X射線計算機斷層攝影裝置、醫用圖像處理裝置以及醫用圖像處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明的實施方式涉及一種具有計數器的X射線計算機斷層攝影裝置、醫用圖像 處理裝置以及醫用圖像處理方法。
【背景技術】
[0002] 當前，利用單光子發射計算機斷層攝影裝置（Single Photon Emission Computed Tomography :以下，稱為SPECT裝置）及正電子發射計算機斷層攝影裝置（Positron Emission Computed Tomography:以下，稱為PET裝置）等核醫學診斷裝置中的單光子檢測 技術（以下，稱為單光子檢測技術）的擴展形式來嘗試光子計數型的X射線計算機斷層攝 影裝置（Computed Tomography:以下，稱為光子計數X射線CT裝置）的實際應用。單光子 檢測技術大致分為兩種。
[0003] 第一種單光子檢測技術是下述方法。首先，將透過被檢體的X射線光子通過結晶 (閃爍體）等轉換為閃爍光。接著，利用光電倍增管（Photomultiplier tube:以下，稱為 PMT)、或者娃光電倍增管（Silicon Photomultiplier :以下，稱為SiPM)等光檢測器檢測閃 爍光，由此，X射線光子作為電信號被取出這樣的方法。上述方法被稱為間接轉換型。
[0004] 第二種單光子檢測技術是利用半導體檢測器，將透過被檢體的X射線光子直接轉 換為電信號的方法（也稱為直接轉換型）。具體而言，對半導體檢測器中的兩個電極預先施 加偏置電壓。由于X射線光子射入半導體檢測器的內部，所以在半導體檢測器內部，發生電 子與空穴的電子偶的產生。產生的電子與空穴分別被不同的電極吸引。到達電極的電子作 為電信號被取出。
[0005] 上述任意方法中，取出的電信號（以下，稱為檢測信號）的強度的積分值都與X射 線光子的能量成比例，因此，對檢測信號進行積分。通過檢測信號的積分，計算各個地檢測 出的X射線光子的能量。核醫學診斷裝置與光子計數X射線CT裝置的不同點在于，與核醫 學診斷裝置中的光子的流量相比，光子計數X射線CT裝置中的光子的流量格外地多。為了 通過光子計數X射線CT裝置來重建醫用圖像，需要針對例如IO 9個/mm2/sec (以下，稱為計 數率）進行單光子檢測。
[0006] 但是，關于上述計數率，在對X射線光子執行單光子檢測時，存在分別與上述兩種 單光子檢測技術對應的、與以下所示的兩種計數損失相關的問題。與第一種單光子檢測技 術對應的問題是，由于堆積（pile up)所導致的計數損失的問題。堆積是在閃爍的典型的 衰減時間（幾納秒）內，由于多個X射線光子射入閃爍體所產生的。堆積是分別與多個X 射線光子對應的多個檢測信號重疊的現象。如果產生堆積，那么多個X射線光子作為一個 X射線光子被計數，那么其結果為，產生計數損失。
[0007] 與第二個單光子檢測技術對應的問題是，由于X射線光子在半導體檢測器的停滯 時間中射入半導體檢測器所導致的計數損失的問題。停滯時間是指，在從半導體檢測器取 出檢測信號的時間起至在半導體檢測器中能夠再次發生電子偶的產生的時間為止的時間 間隔。如果在停滯時間X射線光子射入半導體檢測器，那么由于沒有發生電子偶的產生，所 以X射線光子沒有被計數。當前，嘗試通過縮小半導體檢測器的大小（像素尺寸），減少在 單位時間內射入同一半導體檢測器的X射線光子的數量。但是，該嘗試中，最大計數率停止 在IO 6個/mm Vsec左右。
[0008] 產生與上述計數損失相關的問題的原因是，為了計算射入X射線檢測器的X射線 光子的能量而對衰減時間常數長的檢測信號進行積分。為了實現光子計數X射線CT裝置， 必須實現高計數率。但是，存在下述問題，即，很難在與核醫學診斷裝置相關的技術的擴展 上發現上述單光子檢測技術。
[0009] 作為解決上述問題的方法，有例如利用X射線衍射現象的方法。該方法中，在準直 儀的背面側設置衍射體。與衍射體間隔預定距離地設置多個X射線檢測元件。射入準直儀 的多色X射線以衍射角度進行衍射（散射），該衍射角度是與包含在多色X射線中的多個 單色X射線中的能量分別對應的衍射角度。多色X射線通過該衍射，在多個X射線檢測元 件上衍射（散射）成德拜-謝樂環（Deb ye-Scherrer環）狀。表示與德拜-謝樂環的半徑 對應的X射線光子的計數數量的直方圖是，衍射的X射線的光子數與基于非衍射的X射線 (透過X射線）的光子數的疊加。另外，衍射體與多個X射線檢測元件之間的距離較近時， 與多個單色X射線分別對應的多個德拜-謝樂環重疊，因此，存在很難得到多色X射線的能 量譜的問題。
【發明內容】
[0010] 本發明的目的在于提供一種X射線計算機斷層攝影裝置，能夠針對多個能量區域 的每個對與射入準直儀的多色X射線相關的光子數進行分類。
[0011] 本實施方式所涉及的X射線計算機斷層攝影裝置具備：X射線產生部，產生X射 線；準直儀，具有多個貫通孔以及衍射體，所述多個貫通孔對由所述X射線產生部所產生的 X射線進行準直，所述衍射體設置于所述貫通孔，并以與所述X射線的能量對應的角度使所 述X射線衍射；多個X射線檢測元件，與所述衍射體間隔預定距離地設置；計數部，基于來 自所述多個X射線檢測元件的輸出，對來源于所述X射線的光子數進行計數；存儲部，存儲 統計信息，所述統計信息與所述X射線中的多個能量區域的每一個對應，并與對應于所述 多個X射線檢測元件的位置的多個計數值的計數分布相關；分類部，利用所述統計信息，針 對所述能量區域的每一個對計數的所述光子數進行分類；以及重建部，基于針對所述能量 區域的每一個進行了分類的光子數，重建與所述能量區域對應的醫用圖像。
[0012] 通過本實施方式，能夠提供一種X射線計算機斷層攝影裝置、醫用圖像處理裝置 以及醫用圖像處理方法，能夠針對多個能量區域的每一個對與射入準直儀的多色X射線相 關的光子數進行分類。
【附圖說明】
[0013] 圖1是表示本實施方式所涉及的X射線計算機斷層攝影裝置的結構的一個例子的 結構圖。
[0014] 圖2是表示本實施方式所涉及的X射線檢測部中的多個X射線檢測模塊的排列的 一個例子的立體圖。
[0015] 圖3是本實施方式所涉及的、將本實施方式所涉及的X射線檢測部中的X射線檢 測模塊的一個例子與射入的多色X射線和根據能量而被衍射的X射線一同表示的圖。
[0016] 圖4是表示本實施方式所涉及的將多個計數器和多個加法器進行連接的一個例 子的圖。
[0017] 圖5是表示本實施方式所涉及的與多色X射線的檢測相關的直方圖的一個例子的 圖。
[0018] 圖6是表示本實施方式所涉及的與多個能量區域分別對應的多個斜交基底的一 個例子的圖。
[0019] 圖7是表示本實施方式所涉及的與多色X射線的檢測相關的直方圖的能量譜的一 個例子的圖。
[0020] 圖8是本實施方式所涉及的將與多色X射線的檢測相關的直方圖和分別對應于多 個能量區域并成為斜交系的基底的多個直方圖一同表示的圖。
[0021] 圖9是表示本實施方式所涉及的通過使用多個斜交基底將檢測直方圖斜交展開， 來產生能量譜的處理的步驟的一個例子的流程圖。
【具體實施方式】
[0022] 參照附圖，對基于光子計數的X射線計算機斷層攝影（Computed Tomography)裝 置（以下，稱為光子計數X射線CT裝置）的實施方式進行說明。另外，在X射線計算機斷 層攝影裝置中，有下述各種類型，即，X射線產生部與X射線檢測部成為一體，并在被檢體的 周圍旋轉的Rotate/Rotate-Type (旋轉/旋轉類型）；以及將排列成環狀的多個X射線檢 測元件固定，僅X射線產生部在被檢體的周圍旋轉的Stationary/Rotate-Type (靜止/旋 轉類型）等，任一種類型都可以適用于本實施方式。另外，為了重建醫用圖像，需要被檢體 的周圍一周、即360°的量的投影數據，而即使通過半掃描法，也需要180° +扇形角度的 量的投影數據。任何一種重建方式都能夠適用于本實施方式。在近年，將X射線產生部與 X射線檢測部的多個對搭載于旋轉環上的所謂的多管球型的X射線計算機斷層攝影裝置的 產品化正在發展，并且其周邊技術的開發也在進行中。本實施方式適用于以往的一管球型 的X射線計算機斷層攝影裝置，也適用于多管球型的X射線計算機斷層攝影裝置。在此，對 一管球型進行說明。
[0023] 另外，以下的說明中，對于具有大致相同功能及結構的結構要素，標注相同標號， 并且，僅在需要時，進行重復說明。
[0024] 圖1是表示本實施方式所涉及的光子計數X射線CT裝置的結構的一個例子的結 構圖。光子計數X射線CT裝置1具備：架臺部100、存儲部200、分類部300、重建部400、顯 示部500、輸入部600及控制部700。
[0025] 架臺部100中收納旋轉支承機構。旋轉支承機構包括：旋轉環101、以旋轉軸Z為 中心自由旋轉地支承旋轉環101的環支承機構、以及驅動環的旋轉的旋轉驅動部103 (電動 機）。旋轉環101上搭載有：X射線產生部105 ;X射線檢測部107 ;以及基于來自X射線檢 測部107的輸出，對來源于X射線的光子數進行計數的計數部109。
[0026] X射線產生部105具有未圖示的高電壓產生器以及X射線管。高電壓產生器產生 對X射線管施加的高電壓（以下，稱為管電壓）、以及對X射線管供給的電流（以下，稱為管 電流）。高電壓產生器根據從后述的控制部700經由滑動環（slip ring)lll輸入的控制信 號，產生管電壓和管電流。X射線管接收來自高電壓產生器的管電壓的施加及管電流的供 給，從X射線的焦點放射X射線。X射線管產生多色X射線。多色X