルタ支持体内にある図３のフィルタの更に別の変形例を概略的に示す。 図１１は、フィルタ領域及び釣合い重りを有する図３のフィルタの更に別の変形例を概略的に示す。 図１２は、図２のフィルタが、Ｘ線ビーム経路に入るように又はＸ線ビーム経路から出るように選択的に移動可能である複数の図３のフィルタを含む一例を概略的に示す。 図１３は、複数のフィルタのうちの１つがＸ線ビーム経路内にある図１２のフィルタの一例を概略的に示す。 図１４は、複数のフィルタのうちの別の１つがＸ線ビーム経路内にある図１２のフィルタの一例を概略的に示す。 図１５は、図２のフィルタが複数のフィルタセクションを含み、セクションの１つがＸ線ビーム経路内にある一例を概略的に示す。 図１６は、複数のフィルタセクションのうちの別の１つがＸ線ビーム経路内にある図１５のフィルタの一例を概略的に示す。 図１７は、図２のフィルタの別の実施形態を概略的に示す。 図１８は、図１７のフィルタの斜視図を概略的に示す。 図１９は、イメージングシステムのｚｙ平面におけるＸ線管に関連して、図１７のフィルタの一例を概略的に示す。 図２０は、イメージングシステムのｚｙ平面におけるＸ線管に関連して、図１７のフィルタの別の例を概略的に示す。 図２１は、図１のＸ線サブシステムの別の例を概略的に示す。 図２２は、図２１のＸ線サブシステムのフィルタの一例を概略的に示す。 図２３は、図２１のフィルタが、Ｘ線ビーム経路に入るように又はＸ線ビーム経路から出るように選択的に移動可能である複数の図２２のフィルタを含む一例を概略的に示す。 図２４は、図２２のフィルタが複数のフィルタセクションを含み、セクションの１つがＸ線ビーム経路内にある一例を概略的に示す。 図２５は、複数のフィルタセクションのうちの別の１つがＸ線ビーム経路内にある図２４のフィルタの一例を概略的に示す。 図２６は、線源コリメータとボウタイフィルタとの間に配置されたフィルタの一例を概略的に示す。 図２７は、Ｘ線管と線源コリメータとの間に配置されたフィルタの一例を概略的に示す。 図２８は、基準検出器を有する検出器アレイに関連して、フィルタの一例を概略的に示す。 図２９は、フィルタと検査領域との間に配置された基準検出器に関連して、フィルタの一例を概略的に示す。 図３０は、Ｘ線ビームを通って回転する図１７のフィルタの一例を概略的に示す。 図３１は、Ｘ線ビームを通って回転する図１７のフィルタの一例を概略的に示す。 図３２は、積分期間の角度範囲に関連して、図１７のフィルタのフィルタ材料の角度範囲の一例を概略的に示す。 図３３は、本明細書の実施形態による例示的な方法を示す。 図３４は、フィルタリングされた放射線を完全に減衰させるためにＸ線放射ビーム経路内へと移動可能な減衰器を含む一例を概略的に示す。 図３５は、フィルタリングされた放射線を完全に減衰させるためにＸ線放射ビーム経路内へと移動可能な減衰器を含む一例を概略的に示す。

図１は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナといったイメージングシステム１０２を概略的に示す。イメージングシステム１０２は、ほぼ静止したガントリ１０４と回転ガントリ１０６とを含む。回転ガントリ１０６は、（例えばベアリング等を介して）静止ガントリ１０４によって回転可能に支持され、長手軸、即ち、ｚ軸の周りで開口部１０８（本明細書ではボア又は検査領域とも呼ぶ）の周りを回転する。

Ｘ線サブシステム１１０が、回転ガントリ１０４によって回転可能に支持され、回転ガントリ１０４と連携して回転し、放射Ｘ線を放出する。以下でより詳細に説明するように、一例では、Ｘ線サブシステム１１０は、Ｘ線源（例えばＸ線管）と、スペクトルフィルタとを含む。スペクトルフィルタは、Ｘ線源によって放出されるＸ線の光子を光子エネルギーに基づいて選択的にフィルタリングして、第１のエネルギースペクトルＸ線ビーム、…、Ｎ番目の異なるエネルギースペクトルＸ線ビームを含むＮ個の異なるＸ線ビーム（Ｎは２以上の整数、Ｎ＞２）を生成する。

イメージングシステム１０２はまた、１つ以上の他の放射Ｘ線フィルタを含んでよい。例えばシステム１０２は、一般に、スキャンした被験者によって常に吸収されるより低エネルギーの光子をフィルタリングするビーム硬化フィルタを含んでもよい。更に又は或いは、システム１０２は、被験者の形状を補償してより均一な光束強度を提供する「ボウタイ」フィルタを含んでよい。更に又は或いは、システム１０２は、検査領域１０８を横断するビームを成形する線源コリメータを含んでよい。これらのうちの１つ以上は、Ｘ線サブシステム１１０に統合されても又はＸ線サブシステム１１０とは別個であってもよい。

放射線感応検出器アレイ１１２が、検査領域１０８を横断してＸ線サブシステム１１０の反対側の角度弧に沿って回転ガントリ１０４によって回転可能に支持される。検出器アレイ１１２は、ｚ軸方向に沿って互いに対して配置された検出器の１つ以上の列を含む。検出器アレイ１１２は、検査領域１０８を横断する放射線を検出し、当該放射線を示す投影データ（線積分）を生成する。投影データは、検出された第１のエネルギースペクトルのＸ線光子の第１の投影データ、…、検出されたＮ番目のエネルギースペクトルのＸ線光子のＮ番目の投影データを含む。

再構成器１１４が、１つ以上の再構成アルゴリズム１１６を用いて投影データを再構成する。一例では、１つ以上の再構成アルゴリズム１１６は、１つ以上のスペクトル再構成アルゴリズム及び少なくとも１つの非スペクトル再構成アルゴリズムを含む。１つ以上の再構成アルゴリズム１１６は、１つ以上の異なるエネルギースペクトルに対応するスペクトルボリュメトリック画像データを再構成する。少なくとも１つの非スペクトル再構成アルゴリズムは、Ｘ線ビームの平均エネルギースペクトルに対応する非スペクトル（例えば広帯域）ボリュメトリック画像データを再構成する。

カウチといった被験者支持体１１８が、検査領域１０８内で物体又は被験者を支えて、物体又は被験者のローディング、スキャン及び／又はアンローディングのために物体又は被験者を検査領域１０８に対して誘導する。コンピューティングシステムがオペレータコンソール１２０として機能し、ディスプレイといった人間が読み取り可能な出力デバイス、キーボード、マウス等といった入力デバイス、１つ以上のプロセッサ及びコンピュータ可読記憶媒体を含む。コンソール１２０に常駐するソフトウェアによって、オペレータがシステム１０２の動作を制御することが可能になる。

図２は、Ｘ線サブシステム１１０の一例を概略的に示す。

この例では、Ｘ線サブシステム１１０は、Ｘ線管２０２と、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８とを含む。Ｘ線管２０２は、焦点２０４（即ち、Ｘ線管２０２の陰極からの電子が当たってＸ線が生成されるＸ線管２０２の陽極の領域）と、Ｘ線管ポート窓２０６（生成されたＸ線の出口ポート）とを含む。Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、Ｘ線管ポート窓２０６と検査領域１０８との間に少なくとも部分的に空間的に配置され、Ｘ線ビームが検査領域１０８を横断する前に、Ｘ線ビームエネルギースペクトルをフィルタリングする。

図３及び図４は、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８の一例を概略的に示す。

この例では、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、円筒形であり、中心軸３００、高さ（ｈ）３０２、原点３０６からの半径（ｒ）３０４及び外周３０８を有する。Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、ある材料でできた１つ以上のフィルタ領域３１０を含む。各フィルタ領域３１０は、高さ３０２に沿った長軸、外周３０８の弧に沿った幅及び原点３０６に対して半径方向の奥行きを有する。この例では、各フィルタ領域３１０の形状は類似又は同じであり、フィルタ領域３１０は、外周３０８に沿って互いに平行に配置され、その間にスペース３１２が配置される。

各フィルタ領域３１０の特定の材料及び／又は厚さは、フィルタ２０８の所定の関心エネルギースペクトルに対応する。例えば一例では、各フィルタ領域３１０は、スズ（Ｓｎ）でできた１ミリメートル（１ｍｍ±公差）の厚さのフィルタ領域３１０である。スペース３１２は、別の材料を含んでも空であってもよい。他の適切な材料は、低密度及び低Ｚ材料といったＸ線透過材料である。別の適切な材料は、別の関心エネルギースペクトルに対応する材料である。フィルタ領域３１０及びスペース３１２の幅は、等しくても等しくなくてもよく、フィルタ領域３１０の幅が、スペース３１２の幅より大きくても小さくてもよい。

図３のフィルタ領域３１０及びスペース３１２の数及び形状は、説明を目的としたものであり、限定するものではない。図４は、１つ以上のフィルタ領域３１０及び１つ以上のスペース３１２を有するより一般的な例を示すが、フィルタ領域３１０のこの形状も同様に説明を目的としたものであり、限定するものではない。フィルタ２０８は、ポート窓２０６から所定の距離、例えばポート窓２０６に可能な限り近くに又は他の所定の距離に配置することができる。（以下の図２６及び図２７に、適切な場所の例について説明する）。更に、フィルタ２０８は、図４に示すように、その長軸（高さ３０２）及びフィルタ領域３１０が、Ｘ線管２０２に対してｚ方向に沿って延在するように配置される。

Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、この位置で回転可能に支持される。コントローラ、モータ、駆動システム等（図示せず）を使用して、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８を回転させる。Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、回転軸である中心軸３００の周りを回転する。回転軸３００は、通常ｚ方向（イメージングスキャナ１０２の軸方向の軸）と平行である。したがって、フィルタ領域３１０及びスペース３１２は共に検出器アレイ１１２内の検出器の軸（検出器スライス方向）と平行である。

図５、図６及び図７は、Ｘ線管２０２、Ｘ線ポート窓２０６、焦点２０４及び検査領域１０８と共に、図３の線Ａ−Ａに沿ったＸ線エネルギースペクトルフィルタ２０８の断面図を概略的に示す。図５は、円筒形の支持体５０２について相対し、Ｘ線ビーム５０４の外側にある１対のフィルタ領域３１０を有するＸ線エネルギースペクトルフィルタ２０８を示す。図６では、当該１対のフィルタ領域３１０は完全にＸ線ビーム５０４内にあり、図７では、１対のフィルタ領域３１０うちの１つが部分的にＸ線ビーム５０４内にある。

一例では、各フィルタ領域３１０は、外周３０８上の３０度（３０°）の弧を占める。残りの３００度（３００°）は、Ｘ線透過材料又は他の材料を含むか空のスペースである。他の実施形態では、各フィルタ領域３１０の範囲は、３０度（３０°）より大きくても小さくてもよく、及び／又は、２対以上のフィルタ領域３１０があってもよい。例えば別の例では、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、円形に均等に分布する複数対のフィルタ領域３１０を含み、各対がより小さい角度を占める。一例は、円上に９０°離れた２対のフィルタを含み、各フィルタ領域３１０は１５°延在する。

Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８が１回転すると、ビーム経路外のフィルタ領域３１０（図５）で、フィルタリングされていないデータのセットＳ０が取得され、完全に経路内の両方のフィルタ領域３１０（図６）で、完全にフィルタリングされたデータのセットＳ１が取得され、経路内にあるフィルタ領域３１０のうちの１つだけ（図７）で、部分的にフィルタリングされたデータのセットＳ２が取得される。有効な取得データは、Ｓ０、Ｓ１及びＳ２の加重和である。重みは、ビームファン角度、シリンダ軸からＸ線焦点までの距離、シリンダ半径及びシリンダ表面上のフィルタ領域３１０の幅（即ち、薄いフィルタが延在する角度）を含むシステム形状を使用して予め計算することができる。重みは、光線軌道毎に次のように計算することができる。即ち、ａＳ０＋ｂＳｌ＋ｃＳ２、ここで、ａ、ｂ、ｃはそれぞれＳ０、Ｓ１及びＳ２の重みである。

一例では、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、フィルタリングされていないスペクトルで画像を再構成するためにイメージングシステム１０２がデータを取得するのに必要な最速のデータ取得速度に対応するのに十分速い速度で回転するように駆動される。例えば０．５秒のガントリ１回転で１０００個のデータポイントを取得する必要がある場合、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、０．５秒で１０００回、即ち、２０００ｒｐｓ（回転／秒）で回転する。非接触モータといったモータがこの速度に達することが可能である。例えば小型のドリルモータは１３００００ｒｐｍに達することが可能である。

図８から図１１では、フィルタ領域３１０は、シリンダ５０２の外面にある。図８では、フィルタ領域３１０は、シリンダ５０２の内面にある。図９では、フィルタ領域３１０は、シリンダ５０２の内面及び外面の両方にある、即ち、内面と外面とにわたっている。図１０では、フィルタ領域３１０は、シリンダ５０２内にある。図８から図１０では、相対するフィルタ領域３１０からなる対が互いに釣り合うようになっている。或いは、これらの実施形態のそれぞれは、例えば図１１に示すように、単一のフィルタ領域３１０を、当該フィルタ領域３１０の反対側に釣合い重りを提供するシリンダ５０２の別の材料又はボリューム１１０２と共に有してもよい。

図１２、図１３及び図１４は、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８が、複数のサブフィルタ２０８_１、…、２０８_Ｎを含む一例を概略的に示す。

この構成では、Ｎ個のサブフィルタのそれぞれは、異なるスペクトルフィルタリングのために異なるフィルタ領域３１０で構成される。スキャン前に、関心のフィルタをポート窓２０６の下の位置に移動させる。特定のサブフィルタ２０８_ｉは、選択したイメージングプロトコル、関心の生体構造、スキャンパラメータ設定（例えばｍＡｓ、ｋＶｐ）等に対応する。サブフィルタ２０８_１、…、２０８_Ｎは、コントローラ、モータ及び駆動システムを含むサブシステムを介して移動させることができる。サブフィルタ２０８_１、…、２０８_Ｎのうちの１つのサブフィルタを、回転ガントリ１０６（図１）が静止若しくは回転している間及び／又はスキャン前若しくはスキャン中に定位置に移動させる又は定位置から外れるように移動させることができる。

図１５及び図１６は、各フィルタ領域３１０が、Ｎ個のフィルタセグメント３１０_１、…、３１０_Ｎからなる列を含む一例を概略的に示す。

この構成では、Ｎ個のフィルタセグメント３１０のそれぞれは、例えば異なる材料、異なるボリュームの材料等を介して、異なるスペクトルフィルタリングのために構成される。スキャン前に、関心のフィルタセグメント３１０をポート窓２０６の下の位置に移動させる。特定のフィルタセグメント３１０_ｉは、選択したイメージングプロトコル、関心の生体構造、スキャンパラメータ設定（例えばｍＡｓ、ｋＶｐ）等に対応する。Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、コントローラ、モータ及び駆動システムを含むサブシステムを介して移動させることができる。Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、回転ガントリ１０６（図１）が静止若しくは回転している間及び／又はスキャン前若しくはスキャン中に、定位置に移動（例えば平行移動）させる又は定位置から外れるように移動（例えば平行移動）させることができる。

別の変形例は、一列のフィルタセグメントを含むフィルタ領域をそれぞれ有する複数のサブフィルタを有する図１２から図１６の例の組み合わせを含む。

図１７及び図１８は、図２のＸ線エネルギースペクトルフィルタ２０８の変形例を概略的に示す。

この変形例では、図３のＸ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、円形ディスクとして構成され、フィルタ領域３１０は円形ディスクの表面の一部である。ディスクは、半径（ｒ）１７０２と外周１７０４とを有する。図１７の例では、４つのフィルタ領域３１０が、それらの間にスペース３１２を置いて、ディスク上に均等に分布している。当然ながら、ディスクは、１つ以上のフィルタ領域３１０を含むことができる。この例では、各フィルタ領域３１０は台形である。別の例では、フィルタ領域３１０のうちの少なくとも１つは、長方形か、パイ又はピザのスライスのような形状か、及び／又は、他の形状である。図１８は、Ｎ個のフィルタ領域３１０を有するＸ線エネルギースペクトルフィルタ２０８を示す。

図１９及び図２０に示すように、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、Ｘ線ビームの中心１９００に対して垂直に配置される。ＣＴ軸は、ディスクの半径方向にある。図１９及び図２０は、それぞれ、フィルタ２０８を支持及び／又は回転するための異なる構成を示す。図１９では、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、Ｘ線管２０２の方に向かって延びる支持体１９０２によって支持される。図２０では、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、Ｘ線管２０２から離れて延びる支持体２００２によって支持される。本明細書では、他の構成も考えられる。

図１７では、ディスクの１回転で、フィルタリングされていないスペクトルからの４つのデータセットと、効果的にフィルタリングされたスペクトルからの４つのデータセットとが取得される。各フィルタ領域３１０が台形であるこの例では、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８がＸ線ビームを通過すると、フィルタリングされたスペクトルの重みは半径方向に同じであり、すべてのＣＴスライスが同じ有効スペクトルを有する。各フィルタ領域３１０が長方形（例えば正方形）である場合、ディスクの回転中心から遠いＣＴスライスがディスクの中心に近いＣＴスライスよりもフィルタリングされたスペクトルからより小さい重みを有するという点で、様々なＣＴスライスがフィルタリングされたスペクトルに対して少し異なる重みを見る。

ビームは、１つのフィルタ領域３１０によってのみフィルタリングされるため、１回の積分期間中の有効スペクトルは、ｃＳ０＋ｄＳ１であり、重みｃ及びｄは、すべての光線軌道について同じである。フィルタ領域３１０が、Ｘ線ビーム内に進入する又はＸ線ビームから退出する際に、角散乱といったエッジ効果が生じる可能性がある。エッジはイメージング視野を均一に通過するため、平均効果は、検出器アレイ１１２（図１）から見た場合のイメージング視野全体で同じである。この場合、反復再構成アルゴリズムが、再構成アルゴリズムのプロジェクタ／バックプロジェクタでこのような効果をモデル化することができる。

図２１は、Ｘ線サブシステム１１０の別の変形例を概略的に示す。

この変形例では、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、Ｘ線管２０２を収容する。この一例を図２２に概略的に示す。図２２では、Ｘ線管２０２は、フィルタ２０８のシリンダ内に配置され囲まれている。この実施形態では、Ｘ線ビームは、フィルタ領域３１０がポート窓２０６の上を通過するときに、１つのフィルタ領域３１０のみでフィルタリングされる。

図２３は、図１２から図１４と同様に、複数の図２２のサブフィルタ２０８_１、…、２０８_Ｎを有するＸ線エネルギースペクトルフィルタ２０８の一例を概略的に示す。図２４及び図２５は、図１５及び図１６と同様に、図２２のフィルタセグメント３１０_１、…、３１０_Ｎからなる列を有するＸ線エネルギースペクトルフィルタ２０８の一例を概略的に示す。

別の変形例は、一列のフィルタセグメントを含むフィルタ領域をそれぞれ有する複数のサブフィルタを有する図２３から図２５の例の組み合わせを含む。

図２６は、線源コリメータ２６０２とボウタイフィルタ２６０４との間に配置されたＸ線エネルギースペクトルフィルタ２０８を概略的に示す。この場合、ビームは最初に成形され、次にフィルタリングされる。図２７は、Ｘ線管２０２と線源コリメータ２６０２との間に配置されたＸ線エネルギースペクトルフィルタ２０８を概略的に示す。この場合、ビームは最初にフィルタリングされ、次に成形される。いずれの場合でも、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８は、フィルタトレイに配置されるか又は他の方法で、例えば非スペクトルスキャンのために、Ｘ線ビーム経路の外側に移動できるようにされる。或いは、フィルタ２０８は、例えば非スペクトルスキャンのために、フィルタ領域３１０がＸ線ビーム経路の外側にあり、回転されない静的位置に保持されてもよい。

本明細書において説明する実施形態では、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８の回転位置は、基準検出器によって検出されるＸ線放射束によって決定することができる。即ち、Ｘ線放射束は、ビーム経路内にフィルタ領域３１０がない場合に最大になり、フィルタ領域３１０が完全に経路内にある場合に最小になり、フィルタ領域３１０が経路内に進入し、経路から離れるにつれて、最大と最小との間で変化する（増加又は減少する）。図２８では、基準検出器は、視野２８０４を通る経路の外側の検出器アレイ１１２の少なくとも１つの端領域２８０２に位置し、これは、スキャン対象の被験者又は物体がスキャンのために配置される領域である。図２９では、基準検出器２９０２は、視野２８０４を通る経路の外側で、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８と検査領域１０８との間に配置される。一例では、複数の基準検出器２９０２（例えば３つ）をある角度範囲内に均等に分布させることができる。ビーム開口に対する基準検出器２９０２の位置は既知である。この場合、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８の回転速度を検出し、それを使用して、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８がビーム開口に進入する又はビーム開口から離れるタイミングを正確に予測することができる。

一例では、コンソール１２０は、基準検出器の出力がフィルタ領域３１０はビーム経路に進入しつつあることを示すと、タイマーを開始し、基準検出器の出力がフィルタ領域３１０はビーム経路を離れたことを示すと、タイマーを停止する。取得データは、開始時間及び停止時間に同期される。このため、取得データは、開始時間及び停止時間に基づいて、フィルタリングされていないデータセットとフィルタリングされたデータセットとに分けることができる。更に、開始時間から終了時間までの範囲内の特定の時間インスタンス、即ち、時間間隔に対応するデータを取得することができる。このため、フィルタリングされたデータセットは、複数の異なる取得フェーズに分けることができる。例えば取得されたデータは、フィルタリングされたデータＳ１及びフィルタリングされたデータＳ２に対応して分けることができる。

別の例では、コンソール１２０は、フィルタ領域３１０がビーム経路に進入したことと、ビーム経路を離れたこととの検出を使用して、データ取得をトリガする。例えば基準検出器の出力が、フィルタ領域３１０はビーム経路内にあることを示すと、データは取得される。基準検出器の出力が、フィルタ領域３１０がビーム経路を離れつつある又はビーム経路を離れたことを示す場合、Ｘ線減衰フィルタ又は不透明フィルタをビーム経路内に移動させて、（図３４及び図３５に示すように、減衰器３４０２を使用して）ビームが視野２８０４を通過するのをブロックするか又はＸ線管の電流（ｍＡｓ）を、患者の線量を下げるために低減することができる。反対に、フィルタ領域３１０がビーム経路の外側にあるときにデータを取得し、フィルタ領域３１０が完全にビーム経路内にあるときにＸ線をブロックするか又は管電流を低減する。

図１７から図２０、図３０及び図３１に関して、２つの検出器積分イベント間に時間ギャップがある場合（各積分イベントはフレームを生成する）、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８の位置及びその回転速度は、各積分が、コリメートされたＸ線ビーム３００２がフィルタ領域３１０に既に完全に進入した（図３０）後に始まり、コリメートされたＸ線ビーム３００２がフィルタ領域３１０を出始める直前（図３１）に停止するように設定される。

図１７から図２０及び図３２に関して、２つの検出器積分イベント間に時間ギャップがない場合、フィルタ領域３１０は、積分イベント中にＸ線ビーム３００２に進入する／Ｘ線ビーム３００２から出る。Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８が積分期間全体でα度回転し、フィルタ領域３１０の弧がβ度の角度を有する場合、フィルタ領域３１０は、Ｘ線ビーム３００２の片側から開始し、Ｘ線ビーム３００２のもう片側に完全に移動する。この積分中の検出器１１２での有効スペクトルは、Ｓ_Ｅｆｆ＝（β／α）Ｓ１＋（（α−β）／α）Ｓ０であり、Ｓ０は元のスペクトルであり、Ｓ１はフィルタ領域３１０によってフィルタリングされたスペクトルであり、Ｓ１（Ｅ）＝Ｓ０（Ｅ）ｅ^{μ（Ｅ）Δｄ}であり、ここで、Ｅはエネルギービンであり、μ（Ｅ）はエネルギーＥでのフィルタ領域３１０の線形減衰係数であり、Δｄはフィルタ領域３１０の厚さである。

図３３は、本明細書において説明される実施形態による例示的な方法を示す。ステップ３３０２において、Ｘ線エネルギースペクトルフィルタ２０８を、スキャン中にＸ線ビームの経路内で回転させる。ステップ３３０４において、システムは、フィルタ領域１１０がいつ経路内に（例えば部分的に及び／又は完全に）あるのかを検出する。ステップ３３０６において、フィルタ領域１１０の検出に基づいて、取得データが再構成されてボリュメトリック画像データが生成される。結果として得られるボリュメトリック画像データには、表示、アーカイブ、更なる処理等が可能であるスペクトル及び／又は非スペクトルボリュメトリック画像データが含まれる。

上記は、コンピュータ可読記憶媒体（一時的媒体を除く）上に符号化又は埋め込まれ、コンピュータプロセッサ（例えば中央処理演算ユニット（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ等）によって実行されると、当該プロセッサに本明細書に説明される動作を行わせるコンピュータ可読命令によって実施することができる。更に又は或いは、コンピュータ可読命令の少なくとも１つは、コンピュータ可読記憶媒体ではない信号、搬送波又は他の一時的媒体によって運ばれる。

本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示され、説明されたが、当該例示及び説明は、例示的に見なされるべきであり、限定的に見なされるべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示された実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び従属請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。

請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、単数形も、複数形を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に引用される幾つかのアイテムの機能を果たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体上に記憶及び／又は分散されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介するといった他の形式で分配されてもよい。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (25)

1. 焦点及びポート窓を有するＸ線管と、
   関心の所定のＸ線光子エネルギー範囲に対する第１のＸ線減衰特性を有する第１の材料を有する少なくとも第１の領域、及び、異なるＸ線減衰特性を有する第２の領域を有するフィルタと、
   Ｘ線放射束検出器と、
   検出器アレイと、
   再構成器と、
   を含む、コンピュータ断層撮影イメージングシステムであって、
   前記フィルタは、前記ポート窓と検査領域との間に配置され、前記少なくとも第１の領域及び前記第２の領域が前記焦点から放出される放射Ｘ線を通過して前記放射Ｘ線をフィルタリングするように、回転し、
   前記Ｘ線放射束検出器は、フィルタリングされた前記放射Ｘ線のＸ線放射束を検出し、
   前記検出器アレイは、前記検査領域を横断する、フィルタリングされた前記放射Ｘ線を検出し、当該検出を示す信号を生成し、
   前記再構成器は、検出された前記Ｘ線放射束に基づいて前記信号を処理して、ボリュメトリック画像データを再構成する、
   コンピュータ断層撮影イメージングシステム。
2. 前記第１の領域が、放出された前記放射Ｘ線の経路にいつ入るか及びいつ出るかを決定するプロセッサを更に含む、請求項１記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
3. 前記プロセッサは更に、前記信号を、前記第１の領域が前記経路に入る進入時間、及び、前記第１の領域が前記経路から出る退出時間と同期させる、請求項２に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
4. 前記再構成器は、前記進入時間及び前記退出時間に対応する前記信号のサブ部分のみを処理する、請求項３に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
5. 前記プロセッサは、前記進入時間から前記退出時間までの期間としてフィルタ時間を決定し、前記再構成器は、前記フィルタ時間よりも短い前記フィルタ時間のサブ時間範囲に対応する前記信号のサブ部分のみを処理する、請求項３に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
6. 前記プロセッサは、前記進入時間から前記退出時間までの期間としてフィルタ時間を決定し、前記再構成器は、前記フィルタ時間の複数のサブ時間に対応する前記信号の複数の異なるサブ部分を処理し、前記複数のサブ時間範囲のそれぞれは異なるフェーズに対応する、請求項３に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
7. 前記プロセッサは更に、前記進入時間及び前記退出時間に基づいて、データ取得をトリガする、請求項３に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
8. 前記プロセッサは更に、Ｘ線減衰フィルタを前記経路内へと移動させて、前記フィルタ時間外の放出された前記放射Ｘ線を減衰させる、請求項７に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
9. 前記プロセッサは更に、前記フィルタ時間外の前記Ｘ線管の管電流を低減する、請求項７に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
10. 前記フィルタは、円筒形であり、前記Ｘ線管を囲む、請求項１から９のいずれか一項に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
11. 前記フィルタは、複数の円筒形フィルタを含み、前記複数の円筒形フィルタのそれぞれは、前記Ｘ線管を囲むように構成され、前記複数の円筒形フィルタのうちの１つだけが、所与の時間に、前記Ｘ線管を囲むように配置される、請求項１０に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
12. 前記第１の領域は、それぞれが異なるＸ線減衰特性を有する少なくとも２つのセグメントを含み、前記フィルタは、前記少なくとも２つのセグメントのうちの１つだけを前記ポート窓の前に交互配置するように平行移動する、請求項１０に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
13. 前記フィルタは、複数のフィルタを含み、前記複数のフィルタのそれぞれは前記ポート窓と前記検査領域との間を完全的に移動するように構成され、前記複数のフィルタのうちの１つだけが、所与の時間に、前記ポート窓の前に配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
14. 前記第１の領域は、それぞれが異なるＸ線減衰特性を有する少なくとも２つのセグメントを含み、前記フィルタは、前記少なくとも２つのセグメントのうちの１つだけを前記ポート窓の前に交互配置するように平行移動する、請求項１から９のいずれか一項に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
15. スキャン中にイメージングシステムのＸ線管から放出される放射Ｘ線の経路においてフィルタを回転させるステップと、
    Ｘ線放射束に基づいて、前記フィルタの位置を検出するステップと、
    関心のボリュメトリック画像データを再構成するために、検出された前記Ｘ線放射束に基づいて、取得データを再構成するステップと、
    を含み、
    前記フィルタは、関心の所定のＸ線光子エネルギー範囲に対する第１のＸ線減衰特性を有する第１の材料を有する少なくとも第１の領域と、異なるＸ線減衰特性を有する第２の領域とを含む、方法。
16. 前記第１の領域が前記経路を通過する期間のみに対応する前記取得データのサブ部分を抽出するステップと、
    スペクトルボリュメトリック画像データを再構成するために、前記サブ部分のみを再構成するステップと、
    を更に含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１の領域が前記経路の外側にある期間のみに対応する前記取得データのサブ部分を抽出するステップと、
    非スペクトルボリュメトリック画像データを再構成するために、前記サブ部分のみを再構成するステップと、
    を更に含む、請求項１５に記載の方法。
18. Ｘ線管と、
    関心の所定のＸ線光子エネルギー範囲に対する第１のＸ線減衰特性を有する第１の材料を有する少なくとも第１の領域、及び、異なるＸ線減衰特性を有する第２の領域を有するフィルタと、
    検出器アレイと、
    再構成器と、
    を含み、
    前記フィルタは、円筒形であり、前記Ｘ線管を囲み、前記少なくとも第１の領域及び前記第２の領域が前記Ｘ線管から放出される放射Ｘ線を通過して前記放射Ｘ線をフィルタリングするように、回転し、
    前記検出器アレイは、前記フィルタを横断する前記放射Ｘ線を検出し、当該検出を示す信号を生成し、
    前記再構成器は、前記信号を処理して、ボリュメトリック画像データを再構成する、コンピュータ断層撮影イメージングシステム。
19. フィルタリングされた前記放射Ｘ線のＸ線放射束を検出するＸ線放射束検出器を更に含み、前記再構成器は、検出された前記Ｘ線放射束に基づいて前記信号を処理する、請求項１８に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
20. 前記フィルタは、複数の円筒形フィルタを含み、
    前記システムは更に、前記複数の円筒形フィルタのうちの所定の１つを前記Ｘ線管の上に且つ放出された前記放射Ｘ線の経路内へと移動させる駆動システムを含む、請求項１８に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
21. 前記第１の領域及び前記第２の領域は、前記円筒形のフィルタの高さに沿って延在し、互いに平行である、請求項１８に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
22. Ｘ線管と、
    異なるＸ線減衰特性を有する異なる第１の材料、及び、第２のＸ線減衰特性を有する第２の領域をそれぞれが含む複数の可動フィルタと、
    前記複数の可動フィルタのうちの所定の１つを、前記Ｘ線管から放出される放射Ｘ線の経路内へと移動させる駆動システムと、
    前記フィルタを横断する前記放射Ｘ線を検出し、当該検出を示す信号を生成する検出器アレイと、
    前記信号を処理して、ボリュメトリック画像データを再構成する再構成器と、
    を含む、コンピュータ断層撮影イメージングシステム。
23. フィルタリングされた前記放射Ｘ線のＸ線放射束を検出するＸ線放射束検出器を更に含み、前記再構成器は、フィルタリングされた前記放射Ｘ線の検出された前記Ｘ線放射束に基づいて前記信号を処理する、請求項２２に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
24. 前記複数の可動フィルタのうちの少なくとも１つは、放出された前記放射Ｘ線の前記経路内に移動させられたときに前記Ｘ線管を囲む円筒形フィルタを含む、請求項２２に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。
25. 前記複数の可動フィルタの各可動フィルタの前記第１の材料及び前記第２の領域は、前記フィルタの高さに沿って延在し、互いに平行である、請求項２２に記載のコンピュータ断層撮影イメージングシステム。

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