JP6352084B2 - フォトンカウンティングct装置 - Google Patents
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Description
APDセル57から出力信号が出力されることに伴いクエンチング抵抗(図示せず)に電流が流れる。この間、APDセル57に印加されている電圧値は、逆バイアス電圧VRから降伏電圧VBRまで降下する。APDセル57に印加されている電圧値が降伏電圧VBRに到達すると、APDセル57からの出力信号の出力が終了する。クエンチング抵抗に電流が流れる期間はクエンチング期間と呼ばれている。APDセル57に印加されている電圧値が降伏電圧VBRに到達すると、APDセル57が再充電される。再充電によりAPDセル57に印加された電圧が降伏電圧VBRから逆バイアス電圧VRまで回復する。電圧が降伏電圧VBRから逆バイアス電圧VRまで回復するまでの期間は、回復期間と呼ばれている。電圧が逆バイアスVRまで回復すると再びガイガーモード動作が可能となる。
= Xfiring + Xcharge + Xfireable ・・・(2)
発火中のAPDセルの個数Xfiringと再充電期間にあるAPDセルの個数Xchargeとの和の時間変化(点線)は、+時間方向に所定時間だけシフトされた、発火中のAPDセルの個数Xfiringの時間変化(実線)に一致する。シフト量に対応する所定時間は、APDセルの発火状態の継続時間に略一致する。以下、発火状態の継続時間を発火継続時間tfと呼ぶことにする。APDセルの発火継続時間tfは、APDセルの性能に応じて異なる。一例として、発火継続時間tfが200ns程度であるAPDセルが知られている。また、発火継続時間tfが数10ns程度であるAPDセルも知られている。本実施形態に係るAPDセルとしては、如何なる発火継続時間のAPDセルにも適用可能である。発火継続時間は、出力信号の時間減衰パラメータとして記憶回路95に記憶される。
個数X0nonfireableは、個数X0'chargeと個数X0'firingとの合計に規定される。従って、(5)式は、以下の(6)式により表される。(6)式において個数X0'chargeは、図9Bに示すように、1つ目のX線光子の入射に伴い発生した再充電期間にあるAPDセル57の個数のうち、2つ目のX線光子が入射しなかったと仮定した場合に、時刻T0に残存していると推定される再充電期間にあるAPDセル57の個数を示す。
次に、個数X0'firingの算出方法について説明する。補正回路83は、下記の(7)式に示すように、個数X0'firingを、補正対象時刻T0よりも所定時刻前の実際の出力信号の波高値から、出力信号の時間減衰パラメータに基づいて推定する。所定時刻は、個数X0nonfireableの推定のために設定され、補正対象の出力信号の立ち上がり時刻よりも前に設定されると良い。ここで、所定時刻を遡り時刻と呼ぶことにする。例えば、遡り時刻は、補正対象時刻T0よりも既定回数前の、出力信号の任意のサンプリング点に設定される。遡り時刻は、補正対象時刻T0を基準とした任意の時刻に一律に設定可能である。以下、遡り時刻は、補正対象時刻T0よりも3サンプリング点前の時刻T3であるとする。(7)式において、Δtはサンプリング間隔を示し、3・Δtは時刻T0と時刻T3との間の時間間隔を示す。(7)式に示すように、遡り時刻T3の出力信号の波高値Xt3firingに時間減衰パラメータを乗算することにより個数X0'firingが算出される。(7)式において時間減衰パラメータは、eの(−k・3・Δt)乗により表現される。kは出力信号の時間減衰の程度を示す時間減衰係数である。時間減衰係数kは、出力信号の時間減衰特性に依存する値を有するため、時間減衰パラメータの一種に含まれる。時間減衰係数kの値は、複数のAPDセル57について個別に又は一律に予め設定されている。
図9Bに示すように、補正対象時刻T0における不感セルの個数X0nonfireableの変化曲線は、個数X0'firingの変化曲線を発火継続時間tfだけ+方向にシフトした曲線に略一致する。従って、個数X0nonfireableは、以下の(9)式で表現できる。
上記の実施形態において補正回路83による出力信号の補正量が比較的大きい場合、補正回路83からの補正信号の信頼性は低いといえる。結果的にフォトンカウンティングCT画像の信頼性が低下してしまう虞がある。応用例に係るフォトンカウンティングCT装置は、出力信号の補正量が比較的大きい場合、警告を発する。以下、応用例について説明する。なお以下の説明において、上記実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
Claims (10)
- X線を発生するX線源と、
前記X線源から発生されたX線を光子に変換するシンチレータと、
前記光子に感応して既定の波高値の電気信号を発生する複数の光電変換素子を有し、前記複数の光電変換素子からの電気信号に基づく波高値を有する出力信号を発生する光電変換アレイと、
出力信号の時間減衰特性を記憶する記憶部と、
補正対象時刻における前記発生された出力信号を補正する補正部と、
前記補正された出力信号に基づいて画像を再構成する再構成部と、
を具備するフォトンカウンティングCT装置であって、
前記補正部は、
前記補正対象時刻から所定時間だけ遡った遡り時刻における実際の出力信号の波高値と前記時間減衰特性とに基づいて前記補正対象時刻における不感状態の光電変換素子の個数を推定し、
前記複数の光電変換素子の総数と前記補正対象時刻における不感状態の光電変換素子の個数との差分により前記補正対象時刻における発火可能な光電変換素子の個数を算出し、
前記補正対象時刻における前記発生された出力信号の波高値と前記不感状態の光電変換素子の個数とに基づいて前記補正対象時刻における実際に発火した光電変換素子の個数を算出し、
前記補正対象時刻における前記発火可能な光電変換素子の個数に対する前記複数の光電変換素子の総数の比率と、前記補正対象時刻における前記実際に発火した光電変換素子の個数との積により、前記補正された出力信号として、前記複数の光電変換素子全てが発火可能な場合における出力信号の波高値である、前記補正対象時刻における理想の出力信号の波高値を算出する、
フォトンカウンティングCT装置。 - 前記不感状態の光電変換素子は、発火中の光電変換素子と発火後の再充電期間にある光電変換素子とを含む、請求項1記載のフォトンカウンティングCT装置。
- 前記補正対象時刻は、前記出力信号の立ち上がりが検出された時刻又は前記出力信号の頂点が検出された時刻に規定される、請求項1記載のフォトンカウンティングCT装置。
- 前記遡り時刻は、前記補正対象時刻よりも既定回数前のサンプリングタイミングに規定される、請求項1記載のフォトンカウンティングCT装置。
- 前記補正対象時刻における前記発生された出力信号の波高値と前記補正対象時刻における前記理想の出力信号の波高値との差分を閾値に対して比較する比較部と、
前記差分が前記閾値よりも大きい場合、前記画像を警告とともに表示する表示部と、
をさらに備える請求項1記載のフォトンカウンティングCT装置。 - 前記差分が前記閾値よりも大きい場合、前記補正された出力信号に基づく計数データ、前記計数データに基づく画像、又は前記計数データに関連づけられたタイムスタンプに警告フラグを関連づける関連づけ部、をさらに備える請求項5記載のフォトンカウンティングCT装置。
- 前記表示部は、前記補正された出力信号に基づく計数データ、前記計数データに基づく画像、又は前記タイムスタンプに前記警告フラグが関連づけられている場合、前記計数データに基づく画像ともに前記警告を表示する、請求項6記載のフォトンカウンティングCT装置。
- 前記記憶部は、前記光電変換素子の発火継続時間を記憶し、
前記補正部は、前記遡り時刻における実際の出力信号の波高値と前記時間減衰特性と前記発火継続時間との積により、前記補正対象時刻における前記不感状態の光電変換素子の個数を推定する、
請求項1記載のフォトンカウンティングCT装置。 - 前記記憶部は、前記時間減衰特性として前記出力信号の典型的な時間減衰曲線を記憶し、
前記補正部は、前記時間減衰曲線のピーク波高値を補正対象時刻から所定時間前の実際の出力信号のピーク波高値に一致するように前記時間減衰曲線を変形し、前記変形後の時間減衰曲線に基づいて前記補正対象時刻における前記不感状態の光電変換素子の個数を推定する、
請求項1記載のフォトンカウンティングCT装置。 - 前記記憶部は、前記時間減衰特性として前記出力信号のピーク値の各々について、前記ピーク値の出現時刻からの経過時間と波高値とを関連づけたテーブルを記憶し、
前記補正部は、前記補正対象時刻から前記遡り時刻における前記実際の出力信号の波高値と前記遡り時刻とから前記テーブルを利用して前記補正対象時刻における前記不感状態の光電変換素子の個数を推定する、
請求項1記載のフォトンカウンティングCT装置。
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