(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光子計数マルチビンＸ線検知器（２０）からの画像データに基づく画像再構成の方法であって、
−  測定されたＸ線スペクトルに基づいて測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組と、以前に取得された基準Ｘ線スペクトルまたはシミュレートされたＸ線スペクトルに基づく基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組の間の当てはめプロシージャに基づいて、前記Ｘ線検知器の読出し系統の電圧で表現されている比較器設定と、エネルギで表現されている対応するエネルギ閾値との間の関係の、所与の関数形式のパラメータ（複数可）を決定するステップ（Ｓ１）と、前記当てはめプロシージャが前記基準スペクトルと前記測定されたスペクトルとの間に遂行され、
画像診断法に関連したＸ線源（１０）の広範なＸ線スペクトルが、計数の累積スペクトルを比較器電圧の関数として取得するために使用され、前記測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組が、前記取得された計数の累積スペクトルに基づくものであり、
−  前記画像データおよび前記決定されたパラメータ（複数可）に基づいて画像再構成を遂行するステップ（Ｓ２）とを備える方法。
【請求項２】
前記決定されたパラメータ（複数可）が、前記画像再構成プロシージャにおいて調節のために使用される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基準パルス高スペクトルがエネルギの単位で表現され、前記測定されたパルス高スペクトルが電圧の単位で表現される請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記当てはめプロシージャが、前記シミュレーションにおける物理的検知器特性を考慮に入れて、測定された累積Ｘ線スペクトルとシミュレートされた累積Ｘ線スペクトルの間で遂行される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
測定された累積Ｘ線スペクトルと以前に取得された累積Ｘ線スペクトルの間で前記当てはめプロシージャが遂行される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組が、測定された累積Ｘ線スペクトルの微分されたバージョンに対応し、前記基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組が、累積基準Ｘ線スペクトルの微分されたバージョンに対応する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
測定された累積Ｘ線スペクトルと、対応する累積基準Ｘ線スペクトルとが微分され、前記微分された、測定された累積Ｘ線スペクトルと、前記微分された、累積基準Ｘ線スペクトルとの間で当てはめプロシージャが遂行される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
測定点の数およびそれらの電圧の設定が、対応する微分されたＸ線スペクトルがそれぞれの検知ビンの計数のヒストグラムであるように選択され、前記パラメータ（複数可）が、前記Ｘ線検知器の前記読出し系統の複数のチャネルおよび対応する基準のヒストグラム・データの各々について、ヒストグラム・データに基づいて決定される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記パラメータ（複数可）が、前記測定されたパルス高スペクトルの電圧ＵｉをＵｉ＝ｆ（Ｅｉ；ｐｉ）に従って前記基準パルス高スペクトルのエネルギＥｉに関連づける１つまたは複数のパラメータの配列ｐｉを含み、ｆは所与の関数であり、下付き添字ｉが読出しチャネルを示す請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記パラメータが、利得ｇｉおよびオフセットｍｉを含み、前記測定されたパルス高スペクトルの電圧ＵｉをＵｉ＝ｇｉＥｉ＋ｍｉに従って前記基準パルス高スペクトルの前記エネルギＥｉに関連づけ、前記下付き添字ｉが読出しチャネルを示す請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記Ｘ線検知器（２０）の前記読出し系統の複数のチャネルの各々について前記当てはめプロシージャが遂行される請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法を遂行するように構成されている画像再構成システム（１００、２００、３００）。
【請求項１３】
光子計数マルチビンＸ線検知器（２０）からの画像データに基づく画像再構成のための装置（１００、２００、３００）であって、
前記装置（１００、２００、３００）は、測定されたＸ線スペクトルに基づいて測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組と、以前に取得された基準Ｘ線スペクトルまたはシミュレートされたＸ線スペクトルに基づく基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組の間の当てはめプロシージャに基づいて、前記Ｘ線検知器の読出し系統の電圧で表現されている割り当てられた比較器設定と、エネルギで表現されている対応するエネルギ閾値との間の関係の、所与の関数形式のパラメータを決定するように構成されており、前記当てはめプロシージャが前記基準スペクトルと前記測定されたスペクトルとの間に遂行され、
画像診断法に関連したＸ線源（１０）の広範なＸ線スペクトルが、計数の累積スペクトルを比較器電圧の関数として取得するために使用され、前記測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組が、前記取得された計数の累積スペクトルに基づくものであり、
前記装置（１００、２００、３００）は、前記画像データおよび前記決定されたパラメータに基づいて画像再構成を遂行するように構成されている装置（１００、２００、３００）。
【請求項１４】
前記装置がプロセッサ（１１０、２１０）および記憶装置（１２０、２２０）を備え、前記記憶装置が前記プロセッサによって実行可能な命令を備え、それによって、前記プロセッサが前記パラメータを決定して前記画像再構成を遂行するように働く請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
光子計数マルチビンＸ線検知器（２０）とともに使用するためのコンピュータ・プログラム（２２５、２３５）であって、前記コンピュータ・プログラム（２２５、２３５）が命令を備え、この命令が少なくとも１つのプロセッサ（１１０、２１０）によって実行されたとき、前記少なくとも１つのプロセッサが、
−  測定されたＸ線スペクトルに基づいて測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組と、以前に取得された基準Ｘ線スペクトルまたはシミュレートされたＸ線スペクトルに基づく基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組の間の当てはめプロシージャに基づいて、前記Ｘ線検知器の読出し系統の電圧で表現されている割り当てられた比較器設定と、エネルギで表現されている対応するエネルギ閾値との間の関係の、所与の関数形式のパラメータを決定し、前記当てはめプロシージャが前記基準スペクトルと前記測定されたスペクトルとの間に遂行され、
画像診断法に関連したＸ線源（１０）の広範なＸ線スペクトルが、計数の累積スペクトルを比較器電圧の関数として取得するために使用され、前記測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組が、前記取得された計数の累積スペクトルに基づくものであり、
−  前記Ｘ線検知器からの画像データおよび前記決定されたパラメータに基づいて画像再構成を遂行するコンピュータ・プログラム（２２５、２３５）。
【請求項１６】
請求項１５に記載のコンピュータ・プログラムが記憶されているコンピュータ可読媒体（２２０、２３０）を備えるコンピュータ・プログラム製品。
【請求項１７】
光子計数Ｘ線検知器からの画像データに基づく画像再構成を支援するための装置（３００）であって、
−  測定されたＸ線スペクトルに基づいて測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組と、以前に取得された基準Ｘ線スペクトルまたはシミュレートされたＸ線スペクトルに基づく基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組の間の当てはめプロシージャに基づいて、前記Ｘ線検知器の読出し系統の電圧で表現されている割り当てられた比較器設定と、エネルギで表現されている対応するエネルギ閾値との間の関係の、所与の関数形式のパラメータを決定するための決定モジュール（３１０）と、前記当てはめプロシージャが前記基準スペクトルと前記測定されたスペクトルとの間に遂行され、
画像診断法に関連したＸ線源（１０）の広範なＸ線スペクトルが、計数の累積スペクトルを比較器電圧の関数として取得するために使用され、前記測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組が、前記取得された計数の累積スペクトルに基づくものであり、
−  前記求められたパラメータに基づく前記画像再構成プロシージャの調節を可能にするために、前記求められたパラメータを画像再構成システムに出力するための出力モジュール（３２０）とを備える装置（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
提案される技術は、一般に、Ｘ線撮像ならびに対応する撮像再構成および撮像タスクに関するものである。詳細には、提案される技術は、光子計数マルチビン（ｍｕｌｔｉ−ｂｉｎ）Ｘ線検知器からの画像データに基づく画像再構成の方法、画像再構成のための対応する撮像再構成システムおよび装置、対応するコンピュータ・プログラムおよびコンピュータ・プログラム製品、ならびに光子計数Ｘ線検知器からの画像データに基づく画像再構成を支援するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線撮像などの放射線撮像は、長期にわたって医療用途および非破壊試験に使用されている。
【０００３】
通常、Ｘ線撮像システムは、Ｘ線源と、複数の検知素子から成るＸ線検知器とを含む。Ｘ線源がＸ線を放射し、Ｘ線は、撮像される対象または目的物を通り抜け、次いで検知器によって記録される。いくつかの材質は、他のものよりもＸ線を吸収する割合が大きいので、対象または目的物の画像が形成される。
【０００４】
直接変換のエネルギ感知可能なマルチビン検知器の電子的読出し系統では、相互作用するＸ線量子が電圧パルスを発生し、電圧パルスの高さは、入射するＸ線量子によってセンサに蓄積されたエネルギに比例する。この高さが、多数の比較器において、調整可能な電圧設定と比較される。これら比較器の設定は、大抵の場合は示された閾値であり、隣接した閾値間の電圧範囲が、いわゆるビンを定義する。Ｘ線が、特定のビンの範囲に入る電圧パルスをもたらすエネルギを蓄積したとき、対応するカウンタが増加され、このようにして光子計数マルチビン検知器におけるエネルギ情報が抽出される。
【０００５】
しかしながら、光子計数マルチビン検知器に基づくＸ線撮像システムには、依然として、再構成された画像におけるアーチファクトの欠点があり、スペクトル・データの材質ごとの分解（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｂａｓｉｓ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）も困難にしている。
【０００６】
したがって、Ｘ線撮像などの放射線撮像を改善することの一般的な需要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
画像再構成の改善された方法を提供することが目的である。
【０００８】
改善された画像再構成システムを提供することも目的である。
【０００９】
画像再構成のための装置を提供することが、別の目的である。
【００１０】
光子計数マルチビンＸ線検知器とともに使用するためのコンピュータ・プログラムを提供することが、さらに別の目的である。
【００１１】
対応するコンピュータ・プログラム製品を提供することが、さらに別の目的である。
【００１２】
光子計数Ｘ線検知器からの画像データに基づく画像再構成を支援するための装置を提供することも目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これらおよび他の目的は、提案された技術の実施形態によって達成される。
【００１４】
第１の態様によれば、光子計数マルチビンＸ線検知器からの画像データに基づく画像再構成の方法が提供される。この方法は、
−  測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組と基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組の間の当てはめプロシージャ（ｆｉｔｔｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）に基づいて、Ｘ線検知器の読出し系統の電圧で表現されている比較器設定と、エネルギで表現されている対応するエネルギ閾値との間の関係の、所与の関数形式のパラメータ（複数可）を決定することと、
−  画像データおよび決定されたパラメータ（複数可）に基づいて画像再構成を遂行することとを備える。
【００１５】
第２の態様によれば、上記の方法を遂行するように構成された画像再構成システムが提供される。
【００１６】
第３の態様によれば、光子計数マルチビンＸ線検知器からの画像データに基づく画像再構成のための装置が提供される。この装置は、測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組と基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組の間の当てはめプロシージャに基づいて、Ｘ線検知器の読出し系統の電圧で表現されている割り当てられた比較器設定と、エネルギで表現されている対応するエネルギ閾値との間の関係の、所与の関数形式のパラメータを決定するように構成されている。この装置は、画像データおよび決定されたパラメータに基づいて画像再構成を遂行するようにさらに構成されている。
【００１７】
第４の態様によれば、光子計数マルチビンＸ線検知器とともに使用するためのコンピュータ・プログラムが提供される。このコンピュータ・プログラムが命令を備え、この命令が少なくとも１つのプロセッサによって実行されたとき、少なくとも１つのプロセッサが、
−  測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組と基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組の間の当てはめプロシージャに基づいて、Ｘ線検知器の読出し系統の電圧で表現されている割り当てられた比較器設定と、エネルギで表現されている対応するエネルギ閾値との間の関係の、所与の関数形式のパラメータを決定して、
−  Ｘ線検知器からの画像データおよび決定されたパラメータに基づいて画像再構成を遂行する。
【００１８】
第５の態様によれば、上記に定義されたようなコンピュータ・プログラムが記憶されているコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータ・プログラム製品が提供される。
【００１９】
第６の態様によれば、光子計数Ｘ線検知器からの画像データに基づく画像再構成を支援するための装置が提供される。この装置は、測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組と基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組の間の当てはめプロシージャに基づいて、Ｘ線検知器の読出し系統の電圧で表現されている割り当てられた比較器設定と、エネルギで表現されている対応するエネルギ閾値との間の関係の、所与の関数形式のパラメータを決定するための決定モジュールを備える。この装置は、決定されたパラメータに基づく画像再構成プロシージャの調節を可能にするために、決定されたパラメータを画像再構成システムに出力するための出力モジュールも備える。
【００２０】
このように、効率がよく高品質の画像再構成が達成されることができる。例として、決定されたパラメータ（複数可）は、たとえば、正確な材質ごとの分解および／またはアーチファクト低減を可能にするための、画像再構成プロシージャにおける調節のために使用されてよい。これは、たとえばスペクトルのコンピュータ断層撮影に重要であろう。
【００２１】
詳細な説明を読み取れば、他の利点が理解されるであろう。
【００２２】
各実施形態は、それらのさらなる目的および利点とともに、添付図面とともに解釈される以下の説明を参照することによって最もよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一実施形態による、光子計数マルチビンＸ線検知器からの画像データに基づく画像再構成の方法の一例を示す概略流れ図である。
【図２】Ｘ線撮像システムの一例を示す概略図である。
【図３】いくつかのエネルギ閾値を有する光子計数検知器の一例を示す概略図である。
【図４】異なるエネルギの単色線を用いた複数のｓ字曲線走査から決定された利得値が、チャネル間で異なる様子を示す一例の、エラーバーが統計的不確実性を示す概略図である。
【図５】異なるエネルギの単色線を用いた複数のｓ字曲線走査から決定されたオフセット値が、チャネル間で異なる様子を示す一例の概略図である。
【図６】単色ソースの閾値走査の結果の一例を示す概略図である。
【図７】３つの異なる深さのセグメントで得られた、蓄積されたエネルギの累積的な（積分された）スペクトルの一例を示す概略図である。
【図８】特定の測定された蓄積パルス高スペクトルおよび対応する３つのセグメントに対して当てはめられたモデルの一例を示す概略図である。
【図９】パイルアップ効果の有／無における、蓄積されたエネルギの累積的な（積分された）スペクトルの一例を示す概略図である。
【図１０】０．１ｋｅｖの系統的不確実性に関して評価された、走査ステップごとの測定時間の関数として閾値の不確実性の一例を示す概略図である。
【図１１】一実施形態による画像再構成のためのシステム／装置の一例を示す概略図である。
【図１２】一実施形態によるコンピュータ実装形態の一例を示す概略図である。
【図１３】一実施形態によるコンピュータの流れ図の一例を示す概略図である。
【図１４】画像再構成を支援するための装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図面の全体にわたって、同一の参照指示は、類似の要素または相当する要素に対して使用される。
【００２５】
図１は、一実施形態による、光子計数マルチビンＸ線検知器からの画像データに基づく、画像再構成の方法の一例を示す概略流れ図である。
【００２６】
この方法は、基本的に以下のステップを備える。
【００２７】
ステップＳ１：測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組と基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組の間の当てはめプロシージャに基づいて、Ｘ線検知器の読出し系統の電圧で表現されている比較器設定と、エネルギで表現されている対応するエネルギ閾値との間の関係の、所与の関数形式のパラメータ（複数可）を決定する。
【００２８】
ステップＳ２：画像データおよび決定されたパラメータ（複数可）に基づいて画像再構成を遂行する。
【００２９】
このように、効率がよく高品質の画像再構成が達成されることができる。例として、決定されたパラメータ（複数可）は、たとえば、正確な材質ごとの分解および／またはアーチファクト低減を可能にするための、画像再構成プロシージャにおける調節のために使用されてよい。これは、たとえばスペクトルのコンピュータ断層撮影に重要であろう。決定されたパラメータ（複数可）は、たとえば材質ごとの分解の方法および／またはアーチファクト低減のための方法を含む任意の適切な従来の画像再構成プロシージャとともに使用されてよい。
【００３０】
本発明のより優れた理解のために、Ｘ線撮像システムの限定されない例について概説することが役に立つであろう。
【００３１】
図２の例に示されるように、Ｘ線撮像システムは、Ｘ線を放射するＸ線源１０と、目的物を通り抜けた後のＸ線を検知するＸ線検知器２０と、検知器から未加工の電気信号を処理してデジタル化するアナログ処理回路３０と、測定データに対して、補正を適用すること、それを一時的に記憶すること、またはフィルタリングなどのさらなる処理動作を実行することができるデジタル処理回路４０と、処理されたデータを記憶して、さらなる後処理および／または画像再構成を遂行することができるデジタル・コンピュータ５０とを備える。全体の検知器は、Ｘ線検知器２０、または関連するアナログ処理回路３０と組み合わされたＸ線検知器２０と見なされてよい。デジタル処理回路４０および／またはコンピュータ５０を含むデジタル部分は、Ｘ線検知器からの画像データに基づいて画像再構成を遂行する画像再構成システム１００／２００と見なされてよい。したがって、画像再構成システム１００／２００は、コンピュータ５０と見なされてよく、あるいはデジタル処理回路４０とコンピュータ５０の組み合わされたシステムと見なされてよく、または場合により、デジタル処理回路が画像再構成用にさらに特殊化されている場合には、単独でデジタル処理回路４０と見なされてもよい。
【００３２】
特定の例において、検知器は、関連するアナログ処理電子回路とともに図３に示されているような光子計数検知器である。この例では、検知器２０は逆バイアスがかかった光ダイオードを含み、ここで光子が相互作用して電流パルスを発生し、電流パルスは、所望のパルス波形を達成するために、増幅器によって増幅され、フィルタによってさらに処理される。次いで、それぞれのパルスが、比較器を使用してＮ個の閾値Ｔ１、．．．、ＴＮと比較され、復号回路が、比較器出力信号を処理して、いくつかのカウンタのうち、パルス高よりも小さい最大の閾値に対応するものを増加させる。このように、入射するＸ線スペクトルは、それぞれがそのビンに記録された光子の数を数える１つのカウンタを有するＮ個のエネルギ・ビンに分割される。カウンタ値が、検知器から読み出される未加工データを形成し、場合により、デジタル処理回路におけるさらなる処理の後に、コンピュータによって記憶される。
【００３３】
示されるように、提案された技術は、Ｘ線検知器の読出し系統の電圧で表現された比較器設定と、対応するエネルギ閾値との間の関係の、所与の関数形式のパラメータ（複数可）を提供するものである。次いで、もたらされるパラメータ（複数可）は、次の画像再構成プロシージャにおいて使用されてよい。
【００３４】
提案された技術は、このように、閾値設定と対応するエネルギとの間のマッピングに、部分的に関するものである。
【００３５】
例として、基準パルス高スペクトルはエネルギの単位で表現されてよく、測定されたパルス高スペクトルは電圧の単位で表現されてよい。
【００３６】
特定の例において、測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組は、測定されたＸ線スペクトルに基づくものであり、基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組は、以前に取得された基準Ｘ線スペクトルまたはシミュレートされたＸ線スペクトルに基づくものである。
【００３７】
たとえば、当てはめプロシージャは、シミュレーションにおける物理的検知器特性を考慮に入れて、測定された蓄積Ｘ線スペクトルとシミュレートされた蓄積Ｘ線スペクトルの間で遂行されてよい。
【００３８】
あるいは、たとえば測定された蓄積Ｘ線スペクトルと以前に取得された蓄積Ｘ線スペクトルの間で当てはめプロシージャが遂行されてよい。
【００３９】
特定の例において、測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組は、測定された蓄積Ｘ線スペクトルの微分されたバージョンに対応し、蓄積基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組は、蓄積基準Ｘ線スペクトルの微分されたバージョンに対応する。
【００４０】
たとえば測定された蓄積Ｘ線スペクトルと、対応する基準の蓄積Ｘ線スペクトルとは微分されてよく、次いで、微分された、測定された蓄積Ｘ線スペクトルと、微分された、蓄積基準Ｘ線スペクトルとの間で当てはめプロシージャが遂行されてよい。
【００４１】
任意選択で、測定点の数およびそれらの電圧の設定は、対応する微分されたＸ線スペクトルがそれぞれの検知ビンの計数のヒストグラムであるように選択され、パラメータ（複数可）は、Ｘ線検知器の読出し系統の複数のチャネルおよび対応する基準のヒストグラム・データの各々について、ヒストグラム・データに基づいて決定される。
【００４２】
例として、画像診断法に関連したＸ線源の広範なＸ線スペクトルが、計数の蓄積スペクトルを比較器電圧の関数として取得するために使用され、測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組は、取得された、計数の蓄積スペクトルに基づくものである。
【００４３】
Ｘ線検知器の読出し系統の電圧で表現された比較器設定と、対応するエネルギ閾値との間の関係の関数形式のパラメータ（複数可）に関しては、様々な選択肢がある。
【００４４】
例として、パラメータ（複数可）は、測定されたパルス高スペクトルの電圧Ｕｉに関する１つまたは複数のパラメータの配列ｐｉを含んでよく、基準のパルス高スペクトルのエネルギＥｉは次式によるものであり、
Ｕｉ＝ｆ（Ｅｉ；ｐｉ）
ここでｆは所与の関数であって、下付き添字ｉは特定の読出しチャネルを示す。
【００４５】
一例として、パラメータは、測定されたパルス高スペクトルの電圧Ｕｉに関連する利得ｇｉおよびオフセットｍｉを含んでよく、基準のパルス高スペクトルのエネルギＥｉは次式によるものであり、
Ｕｉ＝ｇｉＥｉ＋ｍｉ
ここで下付き添字ｉは読出しチャネルを示す。
【００４６】
たとえば、Ｘ線検知器の読出し系統の複数のチャネルの各々について、当てはめプロシージャが遂行されてよい。
【００４７】
以下で、提案された技術が、様々な限定されない例を参照しながら説明されることになる。しかしながら、本発明がそれに限定されないことを理解されたい。
【００４８】
論じられたように、直接変換のエネルギ感応性マルチビン検知器の電子的読出し系統では、相互作用するＸ線量子が電圧パルスを発生し、電圧パルスの高さは、入射するＸ線量子によってセンサに蓄積されたエネルギに比例する。この高さが、多数の比較器において、調整可能な電圧と比較される。これらの比較器は示された閾値であり、隣接した閾値間の電圧範囲がビンを定義する。Ｘ線が、特定のビンの範囲に入る電圧パルスをもたらすエネルギを蓄積したとき、対応するカウンタが増加され、このようにして光子計数マルチビン検知器におけるエネルギ情報が抽出される。
【００４９】
調整可能な比較器すなわち閾値は、ミリボルトの単位で設定される。センサにおける（一般的には３０〜１４０ｋｅｖの範囲の）同一の蓄積されたエネルギに対して、電子部品の不均等性が、ミリボルトにおいてわずかに異なるパルス高をもたらす。一般的には、各チャネルは、ｋｅＶの単位の蓄積されたエネルギとパルス高の間の直線関係を示す。したがって、チャネルｉについては、蓄積されたエネルギＥ（ｋｅｖ）がＵｉ（ｍＶ）のピーク振幅をもたらすと考えられ、ここで、
（１）  Ｕｉ＝ｇｉＥ＋ｍｉ
であって、ｇｉ（ｍｖ／ｋｅｖ）はチャネルｉの利得であり、ｍｉ（ｍＶ）はチャネルｉのオフセットである。式（１）の関数形式はＥにおいて線形であるが、関係の異なる関数形式を割り当てることは、小さく些細なステップでしかなく、本明細書で示された方法、結果、および特許請求の範囲は、他のパラメータ化された関数形式に対して同様に有効であることが理解される。
【００５０】
利得およびオフセットは、図４と図５で示されたようにチャネル間で異なることができる。たとえばＣ．Ｘｕらの「Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｓｅｃｏｎｄ−ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｕｌｔｒａ−ｆａｓｔ  ｅｎｅｒｇｙ−ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ＡＳＩＣ  ｆｏｒ  ｐｈｏｔｏｎ−ｃｏｕｎｔｉｎｇ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ＣＴ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、ｖｏｌ．６０、ｎｏ．１、４３７〜４４５頁、２０１３年２月が参照されることができる。チャネルｉにＥを蓄積するイベントは、パルス振幅Ｕｉをもたらす一方で、チャネルｊでは振幅Ｕｊが得られる。内部閾値ＴがＵｉ＜Ｔ＜ＵｊまたはＵｊ＜Ｔ＜Ｕｉのように配置されている場合、同一エネルギの光子が、異なるチャネル（画素位置）において異なるビンの信号をもたらすことになる。これは再構成された画像のリング・アーチファクトをもたらし、また、スペクトル・データの材質ごとの分解を困難にするはずである。
【００５１】
リング・アーチファクト
リング・アーチファクトを除去するための方法の１つには、サイノグラム（ｓｉｎｏｇｒａｍ）または再構成された画像の後処理を用いるものがあり、本質的には、アルゴリズムは、縞または円を検索して、このように識別された画素に対して何らかの補正方式を適用するものである。低減するための別の方法には、アフィン変換を使用して、ビンの中の未加工の計数を「再編成する」ものがある。これは、たとえば参考文献の、Ｍ．Ｐｅｒｓｓｏｎ  ａｎｄ  Ｈ．Ｂｏｒｎｅｆａｌｋ、「Ａ  Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ  ｆｏｒ  Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ  Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｃｏｕｎｔｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  ＣＴ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ、ｖｏｌ．３１、ｎｏ．１０、１８６１〜１８７４頁、２０１２年１０月に説明されている。この方法は、（後処理方法のように相対的なコントラスト変化の検索が遂行されることがないので）より直接的である一方で、Ｘ線スペクトルの形状、組織の組合せおよび厚さの多数の組合せについて、すべてのチャネルの相対スペクトル感度が決定される、といった過度の較正の測定、または、それぞれのチャネルについてｋｅｖの単位の閾値の正確な情報を必要とする方法を必要とする。後者の情報を利用すると、スペクトル感度（すなわちそのビンにわたる計数の分布）が、撮像システムの一般的ないわゆる順モデルを使用して導出されることができ、線減衰係数の分布μ（ｒ；Ｅ）を有する目的物を通過した後の、ビンｋにおいて予期される計数の数λｋは、次式で示される。
【数１】
0006495450.tif 000002
【００５２】
式（２）において、ｒは位置ベクトルであり、｛Ｔｋ｝はｋｅｖの単位の閾値の組であり、φ（Ｅ）はＸ線スペクトル（単位エネルギ当たりの光子の数）であり、Ｒ（Ｅ，Ｅ’）は、検知器のエネルギ応答関数である（Ｒ（Ｅ，Ｅ’）は、エネルギＥの入射Ｘ線光子が検知器にエネルギＥ’を蓄積する確率を示す）。Ｎ０は、検知素子ｘ’の方へ回転角θで向けられる減衰されていないフルエンスである。詳細は、参考文献の、Ｅ．Ｒｏｅｓｓｌ  ａｎｄ  Ｒ．Ｐｒｏｋｓａ、「Ｋ−ｅｄｇｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｉｎ  ｘ−ｒａｙ  ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｕｓｉｎｇ  ｍｕｌｔｉ−ｂｉｎ  ｐｈｏｔｏｎ  ｃｏｕｎｔｉｎｇ  ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」、Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．５２（２００７）４６７９〜４６９６に見いだされることができる。
【００５３】
材質ごとの分解
エネルギ分解されたＣＴに適用される基底分解法では、目標は、それぞれのボクセルＶ（ｒ）の含量を、柔組織含量、骨含量および脂質含量へと分類することであることができる。そのような分類は、モンテカルロ法に基づく線量計画プログラムにとって有益になることができ、放射線治療の目的のための線量計画を改善する可能性を有する。
【００５４】
やはり当業者に周知の、基底分解の第２の使用法には、それぞれのボクセルの線減衰係数の全体のエネルギ依存性を再構成することがある。
【００５５】
標準的なエネルギ積分ＣＴは、それぞれのボクセルにおいて線減衰係数をいくらかの平均エネルギ
【数２】
0006495450.tif 000003
に再構成するが、μ（ｒ；Ε）が、
（３）  μ（ｒ；Ε）＝α１（ｒ）ｆ１（Ｅ）＋α２（ｒ）ｆ２（Ｅ）
と、２つ以上の既知のエネルギ・ベースの分離可能な線形結合として書かれる式が、線積分Ａｉ＝∫αｉｄｓに対する最大尤推定法（ＭＬ）の解を展開するために、順モデル（２）に使用されることができ、すなわち
【数３】
0006495450.tif 000004
となり、ここで｛ｍｉ｝はビンｉ＝１、．．．、Ｎに記録された計数であり、λｉは順モデル（２）からのものである。
【００５６】
すべての角度θおよび検知器位置ｔについて
【数４】
0006495450.tif 000005
が決定された後に、ＭＬ推定
【数５】
0006495450.tif 000006
および
【数６】
0006495450.tif 000007
を生成するために（断層撮影法において）逆ラドン変換を実施することにより、αｉが決定されることができる。この方法は、たとえばＥ．Ｒｏｅｓｓｌ  ａｎｄ  Ｒ．Ｐｒｏｋｓａ、「Ｋ−ｅｄｇｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｉｎ  ｘ−ｒａｙ  ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｕｓｉｎｇ  ｍｕｌｔｉ−ｂｉｎ  ｐｈｏｔｏｎ  ｃｏｕｎｔｉｎｇ  ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」、Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．５２、（２００７）、４６７９〜４６９６といった参考文献によく説明されており、線減衰係数の全エネルギ特性記述をもたらす。
【数７】
0006495450.tif 000008
【００５７】
式（５）の表現μ＊（ｒ；Ε）は、たとえば表示エネルギＥ”を選択して式（４）に挿入することにより、合成した単一エネルギの画像を表示するために使用されることができる。これは、コントラスト強調のための普及している方法あって、いくつかのＣＴ製造業者のワーク・ステーションにおいて実施されている。
【００５８】
正確な材質分解のためにＭＬ法が使用される場合、順モデル（２）のパラメータが、高度な確実性を伴って知られていなければならない。参考文献Ｍ．Ｐｅｒｓｓｏｎ  ａｎｄ  Ｈ．Ｂｏｒｎｅｆａｌｋ、「Ａ  Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ  ｆｏｒ  Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ  Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｃｏｕｎｔｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  ＣＴ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ、ｖｏｌ．３１、ｎｏ．１０、１８６１〜１８７４頁、２０１２年１０月、に説明されているように、エネルギ重み付け方式でリング・アーチファクトを除去するためのアフィン変換の決定の場合も同じことが言える。
【００５９】
詳細には、ｋｅｖの単位の閾値の組｛Ｔｉ｝が正確に知られている必要性がある。検知器のプロトタイプについては、これらの閾値は、参考文献Ｌｉｕ  ｅｔ  ａｌ、「Ａ  ｓｉｌｉｃｏｎ−ｓｔｒｉｐ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｆｏｒ  ｐｈｏｔｏｎ−ｃｏｕｎｔｉｎｇ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ＣＴ：ｅｎｅｒｇｙ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ４０  ｋｅＶ  ｔｏ  １２０  ｋｅＶ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，６１（３）：１０９９〜１１０５、２０１４、に説明されているようにシンクロトロン放射を利用する閾値走査により、または放射性同位元素を用いて、任意の精度で決定されることができる。そのような閾値走査（ｓ字曲線測定としても知られている）では、閾値は、当初は大きい値に設定され、単色放射が閾値よりも小さいパルスをもたらすので、記録される計数は０になる。そして、閾値が（デジタル・アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）の設定またはｍＶで）ステップ状に小さくされて、それぞれの閾値における計数が記録される。計数がもはや増加しなくなったとき、このプロシージャが打ち切られ、結果は図６のようにｓ字曲線になる。
【００６０】
点は測定値であり、データに対して実線が当てはめられている。線束および検知器の読出し時間が一定であると想定すれば、検知される計数の数は、閾値が減少されるにつれて増加することになる。最も急峻な傾斜を伴う曲線上の点に対応するＸ軸上の点は、印加される特定の単一エネルギに対応する閾値である。
【００６１】
最大傾斜の点のＸ軸における値に対応するのは、単色ビーム・エネルギに対応するＤＡＣ設定またはｍＶである。ここで、ビーム・エネルギが変化されてこのプロシージャが繰り返されると、ＤＡＣ設定または単色ビーム・エネルギの範囲に対応する閾値電圧が決定されることができ、それから、式（１）の利得およびオフセットが直線回帰から決定されることができる。
【００６２】
上記の方法は時間がかかり、臨床ルーチンにおいて遂行するのは困難である。ＣＴ検知器は時間が経つにつれてドリフトすることが知られている（たとえば、それぞれのチャネルに関する閾値の組｛Ｔｉ｝が日ごとにいくぶん変化する可能性がある）。したがって、検知器較正を毎朝遂行するのが一般的な慣例である。高線束（ｈｉｇｈ−ｆｌｕｘ）の単色放射源は診療室において容易に利用可能ではないので、閾値決定の正確な方法、または同様な意味合いで、単色Ｘ線放射以外に何かを利用して式（２）に従ってそれぞれのチャネルの利得および閾値を決定することが必要である。
【００６３】
好ましくは、人は、システムに取り付けられた既存のＸ線管のＸ線スペクトルを使用することを望むであろう。これは、これまでのところ可能ではなく、代わりに、較正模型（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｐｈａｎｔｏｍ）の使用に逆戻りする必要があった。較正模型に基づく方法における本旨は、ビーム経路における異なる構成の目的物に対するいくつかのＸ線露光を得ることである。一般的には、変動する厚さを有する２つまたは３つの基礎材質が使用される。以下の例では２つの基底関数ｆ１（Ｅ）およびｆ２（Ｅ）が使用されるが、この方法は、より大きい次元数まで容易に拡張される。
【００６４】
［ｃ１，０、ｃ２，０、ｃ３，０、．．．、ｃＮ，０］Ｔをそれぞれのビン１、２、３、．．．、Ｎにおける測定中の減衰されていない計数とし、［ｃ１，ｌ、ｃ２，ｌ、ｃｃ３，ｌ、．．．、ｃＮ，ｌ］Ｔを測定ｊにおける計数とする。次いで、各突出部（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ）のベクトル
【数８】
0006495450.tif 000009
が形成される。較正の目的は、それぞれの検知器チャネルについて、突出部を線積分に関係づける次式の関数Ｆを決定することである。
【数９】
0006495450.tif 000010
【００６５】
Ｆが線形（マトリクス）であれば、システム（６）は最小二乗の意味で解かれることができる。
【００６６】
他の関数形式（多項式）が提案されており、この方法の変形形態は、少なくとも以下の出版物に説明されている。
【００６７】
・Ｔ．Ｇ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、「Ａｎ  ｅｍｐｉｒｉｃａｌ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ  ｔｈｅ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｉｎ  ｅｎｅｒｇｙ−ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ＣＴ」、ｉｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ２０１２：Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ、  Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ８３１３，８３１３１２、  ＳＰＩＥ  ２０１２
・Ｒ．Ｅ．Ａｌｖａｒｅｚ、「Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ  ｆｏｒ  ｐｈｏｔｏｎ  ｃｏｕｎｔｉｎｇ  ｅｎｅｒｇｙ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｘ−ｒａｙ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｍｕｌｔｉ−ｂｉｎ  ｐｕｌｓｅ  ｈｅｉｇｈｔ  ａｎａｌｙｓｉｓ」、ｉｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、３８（５）、２０１１年５月、２３２４頁
・Ｓ．Ｌｅｅ  ｅｔ  ａｌ、「Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｗｉｔｈ  ａｎ  ｅｎｅｒｇｙ−ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｐｈｏｔｏｎ−ｃｏｕｎｔｉｎｇ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ」、Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ａｎｄ  Ｂｉｏｌｏｇｙ、ｖｏｌ  ５９（１８）、５４５７頁
・Ｊ．Ｊａｋｕｂｅｋ、「Ｄａｔａ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ａｎｄ  ｉｍａｇｅ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｐｉｘｅｌ  ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」、Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒ．ａｎｄ  Ｍｅｔｈ．Ａ、  ｖｏｌ．５７６、ｎｏ．１、２２３〜２３４頁、２００７年６月、ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ８ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ。
【００６８】
他の例は、以下の関連する従来技術を含む。
【００６９】
米国特許第７，７５６，２３９号は、材質と厚さの様々な組合せの複数のエネルギ・ビンの応答を測定して、ビンの応答を材質の線積分に関係づけることに基づく、マルチビン・スペクトルのＸ線撮像のための較正プロシージャに関するものである。
【００７０】
米国特許第８，４２２，６３６号は、ビン画像におけるノイズを最小化するために、ｍＶまたはＤＡＣ設定で設定される選別器の閾値を互いに対してシフトするプロシージャに関するものである。
【００７１】
米国特許第７，９８３，３９７号は、ビンにおいて測定された計数から吸収線量の推定への変換を決定するために、較正動作に基づいて放射の１つまたは複数の特性を決定するための方法および装置に関するものである。
【００７２】
米国特許第８，０００，４３４号は、電荷共有から、歪められたエネルギ・スペクトルを再構成する方法に関するものである。
【００７３】
米国特許出願公開第２０１４／０１０５３６９号が関係する較正装置および較正の方法は、少なくとも１つの撮像対象を撮像することによって得られた結果に基づいて電気的パルスの大きさを設定するために使用されてよく、また、少なくとも１つの較正対象の吸収端に対応する光子エネルギをマッピングしたり較正したりするために使用されてもよい。
【００７４】
特開第２０１１／０８５４７９号は、光子計数タイプの放射線検出器のための較正デバイスと、要素の放射に対する検知感度を等化することを伴って閾値を計算することに基づく、その較正方法とに関するものである。
【００７５】
米国特許出願公開第２０１３／０３０１７９８号は、放射検知装置の較正方法、放射撮像装置の制御方法、および放射撮像装置に関するものである。放射撮像装置の制御方法は、少なくとも１つの補正閾エネルギを得ることによる事前情報収集を遂行することであって、少なくとも１つの閾エネルギの理論的な放射強さが測定されることと、少なくとも１つの補正閾エネルギを使用して、少なくとも１つの閾エネルギにおいて少なくとも１つの放射線画像を得ることにより、放射線画像収集を遂行することとを含む。
【００７６】
提案された技術の例示的実施形態によれば、それぞれのチャネルに関する利得およびオフセットなどのパラメータは、たとえばＸ線画像診断法の広範なＸ線スペクトルを使用して正確に決定されることができる。この方法は頑健かつ高速でもあり、したがって日常の操作手順において遂行されることができる。この方法は、比較器の閾値が最初にミリボルトまたはＤＡＣ値で設定されることを可能にし、次いで、正確な対応する閾値が、式（１）からキロ電子ボルト（ｋｅｖ）の単位で決定されることができる。個々のチャネルの閾値の正確な情報を用いて、式（２）の順モデルを使用して材質ごとの分解が遂行されることができ、物理的な較正模型を利用するプロシージャに逆戻りする理由はない。
【００７７】
内部閾値をＸ線光子エネルギに対してマッピングする、代替の、しかし、より時間浪費の方法には、様々な印加されるＸ線管加速電圧を用いていくつかの露光を使用するものがある。そのとき、閾値を、小さい設定からより大きい設定へと走査して、検知されるフルエンスが突然ゼロに低下したときの閾値の設定を書き留めることが可能であり、次いで、計数を記録した最後の閾値が、Ｘ線管加速電圧に電子１つの電荷を掛けたものと等しいＸ線エネルギに対応する（加速電圧が１００ｋＶであれば閾値は１００ｋｅｖに相当する）。しかしながら、この方法は、様々なＸ線スペクトルに対して複数の閾値走査を必要とする。
【００７８】
別の例示的実施形態では、閾値走査の必要性がなく、代わりに、様々なエネルギ・ビンの間の幅（ｓｐｒｅａｄ）が、それぞれのチャネルについて利得およびオフセットを（式（１）に従って）推測するために使用される。
【００７９】
限定的でない例示的実施形態では、測定されたパルス高スペクトルに基準パルス高スペクトルを当てはめることによって、個々の検出器チャネルの利得およびオフセットなどのパラメータを決定する方法が提供される。測定されたスペクトルは、比較器の閾値をパルス高振幅の範囲にわたって走査することによって得られてよく、蓄積Ｘ線スペクトルをｍＶの単位でもたらす（Ｓ字曲線で示される）。好ましい実施形態では、基準スペクトルが作表される。そのような作表は、荷電共有、応答関数、検知効率、パイルアップなどの検知器の物理的特性を考慮に入れた詳細なモンテカルロ・シミュレーション、または基準検出器を用いてＸ線スペクトルを測定することのいずれかによって、達成されることができる。別の実施形態では、入力として既知の検知器特性を使用して、基準スペクトルの各部がリアル・タイムで発生される。
【００８０】
測定されたパルス高スペクトルは、振幅と横座標のスケールとの２つの点で基準スペクトルとは異なることになる。シミュレートされたスペクトルはｋｅＶの単位で決定されるが、測定値はｍＶの単位または比較器の設定（ＤＡＣ）である。これは、基準スペクトルのエネルギＥを伴う測定されたパルス高スペクトルの横座標の（ｍＶまたはＤＡＣの）座標Ｕｉに関連する振幅倍率および利得ｇｉおよびオフセットｍｉといった３つの自由パラメータを用いた、測定データの基準データへの当てはめプロシージャを可能にし、Ｕｉ＝ｇｉＥ＋ｍｉとなる。下付き添字ｉは、当てはめプロシージャがそれぞれのチャネルｉごとに個々に実行されることを示す。当てはめプロシージャの正確な性質は重要ではなく、２つの普及している選択は、最小二乗法および最尤法である。
【００８１】
この特定の例では、式（１）に従って利得およびオフセットを決定する方法が開示され、それによって、シミュレートされたパルス高スペクトルを測定されたものへと調節することにより、各チャネルｉのパラメータｇｉおよびｍｉが決定される。測定されたスペクトルは、Ｘ線入力スペクトル（一般的には追加のアルミニウム濾過を伴う１２０ｋＶｐのタングステン・スペクトルが想定される）が明示されたとき、比較器の閾値を、検知可能なパルス振幅の範囲にわたって走査することによって得られる。それぞれの走査された閾値の、ｍＶまたはＤＡＣ設定の電圧で表現された位置において、閾値を超えた計数の総数が一定の測定時間中に累積されて、ｍＶの単位の積分スペクトルをもたらす（図６）。
【００８２】
本発明の好ましい実施形態では、シミュレートされたスペクトルは、Ｘ線撮像系統のすべての物理的特性を考慮に入れる詳細なモンテカルロ・シミュレーションの支援によって発生される。これらの物理的特性は、それだけではないが、Ｘ線スペクトル、検知効率、電荷共有、フラックスおよび付随のパイルアップ、可能性のある蛍光発光、不完全な電荷収集、対象の散光（ｏｂｊｅｃｔ  ｓｃａｔｔｅｒ）、検知器の応答関数、ダイオードの不整合、電子ノイズ、および深さのセグメント数によって捕捉されるような検知器の相互作用深さを含む。シミュレートされたＸ線イベントの総数は、オープン・パラメータ（倍率）として残され、蓄積パルス高スペクトルの振幅のみに影響を及ぼす。
【００８３】
シミュレートされた光子相互作用は、ｋｅＶの単位の蓄積されたエネルギの積分スペクトル（図７）を形成するために使用される。低エネルギの光子は、セグメント番号１の最上層に選択的に吸収されることに留意されたい。
【００８４】
式（１）は、このとき、当てはめプロシージャを使用して利得およびオフセット（および振幅倍率）が推定されることができるように、測定されたスペクトルとシミュレートされたスペクトルの横座標の間の関係を直接表す。最小二乗、重み付けされた最小二乗および最大尤度といった、いくつかのそのような当てはめプロシージャが可能であり、すべてが一般的な妥当性のある選択である。以下で、加重最小自乗法が実施されることができる様子を示す。
【数１０】
0006495450.tif 000011
を、図８の測定データ点の組とする。Ｘ軸の目盛りはモデルのｋｅＶ目盛りに相当する。これは、
【数１１】
0006495450.tif 000012
がｍＶ（または可能なＤＡＣ設定）の閾値設定であって、その閾値を超えた対応する計数｛ｙｌ｝であることを意味する。ｌは、１から、遂行された測定の最大の回数までの測定のインデックスである。ここで、関数Ｆ（ｘｋｅＶ；｛φｊ｝ｉ，ｇｉ，ｍｉ）が、パラメータ｛φｊ｝ｉ、ｇｉ、ｍｉを与えられると、完全な前進方程式を捕捉して、特定の検知器チャネルｉの閾値ｘｋｅＶ（キロ電子ボルト、ｋｅＶの単位）を超えた計数の数を返すものとする。この組｛φｊ｝ｉは、検知効率、ｍＶの単位の閾値設定、電荷共有、散乱、深さセグメントなど、チャネルｉに特有のすべての順モデル・パラメータを備え、（ｍＶの単位の閾値を決定するために比較器に印加される電圧の場合のように）既知であるか、または（検知効率に関して）モンテカルロ・シミュレーション作業において一般的であるように基本的原則に従うと想定される。程度の異なる電子ノイズ、センサ・ダイオードの可能性のある不整合などの不均等性のために、チャネルごとにパラメータが異なることに留意されたい。
【００８５】
次に、それぞれのチャネルに関する加重最小自乗法の最適化問題は次式で表現されることができ、
【数１２】
0006495450.tif 000013
ここで、αは、Ｘ線束および計測窓時間に依存する倍率である。式（１）が、ｍＶの単位の既知の閾値をｋｅＶの単位に変換するために引数Ｆの内部で適用されていることに留意されたい。
【数１３】
0006495450.tif 000014
の項は、（ポアソン統計による）計数の分散の逆数であって、データ点に重み付けするために適用されるものである。
【００８６】
本発明の別の実施形態では、多数のＸ線スペクトル（たとえば、各種ｋＶｐ、フィルタの厚さおよび材質およびフラックス）が、基準検知器（地上較正として働く）によって収集されてルックアップ表に記憶されている。そのような実施形態では、以前に取得されたスペクトルが式（７）の関数Ｆのために使用され、測定された累積スペクトルを、共通のデフォルトの累積スペクトルへ効果的にマッピングし、それによって、チャネル間の差の影響を最小化するという目標を達成する。
【００８７】
図９には、パイルアップに対する高線束の効果と、累積スペクトルのもたらされるシフトとが示されている。２．５Ｍｃｐｓ／ｍｍ２、２５Ｍｃｐｓ／ｍｍ２および２５０Ｍｃｐｓ／ｍｍ２の入力計数速度を有する３つのＸ線スペクトルが使用されている。特定のこの図は、分布がセグメント７に関して示されていることを示す。
【００８８】
図７には、センサ・ダイオードにおける相互作用深さの依存関係が示されている（より大きいセグメント番号、すなわちより深い相互作用位置については、スペクトルがより大きいエネルギの方へシフトされ、一般にビーム硬化を意味する仕組みである）。実際の当てはめプロシージャの結果が図８に示されており、シミュレートされたスペクトルと測定されたスペクトル間の優れた一致を示している。
【００８９】
パラメータの組｛φｊ｝ｉのいかなる不正確な仕様も、
【数１４】
0006495450.tif 000015
および
【数１５】
0006495450.tif 000016
の偏った推定をもたらすことになる。必要な順モデル・パラメータ｛φｊ｝ｉを十分に優れた精度で推定することができない場合、そのような偏りが、全体のプロシージャを不適当にしかねない。しかしながら、偏りの範囲は、既知の不確かさから容易に推定されることができる。これは以下のやり方で行われる。ｆを、式（７）に内在するベクトル値関数、すなわちすべての測定値ｌ＝１、２、３、．．．およびモデル仕様を入力として採用して、推定
【数１６】
0006495450.tif 000017
および
【数１７】
0006495450.tif 000018
を返す関数とする。チャネルｉ｛φｊ｝ｉの測定値Ｘ（すなわちデータの組
【数１８】
0006495450.tif 000019
）およびパラメータ推定を示す。チャネルｉのすべてのデフォルト・パラメータ設定が、
【数１９】
0006495450.tif 000020
の組に収集されているものとする。これらのパラメータに対する偏導関数が、
【数２０】
0006495450.tif 000021
によって推定され、各パラメータ誤差が独立しているので、全体の系統誤差が、
【数２１】
0006495450.tif 000022
として推定されることができ、ここで、記号σ２は、不確かさのガウス分布が仮定されること、および、もたらされる分散すなわち平均二乗誤差が推定されることを示すものであり、
【数２２】
0006495450.tif 000023
は｛φｊ｝ｉのパラメータｊに関する推定された分散（平均二乗偏差またはパラメータ推定）である。標準値は製造業者から得られ、たとえばＸ線管加速電圧は１ｋｅＶのずれ（ｏｆｆ）でよく、加速電圧に対応する特定のｊに関して、
【数２３】
0006495450.tif 000024
とする。同様に、検知器材質の検知効率を導出するのに必要とされる作表された線減衰係数は、約１％の誤差を有するものと明示される。誤差伝搬の教科書通りの方法が使用されるとき、
【数２４】
0006495450.tif 000025
によって誤差を与え、閾値
【数２５】
0006495450.tif 000026
にもたらされるｋｅＶで設定された一般的な偏りは、約０．１〜０．２ｋｅＶである。これは、最近の出版物（Ｂｏｒｎｅｆａｌｋ  ｅｔ  ａｌ．、「Ｎｅｃｅｓｓａｒｙ  ｆｏｒｗａｒｄ  ｍｏｄｅｌ  ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｃｃｕｒａｃｙ  ｆｏｒ  ｂａｓｉｓ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｉｎ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ＣＴ」）において、受忍限度の範囲内にあることが示されており、ここで、式（２）においてＴｋで示された閾値の偏りによって式（４）の推定
【数２６】
0006495450.tif 000027
および
【数２７】
0006495450.tif 000028
に導入される誤差は、光子相互作用の統計的性質によって導入される不確かさを下回るものである。したがって、広範なＸ線スペクトル走査から利得およびオフセットを決定することによってｋｅＶの単位の閾値を決定するための上記で開示された方法は、臨床応用に使用されるのに十分正確な能力を有することが明らかである。
【００９０】
もちろん、この技術の実用性に対する制限は、閾値の、推定されたｋｅＶの単位の偏りばかりではないであろう。分散（すなわち偏りをめぐる統計的不確実性）は、意味のある推定をもたらす能力に影響を及ぼす恐れがある。しかしながら、一般的なＸ線露光設定の下では、全体の閾値の不確かさの統計要素を０近くまで下げるのに必要とされる、それぞれのｍＶ単位の閾値設定
【数２８】
0006495450.tif 000029
のためのＸ線露光は、たった１〜２秒である。
【００９１】
これは図１０に示されており、この方法が、光子計数マルチビン・スペクトルのＣＴ閾値を十分正確に決定する性能ばかりでなく、全体のプロシージャが数分で処理されることができ、したがって臨床ルーチンにおけるエネルギ閾値の念入りな再較正を可能にすることができるように急速に決定する性能も有することを示すものであり、時間浪費のプロシージャを必要とする他の方法に対する重要な利点である。この結果もたらされる、シミュレーションにおいて使用される特定の計数速度において１ｋｅＶの走査ステップ当たり２秒の較正時間を使用すれば、統計的寄与はごく僅かであり、較正された閾値のｋｅＶの不確かさは系統学によって限定されるのみである。
【００９２】
説明されたプロシージャの軽い検証は、図６から図９のように累積スペクトルを取得するのでなく、代わりにＸ線エネルギの分布状の関数（すなわち累積スペクトルの微分されたバージョン）を使用することであろう。そのような方法が使用され、印加される電子的比較器の値（ｘｍＶ）が固定されていて、値の数がシステムにおける比較器／ビンの数に等しい場合には、測定されたスペクトルが各ビンにおける計数のヒストグラムに対応するはずであることが明らかである。チャネル間で利得およびオフセットが異なるうえに比較器設定が全体的に適用されるので、人は、ビンの計数のヒストグラムがチャネルごとに異なることを予期するであろう。式（２）を使用して、順モデルが、それぞれのチャネルの自由パラメータｇｉおよびｍｉを包含するように変更されることができ、すなわち、
【数２９】
0006495450.tif 000030
と設定し、ここで、Ｕｋは外部から印加されるｍＶの単位の比較器設定であって、式（１）によってｋｅＶの単位の対応するエネルギ閾値の設定に変換される。式（２）を使用して、測定されたヒストグラム・データをシミュレートされたデータに当てはめ、ｍｉおよびｇｉを自由パラメータとして保つことは、したがって、開示された発明に対して非常によく関連する実装形態であることが明らかである。違いは、ｓ字曲線の測定を微分して、サンプリング点
【数３０】
0006495450.tif 000031
を、所望のビン・エッジと一致するように選択することだけである。最適化問題のそのような改良の後、解決策は上記と同一の概要に従う。
【００９３】
本明細書で説明された方法およびデバイスが、様々なやり方で組み合わされて再構成されることができることが理解されよう。
【００９４】
たとえば、各実施形態は、ハードウェア、もしくは適切な処理回路によって実行するためのソフトウェア、またはそれらの組合せで実施されてよい。
【００９５】
本明細書で説明されたステップ、関数、プロシージャ、モジュールおよび／またはブロックは、汎用電子回路と特定用途向け回路の両方を含んでいるディスクリート回路または集積回路技術などの任意の従来技術を使用してハードウェアで実施されてよい。
【００９６】
特定の例は、１つまたは複数の適切に構成されたデジタル信号プロセッサと、たとえば特定の機能を遂行するように相互に接続されたディスクリート論理ゲートまたは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）といった他の既知の電子回路とを含む。
【００９７】
あるいは、本明細書で説明されたステップ、関数、プロシージャ、モジュールおよび／またはブロックのうち少なくともいくつかが、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切な処理回路によって実行するためのコンピュータ・プログラムなどのソフトウェアで実施されてもよい。
【００９８】
処理回路の例は、それだけではないが、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、１つまたは複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、１つまたは複数の中央処理装置（ＣＰＵ）、ビデオ加速ハードウェア、ならびに／あるいは１つまたは複数のフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または１つまたは複数のプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）などの任意の適切なプログラマブル・ロジック回路を含む。
【００９９】
提案された技術が実施されている任意の従来型デバイスまたはユニットの一般的な処理機能を再利用することが可能でよいことも理解されたい。たとえば既存ソフトウェアを再プログラミングすることにより、または新しいソフトウェア・コンポーネントを追加することによって、既存ソフトウェアを再利用することも可能でよい。
【０１００】
したがって、提案された技術は、本明細書で説明された方法を遂行するように構成された画像再生システムを提供するものである。
【０１０１】
詳細には、光子計数マルチビンＸ線検知器からの画像データに基づく画像再構成のための装置が提供される。この装置は、測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組と基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組の間の当てはめプロシージャに基づいて、Ｘ線検知器の読出し系統の電圧で表現されている割り当てられた比較器設定と、エネルギで表現されている対応するエネルギ閾値との間の関係の、所与の関数形式のパラメータを決定するように構成されている。この装置は、画像データおよび決定されたパラメータに基づいて画像再構成を遂行するようにさらに構成されている。
【０１０２】
特定の例では、装置１００はプロセッサ１１０および記憶装置１２０を備え、記憶装置はプロセッサによって実行可能な命令を備え、それによって、プロセッサは、図１１に示されるようにパラメータを決定して画像再構成を遂行するように働く。任意選択で、装置は、入力データを受け取るため、また、もたらされる出力データを出力するための入出力インターフェースを備える。
【０１０３】
この特定の例では、本明細書で説明されたステップ、関数、プロシージャ、モジュールおよび／またはブロックのうち少なくともいくつかは、１つまたは複数のプロセッサを含んでいる処理回路によって実行するように記憶装置にロードされるコンピュータ・プログラムで実施される。プロセッサ（複数可）と記憶装置は、標準のソフトウェア実行を可能にするように互いに相互連結されている。入力パラメータ（複数可）および／またはもたらされる出力パラメータ（複数可）などの関係データの入力および／または出力を可能にするために、任意選択の入出力デバイスもプロセッサ（複数可）および／または記憶装置に相互連結されてよい。
【０１０４】
「プロセッサ」という用語は、一般的な意味では、特定の処理、判断または演算タスクを遂行するためのプログラム・コードまたはコンピュータ・プログラム命令を実行することができる任意のシステムまたはデバイスと解釈されたい。
【０１０５】
したがって、１つまたは複数のプロセッサを含んでいる処理回路は、コンピュータ・プログラムを実行するとき、本明細書で説明されたものなどの十分に定義された処理タスク遂行するように構成されている。
【０１０６】
処理回路は、単に前述のステップ、関数、プロシージャおよび／またはブロックを実行するための専用である必要性はなく、他のタスクを実行してもよい。
【０１０７】
図１２は、一実施形態によるコンピュータ実装形態の別の例を示す概略図である。
【０１０８】
特定の実施形態では、光子計数マルチビンＸ線検知器とともに使用するコンピュータ・プログラム２２５、２３５が提供される。このコンピュータ・プログラム２２５、２３５が備える命令が少なくとも１つのプロセッサ１１０、２１０によって実行されたとき、少なくとも１つのプロセッサが、
−  測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組と基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組の間の当てはめプロシージャに基づいて、Ｘ線検知器の読出し系統の電圧で表現されている割り当てられた比較器設定と、エネルギで表現されている対応するエネルギ閾値との間の関係の、所与の関数形式のパラメータを決定して、
−  Ｘ線検知器からの画像データおよび決定されたパラメータに基づいて画像再構成を遂行する。
【０１０９】
提案された技術は、そのようなコンピュータ・プログラムが記憶されているコンピュータ可読媒体２２０、２３０を備えるコンピュータ・プログラム製品も提供するものである。
【０１１０】
例として、ソフトウェアまたはコンピュータ・プログラム２２５、２３５は、通常は、コンピュータ可読媒体２２０、２３０、詳細には不揮発性媒体で搬送されるかまたはこれらに記憶されるコンピュータ・プログラム製品として実現されてよい。コンピュータ可読媒体は、それだけではないが、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、コンパクト・ディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ・ディスク、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）メモリ、ハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）記憶デバイス、フラッシュ・メモリ、磁気テープ、または任意の他のコンベンショナル・メモリ・デバイスを含んでいる１つまたは複数の取外し可能または取外し不可能な記憶装置を含んでよい。したがって、コンピュータ・プログラムは、実行するために、その処理回路によってコンピュータまたは相当の処理デバイスの動作メモリにロードされてよい。
【０１１１】
本明細書で示された流れ図（複数可）は、１つまたは複数のプロセッサによって遂行されたときにはコンピュータの流れ図（複数可）と見なされてよく、その一例が図１３に示されている。対応するデバイス、システムおよび／または装置は機能モジュールのグループとして定義されてよく、プロセッサによって遂行される各ステップは機能モジュールに対応する。この場合、機能モジュールは、プロセッサ上で走るコンピュータ・プログラムとして実施される。その故に、デバイス、システムおよび／または装置は、代わりに機能モジュールの組として定義されてよく、機能モジュールは少なくとも１つのプロセッサ上で走るコンピュータ・プログラムとして実施される。
【０１１２】
したがって、記憶装置に存在するコンピュータ・プログラムは、プロセッサによって実行されるときには、本明細書で説明されたステップおよび／またはタスクの少なくとも一部分を遂行するように構成された適切な機能モジュールとして編成されてよい。
【０１１３】
図１４は、画像再構成を支援するための装置の一例を示す概略図である。
【０１１４】
装置３００は、光子計数Ｘ線検知器からの画像データに基づく画像再構成を支援するように適合されている。装置３００が備える決定モジュール３１０は、測定されたパルス高スペクトルを表すデータの第１の組と基準パルス高スペクトルを表すデータの第２の組の間の当てはめプロシージャに基づいて、Ｘ線検知器の読出し系統において電圧で表現されている割り当てられた比較器設定と、エネルギで表現されている対応するエネルギ閾値との間の関係の所与の関数形式のパラメータを決定するためのものである。装置３００は、求められたパラメータに基づく画像再構成プロシージャの調節を可能にするために、求められたパラメータを画像再構成システムに出力するための出力モジュール３２０も備える。
【０１１５】
あるいは、図１４のモジュールを主にハードウェアモジュールによって実現することが可能であり、または代わりにハードウェアによって実現することが可能である。ソフトウェア対ハードウェアの程度は、純粋に実装形態の選択である。
【０１１６】
前述の実施形態は、単に例として示されたものであり、提案された技術がそれに限定されないことを理解されたい。各実施形態に対して、添付の特許請求の範囲によって定義される範囲から逸脱することなく、様々な修正形態、組合せおよび変更形態が作製されてよいことが当業者には理解されよう。詳細には、他の構成において、技術的に可能であれば、様々な実施形態における様々な部分解決策が組み合わされることができる。
【０１１７】
参考文献
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８．Ｒ．Ｅ．Ａｌｖａｒｅｚ、「Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ  ｆｏｒ  ｐｈｏｔｏｎ  ｃｏｕｎｔｉｎｇ  ｅｎｅｒｇｙ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｘ−ｒａｙ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｍｕｌｔｉ−ｂｉｎ  ｐｕｌｓｅ  ｈｅｉｇｈｔ  ａｎａｌｙｓｉｓ」、Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．３８（５）、２３２４〜２３３４、２０１１
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１０．米国特許第７，７５６，２３９Ｂ２号
１１．米国特許第８，４２２，６３６Ｂ２号
１２．米国特許第７，９８３，３９７Ｂ２号
１３．米国特許第８，０００，４３４Ｂ２号
１４．米国特許出願公開第２０１４／０１０５３６９号
１５．特開２０１１／０８５４７９号
１６．米国特許出願公開第２０１３／０３０１７９８号
【図１】
0006495450.tif 000032
【図２】
0006495450.tif 000033
【図３】
0006495450.tif 000034
【図４】
0006495450.tif 000035
【図５】
0006495450.tif 000036
【図６】
0006495450.tif 000037
【図７】
0006495450.tif 000038
【図８】
0006495450.tif 000039
【図９】
0006495450.tif 000040
【図１０】
0006495450.tif 000041
【図１１】
0006495450.tif 000042
【図１２】
0006495450.tif 000043
【図１３】
0006495450.tif 000044
【図１４】
0006495450.tif 000045