JP2016198493A - Ｘ線検出器装置及びｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計数性能とエネルギー分解能とを向上させること。【解決手段】実施形態のＸ線検出器装置は、Ｘ線管の回転軌道と中心を同一とする円軌道に沿って配置された複数の検出器モジュールを備えたＸ線検出器装置である。各検出器モジュールは、第１の面に設けられたアノードピクセルと、前記第１の面と対向した第２の面に設けられるカソード電極とを備える光子計数検出器（Photon-Counting Detector：ＰＣＤ）と、前記ＰＣＤに設けられ、当該ＰＣＤの前記アノードピクセルに隣接する面であって、前記Ｘ線管から照射されたＸ線の入射方向側の面の所定の領域を遮蔽するコリメータと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線検出器装置及びＸ線ＣＴ装置に関する。

コンピュータ断層撮影（Computed Tomography：ＣＴ）スキャナのほとんどでは通常、Ｘ線ビームが多色性である。しかし、第３世代ＣＴスキャナでは検出器のエネルギー積分特性によるデータに基づいて画像が生成される。これらの従来の検出器はエネルギー積分検出器と呼ばれ、エネルギー積分Ｘ線データを収集する。一方、光子計数検出器（Photon-Counting Detector：ＰＣＤ）は、エネルギー積分特性ではなく、Ｘ線源のスペクトル特性を収集するように構成される。透過したＸ線データのスペクトル特性を得るために、ＰＣＤはＸ線ビームを成分別のエネルギーすなわちスペクトルビンに分解し、各ビンにおける光子数を計数する。ＣＴにおけるＸ線源のスペクトル特性の利用は、スペクトルＣＴと呼ばれることが多い。スペクトルＣＴには２以上のエネルギーレベルでの透過Ｘ線検出が含まれるため、スペクトルＣＴは一般に、定義によるとデュアルエネルギーＣＴを含む。

また、ハイブリッドジオメトリ光子計数ＣＴ（Photon-Counting Computed Tomography：ＰＣＣＴ）システムが特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示されているハイブリッドジオメトリＰＣＣＴの内容は参照することにより本明細書に援用される。ハイブリッドＰＣＣＴ設計において、第４世代ＣＴジオメトリではリング状の疎に分散されたＰＣＤを使用してスペクトル情報を収集するが、エネルギー積分検出器は第３世代ジオメトリを使用してデータを収集する。第４世代設計によりＰＣＤ技術が直面する課題を克服できるのに対し、第３世代のデータは再構成における空間分解能およびノイズ特性を維持するために使用することができる。

米国特許出願公開第２０１３／２５１０９７号明細書

本発明が解決しようとする課題は、計数性能とエネルギー分解能とを向上させることができるＸ線検出器装置及びＸ線ＣＴ装置を提供することである。

実施形態のＸ線検出器装置は、Ｘ線管の回転軌道と中心を同一とする円軌道に沿って配置された複数の検出器モジュールを備えたＸ線検出器装置である。各検出器モジュールは、第１の面に設けられたアノードピクセルと、前記第１の面と対向した第２の面に設けられるカソード電極とを備える光子計数検出器（Photon-Counting Detector：ＰＣＤ）と、前記ＰＣＤに設けられ、当該ＰＣＤの前記アノードピクセルに隣接する面であって、前記Ｘ線管から照射されたＸ線の入射方向側の面の所定の領域を遮蔽するコリメータと、を備える。

図１は、Ｘ線ＣＴ装置の構成例を示す図である。 図２は、Ｘ線ＣＴ装置の構成例を示す図である。 図３は、従来技術を説明するための図である。 図４は、従来技術を説明するための図である。 図５は、第１の実施形態に係る検出器モジュールの構成例を示す図である。 図６は、第２の実施形態に係る検出器モジュールの構成例を示す図である。 図７Ａは、第３の実施形態に係る検出器モジュールの構成例を示す図である。 図７Ｂは、第３の実施形態に係る検出器モジュールの構成例を示す図である。 図８Ａは、第３の実施形態の変形例に係る検出器モジュールの構成例を示す図である。 図８Ｂは、第３の実施形態の変形例に係る検出器モジュールの構成例を示す図である。 図９は、傾斜されコリメートされたＰＴＦ直接変換型ＰＣＤを備えた第４世代ＣＴスキャナの一例を示す図である。 図１０は、コンピュータ処理システムの一例を示す図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係るＸ線検出器装置及びＸ線ＣＴ装置を説明する。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。

一実施形態では、リング状に配置された複数の固定ＰＣＤ（Photon-Counting Detector）モジュールを備えるＣＴイメージング装置が提供され、各ＰＣＤモジュールは、リングの円周方向の法線方向に対して傾斜され、ＰＴＦ（Parallel-Transverse-Field） ＰＣＤの所定の領域を覆うコリメータを備える第１のＰＴＦ ＰＣＤを備え、コリメータは入射Ｘ線を遮蔽する。

例示的実施形態によれば、高計数率でエネルギー分解能を向上するための検出器装置について、ＣＴ（Computed Tomography）イメージングシステムを参照しながら以下で記載し論じるが、本発明の方法およびシステムはＰＣＤを使用するその他のイメージングシステムに適用してもよいと理解されるべきである。

本発明およびその付随する利点の多くは、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、より完全な理解が容易に得られるであろう。

（第１の実施形態）

図１及び図２は、Ｘ線ＣＴ装置の構成例を示す図である。図１では、光子を検出する検出器アレイを備えることができるＸ線ＣＴ装置の簡略化した概略構造を示す。本開示の態様は医用イメージングシステムとしてのＸ線ＣＴ装置に限定されない。特に、本明細書に記載される構造および手順はその他の医用イメージングシステムに適用でき、本明細書に提供されるＸ線ＣＴ装置および光子の検出に特に関連する説明は例示として考えられるべきである。検出器アレイ、光子検出器、および／または光子検出器アレイは、本明細書において単に検出器と呼んでもよい。

図１に示すＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線管１、フィルタおよびコリメータ２、ならびに検出器３を備える。Ｘ線管１と検出器３とが被検体を挟んで対向するようにフレーム８によって支持され、被検体を中心した円軌道にて高速に回転する。

Ｘ線ＣＴ装置はさらに、図２に示すような、Ｘ線検出器装置を有する。このＸ線検出器装置は、Ｘ線管１の回転軌道と中心を同一とする円軌道に沿って配置された複数の検出器モジュール３’を備える。この複数の検出器モジュール３’は、図２に示すように、第３世代検出器とは異なる半径に配置されうる。また、例えば、Ｘ線検出器装置は、スパース固定エネルギー識別（例えば、光子計数）型の検出器モジュール３’を備える。言い換えると、各検出器モジュール３’は、光子計数検出器（Photon-Counting Detector：ＰＣＤ）を備える。ＣＴイメージングシステムにおけるＰＣＤは、半導体材料、例えば、中でも多くの場合ＣＺＴと呼ばれるテルル化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＴｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、およびケイ素（Ｓｉ）から製造されることが多い。

一例をあげると、ＰＣＤは、半導体結晶と、アノード側電極と、カソード側電極とを備える。半導体結晶は、第１の面および第２の面を有する矩形の半導体結晶であり、第１の面と第２の面とが平行である。この半導体結晶は、例えば、ＣｄＺｎＴｅまたはＣｄＴｅである。また、アノード側電極は、第１の面に複数のアノードピクセルを有する。カソード側電極は、第２の面を覆うカソード電極を有する。

Ｘ線ＣＴ装置は、ガントリモータや、ガントリの回転を制御し、Ｘ線源を制御し、患者の寝台を制御する制御部４等の、追加の機械部品および電気部品をさらに備える。Ｘ線ＣＴ装置は、データ収集システム５および処理部６をさらに備える。処理部６は、データ収集システム５によって収集される投影（ビュー）データに基づいてＣＴ画像を生成するように構成されている。例えば、処理部６は、スペクトルＣＴ画像を再構成する再構成処理部を備える。処理部６は、本明細書に記載されるプロセス、アルゴリズム、式、および関係に従って、方法を実施し、アルゴリズムを実行するようにプログラムされる。処理部６およびデータ収集システム５はメモリ７を利用することができ、メモリ７は、例えば検出器３及び複数の検出器モジュール３’から得られるデータ、検出器パイルアップモデル、および再構成画像を保存するように構成されている。

Ｘ線管１、フィルタおよびコリメータ２、検出器３、ならびに制御部４は、穴を含むフレーム８に備えられうる。フレーム８は略円筒形状またはドーナツ形状を有する。図１に示す図において、フレーム８の穴の長手軸は穴の中心にあり、この紙面の中および外に伸長する。領域９として認識される穴の内部は、イメージングの標的領域である。患者等のスキャン対象である被検体が、例えば患者テーブルとともに標的領域に配置される。次いで、被検体はＸ線管１によってファンまたはコーン照射１０を照射されることができ、この照射１０は長手軸に関して被検体を全体的に、実質的に、または効果的に横断する。処理部６は、捕捉された入射Ｘ線光子の光子数を決定するようにプログラムされる。データ収集システム５、処理部６、およびメモリ７は、単一のマシンまたはコンピュータとして、あるいは互いに接続されるかまたはネットワークもしくは他のデータ通信システムを介して分散される別個のマシンまたはコンピュータとして実現されうる。制御部４はさらにネットワークまたは他のデータ通信システムを介して接続されることができ、また別個のマシンもしくはコンピュータによって実現されるか、または本システムの別のマシンもしくはコンピュータの一部として実現されうる。

図１において、検出器３は、長手軸に関してＸ線管１とともに回転する回転検出器アレイである。Ｘ線ＣＴ装置は、複数の検出器モジュール３’（静止検出器アレイとも言う）をさらに備えることもできるため、回転検出器アレイおよび静止アレイがともにフレーム８内に備えられる。その他の検出器構成が実現されうる。

このような構成のＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線管１がＸ線を照射しながら回転し、各検出器モジュール３’は、Ｘ線管１から照射されたＸ線を検出する。ここで、検出器モジュール３’は、例えばカソード側電極がＸ線管１の回転中心を向くように配置されている場合、Ｘ線管１が検出器モジュール３’と対向する位置以外にある場合でも、Ｘ線管１から照射されたＸ線を検出する。例えば、検出器モジュール３’は、カソード側電極とアノード側電極とに隣接する面から入射するＸ線を検出する場合がある。以下では、検出器モジュール３’のカソード側電極がＸ線管１の回転中心を向くように配置される例も含めて、検出器モジュール３’がカソード側電極とアノード側電極とに隣接する面から入射するＸ線を検出する場合のＸ線の減衰について説明する。なお、以下では説明の便宜上、カソード側電極とアノード側電極とに隣接する面のことを単に「側面」とも言う。

まず、図３及び図４を用いて、従来技術について説明する。図３及び図４は、従来技術を説明するための図である。図３では、ＰＣＤ内部でのＸ線減衰の一例を示す。図３の下図に示すように、ＰＣＤは、半導体結晶と、アノード側電極と、カソード側電極とを備える。また、図３の下図に示すように、アノード側電極とカソード側電極との間で電界Ｅが生じる。ここで、アノード側電極とカソード側電極とが平行であるので、平行な横磁界が生じる。このようなことからＰＣＤのことをＰＴＦ（Parallel-Transverse-Field）直接変換型ＰＣＤとも言う。このようなＰＴＦ直接変換型ＰＣＤは、図３の下図の示すように、カソード側電極とアノード側電極とに隣接する面である側面で入射するＸ線を検出する。図３の上図では、Ｘ軸は検出器の深さを表し、Ｙ軸はＰＣＤが検出するＸ線数を示す。すなわち、図３の上図は、図３の下図のＸ軸方向からＸ線が入射した場合のＸ軸方向への到達度（減衰量）を示す。図３の上図に示すように、ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤの側面からＸ線が入射する場合のＸ線照射強度は、Ｘ軸方向で示す検出器の深さとともに指数関数的に減少し、この減少率は減衰係数によって制御される。

また、カソード電極側でＸ線を検出するＰＣＤでは、アノード−カソード間の距離が２〜３ｍｍ必要とされるが、カソード側電極とアノード側電極とに隣接する面である側面でＸ線を検出するＰＴＦ直接変換型ＰＣＤでは、アノード−カソード間の距離を１ｍｍオーダーにすることが可能になる。したがって、側面でＸ線を検出するＰＴＦ直接変換型ＰＣＤは、カソード電極側でＸ線を検出するＰＣＤと比較して、より高速の計数性能を示す。また、ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤの別の利点は、ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤがアノードを複数有する構造のためより高い計数率を支持できることであるが、複数の小さな信号は最終的に単一の大きな信号に結合される。しかし、ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤ（例えば、ＣｄＺｎＴｅまたはＣｄＴｅ）では、位置依存電荷収集のためスペクトル情報を提供するときに不都合が生じる。例えば、従来のＰＴＦ（Parallel-Transverse-Field）直接変換型ＰＣＤ（ＣｄＺｎＴｅまたはＣｄＴｅ）では電荷飛行時間を低減するために、エネルギー分解能が極度に損なわれることが問題となっている。さらに、ピクセル型非ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤは、ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤよりも電荷収集時間が長いことにより長い飛行時間を有するため、それによって計数性能が制限されてしまう。さらに、極性効果、および一次エネルギー（例えば、Ｘ線エネルギー）を別の量子（例えば、Ｘ線量子）を通じて隣接するピクセルに部分的に移送することにより引き起こされるＫエスケープによっても検出器の性能が低下する。

例えば、図４では、検出器の深さに対するピクセル型ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤの重み付けポテンシャルを示す。図４の左図は、図３の下図と同様のＰＴＦ直接変換型ＰＣＤを示す。図４の右図では、縦軸がアノード側電極からの距離を示し、横軸が重みを示す。また、図４の右図の横軸の重みは、右側（矢印側）に行くほど低くなる。重み付けポテンシャルは、動いている電荷間の結合、および動いている電荷が検出器内でドリフトするときの電荷の電極を示す。図４に示す点線間の領域では、相互作用によりエネルギー情報がほとんど提供されず、検出効率が低い。より具体的には、図４の左図に示すようにアノード側電極が分割されているので、生成されたエネルギー情報が分散したり、長距離を移動する間に他のフォトン由来の信号と結合したり、トラップされたりすることにより、図４に示す点線間の領域では、エネルギー情報が不正確になる。

このようなことから、第１の実施形態では、検出器モジュール３’を以下に説明するように構成することで、計数性能とエネルギー分解能とを向上させる。図５は、第１の実施形態に係る検出器モジュール３’の構成例を示す図である。図５に示すように、ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤの第１の実施形態は、ピクセル型ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤおよびコリメータを備える。ピクセル型ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤは、ＣｄＺｎＴｅまたはＣｄＴｅ等の半導体材料から形成される結晶を備える。結晶の１面は大型の単一カソード電極を有する。結晶の反対の面はアノード側であり、サイズが可変の矩形または正方形のアノードピクセルのアレイを備える。コリメータは、ＰＣＤに設けられ、当該ＰＣＤのアノードピクセルに隣接する面であって、Ｘ線管１から照射されたＸ線の入射方向側の面の所定の領域を覆う。一例をあげると、コリメータは、図５に示すように、点線間の入射Ｘ線を遮蔽するためにアノード側付近で結晶に取り付けられる。この点線間では、図５の右図に示すように、入射Ｘ線と検出器との間の相互作用はエネルギー情報をほとんど有しない。コリメータ寸法は電極設計（重み付けポテンシャル）に応じ、異なる用途のために最適化できる。すなわち、図５において点線間で示すコリメータが覆う所定の領域は、アノードピクセルからの距離に応じた検出効率に基づいて設定される。

例えば、コリメータの材料および厚さは、入射Ｘ線エネルギーおよび必要とする光子遮蔽効率により決定できる。コリメータの高さは、第１列のピクセルの重み付けポテンシャルを計算して求められる。図５は、第１列のピクセルが、ＰＣＤにおいてＸ線光子の入口ウィンドウに最も近いピクセルであることを示す。コリメータの幅は、検出器の幅に基づいて決定される。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る検出器モジュール３’の構成例を示す図である。この第２の実施形態は、第４世代ＣＴスキャナにおける極性効果を低減するために実施される。第４世代ＣＴスキャナにおいて、検出器は静止ガントリ上にあり、Ｘ線源は回転する。各検出器はＸ線源が回転するにつれて、異なる入射角度からＸ線を受信する。検出器応答はＸ線入射角により変化し、これは極性効果と呼ばれる。極性効果は通常、入射光子に非垂直な入射に対して起こるため、検出器の応答を測定する際に曖昧さをもたらし、医用イメージングシステムにおける全体的な空間分解能を低下させてしまう。図６に示すように、入射光子６０４および６０６が検出器の電界Ｅに垂直でない場合、検出器の幾何学的効率が法線入射線６０２の場合とは異なる。したがって、極性効果を、スパース第４世代ＰＣＤジオメトリ用の検出器設計に組み込む必要がある。

したがって、ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤの第２の実施形態は、ピクセル型ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤおよび拡張型コリメータを備える。ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤの設計は図５で説明したものと同様である。拡張型コリメータは、アノードピクセルが設けられた第１の面に隣接する面であって、Ｘ線管１から照射されたＸ線の入射方向側の面の所定の領域を覆うとともに、アノードピクセルを更に覆う。拡張型コリメータを使用して、結晶と検出器との間の相互作用によりエネルギー情報がほとんど提供されない領域およびアノード側表面全体の両方を遮蔽することで、非垂直角度でのＸ線入射を防ぐ。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、検出器モジュール３’のカソード側電極がＸ線管１の回転中心を向くように配置されるのではなく、カソード側電極とアノード側電極とに隣接する面である側面がＸ線管１の回転中心を向くように配置される場合について説明する。ここで、検出器モジュール３’のＰＣＤは、円軌道の法線方向に対して傾斜される。図７Ａ及び図７Ｂは、第３の実施形態に係る検出器モジュール３’の構成例を示す図である。第３の実施形態に係る検出器モジュール３’は、図７Ａに示すように、一対のピクセル型ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤおよび２つのコリメータを備える。このＰＴＦ直接変換型ＰＣＤの構成は図５で説明したものと同様である。すなわち、検出器モジュール３’は、ＰＣＤとして、コリメータが設けられた第１のＰＣＤと、コリメータが設けられた第２のＰＣＤとを有する。また、２つのＰＴＦ直接変換型ＰＣＤ（検出器ＡおよびＢ）は、円周方向７０８に沿った法線面に対して傾斜される。言い換えると、第１のＰＣＤおよび第２のＰＣＤはそれぞれ、円軌道の法線方向に対して傾斜される。図７Ａに示すように、検出器Ａはピクセルアノード側が円周方向に沿って法線面を向くように円周方向に沿って時計回りに傾斜され、検出器Ｂはピクセルアノード側が円周方向に沿って法線面を向くように円周方向に沿って反時計回りに傾斜される。すなわち、第１のＰＣＤおよび第２のＰＣＤはそれぞれ、アノードピクセルが設けられた第１の面が互いに対向するように円軌道の法線方向に対して所定の角度で傾斜される。そして、第１のＰＣＤと第２のＰＣＤとが、円軌道の中心側から当該円軌道側へ向く開口部を形成する。このように、検出器ＡおよびＢを傾斜させることで、Ｘ線７０２、７０４、および７０６は対称に検出器に入射する。横傾斜角度θは、検出器Ａのアノード側と検出器Ｂのアノード側との間の角度である。各ＰＣＤはコリメータを有し、これはアノード側付近で結晶に取り付けられて、入射Ｘ線と検出器との間の相互作用によりエネルギー情報がほとんど提供されない点線間の入射Ｘ線を遮蔽する。コリメータ寸法は電極設計に応じ、感度を向上するためにさらに寸法を小さくすることができる。

図７Ｂは、最適な極性検出器応答のために最適化された異なる横傾斜角度を有する別の実施形態を示す。図７Ｂに示す例では、図７Ａに示す例と同様に、検出器モジュール３’は、ＰＣＤとして、コリメータが設けられた第１のＰＣＤと、コリメータが設けられた第２のＰＣＤとを有する。そして、第１のＰＣＤと第２のＰＣＤとが、円軌道の中心側から当該円軌道側へ向く開口部を形成する。また、図７Ｂに示す検出器モジュール３’は、ＰＣＤとして、コリメータが設けられた第１のＰＣＤ（例えば、検出器Ａ）と、コリメータが設けられた第２のＰＣＤ（例えば、検出器Ｂ）とを有する。ここで、図７Ｂに示すコリメータは、図７Ａに示すコリメータとは異なり一体化している。この実施形態によってスパース第４世代ＰＣＤにおいて高い計数率および対称な極性応答が可能となる。なお、図７Ａ及び図７Ｂに示す検出器モジュール３’が有するＰＴＦ直接変換型ＰＣＤの構成は、図５で説明したものと同様であるものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、図７Ａ及び図７Ｂに示す検出器モジュール３’が有するＰＴＦ直接変換型ＰＣＤの構成は、図６で説明したものと同様であってもよい。すなわち、図７Ａ及び図７Ｂに示す検出器モジュール３’は、アノードピクセルが設けられた第１の面に隣接する面であって、Ｘ線管１から照射されたＸ線の入射方向側の面の所定の領域を覆うとともに、アノードピクセルを更に覆う拡張型コリメータを有してもよい。

（第３の実施形態の変形例）
図８Ａ及び図８Ｂを用いて、第３の実施形態の変形例について説明する。図８Ａ及び図８Ｂは、第３の実施形態の変形例に係る検出器モジュール３’の構成例を示す図である。第３の実施形態では、第１のＰＣＤおよび第２のＰＣＤはそれぞれ、アノードピクセルが設けられた第１の面が互いに対向するものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、図８Ａに示すように、第３の実施形態の変形例に係る検出器モジュール３’は、一対のピクセル型ＰＴＦ直接変換型ＰＣＤおよび２つのコリメータを備える。このＰＴＦ直接変換型ＰＣＤの構成は図５で説明したものと同様である。２つのＰＴＦ直接変換型ＰＣＤ（検出器ＡおよびＢ）は、法線面に対して傾斜され、「ウェル」を形成し、傾斜された検出器Ａおよび検出器ＢからのＫエスケープ光子を収集する。

図８Ａに示すように、検出器Ａはピクセルアノード側が円周方向の法線面を向くように反時計回りに傾斜され、検出器Ｂはピクセルアノード側が円周方向の法線面を向くように時計回りに傾斜される。すなわち、第１のＰＣＤおよび第２のＰＣＤはそれぞれ、カソード電極を有する第２の面が互いに対向するように円軌道の法線方向に対して所定の角度で傾斜されてもよい。そして、第１のＰＣＤと第２のＰＣＤとが、円軌道側から当該円軌道の中心側へ向く開口部を形成する。これにより、Ｘ線８０２は、傾斜された検出器ＡおよびＢにより形成されたウェルに入射する。横傾斜角度αは、検出器Ａのカソード側と、検出器Ｂのカソード側との間の角度である。角度αはＫエスケープおよび入射スペクトルエネルギーを最適化するように設定できる。各ＰＣＤはコリメータを有し、これはアノード側付近で結晶に取り付けられ、入射Ｘ線と検出器との間の相互作用によりエネルギー情報がほとんど提供されない入射Ｘ線を遮蔽する。コリメータ寸法は電極設計に応じ、感度を向上するためにさらに寸法を小さくすることができる。なお、図８Ａに示す検出器モジュール３’が有するＰＴＦ直接変換型ＰＣＤの構成は、図５で説明したものと同様であるものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、図８Ａに示す検出器モジュール３’が有するＰＴＦ直接変換型ＰＣＤの構成は、図６で説明したものと同様であってもよい。すなわち、図８Ａに示す検出器モジュール３’は、アノードピクセルが設けられた第１の面に隣接する面であって、Ｘ線管１から照射されたＸ線の入射方向側の面の所定の領域を覆うとともに、アノードピクセルを更に覆う拡張型コリメータを有してもよい。

図８Ｂは、検出器の感度を向上するためにコリメータ寸法を変更する例を示す。測定された光子数は、コリメータに遮蔽されていない検出器の面積に比例する。コリメータの高さをｈ２からｈ１に減らすことにより計数効率が増加するため、合計個数はＮ２からＮ１に増える。しかし、コリメータの高さをｈ２からｈ１に減らすと、スペクトル性能は低下してしまう。

図９は、傾斜されコリメートされたＰＴＦ直接変換型ＰＣＤを備えた第４世代ＣＴスキャナの一例を示す図である。傾斜されコリメートされた所定数のＰＴＦ直接変換型ＰＣＤを備えた複数の検出器モジュール（図９に例示するＰＣＤ１〜ＰＣＤＮ）は、円等の所定のジオメトリにおいて被検体の周りに疎に配置される。例えば、複数の検出器モジュールは、Ｘ線管１の回転軌道と中心を同一とする円軌道に沿って配置される。Ｘ線管１は被検体を中心とした所定の線源ファンビーム角度でＸ線を投影しながら、Ｘ線管１はスキャン対象の被検体の周りを回転する。なお、図９に示す例では、Ｘ線管１は、複数の検出器モジュールが配置される円軌道の外周側を回転軌道とする場合を示しているが、複数の検出器モジュールが配置される円軌道の内周側を回転軌道としてもよい。

（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。

図１０は、コンピュータ処理システムの一例を示す図である。図１０に示すコンピュータ処理システムは、図１に示す処理部６を備えることができる。処理部６はハードウェアデバイス、例えば、記載された機能を中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）に実行させる１つ以上のコンピュータプログラムを実行するように明確に構成されたＣＰＵであることができる。特に、この例示的処理システムは、ＣＰＵ等の１つ以上のマイクロプロセッサもしくは均等物、および／または少なくとも１つの特定用途向けプロセッサ（Application-Specific Processor：ＡＳＰ）（図示せず）を用いて実施することができる。マイクロプロセッサは、本開示のプロセスおよびシステムを実施および／または制御するようにマイクロプロセッサを制御するように構成され、本明細書に記載されるアルゴリズムを実行するように構成されるメモリ回路（例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、フラッシュメモリ、スタティックメモリ、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）、およびこれらの均等物）等のコンピュータ可読記憶媒体を利用する回路または回路機構である。その他の記憶媒体は、ハードディスクドライブまたは光ディスクドライブを制御できる、ディスク制御部等の制御部を介して制御されうる。

別の実施態様において、マイクロプロセッサまたはその態様は、本開示の態様を強化するかまたは完全に実施するための論理回路を含むか、またはこれを排他的に含むことができる。このような論理回路としては、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）、ジェネリックアレイロジック（Generic-Array of Logic：ＧＡＬ）、およびこれらの均等物が挙げられるが、これらに限定されない。マイクロプロセッサは別個の素子または単一の処理機構であることができる。また、本開示はマルチコアＣＰＵおよびグラフィックスプロセッシングユニット（Graphics Processing Unit：ＧＰＵ）の並行処理能力の利益を享受して、改善された計算効率を得ることができる。多重処理構成における１つ以上の処理部をさらに利用して、メモリに含まれる一連の命令を実行してもよい。あるいは、ハードワイヤード回路をソフトウェア命令に代えて、またはソフトウェア命令と組み合わせて使用してもよい。したがって、本明細書で述べられる例示的実施態様は、ハードウェア回路機構とソフトウェアとの任意の特定の組み合わせに限定されない。

別の態様では、本開示による処理の結果はディスプレイ制御部を介してモニタに表示できる。ディスプレイ制御部は好ましくは、計算効率を改善するために、複数のグラフィックスプロセッシングコアによって提供できる少なくとも１つのＧＰＵを含む。加えて、周辺機器としてＩ／Ｏ（入力／出力）インタフェースに接続することができるマイクロフォン、スピーカ、カメラ、マウス、キーボード、タッチベースディスプレイ、またはパッドインタフェース等からの信号とデータのうち少なくとも一方を入力するために、Ｉ／Ｏインタフェースを提供する。例えば、本開示の種々のプロセスまたはアルゴリズムのパラメータを制御する、キーボードまたはポインティングデバイスをＩ／Ｏインタフェースに接続して、さらなる機能性および構成オプションをもたらすか、またはディスプレイ特性を制御することができる。また、モニタは、コマンド／命令インタフェースを提供するためにタッチセンシティブインタフェースを備えることができる。

上述の構成要素を、制御可能なパラメータを含むデータの送受信のためにネットワークインタフェースを介して、インターネットまたはローカルイントラネット等のネットワークに接続できる。上記のハードウェア構成要素を一緒に接続するために中央バスが提供され、それらの間のデジタル通信のための少なくとも１つの経路を提供する。

また、一実施態様において、処理システムはネットワークまたは他のデータ通信接続によって互いに接続されうる。処理システムの１つ以上は対応するアクチュエータに接続されて、ガントリ、Ｘ線源、および／または患者寝台の移動を作動および制御することができる。

好適なソフトウェアは、メモリおよびストレージデバイスを含む、処理システムのコンピュータ可読媒体にタンジブルに保存することができる。コンピュータ可読媒体のその他の例は、コンパクトディスク、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、テープ、光磁気ディスク、ＰＲＯＭ（Programmable Read Only Memory）（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ）、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＳＤＲＡＭ、もしくは任意の他の磁気媒体、コンパクトディスク（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory））、またはコンピュータが読み取り可能な任意の他の媒体である。ソフトウェアとしては、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、開発ツール、アプリケーションソフトウェアや、グラフィカルユーザインタフェースが挙げられるが、これらに限定されない。

上述の媒体におけるコンピュータコード要素は、スクリプト、解釈可能なプログラム、ダイナミックリンクライブラリ（Dynamic Link Library：ＤＬＬ）、Ｊａｖａ（登録商標）クラス、および完全実行可能プログラムを含むがこれらに限定されない、任意の解釈可能なまたは実行可能なコードメカニズムであってよい。また、本開示の態様の処理部分は、より良好な性能、信頼性、および／またはコストのために分散されてもよい。

処理システムのデータ入力部分では、例えば、対応する有線接続により、検出器または検出器のアレイからの入力信号を受信する。複数のＡＳＩＣまたは他のデータ処理構成要素が、データ入力部を形成するものとして、またはデータ入力部への入力を提供するものとして提供されうる。ＡＳＩＣはそれぞれ、個別検出器アレイまたはそのセグメント（個別の部分）からの信号を受信できる。検出器からの出力信号がアナログ信号である場合、データ記録および処理の用途のために、フィルタ回路をアナログ−デジタル変換器とともに設けることができる。フィルタリングはさらに、アナログ信号用の個別のフィルタ回路なしで、デジタルフィルタリングによって提供することができる。あるいは、検出器がデジタル信号を出力する場合、デジタルフィルタリングとデータ処理のうち少なくとも一方は検出器の出力から直接行うことができる。

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。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、計数性能とエネルギー分解能とを向上させることができる。

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。

１ Ｘ線管
２ フィルタおよびコリメータ
３ 検出器
３’ 検出器モジュール
４ 制御部
５ データ収集システム
６ 処理部
７ メモリ
８ フレーム

Claims (18)

1. Ｘ線管の回転軌道と中心を同一とする円軌道に沿って配置された複数の検出器モジュールを備えたＸ線検出器装置であって、
   各検出器モジュールは、
   第１の面に設けられたアノードピクセルと、前記第１の面と対向した第２の面に設けられるカソード電極とを備える光子計数検出器（Photon-Counting Detector：ＰＣＤ）と、
   前記ＰＣＤに設けられ、当該ＰＣＤの前記アノードピクセルに隣接する面であって、前記Ｘ線管から照射されたＸ線の入射方向側の面の所定の領域を遮蔽するコリメータと、
   を備えた、Ｘ線検出器装置。
2. 前記所定の領域は、前記アノードピクセルからの距離に応じた検出効率に基づいて設定される、請求項１に記載のＸ線検出器装置。
3. 前記コリメータは、前記アノードピクセルを更に覆う、請求項１又は２に記載のＸ線検出器装置。
4. 前記ＰＣＤは、前記円軌道の法線方向に対して傾斜される、請求項１〜３のいずれか一つに記載のＸ線検出器装置。
5. 前記各検出器モジュールは、前記ＰＣＤとして、前記コリメータが設けられた第１のＰＣＤと、前記コリメータが設けられた第２のＰＣＤとを有し、前記第１のＰＣＤおよび前記第２のＰＣＤはそれぞれ、前記円軌道の法線方向に対して傾斜される、請求項１〜３のいずれか一つに記載のＸ線検出器装置。
6. 前記第１のＰＣＤおよび前記第２のＰＣＤはそれぞれ、アノードピクセルが設けられた第１の面が互いに対向するように前記円軌道の法線方向に対して所定の角度で傾斜され、前記第１のＰＣＤと前記第２のＰＣＤとが、前記円軌道の中心側から当該円軌道側へ向く開口部を形成する、請求項５に記載のＸ線検出器装置。
7. 前記第１のＰＣＤおよび前記第２のＰＣＤはそれぞれ、カソード電極を有する第２の面が互いに対向するように前記円軌道の法線方向に対して所定の角度で傾斜され、前記第１のＰＣＤと前記第２のＰＣＤとが、前記円軌道側から当該円軌道の中心側へ向く開口部を形成する、請求項５に記載のＸ線検出器装置。
8. 前記ＰＣＤはＣｄＺｎＴｅまたはＣｄＴｅから形成される、請求項１〜７のいずれか一つに記載のＸ線検出器装置。
9. 前記ＰＣＤは、
   第１の面および第２の面を有し、前記第１の面と前記第２の面とが平行な半導体結晶と、
   前記第１の面に複数のアノードピクセルを有するアノード側電極と、
   前記第２の面を覆うカソード電極を有するカソード側電極と、
   を備える、請求項１に記載のＸ線検出器装置。
10. Ｘ線を照射するＸ線管と、
    前記Ｘ線管の回転軌道と中心を同一とする円軌道に沿って配置された複数の検出器モジュールを有するＸ線検出器装置とを備え、
    各検出器モジュールは、
    第１の面に設けられたアノードピクセルと、前記第１の面と対向した第２の面に設けられるカソード電極とを備える光子計数検出器（Photon-Counting Detector：ＰＣＤ）と、
    前記ＰＣＤに設けられ、当該ＰＣＤの前記アノードピクセルに隣接する面であって、前記Ｘ線管から照射されたＸ線の入射方向側の面の所定の領域を遮蔽するコリメータと、
    を備えた、Ｘ線ＣＴ装置。
11. 前記所定の領域は、前記アノードピクセルからの距離に応じた検出効率に基づいて設定される、請求項１０に記載のＸ線ＣＴ装置。
12. 前記コリメータは、前記アノードピクセルを更に覆う、請求項１０又は１１に記載のＸ線ＣＴ装置。
13. 前記ＰＣＤは、前記円軌道の法線方向に対して傾斜される、請求項１０〜１２のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
14. 前記各検出器モジュールは、前記ＰＣＤとして、前記コリメータが設けられた第１のＰＣＤと、前記コリメータが設けられた第２のＰＣＤとを有し、前記第１のＰＣＤおよび前記第２のＰＣＤはそれぞれ、前記円軌道の法線方向に対して傾斜される、請求項１０〜１２のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
15. 前記第１のＰＣＤおよび前記第２のＰＣＤはそれぞれ、アノードピクセルが設けられた第１の面が互いに対向するように前記円軌道の法線方向に対して所定の角度で傾斜され、前記第１のＰＣＤと前記第２のＰＣＤとが、前記円軌道の中心側から当該円軌道側へ向く開口部を形成する、請求項１４に記載のＸ線ＣＴ装置。
16. 前記第１のＰＣＤおよび前記第２のＰＣＤはそれぞれ、カソード電極を有する第２の面が互いに対向するように前記円軌道の法線方向に対して所定の角度で傾斜され、前記第１のＰＣＤと前記第２のＰＣＤとが、前記円軌道側から当該円軌道の中心側へ向く開口部を形成する、請求項１４に記載のＸ線ＣＴ装置。
17. 前記ＰＣＤはＣｄＺｎＴｅまたはＣｄＴｅから形成される、請求項１０〜１６のいずれか一つに記載のＸ線ＣＴ装置。
18. 前記ＰＣＤは、
    第１の面および第２の面を有し、前記第１の面と前記第２の面とが平行な半導体結晶と、
    前記第１の面に複数のアノードピクセルを有するアノード側電極と、
    前記第２の面を覆うカソード電極を有するカソード側電極と、
    を備える、請求項１０に記載のＸ線ＣＴ装置。

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