【手続補正書】
【提出日】令和2年1月20日(2020.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
請求項９又は１１に記載の放射線撮像装置であって、
前記光子計数型検出器は、複数の光子計数回路を有し、
前記発熱量補償回路は、前記複数の光子計数回路のうち、互いに隣接する光子計数回路の一方のみに配置されることを特徴とする放射線撮像装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１６】
請求項１５に記載の放射線撮像装置であって、
前記光子計数型検出器は、前記放射線源と回転中心を挟んで回転可能に対向配置されており、回転方向に配列した複数の光子計数回路を備え、
前記発熱量補償回路は、回転方向に配列した複数の光子計数回路のうち、回転方向中心又は中心近傍を含む一部の光子計数回路について配置されることを特徴とする放射線撮像装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、光子計数型検出器を搭載した放射線撮像装置に関し、特に、光子計数型検出器の半導体セルで発生した光子を検出する電荷を読み出す回路において、回路の発熱量の変化に起因する回路の性能低下を回避する技術に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、図１に示すように、Ｘ線を照射するＸ線源１と、Ｘ線を検出する複数の検出素子を二次元配列したＸ線検出器２と、検出素子による検出信号に対し補正等の処理を行うとともに装置の制御を行う信号処理部３と、補正後の信号を用いて被写体７の画像を生成する画像生成部４とを備える。Ｘ線源１とＸ線検出器２は対向した位置で回転板５に固定され、寝台６に寝かさられた被写体７の周りを相対的に回転するように構成されている。なおＸ線源１、Ｘ線検出器２及び回転板５を含めスキャナともいう。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
まずＸ線検出器２を構成するモジュール２０の構造を説明する。図１に示すＸ線検出器２は、複数の検出素子からなるモジュール２０を円弧状に配置したものであり、各モジュールは、図３（Ａ）に示すように、主な構成として、光子を検出する半導体層２１、計数回路３５及び発熱量補償回路２５を含むチップ２３、及び、半導体層２１とチップ２３を接続するための基板２２を備える。基板２２には、計数回路３５の出力を外部へ引き出すためのケーブル２４が接続されている。また半導体層２１と基板２２とは接続アレイ２６によって、また基板２２とチップ２３とは接続アレイ２８によって、電気的に接続されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
発熱ブロック毎の計数率と発熱量との関係を示すテーブルの例を図７に示す。図７に示す例では、カウンタ２７４の出力（ＣＯＵＴ）毎に、発熱量との関係がテーブル化されている。これは一般に、閾値ＶＴＨが低いカウンタほど、計数率は高く、閾値ＶＴＨが高くなるにつれて、計数率が低くなるからである。図７（Ａ）は図４の一番上の列の回路素子（ＣＳＡ、ＨＰＦ、ＣＭＰ、ＣＮＴ）に近接して配置された発熱ブロック２５１‐Ａ〜２５１‐Ｄの発熱量を示すテーブル、図７（Ｂ）は、２列目以降の回路素子（ＣＭＰ、ＣＮＴ）２７３‐２、２７４‐２に近接して配置された発熱ブロック２５１‐Ｅ、２５１‐Ｆの発熱量を示すテーブルであり、発熱各列に共通する回路素子２７１、２７２は含まれない。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
図８に本変形例のチップ２３の一部を示す。図中、図４と同一の要素は同じ符号で示し、重複する説明は省略する。図８に示す２つの計数ブロック２３１Ａ、２３１Ｂは、図３（Ｂ）に示すチップ（ＬＳＩ）２３に含まれる複数の計数ブロック２３１のうち、隣接する２つの計数ブロックを示したものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
なお、図８に示す例では、発熱制御ブロック２５０及び複数の発熱ブロック２５１からなる１組の発熱量補償回路２５を、２つの光子計数ブロック２３１Ａ、２３１Ｂで共有する例を示したが、J個の光子計数ブロック２３１に対してI（I＜J）組の発熱補償回路を共有する等、共有する比（光子計数ブロック数に対する発熱補償回路数の比）は適宜変更して良い。さらに、本変更例では、発熱量補償回路（発熱制御ブロック２５０及び発熱ブロック２５１）の配置位置を光子計数ブロック間としたが、光子計数ブロック内の空きスペースや、計数ブロックが形成されたＬＳＩの空きスペースへ配置しても良い。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
計数ブロック２３５は、図９に示す第二実施形態の計数ブロック２３５と同様に、計数回路を構成する回路素子（ＣＳＡ、ＨＰＦ、複数のＣＭＰ及びＣＮＴ）に加えて、擬似パルス生成器２９０、入力ＰＩＮ１０とチャージアンプ２７１との間に挿入されたスイッチＳＷ１１、及び擬似パルス生成器２９０とチャージアンプ２７１との間に挿入されたスイッチＳＷ１２を備えている。なお図１２では省略しているが、この計数ブロック２３５も、複数のエネルギーレベルに対応して複数組の電圧比較器２７３及びカウンタ２７４を備えている。第二実施形態と同様に、擬似パルス生成器２９０の制御信号ＨＳＩＧがハイレベルＨの時には、スイッチＳＷ１２はＯＮ（接続状態）となり擬似パルスが生成されるとともに、カウンタの入力ＥＮ１、ＥＮ２・・・がローレベルＬとなる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
一方、計数ブロック２３７は、擬似パルス生成器２９０等の付加的な回路素子は設けられていない。但し、計数ブロック２３７の入力ピンＰＩＮ１１と、計数ブロック２３５の入力ピンＰＩＮ１０との間にスイッチＳＷ１３が接続されている。スイッチＳＷ１３は、スイッチＳＷ１２と同様に擬似パルス生成器２９０の制御信号ＨＳＩＧによりＯＮ／ＯＦＦするスイッチであり、ＨＳＩＧがハイレベルのときに（擬似パルス生成モードのときに）、ＯＮとなり、計数ブロック２３５の入力ＰＩＮ１０からの入力と計数ブロック２３７の入力ＰＩＮ１１からの入力とが共に、計数ブロック２３７に入力されるように構成されている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
一方、光子入射率の低い擬似発生パルスモードでは、擬似パルス生成器２９０の制御により、スイッチＳＷ１１はオープン、スイッチＳＷ１２、ＳＷ１３は閉じ、擬似パルスが生成される。このとき、電流入力ピンＰＩＮ１０、ＰＩＮ１１からの電流パルスは、光子計数ブロック２３７でまとめて計数される。この間、光子計数ブロック２３５は常に擬似パルスモードとして動作し、追加消費電力を生成する。モードの切替、擬似パルスの発生期間や発行数の制御は第二実施形態と同様であり、カウンタからの出力を用いたフィードバック制御或いは予め作成したテーブル（図７と同様の対応表）や予備計数の計数率を用いて行う。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
擬似パルス発生期間中はＳＷ１１が開いていることから、計数ブロック２３５における計数は行われないが、光子計数ブロック２３５での計数結果は、光子計数ブロック２３７での計数結果を用いて、適宜補完され生成される。補完方法としては、例えば、光子計数ブロック２３７での計数結果の半分を、２つの光子計数ブロック２３５、２３７での計数結果の推定値として用いる方法が考えられる。また各計数ブロックをその周辺の計数ブロック（画素）の計数結果から推定することも可能である。この場合、例えば、計数できなかった計数ブロックの前後或いは左右の計数ブロックの計数結果から入射光子数の勾配を求め、その勾配を用いて光子計数ブロックでの計数結果を按分して、光子計数ブロック２３５、２３７での計数結果推定値として用いる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
この計数ブロック２３９において、入力ＰＩＮ１から各電圧比較器２７３までの信号の流れは通常の計数ブロックと同様であるが、ある閾値ＶＴＨｍを用いた電圧比較器２７３‐ｍでの比較結果ＣＩＮｍは、カウンタ冗長動作回路３９１‐ｍだけでなく、一つ高い閾値ＶＴＨ（ｍ＋１）が入力される電圧比較器２７３‐ｍ＋１が接続されるカウンタ冗長動作回路３９１‐ｍ＋１にも通知される。例えば、電圧比較器２７３‐１の出力ＣＩＮ１はカウンタ冗長動作回路３９１‐１だけでなく、カウンタ冗長動作回路３９１‐２にも通知される。各カウンタ（２７４‐１、…、２７４‐ｎ）は、カウンタ冗長動作回路からカウンタ値の増加、減少を選択する信号（ＰＵＤ）と、パルス状の信号（ＵＤ）とを受け取る。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
以上の構成における計数ブロックの動作を、図１４を用いて説明する。
時刻Ｔ０に電流入力ピンＰＩＮ１より半導体層からの電流パルスが入力され、そのパルスがチャージアンプ２７１を経て、ハイパスフィルタ２７２で整形され（ＰＩＮ２）、電圧比較器２７３‐１で所定の電圧閾値ＶＴＨ１と比較された結果、時刻Ｔ１においてカウンタ２７４‐１への入力ＣＩＮ１がトグルする（図１４の（ａ））。入力ＣＩＮ１はカウンタ冗長動作回路３９１−１、３９１−２、それぞれに入力される。この電流パルスは電圧比較器２７３‐２の閾値ＶＴＨ２より低いため、カウンタ２７４‐２への入力ＣＩＮ２はトグルしない（図１４の（ｂ））。従って、カウンタ冗長動作回路３９１−２へはＣＩＮ１のみが入力される。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
入力ＣＩＮ１を受けると、カウンタ冗長動作回路３９１−１は、図１４に（ａ‐１）で示すように、カウンタアップダウン制御信号ＵＤ１を時刻Ｔ１からＴ２まで引き続きＨ(ハイレベル)、つまり、「カウンタ値増加」を指示した後、時刻Ｔ２からＴ３までＬ（ローレベル）、つまり、「カウンタ値減少」を指示する。一方、カウンタ冗長動作回路３９１−２は、図１４に（ｂ‐１）で示すように、カウンタアップダウン信号ＵＤ２は、時刻Ｔ１からＴ２までＨ（ハイレベル）、つまり「カウンタ値増加」を指示した後、時刻Ｔ２から時刻Ｔ４までＬ（ローレベル）、つまり、「カウンタ値減少」を指示する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
この動作と並行して、カウンタ冗長動作回路３９１−１は、カウンタ入力ＰＵＤ１（図１４（ｂ‐１））で、ＣＩＮ１のトグルに同期したトグルと合わせて合計２Ｎ‐１回のトグルを発生させる。一方、カウンタ冗長動作回路３９１−２は、カウンタ入力ＰＵＤ２（図１４（ｂ‐２））で、合計２Ｎ回のトグルを発生させる。結果として、時刻Ｔ１からＴ４におけるカウンタ２７４‐１、２７４‐２のカウンタ値は元の値（Ｍ：ここでは１）に対して、それぞれ＋１、±０の遷移となる。即ち、カウント値は本来のカウント値と変わることがない。しかもこの計数動作において冗長動作を行うことで通常よりも大きな電力消費を発生させることができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
また計数ブロック２３９Ａのハイパスフィルタ２７２の出力にはスイッチＳＷ１１が直列に配置され、計数ブロック２３９Ａのハイパスフィルタ２７２と、計数ブロック２３９Ｂの各電圧比較器２７３との間には、ＳＷ１５１が配置されている。ＳＷ１１及びＳＷ１５１は、光子入射率判定回路３９０Ａからの制御信号ＳＩＧにより制御され、制御信号ＳＩＧがハイレベル（Ｈ）のときは、ＳＷ１１はクローズし（ＯＮ）、ＳＷ１５１はオープン（ＯＦＦ）となる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
このような構成における計数ブロックの動作を説明する。
光子入射率判定回路３９０Ａは、カウント値から光子入射率を判定し、光子入射率が高い場合は、制御信号ＳＩＧをＨとし、ＳＷ１１を閉じるとともに、ＳＷ１５１をオープンにする。このとき、計数ブロック２３９Ａのカウンタ冗長動作回路３９１は光子入射率判定回路３９０Ａから制御信号ＳＩＧによって冗長パルスを生成しない。すなわち、各光子計数ブロック２３９Ａ、２３９Ｂはそれぞれ電流入力ピンＰＩＮ１１、ＰＩＮ２１からの電流パルスを計数する。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
計数ブロック２３９Ａにおいて、このような冗長動作が行われるとき、計数ブロック２３９Ａの電流入力ピンＰＩＮ１１からの入力は、計数ブロック２３９Ａの電圧比較器２７３には入力されず、計数ブロック２３９Ｂの電圧比較器２７３に入力される。これにより入力ピンＰＩＮ１１、ＰＩＮ２１からの電流パルスは、光子計数ブロック２３９Ｂでまとめて計数される。光子計数ブロック２３９Ａは常にカウンタを冗長動作させ、追加消費電力を生成する。光子計数ブロック２３９Ａで計数は行わない。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
以下、図１６を参照して、本実施形態に係る放射線検出器について、Ｘ線ＣＴ装置のＸ線検出器を例に説明する。図１６において、図３（Ａ）と同じ要素は同じ符号で示し、重複する説明は省略する。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
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