(57)【要約】  本手法は、従来のエネルギー積分検出器では利用することができないスペクトル情報を取得するための、ＣＺＴまたはＣｄＴｅベースの検出器などのエネルギー分解光子計数検出器の使用に関する。特定の実施形態では、説明された本手法は、一致論理および整形増幅器を短い整形時間で用いる設計において、隣接画素における過渡信号によって引き起こされるスペクトル汚染を低減または排除する。【選択図】図１
2020507753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷感応増幅器（１１２）であって、
放射検出器から入力信号を受け取り、増幅された信号を出力するように構成された増幅器（１４０）、
リセット信号を受け取るように構成されたリセットスイッチ（１４２）、および
前記リセットスイッチ（１４２）および増幅器（１１２）と電気的に通信するコンデンサ（１４４）
を備える、電荷感応増幅器（１１２）と、
前記増幅された信号を受け取り、整形された信号を生成するために整形動作を前記増幅された信号に実行するように構成され、前記整形動作は、５０ｎｓ以下のオーダの整形時間を有する整形増幅器（１１４）と、
前記整形増幅器（１１４）から前記整形された信号を受け取るように構成され、
前記整形された信号を受け取り、前記整形された信号をある時間にわたって積分して積分された信号を生成するように構成された積分器（１２０）、
前記積分された信号を受け取り、前記積分された信号が予め設定された閾値よりも大きくなるように真の検出事象を決定するように構成された比較器（１２４）、および
前記比較器（１２４）および前記整形増幅器（１１４）から入力信号を受け取り、検出された真の事象のエネルギー情報を出力するように構成されたピークアナログデジタル変換器（１２８）
を備える、エネルギー読み出しおよび制御回路（１１８）と、
前記比較器（１２４）から出力を受け取り、前記電荷感応増幅器（１１２）の前記リセットスイッチ（１４２）を動作させるための遅延信号を生成するように構成された遅延回路（１５０）と
を備える、検出器読み出し回路（１１０）。
【請求項２】
前記整形増幅器（１１４）が、高速整形増幅器であり、約２０ｎｓ以下の整形時間を有する、請求項１に記載の検出器回路（１１０）。
【請求項３】
前記積分器（１２０）が、約１０ｎｓ〜４０ｎｓの時間ウィンドウにわたって前記整形された信号を積分する、請求項１に記載の検出器回路（１１０）。
【請求項４】
前記積分器（１２０）が、存在する場合には過渡信号から前記真の事象信号を区別するように時間ウィンドウにわたって前記整形された信号を積分する、請求項１に記載の検出器回路（１１０）。
【請求項５】
クロック回路（１６４）と、
前記クロック回路（１６４）と通信し、タイミング出力を受け取り、それに応答してヒットトリガを生成するように構成されたタイミングスタンプ回路（１６０）と
をさらに備える、請求項１に記載の検出器回路（１１０）。
【請求項６】
前記ヒットトリガが、前記検出事象のタイムスタンプに対応する、請求項５に記載の検出器回路（１１０）。
【請求項７】
前記増幅された信号を受け取り、タイミング出力を生成するように構成されたコンデンサ−抵抗整形器（１６２）
をさらに備える、請求項１に記載の検出器回路（１１０）。
【請求項８】
前記タイミングスタンプ回路（１６０）への前記入力信号が、前記増幅された信号、前記整形増幅器（１１４）、または前記比較器（１２４）に動作するコンデンサ−抵抗整形器回路の出力信号の少なくとも１つによって生成される、請求項５に記載の検出器回路（１１０）。
【請求項９】
エネルギー分解光子計数放射検出器からの検出器信号を処理するための方法であって、
増幅器（１１２）で前記検出器信号を受け取り、増幅された信号を出力することと、
整形された信号を生成するために整形動作を前記増幅された信号に実行することであって、前記整形動作は、５０ｎｓ以下の整形時間を有することと、
前記整形された信号をある時間にわたって積分して積分された信号を生成するように構成された積分器（１２０）で前記整形された信号を受け取ることと、
前記積分された信号を閾値と比較し、前記積分された信号が前記閾値よりも大きいことを示す信号を出力することと、
前記積分された信号と閾値との前記比較の前記出力、および前記整形された信号に基づいてピークアナログデジタル変換を実行して前記検出された事象のエネルギー情報を生成することと
を含む、方法。
【請求項１０】
前記比較の前記出力に基づいて、遅延信号を生成し、前記遅延信号を使用して前記増幅器（１１２）の動作をリセットすること
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
コンデンサ−抵抗（ＣＲ）整形器（１６２）で前記増幅された信号を受け取り、ＣＲ整形器出力を生成すること
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記増幅された信号を入力として使用するコンデンサ−抵抗整形器信号、前記整形された信号、または前記積分された信号が前記閾値よりも大きいことを示す出力信号、およびクロック信号の少なくとも１つに基づいてタイミング信号を生成すること
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記整形動作が、約２０ｎｓ以下の整形時間を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記積分器（１２０）が、約１０ｎｓ〜４０ｎｓの時間ウィンドウにわたって前記整形された信号を積分する、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記積分器（１２０）が、存在する場合には過渡信号を弁別するように時間ウィンドウにわたって前記整形された信号を積分する、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
Ｘ線（２０）を放出するように構成されたＸ線源（１２）と、
検出器画素のアレイ（２８）を含み、各検出器画素は、検出器回路（１１０）に接続されるエネルギー分解光子計数検出器であって、前記検出器回路（１１０）は、
電荷感応増幅器（１１２）であって、
前記光子計数エネルギー弁別放射検出器から入力読み出し信号を受け取り、増幅された信号を出力するように構成された増幅器（１４０）、
リセット信号を受け取るように構成されたリセットスイッチ（１４２）、および
前記リセットスイッチ（１４２）および増幅器（１１２）と電気的に通信するコンデンサ（１４４）
を備える、電荷感応増幅器（１１２）と、
前記増幅された信号を受け取り、整形された信号を生成するために整形動作を前記増幅された信号に実行するように構成された整形増幅器（１１４）と、
前記整形増幅器（１１４）から前記整形された信号を受け取るように構成され、
前記整形された信号を受け取り、前記整形された信号をある時間間隔にわたって積分して積分された信号を生成するように構成された積分器（１２０）、
前記積分された信号を受け取り、前記積分された信号と閾値との比較に基づいて真の検出事象を決定するように構成された比較器（１２４）、および
前記整形増幅器（１１４）から前記増幅された信号を受け取り、前記比較器からの制御信号に基づいて前記真の検出された事象に関するエネルギー情報を出力するように構成されたピークアナログデジタル変換器（１２８）
を備える、エネルギー読み出しおよび制御回路（１１８）と、
前記比較器（１２４）から出力を受け取り、前記電荷感応増幅器（１１２）の前記リセットスイッチ（１４２）を動作させるための遅延信号を生成するように構成された遅延回路（１５０）と、
前記ピークアナログデジタル変換器（１２８）のエネルギー測定値を少なくとも受け取り、前記エネルギー測定値に基づいて画像を生成するように構成された画像処理回路（４４）と
を備える、エネルギー分解光子計数検出器と
を備える、撮像システム（１０）。
【請求項１７】
前記エネルギー分解光子計数検出器が、テルル化カドミウム亜鉛またはテルル化カドミウムなどの半導体材料を用いて製造される、請求項１６に記載の撮像システム（１０）。
【請求項１８】
前記整形増幅器（１１４）が、約２０ｎｓ以下の整形時間を有する、請求項１６に記載の撮像システム（１０）。
【請求項１９】
前記積分器（１２０）が、約１０ｎｓ〜４０ｎｓの時間ウィンドウにわたって前記整形された信号を積分する、請求項１６に記載の撮像システム（１０）。
【請求項２０】
前記検出器回路（１１０）が、
前記増幅された信号を受け取り、タイミング出力を生成するように構成されたコンデンサ−抵抗（ＣＲ）整形器（１６２）
をさらに備える、請求項１６に記載の撮像システム（１０）。
【請求項２１】
前記検出器回路（１１０）が、
クロック回路（１６４）と、
前記クロック回路（１６４）と通信し、前記タイミング出力を受け取り、それに応答してヒットトリガを生成するように構成されたタイミングスタンプ回路（１６０）と
をさらに備える、請求項１６に記載の撮像システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、エネルギー分解光子計数検出器の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
非侵襲的撮像技術は、被検体（患者、製造品、手荷物、包装、または乗客）の内部構造または特徴の画像を非侵襲的に得ることを可能にする。特に、そのような非侵襲的撮像技術は、データを取得し、画像を構築し、あるいは被検体の内部特徴を表すために、ターゲット体積を通るＸ線の差動透過または音波の反射などの様々な物理的原理に依存している。
【０００３】
例えば、Ｘ線に基づく撮像技術では、Ｘ線放射が人間の患者などの対象とする被検体に及び、放射の一部が検出器に衝突し、そこで強度データが収集される。Ｘ線システムでは、光検出器が、検出器表面の個別の画素領域に衝突する放射の量または強度を表す信号を発生する。その後、信号を処理し、検討のために表示することができる画像を生成することができる。
【０００４】
コンピュータ断層撮影（ＣＴ）として知られる１つのそのようなＸ線ベースの技法では、スキャナは、患者などの撮像される物体の周りの多数の視野角位置で１つまたは複数のＸ線源から扇形または円錐形のＸ線ビームを投影することができる。Ｘ線ビームは、物体を横切るときに減衰し、検出器における入射Ｘ線ビームの強度を表す信号を発生する検出器要素のセットによって検出される。信号を処理し、Ｘ線経路に沿った物体の線形減衰係数の線積分を表すデータを発生する。これらの信号は、典型的には、「投影データ」または単に「投影」と呼ばれる。フィルタ補正逆投影法などの再構築技法を使用することによって、患者または撮像される物体の対象とする領域の体積または体積レンダリングを表す画像を生成することができる。医療の場面では、次に、再構築された画像またはレンダリングされた体積から病状または他の対象とする構造を特定または識別することができる。
【０００５】
従来、これらのタイプの撮像技法で使用される放射検出器は、エネルギー積分モード（すなわち、取得間隔中に蓄積された全積分エネルギーの読み出し）または光子計数モード（各個々のＸ線光子が検出される）で動作する。エネルギー積分は、ほとんどの臨床用途においてＸ線検出器を読み出すための従来のモードである。しかしながら、エネルギー積分読み出し手法は、検出器読み出し動作に関連する電子ノイズが利用可能な信号を圧倒する可能性がある低フラックス撮像用途においてはうまく機能しない。
【０００６】
いくつかの用途では、個々のＸ線光子計数は、エネルギー積分手法に関連する全積分エネルギー情報よりも興味深いものである。従来のシンチレータベースの光子計数モードは、高価であり、ＣＴなどの高計数率用途には実用的ではないケイ素光電子増倍管（ＳｉＰＭ）を利用し、そのような技術は、陽電子放出断層撮影システムと共に使用される。さらに、そのような光子計数手法は、関連するエネルギー情報なしで生の光子計数数のみを得るなど、それらが発生する情報のタイプにおいて制限される可能性がある。
【０００７】
対照的に、二重エネルギー（例えば、高および低エネルギー撮像）および／または材料分解撮像などの特定の技法は、一般的な意味での光子計数からだけでなく、所与の露光事象についてのスペクトル情報、すなわち、エネルギー情報を得ることからも利益を得る。すなわち、そのような技法は、それぞれのエネルギービンに分けられる光子計数を生成し、したがって異なるエネルギーでの光子事象を弁別し、それによって異なる光子エネルギー範囲で観察される光子の数を特徴付けまたは計数する。この必要性に取り組むために、特定のエネルギー弁別光子計数Ｘ線検出器技術を用いることができる。特定の場合には、そのような手法は、シンチレータベースの中間変換およびそれに続く生成された光学光子の検出を用いる技法とは対照的に、入射Ｘ線を測定可能な信号に直接変換する検出媒体（すなわち、直接変換材料と同様に電子正孔対）を用いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／１６８５６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、そのような光子計数エネルギー弁別検出器の実用的な使用は、依然としてある種の技術的課題に直面している。１つのそのような課題は、計数率能力である。光子束が高すぎると、検出された信号に関連するエネルギー情報がパイルアップ効果のために歪められる（光子がそれらのエネルギーに到着するには速すぎるため適切に特徴付けられない、すなわち光子が検出器に「パイルアップ」する）。この問題に対処するための既存の手法、例えば短い整形時間を提供するフィルタを利用することは、短い時間間隔内に発生する入射事象を区別することができるが、センサ内での不完全な信号（電荷）の収集および隣接する検出器チャネルで観察されるクロストーク（すなわち、過渡）信号に対する感度の増大を招くこともある。
【００１０】
光子計数エネルギー弁別検出器の第２の課題は、電荷共有効果である。入射光子相互作用が検出器画素のエッジ付近で発生すると、画素境界を横切る複数のＸ線相互作用（すなわち、Ｋ−エスケープ、コンプトン散乱）または電荷共有（すなわち、電子雲共有）のいずれかによって信号が生成され、したがって、複数の画素、すなわち、影響を受ける画素の各々におけるそれぞれの信号によって検出される。この効果は、スペクトル応答関数に低エネルギーのテールを生じさせることによってエネルギー分解能を低下させる。この問題に対処するために、一致論理を使用して複数画素の事象を識別し、隣接画素の信号をデジタル的に合計することが提案されている。明確にするために、一致論理は、光子の到着時間を推定し、局所的な近隣における複数の検出器画素がこの事象を検出するかどうかを決定する。もしそうであれば、隣接画素からのエネルギーが合計され、検出されたエネルギーの重心を含む画素内の関連するカウンタが増分される。
【００１１】
しかしながら、これらの課題の両方に対処するための現在の手法は、さらなる問題をもたらす。特に、２つの画素間の境界付近で検出事象が発生し、電荷共有のために２つの画素内に不均一な量の信号が生じた場合、一致論理は、２つの信号を少量の信号損失で正しく識別して合計することができる。しかしながら、入射光子相互作用が完全に１つの画素内で発生する（電荷共有が発生しない）場合、重み付けによる潜在的なクロストーク（すなわち過渡信号）は、一致論理によって電荷共有と誤解される場合があり、誤って合計動作が実行される可能性があるため、潜在的に検出された信号の過大評価を引き起こすことがある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施形態では、検出器読み出し回路が提供される。この実施形態によれば、回路は、電荷感応増幅器であって、検出器画素から入力電荷を受け取り、増幅された（電圧）信号を出力するように構成された増幅器と、リセット信号を受け取るように構成されたリセットスイッチと、リセットスイッチと増幅器の両方と電気的に通信するコンデンサとを少なくとも含む、電荷感応増幅器を含む。回路は、ベースラインへの戻りがはるかに速い出力パルスを提供しながら、追加の利得を提供し、また増幅された信号からノイズをフィルタリングするように構成された整形増幅器をさらに含む。整形された信号は、一般に、５０ｎｓ以下の持続時間を有する。検出器回路は、整形増幅器から整形された信号を受け取るように構成されたエネルギー読み出しおよび制御回路をさらに含む。エネルギー読み出しおよび制御回路は、整形された信号を受け取り、整形された信号をある時間間隔にわたって積分して積分された信号を生成するように構成された積分器と、積分された信号を受け取り、積分された信号が閾値よりも大きくなるように閾値に基づいて真の検出事象を示す信号を生成するように構成された比較器と、整形された信号を受け取り、検出事象に関するエネルギー情報を出力するように構成されたピークアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）または複数閾値カウンタとを少なくとも含む。検出器回路は、比較器から出力を受け取り、電荷感応増幅器をリセットするための遅延信号を生成するように構成された遅延回路をさらに含む。
【００１３】
さらなる実施形態では、エネルギー弁別放射検出器からの検出器信号を処理するための方法が提供される。この方法によれば、検出器画素からの電荷信号は、電荷感応増幅器で受け取られ、この増幅器が増幅された信号を出力する。整形された信号を生成するために、整形動作が増幅された信号に実行される。整形信号は、一般に、５０ｎｓ以下の持続時間を有する。整形された信号は、整形された信号をある時間間隔にわたって積分して積分された信号を生成するように構成された積分器で受け取られる。積分された信号は、閾値と比較され、それによって閾値電圧よりも大きいそれらの積分された信号を識別する。積分された信号と閾値信号（電圧）との比較の出力に基づいて、ピークアナログデジタル変換が整形された信号に実行され、検出器信号の測定されたエネルギーを生成する。
【００１４】
追加の実施形態では、撮像システムが提供される。この実施形態によれば、撮像システムは、Ｘ線を放出するように構成されたＸ線源と、直接変換材料を使用して製造される画素を含む、エネルギー弁別光子計数放射検出器と、読み出し回路と、少なくとも検出器回路のエネルギー測定値を受け取り、エネルギー測定値に基づいて画像を生成するように構成された画像処理回路とを含む。この実施形態によれば、検出器読み出し回路は、電荷感応増幅器であって、エネルギー弁別光子計数放射検出器から入力信号を受け取り、増幅された信号を出力するように構成された増幅器と、リセット信号を受け取るように構成されたリセットスイッチと、リセットスイッチおよび電荷感応増幅器と電気的に通信するコンデンサとを少なくとも含む、電荷感応増幅器を含む。検出器回路は、増幅された信号を一般に５０ｎｓ以下の持続時間を有する整形された信号に整形するように構成された整形増幅器をさらに含む。検出器回路は、整形増幅器から整形された信号を受け取るように構成されたエネルギー読み出しおよび制御回路をさらに含む。エネルギー読み出しおよび制御回路は、整形された信号を受け取り、整形された信号をある時間間隔にわたって積分して積分された信号を生成するように構成された積分器と、積分された信号を受け取り、閾値電圧よりも大きい積分された信号が閾値比較器によって出力されるように積分された信号を閾値電圧と比較するように構成された比較器と、閾値比較器および整形増幅器から入力信号を受け取り、入力信号に基づいて検出事象について測定されたエネルギーを出力するように構成されたピークアナログデジタル変換器とを少なくとも含む。検出器回路は、閾値比較器から出力を受け取り、電荷感応増幅器のリセットスイッチを動作させるための遅延信号を生成するように構成された遅延回路をさらに含む。
【００１５】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読解すればより良好に理解され、添付の図面においては、図面全体を通して同一の符号は同一の部分を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示の態様による、患者のＣＴ画像を取得し、画像を処理するように構成されたコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムの一実施形態の概略図である。
【図２】本開示の態様による、電荷共有事象を含む検出器スペクトル応答のプロットを示す図である。
【図３】本開示の態様による、隣接する画素がトリガ事象を経験する画素のアレイの上からの図である。
【図４】本開示の態様による、実際の電荷共有事象が発生する例における検出器信号のプロットを示す図である。
【図５】本開示の態様による、実際の電荷共有事象は発生しないが過渡信号が検出される例における検出器信号のプロットを示す図である。
【図６ａ】本開示の態様による、検出器回路の第１の実施態様の回路図である。
【図６ｂ】本開示の態様による、検出器回路の第１の実施態様の回路図である。
【図７】本開示の態様による、検出器回路の第２の実施態様の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下で、１つまたは複数の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しても、実際の実施態様におけるすべての特徴を本明細書に記載できるわけではない。あらゆるエンジニアリングまたは設計プロジェクトなどの実際の実施態様の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、例えばシステム関連および事業関連の制約条件への対応など実施態様に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施態様ごとに異なる可能性があることを理解されたい。さらに、このような開発努力は、複雑で時間がかかるが、それでもなお本開示の利益を有する当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。
【００１８】
本発明の様々な実施形態の要素を紹介するとき、「１つの（ａ、ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」という冠詞は、それらの要素が１つまたは複数存在することを意味するものとする。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であることを意図し、列挙された要素以外にもさらなる要素が存在してもよいことを意味する。さらに、以下の説明におけるあらゆる数値例は非限定的なものであることを意図し、したがって追加の数値、範囲、および百分率は開示される実施形態の範囲内にあるものとする。
【００１９】
以下の説明は一般に医療撮像の場面で提供されるが、本技法はそのような医療の場面に限定されないことを理解されたい。実際に、このような医療の場面における例および説明の提供は、現実の実施態様および用途の事例を提供することによって説明を容易にすることに過ぎない。しかしながら、本手法は、製造された部品または商品の非破壊検査（すなわち、品質管理または品質検討用途）、および／または包装、箱、荷物の非侵襲的検査など（すなわち、セキュリティまたはスクリーニング用途）の他の場面でも利用することができる。一般に、本手法は、光子計数の場面におけるエネルギー弁別が望ましい、任意の撮像またはスクリーニングの場面において望ましい可能性がある。
【００２０】
本明細書で説明するように、エネルギー分解光子計数検出器は、従来のエネルギー積分検出器では利用することができない検出されたエネルギー情報を提供することができる。上記のように、そのようなエネルギー分解光子計数検出器の使用においては、依然として様々な技術的課題が生じ得る。本明細書で詳細に説明される手法は、一致論理を用いる設計における過渡信号によるスペクトル汚染に関するこれらの問題のいくつかを解決するのに役立つ。
【００２１】
しかしながら、本手法の詳細な態様を説明する前に、そのような手法が用いられ得る撮像システムの例が、有用な文脈を提供するために説明される。これを念頭に置いて、図１は、本明細書で説明されるエネルギー弁別（すなわち、エネルギー分解光子計数）手法の態様による、撮像データを取得および処理するための撮像システム１０の一実施形態を示す。図示の実施形態では、システム１０は、複数のエネルギースペクトル（二重エネルギーの場面における高および低エネルギースペクトルなど）でＸ線投影データを取得し、投影データを体積測定再構築に再構築し、表示および分析用に、材料分解または組織タイプの画像データを含む画像データを処理するように設計されたコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムである。ＣＴ撮像システム１０は、撮像セッションの過程中に、必要なエネルギー特性を有する１つまたは複数のエネルギースペクトルを有するＸ線生成を可能にする１つまたは複数のＸ線管または固体放出構造のような１つまたは複数のＸ線源１２を含む。例えば、放出スペクトルは、それらの平均値、中央値、最頻値、最大値、または最小値のＸ線エネルギーの１つまたは複数において異なってもよい。
【００２２】
例として、一実施形態では、Ｘ線源１２（例えば、Ｘ線管）は、比較的低エネルギーの多色放出スペクトル（例えば、約８０ｋＶｐのＸ線管動作電圧）と、比較的高エネルギーの多色放出スペクトル（例えば、約１４０ｋＶｐのＸ線管動作電圧）との間で切り替えられてもよい。理解されるように、Ｘ線源１２は、本明細書に列挙されたもの以外のエネルギーレベルの周りに局在する多色スペクトル（すなわち、特定のｋＶｐ範囲によって誘導されたスペクトル）で、および／または所与の検査に対して３つ以上の放出スペクトルで放出することができる。放出のためのそれぞれのエネルギーレベルの選択は、少なくとも部分的には、撮像される解剖学的構造および組織の特徴付けのために対象とする化学物質もしくは分子に基づいてもよい。
【００２３】
特定の実施態様では、源１２は、Ｘ線ビーム２０を操縦してＸ線ビーム２０の高強度領域の形状および／または範囲を画定し、Ｘ線ビーム２０のエネルギープロファイルを制御または画定するため、および／または対象とする領域内にない患者２４の部分へのＸ線露光を制限するために使用され得るフィルタアセンブリまたはビーム整形器２２に近接して配置されてもよい。実際には、フィルタアセンブリまたはビーム整形器２２は、源１２と患者２４内の撮像される体積との間でガントリ内に組み込むことができる。
【００２４】
Ｘ線ビーム２０は、被検体（例えば、患者２４）または対象とする物体（例えば、製造された構成要素、手荷物、包装など）が配置される領域に入る。被検体は、Ｘ線２０の少なくとも一部を減衰させ、その結果、本明細書で説明されるように複数の検出器要素（例えば、画素）によって形成された検出器アレイ２８に衝突する減衰されたＸ線２６が生じる。検出器２８は、エネルギー分解光子計数検出器とすることができ、その出力は、スキャンまたは撮像セッション内の取得間隔中に測定される位置で検出器に衝突する光子の数およびエネルギーに関する情報を伝える。特定のそのような実施形態では、エネルギー分解光子計数検出器は、直接変換型検出器（すなわち、テルル化カドミウム亜鉛、ＣＺＴ、またはテルル化カドミウム、ＣｄＴｅを含む）であり得る。
【００２５】
各検出器要素は、検出器要素の位置における入射Ｘ線光子のエネルギー蓄積を表す電気信号を発生する。電気信号を取得して処理し、１つまたは複数の投影データセットを生成する。図示の例では、検出器２８は、システムコントローラ３０に結合され、システムコントローラ３０は、検出器２８によって生成されたデジタル信号の取得を命令する。
【００２６】
システムコントローラ３０は、撮像システム１０の動作を命令して濾過、検査および／または較正プロトコルを実施し、取得したデータを処理する。Ｘ線源１２に関して、システムコントローラ３０は、Ｘ線検査シーケンスのために電力、焦点場所、制御信号などを供給する。特定の実施形態によれば、システムコントローラ３０は、フィルタアセンブリ２２、ＣＴガントリ（またはＸ線源１２および検出器２８が取り付けられる他の構造支持体）、ならびに／または検査の過程にわたる患者支持体の並進および／もしくは傾斜の動作を制御することができる。
【００２７】
加えて、システムコントローラ３０は、モータコントローラ３６を介して、撮像システム１０の構成要素および／または被検体２４を移動させるために使用される線形位置決めサブシステム３２および／または回転サブシステム３４の動作を制御することができる。システムコントローラ３０は、信号処理回路と、関連するメモリ回路とを含むことができる。そのような実施形態では、メモリ回路は、Ｘ線源１２および／またはフィルタアセンブリ２２を含む撮像システム１０を動作させ、本明細書で説明されるステップおよびプロセスに従って検出器２８によって取得されたデジタル測定値を処理するためにシステムコントローラ３０によって実施されるプログラム、ルーチン、および／または符号化されたアルゴリズムを記憶し得る。一実施形態では、システムコントローラ３０は、プロセッサベースのシステムの全部または一部として実装することができる。
【００２８】
源１２は、システムコントローラ３０内に含まれるＸ線コントローラ３８によって制御することができる。Ｘ線コントローラ３８は、電力、タイミング信号、ならびに／または焦点サイズおよび場所を源１２に提供するように構成されてもよい。加えて、いくつかの実施形態では、Ｘ線コントローラ３８は、システム１０内の異なる場所にある管またはエミッタが互いに同期して、もしくは互いに独立して動作するように、または撮像セッション中の異なるエネルギースペクトル間に源を切り替えるように、源１２を選択的に作動させるように構成され得る。
【００２９】
システムコントローラ３０は、データ取得システム（ＤＡＳ）４０を含むことができる。ＤＡＳ４０は、検出器２８からのデジタル信号など、検出器２８の読み出し電子回路によって収集されたデータを受け取る。次に、ＤＡＳ４０は、コンピュータ４２など、プロセッサベースのシステムによる後続の処理のためにデータを変換および／または処理することができる。本明細書で説明される特定の実施態様では、検出器２８内の回路は、データ取得システム４０への送信の前に光検出器のアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。コンピュータ４２は、コンピュータ４２によって処理されたデータ、コンピュータ４２によって処理されるデータ、またはコンピュータ４２の画像処理回路４４によって実施される命令を記憶することができる１つまたは複数の非一時的メモリ装置４６を含むかまたはそれらと通信することができる。例えば、コンピュータ４２のプロセッサは、メモリ４６に記憶された１つまたは複数の命令のセットを実施することができ、メモリ４６は、コンピュータ４２のメモリ、プロセッサのメモリ、ファームウェア、または同様のインスタンス化であってもよい。
【００３０】
コンピュータ４２はまた、オペレータワークステーション４８を介してオペレータによって提供されるコマンドおよびスキャンパラメータに応答してなど、システムコントローラ３０によって可能にされる特徴（すなわち、スキャン動作およびデータ収集）を制御するように適合することができる。システム１０はまた、オペレータが関連システムデータ、撮像パラメータ、生の撮像データ、再構築されたデータ（例えば、軟組織画像、骨画像、セグメント化された血管樹など）、基礎材料画像、および／または代替の材料分解画像などを見ることを可能にするオペレータワークステーション４８に結合されたディスプレイ５０を含み得る。加えて、システム１０は、オペレータワークステーション４８に結合され、任意の所望の測定結果を印刷するように構成されたプリンタ５２を含むことができる。ディスプレイ５０およびプリンタ５２はまた、（図１に示すように）直接またはオペレータワークステーション４８を介してコンピュータ４２に接続されてもよい。さらに、オペレータワークステーション４８は、医用画像管理システム（ＰＡＣＳ）５４を含むかまたはそれに結合することができる。ＰＡＣＳ５４は、遠隔システムまたはクライアント５６、放射線科情報システム（ＲＩＳ）、病院情報システム（ＨＩＳ）または内部もしくは外部ネットワークに結合することができ、それにより異なる場所にいる第三者が画像データにアクセスすることができる。
【００３１】
先に述べたように、全体的な撮像システム１０の前述の説明を念頭に置いて、エネルギー弁別光子計数検出器の使用にはいくつかの課題が残っている。本明細書で述べたように、エネルギー分解光子計数検出器の使用における１つの問題は、計数率能力に関する制限である。特に、高すぎるＸ線光子束の存在下では、検出された信号は、時間的に隣接する事象からの電気信号が併合または重なり合うことがあるパイルアップ効果のために歪められる。信号または出力パイルアップのこれらの影響に対処するために、速い整形時間を有する回路を使用して計数率能力を改善することができる。そのような高速整形器は、短い時間間隔内に発生する個々の光子検出事象を区別することができる。しかしながら、述べたように、高速整形器は、より遅い整形時間を使用するときに場合によっては共に併合するかもしれない異なる検出事象から信号を区別することの結果として、不完全な電荷収集をもたらす可能性もある。この不完全な電荷収集は、出力信号をクロストーク（すなわち、過渡）信号に対してより感応性にし、これは所与の画素内の光子検出から生じる隣接画素内の誘導された信号である。
【００３２】
加えて、ＣＺＴ／ＣｄＴｅベースの検出器の使用に対する第２の課題は、いわゆる電荷共有事象に起因する。特に、光子検出事象が検出器画素のエッジ付近で発生すると、複数の隣接画素での検出事象は、複数のＸ線相互作用（Ｋ−エスケープＸ線、コンプトン散乱）または隣接する画素間で共有されている単一の電子雲からの電荷によって発生する。これらの効果は、図２に示すように、スペクトル応答関数において低エネルギーのエネルギーテール８０を引き起こす。
【００３３】
複数のＸ線相互作用および電荷共有の問題に対処するために、１つの可能性は、タイミングおよび位置の近接、すなわち、隣接画素間の所定のタイミングウィンドウ内の検出事象に基づいて複数画素事象トリガを識別する一致論理回路を用いることである。一致事象が検出されると、エネルギー蓄積が隣接画素の信号を合計することによって計算される（すなわち、２つの検出器画素が一致事象に関与していた場合、ＥＴｏｔ＝Ｅ１＋Ｅ２）。
【００３４】
しかしながら、高速整形時間を有する整形器と一致回路の両方の実施態様は、これらの事例においてＸ線光子エネルギー蓄積の過大評価をもたらす過渡信号の（整形およびピークホールド回路の後の一致論理の動作による）付随的な合計を求めるというさらなる課題をもたらす可能性がある。一例として、図３は、第１の画素９０と第２の画素９２とを有する例示的な検出器画素配列（すなわち、アレイ８８）を示す。本シミュレーションによれば、ＣＺＴセンサは、厚さが約２．５ｍｍであり、５５０μｍピッチのアノード電極（電極間の５０μｍの間隙を含む）を有し、４５０Ｖ／ｍｍの電界で動作し、第１の画素９０の中心でｘ＝０、ｙ＝０の原点を有していた。
【００３５】
その結果が図４にグラフで示されている第１の例では、実際の複数画素事象が「Ａ」と示された位置（ｘ＝０．２２ｍｍ、第１の画素９０の中心の原点からｙ＝０ｍｍ、およびｚ＝１．２５ｍｍ、ｚは、示された画素アレイ表現に関して面外寸法である）における第１の画素９０のエッジ、および「Ｂ」と示された位置（ｘ＝０．３ｍｍ、ｙ＝０ｍｍ、およびｚ＝１．２５ｍｍ）における第２の画素９２のエッジで発生している。この場合、入射Ｘ線光子エネルギーの７５％が第１の位置「Ａ」に蓄積され、エネルギーの２５％が第２の画素の位置「Ｂ」に蓄積される。複数画素事象が常に画素間の相互過渡信号による電荷損失を経験するので、一致論理による２つの隣接する画素からの信号の合計は、単一画素事象によって収集された合計９６％の誘導された電荷信号に対して、（余分な過渡信号補正なしに）９３％の誘導された電荷信号を回復することができる。１００％の電荷収集は、電子と正孔の両方の完全な収集を前提としている。高速（すなわち、２０ｎｓ）整形を使用すると、複数画素信号は完全には回復されず、さらに３％の誤差が生じる。
【００３６】
逆に、その結果が図５にグラフで示されている第２の例では、単一画素事象が発生しているので、光子のエネルギーの１００％が位置「Ａ」における第１の画素に蓄積され、位置「Ｂ」における第２の画素に蓄積されるのは０％である。しかしながら、この例では、収集（第１の）画素内の電子の移動によって誘導される過渡信号は、非収集（第２の）画素によって検出される。この過渡信号は、高速整形後のノイズ弁別閾値を超えるのに十分であり得、これは入射高計数率および電荷共有／複数のＸ線相互作用事象の回復によって必要とされ、一致論理によってそのような事象と誤解される。一致回路は、ピーク過渡信号と真の事象信号を誤って合計するため、この例では信号が約１０％過大評価される。
【００３７】
本手法は、小さな画素効果による過渡信号によるスペクトル汚染に関して上述した課題に対処する、一致可能な光子計数検出器設計を提供する。特に、本明細書に記載されるように、検出器読み出し回路の一部として、または検出器取得システムの回路として実装することができ、かつ上述の問題を回避しながら、電荷共有と複数のＸ線相互作用事象の両方に対処するための高計数率および一致能力のための高速整形（すなわち、１０ｎｓ〜５０ｎｓ）の使用を可能にする、回路が提供される。
【００３８】
図６ａおよび図６ｂを参照すると、減衰されたＸ線ビーム２６が入射し得るＣＺＴ／ＣｄＴｅベースの検出器２８が示されている。この例では、直接変換材料１０４（例えば、ＣＺＴまたはＣｄＴｅ）は、カソード１０２とアノード１０６との間に配置される。図示の例では、Ｘ線光子検出事象１００は、検出器の画素のうちの１つの中で発生するものとして示されている。対応する蓄積された電荷は、検出器回路１１０によって対応する画素から読み出される。
【００３９】
図示の例では、検出器回路１１０は、高速整形時間（例えば、この例に示すように≒２０ｎｓ）を有する電荷感応増幅器１１２と整形増幅器１１４とを含む。図示の例における電荷感応増幅器１１２は、増幅器１４０と、コンデンサ（Ｃｉｎｔ）１４４と、遅延回路１５０によって導入された遅延の後に、以下で説明するエネルギー読み出しおよび制御ユニット１１８によって起動されるリセットスイッチ１４２とを含む。検出器画素（アノード）の出力は、さらなる処理（例えば、エネルギー特性評価および読み出し）のために、それぞれ電荷感応増幅器１１２および整形増幅器１１４によって増幅および整形される。
【００４０】
エネルギー読み出しおよび制御回路１１８は、整形増幅器１１４の出力を受け取り、真の信号を過渡信号クロストークから弁別する。例として、示された経路内で、積分器１２０が時間ウィンドウ（１０ｎｓ〜４０ｎｓ；図６ａ、図６ｂ、および図７において≒２０ｎｓとして示される）にわたってパルスを積分するように作用し、それにより積分された実信号は、パルス形状が大きく異なるために積分された過渡信号から識別可能となる。過渡信号の正および負の部分は、短時間ウィンドウを使用して積分器１２０の後で相殺される。比較器１２４は、調整可能な閾値を含む。閾値よりも大きい信号のみが渡され、次にピークアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）回路１２８によってデジタル化され、これらの入力に基づいて、光子検出事象１００（すなわち、単一の事象または光子計数）に対して測定されたエネルギーＥが出力され、それによって検出器２８のエネルギー弁別態様を提供する。加えて、一致論理によって必要とされるタイミング情報は、整形信号（図６ａ）または比較器出力（図７ｂ）から得ることができる。図示の例では、タイミングスタンプ回路１６０はまた、ヒットトリガ出力、すなわち、関連する時間を伴うＸ線光子事象を生成するようにクロック回路１６４と通信する。
【００４１】
図７を参照すると、さらなる例では、タイミング情報は、エネルギーチャネルとは別に抽出され得る。特に、整形増幅器１１４が検出器内の電子の運動によって形成される誘導された電荷の大部分を収集するのに十分な整形時間に制約され、積分器１２０がローパスフィルタとして作用するので、場合によっては、タイミング情報が失われる可能性があり得る。このことを理解した上で、タイミングスタンプを別に抽出することができる。例えば、図７に示すように、コンデンサ−抵抗（ＣＲ）整形器１６２を介して電荷感応増幅器１１２の出力を受け取るタイミングスタンプ回路１６０を設けることができる。タイミングスタンプ回路１６０はまた、ヒットトリガ出力を生成するようにクロック回路１６４と通信する。
【００４２】
前述の回路の例を念頭に置いて、高速整形および一致論理技法の両方を用いるエネルギー分解光子計数検出器と共に使用するための検出器回路を提供する。このようにして、検出器および関連する回路は、過渡信号による汚染を排除または低減しながら電荷共有および複数のＸ線相互作用事象を回復するために複数の検出された信号（例えば、隣接する画素間）を合計することによって、高計数率および優れたスペクトル性能を達成することができる。
【００４３】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を使用して本発明を開示し、また、任意の装置またはシステムの製造および使用と、取り入れた任意の方法の実行とを含む本発明の実施が、当業者に可能となるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４４】
１０  撮像システム
１２  Ｘ線源
２０  Ｘ線ビーム、Ｘ線
２２  フィルタアセンブリ、ビーム整形器
２４  被検体、患者
２６  減衰されたＸ線ビーム、減衰されたＸ線
２８  検出器アレイ、検出器
３０  システムコントローラ
３２  線形位置決めサブシステム
３４  回転サブシステム
３６  モータコントローラ
３８  Ｘ線コントローラ
４０  データ取得システム（ＤＡＳ）
４２  コンピュータ
４４  画像処理回路
４６  非一時的メモリ装置、メモリ
４８  オペレータワークステーション
５０  ディスプレイ
５２  プリンタ
５４  医用画像管理システム（ＰＡＣＳ）
５６  遠隔システム、クライアント
８０  エネルギーテール
８８  アレイ
９０  第１の画素
９２  第２の画素
１００  Ｘ線光子検出事象
１０２  カソード
１０４  直接変換材料
１０６  アノード
１１０  検出器回路
１１２  電荷感応増幅器
１１４  整形増幅器
１１８  エネルギー読み出しおよび制御回路、エネルギー読み出しおよび制御ユニット
１２０  積分器
１２４  比較器
１２８  ピークアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）回路
１４０  増幅器
１４２  リセットスイッチ
１４４  コンデンサ
１５０  遅延回路
１６０  タイミングスタンプ回路
１６２  コンデンサ−抵抗（ＣＲ）整形器
１６４  クロック回路
Ｅ  エネルギー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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