(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線検出器であって、
半導体レイヤのバンドギャップエネルギー特性によって入射放射線を電気測定信号に変換するための複数のピクセルを有する直接変換する半導体レイヤであって、前記入射放射線はＸ線ソースによって発せられたＸ線放射線又は少なくとも１つの光源によって発せられた光であり、前記光は入射Ｘ線量子のシミュレーションのため前記半導体レイヤのバンドギャップエネルギーを上回るエネルギーを有する、半導体レイヤと、
第１の強度の前記少なくとも１つの光源からの光が前記半導体レイヤに結合される際にピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される第１の電気測定信号と、第２の強度の前記少なくとも１つの光源からの光が前記半導体レイヤに結合される際にピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される第２の電気測定信号とからピクセル毎又はピクセルグループ毎に評価信号を計算する評価ユニットであって、前記評価ユニットは前記第１及び第２の電気測定信号においてノイズピークをピクセル毎又はピクセルグループ毎に検出し、前記検出されたノイズピークからピクセル毎又はピクセルグループ毎にオフセット及びゲインを決定するよう構成される、評価ユニットと、
Ｘ線放射線が前記半導体レイヤに入射する際に生成される電気測定信号から検出信号を決定する検出ユニットと、
前記評価信号に基づき前記検出ユニットを較正する較正ユニットと、
を有するＸ線検出器。
【請求項２】
前記評価ユニットは、前記第１及び第２の電気測定信号を取得するため、スレッショルドスキャンを実行するよう構成される、請求項１記載のＸ線検出器。
【請求項３】
前記評価ユニットは、前記第１の電気測定信号を取得するため実行されたスレッショルドスキャンにおいて、前記ノイズピークの絶対的な閾値からピクセル毎又はピクセルグループ毎にオフセットを決定するよう構成される、請求項２記載のＸ線検出器。
【請求項４】
前記評価ユニットは、前記第１の電気測定信号を取得するため実行された第１のスレッショルドスキャンと、前記第２の電気測定信号を取得するため実行された第２のスレッショルドスキャンとにおける前記ノイズピークの閾値の絶対的な差分と、前記第１及び第２の電気測定信号の生成中に前記半導体レイヤに結合される前記光の強度とから、ピクセル毎又はピクセルグループ毎にゲインを決定するよう構成される、請求項２記載のＸ線検出器。
【請求項５】
前記評価ユニットは、３つの異なる強度の前記少なくとも１つの光源からの光が前記半導体レイヤに結合されるときにピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される少なくとも３つの電気測定信号からピクセル毎又はピクセルグループ毎に評価信号を計算するよう構成される、請求項１記載のＸ線検出器。
【請求項６】
請求項１記載のＸ線検出器と、
前記半導体レイヤに光を結合する少なくとも１つの光源と、
を有し、
前記生成された光は、入射Ｘ線量子のシミュレーションのため、前記半導体レイヤのバンドギャップエネルギーを上回るエネルギーを有するＸ線検出装置。
【請求項７】
前記半導体レイヤに光を結合する単一の光源を有する、請求項６記載のＸ線検出装置。
【請求項８】
前記半導体レイヤに光を結合する、特にピクセル毎又はピクセルグループ毎に単一の光源の複数の光源を有する、請求項６記載のＸ線検出装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの光源から前記半導体レイヤに発せられる光のビーム拡大及び／又はビームガイドのためのビーム拡大光学及び／又はビームガイド光学を更に有する、請求項６記載のＸ線検出装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの光源は、Ｘ線放射ビームのパスの外部に配置される、請求項６記載のＸ線検出装置。
【請求項１１】
１つ以上の着脱可能又は移動可能なミラー、光ファイバ、前記半導体レイヤのピクセルに光を回折する回折グレーティング及び／又はレンズを有する、請求項９記載のＸ線検出装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの光源は、光のパルス又は連続発光のため構成される、請求項６記載のＸ線検出装置。
【請求項１３】
撮像エリアを介し放射線を発する放射ソースと、
前記撮像エリアから放射線を検出する請求項６記載のＸ線検出装置と、
少なくとも前記Ｘ線検出器が搭載され、前記撮像エリアの周囲における前記Ｘ線検出器の回転を可能にするガントリと、
前記撮像エリアの周囲における回転中に複数の投射位置において放射線を検出するよう前記Ｘ線検出装置を制御するコントローラと、
を有するイメージング装置。
【請求項１４】
半導体レイヤのバンドギャップエネルギー特性によって入射放射線を電気測定信号に変換するための複数のピクセルを有する直接変換する半導体レイヤと、前記半導体レイヤに光を結合する少なくとも１つの光源とを有するＸ線検出器であって、生成された光は入射Ｘ線量子のシミュレーションのため前記半導体レイヤのバンドギャップエネルギーを上回るエネルギーを有する、Ｘ線検出器を較正するための較正方法であって、
第１の強度の前記少なくとも１つの光源からの光が前記半導体レイヤに結合される際にピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される第１の電気測定信号を取得するステップと、
第２の強度の前記少なくとも１つの光源からの光が前記半導体レイヤに結合される際にピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される第２の電気測定信号を取得するステップと、
前記第１及び第２の電気測定信号においてノイズピークをピクセル毎又はピクセルグループ毎に検出し、前記検出されたノイズピークからピクセル毎又はピクセルグループ毎にオフセット及びゲインを決定することによって、前記取得された第１の電気測定信号と前記取得された第２の電気測定信号とからピクセル毎又はピクセルグループ毎に評価信号を計算するステップと、
Ｘ線放射線が前記半導体レイヤに入射する際に生成される電気測定信号から検出信号を決定するステップと、
前記評価信号に基づき前記Ｘ線検出器を較正するステップと、
を有する方法。
【請求項１５】
コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されると、請求項１４記載の方法のステップを実行するよう請求項１３記載のイメージング装置をコンピュータに制御させるプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線検出器、Ｘ線検出装置、イメージング装置及びＸ線検出器を較正する較正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体検出器（例えば、ＷＯ２０１４／０８７２９０Ａ１から知られるような光子カウント検出器とも呼ばれる）におけるエネルギー較正は、従来は既知のエネルギーのガンマ線ソースを利用することによって、又はＫエッジフィルタを利用することによって実行される。
【０００３】
ガンマ線ソースを利用した方法では、ピクセルアレイは既知のエネルギーの単色のガンマ線ソースによって照射される。照射はピクセルアレイ全体に対して同質である必要はない。照射中、いわゆるスレッショルドスキャン（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｓｃａｎ）又はスレッショルドスウィープ（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｓｗｅｅｐ）が実行される。この測定は、最も可能性のある観測されるパルス高、いわゆる、パルス高スペクトル（ＰＨＳ）における“フォトピーク（ｐｈｏｔｏ−ｐｅａｋ）”（典型的には、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）値により測定される）と入力エネルギーとの間の関係を確立する。ゲイン及びオフセットの変化及び位置に依存した不完全な電荷収集は全て、フォトピークのＤＡＣ位置における測定可能であって有意な変化を導く。エネルギーとＤＡＣとの間の較正曲線に対するゲイン及びオフセットを決定するため、第２の測定が必要とされる。この第２の測定は、第１のものとは十分異なるエネルギーによって第２の単色ソースから生じうる。フォトピークの測定されたＤＡＣと入力エネルギーとの間の線形依存の仮定の下、２つのエネルギーマイルストーンは、各チャネルのオフセット及びゲインを決定するのに十分である。
【０００４】
Ｋエッジフィルタを利用する方法は大変類似している。しかしながら、エネルギースケールを較正するためガンマ線ソースは必要とされない。代わりに、多色ソーススペクトルが利用可能であり、この場合におけるエネルギーマイルストーンは、Ｋエッジフィルタ物質の減衰における強力な変化によって特定される。単色照射の下でスレッショルドスキャンから再び特定されるとき、抽出される特徴はＤＡＣスケール上の１つのエネルギーマイルストーンを特定することを可能にする。同じ選択肢が上記方法と同様にエネルギー較正を完全にするため存在し、すなわち、異なるＫエッジフィルタを利用した第２の測定を実行する。
【０００５】
上記方法の双方について代替的な第２の測定は、パルス高スペクトルにおけるノイズピークの存在を利用する。ノイズピークは、比較器がベースラインにおいてノイズ帯に移動されたときのエレクトロニクスショットノイズのカウントから生じる。それは、センサに衝突する放射線がないときに観察される最大カウントレートは、アナログ信号がスレッショルドの位置と一致するＤＡＣ値について生じるという仮定である。この代替は、上記方法の１つとの組み合わせにおいて有用であるが、１つのリファレンスエネルギーしか提供しないため、完全なエネルギー較正を実行するのに利用できない。
【０００６】
エネルギー較正の上記２つの方法による問題は多数である。ガンマ線ソースの利用は、放射線の側面とソースの連続的に変化するアクティビティとのため問題である。その他に、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）又はマンモグラフィさえに利用されるものと同様の検出アレイ全体について非実際的な較正測定中にとても近い距離が維持される必要がある。さらに、この方法は低いＸ線フラックスと、従って長い較正時間とを被る。Ｋエッジフィルタの利用は、Ｘ線チューブが利用可能であるため、より実際的である。しかしながら、Ｋエッジ減衰特徴の抽出は簡単でなく、しばしばエネルギーリファレンスの誤った測定を導く。さらに、Ｋエッジフィルタリングと組み合わされた多色ソースは、ＣＺＴ検出器のミリメータサイズのＣｄＴｅにおいて観察されるように、特に実際のスペクトルレスポンスファンクションについて、将来の光子カウントＣＴスキャナの最も可能性のある候補について、測定されたスペクトルからＫエッジ特徴を抽出する困難な処理を被る。
【０００７】
従って、検出器においてゲイン及び／又はオフセットの変化を測定結果を取得するため、パルス高スペクトル（ＰＨＳ；すなわち、測定されたパルス高の相対的な周波数）における上述したノイズピークに加えて第２のエネルギーリファレンスの代替的な測定オプションを有することが望ましい。
【０００８】
ＤＥ１０２０１００１５４２２Ａ１は、半導体レイヤのバンドギャップエネルギー特性によって入射放射線を電気信号に変換する直接的に変換する半導体レイヤと、光を半導体レイヤに結合する少なくとも１つの光源とを有するＸ線検出器を開示し、入射Ｘ線の量子のシミュレーションについて、生成される光は半導体レイヤのバンドギャップエネルギーを上回るエネルギーを有する。少なくとも１つの実施例では、それは光が半導体レイヤに結合される際に生成される電気信号から評価信号を計算する少なくとも１つの評価ユニットと、評価信号に基づき少なくとも１つのパルス判別器を較正する少なくとも１つの較正ユニットとを有する。これは、Ｘ線放射線を利用することなく現在の極性状態を考慮してＸ線検出器の迅速に繰り返し可能な較正のための前提条件を提供する。当該発明の少なくとも１つの実施例は更に、このようなＸ線検出器のための較正方法に関する。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の課題は、上述した欠点なく改善された較正を可能にするＸ線検出器、Ｘ線検出装置、イメージング装置及びＸ線検出器を較正する較正方法を提供することである。
【００１０】
本発明の第１の態様では、Ｘ線検出器であって、
半導体レイヤのバンドギャップエネルギー特性によって入射放射線を電気測定信号に変換するための複数のピクセルを有する直接変換する半導体レイヤであって、前記入射放射線はＸ線ソースによって発せられたＸ線放射線又は少なくとも１つの光源によって発せられた光であり、前記光は入射Ｘ線量子のシミュレーションのため前記半導体レイヤのバンドギャップエネルギーを上回るエネルギーを有する、半導体レイヤと、
第１の強度の前記少なくとも１つの光源からの光が前記半導体レイヤに結合される際にピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される第１の電気測定信号と、第２の強度の前記少なくとも１つの光源からの光が前記半導体レイヤに結合される際にピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される第２の電気測定信号とからピクセル毎又はピクセルグループ毎に評価信号を計算する評価ユニットであって、前記評価ユニットは前記第１及び第２の電気測定信号においてノイズピークをピクセル毎又はピクセルグループ毎に検出し、前記検出されたノイズピークからピクセル毎又はピクセルグループ毎にオフセット及びゲインを決定するよう構成される、評価ユニットと、
Ｘ線放射線が前記半導体レイヤに入射する際に生成される電気測定信号から検出信号を決定する検出ユニットと、
前記評価信号に基づき前記検出ユニットを較正する較正ユニットと、
を有するＸ線検出器が提供される。
【００１１】
本発明の更なる態様では、
ここに開示されるＸ線検出器と、
前記半導体レイヤに光を結合する少なくとも１つの光源と、
を有し、
前記生成された光は、入射Ｘ線量子のシミュレーションのため、前記半導体レイヤのバンドギャップエネルギーを上回るエネルギーを有するＸ線検出装置が提供される。
【００１２】
本発明の更なる態様では、
撮像エリアを介し放射線を発する放射ソースと、
前記撮像エリアから放射線を検出するここに開示されるＸ線検出装置と、
少なくとも前記Ｘ線検出器が搭載され、前記撮像エリアの周囲における前記Ｘ線検出器の回転を可能にするガントリと、
前記撮像エリアの周囲における回転中に複数の投射位置において放射線を検出するよう前記Ｘ線検出装置を制御するコントローラと、
を有するイメージング装置が提供される。
【００１３】
本発明の更なる他の態様では、半導体レイヤのバンドギャップエネルギー特性によって入射放射線を電気測定信号に変換するための複数のピクセルを有する直接変換する半導体レイヤと、前記半導体レイヤに光を結合する少なくとも１つの光源とを有するＸ線検出器であって、生成された光は入射Ｘ線量子のシミュレーションのため前記半導体レイヤのバンドギャップエネルギーを上回るエネルギーを有する、Ｘ線検出器を較正するための較正方法であって、
第１の強度の前記少なくとも１つの光源からの光が前記半導体レイヤに結合される際にピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される第１の電気測定信号を取得するステップと、
第２の強度の前記少なくとも１つの光源からの光が前記半導体レイヤに結合される際にピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される第２の電気測定信号を取得するステップと、
前記第１及び第２の電気測定信号においてノイズピークをピクセル毎又はピクセルグループ毎に検出し、前記検出されたノイズピークからピクセル毎又はピクセルグループ毎にオフセット及びゲインを決定することによって、前記取得された第１の電気測定信号と前記取得された第２の電気測定信号とからピクセル毎又はピクセルグループ毎に評価信号を計算するステップと、
Ｘ線放射線が前記半導体レイヤに入射する際に生成される電気測定信号から検出信号を決定するステップと、
前記評価信号に基づき前記Ｘ線検出器を較正するステップと、
を有する方法が提供される。
【００１４】
本発明の更なる態様では、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されると、ここに開示される方法のステップをコンピュータに実行させるプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムと共に、プロセッサにより実行されると、ここに開示される方法を実行させるコンピュータプログラム製品を記憶する非一時的なコンピュータ可読記録媒体とが提供される。
【００１５】
本発明の好適な実施例が従属項において定義される。請求された方法、イメージング装置、コンピュータプログラム及び媒体は、請求された検出器及び請求された検出装置として、また従属項において定義されたものと同様及び／又は同一の好適な実施例を有することが理解される。
【００１６】
半導体Ｘ線検出器におけるＸ線検出原理は、電子ホールペアの生成を介する。それらの生成後、センサ上で金属製の陰極と陽極との間で高い電圧によって生成される強力な電界に従う。これは、光領域におけるフォトコンダクタとフォトダイオードとにおいて用いられる機能原理と大変類似する。最も重要なことは、信号生成が双方のケースにおいて全く同じ条件に従う。電気信号は、入力放射線のエネルギーが半導体のバンドギャップより大きいときに限って、電気信号が生成可能であり、ＣＺＴ又はＣｄＴｅ（当該物質は半導体レイヤにおいてしばしば利用される）については、これは約１．５ｅＶである。
【００１７】
上記条件が充足される場合、光エネルギーは価電子帯のトップから伝導帯のボトムに１つの電子を励起するのに十分である。これは電子ホールペアの生成に対応する。電子とホールとの双方のモビリティは、単なる熱励起によってより小さな大きさのオーダであるセンサの伝導性に寄与する。一般に、上記の条件は、近赤外線の部分を含む電磁スペクトルの全可視範囲について充足される。１．５ｅＶは約８３０ｎｍの波長に対応する。
【００１８】
光による半導体レイヤの照射は、従来のフォトダイオードにおける光電流と同様に、半導体レイヤにおいて光電流を生成する。本発明によると、２つの異なる強度レベルの較正モード（Ｘ線照射がイメージング装置のＸ線ソースによって発せられない）における光は、以降において半導体レイヤに結合され、すなわち、２つの電気測定信号が２つの異なる光の強度で生成される。電気測定信号の１つが生成される光の強度の１つがまたゼロであってもよく、すなわち、半導体レイヤに光が結合されない一方、第２の電気測定信号の生成のため、ある（例えば、所定の）光の強度の光が半導体レイヤに結合されることが留意されるべきである。これにより、異なる２つの強度の光による半導体レイヤの照射が、連続的な光によって取得可能であり、これにより、光の強度がスイッチされるか、あるいは、パルス光によって取得可能であり、これにより、例えば、光のパルスのパルス高、パルス幅及び／又はパルスレートが変更されうることが留意されるべきである。
【００１９】
検出器の連続的な光の照射によって取得される当該光電流は、半導体レイヤに一般にＤＣ結合される検出ユニット（しばしば、ＡＳＩＣとして構成される）におけるアナログ信号のベースラインをシフトするＤＣ信号を生成する。このベースラインシフト（第１及び第２の電気測定信号の生成の間の光の強度を変化させることによって取得される）は、ノイズピークのシフトによって検出可能であり、すなわち、本発明は第１及び第２の電気測定信号におけるノイズピークをピクセル毎又はピクセルグループ毎に検出するためのアイデアに基づく。ノイズピークのシフトの絶対量は、グローバルな光の強度に依存するが、また最も重要なことは、リードアウトチャネルのピクセルに依存した（ローカル）ゲインに依存する。２つの光強度レベル（例えば、光有りと光なしなど）におけるベースラインシフトを測定することによって、全てのチャネル（すなわち、ピクセル毎又はピクセルグループ毎）のゲイン及びオフセットが検出可能である。
【００２０】
このコンテクストでは、ＤＣ結合は、キャパシタンスでなくアンプの入力においてレジスタの結合によって実現されてもよい。入力がキャパシタンスを介し結合される場合、（明らかに）送信されるＤＣコンポーネントはなく、検出器がＡＣ結合される。ＡＣ結合のため、ＤＣコンポーネントはなく、本発明のアイデアは連続的な光の照射を利用すること依っては利用できない。
【００２１】
提案されるエネルギーの較正はオフセット及びゲインの決定に限定されるものでないことが留意される。一般に、入力と出力との間の関係が線形であることを仮定すると、オフセット及びゲインを取得するため２つの測定が行われる。しかしながら、Ｘ線検出器は、３つ以上の異なる光の強度を測定することによって（例えば、光なしの１回及び異なる光の強度の２回、又は異なる３つの光の強度の３回など）、考慮可能な非線形性を示す。例えば、エネルギー較正のため、検出器の非線形性の可能性を特徴付ける２次の項が取得されてもよい。この２次の項は、３番目の強度レベルのＤＡＣを測定することによって決定可能であるエネルギーＥ：ＤＡＣ＝ａ０＋ａ１Ｅ＋ａ２Ｅ２（ａ０はオフセットであり、ａ１はゲインであり、ａ２は次の線形係数である）とＤＡＣ値との間の以下の関係を仮定することによって取得されてもよい。従って、実施例では、評価ユニットは、３つの異なる強度の少なくとも１つの光源からの光が半導体レイヤに結合されるときにピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される少なくとも３つの電気測定信号からピクセル毎又はピクセルグループ毎に評価信号を計算するよう構成される。
【００２２】
実施例によると、評価ユニットは、第１及び第２の電気測定信号を取得するため、スレッショルドスキャンを実行するよう構成される。このようなスレッショルドスキャンとそれの実行方法は、例えば、Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ  Ｂａｕｍｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎ  Ｅｎｅｒｇｙ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｃｏｕｎｔｉｎｇ−Ｍｏｄｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  Ｗｉｔｈ  Ｈａｒｄ−ＸＲａｙｓ  Ｆｒｏｍ  ａ  Ｓｕｎｃｈｒｏｔｒｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅ”，ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＮＵＣＬＥＡＲ  ＳＣＩＥＮＣＥ，ＶＯＬ．５５，ＮＯ．３，ＪＵＮＥ  ２００８などから一般に知られる。これは、第１及び第２の電気測定信号を取得するための容易であるが信頼できる方法を提供する。
【００２３】
更なる実施例では、評価ユニットは、第１の電気測定信号を取得するため実行されたスレッショルドスキャンにおいて、ノイズピークの絶対的な閾値からピクセル毎又はピクセルグループ毎にオフセットを決定し、及び／又は第１の電気測定信号を取得するため実行された第１のスレッショルドスキャンと、第２の電気測定信号を取得するため実行された第２のスレッショルドスキャンとにおけるノイズピークの閾値の絶対的な差分と、第１及び第２の電気測定信号の生成中に半導体レイヤに結合される光の強度とから、ピクセル毎又はピクセルグループ毎にゲインを決定するよう構成される。
【００２４】
好ましくは、Ｘ線検出装置は、半導体レイヤに光を結合する単一の光源を有する。他の実施例では、Ｘ線検出装置は、半導体レイヤに光を結合する、特にピクセル毎又はピクセルグループ毎に単一の光源の複数の光源を有する。光源の個数は、特に光源の配置に関して、一般に現在の設計及び何れかのメカニカルな制約に依存する。２つの異なるソースを利用することは強度をスイッチする必要を避ける。
【００２５】
他の実施例では、ビーム拡大光学及び／又はビームガイド光学が、少なくとも１つの光源から半導体レイヤに発せられる光のビーム拡大及び／又はビームガイドのために備えられる。このような光学は、１つ以上のレンズ、プリズム、（例えば、着脱可能又は移動可能な）ミラー、望遠鏡光学、光ファイバ、回折グレーティングなどを含むものであってもよい。このような手段は、光が半導体レイヤに適切な光学によってガイドされるように、他の実施例において提案されるように、例えば、あるサイドにおける位置、Ｘ線放射ビームの（直接的な）パスの外側に半導体レイヤに関する適切な位置で１つ以上の光源の配置を可能にする。これは、Ｘ線システムにおいてしばしば見つけられるコリメーションシステムを考慮する。
【００２６】
回折グレーティングは、例えば、半導体レイヤのピクセルに光を回折するために備えられてもよい。これは、単一の光源を利用するケースにおいて特に有用であり、各ピクセルは可能な限り同質で等しい光によって効率的な方法で照射可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の上記及び他の態様は、以降に説明される実施例から明らかであり、参照して理解されるであろう。以下の図面では、
【図１】図１は、本発明によるイメージングシステムの実施例の概略図を示す。
【図２】図２は、本発明によるＸ線検出器を含むＸ線検出装置の第１実施例の概略図を示す。
【図３】図３は、スレッショルドスキャンと同様のノイズピークのベースラインシフトを示す図を示す。
【図４】図４は、本発明によるＸ線検出装置の第２実施例の概略図の２つのバリエーションを示す。
【図５】図５は、本発明によるＸ線検出装置の第３実施例の概略図を示す。
【図６】図６は、Ｘ線検出器の第３実施例の上面図を示す。
【図７】図７は、本発明による方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本例ではＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置である、オブジェクトを撮像するための本発明によるイメージング装置１２を概略的及び例示的に示す。ＣＴ装置１２は、ｚ方向に平行に延びる回転軸Ｒに関して回転可能なガントリ１を有する。多色Ｘ線チューブであってもよい放射ソース２（光子ソースとも呼ばれる）は、ガントリ１上に搭載される。放射ソース２には、放射ソース２により生成された放射線（光子）から（例えば、円錐状の）放射ビーム４を形成するコリメータ３が備えられる。放射線は、（例えば、円筒状の）撮像エリア５（検査ゾーンとも呼ばれる）に配置される患者などの検査の対象を横断する。撮像エリア５を横断した後、放射ビーム４は、２次元検出面を有するＸ線検出器に入射する。検出器６はまたガントリ１上に搭載される。
【００２９】
ＣＴ装置１２は２つのモータ７，８を有する。ガントリ１は、モータ７によって好ましくは一定であるが、調整可能な角速度で駆動される。モータ８は、例えば、回転軸Ｒ又はｚ軸の方向にパラレルに、撮像エリア５において患者テーブル上に配置された患者などのオブジェクトを移動させるために設けられる。これらのモータ７，８は、例えば、放射ソース２、検出器６及び撮像エリア５が螺旋状のディレクトリに沿って互いに対して移動するように、制御ユニット９により制御される。しかしながら、オブジェクトが移動されず、放射ソース２及び検出器６のみが回転され、すなわち、放射ソース２がオブジェクト又は撮像エリア５に対して円状の軌跡に沿って移動することも可能である。さらに、他の実施例では、コリメータ３は、特に扇形ビームなどの他のビーム形状を形成するよう較正可能であり、検出器６は、特に扇形ビームなどの他のビーム形状に対応して整形される検出面を有することが可能である。
【００３０】
放射ソース２及び撮像エリア５の相対的な移動中、検出器６は、検出器６の検出面に入射する放射線に依存して、検出値（検出信号とも呼ばれ、好ましくは、ピクセル毎に１つの検出値、すなわち、好ましくは２次元の検出要素のアレイの検出要素毎）を生成する。検出値は、好ましくは、検出値に基づきオブジェクトの画像を再構成する再構成ユニット１０に提供される。再構成ユニット１０により再構成された画像は、再構成された画像を表示する表示ユニット１１に提供されてもよい。制御ユニット９はまた、好ましくは放射ソース２、検出器６及び再構成ユニット１０を制御するよう構成される。
【００３１】
本発明によると、Ｘ線検出器６の改良された較正が可能である。図２において、Ｘ線検出器６の実施例及び少なくとも１つの光源３０を含むＸ線装置２０の対応する実施例が示される。本実施例を利用することによって、本発明に従って実行される較正モードが説明される。Ｘ線ソース２及びイメージング装置の他の要素は本図では示されない。
【００３２】
Ｘ線検出器６は、電子ホールペアを生成し、従って半導体レイヤ６０のバンドギャップエネルギー特性によって入射放射線を電気測定信号に変換する複数のピクセルを有する直接変換（光子計数）する半導体レイヤ６０を有する。半導体レイヤ６０は、半導体レイヤに対向する入射放射線４の第１のサイド６２上に配置される陰極電極６１と、第１のサイド６２の反対の半導体素子６０の第２のサイド上に配置されるピクセル化された陽極電極６３とを担持する。Ｘ線検出器６は更に、陰極電極６１と陽極電極との間のバイアス（ＤＣ）電圧を印加する電源６５を有する。さらに、リードアウトユニット６６が、ピクセル化された陽極電極６３から電気信号をリードアウトするのに設けられる。
【００３３】
検出信号が画像を生成するため取得される動作モードでは、入射放射線はＸ線ソース２によって発せられるＸ線放射線である。イメージングシステムを設置する前と、１日に１回、１週間に１回、１月に１回など以降に時々起動される較正モードでは、入射放射線は少なくとも１つの光源３０によって発せられる光であり、これにより、当該光は入射Ｘ線量子のシミュレーションのため半導体レイヤ６０のバンドギャップエネルギーを上回るエネルギーを有する。
【００３４】
Ｘ線検出器６は更に、第１の強度（ゼロであってもよい）で少なくとも１つの光源３０からの光が半導体レイヤ６０に結合される際にピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される第１の電気測定信号と、第２の強度（第１の強度と異なる）で少なくとも１つの光源３０からの光が半導体レイヤ６０に結合される際にピクセル毎又はピクセルグループ毎（例えば、各ピクセルについて）に生成される第２の電気測定信号とから、ピクセル毎又はピクセルグループ毎（例えば、各ピクセルについて）に評価信号を計算する評価ユニット６７を有し、これにより、双方の測定段階において、Ｘ線放射（Ｘ線ソース２により発せられる）は半導体レイヤ６０に入射しない。さらに、評価ユニット６７は、第１及び第２の電気測定信号においてピクセル毎又はピクセルグループ毎（例えば、各ピクセルについて）にノイズピークを検出し、検出されたノイズピークからピクセル毎又はピクセルグループ毎（例えば、各ピクセルについて）オフセット及びゲインを決定する。
【００３５】
さらに、検出ユニット６８が、Ｘ線放射（Ｘ線ソースによって発せられ、検査の人又はオブジェクトを含む検査エリアを通過する）が半導体レイヤ６０に入射する際に生成される電気測定信号から検出信号を決定するため設けられる。
【００３６】
最後に、較正ユニット６９が、評価ユニット６７により計算された評価信号に基づき検出ユニット６８を較正するため設けられる。
【００３７】
少なくとも１つの光源３０は、光を半導体レイヤ６０に結合させるため構成され、生成される光は、入射Ｘ線量子のシミュレーションのため、半導体レイヤのバンドギャップエネルギーを上回るエネルギーを有する。本実施例では、レンズなどの適切なフォーカシング手段を備えたレーザダイオードなどの（単一の）光線が、好ましくは、Ｘ線ソース２とＸ線検出器６との間のどこかに、好ましくは、Ｘ線ソース２とＸ線検出器６との間で放射線ビーム４に出入り可能であり、イメージング装置１２の較正モードでは入り、動作モードでは出ることができるように、ガントリ１に配置される。
【００３８】
ＤＡＣは、検出ユニット６８の主要なパーツである。それは、特定のエネルギー（パルス高）値に対応するデジタル値から閾値を設定するのに利用される。
【００３９】
Ｘ線検出器が上記方法で較正されるとき、Ｘ線の検出のための較正は、Ｘ線検出器全体のグローバルスケーリングファクタまで不完全なままである。これは、全てのピクセルが同じレーザパルスに正確に従うことが可能であり、従って、同数の電子ホールペアがそれらのそれぞれにおいて生成可能であるが、Ｘ線放射とレーザ光との間の変換効率の相違は測定されたＸ線エネルギーに関してＤＡＣスケールの直接的なリファレンスを可能にしないためである。
【００４０】
しかしながら、このグローバルスケールファクタは、レーザ光又はＸ線放射に対する個々のピクセルレスポンスから独立しており、例えば、Ｘ線検出器の搬送及び設置前などに１回決定可能であり、おそらく検出器の寿命中に再度決定される必要はない。グローバルゲイン変換ファクタの決定に対する３つの実現可能な選択肢は、Ｋエッジフィルタ、単色ソース又は高電圧生成器においてｋＶｐにより与えられる最大記録パルス高のシンプルな検知の１回の利用であろう。３つ全ての手段は、光学的光と比較されるとき、Ｘ線に対する検出器のレスポンスの決定を可能にする。Ｋエッジフィルタ方法は、ビームにＫエッジ減衰を導入し、Ｋエッジエネルギーの位置を抽出するため、スレッショルドスキャンが実行され、これにより、独立した既知のエネルギーマイルストーンを提供する。第２に、単色ソースの利用とフォトピークの位置の以降の測定とは、既知のＤＡＣ値の抽出を可能にし、第３に、チューブ電圧設定のｋＶｐエネルギーに近いＤＡＣ値の周りで実行されるスレッショルドスキャンは、Ｘ線スペクトルにおける最も高い可能なエネルギーのエネルギーに対応するエネルギーマイルストーンを抽出することを可能にする。
【００４１】
図３は、半導体レイヤ６０としてＣＺＴ結晶を有する本発明によるＸ線検出器の実施例のスレッショルドスキャンの結果を示す図を示す。スレッショルドスキャン中、照射条件は一定に維持される。例えば、一定のＸ線照射の下、パルス高スペクトルが記録される。パルス高スペクトルの記録は、スレッショルドクロッシングイベントの頻度のシーケンシャルな測定によって実行され、シーケンスでは、閾値がスキャンされ、すなわち、例えば、最下位ＤＡＣビットなどによって、小さなＤＡＣステップだけインクリメントされる。図３において、ＤＡＣ値に対するカウント（Ｍｃｐｓ、すなわち、ｍｅｇａ−ｃｏｕｎｔｓ−ｐｅｒ−ｓｅｃｏｎｄ）が示される。左の曲線Ｃ１は照射なしのノイズピークを示し、右の曲線Ｃ２は、本例では、６３２ｎｍ（２ｍＷトータル出力パワーによる）の共通のＨｅ：Ｎｅレーザから、光による連続的な照射の下で測定されるノイズピークを示す。２つの曲線Ｃ１とＣ２との間のノイズピークにおけるシフトはとても顕著であり、大変容易に測定可能である。照射下のノイズピーク位置のシフトは、検討中のＡＳＩＣチャネル、すなわち、１つのピクセルからの信号が検出ユニットにおいて処理されるチャネルのゲインの関数である。較正オフセットは、ピークＣ１のＤＡＣ値によって一般に表現され、較正ゲインは、第１及び第２電気測定信号の生成中に半導体に結合される光の強度レベルを考慮して、ピークＣ２とピークＣ１とのＤＡＣ値の差分によって一般的に表現される。一般的な関係は、
ＤＡＣ１＝ａ０＋Ｉ１ａ１
ＤＡＣ２＝ａ０＋Ｉ２ａ１
であり、これらから、ａ０及びａ１は、同様に３つの式及び３つの未知について線形の連立方程式を解くことによって容易に演繹可能である。
【００４２】
図４は、本発明によるＸ線検出装置２１，２２の第２実施例の概略図の２つのバリエーションを示す。本実施例では、光源３０はＸ線検出器６のサイドに配置され、第１実施例と同様に、Ｘ線検出器６の直接的な上方ではない。この場合、Ｘ線検出器６の半導体レイヤに光源３０から発せられた光のビーム拡大及び／又はビームガイドのためのビームガイド光学である。ビームガイド光学は、例えば、ピクセル毎に１つの光ファイバなど、光ガイダンスのための着脱可能又は移動可能なミラー３２（図４Ａに示されるようなＸ線検出装置２１の）又は１つ以上の光ファイバ３５（図４Ｂに示されるようなＸ線検出装置２２の）を有してもよい。ビームガイド光学は、一般に動作モードにおけるＸ線検出器６によるＸ線放射の減衰又は測定の他の妨害を回避するため、Ｘ線放射の放射ビームの内外に移動させるものであってもよい。他の実施例では、ビームガイド光学は、動作モードにおいてそれらの位置に残されてもよい。
【００４３】
第２実施例では、半導体レイヤ６０はサイドから照射される。実際のＣＴシステムにおける提案されたエネルギー較正方式の利用のため、サイドからの放射によって、吸収のため強度は全てのピクセルに対して同じではなく、典型的には、放射のための検出モジュールの間にはスペースは残されていない。従って、図５に示される検出装置２３の第３実施例では、Ｘ線検出器６’は上方（すなわち、陰極サイド）から再び照射される。本実施例では、単一の光源でなく複数の光源３３が利用される。陰極７１は、本実施例における光に対して不透過な薄い金属レイヤである。光を送るため、小さなホール７２が、図５に示されるＸ線検出器の検出モジュールの上面を示す図６に示されるような薄い金属レイヤ７１において生成されてもよい。ホール７２は、陰極７１と陽極７３との間の電界を妨害しないように小さなサイズとなる。また、陽極エリア毎に複数のより小さなホールが可能である。複数の光源３３が、好ましくはホール７２毎に１つの光源３３であり、ホール７２の上方の（好ましくは）短い距離に、又はホール７２内に設けられ、好ましくは、担持レイヤ３４によって担持される小さなＬＥＤ又はレーザを有する。この担持レイヤ３４は、固定的に配置され、動作モードにおいてさえ位置を維持するように、Ｘ線放射に対して透過的であってもよい。
【００４４】
好ましくは、Ｘ線検出器は、同質な照射によって照射される。これを実現するため、光源と光学系との各種組み合わせが利用可能であり、利用されてもよい。例えば、非一様な光源を一様な照射に変えるためにトータルの内部反射を利用するマイクロレンズアレイ又は光パイプ同質ロッド（又は一般に光ホモジナイザ）を備えたＬＥＤアレイ又はレンズが利用されてもよい。同質性の残りの不完全性を排除するため、同質な光源が照射中に回転可能である。
【００４５】
相対的なゲイン値のみが一般に当該方法によって計算されることが留意されるべきである。Ｘ線から光入力への１つの絶対ゲイン変換が、例えば、検出されたスペクトルにおける特徴がＸ線スペクトルにおいて予想される最大エネルギーを設定するＸ線チューブのｋＶｐ設定となるよう取得される単一の測定又は１つのピクセルのガンマ光線測定などを開始、別の測定において取得されてもよい。一部のＡＳＩＣは、アクティブな漏れ電流補償（ベースライン復元）を扱う。この補償は、好ましくは、復元回路は入射光により生成された光電流を補償するため、無効とされる。ゲイン較正は、ＢＬＲ（ｂａｓｅｌｉｎｅ  ｒｅｓｔａｕｒａｔｉｏｎ）の状態によって有効とされるべきでない。ゲイン較正のデータは、測定中には利用されるが、ＢＬＲなしで取得可能である。
【００４６】
図７は、本発明によるＸ線検出器を較正するための較正方法１００のフローチャートを示す。第１のステップ１０１において、少なくとも１つの光源からの光もＸ線放射も半導体レイヤに入射しないときにピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される第１の電気測定信号が取得される。第２のステップ１０２において、少なくとも１つの光源からの光が半導体レイヤに結合されるときにピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される第２の電気測定信号が取得される。第３のステップ１０３において、評価信号が、第１及び第２電気測定信号においてノイズピークをピクセル毎又はピクセルグループ毎に検出し、検出されたノイズピークからピクセル毎又はピクセルグループ毎にオフセット及びゲインを決定することによって、取得した第１の電気測定信号と取得した第２の電気測定信号とからピクセル毎又はピクセルグループ毎に計算される。第４のステップ１０４において、動作モードにおいて、検出信号が、Ｘ線放射が半導体レイヤに入射した際に生成される電気測定信号から決定される。第５のステップ１０５において、Ｘ線検出器は、評価信号に基づき計算される。
【００４７】
本発明は、一般にＣＴにおいて利用されるもの、すなわち、スペクトルＣＴ、スペクトルＸ線イメージング及び光子計数マンモグラフィのように、定期的なエネルギー較正を必要とする全てのエネルギーセンシティブな検出器に適用可能である。
【００４８】
本発明が図面及び上記説明において詳細に図示及び説明されたが、このような図示及び説明は、例示的であって限定的でないものとみなされるべきであり、本発明は開示された実施例に限定されるものでない。開示された実施例に対する他のバリエーションは、図面、開示及び添付した請求項を考察することから、請求された発明を実施する当業者によって理解及び実行可能である。
【００４９】
請求項において、“有する”という用語は他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞“ある”は複数を排除しない。単一の要素又は他のユニットは請求項に記載される複数のアイテムの機能を実施してもよい。特定の手段が互いに異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが効果的に利用できないことを示すものでない。
【００５０】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体などの適した非一時的媒体に記憶／配布されてもよいが、またインターネットや他の有線又は無線通信システムなどの他の形態で配布されてもよい。
【００５１】
請求項における参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。
【要約】
本発明は、Ｘ線検出器であって、半導体レイヤのバンドギャップエネルギー特性によって入射放射線を電気測定信号に変換するための複数のピクセルを有する直接変換する半導体レイヤであって、入射放射線はＸ線ソースによって発せられたＸ線放射線又は少なくとも１つの光源によって発せられた光である、半導体レイヤを有するＸ線検出器に関する。さらに、第１の強度の少なくとも１つの光源からの光が半導体レイヤに結合される際にピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される第１の電気測定信号と、第２の強度の少なくとも１つの光源からの光が半導体レイヤに結合される際にピクセル毎又はピクセルグループ毎に生成される第２の電気測定信号とからピクセル毎又はピクセルグループ毎に評価信号を計算する評価ユニットが提供され、評価ユニットは第１及び第２の電気測定信号においてノイズピークをピクセル毎又はピクセルグループ毎に検出し、検出されたノイズピークからピクセル毎又はピクセルグループ毎にオフセット及びゲインを決定するよう構成される。Ｘ線放射線が半導体レイヤに入射する際に生成される電気測定信号から検出信号を決定する検出ユニットが備えられ、評価信号に基づき検出ユニットを較正する較正ユニットが備えられる。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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