JP7246975B2 - フォトンカウンティング検出器およびｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、フォトンカウンティング検出器およびＸ線ＣＴ装置に関する。

フォトンカウンティングコンピュータ断層撮影（computed tomography：ＣＴ）は、既存のＣＴ撮像技法を大幅に改善する可能性を秘めたコンピュータ断層撮影技法である。フォトンカウンティングＣＴシステムは、個別の光子の相互作用を記録するフォトンカウンティング検出器を含む。各相互作用において蓄積したエネルギーを辿ることにより、フォトンカウンティングＣＴ検出器の検出器ピクセルでは、エネルギー・ビンでのおよそのエネルギースペクトル又はカウントをそれぞれ記録する。対照的に、典型的なＣＴスキャナでは、固定の期間にわたりピクセルにおいて蓄積された総エネルギーが記録される、エネルギー積分型検出器を使用する。

フォトンカウンティング検出器をＣＴシステムに組み込むためには、幾つかの問題が存在する。係る問題は、大きなデータボリューム及びカウントレートから生じる、検出器材料及びエレクトロニクスについての要求に関する。一例として、ＣＴ検出器の各ｍｍ^２は、スキャン中に、１秒毎に数百万もの光子相互作用を受け取る可能性がある。Ｘ線源と検出器との間に小さな物質が存在する範囲での飽和状態を回避するために、パルス分解時間は、ピクセルにおける光子相互作用間の平均的な時間に比較して僅かであるべきである。飽和状態前であっても、検出器の機能性は、同じピクセルにおいて発生する２つ（以上）の光子相互作用が別個のイベントとして分離するには時間的に近すぎることによるパルスパイルアップが原因で、低下し始めている。この様な疑似的に同時計数された相互作用が、光子カウントの損失及びパルス波形の歪みに繋がる。これらの影響により、ピクセルデータのパルス成形、ビニング及び記録に対して関与するエレクトロニクスと同様に、検出器材料の物理的応答時間についての要求が、非常に高まっている。

フォトンカウンティング検出器は、線量効率を落とすことなく、約１×１ｍｍ^２に比べてさらに小さいピクセルサイズで製造することができる。より小さなピクセルを使用することで、ピクセル毎のカウントレートが減り、従ってより多くのエレクトロニクスを必要とするという犠牲を払い、パルス分解時間についての要求を悪化させる。ピクセルサイズ及び対応する読出しエレクトロニクスデザインが、フォトンカウンティング検出器デザインにおいて鍵となる部分である。ＣＴスキャン中に１秒毎に数百万もの光子相互作用を含む高線束スキャン環境に関しては、フォトンカウンティング検出器（photon counting detector：ＰＣＤ）についてより小さなピクセルサイズが好まれる。一般的に、フォトンカウンティングＣＴアプリケーションに対するピクセルサイズは、１５０μｍから５００μｍにまで及ぶことがある。つまりピクセルサイズより小さければ、ピクセル間隔（ピクセルピッチ）はより近いということである。より小さなピクセルデザインは、フォトンカウンティングＣＴアプリケーションに対して５００μｍサイズに比べてより少ないピクセルから成る場合がある。ＰＣＤに対するより小さなピクセルデザインは比較的パルスパイルアップの影響を受けにくいため、高線束の場合には望ましい。しかし、より小さなピクセルの使用に関連するある問題は、重度のチャージシェアリング及び信号クロストークを原因とする検出器応答の低下である。

部分的なエネルギー蓄積及び多数のピクセルにおいて信号を生じる単一の光子は、フォトンカウンティングＣＴにおける難題をもたらす。チャージシェアリングは、相互作用がピクセル境界近くで発生し、近傍するピクセル間で放出されたエネルギーが共有され、従って幾つかのエネルギーがより低い光子として解釈される、その様なイベントのうちの一要因である。チャージシェアリングは、歪んだエネルギースペクトルという結果になる。飽和状態及びパイルアップ効果とは対照的に、部分的なエネルギー蓄積及び多数の相互作用光子は、より小さなピクセルサイズにより悪化させられることで問題が生じる。

ＰＣＤに対してより大きなピクセルサイズを使用することは、検出器応答が典型的に良いということを基準に、より少ないチャージシェアリング及びクロストーク効果を提供する、ある１つの解決策である。より低いエネルギー部分に漏れるピークエネルギー部分がより小さく、これにより物質弁別に対する改善をもたらす可能性がある。この様にして、５００μｍサイズのピクセル等のような大きなピクセルサイズを使用することが、低線束スキャン環境において望ましい場合がある。ＰＣＤに大きなピクセルデザインを使用する一つの可能性のある欠点は、重度のパルスパイルアップを対処するために、エレクトロニクス又はその他の後処理の点について著しい負担を強いる。従って、物質弁別ノイズの観点から、小さなピクセルサイズは、高線束スキャン環境において、そして大きなピクセルサイズは、低線束スキャン環境において、それぞれ望ましい場合がある。フォトンカウンティングＣＴスキャン環境において、ＰＣＤは、患者のスキャン中、高線束及び低線束に典型的にさらされる。小さなピクセルデザインを使用するフォトンカウンティングＣＴスキャナにおけるＰＣＤは、高線束に対してはよく機能することがあるが、低線束の状況においては機能が不十分なこともある。反して、大きなピクセルデザインを使用するフォトンカウンティングＣＴスキャナにおけるＰＣＤは、低線束の状況に対して上手く機能するものの、高線束の状況では機能が不十分なこともある。

それゆえ、ＰＣＤでの小さなピクセルに関連するチャージシェアリング問題と同様に、ＰＣＤでの大きなピクセルの使用に関連するパルスパイルアップ問題を最小化することにより、高線束及び低線束両方のＣＴスキャン環境でも、十分に機能するフォトンカウンティングＣＴ検出器に対する技術的な要求がある。

特許第６３５５７４７号公報

本発明が解決しようとする課題は、チャージシェアリングを低減することで十分な検出器応答を維持しながら、パルスパイルアップの影響を比較的受けにくい高線束及び低線束両方を含むことができるスキャン環境で用いるＣＴ検出器装置に向けられる。ＣＴ検出器装置は、ハイブリッドピクセルパターンデザインを実装するフォトンカウンティング検出器（photon counting detector：ＰＣＤ）を使用することにより、高線束及び低線束両方の状況でもよく機能することができる。

本実施形態に係るフォトンカウンティング検出器は、第１の面と前記第１の面に並行する第２の面とを有する半導体結晶に配置される複数のマクロピクセルを含む。前記複数のマクロピクセルの各マクロピクセルは、再構成画像を生成するための投影データを収集する。前記各マクロピクセルは、前記各マクロピクセル内に配置される少なくとも１つの大マイクロピクセルと、前記各マクロピクセル内に配置される少なくとも２つの小マイクロピクセルとの２種類のみからなる。前記少なくとも２つも小マイクロピクセルのそれぞれの面積は、前記少なくとも１つの大マイクロピクセルの面積よりも小さい。

コンピュータ断層撮影（computed tomography：ＣＴ）スキャナの実装例の概略図を示す。 フォトンカウンティング検出器において使用される均一なピクセルパターンの概略図を示す。 フォトンカウンティング検出器において使用される別の均一なピクセルパターンの概略図を示す。 ２つの異なるピクセルサイズに関する２つの異なる検出器応答の例を示すグラフである。 高線束及び低線束の下での弁別ノイズとピクセルサイズとの間の関係例を示すグラフである。 本開示に係る複数のピクセルを含むフォトンカウンティング検出器の透視図である。 本開示に係る図４Ａのフォトンカウンティング検出器における各ピクセルに関するハイブリッドピクセルパターンの概略図である。 本開示に係るフォトンカウンティング検出器における使用のための別のハイブリッドピクセルパターンの概略図である。 本開示に係る図５Ａのハイブリッドピクセルパターンを取り入れる６つのピクセルのグループの概略図である。 本開示に係るフォトンカウンティング検出器における使用のためのハイブリッドピクセルパターンの概略図である。 本開示に係るＸ線検出器の構成例を示す図である。 本開示に係るチャージシェアリングを低減するための、ハイブリッドピクセルパターンデザイン及び対応する増幅器及びカウンタ段のピクセルからの入力チャンネルの概略図を示す。 本開示に係るパルスパイルアップ問題を最小化するための、ハイブリッドピクセルパターンデザイン及び対応する増幅器及びカウンタ段のピクセルから入力チャンネルの概略図を示す。 本開示に係るハイブリッドピクセルパターンデザイン及び対応する増幅器及びカウンタ段のピクセルから入力チャンネルの概略図を示す。

下記の記述は、特定の実施形態であるが、その他の実施形態は、代替例、均等例、そして変形例を含むこともできる。加えて、実施形態は、幾つか新規の特徴を含む場合があり、特定の特徴は、ここに説明されるデバイス、システム、そして方法を実行するために必要不可欠ではなくともよい。

本開示は、フォトンカウンティング検出器ＣＴシステムに用いられたフォトンカウンティング検出器（ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＣＤ）に焦点を置いている。「ＰＣＤ」という用語は、本開示を通して「検出器」という用語と同義で使用される。フォトンカウンティングＣＴシステムが患者又は被検体をスキャンする場合に、スキャン環境は、高線束から低線束へ、或いはその逆へ、とスキャン環境が継続的に変化することがある。本開示を通して議論されるハイブリッドピクセルパターンデザインを備えたＰＣＤは、ＰＣＤが高線束及び低線束両方のスキャン環境へとさらされる、スキャン環境の動的な変化の間であっても、チャージシェアリングを低減することにより十分な検出器応答を維持しつつ、パルスパイルアップの影響を比較的受けにくい。

図２Ａに示された均一なピクセルパターンデザインは、１６個の等しいサイズのマイクロピクセル５２を備えた、１つのマクロピクセル５０を示している。マクロピクセル５０の面積が１ｍｍ^２である場合、１６個の等しいサイズのマイクロピクセルのピクセルサイズは、２５０μｍである。当該例での検出器応答は、高線束スキャン環境でのパルスパイルアップの影響を比較的受けにくいという利益と、低線束スキャン環境での重度のチャージシェアリングの不利益といった、２５０μｍのピクセルサイズに関連する特徴を呈する可能性がある。図２Ｂでも、１つのマクロピクセル６０は、４つの等しいサイズのマイクロピクセル６２を備える均一なピクセルパターンデザインを含む。マクロピクセル６０の面積が図２Ａにおけるマクロピクセル５０と同じである場合、４個の等しいサイズのマイクロピクセルのピクセルサイズは、５００μｍである。当該例における検出器応答は、低線束スキャン環境での最小限のチャージシェアリングという利益と、高線束スキャン環境での増加したパルスパイルアップという不利益といった、５００μｍのピクセルサイズに関連する特徴を呈する可能性がある。それゆえ、ＰＣＤ上の複数のマクロピクセルに対応する均一なピクセルパターンデザインの使用のみでは、高線束及び低線束両方を含むスキャン環境に対して上手く適合しない場合がある。

本開示を通して記述されるＰＣＤにおける各マクロピクセルに対するハイブリッドピクセルパターンは、少なくとも二つの異なったサイズのマイクロピクセルから成る均一でないピクセルパターンデザインを実装することにより、高線束及び低線束のスキャン環境に対してデザインされる。マクロピクセルのハイブリッドピクセルパターンデザインは、図１を参照し上記で説明された様なフォトンカウンティングＣＴスキャンシステムにおいて含まれている、ＰＣＤに関して実装することができる。

以下、本実施形態に係る医用画像処理装置を含むＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置について図１のブロック図を参照して説明する。図１に示すＸ線ＣＴ装置１は、架台装置１０と、寝台装置３０と、医用画像処理装置の処理を実現するコンソール装置４０とを有する。図１では説明の都合上、架台装置１０を複数描画している。

なお、本実施形態では、非チルト状態での回転フレーム１３の回転軸又は寝台装置３０の天板３３の長手方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直交し、床面に対し水平である軸方向をＸ軸方向、Ｚ軸方向に直交し、床面に対し垂直である軸方向をＹ軸方向とそれぞれ定義するものとする。

例えば、架台装置１０及び寝台装置３０はＣＴ検査室に設置され、コンソール装置４０はＣＴ検査室に隣接する制御室に設置される。なお、コンソール装置４０は、必ずしも制御室に設置されなくてもよい。例えば、コンソール装置４０は、架台装置１０及び寝台装置３０とともに同一の部屋に設置されてもよい。いずれにしても架台装置１０と、寝台装置３０と、コンソール装置４０とは互いに通信可能に有線または無線で接続されている。

架台装置１０は、被検体ＰをＸ線ＣＴ撮影するための構成を有するスキャン装置である。架台装置１０は、Ｘ線管１１と、Ｘ線検出器１２と、回転フレーム１３と、Ｘ線高電圧装置１４と、制御装置１５と、ウェッジ１６と、コリメータ１７と、データ収集装置１８（以下、ＤＡＳ（Data Acquisition System）１８ともいう）とを含む。

Ｘ線管１１は、Ｘ線高電圧装置１４からの高電圧の印加及びフィラメント電流の供給により、陰極（フィラメント）から陽極（ターゲット）に向けて熱電子を照射することでＸ線を発生する真空管である。具体的には、熱電子がターゲットに衝突することによりＸ線が発生される。例えば、Ｘ線管１１には回転する陽極に熱電子を照射することでＸ線を発生させる回転陽極型のＸ線管がある。Ｘ線管１１で発生したＸ線は、例えばコリメータ１７を介してコーンビーム形に成形され、被検体Ｐに照射される。

Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１から照射され、被検体Ｐを通過したＸ線を検出し、当該Ｘ線量に対応した電気信号をＤＡＳ１８へと出力する。Ｘ線検出器１２は、例えば、Ｘ線管１１の焦点を中心として１つの円弧に沿ってチャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列された複数のＸ線検出素子列を有する。Ｘ線検出器１２は、例えば、チャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列されたＸ線検出素子列がスライス方向（列方向、ｒｏｗ方向）に複数配列された列構造を有する。

Ｘ線検出器１２は、具体的には、例えば、グリッドと、シンチレータアレイと、光センサアレイとを有する間接変換型の検出器でもよいし、図４Ａ以降で後述するような、入射したＸ線を電気信号に変換する半導体素子を有する直接変換型の検出器でもよい。Ｘ線検出器１２は、本実施形態に係るＰＣＤの一例であり、以降ＰＣＤ１２とも呼ぶ。

シンチレータアレイは、複数のシンチレータを有する。シンチレータは、入射Ｘ線は、当該入射Ｘ線の強度に応じた個数の光子に変換する。

グリッドは、シンチレータアレイのＸ線入射側の面に配置され、散乱Ｘ線を吸収する機能を有するＸ線遮蔽板を有する。なお、グリッドはコリメータと呼ばれる場合もある。

光センサアレイは、シンチレータからの受けた光を増幅して電気信号に変換し、当該入射Ｘ線のエネルギーに応じた波高値を有する出力信号（エネルギー信号）を生成する機能を有し、例えば、光電子増倍管（フォトマルチプライヤー：ＰＭＴ）等の光センサを有する。

回転フレーム１３は、Ｘ線発生部とＸ線検出器１２とを回転軸回りに回転可能に支持する。具体的には、回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２とを対向支持し、後述する制御装置１５によってＸ線管１１とＸ線検出器１２とを回転させる円環状のフレームである。回転フレーム１３は、アルミニウム等の金属により形成された固定フレーム（図示せず）に回転可能に支持される。詳しくは、回転フレーム１３は、ベアリングを介して固定フレームの縁部に接続されている。回転フレーム１３は、制御装置１５の駆動機構からの動力を受けて回転軸Ｚ回りに一定の角速度で回転する。

なお、回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２に加えて、Ｘ線高電圧装置１４やＤＡＳ１８を更に備えて支持する。このような回転フレーム１３は、撮影空間をなす開口（ボア）１９が形成された略円筒形状の筐体に収容されている。開口はＦＯＶに略一致する。開口の中心軸は、回転フレーム１３の回転軸Ｚに一致する。なお、ＤＡＳ１８が生成した検出データは、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する送信機から光通信によって架台装置の非回転部分（例えば固定フレーム。図１での図示は省略する。）に設けられた、フォトダイオードを有する受信機（図示せず）に送信され、コンソール装置４０へと転送される。なお、回転フレームから架台装置の非回転部分への検出データの送信方法は、前述の光通信に限らず、非接触型のデータ伝送であれば如何なる方式を採用しても構わない。

Ｘ線高電圧装置１４は、変圧器（トランス）及び整流器等の電気回路を有し、Ｘ線管１１に印加する高電圧及びＸ線管１１に供給するフィラメント電流を発生する機能を有する高電圧発生装置と、Ｘ線管１１が照射するＸ線に応じた出力電圧の制御を行うＸ線制御装置とを有する。高電圧発生装置は、変圧器方式であってもよいし、インバータ方式であっても構わない。なお、Ｘ線高電圧装置１４は、後述する回転フレーム１３に設けられてもよいし、架台装置１０の固定フレーム（図示しない）側に設けられても構わない。

制御装置１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を有する処理回路と、モータ及びアクチュエータ等の駆動機構とを有する。処理回路は、ハードウェア資源として、ＣＰＵやＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサとＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリとを有する。また、制御装置１５は、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）やフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ）、他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）により実現されてもよい。制御装置１５は、コンソール装置４０からの指令に従い、Ｘ線高電圧装置１４及びＤＡＳ１８等を制御する。前記プロセッサは、前記メモリに保存されたプログラムを読み出して実現することで上記制御を実現する。

ＣＰＵは、ここに説明された機能を実行するコンピュータ読み取り可能命令のセットを含んでいるコンピュータプログラムを実行することができ、係るコンピュータプログラムは、任意の上述の非一時的電子メモリ及び／又はハードディスクドライブ、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＦＬＡＳＨドライブ、又はその他の任意の既知の格納媒体に格納されている。さらに、コンピュータ読み取り可能命令は、ユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン、又はオペレーティングシステムのコンポーネント、或いはそれらの組み合わせとして提供されてもよく、当業者にとっては既知のその他オペレーティングシステムがプロセッサと一体となって実行する。さらに、ＣＰＵは、命令を実行するために並行して協同的に動作する、マルチプルプロセッサとして実行することができる。

また、制御装置１５は、コンソール装置４０若しくは架台装置１０に取り付けられた、後述する入力インターフェース４３からの入力信号を受けて、架台装置１０及び寝台装置３０の動作制御を行う機能を有する。例えば、制御装置１５は、入力信号を受けて回転フレーム１３を回転させる制御や、架台装置１０をチルトさせる制御、及び寝台装置３０及び天板３３を動作させる制御を行う。なお、架台装置１０をチルトさせる制御は、架台装置１０に取り付けられた入力インターフェース４３によって入力される傾斜角度（チルト角度）情報により、制御装置１５がＸ軸方向に平行な軸を中心に回転フレーム１３を回転させることによって実現される。また、制御装置１５は架台装置１０に設けられてもよいし、コンソール装置４０に設けられても構わない。なお、制御装置１５は、前記メモリにプログラムを保存する代わりに、前記プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合、前記プロセッサは、前記回路内に組み込まれたプログラムを読み出して実行することで上記制御を実現する。

ウェッジ１６は、Ｘ線管１１から照射されたＸ線量を調節するためのフィルタである。具体的には、ウェッジ１６は、Ｘ線管１１から被検体Ｐへ照射されるＸ線が、予め定められた分布になるように、Ｘ線管１１から照射されたＸ線を透過して減衰するフィルタである。例えば、ウェッジ１６（ウェッジフィルタ（wedge filter）、ボウタイフィルタ（bow-tie filter））は、所定のターゲット角度や所定の厚みとなるようにアルミニウムを加工したフィルタである。

コリメータ１７は、ウェッジ１６を透過したＸ線の照射範囲を絞り込むための鉛板等であり、複数の鉛板等の組み合わせによってスリットを形成する。なお、コリメータ１７は、Ｘ線絞りと呼ばれる場合もある。

ＤＡＳ１８は、Ｘ線検出器１２により検出されたＸ線のカウントを示すデジタルデータ（以下、検出データともいう）を、複数のエネルギー帯域（以下、エネルギー・ビン、又は単にビンともいう）毎に生成する。検出データは、生成元のＸ線検出素子のチャンネル番号、列番号、収集されたビュー（投影角度ともいう）を示すビュー番号、及びエネルギー・ビン番号により識別されたカウント値のデータのセットである。ＤＡＳ１８は、例えば、検出データを生成可能な回路素子を搭載したＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）により実現される。検出データは、コンソール装置４０へと転送される。

例えば、ＤＡＳ１８は、検出器画素各々について前置増幅器、可変増幅器、積分回路及びＡ／Ｄ変換器を含む。前置増幅器は、接続元のＸ線検出素子からの電気信号を所定のゲインで増幅する。可変増幅器は、前置増幅器からの電気信号を可変のゲインで増幅する。積分回路は、前置増幅器からの電気信号を、１ビュー期間に亘り積分して積分信号を生成する。積分信号の波高値は、１ビュー期間に亘り接続元のＸ線検出素子により検出されたＸ線の線量値に対応する。Ａ／Ｄ変換器は、積分回路からの積分信号をアナログデジタル変換して検出データを生成する。

寝台装置３０は、スキャン対象の被検体Ｐを載置、移動させる装置であり、基台３１と、寝台駆動装置３２と、天板３３と、支持フレーム３４とを備えている。

基台３１は、支持フレーム３４を鉛直方向に移動可能に支持する筐体である。

寝台駆動装置３２は、被検体Ｐが載置された天板３３を天板３３の長軸方向に移動するモータあるいはアクチュエータである。寝台駆動装置３２は、コンソール装置４０による制御、または制御装置１５による制御に従い、天板３３を移動する。例えば、寝台駆動装置３２は、天板３３に載置された被検体Ｐの体軸が回転フレーム１３の開口の中心軸に一致するよう、天板３３を被検体Ｐに対して直交方向に移動する。また、寝台駆動装置３２は、架台装置１０を用いて実行されるＸ線ＣＴ撮影に応じて、天板３３を被検体Ｐの体軸方向に沿って移動してもよい。寝台駆動装置３２は、制御装置１５からの駆動信号のデューティ比等に応じた回転速度で駆動することにより動力を発生する。寝台駆動装置３２は、例えば、ダイレクトドライブモータやサーボモータ等のモータにより実現される。

支持フレーム３４の上面に設けられた天板３３は、被検体Ｐが載置される板である。なお、寝台駆動装置３２は、天板３３に加え、支持フレーム３４を天板３３の長軸方向に移動してもよい。

コンソール装置４０は、メモリ４１と、ディスプレイ４２と、入力インターフェース４３と、処理回路４４とを有する。メモリ４１と、ディスプレイ４２と、入力インターフェース４３と、処理回路４４との間のデータ通信は、バス（ＢＵＳ）を介して行われる。なお、コンソール装置４０は架台装置１０とは別体として説明するが、架台装置１０にコンソール装置４０またはコンソール装置４０の各構成要素の一部が含まれてもよい。

メモリ４１は、種々の情報を記憶するＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、集積回路記憶装置等の記憶装置である。メモリ４１は、例えば、投影データや再構成画像データを記憶する。メモリ４１は、ＨＤＤやＳＳＤ等以外にも、ＣＤ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体や、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の半導体メモリ素子等との間で種々の情報を読み書きする駆動装置であってもよい。また、メモリ４１の保存領域は、Ｘ線ＣＴ装置１内にあってもよいし、ネットワークで接続された外部記憶装置内にあってもよい。例えば、メモリ４１は、ＣＴ画像や表示画像のデータを記憶する。また、メモリ４１は、本実施形態に係る制御プログラムを記憶する。

ディスプレイ４２は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ４２は、処理回路４４によって生成された医用画像（ＣＴ画像）や、操作者からの各種操作を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）等を出力する。例えば、ディスプレイ４２としては、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ：Organic Electro Luminescence Display）、プラズマディスプレイ又は他の任意のディスプレイが、適宜、使用可能となっている。また、ディスプレイ４２は、架台装置１０に設けられてもよい。また、ディスプレイ４２は、デスクトップ型でもよいし、コンソール装置４０本体と無線通信可能なタブレット端末などで構成されることにしても構わない。

入力インターフェース４３は、操作者からの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路４４に出力する。例えば、入力インターフェース４３は、投影データを収集する際の収集条件や、ＣＴ画像を再構成する際の再構成条件、ＣＴ画像から後処理画像を生成する際の画像処理条件等を操作者から受け付ける。入力インターフェース４３としては、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパッド及びタッチパネルディスプレイ等が適宜、使用可能となっている。なお、本実施形態において、入力インターフェース４３は、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパッド及びタッチパネルディスプレイ等の物理的な操作部品を備えるものに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を処理回路４４へ出力する電気信号の処理回路も入力インターフェース４３の例に含まれる。入力インターフェース４３は、架台装置１０に設けられてもよい。又、入力インターフェース４３は、コンソール装置４０本体と無線通信可能なタブレット端末などで構成されることにしても構わない。

処理回路４４は、入力インターフェース４３から出力される入力操作の電気信号に応じてＸ線ＣＴ装置１全体の動作を制御する。例えば、処理回路４４は、ハードウェア資源として、ＣＰＵやＭＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサとＲＯＭやＲＡＭ等のメモリとを有する。処理回路４４は、メモリに展開されたプログラムを実行するプロセッサにより、システム制御機能４４１、前処理機能４４２、再構成処理機能４４３及び表示制御機能４４４を実行する。なお、各機能（システム制御機能４４１、前処理機能４４２、再構成処理機能４４３および表示制御機能４４４）は単一の処理回路で実現される場合に限らない。複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより各機能を実現するものとしても構わない。

システム制御機能４４１は、入力インターフェース４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、処理回路４４の各機能を制御する。具体的には、システム制御機能４４１は、メモリ４１に記憶されている制御プログラムを読み出して処理回路４４内のメモリ上に展開し、展開された制御プログラムに従ってＸ線ＣＴ装置１の各部を制御する。例えば、処理回路４４は、入力インターフェース４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、処理回路４４の各機能を制御する。例えば、システム制御機能４４１は、スキャン範囲、撮影条件等を決定するための被検体Ｐの２次元の位置決め画像を取得する。なお、位置決め画像は、スキャノ画像またはスカウト画像とも呼ばれる。

前処理機能４４２は、ＤＡＳ１８から出力された検出データに対して対数変換処理やオフセット補正処理、チャネル間の感度補正処理、ビームハードニング補正、検出器キャリブレーション、検出器非線形性、極性効果、ノイズバランシング、そして物質弁別に対する補正等の前処理を施したデータを生成する。なお、前処理前のデータ（検出データ）および前処理後のデータを総称して投影データと称する場合もある。また、前処理機能４４２は、前処理部の一例である。

再構成処理機能４４３は、前処理機能４４２にて生成された投影データに対して、フィルタ補正逆投影法や逐次近似再構成法、確率論的画像再構成法等を用いた再構成処理を行ってＣＴ画像データを生成する。また、再構成処理機能４４３は、再構成処理部の一例である。ＣＴ画像データには、必要に応じ、画像のフィルタリングやスムージング、ボリュームレンダリング処理、画像差分処理を行ってもよい。

表示制御機能４４４は、入力インターフェース４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、再構成処理機能４４３によって生成されたＣＴ画像データを公知の方法により、任意断面の層像データや３次元画像データに変換する。なお、３次元画像データの生成は再構成処理機能４４３が直接行なっても構わない。また、表示制御機能４４４は、表示制御部の一例である。
なお、本実施形態において、「投影面」とは、Ｘ線がＸ線管１１からＰＣＤ１２まで通過するボリュームを指す。「被検体空間」とは、投影面とガントリの開口部とが交わるところを指す。「画像空間」は、Ｘ線管１１がガントリの開口の周りを回転するときの、Ｘ線管１１の全ての投影角に対応する投影面の統合を含む。画像空間は、被検体Ｐの寸法よりも広い範囲に亘るボリュームに対して画像再構成を可能にするので、被検体空間に比べて、通常は大きい。

被検体Ｐが被検体空間を占め、且つ架台装置１０が各投影角で被検体Ｐを通してＸ線透過／減衰の投影データを収集しながら、Ｘ線管１１が一連の投影角を通して回転した場合に、スキャンは実行される。

一般的に、ＰＣＤ１２は、所定数のエネルギー・ビンのそれぞれに対するフォトン数を出力する。一実装では、ＰＣＤ１２は、所定のジオメトリにおいて被検体Ｐの周りに疎に位置される。
一実装例において、Ｘ線管１１は、Ｘ線エネルギーの幅広いスペクトルを放射する単一の線源である。

ＰＣＤ１２は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、シリコン（Ｓｉ）、ヨウ化水銀（ＨｇＩ_２）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）など、半導体に基づいた直接変換型のＸ線放射線検出器を使うことができる。半導体に基づく直接変換型のＸ線検出器は、シンチレータ検出器等の間接変換型の検出器に比べて、時間応答がはるかに速い。直接変換型の検出器のこの速い時間応答により、検出器が個別のＸ線検出器イベントを分解することを可能にする。しかし、臨床的なＸ線アプリケーションにおいては典型的な高Ｘ線束で、検出イベントの幾つかにパイルアップが発生する可能性がある。検出されたＸ線のエネルギーは、直接変換型の検出器により生成された信号に比例して、検出イベントは、スペクトルＣＴに対するスペクトル的に分解されたＸ線データを生み出すエネルギー・ビンへと整理することができる。

本開示において、ＰＣＤ１２からの信号は、図示されていない読出し回路により制御されている。読出しチャンネルは、増幅器により処理されたアナログ信号を出力し、その後アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器へと入力される。係るＡ／Ｄ変換器は、高周波数（一般的には４０～１００ＭＨｚ）でクロック駆動されており、デジタル信号を出力する。係るデジタル信号は、その後入射光子の検出用のプロセッサへと転送される。デジタルサンプルは、信号のタイムスタンプ及び振幅を決定するデジタルフィルタにおいて実行されるアルゴリズムにより処理される。読出し回路は、継続的にアナログ信号をサンプルし、且つ画像処理チェーンにおいてさらに処理されるための大きなデータセットを生み出す。

開示された実施形態は、より大きな厚み（Ｔ～３．０ｍｍ）でのより薄い検出器（例えば、Ｗ＜２．０ｍｍ）の使用を容易にする。係る検出器では、表面でチャージ損失することなくより高い動作領域を維持しつつ、チャージ収集効率を改善する。重み付け電位は、移動するチャージが検出器においてドリフトする場合に、移動するチャージとチャージの電極との間の結合を説明するものである。

図３Ａは、５００μｍピクセル及び２５０μｍピクセルそれぞれでのピクセルサイズを用いる均一なピクセルパターンデザインを含むＰＣＤに対する、１００キロ電子ボルト（kilo electron-volts：ｋｅＶ）でのＸ線応答例を示すグラフである。実線は、２５０μｍピクセルを有するＰＣＤを、破線は５００μｍピクセルを有するＰＣＤを、それぞれ表す。両方のＰＣＤは、例として、厚さ２ｍｍであり、面積１ｍｍ^２でのマクロピクセルとを有する。ピクセルサイズ５００μｍでの均一なピクセルパターンデザインを有するマクロピクセルは、面積１ｍｍ^２をマクロピクセルにおいて４個のマイクロピクセルを含むことがあるだろう。またピクセルサイズ２５０μｍでの均一なピクセルパターンデザインを有するマクロピクセルは、面積１ｍｍ^２のマクロピクセルにおいて１６個のマイクロピクセルを含むことがあるだろう。破線は５００μｍの均一なピクセルを有するＰＣＤを表す。２５０μｍ及び５００μｍ２つの異なるピクセルサイズは、ピクセルサイズによる異なる検出器応答を示すために、示される。図３Ａに示されるグラフの縦軸は、１００ｋｅＶ入力に対する特定のエネルギーで検出された、カウント又はパーセンテージを反映している。グラフは、２５０μｍピクセルは、より高いチャージシェアリングイベントを有することを示す。理想的な検出器は、デルタ関数を表す検出器応答を有するだろう。グラフは、ピクセルサイズ及び対応する読出しエレクトロニクスが、ＰＣＤデザインにとって如何に重要な事柄であるかを示す。

図３Ａの例においてより小さなマイクロピクセルでの均一なピクセルパターンデザインを有するＰＣＤは、毎秒１平方ミリメートル辺り数百万もの光子相互作用から成ることがある、高線束スキャン環境にとって望ましい。より小さなマイクロピクセルに関連する１つの利点として、パルスパイルアップ問題の影響を比較的受けにくいという点である。しかし、図３に示された様に起こり得る重度のチャージシェアリングのせいで、より小さなピクセルサイズほど、検出器応答低下の影響を受けやすいように見える。この例における５００μｍの様に大きなピクセルサイズは、より低いチャージシェアリング及びクロストーク効果を提供することができ、改善された検出器応答をもたらす可能性がある。低いエネルギー部分へのピークエネルギー漏れの一部は、小さくなり、物質弁別ノイズを減らすことが可能となる。しかし、より大きなマイクロピクセルデザインは、重度のパルスパイルアップに対処するため、エレクトロニクス又はその他の後処理に対する負荷を増大させる。

物質弁別ノイズの観点からすると、図３Ｂに図示されたグラフにおいて示される通り、小さなピクセルサイズは高い線束スキャン環境で好まれ、大きなピクセルサイズは低線束スキャン環境で好まれる。図３Ｂにおけるグラフは、高線束及び低線束スキャン環境における弁別ノイズとピクセルサイズとの関係性を示す。図３Ｂにおけるグラフの縦軸は、弁別ノイズを表し、横軸は、２５０－５００μｍのピクセルサイズ範囲を表す。黒マルは、ピクセルサイズが大きくなるにつれての低線束スキャン環境における弁別ノイズのレベルを反映し、白マルは、ピクセルサイズが大きくなるにつれての高線束スキャン環境における弁別ノイズのレベルを反映する。図３Ｂのグラフによれば、各マルは、ピクセルサイズが増す高線束環境において弁別ノイズも増加することと、低線束スキャンにおいてはピクセルサイズが増えるのに従って弁別ノイズが低減することと、を明らかにしている。この様にして、小さな又は大きなピクセルを含む、均一なピクセルサイズデザインを用いる検出器を使用することで、ある利点及び欠点をもたらす場合がある。

次に図４Ａを参照すると、ハイブリッドピクセルパターンデザインでの複数のマクロピクセルを含むフォトンカウンティング検出器アレイ７０が示される。フォトンカウンティング検出器アレイ７０は、ＣｄＺｎＴｅ又はＣｄＴｅのような半導体材料により形成された結晶７１（半導体結晶）を含む。結晶７１の１つの面は、大きな単一のカソード電極７６を有する。結晶の反対面が陽極面７２であり、長方形或いは四角形の陽極ピクセル７４を含む。小さなピクセルサイズデザイン或いは大きなピクセルサイズデザインのどちらか一方の使用に関連するどんな欠点も最小化しながら、大きなピクセルサイズデザインと同様に小さなピクセルサイズデザインを使用する利益を享受するために、ハイブリッドピクセルパターンデザインが使用される。検出器アレイ７０の厚さは、Ｔで表される。本開示の一例で、検出器アレイ７０の厚さは、Ｘ線のパワーを止めるには十分な３ｍｍである。なお、検出器アレイ７０の厚さは、アプリケーション、半導体材料、及び検出器デザインに関連したその他の事柄のタイプにより、異なってもよい。検出器アレイ７０の各個別のピクセル７４は、ハイブリッドピクセルパターンデザインでのマクロピクセルである。検出器アレイ７０での各マクロピクセルは、均一なサイズである一方で、マクロピクセルは、様々なサイズのマイクロピクセルを含む。例えば検出器は、１２×８アレイのマクロピクセル（９６個のマクロピクセル）、１２×１２アレイのマクロピクセル（１４４個のマクロピクセル）、又は１６×１６アレイのマクロピクセル（２５６個のマクロピクセル）を含むことができるが、特定の検出器に関連したマクロピクセルのアレイを限定する意図はない。

一例において、図４Ａに示された検出器アレイ７０のマクロピクセルは、１ｍｍ×１ｍｍの面積を有する。マクロピクセルの面積は、任意のサイズとすることができ、１ｍｍ×１ｍｍの面積に拘泥されない。

本開示は、図４Ｂに例として示された様なマクロピクセルにおける均一でないマイクロピクセルから成る、ハイブリッドピクセルパターンデザインを使用することにより、パルスパイルアップ及びチャージシェアリング問題を最小化する。図４Ｂは、ハイブリッドピクセルパターンデザイン用いたマクロピクセル７４を含む。マクロピクセル７４は、２つの異なるサイズのマイクロピクセルを含む。当該例において、マクロピクセル７４における１個の大きなマイクロピクセル８２（大マイクロピクセルともいう）が１２個のより小さなマイクロピクセル８０（小マイクロピクセルともいう）で囲まれる。この例におけるマクロピクセル７４は、合計１２個のマイクロピクセルから成る。この例におけるマクロピクセル７４が１ｍｍ×１ｍｍの面積を有する場合、その場合に大きなマイクロピクセル８２は、小さなマイクロピクセル８０の一つの面積に比べて四倍大きい面積を有する。当該例におけるより小さなマイクロピクセルは、２５０μｍサイズを有し、大きなマイクロピクセルは、５００μｍサイズを有する。マクロピクセル７４に対するハイブリッドピクセルパターンデザインは、マクロピクセル７４のマイクロピクセル間のチャージシェアリング及びクロストークを最小化するために低線束スキャン環境での一個のより大きな５００μｍマイクロピクセル８２に実質的に頼りつつ、パルスパイルアップ問題を回避するために高線束スキャン環境にわたり２５０μｍマイクロピクセル８０に実質的に頼ってもよい。大きなマイクロピクセル８２は、低線束スキャン環境の下でより良い情報を提供することが期待され、小さなマイクロピクセル８０は、高線束スキャン環境の下で、それぞれより良い情報を提供することが期待される。
言い換えれば、少なくとも１つの大きなマイクロピクセル８２に関する検出器応答の第１のセットから取得される情報は、低線束スキャン環境における少なくとも２つの小さなマイクロピクセル８０を較正するために用いられてもよい。反対に、少なくとも２つの小さなマイクロピクセル８０に関する検出器応答の第２のセットから取得される情報は、高線束スキャン環境における少なくとも１つの大きなマイクロピクセル８０を較正するために用いられてもよい。マクロピクセルにおける、大小両方のマイクロピクセルに対する検出器応答は、スキャン環境（高線束／低線束）のタイプに関係なく使用される。

マクロピクセルに対する均一なピクセルパターンデザインとは違って、ハイブリッドピクセルパターンデザインは、大小のマイクロピクセル間のよいバランスを保つことができる。Ｓｈｏｃｋｌｅｙ－Ｒａｍｏ定理から、各マクロピクセルに対する重み付け領域及び重み付け電位は、マイクロピクセルサイズそのものにより決定されることであろう。ハイブリッドピクセルパターンとは、入力線束レートの範囲にわたる検出器のスペクトルフォトンカウンティング性能を最適化する目的のために、２サイズ以上のピクセルを含む、検出器パターンである。上記例において、マクロピクセルのためのハイブリッドピクセルパターンは、２つの異なるサイズのマイクロピクセルを含む。しかし、ハイブリッドピクセルパターンデザインのマクロピクセルは、３つの異なるサイズのマイクロピクセル、又は４つの異なるサイズのマイクロピクセルを含むこともできる。検出器応答は、マクロピクセルにおける３つ又は４つの異なるサイズのマイクロピクセルと複合して増える。

小さなマイクロピクセルは、２５０μｍサイズであると説明したものの、様々なサイズが、例えば２２５μｍサイズ、２００μｍサイズ、１７５μｍサイズ、１５０μｍサイズ等がより小さなマイクロピクセルに使用することができ、略１５０μｍから略３００μｍまでの間のサイズでもよい。典型的に、２５０μｍ以下のサイズは、高線束スキャン環境での所望の結果と関連付けられるより小さなマイクロピクセルサイズデザインに対して使用することができる。

また、大きなマイクロピクセルは、５００μｍサイズであると説明したものの、様々なサイズが、例えば、４５０μｍサイズ、４００μｍサイズ、３５０μｍサイズ、３００μｍサイズ等が大きなマイクロピクセルに使用することができ、略３００μｍから略６００μｍまでの間のサイズでもよい。

また、大きなマイクロピクセルと小さなマイクロピクセルとは相似の関係を有するようにサイズが設定される。例えば、大きなマイクロピクセルおよび小さなマイクロピクセルは、マクロピクセルの一辺の半分の長さは、大きなマイクロピクセルの少なくとも一辺の長さに相当し、大きなマイクロピクセルの一辺の半分の長さは、小さなマイクロピクセルの少なくとも一辺の長さに相当する関係を有してもよい。このように、大きなマイクロピクセルと小さなマイクロピクセルとは自己相似の関係であってもよい。自己相似の関係を有する大きなマイクロピクセルと小さなマイクロピクセルとがＸ線検出器１２の検出面に平面充填される。

一般的に、小さなマイクロピクセルに対する最小ピクセルサイズに関する明確な決まりは存在しない。しかし、チャージシェアリング効果は、ピクセルサイズが小さくなるにつれて増える。１５０μｍサイズに比べてより小さなピクセルサイズは、ＣＴアプリケーションの関心ではないかもしれない。各マイクロピクセルは、特定のマイクロピクセルからの信号を取り扱うために、エレクトロニクス読み出すチャンネルを有する。特定用途向け集積回路(ＡＳＩＣ)が、その様なアプリケーションに対してよく使用される。各エレクトロニクスチャンネルは、典型的にプリ増幅器、成形機（シェーパー、ＣＲ－ＲＣシェーパ等）、又は（アナログ－デジタル変換される又は比較器により実装される）イベント振幅を記録するためのハイ／ローパスフィルタ及びデジタイザを含む。大半の読出しエレクトロニクスに対して、例えばＡＳＩＣに対して、全ての読出しチャンネルは、典型的に同じ物理的なサイズである。検出器のハイブリッドピクセルパターンデザインと一致するための異なる物理的なサイズの読出しチャンネルが使用されてもよいし、又は同じ物理的なサイズでの読出しチャンネルは、インターポーザーの力を借りて使用されてもよい。

図５Ａに関して、図４Ｂに示されたデザインとは異なるハイブリッドピクセルパターンデザインを有するマクロピクセル９０が図示される。マクロピクセル９０は、２つの大きなマイクロピクセル９２と８つの小マイクロピクセル９４とを含む。当該例では、１ｍｍ×１ｍｍの面積を有するマクロピクセル９０において、ピクセルサイズ５００μｍでの大きなマイクロピクセルを２つと、ピクセルサイズ２５０μｍでのより小さなマイクロピクセル８つと、を有する。マクロピクセル９０は、当該デザインで合計１０個のマイクロピクセルを含む。ハイブリッドピクセルデザインでも、高線束及び低線束両方のスキャン環境に関し、マクロピクセル９０において、異なる２つのサイズのマイクロピクセルを使用する利益を、やはり享受している。加えて、２つの大きなマイクロピクセル及び８つのより小さなマイクロピクセルの使用は、より大きなマイクロピクセルの追加のおかげで、より良い解像度を備える画像をもたらす。

図５Ｂは、図５Ａに示されたマクロピクセル９０のハイブリッドピクセルパターンデザインを含む、６つのマクロピクセル１００のグループを示す。６つのマクロピクセルのグループは、フォトンカウンティング検出器のどの部分が陽極面で類似するかの例である。

図５Ｃに関して、図５Ａ及び５Ｂに示されたデザインとは異なるハイブリッドピクセルパターンデザインを有するマクロピクセル９１が示される。係るマクロピクセル９１は、３つの大きなマイクロピクセル９３と４つのより小さなマイクロピクセル９５とを含む。当該例では、１ｍｍ×１ｍｍの面積を有するマクロピクセル９１において、３つの大きなマイクロピクセルはピクセルサイズ５００μｍを有し、４つの小さなマイクロピクセルはピクセルサイズ２５０μｍを有する。マクロピクセル９１は、当該デザインで合計７個のマイクロピクセルを含む。ハイブリッドピクセルパターンデザインでも、高線量及び低線束両方のスキャン環境に対してマクロピクセル９１において、異なるサイズのマイクロピクセルを使用する利益を享受する。３つの大きなマイクロピクセル及び４つの小さなマイクロピクセルの使用は、より良い解像度を備えた画像をもたらす。

高線束スキャン環境は、ピクセルで構成されたテルル化カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍ ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ：ＣｄＴｅ）半導体センサを使用する高速エネルギー解像されたフォトンカウンティングＸ線撮像アレイを含み、且つ臨床的なＣＴ Ｘ線源で計測された１平方ミリメートル辺り毎秒１億カウント（Ｍｃｐｓ／ｍｍ^２）を超える出力カウントレート（ｏｕｔｐｕｔ ｃｏｕｎｔ ｒａｔｅ：ＯＣＲ）実現したことを含む。高速特定用途向け集積回路(Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ)は、ピクセルで構成されたＣｄＴｅセンサ及びテルル化カドミウム亜鉛（ｃａｄｍｉｕｍ ｚｉｎｃ ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ：ＣｄＺｎＴｅ）センサから読み出すために二次元（ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ：２Ｄ）アレイの入力が用いられる。２ＤのＡＳＩＣは、臨床的ＣＴに関する３０ｋｅＶから１４０ｋｅＶの間であるダイナミックレンジ全体にわたり、線形エネルギー応答による４つのエネルギー・ビンを有する。ダイナミックレンジ全体にわたる均一なエネルギー分解能は、直接的な変換センサからのチャージ収集が上手くいっていることを示す。エネルギー分解能は、センサから影響を受けない実行での分極を示すＸ線への変化する長い照射にわたり、高Ｘ線束で維持される。結果は、良好なエネルギー分解能及び低ノイズフロアの状態で、臨床的なＣＴ Ｘ線源からの高速出力カウントレートを実証している。センサ及びＡＳＩＣは、既存の臨床的なＣＴシステムへと適応するようデザインされるべきである。

ＣｄＴｅ又はＣＺＴ基板を使用するフォトンカウンティング検出器が、ＣＴシステムに対して見込みある候補であるが、チャージシェアリング及びパルスパイルアップを含む問題に悩まされる。チャージシェアリング特性を改善するために、検出器に対して増加したマイクロピクセルサイズを組み込むハイブリッドピクセルパターンデザインを使用することにより、パルスパイルアップの増加を最小化するのと同様に、より小さなマイクロピクセルの使用のおかげで、増加するパイルアップによる損害の犠牲になることはない。ハイブリッドピクセルパターンデザインは、ＣｄＴｅ検出器における重要なデザイン検討事項である。ハイブリッドピクセルパターンデザインを使用することにより、特定のタスク及びチャージ形成時間に依存する最適なピクセルサイズを決定する必要無しに、高線束及び低線束両方のスキャン環境でより良い結果を可能にする。

また、本実施形態に示すハイブリッドピクセルパターンデザインでは、大きなマイクロピクセルにおいてパイルアップが発生するような場合は、大きなマイクロピクセルを使用せずに小さなマイクロピクセルのみを使用するなど、使用するマイクロピクセルを切り換えて検出データを取得してもよい。

マイクロピクセルを切り替える判定手法としては、例えば位置決め画像（スキャノ画像）を撮影した時の検出データに基づいて、または、次のビューの撮影におけるパイルアップの状態を推定するため、１つ前のビューの検出データの値（エネルギー値など）が閾値以上である場合に、処理回路４４（例えば、システム制御機能４４１または前処理機能４４２）が、次のビューの撮影において小さなマイクロピクセルのみを使用するように切り換えてもよい。なお、１つ前のビューに限らず、２以上前のビューの検出データの値に基づいて、撮影対象ビューにおいて使用するマイクロピクセルのサイズを決定してもよい。なお、これに限らず、検出器データがパイルアップするか否かを判定する一般的な手法であれば、どのような手法でも適用できる。

使用するマイクロピクセルのサイズは、Ｘ線検出器１２の位置に応じて決定されてもよい。例えば、高線束のＸ線が照射されることが予測される、Ｘ線検出器１２の列方向及び／又はチャネル方向の端部においては小さなマイクロピクセルのみが使用され、低線束のＸ線が照射されることが予測される、Ｘ線検出器１２の列方向及び／又はチャネル方向の中央部においては大きなマイクロピクセルと小さなマイクロピクセルとの両方が使用されてもよい。当該端部と当該中央部とは、例えば、ユーザにより指定されてもよいし、処理回路４４により自動的に決定されてもよい。

また、ＤＡＳ１８がＰＣＤ１２から検出データを取得した後に、大きなマイクロピクセルで得られる検出データを後段の処理（スペクトル画像の生成など）に用いずに、小さなマイクロピクセルで得られる検出データだけを用いるようにしてもよい。すなわち、小さなマイクロピクセルで得られる検出データを残し、大きなマイクロピクセルで得られる検出データを捨てるように切り換えて利用してもよい。

大きなマイクロピクセルの検出データを捨てるか否かは、ＤＡＳ１８または処理回路４４（例えば、システム制御機能４４１または前処理機能４４２）が、大きなマイクロピクセルで検出した検出エネルギーがパイルアップしている、または検出データのエネルギーが閾値以上である場合に、大きなマイクロピクセルの検出データを使用しない（捨てる）と決定すればよい。または、検出データの利用時に、大きなマイクロピクセルの検出データの重みを小さくし、小さなマイクロピクセルの検出データの重みを高くするなどの処理をしてもよい。

このように、パイルアップしていない小さなマイクロピクセルの検出データを利用することで、検出データの信頼性を向上させ、検出精度を高めることができる。

また反対に、低線束のスキャン環境においては、小さなマイクロピクセルの検出データを使用せずに、大きなマイクロピクセルの検出データのみを利用するようにしてもよい。
この場合は、上述したＰＣＤ１２の切り換えと同様に、ＰＣＤ１２で使用するマイクロピクセルを切り換えてもよいし、ＰＣＤ１２から検出データを取得してから、ＤＡＳ１８または処理回路４４において、大きなマイクロピクセルの検出データのみを利用するようにしてもよい。または、ＤＡＳ１８または処理回路４４が、大きなマイクロピクセルの検出データの重みを大きくし、小さなマイクロピクセルの検出データの重みを小さくして、後段の処理に検出データを用いてもよい。
また、本実施形態に係るＰＣＤ１２は、２種類のピクセルパターンであるので、３つ以上のピクセルパターンデザインを用いる場合と比較して、ＰＣＤ１２のキャリブレーションが容易となる。

ここで、上述したマクロピクセル及びマイクロピクセルは、概念的なものである。実際に想定されるＸ線検出器１２の構成例について図６を参照して説明する。
図６は、図５Ｃに示すハイブリッドピクセルパターンを実際の構成例として表現した図である。実際には、陽極ピクセル７４の一例であるマクロピクセル９１として、金属などの電気抵抗の小さい物質からなるアノード電極９９（アノードパターンともいう）が結晶７１上に形成される。これらは、電気的に絶縁されるか、もしくは連続しないギャップ９７を設けて配置される。
アノード電極９９とギャップ９７との構成により、大きなマイクロピクセル９３と小さなマイクロピクセル９５によるハイブリッドピクセルパターンが形成される。

次に図７Ａに関して、ハイブリッドピクセルパターンデザインの様々なマイクロピクセルは、増幅器及びカウンタの入力段２００でのスイッチを含む。所定のカウンタに入力を提供するチャンネルは、ＣＴスキャンのコースにわたって、又はスキャンからスキャンまでに、動的に変化してもよい。これにより、最適且つ効果的なピクセルサイズと、増幅器／カウンタ段でのパルスパイルアップ及び検出器ピクセルにおけるクロストーク間のトレードオフとの、コンフィギュアラブル且つ動的な管理が可能になる。ピクセルＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、均一のサイズ及び形の場合もあるし、代わりにサイズや形が混在する場合もある。例えば、低カウントレート（１０Ｍｃｐｓ／ｍｍ^２以下）で、ピクセル信号は、同じ増幅器／カウンタ段へと一緒に入力されてもよく、それによりクロストークの有害な効果を軽減する。同様に、１００Ｍｃｐｓ／ｍｍ^２以上の高カウントレートで、ピクセル信号は、パルスパイルアップの有害な効果を軽減するために、別個の増幅器／カウンタ段へと切り替えられてもよい。ボックス２０２は、ハイブリッドピクセルパターンデザインを有するＰＣＤからの入力チャンネルを表す。当該例におけるＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、異なるサイズのマイクロピクセルの組み合わせを含むことができる、マイクロピクセルを表す。図示の各マイクロピクセルは、スイッチによって、ボックス２０６で示されるカウンタ段及び増幅器へと接続されてもよい。

図７Ａにおいて、マイクロピクセルＰ１は、スイッチＳ１ａを介しカウンタ段Ｃ１及び増幅器へと接続することができる。同様に、マイクロピクセルＰ２はスイッチＳ２ａを介してＣ２へと接続することができ、マイクロピクセルＰ３はスイッチＳ３を介してＣ３へと接続することができる。代わりに、スイッチＳ１ｂは、マイクロピクセルＰ１及びＰ２へと接続することができ、スイッチＳ２ｂはマイクロピクセルＰ２及びＰ３へと接続することができる。図７Ａにおいて、示された３つのマイクロピクセル（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）は、スイッチＳ１ｂ及びＳ２ｂにより共に接続されている。当該図示例で、ピクセルＰ１及びＰ２からの信号は、カウンタＣ３へと送られる。これは、スイッチＳ１ｂ及びＳ２ｂが閉じられている一方で、スイッチＳ１ａ及びＳ２ａが開いていることにより、達成される。ピクセルＰ１、Ｐ２、Ｐ３が物理的に隣接し合う場合、ピクセルＰ１、Ｐ２、Ｐ３を別々にするよりも、クロストークパフォーマンスにおける改善をもたらすことがある、Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３の効果的なピクセルサイズを作り出す。

図７Ｂは、ピクセルＰ１からの信号がスイッチＳ１ａを介してカウンタＣ１へと送られ、ピクセルＰ２からの信号がＳ２ａを介してカウンタＣ２へと送られ、そしてピクセルＰ３からの信号がＳ３を通してカウンタＣ３へと送られる、別の図示例である。ピクセルを別個に維持することにより、パルスパイルアップ問題を最小限することができ、高線束スキャン環境でより好ましいかもしれない。図７Ｃにおいて、ピクセルＰ１は、スイッチＳ１ａを介してカウンタＣ１へと送られ、ピクセルＰ２及びＰ３は、スイッチＳ２ｂ及びＳ３を介してＣ３へと送られる。特定のカウンタへと入力を提供するチャンネルは、フォトンカウンティング検出器の各マクロピクセルと関連付けられるハイブリッドピクセルパターンに対して最適且つ効果的なピクセルサイズを構成するために、動的に変化してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ Ｘ線ＣＴ装置
１０ 架台装置
１１ Ｘ線管
１２ Ｘ線検出器（ＰＣＤ）
１３ 回転フレーム
１４ Ｘ線高電圧装置
１５ 制御装置
１６ ウェッジ
１７ コリメータ
１８ データ収集装置（ＤＡＳ）
１９ 開口（ボア）
３０ 寝台装置
３１ 基台
３２ 寝台駆動装置
３３ 天板
３４ 支持フレーム
４０ コンソール装置
４１ メモリ
４２ ディスプレイ
４３ 入力インターフェース
４４ 処理回路
４４１ システム制御機能
４４２ 前処理機能
４４３ 再構成処理機能
４４４ 表示制御機能

Claims (14)

1. 第１の面と、前記第１の面に平行な第２の面とを有する半導体結晶に配置された複数のマクロピクセル、
   を具備し、
   前記複数のマクロピクセルの各マクロピクセルは、再構成画像を生成するための投影データを収集し、
   前記各マクロピクセルは、前記各マクロピクセルの中心部分に配置された１個の大マイクロピクセルと、前記大マイクロピクセルを囲むように配置された１２個の小マイクロピクセルとの２種類のみからなり、
   前記１２個の小マイクロピクセルのそれぞれの面積は、前記大マイクロピクセルの面積よりも小さい、
   フォトンカウンティング検出器。
2. 第１の面と、前記第１の面に平行な第２の面とを有する半導体結晶に配置された複数のマクロピクセル、
   を具備し、
   前記複数のマクロピクセルの各マクロピクセルは、再構成画像を生成するための投影データを収集し、
   前記各マクロピクセルは、前記各マクロピクセルにＬ字状に配置された３個の大マイクロピクセルと、前記３個の大マイクロピクセルが配置されていない部分に配置された４個の小マイクロピクセルとの２種類のみからなり、
   前記４個の小マイクロピクセルのそれぞれの面積は、前記３個の大マイクロピクセルのそれぞれの面積よりも小さい、
   フォトンカウンティング検出器。
3. 前記マクロピクセルの一辺の半分の長さは、前記大マイクロピクセルの少なくとも一辺の長さに相当し、前記大マイクロピクセルの一辺の半分の長さは、前記小マイクロピクセルの少なくとも一辺の長さに相当する、
   請求項１又は２に記載のフォトンカウンティング検出器。
4. 前記大マイクロピクセルのピクセルサイズは、前記小マイクロピクセルのピクセルサイズよりも１より大きい整数倍だけ大きい、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング検出器。
5. 前記大マイクロピクセルのピクセルサイズは、前記小マイクロピクセルのピクセルサイズよりも２倍だけ大きい、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング検出器。
6. 前記大マイクロピクセルと前記小マイクロピクセルとは相似する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング検出器。
7. 前記大マイクロピクセルのピクセルサイズは、略３００μｍから略６００μｍの範囲にある、
   請求項１から６のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング検出器。
8. 前記小マイクロピクセルのピクセルサイズは、略１５０μｍから略３００μｍの範囲にある、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング検出器。
9. ２５６個のマクロピクセルを含む１６×１６アレイを含む、
   請求項１から８のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング検出器。
10. 前記大マイクロピクセルに対する検出器応答の第１のセットと、複数の小マイクロピクセルに対する検出器応答の第２のセットとをさらに具備する、
    請求項１から９のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング検出器。
11. 前記検出器応答の第１のセットから取得される情報は、低線束スキャン環境における前記複数の小マイクロピクセルを較正するために用いられる、
    請求項１０に記載のフォトンカウンティング検出器。
12. 前記検出器応答の第２のセットから取得される情報は、高線束スキャン環境における前記大マイクロピクセルを較正するために用いられる、
    請求項１０又は１１に記載のフォトンカウンティング検出器。
13. 前記第１の面を覆うカソード電極をさらに具備し、
    前記複数のマクロピクセルは、前記第２の面を覆う、
    請求項１から１２のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング検出器。
14. Ｘ線を照射するＸ線管と、
    前記Ｘ線管から照射されて被検体を透過したＸ線を検出する、請求項１から１３のいずれか１項に記載のフォトンカウンティング検出器と、
    を具備するＸ線ＣＴ装置。

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