CN103109205A - 光子计数型图像检测器、x射线诊断装置、以及x射线计算机断层装置 - Google Patents

光子计数型图像检测器、x射线诊断装置、以及x射线计算机断层装置 Download PDF

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Abstract

光子计数型图像检测器具备：半导体单元，检测X射线光子；电荷放大器，根据响应所检测的X射线光子而集电的电荷，生成电气脉冲；比较器，对电气脉冲进行峰值辨别；阈值逻辑电路，控制为使进行了峰值辨别的电气脉冲中的、与在半导体单元中发生的特性X射线的能量对应的电气脉冲成为非计数；以及计数器，依照由阈值逻辑电路进行的控制，对所辨别的电气脉冲进行计数。

Description

光子计数型图像检测器、X射线诊断装置、以及X射线计算机断层装置
技术领域
本实施方式涉及对X射线光子（粒子）进行计数的光子计数型图像检测器、和具备该光子计数型图像检测器的X射线诊断装置以及X射线计算机断层装置（X射线CT装置）。
背景技术
在X射线诊断装置、X射线CT装置中，使用了具备半导体单元（X射线检测物质）、和由ASIC层AS构成的多个处理电路的光子计数型图像检测器。在光子计数型图像检测器的理想的动作中，在某个像素中吸收了N个能量Ein的X射线光子的情况下，优选通过X射线光子的入射像素检测的信号与Ein×N成比例，并且X射线光子的入射像素的周边像素的信号是零。
专利文献1：日本特开2006－101926号公报
专利文献2：日本特开2000－23961号公报
专利文献3：日本特开2007－7407号公报
非专利文献1：新井康夫「ＳＯＩ技術による一体化ピクセル検出器の開発」2007年6月、高エネルギーニュース2007年6月1日（“基于SOI技术的一体化象素检测器的开发”2007年6月、高能量消息2007年6月1日）
发明内容
但是，根据以往技术，实际上，在X射线的检测过程中，有向周边像素的信号泄漏，所以X射线光子的入射像素的信号不与Ein×N成比例，而且，X射线光子的入射像素的周边像素的信号也并非零。
在并非X射线光子的入射像素的周边像素中出现信号时，作为图像特性，空间分辨率劣化。
另外，向周边像素的信号泄漏的过程是概率过程，所以在多个X射线光子入射到某个像素的情况下，针对每1次入射，向周边像素的信号泄漏的结果不同。其作为图像特性，对形成图像的噪声作出贡献。
附图说明
图1是示出本实施方式的乳房X射线摄影装置的整体的外观结构的立体图。
图2是以本实施方式的光子计数型图像检测器为中心的电气的框图。
图3（A）～（E）是示出向构成本实施方式的光子计数型图像检测器的某个像素入射1个X射线光子的情况下的光子计数型图像检测器的吸收能量的例子的图。
图4（A）～（C）是示出向构成本实施方式的光子计数型图像检测器的某个像素入射1个X射线光子的情况下的入射像素的吸收能量的事件数的图。
图5（A）～（C）是示出向构成本实施方式的光子计数型图像检测器的某个像素入射1个X射线光子的情况下的非入射像素的吸收能量的事件数的图。
图6（A）、（B）是示出向构成本实施方式的光子计数型图像检测器的某个像素入射多个X射线光子的情况下的光子计数型图像检测器的能量谱的例子的图。
图7是示出向构成本实施方式的光子计数型图像检测器的某个像素入射X射线光子的情况下的光子计数型图像检测器的吸收能量的例子的图。
图8是本实施方式的光子计数型图像检测器的第1变形例中的、以比较器为中心的电气的框图。
图9是用于说明使用4级的比较器而使特性X射线的能量成为非计数的逻辑运算的图。
图10是将在X射线诊断装置、X射线CT装置中使用的、连续X射线谱以及累积光子数作为图表而示出的图。
图11（A）、（B）是将在胸部X射线能量区域中作为半导体传感器使用CdTe的情况下的干涉性散射所致的光电效应和X射线谱的范围作为图表而示出的图。
图12（A）、（B）是将在乳房X射线能量区域中作为半导体传感器使用CdTe的情况下的干涉性散射所致的光电效应和X射线谱的范围作为图表而示出的图。
具体实施方式
参照附图，说明本实施方式的光子计数型图像检测器、X射线诊断装置、以及X射线CT装置。
本实施方式的光子计数型图像检测器为了解决上述课题，具备：X射线检测物质，检测X射线光子；电气脉冲生成部，根据响应所述检测的X射线光子而集电的电荷，生成电气脉冲；辨别部，对所述电气脉冲进行峰值辨别；控制部，控制为使所述峰值辨别了的电气脉冲中的、与由所述X射线检测物质发生的特性X射线的能量对应的电气脉冲成为非计数；以及计数部，依照由所述控制部进行的控制，对所述辨别的电气脉冲进行计数。
在X射线诊断装置、X射线CT装置等中具备本实施方式的光子计数型图像检测器，但以下，设为在作为X射线诊断装置的乳房X射线摄影装置中具备光子计数型图像检测器来进行说明。
图1是示出本实施方式的乳房X射线摄影装置的整体的外观结构的立体图。
图1示出对患者的乳房（被检体）进行摄影的、本实施方式的乳房X射线摄影装置1。乳房X射线摄影装置1由摄影台装置11以及摄影控制/图像处理装置12构成。
摄影台装置11具备臂部15、机架部16、连接部17、以及操作部18。臂部15经由连接部17以能够旋转的方式被机架部16支撑。
臂部15具备X射线管21、辐射性质调整滤波器/照射范围限制遮盖22、面罩23、压迫板24、栅格25、光子计数型图像检测器26、压迫脚踏板27、C臂上下/旋转微调整开关28、以及报告灯29。机架部16具备信息显示面板30以及侧面板31。操作部18具备摄影条件设定面板32以及高电压供给装置33。
臂部15的X射线管21是用于接受来自操作部18的高电压供给装置33的高电压电力的供给，根据该高电压电力的条件经由患者的乳房朝向光子计数型图像检测器26照射X射线的真空管。
辐射性质调整滤波器/照射范围限制遮盖22被配置于X射线管21的前面。辐射性质调整滤波器/照射范围限制遮盖22是用于调整由X射线管21发生的X射线的辐射性质或者限制照射范围的调整器具。
面罩23是用于在摄影时保护患者的头部免受X射线辐射的防护器具。
压迫板24是为了在与光子计数型图像检测器26之间压迫患者的乳房而在光子计数型图像检测器26的上方设置的压迫器具。压迫板24由透明的树脂形成，可相对光子计数型图像检测器26连接、分离地被支撑。于是，能够通过使压迫板24向光子计数型图像检测器26侧移动来压迫患者的乳房，使乳房的厚度变得大致均匀地薄。压迫板24在由工程师等摄影者操作了压迫脚踏板27的情况下，通过由用于使压迫板24在上下方向移动的马达构成的驱动机构（未图示）驱动而在上下方向移动。
栅格25是用于去除散射线来改善摄影图像的对比度的器具。
光子计数型图像检测器26具备后述的半导体单元（X射线检测物质）S、和由ASIC层AS构成的多个处理电路C。将从光子计数型图像检测器26输出的数字信号输出到摄影控制/图像处理装置12。
压迫脚踏板27是用于调整压迫板24向上下方向的位置的、用于操作者踩踏的踏板。
C臂上下/旋转微调整开关28是用于使由X射线管21、光子计数型图像检测器26等构成的C臂上下移动或者旋转的开关。
作为报告灯29，可以举出LED（light emitting diode，发光二极管）、LCD（liquid crystal display，液晶显示器）等。报告灯29通过摄影控制/图像处理装置12的控制而点亮或者熄灭。
机架部16的信息显示面板30是用于显示压迫信息等各种信息的面板。
侧面板31是用于控制乳房X射线摄影装置1的各部分的操作面板。
操作部18的摄影条件设定面板32是用于设定X射线摄影的条件的面板。
高电压供给装置33是向臂部15的X射线管21供给电压的装置。
如果由摄影台装置11的X射线管21发生了X射线，则针对该X射线通过辐射性质调整滤波器/照射范围限制遮盖22缩小照射范围之后，照射到在压迫板24与光子计数型图像检测器26之间被压迫了的乳房。然后，通过光子计数型图像检测器26检测透射了乳房的X射线，作为数字信号输出到摄影控制/图像处理装置12。
摄影控制/图像处理装置12是进行乳房X射线摄影装置1整体的动作控制、与由摄影台装置11取得的摄影图像相关的图像处理等的装置。摄影控制/图像处理装置12包括输入装置42、显示装置43、以及扬声器44等。
图2是以本实施方式的光子计数型图像检测器26为中心的电气的框图。
如图2所示，光子计数型图像检测器26针对每个像素P，具备半导体单元S、和由ASIC层AS构成的多个处理电路C。此处，图2所示的光子计数型图像检测器26如图3（A）～（E）所示，设为具备从A列1通道的像素P[A1]至E列5通道的像素P[A1]共25个像素P而进行说明。
各处理电路C具备电荷放大器51、波形整形电路52、n（n：正的整数）级的比较器（Dual Discri）531～53n、n级的开关541～54n、阈值逻辑电路（Discri Logic）55、以及m级的计数器（Counter CLK）561～56m。
电荷放大器51与半导体单元S的多个集电极分别连接。电荷放大器51将响应X射线粒子的入射而集电的电荷作为电压脉冲信号输出。电荷放大器51的输出端与增益以及偏置可调整的波形整形电路52连接。
波形整形电路52针对所探测到的电压脉冲信号的波形以预先调整的增益以及偏置进行处理而进行波形整形。波形整形电路52的增益以及偏置是考虑了半导体单元S的每个收集像素相对电荷充电放大器特性的不均匀性的调整参数。通过利用校准作业事先调整每个像素的波形整形电路52的增益以及偏置，能够进行排除了上述不均匀性的波形整形。其结果，从各收集通道的波形整形电路52输出的、被波形整形了的脉冲信号实质上具有反映了入射X射线粒子的能量的量的特性，像素之间产生的偏差几乎被消除。波形整形电路52的输出端与多个比较器531～53n的比较输入端分别连接。
对比较器531～53n的各基准输入端，施加值分别不同的基准值TH1（上限基准值THH）～THn（下限基准值THL）。通过以不同的基准值TH1～THn比较来自波形整形电路52的1个脉冲信号的峰值（所吸收的X射线光子的能量），能够将由半导体单元S吸收的X射线光子（X射线粒子）的能量辨别出是事先分成多个而设定的能量区域中的哪一个。例如，在n是3的情况下，根据脉冲信号的峰值超过基准值TH1～TH3中的哪个值，而所辨别的能量区域是不同的。在峰值处于基准值TH1与TH2之间的情况下，所吸收的X射线光子的能量被辨别为包含于第1能量区域。在峰值处于基准值TH2与TH3之间的情况下，所吸收的X射线光子的能量被辨别为包含于第2能量区域。在峰值是基准值TH3（下限基准值THL）以下的情况、或基准值TH1（上限基准值THH）以上的情况下，辨别为未检测到来自外界干扰、半导体单元S、电荷放大器51的白噪声。在基准值TH1（上限基准值THH）以上的情况下，还会在2个以上X射线光子同时入射到像素的情况下发生，但此处那样的事态的发生概率低，设为不是形成图像信息的主要的信号而与外界干扰等同样地进行处理。
另外，不限于基准值的数量是3，即不限于可辨别的能量区域的数量是3的情况。基准值的数量可以是2、4等，根据情况也可以是1个。在基准值的数量是1的情况下，仅得到是否入射了X射线光子的信息。比较器531～53n的输出端与开关541～54n连接。
开关541～54n被设计为在从比较器531～53n分别输出的脉冲信号超过开关541～54n的基准值TH1～THn的情况下成为接通，在其以外的情况下成为断开。例如，开关541被设计为在从比较器531输出的脉冲信号超过开关541的基准值TH1的情况下成为接通、在其以外的情况下成为断开。开关541～54n的输出端与阈值逻辑电路55连接。
阈值逻辑电路55根据从开关541～54n分别输出的脉冲信号，读取比较器531～53n中的哪一个成为接通（断开），以对成为接通的比较器531～53n中的与最大的脉冲信号对应的输出脉冲进行计数的方式发生时钟脉冲。阈值逻辑电路55的多个输出端与多个计数器561～56m独立地连接，对时钟脉冲进行计数。多个计数器561～56m以与脉冲信号的峰值对应地在各自的计数器中进行计数的方式动作。例如，用计数器561对超过TH2但小于TH1的脉冲进行计数，用计数器562对超过TH3但小于TH2的脉冲进行计数（以下相同）。在该情况下，关于必要的计数器的数量m，使用比较器的数量n，而成为m=n－1。
在另一例子中，对于计数器的数量m，还有时使用比较器的数量n，而成为m<n－1。这相当于针对由各比较器进行了峰值辨别的脉冲数，不在各个峰值范围的每一个中，而是将多个峰值范围集中进行计数的情况。最小的计数器的数量m是m=1。在该情况下，通过1个计数器对阈值逻辑电路55输出的时钟脉冲进行计数，所以不区分X射线光子的能量而对光子数进行计数。
计数器561～56m对从阈值逻辑电路55输出的时钟脉冲进行递增计数，在一定时间对进入各担负的能量区域的X射线光子的数量进行测量。
这样，光子计数型图像检测器26在直至复位的一定时间的期间，通过多个计数器561～56m，针对与计数器的级数m对应的每一个能量区域，对向光子计数型图像检测器26的各像素P入射的X射线光子的数量进行测量。从多个计数器561～56m，作为数字量的检测数据（元数据），读出作为其结果的计数值、即X射线光子的计数值。在ASIC层AS内针对每个像素P进行数据读出。
将像素P[A1]～P[E5]的计数值数据分别送到摄影控制/图像处理装置12。
图3（A）～（E）是示出向构成本实施方式的光子计数型图像检测器26的某个像素P入射1个X射线光子的情况的光子计数型图像检测器26的吸收能量的例子的图。一般，放射线的检测基于放射线和检测物质的概率性的相互作用，所以如果检测物质的层的厚度不充分厚，则放射线有时不相互作用而穿过。在光子计数型图像检测器26中，半导体单元S充分厚，所入射的X射线光子的大致100%进行对半导体单元S内赋予能量的相互作用。
图3（A）示出向构成光子计数型图像检测器26的像素P中的C列3通道的像素P[C3]入射能量Ein的1个X射线光子，在入射像素P[C3]中吸收了X射线光子的全部能量Ein的情况下的光子计数型图像检测器26的吸收能量。图3（B）示出向像素P[C3]入射能量Ein的1个X射线光子，由入射像素P[C3]产生的光电效应所致的K－X射线的全部能量Ek被入射像素P[C3]以外的非入射像素P[C2]吸收的情况下的光子计数型图像检测器26的吸收能量。图3（C）示出向像素P[C3]入射能量Ein的1个X射线光子，由入射像素P[C3]引起的光电效应所致的能量Ek的K－X射线跑出到检测膜外的情况下的光子计数型图像检测器26的吸收能量。图3（D）示出向像素P[C3]入射能量Ein的1个X射线光子，由入射像素P[C3]引起的光电效应所致的能量Ek的K－X射线在非入射像素P[C2]中引起光电效应，所发生的L射线的全部能量El被非入射像素P[C2]以外的非入射像素P[D1]吸收的情况下的光子计数型图像检测器26的吸收能量。图3（E）示出向像素P[C3]入射能量Ein的1个X射线光子，由入射像素P[C3]引起的光电效应所致的能量Ek的K－X射线在非入射像素P[C2]中引起光电效应，所发生的L射线的全部能量El被入射像素P[C3]吸收的情况下的光子计数型图像检测器26的吸收能量。
X射线被检测膜吸收的过程是概率过程，所以图3（B）～（E）所示的各例子都可能发生，所以即使试着以能量Ein的1个X射线光子入射到像素P[C3]的情况为例子，在入射像素P[C3]以外的非入射像素P中也吸收能量，所以X射线图像的分辨率劣化。另外，在图3（B）～（E）所示的各例子中，在入射像素P[C3]中积累的能量不是固定的，并且，吸收能量的非入射像素P不固定，所以成为X射线图像的图像噪声的原因。
图4（A）～（C）是示出向构成本实施方式的光子计数型图像检测器26的某个像素P入射1个X射线光子的情况下的入射像素P的吸收能量的事件数的图。另外，在图4（A）～（C）中，设能量Ein为“20”、能量Ek为“12”、能量El为“5”。
图4（A）示出图3（A）所示的入射像素P[C3]的计数器561～56m进行计数的、入射像素P[C3]的吸收能量Ein的事件数。图4（B）示出图3（B）～（D）所示的入射像素P[C3]的计数器561～56m进行计数的、入射像素P[C3]的吸收能量Ein－Ek的事件数。图4（C）示出图3（E）所示的入射像素P[C3]的计数器561～56m进行计数的、入射像素P[C3]的吸收能量Ein－Ek+El的事件数。在图4（A）～（C）以及后述的图5（A）～（C）中，以比较器的级数n和计数器的级数m充分大、且能够辨别入射X射线以及特性X射线的能量为前提。
图5（A）～（C）是示出向构成本实施方式的光子计数型图像检测器26的某个像素P入射1个X射线光子的情况下的非入射像素P的吸收能量的事件数的图。另外，在图5（A）～（C）中，与图4（A）～（C）同样地，设能量Ein为“20”、能量Ek为“12”、能量El为“5”。
图5（A）示出图3（B）所示的非入射像素P[C2]的计数器561～56m进行计数的、非入射像素P[C2]的吸收能量Ek的事件数。图5（B）示出图3（D）以及图3（E）所示的非入射像素P[C2]的计数器561～56m进行计数的、非入射像素P[C2]的吸收能量Ek－El的事件数。图5（C）示出图3（D）所示的非入射像素P[D1]的计数器561～56m进行计数的、非入射像素P[D1]的吸收能量El的事件数。
图6（A）、（B）是示出向构成本实施方式的光子计数型图像检测器26的某个像素P入射多个X射线光子的情况下的光子计数型图像检测器26的能量谱的例子的图。另外，在图6（A）、（B）中，与图4（A）～（C）以及图5（A）～（C）同样地，设能量Ein为“20”、能量Ek为“12”、能量El为“5”。
图6（A）示出向像素P[C3]分别入射能量Ein的多个X射线光子的情况下的入射像素P[C3]的能量谱。图6（B）示出向像素P[C3]分别入射能量Ein的多个X射线光子的情况下的非入射像素P的能量谱。
在多个X射线光子入射到像素P[C3]的情况下，针对每个X射线光子的入射，以某概率分布发生使用图3（A）～（E）来说明的某个现象，它们在X射线照射期间中被积累到光子计数型图像检测器26。在针对每个像素P构成了检测X射线光子而辨别其吸收能量的功能的光子计数型图像检测器26中，在X射线光子的入射像素P[C3]中，得到基于图4（A）～（C）的图6（A）的能量谱，在X射线光子的非入射像素P中，得到基于图5（A）～（C）的图6（B）的能量谱。另外，在图6（A）、（B）中，假设了某个概率分布。纵轴表示相对值。
如图6（A）所示，在入射像素P[C3]中，未出现特性X射线的能量Ek、El。相反，如图6（B）所示，在非入射像素P中，出现特性X射线的能量Ek、El和它们的差分能量Ek－El。另外，在图6（A）、（B）所示的例子中，适当地设定了入射X射线的能量Ein的值、特性X射线的能量Ek、El的值、各现象发生的概率，但对于实际的半导体单元S也发生同样的现象。
图7是示出向构成本实施方式的光子计数型图像检测器26的某个像素P入射X射线光子的情况下的光子计数型图像检测器26的吸收能量的例子的图。
图7示出向像素P[C3]入射能量Ein的M（M：正的整数）个X射线光子的情况下的、光子计数型图像检测器26的吸收能量。在入射像素P[C3]中，能量Ein被检测m1（m1≤M）次、能量Ein－Ek被检测m2（m2≤M）次、能量Ein－Ek+El被检测m3（m3≤M）次。因此，入射像素P[C3]的计数结果M是M=（m1+m2+m3），特性X射线被概率地支配而被非入射像素P吸收或者放出到检测膜的外侧，从而即使m1、m2、m3值发生变化，作为它们的合计值的入射像素P[C3]的计数结果M也不会受到影响。在所入射的X射线光子与半导体单元S完全不相互作用而透射的情况下不被计数，但如上所述在光子计数型图像检测器26中，半导体单元S充分厚且所入射的X射线光子的大致100%进行对半导体单元S内赋予能量的相互作用，所以如上所述计数结果M几乎不会受到概率的影响。
图2所示的光子计数型图像检测器26的每个像素P的多个比较器531～53n辨别在非入射像素P中发生的特性X射线的能量Ek、El、差分能量Ek－El、以及其以外且由入射像素P所吸收的能量（入射能量Ein、差分能量Ein－Ek、Ein－Ek+El）（n是4以上），阈值逻辑电路55不将基于特性X射线的能量Ek、El、和差分能量Ek－El的时钟脉冲发送到计数器561～56m。因此，计数器561～56m不对特性X射线的能量Ek、El、和差分能量Ek－El进行计数。因此，光子计数型图像检测器26能够去除基于从入射像素P泄漏出的X射线的信号。
另外，光子计数型图像检测器26通过针对特性X射线的能量Ek、El以外的能量，不管能量如何都对于1事件计数为1个，能够不漏数被像素P吸收的X射线光子的数量而计数，所以能够无噪声地得知X射线光子的数量。
（第1变形例）
由于在X射线诊断装置中使用的入射X射线的能量和构成半导体单元S的X射线检测物质，入射X射线的能量－特性X射线的能量、特性X射线的能量、以及入射X射线的能量有时为下式（1）所示那样的大小关系。在该情况下，根据上述光子计数型图像检测器26，为了使特性X射线的能量Ek、El成为非计数，需要使比较器531～53n等为多级，虽然光子计数型图像检测器26的电路规模变大，但能够如以下那样实施。
[数1]
入射X射线的能量－特性X射线的能量<特性X射线的能量<入射X射线的能量…（1）
图8是本实施方式的光子计数型图像检测器26的第1变形例中的、以比较器531～53n为中心的电气的框图。
在图8所示的光子计数型图像检测器26的第1变形例中，使图2所示的各处理电路C的n为4。即，在光子计数型图像检测器26的第1变形例中，各处理电路C具备电荷放大器51、波形整形电路52、4级的比较器531～534、阈值逻辑电路55、以及4级的计数器561～564。
在光子计数型图像检测器26的第1变形例中，对比较器531的基准输入端施加基准值TH1（上限基准值THH），对比较器532的基准输入端施加基准值TH2，对比较器533的基准输入端施加基准值TH3，对比较器534的基准输入端施加基准值TH4（下限基准值THL）。此处，分别如下式（2）那样设定基准值TH1、TH2、TH3、TH4。
[数2]
TH4<入射X射线的能量－特性X射线的能量<TH3<特性X射线的能量<TH2<入射X射线的能量<TH1…（2）
图9是用于说明使用4级的比较器531～534而使特性X射线的能量Ek、El为非计数的逻辑运算的图。
如图9所示，阈值逻辑电路55在从比较器534取得脉冲信号、并且未从比较器533、532、531取得脉冲信号的情况下，判断为所吸收的能量是入射X射线的能量－特性X射线的能量。阈值逻辑电路55在从比较器533取得脉冲信号、并且未从比较器532、531取得脉冲信号的情况下，判断为所吸收的能量是特性X射线的能量。阈值逻辑电路55在从比较器532取得脉冲信号、并且未从比较器531取得脉冲信号的情况下，判断为所吸收的能量是入射X射线的能量。
根据图9中说明的阈值逻辑电路55，能够识别特性X射线能量，所以在判断为所吸收的能量是特性X射线能量的情况下，不向计数器561～56m输出时钟脉冲，从而能够实现在4级的比较器531～534中使特性X射线能量为非计数的结构。
（第2变形例）
根据上述光子计数型图像检测器26，为了使特性X射线的能量Ek、El为非计数，需要使比较器531～53n等为多级，光子计数型图像检测器26的电路规模变大。通过以使入射X射线的能量－特性X射线的能量、特性X射线的能量、以及入射X射线的能量成为下式（3）所示那样的大小关系的方式，恰当地选定在X射线诊断装置中使用的X射线能量和构成半导体单元S的X射线检测物质，能够减小电路规模。另外，下式（3）所示的阈值余量幅度（en）是将由电路噪声决定的电压换算为X射线能量而得到的，如果电路噪声小，则阈值余量幅度（en）也可以小。
[数3]
入射X射线的能量－特性X射线的能量>特性X射线的能量+阈值余量幅度（en）…（3）
式（3）所示的关系能够变形为下式（4）。
[数4]
入射X射线的能量>2×特性X射线能量+阈值余量幅度（en）…（4）
另外，此处，作为特性X射线的能量，仅考虑通过入射X射线发生的特性X射线的能量。为了发生特性X射线、例如K－X射线，需要使入射X射线的能量大于K吸收端。在入射X射线的能量被限定在实用上比K吸收端小的范围的情况下，不考虑K－X射线，而考虑L－X射线以及M－X射线。即，在具备光子计数型图像检测器26的乳房X射线摄影装置1等X射线诊断装置、X射线CT装置中，使用了连续谱的X射线，所以在X射线谱的上限能量被限定在比K吸收端小的范围的情况下，也可以不考虑K－X射线。
图10是将在X射线诊断装置、X射线CT装置中使用的、连续X射线谱以及累积光子数作为图表而示出的图。图10示出入射X射线的X射线谱的上限能量以及下限能量的一个例子。
图10示出包括X射线谱的整体的能量范围的X射线谱（光子数）、和作为某物理量（例如，能量以及光子数等）的累积积分曲线的累积光子数。在图10所示的例子中，将X射线谱的上限能量定义为与光子数整体的99%以上相当的能量范围的下限。另外，将X射线谱的下限能量定义为与光子数整体的1%以下相当的能量范围的上限。
摄影控制/图像处理装置12为了如图10所示那样控制入射X射线的X射线谱、以及X射线谱的上限能量以及下限能量，通过控制X射线管21的阳极材料、对X射线管21施加的管电压、以及辐射性质调整滤波器/照射范围限制遮盖22，来控制X射线的辐射性质。
以下示出如果如以上那样控制入射X射线的谱而恰当地选定半导体单元S，则能够设为具备2级的比较器541、542的结构。进行入射X射线的能量和半导体单元S的恰当的控制以及选定，如下式（5－1）、（5－2）那样设定基准值THH、THL。另外，式（5－1）所示的入射X射线的最大能量（电压）是将入射X射线内的最大能量换算为电压的情况下的电压值。另外，式（5－2）所示的特性X射线的能量（电压）是将特性X射线的能量换算为电压的情况下的电压值。
[数5]
比较器541的上限基准值THH=入射X射线的最大能量（电压）…（5－1）
比较器542的下限基准值THL=特性X射线的能量（电压）+阈值余量幅度（en）…（5－2）
在具备光子计数型图像检测器26的乳房X射线摄影装置1等X射线诊断装置、X射线CT装置中，使用了连续谱的X射线，但如果将式（4）的关系应用于连续谱的情况中，则如下式（6）所示。
[数6]
X射线谱的下限能量>2×特性X射线的能量+阈值余量幅度（en）…（6）
另外，式（5－1）能够如下式（7）那样变换。
[数7]
比较器541的上限基准值THH=X射线谱的上限能量（电压）…（7）
能够使用式（7），根据X射线谱的上限能量（例如，图10）决定比较器541的上限基准值THH。另外，能够使用式（5－2），根据特性X射线的能量来决定比较器542的下限基准值THL。
此处，“特性X射线”详细而言是将多个能量的X射线汇总的名称。即，如果是K－X射线，则包括Kα1（K－L3）射线、Kα2（K－L2）射线、以及Kβ1（K－M3）射线等。另外，特性X射线不仅限于K－X射线，而还包括L－X射线、M－X射线等。它们具有不同的能量，根据本实施方式的要旨，式（6）中的“特性X射线的能量”是指“通过入射X射线发生的特性X射线中的最大的能量”。
另外，元素的吸收端能量比“特性X射线中的最大的能量”稍微大，所以即使使用下式（8）也能够得到实用上同样的效果。
[数8]
X射线谱的下限能量>2×吸收端能量+阈值余量幅度（en）…（8）
使用图11（A）、（B）以及图12（A）、（B），说明本实施方式的光子计数型图像检测器26的第2变形例。
图11（A）、（B）是将在胸部X射线能量区域（约50keV以上）中作为半导体传感器S使用化合物半导体例如CdTe的情况下的干涉性散射所致的光电效应和X射线谱的范围作为图表而示出的图。图11（A）是将Cd（Cadmium：镉）的光电效应和X射线谱的范围作为图表而示出的图。图11（B）是将Te（Tellurium：碲）的光电效应和X射线谱的范围作为图表而示出的图。另外，作为半导体传感器S，化合物半导体除了由2种元素构成的CdTe以外，也可以是由3种元素构成的CdZnTe等。
在胸部X射线能量区域的情况下，根据图11（A）、（B）所示的图表，Cd的K吸收端的能量、和Te的K吸收端的能量处于下式（9）那样的关系。因此，摄影控制/图像处理装置12根据式（8），以使入射X射线的X射线谱的下限能量大于Cd以及Te中的K吸收端的能量最大的元素即Te的K吸收端的能量的2倍即63.6keV的方式，控制X射线的辐射性质。
[数9]
Cd的K吸收端=26.7keV<Te的K吸收端=31.8keV…（9）
此处，考虑作为半导体传感器S使用Se等单质的元素的情况。在该情况下，摄影控制/图像处理装置12仅以使入射X射线的X射线谱的下限能量大于单质的元素的K吸收端的能量的2倍的方式，控制X射线的辐射性质。
图12（A）、（B）是将在乳房X射线能量区域（约10keV以上）中作为半导体传感器S使用化合物半导体例如CdTe的情况下的干涉性散射所致的光电效应和X射线谱的范围作为图表而示出的图。图12（A）是将Cd的光电效应和X射线谱的范围作为图表而示出的图。图12（B）是将Te的光电效应和X射线谱的范围作为图表而示出的图。
在乳房X射线能量区域的情况下，根据图12（A）、（B）所示的图表，Cd的K吸收端的能量、和Te的K吸收端的能量处于下式（10－1）那样的关系。因此，摄影控制/图像处理装置12以使入射X射线的X射线谱的上限能量小于Cd以及Te中的K吸收端的能量最小的元素即Cd的K吸收端的能量26.7keV的方式，控制X射线的辐射性质。另外，在乳房X射线能量区域的情况下，根据图12（A）、（B）所示的图表，Cd的L1吸收端的能量、和Te的L1吸收端的能量处于下式（10－2）那样的关系。因此，摄影控制/图像处理装置12根据式（8），以使入射X射线的X射线谱的下限能量大于Cd以及Te中的L1吸收端的能量最大的元素即Te的L1吸收端的能量的2倍即9.9keV的方式，控制X射线的辐射性质。
[数10]
Cd的K吸收端=26.7keV<Te的K吸收端=31.8keV…（10－1）
Cd的L1吸收端=4.2keV<Te的L1吸收端=4.95keV…（10－2）
此处，考虑作为半导体传感器S使用Se等单质的元素的情况。在该情况下，摄影控制/图像处理装置12仅以使入射X射线的X射线谱的上限能量小于单质的元素的K吸收端的能量的方式，控制X射线的辐射性质。另外，摄影控制/图像处理装置12仅以使入射X射线的X射线谱的下限能量大于单质的元素的L1吸收端的能量的2倍的方式，控制X射线的辐射性质。
另外，说明摄影控制/图像处理装置12进行的X射线谱的上限能量的控制的具体例子。如果使X射线管21的管电压成为Etube[kV]，则入射X射线的X射线谱被限制为Etube[keV]以下。另外，作为其他方法，如果在X射线管21的照射口附近设置包括规定的元素的波束滤波器，则比元素的K吸收端Ek_bmflt稍微大的能量下的X射线吸收变大，所以通过选择Ek_bmflt相当于X射线谱的高能量侧的元素，能够控制谱的上限。
另外，说明摄影控制/图像处理装置12进行的X射线谱的下限能量的控制的具体例子。将具有比在X射线图像的生成中使用的能量范围小的K吸收端的（轻）元素用作波束滤波器。在该情况下，随着能量变小，吸收变大，所以利用其来控制X射线谱的下限能量。
根据本实施方式的光子计数型图像检测器26、具备光子计数型图像检测器26的X射线诊断装置以及X射线CT装置能够降低检测器内部中的信号的扩展，所以能够提供分辨率高的X射线图像。另外，信号的扩展是概率性的现象，所以还能够通过降低信号扩展来降低X射线图像的图像噪声。
进而，根据本实施方式的光子计数型图像检测器26的变形例、具备光子计数型图像检测器26的变形例的X射线诊断装置以及X射线CT装置，不使用复杂的（多级的）电路结构，就能够提供分辨率高的X射线图像。
以上，说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式仅为例示，而并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式来实施，能够在不脱离发明的要旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、及其变形包含于发明的范围、要旨中，并且包含于权利要求书记载的发明和其均等范围中。

Claims (13)

1.一种光子计数型图像检测器，具备：
X射线检测物质，检测X射线光子；
电气脉冲生成部，根据响应检测出的所述X射线光子而集电的电荷，生成电气脉冲；
辨别部，对所述电气脉冲进行峰值辨别；
控制部，进行控制，以使得使进行了峰值辨别的所述电气脉冲中的、与由所述X射线检测物质发生的特性X射线的能量对应的电气脉冲成为非计数；以及
计数部，依照由所述控制部进行的控制，对进行了辨别的所述电气脉冲进行计数。
2.一种X射线诊断装置，具备权利要求1所述的所述光子计数型图像检测器。
3.根据权利要求2所述的X射线诊断装置，其特征在于，
所述控制部进行控制，以使得使进行了峰值辨别的所述电气脉冲中的与所述特性X射线的能量对应的电气脉冲、以及由所述X射线检测物质发生的与多个不同的特性X射线的能量的差分能量对应的电气脉冲成为非计数。
4.根据权利要求2或者3所述的X射线诊断装置，其特征在于，还具备：
辐射性质控制部，该辐射性质控制部通过控制所述X射线管的阳极材料、对所述X射线管施加的管电压、以及在所述X射线管的前面配置的辐射性质滤波器，控制所述X射线的辐射性质，
所述辐射性质控制部以使所述X射线的X射线谱的下限能量超过所述X射线检测物质的特性X射线能量的2倍的方式，控制所述X射线的辐射性质。
5.根据权利要求2或者3所述的X射线诊断装置，其特征在于，还具备：
辐射性质控制部，该辐射性质控制部通过控制所述X射线管的阳极材料、对所述X射线管施加的管电压、以及在所述X射线管的前面配置的辐射性质滤波器，控制所述X射线的辐射性质，
在所述X射线检测物质由多个元素构成的情况下，所述辐射性质控制部以使所述X射线的X射线谱的下限能量超过所述多个元素的特性X射线能量中的最大的特性X射线能量的2倍的方式，控制所述X射线的辐射性质。
6.根据权利要求2或者3所述的X射线诊断装置，其特征在于，还具备：
辐射性质控制部，该辐射性质控制部通过控制所述X射线管的阳极材料、对所述X射线管施加的管电压、以及在所述X射线管的前面配置的辐射性质滤波器，控制所述X射线的辐射性质，
所述辐射性质控制部在包括作为所述特性X射线能量的第1特性X射线能量和能量比所述第1特性X射线能量小的作为所述特性X射线能量的第2特性能量、并且在所述第1特性X射线能量与所述第2特性X射线能量之间不存在其他特性X射线能量的情况下，以使所述X射线的X射线谱的下限能量超过所述第2特性X射线能量的2倍、并且使所述X射线谱的上限能量不超过第1特性X射线能量的方式，控制所述X射线的辐射性质。
7.根据权利要求2或者3所述的X射线诊断装置，其特征在于，还具备：
辐射性质控制部，所述辐射性质控制部通过控制所述X射线管的阳极材料、对所述X射线管施加的管电压、以及在所述X射线管的前面配置的辐射性质滤波器，控制所述X射线的辐射性质，
在所述X射线检测物质由多个元素构成的情况下，所述辐射性质控制部在包括作为所述特性X射线能量的第1特性X射线能量和能量比所述第1特性X射线能量小的作为所述特性X射线能量的第2特性能量、并且在所述第1特性X射线能量与所述第2特性X射线能量之间不存在其他特性X射线能量的情况下，以使所述X射线的X射线谱的下限能量超过所述多个元素的第2特性X射线能量中的最大的第2特性X射线能量的2倍、并且使所述X射线谱的上限能量不超过所述多个元素的第1特性X射线能量中的最小的第1特性X射线能量的方式，控制所述X射线的辐射性质。
8.一种X射线计算机断层装置，具备权利要求1所述的所述光子计数型图像检测器。
9.根据权利要求6所述的X射线计算机断层装置，其特征在于，
所述控制部进行控制，以使得使进行了峰值辨别的所述电气脉冲中的与所述特性X射线的能量对应的电气脉冲、以及由所述X射线检测物质发生的与多个不同的特性X射线的能量的差分能量对应的电气脉冲成为非计数。
10.根据权利要求6或者7所述的X射线计算机断层装置，其特征在于，还具备：
辐射性质控制部，该辐射性质控制部通过控制所述X射线管的阳极材料、对所述X射线管施加的管电压、以及在所述X射线管的前面配置的辐射性质滤波器，控制所述X射线的辐射性质，
所述辐射性质控制部以使所述X射线的X射线谱的下限能量超过所述X射线检测物质的特性X射线能量的2倍的方式，控制所述X射线的辐射性质。
11.根据权利要求6或者7所述的X射线计算机断层装置，其特征在于，还具备：
辐射性质控制部，该辐射性质控制部通过控制所述X射线管的阳极材料、对所述X射线管施加的管电压、以及在所述X射线管的前面配置的辐射性质滤波器，控制所述X射线的辐射性质，
在所述X射线检测物质由多个元素构成的情况下，所述辐射性质控制部以使所述X射线的X射线谱的下限能量超过所述多个元素的特性X射线能量中的最大的特性X射线能量的2倍的方式，控制所述X射线的辐射性质。
12.根据权利要求6或者7所述的X射线计算机断层装置，其特征在于，还具备：
辐射性质控制部，该辐射性质控制部通过控制所述X射线管的阳极材料、对所述X射线管施加的管电压、以及在所述X射线管的前面配置的辐射性质滤波器，控制所述X射线的辐射性质，
所述辐射性质控制部在包括作为所述特性X射线能量的第1特性X射线能量和能量比所述第1特性X射线能量小的作为所述特性X射线能量的第2特性能量、并且在所述第1特性X射线能量与所述第2特性X射线能量之间不存在其他特性X射线能量的情况下，以使所述X射线的X射线谱的下限能量超过所述第2特性X射线能量的2倍、并且使所述X射线谱的上限能量不超过第1特性X射线能量的方式，控制所述X射线的辐射性质。
13.根据权利要求6或者7所述的X射线计算机断层装置，其特征在于，还具备：
辐射性质控制部，该辐射性质控制部通过控制所述X射线管的阳极材料、对所述X射线管施加的管电压、以及在所述X射线管的前面配置的辐射性质滤波器，控制所述X射线的辐射性质，
在所述X射线检测物质由多个元素构成的情况下，所述辐射性质控制部在包括作为所述特性X射线能量的第1特性X射线能量、和能量比所述第1特性X射线能量小的作为所述特性X射线能量的第2特性能量、并且在所述第1特性X射线能量与所述第2特性X射线能量之间不存在其他特性X射线能量的情况下，以使所述X射线的X射线谱的下限能量超过所述多个元素的第2特性X射线能量中的最大的第2特性X射线能量的2倍、并且使所述X射线谱的上限能量不超过所述多个元素的第1特性X射线能量中的最小的第1特性X射线能量的方式，控制所述X射线的辐射性质。
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