(57)【要約】  本手法は、検出器パネルの主画素間に設けられる参照画素の使用に関する。一致回路またはロジックを使用して、同じＸ線事象から生じる測定信号を適切に、すなわち参照画素および主画素の両方で測定された信号を組み合わせて、検出器パネル上の適切な位置において、測定信号の正確な推定をもたらすことができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主画素（７０）のアレイと、
各々が少なくとも１つの主画素（７０）に隣接する参照画素（８０）のアレイと、
前記主画素（７０）のアレイおよび前記参照画素（８０）のアレイに連絡し、時間において一致する前記主画素（７０）および前記参照画素（８０）の信号を検出するように構成された検出回路と
を備える、放射線検出器アセンブリ。
【請求項２】
一次元または二次元配置にて配置されたＸ線減衰隔壁（８６）を備えており、前記参照画素（８０）のアレイの上方に位置するように配置された散乱防止コリメータ（１８）
をさらに備える、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
【請求項３】
前記参照画素（８０）は、面積が前記主画素（７０）よりも小さい、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
【請求項４】
前記検出回路は、一致すると判断された互いに隣接する参照画素（８０）および主画素（７０）において測定された信号を組み合わせるようにさらに構成されている、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
【請求項５】
前記信号の組合せは、前記信号を合計することを含む、請求項４に記載の放射線検出器アセンブリ。
【請求項６】
前記検出回路は、参照画素（８０）における信号の検出に応答して時間において一致する信号を検出するようにさらに構成されている、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
【請求項７】
前記参照画素（８０）からの信号は、時間において一致する信号の検出を開始させるためのノイズしきい値を超える、請求項６に記載の放射線検出器アセンブリ。
【請求項８】
前記参照画素（８０）の幅は、Ｘ線の同じ線束に曝されたときに前記参照画素（８０）におけるカウント率が前記主画素（７０）におけるカウント率よりも実質的に小さくなるよう、前記主画素（７０）の幅の半分以下である、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
【請求項９】
前記参照画素（８０）の幅は、Ｘ線が当該放射線検出器アセンブリの半導体センサ（９０）と相互作用することによって引き起こされる電荷雲（７４）の直径に相当する、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
【請求項１０】
前記検出回路は、該検出回路の出力信号を、一致信号が検出されたか否かに応じてそれぞれの参照画素（８０）またはそれぞれの主画素（７０）に関連付けるように構成されている、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
【請求項１１】
前記検出回路は、主画素（７０）のための第１の種類のチャネルと、参照画素（８０）のための第２の種類のチャネルとを備える、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
【請求項１２】
前記検出回路は、各々の主画素（７０）および各々の参照画素（８０）のためのそれぞれのチャネルを備え、各々のチャネルは、少なくとも１つのしきい値コンパレータと、関連のデジタルカウンタとを備え、前記検出回路は、Ｘ線によって引き起こされた信号が前記それぞれのコンパレータのしきい値を超える場合に前記デジタルカウンタの値を増加させるように構成されている、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
【請求項１３】
前記検出回路は、各々の主画素（７０）および各々の参照画素（８０）のためのそれぞれのチャネルを備え、各々のチャネルは、ピーク検出回路と、Ｘ線によって引き起こされた信号を表すデジタル信号を出力するように構成されたアナログ−デジタル変換器とを備える、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
【請求項１４】
前記検出回路は、それぞれの主画素（７０）および隣接する参照画素（８０）からの信号を組み合わせて、前記それぞれの主画素（７０）と隣接する参照画素（８０）との間の吸収されたＸ線の相対位置を表す出力を生成することによって、サブ画素の空間分解能を生み出すように構成されている、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
【請求項１５】
前記吸収されたＸ線の相対位置は、前記それぞれの主画素（７０）および隣接する参照画素（８０）に生じた信号の割合に基づいて決定される、請求項１４に記載の放射線検出器アセンブリ。
【請求項１６】
放射線検出器（２８）における電荷共有事象（７４）の検出および補正のための方法であって、
主画素（７０）のアレイ、および各々が少なくとも１つの主画素（７０）に隣接する参照画素（８０）のアレイから、信号を読み出すステップと、
それぞれの参照画素（８０）から読み出された信号を検出するステップと、
前記それぞれの参照画素（８０）について、対応する信号が読み出された隣接するそれぞれの主画素（７０）を特定するために、一致ロジックを実行するステップと、
前記それぞれの参照画素（８０）からの信号と前記対応する信号とを組み合わせるステップと
を含む方法。
【請求項１７】
前記参照画素（８０）は、面積が前記主画素（７０）よりも小さい、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記信号と前記対応する信号とを組み合わせるステップは、前記信号と前記対応する信号とを合計するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記それぞれの参照画素（８０）から読み出された信号を検出するステップは、前記信号をノイズしきい値と比較するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記対応する信号に対する前記信号の割合に基づいてサブ画素の空間分解能を決定するステップ
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
本発明は、米国国立衛生研究所によって与えられた契約番号1UO1EB017140-01 Alの下で連邦政府支援を受けてなされたものである。連邦政府は本発明について一定の権利を有している。
【０００２】
本明細書で開示される主題は、広くには、半導体ベースの放射線検出器の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
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）の内部の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。とくには、そのような非侵襲的撮像技術は、ターゲット体積を通過するＸ線の透過の相違または音波の反射などの種々の物理的原理に依存して、データを取得して画像を構築し、あるいは他のやり方で被検体の内部の特徴を表す。
【０００４】
例えば、Ｘ線ベースの撮像技術においては、Ｘ線が人間の患者などの関心の対象に照射され、放射線の一部が検出器に衝突し、強度データが収集される。デジタルＸ線システムにおいては、検出器が、検出器表面の個別の画素領域に衝突する放射線の量または強度を表す信号を発生させる。その後に、信号を処理して、検討用に表示することができる画像を生成することができる。
【０００５】
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線ベースの技術においては、スキャナが、患者などの撮像対象の物体の周囲の多数の視野角位置において、Ｘ線源からの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線強度の強度を表す信号を生成する１組の検出器要素によって検出される。信号が処理され、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が生成される。これらの信号は、典型的には、「投影データ」と呼ばれ、あるいは単に「投影」と呼ばれる。フィルタ補正逆投影法などの再構築技術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の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。次いで、医療の場面においては、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の構造を特定または識別することができる。
【０００６】
これらのタイプの撮像技術で使用される放射線検出器は、エネルギ積分モード（すなわち、取得期間中に蓄積された全積分エネルギの読み出し）または光子計数モード（各々の個別のＸ線光子が検出およびカウントされる）で動作することができる。エネルギ積分は、大多数の臨床用途におけるＸ線検出器のための一般的なモードである。しかしながら、光子計数検出器は、分解能の向上、検出された光子を最適に重み付けすることによってコントラスト対ノイズ比を改善する可能性、Ｘ線ビーム中の物質をより良好に描写する可能性など、エネルギ積分検出器と比較して他の利点を提供する。また、光子計数検出器は、その実装に応じて、検出された各々の光子をその観測されたエネルギに基づいて特性評価または「ビニング」できるように、エネルギ識別機能を提供することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／２４５９３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
放射線検出器は、典型的には、２つの異なる物理的原理に基づいて動作する。特定の検出器は、Ｘ線事象に応答してＸ線事象の位置で光学光子を放出するシンチレータ手段を使用する。次いで、既知の光検出技術を使用して、光学光子を検出し、その位置を特定することができる。あるいは、検出器は、半導体基板自体がＸ線光子に曝されたときに測定可能な信号を生成するシリコンストリップまたは他の半導体材料（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）など）に基づく検出器など、入射Ｘ線の電気信号への直接変換を使用することができる。しかしながら、このような直接変換の状況において発生し得る１つの問題は、変換事象に関連する電荷雲が複数の検出器画素にまたがることで、誤った測定をもたらしかねないことである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態において、放射線検出器アセンブリが提供される。この実施形態によれば、放射線検出器アセンブリは、主画素のアレイおよび参照画素のアレイを含む。各々の参照画素は、少なくとも１つの主画素に隣接する。放射線検出器アセンブリは、主画素のアレイおよび参照画素のアレイに連絡した検出回路をさらに含む。検出回路は、時間的に一致する主画素および参照画素の信号を検出するように構成される。
【００１０】
さらなる実施形態においては、放射線検出器における電荷共有事象を検出および補正するための方法が提供される。この実施形態によれば、この方法は、主画素のアレイおよび参照画素のアレイから信号を読み出すことを含む。各々の参照画素は、少なくとも１つの主画素に隣接している。それぞれの参照画素から読み出された信号が検出される。一致ロジックが、それぞれの参照画素について、対応する信号が読み出された隣接するそれぞれの主画素を特定するために実行される。それぞれの参照画素からの信号と対応する信号とが組み合わせられる。
【００１１】
本発明のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに他の特徴、態様、および利点が、以下の詳細な説明を添付の図面を参照しつつ検討することで、よりよく理解されるであろう。添付の図面において、類似の符号は、図面の全体を通して、類似の部分を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示のいくつかの態様による患者のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を取得して処理するように構成されたＣＴシステムの一実施形態の概略図である。
【図２】従来からの画素配置の側面図を示している。
【図３】本開示のいくつかの態様による重なる電荷雲の状況における参照画素および主画素の側面図を示している。
【図４】本開示のいくつかの態様による参照画素上に中心を有する電荷雲の状況における参照画素および主画素の側面図を示している。
【図５】本開示のいくつかの態様による参照画素および主画素の二次元配置の上面図を示している。
【図６】本開示のいくつかの態様による参照画素および主画素のさらなる二次元配置の上面図を示している。
【図７】本開示のいくつかの態様による参照画素および主画素のさらなる二次元配置の上面図を示している。
【図８】本開示のいくつかの態様による散乱防止コリメータを備えた参照画素および主画素の側面図を示している。
【図９】本開示のいくつかの態様による散乱防止コリメータおよび検出器の画素の上面図を示している。
【図１０】本開示のいくつかの態様による散乱防止コリメータおよび検出器の画素の別の配置の上面図を示している。
【図１１】本開示のいくつかの態様による散乱防止コリメータおよび検出器の画素のさらなる配置の上面図を示している。
【図１２】従来からの検出回路の例を示している。
【図１３】本開示のいくつかの態様による電荷共有を検出および補正するように構成された回路の例を示している。
【図１４】本開示のいくつかの態様による主画素および参照画素の概略図を電荷雲と併せて示している。
【図１５】本開示のいくつかの態様による直線重なり長さ（ｈ／Ｒ）に対する電荷体積比（Ｖ１／Ｖｔｏｔ）のプロットを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
１つ以上の具体的な実施形態を、以下で説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようとする努力において、実際の実施態様におけるすべての特徴は、本明細書において説明されないかもしれない。あらゆる工学または設計プロジェクトと同様に、実際の実施態様の開発においては、実施態様ごとにさまざまであり得るシステム関連の制約およびビジネス関連の制約の順守など、開発者の特定の目的を達成するために、実施態様に特有の多数の決定を行わなければならないことを、理解すべきである。さらに、そのような開発努力は、複雑で時間がかかるかもしれないが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者にとって設計、製作、および製造の日常業務と考えられることを、理解すべきである。
【００１４】
本発明の種々の実施形態の構成要素を紹介するとき、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、その構成要素が１つ以上存在することを意味するように意図される。「・・・を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「・・・を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「・・・を有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であるように意図され、列挙された構成要素以外のさらなる構成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、非限定的であるように意図され、したがってさらなる数値、範囲、および百分率が、本開示の実施形態の範囲に含まれる。
【００１５】
以下の説明は、一般に、医用撮像の状況において提示されるが、本技術が、そのような医療の状況に限定されないことを理解されたい。実際に、このような医療の状況における例および説明の提示は、現実世界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ためのものに過ぎない。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審査の用途）、ならびに／あるいは包装、箱、荷物、などの非侵襲的検査（すなわち、セキュリティまたはスクリーニングの用途）など、他の状況においても利用することができる。一般に、本手法は、光子計数の状況におけるエネルギ弁別が望まれる任意の撮像またはスクリーニングの状況において、望ましいかもしれない。
【００１６】
本明細書において説明されるように、本手法は、ＣＺＴベース、ＣｄＴｅベース、またはシリコンベースの検出器などの半導体（すなわち、直接変換）式の検出器パネルの主（すなわち、アクティブまたは読み出し）画素の間に設けられる参照または「共有」画素の使用に関する。とくには、参照画素を、典型的な電荷雲が２つの主画素に重なることがないようなサイズとすることができる。さらに、一致回路またはロジックを使用して、同じＸ線事象から生じる測定信号を適切に関連付けることで、参照画素および主画素の両方で測定された信号を組み合わせて（例えば、合計して）、検出器パネルの適切な位置における正確な測定信号をもたらすことができる。このようにして、電荷共有事象のスペクトル補正を実現することができる。
【００１７】
さらに、本明細書において論じられるように、特定の実施態様において、共有画素または参照画素の測定信号を使用して、測定信号を完全な主画素よりもいくらか細かく、すなわちサブ画素の分解能まで位置特定することができる。例えば、特定の参照画素での検出事象に基づいて、隣接する主画素でのＸ線事象を、その主画素の空間サブ領域まで位置特定することができる。このようにして、サブ画素の空間分解能を得ることができる。
【００１８】
散乱防止コリメータが使用される特定の実施態様において、本手法は、通常は、典型的にはＸ線光子の事象から遮蔽される散乱防止コリメータの下方の領域に参照画素を配置できるという点で、有用となり得る。このようにして、参照画素を使用して、電荷共有事象に起因する追加の空間情報およびエネルギ情報を取得することができる。したがって、散乱防止コリメータの下方の領域が、検出器パネルのデッドスペースとなるのではなく、有用な信号を得るために使用可能である。
【００１９】
以上の検討を念頭に、図１が、本明細書において論じられる構造および手法に従い、主（すなわち、読み出しまたはアクティブ）画素の間に配置された参照（すなわち、「共有」）画素を使用して画像データを取得および処理する撮像システム１０の実施形態を示している。図示の実施形態において、システム１０は、Ｘ線投影データを取得し、投影データを表示および分析のための体積再構成へと再構成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において１つ以上のエネルギスペクトルのＸ線生成を可能にする１つ以上のＸ線管または固体放出構造などの１つ以上のＸ線源１２を含む。
【００２０】
特定の実施態様においては、Ｘ線源１２を、Ｘ線ビーム２０を操縦し、Ｘ線ビーム２０の高強度領域の形状および／または範囲を定め、Ｘ線ビーム２０のエネルギプロファイルを制御し、もしくは定め、さらには／あるいは他のやり方で患者２４のうちの関心の領域にない部分のＸ線への曝露を制限するために使用することができるフィルタアセンブリまたはビーム整形器２２に近接させて配置することができる。実際には、フィルタアセンブリまたはビーム整形器２２を、Ｘ線源１２と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。
【００２１】
Ｘ線ビーム２０は、被検体（例えば、患者２４）または関心の対象（例えば、製造された部品、手荷物、包装、など）が配置された領域に進入する。被検体は、Ｘ線２０の少なくとも一部を減衰させ、本明細書で論じら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Ｘ線２６をもたらす。検出器２８は、エネルギ積分検出器、光子計数検出器、エネルギ弁別検出器、または任意の他の適切な放射線検出器であってよい。例として、検出器２８は、エネルギ弁別光子計数検出器であってよく、その出力は、測定位置においてスキャンまたは撮像セッションに対応する時間期間にわたって検出器に衝突する光子の数およびエネルギに関する情報を伝える。一実施形態において、検出器２８は、半導体基板自体がＸ線光子に曝されたときに測定可能な信号を生成するＣＺＴ、ＣｄＴｅ、またはシリコン半導体材料に基づく検出器など、直接変換型の検出器（すなわち、シンチレータ手段を使用しない検出器）であってよい。
【００２２】
図示の例において、検出器２８は、典型的にはＸ線光子を吸収し、あるいは他のやり方で阻止する材料で作られた散乱防止コリメータ１８に隣接し、あるいは他のかたちで近接して位置するする。したがって、散乱防止コリメータ１８の隔壁に対して或る角度で反射され、偏向させられ、あるいは他のやり方で移動するなど、散乱防止コリメータ１８の隔壁に衝突するＸ線は、検出器２８への到達が防止される。反対に、Ｘ線源１２から比較的まっすぐな経路を進むＸ線光子は、散乱防止コリメータ１８によって妨げられず、検出器２８に到達する。本明細書における議論の目的のために、検出器２８は、或る場合には、Ｘ線源１２の視点から見て散乱防止コリメータ１８の下または「影」にあると称されることがある。そのような特徴描写は、コリメータ１８が常にＸ線源１２と検出器２８との間にあり、Ｘ線源１２が（実際の向きまたは位置に関係なく）「上」であり、Ｘ線照明源として見られる関係を指す。しかしながら、理解されるように、そのような特徴描写は、必ずしも絶対的な位置または方向の情報を示すものではない。
【００２３】
検出器２８に関して、本明細書において論じられるように、検出器２８は、典型的には、検出器要素のアレイを定め、各々の要素は、Ｘ線光子に曝されると電気信号を生成する。電気信号は、１つ以上の投影データセットを生成するために取得および処理される。図示の例において、検出器２８は、システムコントローラ３０に接続され、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。
【００２４】
システムコントローラ３０は、フィルタ処理、検査、および／または較正プロトコルを実施するように撮像システム１０の動作を命令し、取得したデータを処理することができる。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、焦点位置、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、検査の過程において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的支持体）、ならびに／あるいは患者支持体の並進および／または傾斜の動作を制御することができる。
【００２５】
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、被検体２４および／または撮像システム１０の構成要素を移動させるために使用される直線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、信号処理回路および関連のメモリ回路を含むことができる。そのような実施形態において、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によって実行されるプログラム、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することができる。一実施形態においては、システムコントローラ３０を、プロセッサベースのシステムの全体または一部として実装することができる。
【００２６】
Ｘ線源１２を、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を、電力、タイミング信号、ならびに／あるいは焦点サイズおよびスポット位置をＸ線源１２に提供するように構成することができる。加えて、いくつかの実施形態においては、Ｘ線コントローラ３８を、システム１０内の異なる場所にある管またはエミッタを互いに同期して動作させ、もしくは互いに独立して動作させることができるように、Ｘ線源１２を選択的に作動させ、あるいは撮像セッションの最中に異なるエネルギプロファイルの間でＸ線源を切り替えるように構成することができる。
【００２７】
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などの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。本明細書において説明される特定の実施態様において、検出器２８内の回路は、検出器のアナログ信号をデータ取得システム４０への送信前に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によって実行される命令を記憶することができる１つ以上の非一時的なメモリ装置４６を含むことができ、あるいはそのようなメモリ装置４６と通信することができる。例えば、コンピュータ４２のプロセッサが、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よいメモリ４６に記憶された１つ以上の命令セットを実行することができる。
【００２８】
さらに、コンピュータ４２を、例えばオペレータによってオペレータワークステーション４８を介して提供される命令およびスキャンパラメータに応答して、システムコントローラ３０によって可能にされる機能（すなわち、スキャン動作およびデータ取得）を制御するように構成することができる。さらに、システム１０は、関連のシステムデータ、撮像パラメータ、生の撮像データ、再構成データ（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）、材料基礎画像、および／または材料分解結果、などの閲覧をオペレータにとって可能にするオペレータワークステーション４８に接続されたディスプレイ５０を含むことができる。加えて、システム１０は、オペレータワークステーション４８に接続され、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を、（図１に示されるように）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に接続してもよい。さらに、オペレータワークステーション４８は、画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）５４を含むことができ、あるいはＰＡＣＳ５４に接続されてよい。ＰＡＣＳ５４を、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）、あるいは内部または外部のネットワークに接続することができ、したがって種々の場所の第三者が画像データにアクセスすることができる。
【００２９】
撮像システム１０の全体についての前述の議論を念頭に、本手法は、検出器２８の主画素または読み出し画素の間に位置する本明細書において共有画素とも称される参照画素の使用に関する。本手法を議論するために、従来からの固体検出器における電荷共有の発生を最初に説明することが有用かもしれない。一例として、図２を参照すると、半導体センサ材料９０において吸収されたＸ線光子７２（破線の矢印に沿った検出器２８Ｂへと向かう移動が示されている）に応答して生成された電荷信号を収集する主画素電極７０を有する従来からの検出器パネル２８Ｂが描かれている。センサ材料９０との各々のＸ線相互作用は、対応するＸ線光子７２の相互作用から生じる電荷雲７４に関連し得る。
【００３０】
電荷雲は、電場の影響下で、センサ材料９０の体積における光子吸収の部位からセンサの表面の電極７０へと輸送される。これらの電極は、各々の個別の画素の範囲を定めている。各々の電極（画素）によって最終的に収集される電荷の割合は、電荷が電極に到達するときに各々の電極に重なる電荷の量によって決まる。このようにして、電荷雲は、複数の画素７０の間で分割または共有される可能性がある。この例において、最も右側のＸ線光子は、画素７０Ｂとエッジから離れた場所で相互作用するため、得られる信号は、画素７０Ｂでのみ記録される。反対に、最も左側のＸ線光子７２は、画素７０Ｂとエッジに沿って相互作用し、得られる電荷雲７４は、画素７０Ａおよび７０Ｂの間に重なる。この２番目の状況が、いわゆる電荷共有をもたらす。エネルギスペクトルを収集するための波高分析において、電荷共有によって２つの別個のＸ線が出現し、そのエネルギの合計が、ほぼ実際のＸ線エネルギである。したがって、１つの事象が２つの別個の事象として読み取られ、適切に記録された場合、各々が真の１つの事象のエネルギの一部分を有する。
【００３１】
ここで図３および図４を参照すると、本手法の態様に従って、参照画素８０が、主画素７０の各ペアの間に配置されている。この例において、参照画素８０は、検出器２８の表面において、より小さな面積を有する。一実施態様によれば、参照画素８０は、ほぼ電荷雲７４のサイズであるようなサイズを有する。すなわち、この例において、参照画素８０の幅は、所与の撮像（例えば、Ｘ線）の用途において生成される電荷雲７４の既知または平均の直径（例えば、約５０μｍ）に相当でき、あるいはそのような直径をわずかに超えてもよい。結果として、（図４に示されるように）Ｘ線が参照画素８０の中心と相互作用する稀な場合を除き、電荷共有事象は、所与の寸法において、典型的には（図３に示されるように）参照画素８０と隣接する主画素７０との間に生じるが、２つの隣り合う主画素（例えば、画素７０Ａおよび７０Ｂ）の間には存在しない。
【００３２】
参照画素８０および主画素７０の配置のさらなる説明は、上面図からが便利かもしれない。一例として、図５を参照すると、二次元アレイにおいて考えられる参照画素８０および主画素７０の１つの配置が示されている。各々の参照画素８０は、この例においては、すぐ隣の画素として、厳密に２つの主画素７０を有する。
【００３３】
図６および図７を参照すると、これらの例において、参照画素８０は、総充てん率を最大化するような形状および／またはサイズとされている。一例として、図６は、１つの次元における参照画素８０が、画素間の交差領域へと延び、交差領域を実質的に満たすようなサイズとされた例を示している。同様に、図７には、各々の参照画素が交差領域へと部分的に延びることで、交差領域が参照画素の組合せによって実質的に満たされるように、参照画素８０が形作られている例を示している。
【００３４】
図８を参照すると、散乱防止コリメータ１８と併せて提供される実施態様の例が示されている。そのような構成において、検出器２８のうちの散乱防止コリメータ１８の下方の領域は、従来は、コリメータ１８がＸ線光子を遮り、検出器の遮られた領域における一次Ｘ線事象を妨げるがゆえに、有用な信号を生成していないと考えられる。結果として、従来からの手法では、検出器２８のうちの散乱防止コリメータの下方の領域は、検出器パネル２８上のデッドスペースとして無効化される可能性がある。
【００３５】
しかしながら、本手法の特定の実施態様において、参照画素８０は、一般に、散乱防止コリメータ１８の隔壁８６の下方に位置する。実施態様に応じて、参照画素８０の幅は、それぞれの隔壁８６の対応する幅と同等、またはわずかに大きくてよい。しかしながら、原則として、参照画素８０は、電荷共有事象が２つの近接する主画素７０において発生することを防止するようなサイズを有し、したがって、典型的には、予想される電荷共有事象の直径に少なくとも対応する幅を有する。すなわち、参照画素８０は、Ｘ線光子が検出されるとき、電荷共有事象のすべてまたは大部分が、主画素のペアではなく、主画素７０と参照画素８０とのペアによって共有されるようなサイズを有する。一例として、一実施態様において、（図示の側面図から見たときの）主画素７０の幅が、約５５０μｍであり得る一方で、（同じ図から見たときの）参照画素８０の幅は、約１６０μｍであってよい。別の例において、参照画素８０は、同じＸ線束に曝されたときに参照画素におけるカウント率が主画素のカウント率よりも実質的に小さくなるように、主画素の幅の半分以下の幅を有することができる。
【００３６】
図示の例において、Ｘ線は、検出器２８の半導体センサ９０（例えば、シリコン、ＣＺＴ、またはＣｄＴｅ）と相互作用し、電荷雲７４を生じさせる。参照画素８０および主画素７０に対するそれぞれの電荷雲７４の関係をよりよく視覚化するために、各々の電荷雲７４に対して垂直線が示されている。この例に示されるように、参照画素８０は、散乱防止コリメータ１８の隔壁８６の下方に位置し、したがって一次Ｘ線相互作用事象から遮蔽されているにもかかわらず、依然として電荷共有事象７４に曝される。
【００３７】
本発明の考え方を説明するために、図８が、主画素７０Ａおよび参照画素８０においてのみ信号を発生させる第１の電荷共有事象７４Ａを示している。反対に、第２の共有事象７４Ｂは、主画素７０Ｂおよび参照画素８０においてのみ信号を発生させる。対応する隔壁８６の存在により、参照画素８０において一次Ｘ線相互作用は生じそうにないが、電荷共有事象７４を、上方においてＸ線事象が生じる主画素７０に適切に帰属させることができる。
【００３８】
理解されるように、本明細書で論じられる電荷共有補正は、共有電荷が存在する各々の画素からの測定信号へのアクセスを有することに依存するだけでなく、２つのそのような信号が検出器センサ９０との同じ（すなわち、単一の）Ｘ線相互作用からもたらされたことを識別できることにも依存する。すなわち、隣接する参照画素８０および主画素７０の別々の測定信号は、互いに充分に近い時間に発生した（すなわち、時間的に一致する）と判断された場合に限り、電荷共有事象を表すと考えられる。２つの参照画素の間の一致は、典型的には検出されない。
【００３９】
これを念頭に、本手法の１つの側面は、電荷共有事象を識別するための一致ロジックの使用である。このようなロジックを、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の一部として実装でき、あるいは汎用のプロセッサまたは回路によって実行することができるルーチンとして実装することができ、ルーチンまたはＡＳＩＣは、検出器２８のデータ読み出し経路に設けられる。例えば、そのようなＡＳＩＣまたはルーチンを、検出器２８の一部（検出器自体に設けられた読み出し回路の一部など）として設けることができ、あるいはＤＡＳまたは他の検出器の制御もしくは読み出しの構成要素において検出器の下流に設けることができる。
【００４０】
一例として、そのような一致ロジック（ＡＳＩＣとして実装されるか、あるいは実行可能コードとして実装されるかにかかわらず）を、信号が参照画素８０から読み出されたときに作動させることができる。理解されるように、参照画素８０は、主画素７０と比較して表面積が比較的小さいという理由、および場合によっては少なくとも一部分が散乱防止コリメータ１８の隔壁の下方に位置するという理由で、生じるカウントが、より大きい完全に露出した主画素７０と比べて少ない。したがって、参照画素８０において事象（参照画素から信号が読み出されることによって示される）が検出されたとき、一致ロジックを作動させることができ、一致ロジックは、実行されたときに、隣接するどの主画素７０が同じＸ線相互作用に帰するべき時間的に充分に近接した対応する事象を検出したかを検出する。次いで、電荷共有事象を、その主画素７０に帰属させることができ、適切な信号を合計することができる。
【００４１】
一致の分解能の３つの高レベルの例が図９〜図１１に示されており、これらはそれぞれ、検出器の上方に配置されたＸ線遮断隔壁８６を有する散乱防止コリメータの上面図を示している。これらの例において、参照画素８０は隔壁８６の下方に位置し、したがって見て取ることができない。反対に、隔壁８６の間に配置されている主画素７０を、上面図において見て取ることができる。図９は、二次元（２Ｄ）の散乱防止コリメータ（すなわち、格子）を示しており、図１０は、１次元（１Ｄ）の散乱防止コリメータを示しており、図１１は、隔壁８６の間の空間が単一の画素ではなく２×２画素のアレイ間隔で配置されている２Ｄの散乱防止コリメータを示している。
【００４２】
図９に目を向けると、この例において、所与の参照画素において検出された信号は、一致ロジックに基づいて、２つの隣接する主画素７０Ａまたは７０Ｂのうちのどちらが該当の参照画素と同時に（または、時間的に充分に近くで）事象を検出したかに基づき、矢印９２によって示されるように２つの隣接する主画素７０Ａまたは７０Ｂのうちの一方に帰着（例えば、帰属）させられる。図９には、１つの次元における単一の一致判定のみが示されているが、他の次元の電荷共有事象を解決するために、垂直な次元に並んだ参照画素も存在する。
【００４３】
同様に、図１０に目を向けると、１Ｄの散乱防止コリメータの例では、１つの次元において、所与の参照画素において検出された信号が、一致ロジックに基づいて、２つの隣接する主画素７０Ａまたは７０Ｂのうちのどちらが該当の参照画素と同時に（または、時間的に充分に近くで）事象を検出したかに基づき、矢印９２によって示されるように２つの隣接する主画素７０Ａまたは７０Ｂのうちの一方に帰着させられる。しかしながら、図９の例とは異なり、第２の次元には隔壁および参照画素が存在しないため、第２の次元における電荷共有事象は解決されない。すなわち、各々の主画素７０の２辺だけが、参照画素８０に隣接している。したがって、電荷共有事象が主画素７０の間で依然として発生する可能性があるため、補正の精度は、図９に示した実施態様と比べて低くなる。しかしながら、参照画素の近くで発生する電荷共有事象を補正することはできるため、依然として有益な効果が存在する。
【００４４】
図１１に目を向けると、この例では、散乱防止コリメータの隔壁８６は、各々の個別の画素の周囲にではなく、主画素７０の２×２のアレイの周囲に配置されている。この実施態様においては、図１０の１Ｄのコリメータの例と同様に、各々の主画素７０の２辺のみが参照画素８０に隣接している。したがって、先の例と同様、２×２の各々の画素アレイにおいて電荷共有事象が主画素７０の間で依然として発生する可能性があるため、補正の精度は、図９に示した実施態様と比べて低くなる。しかしながら、参照画素の近くで発生する電荷共有事象を補正することはできるため、依然として有益な効果が存在する。
【００４５】
一致検出の論理的および電気的な実施態様に関して、図１２に一例が示されている従来からの従来の光子計数エネルギ弁別検出回路の動作を理解することがまずは有用かもしれない。この例において、各々の画素からの電荷は、電荷感応増幅器、整形回路、および場合によってはサンプルホールド回路に入力され、これらはまとめてＵ１として示されている。Ｕ１の出力は、収集された電荷の振幅に比例した電圧である。この電圧は、それぞれが入力電圧を基準電圧（ＶＥ１、ＶＥ２、およびＶＥ３）と比較する１つ以上のしきい値コンパレータ（ここでは、Ｔｈ１〜Ｔｈ３）に送られる。電圧が基準電圧を超える場合、デジタル出力がアクティブになり、カウンタの対応するレジスタが１カウント増加する。このようにして、到来する電荷パルスが、それらのエネルギに従ってカウントされる。
【００４６】
対照的に、図１３は、参照画素８０からの信号を使用して電荷共有を検出および補正することができる本明細書において説明される回路を示している。図示の例においては、電子機器チャネル（チャネル１〜３）が、それぞれ画素７０Ａ、８０Ｂ、および７０Ｂに割り当てられている。２種類のチャネルが存在し、１種類（ここでは、チャネル１および３）は、主（すなわち、従来からの）画素７０用であり、別の種類のチャネル（ここでは、チャネル２）は、参照画素８０用である。この例において、すべてのチャネルは、入力増幅器／整形器（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）、ならびに一式のエネルギしきい値（Ｔｈ４〜Ｔｈ１２）および関連の出力カウンタを備えている。
【００４７】
図示の例において、参照画素８０に関連付けられたチャネル（すなわち、チャネル２）は、参照画素増幅器および隣の増幅器に接続された３つのトリガコンパレータ（Ｔｈ１〜Ｔｈ３）を含む。トリガしきい値の基準電圧は、低い値（ＶＴＲＩＧ）に設定されているため、ノイズフロアを超えるあらゆる信号が、コンパレータをトリガするために充分である。
【００４８】
図示の実施態様において、トリガしきい値ロジック出力は、ＡＮＤゲート（Ａ１およびＡ２）を介してスイッチＳ１およびＳ２に接続されている。主画素７０Ａおよび参照画素８０の両方がトリガされる場合、スイッチＳ１は、遅延Ｄ１の出力を参照画素８０の信号の遅延版と共に加算回路（ＳＵＭ）へと接続するように設定される。この場合、チャネル１のエネルギしきい値はトリガされない。Ｘ線事象は、チャネル２のみを介して報告される。このスイッチ設定が、図１３に示されている。
【００４９】
チャネル１がトリガし、チャネル２がトリガしない場合、Ｓ１はＤ１を画素１のエネルギコンパレータおよびカウンタに接続する。Ｘ線事象は、チャネル１を介して報告される。チャネル２および３の両方がトリガされる場合、対応するプロセスが発生する。
【００５０】
遅延回路Ｄ１およびＤ３は、スイッチＳ１またはＳ２が、Ｕ１またはＵ３からアナログパルスが到着する前に所望の状態に設定されることを保証する。遅延Ｄ２は、Ｕ２からのパルスが同時にＳＵＭに到着することを保証する。
【００５１】
先の例は、１次元の画素アレイを示しているが、画素の２次元アレイへの拡張は容易である。
【００５２】
電荷共有分解能に加えて、本明細書で説明される参照画素８０の使用は、サブ画素空間分解能も可能にすることができる。とくに、本明細書で説明されるとおりの電荷共有事象７４の検出を使用して、事象を主画素へと位置特定することができる。このサブ画素空間情報を再構成アルゴリズムによって使用して、結果としての撮像の分解能を向上させることができる。
【００５３】
例として、参照画素８０およびそれぞれの主画素７０によって収集された電荷の割合を使用して、電荷雲７４の中心位置を推定することができる。図１４に示されるように、（ピッチｐを有する）主画素７０の中心から電荷雲７４の中心までの距離Δｘ２を推定することが有用であろう。
【００５４】
この例において、総電荷ｑは、Ｘ線のエネルギに比例する。参照画素８０および主画素７０でそれぞれ収集された電荷を、ｑ１およびｑ２とする。したがって、
（５）  Ｅｔｏｔ∝ｑ＝ｑ１＋ｑ２
である。
【００５５】
電荷雲７４の半径Ｒは、Ｘ線のエネルギの関数であり、あるいは総電荷の関数である：
（６）  Ｒ＝ｆ（ｑ）。
【００５６】
電荷雲７４の体積をＶｔｏｔとし、参照画素８０と重なる体積をＶ１とする。したがって、総体積に対する重なり部分の比率は、
【００５７】
【数１】
2020514740.tif 000003
である。
【００５８】
ここで、ｈは重なりの直線長さである。それぞれＶ１およびＶ２と称される参照画素および主画素に重なる電荷の比率を、
【００５９】
【数２】
2020514740.tif 000004
と表すことができる。
【００６０】
図１５を参照すると、直線の重なり長さ（ｈ／Ｒ）に対する電荷体積比（Ｖ１／Ｖｔｏｔ）のプロットが示されている。比率は単一値であるため、比率の測定によってｈが一意に決まる。Ｒおよびｈが既知であるため、主画素７０の中心からの距離を、
【００６１】
【数３】
2020514740.tif 000005
と計算することができる。
【００６２】
本発明の技術的効果は、半導体（すなわち、直接変換）式の検出器パネルの主画素の間に設けられる参照画素の使用を含む。参照画素は、典型的な電荷雲が２つの主画素に重なることがないようなサイズを有することができる。さらに、一致回路またはロジックを使用して、同じＸ線事象から生じる測定信号を検出器パネルの適切な位置に適切に関連付けることができる（すなわち、参照画素および主画素の両方で測定された信号を組み合わせて、測定信号の正確な推定をもたらすことができる）。このようにして、電荷共有事象のスペクトル補正を実現することができる。さらに、参照画素の測定信号を使用して、測定信号を完全な主画素よりもいくらか細かく、すなわちサブ画素の分解能まで位置特定することができる。
【００６３】
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を使用している。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、当業者であれば想到できる他の実施例も含むことができる。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】
【００６４】
１０  ＣＴ撮像システム
１２  Ｘ線源
１８  散乱防止コリメータ
２０  Ｘ線ビーム、Ｘ線
２２  ビーム整形器、フィルタアセンブリ
２４  患者、被検体
２６  減衰Ｘ線
２８  検出器、検出器パネル、検出器アレイ
２８Ｂ  検出器、検出器パネル
３０  システムコントローラ
３２  直線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
４２  コンピュータ
４４  画像処理回路
４６  メモリ、メモリ装置
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  画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）
５６  遠隔システムまたはクライアント
７０  主画素、主画素電極
７０Ａ  主画素
７０Ｂ  主画素
７２  Ｘ線光子
７４  電荷雲、電荷共有事象
７４Ａ  第１の電荷共有事象
７４Ｂ  共有事象
８０  参照画素
８０Ｂ  画素
８６  Ｘ線遮断隔壁
９０  半導体センサ材料、半導体センサ、検出器センサ
９２  矢印
【図１】
2020514740.tif 000006
【図２】
2020514740.tif 000007
【図３】
2020514740.tif 000008
【図４】
2020514740.tif 000009
【図５】
2020514740.tif 000010
【図６】
2020514740.tif 000011
【図７】
2020514740.tif 000012
【図８】
2020514740.tif 000013
【図９】
2020514740.tif 000014
【図１０】
2020514740.tif 000015
【図１１】
2020514740.tif 000016
【図１２】
2020514740.tif 000017
【図１３】
2020514740.tif 000018
【図１４】
2020514740.tif 000019
【図１５】
2020514740.tif 000020
【国際調査報告】
2020514740.tif 000021
2020514740.tif 000022
2020514740.tif 000023