JP2007203042A - 投影式および断層撮影式位相コントラスト画像の作成用のｘ線ｃｔシステム - Google Patents

Abstract

【課題】吸収ＣＴ画像の作成にも位相コントラストＣＴ画像の作成にも好適であり、それぞれ可能な限り少ない患者の線量負荷で達成されるＣＴシステムを見出す。
【解決手段】断層撮影式位相コントラスト−および吸収画像の作成用のＸ線ＣＴシステムにおいて、固定したステータと、前記ステータと相対的にシステム軸周りに回転する第１ロータとを有するガントリーと、少なくとも１つの、患者およびシステム軸周りに回転可能の、第１ロータ上に配設されたＸ線源検出器システムと、位相コントラスト決定用の少なくとも１セットのＸ線光学格子と、を備えたＸ線ＣＴシステムであって、少なくとも１セットのＸ線光学格子がガントリーの第１ロータと相対的に移動可能に配設されていることを特徴とするＸ線ＣＴシステム。
【選択図】図２

Description

この発明は、位置が固定された固定子（以下「ステータ」）と、前記ステータに軸支されかつ前記ステータと相対的にシステム軸周りに回転する第１の回転子（以下「ロータ」）とを有するガントリーと、患者およびシステム軸の周りを回転可能で第１ロータ上に配設された少なくとも１つのＸ線源検出器システムと、位相コントラスト決定用の少なくとも１セットのＸ線光学格子とを備えた断層撮影式位相コントラスト画像および吸収画像を作成するためのＸ線ＣＴシステムに関する。

一般的なコンピュータ断層撮影においては、検査対象を透過するＸ線ビームの吸収測定を利用して、検査対象、特に患者の断層撮影式撮影が行われ、その際、通常は放射線源が円形または渦巻形に検査対象の周りを移動され、かつ放射線源の対向側に検出器（大抵は多数の検出器）要素を備えた少なくとも１つの多列検出器が検査対象を通る放射線の通過時の吸収を測定する。断層撮影の画像位置のために測定された全ての空間的ビームの吸収データから断層撮影の断面画像または体積データが再構築される。このコンピュータトモグラフィ撮影によって、対象内に非常に美しい吸収差異を表示できるが、ただし自然に従って類似の吸収特性を有する類似の化学組成物の領域は、不十分に詳細化されて表示される。

さらに、検査対象を通るビームの通過時の位相ずれの効果は、放射線が透過する材料の吸収の効果よりも著しく強いことが知られている。この種の位相ずれは、周知のように２つの干渉格子の使用によって測定される。この干渉測定法に関しては、たとえば非特許文献１が参照される。この方法において、検査対象はコヒーレントなＸ線放射によって透射され、引き続き１つの格子対を通して案内され、かつ第２格子の直後に放射線強度が測定される。第１格子は第２格子を利用して背後にある検出器上にモアレパターンを形成する干渉パターンを発生する。第２格子が僅かにずれると、同様にモアレパターンのずれが生じ、従って第２格子のずれを相対的に決定できることとなる検出器内の空間強度の変化が生じる。前記格子の各検出器要素に対する、従って各ビームに対する強度変化を第２格子の移動路に依存してプロットすれば、各ビームの位相ずれを決定することができる。門題は、この方法では干渉パターンの形成のためにコヒーレントな放射線が必要となるので、非常に小さい放射線源が必要となり、そのためより大きい対象のコンピュータトモグラフィ撮影に適用することができない。

上記文献に示された方法では、極度に小さい焦点を備えた放射線源を用いないと、使用した放射線中に充分な度合の空間的コヒーレンスをもたらすことができない。しかしながら、この種の小さい焦点を使用すると、より大きい対象の検査のために必用とされる充分な線量率が確保できない。モノクロームのコヒーレント放射線、たとえばシンクロトロン放射線を放射線源として使用する可能性もあるが、しかしそれによってＣＴシステムは構造上非常に高価になり、その結果、幅広く適用を展開することが不可能である。

この問題は、ビーム路内の焦点／検出器−組合せの内部で、焦点に直接的に引き続き、第１吸収格子を配設することによって回避することができる。この場合、格子線の整列は、検査対象の後に続く干渉格子の格子線と平行である。

第１格子のスロットは、ビーム方向に対象の後方に配設された位相格子を利用してそれ自体公知の干渉パターンを発生するために充分である個々のコヒーレントビームの領域を作る。この方法により、ＣＴシステムもしくは透過光Ｘ線システム中の通常のＸ線管に相当する伸長部を有する放射線源を使用することも可能であり、その結果、たとえば一般的な医療診断分野で今後Ｘ線装置を利用して良好に差分化された軟質組織画像も作成することができる。この点に関しては、第102006017290.6号、第102006015358.8号、第102006017291.4号、第102006015356.1号、第102006015355.3号の書類番号を有する未公開ドイツ特許先行出願を参照し、それらの開示内容は全内容的に引用する。

このようなＸ線ＣＴシステムと組合せたＸ線光学格子の使用は、このＸ線光学格子が非常に高いコントラスト比、たとえば１００μｍと、同時に約１μｍの突条部幅に相当する、２μｍのオーダーの非常に小さい周期とを有する構造を要求するので、技術的に非常に要求レベルが高い。さらに、この格子のために強い吸収材料が使用されねばならず、これは、理想的には金とするべきである。同時に上記文献には、位相コントラスト測定から得たデータが吸収断層撮影の画像化に使用されることも記載されている。但し、この場合、Ｘ線格子の必要な強い吸収によって患者に対する強いビーム負荷をもたらす問題が生じる。そのため、患者と検出器システムとの間のビーム路内に定置型のＸ線光学格子を備えたこの種のＣＴシステムは、吸収ＣＴ用としては一律に導入することができない。
エックス-レイ・フェーズ・イメージング・ウィズ・ア・グレイティング・インターフェロメータ（X-ray phase imaging with a grating interferometer）、テー・ヴァイトカンプ（T. Weitkamp）ら、２００５年８月８日／第１２巻、第１６号／オプティクス・エクスプレス（OPTICS EXPRESS）

本発明の課題は、吸収ＣＴ画像の作成にも位相コントラストＣＴ画像の作成にも柔軟に適用可能であり、その都度可能な限り少ない患者の線量負荷で画像作成が達成されるＣＴシステムを見出すことである。

この課題は、独立の請求項１の特徴によって解決される。本発明の更なる有利な実施形態は従属請求項の対象である。

本発明者は、位置が固定されたステータと、前記ステータに軸支されかつ前記ステータと相対的にシステム軸周りに回転する第１のロータとを有するガントリーと、患者およびシステム軸の周りを回転可能で第１ロータ上に配設された少なくとも１つのＸ線源検出器システムと、位相コントラスト画像決定用の少なくとも１セットのＸ線光学格子とを備えた断層撮影式位相コントラスト画像および吸収画像を作成するためのＸ線ＣＴシステムの改善を提案するもので、この改善は、少なくとも１セットのＸ線光学格子がガントリーの第１ロータと相対的に移動可能に配設されていることにある。それによって、さらに少なくかつ受容可能なビーム負荷でもって断層撮影吸収画像を作成し、同じ装置を用いて位相コントラスト画像を作成することが可能になる。

このＸ線ＣＴシステムは、少なくとも１セットのＸ線光学格子が動作状態で検出器の一部のみを覆うように構成すると好都合である。多くの場合、患者が位相コントラスト検査によって観察される部分は、断面積で見て患者の全断面積より本質的に小さいので、検査において重要でない身体部分の照射を低減することができる。

本発明により、ガントリーは、Ｘ線源および検出器が固定されたロータのほかに、ビーム路内に配設可能のＸ線光学格子が固定され、それによって前記格子をＸ線源のビーム路からおよびＸ線源のビーム路内で移動できる移動装置を有することができる。この場合、ビーム路内に配設可能のＸ線光学格子が固定された移動装置は、格子を周方向に移動するために、円弧状または完全なリング部として構成することができる。格子がシステム軸方向に移動できるロータ上に、テレスコープ状またはレール状の移動装置を択一的に配設することもできる。

さらに、本発明に係るＣＴシステムのＸ線源は、線源から放出されたビームコーンをＸ線光学格子または全検出器の伸長部に適合できる絞りを有することができる。

さらに、Ｘ線源が準コヒーレントＸ線放射を高い線量率で発生できる線源格子を有すると特に有利であり、それによって検査の時間を可能な限り短く抑えることができる。

本発明者は、本発明のもう１つの態様に従って、固定したステータと、前記ステータに軸支されかつ前記ステータと相対的にシステム軸周りに回転する第１ロータとを有するガントリーと、少なくとも１つの、患者およびシステム軸周りに回転可能の、第１ロータ上に配設された、位相コントラスト決定用の少なくとも１セットのＸ線光学格子があるＸ線源検出器システムとを有する断層撮影式位相コントラスト画像および吸収画像の作成用のＸ線ＣＴシステムを提案する。この改善は、第１ビーム路が吸収測定専用に、そしてシステム軸方向にずらして配設された第２ビーム路が位相コントラスト測定用に設けられたことにある。

このようなＸ線ＣＴシステムにおいて、ガントリーは第２ロータを有することができ、第１ロータ上に吸収測定用の一方の検出器と、第２ロータ上に専らＸ線光学格子セットを備えた位相コントラスト測定用の第２検出器とが配設されている。各ロータ上に専用のＸ線源が配設されていると有利である。

以下、本発明を好ましい実施例を利用して図面を用いてより詳しく説明するが、本発明の理解に必要な特徴のみを示している。

図１は、対向する検出器３を備えたＸ線源としてのＸ線管２があるガントリーハウジング６を備えた本発明に係るＸ線ＣＴシステムの３次元模式図を示す。さらに、位相コントラスト測定用の位相格子４および分析器格子５を設けている。位相コントラスト格子４および分析器格子５は、ここでは詳細には図示していないが、ガントリーの周方向に検出器３の測定領域から旋回可能に配設されている。

測定のために、移動可能の患者寝台８上にいる患者７がシステム軸９に沿って検出器システムの測定領域内の開口部へ移送され、本来の測定のために、位相格子４と分析器格子５とからなる対向する検出器とＸ線光学格子セットとを備えたＸ線管が患者７の周囲を移動され、その結果、多数の投影式吸収データおよび投影式位相コントラストデータが様々な撮影角度から測定され、それに続き制御および計算ユニット１０内で、その中のメモリ１１に含まれているコンピュータプログラムＰｒｇ₁−Ｐｒｇ_nを利用して再構築される。

本発明により、この測定時に、高すぎる線量負荷を回避するために、吸収測定に対して放射線を吸収するＸ線光学格子セット４および５を検出器３の測定領域から移動することが可能であり、その結果、患者７に対して可能な限り少ないビーム負荷で吸収測定を実施することができる。しかしながら、同時にＸ線光学格子４および５を検出器３の測定領域での位相コントラスト測定のために取り入れ、次いで位相コントラスト測定をそれ自体公知の方法で実施することが可能である。

図２は、このような状況を再度断面図で示す。ここでも再び、ロータ１２を軸支するガントリーの固定したステータ１３があるガントリーハウジング６を示している。ロータ１２上には、Ｘ線管２と、大抵は多列検出器として構成されている対向する検出器３も固定されている。Ｘ線管内の焦点２．１から、移動可能の絞り２．３を介して発生されたビームコーンを基準に調節できる放射線が放出され、その結果、検出器３全部をカバーする幅広の放射線コーン１５又はより狭い放射線コーン１６が設定される。より狭い放射線コーン１６は、検出器を部分的にのみ覆うＸ線光学格子４および５に当たり、この格子を利用して検出器３の部分領域を介して位相コントラスト測定が可能である。このＸ線光学格子４および５は、円弧状の移動機構１４を利用して周方向に検出器３の測定領域から旋回することができ、その結果、選択的に専ら吸収測定だけが実施されるか、あるいは位相コントラスト測定が縮小された測定領野１６上で実施される。

図３に、図２と同じＣＴシステムが示されているが、図２において円弧状として示された移動機構１４は、閉じたリングとして構成されており、その結果、このリングは、格子４および５がＸ線管および検出器と同様に、システム軸の周りを円形に移動できるガントリー内の第２ロータ１２'に相当する。

本発明に係るＸ線ＣＴシステムのもう１つの変形態様は図４に断面図で示されている。この図４は、実質的に図２の表示に相当するが、円弧状の移動装置の代わりに、Ｘ線光学格子４および５用のシステム軸方向への移動装置が、側面に配設されたテレスコープ（伸縮筒）要素１７．１および１７．２の形態で設けられている。このテレスコープ状の移動装置１７．１および１７．２により、位相格子４および分析器格子５をシステム軸９の方向（紙面と垂直な方向）へ移動することができ、その結果、前記格子は選択的に位相コントラスト測定のために患者７と検出器３との間に入れることができる。

図５ないし８は、縦断面図で本発明に係るＣＴシステムの実施変形態様を示す。ここで図５の変形態様は図２記載の実施態様に相当し、図６は図４の実施態様に相当する。図７は、システム軸方向にずらして配設され、かつ分離して操作可能の２本のＸ線管を備えた焦点検出器システムを備えた実施変形態様を示しており、Ｘ線管２と検出器３を備えた左側の一組は吸収測定に、かつＸ線管２'、検出器３'およびＸ線光学格子４および５を備えた、付属の第２ロータ１２'を含む右側の一組は位相コントラスト測定に使用される。図８は、再度図７に対する択一的なシステムを示しており、この場合はただ１つのＸ線管２が使用されているが、これは純吸収検出器３および／または位相コントラスト検出器３'のそれぞれの使用に応じてＸ線管のビームコーンの必要に応じた適合を可能にするシステム軸方向に移動可能の絞り２．３を使用する。

つまり、本発明によって、一方で位相コントラスト測定を実施する可能性を有し、他方では公知の吸収測定が少ない線量率の使用下に可能であるＸ線ＣＴシステムが考慮されている。この実施態様において、ＣＴシステムをモジュール状に構成することも可能であり、その結果、位相コントラスト断層撮影システム用の保守的な吸収断層撮影システムの後々の問題のない再装備が可能である。

本発明の上記の特徴は、それぞれ上記の組合せだけでなく、本発明の枠組から離れることなくその他の組合せまたは単独でも使用可能であることは自明である。

本発明に係るＸ線ＣＴシステムの３次元模式図である。 周方向に移動可能のＸ線光学格子セットを備えた本発明に係るＸ線ＣＴシステムの断面図である。 図２記載の、ただしＸ線光学格子用の回転移動装置を備えた、Ｘ線ＣＴシステムの断面図である。 システム軸方向に移動可能のＸ線光学格子セットを備えた本発明に係るＸ線ＣＴシステムの断面図である。 本発明に係るＸ線ＣＴシステムの種々の変形態様の縦断面図である。 本発明に係るＸ線ＣＴシステムの種々の変形態様の縦断面図である。 本発明に係るＸ線ＣＴシステムの種々の変形態様の縦断面図である。 本発明に係るＸ線ＣＴシステムの種々の変形態様の縦断面図である。

符号の説明

１ Ｘ線ＣＴシステム
２、２' Ｘ線管
２．１ 焦点
２．２ 線源格子
２．３ 移動式絞り
３、３' 検出器システム
４ 位相格子
４' 旋回式位相格子
５ 分析器格子
５' 旋回式分析器格子
６ ガントリーハウジング
７ 患者
８ 移動式患者台
９ システム軸
１０ 制御−および計算ユニット
１１ 制御−および計算ユニットのメモリ
１２、１２' ロータ
１３ ステータ
１４ Ｘ線光学格子セット用の円弧状の移動装置
１５ 吸収測定用のコーン形の測定領野
１６ 位相コントラスト測定用のコーン形の測定領野
１７．１、１７．２ Ｘ線光学格子セットの繰入れおよび繰出し用のシステム軸方向へのテレスコープ式レール
Ｐｒｇ₁−Ｐｒｇ_n コンピュータプログラム。

Claims (12)

1. １． 断層撮影式位相コントラスト−および吸収画像の作成用のＸ線ＣＴシステム（１）において、
   １．１ 固定したステータ（１３）と、前記ステータに軸支されかつ前記ステータと相対的にシステム軸（９）周りに回転する第１ロータ（１２）とを有するガントリー（６）と、
   １．２ 少なくとも１つの、患者（７）およびシステム軸（９）周りに回転可能の、第１ロータ（１２）上に配設されたＸ線源検出器システム（２、３）と、
   １．３ 位相コントラスト決定用の少なくとも１セットのＸ線光学格子（４、５）と、
   を備えたＸ線ＣＴシステムであって、
   １．４ 少なくとも１セットのＸ線光学格子（４、５）がガントリーの第１ロータ（１２）と相対的に移動可能に配設されていることを特徴とするＸ線ＣＴシステム。
2. 少なくとも１セットのＸ線光学格子（４、５）が動作状態で検出器（３）の一部のみを覆うことを特徴とする、上記請求項１記載のＸ線ＣＴシステム。
3. ガントリーが、少なくとも１つのＸ線源（２、２'）および少なくとも１つの検出器（３、３'）が固定された回転部材（１２）のほかに、ビーム路内に配設可能のＸ線光学格子（４、５）が固定され、かつそれによって前記格子をＸ線源のビーム路からおよびビーム路内で移動できる移動装置（１２'、１４、１７．１、１７．２）を有することを特徴とする、上記請求項１ないし２のいずれか一項記載のＸ線ＣＴシステム。
4. ビーム路内に配設可能のＸ線光学格子（４、５）が固定された移動装置（１４）が、円弧状に構成され、第１ロータ（１２）に固定されていることを特徴とする、上記請求項３記載のＸ線ＣＴシステム。
5. ビーム路内に配設可能のＸ線光学格子（４、５）が固定されている移動装置が第２ロータ（１２'）として構成されていることを特徴とする、上記請求項３記載のＸ線ＣＴシステム。
6. Ｘ線光学格子（４、５）がシステム軸方向に移動可能に固定されていることを特徴とする、上記請求項１ないし５のいずれか一項記載のＸ線ＣＴシステム。
7. Ｘ線光学格子（４、５）が回転方向に第１ロータ（１２）と相対的に移動可能に構成されていることを特徴とする、上記請求項１ないし５のいずれか一項記載のＸ線ＣＴシステム。
8. Ｘ線源が、放出されたビームコーン（１５、１６）をＸ線光学格子（４、５）または全検出器（３）の伸長部に適合できる絞り（２．３）を有することを特徴とする、上記請求項２ないし７のいずれか一項記載のＸ線ＣＴシステム。
9. 少なくとも１つのＸ線源（２、２'）が線源格子（２．２）を有することを特徴とする、上記請求項１ないし８のいずれか一項記載のＸ線ＣＴシステム。
10. 第１ビーム路が専ら吸収測定用にのみ、かつシステム軸方向にずらして配設された第２ビーム路が位相コントラスト測定用に設けられていることを特徴とする、請求項１のプリアンブル記載のＸ線ＣＴシステム。
11. ガントリー（６）が第２ロータ（１２'）を有し、第１ロータ（１２）上に一方の吸収測定用の検出器（３）と、第２ロータ（１２'）上に専らＸ線光学格子セット（４、５）を備えた位相コントラスト測定用の第２検出器（３'）とが配設されていることを特徴とする、上記請求項１０記載のＸ線ＣＴシステム。
12. 各ロータ（１２、１２'）上に専用のＸ線源（２、２'）が配設されていることを特徴とする、上記請求項１０ないし１１のいずれか一項記載のＸ線ＣＴシステム。

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