(57)【要約】【課題】多重検出が発生した場合でも適切に信号処理できる信号処理回路等の提供。【解決手段】本信号処理回路は、第一の加算回路、カウンタを具備する。第一の加算回路は、入射放射線に基づき第一の検出素子によって検出された第一の検出信号と、入射する放射線に基づき第二の検出素子によって検出された第二の検出信号と、を加算して第一の加算信号を生成する。カウンタは、第一の検出信号に基づく第一の入力信号と複数の閾値との大小関係と、第一の入力信号の大きさと、を含む第一のコンパレータ信号、第二の検出信号に基づく第二の入力信号と複数の閾値との大小関係と、第二の入力信号の大きさと、を含む第二のコンパレータ信号、第一の加算信号に基づく第三の入力信号と複数の閾値との大小関係と、第三の入力信号の大きさと、を含む第三のコンパレータ信号に基づいて、第一、第二、第三の入力信号のうちいずれかを放射線のエネルギーとして記録する。【選択図】      図４Ｂ
2018040800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する放射線に基づき第一の検出素子によって検出された第一の検出信号と、前記入射する放射線に基づき前記第一の検出素子に隣接する第二の検出素子によって検出された第二の検出信号と、を加算して第一の加算信号を生成する第一の加算回路と、
前記第一の検出信号に基づく第一の入力信号と複数の閾値との大小関係と、前記第一の入力信号の大きさと、を含む第一のコンパレータ信号を生成する第一のコンパレータと、
前記第二の検出信号に基づく第二の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第二の入力信号の大きさと、を含む第二のコンパレータ信号を生成する第二のコンパレータと、
前記第一の加算信号に基づく第三の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第三の入力信号の大きさと、を含む第三のコンパレータ信号を生成する第三のコンパレータと、
前記第一のコンパレータ信号と、前記第二のコンパレータ信号と、前記第三のコンパレータ信号とのそれぞれに含まれる前記大小関係に基づいて、前記第一の入力信号、前記第二の入力信号、前記第三の入力信号のうちいずれかを前記放射線のエネルギーとして記録するカウンタと、
を具備する信号処理回路。
【請求項２】
前記カウンタは、
前記第一の入力信号及び前記第二の入力信号のどちらも前記複数の閾値に含まれる第三の閾値よりも小さく、且つ前記第一の入力信号が前記複数の閾値に含まれる第二の閾値よりも大きい場合には、前記第一の検出素子によって検出された放射線のエネルギーを表しているとして前記第一の入力信号を記録し、
前記第一の入力信号及び前記第二の入力信号のどちらも前記第三の閾値よりも小さく、且つ前記第二の入力信号が前記第二の閾値よりも大きい場合には、前記第二の入力信号が前記第二の検出素子によって検出された放射線のエネルギーを表しているとして前記第二の入力信号を記録する、
請求項１記載の信号処理回路。
【請求項３】
前記複数の閾値は、前記第三の閾値と、前記第二の閾値と、第一の閾値とを含み、
前記第一の閾値は、前記第一の検出素子と前記第二の検出素子との電子ノイズのエネルギースペクトラム最大値、及び重み付けクロストーク（cross-talk）のエネルギースペクトラム最大値よりも大きい値であり、
前記第二の閾値は、前記第一の検出素子及び前記第二の検出素子の物質と前記放射線のスペクトラムとの組み合わせによって決定された蛍光性Ｘ線エネルギー最大値よりも大きい値、及びＸ線検出イベントのエネルギー共有により生成された二つの電子パルスのうちの小さい電子パルスの方に対する所定の上限よりも大きい値、のうちの少なくとも一方を満たし、
前記第三の閾値は、前記第二の閾値よりも大きな値である、
請求項２記載の信号処理回路。
【請求項４】
前記第二の検出信号と、前記第二の検出素子に隣接する第三の検出素子によって入射する放射線に基づき生成された第三の検出信号とを加算して第二の加算信号を生成する第二の加算回路と、
前記第二の加算信号に基づく第四の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第四の入力信号の大きさと、を含む第四のコンパレータ信号を生成する第四のコンパレータと、
前記第三の検出信号に基づく第五の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第五の入力信号の大きさと、を含む第五のコンパレータ信号を生成する第五のコンパレータと、
前記第一の入力信号と前記第二の入力信号とのうちの少なくとも一方が前記第二の閾値よりも大きく、且つ前記第五のコンパレータ信号が前記第三の検出信号が前記第一の閾値よりも小さいことを示す場合には、前記第三の入力信号が放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録し、
前記第五の入力信号と前記第二の入力信号とのうちの少なくとも一方が前記第二の閾値よりも大きく、且つ前記第一の入力信号が前記第一の閾値よりも小さいことを示す場合には、前記第四の入力信号が前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第四の入力信号を記録する、
請求項２又は３のうちいずれか一項記載の信号処理回路。
【請求項５】
前記カウンタは、
前記第一の入力信号が前記第二の閾値よりも大きく、且つ前記第二の入力信号が前記第二の閾値に対応する（indicate）場合には、前記第三の入力信号が前記第一の検出素子によって検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録し、
前記第二の入力信号が前記第二の閾値よりも大きく、且つ前記第一の入力信号が前記第二の閾値に対応する（indicate）場合には、前記第三の入力信号が前記第二の検出素子によって検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録し、
前記第一の入力信号及び第二の入力信号が共に前記第二の閾値に対応する（indicate）場合には、所定の基準に従って、前記第三の入力信号が前記第一の検出素子と前記第二の検出素子そのうちの一方によって検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録する、
請求項２乃至４のうちいずれか一項記載の信号処理回路。
【請求項６】
前記第一の検出信号を増幅する第一のプリアンプと、
前記第二の検出信号を増幅する第二のプリアンプと、
所定の線形インパルス応答関数に従って前記第一の検出信号のパルス波形を修正し、前記第一の入力信号を生成する第一のパルスシェーパーと、
前記所定の線形インパルス応答関数に従って、前記第二の検出信号のパルス波形を修正し、前記第二の入力信号を生成する第二のパルスシェーパーと、
をさらに具備する請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の信号処理回路。
【請求項７】
前記カウンタは、
前記第二の入力信号は前記第二の閾値に対応し、且つ前記第一の入力信号は前記第二の閾値よりも大きい場合には、前記第三の入力信号が前記第一の検出素子で検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録し、
前記第一の入力信号は前記第二の閾値に対応し、且つ前記第二の入力信号は前記第二の閾値よりも大きい場合に、前記第三の入力信号が前記第二の検出素子で検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録する、
請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の信号処理回路。
【請求項８】
放射線を検出し第一の検出信号を生成する第一の検出素子と、
前記第一の検出素子に隣接し、放射線を検出して第二の検出信号を生成する第二の検出素子と、
前記第一の検出信号と前記第二の検出信号とを加算して第一の加算信号を生成する第一の加算回路と、
前記第一の検出信号に基づく第一の入力信号と複数の閾値との大小関係と、前記第一の入力信号の大きさと、を含む第一のコンパレータ信号を生成する第一のコンパレータと、
前記第二の検出信号に基づく第二の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第二の入力信号の大きさと、を含む第二のコンパレータ信号を生成する第二のコンパレータと、
前記第一の加算信号に基づく第三の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第三の入力信号の大きさと、を含む第三のコンパレータ信号を生成する第三のコンパレータと、
前記第一のコンパレータ信号と、前記第二のコンパレータ信号と、前記第三のコンパレータ信号とのそれぞれに含まれる前記大小関係に基づいて、前記第一の入力信号、前記第二の入力信号、前記第三の入力信号のうちいずれかを前記放射線の前記エネルギーとして記録するカウンタと、
を具備する放射線検出装置。
【請求項９】
前記第一の検出素子及び前記第二の検出素子を含む複数の検出素子をさらに具備し、
前記複数の検出素子は、長手方向に沿ってアレイ状に配置されている請求項８記載の放射線検出装置。
【請求項１０】
前記第一の検出素子と前記第二の検出素子とは、前記長手方向に沿って隣接する請求項９記載の放射線検出装置。
【請求項１１】
前記第一の検出素子と前記第二の検出素子とは、前記長手方向を横断する方向に沿って隣接する請求項９記載の放射線検出装置。
【請求項１２】
前記第一の検出素子及び前記第二の検出素子は、それぞれ放射線入射側における第一の端部と、前記第一の端部に対向する第二の端部とを有し、
前記第一の検出素子の前記第一の端部と前記第二の検出素子の前記第二の端部とは隣接し、
前記第一の検出素子の前記第一の端部で前記第一の検出素子に入射する放射線を減衰させる第一のマスキング部材と、
前記第二の検出素子の前記第一の端部で前記第一の検出素子に入射する放射線を減衰させる第二のマスキング部材と、
をさらに具備する請求項８乃至１１のうちいずれか一項記載の放射線検出装置。
【請求項１３】
前記第一のマスキング部材及び前記第二のマスキング部材とは、散乱線除去グリッドまたはコリメータである請求項１２記載の放射線検出装置。
【請求項１４】
前記第一の検出素子及び前記第二の検出素子とは、共通陰極と、素子間で分離された陽極を有する請求項８乃至１３のうちいずれか一項記載の放射線検出装置。
【請求項１５】
入射する放射線に基づき第一の検出素子によって検出された第一の検出信号と、前記入射する放射線に基づき前記第一の検出素子に隣接する第二の検出素子によって検出された第二の検出信号と、を加算して第一の加算信号を生成し、
前記第一の検出信号に基づく第一の入力信号と複数の閾値との大小関係と、前記第一の入力信号の大きさと、を含む第一のコンパレータ信号を生成し、
前記第二の検出信号に基づく第二の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第二の入力信号の大きさと、を含む第二のコンパレータ信号を生成し、
前記第一の加算信号に基づく第三の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第三の入力信号の大きさと、を含む第三のコンパレータ信号を生成し、
前記第一のコンパレータ信号と、前記第二のコンパレータ信号と、前記第三のコンパレータ信号とのそれぞれに含まれる前記大小関係に基づいて、前記第一の入力信号、前記第二の入力信号、前記第三の入力信号のうちいずれかを前記放射線の前記エネルギーとして記録すること、
を具備する信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、信号処理回路、放射線検出装置及び信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線検出器は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）を含む多数のアプリケーションで使用される。更に、Ｘ線検出器は、ＣＴ撮像の範囲外にあるレントゲン写真や蛍光性撮像など、様々なその他の投影の計測において使用される。
【０００３】
ＣＴスキャナは通常、被検体の身体の一定領域にわたり一つまたはそれ以上の断面スライスの画像を作成する。Ｘ線源など放射線源は、一側面から被検体にＸ線を照射する。コリメータは、通常Ｘ線源に隣接しており、Ｘ線ビームの角度範囲を制限する。そうすることで被検体への放射線作用は、被検体の横断スライスを定義する平面的な領域（またはボリューム、例えば、コーンビームＣＴ）に実質的に留められる。被検体の反対側にある、少なくとも一つの検出器（そして通常は一つ以上でずっと多くの検出器）は、スライスの平面において実際には被検体を通過した放射線を受信する。身体を通過した放射線の減衰は、検出器から受信された電気信号を処理することで、計測される。
【０００４】
これまでに、エネルギー積分型検出器は、ＣＴ投影データを計測するために使用されてきた。より最近では、光子計数検出器（ＰＣＤｓ）が従来的なエネルギー―積分型検出器に対する、実行可能な代替手段になりつつある。ＰＣＤｓには、スペクトラルＣＴを実行するＰＣＤｓの能力を含め、多くの利点がある。照射されたＸ線データのスペクトラル特質を収集するために、ＰＣＤｓはエネルギー／スペクトルビンを使用しながらＸ線光子の投射を識別して記録して、それぞれ検出器素子のそれぞれエネルギー／スペクトルビンにおける光子の数を計数する。
【０００５】
多くの臨床アプリケーションは、物質識別やビームハードニング補正における改善を提供出来る、スペクトルＣＴ技術からの恩恵を享受することが可能である。
更に、半導体に基づくＰＣＤｓは、従来のスペクトルＣＴ技術と比較してより優れたスペクトル情報を提供する能力があり、スペクトルＣＴに対する候補として見込みがある（例えば、二重線源やｋ−Ｖｐ切り替えなど）。
【０００６】
スペクトルＣＴにおいて使用される半導体に基づくＰＣＤｓは、入射光子を検出してあらゆるイベントについて光子エネルギーを計測することが出来る。しかし、パイルアップやＫエスケープ、エネルギー共有などの現象のために面倒な事態が様々生じる。これらの現象を解明し修正することで、改善された投影データが生成出来て、その結果ＣＴ画像再構成のためのより高画質な画像に繋がる。
【０００７】
蛍光Ｘ線エスケープについて、高エネルギー光子が検出器に照射された場合、検出器の原子からの内殻電子は、「光電子」として原子から放出される。イオン化または励起の後、原子は内殻電子における空孔（ホール）がある励起された状態になる。外殻電子は、それから作られたホールに落ちていき、それにより二つの状態の間のエネルギーの食い違いに等しいエネルギーで、光子を照射する。それぞれの素子はエネルギーレベルの固有のセットを有するので、それぞれの素子は「特性Ｘ線」または「蛍光Ｘ線」と称される、素子を特徴付ける蛍光Ｘ線のパターンを放射する。Ｘ線の強度は、対応する素子の密集具合と共に増加する。
【０００８】
テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）またはテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）など、多くの物質において、蛍光Ｘ線はＫ殻電子（原子の原子核に最も近い殻）を主に含む。検出器から蛍光Ｘ線がエスケープした（逃げた）場合に、検出器信号は誤りであり、被ったエネルギーの損失は、その損失自身を検出器の出力スペクトルにおけるエラーとして明らかにする。従って、計測されたスペクトル信号は歪められる可能性があり、再構成画像にアーチファクトを生じさせかねない。
【０００９】
電荷共有イベントについて、電荷共有（チャージシェアリングイベント）は、一つの検出器素子におけるまたは二つの隣接する検出器素子の間の境界近くの検出イベントからの電荷が、検出地点から一つの電極以上の電極までに、拡散且つ移動（マイグレーション）した結果、発生する。従って、単一の検出イベントは、一つ以上の検出器素子における電気信号という結果になる可能性があり、単一の高いエネルギー検出イベントではなく、二つの低いエネルギー検出イベントのように見えてしまう恐れがある。
【００１０】
理想的な検出器反応からの修正されない、それぞれの上述の偏差は、入射スペクトラムに関する検出されたスペクトラムを歪めることがあり、そして最終的には再構成画像の画質やデータから導出された物質分解を悪化させる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０２５７７７２Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した様に、蛍光Ｘ線エスケープイベント（Ｋ−エスケープ）や電荷共有などにより、単一のＸ線検出イベントからの電荷が分配され多重の検出器素子にわたって検出され（多重検出）、パイルアップ現象を引き起こす原因となる。しかしながら、従来の装置では、この様な多重検出について、適切な処理を行うことができない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記事情に鑑み、本実施形態の目的は、Ｋ−エスケープや電荷共有に起因する多重検出が発生した場合であっても、従来に比して適切に信号処理を行うことができる信号処理回路、放射線検出装置及び信号処理方法を提供することを目的とする。
本実施形態に係る信号処理装置は、第一の加算回路と、第一のコンパレータと、第二のコンパレータと、第三のコンパレータと、カウンタと、を具備する。前記第一の加算回路は、入射する放射線に基づき第一の検出素子によって検出された第一の検出信号と、前記入射する放射線に基づき前記第一の検出素子に隣接する第二の検出素子によって検出された第二の検出信号と、を加算して第一の加算信号を生成する。前記第一のコンパレータは、前記第一の検出信号に基づく第一の入力信号と複数の閾値との大小関係と、前記第一の入力信号の大きさと、を含む第一のコンパレータ信号を生成する。前記第二のコンパレータは、前記第二の検出信号に基づく第二の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第二の入力信号の大きさと、を含む第二のコンパレータ信号を生成する。前記第三のコンパレータは、前記第一の加算信号に基づく第三の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第三の入力信号の大きさと、を含む第三のコンパレータ信号を生成する。前記カウンタは、前記第一のコンパレータ信号と、前記第二のコンパレータ信号と、前記第三のコンパレータ信号とのそれぞれに含まれる前記大小関係に基づいて、前記第一の入力信号、前記第二の入力信号、前記第三の入力信号のうちいずれかを前記放射線のエネルギーとして記録する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】一実施形態に係る、第二の検出器素子ごとの境界に取付けられたコリメータに配置された検出器素子のアレイを示している。
【図１Ｂ】一実施形態に係る、第三の検出器素子ごとの境界に取付けられたコリメータに配置された検出器素子のアレイを示している。
【図１Ｃ】一実施形態に係る、センサ物質の検出面の前面に取付けられた様々なサイズのコリメータに配置された検出器素子のアレイを示している。
【図２Ａ】一実施形態に係る、蛍光Ｘ線イベントが図１Ｃの検出器アレイ構造の例に適用されることを示している。
【図２Ｂ】一実施形態に係る、電荷共有Ｘ線イベントが図１Ａの検出器アレイ構造の例に適用されることを示している。
【図３】陽極への近似の関数として、様々なピクセル（例えば陽極）サイズに対する重み付けの電位の例を示している。
【図４Ａ】一実施形態に係る、二つの検出器素子にわたり単一のＸ線の分配された検出を識別するためのＡＳＩＣの上位回路略図を示している。
【図４Ｂ】一実施形態に係る、二つの検出器素子にわたり単一のＸ線の分配された検出を区別するためのＡＳＩＣの下位回路略図を示している。
【図５Ａ】時間の関数としてチャンネルＡに対する、コンパレータ信号ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３の実施形態のプロット図を示している。
【図５Ｂ】時間の関数としてチャンネルＢに対する、コンパレータ信号ＤＢ１、ＤＢ２、ＤＢ３の実施形態のプロット図を示している。
【図５Ｃ】チャンネルＡおよびチャンネルＢからの信号の合計に対する時間の関数としてコンパレータ信号ＤＳ１、ＤＳ２、ＤＳ３の実施形態のプロット図を示している。
【図６】一実施形態に係る、エネルギーの関数とカウント値によって表された、電子ノイズ、クロストークノイズ、そしてＸ線信号のエネルギースペクトルのプロット図を示しており、またコンパレータのエネルギー閾値の相対位置を示している。
【図７Ａ】リセットがあるサンプルホールド（ｓａｍｐｌｅ−ａｎｄ−ｈｏｌｄ）またはラッチ回路を使用しながらチャンネルＡに対する、コンパレータ信号ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３の実施形態のプロット図を示している。
【図７Ｂ】リセットがあるサンプルホールドまたはラッチ回路を使用しながらチャンネルＢに対する、コンパレータ信号ＤＢ１、ＤＢ２、ＤＢ３の実施形態のプロット図を示している。
【図７Ｃ】リセットがあるサンプルホールドまたはラッチ回路を使用しながらチャンネルＡ及びＢからの信号の合計に対するコンパレータ信号ＤＳ１、ＤＳ２、ＤＳ３の実施形態のプロット図を示している。
【図８Ａ】長手方向（つまりｚ方向）に隣り合って配置された複数の二つで一組の検出器素子の一実施形態の構造を示しており、各二つで一組の検出器素子は、Ｘ線検出信号を、とりわけ、分配された検出信号を分解し記録する、個別のＡＳＩＣへと向けている。
【図８Ｂ】長手方向（つまりｚ方向）に隣り合って配置された複数の三つで一組の検出器素子の一実施形態の構造を示しており、各三つで一組の検出器素子は、Ｘ線検出信号を、分配された検出信号を分解し記録する、個別のＡＳＩＣへと向けている。
【図８Ｃ】短手方向（つまりｘ方向）に隣り合って配置された複数の二つで一組の検出器素子の一実施形態の構造を示しており、各二つで一組の検出器素子は、Ｘ線検出信号を、分配された検出信号を分解し記録する、個別のＡＳＩＣへと向けている。
【図８Ｄ】短手方向（つまりｘ方向）に隣り合って配置された複数の三つで一組の検出器素子の一実施形態の構造を示しており、各三つで一組の検出器素子は、Ｘ線検出信号を、分配された検出信号を分解し記録する、個別のＡＳＩＣへと向けている。
【図９】一実施形態に係る、分配された検出イベントが発生したかどうかを決定し、その後検出イベントのエネルギーを分解し記録する方法のフロー概略図を示している。
【図１０】一実施形態に係る、三つの検出器素子にわたり単一のＸ線の分配された検出を識別するための三つのチャンネルＡＳＩＣの回路略図を示している。
【図１１】一実施形態に係る、ＣＴスキャナの実施形態の概要図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
より効果的にするため、光子計数検出器（ＰＣＤｓ）を使用するスペクトルＣＴスキャナとＸ線透視装置は、Ｘ線波長で吸収性の高い物質を使う。こうすることで、ＰＣＤｓは、Ｘ線センサについてのエネルギー情報入射を効果的に記録するのに十分な阻止能を有する。Ｘ線波長での吸収性の高い物質は、より高い原子番号（Ｚ）例えばＣｄＴｅやＣＺＴを有し、結果として、これらの物質は、光電子相互作用がセンサ内で発生する場合に、Ｋ−、Ｌ−、またはＭ−Ｘ線を放射することが出来る。放射されたＫ−、Ｌ−、またはＭ−Ｘ線は、元のＸ線よりもエネルギーが小さく、また放射されたＫ−、Ｌ−、またはＭ−Ｘ線でのセンサ物質の減弱係数は、元のＸ線に対する減弱係数よりも小さいことがある。更に、放射されたＸ線は、元のＸ線の伝播方向に比べて、ランダム方向に放射される可能性がある。このようにして、放射されたＸ線は元のＸ線よりも長い距離にわたってセンサ物質を通り抜けて伝播することがあり、放射されたＸ線は検出器素子間を伝播することがある。従って、第一の検出器素子から放射された光子は、第二の検出素子に伝播し、また第二の検出素子によって吸収され得る。検出された二つのエネルギーの和と等しいエネルギーを有する単一のＸ線の検出ではなく、別々だが繋がりのある二つの検出器素子における二つの小さなエネルギーの検出のように見えてしまう結果になる。このプロセスは通常、蛍光Ｘ線エスケープ、またはもっと簡単にＫエスケープと呼ぶことが出来る。
【００１６】
蛍光Ｘ線エスケープには、元のＸ線のエネルギーのうちのいくつかが蛍光Ｘ線として再放射されるため、記録されたスペクトルを、実際の入射スペクトルに比べてより低いエネルギーへとシフトさせるという悪影響がある。このため、吸収されたＸ線エネルギーの全てが光電子の作成に適用されるのではなく、エネルギーのうちのいくつか（つまり、空の内殻電子Ｋ−、Ｌ−、Ｍ−殻と更に外殻との間の食い違いに一致する特徴的なエネルギー）が再放射される。特性Ｘ線エスケープは、蛍光Ｘ線エネルギーがＫエッジに一致するため、Ｋエスケープとよく呼ばれる。
【００１７】
上に説明されたＫエスケープシナリオに加えて、電荷共有は蛍光Ｘ線が放射されない場合にも、検出器素子間の境界近くで発生する可能性がある。元の検出されたＸ線のエネルギーは、センサ物質として使用されている半導体のバンドギャップよりもはるかに大きくなり、多数の光電子を生成する、吸収されたＸ線エネルギーという結果になる。様々な拡散処理と電荷効果により、例えば半導体におけるＸ線の吸収により生成された電荷キャリアは、検出器素子の電極に向かって電位線に沿って移動するようにして広がっていく。結果的に、第一および第二の検出器素子の間の境界近くで生成された光電子は、第二の検出器素子の陰極で集められている光電子の残りと共に、第一の検出器素子の陰極で部分的に集められている可能性がある。このようにして、この電荷共有シナリオにおいて、上で説明されたＫエスケープシナリオ同様、検出イベントは、検出された二つのエネルギーの和に等しいエネルギーを有する単一のＸ線の検出ではなく、隣接する検出器素子による二つの小さなエネルギーのＸ線の検出のように見える。
【００１８】
本実施形態に説明される装置および方法は、合計で元のＸ線のエネルギーを有する、二つのＸ線検出として記録されている単一のＸ線の検出イベントの、上で説明された課題を有利に軽減する。上で説明された課題を軽減することにより、本実施形態に説明される装置は、分配された検出イベントに対するものとして隣接する検出イベント間を識別することの課題や重要性が増す中で、隣接する検出器素子での検出イベントがより頻繁に起こる高Ｘ線束で操作することが出来る。
【００１９】
特定の実施形態において、新たな特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用して、隣接する検出器素子の信号を組み合わせ、所定の基準に基づいて、隣接する検出器からの個別の信号よりも、単一の検出イベントのエネルギーとして組み合わせた信号を選択的に記録する。
【００２０】
特定の実施形態において、本実施形態に説明される装置および方法は、スペクトルＣＴアプリケーションで使用される、固定されたスパースＰＣＤｓを有するＣＴスキャナに適用する。ＰＣＤｓは、検出器素子の一次元線形アレイを有することが出来る。更に、特定の実施形態において、Ｘ線源からのＸ線ビームは、ＰＣＤｓの検出器素子の少なくとも一つの陽極に一列に並べられた開口を有するコリメータを使用しながら、コリメートされ得る。Ｘ線源から照射されるＸ線ビームは、例えばファンビームまたはコーンビームの幾何学的配置のどちらかにおいて構成することが出来る。
【００２１】
特定の実施形態において、本実施形態に説明される装置および方法は、Ｘ線源の向かいに位置したエネルギー積分型検出器を有するＣＴスキャナに適用され、当該エネルギー積分型検出器は、Ｘ線源と同期して回転出来る。Ｘ線源から照射されるＸ線ビームは、例えばファンビームまたはコーンビームの幾何学的配置のどちらかにおいて構成することが出来る。
【００２２】
次に図を参照しながら、参照番号が同一の、または様々な図を通して対応する部分を指し示すように、図１ＡはＸ線検出器素子の一次元アレイを含む、検出器１００（Ａ）の断面図を示している。
なお、本実施形態においては、Ｘ線検出器素子の一次元アレイを含み、各素子において発生する検出信号を読み出す構成を有するユニットを「放射線検出器」又は「検出器」と呼び、当該「検出器」から出力されるチャネル毎の検出信号を用いて所定の信号処理を実行する回路部分（例えば、後で説明するＡＳＩＣ４００）を「信号処理回路」と呼ぶ。また、「放射線検出装置」とは、上記「信号処理回路」と上記「検出器」とを含むものとして定義される。
Ｘ線は検出器１００（Ａ）の陰極レイヤについての投射である。Ｘ線はその後半導体レイヤ１３０に吸収される。半導体１３０は、例えばテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）またはテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）の可能性がある。Ｘ線の吸収により生成された光電子は、個別の検出イベントを登録（レジスト）するために、陰極１２０から陽極１４０まで電位の方向に沿って移動する。コリメータ１１０は、陰極レイヤ１２０についてのＸ線投射に対する許容角度を制限する。更に、コリメータ１１０は、Ｘ線からコリメータ１１０近くの半導体領域を遮断するためのバッフルとしての役割を果たす。コリメータ１１０は、所定の許容角度の外側の角度で、検出器１００（Ａ）について散乱したＸ線投射の検出を優位に制限するために、散乱線除去グリッドとしても使用され得る。図１Ａは、検出器素子の間の一つおきの遷移の間にコリメータ１１０が位置された配置を示している。このようにして、検出器１００（Ａ）に対し、それぞれの検出器素子は、正に一つのマスクで隠されていない境界を別の検出器素子と共有し、検出器素子間のその他の境界は、コリメータ１１０によってマスクで隠されている。
【００２３】
図１Ｂは、Ｘ線検出器素子の一次元アレイを含む、検出器１００（Ｂ）の断面図を示している。検出器１００（Ａ）同様、検出器１００（Ｂ）は、コリメータ１１０がいくつかの検出器素子間の境界をマスクで隠していることを、示している。しかし、検出器１００（Ｂ）において、あらゆる第二の境界がマスクで隠されているよりも、あらゆる第三の境界がマスクで隠されている。
【００２４】
図１Ｃには、検出器１００（Ｃ）の断面図を示されている。検出器１００（Ｃ）において、コリメータ１１０は、特定のコリメータが陽極１４０の全面に位置するか、または陽極間の境界の全面に位置するかどうかに依存している、異なる幅を有する。検出器１００（Ｃ）において、陽極間のそれぞれ境界は、より幅広いコリメータ１１０によってマスクで隠されている。
【００２５】
図１Ａ−１Ｃに示されているＸ線検出器実施例のそれぞれは、Ｋエスケープ、電荷共有、重み付け電位があるクロストークのために、エネルギー情報歪みの影響を受けやすい。
【００２６】
図２Ａと図２Ｂとは、本実施形態で提供された、装置がＡＳＩＣを使わないコンセプトの場合に、Ｋエスケープおよび電荷共有が原因の、エネルギー情報歪みの例をそれぞれ示している。
【００２７】
図２Ａは、エネルギーＥ１＋Ｅ２が陽極ｉ−１での投射を有するＸ線におけるＫエスケープの例を示している。しかし、光電子相互作用のために、エネルギーＥ２を有する蛍光Ｘ線光子が生成される。残りのエネルギーＥ１は陽極ｉ−１の上方で吸収される一方で、エネルギーＥ２での放射された蛍光性光子は陽極ｉで吸収される。このように、陽極ｉ−１およびｉからの電気信号（検出信号）が個別のプリアンプおよびパルスシェーパーによって増幅され入力信号として形成された後、当該信号は所定の閾値と比較され、検出イベントは、陽極ｉ−１で、第二の閾値よりも大きなエネルギーを有するＸ線検出として、また陽極ｉ−１で、第一の閾値と第二の閾値との間のエネルギーを有する同時のＸ線検出として、記録される。
【００２８】
図２Ｂは、エネルギーＥ１＋Ｅ２が陽極ｉ−１と陽極ｉとの間の境界での投射を有するＸ線における電荷共有の例を示している。エネルギーＥ２に対応する電荷の一部は、陽極ｉ−１で検出され、一方でエネルギーＥ１に対応する電荷の残りは、陽極ｉで検出される。検出イベントは、第一と第二の閾値の間のエネルギーを有するＸ線検出として陽極ｉ−１で、そして第二の閾値よりも大きなエネルギーを有する同時Ｘ線検出として陽極ｉで、記録される。
【００２９】
図３は、ショックレーラモ定理に従って、様々なピクセルサイズに対する重み付け電位のプロットを示している。当業者には理解されている通り、Ｘ線検出器に基づくＣｄＴｅとＣＺＴとに対し、電荷キャリアとして電子を主に使用しながら生成された電気信号は、ＣｄＴｅおよびＣＺＴにおけるホールに比べて電子の電荷キャリアの可動性がずっと大きいため、一般により理想的な特性を有する。従って、陽極から離れて素早く減少する重み付け電位は、好ましい。というのも、重み付け電位は、留まっている電子の大部分が陽極から遠く離れたホールのゆっくりした移動による影響を受けない一方で、陽極へと移動する電子の存在を選択的に登録する能力があるからである。この理由のために、小さい陽極（ピクセル）は、ＰＣＤｓに対して望ましい品質を有する。しかし、小さい陽極は、検出イベントが多重検出器素子にわたって分配される予定である尤度を高めることで、電荷共有の効果も悪化させる。このようにして、特定の所望の効果を達成するために陽極をより小さく作ることと、小さな陽極のその他の望ましくない効果を回避することと、の間にトレードオフが存在する。本実施形態に説明されるＡＳＩＣｓ、装置、そして方法は、多重検出器素子にわたって分配されているＸ線の検出から生じている曖昧さを克服することで、当該トレードオフを解消する手助けをする。
【００３０】
本実施形態に説明されるＡＳＩＣｓ、装置、そして方法が無いと、従来のＣＴスペクトルＣＴシステムにおけるカウントレートは、形成時間、ゲイン、パイルアップ拒絶回路のバンド幅／立ち上がり時間など、ＰＣＤセンサ物理的過程やＡＳＩＣパラメータにより制限されてしまう。ＰＣＤ陽極ピクセルに接続された、存在するＡＳＩＣチャンネルは、高いＸ線束では特に、パイルアップ効果が原因で計数能力に限界があり、これによりパイルアップは検出器反応を低下させ得る。さらに、存在するＡＳＩＣチャンネルを使用するＰＣＤｓは、テイルパイルアップ（ｔａｉｌ  ｐｉｌｅ  ｕｐ）効果のために高いＸ線束でシフトするベースラインから被害を受ける傾向があり、これも検出器反応を低下させ得る。
【００３１】
図４Ａおよび図４Ｂは、分配された検出を分解するためのＡＳＩＣ４００の概略図を示している。ＡＳＩＣ４００は、チャンネルＡとチャンネルＢとを含む。チャンネルＡとチャンネルＢとは、信号の条件付けおよび閾値回路４１０への検出信号の入力である。回路４１０の出力は、検出ウィンドウにおける検出イベントがどのように記録されるかの論理決定を実行する、カウンタ４５０への入力として、その後提供される。例えば、検出イベントは、（ｉ）チャンネルＡとチャンネルＢとのどちらにも何ら検出イベントは無い、（ｉｉ）チャンネルＡにのみ検出有り、（ｉｉｉ）チャンネルＢにのみ検出有り、（ｉｖ）チャンネルＡとチャンネルＢとで個別に発生する、二つの別々の検出イベント有り、（ｖ）チャンネルＡとチャンネルＢとの両方で検出された、単一のイベントに対する分配された検出イベント有り、として記録され得る。加えて、ＡＳＩＣ４００は、パイルアップ拒絶回路を含むことが出来る。当該パイルアップ拒絶回路において、所定の検出ウィンドウ内のチャンネルで発生している多重検出イベントは、投影データからの排除に対しフラグ立てされることになる。
【００３２】
図４Ｂに示されている通り、チャンネルＡはプリアンプ４１２を使用しながら予め増幅され得る。次に、ビームシェーパー４１４は、パルスを形成して、パルスベースラインを復元するために、所定のインパルス反応関数に従って、プリアンプ４１２の外に出て来るパルスを修正する。このように、入力パルスＡ（すなわち検出信号Ａ）は形状Ａ´のパルス（すなわち入力信号Ａ）へと変換される。次に、コンパレータ４１６は、パルスのエネルギーをいくつかの分離したエネルギービンのうちの一つへと分解するために使用される。
【００３３】
図５Ａは、コンパレータ４１６による、三つのエネルギー閾値と比較されているパルスＡ´のプロット図を示している。なお、以下に述べるコンパレータ信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＳは、それぞれフラグとしてのデジタル値「１」を有する場合には、パルスＡ´の信号の大きさについての情報も出力するものとする。
パルスＡ´が閾値１を超えた場合、信号ＤＡ１は「１」のデジタル値を有する。そうでなければ、ＤＡ１は「０」のデジタル値を有する。パルスＡ´が閾値２を超えた場合、信号ＤＡ２は「１」のデジタル値を有する。そうでなければ、ＤＡ２は「０」のデジタル値を有する。パルスＡ´が閾値３を超えた場合、信号ＤＡ３は「１」のデジタル値を有する。そうでなければ、ＤＡ３は「０」のデジタル値を有する。
【００３４】
同様に、チャンネルＢは、プリアンプ４２２を使用しながら予め増幅され得る。次に、ビームシェーパー４２４は、パルスを形成して、パルスベースラインを復元するために、所定のインパルス反応関数に従って、プリアンプ４２２の外に出て来るパルスを修正する。このように、入力パルスＢ（すなわち検出信号Ｂ）は形状Ｂ´のパルス（すなわち入力信号Ｂ´）へと変換される。次に、コンパレータ４２６は、パルスのエネルギーを、信号ＤＢ１、ＤＢ２、ＤＢ３に対応するいくつかの分離したエネルギービンのうちの一つへと分解するために使用される。図５Ｂに示される通り、信号ＤＢ１、ＤＢ２、ＤＢ３は、チャンネルＡに対する信号ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３に類似して生成される。
【００３５】
図５Ｃにおいて、信号Ｓは、アナログ加算回路４３４によって生成された、信号Ａ´と信号Ｂ´との合計としての加算信号である。次に、コンパレータ４３６は、結果信号SをチャンネルＡとチャンネルＢとで使用される同じ三つの閾値と比較する。この比較に基づいて、コンパレータ４３６は、信号ＤＳ１、ＤＳ２、ＤＳ３を生成する。図５Ｃは、パルスＳから信号ＤＳ１、ＤＳ２、ＤＳ３への変換例を示している。
【００３６】
回路４１０は、プリアンプ４１２と４２２、パルスシェーパー４１４と４２４、加算回路４３４、コンパレータ４１６、４２６、４３６とを含む。
【００３７】
特定の実施において、図４Ａおよび図４Ｂに示されているＡＳＩＣの構成は、図１Ａに示されているコリメータ構成と共に使用することが出来、この場合に検出器素子の隣接する陽極間の全ての第二の境界にマスクで隠すコリメータがある。加えて、図４Ａおよび４Ｂに示されているＡＳＩＣの構成は、図１Ｃに示された通り、ＰＣＤセンサについてのＸ線投射に対する許容角度を制限するために使用される、溝が形成された（ｓｌｏｔｔｅｄ）コリメータまたは散乱線除去グリッドが使用される場合に、使用することが出来る。
【００３８】
コンパレータ４１６、４２６、４３６からカウンタ４５０へ送られるデジタル信号に基づき、Ｘ線の正しい数が対応する正しいエネルギーと共に数えられる／記録される。特定の実施において、チャンネルＡとチャンネルＢとの両方が、同じ検出時間ウィンドウにおいて検出イベントを示した場合に、その時検出イベントは単一の分配された検出イベントとして記録され、検出イベントのエネルギーはチャンネルＳを使用しながら記録される。チャンネルＡとチャンネルＢとのうちの一方だけが検出イベントを登録した場合には、その時の検出イベントは、そのチャンネルに対して示された対応するエネルギーを持つものとして、それぞれのチャンネルに帰属する。
【００３９】
特定の実施形態において、偶然の同時イベントは、計測を実行するためのより短い時間ウィンドウを可能にするために、大きなバンド幅／速いパルスシェーパーを個別のチャンネルに適用することで、最小化することが出来る。加えて、偶然の同時イベントは、ＰＣＤｓについてのＸ線束フラックスを制限することで、最小化することが出来る。図６は、ＰＣＤｓについての検出器素子に関する信号に寄与する様々なエネルギースペクトル（例えば、Ｘ線エネルギースペクトルやノイズスペクトル）のプロット図を示している。スペクトルは、カウント対エネルギーの数として、プロットされている。明るいグレーの領域は、ノイズによるカウントを表し、濃いグレーの領域は、Ｘ線放射から生じているカウント寄与を表している。より（エネルギー的に）低い方の明るいグレーの頂点は、熱ノイズ（例えば、暗電流）に帰属する電子ノイズを表している。より（エネルギー的に）高い方の明るいグレーの頂点も電子ノイズだが、この頂点は近傍する検出素子間の重み付け電位のあるクロストーク（Ｘトーク）を表す。重み付け電位のあるＸトークは、個別の検出器素子（例えば陽極）のサイズに依存する。
【００４０】
図６は、ノイズとＸ線スペクトルに関する閾値の関係も示している。特定の実施形態において、閾値１（つまりエネルギーＥ１）は、電子の最大予測エネルギーよりも、また近傍する検出素子からの重み付け電位のあるＸトークが原因のノイズ信号よりも、大きくなるよう配置されている。閾値２（つまりエネルギーＥ２）は、蛍光Ｘ線の最大予測エネルギーを上回るように配置されている。蛍光Ｘ線の厳密なエネルギーは、センサ物質を構成している半導体および、Ｘ線源のＸ線スペクトラムの上限のエネルギーに依存するだろう。更に、閾値２は、Ｘ線源のＸ線スペクトルの最小エネルギーを下回るように優先的に設定される。閾値３（つまりエネルギ―Ｅ３）は、閾値２よりも大きい任意の値を選ぶことが出来、また撮像条件に基づいて設定出来る（例えば、閾値３は、物質分解に対する所望の属性に従って、選択することが出来る）。特定の実施形態において、任意の数の追加エネルギー閾値が、閾値２よりも大きなエネルギーになるように設定され得る。
【００４１】
上で特定された基準に従っての閾値に基づき、カウンタ４５０は、以下の原則に基づいた論理を適用できる（ｉ）Ｅ１よりも大きい信号は、全てがノイズに寄与するわけではない、（ｉｉ）Ｅ２よりも小さい信号は、Ｅ２を上回るスペクトルを有する、Ｘ線源からのＸ線からのエネルギーの全てを表すわけではない（ｉｉｉ）Ｅ２よりも大きい信号は、全てがＫエスケープに起因するわけではない。その結果、Ｅ１よりも大きいがＥ２よりも小さな検出イベントは、電荷共有イベントまたはＫエスケープイベントのどちらかを示し、これらはまとめて分配された検出イベントと呼ばれる。分配された検出イベントが決定された場合に、チャンネルＡおよびBの個別の信号ではなく、合計パルスＳは検出イベントのエネルギーを表すために使用される。
【００４２】
特定の実施形態において、検出イベントはチャンネルＡとBとの両方において登録された信号を含むことが出来る。ここで第一のチャンネルはＥ１よりも大きいがＥ２よりも小さい値（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）を登録し、そして第二のチャンネルはＥ２よりも大きい信号を登録する。この場合、合計された振幅は、Ｅ２よりも大きな信号を有し、第二のチャンネルに全て寄与する。対照的に、特定のその他の検出イベントにおいて、チャンネルＡとBとの両方は、Ｅ１よりも大きいがＥ２よりも小さい大きさを登録するだろう。この場合の、客観的基準は、検出イベントを一つまたはもう他方のチャンネルに割り当てることを不在にしている。この様にして、検出イベントは、恣意的な均衡（タイ）ブレーカを使用しながらチャンネルのうちの一つに割り当てられる。従って、カウンタ４５０は、等しい大きさを登録しているチャンネル間の、明らかな均衡を壊すための論理を含むことが出来る。それにより、分配された検出イベントを、二つの個別のチャンネルのうちの一方のみに割り当てる。例えば、タイブレイク論理は、乱数または二つのチャンネル間を切り替える（ｔｏｇｇｌｅｓ）所定のフラグ値に基づくことが出来るかもしれない。
【００４３】
更に、コリメータが二つ以上の検出器素子以上離れて位置するＫエスケープおよび／または電荷共有について明らかにする特定の実施形態において、ＡＳＩＣ４００はチャンネルＡやＢと同様のチャンネルＣを含むことが出来る。更に、第二の合計シグナル（加算信号）SB＋Cは、陽極ＢおよびＣが互いに隣接していると仮定すると、パルスＢ´およびＣ´の和を表すことが出来る。同様に、チャンネルＡおよびＢの間のオリジナル合計信号は、SA＋Bのように表せる。チャンネルＢがＥ１とＥ２との間のエネルギーを有する信号を登録する場合、カウンタ４５０はその場合、Ｘ線検出イベントがパルスＳA＋BまたはSB＋Cを使用しながら記録されるかどうかを決定するための論理を含み得る。チャンネルＣがＥ１とＥ２との間のエネルギーを有する信号を登録する場合、カウンタ４５０はその場合、Ｘ線検出イベントがパルスＳB＋Cを使用しながら記録されるかどうかを決定するための論理を含むことが出来る。チャンネルＡがＥ１とＥ２との間のエネルギーを有する信号を登録する場合、カウンタ４５０はその場合、図４Ｂを参考に上で議論された通り、パルスＳA＋Bを使用しながらＸ線検出イベントが記録されるかどうかを決定する論理を含むことが出来る。
【００４４】
この実施形態は、検出器素子の二つで一組または三つで一組のみに拘泥されない。当業者に理解されているように、近傍するエッジを有する検出素子に対する分配された検出イベントの真のパルスエネルギーについて明らかにするために、加算パルス信号と対応するコンパレータとを使用することは、電荷共有および／Ｋエスケープの影響を受けやすいことが見込まれる、検出素子の各ペアにまで拡張することが出来る。
【００４５】
特定の実施形態において、電荷共有について明らかにするために、閾値２は、Ｘ線源のエネルギースペクトルの高エネルギーＸ線から電荷共有寄与の半分となるように選択することが出来る。例えば、高エネルギーＸ線は、Ｘ線源のエネルギースペクトルの上界（ｕｐｐｅｒ  ｂｏｕｎｄａｒｙ）の可能性がある。代わりに、高エネルギーＸ線は、高エネルギーＸ線のエネルギーを上回る投射Ｘ線カウント／エネルギーの所定の割合（例えば、５％または１０％）よりも小さいエネルギーとして、決定することが出来る。
【００４６】
特定の実施形態において、閾値の選択は、Ｋエスケープの曖昧さを軽減する観点で、最初に選択される。また特定の実施形態において、閾値の選択は、エネルギー共有の曖昧さを軽減する観点で、最初に選択される。更に特定の実施形態において、閾値の選択は、エネルギー共有およびＫ−エスケープ両方の曖昧さを軽減する狙いがある。
【００４７】
特定の実施形態において、ＡＳＩＣ４００は二つの隣接する検出器素子間の曖昧さを軽減するよう構成されている。
【００４８】
また特定の実施形態において、ＡＳＩＣ４００は三つの検出器素子間の曖昧さを軽減するよう構成されており、第一の検出器素子は第二の検出器素子に隣接しており、第二の検出器素子は第三の検出器素子に隣接しているが、第三の検出器素子は第一の検出器素子とは隣接でない。つまり、この実施形態においては、第一および第二の検出器素子の間と、第二および第三の検出器素子の間と、の電荷共有またはＫエスケープについて明らかにするが、第一および第三の検出器素子の間とについては明らかにしていないのである。
【００４９】
特定の実施形態において、ＡＳＩＣ４００は、互いに隣接するエッジを有する、全てのペアの検出器素子の間の曖昧さを軽減するよう構成されている。
【００５０】
また特定の実施形態において、ＡＳＩＣ４００は、個別の隣接するエッジの領域についてのＸ線投射数を制限する能力があるコリメータまたはその他のマスキング構造によってマスクで隠された隣接するエッジを除き、互いに隣接するエッジを有する、全てのペアの検出器素子の間の曖昧さを軽減するよう構成されている。
【００５１】
ＡＳＩＣ４００は、図５Ａ、５Ｂ、５Ｃに例示された比較と同様、個々のパルス及び各パルスの合計と閾値とを比較することで、検出器素子のペア間の曖昧さを軽減する。４００のカウンタ４５０は、パルスのうちのどれ（例えば、個別チャンネルからのパルス、または個別チャンネルの間の合計パルス）が、検出されたＸ線のエネルギーを表す可能性がより高そうかを決定するために論理的な比較を実行し、そして検出されたＸ線のエネルギーを表す可能性がより高そうであると決定されたコンパレータ信号を記録する。
【００５２】
特定の実施形態において、ＡＳＩＣ４００は、パイルアップ拒絶能力を有することが出来、これにより検出結果が、同じ検出ウィンドウにおいて、単一の検出器素子でまたは隣接する検出器素子のペアで多重の検出イベントを示した場合には、イベントが記録しないようにすることが出来る。
【００５３】
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、特定の実施形態において、ラッチング回路は、コンパレータ４１６、４２６、そして４３６に組み込むか、または個別のコンパレータ４１６、４２６、４３６に後段に連結して、ＡＳＩＣ４００に追加出来ることを示している。それは、デジタル閾値信号が高い状態に切り替わったら、当該閾値信号は、全ての閾値信号がそれらの信号の個別の低い値（つまり、デジタル「０」値）にリセットされる所定のリセット時間まで高いままだからである。図７Ａ、７Ｂ、７Ｃに示されている通り、リセット時間は、検出イベントに対応するカウントおよびエネルギーを、評価して記録するための時間の後に生じる。
【００５４】
図８Ａは、ＰＣＤｓの一次元アレイが、各チャンネルペアの間の電荷共有および／またはＫエスケープの曖昧さを軽減するために、二つ一組でグループ化された例を示している。例えば、チャンネルペアiは、チャンネルiに対するＡＳＩＣ４００に信号A(i)と信号B(i)として送られている（ｒｏｕｔｅ）個別の検出信号を伴う、ＰＣＤ  ＡおよびＰＣＤ  Ｂを含む（チャンネルiとラベル付けられている）。チャンネルi＋1, i＋2,…,i＋5は、チャンネルiと同様である。個別のチャンネルに対するＡＳＩＣｓ４００のそれぞれは、個別のペアのそれぞれの間に起こっている電荷共有および／またはＫエスケープの曖昧さを解消するが、個別のチャンネルi, i＋1, i＋2,…,i＋5の間の電荷共有および／またはＫエスケープについては明らかにしない。当該構成は、例えばＸ線マスク（例えばコリメータ）や、図１Ａに示されたＰＣＤアレイのように一つおきの検出器素子の間により大きな間隙（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を有するＰＣＤアレイに対して、使用することが出来る。図８Ａにおいて、他の検出器素子に隣接する検出器素子のエッジは、長手のｚ方向に横断する短手方向（つまり、ｘ方向）に沿って延びている。隣接するエッジは、長手方向に分けられている。長手方向（つまりｚ方向）は、ＰＣＤアレイの長軸に沿って延びており、当該ＰＣＤアレイの中で、検出器素子がグループ分けで、配置される（例えば、図８Ａと８Ｃの二つで一組と、図８Ｂと８Ｄの三つで一組）。
【００５５】
図８Ｂで、三つの検出器素子（三つで一組）のグループ分けが示されており、各三つで一組は個別のＡＳＩＣ４００によって処理される。例えば、図１Ｂに示されたように、三つの検出器素子のそれぞれグループ分けの間の境界エッジに配置された、コリメータまたはその他のマスキング物質が存在する可能性がある。図８Ｂにおいて、ＡＳＩＣｓ４００は、上で説明された通り、ＰＣＤｓＡとＢとの間の電荷共有および／またはＫエスケープについて、そしてＰＣＤｓＢとＣとの間の電荷共有および／またはＫエスケープについて、明らかにする。同様に、検出器素子の隣接するエッジは、短手方向（つまり、ｘ方向）に沿って延びており、また各三つで一組における検出器素子は、長手方向（つまり、ｚ方向）に配置される。
【００５６】
図８Ｃにおいて、二つの検出器素子のグループ分けは、個別のＡＳＩＣｓ４００によって処理されていることが示されている。図８Ｃで、ＡＳＩＣｓ４００は、上で説明された通り、ＰＣＤｓＡとＢとの間の電荷共有および／またはＫエスケープについて、明らかにする。検出器素子の隣接するエッジは、長手方向（つまり、ｚ方向）に沿って延びており、またそれぞれ二つで一組の検出器素子は、短手方向（つまり、ｘ方向）に配置される。
【００５７】
図８Ｄにおいて、三つの検出器素子のグループ分けは、個別のＡＳＩＣｓ４００によって処理されていることが示されている。図８Ｄで、ＡＳＩＣｓ４００は、上で説明された通り、ＰＣＤ  ＡとＢとの間の電荷共有および／またはＫエスケープについて、そしてＰＣＤｓ  ＢとＣとの間の電荷共有および／またはＫエスケープについて、明らかにする。同様に、検出器素子の隣接するエッジは、長手方向（つまり、ｚ方向）に沿って延びており、各三つで一組の検出器素子は、短手方向（つまり、ｘ方向）に配置される。
【００５８】
図９は、ＰＣＤアレイの検出器素子によって送信された信号を処理するための、ＡＳＩＣ４００によって実行される方法のフロー概略図である。
【００５９】
方法９００のステップ９１０において、Ｘ線放射は、電気信号を生成しながら検出され、電気信号は、グループにおける様々なペアの間において隣接するエッジを共有する検出器素子のグループに対応するチャンネルへとグループ分けされる。一チャンネルにおける電気信号は、電荷共有および／またはＫエスケープの影響を受けやすい隣接するエッジを有する、グループ内の検出器素子のペアからの信号を含むものである。これは、電位が、二つの同時に検出される信号が二つの分離された検出イベントから生じるものであるのか、または分配された検出イベントを作り出す単一の検出イベントから生じるものであるのか、という曖昧さを作り出すためである。グループ内の検出器素子数は、２より大きいいかなる整数でもよい。
【００６０】
方法９００のステップ９２０で、個別の検出器素子からの信号は、予め調整される。例えば、信号は、図４Ｂを参考に上で説明されたように、前段で増幅されパルス形成することが出来る。更に、加算されたパルスは、電荷共有および／またはＫエスケープの影響を受けやすい隣接する検出器素子の複数のペアに対して生成出来る。
【００６１】
方法９００のステップ９３０で、個別の検出器素子からの信号は、三つ以上の閾値を含んでいる一連の閾値とそれぞれ比較される。
【００６２】
方法９００のステップ９４０で、検出器素子からの信号が、電荷共有またはＫエスケープから生じているＸ線信号の一部であると決定された場合に、別々に取られた個別の検出器素子に対応する部分的なＸ線信号ではなく、全体のＸ線エネルギーに対応する加算されたパルスが記録される。また例えば、部分的なＸ線信号を生成したと決定された検出器素子は、二つの異なる検出器素子と別々に隣接しており、その二つの異なる検出器素子のうちの一方のみが検出ウィンドウにおけるパルスを記録され、その場合に加算されたパルスは、検出時間ウィンドウにおいて同時に起こる検出イベントを登録している二つの検出器素子からの組み合わせになると思われる。特定の実施形態において、部分的なＸ線信号を生成したと決定された検出器素子が、検出時間ウィンドウにおけるパルスをそれぞれが登録する二つの異なる検出器素子とは別々に隣接する場合には、加算された検出イベントの合計Ｘ線エネルギーを提供するために、三つの登録された信号の内のどのペアが合計されるべきかについての曖昧さを解消出来るまでは、何の検出パルスも記録されない。
【００６３】
図１０は、ＡＳＩＣ１０００の概略図を示している。ＡＳＩＣ４００と同様である、但し、４００は二つのチャンネル（ＡとＢ）しか持っていない一方、当該ＡＳＩＣ１０００は、三つ（ＡとＢとＣ）を有する点で異なる。ＡＳＩＣ４００と同様に、ＡＳＩＣ１０００は、各チャンネルに対するプリアンプを有する。プリアンプはチャンネルＡ、Ｂ、Ｃに対してそれぞれ、プリアンプ１０１２、プリアンプ１０２２、プリアンプ１０５２、として特定される。加えて、ＡＳＩＣ１０００は、それぞれのチャンネルに対するビームシェーパーを有しており、ここでそれぞれビームシェーパーは、各チャンネルに対してパルスを形成しパルスベースラインを復元するために、予め定めたインパルス反応関数に従って対応するプリアンプから出て来るパルスを、修正する。ビームシェーパーは、チャンネルＡ、Ｂ、Ｃに対してそれぞれ、ビームシェーパー１０１４、ビームシェーパー１０２４、ビームシェーパー１０５４として特定される。それぞれチャンネルは、コンパレータも含む。それぞれチャンネルＡ、Ｂ、Ｃに対し、コンパレータ１０１６、コンパレータ１０２６、そしてコンパレータ１０５６がある。コンパレータ１０１６、１０２６、１０３６、１０４６、そして１０５６のそれぞれは、ＡＳＩＣ４００について上で説明されたコンパレータの説明に従って、操作することが出来る。更に、ＡＳＩＣ１０００は、ＡＳＩＣ４００のアナログ加算回路の説明に従って操作する、二つのアナログ加算回路１０３４と１０４４とを含む。アナログ加算回路１０３４は、チャンネルＡおよびＢからの信号を組み合わせる一方で、アナログ加算回路１０４４は、チャンネルＢおよびＣからの信号を組み合わせる。最後にカウンタ１０６０は、コンパレータ１０１６、１０２６、１０３６、１０４６、そして１０５６の出力を受信し、上で説明された通り、どのようにカウントが記録されるべきか、そしてどのチャンネルにそれぞれカウントが属するべきかを決定する。
【００６４】
図１１は、第三世代ジオメトリに配置されたエネルギー積分型検出器および第四世代ジオメトリに配置されたＰＣＤｓとの両方を有している、コンピュータ断層（ＣＴ）スキャナを示している。図１１に描かれているのは、ＣＴスキャナシステムでの所定の第三世代ジオメトリにおける検出器ユニット１１０３と組み合わせた、所定の第四世代ジオメトリにおけるＰＣＤｓを配置するための実装である。略図は、Ｘ線源１１１２、コリメータ／フィルタ１１１４、Ｘ線検出器１１０３、そしてＰＣＤ１からＰＣＤＮまでの光子計数検出器の間の相対位置を例示している。
【００６５】
また図１１に示されているのは、Ｘ線投影データを取得し、記録し、処理し、分配するための回路とハードウェアである。回路およびハードウェアは、プロセッサ１１７０、ネットワークコントローラ１１８０、メモリ１１７８、データ収集システム１１７６を含む。
【００６６】
代替的な一実施形態において、ＣＴスキャナはＰＣＤを含むが、エネルギー積分型検出器ユニット１１０３は含まない。
【００６７】
Ｘ線源１１１２および検出器ユニット１１０３は、ガントリ１１４０に収められ、環状回転枠１１１０と１１３０とをそれぞれ回転しながら、光子計数検出器ＰＣＤｓと検出器ユニット１１０３は、データ取得の間に照射されたＸ線をそれぞれ検出する。ＰＣＤ１からＰＣＤＮまでの光子計数検出器は、照射されたＸ線を断続的に検出し、所定のエネルギービンのそれぞれに対し、光子の数を表すカウント値を個別に出力する。一方で、検出器ユニット１１０３における検出器素子は、照射されたＸ線を連続的に検出し、検出器ユニット１１０３が回転しながら検出された信号を連続的に出力する。一実施形態において、検出器ユニット１１０３は、所定のチャンネルにおける密に配置されたエネルギー積分型検出器を有し、検出器ユニット表面についての方向をセグメントする。
【００６８】
一実施形態において、半径が異なる三つの所定の円軌道は、Ｘ線源１１１２、ＰＣＤｓおよび検出器ユニット１１０３で形成されている。少なくとも一つのＸ線源１１１２は、光子計数検出器が第二の円軌道１１２０に沿って疎に配置されている一方で、第一の環状回転枠１１１０に沿って回転する。更に、検出器ユニット１１０３は第三の円軌道１１３０に沿って移動する。第一の環状回転枠１１１０、第二の円軌道１１２０、そして第三の円軌道１１３０は、ガントリ１１４０に回転可能に取り付けられた環状リングによって、決めることが出来る。
【００６９】
所定の第四世代のジオメトリにおける光子計数検出器を、ＣＴスキャナにおける所定の第三世代ジオメトリにおける検出器ユニットと組み合わせて配置するためのその他の代替的な実施形態がある。Ｘ線ＣＴスキャナの代替的な実施形態のいくつかは、米国出願案件番号１３／０２９１０９７に説明されており、ここにその番号を参照することによりその内容全体が組み込まれるものとする。
【００７０】
一実施形態において、Ｘ線源１１１２は任意に単一のエネルギー源である。別の実施形態において、Ｘ線源１１１２は、所定の高レベルエネルギーおよび所定の低レベルエネルギーでのＸ線放射を放射するための、ｋＶ−切り替え機能を実行するよう構成されている。また別の代替的な実施形態において、Ｘ線源１１１２は、広帯域のＸ線エネルギーを放射する単一の線源である。更に別の実施形態で、Ｘ線源１１１２は、それぞれ照射器が空間的にもスペクトル的にも異なる、多重Ｘ線照射器を含む。
【００７１】
検出器ユニット１１０３は、シンチレータ素子と相互作用するＸ線放射から結果として生じるシンチレーションからの結果として得られるシンチレーション光子を検出するために、光電子増倍管またはアバランシェフォトダイオードを伴うシンチレーション素子など、エネルギー積分型検出器を使える。シンチレータ素子は、水晶、有機液体、プラスチック、またはその他の公知のシンチレータの可能性がある。
【００７２】
ＰＣＤは、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、シリコン（Ｓｉ）、ヨウ化水銀（ＨｇＩ２）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）など、半導体に基づいた直接Ｘ線放射検出器を使うことが出来る。
【００７３】
ＣＴスキャナは、光子計数検出器と検出器ユニット１１０３からの投影計測結果を、データ収集システム１１７６、プロセッサ１１７０、メモリ１１７８、ネットワークコントローラ１１８０へと送る、データチャンネルも含む。データ収集システム１１７６は、検出器からの投影データの取得、デジタル化、送信を制御する。データ収集システム１１７６は、環状回転枠１１１０および１１３０の回転を制御する放射線制御回路も含む。一実施形態において、データ収集システム１１７６は、寝台１１１６の移動、Ｘ線源１１１２の操作、そしてＸ線検出器１１０３の操作も制御するだろう。データ収集システム１１７６は、集中型システムの可能性もあるし、または代替的に分散型システムの可能性もある。一実施形態において、データ収集システム１１７６は、プロセッサ１１７０に統合されている。プロセッサ１１７０は、投影データからの画像再構成、投影データの前再構成処理、そして画像データの後再構成処理を含む機能を実行する。
【００７４】
特定の実施形態において、ＡＳＩＣ４００は、ＰＣＤｓと一緒にまとめることが可能である。加えて、特定の実施形態において、ＡＳＩＣ４００は、データ収集システム１１７６と組み合わせが可能である。一特定の実施形態で、ＡＳＩＣ４００は、データ収集システム１１７６、データチャンネル、そしてＰＣＤｓとの間に分配することが出来る。例えば、特定の実施形態で、プリアンプはガントリ１１４０におけるＰＣＤｓと共に同一場所に配置することが可能で、コンパレータ４１６、４２６、そして４３６はデータ収集システム１１７６と共に配置することが可能である。パルスシェーパー４１４と４２４、そしてアナログ加算回路４３４は、ＰＣＤとまたはデータ収集システム１１７６と共に、またはデータチャンネルとに沿って、配置することも出来る。当業者に理解されているように、ＡＳＩＣ４００は、ＰＣＤｓからデータ収集システム１１７６までの、任意の位置の中に位置する／分配することが出来る。
【００７５】
後再構成処理は、画像のフィルタリングやスムージング、ボリュームレンダリング処理や画像食い違い処理を必要に応じ、含むことが可能である。画像再構成処理は、フィルタ逆投影、逐次画像再構成法、または確率論的画像再構成法を使用しながら実行が可能である。プロセッサ１１７０とデータ収集システム１１７６との両方は、例えば、投影データ、再構成画像、キャリブレーションデータやパラメータ、そしてコンピュータプログラム等を記憶するために、メモリ１１７８を利用出来る。
【００７６】
プロセッサ１１７０は、特定用途向け集積回路(ＡＳＩＣ)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(ＦＰＧＡ)、または複合プログラマブル論理デバイス(ＣＰＬＤ)など、個々の論理ゲートとして実行可能な、ＣＰＵを含むことが出来る。ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤ実行は、ＶＨＤＬ、ベリログ、またはその他のハードウェア記述言語でコード化されていてもよく、そして当該コードはＦＰＧＡまたはＣＰＬＤにおける電子メモリ内に直接格納されてもよいし、または個別の電子メモリとして格納されてもよい。更に、メモリは、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、またはＦＬＡＳＨメモリなど、不揮発性メモリであってもよい。メモリは、静的または動的ＲＡＭなど揮発性で、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサなどのプロセッサであってもよく、ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤとメモリとの間の相互作用と同様、電子メモリを管理するために提供されていてもよい。
【００７７】
代替的に、再構成プロセッサにおけるＣＰＵは、本実施形態で説明された機能を実行する一連のコンピュータ読み取り可能命令を含んでいるコンピュータプログラムを実行してよく、当該コンピュータプログラムは、任意の上で説明された非一時的電子メモリおよび／またはハードディスクドライブ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＦＬＡＳＨドライブ、または任意のその他の既知の記憶媒体に記憶されている。更に、コンピュータ読み取り可能命令は、ユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン、またはオペレーティングシステムの構成要素、またはそれらの組み合わせとして提供されてもよく、所定のオペレーティングシステムや、当業者にとっては既知のその他のオペレーティングシステムがプロセッサと一体となって実行する。更に、ＣＰＵは、命令を実行するために並行して協同的に動く、多重プロセッサとして実行されてもよい。
【００７８】
一実施形態において、再構成画像は、ディスプレイまたは複数のディスプレイに映し出すことが出来る。ディスプレイは、ＬＣＤディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＯＬＥＤ、ＬＥＤ、または当業者にとって既知のその他のディスプレイの可能性がある。
【００７９】
メモリ１１７８は、ハードディスクドライブ、ＣＤ-ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、ＦＬＡＳＨドライブ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、または当業者にとって既知のその他の記憶媒体の可能性がある。
【００８０】
ネットワークコントローラ１１８０は、ＣＴスキャナの様々な部分間と相互作用することが出来る。加えて、ネットワークコントローラ１１８０は、外部ネットワークとも相互作用出来る。理解されている通り、外部ネットワークは、インターネットなど公衆ネットワークや、あるいはＬＡＮ、ＷＡＮネットワークなど私的なネットワーク、あるいはこれらの任意の組み合わせでもよく、ＰＳＴＮまたはＩＳＤＮサブネットワークも含み得る。外的なネットワークは、イーサネット（登録商標）ワークのように有線の可能性もあるし、またはＥＤＧＥ、３Ｇや４Ｇ無線セルラーシステムを含むセルラーネットワークのような無線の可能性がある。無線ネットワークは、既知の任意のその他の通信の無線形式である可能性もある。
【００８１】
更に、特定の実施形態において、ＣＴスキャナはエネルギー積分型検出器素子を除外すること出来て、また第三世代ジオメトリにおける二次元アレイに配置されたＰＣＤｓを含むことが出来る。
【００８２】
上記実施形態においては、図４Ａおよび図４Ｂにおいて示した様に、本実施形態に係る放射線エネルギーの弁別処理を、ＡＳＩＣ４００によって実現する場合を例示した。しかしながら、放射線エネルギーの弁別処理を実現するのに、ＡＳＩＣとしての構成は必須ではなく、例えば分離された所定の回路（プロセッサ、メモリ、シェーパー、コンパレータなど）を組み合わせることによっても、実現することができる。
【００８３】
特定の実施形態が本実施形態で述べられてきた一方で、これらの実施形態は実例の方法のみで提示されており、開示の範囲を限定する意図はない。実際に、本実施形態で述べられた新たな方法、装置やシステムは、他の様々な形態で具体化されてよく、更には、本実施形態の精神から乖離することなく、本実施形態に述べられた方法、装置やシステムの形式で省略、置き換え、変更をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１００…検出器、１１０…コリメータ、１２０…陰極、１３０…半導体レイヤ、１４０…陽極、４１０…閾値回路、４１２…プリアンプ、４１４…パルスシェーパー、４１６…コンパレータ、４２２…プリアンプ、４２４…パルスシェーパー、４２６…コンパレータ、４３４…加算回路、４３６…コンパレータ、４５０…カウンタ、１０１２…プリアンプ、１０１４…ビームシェーパー、１０１６…コンパレータ、１０２２…プリアンプ、１０２４…ビームシェーパー、１０２６…コンパレータ、１０３４…アナログ加算回路、１０３６…コンパレータ、１０４４…アナログ加算回路、１０４６…コンパレータ、１０５２…プリアンプ、１０５４…ビームシェーパー、１０５６…コンパレータ、１０６０…カウンタ、１１０３…Ｘ線検出器、１１１０…環状回転枠、１１１２…Ｘ線源、１１１４…コリメータ／フィルタ、１１１６…寝台、１１２０…円軌道、１１３０…円軌道、１１４０…ガントリ、１１７０…プロセッサ、１１７６…データ収集システム、１１７８…メモリ、１１８０…ネットワークコントローラ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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