(57)【要約】本発明は、放射線源（２）によって発せられた光子を検出する検出デバイス（６）に係る。検出デバイス（６）は、第１の期間の間に光子を検出するよう構成される。検出デバイス（６）は、光子を電子及び正孔に変換する中間にある直接変換材を備えたセンサ（１０）と、成形要素（２０）と、補償ユニット（４５０，ＩＮＴ，９５０）とを有する。補償ユニット（４５０，ＩＮＴ，９５０）は、電気パルスと、センサ（１０）の光伝導利得とに基づき、補償信号を供給するよう構成される。本発明の核は、補償電流を検出することによって、ベースライン再生フィードバック信号を検出若しくはモニタリングすることによって、又はベースラインレベルを上回る信号を無視することによって、スペクトル型コンピュータ断層撮影における直接変換型検出器による固有誤差に起因したアーチファクトを低減する回路を提供することである。
2016540208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源によって発せられる光子を検出する検出デバイスであって、第１の期間の間に前記光子を検出するよう構成される検出デバイスにおいて、
アノードと、カソードと、光子を電子及び正孔に変換する中間の直接変換材とを有するセンサと、
光子によって生成される電荷パルスを電気パルスに変換するよう構成される成形要素と、
前記成形要素の出力部と前記成形要素の入力部との間に結合される補償ユニットと
を有し、
前記補償ユニットは、光伝導利得供給ユニットを有し、該光伝導利得供給ユニットは、前記センサのために光伝導利得を供給するよう構成され、
前記補償ユニットは、第２期間電流供給ユニットを更に有し、該第２期間電流供給ユニットは、少なくとも第２の期間の間に前記センサから電流を供給するよう構成され、前記第２の期間は、前記第１の期間よりも短く、
前記補償ユニットは、補償信号を前記成形要素へ供給するよう構成され、
前記補償信号は、前記センサからの電流と、前記センサのための光伝導利得とに基づく、
検出デバイス。
【請求項２】
前記補償ユニットは、第１、第２及び第３の電流源と、第１及び第２のトランジスタとを有し、
前記第１のトランジスタのソース及び前記第２のトランジスタのソースは、前記第１の電流源へ結合される、
請求項１に記載の検出デバイス。
【請求項３】
前記第１のトランジスタのドレインは、前記第２の電流源へ結合され、
前記第２のトランジスタのドレインは、前記第３の電流源へ結合され、
前記電気パルスは、前記第１のトランジスタのゲートへ供給され、
基準電圧は、前記第２のトランジスタのゲートへ供給され、
前記第２のトランジスタのドレインは、前記成形要素の入力部へ結合される、
請求項２に記載の検出デバイス。
【請求項４】
前記補償ユニットは、ベースライン再生回路を更に有する、
請求項１に記載の検出デバイス。
【請求項５】
当該検出デバイスは、
ベースライン再生回路と、
第１、第２、第３及び第４のスイッチを有し、前記第１及び第２のスイッチの間に前記ベースライン再生回路が結合されるスイッチングネットワークと、
電流ミラーと
を更に有し、
当該検出デバイスは、第１及び第２のモードにおいて動作し、
前記第１のモードにおいて、前記第１及び第２のスイッチは、前記ベースライン再生回路が動作するように閉じられ、前記第３のスイッチは、前記第２のトランジスタのドレインを前記電流ミラーへ結合し、前記第４のスイッチは、前記第１のトランジスタのドレインを接地へ結合し、
前記第２のモードにおいて、前記第１及び第２のスイッチは、前記ベースライン再生回路が切り離されるように開き、前記第３のスイッチは、前記第２のトランジスタのドレインを前記第１のトランジスタのドレインへ結合する、
請求項２に記載の検出デバイス。
【請求項６】
当該検出デバイスは、第４の電流源を更に有し、該第４の電流源は、前記第２のトランジスタのドレインと前記第１のトランジスタのドレインとの間に結合される、
請求項２に記載の検出デバイス。
【請求項７】
当該検出デバイスは、デジタル−アナログ・コンバータ及び積分チャネルを更に有し、前記デジタル−アナログ・コンバータは、前記積分チャネルの出力部と前記第４の電流源の制御入力部との間に結合される、
請求項６に記載の検出デバイス。
【請求項８】
前記補償ユニットは、ベースライン再生回路及び分極判定ユニットを有し、該分極判定ユニットは、前記ベースライン再生回路からのベースライン再生電流から前記センサ内の分極の程度を決定するよう構成される、
請求項１に記載の検出デバイス。
【請求項９】
前記分極判定ユニットは、積分器回路を更に有し、該積分器回路は、前記ベースライン再生回路からのベースライン再生電流を積分し、該ベースライン再生電流を前記成形要素の入力部へ供給するよう構成される、
請求項８に記載の検出デバイス。
【請求項１０】
前記補償ユニットは、ベースライン再生回路及びリミッタ回路を有し、該リミッタ回路は、前記成形要素の出力部と前記ベースライン再生回路の入力部との間に結合される、
請求項１に記載の検出デバイス。
【請求項１１】
前記リミッタ回路は、前記電気パルスが所定の閾値を上回る場合に、前記ベースライン再生回路への前記電気パルスの供給を遮るよう構成される、
請求項１０に記載の検出デバイス。
【請求項１２】
第１の期間の間に検出デバイスによって、放射線源によって発せられた光子を検出する検出方法であって、
アノードと、カソードと、光子を電子及び正孔に変換する中間の直接変換材とを有するセンサを設けるステップと、
前記センサのために光伝導利得を供給するステップと、
光子によって生成される電荷パルスを電気パルスに変換するステップと、
前記第１の期間よりも短い少なくとも第２の期間の間に前記センサから電流を供給するステップと、
前記センサからの電流と、前記センサのための光伝導利得とに基づき、補償信号を供給するステップと
を有する検出方法。
【請求項１３】
前記補償信号を供給するステップは、ベースライン再生電流から前記センサ内の分極の程度を決定することを含む、
請求項１２に記載の検出方法。
【請求項１４】
前記補償信号を供給するステップは、
前記電気パルスをリミッタ回路へ供給するステップと、
前記電気パルスが所定の閾値を下回ると前記リミッタ回路が決定する場合に、前記電気パルスをベースライン再生回路へ供給するステップと
を有する、請求項１２に記載の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線源によって発せられた光子を検出する検出デバイス及び検出方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
（カソード）接点を完全にはブロックしないＣｄ［Ｚｎ］Ｔｅが単光子計数検出器に使用される場合に、光伝導利得は、特に、直流結合されたリードアウト回路にとって、主だった問題を引き起こす。すなわち、それは、光電流に加えて、ゆっくりと変化する電流であるから、それは、設定されたエネルギ閾値へ向かってアナログリードアウトチャネルの出力でのベースラインシフトを引き起こす。それにより、如何なる補正手段にもよらなければ、光子のエネルギは誤って記録される。持続性電流（persistent  current）が非常にゆっくりと変化し、且つ、パイルアップが制限される場合に、従来のベースライン再生（ＢＬＲ；BaseLine  Restoration）のような既知のアプローチは適用され得る。成形器（ＳＨＡ；SHAper）の出力でのベースライン（ＢＬ；BaseLine）を検知する従来のＢＬＲアプローチは、ＳＨＡの出力でのパルスがしばしばパイルアップする場合に、有意に誤ったベースライン推定をもたらすことがよく知られている。この場合に、ＢＬはもはや達せられないので、ＢＬは誤って推定される。
【０００３】
付加的作用は、両極性の波形を有する隣接ピクセルからの誘導パルスによって引き起こされ得る。実際のパルスの信号に対する誘導パルスの位相に応じて、誘導パルスは、ＳＨＡ出力信号で見られるパイルアップを低減したり又はパイルアップに寄与したりし得る。
【０００４】
更に、照射時間は長いがｘ線流束は低いときさえ、センサは分極状態にされる。これは、正しい閾ポジションが決定されるべき検出器のエネルギ較正の間に当てはまる。分極は較正をゆがめる。
【０００５】
上記に加えて、ベースライン再生回路は、ベースラインを検知するピーク検出器と、低周波ＢＬシフトの補償に制限するためのローパスフィルタ（例えば、積分器）と、入力ノード（又は実施に応じて成形器入力）で補償電流を注入又はシンクすることを担うトランスコンダクタ素子を使用することによって、通常は実施される。ＢＬＲ回路内のピーク検出器は、しかしながら、期待されるバックグラウンド電流の逆方向における、特にＢＬを上回る（成形器出力信号がこのＢＬを下回るパルスである実施における。）成形器出力レベルの偏位に非常に敏感である。すなわち、ＢＬレベルを上回る信号は、あたかもそれが新しいＢＬレベルであったかのようにピーク検出器によって検知されて、最悪の場合にはＢＬレベルを上回る完全な信号偏位に等しい補正を引き起こす。ＢＬレベルを上回るそのような偏位は、２つの非理想的アーチファクト、すなわち、隣接ピクセルからの誘導パルス（ＢＬレベルの周囲で両極性形状を有する。）及び成形器のオーバーシュート（ＢＬレベルを上回る小さな半波）によって、主に引き起こされ得る。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１０／１７２４６７（Ａ１）号明細書（特許文献１）は、イメージングデバイスにおける、特にコンピュータ断層撮影における衝突Ｘ線から計数可能なパルスを生成する装置に係る。装置は、衝突光子によって生成される電荷パルスを電気信号に変換するよう構成される前置増幅器要素と、フィードバックループを備え、電気信号を電気パルスに変換するよう構成される成形要素とを有する。フィードバックループには遅延回路が接続されており、それにより、フィードバックループが電気信号の電荷を収集する時間は、成形要素の出力部での電気パルスの振幅を改善するために延長される。
【０００７】
米国特許出願公開第２００４／０２７１８３（Ａ１）号明細書（特許文献２）は、定比率弁別器（ＣＦＤ；Constant  Fraction  Discriminator）アーミング及びタイミング回路における、内蔵式パルステール相殺を提供する連続時間ベースライン再生（ＢＬＲ）回路、すなわち、ＢＬＲテール・キャンセル回路を開示する。ＢＬＲテール・キャンセル回路は、定比率タイミング形成フィルタ及びアーミング回路で適用されて、高い入力信号計数率で動作するＣＦＤ回路のモノリシック集積回路実装を可能にする。ＢＬＲテール・キャンセル回路は、同時のテール相殺とともに、ＤＣオフセット及び計数率に依存したベースラインエラーの補正を提供する。電子デバイス不整合に起因したＤＣオフセット及び計数率に依存したベースラインエラーの補正は、入力信号からの正確な時間ピックオフのために必要とされる。パルス幅の低減、すなわち、パルステール相殺は、前の信号のテールに重ね合わされた新しい信号の発生（パルス・パイルアップとして知られる状態）によって引き起こされる深刻なひずみを防ぐよう、高い計数率の信号の存続期間を短縮するために必要とされる。パルステール相殺によらないと、パルス・パイルアップに起因して時間ピックオフにおいて相当なエラーが存在する。
【０００８】
国際公開第２０１３／０５７６４５（Ａ２）号パンフレット（特許文献３）は、イメージングシステムの検査領域をトラバースする放射線を検出し、該検出された放射線を示す信号を生成する直接変換検出器ピクセルを備えた検出器アレイと、検出器アレイによって生成された、検出された放射線を示す信号又は異なる既知のエネルギレベルに対応する異なる既知の高さを有するテストパルスの組を選択的に処理し、処理された検出された放射線又はテストパルスの組のエネルギを示す高さを有する出力パルスを生成するよう構成されるパルス成形器と、テストパルスの高さ及び所定の固定エネルギ閾の組に関してテストパルスの組に対応する出力パルスの高さを解析し、該解析の結果に基づきベースラインを示す閾調整信号を生成するよう構成される閾調整器とを有する。
【０００９】
E.  Kraft  et  al.，“Counting  and  Readout  for  Direct  Conversion  X-ray  Imaging:  Concept,  Realization  and  First  Prototype  Measurements”，IEEE  Transactions  on  Nuclear  Science，volume  54，３８３〜３９０頁（２００７年）（非特許文献１）には、直接変換型ピクセル化半導体センサによるＸ線イメージングのための信号処理概念が開示されている。当該アプローチは、全ての単一ピクセルにおいて電荷積分及び光子計数を組み合わせる。両方の信号処理チェーンの同時の動作は、個々のスキームの限界を超えてダイナミックレンジを広げ、平均光子エネルギの決定を可能にする。Ｘ線断層撮影のような医療用途は、改善されたコントラストによるこの付加的なスペクトル情報と、スキャンされる対象による減衰に起因した管スペクトルの硬化を決定する能力とから恩恵を受けることができる。０．３５マイクロメートル・テクノロジにおける試作チップが成功裏に試験された。ピクセル・エレクトロニクスは、低振幅差動電流モードロジックを用いて設計される。重要な要素は、連続的なリセットや漏れ電流補償を提供し且つ積分器のために入力信号を複製する、電荷形増幅器のための構成可能なフィードバック回路である。当該非特許文献は、試作構造の測定結果を議論し、回路設計に関する詳細を与える。
【００１０】
R.  Steadman  et  al.，“ChromAIX:  a  high-rate  energyresolving  photon-counting  ASIC  for  spectral  computed  tomography”，Proceedings  of  SPIE，７６２２２０〜７６２２２０−８頁（２０１０年）（非特許文献２）には、スペクトル型ＣＴの実現可能性の検討が開示されている。エネルギ分解による光子計数のためのＡＳＩＣ（ＣｈｒｏｍＡＩＸ）は、エネルギ弁別を提供しながら高い計数率能力を提供するよう設計されている。ＣｈｒｏｍＡＩＸ  ＡＳＩＣは、３００マイクロメートルの等方性ピッチによる４×１６個のピクセルの配置から成る。各ピクセルは、多数の独立したエネルギ弁別器を、連続リードアウト機能を備えたそれらの対応する１２ビットカウンタとともに含む。１０Ｍｃｐｓを超える観測されたポアソン計数率（約２７Ｍｃｐｓ入射平均ポアソン率に対応する。）が、電気特性を通じて実験的に証明された。２．６ｍＶＲＭＳ（４ｋｅＶ  ＦＷＨＭ）の測定ノイズは仕様に従う。ＣｈｒｏｍＡＩＸ  ＡＳＩＣは、直接変換材ＣｄＺｎＴｅ及びＣｄＴｅをサポートするよう具体的に設計されている。
【００１１】
スペクトル型コンピュータ断層撮影（ＣＴ）における直接変換検出器による固有誤差に起因したアーチファクトの低減が望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／１７２４６７（Ａ１）号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０２７１８３（Ａ１）号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１３／０５７６４５（Ａ２）号パンフレット
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】E.  Kraft  et  al.，“Counting  and  Readout  for  Direct  Conversion  X-ray  Imaging:  Concept,  Realization  and  First  Prototype  Measurements”，IEEE  Transactions  on  Nuclear  Science，volume  54，３８３〜３９０頁（２００７年）
【非特許文献２】R.  Steadman  et  al.，“ChromAIX:  a  high-rate  energyresolving  photon-counting  ASIC  for  spectral  computed  tomography”，Proceedings  of  SPIE，７６２２２０〜７６２２２０−８頁（２０１０年）
【発明の概要】
【００１４】
本発明の目的は、スペクトル型コンピュータ断層撮影（ＣＴ）における直接変換検出器による固有誤差に起因したアーチファクトを低減する検出デバイス及び検出方法を提供することである。
【００１５】
本発明の第１の態様において、放射線源によって発せられる光子を検出する検出デバイスが提供される。当該検出デバイスは、第１の期間の間に前記光子を検出するよう構成される。当該検出デバイスは、アノード、カソード、並びに、光子を電子及び正孔に変換する中間の直接変換材を有するセンサと、光子によって生成される電荷パルスを電気パルスに変換するよう構成される成形要素と、該成形要素の出力部と前記成形要素の入力部との間に結合される補償ユニットとを有する。前記補償ユニットは、光伝導利得供給ユニットを有する。該光伝導利得供給ユニットは、前記センサのために光伝導利得を供給するよう構成される。前記補償ユニットは、第２期間電流供給ユニットを更に有する。該第２期間電流供給ユニットは、少なくとも第２の期間の間に前記センサから電流を供給するよう構成される。前記第２の期間は、前記第１の期間よりも短い。前記補償ユニットは、補償信号を前記成形要素へ供給するよう構成される。前記補償信号は、前記センサからの電流と、前記センサのための光伝導利得とに基づく。
【００１６】
本発明の重要な考えは、直接変換検出器による固有誤差（例えば、持続性電流又はオーバーシュート）に起因したアーチファクトを補償することである。アーチファクトは、例えば、測定された全ピクセル電流及び光伝導利得から補償電流を決定することによって、検出器のリードアウトごとにセンサ内の分極の程度を決定するようベースライン再生フィードバック信号を検出若しくはモニタリングすることによって、又はベースラインレベルを上回る如何なる信号も無視されることを確かにする回路をベースライン再生回路の入力部に含めることによって、低減される。これに関連して、語「上回る」は、制限ではなく、実施に依存する点に留意されたい。すなわち、本文脈における「上回る」は、期待される通常の成形器パルスと反対の極性を有する信号を意味する。望ましくは、ベースライン再生回路は、ベースラインを“上回る”信号を無視するか、あるいは、それのような信号に反応しない。それによって、ベースライン再生器に対する誘導パルスの影響は低減されるか、又は削除さえされる。
【００１７】
当該検出デバイスは、望ましくは、光子計数検出デバイス（エネルギ弁別型光子計数検出デバイスとしても知られる。）、すなわち、検出された光子を１つ以上のエネルギインターバルにエネルギ弁別し、各エネルギインターバルについて、夫々のエネルギインターバルに入るエネルギを持つ検出された光子の数を表すカウントを提供する検出デバイスである。そのような検出デバイスは、例えば、医用コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム、医用ポジトロン放出断層撮影（ＰＥＴ）システム、又は医用単光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）システムのような医用イメージングシステムにおいて、使用される。
【００１８】
前記放射線源は、例えば、Ｘ線管若しくは同様のデバイス、ガンマ放射線源（例えば、ガンマ放射性核種）、又はポジトロン放射性核種であることができる。望ましくは、前記放射線源は、多エネルギ放射線源、すなわち、２つ以上のエネルギレベルで光子を放出する放射線源であることができる。
【００１９】
本発明の好適な実施形態において、前記補償ユニットは、第１、第２及び第３の電流源と、第１及び第２のトランジスタとを有する。前記第１のトランジスタのソース及び前記第２のトランジスタのソースは、前記第１の電流源へ結合される。
【００２０】
前記第１、第２及び第３の電流源、並びに前記第１及び第２のトランジスタは、差動対を形成する。差動対の特性により、センサによって生成される如何なるＤＣ電流も、差動対の右枝によってドレインされる。前記第１のトランジスタのドレイン電流は、前記第２のトランジスタのドレイン電流が前記センサからの当該ＤＣ電流に適応することを可能にするような値を呈する。前記センサが正ＤＣ電流を生成するとすれば、前記第２のトランジスタを流れる電流は低減される。これは、前記第１のトランジスタを流れるドレイン電流が増大するように前記第１のトランジスタのゲート電圧が変化する場合にのみ起こり得る。結果として、暗電流を完全に補償することが可能である。
【００２１】
本発明の更なる好適な実施形態では、前記第１のトランジスタのドレインは、前記第２の電流源へ結合される。前記第２のトランジスタのドレインは、前記第３の電流源へ結合される。前記電気パルスは、前記第１のトランジスタのゲートへ供給される。基準電圧は、前記第２のトランジスタのゲートへ供給される。前記第２のトランジスタのドレインは、前記成形要素の入力部へ結合される。
【００２２】
前記第２のトランジスタのドレインを前記成形要素の入力部へ結合することによって、前記センサによって生成される如何なるＤＣ電流も、差動対の右枝によってドレインされる。この実施形態において、差動対の左右のチャネルの電流和、すなわち、暗電流しか存在しないかどうかが、測定される。暗電流は、暗電流が存在する状態で前記成形要素によって出力される電圧が、暗電流が存在しない状態で前記成形要素によって出力される電圧と等しい場合に、完全に補償される。
【００２３】
本発明の更なる好適な実施形態では、前記補償ユニットは、ベースライン再生回路を更に有する。ベースライン再生回路を用いることによって、ベースラインシフトは緩和され得る。更に、ベースライン再生は、低周波擾乱（例えば、電力線ハム及び振動マイクロフォニックス）の悪影響を低減する。
【００２４】
本発明の更なる好適な実施形態では、当該検出デバイスは、ベースライン再生回路と、第１、第２、第３及び第４のスイッチを有し、前記第１及び第２のスイッチの間に前記ベースライン再生回路が結合されるスイッチングネットワークと、電流ミラーとを更に有する。当該検出デバイスは、第１及び第２のモードにおいて動作する。前記第１のモードにおいて、前記第１及び第２のスイッチは、前記ベースライン再生回路が動作するように閉じられ、前記第３のスイッチは、前記第２のトランジスタのドレインを前記電流ミラーへ結合し、前記第４のスイッチは、前記第１のトランジスタのドレインを接地へ結合する。前記第２のモードにおいて、前記第１及び第２のスイッチは、前記ベースライン再生回路が切り離されるように開き、前記第３のスイッチは、前記第２のトランジスタのドレインを前記第１のトランジスタのドレインへ結合する。前記第１のモードにおいて、光伝導利得は、前記電流ミラーを介して補償電流を測定することによって測定される。前記第２のモードは通常モードに対応する。
【００２５】
本発明の更なる好適な実施形態では、当該検出デバイスは、第４の電流源を更に有する。該第４の電流源は、前記第２のトランジスタのドレインと前記第１のトランジスタのドレインとの間に結合される。望ましくは、前記第４の電流源は、該第４の電流源が適正量の電流のみをドレインして、それにより、前記成形要素が光電流のみを測定し得るように、デジタル−アナログ・コンバータの出力によって制御される。
【００２６】
本発明の更なる好適な実施形態では、当該検出デバイスは、デジタル−アナログ・コンバータ及び積分チャネルを更に有し、前記デジタル−アナログ・コンバータは、前記積分チャネルの出力部と前記第４の電流源の制御入力部との間に結合される。前記積分チャネルは、正確な補償電流を決定するために使用されてよい。前記積分チャネルの出力は、前記デジタル−アナログ・コンバータへ供給されてよく、該デジタル−アナログ・コンバータは、次いで、例えば、前記第４の電流源を制御する。
【００２７】
本発明の更なる好適な実施形態では、前記補償ユニットは、ベースライン再生回路及び分極判定ユニットを有する。該分極判定ユニットは、前記ベースライン再生回路からのベースライン再生電流から前記センサ内の分極の程度を決定するよう構成される。このように、この好適な態様の考えは、ＢＬＲフィードバック信号を使用して検出器のリードアウト衝突光子ごとにセンサ内の分極の度合いを決定するために、ＢＬＲフィードバック信号を検出又はモニタリングすることである。
【００２８】
本発明の更なる好適な実施形態では、前記分極判定ユニットは、積分器回路を更に有し、該積分器回路は、前記ベースライン再生回路からのベースライン再生電流を積分し、該ベースライン再生電流を前記成形要素の入力部へ供給するよう構成される。積分器を使用する１つの理由は、積分された信号がリードアウトの間のＢＬＲ信号の平均又は中央値であることである。例えば、リードアウト期間の間のＢＬＲ信号の平均は、モニタリングされる有効な値を表す。他の候補は、リードアウト期間の間のＢＬＲ信号のメジアンである。
【００２９】
本発明の更なる好適な実施形態では、前記補償ユニットは、ベースライン再生回路及びリミッタ回路を有する。該リミッタ回路は、前記成形要素の出力部と前記ベースライン再生回路の入力部との間に結合される。前記リミッタ回路は、望ましくは、ベースラインシフト・アーチファクトのみを引き起こす不要な信号を取り除き、それとともに、如何なる不要な正振幅イベントも無視して、前記ベースライン再生回路におけるピーク検出器がベースラインレベルを誤って推定しないようにする。更なる好適な実施形態は、負の振幅を扱ってよい。故に、一般的に言えば、１つの考えは、センサ過渡応答を受けて（他のアーチファクトなしで）期待される成形器信号よりも正の極性を持った如何なる信号も無視することである。
【００３０】
本発明の更なる好適な実施形態では、前記リミッタ回路は、前記電気パルスが所定の閾値を上回る場合に、前記ベースライン再生回路への前記電気パルスの供給を遮るよう構成される。この好適な態様に従って、前記リミッタ回路は、例えば、隣接ピクセルからの誘導パルスによって又は成形器のオーバーシュートによって引き起こされる、ベースラインを上回る前記成形要素の信号の如何なる偏位もクリッピングする。
【００３１】
本発明の第２の態様において、第１の期間の間に検出デバイスによって、放射線源によって発せられた光子を検出する検出方法であって、アノード、カソード、並びに、光子を電子及び正孔に変換する中間の直接変換材を有するセンサを設けるステップと、前記センサのために光伝導利得を供給するステップと、光子によって生成される電荷パルスを電気パルスに変換するステップと、前記第１の期間よりも短い少なくとも第２の期間の間に前記センサから電流を供給するステップと、前記センサからの電流と、前記センサのための光伝導利得とに基づき、補償信号を供給するステップとを有する検出方法が提供される。記載される当該検出方法は、直接変換検出器による固有誤差に起因したアーチファクト（例えば、持続性電流又はオーバーシュート）を補償する。アーチファクトは、例えば、測定された全ピクセル電流及び光伝導利得から補償電流を決定することによって、検出器のリードアウトごとにセンサ内の分極の程度を決定するようベースライン再生フィードバック信号を検出若しくはモニタリングすることによって、又はベースラインレベルを上回る如何なる信号も無視されることを確かにする回路をベースライン再生回路の入力部に含めることによって、低減される。
【００３２】
本発明の更なる好適な実施形態では、前記補償信号を供給するステップは、ベースライン再生電流から前記センサ内の分極の程度を決定することを含む。この好適な態様の考えは、ＢＬＲフィードバック信号を使用して検出器のリードアウト衝突光子ごとにセンサ内の分極の度合いを決定するために、ＢＬＲフィードバック信号を検出又はモニタリングすることである。
【００３３】
本発明の更なる好適な実施形態では、前記補償信号を供給するステップは、前記電気パルスをリミッタ回路へ供給するステップと、前記電気パルスが所定の閾値を下回ると前記リミッタ回路が決定する場合に、前記電気パルスをベースライン再生回路へ供給するステップとを有する。前記リミッタ回路は、望ましくは、ベースラインシフト・アーチファクトのみを引き起こす不要な信号を取り除き、それとともに、如何なる不要な正振幅イベントも無視して、前記ベースライン再生回路におけるピーク検出器がベースラインレベルを誤って推定しないようにする。
【００３４】
本発明の更なる態様において、放射線源によって発せられる光子を検出する検出デバイスが提供される。当該検出デバイスは、アノード、カソード、並びに、光子を電子及び正孔に変換する中間の直接変換材を有するセンサと、光子によって生成される電荷パルスを電気パルスに変換するよう構成される成形要素と、前記成形要素の出力部と前記成形要素の入力部との間に結合される補償ユニットとを有する。前記補償ユニットは、前記電気パルスに基づき補償信号を供給するよう構成される。前記補償ユニットは、ベースライン再生回路及び分極判定ユニットを有し、該分極判定ユニットは、前記ベースライン再生回路からのベースライン再生電流から、前記センサ内の分極の程度を決定するよう構成される。
【００３５】
実施形態において、前記分極判定ユニットは、積分器回路を更に有し、該積分器回路は、前記ベースライン再生回路からのベースライン再生電流を積分し、該ベースライン再生電流を前記成形要素の入力部へ供給するよう構成される。
【００３６】
本発明の更なる態様において、放射線源によって発せられる光子を検出する検出デバイスが提供される。当該検出デバイスは、アノード、カソード、並びに、光子を電子及び正孔に変換する中間の直接変換材を有するセンサと、光子によって生成される電荷パルスを電気パルスに変換するよう構成される成形要素と、前記成形要素の出力部と前記成形要素の入力部との間に結合される補償ユニットとを有する。前記補償ユニットは、前記電気パルスに基づき補償信号を供給するよう構成される。前記補償ユニットは、ベースライン再生回路及びリミッタ回路を有する。該リミッタ回路は、前記成形要素の出力部と前記ベースライン再生回路の入力部との間に結合される。
【００３７】
実施形態において、前記リミッタ回路は、前記電気パルスが所定の閾値を上回る場合に、前記ベースライン再生回路への前記電気パルスの供給を遮るよう構成される。
【００３８】
請求項１の検出デバイス及び請求項１２の検出方法は、従属請求項において定義される類似した及び／又は同じ好適な実施形態を有することが理解されるべきである。
【００３９】
本発明の好適な実施形態は、従属請求項又は上記の実施形態と夫々の独立請求項との如何なる組み合わせであることもできる。
【００４０】
本発明のそれら及び他の態様は、以降で記載される実施形態から明らかであり、それらを参照して説明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】投影データ生成システムの実施形態を概略的に例として示す。
【図２】放射線源によって発せられた光子を検出する検出デバイスの実施形態を概略的に例として示す。
【図３】ｘ線信号を同時に計数及び積分するための回路の実施形態を概略的に例として示す。
【図４】既知の光伝導利得に基づき全測定電流から推定される持続性電流を減じる回路の実施形態を概略的に例として示す。
【図５】光伝導利得が通常動作の前に測定され得るベースライン再生回路を含む回路の実施形態を概略的に例として示す。
【図６】センサ内の分極の程度を決定するようベースライン再生フィードバック信号をモニタリングするための回路の実施形態を概略的に例として示す。
【図７】ベースライン再生回路を有する典型的なフロントエンドチャネルの例を概略的に例として示す。
【図８】中央のピクセルにおけるパルスが如何にして誘導により隣接ピクセルにおいて両極性信号を引き起こし得るのかを概略的に例として示す。
【図９】成形器信号の正偏位を無視するよう電圧リミッタ及びベースライン再生回路を備えるフロントエンドチャネルの実施形態を概略的に例として示す。
【図１０】本発明に従う検出方法の実施形態を概略的に例として示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１は、対象の投影データを生成する投影データ生成システム２０の実施形態を概略的に例として示す。この実施形態において、投影データ生成システムはコンピュータ断層撮影システムである。コンピュータ断層撮影システム２０は、ガントリ１、すなわち、ロータを有する。ガントリ１は、ｚ方向に平行に延在する回転軸Ｒの周りをステータ（図１に図示せず。）に対して回転可能である。この実施形態ではｘ線管である放射線源２は、ガントリ１に取り付けられている。放射線源２は、コリメータ３を設けられている。コリメータ３は、この実施形態において、放射線源２によって生成される放射線から円錐状の放射ビーム４を形成する。放射線は、検査区間５にある対象（図示せず。）、例えば患者をトラバースする。検査区間５おトラバースした後、放射ビーム４は、ガントリ１に取り付けられている検出器６に入射する。
【００４３】
検出器６は、検出された放射線に応じて検出信号を生成し、該生成された検出信号に応じて投影データ、すなわち検出値を生成するよう構成される。放射線を検出している間、ガントリ１は、投影データが異なる取得方向において取得され得るように検査区間５の周りを回転する。
【００４４】
図２は、放射線源２（例えば、図１を参照して図示される。）によって放射された光子を検出する検出デバイス６の実施形態を概略的に例として示す。この実施形態では光子計数検出デバイスである検出デバイス６は、夫々が放射線感受性センサ１４を有する複数のピクセルを有する。ピクセルの放射線感受性センサ１４は、放射線源２によって発せられた光子を検出し、夫々の検出された光子について、電流又は電圧信号のような、対応する電気信号を生成する。適切なセンサタイプの例には、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ；Cadmium  Zinc  Telluride）に基づくセンサ、及びフォトセンサと光通信するシンチレータを有するシンチレータに基づくセンサのような、直接変換型センサが含まれる。放射線感受性センサ１４によって生成された電気信号、この実施形態では、電流信号Ｉｓｅｎｓｏｒは、ピクセルの前置増幅ユニットＣＳＡ（例えば、電荷形増幅器（charge-sensitive  amplifier））を有する成形要素２０へ送られる。前置増幅ユニットＣＳＡは、光子によって生成される電荷パルスを電気信号に変換する。放射線感受性センサ１４は、この実施形態では、等価ピクセルキャパシタンス１５を有する。他の実施形態では、ＤＣカップリングが使用されてよく、電流ＩｓｅｎｓｏｒのＤＣ及びＡＣ両部分が前置増幅ユニットＣＳＡへ送られるようにする。前置増幅ユニットＣＳＡ（例えば、電荷形増幅器）は、この実施形態では、演算増幅器ＣＳＡとして実装される。この実施形態において、成形要素２０は成形器ＳＨＡを更に有する。前記増幅ユニットＣＳＡによって生成された電気信号は、成形器ＳＨＡへ送られる。成形器ＳＨＡは、電気信号を電気パルスに変換する。この実施形態において、成形器ＳＨＡは演算増幅器を有する。更なる好適な実施形態では、成形器ＳＨＡは、ＣＲ−ＲＣフィルタネットワークを有する。
【００４５】
成形要素２０によって生成された電気パルスは、ピクセルのエネルギ決定ユニット３０へ送られる。エネルギ決定ユニット３０は、検出された光子のエネルギを決定する。この実施形態において、エネルギ決定ユニット３０は、検出パルスの振幅を１つ以上のエネルギ閾値Ｘ１，Ｘ２，．．．，ＸＮと比較することによって検出パルスをエネルギ弁別するエネルギ弁別器として実装される。このために、エネルギ決定ユニット３０は、この実施形態では、１つ以上のコンパレータを有してよい。１つ以上のコンパレータの夫々は、成形要素２０によって生成された電気パルスと夫々のエネルギ閾値Ｘ１，Ｘ２，．．．，ＸＮとの比較を実行する。検出パルス信号が夫々のエネルギ閾値Ｘ１，Ｘ２，．．．，ＸＮを超える場合に、対応するカウンタＣ１，Ｃ２，．．．，ＣＮはインクリメントされ、フレーム期間の終わりに、夫々のエネルギインターバルに対応するカウントの数は、リードアウト線３１を介してカウンタＣ１，Ｃ２，．．．，ＣＮから読み出される。
【００４６】
以下では、
・  測定された全ピクセル電流及び光伝導利得から補償電流を決定すること；
・  検出器のリードアウトごとにセンサ内の分極の度合いを決定するようベースライン再生フィードバック信号を検出又はモニタリングすること；及び／又は
・  ベースラインレベルを上回る如何なる信号も無視されることを確かにする回路をベースライン再生回路の入力部で含めること
によって、スペクトル型ＣＴにおける直接変換検出器による固有誤差に起因したアーチファクトを低減する技術が提案される。
【００４７】
本願において以下で記載される第１の実施形態に従って、測定された全ピクセル電流及び決定された光伝導利得（測定から知られる。）から、その場合に電流源によって供給される補償電流を導出することが提案される。
【００４８】
接点を完全にブロックしない光伝導体は、光伝導利得ＰＣＧ（PhotoConductive  Gain）を示す。すなわち、照射を受ける場合の測定された電流は、衝突光子（光若しくはＸ線又は他のタイプ）によって生成される電子−正孔対のみが考えられる場合に生じる、光電流Ｉｐｈｏｔｏと呼ばれる電流よりもずっと高い。
【００４９】
これは、人間のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングのために個々のＸ線光子を数えるようＸ線検出器のための変換材として目下検討されているテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）及びテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）のような直接変換半導体にも当てはまる。正孔及び電子について異なった移動時間を持った如何なる直接変換材も、より長い移動時間を持った電荷が材料において蓄積されて分極を引き起こすにつれて、ある流束で極性を持たされる点に留意されたい。従って、本発明は、例えば、ＧａＡｓにも適用可能である。
【００５０】
ＣｄＴｅ及びＣＺＴにおける光伝導利得の理由は、主として、正孔トラップの存在と、正孔の移動度が電子の移動度よりも約１０倍小さいという事実とに端を発する。なお、深いトラップは浅いトラップよりも重要である。Spieler著Semiconductor  Detector  Systemsを参照されたい。Ｘ線光子が材料と相互作用し、電子対の集団を生成する場合に、印加される外部電界は電子と正孔とを分離し、電子はアノードの方へ流され、一方、正孔はカソードの方へ流される。移動度の違いにより、電子は、ずっと早くアノードに達する。このことは、電子がアノードに達するときに、通常は、全ての正孔が依然としてカソードに向かって移動している。更に、正孔トラップにより、正孔はトラップされ、それらがカソードに達するには、正孔の移動度及び電界の強さによって与えられる時間よりもずっと長くかかる。結果として、電子がアノードに達したときに、バルクはもはや電気的に中性ではない。これは、非常に簡単なモデルにおいて（例えば、Sze，NG，Physics  of  Semiconductor  Devices，Wiley  2007，section  13.2を参照。）、カソードが電子の注入を完全には遮断していない場合に、（電気的中性を強制するための）カソード側での電子の注入の理由と見なされる。トラップされている正孔又はカソードの方へ向かっている正孔が存在する限り、“対をなす”電子が既にアノードに達しているときに、電子はカソードから注入され、印加電界によって強制的にアノードの方へ動く。
【００５１】
従って、光伝導利得ＰＣＧは、“再結合までの正孔の平均寿命”及び“カソードからアノードへの注入された電子の移動時間”の商におおよそ比例し、従って、それは、考えられている結晶の（又は結晶内の考えられているボリュームの）固有性である。正孔がトラップされている限り、電荷中立状態が乱されないならば、電子が注入される。このように、追加電流は、平均の正孔寿命に比例し、注入される電子の移動時間に反比例する（より長く正孔がトラップされ、電子の移動時間がより短いほど、ますます多くの電子が注入される。）。
【００５２】
光電流Ｉｐｈｏｔｏに加えて観測される電流の部分は、持続性電流Ｉｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔと呼ばれる。それは、
ＰＣＧ＝１＋（Ｉｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ／Ｉｐｈｏｔｏ）      （１）
である。この式において、ＰＣＧ＝１は、全く電荷注入がない場合を表し、すなわち、持続性電流Ｉｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔは消失する。
【００５３】
この簡単なモデルにおいて、持続性電流は、Ｘ線流束及びその平均エネルギに比例すると考えられる。これは、光電流にも当てはまる。従って、この簡単なモデルにおいて、光伝導利得ＰＣＧは、Ｘ線流束及び平均エネルギに依存せず、単に、材料に関連した特性（例えば、深いトラップの数又は“再結合までの正孔の平均寿命”）と、“カソードからアノードへの注入された電子の移動時間”を決定づけるカソード電圧とに依存する。
【００５４】
接点を完全にはブロックしないＣｄ［Ｚｎ］Ｔｅが単光子計数検出器に使用される場合に、光伝導利得は、特に、直流結合されたリードアウト回路にとって、主だった問題を引き起こす。すなわち、持続性電流は、光伝導利得の結果として、光電流に加えて、ゆっくりと変化する電流であるから、それは、設定されたエネルギ閾値へ向かってアナログリードアウトチャネルの出力でのベースラインシフトを引き起こす。それにより、如何なる補正手段にもよらなければ、光子のエネルギは誤って記録される。“ゆっくり”とは、光子流束よりも低い周波数コンテンツのみを参照することが知られる。それはまた、上記の簡単なモデルから得られる。正孔の脱トラッピングは、トラップ内の滞在時間によって支配され、ある時定数を有して負の指数分布に従う。多くの正孔は、相当な大きさの追加電流を引き起こすためにトラップされるべきであり、時定数はトラップ間で異なり、通常は、正孔トラップは、比較的長い脱トッピング時間（すなわち。トラップにおける滞在時間）を有する。
【００５５】
持続性電流がゆっくりと変化し、パイルアップが制限される場合に、従来のベースライン再生器（ＢＬＲ）のような既知のアプローチは適用され得る。
【００５６】
成形器（ＳＨＡ）の出力部でベースライン（ＢＬ）を検出する従来のＢＬＲアプローチは、ＳＨＡの出力部でのパルスがしばしばパイルアップする場合に、有意に誤ったベースライン推定をもたらすことがよく知られている。この場合に、ベースライン（ＢＬ）はもはや達せられないので、ＢＬは誤って推定される。
【００５７】
そのような効果は、いわゆる準遮断接点を備えたＣＺＴ材料により観測されている。“準遮断接点（semi-blocking  contacts）”は、カソードからの電子の若干の注入を許す。“非遮断”接点では全くそうでない。低エネルギ光子が（例えば、３ｍｍ厚のＣｕフィルタによって）除去されない場合に、特に低エネルギの光子の高い割合は、ベースライン再生（ＢＬＲ）回路がベースライン（ＢＬ）を再生することができないほどめったにベースライン（ＢＬ）を達せられなくする。付加的作用は、両極性の波形を有する隣接ピクセルからの誘導パルスによって引き起こされ得る。実際のパルスの信号に対する誘導パルスの位相に応じて、誘導パルスは、成形器（ＳＨＡ）出力信号で見られるパイルアップを低減したり又はパイルアップに寄与したりし得る。
【００５８】
光伝導利得は、直接変換材内の特定のボリュームの性質であるから、それは、ＣｄＴｅ又はＣＺＴから成る直接変換Ｘ線センサにおける各ピクセルの特性である。第１の実施形態では、従って、
・  前もってＣｄ［Ｚｎ］Ｔｅピクセルセンサの各ピクセルの光伝導利得を決定すること，
・  各測定期間（ＭＰ）における個別的な光子の数に加えて、しかし、サブＭＰインターバル（これは、Ｘ線信号の同時の計数及び積分を説明する、図３でも表されている国際公開第２００７／０１０４４８（Ａ２）号パンフレットにおいて記載されているＣＩＸ概念によって論じられているように、アナログフロントエンドに適用可能である。）において、各ピクセルにおいて観測される電流も測定すること，及び
・  測定された全ピクセル電流Ｉｔｏｔａｌ及び（既知の）光伝導利得ＰＣＧから、その場合に電流源によって供給される、以下で記載される補償電流を導出すること
が提案される。補償は十分に高速であるべきであるから、サブＭＰインターバルはピクセル電流を測定するために使用される。結果として得られるフィードバックループのための時定数は、持続性電流Ｉｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔがゆっくりと変化すると考えられるので、従来のＢＬＲによるのと同じレンジにある（ｍｓレンジ）。“ゆっくりと”とは、パルス列によって引き起こされる電流変動に対してゆっくりということ、例えば、１ｋＨｚを下回る周波数しか含まないことを意味する点に留意されたい。
【００５９】
このアプローチはまた、記載されている簡単なモデルとは異なる材料挙動を扱うこと、すなわち、持続性電流は非線形に平均Ｘ線エネルギに依存し、一方、信号電流は平均Ｘ線エネルギに線形に依存することを可能にし得る。それに当てはまると分かる場合に、異なる平均エネルギ光電流条件下で入射Ｘ線流束の異なる平均エネルギＥｍｅａｎについて光伝導利得を測定し、このようにして、ＰＣＧをＥｍｅａｎの関数ｆとして記載するようルックアップテーブルＰＣＧ＝ｆ（Ｅｍｅａｎ）を構成することが可能である。平均エネルギＥｍｅａｎは、計数及び積分チャネルにおける２つの測定から容易に入手可能である。これに関して、図３において、上側は計数チャネルに対応し、一方、下側は積分チャネルに対応する点に留意されたい。このように、夫々のサブＭＰについて、平均エネルギＥｍｅａｎは、次のサブＭＰのための光伝導利得ＰＣＧを決定するよう測定され得る。
【００６０】
図３は、国際公開第２００７／０１０４４８（Ａ２）号パンフレットにおいて記載されているＣＩＸ概念によって論じられているアナログフロントエンドにおけるコンポーネントの回路アーキテクチャを示す。センサによって生成された電気信号は、入力前置増幅器Ｃｆへ適用される。入力前置増幅器Ｃｆは、センサ信号を別の信号（例えば、電圧信号）に変換する。それは電荷形増幅器（ＣＳＡ）、すなわち、通常は、ブリーダ抵抗を含む集積回路であってよい。前置増幅器Ｃｆの入力部での夫々の短い電荷パルスについて、指数関数的に低下する電圧が出力部で生成され、この指数曲線を下回る表面積はパルス内の電荷に比例する。
【００６１】
多重閾値計数機能を有するために、複数の弁別器Ｘ１乃至ＸＮが前置増幅器Ｃｆの出力部へ接続されている。弁別器の夫々は、信号成形増幅器及び調整可能な閾値を有するコンパレータから成ってよく、所定の電荷量よりも大きいセンサからの各電荷パルスについてデジタル出力信号（計数パルス）を生成する。
【００６２】
最も低い閾値（弁別器Ｘ１によって実施され得る。）は、最低限のエネルギを有する光子によって生成されたカウントを、ノイズ（例えば、電子ノイズ）によって生成されたカウントと区別する。最も高い閾値は、Ｋエッジ・イメージングのために使用され得る。例えば、２つの弁別器によれば、弁別器Ｘ２は、使用されるコントラスト中間値のＫエッジが見つけられるエネルギ（Ｋエッジ・エネルギ）を上回る光子によって生成されたセンサ信号に応答して前置増幅器Ｃｆによって生成されるパルスサイズに対応する閾値に相当してよい。
【００６３】
Ｋエッジ・エネルギを下回るエネルギを有する光子を決定するために、イベントカウンタＣ２及びイベントカウンタＣ１の値間の差が計算され、一方、Ｋエッジ・エネルギを上回るエネルギを有する光子は、イベントカウンタＣ２の値によって与えられる。カウンタＣ１乃至ＣＮは、ｎビットの計数深さを有する電子式デジタルカウンタであってよい。線形帰還シフトレジスタが、空間を節約するために使用されてよい。
【００６４】
積分チャネルＩ−ＣＨは、前置増幅器ＣｆのフィードバックループＦＢから信号を受信し、積分期間の間にセンサ信号によって示された電荷の総量を検出する“全信号取得回路”であってよい。この回路は、アナログ出力を有する積分器回路、及び電圧／周波数コンバータによって実現されてよく、あるいは、それは、何らかの他の方法において実現されてよい。
【００６５】
多数の異なった計数チャネル（エネルギ分解パルスカウンタをもたらす。）だけでなく追加の積分チャネルＩ−ＣＨを使用することは、評価が量子限界ではないように積分が全エネルギ範囲にわたって行われるという事実において見られ得る。一方、これは、特に、エネルギビンサイズが小さく、すなわち、例えば、ほんの数個の光子しか平均してエネルギビンごとに数えられない場合に、エネルギ分解パルスカウンタのビンの幾つかについてよく起こり得る。
【００６６】
電荷パケットカウンタＣＰＣ及び時間カウンタＴＣは、時間ラッチＴＬによってマークを付される測定インターバルの間に生成される電荷の最適化された推定を決定する。電荷は、測定インターバルの間にＸ線によって生じたエネルギに比例する。カウンタＣ１乃至ＣＮのカウント及び積分チャネルＩ−ＣＨにおける積分の結果は、データ処理ユニット（図示せず。）へ供給される。データ処理ユニットは、このようにして、計数チャネル及び積分チャネルの結果を評価することができる。この配置は、Ｘ線検出器の大きいダイナミックレンジを可能にする。これは、計数チャネルのより正確な結果は、小さい量子フローの場合に使用可能であり、一方で、大きい量子フローの場合には、大きいフローについてより正確である積分器チャネルが利用され得るからである。
【００６７】
図４は、測定されたピクセル電流から補償電流を導出するための回路の略図、すなわち、既知の光伝導利得ＰＣＧに基づき全測定電流から推定される持続性電流を減じる回路の概略図を表す。この実施形態において、補償ユニット４５０は、電流源Ｉ０、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１，Ｍ２、及び電流源Ｉ１，Ｉ２、並びにそれらの相互接続によって形成された差動対を有する。
【００６８】
電流源Ｉ＝ｆ（Ｉｔｏｔａｌ，ＰＣＴ，Ｉｄａｒｋ）は、既知の光伝導利得ＰＣＧを所与として、測定された全電流から持続性電流を求めるよう、正確な変換係数を導入する。式（１）に従って、Ｉｔｏｔａｌ＝Ｉｐｈｏｔｏ＋Ｉｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔとして、簡単な代数は：
Ｉｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ＝Ｉｔｏｔａｌ（１−（１／ＰＣＧ））      （２）
を提供する。
【００６９】
簡単のために、センサは如何なる暗電流も供給しないとする。すなわち、Ｉｄａｒｋ＝０。しかし、いくらかの暗電流が常に存在する。暗電流の存在は付加的なノイズを引き起こす。これは補償され得ない。従って、暗電流の許容量は、光電流に対するこのノイズによって決定される。それはまた、持続性電流が常にノイズ成分を有することで、ＰＣＧが低いべきであるからである。ＣＴ用途に関して、数ｎＡ／ｍｍ２が許容可能であるべきである。センサ１０によってもたらされる如何なる他の電流もなければ、Ｍ１及びＭ２は同じドレイン電流Ｉ０／２を有する。この電流は、２つの電流源Ｉ１及びＩ２によって実施される。この状況において、更にＶｏｕｔ＝ＶＣｏｕｎｔＲｅｆ（ＣＦは、Ｑ０＝ＣＦ（Ｖｏｕｔ−ＶＣｏｕｎｔＲｅｆ）の初期電荷を運ぶ。）であり、ＣＦにかかる電圧はＶｏｕｔ−Ｖｒｅｆに等しい。積分チャネル“Ｉ−チャネル”Ｉ−ＣＨは、ゼロの平均電流を測定する。従って、デジタル−アナログ・コンバータＤＡＣは、電流源Ｉ＝ｆ（Ｉｔｏｔａｌ，ＰＣＧ，Ｉｄａｒｋ）が如何なる電流もドレインしないように、ゼロを出力する。すなわち、ＩＲ＝０（ＩＲにおける“Ｒ”は、図４の右枝における電流を参照する点に留意されたい。）。
【００７０】
センサが電流（持続性電流と同時に起こる変換されたＸ線光子による光電流Ｉｐｈｏｔｏを表すパルス列）を生成すると、光電流は左枝電流ＩＬにおいても流れ（ＩＬにおける“Ｌ”は、図４の左枝における電流を参照する点に留意されたい。）、Ｉ−チャネルＩ−ＣＨによって測定される。（電荷ＣＦがＶｏｕｔをＶｏｕｔＲｅｆよりも小さくさせるあらゆる正電荷パルス。すなわち、Ｍ１のゲート電圧は平衡と比較して低下し、それによりＭ１のドレイン電流は増大してＩＬを増大させる。同時に、Ｍ２のドレイン電流は同じ量だけ低減し、それにより電流はノードＢに流れ込むべきである。このプロセスは、ＣＦが再び初期電荷Ｑ０に再充電される場合にのみ停止する。ＩＬにおいて供給される電荷は、ＣＦを初期電荷Ｑ０に再充電するのに必要とされる電荷とまさに一致する。）従って、ＤＡＣは非ゼロ出力を生成し、これは、まさに持続性電流をドレインする電流源Ｉ＝ｆ（Ｉｔｏｔａｌ，ＰＣＧ，Ｉｄａｒｋ）を構成する（正確な光伝導利得ＰＣＧが知られているとする。）。それにより、差動増幅器の入力ノードのみが光電流Ｉｐｈｏｔｏを受ける。このために、Ｉｄａｒｋ＝０の場合に、それは、式（２）に従って：
ｆ（Ｉｔｏｔａｌ，ＰＣＧ，Ｉｄａｒｋ）＝Ｉｔｏｔａｌ（１−（１／ＰＣＧ））
である。
【００７１】
差動対の性質により、センサによって生成される如何なるＤＣ電流も、差動対の右枝によってドレインされる点に留意されたい。すなわち、Ｖｏｕｔは、Ｍ２のドレイン電流がセンサからのこのＤＣ電流に適応することを可能にする値をＭ１のドレイン電流がとるような値に変化する。センサが、ノードＢに流れ込む正ＤＣ電流Ｉｓｅｎｓｏｒ，ａを生成するとすれば、Ｍ２を流れる電流はＩｓｅｎｓｏｒ，ａだけ低減される。これは、Ｍ１を流れるドレイン電流がＩｓｅｎｓｏｒ，ａだけ増大するようにＭ１のゲート電圧（従って、Ｖｏｕｔ）が変化する場合にのみ起こり得る。結果として、この余剰電流はノードＡから出るべきである。すなわち、ＩＬ＝Ｉｓｅｎｓｏｒ，ａ。これは、電流源Ｉ１が、差動対の左枝の下で電流Ｉ０／２を実施するからである。このようにして、Ｘ線照射なしで、暗電流もＩ−チャネルの入力部で可視的である。従って、電流源Ｉ＝ｆ（Ｉｔｏｔａｌ，ＰＣＧ，Ｉｄａｒｋ）を使用することによって、暗電流を完全に補償することが可能である。Ｉ−チャネルＩ−ＣＨは、電流和ＩＬ＋ＩＲを、すなわち、暗電流しか存在しないかどうかを測定する。Ｉ−チャネルの出力は、暗電流を、その部分が差動対の左又は右のどちらの枝において可視的であろうと、正確に決定する。従って、暗電流は、暗電流が存在する状態でのＶｏｕｔが、暗電流が存在しない状態でのＶｏｕｔと等しい場合に、完全に補償される（いずれの場合にも、演算増幅器のオフセット又はトランジスタ不整合が存在しないならば、Ｖｏｕｔ＝ＶＣｏｕｎｔＲｅｆを意味する。）。
【００７２】
Ｉ−チャネルは、正確な補償電流を決定するためにここで必要とされ、一方、Ｉ−チャネルの測定結果Ｉｏｔｈｅｒは、他の目的のために、例えば、国際公開第２００７／０１０４４８（Ａ２）号パンフレットのＣＩＸ概念を実施するために、使用され得る。このために、光電流は知られる必要がある。これも、ＰＣＧが知られている場合に、測定された全電流から決定され得る：
Ｉｐｈｏｔｏ＝Ｉｔｏｔａｌ／ＰＣＧ。
この式は、関係Ｉｔｏｔａｌ＝Ｉｐｈｏｔｏ＋Ｉｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔから、及び式（２）から、次のように導出されてよい：
【数１】
2016540208.tif 000003
【００７３】
以下で、光伝導利得（ＰＣＧ）を測定するために従来のベースライン再生回路ＢＬＲを使用することが記載される。
【００７４】
光伝導利得（ＰＣＧ）は、夫々のピクセルについて個々に知られるべきである。従って、最良の選択肢は、ピクセルごとに光伝導利得ＰＣＧを測定することである。これは、従来のベースライン再生回路ＢＬＲを低束の下で（すなわち、このＢＬＲは問題なく働く。）使用し、ＢＬＲが供給する補償電流Ｉｃｏｍｐを測定することによって、行われ得る。この電流は持続性電流Ｉｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔに対応する。更に、光電流Ｉｐｈｏｔｏは、ＢＬＲがオンされている間に、測定されるべきである。測定されたＩｃｏｍｐ及び測定されたＩｐｈｏｔｏから、ＰＣＧは、式（１）から計算され得る：
ＰＣＧ＝Ｉｃｏｍｐ／Ｉｐｈｏｔｏ＋１
この式において、Ｉｃｏｍｐは持続性電流に対応する。
【００７５】
図５は、ベースライン再生回路ＢＬＲを有する回路の例を示し、この回路により光伝導利得ＰＣＧは通常動作の前に測定され得る。回路は、従来のＢＬＲ及びスモールスイッチングネットワークを加え、２つのモード（ａ）及び（ｂ）のための回路を構成することを可能にする：
（ａ）  光伝導利得ＰＣＧの測定：スイッチＳ１Ｌ及びＳ１Ｒは閉じられ、それによりＢＬＲが使用され得る。スイッチＳ２は、Ｓ３が左枝を接地ＧＮＤへ（ノードＡの正確な電位を保つよう電圧源を介して）接続した状態で、（電流ミラーＣＭを介して）電流Ｉｃｏｍｐを測定するよう位置Ｓ２ｃにあり、Ｓ３が左枝をＩ−チャネルＩ−ＣＨへ接続するときに、Ｉｐｈｏｔｏを測定するよう位置Ｓ２ｂにある。
（ｂ）  通常動作：スイッチＳ１Ｌ及びＳ１Ｒが開いている。すなわち、ＢＬＲは切り離されている。Ｓ２は位置Ｓ２ａにある。Ｓ３は、差動対の左枝をＩ−チャネルへ接続する。このモードにおいてのみ、デジタル−アナログ・コンバータＤＡＣは動作し、電流源Ｉ＝ｆ（Ｉｔｏｔａｌ，ＰＣＧ，Ｉｄａｒｋ）を制御する。
【００７６】
以下で、他のアプローチとの比較が与えられる。両極性の成形波形及び入力ノードのＡＣカップリングを使用することによって、如何なるゆっくりと変化するバックグラウンド電流も、むしろ容易に補償され得る。しかし、欠点は、両極性波形のパルス存続期間が一般に単極性パルスのそれよりも長く、両極性パルスの重ね合わせがむしろ予測不可能な波形を生じることである。更に、ＡＣカップリングキャパシタは、高周波信号成分の抑制を回避するために大きくなければならない。そのようなキャパシタは、ＣＭＯＳ  ＡＳＩＣにおいて大きい面積を必要とし、ピクセルごとに必要とされる。
【００７７】
以下本願で記載される第２の実施形態に従って、ＢＬＲフィードバック信号を検出又はモニタリングして、検出器のリードアウト衝突光子ごとにセンサ内の分極の程度を決定するのにこれを使用することが提案される。
【００７８】
半導体ｘ線センサ材料（例えば、ＣＺＴ又はＣｄＴｅ）における分極の効果は、ピクセル化されたカソードでの収集電荷が分極の量の増大に伴って減少するにつれて、検出器のスペクトル性能を劣化させる。Bale及びSzeles，Nature  of  polarization  in  wide-bandgap  semiconductor  detectors  under  high-flux  irradiation:  Application  to  semi-insulating  Cd1-xZnxTe，Phys.  Rev.  B  77，035205（２００８年）の図４（ｂ）には、４つの増大する流動速度（管電流）での測定されたスペクトルの結果として起こるシフトが示されている。管電流の関数としての検出されたパルス高さスペクトルのひずみが表されている。流束又は管電流の増大に伴って、スペクトルは小さくなる。
【００７９】
従って、センサ材料内のｘ線事象の検出されたパルス高さは、分極の存在下で、それがない場合に見られるように、より小さい。Bale及びSzeles，Electron  transport  and  charge  induction  in  cadmium  zinc  telluride  detectors  with  space  charge  build  up  under  intense  x-ray  irradiation，J.  Appl.  Phys.  107，114512（２０１０年）の図１には、流束の増大についての結果として起こる高次の成形された信号出力とともに、シミュレーションされた前置増幅された信号誘導が示されている。分極の量の増大に伴って、成形器の後のｘ線事象のパルス高さは低減する。パルス形状も変更される。
【００８０】
分極は、印加される電界を弱めるセンサ内のトラップされた又は蓄積された電荷によって引き起こされ、電荷移動特性を劣化させる。加えて、接点をブロックすることが使用される場合でさえ、センサにおける付加的な電流の量に比例して、バイアス又は暗電流の増大が起こる。この動的電流は、いわゆるベースライン再生（ＢＬＲ）回路（図６を参照。）を使用することによって補償され得る。
【００８１】
ＢＬＲフィードバック信号を検出又はモニタリングして、検出器のリードアウト（ＩＰ）ごとにセンサ内の分極の程度を決定するのにこれを使用することが提案される。
【００８２】
この情報は、品質問題のために又は検出されたカウントの補正のために使用され得る。後者は、ＢＬＲ出力信号に比例して閾値をシフトすることによって、測定後に又は測定中に実行され得る。
【００８３】
実施に応じて、ＢＬＲは、高束条件でのパイルアップによっても影響を及ぼされ得る。このために、考えられているエレクトロニクスのためのパイルアップモデルは、ＢＬＲ出力から積分される電流のどの程度が分極に対応し、どの程度が高パイルアップ条件によるシフトに対応するのかを区別するために使用され得る。パイルアップモデルを構築するために、同じ振幅Ａ及び一定量のパイルアップ（流入流動速度）を有するパルスを含む信号が送り込まれる場合に、実装されるＢＬＲ回路がどのように反応するのか、より具体的に、出力電圧の値はどのように変化するのかを理解する必要がある。入力計数率（ＩＣＲ）とパルス振幅（Ａ）とに対するＢＬＲ出力電圧の依存性は、Ｓｐｉｃｅシミュレーションによって、あるいは、実験においては、ＢＬＲのための入力として任意の波形生成器によって生成される信号を用いて、導出され得る。実際の取得において、ビンにおける事象のカウント数は、ＩＣＲを推定するために使用され得る。振幅Ａは、一次ビームにおける光子の平均エネルギによって推定され得る。
【００８４】
照射時間は長いがｘ線流束は低いときさえ、センサは極性を持たされる。これは、正しい閾ポジションが決定されるべき検出器のエネルギ較正の間に当てはまる。分極は較正をゆがめる。夫々のピクセル及び積分期間（ＩＰ）についてのＢＬＲ信号が利用可能である場合に、較正のための適切な設定が見つけられ、較正の精度は評価され得る。エネルギ較正は、光子計数検出器の較正における重要なステップである。
【００８５】
光子計数検出器の計数結果に対する分極の影響は、測定の間又はその後に、積分期間（ＩＰ）（又はリードアウト若しくはＣＴにおけるビュー）ごとにカウントを補正するために評価及び較正され得る。
【００８６】
ＢＬＲ出力信号は、ＩＰごとに積分される必要がある。積分器（図６を参照。）並びに信号の伝達及び記憶のための追加コンポーネントが加えられる必要がある。閾ポジションが分極の現在量に適応される場合に、適切な回路が実装される必要がある。積分器を使用する１つの理由は、積分された信号がリードアウトの間のＢＬＲ信号の平均又は中央値であることである。例えば、リードアウト期間の間のＢＬＲ信号の平均は、モニタリングされる有効な値を表す。他の候補は、リードアウト期間の間のＢＬＲ信号のメジアンである。
【００８７】
以下本願で記載される第３の実施形態に従って、ベースラインレベルを上回る如何なる信号も無視されることを確かにする回路をベースライン再生回路の入力部で含めることが提案される。
【００８８】
スペクトル型コンピュータ断層撮影（ＣＴ）用途でのテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）の使用は、動的バックグラウンド電流成分、すなわち、光伝導利得ＰＣＧ＞１によって引き起こされる持続性電流及び漏れ電流（すなわち、暗電流）を補償するためのメカニズムを必要とする。このために、直流結合されたリードアウト回路について、ベースライン再生回路（ＢＬＲ）は、成形要素の出力でのベースライン（ＢＬ）レベルのシフトを検出し、該シフトを補正するために電流を注入する／引き込むよう、導入される。
【００８９】
ベースライン再生回路は、ベースラインを検知するピーク検出器と、低周波ＢＬシフトの補償に制限するためのローパスフィルタ（例えば、積分器）と、入力ノード（又は実施に応じて成形器入力）で補償電流を注入又はシンクすることを担うトランスコンダクタ素子を使用することによって、通常は実施される。ＢＬＲ回路内のピーク検出器は、しかしながら、期待されるバックグラウンド電流の逆方向における、特にＢＬを上回る（成形器出力信号がこのＢＬを下回るパルスである実施における。）成形器出力レベルの偏位に非常に敏感である。すなわち、ＢＬレベルを上回る信号は、あたかもそれが新しいＢＬレベルであったかのようにピーク検出器によって検知されて、最悪の場合にはＢＬレベルを上回る完全な信号偏位に等しい補正を引き起こす。ＢＬレベルを上回るそのような偏位は、２つの非理想的アーチファクト、すなわち、隣接ピクセルからの誘導パルス（ＢＬレベルの周囲で両極性形状を有する。）及び成形器のオーバーシュート（ＢＬレベルを上回る小さな半波）によって、主に引き起こされ得る。
【００９０】
如何なるそのような正振幅イベントも無視して、ピーク検出器がＢＬレベルを誤って推定しないようにする方法が提案される。
【００９１】
回路素子は、ベースラインシフト・アーチファクトのみを引き起こす不要な信号を除去するよう、ベースライン再生回路の入力ノードで導入される。
【００９２】
ベースライン再生器を有する一般的な光子計数チャネルが図７に示されている。成形要素２０の出力部が規則的な入来光子について負パルスを生成するとすれば、基準レベル（又はベースラインＢＬ）を上回る成形器信号の如何なる偏位も、ベースライン再生回路ＢＬＲに成形要素２０の出力をシフトさせ得る。よって、エネルギ決定ユニット３０は、正確な光子エネルギを測定しない。
【００９３】
図８は、好ましくないベースラインシフトを引き起こし得る状況を示す。考えられているピクセルセンサ素子８１０ａに衝突するＸ線光子は、このピクセルに接続されている成形器の出力部で負パルスを生成する。なお、隣接するピクセル８１０ｂも、考えられているピクセル８１０ａにおいて移動する電荷群からの誘導によって引き起こされる信号を検出してよい。誘導電荷は、隣接するピクセル８１０ｂに接続されている成形要素（図示せず。）に両極性信号（矢印８１５によって示される。）を生成させる。ベースライン再生回路ＢＬＲ内のピーク検出器は、正ピークを検知し、ベースライン再生回路ＢＬＲに入力から電流を引き込ませて、成形要素２０の出力にＢＬを下回らせる。このことは意図されない。ＢＬレベルは、成形要素２０の基準電圧によって定義される（演算増幅器が成形要素２０において使用される場合に、更なるオフセットがもたらされる。）。結果として、実際のベースライン（ＢＬ）を下回る新たなベースライン（ＢＬ）が定義され、成形器出力パルスが固定閾値と比較される場合にエネルギ推定において誤差が生じる（この説明は、成形要素２０が電荷形増幅器ＣＳＡ及び成形器ＳＨＡを有すると仮定する点に留意されたい。上記の極性は回路トポロジに依存する。）。
【００９４】
誘導パルスは、好ましくないベースラインシフトを引き起こし得る唯一のアーチファクトではない。成形要素２０が適切に調整されない場合に、それはオーバーシュートを示し得る。オーバーシュートもベースライン再生回路ＢＬＲによって検知され、実際のベースラインＢＬを下回る成形器信号の好ましくないシフトを生じさせる。
【００９５】
この実施形態において、ベースラインを上回る如何なる信号も無視されることを確かにする回路をベースライン再生回路の入力部で含めることが提案される。擾乱自体は成形器の出力で影響を受けないが、ベースライン再生回路ＢＬＲは単にそのような非理想性に反応しない。
【００９６】
図９は、成形器信号の正偏位を無視するようベースライン再生回路ＢＬＲの入力部で電圧リミッタ９５０を加える実施形態のブロック図を示す。リミッタ９５０の目的は、ベースラインＢＬを上回る成形要素２０の信号の如何なる偏位もクリッピングすることである。すなわち、ピーク検出器が検知することさえできる最大信号は、ベースラインＢＬ自体である。様々な選択肢がリミッタ９５０を実装するために存在し、ユニティゲイン・バッファの出力段での強制クリッピング若しくは増幅器リミッタ段、又は正半波を抑制するベースライン及び成形器出力の差分信号のための整流器を含む。
【００９７】
図９を参照して記載される実施形態は、本明細書を通じて記載されている極性に制限されず、他のフロントエンド・トポロジ（正孔収集、単段フロントエンド、等を含む。）に適応され得る。
【００９８】
図１０は、放射線源２によって発せられた光子を検出デバイス６によって検出するための検出方法１０００の実施形態を概略的に例として示す。検出方法１０００は、次のステップ１０１０、１０２０及び１０３０を有する：
・  アノードと、カソードと、光子を電子及び正孔に変換する中間にある直接変換材とを有するセンサ１０を設けること（ステップ１０１０），
・  光子によって生成される電荷パルスを電気パルスに変換すること（ステップ１０２０），並びに
・  電気パルスに基づき補償信号を供給すること（ステップ１０３０）。
【００９９】
図１０から更に分かるように、補償信号を供給すること（１０３０）は、センサ１０の総センサ電流を測定すること（ステップ１０４１）と、光伝導利得を測定すること（１０４２）と、測定された総センサ電流及び光伝導利得から補償電流を決定すること（ステップ１０４３）とを有してよい。
【０１００】
図１０から更に分かるように、補償信号を供給すること（１０３０）は、代替的に及び／又は追加的に、ベースライン再生電流ＩＢＬＲからセンサ１０内の分極の程度を決定すること（ステップ１０５１）を有してよい。
【０１０１】
図１０から更に分かるように、補償信号を供給すること（１０３０）は、代替的に及び／又は追加的に、電気パルスをリミッタ回路９５０へ供給すること（ステップ１０６１）と、電気パルスが所定の閾値を下回るか否かを評価すること（ステップ１０６２）と、電気パルスが所定の閾値を下回るとリミッタ回路９５０が決定する場合に、電気パルスをベースライン再生回路ＢＬＲへ供給すること（ステップ１０６３）とを有してよい。
【０１０２】
本発明の適用例は、スペクトル型コンピュータ断層撮影用途であるが、他の用途における同様の機能の回路に適用可能である。更なる適用例は、スペクトル型コンピュータ断層撮影及びスペクトル型マンモグラフィのための光子計数検出器である。更なる適用例は、例えば、医用イメージングシステム、科学的目的のための機器、又は本土防衛における、直接変換検出器に基づく全ての種類の光子計数放射検出器に関する。
【０１０３】
カソード接点はＣＺＴについて関連するが、種々の直接変換材について、アノード接点が関連してよい。更に、正孔及び電子について異なった移動時間を持った如何なる直接変換材も、より長い移動時間を持った電荷が材料において蓄積されて分極を引き起こすにつれて、ある流束で極性を持たされる点に留意されたい。従って、本発明は、例えば、ＧａＡｓにも適用可能である。
【０１０４】
開示されている実施形態に対する他の変形例は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求されている発明を実施する際に当業者によって理解及び達成され得る。
【０１０５】
特許請求の範囲において、語「有する」は、他の要素又はステップを除外せず、単称形は、複数個を除外しない。
【０１０６】
単一のユニット又はデバイスは、特許請求の範囲において挙げられている幾つかの項目の機能を満たしてよい。ある手段が相互に異なる従属請求項において挙げられているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すものではない。
【０１０７】
センサの総センサ電流を測定すること、光伝導利得を測定すること、測定された総センサ電流及び光伝導利得から補償電流を決定する、等のような、１つ又は複数のユニット又はデバイスによって実行される決定は、幾つのユニット又はデバイスによっても実行され得る。例えば、測定された総センサ電流及び光伝導利得からの補償電流の決定は、単一のユニットによって、あるいは、他のあらゆる個数の異なるユニットによって、実行され得る。上記の検出方法に従う決定及び／又は検出デバイスの制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用のハードウェアとして実装され得る。
【０１０８】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又はその部分として供給される、光記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適切な媒体において記憶／分配されてよいが、他の形態において、例えば、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信を介して分配されてもよい。
【０１０９】
特許請求の範囲における如何なる参照符号も、適用範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。
【０１１０】
本発明は、放射線源によって発せられた光子を検出する検出デバイスに関係がある。検出デバイスは、第１の期間の間に光子を検出するよう構成される。検出デバイスは、光子を電子及び正孔に変換する直接変換材を中間に有するセンサと、成形要素と、補償ユニットとを有する。補償ユニットは、電気パルスとセンサの光伝導利得とに基づき補償信号を供給するよう構成される。本発明の核は、補償電流を決定することによって、ベースライン再生フィードバック信号を検出若しくはモニタリングすることによって、又はベースラインを上回る信号を無視することによって、スペクトル型コンピュータ断層撮影における直接変換検出器による固有誤差に起因したアーチファクトを低減する回路を提供することである。
【図１】
2016540208.tif 000004
【図２】
2016540208.tif 000005
【図３】
2016540208.tif 000006
【図４】
2016540208.tif 000007
【図５】
2016540208.tif 000008
【図６】
2016540208.tif 000009
【図７】
2016540208.tif 000010
【図８】
2016540208.tif 000011
【図９】
2016540208.tif 000012
【図１０】
2016540208.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月30日(2016.5.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源によって発せられる光子を検出する検出デバイスであって、第１の期間の間に前記光子を検出するよう構成される検出デバイスにおいて、
アノードと、カソードと、光子を電子及び正孔に変換する中間の直接変換材とを有するセンサと、
光子によって生成される電荷パルスを電気パルスに変換するよう構成される成形要素と、
前記成形要素の出力部と前記成形要素の入力部との間に結合される補償ユニットと
を有し、
前記補償ユニットは、光伝導利得供給ユニットを有し、該光伝導利得供給ユニットは、前記センサのために光伝導利得を供給するよう構成され、
前記補償ユニットは、第２期間電流供給ユニットを更に有し、該第２期間電流供給ユニットは、少なくとも第２の期間の間に前記センサから電流を供給するよう構成され、前記第２の期間は、前記第１の期間よりも短く、
前記補償ユニットは、補償信号を前記成形要素へ供給するよう構成され、
前記補償信号は、前記センサからの電流と、前記センサのための光伝導利得とに基づく、
検出デバイス。
【請求項２】
前記第２の期間は、前記第１の期間内にあり、
前記第２期間電流供給ユニットは、前記第２の期間の間に前記センサからのピクセル電流を測定するよう構成され、
前記第２期間電流供給ユニットによって供給される前記センサからの電流は、前記ピクセル電流に対応する、
請求項１に記載の検出デバイス。
【請求項３】
前記補償ユニットは、第１、第２及び第３の電流源と、第１及び第２のトランジスタとを有し、
前記第１のトランジスタのソース及び前記第２のトランジスタのソースは、前記第１の電流源へ結合される、
請求項１に記載の検出デバイス。
【請求項４】
前記第１のトランジスタのドレインは、前記第２の電流源へ結合され、
前記第２のトランジスタのドレインは、前記第３の電流源へ結合され、
前記電気パルスは、前記第１のトランジスタのゲートへ供給され、
基準電圧は、前記第２のトランジスタのゲートへ供給され、
前記第２のトランジスタのドレインは、前記成形要素の入力部へ結合される、
請求項３に記載の検出デバイス。
【請求項５】
前記補償ユニットは、ベースライン再生回路を更に有する、
請求項１に記載の検出デバイス。
【請求項６】
当該検出デバイスは、
ベースライン再生回路と、
第１、第２、第３及び第４のスイッチを有し、前記第１及び第２のスイッチの間に前記ベースライン再生回路が結合されるスイッチングネットワークと、
電流ミラーと
を更に有し、
当該検出デバイスは、第１及び第２のモードにおいて動作し、
前記第１のモードにおいて、前記第１及び第２のスイッチは、前記ベースライン再生回路が動作するように閉じられ、前記第３のスイッチは、前記第２のトランジスタのドレインを前記電流ミラーへ結合し、前記第４のスイッチは、前記第１のトランジスタのドレインを接地へ結合し、
前記第２のモードにおいて、前記第１及び第２のスイッチは、前記ベースライン再生回路が切り離されるように開き、前記第３のスイッチは、前記第２のトランジスタのドレインを前記第１のトランジスタのドレインへ結合する、
請求項３に記載の検出デバイス。
【請求項７】
当該検出デバイスは、第４の電流源を更に有し、該第４の電流源は、前記第２のトランジスタのドレインと前記第１のトランジスタのドレインとの間に結合される、
請求項３に記載の検出デバイス。
【請求項８】
当該検出デバイスは、デジタル−アナログ・コンバータ及び積分チャネルを更に有し、前記デジタル−アナログ・コンバータは、前記積分チャネルの出力部と前記第４の電流源の制御入力部との間に結合される、
請求項７に記載の検出デバイス。
【請求項９】
前記補償ユニットは、ベースライン再生回路及び分極判定ユニットを有し、該分極判定ユニットは、前記ベースライン再生回路からのベースライン再生電流から前記センサ内の分極の程度を決定するよう構成される、
請求項１に記載の検出デバイス。
【請求項１０】
前記分極判定ユニットは、積分器回路を更に有し、該積分器回路は、前記ベースライン再生回路からのベースライン再生電流を積分し、該ベースライン再生電流を前記成形要素の入力部へ供給するよう構成される、
請求項９に記載の検出デバイス。
【請求項１１】
前記補償ユニットは、ベースライン再生回路及びリミッタ回路を有し、該リミッタ回路は、前記成形要素の出力部と前記ベースライン再生回路の入力部との間に結合される、
請求項１に記載の検出デバイス。
【請求項１２】
前記リミッタ回路は、前記電気パルスが所定の閾値を上回る場合に、前記ベースライン再生回路への前記電気パルスの供給を遮るよう構成される、
請求項１１に記載の検出デバイス。
【請求項１３】
第１の期間の間に検出デバイスによって、放射線源によって発せられた光子を検出する検出方法であって、
アノードと、カソードと、光子を電子及び正孔に変換する中間の直接変換材とを有するセンサを設けるステップと、
前記センサのために光伝導利得を供給するステップと、
光子によって生成される電荷パルスを電気パルスに変換するステップと、
前記第１の期間よりも短い少なくとも第２の期間の間に前記センサから電流を供給するステップと、
前記センサからの電流と、前記センサのための光伝導利得とに基づき、補償信号を供給するステップと
を有する検出方法。
【請求項１４】
前記補償信号を供給するステップは、ベースライン再生電流から前記センサ内の分極の程度を決定することを含む、
請求項１３に記載の検出方法。
【請求項１５】
前記補償信号を供給するステップは、
前記電気パルスをリミッタ回路へ供給するステップと、
前記電気パルスが所定の閾値を下回ると前記リミッタ回路が決定する場合に、前記電気パルスをベースライン再生回路へ供給するステップと
を有する、請求項１３に記載の検出方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
R.  Steadman  et  al.，“ChromAIX:  a  high-rate  energyresolving  photon-counting  ASIC  for  spectral  computed  tomography”，Proceedings  of  SPIE，７６２２２０〜７６２２２０−８頁（２０１０年）（非特許文献２）には、スペクトル型ＣＴの実現可能性の検討が開示されている。エネルギ分解による光子計数のためのＡＳＩＣ（ＣｈｒｏｍＡＩＸ）は、エネルギ弁別を提供しながら高い計数率能力を提供するよう設計されている。ＣｈｒｏｍＡＩＸ  ＡＳＩＣは、３００マイクロメートルの等方性ピッチによる４×１６個のピクセルの配置から成る。各ピクセルは、多数の独立したエネルギ弁別器を、連続リードアウト機能を備えたそれらの対応する１２ビットカウンタとともに含む。１０Ｍｃｐｓを超える観測されたポアソン計数率（約２７Ｍｃｐｓ入射平均ポアソン率に対応する。）が、電気特性を通じて実験的に証明された。２．６ｍＶＲＭＳ（４ｋｅＶ  ＦＷＨＭ）の測定ノイズは仕様に従う。ＣｈｒｏｍＡＩＸ  ＡＳＩＣは、直接変換材ＣｄＺｎＴｅ及びＣｄＴｅをサポートするよう具体的に設計されている。
国際公開第２０１４／０９１２７８（Ａ１）号パンフレット（特許文献４）には、検査領域をトラバースする放射線を検出し、それを示す電気信号を生成する直接変換検出器ピクセルを含むイメージングシステムにおいて、前記電気信号は、ピクセルの直接変換材によって生成されて当該信号のレベルをシフトする持続性電流を含むことが開示されている。持続性電流推定器は、持続性電流を推定し、該推定に基づき補償信号を生成する。前置増幅器は、電気信号及び補償信号を受信し、補償信号は持続性電流を実質的に相殺して、持続性電流を補償された信号を生成するとともに、補償された信号を増幅して、増幅された補償された信号を生成する。成形器は、増幅された補償された信号に基づき、直接変換材を照射する放射線のエネルギを示すパルスを生成する。
国際公開第２０１４／０８７２６４（Ａ１）号パンフレット（特許文献５）には、Ｘ線画像情報の補正、例えば、Ｘ線検出器素子における持続性電流に関するＸ線画像情報の補正が開示されている。Ｘ線検出器は、オーミック接触を有する光伝導体として具現されてよく、夫々の光伝導体ピクセルにおいて衝突する光子の量及びエネルギに応じて光電流を出力する。そのような光伝導体は光伝導利得を示してよい。すなわち、Ｘ線放射によって照射される場合の測定電流は、電子−正孔対のみを生成する衝突光子により生じる電流よりも高い。光伝導利得を補償するよう、Ｘ線画像情報の画像補正のための方法であって、光電流を生成するＸ線放射に依存したＸ線検出器素子のリードアウト情報を受信し、補償情報を用いてリードアウト情報に光伝導利得を補償することを有する方法が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／１７２４６７（Ａ１）号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０２７１８３（Ａ１）号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１３／０５７６４５（Ａ２）号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２０１４／０９１２７８（Ａ１）号パンフレット
【特許文献５】国際公開第２０１４／０８７２６４（Ａ１）号パンフレット
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
前記放射線源は、例えば、Ｘ線管若しくは同様のデバイス、ガンマ放射線源（例えば、ガンマ放射性核種）、又はポジトロン放射性核種であることができる。望ましくは、前記放射線源は、多エネルギ放射線源、すなわち、２つ以上のエネルギレベルで光子を放出する放射線源であることができる。
実施形態において、前記第２の期間は、前記第１の期間内にあり、前記第２期間電流供給ユニットは、前記第２の期間の間に前記センサからのピクセル電流を測定するよう構成され、前記第２期間電流供給ユニットによって供給される前記センサからの電流は、前記ピクセル電流に対応する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
請求項１の検出デバイス及び請求項１３の検出方法は、従属請求項において定義される類似した及び／又は同じ好適な実施形態を有することが理解されるべきである。
【国際調査報告】
2016540208.tif 000014
2016540208.tif 000015