特開 2024-124125 フォトンカウンティングＣＴ装置およびフォトンカウンティングＣＴ装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024124125

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】フォトンカウンティングＣＴ装置およびフォトンカウンティングＣＴ装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 6/03 20060101AFI20240905BHJP

   A61B 6/42 20240101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

A61B6/03 330Z

A61B6/03 320R

A61B6/03 373

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023032083

(22)【出願日】2023-03-02

(71)【出願人】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西島 輝

【テーマコード（参考）】

4C093

【Ｆターム（参考）】

4C093CA35

4C093EA07

4C093EB13

4C093FA32

(57)【要約】

【課題】半導体検出器の温度を安定させることで、検出結果の精度を向上させること。
【解決手段】実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置は、半導体検出器と、半導体検出器により検出された検出データの処理を行う処理回路とを有する検出器モジュールを持つ。処理回路は、Ｘ線のばく射の停止期間において疑似的に動作する疑似動作を行うことで発熱する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体検出器と、前記半導体検出器により検出された検出データの処理を行う処理回路とを有する検出器モジュールを備えるフォトンカウンティングＣＴ装置であって、
前記処理回路は、Ｘ線のばく射の停止期間において疑似的に動作する疑似動作を行うことで発熱する、
フォトンカウンティングＣＴ装置。

【請求項2】

前記処理回路は、予め設定された基準温度に維持されるように、前記疑似動作を行う、
請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。

【請求項3】

前記基準温度は、前記Ｘ線のばく射時の前記処理回路の推定温度である、
請求項２に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。

【請求項4】

被検体の撮影条件を取得する取得部と、
取得された前記撮影条件での前記処理回路の発熱量を算出し、算出した前記発熱量に応じた前記疑似動作の動作量を決定する決定部と、
決定された前記動作量に基づく疑似動作制御信号を前記処理回路に入力する制御部と、
を備える、
請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。

【請求項5】

前記検出器モジュールの温度を取得する取得部と、
取得された前記温度と前記Ｘ線のばく射時の前記検出器モジュールの推定温度との差分に基づいて前記処理回路の発熱量を算出し、算出した前記発熱量に応じた前記疑似動作の動作量を決定する決定部と、
決定された前記動作量に基づく疑似動作制御信号を前記処理回路に入力する制御部と、
を備える、
請求項１に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。

【請求項6】

前記取得部、前記決定部、および前記制御部による一連の動作が、前記Ｘ線のばく射の開始まで繰り返される、
請求項５に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。

【請求項7】

前記半導体検出器は、チャンネル方向に配列された複数の検出ユニットを備え、
前記複数の検出ユニットの内、前記チャンネル方向の中央領域に位置する前記検出ユニットに対応する前記処理回路の動作量が、端部領域に位置する前記検出ユニットに対応する前記処理回路の動作量よりも大きくなるように制御される、
請求項１から６のいずれか一項に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。

【請求項8】

前記検出器モジュールを冷却する冷却装置をさらに備える、
請求項１から６のいずれか一項に記載のフォトンカウンティングＣＴ装置。

【請求項9】

半導体検出器と、前記半導体検出器の近傍に配置された発熱体とを備えるフォトンカウンティングＣＴ装置であって、
前記発熱体は、Ｘ線のばく射の停止期間において疑似的に動作する疑似動作を行うことで発熱する、
フォトンカウンティングＣＴ装置。

【請求項10】

半導体検出器と、前記半導体検出器により検出された検出データの処理を行う処理回路とを有する検出器モジュールを備えるフォトンカウンティングＣＴ装置の制御方法であって、
前記処理回路にＸ線のばく射の停止期間において疑似的に動作する疑似動作を行わせることで、前記処理回路を発熱させる、
フォトンカウンティングＣＴ装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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装置およびフォトンカウンティングＣＴ装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

フォトンカウンティングＣＴ装置（Photon Counting Computed Tomography；ＰＣＣＴ）に用いられる半導体検出器は、出力特性の温度依存性が大きく、温度を一定にして用いることが求められる。他方で、高速な検出データ読み出しのため、半導体検出器と処理回路（特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit;ＡＳＩＣ）等）とは距離を出来るだけ短くすることが求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１１２４６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

処理回路は半導体検出器に入射したＸ線フォトンの数に従い動作するため、ばく射時または非ばく射時、或いは入射フォトンの数により発熱量が変動し、これに伴って半導体検出器の温度が変動する。特に、アイドル時からＸ線ばく射開始時の処理回路の温度変化が顕著である。このように状況に応じて半導体検出器の温度が変動することで、スキャン時やキャリブレーション時の検出結果の精度（生成されるＣＴ画像の画質）に問題が生じる場合があった。

【0005】

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は、半導体検出器の温度を安定させることで、検出結果の精度を向上させることである。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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置は、半導体検出器と、半導体検出器により検出された検出データの処理を行う処理回路とを有する検出器モジュールを持つ。処理回路は、Ｘ線のばく射の停止期間において疑似的に動作する疑似動作を行うことで発熱する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置１の一例を示す図。

【図2】実施形態に係る架台装置１０およびＸ線検出器１５の構成の一例を示した斜視図。

【図3】実施形態に係るＤＡＳ１６－１の構成の一例を示す図。

【図4】実施形態に係るＸ線検出器１５の温度変化の様子を説明する図。

【図5】実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置１の第１処理（固定疑似動作）の流れの一例を示すシーケンス図。

【図6】実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置１の第２処理（スキャンプランに応じた変動疑似動作）の流れの一例を示すシーケンス図。

【図7】実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置１の第３処理（検出器温度に応じた変動疑似動作）の流れの一例を示すシーケンス図。

【図8】変形例に係る疑似動作時のＸ線検出器１５の発熱量制御を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しながら、実施形態のフォトンカウンティングＣＴ装置およびフォトンカウンティングＣＴ装置の制御方法について説明する。

【0009】

＜実施形態＞
［フォトンカウンティングＣＴ装置の構成］
図１は、実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置１の一例を示す図である。本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置１は、Ｘ線をばく射しない非スキャン時（アイドル時）において、処理回路を疑似的に動作させる疑似動作を行うことで、半導体検出器の温度を安定させる。尚、非スキャン時（アイドル時）には、被検体のスキャン（本スキャン）を行う際における非スキャン時と、キャリブレーションを行う際における非スキャン時との両方が含まれる。

【0010】

フォトンカウンティングＣＴ装置１は、エネルギー分解能に優れた半導体検出器等の直接型検出器を用いて、Ｘ線が透過した検査対象の物質を弁別した画像データを生成することができる。フォトンカウンティングＣＴ装置１は、例えば、架台装置１０と、寝台装置３０と、コンソール装置４０とを有する。フォトンカウンティングＣＴ装置との用語は、架台装置１０と、寝台装置３０と、コンソール装置４０との全体を示すものであってもよいし、架台装置１０と、寝台装置３０と、コンソール装置４０との少なくとも１つを示すものであってもよい。図１では、説明の都合上、架台装置１０をＺ軸方向から見た図とＸ軸方向から見た図の双方を掲載しているが、実際には、架台装置１０は一つである。本実施形態では、非チルト状態での回転フレーム１７の回転軸または寝台装置３０の天板３３の長手方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直交し、床面に対して水平である軸をＸ軸方向、Ｚ軸方向に直交し、床面に対して垂直である方向をＹ軸方向とそれぞれ定義する。

【0011】

［架台装置１０］
架台装置１０は、例えば、Ｘ線管１１と、ウェッジ１２と、コリメータ１３と、Ｘ線高電圧装置１４と、Ｘ線検出器１５と、データ収集システム（以下、ＤＡＳ：Data Acquisition System）１６と、回転フレーム１７と、制御装置１８とを有する。Ｘ線検出器１５と、ＤＡＳ１６とは、検出器モジュール２０を構成する。

【0012】

Ｘ線管１１は、Ｘ線高電圧装置１４からの高電圧の印加により、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線を発生させる。Ｘ線管１１は、真空管を含む。例えば、Ｘ線管１１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線管である。

【0013】

ウェッジ１２は、Ｘ線管１１から被検体Ｐに照射されるＸ線量を調節するためのフィルタである。ウェッジ１２は、Ｘ線管１１から被検体Ｐに照射されるＸ線量の分布が予め定められた分布になるように、自身を透過するＸ線を減衰させる。ウェッジ１２は、ウェッジフィルタ（wedge filter）、ボウタイフィルタ（bow-tie filter）とも呼ばれる。ウェッジ１２は、例えば、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ものである。

【0014】

コリメータ１３は、ウェッジ１２を透過したＸ線の照射範囲を絞り込むための機構である。コリメータ１３は、例えば、複数の鉛板の組み合わせによってスリットを形成することで、Ｘ線の照射範囲を絞り込む。コリメータ１３は、Ｘ線絞りと呼ばれる場合もある。コリメータ１３の絞り込み範囲は、機械的に駆動可能であってよい。

【0015】

Ｘ線高電圧装置１４は、例えば、図示しない高電圧発生装置と、図示しないＸ線制御装置とを有する。高電圧発生装置は、変圧器（トランス）および整流器等を含む電気回路を有し、Ｘ線管１１に印加する高電圧を発生させる。Ｘ線制御装置は、Ｘ線管１１に発生させるべきＸ線量に応じて高電圧発生装置の出力電圧を制御する。高電圧発生装置は、上述した変圧器によって昇圧を行うものであってもよいし、インバータによって昇圧を行うものであってもよい。Ｘ線高電圧装置１４は、回転フレーム１７に設けられてもよいし、架台装置１０の固定フレーム（不図示）の側に設けられてもよい。

【0016】

Ｘ線検出器１５は、Ｘ線管１１が発生させ、被検体Ｐを通過して入射したＸ線の強度を検出する。Ｘ線検出器１５は、検出したＸ線の強度に応じた電気信号（光信号等でもよい）をＤＡＳ１６に出力する。Ｘ線検出器１５は、例えば、複数のＸ線検出素子列を有する。複数のＸ線検出素子列のそれぞれは、Ｘ線管１１の焦点を中心とした円弧に沿ってチャンネル方向に複数のＸ線検出素子が配列されたものである。複数のＸ線検出素子列は、スライス方向（列方向、ｒｏｗ方向）に配列される。Ｘ線検出器１５は、「半導体検出器」の一例である。

【0017】

Ｘ線検出器１５は、例えば、直接検出型の検出器である。Ｘ線検出器１５としては、例えば、半導体の両端に電極が取り付けられた半導体ダイオードが適用可能である。半導体に入射したＸ線光子は、電子・正孔対に変換される。１つのＸ線光子の入射により生成される電子・正孔対の数は、入射したＸ線光子のエネルギーに依存する。電子と正孔とは、半導体の両端に形成された一対の電極に各々引き寄せられる。一対の電極は、電子・正孔対の電荷に応じた波高値を有する電気パルスを発生する。一個の電気パルスは、入射したＸ線光子のエネルギーに応じた波高値を有する。

【0018】

図２は、実施形態に係る架台装置１０およびＸ線検出器１５の構成の一例を示した斜視図である。Ｘ線検出器１５は、複数の検出ユニット１５ａ（パック）および各検出ユニット１５ａの温度を計測する温度センサ１５ｂを備える。検出ユニット１５ａのそれぞれは、図示のチャンネル方向Ｃに並べられて配置される。また、温度センサ１５ｂは、各検出ユニット１５ａの一端に配置される。尚、温度センサ１５ｂは、ＤＡＳ１６に設けられてＤＡＳ１６の温度を計測するものであってもよい。

【0019】

ＤＡＳ１６は、例えば、制御装置１８からの制御信号に従って、Ｘ線検出器１５により検出されたＸ線光子のカウント数を示すカウントデータを複数のエネルギービンについて収集する。複数のエネルギービンに関するカウントデータは、Ｘ線検出器１５の応答特性に応じて変形された、Ｘ線検出器１５への入射Ｘ線に関するエネルギースペクトラムに対応する。ＤＡＳ１６は、デジタル信号に基づく検出データをコンソール装置４０に出力する。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、および収集されたビューを示すビュー番号により識別されたカウントデータのデジタル値である。ビュー番号は、回転フレーム１７の回転に応じて変化する番号であり、例えば、回転フレーム１７の回転に応じてインクリメントされる番号である。従って、ビュー番号は、Ｘ線管１１の回転角度を示す情報である。ビュー期間とは、あるビュー番号に対応する回転角度から、次のビュー番号に対応する回転角度に到達するまでの間に収まる期間である。

【0020】

ＤＡＳ１６は、ビューの切り替わりを、制御装置１８から入力されるタイミング信号によって検知してもよいし、内部のタイマーによって検知してもよいし、図示しないセンサから取得される信号によって検知してもよい。フルスキャンを行う場合においてＸ線管１１によりＸ線が連続曝射されている場合、ＤＡＳ１６は、全周囲分（３６０度分）の検出データ群を収集する。ハーフスキャンを行う場合においてＸ線管１１によりＸ線が連続曝射されている場合、ＤＡＳ１６は、半周囲分（１８０度分）の検出データを収集する。ＤＡＳ１６は、半導体検出器により検出された検出データの処理を行う。ＤＡＳ１６は、「処理回路」の一例である。

【0021】

図３は、実施形態に係るＤＡＳ１６の構成の一例を示す図である。ＤＡＳ１６は、Ｘ線検出素子の個数に応じたチャンネル数分の読出しチャンネルを備える。これら複数の読出しチャンネルは、ＡＳＩＣ等の集積回路に並列的に実装されている。図３では、１読出しチャンネル分のＤＡＳ１６－１の構成のみを示している。

【0022】

ＤＡＳ１６－１は、前置増幅回路６１と、波形整形回路６３と、複数の波高弁別回路６５と、複数の計数回路６７と、出力回路６９とを有する。ＤＡＳ１６－１には、ＤＡＳ１６－１の温度を測定する温度センサ（不図示）が設けられている。前置増幅回路６１は、接続先のＸ線検出素子からの検出電気信号ＤＳ（電流信号）を増幅する。例えば、前置増幅回路６１は、接続先のＸ線検出素子からの電流信号を、当該電流信号の電荷量に比例した電圧値（波高値）を有する電圧信号に変換する。前置増幅回路６１には波形整形回路６３が接続されている。波形整形回路６３は、前置増幅回路６１からの電圧信号の波形を整形する。例えば、波形整形回路６３は、前置増幅回路６１からの電圧信号のパルス幅を縮小する。ＤＡＳ１６－１は、「処理回路」の一例である。

【0023】

波形整形回路６３にはエネルギー帯域（エネルギービン）の数に対応する複数の計数チャンネルが接続されている。ｎ個のエネルギービンが設定されている場合、波形整形回路６３には、ｎ個の計数チャンネルが設けられる。各計数チャンネルは、波高弁別回路６５－ｎと、計数回路６７－ｎとを有する。

【0024】

波高弁別回路６５－ｎの各々は、波形整形回路６３からの電圧信号の波高値であるＸ線検出素子により検出されたＸ線フォトンのエネルギーを弁別する。例えば、波高弁別回路６５－ｎは、比較回路６５３－ｎを有する。比較回路６５３－ｎの各々の一方の入力端子には、波形整形回路６３からの電圧信号が入力される。比較回路６５３－ｎの各々の他方の入力端子には、異なる閾値に対応する参照信号ＴＨ（参照電圧値）が、制御装置１８から供給される。

【0025】

例えば、エネルギービンｂｉｎ１のための比較回路６５３－１には、参照信号ＴＨ－１が供給され、エネルギービンｂｉｎ２のための比較回路６５３－２には、参照信号ＴＨ－２が供給され、エネルギービンｂｉｎｎのための比較回路６５３－ｎには、参照信号ＴＨ－ｎが供給される。参照信号ＴＨの各々は、上限参照値と下限参照値とを有している。比較回路６５３－ｎの各々は、波形整形回路６３からの電圧信号が、参照信号ＴＨの各々に対応するエネルギービンに対応する波高値を有している場合、電気パルス信号を出力する。例えば、比較回路６５３－１は、波形整形回路６３からの電圧信号の波高値がエネルギービンｂｉｎ１に対応する波高値である場合（参照信号ＴＨ－１とＴＨ－２との間にある場合）、電気パルス信号を出力する。一方、エネルギービンｂｉｎ１のための比較回路６５３－１は、波形整形回路６３からの電圧信号の波高値がエネルギービンｂｉｎ１に対応する波高値でない場合、電気パルス信号を出力しない。また、例えば、比較回路６５３－２は、波形整形回路６３からの電圧信号の波高値がエネルギービンｂｉｎ２に対応する波高値である場合（参照信号ＴＨ－２とＴＨ－３との間にある場合）、電気パルス信号を出力する。

【0026】

計数回路６７－ｎは、ビューの切替周期に一致する読出し周期で、波高弁別回路６５－ｎからの電気パルス信号を計数する。例えば、計数回路６７－ｎには、制御装置１８から、各ビューの切替タイミングにトリガ信号ＴＳが供給される。トリガ信号ＴＳが供給されたことを契機として計数回路６７－ｎは、波高弁別回路６５－ｎから電気パルス信号が入力される毎に、内部メモリに記憶されているカウント数に１を加算する。次のトリガ信号が供給されたことを契機として計数回路６７－ｎは、内部メモリに蓄積されたカウント数のデータ（すなわち、カウントデータ）を読み出し、出力回路６９に供給する。また、計数回路６７－ｎは、トリガ信号ＴＳが供給される毎に内部メモリに蓄積されているカウント数を初期値に再設定する。このようにして計数回路６７－ｎは、ビュー毎にカウント数を計数する。

【0027】

出力回路６９は、Ｘ線検出器１５に搭載されている複数の読出しチャンネル分の計数回路６７－ｎに接続されている。出力回路６９は、複数のエネルギービンの各々について、複数の読出しチャンネル分の計数回路６７－ｎからのカウントデータを統合してビュー毎の複数の読出しチャンネル分のカウントデータを生成する。各エネルギービンのカウントデータは、チャンネルとセグメント（列）とエネルギービンとにより規定されるカウント数のデータの集合である。各エネルギービンのカウントデータは、ビュー単位でコンソール装置４０に伝送される。ビュー単位のカウントデータをカウントデータセットＣＳと呼ぶ。さらに、出力回路６９は、Ｘ線検出器１５により検出された画素ごとに検出されたデータをコンソール装置４０に伝送する。検出データには、この画素ごとに検出されたデータと、エネルギービンごとのカウントデータとの少なくとも一方が含まれる。

【0028】

検出器モジュール２０は、例えば、コンソール装置４０から出力される疑似動作制御信号ＰＳに基づいて、疑似動作を行う。疑似動作とは、Ｘ線のばく射を伴わずに、検出器モジュール２０のＡＳＩＣ（ＤＡＳ１６）を疑似的に動作させることを言う。検出器モジュール２０は、このような疑似動作を行うことで、Ｘ線をばく射しない非スキャン時（アイドル時）において、Ｘ線検出器１５（半導体検出器）の温度を安定させることができる。

【0029】

図４は、実施形態に係るＸ線検出器１５の温度変化の様子を説明する図である。図４の（Ａ）に示すように、従来の疑似動作を行わない構成においては、非スキャン時（アイドル時）にはＤＡＳ１６は動作しないためＸ線検出器１５の温度は低いが、スキャン開始とともにＤＡＳ１６が動作して温度が上昇し、これに伴ってＸ線検出器１５の温度が上昇し、スキャン終了後は再びアイドル状態となりＸ線検出器１５の温度が下降する。このように、従来構成においては、条件に応じて、Ｘ線検出器１５の温度が変動する。

【0030】

一方、図４の（Ｂ）に示すように、本実施形態では、従来のアイドル時に相当する期間においてＤＡＳ１６が疑似動作を行うため、この間もＸ線検出器１５の温度が高く保たれる。この結果、アイドル時とスキャン時とにおいて、Ｘ線検出器１５の温度変化を低減させることができる。

【0031】

図１に戻り、回転フレーム１７は、Ｘ線管１１、ウェッジ１２、およびコリメータ１３と、Ｘ線検出器１５とを対向支持する円環状の部材である。回転フレーム１７は、固定フレームによって、内部に導入された被検体Ｐを中心として回転自在に支持される。回転フレーム１７は、更にＤＡＳ１６を支持する。ＤＡＳ１６が出力する検出データは、回転フレーム１７に設けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する送信機から、光通信によって、架台装置１０の非回転部分（例えば固定フレーム）に設けられたフォトダイオードを有する受信機に送信され、受信機によってコンソール装置４０に転送される。尚、回転フレーム１７から非回転部分への検出データの送信方法として、前述の光通信を用いた方法に限らず、非接触型の任意の送信方法を採用してよい。回転フレーム１７は、Ｘ線管１１等を支持して回転させることができるものであれば、円環状の部材に限らず、アームのような部材であってもよい。

【0032】

フォトンカウンティングＣＴ装置１は、例えば、Ｘ線管１１とＸ線検出器１５の双方が回転フレーム１７によって支持されて被検体Ｐの周囲を回転するＲｏｔａｔｅ／Ｒｏｔａｔｅ－ＴｙｐｅのＸ線ＣＴ装置（第３世代ＣＴ）であるが、これに限らず、円環状に配列された複数のＸ線検出素子が固定フレームに固定され、Ｘ線管１１が被検体Ｐの周囲を回転するＳｔａｔｉｏｎａｒｙ／Ｒｏｔａｔｅ－ＴｙｐeのＸ線ＣＴ装置（第４世代ＣＴ）であってもよい。

【0033】

制御装置１８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを有する処理回路を有する。制御装置１８は、コンソール装置４０または架台装置１０に取り付けられた入力インターフェースからの入力信号を受け付けて、架台装置１０、寝台装置３０、およびＤＡＳ１６の動作を制御する。例えば、制御装置１８は、回転フレーム１７を回転させたり、架台装置１０をチルトさせたりする。架台装置１０をチルトさせる場合、制御装置１８は、入力インターフェースに入力された傾斜角度（チルト角度）に基づいて、Ｚ軸方向に平行な軸を中心に回転フレーム１７を回転させる。制御装置１８は、図示しないセンサの出力等によって回転フレーム１７の回転角度を把握している。また、制御装置１８は、ＤＡＳ１６のエネルギービン（参照信号ＴＨ）を制御する。制御装置１８は、架台装置１０に設けられてもよいし、コンソール装置４０に設けられてもよい。

【0034】

寝台装置３０は、スキャン対象の被検体Ｐを載置して移動させ、架台装置１０の回転フレーム１７の内部に導入する装置である。寝台装置３０は、例えば、基台３１と、寝台駆動装置３２と、天板３３と、支持フレーム３４とを備える。基台３１は、支持フレーム３４を鉛直方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持する筐体を含む。寝台駆動装置３２は、モータやアクチュエータを含む。寝台駆動装置３２は、天板３３を、支持フレーム３４に沿って天板３３の長手方向（Ｚ軸方向）に移動させる。また、寝台駆動装置３２は、天板３３を鉛直方向（Ｙ軸方向）に移動させる。天板３３は、被検体Ｐが載置される板状の部材である。

【0035】

寝台駆動装置３２は、天板３３だけでなく、支持フレーム３４を天板３３の長手方向に移動させてもよい。また、上記とは逆に、架台装置１０がＺ軸方向に移動可能であり、架台装置１０の移動によって回転フレーム１７が被検体Ｐの周囲に来るように制御されてもよい。また、架台装置１０と天板３３の双方が移動可能な構成であってもよい。また、フォトンカウンティングＣＴ装置１は、被検体Ｐが立位または座位でスキャンされる方式の装置であってもよい。この場合、フォトンカウンティングＣＴ装置１は、寝台装置３０に代えて被検体支持機構を有し、架台装置１０は、回転フレーム１７を、床面に垂直な軸方向を中心に回転させる。

【0036】

［コンソール装置４０］
コンソール装置４０は、例えば、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、ネットワーク接続回路４４と、処理回路５０とを有する。本実施形態では、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の各構成要素の一部または全部が含まれてもよい。

【0037】

メモリ４１は、例えば、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、光ディスク等により実現される。メモリ４１は、例えば、検出データや投影データ、再構成画像データ、ＣＴ画像データ、被検体Ｐに関する情報、撮影条件等を記憶する。メモリ４１は、例えば、架台装置１０から伝送された複数のエネルギービンに関するカウントデータを記憶する。これらのデータは、メモリ４１ではなく（或いはメモリ４１に加えて）、フォトンカウンティングＣＴ装置１が通信可能な外部メモリに記憶されてもよい。外部メモリは、例えば、外部メモリを管理するクラウドサーバが読み書きの要求を受け付けることで、クラウドサーバによって制御されるものである。

【0038】

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、処理回路によって生成された医用画像（ＣＴ画像）や、医師、技師等である操作者による各種操作を受け付けるＧＵＩ（Graphical User Interface）画像等を表示する。ディスプレイ４２は、例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイ等である。ディスプレイ４２は、架台装置１０に設けられてもよい。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の本体部と無線通信可能な表示装置（例えばタブレット端末）であってもよい。

【0039】

入力インターフェース４３は、操作者による各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作の内容を示す電気信号を処理回路５０に出力する。例えば、入力インターフェース４３は、検出データまたは投影データを収集する際の収集条件、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、エネルギービンの設定条件等の入力操作を受け付ける。例えば、入力インターフェース４３は、マウスやキーボード、タッチパネル、ドラッグボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、カメラ、赤外線センサ、マイク等により実現される。

【0040】

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。また、入力インターフェース４３は、コンソール装置４０の本体部と無線通信可能な表示装置（例えばタブレット端末）により実現されてもよい。尚、本明細書において入力インターフェースはマウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。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、この電気信号を制御回路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の例に含まれる。

【0041】

ネットワーク接続回路４４は、例えば、プリント回路基板を有するネットワークカード、或いは無線通信モジュール等を含む。ネットワーク接続回路４４は、接続する対象のネットワークの形態に応じた情報通信用プロトコルを実装する。

【0042】

処理回路５０は、フォトンカウンティングＣＴ装置１の全体の動作や、架台装置１０の動作、寝台装置３０の動作を制御する。処理回路５０は、例えば、システム制御機能５１、前処理機能５２、再構成機能５３、画像処理機能５４、スキャン制御機能５５、表示制御機能５６、疑似動作制御機能５７等を実行する。これらの構成要素は、例えば、ハードウェアプロセッサ（コンピュータ）がメモリ４１に格納されたプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。ハードウェアプロセッサとは、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ、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）または複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device; ＣＰＬＤ）、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（circuitry）を意味する。

【0043】

メモリ４１にプログラムを記憶させる代わりに、ハードウェア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、ハードウェア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。ハードウェアプロセッサは、単一の回路として構成されるものに限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのハードウェアプロセッサとして構成され、各機能を実現するようにしてもよい。また、複数の構成要素を１つのハードウェアプロセッサに統合して各機能を実現するようにしてもよい。

【0044】

コンソール装置４０または処理回路５０が有する各構成要素は、分散化されて複数のハードウェアにより実現されてもよい。処理回路５０は、コンソール装置４０が有する構成ではなく、コンソール装置４０と通信可能な処理装置によって実現されてもよい。処理装置は、例えば、一つのＸ線ＣＴ装置と接続されたワークステーション、或いは、複数のＸ線ＣＴ装置に接続され、以下に説明する処理回路５０と同等の処理を一括して実行する装置（例えばクラウドサーバ）である。

【0045】

システム制御機能５１は、入力インターフェース４３が受け付けた入力操作に基づいて、処理回路５０の各種機能を制御する。システム制御機能５１は、例えば、エネルギービンの設定を行う。システム制御機能５１は、設定されたエネルギービンの設定条件を、制御装置１８に出力する。

【0046】

前処理機能５２は、ＤＡＳ１６により出力された検出データに対してオフセット補正処理、チャンネル間の感度補正処理、ビームハードニング補正等の前処理を行う。

【0047】

再構成機能５３は、検出データ（カウントデータ）に基づいて被検体Ｐに関するフォトンカウンティングＣＴ画像を再構成する。再構成機能５３は、複数のエネルギービンに関するカウントデータ、被検体Ｐへの入射Ｘ線のエネルギースペクトラム、およびメモリ４１に記憶された検出器応答特性を表す応答関数に基づいて、複数の基底物質各々に関するＸ線吸収量を算出する。このように基底物質毎にＸ線吸収量を得る処理は物質弁別とも呼ばれている。基底物質としては、カルシウム、石灰化、骨、脂肪、筋肉、空気、臓器、病変部、硬部組織、軟部組織、造影物質等のあらゆる物質に設定可能である。再構成機能５３は、算出された複数の基底物質各々に関するＸ線吸収量に基づいて、当該複数の基底物質のうちの画像化対象の基底物質の空間分布を表現するフォトンカウンティングＣＴ画像を再構成し、生成したＣＴ画像データをメモリ４１に記憶させる。

【0048】

画像処理機能５４は、入力インターフェース４３が受け付けた入力操作に基づいて、ＣＴ画像データを公知の方法により、三次元画像データや任意断面の断面像データに変換する。三次元画像データへの変換は、前処理機能５２によって行われてもよい。

【0049】

スキャン制御機能５５は、Ｘ線高電圧装置１４、ＤＡＳ１６、制御装置１８、および寝台駆動装置３２に指示することで、架台装置１０における検出データの収集処理を制御する。スキャン制御機能５５は、位置決め画像を収集する撮影、および診断に用いる画像を撮影する際の各部の動作をそれぞれ制御する。

【0050】

表示制御機能５６は、処理回路によって生成された医用画像（ＣＴ画像）や、医師、技師等である操作者による各種操作を受け付けるＧＵＩ画像等を、ディスプレイ４２に表示させる。

【0051】

疑似動作制御機能５７は、検出器モジュール２０（ＤＡＳ１６）による疑似動作の制御を行う。疑似動作制御機能５７は、例えば、取得機能５７１と、決定機能５７２と、制御機能５７３とを備える。

【0052】

取得機能５７１は、例えば、入力インターフェース４３を介して入力された、被検体Ｐの撮影条件（スキャンプラン）を取得する。撮影条件には、Ｘ線の大きさ（管電圧、管電流）、被検体Ｐの大きさ（体重）、年齢、性別等の被検体情報等が含まれる。また、取得機能５７１は、Ｘ線検出器１５（或いはＤＡＳ１６）に設けられた温度センサ１５ｂにより計測された温度を取得する。取得機能５７１は、「取得部」の一例である。

【0053】

決定機能５７２は、取得された撮影条件でのＸ線のばく射時のＤＡＳ１６の発熱量（推定温度）を算出し、算出した発熱量に応じたＤＡＳ１６の疑似動作の動作量を決定する。また、決定機能５７２は、取得された検出器モジュール２０（Ｘ線検出器１５、ＤＡＳ１６）の温度とＸ線のばく射時の検出器モジュール２０の推定温度との差分に基づいてＤＡＳ１６の発熱量を算出し、算出した発熱量に応じたＤＡＳ１６の疑似動作の動作量を決定する。決定機能５７２は、「決定部」の一例である。

【0054】

制御機能５７３は、決定された動作量に基づく疑似動作制御信号ＰＳをＤＡＳ１６に入力する。ＤＡＳ１６は、この疑似動作制御信号ＰＳに応じて、疑似動作を行う。制御機能５７３は、「制御部」の一例である。

【0055】

上記構成により、フォトンカウンティングＣＴ装置１は、ヘリカルスキャン、コンベンショナルスキャン、ステップアンドシュート等のスキャン態様で被検体Ｐのスキャンを行う。ヘリカルスキャンとは、天板３３を移動させながら回転フレーム１７を回転させて被検体Ｐをらせん状にスキャンする態様である。コンベンショナルスキャンとは、天板３３を静止させた状態で回転フレーム１７を回転させて被検体Ｐを円軌道でスキャンする態様である。ステップアンドシュートとは、天板３３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態様である。

【0056】

［処理フロー］
［第１処理（固定疑似動作）］
次に、フォトンカウンティングＣＴ装置１の疑似動作処理の一例を説明する。図５は、実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置１の第１処理（固定疑似動作）の流れの一例を示すシーケンス図である。図５に示す第１処理は、フォトンカウンティングＣＴ装置１のアイドル時に実行される。

【0057】

まず、コンソール装置４０の決定機能５７２は、ＤＡＳ１６が予め設定された基準温度に維持されるように、ＤＡＳ１６の疑似動作の動作量を決定する（ステップＳ１０１）。基準温度は、例えば、スキャン時（Ｘ線のばく射時）のＤＡＳ１６の推定温度である。

【0058】

次に、コンソール装置４０の制御機能５７３は、決定された動作量に基づく疑似動作制御信号ＰＳをＤＡＳ１６に送信する（ステップＳ１０３）。

【0059】

次に、検出器モジュール２０のＤＡＳ１６は、疑似動作制御信号ＰＳに応じて、疑似動作を行う（ステップＳ１０５）。ＤＡＳ１６は、疑似動作を行うことで、Ｘ線をばく射しない非スキャン時（アイドル時）において、Ｘ線検出器１５（半導体検出器）の温度を上昇させることができる。その後、スキャン開始とともに、ＤＡＳ１６は、疑似動作を停止する。以上により、本フローチャートの処理が終了する。

【0060】

［第２処理（変動疑似動作）］
次に、フォトンカウンティングＣＴ装置１の疑似動作処理の他の例を説明する。図６は、実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置１の第２処理（スキャンプランに応じた変動疑似動作）の流れの一例を示すシーケンス図である。図６に示す第２処理は、フォトンカウンティングＣＴ装置１のアイドル時に実行される。

【0061】

まず、コンソール装置４０の取得機能５７１は、操作者により入力インターフェース４３を介して入力された、被検体Ｐのスキャンプランを取得する（ステップＳ２０１）。

【0062】

次に、決定機能５７２は、取得された撮影条件でのＤＡＳ１６の発熱量（例えば、平均発熱量）を算出する（ステップＳ２０３）。次に、決定機能５７２は、算出した発熱量に応じたＤＡＳ１６の疑似動作の動作量を決定する（ステップＳ２０５）。

【0063】

次に、コンソール装置４０の制御機能５７３は、決定された動作量に基づく疑似動作制御信号ＰＳをＤＡＳ１６に送信する（ステップＳ２０７）。

【0064】

次に、検出器モジュール２０のＤＡＳ１６は、疑似動作制御信号ＰＳに応じて、疑似動作を行う（ステップＳ２０９）。ＤＡＳ１６は、疑似動作を行うことで、Ｘ線をばく射しない非スキャン時（アイドル時）において、Ｘ線検出器１５（半導体検出器）の温度を上昇させることができる。第２処理（変動疑似動作）では、撮影条件に応じて算出された発熱量に基づいて動作量が決定されているため、非スキャン時のＸ線検出器１５を、スキャン時により精緻に近づけることができる。その後、スキャン開始とともに、ＤＡＳ１６は、疑似動作を停止する。以上により、本フローチャートの処理が終了する。

【0065】

［第３処理（変動疑似動作）］
次に、フォトンカウンティングＣＴ装置１の疑似動作処理の他の例を説明する。図７は、実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置１の第３処理（検出器温度に応じた変動疑似動作）の流れの一例を示すシーケンス図である。図７に示す第３処理は、フォトンカウンティングＣＴ装置１のアイドル時に実行される。

【0066】

まず、コンソール装置４０の決定機能５７２は、ＤＡＳ１６が予め設定された基準温度に維持されるように、ＤＡＳ１６の疑似動作の動作量を決定する（ステップＳ３０１）。

【0067】

次に、制御機能５７３は、決定された動作量に基づく疑似動作制御信号ＰＳをＤＡＳ１６に送信する（ステップＳ３０３）。

【0068】

次に、検出器モジュール２０のＤＡＳ１６は、疑似動作制御信号ＰＳに応じて、疑似動作を行う（ステップＳ３０５）。ＤＡＳ１６は、疑似動作を行うことで、Ｘ線をばく射しない非スキャン時（アイドル時）において、Ｘ線検出器１５（半導体検出器）の温度を上昇させることができる。

【0069】

ＤＡＳ１６が疑似動作を行っている間、検出器モジュール２０（Ｘ線検出器１５、ＤＡＳ１６）に設けられた温度センサ１５ｂは温度を計測し、温度情報をコンソール装置４０に送信する（ステップＳ３０７）。

【0070】

次に、決定機能５７２は、取得された温度に基づいて、検出器モジュール２０の温度をスキャン時の温度に近付けるための発熱量を算出し、算出した発熱量に応じたＤＡＳ１６の疑似動作の動作量を決定することで、疑似動作の調整を行う（ステップＳ３０９）。

【0071】

次に、制御機能５７３は、決定された動作量（調整済み動作量）に基づく疑似動作制御信号ＰＳをＤＡＳ１６に送信する（ステップＳ３１１）。

【0072】

次に、検出器モジュール２０のＤＡＳ１６は、疑似動作制御信号ＰＳに応じて、調整済み動作量での疑似動作を行う（ステップＳ３０５）。すなわち、取得機能５７１、決定機能５７２、および制御機能５７３による一連の動作が、記Ｘ線のばく射の開始まで繰り返される。このような検出器モジュール２０（Ｘ線検出器１５、ＤＡＳ１６）の温度と、ＤＡＳ１６の疑似動作の動作量とのＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御を行うことで、非スキャン時の検出器モジュール２０の温度を、スキャンの開始までに、スキャン時の温度に近付ける制御を行うことができる。その後、スキャン開始とともに、ＤＡＳ１６は、疑似動作を停止する。以上により、本フローチャートの処理が終了する。

【0073】

＜変形例＞
［Ｘ線検出器の形状に応じた疑似動作制御］
次に、変形例について説明する。図８は、変形例に係る疑似動作時のＸ線検出器１５の発熱量制御を説明する図である。図８に示すように、Ｘ線検出器１５には、複数の検出ユニット１５ａ（パック）がチャンネル方向Ｃに並べられて配置される。スキャン時にＸ線管１１から照射されＸ線検出器１５に到達するＸ線量は、端部領域ＥＲに位置する検出ユニット１５ａよりも、中央領域ＣＲに位置する検出ユニット１５ａの方が大きくなる。これに伴い、中央領域ＣＲに位置する検出ユニット１５ａの温度上昇は、端部領域ＥＲに位置する検出ユニット１５ａの温度上昇よりも大きくなる。この温度上昇の度合いの差異を考慮し、疑似動作において、中央領域ＣＲに位置する検出ユニット１５ａに対応するＤＡＳ１６の動作量が、端部領域ＥＲに位置する検出ユニット１５ａに対応するＤＡＳ１６の動作量よりも大きくなるように制御する。

【0074】

［冷却装置］
検出器モジュール２０において疑似動作を行った結果、アイドル時およびスキャン時のトータルでのＸ線検出器１５の平均温度が上がってしまい、Ｘ線検出器１５の特性が劣化する、或いはＸ線検出器１５の動作上限温度にかかってしまうことが懸念される。このため、検出器モジュール２０内に冷却装置（不図示）を設け、検出器温度安定制御に足るように、架台装置１０内の全体を冷やすように制御する。

【0075】

［ＤＡＳ１６以外の装置の疑似制御］
上記の実施形態においては、検出器モジュール２０のＤＡＳ１６を疑似動作させる構成を説明したが、疑似動作の対象はこれに限らない。Ｘ線検出器１５の近傍に設置された発熱体を用いて同様の疑似動作制御を行ってもよい。この場合、本スキャン中の温度制御も同様の手法で行うことが可能となる。

【0076】

以上説明した実施形態によれば、Ｘ線検出器１５（半導体検出器）と、Ｘ線検出器１５により検出された検出データの処理を行うＤＡＳ１６（処理回路）とを有する検出器モジュール２０を備えるフォトンカウンティングＣＴ装置１において、処理回路は、Ｘ線のばく射の停止期間において疑似的に動作する疑似動作を行うことで発熱することで、半導体検出器の温度を安定させ、検出結果の精度を向上させることができる。

【0077】

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。

【符号の説明】

【0078】

１…フォトンカウンティングＣＴ装置，１０…架台装置，１１…Ｘ線管，１２…ウェッジ，１３…コリメータ，１４…Ｘ線高電圧装置，１５…Ｘ線検出器，１６…データ収集システム，１７…回転フレーム，１８…制御装置，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…ネットワーク接続回路，５０…処理回路，５１…システム制御機能，５２…前処理機能，５３…再構成機能，５４…画像処理機能，５５…スキャン制御機能，５６…表示制御機能，５７…疑似動作制御機能，５７１…取得機能，５７２…決定機能，５７３…制御機能

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】