JP2013000227A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置及び放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】積分モードによるＸ線フォトンの高計数能を保持しつつ、フォトンカウンティングモードを実現する。
【解決手段】 Ｘ線管１４は、Ｘ線を発生する。放射線検出器１６は、Ｘ線管１４から発生され被検体を透過したＸ線を繰り返し検出し、繰り返し検出されたＸ線のエネルギーに応じた電気信号を繰り返し生成する。支持機構１２は、Ｘ線管１４と放射線検出器１６とを回転軸回りに回転可能に支持する。積分型ＤＡＳ２６ａは、電気信号を積分型モードで収集する。フォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂは、電気信号をフォトンカウント型モードで収集する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置及び放射線検出器に関する。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、被検体に向けてＸ線をＸ線管で曝射し、被検体を透過あるいは被検体で散乱したＸ線を放射線検出器で検出する。そしてＸ線コンピュータ断層撮影装置は、放射線検出器からの電気信号をデータ収集システム（ＤＡＳ）で収集し、収集された電気信号に基づいて被検体の透視画像や断層画像、３次元画像のデータを生成する。一般的なＸ線コンピュータ断層撮影装置のＤＡＳとしては、積分モードが知られている。

積分モードにおいてＤＡＳは、放射線検出器からの電気信号を所定時間積分し、積分信号を出力する。積分モードでは、入射Ｘ線の全エネルギー、すなわち低エネルギーから高エネルギーまでのＸ線の全てのエネルギーが積分される。このため、相対的に低エネルギーのＸ線の情報が埋もれてしまう。このような積分信号を用いて再構成した画像は、Ｘ線の線質の硬化（いわゆる、ビームハードニング現象）に起因するアーチファクトを含んだり、軟部組織のコントラスト分解能が低下したりして、画質が劣化してしまう。

近年、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の新しいアプリケーションを求め、フォトンカウンティングモードで動作するフォトンカウント型ＣＴの研究開発が盛んである。フォトンカウンティングモードにおいてＤＡＳは、放射線検出器がＸ線を検出することで生成された電気信号をカウント（計数）し、このカウント値をＸ線のフォトン数として間接的に検出する。フォトンカウンティングモードは、上記の積分モードに係る低エネルギー情報の埋もれを解消する。しかし、フォトンカウンティングモードは、フォトンの計数能力を示す最大計数率が積分値モードに比して低い。このようなフォトンの計数率の観点からいって、フォトンカウンティングモードをＸ線コンピュータ断層撮影装置へ応用することは困難である。

特開２０００−２３９６５号公報 特開２００６−１０１９２６号公報

目的は、積分モードによるＸ線フォトンの高計数能を保持しつつ、フォトンカウンティングモードを実現するＸ線コンピュータ断層撮影装置及び放射線検出器を提供することにある。

本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線管と、前記Ｘ線管から発生され被検体を透過したＸ線を繰り返し検出し、前記繰り返し検出されたＸ線のエネルギーに応じた電気信号を繰り返し生成する検出器と、前記Ｘ線管と前記検出器とを回転軸回りに回転可能に支持する支持機構と、前記電気信号を積分型モードで収集する第１収集部と、前記電気信号をフォトンカウント型モードで収集する第２収集部と、を具備する。

本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図。 図１の放射線検出器の構造を示す図。 図１の放射線検出器とデータ収集部との詳細構造を示す図。 図１の放射線検出器の検出素子の一形態を示す図。 図１のデータ収集部によるデータ収集処理において利用されるエネルギー領域と閾値とを示す図。 図１のデータ収集部によるデータ収集処理のタイミングチャートを示す図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係わるＸ線コンピュータ断層撮影装置及び放射線検出器を説明する。

なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、Ｘ線管と放射線検出器とが１体となって被検体の周囲を回転するＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥタイプや、リング状に多数の検出素子が配列され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転するＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ／ＲＯＴＡＴＥタイプ等様々なタイプがあるが、いずれのタイプでも本実施形態は適用可能である。ここでは、ＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥタイプとして説明する。

また、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置における画像再構成法には、フルスキャン法とハーフスキャン法とがある。フルスキャン法では、１スライスのＣＴ画像のデータを再構成するために、被検体の周囲１周、すなわち約２π分の投影データが必要である。また、ハーフスキャン法では、１スライスの画像データを再構成するために、π＋α［ｒａｄ］（α：ファン角）分の投影データが必要である。本実施形態は、フルスキャン法とハーフスキャン法とのいずれの方法も適用可能である。しかし、以下、説明を具体的に行なうため本実施形態は、フルスキャン法を採用するとする。

図１は、本実施形態に係わるＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。図１に示すように、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、ガントリ１０を搭載している。ガントリ１０は、円環又は円板状の回転フレーム１２を回転軸ＲＡ周りに回転可能に支持する。回転フレーム１２は、撮影領域ＦＯＶ内の天板に載置された被検体を挟んで対向するようにＸ線管１４と放射線検出器１６とを有する。回転フレーム１２は、回転駆動部１８からの駆動信号の供給を受けて、所定の回転速度でＸ線管１４と放射線検出器１６とを回転させる。

Ｘ線管１４は、高電圧発生部２０からスリップリング２２を経由して高電圧の印加及びフィラメント電流の供給を受けてＸ線を発生する。Ｘ線管１４は、回転フレーム１２により回転させながらＸ線を発生する。

放射線検出器１６は、２次元状に配列された複数の検出素子を有する。各検出素子は、入射されたＸ線を繰り返し検出し、検出されたＸ線のエネルギーに応じた電荷量を有する電流信号（電気信号）を発生する。放射線検出器１６には、データ収集部２６（以下、ＤＡＳ（Data Acquisition System）と呼ぶことにする）が接続されている。

図２は、放射線検出器１６の構造の一例を示す図である。図２に示すように、放射線検出器１６は、列方向とチャンネル方向との両方向に関して稠密に配列される複数の検出素子５０を有する。なお列方向は回転軸ＲＡ方向に一致し、チャンネル方向は回転軸ＲＡ回りの円周方向に一致している。各検出素子５０は、遮光性を有する部材（セパレータ）により光学的に分断されている。１つの検出素子５０又は複数個の検出素子５０の集合は、電流信号の読み出しチャンネルを構成する。なお図２には、一例として４列×８チャンネルの放射線検出器１６が図示されているが本実施形態はこれに限定されない。より多列、より多チャンネルの放射線検出器１６であってもよい。

検出素子５０は、シンチレータ５２と２つの受光素子５４，５６とを有する。シンチレータ５２は、例えば、ＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）やＢＧＯ（ビスマス酸ジャーマネイト）等を材料として形成される。シンチレータ５２の片面は、Ｘ線の入射面として機能し、入射面の反対側の面（以下、接合面と呼ぶことにする）には、２つの受光素子５４，５６が設けられる。

本実施形態に係る受光素子５４，５６としては、例えば、フォトダイオードや光電子増倍管が適用可能である。以下の説明を具体的に行うため、受光素子は、フォトダイオードであるとする。シンチレータ５２の接合面は第１区画と第２区画とに区分されている。第１区画は、第２区画に比して大きな面積を有している。第１区画には、第１のフォトダイオード５４が接合され、第２区画には、第２のフォトダイオード５６が接合される。第１のフォトダイオード５４は、第２のフォトダイオード５６に比して、シンチレータ５４との接合面が大きい。以下、第１のフォトダイオードを大フォトダイオード５４、第２のフォトダイオードを小フォトダイオード５６と呼ぶことにする。

各フォトダイオード５４，５６とシンチレータ５２とは、例えば、グリース等により接着される。なお、図２においては、シンチレータ５２の接合面の１隅に小フォトダイオード５６が接着され、残りの部分に大フォトダイオード５４が接着されている。しかしながら大フォトダイオード５４と小フォトダイオード５６との位置関係はこれに限定されなく、大フォトダイオード５４と小フォトダイオード５６とはシンチレータ５２の接合面のどこに接合されていてもよい。例えば、シンチレータ５２の接合面の中央付近に小フォトダイオード５６が接着され、残りの部分に大フォトダイオード５４が接着されるとしてもよい。

シンチレータ５２は、入射面から入射されたＸ線フォトンのエネルギーを吸収し、蛍光（シンチレーション）を発生する。発生される蛍光は、由来するＸ線フォトンのエネルギーに応じたエネルギーを有する。各蛍光は、シンチレータ５２内を伝播し、大フォトダイオード５４や小フォトダイオード５６に次々に到達する。各フォトダイオード５４，５６は、到達した蛍光のエネルギーに応じた電荷量を有する電流信号を発生する。なお発生される電流信号は、電荷パルスである。

このように放射線検出器１６は、入射Ｘ線を電荷パルスに変換することで、Ｘ線をフォトンとして検出することができる。大フォトダイオード５４により発生された電荷パルスは後述する積分型ＤＡＳ２６ａにより読み出され、小フォトダイオード２６ｂにより発生された電荷パルスは後述するフォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂにより読み出される。

ＤＡＳ２６は、本実施形態において特有の構造を有する。ＤＡＳ２６は、チャンネルごとに２系統のＤＡＳ、すなわち積分型ＤＡＳ２６ａとフォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂとを備える。

積分型ＤＡＳ２６ａは、スキャン制御部４２による制御のもと、チャンネル毎に検出素子５０から電荷パルスを読み出し、読み出された電荷パルスを積分（加算）する。以下、積分された電荷パルスを積分信号と呼ぶことにする。所定時間は、例えば、１ビューに想到する時間に応じて設定される。このようにして積分型ＤＡＳ２６ａは、ビュー毎且つチャンネル毎に積分信号を生成し、生成された積分信号をデジタルデータに変換する。デジタル化された積分信号は、生データと呼ばれている。非接触型データ伝送部２８は、積分型ＤＡＳ２６ａからの生データを、光ファイバケーブル（図示せず）等を介して記憶部３０に供給する。

一方、フォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂは、スキャン制御部４２による制御のもと、チャンネル毎に検出素子５０から電荷パルスを読み出す。そしてフォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂは、読み出された電荷パルスに基づいて、シンチレータ５２に吸収されたＸ線のフォトンが属するエネルギー領域を、Ｘ線のエネルギースペクトル上の複数のエネルギー領域（ウィンドウ）の中から特定することによって、複数のエネルギー領域のそれぞれについてＸ線のフォトン数を計数（カウント）する。エネルギー領域ごとのフォトン数は、チャンネル毎にビュー単位で集計される。以下、各ビューについて集計されたエネルギー領域毎のフォトン数をカウント値と呼ぶことにする。非接触型データ伝送部２８は、フォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂからのカウント値のデータを、光ファイバケーブル（図示せず）等を介して記憶部３０に供給する。なお複数のエネルギー領域は、予め設定されている。

記憶部３０は、積分型ＤＡＳ２６ａから供給された生データをチャンネル番号とビュー番号とに関連付けて記憶する。また、記憶部３０は、フォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂから供給されたカウント値のデータをビュー番号、エネルギー領域を示すコード、及びチャンネル番号に関連付けて記憶する。

前処理部３２は、生データに対数変換、感度補正等の前処理をし、画像再構成処理の直前段階にある投影データを発生する。発生された投影データは、チャンネル番号とビュー番号とに関連付けて記憶部３０に記憶される。

投影データ補正部３４は、前処理部３２からの投影データをカウント値に応じて補正する。より詳細には、投影データ補正部３４は、ユーザ指定のエネルギー領域に関する投影データを強調するために、全てのエネルギー領域のカウント値の合計とユーザ指定のエネルギー領域に関するカウント値との比を投影データに乗じる。以下、投影データ補正部３４により補正された投影データを補正投影データと呼ぶことにする。

再構成処理部３６は、補正投影データに基づいて被検体に関するＣＴ画像のデータを再構成する。以下、補正投影データに基づくＣＴ画像を補正ＣＴ画像と呼ぶことにする。また、再構成処理部３６は、前処理部３２からの投影データに基づいて被検体に関するオリジナルのＣＴ画像のデータを再構成してもよい。ＣＴ画像は、Ｘ線吸収係数の分布を表す形態画像である。また、再構成処理部３６は、カウント値のデータに基づいて被検体に関するフォトンカウント画像のデータを再構成してもよい。フォトンカウント画像は、形態画像と機能画像との両方を兼ねる。

表示部３８は、補正ＣＴ画像やオリジナルのＣＴ画像、フォトンカウント画像を表示デバイスに表示する。また、表示部３８は、オリジナルのＣＴ画像にフォトンカウント画像を重ねても良い。表示デバイスとしては、ＣＲＴディスプレイや、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等の表示デバイスが適宜利用可能である。

入力部４０は、操作者から入力デバイスを介して入力された各種指令や情報入力を受け付ける。具体的には、入力部４０は、強調したいエネルギー領域や、エネルギー領域を分割するための閾値等を入力する。入力デバイスとしては、キーボード、マウス、各種ボタン、タッチキーパネル等が適宜利用可能である。

スキャン制御部４２は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の中枢として機能する。スキャン制御部４２は、入力部４０により入力されたスキャン条件に従って各部を制御し、被検体をＣＴスキャンする。この際、スキャン制御部４２は、ＤＡＳ２６を制御することにより、積分モードとフォトンカウンティングモードとの両方を同時に実現するハイブリッドなデータ収集処理を行なう。

次に、スキャン制御部４２の制御のもとに行なわれるデータ収集処理と投影データ補正処理とについて詳細に説明する。

（データ収集処理）
図３は、データ収集処理を実現するための放射線検出器１６とＤＡＳ２６との詳細構造を示す図である。なお図３には、説明の簡単のため１チャンネル分の構造のみを示している。また、放射線検出器１６としては、４列×１チャンネル分のフォトダイオードの集合であるフォトダイオードアレイ５８のみを示している。フォトダイオードアレイ５８は、４つの大フォトダイオード５４と４つの小フォトダイオード５６とから構成される。

図３に示すように、各大フォトダイオード５４には電荷パルスの読み出しライン６０が設けられている。各大フォトダイオード５４に設けられた読み出しライン６０は１つのラインに集約され、積分型ＤＡＳ２６ａに接続される。同様に、各小フォトダイオード５６にも電荷パルスの読み出しライン６２が設けられている。各小フォトダイオード５６に設けられた読み出しライン６２は、１つのラインに集約されフォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂに接続される。このように各検出素子には、１素子につき電荷パルスの読み出しラインが２つ設けられている。

よく知られているように、シンチレータ５２内で発生される蛍光の数が多くなると、フォトダイオード５４、５６から供給される電荷パルス同士がオーバラップする（パイルアップする）。上述のように、積分型ＤＡＳ２６ａは、電荷パルスを積分するので、電荷パルスのオーバラップは、積分値の精度に影響しない。換言すれば、積分型ＤＡＳ２６ａは、Ｘ線フォトンの高計数能を有しているといえる。従って、積分型ＤＡＳ２６ａに供給される電荷パルスの数は多ければ多いほどよい。一方、フォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂは、電荷パルスをＸ線フォトンとみなしてカウントするので、電荷パルスのオーバラップがＸ線フォトンの計数能に大きく影響する。換言すれば、フォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂは低計数能を有しているといえる。従って、フォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂに供給される電荷パルスの数は、電荷パルスのオーバラップが発生しない程度に少なくてよい。

このような積分型ＤＡＳ２６ａとフォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂとの計数能の違いがあるので、大フォトダイオード５４の面積は小フォトダイオード５６の面積よりも大きく設計される。具体的には、大フォトダイオード５４と小フォトダイオード５６との面積比は、例えば、数千〜数百万：１のオーダである。

図４に示すように、パイルアップの防止のため、小フォトダイオード５６とシンチレータ５２との間に、シンチレータ５２から小フォトダイオード５６への蛍光を減衰するための蛍光減衰部材５９が配置されてもよい。蛍光減衰部材５９は、蛍光を完全に遮光することなく、蛍光のエネルギーを減衰可能な物質であればいかなる物質でもよい。例えば、蛍光減衰部材５９としては、アルミが用いられる。

再び図３に戻り、積分型ＤＡＳ２６ａとフォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂとについて説明する。

積分型ＤＡＳ２６ａは、通常のＸ線コンピュータ断層撮影装置に搭載されているＤＡＳと同様の構造を有する。すなわち積分型ＤＡＳ２６ａは、例えば、抵抗Ｒ、コンデンサＣ１、及びアンプ７２からなる積分器７４とＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）７６とを有する。積分器７４は、１ビューの間に４つの大フォトダイオード５４から読み出された電荷パルスを積分して積分信号を生成する。そして積分器７４は、生成された積分信号をＡＤＣ７６に供給する。ＡＤＣ７６は、供給された積分信号をＡＤ変換して生データ（デジタルの積分信号）を生成する。すなわち、生データは、積分値のデータある。このようにチャンネル毎の積分型ＤＡＳ２６ａは、ビュー毎に生データを生成する。生成された生データは、非接触型データ伝送部２８に供給される。

フォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂは、例えば、コンデンサＣ２、アンプ７８、複数のコンパレータ８０、複数の比較用基準電圧源８２、及びカウンタ８４を備える。コンデンサＣ２は、４つのフォトダイオード６２から逐次読み出された電荷パルスを平滑化する平滑コンデンサである。平滑化された電荷パルスは、アンプ７８に供給される。アンプ７８は、平滑コンデンサＣ２からの電荷パルスを所定の利得で増幅する。増幅された電荷パルスは、第１コンパレータ８０ａ、第２コンパレータ８０ｂ、及び第３コンパレータ８０ｃにそれぞれ供給される。コンパレータ８０（及び比較用基準電圧源８２）の数は、エネルギー領域を分割する閾値の数に応じて設けられる。図４には、一例として３つのコンパレータ８０を示している。この場合、エネルギー領域は４つであり、閾値の数は３つである。これら３つのコンパレータ８０と比較用基準電圧源８２とにより、Ｘ線フォトンが４つのエネルギー領域にエネルギー弁別される。

図５は、Ｘ線の標準的なエネルギースペクトルと３つの閾値ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３との関係を示す図である。なお図５の縦軸はフォトン数に、横軸はフォトンエネルギー［ｋｅＶ］に規定される。図５に示すように、エネルギー弁別のため、３つの閾値ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３により４つのエネルギー領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が設定されている。第１の閾値ＴＨ１は、散乱Ｘ線や回路ノイズを検出させないための誤検出防止用の閾値として設定される。第１の閾値ＴＨ１は、Ｘ線フォトンを検出不能の第１のエネルギー領域（ノイズエネルギー領域）Ｒ１と低めのエネルギー領域Ｒ２とを弁別可能な値に設定される。第２の閾値ＴＨ２は、低めのエネルギー領域Ｒ２と中程度のエネルギー領域Ｒ３とを弁別可能な値に設定される。第３の閾値ＴＨ３は、中程度のエネルギー領域Ｒ２とそれ以上の高めのエネルギー領域Ｒ４とを弁別可能な値に設定される。これら閾値ＴＨの値は、例えば、経験的に見出される。入射Ｘ線フォトンは、第１のエネルギー領域Ｒ１、第２のエネルギー領域Ｒ２、第３のエネルギーＲ３、及び第４のエネルギー領域Ｒ４のいずれかに弁別されることになる。これら閾値ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３の値は、入力部４０を介して予め設定されている。

第１コンパレータ８０ａには、第１比較用基準電圧源８２ａが接続されている。第１比較用基準電圧源８２ａは、第１の閾値ＴＨ１に応じた電圧値を有する第１の基準電圧を発生し、第１コンパレータ８０ａに供給する。第１の基準電圧の電圧値は、予め設定されているものとする。第１コンパレータ８０ａは、アンプ７８からの電荷パルスの電圧値と第１の比較用基準電圧源からの基準電圧との大小関係を比較する。なお電荷パルスは、入射Ｘ線フォトンのエネルギーに応じた電圧値を有する。電荷パルスの電圧値が第１の基準電圧よりも大きい場合、第１コンパレータ８０ａは、所定の電圧値を有するパルス（以下、カウントパルスと呼ぶことにする）を発生し、カウンタ８４に供給する。一方、電荷パルスの電圧値が第１の基準電圧より小さい場合、第１コンパレータ８０ａは、カウントパルスを発生しない。

第２コンパレータ８０ｂ、第２比較用基準電源８２ｂ、第３コンパレータ８０ｃ、及び第３比較用基準電源８２ｃの動作も同様であるので説明は省略する。但し、第２比較用基準電源８２ｂは、第２の基準電圧を発生し、第３の比較用基準電源８２ｃは、第３の基準電圧を発生する。なお、第２の基準電圧は第２の閾値に応じて、第３の基準電圧は第３の閾値に応じて決定される。

図６は、コンパレータ８０の動作のタイミングチャートである。図６の（ａ）に示すように、アンプ７８から電圧値ＶＣを有する電荷パルスが各コンパレータ８０に供給されたとする。なお、電荷パルスのパルス幅は、検出素子の性能に依存する。標準的なパルス幅は、０．１〜５．０μｓｅｃである。第１比較用基準電圧源８２ａは、第１の閾値ＴＨ１を電圧に換算した第１の基準電圧ＴＨ１´を出力し、第２比較用基準電圧源８２ｂは、第２の閾値ＴＨ２を電圧に換算した第２の基準電圧ＴＨ２´を出力し、第３比較用基準電圧源８２ｃは、第３の閾値ＴＨ３を電圧に換算した第３の基準電圧ＴＨ３´を出力する。

電圧値ＶＣは第１の基準電圧ＴＨ１´と第２の基準電圧ＴＨ２´との両方よりも大きいので、図５（ｂ）に示すように、第１コンパレータ８０ａと第２のコンパレータ８０ｂとは、カウントパルスを出力し、カウンタ８４に供給する。電荷パルスの電圧値ＶＣは、第３の基準電圧ＴＨ３´よりも小さいので、第３コンパレータ８０ｃは、カウントパルスを出力しない。

カウンタ８４は、第１コンパレータ８０ａ、第２コンパレータ８０ｂ、及び第３コンパレータ８０ｃからのカウントパルスに基づいて、計測中のＸ線フォトンがどのエネルギー領域に属しているのかを特定する。

すなわちアンプ７８からの電荷パルスの電圧値が第１の基準電圧ＴＨ１´以下であれば、カウンタ８４は、この電荷パルスに対応するＸ線フォトンは第１のエネルギー領域Ｒ１に属すると特定する。同様に、電荷パルスの電圧値が第１の基準電圧ＴＨ１´と第２の基準電圧ＴＨ２´との間にあれば、この電荷パルスに対応するＸ線フォトンは第２のエネルギー領域Ｒ２に属すると特定し、電荷パルスの電圧値が第２の基準電圧ＴＨ２´と第３の基準電圧ＴＨ３´との間にあれば、この電荷パルスに対応するＸ線フォトンは第３のエネルギー領域Ｒ３に属すると特定し、電荷パルスの電圧値が第３の基準電圧ＴＨ３´以上であれば、この電荷パルスに対応するＸ線フォトンは第４のエネルギー領域Ｒ３に属すると特定する。

より詳細には、カウンタ８４は、カウントパルスを供給したコンパレータのうち最も大きい閾値に関するコンパレータを判別する。最も大きい閾値に関するコンパレータを判別することで、カウンタ８４は、計測中のＸ線フォトンが第１〜第４のエネルギー領域のうちのどのエネルギー領域に属しているのかを特定できる。例えば、第１コンパレータ８０ａからのみカウントパルスが供給された場合、計測中のＸ線フォトンは、第２エネルギー領域に属するとみなされる。この場合、カウンタ８４は、第２エネルギー領域のフォトン数をカウントアップする。第１コンパレータ８０ａと第２コンパレータ８０ｂとからカウントパルスが供給された場合、計測中のＸ線フォトンは、第３エネルギー領域に属するとみなされる。この場合、カウンタ８４は、第３エネルギー領域のフォトン数をカウントアップする。第１コンパレータ８０ａ、第２コンパレータ８０ｂ、及び第３コンパレータ８０ｃからカウントパルスが供給された場合、計測中のＸ線フォトンは、第４エネルギー領域に属するとみなされる。この場合、カウンタ８４は、第４エネルギー領域のフォトン数をカウントアップする。また、どのコンパレータ８０からもカウントパルスが供給されなかった場合、計測中のＸ線フォトンは、第１エネルギー領域に属するとみなされる。この場合、カウンタ８４は、第１エネルギー領域のフォトン数をカウントアップする。

このようにしてカウンタ８４は、１ビューの間エネルギー領域ごとにフォトン数をカウントし、各エネルギー領域についてカウント値を得る。各エネルギー領域のカウント値のデータは、非接触型データ伝送部２８に供給される。

（投影データ補正処理）
次に、投影データ補正部３４による投影データの補正処理について説明する。なお、以下の説明において、上述の第２、第３、及び第４のエネルギー領域をまとめて非ノイズエネルギー領域、第１のエネルギー領域をノイズエネルギー領域と呼ぶことにする。すなわち、エネルギー領域は非ノイズエネルギー領域とノイズエネルギー領域とに区分され、閾値は上述の第１の閾値のみであるとする。

ノイズエネルギー領域に属するＸ線フォトンに由来する投影データは、ＣＴ画像におけるノイズの原因となる。従って、ノイズエネルギー領域に関する投影データを全投影データから除去することによって、ＣＴ画像上のノイズを低減することができる。このため、非ノイズエネルギー領域が、予め又はユーザにより入力部４０を介して、強調したいエネルギー領域に設定されているものとする。

補正処理においてまず投影データ補正部３４は、同一のビュー番号且つチャンネル番号に関する投影データと全エネルギー領域のカウント値のデータとを記憶部３０から読み出す。そして投影データ補正部３４は、全エネルギー領域のカウント値の合計値と非ノイズエネルギー領域のカウント値との比を算出する。例えば、非ノイズエネルギー領域のカウント値とノイズエネルギー領域のカウント値との比が９９：１であるとすると、合計値と非ノイズエネルギー領域のカウント値との比は、１００：９９となる。比を算出すると投影データ補正部３４は、算出された比を、読み出された同一のビュー番号且つチャンネル番号の投影データに乗じることにより投影データを補正する。上述の例の場合、投影データに９９／１００が乗じられる。このようにして投影データ補正部３４は、２π分の全てのビュー、且つ全てのチャンネルの投影データに合計値と非ノイズエネルギー領域のカウント値との比を乗じて、補正投影データを生成する。補正投影データは、ビュー番号とチャンネル番号とに関連付けられて記憶部３０に記憶される。なお、非ノイズエネルギー領域のカウント値とノイズエネルギー領域のカウント値との比は、チャンネルによっても異なるし、同じチャンネルであってもビューによって異なることを明言しておく。

投影データの補正処理が行なわれると再構成処理部３６により画像再構成処理が行なわれる。画像再構成処理において再構成処理部３６は、ビュー番号をもとに、２π分の補正投影データを記憶部３０から読み出す。２π分の補正投影データは、ノイズエネルギー領域の投影データが抑制されることにより、非ノイズエネルギー領域の投影データが強調されている。このような２π分の補正投影データに対して、例えばフェルドカンプ再構成等の一般的な画像再構成処理を施すことにより、補正ＣＴ画像のデータを発生する。補正ＣＴ画像は、ノイズが低減されており、従って画質が向上している。

なお投影データ補正部３４の動作は、上述のようにエネルギー領域が３つ以上に分割されている場合にも適用可能である。この場合、補正処理により高エネルギー領域の投影データを強調することにより、画像上におけるビームハードニングアーチファクトを低減することができる。また、補正処理により低エネルギー領域（ノイズエネルギー領域よりも高く、高エネルギー領域よりも低い）を強調することにより、ＣＴ画像上における軟部組織のコントラストが改善される。このように、強調したいエネルギー領域を用途に応じて適切に設定することにより、ＣＴ画像の画質を向上させることもできる。

なお再構成処理部３６は、カウント値のデータに基づいて被検体に関するフォトンカウント画像のデータを再構成することができる。利用されるカウント値のデータは、例えば、全てのエネルギー領域に関するカウント値のデータであっても、単一のエネルギー領域に関するカウント値のデータであってもよい。複数のエネルギー領域に関するカウント値のデータに基づくフォトンカウント画像は、再構成断面上でのＸ線フォトンのエネルギー分布を示す。フォトンカウント画像により、再構成断面上の物質の材質（原子番号）識別が可能となる。表示部３８は、物質に応じて色分けをしてフォトンカウント画像を表示することができる。また、表示部３８は、補正ＣＴ画像やオリジナルのＣＴ画像にフォトンカウント画像を重ねて表示しても良い。このようにフォトンカウント画像を単体で表示させたり、補正ＣＴ画像やオリジナルのＣＴ画像に重ねて表示したりすることで、臨床的価値のある新たな画像表示方法を提供することができる。

上記構成により本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、１つの検出素子５０につき２つのフォトダイオード、すなわち大フォトダイオード５４と小フォトダイオード５６とを有している。大フォトダイオード５４により発生される電荷パルスは、一般的なＸ線コンピュータ断層撮影装置と同様に積分型ＤＡＳ２６ａに供給され積分信号に変換される。積分信号は、大フォトダイオード５４で発生された電荷パルスの積分であるので、高計数能でカウントされた全エネルギー領域にわたるＸ線フォトンの合計値であるともいえる。小フォトダイオード５６により発生される電荷パルスは、フォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂに供給され、エネルギー領域ごとのカウント値に変換される。そして投影データ補正部３４は、フォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂにより収集された合計値とカウント値との比を投影データに割当てることによって、あたかも積分型ＤＡＳ２６ａにより高計数能で収集された投影データをエネルギー弁別したように補正することができる。

かくして本実施形態によれば、積分モードによるＸ線フォトンの高計数能を保持しつつ、フォトンカウンティングモードを実現するＸ線撮像装置と放射線検出器とを提供することが可能となる。

（変形例１）
積分型ＤＡＳのための放射線検出器とフォトンカウント型ＤＡＳのための放射線検出器との両方を搭載するＳＰＥＣＴ／ＣＴ装置等のモダリティ装置が知られている。ＳＰＥＣＴにおいて放射線検出器は、本実施形態の放射線検出器１６がＸ線を検出するのと同様に、被検体内の放射性同位元素から放出されたガンマ線を検出し、検出されたガンマ線のエネルギーに応じた電気信号を発生している。なおガンマ線やＸ線は、放射線に分類されている。本実施形態に係る放射線検出器１６は、積分型ＤＡＳのための検出器とフォトンカウント型ＤＡＳのための検出器との両方を兼ねることができる。従って本実施形態に係る放射線検出器１６は、ＳＰＥＣＴ／ＣＴ装置の放射線検出器を１台にすることができる。換言すれば、ＳＰＥＣＴ／ＣＴ装置のＣＴスキャナの放射線検出器は、ＳＰＥＣＴスキャナの放射線検出器を兼ねることができる。

（変形例２）
同一スライスにおいて管電圧やＸ線フィルタを変更することによりエネルギー弁別してスキャンし、収集された投影データから電子密度マップや実効原子番号マップを発生するデュアルエネルギースキャン（dual energy scanning）が知られている。本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、放射線検出器１６やフォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂ等を搭載することにより、管電圧やＸ線フィルタを変更することなくエネルギー弁別することができる。従って本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、放射線検出器１６やフォトンカウント型ＤＡＳ２６ｂ等によりエネルギー弁別をすることによりディアルエネルギースキャンを行うことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…ガントリ、１２…回転フレーム、１４…Ｘ線管、１６…放射線検出器、１８…回転駆動部、２０…高電圧発生部、２２…スリップリング、２６…データ収集部（ＤＡＳ）、２６ａ…積分型ＤＡＳ、２６ｂ…フォトンカウント型ＤＡＳ、２８…非接触型データ伝送部、３０…記憶部、３２…前処理部、３４…投影データ補正部、３６…再構成処理部、３８…表示部、４０…入力部、４２…スキャン制御部、５０…検出素子、５２…シンチレータ、５４…大フォトダイオード、５６…小フォトダイオード、５８…フォトダイオードアレイ

Claims (14)

1. Ｘ線を発生するＸ線管と、
   前記Ｘ線管から発生され被検体を透過したＸ線を繰り返し検出し、前記繰り返し検出されたＸ線のエネルギーに応じた電気信号を繰り返し生成する検出器と、
   前記Ｘ線管と前記検出器とを回転軸回りに回転可能に支持する支持機構と、
   前記電気信号を積分型モードで収集する第１収集部と、
   前記電気信号をフォトンカウント型モードで収集する第２収集部と、
   を具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記検出器は、
   前Ｘ線管からのＸ線のエネルギーを吸収し、前記吸収されたＸ線のエネルギーに応じた蛍光を発生するシンチレータと、
   前記シンチレータの一面のうちの第１区画に設けられ、前記発生された蛍光に応じた前記電気信号を生成し、前記電気信号を前記第１収集部に供給する第１受光素子と、
   前記一面のうちの前記第１区画以外の第２区画に設けられ、前記発生された蛍光に応じた前記電気信号を生成し、前記電気信号を前記第２収集部に供給する第２受光素子と、を備える、
   請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記第１区画は、前記第２区画に比して大きな面積を有する、請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記シンチレータと前記第２の受光素子との間には、前記蛍光を減衰させるための部材が配置される、請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 前記第１収集部は、前記電気信号の積分信号を生成し、
   前記第２収集部は、前記電気信号に基づいて前記繰り返し検出されたＸ線のフォトンが属するエネルギー領域を予め設定された複数のエネルギー領域の中から繰り返し特定し、前記複数のエネルギー領域の各々についてフォトン数を計数する、
   請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記計数されたフォトン数に応じて前記積分信号を補正する補正部と、
   前記補正された積分信号に基づいて前記被検体に関する画像を再構成する再構成部と、
   を具備する請求項５記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. 前記補正部は、前記複数のエネルギー領域について計数された全フォトン数と前記複数のエネルギー領域のうちの特定のエネルギー領域について計数されたフォトン数との比を前記積分信号に乗じる、請求項６記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
8. 前記再構成された画像を表示する表示部をさらに備える請求項６記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
9. 前記積分信号に基づいて前記被検体に関する第１画像を再構成する第１再構成部と、
   前記複数のエネルギー領域のフォトン数に基づいて前記被検体に関する第２画像を再構成する第２再構成部と、
   を具備する請求項６記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
10. 前記検出器は、前記被検体内の放射性同元素からのガンマ線を検出するガンマ線検出器を兼ねる、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
11. 入射放射線のエネルギーに応じた蛍光を発生するシンチレータと、
    前記シンチレータの一面のうちの第１区画に設けられ、前記発生された蛍光に応じた第１電気信号を生成する第１受光素子と、
    前記一面のうちの前記第１区画以外の第２区画に設けられ、前記発生された蛍光に応じた第２電気信号を生成する第２受光素子と、
    を具備する放射線検出器。
12. 前記第１電気信号は、積分型のデータ収集システムに利用され、
    前記第２電気信号は、フォトンカウント型のデータ収集システムに利用される、
    請求項１１記載の放射線検出器。
13. 前記第１区画は、前記第２区画に比して大きな面積を有する、請求項１０又は１１記載の放射線検出器。
14. 前記シンチレータと前記第２受光素子との間には、前記蛍光を減衰させるための部材が配置される、請求項１１から１３の何れか一項記載の放射線検出器。

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