特許 6573667 混合型光子計数／アナログ出力モードで動作可能なＸ線検出器

(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】6573667

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】混合型光子計数／アナログ出力モードで動作可能なＸ線検出器

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/20 20060101AFI20190902BHJP

   G01T 1/24 20060101ALI20190902BHJP

   H04N 5/32 20060101ALI20190902BHJP

   H04N 5/374 20110101ALI20190902BHJP

   H04N 5/357 20110101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   G01T1/20 F

   G01T1/24

   H04N5/32

   H04N5/374

   H04N5/357

【請求項の数】16

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2017-519459(P2017-519459)

(86)(22)【出願日】2015年6月19日

(65)【公表番号】特表2017-521682(P2017-521682A)

(43)【公表日】2017年8月3日

(86)【国際出願番号】US2015036694

(87)【国際公開番号】WO2015196074

(87)【国際公開日】20151223

【審査請求日】2018年4月6日

(31)【優先権主張番号】14/310,102

(32)【優先日】2014年6月20日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507291604

【氏名又は名称】ブルカー・エイエックスエス・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｂｒｕｋｅｒ ＡＸＳ， Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ロジャー ダースト

(72)【発明者】

【氏名】グレゴリー ウェヒター

(72)【発明者】

【氏名】ティエンチン ホー

【審査官】 藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００９４７２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５０３３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２２１４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５０８２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０８０００４（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 国際公開第２０１３／１５７４４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１９３７００（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ １／００ − １／１６

Ｇ０１Ｔ １／１６７ − ７／１２

Ｈ０４Ｎ ５／３２

Ｈ０４Ｎ ５／３５７

Ｈ０４Ｎ ５／３７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれがＸ線露出の間に入射照射を蓄積された電荷に変換する複数の画素を有する光検出器アレイを備えた電荷積分型Ｘ線検出器を用いたＸ線検出の方法であって、各画素に対して、
ａ）前記画素から前記蓄積された電荷を読み出すステップと、
ｂ）前記読み出された蓄積された電荷からＸ線電荷値を決定するステップと、
ｃ）前記Ｘ線電荷値が光子計数閾値未満である場合は、前記Ｘ線電荷値を、推定された光子カウントを表す量子化された電荷値で置き換え、前記量子化された電荷値を記録された電荷値として記録し、そうでない場合は前記Ｘ線電荷値を前記記録された電荷値として記録するステップと、
ｄ）対応する複数の記録された電荷値を生成するために、積分時間期間の間に複数の読み出し時間においてステップａ）からｃ）を、非破壊読み出しモードで繰り返すステップであって、各読み出し時間は前記積分時間期間を定義する複数の積分時間間隔のうちの１つの終わりを示す、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記積分時間期間の終わりに、各画素に記憶された前記蓄積された電荷をゼロにリセットするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

各画素に対して、前記積分時間期間の終わりに、前記複数の記録された電荷値を一緒に合計するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

複数の積分時間期間に対してステップｄ）を繰り返すステップであって、前記複数の積分時間期間は一緒に総捕捉時間フレームを定義する、ステップをさらに含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。

【請求項5】

前記総捕捉時間フレームにわたって記録された、前記記録された電荷値を一緒に合計するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記光子計数閾値は、前記電荷積分型Ｘ線検出器の量子利得の整数の倍数であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

それぞれがＸ線露出の間に入射照射を蓄積された電荷に変換する複数の画素を有する光検出器アレイを備えた電荷積分型Ｘ線検出器を用いたＸ線検出の方法であって、
ａ）各画素から前記蓄積された電荷を読み出すステップと、
ｂ）前記読み出された蓄積された電荷からＸ線電荷値を決定するステップと、
ｃ）前記Ｘ線電荷値を、推定された光子カウントを表す量子化された電荷値で置き換えるステップと、
ｄ）対応する複数の量子化された電荷値を生成するために、積分時間期間の間に複数の読み出し時間においてステップａ）からｃ）を、非破壊読み出しモードで繰り返すステップであって、各読み出し時間は前記積分時間期間を定義する複数の積分時間間隔のうちの１つの終わりを示す、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項8】

ステップｃ）は、前記Ｘ線電荷値が光子計数閾値未満である場合にのみ実行されることを特徴とする請求項７に記載の方法。

【請求項9】

それぞれがＸ線露出の間に入射照射を蓄積された電荷に変換する複数の画素を有する光検出器アレイと、
前記光検出器アレイに結合されたコントローラであって、各画素に対して、
ａ）前記画素から前記蓄積された電荷を読み出し、
ｂ）前記読み出された蓄積された電荷からＸ線電荷値を決定し、
ｃ）前記Ｘ線電荷値が光子計数閾値未満である場合は、前記Ｘ線電荷値を、推定された光子カウントを表す量子化された電荷値で置き換え、前記量子化された電荷値を記録された電荷値として記録し、そうでない場合は前記Ｘ線電荷値を前記記録された電荷値として記録し、
ｄ）対応する複数の記録された電荷値を生成するために、積分時間期間の間に複数の読み出し時間において、前記コントローラによって実行されるステップａ）からｃ）が非破壊読み出しモードで繰り返され、各読み出し時間は前記積分時間期間を定義する複数の積分時間間隔のうちの１つの終わりを示す、コントローラと
を備えることを特徴とするＸ線検出器。

【請求項10】

前記積分時間期間の終わりに、各画素に記憶された前記蓄積された電荷がゼロにリセットされることを特徴とする請求項９に記載のＸ線検出器。

【請求項11】

入射Ｘ線信号を、前記入射照射となる可視光信号に変換するＸ線変換器をさらに備えることを特徴とする請求項９又は１０に記載のＸ線検出器。

【請求項12】

前記Ｘ線変換器は、前記コントローラによる前記複数の画素のうちの１つの読み出しの間の時間より短い時間減衰を有するシンチレーティング材料を備えることを特徴とする請求項１１に記載のＸ線検出器。

【請求項13】

前記光検出器アレイは、ＣＭＯＳベースの光検出器アレイであることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載のＸ線検出器。

【請求項14】

前記コントローラは、フィールドプログラマブルゲートアレイを備えることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載のＸ線検出器。

【請求項15】

それぞれがＸ線露出の間に入射照射を蓄積された電荷に変換する複数の画素を有する光検出器アレイと、
前記光検出器アレイに結合されたコントローラであって、各画素に対して、
ａ）前記画素から前記蓄積された電荷を読み出し、
ｂ）前記読み出された蓄積された電荷からＸ線電荷値を決定し、
ｃ）前記Ｘ線電荷を、推定された光子カウントを表す量子化された電荷値で置き換え、
ｄ）対応する複数の記録された電荷値を生成するために、積分時間期間の間に複数の読み出し時間において、前記コントローラによって実行されるステップａ）からｃ）が非破壊読み出しモードで繰り返され、各読み出し時間は前記積分時間期間を定義する複数の積分時間間隔のうちの１つの終わりを示す、コントローラと
を備えることを特徴とするＸ線検出器。

【請求項16】

前記コントローラは、前記Ｘ線電荷値が光子計数閾値未満である場合にのみ、前記Ｘ線電荷値を前記量子化された電荷値で置き換えることを特徴とする請求項１５に記載のＸ線検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は一般にＸ線検出の分野に関し、より具体的には混合型光子計数／アナログ出力モードで動作可能な電荷積分型Ｘ線検出器、及びそれに関連する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

Ｘ線検出は、材料科学、結晶学、分光学、非破壊検査、及び医療機器並びに用途などの多種多様な分野において用いられる。これらの用途の多くに対して、例えば高いダイナミックレンジ、高い計数率能力、低ノイズ、高いフレームレート動作、高い解像度、及び高い検出感度を含む望ましい性能特性の組み合わせを示すＸ線検出器を用いることが有利である。

【0003】

Ｘ線検出用途に用いられる最新技術の光検出器アレイは通常、画素の２次元アレイを含み、それぞれは到来照射を、Ｘ線照射の入射量に比例するアナログ電気信号（例えば電流、電荷、又は電圧）に変換するように構成される。次いでアナログ電気信号はデジタル化され、画像データに処理され得る。従ってこのようなＸ線検出器は一般に、光検出器アレイの電気信号から画像データを取得するための処理ユニットを含み、及びまた画像データをユーザに表示するためのモニタなどの表示装置を含み得る。

【0004】

Ｘ線検出器は、Ｘ線データを捕捉する方法、及び検出されたＸ線を電気信号に変換する方法に従って分類され得る。第１に現在の画素アレイＸ線検出器は、それらのＸ線データ捕捉の方法に従って２つのタイプに分類されることができ、アナログ記憶回路に電荷を蓄積することによって動作するアナログ積分型検出器、及び弁別回路を用いて個々のＸ線光子を計数することによって動作する光子計数検出器である。第２に、Ｘ線の検出自体は、「直接」又は「間接」とすることができる。直接Ｘ線検出器は、半導体を用いてＸ線光子を画像センサ内の電気信号に直接変換する。到来Ｘ線照射を捕獲し変換するためには、中間のステップ又は追加のプロセスは必要ない。間接Ｘ線検出器は、シンチレータなどのＸ線変換器を用いて最初に到来Ｘ線照射を可視光に変換し、これはその後に画像センサにおいて電気信号に変換される。

【0005】

アナログ積分型Ｘ線検出器は、電荷結合素子（ＣＣＤ）及び相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画素アレイ技術に基づくものとすることができる。アナログ積分型検出器の利点は、それらが本質的な計数率制限を有さず、従って高い計数率に対処できることである。しかし積分プロセスは、入射光子によって生成される電気信号だけでなく、読み出しノイズ及び暗電流などの好ましくないノイズ寄与分も蓄積する。これらの望ましくないノイズ成分の存在によって、特に信号がノイズ内に薄れる傾向がある特に弱い露出に対して、また検出器を飽和させ得る強い露出に対して、達成可能なダイナミックレンジ及び信号対ノイズ比の観点からアナログ積分型検出器の全体的な性能を制限する。

【0006】

対応するそれらのアナログ積分型と対照的に、光子計数検出器は、弁別ロジックによって個々の光子を計数し、従って暗電流及び読み出しノイズによって著しく影響されない。結果として特に弱い露出に対して、高い検出感度が達成され得る。しかし光子計数画素も、高い到来光子率における計数率飽和などのいくつかの欠点を有する。また光子計数検出器は、隣接画素間の電荷共有の影響を受ける傾向があり、これは到来光子が画素境界において検出器アレイにぶつかるときに生じる。これは、複数の画素の間での光子エネルギーの分割は、画素のいずれも検出閾値に到達することを妨げる場合があり従ってカウントロスに繋がるので、計数率変動に繋がり得る。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の例示的実施形態によれば、直接又は間接検出方式において電荷積分型Ｘ線検出器を用いた、Ｘ線検出の方法が提供される。Ｘ線検出器は、そのそれぞれがＸ線露出の間に入射照射を蓄積された電荷に変換する複数の画素を有する光検出器アレイを含む。方法は各画素に対して、画素から蓄積された電荷を読み出す第１のステップを含み、その後に、読み出された蓄積された電荷からＸ線電荷値を決定するステップが続く。

【0008】

画素のＸ線電荷値が光子計数閾値未満である場合は、方法は、Ｘ線電荷値を、推定された光子カウントを表す量子化された電荷値で置き換えるステップを含む。しかし画素のＸ線電荷値が閾値以上である場合は、Ｘ線電荷値は記録された電荷値として記録される。

【0009】

方法のステップは、対応する複数の記録された電荷値を生成するために、積分時間期間の間に複数の読み出し時間において、非破壊読み出しモードで繰り返され得る。このような場合、各読み出し時間は、積分時間期間を定義する複数の積分時間間隔のうちの１つの終わりを示す。さらに各画素に記憶された蓄積された電荷は、任意選択で積分時間期間の終わりにゼロにリセットされ得る。

【0010】

本発明の別の例示的実施形態によれば、画素の光検出器アレイを有する電荷積分型Ｘ線検出器を用いたＸ線検出の方法が提供される。方法は各画素に対して、各画素から蓄積された電荷を読み出す第１のステップを含み、その後に、読み出された蓄積された電荷からＸ線電荷値を決定するステップと、Ｘ線電荷値を、推定された光子カウントを表す量子化された電荷値で置き換えるステップとが続く。任意選択で、Ｘ線電荷値が光子計数閾値未満である場合にのみ、Ｘ線電荷値は量子化された電荷値で置き換えられる。

【0011】

本発明の他の例示的実施形態によれば、画素の光検出器アレイを含んだＸ線検出器において、光検出器アレイの隣接画素のグループのうちの１つにＸ線事象を割り当てる方法が提供される。方法は、合計された電荷値をもたらすために、隣接画素のＸ線電荷値を合計することを含む。方法はまた、合計された電荷値と所定の閾値との比較を含む。合計された電荷値が所定の閾値以上である場合は、Ｘ線事象は、最も大きなＸ線電荷値を有する隣接画素の１つに割り当てられる。

【0012】

本発明のさらに別の例示的実施形態によれば、光検出器アレイ、及び光検出器アレイに結合されたコントローラを含んだＸ線検出器が提供される。光検出器アレイは、そのそれぞれがＸ線露出の間に入射照射を蓄積された電荷に変換する複数の画素を有する。コントローラは、各画素から蓄積された電荷を読み出し、読み出された蓄積された電荷からＸ線電荷値を決定する。画素のＸ線電荷値が光子計数閾値未満である場合は、コントローラはＸ線電荷値を、推定された光子カウントを表す量子化された電荷値で置き換え、量子化された電荷値を記録された電荷値として記録する。しかしＸ線電荷値が光子計数閾値以上である場合は、コントローラはＸ線電荷値を、記録された電荷値として記録する。

【0013】

本発明のさらに別の例示的実施形態によれば、光検出器、及び光検出器アレイに結合されたコントローラを含んだＸ線検出器が提供される。光検出器アレイは、そのそれぞれがＸ線露出の間に入射照射を蓄積された電荷に変換する複数の画素を有する。コントローラは、各画素から蓄積された電荷を読み出し、読み出された蓄積された電荷からＸ線電荷値を決定し、Ｘ線電荷を、推定された光子カウントを表す量子化された電荷値で置き換える。

【0014】

本発明の実施形態の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照してその好ましい実施形態を読めばより良く理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明によるＸ線検出器の概略部分的分解表示の図である。

【図2】第１の例示的実施形態による、Ｘ線検出の方法のフローチャートである。

【図3】画素内の蓄積された電荷が、積分時間期間の間の複数の読み出し時間において非破壊的に読み出される、Ｘ線検出器の画素内の蓄積された電荷対時間を示すグラフである。

【図4】第３の例示的実施形態による、Ｘ線検出の方法のフローチャートである。

【図5】第２の例示的実施形態による、Ｘ線検出の方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

Ｘ線検出器は、Ｘ線データを捕捉する方法に従って２つのタイプに分類されることができ、アナログ電荷積分モードにおいて動作するものと、及び光子計数モードにおいて動作するものとである。アナログ積分モードでは到来照射は電荷として収集され積分され、これは読み出される前に一定の期間蓄積され、積分期間の間に収集された照射の量を表す出力信号をもたらす。光子計数モードでは、個々のＸ線光子は、検出されたＸ線エネルギーが一定の閾値エネルギーレベルを超えたときを決定する弁別ロジックを用いて計数される。

【0017】

上記で論じられた２つのＸ線データ捕捉方法のそれぞれはいくつかの利点を有するが、それぞれはまたいくつかの欠点及び制限を有する。電荷積分手法は、本質的な計数制限を有しないが、強いＸ線信号に対して検出器の飽和の影響を受け、又は弱いＸ線信号に対して低い信号対ノイズ比を生じ得る。これと対照的に光子計数手法は、特に弱い露出に対して高い検出感度を可能にするが、高い到来光子率において計数率飽和、及び隣接画素間の電荷共有による計数率誤りの影響を受け得る。

【0018】

本明細書で用いられる「Ｘ線照射」という用語は、通常は約０．０１から１０ナノメートル（ｎｍ）の波長範囲内の電磁照射を指す。また本明細書で用いられる「可視光」という用語は、通常は約２００から７８０ｎｍの波長範囲内の電磁照射を指す。しかし当業者は、これらの波長範囲は説明のためのみであり、本発明はこれらの範囲を超えて動作し得ることを理解するであろう。

【0019】

図１を参照すると、Ｘ線検出器１０の例示的実施形態が示される。この実施形態ではＸ線検出器１０は、間接検出方式を使用するが、他の実施形態は直接検出を用いることができる。間接Ｘ線検出を行うために図１のＸ線検出器１０は、入射Ｘ線照射１８を可視光１６に変換するためのＸ線変換器２４、及び画素１４の光検出器アレイ１２を含み、各画素１４はＸ線変換器２４から受け取られた可視光１６を、蓄積された電荷に変換する。或いは他の実施形態ではＸ線変換器２４は、入射Ｘ線照射１８を、電磁スペクトルの赤外線又は紫外線部分における、より低いエネルギーの照射に変換することができる。このような画素構造は当技術分野では知られており、各画素１４から蓄積された電荷を読み出すための読み出しユニット２０に関連して用いられる。読み出しユニット２０に結合された処理ユニット２２は、その後の処理のために、読み出しユニット２０から蓄積された画素電荷値を受け取る。

【0020】

Ｘ線変換器２４は、その詳細構造及び組成に関わらず、Ｘ線照射を紫外線、可視光、及び赤外線照射などの低いエネルギーの照射に変換する能力を有する任意のデバイス又は材料とすることができる。図１の実施形態では、Ｘ線変換器２４は、光検出器アレイ１２による検出のためのＸ線照射１８の可視光１６への変換、及び望ましくないＸ線露出からの光検出器アレイ１２の保護の両方を提供するように、Ｘ線照射１８の発生源と光検出器アレイ１２との間に置かれた、平板状のシンチレータ層である。シンチレータ層は、蛍光スクリーンなどのシンチレーティング材料を含み、これはＸ線光子を吸収し、それに応答して可視光光子を放射し、その数は吸収されたＸ線光子の量を示す。シンチレータ層で用いられるシンチレーティング材料は、希土類元素（例えばＧｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒ、又はＧｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒ，Ｃｅ，Ｆ）によりドーピングされたガドリニウムオキシ硫化物（Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ）、タリウムドープされたセシウムヨウ素、又はタングステン酸カドミウムなどの、当技術分野で知られている任意のこのような材料とすることができる。以下で論じられるように特定のシンチレーティング材料の選択は、シンチレーティング材料の時間減衰などの様々な要因に基づくことができる。

【0021】

図１のＸ線検出器１０はまた例えば、Ｘ線照射１８のものに対応する空間分布を有して、Ｘ線変換器２４によって放射された光１６を光検出器アレイ１２上に伝達するために、Ｘ線変換器２４と光検出器アレイ１２との間に置かれた、光ファイバフェースプレート又はテーパなどの光導波路２６を含む。Ｘ線変換器２４はすべての入射Ｘ線照射１８を吸収し得ないので、光導波路２６はまた変換されないＸ線照射の少なくとも一部分を阻止するように働くことができ、それにより、そうでない場合は検出された信号内のノイズなどの有害な影響、及びアレイ１２自体への損傷を生じ得る、望ましくないＸ線がアレイ１２に到達することを防止する。当業者は、図１の実施形態では光導波路が用いられるが、このような光導波路が不要又は好ましくない場合があり得る他の構成があり得ることを理解するであろう。

【0022】

Ｘ線変換器２４によって放射され、光導波路２６によって導かれた可視光１６は、光検出器アレイ１２によって受け取られる。アレイの各画素１４は、それに入射する可視光１６を蓄積された電荷に変換し、その量は画素１４によって収集され登録された可視光１６の量に比例する。Ｘ線変換器２４と光検出器アレイ１２との間の適切な空間的位置合わせ（光導波路２６によって提供され得る）により、各画素に対する蓄積された電荷は、Ｘ線変換器の対応する領域に入射するＸ線エネルギーの量を表す。

【0023】

光検出器アレイ１２は半導体構造、例えばＣＭＯＳベースの光検出器アレイ、又はＣＣＤベースの光検出器アレイとすることができる。ＣＭＯＳアクティブ画素センサ（ＡＰＳ）は、Ｘ線検出における用途に対していくつかの利点を有する。これらの利点は、高速な読み出し能力、高い量子利得、大きな光電性エリア、指定された画素の選択的読み出し、及びオンチップ信号処理を含む。本発明と共にまた、電荷注入デバイス（ＣＩＤ）センサ、アクティブコラムセンサ、及び他のアクティブ画素センサを含む、他のセンサタイプが用いられ得る。

【0024】

光検出器アレイ１２は、光検出器アレイ１２及び読み出しユニット２０が単一の半導体基材から構築される、モノリシック実装形態に基づくことができる。或いは光検出器アレイ１２と読み出しユニット２０は別々である、ハイブリッド実装形態が用いられ得る。光検出器アレイ１２は、列及び行において横及び縦に配置された画素１４を有する。各画素１４は、光電性要素、及び画素レベルで信号を処理し、読み出しユニット２０などの他の電子回路と通信するための関連する画素回路を含む。光電性要素は、関連する画素１４に衝突する可視光１６を電気信号に変換し、これは画素回路の電荷記憶要素（例えばキャパシタ）上に、蓄積された電荷として積分される。画素回路はまた、蓄積された電荷が読み出しユニット２０によって読み出されるのを可能にするためのスイッチング要素（例えばトランジスタ）を含むことができる。当業者は、各画素１４の画素回路内に、様々な他の構成要素が統合され得ることを理解するであろう。

【0025】

読み出しユニット２０は、積分時間期間の間、画素１４から蓄積された電荷を読み出すための電子回路を含む。読み出しユニット２０によって実行される読み出し動作は、当業者には理解されるアドレス方式を用いて、制御及びロジック回路構成要素によって開始され得る。

【0026】

単結晶回折実験では、入射Ｘ線ビームは単結晶試料にぶつかり、散乱されたＸ線を発生し、これはＸ線検出器の光検出器アレイによって記録され得る。露出時に試料は、一定の期間、試料の各原子面からのブラッグ反射を入射ビームとの共振に予想通りにもたらすように、入射Ｘ線ビームに対して回転され得る。本明細書では「電荷積分時間」と呼ばれるこの時間の間、検出器は試料によって散乱されたＸ線を受け取り、検出されたＸ線信号を蓄積された電荷に変換する。調査中の試料、及びＸ線発生源の強度に応じて、電荷積分時間は数分の１秒から数分までの範囲となり得る。

【0027】

従来のアナログ積分型検出は、入射Ｘ線照射の結果としての、しかしまたバックグラウンドノイズによる、電荷信号を蓄積する。バックグラウンドノイズは、固定パターンノイズ及び時間的ノイズ（例えば暗電流ショットノイズ、光子ショットノイズ、リセットノイズ、熱雑音、及び１／ｆノイズ）を含む、様々なノイズの発生源を含む。これらのノイズの発生源は、従来のアナログ積分型検出器の全体的な性能を、特に弱い露出に対して制限する傾向がある。特に、温度及び積分時間の関数である暗電流信号は、Ｘ線露出がない場合でさえも画素に蓄積し、それによって検出器のダイナミックレンジを制限する。さらに従来のアナログ積分型Ｘ線検出では、各画素における電荷は、Ｘ線露出の持続時間全体の間、連続して蓄積される。電荷積分期間の終わりに、各画素に記憶された蓄積された電荷は読み出され、次いで次の露出に備えてゼロにリセットされる。このような動作は「破壊読み出し」と呼ばれ、読み出しの後に画素内の電荷レベルはゼロにリセットされることを意味する。

【0028】

これと対照的に図１の読み出しユニット２０は、非破壊読み出し能力を有し、それにより画素内の蓄積された電荷は、電荷の値をリセットせずに、積分期間にわたって複数回サンプリングされ得る。結果として画素から読み出される電荷値は、積分時間期間にわたって増加する。本実施形態では光検出器アレイは、現在入手可能なＣＭＯＳセンサによりできるだけ高速に読み出され、これは約１０ミリ秒（ｍｓ）ごととすることができる。従って５秒に等しい積分時間期間に対しては、電荷は約５００回読み出される。これらの５００個のデータの「フレーム」は、次いで単一の５秒のフレームを発生するように組み合わされ得る。

【0029】

本実施形態におけるアレイはできるだけ高速に読み出されるが、読み出しの間隔はシンチレーティング材料の減衰時間も考慮に入れなければならず、これは積分時間間隔よりずっと短くなるべきである。従って約１０ｍｓの間隔時間に対して、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒ又はＧｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒ，Ｃｅ，Ｆなどの蛍光体がシンチレータのための適切な選択となり得る。またほとんどの光検出器アレイの有限なダイナミックレンジにより、強いＸ線信号及び／又は長い露出期間の場合は、一定数の非破壊読み出しの後に画素をリセットすることが望ましい又は必要となり得ることが理解されるであろう。このようにして光検出器アレイは、画素飽和のリスクを最小にしながら、画素感度を最大にするように高い利得で動作され得る。

【0030】

図１のＸ線検出器１０はまた、読み出しユニット２０に結合された処理ユニット２２を含む。処理ユニット２２はリアルタイムで、読み出しユニット２０によって出力された各画素１４の蓄積された電荷値を処理するように構成される。処理ユニットは、単一のユニット又は複数の相互接続された処理サブユニットとして実装されることができ、例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの高速プロセッサによって具体化され得る。いくつかの実施形態では、処理ユニット２２及び読み出しユニット２０は、光検出器アレイ１２に結合された単一のコントローラの一部とすることができる。当業者は、処理ユニットがハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせにおいて実装され得ることを認識するであろう。

【0031】

図２は、図１に示されるもののような電荷積分型Ｘ線検出器を用いた、Ｘ線検出の方法のフロー図を示す。この実施形態では高速フレーム非破壊読み出しと、画素に記憶された蓄積された電荷の高速なリアルタイム処理とを組み合わせることによって、Ｘ線検出器は、より強いＸ線信号に対しては電荷積分型出力モードで、又はより弱いＸ線信号に対しては光子計数出力モードで動作することができる。第１のステップ２０２では、画素から蓄積された電荷が読み出される。読み出し方法の詳細は、図３の図に関連してより良く理解され得る。

【0032】

図３は、図２の方法を実行するために用いられる電荷積分型Ｘ線検出器の、画素ｉ，ｊに記憶された蓄積された電荷のグラフである。画素ｉ，ｊにおける電荷は、ｔ＝ｔ₀でゼロにリセットされ、積分時間期間２８の間の複数の読み出し時間ｔ₁からｔ₅において連続して非破壊的に読み出されて、対応する複数の蓄積された電荷値

【0033】

【数1】

【0034】

から

【0035】

【数2】

【0036】

を生成する。当業者は図３での特定の５つの読み出しの選択は説明のために提供され、他の実施形態では様々となり得ることを理解するであろう。各蓄積された電荷値

【0037】

【数3】

【0038】

から

【0039】

【数4】

【0040】

は、それぞれの読み出し時間ｔ₁からｔ₅において黒い四角によって表される。各読み出し時間ｔ₁からｔ₅は、対応する積分時間間隔２８ａから２８ｅの終わりを示す。積分時間間隔２８ａから２８ｅは全体として、積分時間期間２８を定義する。便宜上「積分時間間隔」及び「積分時間期間」という表現は本明細書では時には、それぞれ「サブフレーム」及び「リセット期間」と呼ばれる。

【0041】

積分時間期間２８の終わりにおいて画素ｉ，ｊにおける電荷は、黒い丸によって示されるようにゼロにリセットされる。その後に、画素ｉ，ｊがその間に非破壊的に５回読み出され次いでリセットされる第２の積分時間期間３０が実行されることができ、その後に第３の積分時間期間３２が続く。リセット動作によって分離された非破壊読み出しのサイクルは、所与の総捕捉時間フレーム３４までの必要な数の積分時間期間に対して繰り返され得る。便宜上「総捕捉時間フレーム」という用語は、本明細書では時には「フレーム」と呼ばれる。

【0042】

実際にはリセットノイズにより、各リセットの後に一般に残留信号Ｒ_i,jが、画素ｉ，ｊに記憶されたままとなる。当技術分野で知られているようにリセットノイズは、画素が、ランダムオフセット値によって基準値からわずかに異なる値にリセットされるときに生じる。ランダムオフセットは通常、各リセットの後に変化するので、リセットノイズは一般に、例えば固定パターンノイズに対しては可能なように、事前の較正によって補正されることはできない。第１の積分時間期間２８の間に、蓄積された電荷値は、画素ｉ，ｊ又はその近くに衝突する光によって引き起こされる電荷信号の蓄積だけでなくまた暗電流の蓄積により、時間と共に単調に増加する。

【0043】

戻って図２を参照すると、画素が読み出された後に、読み出された蓄積された電荷からＸ線電荷値が決定される（ステップ２０４）。本明細書で用いられる「Ｘ線電荷値」という用語は、一定の積分時間間隔の間の画素による光吸収から結果として生じる、画素に記憶された蓄積された電荷の部分を指す。図３に示されるように蓄積された電荷値

【0044】

【数5】

【0045】

からのＸ線電荷値の決定は、フレーム３４の終わりまで、リセット期間２８、３０、及び３２ごとの、サブフレーム２８ａから２８ｅ、３０ａから３０ｅ、及び３２ａから３２ｅごとに繰り返される。所与の読み出し時間ｔ_nにおいて、画素ｉ，ｊに記憶された蓄積された電荷値

【0046】

【数6】

【0047】

は、

【0048】

【数7】

【0049】

と表されることができ、ただしＤｉ，ｊは、較正によって知られると想定され得る画素ｉ，ｊでの暗電流であり、

【0050】

【数8】

【0051】

はＸ線電荷値（すなわちｔ_n-1とｔ_nとの間の積分時間間隔の間の、画素ｉ，ｊによる光吸収による蓄積された電荷値

【0052】

【数9】

【0053】

の部分）である。式（１）を並べ替えることによって、ｔ_n-1とｔ_nとの間のＸ線電荷値

【0054】

【数10】

【0055】

は以下のように表され得る。

【0056】

【数11】

【0057】

各サブフレームｔ_n−ｔ_n-1が十分短く、及び／又は暗電流が十分低い（例えば光検出器アレイが冷却されている場合）実施形態では、式（２）は以下のように簡略化され得る。

【0058】

【数12】

【0059】

この近似では、画素ｉ，ｊにおけるＸ線電荷値

【0060】

【数13】

【0061】

は、連続した読み出し時間ｔ_n及びｔ_n-1の間の蓄積された電荷

【0062】

【数14】

【0063】

と

【0064】

【数15】

【0065】

の差から決定され得る。

【0066】

しかしこのような場合、以下のように式（２）から表され得る、第１のリセット期間２８の第１のサブフレーム２８ａの間のＸ線電荷値

【0067】

【数16】

【0068】

を決定するときに問題があり得る。

【0069】

【数17】

【0070】

問題は、画素ｉ，ｊにおけるリセットノイズＲ_i,jが未知であるために生じ得る。これは一般にリセットノイズＲ_i,jは、画素ｉ，ｊがリセットされるごとに異なるためである。従ってリセットノイズＲ_i,jが顕著である場合（例えばリセットノイズＲ_i,jが、非破壊モードでの読み出しノイズより大きい場合）、リセットノイズＲ_i,jは測定された量から推定され得る。

【0071】

いくつかの実施形態では光検出器アレイは、行に沿ってリセットノイズＲ_i,jが一般にほぼ一定（すなわちＲ_i,j＝Ｒ_i）になるように、画素が行ごとをベースとしてリセットされるように構成され得る。その場合は、行の終わりにおけるいくつかの画素をマスクオフすることによって、十分な精度でリセットノイズＲ_i,jを決定することが可能になり得る。このような場合、マスクされた画素でのＸ線電荷値はゼロであるので、リセットノイズは以下のように式（４）から推定されることができ、

【0072】

【数18】

【0073】

ただし、１≦ｊ≦Ｋとして

【0074】

【数19】

【0075】

となるように、行ｉにおける最初のＫ個の画素がマスクされたと想定される。当業者は、式（５）は、画素が行の両端においてマスクされる場合に容易に一般化され得ることを理解するであろう。

【0076】

他の実施形態では、アレイの周縁部をマスクすることが実行可能でない場合がある。このような場合、リセットノイズＲ_i,jは、ｔ₀とｔ₂との間で暗電流及びＸ線の両方からの電荷蓄積が線形であると想定することにより、及びｔ₁とｔ₂との間の電荷蓄積の傾きをｔ₀まで外挿することによって推定され得る。これは以下をもたらし、

【0077】

【数20】

【0078】

それにより次にリセットノイズＲ_i,jは以下のように推定され得る。

【0079】

【数21】

【0080】

単結晶回折実験では式（６）及び（７）は、所与のサブフレームに内在される角度範囲が、観察中の試料のロッキングカーブの幅と比べて非常に小さい場合は、近似的に正しくなる。いくつかの実施形態ではリセットノイズＲ_i,jは、複数のサブフレームの間の電荷蓄積の傾きをｔ₀まで外挿することにより、及び外挿された傾きの切片を平均してリセットノイズＲ_i,jをもたらすことによって推定され得る。

【0081】

最後にリセットノイズが所与の行ｉにおいてほぼ一定である場合は、式（７）によって提供される推定は、行ｉにわたって平均することによって改善されることができ、これは以下をもたらす。

【0082】

【数22】

【0083】

ただしＭは、光検出器アレイの行内の画素の数である。

【0084】

各画素に記憶されたＸ線電荷値は、総捕捉時間フレームを構成する各積分時間期間の各積分時間間隔に対して決定される。このように決定された各Ｘ線電荷値に対して、図２のＸ線検出方法は、Ｘ線電荷値を光子計数閾値と比較するステップ２０６を含む。Ｘ線電荷値が光子計数閾値未満である場合は、Ｘ線電荷値は推定された光子カウントを表す量子化された電荷値で置き換えられ（ステップ２０８）、量子化された電荷値は記録された電荷値として記憶される（ステップ２１０）。そうでない場合は、Ｘ線電荷値は、記録された電荷値として記憶される（ステップ２１２）。言い換えれば各画素の各蓄積された電荷値に対して、対応するＸ線電荷値は、強い信号に対してはアナログ電荷積分型出力モードで（例えば従来の電荷積分型検出器読み出しでのように）、又は弱い信号に対しては光子計数出力モードで出力される。

【0085】

光子計数出力モードでのアナログ電荷積分型Ｘ線検出器の使用は、少なくとも部分的に、十分高速な読み出し能力、及び十分低い読み出しノイズを有する光検出器アレイが現在入手可能であるという事実によって可能になる。従って全体として、十分短いサブフレーム期間を提供する能力を有する光検出器アレイ、読み出しユニット、及び処理ユニットを選択することによって典型的にはアレイの各画素は、各読み出しの間に多くても１個又は数個のＸ線光子を登録するようになる。次いでＸ線検出器の量子利得が高く、ノイズが低い場合は、サブフレーム内で受け取られた光子の数を信頼性良く計数することが可能になる。

【0086】

特に、検出器の量子利得（すなわち各入射Ｘ線に対してセンサ内で発生される電子の平均個数）がｇであり、検出器のノイズがｎである場合は、ゼロ個と１個のＸ線を区別する確率は、ｅｒｆ（ｇ／ｎ）で与えられることができ、ｅｒｆは誤差関数である。またｇ／ｎが１よりずっと大きい実施形態では、光子計数が構想され得ることが理解されるであろう。言い換えれば、所与のサブフレームの間のＸ線電荷値が、ｇ／ｎ≫１であるｇに近似的に等しい場合は、ある程度の確実性を有して、この電荷値は単一の光子事象を表すと結論され得る。一方、所与のサブフレームの間のＸ線電荷値がｇよりずっと小さい場合は、ある程度の確実性を有して、光子事象はなかったと結論され得る。これは数学的に以下のように表され得る。

【0087】

【数23】

【0088】

ただし

【0089】

【数24】

【0090】

は処理ユニットによって記録された、記録された電荷値である。図２の方法では記録された電荷値

【0091】

【数25】

【0092】

は、修正されないＸ線電荷値

【0093】

【数26】

【0094】

、又は推定された光子計数を表す量子化された電荷値ｇに対応する。

【0095】

現在、Ｘ線光子当たり２００から３００電子の程度の量子利得、及び画素当たり２０電子未満の総ノイズ値を有するＸ線検出器が達成され得る。これは各サブフレームの間に画素当たりわずかに１又はゼロカウントが見られるように画素当たりの計数率が低い限り、電荷積分型Ｘ線検出器を用いた光子計数を企図することが可能になる。従っていくつかの実施形態では、読み出しノイズは約２００電子よりかなり少ないことが望ましく、なぜならこれは現在のＸ線検出器の量子利得の典型値を表すからである。

【0096】

上述の手順は、いずれのサブフレームの間も画素当たりのカウントの数が一般に１を超えないように、画素当たりの光子事象の数が低いままである限り良好に機能する。より高い計数率に対して、各画素は、いずれかのサブフレームの間に２個以上の光子事象を登録し得る。しかしサブフレーム当たり画素当たりにわずかに数個の光子事象が登録される場合は、以下で説明されるように依然として光子計数を達成することが可能となり得る。

【0097】

Ｎ個とＮ＋１個の光子を区別する確率は、表式ｅｒｆ［ｇ／ｓｑｒｔ（ｎ²＋Ｎ²δｇ）］から計算されることができ、δｇはスワンク効果などによる量子利得における統計的変動である。この表式は、所与の画素における光子の数Ｎが増加するのに従って、信頼性のある光子計数を達成することがますます難しくなることを示す。例えばｇ＝２００電子、ｎ＝２０電子、及びδｇ＝３０電子である実施形態では一般に、画素当たり約３カウントより多くを信頼性良く計数すること（又は言い換えれば、９９．９９％の信頼度で画素当たり２個と３個の光子を信頼性良く区別すること）は不可能となる。

【0098】

従って一般に、それを超えて真の光子計数を達成することはもはや不可能となる最大計数率が存在する。この最大計数率を超えると、各画素から読み出された蓄積された電荷から決定されるＸ線電荷値は、従来の電荷積分型Ｘ線検出器のようにアナログ出力モードで記録されることができる。例えばサブフレーム当たり画素当たり３個の光子までを計数する能力を有する電荷積分型Ｘ線検出器の場合は、所与のサブフレームｎ、及び所与の画素ｉ，ｊに対して記録される電荷値

【0099】

【数27】

【0100】

は、以下のように計算され得る。

【0101】

【数28】

【0102】

式（１０）は、所与のサブフレーム内で画素において３個未満の光子事象が登録されたときは、アナログＸ線電荷値

【0103】

【数29】

【0104】

は、ゼロと３の間の整数個の光子に対応する量子化された電荷値（すなわち０、ｇ、２ｇ、又は３ｇ）によって置き換えられることを示す。しかしサブフレーム当たり３個より多い光子事象を有する画素に対しては、アナログ情報が維持される。式（１０）に記載された計算手順は例のみとして提供され、光子を計数するため及び／又は、アナログ及び光子計数出力モードを切り換えるために、他の実施形態では異なる閾値が用いられ得ることが理解されるであろう。具体的には、特定の検出器の特定の量子利得及びノイズ値が、どれだけ多くのＸ線がこのようにして計数され得るかを決定することになる。

【0105】

アレイの各画素ｉ，ｊに対して、Ｘ線電荷値

【0106】

【数30】

【0107】

に対応する記録された電荷値

【0108】

【数31】

は、以下のように合計されることができる。

【0109】

【数32】

【0110】

ただしＮは各リセットの間のサブフレームの数（例えば図３ではＮ＝５）であり、及びｐは総捕捉時間フレーム内のリセット期間の数（例えば図３ではｐ＝３）である。

【0111】

弱い露出のもとでは、合計された項

【0112】

【数33】

【0113】

は、純粋にデジタル情報からなり得る（例えば

【0114】

【数34】

【0115】

、ただしＬは０と３×ｐ×Ｎとの間の整数である）。このような場合、

【0116】

【数35】

【0117】

は、総捕捉時間フレームにわたって画素ｉ，ｊによって登録された光子の数の推定を提供することができる。一方、

【0118】

【数36】

【0119】

である場合は、

【0120】

【数37】

【0121】

は、従来の電荷積分型Ｘ線検出器でのようにアナログ信号として解釈されることになる。

【0122】

要約すると図２の方法は、混合型光子計数／アナログ出力モードにおけるＸ線検出を提供する。各Ｘ線電荷値は、推定された光子カウントを表す量子化された電荷値で置き換えられ得るか、又はアナログ値として保持され得る。これは従来の電荷積分型又は光子計数検出器のいくつかの制限を克服し、一方でそれらのそれぞれの利点の恩恵を受ける。例えば高い到来光子率においては、検出器飽和を避けるように、一定数の非破壊読み出しの後に周期的に画素をリセットすることによって、従来の電荷積分型検出器と比べて、ハイエンドのダイナミックレンジが拡大され得る。高いフレームレートでの読み出し制限、及び高い到来光子率での計数率飽和がそれぞれ、電荷積分型検出方式、及び強い露出のもとでのアナログ形式において記録された電荷値を保持する可能性によって軽減されるので、ハイエンドのダイナミックレンジはまた、従来の光子計数検出器に対して拡大され得る。さらに従来の電荷積分型検出器のローエンドのダイナミックレンジは、弱い露出のもとで光子計数モードに切り換えることによって拡大されることができ、それにより暗電流及び読み出しノイズ問題を回避又は緩和する。

【0123】

図４は、図１に示されるものなどの検出器を用いることができる、本発明の代替的実施形態を示すフロー図である。図４の方法は、画素から蓄積された電荷を読み出すステップ４０２、及び読み出された蓄積された電荷からＸ線電荷値を決定するステップ４０４を含むという点で、図２のものと同様である。しかし図４の方法では電荷積分型Ｘ線検出器は、混合型光子計数／アナログ出力モードにおいてではなく、純粋に光子計数モードにおいて動作可能である。言い換えれば方法は、ステップ４０４で決定された各Ｘ線電荷値を、光子計数閾値と比較する必要はない。その代わりにステップ４０４の後に、Ｘ線電荷値を、推定された光子カウントを表す量子化された電荷値で置き換えるステップ（ステップ４０６）が直接続く。しかし当業者は、Ｘ線電荷値が光子計数閾値未満である場合にのみステップ４０６が実行される他の実施形態があり得ることを理解するであろう。図４の実施形態は、光子カウントが適度に正確であることが予想される場合、例えばサブフレーム時間が十分短いとき、及び／又は十分弱い露出条件下であるときに実装され得る。

【0124】

図５のフロー図は、図１に示されるものなどの検出器を用いる、本発明の別の実施形態を表す。図５の方法は、到来光子が画素境界において光検出器アレイにぶつかるときに生じる、電荷又は光子共有の効果に対処する。これは、複数の画素の間での光子エネルギーの分割が、画素のいずれも検出閾値に到達することを妨げ得るので、計数の誤りに繋がり得る。電荷共有はまた、画素サイズの減少が画素間の電荷共有の効果を増加させ、従って検出器の応答を悪化させるので、画素の最小の達成可能サイズに制限を課す。

【0125】

入射Ｘ線光子のエネルギーに応じて、電荷共有は３つの主な結果に繋がり得る。第１に、画素のうちの１つで検出された電荷が閾値より高くなる場合があり、従ってこの画素内で光子が計数される。一方、隣接画素で検出された信号は閾値より低く、これらの画素では光子は計数されない。第２に、検出された電荷があらゆる画素において閾値未満となる場合があり、それにより光子は全く計数されない。第３に、より高いエネルギーの光子に対して、又はより低い閾値設定に対して、生成される電荷の量が２つ以上の画素で閾値を超えるのに十分に大きい場合があり、従ってこのＸ線光子の複数の計数に繋がる。

【0126】

電荷共有は、直接及び間接光子計数Ｘ線検出器の両方において生じ得る。直接光子計数検出器では、単一のＸ線光子がセンサにおいて吸収されるとき、それは印加された電界によって収集電極に輸送される有限の半径の多くの電子−正孔対（すなわち通常は数千の）を発生する。拡散及びクーロン反発力により、電荷雲の直径は、それが収集電極に向かってドリフトするにつれて増加する。変換が画素間の境界近く又はそこで生じたときは、単一のＸ線光子によって生成された電荷は、２つ以上の隣接画素によって部分的に検出され、それらの間で共有される。

【0127】

同様に、単一のＸ線が間接光子計数Ｘ線検出器のシンチレータにおいて吸収され、その後に可視光に変換される場合は、プロセスから結果としてやはり有限の半径を有する通常は数百個の光学光子を生じる。従ってこの光学光子の「雲」はまた、結果として電荷共有の効果を生じる。この点に関して、この場合は技術的には隣接した画素の間で共有される電荷ではなく光学光子であるが、間接光子計数検出器において生じるこの共有現象も、本明細書では話を簡単にするために「電荷共有」と呼ばれることが理解されるであろう。

【0128】

実際には吸収されたＸ線によって生成される信号は、有限の点広がり関数を有し、それにより信号は通常、いくつかの隣接した画素にわたって広がることになる。Ｘ線検出器が光子計数モードで動作するいくつかの実施形態では、光子事象を算定するために、隣接画素のＸ線電荷値を考慮し、一緒に組み合わせることが適切である。

【0129】

例えば、点広がり関数及び画素サイズの両方が１００ミクロンに等しい実施形態では、所与の光子事象からの信号は、点広がり関数の中心がアレイに偶然、画素の中心近くで、又は画素間の境界近くでぶつかるかに応じて、すべて１つの画素において登録される場合もあり、又は２つ以上の画素の間で共有される場合もある。信号が複数の画素の間で共有されるときは、光子事象を識別することは、隣接画素のブロックから蓄積された電荷を読み出し、画素ブロック内の各画素のＸ線電荷値を決定し、このようにして決定されたＸ線電荷値を何らかの方法で組み合わせることを必要とし得る。当業者は、所与の実施形態において用いられるブロックのサイズは、点広がり関数の範囲及び画素サイズに依存し得ることを理解するであろう。例えばいくつかの実施形態では、基準画素と少なくとも１つの隣接画素は、ｍ×ｎ画素ブロックを定義することができ、ｍ及びｎのそれぞれは正の整数である。

【0130】

図５をさらに参照すると方法は、読み出し時間ｔ_nにおいて、光検出器アレイの基準画素ａ，ｂから蓄積された電荷を読み出すステップ５０２を含む。方法はまた、読み出された蓄積された電荷からＸ線電荷値

【0131】

【数38】

【0132】

を決定するステップ５０４を含む。この後に、光子事象が実際に画素ａ，ｂで生じたことの尤度を算定するために、画素ａ，ｂにおけるＸ線電荷値

【0133】

【数39】

【0134】

を、第１の閾値Ｔ₁と比較するステップ５０６が続く。第１の閾値Ｔ₁は、Ｘ線検出器の量子利得ｇの一定の割合として、例えばＴ₁＝ｒ₁×ｇ、ただしｒ₁＝０．２０として表され得る。当業者は他の実施形態では、ｒ₁に対する他の値、及び第１の閾値Ｔ₁を表す他のやり方が用いられ得ることを認識するであろう。

【0135】

Ｘ線電荷値

【0136】

【数40】

【0137】

が第１の閾値Ｔ₁以上である場合、方法５００は、基準画素ａ，ｂの少なくとも１つの隣接画素ｉ，ｊからから蓄積された電荷を読み出し、それから各隣接画素ｉ，ｊに対するＸ線電荷値

【0138】

【数41】

【0139】

を決定するステップ５０８を含む。ステップ５０８の後に、基準画素

【0140】

【数42】

【0141】

及び少なくとも１つの隣接画素

【0142】

【数43】

【0143】

のＸ線電荷値を合計して、合計された電荷値

【0144】

【数44】

【0145】

をもたらすステップ５１０が続く。これは数学的に以下のように表され得る。

【0146】

【数45】

【0147】

ただしこの例では、基準画素ａ，ｂと隣接画素ｉ，ｊは一緒に、ｍ×ｍ画素ブロックを定義し、以下となる。

【0148】

【数46】

【0149】

式（１２）でのように隣接画素における電荷を合計することによって、従来の光子計数検出器におけるカウントロスに繋がり得る電荷共有効果を除去する、又は少なくとも軽減することが可能となり得る。式（１３）に記載された任意選択の条件は、画素ａ，ｂの所与の隣接画素ｉ，ｊは、その隣接画素ｉ，ｊのＸ線電荷値

【0150】

【数47】

【0151】

が第３の閾値Ｔ₃未満である場合（第２の閾値Ｔ₂がさらに以下で導入される）、式（１２）の合計から除外されるようになることを意味する。第３の閾値Ｔ₃も、Ｘ線検出器の量子利得ｇの一定の割合として、例えばＴ₃＝ｒ₃×ｇ、ただしｒ₃＝０．０５として表され得る。当業者は他の実施形態では、ｒ₃に対する他の値、及び第３の閾値Ｔ₃を表す他のやり方が用いられ得ることを認識するであろう。隣接画素のいくつかを除外することは、合計におけるノイズを最小にするのに寄与し得ることが理解されるであろう。実際、所与のＸ線からの電荷のほとんどは、多くても数個の画素において登録されることになることが予想され、それにより合計において無視できない寄与を有するこれら数個の画素のみが、式（１２）の合計に含められ得る。当業者は、隣接画素のＸ線電荷値を合計するための式（１２）に記載された手順は説明のためのみに提供され、他の実施形態では他の手順が用いられ得ることを認識するであろう。具体的には、式（１２）に記載された手順は基準画素を中心としたｍ×ｍ画素ブロックを考慮するが、他の画素構成も用いられ得る。

【0152】

図５の方法はさらに、光子事象が画素ブロック内部で実際に生じた尤度を算定するために、式（１２）の合計された電荷値

【0153】

【数48】

【0154】

を第２の閾値Ｔ₂と比較するステップ５１２を含む。第２の閾値Ｔ₂も、Ｘ線検出器の量子利得ｇの一定の割合として、例えばＴ₂＝ｒ₂×ｇ、ただしｒ₂＝０．５０として表され得る。当業者は他の実施形態では、ｒ₂に対する他の値、及び第２の閾値Ｔ₂を表す他のやり方が用いられ得ることを認識するであろう。合計された電荷値

【0155】

【数49】

【0156】

が第２の閾値Ｔ₂以上であり、また光子計数閾値未満である場合は、個別の光子事象が画素ブロック内部で検出されたことが、良好な統計的確実性を有して結論され得る。

【0157】

個別の光子事象が画素ブロック内部で生じたことが確立された後に、そのＸ線電荷値が最も高い強度を有する、ブロックの画素において光子事象が生じたと想定され得る。この画素は、本明細書では画素ｉ_max，ｊ_maxとして参照され、基準画素ａ，ｂ、又は隣接画素ｉ，ｊである場合がある。次いで方法は、光子事象がその特定の画素で生じたことを示すために、画素ｉ_max，ｊ_maxのＸ線電荷値

【0158】

【数50】

【0159】

を、量子化された電荷値

【0160】

【数51】

【0161】

で置き換えるステップ５１４を含む。方法はまた、場合に応じて基準画素ａ，ｂを含む、ブロック内の残りの画素のＸ線電荷値をゼロに設定するステップ５１６を含む。さらに、次いでブロックのすべての画素が処理されたと見なされることができ、従って上述の第１の閾値を超え得る隣接画素に関わるいずれの他の合計において、考慮されなくてもよくなり得る。

【0162】

ステップ５１２において式（１２）によって与えられる合計

【0163】

【数52】

【0164】

が第２の閾値Ｔ₂未満である場合は、基準画素ａ，ｂのＸ線電荷値

【0165】

【数53】

【0166】

は、補正された値

【0167】

【数54】

【0168】

に設定される（ステップ５１８）。言い換えれば光子事象は検出されなかったと結論され、それにより画素ａ，ｂにおける信号はゼロに設定される。このような場合、画素ブロック内の隣接画素における電荷

【0169】

【数55】

【0170】

は、これらの隣接画素は依然として隣接画素ブロック内の実際の光子事象の一部であり得るので、ゼロに設定され得ない、又はその必要はない。

【0171】

上述の計数手順は、画素当たりの光子事象の数が低いままであり、それによりいずれの積分時間間隔の間での画素当たりのカウントの数が１を超えない限り、良好に機能する。より高い計数率に対して、各画素は、任意の積分時間間隔の間に２個以上の光子事象を登録し得る。しかし積分時間間隔当たり画素当たりに数個の光子事象のみが登録されるときは、以下で説明されるように、光子計数を達成し、電荷共有の効果を補正することが依然として可能となり得る。

【0172】

前述のように一般に、それを超えてはもはや真の光子計数を達成することは可能でなくなる最大計数率が存在する。しかしこのような場合、従来の電荷積分型Ｘ線検出器のように、アナログモードで所与の画素のＸ線電荷値を記録することが可能である。例えば積分時間間隔当たり画素当たり３個の光子までを計数する能力を有する検出器の場合は、式（１０）は以下のように一般化され得る。

【0173】

【数56】

【0174】

式（１４）は、積分時間間隔当たり３個未満の光子事象を有する画素に対して、もとのアナログＸ線電荷値

【0175】

【数57】

【0176】

は、推定された光子カウントを表す量子化された電荷値によって置き換えられることを示す。しかし積分時間間隔当たり３個より多い光子事象を有する画素に対しては、画素内のアナログ情報が維持される。より具体的には、合計された電荷値

【0177】

【数58】

【0178】

が、第２の閾値Ｔ₂＝０．５ｇ以上であり、光子計数閾値３．５ｇ未満である場合は、ブロックの最も大きなＸ線電荷値を有する画素ｉ_max，ｊ_maxのＸ線電荷値

【0179】

【数59】

【0180】

は、量子化された電荷値

【0181】

【数60】

【0182】

で置き換えられ、これは合計された電荷値

【0183】

【数61】

【0184】

に基づき、推定された光子カウントを表す。さらに、ブロック内の残りの画素のＸ線電荷値はゼロに設定される。合計された電荷値

【0185】

【数62】

【0186】

が第２の閾値Ｔ₂＝０．５ｇ未満であり、光子計数閾値３．５ｇ未満である場合は、基準画素ａ，ｂのＸ線電荷値

【0187】

【数63】

【0188】

はゼロに設定される。最後に、合計された電荷値

【0189】

【数64】

【0190】

が光子計数閾値３．５ｇ以上である場合は、基準画素ａ，ｂのＸ線電荷値

【0191】

【数65】

【0192】

は維持される。もちろん式（１４）に記載された計算手順は例のみとして提供され、他の実施形態では、光子を計数するため及び／又は、アナログ及び光子計数出力モードの間で切り換えるための異なる閾値は、様々となり得る。

【0193】

本発明についてそのいくつかの実施形態を参照して示され述べられてきたが、当業者には添付の特許請求の範囲よって定義される本発明の範囲から逸脱せずに、本明細書で形、及び詳細において様々な変更がなされ得ることが認識されるであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】