(57)【要約】  検出器アレイは多色電離放射線の光子を検出するように構成される少なくとも一つの直接変換検出器ピクセル（１１４‐１１４Ｍ）を含む。ピクセルは陰極層１１６、少なくとも一つの検出器ピクセルの各々に対する陽極電極（１１８‐１１８Ｍ）を含む陽極層１１８、陰極層と陽極層の間に配置される直接変換材料１２０、及び陰極層と陽極層の間に平行に、直接変換材料内に配置されるゲート電極を含む。
2014531574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多色電離放射線の光子を検出する少なくとも一つの直接変換検出器ピクセルを有する検出器アレイであって、当該ピクセルが、
陰極層と、
前記少なくとも一つの検出器ピクセルの各々に対する陽極電極を含む陽極層と、
前記陰極層と前記陽極層の間に配置される直接変換材料と、
前記陰極層と前記陽極層に平行に、前記陰極層と前記陽極層の間に、前記直接変換材料内に配置されるゲート電極とを有する、
検出器アレイ。
【請求項２】
前記ゲート電極と電気的に連通するピクセル電圧制御器をさらに有し、前記ピクセル電圧制御器が所定計数期間にわたる光子計数率に基づいてイメージング手順中に前記ゲート電極へ二つの異なる電圧の一方を選択的に印加する、請求項１に記載の検出器アレイ。
【請求項３】
高流束率閾値を含む閾値バンクをさらに有し、前記ピクセル電圧制御器が前記光子計数率を前記高流束率閾値と比較し、前記光子計数率が前記高流束率閾値を満たすことに応じて前記ゲート電極に印加される電圧を前記陰極層の電圧と異なる電圧から前記陰極層の電圧におよそ等しい電圧に変更する、請求項２に記載の検出器アレイ。
【請求項４】
前記ゲート電極に印加される電圧が前記陰極層の電圧におよそ等しいとき、前記ゲート電極と前記陽極層の間の前記直接変換材料の第１の領域が前記光子に感受性であり、前記ゲート電極と前記陰極アレイの間の前記直接変換材料の第２の領域が前記光子に非感受性であり、前記第１の領域において吸収される光子のみが電気信号に変換される、請求項３に記載の検出器アレイ。
【請求項５】
前記光子に非感受性である前記直接変換材料の総量のパーセンテージが前記第２の領域に起因する前記計数率における減少のパーセンテージ未満である、請求項４に記載の検出器アレイ。
【請求項６】
前記閾値バンクが低流束率閾値をさらに含み、前記低流束閾値が前記高流束閾値よりも低く、前記ピクセル電圧制御器が前記光子計数率を前記低流束率閾値と比較し、前記光子計数率が前記低流束率閾値を満たすことに応じて前記ゲート電極に印加される電圧を前記陰極層の電圧におよそ等しい電圧から前記陰極層の電圧と異なる電圧に変更する、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項７】
前記陰極層と前記陽極層の間の前記直接変換材料の領域が、この領域において吸収される光子が電気信号に変換されるように前記光子に感受性である、請求項６に記載の検出器アレイ。
【請求項８】
前記ゲート電極電圧を前記陰極層電圧へスイッチするときに光子を変換するために使用される前記直接変換材料の量の減少が前記計数率におけるそれより大きな非線形減少に対応する、請求項２乃至７のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項９】
高流束率閾値を含む閾値バンクをさらに有し、前記ピクセル電圧制御器が前記光子計数率を前記高流束率閾値と比較し、前記光子計数率が前記高流束率閾値を満たすことに応じて、前記陰極層に印加される電圧を前記ゲート電極の電圧と異なる電圧から前記ゲート電極の電圧におよそ等しい電圧に変更する、請求項２に記載の検出器アレイ。
【請求項１０】
前記陰極層に印加される電圧が前記ゲート電極の電圧におよそ等しいとき、前記ゲート電極と前記陽極層の間の前記直接変換材料の第１の領域が前記光子に感受性であり、前記ゲート電極と前記陰極アレイの間の前記直接変換材料の第２の領域が前記光子に非感受性であり、前記第１の領域において吸収される光子のみが電気信号に変換される、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１１】
前記光子に非感受性である前記直接変換材料の総量のパーセンテージが前記第２の領域に起因する前記計数率における減少のパーセンテージ未満である、請求項１０に記載の検出器アレイ。
【請求項１２】
前記閾値バンクが低流束率閾値をさらに含み、前記低流束率閾値が前記高流束率閾値よりも低く、前記ピクセル電圧制御器が前記光子計数率を前記低流束率閾値と比較し、前記光子計数率が前記低流束率閾値を満たすことに応じて前記陰極層に印加される電圧を前記ゲート電極の電圧におよそ等しい電圧から前記ゲート電極の電圧と異なる電圧に変更する、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項１３】
前記陰極層と前記陽極層の間の前記直接変換材料の領域が、この領域において吸収される光子が電気信号に変換されるように前記光子に感受性である、請求項１２に記載の検出器アレイ。
【請求項１４】
前記陰極層電圧を前記ゲート電極電圧にスイッチするときに光子を変換するために使用される前記直接変換材料の量における減少が前記計数率におけるそれより大きな非線形減少に対応する、請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項１５】
前記検出器アレイが、
複数の前記直接変換検出器ピクセルを含む少なくとも一つの検出器モジュールをさらに有し、単一の前記ゲート電極が前記複数の直接変換検出器ピクセルの二つ以上を通ってのび、前記複数の直接変換検出器ピクセルの二つ以上に同じゲート電圧を印加するために使用される、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項１６】
前記検出器アレイが、
複数の前記直接変換検出器ピクセルを含む少なくとも一つの検出器モジュールと、
前記モジュールの少なくとも二つの異なる検出器ピクセルに対する異なるゲート電極とをさらに有する、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項１７】
前記直接変換材料が、
前記陰極層と前記陽極層に平行に、前記陰極層と前記陽極層の間に、前記直接変換材料内に配置され、前記ゲート電極に対して異なる位置に位置する、少なくとも第２のゲート電極を有する、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の検出器アレイ。
【請求項１８】
ゲート電極を含み、ピクセルの陰極と陽極の間に配置される直接変換材料を伴う少なくとも一つの検出器ピクセルを持つ直接変換検出器で、高光子束率に対して光子を検出する方法であって、
第１の電圧を前記ゲート電極に印加するステップであって、前記第１の電圧が前記陰極に印加される電圧と等しくなく、前記第１の電圧が、前記検出器ピクセルへの入射光子を前記光子のエネルギーを示す対応信号に変換するために前記直接変換材料のおよそ全体を使用させる、ステップと、
前記信号に基づいて所定時間間隔において検出される光子の数をカウントするステップと、
前記カウントした光子の数と前記所定時間間隔に基づいて計数率を決定するステップと、
前記決定した計数率を高光子束率閾値と比較するステップと、
前記決定した計数率が前記高光子束率閾値を満たすことに応じて、前記第１の電圧を除去し第２の電圧を前記ゲート電極に印加するステップであって、前記第２の電圧が前記陰極に印加される電圧におよそ等しく、前記第２の電圧が、前記検出器ピクセルへの入射光子を前記光子のエネルギーを示す対応信号に変換するために前記直接変換材料の全体未満を使用させる、ステップとを有する方法。
【請求項１９】
前記第１の電圧から前記第２の電圧にスイッチするときに光子を変換するために使用される前記直接変換材料の量における減少が前記計数率におけるそれより大きな非線形減少に対応する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ゲート電極に印加される前記第２の電圧で前記所定時間間隔において検出される光子の数をカウントするステップと、
前記カウントした光子の数と前記所定時間間隔に基づいて計数率を決定するステップと、
前記決定した計数率を低光子束率閾値と比較するステップと、
前記決定した計数率が前記低光子束率閾値を満たすことに応じて前記第２の電圧を除去し前記第１の電圧を前記ゲート電極に印加し、前記検出器ピクセルへの入射光子を前記光子のエネルギーを示す対応信号に変換するために前記ピクセルの直接変換材料のおよそ全体を利用するステップとを有する、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ゲート電極が前記陽極層と同じ前記ピクセルの面内に位置しない、請求項１８乃至２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
ゲート電極を含み、ピクセルの陰極と陽極の間に配置される直接変換材料を伴う少なくとも一つの検出器ピクセルを持つ直接変換検出器で、高光子束率に対して光子を検出する方法であって、
第１の電圧を前記陰極に印加するステップであって、前記第１の電圧が前記ゲート電極に印加される電圧と等しくなく、前記第１の電圧が、前記検出器ピクセルへの入射光子を前記光子のエネルギーを示す対応信号に変換するために前記直接変換材料のおよそ全体を使用させる、ステップと、
前記信号に基づいて所定時間間隔において検出される光子の数をカウントするステップと、
前記カウントした光子の数と前記所定時間間隔に基づいて計数率を決定するステップと、
前記決定した計数率を高光子束率閾値と比較するステップと、
前記決定した計数率が前記高光子束率閾値を満たすことに応じて前記第１の電圧を除去し第２の電圧を前記陰極に印加するステップであって、前記第２の電圧が前記ゲート電極に印加される電圧におよそ等しく、前記第２の電圧が、前記検出器ピクセルへの入射光子を前記光子のエネルギーを示す対応信号に変換するために前記直接変換材料の全体未満を使用させる、ステップとを有する方法。
【請求項２３】
前記第１の電圧から前記第２の電圧へスイッチするときに光子を変換するために使用される前記直接変換材料の量の減少が前記計数率におけるそれより大きな非線形減少に対応する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ゲート電極に印加される前記第２の電圧で前記所定時間間隔において検出される光子の数をカウントするステップと、
前記カウントした光子の数と前記所定時間間隔に基づいて計数率を決定するステップと、
前記決定した計数率を低光子束率閾値と比較するステップと、
前記決定した計数率が前記低光子束率閾値を満たすことに応じて、前記第２の電圧を除去し前記第１の電圧を前記陰極に印加し、前記検出器ピクセルへの入射光子を前記光子のエネルギーを示す対応信号に変換するために前記ピクセルの直接変換材料のおよそ全体を使用するステップとを有する、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ゲート電極が前記陽極層と同じ前記ピクセルの面内に位置しない、請求項２２乃至２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
電離放射線を放出する放射線源と、
前記電離放射線を検出する少なくとも一つの直接変換検出器ピクセルを含む検出器アレイとを有するイメージングシステムであって、当該ピクセルが、
陰極層と、
前記検出器ピクセルの各々に対する陽極電極を含む陽極層と、
前記陰極層と前記陽極層の間に配置される直接変換材料であって、前記直接変換材料において吸収される前記電離放射線の光子を前記吸収した光子のエネルギーを示す電気信号に変換する直接変換材料と、
前記陰極層と前記陽極層に平行に、前記陰極層と前記層電極の間に、前記直接変換材料内に配置されるゲート電極とを有する、
イメージングシステム。
【請求項２７】
前記ゲート電極と電気的に連通するピクセル電圧制御器をさらに有し、前記ピクセル電圧制御器が、検出光子束率に基づいてイメージングスキャン中に前記ゲート電極に二つの異なる電圧の一方を選択的に印加するように構成され、前記ピクセルの少なくとも一つを低光子束率モードと高光子束率モードの間でスイッチする、請求項２６に記載のイメージングシステム。
【請求項２８】
前記ゲート陰極層と電気的に連通する陰極層電圧制御器をさらに有し、前記陰極層電圧制御器が、検出光子束率に基づいてイメージングスキャン中に前記陰極層に二つの異なる電圧の一方を選択的に印加するように構成され、前記ピクセルの少なくとも一つを低光子束率モードと高光子束率モードの間でスイッチする、請求項２６に記載のイメージングシステム。
【請求項２９】
前記第１の電圧から前記第２の電圧へスイッチするときに光子を変換するために使用される前記直接変換材料の量における減少が前記計数率におけるそれより大きな非線形減少に対応する、請求項２６乃至２８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下は概して直接変換光子計数検出器に関し、特にコンピュータ断層撮影（ＣＴ）への応用について記載されるが、以下は他のイメージングモダリティにも適している。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナは固定ガントリに回転可能に取り付けられる回転ガントリを含む。回転ガントリはＸ線管を支持する。検出器アレイが検査領域を挟んでＸ線管の反対側に位置する。回転ガントリとＸ線管は縦軸すなわちｚ軸まわりに検査領域のまわりを回転する。Ｘ線管は検査領域を横断して検出器アレイを照射する多エネルギー電離放射線を発するように構成される。検出器アレイは放射線を検出しそれを示す信号を生成する検出器ピクセルの一次元若しくは二次元アレイを含む。各ピクセルはさらなる処理のために対応信号を伝達するために使用される読み出しチャネルと関連する。再構成器は処理信号を再構成し、検査領域を示すボリュメトリック画像データを生成する。
【０００３】
スペクトルＣＴの場合、検出器ピクセルは直接変換検出器ピクセルを含んでいた。一般に、直接変換ピクセルは陰極と陽極の間に配置される直接変換材料を含み、電圧が陰極と陽極にわたって印加される。光子は陰極を照射し、直接変換材料内の電子にエネルギーを伝達し、これは電子／正孔対を生じ、電子は陽極の方へ押し流される。陽極はそれに応じて電気信号を生じる。パルス整形回路は電気信号を処理し、検出光子のエネルギーを示すピーク振幅を持つパルスを生じる。パルス弁別器はパルスの振幅をエネルギー閾値と比較する。各閾値について、カウンタが閾値を超えるパルスの数をカウントする。エネルギービナー（ｂｉｎｎｅｒ）はカウントをエネルギー範囲にビン化し、それによって光子をエネルギー分解する。再構成器はスペクトル再構成アルゴリズムを用いてビン化信号を再構成する。
【０００４】
直接変換ピクセルは、一般的に、個別光子のエネルギーの測定が約１０ナノ秒（又は１０ＭＨｚ）かかるのでチャネルあたり１０００万カウント毎秒（１０Ｍｃｐｓ）に至るまでの光子束率を扱うことができ、これはパルス高が光子のエネルギーを示すままであるように電荷を収集するために十分な時間を提供する。チャネルあたり１０Ｍｃｐｓを超える光子束率は、現在の光子の測定が完了する前に次の光子が到着し得ると重複パルス（すなわちパルスパイルアップ）をもたらし得る。パルスが重複するとき、それらの振幅は結合するので個別パルスは結合から識別できない可能性があり、パルスのピークエネルギーは重複パルスの振幅寄与によってシフトされるので検出光子のエネルギー分布が誤り、画質を低減し得る。ＣＴにおいて、光子束率はチャネルあたり約数１００Ｍｃｐｓであり得るので、従来技術の直接変換ピクセルは診断ＣＴ応用によく適していない。
【０００５】
高光子束率に対するパルスパイルアップを軽減するための一つの提案方法がＵＳ２００７／０２９０１４２Ａ１に記載される。この公報は陽極電極が存在する面内に一つ以上のバイアス電極が製造される直接変換検出器ピクセルを記載する。一つ以上の電極の各々は陽極電極から離れて異なる距離に位置してその面内の陽極電極を囲み、非感受性検出器ボリュームを照射する光子が無視されるようにピクセルの感受性検出器ボリュームを、従って有効光子計数率を制御するために使用される。公報の図４は本明細書の図７に複製され、陽極電極７０と、陽極電極７０のまわりに陽極電極の面内に同心円を形成するバイアス電極７２、７４、及び７６を含む検出器ピクセル６８の陽極側を示す。バイアスロジック８６は流束率カウンタ１００によって決定される流束率信号１０２に基づいて三つのバイアス電極７２、７４及び７６の各々に印加される電圧９２、９４及び９６を制御する。
【０００６】
ＵＳ２００７／０２９０１４２Ａ１に開示される通り、０乃至３０Ｍｃｐｓの流束率において、ロジック８６は電圧が陽極電極７０の電圧に対して低電圧に維持されるようにバイアス電極７２、７４、７６の電圧を設定する。この場合、感受性検出器ボリュームは電極７２内の全域である。３０乃至１００Ｍｃｐｓの流束率において、ロジック８６はバイアス電極７２の電圧を陽極電極７０の電圧に設定し、感受性検出器ボリュームは電極７４内のボリュームに低減される。１００乃至３００Ｍｃｐｓの流束率において、ロジック８６はバイアス電極７４の電圧を陽極電極７０の電圧に設定し、感受性検出器ボリュームは電極７６内のボリュームに低減される。３００乃至１０００Ｍｃｐｓの流束率において、ロジック８６はバイアス電極７６の電圧を陽極電極７０の電圧に設定し、感受性検出器ボリュームは陽極電極７０のボリュームに低減される。一般的に、７２から７４へ、７６へ、７０への感受性検出器ボリュームの低減ごとに、非感受性検出器ボリュームを照射する光子がカウントされないのでチャネルあたり毎秒カウント数において対応する線形減少がある。
【０００７】
例として、ＵＳ２００７／０２９０１４２Ａ１に開示される方法で、感受性検出器ボリュームを１０％削減することは一般的にチャネルあたり毎秒光子数の１０％減少をもたらす。従って、高流束率をチャネルあたり１００Ｍｃｐｓからチャネルあたり１０Ｍｃｐｓへ（すなわち流束率の１／１０に）低減するためには、感受性検出器ボリュームが９０％削減されなければならない。このために、対応するバイアス電極が陽極電極７０に近づかなければならない。あいにく、検出器ピクセル内で陽極電極７０の近くにバイアス電極を製造することは困難であり得る。さらに、スペクトル性能及びパルス波形が変化し得る。さらに、感受性検出器ボリューム付近の非感受性検出器ボリュームにおいて散乱した光子が感受性検出器ボリュームに入る可能性があり、測定信号を歪める。上記を考慮して、高光子束率に対してパルスパイルアップを軽減するための他の方法に対する未解決の必要性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本明細書に記載の態様は上述の問題などに対処する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様において、検出器アレイは多色電離放射線の光子を検出するように構成される少なくとも一つの直接変換検出器ピクセルを含む。ピクセルは陰極層と、少なくとも一つの検出器ピクセルの各々に対する陽極電極を含む陽極層と、陰極層と陽極層の間に配置される直接変換材料と、陰極層と陽極層の間に平行に、直接変換材料内に配置されるゲート電極とを含む。
【００１０】
別の態様において、高光子束率に対して、ゲート電極を含みピクセルの陰極と陽極の間に配置される直接変換材料を伴う少なくとも一つの検出器ピクセルを持つ直接変換検出器で光子を検出する方法は、ゲート電極に第１の電圧を印加するステップを含み、第１の電圧は陰極に印加される電圧と等しくなく、第１の電圧は検出器ピクセルへの入射光子を光子のエネルギーを示す対応信号に変換するために直接変換材料のおよそ全体を使用させる。方法はさらに信号に基づいて所定時間間隔において検出される光子の数をカウントするステップを含む。方法はさらにカウントした光子の数と所定時間間隔に基づいて計数率を決定するステップを含む。方法はさらに決定した計数率を高光子束率閾値と比較するステップを含む。方法はさらに決定した計数率が高光子束率閾値を満たすことに応じて第１の電圧を除去し第２の電圧をゲート電極に印加するステップを含み、第２の電圧は陰極に印加される電圧におよそ等しく、第２の電圧は検出器ピクセルへの入射光子を光子のエネルギーを示す対応信号に変換するために直接変換材料の全体未満を使用させる。
【００１１】
別の態様において、高光子束率に対して、ゲート電極を含みピクセルの陰極と陽極の間に配置される直接変換材料を伴う少なくとも一つの検出器ピクセルを持つ直接変換検出器で光子を検出する方法は、第１の電圧を陰極に印加するステップを含み、第１の電圧はゲート電極に印加される電圧と等しくなく、第１の電圧は検出器ピクセルへの入射光子を光子のエネルギーを示す対応信号に変換するために直接変換材料のおよそ全体を使用させる。方法はさらに信号に基づいて所定時間間隔において検出される光子の数をカウントするステップを含む。方法はさらにカウントした光子の数と所定時間間隔に基づいて計数率を決定するステップを含む。方法はさらに決定した計数率を高光子束率閾値と比較するステップを含む。方法はさらに決定した計数率が高光子束率閾値を満たすことに応じて第１の電圧を除去し第２の電圧を陰極に印加するステップを含み、第２の電圧はゲート電極に印加される電圧におよそ等しく、第２の電圧は検出器ピクセルへの入射光子を光子のエネルギーを示す対応信号に変換するために直接変換材料の全体未満を使用させる。
【００１２】
別の態様において、イメージングシステムは電離放射線を放出するように構成される放射線源と、電離放射線を検出するように構成される少なくとも一つの直接変換検出器ピクセルを含む検出器アレイとを含む。ピクセルは陰極層と、検出器ピクセルの各々に対する陽極電極を含む陽極層と、陰極層と陽極電極の間に配置される、直接変換材料に吸収される電離放射線の光子を吸収光子のエネルギーを示す電気信号に変換する直接変換材料とを含む。ゲート電極が陰極層と陽極層に平行に、陰極層と層電極の間に、直接変換材料内に配置される。
【００１３】
本発明は様々な構成要素と構成要素の配置で、及び様々なステップとステップの配置で具体化し得る。図面は好適な実施形態を例示する目的に過ぎず、本発明を限定するものと解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】直接変換検出器ピクセルの一次元若しくは二次元アレイを持つ検出器アレイを含むイメージングシステム例を概略的に図示し、ピクセルの少なくとも一つはピクセルの光子計数率を制御する陰極と陽極の間に配置される直接変換材料内のゲート電極を含む。
【図２】ゲート電極電圧が直接変換検出器ピクセルのいずれの感受性検出器ボリュームを削減するためにも使用されない、低光子束率に対する検出器アレイの部分を概略的に図示する。
【図３】ゲート電極電圧がピクセルの光子計数率を制御するために直接変換検出器ピクセルの少なくとも一つの感受性検出器ボリュームを削減するために使用される、高光子束率に対する検出器アレイの部分を概略的に図示する。
【図４】図１‐３に示す構成に対し、ゲート電極が陰極と陽極の間の異なる位置に位置する検出器アレイの部分のバリエーションを概略的に図示する。
【図５】複数のゲート電極を含む検出器アレイの部分のバリエーションを概略的に図示する。
【図６】本明細書に記載の検出器アレイにかかる方法を図示する。
【図７】従来技術の直接変換検出器ピクセルを概略的に図示する。
【図８】陰極層電圧が直接変換検出器ピクセルのいずれの感受性検出器ボリュームを削減するためにも使用されない、低光子束率に対する検出器アレイの部分を概略的に図示する。
【図９】陰極層電圧がピクセルの光子計数率を制御するために直接変換検出器ピクセルの少なくとも一つの感受性検出器ボリュームを削減するために使用される、高光子束率に対する検出器アレイの部分を概略的に図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナなどのイメージングシステム１００を概略的に図示する。イメージングシステム１００は固定ガントリ１０２と、固定ガントリ１０２によって回転可能に支持される回転ガントリ１０４とを含む。回転ガントリ１０４は縦軸すなわちｚ軸まわりに検査領域１０６のまわりを回転する。イメージングシステム１００は回転ガントリ１０４によって支持され回転ガントリ１０４と共に縦軸すなわちｚ軸まわりに検査領域１０６のまわりを回転するＸ線管などの放射線源１０８をさらに含む。放射線源１０８は検査領域１０６を横断する概して扇形、くさび形、若しくは円錐形の放射ビームを生じるようにコリメータによってコリメートされる多エネルギー電離放射線を放出する。
【００１６】
イメージングシステム１００は放射線源１０８に対して検査領域１０６の反対側に角度のある円弧に対する検出器アレイ１１０をさらに含む。図示の検出器アレイ１１０は横断方向すなわちｘ方向に沿って配置される複数の一次元若しくは二次元検出器モジュール１１２を含む。この実施例において、モジュール１１２は直接変換検出器ピクセル１１４１，１１４２，１１４３，…１１４Ｍ（Ｍは１以上の整数）を含み、ピクセル１１４１‐１１４Ｍで共有される陰極層１１６、対応する個別ピクセル陽極電極１１８１，１１８２，１１８３，…１１８Ｍを伴う陽極層１１８、及びそれらの間に配置されるテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）などといった直接変換材料１２０を伴う。ピクセル１１４１，１１４２，１１４３，…１１４Ｍの各々は対応する読み出しチャネル１１９１，１１９２，１１９３，…１１９Ｍも持つ。
【００１７】
この実施例において、ゲート電極１２２は陰極層１１６と平行に、陰極層１１６と陽極層１１８の間に、モジュール１１２のピクセル１１４１‐１１４Ｍに広がる。従って、ゲート電極１２２は陽極電極１１８１‐１１８Ｍがある面内ではなくその下若しくは上（相対配向によって決まる）に位置する。ピクセル電圧制御器１２４がゲート電極１２２と電気的に連通し、ゲート電極１２２に印加される電圧を制御する。以下でより詳細に記載する通り、ゲート電圧は検出器モジュール１１２のピクセル１１４１‐１１４Ｍが、ピクセル１１４１‐１１４Ｍの各々の直接変換材料１２０のほぼ全部が光子に感受性である低光子束率モード、及びピクセル１１４１‐１１４Ｍの各々の直接変換材料１２０の選択サブ領域のみが感受性であり残りの領域は光子に非感受性である高光子束率モードにあるかどうかを決定し、直接変換材料１２０内のゲート電極１２２の位置と電圧が感受性及び非感受性検出器ボリュームを決定する。
【００１８】
図示の実施形態において、ピクセル電圧制御器１２４は所定期間にわたる光子計数率が、両方ともこの実施例においては閾値バンク１２８に記憶されるか、デフォルト、ユーザ定義などであり得る、高流束率閾値１２５若しくは低流束率閾値１２６を超えるかどうかに基づいてゲート電極１２２の電圧を制御する。高光子束率モードの場合、ゲート電極電圧は陰極層１１６とゲート電極１２２の間の領域が光子に非感受性であり、ゲート電極１２２と陽極層１１８の間の領域が光子に感受性であるように設定される。従って、ゲート電極１２２と陽極層１１８の間に吸収される光子のみが測定される（すなわちゲート電極１２２と陰極層１１６の間に吸収される光子は測定されない）。これは単位時間あたりにピクセル１１４１‐１１４Ｍの各々の読み出しチャネル１１９１‐１１９Ｍに入る電子信号の数が少なくなるようにピクセル１１４１‐１１４Ｍの各々の光子計数率を制御することを可能にする。
【００１９】
一例において、上記はパルスパイルアップを軽減し、スペクトル品質を改良する。入射光子が破棄されるので検出量子効率の減少もあり得るが、動作モード（ゲート電極１２２における電圧によって設定される）は検出量子効率が減少した高光子束率モードにおけるピクセル１１４１‐１１４Ｍの総数が検出量子効率の減少を伴わない低光子束率モードにおいて動作したピクセル１１４１‐１１４Ｍの総数よりもかなり小さくなるようにピクセルごとに及び／又はモジュールごとにスイッチされ得るので、減少した検出量子効率は顕著な影響を及ぼさない。加えて、高光子束率モードにおけるピクセル１１４１‐１１４Ｍは減少した検出量子効率が本質的に無関係である一次（非減衰）ビームにおけるピクセル又はわずかに減衰したビーム（例えば目標若しくは対象の小さな厚みを横断する光子）におけるピクセルのみであり得る。
【００２０】
さらに、ゲート電極１２２を陰極層１１６と陽極層１１８の間に置くことによって、光子束率における線形減少が達成されるだけでなく、ゲート電極１２２と陰極層１１６の間の領域において全て吸収される低エネルギー光子も無視されるので、計数率における非線形（例えば指数関数的）減少が達成され得る。結果として、高光子束率をチャネルあたり１００Ｍｃｐｓからチャネルあたり１０Ｍｃｐｓへ低減するために、感受性検出器ボリュームは図７に示す構成のように９０％削減される必要がない。代わりに、感受性検出器ボリュームは４０‐６０％削減されれば十分であり得る。従って、所与の光子束率減少に対して、ゲート電極１２２は図７の構成に対して陽極層１１８からより遠くに離れることができ、直接変換材料１２０内にゲート電極１２２を製造することをより容易にし、スペクトル性能、パルス波形、及び／又は散乱からの歪みにおける変化を軽減する。
【００２１】
前置増幅器１３０とパルス整形回路１３２はそれぞれ信号を増幅し検出光子のエネルギーを示すパルス（例えば電圧若しくは電流）を生成する。エネルギー弁別器１３４はパルスをそのピーク電圧に基づいて弁別する。この実施例において、弁別器１３４はそれぞれパルスの振幅を異なるエネルギーレベルに対応する一つ以上の閾値と比較する複数の比較器を含む。比較器は振幅がその閾値レベルを超えることに応じて出力信号（例えばハイ若しくはロー）を生成する。カウンタ１３６は各閾値に対してそれぞれ出力信号をカウントし、カウント値はピクセル電圧制御器１２４へ与えられ得る。エネルギービナー１３８はエネルギー閾値間の範囲に対応するエネルギー範囲にカウントをビン化する。ビン化データは検出光子をエネルギー分解するために使用される。
【００２２】
ピクセル電圧制御器１２４、閾値バンク１２８、前置増幅器１３０、パルス整形回路１３２、エネルギー弁別器１３４、カウンタ１３６、及び／又はエネルギービナー１３８の一つ以上は検出器アレイ１１０の電子機器、及び／又は検出器アレイ１１０から離れた電子機器において実装され得ることが理解されるものとする。
【００２３】
再構成器１４０はスペクトル及び／又は非スペクトル再構成アルゴリズムを用いてエネルギービン化信号を再構成する。カウチなどの患者支持台１４２は目標若しくは対象を検査領域１０６内で支持する。汎用コンピュータシステムがオペレータコンソール１４２として機能し、ディスプレイなどの出力装置とキーボード、マウス及び／又は同様のものなどの入力装置を含む。コンソール１４４上に常駐するソフトウェアは例えばオペレータがシステム１００の動作を制御することを可能にし、オペレータが光子計数率に基づいて低及び高光子束率モードの間で自動的にスイッチするスペクトルイメージングプロトコルを選択し、スキャンを開始することなどを可能にする。
【００２４】
図２及び３は高光子束率モードと低光子束率モードの間のスイッチングの一実施例を概略的に図示する。この実施例の場合、約マイナス１０００（−１０００）ボルトの電圧が陰極層１１６に印加され、約ゼロ（０）ボルトの電圧が陽極電極１１８に印加される。
【００２５】
この実施例において、ゲート電極１２２はピクセル１１４１‐１１４Ｍの各々の直接変換材料１２０の３０％が陰極層１１６とゲート電極１２２の間にあり、ピクセル１１４１‐１１４Ｍの各々の直接変換材料１２０の７０％がゲート電極１２２と陽極層１１８の間にあるように直接変換材料１２０内に位置する。他の実施形態において、ゲート電極１２２は計数率における所望の減少に依存して陰極層１１６若しくは陽極層１１８により近づき得る。
【００２６】
低光子束率モード（図２）において、陰極層１１６において印加される−１０００ボルトの電圧の７０％をあらわす、マイナス７００（−７００）ボルトの電圧がゲート電極１２２において印加される。一般的に、ゲートにおける電圧は電場が均一になるように設定されている。このモードにおいて、陰極層１１６と陽極層１１８の間の直接変換材料１２０の全ブロックはゲート電極１２２が直接変換材料１２０に存在しないかのように放射線に感受性であり、光子は直接変換材料１２０の全ブロック全体で吸収され、電気信号に変換され、チャネル１１９１‐１１９Ｍを介して伝達される。
【００２７】
高光子束率モード（図３）において、陰極層１１６において印加される電圧と同じマイナス１０００（−１０００）ボルトの電圧がゲート電極１２２において印加される。このモードにおいて、陰極層１１６とゲート電極１２２の間の直接変換材料１２０のブロックのサブ領域は放射線に非感受性であり、ゲート電極１２２と陽極層１１８の間の直接変換材料１２０のブロックのサブ領域は放射線に感受性である。結果として、ゲート電極１２２と陽極層１１８の間で吸収される光子のみが電気信号に変換され、これらはチャネル１１９１‐１１９Ｍを介して伝達される。
【００２８】
本明細書で簡潔に論じる通り、計数率における非線形減少は計数率が高光子束率モードにおける感受性検出器ボリュームにおける３０％パーセント減少以上減少するように達成され得る。
【００２９】
図示の実施形態において、同じゲート電極１２２がモジュール１１２におけるピクセル１１４１‐１１４Ｍの全部に対する感受性検出器ボリュームを制御するために使用される。別の例において、ゲート電極１２２はモジュール１１２のピクセル１１４１‐１１４Ｍのサブセットを制御するために使用される。別の例において、ゲート電極１２２は複数のモジュール１１２のピクセル１１４１‐１１４Ｍを制御するために使用される。別の例において、ゲート電極１２２はピクセル１１４１‐１１４Ｍの行及び／又は列を制御するために使用される。さらに別の例において、ピクセル１１４１‐１１４Ｍの各々がゲート電極１２２を含み、そこに印加される電圧は一つ以上の他のピクセルゲート電極に印加される電圧から独立して個別に制御される。
【００３０】
バリエーションが考慮される。
【００３１】
図４は図１‐３に示す構成に対してゲート電極１２２が陰極層１１６と陽極層１１８の間の異なる位置（５０％）に位置するバリエーションを概略的に図示する。本明細書で論じる通り、直接変換材料１２０内のゲート電極１２２の位置は計数率における最大達成可能所望減少を決定する。
【００３２】
図５は直接変換材料が複数のゲート電極５０２１乃至５０２Ｎを含むバリエーションを概略的に図示する。この例において、ゲート電極電圧制御器１２４は計数率を複数の対応する流束率閾値（例えばＸ及びＸ＋Ｎ）と比較し、比較の結果に基づいて複数の光子束率モードの間でスイッチし得る。
【００３３】
図８及び９はゲート電極電圧が一定に維持され、ピクセル電圧制御器若しくは他の制御器が陰極層電圧をゲート電極電圧へスイッチして低光子束率モードと高光子束率モードの間で検出器ピクセルを移行するバリエーションを示す。図２及び３の構成と異なり、このバリエーションにおいてゲート電極１２２と陽極層１１８の間の電場は増加しない。
【００３４】
さらに別の例において、ゲート電極電圧と陰極層電圧の両方が変更される。例えば、高光子束率の場合、ピクセルの状態は陰極層１１６の電圧が−１０００ボルトであり陽極電極の電圧が−７００ボルトである図２に図示の状態から、陰極層１１６の電圧と陽極電極の電圧が両方とも−８５０ボルト若しくは−１０００ボルトと−７００ボルトの間の他の電圧である（異なる電圧を含む）状態へ変化し得る。
【００３５】
図６は本明細書の実施形態及び／又は他の実施形態にかかる方法を図示する。
【００３６】
本明細書に記載の方法における動作の順序は限定するものではないことが理解されるものとする。従って、他の順序が本明細書で考慮される。加えて、一つ以上の動作が省略され得るか、及び／又は一つ以上の追加動作が含まれ得る。
【００３７】
６０２において、イメージングシステムの検出器アレイの直接変換ピクセルに対する初期光子束率モードが選択される。初期モードは低光子束率モード若しくは高光子束率モードに設定され得る。これはイメージングプロトコルを選択することによって及び／又はモードを選択することによって自動的になされ得る。
【００３８】
６０４において、イメージング手順が開始する。
【００３９】
６０６において、データが収集される。
【００４０】
６０８において、ピクセルに対する現在の光子束率が決定される。例えば、所定（例えば毎、一つおきなど）計数時間後、現在の流束率が計数時間（Ｔ）に対する登録された現在の総カウント数（Ｎ）の間の割合として計算され得る。
【００４１】
６１０において、現在の流束モードが決定される。
【００４２】
現在の流束モードが低い場合、６１２において、現在の流束率が高光子束率閾値と比較される。現在の流束率が高光子束率閾値以下である場合、動作６０６が繰り返される。それ以外、現在の流束率が高光子束率閾値よりも高い場合、６１４において流束モードが高流束モードへスイッチされ、動作６０６が繰り返される。
【００４３】
現在の流束モードが高い場合、６１６において、現在の流束率が低光子束率閾値と比較される。現在の流束率が低光子束率閾値以上である場合、動作６０６が繰り返される。それ以外、現在の流束率が低光子束率閾値よりも低い場合、６１６において流束モードが低流束モードへスイッチされ、動作６０６が繰り返される。
【００４４】
この方法はシステム１００（例えばピクセル電圧制御器１２４及び／又は他の構成要素）が一つのモードから別のモードへスイッチするときを決定することを可能にする。しかしながら、モードは付加的に若しくは代替的にユーザによって手動でスイッチされることができる。
【００４５】
変化しない放射線照射条件に対して、高流束率モードにおいて登録されるカウント数（Ｒ２）と低流束率モードにおいて登録されるカウント数（Ｒ１）の間の比率（Ｒ）は１未満である（すなわちＲ＝（Ｒ２）／（Ｒ１）＜１）。理想的に、Ｒ１＊Ｒ＝Ｒ２である。しかしながら、この条件に基づいて実施されるスイッチングは流束率における小さな変動及び／又はポアソンノイズに感受性であり得る。従って、低光子束率閾値がＲ２'でありＲ２'＝Ｈ＊Ｒ２であり、例えば０≦Ｈ≦０．８であるようなヒステリシスが追加され得る。
【００４６】
別の方法において、スキャナにおける全ゲートの状態がガントリの各位置に対する予測流束の推定に基づいて例えば一つ若しくは二つのサーベイスキャンに基づいて所与のスキャンに対して予め推定される。これはピクセルごと若しくはモジュールごとになされ、例えばモジュールあたり１６×３２ピクセルが存在する。この例において、光子束率モードはスキャン中に、ただしスキャン前に決定される方法でスイッチする。
【００４７】
上記方法はシステム１００（例えばピクセル電圧制御器１２４及び／又は他の構成要素）が一つのモードから別のモードへスイッチするときを決定することを可能にする。しかしながら、モードは付加的に若しくは代替的にユーザによって手動でスイッチされることができる。
【００４８】
上記は一つ以上のプロセッサに様々な動作並びに／或いは他の機能及び／又は動作を実行させる物理メモリなどのコンピュータ可読記憶媒体上にエンコード若しくは具体化される一つ以上のコンピュータ可読命令を実行する一つ以上のプロセッサを介して実現され得る。付加的に若しくは代替的に、一つ以上のプロセッサは信号若しくは搬送波などの一時的媒体によって保持される命令を実行し得る。
【００４９】
本発明は好適な実施形態に関して記載されている。先の詳細な説明を読んで理解することで修正及び変更が想到され得る。本発明はかかる修正及び変更が添付の請求項若しくはその均等物の範囲内にある限り全て含むものと解釈されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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