CN117898751A

CN117898751A - Pcct装置及其控制方法

Info

Publication number: CN117898751A
Application number: CN202311346541.5A
Authority: CN
Inventors: 田中棱; 小野内雅文
Original assignee: Fujifilm Healthcare Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2022-10-19
Filing date: 2023-10-17
Publication date: 2024-04-19
Also published as: JP2024060170A; US20240130701A1; US20240225574A9

Abstract

本发明提供一种能够检测光子计数型检测器中发生的异常的PCCT装置及其控制方法。PCCT装置具备对X射线的光子进行计数的光子计数型检测器，所述PCCT装置的特征在于，还具备：光谱生成部，生成光谱，所述光谱为每个能量仓的光子数的分布；计算部，根据第一时刻的光谱和第二时刻的光谱来计算每个能量仓的光子数变化率；及判定部，根据所述光子数变化率来判定所述光子计数型检测器有无异常。

Description

PCCT装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种PCCT(Photon Counting Computed Tomography(光子计数计算机断层扫描))装置，尤其涉及一种确定PCCT装置所具备的光子计数型检测器的异常原因的技术。

背景技术

相较于以往的CT装置，具备作为采用光子计数(Photon Counting)方式的检测器的光子计数型检测器的PCCT(光子计数计算机断层扫描)装置能够呈现包含更多的信息的医学图像。例如，能够呈现能量仓图像或物质鉴别图像，该能量仓图像为使用被分为多个能量仓的投影数据创建的图像，该物质鉴别图像为被鉴别为多个物质的图像。照射于被摄体的X射线的经时变化有时会使PCCT装置所呈现的医学图像产生伪影，因此需要进行校正。

专利文献1中公开了一种根据由参考检测器检测出的X射线光子的计数来计算焦点移动量的技术，该参考检测器具备去除散射线的防散射栅格且配置于扫描视场外。

专利文献1：日本特开2021-146190号公报

然而，在专利文献1中，并未考虑光子计数型检测器发生异常的情况。光子计数型检测器中发生的异常有时会使医学图像产生伪影，因此优选立即被检测出。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种能够检测光子计数型检测器中发生的异常的PCCT装置及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明的PCCT装置具备对X射线的光子进行计数的光子计数型检测器，所述PCCT装置的特征在于，还具备：光谱生成部，生成光谱，所述光谱为每个能量仓的光子数的分布；计算部，根据第一时刻的光谱和第二时刻的光谱来计算每个能量仓的光子数变化率；及判定部，根据所述光子数变化率来判定所述光子计数型检测器有无异常。

本发明的PCCT装置具备对X射线的光子进行计数的光子计数型检测器，所述PCCT装置的特征在于，还具备：光谱生成部，生成光谱，所述光谱为每个能量仓的光子数的分布；计算部，计算由第一检测元件获得的光谱与由第二检测元件获得的光谱之间的差异；及判定部，根据所述差异来判定所述光子计数型检测器有无异常。

并且，本发明的控制方法为具备对X射线的光子进行计数的光子计数型检测器的PCCT装置的控制方法，所述控制方法的特征在于，包括：光谱生成步骤，生成光谱，所述光谱为每个能量仓的光子数的分布；计算步骤，根据第一时刻的光谱和第二时刻的光谱来计算每个能量仓的光子数变化率；及判定步骤，根据所述光子数变化率来判定所述光子计数型检测器有无异常。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够检测光子计数型检测器中发生的异常的PCCT装置及其控制方法。

附图说明

图1是表示PCCT装置的整体结构的图。

图2是表示按能量仓计数的X射线光子的一例的图。

图3A是表示发生偏振时的光谱的经时变化的图。

图3B是表示发生偏振时的光谱的经时变化的图。

图4是表示发生增益下降时的光谱的经时变化的图。

图5是表示发生能量分辨率下降时的光谱的经时变化的图。

图6是表示发生能量阈值位移时的光谱的经时变化的图。

图7是表示发生灵敏度下降时的光谱的经时变化的图。

图8是表示发生局部能量区域内的噪声增加时的光谱的经时变化的图。

图9是表示检测光子计数型检测器的异常的处理的流程的一例的图。

图10是表示扫描被摄体时判定有无异常的区域的图。

图11是表示检测到偏振时的画面的一例的图。

图12是表示估计偏振以外的异常的处理的流程的一例的图。

图13是表示相邻的检测元件中的一个发生异常时的光谱的差异的图。

符号说明

100-PCCT装置，101-被摄体，102-工作台，200-输入输出部，210-输入装置，220-监视器，300-摄影部，310-X射线源，311-准直器，320-X射线检测器，321-检测元件，330-机架，331-开口部，332-旋转板，340-摄影控制部，341-X射线控制部，342-机架控制部，343-工作台控制部，344-检测器控制部，400-集中控制部，401-CPU，402-存储器，403-存储装置，1000-空气区域测量部，1100-通知/指示画面。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的PCCT(光子计数计算机断层扫描)装置的实施例进行说明。另外，在以下说明及附图中，通过对具有相同的功能结构的构成要件标注相同的符号来省略重复说明。

[实施例1]

使用图1对PCCT装置100的整体结构进行说明。PCCT装置100具备输入输出部200、摄影部300及集中控制部400。

输入输出部200具有输入装置210和监视器220。输入装置210为操作者在输入摄影条件等时使用的装置，例如为鼠标和键盘。监视器220为输出所输入的摄影条件等的显示装置，在具有触摸面板功能的情况下，还被用作输入装置210。

摄影部300具备X射线源310、X射线检测器320、机架330、工作台102及摄影控制部340，以便以各种投影角度获取被摄体101的投影数据。另外，获取到的投影数据被分为多个能量仓。

X射线源310为对被摄体101照射X射线的装置。X射线源310与被摄体101之间设置有准直器311。准直器311为调节对被摄体101照射的X射线的照射场的装置。

X射线检测器320为检测X射线的装置，具有多个检测元件321。检测元件321为连接CdTe等半导体元件和计数电路元件而成的光子计数型检测器，距X射线源310的X射线焦点等距离(例如，1000mm的距离)配置有约1000个。在检测元件321中，按能量仓对入射于一个元件的X射线光子进行计数。

使用图2对按能量仓计数的X射线光子进行说明。入射于检测元件321的X射线光子根据预先设定的能量阈值被分为多个能量仓。图2中示出了根据能量阈值T1、T2、T3划分的三个能量仓bin1、bin2、bin3。即，在bin1内对T1～T2的X射线光子进行计数，在bin2内对T2～T3的X射线光子进行计数，在bin3内对T3～的X射线光子进行计数。并且，通过按能量仓对X射线光子进行计数，可生成光谱，该光谱为每个能量仓的光子数的分布。

返回到图1的说明中。机架330的中央设置有用于配置工作台102的圆形的开口部331，该工作台102载置被摄体101。开口部331的直径例如为700mm。机架330内设置有旋转板332，该旋转板332搭载有X射线源310和X射线检测器320，并且使X射线源310和X射线检测器320绕被摄体101的周围旋转。工作台102在z方向上移动，以调整被摄体101相对于机架330的位置。

摄影控制部340具有X射线控制部341、机架控制部342、工作台控制部343、检测器控制部344。X射线控制部341控制施加于X射线源310的电压等。机架控制部342控制旋转板332的旋转，例如使旋转板332每隔1.0s旋转一周。检测器控制部344控制X射线检测器320对X射线的检测，例如使X射线检测器320在旋转板332每旋转0.4度时检测X射线。工作台控制部343控制工作台102的移动。

集中控制部400具有CPU(Central Processing Unit(中央处理器))401、存储器402、存储装置403，其控制摄影控制部340，并且对由X射线检测器320检测出的X射线的投影数据等实施各种处理。例如，集中控制部400执行根据投影数据重建断层图像的处理，该投影数据是根据通过输入装置210设定的摄影条件获取到的。断层图像可以按能量仓重建。并且，可以将重建的断层图像或用于重建处理的投影数据显示于监视器220上或存储于存储装置403中，并且按能量仓进行处理。

在X射线检测器320所具有的检测元件321存在异常的情况下，通过对X射线光子进行计数而生成的光谱有时会发生经时变化，导致断层图像产生伪影。因此，在实施例1中，根据每个能量仓的光子数变化率来检测检测元件321中发生的异常，该每个能量仓的光子数变化率根据第一时刻的光谱和第二时刻的光谱来计算。

另外，检测元件321中发生的异常的类型有偏振、增益下降、能量分辨率下降、能量阈值位移、灵敏度下降、局部能量区域内的噪声增加、信号的输出不良。并且，光谱的经时变化的图案根据检测元件321中发生的异常的类型而不同，因此以下对各类型进行说明。

使用图3A和图3B对发生偏振时的光谱的经时变化的图案进行说明。偏振为因X射线入射所生成的电荷被包括在半导体元件中的晶格缺陷捕获或释放而发生的现象，会使光谱如图3A和图3B那样发生变化。图3A中例示了光谱向能量的正方向位移且向X射线光子数的负方向位移的情况。图3B中例示了光谱向能量的负方向位移且向X射线光子数的正方向位移的情况。并且，变化前后的光谱具有一个交叉点。另外，偏振通过重置施加于半导体元件的电压而被消除。

使用图4对发生增益下降时的光谱的经时变化的图案进行说明。增益下降因半导体元件的破损或半导体元件与计数电路元件之间的局部断线而发生，会使光谱如图4的那样发生变化。即，若发生增益下降，则光谱会向能量的负方向位移，并且向X射线光子数的正方向位移。并且，变化前后的光谱具有一个交叉点。另外，光谱的位移方向与图3B相同，但位移量充分大于图3B。并且，X射线光子数成为零的能量区域为原能量区域的一半以上。

使用图5对发生能量分辨率下降时的光谱的经时变化的图案进行说明。能量分辨率下降因半导体元件的劣化或噪声混入到计数电路元件中而发生，会使光谱如图5那样发生变化。即，若发生能量分辨率下降，则光谱会向能量的正负方向扩展，并且向X射线光子数的负方向位移。并且，变化前后的光谱具有两个交叉点。

使用图6对能量阈值或计数器发生异常时的光谱的经时变化的图案进行说明。若能量阈值或计数器发生异常，则如图6那样，X射线光子数会在光谱的一部分能量仓内不连续地减少。

使用图7对发生灵敏度下降时的光谱的经时变化的图案进行说明。灵敏度下降因半导体元件的故障或劣化、半导体元件与计数电路元件之间的完全断线而发生，会使光谱如图7那样发生变化。即，若发生灵敏度下降，则光谱会向X射线光子数的负方向位移。并且，变化前后的光谱不具有交叉点。

使用图8对发生局部能量区域内的噪声增加时的光谱的经时变化的图案进行说明。局部能量区域内的噪声增加因半导体元件或计数电路元件的故障或劣化而发生，会使光谱如图8那样发生变化。即，若发生局部能量区域内的噪声增加，则光谱会在一部分能量仓内产生由噪声引起的峰。

使用图9按步骤对实施例1的处理的流程的一例进行说明。

(S901)

集中控制部400控制摄影控制部340在所有检测元件321中对每个能量仓的X射线光子进行计数。通过对每个能量仓的X射线光子进行计数，可生成光谱，该光谱为每个能量仓的光子数的分布。S901中的X射线光子的计数优选在不存在被摄体101的状态下实施。

另外，在存在被摄体101的状态下对X射线光子进行计数的情况下，配置于图10中例示的空气区域测量部1000的检测元件321成为后续处理中的对象。空气区域测量部1000的宽度根据被摄体101的尺寸或投影角度而发生变化，因此可以根据扫描图像来事先设定空气区域测量部1000。

(S902)

集中控制部400使用S901中得到的X射线光子数在所有检测元件321中计算每个能量仓的光子数变化率。光子数变化率R(ch、E、t)例如使用下式来计算。

R(ch、E、t)＝1-C(ch、E、t)/C(ch、E、t0)…(式1)

其中，ch为检测元件321的通道号，E为能量仓，t为计数时刻，C(ch、E、t)为在通道号ch、能量仓E、计数时刻t计数的X射线光子数。另外，C(ch、E、t0)为在通道号ch、能量仓E、计数时刻t0(＜t)在不存在被摄体101的状态下计数的X射线光子数。事先计数的C(ch、E、t0)存储于存储装置403中，并且在计算光子数变化率R(ch、E、t)时从存储装置403读出。

(S903)

集中控制部400判定S902中计算出的某个计数时刻t的所有光子数变化率是否在允许范围内。若所有光子数变化率在允许范围内，则处理进入S904。即，判定检测元件321没有异常。并且，若所有光子数变化率中的至少一个在允许范围外，则处理进入S905。

表示光子数变化率的允许范围的上限值R_U和下限值R_L按通道号及能量仓预先设定，并存储于存储装置403中。例如，在旋转板332的旋转方向上，X射线检测器320的中心至检测元件321的距离越短，设定越窄的允许范围。通过对越靠近X射线检测器320的中心的检测元件321设定越窄的允许范围，能够更严格地判定重建断层图像时更为重要的检测元件321有无异常。并且，也可以对所有检测元件321使用相同的允许范围。通过使用相同的允许范围，能够节省存储装置403的存储容量。另外，允许范围也可以按X射线源310的管电流或管电压设定。

(S904)

集中控制部400将检测元件321及X射线源310没有异常的情况显示于监视器220上。

(S905)

集中控制部400判定S902中计算出的光子数变化率是否在所有检测元件321中在允许范围外且光谱的经时变化的图案是否全部相同。若光子数变化率在所有检测元件321中在允许范围外且图案全部相同，则处理进入S906。即，判定X射线源310存在异常，但检测元件321没有异常。并且，若所有光子数变化率中的至少一个在允许范围内或在允许范围外的光子数变化率包括不同的图案，则处理进入S907。

(S906)

集中控制部400将检测元件321没有异常但X射线源310存在异常的情况显示于监视器220上。

(S907)

集中控制部400判定S903中判定为在允许范围外的光子数变化率是否包括偏振的图案。若允许范围外的光子数变化率包括偏振的图案，则处理进入S908。即，判定检测元件321发生了偏振。并且，若允许范围外的光子数变化率不包括偏振的图案，则处理进入S909。

另外，当满足以下三个条件时，判定被判定为在允许范围外的光子数变化率的图案为偏振。第一条件为允许范围外的光子数变化率并不局限于能量区域的一部分。例如，在X射线光子被分为三个能量仓的情况下，当光子数变化率在两个以上能量仓内在允许范围外时，满足第一条件，图3A和图3B、图4、图5、图7对应于此。第二条件为变化前后的光谱具有一个交叉点，在图3A和图3B、图4中满足该条件。第三条件为在变化后的光谱中X射线光子数成为零的能量区域少于变化前的能量区域的一半。例如，在X射线光子被分为三个能量仓的情况下，当X射线光子数成为零的能量仓为一个以下时，满足第三条件，图3A和图3B、图5、图6、图7、图8对应于此。即，在图3A和图3B中满足三个条件。

(S908)

集中控制部400通知检测元件321发生了偏振的情况，并且将指示重启电源的画面显示于监视器220上。图11中例示了S908中显示于监视器220上的通知/指示画面1100。另外，显示于监视器220上的画面并不限定于图11中例示的通知/指示画面1100。

(S909)

集中控制部400根据S903中判定为在允许范围外的光子数变化率的图案来估计偏振以外的异常原因。

使用图12按步骤对S909中估计异常原因的处理的流程的一例进行说明。

(S1201)

集中控制部400判定S903中判定为在允许范围外的光子数变化率是否为能量区域的一部分。若允许范围外的光子数变化率为能量区域的一部分，则处理进入S1202。具体而言，图6和图8对应于此。并且，若允许范围外的光子数变化率并不局限于能量仓的一部分，则处理进入S1205。具体而言，图4、图5、图7对应于此。

(S1202)

集中控制部400判定S903中判定为在允许范围外的光子数变化率是否为正。若光子数变化率为正，则处理进入S1203。具体而言，图8对应于此。并且，若光子数变化率不为正，则处理进入S1204。具体而言，图6对应于此。

(S1203)

集中控制部400将检测元件321发生了局部能量区域内的噪声增加的情况显示于监视器220上。

(S1204)

集中控制部400将检测元件321发生了能量阈值或计数器的异常的情况显示于监视器220上。

(S1205)

集中控制部400判定变化前后的光谱的交叉点是否为两个以上。若交叉点为两个以上，则处理进入S1206。具体而言，图5对应于此。并且，若交叉点少于两个，则处理进入S1207。具体而言，图4和图7对应于此。

(S1206)

集中控制部400将检测元件321发生了能量分辨率下降的情况显示于监视器220上。

(S1207)

集中控制部400判定在变化后的光谱中X射线光子数成为零的能量区域是否少于阈值。若X射线光子数成为零的能量区域少于阈值，则处理进入S1208。具体而言，图7对应于此。并且，若X射线光子数成为零的能量区域为阈值以上，则处理进入S1209。具体而言，图4对应于此。另外，阈值例如设定为变化前的光谱的能量区域的一半。

(S1208)

集中控制部400将检测元件321发生了灵敏度下降的情况显示于监视器220上。

(S1209)

集中控制部400将检测元件321发生了增益下降的情况显示于监视器220上。

通过图12中例示的处理的流程来估计偏振以外的异常原因。返回到图9的说明中。

(S910)

集中控制部400判定S903中判定为光子数变化率在允许范围外的检测元件321的数量是否为阈值以下。若允许范围外的检测元件321的数量为阈值以下，则处理进入S911。并且，若允许范围外的通道数超过阈值，则处理进入S912。另外，阈值预先设定为通过对不良通道的输出进行插值可防止产生伪影的通道数。

(S911)

集中控制部400将指示将判定为光子数变化率在允许范围外的检测元件321登记为不良通道的画面显示于监视器220上。登记为不良通道的检测元件321的输出通过其周边的检测元件321的输出进行插值。

(S912)

集中控制部400将指示联系服务工程师检测元件321发生了异常的情况的画面显示于监视器220上。接收到检测元件321发生了异常的联系的服务工程师可以修理或更换X射线检测器320。修理或更换X射线检测器320的服务工程师可以参考S909中估计的异常原因。

通过图9中例示的处理的流程，PCCT装置100能够检测作为光子计数型检测器的检测元件321中发生的异常。并且，通过根据检测元件321发生偏振时显示的画面重启电源，能够消除偏振，从而能够减少发生异常时的停机时间。

另外，集中控制部400通过执行S901来发挥生成光谱的光谱生成部的功能，该光谱为每个能量仓的光子数的分布。并且，集中控制部400通过执行S902来发挥计算部的功能，该计算部根据第一时刻的光谱和第二时刻的光谱来计算每个能量仓的光子数变化率。进而，集中控制部400通过执行S905来发挥判定部的功能，该判定部根据光子数变化率来判定光子计数型检测器有无异常。

[实施例2]

在实施例1中，对根据通过对X射线光子进行计数而生成的光谱的经时变化来检测检测元件中发生的异常的情况进行了说明。检测元件中发生的异常的检测并不限定于实施例1。在实施例2中，对根据由某个检测元件获得的光谱与在同一时刻由其他检测元件获得的光谱之间的差异来检测检测元件中发生的异常的情况进行说明。另外，PCCT装置100的整体结构与实施例1相同，因此省略说明。

使用图13对实施例2进行说明。在相邻的检测元件P和检测元件D均正常的情况下，两者的光谱没有差异，相对于此，在任一个发生了异常的情况下，如图13中例示那样，两者的光谱产生差异。即，可以根据由某个检测元件获得的光谱与在同一时刻由其他检测元件获得的光谱之间的差异来检测检测元件中发生的异常。更具体而言，当使用下式计算出的X射线光子数的差分D(ch、E)超过预先确定的允许范围时，判定检测元件321发生了异常。

D(ch、E)＝C(ch、E)-Ave(ch、E)…(式2)

其中，ch为检测元件321的通道号，E为能量仓，C(ch、E)为在通道号ch的检测元件321中在能量仓E内计数的X射线光子数。并且，Ave(ch、E)为在靠近通道号ch的多个检测元件321中在能量仓E内计数的X射线光子数的平均值。当通道号ch的检测元件321为图13的检测元件P时，靠近通道号ch的检测元件321例如包括检测元件P周围的检测元件A～H和与检测元件A～H相邻的检测元件J等。

并且，可以根据通过(式2)计算出的差分的图案来估计检测元件321的异常原因。即，是否包括偏振的图案的判定和偏振以外的异常原因的估计通过使用差分的图案来代替经时变化的图案而以与实施例1相同的方式实施。并且，可以在检测到偏振时以与实施例1相同的方式显示指示重启电源的画面。

根据实施例2，PCCT装置100无需基于光谱的经时变化即可检测作为光子计数型检测器的检测元件321中发生的异常。通过无需基于光谱的经时变化即可进行检测，不需要事先对X射线光子进行计数，从而能够节省存储装置403的存储容量。并且，通过以与实施例1相同的方式根据检测元件321发生偏振时显示的画面重启电源，能够消除偏振，从而能够减少发生异常时的停机时间。

以上，对本发明的实施例进行了说明。另外，本发明并不限定于上述实施例，可以在不脱离发明的主旨的范围内对构成要件进行变形而将其具体化。并且，可以适当组合上述实施例中公开的多个构成要件。进而，也可以从上述实施例中示出的所有构成要件中删除一些构成要件。

Claims

1.一种PCCT装置，其具备对X射线的光子进行计数的光子计数型检测器，所述PCCT装置的特征在于，还具备：

光谱生成部，生成光谱，所述光谱为每个能量仓的光子数的分布；

计算部，根据第一时刻的光谱和第二时刻的光谱来计算每个能量仓的光子数变化率；及

判定部，根据所述光子数变化率来判定所述光子计数型检测器有无异常。

2.根据权利要求1所述的PCCT装置，其特征在于，

所述判定部根据所述光子数变化率的图案来估计所述光子计数型检测器的异常原因。

3.根据权利要求2所述的PCCT装置，其特征在于，

所述判定部根据所述图案来判定所述光子计数型检测器中发生的异常是否包括偏振。

4.根据权利要求3所述的PCCT装置，其特征在于，

当判定为所述光子计数型检测器中发生的异常包括偏振时，所述判定部显示指示重启的画面。

5.根据权利要求3所述的PCCT装置，其特征在于，

当每个能量仓的光子数变化率在允许范围外且允许范围外的光子数变化率并不局限于能量区域的一部分、第一时刻的光谱与第二时刻的光谱的交叉点为一个、在第二时刻的光谱中光子数成为零的能量区域少于第一时刻的光谱的能量区域的一半时，所述判定部判定所述光子计数型检测器中发生的异常包括偏振。

6.根据权利要求1所述的PCCT装置，其特征在于，

当每个能量仓的光子数变化率在允许范围外的检测元件的数量为预先确定的阈值以下时，所述判定部显示指示将每个能量仓的光子数变化率在允许范围外的检测元件登记为不良通道的画面。

7.根据权利要求1所述的PCCT装置，其特征在于，

当每个能量仓的光子数变化率在允许范围外且在所有检测元件中图案相同时，所述判定部判定X射线源存在异常。

8.根据权利要求1所述的PCCT装置，其特征在于，

所述光谱生成部针对根据被摄体的尺寸或投影角度而发生变化的空气区域的X射线生成所述光谱。

9.根据权利要求1所述的PCCT装置，其特征在于，

所述判定部将距所述光子计数型检测器的旋转方向上的中心的距离越短则越窄地设定的允许范围用于有无所述异常的判定。

10.一种PCCT装置，其具备对X射线的光子进行计数的光子计数型检测器，所述PCCT装置的特征在于，还具备：

计算部，计算由第一检测元件获得的光谱与由第二检测元件获得的光谱之间的差异；及

判定部，根据所述差异来判定所述光子计数型检测器有无异常。

11.一种控制方法，其为具备对X射线的光子进行计数的光子计数型检测器的PCCT装置的控制方法，所述控制方法的特征在于，包括：

光谱生成步骤，生成光谱，所述光谱为每个能量仓的光子数的分布；

计算步骤，根据第一时刻的光谱和第二时刻的光谱来计算每个能量仓的光子数变化率；及

判定步骤，根据所述光子数变化率来判定所述光子计数型检测器有无异常。