JP2022534360A

JP2022534360A - マルチモダリティ型歯科用ｘ線イメージング装置および方法

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Publication number: JP2022534360A
Application number: JP2021565989A
Authority: JP
Inventors: ズィー．チョウ、オットー; ル、ジャンピン
Original assignee: University of North Carolina at Chapel Hill
Current assignee: University of North Carolina at Chapel Hill
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2022-07-29
Also published as: WO2020243383A1; EP3975857A4; KR20210148422A; US20220142591A1; CA3138277A1; EP3975857A1

Abstract

マルチモダリティ型歯科用Ｘ線イメージング装置、システム、および方法である。いくつかの実施形態では、Ｘ線イメージングシステムが、コーンビームコンピュータ断層撮影モード、２次元口腔内Ｘ線モード、および口腔内トモシンセシスイメージングモードで動作可能である。いくつかの実施形態では、本装置は、回転式ガントリと、回転式ガントリに取り付けられ且つ複数のＸ線焦点を含むＸ線ソースアレイと、回転式ガントリに取り付けられたデジタルＸ線面検出器と、口腔内センサと、Ｘ線ソースアレイと被験者との間に配置され、且つ選択されたイメージングモードに応じてＸ線放射を口腔内センサまたはデジタルＸ線面検出器の表面に制限するように構成された調整可能型コリメーションアセンブリと、１つまたは複数のプロセッサを含む制御部であって、複数のイメージングモードのうちの１つでＸ線イメージングシステムを動作させるように構成された制御部とを含む。

Description

［関連出願の相互参照］
本特許出願は、２０１９年５月３０日出願の米国仮特許出願第６２／８５４，７４３号に基づく優先権を主張し、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書に開示される主題はＸ線イメージングに関する。より具体的には、本明細書に開示される主題は口腔内Ｘ線、口腔内トモシンセシス、および口腔外コンピュータ断層撮影を含む複数の機能を実行できる歯科用Ｘ線イメージング装置に関する。

いくつかのＸ線ベースのイメージング技術が歯科医院で用いられており、その中には、口内法Ｘ線撮影法、パノラマＸ線、およびコーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）が含まれる。

口内法Ｘ線撮影法が現在、歯科医院で最も一般的に用いられているイメージング手段であり、歯科スクリーニングおよび歯科診断の重要な要素であると共に虫歯検出の判断基準であるとみなされることが多い。フィルム、輝尽性蛍光体プレート、およびデジタル検出器を含む口腔内受像器の効率改善によって、診断品質の画像を得るのに必要な放射量が大きく減少している。残念ながら、歯科解剖学における関心のある特徴は、骨、軟組織、修復、および歯科用ハードウェアの重ね合わせによって不明瞭になることが多い。この重ね合わせは、投影Ｘ線撮影法の２次元性による本質的限界であり、多くの仕事にとって低い診断精度の原因となる。虫歯検出の感度は４０～７０％の幅があり、これは病変への到達性に依存する。歯根破折の検出が、感度を欠いている２次元（２Ｄ）口内法Ｘ線撮影法の別の用途であり、周囲の構造によって特徴が不明瞭になることが多い。

コンピュータ断層撮影（ＣＴ）は、多くの異なる角度から２Ｄの投影像を取得した後、再構成アルゴリズムを利用して、スライス画像の集合体として示される３次元（３Ｄ）表示の構造を計算することによって、構造上の重ね合わせの問題を排除する３Ｄモダリティである。コーンビームＣＴ（ＣＢＣＴ）が、インプラント部位の判断および顎関節障害の評価を含む治療計画のために、多くの歯科医院に取り入れられている。ＣＢＣＴは、診断用途には役立つが、スクリーニング手段として適切ではない。患者に対する放射線量の増加、臨床医の時間、および機器の費用が、虫歯検出感度のわずかな増加に対して重すぎる。

定常口腔内トモシンセシス（ｓ－ＩＯＴ）と呼ばれる最近の発明が、歯槽疾患の診断に対する現在の口内法Ｘ線撮影法の限界を克服する。その技術は、米国特許第９，９０７，５２０号および米国特許第９，７８２，１３６号に開示されており、これらの開示はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。図３に示すように、この技術は、（１）異なる方向から走査Ｘ線を発生させる限られた数のＸ線焦点を有する空間分布型Ｘ線ソースアレイと、（２）Ｘ線被ばくと同期して投影像をキャプチャする高フレームレートのデジタル口腔内センサと、（３）投影像を処理してトモシンセシス画像スライスをリアルタイムで生成する再構成アルゴリズムとを用いる。３Ｄのトモシンセシススライスは、再構成されて深さ方向にレイヤごとに表示され、対象が「仮想的に切断」される。

ｓ－ＩＯＴは、深度情報を提供し、２Ｄイメージングで構造上の詳細を不明瞭にしている構造的な重なりを除去する。ｓ－ＩＯＴは、ＣＢＣＴと比較して、優れた面内分解能、少ないイメージングアーチファクト、低線量且つ低コストでの高速画像取得を提供する。複数の結果によれば、現在の歯科用イメージング技術と比較すると、ｓ－ＩＯＴによって、著しく増加した検出感度、病変深度のより正確なアセスメントが提供され、様々な臨床の場において画像解釈のしやすさが改善されることが示されている。

ｓ－ＩＯＴは、口腔内イメージングの新たな標準として、従来の２Ｄ口内法Ｘ線撮影法を置き換える可能性を有している。

図１は、ほとんどの歯科医院で用いられている従来型の２次元Ｘ線装置を示している。患者の頭部の隣に配置されたＸ線装置と、患者の口の中に装着される口腔内センサとに注目されたい。図２は、ＣＢＣＴ装置を示している。ＣＢＣＴ装置はガントリを含み、ガントリはその回転中心の下に身を置いた被験者の周りを回転するように構成されている。図３は、口腔内トモシンセシス用に構成された別のイメージング装置と、被験者のＸ線画像をキャプチャするためのＸ線ビームを発生させるように構成された、複数のＸ線焦点を備えたＸ線ソースアレイとを示している。図の右側で、口腔内センサが患者の口の中に配置されていることに注目されたい。図３の２つの説明図に示すように、口腔内トモシンセシスでは、患者の歯が口腔内センサとＸ線ソースアレイとの間にあるように、Ｘ線ソースアレイと口腔内センサとが配置される。

現在、市販されているマルチモダリティ型歯科用Ｘ線イメージング装置は通常、ＣＢＣＴ、パノラマ、および頭部計測を組み合わせて１つにしている。口腔内イメージングとＣＢＣＴとを組み合わせたシステムはない。スペースが限られているため、そのような装置は、市場では特に関心が高い。

本願の主題は、コーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）イメージング、２次元（２Ｄ）口腔内Ｘ線イメージング、および口腔内トモシンセシスイメージングを行うことができるマルチモダリティ型歯科用Ｘ線イメージングシステム、装置、および方法を開示する。本明細書に説明される装置およびシステムの使用目的のいくつかは、非限定的な例になるが、被験者の口腔（口）の診断的且つ介入的なイメージングを含む。

本開示に従って、マルチモダリティ型歯科用Ｘ線イメージングシステムおよび方法が提供される。１つの態様では、被験者のマルチモダリティ型イメージングを行うように構成されたＸ線イメージングシステムが開示され、複数のモダリティには、コーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）イメージング、２次元（２Ｄ）口腔内Ｘ線イメージング、および口腔内トモシンセシスイメージングが含まれる。Ｘ線イメージングシステムは、回転式ガントリと、回転式ガントリに取り付けられ且つ複数の空間分布型Ｘ線焦点を有するＸ線ソースアレイと、回転式ガントリに取り付けられた、Ｘ線ソースアレイの向かい側にあるデジタルＸ線面検出器と、口腔内センサと、Ｘ線ソースアレイと被験者との間に配置され且つＸ線イメージングシステムが動作しているイメージングモードに応じてＸ線ソースアレイが発生するＸ線放射を口腔内センサまたはデジタルＸ線面検出器のいずれかの表面に制限するように構成された調整可能型コリメーションアセンブリと、１つまたは複数のプロセッサを有する制御部であって、制御部は、Ｘ線ソースアレイおよび口腔内センサを用いる２Ｄ口腔内Ｘ線イメージングモードもしくは口腔内トモシンセシスイメージングモードのいずれかで、またはデジタルＸ線面検出器およびＸ線ソースアレイを用いるＣＢＣＴイメージングモードでＸ線イメージングシステムを動作させるように構成される、制御部とを備える。

いくつかの実施形態では、Ｘ線イメージングシステムはＣＢＣＴモードにおいて、デジタルＸ線面検出器およびＸ線ソースアレイを被験者の関心領域の周りに回転させることと、複数の空間分布型Ｘ線焦点のうちの１つのＸ線焦点からのＸ線ビームを用いて１つまたは複数の投影像を記録することであって、Ｘ線被ばくがデジタルＸ線面検出器によるデータ収集と同期している、記録することとを行うように構成される。いくつかの実施形態では、Ｘ線イメージングシステムは口腔内トモシンセシスイメージングモードにおいて、Ｘ線ソースアレイと被験者の口内にある口腔内センサとを一列に並べ、Ｘ線放射を口腔内センサの表面に対してコリメートし、Ｘ線ソースアレイ内にある複数のＸ線焦点からのＸ線放射を順次作動させて、Ｘ線ソースアレイまたは口腔内センサの機械的運動を何も伴わずに複数の視野角から複数の投影像を生成し、複数の投影像を再構成してトモシンセシス画像スタックにするように構成される。

いくつかの実施形態では、Ｘ線ソースアレイは、複数のＸ線焦点からＸ線放射を発生させるように構成され、複数の空間分布型Ｘ線焦点のうちの少なくとも１つのＸ線焦点が第１の焦点サイズを有し、複数の空間分布型Ｘ線焦点の残りのものが第２の焦点サイズを有し、第２の焦点サイズを有する空間分布型Ｘ線焦点は全て実質的に同じサイズである。第１の焦点サイズを有する少なくとも１つのＸ線焦点からの放射がＣＢＣＴイメージング用に構成され、第２の焦点サイズを有する、複数の空間分布型Ｘ線焦点の残りのものから生じる放射が、口腔内トモシンセシスイメージング用に構成される。いくつかのさらなる実施形態では、Ｘ線ソースアレイは、約５０ｋＶと２００ｋＶとの間のアノード電圧で動作するように構成される。

いくつかの実施形態では、Ｘ線ソースアレイは、２Ｄ口腔内Ｘ線イメージングモードおよび口腔内トモシンセシスイメージングモードにおいて、約６０ｋＶと７０ｋＶとの間（両境界を含む）のアノード電圧で動作するように構成される。いくつかの実施形態では、Ｘ線ソースアレイは、ＣＢＣＴイメージングモードにおいて約６０ｋＶと１２０ｋＶとの間（両境界を含む）のアノード電圧で動作するように構成される。

いくつかの実施形態では、Ｘ線ソースアレイはカーボンナノチューブベースの電界放出型Ｘ線ソースアレイである。いくつかの実施形態では、口腔内センサは柔軟であり、被験者の歯の舌側面に実質的に合致し得る。いくつかのさらなる実施形態では、Ｘ線イメージングシステムは回転軸に対してＸ線ソースアレイの小角回転を行うように構成され、その一方で口腔内センサが静止したままであることにより、大角度の口腔内トモシンセシスイメージングが行われる。

別の態様では、被験者のマルチモダリティ型Ｘ線イメージングを行う方法が、コーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）イメージング、２次元（２Ｄ）口腔内Ｘ線イメージング、および口腔内トモシンセシスイメージングを含み、本方法は、Ｘ線イメージングシステムを提供する段階であって、本システムは回転式ガントリと、回転式ガントリに取り付けられ且つ複数の空間分布型Ｘ線焦点を有するＸ線ソースアレイと、回転式ガントリに取り付けられ、Ｘ線ソースアレイの向かい側にあるデジタルＸ線面検出器と、口腔内センサと、Ｘ線ソースアレイと被験者との間に配置され且つＸ線イメージングシステムが動作しているイメージングモードに応じてＸ線ソースアレイが発生するＸ線放射を口腔内センサまたはデジタルＸ線面検出器のいずれかの表面に制限するように構成された調整可能型コリメーションアセンブリと、１つまたは複数のプロセッサを有する制御部であって、制御部は、Ｘ線ソースアレイおよび口腔内センサを用いる２Ｄ口腔内Ｘ線イメージングモードもしくは口腔内トモシンセシスイメージングモードのいずれかで、またはデジタルＸ線面検出器およびＸ線ソースアレイを用いるＣＢＣＴイメージングモードでＸ線イメージングシステムを動作させるように構成される、制御部とを備える、提供する段階と、２Ｄ口腔内Ｘ線イメージングモード、口腔内トモシンセシスイメージングモード、またはＣＢＣＴモードのいずれかでＸ線イメージングシステムを動作させる段階と、Ｘ線イメージングシステムを用いて、被験者の関心領域に関する１つまたは複数の画像をキャプチャする段階とを備える。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、ＣＢＣＴモードにおいて、デジタルＸ線面検出器およびＸ線ソースアレイを被験者の関心領域の周りに回転させる段階と、複数の空間分布型Ｘ線焦点のうちの１つのＸ線焦点からのＸ線ビームを用いて、Ｘ線被ばくがデジタルＸ線面検出器によるデータ収集と同期している状態で、１つまたは複数の投影像を記録する段階とを備える。いくつかの実施形態では、口腔内トモシンセシスイメージングモードにおいて、本方法はさらに、Ｘ線ソースアレイと被験者の口内にある口腔内センサとを一列に並べる段階と、Ｘ線ソースアレイ内にある複数のＸ線焦点からのＸ線放射を順次作動させて、Ｘ線ソースアレイまたは口腔内センサの機械的運動を何も伴わずに複数の視野角から複数の投影像を生成する段階と、複数の投影像を再構成してトモシンセシス画像スタックにする段階とを備える。

いくつかの実施形態において、本方法はさらに、約５０ｋＶと１２０ｋＶとの間のアノード電圧でＸ線ソースアレイを動作させる段階を備える。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、Ｘ線ソースアレイおよびデジタルＸ線面検出器の回転中心に対してＸ線ソースアレイの小角回転を行い、その一方で口腔内センサが静止したままであることにより、大角度の口腔内トモシンセシスイメージングが行われる段階を備える。

本主題の特徴および利点は、単なる説明的で非限定的な例として与えられる添付図面と併せて読むべき以下の詳細な説明から、簡単に理解されるであろう。

当技術分野においてよく知られている、歯科医院で用いられる代表的な２次元口腔内Ｘ線装置の説明図である。

当技術分野において知られている、代表的なコーンビームコンピュータ断層撮影スキャナの説明図である。

代表的な口腔内トモシンセシス装置および臨床の場におけるその使用法に関する説明図である。

本開示の例示的なマルチモダリティ型Ｘ線イメージング装置の概略図を示している。

湾曲したカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）式Ｘ線ソースの説明図である。直線状ＣＮＴ式Ｘ線ソースの説明図である。

回転式Ｘ線ソースを有する本開示の例示的なマルチモダリティ型Ｘ線イメージング装置の概略図を示している。

回転式Ｘ線ソースおよび口腔内Ｘ線検出器を有する、本開示の例示的なマルチモダリティ型Ｘ線イメージング装置の概略図を示している。

コリメーションアセンブリを有する、本開示の例示的なマルチモダリティ型Ｘ線イメージング装置の概略図を示している。

他のＸ線焦点より著しく大きい中央部Ｘ線焦点を有する、本開示の例示的なマルチモダリティ型Ｘ線イメージング装置の概略図を示している。

本開示の主題は、コーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）イメージング、口腔内Ｘ線イメージング、および／または口腔内トモシンセシスイメージングを行うように構成されたマルチモダリティ型Ｘ線イメージング装置またはシステムを含む。いくつかの実施形態では、本開示の装置およびシステムは、特に、歯の病変および口腔病変、虫歯、または他の口腔疾患の診断および検出に用いられ得る。

図４Ａを参照すると、本発明のＸ線イメージング装置またはシステム１００は、機械式架台に接続された回転ガントリ１４０を備える。いくつかの実施形態では、ガントリ１４０は、１つまたは複数のプロセッサ、コンピュータ可読媒体、および実行可能命令を有するコントローラもしくは制御部１０６に接続することができる、またはそこと通信することができる。いくつかの実施形態では、ガントリ１４０は、制御部１０６から電力を供給され得る、または独自の独立した電源を持ち得る。ガントリ１４０は、軸の周りを３６０度回転するように構成される。いくつかの実施形態では、制御部１０６および／またはガントリ１４０は、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００を動作させるのに必要な電力を供給する電源を有し得る。いくつかの実施形態では、ガントリ１４０は、第１部分１０２と、第１部分の向かい側にある第２部分１０４とを有する。いくつかの実施形態において、第１部分１０２および第２部分１０４は互いに対して離れて配置されているため、人または他の被験体をガントリ１４０の回転軸の下に、且つ第１部分１０２と第２部分１０４の間に配置することができる。いずれにしても、第１部分１０２および第２部分１０４は両方とも、異なる装置が取り付けられ得るように構成される。

いくつかの実施形態では、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナに基づいており、従来の単ビーム式Ｘ線管を、空間的に分布し個々に制御可能な複数のＸ線焦点１５０を有するＸ線ソースアレイ１２０に置き換えている。いくつかの実施形態では、空間分布型Ｘ線ソースアレイ１２０は、ガントリ１４０の第１部分１０２に旋回可能に取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、デジタルＸ線面検出器１１０が、Ｘ線ソースアレイ１２０の向かい側にある第２部分１０４に取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、コリメーションアセンブリ１２２は、Ｘ線ソースアレイ１２０から発生するＸ線放射を実質的にコリメートするように構成されたコリメータを有するコリメーションアセンブリ１２２を提供され得る。いくつかの実施形態では、コリメーションアセンブリ１２２は調整可能であり、Ｘ線放射をコーン状ビームにするように構成される。いくつかの実施形態では、コリメーションアセンブリ１２２は、Ｘ線ソースアレイ１２０が発生するコーン状ビームの角度が変えられるように構成される。いくつかの実施形態では、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００は、制御部１０６を介して、コーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）イメージングモード、口腔内Ｘ線イメージングモード、および／または口腔内トモシンセシスイメージングモードで動作するように構成される。

本開示のいくつかの実施形態では、Ｘ線ソースアレイ１２０はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）ベースの電界放出型Ｘ線ソースアレイを有する。ＣＮＴ式Ｘ線ソースアレイは、個々に制御可能なＣＮＴ式電界放出器のアレイを利用して、室温で電子を発生させ、電子は加速されてアノードに衝撃を与え、１つの拡張型Ｘ線アノードまたは複数のＸ線アノードのいずれかにある複数の焦点からＸ線を発生させる。本開示のいくつかの実施形態では、ＣＮＴ式電界放出器は電子式スイッチング装置に接続される。個々のＣＮＴ式カソードのオン・オフを電子的に切り替えることで、異なる視野角から走査Ｘ線ビームを発生させることができ、複数の投影像が収集される。図４Ｂは、この原理を示している。いくつかの実施形態では、ＣＮＴ式Ｘ線ソースアレイは、限定するわけではないが、例えば図４Ｂに示すような湾曲状に配置することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、ＣＮＴ式Ｘ線ソースアレイは湾曲状に形成される必要はなく、まっすぐまたは直線にすることができる。そのようなまっすぐまたは直線に形成されたＣＮＴ式Ｘ線ソースアレイが、図４Ｃに示されている。

ＣＮＴでは、電界放出を用いて電子が室温で発生する。非常にとがった物体に電位差を印加することで、とがった物体の先端に電子を発生させることができる。現在のＸ線管およびＣＮＴを用いたＸ線イメージングの１つの要件には、複数の電子ソースのそれぞれの焦点合わせが含まれる。２００２年に、Ｚｈｏｕ、Ｌｕ、およびその同僚らは、ＣＮＴが、その原子的にとがった先端と高い機械的安定性とによって、Ｘ線ソースの効果的な電界放出器としての役割を果たす可能性があることを示した。ＣＮＴ式Ｘ線ソースは、近接して配置することができるので、様々な用途に合ったマルチビーム型Ｘ線ソースの作成が可能になる。

電界放出型Ｘ線ソースおよびＸ線ソースアレイの技術は最初に、いくつかの米国特許で開示された。その特許には、「Ｘ－ｒａｙＧｅｎｅｒａｔｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｓｍＵｓｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＣａｔｈｏｄｅ」と題する米国特許第６，５５３，０９６号、ならびに米国特許第６，８５０，５９５号および米国特許第６，８７６，７２４号が含まれる。

いくつかの実施形態では、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００は、個々に制御可能な約３個と６０個との間（両境界を含む）のＣＮＴ式放出器を電子ソースとして備える。いくつかの実施形態では、Ｘ線ソースアレイは単極構造を有する。いくつかの実施形態では、Ｘ線ソースアレイのアノード電圧は、約１０ｋＶと１２０ｋＶとの間（両境界を含む）であり、Ｘ線管電流は約１ｍＡと３０ｍＡとの間（両境界を含む）である。

医療および警備を含む様々なイメージング用途向けのＣＮＴベースの電界放射型Ｘ線ソースアレイが、ＸｉｎＲａｙＳｙｓｔｅｍｓおよびもっと最近ではＮｕＲａｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓを含む企業により商用に製造されている。いくつかのＣＮＴ式Ｘ線ソースアレイの構成および性能も、ＣｏｎｎｏｒＰｕｅｔｔらによる「ＡｎＵｐｄａｔｅｏｎＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅ－ＥｎａｂｌｅｄＸ－ＲａｙＳｏｕｒｃｅｓｆｏｒＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＩｍａｇｉｎｇ」（ＷＩＲＥｓＮａｎｏｍｅｄＮａｎｏｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２０１７，ｅ１４７５．ｄｏｉ：１０．１００２／ｗｎａｎ．１４７５）を含む技術刊行物に記載されており、その開示はその全体が参照により本明細書に明確に組み込まれる。

口腔内トモシンセシス用のＣＮＴ式Ｘ線ソースアレイは、共同所有された特許出願および発行済み特許に開示されており、以下に挙げる特許の全体が参照により本明細書に明確に組み込まれる。その特許とは、２０１８年３月６日発行の「ＤＩＧＩＴＡＬＴＯＭＯＳＹＮＴＨＥＳＩＳＳＹＳＴＥＭＳ，ＭＥＴＨＯＤＳ，ＡＮＤＣＯＭＰＵＴＥＲＲＥＡＤＡＢＬＥＭＥＤＩＡＦＯＲＩＮＴＲＡＯＲＡＬＤＥＮＴＡＬＴＯＭＯＳＹＮＴＨＥＳＩＳＩＭＡＧＩＮＧ」と題する米国特許第９，９０７，５２０号と、２０１７年１０月１０日発行の「ＩＮＴＲＡＯＲＡＬＴＯＭＯＳＹＮＴＨＥＳＩＳＳＹＳＴＥＭＳ，ＭＥＴＨＯＤＳ，ＡＮＤＣＯＭＰＵＴＥＲＲＥＡＤＡＢＬＥＭＥＤＩＡＦＯＲＤＥＮＴＡＬＩＭＡＧＩＮＧ」と題する米国特許第９，７８２，１３６号である。

口腔内トモシンセシス技術および口腔内トモシンセシス用のＣＮＴ式Ｘ線ソースアレイも、以下に挙げる技術刊行物に開示されており、その開示は全体が参照により本明細書に明確に組み込まれる。その技術刊行物とは、ＪｉｎｇＳｈａｎ、ＡｎｄｒｅｗＷ．Ｔｕｃｋｅｒ、ＬａｕｒｅｎｃｅＲ．Ｇａａｌａａｓ、ＧｏｎｇｔｉｎｇＷｕ、ＥｎｒｉｑｕｅＰｌａｔｉｎ、ＡｎｄｒｅＭｏｌ、ＪｉａｎｐｉｎｇＬｕ、ＯｔｔｏＺｈｏｕによる「ＳｔａｔｉｏｎａｒｙＩｎｔｒａ－ＯｒａｌＤｉｇｉｔａｌＴｏｍｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓＵｓｉｎｇＡＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＸ－ＲａｙＳｏｕｒｃｅＡｒｒａｙ」（ＤｅｎｔｏｍａｘｉｌｌｏｆａｃｉａｌＲａｄｉｏｌｏｇｙ４４（９），２０１５００９８）と、Ｉｎｓｃｏｅ，Ｃ．Ｒ．、Ｐｌａｔｉｎ，Ｅ．、Ｍａｕｒｉｅｌｌｏ，Ｓ．Ｍ．、Ｂｒｏｏｍｅ，Ａ．、Ｍｏｌ，Ａ．、Ｇａａｌａａｓ，Ｌ．Ｒ．、ＲｅｇａｎＡｎｄｅｒｓｏｎ，Ｍ．Ｗ．、Ｐｕｅｔｔ，Ｃ．、Ｌｕ，Ｊ．およびＺｈｏｕ，Ｏ．による「ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎＡｎｄＰｒｅｌｉｍｉｎａｒｙＩｍａｇｉｎｇＥｖａｌｕａｔｉｏｎＯｆＡＣｌｉｎｉｃａｌＰｒｏｔｏｔｙｐｅＳｔａｔｉｏｎａｒｙＩｎｔｒａｏｒａｌＴｏｍｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓＳｙｓｔｅｍ」（２０１８，ＭｅｄｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．４５，ｎｏ．１１，ｐｐ．５１７２－５１８５）である。

いくつかの実施形態では、Ｘ線ソースアレイ１２０はＣＢＣＴイメージングおよび口腔内イメージングの両方に用いられる。Ｘ線ソースアレイ１２０およびデジタルＸ線面検出器１１０が軸の周りを回転すると、両者は円形に回転するため、ソースおよび検出器による回転円と呼ばれることがある。図４Ａに示すように、Ｘ線ソースアレイ１２０の複数のＸ線焦点１５０は、デジタルＸ線面検出器１１０の面に対して平行であり且つソースおよび検出器による回転円の接線方向に対して直角になるようにアレイ状に一列に並べられてよい。

［コーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）］

いくつかの実施形態では、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００は、ＣＢＣＴイメージングモードで動作する場合、複数のＸ線焦点１５０のうちの１つのＸ線焦点からのＸ線放射を用いて、被験者１３０の関心領域の１つまたは複数の画像をキャプチャするように構成されてよい。本実施形態では、１つのＸ線焦点だけが用いられる場合、１つのＸ線焦点が発生するコーンビーム状のＸ線放射ビームは、複数のＸ線焦点が用いられる場合の個々のＸ線焦点より広角のコーンビームになり得る。コリメーションアセンブリ１２２は、１つのＸ線焦点が用いられるかまたは複数のＸ線焦点が用いられるかに応じて、確実にコーン角度が十分広くまたは狭くなるように構成される。Ｘ線イメージング装置１００は、ＣＢＣＴイメージングモードで画像をキャプチャするために、Ｘ線ソースアレイ１２０およびデジタルＸ線面検出器１１０が被験者１３０の周りを回転できるように構成される。Ｘ線イメージング装置またはシステム１００は、ＣＢＣＴイメージングモードで動作している間、被験者１３０の関心領域に照射するために、１つのＸ線焦点からのＸ線放射をパルス状にするように構成される。１つまたは複数のＸ線画像が、デジタルＸ線面検出器１１０によって記録される。

いくつかの実施形態では、デジタルＸ線面検出器１１０は、制御部１０６、または１つもしくは複数のプロセッサを有する何らかの他の電子デバイス（コンピュータもしくはワークステーション、１つもしくは複数のモニタ、および／または、１つもしくは複数の記憶装置（ハードドライブまたはソリッドステートドライブなど）など）のいずれかと電子通信を行う。いくつかの実施形態では、デジタルＸ線面検出器１１０は、制御部１０６または他の電子デバイスと無線接続または有線接続を介して通信を行う。いくつかの実施形態では、制御部１０６、または１つもしくは複数のプロセッサを有する何らかの他のコントローラは、Ｘ線ソースアレイ１２０および／またはデジタルＸ線面検出器１１０をプログラムするように構成される。いくつかの実施形態では、デジタルＸ線面検出器１１０で画像がキャプチャされると、その画像はＸ線イメージング装置またはシステム１００と電子通信を行う他のコントローラまたはコンピュータに送信され得る。あるいはその画像は、処理のために、電子的に格納するために、且つ／またはシステムのユーザに表示するために制御部１０６に送られ得る。

図５は、Ｘ線ソースアレイ１２０が様々なイメージングモード用の適切な位置に、ガントリ１４０を動かす必要もなく回転できることを示している。この特徴の利点は、被験者の関心領域に関して、より正確な画像キャプチャが行えるということである。さらに、回転ガントリ１４０は、口腔内トモシンセシスイメージングのために口腔内センサ（後述される）を基準にしてＸ線ソースアレイ１２０を配置する際に、ある程度の柔軟性を与える。いくつかの実施形態では、Ｘ線ソースアレイ１２０からのＸ線被ばくは、デジタルＸ線面検出器１１０によるデータ収集と同期している。

［口腔内トモシンセシス］

図６を参照すると、本開示のいくつかの実施形態では、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００は口腔内トモシンセシスイメージングモードで動作するように構成される。口腔内トモシンセシスイメージングモードでは、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００は、Ｘ線ソースアレイ１２０と、画像をキャプチャするために被験者の口内に装着される動的な口腔内センサ２１０とを用いるように構成される。図６および図７は動的な口腔内センサ２１０を被験者１３０の口の外側に見えるものとして図示しているが、口腔内センサ２１０は実際には口内に装着されることになる。いくつかの実施形態では、口腔内センサ２１０は柔軟であってよく、被験者１３０の歯の舌側面に実質的に合致し得る。さらに、複数の空間分布型Ｘ線焦点１５０の複数の焦点から発生する複数のＸ線ビームが、被験者１３０の関心領域に関する一連の投影像を生成するのに用いられる。例えば限定するわけではないが、アノードにある２つのＸ線焦点からの２つのＸ線ビーム２２０および２３０が図６に示されている。いくつかの実施形態では、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００は、Ｘ線ソースアレイ１２０と被験者１３０の口内にある動的な口腔内センサ２１０とを一列に並べるように構成される。いくつかの実施形態では、口腔内トモシンセシスイメージングモードにおいて、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００はさらに、動的な口腔内センサ２１０の表面に対してＸ線放射をコリメートするように構成される。

いくつかの実施形態では、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００は、複数のＸ線焦点１５０の複数のＸ線焦点からのＸ線放射を順次作動させて、Ｘ線ソースアレイ１２０または口腔内センサ２１０の機械的運動を何も伴わずに、複数の視野角からの複数の投影像を生成するように構成される。

こうした投影像は、口腔内Ｘ線センサ２１０によって記録される。いくつかの実施形態では、口腔内Ｘ線センサ２１０は、制御部１０６、および／または複数の投影像を処理もしくは再構成してトモシンセシス画像スタックにすることができる何らかの他の処理ユニット、コンピュータ、もしくは装置と電子通信を行う。Ｘ線装置またはシステム１００は、画像がキャプチャされた後に、口腔内Ｘ線センサ２１０と電子通信を行う制御部１０６または他の処理ユニットに画像を送信するように構成される。口腔内Ｘ線センサ２１０は、制御部１０６または他の処理ユニットと有線接続または無線接続を介して電子通信を行うことができる。投影像は次に、制御部１０６または他のコンピュータによって処理され、トモシンセシス再構成に用いられ、複数の投影像が処理または再構成されてトモシンセシス画像スタックになる。

本開示のいくつかの実施形態では、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００は、ガントリ１４０の中心回転軸に対してＸ線ソースアレイ１２０の小角回転（例えば、約５度と３０度との間（両境界を含む））を行うように構成され、その一方で口腔内センサ２１０が静止したままであることにより、大角度の口腔内トモシンセシスイメージングが行われる。

さらに、本開示のいくつかの実施形態では、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００は、ガントリ１４０の中心回転軸に対して、Ｘ線ソースアレイ１２０およびデジタルＸ線面検出器１１０の回転を行うことで、大角度の口腔外トモシンセシスイメージングを行うように構成される。

［２次元（２Ｄ）口腔内イメージング］

いくつかの実施形態では、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００は、先行技術でよく知られている２次元（２Ｄ）口腔内Ｘ線イメージングモードで動作するように構成される。当業者であれば、２Ｄ口腔内Ｘ線イメージングモードでは、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００が、被験者１３０の関心領域の２Ｄ口腔内Ｘ線画像をキャプチャする口腔内センサ２１０に加えて、複数のＸ線焦点１５０のうちの１つを用いるように構成されることを理解するであろう。

図７を参照すると、いくつかの実施形態では、口腔内トモシンセシスモードにおいて、調整可能型マルチビームコリメータまたはコリメーションアセンブリ１２２が、Ｘ線ソースアレイ１２０と被験者１３０の間に配置されている。いくつかの実施形態では、コリメーションアセンブリ１２２は、Ｘ線イメージング装置またはシステムの動作モードに基づいて、複数のＸ線焦点１５０のそれぞれからの放射３３０を制限する、その放射に影響を及ぼす、またはその放射を選別して、口腔内Ｘ線センサ２１０またはデジタルＸ線面検出器１１０の一領域を実質的に照射するように構成される。さらに、いくつかの実施形態では、Ｘ線ソースアレイ１２０を、Ｘ線ソースアレイ１２０の向きおよび位置の操作を可能にする自由度構造体３１０に取り付けることができ、Ｘ線ソースアレイ１２０が被験者１３０の口に装着された口腔内センサ２１０と一列に並べられ得るようになる。

いくつかの実施形態では、本開示のＸ線イメージング装置またはシステム１００は、イメージングのニーズに応じて、Ｘ線ソース１２０の出力エネルギーを異なるレベルに設定できるエネルギー制御部を備える。例えば限定するわけではないが、エネルギー制御部は、Ｘ線ソースアレイ１２０の電圧を約５０ｋＶと２００ｋＶとの間（両境界を含む）に設定できる。さらに、いくつかの実施形態では、エネルギー制御部は、例えば限定するわけではないが、口腔内Ｘ線イメージングの場合に約６０ｋＶと７０ｋＶとの間（両境界を含む）、またＣＢＣＴイメージングの場合に約６０ｋＶと１２０ｋＶとの間（両境界を含む）に電圧を設定できる。いくつかの実施形態では、エネルギー制御部は制御部１０６に統合されてもよく、またはＸ線ソースアレイ１２０と電子通信を行う単独の装置であってもよい。

いくつかの実施形態では、本デバイスはさらに、制御部１０６と電子通信を行う、グラフィカルユーザインタフェース、モニタ、スクリーンなどの装置を備えることができ、こうした装置によって、ユーザはイメージングモダリティおよびイメージングプロトコルを選択すると共に、Ｘ線イメージング装置またはシステム１００が作成した画像を見ることが可能になる。

図８に示すように、いくつかの実施形態では、Ｘ線ソースアレイ１２０は、第１の焦点サイズを有する少なくとも１つの大きいＸ線焦点４５０を備えてよく、複数のＸ線焦点１５０の残りのものは第２の焦点サイズを有する。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのＸ線焦点４５０の第１の焦点サイズは、第２の焦点サイズ（例えば、約ＩＥＣ０．３とＩＥＣ０．７との間（両境界を含む））より大きいサイズ（例えば、約ＩＥＣ０．７とＩＥＣ１．３との間（両境界を含む））である。１つの例では、大きいＸ線焦点４５０はＣＢＣＴイメージングに用いられてよく、小さいＸ線焦点１５０は口腔内トモシンセシスイメージングおよび口内法Ｘ線撮影法に用いられてよい。１つの例では、図８に示すように、大きいＸ線焦点４５０およびその他のＸ線焦点１５０は、１つまたは複数のＸ線アノードに直線状に配置される。別の例では、これらの焦点は、円の周囲に沿うなどの所定のパターンで平面上に配置される。

いくつかの態様では、被験者１３０の関心領域に関する標準的な２次元口腔内Ｘ線レントゲン写真が、Ｘ線ソースアレイ１２０の１つの焦点１５０からのＸ線放射を用いて取得されてよい。

本開示のいくつかの実施形態では、Ｘ線ソースアレイ１２０はカーボンナノチューブベースの電界放出型Ｘ線ソースアレイである。

本主題は、その趣旨および本質的特徴から逸脱することなく、他の形で具現化されてよい。したがって、説明した実施形態は、あらゆる点で限定的ではなく例示的とみなされるべきである。ある特定の実施形態に関して本主題を説明してきたが、当業者にとって明らかな他の実施形態も本主題の範囲内である。

Claims

コーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）イメージング、２次元（２Ｄ）口腔内Ｘ線イメージング、および口腔内トモシンセシスイメージングを含む、被験者のマルチモダリティ型イメージングを行うように構成されたＸ線イメージングシステムであって、前記Ｘ線イメージングシステムは、
回転式ガントリと、
前記回転式ガントリに取り付けられ且つ複数の空間分布型Ｘ線焦点を有するＸ線ソースアレイと、
前記回転式ガントリに取り付けられ、前記Ｘ線ソースアレイの向かい側にあるデジタルＸ線面検出器と、
口腔内センサと、
前記Ｘ線ソースアレイと前記被験者との間に配置され、且つ前記Ｘ線イメージングシステムが動作しているイメージングモードに応じて、前記Ｘ線ソースアレイが発生するＸ線放射を前記口腔内センサまたは前記デジタルＸ線面検出器のいずれかの表面に制限するように構成された調整可能型コリメーションアセンブリと、
１つまたは複数のプロセッサを有する制御部であって、前記制御部は、
前記Ｘ線ソースアレイおよび前記口腔内センサを用いる２Ｄ口腔内Ｘ線イメージングモードもしくは口腔内トモシンセシスイメージングモードのいずれかで、または
前記デジタルＸ線面検出器および前記Ｘ線ソースアレイを用いるＣＢＣＴイメージングモードで
前記Ｘ線イメージングシステムを動作させるように構成される、制御部と
を備えるＸ線イメージングシステム。
前記Ｘ線イメージングシステムが前記ＣＢＣＴイメージングモードにおいて、
前記デジタルＸ線面検出器および前記Ｘ線ソースアレイを前記被験者の関心領域の周りに回転させることと、
前記複数の空間分布型Ｘ線焦点のうちの１つのＸ線焦点からのＸ線ビームを用いて１つまたは複数の投影像を記録することであって、Ｘ線被ばくが前記デジタルＸ線面検出器によるデータ収集と同期している、記録することと
を行うように構成される、請求項１に記載のＸ線イメージングシステム。
前記Ｘ線イメージングシステムが前記口腔内トモシンセシスイメージングモードにおいて、
前記Ｘ線ソースアレイと前記被験者の口内にある口腔内センサとを一列に並べ、
Ｘ線放射を前記口腔内センサの表面に対してコリメートし、
前記Ｘ線ソースアレイ内にある複数のＸ線焦点からのＸ線放射を順次作動させて、前記Ｘ線ソースアレイまたは前記口腔内センサの機械的運動を何も伴わずに複数の視野角から複数の投影像を生成し、
前記複数の投影像を再構成してトモシンセシス画像スタックにする
ように構成される、請求項１または２に記載のＸ線イメージングシステム。
前記Ｘ線ソースアレイが複数のＸ線焦点からＸ線放射を発生させるように構成され、
前記複数の空間分布型Ｘ線焦点のうちの少なくとも１つのＸ線焦点が第１の焦点サイズを有し、前記複数の空間分布型Ｘ線焦点の残りのものが第２の焦点サイズを有し、前記第２の焦点サイズを有する前記複数の空間分布型Ｘ線焦点が全て実質的に同じサイズであり、
前記第１の焦点サイズを有する前記少なくとも１つのＸ線焦点からの放射がＣＢＣＴイメージング用に構成され、また前記第２の焦点サイズを有する、前記複数の空間分布型Ｘ線焦点の残りのものから生じる放射が口腔内トモシンセシスイメージング用に構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のＸ線イメージングシステム。
前記Ｘ線ソースアレイが約５０ｋＶと２００ｋＶとの間のアノード電圧で動作するように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のＸ線イメージングシステム。
前記Ｘ線ソースアレイが、前記２Ｄ口腔内Ｘ線イメージングモードおよび前記口腔内トモシンセシスイメージングモードにおいて、約６０ｋＶと７０ｋＶとの間（両境界を含む）のアノード電圧で動作するように構成される、請求項５に記載のＸ線イメージングシステム。
前記Ｘ線ソースアレイが、前記ＣＢＣＴイメージングモードにおいて、約６０ｋＶと１２０ｋＶとの間（両境界を含む）のアノード電圧で動作するように構成される、請求項５または６に記載のＸ線イメージングシステム。
前記Ｘ線ソースアレイがカーボンナノチューブベースの電界放出型Ｘ線ソースアレイである、請求項１から７のいずれか一項に記載のＸ線イメージングシステム。
前記口腔内センサが柔軟であり、前記被験者の歯の舌側面に実質的に合致し得る、請求項１から８のいずれか一項に記載のＸ線イメージングシステム。
前記Ｘ線イメージングシステムがさらに、回転軸に対して前記Ｘ線ソースアレイの小角回転を行うように構成され、その一方で前記口腔内センサが静止したままであることにより、大角度の口腔内トモシンセシスイメージングが行われる、請求項１から９のいずれか一項に記載のＸ線イメージングシステム。
コーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）イメージング、２次元（２Ｄ）口腔内Ｘ線イメージング、および口腔内トモシンセシスイメージングを含む、被験者のマルチモダリティ型Ｘ線イメージングを行う方法であって、前記方法が、
Ｘ線イメージングシステムを提供する段階であって、前記Ｘ線イメージングシステムは、
回転式ガントリと、
前記回転式ガントリに取り付けられ且つ複数の空間分布型Ｘ線焦点を有するＸ線ソースアレイと、
前記回転式ガントリに取り付けられ、前記Ｘ線ソースアレイの向かい側にあるデジタルＸ線面検出器と、
口腔内センサと、
前記Ｘ線ソースアレイと前記被験者との間に配置され且つ前記Ｘ線イメージングシステムが動作しているイメージングモードに応じて、前記Ｘ線ソースアレイが発生するＸ線放射を前記口腔内センサまたは前記デジタルＸ線面検出器のいずれかの表面に制限するように構成された調整可能型コリメーションアセンブリと、
１つまたは複数のプロセッサを有する制御部であって、前記制御部は
前記Ｘ線ソースアレイおよび前記口腔内センサを用いる２Ｄ口腔内Ｘ線イメージングモードもしくは口腔内トモシンセシスイメージングモードのいずれかで、または
前記デジタルＸ線面検出器および前記Ｘ線ソースアレイを用いるＣＢＣＴイメージングモードで
前記Ｘ線イメージングシステムを動作させるように構成される、制御部と
を備える、提供する段階と、
前記２Ｄ口腔内Ｘ線イメージングモード、前記口腔内トモシンセシスイメージングモード、または前記ＣＢＣＴイメージングモードのいずれかで前記Ｘ線イメージングシステムを動作させる段階と、
前記Ｘ線イメージングシステムを用いて、前記被験者の関心領域に関する１つまたは複数の画像をキャプチャする段階と
を備える方法。
前記方法がさらに、前記ＣＢＣＴイメージングモードにおいて、
前記デジタルＸ線面検出器および前記Ｘ線ソースアレイを前記被験者の前記関心領域の周りに回転させる段階と、
前記複数の空間分布型Ｘ線焦点のうちの１つのＸ線焦点からのＸ線ビームを用いて、Ｘ線被ばくが前記デジタルＸ線面検出器によるデータ収集と同期している状態で、１つまたは複数の投影像を記録する段階と
を備える、請求項１１に記載の方法。
前記方法がさらに、前記口腔内トモシンセシスイメージングモードにおいて、
前記Ｘ線ソースアレイと前記被験者の口内にある口腔内センサとを一列に並べる段階と、
前記Ｘ線ソースアレイ内にある複数のＸ線焦点からのＸ線放射を順次作動させて、前記Ｘ線ソースアレイまたは前記口腔内センサの機械的運動を何も伴わずに複数の視野角から複数の投影像を生成する段階と、
前記複数の投影像を再構成してトモシンセシス画像スタックにする段階と
を備える、請求項１１または１２に記載の方法。
前記Ｘ線ソースアレイが複数のＸ線焦点からＸ線放射を発生させるように構成され、
前記複数の空間分布型Ｘ線焦点のうちの少なくとも１つのＸ線焦点が第１の焦点サイズを有し、前記複数の空間分布型Ｘ線焦点の残りのものが第２の焦点サイズを有し、前記第２の焦点サイズを有する前記複数の空間分布型Ｘ線焦点が全て実質的に同じサイズであり、
前記第１の焦点サイズを有する前記少なくとも１つのＸ線焦点からの放射がコンピュータ断層撮影イメージング用に構成され、また前記第２の焦点サイズを有する、前記複数の空間分布型Ｘ線焦点の残りのものから生じる放射が口腔内トモシンセシスイメージング用に構成される、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
前記方法がさらに、約５０ｋＶと１２０ｋＶとの間のアノード電圧で前記Ｘ線ソースアレイを動作させる段階を備える、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
前記Ｘ線ソースアレイが、前記２Ｄ口腔内Ｘ線イメージングモードおよび前記口腔内トモシンセシスイメージングモードにおいて、約６０ｋＶと７０ｋＶとの間（両境界を含む）のアノード電圧で動作するように構成される、請求項１５に記載の方法。
前記Ｘ線ソースアレイが、前記ＣＢＣＴイメージングモードにおいて、約６０ｋＶと１２０ｋＶとの間（両境界を含む）のアノード電圧で動作するように構成される、請求項１５または１６に記載の方法。
前記Ｘ線ソースアレイがカーボンナノチューブベースの電界放出型Ｘ線ソースアレイである、請求項１１から１７のいずれか一項に記載の方法。
前記口腔内センサが柔軟であり、前記被験者の歯の舌側面に実質的に合致し得る、請求項１１から１８のいずれか一項に記載の方法。
前記方法がさらに、前記Ｘ線ソースアレイおよび前記デジタルＸ線面検出器の回転中心に対して前記Ｘ線ソースアレイの小角回転を行い、その一方で前記口腔内センサが静止したままであることにより、大角度の口腔内トモシンセシスイメージングが行われる段階を備える、請求項１１から１９のいずれか一項に記載の方法。