(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の検出器モジュールを含む光子計数検出器（２０）であって、各検出器モジュールは、電力消費回路（３０）を含み、前記複数の検出器モジュールの少なくともサブセットは、前記検出器モジュール上の温度を監視し、温度表示信号を生成するように構成された温度センサを含む、光子計数検出器（２０）と、
前記光子計数検出器（２０）に接続され、前記複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、前記検出器モジュールの少なくともそれぞれの一部の電源がオフであるアイドルモードと、前記検出器モジュールの電源がオンである動作モードと、の間で前記検出器モジュールを選択的に切り替えるように構成された検出器コントローラと、
を含み、
前記検出器モジュールの前記少なくともサブセットの電力消費回路（３０）は、それぞれの温度表示信号に基づいて較正データを生成し、前記光子計数検出器によって生成された画像データに対する温度誘発変化を補正するように構成されている、
Ｘ線検出器システム。
【請求項２】
各温度センサは、前記複数の検出器モジュールの前記少なくともサブセットのそれぞれの電力消費回路（３０）に組み込まれている、請求項１に記載のＸ線検出器システム。
【請求項３】
各電力消費回路（３０）は、それぞれの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である、請求項１または２に記載のＸ線検出器システム。
【請求項４】
各温度センサは、前記複数の検出器モジュールの前記少なくともサブセットのそれぞれの電力消費回路（３０）に実装された発振器の周波数変化を測定するように構成された発振器ベースの温度センサである、請求項１から３のいずれか一項に記載のＸ線検出器システム。
【請求項５】
各電力消費回路（３０）は、光子の検出に応答して生成された電流パルスをしきい値のセットと比較するように構成された複数のコンパレータを含み、
前記検出器モジュールの前記少なくともサブセットの前記電力消費回路（３０）は、前記温度表示信号に基づいて複数の異なる較正セットの中からそれぞれの較正セットを選択するように構成され、各較正セットは、前記しきい値のセットの値を定義する、
請求項１から４のいずれか一項に記載のＸ線検出器システム。
【請求項６】
前記検出器コントローラは、前記複数の検出器モジュールの前記少なくともサブセットについて、３０％未満のデューティサイクルで前記アイドルモードと前記動作モードとの間で前記検出器モジュールを選択的に切り替えるように構成され、前記デューティサイクルは、Ｘ線撮像セッションの合計時間に対する前記検出器モジュールが前記動作モードにある合計時間を定義する、請求項１から５のいずれか一項に記載のＸ線検出器システム。
【請求項７】
前記検出器コントローラは、前記複数の検出器モジュールの前記少なくともサブセットについて、Ｘ線源からのＸ線の放射の開始前の０．１〜１０秒以内の時点で前記検出器モジュールを前記アイドルモードから前記動作モードに切り替えるように構成され、
前記光子計数検出器は、前記Ｘ線源からのＸ線を検出するように構成されている、
請求項１から６のいずれか一項に記載のＸ線検出器システム。
【請求項８】
各電力消費回路（３０）は、アナログ処理回路（３２）およびデジタル処理回路（３４）を含み、
前記検出器コントローラは、前記複数の検出器モジュールの前記少なくともサブセットについて、前記デジタル処理回路（３４）の電源をオンに維持しながら、前記アナログ処理回路（３２）の電源がオフである前記アイドルモードと、前記アナログ処理回路（３２）の電源がオンである前記動作モードと、の間で前記アナログ処理回路（３２）を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７のいずれか一項に記載のＸ線検出器システム。
【請求項９】
前記光子計数検出器（２０）は、複数の半導体検出器モジュールを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のＸ線検出器システム。
【請求項１０】
前記光子計数検出器（２０）は、複数のシリコン検出器モジュールを含む、請求項９に記載のＸ線検出器システム。
【請求項１１】
前記光子計数検出器（２０）は、光子計数エッジオン検出器であり、各検出器モジュールは、入射Ｘ線に面するそれぞれのエッジを有し、
前記複数の検出器モジュールの前記エッジの総面積は、２００ｃｍ２より大きい、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のＸ線検出器システム。
【請求項１２】
前記光子計数検出器（２０）は、
検出器モジュールの中央サブセットと、
前記光子計数検出器の軸に沿って前記中央サブセットのそれぞれの側に配置された検出器モジュールの少なくとも１つの周辺サブセットと、
を含み、
前記検出器コントローラは、前記検出器モジュールの中央サブセットの前記電力消費回路（３０）の電源をオンに維持しながら、前記アイドルモードと前記動作モードとの間で前記検出器モジュールの少なくとも１つの周辺サブセットを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１１のいずれか一項に記載のＸ線検出器システム。
【請求項１３】
ヒートシンクと、
複数の熱伝導体であって、各熱伝導体が前記検出器モジュールの電力消費回路と前記ヒートシンクを相互接続する、複数の熱伝導体と、
をさらに含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のＸ線検出器システム。
【請求項１４】
前記複数の熱伝導体は、窒化アルミニウムで作られている、請求項１３に記載のＸ線検出器システム。
【請求項１５】
Ｘ線を放射するように構成されたＸ線源（１０）と、
前記Ｘ線源（１０）に接続され、前記Ｘ線源（１０）からのＸ線の放射を制御するように構成されたＸ線コントローラと、
請求項１から１４のいずれか一項に記載のＸ線検出器システムと、
を含み、
前記検出器コントローラは、前記複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、前記Ｘ線源（１０）および前記Ｘ線コントローラの電源がオンである間に前記検出器モジュールを前記アイドルモードと前記動作モードとの間で選択的に切り替えるように構成されている、Ｘ線撮像システム（１００）。
【請求項１６】
前記検出器コントローラは、前記Ｘ線源（１０）および前記Ｘ線コントローラの電源がオンである間に、前記Ｘ線源（１０）からのＸ線の放射の停止を制御する前記Ｘ線コントローラと共に、前記複数の検出器モジュールの前記少なくともサブセットの前記電力消費回路（３０）の前記少なくとも一部への電力を選択的にオフにする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】
前記検出器コントローラは、前記Ｘ線源（１０）および前記Ｘ線コントローラの電源がオンである間に、前記Ｘ線源（１０）からのＸ線の放射の停止を制御する前記Ｘ線コントローラと同期して、前記複数の検出器モジュールの前記少なくともサブセットの前記電力消費回路（３０）の前記少なくとも一部への電力を選択的にオフに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】
前記検出器コントローラは、前記Ｘ線源（１０）および前記Ｘ線コントローラの電源がオンである間に、前記Ｘ線源（１０）からのＸ線の放射の開始を制御する前記Ｘ線コントローラに先行する時点において、前記複数の検出器モジュールの前記少なくともサブセットの前記電力消費回路（３０）の前記少なくとも一部への電力を選択的にオンにする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１９】
命令を非一時的に記憶したコンピュータ可読媒体であって、前記命令は、少なくとも１つのプロセッサ（２１０）により実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサ（２１０）に対して、
光子計数検出器（２０）内の複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、前記検出器モジュールの少なくともそれぞれの一部の電源がオフであるアイドルモードと、前記検出器モジュールの電源がオンである動作モードと、の間で前記検出器モジュールを選択的に切り替えさせ、
前記複数の検出器モジュールの少なくともサブセットのそれぞれの温度を表すそれぞれの温度表示信号に基づいて、前記光子計数検出器（２０）によって生成された画像データに対する温度誘発変化を補正するための較正データを生成させる、
媒体。
【請求項２０】
Ｘ線検出器システムの熱制御方法であって、
光子計数検出器（２０）の複数の検出器モジュールの少なくともサブセットの温度を監視するステップ（Ｓ１）と、
前記複数の検出器モジュールの前記少なくともサブセットの各検出器モジュールについて、前記監視するステップに基づいて温度表示信号を生成するステップ（Ｓ２）と、
前記複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、前記検出器モジュールの少なくともそれぞれの一部の電源がオフであるアイドルモードと、前記検出器モジュールの電源がオンである動作モードと、の間で前記検出器モジュールを選択的に切り替えるステップ（Ｓ３）と、
前記光子計数検出器（２０）によって生成された画像データに対する温度誘発変化を補正するために、それぞれの温度表示信号に基づいて較正データを生成するステップ（Ｓ４）と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、一般に、光子計数検出器およびそのような光子計数検出器を含むＸ線検出器システムに関し、特に光子計数検出器の熱管理に関する。
【背景技術】
【０００２】
最新の臨床用コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムは、弧状の検出器に対向するＸ線源またはチューブを有するファンビームジオメトリを備えていない。患者の周囲の様々な角度での多数のＸ線投影の取得は、線源と検出器を１秒以内に３６０度にわたって連続的に回転させることによって実行される。減衰された（患者の後）および減衰されていない（患者の前）Ｘ線強度の両方が記録され、そこから患者内の線形減衰係数の３Ｄ空間分布が再構築され、臓器および組織を正確に描写する。
【０００３】
検出器は、ＣＴシステムの最も重要な構成要素の１つである。シンチレーション検出器は、フォトダイオードに結合されたシンチレータで構成されており、最新のＣＴシステムで最も頻繁に使用されている。これらの検出器では、相互作用するＸ線光子が最初にシンチレータでシンチレーション光に変換される。フォトダイオードにおけるシンチレーション光の吸収によって電子−正孔対が生成される。特定の露光時間にわたって相互作用する光子によって蓄積されたエネルギーが積分されて、蓄積された全エネルギーに比例してフォトダイオードから出力される電気信号が得られる。このように、検出器および読み出し電子回路の検出素子によって生成された電子ノイズはまた、画像再構成のためにアナログ−デジタル変換の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を介してデータ処理システムに送信される出力信号に積分される。
【０００４】
シンチレーション検出器などのエネルギー積分型検出器内の構成要素は、特にフォトダイオードのように非常に温度に敏感である。例えば、フォトダイオードがシリコンでできている場合、電子ノイズの主な原因であるバルクシリコンからの暗電流は、温度が８℃上昇するごとに２倍になる。したがって、検出器構成要素の温度ドリフトによって引き起こされる可能性のある画質の問題を回避するために、その動作中およびシステム較正中にエネルギー積分型検出器を制御された温度に維持することが望ましい。
【０００５】
最新のＣＴ検出器における熱制御のための方法とデバイスは、通常、冷却器および／またはヒータを使用して、検出器の電子回路が連続的にオンになっている間、一定の温度環境を提供する［１−４］。エネルギー積分型検出器の一般的な動作温度は３６℃より高く［５］、０．５℃未満の変動の許容値である。
【０００６】
次世代のＸ線およびＣＴ撮像システムで使用され得る光子計数検出器は、エネルギー積分型検出器と比較してまったく異なる方法で動作する。入射Ｘ線光子は、光子エネルギーに比例したパルス振幅を有する電気パルスに直接転送される。これらの電気パルスは、対応するＡＳＩＣチャネルに送られる。各ＡＳＩＣチャネルには、通常、電荷に敏感なプリアンプ、パルスシェーパ、多数のパルス高コンパレータ、およびカウンタが含まれている。増幅および整形された後に、各電気パルスはいくつかのプログラム可能なしきい値と比較され、そのパルス高に従って分類され、対応するカウンタがインクリメントされる。
【０００７】
エネルギー積分型検出器と比較して、光子計数検出器には次の利点がある。第１に、エネルギー積分型検出器によって信号に積分される電子ノイズは、最低エネルギーしきい値を光子計数検出器のノイズフロアよりも上に設定することにより除去することができる。第２に、検査対象患者の様々な構成要素を識別および定量化できる材料分解は、検出器によって抽出されたエネルギー情報を使用して実施する準備ができている［６］。第３に、例えばヨウ素またはガドリニウムなどの造影剤の分布を定量的に決定するＫエッジ撮像などの分解技術に役立つ３つ以上の基本材料を使用することができる［７］。最後の大きな利点として、より小さなピクセルサイズを使用することで、より高い空間解像度を実現することができる。現在のエネルギー積分型検出器の一般的なピクセルサイズ１ｍｍ２と比較して、光子計数検出器は通常、サブ平方ミリメートルのピクセルサイズを使用する。例えば、シリコンストリップの光子計数検出器は、０．２ｍｍ２のピクセルサイズを保持することができる［８］。
【０００８】
光子計数型Ｘ線検出器の最も有望な材料は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、およびシリコンである。ＣｄＴｅとＣＺＴは、臨床ＣＴで使用される高エネルギーＸ線の高い吸収効率のために、いくつかの光子計数スペクトルＣＴプロジェクトで採用されている。しかし、ＣｄＴｅ／ＣＺＴのいくつかの欠点により、これらのプロジェクトはゆっくりと進行している。ＣｄＴｅ／ＣＺＴの電荷キャリア移動度が低いため、臨床現場で遭遇するフラックスレートの１０分の１のフラックスレートにおいて深刻なパルスパイルアップが起こる。この問題を軽減する１つの方法は、ピクセルサイズを小さくすることであるが、電荷共有とＫエスケープの結果としてスペクトルの歪みが大きくなる。また、ＣｄＴｅ／ＣＺＴには電荷トラップがあり、光子フラックスが特定のレベルを超えると出力カウントレートが急速に低下する分極が発生する。
【０００９】
対照的に、シリコンは電荷キャリア移動度が高く、分極の問題がない。成熟した製造プロセスと比較的低コストもその利点である。しかし、シリコンにはＣｄＴｅ／ＣＺＴにはない制限がある。シリコンセンサは、その低い阻止能を補うために非常に厚くする必要がある。通常、シリコンセンサは入射光子の大部分を吸収するために数センチメートルの厚さを必要とするが、ＣｄＴｅ／ＣＺＴは数ミリメートルしか必要としない。一方、シリコンの長い減衰経路により、検出器を異なる深さのセグメントに分割して、個別に読み出すこともできる。これにより、検出効率が向上し、シリコンベースの光子計数検出器がＣＴの高フラックスを適切に処理できるようになる。
【００１０】
しかし、深さセグメントに検出器素子を使用すると、シリコンベースの光子計数検出器にも問題が生じる。検出器素子から供給されるデータを処理するには、多数のＡＳＩＣチャネルを使用する必要がある。これらのＡＳＩＣチャネルの各々の消費電力は通常、数ミリワットである［９］。総面積が２００ｃｍ２を超える完全光子計数検出器は、数百万個のこのようなＡＳＩＣチャネルで構成することができるが、ＡＳＩＣの総消費電力は数千ワットのレベルになる。その結果、シリコンベースの光子計数検出器は、多くの熱が光子計数検出器によって生成され、例えば水冷または高度なエアコンによって運び去られなければならないため、熱管理システムにとって課題となり、高価になる。
【００１１】
エネルギー積分型検出器の一般的な一定温度環境を維持することを約束する従来技術の熱管理システムは、光子計数検出器には適さないだろう。したがって、光子計数検出器に適合した熱管理が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
一般的な目的は、光子計数検出器の効率的な熱管理を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的および他の目的は、本明細書に開示する実施形態によって満たされる。
【００１４】
実施形態の一態様は、Ｘ線検出器システムに関する。Ｘ線検出器システムは、複数の検出器モジュールを含む光子計数検出器を含む。各検出器モジュールは電力消費回路を含み、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットは、検出器モジュール上の温度を監視し、温度表示信号を生成するように構成された温度センサを含む。Ｘ線検出器システムはまた、光子計数検出器に接続された検出器コントローラを含む。検出器コントローラは、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、検出器モジュールの少なくともそれぞれの一部の電源がオフであるアイドルモードと、検出器モジュールの電源がオンである動作モードと、の間で検出器モジュールを選択的に切り替えるように構成される。検出器モジュールの少なくともサブセットの電力消費回路は、それぞれの温度表示信号に基づいて較正データを生成し、光子計数検出器によって生成された画像データに対する温度誘発変化を補正するように構成される。
【００１５】
実施形態の別の態様は、Ｘ線検出器システムの熱制御方法に関する。本方法は、光子計数検出器の複数の検出器モジュールの少なくともサブセットの温度を監視するステップを含む。本方法はまた、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットの各検出器モジュールについて、監視するステップに基づいて温度表示信号を生成するステップを含む。本方法は、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、検出器モジュールの少なくともそれぞれの一部の電源がオフであるアイドルモードと、検出器モジュールの電源がオンである動作モードと、の間で検出器モジュールを選択的に切り替えるステップをさらに含む。本方法は、光子計数検出器によって生成された画像データに対する温度誘発変化を補正するために、それぞれの温度表示信号に基づいて較正データを生成するステップをさらに含む。
【００１６】
実施形態のさらなる態様は、命令を含むコンピュータプログラムに関し、命令は、少なくとも１つのプロセッサにより実行されると、少なくとも１つのプロセッサに対して、光子計数検出器内の複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、検出器モジュールの少なくともそれぞれの一部の電源がオフであるアイドルモードと、検出器モジュールの電源がオンである動作モードと、の間で検出器モジュールを選択的に切り替えさせる。少なくとも１つのプロセッサはまた、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットのそれぞれの温度を表すそれぞれの温度表示信号に基づいて、光子計数検出器によって生成された画像データに対する温度誘発変化を補正するための較正データを生成する。
【００１７】
実施形態の関連する態様は、上記によるコンピュータプログラムを含むキャリアを定義する。キャリアは、電子信号、光信号、電磁信号、磁気信号、電気信号、無線信号、マイクロ波信号、またはコンピュータ可読記憶媒体のうちの１つである。
【００１８】
本実施形態は、Ｘ線撮像セッション中に低電力のアイドルモードと電力を消費する動作モードとの間で検出器モジュールの少なくともサブセットの少なくともそれぞれの一部を選択的に切り替えることにより、光子計数検出器の効率的な熱管理を達成する。アイドルモードでは、光子計数検出器の消費電力が大幅に少なくなるため、動作モードよりもはるかに少ない熱が生成される。しかし、アイドルモードと動作モードとを選択的に切り替えると、検出器モジュールに温度勾配が生じ、光子計数検出器によって生成された画像データに温度誘発変化が生じる。したがって、アイドルモードと動作モードとの間の選択的な切り替えから生じる温度勾配によって引き起こされるこのような温度誘発変化を補正するために、検出器モジュールの温度監視に基づいて較正データが生成される。
【００１９】
実施形態は、そのさらなる目的および利点と共に、添付の図面と共に以下の説明を参照することにより最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施形態によるＸ線撮像システムの概略ブロック図である。
【図２】別の実施形態によるＸ線撮像システムの概略ブロック図である。
【図３】一実施形態による光子計数検出器の概略図である。
【図４】一実施形態による光子計数検出器の検出器モジュールの概略図である。
【図５】別の実施形態による光子計数検出器の検出器モジュールの概略図である。
【図６】さらなる実施形態による光子計数検出器の検出器モジュールの概略図である。
【図７】いくつかのエネルギーしきい値を有する光子計数検出器の概略図である。
【図８】一実施形態による光子計数検出器の熱放散の概略図である。
【図９】さらなる実施形態によるＸ線撮像システムの概略ブロック図である。
【図１０】一実施形態による光子計数検出器の熱管理の概略ブロック図である。
【図１１】一実施形態によるデューティサイクルおよび光子計数検出器への対応する電力供給を示す図である。
【図１２Ａ】図１０に示すヒートシンクの温度曲線の図である。
【図１２Ｂ】図１０に示すヒートシンクの温度曲線の図である。
【図１３】一実施形態によるコンピュータ実装の一例を示す概略ブロック図である。
【図１４】一実施形態による光子計数検出器の熱制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本実施形態は、一般に、光子計数検出器およびそのような光子計数検出器を含むＸ線検出器システムに関し、特に光子計数検出器の熱管理に関する。
【００２２】
Ｘ線検出器を一般的な一定温度環境に維持する先行技術は、複数の検出器モジュールを含む光子計数検出器に関連した使用には適していない。典型的なリアルタイムの状況では、そのような光子計数検出器には、ＡＳＩＣなどの電力消費回路が含まれ、総電力消費は数千ワットほどになる。これは、多くの熱が電力消費回路と検出器モジュールによって生成され、水冷や高度な空調機器などの熱管理システムによって運び去られる必要があることを意味する。そのような熱管理システムの性能は、光子計数検出器を一定の温度に維持できるようにするために非常に高い必要があり、その結果、熱管理システムのコストとスペースが大きくなる。さらなる欠点として、このような熱管理システムは通常、Ｘ線撮像システムと比較して信頼性が低く、誤動作すると完全なＸ線撮像システムの停止を引き起こす。
【００２３】
本実施形態は、光子計数検出器の検出器モジュールをアイドルモードと動作モードとの間で選択的に切り替えることにより、上記の欠点を解決する。アイドルモードは、電力消費を削減し、それによって発熱を抑えるために、検出器モジュールの少なくとも一部の電源をオフにする省電力モードである。動作モードでは、検出器モジュールの電源がオンになり、Ｘ線源からの入射光子を検出することができる。しかし、アイドルモードと動作モードとを選択的に切り替えて、検出器モジュールの少なくともサブセットの少なくとも一部の電源をオン／オフすると、光子計数検出器と検出器モジュールに温度勾配が生成される。これらの温度勾配は、光子計数検出器によって生成されて、検出器モジュールによって出力される画像データに、温度に起因する、または依存する変化をネガティブに引き起こす可能性がある。しかしながら、実施形態は、検出器モジュールの現在の温度に基づいて較正データを生成することにより、アイドルモードと動作モードとの選択的な切り替えから生じる温度勾配によって引き起こされるこれらの変化を解決する。これは、本実施形態が、較正データの生成によって画像データへの温度誘発変化を補償できることを意味する。
【００２４】
したがって、本実施形態は、複数の検出器モジュールを含む光子計数検出器において効率的な熱管理を達成し、この熱管理は、光子計数検出器の性能または光子計数検出器によって出力される画像データの著しい劣化を引き起こさない。
【００２５】
それは、図１を参照して、例示的な全体的なＸ線撮像システムの簡単な概要が有用であり得る。この例示的であるが非限定的な例では、Ｘ線撮像システム１００は、基本的に、Ｘ線源１０、Ｘ線検出器システム２０、および関連する画像処理装置４０を含む。一般に、Ｘ線検出器システム２０は、オプションのＸ線光学系により任意に集束され、物体、対象物またはその一部を通過したＸ線源１０からの放射線を記録するように構成される。Ｘ線検出器システム２０は、適切な電力消費回路を介して画像処理装置４０に接続可能であり、画像処理装置４０による画像処理および／または画像再構成を可能にする。
【００２６】
図２は、Ｘ線撮像システムの例示的な例としてのＣＴシステムの概略ブロック図である。ＣＴシステムは、ディスプレイおよび何らかの形態のオペレータインターフェース、例えばキーボードおよびマウスを有するオペレータコンソールを介してオペレータからコマンドおよびスキャンパラメータを受信するコンピュータを含む。オペレータが提供したコマンドとパラメータは、コンピュータによって使用され、Ｘ線コントローラ、ガントリコントローラ、およびテーブルコントローラに制御信号を提供する。具体的には、Ｘ線コントローラはＸ線源に電力とタイミング信号を提供し、テーブルに横たわっている対象物または患者へのＸ線の放射を制御する。ガントリコントローラは、Ｘ線源と光子計数検出器を含むガントリの回転速度と位置を制御する。テーブルコントローラは、患者テーブルの位置と患者のスキャン範囲を制御し決定する。
【００２７】
一実施形態では、コンピュータはまた、光子計数検出器から出力される画像データの後処理および画像再構成を実行する。これにより、コンピュータは、図１に示す画像処理装置に対応する。付随するディスプレイにより、オペレータはコンピュータからの再構成された画像やその他のデータを観察することができる。
【００２８】
ガントリに配置されたＸ線源はＸ線を放射する。光子計数検出器の形態でのＸ線検出器は、患者を通過した後のＸ線を検出する。光子計数検出器は、検出器素子とも呼ばれる複数のセンサと、検出器モジュールに配置されたＡＳＩＣなどの関連する電力消費回路によって形成される。ＡＳＩＣは、検出器素子からの生の電気信号を処理してデジタル化するアナログ処理部分と、補正の適用、一時的な保存、および／またはフィルタ処理などの測定データのさらなる処理操作を実行することができるデジタル処理部分と、を含む。光子計数検出器は、冷却ゾーンまたはヒートシンクにさらに接続され、それによりＡＳＩＣによって生成された熱を効率的に放散することができる。Ｘ線投影データを取得するためのスキャン中に、ガントリとその上に取り付けられた構成要素がアイソセンターの周りを回転する。
【００２９】
実施形態のＸ線検出器は、複数の検出器モジュールを含む光子計数検出器である。図３は、例示的な実施形態による光子計数検出器の概略図である。この例では、Ｘ線を放射するＸ線源を備えた光子計数検出器の概略図が示されている。光子計数検出器の検出器モジュールは、わずかに湾曲した全体構成で配置されることが好ましい。光子計数検出器の２つの可能なスキャン動作Ｅ、Ｆが示されている。各スキャン動作では、Ｘ線源は静止していてもよく、移動していてもよい。Ｅで示されるスキャン動作では、Ｘ線源と光子計数検出器は、間に位置する対象物または患者の周りを回転することができる。Ｆで示されたスキャン動作では、光子計数検出器とＸ線源が対象物または患者に対して平行移動してもよく、対象物または患者が動いてもよい。また、スキャン動作Ｅでは、回転中に対象物または患者が平行移動する、いわゆるスパイラルスキャンであってもよい。一例として、ＣＴ実施の場合、Ｘ線源および光子計数検出器は、画像化される対象物または患者の周りを回転するガントリに取り付けられてもよい。
【００３０】
図４は、例示的な実施形態による光子計数検出器の検出器モジュールの一例を示す概略図である。これは、センサ部分がストリップの形の検出器素子に分割された半導体検出器モジュールの一例であり、各検出器素子は通常ダイオードをベースにしている。Ｘ線は半導体検出器モジュールのエッジから入る。
【００３１】
図５は、別の例示的な実施形態による検出器モジュールの一例を示す概略図である。この例では、半導体検出器モジュールのストリップベースの検出器素子は、深さ方向にいわゆる深さセグメントに分割されており、これも、Ｘ線がエッジから入射すると仮定している。
【００３２】
検出器モジュールは、図６に示す電気配線およびいくつかのＡＳＩＣ用の半導体ベース基板を有するという意味で、いわゆるマルチチップモジュール（ＭＣＭ）として実装されてもよい。配線には、各検出器素子からＡＳＩＣ入力への信号の接続、ならびにＡＳＩＣから外部メモリおよび／またはデジタルデータ処理（図示せず）への接続が含まれる。ＡＳＩＣへの電力は、これらの接続での大電流に必要な断面積の増加を考慮した同様の配線で供給してもよいが、電力を別の接続で提供してもよい。
【００３３】
一実施形態では、光子計数検出器は、検出器モジュール用の半導体材料としてシリコンをベースにして製造される。
【００３４】
したがって、一実施形態では、光子計数検出器は複数の半導体検出器モジュールを含む。特定の実施形態では、光子計数検出器は複数のシリコン検出器モジュールを含む。
【００３５】
シリコンの低い阻止能を補償するために、検出器モジュールは通常、図４〜図６に示すようにエッジがＸ線源に向けられたエッジオン形状で方向付けられ、それにより数センチメートルの吸収厚が得られる。臨床ＣＴの高光子フラックスに対処するために、ストリップベースの検出器素子の深さセグメントへのセグメント化構造を適用することが好ましく、これは、図５および図６に示すようにシリコン基板上の深さセグメントに個々の検出器素子を埋め込むことによって達成される。個々の検出器素子は、時には電極と呼ばれることもあり、各々がシリコン基板上のＡＳＩＣと電気配線を統合するためにＭＣＭ技術が採用されている後続のＡＳＩＣチャネルに接続される。
【００３６】
一実施形態では、光子計数検出器は、光子計数エッジオン検出器であり、各検出器モジュールは、入射Ｘ線に面するそれぞれのエッジを有する。特定の実施形態では、複数の検出器モジュールのエッジの総面積は２００ｃｍ２より大きい。エッジのこの大きな総面積は、光子計数エッジオン検出器に十分な検出器面積を提供する。
【００３７】
深さセグメントを使用し、検出器モジュールで個別に読み出すと、多数のＡＳＩＣチャネルが生成される。さらに、ＣＴ用途の完全光子計数検出器は通常、２００ｃｍ２を超える総面積を有し、図３に概略的に示すように、１５００〜２０００個の検出器モジュールなどの多数の検出器モジュールになる。
【００３８】
結果として、光子計数検出器は、電力を消費して熱を発生する非常に多くのＡＳＩＣを含み、それにより一般に従来技術のフラットパネルＣＴ検出器よりも多くの電力を消費する。そのような光子計数検出器が現在のＣＴシステムのように連続的にオンになっている場合には、熱管理システムにとって、光子計数検出器の検出器モジュールを一定の温度に保ち、検出器モジュール内の電力を消費するＡＳＩＣによって発生した熱を運び去ることが課題になる。
【００３９】
それにより、実施形態の一態様は、Ｘ線検出器システムに関する。Ｘ線検出器システムは、複数の検出器モジュールを含む光子計数検出器を含む。各検出器モジュールは電力消費回路を含む。複数の検出器モジュールの少なくともサブセットは温度センサを含む（図６を参照）。温度センサは、検出器モジュールの温度を監視し、温度表示信号を生成するように構成されている。
【００４０】
Ｘ線検出器システムはまた、光子計数検出器に接続された検出器コントローラを含む（図２を参照）。検出器コントローラは、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、検出器モジュールをアイドルモードと動作モードとの間で選択的に切り替えるように構成されている。アイドルモードでは、検出器モジュールの少なくともそれぞれの部分の電源がオフになる。同様に、動作モードでは検出器モジュールの電源がオンになる。
【００４１】
検出器モジュールの少なくともサブセットの電力消費回路は、それぞれの温度表示信号に基づいて較正データを生成し、光子計数検出器によって生成された画像データに対する温度誘発変化を補正するように構成される。
【００４２】
一実施形態では、温度センサによって生成される温度表示信号は、温度監視に基づいて決定される検出器モジュール上の現在の温度を表す。温度表示信号は、検出器モジュールの電力消費回路によって使用され、検出器モジュールを低電力消費モード、すなわち、電力消費回路によって少量の熱が生成されるアイドルモードと、全電力消費モード、すなわち、電力消費回路によって比較的大量の熱が生成される動作モードと、の間で選択的に切り替えることによって生じる温度勾配を補償する。光子計数検出器の検出器モジュールにおけるこれらの温度勾配は、検出器モジュールによって出力される画像データの温度誘発変化と劣化をもたらす。したがって、本実施形態は、温度センサからの温度表示信号に基づいて較正データを生成することにより、温度勾配を補償する。それにより、較正データは、温度誘発変化を補償し、それにより、光子計数検出器により温度補償または補正された画像データを生成する。
【００４３】
一実施形態では、各温度センサは、図６に示すように、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットのそれぞれの電力消費回路に組み込まれている。そのような場合、図のＡＳＩＣで表される各電力消費回路は、それぞれの温度センサを含むことができる。あるいは、検出器モジュールごとに、ＡＳＩＣなどの電力消費回路のサブセットのみがそれぞれの温度センサを含む。例えば、検出器モジュールごとに１つのＡＳＩＣのみが温度センサを含むことができる。
【００４４】
電力消費回路に組み込まれるのではなく、検出器モジュール上のどこかに温度センサを配置することも可能である。例えば、温度センサは半導体基板上に配置することができる。
【００４５】
一実施形態では、温度センサによって生成された温度表示信号は、単一の電力消費回路、好ましくは温度センサが組み込まれた電力消費回路に出力され、それによって使用される。別の実施形態では、温度センサの温度表示信号は、検出器モジュール内の複数の、すなわち少なくとも２つの電力消費回路に出力され、それによって使用される。そのような場合、これらの少なくとも電力消費回路は、同じ温度表示信号を使用して、それぞれの較正データを生成する。
【００４６】
例えば、検出器モジュールは単一の温度センサを含むことができる。一実施形態では、単一の温度センサは、フロントエンドの電力消費回路、すなわち、Ｘ線に面するエッジに最も近い検出器モジュールの電力消費回路に組み込まれている。
【００４７】
一実施形態では、各電力消費回路は、図６に示すようにそれぞれのＡＳＩＣである。
【００４８】
一実施形態では、各温度センサは、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットのそれぞれの電力消費回路に実装された発振器の周波数変化を測定するように構成された発振器ベースの温度センサである。温度センサのこのような実装は、特にＡＳＩＣへの組み込みに適している。
【００４９】
一実施形態では、光子計数検出器は、いわゆるエネルギー識別またはエネルギー分解光子計数検出器であり、スペクトルＸ線検出器と呼ばれることもある。この実施形態では、図７を参照すると、登録された各光子が電流パルスを生成し、それがしきい値のセット（Ｔ１〜ＴＮ）と比較され、それにより、いくつかのエネルギービンの各々に入射する光子の数がカウントされる。
【００５０】
一般に、コンプトン散乱後の光子も含むＸ線光子は、検出器モジュールの半導体基板内部で電子−正孔対に変換され、電子−正孔対の数は一般に光子エネルギーに比例する。電子と正孔は検出器素子に向かってドリフトし、光子計数検出器を離れる。このドリフト中に、電子と正孔は検出器素子中に電流を誘起し、この電流は、図７に模式的に示すように、例えば電荷増幅器（ＣＳＡ）に続いて成形フィルタ（ＳＦ）を介して測定することができる。
【００５１】
１つのＸ線事象からの電子と正孔の数はＸ線エネルギーに比例するので、１つの誘起電流パルスの総電荷はこのエネルギーに比例する。電流パルスはＣＳＡで増幅され、ＳＦフィルタでフィルタ処理される。ＳＦフィルタの適切な成形時間を選択することにより、フィルタ処理後のパルス振幅は、現在のパルスの総電荷に比例し、したがってＸ線エネルギーに比例する。ＳＦフィルタに続いて、１つまたは複数のコンパレータ（ＣＯＭＰ）で１つまたは複数のしきい値（Ｔ１〜ＴＮ）とその値を比較することによりパルス振幅を測定し、カウンタが導入されて、パルスがしきい値より大きい場合の数を記録することができる。このようにして、特定の時間枠内で検出されたそれぞれのしきい値（Ｔ１〜ＴＮ）に対応するエネルギーを超えるエネルギーを有するＸ線光子の数をカウントおよび／または記録することが可能である。
【００５２】
いくつかの異なるしきい値を使用すると、いわゆるエネルギー識別光子計数検出器が得られ、検出された光子は様々なしきい値に対応するエネルギービンに分類することができる。このタイプの光子計数検出器は、マルチビン検出器とも呼ばれる。
【００５３】
一般に、エネルギー情報により、新しい種類の画像を作成することができ、新しい情報が利用可能であって、従来技術に固有の画像アーチファクトを除去することができる。
【００５４】
言い換えれば、エネルギー識別光子計数検出器の場合、パルス高はコンパレータ内のプログラム可能なしきい値（Ｔ１〜ＴＮ）の数と比較され、パルス高によって分類され、パルス高はエネルギーに比例する。
【００５５】
しかし、電荷に敏感な増幅器に固有の問題は、検出電流に電子ノイズを付加することである。したがって、実際のＸ線光子ではないノイズの検出を回避するためには、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に十分低くなるように、最低しきい値を十分に高く設定することが重要である。
【００５６】
最低しきい値をノイズフロアより上に設定することにより、Ｘ線撮像システムの放射線量の低減における主要な障害である電子ノイズを大幅に低減することができる。
【００５７】
成形フィルタには、成形時間の値を大きくすると、Ｘ線光子による長いパルスが発生し、フィルタ後のノイズ振幅が小さくなるという一般的な特性がある。成形時間の値が小さいと、パルスが短くなり、ノイズの振幅が大きくなる。したがって、できるだけ多くのＸ線光子をカウントするには、ノイズを最小限に抑え、比較的小さなしきい値レベルを使用できるようにするために、大きな成形時間が要求される。
【００５８】
コンパレータでパルス高を比較するしきい値のセットまたはテーブルの値は、光子計数検出器によって生成される画像データの品質に影響する。さらに、これらのしきい値は温度に依存する［１０］。したがって、一実施形態では、電力消費回路によって生成される較正データは、セットまたはテーブルまたはしきい値（Ｔ１〜ＴＮ）である。
【００５９】
一実施形態では、各電力消費回路は、光子の検出に応答して生成された電流パルスをしきい値のセットと比較するように構成された複数のコンパレータを含む（図７を参照）。次いで、検出器モジュールの少なくともサブセットの電力消費回路は、温度表示信号に基づいて複数の異なる較正セットの中からそれぞれの較正セットを選択するように構成されている。このような各較正セットは、しきい値のセットの値を定義する。
【００６０】
例えば、異なる動作温度の較正手順で異なる較正セットが生成されてもよい。実際、１０〜７０℃などの比較的大きな温度範囲に対してこのような較正セットを生成することが可能である。このような場合、各較正セットは、特定の動作温度ｔ℃または特定の動作温度範囲ｔｋ〜ｔｋ＋１℃に適合したしきい値（Ｔ１〜ＴＮ）の値を含む。
【００６１】
較正セットが生成される較正手順は、スケジューリングされた時間インスタンスで、または検出されたドリフトもしくは画像データの劣化に応じて、１回実行することができる。一実施形態では、例示的であるが非限定的な例として、その日の最初のＸ線撮像セッションの前、または各Ｘ線撮像セッションの開始時に較正手順を実行することができる。
【００６２】
いずれの場合でも、異なる較正セットは、電力消費回路で利用できるように１つまたは複数のメモリに保存することが望ましい。このような場合、電力消費回路は、温度センサからの温度表示信号に基づいて適切な較正セットを選択し、それによって検出器モジュールの現在の温度に適合したコンパレータのしきい値を使用することができる。
【００６３】
特定の実施形態では、較正セットは、電力消費回路のデジタル部分などの電力消費回路に保存される。
【００６４】
別の実施形態では、較正セットは、電力消費回路および検出器モジュールの外部に保存される。そのような場合、電力消費回路は、それぞれの温度表示信号を出力することによりそれぞれの較正セットを選択して、外部記憶装置またはメモリから適切な較正セットを読み出す。
【００６５】
実施形態によれば、光子計数検出器への電力は、画像取得に使用されるときにオンになる。これにより、光子計数検出器の電源を決定する検出器コントローラを使用して、アイドルモードと動作モードとの間の選択的な切り替えを実施する。検出器コントローラを使用して、光子計数検出器をアイドルモードに設定して光子計数検出器の電源をオフにすることができ、また、画像取得時に動作モードに切り替えて光子計数検出器の電源をオンにすることができる。Ｘ線撮像システム全体の主電源は、デューティサイクルに関係なく、始動後に常にオンになっていることに留意されたい。
【００６６】
臨床の現実では、典型的な画像取得時間は０．５秒未満である。性能を安定させるために、画像取得のいくらか前に、例えば０．１秒から１０秒前に光子計数検出器の電源を入れることができる。Ｘ線撮像システムの２つの連続した使用の間のアイドル時間は、臨床統計によると通常１５分よりも長くなる。この方法では、デューティサイクルは１％になる。もちろん、一部の特定の用途では、画像の取得時間が非常に長くなる場合がある。しかし、デューティサイクルは３０％未満と考えられる。
【００６７】
したがって、一実施形態では、検出器コントローラは、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、３０％未満のデューティサイクルでアイドルモードと動作モードとの間で検出器モジュールを選択的に切り替えるように構成される。デューティサイクルは、Ｘ線撮像セッションの合計時間に対する、検出器モジュールが動作モードにある合計時間、すなわち画像取得のための合計時間を定義する。
【００６８】
特定の実施形態では、デューティサイクルは、２５％未満、２０％未満、１５％未満、１０％未満、５％未満、さらには２．５％または１％未満である。
【００６９】
これは、Ｘ線撮像セッションの大部分で、検出器コントローラが検出器モジュールの少なくともサブセットをアイドルモードに制御することを意味しており、アイドルモードでは、検出器モジュールと光子計数検出器による電力消費とそれによる発熱が低減される。
【００７０】
一実施形態では、デューティサイクルは時間動作／（時間アイドル＋時間動作）として定義され、ここで、時間動作は、検出器モジュールが動作モードにあるＸ線撮像セッションの合計時間を定義し、時間アイドルは、検出器モジュールがアイドルモードにあるＸ線撮像セッションの合計時間を定義する。
【００７１】
検出器モジュールの少なくともサブセットを動作モードからアイドルモードに切り替えることは、検出器モジュールによる発熱が低下し、それにより検出器モジュールと光子計数検出器の温度が低下することを意味する。これにより、高温から低温への温度勾配が生じる。同様に、検出器モジュールの少なくともサブセットをアイドルモードから動作モードに切り替えることは、検出器モジュールによる発熱が増加し、それによって検出器モジュールと光子計数検出器の温度が上昇することを意味する。これにより、低温から高温への温度勾配が生じる。
【００７２】
温度勾配を画像取得前にしばらく進行させるために、検出器モジュールは、画像取得およびＸ線源からのＸ線の放射開始の少し前にアイドルモードから動作モードに切り替えることが好ましい。一般に、検出器モジュールの電源を入れると、温度が最初に急激かつ急速に上昇し、その後ゆっくりと温度が上昇する。したがって、画像取得の前に十分な時間で検出器モジュールをアイドルモードから動作モードに切り替えて、温度が急速に変化する、つまり温度が上昇する初期の急激な温度勾配を通過させることが好ましい場合がある。温度が急激に変化すると、選択した較正セットなどの生成された較正データがすぐに古くなる可能性があるためである。
【００７３】
したがって、一実施形態では、検出器コントローラは、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、Ｘ線源からのＸ線の放射の開始前の０．１〜１０秒以内の時点で検出器モジュールをアイドルモードから動作モードに切り替えるように構成される。光子計数検出器は、このＸ線源からのＸ線を検出するように構成される。
【００７４】
特定の実施形態では、検出器コントローラは、Ｘ線源からのＸ線の放射開始前の０．１〜５秒、０．５〜５秒、または１〜５秒以内の時点で、検出器モジュールをアイドルモードから動作モードに切り替える。
【００７５】
一実施形態では、検出器コントローラは、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、検出器モジュールの電源がオフであるアイドルモードと検出器モジュールの電源がオンである動作モードとの間で検出器モジュールを選択的に切り替えるように構成される。
【００７６】
したがって、この実施形態では、この少なくともサブセットの検出器モジュールへの総電力は、アイドルモードではオフになる。例えば、これらの検出器モジュールの電力消費回路への電力はオフになる。
【００７７】
別の実施形態では、少なくともサブセット内の検出器モジュールの一部のみがアイドルモードでオフになる。これは、アイドルモード中に、検出器モジュールのそれぞれの部分の電源がオフになり、検出器モジュールの残りの部分のそれぞれの電源がオンになることを意味する。この手法では、通常、アイドルモード中であっても検出器モジュールによっていくらかの電力が消費され、それによりアイドルモード中にいくらかの熱が生成される。しかし、動作モードで完全な検出器モジュールの電源をオンにした場合と比較して、電力消費と発熱は依然として大幅に低くなる。
【００７８】
図９に示すように、Ｘ線撮像システム１００の別の例は、Ｘ線を放射するＸ線源１０と、Ｘ線が対象物を通過した後にＸ線を検出するＸ線検出器システム２０と、光子計数検出器の検出器モジュールに組み込まれた、ＡＳＩＣなどの電力消費回路３０と、を含む。一実施形態では、電力消費回路３０は、検出器素子からの生の電気信号を処理し、それをデジタル化するアナログ処理回路３２と、補正を適用する、一時的に保存する、および／またはフィルタ処理するなど、測定データに対して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３４と、を含む。Ｘ線撮像システム１００はまた、処理されたデータを格納し、さらなる後処理および／または画像再構成を実行することができるコンピュータ４０を含む。
【００７９】
一般的に使用されるＸ線撮像システムの例は、ＣＴシステムであり、これは、Ｘ線のファンビームまたはコーンビームを生成するＸ線源１０と、患者または対象物を透過したＸ線の割合を記録するための対向するＸ線検出器システム２０と、を含んでもよい。Ｘ線源１０および光子計数検出器は通常、矢印１５で示されるように撮像対象物の周りを回転するガントリに取り付けられている。
【００８０】
したがって、一実施形態では、各電力消費回路はアナログ処理回路およびデジタル処理回路を含む。検出器コントローラは、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、デジタル処理回路の電源をオンに維持しながら、アナログ処理回路の電源がオフであるアイドルモードと、アナログ処理回路の電源がオンである動作モードと、の間でアナログ処理回路を選択的に切り替えるように構成されている。
【００８１】
したがって、この実施形態では、検出器モジュールのそれぞれのアナログ処理回路は、検出器モジュールのそれぞれのデジタル処理回路の電源がオンに維持されている間、アイドルモードと動作モードとの間で選択的に切り替えられる。
【００８２】
この実施形態では、アイドルモードと動作モードとの間の切り替えは、検出器モジュールの最も電力を消費する部分にのみ適用される。例えば、光子計数検出器の合計電力の８０％以上を消費するＡＳＩＣのアナログ部分［９］は、デューティサイクルに従ってオン・オフされる。較正データが保存され適用されることが好ましいＡＳＩＣのデジタル部分は、連続的にオンにされる。この実施形態は大きな利点を達成する。第１に、検出器モジュールの最も電力を消費し、それによって最も発熱する部分、つまりアナログ処理回路（ＡＳＩＣのアナログ部分）が選択的にオフに切り替えられ、それにより画像取得の間に電源がオフになる。しかしながら、デジタル処理回路（ＡＳＩＣのデジタル部分）は、完全なＸ線撮像セッション中に電源をオンにすることが好ましい。その理由は、画像取得の間にデジタル処理回路の電源を切ると、較正データをリロードするのに時間がかかる場合があるためである。したがって、検出器コントローラが検出器モジュールをアイドルモードから動作モードに切り替えるたびに、そのような較正データをリロードする必要性が緩和される。
【００８３】
図１１は、一実施形態による、デューティサイクルおよび光子計数検出器への対応する電力供給を示す図である。図の上部は、Ｘ線撮像セッションのデューティサイクルを示している。この例示的な例では、Ｘ線撮像セッションは、３つの画像取得期間と、それに続く比較的長い「サイレント」期間を含み、その間はＸ線放射も検出もない。
【００８４】
この例示的な例では、図の中央部分に示すように、完全なＸ線撮像セッション中にＡＳＩＣのデジタル部分の電源がオンになる。これにより、ＡＳＩＣのデジタル部分の電源がオンになるたびに発生するデジタル部分による較正データのリロードの必要性が緩和される。
【００８５】
図の下部は、アナログ部分の電源がオフであるアイドルモードと、アナログ部分の電源がオンである動作モードと、の間のＡＳＩＣのアナログ部の選択的切り替えを示している。
【００８６】
一実施形態では、図に示すように、ＡＳＩＣのアナログ部分は、Ｘ線放射の開始前の短い期間（ハッチングした垂直線で表される）にアイドルモードから動作モードに切り替えられる。これは、アナログ部分が完全に動作し、温度の上昇が画像取得の開始の少し前に安定させるための時間があることを意味する。
【００８７】
実施形態の別の態様は、Ｘ線検出器システムに関する。この態様では、Ｘ線検出器システムは、複数の検出器モジュールを含む光子計数検出器を含む。各検出器モジュールは、アナログ処理回路とデジタル処理回路を含む処理回路を有する。Ｘ線検出器システムはまた、この態様では、光子計数検出器に接続された検出器コントローラを含む。検出器コントローラは、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、デジタル処理回路の電源をオンに維持しながら、アナログ処理回路の電源がオフであるアイドルモードと、アナログ処理回路の電源がオンである動作モードと、の間でアナログ処理回路を選択的に切り替えるように構成されている。
【００８８】
したがって、実施形態のこの態様は、温度センサも、温度表示信号に基づく較正データの生成も必ずしも含まない。
【００８９】
アイドルモードと動作モードとの間の選択的な切り替えは、光子計数検出器のすべての検出器モジュールに対して実行することができる。このような場合、これらすべての検出器モジュールの電力消費回路は、アイドルモード中に電源がダウンされ、動作モード中に電源がオンになる。あるいは、アナログ部分などの電力消費回路の一部はアイドルモード中に電源がダウンされ、デジタル部分などの電力消費回路の残りの部分はアイドルモード中に電源がオンになる。動作モード中、電力消費回路、つまりアナログおよびデジタル部分の電源がオンになる。
【００９０】
別の実施形態では、アイドルモードと動作モードとの間の切り替えは、光子計数検出器内のすべての検出器モジュールではなく、検出器モジュールのサブセットのみに適用される。例えば、光子計数検出器の側面にある周辺の検出器モジュールは、デューティサイクルに従ってオン・オフされるが、中央の検出器モジュールは常にオンになる。これは図３に概略的に示されており、検出器モジュールの中央サブセットはハッチングしたリングで示され、検出器モジュールの周辺サブセットは中央サブセットのそれぞれの側に配置されている。
【００９１】
この実施形態は、中央検出器モジュールが通常、画像化される対象物のサイズに関係なく、スキャンおよび画像取得中に常に有用な情報を収集しているため、有利であり得る。これらの「最も重要な」中央検出器モジュールの電源をオンに保つことにより、これらの中央検出器モジュールの温度変化と勾配が最小限に抑えられる。これは、画像データの温度誘発変化または劣化が回避または少なくとも軽減されることを意味し、それにより、中央検出器モジュールからの画像データ出力に対するそのような温度誘発変化の較正の必要性が軽減される。
【００９２】
周辺検出器モジュールは一般に、より少ない情報を収集するか、減衰されていないＸ線さえ収集するが、これは画像再構成にとってそれほど重要ではない。これらの周辺検出器モジュールは、ほとんどの実用的な用途で、光子計数検出器の検出器モジュールの大部分を構成する。例えば、周辺検出器モジュールは、光子計数検出器内の検出器モジュールの総数の約７５〜８０％を構成してもよい。したがって、これらの周辺検出器モジュールをアイドルモードと動作モードの間で選択的に切り替えると、消費電力と光子計数検出器からの発熱が大幅に削減される。
【００９３】
したがって、この実施形態は、最も重要な中央検出器モジュールによって生成される画像データの温度誘発変化および劣化のリスクを低減しながら、光子計数検出器による総電力消費および発熱を大幅に低減し、それによってすべての検出器モジュールで画像取得中に較正を実行する必要性を緩和するであろう。
【００９４】
したがって、一実施形態では、光子計数検出器は、検出器モジュールの中央サブセットと、光子計数検出器の軸（図３の点線曲線を参照）に沿って中央サブセットのそれぞれの側に配置された検出器モジュールの少なくとも１つの周辺サブセットと、を含む。この実施形態では、検出器コントローラは、検出器モジュールの中央サブセットの電力消費回路の電源をオンに維持しながら、アイドルモードと動作モードとの間で検出器モジュールの少なくとも１つの周辺サブセットを選択的に切り替えるように構成される。
【００９５】
実施形態のさらなる態様は、Ｘ線検出器システムに関する。この態様では、Ｘ線検出器システムは、検出器モジュールの中央サブセットと、光子計数検出器の軸に沿って中央サブセットのそれぞれの側に配置された検出器モジュールの少なくとも１つの周辺サブセットと、を含む光子計数検出器を含む。各検出器モジュールは電力消費回路を有する。この態様では、Ｘ線検出器システムはまた、光子計数検出器に接続された検出器コントローラを含む。検出器コントローラは、検出器モジュールの中央のサブセットの電力消費回路の電源をオンに維持しながら、検出器モジュールの少なくとも１つの周辺サブセットを、電力消費回路の電源がオフになるアイドルモードと電力消費回路の電源がオンになる動作モードとの間で選択的に切り替えるように構成される。
【００９６】
したがって、実施形態のこの態様は、温度センサも、温度表示信号に基づく較正データの生成も必ずしも含まない。
【００９７】
本明細書に開示する本発明は、様々な実施形態を包含する。一実施形態では、検出器コントローラは、すべての検出器モジュールをアイドルモードと動作モードとの間で選択的に切り替えるように構成される。別の実施形態では、検出器コントローラは、残りの検出器モジュールの電源をオンに維持しながら、検出器モジュールのサブセットのみをアイドルモードと動作モードとの間で選択的に切り替えるように構成される。特定の実施形態では、検出器モデルのサブセットは検出器モジュールの中央サブセットであり、残りの検出器モジュールは検出器モジュールの周辺サブセットである。
【００９８】
加えて、一実施形態では、アイドルモードでは、検出器モジュールは完全に電源がオフまたはダウンされるが、動作モードでは、検出器モジュールは完全に電源がオンされる。特定の実施形態では、アイドルモードでは、検出器モジュールの電力消費回路は完全に電源がオフまたはダウンされるが、動作モードでは、電力消費回路は完全に電源がオンされる。別の実施形態では、検出器モジュールの一部はアイドルモードで電源がオフまたはダウンされ、検出器モジュールの残りの部分は電源がオンされるが、検出器モジュールは動作モードで電源がオンされる。特定の実施形態では、アナログ部分などの検出器モジュールの電力消費回路の一部は、デジタル部分などの電力消費回路の残りの部分の電源をオンに維持しながら、アイドルモードで電源がオフまたはダウンされる。動作モードでは、アナログ部分およびデジタル部分を含む電力消費回路の電源がオンにされる。検出器モジュールまたはその電力消費回路の全体または一部の電源をオフまたはダウンするこれらの実施形態は、検出器モジュールのすべてまたはサブセットをアイドルモードと動作モードとの間で選択的に切り替えることに関連する上記の実施形態のいずれかと組み合わせることができる。
【００９９】
検出器コントローラがアイドルモードと動作モードとを選択的に切り替える複数の検出器モジュールの少なくともサブセットは、それぞれの温度センサを含む複数の検出器モジュールの少なくともサブセットと同じであり得る。例えば、光子計数検出器のＭ≧Ｎ個の検出器モジュールのうちのＮ個はそれぞれの温度センサを含み、検出器コントローラはこれらＮ個の検出器モジュールをアイドルモードと動作モードの間で選択的に切り替えるように構成される。別の実施形態では、光子計数検出器のＭ≧Ｎ個の検出器モジュールのうちのＮ個はそれぞれの温度センサを含み、検出器コントローラは、Ｍ≧Ｐ個の検出器モジュールのうちのＰ個をアイドルモードと動作モードとの間で選択的に切り替えるように構成される。この場合、Ｐ個の検出モジュールはＮ個検出器モジュールのサブセットであり、Ｎ個の検出器モジュールは、Ｐ個の検出器モジュールまたはＰ個の検出器モジュールのサブセットである可能性があり、Ｎ個の検出器モジュールは、検出器モジュールの少なくとも部分的に重複するセットであり得る、すなわち、いくつかの検出器モジュールは、Ｐ個の検出器モジュールとＮ個の検出器モジュールの両方に属するが、一方、他の検出器モジュールはＰ（またはＮ）個の検出器モジュールに属して、Ｎ（またはＰ）個の検出器モジュールには属さないか、ＰまたはＮ個の検出器モジュールのいずれにも属さない。
【０１００】
一実施形態では、光子計数検出器は、図８に示すように、フロントエンドＡＳＩＣからヒートシンクへの熱伝導体と接続される。一実施形態では、熱伝導体は窒化アルミニウムで作られるが、それはその温度膨張係数がシリコンに適合しているからである。一実施形態では、ヒートシンクは、その比較的低い密度のためにアルミニウムで作られており、それにより、ヒートシンクの重量を低減する。周囲の空気または水を使用して、ヒートシンクから熱を奪うことができる。
【０１０１】
したがって、一実施形態では、光子計数検出器は、ヒートシンクおよび複数の熱伝導体を含む。各熱伝導体は、検出器モジュールの電力消費回路とヒートシンクとを相互接続する。
【０１０２】
一実施形態では、複数の熱伝導体は窒化アルミニウムで作られる。一実施形態では、ヒートシンクはアルミニウムで作られる。
【０１０３】
光子計数検出器の熱管理システムの簡略化されたモデルを図１０に示す。Ｘ線撮像システムがオンにされた後に、一実施形態では、光子計数検出器のデジタル処理回路は連続的に電源がオンにされ、ヒートシンクに絶えず熱を供給する。対流熱伝達とファンは、光子計数検出器とヒートシンクからの熱を拡散させるのに役立ち、それによって光子計数検出器をほぼ一定の温度に保つ。画像取得の場合、光子計数検出器のアナログ処理回路の電源がオンになり、その間にさらに多くの熱を移動させる必要がある。次に、ファンへの電力と対流熱伝達が温度の関数として熱コントローラによって適用される。画像取得後に、光子計数検出器はファンと対流熱伝達の助けを借りて再び冷却され、アナログ処理回路をオフにし、それによって光子計数検出器による発熱を低減する。
【０１０４】
図１０に示す単純化されたモデルに合理的なパラメータを入力することにより、Ｓｉｍｕｌｉｎｋを使用してヒートシンクの温度曲線をシミュレートすることができる。２つの例のデューティサイクルが使用される。第１のものは、臨床使用をシミュレートするために設計された９００秒間における１％のパルス幅である。その結果を図１２Ａに示す。第２のデューティサイクルは、６９０秒間における１５％のパルス幅で、臨床使用の極端な状態をシミュレートするように設計されている。その結果を図１２Ｂに示す。
【０１０５】
図１２Ａおよび１２Ｂの両方において、ＡＳＩＣのアナログ部分の選択的切り替えにより温度曲線はプラトーに達するが、ＡＳＩＣのデジタル部分は開始後に連続的にオンに維持される。ＡＳＩＣＳのアナログ部分の選択的切り替えにより、温度曲線は制御された方法で上下する。シミュレーションで得られた最高温度はヒートシンクで約２８℃であるが、光子計数検出器の温度は５〜６℃高くなる可能性がある。このようにして、光子計数検出器の動作温度は３６℃より低くなり、これは、最新のＣＴ検出器の典型的な動作温度である。これにより、他のＸ線検出器と比較して、ノイズ、ひいては画像品質の点で光子計数検出器の性能が向上する。
【０１０６】
実施形態の別の態様は、Ｘ線撮像システムに関する（図２を参照）。Ｘ線撮像システムは、Ｘ線を放射するように構成されたＸ線源と、Ｘ線源に接続され、Ｘ線源からのＸ線の放射を制御するように構成されたＸ線コントローラと、を含む。Ｘ線撮像システムはまた、光子計数検出器と検出器コントローラとを含む実施形態によるＸ線検出器システムを含む。一実施形態では、検出器コントローラは、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、Ｘ線源とＸ線コントローラの電源をオンにしながら、アイドルモードと動作モードとの間で検出器モジュールを選択的に切り替えるように構成される。
【０１０７】
したがって、アイドルモードと動作モードとの間の検出器モジュールの選択的切り替えは、Ｘ線撮像システムの主電源がオンになっているＸ線撮像セッション中に行われる。
【０１０８】
一実施形態では、検出器コントローラは、Ｘ線源およびＸ線コントローラの電源がオンである間に、Ｘ線源からのＸ線の放射の停止を制御するＸ線コントローラと共に、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットの電力消費回路の少なくとも一部への電源を選択的にオフにするように構成される。
【０１０９】
例えば、検出器コントローラは、Ｘ線源およびＸ線コントローラの電源がオンである間に、Ｘ線源からのＸ線の放射の停止を制御するＸ線コントローラと同期して、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットの電力消費回路の少なくとも一部への電源を選択的にオフにするように構成され得る。
【０１１０】
これは、図１１に概略的に示されており、ＡＳＩＣのアナログ部分は、Ｘ線源からのＸ線の放射の停止を制御するＸ線コントローラと同期して電源がダウンされる。
【０１１１】
一実施形態では、検出器コントローラは、Ｘ線源およびＸ線コントローラの電源がオンである間に、Ｘ線源からのＸ線の放射の開始を制御するＸ線コントローラに先行する時点で、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットの電力消費回路の少なくとも一部への電源を選択的にオンにするように構成される。
【０１１２】
これも図１１に概略的に示されており、Ｘ線源からのＸ線の放射の開始を制御するＸ線コントローラの少し前に、ＡＳＩＣのアナログ部分の電源がオンされる。
【０１１３】
図１４は、Ｘ線検出器システムの熱制御の方法を示すフローチャートである。本方法は、ステップＳ１において、光子計数検出器の複数の検出器モジュールの少なくとも（第１の）サブセットの温度を監視するステップを含む。本方法は、ステップＳ２において、複数の検出器モジュールの少なくとも（第１の）サブセットの各検出器モジュールについて、監視に基づいて温度表示信号を生成するステップも含む。本方法は、ステップＳ３において、複数の検出器モジュールの少なくとも（第２または第１の）サブセットについて、検出器モジュールの少なくともそれぞれの一部の電源がオフであるアイドルモードと、検出器モジュールの電源がオンである動作モードと、の間で検出器モジュールを選択的に切り替えるステップをさらに含む。本方法は、ステップＳ４において、光子計数検出器によって生成された画像データに対する温度誘発変化を補正するために、それぞれの温度表示信号に基づいて較正データを生成するステップをさらに含む。
【０１１４】
一実施形態では、ステップＳ４は、複数の検出器モジュールの（第２または第１の）サブセットの電力消費回路により、光子計数検出器によって生成された画像データに対する温度誘発変化を補正するために、それぞれの温度表示信号に基づいて較正データを生成するステップを含む。
【０１１５】
本明細書に記載された方法、装置、および配置は、様々な方法で実装、組み合わせ、および再配置できることが理解されよう。
【０１１６】
例えば、実施形態は、ハードウェア、または適切な処理回路による実行のためのソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実装されてもよい。
【０１１７】
本明細書に記載されたステップ、機能、手順、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む、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装されてもよい。
【０１１８】
代替として、または補足として、本明細書に記載されたステップ、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、１つまたは複数のプロセッサもしくは処理ユニットなどの適切な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で実装されてもよい。
【０１１９】
処理回路の例には、限定はしないが、１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、１つもしくは複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、１つもしくは複数の中央処理装置（ＣＰＵ）、ビデオアクセラレーションハードウェア、ならびに／あるいは１つもしく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つもしくは複数のプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）などの適切なプログラマブルロジック回路が含まれる。
【０１２０】
また、提案された技術が実装されている任意の従来の装置またはユニットの一般的な処理能力を再利用できる可能性があることも理解されたい。例えば、既存のソフトウェアを再プログラミングしたり、新しいソフトウェア構成要素を追加したりすることにより、既存のソフトウェアを再利用することも可能である。
【０１２１】
例えば、Ｘ線検出器システムの検出器コントローラは、一実施形態によるプロセッサメモリ実装の形態であり得る。この特定の例では、検出器コントローラはプロセッサとメモリを含む。メモリは、プロセッサによって実行可能な命令を含み、それにより、プロセッサは、検出器モジュールをアイドルモードと動作モードとの間で選択的に切り替えるように構成される。
【０１２２】
別の実施形態では、検出器コントローラは、実施形態によるハードウェア回路実装の形態であり得る。適切なハードウェア回路の特定の例には、１つまたは複数の適切に構成された、もしくは場合によっては再構成可能な電子回路、例えば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）、あるいは適切なレジスタ（ＲＥＧ）および／またはメモリユニット（ＭＥＭ）と共に特殊な機能を実行するために相互接続された個別のロジックゲートおよび／またはフリップフロップに基づく回路などの他の任意のハードウェアロジックが含まれる。
【０１２３】
ハードウェアとソフトウェアの組み合わせに基づいた解決策を提供することも可能である。実際のハードウェアとソフトウェアのパーティション分割は、処理速度、実装コスト、およびその他の要件を含む多くの要因に基づいてシステム設計者が決定することができる。
【０１２４】
図１３は、一実施形態によるコンピュータ実装２００の一例を示す概略図である。この特定の例では、本明細書に記載されたステップ、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いくつかは、コンピュータプログラム２２５、２３５に実装され、これは、１つまたは複数のプロセッサ２１０を含む処理回路による実行のためにメモリ２２０にロードされる。プロセッサ２１０およびメモリ２２０は、通常のソフトウェア実行を可能にするために互いに相互接続されている。オプションの入力／出力装置２４０は、入力パラメータおよび／または得られた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ために、プロセッサ２１０および／またはメモリ２２０に相互接続されてもよい。
【０１２５】
「プロセッサ」という用語は、一般的な意味で、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して、特定の処理、判断、または計算タスクを実行できるシステムまたは装置として解釈すべきである。
【０１２６】
したがって、１つまたは複数のプロセッサ２１０を含む処理回路は、コンピュータプログラム２２５を実行するときに、本明細書に記載したような明確に定義された処理タスクを実行するように構成される。
【０１２７】
処理回路は、上記のステップ、機能、手順、および／またはブロックを実行するための専用のものである必要はなく、他のタスクを実行してもよい。
【０１２８】
提案された技術はまた、命令を含むコンピュータプログラム２２５、２３５を提供し、その命令は、少なくとも１つのプロセッサ２１０により実行されると、少なくとも１つのプロセッサ２１０に対して、光子計数検出器内の複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、検出器モジュールの少なくともそれぞれの一部の電源がオフであるアイドルモードと、検出器モジュールの電源がオンである動作モードと、の間で検出器モジュールを選択的に切り替えさせる。少なくとも１つのプロセッサ２１０はまた、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットのそれぞれの温度を表すそれぞれの温度表示信号に基づいて、光子計数検出器によって生成された画像データに対する温度誘発変化を補正するための較正データを生成する。
【０１２９】
提案された技術はまた、コンピュータプログラム２３５を含むキャリア２３０も提供する。キャリア２３０は、電子信号、光信号、電磁信号、磁気信号、電気信号、無線信号、マイクロ波信号、またはコンピュータ可読記憶媒体のうちの１つである。
【０１３０】
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、コンピュータプログラム製品として実現されてもよく、それは通常はコンピュータ可読媒体２２０、２３０、特に不揮発性媒体で運搬されるかまたは格納される。コンピュータ可読媒体は、限定はしないが、読み取り専用メモリ（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）記憶装置、フラッシュメモリ、磁気テープ、または他の任意の従来のメモリデバイスを含む、１つまたは複数の取り外し可能または取り外し不可能なメモリデバイスを含んでもよい。コンピュータプログラム２２５、２３５は、その処理回路２１０による実行のために、コンピュータまたは同等の処理装置２００のオペレーティングメモリ２２０にロードされてもよい。
【０１３１】
本明細書で提示されるフロー図は、１つまたは複数のプロセッサによって実行される際の、１つまたは複数のコンピュータフロー図と見なしてもよい。対応する装置は、機能モジュールのグループとして定義されてもよく、プロセッサによって実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、プロセッサで実行されるコンピュータプログラムとして実装される。
【０１３２】
したがって、メモリに常駐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、本明細書に記載されたステップおよび／またはタスクの少なくとも一部を実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もよい。
【０１３３】
一実施形態では、そのような装置は、光子計数検出器内の複数の検出器モジュールの少なくともサブセットについて、検出器モジュールの少なくともそれぞれの一部の電源がオフであるアイドルモードと、検出器モジュールの電源がオンである動作モードと、の間で検出器モジュールを選択的に切り替えるための切り替えモジュールを含む。この装置はまた、複数の検出器モジュールの少なくともサブセットのそれぞれの温度を表すそれぞれの温度表示信号に基づいて、光子計数検出器によって生成された画像データに対する温度誘発変化を補正するための較正データを生成するための較正生成モジュールも含む。
【０１３４】
上述の実施形態は単に例として与えられており、提案される技術はそれに限定されないことを理解されたい。添付の特許請求の範囲によって定義される本範囲から逸脱することなく、実施形態に対して様々な修正、組み合わせ、および変更を行うことができることを当業者は理解するであろう。特に、技術的に可能であれば、異なる実施形態における異なる部分の解決策を他の構成に組み合わせることができる。
【０１３５】
参考文献
［１］米国特許第７，０６５，１７３号
［２］米国特許第６，９３１，０９２号
［３］米国特許第７，２３６，５６２号
［４］米国特許出願公開第２０１６／０１７４９２０号
［５］米国特許第９，０８６，３６０号
［６］Alvarez and Macovski.Energy-selective reconstructions in X-ray computerised tomography.Phys.Med.Biol., 21(5):733, 1976
［７］Roessl and Proksa.K-edge imaging in X-ray computed tomography using multi-bin photon counting detectors.Phys.Med.Biol., 52(15):4679, 2007
［８］Liu, Gronberg, Sjolin, Karlsson and Danielsson, "Count rate performance of a silicon-strip detector for photon-counting spectral CT", Nucl.Instr. and Meth.A, Volume 827, p.102-106. 2016
［９］Gustavsson, Amin, Bjorklid, Ehliar, Xu and Svensson.A high-rate energy-resolving photon-counting ASIC for spectral computed tomography.IEEE Transactions on Nuclear Science, 59(1), 30-39, 2012
［１０］Bornefalk, Persson, Xu, Karlsson, Svensson and Danielsson, "Effect of Temperature Variation on the Energy Response of a Photon Counting Silicon CT Detector", IEEE Trans.Nucl.Sci., 60(2):1442-1449, 2013
【図１】
0006728504.tif 000002
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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