JP7309385B2 - 光子計数型検出器の較正方法 - Google Patents
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Description
ここでnはX線光子の入射レート、τは光子計数型検出器の不感時間、Q!はQの階乗である。ただし入射レートnは直接測定できない値であるので、以下のように算出する。まず測定時間Tにて実測される光子数である実測光子数Mから次式により実測レートmを算出する。
そして光子計数型検出器が非マヒ型モデルに従うとして、実測レートmと次式を用いて入射レートnを算出する。
またパイルアップ数Q毎の光子数M(Q)はM・P(Q|nτ)で得られる。
較正部材601がX線CT装置101に設置されるとともに、パイルアップ数Qの初期化(Q=0)とパイルアップ数の閾値Qthの設定がなされる。閾値Qthは、抽出されるパイルアップ数Q毎の成分の上限値に応じて設定される。例えばQ=2の成分まで抽出する場合は、操作者が入力装置109を介してQth=2に設定する。Q及びQthの値は演算装置108に記憶される。
(Q+1)成分の含有率が所定値以下となるように設定されたX線量により、材料スペクトルC(E|Q)が計測される。なおEは光子エネルギーである。所定値は、(Q+1)成分、すなわちS503にて抽出されるQ成分よりもパイルアップ数が多い上位成分が無視できる程度の値、例えば0.1%に設定される。なお補正精度を向上させる場合は比較的小さな値に、計測時間を短縮させる場合は比較的大きな値に、所定値は設定される。また所定値の設定は、操作者が入力装置109を介して行っても良いし、演算装置108が予め定められた値を読み出しても良い。
演算装置108は、S502で計測された材料スペクトルC(E|Q)からQ成分スペクトルを抽出する。具体的な処理の流れは後述するS531~S533である。演算装置108は、S503を実行することにより、較正部材601を透過するX線の光子エネルギースペクトルからパイルアップ数Q毎の成分を抽出する抽出部として機能する。なおQ=0の場合に限り、材料スペクトルC(E|Q)をQ成分スペクトルとし、S531~S533はスキップされる。すなわち材料スペクトルC(E|Q=0)がQ=0成分の光子エネルギースペクトルとなる。図7(d)に示されるQ=0成分の光子エネルギースペクトルは、図7(a)と同じである。
演算装置108は、材料スペクトルC(E|Q)の中のQ成分以外の成分の光子数M(notQ)をパイルアップ数Q毎に算出する。なおnotQはQ成分以外のそれぞれの成分を意味する。材料スペクトルC(E|Q)の中の上位成分は無視できる程度になっているので、抽出されるQ成分よりもパイルアップ数が少ない下位成分について光子数M(notQ)が算出される。光子数M(notQ)の算出には次式が用いられる。
ここで実測光子数Mは材料スペクトルC(E|Q)の面積、すなわち光子エネルギーE毎の光子数を積算して全光子数を算出することにより求められる。
演算装置108は、Q成分以外の成分の規格化スペクトルL(E|notQ)をパイルアップ数Q毎に読み出す。読み出される規格化スペクトルL(E|notQ)は下位成分のものであるので、前のループのS504にて既に算出され、演算装置108に記憶されている。
演算装置108は、次式を用いてQ成分スペクトルS(E|Q)を算出する。
(式5)により材料スペクトルC(E|Q)から各下位成分の光子エネルギースペクトルが減算されて、Q成分スペクトルS(E|Q)が抽出される。なおM(notQ)は各下位成分の光子の量情報であり、L(E|notQ)は各下位成分の光子エネルギースペクトルの形状情報である。
演算装置108は、S503で抽出されたQ成分スペクトルS(E|Q)から規格化スペクトルL(E|Q)を算出する。具体的には、Q成分スペクトルS(E|Q)の面積、すなわち光子エネルギーE毎の光子数を積算して全光子数を算出し、光子エネルギーE毎の光子数を全光子数で除算することにより規格化スペクトルL(E|Q)が算出される。算出された規格化スペクトルL(E|Q)は演算装置108に記憶される。
演算装置108は、Qの値が閾値Qthに達したか否かを判定する。達していれば処理の流れは終了となり、達していなければS506へ処理を進める。
演算装置108はQに1を加算して更新し、S502へ処理を戻す。S505においてQの値が閾値Qthに達するまで本ステップを介してS502が実行されるので、一つの較正部材601に対して(Qth+1)回の計測が行われる。例えばQ=2の成分まで抽出する場合は、Qth=2であるので材料スペクトルC(E|Q)が3回計測される。
X線CT装置101により被検体106が撮像される。すなわち検出器パネル107の各検出器ピクセルPは、様々な投影角度において被検体106を透過したX線の光子エネルギースペクトルである撮像スペクトルを取得する。
演算装置108は、S801で取得された撮像スペクトルと照合される光子エネルギースペクトルである較正等価スペクトルをパイルアップ合成処理により生成する。具体的な処理の流れは後述するS821~S825である。演算装置108はS802を実行することにより、撮像スペクトルに基づいて、パイルアップ数Q毎の成分を合成する合成部として機能する。
演算装置108は、S801で被検体106を撮像したときの撮像スペクトルを取得する。
演算装置108は、撮像スペクトルの実測光子数Mを算出する。具体的には、撮像スペクトルの面積、すなわち光子エネルギーE毎の光子数を積算して全光子数を算出することにより、撮像スペクトルの実測光子数Mが算出される。
演算装置108は、Q成分毎の光子数M(Q)を算出する。具体的には、実測光子数Mと(式2)、(式3)から求められるX線光子の入射レートnと事前に取得される不感時間τとを(式1)に代入することによりパイルアップ数Q毎に求められるP(Q|nτ)に、実測光子数Mが乗じられて各光子数M(Q)が算出される。
演算装置108は、較正部材601の種類毎にパイルアップテンプレートL(E|Q)を読み出す。
演算装置108は、次式を用いて合成スペクトルA(E)を算出する。
(式6)によりパイルアップ数Q毎に光子数M(Q)と規格化スペクトルL(E|Q)とが乗じられ、それらの積が加算されることにより合成スペクトルA(E)が算出される。算出された合成スペクトルA(E)は撮像スペクトルと照合される光子エネルギースペクトルである較正等価スペクトルとなる。較正等価スペクトルは較正部材601の種類毎に算出され、図6の右下に示されるような較正等価スペクトルのマップが形成される。
演算装置108は、S801で取得された撮像スペクトルを較正等価スペクトルのマップと照合することにより基底物質分解を行い、基底物質毎の投影データを生成する。具体的には、較正等価スペクトルのマップの中から、撮像スペクトルに最も類似する較正等価スペクトルが選出され、選出された較正等価スペクトルに対応する基底物質の厚さの組み合わせが抽出される。そして抽出された基底物質の厚さの組み合わせから、基底物質毎の投影データが生成される。または較正等価スペクトルのマップの中から、撮像スペクトルに類似する複数の較正等価スペクトルを選出し、それらに対応する基底物質の各厚さを補間処理して基底物質の厚さの組み合わせが抽出されても良い。
演算装置108は、S803で分解された基底物質毎の投影データに対して画像再構成処理を実行する。画像再構成処理の結果、基底物質毎の断層画像が生成される。
Claims (1)
- 入射する放射線光子のエネルギーに対応する電気信号を出力する光子計数型検出器の較正方法であって、
異なる放射線減弱係数を有する複数の基底物質が組み合わせられた較正部材を透過する放射線の光子エネルギースペクトルからパイルアップ数毎の成分を抽出する抽出ステップと、
被検体を撮像して得られる撮像スペクトルに基づいて、前記パイルアップ数毎の成分を合成することにより前記撮像スペクトルと照合される較正等価スペクトルを生成する合成ステップと、
を備え、
前記抽出ステップでは、抽出される成分である抽出成分のパイルアップ数よりもパイルアップ数が多い上位成分の含有率が所定値以下となるように設定された放射線量により計測された光子エネルギースペクトルである材料スペクトルを用いて前記抽出成分が算出され、
前記所定値は補正精度と計測時間に応じて設定されることを特徴とする光子計数型検出器の較正方法。
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