JP7593769B2 - フォトンカウンティングｃｔ装置及び方法 - Google Patents

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、フォトンカウンティングＣＴ装置及び方法に関する。

一般的なシンチレータ検出器ベースの従来のコンピュータ断層撮影（Computed Tomography：ＣＴ）システムイメージングでは、走査（スキャン）対象の被検体の一方の側のＸ線管は、被検体への曝露時に一定量の光子を放出し、走査対象の被検体の他方の側の検出器アレイは、放出された光子の数を計測（カウント）する。その計測値（カウント数）は、経路長に係る減衰を推定するため、走査対象の被検体を用いない同様のスキャン設定によるエアスキャンに正規化される。したがって、エアスキャンおよび被検体スキャンは異なる時間に実行されるため、タイムドメイン（時間領域）での入射Ｘ線ビームの変化（変量）は、良好な画質につながる正確な計測をするために、補正（較正）される必要がある。

経時的なＸ線束の変化を良好に補正するため、一般的に、リアルタイムのＸ線束の変化を監視するためにシンチレータベースのエネルギー積分型検出器（Energy Integrating Detector：ＥＩＤ）がビーム出口の隣に設置され、スキャン間の正規化因子として用いられる。ただし、Ｘ線束の変化以外にも、Ｘ線管の種別に依存し、内部の電気的ステアリング変化およびアノード電極熱膨張、その他設計許容値により、経時的に多少は焦点（Focal Spot：ＦＳ）位置もドリフト（移動）する。このような位置の変動は通常、個々の検出器ピクセルに散乱線除去グリッド（Anti-Scatter-Grid：ＡＳＧ）のシャドウプロファイルのランダムな変化を発生し、計測された強度を時々変化させ得る。非理想的ＡＳＧ角度アライメントと組み合わせられたこのようなＦＳ位置の変動は、検出器ピクセルに異なる強度のドリフト（偏差）を発生させ、結果として再構成された画像にリングアーチファクトを発生させ得る。一方、ＡＳＧは、高速回転による一定の変形を起こし、ピクセルに位置および回転速度依存の強度の変化を発生させる場合がある。

こうした課題を解決するいくつかの方法がある。１）１つの方法は各ピクセルに一定の非アクティブ検出器領域を残し、強度の計測値に影響を与えることなくＦＳ移動（図１Ｂを参照）またはＡＳＧプレート偏向（図１Ａを参照）によるこのようなＡＳＧのシャドウ（影）の変動を可能にすること、２）ＡＳＧアライメントの正確さを改善し、ピクセル全体に良好な較正を可能にすることである（例えば、同一量による強度の増減）（図２を参照）。

図１Ａ及び図１Ｂはそれぞれ、ＡＳＧの角度の偏向またはＦＳ移動によって発生する強度の変化を抑制するための非アクティブ領域が各ピクセルのエッジ（端部）に設けられた検出器設計の１種（１例）を示す。ただし、妥協として、本アプローチも幾何学的検出効率を低下させる。

図２は、非アクティブ領域が設けられていない検出器ピクセル設計を示す。本図は、ＡＳＧシャドウがどのようにＦＳ移動で変化するか、および公称角（基準角）に対する異なるＡＳＧプレート傾斜角による検出器ピクセルの強度の変化を示す。

破線は、個々のＡＳＧプレートの公称焦点角を示す。実線は、チャネル方向に沿った２つの異なるＦＳ位置による投影されたシャドウ境界を示す。ピクセル１及びピクセル２の計測された強度は、ＦＳが位置０から位置１に移動する場合、減少するが、ピクセル４の強度は、シャドウ領域が反対方向に増加していくと増加し、ピクセル３は変化しない。

適切な補正がないと、エアスキャンおよび被検体スキャンが異なるＦＳ位置で行われる場合に、ピクセルのこれらの強度の変化は、個々のピクセルについて異なる正規化誤差を発生させる。これにより、画像にリングアーチファクトが生成される。

半導体（ＣｄＴｅ／ＣＺＴ）ベースの光子計数ＣＴ（Photon Counting CT：ＰＣＣＴ、フォトンカウンティングＣＴ）では、一般的な検出器アレイ設計は通常、最大のエネルギー分解能性能を実現するための電荷共有（チャージシェアリング）効果とパルスパイルアップ効果とのトレードオフのため、従来のＣＴ検出器と比較すると、はるかに小さいピクセルサイズを有する。一般的に、ピクセルピッチは１次元で２５０μｍから５００μｍの間で選ばれ、これと比較して従来のピクセルピッチは１ｍｍ以下である。したがって、従来の検出器のピクセル領域は通常、ＰＣＣＴにおけるＮ×Ｎグループのサブピクセルに相当し、ここでＮは２から４の間をとり得る。高い線量効率を維持するために、ＡＳＧ設計は通常、従来システムのピクセルピッチと同様のピッチ／間隔に保たれる（図３を参照）。

ＰＣＣＴの１つの重要なアプリケーションはスペクトルイメージングである。良好な性能を実現するには、物質弁別問題を解決するための正確なＸ線管スペクトル情報が必要である。Ｘ線管側の現在のＥＩＤ基準検出器は、Ｘ線束の合計しか監視しないので、Ｘ線管性能が変化する場合の経時的なスペクトルの変化を精度よく検出することができない。したがって、新しい基準検出器の設計が、入射スペクトルの監視や較正の用途にも必要である。

小ピクセル化された光子計数検出器設計では、ＡＳＧプレートは通常、図３に示すように、従来のＣＴ設計と同様の間隔を保持する。例として３×３のサブピクセルの構成が用いられており、各サブピクセルは従来の検出器ピクセルサイズの１／３以下である。

このような設計において、ＡＳＧシャドウは、各グループのサブピクセル１及びサブピクセル３のみに影響を及ぼし、中間のサブピクセル２は、上述したように、これらの効果の影響を受けない。したがって、完全なＡＳＧプレートアライメントによっても、サブピクセル読み出しは常に、ＦＳ移動方向に沿って検出器に正規化誤差を有し、このことは既存の装置が解決できないランダムな補正因子である。これにより、画像再構成にサブピクセルのレベルの読み出しを用いる高解像度画像にはリングアーチファクトが生じる。

実際、ＡＳＧプレートは常に、位置精度および角精度の両方について一定の機械公差を有する。したがって、組み合わせた読み出し（例えば、３×３加算モード）にも、図２に示すように、同様の問題があり、この効果が十分に重要である場合に、再構成に組み合わせたピクセル読み出しを用いる標準解像度画像に、リングアーチファクトを生じる。

ＰＣＣＴプロジェクト計測では、一般的に２から６のエネルギービンカウントを計測する。例として、検出器ピクセルｉについて、測定された５ビンカウントは以下の式（１）及び式（２）に示すようにモデル化される。

Ｎ_０ｉは、走査対象の被検体なしのエアスキャンを用いることによって決定される入射Ｘ線束である。Ｓ_０ｉ（Ｅ）は、Ｎ_０ｉに対応する入射Ｘ線束のエネルギー分布である。Ｄ（Ｅ，Ｅ´）は、検出器応答で、エネルギーＥのフォトンが入射した際にＥ´として検出される確率である。μ_ｊ（Ｅ）は、物質ｊのエネルギーＥに対する線減弱係数である。ｌ_ｊは、物質ｊの被写体中での長さである。Ｘ線束の変化はＸ線管側の基準検出器によって捕捉され補正され得る。しかし、エアスキャンのＸ線束の変化は、上述したように、焦点（ＦＳ）の移動でも生じ、これは、Ｘ線管側での基準検出器の読み出し(Ref)によって捕捉されることができないため、物質の経路長を推定するために以下の式（３）、式（４）及び式（５）に示すフォワードモデルを用いて誤差を導入する。

Ｎ_ｂｉ＿ｒｅｆは、走査対象の被検体がある場合の、補正されたビンカウント計測値を読み出す基準であり、Ｎ_０ｉ＿ｒｅｆは、補正されたエアスキャンを読み出す基準である。Ｒｅｆ_{ｏｂｊ／ａｉｒ}は、被検体スキャン／エアスキャンで基準検出器により読み取られた値である。Ｘ線管側での基準検出器により読み取られた値は、メイン検出器での焦点の移動関連のＸ線束の変化に敏感でない。

さらに、上記のフォワードモデルは正確な入射スペクトルＳ_０ｉ（Ｅ）を既知の入力として要求し、このスペクトルの検知されない経時的なドリフトも、推定された路長に誤差を導入し、再構成された画像にバイアスを生じさせる。

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本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、焦点移動量を精度よく算出することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、フォトンカウンティング検出器と、散乱線除去グリッドとを備える。フォトンカウンティング検出器は、複数のピクセルが２次元配列されて構成される。散乱線除去グリッドは、前記フォトンカウンティング検出器に対応付けて配置され、散乱線を除去する。フォトンカウンティング検出器は、ＦＯＶ（Field Of View）内に位置づけられるメイン検出器と、前記ＦＯＶ外に位置づけられるリファレンス検出器とを備える。

図１Ａは、ＡＳＧの角度の偏向によって発生する強度の変化を抑制するための非アクティブ領域が各ピクセルのエッジ（端部）に設けられた検出器設計の一例を示す図である。 図１Ｂは、ＦＳ移動によって発生する強度の変化を抑制するための非アクティブ領域が各ピクセルのエッジ（端部）に設けられた検出器設計の一例を示す図である。 図２は、非アクティブ領域が設けられていない検出器ピクセル設計の一例を示す図である。 図３は、小ピクセル化されたＰＣＤを設けたＡＳＧ設計の一例を示す図である。 図４は、エッジ基準検出器設計の一例を示す図である。 図５は、シンチレータベースのＥＩＤの断面の一例を示す図である。 図６は、エッジ基準検出器補正のワークフローの一例を示す図である。 図７Ａは、１次元のＡＳＧによるシャドウであって、チャネル方向のＦＳ移動により発生したシャドウの一例を示す図である。 図７Ｂは、プレートがより高い１次元のＡＳＧによる、同様のＦＳ移動により発生した図７Ａのシャドウに比較して大きいシャドウであって、チャネル方向のＦＳ移動により発生したシャドウの一例を示す図である。 図８は、１次元のＡＳＧによってカバーされたエッジ基準検出器の一例を示す図である。 図９は、非理想的ＡＳＧ－ＦＳアライメントによる、隣り合う２つのピクセルに及ぼすＡＳＧシャドウの影響の一例を示す図である。 図１０Ａは、２次元のＡＳＧ及びメイン検出器の一例を示す図である。 図１０Ｂは、２つの１次元のＡＳＧ及びエッジ基準検出器の一例を示す図である。 図１１は、２次元のＡＳＧ及びエッジ基準検出器の一例を示す図である。

本明細書全体を通しての「一実施形態」または「実施形態」への参照は、実施形態に関連して記載された特定の特性、構造、物質、または特徴が、本出願の少なくとも１つの実施形態に含まれているがすべての実施形態に存在するものではないことを、意味する。

よって、本明細書全体を通してのさまざまな個所での「一実施形態において」または「実施形態において」という表現は、本出願の同様の実施形態を参照しているとは限らない。さらに、特定の特性、構造、物質、または特徴は、１つまたは複数の実施形態において好適な方法で組み合わせられてもよい。

本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置について、以下、説明する。フォトンカウンティングＣＴ装置は、Ｘ線管と、フォトンカウンティング検出器（図４参照）と、ＡＳＧ（図４参照）と、処理回路とを備える。

フォトンカウンティング検出器（Photon Counting Detector：ＰＣＤ）は、複数のピクセルが２次元配列されて構成される検出器である。フォトンカウンティング検出器は、メイン検出器と、エッジ基準検出器（エッジリファレンス検出器）とを備える。エッジ基準検出器は、リファレンス検出器の一例である。

ＡＳＧは、フォトンカウンティング検出器に対応付けて配置され、散乱線を除去する。

処理回路は、フォトンカウンティング検出器に接続されている。処理回路は、算出機能、推定機能及び補正機能を備える。算出機能は、エッジ基準検出器で検出されたカウント数に基づいて、Ｘ線管の焦点移動量（ＦＳ移動量）を算出する。推定機能は、ＦＳ移動量を用いてスキャンＦＯＶ内にあるメイン検出器のピクセルのシャドウ／信号の変化を推定する。そして、補正機能は、ＦＳ移動速度に依存して、推定された変化を各ビュー又はビューのグループについて補正する。すなわち、補正機能は、ＦＳ移動量に基づいて、メイン検出器により検出されたカウント数を補正する。

本実施形態では、ＦＳが移動することに加えて、フォトンカウンティング検出器及びＡＳＧが回転することにより、ＡＳＧの影の範囲が変動する。そして、ＡＳＧの影の範囲が変動することにより、フォトンカウンティング検出器への入射線量が変化する。また、何らかの熱的変動又は機械的変動でも、ＡＳＧの影の範囲が変動する。この場合、フォトンカウンティング検出器への初期入射線量が変化する。そこで、本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、入射線量の変化量を推定し、推定された入射線量の変化量に基づいて、フォトンカウンティング検出器への入射線量を補正する。例えば、推定機能は、エッジ基準検出器で検出されたカウント数に基づいて、フォトンカウンティング検出器への入射線量の変化量を推定する。補正部は、推定された入射線量の変化量に基づいて、フォトンカウンティング検出器への入射線量を補正する。処理回路は、例えば、プロセッサにより実現される。算出機能は、算出部の一例である。推定機能は、推定部の一例である。補正機能は、補正部の一例である。

図４には、ＦＳ移動で生じるＡＳＧシャドウの変化を監視し、それに関連した検出器のピクセル強度の変化を補正するために、エッジ基準検出器のピクセルの上面をカバーする拡張ＡＳＧを有する、新ＰＣＤベースのエッジ基準検出器の設計が示されている。拡張ＡＳＧは、エッジＡＳＧとも称される。

エッジ基準検出器は、計測値がスキャニング経路長の変化に影響されないように、ファンビームの範囲内にあるが、スキャン有効視野（スキャン視野（Field Of View：ＦＯＶ））の外にある必要がある。エッジ基準検出器は、Ｎ×Ｎパターンを有する少なくとも１つのグループのサブピクセルを備える。ここでＮは３以上とする。したがって、中間ピクセルはＡＳＧシャドウ効果の影響を受けない。

処理回路の算出機能は、ＡＳＧシャドウの下のエッジ基準検出器のピクセルの信号の変化を用いて、リアルタイムのＦＳ移動を算出（推定）する。そして、処理回路の推定機能は、それ（ＦＳ移動）を用いてスキャンＦＯＶ内にあるメイン検出器のピクセルのシャドウ／信号の変化を推定する。

そして、補正機能は、ＦＳ移動速度に依存して、推定された変化を各ビュー又はビューのグループについて補正する。補正は、サブピクセルのレベルの読み出し及び組み合わせたピクセルモードの読み出しの両方に適用される。すなわち、補正は、個々のピクセルの読み出し及び組み合わせられた複数のピクセルの読み出しの両方に適用される。

メイン検出器についての２次元（２Ｄ）ＡＳＧの設計によれば、本補正をＦＳ移動のチャネル方向および列方向の両方に適用できる。すなわち、補正機能は、メイン検出器で、チャネル方向のＦＳ移動量に基づいて検出されたカウント数及び列方向のＦＳ移動量に基づいて検出されたカウント数のそれぞれを補正する。

ＰＣＤを用いて、明細書に開示されたエッジ基準検出器は、Ｘ線管スペクトルの変化を監視するためのマルチエネルギービン計測も行う。

シンチレータベースのＥＩＤを図５に示す。シンチレータベースのＥＩＤは、グリッド１を備える。グリッド１は、スリットまたはマトリックス状に交互に配置された放射線吸収部材（例えば鉛（Ｐｂ））１１および放射線透過部材（例えばアルミニウム（Ａｌ））１２を含む。放射線吸収部材１１及び放射線透過部材１２は、１次元または２次元であり得る。グリッド１は、シンチレータ２及び光電変換部３上に設置される。光電変換部３は、ピクセル１０１を有し、基板４上に配置される。

エッジＡＳＧがエッジ基準検出器のピクセルの上面をカバーする、ＰＣＤベースのエッジ基準検出器の設計を図４に示す。

一実施形態において、図４に示すように、ＰＣＤのピクセルの少しの部分が、メインＰＣＤアレイのエッジに配置されている。すなわち、ＰＣＤは、スキャンＦＯＶ内に位置づけられるメイン検出器と、スキャンＦＯＶ外に位置づけられるエッジ基準検出器とを備える。ＡＳＧの少しの部分（エッジＡＳＧ）は、メイン検出器上のＡＳＧと同様に、または異なり、Ｎ×Ｎ（Ｎは３以上）ピクセルグループピッチを用い、それらのエッジ基準検出器のピクセル上に設けられ、ＦＳに焦点を合わせる。Ｘ線束の計測値をゆがめるパイルアップ効果を回避するために、エッジ基準検出器の計測値が低Ｘ線束の状態となるように、適切な減衰長の放射線減衰部材をビーム出口に追加する。放射線減衰部材は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉなどの通常の減弱物質から作成されてよい。これは、メイン検出器にビームプロファイルを形成するボウタイフィルタの一部分または拡張であり得る。

図４に示すように、ＰＣＤベースのエッジ基準検出器は、スキャンＦＯＶの外部に設置され、Ｘ線管スペクトルの変化だけでなくＦＳ移動のリアルタイム監視を提供する。メイン検出器をカバーするＡＳＧの拡張または別のＡＳＧが、エッジ基準検出器をカバーするために必要である。あるいは、２次元のＡＳＧがメイン検出器に用いられる場合、チャネル及び列方向の両方でＦＳ移動を監視するため、検出器の異なる部分で異なるＡＳＧパターンを用いることができる。

図６は、エッジ基準検出器補正のメインワークフローの一例を示す図である。

スキャン時、エッジ基準検出器は常にメイン検出器と同時に読み出しを実行し、エッジ基準検出器から出力される信号及びメイン検出器から出力される信号は、処理回路によるデータ処理に用いられる。メイン検出器およびエッジ基準検出器の両方についてピクセル均一性マップを計測するためにＡＳＧスキャンは必要なく、処理回路がＡＳＧアライメントを推定するための個々のピクセルの正規化因子として、ＡＳＧスキャンは用いられない。その後、処理回路の算出機能は、スキャンの強度（例えば合計カウント）の変化を用いて、ＡＳＧシャドウの変化を推定（算出）する。その後、処理回路は、幾何学的情報を用いて、ＡＳＧプレート方向に直交する方向に沿ってＦＳ移動を推定（算出）する。ここで、ＡＳＧプレート方向とは、例えば、ＡＳＧが延びる方向又はＡＳＧの長手方向等である。

ＡＳＧシャドウの影響下にないピクセル（中央のピクセル）では、Ｘ線管側の従来のＥＩＤ基準検出器（ＥＩＤリファレンス検出器）と同様に、Ｘ線束の変化を経時的に監視するために信号変化を用いることができる。マルチエネルギービン計測でＸ線管スペクトルの変化を監視することもできる。推定されたＦＳ移動により、メイン検出器ピクセルのエアスキャンと被検体スキャンとのそれぞれの強度ドリフトを推定および補正することができる。

エッジ基準検出器からＦＳ移動を推定するために、各種の設計が選択されてよい。

一実施形態では、エッジ基準検出器のＡＳＧの設計（高さＬ_ＡＳＧ、厚さｔ、間隔）は、メイン検出器上のＡＳＧの設計と同様である（図７Ａ）。

別の実施形態では、メイン検出器上のＡＳＧと同様の厚さと間隔を有し、高さがメイン検出器上のＡＳＧより高いエッジ基準検出器上のＡＳＧ（ＡＳＧプレート）が、ＦＳ移動に対する計測感度を高めるために用いられる（図７Ｂ）。メイン検出器上のＡＳＧは、第１の散乱線除去グリッドの一例であり、エッジ基準検出器上のＡＳＧは、第２の散乱線除去グリッドの一例である。チャネル方向への、推定されたＦＳのドリフト（偏差）Ｄ_ｆｓは以下の式（６）で近似される。

Ｌ_ＡＳＧは、シャドウが投影されるエッジ基準検出器をカバーするエッジＡＳＧの高さである。また、Ｌ_ＳＡＤは、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、チャネル方向と直交する高さ方向において、ＡＳＧのＦＳ側の端からＦＳまでの距離である。すなわち、Ｌ_ＳＡＤは、高さ方向におけるＦＳとＡＳＧとの距離である。また、Ｌ_{ｓｈａｄｏｗ}は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、チャネル方向におけるシャドウの長さである。したがって、Ｌ_ＡＳＧが大きくなると、ピクセル強度の変化によって発生したシャドウはより重要になり、同様の計測統計値でより正確なＦＳ移動の推定を与える。なお、Ｌ_{ｓｈａｄｏｗ}は、焦点の位置が第１の位置（初期状態又は理想状態）から第２の位置に移動した際にＡＳＧによって生じた影の長さの変化量を示す。Ｌ_{ｓｈａｄｏｗ}は、第１の長さの一例である。

同様の概念が２次元のＡＳＧ設計にも適用され、列方向のＦＳ移動もまた、他の方向に沿った１次元のＡＳＧが用いられてＦＳ移動を推定する場合に用いられる式（例えば、上記の式（６））と同様の式を用いて推定され得る。

計測された強度、この場合、エッジ基準検出器のピクセルの合計カウントがＬ_{ｓｈａｄｏｗ}を推定するために用いられる。例として１次元のＡＳＧを用いる場合、１つの方法は、隣り合うピクセル間の電荷共有／クロストークを無視した線形近似に基づく方法であり、以下の式（７）により示される方法である。

ここで、Ｌ_{ｐｉｘｅｌ}をピクセルサイズ、ｘ_ａｓｇを理想的ＡＳＧ－ピクセルアライメントによるｔ／２である初期ＡＳＧシャドウ、Ｌ_{ｓｈａｄｏｗ}を非理想的ＦＳ－ＡＳＧアライメント（この場合、ＦＳ移動）によって発生した追加シャドウとする。また、ＮをＡＳＧにカバーされたピクセルの正規化された強度、Ｎ_０をカバーされていないピクセルの正規化された強度とする。例えば、Ｎは、ＡＳＧにカバーされたピクセルで検出されるカウント数の正規化されたカウント数であり、Ｎ_０は、カバーされていないピクセルで検出されるカウント数の正規化されたカウント数である。

式（６）及び式（７）に示すように、算出機能は、リファレンス検出器に含まれる複数のピクセルにて検出されるカウント数のうち、ＡＳＧの影の影響を受ける第１のピクセルで検出される第１のカウント数と、ＡＳＧの影の影響を受けない第２のピクセルで検出される第２のカウント数とに基づいて、Ｘ線管の焦点移動量を算出する。また、算出機能は、第１のカウント数と第２のカウント数とに基づいて、ＡＳＧの影の長さを算出し、影の長さに基づいて焦点移動量を算出する。また、算出機能は、第１のカウント数、第２のカウント数、及び、ＦＳ位置が上述した第１の位置である場合にＡＳＧによって生じた影の長さであるｘ_ａｓｇに基づいて、焦点移動量を算出する。ｘ_ａｓｇは、第２の長さの一例である。また、算出機能は、影の長さ（Ｌ_{ｓｈａｄｏｗ}）、及び、エッジ基準検出器をカバーするＡＳＧの高さに基づいて、焦点移動量を算出する。

実際、ｘ_ａｓｇは、ＡＳＧアライメント許容値のため、また架台回転下の偏向のため、ｔ／２から逸脱し得る（図２）。このため、処理回路の算出機能は、ＡＳＧ計測値（検出器均一性マップ）を用いない正規化の後の隣り合うピクセル間でのピクセル強度の差に基づいて初期シャドウｘ_ａｓｇを推定することができる。１つの方法は、以下の式（８）に示すように、ＡＳＧにカバーされたピクセルの正規化された強度を、カバーされていないピクセルの正規化された強度と比較して、ｘ_ａｓｇを推定することである。

ここで、Ｎ_ＡＳＧをＡＳＧにカバーされたピクセルの正規化された強度、Ｎ_０をカバーされていないピクセルの正規化された強度とする。例えば、Ｎ_ＡＳＧは、ＡＳＧにカバーされたピクセルで検出されるカウント数の正規化されたカウント数であり、Ｎ_０は、カバーされていないピクセルで検出されるカウント数の正規化されたカウント数である。ｘ_ａｓｇは、回転速度に依存し、この計測値は補正のためのあらゆる回転速度について取得される必要がある。チャネル方向に配備される１次元のＡＳＧの例は、図８を参照されたい。ＡＳＧにカバーされたピクセルをＡとし、カバーされていないピクセルをＢとする。破線で描かれたボックスは、理想的ロケーション（実線のボックス）からのＡＳＧのずれを示す。

ＡＳＧアライメント許容値の効果を最小化し、シャドウを推定する方法の変形例は、以下の式（９）に示すように、隣り合う２つのエッジピクセル間の電荷共有／クロストークを０として、ＡＳＧセプタの下にあるこれらのエッジピクセルの総和を用いることである。

ここで、Ｎ_Ｒ ^ｉをＡＳＧにカバーされたピクセル（第１ピクセル）の正規化された強度、Ｎ_Ｌ ^ｉ＋１をＡＳＧにカバーされたピクセルであって、チャネル方向において第１ピクセルに隣接するピクセル（第２ピクセル）の正規化された強度とする。例えば、Ｎ_Ｒ ^ｉ及びＮ_Ｌ ^ｉ＋１のそれぞれは、ＡＳＧにカバーされたピクセルで検出されるカウント数の正規化されたカウント数である。

上述した方法の変形例は、電荷共有／クロストークの効果は、ピクセル間の境界長に比例するとして、隣り合うピクセル間の電荷共有／クロストークの効果をさらに含み、推定精度をさらに改善することができる。

新たな基準の正規化されたエアスキャンおよび被検体スキャンは以下の式（１０）で示される。

ここで、ｆ_{ｉ＿ｓｈａｄｏｗ}は、エッジ基準検出器の計測値から推定されたＦＳドリフトＤ_ｆｓに基づいた、メイン検出器ピクセルｉの追加シャドウの補正因子である。以下の式（１１）で示されるように、アライメント因子ｍ_ｉは、ＦＳ位置に対するＡＳＧプレートの初期方向を示すため追加され、０または１のいずれかである（図９を参照）。処理回路は、ＦＳ位置範囲の全部をカバーする一連のエアスキャン同士の検出器強度の変化を比較することによって、ｍ_ｉを決定することができる。

Ｌ_ｍａｉｎは、メイン検出器のサイズである。Ｌ_{ＡＳＧ（ｍａｉｎ）}は、メイン検出器上のＡＳＧのサイズである。Ｌ_{ＳＡＤ（ｍａｉｎ）}は、メイン検出器上のＡＳＧと焦点の距離である。図９を参照すると、ＡＳＧシャドウは非理想的ＡＳＧ－ＦＳアライメントにより２つの隣り合うピクセルに影響を及ぼす。ＦＳ位置が０と１の間の場合、ｍ_１＝０、ｍ_２＝１となり、ＦＳ位置が０と２の間の場合、ｍ_１＝１、ｍ_２＝０となる。ＡＳＧプレートアライメントの変化により、０位置はＡＳＧの下のピクセルごとに異なる可能性があり、ＦＳ移動範囲の全部をカバーするいくつかのエアスキャンによって推定されることができる。

この補正は、異なる回転速度でのメイン検出器のＡＳＧ偏向の変化を含むエア正規化への追加補正として、異なる回転速度に適用されることができる。

パルスのパイルアップによる煩雑さを回避するために確実にエッジ基準検出器が低Ｘ線束領域にあるようにするため、異なる減衰長を有する複数の放射線減衰部材設計を採用して、使用可能なＸ線束の範囲の全体をカバーすることができる。このような複数の放射線減衰部材は、Ｘ線管とエッジ基準検出器との間に設けられる。

スキャンにｍＡ（管電流）／ｋＶ（管電圧）設定が選択される場合、最適な放射線減衰部材が事前に選択され、それらのエッジ基準ＰＣＤの位置に配備され、計測が、正確な推定のため十分な統計値で低Ｘ線束条件を満足するようにする。

低Ｘ線束条件は、ｎτ＜０．０５として定義されることができる。ここでｎをピクセル計数率、τを１つの信号パルスを処理するためのＡＳＩＣデッドタイム（dead time）とする。放射線減衰部材の適切な長さは、物質の減弱係数およびシミュレートされたＸ線管スペクトルに基づき理論的に計算および設計されることができる。

２次元のＡＳＧ設計をメイン検出器で用いる場合（図１０Ａ）、エッジ基準検出器は、２つの１次元のＡＳＧを用いることができ、一方をチャネル方向に、他方を列方向に、異なるロケーションに設置して、各方向についてＦＳ移動を推定する（図１０Ｂ）。

メイン検出器における２次元のＡＳＧの変形例は、エッジ基準検出器でも同様の又は異なる２次元のＡＳＧ設計を用いることである。

エッジ検出器の３×３サブピクセルグループの例において（図１１）、ピクセル２及びピクセル８は、列方向のＡＳＧシャドウの下だけにあるが、ピクセル４及びピクセル６はチャネル方向のＡＳＧの下だけにあり、したがって、それらは両方向でＦＳ移動を推定するためにそれぞれ用いられることができる。

従来のＣＴシステムでは、基準検出器は一般的にシンチレータベースのエネルギー積分型検出器であり、Ｘ線管側に設置される。本明細書に記載のＰＣＤベースのエッジ基準検出器設計は、Ｘ線管スペクトル情報だけでなくＦＳ位置情報を提供することができ、それらは小ピクセル化されたＰＣＣＴ計測およびその結果として生じる画像にとってきわめて重要である。

図１Ａ及び図１Ｂの設計において、すべてのピクセルに非アクティブ領域が導入されると、本明細書に記載の設計と比較して、Ｘ線量効率は妥協される。

明らかに、本明細書に提示されている多くの変更および変形が上記の教示に照らして可能である。したがって、請求項の範囲内で、本開示を本書に特定的に記載された以外のやり方で、実施してもよいことが理解される。

上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、若しくは、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、又は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは、フォトンカウンティングＣＴ装置が備える記憶回路に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。

以上述べた少なくとも１つの実施形態によれば、焦点移動量を精度よく算出することができる。

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、実施形態同士の組み合わせ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 グリッド
２ シンチレータ
３ 光電変換部
４ 基板
１１ 放射線吸収部材
１２ 放射線透過部材

Claims (14)

1. 複数のピクセルが２次元配列されて構成され、ＦＯＶ（Field Of View）内に位置づけられるメイン検出器と、前記ＦＯＶ外に位置づけられるリファレンス検出器とを備えるフォトンカウンティング検出器と、
   前記フォトンカウンティング検出器に対応付けて配置され、散乱線を除去する散乱線除去グリッドと、
   前記リファレンス検出器に含まれる複数のピクセルにて検出されるカウント数のうち、前記散乱線除去グリッドの影の影響を受ける第１のピクセルで検出される第１のカウント数と、前記散乱線除去グリッドの影の影響を受けない第２のピクセルで検出される第２のカウント数とに基づいて、Ｘ線管の焦点移動量を算出する算出部と、
   を備える、
   フォトンカウンティングＣＴ装置。
2. 前記算出部は、前記第１のカウント数と前記第２のカウント数とに基づいて、前記散乱線除去グリッドの影の長さを算出し、前記影の長さに基づいて前記焦点移動量を算出する、請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。
3. 前記リファレンス検出器は、Ｎ（Ｎは３以上の整数）×Ｎパターンを有する少なくとも１つのグループのピクセルを備える、請求項１又は２に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。
4. 前記散乱線除去グリッドは、前記メイン検出器をカバーする第１の散乱線除去グリッドと、前記リファレンス検出器をカバーする第２の散乱線除去グリッドとを備え、
   前記第２の散乱線除去グリッドの高さは、前記第１の散乱線除去グリッドの高さよりも高い、
   請求項１～３のいずれか１つに記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。
5. 前記第１の散乱線除去グリッドは、２次元の散乱線除去グリッドであり、
   前記第２の散乱線除去グリッドは、２つの１次元の散乱線除去グリッドを備え、
   前記２つの１次元の散乱線除去グリッドのうち、一方はチャネル方向に設置され、他方は列方向に設置される、請求項４に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。
6. Ｘ線管と前記リファレンス検出器との間に設けられた異なる減衰長を有する複数の放射線減衰部材を更に備える、請求項１～５のいずれか１つに記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。
7. 前記Ｘ線管の焦点移動量に基づいて、前記メイン検出器で検出されたカウント数を補正する補正部を更に備える、請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。
8. 前記補正部は、前記メイン検出器で、チャネル方向の前記焦点移動量に基づいて検出されたカウント数及び列方向の前記焦点移動量に基づいて検出されたカウント数のそれぞれを補正する、請求項７に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。
9. 前記影の長さは、前記Ｘ線管の焦点が第１の位置から第２の位置に移動した際に前記散乱線除去グリッドによって生じた影の長さの変化量を示す第１の長さであり、
   前記算出部は、前記第１のカウント数、前記第２のカウント数、及び、前記焦点の位置が前記第１の位置である場合に前記散乱線除去グリッドによって生じた影の長さである第２の長さに基づいて、前記第１の長さを算出する、請求項２に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。
10. 前記算出部は、前記影の長さ、及び、前記リファレンス検出器をカバーする散乱線除去グリッドの高さに基づいて、前記焦点移動量を算出する、請求項２に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。
11. 前記リファレンス検出器で検出されたカウント数に基づいて、前記フォトンカウンティング検出器への入射線量の変化量を推定する推定部を更に備える、請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。
12. 前記推定された入射線量の変化量に基づいて、前記フォトンカウンティング検出器への入射線量を補正する補正部を更に備える、請求項１１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。
13. 複数のピクセルが２次元配列されて構成され、ＦＯＶ内に位置づけられるメイン検出器及び前記ＦＯＶ外に位置づけられるリファレンス検出器を有するフォトンカウンティング検出器と、前記フォトンカウンティング検出器に対応付けて配置され、散乱線を除去する散乱線除去グリッドと、を備えるフォトンカウンティングＣＴ装置が実行する方法であって、
    前記リファレンス検出器に含まれる複数のピクセルにて検出されるカウント数のうち、前記散乱線除去グリッドの影の影響を受ける第１のピクセルで検出される第１のカウント数と、前記散乱線除去グリッドの影の影響を受けない第２のピクセルで検出される第２のカウント数とに基づいて、前記散乱線除去グリッドによって生じる影の長さを算出し、
    前記影の長さに基づいてＸ線管の焦点移動量を算出する、方法。
14. 複数のピクセルが２次元配列されて構成され、ＦＯＶ（Field Of View）内に位置づけられるメイン検出器と、前記ＦＯＶ外に位置づけられるリファレンス検出器とを備えるフォトンカウンティング検出器と、
    前記フォトンカウンティング検出器に対応付けて配置され、散乱線を除去する散乱線除去グリッドと、
    前記リファレンス検出器で検出されたカウント数に基づいて、前記フォトンカウンティング検出器への入射線量の変化量を推定する推定部と、
    を備える、
    フォトンカウンティングＣＴ装置。

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