JP6106809B2 - 可動式格子を含む微分位相コントラスト撮像装置 - Google Patents
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Description
平面2D検出では、2D検出器のアレイは、単一のX線照射で全体の投射画像を撮影し、位相取得は、例えば4,8又は16回のX線照射を用いる「位相ステッピング」と呼ばれるプロセスにより実現しなければならず、そのX線照射では、線源格子、位相格子、及び吸収格子のうちの1つは、他の2つの格子に対して移動される。
スリット走査アプローチでは、女性の***は、***より下のスキャンアーム又はガントリの移動により走査される。複数の並列検出ラインの典型的な構成によるデータ収集の冗長性を利用して、位相ステッピングの必要性を排除することができ、格子は互いに対して移動させる必要はない。こうして、位相捕捉は、例えば特許文献1に記載されるように通常の走査動作で実現することができる。
場合によっては、格子を用いない減衰イメージングに代えて又はこれに追加して、dPCIイメージングも実行することが望ましい場合がある。例えば、特許文献2には、可動式回折格子を含む微分位相コントラスト撮影装置が示されている。
特許文献3には、スリットのセットを含む格子構造等の格子構造が設けられたX線システムが開示されており、そのセットは、互いに異なる方向を有する。
特許文献4には、可動式回折格子を含む位相コントラスト・イメージング用の検出装置が開示されている。
特許文献5には、回折格子を含む関節撮像装置が開示されている。
特許文献6には、X線ビームから外れた位置に移動可能な回折格子を含む位相コントラスト・イメージング用の装置が開示されている。
(減衰、微分位相及び散乱イメージングを提供しながら)純粋な減衰イメージングとdPCIイメージングとの間で容易に切り替えることができるX線撮像装置を提供する必要がある。また、これら2つの動作モード間で速く、簡単に、正確に且つ確実に切り替わる装置を提供する必要もある。
本発明の態様は、X線微分位相コントラスト撮像装置、例えばマンモグラフィ装置に関する。
本発明の実施形態によれば、撮像装置は、X線ビームを生成するX線源と;非コヒーレントX線源(20)からコヒーレントX線ビームを生成する線源格子(G0)と;コヒーレントX線ビームを、対象物を通過させるための複数の扇形状X線ビームに分割するためのスリットを含むコリメータと;位相格子及び対象物の後ろに配置された吸収格子と;位相格子及び吸収格子によって、対象物を通過する扇形状X線ビームから生成されたモアレパターンを検出する検出ラインを含むライン検出器と;を有する。X線源、線源格子、コリメータ、位相格子、吸収格子、及び検出器は、共通のガントリに固定されるとともに対象物に対して移動可能にされ、それによって、ガントリの異なる位置からの複数の干渉縞が、対象物の微分位相画像を再構成するために検出可能となる。線源格子、位相格子、及び吸収格子の少なくとも1つの格子は、格子線のグループと、この格子線のグループ同士の間の透過性領域とを含む。ここで、格子線のグループ及び透過性領域は、検出ラインの方向に対して垂直な方向に互いに交互に配置される。線源格子、位相格子、及び吸収格子の少なくとも1つの回折格子が、ガントリに対して移動可能にされ、それによって、線源格子の第1の(dPCI)位置で、X線ビームは、格子線を通過し、続いてコリメータのスリットを通過し、及び線源格子の第2の(減衰イメージング)位置で、X線ビームは、透過性領域を通過し、続いてコリメータのスリットを通過する、或いは線源格子及び吸収格子の少なくとも一方の第1の位置で、扇形状X線ビームは、格子線を通過し、及び、位相格子及び吸収格子の少なくとも一方の第2の位置で、扇形状X線ビームは、透過性領域を通過する。
スリットが回折格子の格子線と位置合わせされるような位置に全ての格子がある構成では、撮像装置は、通常、対象物での減衰、微分位相及びX線散乱に関する情報を含むようなdPCIデータを生成するように構成される。
(純粋な)減衰画像を形成したい場合に、位相格子及び/又は吸収格子は、それら位相格子及び/又は吸収格子が、格子線を含まない、X線に対して透過性を有する領域でX線に曝露されるような位置へと移動させることができる。こうして、(純粋な)減衰イメージング中の回折格子の減衰及び対象物(患者であってもよい)に送達されるX線量を、低減することができる。
本発明の更なる態様は、上記及び下記に記載されるような画像装置とすることができる同一の装置を用いる微分位相画像データ及び減衰画像データを取得するための方法に関する。
マンモグラフィでは、臨床用途に応じて、マンモグラフィのワークロードの特定の部分は、微分位相イメージングの恩恵を受ける。しかしながら、ワークロードの一部は、依然として、従来のモード(減衰イメージングのみ)で実施することができる。臨床医は、患者毎(あるいはビュー毎)の基準でモード同士の間で選択するのを所望することができる。
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に説明する実施形態を参照して説明され、これから実施形態から明らかになるだろう。
図1は、可動式ガントリ12を含むX線撮像装置10を示しており、そのガントリは、対象物14に対して所定の角度範囲で移動可能である。X線撮像装置10は、マンモグラフィ装置とすることができ、対象物14は、女性の***とすることができ、この***は、装置10、例えばガントリ12も担持するフレーム16に固定された支持台18に支持される。
ガントリ10は、X線源20(例えばX線管)、線源格子G0、コリメータ22、位相格子G1、吸収格子G2、及びライン検出器24を担持する。格子G0,G1,G2、コリメータ18、及びライン検出器24は、X線源16に対して固定した距離でガントリ12に取り付けられる。
線源格子G0によりX線源20の(非コヒーレント)X線ビームから生成されたコヒーレントX線ビームは、コリメータ22によって扇形状ビーム28に分割される(そのうちの1つが図1に示されている。)。
図1に戻ると、扇形状ビーム28は、対象物14及び回折格子G1,G2を通過し、図3に示されるライン検出器24上に投射される。また、検出器24は、(X線源20から見て)略矩形の形状を有しており、その長辺は、通常、ガントリの移動軸線に対して略直交する。検出器24は、コリメータが含むスリット30と同じ数の検出ライン32を含む。各々が画素検出素子のラインを含む検出ライン32は、スリット30と位置合わせされ、それによって、スリット30を通過する各扇形状X線ビーム28は、それぞれのライン検出器32上に投射される。スリットの配置及び/又は検出ライン32の配置は、図面に示されるよりも複雑にすることができる。スリット30及び/又は検出ライン32は、ワンピースとして重ねる(go through)ことができない場合があり(そうしないと、いくつかのスリットの必要性がないであろう)、それらスリット30及び/又は検出ライン32は、わずかにオフセットし得る。
コントローラ26は、取得した画像データと、その中に符号化された干渉縞を評価することができ、及び対象物16の位相シフトを示す画像を決定/再構成することができる。
しかしながら、格子の1つだけ又は2つだけを図4に示すように設計すること、及び他の格子が、その全領域に亘って格子線を有すること(特に線源格子G0の場合である)も可能である。
図1に示される実施形態では、これは、格子G1,G2に設けられた、X線に対して透過性を有する領域38(図4参照)により実現される。格子G1及び/又はG2を横方向に移動させることにより、格子をオン位置から移動させることができ、X線ビーム28は、グループ36を介してオフ位置に通り抜け、X線ビーム28は、透過性領域38を通り抜ける。
格子線34の方向は、図1の平面に対して略垂直であってもよい、すなわち格子線が、格子G0,G1の移動方向に対して略直交するように動くことができることに注意されたい。
本発明の実施形態によれば、格子線34のグループ36及び透過性領域38は、互いに交互に配置される。
本発明の実施形態によれば、格子線34のグループ36は等間隔であり、透過性領域38は等間隔である。
本発明の実施形態によれば、格子線は、基板上の金属線であってもよく、及び/又は基板内のトレンチであるか、又は基板内にトレンチを含んでもよい。
透過性領域38は、基板/シリコンウエハの未処理部分、例えば金及びトレンチを全く含まない部分に設けてもよい。
しかしながら、透過性領域38は、基板内の孔によって提供することも可能である。
本発明の実施形態によれば、透過性領域38は、格子の基板内の孔であってもよく、又は格子の基板に孔を含んでもよい。
図1にさらに示されるように、格子G0は、別の方法を用いてX線ビーム28から取り除くことができる。格子G0は、ヒンジ48に取り付けてもよく、及び例えばコントローラ26によって制御されるモータ40を用いて、X線の光路28から外れた位置にフラップ(flap;上下動させる)することができる。しかしながら、空である格子G0のトレンチを液体金属で充填することも可能である。
他の2つの格子G1,G2は、コントローラ26によって制御される(更なる)モータ40によって直線的に移動させてもよい。
本発明の実施形態によれば、装置10は、格子G1,G2の少なくとも一方を第1の位置と第2の位置との間に移動させるためのモータ40を有しており、コントローラ26は、その移動を制御する。
この移動は、ステッピングモータ、ベルト駆動、又は同様のものによって実現することができ、機械的にロバストであり且つ明確に規定された「オン」エンドポイントが、提供される。
dPCIを用いることが重要であるときに、特に第1の「オン」位置(dPCIモード)での格子G1,G2の位置付けは、通常、格子G1,G2の位置合せとして明確に規定しなければならない。従って、「オン」位置に高い機械的精度を確保するための手段が、必要とされ得る。
本発明の実施形態によれば、格子G1,G2の第1の位置は、機械的ストッパ44によって決定される。
本発明の実施形態によれば、格子G1,G2の第1の位置は、位置センサ46によって決定される。
テフロン(登録商標)レール42又は同様のレールが、検出器又は格子G1,G2上に蓄積する塵/残留物のリスクを形成することなく、格子G1,G2を、垂直軸線及び他の面内軸線の他の空間方向に案内するガイドとして提供され得る。
本発明の実施形態によれば、撮像装置10は、格子を案内するテフロン(登録商標)レール42をさらに含む。
しかしながら、透過性領域を位相格子G1に設けること、及び扇形状X線ビーム38の光路に透過性領域38を移動させるためにその位相格子をシフトさせることも可能である。
本発明の実施形態によれば、位相格子G1及び吸収格子G2は、透過性領域38を有しており、及び/又は第1の位置と第2の位置との間で移動させることができる。
図1に示されるように、両方の格子は、それぞれのモータ40により各レール42上で移動され、すなわち、それら両方の格子は、互いに独立して移動可能である。
本発明の実施形態によれば、位相格子G1及び吸収格子G2は、第1の位置と第2の位置との間で、互いに独立して移動可能である。位相格子G1を移動させる第1のモータ40及び吸収格子G2を移動させる第2のモータがあってもよい。
本発明の実施形態によれば、位相格子G1及び吸収格子G2は、互いに固定して接続され、且つ第1の位置と第2の位置との間で互いに移動可能である。2つの格子G1,G2を含むdPCIの干渉計全体は、格納式であってもよい。
その移動は、コントローラ26によって制御される共通のモータ40を用いて行うことができる。
本発明の実施形態によれば、線源格子G0は、格子線34のグループ36と、この格子線のグループの間の透過性領域38とを含み、且つガントリ12に対して移動可能であり、それによって、線源格子G0の第1の位置で、格子線のグループからのX線ビームは、コリメータ22のスリット30を通過し、線源格子G0の第2の位置で、線源格子の透過性領域からのX線ビームは、コリメータ22のスリット30を通過する。
開始時に、装置10及び格子G0,G1,G2が、「オフ」位置、すなわち第2の位置にあると仮定され、そのオフ位置で、X線ビーム28は、1つ以上の格子G0,G1,G2の領域38を通過することができる。さらに、格子G0は、ヒンジ48によって、X線ビーム28の光路から外れた位置にフラップすることができる(図1参照)。
ステップ60では、dPCIデータを取得すべきであると決定される。例えば、装置10を使用する臨床医は、対応するコマンドをコントローラ26に入力する。
コリメータ22の隣接する2つのスリット30同士の間の距離が、典型的には、ライン幅当たり1ピクセルを含むような装置10の単一のピクセルの数倍の検出器幅であるので、隣接する領域にメタルフリー領域を残しながら、必要な箇所のみ金で充填されたシリコントレンチを含む格子G0及び/又はG2を作製することは容易である。
本発明の実施形態によれば、装置10の格子G0,G1,G2の少なくとも1つの格子、2つの格子、全ての格子を、第1の位置に移動させ、それによって、コリメータ22によって生成された扇形状X線ビーム28は、格子上の格子線34のグループ36を通過することができる。
移動後の格子G0,G1,G2の正確な位置付けは、機械的ストッパ44によって及び/又はセンサ46によって制御することができ、そのデータは、コントローラ26により評価される。さらに、格子G1,G2は、互いに独立して移動させることができ(図1参照)、又は共通フレームと一緒に移動させることができる(図2参照)。
コントローラ26は、ガントリ12の移動を制御することができ、さらにライン検出器24から取得したデータを評価して、微分位相コントラスト画像データを生成することができる。
ステップ62では、装置10を用いて純粋な減衰画像データを取得すべきことが決定される。また、このコマンドは、臨床医によってコントローラ26に入力することができる。格子G0,G1,G2(可動する場合に)は、「オフ」位置、すなわち第2の位置に戻される。
ステップ64では、減衰画像データは、対象物14に対してガントリ12を移動させることにより、及びガントリ12の複数の位置で対象物14を通過するX線を検出することによって取得される。
コントローラ26は、ガントリ12の移動を制御することができ、且つさらにライン検出器24から取得したデータを評価して、減衰画像データを生成することができる。
ステップ66では、格子G1及びG2、必要に応じて線源格子G0は、第2の「オフ」位置に移動され、ライン検出器24を較正する。
微分位相コントラスト・イメージング及び減衰イメージングの両方について可能な撮像装置10は、多くの利点を有することができる。一方では、微分位相コントラスト・マンモグラフィ(DPCM)は、マイクロ石灰化の視認性及び鮮明性を高める、健康な組織に対する腫瘍の優れた描写性、及び一般的な画像の鮮明性及び品質を高める等の、その潜在的な利益の観点から現在非常に集中的に研究されている。現在の研究の状態では、それは未だ明確ではないが、改善された画像品質によって、患者の背後にある干渉計の吸収部分で失われたX線量子を補償する線量低減を可能にするだろう。一方では、臨床用途(手動での読込み又はコンピュータ支援診断、精密診断、画像誘導生検等を用いたスクリーニング)に応じて、臨床プロトコル及びローカル・ガイドラインは、患者の後ろの干渉計(すなわち格子G1及びG2)を用いない「従来型」のセットアップ状態で実施されるマンモグラフィワークロードの一部を必要とする一方、他の部分は、干渉計を用いた「dPCI」セットアップの恩恵を受けるだろう。臨床承認研究自体が、dPCIシステムの市場への導入後の初期に直ぐに明らかになるが、スキャン毎の(scan-by-scan)基準で位相コントラスト干渉計を挿入/取り外す必要性が、永遠に続くと予想される。
上記で指摘したように、取得されるマンモグラフィスキャンの特性(スクリーニング又は診断又は介入)に応じて、臨床プロトコル及びガイドラインやスキャン毎の基準での臨床医の好みは、通常、上述したように撮像装置10を用いて可能となるように、従来のイメージングと位相コントラスト・イメージングとの間を切り替える機能が必要になる。
G1 位相格子
G2 吸収格子
10 X線撮像装置
12 ガントリ
14 対象物
16 フレーム
18 支持台
20 X線源
22 コリメータ
24 ライン検出器
26 コントローラ
28 扇形状ビーム
30 スリット
32 検出ライン
34 格子線
36 格子線のグループ
38 透過性領域
40 モータ
42 レール
44 ストッパ
46 位置センサ
48 ヒンジ
Claims (15)
- X線微分位相コントラスト撮像装置であって、当該装置は:
X線ビームを生成するX線源と;
非コヒーレントX線源からコヒーレントX線ビームを生成する線源格子と;
前記コヒーレントX線ビームを、対象物を通過させるための複数の扇形状X線ビームに分割するためのスリットを含むコリメータと;
干渉縞を生成する位相格子及び前記対象物の後ろに構成された前記干渉縞からモアレパターンを生成する吸収格子と;
前記位相格子及び前記吸収格子によって、前記対象物を通過する前記扇形状X線ビームから生成された前記モアレパターンを検出する検出ラインを含むライン検出器と;を備えており、
前記X線源、前記線源格子、前記コリメータ、前記位相格子、前記吸収格子、及び前記ライン検出器は、共通のガントリに固定されるとともに前記対象物に対して移動可能にされ、それによって、前記ガントリの異なる位置からの複数の干渉縞が、前記対象物の微分位相画像を再構成するために検出可能となり、
格子線のグループ及び透過性領域が、前記検出ラインの方向に対して垂直な方向に互いに交互に配置され、
前記線源格子、前記位相格子、及び前記吸収格子の少なくとも1つの格子が、前記格子線のグループと、該格子線のグループ同士の間の透過性領域とを含むとともに、前記ガントリに対して移動可能にされ、
それによって、前記線源格子の第1の位置で、前記X線ビームは、前記格子線を通過し、続いて前記コリメータのスリットを通過し、前記線源格子の第2の位置で、前記X線ビームは、前記透過性領域を通過し、続いて前記コリメータのスリットを通過し、又は
前記位相格子及び前記吸収格子の少なくとも一方の第1の位置で、前記扇形状X線ビームは、前記格子線を通過し、前記位相格子及び前記吸収格子の少なくとも一方の第2の位置で、前記扇形状X線ビームは、前記透過性領域を通過する、
X線微分位相コントラスト撮像装置。 - 前記格子線のグループは、等間隔にされ、前記透過性領域は、等間隔にされる、
請求項1に記載のX線微分位相コントラスト撮像装置。 - 前記格子は、X線に透過性を有する基板を含み、前記透過性領域は、金属配線を含まない前記基板上の領域を含む、
請求項1又は2に記載のX線微分位相コントラスト撮像装置。 - 前記格子線は、前記基板上の金属線であり、及び/又は、
前記格子線は、前記基板内に金属が充填されたトレンチであり、及び/又は、
前記格子線は、前記基板内のトレンチである、
請求項3に記載のX線微分位相コントラスト撮像装置。 - 前記透過性領域は、前記格子の基板に孔を含む、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のX線微分位相コントラスト撮像装置。 - 前記格子を第1の位置と第2の位置との間の移動させるモータと;
該移動を制御するコントローラと;をさらに備える、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のX線微分位相コントラスト撮像装置。 - 前記格子の第1の位置は、機械的なストッパにより決定される、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載のX線微分位相コントラスト撮像装置。 - 前記格子の第1の位置は、位置センサにより決定される、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載のX線微分位相コントラスト撮像装置。 - 前記格子を案内するためのレールをさらに含む、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載のX線微分位相コントラスト撮像装置。 - 前記吸収格子のみが、前記透過性領域を有する、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載のX線微分位相コントラスト撮像装置。 - 前記位相格子及び前記吸収格子は、前記透過性領域を有する、
請求項1乃至10のいずれか一項に記載のX線微分位相コントラスト撮像装置。 - 前記位相格子及び前記吸収格子は、第1の位置と第2の位置との間で互いに独立して移動可能であり、及び/又は、
前記位相格子及び前記吸収格子は、互いに固定して接続されるとともに、第1の位置と第2の位置との間で一緒に移動可能である、
請求項11に記載のX線微分位相コントラスト撮像装置。 - 前記線源格子を前記X線ビームから取り外すためのヒンジをさらに備える、
請求項1乃至12のいずれか一項に記載のX線微分位相コントラスト撮像装置。 - 同一の装置を用いて微分位相像データ及び減衰画像データを取得するための方法であって、当該方法は:
前記装置の線源格子、位相格子、及び吸収格子から選択された格子を第1の位置に移動させ、それにより、コリメータによって生成された扇形状X線ビームが、前記格子上の格子線のグループを通過する、移動させるステップと;
対象物に対して前記線源格子、前記位相格子、及び前記吸収格子を含むガントリとライン検出器とを移動させることにより、及び前記ガントリの複数の位置で前記対象物、前記線源格子、前記位相格子、及び前記吸収格子を通過するX線を検出することにより、微分位相画像データを取得するステップと;
前記格子を第2の位置に移動させ、それにより、前記扇形状X線ビームは、前記格子の透過性領域を通過する、移動させるステップと;
前記対象物に対して前記ガントリを移動させることにより、及び前記ガントリの複数の位置で前記対象物を通過するX線を検出することにより、減衰画像データを取得するステップと;を含む、
方法。 - 前記吸収格子及び位相格子が第2の位置にあるときに、前記ライン検出器を較正するステップと;
前記位相格子及び前記吸収格子が第1の位置にあり、且つ前記線源格子が第2の位置にあるときに、前記位相格子及び前記吸収格子を較正するステップと;をさらに含む、
請求項14に記載の方法。
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