特許 6283367 ピクセル型光検出器を用いてイオン化放射線を検出する方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6283367

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】ピクセル型光検出器を用いてイオン化放射線を検出する方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/24 20060101AFI20180208BHJP

【ＦＩ】

   G01T1/24

【請求項の数】16

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-535057(P2015-535057)

(86)(22)【出願日】2013年10月8日

(65)【公表番号】特表2015-530597(P2015-530597A)

(43)【公表日】2015年10月15日

(86)【国際出願番号】EP2013070916

(87)【国際公開番号】WO2014056893

(87)【国際公開日】20140417

【審査請求日】2016年9月30日

(31)【優先権主張番号】1259541

(32)【優先日】2012年10月8日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】502124444

【氏名又は名称】コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】特許業務法人 信栄特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】リュクス，シルヴェール

(72)【発明者】

【氏名】モントモン，ギヨーム

【審査官】 右田 純生

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２０８０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１６９２８７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 国際公開第２０１１／０１５２３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／０９０５３０（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特表２００１−５１３１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０５３９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０４３１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２０３７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００８２６５９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ １／２４

Ｇ０１Ｔ １／２９

Ｇ０１Ｔ １／１７

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの直交する軸Ｏ_ｘ，Ｏ_ｙに沿って配置された幾つかのピクセルにピクセル化された半導体検出器を活用してイオン化放射線を検出する方法であって、
各ピクセルが、前記検出器と前記イオン化放射線との相互作用の際に集まる電荷の特性である信号を提供し、
前記方法は、
（ａ）所定のしきい値を超える信号振幅を有する、被作用ピクセルと呼ばれるピクセル（４１０，６１０）を決定するステップと、
（ｂ）前記被作用ピクセルの信号から、衝突瞬間と呼ばれる瞬間（ｔ_０）を決定し、前記衝突瞬間の前である第１の瞬間（ｔ₁）と前記衝突瞬間の後である第２の瞬間（ｔ₂）を得るステップと、ここで、前記第１と第２の瞬間は、前記衝突瞬間（４２０，６２０）から決定され、
（ｃ）前記被作用ピクセルに隣接した少なくとも１つのピクセルに対して、前記第１と第２の瞬間（４３０，６３０）の間における前記隣接したピクセルの信号の偏差の測定値を決定するステップと、
（ｄ）前記測定値（４４０，６４０）から、前記直交する軸Ｏ_ｘ，Ｏ_ｙからなる座標系における前記イオン化放射線の前記相互作用点の少なくとも１つの座標を推定するステップと、を含む方法。

【請求項2】

前記第１と第２の瞬間は、前記信号の偏差の最大統計分散を示す第１と第２の瞬間として決定されることを特徴とする請求項１に記載のイオン化放射線を検出する方法。

【請求項3】

ステップ（ｃ）では、作用を受けた点に隣接したピクセルＱの集合Ｖの信号のそれぞれの偏差ＭQが決定され、
ステップ（ｄ）では、前記イオン化放射線の相互作用点の座標が、前記偏差から推定される、ことを特徴とする請求項２に記載のイオン化放射線を検出する方法。

【請求項4】

前記軸Ｏｘに沿った前記相互作用点の前記座標のｘが、条件付き確率ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i），Ｑ∈Ｖを共に最大化することで最尤法を用いて推定され、
ここで、ｘ_iは、前記座標の複数の離散した可能な値であり、前記条件付き確率関数ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）は、較正又はシミュレーションステップで事前に決定されている、ことを特徴とする請求項３に記載のイオン化放射線を検出する方法。

【請求項5】

前記軸Ｏ_ｘに沿った前記相互作用点の前記座標のｘが次式によって推定される、ことを特徴とする請求項４に記載のイオン化放射線を検出する方法。

【数1】

【請求項6】

前記軸Ｏ_ｘに沿った前記相互作用点の座標のｘが、次式の条件付き確率

【数2】

とＱ∈Ｖを一緒に最大化することによって、最尤法を用いて推定され、
ここで、次式

【数3】

は、前記被作用ピクセルの信号のエネルギーＥ₀によって正規化された偏差であり、
ｘ_iは、前記座標の複数の離散した可能な値であり、
前記条件付き確率関数は、較正又はシミュレーションステップで事前に決定されている、ことを特徴とする請求項３に記載のイオン化放射線を検出する方法。

【請求項7】

前記軸Ｏ_ｘに沿った前記相互作用点の前記座標のｘが、以下式によって推定される、ことを特徴とする請求項６に記載のイオン化放射線を検出する方法。

【数4】

【請求項8】

前記軸Ｏ_ｘに沿った前記相互作用点の前記座標のｘが、条件付き確率ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）並びに条件付き確率Ｐ（Ｅ₀｜ｘ_i）を共に最大化することで最尤法を用いて推定され、
ここで、Ｅ₀は、前記被作用ピクセルの信号のエネルギーを表わし、ｘ_iは、前記座標の複数の離散した可能な値であり、
前記条件付き確率関数ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）とＰ（Ｅ₀｜ｘ_i）が、較正又はシミュレーションステップで事前に決定されている、ことを特徴とする請求項３に記載のイオン化放射線を検出する方法。

【請求項9】

前記軸Ｏ_ｘに沿った前記相互作用点の前記座標のｘが、以下式によって推定される、ことを特徴とする請求項８に記載のイオン化放射線を検出する方法。

【数5】

【請求項10】

前記相互作用点の前記座標が、以下式によって推定され、

【数6】

ここで、Ｂ_xが、それぞれの偏差Ｍ_Qによって重み付けされたＶのピクセルと、前記衝突時間における前記被作用ピクセルの信号の振幅によって重み付けされた被作用ピクセルとの共通重心の座標であり、
Ｕ（Ｂ_x）が、較正又はシミュレーションによって決定された前記検出器の均一照射下のＢ_xの分散を均一にする関数である、ことを特徴とする請求項３に記載のイオン化放射線を検出する方法。

【請求項11】

前記関数Ｕ（Ｂ_x）が、Ｕ（Ｂ_x）＝ｐ［Ｆ（Ｂ_x）−１／２］によって決定され、
ここで、ｐが、前記検出器のピクセル化間隔であり、Ｆ（Ｂ_x）が、前記検出器の均一照射下の共通重心Ｂ_xの分布関数である、ことを特徴とする請求項１０に記載のイオン化放射線を検出する方法。

【請求項12】

イオン化放射線に晒され、第１の電極（８２０）で覆われた前側と、２つの直交する軸Ｏ_ｘ，Ｏ_ｙに沿って配置されたピクセルとして知られる複数の基本電極（８３０_i）で覆われた後側とを有する半導体素子（８１０）を含むイオン化放射線検出器であって、
各ピクセル（８３０_i）は、前記半導体素子との前記イオン化放射線の相互作用の際に前記ピクセルから来る電荷信号を読み取るのに適切な読取りチャネル（８４０_i）と関連付けられ、
前記検出器が、ピクセルの各読取りチャネルに対して、
前記読み取った信号を所定のしきい値と比較し、前記ピクセルが作用を受けたかどうかを示すブール信号を生成する弁別手段（８６０_i）と、
前記ピクセルが作用を受けたことを前記ブール信号が示すときに、衝突瞬間と呼ばれる読み取った信号が最大値に達した瞬間を決定する同期手段（８７０_i）と、
前記衝突瞬間を受け取り、前記被作用ピクセルに隣接した１組のピクセルから読み取った信号のサンプルを記憶するように意図された記憶手段（８８０_i）を前記衝突瞬間の関数として制御する制御手段（８９０_i）とを備え、
前記検出器は、
前記被作用ピクセルに隣接した１組のピクセルのうち少なくとも１つのピクセルから読み取られた信号の偏差の測定値を得るように構成され、前記得られた測定値から、前記直交する軸Ｏ_ｘ，Ｏ_ｙからなる座標系における前記相互作用点の少なくとも１つの座標を決定する処理ユニット（８９５）をさらに含み、
前記偏差は、前記衝突瞬間の前である第１の瞬間と前記衝突瞬間の後である第２の瞬間との間で測定され、前記第１と第２の瞬間は、前記衝突時間から決定される、イオン化放射線検出器。

【請求項13】

前記処理ユニットは、前記被作用ピクセルに隣接した１組のピクセルから読み取られた信号のそれぞれの偏差（Ｍ_Q）を測定するように構成され、
前記偏差は、前記第１の瞬間と前記第２の瞬間との間で測定され、
前記処理ユニットは、前記得られた偏差から前記相互作用点の少なくとも１つの座標を決定する、請求項１２に記載のイオン化放射線検出器。

【請求項14】

前記読取りチャネルによって読み取られた前記信号は、前記同期手段（８７０_i）と記憶手段（８８０_i）の上流のフィルタリング手段（８５０_i）によってフィルタリングされる、請求項１３に記載のイオン化放射線検出器。

【請求項15】

前記イオン化放射線検出器は、メモリ（８９４）を含み、
前記メモリ（８９４）には、前記被作用ピクセルに隣接した１組のピクセルに属する各隣接ピクセルに対して、前記軸Ｏ_ｘに沿った前記座標の複数の離散値ｘ_ｉ（ここで、ｉ＝１，．．．，Ｎ）に関する偏差の条件付き確率ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）が記憶される、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のイオン化放射線検出器。

【請求項16】

前記イオン化放射線検出器は、メモリ（８９４）を含み、
前記メモリ（８９４）には、前記被作用ピクセルに隣接した１組のピクセルに属する各隣接点に対して、前記ピクセルに対して読み取られた信号の偏差の統計的分布を提供するテーブルが記憶される、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載のイオン化放射線検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、イオン化放射線検出器の分野、及びそのような検出器からの信号を処理する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、Ｘ線やγ放射線などのイオン化放射線用の半導体検出器は、天文学及び非破壊試験の先行技術（特に医療分野）において周知である。

【0003】

そのような検出器が撮像に使用されるとき、検出器は、入射光子の空間識別ができなければならない。

【0004】

一般に撮像に使用されるイオン化放射線検出器構造を図１に示す。

【0005】

この検出器１００は、半導体素子１１０を含み、半導体素子１１０の前側は、入射放射線に晒され、第１の電極１２０で覆われ、後側は、一次元又は二次元周期配列で分散された複数の第２の基本電極１３０_iで覆われる。したがって、場合によって、第２の基本電極は、一次元で周期的に分散されたストリップ、又は二次元で周期的に分散されたブロックの形をとることができる。以下では、配列が一次元か二次元かにかかわらず、慣例的に、そのような第２の電極にピクセルという名前を使用する。

【0006】

一方の第１の電極と他方の第２の基本電極との間に高電圧が印加される。図示された事例では、第１の電極は陰極として働き、第２の電極は陽極として働く。

【0007】

検出器に入射しエネルギーが半導体の禁制帯よりも大きい光子は、電子正孔対を生成し、半導体内の電界の効果によって、電子が陽極の方に移動し、正孔は陰極に向かう。一般に、入射光子は、そのエネルギーに応じて、半導体と相互作用する際に１つ又は複数の電子正孔対を生成でき、各対は、指示された挙動を示す。

【0008】

第２の基本電極又はピクセル１３０_iはそれぞれ、前置増幅器１４０_iに接続される。収集された電荷に比例し、光子によって与えられたエネルギーに比例するピクセル１３０_iからの信号は、前置増幅器１４０_iによって増幅され、次にアナログ符号変換器１５０_iによってデジタル化され、その後で、一般にＡＳＩＣ又はＦＧＰＡ回路の形のデジタル信号処理（ＤＳＰ）集積回路１６０_iによって処理される。

【0009】

したがって、入射光子が半導体と相互作用するとき、相互作用位置の右側にあるピクセルは、前置増幅器への入力におけるパルスで表された電荷を収集する。したがって、処理の後で、「作用を受けた」ピクセル、換言するとこの電荷を収集したピクセルを決定し、そのピクセルから相互作用点の座標を、ピクセル化ステップと等しい精度、即ちピクセルの空間的周期と等しい精度で決定できる。

【0010】

しかしながら、相互作用点の決定は、２つの妨害現象による作用を受けることがある。

【0011】

第１のいわゆる「電荷共有」現象は、ピクセル化間隔が、相互作用中に作成された電荷雲のサイズより小さいときに起こる。そのような状況では、様々な電荷、例えばピクセル型陽極の場合には電子が、隣接ピクセルによって収集されてもよい。この現象の程度は、更に、検出器の幾何学形状、入射光子のエネルギー、及び相互作用の深さに依存する。

【0012】

第２の現象は、いわゆる「誘導電荷」の現象である。実際には、電荷キャリアが生成されて半導体１１０中を移動するとき、その電荷キャリアは、基本電極１３０_i内に電流を生じさせる。被作用ピクセルのまわりのピクセルからの出力では、電子は、正孔の移動度よりも大きい移動度を有するので、一般に、最初に正ローブが現れ、次に負ローブが現われ、符号反転の瞬間は、電子が被作用ピクセルによって収集された瞬間に対応する。電荷誘導現象は、文献で広く述べられており、特許文献１を参照されたい。

【0013】

ピクセル型半導体の空間分解能を改善する第１の方法は、ピクセル化間隔を小さくすることである。しかしながら、前述の電荷共有現象によって、達成される分解能を大幅に改善することもできず、また光子によって与えられるエネルギーを正確に推定することもできない。更に、きわめて多数の増幅器、ＡＤＣコンバータ及び処理回路を必要とし、検出器が複雑で高価になる。更に、この結果として、回路内の検出器の成ハイブリッド化が難しくなる。

【0014】

第２のより有望な方法は、ピクセル化間隔より小さい分解能を達成するために幾つかの隣接ピクセルから来る信号を処理することからなる。

【0015】

特許文献２は、光子の相互作用の位置が検出器のピクセル化間隔より小さい分解能で得られる検出器について記載している。より正確には、特許文献２は、相互作用時に被作用ピクセルと隣接ピクセルから来る信号のそれぞれの値を補間して、その瞬間における電荷プロファイルを取得し、そのように取得したプロファイルを、ピクセル化間隔より小さい距離だけ離間された相互接続点に関して計算されかつ取得されたプロファイルに最も近い標準的プロファイルと比較して、相互作用点の座標を提供することを提案する。しかしながら、この方法は、信号がきわめて小さいときに作用を受けたピクセルに隣接したピクセルからの信号を使用し、その結果、そのような信号が通常、ノイズによってかき消されるという欠点を有する。したがって、この結果、相互作用点の座標に大きな誤差が生じる可能性がある。

【0016】

前述の特許文献１は、また、被作用ピクセルに隣接したピクセルから来る過渡信号を使用して検出器の空間分解能を改善する方法について述べている。より正確には、被作用ピクセルの左側の隣接ピクセルから来る信号と、被作用ピクセルの右側の隣接ピクセルから来る信号との差から得た反応差を計算し、この反応差の振幅ピークから相互作用点の位置を導出することを提案する。この方法の欠点は、やはり、特に相互作用位置が被作用ピクセルの中心に近いときにノイズに極めて弱くなることである。実際に、反応差の振幅がきわめて小さいこの事例では、隣接ピクセルに生じた電荷は、当該のピクセルの中心のまわりに対称的に分散される。この結果、振幅ピークが、ノイズによってかき消されることがあり、誤差は、相互作用位置の推定に悪影響を及ぼす。

【0017】

したがって、本発明の１つの目的は、ピクセル化間隔より小さい空間分解能を達成できるピクセル型半導体検出器を用いてイオン化放射線を検出し、同時にノイズに関して相互作用位置の十分に頑強な推定を行うことを保証する方法を提案することである。本発明の別の目的は、前記方法を実現できるピクセル型半導体検出器構造を提案することである。最後に、本発明の副次的な目的は、そのようなピクセル型半導体検出器を較正する方法を提案することである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0018】

【特許文献1】米国特許第６１６９２８７号明細書

【特許文献2】米国特許第６００２７４１号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0019】

本発明は、幾つかのピクセルにピクセル化された半導体検出器を活用してイオン化放射線を検出する方法であって、
各ピクセルが、前記検出器と前記イオン化放射線との相互作用の際に集まる電荷の特性である信号を提供し、
前記方法は、
（ａ）所定のしきい値を超える信号振幅を有する、被作用ピクセルと呼ばれるピクセルを決定するステップと、
（ｂ）前記被作用ピクセルの信号から、衝突瞬間と呼ばれる瞬間を決定し、第１の所定の時間シフトを用いて前記衝突瞬間から決定された第１の瞬間を得るステップと、
（ｃ）前記被作用ピクセルに隣接した少なくとも１つのピクセルに対して、前記第１の瞬間における前記隣接したピクセルの信号の測定値を決定するステップと、
（ｄ）前記測定値から前記イオン化放射線の記相互作用点の少なくとも１つの座標を推定するステップと、を含む方法。

【0020】

前記ステップ（ｂ）は、前記衝突瞬間から第２の所定の時間シフトによって第２の瞬間を決定するステップを含み、前記第１の瞬間は前記衝突瞬間の前であり、前記第２の瞬間は前記衝突瞬間の後であり、前記ステップ（ｃ）は、前記第１の瞬間と前記第２の瞬間との間における前記隣接したピクセルの信号の偏差を決定するステップを含む。

【0021】

前記第１と第２の瞬間が、前記信号偏差の最大統計分散を示すものとして決定されると有利である。

【0022】

ステップ（ｃ）で、作用を受けた点に隣接するピクセルＱの集合Ｖの信号のそれぞれの偏差Ｍ_Qが決定され、ステップ（ｄ）では、前記イオン化放射線の相互作用点の座標が、前記偏差から推定される。

【0023】

第１の実施形態によれば、前記相互作用点の前記座標ｘが、条件付き確率ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i），Ｑ∈Ｖを共に最大化することで最尤法を用いて推定され、
ここで、ｘ_iは、前記座標の複数の離散した可能な値であり、前記条件付き確率関数ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）は、較正又はシミュレーションステップで事前に決定されている。

【0024】

次に、前記相互作用点の前記座標ｘが次式によって推定される。

【数1】

【0025】

第１の実施形態の変形によれば、前記相互作用点の座標ｘが、次式の前記条件付き確率

【数2】

とＱ∈Ｖを一緒に最大化することによって、前記最尤法を用いて推定され、
ここで、次式

【数3】

は、前記被作用ピクセルの信号のエネルギーＥ₀によって正規化された偏差であり、
ｘ_iは、前記座標の複数の離散した可能な値であり、
前記条件付き確率関数は、較正又はシミュレーションステップで事前に決定されている、

【0026】

次に、相互作用点の座標ｘは、以下の式によって推定されうる。

【数4】

【0027】

第１の実施形態の別の変形によれば、前記相互作用点の前記座標ｘが、前記条件付き確率ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）並びに条件付き確率Ｐ（Ｅ₀｜ｘ_i）を共に最大化することで前記最尤法を用いて推定され、
ここで、Ｅ₀は、前記被作用ピクセルのエネルギーを表わし、ｘ_iは、前記座標の複数の離散した可能な値であり、
前記条件付き確率関数ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）とＰ（Ｅ₀｜ｘ_i）が、較正又はシミュレーションステップで事前に決定されている。

【0028】

相互作用点の座標ｘは、以下の式によって推定されうる。

【数5】

【0029】

第２の実施形態によれば、相互作用点の座標は、以下の式によって推定されうる。

【数6】

【0030】

ここで、Ｂ_xが、それぞれの偏差Ｍ_Qによって重み付けされたＶのピクセルと、前記衝突時間における前記被作用ピクセルの信号の振幅によって重み付けされた被作用ピクセルとの共通重心の座標であり、Ｕ（Ｂ_x）が、較正又はシミュレーションによって決定された前記検出器の均一照射下のＢ_xの分散を均一にする関数である。

【0031】

関数Ｕ（Ｂ_x）は、Ｕ（Ｂ_x）＝ｐ［Ｆ（Ｂ_x）−１／２］によって有利に決定され、ｐは、検出器のピクセル化間隔であり、Ｆ（Ｂ_x）は、検出器の均一照射の下の共通重心Ｂ_xの分布関数である。

【0032】

本発明は、イオン化放射線に晒され、第１の電極で覆われた前側と、ピクセルとして知られる複数の基本電極で覆われた後側とを有する半導体素子を含むイオン化放射線検出器であって、
各ピクセルは、前記半導体素子との前記イオン化放射線の相互作用の際に前記ピクセルから来る電荷信号を読み取るのに適切な読取りチャネルと関連付けられ、
前記検出器が、ピクセルの各読取りチャネルに対して、
前記読み取った信号を所定のしきい値と比較し、前記ピクセルが作用を受けたかどうかを示すブール信号を生成する弁別手段と、
前記ピクセルが作用を受けたことを前記ブール信号が示すときに、前記衝突瞬間と呼ばれる読み取った信号が最大値に達した瞬間を決定する同期手段と、
前記衝突瞬間を受け取り、前記被作用ピクセルに隣接した１組のピクセルから読み取った信号のサンプルを記憶するように意図された記憶手段を前記衝突瞬間の関数として制御する制御手段とを備え、
前記検出器は、隣接ピクセルの前記集合の少なくとも１つのピクセルから読み取られた信号の測定値を得るように構成され、前記得られた測定値から前記相互作用点の少なくとも１つの座標を決定する処理ユニットをさらに含む。

【0033】

前記処理ユニットは、隣接ピクセルの前記集合から読み取られた信号のそれぞれの偏差を計算するように構成され、
前記偏差は、衝突瞬間前の第１の瞬間と衝突瞬間後の第２の瞬間との間で計算され、
前記処理ユニットは、前記得られた偏差から前記相互作用点の少なくとも１つの座標を決定する、ことが好ましい。

【0034】

前記読取りチャネルによって読み取られた前記信号は、前記同期手段と記憶手段の上流のフィルタリング手段によってフィルタリングされると有利である。

【0035】

第１の実施形態によれば、前記イオン化放射線検出器は、メモリを含み、前記メモリには、前記集合に属する各隣接ピクセルに対して、前記座標ｘ_i，ｉ＝１，．．．，Ｎの複数の離散値に関する偏差の条件付き確率ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）が記憶される。

【0036】

前記イオン化放射線検出器は、メモリを含み、前記メモリには、前記集合に属する各隣接点に対して、前記ピクセルに対して読み取られた前記信号の前記偏差の統計的分布を提供するテーブルが記憶される。

【0037】

本発明は、上記イオン化放射線検出器を較正する方法に関し、
前記検出器が、複数の座標点ｘ_i，ｉ＝１，．．．，Ｎを連続的に照射するように高度に平行化されたビームで掃引され、
そのように照射された各点に関して、前記被作用ピクセルに隣接した画素の集合から読み取られた信号のそれぞれの偏差Ｍ_Qが各被作用ピクセルに対して計算され、
前記偏差は、前記第１の瞬間と第２の瞬間の間で計算され、
照射される各点に関して、前記偏差ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）の統計的分布を提供するテーブルが更新される。

【0038】

更に、作用を受けたピクセルに隣接したピクセルの集合から読み取られた信号の偏差が、前記テーブルを更新する前に前記被作用ピクセルからの前記信号のエネルギー（Ｅ₀）によって正規化されてもよい。

【0039】

本発明は、イオン化放射線検出器を較正する方法に関し、
前記検出器は、均一イオン化放射線を用いて照射され、
前記被作用ピクセルに隣接したピクセルの集合から読み取られた前記信号の前記それぞれの偏差Ｍ_Qが作用を受けた各ピクセルに対して計算され、
前記偏差は、前記第１と第２の瞬間の間で計算され、
前記ピクセルから読み取られた前記信号の前記偏差の前記統計的分布を提供するテーブルが前記集合（Ｑ∈Ｖ）に属する各隣接ピクセルに対して更新される。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】現行技術として知られるイオン化放射線検出器の構造を概略的に示す、既に説明した図である。

【図2】被作用ピクセルの前後のピクセルの配列を概略的に表わす図である。

【図3A】入射光子と半導体との複数の相互作用によって作用を受けたピクセルの信号の統計的分布を表わす図である。

【図3B】同じ複数の相互作用に関して被作用ピクセルに隣接したピクセルの信号の統計的分布を表わす図である。

【図4】本発明の第１の実施形態によってイオン化放射線を検出する方法のフローチャートを概略的に示す図である。

【図5A】先行技術で既知の検出方法を使用して推定された相互作用位置と真の相互作用位置との関係を示す図である。

【図5B】本発明の第１の実施形態により知られた検出方法を使用して推定された相互作用位置と真の相互作用位置との関係を示す図である。

【図6】本発明の第２の実施形態によってイオン化放射線を検出する方法のフローチャートを概略的に示す図である。

【図7A】検出器が均一に示されたとき共通重心の統計的分布を示す図である。

【図7B】この共通重心のヒストグラムを示す図である。

【図7C】この共通重心の変換のヒストグラムを示す図である。

【図8】本発明の一実施形態によるイオン化放射線検出器の構造の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0041】

以下に、前述した意味でピクセル化されたイオン化放射線検出器を考察する。ピクセルは、図２に示されたような２つの直交方向Ｏｘ及びＯｙに沿って配列され、Ｏｘ方向のピクセル化間隔（Ｏｘ方向のピクセルの空間的周期ｐ_x）が、方向Ｏｙのピクセル化間隔（方向Ｏｙのピクセルの空間的周期ｐ_y）と同じ（ｐ_x＝ｐ_y＝ｐ）であると仮定する。しかしながら、本発明は、これらの空間的周期が異なる場合に適用されることは明らかである。また、電荷共有効果を無視できるほどピクセル化間隔が十分に大きくまたピクセルのサイズが十分に大きいと仮定する。例えば、ピクセルのサイズは、ｍｍ程度のものでよく、そのサイズは、半導体との相互作用によって生じる電荷雲の空間範囲（約１００μｍ）よりもかなり大きい。

【0042】

単に説明のために、ここでは、ピクセルは陽極であり陰極が検出器の入射放射線に晒される側を覆うと仮定する。しかしながら、本発明は、ピクセルが陰極であり共用陽極が検出器の入射放射線に晒される側を覆う対称的な事例にも適用される。

【0043】

検出器の原点Ｏは、被作用ピクセルであると仮定されるピクセルｎ，２００、即ち、光子と半導体との相互作用から生じる電子を収集するピクセルの中心として任意に選択された。更に、検出器のＯｘｙ平面内の相互作用点の投射が、Ｐによって表わされる。

【0044】

ピクセルｎから来る信号Ｓ_nは、電荷信号としても知られ、収集電荷、即ち、相互作用点において入射光子によって半導体に供給されたエネルギーの関数である。

【0045】

信号Ｓ_nは、例えば既知のカスプフィルタを使用して有利にフィルタリングされる。このフィルタは、フォームｅ^−|ｔ|/τのパルス応答を示す。あるいは、信号Ｓ_nは、ガウスパルス応答フィルタを使用してフィルタリングされてもよい。

【0046】

一般的に、使用されるフィルタは、収集電荷に比例する特性（振幅及び／又は積分）を有するパルスを得るように選択される。

【0047】

フィルタリング後の時間の関数としての信号Ｓ_nのグラフを図３Ａに示す。より正確には、この図は、相互作用点の異なる位置、換言すると、ピクセル２００の表面内のＰの異なる位置の信号Ｓ_nの統計的分布を示す。信号Ｓ_nのグラフは、パルス波形を有し、時間ｔ₀の瞬間に関して実質的に対称的である。この時間ｔ₀は、後述するように、ピクセルｎが作用を受け、測定の残りの部分の基準時間として働く瞬間を定義する。以下では、ｔ₀は、（被作用ピクセルの）衝突瞬間（instant of impact）とも呼ばれる。

【0048】

図３Ｂは、被作用ピクセルに隣接したピクセルから来た信号、例えば、被作用ピクセルの右側にあるピクセル２０１からの信号（ここではＳ_n+1として示される）か、被作用ピクセルの左側にあるピクセル２０３からの信号（ここではＳ_n-1と呼ばれる）を示す。この信号（Ｓ_n+1，Ｓ_n-1）は、前述のようにカスプフィルタによってフィルタリングされることが好ましい。

【0049】

より正確には、図３Ｂは、相互作用点の異なる位置、即ち、被作用ピクセル２００内の投射Ｐの異なる位置に関する、そのような信号（Ｓ_n-1，Ｓ_n+1）の統計的分布を表わす。前述のように、この信号は、第１の正ローブを呈し、次に第２の負ローブを呈し、符号の変化は、統計的に時間ｔ₀の近くの瞬間に起こる。電荷信号の二極の形態は、Ｏｙ方向の隣接ピクセル（被作用ピクセルの上のピクセル２０２とその下のピクセル２０４）に関しては同一になり、二次（即ち、被作用ピクセルから距離２ｐにある）の隣接ピクセルに関しては類似になる。関係するピクセルの近さの程度に関係なく、第２の負ローブが第１の正ローブに続く。ピクセルが陰極で共通電極が陽極の場合は、この順序が逆になることが分かる。

【0050】

第１の瞬間ｔ₁＝ｔ₀−Δｔ₁と第２の瞬間ｔ₂＝ｔ₀＋Δｔ₂（それぞれ被作用ピクセルの衝突瞬間の前後）が考慮され、換言すると、衝突瞬間を括弧でくくった時刻［ｔ₁ｔ₂］が考慮される。図３Ｂに示されたように、瞬間ｔ₁及びｔ₂は、好ましくは、電荷信号の振幅の最大分布に対応するように選択される。より正確には、事前の較正ステップ又はシミュレーションにおいて、ピクセルｎの均一照射を行なうことができ、隣接ピクセル（例えば、ｎ−１、ｎ＋１）から来る信号の振幅の統計的分布を考慮することができる。次に、瞬間ｔ₁（又はｔ₂のそれぞれ）は、信号振幅分散が最大である衝突瞬間ｔ₀の前（又は後のそれぞれ）の瞬間として決定される。次に、測定を行なうために後で使用される時間シフトΔｔ₁及びΔｔ₂を導出することができる。

【0051】

以下では、Ｍ_n+1、即ち、第１の瞬間ｔ₁と第２の瞬間ｔ₂の間の信号Ｓ_n+1の偏差が、Ｍ_n+1＝Ｓ_n+1（ｔ₀−Δｔ₁）−Ｓ_n+1（ｔ₀＋Δｔ₂）によって与えられる。同様に、Ｍ_n-1、即ち、同じ瞬間における信号Ｓ_n-1の偏差が、Ｍ_n-1＝Ｓ_n-1（ｔ₀−Δｔ₁）−Ｓ_n-1（ｔ₀＋Δｔ₂）によって与えられる。より一般には、偏差Ｍ_n+1（Ｍ_n-1）は、第１の瞬間ｔ₁と第２の瞬間ｔ₂との間の信号振幅Ｓ_n+1（Ｓ_n-1）の差の特性である。

【0052】

本発明の基礎となる考えは、被作用ピクセルに隣接した少なくとも１つのピクセルの信号の偏差を、衝突瞬間に対して同期的に取得し、少なくともこの偏差から検出器の平面内の相互作用点の座標を決定することである。実際には、この偏差は、衝突瞬間ｔ₀に対して事前に決定された時間間隔（Δｔ₁，Δｔ₂）を使用して計算される。次に、この瞬間は、被作用ピクセルによって生成された信号Ｓ_nから決定され、そのような信号は、通常、良好な信号対雑音比を示す。したがって、瞬間ｔ₀と、したがって第１と第２の瞬間ｔ₁，ｔ₂が、高精度で決定される。更に、前記第１と第２の瞬間は、被作用ピクセル内の相互作用点の様々な位置の電荷信号分散が最大になるように規定される。換言すると、これらの瞬間に基づいて計算された偏差は、相互作用位置により大幅に異なる。したがって、相互作用点の位置の測定は、被作用ピクセルに隣接したピクセルからの信号に影響を及ぼすノイズに対して頑強である。

【0053】

図４は、本発明の第１の実施形態によるイオン化放射線を検出する方法を概略的に示す。

【0054】

ステップ４１０では、被作用ピクセル、即ち、所定のしきい値を超える電荷信号を提供するピクセルが決定される。これを行うために、検出器の各ピクセルの電荷信号のピーク検出を行なうことができる。ピーク検出によって得られたこの信号の最大値Ｅ_nが、所定のしきい値より大きいとき、対応するピクセルが被作用ピクセルであると見なされる。変形では、この最大値の値Ｅ_n（受け取ったエネルギーを示す）も記憶される。

【0055】

第２のステップ４２０で、被作用ピクセルの衝突瞬間ｔ₀が決定され、それから、衝突瞬間前の第１の瞬間ｔ₀−Δｔ₁と、後の第２の瞬間ｔ₀＋Δｔ₂とが導出され、時間シフトΔｔ₁及びΔｔ₂は、前述のように、事前の較正又はシミュレーションステップによって得られている。

【0056】

第３のステップ４３０で、被作用ピクセルに隣接したピクセルから来る第１の信号の偏差が、瞬間ｔ₀−Δｔ₁とｔ₀＋Δｔ₂との間で決定される。より一般的には、平面Ｏｘｙ内の被作用点に隣接したピクセルの非空集合Ｖが考慮され、各ピクセルＱ∈Ｖに関して、その信号の瞬間ｔ₀−Δｔ₁とｔ₀＋Δｔ₂の間の偏差Ｍ_Qが決定される。

【0057】

軸Ｏｘに沿った相互作用点の座標ｘの決定が必要とされるとき、集合Ｖは、この軸に沿った被作用ピクセル（例えば、図２のピクセル２０１又は２０３）と位置合わせされた少なくとも１つのピクセルを含むことが好ましい。同様に、軸Ｏｙに沿った相互作用点の座標ｙの決定が必要とされるとき、集合Ｖは、この軸に沿った被作用ピクセルと位置合わせされた１つのピクセル（例えば、図２のピクセル２０２及び２０４）を含むことが好ましい。座標ｘ、ｙを同時に決定するために、集合は、両方とも以前のピクセルあるいは単一のピクセル（例えば、ピクセル２０５、２０７、２０８又は２０９のうちの１つ）を含んでもよい。

【0058】

特定の事例では、集合Ｖは、被作用ピクセルの両側にあるとは限らない２つのピクセルで構成される。これらのピクセルは、被作用ピクセルの一次隣接ピクセル、即ち、すぐ隣りのピクセルでもよく、被作用ピクセルの高次隣接ピクセルでもよい。最後に、当該の両方のピクセルは、被作用ピクセルと位置合わせされてもされなくてもよい。しかしながら、軸Ｏｘに沿った相互作用点の座標ｘの決定が必要とされるとき、Ｏｘに沿って被作用ピクセル２００と位置合わせされた隣接ピクセル２０１及び２０３が考慮されることが好ましい。あるいは、ピクセル２０５，２０７あるいは２０８，２０９を考慮することができる。同様に、軸Ｏｙに沿った相互作用点の座標ｙの決定が検討されるとき、隣接ピクセル２０２及び２０４が考慮される。あるいは、ピクセル２０５，２０８または２０７，２０９が考慮されもよい。

【0059】

第４のステップ４４０で、相互作用点の少なくとも１つの座標が、前のステップで得られたように、Ｖに属するピクセルからの信号の偏差から推定される。既に述べたように、集合Ｖは、単集合に縮小されてもよい。

【0060】

第１の実施形態では、Ｖの各ピクセルに関して、そのピクセルの信号の偏差の確率分布が、相互作用点の座標の複数の離散値ｘ_i（又は、ｙ_i）に関する較正又はシミュレーションステップで事前に決定されていると仮定する。例えば、離散値は、ｘ_ｉ＝（ｉ/Ｎ）・ｐ/２でよく、ここで、ｉ＝−Ｎ，．．０，．．．Ｎであり、Ｎは、所望の分解能レベルに依存する非ゼロ整数である。

【0061】

前の較正又はシミュレーションステップにおいて、各ピクセルＱ∈Ｖの条件付き確率関数ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）が決定される。ピクセルの配列が平面内の変換に関して不変の場合は、検出器全体の関数の数（２Ｎ＋１）・Ｃａｒｄ（Ｖ）を決定するには十分である。

【0062】

実際には、検出器を較正するために、後者のピクセル化間隔が、既知のエネルギーＥの高度に平行化されたビームによって掃引される。この掃引は、後で推定するために必要となる座標の軸に沿って実行されると有利である。換言すると、座標ｘの推定では、Ｏｘ軸に沿って較正掃引が行われ（例えば、ｘ＝−ｐ／２からｘ＝＋ｐ／２まで。図２の区分ＡＢを参照）、座標ｙの推定では、軸Ｏｙに沿って較正掃引が行われる（例えば、ｙ＝−ｐ／２からｙ＝＋ｐ／２まで。図２では区分ＣＤを参照）。ＯｘとＯｙの両方に沿った同時較正のため、二等分軸に沿った掃引を行なうことができる（例えば、軸Δに沿って。図２の区分ＥＦを参照）。

【0063】

ビームによって掃引された座標ｘ_i（又は、ｙ_i）の各値に関して、偏差の統計的分布Ｍ_Q，Ｑ∈Ｖ（他の場合は、条件付き確率関数ｐ（Ｍ_Q／ｘ_i）として知られる）が記録される。これらの関数は、ｘ_i（及び／又は、ｙ_i）に関連した座標の値ごとにメモリ（参照テーブル）に記憶された値のテーブルの形をとる。

【0064】

第１の変形によれば、ステップ４４０で、相互作用点の座標ｘは、以下のように、最尤法を使用して最大化することによって、複合確率ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）を最大化することによって、例えばそれらの積を最大化することによって推定される。

【数7】

・・・（１）

【0065】

代替として、確率ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）の他の増加関数（例えば以下の２式）が想定されてもよいことに注意されたい。

【数8】

【数9】

【0066】

１つの特定の事例では、集合Ｖが、被作用ピクセルの左側の隣接ピクセルと右側の隣接ピクセルに縮小される場合、また以前に使用されたものと同じ表記が保持される場合、

【0067】

【数10】

・・・（２）

【0068】

較正又はシミュレーションステップで、相互作用点の座標の様々な可能な値ｘ_iに関して、被作用ピクセル（Ｐ（Ｅ_n｜ｘ_i））が受ける信号の振幅の条件付き確率方程式を決定することができる。実際には、確率分布Ｐ（Ｅ_n｜ｘ_i）は、相互作用点の投射Ｐが被作用ピクセルの中心に近いか遠いかによって異なる。関数ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）と同様に、掃引される各座標ｘ_iの参照テーブルの形で、確率関数Ｐ（Ｅ_n｜ｘ_i）を記憶することができる。次に、最大尤度を求める際に、４４０で受け取った信号の振幅の測定値を考慮することによって、相互作用点の位置の推定を改善することができる。

【0069】

【数11】

・・・（３）

【0070】

当然ながら、以前のように、ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）とＰ（Ｅ_n｜ｘ_i）の他の代替の増加関数が想定されうる。

【0071】

しかしながら、いかなる場合でも、この第１の変形は、較正／シミュレーションステップが測定中の放射エネルギーと同じ放射エネルギーで行われ、測定中の放射エネルギー後者が分かっていると仮定する。

【0072】

他方、測定中の放射線のエネルギーが分かっていない場合、第２の変形では、正規化ステップ（オプションのステップ４３５）が、推定ステップ４４０の前に行なわれる。ステップ４３５は、作用を受けたピクセルが受け取ったエネルギーによって偏差Ｍ_Qを正規化することから成る。換言すると、各偏差Ｍ_Qは、その正規化された値Ｍ_Q／Ｅ_nと置き換えられ、ここで、Ｅ_nは、ステップ４１０で記憶された、被作用ピクセルが受け取ったエネルギーの表示値である。次に、推定は、こうして正規化された侵入に適用される式（１）を使用して推定が行われる。

【0073】

図５Ａは、２つの隣接ピクセルからの反応差に基づいて、先行技術によって、より正確には前述の米国特許第６１６９２８７号明細書に記載された方法によって入射放射線を検出する方法を使用して、相互作用点の実際位置（横座標）と推定位置（縦座標）との関係を表わす。

【0074】

図５Ｂは、同様に、本発明の第１の実施形態による推定方法によって、また正確には上記の式（２）を使用して、相互作用点の実際位置と推定位置との関係を表す。

【0075】

本発明の第１の実施形態により推定された位置と真位置の間の相関関係が、先行技術用のものより実質的に良好であることが分かる。相互作用位置の推定のこの改善は、本質的に、衝突瞬間ｔ₀と相対的に同期された瞬間ｔ₀−Δｔ₁及びｔ₀＋Δｔ₂で偏差測定が行われることによるものであり、間隔Δｔ₁及びΔｔ₂は、相互作用の位置の精度を高めるように選択される。

【0076】

図６は、本発明の第２の実施形態によるイオン化放射線の検出方法を概略的に示す。

【0077】

ステップ６１０、６２０及び６３０はそれぞれ、第１の実施形態のステップ４１０，４２０及び４３０と同一であり、したがって、ここではその説明は繰り返さない。

【0078】

ステップ６４０で、相互作用点の少なくとも１つの座標は、Ｖに属するピクセルからの信号の偏差から推定される。第２の実施形態では、Ｃａｒｄ（Ｖ）≧２、換言すると被作用ピクセルに隣接した少なくとも２つのピクセルが考慮される。集合Ｖは、隣接ピクセルが被作用ピクセルを取り囲むように、即ち、より正確には、被作用ピクセルの中心が、Ｖのピクセルの中心を結ぶ多角形の内側にあるように選択される。

【0079】

次に、相互作用点の座標ｘは、次の式から推定される。

【0080】

【数12】

・・・（４）

【0081】

ここで、Ｂ_xが、それぞれの偏差値Ｍ_Qによって重み付けされたＶのピクセルの共通重心ＢのＯｘに沿った座標であり、Ｕは、後述する関数である。相互作用点（以下式）

【数13】

の座標ｙは、同じ方法で推定され、Ｂ_yは、共通重心ＢのＯｙに沿った座標である。

【0082】

二次元事例に対する一般化を失うことなく説明を単純化するため、以下に、一次元事例での第２の実施形態について述べる。

【0083】

したがって、Ｖのピクセルが、軸Ｏｘ上の作用を受けた点の両側にある。例えば、Ｖのピクセルは、以下式の座標点にあるように選択されてもよい。

【数14】

【0084】

この場合、共通重心の座標Ｂ_xは、次式を使用して計算できる。

【0085】

【数15】

・・・（５）

【0086】

ここで、Ｍ_(k)，（ｋ≠ｋ₀）は、既定の瞬間ｔ₁とｔ₂の間にピクセルｋから来る信号Ｓ_kの偏差を示し、Ｍ_(k0)は、被作用ピクセルから来る信号の振幅を示す。

【0087】

より一般には、様々なピクセルからのそれぞれの寄与の関連性を示す係数を使用して様々な偏差を重み付けすることによって共通重心の座標を算出でき、被作用ピクセルから遠いピクセルは、被作用ピクセルに近いピクセルよりも小さい係数が割り当てられる。

【0088】

【数16】

・・・（６）

【0089】

ここで、α_k（正整数）は、被作用ピクセルｋ₀に対するピクセルｋの位置に依存する重み付け係数である。これらの係数は、シミュレーションによって決定されうる。重み付け係数の値は、対応ピクセルが被作用ピクセルに近いほど大きい。係数α_kの値は、一般に、０〜２である。例えば、Ｋ＝２のとき、α_k0＝２，α_k0±1＝１，α_k0±2＝０．３となる。

【0090】

全ての場合に、共通重心は、被作用ピクセルと隣接ピクセルに対して行われた信号測定の正規化重み付け合計として得られる。

【0091】

第２の実施形態の説明を単純化するために、以下では、検出器の原点を被作用ピクセルの中心にとると仮定する。

【0092】

検出器が均一に照射されるとき、即ち、光子が、検出器にランダムで均一に到達するとき、Ｂ_xは、期間［−ｐ／２，ｐ／２］にわたって不均一に分散される確率変数である。したがって、測定中に値Ｂ_x（又は、Ｂ_xの一次関数）を使用して相互作用点の座標を推定することができない。

【0093】

共通重心の座標を分散させ、換言すると期間［−ｐ／２，ｐ／２］にわたってそのヒストグラムを均一化するように選択された関数Ｕは、次の式によって提供される。

【0094】

【数17】

・・・（７）

【0095】

Ｕ（Ｂ_x）は、検出器が均一に照射されたときの確率変数Ｂ_xの分布関数である。実際には、分布関数Ｆ（Ｂ_x）は、定義上、ランダムな均一変数（期間［０，１］に亘る期間［−ｐ／２，ｐ／２］を有する）であり、したがって、関数Ｕ（Ｂ_x）自体は、［−ｐ／２，ｐ／２］にわたって均一に分散された確率変数であり、同じ期間からその値を得る。

【0096】

図７Ａは、Ｖのピクセルの共通重心の統計的分布を相互作用点の様々な位置の関数として概略的に示す。

【0097】

より正確には、図７Ａで、横座標の軸は、検出器の軸Ｏｘと一致し、確率変数Ｂ_xによって得られた値は、検出器が均一に照射されたとき、縦座標で示される。ここで検討される共通重心は、作用を受けた点の左側と右側のピクセルのものである（この場合、Ｂ_xは、式（５）から得られる。Ｋ＝１）。

【0098】

Ｂ_xの各値に関して、衝突数（即ち、この値が観察される回数）は、色レベルによって示される。

【0099】

図７Ｂは、図７Ａの観察に対応するＢ_xのヒストグラムを示す。このヒストグラムは、Ｂ_xの各値に関して、区分［−ｐ／２，ｐ／２］に観察された出現数を合算することによって得られた。この図は、また、図の右側に示されたＢ_xの分布関数（期間［０，１］に亘る値をとる）を示す。

【0100】

図７Ｃは、この共通重心の変換のヒストグラムを関数Ｕによって示す。確率変数Ｕ（Ｂ_x）が［−ｐ／２，ｐ／２］にわたって実質的に均一に分散されることが分かる。実際には、被作用ピクセルの縁に観察される均一性からの比較的小さい偏差は、相互作用点の位置の推定の品質にほとんど影響を及ぼさない。

【0101】

以上のように、本発明の第２の実施形態による相互作用の位置を推定する方法は、事前の較正ステップを必要とする。第１の実施形態と違って、較正は、高度に平行化されたビームを使用する掃引によってではなく、検出器の均一照射下で行われる。

【0102】

実際には、共通重心の座標Ｂ_xの確率関数は、このステップで決定される。これを行うために、各事象に関して、即ち、作用を受けた各ピクセルに関して、隣接ピクセルＱ∈Ｖから来る信号の偏差Ｍ_Q（並びに、被作用ピクセルから来る信号の振幅の値）が測定され、共通重心Ｂの座標Ｂ_xが計算される。

【0103】

このように得られたＢ_xの値のヒストグラム（図７Ｂに示されたように）は、その確率関数を提供する。このヒストグラムから、分布関数Ｆ（Ｂ_x）が決定され、これからＵ（Ｂ_x）がＢ_xの各値に関して導出される。Ｂ_xの関数としての値Ｕ（Ｂ_x）は、テーブル（参照テーブル）の形でメモリに記憶される。

【0104】

後の測定ステップで、即ち、放射線の相互作用位置の推定中に、ステップ６４０で、偏差Ｍ_Qの共通重心の座標Ｂ_x（並びに、被作用ピクセルから来る信号の振幅の値）が計算され、これから、以下式で表される推定が、前述のテーブルを使って導出される。

【数18】

【0105】

図８は、本発明の一実施形態によるイオン化放射線検出器の構造の概略図である。

【0106】

イオン化放射線検出器８００は、半導体素子８１０を含み、半導体素子８１０の入射放射線に晒された前側が、第１の電極８２０で覆われ、その後側は、一次元又は二次元の周期的配列によって分散された複数の第２の基本電極又はピクセル８３０_iで覆われる。

【0107】

各ピクセル８３０_iには、このピクセルから来る電荷信号を読み取るのに適した読取りチャネル８４０_iが関連付けられる。この読取りチャネル自体は、前置増幅、前置フィルタリング、アナログデジタル変換などの様々な処理ステップを含むことができる。アナログデジタル変換は、例えば、前置増幅段からの出力又はフィルタリングステップからの出力で行われてもよい。

【0108】

チャネル８４０_iの出力の信号は、一方でフィルタ８５０_iによってフィルタリングされ、他方でしきい値弁別器８６０_iによって分析される。

【0109】

フィルタ８５０_iは、受信パルスを成形するように設計された線形フィルタである（又は、線形フィルタではない）。例えば、それ自体で既知のカスプフィルタやガウス応答フィルタでよい。

【0110】

しきい値弁別器８６０_iは、チャネル８４０_iからの信号が所定のしきい値を越えたかどうかを検出し、このしきい値を越えたかどうかを示すブール信号ν_iを生成する。信号ν_iは、ピクセル８３０_iが作用を受けたかどうかを示す。

【0111】

フィルタ８５０_iからの出力の成形信号は、ブール信号ν_iと共に、同期装置８７０_iに送られる。信号ν_iが、ピクセル８３０_iが作用を受けたことを示すとき、同期装置は、成形信号のピークの検出を行い、パルス最大値に達した瞬間ｔⁱ₀を識別する。したがって、瞬間ｔⁱ₀、並びに必要に応じて、瞬間ｔⁱ₀に達した成形信号Ｅⁱ₀の最大値を提供する。

【0112】

また、８５０_iの出力の成形信号は、この信号のＬ個の最新サンプルを連続的に記憶するＦＩＦＯバッファ８８０_iに提供される。

【0113】

制御モジュール８９０_iは、瞬間ｔⁱ₀を受け取り、バッファへの書き込みを停止し、それにより、ｔⁱ₀の前後のパルスのサンプルがバッファに記憶される。更には、制御モジュールは、隣接ピクセルＱ∈Ｖと関連付けられたバッファへの書き込みを停止する複数のＣａｒｄ（Ｖ）信号（図示せず）を生成する。

【0114】

適切な場合、隣接チャネルのそれぞれの同期装置（即ち、隣接ピクセルに対応する）は、一緒に接続され、これらのチャネルによって読み取られた信号のそれぞれの最大値に依存する被作用ピクセルを決定し、即ち、どのピクセルが最も強いパルスを受け取ったかを決定する（二重線矢印）。したがって、同期装置８７０_iは、値Ｅⁱ₀を隣接チャネルの対応する値と比較し（一次元配列の場合には、Ｅ^i-1₀とＥⁱ⁺¹₀）、これより、ピクセル８３０_iが、被作用ピクセルとして正しく識別されたかどうかを導出することができる（その場合、隣接ピクセル８３０_i-1及び８３０_i+1が被作用ピクセルではない）。

【0115】

各被作用ピクセルに関して、処理ユニット８９５は、バッファ８８０_iから、作用を受けた（と識別された）ピクセルに対応する値Ｅⁱ₀、並びに瞬間ｔⁱ₀−Δｔ₁とｔⁱ₀＋Δｔ₂における隣接ピクセルＱ∈Ｖからの信号の振幅（及び、必要に応じて、衝突時に被作用ピクセルからの信号の振幅の値）を回収する。これにより、これから偏差Ｍ_Q，Ｑ∈Ｖが導出され、第１の実施形態の推定ステップ４４０又は第２の実施形態の推定ステップ６４０が実施される。

【0116】

処理ユニット８９５は、メモリ８９４に関連付けられ、メモリ８９４には、第１の実施形態では、各隣接ピクセルＱ∈Ｖの値ｐ（Ｍ_Q｜ｘ_i）のテーブル、並びに必要に応じて値Ｐ（Ｅ₀｜ｘ_i）のテーブル、又は第２の実施形態では、値Ｕ（Ｂ_x）＝（Ｆ−（Ｂ_x）−１／２）ｐのテーブルが記憶される。

【0117】

第１の実施形態の較正ステップで、検出器８００は、高度に平行化されたビームによって軸（Ｏｘ，Ｏｙ）に沿って掃引され、ビームの各位置に関して（即ち、相互作用点の各位置ｘ_i，ｉ＝１，．．．，Ｎ）、計算ユニットは、被作用ピクセルに隣接したピクセルＱ∈Ｖから来る信号の偏差Ｍ_Qを決定する。各隣接ピクセルに関して、観察された偏差Ｍ_Qの値と関連付けられたストライクカウンタを増分する（観測値は、複数の離散値にしたがって格付けされる）。座標位置ｘ_iの照射の終わりに、ｘ_iで知られる偏差Ｍ_Qの条件付き確率関数が、メモリ８９４に記憶される。このプロセスは、位置ｘ_iのそれぞれに繰り返される。これを行うために、計算ユニットは、平行ビームの掃引手段（図示せず）と同期される。

【0118】

第２の実施形態の較正ステップで、検出器８００は、イオン化放射線によって均一に照射される。各事象に関して、即ち各相互作用に関して、計算ユニットは、被作用ピクセルに隣接したピクセルＱ∈Ｖから来る信号の偏差Ｍ_Qを決定し、それらの共通重心を計算し、その座標Ｂ_xを決定する。観察されたＢ_xの各値に関して（観察された値は、複数の離散値にしたがって格付けされる）、この値と関連付けられたストライクカウンタが増分される。較正ステップの終わりに、分布関数Ｆ（Ｂ_x）が計算され、次に、これから関数Ｕ（Ｂ_x）が導出され、メモリ８９４に記憶される。

【0119】

第１と第２の実施形態の説明で、相互作用点の位置は、被作用ピクセルに隣接するピクセルから来る信号の偏差の測定値から（また、適切な場合、被作用ピクセルから来る信号の振幅から）決定された。

【0120】

しかしながら、より一般的には、これらの測定値は、前述の意味で信号の偏差であるとは限らない。例えば、組み合わせは信号の測定値として解釈されてもよく、詳細には、ピクセルから来る前記信号の複数の瞬間ｔ₁，．．．，ｔ_mにおけるこの信号の振幅値の一次結合と見なされ、ここで、瞬間ｔ₁，．．．，ｔ_mは、衝突瞬間ｔ₀の関数として決定される。例えば、衝突瞬間ｔ₀に対して決定される瞬間に、検討中のピクセルから来る信号の４つ又は５つの振幅値の一次結合を含んでもよい。

【0121】

最後に、信号測定値を得るために、衝突瞬間ｔ₀の前後それぞれの２つの瞬間も複数の瞬間ｔ_i，．．．，ｔ_mも決定しなくてもよい場合がある。特定の事例では、この衝突時間の前又は後の単一瞬間を簡単に決定できることがあり、隣接ピクセルの信号の測定値は、前記瞬間が衝突瞬間の前でも後でも、前記瞬間にこのピクセルから来る信号の振幅によって得られる値である。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】