(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
前記Ｘ線管から発生されたＸ線を蛍光に変換する変換体と、前記蛍光に感応して所定の波高値の電気信号を個別に発生する複数の光電変換素子を有する検出器画素と、前記複数の光電変換素子からの電気信号に基づき前記Ｘ線のエネルギーに応じた波高値を有するエネルギー信号を生成する出力回路とを有するＸ線検出器と、
前記エネルギー信号に基づいてＸ線のカウントを示すカウントデータをエネルギー帯域毎に生成するデータ収集回路であって、前記検出器画素の充電期間と充電完了期間とで前記カウントデータの生成態様を切り替える、データ収集回路と、
を具備するフォトンカウンティング撮像装置。
【請求項２】
前記データ収集回路は、前記充電期間において前記エネルギー信号をカウントせず、前記充電完了期間において前記エネルギー信号をカウントする、請求項１記載のフォトンカウンティング撮像装置。
【請求項３】
前記データ収集回路は、
前記エネルギー信号をカウントして前記カウントデータを生成するカウント回路と、
前記充電期間の場合、前記充電期間である旨の充電信号を出力し、前記充電完了期間の場合、前記充電信号を出力しない充電信号出力回路と、を有し、
前記カウント回路は、前記充電信号出力回路から前記充電信号が出力された場合、前記エネルギー信号をカウントせず、前記充電信号出力回路から前記充電信号が出力されない場合、前記エネルギー信号をカウントする、
請求項２記載のフォトンカウンティング撮像装置。
【請求項４】
前記充電信号出力回路は、前記検出器画素の測定電位と基準電位とを比較し、前記測定電位が前記基準電位よりも低い場合、前記充電期間であるとして前記充電信号を前記カウント回路に出力し、前記測定電位が前記基準電位よりも低くない場合、前記充電完了期間であるとして前記充電信号を前記カウント回路に出力しない、請求項３記載のフォトンカウンティング撮像装置。
【請求項５】
前記充電信号出力回路と前記カウント回路との間に設けられ、前記カウント回路への前記充電信号と前記エネルギー信号との入力タイミングを同期するために前記充電信号の前記カウント回路への入力時刻を遅延させる遅延回路をさらに備える、請求項３記載のフォトンカウンティング撮像装置。
【請求項６】
前記データ収集回路は、
前記Ｘ線検出器からのエネルギー信号をカウントして前記カウントデータを生成するカウント回路と、
前記充電期間の場合、前記Ｘ線検出器と前記カウント回路との接続を遮断し、前記充電完了期間の場合、前記Ｘ線検出器と前記カウント回路とを接続する切替器と、を有する、
請求項２記載のフォトンカウンティング撮像装置。
【請求項７】
前記検出器画素の測定電位と基準電位とを比較し、前記測定電位が前記基準電位よりも低い場合、前記充電期間である旨の充電信号を前記切替器に出力し、前記測定電位が前記基準電位よりも低くない場合、前記充電信号を出力しない比較器をさらに備え、
前記切替器は、前記充電信号が供給された場合、前記Ｘ線検出器と前記カウント回路との接続を遮断し、前記充電信号が供給されない場合、前記Ｘ線検出器と前記カウント回路とを接続する、
請求項６記載のフォトンカウンティング撮像装置。
【請求項８】
前記エネルギー信号の出力からの経過時間に基づいて前記充電期間と前記充電完了期間とを判定し、前記充電期間であると判定した場合、前記充電期間である旨の充電信号を前記切替器に出力し、前記充電完了期間であると判定した場合、前記充電信号を前記切替器に出力しない判定回路をさらに備え、
前記切替器は、前記充電信号が供給された場合、前記Ｘ線検出器と前記カウント回路との接続を遮断し、前記充電信号が供給されない場合、前記Ｘ線検出器と前記カウント回路とを接続する、
請求項６記載のフォトンカウンティング撮像装置。
【請求項９】
前記Ｘ線検出器からの前記エネルギー信号を検出する検出回路をさらに備え、
前記判定回路は、前記検出回路により前記エネルギー信号が検出されたことを契機として前記経過時間を計測し、前記経過時間が前記光電変換素子に応じた電荷の充電時間を経過するまでは、前記充電期間であるとして前記充電信号を前記切替器に出力し、前記経過時間が前記充電時間を経過した場合、前記充電完了期間であるとして前記充電信号を前記切替器に出力しない、
請求項８記載のフォトンカウンティング撮像装置。
【請求項１０】
前記データ収集回路は、前記充電期間において前記エネルギー信号を、前記検出器画素への印加電圧と増倍率との関係に応じて補正し、前記充電完了期間において前記エネルギー信号を補正しない、請求項１記載のフォトンカウンティング撮像装置。
【請求項１１】
前記データ収集回路は、
前記エネルギー信号の波高値に基づいて前記検出器画素への印加電圧と増倍率との関係に応じた補正値を決定する補正値決定回路と、
前記エネルギー信号の波高値を前記補正値に応じて補正して補正信号を出力する補正回路と、
前記補正回路からの前記補正信号をカウントするカウント回路と、を有する、
請求項１０記載のフォトンカウンティング撮像装置。
【請求項１２】
Ｘ線を蛍光に変換する変換体と、前記蛍光に感応して所定の波高値の電気信号を個別に発生する複数の光電変換素子を有する検出器画素と、前記複数の光電変換素子からの電気信号に基づき前記Ｘ線のエネルギーに応じた波高値を有するエネルギー信号を生成する出力回路とを有するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器からのエネルギー信号に基づいてＸ線のカウントを示すカウントデータをエネルギー帯域毎に生成するデータ収集回路であって、前記検出器画素の充電期間と充電完了期間とで前記カウントデータの生成態様を切り替える、データ収集回路と、
を具備するＸ線検出装置。
【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撮像装置及びＸ線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に使用されるＸ線検出装置として、Ｘ線のエネルギーを計測するフォトンカウンティング型のＸ線検出装置が知られている。フォトンカウンティング型のＸ線検出装置としては、ＳｉＰＭ(silicon photo-multiplier)がある。ＳｉＰＭは、複数の検出器画素を有する。各検出器画素はシンチレータと複数のＡＰＤ(avalanche photo-diode)セルとを有する。シンチレータは、入射したＸ線を複数の蛍光光子に変換する。複数の蛍光光子は、複数のＡＰＤセルに受光される。ガイガーモードにおいて各ＡＰＤセルは、一個以上の蛍光光子に感応して電子雪崩を起こし（発火し）、蛍光光子の個数に依存しない規定の波高値又は電荷量の電流パルスを発生する。発火したＡＰＤセル数は蛍光光子数（すなわち、入射Ｘ線のエネルギー）に依存する。複数のＡＰＤセルからの複数の電流パルスは一個の電流パルス（出力パルス）に集約され、当該出力パルスの波高値又は電荷量を測定することにより、入射Ｘ線のエネルギーを計測することができる。
【０００３】
ＡＰＤセルは、蛍光光子に感応して発火すると、次に発火可能となるまで充電が必要である。ＳｉＰＭに入射するＸ線の線量が過大になると、ＡＰＤセルの充電が間に合わなくなる。充電が不十分な状態で発火すると見かけの出力パルスの波高値が低下してしまう。この現象が発生した場合、充電不足に起因する波高値であるのか、本当に低い波高値であるのか区別することはできない。出力パルスの波高値はＸ線のエネルギーを決める重要な物理量であるため、充電不足に起因する波高値の低下を招き得るＸ線検出装置は、エネルギー分解能の精度の信頼性が低いといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５６５２２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７６６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態の目的は、エネルギー分解能の精度の信頼性を向上するフォトンカウンティング撮像装置及びＸ線検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係るフォトンカウンティング撮像装置は、Ｘ線を発生するＸ線管と、前記Ｘ線管から発生されたＸ線を蛍光に変換する変換体と、前記蛍光に感応して所定の波高値の電気信号を個別に発生する複数の光電変換素子を有する検出器画素と、前記複数の光電変換素子からの電気信号に基づき前記Ｘ線のエネルギーに応じた波高値を有するエネルギー信号を生成する出力回路とを有するＸ線検出器と、前記エネルギー信号に基づいてＸ線のカウントを示すカウントデータをエネルギー帯域毎に生成するデータ収集回路であって、前記検出器画素の充電期間と充電完了期間とで前記カウントデータの生成態様を切り替える、データ収集回路と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置の構成を示す図
【図２】図１のＸ線検出器に含まれる複数の検出器画素（ＳｉＰＭ）の模式的な斜視図
【図３】図２の半導体チップの模式的な回路図
【図４】図３のＡＰＤセルの模式的な縦断面を示す図
【図５】図３の検出器画素から出力されるエネルギー信号の波高値を模式的に示す図
【図６】低線量下において検出器画素（ＳｉＰＭ）から出力される電流パルスの波高値を示すグラフ
【図７】高線量下において検出器画素（ＳｉＰＭ）から出力される電流パルスの波高値を示すグラフ
【図８】本実施形態の実施例１に係るＸ線検出装置の回路構成を示す図
【図９】実施例１に係るＸ線検出装置のタイミングチャートを示す図
【図１０】本実施形態の実施例２に係るＸ線検出装置の回路構成を示す図
【図１１】実施例２に係るＸ線検出装置のタイミングチャートを示す図
【図１２】本実施形態の実施例３に係るＸ線検出装置の回路構成を示す図
【図１３】実施例３に係るＸ線検出装置のタイミングチャートを示す図
【図１４】本実施形態の実施例４に係るＸ線検出装置の回路構成を示す図
【図１５】実施例４に係る検出器画素の増倍率と逆電圧との線形関係を示すグラフ
【図１６】本実施形態の実施例５に係るＸ線検出装置の回路構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わるフォトンカウンティング撮像装置及びＸ線検出装置を説明する。
【０００９】
本実施形態に係るフォトンカウンティング撮像装置は、Ｘ線ＣＴタイプの装置（以下、フォトンカウンティングＣＴ装置と呼ぶ）とＸ線撮影タイプの装置（以下、フォトンカウンティングＸＲ装置と呼ぶ）とのいずれのタイプにも適用可能である。以下、本実施形態に係るフォトンカウンティング撮像装置としてフォトンカウンティングＣＴ装置を具体例に挙げて詳細に説明する。
【００１０】
フォトンカウンティングＣＴ装置には、Ｘ線管とＸ線検出装置とが１体となって被検体の周囲を回転する回転／回転型（ＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥ―ＴＹＰＥ）や、リング状に配列された多数の検出器画素が固定され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転型（ＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ／ＲＯＴＡＴＥ―ＴＹＰＥ）等様々なタイプが考えられるが、いずれのタイプでも本実施形態は適用可能である。しかしながら、以下の説明においてフォトンカウンティングＣＴ装置は、回転／回転型であるものとして説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、架台１０とコンソール５０とを有する。例えば、架台１０はＣＴ検査室に設置され、コンソール５０はＣＴ検査室に隣接する制御室に設置される。架台１０とコンソール５０とは互いに通信可能に有線又は無線で接続されている。架台１０は、被検体ＳをフォトンカウンティングＣＴ撮像するための構成を有するスキャン装置である。コンソール５０は、架台１０を制御するコンピュータである。
【００１２】
架台１０は、円筒形状を有する回転フレーム１１を回転軸Ｚ回りに回転可能に支持している。回転フレーム１１は、アルミ等の金属により円環形状に形成された金属枠である。回転フレーム１１には、回転軸Ｚを挟んで対向するようにＸ線管１３とＸ線検出装置１５とが取り付けられている。より詳細には、架台１０は、アルミ等の金属により形成されたメインフレーム（図示せず）を装備し、メインフレームにより回転軸Ｚ回りに軸受等を介して回転フレーム１１が回転可能に支持されている。メインフレームの回転フレーム１１との接触部には環状電極（図示せず）が設けられている。メインフレームの当該接触部には環状電極に摺り接触するように導電性の摺動子（図示せず）が取り付けられている。当該環状電極及び摺動子を介して、架台１０に収容された電源装置（図示せず）からの電力が回転フレーム１１に搭載されたＸ線検出装置１５や高電圧発生器１７等の各種機器に供給される。
【００１３】
回転フレーム１１の開口（bore）にはＦＯＶ（field of view）が設定される。回転フレーム１１の開口内には天板１９が挿入される。天板１９には被検体Ｓが載置される。天板１９に載置された被検体Ｓの撮像部位がＦＯＶ内に含まれるように天板１９が位置決めされる。回転フレーム１１は、回転駆動装置２１からの動力を受けて回転軸Ｚ回りに一定の角速度で回転する。回転駆動装置２１としてダイレクトドライブモータやサーボモータ等の任意のモータが用いられる。回転駆動装置２１は、例えば、架台１０に収容されている。回転駆動装置２１は、架台制御回路２３からの駆動信号を受けて回転フレーム１１を回転させるための動力を発生する。
【００１４】
Ｘ線管１３は、高電圧発生器１７に接続されている。高電圧発生器１７は、例えば、回転フレーム１１に取付けられている。高電圧発生器１７は、架台１０の電源装置（図示せず）から環状電極及び摺動子を介して供給された電力から、架台制御回路２３による制御に従いＸ線管１３に印加する高電圧を発生する。高電圧発生器１７とＸ線管１３とは高圧ケーブル（図示せず）を介して接続されている。高電圧発生器１７により発生された高電圧は、高圧ケーブルを介してＸ線管１３に印加される。
【００１５】
Ｘ線検出装置１５は、Ｘ線管１３から発生されたＸ線をフォトン単位で検出する。具体的には、Ｘ線検出装置１５は、Ｘ線検出器２５とデータ収集回路２７とを有する。Ｘ線検出器２５は、Ｘ線管１３から発生されたＸ線を検出する。より詳細には、Ｘ線検出器２５は、２次元湾曲面上に配列された複数の検出器画素（図示せず）を有している。各検出器画素はＸ線を検出する。本実施形態に係るＸ線検出器２５としては、例えば、ＳｉＰＭ（silicon photomultipliers）が適用される。具体的には、ＳｉＰＭタイプのＸ線検出器２５は、詳細は後述するが、各検出器画素について、Ｘ線管１３から発生されたＸ線を蛍光に変換する変換体と、蛍光に感応して所定の波高値の電気信号を個別に発生する複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子からの電気信号に基づき入射Ｘ線のエネルギーに応じた波高値を有する出力信号（以下、エネルギー信号と呼ぶ）を生成する出力回路（図示せず）とを有する。データ収集回路２７は、Ｘ線検出器２５からのエネルギー信号に基づいて、Ｘ線検出器２５により検出されたＸ線のカウントを示すデジタルデータ（以下、カウントデータと呼ぶ）を、複数のエネルギー帯域（エネルギー・ビン）毎に生成する。詳細は後述するが、データ収集回路２７は、Ｘ線検出器２５に含まれる複数の光電変換素子の充電期間と充電完了期間とでカウントデータの生成態様を切り替えることが可能に構成されている。カウントデータは、生成元の検出器画素のチャンネル番号、列番号、収集されたビューを示すビュー番号、及びエネルギー・ビン番号により識別されたカウント値のデータのセットである。カウントデータは、例えば、架台１０に収容された非接触データ伝送装置（図示せず）を介してコンソール５０に供給される。
【００１６】
架台制御回路２３は、コンソール５０のシステム制御回路６１からの制御に従いＸ線検出装置１５、高電圧発生器１７、及び回転駆動装置２１を同期的に制御し、被検体ＳについてフォトンカウンティングＣＴ撮像を行う。ハードウェア資源として、架台制御回路２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の処理装置（プロセッサ）とＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置（メモリ）とを有する。架台制御回路２３は、架台１０に設けられても良いし、コンソール５０に設けられても良いし、架台１０及びコンソール５０とは別体の装置に設けられても良い。また、架台制御回路２３は、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）やフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Field Programmable Logic Device：ＦＰＧＡ）、他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）により実現されても良い。処理装置は、記憶装置に保存されたプログラムを読み出して実行することで上記機能を実現する。なお、記憶装置にプログラムを保存する代わりに、処理装置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、処理装置は、当該回路内に組み込まれたプログラムを読み出して実行することで上記機能を実現する。
【００１７】
図１に示すように、コンソール５０は、バス（bus）を介して接続された画像再構成装置５１、画像処理装置５３、表示機器５５、入力機器５７、主記憶回路５９、及びシステム制御回路６１を有する。画像再構成装置５１、画像処理装置５３、表示機器５５、入力機器５７、主記憶回路５９、及びシステム制御回路６１間のデータ通信は、バスを介して行われる。
【００１８】
画像再構成装置５１は、架台１０からのカウントデータに基づいて被検体Ｓに関する画像を再構成する。具体的には、画像再構成装置５１は、カウントデータ記憶部５１１と再構成演算部５１３とを有する。カウントデータ記憶部５１１は、架台１０から伝送されたカウントデータを記憶するＨＤＤやＳＳＤ、集積回路記憶装置等の記憶装置である。再構成演算部５１３は、例えば、複数のエネルギー・ビンに関するカウントデータに基づいて被検体Ｓに含まれる各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画像を発生する。画像再構成アルゴリズムとしては、ＦＢＰ（filtered back projection）法やＣＢＰ（convolution back projection）法等の解析学的画像再構成法や、ＭＬ−ＥＭ（maximum likelihood expectation maximization）法やＯＳ−ＥＭ（ordered subset expectation maximization）法等の統計学的画像再構成法等の既存の画像再構成アルゴリズムが用いられれば良い。
【００１９】
画像再構成装置５１は、ハードウェア資源として、ＣＰＵやＭＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の処理装置（プロセッサ）とＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置（メモリ）とを有する。また、画像再構成装置５１は、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、ＳＰＬＤにより実現されても良い。当該処理装置は、当該記憶装置に保存されたプログラムを読み出して実行することで再構成演算部５１３の機能を実現する。なお、当該記憶装置にプログラムを保存する代わりに、当該処理装置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、当該処理装置は、回路内に組み込まれたプログラムを読み出して実行することで再構成演算部５１３の機能を実現する。また、上記再構成演算部５１３として機能する専用のハードウェア回路が画像再構成装置に実装されても良い。
【００２０】
画像処理装置５３は、画像再構成装置５１により再構成されたＣＴ画像に種々の画像処理を施す。例えば、画像処理装置５３は、ＣＴ画像がボリュームデータの場合、当該ＣＴ画像にボリュームレンダリングや、サーフェスボリュームレンダリング、画像値投影処理、ＭＰＲ（Multi-Planer Reconstruction）処理、ＣＰＲ（Curved MPR）処理等の３次元画像処理を施して表示画像を発生する。画像処理装置５３は、ハードウェア資源として、ＣＰＵやＭＰＵ、ＧＰＵ等の処理装置（プロセッサ）とＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置（メモリ）とを有する。また、画像再構成装置５１は、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、ＳＰＬＤにより実現されても良い。
【００２１】
表示機器５５は、２次元のＣＴ画像や表示画像等の種々の情報を表示する。表示機器５５としては、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。
【００２２】
入力機器５７は、ユーザからの各種指令や情報入力を受け付ける。入力機器５７としては、キーボードやマウス、各種スイッチ等が利用可能である。なお、入力機器５７は、コンソール５０に設けられても良いし、架台１０に設けられても良い。
【００２３】
主記憶回路５９は、種々の情報を記憶するＨＤＤやＳＳＤ、集積回路記憶装置等の記憶装置である。また、主記憶回路５９は、ＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であっても良い。例えば、主記憶回路５９は、本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ撮像に関する制御プログラム等を記憶する。
【００２４】
システム制御回路６１は、ハードウェア資源として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の処理装置（プロセッサ）とＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置（メモリ）とを有する。また、システム制御回路６１は、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、ＳＰＬＤにより実現されても良い。システム制御回路６１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の中枢として機能する。具体的には、システム制御回路６１は、主記憶回路５９に記憶されている制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開された制御プログラムに従ってＸ線コンピュータ断層撮影装置の各部を制御する。
【００２５】
画像再構成装置５１、画像処理装置５３、及びシステム制御回路６１は、コンソール５０内の単一の基板に集約されても良いし、複数の基板に分散して実装されても良い。
【００２６】
以下、本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置の詳細について説明する。
【００２７】
まずは、本実施形態に関わるＸ線検出装置について説明する。
【００２８】
図２は、Ｘ線検出器２５に含まれる複数の検出器画素（ＳｉＰＭ）の模式的な斜視図である。図２に示すように、Ｘ線検出器２５は、半導体基板に２次元上に配列された複数の検出器画素３１を有している。例えば、１台のＸ線検出器２５に８０００個以上の検出器画素３１が配列され、より詳細には、チャンネル方向に関して５００ｃｈ、列方向に関して１６列以上配列される。各検出器画素３１は、蛍光体３３と半導体チップ３５とを有している。蛍光体３３はシンチレータと呼ばれている。複数の蛍光体３３の各々は、例えば、柱状形状を有し、互いに遮光材（図示せず）を隔てて配置される。各シンチレータ３３は、Ｘ線管１３からのＸ線光子と相互作用し、当該Ｘ線光子を複数の蛍光（シンチレーション）光子に変換する。シンチレータ３３としては、例えば、ＧＳＯ、ＬａＢｒ３等の任意の結晶が用いられると良い。
【００２９】
図３は、半導体チップ３５の模式的な回路図である。図３に示すように、各半導体チップ３５には複数の光電変換素子が実装される。本実施形態に係る光電変換素子としては、ＡＰＤ(avalanche photo-diode)セルが用いられる。半導体チップ３５には複数のＡＰＤセル３７が２次元状に配列されている。エネルギー分解能とダイナミックレンジの確保との観点から、例えば、１個の検出器画素３１に数１００〜数１０００のＡＰＤセルが配置されると良い。ＡＰＤセル３７は、シリコンをベースとした半導体である。ＡＰＤセル３７の構造としては、リーチスルー型やリバース型等が知られている。本実施形態に係るＡＰＤセル３７としては、既存の如何なる構造も利用可能である。
【００３０】
図４は、ＡＰＤセル３７の模式的な縦断面を示す図である。図４に示すＡＰＤセル３７は、一例として、短波長用のＡＰＤセルを示しているが、本実施形態はこれに限定され、近赤外用のＡＰＤセル等の様々なタイプに適用可能である。ＡＰＤセル３７は、シンチレータ３３からの蛍光光子の入射を受けて電子・正孔対を爆発的に生成する。この現象は電子雪崩と呼ばれている。電子雪崩によりＡＰＤセル３７は、規定量の電流パルスを発生する。ＡＰＤセル３７が電子雪崩を起こすことは「発火する」と呼ばれている。
【００３１】
各半導体チップ３５に含まれる複数のＡＰＤセル３７は、図３に示す共通の出力回路３９を介して波形整形回路４１に接続されている。出力回路３９は、複数のＡＰＤセル３７により発生された電流パルスを重ね合わせて当該検出器画素３１に入射したＸ線光子のエネルギーに応じた電流パルスであるエネルギー信号を発生する。波形整形回路４１は、出力回路３９からのエネルギー信号の波形を整形する。
【００３２】
図５は、検出器画素３１から出力されるエネルギー信号の波高値を模式的に示す図である。上記の通り、シンチレータ３３により発生される蛍光光子の個数は入射Ｘ線光子のエネルギーに依存する。各ＡＰＤセル３７はＸ線光子のエネルギーに依らず規定の波高値を有する電流パルスを出力する。よって各検出器画素３１に属する複数のＡＰＤセル３７から出力される電流パルスの重ね合わせであるエネルギー信号の波高値は、入射Ｘ線光子のエネルギーに依存する。エネルギー信号の波高値を弁別することにより、検出器画素３１に入射したＸ線光子のエネルギーを弁別することが可能となる。
【００３３】
ＡＰＤセル３７の動作モードは標準モードとガイガーモードとに分けられる。標準モードは、ＡＰＤセル３７に降伏電圧以下の電圧が印加された場合の動作モードである。この場合、ＡＰＤセル３７に入射した蛍光光子の個数に比例した電荷量の電気信号がＡＰＤセル３７から出力される。ガイガーモードは、ＡＰＤセル３７に降伏電圧以上の電圧が印加された場合の動作モードである。この場合、上述のように、ＡＰＤセル３７に入射した蛍光光子の光子数に無関係の、電圧値に依存した規定の電荷量の電流パルスがＡＰＤセル３７から出力される。ＡＰＤセル３７から電流パルスが出力されることに伴いクエンチング抵抗（図示せず）に電流が流れる。この間、ＡＰＤセル３７に印加されている電圧値は、逆バイアス電圧から降伏電圧まで降下する。ＡＰＤセル３７に印加されている電圧値が降伏電圧まで降下すると、ＡＰＤセル３７からの電流パルスの出力が終了する。ＡＰＤセル３７に印加されている電圧値が降伏電圧に到達すると、ＡＰＤセル３７が再充電される。再充電によりＡＰＤセル３７に印加された電圧が降伏電圧から逆バイアス電圧まで回復する。電圧が降伏電圧から逆バイアス電圧まで回復するまでの期間は、充電期間と呼ばれている。電圧が逆バイアスまで回復すると再びガイガーモード動作が可能となる。
【００３４】
ここで、検出器画素３１からのエネルギー信号の非線形性について説明する。上記の通り、ＡＰＤセル３７は、蛍光光子を受けて発火すると充電期間に移行する。充電期間が完了するまでＡＰＤセル３７は、蛍光光子を受けても発火することができないか、もしくは、低い波高値の電流パルスしか出力することができない。図６に示すように、低線量下では検出器画素３１（ＳｉＰＭ）を構成する複数のＡＰＤセル３７が十分に充電されているため、同一のエネルギーのＸ線光子が入射した場合、各Ｘ線光子に起因するエネルギー信号の波高値は一定である。図７に示すように、高線量下では同時に多数のＡＰＤセル３７が発火するので、検出器画素３１（ＳｉＰＭ）が十分に充電されず、エネルギー信号の波高値は本来よりも低くなってしまう。この場合、充電不足に起因する波高値であるのか、本当に低い波高値であるのか区別がつかないため、当該エネルギー信号に基づくカウントデータの信頼性、ひいては、エネルギー分解能の精度の信頼性が高いとは言えない。
【００３５】
本実施形態に係るＸ線検出装置１５は、このような高線量下におけるエネルギー分解能の精度の信頼性を向上するため、複数のＡＰＤセル３７の充電期間と充電完了期間とでカウントデータの生成態様を切り替える。
【００３６】
以下、本実施形態に係るＸ線検出装置１５の実施例について詳細に説明する。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【００３７】
（実施例１）
図８は、実施例１に係るＸ線検出装置１５の回路構成を示す図である。Ｘ線検出装置１５は、検出器画素３１の個数分の読出チャンネルを装備している。これら複数の読出チャンネルは、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuits）等の集積回路に並列的に実装されている。各読出チャンネルの構成は略同一であるため、図８においては、説明の簡単のため、１チャンネル分の構成のみを示し、他のチャンネルの構成は省略している。
【００３８】
図８に示すように、Ｘ線検出装置１５は、Ｘ線検出器２５とデータ収集回路２７とを有している。Ｘ線検出器２５は、読出チャンネル毎に検出器画素３１を有している。検出器画素３１は、Ｘ線光子を受けて当該Ｘ線光子のエネルギーに応じた波高値を有するエネルギー信号（電流パルス）を出力する。検出器画素３１はデータ収集回路２７に接続されている。また、Ｘ線検出器２５は、検出器画素３１の他に電源Ｖ１、配線抵抗Ｒ１、寄生容量やバイパスコンデンサ等のコンデンサＣ１、クエンチ抵抗Ｒｃ等の回路素子を有している。電源Ｖ１は、検出器画素３１に印加される逆電圧を発生する。電源Ｖ１は検出器画素３１のアノード側、より詳細には、検出器画素３１を構成する複数のＡＰＤセル各々のアノード側に接続されている。逆電圧は、幾つでも良いが、例えば、８０Ｖ程度に設定されると良い。
【００３９】
データ収集回路２７は、検出器画素３１からのエネルギー信号をカウントし、エネルギー信号のカウントに基づいて入射Ｘ線光子のカウントを示すカウントデータを複数のエネルギー・ビン毎に生成する。エネルギー信号のカウントにおいてデータ収集回路２７は、検出器画素３１の充電期間においてエネルギー信号をカウントせず、充電完了期間においてエネルギー信号をカウントする。
【００４０】
上記機能を実現するための具体的な一構成例について説明する。図８に示すように、データ収集回路２７は、積分回路７１、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）７３、比較回路７５、参照電圧発生器７７、遅延回路７９、及びカウント回路８１を有している。電源Ｖ１は検出器画素３１と比較回路７５とに分岐接続されている。検出器画素３１の出力端はクエンチ抵抗を介して積分回路７１、Ａ／Ｄ変換器７３、及びカウント回路８１に直列的に接続されている。比較回路７５の入力端には電源Ｖ１と参照電圧発生器７７とが接続され、出力端には遅延回路７９の入力端が接続され、遅延回路７９の出力端はカウント回路８１の入力端に接続されている。
【００４１】
積分回路７１は、検出器画素３１からのアナログのエネルギー信号を微小時間に亘り積分し、積分されたエネルギー信号を出力する。積分回路７１の出力端はＡ／Ｄ変換器７３の入力端に接続されている。Ａ／Ｄ変換器７３は、アナログの積分されたエネルギー信号をデジタルのエネルギー信号に変換する。デジタルのエネルギー信号は、積分されたエネルギー信号の波高値に対応するデジタル値を有する。Ａ／Ｄ変換器７３の出力端はカウント回路８１の入力端に接続されている。
【００４２】
比較回路７５は、検出器画素３１が充電期間にある場合、充電期間にある旨の電気信号（以下、充電信号と呼ぶ）を出力し、充電完了期間にある場合、充電信号を出力しない。図８に示すように、比較回路７５の入力端は参照電圧発生器７７の出力端と検出器画素３１のアノード側（入力端）とに接続されている。参照電圧発生器７７は、検出器画素３１が定常状態にあるときの当該検出器画素３１の電位を有する参照電圧Ｖｒｅｆを発生する。参照電圧Ｖｒｅｆは比較回路７５の入力端に入力される。具体的には、参照電圧Ｖｒｅｆは、検出器画素３１への印加電圧（逆電圧）Ｖ１と略同一の電位に設定される。また、検出器画素３１のアノード側の電位（以下、比較電位）Ｖ２も比較回路７５の入力端に入力される。比較回路７５は、比較電位Ｖ２と参照電圧Ｖｒｅｆの電位とを比較する。比較電位Ｖ２と参照電圧Ｖｒｅｆの電位とが略同一の場合、検出器画素３１が定常状態にあり充電が完了していることを意味する。比較電位Ｖ２が参照電圧Ｖｒｅｆの電位よりも低い場合、検出器画素３１が定常状態になく充電していることを意味する。従って、比較回路７５は、比較電位Ｖ２と参照電圧Ｖｒｅｆの電位とが略同一の場合、充電信号を出力せず、比較電位Ｖ２が参照電圧Ｖｒｅｆの電位よりも低い場合、充電信号を出力する。充電信号は、遅延回路７９の入力端に入力される。なお充電信号は、デジタル信号でもアナログ信号でも良いが、以下の説明を具体的に行うため一例としてデジタル信号であるとする。
【００４３】
遅延回路７９は、比較回路７５とカウント回路８１との間に設けられている。遅延回路７９は、比較回路７５からの充電信号と検出器画素３１からのエネルギー信号とのカウント回路８１の入力タイミングを同期するために、充電信号のカウント回路８１への入力時刻を遅延させる。遅延回路７９により充電信号に付加される遅延時間は、例えば、積分回路７１とＡ／Ｄ変換器７３との処理時間の合計である。遅延回路７９の出力端はカウント回路８１の入力端に接続されている。
【００４４】
カウント回路８１は、Ａ／Ｄ変換器７３からのデジタルのエネルギー信号を、当該エネルギー信号の波高値が属するエネルギー・ビン毎にカウントし、カウントデータをエネルギー・ビン毎に生成する。例えば、カウント回路８１は、ヒストグラムカウンタ又はＭＣＡ（Multi-Channel Analyzer）により実現される。あるいは、カウント回路８１は、エネルギー・ビンの個数だけ並列的に実装された波高弁別回路と単一チャンネルのカウント回路８１とにより実現されても良い。カウント回路８１は、充電信号と略同一時刻に入力されたエネルギー信号にフラグを付加する。当該フラグは、付加対象のエネルギー信号が、充電期間にある検出器画素３１に入射したＸ線光子に由来することを示す。カウント回路８１は、フラグが付加されたエネルギー信号をカウントせず、フラグが付加されていないエネルギー信号をカウントすることにより、カウントデータを生成する。生成されたカウントデータは、非データ伝送装置等によりコンソール５０に伝送される。
【００４５】
図９は、実施例１に係るＸ線検出装置１５のタイミングチャートを示す図である。図９に示すように、入射Ｘ線の強度が過大線量に相当する所定値Ｉｃよりも低い場合、Ｘ線光子が検出器画素３１に入射しても当該検出器画素３１の逆電圧Ｖ１の充電が即座に完了するため比較電位Ｖ２が定常状態から低下することはない。しかしながら、入射Ｘ線の強度が所定値Ｉｃに達すると（時刻ｔ１）、検出器画素３１の逆電圧Ｖ１の充電が間に合わなくなり、定常状態よりも比較電位Ｖ２が低下することとなる。比較回路７５は、比較電位Ｖ２を測定し、参照電圧Ｖｒｅｆの電位と比較電位Ｖ２との差分を測定する。比較回路７５は、参照電圧Ｖｒｅｆの電位が比較電位Ｖ２に対して差がある場合、すなわち、比較電位Ｖ２が参照電圧Ｖｒｅｆの電位よりも低い場合、検出器画素３１が充電期間にあるとみなして充電信号を出力する。カウント回路８１は、充電信号が出力されている期間に入力されたエネルギー信号にフラグを付加する。フラグが付加されたエネルギー信号はカウント回路８１によりカウントされることはない。
【００４６】
図９に示すように、入射Ｘ線の強度が低下し所定値Ｉｃまで達すると（時刻ｔ２）、検出器画素３１の逆電圧Ｖ１の充電が完了し、比較電位Ｖ２が再び逆電圧Ｖ１の電位に一致する。比較回路７５は、参照電圧Ｖｒｅｆが比較電位Ｖ２に対して差がない場合、すなわち、比較電位Ｖ２が参照電圧Ｖｒｅｆよりも低下しない場合、検出器画素３１が充電完了期間にあるとみなして充電信号を出力しない。カウント回路８１は、充電信号が出力されている期間に入力されたエネルギー信号にフラグを付加せず、フラグが付加されていないエネルギー信号はカウント回路８１によりカウントされる。
【００４７】
上記の実施例１によれば、データ収集回路２７は、比較電位Ｖ２が定常状態よりも低下した場合、充電期間にあると判定し、比較電位Ｖ２が定常状態よりも低下していない場合、充電完了期間にあると判定している。データ収集回路２７は、検出器画素３１が充電期間にある場合、検出器画素３１からのエネルギー信号をカウントせず、検出器画素３１が充電完了期間にある場合、検出器画素３１からのエネルギー信号をカウントする。これにより充電期間における検出器画素３１のエネルギー信号がカウントデータに反映されず、充電完了期間における検出器画素３１のエネルギー信号のみがカウントデータに反映されるので、カウントデータの正確性が向上する。ひいては、Ｘ線検出装置１５のエネルギー分解能の精度の信頼性が向上することとなる。
【００４８】
なお、上記の説明においては、付加対象のエネルギー信号が、充電期間にある検出器画素３１に入射したＸ線光子に由来することを示すフラグを当該エネルギー信号に付加するとしたが、本実施形態はこれに限定されない。すなわち、付加対象のエネルギー信号が、充電期間にある検出器画素３１に入射したＸ線光子に由来することを示すのであれば、フラグに限定され、任意のビット数の情報であっても良い。
【００４９】
また、上記の説明においては比較回路７５とカウント回路８１との間に遅延回路７９を設けるとしたが本実施形態はこれに限定されない。すなわち、遅延回路７９なしに充電信号とデジタル信号とを同期できる又は同期する必要がないのであれば、遅延回路７９を設けなくても良い。
【００５０】
（実施例２）
実施例１に係るＸ線検出装置１５は、充電期間におけるエネルギー信号をカウント回路８１によりカウントすることを回避するために、比較回路７５が充電期間と充電完了期間との判定を行い、充電期間である旨の充電信号をカウント回路８１に供給するものとした。実施例２に係るＸ線検出装置１５は、検出器画素３１とカウント回路８１との間に切替器を装備し、充電期間において検出器画素３１とカウント回路８１との間の接続を遮断するものとする。なお以下の説明において、実施例１と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【００５１】
図１０は、実施例２に係るＸ線検出装置１５の回路構成を示す図である。図１０に示すように、実施例２において検出器画素３１の出力端はクエンチ抵抗を介して切替器８３、積分回路７１、Ａ／Ｄ変換器７３、及びカウント回路８１が直列的に接続されている。比較回路７５の出力端は切替器８３に接続されている。
【００５２】
比較回路７５は、実施例１と同様に、検出器画素３１が充電期間にある場合、充電信号を出力し、検出器画素３１が充電完了期間にある場合、充電信号を出力しない。充電信号は、切替器８３に供給される。
【００５３】
切替器８３は、検出器画素３１が充電期間にある場合、Ｘ線検出器２５とカウント回路８１との接続を遮断し、検出器画素３１が充電完了期間にある場合、Ｘ線検出器２５とカウント回路８１とを接続する。具体的には、切替器８３は、比較回路７５から充電信号が出力されている期間、Ｘ線検出器２５とカウント回路８１との接続を遮断し、比較回路７５から充電信号が出力されていない期間、Ｘ線検出器２５とカウント回路８１とを接続する。
【００５４】
図１１は、実施例２に係るＸ線検出装置１５のタイミングチャートを示す図である。図１１の縦軸は出力値に規定され、横軸は時間に規定されている。図１１に示すように、高線量下において過大量のＸ線光子が検出器画素３１に入射すると、比較電位Ｖ２の低下を伴いながら検出器画素３１からエネルギー信号が出力される。比較回路７５は、比較電位Ｖ２を測定し、参照電圧Ｖｒｅｆと比較電位Ｖ２との差分を測定する。比較回路７５は、参照電圧Ｖｒｅｆの電位が比較電位Ｖ２に対して差がある場合、すなわち、比較電位Ｖ２が参照電圧Ｖｒｅｆの電位よりも低下する場合、検出器画素３１が充電期間にあるとみなして充電信号を出力する。切替器８３は、充電信号が出力されている期間、検出器画素３１と積分回路７１との接続を遮断する。これにより、検出器画素３１に光子が入射した場合であってもＡＰＤセルは発火しないため、検出器画素３１がエネルギー信号を出力することはない。すなわち、検出器画素３１と積分回路７１との接続が遮断されている場合、検出器画素３１はエネルギー信号を出力せずに充電し続けることができる。
【００５５】
図１１に示すように、検出器画素３１の逆電圧Ｖ１の充電が継続されると、充電が完了して比較電位Ｖ２が再び逆電圧Ｖ１の電位に一致する（時刻ｔ２）。比較回路７５は、参照電圧Ｖｒｅｆの電位が比較電位Ｖ２に対して差がない場合、すなわち、比較電位Ｖ２が参照電圧Ｖｒｅｆの電位よりも低下しない場合、検出器画素３１が充電完了期間にあるとみなして充電信号を出力しない。切替器８３は、充電信号が出力されていない期間、検出器画素３１と積分回路７１とを接続する。これにより、検出器画素３１に光子が入射した場合、ＡＰＤセルは発火するため、検出器画素３１がエネルギー信号を出力することとなる。すなわち、検出器画素３１と積分回路７１とが接続されている場合、検出器画素３１の後段にエネルギー信号が供給されるので、結果的に、充電信号が出力されていない期間に入射したＸ線光子に由来するエネルギー信号（デジタル信号）は、カウント回路８１によりカウントされることとなる。
【００５６】
実施例２によれば、データ収集回路２７は、実施例１と同様、検出器画素３１が充電期間にある場合、検出器画素３１からのエネルギー信号をカウントせず、検出器画素３１が充電完了期間にある場合、検出器画素３１からのエネルギー信号をカウントする。これにより充電完了期間において検出器画素３１に入射したＸ線光子に由来するエネルギー信号のみがカウントデータに反映されるので、カウントデータの正確性が向上する。ひいては、Ｘ線検出装置１５のエネルギー分解能の精度の信頼性が向上することとなる。
【００５７】
また、実施例２によれば、データ収集回路２７は、検出器画素３１が充電期間にある場合、検出器画素３１とカウント回路８１との接続を遮断し、検出器画素３１が充電完了期間にある場合、検出器画素３１とカウント回路８１とを接続する。カウント回路８１との接続が遮断されている期間においては、Ｘ線光子が入射したとしても比較電位Ｖ２が降下せず、検出器画素３１の充電が継続される。すなわち、検出器画素３１とカウント回路８１との接続が遮断されることにより、検出器画素３１に不感期間を強制的に設け、検出器画素３１の充電期間を短縮することができる。よって、実施例１に比して、実施例２に係るＸ線検出装置１５は、照射Ｘ線を効率的に利用することができる。
【００５８】
（実施例３）
実施例１及び実施例２に係るＸ線検出装置１５は、充電期間と充電完了期間とを判定するために、参照電圧Ｖｒｅｆの電位と比較電位Ｖ２とを比較する比較回路７５を装備するものとした。実施例３に係るＸ線検出装置１５は、予め決定された充電時間を利用して充電期間と充電完了期間とを判定する。なお以下の説明において、実施例１又は２と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【００５９】
図１２は、実施例３に係るＸ線検出装置１５の回路構成を示す図である。図１２に示すように、実施例３において検出器画素３１の出力端はクエンチ抵抗Ｒｃを介して切替器８３とパルス検出回路８５とに分岐接続されている。一方の出力系統は、直列的に接続された切替器８３、積分回路７１、Ａ／Ｄ変換器７３、及びカウント回路８１を有している。他方の出力系統は、直列的に接続されたパルス検出回路８５と時間判定回路８７とを有し、時間判定回路８７の出力端は切替器８３の入力端に接続される。時間判定回路８７の一の入力端はパルス検出回路８５の出力端に接続され、他の入力端は充電時間記憶回路８９の出力端に接続されている。
【００６０】
パルス検出回路８５は、検出器画素３１からのエネルギー信号を検出する。具体的には、パルス検出回路８５は、検出器画素３１からのエネルギー信号の波高値を測定し、測定された波高値が所定値以上である場合、エネルギー信号を検出した旨の信号（以下、検出信号と呼ぶ）を出力し、測定された波高値が所定値以上でない場合、検出信号を出力しない。所定値は、任意の値に設定可能である。パルス検出回路８５は、エネルギー信号の有無のみの検出を目的としているので、所定値はゼロ等に設定されても良い。検出信号は、時間判定回路８７に供給される。なお検出信号は、アナログ信号でもデジタル信号でも実現可能であるが、以下の説明を具体的に行うため一例としてデジタル信号であるとする。
【００６１】
時間判定回路８７は、検出器画素３１からのエネルギー信号の出力からの経過時間に基づいて、検出器画素３１が充電期間にあるか充電完了期間にあるかを判定する。時間判定回路８７は、高速クロックでクロックパルスを計数するカウンタ回路により実現される。ここで、時間判定回路８７のクロック周波数は、高ければ高いほど良いが、フォトンカウンティング回路系（積分回路７１、Ａ／Ｄ変換器７３、及びカウント回路８１）の最大カウントレートの十倍以上が良い。時間判定回路８７は、具体的には、パルス検出回路８５によりエネルギー信号が検出されたこと、すなわち、パルス検出回路８５から検出信号が供給されたことを契機として、当該エネルギー信号が検出された時点からの経過時間を計測する。そして時間判定回路８７は、経過時間を所定の充電時間に対して比較し、経過時間が所定の充電時間を経過していない場合、充電期間にあると判定し、経過時間が充電時間を経過した場合、充電完了期間にあると判定する。充電時間は、充電時間記憶回路８９に記憶されている。時間判定回路８７は、充電期間にあると判定した場合、充電信号を切替器８３に出力し、充電完了期間にあると判定した場合、充電信号を切替器８３に出力しない。
【００６２】
充電時間記憶回路８９は、経過時間との比較対象である充電時間を記憶する。充電時間記憶回路８９は、例えば、ＲＯＭ等の記憶装置により実現されると良い。物理的に充電時間は複数の検出器画素３１の間でばらつきがある。しかしながら、検出器画素３１の充電に要する時定数は、配線抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との積に基づいて決まる。そのため、予め各検出器画素３１の配線抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とを計測することにより、当該検出器画素３１の充電時間を計測又は算出することが可能である。充電時間記憶回路８９には、当該充電時間記憶回路８９が属する読出チャンネルに接続された検出器画素３１の充電時間が記憶される。記憶された充電時間は時間判定回路８７により読み出される。
【００６３】
図１３は、実施例３に係るＸ線検出装置のタイミングチャートを示す図である。図１３の縦軸は出力値に規定され、横軸は時間に規定されている。図１３に示すように、高線量下において過大量のＸ線光子が検出器画素に入射すると（時刻ｔ１）、比較電位Ｖ２の低下を伴いながら検出器画素３１からエネルギー信号が出力される。パルス検出回路８５は、検出器画素３１から出力されたエネルギー信号を検出し、検出信号を出力する。時間判定回路８７は、検出信号を入力したことを契機として当該検出信号の入力からの経過時間を計測し、計測された経過時間を充電時間に対して比較する。時間判定回路８７は、経過時間が充電時間を経過していないと判定した場合、検出器画素３１が充電期間にあるとみなして充電信号を出力する。切替器８３は、充電信号が出力されている期間、検出器画素３１と積分回路７１との接続を遮断する。これにより、検出器画素３１にＸ線光子が入射した場合であってもＡＰＤセルは発火しないため、検出器画素３１がエネルギー信号を出力することはない。すなわち、検出器画素３１と積分回路７１との接続が遮断されている場合、検出器画素３１はエネルギー信号を出力せずに充電し続けることができる。
【００６４】
図１３に示すように、経過時間が充電時間を経過したと判定した場合（時刻ｔ２）、検出器画素３１が充電完了期間にあるとみなして充電信号を出力しない。切替器８３は、充電信号が出力されていない期間、検出器画素３１と積分回路７１とを接続する。これにより、検出器画素３１にＸ線光子が入射した場合、ＡＰＤセルは発火するため、検出器画素３１がエネルギー信号を出力することとなる。すなわち、検出器画素３１と積分回路７１とが接続されている場合、検出器画素３１の後段にエネルギー信号が供給されるので、結果的に、充電信号が出力されていない期間に入射したＸ線光子に由来するエネルギー信号がカウントされることとなる。
【００６５】
上記の通り、実施例３に係るデータ収集回路２７は、上記の実施例１及び実施例２と同様、検出器画素３１が充電期間にある場合、検出器画素３１からのエネルギー信号をカウントせず、検出器画素３１が充電完了期間にある場合、検出器画素３１からのエネルギー信号をカウントする。これにより充電完了期間における検出器画素３１のエネルギー信号のみがカウントデータに反映されるので、カウントデータの正確性が向上する。ひいては、Ｘ線検出装置１５のエネルギー分解能の精度の信頼性が向上することとなる。
【００６６】
また、実施例３に係るデータ収集回路２７は、充電期間と充電完了期間とを判定するために、実施例１及び実施例２に係るデータ収集回路２７に必要であった比較回路を装備することなく、予め決定された充電時間を利用して充電期間と充電完了期間とを判定することができる。このため、実施例３においては、参照電圧の発生のための高電圧回路を装備する必要がないので、実施例１及び実施例２に比して回路規模を削減することができる。
（実施例４）
実施例１、実施例２、及び実施例３に係るＸ線検出装置１５は、充電期間に入射したＸ線光子に由来するエネルギー信号をカウントせず、充電完了期間に入射したＸ線光子に由来するエネルギー信号をカウントするとした。実施例４に係るＸ線検出装置１５は、充電期間に入射したＸ線光子に由来するエネルギー信号を、検出器画素３１への印加電圧と増倍率との関係に応じて補正するものとする。実施例１、２又は３と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【００６７】
図１４は、実施例４に係るＸ線検出装置１５の回路構成を示す図である。図１４に示すように、実施例４において電源Ｖ１は検出器画素３１とＡ／Ｄ変換器９５とに分岐接続されている。検出器画素３１の出力端は、積分回路７１、Ａ／Ｄ変換器７３、加算回路９３、及びカウント回路８１に直列的に接続されている。Ａ／Ｄ変換器９５の入力端は検出器画素３１のアノード側に接続され３、Ａ／Ｄ変換器９５と補正値決定回路９７とは直列的に接続され、補正値決定回路９７の出力端は加算回路９３の入力端に接続されている。
【００６８】
Ａ／Ｄ変換器９５は、検出器画素３１の比較電位Ｖ２をリアルタイムで測定し、測定された比較電位Ｖ２を示すアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００６９】
補正値決定回路９７は、デジタルの比較電位Ｖ２に基づいて、エネルギー信号の波高値に対する補正値を決定する。具体的には、補正値決定回路９７は、測定された比較電位Ｖ２とエネルギー信号の波高値に対する補正値との関係を示すＬＵＴ（look up table）を記憶している。補正値決定回路９７は、測定された比較電位Ｖ２をＬＵＴに入力して当該比較電位Ｖ２に対応する補正値に関するデジタル信号（以下、補正値信号と呼ぶ）を出力する。出力された補正値信号は、加算回路９３に入力される。なお、比較電位Ｖ２が逆電圧Ｖ１の電位に等しい場合、ゼロに等しい補正値を有する補正値信号が出力される。すなわち、比較電位Ｖ２が逆電圧Ｖ１の電位に等しい場合、Ａ／Ｄ変換器７３からのエネルギー信号は補正されない。
【００７０】
加算回路９３は、Ａ／Ｄ変換器７３からのエネルギー信号の波高値に、補正値決定回路９７からの補正値信号が示す補正値を加算し、補正後の波高値を有するエネルギー信号を出力する。補正後の波高値は、検出器画素３１の比較電位Ｖ２が充電完了期間における比較電位Ｖ２（逆電圧Ｖ１の電位）に等しいときの入射Ｘ線光子に由来するエネルギー信号の波高値に等しい。
【００７１】
カウント回路８１は、加算回路９３からの補正後のエネルギー信号をカウントし、複数のエネルギー・ビン毎のカウントデータを収集する。
【００７２】
以下、補正値決定回路９７による補正値の決定処理について説明する。図１５は、検出器画素３１の増倍率と逆電圧との線形関係を示すグラフである。図の縦軸は増倍率に規定され、横軸は逆電圧に規定される。図１５に示すように、増倍率と逆電圧との間には直線的な線形関係が成立している。増倍率は、逆電圧が上昇するにつれて略直線的に上昇する。
【００７３】
波高値に対する補正値は、検出器画素３１毎の増倍率と逆電圧との線形関係に応じて決定される。増倍率と逆電圧との線形関係はＡＰＤセル毎に異なる。検出器画素３１を構成する複数のＡＰＤセル各々の増倍率と逆電圧との線形関係が測定され、測定された複数のＡＰＤセルにそれぞれ対応する複数の線形関係に基づいて検出器画素３１に関する増倍率と逆電圧との線形関係が決定される。あるいは、検出器画素３１を構成する複数のＡＰＤセルのうちの代表的な線形関係が検出器画素３１に関する線形関係として決定されても良い。
【００７４】
ＡＰＤセルの充電が完全である場合の波高値をＨ０、充電が不十分である場合の波高値ｈ０、Ｈ０からｈ０への減衰率をＡとすると、波高値ｈ０は波高値Ｈ０と減衰率Ａとに基づいて以下の（１）式により規定される。
【００７５】
ｈ０＝Ａ＊Ｈ０  （０＜Ａ≦１）    …（１）
【００７６】
減衰率Ａは、印加電圧Ｖ１のときの増倍率Ｋ１と比較電位Ｖ２のときの増倍率Ｋ２とに基づいて一意に決定される。印加電圧Ｖ１のときの増倍率Ｋ１、比較電位Ｖ２のときの増倍率Ｋ２、印加電圧Ｖ１のときの波高値Ｈ０、及び比較電位Ｖ２のときの波高値ｈ０の関係は以下の（２）式により規定される。なお、αは、図１５の逆電圧変化に対する増倍率変化を示す直線の傾きを示す。
【００７７】
Ｈ０：ｈ０＝Ｋ１：Ｋ２＝Ｋ１：Ｋ１−（Ｖ１−Ｖ２）＊α  
Ｈ０＝Ｋ１／（Ｋ１−（Ｖ１−Ｖ２）＊α）＊ｈ０          …（２）
【００７８】
補正値Ｂは、以下の（３）式の通り、波高値Ｈ０と波高値ｈ０とに基づいて決定される。予め比較電位Ｖ２毎に補正値Ｂが算出され、各比較電位Ｖ２と補正値Ｂとの関係がＬＵＴに規定される。
【００７９】
Ｂ＝Ｈ０−ｈ０  
＝（Ｖ１−Ｖ２）＊α／（Ｋ１−（Ｖ１−Ｖ２）＊α）＊ｈ０  …（３）
【００８０】
上記の通り、補正値決定回路は、Ａ／Ｄ変換器から比較電位Ｖ２が入力された場合、当該比較電位Ｖ２に対応する補正値ＢをＬＵＴから決定する。決定された補正値Ｂに関する補正値信号は、加算回路９３に供給される。加算回路９３は、補正値信号の入力後にＡ／Ｄ変換器から入力されたデジタル信号のデジタル値に当該補正値信号が示す補正値を加算することにより、補正後の波高値を算出する。補正後の波高値に関するデジタル信号は、カウント回路に供給される。カウント回路８１は、補正後の波高値に関するデジタル信号をカウントする。
【００８１】
上記の通り、実施例４に係るデータ収集回路２７は、充電期間において検出器画素３１に入射したＸ線光子に由来するエネルギー信号の波高値を、当該検出器画素３１の増倍率と逆電圧との関係を利用して補正することにより、当該Ｘ線光子が充電完了期間に入射した場合に有しうるエネルギー信号の波高値を推定する。よって、実施例１、実施例２、及び実施例３に比して、実施例４に係るＸ線検出装置は、Ｘ線の利用効率を高め、換言すれば、カウントのサンプリング数を向上させることができる。
【００８２】
（実施例５）
実施例４に係るＸ線検出装置１５は、エネルギー信号を補正するために加算回路９３を装備するものとした。実施例５に係るＸ線検出装置１５は、エネルギー信号を補正するために乗算回路９９を装備する。以下の説明において、実施例４と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【００８３】
図１６は、実施例５に係るＸ線検出装置１５の回路構成を示す図である。図１６に示すように、Ａ／Ｄ変換器７３の出力端には乗算回路９９の入力端が接続され、乗算回路９９の出力端にはカウント回路８１の入力端が接続されている。また、Ａ／Ｄ変換器９５の出力端には補正値決定回路９８の入力端が接続され、補正値決定回路９８の出力端が乗算回路９９の入力端に接続されている。
【００８４】
補正値決定回路９８は、上記（２）のＫ１／（Ｋ１−（Ｖ１−Ｖ２）＊α）、すなわち、減衰率Ａの逆数を補正値Ｃとして算出する。上記の通り、減衰率Ａは、印加電圧Ｖ１のときの増倍率Ｋ１と比較電位Ｖ２のときの増倍率Ｋ２とに基づいて一意に決定される。Ａ／Ｄ変換器９５から比較電位Ｖ２が入力された場合、補正値決定回路９８は、当該比較電位Ｖ２に対応する補正値Ｃを減衰率Ａに基づいて決定し、補正値Ｃに関する補正値信号を出力する。
【００８５】
乗算回路９９は、Ａ／Ｄ変換器７３からのエネルギー信号の波高値に、補正値決定回路９８からの補正値信号が示す補正値Ｃを乗算し、補正後の波高値を有するエネルギー信号を出力する。補正後の波高値は、検出器画素３１の比較電位Ｖ２が充電完了期間における比較電位Ｖ２（逆電圧Ｖ１の電位）に等しいときの入力Ｘ線光子に由来するエネルギー信号の波高値に等しい。
【００８６】
カウント回路８１は、乗算回路９９からの補正後のエネルギー信号をカウントし、複数のエネルギー・ビン毎のカウントデータを収集する。
【００８７】
上記の通り、実施例５に係るデータ収集回路２７は、充電期間において検出器画素３１に入射したＸ線光子に由来するエネルギー信号の波高値を、当該検出器画素３１の増倍率と逆電圧との関係を利用して補正することにより、当該Ｘ線光子が充電完了期間に入射した場合に有しうるエネルギー信号の波高値を推定する。よって、実施例１、実施例２、及び実施例３に比して、実施例４に係るＸ線検出装置は、Ｘ線の利用効率を高め、換言すれば、カウントのサンプリング数を向上させることができる。
【００８８】
また、実施例５に係る補正値Ｃは、（２）式と（３）式との比較の通り、実施例４に係る補正値Ｂに比してより単純である。よって実施例５によれば、より簡易にエネルギー信号を補正することができる。
【００８９】
（変形例）
上記の実施形態においてフォトンカウンティング撮像装置は、Ｘ線ＣＴタイプの装置（フォトンカウンティングＣＴ装置）であるとした。しかしながら、本実施形態に係るフォトンカウンティング撮像装置は、Ｘ線撮影タイプの装置（フォトンカウンティングＸＲ装置）でも良い。
【００９０】
この場合、フォトンカウンティングＸＲ装置は、回転フレーム１１の代わりに、Ｘ線管１３とＸ線検出装置１５とを取付けられたアームと、当該アームを複数の可動軸に関して移動自在に支持する支持フレームを有している。支持フレームには回転駆動装置２１が内蔵されており、架台制御回路２３により作動される。
【００９１】
フォトンカウンティングＸＲ装置に係るＸ線検出装置１５は、上記のフォトンカウンティングＣＴ装置に係るＸ線検出装置１５と略同一であるので説明は省略する。
【００９２】
上記の構成により、フォトンカウンティングＸＲ装置においても、データ収集回路２７は、上記のフォトンカウンティングＣＴ装置と同様、検出器画素の充電期間と充電完了期間とでカウントデータの生成態様を切り替えることができる。
【００９３】
（総括）
上記の説明の通り、本実施形態に係るフォトンカウンティング撮像装置は、Ｘ線管１３、Ｘ線検出器２５、及びデータ収集回路２７を有している。Ｘ線管１３は、Ｘ線を発生する。Ｘ線検出器２５は、Ｘ線管１３から発生されたＸ線を蛍光に変換するシンチレータ３３と、蛍光に感応して所定の波高値の電気信号を個別に発生する複数のＡＰＤセル３７を有する検出器画素３１と、複数のＡＰＤセル３７からの電気信号に基づき入射Ｘ線光子のエネルギーに応じた波高値を有するエネルギー信号を生成する出力回路３９とを有する。データ収集回路２７は、エネルギー信号に基づいてＸ線のカウントを示すカウントデータをエネルギー・ビン毎に生成する。データ収集回路２７は、検出器画素３１の充電期間と充電完了期間とでカウントデータの生成態様を切り替える。
【００９４】
上記の構成により、本実施形態に係るフォトンカウンティング撮像装置は、検出器画素３１が充電期間にある場合、検出器画素３１からのエネルギー信号をカウントせず、検出器画素３１が充電完了期間にある場合、検出器画素３１からのエネルギー信号をカウントする。これにより充電完了期間における検出器画素３１のエネルギー信号のみがカウントデータに反映されるので、カウントデータの正確性が向上する。ひいては、Ｘ線検出装置１５のエネルギー分解能の精度の信頼性が向上することとなる。
【００９５】
フォトンカウンティング撮像において肺野や小児ではＸ線検出装置１５に多くの線量のＸ線が入射することとなる。本実施形態によれば、上記の構成により、高線量によるカウントの劣化を防止できるので、高線量時におけるＸ線検出装置１５のエネルギー分解能を向上し、ひいては、高精度の画像を再構成できる。
【００９６】
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。これら新規な実施形態は、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ともに、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】
【００９７】
１０…架台、１１…回転フレーム、１３…Ｘ線管、１５…Ｘ線検出装置、１７…高電圧発生器、１９…天板、２１…回転駆動装置、２３…架台制御回路、２５…Ｘ線検出器、２７…データ収集回路、３１…検出器画素、３３…シンチレータ、３５…半導体チップ、３７…ＡＰＤセル、３９…出力回路、４１…波形整形回路、５０…コンソール、５１…画像再構成装置、５３…画像処理装置、５５…表示機器、５７…入力機器、５９…主記憶回路、６１…システム制御回路、５１１…カウントデータ記憶部、５１３…再構成演算部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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