(57)【要約】【課題】２つのシステムを組み合わせてＣＴ画像を生成することができるフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置及び同期プログラムを提供すること。【解決手段】実施形態のフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置は、第１の制御部と、第２の制御部とを備える。第１の制御部は、回転ガントリの回転に基づいて生成される第１の信号の周波数と比較して低い周波数を有する第２の信号に基づいて、第１のＣＴサブシステムにて収集される第１の投影データの収集タイミングを制御する。第２の制御部は、第１の信号の周波数と第２の信号の周波数との比率に基づいて、第１の信号の周波数よりも低い周波数を有し、かつ、第２の信号の周波数よりも高い周波数を有する第３の信号を生成し、生成した第３の信号に基づいて、第２のＣＴサブシステムにて収集される第２の投影データの収集タイミングを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ガントリの回転に基づいて生成される第１の信号の周波数と比較して低い周波数を有する第２の信号に基づいて、第１のＣＴサブシステムにて収集される第１の投影データの収集タイミングを制御する第１の制御部と、
前記第１の信号の周波数と前記第２の信号の周波数との比率に基づいて、前記第１の信号の周波数よりも低い周波数を有し、かつ、前記第２の信号の周波数よりも高い周波数を有する第３の信号を生成し、生成した第３の信号に基づいて、第２のＣＴサブシステムにて収集される第２の投影データの収集タイミングを制御する第２の制御部と、
を備える、フォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記第１のＣＴサブシステムは、
前記回転ガントリ上に設置され、Ｘ線を生成する少なくとも１つのＸ線源と、
前記回転ガントリ上に設置され、前記少なくとも１つのＸ線源からのＸ線を計測して前記第１の投影データとして生成する少なくとも１つのエネルギー積分検出器とを有する、請求項１に記載のフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項３】
前記第２のＣＴサブシステムは、
前記回転ガントリの中心軸に対して所定の半径位置に固定され、前記回転ガントリ上に設置された少なくとも１つのＸ線源からのＸ線に対応する光子をカウントして前記第２の投影データとして生成する少なくとも１つの光子計数検出器を有する、請求項１又は２に記載のフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項４】
前記回転ガントリは、前記中心軸を回転軸として回転する、請求項３に記載のフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項５】
前記第１のＣＴサブシステムは第３世代ＣＴシステムであり、前記第２のＣＴサブシステムは第４世代ＣＴシステムである、請求項１〜４のいずれか１つに記載のフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項６】
前記第２の制御回路は、スキャンモードに関わらず、前記第２の信号と前記第３の信号との位相同期された状態を維持する、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型Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項７】
前記第２の制御回路は、スキャンモードに関わらず、前記第２の信号と前記第３の信号との周波数同期された状態を維持する、請求項１〜６のいずれか１つに記載のフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項８】
前記第２の制御部は、
それぞれ異なる値で前記第１の信号を分周する複数の分周回路と、
前記比率に基づいて、前記複数の分周回路のうちの１つの出力信号を出力するマルチプレクサとを有する、請求項１〜７のいずれか１つに記載のフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項９】
前記第２の制御部は、
前記マルチプレクサによる出力に基づいてパルス信号を生成するパルス生成回路と、
前記パルス生成回路の出力を所定の時間遅延させて、前記第３の信号を生成する遅延回路とをさらに有する、請求項８に記載のフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項１０】
前記第２の信号に基づいて、前記第１のＣＴサブシステムにて収集された第１の投影データを正規化するための基準信号を前記第１のＣＴサブシステムに出力する基準検出器をさらに備える、請求項１〜９のいずれか１つに記載のフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項１１】
前記第１の信号の周波数は、前記第２の信号の周波数の整数倍である、請求項１〜１０のいずれか１つに記載のフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項１２】
回転ガントリの回転に基づいて生成される第１の信号の周波数と比較して低い周波数を有する第２の信号に基づいて、第１のＣＴサブシステムにて収集される第１の投影データの収集タイミングを制御する第１の制御手順と、
前記第１の信号の周波数と前記第２の信号の周波数との比率に基づいて、前記第１の信号の周波数よりも低い周波数を有し、かつ、前記第２の信号の周波数よりも高い周波数を有する第３の信号を生成し、生成した第３の信号に基づいて、第２のＣＴサブシステムにて収集される第２の投影データの収集タイミングを制御する第２の制御手順と、
をコンピュータに実行させる、同期プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、フォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置及び同期プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ支援断層撮影（Computer-aided  Tomography：ＣＴ）システムの進化は、「世代」の観点から分類される。例えば、第３世代ＣＴシステムは、回転ガントリの片側に設置された１以上のエネルギー積分検出器を有する。回転ガントリの反対側には、１以上のＸ線源が設置される。回転ガントリは、Ｘ線源がＸ線を放射する際に患者の周りを回転し、Ｘ線は患者を通過した後にエネルギー積分検出器によって検出される。この検出されたエネルギーはビューデータとして集められ、処理されてＣＴ画像となる。
【０００３】
第４世代ＣＴシステムは、患者を中心とする円または円形の部分（円弧）に沿って配置された光子計数検出器を有する。光子計数検出器は固定され、患者の周りを回転しない。代わりに、ビューデータを収集しその後収集されたビューデータを処理してＣＴ画像を形成するために、患者の周りを回転する回転Ｘ線源がＸ線を放射し、Ｘ線が光子計数検出器によって検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１９２９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、２つのシステムを組み合わせてＣＴ画像を生成することができるフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置及び同期プログラムを提供することである。
【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型Ｘ線ＣＴ装置は、第１の制御部と、第２の制御部とを備える。第１の制御部は、回転ガントリの回転に基づいて生成される第１の信号の周波数と比較して低い周波数を有する第２の信号に基づいて、第１のＣＴサブシステムにて収集される第１の投影データの収集タイミングを制御する。第２の制御部は、前記第１の信号の周波数と前記第２の信号の周波数との比率に基づいて、前記第１の信号の周波数よりも低い周波数を有し、かつ、前記第２の信号の周波数よりも高い周波数を有する第３の信号を生成し、生成した第３の信号に基づいて、第２のＣＴサブシステムにて収集される第２の投影データの収集タイミングを制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本実施形態に係るＣＴシステムのブロック図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るタイミング回路のブロック図である。
【図３】図３は、本実施形態に係るタイミング回路に対応する信号の波形図である。
【図４】図４は、本実施形態に係るタイミング回路に対応する信号の別の波形図である。
【図５】図５は、本実施形態に係るタイミング回路に対応する信号の更に別の波形図である。
【図６】図６は、本実施形態に係るフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して、フォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置及び同期プログラムの実施形態を詳細に説明する。本明細書に記載の実施形態、及び、それに付随する諸利点の多くは、添付の図面と併せて考察すれば、以下の詳細な説明を参照することによって、理解がより深まり、実施形態のより完全に把握することが容易である。なお、以下では、Ｘ線コンピュータ支援断層撮影（Computer-aided  Tomography：ＣＴ）システムを、ＣＴシステムと記載する場合がある。また、本実施形態に係るＸ線コンピュータ支援断層撮影システム（ＣＴシステム）は、上記したフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置に相当する。
【０００９】
本明細書の実施形態は、概してコンピュータ支援断層撮影システムに関するものである。特に、本明細書に記載の実施形態は、ビューデータ収集のためのコンピュータ支援断層撮影システムの同期に関するものである。
【００１０】
上述したように、従来のＣＴシステムは、世代の観点で分類され、エネルギー積分型の検出器を備える第３世代ＣＴシステムや、光子計数型（フォトンカウンティング型）の検出器を備える第４世代ＣＴシステムなどが知られている。ここで、第４世代ＣＴシステムは、第３世代ＣＴシステムと比較して、例えば、ＳＮ比（Signal  to  Noise）の高いＣＴ画像を再構成することができるが、近年、ＣＴ画像の画質をより向上させるために、第４世代ＣＴシステムに第３世代ＣＴシステムを組み合わせたＣＴシステム（フォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置）の開発が進められている。
【００１１】
例えば、第４世代ＣＴシステムでは、フォトンカウンティング型の検出器が疎に配置され、計数データが収集される。そこで、第４世代ＣＴシステムに第３世代ＣＴシステムを組み合わせたＣＴシステムでは、第３世代ＣＴシステムにおいて密に配置されたエネルギー積分型の検出器によって収集された積分データを用いて計数データの再構成を実行することにより、情報を補完してより画質の高いＣＴ画像を生成することができる。また、例えば、第４世代ＣＴシステムでは、Ｘ線の光子の入射間隔が短くなることによってパイルアップが生じてしまい、画質が劣化する場合がある。第４世代ＣＴシステムに第３世代ＣＴシステムを組み合わせたＣＴシステムでは、パイルアップが生じた計数データを積分データによって補正することで、画質を向上させることも可能である。
【００１２】
このような第３世代ＣＴシステムと第４世代ＣＴシステムとを組み合わせたＣＴシステムでは、第３世代ＣＴシステムと第４世代ＣＴシステムの両方を使用した患者のビューデータが同時に収集される。その場合、患者を２つの別個のＣＴシステムの２つの別個のＣＴスキャンにかけるのを避けるために、また、２つのシステム間で起こりうる干渉を避けるために、２つのシステムの同期を行わなければならない。すなわち、スキャンを２回行った場合、不要な被曝を増加させてしまうため、１回のスキャンで計数データと積分データを収集することが求められる。そして、１回のスキャンで計数データと積分データを収集する場合には、データ間の対応付けを正確に行うために、２つのシステムを同期させることが重要である。そこで、本願に係るフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置及び同期プログラムは、以下で説明するように、第３世代ＣＴシステムにおける積分データの収集と、第４世代ＣＴシステムにおける計数データの収集とを同期させて、２つのシステムを組み合わせたＣＴ画像の生成を可能にする。
【００１３】
一実施形態では、コンピュータ支援断層撮影システム（フォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置）のためのタイミング回路は、マスタタイミング信号を受信する入力と、マスタタイミング信号および第１のタイミング信号に基づいてＣＴシステムのスキャンモードを決定するモード検出回路とを有する。第１の時間信号の周波数は、マスタタイミング信号の周波数よりも低い。タイミング回路はまた、マスタタイミング信号およびスキャンモードに基づいて第２のタイミング信号を生成するタイミング回路を有する。第２のタイミング信号は、マスタタイミング周波数よりも低い周波数をもつが、第１のタイミング信号の周波数よりも高い周波数をもつ。
【００１４】
また、一実施形態では、第１のタイミング信号、第２のタイミング信号、およびマスタタイミング信号は、スキャンモードに関わりなく位相同期された状態を維持する。
【００１５】
また、別の実施形態では、タイミング回路は、第１の所定値でマスタタイミング信号を分周する第１の分周回路と、第２の所定値でマスタタイミング信号を分周する第２の分周回路と、第３の所定値でマスタタイミング信号を分周する第３の分周回路とを有する。マルチプレクサは、スキャンモードに基づいて、第１、第２、または第３の分周回路のうちの１つの出力を出力する。
【００１６】
更に、別の実施形態では、スキャンモード検出回路は、第１のタイミング信号の周期に対するマスタタイミング信号の周期の比率に基づいて、スキャンモードを検出する。
【００１７】
また、別の実施形態では、マスタタイミング信号の周期は、第１のタイミング信号の周期の整数倍である。
【００１８】
更なる実施形態では、タイミング回路は、マルチプレクサの出力を所定の時間間隔だけ遅延させて、第２のタイミング信号を生成する遅延回路を更に有する。
【００１９】
追加の実施形態では、マスタタイミング信号は、回転ＣＴガントリの回転エンコーダ信号として回転エンコーダ回路によって生成される。第１のタイミング信号は、発振回路によって生成され、ビュートリガとして第１のＣＴサブシステムへ送られる。また、タイミング回路は、第２のタイミング信号をカウントイネーブル信号として、第２のＣＴサブシステムへ送る。
【００２０】
更なる実施形態では、コンピュータ支援断層撮影システム（フォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置）は、回転ガントリの回転に基づいて回転エンコーダ信号を生成するガントリエンコーダと、回転エンコーダ信号の周波数よりも低い周波数をもつビュートリガ信号に基づいて、第１のＣＴ画像をキャプチャする制御回路を有する第１のＣＴサブシステムとを有する。第２のＣＴサブシステムは、カウントイネーブル信号に基づいて第２のＣＴ画像をキャプチャする制御回路と、ビュートリガ信号の周期に対する回転エンコーダ信号の周期の比率に基づいて、ＣＴシステムのスキャンモードを決定し、回転エンコーダ信号およびスキャンモードに基づいて、カウントイネーブル信号を生成するタイミングとを有する。カウントイネーブル信号は、ビュートリガ信号の周波数より高く、回転エンコーダ信号の周波数より低い周波数をもつ。
【００２１】
また、別の実施形態では、コンピュータ支援断層撮影システム（フォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置）を同期する方法は、回転エンコーダにおいて、第１のＣＴサブシステムの回転ガントリの回転に基づいて、回転エンコーダ信号を生成するステップと、スキャンモード検出器において、第１のＣＴサブシステムの回転エンコーダ信号およびビュートリガ信号に基づいて、ＣＴシステムのスキャンモードを決定するステップと、第１のＣＴサブシステムにおいて、ビュートリガ信号に基づいて第１のＣＴ画像をキャプチャするステップと、タイミング回路において、回転エンコーダ信号およびスキャンモードに基づいてカウントイネーブル信号を生成するステップと、第２のＣＴサブシステムにおいて、カウントイネーブル信号に基づいて第２のＣＴ画像をキャプチャするステップとを含む。ビュートリガ信号は、回転エンコーダ信号の周波数よりも低い周波数をもつ。カウントイネーブル信号は、ビュートリガ信号の周波数よりも高く、回転エンコーダ信号の周波数よりも低い周波数をもつ。
【００２２】
更に、別の実施形態では、非一時的なコンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読指令を用いてエンコードされる。コンピュータ可読指令は、コンピュータによって実行されると、第１のＣＴサブシステムの回転ガントリの回転に基づいて、回転エンコーダ信号を生成するステップと、第１のＣＴサブシステムの回転エンコーダ信号およびビュートリガ信号に基づいて、ＣＴシステムのスキャンモードを決定するステップと、ビュートリガ信号に基づいて第１のＣＴ画像をキャプチャするステップと、回転エンコーダ信号およびスキャンモードに基づいて、カウントイネーブル信号を生成するステップと、カウントイネーブル信号に基づいて、第２のＣＴ画像をキャプチャするステップとを含む方法を、コンピュータに実行させる。ビュートリガ信号は、回転エンコーダ信号の周波数よりも低い周波数をもつ。カウントイネーブル信号は、ビュートリガ信号の周波数よりも高く、回転エンコーダ信号よりも低い周波数をもつ。
【００２３】
以下、図１〜６を用いて、上記の実施形態の一例について詳細に説明する。なお、各図面において、同様の参照番号は図面を通して、同一または対応する部品を示す。図１は、本実施形態に係るＣＴシステム（フォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置）のブロック図である。図１に示す本実施形態に係るＣＴシステムは、上述した第３世代ＣＴシステムと同様に積分データを収集する第３世代ＣＴサブシステム（第１のＣＴサブシステムともいう）と、上述した第４世代ＣＴシステムと同様に計数データを収集する第４世代ＣＴサブシステム（第２のＣＴサブシステムともいう）の両方を含む。
【００２４】
図１に示すように、ＣＴシステムは、第３世代制御回路１０（第１の制御部ともいう）と、第４世代制御回路１５（第２の制御部ともいう）とを有する。第３世代制御回路１０は、回転ガントリ（図示しない）の回転に基づいて生成される第１の信号の周波数と比較して低い周波数を有する第２の信号に基づいて、第３世代ＣＴサブシステムにて収集される第１の投影データの収集タイミングを制御する。第４世代制御部回路１５は、第１の信号の周波数と第２の信号の周波数との比率に基づいて、第１の信号の周波数よりも低い周波数を有し、かつ、第２の信号の周波数よりも高い周波数を有する第３の信号を生成し、生成した第３の信号に基づいて、第４世代ＣＴサブシステムにて収集される第２の投影データの収集タイミングを制御する。以下、これらの詳細について説明する。
【００２５】
第３世代ＣＴサブシステムは、第３世代制御回路１０に接続され且つ制御される少なくとも１つのＸ線源３５（例えば、Ｘ線管など）を有する。第３世代制御回路１０には、Ｘ線源３５により放射されるＸ線エネルギーをキャプチャする（捕捉する）ために、複数のエネルギー積分検出器（図中、ＥＩＤ：Energy  Integrating  Detector２５〜３０）が接続される。Ｘ線エネルギーは、Ｘ線源３５とＥＩＤ２５〜３０の間に位置する被検体（図示なし）を通過する。図１では、ＥＩＤ２５および３０のみが図示されているが、図１の第３世代ＣＴサブシステムは、本開示の範囲を逸脱しなければＥＩＤを何個有してもよい。また、第３世代ＣＴサブシステムは、Ｘ線源３５も複数個有してもよい。上述したエネルギー積分検出器（ＥＩＤ２５〜３０）は、回転ガントリ上に設置され、少なくとも１つのＸ線源３５からのＸ線を計測して第１の投影データとして生成する。
【００２６】
図１に示すＣＴシステムにおいては、例えば、第３世代制御回路１０は、信号「Ｘ−ＲＡＹ  ＯＮ」によって、Ｘ線源３５によるＸ線の放射およびＥＩＤ２５〜３０によるＸ線の検出を制御し、検出データを処理してＣＴ画像データ（積分データ）を形成する。そのようなものとして、第３世代制御回路１０は、これらの機能を実行するために、デジタル制御ロジックとアナログ電子装置の組み合わせを有してもよい。例えば、第３世代制御回路１０は、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）７、ＭＡＣ  ＯＳ  Ｘ、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、Ｕｎｉｘ（登録商標）、ＤＯＳ等のオペレーティングシステム、またはＣＴ適用専用に記述されたカスタムオペレーションシステム上で実行される、インテル社のＣｏｒｅ  ｉ５またはＣｏｒｅ  ｉ７プロセッサ、あるいはＡＭＤ社のＦＸ、Ｐｈｅｎｏｍ  ＩＩ、Ａｔｈｌｏｎ  ＩＩ、Ｓｅｍｐｒｏｎプロセッサ等の、少なくとも１つのプロセッサを有してもよい。プロセッサはまた、ＡＲＭ  Ｃｏｒｔｅｘ  Ａ８等の縮小命令セットコンピュータ（Reduced  Instruction  Set  Processor：ＲＩＳＣ）であってもよく、あるいはデジタル信号プロセッサまたはマイクロプロセッサ等の専用プロセッサであってもよい。第３世代制御回路１０の処理機能および制御機能はまた、特定用途向け集積回路（Application  Specific  Integrated  Circuit：ＡＳＩＣ）またはフィールドプログラム可能ゲートアレイ（Field  Programmable  Gate  Array：ＦＰＧＡ）の個別論理ゲートを使用して実装されてもよい。自明であるが、これらの装置の組み合わせを使用して第３世代ＣＴサブシステムの制御機能を実装してもよい。
【００２７】
また、第３世代制御回路１０は、Ｘ線源３５にＸ線を放射させるためのアナログ回路、また、ＥＩＤ２５〜３０から受信される信号を調節するためのフィルタ、アンプ、位相同期ループ等のアナログ回路を含んでもよい。また、第３世代制御回路１０は、収集したデータ、プログラミング指令、制御データ等を記憶するためのダイナミックランダムアクセスメモリ（Dynamic  Random  Access  Memory：ＤＲＡＭ）やスタティックランダムアクセスメモリ（Static  Random  Access  Memory：ＳＲＡＭ）等の電子記憶回路を含んでもよく、また、コンピュータ可読指令コード等のデータを記憶して第３世代ＣＴシステムの機能を実行するための、消去可能読み出し専用メモリ（Erasable  Read  Only  Memory：ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能読み出し専用メモリ（Electrically  Erasable  Read  Only  Memory：ＥＥＰＲＯＭ））、フラッシュメモリ等の読み出し専用メモリ（Read  Only  Memory：ＲＯＭ）を含んでもよい。また、キーボード、マウス、モニタ、イーサネット（登録商標）ポート、ユニヴァーサルシリアルバス（Universal  Serial  Bus：ＵＳＢ）等の入力装置および出力装置が含まれてもよい。
【００２８】
第３世代制御回路１０は、少なくとも部分的に、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、またはタブレットコンピュータとして具現化されてもよく、または、ＣＴ装置の一部を形成してもよい。第３世代制御回路１０はまた、イーサネット（登録商標）等の有線ネットワークや、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、移動体通信ネットワーク等の無線ネットワークで相互接続される複数の装置（すなわちコンピュータ、サーバ等）の間で分散されてもよい。分散アプリケーションにおいて、第３世代制御回路１０の構成要素は、インターネットで相互接続されてもよい。このように、第３世代制御回路１０の特定の実装によって本開示が制限されることは決してない。
【００２９】
図１に示す第３世代ＣＴサブシステムでは、Ｘ線源３５がＥＩＤ２５〜３０に対向するように、ＥＩＤ２５〜３０およびＸ線源３５が回転ガントリ（図示されていない）の両端に設置される。ＥＩＤ２５〜３０およびＸ線源３５が被検体の周りを回転するように、ガントリは、被検体が位置合わせされる中心軸の周りを回転する。回転エンコーダ５は、ガントリの回転を追跡し、対応する回転エンコーダ信号を出力する。回転エンコーダは、本開示の範囲を逸脱しなければ、磁気や光等のセンサ、またはそれらの組み合わせを用いて、ガントリの回転をエンコードしてもよい。
【００３０】
回転エンコーダ５は、回転エンコーダ５の信号「Ｒ−ＥＮＣ」（第１の信号ともいう）からビュートリガ（View  Trigger：ＶＴ）信号６０（第２の信号ともいう）を生成するタイミング回路２０に接続される。タイミング回路２０はその後、ＣＴ画像データをキャプチャするために、ＶＴ信号６０を第３世代制御回路１０に送る。タイミング回路２０に生成されるＶＴ信号６０は、例えば、８３３マイクロ秒の周期をもつ周波数等の、所定の固定周波数で生成される。自明であるように、ＶＴ信号６０は８３３マイクロ秒以外の周期をもつ周波数で生成されてもよく、可変であってもよい。生成がなされると、タイミング回路２０は、ＥＩＤ２５〜３０から集められた検出データを正規化するために使用される基準電圧を検出する基準検出回路５５、および第４世代制御回路１５にも、ＶＴ信号６０を送る。第４世代制御回路１５は以下に詳述する。
【００３１】
第４世代ＣＴサブシステムは、光子計数検出器（Photon  Count  Detector：ＰＣＤ）４０〜４５、および第４世代制御回路１５を有する。ＰＣＤ４０〜４５は、頂点が被検体の位置にある円弧に沿って配置され、定位置に固定される。ＰＣＤ４０〜４５は、ＣＴイメージングの間動かない。その代わりに、Ｘ線源３５がＣＴイメージングの間、被検体の周りを回転する。この回転の中心は、ＰＣＤ４０〜４５が配置される円弧の頂点と同じである。ただし、Ｘ線源３５と被検体の間の距離は、被検体からＰＣＤ４０〜５５までの距離と同じでなくてもよい。本開示の範囲を逸脱しなければ、Ｘ線源３５はＰＣＤ４０〜５５よりも、被検体に対して近い位置にあっても、遠い位置にあってもよい。上述したＰＣＤ４０〜４５は、回転ガントリの中心軸に対して所定の半径位置に固定され、回転ガントリ上に設置された少なくとも１つのＸ線源３５からのＸ線に対応する光子をカウントして第２の投影データとして生成する。
【００３２】
第４世代制御回路１５は、ＣＴ画像データを生成するため、ＰＣＤにＸ線源３５から放射されたＸ線から光子を検出させるために使用されるアナログ電子装置とデジタル電子装置の両方を有する。第４世代制御回路はまた、ＰＣＤ４０〜４５からの信号をキャプチャして処理するための、個別論理回路やＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはＤＳＰプロセッサ等の専用のプロセッサを含んでもよい。自明であるように、ＰＣＤ４０〜４５に送られる信号やＰＣＤ４０〜４５から受信される信号等の様々な信号を調節するために、アンプやフィルタ等のアナログ回路も含まれてもよい。第４世代制御回路はまた、ＬＣＤディスプレイやブラウン管（Cathode  Ray  Tube：ＣＲＴ）などの表示装置や、キーボード、タッチスクリーン、マウス等の既知の入力装置を有してもよい。第４世代制御回路１５はまた、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、またはサーバコンピュータとして、あるいはＣＴ装置に組み込まれた専用回路として実装されてもよく、もしくは、このような装置のうちのいくつかの間で分散され、イーサネット（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、移動体通信ネットワーク、インターネット等の有線ネットワークや無線ネットワークで相互接続されてもよい。
【００３３】
第４世代制御回路１５は、ＰＣＤ４０〜４５がＸ線源３５からの光子をいつ検出するかを決定するために、下記に説明するカウントイネーブル（Count  Enable：ＣＥ）信号６５（第３の信号ともいう）を生成する。
【００３４】
ＣＴシステムの操作中、第３世代ＣＴサブシステムのＸ線源３５はＸ線の扇の扇頂に位置し、ＥＩＤ２５〜３０はソースビュー（Ｓビュー：Ｘ線源３５から見た場合のビュー）を生成するために、対応するビーム和の検出および計測を同時に行う。すなわち、第３世代ＣＴサブシステムでは、Ｘ線源３５及びＥＩＤ２５〜３０が回転ガントリ上の対向する位置に設置され、回転ガントリの回転により回転しながら積分データを収集する。
【００３５】
これに対して、第４世代ＣＴサブシステムでは、Ｘ線源３５は環状の軌跡を通過するため、各ＰＣＤはＸ線源３５に放射されたＸ線の扇頂に位置する。したがって、第４世代ＣＴサブシステムでは、検出器ビュー（Ｄビュー：ＰＣＤから見た場合のビュー）を生成するために、Ｘ線源３５が軌道を通過する間、全要素のビーム和が順次計測される。換言すると、第４世代ＣＴサブシステムでは、固定されたＰＣＤ４０〜４５が、回転ガントリの回転に伴って環状の軌跡を移動するＸ線源３５が対向する位置（Ｘ線源３５によって放射されたＸ線が入射される位置）にきた場合に、Ｘ線源３５が移動しながら放射するＸ線を検出することで、計数データを収集する。
【００３６】
ＶＴ信号６０およびＣＥ信号６５によってＥＩＤ２５〜３０による検出およびＰＣＤ４０〜４５による検出がそれぞれトリガされるため、ＶＴ信号６０およびＣＥ信号６５は、それぞれ第３世代ＣＴサブシステムおよび第４世代ＣＴサブシステムのサンプリングレートを設定する。ここで、第４世代ＣＴサブシステムは、第３世代ＣＴシステムがＳビューを生成するのに使用するサンプリングレートより高いサンプリングレートを使用して、Ｄビューを決定する。例えば、第４世代ＣＴサブシステムにおけるＰＣＤ４０〜４５は、第３世代ＣＴサブシステムにおけるＥＩＤ２５〜３０と比較して疎に配置されていることから、正確に対応付けられたデータを収集するために（異なるタイミングのデータが対応づかないようにするために）、第４世代ＣＴサブシステムでは、第３世代ＣＴサブシステムよりも高いサンプリングレートが用いられる。
【００３７】
ただし、一方のシステムからもう一方のシステムに干渉するのを避けるために、例えば第４世代ＣＴサブシステムのＰＣＤ４０〜４５のうちの１つのＰＣＤが計測を行っている間に第３世代ＣＴサブシステムのガントリにそのＰＣＤのビューをブロックさせる等して、両システムを同期しなければならない。この同期は、回転エンコーダ５によって出力された信号からＶＴ信号６０およびＣＥ信号６５を生成するタイミング回路２０によって達成される。
【００３８】
図２は、本実施形態に係る第４世代制御回路１５の態様のブロック図である。上記に述べたように、ＶＴ信号６０は、例えば、８３３マイクロ秒等の所定の周期に定めることができる。ＶＴ信号６０は、スキャンモード検出回路２１０へ送られる。
【００３９】
スキャンモード検出回路２１０は、回転エンコーダ信号「Ｒ−ＥＮＣ」の周波数に対するＶＴ信号６０の周波数の比率に基づいて、ＣＴシステムのスキャンモードを決定する。ここで、ＣＴシステムのスキャンモードは、例えば、１回転のビュー数などの条件が変えられた複数のモードが含まれる。なお、スキャンモードの決定に際して、回転エンコーダ信号「Ｒ−ＥＮＣ」とＶＴ信号６０が、スキャンモード検出回路２１０に送られる。このようなスキャンモード検出回路２１０は、ＶＴ信号６０の１周期内の回転エンコーダ信号「Ｒ−ＥＮＣ」のサイクル数をカウントするカウンタであってもよい。また、スキャンモード検出回路２１０は、所定の期間に回転エンコーダ信号「Ｒ−ＥＮＣ」とＶＴ信号６０の各信号のサイクル数をそれぞれカウントする２つの時間を有してもよい。カウントの結果は、ＶＴ信号６０のサイクルに対する回転エンコーダ信号「Ｒ−ＥＮＣ」のサイクルの比率を決定してスキャンモードを決定するために、分周回路またはマイクロプロセッサに送られてもよい。このように、スキャンモード検出回路２１０の明確な実装は、本開示を限定するものではない。
【００４０】
スキャンモード検出回路２１０の出力は、マルチプレクサ２３０への制御信号として使用される。マルチプレクサ２３０は、３つの分周回路２１５、２２０、および２２５のうちの１つを、自身の出力として選択する。回転エンコーダ信号「Ｒ−ＥＮＣ」は分周回路２１５、２２０、および２２５への入力として送られ、分周回路２１５、２２０、および２２５は、回転エンコーダ信号「Ｒ−ＥＮＣ」をそれぞれ４、３、および２で分周する。図２には単純化のために３つの分周回路が示されているが、本開示の範囲を逸脱しなければ、４以上または２以下の分周器が使用されてもよいことは、当業者には自明である。更に、自明であるように、各分周回路２１５、２２０、および２２５に実装される約数は、４、３、２以外であってもよい。
【００４１】
マルチプレクサ２３０の出力はパルス生成器２５０への入力として送られ、パルス生成器２５０はそれに応じてパルスを生成する。また、パルス生成回路２５０は、自走クロック供給源２４５からクロック信号を受信するために、エッジトリガクロック入力を有する。ただし、本開示の範囲から逸脱しなければ、エッジトリガ方式ではない入力を使用してもよい。
【００４２】
パルス生成回路２５０は、論理ゲート２４０が接続されるイネーブル入力によって、有効化または無効化されてもよい。論理ゲート２４０は入力として、Ｘ線源３５をオンオフする「Ｘ−ＲＡＹ  ＯＮ」信号、およびＣＥ信号６５の生成を開始するのに使用される「開始」信号（ＢＧＮ）を受信する。図２の論理ゲート２４０はＡＮＤゲートであるが、本開示の範囲を逸脱しなければ、ＯＲ、ＸＯＲ、ＮＡＮＤ、ＮＯＲ等の論理ゲートを機能性に応じて使用してもよい。
【００４３】
パルス生成回路２５０の出力は遅延回路２３５へ送られる。遅延回路２３５は、ＣＥ信号６５を生成するために、パルス生成回路２５０から出力された信号に遅延を導入する。例えば、第３世代ＣＴサブシステムにおけるＥＩＤ２５〜３０は回転ガントリの回転部にあり、第４世代ＣＴサブシステムにおけるＰＣＤ４０〜４５は回転ガントリの非回転部にある。従って、生成したＶＴ信号６０及びＣＥ信号６５をそれぞれＥＩＤ２５〜３０及びＰＣＤ４０〜４５に送信する際に、若干の遅延が生じる場合がある。そこで、遅延回路２３５は、信号間の差をなくすために、パルス生成回路２５０から出力された信号に遅延を導入する。遅延回路２３５によって導入された遅延は可変であってもよく、１１マイクロ秒等の固定値を有してもよい。この回路の出力は、その後ＰＣＤ４０〜４５に送られる。
【００４４】
次に、第４世代制御回路１５の例示機能および対応する信号を、図３を参照して説明する。図３は、ＶＴ信号周期（ｔＶＴ１）に対する「Ｒ−ＥＮＣ」信号周期（ｔＲ−ＥＮＣ）の比率が１２である第１のスキャンモードを示す。すなわち、「Ｒ−ＥＮＣ」信号は、ＶＴ信号６０の１周期内に１２回循環する。このスキャンモードでは、スキャンモード検出回路２１０は、マルチプレクサ２３０が自身の出力として分周器２１５を選択するように、マルチプレクサ２３０に対して１つの値を出力する。マルチプレクサ２３０の出力は、遅延回路２３５による遅延の追加がされる前のＣＥ信号である。この場合、「Ｒ−ＥＮＣ」信号は、分周回路２１５によって４で分周されるため、ＣＥ信号の周期（ｔＣＥ）は「Ｒ−ＥＮＣ」信号の周期の４倍である。
【００４５】
遅延回路２３５は、分周された「Ｒ−ＥＮＣ」信号に遅延（１１マイクロ秒）を導入し、その後「Ｒ−ＥＮＣ」信号はそこからＣＥ信号６５として出力される。なお、微小なラグ（ｔｄｅｌｔａ）が開始信号（Begin：ＢＧＮ）として存在してもよく、「Ｘ−ＲＡＹ  ＯＮ」信号によってパルス生成回路２５０を有効化したり、システムが第１回目の開始を行ったりしてもよい（すなわち、パワーアップの結果として）。
【００４６】
このように生成されたＶＴ信号６０及びＣＥ信号６５がそれぞれＥＩＤ２５〜３０及びＰＣＤ４０〜４５に送信される。そして、ＥＩＤ２５〜３０においては、例えば、ＶＴ信号６０の立ち上がりに合せて、検出器の後段にあるコンデンサに蓄積した電圧信号（積分データ）を出力する。そして、ＰＣＤ４０〜４５においては、例えば、ＣＥ信号６５の立ち上がりに合せて、検出器の後段にあるエネルギー帯ごとのカウンタの計数値（計数データ）を出力する。ここで、出力された積分データと計数データには、タイムスタンプなどの識別子が付与され、後段においては、識別子に基づいてデータを対応付けた上で、画像再構成などが行われる。従って、正確に対応付けられた積分データと計数データとを用いてＣＴ画像を生成することができる。
【００４７】
図３では、「Ｒ−ＥＮＣ」信号、ＶＴ信号６０、およびＣＥ信号６５が方形波信号として示されている。ただし、当業者には自明であるように、「Ｒ−ＥＮＣ」信号、ＶＴ信号６０、およびＣＥ信号６５は、鋸波、三角波、または正弦波であってもよく、また、ベースバンドであるか、または搬送周波数によって変調されてもよい。更に、これらの信号は直流（Direct  Current：ＤＣ）電圧によってオフセットされてもよいし、ゼロ電圧軸に関して対称であってもよい。そのようなものとして、「Ｒ−ＥＮＣ」信号、ＶＴ信号６０、およびＣＥ信号６５の厳密な波形は、本開示を限定するものではない。
【００４８】
図４は、ＣＴシステムの第２のスキャンモード中の「Ｒ−ＥＮＣ」信号、ＶＴ信号６０、およびＣＥ信号６５の図である。図４では、ＶＴ信号周期（ｔＶＴ２）に対する「Ｒ−ＥＮＣ」信号周期（ｔＲ−ＥＮＣ）の比率が９である第２のスキャンモードを示す。この値に基づいて、スキャンモード検出回路２１０は、マルチプレクサ２３０に分周回路２２０の出力を自身の出力として選択させる信号を生成する。この場合、「Ｒ−ＥＮＣ」信号は分周回路２２０において３で分周されて、分周された「Ｒ−ＥＮＣ」信号が生成される。
【００４９】
分周された「Ｒ−ＥＮＣ」信号は、マルチプレクサ２３０によってパルス生成回路２５０へ送られる。マルチプレクサ２３０の出力は遅延回路２３５に送られ、遅延回路２３５は１１マイクロ秒の遅延をこの信号に導入して、ＣＥ信号６５を生成する。図４では、ＣＥ信号の１周期（ｔＣＥ）内の「Ｒ−ＥＮＣ」信号のサイクルが、図３のものよりも少ない。しかし、ＶＴ信号６０のサイクル数に対するＣＥ信号６５のサイクル数は、図３と図４（すなわちスキャンモード１および２）の両方で同じである。そのようなものとして、ＶＴ信号６０およびＣＥ信号６５は、互いに対して周波数と位相の両方が同期された状態を維持する。上述したように、「Ｒ−ＥＮＣ」信号、ＶＴ信号６０、およびＣＥ信号６５の波形は、本開示の範囲を限定しない。
【００５０】
図５は、第３のスキャンモード中の「Ｒ−ＥＮＣ」信号、ＶＴ信号６０、およびＣＥ信号６５の図である。図５では、ＶＴ信号の周期（ｔＶＴ３）に対するＲ−ＥＮＣ信号の周期（ｔＲ−ＥＮＣ）の比率が６である第３のスキャンモードを示す。この比率に基づいて、スキャンモード検出回路２１０は、マルチプレクサが分周回路２２５の出力を自身の出力として選択するように、マルチプレクサ２３０に対して制御信号を出力する。分周回路２２５は、「Ｒ−ＥＮＣ」信号を２で分周して、分周された「Ｒ−ＥＮＣ」信号を生成する。分周された「Ｒ−ＥＮＣ」信号はパルス生成回路２５０に送られ、パルス生成回路２５０の出力は遅延回路２３５によって、例えば１１マイクロ秒遅延される。結果として生じる出力は、ＣＥ信号６５として出力される。第１および第２のスキャンモードの場合と同様に、ＶＴ信号６０と「Ｒ−ＥＮＣ」信号間の周期比率、およびＣＥ信号６５と「Ｒ−ＥＮＣ」信号間の周期比率は変化するが、ＣＥ信号６５はＶＴ信号６０に対して周波数と位相が同期された状態を維持する。先に述べた通り、これらの信号の波形は本開示を限定するものではない。
【００５１】
次に、図１に示されるようなＣＴシステムによって実行されるプロセスを、図６を参照して説明する。図６では、プロセスはステップＳ６００から始まり、スキャンモード検出回路２１０が、上述のように「Ｒ−ＥＮＣ」信号およびＶＴ信号６０の周波数の比率に基づいてスキャンモードを決定する（ステップＳ６０５）。そして、スキャンモード検出回路２１０は、ＣＴシステムが第１のスキャンモードにあるか否かを判定する（ステップＳ６１０）。
【００５２】
ここで、ＣＴシステムが第１のスキャンモードにある場合（ステップＳ６１０肯定）、マルチプレクサ２３０は、「Ｒ−ＥＮＣ」信号が４で分周されることによって生成された「Ｒ−ＥＮＣ」信号をパルス生成回路２５０に出力する（ステップＳ６３０）。それにより、パルス生成回路２５０は、対応するパルスを遅延回路２３５に出力する。その後、ＣＥ信号６５を生成するために、遅延回路２３５は、１１マイクロ秒等の所定の遅延をパルス生成回路２５０の出力に付加する（ステップＳ６２０）。ＣＥ信号は、プロセスが終了するステップ６２５で出力される。
【００５３】
ステップ６１０において、ＣＴシステムが第１のスキャンモードにないと判定された場合（ステップＳ６１０否定）、スキャンモード検出回路２１０は、ＣＴシステムが第２のスキャンモードにあるか否かを判定する（ステップＳ６１５）。ここで、ＣＴシステムが第２のスキャンモードにある場合（ステップＳ６１５肯定）、マルチプレクサ２３０は、「Ｒ−ＥＮＣ」信号が３で分周されることによって生成された「Ｒ−ＥＮＣ」信号をパルス生成回路２５０に出力する（ステップＳ６３５）。それにより、パルス生成回路２５０は、対応するパルスを遅延回路２３５に出力する。その後、プロセスはステップ６２０へ進み、遅延回路２３５が上記のように遅延を付加してＣＥ信号６５を生成する。ステップ６２５では、ＣＥ信号６５が出力され、プロセスが終了する。
【００５４】
ステップ６１５において、ＣＴシステムが第２のスキャンモードにないと判定された場合（ステップＳ６１５否定）、スキャンモード検出回路２１０は、ＣＴシステムが第３のスキャンモードにあると仮定し、ステップ６４０へ進む。マルチプレクサ２３０は、「Ｒ−ＥＮＣ」信号が２で分周されることによって生成された「Ｒ−ＥＮＣ」信号をパルス生成回路２５０に出力する（ステップＳ６４０）。その後、パルス生成回路２５０が対応するパルスを遅延回路２３５に出力する。遅延回路２３５は、ステップ６２０で遅延を導入して、ＣＥ信号６５を生成する。ステップ６２５では、ＣＥ信号が出力され、プロセスが終了する。
【００５５】
フローチャートにおけるいかなるプロセス、記述、またはブロックも、そのプロセスにおける特定の論理機能またはステップを実装するための１以上の実行可能な指令を含むコードのモジュール、セグメント、部分を示すものと理解されるべきである。また、別の実装も本発明の例示実施形態の範囲に含まれる。当業者には自明であるように、そのような別の実装では、関与する機能性に応じて、ほぼ同時に実行される場合や逆の順序で実行される場合など、図示または検討された順番とは違う順番で諸機能が実行されてもよい。更に、これらのプロセスのいずれかが、プロセッサに実行されるためにコンピュータ可読媒体に保存されたコンピュータ可読指令として実装されてもよい。
【００５６】
なお、上述した実施形態では、回転エンコーダ５から出力される「Ｒ−ＥＮＣ」信号が一定である場合を例に挙げて説明したが、回転ガントリの回転速度が変化することで回転エンコーダ５から出力される「Ｒ−ＥＮＣ」信号の周波数が変化した場合でも、本実施形態に係るフォトンカウンティング型Ｘ線ＣＴ装置は、第３世代ＣＴサブシステムによる積分データの収集と、第４世代ＣＴサブシステムによる計数データの収集とを同期させることができる。
【００５７】
以上、説明したとおり本実施形態によれば、２つのシステムを組み合わせてＣＴ画像を生成することができる。
【００５８】
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。
【符号の説明】
【００５９】
１０  第３世代制御回路
１５  第４世代制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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