JP4558716B2 - Ｘ線蛍光マーカの空間分布をイメージングする方法及びイメージングシステム - Google Patents

Description

本発明は、対象（object）の検査領域におけるＸ線蛍光マーカの空間分布をイメージングするためのイメージングシステム及び方法に関する。

蛍光Ｘ線放射は、一次Ｘ線光子による内側軌道電子の励起後、原子軌道電子が高エネルギー状態から低エネルギー状態に遷移することによって引き起こされる。放出されたＸ線エネルギースペクトルは、励起した元素に特有であり、スペクトルラインの強度は、サンプル内の元素の含有量に比例する。文献において、被検体（phantom）中の２つの蛍光マーカの分布をイメージングするためにＸ線蛍光を利用するシステム及び方法が記述されている（Q.Yu他：「Preliminary experiment of fluorescent
X-ray computed tomography to detect dual agents for biological study」J. Synchrotron Rad. (2001), pages
1030-1034）。被検体は、シンクロトロンからのＸ線のペンシルビームを照射され、ビームに沿って促される（stimulated、生じさせられる）蛍光は、ビームに対して直角をなす蛍光検出器によって測定される。検出器をシフトさせ、回転させることによって、サンプルは、数時間続くプロシージャにおいて、ペンシルビームによって完全に走査されることができ、蛍光マーカの空間分布は、蛍光の測定された線積分から再構成されることができる。更に、サンプルを透過されるＸ線放射は、透過検出器によって記録され、コンピュータトモグラフィの方法によりサンプルの形態画像を再構成するために使用される。

この状況に基づいて、本発明の目的は、患者を検査するために特に薬剤中に使用されうる蛍光マーカの対象内における分布をイメージングするための手段を提供することである。

この目的は、請求項１によるイメージングシステム及び請求項２１による方法によって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に開示されている。

本発明によるイメージングシステムは、対象の検査領域における少なくとも１つのＸ線蛍光マーカの空間分布をイメージングするために使用される。対象は、具体的には患者でありえ、マーカは、高原子番号（一般に５０乃至７９）の原子を含むとともに、生理学的機能及び／又は代謝プロセスに従って体内に分布される医薬でありうる。イメージングシステムは、以下の構成要素を有する。

−検査領域全体にＸ線を照射するのに十分大きく且つマーカの蛍光を促すことができるファンビームを生成するためのＸ線源。蛍光を生成するために、Ｘ線量のエネルギーは、マーカ中の蛍光原子のＫ端に等しく又はそれより高くなければならない。ファンビームは、一般に、約１ｍｍ乃至約２０ｍｍの厚さをもち、発散の角度は、１５°乃至約９０°であることが好ましく、約２０°乃至約５０°であることが最も好ましい。

−前記マーカからの蛍光放射を測定するための少なくとも１つのセンサ領域をもつ蛍光検出器（以下、多くの場合、単に「検出器」と呼ぶ）。「センサ領域」は、検出器のセンシティブな領域であり、その寸法及び形状は、イメージングシステムの特別な設計に従って広範に変化しうる。

−前記少なくとも１つのセンサ領域に、検査領域のサブエリアからの放射のみを渡すコリメータ。言い換えると、コリメータは、検出器のセンサ領域への検査領域のサブエリアのユニークなマッピングを提供する。従って、それぞれのセンサ領域の信号は、検査領域の関連するサブエリアの蛍光強度に対応する。

−例えば上記に挙げた構成要素に結合されるマイクロコンピュータのような、前記検出器の測定を評価するための画像処理ユニット。前記処理ユニットによって実行されなければならないアルゴリズムは、イメージングシステム全体の特別な設計に依存し、それらの例は、本発明の好ましい実施例と共に記述される。

上述したイメージングシステムは、使用されるファンビームが１ステップで２次元検査領域全体に照射することを可能にするので、医療用途に特に適している。従って、１つ又は複数のＸ線マーカの分布は、医薬の適用のために十分な短時間の内に、マッピングされることができる。これとは対照的に、シンクロトロンからのペンシルビームによる蛍光マーカのイメージングは、一般に数時間がかかり、従って、この方法を患者の検査に適用することを妨げる。更に、代謝は、このような長い時間、静止条件を示さない動的プロセスである。

好適には、システムの検出器は、複数のセンサ領域（すなわち少なくとも２つのセンサ領域）を有し、これらのセンサ領域の各々は、検査領域のそれぞれ異なるサブエリアに対応する。センサ領域のすべては、形状が同一であり又は同様でありうる。検出器に複数のセンサ領域を設けることによって、検査領域のより大きい領域が、１ステップで測定されることができ、それに応じて、蛍光マーカの空間分布全体を得るための時間が短縮される。検出器のすべてのセンサ領域によって見られる（又は観察される）サブエリアが、検査領域全体をカバーすることが好ましい。

イメージングシステムの別の実施例により、検出器及び／又はコリメータは、検査領域全体を走査することが可能であるように移動可能である。この実施形態は、検査領域全体が検出器によって一度に見られない場合に特に必要とされる。この場合、検出器によって監視されることができるサブエリアは、検査領域を完全に走査するために検査領域にわたって移動されなければならない。

検査領域の画像を生成する第１の主な原理により、検出器の少なくとも１つのセンサ領域によって見られるサブエリアは、検査領域のボクセルに対応する。通常、「ボクセル」は、対象の最小のボリューム要素として規定される。最小のボリューム要素は、イメージングシステムによってマッピングされ（解像され）、一般に、この場合には約１０ｍｍ^３乃至約１０００ｍｍ^３のボリュームを有する。対応するセンサ領域の信号は、ボクセルの蛍光の強度を直接に表すので、骨の折れる再構成プロセスが、前記ボクセルの蛍光マーカをマッピングするのに必要でない。

好ましい実施例において、検出器は、センサピクセルの２次元アレイを有する。「ピクセル」なる語は、画像のポイント、すなわち支配的な解像度に従う画像の最小単位に対応するセンサ領域を示す。ピクセル化された検出器領域は、特に、検査領域の直接的なポイントツーポイントのマッピングを可能にする。

上述したピクセル化された検出器と共に特に使用されうるコリメータは、１つのアパーチャを有し、このアパーチャを通して、検査領域が、ピンホールカメラの原理に従って検出器領域にマッピングされることができる。シンプルな設計に加えて、このようなイメージングシステムの１つの利点は、倍率（magnification）が、検査領域、コリメータ及び検出器の相対位置によって簡単に変更されることである。

ピクセル化された検出器と共に使用するのに特に適したコリメータの代替設計は、平行なオープンチャネルのアレイである。このような多重チャネルコリメータは、チャネルと平行であり、従って互いに平行である、検査領域からのＸ線だけを通す。このようなコリメータは、平行な見通し線（lines of sight）を有する検出器領域への検査領域のポイントツーポイントのマッピングに適している。

検査領域の画像を生成する第２の主な原理により、検出器の少なくとも１つのセンサ領域によって見られるサブエリアは、検査領域を通り抜ける（貫く）ラインの形を有する。この場合、語「ライン」は、当然ながら、厳密な数学的意味を意図するものではなく、横方向の伸張よりずっと長い縦方向の伸張をもつ領域を示す。前記線形サブエリアに対応するセンサ領域は、透過されたＸ線が、身体を通した線積分に沿って吸収係数を評価するのと同じやり方で、線積分に沿って検査領域における蛍光を測定する。

上述したように線形サブエリアに関して特に使用されうる好ましい実施例により、処理ユニットは、蛍光のさまざまな異なる線積分から検査領域の少なくとも１つのボクセル（好適にはすべてのボクセル）の蛍光を再構成するように構成され、ここで、線積分は前記ボクセルを含むものである。ボクセルの蛍光は、前記ボクセルを含む１つの線積分から決定されることはできないが、このような線積分のいくつかが利用できる場合は再構成されることができる。基本となる問題及びその解決は、コンピュータトモグラフィのＸ線透過画像の再構成と同様である。コンピュータトモグラフィは、複数の角度における対象の投影、すなわち線積分から、断面又はトモグラフィ画像を生成し、画像再構成のためにコンピュータを使用する一般的なプロセスである。

検出器及び／又はコリメータは、検査領域を通る軸を中心として回転可能であることが好ましい。線積分から画像を再構成する場合、回転軸は、検査領域に対して垂直であることが好ましい。回転は、さまざまな異なる方向から検査領域の線積分を生成するために使用されることができる。しかしながら、検査領域の検出器へのポイントツーポイントのマッピングがある場合、検出器及びコリメータの回転が更に有用でありうる。この場合、検出器の移動は、検査領域に対するさまざまな異なるビューイング角度から得られる画像を生成する。従って、前記画像を生成する蛍光Ｘ線は、さまざまな異なる吸収特性をもつさまざまな異なるパスに沿って対象内を進む。対象の異なる吸収特性による乱れは、こうして（部分的に）補償されることができる。

イメージングシステムの他の実施例によれば、Ｘ線源は、ファンビームに垂直な軸を中心として回転されることができる。従って、検査領域は、さまざまな異なる方向から照射されることができ、これは、対象の局所的に変化する吸収特性の一次放射への影響を補償することを助ける。

Ｘ線源からの一次Ｘ線は、マーカからの所望の蛍光を促すだけでなくて、不所望の散乱放射の相当な量を生成する。散乱放射のこのバックグラウンドは、蛍光に重ねられ、従って、所望の信号を隠す。以下に、このバックグラウンド放射の観点で信号対雑音比を改善するためのさまざまな方策が記述される。

第１の方策によれば、検出器及びコリメータは、ファンビームの一次放射線に対して約９０°又はそれ以上の角度をなすＸ線だけが検出器に達することが可能であるように、配置される。この場合、バックグラウンドは、いわゆる「後方散乱放射」からなり、そのエネルギーは、前方向の放射に対してかなり低減される。

更に、９０°より小さい角度の蛍光を測定することも可能である。この場合、前方向（０°）に近い測定位置、特に一次Ｘ線に対して約１°乃至５°（最も好適には１°乃至２°）の測定位置が好ましく、すなわち、Ｘ線源への直接のビューがちょうど避けられるような測定位置が好ましい。これらの方向における１次コンプトン散乱の小さい断面により、バックグラウンドは、この場合、小さく保たれることができる。

別の方策によれば、Ｘ線源は、マーカの蛍光のエネルギーで一次Ｘ線のコンプトン散乱により検出される放射が、蛍光放射を隠さないようにするために十分に小さいような一次Ｘ線のスペクトルを放出するように構成される。Ｘ線源のスペクトルは、結果として生じる散乱放射が蛍光のエネルギーより低いので、例えばマーカの蛍光ラインより低いエネルギーの任意の寄与を含むことができる。

好ましい実施例において、Ｘ線源は、単色又はほぼ単色の放射線を生成するように構成される。

更に、検出器は、入射Ｘ線のエネルギーを区別するように構成されうる。例えば、検査領域のボクセルからの放射のスペクトル分布が測定されうる場合、所望の蛍光ラインの寄与は、他の放射から切り分けられることができる。このような検出器のエネルギー分解能は、約４００ｅＶ乃至約３０００ｅＶである。

本発明の他の展開によれば、イメージングシステムは、対象を透過されたＸ線源からの一次Ｘ放射線を測定するための透過検出器を有する。透過検出器は、Ｘ線源から透過検出器までのＸ線のパスに対応する線積分に沿って、対象のさまざまな異なる吸収特性を測定する。従って、検査領域における蛍光を促すために使用されるＸ放射線は、同時に、検査領域のＸ線投影を生成するためにも利用される。

上述のシステムの他の展開において、Ｘ線源及び透過検出器は、ファンビームに対して垂直な、対象を通る軸を中心として回転可能である。更に、画像処理ユニットは、透過検出器によって測定された投影から、検査領域の形態画像を再構成するように構成される。このようなシステムは、コンピュータトモグラフィの原理によって、検査領域における対象の断面画像を生成することが可能である。これらの画像は、蛍光検出器によって得られる分子画像に、検査領域に関する価値のある形態的な情報を、加える。

検査領域の上述の形態画像は、検査領域における蛍光マーカの空間分布を再構成し又は計算するプロセスの間、利用されることができる。この場合、画像処理ユニットは、検査領域、すなわちこの領域の形態画像内の吸収係数の分布に依存して、マーカのスペクトル分布の画像を再構成するように構成される。吸収係数の分布は、一次放射及び観察された蛍光放射の両方に影響を与える。高い吸収係数をもつ身体の領域は、例えばその陰にある１又は複数の領域から観察される蛍光の量を減少させることがあり、こうして、実際に存在するより低い蛍光マーカの濃度を装うことがありえる。このような誤差を避けるために、対象内の吸収係数の空間分布を知り、それに応じて、ボクセルから来る蛍光放射の計算が補正されることができるようにすることがことが有用である。透過検出器が、上述したように存在する場合、検査領域の形態画像は、この検出器によって、蛍光データの取得と同時に得られることができる。蛍光が、ファンビームに対して垂直な方向において（も）観察される場合、この方向における対象の形態画像が必要とされ、それは、例えばＣＴシステムによる蛍光画像に先立って生成されることができる。

イメージングシステムの他の展開によれば、イメージングシステムは、放射線治療、すなわち高エネルギー放射による悪性細胞の破壊の目的で、身体ボリュームに放射線を照射するための手段を有する。この場合、蛍光マーカのイメージングは、腫瘍のような構造の場所を突き止め、放射線治療の空間的に正確な適用を制御するために、使用されることができる。更に、蛍光イメージングのために使用されるマーカが、放射線治療を助けることができることも知られている。放射線治療用の照射手段は、特に適しているＸ線スペクトル及び対応するビームの形状を与える別のＸ線源を有することができる。しかしながら、照射源は、蛍光マーカをイメージングするために使用されるＸ線源と同一であってもよい。

本発明は、更に、対象の検査領域における蛍光マーカの空間分布をイメージングするための方法であって、
ａ）マーカの蛍光を促すことが可能であるＸ線のファンビームを検査領域全体に照射するステップと、
ｂ）検査領域の少なくとも１つのサブエリアにおけるマーカから生じる蛍光放射を測定するステップと、
ｃ）測定された蛍光放射に基づいて、検査領域におけるマーカの分布をイメージングするステップと、
を含む方法を包含する。

方法は、上述した種類のイメージングシステムによって実行されることができるステップを一般的な形で含む。従って、方法の詳細、利点及び改良に関するより詳しい情報については前述の説明を参照されたい。

方法の他の展開によれば、マーカの分布の画像は、サブエリアの測定から組み立てられ、すなわち、測定されたサブエリアと対応する画像領域との間の直接的な対応がある。この場合、サブエリアは、特に、所望の画像の対応するピクセルにマッピングされる検査領域のボクセルでありうる。

方法の他の実施例によれば、マーカの分布の画像は、さまざまな異なる角度で検査領域と交わる線形サブエリアの測定から再構成される。このような再構成は、特に、コンピュータトモグラフィの既知のプロシージャによって達成されることができる。

Ｘ線源は、対象内のさまざまな異なる吸収係数の影響を低減するために、ファンビームに対して垂直な軸を中心として任意に回転されることができる。

対象を透過されるＸ放射線は、任意に、測定されることができ、検査領域の形態画像の生成に使用される。

本発明のこれら及び他の見地は、以下に記述する実施例から明らかであり、それらを参照して解明される。

以下において、本発明は、添付の図面を使って例示によって説明される。

添付の図面に示されるイメージングシステムは、外部的に活性化される分子蛍光イメージングに依存する。このイメージングは、それがマーカ薬剤として「重い」原子よってラベリングされる医薬を用いることを除いて、通常の放射性核種イメージングと同様である。これらの原子は、外部光子源によって光電効果を通して活性化され、それらが放出するＸ線蛍光放射は、エネルギー分解検出器上にイメージングされる。大凝集アルブミン（macroaggregated albumin、Ｍ．Ａ．Ａ．）、ジメルカプトスクシナート（dimercaptosuccinate、ＤＭＳＡ）及びメチレンジホスホナート（methylene diphosphonate、Ｍ．Ｄ．Ｐ．）のような医薬は、これらの分子が、選択的に特定の器官（それぞれ骨、腎臓及び肺）に結合するので、それらが放射性核種走査において見ることができるようにするため、放射性種（例えば^９９ｍＴｃ）によってラベリングされることが多い。同様に、高Ｚ元素（５０≦Ｚ≦７９）は、それらをＸ線蛍光（X-ray fluorescence、ＸＲＦ）に適用できるようにするために、このような医薬と一体にされることができる。Ｘ線蛍光は、人間の体内の重金属（例えばＣｄ、Ｈｇ及びＰｂ）の「生体内」測定のために、百万分の一より良い感度（最小検出可能レベル＝ＭＤＬ）を提供する。本発明の考えは、重元素によってラベリングされた医薬の注入後、患者の走査を実施し、外部生成された単色Ｘ線ビームにより活性化されたときにそれが放出するＸ線蛍光放射を用いて、医薬トレーサの分布をマッピングすることである。

前記蛍光イメージングを実施する１つの可能なシステムが、図１に示されている。この例では、（非放射性の）ヨウ素によってラベリングされた医薬が、患者の身体１に注入されたものとする。ヨウ素のＫ吸収端は３３ｋｅＶである。更に、患者１は、単色放射のファンビーム１２を照射され、放射は、ヨウ素のＫ端よりわずかに高いエネルギーをもつものとする。Ｃｅの二次ターゲットを備えるＸ線源１０（例えばＰａｎａｌｙｔｉｃａｌからのＦｌｕｏｒ'Ｘ）は、３４．７ｋｅＶで適切なＫ_α１ラインをもつビームを生成する。ファンビーム１２の発散は、それが患者の体内の少なくとも５０ｃｍの直径を有する領域に照射するようなものである。

身体１の領域２に集中するヨウ素原子は、光電効果を通して活性化され、２８．６ｋｅＶ（Ｋ_α１）以上のエネルギーの蛍光放射の放出により崩壊する。患者１の上には、例えばアンガーの原理で動作し、又は好適にはピクセル化された半導体（例えばＣｄＺｎＴｅ、Ｓｉ、その他）を含むエネルギー分解検出器１３０がある。これらのエネルギーにおけるＳｉのエネルギー分解能は、約４００ｅＶである。検出器１３０の２次元のセンシティブな領域は、小さい矩形のピクセル１３４（又は「センサ領域」）に分割され、それらのいくつかが、図（一定の縮尺で示されていない）に示されている。検出器１３０は、ラベリングされた種の分布を検出器上にイメージングする効果をもつ、患者１と検出器１３０との間に配置されたコリメータ１３２のアパーチャ（ピンホール）を通る放射のみを受け取る。検出器１３０のピクセル１３４からの信号の処理は、処理ユニット５０（例えばワークステーション）によって実行される。更に、結果的に得られる画像は、医師による検査のために、モニタ（図示せず）に表示されることができる。

検出器１３０に達する１つ及び複数のコンプトン散乱は、散乱の大きい実効角度（図１では９０°より大きい）により、より低いエネルギーにシフトされる。検出器が、ＸＲＦ信号をコンプトン散乱バックグラウンドから区別するのに十分なエネルギー分解能を有する場合、実質的にバックグラウンドなく、ラベリングされたトレーサの分布をマッピングすることができる。

マーカ、Ｘ線源、及びシステムジオメトリの特性に依存して、更に、Ｋ_α以外の、すなわちＫ_βのラインの蛍光を測定することが好ましいこともある。例えば、Ｃｅが、Ｘ線源のターゲットとして使用される場合、一次Ｘ放射線は、約３４．７ｋｅＶのエネルギーを有する。このエネルギーは、１５０°の角度のコンプトン散乱によって３０．８ｋｅＶにシフトされ、ヨウ化物のＫ_βライン（３２．２ｋｅＶ）より低いが、Ｋ_αライン（２８．６ｋｅＶ）より高い。

対象内における一次ビーム１２及びＸＲＦ放射線の自己吸収を最小にするために、いくつかの異なる方向から患者１に放射線照射することが可能である。これは、図１の円Ｒによって示すように、ファンビーム１２に対して垂直な軸を中心としてＸ線源１０を回転させることによって達成される。

蛍光イメージングがボリュームＣＴ走査からの情報と組み合わせられる場合、自己吸収効果の非常に改善された除去が達成されることができ、それによって、患者内の一次ビーム及びＸＲＦビームの両方の減衰が適切に考慮されることができる。図１の場合、ボリュームＣＴは、通常のＣＴシステム（図示せず）によって、前もって生成されることができる。以下により詳しく説明する図２のシステムにおいて、形態画像は、蛍光マーカの分子イメージングと同時に生成される。

図２において、単色の放射線源１０は、ここでも、数ミリメートルの厚さを有しうるファンビーム１２を照射するようにコリメートされる（このファンビーム１２は、図１のファンビームに対して垂直であることに注意されたい）。患者１の身体を横切る放射は、透過投影を記録するために、一次元空間分解検出器２０に入射する。Ｘ線蛍光分布を形成するマーカ材料２が、身体１に注入される。空間分解能及びエネルギー分解能の双方を特徴づける第２の一次元検出器３０は、散乱される蛍光放射ができるだけ少ないコンプトン散乱放射を伴って検出されることを達成するために、一次ファンビーム１２に対して約１２０°のかなり大きい角度で放出される、マーカ材料２によって生成されるＸ線蛍光放射を監視するように、患者１の上に配置される。Ｘ線源１０と、透過及び散乱検出器２０、３０の両検出器との相対的なジオメトリは、固定である。Ｘ線源１０並びに透過及び散乱検出器２０、３０は、身体１を通る縦軸に対して、すなわちファンビーム１２に対して垂直な軸を中心として回転される。このようにして、ＣＴスライス３のデータセットは、透過及び蛍光の両方に関して測定されることができる。

透過データセットは、標準アルゴリズムを使用して、関心のあるスライスについて再構成される。フィルタ逆投影法（ＦＢＰ）及び代数的再構成法（algebraic reconstruction
technique、ＡＲＴ）を含むいくつかの再構成アルゴリズムが知られている。ここで、形態画像が、例えばＦＢＰ又はＡＲＴアルゴリズムを利用する第１の再構成によって、測定された減衰データから生成される場合、μ値（μはＸ線の線形減弱係数である）のマトリックスが得られ、これは、そののち、第２の再構成プロシージャによって代謝画像を再構成するために使用されることができる。一般に、反復的なアルゴリズムは、アプリオリな情報が、再構成画像の品質を改善するために再構成プロセスのそれぞれのステップにおいて取り入れられることができるという利点を有するので、第２の再構成ステップに関して好ましい。

上述したシステムにおいて、同じ単色又はほぼ単色の放射線源１０は、分子蛍光を活性化するためだけでなく、形態画像を得るためにも使用される。通常、医用イメージングにおいて使用されるＸ線ビームは、適度に広いエネルギースペクトルをもつ多色である。多色Ｘ線ビームは、それが物質を横切るにつれて、より透過力が増し、より硬くなることが知られている。このいわゆるビーム硬化は、形態画像にアーチファクトを生じさせ、補正を必要とする。ビーム硬化は、提案される（ほぼ）単色の放射を使用することによって回避される。

それぞれの検出器２０、３０の２以上が、特に検出器３０の検出器領域を増やすために使用されることができ、それによって適用されるマーカ材料の量、測定時間及び／又は一次Ｘ線の線量を低減させる可能性を与えることができる。

蛍光検出器３０は、回転軸から特定の距離に、例えばファンビーム１２と同じ平面内の４０ｃｍのところに配置されることができる。例えばＳＰＥＣＴのような核イメージングにおいて使用されるタイプの平行なホールの二次コリメータは、一次ファンビーム１２を照射される身体スライス３を、前記一次元蛍光検出器３０上に投影する。一次元蛍光検出器３０は、セグメント化された分光検出器であることが有利である。バックグラウンドが低いエネルギーウィンドウ内にあるＸ線データは、一次及び散乱ビーム強度に影響を及ぼす対象の減衰によって重み付けされる、散乱コリメータ３２の見通し線に沿ったＸ線蛍光の線積分を表す。ＸＲＦラインは、励起した光子と同様のエネルギーを有するので、減衰補正は、ＳＰＥＣＴの態様でほとんど実施されることができる。検出器３０の単一のセンサフィールド３４上にマッピングされる検査領域３の線形サブエリア４が、大きく誇張された幅によって図２に示されている。

コリメータ３２は、１００ｍｍの高さを有しうる平行な薄板（lamella）３６から形成される。薄板３６は、必要な空間分解能を与えるために５ｍｍ間隔で配置され、走査平面に対して垂直な検出器素子の長さは、５０ｍｍであるものとする。検出器素子アレイは、２・１０^−３ｓｒの散乱ボクセルについて定められる立体角に対応する。検出器の固有の空間分解能は、５ｍｍ×５０ｍｍより良いものとし、検出器は、１００％の効率をもつものとする。蛍光放射と、１及び複数のコンプトン散乱によるはっきりしないピークとの良好な分離を可能にするために、検出器エネルギー分解能は、例えばＧｅ、ＣｄＴｅ又はＣＺＴのような半導体検出器の場合に得られる値に対応して、３％より良くなければならない。

適切なＸＲＦマーカは、磁気共鳴イメージングにおいて広く入手可能であり、日常的に使用されるＧｄ（Ｚ＝６４、Ａ＝１５７）である。より高いＺマーカを使用することが望ましい。その理由は、より高いＺマーカが、より高い励起及び蛍光崩壊エネルギーを示し、従って減衰効果を低減させるからである。例えば、前述のＦｌｕｏｒ’Ｘ装置が、Ｘ線源１０に関して使用される場合、Ｆｌｕｏｒ'Ｘ装置は、ＧｄのＫ端よりわずかに高いＫ_α１及びＫ_α２をもつＹｂターゲットを備えることができる。

図１及び図２に示す設計の重要な利点は、それらの設計がファンビーム１２を利用することであり、それによって検査領域３の比較的高速な走査を可能にし、システムを特に医療用途に適したものにすることができることである。この方策に基づいて、説明された設計のさまざまな変更が可能である。この点で、Ｘ線散乱に関するイメージングプロシージャを説明するＧ． Ｈａｒｄｉｎｇによる論文「Inelastic photon scattering: effects and applications in biomedical science and industry」（Radiat. Phys. Chem. 50, pages 91-111 (1997)）を参照されたい。

上述した蛍光イメージング技法は、従来の放射性核種イメージングに対していくつかの利点を有する。一次ビーム１２は、コリメートされることができるので、体内のラベリングされた種の位置に関する情報が得られ、再構成なしの３Ｄイメージングが可能である。更に、特定のターゲット原子が、検出器に繰り返し光子を放出する可能性があるので、空間分解能及びコントラスト分解能が改善されることができる。更に、放射性元素を使用する必要がないので、可能なラベル元素の選択がより広くなる。更に、ラベルが放射線治療の目的にも使用される場合、高いＺ元素は、放射線治療の治療効率を大幅に高める。最後に、ＸＲＦイメージングは、放射性物質の使用及びそれらが体内に累積されるときにそれらがもつ関連する放射線ハザードを回避する。

検査領域のポイントツーポイントのマッピングを含む本発明によるイメージングシステムの第１の実施例を示す図。 検査領域のマーカ分布の再構成を含む、本発明によるイメージングシステムの第２の実施例を示す図。

Claims (25)

1. 対象の検査領域におけるＸ線蛍光マーカの空間分布をイメージングするためのイメージングシステムであって、
   前記検査領域全体にＸ線を照射するに十分大きく、前記マーカの蛍光を生じさせることが可能なファンビームを生成するためのＸ線源と、
   前記マーカからの蛍光放射を測定するための少なくとも１つのセンサ領域を有する蛍光検出器と、
   前記検査領域のサブエリアからの放射のみを前記センサ領域へ進めるように構成されるコリメータと、
   前記検出器の前記測定を評価するための画像処理ユニットと、
   を有し、前記Ｘ線源、前記蛍光検出器及び前記コリメータは、前記ファンビームのＸ線に対して９０°又はそれ以上の角度をなす前記蛍光放射のみが前記蛍光検出器に達するように、配される、イメージングシステム。
2. 前記検出器が、複数のセンサ領域を有し、前記複数のセンサ領域の各々が、前記検査領域のそれぞれ異なるサブエリアに対応することを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
3. 前記検出器及び／又は前記コリメータが、前記検査領域全体を走査するように移動可能であることを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
4. 前記サブエリアが、前記検査領域のボクセルに対応することを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
5. 前記検出器が、センサピクセルの２次元アレイを有することを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
6. 前記コリメータが、１つのアパーチャを有することを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
7. 前記コリメータが、平行なオープンチャネルのアレイを有することを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
8. 前記サブエリアが、前記検査領域を通り抜けるラインの形状をもつことを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
9. 前記画像処理ユニットが、前記検査領域の少なくとも１つのボクセルの蛍光を、前記ボクセルを含む蛍光のさまざまな異なる線積分から再構成することを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
10. 前記検出器及び／又は前記コリメータが、前記検査領域を通る軸を中心として回転可能であることを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
11. 前記Ｘ線源が、前記ファンビームに垂直な軸を中心として回転可能であることを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
12. 前記Ｘ線源は、（ａ）コンプトン散乱による、（ｂ）前記検出器に達する、（ｃ）前記蛍光のようなエネルギーをもつ放射線強度が予め決められた強度閾値より低くなるような一次Ｘ線のスペクトルを放出するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
13. 前記Ｘ線源が、単色又はほぼ単色であることを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
14. 前記検出器が、入射するＸ線のエネルギーを区別するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
15. 前記対象を透過される前記Ｘ線源からの一次Ｘ放射線を測定するための透過検出器を有することを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
16. 前記Ｘ線源及び前記透過検出器が、前記ファンビームに対して垂直な軸を中心として回転可能であり、
    前記画像処理ユニットが、前記透過検出器によって測定される投影から前記検査領域の形態画像を再構成するように構成される、ことを特徴とする、請求項１５に記載のイメージングシステム。
17. 前記画像処理ユニットが、前記検査領域における吸収係数の分布を考慮して、前記蛍光マーカの前記空間分布の画像を再構成するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
18. 放射線治療の目的で身体ボリュームに放射線照射するための手段を有することを特徴とする、請求項１に記載のイメージングシステム。
19. 対象の検査領域におけるＸ線蛍光マーカの空間分布をイメージングするためのイメージングシステムであって、
    前記検査領域全体にＸ線を照射するに十分大きく、前記マーカの蛍光を生じさせることが可能なファンビームを生成するためのＸ線源と、
    前記マーカからの蛍光放射を測定するための少なくとも１つのセンサ領域を有する蛍光検出器と、
    前記検査領域のサブエリアからの放射のみを前記センサ領域へ進めるように構成されるコリメータと、
    前記検出器の前記測定を評価するための画像処理ユニットと、
    を有し、前記Ｘ線源、前記蛍光検出器及び前記コリメータは、前記ファンビームのＸ線に対して約１°乃至５°の角度をなす前記蛍光放射のみが前記蛍光検出器に達するように、配される、イメージングシステム。
20. Ｘ線蛍光マーカが注入された対象の検査領域における前記Ｘ線蛍光マーカの空間分布をイメージングするための方法であって、
    ａ）Ｘ線源によって、前記マーカの蛍光を生じさせることが可能なＸ線のファンビームを前記検査領域全体に照射するステップと、
    ｂ）蛍光検出器によって、前記検査領域の少なくとも１つのサブエリアにおける前記マーカから生じる蛍光放射を測定するステップと、
    ｃ）前記測定された蛍光放射に基づいて、前記検査領域における前記マーカの前記分布をイメージングするステップと、
    を含み、前記Ｘ線源及び前記蛍光検出器は、前記ファンビームのＸ線に対して９０°又はそれ以上の角度をなす前記蛍光放射のみが前記蛍光検出器に達するように、配される、ことを特徴とする方法。
21. 前記分布の前記画像が、サブエリアの測定から加算的に組み立てられることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
22. 前記分布の前記画像が、さまざまな異なる角度で前記検査領域と交わる線形サブエリアにおける蛍光の測定から再構成されることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
23. Ｘ線源が、前記ファンビームに垂直な軸を中心として回転されることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
24. 前記対象を透過されるＸ線が、前記検査領域の形態画像を生成するために測定され、使用されることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
25. Ｘ線蛍光マーカが注入された対象の検査領域における前記Ｘ線蛍光マーカの空間分布をイメージングするための方法であって、
    ａ）Ｘ線源によって、前記マーカの蛍光を生じさせることが可能なＸ線のファンビームを前記検査領域全体に照射するステップと、
    ｂ）蛍光検出器によって、前記検査領域の少なくとも１つのサブエリアにおける前記マーカから生じる蛍光放射を測定するステップと、
    ｃ）前記測定された蛍光放射に基づいて、前記検査領域における前記マーカの前記分布をイメージングするステップと、
    を含み、前記Ｘ線源及び前記蛍光検出器は、前記ファンビームのＸ線に対して約１°乃至５°の角度をなす前記蛍光放射のみが前記蛍光検出器に達するように、配される、ことを特徴とする方法。

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