(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022180502
(43)【公開日】2022-12-06
(54)【発明の名称】光子計数に基づくＸ線検出システム
(51)【国際特許分類】
G01T 1/17 20060101AFI20221129BHJP
【ＦＩ】
G01T1/17 A
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022149123
(22)【出願日】2022-09-20
(62)【分割の表示】P 2019548386の分割
【原出願日】2018-02-05
(31)【優先権主張番号】15/450,653
(32)【優先日】2017-03-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】512120638
【氏名又は名称】プリズマティック、センサーズ、アクチボラグ
【氏名又は名称原語表記】ＰＲＩＳＭＡＴＩＣ ＳＥＮＳＯＲＳ ＡＢ
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100118843
【弁理士】
【氏名又は名称】赤岡 明
(72)【発明者】
【氏名】クリステル、スベンソン
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ノイズと積上げの双方を同時に管理するための効率的かつ堅牢なＸ線検出システムを提供する。
【解決手段】少なくとも１つの光子計数出力を提供するための個々の光子計数チャンネル４ーＫにそれぞれが接続された複数の検出素子２－Ｋと、光子計数出力を出力するための光子計数チャンネルに接続された読出ユニット９と、を備えるＸ線検出システム１で、光子計数チャンネル４－Ｋの少なくともサブセットのそれぞれが、それぞれが少なくとも１つの整形フィルタを有する少なくとも２つの光子計数サブチャンネル（４０－１から４０－Ｍ）を備え、異なる整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、異なるエネルギー準位の光子を計数するために適合され、さらに、読出ユニット９は、光子計数サブチャンネルからの光子計数出力を、それぞれの光子計数チャンネルＰＣＣについて選択するように構成されている。
【選択図】図４
【解決手段】少なくとも１つの光子計数出力を提供するための個々の光子計数チャンネル４ーＫにそれぞれが接続された複数の検出素子２－Ｋと、光子計数出力を出力するための光子計数チャンネルに接続された読出ユニット９と、を備えるＸ線検出システム１で、光子計数チャンネル４－Ｋの少なくともサブセットのそれぞれが、それぞれが少なくとも１つの整形フィルタを有する少なくとも２つの光子計数サブチャンネル（４０－１から４０－Ｍ）を備え、異なる整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、異なるエネルギー準位の光子を計数するために適合され、さらに、読出ユニット９は、光子計数サブチャンネルからの光子計数出力を、それぞれの光子計数チャンネルＰＣＣについて選択するように構成されている。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つの光子計数出力を提供するための個々の光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）にそれぞれが接続された複数の検出素子（２）と、
前記光子計数出力を出力するための前記光子計数チャンネルに接続された読出ユニット（９）と、を備えたＸ線検出システム（１）であって、
前記光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）の少なくともサブセットのそれぞれは、それぞれが少なくとも１つの光子計数出力を提供し、かつ、整形フィルタ（６）を有する少なくとも２つの光子計数サブチャンネル（４０）を備え、
前記光子計数サブチャンネルの前記整形フィルタは、異なる整形時間を備えて構成され、
それぞれの光子計数サブチャンネルは、関連付けられた計数器（８）を選択的に始動させるために、前記光子計数サブチャンネルの前記整形フィルタの出力信号と比較するための個々のコンパレータしきい値準位をそれぞれが有するＮ≧１個のコンパレータ（７）を備え、
異なる整形時間を備えた整形フィルタを有する前記光子計数サブチャンネルは、異なるエネルギー準位の光子を計数するために適合され、
より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルよりも、最低エネルギー準位において光子を計数するためのより低いコンパレータしきい値準位を備えて構成され、
前記読出ユニット（９）は、前記光子計数サブチャンネルからの光子計数出力を、それぞれの光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）について選択するように構成されている、Ｘ線検出システム（１）。
前記光子計数出力を出力するための前記光子計数チャンネルに接続された読出ユニット（９）と、を備えたＸ線検出システム（１）であって、
前記光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）の少なくともサブセットのそれぞれは、それぞれが少なくとも１つの光子計数出力を提供し、かつ、整形フィルタ（６）を有する少なくとも２つの光子計数サブチャンネル（４０）を備え、
前記光子計数サブチャンネルの前記整形フィルタは、異なる整形時間を備えて構成され、
それぞれの光子計数サブチャンネルは、関連付けられた計数器（８）を選択的に始動させるために、前記光子計数サブチャンネルの前記整形フィルタの出力信号と比較するための個々のコンパレータしきい値準位をそれぞれが有するＮ≧１個のコンパレータ（７）を備え、
異なる整形時間を備えた整形フィルタを有する前記光子計数サブチャンネルは、異なるエネルギー準位の光子を計数するために適合され、
より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルよりも、最低エネルギー準位において光子を計数するためのより低いコンパレータしきい値準位を備えて構成され、
前記読出ユニット（９）は、前記光子計数サブチャンネルからの光子計数出力を、それぞれの光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）について選択するように構成されている、Ｘ線検出システム（１）。
【請求項2】
より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは最低エネルギー準位の光子を計数するために適合され、
より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、より高いエネルギー準位の光子を計数するために適合されている、請求項１に記載のＸ線検出システム。
より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、より高いエネルギー準位の光子を計数するために適合されている、請求項１に記載のＸ線検出システム。
【請求項3】
低エネルギー光子をノイズから区別するためのしきい値は、より小さな整形時間に対して可能であるよりも、より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する前記光子計数サブチャンネルに対してより低い値に設定されている、請求項２に記載のＸ線検出システム。
【請求項4】
それぞれの光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）は、前記光子計数サブチャンネルによって共有される共通の電荷感応型増幅器（５）を有するか、または、それぞれの光子計数サブチャンネルは、前記光子計数サブチャンネルの前記整形フィルタに入力信号を提供するための、それ自身の電荷感応型増幅器（５）を有する、請求項１から３のいずれかに記載のＸ線検出システム。
【請求項5】
前記光子計数サブチャンネルは、検出素子毎に収集された電荷の総量を測定するために適合された整形時間を有する、請求項１から４のいずれかに記載のＸ線検出システム。
【請求項6】
より大きなパルス登録時間は、より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルにおいて使用され、より小さなパルス登録時間は、より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルにおいて使用される、請求項１から５のいずれかに記載のＸ線検出システム。
【請求項7】
前記読出ユニット（９）は、光子計数出力を提供する際に、それぞれ光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）に対して、光子流束速度に基づいて光子計数サブチャンネル間で選択的に切り替えるように構成されている、請求項１から６のいずれかに記載のＸ線検出システム。
【請求項8】
前記光子流束速度は、光子計数出力値に基づいて決定される、請求項７に記載のＸ線検出システム。
【請求項9】
前記読出ユニット（９）は、前記光子流束速度が流束しきい値よりも高いと、より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルからの光子計数出力を選択し、前記光子流束速度が前記流束しきい値以下であると、より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルからの光子計数出力を選択する、請求項７または８に記載のＸ線検出システム。
【請求項10】
少なくとも１つ光子計数サブチャンネルは、異なるコンパレータしきい値準位を備えた少なくとも２つのコンパレータ（７）と、異なる光子エネルギー準位における光子計数出力を提供するための関連付けられた計数器と、を有する、請求項１に記載のＸ線検出システム。
【請求項11】
前記光子計数サブチャンネルの少なくとも２つは、最低エネルギー準位における光子を計数するために構成された個々の光子計数サブチャンネルの前記コンパレータ（７）および関連付けられた計数器（８）を除いて、前記コンパレータおよび計数器のサブセットを共有する、請求項１０に記載のＸ線検出システム。
【請求項12】
異なる光子計数サブチャンネルに関連付けられた前記コンパレータ（７）のしきい値設定は、前記光子計数サブチャンネルの１つにおいて使用されるコンパレータしきい値準位の上方の計数の数が、いずれの光子計数サブチャンネルも積上げのために計数を喪失しない十分低いＸ線流束の照射下で、前記光子計数サブチャンネルの他方において使用される対応するコンパレータしきい値準位の上方の計数の数に等しくなるように構成されている、請求項１から１１のいずれかに記載のＸ線検出システム。
【請求項13】
より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する前記光子計数サブチャンネルの前記しきい値準位の２つ以上は、したがって、選択的なより高いエネルギー分解を可能にするために、より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する前記光子計数サブチャンネルに対するよりも近い間隔を備えた測定されたＸ線エネルギー範囲に選択され、限定された部分において分布される、請求項１から１２のいずれかに記載のＸ線検出システム。
【請求項14】
前記光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）は特定用途向け集積回路に埋め込まれている、請求項１から１３のいずれかに記載のＸ線検出システム。
【請求項15】
請求項１から１４のいずれかに記載のＸ線検出システム（１、１１）を備えるＸ線撮像システム（２０）。
【請求項16】
前記Ｘ線撮像システム（２０）は、異なる整形時間を備えた整形器を有する異なる光子計数サブチャンネルからの前記光子計数出力に基づいて基底物質分解を行うように構成されている、請求項１５に記載のＸ線撮像システム。
【請求項17】
前記Ｘ線撮像システム（２０）は、同じ検出素子の出力を測定する、異なる光子計数サブチャンネルに属するエネルギービンの異なる集合に対する結合尤度関数を最適化するように構成されている、請求項１６に記載のＸ線撮像システム。
【請求項18】
前記Ｘ線撮像システム（２０）は、異なる整形時間を備えた整形フィルタを有する異なる光子計数サブチャンネルからの光子計数出力に基づいて、入射光子の数を推定するように構成されている、請求項１５から１７のいずれかに記載のＸ線撮像システム。
【請求項19】
前記Ｘ線撮像システム（２０）は、少なくとも１つの光子計数サブチャンネルからの光子計数出力に基づいてスペクトルパラメータの数を推定し、かつ、前記スペクトルパラメータから、および、少なくとも１つの光子計数サブチャンネルからの光子計数出力から入射光子の数を推定するように構成されている、請求項１５から１８のいずれかに記載のＸ線撮像システム。
【請求項20】
前記Ｘ線撮像システム（２０）は、短い整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルに属するエネルギービンに関するスペクトルパラメータに基づいて、前記光子計数サブチャンネルの１つまたは複数に属する少なくとも１つのエネルギービンにおける入射光子の数を推定するように構成されている、請求項１９に記載のＸ線撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本提案技術はＸ線撮像などの放射線撮像、および、関連するＸ線検出システムに関する。
【背景技術】
【0002】
Ｘ線撮像などの放射線撮像は医学的用途において、および、非破壊試験のために永年使用されている。
【0003】
通常、Ｘ線撮像システムは、Ｘ線源とＸ線検出システムとを含む。Ｘ線源はＸ線を発し、これが撮像すべき被験者または対象物を通過し、続いて、Ｘ線検出システムによって登録される。いくつかの物質は他の物質よりＸ線のより大きい部分を吸収するため、被験者または対象物の画像が形成される。
【0004】
Ｘ線撮像検出器に対する難しい課題は、対象物または被験者が密度、組成、および、構造に関して描かれる場合に、対象物または被験者の画像に入力を提供するために、検出されたＸ線から最大の情報を抽出することである。フィルム幕を検出器として使用することは未だに一般的であるが、ほとんどにおいて、検出器は、今日デジタル画像を提供している。
【0005】
最近のＸ線検出器は、入射Ｘ線を通常は電子に変換する必要があり、これは、代表的には光電効果を介して、または、コンプトン相互作用を介して行われ、結果として得られる電子は、通例はそのエネルギーが失われるまで二次可視光を作り出し、この二次可視光が今度は感光材料によって検出される。半導体に基づく検出器もあり、この場合、Ｘ線によって作り出された電子は、印加された電界を介して収集される電子正孔対に関して電荷を作り出す。
【0006】
複数のＸ線からの積分信号を提供し、この信号が、一画素中の入射Ｘ線の数の最善の推測値を読出すために後にデジタル化のみが行われるという意味での積分モードで動作する検出器がある。
【0007】
いくつかの応用例での実行可能な代案として、光子計数検出器も出現している。現在、それらの検出器は主に乳房Ｘ線撮影の分野において市販されている。光子計数検出器は長所を有しているが、なぜなら、主に、それぞれのＸ線のエネルギーが測定可能であり、これが対象物の組成についての追加の情報を生み出すからである。この情報は画質を上げるため、および／または、放射線量を減らすために使用可能である。
【0008】
シリコンまたはゲルマニウムのような単純な半導体材料を使用する際、コンプトン散乱は、多くのＸ線光子を、検出器内での電子正孔対への変換の前に高エネルギーから低エネルギーに変換させる。この結果、本来は高エネルギーのＸ線光子の大部分が予想よりも大幅に少ない電子正孔対を生成し、これが今度はエネルギー分布の低い方の端部に現れる光子束の実質的な部分をもたらす。したがって、可能な限り多くのＸ線光子を検出するためには、可能な限り低いエネルギーを検出することが必要となる。
【0009】
図１は３つの異なるＸ線管電圧に対するエネルギースペクトルの例を示す概略図である。このエネルギースペクトルは、より低いエネルギー範囲でのコンプトン事象とより高いエネルギー範囲での光電吸収事象とを含む異なる種類の相互作用の混合物からの蓄積されたエネルギーによって構築される。
【0010】
直接型半導体検出器を介してＸ線光子を検出するための従来の機構は基本的に以下のように動作する。コンプトン散乱の後の光子も含むＸ線光子は半導体検出器内で電子正孔対に変換され、ここで、電子正孔対の数は一般に光子のエネルギーに比例する。続いて、電子と正孔は検出器の電極に向かって流動し、検出器から離れる。この流動の間、電子と正孔は電極内に、図２に概略が示されたように，例えば、整形フィルタ（ＳＦ）が後に続く電荷感応型増幅器（ＣＳＡ）を介して測定可能な電流を誘導する。
【0011】
１つのＸ線事象からの電子と正孔の数がＸ線のエネルギーに比例するので、１つの誘導電流パルスの全電荷はこのエネルギーに比例する。この電流パルスは電荷感応型増幅器内で増幅され、続いて、整形フィルタによってフィルタリングされる。整形フィルタの適切な整形時間を選択することによって、フィルタリング後のパルスの振幅は、電流パルスの全電荷に比例し、したがって、Ｘ線のエネルギーに比例する。整形フィルタに続き、パルスの振幅は、その値を１つまたは複数のコンパレータ（ＣＯＭＰ）で１つまたは数個のしきい値（Ｔｈｒ）と比較することによって測定され、計数機が導入され、これによってパルスがしきい値よりも大きい場合の数が記録可能となる。このようにして、特定の時間枠内で検出された個々のしきい値（Ｔｈｒ）に対応するエネルギーを超えるエネルギーを持つＸ線光子の数を計数および／または記録することが可能となる。
【0012】
いずれの電荷感応型増幅器にも固有の問題は、検出された電流にこの増幅器が電気的なノイズを加えることである。したがって、真のＸ線光子に代わるノイズの検出を回避するために、ノイズ値がしきい値を超える回数がＸ線光子の検出を妨げないよう十分小さくなるように、最低のしきい値（Ｔｈｒ）を十分高く設定することが重要となる。整形フィルタは、大きな値の整形時間がＸ線光子によってもたらされた長いパルスにつながり、フィルタの後のノイズの振幅を低減するという一般的な特性を有する。小さな値の整形時間は短いパルスおよびより大きなノイズの振幅につながる。したがって、可能な限り多くのＸ線光子を計数するためには、ノイズを最小化するために大きな整形時間が所望され、続いて、相対的に小さなしきい値準位の使用を可能にする。
【0013】
いずれの計数Ｘ線光子検出器にもおける他の問題は、いわゆる、積上げ（ｐｉｌｅ－ｕｐ）問題である。Ｘ線光子の流束率が高いと、２つの連続した電荷パルスを区別するうえで問題が生じることがある。上述のように、フィルタの後のパルス長は整形時間に依存する。もしこのパルス長が２つのＸ線光子誘導電荷パルス間の時間より大きければ、両パルスは一緒に成長して２つの光子は区別不能となり、１つのパルスとして計数される可能性がある。これは積上げと呼ばれる。そのため、高い光子流束における積上げを回避する唯一の方法は小さい整形時間を使用することである。
【0014】
結論として、この場合には固有の相反がある。ノイズを管理するためには大きな整形時間が必要であり、積上げを管理するためには小さな整形時間が必要である。
【0015】
実際には、整形時間の妥協値が通常は選択され、これは低い流束にも高い流束にも最適ではない。低い流束に対しては、計数されたＸ線光子の総数が低すぎるが、なぜなら、ノイズに誘導された計数を回避するためには、高すぎるしきい値を選ぶ必要があるからである。高い流束には、積上げ効果のために、計数されたＸ線光子の総数は同じく低すぎる。
【0016】
米国特許第７，１４９，２７８号明細書および米国特許第７，３３０，５２７号明細書は、入射流束準位の変化を調整するために光子計数エネルギー敏感放射線検出器の整形時間を動的に制御するための方法およびシステムを開示している。このシステムは、動的可変整形時間に従って出力として光子計数を提供するために、検出素子から信号を受信するために接続された光子計数チャンネルを含む。この光子計数チャンネルは、光子計数出力データに基づき近実時間で可変整形時間を制御するための整形時間コントローラを少なくとも含む別個のコントローラによって制御されなければならない。
【0017】
これは可能な救済策を上述の相反に提供するが、米国特許第７，１４９，２７８号明細書および米国特許第７，３３０，５２７号明細書で提案されている解決策は、動的に制御可能な高性能整形フィルタ、および、したがって実時間の要件に対するやりがいのあるプログラミングを伴う別個のコントローラを必要とする。
【0018】
米国特許第５，８７３，０５４号明細書は、デジタル系高速Ｘ線分光計における組合せ論理信号プロセッサのための方法および装置に関するが、解決策を提供せず、上述の問題にも関していない。
【0019】
米国特許第８，３７８，３１０号明細書は上記に検討した積上げ問題を少なくとも部分的に解決するためのリセット機構を開示している。
【0020】
米国特許第９，４８２，７６４号明細書は、表面と、この表面上に設けられた複数の画素化陰極と、を有する半導体検出器を備え、画素化陰極の少なくとも１つは、画素化陰極によって収集された電荷に対応する収集電荷信号を発生し、かつ、画素化陰極の隣接陰極によって収集された電荷に対応する非収集電荷信号を発生するように構成されている放射線検出器システムに関する。この考えは、画素化陰極における収集電荷信号に対する収集値を決定し、隣接陰極によって収集された電荷に対応する画素化陰極における非収集電荷信号に対する非収集値を決定し、較正係数によって調整された非収集電荷信号に対する値を使用して隣接陰極によって収集された電荷に対する較正値を決定し、かつ、収集値および較正値を使用して画素化陰極および隣接陰極によって収集された、電荷共有事象によって生成された総電荷を決定することである。電荷共有事象は、もし収集値および較正値を用いて決定された電荷共有事象の全電荷が所定の値を超えているなら、画素化陰極または隣接した陰極の一方に関する単一の事象として計数される。収集電荷信号と非収集電荷信号との合計に対応する組合せ値が決定され、非収集値は組合せ値と収集値との差を用いて決定される。第１の整形信号を発生し、第１の整形信号を用いて収集値を決定するために使用される第１の整形器と、第２の整形信号を発生し、第２の整形信号を用いて組合せ値を決定するために使用される（第１の整形器より高い周波数を有する）第２の整形器と、の２つの異なった整形器が使用可能である。
【0021】
そのため、光子計数Ｘ線検出器において遭遇された、相反する要件を解決するための改善された、または、代案となる解決策に対する必要性が未だにある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0022】
改善されたＸ線検出システムを提供することが目的である。
【0023】
他の目的は改善されたＸ線撮像システムを提供することである。
【0024】
これらの目的は、本発明の各実施形態によって満たされる。
【課題を解決するための手段】
【0025】
第１の態様によれば、少なくとも１つの光子計数出力を提供するための個々の光子計数チャンネル（ＰＣＣ）にそれぞれが接続された複数の検出素子と、光子計数出力を出力するための光子計数チャンネルに接続された読出ユニットと、を備えるＸ線検出システムが提供される。Ｘ線検出システムは、光子計数チャンネル（ＰＣＣ）の少なくともサブセットのそれぞれが、少なくとも２つの光子計数サブチャンネルを備え、それぞれの光子計数サブチャンネルは少なくとも１つの光子計数出力を提供し、かつ、整形フィルタを有し、光子計数サブチャンネルの整形フィルタは異なる整形時間を備えて構成されていることを特徴とする。それぞれの光子計数サブチャンネルは、関連付けられた計数器を選択的に始動させるために、光子計数サブチャンネルの整形フィルタの出力信号と比較するための個々のコンパレータしきい値準位をそれぞれが有するＮ≧１個のコンパレータを備える。異なる整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、異なるエネルギー準位の光子を計数するために適合されている。より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルよりも、最低エネルギー準位において光子を計数するためのより低いコンパレータしきい値準位を備えて構成されている。さらに、読出ユニットは、光子計数サブチャンネルからの光子計数出力を、それぞれの光子計数チャンネル（ＰＣＣ）について選択するように構成されている。
【0026】
このようにして、ノイズと積上げの双方を同時に管理するための効率的かつ堅牢な解決策が得られる。異なるサブチャンネルは異なるエネルギー準位／ビンに対してさらに最適化が可能であり、様々な放射線流束における有効信号ノイズ比を最適化することも可能である。
【0027】
第２の態様によれば、このようなＸ線検出システムを備えるＸ線撮像システムが提供される。
【0028】
他の態様および／または長所は以下の説明を読むと理解される。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】３つの異なるＸ線管電圧のエネルギースペクトルの例を示す概略図である。
【図2】光子計数機構の例を示す概略図である。
【図3】Ｘ線撮像システム全体の例を示す概略図である。
【図4】一実施形態に係るＸ線検出システムの例を示す概略図である。
【図5】異なるサブチャンネルが異なるエネルギービンに対して最適化されている光子計数チャンネルの例を示す簡略概略図である。
【図6】一実施形態に係る光子計数チャンネルの例を示す概略図である。
【図7】コンパレータ電圧値の関数としての長い整形時間（Ｎ１）を備えた整形器および短い整形時間（Ｎ２）に対するしきい値の上方での計数差（Ｎ１－Ｎ２）の例を示す概略図である。
【図8】一実施形態に係るコンピュータによる実施の例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
本開示の全体を通じて、用語「整形フィルタ」および「整形器」は相互交換可能に使用される。
【0031】
図３を参照して、例示的なＸ線撮像システム全体の簡単な概要で開始するのが有用であろう。この非限定的な例において、Ｘ線撮像システム２０は、Ｘ線源１０と、Ｘ線検出システム１１と、関連付けられた画像処理デバイス１２と、を基本的に備える。一般に、Ｘ線検出システム１１は任意のＸ線光学素子によって合焦可能、かつ、対象物もしくは被験者またはその一部を通過可能なＸ線源１０からの放射線を登録するために構成されている。Ｘ線検出システム１１は、画像処理および／または画像再構築を可能にするために（Ｘ線検出システムに統合可能な）適した読出し電子回路を介して画像処理デバイス１２に接続可能である。
【0032】
一般に使用されているＸ線撮像システムの例はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムであり、これはＸ線の扇ビームまたは円錐ビームを生成するＸ線管と、患者または対象物を介して伝送されるＸ線の一部を登録するための向き合うＸ線検出システムと、を含んでよい。Ｘ線管および検出器システムは撮像対象の周囲を回転する構台に通常は搭載されている。
【0033】
本提案技術は、例えばシリコンまたはゲルマニウムに基づく検出器などの単純な半導体検出器における直接検出に基づく、光子計数検出器に特に関する。
【0034】
所望であれば、本提案技術は、エネルギー識別式またはマルチビン検出器とも呼ばれるエネルギー分解検出器システムにも適用可能である。
【0035】
図４は一実施形態に係るＸ線検出システムの例を示す概略図である。
【0036】
第１の態様によれば、Ｋ≧２であり、それぞれが別個の光子計数チャンネル（ＰＣＣ）４－ｉに接続され、少なくとも１つの光子計数出力を提供するためにｉは１からＫまで進む複数の検出素子２－１から２－Ｋと、光子計数出力を出力するための光子計数チャンネル４－１から４－Ｋに接続された読出ユニット９と、を備えるＸ線検出システム１が提供される。Ｘ線検出システム１は、光子計数チャンネル（ＰＣＣ）の少なくともサブセットのそれぞれが少なくとも２つの光子計数サブチャンネル（ＰＣＳＣ）４０－１から４０－Ｍを含み、Ｍ≧２の場合、それぞれの光子計数サブチャンネルは少なくとも１つの光子計数出力を提供し、かつ、整形フィルタを有し、光子計数サブチャンネルの整形フィルタは異なる整形時間を備えて構成されていること、および、読出ユニット９が光子計数サブチャンネル４０－１から４０－Ｍからの光子計数出力を、それぞれの光子計数チャンネル（ＰＣＣ）に対して選択するように構成されていることを特徴とする。
【0037】
このようにして、光子計数チャンネル当たり２つ以上の並列光子計数サブチャンネルを使用することによって、並列サブチャンネルが異なる整形時間を備えて構成されている場合に、上述のノイズと積上げの問題を解決するための効率的かつ堅牢な解決策が得られる。特に、様々な放射線流束における有効信号ノイズ比を最適化することが可能である。
【0038】
例として、それぞれの光子計数サブチャンネルは、関連付けられた計数器を選択的に始動させるために、光子計数サブチャンネルの整形フィルタの出力信号と比較するための個々のコンパレータしきい値準位をそれぞれが有するＮ≧１個のコンパレータを備える。
【0039】
異なるしきい値準位を備えた２つ以上のコンパレータを使用することは、エネルギー分解光子計数Ｘ線検出システムに対応し、それぞれのコンパレータおよび関連付けられた計数器はマルチビンシステム内のエネルギービンとして考えることができる。
【0040】
例として、より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルよりも、最低エネルギー準位において光子を計数するためのより低いコンパレータしきい値準位を備えて構成されている。
【0041】
そのため、本提案技術によれば、異なる整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、図５に概略を示すように異なるエネルギー準位の光子を計数するために適合可能である。
【0042】
言い換えると、異なるサブチャンネルは異なるエネルギー準位／ビンに対して最適化可能である。
【0043】
例えば、より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネル（Ａ）は最低エネルギー準位の光子を計数するために適合可能であり、より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネル（Ｂ）はより高いエネルギー準位の光子を計数するために適合可能である。
【0044】
より大きな／より長い整形時間では、ノイズが低減され、そのため、低エネルギー光子をノイズから区別するためのしきい値は、より短い整形時間のために可能である値よりも、より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルに対してより低い値に設定可能である。このように、さもなければ失われる計数が現実に登録可能となる。
【0045】
例として、より長い整形時間を備えた整形器は以下のしきい値５、１０ｋｅＶを伴うことが可能であるのに対して、より短い整形時間を備えた整形器は以下のしきい値１０、２０、３０、４０．．．ｋｅＶを伴うことが可能である。
【0046】
エネルギービンは、個々のしきい値準位によって与えられたように下限および上限によって規定されたエネルギー間隔に対応する。例として、５ｋｅＶより低いいずれのパルスもノイズと考えてよく、最低エネルギービンは５から１０ｋｅＶであり得て、次のエネルギービンは１０から２０ｋｅＶであり得、続いて、２０から３０ｋｅＶ、３０から４０ｋｅＶなどであり得る。
【0047】
この結果、長い整形時間（低ノイズ）は、より短い整形時間（高ノイズ）に対する最小しきい値よりも低いエネルギーにおける光子計数についてのデータを得るために使用可能である。最低ビンは長い整形時間の整形器からのものであり、他のビンは短い整形時間の整形器からのものである。高い計数速度において、１つにおいて積上げが始まると、最低エネルギービンに可能な重みを付けるか、または、これが、これに続く画像再構築において大部分を占めることができる。
【0048】
通常、光子計数サブチャンネルは、パルスの高さが検出素子によって収集された全電荷に比例することを留意して、検出素子毎に収集された電荷の総量を測定するために適合された整形時間を有する。
【0049】
米国特許第９，４８２，７６４号明細書は、隣接した検出素子間または画素間での収集電荷の共有を測定および修正するための２つの整形器の使用を開示している。しかし、整形時間はいずれの経路においても積上げを最小にするようには適合されておらず、したがって、本技術によって対応される課題を解決しない。さらに、本発明においては、米国特許第９，４８２，７６４号明細書におけるものとは違い、双方の整形フィルタが、パルスの高さが検出素子によって収集された全電荷に比例するように、すなわち、パルスの高さが隣接する検出素子からの誘導信号に影響されないように適合された整形時間を有する。加えて、米国特許第９，４８２，７６４号明細書は、異なるエネルギー準位に対して異なるサブチャンネルを最適化することについて述べていない。
【0050】
本発明の例となる実施形態において、パルスの振幅は以下のようにそれぞれのサブチャンネルにおいて測定される。サブチャンネル内の（最低しきい値を備えたコンパレータなどの）コンパレータがパルスの開始を登録すると、ピーク検出回路がパルスの高さをコンパレータと比較することによってパルスのピーク値に対する調査を開始する。この調査処理は事前に規定されたパルス登録時間の間に行われ、この間、新しいパルスは登録されない。パルス登録時間の最後には、調査中に遭遇した最大ピーク値が登録され、サブチャンネルは自由に新しいパルスを登録するようになる。
【0051】
パルス継続時間はサブチャンネルの整形時間に依存する。パルス継続時間より短いパルス登録時間の使用は同じパルスの二重計数につながることがあり、パルス継続時間より長いパルス登録時間の使用は計数の喪失につながることがある。
【0052】
特定例の実施形態において、より長い整形時間を備えた光子計数サブチャンネルは、したがって、より短い整形時間を備えたサブチャンネルよりも長いサンプルまたはパルス登録時間を使用するように構成可能である。言い換えると、それぞれのサブチャンネルのパルス登録時間は、したがって、そのサブチャンネルにおける代表的なパルスの継続時間と同様となるように選択可能である。その結果、より大きなパルス登録時間はより大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルにおいて使用可能となり、より小さなパルス登録時間はより小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルにおいて使用可能となる。
【0053】
図６は一実施形態に係る光子計数チャンネルの例を示す概略図である。
【0054】
例として、それぞれの光子計数チャンネル（ＰＣＣ）４は少なくとも１つの電荷感応型増幅器５を有し、それぞれの光子計数サブチャンネル（ＰＣＳＣ）４０は整形フィルタ６と、Ｎ≧１個のコンパレータ７－１から７－Ｎと、関連する計数器８－１から８－Ｎと、を含む。
【0055】
例えば、それぞれの光子計数チャンネル（ＰＣＣ）４は、光子計数サブチャンネル（ＰＣＳＣ）４０－１から４０－Ｍによって共有される共通電荷感応型増幅器５を有するか、または、それぞれの光子計数サブチャンネルは、光子計数サブチャンネルの整形フィルタに入力信号を提供するための（図６には示されていない）それ自身の電荷感応型増幅器を有する。
【0056】
読出ユニットが光子流束速度に依存してサブチャンネル間で選択的に切り替え可能である他の種類の実施形態をここで説明する。
【0057】
特定の例において、読出ユニット９は、好ましくは、光子計数出力を提供する際に、それぞれの光子計数チャンネル（ＰＣＣ）に対して、光子流束速度に基づいて光子計数サブチャンネル（ＰＣＳＣ）４０－１から４０－Ｍの間で選択的に切り替えるように構成されている。
【0058】
例として、光子流束速度は光子計数出力値に基づいて決定可能である。例えば、光子計数出力データを提供する際の光子計数サブチャンネルの選択は、実際の、または、以前に観測された計数値に基づいてよい。特に、読出ユニット９は計数器８－１から８－Ｎから光子計数出力データを受信するために既に接続されているため、何らの追加のフィードバック経路に対する必要性もないことは注目され得る。
【0059】
特定の例において、読出ユニット９は、光子流束速度が流束しきい値よりも高い際により小さな整形時間を備えた整形フィルタ６を有する光子計数サブチャンネル４０からの光子計数出力を選択し、光子束速度が流束しきい値以下の際により大きな整形時間を備えた整形フィルタ６を有する光子計数サブチャンネル４０からの光子計数出力を選択するように構成されている。
【0060】
より一般には、図６の例に示すように、それぞれの光子計数サブチャンネル（ＰＣＳＣ）４０は、関連付けられた計数器を選択的に始動させるために、光子計数サブチャンネルの整形フィルタの出力信号と比較するための個々のコンパレータしきい値準位をそれぞれが有するＮ≧１個のコンパレータ７－１から７－Ｎを備える。
【0061】
典型的には、コンパレータ内のアナログ電圧はデジタル・アナログ変換器、ＤＡＣによって設定される。ＤＡＣは、コントローラによって送られたデジタル設定を、光子誘導パルスが比較可能であるアナログ電圧に変換する。光子のエネルギーを決定するためには、ＤＡＣに送られたデジタル設定と光子エネルギーとの間の転換について知ることが必要である。この関係はＥ＝ｇ×ＤＳ＋ｍとして表すことができ、Ｅは光子のエネルギーであり、ＤＳはデジタル設定であり、ｇは利得と呼ばれ、ｍは補正値と呼ばれる。
【0062】
上述のように、異なるしきい値準位を備えた２つ以上のコンパレータを使用することはエネルギー分解光子計数Ｘ線検出システムに対応し、この場合、それぞれのコンパレータおよび関連付けられた計数器はマルチビンシステム内のエネルギービンとして考えることができる。
【0063】
各光子計数サブチャンネル（ＰＣＳＣ）４０は異なる数のコンパレータを有してよい。
【0064】
特定の例において、光子計数サブチャンネル（ＰＣＳＣ）４０の少なくとも１つは異なるコンパレータしきい値準位を備えた少なくとも２つのコンパレータ７と、異なる光子エネルギー準位の光子計数出力を提供するための関連付けられた計数器８と、を有する。
【0065】
例として、より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルよりも、最低エネルギー準位で光子を計数するためのより低いコンパレータしきい値準位を備えて構成可能である。
【0066】
光子計数サブチャンネル（ＰＣＳＣ）の少なくとも２つは、最低エネルギー準位で光子を計数するために構成された個々の光子計数サブチャンネルのコンパレータおよび関連付けられた計数器を除いて、コンパレータおよび計数器のサブセットを共有可能であることを理解されよう。
【0067】
特定の実施例において、光子計数チャンネル（ＰＣＣ）は特定用途向け集積回路に埋め込まれている。
【0068】
第２の態様によれば、本明細書に開示されているようなＸ線検出システムを備える、例えば図３に示されたもののようなＸ線撮像システムが提供される。
【0069】
別の表現では、従来の光子計数チャンネルにおける整形フィルタは、しきい値設定および計数のための手段がそれぞれの後に続く、異なる整形時間を備えた２つ以上の並列整形フィルタによって置換えられている。
【0070】
例として、２つの並列整形フィルタの例を考慮すると、１つの時間が低流束速度および低しきい値に適切であり、１つは高い流束速度および小さな整形時間に適切な異なる整形時間を選択することが推奨される。そのため、この第１の整形フィルタは大きな整形時間を有し、対応するコンパレータに対する比較的小さいしきい値の使用を可能にし、かつ、低い速度において、低エネルギーの光子を含めて可能な限り多くの光子を利用する。そのため、この整形フィルタおよびしきい値手段からの出力は低速度に対して最適となる。第２の整形フィルタは小さな整形時間を有し、対応するコンパレータに対するより高いしきい値の使用を可能にし、かつ、積上げを回避し、そのため、高い速度で可能な限り多くの光子を計数する。そのため、この整形フィルタおよびしきい値手段からの出力は高い速度に対して最適化される。加えて、一例によれば、光子計数出力データを提供する際に、それぞれ第１および第２の整形フィルタに関連付けられたどの光子計数サブチャンネルを使用するかを、それぞれの瞬間において選択するための手段もある。
【0071】
さらに多くの非限定的実施形態を以下に説明する。
【0072】
特定の応用例において、より長い整形時間を備えた整形器に属するエネルギーしきい値の１つまたは数個が、より短い整形時間を備えた整形器に属するエネルギーしきい値と正確に同じエネルギーに位置することが重要となり得る。例えば、異なる整形器（および、結果的に、異なる光子計数サブチャンネル）に属するエネルギービンを考慮する。この例では、際１の整形器に属する最低エネルギービンは、エネルギービンの下限（Ｔｈｒ＿ｆｉｒｓｔ＿ｓｈａｐｅｒ＿ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ）およびこのエネルギービンの上限（Ｔｈｒ＿ｆｉｒｓｔ＿ｓｈａｐｅｒ＿ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ）をそれぞれ設定する２つのしきい値によって規定される。同様に、第２の整形器に属する最低エネルギービンは、エネルギービンの下限（Ｔｈｒ＿ｓｅｃｏｎｄ＿ｓｈａｐｅｒ＿ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ）およびこのエネルギービンの上限（Ｔｈｒ＿ｓｅｃｏｎｄ＿ｓｈａｐｅｒ＿ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ）をそれぞれ設定する２つのしきい値によって規定される。そのため、もし第１の整形器に対する最低エネルギービンの上限を規定するしきい値が第２の整形器に対する最低エネルギービンの下限を規定するしきい値と一致するなら、すなわち、Ｔｈｒ＿ｆｉｒｓｔ＿ｓｈａｐｅｒ＿ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ＝Ｔｈｒ＿ｓｅｃｏｎｄ＿ｓｈａｐｅｒ＿ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔであれば、これは望ましい。
【0073】
例として、もし、より長い整形時間を備えた第１の整形器がしきい値５および１０ｋｅＶを伴い、かつ、より短い整形時間を備えた第２の整形器がしきい値１０、２０、３０、４０．．．ｋｅＶを伴っているなら、１０ｋｅＶの両しきい値は一致するように較正されるべきである。
【0074】
この場合、失敗した計数または二重計数のいずれかを引き起こし得るしきい値間の小さな相違を回避することが重要である。
【0075】
例として、較正は以下の方法で行うことが可能である。
【0076】
検出器には、いずれの整形器も積上げによって計数を喪失しないよう十分低いＸ線流束が照射される。この場合、もししきい値の位置が等しければ、双方の整形器とも同数の登録計数を与えることになる。整形器の一方に属する全てのしきい値はノイズ床より高いエネルギー準位に設置される。続いて、それらの値は一定に保たれる一方、他方の整形器に属するしきい値の１つは、このしきい値の上方にある計数の数が他方の整形器における対応するしきい値における計数の数に等しくなるように調整される。
【0077】
図７はコンパレータ電圧値の関数としての、長い整形時間（Ｎ１）を備えた整形器および短い整形時間（Ｎ２）に対するしきい値の上方での計数の差（Ｎ１－Ｎ２）の例を示す。この２つのしきい値に対する等しいしきい値エネルギーを得るために、ＤＡＣ電圧は計数の差がゼロになる点に設定される。
【0078】
つまり、互いに対して較正されたしきい値が異なる整形フィルタを介して処理されたパルス列を測定し、この較正は、これらのしきい値の上方での計数の差が正から負にわたる場合に精密なしきい値エネルギー準位を見出すことに基づいている。
【0079】
より一般的には、異なる光子計数サブチャンネル（および、したがって、異なる整形フィルタ）に関連付けられたコンパレータのしきい値設定は、そのため、いずれの光子計数サブチャンネルも積上げのために計数を失うことがないように十分低いＸ線流束の照射下で、光子計数サブチャンネルの一方で使用されるコンパレータしきい値準位の上方での計数の数が、他方の光子計数サブチャンネルで使用される対応するコンパレータしきい値準位の上方での計数の数に等しくなるように構成可能である。
【0080】
いくつかの応用例において、高エネルギー分解は重要である。例えば、ヨード造影剤が使用される撮像状況において、カルシウムからヨウ素を分離するために、３３．２ｋｅＶにおけるヨウ素ｋ端付近の高エネルギー分解を持つ入射エネルギースペクトルを測定することが重要である。エネルギー分解は短い整形時間に対するよりも長い整形時間に対する方が高いが、なぜなら、長い整形時間は幅広いパルスを与え、その高さはそのピーク値の近くで大きくは変化せず、クロックで始動されたサンプリングを使用してその高さを測定することを容易にしている。この理由のため、例えばヨウ素のｋ端付近で、最適な画質を得るために高エネルギー分解が重要となる場合は、長い整形時間を備えた整形器に属するしきい値の１つまたは数個を、測定されたＸ線のエネルギー範囲の選択された部分に設定することが有益となり得る。このようにして、Ｘ線のエネルギー範囲の重要な部分が短い整形時間を備えた整形器を使用して達成可能なエネルギー分解よりも高いエネルギー分解を使用して測定される。
【0081】
結果として、より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルのしきい値準位の２つ以上は、したがって、選択的なより高いエネルギー分解を可能にするために、より小さい整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルに対するよりも近い間隔を備えて、測定されたＸ線エネルギー範囲の選択され、限定された部分に分布される。
【0082】
例となる実施形態のさらに他のいくつかにおいて、この２つの整形器に属するエネルギービンでの登録された計数は、基底物質分解を行うために任意で一緒に使用可能である。この技術は、人の組織などの低い原子番号を備えた元素から構築された全ての物質が、エネルギー依存性が、２つの基底関数の線形結合としての良好な近似として表現可能な線形減衰係数μ（Ｅ）を有するという事実を利用している。
【0083】
μ（Ｅ）＝ａ１ｆ１（Ｅ）＋ａ２ｆ２（Ｅ）
もし、測定されたＸ線エネルギー範囲にＫ端を備えた元素、例えばヨウ素が画像中に存在すれば、その減衰係数は第３の基底関数として追加されなければならない。基底物質分解において、ｉ＝１，．．．，Ｂの場合、基底係数のそれぞれの積分Ａｉ＝∫ｌａｉｄｌであり、ここでＢは基底関数の数であり、線源から検出素子へのそれぞれの投影光線ｌにおける測定データから推定される。このことは、視野内での物質の組成と密度の定量的測定を可能にする。これを達成するために、基底係数Ａ１，．．．，ＡＢの特定の線積分に対する、第１の整形器に属するＭ１個のエネルギービンのそれぞれの計数ｎ１，ｉおよび第２の整形器に属するＭ２個のエネルギービンのそれぞれの計数ｎ２，ｉの結合確率分布
を知ることが必要である。
もし、測定されたＸ線エネルギー範囲にＫ端を備えた元素、例えばヨウ素が画像中に存在すれば、その減衰係数は第３の基底関数として追加されなければならない。基底物質分解において、ｉ＝１，．．．，Ｂの場合、基底係数のそれぞれの積分Ａｉ＝∫ｌａｉｄｌであり、ここでＢは基底関数の数であり、線源から検出素子へのそれぞれの投影光線ｌにおける測定データから推定される。このことは、視野内での物質の組成と密度の定量的測定を可能にする。これを達成するために、基底係数Ａ１，．．．，ＡＢの特定の線積分に対する、第１の整形器に属するＭ１個のエネルギービンのそれぞれの計数ｎ１，ｉおよび第２の整形器に属するＭ２個のエネルギービンのそれぞれの計数ｎ２，ｉの結合確率分布
【数1】
【0084】
この分布は、物質の異なる組合せを介して透過されたＸ線光線に対するそれぞれのエネルギービンにおいて登録された計数の数の測定値またはモンテカルロシミュレーションから得ることができる。したがって、基底物質分解は、統計学的推定器を使用して、登録されたビン計数ｎ１，ｉおよびｎ２，ｉから基底係数Ａ１，．．．，ＡＢの前記線積分を推定することによって行われる。本発明の一実施形態において、この推定器は以下によって与えられる最大尤度推定器である。
ここで、
はＡｉの推定を示す。最大尤度基底分解それ自体は、例えば、ＲｏｅｓｓｌおよびＰｒｏｋｓａ、Ｋ－ｅｄｇｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｉｎ ｘ－ｒａｙ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉ－ｂｉｎ ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ、Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．５２（２００７）、４６７９～４６９６において以前に説明されている。
【数2】
【0085】
しかし、本明細書に提示された方法は以前説明された方法とは異なり、これは、なぜなら、この方法が、同じ検出素子の出力を測定する（異なる整形器を有する）異なる光子計数サブチャンネルに属するエネルギービンの異なる集合に対する結合尤度関数の最適化を含むからである。この方法が異なる整形器に属するエネルギービンにおける計数の結合確率分布を使用するため、整形器のそれぞれにおける積上げ損失は自動的に修正され、双方の整形器が同じ進入パルス列を測定するという事実はＡ１，．．．，ＡＢの推定に自動的に考慮される。
【0086】
この結果、対応するＸ線撮像システムは、異なる整形時間を備えた整形フィルタを有する異なる光子計数サブチャンネルからの光子計数出力に基づいて基底物質分解を行うように構成可能である。
【0087】
好ましくは、Ｘ線撮像システムは、同じ検出素子の出力を測定する異なる光子計数サブチャンネルに属するエネルギービンの異なる集合に対する結合尤度関数を最適化するように構成可能である。
【0088】
本発明の他の任意の態様において、積上げに対する登録計数を明確に修正することが望ましいことがある。これは、特に、長い整形時間を備えた整形器に属するエネルギービンに対する場合であるが、なぜなら、積上げは長い整形時間に対してより激しくなるからである。これは、例えば、もし操作者に対してエネルギービン画像のエネルギー重み付け合計を発生することが所望されるなら、エネルギー重み付けと呼ばれる手順の場合としてよい。この場合、重み付け合計は、第１の整形器に対応するエネルギービンおよび第２の整形器に対応するエネルギービンからの画像を含んでよい。もし修正されないままであったなら、積上げは結果となる画像に不自然な影響をもたらす。積上げに対する修正が所望される他の場合は、基底物質分解のための前修正工程としてのものである。この場合、異なるエネルギービンにおける修正された計数は、光線の経路に沿って物質組成を記述する基底係数Ａ１，．．．，ＡＢの線積分を推定する基底物質分解アルゴリズムへの入力として使用される。
【0089】
したがって、それぞれのエネルギービンにおける計数の登録数を考えると、それぞれのエネルギービンにおける実際の入射光子の数を推定することによって、積上げを修正することが望ましいことがある。これが達成され得る１つの方法は、整形器ｋに属するエネルギービンｉにおけるそれぞれの測定において、関係
を入射計数
と積上げ
を伴った登録計数との間に確立することによる。
【数3】
【0090】
これは、異なる入力計数率に対する登録計数率の測定値を用いて、または、モンテカルロシミュレーションによって行われ得る。続いて、積上げの修正は、下記の関数を反転することによって行われる。
しかし、この簡略化された方法は、積上げがスペクトル依存性であること、すなわち、入力と出力の計数率の間の関係が、異なるビーム品質を持つ入射Ｘ線スペクトルに対して異なることを考慮していない。例えば、検出器は新しい計数が登録され得ないそれぞれのパルスの後の固定不感時間があるように構成可能である。検出器は、不感期間中に到着するパルスが、もしその信号準位が未だ最低しきい値の上方にあれば、不感期間の最後に未だ登録可能となるようにさらに構成可能である。この場合、主に低エネルギーから成るＸ線スペクトルが、主に高エネルギーから成るＸ線スペクトルよりも、積上げのために多くの喪失計数を与える。これは、不感期間中に到着する計数が、それが低エネルギーのパルスである場合よりもそれが高エネルギーのパルスである場合に、不感期間の最後にしきい値の上方の信号準位を未だに有する可能性が高いという事実によって引き起こされている。他の検出器の構成、例えば、信号準位がしきい値の上方にある時間に不感時間が依存する場合において、この依存性は反対であってよく、すなわち、高エネルギーによって支配されるＸ線スペクトルは低エネルギーによって支配されるスペクトルよりも多くの積上げを生じさせ得る。
【数4】
【0091】
したがって、この特定の例において、より正確に全ての整形器に属するエネルギービンの１つまたは複数における入射光子の数を推定するために、短い整形時間を備えた整形器に属するエネルギービンにおけるスペクトル情報の使用を提案する。特に、これは、短い整形時間を備えた整形器に対応するエネルギービンにおけるスペクトル情報が、長い整形時間を備えた整形器におけるスペクトル情報を修正するために使用可能であることを意味する。これは、異なる整形器からのビン計数を別個に扱うよりも好ましいが、なぜなら、長い整形時間を備えた整形器と比較して、短い整形時間を備えた整形器における積上げによっては、エネルギー情報がさほど低下されないからであり、このため、長い整形時間を備えた整形器に対応するビン計数へのより良い修正を行うことができる。この修正は以下のように行われ得る。測定値、または、モンテカルロシミュレーションを使用して、それぞれのエネルギービンにおける計数の入射数と登録数との間の関係
が、考えられる入射Ｘ線スペクトル形状の集合を記述する１つまたは複数のスペクトルパラメータ
の関数として確立可能である。したがって、測定中に、高い整形時間を備えた整形器に対応するエネルギービンにおける登録計数の分布は、Ｘ線スペクトルを記述するスペクトルパラメータ
を推定するために使用される。
【数5】
【0092】
したがって、これらのスペクトルパラメータは、それぞれのエネルギービンにおける計数の入射数と登録数との間の関係
とともに、全ての整形器に対応する全てのエネルギービンにおける入射計数
を推定するために使用される。これは、例えば、等式
を
について解くことによって行われ得る。ビーム品質を記述するＮＳ個のスペクトルパラメータ
は、例えば、単一のパラメータ、アルミニウムの半値層から成ることができる。他の例において、スペクトルパラメータ
はＮＳ個のエネルギー間隔のそれぞれにおけるスペクトル密度であってよい。
【数6】
【数7】
【0093】
この結果、Ｘ線撮像システムは、例えば、異なる整形時間を備えた整形フィルタを有する異なる光子計数サブチャンネルからの光子計数出力に基づいて、入射光子の数を推定するように構成可能である。
【0094】
例として、Ｘ線撮像システムは、少なくとも１つの光子計数サブチャンネルからの光子計数出力に基づいてスペクトルパラメータの数を推定するように、かつ、上記スペクトルパラメータからの、および、少なくとも１つの光子計数サブチャンネルからの光子計数出力からの入射光子の数を推定するように構成可能である。
【0095】
特定の例において、Ｘ線撮像システムは、短い整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルに属するエネルギービンに関するスペクトルパラメータに基づいて、光子計数サブチャンネルの１つまたは複数に属する少なくとも１つのエネルギービンにおける入射光子の数を推定するように構成される。
【0096】
本明細書に説明された機構および配置が様々な方法で実施、組合せ、および、再配置が可能であることを理解されよう。
【0097】
例えば、実施形態は、適した処理回路による実行のためのハードウェア、または、少なくとも部分的にはソフトウェア、または、それらの組合せにおいて実施可能である。
【0098】
本明細書で説明された各工程、機能、手順、および／または、ブロックは、汎用電子回路および特定用途向け回路の双方を含めて、個別回路または集積回路技術などのいずれの従来技術を使用してもハードウェアにおいて実施可能である。
【0099】
代案として、または、補足として、本明細書に説明された各工程、機能、手順、および／または、ブロックの少なくとも一部は、１つまたは複数のプロセッサまたは処理ユニットなどの適した処理回路による実行のためのコンピュータプログラムなどのソフトウェアにおいて実施可能である。
【0100】
図８は一実施形態に係るコンピュータによる実施１００の例を示す概略図である。この特定の例において、本明細書に説明された各工程、機能、手順、モジュール、および／または、ブロックの少なくとも一部はコンピュータプログラム１２５、１３５において実施され、これらは、１つまたは複数のプロセッサ１１０を含む処理回路による実行のために、外部メモリ・デバイス１３０からメモリ１２０にローディング可能である。プロセッサ１１０およびメモリ１２０は通常のソフトウェア実行を可能にするように互いに相互接続されている。任意の入出力デバイス１４０も、入力パラメータおよび／または結果としての出力パラメータなどの関連データの入力および／または出力を可能にするように、プロセッサ１１０および／またはメモリ１２０に相互接続可能である。
【0101】
用語「プロセッサ」は、特定の処理、決定、または、演算作業を行うために、プログラムコードまたはコンピュータプログラム指示を実行可能ないずれかのシステムまたはデバイスとして全般的な意味で解釈されるべきである。
【0102】
そのため、１つまたは複数のプロセッサ１１０を含む処理回路は、コンピュータプログラム１２５を実行する際に、本明細書に説明されたものなどの明確に定義された処理作業を行うように構成されている。
【0103】
本提案技術が実装されるいずれの従来のデバイスまたはユニットの全般的な処理能力を再使用することが可能なこともあることも理解されよう。例えば、既存のソフトウェアの再プログラミングによって、または、新しいソフトウェア構成部分を追加することによって、既存のソフトウェアを再使用することが可能なこともある。
【0104】
上述の実施形態は例として与えられたに過ぎず、本提案技術がそれらに限定されないことを理解されよう。当業者は、添付された特許請求の範囲に規定された本範囲から逸脱せずに、様々な変形、組合せ、および、変更を実施形態に行うことが可能であることを理解されよう。特に、技術的に可能な場合は、異なる実施形態の異なる部分解決策は他の構成との組合せが可能である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【手続補正書】
【提出日】2022-09-29
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つの光子計数出力を提供するための個々の光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）にそれぞれが接続された複数の検出素子（２）と、
前記光子計数出力を出力するための前記光子計数チャンネルに接続された読出ユニット（９）と、を備えたＸ線検出システム（１）であって、
前記光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）の少なくともサブセットのそれぞれは、それぞれが少なくとも１つの光子計数出力を提供し、かつ、整形フィルタ（６）を有する少なくとも２つの光子計数サブチャンネル（４０）を備え、
前記光子計数サブチャンネルの前記整形フィルタは、異なる整形時間を備えて構成され、
それぞれの光子計数サブチャンネルは、関連付けられた計数器（８）を選択的に始動させるために、前記光子計数サブチャンネルの前記整形フィルタの出力信号と比較するための個々のコンパレータしきい値準位をそれぞれが有するＮ≧１個のコンパレータ（７）を備え、
異なる整形時間を備えた整形フィルタを有する前記光子計数サブチャンネルは、異なるエネルギー準位の光子を計数するために適合され、
より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルよりも、最低エネルギー準位において光子を計数するためのより低いコンパレータしきい値準位を備えて構成され、
前記読出ユニット（９）は、前記光子計数サブチャンネルからの光子計数出力を、それぞれの光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）について選択するように構成されている、Ｘ線検出システム（１）。
前記光子計数出力を出力するための前記光子計数チャンネルに接続された読出ユニット（９）と、を備えたＸ線検出システム（１）であって、
前記光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）の少なくともサブセットのそれぞれは、それぞれが少なくとも１つの光子計数出力を提供し、かつ、整形フィルタ（６）を有する少なくとも２つの光子計数サブチャンネル（４０）を備え、
前記光子計数サブチャンネルの前記整形フィルタは、異なる整形時間を備えて構成され、
それぞれの光子計数サブチャンネルは、関連付けられた計数器（８）を選択的に始動させるために、前記光子計数サブチャンネルの前記整形フィルタの出力信号と比較するための個々のコンパレータしきい値準位をそれぞれが有するＮ≧１個のコンパレータ（７）を備え、
異なる整形時間を備えた整形フィルタを有する前記光子計数サブチャンネルは、異なるエネルギー準位の光子を計数するために適合され、
より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルよりも、最低エネルギー準位において光子を計数するためのより低いコンパレータしきい値準位を備えて構成され、
前記読出ユニット（９）は、前記光子計数サブチャンネルからの光子計数出力を、それぞれの光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）について選択するように構成されている、Ｘ線検出システム（１）。
【請求項2】
より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは最低エネルギー準位の光子を計数するために適合され、
より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、より高いエネルギー準位の光子を計数するために適合されている、請求項１に記載のＸ線検出システム。
より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルは、より高いエネルギー準位の光子を計数するために適合されている、請求項１に記載のＸ線検出システム。
【請求項3】
低エネルギー光子をノイズから区別するためのしきい値は、より小さな整形時間に対して可能であるよりも、より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する前記光子計数サブチャンネルに対してより低い値に設定されている、請求項２に記載のＸ線検出システム。
【請求項4】
それぞれの光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）は、前記光子計数サブチャンネルによって共有される共通の電荷感応型増幅器（５）を有するか、または、それぞれの光子計数サブチャンネルは、前記光子計数サブチャンネルの前記整形フィルタに入力信号を提供するための、それ自身の電荷感応型増幅器（５）を有する、請求項１から３のいずれかに記載のＸ線検出システム。
【請求項5】
前記光子計数サブチャンネルは、検出素子毎に収集された電荷の総量を測定するために適合された整形時間を有する、請求項１から４のいずれかに記載のＸ線検出システム。
【請求項6】
より大きなパルス登録時間は、より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルにおいて使用され、より小さなパルス登録時間は、より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルにおいて使用される、請求項１から５のいずれかに記載のＸ線検出システム。
【請求項7】
前記読出ユニット（９）は、光子計数出力を提供する際に、それぞれ光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）に対して、光子流束速度に基づいて光子計数サブチャンネル間で選択的に切り替えるように構成されている、請求項１から６のいずれかに記載のＸ線検出システム。
【請求項8】
前記光子流束速度は、光子計数出力値に基づいて決定される、請求項７に記載のＸ線検出システム。
【請求項9】
前記読出ユニット（９）は、前記光子流束速度が流束しきい値よりも高いと、より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルからの光子計数出力を選択し、前記光子流束速度が前記流束しきい値以下であると、より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルからの光子計数出力を選択する、請求項７または８に記載のＸ線検出システム。
【請求項10】
少なくとも１つ光子計数サブチャンネルは、異なるコンパレータしきい値準位を備えた少なくとも２つのコンパレータ（７）と、異なる光子エネルギー準位における光子計数出力を提供するための関連付けられた計数器と、を有する、請求項１に記載のＸ線検出システム。
【請求項11】
前記光子計数サブチャンネルの少なくとも２つは、最低エネルギー準位における光子を計数するために構成された個々の光子計数サブチャンネルの前記コンパレータ（７）および関連付けられた計数器（８）を除いて、前記コンパレータおよび計数器のサブセットを共有する、請求項１０に記載のＸ線検出システム。
【請求項12】
異なる光子計数サブチャンネルに関連付けられた前記コンパレータ（７）のしきい値設定は、前記光子計数サブチャンネルの１つにおいて使用されるコンパレータしきい値準位の上方の計数の数が、いずれの光子計数サブチャンネルも積上げのために計数を喪失しない十分低いＸ線流束の照射下で、前記光子計数サブチャンネルの他方において使用される対応するコンパレータしきい値準位の上方の計数の数に等しくなるように構成されている、請求項１から１１のいずれかに記載のＸ線検出システム。
【請求項13】
より大きな整形時間を備えた整形フィルタを有する前記光子計数サブチャンネルの２つ以上の前記しきい値準位は、前記複数の検出素子によって測定されたＸ線エネルギー範囲の中で前記読出ユニットによって選択される、限定された部分に分布されるように設定され、前記限定された部分は、より高いＸ線のエネルギーを選択的に分解することを可能にするために、より小さな整形時間を備えた整形フィルタを有する前記光子計数サブチャンネルよりも近い間隔を有する、請求項１から１２のいずれかに記載のＸ線検出システム。
【請求項14】
前記光子計数チャンネル（４、ＰＣＣ）は特定用途向け集積回路に埋め込まれている、請求項１から１３のいずれかに記載のＸ線検出システム。
【請求項15】
請求項１から１４のいずれかに記載のＸ線検出システム（１、１１）を備えるＸ線撮像システム（２０）。
【請求項16】
前記Ｘ線撮像システム（２０）は、異なる整形時間を備えた整形器を有する異なる光子計数サブチャンネルからの前記光子計数出力に基づいて基底物質分解を行うように構成されている、請求項１５に記載のＸ線撮像システム。
【請求項17】
前記Ｘ線撮像システム（２０）は、同じ検出素子の出力を測定する、異なる光子計数サブチャンネルに属するエネルギービンの異なる集合に対する結合尤度関数を最適化するように構成されている、請求項１６に記載のＸ線撮像システム。
【請求項18】
前記Ｘ線撮像システム（２０）は、異なる整形時間を備えた整形フィルタを有する異なる光子計数サブチャンネルからの光子計数出力に基づいて、入射光子の数を推定するように構成されている、請求項１５から１７のいずれかに記載のＸ線撮像システム。
【請求項19】
前記Ｘ線撮像システム（２０）は、少なくとも１つの光子計数サブチャンネルからの光子計数出力に基づいてスペクトルパラメータの数を推定し、かつ、前記スペクトルパラメータから、および、少なくとも１つの光子計数サブチャンネルからの光子計数出力から入射光子の数を推定するように構成されている、請求項１５から１８のいずれかに記載のＸ線撮像システム。
【請求項20】
前記Ｘ線撮像システム（２０）は、短い整形時間を備えた整形フィルタを有する光子計数サブチャンネルに属するエネルギービンに関するスペクトルパラメータに基づいて、前記光子計数サブチャンネルの１つまたは複数に属する少なくとも１つのエネルギービンにおける入射光子の数を推定するように構成されている、請求項１９に記載のＸ線撮像システム。
【外国語明細書】