X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置、醫(yī)用圖像處理裝置以及醫(yī)用圖像處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種具有計(jì)數(shù)器的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置、醫(yī)用圖像 處理裝置以及醫(yī)用圖像處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，利用單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置（Single Photon Emission Computed Tomography :以下，稱為SPECT裝置）及正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置（Positron Emission Computed Tomography:以下，稱為PET裝置）等核醫(yī)學(xué)診斷裝置中的單光子檢測(cè) 技術(shù)（以下，稱為單光子檢測(cè)技術(shù)）的擴(kuò)展形式來嘗試光子計(jì)數(shù)型的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝 影裝置（Computed Tomography:以下，稱為光子計(jì)數(shù)X射線CT裝置）的實(shí)際應(yīng)用。單光子 檢測(cè)技術(shù)大致分為兩種。
[0003] 第一種單光子檢測(cè)技術(shù)是下述方法。首先，將透過被檢體的X射線光子通過結(jié)晶 (閃爍體）等轉(zhuǎn)換為閃爍光。接著，利用光電倍增管（Photomultiplier tube:以下，稱為 PMT)、或者娃光電倍增管（Silicon Photomultiplier :以下，稱為SiPM)等光檢測(cè)器檢測(cè)閃 爍光，由此，X射線光子作為電信號(hào)被取出這樣的方法。上述方法被稱為間接轉(zhuǎn)換型。
[0004] 第二種單光子檢測(cè)技術(shù)是利用半導(dǎo)體檢測(cè)器，將透過被檢體的X射線光子直接轉(zhuǎn) 換為電信號(hào)的方法（也稱為直接轉(zhuǎn)換型）。具體而言，對(duì)半導(dǎo)體檢測(cè)器中的兩個(gè)電極預(yù)先施 加偏置電壓。由于X射線光子射入半導(dǎo)體檢測(cè)器的內(nèi)部，所以在半導(dǎo)體檢測(cè)器內(nèi)部，發(fā)生電 子與空穴的電子偶的產(chǎn)生。產(chǎn)生的電子與空穴分別被不同的電極吸引。到達(dá)電極的電子作 為電信號(hào)被取出。
[0005] 上述任意方法中，取出的電信號(hào)（以下，稱為檢測(cè)信號(hào)）的強(qiáng)度的積分值都與X射 線光子的能量成比例，因此，對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行積分。通過檢測(cè)信號(hào)的積分，計(jì)算各個(gè)地檢測(cè) 出的X射線光子的能量。核醫(yī)學(xué)診斷裝置與光子計(jì)數(shù)X射線CT裝置的不同點(diǎn)在于，與核醫(yī) 學(xué)診斷裝置中的光子的流量相比，光子計(jì)數(shù)X射線CT裝置中的光子的流量格外地多。為了 通過光子計(jì)數(shù)X射線CT裝置來重建醫(yī)用圖像，需要針對(duì)例如IO 9個(gè)/mm2/sec (以下，稱為計(jì) 數(shù)率）進(jìn)行單光子檢測(cè)。
[0006] 但是，關(guān)于上述計(jì)數(shù)率，在對(duì)X射線光子執(zhí)行單光子檢測(cè)時(shí)，存在分別與上述兩種 單光子檢測(cè)技術(shù)對(duì)應(yīng)的、與以下所示的兩種計(jì)數(shù)損失相關(guān)的問題。與第一種單光子檢測(cè)技 術(shù)對(duì)應(yīng)的問題是，由于堆積（pile up)所導(dǎo)致的計(jì)數(shù)損失的問題。堆積是在閃爍的典型的 衰減時(shí)間（幾納秒）內(nèi)，由于多個(gè)X射線光子射入閃爍體所產(chǎn)生的。堆積是分別與多個(gè)X 射線光子對(duì)應(yīng)的多個(gè)檢測(cè)信號(hào)重疊的現(xiàn)象。如果產(chǎn)生堆積，那么多個(gè)X射線光子作為一個(gè) X射線光子被計(jì)數(shù)，那么其結(jié)果為，產(chǎn)生計(jì)數(shù)損失。
[0007] 與第二個(gè)單光子檢測(cè)技術(shù)對(duì)應(yīng)的問題是，由于X射線光子在半導(dǎo)體檢測(cè)器的停滯 時(shí)間中射入半導(dǎo)體檢測(cè)器所導(dǎo)致的計(jì)數(shù)損失的問題。停滯時(shí)間是指，在從半導(dǎo)體檢測(cè)器取 出檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間起至在半導(dǎo)體檢測(cè)器中能夠再次發(fā)生電子偶的產(chǎn)生的時(shí)間為止的時(shí)間 間隔。如果在停滯時(shí)間X射線光子射入半導(dǎo)體檢測(cè)器，那么由于沒有發(fā)生電子偶的產(chǎn)生，所 以X射線光子沒有被計(jì)數(shù)。當(dāng)前，嘗試通過縮小半導(dǎo)體檢測(cè)器的大小（像素尺寸），減少在 單位時(shí)間內(nèi)射入同一半導(dǎo)體檢測(cè)器的X射線光子的數(shù)量。但是，該嘗試中，最大計(jì)數(shù)率停止 在IO 6個(gè)/mm Vsec左右。
[0008] 產(chǎn)生與上述計(jì)數(shù)損失相關(guān)的問題的原因是，為了計(jì)算射入X射線檢測(cè)器的X射線 光子的能量而對(duì)衰減時(shí)間常數(shù)長(zhǎng)的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行積分。為了實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)X射線CT裝置， 必須實(shí)現(xiàn)高計(jì)數(shù)率。但是，存在下述問題，即，很難在與核醫(yī)學(xué)診斷裝置相關(guān)的技術(shù)的擴(kuò)展 上發(fā)現(xiàn)上述單光子檢測(cè)技術(shù)。
[0009] 作為解決上述問題的方法，有例如利用X射線衍射現(xiàn)象的方法。該方法中，在準(zhǔn)直 儀的背面?zhèn)仍O(shè)置衍射體。與衍射體間隔預(yù)定距離地設(shè)置多個(gè)X射線檢測(cè)元件。射入準(zhǔn)直儀 的多色X射線以衍射角度進(jìn)行衍射（散射），該衍射角度是與包含在多色X射線中的多個(gè) 單色X射線中的能量分別對(duì)應(yīng)的衍射角度。多色X射線通過該衍射，在多個(gè)X射線檢測(cè)元 件上衍射（散射）成德拜-謝樂環(huán)（Deb ye-Scherrer環(huán)）狀。表示與德拜-謝樂環(huán)的半徑 對(duì)應(yīng)的X射線光子的計(jì)數(shù)數(shù)量的直方圖是，衍射的X射線的光子數(shù)與基于非衍射的X射線 (透過X射線）的光子數(shù)的疊加。另外，衍射體與多個(gè)X射線檢測(cè)元件之間的距離較近時(shí)， 與多個(gè)單色X射線分別對(duì)應(yīng)的多個(gè)德拜-謝樂環(huán)重疊，因此，存在很難得到多色X射線的能 量譜的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置，能夠針對(duì)多個(gè)能量區(qū)域 的每個(gè)對(duì)與射入準(zhǔn)直儀的多色X射線相關(guān)的光子數(shù)進(jìn)行分類。
[0011] 本實(shí)施方式所涉及的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置具備：X射線產(chǎn)生部，產(chǎn)生X射 線；準(zhǔn)直儀，具有多個(gè)貫通孔以及衍射體，所述多個(gè)貫通孔對(duì)由所述X射線產(chǎn)生部所產(chǎn)生的 X射線進(jìn)行準(zhǔn)直，所述衍射體設(shè)置于所述貫通孔，并以與所述X射線的能量對(duì)應(yīng)的角度使所 述X射線衍射；多個(gè)X射線檢測(cè)元件，與所述衍射體間隔預(yù)定距離地設(shè)置；計(jì)數(shù)部，基于來 自所述多個(gè)X射線檢測(cè)元件的輸出，對(duì)來源于所述X射線的光子數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)；存儲(chǔ)部，存儲(chǔ) 統(tǒng)計(jì)信息，所述統(tǒng)計(jì)信息與所述X射線中的多個(gè)能量區(qū)域的每一個(gè)對(duì)應(yīng)，并與對(duì)應(yīng)于所述 多個(gè)X射線檢測(cè)元件的位置的多個(gè)計(jì)數(shù)值的計(jì)數(shù)分布相關(guān)；分類部，利用所述統(tǒng)計(jì)信息，針 對(duì)所述能量區(qū)域的每一個(gè)對(duì)計(jì)數(shù)的所述光子數(shù)進(jìn)行分類；以及重建部，基于針對(duì)所述能量 區(qū)域的每一個(gè)進(jìn)行了分類的光子數(shù)，重建與所述能量區(qū)域?qū)?yīng)的醫(yī)用圖像。
[0012] 通過本實(shí)施方式，能夠提供一種X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置、醫(yī)用圖像處理裝置 以及醫(yī)用圖像處理方法，能夠針對(duì)多個(gè)能量區(qū)域的每一個(gè)對(duì)與射入準(zhǔn)直儀的多色X射線相 關(guān)的光子數(shù)進(jìn)行分類。
【附圖說明】
[0013] 圖1是表示本實(shí)施方式所涉及的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的 結(jié)構(gòu)圖。
[0014] 圖2是表示本實(shí)施方式所涉及的X射線檢測(cè)部中的多個(gè)X射線檢測(cè)模塊的排列的 一個(gè)例子的立體圖。
[0015] 圖3是本實(shí)施方式所涉及的、將本實(shí)施方式所涉及的X射線檢測(cè)部中的X射線檢 測(cè)模塊的一個(gè)例子與射入的多色X射線和根據(jù)能量而被衍射的X射線一同表示的圖。
[0016] 圖4是表示本實(shí)施方式所涉及的將多個(gè)計(jì)數(shù)器和多個(gè)加法器進(jìn)行連接的一個(gè)例 子的圖。
[0017] 圖5是表示本實(shí)施方式所涉及的與多色X射線的檢測(cè)相關(guān)的直方圖的一個(gè)例子的 圖。
[0018] 圖6是表示本實(shí)施方式所涉及的與多個(gè)能量區(qū)域分別對(duì)應(yīng)的多個(gè)斜交基底的一 個(gè)例子的圖。
[0019] 圖7是表示本實(shí)施方式所涉及的與多色X射線的檢測(cè)相關(guān)的直方圖的能量譜的一 個(gè)例子的圖。
[0020] 圖8是本實(shí)施方式所涉及的將與多色X射線的檢測(cè)相關(guān)的直方圖和分別對(duì)應(yīng)于多 個(gè)能量區(qū)域并成為斜交系的基底的多個(gè)直方圖一同表示的圖。
[0021] 圖9是表示本實(shí)施方式所涉及的通過使用多個(gè)斜交基底將檢測(cè)直方圖斜交展開， 來產(chǎn)生能量譜的處理的步驟的一個(gè)例子的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 參照附圖，對(duì)基于光子計(jì)數(shù)的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影（Computed Tomography)裝 置（以下，稱為光子計(jì)數(shù)X射線CT裝置）的實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，在X射線計(jì)算機(jī)斷 層攝影裝置中，有下述各種類型，即，X射線產(chǎn)生部與X射線檢測(cè)部成為一體，并在被檢體的 周圍旋轉(zhuǎn)的Rotate/Rotate-Type (旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)類型）；以及將排列成環(huán)狀的多個(gè)X射線檢 測(cè)元件固定，僅X射線產(chǎn)生部在被檢體的周圍旋轉(zhuǎn)的Stationary/Rotate-Type (靜止/旋 轉(zhuǎn)類型）等，任一種類型都可以適用于本實(shí)施方式。另外，為了重建醫(yī)用圖像，需要被檢體 的周圍一周、即360°的量的投影數(shù)據(jù)，而即使通過半掃描法，也需要180° +扇形角度的 量的投影數(shù)據(jù)。任何一種重建方式都能夠適用于本實(shí)施方式。在近年，將X射線產(chǎn)生部與 X射線檢測(cè)部的多個(gè)對(duì)搭載于旋轉(zhuǎn)環(huán)上的所謂的多管球型的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置的 產(chǎn)品化正在發(fā)展，并且其周邊技術(shù)的開發(fā)也在進(jìn)行中。本實(shí)施方式適用于以往的一管球型 的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置，也適用于多管球型的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置。在此，對(duì) 一管球型進(jìn)行說明。
[0023] 另外，以下的說明中，對(duì)于具有大致相同功能及結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要素，標(biāo)注相同標(biāo)號(hào)， 并且，僅在需要時(shí)，進(jìn)行重復(fù)說明。
[0024] 圖1是表示本實(shí)施方式所涉及的光子計(jì)數(shù)X射線CT裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的結(jié) 構(gòu)圖。光子計(jì)數(shù)X射線CT裝置1具備：架臺(tái)部100、存儲(chǔ)部200、分類部300、重建部400、顯 示部500、輸入部600及控制部700。
[0025] 架臺(tái)部100中收納旋轉(zhuǎn)支承機(jī)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)支承機(jī)構(gòu)包括：旋轉(zhuǎn)環(huán)101、以旋轉(zhuǎn)軸Z為 中心自由旋轉(zhuǎn)地支承旋轉(zhuǎn)環(huán)101的環(huán)支承機(jī)構(gòu)、以及驅(qū)動(dòng)環(huán)的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部103 (電動(dòng) 機(jī)）。旋轉(zhuǎn)環(huán)101上搭載有：X射線產(chǎn)生部105 ;X射線檢測(cè)部107 ;以及基于來自X射線檢 測(cè)部107的輸出，對(duì)來源于X射線的光子數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)部109。
[0026] X射線產(chǎn)生部105具有未圖示的高電壓產(chǎn)生器以及X射線管。高電壓產(chǎn)生器產(chǎn)生 對(duì)X射線管施加的高電壓（以下，稱為管電壓）、以及對(duì)X射線管供給的電流（以下，稱為管 電流）。高電壓產(chǎn)生器根據(jù)從后述的控制部700經(jīng)由滑動(dòng)環(huán)（slip ring)lll輸入的控制信 號(hào)，產(chǎn)生管電壓和管電流。X射線管接收來自高電壓產(chǎn)生器的管電壓的施加及管電流的供 給，從X射線的焦點(diǎn)放射X射線。X射線管產(chǎn)生多色X射線。多色X