(57)【要約】【課題】計数率を均一にすること。【解決手段】実施形態の光子計数検出器は、Ｘ線光子の数を計数する光子計数検出器であって、一方向に複数の画素が形成される少なくとも一つの半導体結晶を有する。また、複数の画素は、それぞれサイズが不均一である。また、半導体結晶は、その方向における厚みが不均一である。【選択図】図１
2016118533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線光子の数を計数する光子計数検出器であって、
前記光子計数検出器は、一方向に複数の画素が形成される少なくとも一つの半導体結晶を有し、
前記複数の画素は、それぞれサイズが不均一であり、
前記半導体結晶は、前記方向における厚みが不均一である、
光子計数検出器。
【請求項２】
前記半導体結晶は、前記方向に複数の要素を有し、
前記複数の要素は、それぞれ厚みが不均一である、
請求項１に記載の光子計数検出器。
【請求項３】
前記複数の要素のそれぞれは、
カソードを有する第１面と、
前記第１面と平行であって、アノードを有する第２面と
を有する、請求項１又は２に記載の光子計数検出器。
【請求項４】
前記複数の画素それぞれのサイズは、中心から離れるにつれて増加する、
請求項１〜３のいずれか一つに記載の光子計数検出器。
【請求項５】
前記複数の要素それぞれの厚みは、中心から離れるにつれて増加する、
請求項２に記載の光子計数検出器。
【請求項６】
前記複数の画素それぞれのサイズ及び前記複数の要素それぞれの厚みは、各画素の計数率が揃うように調整される、
請求項２に記載の光子計数検出器。
【請求項７】
前記複数の要素それぞれの厚みと、各要素に形成される画素のサイズとの比は、一定である、
請求項６に記載の光子計数検出器。
【請求項８】
前記複数の要素のうち、同一の要素に形成される各画素のサイズは均一である、
請求項６に記載の光子計数検出器。
【請求項９】
前記複数の要素のうち、２以上の要素が同一の厚さを有する、
請求項６に記載の光子計数検出器。
【請求項１０】
前記複数の要素のうち、同一の要素に形成される各画素のサイズは不均一であり、中心から離れるにつれて増加する、請求項６に記載の光子計数検出器。
【請求項１１】
前記複数の画素それぞれのサイズ及び前記複数の要素それぞれの厚みは、中心に対して対称である、
請求項６に記載の光子計数検出器。
【請求項１２】
前記半導体結晶は、ＣｄＺｎＴｅ及びＣｄＴｅのうちの１つで形成される、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の光子計数検出器。
【請求項１３】
Ｘ線を発生させるＸ線源と、
リング状に複数配置され、Ｘ線の光子の数を計数する光子計数検出器と
を備え、
前記光子計数検出器は、一方向に複数の画素が形成される少なくとも一つの半導体結晶を有し、
前記複数の画素は、それぞれサイズが不均一であり、
前記半導体結晶は、前記方向における厚みが不均一である、
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光子計数検出器及びＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコンピュータ断層撮影（Computed  Tomography：ＣＴ）装置（ＣＴスキャナ）は、エネルギー積分Ｘ線データを収集するためにエネルギー積分検出器を用いる。エネルギー積分検出器は、Ｘ線ビームのエネルギー情報を利用しない。エネルギー積分検出器は、Ｘ線源により広域スペクトルのＸ線が曝射されても、異なるエネルギーの光子を区別することができないが、読み出し間隔の間に記録された光子の全エネルギーに比例した信号を出力する。光子計数検出器は、透過したＸ線データのスペクトルの特性を得るために、Ｘ線ビームをその成分エネルギー又はスペクトルビンに分割し、それぞれのビンにおける光子の数を計数する。Ｘ線源のスペクトルの特性を用いるＣＴは、スペクトルＣＴと呼ばれる。スペクトルＣＴによる撮像は、新たな臨床用途を潜在的に可能にし得る物質分離能を提供する。スペクトル画像は、通常、基本物質画像又は単一エネルギー画像の物質濃度画像として表示される。例えば、スペクトルＣＴは、組織を識別する際に用いられ、カルシウム及びヨウ素を含んだ組織等の物質を識別したり、微小な血管の検出能を向上させたりする。更に、数ある利点の中でも特に、スペクトルＣＴによりビームハードニングアーチファクトが低減され、かつスキャナに依存しないＣＴ値の精度が向上する。
【０００３】
現在、ほとんどの従来の設計では、高エネルギー及び低エネルギーＸ線源技術、又はデュアル検出器レイヤ技術を使用してスペクトル情報を収集する。物質分離の精度を改善するために、光子計数検出器の技術を使用して良好なエネルギー分解能を提供することができる。コンピュータ断層撮影（ＣＴ）用の光子計数エネルギー分解型直接変換方式半導体検出器により、各入射光子のスペクトル情報を活用できる。半導体センサと相互作用するＸ線光子は、非効率的な中間プロセスなしで電子−正孔対に直接変換することができ、優れた固有のエネルギー分解能を保証する。しかし、従来のマルチスライスＣＴ又はコーンビームＣＴでは、Ｘ線曝射線源とＰＣＤの各スライスとの間の経路長が異なることにより、光子計数検出器の各スライスに入射する計数率（線束率）は、ｚ方向において均一ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第１３／４２６，９０３号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１４／０９２，９９８号明細書
【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、計数率を均一にすることができる光子計数検出器及びＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の光子計数検出器は、Ｘ線光子の数を計数する光子計数検出器であって、一方向に複数の画素が形成される少なくとも一つの半導体結晶を有する。また、複数の画素は、それぞれサイズが不均一である。また、半導体結晶は、その方向における厚みが不均一である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態に係るＣＴスキャナの構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施形態に係るＣＴスキャナの構成例を示すブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第４世代光子計数ＣＴスキャナにおける光子計数検出器の一例を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、コーンビームＣＴスキャナにおける例示的光子計数検出器の一例を示す図である。
【図４】図４は、光子計数検出器の一例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施形態に係る光子計数検出器の一例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施形態に係る光子計数検出器を備えるＣＴスキャナの一例を示す図である。
【図６】図６は、他の実施形態に係る光子計数検出器の一例を示す図である。
【図７】図７は、他の実施形態に係る光子計数検出器の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
例示する実施形態によれば、高計数率でのエネルギー分解能を改善する光子計数検出器について、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナシステム（Ｘ線ＣＴ装置）を参照しながら以下で記載し論じるが、本発明の方法及びシステムは、光子計数検出器を使用するその他のイメージングシステムに適用してもよい。
【０００９】
添付図面とともに検討され、以下の詳細な説明を参照してより良く理解されれば、開示される実施形態及びその付随する利点の多くをより完全に理解することが容易になるであろう。
【００１０】
図１及び図２は、実施形態に係るＣＴスキャナの構成例を示すブロック図である。図１及び図２には、第３世代ジオメトリに配置されるエネルギー積分検出器及び第４世代ジオメトリに配置される光子計数検出器（Photon  Counting  Detector：ＰＣＤ）を有するハイブリッドシステムを備えたＣＴスキャナの概略図を例示する。図１は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願第１３／４２６，９０３号に記載されるような、ＰＣＤリングの内側にＸ線源１１２を備え、かつ、ＰＣＤリングの外側に検出器ユニット１０３を備える、結合型リングトポロジーを示す。対照的に、図２は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願第１４／０９２，９９８号に記載されるような、Ｘ線源１１２及び検出器ユニット１０３の両方がＰＣＤリングの外側にある、内側リングトポロジーを示す。なお、検出器ユニット１０３は、Ｘ線検出器の一例である。
【００１１】
図１には、ＣＴスキャナにおいて所定の第３世代ジオメトリの検出器ユニット１０３を組み合わせた、所定の第４世代ジオメトリにＰＣＤを配置する実施形態が示されている。この図は、天板１１６に横たわったスキャン対象の被検体ＯＢＪ、Ｘ線源１１２、コリメータ／フィルタ１１４、検出器ユニット１０３、及びＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの相対位置を示す。ＰＣＤは、被検体ＯＢＪ側に向けて配置される前面と、その反対側の背面とを有する。被検体ＯＢＪを通過するＸ線は、ＰＣＤ（の前面）により検出されるか、又は、まばらに配置されたＰＣＤの間の空間を通過し、検出器ユニット１０３に密に配置されたエネルギー積分検出器により検出される。
【００１２】
また、図１には、Ｘ線投影データを収集し、格納し、処理し、かつ分配する回路及びハードウェアが示されている。回路及びハードウェアには、プロセッサ１７０、ネットワークコントローラ１７４、メモリ１７８、及びデータ収集システム１７６が含まれる。
【００１３】
一実施形態において、Ｘ線源１１２及びコリメータ／フィルタ１１４は、回転可能にガントリ１４０に連結される回転コンポーネント１１０に固定して連結される。検出器ユニット１０３も同様に、回転可能にガントリ１４０に連結される回転コンポーネント１３０に固定して連結される。ＰＣＤは、ガントリ１４０に固定して連結される環状コンポーネント１２０に固定して連結される。ガントリ１４０は、多数のＣＴスキャナを収容する。
【００１４】
ＣＴスキャナのガントリは、更に、天板１１６に配置される被検体ＯＢＪをＸ線源からＰＣＤ及び検出器ユニット１０３へと進むＸ線の投影面に位置付けることが可能な開口部２１５（図２参照）を含む。「投影面」とはＸ線がＸ線源１１２から、ＰＣＤを含む検出器及び検出器ユニット１０３まで通るボリュームである。「被検体空間」とは投影面とガントリの開口部２１５との交差部である。「画像空間」は、Ｘ線源１１２がガントリの開口部の周りを回転するときのＸ線源１１２のすべての投影角度に対応する投影面の集合を含む。画像空間は概して被検体空間よりも大きく、ガントリの開口部を超えて延びるボリュームをガントリ１４０の構造に収まるよう画像を再構成できる。
【００１５】
各投影角度で被検体ＯＢＪを通るＸ線透過／減衰の投影データをＣＴスキャナが収集しながら、被検体ＯＢＪが被検体空間を占め、Ｘ線源が一連の投影角度を通って回転するときに、スキャンを実行する。
【００１６】
概して、光子計数検出器であるＰＣＤ１〜ＰＣＤＮのそれぞれは、所定の数の各エネルギービンに光子計数値を出力する。第４世代ジオメトリに配置されたＰＣＤ１〜ＰＣＤＮに加えて、図１に示される実施形態は、従来の第３世代ジオメトリに配置されたエネルギー積分検出器を有する検出器ユニット１０３を含む。検出器ユニット１０３の検出器素子は、検出器ユニット面に沿って、光子計数検出器よりも密に配置することができる。すなわち、光子計数検出器は、Ｘ線光子の数を計数する。
【００１７】
一実施形態において、光子計数検出器は、円のような所定のジオメトリにおいて被検体ＯＢＪを中心にまばらに配置される。例えば、ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、ガントリ１４０の所定の第２環状コンポーネント１２０に固定して配置される。一実施形態において、ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、所定の等距離位置で環状コンポーネント１２０に固定して配置される。別の実施形態において、ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、所定の非等距離位置で環状コンポーネント１２０に固定して配置される。環状コンポーネント１２０は、被検体ＯＢＪに対して静止したままであり、データ収集中は回転しない。
【００１８】
Ｘ線源１１２、コリメータ１１４（例えば、ボウタイフィルタ）、及び検出器ユニット１０３は、いずれも被検体ＯＢＪの周りを回転する一方で、ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、被検体ＯＢＪに対して静止している。一実施形態において、Ｘ線源１１２が被検体ＯＢＪに向けて所定の線源ファンビーム角度θＡでＸ線を投射する一方で、Ｘ線源１１２は、まばらに配置されたＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側で被検体ＯＢＪの周りを回転する。更に、検出器ユニット１０３は、被検体ＯＢＪを挟んでＸ線源１１２とは正反対の位置に取り付けられる。検出器ユニット１０３は、ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが所定のまばらな配置で固定されている、静止した環状コンポーネント１２０の外側で回転する。
【００１９】
一実施形態において、Ｘ線源１１２は、所望により被検体ＯＢＪに対して螺旋状経路を通り、回転部５１０が回転面においてＸ線源１１２及び検出器ユニット１０３を回転させるときに、天板１１６は、回転部１１０の回転面に垂直である所定の方向に被検体ＯＢＪを直線的に移動させる。
【００２０】
被検体ＯＢＪ周りの回転部１１０の動作は、動作制御システムによって制御される。動作制御システムは、データ収集システムと一体化されるか、又は別個であることができ、回転部１１０の角度位置及び天板１１６の直線位置に関する一方向の情報を提供する。動作制御システムは、回転部１１０及び天板１１６の位置を制御するために位置エンコーダ及びフィードバックを含むことができる。動作制御システムは、開放型ループシステム、閉鎖型ループシステム、又は開放型ループシステムと閉鎖型ループシステムとの組み合わせであることができる。動作制御システムは、線形エンコーダ及び回転エンコーダを用いて、回転部１１０の位置及び天板１１６の位置に関するフィードバックを提供できる。動作制御システムは、アクチュエータを用いて、回転部１１０の動作及び天板１１６の動作を駆動できる。これらのポジショナ及びアクチュエータとしては、ステップモータ、ＤＣモータ、ウォーム駆動、ベルト駆動、及びその他の当該技術分野において公知のアクチュエータを含むことができる。
【００２１】
ＣＴスキャナは、光子計数検出器及び検出器ユニット１０３からデータ収集システム１７６、プロセッサ１７０、メモリ１７８、ネットワークコントローラ１７４に投影測定値結果をルーティングするデータチャネルを更に含む。データ収集システム１７６は、検出器からの投影データの収集、デジタル化、及びルーティングを制御する。データ収集システム１７６は、環状回転フレーム１１０及び１３０の回転を制御するＸ線撮影制御回路を更に含む。一実施形態において、データ収集システム１７６は、更に、天板１１６の移動、Ｘ線源１１２の動作、及び検出器ユニット１０３の動作を制御する。データ収集システム１７６は、集中システムであることができ、あるいは分散システムであることができる。一実施形態において、データ収集システム１７６は、プロセッサ１７０と一体化される。プロセッサ１７０は、投影データからの画像の再構成、投影データの再構成前処理、及び画像データの再構成後処理を含む機能を実行する。
【００２２】
投影データの再構成前処理としては、検出器のキャリブレーション、検出器の非線形性、極性効果、ノイズバランス（noise  balancing）、及び物質分離の補正を含むことができる。
【００２３】
再構成後処理としては必要に応じて、画像のフィルタリング及び平滑化、ボリュームレンダリング処理、及び画像差処理を含むことができる。画像再構成プロセスは、フィルタードバックプロジェクション法、逐次近似画像再構成法、又は確率的画像再構成法を用いて実施できる。プロセッサ１７０及びデータ収集システム１７６の両方は、例えば、投影データ、再構成画像、キャリブレーションデータ及びパラメータ、ならびにコンピュータプログラムを格納するためにメモリ１７８を利用できる。
【００２４】
プロセッサ１７０としては、離散論理ゲートとして、特定用途向け集積回路（Application  Specific  Integrated  Circuit：ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field  Programmable  Gate  Array：ＦＰＧＡ）、又はその他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex  Programmable  Logic  Device：ＣＰＬＤ）として実装され得るＣＰＵを含むことができる。ＦＰＧＡ又はＣＰＬＤの実装は、ＶＨＤＬ(Very-high-speed-integrated-circuits  Hardware  Description  Language)、Ｖｅｒｉｌｏｇ、又は任意の他のハードウェア記述言語にコード化してもよく、このコードはＦＰＧＡ又はＣＰＬＤ内の電子メモリに直接格納してもよく、又は別個の電子メモリとして格納してもよい。更に、メモリは、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、又はＦＬＡＳＨメモリのように不揮発性であってもよい。メモリはスタティックＲＡＭ又はダイナミックＲＡＭのように揮発性でもあってもよく、マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサ等のプロセッサが提供されて電子メモリ、並びにＦＰＧＡ又はＣＰＬＤとメモリとのインタラクションを管理してもよい。
【００２５】
或いは、再構成プロセッサのＣＰＵは、本明細書に記載される機能を実行する１組のコンピュータ可読命令を含むコンピュータプログラムを実行してもよく、このプログラムは、上述した非一時的な電子メモリ及び／又はハードディスクドライブ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＦＬＡＳＨドライブ、もしくは任意の他の公知の記憶媒体のいずれかに格納される。更に、コンピュータ可読命令は、米国のＩｎｔｅｌ社製Ｘｅｎｏｎプロセッサ又は米国のＡＭＤ社製Ｏｐｔｅｒｏｎプロセッサ等のプロセッサ、ならびにＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  ＶＩＳＴＡ、ＵＮＩＸ（登録商標）、Ｓｏｌａｒｉｓ、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ  ＭＡＣ−ＯＳ等のオペレーティングシステム、及び当業者に公知のその他のオペレーティングシステムとともに実行する、ユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン、もしくはオペレーティングシステムのコンポーネント、又はこれらの組み合わせとして提供されてもよい。また、ＣＰＵは、命令を実行するために並行して、協働して動作する複数のプロセッサとして実装され得る。
【００２６】
一実施形態において、再構成画像はディスプレイに表示できる。ディスプレイは、ＬＣＤディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＯＬＥＤ、ＬＥＤ、又は当該技術分野において公知の任意の他のディスプレイであることができる。
【００２７】
メモリ１７８は、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、ＦＬＡＳＨドライブ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、又は当該技術分野において公知の任意の他の電子ストレージであることができる。
【００２８】
米国のＩｎｔｅｌ社製Ｉｎｔｅｌ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）  ＰＲＯネットワークインタフェースカード等のネットワークコントローラ１７４は、ＣＴスキャナの種々の部品間をインタフェース接続できる。また、ネットワークコントローラ１７４は外部ネットワークともインタフェース接続できる。理解され得るように、外部ネットワークは、インターネット等の公共ネットワーク、もしくはＬＡＮやＷＡＮネットワーク等のプライベートネットワーク、又はこれらの組み合わせであることができ、またＰＳＴＮ又はＩＳＤＮサブネットワークを含むこともできる。外部ネットワークはまた、Ｅｔｈｅｒｎｅｔネットワークのように有線であることができ、又はＥＤＧＥ、３Ｇ及び４Ｇ無線セルラシステムを含むセルラネットワークのように無線であることができる。無線ネットワークはまた、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又は公知である任意の他の無線通信形態であることができる。
【００２９】
一実施形態において、Ｘ線源１１２は所望により単一のエネルギー源である。別の実施形態において、Ｘ線源１１２は、所定の高レベルエネルギー及び所定の低レベルエネルギーでＸ線を曝射するｋＶ切り替え機能を実行するように構成される。更に別の実施形態において、Ｘ線源１１２は、広域スペクトルのＸ線エネルギーを曝射する単一の線源である。更に、別の実施形態において、Ｘ線源１１２は、各エミッタは空間的にかつスペクトル的に異なる、複数のＸ線エミッタを含む。
【００３０】
検出器ユニット１０３は、シンチレータ素子と相互作用するＸ線照射から生じたシンチレーション事象から得られるシンチレーション光子を検出するために、光電子増倍管又はアバランシェフォトダイオードを有するシンチレーション素子等のエネルギー積分検出器を使用できる。シンチレータ素子は結晶質（例えば、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＩ（純粋）、ＣｓＦ、ＫＩ（Ｔｌ）、ＬｉＩ（Ｅｕ）、ＢａＦ２、ＣａＦ２（Ｅｕ）、ＺｎＳ（Ａｇ）、ＣａＷＯ４、ＣｄＷＯ４、ＹＡＧ（Ｃｅ）、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（Ｃｅ）、ＧＳＯ、ＬＳＯ、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬａＢｒ３（Ｃｅ）、ＬＹＳＯ、ＢＧＯ、Ｃ１４Ｈ１０、Ｃ１４Ｈ１２、及びＣ１０Ｈ８）、有機液体（例えば、ｐ−テルフェニル（Ｃ１８Ｈ１４）、ＰＢＤ（Ｃ２０Ｈ１４Ｎ２Ｏ）、ブチルＰＢＤ（Ｃ２４Ｈ２２Ｎ２Ｏ）、又はＰＰＯ（Ｃ１５Ｈ１１ＮＯ）等の蛍光体（ｆｌｕｏｒ）を有する有機溶媒）、プラスチック（例えば、固体ポリマーマトリックスに懸濁された蛍光体）、又は任意の公知のシンチレータであることができる。
【００３１】
ＰＣＤは、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＴｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、ヨウ化水銀（ＨｇＩ２）、及びヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）等の半導体をベースにした直接Ｘ線曝射線検出器を使用できる。半導体ベースの直接Ｘ線検出器は、概して、シンチレータ検出器等の間接検出器よりもはるかに高速な時間応答を有する。直接検出器の高速時間応答により、直接検出器は個々のＸ線検出事象を分解することができる。しかし、臨床Ｘ線用途に典型的な高Ｘ線計数率では、検出事象のいくらかのパイルアップが生じる。検出されたＸ線のエネルギーは直接検出器によって生成された信号に比例しており、検出事象はエネルギービンに組織化することができ、スペクトルが分解された、スペクトルＣＴ用のＸ線データが生成される。
【００３２】
図２には、ＣＴスキャナ用の内側リングトポロジーを例示する。図１のＣＴスキャナと図２のＣＴスキャナとの主な差異は、図２では、Ｘ線源１１２、及びＸ線源１１２が固定されている回転コンポーネント２１０が、ＰＣＤが固定されている環状コンポーネント２２０の外側に固定されていることである。
【００３３】
一実施形態において、各ＰＣＤの背面には、まばらに配置された光子計数検出器の第１環状コンポーネント２２０の外側をＸ線源１１２が通るときに、ＰＣＤを背後からの照射から保護するための保護リヤカバーが備えられる。
【００３４】
Ｘ線源１１２、コリメータ１１４（例えば、ボウタイフィルタ）、及び検出器ユニット１０３は、いずれも開口部２１５内の被検体ＯＢＪの周りを回転する一方で、ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮは、開口部２１５内の被検体ＯＢＪに対して静止している。一実施形態において、Ｘ線源１１２が被検体ＯＢＪに向かって所定の線源ファンビーム角度θＡでＸ線を投射する一方で、Ｘ線源１１２は、まばらに配置された光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮの外側で被検体ＯＢＪの周りを回転するように、Ｘ線源１１２及びコリメータ１１４は、ガントリ１４０に取り付けられた第１回転コンポーネント２１０に取り付けられる。また、第３世代ジオメトリに配置されたエネルギー積分検出器を有する検出器ユニット１０３は、回転可能にガントリ１４０に固定された第２回転コンポーネント２３０に取り付けられる。検出器ユニット１０３は、Ｘ線源１１２と検出器ユニット１０３との中間空間にある被検体ＯＢＪを挟んでＸ線源１１２と正反対の位置で維持され、回転コンポーネント２１０及び２３０は静止した環状コンポーネント２２０の外側で回転し、環状コンポーネント２２０上には光子計数検出器ＰＣＤ１〜ＰＣＤＮが所定のまばらな配置で固定されている。
【００３５】
図３Ａは、第４世代光子計数ＣＴスキャナにおける光子計数検出器の一例を示す図である。図３Ｂは、コーンビームＣＴスキャナにおける例示的光子計数検出器の一例を示す図である。図３Ａに示すように、Ｘ線曝射線源３０４を有する第４世代光子計数ＣＴスキャナの場合、所定の数の光子計数検出器（ＰＣＤ）３０２は、スキャン対象である被検体３０８の周りの所定の円に沿う固定位置にまばらに配置される。図３Ｂは、光子計数検出器アレイ（Photon-Counting  Detector  Array：ＰＣＤＡ）３０６を有するコーンビームコンピュータ断層撮影（Cone-Beam  Computed  Tomography：ＣＢＣＴ）スキャナを示す。ＰＣＤＡ３０６はＰＣＤ３０２のアレイを含む。各ＰＣＤ３０２はＣｄＺｎＴｅ又はＣｄＴｅ等の半導体材料から形成された結晶を有する。結晶の１面は大きな単一のカソード電極を有する。結晶の反対の面は、アノード側であり、サイズが可変である矩形又は正方形のアノード画素のアレイを含む。
【００３６】
動作において、検出器電場が生じるように、電圧差をアノードとカソードとの間に印加する。光子が結晶に入射したときに、光子は、一般にイオン化により結晶内ですべてのエネルギーを失い、結晶の小さな局所領域において一対の可動である電子及び正孔を残す。検出器電場が生じた結果、正孔は、カソードへドリフトし、電子は、アノードへドリフトする。アノード画素で得られた誘導電荷が適切な電子回路により感知され、処理される。しかし、Ｘ線源とＰＣＤＡ３０６の各ＰＣＤ３０２との間の距離が異なるため、第４世代直接変換型ＰＣＤＡ３０６に入射する計数率は、軸方向（図４に示すｚ方向）において均一ではない。なお、図４は、光子計数検出器の一例を示す図である。
【００３７】
しかし、図４に示すように、ＰＣＤＡ４０２のほとんどは均一なサイズのアノード画素４０４のみを有するため、ＰＣＤＡ４０２の中央部スライスに入射する計数率は、マルチスライスＣＴ又はコーンビームコンピュータ断層撮影システムの辺縁部スライスに入射する計数率と比べて約２０％高い。計数率の差は中央部スライスの経路長と比較して辺縁部スライスの経路長が長いことによる。中央部スライス付近で入射する光子の計数率が高いと、均一なＰＣＤ３０２を使用する場合、中央部スライスでは空間電荷が更に蓄積（例えば、分極）する。したがって、均一なＰＣＤ３０２はｚ方向におけるアンバランスノイズという不利点を有する。
【００３８】
ここで、図５Ａを参照すると、不均一なＰＣＤＡ５００の一実施形態が示されている。図５Ａは、実施形態に係る光子計数検出器の一例を示す図である。図４に示す均一なＰＣＤＡ４０２と比較して、アノード画素５０２のサイズは、ｚ方向において不均一であり、要素の厚さはこれに対応してｚ方向に沿って不均一である。大きい画素サイズを有する厚めの要素は軸（ｚ）方向におけるコーンビームの広がりの縁部に近接して実装され、小さい画素サイズを有する薄めの要素は軸方向におけるコーンビームの広がりの中央部に近接して実装される。ＰＣＤＡ５００縁部付近の大きいアノード画素サイズにより、ＰＣＤＡ５００縁部での低い入射計数率が補われ、ノイズが揃えられる。ＰＣＤＡ５００縁部付近の厚めの要素が小画素効果を補うため、縁部付近のエネルギー分解能を保つ。また、アノード画素サイズ及び要素の厚さは、ｚ方向におけるノイズ及びエネルギー分解能を揃えるために、要素の厚さとアノードサイズとの比がｚ方向に沿ってＰＣＤＡ５００全体で実質的に同一であるように設定される。すなわち、光子計数検出器は、一方向に複数の画素が形成される少なくとも一つの半導体結晶を有する。また、複数の画素は、それぞれサイズが不均一であり、半導体結晶は、一方向における厚みが不均一である。また、半導体結晶は、当該方向に複数の要素を有し、複数の要素は、それぞれ厚みが不均一である。
【００３９】
図５Ａに示すように、ＰＣＤＡ５００は、２つの対称なサブモジュール（サブモジュールＡ５０４及びサブモジュールＢ５０６）を含み、各サブモジュールは、中心軸に関して互いに対称である。要素Ａ１〜ＡＮを含むサブモジュールＡでは、Ａ１のアノード画素サイズはｐ１、厚さはｔ１であり、要素ＡＮのアノード画素サイズはｐｎ、厚さはｔｎである。サブモジュールＡ及びＢの各要素のアノード画素サイズと厚さとの比は、下記の式（１）のようになる。すなわち、複数の要素それぞれの厚みと、各要素に形成される画素のサイズとの比は、一定である。このように、複数の画素それぞれのサイズ及び複数の要素それぞれの厚みは、各画素の計数率が揃うように調整される。
【００４０】
ｐ１／ｔ１＝ｐｎ／ｔｎ  ・・・（１）
【００４１】
この特定の実施形態において、各要素は、複数の画素を含む。例えば、同じサイズの複数のアノード画素が１つの要素内に配置される。すなわち、複数の要素のうち、同一の要素に形成される各画素のサイズは均一である。
【００４２】
図５Ｂは、実施形態に係る光子計数検出器を備えるＣＴスキャナの一例を示す図である。図５Ｂに示すように、不均一なアノード画素パターン５０２を有する、不均一なＰＣＤＡ５００を含むＣＴスキャナ５０８を例示する。ＰＣＤＡ５０２の中央部スライスに入射する計数率は、辺縁部スライスに入射する計数率よりも高いが、ＰＣＤＡ５００縁部付近の大きいアノード画素サイズを有する厚めの要素により、ＰＣＤＡ５００縁部での低い計数率が補われるため、ノイズが均一になる。ＰＣＤＡ５００縁部付近の厚めの要素は更に小画素効果を補い、縁部付近のエネルギー分解能を保つ。
【００４３】
ここで図６を参照すると、不均一なＰＣＤＡ６００の別の実施形態が示されている。図６は、他の実施形態に係る光子計数検出器の一例を示す図である。アノード画素６０２のサイズはｚ（軸）方向において不均一であり、要素の厚さは、これに対応してｚ方向に沿って不均一である。大きい画素サイズを有する厚めの要素は縁部に近接して配置され、小さい画素サイズを有する薄めの要素は、中央部に近接して配置される。先述の実施形態と比較して、各要素は不均一な画素を有する。各要素の内部ではアノード画素のサイズは、ＰＣＤＡ６００の縁部に向かって徐々に増加する。また、各要素の幅は、軸の中心から離れるにつれて各要素の厚さとともに徐々に増加する。例えば、サブモジュールＡ６０４において要素Ａ１（ｗ１）の幅は、要素ＡＮ（ｗｎ）よりも大きい。他の点では、対応する要素は、図５Ａに記載された要素と同様である。すなわち、複数の要素のうち、同一の要素に形成される各画素のサイズは不均一であり、中心から離れるにつれて増加する。また、複数の画素それぞれのサイズは、中心から離れるにつれて増加する。また、複数の要素それぞれの厚みは、中心から離れるにつれて増加する。
【００４４】
ここで、図７を参照すると、不均一なＰＣＤＡ７００の別の実施形態が示されている。図７は、他の実施形態に係る光子計数検出器の一例を示す図である。本実施形態において、アノード画素７０２のサイズは、ｚ方向において不均一であり、要素の厚さは、これに対応してｚ方向に沿って不均一である。大きい画素サイズを有する厚めの要素は、縁部に近接して配置され、小さい画素サイズを有する薄めの要素は、中央部に近接して配置される。各要素が異なる厚さ及びアノード画素パターンを有する第１実施形態と比較すると、第３実施形態のいくつかの隣接する要素は、同一の厚さ、幅、及び均一なアノード画素パターンを有する。例えば、図７に示すように、サブモジュールＡ（７０４）では、要素Ａ１の画素サイズは、ｐ１、幅はｗ１であり、Ａ２の画素サイズはｐ２、幅はｗ２であり、ここで、ｐ１＝ｐ２、ｗ１＝ｗ２である。他の点では、対応する要素は、図５Ａに記載された要素と同様である。すなわち、複数の要素のうち、２以上の要素が同一の厚さを有する。
【００４５】
３つの実施形態すべてにおいて、同様に高精細化をもたらし、かつ、ｚ方向における最適なスペクトル性能を維持するために、異なる検出器の厚さ及びアノード画素のサイズが調整される。
【００４６】
開示された不均一なＰＣＤＡ構成は、ｚ方向におけるノイズを均一にするという利点を有する。ＰＣＤＡの中央部スライス近傍の空間電荷蓄積（分極）は、中央部付近に薄い要素を、縁部付近に厚い要素を実装することによって補われる。スペクトル性能（例えば、エネルギー分解能）は、ＰＣＤＡ全体で同様の構成を維持することによって均一にされる。
【００４７】
特定の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例示のためのみに提示されており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。本明細書に記載される新規のデバイス、システム、及び方法は種々の他の形態で実施されることができ、更に、本開示の趣旨を逸脱することなく、本明細書に記載されるデバイス、システム、及び方法の形態において種々の省略、置換、及び変更が可能である。添付の特許請求の範囲及びその均等物を包含することが意図される。
【００４８】
なお、上記の実施形態では、複数の要素及び複数の画素が、ｚ方向に並ぶものとして説明した。しかしながら、光子計数検出器の単位で見れば、複数の要素及び複数の画素は、一方向に並んでいるに過ぎない。言い換えると、光子計数検出器が、その長手方向がｚ方向に沿うようにＣＴスキャナに設置される結果として、複数の要素及び複数の画素がｚ方向に並んでいるに過ぎない。
【００４９】
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】
【００５０】
３０２      ＰＣＤ
５００      ＰＣＤＡ
５０２      アノード画素
Ａ１〜ＡＮ      要素
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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