JP6437345B2 - Photon counting X-ray detector and photon counting X-ray CT apparatus - Google Patents

Photon counting X-ray detector and photon counting X-ray CT apparatus Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、光子計数型X線検出器及び光子計数型X線CT装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a photon counting X-ray detector and a photon counting X-ray CT apparatus.

光子計数型X線検出器は、検出素子に入射したX線光子を計数することができる。しかし、所定の期間内に入射したX線光子の数が多い場合、検出素子の応答時間のため個々のX線光子により発生した波形が重複する確率が高くなる。このため、光子計数型X線検出器は、複数のX線光子を一つのX線光子として計数してしまうことがある。この現象は、パルスパイルアップと呼ばれる。パルスパイルアップが発生すると、光子計数型X線検出器は、検出素子に入射したX線光子を正確に計数することができないことがある。   The photon counting X-ray detector can count X-ray photons incident on the detection element. However, when the number of X-ray photons incident within a predetermined period is large, there is a high probability that waveforms generated by individual X-ray photons overlap due to the response time of the detection element. For this reason, the photon counting X-ray detector may count a plurality of X-ray photons as one X-ray photon. This phenomenon is called pulse pileup. When pulse pileup occurs, the photon counting X-ray detector may not be able to accurately count the X-ray photons incident on the detection element.

これまで、入射したX線光子の数が多い場合でもX線光子を正確に計数するために、検出素子の応答速度を速くする、検出素子に入射するX線光子の数を減らす等の対策が講じられている。例えば、テルル化カドミウム(CdTe)等を使用した直接変換型の光子計数型X線検出器では、印加する電圧を大きくし、検出素子の応答速度の高速化を図っている。或いは、シンチレータを使用した間接変換型の光子計数型X線検出器では、蛍光減衰時間の短いシンチレータを使用し、検出素子の応答速度の高速化を図っている。また、光子計数型X線検出器における単位面積当たりの検出素子の数を増やす、検出素子の開口を小さくする等の対策により、検出素子に入射するX線光子の数を減らすことができる。また、パルスパイルアップにより重複した波形を、複数のエネルギーが低いX線光子の入射により生じた波形とみなし、エネルギー帯ごとの計数率を補正する方法もある。さらに、積分型DAS(Data Acquisition System)及びフォトンカウント型DASを設け、X線光子レートが低い場合はフォトンカウント型の出力、X線光子レートが高い場合は、積分型の出力を使用する方法もある。なお、上述した波形とは、X線光子が検出素子に入射することにより、電圧又は電流が所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を意味している。   Until now, in order to accurately count X-ray photons even when the number of incident X-ray photons is large, measures such as increasing the response speed of the detection element and reducing the number of X-ray photons incident on the detection element have been taken. Has been taken. For example, in a direct conversion photon counting X-ray detector using cadmium telluride (CdTe) or the like, the applied voltage is increased to increase the response speed of the detection element. Alternatively, an indirect conversion type photon counting X-ray detector using a scintillator uses a scintillator with a short fluorescence decay time to increase the response speed of the detection element. In addition, the number of X-ray photons incident on the detection element can be reduced by measures such as increasing the number of detection elements per unit area in the photon counting X-ray detector and reducing the aperture of the detection element. There is also a method of correcting the counting rate for each energy band by regarding a waveform overlapped by pulse pileup as a waveform generated by the incidence of a plurality of low energy X-ray photons. Further, there is a method of providing an integral type DAS (Data Acquisition System) and a photon count type DAS, and using an output of a photon count type when the X-ray photon rate is low and using an integral type output when the X-ray photon rate is high. is there. Note that the above-described waveform means an event in which a state where a voltage or current exceeds a predetermined threshold value continues when an X-ray photon enters the detection element.

特開2009−78143号公報JP 2009-78143 A 特開2000−23965号公報JP 2000-23965 A 特開2000−131440号公報JP 2000-131440 A 特開2013−227号公報JP 2013-227 A

本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成により、入射したX線光子の数が多い場合でもX線光子の数を適切に推定することができる光子計数型X線検出器及び光子計数型X線CT装置を提供することである。   A problem to be solved by the present invention is a photon counting X-ray detector and a photon counting type capable of appropriately estimating the number of X-ray photons even when the number of incident X-ray photons is large with a simple configuration. An X-ray CT apparatus is provided.

実施形態に係る光子計数型X線検出器は、検出素子と、観測部と、推定部とを備える。検出素子は、入射したX線光子に基づく応答波形を出力する。観測部は、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数を観測し、は応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の数を観測する。推定部は、観測部が観測した数に基づいて、観測部が観測した事象の所定の期間内における発生率を算出し、算出した発生率に基づいて検出素子へ所定の期間内に入射したX線光子の数を推定する。 The photon counting X-ray detector according to the embodiment includes a detection element, an observation unit, and an estimation unit. The detection element outputs a response waveform based on the incident X-ray photons. Observation unit observes the number of events that the state in which the response waveform is below a predetermined threshold value continues, or the state in which the response waveform exceeds a predetermined threshold value observing the number of events to continue. Estimating unit, based on the number of observation section has observed, to calculate the incidence within a predetermined period of event observation section has observed, incident within a period of Jo Tokoro to detecting element based on the calculated occurrence rate Estimate the number of X-ray photons.

図1は、第1の実施形態に係る光子計数型X線CT装置の構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a photon counting X-ray CT apparatus according to the first embodiment. 図2は、第1の実施形態に係る光子計数型X線検出器の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a photon counting X-ray detector according to the first embodiment. 図3は、従来の光子計数型X線CT装置が備える検出回路の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a detection circuit provided in a conventional photon counting X-ray CT apparatus. 図4は、検出素子によって出力され、波形整形部によって処理された応答波形の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a response waveform output by the detection element and processed by the waveform shaping unit. 図5は、入射率と計数率との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the incidence rate and the count rate. 図6は、第1の実施形態に係る光子計数型X線CT装置が備える検出回路の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a detection circuit included in the photon counting X-ray CT apparatus according to the first embodiment. 図7は、図6に示した検出回路が備える観測部の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an observation unit included in the detection circuit illustrated in FIG. 図8は、検出素子の応答時間と応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率との関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the response time of the detection element and the occurrence rate of an event that continues to be below a predetermined threshold in the response waveform. 図9は、入射率と応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率との関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the incidence rate and the occurrence rate of events that continue to be in a state where the response waveform is below a predetermined threshold. 図10は、応答波形に対する閾値と応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the threshold for the response waveform and the number of events that continue to be in a state where the response waveform is below the predetermined threshold. 図11は、推定部による推定結果又は計数部による計数結果と、信頼度との関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between the estimation result by the estimation unit or the count result by the counting unit and the reliability. 図12は、第2の実施形態に係る光子計数型X線CT装置が備える検出回路の一例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a detection circuit included in the photon counting X-ray CT apparatus according to the second embodiment. 図13は、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間又は応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間を観測する方法の一例を示す図である。FIG. 13 shows a method of observing the time during which an event in which a state below a predetermined threshold continues in the response waveform continues or the time at which an event in which a state exceeding the predetermined threshold continues in the response waveform continues. It is a figure which shows an example. 図14は、応答波形に対する閾値と応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間又は応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間との関係を示す図である。FIG. 14 shows a threshold for the response waveform and a time for which an event in which the state below the predetermined threshold continues in the response waveform continues or a time for an event in which the state above the predetermined threshold continues in the response waveform It is a figure which shows the relationship. 図15は、第3の実施形態に係る光子計数型X線CT装置が備える検出回路の一例を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a detection circuit included in the photon counting X-ray CT apparatus according to the third embodiment.

以下、図面を参照しながら、実施形態に係る光子計数型X線検出器及び光子計数型X線CT装置について説明する。なお、以下の実施形態では、重複する内容についての説明は適宜省略する。   Hereinafter, a photon counting X-ray detector and a photon counting X-ray CT apparatus according to embodiments will be described with reference to the drawings. Note that in the following embodiments, description of overlapping contents will be omitted as appropriate.

(第1の実施形態)
まず、図1及び図2を参照しながら、第1の実施形態に係る光子計数型X線CT装置1の構成について説明する。図1は、第1の実施形態に係る光子計数型X線CT装置の構成例を示す図である。図2は、第1の実施形態に係る光子計数型X線検出器の一例を示す図である。光子計数型X線CT装置1は、図1に示すように、架台装置2と、寝台装置20と、画像処理装置8とを備える。なお、光子計数型X線CT装置1の構成は、下記の構成に限定されるものではない。
(First embodiment)
First, the configuration of the photon counting X-ray CT apparatus 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a photon counting X-ray CT apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a photon counting X-ray detector according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the photon counting X-ray CT apparatus 1 includes a gantry device 2, a couch device 20, and an image processing device 8. The configuration of the photon counting X-ray CT apparatus 1 is not limited to the following configuration.

架台装置2は、被検体PにX線を照射して後述する投影データを収集する。架台装置2は、図1に示すように、架台制御部3と、X線発生装置4と、光子計数型X線検出器5と、データ収集部6と、回転フレーム7とを備える。   The gantry device 2 irradiates the subject P with X-rays and collects projection data described later. As shown in FIG. 1, the gantry device 2 includes a gantry control unit 3, an X-ray generation device 4, a photon counting X-ray detector 5, a data collection unit 6, and a rotating frame 7.

架台制御部3は、後述するスキャン制御部83による制御のもと、X線発生装置4及び回転フレーム7の動作を制御する。架台制御部3は、高電圧発生部31と、コリメータ調整部32と、架台駆動部33とを備える。高電圧発生部31は、後述するX線管球41に管電圧を供給する。コリメータ調整部32は、コリメータ43の開口度及び位置を調整することにより、X線発生装置4が被検体Pに照射するX線の照射範囲を調整する。例えば、コリメータ調整部32は、コリメータ43の開口度を調整することにより、X線の照射範囲、すなわちX線のファン角及びコーン角を調整する。架台駆動部33は、回転フレーム7を回転駆動させることにより、被検体Pを中心とした円軌道上でX線発生装置4及び光子計数型X線検出器5を旋回させる。   The gantry control unit 3 controls the operations of the X-ray generator 4 and the rotating frame 7 under the control of a scan control unit 83 described later. The gantry control unit 3 includes a high voltage generation unit 31, a collimator adjustment unit 32, and a gantry driving unit 33. The high voltage generator 31 supplies a tube voltage to an X-ray tube 41 described later. The collimator adjustment unit 32 adjusts the X-ray irradiation range that the X-ray generator 4 irradiates the subject P by adjusting the aperture and position of the collimator 43. For example, the collimator adjustment unit 32 adjusts the X-ray irradiation range, that is, the X-ray fan angle and cone angle, by adjusting the aperture of the collimator 43. The gantry driving unit 33 rotates the rotary frame 7 to rotate the X-ray generator 4 and the photon counting X-ray detector 5 on a circular orbit around the subject P.

X線発生装置4は、被検体Pに照射するX線を発生させる。X線発生装置4は、X線管球41と、ウェッジ42と、コリメータ43とを備える。X線管球41は、高電圧発生部31が供給する管電圧により、被検体Pに照射するビーム状のX線を発生させる。X線管球41は、被検体Pの体軸方向に沿った広がりを有するビーム状のX線を発生させる真空管である。このビーム状のX線は、コーンビームとも呼ばれる。X線管球41は、回転フレーム7の回転に伴って、コーンビームを被検体Pに対して照射する。ウェッジ42は、被検体Pに照射するX線の量を調節するためのX線フィルタである。コリメータ43は、コリメータ調整部32の制御により、ウェッジ42によってX線の量が調節されたX線の照射範囲を絞り込むためのスリットである。   The X-ray generator 4 generates X-rays that irradiate the subject P. The X-ray generator 4 includes an X-ray tube 41, a wedge 42, and a collimator 43. The X-ray tube 41 generates beam-shaped X-rays that irradiate the subject P with the tube voltage supplied by the high voltage generator 31. The X-ray tube 41 is a vacuum tube that generates beam-like X-rays having a spread along the body axis direction of the subject P. This beam-shaped X-ray is also called a cone beam. The X-ray tube 41 irradiates the subject P with a cone beam as the rotating frame 7 rotates. The wedge 42 is an X-ray filter for adjusting the amount of X-rays irradiated to the subject P. The collimator 43 is a slit for narrowing the X-ray irradiation range in which the amount of X-rays is adjusted by the wedge 42 under the control of the collimator adjustment unit 32.

光子計数型X線検出器5は、図2に示すように、複数の検出素子51が第1方向及び第1方向と交差する第2方向に規則的に配置された多列検出器である。例えば、図2において、第1方向はチャンネル方向、第2方向はスライス方向である。ここで、チャンネル方向は回転フレーム7の円周方向、スライス方向は被検体Pの体軸方向である。検出素子51は、入射したX線光子に基づく応答波形を出力する。具体的には、検出素子51は、入射したX線光子を検出し、応答波形を出力する。なお、応答波形は、例えば、後述する検出素子51が出力する電圧又は電流のAD値の時系列データである。また、以下の説明では、検出とは、X線光子が検出素子51に入射してから検出素子51が応答波形を出力するまでを意味するものとする。   As shown in FIG. 2, the photon counting X-ray detector 5 is a multi-row detector in which a plurality of detection elements 51 are regularly arranged in a first direction and a second direction intersecting the first direction. For example, in FIG. 2, the first direction is the channel direction, and the second direction is the slice direction. Here, the channel direction is the circumferential direction of the rotating frame 7, and the slice direction is the body axis direction of the subject P. The detection element 51 outputs a response waveform based on the incident X-ray photons. Specifically, the detection element 51 detects an incident X-ray photon and outputs a response waveform. The response waveform is, for example, time-series data of AD values of voltages or currents output from a detection element 51 described later. Moreover, in the following description, detection means from the time an X-ray photon enters the detection element 51 until the detection element 51 outputs a response waveform.

検出素子51は、例えば、シンチレータ及びフォトダイオードを含む。また、検出素子51は、後述する検出回路に接続されている。検出素子51は、入射したX線の光子一つ一つをシンチレータにより光に変換し、この光をフォトダイオードにより電荷に変換する。この電荷は、後述する検出回路へ送られる。検出素子51としてシンチレータを備えている場合、光子計数型X線検出器5は、間接変換型の検出器と呼ばれる。   The detection element 51 includes, for example, a scintillator and a photodiode. The detection element 51 is connected to a detection circuit described later. The detection element 51 converts each incident X-ray photon into light by a scintillator, and converts this light into electric charge by a photodiode. This electric charge is sent to a detection circuit described later. When a scintillator is provided as the detection element 51, the photon counting X-ray detector 5 is called an indirect conversion type detector.

また、光子計数型X線検出器5は、直接変換型の検出器でもよい。直接変換型の検出器は、検出素子51としてテルル化カドミウム(CdTe)等の半導体素子を備える。直接変換型の検出器は、検出素子51に入射したX線光子を半導体素子により直接電荷に変換する。検出素子51から出力される電荷は、X線光子の入射によって発生する電子が正電位の集電電極に向かって走行すること及びX線光子の入射によって発生する正孔が負電位の集電電極に向かって走行することの少なくとも一方で出力される。この電荷は、後述する検出回路へ送られる。   The photon counting X-ray detector 5 may be a direct conversion type detector. The direct conversion type detector includes a semiconductor element such as cadmium telluride (CdTe) as the detection element 51. The direct conversion type detector directly converts X-ray photons incident on the detection element 51 into electric charges by a semiconductor element. The charge output from the detection element 51 is such that electrons generated by the incidence of the X-ray photon travel toward the collector electrode having a positive potential and holes generated by the incidence of the X-ray photon have a negative potential. Is output at least one of traveling toward the vehicle. This electric charge is sent to a detection circuit described later.

検出素子51には、後述する検出回路が接続されている。検出回路は、算出部と、計数部と、観測部と、推定部とを備える。算出部は、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を発生させたX線光子のエネルギーを算出する。計数部は、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を発生させたX線光子の数(計数値)を計数する。或いは、計数部は、算出部が算出した結果に基づいて、X線管球41が照射するX線のエネルギー分布上に設定された1つ又は複数のエネルギー帯ごとに、検出素子へ所定の期間内に入射したX線光子の数(計数値)を計数する。ここで、計数値として、例えば、単位時間あたりの数を示す計数率を用いる。観測部は、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象を観測する。或いは、観測部は、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を観測する。推定部は、観測部が観測した事象の所定の期間内における発生率を算出し、発生率に基づいて検出素子へ所定の期間内に入射したX線光子の数(推定値)を推定する。ここで、推定値として、例えば、単位時間あたりの数を示す入射率を用いる。なお、所定の期間とは、例えば、CT画像を生成するための投影データそれぞれが収集される期間である。検出回路の詳細及び投影データについては後述する。また、事象には、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象及び応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の二つがある。   A detection circuit described later is connected to the detection element 51. The detection circuit includes a calculation unit, a counting unit, an observation unit, and an estimation unit. The calculation unit calculates the energy of the X-ray photon that has generated an event in which a state in which the response waveform exceeds a predetermined threshold continues. The counting unit counts the number of X-ray photons (count value) that has generated an event in which the state of exceeding a predetermined threshold in the response waveform continues. Alternatively, the counting unit may transmit a predetermined period to the detection element for each one or a plurality of energy bands set on the energy distribution of the X-rays irradiated by the X-ray tube 41 based on the result calculated by the calculation unit. The number (count value) of X-ray photons incident on the inside is counted. Here, for example, a count rate indicating the number per unit time is used as the count value. The observation unit observes an event in which a state where the response waveform is below a predetermined threshold continues. Alternatively, the observation unit observes an event in which a state exceeding a predetermined threshold in the response waveform continues. The estimation unit calculates an occurrence rate of the event observed by the observation unit within a predetermined period, and estimates the number (estimated value) of X-ray photons incident on the detection element within the predetermined period based on the occurrence rate. Here, as the estimated value, for example, an incidence rate indicating the number per unit time is used. The predetermined period is, for example, a period during which each projection data for generating a CT image is collected. Details of the detection circuit and projection data will be described later. In addition, there are two types of events: an event in which a state below a predetermined threshold in the response waveform continues and an event in which a state above a predetermined threshold in the response waveform continues.

データ収集部6は、図1に示すように、計数データ収集部61と、推定データ収集部62とを備える。計数データ収集部61は、計数部が出力するデータを収集し、このデータに基づいて投影データを生成する。推定データ収集部62は、推定部が出力するデータを収集し、このデータに基づいて投影データを生成する。計数データ収集部61が生成した投影データ及び推定データ収集部62が生成した投影データは、後述する前処理部84へ送られる。   As illustrated in FIG. 1, the data collection unit 6 includes a count data collection unit 61 and an estimated data collection unit 62. The counting data collection unit 61 collects data output from the counting unit and generates projection data based on the data. The estimation data collection unit 62 collects data output from the estimation unit, and generates projection data based on this data. The projection data generated by the count data collection unit 61 and the projection data generated by the estimation data collection unit 62 are sent to a preprocessing unit 84 described later.

回転フレーム7は、X線発生装置4と光子計数型X線検出器5とを被検体Pを挟んで対向するように支持する円環状のフレームである。回転フレーム7は、架台駆動部33によって駆動され、被検体Pを中心とした円軌道上を高速で回転する。   The rotating frame 7 is an annular frame that supports the X-ray generator 4 and the photon counting X-ray detector 5 so as to face each other with the subject P interposed therebetween. The rotating frame 7 is driven by the gantry driving unit 33 and rotates on a circular orbit around the subject P at a high speed.

寝台装置20は、寝台駆動装置21と、天板22とを備える。寝台駆動装置21は、後述するスキャン制御部83による制御のもと、被検体Pが載置された天板22を体軸方向へ移動させることにより、被検体Pを回転フレーム7内で移動させる。なお、架台装置2は、例えば、天板22を移動させながら回転フレーム7を回転させて被検体Pをらせん状にスキャンするヘリカルスキャンを実行する。或いは、架台装置2は、天板22を移動させた後に被検体Pの位置を固定したままで回転フレーム7を回転させて被検体Pをスキャンするコンベンショナルスキャンを実行する。或いは、架台装置2は、天板22の位置を一定間隔で移動させてコンベンショナルスキャンを複数のスキャンエリアで行うステップアンドシュート方式を実行する。   The couch device 20 includes a couch driving device 21 and a top plate 22. The couch driving device 21 moves the subject P within the rotating frame 7 by moving the top plate 22 on which the subject P is placed in the body axis direction under the control of the scan control unit 83 described later. . Note that the gantry device 2 performs a helical scan that scans the subject P in a spiral shape by rotating the rotating frame 7 while moving the top plate 22, for example. Alternatively, the gantry device 2 performs a conventional scan in which the subject P is scanned by rotating the rotating frame 7 while the position of the subject P is fixed after the top plate 22 is moved. Alternatively, the gantry device 2 executes a step-and-shoot method in which a conventional scan is performed in a plurality of scan areas by moving the position of the top plate 22 at regular intervals.

画像処理装置8は、ユーザによる光子計数型X線CT装置1の操作を受け付ける。また、画像処理装置8は、架台装置2によって収集された投影データに再構成等の処理を施す。画像処理装置8は、入力部81と、表示部82と、スキャン制御部83と、前処理部84と、データ記憶部85と、画像生成部86と、画像記憶部87と、制御部88とを備える。   The image processing apparatus 8 receives an operation of the photon counting X-ray CT apparatus 1 by the user. Further, the image processing device 8 performs processing such as reconstruction on the projection data collected by the gantry device 2. The image processing apparatus 8 includes an input unit 81, a display unit 82, a scan control unit 83, a preprocessing unit 84, a data storage unit 85, an image generation unit 86, an image storage unit 87, and a control unit 88. Is provided.

入力部81は、光子計数型X線CT装置1のユーザが各種指示や各種設定の入力に用いるマウス、キーボード等である。入力部81は、ユーザから受け付けた指示や設定の情報を、制御部88に転送する。表示部82は、ユーザによって参照されるモニタである。表示部82には、各種画像処理の結果、入力部81を介してユーザから各種設定を受け付けるためのGUI(Graphical User Interface)等が表示される。   The input unit 81 is a mouse, a keyboard, or the like used by the user of the photon counting X-ray CT apparatus 1 for inputting various instructions and various settings. The input unit 81 transfers the instruction and setting information received from the user to the control unit 88. The display unit 82 is a monitor that is referred to by the user. The display unit 82 displays a GUI (Graphical User Interface) or the like for receiving various settings from the user via the input unit 81 as a result of various image processing.

スキャン制御部83は、制御部88による制御のもと、架台制御部3、データ収集部6及び寝台駆動装置21の動作を制御する。具体的には、スキャン制御部83は、架台制御部3を制御することにより、光子計数CT撮影を行う際に、回転フレーム7を回転させ、X線管球41からX線を照射させ、コリメータ43の開口度及び位置の調整を行う。また、スキャン制御部83は、制御部88による制御のもと、データ収集部6を制御する。また、スキャン制御部83は、制御部88による制御のもと、光子計数CT撮影を行う際、寝台駆動装置21を制御することにより、天板22を移動させる。   The scan control unit 83 controls operations of the gantry control unit 3, the data collection unit 6, and the bed driving device 21 under the control of the control unit 88. Specifically, the scan control unit 83 controls the gantry control unit 3 to rotate the rotating frame 7 and irradiate X-rays from the X-ray tube 41 when performing photon counting CT imaging. The opening degree and position of 43 are adjusted. The scan control unit 83 controls the data collection unit 6 under the control of the control unit 88. In addition, the scan control unit 83 moves the top 22 by controlling the bed driving device 21 when performing photon counting CT imaging under the control of the control unit 88.

前処理部84は、データ収集部6によって生成された投影データ、すなわち計数データ収集部61が生成した投影データ及び推定データ収集部62が生成した投影データに対して、対数変換、オフセット補正、感度補正、ビームハードニング補正、散乱線補正等の補正処理を施し、これをデータ記憶部85に格納する。なお、前処理部84により補正処理が施された投影データは、生データ(Raw Data)とも呼ばれる。データ記憶部85は、生データ、すなわち前処理部84によって補正処理が施された投影データを記憶する。   The preprocessing unit 84 performs logarithmic conversion, offset correction, sensitivity on the projection data generated by the data collection unit 6, that is, the projection data generated by the count data collection unit 61 and the projection data generated by the estimation data collection unit 62. Correction processing such as correction, beam hardening correction, and scattered ray correction is performed and stored in the data storage unit 85. Note that the projection data subjected to the correction processing by the preprocessing unit 84 is also referred to as raw data (Raw Data). The data storage unit 85 stores raw data, that is, projection data that has been subjected to correction processing by the preprocessing unit 84.

画像生成部86は、データ記憶部85に記憶された投影データを再構成し、CT画像を生成する。すなわち、画像生成部86は、計数データ収集部61が生成した投影データ及び推定データ収集部62が生成した投影データの少なくとも一方に基づいてCT画像を生成する。再構成方法としては、種々の方法があり、例えば、逆投影処理が挙げられる。また、逆投影処理としては、例えば、FBP(Filtered Back Projection)法が挙げられる。なお、画像生成部86は、例えば、逐次近似法により再構成処理を行っても良い。また、画像生成部86は、計数データ収集部61が生成した投影データに基づいて、物質弁別によって弁別した物質ごとのCT画像を生成することもできる。画像記憶部87は、画像生成部86が生成したCT画像を記憶する。   The image generation unit 86 reconstructs the projection data stored in the data storage unit 85 and generates a CT image. That is, the image generation unit 86 generates a CT image based on at least one of the projection data generated by the count data collection unit 61 and the projection data generated by the estimation data collection unit 62. As the reconstruction method, there are various methods, for example, back projection processing. In addition, as the back projection processing, for example, an FBP (Filtered Back Projection) method can be cited. Note that the image generation unit 86 may perform reconstruction processing by, for example, a successive approximation method. Further, the image generation unit 86 can also generate a CT image for each substance discriminated by substance discrimination based on the projection data generated by the counting data collection unit 61. The image storage unit 87 stores the CT image generated by the image generation unit 86.

制御部88は、架台装置2、寝台装置20及び画像処理装置8の動作を制御することによって、光子計数型X線CT装置1を制御する。制御部88は、スキャン制御部83を制御してスキャンを実行させ、架台装置2から投影データを収集する。制御部88は、前処理部84を制御して投影データに上述した補正処理を施す。制御部88は、データ記憶部85が記憶する投影データや画像記憶部87が記憶する画像データを表示部82に表示するように制御する。   The control unit 88 controls the photon counting X-ray CT apparatus 1 by controlling the operations of the gantry device 2, the couch device 20, and the image processing device 8. The control unit 88 controls the scan control unit 83 to execute scanning, and collects projection data from the gantry device 2. The control unit 88 controls the preprocessing unit 84 to perform the above-described correction processing on the projection data. The control unit 88 controls the display unit 82 to display the projection data stored in the data storage unit 85 and the image data stored in the image storage unit 87.

なお、上述したデータ記憶部85及び画像記憶部87は、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等で実現することができる。また、上述したスキャン制御部83、前処理部84、画像生成部86及び制御部88は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の集積回路又はCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)等の電子回路で実現することができる。   The data storage unit 85 and the image storage unit 87 described above can be realized by a RAM (Random Access Memory), a semiconductor memory element such as a flash memory, a hard disk, an optical disk, or the like. In addition, the scan control unit 83, the preprocessing unit 84, the image generation unit 86, and the control unit 88 described above are an integrated circuit such as an application specific integrated circuit (ASIC) or a field programmable gate array (FPGA) or a central processing unit (CPU). And an electronic circuit such as an MPU (Micro Processing Unit).

次に、図3を参照しながら、従来の光子計数型X線CT装置が備える検出回路520について説明する。図3は、従来の光子計数型X線CT装置が備える検出回路の一例を示す図である。   Next, the detection circuit 520 provided in the conventional photon counting X-ray CT apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a detection circuit provided in a conventional photon counting X-ray CT apparatus.

検出回路520は、図3に示すように、波形整形部5210と、出力部5220と、除去部5230と、算出部5240と、計数部5250とを備える。ここで、波形整形部5210は、例えば、波形整形アンプである。また、出力部5220は、例えば、比較器である。   As illustrated in FIG. 3, the detection circuit 520 includes a waveform shaping unit 5210, an output unit 5220, a removal unit 5230, a calculation unit 5240, and a counting unit 5250. Here, the waveform shaping unit 5210 is, for example, a waveform shaping amplifier. The output unit 5220 is, for example, a comparator.

まず、検出回路520の構成について説明する。波形整形部5210の入力端子は、検出素子51に接続されている。波形整形部5210の出力端子は、出力部5220の入力端子の一つに接続されている。除去部5230は、出力部5220の入力端子の一つに接続されている。出力部5220の出力端子は、算出部5240の入力端子に接続されている。算出部5240の出力端子は、計数部5250の入力端子に接続されている。計数部5250の出力端子は、計数データ収集部61に接続されている。計数部5250は、X線管球41が照射するX線のエネルギー分布上に設定された各エネルギー帯に属するエネルギーを有するX線光子のみを計数するカウンタを1つ又は複数備える。なお、カウンタが1つの場合には、計数するエネルギー帯が1つ設定され、設定されたエネルギー帯に属するエネルギーを有する全X線光子を計数する。設定される1つのエネルギー帯は、0以上の全エネルギーでも良いし、ノイズ除去等の目的に応じた特定の1つのエネルギー範囲であっても良い。   First, the configuration of the detection circuit 520 will be described. An input terminal of the waveform shaping unit 5210 is connected to the detection element 51. The output terminal of the waveform shaping unit 5210 is connected to one of the input terminals of the output unit 5220. The removal unit 5230 is connected to one of the input terminals of the output unit 5220. The output terminal of the output unit 5220 is connected to the input terminal of the calculation unit 5240. The output terminal of the calculation unit 5240 is connected to the input terminal of the counting unit 5250. The output terminal of the counting unit 5250 is connected to the counting data collecting unit 61. The counting unit 5250 includes one or more counters that count only X-ray photons having energy belonging to each energy band set on the energy distribution of X-rays irradiated by the X-ray tube 41. When there is one counter, one energy band to be counted is set, and all X-ray photons having energy belonging to the set energy band are counted. One energy band to be set may be a total energy of 0 or more, or may be a specific energy range corresponding to a purpose such as noise removal.

次に、検出回路520の動作について説明する。波形整形部5210は、ノイズの増加を抑えつつ、検出素子51が出力した応答波形を必要なレベルまで増幅する。除去部5230は、出力部5220に所定の電圧を供給し、検出素子51が出力する応答波形に含まれるノイズを除去するための閾値を設定する。出力部5220は、検出素子51に入射したX線光子により発生した応答波形のうち、除去部5230により設定された閾値を上回る応答波形のみを算出部5240へ出力する。算出部5240は、出力部5220が出力した応答波形の波高、波形面積等を算出する。計数部5250は、算出部5240が算出した波高、波形面積等をX線光子のエネルギーとみなし、X線管球41が照射するX線のエネルギー分布上に設定されたエネルギー帯ごとにX線光子を計数する。計数部5250は、計数した結果を計数データ収集部61へ出力する。   Next, the operation of the detection circuit 520 will be described. The waveform shaping unit 5210 amplifies the response waveform output from the detection element 51 to a necessary level while suppressing an increase in noise. The removing unit 5230 supplies a predetermined voltage to the output unit 5220 and sets a threshold value for removing noise included in the response waveform output from the detection element 51. The output unit 5220 outputs only the response waveform exceeding the threshold set by the removal unit 5230 among the response waveforms generated by the X-ray photons incident on the detection element 51 to the calculation unit 5240. The calculation unit 5240 calculates the wave height, waveform area, and the like of the response waveform output from the output unit 5220. The counting unit 5250 regards the wave height, waveform area, and the like calculated by the calculating unit 5240 as the energy of the X-ray photon, and X-ray photons for each energy band set on the X-ray energy distribution irradiated by the X-ray tube 41. Count. The counting unit 5250 outputs the counted result to the counting data collecting unit 61.

次に、図4及び図5を参照しながら、検出素子51に入射するX線光子の数に対する検出回路520の振る舞いについて説明する。   Next, the behavior of the detection circuit 520 with respect to the number of X-ray photons incident on the detection element 51 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

図4は、検出素子によって出力され、波形整形部によって処理された応答波形の一例を示す図である。図4(a)、図4(b)及び図4(c)は、いずれも縦軸が電圧又は電流、横軸が時間である。図4において、出力部5220が出力する応答波形は、実線で示されており、入射したX線光子に基づく応答波形のうち他の応答波形と重複しているものは、点線で示されている。また、応答波形に対する閾値は、直線Thにより示されている。なお、以下の説明では、応答波形の縦軸は、電圧とする。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a response waveform output by the detection element and processed by the waveform shaping unit. In each of FIGS. 4A, 4B, and 4C, the vertical axis represents voltage or current, and the horizontal axis represents time. In FIG. 4, the response waveform output by the output unit 5220 is indicated by a solid line, and the response waveform based on the incident X-ray photon that overlaps with another response waveform is indicated by a dotted line. . The threshold for the response waveform is indicated by a straight line Th. In the following description, the vertical axis of the response waveform is a voltage.

図5は、入射率と計数率との関係を示す図である。図5は、縦軸が計数部5250が計数した計数率、横軸が入射率である。図5の点線Dは、計数部5250が計数した計数率が、入射率に比例すると仮定した場合における両者の関係を表している。図5の実線Sは、入射率に対する計数部5250が計数した計数率の振る舞いを表している。   FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the incidence rate and the count rate. In FIG. 5, the vertical axis represents the counting rate counted by the counting unit 5250, and the horizontal axis represents the incidence rate. The dotted line D in FIG. 5 represents the relationship between the two when the counting rate counted by the counting unit 5250 is proportional to the incidence rate. A solid line S in FIG. 5 represents the behavior of the counting rate counted by the counting unit 5250 with respect to the incidence rate.

図4(a)は、所定の期間内に入射したX線光子の数(例えば、入射率)が少ない場合に、検出素子51により出力され、波形整形部5210により処理された応答波形Waを示している。これは、例えば、図5において直線Aで示される場合に相当する。この場合、検出素子51にX線光子が入射する時間間隔は、検出素子51の応答時間より長くなる確率が高い。このため、パルスパイルアップが発生する確率は低くなる。   FIG. 4A shows a response waveform Wa output by the detection element 51 and processed by the waveform shaping unit 5210 when the number of X-ray photons (for example, incidence rate) incident within a predetermined period is small. ing. This corresponds to, for example, the case indicated by the straight line A in FIG. In this case, there is a high probability that the time interval at which the X-ray photons are incident on the detection element 51 is longer than the response time of the detection element 51. For this reason, the probability that a pulse pileup will occur becomes low.

応答波形Waは、5個の波形、すなわち波形Pa1、波形Pa2、波形Pa3、波形Pa4及び波形Pa5を含んでいる。これらの応答波形は、いずれも直線Thにより示された応答波形に対する閾値を上回った後、この閾値を下回っている。つまり、これらの波形は、互いに重複していない。したがって、計数部5250は、応答波形Waに含まれる波形の数、すなわち検出素子51に入射したX線光子の数(例えば、入射率)をほぼ正確に計数することができる。これは、図5に示した直線A上において、計数部5250が計数した計数率と入射率に比例すると仮定した場合の計数率との差Daがゼロに近いことに相当する。   The response waveform Wa includes five waveforms, that is, a waveform Pa1, a waveform Pa2, a waveform Pa3, a waveform Pa4, and a waveform Pa5. Each of these response waveforms exceeds the threshold for the response waveform indicated by the straight line Th and then falls below this threshold. That is, these waveforms do not overlap each other. Therefore, the counting unit 5250 can count the number of waveforms included in the response waveform Wa, that is, the number of X-ray photons incident on the detection element 51 (for example, incidence rate) almost accurately. This corresponds to the fact that the difference Da between the count rate counted by the counter 5250 and the count rate on the straight line A shown in FIG. 5 is close to zero.

図4(b)は、所定の期間内に入射したX線光子の数が多い場合(例えば、入射率が大きい場合)に、検出素子51により出力され、波形整形部5210により処理された応答波形Wbを示している。これは、例えば、図5において直線Bで示される場合に相当する。この場合、検出素子51にX線光子が入射する時間間隔は、検出素子51の応答時間より短くなる確率が高い。このため、パルスパイルアップが発生する確率は高くなる。   FIG. 4B shows the response waveform output by the detection element 51 and processed by the waveform shaping unit 5210 when the number of X-ray photons incident within a predetermined period is large (for example, when the incidence rate is large). Wb is shown. This corresponds to, for example, the case indicated by the straight line B in FIG. In this case, there is a high probability that the time interval at which the X-ray photons are incident on the detection element 51 is shorter than the response time of the detection element 51. For this reason, the probability that a pulse pileup will occur becomes high.

応答波形Wbは、9個の波形、すなわち波形Pb1、波形Pb2、波形Pb3、…、波形Pb8及び波形Pb9を含んでいる。波形Pb1、波形Pb2、波形Pb3、波形Pb6及び波形Pb7は、いずれも直線Thにより示された応答波形に対する閾値を上回った後、この閾値を下回っている。つまり、これらの応答波形は、互いに重複していない。このため、計数部5250は、これらの波形を個々に計数することができる。   The response waveform Wb includes nine waveforms, that is, a waveform Pb1, a waveform Pb2, a waveform Pb3,..., A waveform Pb8, and a waveform Pb9. The waveform Pb1, the waveform Pb2, the waveform Pb3, the waveform Pb6, and the waveform Pb7 all exceed the threshold for the response waveform indicated by the straight line Th and then fall below the threshold. That is, these response waveforms do not overlap each other. For this reason, the counting unit 5250 can count these waveforms individually.

ところが、波形Pb4と波形Pb5は、互いに重複し、直線Thにより示された応答波形に対する閾値を上回った後、この閾値を下回る一つの波形P1を形成している。このため、計数部5250は、波形Pb4と波形Pb5を一つの波形として計数してしまう。また、波形Pb8と波形Pb9は、互いに重複し、直線Thにより示された応答波形に対する閾値を上回った後、この閾値を下回る一つの波形P2を形成している。このため、計数部5250は、波形Pb8と波形Pb9を一つの波形として計数してしまう。したがって、計数部5250は、応答波形Wbに含まれる波形の数、すなわち検出素子51に入射したX線光子の数(例えば、入射率)に応じたX線光子の数(計数率)を正確に計数することができない。これは、図5に示した直線B上において、計数部5250が計数した計数率と入射率に比例すると仮定した場合の計数率との差Dbが大きいことに相当する。図4(b)に示した応答波形Wbは、波形を9個含んでいる。しかし、計数部5250は、パルスパイルアップのため、波形の数を7個と計数してしまう。   However, the waveform Pb4 and the waveform Pb5 overlap each other and form a single waveform P1 that falls below this threshold after exceeding the threshold for the response waveform indicated by the straight line Th. For this reason, the counting unit 5250 counts the waveform Pb4 and the waveform Pb5 as one waveform. In addition, the waveform Pb8 and the waveform Pb9 overlap each other, and form a single waveform P2 that falls below the threshold value after exceeding the threshold value for the response waveform indicated by the straight line Th. For this reason, the counting unit 5250 counts the waveform Pb8 and the waveform Pb9 as one waveform. Therefore, the counting unit 5250 accurately determines the number of X-ray photons (count rate) corresponding to the number of waveforms included in the response waveform Wb, that is, the number of X-ray photons incident on the detection element 51 (for example, the incidence rate). Cannot count. This corresponds to a large difference Db between the counting rate counted by the counting unit 5250 and the counting rate on the assumption that the counting rate is proportional to the incidence rate on the straight line B shown in FIG. The response waveform Wb shown in FIG. 4B includes nine waveforms. However, the counting unit 5250 counts the number of waveforms as seven because of pulse pileup.

図4(c)は、所定の期間内に入射したX線光子の数(例えば、入射率)が図4(b)に示した場合より多い場合に、検出素子51により出力され、波形整形部5210により処理された応答波形Wcを示している。これは、例えば、図5において直線Cで示される場合に相当する。この場合、検出素子51にX線光子が入射する時間間隔は、検出素子51の応答時間より短くなる確率が図4(b)に示した場合より高い。このため、パルスパイルアップが発生する確率は、図4(b)に示した場合より高くなる。   FIG. 4C shows a waveform shaping unit that is output by the detection element 51 when the number of X-ray photons incident within a predetermined period (for example, the incidence rate) is larger than that shown in FIG. The response waveform Wc processed by 5210 is shown. This corresponds to, for example, the case indicated by the straight line C in FIG. In this case, the probability that the time interval at which the X-ray photons are incident on the detection element 51 is shorter than the response time of the detection element 51 is higher than that shown in FIG. For this reason, the probability that a pulse pileup will occur is higher than in the case shown in FIG.

応答波形Wcは、14個の波形、すなわち波形Pc1、波形Pc2、波形Pc3、…、波形Pc13及び波形Pc14を含んでいる。波形Pc1、波形Pc2及び波形Pc3は、互いに重複し、直線Thにより示された応答波形に対する閾値を上回った後、この閾値を下回る一つの波形P10を形成している。このため、計数部5250は、波形Pc1、波形Pc2及び波形Pc3を一つの波形として計数してしまう。同様に、波形Pc4、波形Pc5及び波形Pc6も、互いに重複し、直線Thにより示された応答波形に対する閾値を上回った後、この閾値を下回る一つの波形P20を形成している。このため、計数部5250は、波形Pc4、波形Pc5及び波形Pc6を一つの波形として計数してしまう。さらに、波形Pc7、波形Pc8、…、波形Pc13及び波形Pc14も、隣接する波形と重複し、直線Thにより示された応答波形に対する閾値を上回った後、この閾値を下回る一つの波形P30を形成している。このため、計数部5250は、波形Pc7、波形Pc8、…、波形Pc13及び波形Pc14を一つの波形として計数してしまう。   The response waveform Wc includes 14 waveforms, that is, a waveform Pc1, a waveform Pc2, a waveform Pc3,..., A waveform Pc13, and a waveform Pc14. The waveform Pc1, the waveform Pc2, and the waveform Pc3 overlap each other and form a single waveform P10 that falls below this threshold value after exceeding the threshold value for the response waveform indicated by the straight line Th. For this reason, the counting unit 5250 counts the waveform Pc1, the waveform Pc2, and the waveform Pc3 as one waveform. Similarly, the waveform Pc4, the waveform Pc5, and the waveform Pc6 also overlap each other and form one waveform P20 that falls below the threshold value after exceeding the threshold value for the response waveform indicated by the straight line Th. For this reason, the counting unit 5250 counts the waveform Pc4, the waveform Pc5, and the waveform Pc6 as one waveform. Further, the waveform Pc7, the waveform Pc8,..., The waveform Pc13, and the waveform Pc14 also overlap with adjacent waveforms, and after forming a single waveform P30 that falls below this threshold after exceeding the threshold for the response waveform indicated by the straight line Th. ing. Therefore, the counting unit 5250 counts the waveform Pc7, the waveform Pc8,..., The waveform Pc13, and the waveform Pc14 as one waveform.

したがって、計数部5250は、応答波形Wcに含まれる波形の数、すなわち検出素子51に入射したX線光子の数(例えば、入射率)を正確に計数することができない。これは、図5に示した直線C上において、計数部5250が計数した計数率と入射率に比例すると仮定した場合の計数率との差Dcが、上述した差Dbより大きいことに相当する。図4(c)に示した応答波形Wcは、波形を14個含んでいる。しかし、計数部5250は、パルスパイルアップのため、波形の数を3個と計数してしまう。   Therefore, the counting unit 5250 cannot accurately count the number of waveforms included in the response waveform Wc, that is, the number of X-ray photons incident on the detection element 51 (for example, the incidence rate). This corresponds to the fact that the difference Dc between the count rate counted by the counting unit 5250 and the count rate on the straight line C shown in FIG. 5 is larger than the above-described difference Db. The response waveform Wc shown in FIG. 4C includes 14 waveforms. However, the counting unit 5250 counts the number of waveforms as three because of pulse pileup.

図4及び図5を用いて説明した現象は、計数部5250によるエネルギー帯ごとの計数率及びこれらを全てのエネルギー帯又は複数のエネルギー帯に亘って合算した値のいずれについても成立する。   The phenomenon described with reference to FIG. 4 and FIG. 5 is established for both the count rate for each energy band by the counting unit 5250 and the value obtained by adding these over all energy bands or a plurality of energy bands.

上記の説明より、計数部5250によるエネルギー帯ごとの計数率及びこれらを全てのエネルギー帯又は複数のエネルギー帯に亘って合算した値は、検出素子51に入射したX線光子の数が増加するにつれて点線D上の値から離れていくことが分かる。したがって、計数部5250は、検出素子51に入射したX線光子の数が多い場合、X線光子を正確に計数することができないことがある。   From the above description, the counting rate for each energy band by the counting unit 5250 and the value obtained by adding them over all energy bands or a plurality of energy bands are increased as the number of X-ray photons incident on the detection element 51 increases. It turns out that it leaves | separates from the value on the dotted line D. FIG. Therefore, when the number of X-ray photons incident on the detection element 51 is large, the counting unit 5250 may not be able to accurately count the X-ray photons.

次に、図6〜図11を参照しながら、第1の実施形態に係る光子計数型X線CT装置1が備える検出回路について説明する。図6は、第1の実施形態に係る光子計数型X線CT装置が備える検出回路の一例を示す図である。図7は、図6に示した検出回路が備える観測部の一例を示す図である。図8は、検出素子の応答時間と応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率との関係を示す図である。図9は、入射率と応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率との関係を示す図である。図10は、応答波形に対する閾値と応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数との関係を示す図である。図11は、推定部による推定結果又は計数部による計数結果と、信頼度との関係を示す図である。   Next, a detection circuit included in the photon counting X-ray CT apparatus 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a detection circuit included in the photon counting X-ray CT apparatus according to the first embodiment. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an observation unit included in the detection circuit illustrated in FIG. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the response time of the detection element and the occurrence rate of an event that continues to be below a predetermined threshold in the response waveform. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the incidence rate and the occurrence rate of events that continue to be in a state where the response waveform is below a predetermined threshold. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the threshold for the response waveform and the number of events that continue to be in a state where the response waveform is below the predetermined threshold. FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between the estimation result by the estimation unit or the count result by the counting unit and the reliability.

検出回路52aは、図6に示すように、波形整形部521、出力部522、除去部523、算出部524、計数部525、処理部526a及び推定部527aを備える。ここで、波形整形部521は、例えば、波形整形アンプである。また、出力部522は、例えば、比較器である。   As shown in FIG. 6, the detection circuit 52a includes a waveform shaping unit 521, an output unit 522, a removal unit 523, a calculation unit 524, a counting unit 525, a processing unit 526a, and an estimation unit 527a. Here, the waveform shaping unit 521 is, for example, a waveform shaping amplifier. The output unit 522 is, for example, a comparator.

まず、検出回路52aの構成について説明する。波形整形部521の入力端子は、検出素子51に接続されている。波形整形部521の出力端子は、出力部522の入力端子の一つに接続されている。除去部523は、出力部522の入力端子の一つに接続されている。出力部522の出力端子は、算出部524の入力端子及び処理部526aの入力端子に接続されている。算出部524の出力端子は、計数部525の入力端子に接続されている。計数部525の出力端子は、計数データ収集部61に接続されている。また、計数部525は、X線管球41が照射するX線のエネルギー分布上に設定された各エネルギー帯に属するエネルギーを有するX線光子のみを計数するカウンタを1つ又は複数備える。なお、カウンタが1つの場合、計数するエネルギー帯が1つ設定され、設定されたエネルギー帯に属するエネルギーを有する全X線光子を計数する。設定される1つのエネルギー帯は、0以上の全エネルギーでも良いし、ノイズ除去等の目的に応じた特定の1つのエネルギー範囲であっても良い。処理部526aの出力端子は、推定部527aの入力端子に接続されている。推定部527aの出力端子は、推定データ収集部62に接続されている。   First, the configuration of the detection circuit 52a will be described. An input terminal of the waveform shaping unit 521 is connected to the detection element 51. The output terminal of the waveform shaping unit 521 is connected to one of the input terminals of the output unit 522. The removal unit 523 is connected to one of the input terminals of the output unit 522. The output terminal of the output unit 522 is connected to the input terminal of the calculation unit 524 and the input terminal of the processing unit 526a. The output terminal of the calculation unit 524 is connected to the input terminal of the counting unit 525. The output terminal of the counting unit 525 is connected to the counting data collecting unit 61. The counting unit 525 includes one or more counters that count only X-ray photons having energy belonging to each energy band set on the energy distribution of the X-rays irradiated by the X-ray tube 41. When there is one counter, one energy band to be counted is set, and all X-ray photons having energy belonging to the set energy band are counted. One energy band to be set may be a total energy of 0 or more, or may be a specific energy range corresponding to a purpose such as noise removal. The output terminal of the processing unit 526a is connected to the input terminal of the estimation unit 527a. The output terminal of the estimation unit 527a is connected to the estimation data collection unit 62.

ここで、処理部526aは、例えば、図7に示すように、観測部5261aと、設定部5262aとを備える。この場合、観測部5261aの入力端子は、上述した処理部526aの入力端子に相当し、観測部5261aの出力端子は、上述した処理部526aの出力端子に相当する。   Here, the processing unit 526a includes, for example, an observation unit 5261a and a setting unit 5262a as illustrated in FIG. In this case, the input terminal of the observation unit 5261a corresponds to the input terminal of the processing unit 526a described above, and the output terminal of the observation unit 5261a corresponds to the output terminal of the processing unit 526a described above.

次に、検出回路52aの動作について説明する。波形整形部521は、ノイズの増加を抑えつつ、検出素子51が出力した応答波形を必要なレベルまで増幅する。除去部523は、出力部522に所定の電圧を供給し、検出素子51が出力する応答波形に含まれるノイズを除去するための閾値を設定する。出力部522は、検出素子51に入射したX線光子により発生した波形のうち、除去部523により設定された閾値を上回る波形のみを算出部524及び処理部526aへ出力する。算出部524は、出力部522が出力した波形の波高、波形面積等を算出する。計数部525は、算出部524が算出した波高、波形面積等をX線光子のエネルギーとみなし、X線管球41が照射するX線のエネルギー分布上に設定されたエネルギー帯ごとにX線光子を計数する。計数部525は、計数した結果を計数データ収集部61へ出力する。   Next, the operation of the detection circuit 52a will be described. The waveform shaping unit 521 amplifies the response waveform output from the detection element 51 to a necessary level while suppressing an increase in noise. The removing unit 523 supplies a predetermined voltage to the output unit 522, and sets a threshold value for removing noise included in the response waveform output from the detection element 51. The output unit 522 outputs, to the calculation unit 524 and the processing unit 526a, only the waveform exceeding the threshold set by the removal unit 523 among the waveforms generated by the X-ray photons incident on the detection element 51. The calculation unit 524 calculates the wave height, the waveform area, and the like of the waveform output from the output unit 522. The counting unit 525 considers the wave height, waveform area, and the like calculated by the calculation unit 524 as the energy of the X-ray photon, and the X-ray photon for each energy band set on the energy distribution of the X-ray irradiated by the X-ray tube 41 Count. The counting unit 525 outputs the counted result to the counting data collecting unit 61.

観測部5261aは、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象を観測する。観測部5261aは、例えば、応答波形において所定の閾値を下回る現象及び応答波形において所定の閾値を上回る現象を観測することで、この事象を観測する。この場合、観測部5261aは、例えば、次のような方法により、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数を観測する。   The observation unit 5261a observes an event in which a state where the response waveform is below a predetermined threshold continues. For example, the observation unit 5261a observes this phenomenon by observing a phenomenon in which the response waveform is below a predetermined threshold and a phenomenon in which the response waveform is above a predetermined threshold. In this case, the observation unit 5261a observes the number of events that continue to be in a state of being below a predetermined threshold in the response waveform, for example, by the following method.

観測部5261aは、出力部522から受け取った応答波形の電圧と、閾値を設定するために設定部5262aから供給される電圧とを比較する。そして、観測部5261aは、出力部522から受け取った応答波形の電圧が、閾値を設定するために設定部5262aから供給される電圧より大きい期間中、推定部527aに負の電圧を出力する。また、観測部5261aは、出力部522から受け取った応答波形の電圧が、閾値を設定するために設定部5262aから供給される電圧より小さい期間中、推定部527aに正の電圧を出力する。   The observation unit 5261a compares the voltage of the response waveform received from the output unit 522 with the voltage supplied from the setting unit 5262a in order to set a threshold value. The observation unit 5261a outputs a negative voltage to the estimation unit 527a during a period in which the voltage of the response waveform received from the output unit 522 is larger than the voltage supplied from the setting unit 5262a to set the threshold value. The observation unit 5261a outputs a positive voltage to the estimation unit 527a during a period in which the voltage of the response waveform received from the output unit 522 is smaller than the voltage supplied from the setting unit 5262a to set the threshold value.

ここで、推定部527aへ出力される電圧が負から正へ切り替わる現象は、応答波形において所定の閾値を下回る現象に相当する。また、推定部527aへ出力される電圧が正から負へ切り替わる現象は、応答波形において所定の閾値を上回る現象に相当する。そこで、観測部5261aは、推定部527aに出力する電圧が、負から正へ切り替わり、続いて正から負へ切り替わる現象を観測する。したがって、観測部5261aは、この現象の数を観測することにより、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数を観測することができる。   Here, the phenomenon in which the voltage output to the estimation unit 527a switches from negative to positive corresponds to a phenomenon in which the response waveform falls below a predetermined threshold. The phenomenon in which the voltage output to the estimation unit 527a switches from positive to negative corresponds to a phenomenon that exceeds a predetermined threshold in the response waveform. Therefore, the observation unit 5261a observes a phenomenon in which the voltage output to the estimation unit 527a is switched from negative to positive and subsequently switched from positive to negative. Therefore, the observation unit 5261a can observe the number of events in which the state where the response waveform is below a predetermined threshold continues by observing the number of the phenomena.

或いは、観測部5261aは、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する二つの事象の間に、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が一つ発生することを利用して応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象を観測してもよい。この場合、観測部5261aは、負の電圧を出力した回数から正の電圧を出力した回数を算出することにより、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数を観測することができる。例えば、観測部5261aが負の電圧を5回出力し、これらの負の電圧の間に正の電圧を4回出力し、最初の負の電圧の前及び最後の負の電圧の後に正の電圧を出力している場合、観測部5261aは、負の電圧を出力した回数「5」に「1」を加えることにより、正の電圧を出力した回数「6」を算出することができる。また、観測部5261aは、単に正の電圧を出力した回数を計数することにより、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数を観測し、その結果を推定部527aに送信することができる。   Alternatively, the observation unit 5261a confirms that one event in which the state below the predetermined threshold in the response waveform continues occurs between two events in which the state above the predetermined threshold continues in the response waveform. By utilizing this, an event in which a state where the response waveform is below a predetermined threshold value continues may be observed. In this case, the observation unit 5261a observes the number of events in which the state of being below a predetermined threshold in the response waveform continues by calculating the number of times of outputting a positive voltage from the number of times of outputting a negative voltage. Can do. For example, the observation unit 5261a outputs a negative voltage five times, outputs a positive voltage four times between these negative voltages, and outputs a positive voltage before the first negative voltage and after the last negative voltage. , The observation unit 5261a can calculate the number “6” of outputting the positive voltage by adding “1” to the number of times “5” of outputting the negative voltage. In addition, the observation unit 5261a simply counts the number of times the positive voltage is output, thereby observing the number of events that continue to be below a predetermined threshold in the response waveform, and transmits the result to the estimation unit 527a. can do.

上述の説明では、観測部5261aは、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象を観測する場合を例に挙げた。しかし、観測部5261aは、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を観測してもよい。観測部5261aは、例えば、応答波形において所定の閾値を上回る現象及び応答波形において所定の閾値を下回る現象を観測することで、この事象を観測する。この場合、観測部5261aは、例えば、次のような方法により、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の数を観測する。   In the above description, the case where the observation unit 5261a observes an event in which a state where the response waveform is below a predetermined threshold continues is taken as an example. However, the observation unit 5261a may observe an event in which a state where the response waveform exceeds a predetermined threshold continues. For example, the observation unit 5261a observes this phenomenon by observing a phenomenon in which the response waveform exceeds a predetermined threshold and a phenomenon in which the response waveform falls below a predetermined threshold. In this case, the observation unit 5261a observes the number of events in which a state in which the response waveform exceeds a predetermined threshold continues, for example, by the following method.

観測部5261aは、第1の実施形態と同様、推定部527aに正の電圧又は負の電圧を出力する。観測部5261aは、推定部527aに出力する電圧が、正から負へ切り替わり、続いて負から正へ切り替わる現象を観測する。したがって、観測部5261aは、この現象の数を観測することにより、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の数を観測することができる。   As in the first embodiment, the observation unit 5261a outputs a positive voltage or a negative voltage to the estimation unit 527a. The observation unit 5261a observes a phenomenon in which the voltage output to the estimation unit 527a is switched from positive to negative and subsequently switched from negative to positive. Therefore, the observation unit 5261a can observe the number of events in which the state of exceeding the predetermined threshold in the response waveform continues by observing the number of this phenomenon.

或いは、観測部5261aは、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する二つの事象の間に、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が一つ発生することを利用して、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を観測してもよい。この場合、観測部5261aは、正の電圧を出力した回数から負の電圧を出力した回数を算出することにより、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の数を観測することができる。例えば、観測部5261aが正の電圧を5回出力し、これらの正の電圧の間に負の電圧を4回出力し、最初の正の電圧の前及び最後の正の電圧の後に負の電圧を出力している場合、観測部5261aは、正の電圧を出力した回数「5」に「1」を加えることにより、負の電圧を出力した回数「6」を算出することができる。また、観測部5261aは、単に負の電圧を出力した回数を計数することにより、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の数を観測し、その結果を推定部527aに送信することができる。   Alternatively, the observation unit 5261a confirms that one event in which the state exceeding the predetermined threshold in the response waveform continues occurs between two events in which the state below the predetermined threshold in the response waveform continues. By utilizing this, an event in which a state exceeding a predetermined threshold in the response waveform continues may be observed. In this case, the observation unit 5261a observes the number of events in which the state exceeding the predetermined threshold in the response waveform continues by calculating the number of times of outputting the negative voltage from the number of times of outputting the positive voltage. Can do. For example, the observation unit 5261a outputs a positive voltage five times, outputs a negative voltage four times between these positive voltages, and outputs a negative voltage before the first positive voltage and after the last positive voltage. , The observation unit 5261a can calculate the number “6” of outputting the negative voltage by adding “1” to the number of times “5” of outputting the positive voltage. The observation unit 5261a simply counts the number of times the negative voltage is output, thereby observing the number of events in which the response waveform continues to exceed a predetermined threshold, and transmits the result to the estimation unit 527a. can do.

推定部527aは、観測部5261aが観測した事象の所定の期間内における発生率を算出する。すなわち、推定部527aは、観測部5261aが観測した数に基づいて、観測した事象の所定の期間内における発生率を算出する。具体的には、推定部527aは、所定の期間における応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数を応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率として算出する。或いは、推定部527aは、所定の期間における応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の数を応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の発生率として算出する。なお、これらの発生率は、正規化されてもよい。また、観測部5261aが算出する発生率は、観測部5261aが観測した数の、観測部5261aが観測した応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数と、観測部5261aが観測した応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の数との和に対する割合である。   The estimation unit 527a calculates the occurrence rate of events observed by the observation unit 5261a within a predetermined period. That is, the estimation unit 527a calculates the occurrence rate of observed events within a predetermined period based on the number observed by the observation unit 5261a. Specifically, the estimation unit 527a calculates the number of events that continue to be in a state where the response waveform is below a predetermined threshold in the response waveform in a predetermined period, and the occurrence rate of events in which the state below the predetermined threshold in the response waveform continues. Calculate as Alternatively, the estimation unit 527a calculates the number of events in which the state exceeding the predetermined threshold in the response waveform in the predetermined period continues as the occurrence rate of events in which the state exceeding the predetermined threshold in the response waveform continues. . Note that these occurrence rates may be normalized. In addition, the occurrence rate calculated by the observation unit 5261a is the number of events in which the number of events observed by the observation unit 5261a continues to be below a predetermined threshold in the response waveform observed by the observation unit 5261a, and the observation unit 5261a This is the ratio of the observed response waveform to the sum of the number of events that continue to exceed the predetermined threshold.

また、所定の期間における、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率と、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の発生率との和は100%となる。このため、推定部527aは、観測部5261aが、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を観測した場合でも、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率を算出することができる。   Also, the sum of the occurrence rate of events that continue to be below a predetermined threshold in the response waveform and the occurrence rate of events that continue to be above the predetermined threshold in the response waveform in a predetermined period is 100. %. For this reason, the estimation unit 527a detects an event in which the state in which the state below the predetermined threshold in the response waveform continues even if the observation unit 5261a observes an event in which the state above the predetermined threshold continues in the response waveform. The incidence can be calculated.

なお、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が発生する頻度は、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が発生する頻度より低い。このため、観測部5261aは、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象よりも、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象を観測することが好ましい。これにより、推定部527aは、少ない負荷で発生率を算出することができる。   Note that the frequency of occurrence of an event that continues to be lower than a predetermined threshold in the response waveform is lower than the frequency of occurrence of an event that continues to be higher than the predetermined threshold in the response waveform. For this reason, it is preferable that the observation unit 5261a observes an event in which a state where the response waveform is below the predetermined threshold continues rather than an event in which the state where the response waveform exceeds the predetermined threshold continues. Accordingly, the estimation unit 527a can calculate the occurrence rate with a small load.

さらに、推定部527aは、算出した事象の発生率に基づいて検出素子51へ所定の期間内に入射したX線光子の数を推定する。具体的には、推定部527aは、次に説明する方法により、検出素子51へ所定の期間内に入射したX線光子の数(例えば、入射率)を推定する。以下の説明では、検出素子51に単色X線が入射する場合を例に挙げて説明する。   Furthermore, the estimation unit 527a estimates the number of X-ray photons incident on the detection element 51 within a predetermined period based on the calculated event occurrence rate. Specifically, the estimation unit 527a estimates the number of X-ray photons (for example, incidence rate) incident on the detection element 51 within a predetermined period by a method described below. In the following description, a case where monochromatic X-rays enter the detection element 51 will be described as an example.

X線光子が検出素子51に入射する現象は、ポアソン過程に従う。そして、ポアソン過程に従う現象が起こる時間間隔は指数分布に従う。したがって、X線光子が検出素子51に入射する時間間隔は指数分布に従う。つまり、X線光子が検出素子51に入射する時間間隔tの確率密度関数f(t;λ)は、次の式(1)で表される。ここで、λは、入射率である。   The phenomenon in which X-ray photons enter the detection element 51 follows a Poisson process. The time interval in which the phenomenon according to the Poisson process occurs follows an exponential distribution. Therefore, the time interval at which the X-ray photons are incident on the detection element 51 follows an exponential distribution. That is, the probability density function f (t; λ) of the time interval t at which the X-ray photons are incident on the detection element 51 is expressed by the following equation (1). Here, λ is the incidence rate.

ここで、検出素子51の応答時間をtとする。検出素子51の応答時間tとは、一つの波形が応答波形に対する閾値を上回った時点から当該閾値を下回る時点までの時間である。X線光子が検出素子51に入射する時間間隔tが検出素子51の応答時間tより大きい場合、応答波形上で隣接する波形が重複することはない。つまり、X線光子が検出素子51に入射する時間間隔tが検出素子51の応答時間tより大きい場合、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が発生する。したがって、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率F(t>t;λ)は、式(1)をtから無限大まで積分することで得られる。これは、次の式(2)で表される。なお、式(2)は、累積分布関数とも呼ばれる。 Here, the response time of the detection element 51 is t 0 . The response time t 0 of the detection element 51 is the time from the time when one waveform exceeds the threshold for the response waveform to the time when the waveform falls below the threshold. When the time interval t at which the X-ray photons are incident on the detection element 51 is longer than the response time t 0 of the detection element 51, adjacent waveforms on the response waveform do not overlap. That is, when the time interval t at which X-ray photons are incident on the detection element 51 is greater than the response time t 0 of the detection element 51, an event occurs in which the response waveform continues to be below a predetermined threshold. Therefore, the occurrence rate F (t> t 0 ; λ) of the event in which the state of being below the predetermined threshold in the response waveform continues is obtained by integrating equation (1) from t 0 to infinity. This is expressed by the following equation (2). Equation (2) is also called a cumulative distribution function.

図8は、式(2)の両辺の自然対数をとった式に基づいて作成されたグラフである。ここで、応答時間tの単位はnsec、計数率の単位はMcps(106 count per second)である。図8に示すように、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率F(t>t;λ)の自然対数は、検出素子51の応答時間tに比例する。この場合の比例定数は、−λとなる。したがって、図8に示す通り、入射率λが大きい程、発生率F(t>t;λ)は小さくなる。 FIG. 8 is a graph created based on an equation that takes the natural logarithm of both sides of Equation (2). Here, the unit of the response time t 0 is nsec, and the unit of the count rate is Mcps (10 6 count per second). As shown in FIG. 8, the natural logarithm of the occurrence rate F (t> t 0 ; λ) of the event in which the state of being below the predetermined threshold in the response waveform continues is proportional to the response time t 0 of the detection element 51. . In this case, the proportionality constant is −λ. Therefore, as shown in FIG. 8, the incidence rate F (t> t 0 ; λ) decreases as the incidence rate λ increases.

ここで、検出素子51の応答時間tは、例えば、シンチレータの光減衰特性といった検出素子の性能に依存することに加え、設定部5262aが観測部5261aに供給する電圧により設定される応答波形に対する閾値に依存する。後者は、上述した検出素子51の応答時間tの定義より明らかである。したがって、図8より、ある応答時間tにおける入射率λの発生率F(t>t;λ)の自然対数に対する振る舞いは、図9に示すようになることがわかる。図9には、直線ThS、直線ThM及び直線ThLが示されている。直線ThSは、閾値が小さい場合における入射率λと発生率F(t>t;λ)との関係を表している。直線ThLは、閾値が大きい場合における入射率λと発生率F(t>t;λ)との関係を表している。直線ThMは、閾値が、直線ThSの場合より大きく、直線ThLの場合より小さい場合における入射率λと発生率F(t>t;λ)との関係を表している。 Here, the response time t 0 of the detection element 51 depends on the performance of the detection element such as, for example, the light attenuation characteristic of the scintillator, and in addition to the response waveform set by the voltage supplied from the setting unit 5262a to the observation unit 5261a. Depends on the threshold. The latter is clear from the definition of the response time t 0 of the detection element 51 described above. Therefore, FIG. 8 shows that the behavior of the incidence rate λ of the incidence rate λ at a certain response time t 0 with respect to the natural logarithm (t> t 0 ; λ) is as shown in FIG. FIG. 9 shows a straight line ThS, a straight line ThM, and a straight line ThL. The straight line ThS represents the relationship between the incidence rate λ and the incidence rate F (t> t 0 ; λ) when the threshold is small. The straight line ThL represents the relationship between the incidence rate λ and the incidence rate F (t> t 0 ; λ) when the threshold is large. The straight line ThM represents the relationship between the incidence rate λ and the incidence rate F (t> t 0 ; λ) when the threshold is larger than that of the straight line ThS and smaller than that of the straight line ThL.

上述した通り、推定部527aは、所定の期間における応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数を発生率F(t>t;λ)として算出している。このため、推定部527aは、図9を使用して検出素子51に入射したX線の入射率を推定することができる。 As described above, the estimation unit 527a calculates, as an occurrence rate F (t> t 0 ; λ), the number of events in which the response waveform in a predetermined period continues to be below a predetermined threshold. Therefore, the estimation unit 527a can estimate the incidence rate of the X-rays incident on the detection element 51 using FIG.

設定部5262aが観測部5261aに、直線ThMに対応する電圧を供給している場合を例に挙げて説明する。ここでは、直線ThMに対応する閾値は、検出素子51の応答時間tが60nsecとなるような閾値であるものとする。発生率F(t>t;λ)が0.1である場合、図9の直線ThMより、入射率λは約40Mcpsと推定される。発生率F(t>t;λ)が0.01である場合、図9の直線ThMより、入射率λは約80Mcpsと推定される。なお、推定部527aは、直線ThS又は直線ThLを使用して検出素子51に入射したX線の入射率を推定することもできる。 A case where the setting unit 5262a supplies a voltage corresponding to the straight line ThM to the observation unit 5261a will be described as an example. Here, it is assumed that the threshold value corresponding to the straight line ThM is a threshold value at which the response time t 0 of the detection element 51 is 60 nsec. When the incidence rate F (t> t 0 ; λ) is 0.1, the incidence rate λ is estimated to be about 40 Mcps from the straight line ThM in FIG. When the incidence rate F (t> t 0 ; λ) is 0.01, the incidence rate λ is estimated to be about 80 Mcps from the straight line ThM in FIG. Note that the estimation unit 527a can also estimate the incidence rate of the X-rays incident on the detection element 51 using the straight line ThS or the straight line ThL.

なお、観測部5261aが、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象を観測する場合、閾値は、観測部5261aが観測する応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数が所定の数以上となるように設定されることが好ましい。観測部5261aが、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を観測する場合、或いは、閾値は、観測部5261aが観測する応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の数が所定の数以上となるように設定されることが好ましい。これらの場合、設定部5262aは、例えば、ユーザが入力部81を使用して入力した指示に基づいて閾値を設定する。また、設定部5262aは、推定する入射率の範囲に基づいて閾値を設定する。なお、推定する入射率の範囲は、ダイナミックレンジとも呼ばれる。   When the observation unit 5261a observes an event in which the state where the response waveform is below the predetermined threshold continues, the threshold continues to be below the predetermined threshold in the response waveform observed by the observation unit 5261a. It is preferable that the number of events is set to be a predetermined number or more. When the observation unit 5261a observes an event in which the state in which the response waveform exceeds a predetermined threshold continues, or the threshold continues in a state in which the response waveform observed by the observation unit 5261a exceeds the predetermined threshold It is preferable that the number of events is set to be a predetermined number or more. In these cases, the setting unit 5262a sets the threshold based on an instruction input by the user using the input unit 81, for example. The setting unit 5262a sets a threshold value based on the estimated incidence rate range. The estimated incidence rate range is also called a dynamic range.

図10に示すように、応答波形Wに対して直線Th1で表される閾値が設定された場合、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する二つの事象E11及びE12が発生する。閾値が小さくなると観測部5261aが観測する応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数が減少するため、推定部527aが、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率として算出する所定の期間における応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数の信頼性が低下する。このため、推定部527aが推定した所定の期間内に入射したX線光子の数の信頼性が低下してしまう。   As shown in FIG. 10, when the threshold value represented by the straight line Th1 is set for the response waveform W, two events E11 and E12 in which the response waveform continues to be below a predetermined threshold value occur. When the threshold value decreases, the number of events in which the state of being below the predetermined threshold continues in the response waveform observed by the observation unit 5261a decreases, and thus the state of the estimation unit 527a being below the predetermined threshold in the response waveform continues. The reliability of the number of events that continue to be below a predetermined threshold in the response waveform in a predetermined period calculated as the occurrence rate of the event to be reduced decreases. For this reason, the reliability of the number of X-ray photons incident within the predetermined period estimated by the estimation unit 527a is lowered.

しかし、応答波形Wに対して直線Th2で表される閾値が設定された場合、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する六つの事象E21、E22、E23、E24、E25及びE26が発生する。閾値が大きくなると観測部5261aが観測する応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数が増加する。このため、推定部527aが、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率として算出する所定の期間における応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数の信頼性が向上する。このため、推定部527aが推定した所定の期間内に入射したX線光子の数の信頼性が向上する。   However, when the threshold value represented by the straight line Th2 is set for the response waveform W, the six events E21, E22, E23, E24, E25, and E26 in which the response waveform continues to be below the predetermined threshold value are displayed. Occur. As the threshold value increases, the number of events that continue to be below a predetermined threshold value in the response waveform observed by the observation unit 5261a increases. For this reason, the number of events in which the state that is below the predetermined threshold in the response waveform in the predetermined period calculated by the estimation unit 527a as the occurrence rate of the event in which the state below the predetermined threshold in the response waveform continues Reliability is improved. For this reason, the reliability of the number of X-ray photons incident within the predetermined period estimated by the estimation unit 527a is improved.

なお、図10を使用して説明した内容と同趣旨の内容は、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象についても成立する。   Note that the content having the same meaning as the content described with reference to FIG. 10 also holds for an event in which a state in which a response waveform exceeds a predetermined threshold continues.

なお、光子計数型X線検出器5は、推定部527aが推定した結果及び計数部525が計数した結果の両方を出力することが好ましい。すなわち、推定部527aによるX線光子の数(例えば、入射率)の推定と、計数部525によるX線光子の計数(例えば、計数率)とは、並行して行われることが好ましい。これは、検出素子51の位置並びにスキャン中のX線管球41及び光子計数型X線検出器5の位置によって、推定部527aが推定した結果の方がCT画像の生成に適している場合と、計数部525が計数した結果の方がCT画像の生成に適している場合とが頻繁に変化することがあるからである。   The photon counting X-ray detector 5 preferably outputs both the result estimated by the estimating unit 527a and the result counted by the counting unit 525. That is, the estimation of the number of X-ray photons (for example, the incidence rate) by the estimation unit 527a and the counting (for example, the count rate) of the X-ray photons by the counting unit 525 are preferably performed in parallel. This is because the result estimated by the estimation unit 527a is more suitable for generating a CT image depending on the position of the detection element 51 and the positions of the X-ray tube 41 and the photon counting X-ray detector 5 being scanned. This is because the result counted by the counting unit 525 may change more frequently when it is more suitable for generating a CT image.

或いは、光子計数型X線検出器5は、検出素子51の位置並びにスキャン中のX線管球41及び光子計数型X線検出器5の位置ごとに、推定部527aが推定した結果を出力する場合と計数部525が計数した結果を出力する場合とを切り替えることもできる。この場合、検出素子51の位置並びにスキャン中のX線管球41及び光子計数型X線検出器5の位置ごとに、推定部527aが推定した結果と計数部525が計数した結果のどちらを出力したかを記録しておくことが好ましい。   Alternatively, the photon counting X-ray detector 5 outputs the result estimated by the estimating unit 527a for each position of the detection element 51 and the positions of the X-ray tube 41 and the photon counting X-ray detector 5 being scanned. It is also possible to switch between the case and the case in which the result counted by the counting unit 525 is output. In this case, either the result estimated by the estimation unit 527a or the result counted by the counting unit 525 is output for each position of the detection element 51 and each position of the X-ray tube 41 and the photon counting X-ray detector 5 being scanned. It is preferable to record whether or not.

推定部527aが推定した結果を出力する場合と、計数部525が計数した結果を出力する場合とを切り替える方法としては、例えば、図12に示すように、X線光子の入射率又は計数率に応じて、各方法の結果の信頼度を事前に求めておき、信頼度が入れ替わる入射率又は計数率(図12における交点Ctに対応する入射率又は計数率)で切り替えてもよい。すなわち、推定結果又は計数結果が交点に対応する入射率又は計数率よりも小さい場合には計数部525が計数した結果を出力し、大きい場合には推定部527aが推定した結果を出力する。ここで、信頼度とは、実際に入射したX線光子の入射率又は計数率と、推定部527aの推定結果又は計数部525の計数結果との乖離を示す指標であり、乖離が少なければ少ないほど高い値をとり、乖離が多ければ多いほど低い値をとる。信頼度は、例えば実際に入射したX線光子の入射率又は計数率と、推定部527aの推定結果又は計数部525の計数結果との差分である。   As a method for switching between the case where the estimation unit 527a outputs the estimation result and the case where the counting unit 525 outputs the counting result, for example, as shown in FIG. Accordingly, the reliability of the result of each method may be obtained in advance, and switching may be performed at an incidence rate or count rate at which the reliability is switched (incidence rate or count rate corresponding to the intersection Ct in FIG. 12). That is, when the estimation result or counting result is smaller than the incidence rate or counting rate corresponding to the intersection, the counting unit 525 outputs the counting result, and when it is larger, the estimation unit 527a outputs the estimation result. Here, the reliability is an index indicating a divergence between the incidence rate or count rate of actually incident X-ray photons and the estimation result of the estimation unit 527a or the count result of the counting unit 525, and is small if the divergence is small. The higher the value, the lower the value. The reliability is, for example, a difference between the incidence rate or count rate of actually incident X-ray photons and the estimation result of the estimation unit 527a or the count result of the counting unit 525.

また、観測部5261aは、検出素子51にX線管球41が照射するX線が入射した場合において、計数部525が計数した結果の合計値が、検出素子51に入射したX線光子の数に比例すると仮定した場合の値を含む所定の範囲から逸脱した場合に、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象を観測する上で必要なデータ容量を有していればよい。これは、計数率の合計が、検出素子51に入射したX線光子の数(例えば、入射率)を含む所定の範囲内である場合、推定部527aにより所定の期間内に入射したX線光子の数(例えば、入射率)を推定する必要が無いからである。   In addition, the observation unit 5261a is configured so that the total value of the results counted by the counting unit 525 is the number of X-ray photons incident on the detection element 51 when X-rays irradiated by the X-ray tube 41 are incident on the detection element 51. It is only necessary to have a data capacity necessary for observing an event in which a state where the response waveform is below a predetermined threshold value continues when a deviation from a predetermined range including a value assumed to be proportional to . This is because, when the sum of the count rates is within a predetermined range including the number of X-ray photons incident on the detection element 51 (for example, the incidence rate), the X-ray photons incident within a predetermined period by the estimation unit 527a. This is because it is not necessary to estimate the number of incidents (for example, incidence rate).

上述したように、第1の実施形態に係る光子計数型X線検出器5は、観測部5261a、設定部5262a及び推定部527aを備えているため、パルスパイルアップが発生しても検出素子51に入射したX線光子の数を推定することができる。つまり、第1の実施形態に係る光子計数型X線CT装置1は、観測部5261a、設定部5262a及び推定部527aを備えているため、パルスパイルアップが発生してもX線光子の数を適切に推定することができる。   As described above, since the photon counting X-ray detector 5 according to the first embodiment includes the observation unit 5261a, the setting unit 5262a, and the estimation unit 527a, the detection element 51 even if a pulse pileup occurs. The number of X-ray photons incident on can be estimated. That is, since the photon counting X-ray CT apparatus 1 according to the first embodiment includes the observation unit 5261a, the setting unit 5262a, and the estimation unit 527a, the number of X-ray photons can be calculated even if a pulse pileup occurs. Can be estimated appropriately.

また、第1の実施形態に係る光子計数型X線検出器5は、観測部5261a、設定部5262a及び推定部527aを備えている。このため、画像生成部86は、検出素子51にX線が入射した場合において、計数部525が計数した結果の合計が、検出素子51に入射したX線光子の数に比例すると仮定した場合の値を含む所定の範囲から逸脱した場合、推定部527aが推定した結果に基づいてCT画像を生成することができる。   The photon counting X-ray detector 5 according to the first embodiment includes an observation unit 5261a, a setting unit 5262a, and an estimation unit 527a. Therefore, when the X-ray is incident on the detection element 51, the image generation unit 86 assumes that the total of the results counted by the counting unit 525 is proportional to the number of X-ray photons incident on the detection element 51. When deviating from the predetermined range including the value, a CT image can be generated based on the result estimated by the estimation unit 527a.

また、観測部5261a、設定部5262a及び推定部527aは、小規模な回路で実現することができる。このため、検出回路52aは高集積化される。したがって、第1の実施形態に係る光子計数型X線検出器5は、製品のコストの増大を抑制することができる。また、第1の実施形態に係る光子計数型X線検出器5は、さらに、光子計数型X線CT装置1をコンパクトにすることができる。   The observation unit 5261a, the setting unit 5262a, and the estimation unit 527a can be realized with a small-scale circuit. For this reason, the detection circuit 52a is highly integrated. Therefore, the photon counting X-ray detector 5 according to the first embodiment can suppress an increase in product cost. Moreover, the photon counting X-ray detector 5 according to the first embodiment can further make the photon counting X-ray CT apparatus 1 compact.

(第2の実施形態)
図12〜図14を参照しながら、第2の実施形態に係る光子計数型X線CT装置が備える検出回路について説明する。図12は、第2の実施形態に係る光子計数型X線CT装置が備える検出回路の一例を示す図である。図13は、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間又は応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間を観測する方法の一例を示す図である。図14は、応答波形に対する閾値と応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間又は応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間との関係を示す図である。
(Second Embodiment)
A detection circuit included in the photon counting X-ray CT apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a detection circuit included in the photon counting X-ray CT apparatus according to the second embodiment. FIG. 13 shows a method of observing the time during which an event in which a state below a predetermined threshold continues in the response waveform continues or the time at which an event in which a state exceeding the predetermined threshold continues in the response waveform continues. It is a figure which shows an example. FIG. 14 shows a threshold for the response waveform and a time for which an event in which the state below the predetermined threshold continues in the response waveform continues or a time for an event in which the state above the predetermined threshold continues in the response waveform It is a figure which shows the relationship.

検出回路52bは、図12に示すように、波形整形部521、出力部522、除去部523、算出部524、計数部525、処理部526b、推定部527b及び供給部528bを備える。また、処理部526bは、図12に示すように、観測部5261bと、設定部5262bとを備える。   As illustrated in FIG. 12, the detection circuit 52b includes a waveform shaping unit 521, an output unit 522, a removal unit 523, a calculation unit 524, a counting unit 525, a processing unit 526b, an estimation unit 527b, and a supply unit 528b. Further, as illustrated in FIG. 12, the processing unit 526b includes an observation unit 5261b and a setting unit 5262b.

検出回路52bの構成について説明する。検出回路52bは、第1の実施形態に係る検出回路52aが備える処理部526a及び推定部527aの代わりに、処理部526b、推定部527b及び供給部528bを備える。そこで、処理部526b、推定部527b及び供給部528bについて説明する。   The configuration of the detection circuit 52b will be described. The detection circuit 52b includes a processing unit 526b, an estimation unit 527b, and a supply unit 528b instead of the processing unit 526a and the estimation unit 527a included in the detection circuit 52a according to the first embodiment. Therefore, the processing unit 526b, the estimation unit 527b, and the supply unit 528b will be described.

処理部526bの入力端子は、出力部522の出力端子に接続されている。処理部526bの出力端子は、推定部527bの入力端子に接続されている。推定部527bの出力端子は、推定データ収集部62による接続されている。また、供給部528bは、処理部526bに接続されている。   The input terminal of the processing unit 526b is connected to the output terminal of the output unit 522. The output terminal of the processing unit 526b is connected to the input terminal of the estimation unit 527b. The output terminal of the estimation unit 527b is connected by the estimation data collection unit 62. The supply unit 528b is connected to the processing unit 526b.

次に、検出回路52bの動作について説明する。なお、波形整形部521、出力部522、除去部523、算出部524及び計数部525の動作は、第1の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。   Next, the operation of the detection circuit 52b will be described. The operations of the waveform shaping unit 521, the output unit 522, the removal unit 523, the calculation unit 524, and the counting unit 525 are the same as those in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

観測部5261bは、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象を観測する。観測部5261bは、例えば、応答波形において所定の閾値を下回る現象及び応答波形において所定の閾値を上回る現象を観測することで事象を観測する。   The observation unit 5261b observes an event in which a state where the response waveform is below a predetermined threshold continues. The observation unit 5261b observes an event by, for example, observing a phenomenon in which the response waveform is below a predetermined threshold and a phenomenon in which the response waveform is above a predetermined threshold.

観測部5261bは、例えば、次のような方法により、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間を観測する。具体的には、観測部5261bは、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間におけるクロックを計数することで、所定の期間において発生する応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間を観測する。   The observation unit 5261b observes, for example, the time during which an event in which a state where the response waveform is below a predetermined threshold continues continues by the following method. Specifically, the observation unit 5261b counts a clock at a time when an event in which a state of being lower than a predetermined threshold in the response waveform continues continues, so that the predetermined threshold in the response waveform generated in the predetermined period is obtained. Observe the time during which the state of continuing below is continuing.

まず、供給部528bが、観測部5261bにクロックを供給する。例えば、供給部528bは、観測部5261bにクロックCRを供給する。クロックCRは、図13(a)に示すように、クロックCd及びクロックCsを含む。クロックCdは、クロックCRのうち、応答波形Waの電圧が直線Thで表される閾値を上回っている場合、すなわち応答波形Waにおいて所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている場合におけるクロックである。クロックCsは、クロックCRのうち、応答波形Waの電圧が直線Thで表される閾値を下回っている場合、すなわち応答波形Waにおいて所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている場合におけるクロックである。なお、クロックCdとクロックCsとは、同一の信号である。   First, the supply unit 528b supplies a clock to the observation unit 5261b. For example, the supply unit 528b supplies the clock CR to the observation unit 5261b. As shown in FIG. 13A, the clock CR includes a clock Cd and a clock Cs. In the clock Cd, when the voltage of the response waveform Wa exceeds the threshold value represented by the straight line Th in the clock CR, that is, the event in which the state in which the response waveform Wa exceeds the predetermined threshold value continues. Clock. In the clock Cs, in the clock CR, when the voltage of the response waveform Wa is below the threshold value represented by the straight line Th, that is, when the event in which the state of being below the predetermined threshold value continues in the response waveform Wa continues. Clock. Note that the clock Cd and the clock Cs are the same signal.

観測部5261bは、出力部522から受け取った応答波形Waの電圧と、閾値を設定するために設定部5262bから供給される電圧とを比較する。そして、観測部5261bは、出力部522から受け取った応答波形Waの電圧が、閾値を設定するために設定部5262bから供給される電圧より大きい場合、推定部527bに負の電圧を出力する。また、観測部5261bは、出力部522から受け取った応答波形Waの電圧が、閾値を設定するために設定部5262bから供給される電圧より小さい場合、推定部527bに正の電圧を出力する。   The observation unit 5261b compares the voltage of the response waveform Wa received from the output unit 522 with the voltage supplied from the setting unit 5262b in order to set a threshold value. The observation unit 5261b outputs a negative voltage to the estimation unit 527b when the voltage of the response waveform Wa received from the output unit 522 is larger than the voltage supplied from the setting unit 5262b to set the threshold value. The observation unit 5261b outputs a positive voltage to the estimation unit 527b when the voltage of the response waveform Wa received from the output unit 522 is smaller than the voltage supplied from the setting unit 5262b to set the threshold value.

また、推定部527bへ出力される電圧が負から正へ切り替わる現象は、応答波形Waにおいて所定の閾値を下回る現象に相当する。また、推定部527bへ出力される電圧が正から負へ切り替わる現象は、応答波形Waにおいて所定の閾値を上回る現象に相当する。したがって、観測部5261bは、これらの現象を観測することにより、上述したクロックCdとクロックCsとを判別することができる。   Further, the phenomenon that the voltage output to the estimation unit 527b switches from negative to positive corresponds to a phenomenon that the response waveform Wa falls below a predetermined threshold. The phenomenon in which the voltage output to the estimation unit 527b is switched from positive to negative corresponds to a phenomenon that exceeds a predetermined threshold in the response waveform Wa. Therefore, the observation unit 5261b can discriminate between the clock Cd and the clock Cs described above by observing these phenomena.

観測部5261bは、クロックCsを計数することにより正の電圧を出力した時間を観測する。これにより、観測部5261bは、応答波形Waにおいて所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間を観測し、その結果を推定部527bに送信することができる。   The observation unit 5261b observes the time when the positive voltage is output by counting the clock Cs. As a result, the observation unit 5261b can observe the time during which an event in which the response waveform Wa is below the predetermined threshold continues and transmits the result to the estimation unit 527b.

また、観測部5261bは、応答波形Waにおいて所定の閾値を上回っている状態が継続する二つの事象の間に、応答波形Waにおいて所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が一つ発生することを利用して応答波形Waにおいて所定の閾値を下回っている状態が継続する事象を観測してもよい。   In addition, the observation unit 5261b generates one event in which the state of being lower than the predetermined threshold in the response waveform Wa continues between two events in which the state of being higher than the predetermined threshold is continued in the response waveform Wa. By utilizing this fact, an event may be observed in which the state in which the response waveform Wa is below a predetermined threshold continues.

この場合、観測部5261bは、クロックCdを計数することにより負の電圧を出力した時間を観測する。そして、観測部5261bは、所定の期間から観測した時間を差し引く。これにより、観測部5261bは、応答波形Waにおいて所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間を算出し、その結果を推定部527bに送信することができる。   In this case, the observation unit 5261b observes the time when the negative voltage is output by counting the clock Cd. Then, the observation unit 5261b subtracts the observed time from the predetermined period. As a result, the observation unit 5261b can calculate the time during which an event in which the response waveform Wa is below the predetermined threshold continues and transmits the result to the estimation unit 527b.

上述の説明では、観測部5261bは、応答波形Waにおいて所定の閾値を下回っている状態が継続する事象を観測する場合を例に挙げた。しかし、或いは、観測部5261bは、応答波形Waにおいて所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を観測してもよい。観測部5261bは、例えば、応答波形Waにおいて所定の閾値を下回る現象及び応答波形において所定の閾値を上回る現象を観測することで事象を観測する。   In the above description, the case where the observation unit 5261b observes an event in which a state where the response waveform Wa is below a predetermined threshold continues is taken as an example. Alternatively, the observation unit 5261b may observe an event in which a state where the response waveform Wa exceeds a predetermined threshold continues. The observation unit 5261b observes an event by, for example, observing a phenomenon in which the response waveform Wa is below a predetermined threshold and a phenomenon in which the response waveform is above a predetermined threshold.

観測部5261bは、例えば、次のような方法により、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間を観測する。具体的には、観測部5261bは、応答波形Waにおいて所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間におけるクロックを計数することで、所定の期間において発生する応答波形Waにおいて所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間を観測する。   For example, the observation unit 5261b observes a time during which an event in which a state exceeding a predetermined threshold in the response waveform continues continues by the following method. Specifically, the observation unit 5261b counts a clock at a time when an event in which a state exceeding a predetermined threshold value continues in the response waveform Wa continues, so that the response waveform Wa generated in a predetermined period has a predetermined value. Observe the time during which an event that continues to exceed the threshold is continued.

この場合、観測部5261bは、上述した場合とは逆に、クロックCdを計数することにより負の電圧を出力した時間を観測する。これにより、観測部5261bは、応答波形Waにおいて所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間を観測し、その結果を推定部527bに送信することができる。   In this case, contrary to the case described above, the observation unit 5261b observes the time when the negative voltage is output by counting the clock Cd. As a result, the observation unit 5261b can observe the time during which an event in which the response waveform Wa exceeds a predetermined threshold continues and transmits the result to the estimation unit 527b.

或いは、観測部5261bは、応答波形Waにおいて所定の閾値を下回っている状態が継続する二つの事象の間に、応答波形Waにおいて所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が一つ発生することを利用して、応答波形Waにおいて所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を観測してもよい。   Alternatively, the observation unit 5261b generates one event in which the state of exceeding the predetermined threshold in the response waveform Wa continues between two events in which the state of falling below the predetermined threshold in the response waveform Wa continues. By utilizing this, an event in which a state exceeding a predetermined threshold in the response waveform Wa continues may be observed.

この場合、観測部5261bは、クロックCsを計数することにより正の電圧を出力した時間を観測する。そして、観測部5261bは、所定の期間から観測した時間を差し引く。これにより、観測部5261bは、応答波形Waにおいて所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間を算出し、その結果を推定部527bに送信することができる。   In this case, the observation unit 5261b observes the time when the positive voltage is output by counting the clock Cs. Then, the observation unit 5261b subtracts the observed time from the predetermined period. As a result, the observation unit 5261b can calculate the time during which an event in which the response waveform Wa exceeds a predetermined threshold continues and transmits the result to the estimation unit 527b.

推定部527bは、観測部5261bが観測した時間に基づいて、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の所定の期間内における発生率を算出する。この場合、推定部527bが算出した発生率は、例えば、所定の期間に対する観測した時間の割合である。また、所定の期間とは、例えば、ビューである。なお、ビューとは、被検体P内の点を中心とした円軌道上におけるX線管球41の位置である。   Based on the time observed by the observation unit 5261b, the estimation unit 527b calculates an occurrence rate within a predetermined period of an event in which a state where the response waveform is below a predetermined threshold continues. In this case, the occurrence rate calculated by the estimation unit 527b is, for example, the ratio of the observed time to the predetermined period. The predetermined period is, for example, a view. The view is the position of the X-ray tube 41 on a circular orbit centered on a point in the subject P.

例えば、推定部527bは、所定の期間において発生する応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間から応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率を算出する。具体的には、推定部527bは、所定の期間に対する応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間の割合を事象の発生率として算出する。この場合、推定部527bは、上述した図9を使用して検出素子51に入射したX線の入射率を推定する。   For example, the estimating unit 527b may be configured to detect an event in which a state in which a state below a predetermined threshold continues in a response waveform generated in a predetermined period continues from a time in which the state continues below a predetermined threshold in the response waveform. Calculate the incidence. Specifically, the estimation unit 527b calculates, as an event occurrence rate, a ratio of time during which an event in which a state of being below a predetermined threshold continues in a response waveform for a predetermined period continues. In this case, the estimation unit 527b estimates the incidence rate of X-rays incident on the detection element 51 using FIG. 9 described above.

或いは、推定部527bは、所定の期間において発生する応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間から応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の発生率を算出する。具体的には、推定部527bは、所定の期間に対する応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間の割合を事象の発生率として算出する。この場合、推定部527bは、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率と、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の発生率との和は100%となることを利用して、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率を算出する。そして、推定部527bは、上述した図9を使用して検出素子51に入射したX線の入射率を推定する。   Alternatively, the estimation unit 527b may be configured to detect an event in which a state in which a state exceeding a predetermined threshold continues in a response waveform generated in a predetermined period continues from a time in which the state in which the state exceeds a predetermined threshold continues. Calculate the incidence. Specifically, the estimation unit 527b calculates, as an event occurrence rate, a ratio of a time during which an event in which a state exceeding a predetermined threshold continues in a response waveform for a predetermined period continues. In this case, the estimation unit 527b calculates the sum of the occurrence rate of the event in which the state below the predetermined threshold in the response waveform continues and the occurrence rate of the event in which the state above the predetermined threshold in the response waveform continues. Utilizing the fact that it becomes 100%, the occurrence rate of an event in which the state of being below a predetermined threshold in the response waveform continues is calculated. Then, the estimation unit 527b estimates the incidence rate of the X-rays incident on the detection element 51 using FIG. 9 described above.

なお、図13(b)及び図13(c)に示すように、所定の期間内に検出素子51に入射するX線光子の数(例えば、入射率)が増加すると、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間が減少する。すると、推定部527bが算出する応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率の信頼性が低下してしまう。これを抑制するため、閾値は、所定の期間において発生する観測部5261bが観測する応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間が所定の時間以上となるように設定されることが好ましい。これについて、図14を参照しながら説明する。   As shown in FIGS. 13B and 13C, when the number of X-ray photons that enter the detection element 51 within a predetermined period (for example, the incidence rate) increases, a predetermined threshold value is set in the response waveform. The time during which an event that continues to fall below is continued decreases. Then, the reliability of the occurrence rate of the event that the state where the response waveform calculated by the estimation unit 527b is below the predetermined threshold continues is lowered. In order to suppress this, the threshold is set so that the time during which an event in which the state of being below the predetermined threshold continues in the response waveform observed by the observation unit 5261b generated in the predetermined period continues is equal to or longer than the predetermined time. It is preferably set. This will be described with reference to FIG.

クロックCRは、図14に示すように、クロックCd、クロックCa及びクロックCsを含む。クロックCsは、クロックCRのうち、応答波形Wの電圧が直線Th1で表される閾値を下回っている場合におけるクロックである。クロックCaは、クロックCRのうち、応答波形Wの電圧が、直線Th1で表される閾値を上回っており、かつ、直線Th2で表される閾値を下回っている場合におけるクロックである。クロックCdは、クロックCRのうち、応答波形Wの電圧が直線Th2で表される閾値を上回っている場合におけるクロックである。なお、クロックCd、クロックCa及びクロックCsは、同一の信号である。   As shown in FIG. 14, the clock CR includes a clock Cd, a clock Ca, and a clock Cs. The clock Cs is a clock when the voltage of the response waveform W is below the threshold value represented by the straight line Th1 in the clock CR. The clock Ca is a clock when the voltage of the response waveform W in the clock CR is above the threshold value represented by the straight line Th1 and below the threshold value represented by the straight line Th2. The clock Cd is a clock when the voltage of the response waveform W exceeds the threshold value represented by the straight line Th2 in the clock CR. The clock Cd, the clock Ca, and the clock Cs are the same signal.

応答波形Wに対して直線Th1で表される閾値が設定された場合、クロックCRのうち応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている場合のクロックは、クロックCsのみである。閾値が小さくなると応答波形Wの電圧が閾値を下回っている場合のクロックの数が減少するため、推定部527bが、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率として算出する所定の期間に対する応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間の割合の信頼性が低下する。このため、推定部527bが推定した所定の期間内に入射したX線光子の数の信頼性が低下してしまう。   When the threshold value represented by the straight line Th1 is set for the response waveform W, only the clock Cs is the clock when the event that the state of being lower than the predetermined threshold in the response waveform continues among the clock CR continues. It is. When the threshold value decreases, the number of clocks when the voltage of the response waveform W is below the threshold value decreases. Therefore, the estimation unit 527b calculates the occurrence rate of the event in which the response waveform continues to be below the predetermined threshold value. In the response waveform for the predetermined period, the reliability of the proportion of the time during which the state where the state of being lower than the predetermined threshold continues continues is lowered. For this reason, the reliability of the number of X-ray photons incident within the predetermined period estimated by the estimation unit 527b is lowered.

しかし、応答波形Wに対して直線Th2で表される閾値が設定された場合、クロックCRのうち応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている場合のクロックは、クロックCs及びクロックCaとなる。閾値が大きくなると応答波形Wの電圧が閾値を下回っている場合のクロックの数が増加するため、推定部527bが応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率として算出する所定の期間に対する応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間の割合の信頼性が向上する。このため、推定部527bが推定した所定の期間内に入射したX線光子の数の信頼性が向上する。   However, when the threshold value represented by the straight line Th2 is set with respect to the response waveform W, the clock when the state in which the state below the predetermined threshold value continues in the response waveform of the clock CR continues is the clock Cs and clock Ca. As the threshold value increases, the number of clocks increases when the voltage of the response waveform W is below the threshold value, so that the estimation unit 527b calculates the occurrence rate of an event in which the response waveform continues to be below the predetermined threshold value. In the response waveform for the predetermined period, the reliability of the ratio of the time during which the state where the state of being below the predetermined threshold continues continues is improved. For this reason, the reliability of the number of X-ray photons incident within the predetermined period estimated by the estimation unit 527b is improved.

或いは、閾値は、所定の期間において発生する前記観測部が観測する前記応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間が所定の時間以上となるように設定されることが好ましい。   Alternatively, the threshold value is set so that a time during which an event in which a state exceeding the predetermined threshold value continues in the response waveform observed by the observation unit generated in a predetermined period continues is a predetermined time or more. It is preferable.

この場合、閾値は、上述した場合とは逆に、応答波形Wにおいて所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている場合のクロックの数が増加するように設定される。これにより、観測部5261bが、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の発生率として算出する所定の期間に対する応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間の割合の信頼性が向上する。このため、推定部527bが推定した所定の期間内に入射したX線光子の数の信頼性が向上する。   In this case, contrary to the case described above, the threshold is set so that the number of clocks increases when an event in which the response waveform W continues to be below the predetermined threshold continues. Thereby, the observation unit 5261b continues the event in which the state exceeding the predetermined threshold in the response waveform for the predetermined period calculated as the occurrence rate of the event in which the state exceeding the predetermined threshold in the response waveform continues. The reliability of the percentage of time that is being improved. For this reason, the reliability of the number of X-ray photons incident within the predetermined period estimated by the estimation unit 527b is improved.

上述したように、第2の実施形態に係る光子計数型X線検出器は、観測部5261b、設定部5262b及び推定部527bを備えているため、パルスパイルアップが発生しても検出素子51に入射したX線光子の数を推定することができる。つまり、第2の実施形態に係る光子計数型X線CT装置は、観測部5261b、設定部5262b及び推定部527bを備えているため、パルスパイルアップが発生してもX線光子の数を適切に推定することができる。   As described above, since the photon counting X-ray detector according to the second embodiment includes the observation unit 5261b, the setting unit 5262b, and the estimation unit 527b, even if a pulse pileup occurs, the detection element 51 The number of incident X-ray photons can be estimated. That is, since the photon counting X-ray CT apparatus according to the second embodiment includes the observation unit 5261b, the setting unit 5262b, and the estimation unit 527b, the number of X-ray photons is appropriately set even when pulse pileup occurs. Can be estimated.

また、第2の実施形態に係る光子計数型X線検出器は、観測部5261b、設定部5262b及び推定部527bを備えている。このため、画像生成部86は、検出素子51にX線が入射した場合において、計数部525が計数した結果の合計が、検出素子51に入射したX線光子の数に比例すると仮定した場合の値を含む所定の範囲から逸脱した場合、推定部527bが推定した結果に基づいてCT画像を生成することができる。   The photon counting X-ray detector according to the second embodiment includes an observation unit 5261b, a setting unit 5262b, and an estimation unit 527b. Therefore, when the X-ray is incident on the detection element 51, the image generation unit 86 assumes that the total of the results counted by the counting unit 525 is proportional to the number of X-ray photons incident on the detection element 51. When deviating from a predetermined range including a value, a CT image can be generated based on the result estimated by the estimation unit 527b.

また、観測部5261b、設定部5262b及び推定部527bは、小規模な回路で実現することができる。このため、検出回路52bは高集積化される。したがって、第2の実施形態に係る光子計数型X線検出器は、製品のコストの増大を抑制することができる。また、第2の実施形態に係る光子計数型X線検出器は、さらに、光子計数型X線CT装置をコンパクトにすることができる。   The observation unit 5261b, the setting unit 5262b, and the estimation unit 527b can be realized with a small-scale circuit. For this reason, the detection circuit 52b is highly integrated. Therefore, the photon counting X-ray detector according to the second embodiment can suppress an increase in product cost. The photon counting X-ray detector according to the second embodiment can further make the photon counting X-ray CT apparatus compact.

さらに、第2の実施形態に係る光子計数型X線検出器では、観測部5261bが所定の期間において発生する応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間を観測し、又は所定の期間において発生する応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間を観測する。また、推定部527bは、所定の期間において発生する応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が続いている時間から応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の発生率を算出し、又は所定の期間において発生する応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が続いている時間から応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の発生率を算出する。このため、第2の実施形態に係る光子計数型X線検出器は、発生する応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象、又は応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の数が少ない場合でも、これらの事象が続いている時間がある程度長ければ、検出素子51に入射したX線光子の数を正確に推定することができる。   Furthermore, in the photon counting X-ray detector according to the second embodiment, the observation unit 5261b observes a time during which an event in which the response waveform generated in a predetermined period continues below a predetermined threshold continues. Alternatively, the time during which an event in which the response waveform generated in a predetermined period continues exceeding the predetermined threshold is continued is observed. In addition, the estimation unit 527b is configured to detect an event in which a state in which a state below a predetermined threshold is continued in a response waveform generated in a predetermined period continues from a time in which a state in which the state is below a predetermined threshold continues. The rate of occurrence is calculated or the response waveform that occurs in a predetermined period of time continues to be in a state where the state exceeding the predetermined threshold continues, and the event in which the state exceeding the predetermined threshold in the response waveform continues Calculate the incidence. For this reason, in the photon counting X-ray detector according to the second embodiment, there is an event in which a state where the generated response waveform is below a predetermined threshold continues, or a state where the response waveform is above the predetermined threshold. Even if the number of events that continue is small, the number of X-ray photons that have entered the detection element 51 can be accurately estimated if the duration of these events continues to some extent.

(第3の実施形態)
上述した図9に示すように、観測する事象の発生率が低い場合又は観測する事象が続いている時間が短い場合、観測する事象の発生率がわずかに変動しただけで、計数率が大きく変動してしまう。そこで、第3の実施形態に係る光子計数型X線検出器は、複数の閾値それぞれに対して観測した結果に基づいて、X線光子の数を推定する。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 9 above, when the occurrence rate of the observed event is low or when the observed event lasts for a short time, the occurrence rate of the observed event changes slightly, and the count rate varies greatly. Resulting in. Therefore, the photon counting X-ray detector according to the third embodiment estimates the number of X-ray photons based on the observation results for each of a plurality of threshold values.

図15を参照しながら、第3の実施形態に係る光子計数型X線CT装置が備える検出回路について説明する。図15は、第3の実施形態に係る光子計数型X線CT装置が備える検出回路の一例を示す図である。   A detection circuit included in the photon counting X-ray CT apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a detection circuit included in the photon counting X-ray CT apparatus according to the third embodiment.

検出回路52cは、図15に示すように、波形整形部521、出力部522、除去部523、算出部524、計数部525、処理部526c及び推定部527cを備える。   As illustrated in FIG. 15, the detection circuit 52c includes a waveform shaping unit 521, an output unit 522, a removal unit 523, a calculation unit 524, a counting unit 525, a processing unit 526c, and an estimation unit 527c.

検出回路52cの構成について説明する。検出回路52cは、第1の実施形態に係る検出回路52aが備える処理部526a及び推定部527aの代わりに、処理部526c及び推定部527cを備える。そこで、処理部526c及び推定部527cについて説明する。   The configuration of the detection circuit 52c will be described. The detection circuit 52c includes a processing unit 526c and an estimation unit 527c instead of the processing unit 526a and the estimation unit 527a included in the detection circuit 52a according to the first embodiment. Therefore, the processing unit 526c and the estimation unit 527c will be described.

処理部526cは、観測部5261cと、設定部5262cとを備える。観測部5261cは、応答波形観測部5261xと、応答波形観測部5261yと、応答波形観測部5261zとを備える。設定部5262cは、電圧供給部5262xと、電圧供給部5262yと、電圧供給部5262zとを備える。   The processing unit 526c includes an observation unit 5261c and a setting unit 5262c. The observation unit 5261c includes a response waveform observation unit 5261x, a response waveform observation unit 5261y, and a response waveform observation unit 5261z. The setting unit 5262c includes a voltage supply unit 5262x, a voltage supply unit 5262y, and a voltage supply unit 5262z.

応答波形観測部5261xの入力端子は、出力部522の出力端子と接続されている。応答波形観測部5261xの出力端子は、推定部527cの入力端子に接続されている。電圧供給部5262xは、応答波形観測部5261xの入力端子に接続されている。応答波形観測部5261yの入力端子は、出力部522の出力端子と接続されている。応答波形観測部5261yの出力端子は、推定部527cの入力端子に接続されている。電圧供給部5262yは、応答波形観測部5261yの入力端子に接続されている。応答波形観測部5261zの入力端子は、出力部522の出力端子と接続されている。応答波形観測部5261zの出力端子は、推定部527cの入力端子に接続されている。電圧供給部5262zは、応答波形観測部5261zの入力端子に接続されている。推定部527cの出力端子は、推定データ収集部62に接続されている。   The input terminal of the response waveform observation unit 5261x is connected to the output terminal of the output unit 522. The output terminal of the response waveform observation unit 5261x is connected to the input terminal of the estimation unit 527c. The voltage supply unit 5262x is connected to the input terminal of the response waveform observation unit 5261x. The input terminal of the response waveform observation unit 5261y is connected to the output terminal of the output unit 522. The output terminal of the response waveform observation unit 5261y is connected to the input terminal of the estimation unit 527c. The voltage supply unit 5262y is connected to the input terminal of the response waveform observation unit 5261y. The input terminal of the response waveform observation unit 5261z is connected to the output terminal of the output unit 522. The output terminal of the response waveform observation unit 5261z is connected to the input terminal of the estimation unit 527c. The voltage supply unit 5262z is connected to the input terminal of the response waveform observation unit 5261z. An output terminal of the estimation unit 527c is connected to the estimation data collection unit 62.

次に、検出回路52cの動作について説明する。設定部5262cは、閾値を複数設定する。すなわち、電圧供給部5262xは、応答波形観測部5261xに第1電圧を供給する。第1電圧は、第1閾値に対応している。電圧供給部5262yは、応答波形観測部5261yに第2電圧を供給する。第2電圧は、第2閾値に対応している。電圧供給部5262zは、応答波形観測部5261zに第3電圧を供給する。第3電圧は、第3閾値に対応している。   Next, the operation of the detection circuit 52c will be described. The setting unit 5262c sets a plurality of threshold values. That is, the voltage supply unit 5262x supplies the first voltage to the response waveform observation unit 5261x. The first voltage corresponds to the first threshold value. The voltage supply unit 5262y supplies the second voltage to the response waveform observation unit 5261y. The second voltage corresponds to the second threshold value. The voltage supply unit 5262z supplies the third voltage to the response waveform observation unit 5261z. The third voltage corresponds to the third threshold value.

観測部5261cは、複数の閾値それぞれに対して応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象を観測する。すなわち、応答波形観測部5261xは、電圧供給部5262xが供給する第1電圧により設定される閾値に対して、応答波形において閾値を下回っている状態が継続する事象を観測する。応答波形観測部5261yは、電圧供給部5262yが供給する第2電圧により設定される閾値に対して、応答波形において閾値を下回っている状態が継続する事象を観測する。応答波形観測部5261zは、電圧供給部5262zが供給する第3電圧により設定される閾値に対して、応答波形において閾値を下回っている状態が継続する事象を観測する。   The observation unit 5261c observes an event in which a state where the response waveform is below a predetermined threshold is continued for each of the plurality of thresholds. That is, the response waveform observation unit 5261x observes an event in which a state where the response waveform is below the threshold continues with respect to the threshold set by the first voltage supplied by the voltage supply unit 5262x. The response waveform observation unit 5261y observes an event in which a state where the response waveform is below the threshold continues with respect to the threshold set by the second voltage supplied by the voltage supply unit 5262y. The response waveform observation unit 5261z observes an event in which a state where the response waveform is below the threshold continues with respect to the threshold set by the third voltage supplied by the voltage supply unit 5262z.

例えば、応答波形観測部5261x、応答波形観測部5261y及び応答波形観測部5261zは、応答波形において設定された閾値を下回る現象及び応答波形において設定された閾値を上回る現象を観測することで事象を観測する。或いは、応答波形観測部5261x、応答波形観測部5261y及び応答波形観測部5261zは、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する二つの事象の間に、前記応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象が一つ発生することを利用して前記応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象を観測する。これらの具体的な方法は、上述した通りである。   For example, the response waveform observation unit 5261x, the response waveform observation unit 5261y, and the response waveform observation unit 5261z observe an event by observing a phenomenon that is lower than a threshold value set in the response waveform and a phenomenon that is higher than the threshold value set in the response waveform. To do. Alternatively, the response waveform observation unit 5261x, the response waveform observation unit 5261y, and the response waveform observation unit 5261z set the predetermined threshold value in the response waveform during two events in which the response waveform continues to exceed the predetermined threshold value. Utilizing the occurrence of one event that continues to be in a state of being lower, an event in which the state of being lower than a predetermined threshold is continued in the response waveform is observed. These specific methods are as described above.

観測部5261cは、複数の前記閾値それぞれに対して前記応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を観測する。すなわち、応答波形観測部5261xは、電圧供給部5262xが供給する第1電圧により設定される閾値に対して、応答波形において閾値を上回っている状態が継続する事象を観測する。応答波形観測部5261yは、電圧供給部5262yが供給する第2電圧により設定される閾値に対して、応答波形において閾値を上回っている状態が継続する事象を観測する。応答波形観測部5261zは、電圧供給部5262zが供給する第3電圧により設定される閾値に対して、応答波形において閾値を上回っている状態が継続する事象を観測する。   The observation unit 5261c observes an event in which a state where the response waveform exceeds a predetermined threshold for each of the plurality of thresholds continues. That is, the response waveform observation unit 5261x observes an event in which the response waveform continues to exceed the threshold with respect to the threshold set by the first voltage supplied by the voltage supply unit 5262x. The response waveform observation unit 5261y observes an event in which the state in which the response waveform exceeds the threshold is continued with respect to the threshold set by the second voltage supplied by the voltage supply unit 5262y. The response waveform observation unit 5261z observes an event in which the response waveform continues to exceed the threshold with respect to the threshold set by the third voltage supplied by the voltage supply unit 5262z.

例えば、応答波形観測部5261x、応答波形観測部5261y及び応答波形観測部5261zは、応答波形において設定された閾値を下回る現象及び応答波形において設定された閾値を上回る現象を観測することで事象を観測する。或いは、応答波形観測部5261x、応答波形観測部5261y及び応答波形観測部5261zは、応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する二つの事象の間に、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象が一つ発生することを利用して、応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を観測する。これらの具体的な方法は、上述した通りである。   For example, the response waveform observation unit 5261x, the response waveform observation unit 5261y, and the response waveform observation unit 5261z observe an event by observing a phenomenon that is lower than a threshold value set in the response waveform and a phenomenon that is higher than the threshold value set in the response waveform. To do. Alternatively, the response waveform observing unit 5261x, the response waveform observing unit 5261y, and the response waveform observing unit 5261z exceed the predetermined threshold in the response waveform during two events in which the response waveform continues to be below the predetermined threshold. Utilizing the occurrence of one event in which the current state continues, the event in which the state exceeding the predetermined threshold in the response waveform continues is observed. These specific methods are as described above.

推定部527cは、複数の閾値それぞれに対して観測部5261cが観測した結果に基づいて、検出素子51へ所定の期間内に入射したX線光子の数を推定する。具体的には、まず、推定部527cは、第1の実施形態又は第2の実施形態と同様の方法により、応答波形観測部5261x、応答波形観測部5261y及び応答波形観測部5261zが観測した結果それぞれについて検出素子51へ所定の期間内に入射したX線光子の数(例えば、入射率)を推定する。そして、推定部527cは、推定したX線光子の数の平均値、中央値等の統計値を最終的な結果として、推定データ収集部62に出力する。   The estimation unit 527c estimates the number of X-ray photons that have entered the detection element 51 within a predetermined period based on the observation result of the observation unit 5261c for each of the plurality of threshold values. Specifically, first, the estimation unit 527c is a result observed by the response waveform observation unit 5261x, the response waveform observation unit 5261y, and the response waveform observation unit 5261z by the same method as in the first embodiment or the second embodiment. For each, the number of X-ray photons (for example, incidence rate) incident on the detection element 51 within a predetermined period is estimated. Then, the estimation unit 527c outputs statistical values such as the estimated average value and median value of the number of X-ray photons to the estimated data collection unit 62 as a final result.

なお、第3の実施形態では、観測部5261cが応答波形観測部5261x、応答波形観測部5261y及び応答波形観測部5261zの三つを備える場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。検出回路52cが備える応答波形観測部の数は、特に限定されない。また、推定部527cは、最終的な結果として統計値ではなく、予め作成されているテーブルを使用して得られる結果を推定データ収集部62に出力してもよい。或いは、推定部527cは、最終的な結果として統計値ではなく、予め作成されている計算式を使用して得られる結果を推定データ収集部62に出力してもよい。例えば、推定部527cは、応答波形観測部5261xが観測した結果に基づいて推定した結果、応答波形観測部5261yが観測した結果に基づいて推定した結果及び応答波形観測部5261zが観測した結果に基づいて推定した結果に重みを掛けて総和をとったものを最終的な結果として出力してもよい。   In the third embodiment, the case where the observation unit 5261c includes the response waveform observation unit 5261x, the response waveform observation unit 5261y, and the response waveform observation unit 5261z is described as an example, but the present invention is not limited to this. The number of response waveform observation units provided in the detection circuit 52c is not particularly limited. In addition, the estimation unit 527c may output not the statistical value as a final result but a result obtained by using a table created in advance to the estimation data collection unit 62. Alternatively, the estimation unit 527c may output a result obtained by using a previously created calculation formula instead of the statistical value as the final result to the estimation data collection unit 62. For example, the estimation unit 527c is based on a result estimated by the response waveform observation unit 5261x, a result estimated by the response waveform observation unit 5261y, and a result observed by the response waveform observation unit 5261z. A result obtained by multiplying the estimated result by weighting and taking the sum may be output as a final result.

上述したように、第3の実施形態に係る光子計数型X線検出器は、観測部5261c、設定部5262c及び推定部527cを備えているため、パルスパイルアップが発生しても検出素子51に入射したX線光子の数を推定することができる。つまり、第3の実施形態に係る光子計数型X線CT装置は、観測部5261c、設定部5262c及び推定部527cを備えているため、パルスパイルアップが発生してもCT画像を生成することができる。   As described above, since the photon counting X-ray detector according to the third embodiment includes the observation unit 5261c, the setting unit 5262c, and the estimation unit 527c, even if a pulse pileup occurs, the detection element 51 The number of incident X-ray photons can be estimated. That is, since the photon counting X-ray CT apparatus according to the third embodiment includes the observation unit 5261c, the setting unit 5262c, and the estimation unit 527c, a CT image can be generated even if a pulse pileup occurs. it can.

また、観測部5261c、設定部5262c及び推定部527cは、小規模な回路で実現することができる。このため、検出回路52cは高集積化される。したがって、第3の実施形態に係る光子計数型X線検出器は、製品のコストの増大を抑制することができる。また、第3の実施形態に係る光子計数型X線検出器は、さらに、光子計数型X線CT装置をコンパクトにすることができる。   The observation unit 5261c, the setting unit 5262c, and the estimation unit 527c can be realized with a small-scale circuit. For this reason, the detection circuit 52c is highly integrated. Therefore, the photon counting X-ray detector according to the third embodiment can suppress an increase in product cost. Moreover, the photon counting X-ray detector according to the third embodiment can further reduce the size of the photon counting X-ray CT apparatus.

さらに、第3の実施形態に係る光子計数型X線検出器では、設定部5262cが閾値を複数設定し、観測部5261cが複数の閾値それぞれに対して応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象、又は応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を観測し、推定部527cが複数の閾値それぞれに対して観測部5261cが観測した結果に基づいて、検出素子51へ所定の期間内に入射したX線光子の数を推定する。このため、第3の実施形態に係る光子計数型X線検出器は、これらの事象の数が少ない場合又はこれらの事象が続いている時間が短い場合、すなわち、これらの事象の発生率が低い場合でも、検出素子51へ所定の期間内に入射したX線光子の数を正確に推定することができる。   Furthermore, in the photon counting X-ray detector according to the third embodiment, the setting unit 5262c sets a plurality of thresholds, and the observation unit 5261c is below a predetermined threshold in the response waveform for each of the plurality of thresholds. Based on the result of observation by the observing unit 5261c for each of the plurality of thresholds by observing the event in which the state continues exceeding the predetermined threshold in the response waveform, or the estimation unit 527c To estimate the number of X-ray photons incident within a predetermined period. For this reason, the photon counting X-ray detector according to the third embodiment has a low incidence of these events when the number of these events is small or when the duration of these events is short. Even in this case, the number of X-ray photons incident on the detection element 51 within a predetermined period can be accurately estimated.

なお、上述した実施形態では、検出回路が検出素子51が出力した応答波形を処理する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、検出素子51が出力した応答波形を記憶しておき、記憶されている応答波形に対して上述した処理を施してもよい。   In the above-described embodiment, the case where the detection circuit processes the response waveform output from the detection element 51 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the response waveform output from the detection element 51 may be stored, and the above-described processing may be performed on the stored response waveform.

上述した実施形態で説明した画像処理方法は、光子計数型X線CT装置とは独立に設置された画像処理装置により行われる場合であってもよい。例えば、図1に示した制御部88と同様の機能を有する画像処理装置が、光子計数型X線CT装置1又はPACSのデータベースや、電子カルテシステムのデータベースから取得した応答波形を用いて、上述した画像処理方法を行う場合であってもよい。   The image processing method described in the above-described embodiment may be performed by an image processing apparatus installed independently of the photon counting X-ray CT apparatus. For example, the image processing apparatus having the same function as the control unit 88 shown in FIG. 1 uses the response waveform acquired from the photon counting X-ray CT apparatus 1 or the PACS database or the electronic medical record system database as described above. The image processing method described above may be performed.

上述した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した通りに構成されていることを要しない。すなわち、各構成要素の分散又は統合の具体的な形態は図示したものに限られず、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又は統合して構成することができる。さらに、各構成要素の各処理機能は、その全部又は任意の一部が、CPU及びこのCPUにおいて実行されるプログラムによって実現される。或いは、各構成要素の各処理機能は、その全部又は任意の一部が、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る。   Each component described above is functionally conceptual and does not necessarily have to be physically configured as illustrated. In other words, the specific form of distribution or integration of each component is not limited to the illustrated one, and all or a part thereof may be functionally or physically in an arbitrary unit depending on various loads or usage conditions. It can be configured to be distributed or integrated. Furthermore, each processing function of each component is realized by a CPU and a program executed on the CPU, all or any part thereof. Alternatively, all or any part of each processing function of each component is realized as hardware by wired logic.

また、上述した実施形態で説明した方法は、予め用意されたプログラムをパーソナルコンピュータ、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り実現することができる。このプログラムは、インターネットなど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り実行することもできる。   The method described in the above embodiment can be realized by executing a program prepared in advance on a computer such as a personal computer or a workstation. This program can be distributed via a network such as the Internet. The program can also be executed by being recorded on a computer-readable recording medium such as a hard disk, a flexible disk (FD), a CD-ROM, an MO, and a DVD, and being read from the recording medium by the computer.

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、検出回路の高集積化を実現しつつ、所定の期間内に入射したX線光子の数が多い場合でもX線光子を正確に計数することができる。   According to at least one of the embodiments described above, it is possible to accurately count X-ray photons even when the number of X-ray photons incident within a predetermined period is large while realizing high integration of the detection circuit. .

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。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

51 検出素子
5261a 観測部
527a 推定部
51 Detection Element 5261a Observation Unit 527a Estimation Unit

Claims (10)

入射したX線光子に基づく応答波形を出力する検出素子と、
前記応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数を観測し、又は前記応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の数を観測する観測部と、
前記観測部が観測した前記数に基づいて、前記観測部が観測した事象の所定の期間内における発生率を算出し、前記発生率に基づいて前記検出素子へ前記所定の期間内に入射したX線光子の数を推定する推定部と、
を備える、光子計数型X線検出器。
A detection element that outputs a response waveform based on the incident X-ray photons;
An observation unit for observing the number of events that continue to be below a predetermined threshold in the response waveform , or to observe the number of events that continue to be above a predetermined threshold in the response waveform;
Based on the number observed by the observation unit, the occurrence rate of the event observed by the observation unit within a predetermined period is calculated, and X incident on the detection element within the predetermined period based on the occurrence rate An estimator for estimating the number of line photons;
A photon counting X-ray detector.
前記閾値を設定する設定部を更に備え、
前記設定部は、前記閾値を複数設定し、
前記観測部は、複数の前記閾値それぞれに対して前記応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象を観測し、又は複数の前記閾値それぞれに対して前記応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を観測し、
前記推定部は、複数の前記閾値それぞれに対して前記観測部が観測した結果に基づいて、前記検出素子へ前記所定の期間内に入射したX線光子の数を推定する、請求項に記載の光子計数型X線検出器。
A setting unit for setting the threshold value;
The setting unit sets a plurality of the threshold values,
The observation unit observes an event in which a state of being below a predetermined threshold in the response waveform for each of the plurality of thresholds continues, or sets a predetermined threshold in the response waveform for each of the plurality of thresholds. Observe the event that continues to exceed,
The estimating unit, based on the result of the observation portion is observed for each of the plurality of the threshold values, to estimate the number of incident X-ray photons within the predetermined period of time to the detection device, according to claim 1 Photon counting X-ray detector.
前記応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を発生させたX線光子の数を計数する計数部を更に備える、請求項1又は2に記載の光子計数型X線検出器。 3. The photon counting X-ray detector according to claim 1, further comprising a counting unit that counts the number of X-ray photons that have generated an event in which a state of exceeding a predetermined threshold continues in the response waveform. 前記応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を発生させたX線光子のエネルギーを算出する算出部を更に備え、
前記計数部は、前記算出部が算出した結果に基づいて、X線管球が照射するX線のエネルギー分布上に設定された1つ又は複数のエネルギー帯ごとに、前記検出素子へ前記所定の期間内に入射したX線光子の数を計数する、請求項に記載の光子計数型X線検出器。
A calculation unit that calculates energy of an X-ray photon that has generated an event in which a state of exceeding a predetermined threshold in the response waveform continues;
Based on the result calculated by the calculation unit, the counting unit sends the predetermined value to the detection element for each of one or a plurality of energy bands set on the energy distribution of the X-rays irradiated by the X-ray tube. 4. The photon counting X-ray detector according to claim 3 , which counts the number of X-ray photons incident during the period.
前記観測部は、前記検出素子にX線管球が照射するX線が入射した場合において、前記計数部が計数した結果の合計が、前記検出素子に入射したX線光子の数に比例すると仮定した場合の値を含む所定の範囲から逸脱した場合に、前記応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象を観測する上で必要なデータ容量を有する、請求項又は請求項に記載の光子計数型X線検出器。 The observation unit assumes that the total of the results counted by the counting unit is proportional to the number of X-ray photons incident on the detection element when X-rays irradiated by an X-ray tube are incident on the detection element. If that deviates from a predetermined range including the value when, having data capacity required in terms of the state of the response waveform is below a predetermined threshold is observed events to continue, according to claim 3 or claim 4 2. A photon counting X-ray detector according to 1. 前記推定部が推定した結果及び前記計数部が計数した結果の両方を出力する、請求項から請求項のいずれか一つに記載の光子計数型X線検出器。 The result estimating unit has estimated and the counting section is output both as a result of the counting, photon counting X-ray detector according to any one of the preceding claims 3. 前記所定の期間は、CT画像を生成するための投影データそれぞれが収集される期間である、請求項1から請求項のいずれか一つに記載の光子計数型X線検出器。 Wherein the predetermined period is a period in which each projection data is collected for generating a CT image, photon counting X-ray detector according to any one of claims 1 to 6. 所定の期間内に入射したX線光子に基づく応答波形を出力する検出素子と、前記検出素子ごとに設けられ、前記応答波形において所定の閾値を下回っている状態が継続する事象の数を観測し、又は前記応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象の数を観測する観測部と、前記観測部が観測した前記数に基づいて、前記観測部が観測した事象の発生率を算出し、算出した前記発生率に基づいて前記検出素子へ前記所定の期間内に入射したX線光子の数を推定する推定部とを有する光子計数型X線検出器と、
前記推定部が推定した結果に基づいてCT画像を生成する画像生成部と、
を備える、光子計数型X線CT装置。
A detection element that outputs a response waveform based on an X-ray photon incident within a predetermined period, and a number of events that are provided for each of the detection elements and that continue to be below a predetermined threshold in the response waveform are observed. Or an observation unit for observing the number of events that continue to exceed a predetermined threshold in the response waveform, and based on the number observed by the observation unit, the occurrence rate of events observed by the observation unit A photon counting X-ray detector having an estimation unit that calculates and estimates the number of X-ray photons incident on the detection element within the predetermined period based on the calculated incidence rate;
An image generation unit that generates a CT image based on a result estimated by the estimation unit;
A photon counting X-ray CT apparatus.
前記光子計数型X線検出器は、前記応答波形において所定の閾値を上回っている状態が継続する事象を発生させたX線光子のエネルギーを算出する算出部と、前記算出部が算出した結果に基づいて、前記X線のエネルギー分布上に設定された1つ又は複数のエネルギー帯ごとに、前記検出素子へ前記所定の期間内に入射したX線光子の数を計数する計数部とを更に備える、請求項に記載の光子計数型X線CT装置。 The photon counting X-ray detector includes a calculation unit that calculates energy of an X-ray photon that has generated an event in which a state in which the response waveform exceeds a predetermined threshold continues, and a result calculated by the calculation unit And a counter for counting the number of X-ray photons incident on the detection element within the predetermined period for each of one or a plurality of energy bands set on the energy distribution of the X-rays. A photon counting X-ray CT apparatus according to claim 8 . 前記画像生成部は、前記検出素子に前記X線光子が入射した場合において、前記計数部が計数した結果の合計が、前記検出素子に入射したX線光子の数に比例すると仮定した場合の値を含む所定の範囲から逸脱した場合、前記推定部が推定した結果に基づいてCT画像を生成する、請求項に記載の光子計数型X線CT装置。 When the X-ray photon is incident on the detection element, the image generation unit assumes that the sum of the results counted by the counting unit is proportional to the number of X-ray photons incident on the detection element. The photon-counting X-ray CT apparatus according to claim 9 , wherein a CT image is generated based on a result estimated by the estimation unit when deviating from a predetermined range including.
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