JP2015104664A - Ｘ線ｃｔ装置、モジュール型ｘ線検出装置およびｘ線ｃｔ撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトンカウンティングによって画像を取得するＸ線ＣＴの画質を向上させる。【解決手段】所定の数のエネルギー弁別検出器ＰＣＤ’Ｓは、スキャン対象の周囲に設けられたエネルギー弁別検出器経路２００に固定的に配置され、放射線源１０１からの放射線を検出する。エネルギー統合型検出器１０３は、スキャン対象の周囲に設けられたエネルギー統合型検出器経路に沿って移動し、放射線を検出する。画像再構成ユニット１１４は、エネルギー弁別検出器ＰＣＤ’Ｓにより検出された放射線に関する強度データセットとエネルギー統合型検出器１０３により検出された放射線に関するスペクトルデータセットに基づいて画像を再構成する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置、モジュール型Ｘ線検出装置およびＸ線ＣＴ撮像方法に関する。

大部分のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナにおいてＸ線ビームは多色性（ｐｏｌｙｃｈｒｏｍａｔｉｃ）であるのが一般的である。しかし目下使用されているＣＴスキャナの大部分では、検出器のエネルギー統合的な性質に従ったデータに基づいて画像が作成されている。これら従来の検出器は、エネルギー統合的Ｘ線データを収集するためのエネルギー統合型検出器（ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｎａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ：以下、ＩＮＴＤと呼ぶ）と呼ばれている。他方、フォトンカウンティング検出器（ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｏｒ：以下、ＰＣＤと呼ぶ）は、データの収集においてエネルギー統合的性質ではなくＸ線源のスペクトル的性質を収集するように構成されている。透過Ｘ線データに関してスペクトル的性質を取得するには、フォトンカウンティング検出器がＸ線ビームをその成分エネルギーまたはスペクトルビンに分割するとともに、このビンの各々内にある光子数をカウントしている。ＣＴにおいてＸ線源のスペクトル的性質を使用することはスペクトルＣＴと呼ぶことが多い。スペクトルＣＴでは透過Ｘ線を２つ以上のエネルギーレベルで検出することが必要であるため、定義上スペクトルＣＴは２重エネルギーＣＴを含むのが一般的である。

スペクトルＣＴは従来のＣＴと比べて有利である。スペクトルＣＴは、Ｘ線ビームのフルスペクトルに固有の追加的な臨床情報を提供する。たとえばスペクトルＣＴによれば、組織の識別を容易にでき、カルシウムとヨウ素とを含有する組織などの材料同士を区別でき、あるいは小血管の検出を強化できる。利点のうちでもとりわけ、スペクトルＣＴではさらにビームハードニングアーチファクトの低減が期待される。スペクトルＣＴではまた、スキャナと無関係なＣＴ値の正確性の向上が期待される。

スペクトルＣＴに関するこれら従来技術の試みのすべてでは、ビームハードニング（ｂｅａｍ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）、時間分解能（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）、ノイズ均衡（ｎｏｉｓｅ ｂａｌａｎｃｅ）およびエネルギー分離（ｅｎｅｒｇｙ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）の不適切などの問題を解決しようとする間にトレードオフを必要とする。たとえば２重線源の解決法は、ノイズ均衡およびエネルギー分離に関しては良好であるが、幾つかの臨床用途におけるビームハードニングの補正および時間分解能の向上のためには良好でない。高速ｋＶ切り替えは良好なビームハードニング補正および良好な時間分解能が得られる可能性がある一方、ノイズ均衡のために時間分解能とのトレードオフが必要となることがあり、また不適切なエネルギー分離のために再構成されたスペクトル画像の精密さに悪影響を及ぼすことがあり得る。しかしながら適切な臨床状況で使用すれば、従来技術の解決法を首尾よく用いて診断を向上することが可能である。他方、フォトンカウンティング検出器を用いたスペクトル撮像の実施では、４つすべての問題点をトレードオフを伴うことなく解決することならびにｋエッジ撮像を介した精細な材料の特徴付けなどより高度なスペクトル技法の可能性を有している。

従来技術ではまた、スペクトルＣＴの実装に際して、従来の統合型検出器をフォトンカウンティング検出器によって置き換えることも試みられている。一般にフォトンカウンティング検出器は高価であるとともに、高フラックス（ｈｉｇｈ ｆｌｕｘ）のＸ線下では性能制約が存在する。実験的な少なくとも１つのスペクトルＣＴシステムが報告されているが、ハイレートなフォトンカウンティング検出器のコストのために全面的な実装が阻まれている。フォトンカウンティング検出器テクノロジーについてある程度の進歩はあるが、目下利用可能なフォトンカウンティング検出器では依然として空間電荷の蓄積に由来する分極、パイルアップ効果（ｐｉｌｅ−ｕｐ ｅｆｆｅｃｔｓ）、散乱効果（ｓｃａｔｔｅｒ ｅｆｆｅｃｔｓ）、空間分解能（ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）、時間分解能および線量効率（ｄｏｓｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）などの実装上の問題点の解決が必要である。

米国特許第１３／４２６，９０３号明細書

目的は、フォトンカウンティングＣＴにより得られる画像の画質向上を可能とするＸ線ＣＴ装置、モジュール型Ｘ線検出装置およびＸ線ＣＴ撮像方法を提供することにある。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、スキャン対象の周囲に設けられた放射源経路に沿って、前記スキャン対象に向けて放射線を連続して放射させながら移動する少なくとも一の放射線源と、前記スキャン対象の周囲に設けられたエネルギー弁別検出器経路に固定的に配置され、前記放射線源により放射された放射線を検出する所定の数のエネルギー弁別検出器と、前記スキャン対象の周囲に設けられたエネルギー統合型検出器経路に沿って移動し、前記放射線源により放射された放射線を検出する少なくとも一のエネルギー統合型検出器と、前記エネルギー弁別検出器により検出された放射線に関する強度データセットと前記エネルギー統合型検出器により検出された放射線に関するスペクトルデータセットとのうち少なくともいずれか一方に基づいて画像を再構成する画像再構成ユニットと、前記エネルギー弁別検出器それぞれにおける検出面以外の少なくとも一の面に配置され、放射線を遮蔽する遮蔽層と、を具備する。

ガントリおよびその他のデバイスやユニットを含んだ本発明に従った１つのＸ線ＣＴ装置またはスキャナを示した図。 本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいてフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための一実施形態を示した図。 本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて所定の第３世代幾何学構成とした検出器ユニットと組合せてフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための別の実施形態を示した図。 本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて所定の第３世代幾何学構成とした２つのＸ線源と２つの検出器ユニットとの組合せでフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための別の実施形態を示した図。 本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて所定の第３世代幾何学構成とした２つのＸ線源と対応する１つのエネルギー統合型検出器との組合せでフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための代替的実施形態を示した図。 本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいてフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための保護層またはカバーの一実施形態を示した図。 本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて所定の第３世代幾何学構成とした検出器ユニットと組合せてフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための実施形態によって収集したデータから再構成された例示的な画像に対するビュー単位キャリブレーションの効果を示した図。 本発明に従った間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器を用いたスペクトルＣＴに関するデータを収集するプロセスまたは方法に関連するステップまたは段階を示した流れ図。 本発明に従った間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器と統合型検出器とを組合せて用いたスペクトルＣＴに関するデータを収集するプロセスまたは方法に関連するステップまたは段階を示した流れ図。 本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいてフライング焦点と組合せた疎らに配置されたフォトンカウンティング検出器および統合型検出器を示した図。 本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて第３世代幾何学構成とした２つのＸ線源を検出器ユニットをまったく用いずに組合せてフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための代替的実施形態を示した図。

以下、図面を参照しながら実施形態に係るＸ線ＣＴ装置、モジュール型Ｘ線検出装置およびＸ線ＣＴ撮像方法を説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

ここで図面全体を通じて同じ参照番号によって対応する構造を指定している図面を参照し、特に図１を参照すると、ガントリ１００およびその他のデバイスやユニットを含んだ本発明による１つのＸ線ＣＴ装置またはスキャナの図を示している。ガントリ１００は、側面像で図示しており、さらにまたＸ線管１０１、環状のフレーム１０２および多重横列または２次元アレイタイプのエネルギー統合型検出器１０３を含んでいる。Ｘ線管１０１とエネルギー統合型検出器１０３は回転軸ＲＡの周りに回転可能に支持された環状のフレーム１０２上にある被検体Ｓを挟んで対向して装着されている。回転ユニット１０７は０．４秒／回転などの速い速度でフレーム１０２を回転させ、一方被検体Ｓは図示した紙面を出入りする方向で軸ＲＡに沿って移動している。

多重スライスＸ線ＣＴ装置はさらに、スリップリング１０８を介してＸ線管１０１に印加される管電圧を発生させる高電圧発生器１０９を含み、その結果このＸ線管１０１でＸ線を発生させている。このＸ線は、その断面エリアが１つの円で表されている被検体Ｓに向けて放射される。被検体Ｓを透過した放射Ｘ線を検出するために、Ｘ線管１０１から被検体Ｓを横切った反対側にエネルギー統合型検出器１０３を配置させている。エネルギー統合型検出器１０３はさらに、従来の統合型検出器とした個々の検出器素子またはユニットを含む。

さらに図１を参照すると、このＸ線ＣＴ装置またはスキャナはさらに、エネルギー統合型検出器１０３からの検出信号を処理するために他のデバイスを含む。データ収集回路またはデータ収集システム（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：以下、ＤＡＳと呼ぶ）１０４は、エネルギー統合型検出器１０３からの各チャンネルごとの信号出力を電圧信号に変換し、これを増幅し、またさらにはこれをディジタル信号に変換している。エネルギー統合型検出器１０３とＤＡＳ１０４は、１回転あたりの所定の総投影数（Ｔｏｔａｌ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ Ｐｅｒ Ｒｏｔａｔｉｏｎ：以下、ＴＰＰＲと呼ぶ）を取り扱うように構成されており、このＴＰＰＲは、最大で９００ＴＰＰＲとすること、９００ＴＰＰＲから１８００ＴＰＰＲの間とすること、ならびに９００ＴＰＰＲから３６００ＴＰＰＲの間とすることが可能である。

上述のデータは、ガントリ１００の外側にあるコンソール内に収容された前処理デバイス１０６に対して非接触式データ送信機１０５を通じて送られる。前処理デバイス１０６は、生データに対する感度補正などある種の補正を実行する。次いで記憶デバイス１１２が、再構成処理の直前の段階で投影データとも呼ばれるこの得られたデータを記憶する。記憶デバイス１１２は、再構成デバイス１１４、入力デバイス１１５、表示デバイス１１６およびスキャン計画支援装置１１８と一緒に、データ／制御バスを通じてシステム制御器１１０に接続されている。スキャン計画支援装置１１８は、撮影技師によるスキャン計画の作成を支援するための機能を含む。

検出器はＣＴスキャナシステムの様々な世代間において、患者を基準として回転させているか固定しているかのいずれかである。上述のＣＴシステムは、例示的な第３世代幾何学配置の１つを有しており、この配置ではＸ線管１０１とエネルギー統合型検出器１０３とが環状のフレーム１０２の上で対向して装着されているとともに、これらは環状のフレーム１０２が回転軸ＲＡの周りを回転するのに従って被検体Ｓの周りを移動する。他方、第４世代幾何学構成は、患者Ｓの周りに固定的に配置されたエネルギー弁別検出器を有する。なお説明を具体的にするため、以下においてエネルギー弁別型検出器としてフォトンカウンティング検出器を用いることとする。

本発明による一実施形態では、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤや半導体直接変換型検出器などの所定の数のエネルギー弁別検出器をフォトンカウンティング検出器ＰＣＤのための経路（以下、ＰＣ検出器経路と呼ぶ）２００に沿って対象物に沿って固定して配置させている。図１に示したように、エネルギー統合型検出器１０３のための経路（以下、エネルギー統合型検出器経路と呼ぶ）と放射線源すなわちＸ線管１０１のための経路（以下、Ｘ線管経路と呼ぶ）との間に位置するＰＣ検出器経路２００の内側にあるいはこれに沿って、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤが間隔を空けて配置されている。図示した実施形態ではそのＸ線管１０１の軌道を、所定のビーム角によってＰＣ検出器経路２００の各部分の略すべてが包含されるような最大の直径を有するように図示している。別の実施形態ではそのＸ線管１０１の軌道は、所定のビーム角によってＰＣ検出器経路２００の各部分のすべてが包含されないようなある直径を有することがある。

上述の相対的な空間的関係ではＸ線管１０１は、対象物に向けて放射線を連続して放射しながら固定配置されたＰＣ検出器経路の外側で所定の経路に沿って移動する。これに関しては、Ｘ線がＸ線管１０１から被検体Ｓに向けて放射され、一部の放射線は被検体Ｓの透過後にエネルギー統合型検出器１０３に至る一方、その他の放射線もフォトンカウンティング検出器ＰＣＤのうちその検出表面がＸ線管１０１を基準としてある角度をもって配置されたある部分に至っている。Ｘ線管１０１を基準として間隔を空けて固定されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤの位置でスペクトルデータが検出される。エネルギー統合的データはＸ線管１０１とともに回転するエネルギー統合型検出器１０３において検出される。したがってエネルギー統合型検出器１０３とフォトンカウンティング検出器ＰＣＤの両方は、後から再構成デバイス１１４で画像を再構成するためのデータの組み合わせ(combination)を連続して収集している。いずれの場合においても図１は、上述したある種の相対的な空間的関係で回転式のエネルギー統合型検出器１０３と固定装着のフォトンカウンティング検出器ＰＣＤとの組合せで用いているところを図示している。

さらにまた例証することにするが、上述の実施形態は単に一例であり、多くの面において限定を受けない。たとえば、Ｘ線管１０１、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤおよびエネルギー統合型検出器１０３の間に軌道または経路のある種の空間的関係を開示しているが、この空間的関係は相対的なものであり、図面に示した特定の関係に限定されるものではない。別の例では図示した実施形態においてフォトンカウンティング検出器ＰＣＤがガントリ１００の内側に配置されている一方、別の実施形態のエネルギー弁別検出器ＰＣＤは最初に、図１に図示していない後付けユニットまたはデバイス内に配置されており、その後で後付けデバイスが既存のＣＴスキャナシステム内に配置されている。最後に、この実施形態ではエネルギー統合型検出器１０３とＸ線管１０１を１対だけ例証しているが、本発明による別の実施形態ではエネルギー統合型検出器１０３とＸ線管１０１の追加の対が組み込まれている。

ここで図２を参照すると、本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいてフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための一実施形態を図で示している。本図は単に、例示的な一実施形態における、スキャン対象または患者ＯＢＪと、Ｘ線管１０１と、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮとの間の相対的関係を例証したものである。簡略とするために本図では、データの収集および処理ならびにその収集データに基づいた画像の再構成において必要となることがあるようなその他の構成要素およびユニットを除外している。一般に、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは１つのデバイスから製作されるとともに、所定のエネルギー成分それぞれについてカウントされた光子数を出力する。ある種の実施形態では概ね１００〜３００個のフォトンカウンティング検出器を配置しているが、上述したフォトンカウンティング検出器の数値範囲は単に例示であるとともに、特許請求した発明は必ずしも何らかの特定の数のフォトンカウンティング検出器に限定されるものではない。

さらに図２を参照すると一実施形態は、対象ＯＢＪの周りに円形など所定の幾何学構成で間隔を空けて配置される所定の数のフォトンカウンティング検出器を含む。たとえばフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ガントリ１００内のＰＣ検出器経路２００に沿って設けられた所定の円形構成要素上に固定的に配置されている。さらにフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、一実施形態では所定の等距離位置で円形構成要素上に固定的に配置されている。別の実施形態ではフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、所定の非等距離位置で円形構成要素上に固定的に配置されている。円形構成要素は、対象ＯＢＪに対して静止を保っているとともに、データ収集中に回転しない。他方、Ｘ線管１０１は円形構成要素の外側に配置されているとともに、Ｘ線管１０１が間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側で対象ＯＢＪの周りを回転しながらＸ線管１０１によって所定の線源ファンビーム角ΘＡで対象ＯＢＪに向けてＸ線が投射されるようにしてガントリ１００内の環状のフレーム１０２などのＸ線管経路３００に沿って設けられた回転部分上に装着されている。このためフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、対象ＯＢＪを透過したＸ線を所定の検出器ファンビーム角ΘＢで個別に検出するとともに、所定のエネルギー成分それぞれの光子数を出力する。

ある種の実施形態ではエネルギー弁別検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは最初に、図２に示したようなＰＣ検出器経路２００に沿って設けられたモジュール型後付けユニットまたはデバイスの筐体内に収容されており、その後で後付けデバイスが既存のＣＴスキャナシステム内に配置されている。上述のモジュール型後付けデバイスは任意選択で、図３〜図５および図１１に示したような他の実施形態と一緒に使用される。すなわちエネルギー弁別検出器を備えたモジュール型デバイスは、画像を再構成するために既存のイメージスキャナ内に後付けされる。このイメージスキャナは、対象に向けてエネルギーを連続して放射させながら所定の中心の周りでＸ線管経路に沿って放射線源を回転させている。このイメージスキャナは任意選択で、所定の中心の周りでエネルギー統合型検出器経路に沿って強度データセットを検出するためのエネルギー統合型検出器を回転させている。モジュール型デバイスはさらに、スペクトルデータセットを検出するための所定の数のエネルギー弁別検出器と、ＰＣ検出器経路に沿って固定的に配置された所定の数のエネルギー弁別検出器を収容するための筐体とを含んでおり、このエネルギー弁別検出器経路は筐体が既存のイメージスキャナ内に後付けされたときにＸ線管経路の内側にあり、一方このスキャナは、強度データセットおよびスペクトルデータセットに基づいて画像を再構成している。上述の経路は、円周、らせんおよび多角形などのある所定の軌道を含むが、ただし所定の組合せのうちの所定の経路の特定の組に限定されるものではない。さらに、モジュール型後付けユニットまたはデバイスのサイズは必ずしも既存のＣＴスキャナシステムのガントリまたは筐体に限定されるものではない。モジュール型後付けユニットまたはデバイスはまた任意選択で、既存のＣＴスキャナシステムのガントリまたは筐体に対して着脱方式または固定方式で取り付けられている。

図２はさらに、Ｘ線管１０１からのＸ線が、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮ同士の間の開口部または隙間を通過して対象ＯＢＪに向けて伝播することを開示している。放射されたＸ線のある部分は、Ｘ線管１０１に対する角度に応じて間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちのある種の検出器によって遮蔽される。換言すると、放射されたＸ線のある部分はＸ線管１０１がＸ線管経路３００の周りを回転する際の与えられた任意の時点で、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちの幾つかの背表面上に投射している。残りのＸ線は隙間を通過して伝播するとともに、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちのその検出表面がＸ線管１０１と対面しかつ略所定の線源ファンビーム角ΘＡの域内にある検出器に到達しており、またこれらのフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの各々は所定の検出器ファンビーム角ΘＢで個別に検出を行っている。

上述の実施形態では、少なくとも１つのＸ線管１０１が対象ＯＢＪの周りでＸ線管経路に沿って回転する間に、フォトンカウンティング検出器は対象ＯＢＪの周りでＰＣ検出器経路に沿って間隔を空けてかつ固定的に配置されている。さらに上述の実施形態は、ＰＣ検出器経路が対象ＯＢＪの周りでＸ線管経路と比べてより小さくかつその内側にあることを示している。本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいてフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるためには、他の代替的実施形態も存在する。図には示していないが、代替的な一実施形態は任意選択で、略円形としたＰＣ検出器経路と、またさらにフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮをそれに沿って間隔を空けて配置させる所定の多角形などの非円形のＰＣ検出器経路とを含む。

ここでもまた、図には示していないが代替的な一実施形態は任意選択で複数のＸ線管１０１を含み、また複数のＸ線管１０１は環状のフレーム１０２などのＸ線管経路３００に沿って設けられた回転部分上に互いに所定の角度で装着されている。ある種の実施形態では、Ｘ線管１０１のうちの少なくとも１つは任意選択で単一エネルギー線源である。同様に、第２の代替的実施形態は任意選択で、所定の高レベルエネルギーと所定の低レベルエネルギーとでＸ線を放射するためのｋＶ切り替え機能を実行するように構成されたＸ線管１０１を含む。さらにこの放射線源すなわちＸ線管１０１は任意選択で、Ｘ線管１０１が放射する放射線の放射エネルギーレベルおよび強度レベルの組合せを経時的に調節する。

本発明に従った上述の実施形態はまた、短い距離で検出器における検出面の背面から照射を受けるフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの各々ごとに保護用後面カバーを設けている。Ｘ線管１０１が間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮを含むＰＣ検出器経路の外側を移動するため、望ましくない影響を大幅に低減するためにフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは図６に関連して説明することにするようにして保護層によってその後表面上でＸ線放射から保護されている。

ここで図３を参照すると、本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて所定の第３世代幾何学構成とした検出器ユニットと組合せてフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための別の実施形態を図で示している。本図は単に、例示的な一実施形態に従った、スキャンしようとする対象ＯＢＪと、Ｘ線管１０１と、エネルギー統合型検出器１０３と、エネルギー弁別検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮとの間の相対的関係を例証したものである。簡略とするために本図では、データの収集および処理ならびにその収集データに基づいた画像の再構成において必要となることがあるようなその他の構成要素およびユニットを除外している。

この実施形態は、２種類の検出器を組合せて利用している。一般にこのフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、１つのデバイスから製作されるとともに、所定のエネルギー成分それぞれについてカウントされた光子数を出力する。ある種の実施形態では概ね１００〜３００個のフォトンカウンティング検出器を利用しているが、上述したフォトンカウンティング検出器の数値範囲は単に例示であるとともに、特許請求した発明は必ずしも何らかの特定の数に限定されるものではない。第４世代幾何学構成とした間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮに加えて、図３の実施形態はここでさらに、本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて第３世代幾何学構成としたエネルギー統合型検出器１０３などの追加の検出器ユニットを含む。エネルギー統合型検出器１０３内の検出器素子は一般に、この例示的な実施形態のフォトンカウンティング検出器と比べて検出器ユニット表面に沿ってより高密度で配置されている。エネルギー統合型検出器１０３の検出器表面は任意選択で柔軟な、線源にあるアイソセンタの位置を中心とする円筒形、線源の位置を中心とする球形、または平坦なパネルである。

さらに図３を参照すると一実施形態は、対象ＯＢＪの周りに円形など所定の幾何学構成で間隔を空けて配置されているような所定の数のフォトンカウンティング検出器を含む。たとえばフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ガントリ１００内のＰＣ検出器経路２００に沿って設けられた所定の円形構成要素上に固定的に配置されている。さらにフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、一実施形態では所定の等距離位置で円形構成要素上に固定的に配置されている。別の実施形態ではフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、所定の非等距離位置で円形構成要素上に固定的に配置されている。円形構成要素は、対象ＯＢＪに対して静止を保っているとともに、データ収集中に回転しない。円形構成要素はまた、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちの２つの隣接する検出器の間に隙間を有しており、またこれらの隙間によって大幅な干渉を伴うことなくＸ線が透過することが可能となる。図には示していないが、代替的な一実施形態は任意選択で、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮをそれに沿って間隔を空けて配置させている多角形などの略円形や非円形とした所定の構成要素を含む。

Ｘ線管１０１とエネルギー統合型検出器１０３の両方は、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮを対象ＯＢＪに対して静止状態に保ちながら対象ＯＢＪの周りを回転する。例示的な一実施形態ではＸ線管１０１は、Ｘ線管１０１が間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側で対象ＯＢＪの周りを回転しながらＸ線管１０１によって所定の線源ファンビーム角ΘＡで対象ＯＢＪに向けてＸ線が投射されるようにして、ガントリ１００内の環状のフレーム１０２などのＸ線管経路３００に沿って設けられた回転部分上に装着されている。さらに、本発明に従ったＣＴスキャナシステムの上述の例示的実施形態において第３世代幾何学構成としたエネルギー統合型検出器経路４００に沿って設けられた回転部分上に追加のエネルギー統合型検出器１０３が装着されている。エネルギー統合型検出器経路４００に沿って設けられた回転部分はＸ線管１０１から対象ＯＢＪを横断した対角方向の反対位置でエネルギー統合型検出器１０３を装着しており、かつその上でフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが所定の間隔を空けて固定的に配置されているような静止した円形構成要素の外側で回転している。

一実装形態ではＸ線管経路３００に沿って設けられた回転部分およびエネルギー統合型検出器経路４００に沿って設けられた回転部分は、Ｘ線管１０１とエネルギー統合型検出器１０３が対象ＯＢＪの周りを異なる半径をもって回転する際にこれらの間の１８０度の角度を維持させるために、環状のフレーム１０２などの単一の構成要素として一体に構築されている。任意選択の一実装形態ではＸ線管経路３００に沿って設けられた回転部分およびエネルギー統合型検出器経路４００に沿って設けられた回転部分は別々の構成要素であるが、Ｘ線管１０１とエネルギー統合型検出器１０３が対象ＯＢＪを横断して１８０度で固定の反対位置に維持されるように同期して回転している。さらに、対象がＸ線管経路３００に沿って設けられた回転部分の回転面と直交した所定の方向に動く際に、Ｘ線管１０１は任意選択で、らせん状経路を移動する。本図には示していないが、Ｘ線管経路３００に沿って設けられた回転部分およびエネルギー統合型検出器経路４００に沿って設けられた回転部分は別の代替的実施形態ではその直径に関して逆になっている。すなわち、Ｘ線管１０１およびエネルギー統合型検出器１０３は間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側を移動しているが、代替的実施形態ではＸ線管１０１はエネルギー統合型検出器１０３の軌道の内側に軌道を有する一方でこれらが互いに対角方向で固定の位置で移動している。

上述の例示的実施形態では、Ｘ線管１０１、フォトンカウンティング検出器およびエネルギー統合型検出器１０３は集合的に、半径の異なる３つの所定の円軌道を形成する。少なくとも１つのＸ線管１０１が対象ＯＢＪの周りでＸ線管経路に沿って回転する一方、フォトンカウンティング検出器は対象ＯＢＪの周りでＰＣ検出器経路に沿って間隔を空けて配置されている。さらに、エネルギー統合型検出器１０３はエネルギー統合型検出器経路に沿って移動している。上述の例示的実施形態は、Ｘ線管経路が最大でありかつ対象ＯＢＪの周りでＰＣ検出器経路およびエネルギー統合型検出器経路の外側にあることを示している。図には示していないが、さらに別の代替的実施形態は任意選択で、Ｘ線管１０１がエネルギー統合型検出器１０３と同じエネルギー統合型検出器経路上を移動するように変更することが可能である。

本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて所定の第３世代幾何学構成とした検出器ユニットと組合せてフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための他の代替的実施形態が存在する。ある種の実施形態では、Ｘ線管１０１は任意選択で単一エネルギー線源である。同様に、追加の代替的実施形態は任意選択で、所定の高レベルエネルギーと所定の低レベルエネルギーとでＸ線を放射するためのｋＶ切り替え機能を実行するように構成されたＸ線管１０１を含む。さらに放射線源すなわちＸ線管１０１は任意選択で、Ｘ線管１０１が放射する放射線の放射エネルギーレベルおよび強度レベルの組合せを経時的に調節する。

Ｘ線管１０１およびエネルギー統合型検出器１０３が対象ＯＢＪの周りで回転する際に、フォトンカウンティング検出器およびエネルギー統合型検出器１０３はそれぞれ、データ収集の間に送出されたＸ線を検出する。フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは対象ＯＢＪを透過したＸ線を所定の検出器ファンビーム角ΘＢで間欠的に検出するとともに、所定のエネルギー成分それぞれの光子数を出力する。他方、エネルギー統合型検出器１０３内の検出器素子は対象ＯＢＪを透過したＸ線を継続して検出するとともに、エネルギー統合型検出器１０３が回転したときに検出したエネルギー統合性信号を出力する。エネルギー統合型検出器１０３内の検出器素子に関する追加の特性については後で詳細に説明することにするが、エネルギー統合型検出器１０３の一実装形態は所定のチャンネル内および検出器ユニット表面上のセグメント方向でエネルギー統合型検出器を高密度に配置させている。

図３はさらに、Ｘ線管１０１がフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側を移動しているため、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮ同士の間の開口部または隙間を通過して対象ＯＢＪに向けてＸ線が投射されることを開示している。放射されたＸ線のある部分は、Ｘ線管１０１に対する角度に応じて間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちのある種の検出器によって遮蔽される。換言すると、放射されたＸ線のある部分はＸ線管１０１がＸ線管経路３００の周りを回転する際の与えられた任意の時点で、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちの幾つかの検出器における検出面の背面に投射している。残りのＸ線は隙間を通過して伝播し、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちのその検出表面がＸ線管１０１と対面しておりかつ略所定の線源ファンビーム角ΘＡの域内にあるような検出器に到達する。これらのフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの各々は所定の検出器ファンビーム角ΘＢで個別に検出を行っている。さらに、残りのＸ線のさらに別の一部はフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちのある種の検出器の間の別の隙間を通って追加の距離だけ伝播するとともに、その検出表面が略所定の線源ファンビーム角ΘＡの域内にあるエネルギー統合型検出器１０３に至っている。

本発明に従った上述の実施形態はまた、短い距離で後側から照射を受けるフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの各々ごとに保護用後面カバーを設けている。Ｘ線管１０１が間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮを含むＰＣＤ収容筐体の外側を移動するため、望ましくない影響を大幅に低減するためにフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは図６に関連して説明することにするようにして保護層によってその後表面上でＸ線放射から保護されている。

一般に、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ＰＣ検出器経路２００に沿って設けられた円形構成要素に沿って間隔を空けて位置決めされている。フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは間隔を空けてビュー投影データセットを収集しているが、ある種の間隔を空けたビュー再構成技法による少なくとも２重エネルギー（Ｄｕｐｌｅｘ Ｅｎｅｒｇｙ：以下、ＤＥと呼ぶ）再構成では収集したこの投影データセットで十分である。さらに、エネルギー統合型検出器１０３は別の投影データセットも収集しており、またエネルギー統合型検出器１０３からのこの投影データセットは画質を全般的に改善させるために使用される。エネルギー統合型検出器１０３が散乱線除去グリッドを備える場合、エネルギー統合型検出器１０３からの投影データセットはフォトンカウンティング検出器からの投影データセットに対する散乱線の補正のために使用される。上述の代替的実施形態では、統合型検出器は任意選択で、所定の円形構成要素とフォトンカウンティング検出器のうちの幾つかを通るＸ線透過のビューについて較正をする必要がある。投影データの収集においては、空間分解能を高めるために任意選択で、Ｘ線管経路上でのサンプリングを密にしている。

ここで図４を参照すると、本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて所定の第３世代幾何学構成とした２つのＸ線源と２つの検出器ユニットとの組合せでフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための別の実施形態を図で示している。本図は単に、例示的な一実施形態における、スキャン対象ＯＢＪと、２つの放射線源すなわちＸ線管１０１−１および１０１−２と、２つのエネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２と、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮとの間の相対的関係を例証したものである。簡略とするために本図では、データの収集および処理ならびにその収集データに基づいた画像の再構成において必要となるその他の構成要素およびユニットを除外している。

すでに説明したように、ある種の実施形態では一般に、概ね１００〜３００個のフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮを配置している。しかし、上述したフォトンカウンティング検出器の数値範囲は単に例示であるとともに、特許請求した発明は必ずしも何らかの特定の数に限定されるものではない。第４世代幾何学構成とした間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮに加えて、図４の例示的な実施形態はここでさらに、本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて所定の第３世代幾何学構成とした少なくとも２つのエネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２を含む。エネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２はこの実施形態ではその両方がエネルギー統合型検出器であるが、他の実施形態ではこの２つの検出器は任意選択で異なっている。

さらに図４を参照すると一実施形態は、対象ＯＢＪの周りに円形など所定の幾何学構成で間隔を空けて配置されている所定の数のフォトンカウンティング検出器を含む。たとえばフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ガントリ１００内のＰＣ検出器経路２００に沿って設けられた所定の円形構成要素上に固定的に配置されている。さらにフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、一実施形態では所定の等距離位置で円形構成要素上に固定的に配置されている。別の実施形態ではフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、所定の非等距離位置で円形構成要素上に固定的に配置されている。円形構成要素は、対象ＯＢＪに対して静止を保っているとともに、データ収集中に回転しない。円形構成要素はまた、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちの２つの隣接する検出器の間に隙間を有しており、またこれらの隙間によって大幅な干渉を伴うことなくＸ線が透過することが可能となる。図には示していないが、代替的な一実施形態は任意選択で、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮをそれに沿って間隔を空けて配置させている多角形などの略円形や非円形とした所定の構成要素を含む。

この２対のＸ線管１０１−１、１０１−２およびエネルギー統合型検出器１０３−１、１０３−２は対象ＯＢＪの周りで回転する一方で、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは対象ＯＢＪに対して静止に保たれている。各対ごとにエネルギー統合型検出器経路４００に沿って設けられた回転部分はエネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２をそれぞれ対象ＯＢＪを横断したＸ線管１０１−１および１０１−２から対角方向の反対位置に装着しているとともに、その上でフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが所定の間隔を空けて固定的に配置されているような静止した円形構成要素の外側で回転している。さらに上述の例示的実施形態では、第１の対のＸ線管１０１−１およびエネルギー統合型検出器１０３−１は、ガントリ１００内において第２の対のＸ線管１０１−２およびエネルギー統合型検出器１０３−２に対して略直交した方式で装着されている。Ｘ線管１０１−１および１０１−２が間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側で対象ＯＢＪの周りで回転する間に、Ｘ線管１０１−１および１０１−２の各々は所定の線源ファンビーム角ΘＡで対象ＯＢＪに向けてＸ線を投射する。

一実装形態では、Ｘ線管経路３００に沿って設けられた回転部分およびエネルギー統合型検出器経路４００に沿って設けられた回転部分は、Ｘ線管１０１−１、１０１−２とエネルギー統合型検出器１０３−１、１０３−２が対象ＯＢＪの周りを異なる半径をもって回転する際にこれらの間の１８０度の角度を維持させるために、環状のフレーム１０２などの単一の構成要素として一体に構築されている。任意選択の一実装形態ではＸ線管経路３００に沿って設けられた回転部分およびエネルギー統合型検出器経路４００に沿って設けられた回転部分は別々の構成要素であるが、Ｘ線管１０１−１、１０１−２およびエネルギー統合型検出器１０３−１、１０３−２が対象ＯＢＪを横断して１８０度で固定の反対位置に維持されるように同期して回転している。さらに、対象がＸ線管経路３００に沿って設けられた回転部分の回転面と直交した所定の方向に動く際に、Ｘ線管１０１−１および１０１−２は任意選択で、らせん状経路を移動する。本図には示していないが、Ｘ線管経路３００に沿って設けられた回転部分およびエネルギー統合型検出器経路４００に沿って設けられた回転部分は別の代替的実施形態ではその直径に関して逆になっている。すなわち、Ｘ線管１０１−１、１０１−２およびエネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２は間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側を移動しているが、Ｘ線管１０１−１、１０１−２はエネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２の軌道の外側に軌道を有する一方でこれらが互いに対角方向で固定の位置で移動している。

上述の例示的実施形態では、Ｘ線管１０１−１、１０１−２、フォトンカウンティング検出器およびエネルギー統合型検出器１０３−１、１０３−２は集合的に、半径の異なる３つの所定の円軌道を形成する。Ｘ線管１０１−１および１０１−２が対象ＯＢＪの周りでＸ線管経路に沿って回転する間に、フォトンカウンティング検出器は対象ＯＢＪの周りでＰＣ検出器経路に沿って間隔を空けて配置されている。さらに、エネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２は両方がＸ線管経路に沿って移動する。上述の例示的実施形態は、Ｘ線管経路が最大でありかつ対象ＯＢＪの周りでＰＣ検出器経路および統合検出器経路の外側にあることを示している。図には示していないが、さらに別の代替的実施形態は任意選択でＸ線管１０１−１および１０１−２がエネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２と同じＸ線管経路を移動するように変更している。

本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて所定の第３世代幾何学構成とした２つの線源と２つの検出器ユニットとの組合せでフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための他の代替的実施形態が存在する。ある種の実施形態では、Ｘ線管１０１−１および１０１−２のうちの少なくとも１つは任意選択で、単一エネルギー線源である。同様に、追加の代替的実施形態は任意選択で、所定の高レベルエネルギーおよび所定の低レベルエネルギーでＸ線を放射するためにｋＶ切り替え機能を実行するように構成されたＸ線管１０１−１および／または１０１−２を含む。さらに、放射線源すなわちＸ線管１０１−１および１０１−２のうちの少なくとも１つは任意選択で、Ｘ線管１０１−１および／または１０１−２が放射する放射線の放射エネルギーレベルおよび強度レベルの組合せを経時的に調節する。

Ｘ線管１０１−１、１０１−２およびエネルギー統合型検出器１０３−１、１０３−２が対象ＯＢＪの周りで回転する際に、フォトンカウンティング検出器およびエネルギー統合型検出器１０３−１、１０３−２はそれぞれ、データ収集の間に送出されたＸ線を検出する。フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは対象ＯＢＪを透過したＸ線を所定の検出器ファンビーム角ΘＢで間欠的に検出するとともに、所定のエネルギー成分それぞれの光子数を出力する。他方、エネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２内の検出器素子は対象ＯＢＪを透過したＸ線を継続して検出するとともに、エネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２が回転したときに検出したエネルギー統合性信号を出力する。エネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２内の検出器素子に関する追加の特性については後で詳細に説明することにするが、エネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２の一実装形態は所定のチャンネル内および検出器ユニット表面上のセグメント方向でエネルギー統合型検出器を高密度に配置させている。

図４はさらに、Ｘ線管１０１−１および１０１−２がフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側を移動しているため、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮ同士の間の開口部または隙間を通過して対象ＯＢＪに向けてＸ線が投射されることを開示している。放射されたＸ線のある部分はＸ線管１０１−１および１０１−２に対する角度に応じて間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちのある種の検出器によって遮蔽される。換言すると、放射されたＸ線のある部分はＸ線管１０１−１および１０１−２がＸ線管経路３００の周りを回転する際の与えられた任意の時点で、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちの幾つかの検出面の背面に投射している。残りのＸ線は隙間を通過して伝播し、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちのその検出面がＸ線管１０１−１または１０１−２と対面しておりかつ略所定の線源ファンビーム角ΘＡの域内にあるような検出器に到達している。これらのフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの各々は所定の検出器ファンビーム角ΘＢで個別に検出を行っている。さらに、残りのＸ線のさらに別の一部はフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちのある種の検出器の間の別の隙間を通って追加の距離だけ伝播するとともに、その検出表面が略所定の線源ファンビーム角ΘＡの域内にあるエネルギー統合型検出器１０３−１または１０３−２に至っている。

本発明に従った上述の実施形態はまた、短い距離で検出器における検出面の背面から照射を受けるフォトンカウンティング検出器の各々ごとに保護用後面カバーを設けている。Ｘ線管１０１−１および１０１−２は間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのＰＣ検出器経路の外側を移動するため、望ましくない影響を大幅に低減するためにフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは図６に関連して説明することにするようにして保護層によって検出器における検出面の背面から入射するＸ線放射に対して保護されている。

一般に、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ＰＣ検出器経路２００に沿って設けられた円形構成要素に沿って間隔を空けて配置されている。フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは間隔を空けてビュー投影データセットを収集しているが、ある種の間隔を空けたビューに関する再構成技法による少なくとも２重エネルギー再構成では収集したこの投影データセットで十分である。さらに、エネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２はそれぞれ別の投影データセットも収集しており、またエネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２からのこの投影データセットは画質を全般的に改善させるために使用される。エネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２が散乱除去グリッドを備えた統合型検出器からなる場合、エネルギー統合型検出器１０３−１および１０３−２からの投影データセットはフォトンカウンティング検出器からの投影データセットに対する散乱線の補正のために使用される。上述の代替的実施形態では、統合型検出器は任意選択で、所定の円形構成要素とフォトンカウンティング検出器のうちの幾つかを通るＸ線透過のビューについて較正をする必要がある。投影データセットの収集においては、空間分解能を高めるために任意選択で、Ｘ線管経路上でのサンプリングを密にしている。

ここで図５を参照すると、本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて所定の第３世代幾何学構成とした２つのＸ線源および対応するエネルギー統合型検出器の１つと組合せたフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための代替的実施形態を図で示している。本図は単に、例示的な一実施形態に従った、スキャン対象ＯＢＪと、２つの放射線源すなわちＸ線管１０１−１および１０１−２と、１つのエネルギー統合型検出器１０３と、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮとの間の相対的関係を例証したものである。簡略とするために本図では、データの収集および処理ならびにその収集データに基づいた画像の再構成において必要となるようなその他の構成要素およびユニットを除外している。

すでに説明したように、ある種の実施形態では一般に、概ね１００〜３００個のフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮを配置している。しかし、上述したフォトンカウンティング検出器の数値範囲は単に例示であるとともに、特許請求した発明は必ずしも何らかの特定の数のフォトンカウンティング検出器に限定されるものではない。第４世代幾何学構成とした間隔を空けたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮに加えて、図５の例示的な実施形態はここでさらに、本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて２つのＸ線管１０１−１と１０１−２のうちのいずれか一方から送出されたＸ線を検出するために所定の第３世代幾何学構成とした単一のエネルギー統合型検出器１０３を含む。

さらに図５を参照すると一実施形態は、対象ＯＢＪの周りに円形など所定の幾何学構成で間隔を空けて配置された所定の数のフォトンカウンティング検出器を含む。たとえば、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ガントリ１００内のＰＣ検出器経路２００に沿って設けられた所定の円形構成要素上に固定的に配置されている。さらにフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、一実施形態では所定の等距離位置で円形構成要素上に固定的に配置されている。別の実施形態ではフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、所定の非等距離位置で円形構成要素上に固定的に配置されている。円形構成要素は、対象ＯＢＪに対して静止を保っているとともに、データ収集中に回転しない。円形構成要素はまた、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちの２つの隣接する検出器の間に隙間を有しており、またこれらの隙間によって大幅な干渉を伴うことなくＸ線が透過することが可能となる。図には示していないが、代替的な一実施形態は任意選択で、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮをそれに沿って間隔を空けて配置されている多角形などの略円形や非円形とした所定の構成要素を含む。

２つのＸ線管１０１−１、１０１−２と単一のエネルギー統合型検出器１０３とが対象ＯＢＪの周りで回転する一方、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは対象ＯＢＪに対して静止している。エネルギー統合型検出器経路４００に沿って設けられた回転部分は、エネルギー統合型検出器１０３を対象ＯＢＪを横断したＸ線管１０１−１から対角方向の反対位置に装着しているとともに、その上でフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが所定の間隔を空けて固定的に配置されているような静止した円形構成要素の外側で回転している。さらに、Ｘ線管１０１−１とエネルギー統合型検出器１０３の対は上述の例示的実施形態では、ガントリ１００内の環状のフレーム１０２などのＸ線管経路３００に沿って設けられた回転部分上で、Ｘ線管１０１−２の中心投影方向に対して略直交した方式で装着されている。Ｘ線管１０１−１および１０１−２の各々は、Ｘ線管１０１−１および１０１−２が間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側で対象ＯＢＪの周りで回転する際に所定の線源ファンビーム角ΘＡで対象ＯＢＪに向けてＸ線を投射する。

一実装形態ではＸ線管経路３００に沿って設けられた回転部分およびエネルギー統合型検出器経路４００に沿って設けられた回転部分は、Ｘ線管１０１−１とエネルギー統合型検出器１０３が対象ＯＢＪの周りを異なる半径をもって回転する際にこれらの間の１８０度の角度を維持させるために、環状のフレーム１０２などの単一の構成要素として一体に構築されている。任意選択の一実装形態ではＸ線管経路３００に沿って設けられた回転部分およびエネルギー統合型検出器経路４００に沿って設けられた回転部分は別々の構成要素であるが、Ｘ線管１０１−１とエネルギー統合型検出器１０３が１８０度で対象ＯＢＪを横断して固定の反対位置に維持されるように同期して回転している。さらに、対象がＸ線管経路３００に沿って設けられた回転部分の回転面と直交した所定の方向に動く際に、Ｘ線管１０１−１および１０１−２は任意選択で、らせん状経路を移動する。本図には示していないが、Ｘ線管経路３００に沿って設けられた回転部分およびエネルギー統合型検出器経路４００に沿って設けられた回転部分は別の代替的実施形態ではその直径に関して逆になっている。すなわち、Ｘ線管１０１−１、１０１−２およびエネルギー統合型検出器１０３は間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側を移動しているが、Ｘ線管１０１−１、１０１−２はエネルギー統合型検出器１０３の軌道の外側にある軌道を有している。

上述の例示的実施形態では、Ｘ線管１０１−１、１０１−２、フォトンカウンティング検出器およびエネルギー統合型検出器１０３は集合的に、半径の異なる３つの所定の円軌道を形成する。Ｘ線管１０１−１および１０１−２が対象ＯＢＪの周りでＸ線管経路に沿って回転する一方、フォトンカウンティング検出器は対象ＯＢＪの周りでＰＣ検出器経路に沿って間隔を空けて配置されている。さらに、エネルギー統合型検出器１０３はエネルギー統合型検出器経路に沿って移動している。上述の例示的実施形態は、エネルギー統合型検出器経路が最大でありかつ対象ＯＢＪの周りでＰＣ検出器経路およびＸ線管経路の外側にあることを示している。図には示していないが、さらに別の代替的実施形態は任意選択でＸ線管１０１−１および１０１−２がエネルギー統合型検出器１０３と同じエネルギー統合型検出器経路上を移動するように変更している。

本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて所定の第３世代幾何学構成とした２つの線源および１つの検出器ユニットと組合せたフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための他の代替的実施形態が存在する。ある種の実施形態では、Ｘ線管１０１−１および１０１−２のうちの少なくとも１つは任意選択で、単一エネルギー線源である。同様に、追加の代替的実施形態は任意選択で、所定の高レベルエネルギーおよび所定の低レベルエネルギーでＸ線を放射するためにｋＶ切り替え機能を実行するように構成されたＸ線管１０１−１および／または１０１−２を含む。さらに、放射線源すなわちＸ線管１０１−１および１０１−２のうちの少なくとも１つは任意選択で、Ｘ線管１０１−１および／または１０１−２が放射する放射線に関する放射エネルギーレベルおよび強度レベルの組合せを経時的に調節する。

Ｘ線管１０１−１、１０１−２およびエネルギー統合型検出器１０３が対象ＯＢＪの周りで回転する際に、フォトンカウンティング検出器およびエネルギー統合型検出器１０３はそれぞれ、データ収集の間に送出されたＸ線を検出する。フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは対象ＯＢＪを透過したＸ線を所定の検出器ファンビーム角ΘＢで間欠的に検出するとともに、所定のエネルギー成分それぞれの光子数を出力する。２つのＸ線管１０１−１および１０１−２が存在しているため、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは所定のエネルギー成分それぞれについて２組の光子数を出力する。この２組のスペクトルデータは、２つのＸ線管１０１−１と１０１−２の間の角度に応じて様々である。

他方、エネルギー統合型検出器１０３内の検出器素子は対象ＯＢＪを透過したＸ線を継続して検出するとともに、エネルギー統合型検出器１０３が回転したときに検出したエネルギー統合性信号を出力する。エネルギー統合型検出器１０３内の検出器素子に関する追加の特性については後で詳細に説明することにするが、エネルギー統合型検出器１０３の一実装形態は所定のチャンネル内および検出器ユニット表面上のセグメント方向で統合型検出器を高密度に配置させている。

図５はさらに、Ｘ線管１０１−１および１０１−２がフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側を移動するため、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮ同士の間の開口部または隙間を通過して対象ＯＢＪに向けてＸ線が投射されることを開示している。放射されたＸ線のある部分は、Ｘ線管１０１−１および１０１−２に対する角度に応じて間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちのある種の検出器によって遮蔽される。換言すると、Ｘ線管１０１−１および１０１−２がＸ線管経路３００の周りを回転する際の与えられた任意の時点で、放射されたＸ線のある部分は間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちの幾つかの検出器における検出面の背面に投射している。残りのＸ線は隙間を通過して伝播し、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちのその検出表面がＸ線管１０１−１または１０１−２と対面しておりかつ略所定の線源ファンビーム角ΘＡの域内にあるような検出器に到達している。これらのフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの各々は所定の検出器ファンビーム角ΘＢで個別に検出を行っている。さらに、残りのＸ線のさらに別の一部はフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちのある種の検出器の間の別の隙間を通って追加の距離だけ伝播するとともに、その検出表面が略所定の線源ファンビーム角ΘＡの域内にあるエネルギー統合型検出器１０３に至っている。

上述の代替的実施形態は任意選択で、短い距離で検出器における検出面の背面から照射を受けるフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮそれぞれに保護用後面カバーを設けている。Ｘ線管１０１−１および１０１−２は間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮを含むＰＣＤ収容筐体の円軌道の外側を移動するため、望ましくない影響を大幅に低減するためにフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは図６に関連して説明することにするようにして保護層によって検出器における検出面の背面から入射するＸ線放射に対して保護されている。

一般に、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ＰＣ検出器経路２００に沿って設けられた円形構成要素に沿って間隔を空けて配置されている。フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは間隔を空けたビューの投影データセットを収集しているが、間隔を空けたビューの再構成技法による少なくとも２重エネルギー再構成では収集したこの投影データセットで十分である。さらに上述の実施形態は、１対のＸ線管１０１−１および１０１−２に由来して２組の間隔を空けたビューの投影データセットを収集する。さらに、エネルギー統合型検出器１０３は別の投影データセットも収集しており、またエネルギー統合型検出器１０３からのこの投影データは画質を全般的に改善させるために使用される。エネルギー統合型検出器１０３が散乱線除去グリッドを備える場合、エネルギー統合型検出器１０３からの投影データセットはフォトンカウンティング検出器からの投影データに対する散乱線の補正のために使用される。上述の代替的実施形態では、統合型検出器は任意選択で、所定の円形構成要素とフォトンカウンティング検出器のうちの幾つかを通るＸ線透過のビューについて較正をする必要がある。投影データセットの収集においては、空間分解能を高めるために任意選択で、Ｘ線管経路上でのサンプリングを密にしている。

ここで図６を参照すると、本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて所定の第４世代幾何学構成としたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤまたは半導体直接変換検出器などのエネルギー弁別検出器のための保護層またはカバーの一実施形態を図で示している。本図は、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤのＰＣ検出器経路を含む平面による断面を表した断面図を、その後表面ＲＳが前表面ＦＳの上側に示されるようにして図示している。第１の横表面ＳＳ１は右側にあり、また第２の横表面ＳＳ２は左側にある。本用途における外側表面は、後表面ＲＳと横表面ＳＳ１およびＳＳ２の両方を含むように規定される。本図には内側表面を示していないが、検出層内などにある内側表面はフォトンカウンティング検出器ＰＣＤの内側に存在しておりかつ外側表面から区別されるものと規定される。

一般に、前表面ＦＳはフォトンカウンティング検出器ＰＣＤの検出層内で光子を検出するためにその中を通過してＸ線放射が受け取られるような検出表面を有するように設計されている。他方、後表面ＲＳと横表面ＳＳ１およびＳＳ２は検出表面を有するように設計されていないが、あるレベルのＸ線放射が後表面ＲＳあるいは横表面ＳＳ１およびＳＳ２を通過して検出層に到達してしまうことがあり得る。したがって、意図しない計測のために光子カウントが悪影響を受けることがある。このため、後表面ＲＳあるいは横表面ＳＳ１およびＳＳ２を通過した意図しない計測によって影響された不正確な光子カウントによって、再構成中に望ましくない影響が生じる。第４世代幾何学構成においてこの望ましくない影響を大幅に低減するために、フォトンカウンティング検出器の一実施形態では本発明に従った放射線を遮蔽するための保護層を設けている。

さらに図６を参照すると図にはさらに、本発明に従ったフォトンカウンティング検出器の一実施形態における２つの保護層またはカバーを示している。この実施形態は、後表面ＲＳの略全面と横表面ＳＳ１およびＳＳ２のある所定の部分との上に直接配置させた内側層ＩＬを含む。この実施形態はさらに、内側層ＩＬの最上面に直接配置させるとともに、後表面ＲＳと横表面ＳＳ１およびＳＳ２について内側層ＩＬと略同じ部分を覆っている外側層ＯＬを含む。外側層ＯＬおよび／または内側層ＩＬによって遮蔽する範囲は、本発明に従った他の実施形態では後表面ＲＳと横表面ＳＳ１およびＳＳ２の上の上述の範囲に限定されるものではない。横表面ＳＳ１およびＳＳ２は、内側層ＩＬおよび／または外側層ＯＬによる完全な遮蔽または部分的な遮蔽のいずれかとなる。他の実施形態では、保護範囲は内側層ＩＬと外側層ＯＬの間で異なる。さらに、代替的な一実施形態ではまた、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤを保護するために単一の層を含む。

図１〜図５に関連して説明した実施形態では、Ｘ線がＸ線管１０１、１０１−１または１０１−２からから放射され、これが間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの半径方向の外側から内側へ伝播する。フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮそれぞれは固定的に配置されており、かつその前表面ＦＳはスキャンしようとする対象ＯＢＪに向かって半径方向の内側に向いている。すなわちＸ線管１０１、１０１−１または１０１−２が光子伝導型検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの検出器における検出面の背面方向に位置しているとき、Ｘ線は図６に示したような第１の方向Ｄ１または第２の方向Ｄ２に沿って後表面ＲＳに向けて検出器における検出面の背面から照射されている。２つの保護層ＯＬおよびＩＬは、Ｘ線管がフォトンカウンティング検出器ＰＣＤの検出器における検出面の背面方向に位置しているため比較的短い距離で投射されるＸ線からフォトンカウンティング検出器ＰＣＤを保護する。

図６に戻るとＸ線管は、間隔を空けて配置された光子伝導型検出器ＰＣＤの外側にある所定の経路に沿って時計回り方向に移動する。Ｘ線管が移動するに連れて、Ｘ線のある線束は、フォトカウンティング検出器ＰＣＤに向けて第３の方向Ｄ３または第４の方向Ｄ４に沿って横表面ＳＳ１上に投射される。２つの保護層ＯＬおよびＩＬは依然として、Ｘ線管が光子伝導型検出器ＰＣＤの略近くに位置しているために比較的短い距離で投射されるＸ線から光子伝導型検出器ＰＣＤを保護している。同時に、光子伝導型検出器ＰＣＤからの出力において上述の意図しない光子カウントが大幅に低減される。

続いて、Ｘ線管が間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤの外側の所定の経路に沿って時計回り方向でさらに移動すると、Ｘ線のある線束はここでは、図６に示したように第５の方向Ｄ５または第６の方向Ｄ６に沿って前表面ＦＳ上に投射される。これらの線束は、対象を横断しフォトンカウンティング検出器ＰＣＤを横断した略対角方向で反対の位置においてＸ線管から投射される。換言するとこれらの線束は、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤのうちのＸ線管の近くに位置する２つの隣接する検出器同士の間の少なくとも１つの隙間を通って伝播した後で前表面ＦＳに到達している。最後に、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤの検出層内で出力信号のために光子がカウントされる。

本実施形態において、フォトンカウンティング検出器の遮蔽をするために、この２つの層は異なる特性を有している。一実施形態ではその外側層ＯＬは、Ｘ線放射を大幅に吸収するような少なくとも所定の高Ｚ材料を含む。他方その内側層ＩＬは、外側高Ｚ遮蔽層ＯＬから放射されるある特性を有するＸ線を吸収する少なくとも所定の低Ｚ材料を含む。内側低Ｚ遮蔽層ＩＬから放射されるある特性を有するＸ線は、エネルギーが概ね１０ｋｅＶ未満で大幅に低く、かつフォトンカウンティング検出器ＰＣＤによって有効に排除される。

ここで図７を参照すると、ビュー単位補正の効果について、本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて所定の第３世代幾何学構成とした検出器ユニットと組合せてフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための実施形態によって収集したデータから再構成された例示的な画像において表している。ビュー単位補正は、図３〜図５に関連して説明したような実施形態における第３世代検出器について必要となる。一般に、エネルギー統合型検出器から計測したデータに関するビュー単位補正はフォトンカウンティング検出器の第４世代幾何学構成によって必要とされる。Ｘ線管１０１、１０１−１または１０１−２は間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器の半径方向の外側にある所定の経路にわたって移動するため、固定的に位置決めされたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮに対するそのＸ線管の角度に応じて放射されたＸ線のうちの一部を遮蔽する。

この遮蔽のために、ビュー角度に応じたエアーキャリブレーションが必要である。多少詳しく述べると、画像再構成のために続く実際のスキャンと同じスキャンパラメータを用いて上述の実施形態のエネルギー統合型検出器のあらゆる素子に関してエアースキャンデータを収集する。このエアースキャンは、対象や患者を伴わずに所定の較正間隔または実際のスキャンの開始もしくは終了時点のいずれかにおいて実行されることがある。実際のスキャンの後で、上述のエアースキャンデータが実際のスキャンによるエネルギー統合性データから、通常はログ尺度で、差し引かれる。改良型のビュー単位補正ではそのエアー較正スキャンデータは、複数のエアースキャンからの平均値に基づいて決定されることがある。この較正は必ずしもエアーキャリブレーションに限定されるものではなく、水や周知の任意のファントームキャリブレーションなどその他の較正を含む。

図７は、ビュー単位補正を有り（ＶＢＶ／ＯＮ）と無し（ＶＢＶ／ＯＦＦ）とした２つの画像について効果を比較している。ＶＢＶ／ＯＮのラベルを付けた右側の画像はビュー単位補正を伴って再構成したものである。ＶＢＶ／ＯＦＦのラベルを付けた左側の画像はビュー単位補正を伴わずに再構成したものである。

同様にスペクトルデータは任意選択で、エネルギー弁別検出器が生じさせた放射線の遮蔽に基づいて各ビューごとに補正される。Ｘ線管が間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器の外側を移動しておりかつＸ線は具体的なあるフォトンカウンティング検出器の検出面に到達する前にフォトンカウンティング検出器のうちの２つの隣接する検出器同士の間を伝播するため、収集スペクトルデータを補正するために他のフォトンカウンティング検出器によるある種の遮蔽を任意選択で考慮に入れている。

ここで図８を参照すると、本発明に従った間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器を用いたスペクトルＣＴに関するデータを収集するプロセスまたは方法に関連するステップまたは段階を流れ図で示している。この流れ図は単に、例示的な一実施形態によるスキャンしようとする対象、Ｘ線管およびフォトンカウンティング検出器に関連する段階またはステップを表したものである。簡略とするために本流れ図では、データの収集および処理ならびにその収集データに基づいた画像の再構成において必要となるようなその他の構成要素およびユニットに関連する段階またはステップを除外している。一般に、フォトンカウンティング検出器はそれぞれが１つのデバイスであるとともに、所定のエネルギー成分それぞれについてカウントされた光子数を出力する。

ステップＳ１００では、対象の周りのＰＣ検出器経路などスキャン対象の周りで所定の第４世代幾何学構成とした静止構成要素上に、概ね１００〜３００個のフォトンカウンティング検出器が間隔を空けて配置される。円形構成要素は、対象に対して静止に保たれるとともに、データ収集中に回転しない。一実施形態では、フォトンカウンティング検出器が所定の等距離位置に固定的に配置される一方、別の実施形態ではそのフォトンカウンティング検出器が所定の非等距離位置に固定的に配置される。上述したフォトンカウンティング検出器の数値範囲は単に例示であるとともに、特許請求した発明は必ずしも何らかの特定の数のフォトンカウンティング検出器に限定されるものではない。

ステップＳ２００では、少なくとも単一のＸ線管がガントリ内の環状のフレームなどの回転部分上に装着される。この環状のフレームは、同じく対象の周りにあるＸ線管経路である。一プロセスでは、ＰＣ検出器経路は、Ｘ線管がその上に装着されているＸ線管経路と比べてより小さくかつその内側にある。別のプロセスでは本発明を実施するために、Ｘ線管に関するＸ線管経路は任意選択で、ＰＣ検出器経路より小さくかつその内側にある。さらに別のプロセスでは、回転部分の上に複数のＸ線管が互いに所定の角度で装着される。

ステップＳ３００では、Ｘ線管が対象の周りに回転する。一プロセスではそのＸ線管はステップＳ３００において、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器の内側で対象の周りに回転する。別のプロセスではそのＸ線管はステップＳ３００において、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器の外側で対象の周りに回転しており、この際には任意選択で短い距離で検出器における検出面の背面方向からＸ線を受けるフォトンカウンティング検出器を保護するための追加のステップが必要である。

ステップＳ４００では、一プロセスにおいてステップＳ３００でＸ線管は回転すると同時に、対象に向けて所定の線源ファンビーム角でＸ線を放射する。ある種のプロセスでは、Ｘ線管のうちの少なくとも１つは任意選択で単一エネルギー線源である。同様に、代替的な一プロセスは任意選択でステップＳ４００において、所定の高レベルエネルギーおよび所定の低レベルエネルギーでＸ線を放射するためにｋＶ切り替え機能を実行するように構成されたＸ線管を含む。さらに、少なくとも１つの放射線源すなわちＸ線管は任意選択で、Ｘ線源が放射する放射線の放射エネルギーレベルおよび強度レベルの組合せを経時的に調節する。

ステップＳ５００ではフォトンカウンティング検出器が、ステップＳ４００で対象を透過するように送出されたＸ線を所定の検出器ファンビーム角で個別に検出する。フォトンカウンティング検出器は所定のエネルギー成分それぞれについてカウントされた光子数を出力する。したがって、ステップＳ５００はデータを収集する。

本プロセスに関する上述のステップまたは段階は単に例示であり、またデータを収集するプロセスは本発明に従った間隔を空けたフォトンカウンティング検出器を用いたスペクトルＣＴに関して異なる方式で動作する。ステップＳ１００〜Ｓ５００について一プロセスにおける事象または段階からなる単一シーケンスの形で記載しているが、このプロセス内のステップのうちの幾つかが反復して実行される一方、別のものは最初にだけ実行される。さらに、本プロセスの幾つかのステップは、反復実行の間に同時に実行される。

ここで図９を参照すると、本発明に従った間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器と統合型検出器とを組合せて用いたスペクトルＣＴに関するデータを収集するプロセスまたは方法に関連するステップまたは段階を示した流れ図を示している。この流れ図は単に、例示的な一実施形態によるスキャン対象、Ｘ線管、エネルギー統合型検出器およびフォトンカウンティング検出器などのエネルギー弁別検出器に関連する段階またはステップを表したものである。簡略とするために本流れ図では、データの収集および処理ならびにその収集データに基づいた画像の再構成において必要となるようなその他の構成要素およびユニットに関連する段階またはステップを除外している。一般に、フォトンカウンティング検出器はそれぞれが１つのデバイスであるとともに、所定のエネルギー成分それぞれについてカウントされた光子数を出力する。

ステップＳ１０００では、対象の周りのＰＣ検出器経路などスキャン対象の周りで所定の第４世代幾何学構成とした静止構成要素に、概ね１００〜３００個のフォトンカウンティング検出器が間隔を空けて配置される。円形構成要素は、対象に対して静止に保たれるとともに、データ収集中に回転しない。一実施形態では、フォトンカウンティング検出器が所定の等距離位置に固定的に配置される一方、別の実施形態ではそのフォトンカウンティング検出器が所定の非等距離位置に固定的に配置される。上述したフォトンカウンティング検出器の数値範囲は単に例示であるとともに、特許請求した発明は必ずしも何らかの特定の数のフォトンカウンティング検出器に限定されるものではない。

ステップＳ１１００では、Ｘ線管と検出器ユニットが回転部分上に装着される。少なくとも単一のＸ線管がガントリ内の環状のフレームなどの第１の回転部分上に装着される。この環状のフレームは、同じく対象の周りにあるＸ線管経路である。一プロセスでは、ＰＣ検出器経路の円軌道は、Ｘ線管がその上に装着されているＸ線管経路と比べてより小さくかつその内側にある。別のプロセスでは本発明を実施するために、Ｘ線管に関するＸ線管経路は任意選択で、ＰＣ検出器経路より小さくかつその内側にある。さらに別のプロセスでは、回転部分の上に複数のＸ線管が互いに所定の角度で装着される。

さらにステップＳ１１００において検出器ユニットは、ステップＳ１０００における間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器の外側で第３世代幾何学構成とした第２の回転部分上に装着される。一プロセスではその検出器ユニットは、複数のエネルギー統合型検出器素子からなる。一プロセスではその第１の回転部分と第２の回転部分は、一体方式で形成されている。別のプロセスではその第１の回転部分と第２の回転部分は、別々に形成されかつ独立して回転可能である。

ステップＳ１２００では、Ｘ線管および検出器ユニットが対象の周りを回転する。一プロセスでは、Ｘ線管はステップＳ１２００において、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器の外側で対象の周りに回転しており、この際には任意選択で短い距離で検出器における検出面の背面からＸ線を受けるフォトンカウンティング検出器を保護するための追加のステップが必要である。別のプロセスではステップＳ１２００においてＸ線管は、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器の内側で対象の周りを回転する。ステップＳ１２００では検出器ユニットもまた、対象の周りを回転する。一プロセスでは、検出器ユニットはステップＳ１０００において、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器の外側で対象の周りを回転する。

ステップＳ１３００では一プロセスにおいて、Ｘ線管はステップＳ１２００で回転すると同時に、対象に向けて所定の線源ファンビーム角でＸ線を放射する。ある種のプロセスでは、Ｘ線管のうちの少なくとも１つは任意選択で単一エネルギー線源である。同様に、代替的な一プロセスは任意選択でステップＳ１３００において、所定の高レベルエネルギーおよび所定の低レベルエネルギーでＸ線を放射するためにｋＶ切り替え機能を実行するように構成されたＸ線管を含む。さらに、少なくとも１つの放射線源すなわちＸ線管は任意選択で、Ｘ線源が放射する放射線の放射エネルギーレベルおよび強度レベルの組合せを経時的に調節する。

ステップＳ１４００ではフォトンカウンティング検出器が、ステップＳ１３００で対象を透過するように送出されたＸ線を所定の検出器ファンビーム角で個別に検出する。フォトンカウンティング検出器は所定のエネルギー成分それぞれにおいてカウントされる光子数を出力する。ステップＳ１４００では、検出器ユニットはまた、ステップＳ１３００で対象を透過したＸ線を検出する。したがって、ステップＳ１４００はデータを収集する。

本プロセスに関する上述のステップまたは段階は単に例示であり、またデータを収集するプロセスは本発明に従った間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器を用いたスペクトルＣＴに関して異なる方式で動作する。ステップＳ１０００〜Ｓ１４００について一プロセスにおける事象または段階からなる単一シーケンスの形で記載しているが、このプロセス内のステップのうちの幾つかが反復して実行される一方、別のものは最初にだけ実行される。さらに、本プロセスの幾つかのステップは、反復実行の間に同時に実行される。

ここで図１０を参照すると、本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいてフライング焦点と組合せた、フォトンカウンティング検出器などの間隔を空けて配置されたエネルギー弁別検出器とエネルギー統合型検出器とを図で示している。図の一部として右側には、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤ３と、同じ軌道上の２つの隣接するフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１とＰＣＤ２との間に配置された統合型検出器ＩＮＴＤ１、および２つの隣接するフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ２とＰＣＤ３との間に配置された統合型検出器ＩＮＴＤ２とを示しており、エネルギー統合型検出器上には散乱除去グリッドを備えずＸ線源が放射したＸ線は通り抜けるとしている。図１０の中心部において、２つの同心円と同心円中心とのそれぞれによってフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤ３を示している。図の一部として左側には、Ｘ線管からフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤ３に至る投影を示している。一実施形態ではＸ線管位置は任意選択で、所定のＸ−Ｙ平面上でフライング焦点によって移動させている。別の実施形態ではそのＸ線管位置は任意選択で、所定のＸ−Ｙ平面に加えてＺ方向でフライング焦点によって移動させている。中心の円上の接線点によって、計測されるデータを示している。

さらに図１０を参照すると、フライング焦点によってデータ十分性が向上する。固定焦点による間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器では、２重エネルギー再構成するのに十分なデータが提供されないことがある。他方、フライング焦点と間隔を空けてフォトンカウンティング検出器との組合せは任意選択で十分なデータを提供する。さらに任意選択でノイズおよび分解能について画質を向上させるためには、統合型検出器からのデータがフライング焦点によって冗長となる。収集したデータにおいて散乱を低減するためには、任意選択でソフトウェア補正が必要である。反復式再構成では、ソフトウェア散乱補正は正確であることが分かっている。

図１１は、本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて第３世代幾何学構成とした２つのＸ線源を検出器ユニットをまったく用いずに組合せてフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための代替的実施形態を示した図である。本図は単に、例示的な一実施形態によるスキャン対象ＯＢＪと、２つの放射線源すなわちＸ線管１０１−１および１０１−２と、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮとの間の相対的関係を例証したものである。簡略とするために本図では、データの収集および処理ならびにその収集データに基づいた画像の再構成において必要となるようなその他の構成要素およびユニットを除外している。

すでに説明したように、ある種の実施形態では一般に、概ね１００〜３００個のフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮを配置している。しかし、上述したフォトンカウンティング検出器の数値範囲は単に例示であるとともに、特許請求した発明は必ずしも何らかの特定の数に限定されるものではない。

さらに図１１を参照すると一実施形態は、対象ＯＢＪの周りに円形など所定の幾何学構成で間隔を空けて配置されているような所定の数のフォトンカウンティング検出器を含む。たとえば、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ガントリ１００内のＰＣ検出器経路２００に沿って設けられた所定の円形構成要素上に固定的に配置されている。さらにフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、一実施形態では所定の等距離位置で円形構成要素上に固定的に配置されている。別の実施形態ではフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、所定の非等距離位置で円形構成要素上に固定的に配置されている。円形構成要素は、対象ＯＢＪに対して静止を保っているとともに、データ収集中に回転しない。円形構成要素はまた、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちの２つの隣接する検出器の間に隙間を有しており、またこれらの隙間によって大幅な干渉を伴うことなくＸ線が透過することが可能となる。図には示していないが、代替的な一実施形態は任意選択で、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮをそれに沿って間隔を空けて配置されている多角形などの略円形や非円形とした所定の構成要素を含む。

２つのＸ線管１０１−１、１０１−２が対象ＯＢＪの周りで回転する一方、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは対象ＯＢＪに対して静止している。Ｘ線管経路３００に沿って設けられた回転部分はＸ線管１０１−１、１０１−２を装着するとともに、その上でフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが所定の間隔を空けて固定的に配置されているような静止した円形構成要素の外側で回転している。さらに、Ｘ線管１０１−１は上述の例示的実施形態では、ガントリ１００内の環状のフレーム１０２などのＸ線管経路３００に沿って設けられた回転部分上で、Ｘ線管１０１−２の中心投影方向に対して略直交した方式で装着されている。他の実施形態では、その２つのＸ線管１０１−１、１０１−２同士の間の相対的角度は９０度に限定されない。Ｘ線管１０１−１および１０１−２の各々は、Ｘ線管１０１−１および１０１−２が間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側で対象ＯＢＪの周りで回転する際に、所定の線源ファンビーム角ΘＡで対象ＯＢＪに向けてＸ線を投射する。

一実装形態では、対象がＸ線管経路３００に沿って設けられた回転部分の回転面と直交した所定の方向に動く際に、Ｘ線管１０１−１および１０１−２は任意選択で、らせん状経路を移動する。Ｘ線管１０１−１、１０１−２は間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側を移動しているが、Ｘ線管１０１−１、１０１−２は互いに異なった軌道を有する。本発明に従ったＣＴスキャナシステムにおいて２つの線源と組合せてフォトンカウンティング検出器を所定の第４世代幾何学構成で配置させるための他の代替的実施形態が存在する。ある種の実施形態では、Ｘ線管１０１−１および１０１−２のうちの少なくとも１つは任意選択で、単一エネルギー線源である。同様に、追加の代替的実施形態は任意選択で、所定の高レベルエネルギーおよび所定の低レベルエネルギーでＸ線を放射するためにｋＶ切り替え機能を実行するように構成されたＸ線管１０１−１および／または１０１−２を含む。さらに、放射線源すなわちＸ線管１０１−１および１０１−２のうちの少なくとも１つは任意選択で、Ｘ線管１０１−１および／または１０１−２が放射する放射線の放射エネルギーレベルおよび強度レベルの組合せを経時的に調節する。

Ｘ線管１０１−１、１０１−２が対象ＯＢＪの周りで回転する際に、フォトンカウンティング検出器はデータ収集の間に送出されたＸ線を検出する。フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは対象ＯＢＪを透過したＸ線を所定の検出器ファンビーム角ΘＢで間欠的に検出するとともに、所定のエネルギー成分の光子数を出力する。２つのＸ線管１０１−１および１０１−２が存在しているため、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは所定のエネルギー成分それぞれにおいてカウントされた２組の光子数を出力する。この２組のスペクトルデータは、２つのＸ線管１０１−１と１０１−２の間の角度に応じて様々である。

図１１はさらに、Ｘ線管１０１−１および１０１−２がフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側を移動するため、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮ同士の間の開口部または隙間を通過して対象ＯＢＪに向けてＸ線が投射されることを開示している。放射されたＸ線のある部分は、Ｘ線管１０１−１および１０１−２に対する角度に応じて、間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちのある種の検出器によって遮蔽される。換言すると、Ｘ線管１０１−１および１０１−２がＸ線管経路３００の周りを回転する際の与えられた任意の時点で、放射されたＸ線のある部分は間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちの幾つかの検出器における検出面の背面に投射している。残りのＸ線は隙間を通過して伝播し、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのうちのその検出表面がＸ線管１０１−１または１０１−２と対面しておりかつ略所定の線源ファンビーム角ΘＡの域内にあるような検出器に到達している。これらのフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの各々は所定の検出器ファンビーム角ΘＢで個別に検出を行っている。

上述の代替的実施形態は任意選択で、短い距離で検出器における検出面の背面から照射を受けるフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの各々ごとに保護用後面カバーを設けている。Ｘ線管１０１−１および１０１−２は間隔を空けて配置されたフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮを含むＰＣ検出器経路の外側を移動するため、望ましくない影響を大幅に低減するためにフォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは図６に関連して説明することにするようにして保護層によって、検出器における検出面の背面から入射するＸ線放射から保護されている。

一般に、フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ＰＣ検出器経路２００に沿って設けられた円形構成要素に沿って間隔を空けて配置されている。フォトンカウンティング検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは間隔を空けたビュー投影データセットを収集しているが、ある種の間隔を空けたビューの再構成技法による少なくとも２重エネルギー再構成では収集したこの投影データセットで十分である。さらに上述の実施形態は、１対のＸ線管１０１−１および１０１−２に由来する２組の間隔を空けたビューの投影データセットを収集している。

本明細書において特定のユニットについて説明してきたが、代替実施形態では、これらのユニットの機能のうちの１つまたは複数は、単一のユニット、処理リソース、または他の構成要素によって提供されることができ、または、単一のユニットによって提供される機能は、組み合わせた２つ以上のユニットまたは他の構成要素によって提供されることができる。単一のユニットへの言及は、そのユニットの機能を提供する複数の構成要素が互いから離れていようといまいと、そのような構成要素を包含し、複数のユニットへの言及は、それらのユニットの機能を提供する単一の構成要素を包含する。

特定の実施形態について説明してきたが、これらの実施形態は、例として提示したにすぎず、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。実際、本明細書で説明する新規な方法およびシステムは、さまざまな他の形態で実施することができる。そのうえ、本明細書において説明する方法およびシステムの形態における種々の省略、置き換え、および変更は、本発明の趣旨から逸脱することなく行うことができる。添付の特許請求の範囲およびその等価物は、本発明の範囲に含まれるこのような形態と変形形態とを包含することを意図するものである。

１００…ガントリ、１０１…Ｘ線管、１０２…環状のフレーム、１０３…エネルギー統合型検出器、１０４…データ収集システム、１０５…非接触式データ送信機、１０６…前処理デバイス、１０７…回転ユニット、１０８…スリップリング、１０９…高電圧発生器、１１０…システム制御器、１１２…記憶デバイス、１１４…再構成デバイス、１１５…入力デバイ、１１６…表示デバイス、１１８…スキャン計画支援装置、２００…ＰＣ検出器経路、３００…Ｘ線管経路、４００…エネルギー統合型検出器経路。

Claims (13)

1. スキャン対象の周囲に設けられた放射源経路に沿って、前記スキャン対象に向けて放射線を連続して放射させながら移動する少なくとも一の放射線源と、
   前記スキャン対象の周囲に設けられたエネルギー弁別検出器経路に固定的に配置され、前記放射線源により放射された放射線を検出する所定の数のエネルギー弁別検出器と、
   前記スキャン対象の周囲に設けられたエネルギー統合型検出器経路に沿って移動し、前記放射線源により放射された放射線を検出する少なくとも一のエネルギー統合型検出器と、
   前記エネルギー弁別検出器により検出された放射線に関するスペクトルデータセットと前記エネルギー統合型検出器により検出された放射線に関する強度データセットとのうち少なくともいずれか一方に基づいて画像を再構成する画像再構成ユニットと、
   前記エネルギー弁別検出器それぞれにおける検出面以外の少なくとも一の面に配置され、放射線を遮蔽する遮蔽層と、
   を具備するＸ線ＣＴ装置。
2. 前記遮蔽層は、
   原子番号の高い金属素材を含む高Ｚ材料遮蔽層と、
   前記エネルギー弁別検出器それぞれにおける前記検出面以外の少なくとも一の面と前記高Ｚ材料遮蔽層との間に配置され、前記高Ｚ材料遮蔽層に比して原子番号の低い金属素材を含む低Ｚ材料遮蔽層と、
   を有する請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記放射線源は、前記放射された放射線のエネルギーレベルおよび前記放射された放射線の強度レベルを経時的に調節可能である、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記エネルギー弁別検出器による放射線の遮蔽の影響を差し引くように前記強度データセットを補正する補正ユニット、
   をさらに備える請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記補正ユニットはビュー単位キャリブレーションに基づいて前記強度データセットを補正する、請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記エネルギー弁別検出器による放射線の遮蔽の影響を差し引くように前記スペクトルデータセットを補正する補正ユニット、
   をさらに備える請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記補正ユニットはビュー単位キャリブレーションに基づいて前記スペクトルデータセットを補正する、請求項６に記載のＸ線ＣＴ装置。
8. 前記エネルギー弁別検出器はフォトンカウンティング検出器を含む、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
9. 前記エネルギー弁別検出器は半導体直接変換検出器を含む、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
10. 前記エネルギー弁別検出器それぞれは間隔を空けて配置される、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
11. 少なくとも一の前記放射線源はフライング焦点線源である、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
12. イメージスキャナ内にエネルギー弁別検出器を後付けされるモジュール型Ｘ線検出装置であって、前記イメージスキャナはスキャン対象の周囲に設けられた放射源経路に沿って、前記スキャン対象に向けて放射線を連続して放射させながら移動する少なくとも一の放射線源を回転させ、前記イメージスキャナは前記スキャン対象の周囲に設けられたエネルギー統合型検出器経路に沿って、前記放射線源により放射された放射線を検出する少なくとも一のエネルギー統合型検出器を回転させて強度データセットを検出し、
    前記放射された放射線を検出する所定の数のエネルギー弁別検出器と、
    前記スキャン対象の周りに設けられ、エネルギー弁別検出器経路に沿って固定的に配置された所定の数の前記エネルギー弁別検出器を収容するための筐体であって、前記放射源経路の内側に位置するように前記イメージスキャナに取り付けられる筐体と、
    前記エネルギー弁別検出器それぞれにおける検出面以外の少なくとも一の面に配置され、放射線を遮蔽する遮蔽層と、
    を具備するモジュール型Ｘ線検出装置。
13. スキャン対象の周囲に設けられた放射源経路に沿って、放射線源が前記スキャン対象に向けて放射線を連続して放射させながら移動し、
    少なくとも一のエネルギー統合型検出器が前記スキャン対象の周囲に設けられたエネルギー統合型検出器経路に沿って移動し、前記エネルギー統合型検出器が前記放射された放射線を検出し、
    前記スキャン対象の周囲に設けられたエネルギー弁別検出器経路に沿って固定的に配置された所定の数のエネルギー弁別検出器が前記エネルギー弁別検出器それぞれにおける検出面以外の少なくとも一の面に放射線を遮蔽する遮蔽層を有し、前記エネルギー弁別検出器が前記放射線源により放射された放射線を検出し、
    前記エネルギー弁別検出器から検出された放射線に関するスペクトルデータセットと前記エネルギー統合型検出器により検出された放射線に関する強度データセットとのうち少なくともいずれか一方に基づいて画像を再構成する、
    ことを具備するＸ線ＣＴ撮像方法。