(57)【要約】      （修正有）【課題】特に高い放射線強度における計数式放射線検出器の線形性を改善する。【解決手段】計数式放射線検出器の各検出器要素が作動中に単位時間当たりに入射する放射線量子の数に依存した計数率を持つ計数パルスを供給する、線形性を有する計数式放射線検出器の作動方法において、各検出器要素または各検出器要素の部分区画から供給された計数率が、関数関係を介して実際の計数率に換算されるか、または計数率の大きさに依存しそれぞれの検出器要素もしくは検出器要素の部分区画に対して予め定められかつ単位時間当たりに入射する放射線量子の実際の数からの検出器要素の不感時間により生じる計数率偏差を修正する修正係数に掛け算される。【選択図】図３
2005172823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計数式放射線検出器（４）の各検出器要素（１４）が作動中に単位時間当たりに入射する放射線量子の数に依存した計数率を持つ計数パルスを供給する、線形性を有する計数式放射線検出器の作動方法において、
各検出器要素（１４）または各検出器要素（１４）の部分区画から供給された計数率が、関数関係を介して実際の計数率に換算されるか、または計数率の大きさに依存しそれぞれの検出器要素（１４）もしくは検出器要素（１４）の部分区画に対して予め定められかつ単位時間当たりに入射する放射線量子の実際の数からの検出器要素（１４）の不感時間により生じる計数率偏差を修正する修正係数に掛け算されることを特徴とする計数式放射線検出器の作動方法。
【請求項２】
修正係数は、単位時間当たりに入射する放射線量子の実際の数と、それぞれの検出器要素（１４）もしくは検出器要素（１４）の部分区画の計数率との間の関数関係から導き出されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
修正係数はテーブルから取り出されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
検出器要素（１４）もしくは検出器要素（１４）の部分区画のための修正係数が予め基準検出器により種々の計数率について求められることを特徴とする請求項１又は３記載の方法。
【請求項５】
修正係数は予め放射線検出器（４）と基準検出器とによって行われる次の測定すなわち、放射線検出器（４）においてパイルアップ効果が発生しない強度での測定、および放射線検出器（４）においてパイルアップ効果が発生する強度での測定により求められ、測定の際に高い線形性を有する基準検出器が使用され、放射線検出器（４）および基準検出器によりそれぞれ同じ強度において得られた測定値の比較から、個々の計数率と検出器要素（１４）もしくは検出器要素（１４）の部分区画とのための修正係数が計算されることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
修正は、検出器要素（１４）を含む検出器モジュール（５）のＡＳＩＣにおいて行なわれることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項７】
修正は、放射線検出器（４）に接続されている測定および評価ユニット（１０）のＦＰＧＡ電子装置において行なわれることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項８】
修正は、放射線検出器（４）が使用されている画像形成Ｘ線装置（１）の画像再構成ユニット（１２）において行なわれることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項９】
修正は、放射線検出器（４）または放射線検出器（４）の検出器モジュール（５）の全ての検出器要素（１４）に対して同時に行なわれることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
修正は、放射線検出器（４）または放射線検出器（４）の検出器モジュール（５）の全ての検出器要素（１４）に対して時間的に順次行なわれることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の１つに記載の方法による計数率の修正を行なう修正ユニット（１１）を備えた計数式放射線検出器。
【請求項１２】
計数式Ｘ線検出器（４）と請求項１乃至１０の１つに記載の方法によるＸ線検出器（４）の計数率の修正を行なう修正ユニット（１１）とを備えたＸ線装置。
【請求項１３】
修正ユニット（１１）は検出器要素（１４）を含む検出器モジュール（５）のＡＳＩＣに組み込まれていることを特徴とする請求項１２記載のＸ線装置。
【請求項１４】
修正ユニット（１１）は、放射線検出器（４）に接続されている測定および評価ユニット（１０）のＦＰＧＡ電子装置に組み込まれていることを特徴とする請求項１２記載のＸ線装置。
【請求項１５】
修正ユニット（１１）は、Ｘ線装置（１）の画像再構成ユニット（１２）に組み込まれていることを特徴とする請求項１２記載のＸ線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計数式放射線検出器の各検出器要素が作動中に単位時間当たりに入射する放射線量子数に依存した計数率を持つ計数パルスを供給する、改善された線形性を有する計数式放射線検出器、特に計数式Ｘ線検出器の作動方法に関する。更に、本発明は、その方法に基づいて作動可能な計数式放射線検出器並びに計数式放射線検出器を備えたＸ線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような方法は、とりわけ、例えばＸ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）に今後使用されるような計数式Ｘ線検出器に適している。しかしながら、もちろん単位時間当たりに入射する放射線量子数が高い場合における検出器の不感時間の影響に基づく不十分な線形性の問題が存在する他の計数式放射線検出器にも使用される。
【０００３】
医療における種々の問題発生時にコンピュータ断層撮影装置による検査が行なわれる。コンピュータ断層撮影装置はＸ線源とこのＸ線源に対向するＸ線検出器とからなり、Ｘ線検出器は個別の検出器要素によって構成されている多数の検出器モジュールからなる。検出器要素は、Ｘ線の位置分解された測定のために、一般に１行または多数行に並べて配置されている。Ｘ線源と検出器との間に存在する被検体を通過するＸ線の減弱の位置分解された測定から、被検体内部における物質の分布に関する認識が得られる。
【０００４】
Ｘ線の検出のために、一方では、シンチレータ材料を有しこのシンチレータ材料の後に光検出器が接続されている間接形変換器を備えた検出器が知られている。シンチレータによって、入射するＸ線が光線に変換され、この光線が光検出器によって検出される。Ｘ線量子当たりの発生光子数は、一般にＸ線量子の量子エネルギーにほぼ比例する。一般には、この技術の場合、予め与えられた時間間隔にわたって、光検出器から得られた電気信号が積分される。
【０００５】
更に、Ｘ線の検出のために、入射するＸ線が直接に電荷キャリアを発生する特定の半導体材料も知られている。このような直接形変換器において発生した電荷キャリアのＸ線量子当たりの個数は一般にＸ線量子の量子エネルギに比例する。
【０００６】
変換器から得られた電気信号の積分の代わりに、コンピュータ断層撮影装置用には計数方法も知られている。直接形変換器に基づいてＸ線を検出する多数の検出器要素を有するコンピュータ断層撮影装置用の検出器モジュールは公知である（例えば特許文献１参照）。各検出器は、受信された電気信号に依存して計数パルスを発生するためのパルス発生器に接続されている。パルス発生器は計数装置にパルスを与え、計数装置は計数パルスを予め設定可能な時間間隔に亘って計数し、その計数結果を出力する。
【０００７】
単位時間当たりに検出されるべき放射線量子の数が非常に多い範囲において計数式放射線検出器を使用する場合、計数式検出器の不感時間に基づいて、測定された計数率が悪くなることがある。
【０００８】
なお、不感時間とは、検出器がある事象の到来後にこの事象の処理のために必要とする時間間隔と解される。この時間間隔中に到来する他の全ての事象は失われる。Ｘ線コンピュータ断層撮影においてＸ線量子が検出器要素に入射する比率が高い場合にはまさに、検出器要素の不感時間は、ＣＴ撮影のための線形条件が満たされず、従って画質が要求どおりにならなくなる。
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２１２６３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、改善された線形性でもって計数式放射線検出器、特に計数式Ｘ線検出器の作動を可能にする方法、計数式放射線検出器およびＸ線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
計数式放射線検出器の作動方法に関する課題は、本発明によれば、計数式放射線検出器の各検出器要素が作動中に単位時間当たりに入射する放射線量子の数に依存した計数率を持つ計数パルスを供給する線形性を有する計数式放射線検出器の作動方法において、各検出器要素または各検出器要素の部分区画から供給された計数率が、関数関係を介して実際の計数率に換算されるか、または計数率の大きさに依存しそれぞれの検出器要素もしくは検出器要素の部分区画に対して予め定められかつ単位時間当たりに入射する放射線量子の実際の数からの検出器要素の不感時間により生じる計数率偏差を修正する修正係数に掛け算されることによって解決される。
計数式放射線検出器に関する課題は、本発明によれば、上述の方法による計数率の修正を行なう修正ユニットが設けられていることによって解決される。
Ｘ線装置に関する課題は、本発明によれば、計数式Ｘ線検出器と上述の方法によるＸ線検出器の計数率の修正を行なう修正ユニットとが設けられていることによって解決される。
本発明による有利な構成はそれぞれの従属請求項の対象である。
【００１１】
改善された線形性でもって計数式放射線検出器を作動させるための本発明による方法では、計数式放射線検出器の各検出器要素が作動中に単位時間当たりに入射するＸ線量子の数に依存した計数率を持つ計数パルスを供給する。各検出器要素または検出器要素の部分区画から供給された計数率は、既知の関数関係を介して実際の計数率に換算されるか、または計数率の大きさに依存する修正係数に掛け算される。修正係数は、それぞれの検出器要素もしくは検出器要素の部分区画に対して予め定められ、単位時間当たりに入射する放射線量子の実際の数（実際の計数率）からの検出器要素の不感時間により生じる計数率偏差を修正する。なお、検出器要素とは検出器のピクセルであり、検出器要素の部分区画とは検出器要素を区分しそれぞれ固有の計数率を供給する下位ピクセルであると解することができる。
【００１２】
さらに、本発明によるＸ線検出器は本発明による方法による計数率の修正を行なう修正ユニットを含む。同じように、本発明によるＸ線装置、特にＸ線ＣＴ装置は、計数式Ｘ線検出器と、本発明による方法によりＸ線検出器の計数率の修正を行なう修正ユニットとを含む。
【００１３】
本発明による方法では、計数式検出器において不感時間に基づいて生じる非線形性が規定できることが利用されている。測定された計数率と実際の計数率との間の関係は既知であるか、または修正係数を測定により決定してテーブル（表）を作成することができる。検出器から供給された計数率の本発明方法による修正によって、放射線検出器の高められた線形性が達成され、これは特にコンピュータ断層撮影分野における線形性への要求を満たし、従ってこの分野において計数式Ｘ線検出器を使用した場合に画質が改善される。
【００１４】
計数率修正が比較測定により決定される場合、修正係数により、場合によっては付加的に他の影響係数に起因する線形性のずれも修正される。
【００１５】
計数率修正は、本発明による方法においては、例えば単位時間当たりに入射するＸ線量子の実際の個数すなわち実際の計数率と、検出器要素から供給された計数率との間の関数関係から計算することができる。この場合に検出器の挙動において２つのケースが区別される。
（１）「非まひ状態」
各事象が検出された後、検出器は一定の時間τの間感応しない（τ＝不感時間）。検出器はこの時間中に到来する事象を記録しない。
（２）「まひ状態」
検出器は不感時間中にも感応し続ける。それによって不感時間は更なる事象の到来によって延長される。
【００１６】
両ケースに関して理論的な関係が知られている。非まひ状態の電子装置の場合、次の関係が当てはまる。
（１）          ｍ＝ｎ／（１＋ｎ・τ）
まひ状態にある電子装置を有する検出器の場合、測定された計数率と実際の計数率との間に次の関係が存在する。
（２）        ｍ＝ｎ・ｅ-n・τ
但し、ｍは測定された計数率、ｎは実際の計数率、τは不感時間である。
【００１７】
測定中に計算時間を節約するために、関数関係からその都度の計数率に依存した修正係数を予め求めてテーブルを作成することができる。
【００１８】
この関係が既知でない場合、修正係数を一度だけ基準検出器による事前測定により求めることができる。この場合に、種々の放射線強度で到来する放射線がその都度、基準検出器と後の測定に使用される計数式放射線検出器とにより測定される。種々の放射線強度は、計数式放射線検出器がまだ線形動作する範囲において少なくとも１つの測定が行なわれ、そして以下においてパイルアップ効果と呼ぶ不感時間に基づく線形性からのずれが生じる強度において多数の他の測定が行なわれるように選ばれると好ましい。基準検出器はもちろんそれぞれの範囲において十分に線形に動作しなければならない。基準検出器および計数式放射線検出器のその都度測定された値の比較から、種々の強度、すなわち計数式放射線検出器の種々の計数率に対する修正値を計算することができる。
【００１９】
種々の計数率において生じる修正係数はテーブルに記入され、テーブルにおいては、その都度計数式放射線検出器から供給された計数率に修正係数が割り付けられている。本発明による方法を実施する際、現在供給された計数率の値がテーブルにおいて探され、割り付けられている修正係数に掛け算される。初期値として、相応に修正された計数率が継続処理のために用意される。
【００２０】
計数式検出器から供給された計数率の修正は、これらの計数率を継続処理する場合に種々の個所で行なうことができる。例えば、測定された計数率と修正係数との間の関係が検出器の製造時に既に検出器モジュールのＡＳＩＣに組み込まれており、それゆえ計数式検出器が直接に修正された計数率を供給する。検出器の製造時に修正値が既知でなく、後で測定によって求められなければならない場合、検出器に作動中に接続されている評価ユニットに修正ステップを組み込むことが考えられる。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に使用される計数式Ｘ線検出器の場合、測定および評価ユニット（ＤＡＳ：Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ、データ収集システム）のＦＰＧＡ電子装置（ＦＰＧＡ：Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ、フィールドプログラマブルゲートアレイ）において修正を実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下において、本発明による方法およびこの方法を実施するための手段を備えたＸ線ＣＴ装置を実施例に基づいて添付の図面を参照しながら改めて更に詳しく説明する。
図１は計数式Ｘ線検出器と本発明による方法を含む修正ユニットとを備えたＸ線検出器ＣＴ装置の一部を示し、
図２は計数式検出器の個々の検出器要素に基づく修正過程を概略的に示し、
図３は本発明による方法のための修正テーブルの作成経過例を示す。
【００２２】
図１は、（例えばＣＺＴまたはＣｄＺｎＴｅに基づく）計数式Ｘ線検出器と本発明による方法を含む修正ユニット１０とを備えたＸ線ＣＴ装置の一部を示す。この図には回転部分３および静止部分２を有するＣＴ装置１のガントリが示されている。回転部分３の内部にはＸ線管ユニット６およびこれに対向する検出器ユニット４が認められる。Ｘ線管ユニット６は、Ｘ線管、コリメータ、焦点制御装置および陽極回転装置を含む。検出器ユニット４は、個々の検出器モジュール５を備えた計数式Ｘ線検出器を含み、この例ではＦＰＧＡを含む測定および評価ユニット１０に接続されている。更に、ガントリの回転部分３には、場合によっては線量調節も含む回転部分のための主制御装置７と、高周波発生器を有する電源９と、Ｘ線管ユニット６のための電源が配置されている。図１に矢印で示されているように、個々の制御信号および制御データが主制御装置７からそれぞれの部分ユニットに伝送され、あるいは主制御装置７によって受信される。回転部分３における主制御装置７はガントリの静止部分２における主制御装置８に接続されている。両主制御装置間の信号およびデータ伝送は、例えば、ガントリの回転部分３および静止部分２に固定されているスリップリング対を介して行なわれる。静止側の主制御装置８は、更に画像再構成システム１２に接続されている。画像再構成システム１２においてモニタ１３における表示のために画像再構成が行なわれる。
【００２３】
Ｘ線ＣＴ装置１の作動中、検出器ユニット４が検出器モジュール５の個々の検出器要素１４から絶え間なく計数率を供給される。この計数率は本発明による方法により修正される。修正ユニット１１における修正は多数の検出器要素１４を含む検出器モジュール５のＡＳＩＣにおいて直接かまたは測定および評価ユニット１０において行なわれる。更に、修正されていない計数率をまず画像再構成ユニット１２に伝送し、そこに修正ユニット１１を設けることももちろん可能である。最後に述べた可能性は修正ユニット１１の破線表示にて図示されている。
【００２４】
修正ユニット１１が検出器モジュール５のＡＳＩＣ内に組み込まれている検出器ユニット４においては、個々の検出器要素１４から供給された計数率の修正を種々に行なうことができる。例えば、各検出器要素１４のために、すなわち検出器における個々の各ピクセルのために、まず、下位ピクセルへのピクセル面の区分が存在する場合には、検出器要素１４の下位ピクセルｎ1〜ｎnの計数率が加算される。下位ピクセルから加算された検出器ユニット４の全ピクセルの計数率がパラレルに修正係数に掛け算される。これは図２の概略図によって示されている。図２においては１つのピクセルの個々の下位ピクセルｎ1〜ｎnがまず加算され、その合計がこれらの計数率に対応する修正係数ｇに掛け算される。
【００２５】
この構成のほかに、ピクセルの計数率にシリアルに、すなわち順次に修正することも可能である。加算前における個々の下位ピクセルの計数率の修正も可能である。
【００２６】
測定された計数率と実際の計数率との間の関係が検出器ユニットの準備時に使用できない場合、この関係は、まず計数式検出器による事前測定によって決定されなければならない。この場合に、作動中に供給された計数率の修正は、測定および評価ユニット１０において行われるか、または修正ユニット１１を有する画像再構成ユニット１２において行なわれる。修正に必要な修正テーブルの作成のために、例えば図３による方法を使用することができる。この方法の場合には計数式検出器のほかに基準検出器が使用され、この基準検出器は最大強度においても全く非線形性を示してはならないか又は良好に修正可能な非線形性しか示してはならない。これは、例えばキセノンガス検出器、積分モードのホトダイオードを有するシンチレータ、あるいは例えばそれぞれ遮蔽によって保証され得る線形範囲にある計数式検出器により実現可能である。
【００２７】
本発明による方法の場合、この例ではそれぞれ基準検出器および相応の計数式検出器によりパイルアップ効果以下の強度範囲において測定が行なわれる。続いて、両検出器のそれぞれにより、パイルアップ効果が発生する強度範囲においてｎ個の測定が行なわれ、そして最大強度を持つ１つの測定が行なわれる。結局、それぞれ両検出器により得られた測定値の比較から、検出器の各検出器要素および各測定、すなわち各強度もしくは計数率のための修正係数が求められる。これらの値から検出器の各検出器要素のために修正曲線または修正テーブルを作成し、これを修正ユニットに記憶させることができる。異なる強度における事前測定ｎが多ければ多いほど、計数式検出器の規定どおりの作動時における計数率の後での修正をますます正確に行なうことができる（図には破線矢印で示されている。）。テーブルに載せられた計数率の間にある計数率は、もちろんテーブルに存在する値の間における補間によっても求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明方法を含むＸ線検出器ＣＴ装置の一部を示す概略図
【図２】計数式検出器の個々の検出器要素に基づく修正過程を概略的に示すブロック図
【図３】本発明による方法のための修正テーブルの作成経過例を示す流れ図。
【符号の説明】
【００２９】
１        Ｘ線ＣＴ装置
２        静止部分
３        回転部分
４        検出器ユニット
５        検出器モジュール
６        Ｘ線管ユニット
７        回転側主制御装置
８        静止側主制御装置
９        電源
１０        測定および評価ユニット
１１        修正ユニット
１２        画像再構成ユニット
１３        モニタ
１４        検出器要素／ピクセル
【図１】
2005172823.tif 000003
【図２】
2005172823.tif 000004
【図３】
2005172823.tif 000005