(57)【要約】      （修正有）【課題】位置感応型半導体検出器において、X線や荷電粒子の入射位置を推定する方法を提供する。【解決手段】位置感応型半導体検出器において、X線や荷電粒子で生成された電子・正孔対群の拡がりがピクセルサイズと同等か又ははるかに小さいとき、電子・正孔対群の拡がりから推定した位置は、ピクセルの中心及び角、さらに境界の中心への強いバイアスがあるため、位置をシフトすること、又は、電子をいくつかのサブピクセルに結び付けることにより、このバイアスを打ち消すよう補正する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ベースのピクセル化検出器を使用して粒子放射を検出する方法であり、前記検出器のピクセルは検出器ピクセルサイズを有し、前記検出器は粒子放射を感知し、前記粒子放射の各粒子は前記検出器の半導体材料内に多数の電子／正孔対を引き起こし、前記多数の電子／正孔対はセントロイド及びセントロイドの範囲を有し、前記セントロイドの範囲の広がりは前記検出器ピクセルサイズよりも大きく、
・前記粒子放射の粒子を捕捉するステップと、
・多数の隣接する検出器ピクセルに対する前記多数の電子／正孔対を推定するステップと、
・隣接する検出器ピクセルにおける電子／正孔対の推定を使用して、前記多数の電子／正孔対のセントロイドの位置を推定するステップと、
・推定された前記セントロイドの位置を用いて前記粒子の衝突位置を推定するステップと、
・多数の推定衝突位置の推定された位置を用いてピクセル化画像を形成するステップであって、前記ピクセル化画像は強度を有する画像ピクセルを含むステップと、
を含む方法であって、
・前記衝突位置を推定する際、当該推定は、検出器ピクセル内の位置に依存する位置依存バイアスを有し、
・各推定衝突位置の対応する画像ピクセルへの寄与は、前記位置依存バイアスの影響を打ち消すように調整される、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記各推定衝突位置の対応する画像ピクセルへの寄与の調整は、前記推定された位置の調整を含み、当該調整は前記検出器ピクセルに関する前記推定衝突位置の関数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記各推定衝突位置の対応する画像ピクセルへの寄与の調整は、１つ以上の画像ピクセルに強度を加算することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記関数は、スプライン関数群からの関数である、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記関数がルックアップテーブル（ＬＵＴ）に格納されている、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項６】
前記粒子放射が、電子、イオン、及びＸ線の群からの粒子放射である、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ベースのピクセル化検出器を使用して粒子放射を検出する方法に関し、検出器ピクセルは検出器ピクセルサイズを有し、前記検出器は粒子放射を感知し、前記粒子放射の各粒子は前記検出器の半導体材料内に多数の電子／正孔対を引き起こし、前記多数の多数の電子／正孔対はセントロイド（centroid）及びセントロイドエクステント（centroid  extent）を有し、前記セントロイドエクステントの広がりは前記検出器ピクセルサイズよりも大きく、前記方法は、
・前記粒子放射の粒子を捕捉するステップと、
・多数の隣接する検出器ピクセルに対する前記多数の電子／正孔対を推定するステップと、
・隣接する検出器ピクセルにおける電子／正孔対の前記推定を使用して、前記多数の電子／正孔対のセントロイドの位置を推定するステップと、
・前記の推定されたセントロイドの位置を用いて前記粒子の衝突位置を推定するステップと、
・多数の推定衝突位置の推定された位置を用いてピクセル化画像を形成するステップであって、前記ピクセル化画像は強度を有する画像ピクセルを含むステップと、
を含む。
【背景技術】
【０００２】
このような方法は、とりわけ、Ｇａｔａｎ  Ｉｎｃ．、５７９４  Ｗ．  Ｌａｓ  Ｐｏｓｉｔａｓ  Ｂｌｖｄ．、Ｐｌｅａｓａｎｔｏｎ、ＣＡ  ９４５８８、ＵＳＡから市販されている「Ｋ２  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｃａｍｅｒａｓ」から知られている。
【０００３】
既知の方法は、エネルギー電子の形態の放射を捕捉するピクセル化検出器を表す。各捕捉された電子は、検出器の半導体材料中に電子／正孔対のクラウドを生じさせ、それによって、検出される検出器ピクセル内に信号を生じさせる。クラウドの直径（セントロイド）が検出器ピクセルの直径よりも大きいので、１つの衝突電子が複数の検出器ピクセルに信号を発生させる。異なる検出器ピクセルの信号を使用して、衝突位置の推定が、検出器のピクセルサイズよりも優れた分解能、ここでは検出器ピクセル直径の半分の分解能で決定される。これは、（分解能が検出器ピクセルサイズよりも優れている）超解像度で画像を形成するために使用される。
【０００４】
本方法は、衝突位置がどのように決定又は推定されるかを開示していない。本方法は、検出器ピクセルの半分又は（複数の）検出器ピクセル全体以外の解像度の結果を与えることは証明されていない。
【０００５】
多くの場合、セントロイドエクステントは、ＦＷＨＭ（半値全幅）直径で特徴付けられる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、既知の方法と比較して、改良された解像度及び／又は信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を有する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
この目的のために、本方法は、衝突位置を推定する際に、この推定値が、検出器ピクセル内の位置に依存する位置依存バイアスを有し、各推定衝突位置の対応する画像ピクセルへの寄与が、前記位置依存バイアスの効果を打ち消すように調整されている。
【０００８】
発明者らは、衝突粒子に対する検出器ピクセルの応答が、ピクセル間の異なる応答（ピクセル間差又はピクセル間非一様性）に依存するだけでなく、検出器ピクセル内の位置を推定するときに、粒子が検出器ピクセル上の位置に割り当てられる確率（位置依存バイアス）が不均一であるということ、すなわち、この位置依存バイアスは（再現可能に）検出器ピクセル上の位置に依存するということにも依存し、したがってピクセル内不均一性をまねく、ということを見出した。
【０００９】
これは、次のように説明できる。電子／正孔対のクラウドの範囲がピクセルサイズよりも小さいと仮定すると、（全ての電子／正孔対は１つの検出器ピクセル内に生成され）隣接する検出器ピクセルが電子／正孔対を示さず、位置は、それを別の位置に割り当てるための根拠がないので、検出器ピクセルの中央に配置される。粒子が２つの検出器ピクセルの間の境界付近に衝突した場合（したがって、２つの検出器ピクセル内に電子／正孔対を生じさせる場合）に限って、境界付近の位置を決定することができるが、境界に沿ったどの位置かは不明であり、したがって、粒子の位置は境界の真ん中に関連付けられる。コーナーの近くでのみ、２方向の真の位置合わせを行うことができる。検出器ピクセルサイズよりもはるかに大きいエクステントについては、作用（不均一性）がぼやける。ピクセルサイズより（わずかに）大きいセントロイドのサイズについては、推定された位置は、検出器ピクセルの中心の近くに、より少ない程度で境界の中心に及びコーナーに集中する。従って、ピクセル内の改善された確率のピークは、（フーリエ空間において）複数（偶数）のナイキスト周波数周辺に位置する多数の追加画像を、結果として生じるアーチファクトとなる。
【００１０】
図１は、そのような強化された確率の例を示す（実空間における１つの正方形のピクセルについて示される）。
【００１１】
このようなアーチファクトは、検出器で生成された電子／正孔対のクラウド（ＦＷＨＭ）が検出器のピクセルのサイズよりも大きい場合にも発生する。
【００１２】
発明者らは、前述の位置依存バイアスの効果を打ち消すための解決策を見出すことを試みた。熟練した当業者が想起する最も明白な解決策は、ピーク付近の事象に比較的低い確率を付けることである。これは、１つの画像において、高い確率の位置に対応する画像ピクセルの強度を調節することによって実現される。しかし、これには物理的な根拠がなく、そのような調節は、高い確率でその位置で検出された粒子の一部のみが画像化されることを示唆する。また、情報の一部が失われ、ノイズが増加する。改良された分解能を有するか又は有さない本発明による方法は、ナイキスト周波数（ナイキスト周波数は検出器ピクセルサイズによって支配される）に近いＳ／Ｎ比の改善にも使用することができる。
【００１３】
本発明者は、前記位置依存バイアス効果を打ち消すために各衝突位置の対応する画像ピクセルへの寄与を調整することによって、位置依存バイアス効果を相殺することができることを見出した。
【００１４】
各推定衝突位置を対応する画像ピクセルへ寄与させることは、検出器ピクセル内の推定位置を調整することを含み、この調整は、検出器ピクセル内における推定位置の関数を含む。これは、数学関数、好ましくはスプライン関数、又はルックアップテーブル（ＬＵＴ）を使用して達成することができる。ＬＵＴを使用する場合、位置の調整は、１つのＬＵＴ値に基づいても、複数のＬＵＴ値の補間に基づいてもよい。これにより、調整された推定位置が得られる。
【００１５】
代替的に又は付加的に、各推定衝突位置を対応する画像ピクセルへ寄与させることは、複数の画像ピクセルに強度を加算することを含むことができ、この加算は、検出器ピクセル内の推定位置（又は調整された推定位置）の関数を含むことができる。
【００１６】
１つ以上の画像ピクセルへの強度の加算は、ＬＵＴを使用して導き出すことができ、ＬＵＴ値は、ピクセル内の推定位置の関数である。ＬＵＴは、多数の値を示してもよく、各値は、丸められた推定位置に対応する。これにより、位置情報に（小さな）丸めが導入される。好ましくは、値は、ＬＵＴにおける補間、検出器ピクセル内の推定位置に基づく補間から導出される。より少ない丸めが期待される。あるいは、強度の加算は、数学的関数、好ましくはスプライン関数から導き出すことができる。
【００１７】
さらに別の実施形態では、粒子放射は、電子、イオン、及びＸ線の群からの粒子放射である。
【００１８】
本発明は、ＰＡＬＭ又はｄＳＴＯＲＭには関連しない。これらの超解像法は、１つのピクセルによって捕捉された多数の粒子を検出し、各粒子は可視光の光子であり、各光子は（多くとも）１つの電子／正孔対を引き起こし、続いていくつかの隣接ピクセルのセントロイドが決定されるからである。
【００１９】
さらに、ＧａｔａｎのＳ２カメラについて、唯一知られている超解像度設定はピクセルサイズの半分である。Ｇａｔａｎは、推定位置を、ピクセルサイズの半分においてカウンタクラスタリングにシフトさせることを開示していない。位置依存バイアス誤差はピクセルサイズの２倍で不均一性をまねくので、超解像がピクセルサイズのちょうど半分に設定されたときにこれを検出することは困難である
【００２０】
この方法は、電子、イオン、及びＸ線光子の群からの粒子放射に適合する。
【００２１】
一実施形態では、本方法はさらに、各粒子の衝突位置の推定がいくつかの画像ピクセルの強度に寄与し、複数の粒子の衝突位置の推定を使用してピクセル化された画像を取得するステップをさらに含む。
【００２２】
検出された粒子を画像の１つのピクセルのみに結び付ける場合、モアレ効果及び干渉が起こりうる。本発明者はこれを避けるために、各粒子の寄与がいくつかのピクセルにわたって好適に拡張することを見出した。
【００２３】
寄与を拡張するために使用されている点拡がり関数（ＰＳＦ）が既知である限り、これは可逆的方法であり、元の位置は画像強度と（既知の）ＰＳＦのデコンボリューションによって導くことができる。
【００２４】
好ましくは、いくつかの画像ピクセルとは、隣接する画像ピクセルであるが、ピクセルの数は、推定衝突位置に対応するピクセルに直接的に隣接する画像ピクセルに限定される必要はない。
【００２５】
本実施形態の方法にとって特に有用であるが、粒子放射を検出するための他の方法にとっても、各粒子の衝突位置の推定がいくつかの画像ピクセルの強度に寄与する、多数の粒子の衝突位置の推定を用いてピクセル化された画像を得ることにより、メリットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
ここで、本発明を、図１を用いて説明する。
【図１】ピクセルにわたる位置依存バイアスを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、ピクセルにわたる位置依存バイアスを模式的に示す。これは、実際の測定に関するものであり、多数の電子がピクセル化された検出器に衝突し、ピクセル化された検出器は１４×１４μｍ２のピクセルサイズを有し、電子／正孔対のクラウドのＦＷＨＭサイズは２２μｍ（ピクセルサイズの１．６倍）である。照射は均一であった。推定位置は明らかに一様ではなく、位置依存バイアスがあることを示している。この位置依存バイアスは、各サブピクセルに対してベクトル場を使用し、又は、調整された位置（ｕ，ｖ）が検出された位置（ｘ，ｙ）の関数であり、従って（ｕ，ｖ）＝Ｆ（ｘ，ｙ）である関数を使用し、位置をシフトすることにより、相殺されうる。あるいは、この位置依存バイアスは、１つの事象（衝突）の寄与をいくつかの画像ピクセルにわたって、又は、いくつかのサブピクセル（衝突位置を、いくつかの検出器サブピクセルに寄与する「ブロブ」として表すサブピクセルであって、「ブロブ」は位置依存ブロブである）にわたって拡張することにより、相殺されうる。１つのサブピクセルが１つの画像ピクセルに対して１対１の関係を示しうるか、又は、いくつかのサブピクセルが１つの画像ピクセルに寄与しうる。どの事象においても、１つの推定された衝突がいくつかの画像ピクセルにわたって拡張されていることを表す情報を広めることは好適である。このいくつかの画像ピクセルにわたる拡張（以下では「拡張」と称する。）は、それ自身の中で直観に反して、ブレに似た結果をもたらし、しかしながら、拡張はモアレ効果と干渉を消し去る（又は顕著に低減させる）。
【００２８】
適切な拡張を使用しており、かつ、画像が疎画像である（すなわち、イメージピクセルごとに、ほとんどの場合１つの衝突しかない又は衝突がない）と仮定すると、推定衝突位置を画像から完全に読み出すことができ、位置情報は失われない。非疎画像の場合、推定された個々の衝突の位置情報は読み出すことはできないが、情報は画像に組み込まれる。
【００２９】
さらに、この拡張（事実上空間的ローパスフィルタ）の後に、情報の損失を最小限にして画像品質を改善する（画像を鮮明にする）ハイパスフィルタを続けることができる。
【００３０】
シフト及び／又は拡張は、情報を画像ピクセルに結び付ける前に行われるべきである。検出器画像を合成した後に拡散が行われると、情報が失われる。合成後のシフトは不可能である。このことから、発明者らは、理想的には、推定された衝突位置のシフトによって、また、いくつかの画像ピクセルにわたって情報を拡散することによって、単一の衝撃事象が処理されるレベルで、いかなる補正も実施すべきであると結論付けた。衝突が、検出器サブピクセル群（画像を構成するために使用されるサブピクセル）又は画像ピクセル群に帰結される場合、同様の（ただしわずかに劣る）結果が達成され得る。
【００３１】
シフト又は拡散が画像表現よりも高い解像度で実行される場合、高周波情報（例えば、ナイキスト周波数の半分以上）がより良く表され、Ｓ／Ｎ比が改善される。
【００３２】
これらの全ては前述のピクセル間の差異を補正する必要性を取り除くものではない。
【００３３】
要約すると、ピクセル化された検出器で電子などの粒子放射を検出すると、電子／正孔対のクラウドが検出器内に形成される。この電子／正孔対のクラウドによって引き起こされる信号を用いて、衝突の位置が推定される。発明者らは、クラウドのサイズがピクセルサイズと同等か、又は、はるかに小さい場合、推定位置は、ピクセルの中心並びに角及び境界の中心に強いバイアスを示すことを見出した。これは、超解像度で画像を形成することを妨げる。位置をシフトすることによって、又は、電子をいくつかのサブピクセルに結び付けることによって、このバイアスを打ち消すことができ、より真正な表現が可能となる。シフト及び／又は拡張は、情報を画像ピクセルに結び付ける前、及びサブピクセルごとに事象を追加する前に行われるべきである。検出器画像を合成した後に拡散が行われると、情報が失われる。検出器画像を合成した後にシフトすることは不可能である。
【図１】
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【外国語明細書】
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