X射线计算机断层摄影装置以及校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施方式涉及X射线计算机断层摄影装置以及校正方法。
【背景技术】
[0002] 在最简单的表现中，放射线成像与横穿被检体和检测器的X射线束的每条光线的 总衰减有关。衰减由来于存在被检体时和不存在被检体时的相同光线的比较。根据该概念 定义，为了恰当地构成图像，需要几个步骤。例如，"X射线产生装置所限定的大小"、"将来 自X射线产生装置的非常低的能量的X射线截止的滤波器的特征以及形状"、"检测器的配 置（geometry)以及特性的详细的信息"、以及"数据收集系统（dataacquisitionsystem) 的容量"均是对执行实际的重建的方法产生影响的要素。在图像重建中，摄影对象的被检体 的线性衰减系数（LAC:LinearAttenuationCoefficient)的图（map)通过逆Radon变换 由LAC的线积分得到。线积分与通过被检体的主要的X射线的强度的对数相关。但是，由 检测器测定的X射线强度可能包含散射光子（scatteringphoton)和主要光子（primary photon)。因此，根据混合有散射X射线的强度重建的图像有时包含几个散射伪影。
[0003] 第3代的CT系统能够包含稀疏分布的第4代的光子计数检测器。在这样的组合 系统中，第4代的检测器通过检测器的扇形角的范围来收集1次束。
[0004] 大量的临床应用能够从频谱CT技术受益。例如，频谱CT技术能够区分物质以及 提高射束硬化校正。并且，基于半导体的光子计数检测器是用于频谱CT的有前途的候补。 例如，该检测器与以往的频谱CT技术（例如，二重光源、kVp-转换等）相比较，能够提供更 好的频谱信息。
[0005] 专利文献1 :日本特开2013-192951
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的问题在于，提供一种能够提高堆积（pileup)校正的精度的X射 线计算机断层摄影装置以及校正方法。
[0007] 实施方式的X射线计算机断层摄影装置具备X射线管、X射线检测器、生成部、生 成控制部、以及重建部。X射线管产生X射线。X射线检测器检测由上述X射线管产生的X 射线光子并输出测定频谱。生成部根据包含与堆积事件的概率相关的参数和与上述X射线 检测器的死时间相关的参数的参数向量，来生成合成频谱。生成控制部以一边改变上述参 数向量一边生成上述合成频谱的方式控制上述生成部，以使由上述X射线检测器输出的测 定频谱与由上述生成部生成的合成频谱的差异度低于规定的阈值。重建部根据上述差异度 低于规定的阈值的合成频谱，生成校正了上述堆积事件的校正频谱，并根据所生成的校正 频谱来重建图像。
【附图说明】
[0008] 图1是表示本实施方式所涉及的X射线CT装置的结构的一个例子的图。
[0009] 图2是表示本实施方式所涉及的检测器堆积模型的处理的步骤的流程图。
[0010] 图3是表示本实施方式所涉及的模型参数推定设备的处理的步骤的流程图。
[0011] 图4是表示本实施方式所涉及的检测器堆积模型的组分谱的合计的图。
[0012] 图5是表示以一定值的检测概率计算出的组分谱的合计的图。
[0013] 图6是表示本实施方式所涉及的X射线CT装置的图。
[0014] 图7是表示本实施方式涉及的CT扫描仪系统的图。
【具体实施方式】
[0015] 以下，参照附图，详细地说明X射线计算机断层摄影装置以及校正方法的实施方 式。本说明书所记载的实施方式、以及其附带的诸优点的大部分如果结合附图来讨论，则通 过参照以下的详细说明会进一步加深理解，容易更完全地把握。其中，以下将X射线计算机 断层摄影装置记载为X射线CT装置。
[0016] 本发明的实施方式大概涉及频谱计算机断层摄影（ComputedTomography:CT)系 统的光子计数检测器（Photon-countingdetector)用的堆积校正，具体而言，本说明书所 记载的实施方式以第4代的频谱光子计数CT检测器用的堆积模型化以及校正用的新的X 射线CT装置为对象。
[0017] 根据一个实施方式，X射线CT装置具备X射线管、X射线检测器、生成部、生成控制 部、以及重建部。X射线管产生X射线。X射线检测器检测从X射线管产生的X射线光子并 输出测定频谱。生成部根据包含与堆积事件的概率相关的参数和与X射线检测器的死时间 (deadtime)相关的参数的参数向量，来生成合成频谱。生成控制部以一边改变参数向量一 边生成合成频谱的方式控制生成部，以使由X射线检测器输出的测定频谱与由生成部生成 的合成频谱的差异度低于规定的阈值。重建部根据差异度低于规定的阈值的合成频谱，来 生成校正了堆积事件的校正频谱，并根据所生成的校正频谱来重建图像。
[0018] 另外，根据一个实施方式，X射线CT装置具备X射线管、X射线检测器、生成部、生 成控制部、以及重建部。X射线检测器检测从X射线管产生的X射线光子并输出测定频谱。 生成部根据包含与堆积事件的概率相关的参数和与X射线检测器的死时间相关的参数的 参数向量，来生成合成频谱，其中，上述堆积事件的概率包含单一光子入射事件的概率、2个 光子入射事件的概率、以及至少3个光子的入射事件的概率。生成控制部控制生成部，以便 生成由X射线检测器输出的测定频谱与由生成部生成的合成频谱的差异度低于规定的阈 值的合成频谱。重建部根据差异度低于规定的阈值的合成频谱，来生成校正了堆积事件的 校正频谱，并根据所生成的校正频谱来重建图像。
[0019] 上述的实施方式例如通过决定包含光子计数检测器的检测器堆积模型的多个参 数的参数向量的方法来实现。在此，检测器堆积模型被用于频谱计算机断层摄影扫描仪（X 射线CT装置）用的堆积校正，上述方法例如包含：（1)设定步骤，设定包含死时间和不同的 堆积事件的各个概率的多个参数的值，其中，上述堆积时间的概率包含单一光子入射事件 的概率、2个光子入射事件的概率、以及至少3个光子入射事件的概率；(2)决定步骤，使用 (a)检测器的响应模型、（b)入射频谱、以及（c)参数向量的设定值，来决定与不同的堆积事 件的各个概率中之一分别对应的多个组分谱（componentspectrum) ; (3)生成步骤，对多 个组分谱进行合计，生成输出频谱（也称为合成频谱）；(4)计算步骤，根据输出频谱和测定 到的测定频谱，来计算成本函数的值；(5)更新步骤，更新参数向量的值中的至少一个；(6) 重复步骤，为了能够决定使成本函数最佳化的参数向量，反复进行决定、合计、计算、以及更 新的步骤直到满足停止基准。
[0020] 在一个实施方式中，设定步骤包含根据扫描仪形状（X射线检测器的每个检测元 件的特性）来设定死时间参数的步骤。
[0021] 在另一个实施方式中，计算步骤包含使用下述数式（1)来计算成本函数的值的步 骤。
[0022] 【数学公式1】
[0023] it2 (a) =/dE[Sout(E,a)-SM(E)]2- (1)
[0024] 在此，W(a)表示成本函数，a表示参数向量，S。#?，a)表示输出频谱（合成频谱）， SM(E)表示测定频谱，E表示能量。
[0025] 在另一个实施方式中，参数还包含对峰堆积事件和尾堆积事件进行区别的时间阈 值，进行决定的步骤包含决定2个光子入射事件的峰堆积组分谱和尾堆积组分谱的步骤。
[0026] 在另一个实施方式中，重复步骤包含直到成本函数小于规定的阈值，或收敛于规 定数量的重复为止，反复进行决定步骤、合计步骤、计算步骤、以及更新步骤的步骤。
[0027] 在另一个实施方式中，更新步骤包含通过覆盖的检索方法来更新参数向量a的步 骤。
[0028] 在另一个实施方式中，更新步骤包含通过非线性最小二乘法来更新参数向量a的 步骤。
[0029] 在另一个实施方式中，决定步骤包含决定与单一光子入射事件对应的第一组分谱 作为多个组分谱中之一的步骤，第一组分谱如下述数式（2)那样来决定。
[0030] 【数学公式2】
[0031]
[0032] 在此，Sin表示入射频谱，n表示入射计数率，yezT(E)表示线性衰减值，z表示深度， td表示死时间。
[0033] 另外，在另一个实施方式中，为频谱计算机断层摄影扫描仪（X射线CT装置）提供 一种执行堆积校正的方法。在此，X射线CT装置包含光子计数检测器，方法包含：（1)使用 上述的方法，决定包含光子计数检测器的检测器堆积模型的多个参数的参数向量的步骤、 (2)使用扫描仪来执行扫描，为光子计数检测器生成测定出的频谱的步骤、以及（3)使用检 测器堆积模型和测定出的频谱，为光子计数检测器决定入射频谱的步骤。
[0034] 在另一个实施方式中，提供一种决定包含光子计数检测器的检测器堆积模型的多 个参数的参数向量的设备。在此，检测器堆积模型被用于X射线CT装置用的堆积校正，设 备例如包含构成为进行以下处理的处理装置，所述处理是指：（1)设定包含死时间和不同 的堆积事件的各个的概率的多个参数的值，其中，上述堆积事件的概率包含单一光子入射 事件的概率、2个光子入射事件的概率、以及至少3个光子入射事件的概率，（2)使用（a)检 测器的响应模型、（b)入射频谱、以及（c)参数向量的设定值，来决定与不同的堆积事件的 各个的概率中之一分别对应的多个组分谱，（3)对多个组分谱进行合计，生成输出频谱（也 称为合成频谱），（4)根据输出频谱和测定出的频谱，计算成本函数的值，（5)更新参数向量 的值中的至少1个，（6)为了能够决定使成本函数最佳的参数向量，反复进行决定、合计、计 算、以及更新直到满足停止基准。
[0035] 根据另一个实施方式，提供一种根据包含光子计数检测器的检测器堆积模型的多 个参数的参数向量来决定输出频谱的方法。在此，检测器堆积模型被用于X射线CT装置用 的堆积校正，方法包含：（1)设定包含死时间和不同的堆积事件的各个的概率的多个参数 值的步骤，其中，上述堆积事件的概率包含单一光子入射事件的概率、2个光子入射事件的 概率、以及至少3个光子入射事件的概率，（2)使用（a)检测器的响应模型、（b)入射频谱、 以及（c)参数向量的设定值，来决定多个组分谱的步骤。在此，各组分谱与不同的堆积事件 的各个的概率中之一分别对应，进行决定的步骤包含为了