JP6355973B2 - フォトンカウンティング装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、フォトンカウンティング装置に関する。

Ｘ線フォトンのエネルギーを複数のエネルギー帯域（以下、エネルギー・ビンと呼ぶことにする。）に弁別することが可能なフォトンカウンティングＣＴ（photon-counting computed tomography）装置が研究されている。Ｘ線検出器に入射するＸ線フォトンのフォトン数は、エネルギー・ビン毎に異なる。単位時間あたりの入射フォトン数が多いエネルギー・ビンは、単位時間あたりの入射フォトン数が少ないエネルギー・ビンに比してオーバーフローが発生し易い。オーバーフローの発生を防止しようとして読み出し期間の周期を短くすると、単位時間あたりの入射フォトン数が少ないエネルギー・ビンにおけるＸ線フォトンのカウント数を十分に確保することができず、カウント数を十分に確保しようとすると単位時間あたりの入射フォトン数が多いエネルギー・ビンにおいてオーバーフローが発生してしまう。

目的は、各エネルギー・ビンに適したフォトン数を確保しつつオーバーフローの発生確率を低減可能なフォトンカウンティング装置を提供することにある。

本実施形態に係るフォトンカウンティング装置は、Ｘ線を発生するＸ線管と、前記Ｘ線管から発生されたＸ線フォトンを繰り返し検出し、前記繰り返し検出されたＸ線フォトンに応じた電気信号を繰り返し発生するＸ線検出器と、前記Ｘ線管を回転軸回りに回転可能に支持する支持機構と、前記Ｘ線管から発生されるＸ線に関する複数のエネルギー帯域の各々についての基準カウント数に基づいて、前記電気信号のための単位時間当りの読み出し期間の時間長又は読み出し周期を設定する設定部と、前記複数のエネルギー帯域の各々について、前記設定された時間長又は読み出し周期に従って前記Ｘ線検出器からの電気信号のカウント数を計数するデータ収集部と、を具備する。

第１実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置の構成を示す図 図１のＸ線管から発生されるＸ線フォトンのエネルギースペクトルにおけるエネルギー・ビンとフォトン数との関係を示す図 図１のデータ収集部の１チャンネルの構成の一例を示す図 図１の設定部により設定されるエネルギー・ビン毎の読み出し期間を示す図であり、図２のエネルギー・ビンとフォトン数との関係を示すグラフを示す図 図１の設定部により設定されるエネルギー・ビン毎の読み出し期間を示す図であり、図４Ａの場合におけるエネルギー・ビン毎の読み出し期間の一例を示す図 図４Ａの場合におけるエネルギー・ビン毎の読み出し期間ＲＰの他の例を示す図 図１のシステム制御部の制御のともに行われる第１実施形態に係る典型的な動作の流れを示す図 図５のステップＳ３において設定部により設定される再構成法とエネルギー・ビンとの関係を示す図 図５のステップＳ６において投影データ生成部により生成される複数のエネルギー・ビンに関する複数の投影データ・セットを模式的に示す図 第１実施形態の変形例に係るフォトンカウンティングＸＲ装置の構成を示す図 第２実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置の構成を示す図 図１０のデータ収集部の１チャンネルの構成の一例を示す図 図１０のデータ収集部により生成されるイベントデータの一例を示す図 図１０の投影データ生成部の構成の一例を示す図 第２実施形態の変形例に係るフォトンカウンティングＸＲ装置の構成を示す図

以下、図面を参照しながら本実施形態に係わるフォトンカウンティング装置を説明する。

本実施形態に係るフォトンカウンティング装置は、Ｘ線ＣＴタイプの装置（以下、フォトンカウンティングＣＴ装置と呼ぶ）とＸ線撮影タイプの装置（以下、フォトンカウンティングＸＲ装置と呼ぶ）とのいずれのタイプにも適用可能である。以下、本実施形態に係るフォトンカウンティング装置を、フォトンカウンティングＣＴ装置を具体例に挙げて詳細に説明する。

本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、フォトンカウンティングモードのデータ収集を実行可能な構成を装備しているＸ線コンピュータ断層撮影装置である。Ｘ線検出器としては、シンチレータタイプ（シンチレータと光電素子との組合せ）や半導体検出器タイプ等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。しかしながら、以下の説明においてＸ線検出器は、フォトンカウンティングモードに好適な半導体検出器であるものとして説明する。

フォトンカウンティングＣＴ装置には、Ｘ線管とＸ線検出器とが１体となって被検体の周囲を回転する回転／回転型（ＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥ―ＴＹＰＥ）や、リング状に配列された多数のＸ線検出素子が固定され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転型（ＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ／ＲＯＴＡＴＥ―ＴＹＰＥ）等様々なタイプが考えられるが、いずれのタイプでも本実施形態は適用可能である。しかしながら、以下の説明においてフォトンカウンティングＣＴ装置は、回転／回転型であるものとして説明する。

フォトンカウンティングＣＴ装置におけるデータ収集方式としては、ビュー毎のＸ線フォトンのカウント数を計数するカウントモードと、Ｘ線フォトン毎のエネルギー値を時系列で記録するリストモードとが知られている。本実施形態は、いずれのタイプでも適用可能である。以下、カウントモードのフォトンカウンティングＣＴ装置を第１実施形態で説明し、リストモードのフォトンカウンティングＣＴ装置を第２実施形態で説明するものとする。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ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１は、架台１０とコンソール５０とを装備している。

架台１０は、円筒形状を有する回転フレーム１１を回転軸Ｒ回りに回転可能に支持している。回転フレーム１１には、回転軸Ｒを挟んで対向するようにＸ線管１３とＸ線検出器１５とが取り付けられている。回転フレーム１１の開口部は、ＦＯＶ（field of view）に設定される。回転フレーム１１の開口部内には、天板１７が位置決めされる。天板１７には被検体Ｐが載置される。天板１７に載置された被検体Ｐの撮像部位がＦＯＶ内に含まれるように天板１７が移動される。回転フレーム１１は、回転駆動部１９からの動力を受けて回転軸Ｒ回りに一定の角速度で回転する。回転駆動部１９は、架台制御部２１からの駆動信号に従って回転フレーム１１を回転させるための動力を発生する。

Ｘ線管１３は、高電圧発生器２３からの高電圧の印加とフィラメント電流の供給とを受けてＸ線を発生する。発生されたＸ線は、Ｘ線管１３に収容された陽極の材質に応じたエネルギースペクトルを有している。高電圧発生器２３は、架台制御部２１からの制御信号に従う高電圧をＸ線管１３に印加し、架台制御部２１からの制御信号に従うフィラメント電流をＸ線管１３に供給する。

Ｘ線検出器１５は、Ｘ線管１３から発生されたＸ線フォトンを検出する。Ｘ線検出器１５は、２次元状に配列された複数のＸ線検出素子を搭載する。例えば、複数のＸ線検出素子は、回転フレーム１１の回転軸Ｒを中心とした円弧に沿って配列される。この円弧に沿うＸ線検出素子の配列方向はチャンネル方向と呼ばれる。チャンネル方向に沿って配列された複数のＸ線検出素子は、Ｘ線検出素子列と呼ばれる。複数のＸ線検出素子列は、回転軸Ｒに沿う列方向に沿って配列される。

各Ｘ線検出素子は、Ｘ線管１３からのＸ線フォトンを検出し、検出されたＸ線フォトンのエネルギーに応じた電気パルス（電気信号）を生成する。具体的には、Ｘ線検出素子は、半導体の両端に電極が取り付けられてなる半導体ダイオードにより構成される。半導体に入射したＸ線フォトンは、電子・正孔対に変換される。１つのＸ線フォトンの入射により生成される電子・正孔対の数は、入射Ｘ線フォトンのエネルギーに依存する。電子と正孔とは、半導体の両端に形成された一対の電極に互いに引き寄せられる。一対の電極は、電子・正孔対の電荷に応じた波高値を有する電気パルスを発生する。一個の電気パルスは、入射Ｘ線フォトンのエネルギーに応じた波高値を有する。本実施形態に係る半導体材料としては、Ｘ線フォトンを効率良く正孔・電子対に変換可能な比較的原子番号が大きい物質が用いられると良い。フォトンカウンティングＣＴに好適な半導体材料としては、例えば、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅ等が知られている。

データ収集部２５は、架台制御部２１による制御信号に従って、複数のエネルギー・ビンの各々について、ビュー毎のカウント数を表現するカウントデータをＸ線検出器１５からの電気パルスに基づいて生成する。カウントデータは、伝送部２７によりコンソール５０に伝送される。

架台制御部２１は、コンソール５０内のシステム制御部６３による指示に従って、架台１０に搭載された各種機器の制御を統括する。例えば、架台制御部２１は、回転駆動部１９、高電圧発生器２３、及びデータ収集部２５を制御する。具体的には、架台制御部２１は、所定の角速度で回転フレーム１１が回転するように回転駆動部１９を制御する。架台制御部２１は、既定のＸ線条件に応じたＸ線がＸ線管１３から発生されるように高電圧発生器２３を制御する。架台制御部２１は、カウントデータを収集するようにデータ収集部２５を制御する。より詳細には、架台制御部２１は、後述の設定部５５により複数のエネルギー・ビンの各々について設定された読み出し期間の時間長又は周期に従って、複数のエネルギー・ビンの各々についてカウントデータの収集を行うようにデータ収集部２５を制御する。以下、読み出し期間の周期を読み出し周期と呼ぶ場合もある。

コンソール５０は、投影データ生成部５１、再構成部５３、設定部５５、表示部５７、操作部５９、主記憶部６１、及びシステム制御部６３を備える。投影データ生成部５１は、複数のエネルギー・ビンの各々について、伝送部２７から伝送されたカウントデータに基づいて投影データを生成する。再構成部５３は、複数のエネルギー・ビンのうちの所定のエネルギー・ビンに関する投影データに基づいて、被検体に関する画像データを再構成する。設定部５５は、複数のエネルギー・ビンの各々について単位時間当りの読み出し期間の時間長又は周期を設定する。表示部５７は、再構成部５３により発生された画像データ等を表示機器に表示する。操作部５９は、入力機器によるユーザからの各種指令や情報入力を受け付ける。主記憶部６１は、カウントデータや投影データ、画像データを記憶する。また、主記憶部６１は、制御プログラムを記憶している。システム制御部６３は、主記憶部６１に記憶されている制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開された制御プログラムに従って各部を制御する。

以下、第１実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置の動作例について説明する。

まずは、図２を参照しながら、エネルギー・ビン（ｂｉｎ）とフォトン数との関係について説明する。図２は、Ｘ線管１３から発生されるＸ線フォトンのエネルギースペクトルにおけるエネルギー・ビンとフォトン数との関係を示す図である。なお図２は、Ｘ線管１３内の陽極がタングステンの場合のエネルギースペクトルを示している。図２の縦軸はフォトン数に規定され、横軸はエネルギー成分［ｋｅＶ］に規定されている。また、図２においては、ｂｉｎ１からｂｉｎ７までの７つのエネルギー・ビンが設定されている。各エネルギー・ビンは、当該エネルギー・ビンのエネルギー中心値とエネルギー幅とにより規定される。エネルギー・ビンの数やエネルギー中心値、エネルギー幅は、操作部５９を介してユーザにより任意に設定可能である。

図２に示すように、Ｘ線管１３から発生されるＸ線は、連続Ｘ線であり、複数のエネルギー成分を含んでいる。フォトンカウンティングＣＴにおいては、エネルギースペクトルにおける複数のエネルギー・ビン毎にＸ線フォトン数が計数される。Ｘ線検出器１５に入射するＸ線フォトンの数は、エネルギー・ビン毎に異なる。単位時間当たりの入射フォトン数が多いエネルギー・ビンは、単位時間当たりの入射フォトン数が少ないエネルギー・ビンに比してオーバーフローが発生し易い。例えば、ｂｉｎ３とｂｉｎ５とは、他のエネルギー・ビンに比してフォトン数が多く、オーバーフローが発生し易い。オーバーフローの発生を防止しようとして読み出し期間の周期を短くすると、単位時間あたりの入射フォトン数が少ないエネルギー・ビンにおけるＸ線フォトンのカウント数を十分に確保することができず、カウント数を十分に確保しようとすると単位時間あたりの入射フォトン数が多いエネルギー・ビンにおいてオーバーフローが発生してしまう。

第１実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、複数のエネルギー・ビンの各々について当該エネルギー・ビンに適した読み出し期間の時間長又は周期を設定することにより、各エネルギー・ビンに適したフォトン数を確保しつつオーバーフローの発生確率を低減する。

まずは、データ収集部２５の構成及び動作について説明する。データ収集部２５は、Ｘ線検出素子の個数に応じたチャンネル数分の読み出しチャンネルを装備している。これら複数の読み出しチャンネルは、並列的にＡＳＩＣ（application specific integrated circuits）等の集積回路に実装されている。図３は、データ収集部２５の１チャンネルの構成の一例を示す図である。図３に示すように、データ収集部２５は、複数の読み出しチャンネルの各々について、波形成形器２５１、波高弁別器２５３、計数器２５５、読み出し制御部２５７、及び出力器２５９を有している。波形成形器２５１、波高弁別器２５３、計数器２５５、読み出し制御部２５７、及び出力器２５９は、ＡＳＩＣ等の集積回路に実装されている。

波形成形器２５１は、Ｘ線検出素子からの電気パルスの波形を成形する。波形成形器２５１には波高弁別器２５３が接続されている。波高弁別器２５３は、波形成形器２５１からの電気パルスの波高値、すなわち、Ｘ線検出素子により検出されたＸ線フォトンのエネルギーを弁別する。波高弁別器２５３には、エネルギー・ビンの数に応じた数の計数器２５５が接続される。例えば、Ｘ個のエネルギー・ビンが設定されている場合、波高弁別器２５３は、Ｘ線検出素子により検出されたＸ線フォトンのエネルギーが、Ｘ個のエネルギー・ビンのうちのどのエネルギー・ビンに属するかを閾値処理により判別し、当該Ｘ線フォトンが属するエネルギー・ビンに対応する電気パルスを、当該Ｘ線フォトンが属するエネルギー・ビンに対応する計数器２５５に出力する。波高弁別のための閾値は、エネルギー・ビンの数に応じて予め設定されている。例えば、図２に示すように、７つのエネルギー・ビンが設定されている場合、波高弁別器２５３に７つの計数器２５５が接続される。

波高弁別器２５３により、Ｘ線検出素子により検出されたＸ線フォトンのエネルギーがエネルギー・ビンＸに対応する波高値である場合、波高弁別器２５３からエネルギー・ビンＸに対応する計数器２５５−Ｘに電気パルスが出力される。

複数の計数器２５５は、波高弁別器２５３に接続されている。各計数器２５５は、読み出し制御部２５７による制御に従う読み出し期間の時間長又は周期で、波高弁別器２５３からの電気パルスを計数する。計数器２５５は、読み出し制御部２５７からの読み出しトリガを受けたことを契機として、波高弁別器２５３から入力された電気パルスの計数を開始する。計数器２５５は、電気パルスが入力される毎に、内部メモリに記憶されているカウント数に１を加算する。そして次の読み出しトリガを受けたことを契機として計数器２５５は、内部メモリに記憶されているカウント数のデータ（カウントデータ）を読み出し、内部メモリのカウント数のデータを初期値（例えば、０）にリセットする。

計数器２５５の内部メモリにはカウント数の容量の上限が存在する。従来例のように、複数のエネルギー・ビンに関する複数の計数器について全て同一のタイミングで読み出しが行われる場合を考える。読み出し期間の時間長又は周期が比較的短い場合、エネルギー・ビン１のような単位時間当たりの入射フォトン数が少ないエネルギー・ビンについては十分なカウント数が得られず、画像アーチファクトの原因となる。また、読み出し期間の時間長又は周期が比較的長い場合、エネルギー・ビン５のような単位時間当たりの入射フォトン数が多いエネルギー・ビンについては計数器の内部メモリが計数の上限値に達してしまい、オーバーフロー（数え落とし）が発生してしまう。

本実施形態においては設定部５５により、各エネルギー・ビンにおける単位時間当たりの入射フォトン数に応じて、計数器２５５からのカウント数のデータ（カウントデータ）の読み出し期間の時間長又は周期が設定される。図４Ａ及び図４Ｂは、設定部５５により設定されるエネルギー・ビン毎の読み出し期間を示す図である。図４Ａは、図２のエネルギー・ビンとフォトン数との関係を示すグラフを示し、図４Ｂは、図４Ａの場合におけるエネルギー・ビン毎の読み出し期間の一例を示す図である。図４Ｂの黒色の縦線が読み出しトリガを示す。読み出しトリガ間の時間間隔は、ＣＴの分野において、慣習的にビュー（view）と呼ばれている。以下、読み出しトリガ間の時間間隔を状況に応じてビューとも称することにする。各ビューについてデータの読み出し期間ＲＰが設定される。図４Ｂにおいては、各ビューの全期間に亘り読み出し期間ＲＰが設定される。すなわち、読み出し期間ＲＰの時間長とビューの時間長とが一致するように読み出し期間ＲＰの時間長が設定される。単位時間あたりの読み出しトリガの発生回数は、計数器２５５からのカウントデータの読み出し頻度（ビュー/秒）、換言すれば、読み出し期間ＲＰの周期に規定される。また、読み出し周期（ビュー周期）は、計数器２５５からのカウントデータの読み出し速度と言うことも可能である。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、設定部５５は、複数のエネルギー・ビンの各々について、各エネルギー・ビンにおける単位時間当たりの入射フォトン数に応じて計数器２５５からのカウントデータの読み出し期間ＲＰの周期、換言すれば、読み出しトリガの発生周期を設定する。設定部５５は、単位時間あたりに入射するＸ線フォトンのフォトン数が多いエネルギー・ビンについての読み出し期間ＲＰの周期を、単位時間あたりに入射するＸ線フォトンのフォトン数が少ないエネルギー・ビンについての読み出し期間ＲＰの周期に比して小さい値に設定する。例えば、エネルギー・ビン１は、１秒間あたり１０００回の読み出しを行うように読み出し期間ＲＰの周期が設定される（１０００ビュー/秒）。エネルギー・ビン５は、エネルギー・ビン１よりも５倍ほど入射フォトン数が多い。そのためエネルギー・ビン５は、１秒間あたり５０００回の読み出しを行うように読み出し期間ＲＰの周期が設定されると良い（５０００ビュー/秒）。初回の読み出しトリガの発生時刻は、全てのエネルギー・ビンについて同一タイミングに設定される。また、全てのエネルギー・ビンの読み出し期間ＲＰの周期は、基本クロックの発生周期の整数倍に設定されると良い。読み出し期間ＲＰの周期の設定は、スキャン計画時に行われる。設定された各エネルギー・ビンの読み出し期間ＲＰの周期のデータは、架台制御部２１を介して読み出し制御部２５７に送信される。

再び図３に戻り、データ収集部２５の説明を行う。図３に示すように、読み出し制御部２５７は、各エネルギー・ビンに設定された読み出し期間の周期に従って、各エネルギー・ビンに対応する計数器２５５に読み出しトリガを送信する。各計数器２５５は、読み出し制御部２５７からの読み出しトリガを受けたことを契機として、波高弁別器２５３から入力された電気パルスを計数する。計数器２５５は、電気パルスが入力される毎に、内部メモリに記憶されているカウント数に１を加算する。そして次の読み出しトリガを受けたことを契機として計数器２５５は、内部メモリに記憶されているカウント数のデータ（カウントデータ）を読み出し、内部メモリに記憶されているカウント数を初期値（例えば、０）にリセットする。そして、再び計数器２５５は、波高弁別器２５３からの電気パルスの計数を開始する。このようにして計数器２５５は、カウントデータを読み出し期間（ビュー）毎に繰り返し生成する。カウントデータは、ビュー毎の各Ｘ線検出素子によるＸ線フォトンのカウント数を表現するデジタルデータである。例えば、図４Ｂのように読み出し周期が設定されている場合、エネルギー・ビン５に対応する計数器２５５−５は、エネルギー・ビン１に対応する計数器２５５−１に比して５倍の速度でカウント数の読み出しを行う。読み出されたカウントデータは、出力器２５９に供給される。

出力器２５９は、複数の計数器２５５に接続されている。各計数器２５５からのビュー毎のカウントデータは、出力器２５９に供給される。出力器２５９は、複数の読み出しチャンネルからのカウントデータを統合してビュー毎のカウントデータ・セットを発生する。カウントデータ・セットは、Ｘ線検出器１５に搭載されている複数のＸ線検出素子の各々についてのＸ線フォトンのカウント値に関するデジタルデータである。換言すれば、カウントデータ・セットは、チャンネル番号と列番号との組合せ毎のカウント値を示すデジタルデータである。出力器２５９は、カウントデータ・セットをエネルギー・ビンの識別子とビューの識別子とに関連づけて伝送部２７に供給する。

なお、上記の説明において読み出し期間の時間長とビューの時間長とが一致するように読み出し期間の時間長が設定されるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。すなわち、読み出し期間の時間長が各ビューの時間長よりも短い値に設定されても良い。

図５は、図４Ａの場合におけるエネルギー・ビン毎の読み出し期間ＲＰの他の例を示す図である。図５に示すように、読み出し期間ＲＰの時間長はビューの時間長から独立して任意に設定可能である。例えば、読み出し期間ＲＰは、読み出しトリガの発生時刻から開始し、各エネルギー・ビンについて設定された時間長の経過後に終了する。読み出し期間ＲＰの時間長の上限は、ビューの時間長に制限される。ビューの時間長に対する読み出し期間ＲＰの時間長の割合が１００分率で表されている。なお、図５においては、説明の簡単のため、ビューの周期が全てのエネルギー・ビンについて１０００ビュー/秒で同一とする。

図５に示すように、設定部５５は、複数のエネルギー・ビンの各々について、各エネルギー・ビンにおける単位時間当たりの入射フォトン数に応じて計数器２５５からのカウントデータの読み出し期間ＲＰの時間長を設定する。設定部５５は、単位時間あたりに入射するＸ線フォトンのフォトン数が多いエネルギー・ビンについての読み出し期間ＲＰの時間長を、単位時間あたりに入射するＸ線フォトンのフォトン数が少ないエネルギー・ビンについての読み出し期間ＲＰの時間長に比して小さい値に設定する。例えば、エネルギー・ビン１は、ビューの全期間に亘り読み出しを行うように読み出し期間ＲＰの時間長が設定される（１００％）。エネルギー・ビン５は、エネルギー・ビン１よりも５倍ほど入射フォトン数が多い。そのためエネルギー・ビン５は、ビューの全期間の１／５だけ読み出しを行うように読み出し期間ＲＰの時間長が設定されると良い（２０％）。読み出し期間ＲＰの時間長の設定は、スキャン計画時に行われる。設定された各エネルギー・ビンの読み出し期間ＲＰの時間長のデータは、架台制御部２１を介して読み出し制御部２５７に送信される。

この場合、読み出し制御部２５７は、読み出し期間の周期（すなわち、ビューの周期）に従って各エネルギー・ビンに対応する計数器２５５に読み出しトリガを送信する。各計数器２５５は、読み出し制御部２５７からの読み出しトリガを受けたことを契機として、波高弁別器２５３から入力された電気パルスを、各エネルギー・ビンに設定された読み出し期間の時間長だけ計数する。そして読み出し期間の時間長が経過したこと、又は次の読み出しトリガを受けたことを契機として計数器２５５は、内部メモリに記憶されているカウント数のデータ（カウントデータ）を読み出し、内部メモリに記憶されているカウント数を初期値にリセットする。そして、再び計数器２５５は、波高弁別器２５３からの電気パルスの計数を開始する。このようにして計数器２５５は、カウントデータを読み出し期間毎に繰り返し生成する。

以上でデータ収集部２５の構成及び動作についての説明を終了する。上記の構成によりデータ収集部２５は、複数のエネルギー・ビンの各々について設定された読み出し周期におけるＸ線検出器１５からの電気パルスのカウント数を、複数のエネルギー・ビンの各々についてビュー毎に計数することができる。

なお、各エネルギー・ビンについて読み出し期間ＲＰの時間長を設定するか、あるいは、読み出し期間ＲＰの周期を設定するかは、ユーザにより任意に設定可能である。読み出し期間ＲＰの周期（すなわち、ビューの周期）をエネルギー・ビン毎に設定することにより、単位時間当りの入射Ｘ線フォトン数が多いほどカウントデータのサンプリング周期を細かくすることができる。また、読み出し期間の時間長がビューの時間長に一致するので、カウントデータを時間的に途切れなく連続的に収集することができる。一方、読み出し期間ＲＰの時間長をビューの時間長から独立してエネルギー・ビン毎に設定することにより、カウントデータのサンプリング単位時間当りの入射Ｘ線フォトン数が多いほどカウントデータのサンプリング周期を同一にすることができる。また、読み出し期間の時間長がビューの時間長に必ずしも一致しないので、カウントデータを時間的に細切れに離散的に収集することができる。

ここで、読み出し期間の時間長又は読み出し周期の設定に利用される、各エネルギー・ビンにおける単位時間当たりの入射フォトン数の設定について説明する。以下、当該説明において単位時間当たりの入射フォトン数を基準カウント数と呼ぶことにする。基準カウント数は、画像再構成に利用する撮像（以下、本撮像と呼ぶ）又は本撮像前に行われるスカウト撮像においてデータ収集部２５により収集された実測のカウントデータに基づいて決定される。

具体的にスカウト撮像を利用した基準カウント数の設定について説明する。例えば、設定部５５は、複数のエネルギー・ビンの各々に関する基準カウント数を、データ収集部２５によりスカウト撮像において収集されたカウントデータに基づいて設定する。スカウト撮像は、Ｘ線管１３の回転軸Ｒ回りの角度を固定した状態で天板１７を移動しながら行われる撮像方法である。スカウト撮像において架台制御部２１は、Ｘ線管１３を所定の回転角度に位置決めした後、天板１７を移動しながら高電圧発生器２３とデータ収集部２５とを制御して、スカウト撮像における読み出し期間（ビュー）に亘り撮像を行う。天板１７には被検体Ｐが載置されている。データ収集部２５は、複数のエネルギー・ビンの各々について、スカウト撮像における読み出し期間に亘りカウントデータを収集する。設定部５５は、スカウト撮像における読み出し期間に関するカウント数を計測し、カウント数を当該読み出し期間の時間長で除することにより基準カウント数を算出する。複数のエネルギー・ビンの各々に関する基準カウント数は主記憶部６１に記憶される。スカウト撮像を設定部５５による読み出し周期又は読み出し期間の時間長設定に利用することにより、スカウト撮像により収集されたデータ資源を無駄なく活用することができる。

次に本撮像を利用した基準カウント数の設定について説明する。例えば、設定部５５は、複数のエネルギー・ビンの各々に関する基準カウント数を、データ収集部２５により本撮像において収集された所定番目の読み出し期間に関するカウントデータに基づいて設定する。本撮像において架台制御部２１は、回転駆動部１９、高電圧発生器２３、及びデータ収集部２５を制御して複数の読み出し期間に亘り撮像を行う。天板１７には被検体Ｐが載置されている。データ収集部２５は、複数のエネルギー・ビンの各々について複数の読み出し期間に亘りカウントデータを収集する。設定部５５は、所定番目の読み出し期間に関するカウント数を計測し、カウント数を読み出し期間の時間長で除することにより基準カウント数を算出する。所定番目の読み出し期間は、何番目でも良いが、例えば、本撮像開始直後の初回の読み出し期間が良い。複数のエネルギー・ビンの各々に関する基準カウント数は主記憶部６１に記憶される。本撮像を利用することにより、読み出し周期又は読み出し期間の時間長の設定に利用する基準カウント数と画像再構成に用いるカウント数とに関するＸ線条件を一致させることができる。

このように、本撮像とスカウト撮像とを利用することにより、被検体のジオメトリに応じた適切な読み出し周期又は読み出し期間の時間長等を設定することができる。

なお、上記の例において基準カウント数は、被検体Ｐに対する撮像により収集された実測のカウント数に基づいて算出されるものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、主記憶部６１は、複数のエネルギー・ビンの各々に関し予め定められた基準カウント数の候補値を記憶しても良い。この場合、候補値は、予め不特定人に対して計測された実測値やシミュレーションにより計算された予測値の何れであっても良い。この際、主記憶部６１は、複数のエネルギー・ビンの各々の基準カウント数の候補値を撮像部位又は撮像物質毎に記憶すると良い。この場合、設定部５５は、操作部５９を介して入力された撮像部位又は撮像物質に対応する候補値を複数のエネルギー・ビンの各々について主記憶部６１から読み出し、読み出された複数のエネルギー・ビンに関する候補値を複数のエネルギー・ビンに関する基準カウント数にそれぞれ設定する。そして設定部５５は、設定された基準カウント数を用いて読み出し周期又は読み出し期間の時間長等を設定すると良い。

次に、図６を参照しながら第１実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置の典型的な動作例について説明する。

図６は、システム制御部６３の制御のともに行われる第１実施形態に係る典型的な動作の流れを示す図である。スキャン計画時等のスキャン前においてシステム制御部６３は、設定部５５に物理情報の設定処理を行わせる（ステップＳ１）。ステップＳ１において設定部５５は、Ｘ線管１３から発生されるＸ線フォトンのエネルギースペクトル（エネルギー分布）及びエネルギー・ビン等の物理情報を設定する。例えば、設定部５５は、Ｘ線管１３内の陽極の材質や管電圧値、管電流値に応じてエネルギースペクトルを設定する。また、設定部５５は、例えば、ユーザからの指示に従って、設定されたエネルギースペクトルに複数のエネルギー・ビンを設定する。各エネルギー・ビンは、当該エネルギー・ビンのエネルギー中心値とエネルギー幅とにより規定される。ユーザは、各エネルギー・ビンについてエネルギー中心値とエネルギー幅とを操作部５９を介して指定する。設定部５５は、指定されたエネルギー中心値とエネルギー幅とに応じてエネルギー・ビンを設定する。エネルギースペクトルとエネルギー・ビンとのデータは、主記憶部６１に記憶される。

ステップＳ１が行われるとシステム制御部６３は、設定部５５に収集条件の設定処理を行わせる（ステップＳ２）。ステップＳ２において設定部５５は、読み出し期間の時間長又は読み出し周期等の収集条件を設定する。具体的には、設定部５５は、上述のように、ステップＳ１において設定されたエネルギー・ビンの各々についての基準カウント数に基づいて、単位時間当りの読み出し期間の時間長又は読み出し周期を設定する。設定された読み出し期間の時間長又は周期は、エネルギー・ビンに関連付けて主記憶部６１に記憶される。

ステップＳ２が行われるとシステム制御部６３は、設定部５５に再構成条件の設定処理を行わせる（ステップＳ３）。ステップＳ３において設定部５５は、エネルギー・ビン毎に再構成条件を設定する。再構成条件は、再構成法や再構成パラメータを含む。

図７は、再構成法とエネルギー・ビンとの関係を示す図である。フォトンカウンティングＣＴにおける再構成法としては、統計的画像再構成法（ＩＲ：Iterative reconstruction（逐次再構成法））や解析学的画像再構成法が知られている。統計的画像再構成法ＩＲとしては、例えば、ＭＬ−ＥＭ（maximum likelihood expectation maximization）やＯＳ−ＥＭ（ordered subset expectation maximization）等が知られている。解析学的画像再構成法としては、例えば、フィルタ付き逆投影法ＦＢＰ（filtered back projection）等が知られている。統計的画像再構成法は、少ないビュー数においても比較的良好な画質の画像を再構成できるという性質を有している。解析学的画像再構成法は、十分なビュー数において短時間に良好な画質の画像を再構成できるという性質を有している。反面、解析学的画像再構成法は、少ないビュー数において画質が著しく劣化してしまうという性質を有している。また、単位時間あたりの入射フォトン数が多いエネルギー・ビンには、単位時間あたりの入射フォトン数が少ないエネルギー・ビンに比して、短い読み出し周期が設定される。従がって、単位時間あたりの入射フォトン数が多いエネルギー・ビンに関する投影データは、単位時間あたりの入射フォトン数が少ないエネルギー・ビンに関する投影データに比して、ビュー数が多い。

このような再構成法の特性とエネルギー・ビン毎のビュー数とを考慮し、設定部５５は、単位時間あたりに入射するＸ線フォトンのフォトン数が多いエネルギー・ビンにＦＢＰ等の解析学的画像再構成法を設定し、単位時間あたりに入射するＸ線フォトンのフォトン数が少ないエネルギー・ビンに統計的画像再構成法を設定する。これにより、ビュー数に応じて適切な再構成法をエネルギー・ビン毎に設定することができる。従って、複数のエネルギー・ビンの各々について、ビュー数に依らず良好な画質の画像を再構成することができる。設定された再構成法の識別子は、エネルギー・ビンの識別子に関連付けて主記憶部６１に記憶される。

設定部５５により設定される再構成パラメータとしては、画像のノイズを低減するためのスムージング・パラメータが挙げられる。画像のノイズは、ビュー数に応じて増減する。具体的には、ビュー数が少ないほど画像のノイズレベルが悪化し、ビュー数が多いほど画像のノイズレベルが低減する。このようなビュー数とノイズとの相関関係を考慮し、設定部５５は、単位時間あたりの入射フォトン数が多いエネルギー・ビンに、単位時間あたりの入射フォトン数が少ないエネルギー・ビンに比して比較的低強度の再構成パラメータを設定する。設定された再構成パラメータは、エネルギー・ビンの識別子に関連付けて主記憶部６１に記憶される。

なお、エネルギースペクトルの波形は、Ｘ線管１３に内蔵された陽極の材質に応じて異なる。主記憶部６１は、陽極の材質の識別子毎にエネルギースペクトルの波形とエネルギー・ビンの識別子とを関連付けたＬＵＴ（look up table）を記憶していても良い。また、当該ＬＵＴにおいてエネルギー・ビンの識別子毎に読み出し期間の時間長又は周期や再構成法の識別子、再構成パラメータを関連付けても良い。これにより、設定部５５は、Ｘ線管１３に実装されている陽極の材質の識別子が操作部５９を介して指定された場合、指定された材質の識別子に関連付けられた読み出し期間の時間長又は周期や再構成法、再構成パラメータをエネルギー・ビン毎に自動的に設定することができる。これによりエネルギー・ビン毎の読み出し期間の時間長又は周期や再構成法、再構成パラメータの設定の手間を削減することができる。

ステップＳ３が行われるとシステム制御部６３は、ユーザにより操作部５９等を介してカウントデータの収集の開始指示が入力されることを待機する（ステップＳ４）。ユーザは、カウントデータの収集の準備が整うと操作部５９等を介して開始指示を入力する。

開始指示が入力されたことを契機としてシステム制御部６３は、架台制御部２１にカウントデータの収集を行わせる（ステップＳ５）。また、システム制御部６３は、ステップＳ１〜Ｓ３において設定されたエネルギー・ビン、読み出し期間の時間長又は周期、再構成法、再構成パラメータのデータを架台制御部２１に送信する。

ステップＳ５において架台制御部２１は、回転駆動部１９を制御し、回転フレーム１１を回転軸Ｒ回りに一定の角速度で回転させる。回転フレーム１１の回転中、架台制御部２１は、高電圧発生器２３を制御してＸ線管１３からＸ線フォトンを発生させる。また、回転フレーム１１の回転中、架台制御部２１は、データ収集部２５を制御して複数のエネルギー・ビンの各々について異なる読み出し期間の時間長又は周期でカウントデータ・セットを生成させる。生成されたカウントデータ・セットは、伝送部２７によりコンソール５０の投影データ生成部５１に供給される。

ステップＳ５が行われるとシステム制御部６３は、投影データ生成部５１に投影データの生成処理を行わせる（ステップＳ６）。ステップＳ６において投影データ生成部５１は、複数のエネルギー・ビンに関するカウントデータ・セットに前処理を施して複数のエネルギー・ビンに関する投影データを生成する。前処理としては、例えば、対数変換が実行される。対数変換が施されたカウントデータは、投影データと呼ばれている。前処理は、対数変換のみに限定されず、不均一補正等の他の補正処理を含んでも良い。これら他の前処理は、カウントデータや投影データに適宜適用される。複数のエネルギー・ビンに関する投影データは、主記憶部６１に記憶される。

図８は、投影データ生成部５１により生成される複数のエネルギー・ビンに関する複数の投影データ・セットを模式的に示す図である。各投影データ・セットの縦軸はビューに規定され、横軸はチャンネル番号に規定されている。図８においては、例示的に図４Ｂのように読み出し期間が設定された場合におけるエネルギー・ビン１（ｂｉｎ１）に関する投影データ・セット、エネルギー・ビン２（ｂｉｎ２）に関する投影データ・セット、及びエネルギー・ビン５（ｂｉｎ５）に関する投影データ・セットを示している。各投影データ・セットは、１枚の画像を再構成するために必要なビュー数分の投影データのセットである。１枚の画像を再構成するために必要なビュー数は、例えば、回転フレーム１１が３６０度回転する期間に含まれるビュー数でも良いし、１８０度＋ファン角度回転する期間に含まれるビュー数でも良い。投影データ・セットは、当該投影データ・セットが属するエネルギー・ビンに設定された読み出し期間の周期に応じたビュー数を含む。図４Ｂに示すように、エネルギー・ビン２の読み出し期間の周期エネルギー・ビン１の読み出し期間の周期の１／２、すなわち、エネルギー・ビン２の単位時間当たりの読み出し頻度はエネルギー・ビン１の読み出し頻度の２倍である。また、エネルギー・ビン５の読み出し期間の周期はエネルギー・ビン１の読み出し期間の周期の１／５、すなわち、エネルギー・ビン５の読み出し頻度はエネルギー・ビン１の読み出し頻度の５倍である。従って、エネルギー・ビン１に関する投影データ・セットに含まれるビュー数が１０００の場合、エネルギー・ビン２に関する投影データ・セットに含まれるビュー数は２０００であり、エネルギー・ビン５に関する投影データ・セットに含まれるビュー数は５０００となる。

ステップＳ６が行われるとシステム制御部６３は、再構成部５３に再構成処理を行わせる（ステップＳ７）。ステップＳ７において再構成部５３は、ステップＳ３において設定された再構成法または再構成パラメータに従って再構成を行う。ステップＳ７の前段階においてユーザは、操作部５９を介して複数のエネルギー・ビンのうちの画像化対象のエネルギー・ビンを指定する。再構成部５３は、指定されたエネルギー・ビンに関する投影データに、ステップＳ３において設定された再構成法または再構成パラメータを適用して、当該指定されたエネルギー・ビンに関する画像データを再構成する。なお、再構成部５３は、ユーザによるエネルギー・ビンの指定がない場合、全てのエネルギー・ビンに関する投影データに基づいて全てのエネルギー・ビンに関する画像データを再構成しても良い。

ステップＳ７が行われるとシステム制御部６３は、表示部５７に表示処理を行わせる（ステップＳ８）。ステップＳ８において表示部５７は、ステップＳ７において再構成された画像データを表示機器に表示する。本実施形態によれば、複数のエネルギー・ビンの何れにもオーバーフローが発生する可能性が低い。従って複数のエネルギー・ビンの何れの画像データにも、オーバーフローに起因するアーチファクトが発生する可能性が低い。また、一般的に、投影データに含まれるビュー数が比較的少ない場合も画像データにアーチファクトが発生する可能性が高い。本実施形態によれば、各エネルギー・ビンについてビュー数に応じて適切な再構成法や再構成パラメータを設定することができる。従って再構成部５３により再構成される画像データには、ビュー数が少ないことに起因するアーチファクトが発生する可能性も低い。

以上で第１実施形態に係る典型的な動作の説明を終了する。

上記の説明の通り、第１実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、Ｘ線管１３、Ｘ線検出器１５、回転フレーム１１、設定部５５、及びデータ収集部２５を有している。Ｘ線管１３は、Ｘ線を発生する。Ｘ線検出器１５は、Ｘ線管１３から発生されたＸ線フォトンを繰り返し検出し、繰り返し検出されたＸ線フォトンに応じた電気信号を繰り返し発生する。回転フレーム１１は、Ｘ線管１３を回転軸Ｒ回りに回転可能に支持する。設定部５５は、Ｘ線管１３から発生されるＸ線における複数のエネルギー帯域の各々について、複数のエネルギー・ビンの各々における基準カウント数に基づいて読み出し周期又は読み出し期間の時間長を設定する。データ収集部２５は、設定された時間長又は読み出し周期に従ってＸ線検出器１５からの電気信号のカウント数を、複数のエネルギー帯域の各々について計数する。

上記の構成により第１実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、基準カウント数が少ないエネルギー・ビンに比較的長い読み出し期間の時間長又は読み出し周期を設定し、基準カウント数が多いエネルギー・ビンに比較的短い読み出し期間の時間長又は読み出し周期を設定することができる。従って第１実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、複数のエネルギー・ビンに亘って各読み出し期間におけるカウント数を略均一にすることができる。

かくして第１実施形態によれば、複数のエネルギー・ビンの各々について当該エネルギー・ビンに適した読み出し期間の時間長又は周期を設定することにより、各エネルギー・ビンに適したフォトン数を確保しつつオーバーフローの発生確率を低減することが実現する。

（変形例）
上記の実施形態においてフォトンカウンティング装置は、Ｘ線ＣＴタイプの装置（フォトンカウンティングＣＴ装置）であるとした。しかしながら、本実施形態に係るフォトンカウンティング装置は、Ｘ線撮影タイプの装置（フォトンカウンティングＸＲ装置）でも良い。以下、第１実施形態の変形例について説明する。なお以下の説明において、第１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。

図９は、第１実施形態の変形例に係るフォトンカウンティングＸＲ装置の構成を示す図である。図９に示すように、第１実施形態の変形例に係るフォトンカウンティングＸＲ装置は、架台１００とコンソール５００とを有している。架台１００は、例えば、Ｃ形状を有するアーム１１０を有している。アーム１１０は、互いに向き合うように配置されたＸ線管１３とＸ線検出器１５とを回転軸Ｒ回りに回転可能に支持している。アーム１１０は、回転駆動部１９０から動力を受けて回転軸Ｒ回りに一定の角速度で回転する。回転駆動部１９は、架台制御部２１からの駆動信号に従って回転フレーム１１を回転させるための動力を発生する。

架台制御部２１は、コンソール５００内のシステム制御部６３による指示に従って、架台１００に含まれる各種機器の制御を統括する。例えば、架台制御部２１は、回転駆動部１９０、高電圧発生器２３、及びデータ収集部２５を制御する。具体的には、架台制御部２１は、所定の角速度でアーム１１０が回転するように回転駆動部１９０を制御する。架台制御部２１は、既定のＸ線条件に応じたＸ線がＸ線管１３から発生されるように高電圧発生器２３を制御する。架台制御部２１は、カウントデータを収集するようにデータ収集部２５を制御する。より詳細には、架台制御部２１は、第１実施形態と同様に、設定部５５により複数のエネルギー・ビンの各々について設定された時間長又は周期に従って、複数のエネルギー・ビンの各々についてカウントデータの収集を行うようにデータ収集部２５を制御する。

上記の構成により、第１実施形態の変形例に係るフォトンカウンティングＸＲ装置は、単位時間あたりの入射フォトン数が少ないエネルギー・ビンに比較的長い読み出し期間の時間長又は読み出し周期を設定し、基準カウント数が多いエネルギー・ビンに比較的短い読み出し期間の時間長又は読み出し周期を設定することができる。従って第１実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、複数のエネルギー・ビンに亘って各読み出し期間におけるカウント数を略均一にすることができる。

かくして第１実施形態の変形例によれば、複数のエネルギー・ビンの各々について当該エネルギー・ビンに適した読み出し期間を有する時間長又は周期を設定することにより、各エネルギー・ビンに適したフォトン数を確保しつつオーバーフローの発生確率を低減することが実現する。

（第２実施形態）
次に、リストモードで動作するフォトンカウンティングＣＴ装置について説明する。なお以下の説明において、第１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。

図１０は、第２実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置の構成を示す図である。

図１０に示すように、第２実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、架台１０とコンソール５０とを有している。架台１０は、第１実施形態におけるカウントデータ生成用のデータ収集部の代わりにイベントデータ生成用のデータ収集部２９を有している。コンソール５０は、第１実施形態におけるカウントデータに基づいて投影データを生成する投影データ生成部の代わりに、イベントデータに基づいて投影データを生成する投影データ生成部６５を有している。

データ収集部２９は、Ｘ線検出器１５からの電気パルスに応じて、Ｘ線検出器１５により検出されたＸ線フォトンのエネルギーと検出時刻とを示すイベントデータを入射イベント毎に生成する。具体的には、データ収集部２９は、Ｘ線検出器１５に搭載されるＸ線検出素子の個数に応じたチャンネル数分の読み出しチャンネルを装備している。これら複数の読み出しチャンネルは、並列的にＡＳＩＣ等の集積回路に実装されている。図１１は、データ収集部２９の１チャンネルの構成の一例を示す図である。図１１に示すように、データ収集部２９は、複数の読み出しチャンネルの各々について、波形成形器２５１、波高弁別器２５３、及び出力器２５９´を有している。波形成形器２５１、波高弁別器２５３、及び出力器２５９´は、ＡＳＩＣ等の集積回路に実装されている。

波形成形器２５１は、Ｘ線検出素子からの電気パルスの波形を成形する。波形成形器２５１には波高弁別器２５３が接続されている。波高弁別器２５３は、波形成形器２５１からの電気パルスの波高値、すなわち、Ｘ線検出素子により検出されたＸ線フォトンのエネルギーを閾値処理により弁別する。具体的には、波高弁別器２５３は、波形成形器２５１からの電気パルスの波高値がエネルギー・ビンＸに対応する波高値である場合、エネルギー・ビンＸに対応する電気パルスを出力する。波高弁別器２５３には出力器２５９´が接続されている。

出力器２５９´は、波高弁別器２５３からの電気パルス毎に入射イベントに関するイベントデータを生成する。イベントデータは、入射イベント毎に生成されるレコードを含んでいる。

図１２は、イベントデータの一例を示す図である。図１２に示すように、イベントデータは、入射イベント毎に検出時刻［ｔ］、エネルギー値［Ｅ］、チャンネル番号［Ｃｈ］、及び列番号［ｒｏｗ］を互いに関連付けたレコードを含む。入射イベントは、Ｘ線検出素子にＸ線フォトンが入射されたという事象を指す。検出時刻は、電気パルスが出力器２５９´に入力された時刻、換言すれば、Ｘ線フォトンがＸ線検出素子により検出された時刻に規定される。エネルギー値は、波高弁別器２５３により特定された電気パルスの波高値、換言すれば、エネルギー・ビンの代表的なエネルギー値に規定される。換言すれば、エネルギー値は、電気パルスに由来するＸ線フォトンのエネルギー値に対応する。エネルギー・ビンの代表的なエネルギー値は、例えば、各エネルギー・ビンのエネルギー中心値や最小値、最大値等に設定される。チャンネル番号は、Ｘ線フォトンを検出したＸ線検出素子のチャンネル番号である。列番号は、Ｘ線フォトンを検出したＸ線検出素子の列番号である。例えば、図１１のイベント１に関するレコードは、検出時刻ｔ１、エネルギー値Ｅ１、チャンネル番号Ｃｈ１、列番号ｒｏｗ１を含んでいる。出力器２５９´は、波高弁別器２５３からの電気パルスが入力される毎に、当該電気パルスに由来する入射イベントに関するレコードを繰り返し生成する。イベントデータ（レコード）は、伝送部２７を介してコンソール５０に即時的に伝送される。

次に、投影データ生成部６５の構成及び動作について説明する。投影データ生成部６５は、レトロスペクティブ（retrospective）にイベントデータから投影データを生成する。投影データ生成部６５は、複数のエネルギー・ビンの各々について、イベントデータを設定部５５により設定された時間長又は周期を有する読み出し期間に応じた時系列のビューに分類し、当該分類されたイベントデータに基づいて投影データを生成する。図１３は、投影データ生成部６５の構成を示す図である。図１３に示すように、投影データ生成部６５は、分類部６５１、メモリ部（一時記憶部）６５３、読み出し制御部６５５、計数部６５７、及び前処理部６５９を有している。

分類部６５１には複数のエネルギー・ビンにそれぞれ対応する複数のメモリ部６５３が接続されている。分類部６５１は、架台１０から伝送されるイベントデータを、当該イベントデータが示すエネルギー値に応じて複数のメモリ部６５３に分類する。イベントデータは、検出時刻順に架台１０から分類部６５１に即時的に伝送される。分類部６５１は、具体的には、イベントデータに含まれるエネルギー・ビンの識別子を特定し、当該エネルギー・ビンに対応するメモリ部６５３にイベントデータを供給。例えば、エネルギー・ビン２に関するイベントデータが伝送された場合、分類部６５１は、エネルギー・ビン２に対応するメモリ部６５３−２に当該イベントデータを供給。このようにして分類部６５１は、イベントデータを複数のエネルギー・ビンに分類する。

メモリ部６５３は、分類部６５１からのイベントデータを内部メモリに一時的に記憶する。メモリ部６５３は、読み出し制御部６５５による制御に従う時間長又は周期を有する読み出し期間に従って、当該メモリ部６５３に記憶されているイベントデータを読み出す。

メモリ部６５３の内部メモリにはイベントデータの容量の上限が存在する。従来例のように、複数のエネルギー・ビンに関する複数のメモリ部について全て同一のタイミングで読み出しが行われる場合を考える。読み出し期間の周期が比較的短い場合、エネルギー・ビン１のような単位時間当たりの入射フォトン数が少ないエネルギー・ビンについては十分なイベント数（カウント数）が得られず、画像アーチファクトの原因となる。また、読み出し期間の周期が比較的長い場合、エネルギー・ビン５のような単位時間当たりの入射フォトン数が多いエネルギー・ビンについてはメモリ部の容量が上限値に達してしまい、オーバーフロー（数え落とし）が発生してしまう。

本実施形態においては設定部５５により、各エネルギー・ビンにおける基準カウント数に応じて、メモリ部６５３からのイベントデータの読み出し期間の時間長又は周期が設定される。なお第２実施形態に係る設定部５５による読み出し期間の時間長又は周期の設定方法は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

次に、ビューの時間長と読み出し期間の時間長が同一の条件下において読み出し期間の周期が設定された場合の読み出し制御部６５５の動作について説明する。この場合、読み出し制御部６５５は、設定部５５により複数のエネルギー・ビンの各々について設定された読み出し期間の周期に従って、当該エネルギー・ビンに対応するメモリ部６５３に読み出しトリガを送信する。各メモリ部６５３は、読み出し制御部６５５からの読み出しトリガを受けたことを契機として、分類部６５１から供給されたイベントデータの内部メモリへの書き込みを開始する。メモリ部６５３は、イベントデータが供給される毎に、イベントデータを内部メモリに書き込む。そして次の読み出しトリガを受けたことを契機としてメモリ部６５３は、内部メモリに書き込まれた複数の入射イベントに関するイベントデータを読み出し、内部メモリに書き込まれたデータを消去する。そして再び、メモリ部６５３は、分類部６５１から供給されるイベントデータの内部メモリへの書き込みを開始する。図４Ａのように読み出し期間の周期が設定されている場合、エネルギー・ビン５に対応するメモリ６５３−５は、エネルギー・ビン１に対応するメモリ６５３−１に比して５倍の速度でイベントデータの読み出しを行う。このようにメモリ部６５３は、複数のエネルギー・ビンの各々について、ビュー単位でイベントデータを読み出す。ビュー単位のイベントデータをイベントデータ・セットと呼ぶことにする。すなわち、メモリ部６５３は、イベントデータ・セットを読み出し期間の周期（ビュー）毎に繰り返し生成する。イベントデータ・セットは、計数部６５７に供給される。

読み出し期間の時間長がビューから独立して設定された場合の読み出し制御部６５５の動作について説明する。この場合、読み出し制御部６５５は、設定部５５により複数のエネルギー・ビンの各々について設定された読み出し期間の周期に従って、当該エネルギー・ビンに対応するメモリ部６５３に読み出しトリガを送信する。各メモリ部６５３は、読み出し制御部６５５からの読み出しトリガを受けたことを契機として、分類部６５１から供給されたイベントデータの内部メモリへの書き込みを開始し、読み出し期間が経過したことを契機として、イベントデータの内部メモリへの書き込みを終了する。メモリ部６５３は、イベントデータが供給される毎に、イベントデータを内部メモリに書き込む。そして、読み出し期間が経過したこと、又は次の読み出しトリガを受けたことを契機としてメモリ部６５３は、内部メモリに書き込まれた複数の入射イベントに関するイベントデータを読み出し、内部メモリに書き込まれたデータを消去する。そして再び、メモリ部６５３は、分類部６５１から供給されるイベントデータの内部メモリへの書き込みを開始する。イベントデータ・セットは、計数部６５７に供給される。

計数部６５７は、複数のエネルギー・ビンの各々について、メモリ部６５３からの複数のイベントデータ・セットに基づいてビュー毎のカウントデータ・セットを生成する。具体的には、計数部６５７は、各イベントデータ・セットに含まれるレコードをチャンネル番号及び列番号の組合せ毎に分類し、チャンネル番号及び列番号の組合せ毎にレコード数を計数する。チャンネル番号及び列番号の組合せ毎のレコード数は、当該組合せに対応する座標のＸ線検出素子により当該ビューにおいて検出されたＸ線フォトン数、すなわち、入射イベント数に対応する。計数部６５７は、この分類処理を複数のビューに関する複数のイベントデータ・セットついて繰り返すことによりカウントデータ・セットを生成する。カウントデータ・セットは、前処理部６５９に供給される。

前処理部６５９は、複数のエネルギー・ビンに関する複数のカウントデータ・セットに前処理を施して複数のエネルギー・ビンに関する複数の投影データ・セットを生成する。前処理としては、例えば、対数変換が実行される。対数変換において前処理部６５９は、複数のエネルギー・ビンの各々についてカウントデータの対数を計算する。カウントデータの対数は、投影データと呼ばれている。なお前処理は、対数変換のみに限定されず、不均一補正等の他の補正処理を含んでも良い。これら他の前処理は、カウントデータや投影データに適宜適用される。複数のエネルギー・ビンに関する投影データは、主記憶部６１に記憶される。

以上で第２実施形態に係る投影データ生成部６５の構成及び動作の説明について終了する。

第２実施形態においても、図６に示す第１実施形態と同様の流れでイベントデータの収集が行われる。従って、第２実施形態に係る典型的な動作の説明は省略する。

上記の説明により、第２実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、Ｘ線管１３、Ｘ線検出器１５、回転フレーム１１、データ収集部２９、設定部５５、及び投影データ生成部６５を有している。Ｘ線管１３は、Ｘ線を発生する。Ｘ線検出器１５は、Ｘ線管１３から発生されたＸ線フォトンを繰り返し検出し、繰り返し検出されたＸ線フォトンに応じた電気信号を繰り返し発生する。回転フレーム１１は、Ｘ線管１３を回転軸Ｒ回りに回転可能に支持する。データ収集部２９は、Ｘ線検出器１５からの電気信号に応じて、検出されたＸ線フォトンのエネルギーと検出時刻とを表現するイベントデータをイベント毎に生成する。設定部５５は、Ｘ線管１３から発生されるＸ線のエネルギースペクトルにおける複数のエネルギー帯域の各々について、複数のエネルギー・ビンの各々における基準カウント数に基づいて、読み出し期間の時間長又は読み出し周期を設定する。投影データ生成部６５は、複数のエネルギー帯域の各々について、イベントデータを設定された時間長又は読み出し周期に従って時系列のビューに分類し、分類されたイベントデータに基づいて投影データを生成する。

上記の構成により第２実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、基準カウント数が少ないエネルギー・ビンに比較的長い時間長又は周期を有する読み出し期間を設定し、基準カウント数が多いエネルギー・ビンに比較的短い時間長又は周期を有する読み出し期間を設定することができる。従って第２実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、複数のエネルギー・ビンに亘って各読み出し期間におけるカウント数（イベント数）を略均一にすることができる。

かくして第２実施形態によれば、複数のエネルギー・ビンの各々について当該エネルギー・ビンに適した読み出し期間を設定することにより、各エネルギー・ビンに適したフォトン数を確保しつつオーバーフローの発生確率を低減することが実現する。

（変形例）
上記の実施形態においてフォトンカウンティング装置は、Ｘ線ＣＴタイプの装置（フォトンカウンティングＣＴ装置）であるとした。しかしながら、本実施形態に係るフォトンカウンティング装置は、Ｘ線撮影タイプの装置（フォトンカウンティングＸＲ装置）でも良い。以下、第２実施形態の変形例について説明する。なお以下の説明において、第１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。

図１４は、第２実施形態の変形例に係るフォトンカウンティングＸＲ装置の構成を示す図である。図１４に示すように、第２実施形態の変形例に係るフォトンカウンティングＸＲ装置は、架台１００とコンソール５００とを有している。架台１００は、例えば、Ｃ形状を有するアーム１１０を有している。アーム１１０は、互いに向き合うように配置されたＸ線管１３とＸ線検出器１５とを回転軸Ｒ回りに回転可能に支持している。アーム１１０は、回転駆動部１９０から動力を受けて回転軸Ｒ回りに一定の角速度で回転する。回転駆動部１９は、架台制御部２１からの駆動信号に従って回転フレーム１１を回転させるための動力を発生する。

架台制御部２１は、コンソール５００内のシステム制御部６３による指示に従って、架台１００に含まれる各種機器の制御を統括する。例えば、架台制御部２１は、回転駆動部１９０、高電圧発生器２３、及びデータ収集部２９を制御する。具体的には、架台制御部２１は、所定の角速度でアーム１１０が回転するように回転駆動部１９０を制御する。架台制御部２１は、既定のＸ線条件に応じたＸ線がＸ線管１３から発生されるように高電圧発生器２３を制御する。架台制御部２１は、カウントデータを収集するようにデータ収集部２５を制御する。より詳細には、架台制御部２１は、第２実施形態と同様に、複数のエネルギー・ビンの各々についてイベントデータの収集を行うようにデータ収集部２９を制御する。

投影データ生成部６５は、複数のエネルギー・ビンの各々について、第２実施形態と同様に、イベントデータを設定部５５により設定された時間長又は周期を有する読み出し期間に応じた時系列のビューに分類し、当該分類されたイベントデータに基づいて投影データを生成する。

上記の構成により、第２実施形態の変形例に係るフォトンカウンティングＸＲ装置は、基準カウント数が少ないエネルギー・ビンに比較的長い時間長又は周期を有する読み出し期間を設定し、基準カウント数が多いエネルギー・ビンに比較的短い時間長又は周期を有する読み出し期間を設定することができる。従って第１実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、複数のエネルギー・ビンに亘って各読み出し期間におけるカウント数を略均一にすることができる。

上記の構成により第２実施形態の変形例に係るフォトンカウンティングＸＲ装置は、基準カウント数が少ないエネルギー・ビンに比較的長い時間長又は周期を有する読み出し期間を設定し、基準カウント数が多いエネルギー・ビンに比較的短い時間長又は周期を有する読み出し期間を設定することができる。従って第２実施形態の変形例に係るフォトンカウンティングＸＲ装置は、複数のエネルギー・ビンに亘って各読み出し期間におけるカウント数（イベント数）を略均一にすることができる。

かくして第２実施形態の変形例によれば、複数のエネルギー・ビンの各々について当該エネルギー・ビンに適した読み出し期間を設定することにより、各エネルギー・ビンに適したフォトン数を確保しつつオーバーフローの発生確率を低減することが実現する。

なお、第２実施形態の変形例においてはアーム１１０を回転させながら撮像する態様について説明したが、アーム１１０を固定して撮像する態様であっても構わない。この場合、回転軸Ｒ回りのＸ線管１３の角度やＸ線管１３の天板１７等に対する相対的な位置を固定して撮像することが可能となる。

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…架台、１１…回転フレーム、１３…Ｘ線管、１５…Ｘ線検出器、１７…天板、１９…回転駆動部、２１…架台制御部、２３…高電圧発生器、２５…データ収集部（カウントデータ生成部）、２７…伝送部、５０…コンソール、５１…投影データ生成部、５３…再構成部、５５…設定部、５７…表示部、５９…操作部、６１…主記憶部、６３…システム制御部。

Claims (19)

1. Ｘ線を発生するＸ線管と、
   前記Ｘ線管から発生されたＸ線フォトンを繰り返し検出し、前記繰り返し検出されたＸ線フォトンに応じた電気信号を繰り返し発生するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線管を回転軸回りに回転可能に支持する支持機構と、
   前記Ｘ線管から発生されるＸ線に関する複数のエネルギー帯域の各々についての基準カウント数に基づいて、前記電気信号のための単位時間当りの読み出し期間の時間長又は読み出し周期を設定する設定部と、
   前記複数のエネルギー帯域の各々について、前記設定された時間長又は読み出し周期に従って前記Ｘ線検出器からの電気信号のカウント数を計数するデータ収集部と、
   を具備するフォトンカウンティング装置。
2. 前記複数のエネルギー帯域の各々ついて前記カウント数に基づいて投影データを生成する投影データ生成部と、
   前記複数のエネルギー帯域のうちの所定のエネルギー帯域に関する前記投影データに基づいて画像データを再構成する再構成部と、
   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装置。
3. 前記設定部は、前記基準カウント数が多いエネルギー帯域についての前記読み出し周期を、前記基準カウント数が少ないエネルギー帯域についての前記読み出し周期に比して短い値に設定する、請求項１記載のフォトンカウンティング装置。
4. 前記設定部は、前記基準カウント数が多いエネルギー帯域についての前記読み出し期間の時間長を、前記基準カウント数が少ないエネルギー帯域についての前記読み出し期間の時間長に比して短い値に設定する、請求項１記載のフォトンカウンティング装置。
5. 前記設定部は、前記複数のエネルギー帯域の各々について再構成法を設定し、
   前記再構成部は、前記所定のエネルギー帯域に設定された再構成法を利用して前記画像データを再構成する、
   請求項２記載のフォトンカウンティング装置。
6. 前記設定部は、前記複数のエネルギー帯域のうちの前記基準カウント数が多いエネルギー帯域に解析学的画像再構成法を設定し、前記複数のエネルギー帯域のうちの前記基準カウント数が少ないエネルギー帯域に統計的画像再構成法を設定する、請求項１記載のフォトンカウンティング装置。
7. 前記設定部は、前記複数のエネルギー帯域の各々について再構成パラメータを設定し、
   前記再構成部は、前記所定のエネルギー帯域に設定された再構成パラメータを利用して前記画像データを再構成する、
   請求項２記載のフォトンカウンティング装置。
8. 前記設定部は、前記読み出し期間の時間長をビューの時間長に対応した時間長に設定する、請求項１記載のフォトンカウンティング装置。
9. 前記設定部は、前記読み出し期間の時間長をビューの時間長よりも短い値に設定する、請求項１記載のフォトンカウンティング装置。
10. 前記設定部は、前記複数のエネルギー帯域の各々に関する前記基準カウント数を、前記データ収集部により対象スキャンの前段のスカウト撮像において収集されたカウント数に基づいて設定する、請求項１記載のフォトンカウンティング装置。
11. 前記設定部は、前記複数のエネルギー帯域の各々に関する前記基準カウント数を、前記データ収集部により対象スキャンにおいて収集された所定番目のビューに関するカウント数に基づいて設定する、請求項１記載のフォトンカウンティング装置。
12. 前記複数のエネルギー帯域の各々に関する基準カウント数の候補値を撮像部位又は撮像物質毎に記憶する記憶部をさらに備え、
    前記設定部は、前記記憶部に記憶された候補値のうちの、ユーザ指定の撮像部位又は撮像物質に関する候補値を前記基準カウント数に設定する、
    請求項１記載のフォトンカウンティング装置。
13. Ｘ線を発生するＸ線管と、
    前記Ｘ線管から発生されたＸ線フォトンを繰り返し検出し、前記繰り返し検出されたＸ線フォトンに応じた電気信号を繰り返し発生するＸ線検出器と、
    前記Ｘ線管を回転軸回りに回転可能に支持する支持機構と、
    前記Ｘ線検出器からの前記電気信号に応じて前記検出されたＸ線フォトンのエネルギーと検出時刻とを表現するイベントデータをイベント毎に生成するデータ収集部と、
    前記Ｘ線管から発生されるＸ線における複数のエネルギー帯域の各々について、前記複数のエネルギー帯域の各々における基準カウント数に基づいて、前記電気信号に対する単位時間当りの読み出し期間の時間長又は読み出し周期を設定する設定部と、
    前記複数のエネルギー帯域の各々について、前記イベントデータを前記設定された時間長又は読み出し周期に従って時系列のビューに分類し、前記分類されたイベントデータに基づいて投影データを生成する投影データ生成部と、
    を具備するフォトンカウンティング装置。
14. 前記複数のエネルギー帯域のうちの所定のエネルギー帯域に関する投影データに基づいて画像データを再構成する再構成部、をさらに備える請求項１３記載のフォトンカウンティング装置。
15. 前記設定部は、前記基準カウント数が多いエネルギー帯域についての前記読み出し周期を、前記基準カウント数が少ないエネルギー帯域についての前記読み出し周期に比して短い値に設定する、請求項１３記載のフォトンカウンティング装置。
16. 前記設定部は、前記基準カウント数が多いエネルギー帯域についての前記読み出し期間の時間長を、前記基準カウント数が少ないエネルギー帯域についての前記読み出し期間の時間長に比して短い値に設定する、請求項１３記載のフォトンカウンティング装置。
17. 前記設定部は、前記複数のエネルギー帯域の各々について再構成法を設定し、
    前記再構成部は、前記所定のエネルギー帯域に設定された再構成法を利用して前記画像データを再構成する、
    請求項１４記載のフォトンカウンティング装置。
18. 前記設定部は、前記複数のエネルギー帯域のうちの前記基準カウント数が多いエネルギー帯域に解析学的画像再構成法を設定し、前記複数のエネルギー帯域のうちの前記基準カウント数が少ないエネルギー帯域に統計的画像再構成法を設定する、請求項１７記載のフォトンカウンティング装置。
19. 前記設定部は、前記複数のエネルギー帯域の各々について再構成パラメータを設定し、
    前記再構成部は、前記所定のエネルギー帯域に設定された再構成パラメータを利用して前記画像データを再構成する、
    請求項１４記載のフォトンカウンティング装置。