特表 2022-520241 Ｘ線画像システムの較正

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-29

(54)【発明の名称】Ｘ線画像システムの較正

(51)【国際特許分類】

   A61B 6/03 20060101AFI20220322BHJP

   G01N 23/046 20180101ALI20220322BHJP

   G01N 23/087 20060101ALI20220322BHJP

【ＦＩ】

A61B6/03 F

A61B6/03 373

G01N23/046

G01N23/087

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021547102

(86)(22)【出願日】2020-01-28

(85)【翻訳文提出日】2021-10-11

(86)【国際出願番号】 SE2020050068

(87)【国際公開番号】W WO2020167200

(87)【国際公開日】2020-08-20

(31)【優先権主張番号】62/805,533

(32)【優先日】2019-02-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】512120638

【氏名又は名称】プリズマティック、センサーズ、アクチボラグ

【氏名又は名称原語表記】ＰＲＩＳＭＡＴＩＣ ＳＥＮＳＯＲＳ ＡＢ

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100217940

【弁理士】

【氏名又は名称】三並 大悟

(72)【発明者】

【氏名】ハンス、ボーネファルク

(72)【発明者】

【氏名】フレドリック、グレンベルイ

【テーマコード（参考）】

2G001

4C093

【Ｆターム（参考）】

2G001AA01

2G001BA11

2G001CA01

2G001DA06

2G001EA03

2G001FA02

2G001HA14

4C093AA22

4C093CA01

4C093EA07

4C093EB30

4C093FF50

4C093GA01

(57)【要約】

Ｘ線源およびＸ線検出器を有するＸ線画像システムのための較正ファントムが提供される。較正ファントム（５）は、－ 第１の材料を含む、中央に位置する第１の物体（１）と、－ 第１の物体の周縁辺りに配置された複数の第２の物体（２）であって、第２の物体の少なくともサブセットは第１の材料とは異なる第２の材料を含み、第１の物体は第２の物体より相対的に大きい、複数の第２の物体（２）と、－ 第１の物体の周縁辺りおよび／または第２の物体の少なくともサブセットの周縁辺りに配置された、複数の第３の物体（３）であって、第３の物体の少なくともサブセットは、第１の材料および第２の材料とは異なる第３の材料を含み、第３の物体は第２の物体より相対的に小さい、複数の第３の物体（３）と、を含む、少なくとも３つの異なるタイプおよび／または組成の幾何学的物体（１、２、３）の組み合わせを備える。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線源（１０）およびＸ線検出器（２０）を有するＸ線画像システム（１００）のための較正ファントム（５）であって、
前記較正ファントム（５）は、
－ 第１の材料を含む、中央に位置する第１の物体（１）と、
－ 前記第１の物体の周縁辺りに配置された複数の第２の物体（２）であって、前記第２の物体の少なくともサブセットは前記第１の材料とは異なる第２の材料を含み、前記第１の物体は前記第２の物体より相対的に大きい、複数の第２の物体（２）と、
－ 前記第１の物体の前記周縁辺りおよび／または前記第２の物体の少なくともサブセットの前記周縁辺りに配置された、複数の第３の物体（３）であって、前記第３の物体の少なくともサブセットは、前記第１の材料および前記第２の材料とは異なる第３の材料を含み、前記第３の物体は前記第２の物体より相対的に小さい、複数の第３の物体（３）と、
を含む、少なくとも３つの異なるタイプおよび／または組成の幾何学的物体（１、２、３）の組み合わせを備える、
較正ファントム（５）。

【請求項2】

前記第３の物体（３）の少なくともサブセットは、前記第２の物体（２）の少なくともサブセット間の前記第１の物体（１）の前記周縁辺りに配置される、請求項１に記載の較正ファントム。

【請求項3】

前記第１の物体（１）、前記第２の物体（２）、および前記第３の物体（３）は、意図されたＸ線方向に対して実質的に垂直な方向に延在する、および／またはスキャン方向に延在する、細長い物体である、請求項１または２に記載の較正ファントム。

【請求項4】

前記第１の物体（１）、前記第２の物体（２）、および前記第３の物体（３）は、円筒、直方体、およびプリズムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１から３のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項5】

前記第１の物体（１）は中央の円筒であり、前記第２の物体（２）は前記中央の円筒（１）の前記周縁辺りに間を置いて配置された中型サイズの円筒であり、前記第３の物体（３）は、前記中央の円筒（１）の前記周縁辺り、および／または、前記中型サイズの円筒（２）の少なくともサブセットの前記周縁辺りに配置された、より小さな円筒である、請求項１から４のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項6】

前記より小さな円筒（３）の少なくともサブセットは、前記中型サイズの円筒（２）の少なくともサブセットの間に間をおいて配置された前記中央の円筒（１）の前記周縁辺りに配置される、請求項５に記載の較正ファントム。

【請求項7】

前記中央の円筒（１）は前記中型サイズの円筒（２）より大きな直径を有し、前記中型サイズの円筒（２）は前記より小さな円筒（３）より大きな直径を有する、請求項５または６に記載の較正ファントム。

【請求項8】

前記複数の第２の物体（２）はすべて前記同じ第２の材料である、請求項１から７のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項9】

前記複数の第２の物体（２）は、異なる材料および／または異なるサイズの、少なくとも２つのタイプの物体を含む、請求項１から７のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項10】

前記第２の物体の第１のサブセットは、前記第２の異なる材料から作られ、また前記第２の物体の第２のサブセットは、前記第１の材料から作られる、請求項９に記載の較正ファントム。

【請求項11】

前記第２の物体（２）の前記サイズおよび数は、前記第１の物体（１）の前記周縁辺りに前記第２の物体の滑合を達成するように選択される、請求項１から１０のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項12】

前記第１の材料は柔軟なヒト組織を模倣し、また前記第２の材料は前記第１の材料よりも高い減衰を有する、請求項１から１１のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項13】

前記第１の材料は柔軟なヒト組織を模倣し、前記第２の材料は骨を模倣し、また前記第３の材料は造影剤を模倣する、請求項１から１２のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項14】

前記第１の材料はポリエチレン（ＰＥ）を含み、また前記第２の材料はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）または他のプラスチックもしくは樹脂を含む、請求項１から１３のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項15】

前記較正ファントム（５）は、材料ベースの分解のための較正を実行可能にするための光子計数マルチビンＸ線検出器（２０）を備えるコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムにおいて使用することが意図される、請求項１から１４のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項16】

前記較正ファントム（５）は、ｉ）前記ＣＴシステムの多数の回転角度の各々、および前記Ｘ線検出器の多数の検出要素の各々について、前記第１、第２、および第３の材料の各々を介する経路長の決定と、ｉｉ）対応する前記光子計数マルチビンＸ線検出器（２０）の検出器応答との間のマッピングに基づいて、正確な材料ベースの分解のための較正を実行可能にするために、前記ＣＴシステム内で使用することが意図される、請求項１５に記載の較正ファントム。

【請求項17】

Ｘ線源（１０）およびＸ線検出器（２０）を有するＸ線画像システム（１００）の較正のための方法であって、
－ 前記Ｘ線画像システムのビーム経路内に、請求項１から１６のいずれかに記載の較正ファントム（５）を設置するステップ（Ｓ１）、
－ 前記Ｘ線源（１０）をオンにするステップ、および前記較正ファントム（５）の被制御移動に基づいて較正シーケンスを開始するステップ（Ｓ２）、
－ 前記Ｘ線検出器（２０）の前記出力に基づいて、投影セットについて投影データを取得するステップ（Ｓ３）、
－ 取得された投影データに少なくとも部分的に基づいて、各前記投影について前記較正ファントム（５）の前記異なる材料を介する経路長を決定するステップ（Ｓ４）、ならびに、
－ 前記経路長と前記Ｘ線検出器（２０）の検出器応答との間のマッピングを生成するステップ（Ｓ５）、
を含む、方法。

【請求項18】

前記マッピングは較正された画像再構成に使用される、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記決定するステップ（Ｓ４）は、多数の回転角度の各々、および前記Ｘ線検出器の多数の検出要素の各々について、前記較正ファントムの前記第１、第２、および第３の材料の各々を介する前記経路長を決定することを含む、請求項１７または１８に記載の方法。

【請求項20】

前記Ｘ線検出器（２０）は光子計数マルチビンＸ線検出器であり、前記生成するステップ（Ｓ５）は、前記光子計数マルチビンＸ線検出器の対応する登録された光子計数に対する、前記異なる材料の経路長の検出要素特有のマッピングを決定することを含む、請求項１７から１９のいずれかに記載の方法。

【請求項21】

前記検出器応答は、少なくとも部分的に前記投影データによって表される、請求項１７から２０のいずれかに記載の方法。

【請求項22】

前記投影データは光子計数情報を含む、請求項１７から２１のいずれかに記載の方法。

【請求項23】

前記経路長を決定する前記ステップ（Ｓ４）は、取得された投影データに少なくとも部分的に基づいて、前記ファントムまたはその少なくとも一部の画像を生成すること、および、前記生成された画像から前記経路長を決定することを含む、請求項１７から２２のいずれかに記載の方法。

【請求項24】

前記Ｘ線画像システム（１００）は、光子計数マルチビンＸ線検出器を備える光子計数スペクトルコンピュータ断層撮影（ＰＣＳＣＴ）システムである、請求項１７から２３のいずれかに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

提案される技術は、一般にＸ線画像化に関し、より詳細には、較正ファントムおよび対応する較正手順を含むＸ線画像システムの較正に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、拡張された画像再構成を可能にするために、改善されたＸ線画像システムの較正が求められる。

【0003】

例えば、投影領域における正確な材料ベースの分解を実行可能にするために、いわゆる光子計数スペクトルコンピュータ断層撮影（ＰＣＳＣＴ）システムの較正が求められる。ＰＣＳＣＴシステムは、光子計数Ｘ線検出器からのスペクトル（すなわち、エネルギー弁別）情報に基づくＣＴシステムに関係する。これはシステムが、計数された個々の光子の数に応答するだけでなく、これら個々の光子のエネルギーも考慮に入れることを意味する。

【0004】

このコンテキストでは、較正は通常、検出器に注がれる異なるＸ線スペクトルと、対応する検出器出力との間の、マッピングとして理解される。ＰＣＳＣＴシステムの少なくとも中間の出力は、エネルギー・ビンに割り振られ、典型的にはｎ次ベクトル内に値として記憶される、Ｘ線カウントを含む（後の処理ステージにおいて、これらのカウントはログ機能を用いて処理可能である）。こうしたシステムにおける光子計数Ｘ線検出器は、しばしば、光子計数マルチビン検出器と呼ばれる。Ｘ線アノードが一定の電圧および電流によって供給され、ビームフィルタは決して変更されないものと仮定すると、検出器によって観察されるスペクトルの差は、Ｘ線経路内にどのような材料および厚みが存在したかに依存する。例えば、５ビン・システムの場合、ポリエチレン（ＰＥ）およびポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）のいくつかの変動厚み間の例示の較正マッピングは、下記のようであってよい。

【表1】

【0005】

投影領域における材料ベースの分解は、露光のＸ線光子が通過したいくつかの、典型的には２つまたは３つの基準材料の等価の経路長を、センチメートル単位で決定するためのプロセスである。これは典型的には、較正データまたは較正データのモデルの何らかのタイプの反転によって達成される。較正の間、定常ファントムのいくつかの露光が取得可能であることに留意されたい。結果は、無雑音データに近いものとなる。個々の投影に適用されるとき、例えば線量感受性ヒト患者の画像を構成するとき、制限された線量および結果として生じるポアソン雑音は、反転問題をより困難にすることになる。

【0006】

実用上の考慮事項
臨床ＰＣＳＣＴシステムなどのＸ線画像システムで使用するために較正ファントムを構成するとき、２つの主要な実用上の考慮事項が存在する。第１は、システムの検出要素の各々について、材料スペースの十分大きな部分（上記ＰＥおよびＰＶＣのすべての組み合わせ、または、臨床的に関連する材料の何らかの他の組み合わせ）をサンプリングしなければならないことである。第２は、これが実際に実行可能でなければならないことである。

【0007】

プロトタイプシステムについて材料スペースの十分大きな部分をサンプリングするための典型的な従来の手法は、図１に概略的に示されるような、異なる経路長を伴うステップ・ウェッジ・ファントムを使用することである。

【0008】

図１は、５×５の材料組み合わせを伴う、単純な２つの材料のステップ・ウェッジ・ファントムの例を示す概略図である。ファントムがｚ方向にスキャンされるにつれて、各検出器ラインは既知の材料組み合わせを調べる。τラジアンで傾斜したラインは、有限検出要素に当たるＸ線ビームを示す。ｚ方向のすべての検出要素（または、検出要素の列）を同時に露光することができるが、１つのビームのみが１つの検出要素に当たっているように示されている。部分容積効果（すなわち、Ｘ線移動に垂直な方向のビームの一部が異なる材料組み合わせを通過すること）を回避することが重要である。

【0009】

平面ステップ・ウェッジ・ファントムの単純な概念は、多くの理由で大きなｚカバレッジを伴うマルチスライス・システムに容易に拡大されない。１）取り扱いおよび製造コストに影響を与えるサイズ、２）配置に必要な精度、および３）散乱プロファイルの、３つについて簡単に述べる。

【0010】

ファントムがｚ方向に進む際の部分容積効果を回避するために、検出器に当たるビームの範囲全体が単一の材料組み合わせ内になければならない。アイソセンタにおける８ｃｍカバレッジおよび５０ｃｍの典型的な線源－アイソセンタ間距離を伴う、カバレッジの広い検出器の場合、円錐角τは－０．０８から０．０８ラジアンの範囲である。たとえファントムの配置のマージンが考慮されておらず、結果として部分容積測定を発生させ、したがって較正データを破損させる可能性がある場合であっても、ステップの長さは少なくとも検出要素サイズ＋Ｌ２×ｔａｎ τ_ｍａｘでなければならない。Ｌ２＝２ｃｍおよびアイソセンタにおける０．５ｍｍのｚ方向のピクセル幅である場合、これは、ステップ・ウェッジ・ファントム内のステップ・サイズが少なくとも０．２１ｃｍでなければならないことを示す。小さなマージンを追加することで、ステップごとに０．２５ｃｍを生み出す。たとえ各材料の６つの異なる経路長を伴う小さな３材料ファントムの場合であっても、ｚ方向のステップ・ウェッジの範囲はすぐに非常に大きくなり、６^＊６^＊６^＊０．２５ｃｍ＝５４ｃｍとなる。理想的には、さらに多くの材料組み合わせをサンプリングすることが望ましいため、ステップ・ウェッジ手法は、重みおよびコストの見地から、すぐに魅力的でなくなることは明白である。

【0011】

ステップ・ウェッジは、さらに、ファントムの配置に厳しい要件を与える。ファントムをｚ方向に多少傾けることができる場合、（傾斜角がｔａｎ τファクタで円錐角に追加されるため）部分容積効果を回避するために追加マージンおよびより大きなステップ・サイズが必要である。

【0012】

最終的に、ｚ方向のファントムの強力な不均質性は、結果として、正および負のｚ方向から各検出要素に当たる散乱放射線の量を不均一にする。これは、実際の物体の画像化を表すものとはならない。

【0013】

ＣＴ用のファントムに関する多数の一般従来技術が存在するが、それらのほとんどは、品質管理（ＱＣ）、幾何学的較正、またはビーム硬化補正法の最適化のいずれかに焦点が当てられていることを理解されたい。例えばＵＳ９４２０９８３Ｂ１の、既知の材料からリアルタイムデータとの比較によって組織性状を向上させることが意図された、患者と同時にシステム内で使用することが意図されたファントムのグループも存在する。

【0014】

これらのいずれも、検出器に注がれる異なるＸ線スペクトルと、例えば、材料ベースの分解でその後使用するためにエネルギー・ビンにおいて割り振られる対応するＸ線カウント数との間の、マッピングを生成するように設計されていない。

【0015】

より完全に理解するために、ＣＴスキャナのＱＣテストは、典型的には、標準化されたプロトコルを使用するＣＴファントムの再構成画像内のＣＴ数の測定を含む。ＣＴ数値は、通常、ハウンズフィールド単位（ＨＵ）として表され、身体内の様々な組織の組成の決定に臨床的に関連する。効果的な品質管理は、ＣＴ／ＨＵ値の許容差範囲が定義されることを必要とし、この範囲外の測定値は、スキャナのさらなる調査および可能な再較正が必要であることを示す。通常、測定結果は、ファントム内の各材料のＣＴ数について、製造業者特有およびｋＶｐ特有の許容差範囲を定義するために使用される。品質管理ファントムは、ベンダによって、および独立した第三者サプライヤによって、ユーザに供給される。ＱＣファントムの他の使用は、例えば、ＷＯ２０１６／１６８２９２Ａ１のように捕捉システムのジオメトリが正しく決定される（そうでなければ、アーチファクトが発生する）ことを保証することを含む。

【0016】

検出要素特有のビーム硬化または散乱補正方式の決定のための較正ファントムは、ＥＰ１４７５０３９Ｂ１、ＵＳ７０５６０１８Ｂ２、およびＵＳ８１２１２５０Ｂ２を含む。これらの技術的解決策の共通特徴は、ファントムが放射線場全体をカバーするのに十分なほど大きいか、または、多数の異なる経路長をカバーするために複数の位置の周辺でシフトされることである。典型的には、ファントムは、均質材料（水と同様の減衰特性を備える）の単一片からなるが、異なる材料および複数片を用いる解決策が提案されている（ＵＳ８１２１２５０Ｂ２）。また典型的には、ファントムの配置は非常に精密であることが必要であるが、実際のロケーションを決定するためにＸ線データを使用することによって配置非感受性が達成される解決策が提案されている（ＵＳ８１２１２５０Ｂ２）。

【0017】

しかしながら、いずれの方法またはファントムも、材料経路長と、投影範囲内で材料ベースの分解を実行するために設計された光子計数システムに必要な減衰データとの間の、最適なマッピングを生成するために最適化されていない。例えば、ＵＳ８１２１２５０Ｂ２は、ビーム硬化および散乱のための較正補正を生成することに焦点を当てている。前述のいずれの特許文献も、例えば、投影範囲内で材料ベースの分解を実行することが意図された、光子計数Ｘ線画像システムの必要性に合わせて具体的に調整されたファントムまたは方法に、特に焦点を当てていない。

【0018】

したがって全般的に、光子計数スペクトルＸ線画像システムなどのＸ線画像システムのための、改良された較正ファントムおよび手順が求められている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

Ｘ線画像システムのための改良された較正ファントムを提供することが、全般的な目的である。

【0020】

Ｘ線画像システムのための改良された較正手順を提供することも、目的である。

【0021】

Ｘ線画像システムのための較正ファントムを提供することが、特定の目的である。

【0022】

Ｘ線画像システムの較正のための方法を提供することが、別の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0023】

これらおよび他の目的は、提案される技術の１つまたは複数の実施形態によって達成され得る。

【0024】

第１の態様に従い、Ｘ線源およびＸ線検出器を有するＸ線画像システムのための較正ファントムが提供される。較正ファントムは、
－ 第１の材料を含む、中央に位置する第１の物体と、
－ 第１の物体の周縁辺りに配置された複数の第２の物体であって、第２の物体の少なくともサブセットは第１の材料とは異なる第２の材料を含み、第１の物体は第２の物体より相対的に大きい、複数の第２の物体と、
－ 第１の物体の周縁辺りおよび／または第２の物体の少なくともサブセットの周縁辺りに配置された複数の第３の物体であって、第３の物体の少なくともサブセットは、第１の材料および第２の材料とは異なる第３の材料を含み、第３の物体は第２の物体より相対的に小さい、複数の第３の物体と、
を含む、少なくとも３つの異なるタイプおよび／または組成の幾何学的物体の組み合わせを備える。

【0025】

第２の態様に従い、Ｘ線源およびＸ線検出器を有するＸ線画像システムの較正のための方法が提供される。方法は、
－ Ｘ線画像システムのビーム経路内に、第１の態様に従って較正ファントムを設置するステップ、
－ Ｘ線源をオンにするステップ、および較正ファントムの被制御移動に基づいて較正シーケンスを開始するステップ、
－ Ｘ線検出器の出力に基づいて、投影セットについて投影データを取得するステップ、
－ 各投影について較正ファントムの異なる材料を介する経路長を決定すること、ならびに、
－ 経路長とＸ線検出器の検出器応答との間のマッピングを生成するステップ、
を含む。

【0026】

このようにして、光子計数スペクトルＣＴシステムなどのＸ線画像システムが、改良されたおよび／またはアーチファクトのない、材料ベースの分解および／または画像再構成を実行できるようにするように、Ｘ線画像システムを較正することが可能である。

【0027】

本発明は、誤った配置に対してそれほど敏感ではない固有のファントムによって、従来技術の解決策を伴う少なくともいくつかの問題点に対処する。新規なファントムは、ｚ方向に形状を変化させる必要はなく、それによって不均一な散乱放射によって導入される任意の潜在的なバイアスを最小限にする。

【0028】

実施形態ならびにさらなる目的およびその利点は、添付の図面と共に下記の説明を参照することによって最もよく理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】５×５の材料の組み合わせを伴う、単純な２材料のステップ・ウェッジ・ファントムの一例を示す概略図である。

【図2】一実施形態に係る、較正ファントムの非限定的な例の断面を示す概略図である。

【図3】一実施形態に係る、較正ファントムの非限定的な例の３次元ビューを示す概略図である。

【図4A】縁部検出要素が異なる回転角度について変動する経路長を見ることができるように、ファントムがどのように視野の周縁に向かって移動できるかを示す、概略図である。

【図4B】縁部検出要素が異なる回転角度について変動する経路長を見ることができるように、ファントムがどのように視野の周縁に向かって移動できるかを示す、概略図である。

【図5】より小さな物体を示す経路長をサンプリングするために有用な、組み合わせられたファントム構成の一例を示す概略図である。

【図6】ファントムを使用して材料経路長のスペースをどのようにサンプリングできるかの一例を示す概略図である。

【図7】一実施形態に係る、Ｘ線画像システムの関連部分の一例を示す概略図である。

【図8A】一実施形態に係る、ファントム配置の一例を示す概略図である。

【図8B】一実施形態に係る、ファントム配置の一例を示す概略図である。

【図9A】（結果としてリングアーチファクトを含む画像を生じさせる非較正システム上の）２材料ファントムの初期の再構成の一例を示す概略図である。

【図9B】縁部抽出の結果の一例を示す概略図である。

【図9C】楕円（円筒を介した断面は楕円になる）のロケーションを識別するための、ハフ変換の結果のクローズアップの一例を示す概略図である。

【図10】一実施形態に係る、Ｘ線画像システム全体の一例を示す概略図である。

【図11】一実施形態に係る、Ｘ線画像システム全体の別の例を示す概略図である。

【図12】Ｘ線源およびＸ線検出器を有するＸ線画像システムの較正のための方法の一例を示す概略フロー図である。

【図13】一実施形態に係る、コンピュータ実装の一例を示す概略図である。

【図14】一実施形態に係る、較正ファントムの別の非限定的な例の断面を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

基本的な概念は、Ｘ線源およびＸ線検出器を有するＸ線画像システムのための較正ファントムを提供することであり、較正ファントムは、
－ 第１の材料を含む、中央に位置する第１の物体と、
－ 第１の物体の周縁辺りに配置された複数の第２の物体であって、第２の物体の少なくともサブセットは第１の材料とは異なる第２の材料を含み、第１の物体は第２の物体より相対的に大きい、複数の第２の物体と、
－ 第１の物体の周縁辺りおよび／または第２の物体の少なくともサブセットの周縁辺りに配置された複数の第３の物体であって、第３の物体の少なくともサブセットは、第１の材料および第２の材料とは異なる第３の材料を含み、第３の物体は第２の物体より相対的に小さい、複数の第３の物体と、
を含む、少なくとも３つの異なるタイプおよび／または組成の幾何学的物体の組み合わせを備える。

【0031】

「周縁」という用語は、通常、物体の外側境界、外側部分、および／または外側表面を示すこと、および／またはそれらに対応することを、理解されたい。

【0032】

例として、第３の物体の少なくともサブセットは、第２の物体の少なくともサブセットの間の第１の物体の周縁辺りに配置され得る。

【0033】

図２は、３つの異なるサイズおよび材料の円筒１、２、３を用いて例示される、ファントム構成５などの特有の場合の非限定的な例の断面ビューを示す概略図である。ファントムを介する線は、Ｘ線焦点および特有の検出要素を接続する直線である、特定のＸ線投影の経路を示す。

【0034】

図３は、一実施形態に係る、較正ファントム５の非限定的な例の対応する３次元ビューを示す概略図である。この図では、第１の物体１および第２の物体２だけは見えるが、第３の小さな物体（例えば、ロッドまたは円筒）は見えないない。

【0035】

しかし、第３の物体またはそれらのサブセットは、第２の物体の少なくともサブセットの周縁辺りに配置され得、第１の物体とは接することなく、例えば、構造全体の外側境界上に位置し、第１の物体と第２の物体との間に位置しないことを理解されたい。

【0036】

物体は、図２および図３の特定の例に示されるように円筒またはロッドである必要はないが、実際には、較正ファントムにおいて使用するのに適した任意の物理物体とすることが可能であることも理解されたい。例えば、第１の物体、第２の物体、および第３の物体は、意図されたＸ線方向に対して実質的に垂直な方向に延在する、および／またはスキャン方向に延在する、細長い物体であり得る。

【0037】

例を挙げると、第１の物体、第２の物体、および第３の物体は、円筒、直方体、およびプリズム（図１４も参照のこと）のうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0038】

図２および図３に示されるような特定の例において、第１の物体は中央の円筒１であり、第２の物体は中央の円筒１の周縁辺りに間を置いて配置された中型サイズの円筒２であり、第３の物体は、中央の円筒１の周縁辺り、および／または、中型サイズの円筒２の少なくともサブセットの周縁辺りに配置された、より小さな円筒である。

【0039】

「円筒」という用語は、円形円筒、楕円円筒、および／または、任意の他のタイプの円筒を含むことを理解されたい。

【0040】

例えば、より小さな円筒３の少なくともサブセットは、例えば図２に概略的に示されるように、中型サイズの円筒２の少なくともサブセットの間に間をおいて配置された中央の円筒１の周縁辺りに配置され得る。

【0041】

好ましくは、中央の円筒１は中型サイズの円筒２より大きな直径を有し、中型サイズの円筒２はより小さな円筒３より大きな直径を有する。

【0042】

一例として、複数の第２の物体はすべて同じ第２の材料であり得る。

【0043】

代替として、複数の第２の物体は、異なる材料および／または異なるサイズの、少なくとも２つのタイプの第２の物体を含むことができる。

【0044】

例えば、第２の物体の第１のサブセットは、第２の異なる材料から作られ得、また第２の物体の第２のサブセットは、例えば、図３ならびに図１４に概略的に示されるように、第１の材料などの異なる材料から作られ得る。

【0045】

第１の物体の周縁辺りに第２の物体の滑合を達成するように、第２の物体のサイズおよび数を選択することも可能である。

【0046】

図１４は、一実施形態に係る、較正ファントムの別の非限定的な例の断面を示す概略図である。この例では、第１の物体は、細長い直方体に対応する長方形または２次断面を有し、第２のタイプの物体は、三角柱に対応する三角形断面を有し、また第３のタイプの物体は、ロッドまたは円筒に対応する円形断面を有する。

【0047】

材料選択になったとき、第１の材料は柔軟なヒト組織を模倣するように選択され得、また第２の材料は第１の材料よりも高い減衰を有し得る。

【0048】

特定の例では、第１の材料は柔軟なヒト組織を模倣し、第２の材料は骨を模倣し、また第３の材料は造影剤を模倣する。

【0049】

一例として、第１の材料はポリエチレン（ＰＥ）を含み得、また第２の材料はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）または他のプラスチックもしくは樹脂を含み得る。

【0050】

任意選択として、較正ファントムは、材料ベースの分解のための較正を実行可能にするための光子計数マルチビンＸ線検出器を備えるコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムにおいて使用することが意図される。

【0051】

光子計数マルチビン検出器において、各登録された光子は閾値のセットと比較される電流パルスを生成し、それによって、多数のエネルギー・ビンの各々に入射する光子の数を計数する。

【0052】

例を挙げると、較正ファントムは、ｉ）ＣＴシステムの多数の回転角度の各々、およびＸ線検出器の多数の検出要素の各々について、第１、第２、および第３の材料の各々を介する経路長の決定と、ｉｉ）対応する光子計数マルチビンＸ線検出器の検出器応答との間のマッピングに基づいて、正確な材料ベースの分解のための較正を実行可能にするために、ＣＴシステム内で使用することが意図され得る。

【0053】

このコンテキストにおいて、Ｘ線源およびＸ線検出器は、異なるビューまたは回転角度での投影セットにおけるＸ線露光を実行可能にするために、サブジェクトまたは物体（オブジェクト）周辺を回転可能にするサポート上に配置され得る。

【0054】

より良く理解するために、次に、提案される技術を非限定的な例を参照しながらより詳細に説明する。

【0055】

基本的な設計またはレイアウトの非限定的な例を示す図２を、再度参照することができる。この特定の例において、ファントム５は、３つの異なるタイプおよび／または組成の円筒１、２、３を含む。典型的には直径が～２５ｃｍであり、柔軟なヒト組織を模倣する材料（ポリエチレンが可能性の１つである）の、より大きな中央の円筒１が存在する。より大きな中央の円筒１の周辺に間隔を空けて配置されるのが中型サイズの円筒２であり、その直径および数は、例えばいかなる大幅なギャップもなく滑合を達成するように、選択される。図３に概略的に示される特定の例において、あらゆる第２の中型サイズの円筒２は、中央の円筒１と同じ材料で作られ、また、あらゆる他の第２の中型サイズの円筒２は多少減衰の高い材料、例えば、骨を模倣するためにＰＶＣあるいは何らかの他のプラスチックまたは樹脂で作られる。この選択は単なる例示である。すべての中型サイズの円筒２は、同じ材料とすることもできる。２つより多くのタイプの中型サイズの円筒２も可能であり、各材料の数は異なってよい。一例として、より小さなロッドまたは円筒３は、より大きな中央の円筒１の周辺の、中型サイズの円筒２の間のスペース内に配置され得る。これらのより小さなロッド３は、ヨウ素または対象の何らかの他の造影剤を含むことができる。これらのロッドは、中型サイズの円筒２の間の周縁ギャップ内に滑合することもできることが明らかである。中型サイズの円筒２の数は、その意図される用途において、例えば、ＰＣＳＣＴシステムなどのＸ線画像システムが、アーチファクトのない材料ベースの分解および／または画像再構成を実行できるように較正するために、ファントムの性能を最適化するように選択される。

【0056】

例を挙げると、較正ファントム５は、スキャン方向が一定であり得、これは、システムのすべてのスライスが、スライスの円錐角に基づく可能な補正を除いて、同じ減衰プロファイルを見ることを意味する。

【0057】

中型サイズの円筒２および小型サイズの円筒３を、ファントムの周縁または外側境界に設置する理由は、材料組み合わせのより大きなサンプルスペースを得ることである。

【0058】

例えばＵＳ２０１２０１５５６１７Ａ１に従って、異なる材料の小さなロッドがファントムの内部に挿入される場合、小さなロッドを構成する（典型的にはヨウ素を模倣する）材料の経路長は、周囲の材料の相対的に長い経路長との組み合わせでのみ見られる。これは、基本的な分解または画像再構成の観点から、有益ではない。

【0059】

投影範囲内での材料ベースの分解の場合、本発明者等は、より変動する減衰データ（例えば、ヨウ素の組み合わせはごく少量のＰＥまたはＰＶＣとなる）を取得することが有益であることを理解している。したがって本発明者等は、本明細書で請求されるような、較正ファントムの新規で固有の設計を提案した。

【0060】

較正の間、Ｘ線源および検出器は、正規のスキャンの間と同様に回転可能であり、より多くの統計を集めるために場合によっては各ロケーションでより多く回転する。各検出要素は、異なるビューまたは回転角度において、第１、第２、および／または第３の材料の異なる経路長組み合わせを見ることになる。

【0061】

新規ファントム設計の利点は、下記のうちの１つまたは複数を含むことができる。

【0062】

・ファントムは製造が容易であり、例えばプラスチック材料の（既定のサイズの）直線ロッドまたは同様の幾何学的物体のみが必要である。例えば、ロッドの直径が適切に選択された場合、切片は互いに滑合する。それらを互いに成型または接着する必要はない。円筒の中央部分のみがビーム経路内にあり、ロッドはＸ線露光域の外側に固定することができる。ロッドを互いに保持する、より複雑な解決策が予測されるが、最も簡単な方法（ゴムバンドまたは接着テープ）も容認される。例えば、ロッドまたは同様の幾何学的物体を、反対側の端部プレートに、ロッドの各端部に１つずつ固定することができる。

【0063】

・ファントムが必要とするのは、ｚ方向の検出器の実際の範囲をカバーすることのみであり、したがって、対応するステップ・ウェッジよりも小さくなる。

【0064】

・ステップ・ウェッジを用いて取得するよりも多くの材料の組み合わせが、回転の間にサンプリングされる可能性がある。

【0065】

・ファントムはｚ方向に均質であるように設計され得、それによってｚ方向に沿った散乱プロファイルには傾斜がない（等しい、また患者を表す量の散乱が、各ｚ方向から検出器に当たることになる）。

【0066】

・ファントムの正確な位置は、任意選択として、固定手順によって再構成画像またはＣＴサイノグラムから決定可能である。これによって、較正スキャンの間、較正ファントムの配置が、回転、移転（左右および上下）、および最も重要には傾斜およびスキューに無反応になる。

【0067】

・固定手順からファントムの位置が決定されると、各線について３つの材料の各々を介する経路長が容易に決定され得る（例えば、図２に示されたジオメトリに基づいて、異なる円筒タイプの各々を介する経路長についての数式が容易に決定され得る）。

【0068】

図４Ａ～図４Ｂは、ファントム５が視野の周縁に向かってどのように移動可能であるかを示す概略図であり、縁部検出要素が異なる回転角度について変動する経路長を見ることができるようになる。

【0069】

ファントム５が全視野よりも小さい場合、図４Ａに概略的に示されるように、万一ファントムがアイソセンタ内にのみ置かれる場合、縁部検出器に見えるのは空気のみとなる。これを取り扱うために、ＣＴシステムまたは何らかの他の機構の組み込まれた長椅子の動きは、図４Ｂに概略的に示されるようにファントム５を上下または左右のいずれかに移行するために使用され得る。

【0070】

図４Ａの例において、ファントム５はアイソセンタ内に置かれる。縁部にある検出要素は、任意の回転角度でＸ線が当たらないことになる。図４Ｂに示されるように、ファントム５を視野（破線円によって示される）の周縁に向かってステッピングすることによって、縁部にある検出要素は異なる回転角度で変動する経路長も見ることになる。

【0071】

図５に概略的に示されるように、より小さな物体（幼児、頭部など）の画像化タスクにおいて発生する組み合わせについて、材料スペースをより正確にサンプリングするために、より小さいが同様のファントムを第１のファントムの上部に設置する（または別個に使用する）ことができることが明白である。頭部または幼児のスキャンを示す経路長をサンプリングするために、より小さな内部円筒を伴うファントムが使用され得る。これを、より容易な取り扱いのために第１のファントムに取り付けることができる。

【0072】

最終の例として、材料の経路長のスペースがファントムを使用してどのようにサンプリングされ得るかを示す。中央の円筒がｃｍ単位で２５ｃｍであり、その周囲に２０の中型および小型の円筒が置かれ、また移動して１１の異なる位置（アイソセンタ内にあり、２０ｃｍの最大オフセットまで１０回ステップアウト）で画像化される場合に、結果として生じる経路長の組み合わせが図６に示される。

【0073】

図６の特定の例において、Ａ１は、材料１（柔軟な組織を模倣する中央の大きな円筒、およびあらゆる第２の中型サイズの円筒）のｃｍ単位での経路長を示す。Ａ２は、ＰＶＣに対応しており、Ａ３は最も小さな円筒を介する長さである。本プロットは、中央の円筒がｃｍ単位で２５ｃｍであり、その周囲に２０の中型および小型サイズの円筒を有する、ファントムについて達成された例示の経路長を示す。ｐｉｘ１は左端の検出要素であり、ｐｉｘ２８４４は右端の要素である。左右対称に起因して、それらはＡスペース（材料組み合わせスペース）を同様にサンプリングする（この場合には、ファントムは、ファントムの一部が視野から外れたことを保証するために、第１にアイソセンタ内に置かれ、その後、２ｃｍずつ１０回ステップアウトした）。

【0074】

本発明のいくつかの主要な利点／特徴は、下記のうちの１つまたは複数を含むことができる。

【0075】

・ファントムに似たステップ・ウェッジを使用して過度の組み合わせ論を克服し、結果として、非常に大きな較正ファントム、または較正手順の間の非常に複雑な較正の動きのいずれかが生じる。

【0076】

・より小さな物体がより大きな物体の内部に置かれたとき、材料の組み合わせの疎なサンプリングを克服する。

【0077】

・較正ファントムの高精度の配置の必要性を克服し、代わりに、例えば固定手順によって生成される実際のデータから、ファントム・ロッドの正確なロケーションが決定される。ファントムがスキャン軸と位置合わせされた場合、ファントムの断面は互いに接触している円からなる。ファントムが傾いた場合、楕円になる。これらの形状は、サイノグラムにおける画像内で（例えば、修正されたハフ変換によって）容易に識別され、それらの正確なロケーションは数個のパラメータ（スキューおよび傾斜角度、中心位置、回転）の関数として決定され得る。

【0078】

・ファントムのロケーションが与えられると、各ガントリー角度および検出要素位置についての各材料を介した経路長が分析的に決定され得る。その後、この材料の組み合わせは、検出器応答とマッピングされ、必要な較正データを生み出す。これは、任意のタイプの幾何学的物体に対して実行され得る。

【0079】

・ファントムおよび方法は、任意選択として、散乱したＸ線をより良く取り扱うこともできる。散乱が、較正テーブルを決定する以前に補償されない場合、散乱の結果は、異なる角度にわたって少なくとも平均化され（任意の可能な角度依存性を平滑化し）、実際の散乱プロファイルも表す（推奨されるロッド・ファントムは、ステップ・ウェッジよりも患者をより良く模倣するため）。散乱の較正データ・ネットを取得することを望む場合、散乱プロファイルは、狭いコリメーションをＸ線ビームに適用することによって推定され得、また、一次Ｘ線に直接露光されない検出器の応答を検査することができる。

【0080】

特定の例において、新規な較正ファントムに基づく較正手順は、下記の特徴およびアクションを使用することであり得る。
１．ファントムをビーム経路内に設置する。
２．Ｘ線源をオンにし、ファントムの被制御移動に基づいて較正シーケンスを開始する。
３．投影データを記憶する。
４．取得した投影データに少なくとも部分的に基づいて、各投影について関連する較正ファントム材料を介した経路長を決定する。
５．材料経路長組み合わせおよび各検出要素についての検出器応答のマッピングを生成する（それによって、代表的な較正を提供する）。
６．任意選択として、このマッピングをアーチファクトのないトモグラフィ画像再構成のために使用する。

【0081】

特定の例において、検出器応答は、光子計数情報とも呼ばれる、エネルギー・ビンにおけるカウントなどの投影データによって、少なくとも部分的に提示され得る。

【0082】

任意選択として、経路長を決定するステップは、光子計数情報などの取得された投影データに少なくとも部分的に基づいて、ファントムの画像または少なくともその一部を生成すること、および、生成された画像から経路長を決定することを含み得る。リングアーチファクトはこうした画像内に提示され得、また、これらのアーチファクトは通常、患者の臨床画像内では許容されないが、画像からファントムの幾何学的物体を決定する目的、および、ファントムの考慮される材料の各々について経路長を決定する目的で、許容され得る。

【0083】

図７は、光子計数マルチビンＸ線検出器を備えるＣＴシステムなどのＸ線画像システムの関連部分の一例を示す概略図である。Ｘ線源および検出器は、各回転の間、異なる視野角で異なる投影のセットを実行可能にするために、画像化された物体の周りを回転するガントリー内に取り付けられ得る。Ｘ線検出器の出力は、異なるエネルギー・ビンで組織された光子計数情報を含む。関連する較正ファントム材料の各々を介する経路長は、各投影について決定され得、また、考慮される各検出要素についての検出器応答にマッピングされ得る。

【0084】

下記に、較正手順の非限定的な例を、ステップごとにより詳細に説明する。

【0085】

・患者の長椅子の先端から延在するホルダ上に較正ファントムを手動で置き、ビーム経路内にファントムを設置する（図８Ａおよび図８Ｂを参照のこと）。

【0086】

・ファントムの主軸がｚ軸に（およそ）平行であるかどうかは、有益であるが不可欠ではない。ファントムはｚ方向に均質であるため、方法はｚ方向のわずかなシフトに対して非感受性である。ｚ軸との完全な整合は、マルチスライス・システムにおけるすべての検出器列が同一の材料組み合わせを見ること、および各ロッドの断面が円形であることを保証する。

【0087】

・Ｘ線源はオンにされ、下記のいずれかを含む自動化された較正シーケンスが始動する。
〇視野内にあり、少なくとも部分的に視野を超える、較正ファントムの平滑な連続移動、または、
〇視野をカバーし、少なくとも部分的に視野を超える、ファントムの段階的移動。各ステップの間、ファントムは静止し、ガントリーは数回回転して、角度セットから投影データを収集する。回転数は、測定データ内の所望の統計エラーに基づいて決定される。

【0088】

・すべての投影データが記憶される（例えば、場合によっては散乱およびパイルアップの補正後、ならびに場合によってはログ正規化後の、エネルギー・ビン内のカウント）。

【0089】

・ファントムの多数の位置（視野の周縁に向かう、上下および／または左右のステップまたは連続移動）の各々について、較正ファントムの異なる材料を介する実際の経路長が、例えば下記の様式で決定される。
〇少なくとも部分的に投影データに基づいて、ファントムの再構成画像を作成する。例えば、縁部抽出後にファントムの画像上でのハフ変換と同様の変換を利用して、ファントム構成要素の顕著な特徴のパラメータ表示（楕円中心、長軸および短軸など）を抽出する（図９Ａ～図９Ｃを参照のこと）。
〇パラメータ表示が決定されると、ファントムのジオメトリおよびロケーションが固有に既知となる。ここで、線セグメントと、円（または楕円）、またはファントムに使用される任意の他の幾何学的形との、交差についての公式を使用して、各検出要素によって見られる異なる材料を介する経路長が分析的に決定され得、各線セグメントは、その始点（Ｘ線焦点）およびその終点、所与のガントリー回転角度についての各検出要素の既知のロケーションによって、固有に決定される。

【0090】

・場合によっては材料ベースの分解の方法（２０１１年、Ａｌｖａｒｅｚ）に基づいて、異なる材料の経路長と、後続のアーチファクトなしの画像形成のための登録されたカウントとの、検出要素特有のマッピングを使用する。Ｅｈｎ等によって提案された方法（２０１６年）に従って、順モデルを投影データ（目に見えない材料組み合わせにも有効）に合わせるために、結果として生じるマッピングを使用することも可能である。こうしたモデルを正確に合わせるために、材料ベース２（例えばＰＶＣ）および／または３（例えばヨウ素）の円筒を内部に配置した場合であれば当てはまるように、材料スペースを疎にサンプリングしないことが有益である。

【0091】

図９Ａは、（結果としてリングアーチファクトを含む画像を生じさせる非較正システム上の）２材料ファントムの初期の再構成の一例を示す概略図である。

【0092】

図９Ｂは、縁部抽出の結果の一例を示す概略図である。

【0093】

図９Ｃは、楕円（円筒を介した断面は楕円になる）のロケーションを識別するための、ハフ変換の結果のクローズアップの一例を示す概略図である。

【0094】

完全のために、一実施形態に係る、Ｘ線画像システム全体の一例を示す概略図である図１０を参照しながら、Ｘ線画像システム全体の例示的な例の簡単な概要を提供することが有用であり得る。

【0095】

この非限定的な例では、Ｘ線画像システム１００は、基本的にＸ線源１０、Ｘ線検出システム２０、および関連する画像処理デバイス３０を備える。

【0096】

Ｘ線源はＸ線を放出し、このＸ線はサブジェクトまたは物体を通過して、画像化された後、Ｘ線検出システムによって登録される。いくつかの材料はＸ線の大部分を他よりも吸収するため、画像はサブジェクトまたは物体で形成され得る。

【0097】

一般に、Ｘ線検出システム２０は、任意選択のＸ線光学系によって合焦され、物体またはサブジェクトあるいはそれらの一部を通過し得る、Ｘ線源１０からの放射を登録するために構成される。Ｘ線検出システム２０は、画像処理デバイス３０による基本材料分解および／または画像再構成などの画像処理を実行可能にするために、適切なアナログ処理および読み出しエレクトロニクス（Ｘ線検出システム２０に組み込み可能）を介して、画像処理デバイス３０に接続可能である。

【0098】

一般的に使用されるＸ線画像システムの一例がコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムであり、Ｘ線の扇ビームまたは円錐ビームを生成するＸ線源と、患者または物体を介して伝送されるＸ線の部分を登録するための反対側のＸ線検出システムとを含むことができる。Ｘ線源および検出器システムは、通常は、画像化される物体の周りを回転するガントリー内に取り付けられる。

【0099】

したがって、図７および図１０に示されるＸ線源１０およびＸ線検出システム２０は、ＣＴシステムの一部として配置され得、例えばＣＴガントリー内に取り付け可能である。

【0100】

この例では、Ｘ線検出システム２０は光子計数マルチビン検出器であり、画像処理デバイス３０は、本明細書で説明される基本材料分解および／または画像再構成のための入力として、Ｘ線検出器２０から光子計数情報を受信し得る。

【0101】

図１１は、一実施形態に係る、Ｘ線画像システム全体の別の例を示す概略図である。この例では、Ｘ線画像システム１００は、Ｘ線源１０、ガントリー１２、および患者テーブル１４、Ｘ線検出システム２０、関連する画像処理デバイス３０、様々な制御器３１、３２、３３、３４、オペレータコンソール３５、およびディスプレイを備える。

【0102】

この例では、Ｘ線源１０およびＸ線検出システム２０は、アイソセンタ１５に関連して回転するガントリー１２内に取り付けられる。

【0103】

この非限定的な例において、様々な制御器は、Ｘ線源を制御するため、例えばオンとオフを切り替えるため、および、ｋＶ切替モードなどの動作のモードを制御するための、Ｘ線制御器３１を含む。システム１００は、例えば、それぞれガントリーおよびテーブルの移動および回転を制御するための、ガントリー・制御器３２およびテーブル・制御器３３も含む。光子計数情報および他の可能な検出器出力の読み出しを含む、光子計数マルチビン検出器２０の動作を制御するための検出器制御器３４も存在する。

【0104】

本実施形態においても、Ｘ線検出システム２０は、画像処理デバイス３０による画像処理、基本材料分解、および／または画像再構成を実行可能にするために、適切なアナログ処理および読み出しエレクトロニクスならびにアナログおよび／またはデジタルのデータ経路を介して、画像処理デバイス３０に接続可能である。

【0105】

システム１００は、オペレータがシステムと対話できるようにするための関連するディスプレイを備えたオペレータコンソール３５も含み得る。

【0106】

本明細書で説明される方法およびデバイスは、様々な方式で組み合わせおよび再配置が可能であることを理解されよう。

【0107】

例えば、特有の機能は、ハードウェア内、または、適切な処理回路要素によって実行するためのソフトウェア内、あるいはそれらの組み合わせ内に実装され得る。

【0108】

本明細書で説明されるステップ、機能、手順、モジュール、および／またはブロックは、半導体技術、汎用電子回路要素および特定用途向け回路要素の両方を含むディスクリート回路または集積回路技術などの、任意の従来技術を使用するハードウェア内に実装され得る。

【0109】

特定の例は、１つまたは複数の適切に構成されたデジタル信号プロセッサおよび他の既知の電子回路、例えば、特殊機能を実行するために相互接続されたディスクリート論理ゲート、または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む。

【0110】

代替として、本明細書で説明されるステップ、機能、手順、モジュール、および／またはブロックの少なくともいくつかは、１つまたは複数のプロセッサまたは処理ユニットなどの適切な処理回路要素による実行のための、コンピュータプログラムなどのソフトウェア内に実装され得る。

【0111】

処理回路要素の例は、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、１つまたは複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、１つまたは複数の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、ビデオ・アクセラレーション・ハードウェア、および／または、１つまたは複数のフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）あるいは１つまたは複数のプログラマブル論理制御器（ＰＬＣ）などの、任意の適切なプログラマブル論理回路要素を含むが、限定されない。

【0112】

提案される技術が実装される任意の従来型デバイスまたはユニットの、汎用処理機能を再利用することが可能であり得ることも理解されたい。既存のソフトウェアを、例えば既存のソフトウェアの再プログラミングによって、または新しいソフトウェア・コンポーネントの追加によって、再利用することも可能であり得る。

【0113】

図１２は、Ｘ線源およびＸ線検出器を有するＸ線画像システムの較正のための方法の一例を示す概略フロー図である。

【0114】

基本的に、方法は、
Ｓ１：請求項１から１６のいずれかの較正ファントムを、Ｘ線画像システムのビーム経路内に設置するステップ、
Ｓ２：Ｘ線源をオンにするステップ、および、較正ファントムの被制御移動に基づいて較正シーケンスを開始するステップ、
Ｓ３：Ｘ線検出器の出力に基づいて、投影セットについて投影データを取得するステップ、
Ｓ４：取得された投影データに少なくとも部分的に基づいて、各投影について較正ファントムの異なる材料を介する経路長を決定するステップ、ならびに、
Ｓ５：経路長とＸ線検出器の検出器応答との間のマッピングを生成するステップ、
を含む。

【0115】

例えばマッピングは、較正された画像再構成に使用され得る。

【0116】

例を挙げると、決定するステップＳ４は、多数の回転角度の各々、およびＸ線検出器の多数の検出要素の各々について、較正ファントムの第１、第２、および第３の材料の各々を介する経路長を決定することを含む。

【0117】

特定の例において、Ｘ線検出器は光子計数マルチビンＸ線検出器であり、生成するステップＳ５は、光子計数マルチビンＸ線検出器の対応する登録された光子計数に対する、異なる材料の経路長の検出要素特有のマッピングを決定することを含む。

【0118】

例を挙げると、検出器応答は、少なくとも部分的に投影データによって表され得る。

【0119】

例えば、投影データは光子計数情報を含むことができる。

【0120】

任意選択として、経路長を決定するステップは、取得された投影データに少なくとも部分的に基づいて、ファントムまたはその少なくとも一部の画像を生成すること、および、例えば以前に例示されたように、生成された画像から経路長を決定することを、含むことができる。

【0121】

一例として、Ｘ線画像システムは、光子計数マルチビンＸ線検出器を備える光子計数スペクトルコンピュータ断層撮影（ＰＣＳＣＴ）システムとすることができる。

【0122】

図１３は、一実施形態に係る、コンピュータ実装の一例を示す概略図である。

【0123】

この特定の例において、システム２００はプロセッサ２１０およびメモリ２２０を備え、メモリはプロセッサによって実行可能な命令を備え、これによってプロセッサは、コンピュータ実装可能ステップおよび／または本明細書で説明されるアクションを実行するように動作可能である。命令は、典型的にはメモリ２２０内に事前構成され得るか、または外部メモリデバイス２３０からダウンロードされ得る、コンピュータプログラム２２５、２３５として組織される。任意選択として、システム２００は、入力パラメータおよび／または結果として生じる出力パラメータなどの関連データの入力および／または出力を実行可能にするために、プロセッサ２１０および／またはメモリ２２０に相互接続され得る入力／出力インターフェース２４０を備える。

【0124】

「プロセッサ」という用語は、一般的な意味で、特定の処理、決定、またはコンピューティングのタスクを実行するための、プログラム・コードまたはコンピュータプログラム命令を実行することが可能な、任意のシステムまたはデバイスとして解釈されるべきである。

【0125】

したがって１つまたは複数のプロセッサを含む処理回路要素は、コンピュータプログラムを実行するとき、本明細書で説明されるような明確に定義された処理タスクを実行するように構成される。

【0126】

処理回路要素は、前述のステップ、機能、手順、および／またはブロックの実行専用である必要はなく、他のタスクも実行することができる。

【0127】

提案される技術は、こうしたコンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読媒体２２０、２３０を備えるコンピュータプログラム製品も提供する。

【0128】

例を挙げると、ソフトウェアまたはコンピュータプログラム２２５、２３５は、通常はコンピュータ可読媒体２２０、２３０、特に不揮発性媒体上で実施されるかまたは記憶される、コンピュータプログラム製品として実現され得る。コンピュータ可読媒体は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、コンパクト・ディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ・ディスク、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）メモリ、ハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）記憶デバイス、フラッシュ・メモリ、磁気テープ、または任意の他の従来型のメモリデバイスを含むが、限定されない、１つまたは複数の取り外し可能または取り外し不可のメモリデバイスを含むことができる。このようにしてコンピュータプログラムは、コンピュータまたは等価の処理デバイスのオペレーティング・メモリ内に、その処理回路要素によって実行するためにロードされ得る。

【0129】

方法のフローまたはその関連部分は、１つまたは複数のプロセッサによって実行されるとき、コンピュータ・アクション・フローとしてみなされ得る。対応するデバイス、システム、および／または装置は、機能モジュールのグループとして定義され得、プロセッサによって実行される各ステップは機能モジュールに対応する。この場合、機能モジュールは、プロセッサ上で実行するコンピュータプログラムとして実装される。したがって、デバイス、システム、および／または装置は、代替として、機能モジュールのグループとして定義され、機能モジュールは、少なくとも１つのプロセッサ上で実行するコンピュータプログラムとして実装される。

【0130】

したがって、メモリ内に常駐するコンピュータプログラムは、プロセッサによって実行されるとき、本明細書で説明されるステップおよび／またはタスクの少なくとも一部を実行するように構成された、適切な機能モジュールとして組織され得る。

【0131】

代替として、主にハードウェア・モジュールによって、または代替としてハードウェアによって、モジュールを実現することが可能である。ソフトウェア対ハードウェアの程度は、純粋に実装選択である。

【0132】

前述の実施形態は単に例として与えられており、提案される技術がこれらに限定されるものと理解されるべきではない。当業者であれば、本発明を逸脱することなく、実施形態に対する様々な修正、組み合わせ、および変更が可能であることを理解されよう。特に、異なる実施形態における異なる部分解決策は、技術的に可能な他の構成において組み合わせ可能である。

【0133】

参照文献
１．Ａｌｖａｒｅｚ、Ｒｏｂｅｒｔ Ｅ．による、「Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ ｆｏｒ ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｘ－ｒａｙ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉｂｉｎ ｐｕｌｓｅ ｈｅｉｇｈｔ ａｎａｌｙｓｉｓ」、Ｍｅｄ． Ｐｈｙｓ． ３８（５）、２０１１年５月
２．Ｅｈｎ．Ｓ、Ｓｅｌｌｅｒｅｒ．Ｔ、Ｍｅｃｈｌｅｍ．Ｋ、Ｆｅｈｒｉｎｇｅｒ．Ａ、Ｅｐｐｌｅ．Ｍ、Ｈｅｒｚｅｎ．Ｊ、Ｐｆｅｉｆｆｅｒ．Ｆ、Ｎｏｅｌ．Ｐ．Ｂによる、「Ｂａｓｉｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｓｐｅｃｔｒａｌ ＣＴ ｕｓｉｎｇ ａ ｓｅｍｉ－ｅｍｐｉｒｉｃａｌ、ｐｏｌｙｃｈｒｏｍａｔｉｃ ａｄａｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｅｅｒ－Ｌａｍｂｅｒｔ ｍｏｄｅｌ」、Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．６２（２０１７年）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【手続補正書】

【提出日】2021-10-11

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線源（１０）およびＸ線検出器（２０）を有するＸ線画像システム（１００）のための較正ファントム（５）であって、
前記較正ファントム（５）は、
－ 第１の材料を含む、中央に位置する第１の物体（１）と、
－ 前記第１の物体の周縁辺りに配置された複数の第２の物体（２）であって、前記第２の物体の少なくともサブセットは前記第１の材料とは異なる第２の材料を含み、前記第１の物体は前記第２の物体より相対的に大きい、複数の第２の物体（２）と、
－ 前記第１の物体の前記周縁辺りおよび／または前記第２の物体の少なくともサブセットの前記周縁辺りに配置された、複数の第３の物体（３）であって、前記第３の物体の少なくともサブセットは、前記第１の材料および前記第２の材料とは異なる第３の材料を含み、前記第３の物体は前記第２の物体より相対的に小さい、複数の第３の物体（３）と、
を含む、少なくとも３つの異なるタイプおよび／または組成の幾何学的物体（１、２、３）の組み合わせを備える、
較正ファントム（５）。

【請求項2】

前記第３の物体（３）の少なくともサブセットは、前記第２の物体（２）の少なくともサブセット間の前記第１の物体（１）の前記周縁辺りに配置される、請求項１に記載の較正ファントム。

【請求項3】

前記第１の物体（１）、前記第２の物体（２）、および前記第３の物体（３）は、意図されたＸ線方向に対して実質的に垂直な方向に延在する、および／またはスキャン方向に延在する、細長い物体である、請求項１または２に記載の較正ファントム。

【請求項4】

前記第１の物体（１）は中央の円筒であり、前記第２の物体（２）は前記中央の円筒（１）の前記周縁辺りに間を置いて配置された中型サイズの円筒であり、前記第３の物体（３）は、前記中央の円筒（１）の前記周縁辺り、および／または、前記中型サイズの円筒（２）の少なくともサブセットの前記周縁辺りに配置された、より小さな円筒である、請求項１から３のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項5】

前記より小さな円筒（３）の少なくともサブセットは、前記中型サイズの円筒（２）の少なくともサブセットの間に間をおいて配置された前記中央の円筒（１）の前記周縁辺りに配置される、および／または
前記中央の円筒（１）は前記中型サイズの円筒（２）より大きな直径を有し、前記中型サイズの円筒（２）は前記より小さな円筒（３）より大きな直径を有する、請求項４に記載の較正ファントム。

【請求項6】

前記複数の第２の物体（２）は、異なる材料および／または異なるサイズの、少なくとも２つのタイプの物体を含む、請求項１から５のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項7】

前記第２の物体（２）の前記サイズおよび数は、前記第１の物体（１）の前記周縁辺りに前記第２の物体の滑合を達成するように選択される、請求項１から６のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項8】

前記第１の材料は柔軟なヒト組織を模倣し、また前記第２の材料は前記第１の材料よりも高い減衰を有する、請求項１から７のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項9】

前記第１の材料は柔軟なヒト組織を模倣し、前記第２の材料は骨を模倣し、また前記第３の材料は造影剤を模倣する、請求項１から８のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項10】

前記第１の材料はポリエチレン（ＰＥ）を含み、また前記第２の材料はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）または他のプラスチックもしくは樹脂を含む、請求項１から９のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項11】

前記較正ファントム（５）は、材料ベースの分解のための較正を実行可能にするための光子計数マルチビンＸ線検出器（２０）を備えるコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムにおいて使用することが意図される、請求項１から１０のいずれかに記載の較正ファントム。

【請求項12】

前記較正ファントム（５）は、ｉ）前記ＣＴシステムの多数の回転角度の各々、および前記Ｘ線検出器の多数の検出要素の各々について、前記第１、第２、および第３の材料の各々を介する経路長の決定と、ｉｉ）対応する前記光子計数マルチビンＸ線検出器（２０）の検出器応答との間のマッピングに基づいて、正確な材料ベースの分解のための較正を実行可能にするために、前記ＣＴシステム内で使用することが意図される、請求項１１に記載の較正ファントム。

【請求項13】

Ｘ線源（１０）およびＸ線検出器（２０）を有するＸ線画像システム（１００）の較正のための方法であって、
－ 前記Ｘ線画像システムのビーム経路内に、請求項１から１２のいずれかに記載の較正ファントム（５）を設置するステップ（Ｓ１）、
－ 前記Ｘ線源（１０）をオンにするステップ、および前記較正ファントム（５）の被制御移動に基づいて較正シーケンスを開始するステップ（Ｓ２）、
－ 前記Ｘ線検出器（２０）の前記出力に基づいて、投影セットについて投影データを取得するステップ（Ｓ３）、
－ 取得された投影データに少なくとも部分的に基づいて、各前記投影について前記較正ファントム（５）の前記異なる材料を介する経路長を決定するステップ（Ｓ４）、ならびに、
－ 前記経路長と前記Ｘ線検出器（２０）の検出器応答との間のマッピングを生成するステップ（Ｓ５）、
を含む、方法。

【請求項14】

前記マッピングは較正された画像再構成に使用される、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記決定するステップ（Ｓ４）は、多数の回転角度の各々、および前記Ｘ線検出器の多数の検出要素の各々について、前記較正ファントムの前記第１、第２、および第３の材料の各々を介する前記経路長を決定することを含む、請求項１３または１４に記載の方法。

【請求項16】

前記Ｘ線検出器（２０）は光子計数マルチビンＸ線検出器であり、前記生成するステップ（Ｓ５）は、前記光子計数マルチビンＸ線検出器の対応する登録された光子計数に対する、前記異なる材料の経路長の検出要素特有のマッピングを決定することを含む、請求項１３から１５のいずれかに記載の方法。

【請求項17】

前記検出器応答は、少なくとも部分的に前記投影データによって表される、請求項１３から１６のいずれかに記載の方法。

【請求項18】

前記投影データは光子計数情報を含む、請求項１３から１７のいずれかに記載の方法。

【請求項19】

前記経路長を決定する前記ステップ（Ｓ４）は、取得された投影データに少なくとも部分的に基づいて、前記ファントムまたはその少なくとも一部の画像を生成すること、および、前記生成された画像から前記経路長を決定することを含む、請求項１３から１８のいずれかに記載の方法。

【請求項20】

前記Ｘ線画像システム（１００）は、光子計数マルチビンＸ線検出器を備える光子計数スペクトルコンピュータ断層撮影（ＰＣＳＣＴ）システムである、請求項１３から１９のいずれかに記載の方法。

【国際調査報告】