JP5782525B2 - コンピュータトモグラフィ及びトモシンセシスシステム - Google Patents

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本出願は、２０１１年１１月２５日に提出された「コンピュータトモグラフィ及びトモシンセシスシステム」という名称の米国特許出願第１３／３０４６１７号の優先権を主張するものである。この米国特許出願は、２０１０年１１月２７日に提出された「輝尽性ストレージ蛍光体を用いたスパイラルトモシンセシス及びコンピュータトモグラフィシステム」という名称の米国仮特許出願第６１／４１７４２１号の仮出願優先日を主張するものである。

本発明は、コンピュータトモグラフィ撮像システム及び技術に関し、より詳細には、新規のコンピュータトモグラフィ及びトモシンセシスシステム並びに技術に関する。

Ｘ線投影撮像は、２次元画像を生成するために広く行われている診断撮像手順である。このような画像は一般に、コンピュータラジオグラフィ（「ＣＲ」）又はダイレクトデジタルラジオグラフィ（「ＤＲ」）システムを用いて得られる。しかしながらＸ線投影撮像には、３次元解剖学的構造が２次元投影画像内で重ね合わされることで、上側の構造によって、観察対象である下側の構造の視界が不明瞭になってしまうことがある、という根本的な制約が存在する。

Ｘ線コンピュータトモグラフィ（「ＣＴ」）が開発されたことで、隣接する解剖学的構造を患者の断面スライスにおいて視覚化することが少なくとも部分的に可能となった。従来の幾何学的ＣＴでは、Ｘ線管及び撮像検知器は患者の両側に離間して位置する。Ｘ線曝露中、Ｘ線管及び検知器は同期して患者の周囲全体（又はほぼ全体）を移動し、検知器（フィルム、プレート又はその他の検知器）がＸ線曝露に追従してこれを捕捉する。従来のＣＴでは、運動の焦点面の焦点に像面を生成し、焦点面の上側及び下側両方における画像内の他の全ての位置は一般に焦点外であり、従って、生成される画像においてかすんだり見えにくかったりする。Ｘ線ＣＴ技術は、患者が受ける線量が多いこと、曝露時間及び画像取得時間が長いこと、並びに手順にかかるコストが高いことで知られる。

トモシンセシスは、特に特定の応用例に関して、従来のＸ線投影撮像の最新の改善策である。従来のＣＴと同様、トモシンセシスでは、最新の従来のＣＴで一般に使用されるＸ線検知器技術を用いたＸ線曝露、捕捉、処理を組み合わせる。よって、Ｘ線源及びＸ線検知器は上記と同様に、患者の両側に離間して位置し、Ｘ線管及び検知器もまた、対象となっている平面に属する中心軸の周りを同期して連続的に移動する。しかしながら、従来のＣＴとは対照的に、トモシンセシスを用いた患者の周りの移動は一般に大きく制限されている。トモシンセシスは典型的には、回転角が小さいＸ線ヘッドと、より少ない数のＸ線曝露とを使用して、限定されたデータセットを得る。その後、この限定されたデータをデジタル処理して、所望の画像を得る。ＣＴに対するトモシンセシスの利点には、撮像及び取得時間が削減されること、並びに被曝が低減されることが含まれる。

トモシンセシスにより、得られた限定数のＸ線投影画像から、一般に整数個の、対象のトモグラフィ断面スライスをデジタル再構成して、３次元透視図を生成することができる。重なり合った解剖学的構造のより良好な視覚化を達成するために、又は診断のその他の側面を制御するために、トモグラフィスライスの配置及び厚さを変更することができる。

しかしながら、現在のＣＴ及びトモシンセシスシステムは、未だに応用範囲が限定されたままである。例えば、従来のトモシンセシス設備及び技術では、曝露プロセスの間、患者が静止している必要がある。多くの患者にとって、曝露及び検知時間中に静止したままでいることは困難であり得る。マンモグラフィ技術では、位置決め機構を用いて、曝露プロセスの間胸部を静止状態で固定する。この技術によって詳細な撮像が可能となるものの、患者が、位置決め機構による苦痛及び不快感を訴える場合がある。必要なＸ線曝露を迅速に行うことで、患者が静止する必要がある時間又は位置決め機構によって固定される必要がある時間を短縮することができるようなトモグラフィ及びトモシンセシスデバイスが必要とされている。

現在利用可能なＣＴ及びコンピュータトモシンセシスシステムの別の欠点は、他の様々な理由の中でもとりわけ、初期コスト及び動作コストが高く、熟練した操作者が必要であることにより、その可用性が制限されていることである。ＣＴ及びトモシンセシスシステムは、このようなシステムに投資する資産がない地域では容易に利用できるものではない。よって、製造及び操作がより簡単で、複雑でなく、コストが安いＣＴ及びトモシンセシスシステムもまた必要とされている。このようにして、進歩した撮像をより安価に提供して、裕福でない医療センターでも利用可能とし、また、動作及び保守コストを低減させることができる。

本発明は、患者又は非生体対象等の３次元対象を走査するためのコンピュータトモグラフィ撮像システムを対象とする。コンピュータトモグラフィシステムは、限定数のＸ線投影撮像しか必要とせず、対象となっている所望の領域の、これら選択したトモグラフィ断面スライスを再構成する。限定された領域のＸ線曝露位置及び視野しか必要としないことにより、本発明は更に、螺旋状トモシンセシスシステムを含む新規のコンピュータトモシンセシスシステムを提供する。

コンピュータトモグラフィシステムは、対象の周りの円弧の周りを漸次移動するよう構成されたコーンビームＸ線源等のＸ線照射源を含む。複数の離間したストレージ蛍光体プレートを、内側回転フープアセンブリの外側表面に固定する。この内側フープアセンブリは、ガントリアセンブリ又は外側ハウジング内に支持されており、患者又は診断対象を受容するよう適合された内側管状キャビティを画定する。蛍光体表面はＸ線検知器として作用して、Ｘ線源からのＸ線投影エネルギを取得及び蓄積する。ある実施形態では、蛍光体表面は、内側フープの外側表面に沿って渦巻き状に配置され、これにより、複数のＸ線画像をリアルタイムに連続的に取得することができる。

ストレージ蛍光体表面１２上に記録された画像データを取得することができるラジオグラフィデバイスは、ガントリハウジング内に固定され、各輝尽性蛍光体表面から画像を走査して取得するよう適合されている。

上述のように、Ｘ線源は取得円弧の周りを移動することもでき、また、Ｘ線源にエネルギ供給して、Ｘ線源と反対側に配置された蛍光体表面が、対象を通過したエネルギを取得できるようにすることにより、各Ｘ線位置において、Ｘ線投影画像を得ることができる。Ｘ線源が取得円弧に沿った次の位置まで回転するにつれて、内側フープアセンブリ及びストレージ蛍光体表面は前進及び回転して、次のＸ線投影画像が、蛍光体表面の更なる部分又はストレージ蛍光体表面の更に別の部分に曝露される。Ｘ線がより長い円弧を移動するために、ストレージ蛍光体表面は、Ｘ線が通過できる離間した領域を含む。十分な蛍光体表面をＸ線に曝露した後、又は好ましくは他の表面が曝露されている間、内側フープアセンブリを回転させて、曝露した蛍光体表面をラジオグラフィデバイスと隣接して回転させ、Ｘ線投影画像を取得する。このようにして、多数の投影を遅延なく連続的に曝露することができ、そのほんの直後に画像を取得することができる。代替実施形態では、ラジオグラフィ撮像デバイスは、既に励起した輝尽性蛍光体表面を走査して読み取り、それと同時に、内側フープアセンブリを別のＸ線曝露のために回転させながら画像を取得する。このようにして、取得した画像をリアルタイムに処理し、利用可能とする。

公知のように、様々な再構成アルゴリズムを用いて、取得した投影画像からトモグラフィ断面を再構成してよい。本システムは、上側に重なった解剖学的構造を除去することにより、トモシンセシス画像における隣接する構造の可視性を向上し、また本システムは、従来のＣＴと比べて安価で信頼性が高く、設置が容易であり、また使用が容易である。

現在、Ｘ線曝露時間が長いことが、画像取得プロセスにとって不利益となっている。時間が長くなると、検査中に患者が動いてしまう可能性が上昇する。曝露中の位置の変位又は変化は、最終的な画像の歪みの原因となる。本発明のトモシンセシスシステムは、次の画像を得る前の処理を待つ必要無しに、迅速に連続して画像を取得する。これにより、曝露及び取得プロセス中に患者が変位する蓋然性が低下する。結果として、本発明のシステムは、胸部、臀部、腰部、現在可能なものよりも更に上端及び下端の画像を含む、極めて多様な解剖学的位置からの画像を取得することができる。

本発明の特定の実施形態では、コンピュータトモグラフィシステムは、より大きい外側フープアセンブリの内部に配置された内側フープアセンブリを有する管状撮像アセンブリを備える。対向する側部プレートの組は、２つのフープアセンブリを１つに連結し、また、内側フープアセンブリを外側フープアセンブリ及び側部に対して回転させることができるよう適合される。複数の摺動表面及び側壁に設置したホイールを用いて、内側フープアセンブリを支持し、回転運動をもたらしてよい。内側フープアセンブリに連結された駆動アセンブリは、回転運動を提供する。内側及び外側フープアセンブリ並びに側壁は、一般にガントリハウジングを形成又は支持し、管状キャビティを形成する。撮像アセンブリ又はガントリハウジングは、内側フープアセンブリ内部の管状キャビティ内に対象を受容及び通過させるよう適合され、内側フープアセンブリは外側フープアセンブリ及びガントリハウジングに対して回転可能である。

Ｘ線源は撮像アセンブリに連結され、Ｘ線エネルギを患者を通して放出するよう適合されている。Ｘ線源は円弧を通って移動可能であり、０〜６０°の円弧を通して患者をＸ線に曝露させることができる。Ｘ線源は、ファン又はコーンビームを放出する従来のＸ線管であってよい。

内側フープアセンブリの一般に平坦な外側表面又はフープアセンブリは、管状キャビティ内で内側を向いた曝露表面を有する、複数の離間したストレージ蛍光体表面で覆われている（ただし、連続した表面を用いてもよい）。蛍光体表面は、対象を通過したＸ線を受容するよう適合されている。

画像取得デバイスは、デジタルラジオグラフィ等のラジオグラフィデバイス又はコンピュータラジオグラフィである。１つ又は複数の画像取得デバイスは、内側フープアセンブリが回転するとストレージ蛍光体表面を走査して蓄積された画像を取得するよう適合されている。取得デバイスは好ましくは、次のＸ線を受容できるようにするために、蓄積された画像を取得した後でストレージ蛍光体を消去する。代替として、最新の利用可能なパネル検知器は、内側フープアセンブリに直接連結してよく、これにより、ラジオグラフィデバイスの必要が概ねなくなる。

図１は、本発明のある実施形態を、撮像ガントリアセンブリ内の患者用テーブル上に位置決めした対象（患者）と共に示した斜視図である。 図２は、本発明のある実施形態を、撮像ガントリアセンブリ内の患者用テーブル上に位置決めした患者と共に示した部分展開図である。 図３は、Ｘ線源の円弧及びラジオグラフィデバイスの走査ヘッドに対して、外側表面上のストレージ蛍光体表面を示す、内側フープアセンブリのスケッチである。 図４Ａは、Ｘ線管と、内側フープアセンブリを通過するコーンビーム曝露野に沿ったＸ線円弧とを示す、撮像ガントリアセンブリの断面図である。 図４Ｂは、Ｘ線管と、ストレージ蛍光体表面に沿った内側フープアセンブリを通過するコーンビーム曝露野に沿ったＸ線管の運動円弧とを示す、撮像ガントリアセンブリのスケッチである。 図４Ｃは、Ｘ線管と、Ｘ線コリメータと、外側表面に沿ってコーティングされたストレージ蛍光体を有する内側フープアセンブリを通過するファンビーム曝露野とを示す、ガントリアセンブリのスケッチである。 図５Ａは、本発明のある実施形態の管状キャビティ内で、耐荷重位置で起立している患者の図である。 図５Ｂは、ガントリハウジングアセンブリの部分の切り欠き図を示す、本発明のある実施形態の斜視図である。 図６Ａは、本発明のある実施形態の斜視図である。 図６Ｂは、本発明のある実施形態の、図６Ａとは異なる斜視図である。 図６Ｃは、本発明のある実施形態の、図６Ａ、図６Ｂとは異なる斜視図である。 図６Ｄは、本発明のある実施形態の、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃとは異なる斜視図である。 図７は、本発明のある実施形態の部分展開図である。 図８は、本発明のある実施形態のガントリハウジングアセンブリの斜視図である。 図９Ａは、本発明のある実施形態のガントリハウジングアセンブリの斜視図である。 図９Ｂは、本発明のある実施形態のガントリハウジングアセンブリの、図９Ａとは異なる斜視図である。 図９Ｃは、本発明のある実施形態のガントリハウジングアセンブリの、図９Ａ、図９Ｂとは異なる斜視図である。 図９Ｄは、本発明のある実施形態のガントリハウジングアセンブリの、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃとは異なる斜視図である。 図１０は、本発明の好ましい実施形態の斜視図である。 図１１Ａは、図１０に示す本発明の実施形態の側面図である。 図１１Ｂは、図１０に示す本発明の実施形態の前面図である。 図１１Ｃは、図１０に示す本発明の実施形態の上面図である。 図１２は、図１０に示す本発明の実施形態のガントリアセンブリの断面図である。 図１３Ａは、Ｘ線源支持ハウジング及び移動アセンブリを含む外側フープアセンブリのある実施形態の斜視図である。 図１３Ｂは、内側フープアセンブリのある実施形態の斜視図である。

図１及び２を参照すると、本発明のコンピュータトモグラフィ撮像システム１０のある実施形態が示されている。コンピュータトモグラフィシステムは管状ガントリハウジング１１（撮像ハウジングアセンブリとも呼ぶ）を含み、これは好ましくは基部アセンブリ２３によって支持され、この基部アセンブリ２３はガントリと一体の部材であってよい。ガントリハウジングアセンブリ１１は、内側管状キャビティ１６を画定する内側円筒形又はフープアセンブリ１３を含む。内側フープアセンブリ１３は、管状（円筒形）キャビティ１６を通過する垂直軸２７について同心である、より大きな外側円筒形又は外側フープアセンブリ１５の内部に位置決めされる。図１及び２に示すように、外側フープアセンブリ１５はカバー又は外側ハウジング表面を含む。対向する側部１７の組によって外側ガントリハウジング１１が完成し、これは、内側フープアセンブリ１３と外側フープアセンブリ１５を連結する。ガントリハウジングは、外側フープアセンブリ１５及び側部１７に対して内側フープアセンブリ１３を回転させることができるよう適合される。概ね摩擦のない表面、及び好ましくは平滑な軸受及びローラ部材１８を利用したこのような表面を、ガントリの側壁１７に設置してよく、管状キャビティ１６内の共通の垂直軸２７の周りで内側フープアセンブリ１３が回転運動することができるように、内側フープアセンブリ１３を支持しつつ、この表面を適合させてよい。

駆動アセンブリ２０（図７）は内側フープアセンブリ１３に連結され、外側フープアセンブリ１５に連結されたＸ線源に対する内側フープアセンブリの回転運動をもたらす。内側フープアセンブリ１３及び外側フープアセンブリ１５並びに側壁１７は、これらの間の円筒形自由空間１９を画定する。ガントリハウジング１１の内側フープアセンブリ１３内に形成された円筒形キャビティ１６は、患畜又は非生物対象を含む患者等の対象２１を支持し、図示したように内側フープアセンブリ１３を通過させるよう適合される。内側フープアセンブリ１３又はその一部は内側カバーを含んでよく、この内側カバーはガントリハウジング１１又は側部１７に固定されており、回転する内側フープアセンブリ又はこれらの間の回転する継手から対象２１を保護するよう適合されている。

Ｘ線源１４は外側フープアセンブリ１５に可動に連結され、対象２１を通るＸ線エネルギを放出するよう適合される。図示した実施形態では、Ｘ線源１４は、垂直軸２７とほぼ同心の円弧２５に沿った外側フープアセンブリの支持トラック部分の頂部に設置される。好ましくは、外側フープアセンブリ１５のトラック部分はＸ線源１４を支持するよう適合され、湾曲したトラック１５に沿ってＸ線源を移動させるための駆動アセンブリ２０を含む。カバー２２を用いて、Ｘ線源１４を覆い保護する。カバーはＸ線源に設置され、Ｘ線源と共に移動するよう、かつガントリ１１又は外側フープアセンブリ１５に設置されるよう適合され、また、円弧２５の周りにおけるＸ線源の十分な移動をもたらすよう適合される。Ｘ線源１４は円弧（図４）を通って移動することができ、Ｘ線曝露又は対象若しくは患者２１を通るＸ線ビーム２３の放出を可能とする。好ましくは、Ｘ線デバイス１４はガントリアセンブリ１１に可動に連結され、これにより、図４に示すように、約０〜６０°だけ円弧２５に沿って移動することができる。図８に示すように、Ｘ線管モータ及びホルダ２４並びに駆動機構２５をＸ線デバイス１４に設け、所定の円弧を通って内側フープアセンブリ１３の周りを移動するようにする。駆動機構２５は、歯車及びトラックのアセンブリ、又は円弧に沿った正確な運動をもたらす他のいずれの方法を含んでよい。

Ｘ線源１４は従来のファンビーム又は好ましくはコーンビーム２３であってよく、内側フープアセンブリ１３の複数のスロット及びストレージ蛍光体表面１２の間を通るよう配向されてよい。代替として、内側フープアセンブリ１３を、少なくとも蛍光体プレート又は表面１２の間において、Ｘ線透過性材料で作製するか、又はビーム２３に所望の効果を与えるよう改質してよい。図４Ｃに示すように、撮像プレート又は表面１２の間の間隔をコリメータ２７として用いてよく、又はその代わりに好ましくは、Ｘ線ビーム２３を適切に成形するために固定されたコリメータを設けてよい。

内側フープアセンブリ１３の概ね平坦な外側表面は、管状キャビティ１９内部で曝露される、複数の離間したストレージ蛍光体表面１２で覆われる（ただし、連続した表面を用いてもよい）。好ましくは、画像取得プロセス中、管状キャビティ１９を環境光を受けないよう維持する。蛍光体表面１２は、患者２１を通過したＸ線を受容するよう適合される。

ＤＲ又は走査ＣＲ等の画像取得デバイス２６は、撮像アセンブリ１１及び好ましくは側壁１７に連結される。画像取得デバイス２６（画像取得速度を向上させるために複数を用いる場合は複数の画像取得デバイス２６でもよい）は、内側フープアセンブリ１３が回転するとストレージ蛍光体表面１２を走査して蓄積された画像を取得するよう適合されている。取得デバイス２６は好ましくは、次のＸ線２１を受容できるようにするために、蓄積された画像を取得した後でストレージ蛍光体１２を消去する。

好ましい実施形態では、ラジオグラフィ撮像デバイス２６又は本発明の複数の撮像デバイスのうち少なくとも１つは、カリフォルニア州トーランスのｉＣＲｃｏが製造している、２００８年８月２２日に提出された「Ｍｏｄｕｌａｒ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ ａｎｄ Ｄｉｒｅｃｔ Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ（モジュール式コンピュータダイレクトラジオグラフィ及びその方法）」の名称の米国特許出願第１２／１９７２２１号（参照によりその全体を本開示に援用するものとする）に記載さているもの等の走査ヘッドラジオグラフィデバイスである。考えられるその他ラジオグラフィデバイスには、Ｃａｎｏｎ ａｎｄ Ｆｕｊｉ製のＣａｒｅｓｔｒｅａｍ Ｈｅａｌｔｈ（ＤＸＲ-１）による無線式のものを含むポータブルダイレクトラジオグラフィ検知器を利用することも含まれる。走査ヘッド２６は、ストレージ蛍光体１２に蓄積されているエネルギを励起するための走査レーザアセンブリ及び放出された光エネルギを受容するための光捕集アセンブリを含む。

好ましい実施形態では、ラジオグラフィ撮像システム１０はまた、好ましくは撮像基部３２に連結された患者用テーブル３０を利用する。患者用テーブル３０は、内側フープアセンブリ１３を通る患者２１の相対運動に適合される。この運動は好ましくは、基部３２内に配置された中央処理ユニットによって制御され、有利にはこれにより、患者の並進と画像取得速度とを同期させる。基部３２は好ましくは、駆動機構２０も支持する。図示したように、患者用テーブル３０は、撮像システム１０及び特に基部３２を可動に支持するためのトラック３４を有するフレームアセンブリを含む。トラック３４は摺動軸受表面であってよく、駆動アセンブリ及びトラックアセンブリ又は公知のその他の直線並進手段を含んでよい。

図３〜４を参照すると、内側フープアセンブリ１３に対して渦巻き状又は螺旋状に位置決めされた撮像表面１２又はプレートを有する、本発明のラジオグラフィ撮像システム１０が開示されている。このようにして、Ｘ線ビーム２１の殆どが螺旋又は渦巻き状通路に沿って取得され、３次元撮像の改善及び取得効率の向上が可能となる。本発明のこの実施形態は、渦巻き又は螺旋状トモグラフィシステム１０として言及されている。本発明の渦巻き状トモグラフィシステム１０は、線量又はコストの有意な増加なしに、より良好に解剖学的内部構造を可視化する性能に関して、従来のコンピュータラジオグラフィ（「ＣＲ」）及びデジタルラジオグラフィ（「ＤＲ」）システムに比べて大いに有利である。

既存のデジタルトモシンセシス法と比較した場合の、本発明の螺旋状トモグラフィシステム１０の第１の利点は、ストレージ蛍光体１２を検知器要素として使用することであり、これにより、より高い解像度及び大半のフラットパネル検知器（１００ミクロン／ピクセル）に対して小さいピクセルサイズと共に、複数の投影画像をほぼリアルタイムで迅速に取得する性能が実現可能となる。また本システム１０によって、画像品質の改善のために、湾曲した検知器のジオメトリ（湾曲した蛍光体表面プレート１２）を使用することも可能となる。

既存のＸ線コンピュータトモグラフィ（「ＣＴ」）システムと比較した場合の、本発明の渦巻き状（螺旋状）トモグラフィシステム１０の利点により、コストが低い従来のＸ線管をＸ線源として使用することができる。Ｘ線検知器１２としてストレージ蛍光体を使用することによってもコストは低下する。限定数のＸ線投影画像２３しか必要ではないため、本発明のシステムによって手順が簡略化され、患者２１の検査時間が削減され、また、患者への総投薬量を大幅に低減することができる。その上、再構成は潜在的に再構成アーティファクトが少ないものとすることができる。本発明の渦巻き状トモシンセシスシステム１０は信頼性及び耐久性を有意が向上したものであり、重量及び複雑さが有意に低下したものである。システム１０を設定及び較正するために特別な訓練は不要であり、また、システムが比較的単純であるため、システムの操作に必要な訓練もさほど特別なものではない。

従来のＣＴでは、Ｘ線源は１次元投影プロファイルを曝露するために、コリメートされたＸ線のファンビームを連続的に生成する。各断面画像について、複数の投影プロファイルを１８０°の円弧にわたって取得する。螺旋及び渦巻き状ＣＴでは、Ｘ線源は患者の周りを連続的に回転し、隣接する断面画像を取得するために患者のベッドは連続的に前進する。追加の検知器アレイを用いて、複数の投影プロファイルを同時に取得することができる。このような設計には、高価かつ熱容量が高いＸ線管及び高価な検知器アレイを使用する必要がある。

本発明の渦巻き状デジタルトモグラフィシステム１０では、Ｘ線源の円形軌道及びＸ線検知器の螺旋状運動を利用して、複数の高解像度投影画像を迅速に取得し、続いてこれを用いて、３次元対象を通る高品質な再構成スライスを生成する（図３参照）。好ましい実施形態では、Ｘ線源は３０又は６０°の円弧にわたって、７以上の取得位置を回転移動し；この実装形態では、システムはデジタルトモシンセシスを実施する（図４Ａ参照）。別の実装形態では、Ｘ線源は患者の周りを連続的に回転することができ、検知器ガントリは、量子化した螺旋状運動で移動することができ、これにより、１８０°の円弧にわたる多数の２次元投影を取得し；この実装形態では、システムは限定数の視界を用いてコーンビームコンピュータトモグラフィ（ＣＢＣＴ）を実施する（図４Ｂ参照）。第３の実装形態では、Ｘ線源をコリメートしてファンビームとすることができ、ストレージ蛍光体を連続的にわずかな増分で回転及び前進させて、各１次元投影プロファイルをストレージ蛍光体上の別個の線として取得することができ（図４Ｃ参照）；この実装形態では、システムは螺旋状コンピュータトモグラフィ（ヘリカルＣＴ）を実施する。

図３を参照すると、本発明の渦巻き状トモシンセシスシステム１０の好ましい実施形態は、Ｘ線管等のＸ線源１４の、ストレージ蛍光体Ｘ線検知器１６の渦巻き又は螺旋状運動に沿った円弧状軌道を利用して、複数の高解像度投影画像を迅速に取得し、続いてこれを用いて、３次元対象を通る高品質な再構成スライスを生成する（図３参照）。この設計の実装形態では、Ｘ線源は３０又は６０°の円弧にわたって、７以上の取得位置を回転移動し；この実装形態では、システムはデジタルトモシンセシスを実施する（図４Ａ参照）。別の実装形態では、Ｘ線源は患者の周りを連続的に回転することができ、検知器ガントリは、量子化した螺旋状運動で移動することができ、これにより、１８０°の円弧にわたる多数の２次元投影を取得し；この実装形態では、システムは限定数の視界を用いてコーンビームコンピュータトモグラフィ（ＣＢＣＴ）を実施する（図４Ｂ参照）。第３の実装形態では、Ｘ線源をコリメートしてファンビームとすることができ、ストレージ蛍光体を連続的にわずかな増分で回転及び前進させて、各１次元投影プロファイルをストレージ蛍光体上の別個の線として取得することができ（図４Ｃ参照）；この実装形態では、システムは螺旋状コンピュータトモグラフィ（ヘリカルＣＴ）を実施する。

図４Ａ及び４Ｂに示した渦巻き状トモシンセシスシステム１０の実装形態では、従来のＸ線照射源１４は対象２１（患者を図示しているが、本発明は非破壊分析での使用を想定している）の周りを回転するよう構成され、コリメート２７されてコーンビームジオメトリ２３内の２次元領域が曝露される。本発明の渦巻き状デジタルトモグラフィでは、対象２１はＸ線検知器１２の幾何学的中心又は近傍のいずれかに位置決めすることができる。大きな対象（例えば胴体）はＸ線検知器１２の近傍に位置決めし、これにより倍率を最小化して標準的なサイズの蛍光体上での対象全体の撮像を可能とする。小さな対象（例えば膝又は手）は、詳細部の可視化を改善し散乱を低減するために、中心に位置決めすることができる。

Ｘ線検知器及び取得ジオメトリ
（検知器ジオメトリ）
従来のデジタルトモシンセシスでは、単一の平面Ｘ線検知器を撮像検知器として典型的に使用し、単一の検知器は対象の周りを移動する。これは、システムをフラットパネルジオメトリに制限し、蓄積された画像を検知器が完全に読み出さなければならず、次の画像を取得することができるようになる前に検知器をリセットしなければならない。本発明の渦巻き状デジタルトモシンセシスシステム１０では、複数のストレージ蛍光体撮像プレート１２を用いて、複数の撮像プレートを、管１３の外側表面の周りに渦巻き又は螺旋状に配置する。撮像プレート１２は管１３の表面の周りで湾曲しているか、又は潜在的に、管の表面をストレージ蛍光体材料でコーティングして、管全体を、対象を完全に取り巻く大きな検知器とすることができる。

（取得ジオメトリ）
限定数の投影視界について、検知器管又はフープアセンブリ１３を固定することができ、Ｘ線源１４は（図４に示す指定した円弧内の）限定数の位置を回転移動することができ、これにより、各位置が１つの視界に対応し、各投影が検知器管の異なる領域で取得される（図３参照）。Ｘ線源１４は（６０°の取得円弧の）各位置を回転移動し、各位置で、Ｘ線投影が像を対応する撮像プレート１２に曝露する。

投影視界の数を増やすために、Ｘ線源１４はより多くの位置を回転移動することができ、Ｘ線源が次の位置へと回転移動するにつれて、検知器管ガントリ１１は渦巻き又は螺旋状に前進及び回転する。検知器管１３の各回転により、ストレージ蛍光体１２の異なる領域が曝露され、これによって極めて短時間で多数の投影を取得することができる（図４参照）。

（取得検知器管ガントリ１１）
本発明の螺旋状デジタルトモシンセシスシステム１０のための取得検知器管ガントリの１つの実装形態では、取得ガントリ１３を横向きに配向することができ、これにより、患者２１が取得テーブル３０上に横たわるのではなく、真っ直ぐに座るか又は起立することができる（図５Ａ参照）。取得ガントリ１１（及び特に１３）の別の実装形態では、患者用ベッド３０は横方向に摺動して撮像フープ１１内に入ることができるように、Ｃ字型の半円筒形ガントリを製作することができるか、又は患者が走査装置に真っ直ぐ歩いて入ることができるように走査撮像フープ１１を配向することができる（図５Ｂ及び５Ｃ参照）。

画像読み出し
全ての投影が曝露されたら、検知器管ガントリ１３を定位置まで回転させて戻し、ストレージ蛍光体１２が定位置に戻るにつれてこれを走査することによってＸ線投影画像を取得する。ストレージ蛍光体１２又は各ストレージ蛍光体１２上の蓄積された画像は、走査ヘッドモジュール２６を用いて読み出す（図５参照）。走査ヘッドモジュール２６は、ストレージ蛍光体１２の励起領域からの光の放出を刺激するための低電力レーザ、走査線を横切るレーザを漸進的に走査するための振動ミラー、蛍光体によって放出された光を捕集するための光捕集シリンダ、捕集した光を電子信号に変換するための１つ又は複数の光電子増倍管（ＰＭＴ）、並びに電子信号をデジタル画素（ピクセル）に変換するためのアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路及び増幅器からなる。本発明の渦巻き状デジタルトモグラフィシステム１０の独自の設計により、単一の、高解像度の、軽量の、低コストの走査ヘッドモジュールを使用することができ、又は、複数の投影を読み出すために必要な時間を削減するために複数の走査ヘッドモジュールを使用することができる。

画像再構成
様々なトモシンセシス再構成アルゴリズムを使用して、取得した投影画像からトモグラフィ断面が再構成されてきた。広く使用されている再構成アルゴリズムには：シフト加算（ＳＡ）トモシンセシス；フィルタ補正逆投影（ＦＢＰ）トモシンセシス；スパイラルＣＴ；コーンビームＣＴ；代数再構成技術（ＡＲＴ）トモシンセシス；スパイラルＣＴ；コーンビームＣＴが含まれる。取得ジオメトリに応じて適切な再構成アルゴリズムを用いて、限定数の１次元若しくは２次元投影からトモシンセシス画像又は真の断面画像を構成する。

本発明の渦巻き状トモシンセシスシステム１０は、多様な臨床的応用において使用することができる。これらには：マンモグラフィ；胸部撮像（胸）；肺腫瘍スクリーニング；結核用スクリーニング及び骨折の評価のための整形外科用撮像；脊椎固定術用の脊椎の評価；膝損傷の評価；並びに関節炎及びその他の関節疾病の評価；インプラントの外科的計画のための評価が含まれるが、これらに限定されない。

再び図５Ａを参照すると、本発明の渦巻き状トモグラフィシステム１００の代替実施形態は、垂直軸に沿って配向される。この実施形態では、取得ガントリ１０４を横向きに配向し、これにより、患者１０２が取得テーブル上に横たわるのではなく、真っ直ぐに座るか又は起立することができる。患者１０２を垂直なテーブル又は支持体（図示せず）に対して配置してよい。渦巻き状トモグラフィシステム１００のこの実施形態により、臨床的に現実的な呼吸及び耐荷重状態で画像を取得することができる。ストレージ蛍光体表面１０６は、既に開示した実施形態と同様にして、Ｘ線曝露ビームを捕捉する。

システムの概観
（基本概念）
本発明の撮像システム１０は、カリフォルニア州トーランスのｉＣＲｃｏ， ｉｎｃ．が製造しているｉＤＲ又は３６００という製品等のコンピュータラジオグラフィデバイスと同様に動作する。一般に、撮像プレート即ちＩＰは患者情報（Ｘ線）を受容及び蓄積し、この情報は走査ヘッドアセンブリ２６を用いて読み出される。直径約４３インチの内側フープ又はフープアセンブリ１３（ただし、必ずしも円筒形でなくてもよい）は、容易に入手可能かつコンピュータラジオグラフィに使用可能な１４インチ×１７インチ等の複数のストレージ蛍光体プレート１２を保持する。プレート１２を内側フープアセンブリ１３の外面に沿って配置する。これらのプレート１２は撮像情報を蓄積するものであり、コンピュータラジオグラフィシステムにおける機能と同様である。ｉＣＲｃｏのｉＤＲという製品で現在利用されているものと同様の走査機構２６が、フープ又はガントリハウジング１１内に固定される（ただし、走査装置は代替実施形態及び別の実施形態では並進し、複数の走査装置が使用される）。蛍光体プレート１２が固定された内側円筒又はフープ１３は軸方向に回転子、これにより、走査機構２６は先行技術と同様の方式でストレージプレートの読み出しと消去を行うことができる。

ストレージプレート１２は、標準的なラジオグラフィで使用されるものと同様の照射源を用いて曝露される。照射源１４は、ガントリアセンブリ１１の上部のトラックシステム２４に設置される（図７）。Ｘ線トラックシステム２４により、管１４はこの機械の中心軸の周りを回転し、円弧を画定することができる。これにより、様々な角度のＸ線から撮像情報を取得することができる。各曝露２３の後、プレート１２を保持する内側フープ１３は回転して、まだ曝露されていないプレートを患者２１の下側に位置決めする。鉛又は同様の減衰用媒体を用いて、まだ曝露されていないプレート又は蛍光体表面１２をＸ線の散乱から保護してよい。全てのプレート１２を曝露した後、走査ヘッドアセンブリ２６を用いて撮像情報を抽出する。

フープ構造１１全体をトラック又はランナシステム３４に設置して、テーブル３０の全長３７に沿って画像を取得することができるようにする（図１）。

本発明の渦巻き状トモシンセシスシステム１０の目下好ましい実施形態は、３分以内に患者を曝露して画像を取得する性能を提供する。患者が機械の中で過ごす必要がある時間は可能な限り短くなり、３０秒〜１分である。現在のトモシンセシス及びＣＴシステムは、様々な画像捕捉技術を利用するものであり、これはかなり複雑であり、また不都合なことに低速である。その上、従来のトモシンセシスシステムは各Ｘ線曝露の後に画像を取得する必要があるが、画像の取得にはＤＲパネルを利用しており、これは更に、各曝露の前に較正を必要とする。

図１０〜１３を参照すると、本発明のコンピュータトモシンセシスシステム２００の好ましい実施形態が示されている。この実施形態では、コンピュータトモシンセシスシステム２００は、円筒形内側フープアセンブリ２１３内で管状内部キャビティ２１６を画定するガントリハウジングアセンブリ２１１を含む。ガントリハウジング２１１は基材２３２によって支持される。ガントリハウジング２１１及び基材２３２は、管状キャビティ２１６に垂直かつ内側フープアセンブリ２１１とほぼ同心の軸２７に沿って可動である患者支持テーブル２３０を支持するよう適合される。ガントリアセンブリ２１１はまた、内側フープアセンブリ２１３とほぼ同心の、内側フープアセンブリ２１３の外側に離間して位置決めされた、外側フープアセンブリ２１５も含む。上述の実施形態について記載したように、ガントリアセンブリ２１１は、内側フープアセンブリ２１３を覆い保護するための内側円筒形カバーと、側部１７に連結され、かつ全ての内部可動構成部品を覆い保護するよう適合された外側円筒形カバー２２９とを含んでよい。

図１２及び１３を参照すると、この好ましい実施形態のガントリアセンブリ２１１は、内側フープアセンブリ２１３と外側フープカバー２２９との間に位置決めされたＸ線源２１４を含む。Ｘ線源２１４は好ましくはＸ線及び位置決めアセンブリ２２４の一部である。Ｘ線アセンブリ２２４は、Ｘ線源２１４を外側フープアセンブリのトラック２１５に沿って移動させて位置決めし、これによりＸ線ビーム２２３を対象の所望の位置に配向するよう適合される。Ｘ線アセンブリ２２４は、電気、空気圧若しくはガス式モータ、ピストン又はその他の手段等の駆動手段２３３を含む。駆動モータ２３４は湾曲したトラック又はギアトラック２３１に機械的に連結され、トラック２３１は外側フープアセンブリ２１５に設置されているか、又は好ましくはその一部である。Ｘ線アセンブリ２２４は好ましくは複数のガイド２４１を含み、ローラ又は軸受面は、湾曲したトラック２３１に係合して、Ｘ線源２１４をトラック及び外側フープアセンブリ２１５に沿ってガイドして移動させるよう適合され、外側フープアセンブリ２１５は好ましくは軸２２７の周りの所望の円弧２２５の形状に成形される。Ｘ線源２１４はＸ線生成装置２３５に電気的に連結され、Ｘ線生成装置２３５は基部２３２の内側にあっても外側にあってもよい。

内側フープアセンブリ駆動アセンブリ２３７は内側フープアセンブリ２１３に連結され、内側フープを垂直軸２２７の周りで回転させるよう適合される。駆動アセンブリ２３７は電気モータ及びギアアセンブリであってよく、これは、内側フープアセンブリ２１３に設置された円形ギア部分２３９又は対向する円形ギアトラック２３９と機械的に係合し、これによって、内側フープ２１３を駆動してＸ線源２１４及び１つ又は複数のラジオグラフィデバイス２２６に対して回転させる。内側駆動アセンブリ２３７は、ガントリハウジング２１１に設置してよい。内側円筒形カバー２３１は、患者等を内側フープアセンブリ２１３の可動部品から保護する。支持ローラ及び軸受表面２１８はガントリアセンブリ２１１内で内側フープアセンブリ２１３を支持し、滑らかな回転運動をもたらす。

ラジオグラフィデバイス２２６はガントリハウジング２１１の内側、及び好ましくは内側フープ２１３と外側フープ２１５との間の管状スペース２１９内に設置される。単一のラジオグラフィデバイス２２６しか図示していないが、ストレージ表面２１２からのデータ取得を改善するために複数のラジオグラフィデバイス２２６を含んでよい。代替として、ストレージ表面２１２は、このようなラジオグラフィデバイス２２６の必要性を排除するダイレクトラジオグラフィ検知器パネル又は同様のデバイスであってよい。デバイス全体のサイズを削減するために、又は空間２１９内の電子機器を制限するために、ラジオグラフィデバイス２２６はストレージ表面２１２からのデータ取得に限定してよい。

また別の実施形態では、ストレージ表面２１２は内側フープ２１３の外側表面に沿って捩れており、渦巻き状パターンを生成して連続的な捕捉を可能にし、対象は軸２２７と平行な円筒形キャビティ２１６内でＸ線照射されて移動させられる。また別の実施形態では、ストレージ表面２１２は可動トラック（図示せず）上に配置され、連続的な螺旋状Ｘ線及び走査パターンが可能となる。

患者、即ちヒトである患者に対する使用について説明したが、本発明の撮像デバイスを、獣医学的な設定等における動物に対する使用、非破壊試験における使用、又はセキュリティスクリーニングに関する使用にさえ、同様に適合させてよい。

本発明の実施形態の以上の説明は、例示及び説明を目的としてなされたものである。これは包括的であること、又は本発明をここに開示した形態又は方法に正確に限定することを意図したものではない。上記の教示に基づき多くの改変及び変形が可能であることは、当業者には理解可能である。

Claims (17)

1. （ａ）垂直軸の周りの管状キャビティを画定するハウジングアセンブリ；
   （ｂ）前記垂直軸の周りの前記ハウジングアセンブリ内に設置される外側フープアセンブリ；
   （ｃ）複数の離間したＸ線輝尽性検知器部材を支持する管状内側フープアセンブリであって、前記垂直軸の周りで前記外側フープアセンブリの内側にある前記ハウジングアセンブリに回転可能に連結される、内側フープアセンブリ；
   （ｄ）前記管状キャビティ内の対象をＸ線エネルギに曝露するよう適合されたＸ線源であって、前記外側フープアセンブリに可動に連結され、前記外側フープアセンブリと共通の円弧の周りを移動して前記管状キャビティ内に位置する前記対象を曝露するよう適合される、Ｘ線源；
   （ｅ）前記内側フープアセンブリと前記外側フープアセンブリとの間で前記ハウジングアセンブリ内に設置され、前記Ｘ線輝尽性検知器部材のうち少なくとも１つを走査するよう、及び前記Ｘ線輝尽性検知器部材から前記Ｘ線エネルギを取得するよう適合され、コンピュータラジオグラフィデバイスは、そのような走査のための走査ヘッドを利用する、コンピュータラジオグラフィデバイス；
   （ｆ）前記管状キャビティの周りで、前記Ｘ線輝尽性検知器部材を前記コンピュータラジオグラフィデバイスに対して回転させるよう適合される、第１の駆動装置；及び
   （ｇ）前記Ｘ線源を前記管状キャビティの周りの前記共通の円弧に沿って移動させるよう適合される、第２の駆動装置；
   を備える、コンピュータトモグラフィシステムであって、
   （ｈ）前記内側フープアセンブリ及び前記Ｘ線源は、前記管状キャビティの周りを独立して回転可能であり、これにより、前記対象を複数の視野からＸ線に曝露し、
   （ｉ）前記内側フープアセンブリが前記ハウジングアセンブリに対して回転する際、前記Ｘ線輝尽性検知器部材は前記コンピュータラジオグラフィデバイスに対して回転してこれに隣接し、これにより、前記コンピュータラジオグラフィデバイスは前記隣接するＸ線輝尽性検知器部材から、保持されているいずれのＸ線曝露エネルギを取得することを特徴とするコンピュータトモグラフィシステム。
2. 前記Ｘ線輝尽性検知器部材は、前記内側フープアセンブリの外側表面に固定された複数の輝尽性プレートを備える、請求項１に記載のコンピュータトモグラフィシステム。
3. 前記コンピュータラジオグラフィデバイスは、前記輝尽性プレートのうち少なくとも１つに蓄積された前記Ｘ線エネルギを消去するよう適合される、請求項２に記載のコンピュータトモグラフィシステム。
4. 前記Ｘ線輝尽性検知器部材は、前記内側フープアセンブリに着脱可能に固定されたカセット内に設置される複数の輝尽性プレートを備える、請求項１に記載のコンピュータトモグラフィシステム。
5. 前記Ｘ線輝尽性検知器部材は、前記内側フープアセンブリに固定された複数のデジタル検知器パネルを備える、請求項１に記載のコンピュータトモグラフィシステム。
6. 前記内側フープアセンブリは、前記Ｘ線源が前記管状キャビティの周りを回転する速度とは異なる速度で、前記管状キャビティの周りを回転する、請求項１に記載のコンピュータトモグラフィシステム。
7. 前記コンピュータラジオグラフィデバイスは前記ハウジングアセンブリに固定され、及び前記内側フープアセンブリは前記走査ヘッドに隣接した前記Ｘ線輝尽性検知器部材のうち少なくとも１つを回転させる、請求項２に記載のコンピュータトモグラフィシステム。
8. 前記対象は、前記コンピュータラジオグラフィデバイスが前記Ｘ線輝尽性検知器部材を走査しているとき実質上同時に、前記Ｘ線源からの前記Ｘ線に曝露される、請求項７に記載のコンピュータトモグラフィシステム。
9. （ａ）より大きな外側円筒形フープアセンブリ内に位置決めされる円筒形内側フープアセンブリと、前記内側フープアセンブリ及び外側フープアセンブリに連結されてその間の円筒形キャビティを画定する複数の側部プレートとを有する、管状ガントリアセンブリであって、前記内側フープアセンブリ内部に画定される管状キャビティ内で対象を受容して通過させるよう適合される、ガントリアセンブリ；
   （ｂ）前記外側フープアセンブリに連結され、前記管状キャビティ内に配置された対象を通るＸ線エネルギを放出するよう適合される、Ｘ線源；
   （ｃ）前記内側フープアセンブリの外側表面に連結され、前記対象を通過した前記Ｘ線を受容するよう適合される、複数の離間した輝尽性ストレージ蛍光体表面；
   （ｄ）走査ヘッド、前記内側フープアセンブリと前記外側フープアセンブリとの間で前記ガントリアセンブリに連結されるコンピュータラジオグラフィデバイスを備え、前記ストレージ蛍光体表面を走査して前記蓄積されたＸ線エネルギから画像を取得するよう適合される、コンピュータラジオグラフィデバイス；
   （ｅ）前記蛍光体表面を、前記管状キャビティの周りで前記走査ヘッドに対して回転させるよう適合され、これにより前記コンピュータラジオグラフィデバイスは前記蓄積されたＸ線エネルギを取得することができる、内側フープ駆動アセンブリ；並びに
   （ｆ）前記管状キャビティと共通な垂直軸を有する円弧の周りで前記Ｘ線源を移動させるよう適合される、Ｘ線源駆動；
   を備える、コンピュータトモシンセシスシステムであって、
   （ｇ）前記内側フープアセンブリは、前記内側管状キャビティの周りを前記外側フープアセンブリに対して回転可能であることを特徴とするコンピュータトモシンセシスシステム。
10. 前記コンピュータラジオグラフィデバイスと前記ストレージ蛍光体表面は非破壊試験での使用に適合される、請求項９に記載のコンピュータトモシンセシスシステム。
11. 前記Ｘ線源は、前記管状キャビティ内に回転軸を有する円弧の周りで可動であり、これにより、前記円弧に沿った複数の位置から前記対象にＸ線を曝露することができる、請求項９に記載のコンピュータトモシンセシスシステム。
12. 前記対象は、前記コンピュータラジオグラフィデバイスがストレージ蛍光体の表面を走査しているとき実質上同時に、前記Ｘ線源からの前記Ｘ線に曝露される、請求項９に記載のコンピュータトモシンセシスシステム。
13. 前記走査ヘッドは、前記ストレージ蛍光体表面上を通過して前記蓄積されたＸ線エネルギから画像を取得し、走査ヘッドは光捕集アセンブリ及び光学アセンブリを支持する外側ハウジングを備える、請求項９に記載のコンピュータトモシンセシスシステム。
14. 前記走査ヘッドは前記ガントリアセンブリに連結され、これにより、前記内側フープ駆動アセンブリによって前記内側フープアセンブリが回転しているときに、前記ストレージ蛍光体表面を走査することができる、請求項１３に記載のコンピュータトモシンセシスシステム。
15. 前記走査ヘッドは前記内側フープアセンブリに対して可動であり、これにより、他の前記蛍光体表面状にＸ線が曝露されている間、前記ストレージ蛍光体表面を走査することができる、請求項１３に記載のコンピュータトモシンセシスシステム。
16. 前記ストレージ蛍光体は、前記内側フープアセンブリの表面上に直接コーティングされる、請求項９に記載のコンピュータトモシンセシスシステム。
17. 前記ストレージ蛍光体は、前記内側フープアセンブリの湾曲した前記外側表面に連結される、湾曲したストレージ蛍光体プレートを備える、請求項９に記載のコンピュータトモシンセシスシステム。

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