JP2016123873A - Ｘ線ｃｔ装置、補正方法及び補正プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】パイルアップ補正の計算時間を短縮するＸ線ＣＴ装置を提供する。【解決手段】Ｘ線ＣＴ装置は、光子計数検出器と、処理回路とを備える。光子計数検出器は、Ｘ線源から曝射されたＸ線を検出する。処理回路は、光子計数検出器の入射スペクトルの計数率および光子計数検出器の不感時間値に基づき、光子計数検出器の出力スペクトルに対するパイルアップの寄与率をパイルアップ次数毎に算出して、予め定められた閾値とパイルアップ次数ごとに算出された寄与率とを比較することにより、閾値よりも寄与率が大きくなる所定のパイルアップ次数を決定する。続いて、処理回路は、所定のパイルアップ次数を下回る次数の各パイルアップ次数について、検出器応答モデルおよび入射スペクトルを使用して成分スペクトルを計算する。そして、処理回路は、計算された前記成分スペクトルを合計して出力スペクトルを生成する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線ＣＴ（Computed-Tomography）装置、補正方法及び補正プログラムに関する。

撮影イメージングとは、最も単純に表現すれば、被検体を通るＸ線ビームと、Ｘ線あたりの全体的な減衰に関する検出器である。この減衰は被検体の存在する場合と被検体の存在しない場合とにおける同一のＸ線の比較から算出する。この概念的定義から、適切に画像を構成するためには複数のステップが必要である。例えば、Ｘ線発生装置の限定されたサイズ、発生装置からのエネルギーが非常に低いＸ線を遮断するフィルタの性質および形状、検出器のジオメトリおよび特性の詳細、ならびに収集システムの能力はすべて、実際の再構成がどのように行われるかに影響を与える要素である。再構成において、イメージングされる被検体の線減衰係数（Linear Attenuation Coefficient：ＬＡＣ）のマップが、逆ラドン変換を通じてＬＡＣの線積分から得られる。線積分は被検体を通るＸ線の一次強度の対数に関連し得る。しかし、検出器で測定されたＸ線強度は、散乱する光子と一次光子の両方を含み得る。したがって、散乱から再構成された画像は、何らかの散乱アーチファクトを含み得る。

多くの臨床的応用が、物質識別およびビームハードニング補正の改善をもたらし得る、スペクトルＣＴ技術の利益を享受することができる。また、半導体ベースの光子計数検出器はスペクトルＣＴの有望な候補であり、従来のスペクトルＣＴ技術（例えば、２管球搭載型、ｋＶｐスイッチング等）と比較してより良いスペクトル情報を提供することができる。

半導体のタイプ（例えば、ＣＺＴ（Cadmium Zinc Telluride）またはＣｄＴｅ（Cadmium Telluride））、その厚さおよび読み出し回路によって決定される不感時間（約１００ｎｓ）故に、高Ｘ線束率でのパルスパイルアップ（約１０^８ｃｐｓ／ｍｍ^２）は非常に深刻となり、測定されたスペクトル信号が歪む場合がある。歪んだスペクトル信号は画像再構成においてアーチファクトを引き起こし得る。パイルアップ効果を検出器モデルにおいて補正することができる場合、画像品質を改善できる。しかし、パイルアップ補正の結果を考慮しつつ検出器応答を計算することにより、ＣＴシステムの計算資源をかなり使用することになり、さらには光子計数検出器の応答を決定するプロセスに時間がかかってしまう。

したがって、光子計数検出器の応答を計算するのに必要とされる計算時間を削減する有効な技術が望まれている。

特開２０１３−１９２９５１号公報

本発明が解決しようとする課題は、パイルアップ補正の計算時間を短縮することができるＸ線ＣＴ装置、補正方法及び補正プログラムを提供することである。

実施形態のＸ線ＣＴ装置は、光子計数検出器と、処理回路とを備える。光子計数検出器は、Ｘ線源から曝射されたＸ線を検出する。処理回路は、前記光子計数検出器の入射スペクトルの計数率および前記光子計数検出器の不感時間値に基づき、前記光子計数検出器の出力スペクトルに対するパイルアップの寄与率をパイルアップ次数毎に算出して、予め定められた閾値と前記パイルアップ次数ごとに算出された寄与率とを比較することにより、閾値よりも前記寄与率が大きくなる所定のパイルアップ次数を決定する。続いて、処理回路は、前記所定のパイルアップ次数を下回る次数の各パイルアップ次数について、検出器応答モデルおよび前記入射スペクトルを使用して成分スペクトルを計算する。そして、処理回路は、計算された前記成分スペクトルを合計して前記出力スペクトルを生成する。

図１は、光子計数検出器の検出器パイルアップモデルを決定する装置を示す図である。 図２は、光子計数検出器の検出器パイルアップモデルの出力を決定する方法を示す図である。 図３は、検出器パイルアップモデルを使用した模擬成分スペクトルを示す図である。 図４は、検出器パイルアップモデルを使用した模擬成分スペクトルを示す図である。 図５は、リング結合型トポロジーを有する画像再構成装置の実施態様の概略を示す図である。 図６は、内側リングトポロジーを有する画像再構成装置の実施態様の概略を示す図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置、補正方法及び補正プログラムを説明する。なお、実施形態は、以下の実施形態に限られるものではない。また、一つの実施形態に記載した内容は、原則として他の実施形態にも同様に適用される。

本明細書に記載される実施形態は、光子計数ＣＴ検出器の応答を計算するのに必要とされる計算時間を削減するＣＴシステムおよび方法に関する。

一実施形態によると、Ｘ線源から曝射されたＸ線を受けるように構成された光子計数検出器および処理回路を含むコンピュータ断層撮影（Computed Tomography：ＣＴ）装置が提供される。処理回路は、光子計数検出器の入射スペクトルの計数率および不感時間値に基づき、パイルアップ次数に対応する閾値よりも大きい、光子計数検出器の出力スペクトルへの寄与率を有する最も高いパイルアップ次数を決定し、検出器応答モデルおよび入射スペクトルを使用して少なくとも１つの成分スペクトルを計算し、計算された成分スペクトルはそれぞれ、決定された最も高いパイルアップ次数以下のパイルアップ次数に対応し、少なくとも１つの計算された成分スペクトルを合計して出力スペクトルを生成するように構成されている。

別の実施形態において、ＣＴスキャナにおける光子計数検出器の応答を決定する補正方法が提供され、この方法は、光子計数検出器の入射スペクトルの計数率および不感時間値に基づき、パイルアップ次数に対応する閾値よりも大きい、光子計数検出器の出力スペクトルへの寄与率を有する最も高いパイルアップ次数を決定するステップと、検出器応答モデルおよび入射スペクトルを使用して少なくとも１つの成分スペクトルを計算するステップであって、計算された成分スペクトルはそれぞれ、決定された最も高いパイルアップ次数以下のパイルアップ次数に対応するステップと、少なくとも１つの計算された成分スペクトルを合計して出力スペクトルを生成するステップとを含む。

別の実施形態によれば、コンピュータに実行されたとき、ＣＴスキャナにおける光子計数検出器の入射スペクトルの計数率および不感時間値に基づき、パイルアップ次数に対応する閾値よりも大きい、光子計数検出器の出力スペクトルへの寄与率を有する最も高いパイルアップ次数を決定するステップと、検出器応答モデルおよび入射スペクトルを使用して少なくとも１つの成分スペクトルを計算するステップであって、計算された成分スペクトルはそれぞれ、決定された最も高いパイルアップ次数以下のパイルアップ次数に対応するステップと、少なくとも１つの計算された成分スペクトルを合計して出力スペクトルを生成するステップとを含む方法をコンピュータに実行させる補正プログラムが格納された非一時的なコンピュータ可読媒体が提供される。

添付図面とともに検討され、以下の詳細な説明を参照してより良く理解されれば、本発明およびその付随する利点の多くをより完全に理解することが容易になるであろう。

ここで図面を参照して、図１は、スペクトルＣＴスキャナの光子計数検出器各々についての検出器パイルアップモデルを決定する装置を示す。特に、図１は、入射スペクトルＳ_ｉｎ（Ｅ）、計数率およびパラメータベクトルａを受信する検出器パイルアップモデル１０を示す。受信した値に基づいて、検出器パイルアップモデル１０はシミュレーションで測定された出力スペクトルＳ_ｏｕｔ（Ｅ；ａ）を生成する。具体的には、検出器パイルアップモデル１０は、Ｘ線検出器に入射されるＸ線のスペクトルである入射スペクトルと、Ｘ線検出器のＸ線に対する応答モデルと、パラメータベクトルとに基づいて、出力スペクトルを生成する。最終的に生成される出力スペクトルＳ_ｏｕｔ（Ｅ；ａ）は、画像再構成を実行するために使用される。シミュレーションで測定された出力スペクトルＳ_ｏｕｔ（Ｅ；ａ）を決定するプロセスについては以下でさらに詳細に説明する。

図１に示すように、モデルパラメータ推定デバイス２０はシミュレーションで測定された出力スペクトルＳ_ｏｕｔ（Ｅ；ａ）と実測スペクトルＳ_Ｍ（Ｅ）とを比較し、所定のコスト関数を最小化するためにパラメータベクトルａを更新する。更新されたパラメータベクトルａを検出器パイルアップモデル１０にフィードバックし、新たなシミュレーションで測定された出力スペクトルＳ_ｏｕｔ（Ｅ；ａ）を生成する。このプロセスを所定の繰り返し回数続けるか、またはパラメータベクトルａが所定閾値未満になるまで続ける。

モデルパラメータ推定デバイスは、最適なパラメータベクトルａを求めるために、例えば、パラメータベクトルａの所定の範囲内での全数検索、または非線形最小二乗法を活用できる。対応する最適なパラメータベクトルａは、スキャナにおける光子計数検出器各々について求められる。

入射スペクトルＳ_ｉｎ（Ｅ）は、スキャナ光子計数検出器（Photon-Counting Detector：ＰＣＤ）ごとに計算（供給業者はすべて、自社のＸ線管からの出力を計算するモデルを有する）または測定値（最も基準となる分光検出器、例えば、高純度ゲルマニウム分光計を用いることによる）によって決定することができる。測定された実測スペクトルＳ_Ｍは各入射スペクトルＳ_ｉｎ（Ｅ）に対応する各ＰＣＤからの出力スペクトルＳ_ｏｕｔ（Ｅ；ａ）である。

パラメータベクトルａは、二重光子事象がピークパイルアップ事象であるか、またはテールパイルアップ事象であるかを判断するために、不感時間値τ_ｄ、時間閾値Ｔを含む（ピークパイルアップ事象またはテールパイルアップ事象が任意のパイルアップ次数にて起こるか判断するためにこの閾値を適用してもよい）。また、パラメータベクトルａはさらに異なる数の準一致光子χ_０、χ_１ ^ｐ、χ_１ ^ｔ、χ_２ ^ｐ、χ_２ ^ｔ等の個々の検出確率を含むことができる。例えば、χ_０は単一光子事象の検出確率であり、χ_１ ^ｐはピーク二重パイルアップ事象の検出確率であり、χ_１ ^ｔはテール二重パイルアップ事象の検出確率であり、χ_２ ^ｐは三重ピークパイルアップ事象の検出確率である、等。個々の確率の合計は１以下である。すなわち、パラメータベクトルａは、ピークパイルアップ事象（すなわち、検出確率＜１）とテールパイルアップ事象（すなわち、検出確率＝１）とを区別するための時間閾値パラメータを含む。

検出器パイルアップモデル１０は、図２に示す方法を用いて、入射スペクトルＳ_ｉｎ（Ｅ）およびパラメータベクトルａから出力スペクトルＳ_ｏｕｔ（Ｅ）を計算する。ここで、検出器パイルアップモデル１０は、光子計数検出器の入射スペクトルの計数率および光子計数検出器の不感時間値に基づき、光子計数検出器の出力スペクトルに対するパイルアップの寄与率をパイルアップ次数毎に算出して、予め定められた閾値とパイルアップ次数ごとに算出された寄与率とを比較することにより、閾値よりも寄与率が大きくなる所定のパイルアップ次数を決定する。続いて、検出器パイルアップモデル１０は、所定のパイルアップ次数を下回る次数の各パイルアップ次数について、検出器応答モデルおよび入射スペクトルを使用して成分スペクトルを計算する。そして、検出器パイルアップモデル１０は、計算された成分スペクトルを合計して出力スペクトルを生成する。

特に、検出器パイルアップモデル１０は、ステップ２００にて、不感時間値を含むパラメータベクトルａを求め、光子計数検出器のパイルアップ次数のパラメータ（Ｎ）を０に初期化する。

ここで、パラメータベクトルａの各々のパラメータは、光子計数検出器の素材、光子計数検出器の厚み及び光子計数検出器の検出信号を読み出す回路構成などの検出器の構造上のパラメータによって定まる。このため、検出器パイルアップモデル１０は、事前にパラメータベクトルａのセットを光子計数検出器の種類にあわせて複数準備しておき、使用する光子計数検出器の種類に合致したパラメータベクトルaのセットを読み出して使用してもよい。例えば、検出器パイルアップモデル１０は、検出器の構造上のパラメータと、パラメータベクトルａとを関連付けるテーブルを予め記憶する。ここで、検出器の構造上のパラメータを一意に特定するためのＩＤ（Identifier）として検出器の型番などを用いてもよい。そして、パイルアップモデル１０は、検出器の構造上のパラメータに対応するパラメータベクトルａを選び出すようにしてもよい。一例をあげると、検出器パイルアップモデル１０は、光子計数検出器の素材、光子計数検出器の厚み及び光子計数検出器の検出信号を読み出す回路構成のうち少なくともいずれか一つを用いて光子計数検出器の不感時間値を設定する。また、別の実現方法としては、ある装置において典型的なスキャンパラメータを適用した場合のパラメータベクトルａの各パラメータを事前に記憶しておき、ユーザーにより設定されたスキャンパラメータと典型的なスキャンパラメータとの違いに対応する係数をパラメータベクトルａに掛け算することで、現在のスキャンパラメータでのパラメータベクトルａを算出するようにしてもよい。

検出器パイルアップモデル１０は、ステップ２１０にて、Ｎ＝０、すなわち、パイルアップなしの場合に対応する第１成分スペクトルＳ_０（Ｅ）を、入射スペクトルＳ_ｉｎ（Ｅ）およびパラメータベクトルａに基づいて計算する。

検出器パイルアップモデル１０は、ステップ２１５にて、パイルアップ次数のパラメータＮの値を１増分する。検出器パイルアップモデル１０は、ステップ２２０にて、パイルアップ次数のパラメータがＮである場合のパイルアップの最終出力スペクトルへの寄与率に対応する上界値を計算する。ここで、パイルアップ次数のパラメータがＮである場合のパイルアップの寄与率をＰ_Ｎとする。例えば、パイルアップがない場合（０次パイルアップとも言う）の寄与率をＰ_０とし、二重光子事象のパイルアップ場合（１次パイルアップとも言う）の寄与率をＰ_１とし、三重光子事象のパイルアップ場合（２次パイルアップとも言う）の寄与率をＰ_２とし、四重光子事象のパイルアップ場合（３次パイルアップとも言う）の寄与率をＰ_３とする。一実施形態によると、寄与率Ｐ_Ｎは、光子計数検出器の入射線束率ｎ_０（すなわち計数率）と不感時間（τ_ｄ）の積に等しい平均値を有するポアソン確率変数である。したがって、検出器パイルアップモデル１０は、光子計数検出器の計数率と不感時間値との積に等しい平均値を有するポアソン分布に基づいて寄与率Ｐ_Ｎを算出する。例えば、検出器パイルアップモデル１０は、寄与率Ｐ_Ｎを次の通り数式（１）で計算する。

また、Ｐ_ＮはさらにパラメータがＮである場合のパイルアップの寄与率の上界値としての役割も果たす。ピークパイルアップ（すなわち、検出確率＜１）の場合、検出光子数が元々の光子数よりも少ないため、実際の寄与率はＰ_Ｎより小さい。テールパイルアップ（すなわち、検出確率＝１）の場合、光子計数率が維持されるため実際の寄与率はＰ_Ｎと等しい。したがって、パイルアップ事象はすべて両方の場合の組み合わせであるため、実際の寄与率はＰ_Ｎより高くはなり得ない。Ｎの値を増加させると、Ｐ_Ｎの値が減少することに留意されたい。したがって、特定のＰ_Ｎが対応する閾値に基づき無視できるものであるとみなされると、Ｎよりも大きい次数のパイルアップはすべて無視できるものであるとみなすことができる。また、本明細書における光子パイルアップ次数の確率は、ポアソン分布を有すると仮定される。しかし、本明細書に記載される方法のステップは、他の分布を有する光子パイルアップの確率にも等しく適用可能である。

検出器パイルアップモデル１０は、ステップ２２５にて、Ｎ番目のオーダーのパイルアップの寄与率が、所定閾値Ｔ_Ｎよりも大きいか判断するためにクエリーを行う。各オーダーＮについて、所定閾値Ｔ_Ｎは経験的に決定され得るか、または光子計数検出器の応答を計算するときの所望の精度水準に基づいて決定してもよい。クエリーへの応答が肯定であれば、プロセスはステップ２３０へと進み、パイルアップパラメータの値が１増分され、最終出力スペクトルに対する次のオーダーのパイルアップの寄与率を計算するために、プロセスはステップ２２０へと戻る。

検出器パイルアップモデル１０は、ステップ２２５でのクエリーへの応答が否定であれば、プロセスは、ステップ２３５へと進み、パイルアップパラメータの値を１減分する。これにより、出力スペクトルＳ_ｏｕｔ（Ｅ；ａ）が、ステップ２２５の条件を満たすオーダーのパイルアップのみについて確実に計算される。具体的には、検出器パイルアップモデル１０は、予め定められた閾値とパイルアップ次数ごとに算出された寄与率とを比較することにより、閾値よりも寄与率が大きくなる所定のパイルアップ次数を決定する。そして、検出器パイルアップモデル１０は、所定のパイルアップ次数を下回る次数の各パイルアップ次数について成分スペクトルを計算する。言い換えると、検出器パイルアップモデル１０は、算出した寄与率が対応するパイルアップ次数の閾値よりも大きいパイルアップ次数のみを出力スペクトルの計算に考慮する。

検出器パイルアップモデル１０は、ｉ＝１、２、３、．．．Ｎについての個々の成分スペクトルＳ_ｉ（Ｅ）をステップ２４０で計算する。一実施形態によれば、単一光子事象に対してポアソン分布が仮定され、画素重み付けポテンシャルの効果、相互作用位置、バリスティックデフィシットおよび空間電荷を成分スペクトルＳ_ｉ（Ｅ）の計算に含める。ポアソン分布の使用は下に示す成分スペクトル方程式（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２等）の項ｅ^−ｎτｄ、ｎｅ^−ｎτｄ、（１／２）ｎ^２ｅ^−ｎτｄ等に反映されていることに留意されたい。

特に、重み付けポテンシャルは次の通り数式（２）で定義される。

ここで、αは検出器の重み付けポテンシャル分布を示すモデルパラメータであり、Ｌは検出器の厚さであり、ｚはＣＺＴの点とカソードの間の距離を示す。なお、ｚは、以下の通り数式（３）で定義される。

ここで、ｚ_０はＸ線光子が電子−正孔対に変換される点であり、ｔ_ＴＯＦは生成された電子が相互作用点ｚ_０から検出器のアノードまでドリフトする時間であり、ν_ｅは光子計数検出器における電子伝達体のドリフト速度である。

バリスティックデフィシットについて、基底方程式は以下の通り数式（４）で定義される。

ここで、数式（４）中のτ_ｐはプリアンプの時定数であり、ν_ｐ（ｔ）はプリアンプの出力電圧である。また、数式（４）中のν_ｉｎ（ｔ）は、以下の通り数式（５）で定義される。

ここで、Ｅは入射エネルギーであり、Ｋはフロントエンド利得（所与の読み出し設定に対する定数）である。

基底方程式から、０≦ｔ≦ｔ_ＴＯＦの場合、プリアンプ出力ν_ｐ（ｔ）は以下の通り数式（６）で定義される。

ここで、ν^０は初期条件、すなわちν_ｐ（０）＝０により決定される。重み付けポテンシャル式を上記式に挿入することで、数式（７）が得られる。

積分を計算すると以下の通り数式（８）となる。

初期条件を適用すると、定数ν^０は数式（９）で表せる。

ここで、τ_ＴＯＦ＝Ｌ／ν_ｅである。τ_ＴＯＦ＝（Ｌ−ｚ_０）／ν_ｅでは、生成された電子は検出器のアノードに到達する。したがって、プリアンプ出力ν_ｐ（ｔ_ＴＯＦ）は数式（１０）に示すように最大に到達する。

空間電荷が無視できないものになった場合はτ_ＴＯＦが異なることに留意されたい。

ｔ＞ｔ_ＴＯＦの場合、τ_ＴＯＦ後に信号収集が完了し、出力振幅が指数関数的にフロントエンド回路時定数τ_ｐとともに減衰する。かかる場合、プリアンプ出力ν_ｐ（ｔ）は以下の通り数式（１１）で定義される。

上記に示したように、プリアンプ出力ν_ｐ（ｔ）の公式化は相互作用位置ｚ_０および入射エネルギーＥ_０に依存する。したがって、本出願人はこれをν_ｐ（ｔ）＝ν_ｐ（ｔ；ｚ_０,Ｅ_０）と表す。以下、表現を簡易にするために、ν_ｐ（ｔ）において入射エネルギーＥ_０を省略する場合がある。以下、光子ｊの飛行時間および相互作用位置をそれぞれ定義するために、本出願人はさらに｛ｔ_ＴＯＦ ^ｊ；ｚ_ｊ｝を使用する。

パイルアップがない場合は、第１成分スペクトルを以下のように計算する。まず、検出エネルギーＥを数式（１２）に示すように定義する。

次に、成分スペクトルＳ_０（Ｅ）は以下の通り数式（１３）となる。

ここで、積分はエネルギー条件によって全ボリュームにわたって広がる。柔軟な不感時間が真の不感時間に接近した場合、検出確率はχ_０〜１であることに留意されたい。上の式では、ｎは入射計数率であり、μ_ＣＺＴ（Ｅ）はエネルギーＥでのＣＺＴの線減衰である。なお、数式（１３）の右辺は検出器応答モデルを包含する。

一実施形態によると、ピークパイルアップ事象およびテールパイルアップ事象を含む二重光子事象の第２成分スペクトルＳ_１（Ｅ）を、Ｓ_ｉｎ（Ｅ）およびパラメータベクトルａを用いて計算する。二重光子事象の場合、事象間の間隔が閾値Ｔよりも小さい場合はピークパイルアップ事象が起こったと判断され、事象間の間隔が閾値Ｔよりも大きい場合はテールパイルアップ事象が起こったと判断される。閾値Ｔはモデルパラメータベクトルａに含まれる。

特に、ピークパイルアップ事象の場合、エネルギーＥは以下の通り数式（１４）で定義される。

ここで、ｔ_ｍａｘは、以下の通り数式（１５）で定義される。

この場合、ピーク成分スペクトルＳ_１ ^ｐ（Ｅ）は以下の通り数式（１６）で定義される。なお、数式（１６）の右辺は検出器応答モデルを包含する。

求められた不感時間が真の不感時間に接近した場合、検出確率はχ_１ ^ｐ〜１／２であることに留意されたい。

テールパイルアップの場合、第１ピークエネルギーＥ^０は、以下の通り数式（１７）で定義される。

次に、成分スペクトルＳ_１ ^ｔ０（Ｅ）は以下の通り数式（１８）で定義される。なお、数式（１８）の右辺は検出器応答モデルを包含する。

さらに、第２ピークエネルギーＥ^１は、以下の通り数式（１９）で定義される。

次に、成分スペクトルＳ_１ ^ｔ１（Ｅ）は、以下の通り数式（２０）で定義される。なお、数式（２０）の右辺は検出器応答モデルを包含する。

求められた不感時間が真の不感時間に接近した場合、検出確率はｘ_１ ^ｔ０〜０，ｘ_１ ^ｔ１〜０であることに留意されたい。ピークおよびテールパイルアップ成分スペクトルを加算するとＳ_１（Ｅ）が得られる。

また、ピークパイルアップ事象およびテールパイルアップ事象を含む複数の光子事象は、Ｓ_ｉｎ（Ｅ）およびパラメータベクトルａを使用して計算される。特に、三重パイルアップの場合、ピークパイルアップに対し、エネルギーＥは、以下の通り数式（２１）で定義される。

ここで、ｔ_ｍａｘは、以下の通り数式（２２）で定義される。

この場合、ピーク成分スペクトルＳ_２ ^Ｐ（Ｅ）は、以下の通り数式（２３）で定義される。なお、数式（２３）の右辺は検出器応答モデルを包含する。

求められた不感時間が真の不感時間に接近した場合、検出確率はχ_２ ^ｐ〜１／３であることに留意されたい。ピーク成分スペクトルＳ_２ ^Ｐ（Ｅ）の近似値は、以下の通り数式（２４）で定義される。

式中、Ｓｎｏｒｍ（Ｅ）は、以下の通り数式（２５）で定義される。

ここでＮは正規化係数である。

テールパイルアップの場合、またはテール−ピークパイルアップの混合型の場合、計算は、二重パイルアップの計算に類似しているが、考慮すべき組み合わせがさらにある。例えば、第１の組み合わせ（０−１−２）の場合、エネルギーＥ^０は、以下の通り数式（２６）で定義され、エネルギーＥ^１は、以下の通り数式（２７）で定義され、エネルギーＥ^２は、以下の通り数式（２８）で定義される。

と定義される。

第２の組み合わせ（（０１）−２）の場合、エネルギーＥ^０１は、以下の通り数式（２９）で定義され、エネルギーＥ^２は、以下の通り数式（３０）で定義される。

ここで、ｔ_ｍａｘは、以下の通り数式（３１）で定義される。

（（０２）−１）や（（１２）−０）等の他の組み合わせは上述の第２の組み合わせに類似している。また、上記の手法はさらに高いオーダーのパイルアップ事象に拡張可能である。ステップ２４０では成分スペクトルはステップ２２５の基準を満たすパイルアップ事象についてのみ計算されることに留意されたい。

このように、検出器パイルアップモデル１０は、ステップ２４０で、ピークパイルアップ事象とテールパイルアップ事象とを区別するための時間閾値パラメータを含む検出器応答モデルを使用して、成分スペクトルを計算する。検出器パイルアップモデル１０は、ステップ２４０で成分スペクトルを計算すると、プロセスはステップ２４５へと進む。検出器パイルアップモデル１０は、ステップ２４５では、計算した成分スペクトルＳ_ｉ（Ｅ）、ｉ＝０、１、２．．．Ｎを合計し、出力スペクトルＳ_ｏｕｔ（Ｅ；ａ）を得る。なお、パイルアップ次数Ｎは、図２に示すステップ２００〜２３５で一度計算されればよい。計算されたパイルアップ次数Ｎは、その後ステップ２４０および２４５にて、成分スペクトルを計算し、合計するために使用される。

図３および図４は、光子計数検出器の様々なパイルアップ次数の寄与率の計算の例を示している。図３および図４は、一実施形態による模擬成分スペクトルを示す。利便性のために、図３および図４に示すスペクトルはパイルアップ次数のパラメータＮ＝０からパイルアップ次数のパラメータＮ＝３までの寄与率を含む。

図３では、曲線３１０はパイルアップのない（すなわち、Ｎ＝０）場合の寄与率に対応している。Ｐ_０から最終出力スペクトルへの寄与率は２７．３％である。曲線３２０は出力スペクトルがＰ_０（Ｎ＝０、パイルアップなし）およびＰ_１（Ｎ＝１、第１オーダーパイルアップ）からの寄与率を含む場合に対応している。Ｐ_１から出力スペクトルへの寄与率は３５．４％である。同様に曲線３３０はＰ_０、Ｐ_１およびＰ_２からのスペクトル寄与率を含む場合、曲線３４０はＰ_０、Ｐ_１、Ｐ_２およびＰ_３からのスペクトル寄与率を含む場合を示す。

本実施形態では、パイルアップ次数のパラメータＮ＝０からＮ＝３に対応する閾値は、Ｔ_０＝１％、Ｔ_１＝１％、Ｔ_２＝１．５％、およびＴ_３＝２％である。３次パイルアップの寄与率Ｐ_３は１０％であるため、閾値Ｔ_３＝２％よりも寄与率が大きくなっており、したがって光子計数検出器の出力スペクトルを計算する際に考慮に入れられる。

対照的に、図４は、パイルアップ次数のパラメータＮ＝０からＮ＝３の寄与率に対応する曲線４１０〜４４０を示す。この場合、３次パイルアップの寄与率Ｐ_３は１．６％である。３次パイルアップの寄与率Ｐ_３は閾値Ｔ_３＝２％未満であるため、寄与率は無視できるものと判断され、したがって光子計数検出器の出力スペクトルを計算する際に考慮に入れられない。曲線４４０が曲線４３０にほぼ重なっていることからも明らかであるように、３次パイルアップの寄与率Ｐ_３は微々たるものである。このように、光子計数検出器の出力スペクトルを計算する際に、パイルアップ次数のパラメータＮ＝０、１および２による寄与率のみを考慮に入れる。換言すれば、パイルアップ次数のパラメータＮ＝３、４、５等の寄与率は出力スペクトルの計算では無視される。したがって、所望の精度水準に基づいてよいユーザー定義閾値（Ｔ_Ｎ）が、出力スペクトルの計算に考慮されるパイルアップ次数（Ｐ_Ｎ）を決定する。言い換えると、検出器パイルアップモデル１０は、画像を再構成する際に所望される精度水準に基づいてパイルアップ次数の閾値を設定する。したがって、出力スペクトルの計算において計算するパイルアップ次数の数を一部に制限することによって、光子計数検出器の応答を計算するために必要とされる計算時間の削減が達成される。

このように検出器パイルアップモデル１０は、検出信号に対するパイルアップの寄与率が閾値以下となる高次のパイルアップの次数を算出する。続いて、検出器パイルアップモデル１０は、この寄与率に基づいて無視しても構わない次数を算出する。そして、検出器パイルアップモデル１０は、検出信号に対するパイルアップの寄与率が閾値以下となる高次のパイルアップを出力スペクトルの計算には使用しないようにする。これにより、検出器パイルアップモデル１０は、パイルアップ補正の計算時間を短縮することができる。

図５および図６は、第３世代ジオメトリに配置されるエネルギー積分検出器および第４世代ジオメトリに配置される光子計数検出器（ＰＣＤ）を有するハイブリッドシステムを備えたＣＴスキャナシステムの概略図を示す。図５は、ＰＣＤリングの内側にＸ線源５１２、およびＰＣＤリングの外側にＸ線検出器ユニット５０３を有する、リング結合型トポロジーを示す。対照的に、図６は、Ｘ線源５１２およびＸ線検出器ユニット５０３の両方がＰＣＤリングの外側にある、内側リングトポロジーを示す。本明細書に開示される実施形態は検出器がＰＣＤである第３世代ジオメトリを有するＣＴスキャナについても実施することができる。

図５には、ＣＴスキャナシステムにおいて所定の第３世代ジオメトリのＸ線検出器ユニット５０３を組み合わせた、所定の第４世代ジオメトリにＰＣＤを配置する実施態様が示されている。この図では、寝台５１６に横たわったスキャン対象の被検体ＯＢＪ、Ｘ線源５１２、コリメータ／フィルタ５１４、Ｘ線検出器ユニット５０３、および光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの相対位置を示す。ＰＣＤは、被検体ＯＢＪに対向する前面および被検体ＯＢＪの反対側を向く背面を有する。被検体ＯＢＪを通過するＸ線はＰＣＤ（の前面）により検出されるか、またはまばらに配置されたＰＣＤの間の空間を通過し、Ｘ線検出器５０３の密に配置されたエネルギー積分検出器により検出される。

さらに図５には、Ｘ線投影データを取得し、格納し、処理し、かつ分配する回路およびハードウェアが示されている。回路およびハードウェアは、プロセッサ５７０（処理回路ともいう）、ネットワークコントローラ５７４、メモリ５７８およびデータ収集システム５７６を含む。一実施態様において、Ｘ線源５１２およびコリメータ／フィルタ５１４は、回転可能にガントリ５４０に連結される第１回転コンポーネント５１０に固定して連結される。Ｘ線検出器５０３も同様に、回転可能にガントリ５４０に連結される第２回転コンポーネント５３０に固定して連結される。一方で、ＰＣＤは、ガントリ５４０に固定して連結される環状コンポーネント５２０に固定して連結される。ガントリ５４０は多数のＣＴスキャナを収容する。

ＣＴスキャナのガントリ５４０はさらに、寝台５１６に配置される被検体ＯＢＪをＸ線源５１２からＰＣＤおよび検出器ユニット５０３へと進むＸ線の投影面に位置付けることが可能な開口部６１５（図６に示す）を含む。「投影面」とはＸ線がＸ線源５１２から、ＰＣＤを含む検出器および検出器ユニット５０３まで通るボリュームである。「被検体空間」とは投影面とガントリの開口部６１５との交差部である。「画像空間」は、Ｘ線源５１２がガントリの開口部６１５の周りを回転するときのＸ線源５１２のすべての投影角度に対応する投影面の集合を含む。画像空間は概して被検体空間よりも大きく、被検体よりも大きい場合のあるボリュームの画像再構成を可能にする。

被検体ＯＢＪが被検体空間に置かれ、Ｘ線源５１２が一連の投影角度を通過しながら回転して、ＣＴスキャナが各投影角度で被検体ＯＢＪを通るＸ線の透過や減衰の投影データを収集することで、スキャンが行われる。

概して、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮはそれぞれ、所定の数の各エネルギービンに光子計数値を出力する。第４世代ジオメトリに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮに加えて、図５に示される実施態様は従来の第３世代ジオメトリに配置されたエネルギー積分検出器を有する検出器ユニット５０３を含む。検出器ユニット５０３の検出器素子は、検出器ユニット面に沿って、光子計数検出器よりも密に配置することができる。

一実施態様において、光子計数検出器は、円のような所定のジオメトリにおいて被検体ＯＢＪを中心にまばらに配置される。例えば、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ガントリの所定の第３環状コンポーネント５２０に固定して配置される。一実施態様において、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、所定の等距離位置で環状コンポーネント５２０に固定して配置される。別の実施態様において、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、所定の非等距離位置で環状コンポーネント５２０に固定して配置される。環状コンポーネント５２０は、被検体ＯＢＪに対して静止したままであり、データ収集中は回転しない。

Ｘ線源５１２、コリメータ／フィルタ５１４（例えば、ボウタイフィルタ）、および、検出器ユニット５０３はいずれも被検体ＯＢＪの周りを回転する一方で、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは被検体ＯＢＪに対して静止している。一実施態様において、Ｘ線源５１２が被検体ＯＢＪに向けて所定の線源ファンビーム角度θ_ＡでＸ線を投射する一方で、Ｘ線源５１２はまばらに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側で被検体ＯＢＪの周りを回転する。さらに、検出器ユニット５０３は、被検体ＯＢＪを挟んでＸ線源５１２とは正反対の位置に搭載される。検出器ユニット５０３は、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが所定のまばらな配置で固定されている静止した環状コンポーネント５２０の外側で回転する。

一実施態様において、Ｘ線源５１２は所望により被検体ＯＢＪに対して螺旋状経路を通り、回転部５１０が回転面においてＸ線源５１２および検出器ユニット５０３を回転させるときに、寝台５１６は、回転部５１０の回転面に垂直な所定の方向に被検体ＯＢＪを直線的に移動させる。

被検体ＯＢＪ周りの回転部５１０の動作は動作制御システムによって制御される。動作制御システムはデータ収集システム５７６と一体化されるか、または別個であることができ、回転部５１０の角度位置および寝台５１６の直線位置に関する一方向情報を提供する。動作制御システムは、回転部５１０および寝台５１６の位置を制御するために位置エンコーダおよびフィードバックを含むことができる。動作制御システムは、開ループシステム、閉ループシステム、または開ループシステムと閉ループシステムとの組み合わせであることができる。動作制御システムは線形エンコーダおよび回転エンコーダを用いて、回転コンポーネント５１０の位置および寝台５１６の位置に関するフィードバックを提供できる。動作制御システムはアクチュエータを用いて、第１回転コンポーネント５１０の動作および寝台５１６の動作を駆動できる。これらのポジショナおよびアクチュエータとしては、ステップモータ、ＤＣモータ、ウォーム駆動、ベルト駆動およびその他の当該技術分野において公知のアクチュエータを含むことができる。

ＣＴスキャナは、光子計数検出器および検出器ユニット５０３からデータ収集システム５７６、プロセッサ５７０、メモリ５７８、ネットワークコントローラ５７４に投影測定値結果をルーティングするデータチャネルをさらに含む。データ収集システム５７６は、検出器からの投影データの収集、デジタル化およびルーティングを制御する。データ収集システム５７６は、第１回転コンポーネント５１０および第２回転コンポーネント５３０の回転を制御する撮影制御回路をさらに含む。一実施態様において、データ収集システム５７６はさらに、寝台５１６の移動、Ｘ線源５１２の動作、およびＸ線検出器５０３の動作を制御する。データ収集システム５７６は集中システムであることができ、あるいは分散システムであることができる。一実施態様において、データ収集システム５７６はプロセッサ５７０と一体化される。プロセッサ５７０は投影データからの画像の再構成、投影データの再構成前処理、および画像データの再構成後処理を含む機能を実行する。

投影データの再構成前処理としては、検出器のキャリブレーション、検出器の非線形性、極性効果、ノイズ平衡化、および物質分離のための補正を含むことができる。すなわち、プロセッサ５７０は、図１に示す検出器パイルアップモデル１０及びモデルパラメータ推定デバイス２０による処理を実行するようにしてもよい。かかる場合、例えば、プロセッサ５７０は、最終的に生成されるスペクトルＳ_ｏｕｔ（Ｅ；ａ）を使用して画像を再構成するようにしてもよい。再構成後処理としては必要に応じて、画像のフィルタリングおよび平滑化、ボリュームレンダリング処理、および画像差処理を含むことができる。画像再構成プロセスは、フィルタードバックプロジェクション法、逐次近似画像再構成法または確率的画像再構成を用いて実施できる。プロセッサ５７０およびデータ収集システム５７６の両方は、例えば、投影データ、再構成画像、キャリブレーションデータおよびパラメータ、ならびにコンピュータプログラムを格納するためにメモリ５７８を利用できる。

プロセッサ５７０は、離散論理ゲートとして、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ）、またはその他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）として実装され得るＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むことができる。ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤの実装は、ＶＨＤＬ(Very-high-speed-integrated-circuits Hardware Description Language)、Ｖｅｒｉｌｏｇ、または任意の他のハードウェア記述言語でコード化してもよく、このコードはＦＰＧＡまたはＣＰＬＤ内の電子メモリに直接格納してもよく、または別個の電子メモリとして格納してもよい。さらに、メモリ５７８は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）またはＦＬＡＳＨメモリのように不揮発性であってもよい。メモリ５７８はＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）またはＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）のように揮発性であってもよく、ネットワークコントローラ５７４またはマイクロプロセッサ等のプロセッサ５７０が提供されて電子メモリ、ならびにＦＰＧＡまたはＣＰＬＤとメモリ５７８とのインタラクションを管理してもよい。

あるいは、プロセッサ５７０のＣＰＵは、本明細書に記載される機能を実行する１組のコンピュータ可読命令を含むコンピュータプログラムを実行してもよい。例えば、コンピュータプログラムは、補正プログラムであり、Ｘ線源から曝射されたＸ線を検出する光子計数検出器の入射スペクトルの計数率および光子計数検出器の不感時間値に基づき、光子計数検出器の出力スペクトルに対するパイルアップの寄与率をパイルアップ次数毎に算出して、予め定められた閾値とパイルアップ次数ごとに算出された寄与率とを比較することにより、閾値よりも寄与率が大きくなる所定のパイルアップ次数を決定する処理、所定のパイルアップ次数を下回る次数の各パイルアップ次数について、検出器応答モデルおよび入射スペクトルを使用して成分スペクトルを計算する処理、計算された成分スペクトルを合計して出力スペクトルを生成する処理をコンピュータに実行させる。この補正プログラムは上述した非一時的な電子メモリおよび／またはハードディスクドライブ、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＦＬＡＳＨドライブ、もしくは任意の他の公知の記憶媒体のいずれかに格納される。さらに、コンピュータ可読命令は、米国のＩｎｔｅｌ社製Ｘｅｎｏｎプロセッサまたは米国のＡＭＤ社製Ｏｐｔｅｒｏｎプロセッサ等のプロセッサ、ならびにＭｉｃｒｏｓｏｆｔ ＶＩＳＴＡ、ＵＮＩＸ（登録商標）、Ｓｏｌａｒｉｓ、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ ＭＡＣ−ＯＳ、および当業者に公知のその他のオペレーティングシステム等のオペレーティングシステム、とともに実行する、ユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン、もしくはオペレーティングシステムのコンポーネント、またはこれらの組み合わせとして提供されてもよい。また、ＣＰＵは、命令を実行するために並行して、協働して動作する複数のプロセッサとして実装され得る。

一実施態様において、再構成画像はディスプレイに表示できる。ディスプレイは、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）ディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＯＬＥＤ（Organic Light-Emitting Diode）、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）または当該技術分野において公知の任意の他のディスプレイであることができる。メモリ５７８はハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、ＦＬＡＳＨドライブ、ＲＡＭ、ＲＯＭまたは当該技術分野において公知の任意の他の電子ストレージであることができる。

米国のＩｎｔｅｌ社製Ｉｎｔｅｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ＰＲＯネットワークインタフェースカード等のネットワークコントローラ５７４は、ＣＴスキャナの種々の部品間をインタフェース接続できる。また、ネットワークコントローラ５７４は外部ネットワークともインタフェース接続できる。理解され得るように、外部ネットワークは、インターネット等の公共ネットワーク、もしくはＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）ネットワーク等のプライベートネットワーク、またはこれらの組み合わせであることができ、またＰＳＴＮ（Public Switched Telephone Networks）またはＩＳＤＮ（Integrated Services Digital Network）サブネットワークを含むこともできる。外部ネットワークはまた、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ネットワークのように有線であることができ、またはＥＤＧＥ（Enhanced Data GSM（登録商標） Environment）、３Ｇおよび４Ｇ無線セルラシステムを含むセルラネットワークのように無線であることができる。無線ネットワークはまた、ＷｉＦｉ（Wireless Fidelity）（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）または公知である任意の他の無線通信形態であることができる。

一実施態様において、Ｘ線源５１２は所望により単一のエネルギー源である。別の実施様態において、Ｘ線源５１２は、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線を曝射するｋＶスイッチング機能を実行するように構成される。さらに別の実施形態において、Ｘ線源５１２は、広域スペクトルのＸ線エネルギーを曝射する単一の線源である。さらに別の実施形態において、Ｘ線源５１２は、各エミッタが空間的にかつスペクトル的に異なる、複数のＸ線エミッタを含む。

検出器ユニット５０３は、シンチレータ素子と相互作用するＸ線照射から生じるシンチレーション事象から得られるシンチレーション光子を検出するために、光電子増倍管またはアバランシェフォトダイオードを有するシンチレーション素子等のエネルギー積分検出器を使用できる。シンチレータ素子は結晶（例えば、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＩ（純粋）、ＣｓＦ、ＫＩ（Ｔｌ）、ＬｉＩ（Ｅｕ）、ＢａＦ_２、ＣａＦ_２（Ｅｕ）、ＺｎＳ（Ａｇ）、ＣａＷＯ_４、ＣｄＷＯ_４、ＹＡＧ（Ｃｅ）、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（Ｃｅ）、ＧＳＯ、ＬＳＯ、ＬａＣｌ_３（Ｃｅ）、ＬａＢｒ_３（Ｃｅ）、ＬＹＳＯ、ＢＧＯ、ＬａＣｌ_３（Ｃｅ）、ＬａＢｒ_３（Ｃｅ）、Ｃ_１４Ｈ_１０、Ｃ_１４Ｈ_１２、およびＣ_１０Ｈ_８）、有機液体（例えば、ｐ−テルフェニル（Ｃ_１８Ｈ_１４）、ＰＢＤ（Ｃ_２０Ｈ_１４Ｎ_２Ｏ）、ブチルＰＢＤ（Ｃ_２４Ｈ_２２Ｎ_２Ｏ）、またはＰＰＯ（Ｃ_１５Ｈ_１１ＮＯ）等の蛍光体を有する有機溶媒）、プラスチック（例えば、固体ポリマーマトリックスに懸濁された蛍光体）、またはその他の公知のシンチレータであることができる。

ＰＣＤは、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、ケイ素（Ｓｉ）、ヨウ化水銀（ＨｇＩ_２）、およびヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）等の半導体をベースにした直接Ｘ線放射線検出器を使用できる。半導体ベースの直接Ｘ線検出器は概して、シンチレータ検出器等の間接検出器よりもはるかに高速な時間応答を有する。直接検出器の高速時間応答により、直接検出器は個々のＸ線検出事象を分解することができる。しかし、臨床Ｘ線用途に典型的な高Ｘ線束率では、検出事象のいくらかのパイルアップが生じる。検出されたＸ線のエネルギーは直接検出器によって生成された信号に比例しており、検出事象はエネルギービンに整理することができ、スペクトルが分解された、スペクトルＣＴ用のＸ線データが生成される。

図６は、ＣＴスキャナ用の内側リングトポロジーを示す。図５のＣＴスキャナと図６のＣＴスキャナとの主な差異は、図６ではＸ線源５１２および、Ｘ線源５１２が固定されている第１回転コンポーネント５１０が、ＰＣＤが固定されている環状コンポーネント５２０の外側に固定されていることである。一実施態様において、各ＰＣＤの背面には、まばらに配置された光子計数検出器の環状コンポーネント５２０の外側をＸ線源５１２が通るときに、ＰＣＤを背後からの照射から保護するための保護リヤカバーが備えられる。

Ｘ線源５１２、コリメータ／フィルタ５１４（例えば、ボウタイフィルタ）および検出器ユニット５０３はいずれも開口部６１５内の被検体ＯＢＪの周りを回転する一方で、光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは開口部６１５内の被検体ＯＢＪに対して静止している。一実施態様において、Ｘ線源５１２が被検体ＯＢＪに向かって所定の線源ファンビーム角度θ_ＡでＸ線を投射する一方で、Ｘ線源５１２はまばらに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側で被検体ＯＢＪの周りを回転するように、Ｘ線源５１２およびコリメータ／フィルタ５１４は、ガントリ５４０に取り付けられた第１回転コンポーネント５１０に取り付けられる。また、第３世代ジオメトリに配置されたエネルギー積分検出器を有する検出器ユニット５０３は、回転可能にガントリ５４０に固定された第２回転コンポーネント５３０に取り付けられる。検出器ユニット５０３は、Ｘ線源５１２と検出器ユニット５０３との中空空間にある被検体ＯＢＪを挟んでＸ線源５１２と正反対の位置で維持され、回転コンポーネント５１０および５３０は静止した環状コンポーネント５２０の外側で回転し、環状コンポーネント５２０上には光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが所定のまばらな配置で固定されている。

特定の実施形態が説明したが、これらの実施例は例示のためのみに提示されており、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。実際、明細書に記載される新規な方法およびシステムは種々の他の形態で実施されてもよい。例えば、本明細書に記載される技術は、スペクトル光子計数検出器をキャリブレーションするのに必要とされる計算時間を削減するために適用することができる。さらに、本発明の趣旨を逸脱することなく、本明細書に記載される方法およびシステムの形態において種々の省略、置換、および変更が可能である。添付の特許請求の範囲およびその均等物は、本発明の範囲および趣旨に含まれるであろう形態または変形を包含することを意図する。

上述したように、実施形態によれば、パイルアップ補正の計算時間を短縮することができる。

（その他の実施形態）
実施形態は、上述した実施形態に限られるものではない。

上記の実施形態の説明において、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

また、上記の実施形態で説明した制御方法は、予め用意された制御プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。この制御プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この制御プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、パイルアップ補正の計算時間を短縮することができる。

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同様に、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。

ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮ 光子計数検出器
１０ 検出器パイルアップモデル
２０ モデルパラメータ推定デバイス
５０３ Ｘ線検出器ユニット
５１２ Ｘ線源
５１４ コリメータ／フィルタ
５７０ プロセッサ
５７４ ネットワークコントローラ
５７６ データ収集システム
５７８ メモリ

Claims (8)

1. Ｘ線源から曝射されたＸ線を検出する光子計数検出器と、
   処理回路と、を備え、
   前記処理回路は、
   前記光子計数検出器の入射スペクトルの計数率および前記光子計数検出器の不感時間値に基づき、前記光子計数検出器の出力スペクトルに対するパイルアップの寄与率をパイルアップ次数毎に算出して、予め定められた閾値と前記パイルアップ次数ごとに算出された寄与率とを比較することにより、閾値よりも前記寄与率が大きくなる所定のパイルアップ次数を決定し、
   前記所定のパイルアップ次数を下回る次数の各パイルアップ次数について、検出器応答モデルおよび前記入射スペクトルを使用して成分スペクトルを計算し、
   計算された前記成分スペクトルを合計して前記出力スペクトルを生成する、Ｘ線ＣＴ装置。
2. 前記処理回路はさらに、生成された前記出力スペクトルを使用して画像を再構成する、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記処理回路はさらに、前記光子計数検出器の前記計数率と前記不感時間値との積に等しい平均値を有するポアソン分布に基づいて前記寄与率を算出する、請求項１又は２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記処理回路はさらに、画像を再構成する際に所望される精度水準に基づいて各パイルアップ次数の閾値を設定する、請求項１〜３のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記処理回路はさらに、前記光子計数検出器の素材、前記光子計数検出器の厚み及び前記光子計数検出器の検出信号を読み出す回路構成のうち少なくともいずれか一つを用いて前記光子計数検出器の前記不感時間値を設定する、請求項１〜４のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記処理回路はさらに、ピークパイルアップ事象とテールパイルアップ事象とを区別するための時間閾値パラメータを含む前記検出器応答モデルを使用して、前記成分スペクトルを計算する、請求項１〜５のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
7. Ｘ線源から曝射されたＸ線を検出する光子計数検出器の入射スペクトルの計数率および前記光子計数検出器の不感時間値に基づき、前記光子計数検出器の出力スペクトルに対するパイルアップの寄与率をパイルアップ次数毎に算出して、予め定められた閾値と前記パイルアップ次数ごとに算出された寄与率とを比較することにより、閾値よりも前記寄与率が大きくなる所定のパイルアップ次数を決定し、
   前記所定のパイルアップ次数を下回る次数の各パイルアップ次数について、検出器応答モデルおよび前記入射スペクトルを使用して成分スペクトルを計算し、
   計算された前記成分スペクトルを合計して前記出力スペクトルを生成する
   処理を含む、補正方法。
8. Ｘ線源から曝射されたＸ線を検出する光子計数検出器の入射スペクトルの計数率および前記光子計数検出器の不感時間値に基づき、前記光子計数検出器の出力スペクトルに対するパイルアップの寄与率をパイルアップ次数毎に算出して、予め定められた閾値と前記パイルアップ次数ごとに算出された寄与率とを比較することにより、閾値よりも前記寄与率が大きくなる所定のパイルアップ次数を決定し、
   前記所定のパイルアップ次数を下回る次数の各パイルアップ次数について、検出器応答モデルおよび前記入射スペクトルを使用して成分スペクトルを計算し、
   計算された前記成分スペクトルを合計して前記出力スペクトルを生成する
   処理をコンピュータに実行させるための補正プログラム。

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