(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の検出素子（２）と、これらに接続されかつ各検出素子（２）に第１のエネルギー閾（ｅ１）が割り当てられているように構成されている評価ユニット（４）とを備え、個々の量子を検出するためのＸ線検出器において、検出素子（２）により撮影可能な異なる放射スペクトル（Ｓｐ１，Ｓｐ２）の一部分がそれぞれエネルギー閾（ｅ１）を下回るエネルギーを有し、それぞれの放射スペクトル（Ｓｐ１，Ｓｐ２）の他の部分がエネルギー閾（ｅ１）を上回るエネルギーを有し、異なる検出素子（２）のエネルギー閾（ｅ１）は、第１の放射スペクトル（Ｓｐ１）においてエネルギー閾（ｅ１）を上回るエネルギーまたは下回るエネルギーを有するスペクトル部分（ｓ１（ｋ））と、第２の放射スペクトル（Ｓｐ２）においてエネルギー閾（ｅ１）を上回るエネルギーまたは下回るエネルギーを有するスペクトル部分（ｓ２（ｋ））との間の比（ｒ（ｋ））が異なる検出素子（２）において互いに整合するように異なって設定されていることを特徴とするＸ線検出器。
【請求項２】
放射スペクトル（Ｓｐ１，Ｓｐ２）に影響を及ぼすために検出素子（２）に前置可能であるフィルタ（３）が設けられていることを特徴とする請求項１記載のＸ線検出器。
【請求項３】
個々の量子の検出に適した複数の検出素子（２）を有するＸ線検出器（１）を作動させる方法において、
検出素子（２）が第１のエネルギースペクトル（Ｓｐ１）を有する放射に曝され、このエネルギースペクトル（Ｓｐ１）内にある第１のエネルギー閾（ｅ１）が各検出素子（２）について存在し、
第１のエネルギー閾（ｅ１）を上回るエネルギーまたは下回るエネルギーを有し各検出素子により検出された事象の個数が検出されて第１の個数として記憶され、
検出素子（２）が第２のエネルギースペクトル（Ｓｐ２）を有する放射に曝され、各検出素子（２）の第１のエネルギー閾（ｅ１）は変化されないままであり、
第１のエネルギー閾（ｅ１）を上回るもしくは下回るエネルギーを有し各検出素子により検出された事象の個数が検出されて第２の個数として記憶され、
各検出素子（２）について、第1の個数と第２の個数とからなる商が形成され、
検出素子（２）の少なくとも一部の第１のエネルギー閾（ｅ１）が、個々の検出素子（２）について商（ｒ（ｋ））の整合が行なわれるように変えられる
ことを特徴とするＸ線検出器の作動方法。
【請求項４】
個々の検出素子（２）についての商（ｒ（ｋ））が、異なる検出素子（２）の第１のエネルギー閾（ｅ１）の異なった設定により、少なくともほぼ同じ値に設定されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
エネルギー閾（ｅ１）の設定が、Ｘ線検出器（１）と同様に診断装置（７）の一部をなすＸ線源（６）の使用のもとに行なわれることを特徴とする請求項３又は４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個々の量子の検出に適したＸ線検出器およびＸ線検出器の作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
個々の量子を検出するために用いられる検出器は公知である（例えば、特許文献１参照）。この検出器は、例えば線量分布測定において、非破壊物質検査への使用のためにも、医療技術への使用のためにも用いられる。
【０００３】
個々の事象のエネルギーを検出するのに適している放射検出器においては、しばしば、事象を分類することができるようにエネルギー閾が設定され、例えばそのエネルギー閾以下で測定されたエネルギーについては検出された事象が排除される。この種のエネルギー閾は、特定の放射源に割り当てられた事象を、測定結果の品質を低下させるにすぎない登録されるべきでないその他の事象から区別するために用いられる。
【０００４】
個々の事象のエネルギーを位置分解して取得する画像化方法においては、個々のエネルギー閾の設定に応じて、例えば規則的なパターンの形のアーチファクトが生じる。したがって、測定結果のこのような品質低下の発生は、放射検出器の種々の範囲が、推定計算式によっては不十分にしか記述できないさまざまの入射放射に曝されることに関係する。例えば２次元表示においてリングとして見えるこの種のアーチファクトを回避するためには、放射検出器における労力を要する設定作業が必要である。
【特許文献１】独国特許出願公開第４０１８８５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、Ｘ線検出時における個々の量子の改善された検出を可能にするＸ線検出器およびＸ線検出器の作動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
Ｘ線検出器に関する課題は、本発明によれば、複数の検出素子と、これらに接続されかつ各検出素子に第１のエネルギー閾が割り当てられているように構成されている評価ユニットとを備え、個々の量子を検出するためのＸ線検出器において、検出素子により撮影可能な異なる放射スペクトルの一部分がそれぞれエネルギー閾を下回るエネルギーを有し、それぞれの放射スペクトルの他の部分がエネルギー閾を上回るエネルギーを有し、異なる検出素子のエネルギー閾は、第１の放射スペクトルにおいてエネルギー閾を上回るエネルギーまたは下回るエネルギーを有するスペクトル部分と、第２の放射スペクトルにおいてエネルギー閾を上回るエネルギーまたは下回るエネルギーを有するスペクトル部分との間の比が異なる検出素子において互いに整合するように異なって設定されていることによって解決される。
【０００７】
Ｘ線検出器に関する本発明の実施態様は次の通りである。
・それぞれの検出素子には、第１のエネルギー閾より高い第２のエネルギー閾が割り当てられ、この第２のエネルギー閾は、検出素子により測定された事象が、第１および第２の放射スペクトルにおいてそれぞれ第２のエネルギー閾を上回るエネルギーを有するスペクトル部分に割り当てられているかを決定する。第２のエネルギー閾が非活性化可能である。
放射スペクトルに影響を及ぼすために検出素子に前置可能であるフィルタが設けられている（請求項２）。
検出器アレイ内における検出素子の配置と、それぞれの検出素子の位置における放射スペクトルとの間の依存関係が与えられている。
【０００８】
Ｘ線検出器の作動方法に関する課題は、本発明によれば、個々の量子の検出に適した複数の検出素子を有するＸ線検出器を作動させる方法において、
検出素子が第１のエネルギースペクトルを有する放射に曝され、このエネルギースペクトル内にある第１のエネルギー閾が各検出素子について存在し、
第１のエネルギー閾を上回るエネルギーまたは下回るエネルギーを有し各検出素子により検出された事象の個数が検出されて第１の個数として記憶され、
検出素子が第２のエネルギースペクトルを有する放射に曝され、各検出素子の第１のエネルギー閾は変化されないままであり、
第１のエネルギー閾を上回るもしくは下回るエネルギーを有し各検出素子により検出された事象の個数が検出されて第２の個数として記憶され、
各検出素子について、第1の個数と第２の個数とからなる商が形成され、
検出素子の少なくとも一部の第１のエネルギー閾が、個々の検出素子について商の整合が行なわれるように変えられることによって解決される。
【０００９】
Ｘ線検出器の作動方法に関する本発明の実施態様は次の通りである。
個々の検出素子についての商が、異なる検出素子の第１のエネルギー閾の異なった設定により、少なくともほぼ同じ値に設定される（請求項４）。
エネルギー閾の設定が、Ｘ線検出器と同様に診断装置の一部をなすＸ線源の使用のもとに行なわれる（請求項５）。
【００１０】
以下においてＸ線検出器に関連して説明する特徴および利点は意味内容的に方法にも当てはまり、またその逆もそうである。
【００１１】
個々の量子の検出を可能にするＸ線検出器は、複数の検出素子と、これらにデータ技術的に接続されかつ包括的なデータ処理ネットワークに接続可能である評価ユニットを有する。評価ユニットは、各検出素子に第１のエネルギー閾が割り当てられているように構成されている。検出素子により撮影可能な異なる放射スペクトルの一部分はそれぞれこのエネルギー閾を下回るエネルギーを有し、それぞれの放射スペクトルの他の部分はこのエネルギー閾を上回るエネルギーを有する。異なる検出素子のエネルギー閾は、第１の放射スペクトルにおいてエネルギー閾を上回るエネルギーまたは下回るエネルギーを有するスペクトル部分と、第２の放射スペクトルにおいてエネルギー閾を上回るエネルギーまたは下回るエネルギーを有するスペクトル部分との間の比が異なる検出素子において互いに整合（均衡）するように異なって設定されている。とりわけ、エネルギー閾を上回るエネルギー範囲を有する他の部分が比較される。これは、障害となるノイズ作用が全くまたは僅かしか存在しないという利点を有する。
【００１２】
異なる放射スペクトルにおいて各検出素子に対して固有に設定されたエネルギー閾によって区切られたスペクトル部分間の比の整合（均衡）は、各検出素子について別々に求められたこれらの商の完全な均一化に限定されないと理解される。むしろ、エネルギー閾の整合（均衡）前の状況、すなわち全ての検出素子に対して同一に設定されたエネルギー閾の状況が、エネルギー閾の変化後の状況と比較されるべきである。
【００１３】
第１の放射スペクトルの撮影時に記録された事象の個数と、第２の放射スペクトルの撮影時に記録された事象の個数との間の比を指定する商の整合については、それぞれ１つの検出素子に割り当てられた個々の商の、全ての検出素子の平均商からの偏差の総和が、少なくとも唯一の検出素子のエネルギー閾の調整後に、全ての検出素子の同一に設定されたエネルギー閾の場合よりも少なくなるやいなや、整合（均衡）していると判断される。なお、記録された事象は、調整可能なエネルギー閾を上回るエネルギーを有する事象である。理想的な場合、個々の検出素子に割り当てられた商は少なくともほぼ同一の値に設定されている。このようにして個々の検出素子において異なって設定されたエネルギー閾の意図的な不利益甘受のもとに、画像化におけるアーチファクトが特別に高い確実性でもって回避されることが判明した。
【００１４】
有利な実施態様によれば、検出素子に、上述の第１のエネルギー閾に対して付加的に、それぞれ１つの第２のより高いまたは上方のエネルギー閾が割り当てられる。この第２のエネルギー閾は、異なる放射スペクトルの測定時における更に別の基準を規定する。特に、それによりエネルギー範囲の更に別の区分が可能である。第２のより高いエネルギー閾により、検出素子により測定された事象が、どのエネルギーから、それぞれの放射スペクトルの更なる第３のスペクトル部分に割り当てられているかが決定可能である。第１のエネルギー閾の設定と同様に第２のエネルギー閾も、異なる検出素子に対して固有に設定可能である。この第２の閾値設定のための前提は、撮影されたスペクトルが第２のエネルギー閾を上回る限界エネルギーを持つことである。
【００１５】
第１の放射スペクトルと第２の放射スペクトルとの間の切り替えは、例えばＸ線源の電圧変化によって可能である。Ｘ線検出器が医療技術診断装置の一部である場合、個々の検出素子のエネルギー閾を設定するために、医療技術装置のＸ線源としていずれにしても利用可能であるのと同一のＸ線源を使用すると好ましい。したがって、Ｘ線技術診断装置の画像に適した特性の調整は、Ｘ線検出器の種々のエネルギー閾の設定によって行なうことができ、例えば外部のＸ線源の形での装置の追加なしに可能である。
【００１６】
エネルギー閾の設定に使用される放射のエネルギースペクトル変化の他の可能性は放射のフィルタリングによって与えられる。これは、放射スペクトルに影響を及ぼす付加的なフィルタの使用なしに既に、検出器に入射する放射が、検出素子による測定が行なわれる各位置においても、同一のエネルギースペクトルを持たないことに基づいている。むしろ、放射スペクトルの位置依存性は、例えば、少なくともＸ線源と検出器アレイの様式で構成されているＸ線検出器とを含むＸ線技術システム、特に医療技術システムにおいて整形フィルタに基づいて与えられているとよい。
【００１７】
個々の検出素子のエネルギー閾の設定方法において必要な放射スペクトル変化のために、フィルタがビーム経路内に挿入される場合、Ｘ線検出器に入射する放射のシステムに起因した位置依存性は基本的には維持されたままである。
【００１８】
例えば、放射スペクトルは、平面型Ｘ線検出器の縁部において、特にＸ線システム内に存在する整形フィルタによって起因して硬化する。この結果、全ての検出素子のエネルギー閾の均一な設定の場合に、第１のスペクトルにおいてエネルギー閾を上回るスペクトル部分と第２のスペクトルにおいて同様にエネルギー閾を上回るスペクトル部分との間の比が全ての検出素子について同一ではなくなる。なお、付加的なフィルタなしのスペクトルは第1のスペクトルと呼ばれ、付加的なフィルタおよび／またはＸ線源の電圧変化により変更されたスペクトルは第２のスペクトルと呼ばれる。
【００１９】
残りの検出器範囲に比べて硬化されたまたはその他の手法で変化させられた放射に曝されているＸ線検出器範囲においては、第１のスペクトルも第２のスペクトルも検出器の残りの範囲に関して変化させられている。この変化は、第１のエネルギー閾を下回るスペクトル部分とこのエネルギー閾を上回るスペクトル部分との間の比を指定する最も異なる比例数に基づいて記述可能である。１つの検出素子により撮影された異なるスペクトルの設定可能なエネルギー閾を上回る部分が互いに比較され、それにより与えられる商が、異なる検出素子に関して検出素子のエネルギー閾の設定時に整合化すべき目標量として利用されると、特に高い画質が得られる。エネルギー閾を上回るスペクトル部分の選択によってノイズの影響が僅かに保たれる。
【００２０】
本発明の利点は、特に、個々のＸ線量子を検出する医療診断装置において、診断装置の既存のＸ線源を用いて簡単に個々の検出素子のエネルギー閾の設定が実施可能であることにある。特に、本発明による方法は単色放射の使用なしに検出器の較正を可能にする。なぜならば、２つのスペクトルの比、したがって相対的な大きさが観察されるからである。したがって、本発明による方法の場合には、検出素子固有のエネルギー閾の設定のために、単色でない有利な較正スペクトルが利用される。較正スペクトルは設定すべきエネルギー閾に基づいて選択され、すなわち種々のエネルギー範囲について、優先的に異なるエネルギー閾が予め選択され、その後それらに対して適切な較正スペクトルが選択される。予め選択されたそれぞれのエネルギー閾に対して、その後、既述の方法により検出素子固有の異なったエネルギー閾が求められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下において、本発明の実施例を図面に基づいて更に詳細に説明する。
図１は評価ユニットを含めてＸ線検出器を概略図で示す。
図２は図１によるＸ線検出器のエネルギー閾の設定方法をフローチャートで示す。
図３および図４は図１によるＸ線検出器により撮影可能な異なるスペクトルを示す。
【００２２】
図１には概略的にＸ線検出器１が示されている。Ｘ線検出器１は、個々の検出素子２ならびにこれらに前置されたフィルタ３を有し、データメモリ５を有する評価ユニット４に接続されている。Ｘ線検出器１は、Ｘ線源６と同様に、詳細には示されていない医療技術診断装置７の一部である。診断装置７は好ましくはコンピュータ断層撮影装置である。
【００２３】
検出器アレイ８の様式に配置されている検出素子２は個々のＸ線量子の位置分解およびエネルギー分解された検出を可能にする。概略表示とは違って、評価ユニット４と、診断装置７により取得されたデータを記憶するために設けられたデータメモリ５とは、包括的なデータ処理ネットワーク、例えば放射線部門情報システム（ＲＩＳ）の一部であってよい。
【００２４】
各検出素子２には、ハードウェア技術的および／またはソフトウェア技術的に実現可能であるエネルギー閾ｅ１，ｅ２（図３、図４）が割り当てられている。次に、下方のエネルギー閾ｅ１の設定を図２に基づいて説明する。
【００２５】
第１のステップＳ１において、Ｘ線検出器１がＸ線源６により第１のエネルギースペクトルＳｐ１を有する放射Ｓｔに曝される。このエネルギースペクトルＳｐ１の一部はエネルギー閾ｅ１を下回っており、エネルギースペクトルＳｐ１の他の一部はエネルギー閾ｅ１を上回っている。このエネルギー閾ｅ１は、このステップＳ１において全ての検出素子２に対して同じである。各検出素子２は別々の信号を評価ユニット４に供給する。これはＸ線検出器１のチャネルｋとも呼ばれ、これらのチャネルはそれぞれ１つの検出素子２に対応する。ステップＳ１の期間中に検出素子２により検出されたエネルギーはデータメモリ５に記憶される。各検出素子２によって、すなわち各チャネルｋにおいて記録され第１のエネルギー閾ｅ１を上回るエネルギーを有する事象の個数がｓ１（ｋ）により表される。一般に、個数ｓ１（ｋ）は検出素子２ごとに異なる。
【００２６】
次のステップＳ２において、エネルギー閾ｅ１が変化せずしかし放射スペクトルＳｐ２が変化した状態において、第２の測定がＸ線検出器１により行なわれる。この測定は、各検出素子２について、エネルギー閾ｅ１を上回るエネルギーを有する事象がいくつ記録されたかを示す個数を提供する。第１のエネルギー閾ｅ１を上回る成分および下回る成分を持つ第２の放射スペクトルＳｐ２により記録された事象の個数ｓ２（ｋ）は、同様に、一般に検出器アレイ８内の検出素子２の位置に依存する。
【００２７】
第３のステップＳ３は、評価ユニット４により、第２のステップＳ２の終了後に行なわれる。各検出素子２について、すなわち各チャネルｋについて、第１のステップにおいて記録され第１のエネルギー閾ｅ１を上回るエネルギーを有する事象の個数と、第２のステップにおいて記録され同様に第１のエネルギー閾ｅ１を上回るエネルギーを有する事象の個数との間の比を示す商ｒ（ｋ）＝ｓ１（ｋ）／ｓ２（ｋ）が決定される。
【００２８】
次のステップＳ４において、異なる検出素子２についての商ｒ（ｋ）が予め設定された基準を満たしているかどうか、特に全てのチャネルｋの平均商ｒを中心とする許容間隔内にあるかどうかが自動的に問合せされる。この基準がまだ満たされていない場合、ステップ５において、当該チャネルｋの商ｒ（ｋ）を平均商ｒの方向へ移動すべく、少なくとも１つの検出素子２のエネルギー閾ｅ１が設定される。
【００２９】
例えば、特定のチャネルｋの比ｒ（ｋ）が平均商ｒに比べて小さすぎ、第２のスペクトルＳｐ２が硬化によって第１のスペクトルＳｐ１から得られている場合、これは、該当する検出素子２が高エネルギー放射の検出時には低エネルギーを有する放射の検出に比べて高すぎる計数率を提供することを意味する。さまざまのエネルギー範囲において記録された事象個数の誤った比は、検出素子２のエネルギー閾ｅ１が低下させられることによって補正可能である。それぞれ１つの個々のＸ線量子に応じて第１のスペクトルＳｐ１において記録された事象のパーセンテージ上昇は、エネルギー閾ｅ１のこのような引き下げの際には、第２のスペクトルＳｐ２の測定時に記録される事象個数のパーセンテージ上昇よりも大きい。その結果、商ｒ（ｋ）＝ｓ１（ｋ）／ｓ２（ｋ）が高められ、すなわち平均商ｒに近づけられる。
【００３０】
少なくとも１つの検出素子２、とりわけ複数の検出素子２のエネルギー閾ｅ１（ｋ）の設定を変化させることにより、新たにステップＳ３において異なる検出素子２のために付属の商ｒ（ｋ）が決定され、新たな測定も実施可能である。引続いて、再びステップＳ４において、個々の検出素子２に割り当てられた商ｒ（ｋ）の一致に関する基準が満たされているかどうかが問合せされる。基準が満たされている場合、検出素子２のエネルギー閾ｅ１（ｋ）の設定方法が終了する（ステップＥ）。理想的には、全てのエネルギー閾ｅ１（ｋ）は付属の商ｒ（ｋ）が同じ値になるように設定される。これとは違って、検出器アレイ８内の位置依存性を有する曲線ｒ（ｋ）を平滑するだけでもよい。このような平滑は多くの場合に、Ｘ線検出器１により撮影された画像にアーチファクトを形成するのを回避するのに十分である。
【００３１】
図３および図４は、それぞれＸ線源６により発生された放射Ｓｔの第１のエネルギースペクトルＳｐ１ならびにこの第１のエネルギースペクトルＳｐ１に対して変化させられた第２のスペクトルＳｐ２，Ｓｐ２’を示す。両ケースにおいて、第１の放射スペクトルＳｐ１も第２の放射スペクトルＳｐ２，Ｓｐ２’も、第１のエネルギー閾ｅ１を下回る成分および第１のエネルギー閾ｅ１を上回る成分を有する。Ｘ線検出器１が計数式検出器であるので、スペクトルＳｐ１，Ｓｐ２，Ｓｐ２’の種々の部分に、事象の数値を割り当てることができる。この場合に、検出器チャネルｋに依存した個数ｓ１（ｋ）は第１のスペクトルＳｐ１においてエネルギー閾ｅ１を上回るスペクトル部分に相当し、個数ｓ２（ｋ）は第２のスペクトルＳｐ２においてエネルギー閾ｅ１を上回るスペクトル部分に相当する。
【００３２】
図３に示された第２のスペクトルＳｐ２は、第１のスペクトルＳｐ１からフィルタ３によるフィルタリングによって発生されている。Ｘ線源８を作動させる電圧は６０ｋＶで一定である。これに対して図４に示されたケースではスペクトルＳｐ２’がスペクトルＳｐ１からフィルタによってではなく、６０ｋＶから８０ｋＶへの電圧増大によって得られている。
【００３３】
図３および４から明らかのように、全てのスペクトルＳｐ１，Ｓｐ２，Ｓｐ２’の限界エネルギーは第２のエネルギー閾ｅ２の下方にある。この場合に、個々の検出素子２の第１のエネルギー閾ｅ１（ｋ）の設定時に、第２のエネルギー閾ｅ２を考慮する必要がない。さもなければ、第２のエネルギースペクトルＳｐ２，Ｓｐ２’を下回るまたは第１のエネルギースペクトルＳｐ１を下回る第２のエネルギー閾ｅ２において、第１のエネルギー閾ｅ１の設定時に第２のエネルギー閾ｅ２が引き上げ可能でなければならない。さらに、上方の第２のエネルギー閾ｅ２（ｋ）は第１のエネルギー閾ｅ１と同様に各検出素子２について別々に設定可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】評価ユニットを含めてＸ線検出器を示す概略図
【図２】図１によるＸ線検出器のエネルギー閾の設定方法を示すフローチャート
【図３】図１によるＸ線検出器により撮影可能なスペクトルの第１の例を示すダイアグラム
【図４】図１によるＸ線検出器により撮影可能なスペクトルの第２の例を示すダイアグラム
【符号の説明】
【００３５】
１          Ｘ線検出器
２          検出素子
３          フィルタ
４          評価ユニット
５          データメモリ
６          Ｘ線源
７          診断装置
８          検出器アレイ
Ｓｔ        放射
ｅ１        第１のエネルギー閾
ｅ２        第２のエネルギー閾
ｋ          チャネル
Ｓｐ１      第１のエネルギースペクトル
Ｓｐ２      第２のエネルギースペクトル
Ｓｐ２’    第２のエネルギースペクトル
【図１】
0005159162.tif 000002
【図２】
0005159162.tif 000003
【図３】
0005159162.tif 000004
【図４】
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