JP2004527748A - 放射線センサによって吸収される照射線量を決定する方法 - Google Patents
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Abstract
x*(t):=ft1 -1(gt2(gt3 -1(o(t))))に従って実行されうる。
Description
本発明は、所与の時点tにおける放射線センサの出力信号o(t)から放射線センサによって吸収された放射線の量x(t)を決定するために放射線センサを較正する方法に関する。本発明はまた、上述の方法を実行するよう配置される放射線センサ、及び、複数のかかる放射線センサを含むX線検出器に関する。
【0002】
一般的に、放射線センサの機能は、例えば電磁放射線場の量子を吸収し、この量子を電圧又は電荷といった対応する出力信号へ変換するものである。出力信号と入力信号、即ち吸収された放射線の量の間の関数関係が分かっているとき、入力信号の大きさは出力信号から演繹されうる。かかる関係(変換特性)は、一般的には、既知の放射線量x(t)が吸収され結果としての出力信号o(t)が測定される較正測定を用いて決定される。所望の変換特性を構成する特性は、このようにして得られる値の対から導出されうる。
【0003】
しかしながら、放射線源の変換特性は一般的には一定ではなく、放射線センサの構成要素のドリフト現象及びエージング現象の影響下で時間の関数として変化するという問題がある。例えば、フラット・ダイナミックX線検出器(FDXD)の場合、検出器のハードウエアは近傍の画素、行、及びブロックに差異及び非線形性を生じさせ、これらの差異及び非線形性は可視の画像アーティファクトとして現れる。このような差異をなくすために、上述のように多くの異なる線量でのX線の較正が必要とされる。FDXD検出器の特性は時間により変化するため、所望の測定精度が連続して維持されることを確実とするよう、かかる較正は所定の時間間隔で繰り返されねばならない。このようなX線検出器の反復的な較正方法は、例えば特開平09−018245号公報に記載されている。しかしながら、頻繁に再較正を行うことは、医療上の必要性なしにスタッフや機器への放射線の負担となるX線が使用されねばならないという欠点がある。
【0004】
上述のことを考慮に入れると、本発明は、使用する手段を少なくすると共に時間の関数として変化する特性を考慮に入れつつ、出来る限り正確な較正を行い、従って吸収された放射線の量を測定された出力信号から出来る限り正確に計算することを可能とする方法及び放射線センサを提供することを目的とする。
【0005】
この目的は、請求項1の特徴部に開示されている方法、請求項6の特徴部に開示されている放射線センサ、及び、請求項9の特徴部に開示されているX線検出器によって達成される。本発明の有利な更なる実施例は従属項に開示されている。
【0006】
従って、最初の較正が外部放射線xと放射線検出器の内部信号sを用いて行われ、後の較正が専ら内部信号を用いて行われる、放射線センサの較正のための方法が提案される。内部信号sは、内部信号に関して後に測定された較正によって新しく測定されなかった外部信号に関する較正に対する情報が与られうるよう、外部放射線xと処理経路が重なり合う信号であることが望ましい。
【0007】
従って、この種類の方法は、連続的に所望の測定精度とすることを可能とするために、また、構成要素のドリフト現象及びエージング効果により時間に関して変化する放射線センサの変換特性に基づいて較正を行うために、較正が所定の時間間隔で繰り返されることを可能とする。しかしながら、従来技術とは異なり、外部放射線を使用する必要はない。このことは、変換特性の時間的変化が画質の著しい低下を生じさせると共に外部放射線の使用がスタッフ及び機器に望ましくない負担を常に与える、例えばFDXDタイプの検出器といったX線用の放射線検出器の場合に特に有利である。
【0008】
望ましくは、方法は、X線用の放射線センサと共に用いられる。内部信号sは、例えばいわゆるリセット光によって発生されうる。リセット光は、放射線センサ(フォトダイオード)の後ろ側のX線から遠い側に配置されるフォトダイオードLEDのマトリクスを必要とする。X線検出器の測定プロトコルは、実際の測定の準備として放射線センサ(フォトダイオード)を照明するために用いられる短い光パルスを生じさせる。「光線量」は、従って内部信号sの大きさは、これらの光パルスの長さによって変化されうる。
【0009】
光線量の形で内部信号sを認識させる他の可能性は、LCDディスプレイの場合のように光伝導板へ横に光を結合することであり、この光は放射線センサの表面に亘る分配の後、再び結合される。
【0010】
更に、内部信号sもまたチャージポンプを使用して発生されうる。チャージポンプは、可変電圧によって決まる電荷の量を放射線センサ(フォトダイオード)を読み出すために用いられる電荷増幅器の入力リードへ与える。この種類のチャージポンプは、一般的には電荷増幅回路のチップに集積される。
【0011】
更なる実施例では、電気テスト信号sを印加するために電荷増幅器の更なる望ましくは外部の入力が利用可能とされうる。
【0012】
更に、例えば紫外線光により又はDA変換器を用いることにより内部信号sを発生するための多くの他の可能性がある。
【0013】
較正方法の更なる変形例によれば、較正は、放射線センサによって吸収された放射線の量x(t)を所与の時点tにおける放射線センサの出力信号o(t)から決定するために使用され、
第1の時点t1における放射線センサのいわゆる1次特性ft1(x)を測定する段階を行い(外部放射線を用いた最初の較正)、1次特性は吸収されたX線の量xに対する出力信号の依存性o=ft1(x)を表わし、
第2の時点t2(内部信号を用いた最初の較正)及び少なくとも第3の時点t3(内部信号を用いた後の較正)における放射線センサの2次特性gt2(s)又はgt3(s)を測定する段階を行い、2次特性は、放射線センサの内部信号sに対する出力信号oの依存性を表わし、内部信号sと吸収された放射線の量xは出力信号oが依存する中間の量wを一緒に形成し、各時点はt1≦t2≦t3≦tとして配置され、
所与の時点tにおける探索される吸収された放射線の量x(t)の近似値x*(t)を、以下の式、
x*(t):=ft1 -1(gt2(gt3 -1(o(t))))
に従って決定する段階を行う。
【0014】
従って、上述の方法によれば、まず、放射線センサの1次特性が第1の時点t1における(単調)関数ft1として決定される。この操作は、一般的には、異なる値の既知の放射線線量を印加することによって、及び、そこから形成される出力信号o=ft1(x)を測定することによって行われる。1次特性を決定するために印加される放射線レベルの分布は、特性ft1の決定の所望の精度に従って適応されうる。このステップは、「外部放射線を用いた最初の較正」である。
【0015】
続いて、時点t2における放射線センサの内部信号sに対する出力信号oの依存性を示す放射線センサの2次特性gt2が測定される。このステップは、「内部信号を用いた最初の較正」である。放射線センサの内部信号sは、有利には、その大きさが外部から容易に決定及び/又はプリセットされうる信号である。更に、放射線センサの更なる処理段により出力信号oへ変換される中間信号wを形成するよう、吸収された放射線の量x又はそこから導出される信号とまとめられるのは内部信号sであるべきである。望ましくは、2次特性の最初の測定は、1次特性の測定と並行して又は同時に行われ、即ち、第1の時点は第2の時点と同じである:t1=t2。
【0016】
上述の条件の下で、2次特性gは、中間信号wのための更なる処理段を暗黙的に含む。この更なる処理段のドリフト現象又はエージング現象による時間依存性は、このように2次特性で顕著となる。一方では1次特徴はまた信号wのための更なる処理段を暗黙的に含むため、1次特性の時間依存性は2次特性に対して決定される時間依存性から導出されうる。このような時間依存性情報は、1次特性及び2次特性の時間依存性が専ら信号wに対する更なる処理段の時間依存性によるものであるとき、正確であり、単に近似的に実現可能なものではない。
【0017】
所定の時間期間が経過した後に新しく1次特性fを測定する代わりに、本発明の方法によれば、2次特性は時点t3において新しく測定される(これは「内部信号を用いた後の較正」に対応する)。この操作は、より単純なものであり、特に異なる線量の外部放射線を用いることなく実行されうる。吸収された放射線の量x(t)が2次特性のこの第2の(又は一般的にいえばn番目の)新しい測定値の後の時点t≧t3における出力信号o(t)から決まる場合、上記の式に従うと、2次特性の第2の測定値、即ちgt3 -1は、まず、瞬間的な出力信号o(t)から対応する内部信号s*(t)=gt3 -1(o(t))を計算するために使用されうる。時点t3における2次特性の最後の更新と現在時点tとの間に短い時間のみが経過するため、2次特性は、やはり時点tにおける実際の2次特徴gt3の適切な近似となる。
【0018】
時点t2の2次特性gt2を用い、計算された内部信号s*(t)に基づいて、どの仮想の出力信号o*(t)=gt2(s*(t))が時点t2においてこの内部信号s*(t)に対応するであろうものであったかが計算される。最後に、上記の式に従い、時点t1の1次特性の逆の値ft1 -1を用いて、仮想の出力信号o*(t)に基づいて、どの吸収された放射線の量x*(t)=ft1 -1(o*(t))がかかる仮想の出力信号に対応するかが計算される。この値は、時点tにおける吸収された放射線の量に対する所望の近似値を表わす。
【0019】
2次特性の再較正は、少ない手段を用いて外部放射線を与えることなく行われうるため、比較的短い間隔で行うことができ、従って特性のドリフト現象が高い分解能で取り上げられることを確実とする。放射線センサの高い測定精度は、長い時間についても確実とされる。
【0020】
本発明は、所与の時点tにおける吸収されるX線の量x(t)に依存する出力信号o(t)を発生する放射線センサであって、上述の種類の方法を実行することがかのうであるよう配置される評価ユニットを含むセンサに係る。これは、評価ユニットが、最初の較正が外部放射線xと放射線センサの内部信号sを用いて行われ、後の較正は専ら内部信号を用いて行われる、放射線センサの較正を可能とすることを意味する。
【0021】
評価ユニットは、吸収された放射線の量x(t)についての近似値x*(t)を出力信号o(t)から計算するために特別に配置されうる。このことは、評価ユニットが特に、
・1次特性f及び2次特性gの最初の測定を毎回実行すること、
・後の時点で必要であれば2次特性gの新たな測定を実行すること、
・2次特性の最後の測定、並びに、1次特性及び2次特性の最初の測定から、所望の近似値x*(t)を計算すること、
が可能であることを意味する。
【0022】
更に、方法を実行する条件として、放射線センサは、評価ユニットが利用可能な内部信号、即ち、影響を受けること及び/又は測定されることができる信号を含み、中間信号wを形成するために内部信号sと吸収された放射線の量xに依存する信号がマージされるよう構成される。
【0023】
放射線センサは、望ましくはX線用のセンサである。かかるセンサの場合、再較正又は較正の連続的な再調整のために更なるX線の使用がなくされうるときは特に有利である。
【0024】
X線用の放射線センサは、吸収されたX線を間接的に又は直接的に電気信号へ変換するよう配置されることが望ましい。「間接的な変換」の場合、X線はまずシンチレータにおいて可視光へ変換される。この光はフォトダイオードを介して電気信号へ変換される。しかしながら、「直接的な変換」の場合、X線から電気信号への直接的な変換が行われる。この場合、X線の吸収と上述の種類の中間信号wとの間には短い信号路が存在し、従って提案される方法は特によい近似を与える。
【0025】
本発明はまた、上述の種類の複数の放射線センサを含むことを特徴とするX線の検出のためのX線検出器に関連する。かかる放射線センサは、特に、場(フィールド)を形成するようマトリクスの形状に配置される。X線検出器は、特に医用透視法に用いられるフラット・ダイナミックX線検出器(FDXD)のうちの1つでありうる。
【0026】
以下、本発明について図面を参照して詳述する。放射線センサ10は、吸収されたX線の量x(t)の検出のために用いられるFDXD検出器のセンサ素子である。しかしながら、以下の実施例は、他の電磁形式の放射線又は非電磁放射線(例えばフォノン)についても同様に使用されうる。
【0027】
放射線センサ10の基本的な機能は、吸収された放射線の量x(t)を出力信号o(t)へ変換することである。出力信号oと吸収された放射線の量xとの間の関係は、いわゆる1次特性fで示される。この1次特性は、構成要素のエージング及びドリフト現象の結果、時間と共に変化する。これは特性の時間の添え字で示される:ft。
【0028】
更に、図1に示す放射線センサ10の構造に従って、出力信号o(t)もまた内部信号s(t)に依存する。この内部信号は、例えば、
・LEDマトリクス(リセット光)による放射線センサ10のフォトダイオードの照明、
・内部信号を発生するために特に設けられているであろう他の光源による無線センサ10のフォトダイオードの照明、
・チャージポンプによって増幅器の入力リード上に与えられる電荷の量、
・電荷増幅器の追加的な入力への内部電気信号、
・電荷増幅器の追加的な入力への外部電気信号
といったもののうちの1つであってもよい。
【0029】
かかる内部信号sに対する1次特性の依存性は、更なる添え字sで表わされうる:ft(x)|s。
【0030】
所与の吸収された放射線の量xについての出力信号oと内部信号sの間の依存性は、その時間依存性とxに対する依存性のため2つの添え字が与えられたいわゆる2次特性gで表わされる:gt(s)Ix。
【0031】
放射線センサ10の内部構造に従って、
・関数Ixに従った変換の後の、吸収された放射線の量x(t)と、
・関数Ixに従った変換の後の、内部信号s(t)は、関数関係Iwによって中間信号w(t)へとマージされる。この中間信号w(t)は、関数D(w,t)に従って出力信号o(t)を形成するよう更に処理される。
【0032】
この更なる処理関数D(w,t)は、関連する構成要素のエージング現象及びドリフト現象を考慮に入れるための明示的な時間依存性を含む。以下説明する方法は、1次特性ft及び2次特性gtの時間依存性が少なくともほぼ排他的に更なる処理関数D(w,t)の時間依存性によって生ずるという仮定に基づく。これは、その場合、更なる処理関数D(w,t)の時間依存性は2次特性gtの測定によって、それに基づいて1次特性ftを適用するために測定を繰り返すことなく時間に関する変化によって決定されうる。
【0033】
本発明による方法を実行するために、放射線センサ10は、吸収された放射線の量に対する近似値x*(t)を出力信号o(t)から計算する評価ユニット11を含む。方法の詳細な実行方法は以下の通りである。
【0034】
まず、異なる線量を用いているときの一連のX線照射の時点tにおける1次特性ft1が決定され、内部信号sは一定に維持されるか、やはり検出される。放射線センサ10が、多数の放射線センサからなるX線検出器のただ1つの素子(画素)である場合、各画素の特性、又は、列或いは検出器領域の平均特性は、均一なX線照射によって決定される。使用される異なるX線線量の数は、X線線量と出力信号oの間の結果としての関係の平滑さに依存する。更に(図示せず)、各画素特性は、線量と出力信号の間の線形関係に特に関連する全体的な検出器特性にマッピングされうる。かかる手順は、雑音と、吸収された放射線の量及び検出器構成要素の精度によってのみ制限される検出器の完全な線形性を可能とする。
【0035】
更に、2次特性gt2は望ましくは時点t1と同じである第2の時点t2において決定される(t1=t2)。
【0036】
更なる処理関数D(w,t)がエージング現象等により明らかに変化しない限り、1次特性ft1は有効なままである。xの単調関数が考えられているため、その逆であるft1 -1が計算されうる。この逆の値を使用することにより、関連する吸収された放射線の量x(t)を出力信号o(t)から計算することが可能となる。しかしながら、この簡単な算術演算は、更なる処理関数D(w,t)がエージング現象等により所定の範囲を越えて変化する場合は許容可能でない誤差を生じさせる。このような時間依存性を補償するために、従来技術では、1次特性ftは異なる線量中の更新されたX線の適用を用いる複雑な方法によって新しく決定される。
【0037】
しかしながら、本発明により提案される方法は、1次特性ftのかかる更新された明示的な測定なしに行われうる。これは、時点t3において、即ち最後に測定されてから所定の時間が経過した後に少なくとも1回、1次特性ではなく2次特性gt3が再び決定されるためである。測定の技術的な観点からは、この操作は更に容易に、また、X線を用いることなく実行されうる。2次特性gt3は更なる処理関数D(w,t)を明示的に含むため、この関数の変化に関する情報も与える。この情報は、瞬間的な出力値o(t)を、エージング現象がないときに、即ち時点t1において生じたであろう仮想の出力値o*(t)へ変換するために使用される。最初に決定される1次特性ft1は、吸収されたX線の量の近似値x*を計算するためにかかる仮想の出力値に適用されうる。数学的にいえば、近似値x*の計算のための以下の式、
x*(t):=ft1 -1(gt2(gt3 -1(o(t))))
が得られる。
【0038】
上述したように、本発明による方法は、例えばマトリックス状に配置された複数の放射線源10からなるX線検出器のために使用されうる。この場合、上述の関数は、検出器場の中の関連する画素の行m及び列nに対応する添え字m及びnで拡張され、例えば、
o(t,m,n)=ft(x(t),m,n)|s(t)=gt(s(t),m,n)|x(t)
となり、或いは、ベクトルで表現した場合は、
【0039】
【数1】
と表わされる。
【0040】
検出器全体は、行列
【0041】
(外1)
に従って画素特性を共通の線形特性へマッピングすることにより、即ち、
【0042】
【数2】
により線形化されうる。
【0043】
これは、測定された非線形1次特性、
【0044】
【数3】
を用いることによって行われる。
【0045】
吸収されたX線に対する近似値x*を計算するための上述の式は、線形化を行う際に以下のように、即ち、
【0046】
【数4】
のように使用されうる。
【0047】
測定された各出力値
【0048】
(外2)
は、共通の線形特性に対応する出力値
【0049】
(外3)
へ変換される。この変換により、検出器構成要素の変化によって生ずる画素特性間の非線形性及び差異がなくなる。すると、内部信号の2次特性の測定を更新することだけが必要である。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本発明による方法を実行するよう配置される放射線センサ10の構成要素を図式的に示す図である。
Claims (10)
- 最初の較正は外部放射線x及び放射線センサの内部信号sを用いて行われ、後の較正は専ら内部信号を用いて行われる、放射線センサを較正する方法。
- 前記放射線センサはX線に対して感応することを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記内部信号sは外部的に選択可能な補助照射によって形成され、特に、X線センサの場合はリセット光によって、電荷増幅器のチャージポンプによって、及び/又は、増幅器の内部又は外部の追加的な入力上の電気信号によって形成されることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 放射線センサによって吸収された放射線の量x(t)を所与の時点tにおける放射線センサの出力信号o(t)から決定するためにX線センサの較正が使用され、
吸収されたX線の量xに対する出力信号oの依存性を表わす、第1の時点t1における放射線センサの1次特性ft1(x)を測定する段階と、
各時点がt1≦t2≦t3≦tとして配置されており、内部信号sと吸収された放射線の量xは出力信号oが依存する中間の量wを一緒に形成するとき、放射線センサの内部信号sに対する出力信号の依存性を表わす、第2の時点t2及び少なくとも第3の時点t3における放射線センサの2次特性gt2(s)、gt3(s)を測定する段階と、
所与の時点tにおける探索される吸収された放射線の量x(t)の近似値x*(t)を、以下の式、
x*(t):=ft1 -1(gt2(gt3 -1(o(t))))
に従って決定する段階とを含む、請求項1記載の方法。 - 第1の時点と第2の時点は同じであり、即ちt1=t2であることを特徴とする、請求項4記載の方法。
- 所与の時点tにおける吸収されるX線の量x(t)に依存する出力信号o(t)を発生する放射線センサであって、
最初の較正が外部放射線xと放射線センサの内部信号sを用いて行われ、後の較正は専ら内部信号を用いて行われる、放射線センサの較正を可能とするよう配置される評価ユニットを含む放射線センサ。 - X線に感応することを特徴とする、請求項6記載の放射線センサ。
- 吸収されたX線を直接的又は間接的に電気信号へ変換するよう配置されることを特徴とする、請求項6記載の放射線センサ。
- 請求項6記載のX線センサを複数含むことを特徴とする、X線の検出用のX線検出器。
- X線センサはマトリックス状に配置されることを特徴とする、請求項9記載のX線検出器。
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