最初に図3を参照すると、CTスキャナのような撮像システム300が図式化して示されている。
撮像システム300は、固定ガントリ302と、固定ガントリによって回転可能に支持される回転ガントリ304とを備える。回転ガントリ304は、長手軸又はz軸308に関して試験領域306の周囲を回転する。
長いすのような対象支持体309は、試験領域306にある対象又は検体を支持する。対象支持体309は、スキャニングの前、最中、及び/又は後に撮像システム300に対して検体又は対象を垂直及び/又は水平に位置づけるために使用され得る。
X線管のような放射線源310は回転ガントリ304によって支持され、長手軸又はz軸308に関して試験領域306の周囲を回転ガントリ304とともに回転する。放射線源310は、試験領域306を横断する、概して扇、くさび、又は円錐形状の放射線ビームを生成するようコリメータ又は同様のものによって平行にされる多エネルギ電離性放射線を放出する。
放射線源コントローラ312は、放射線放出状態を、放射線源310が試験領域306を横断する放射線を放出する状態と、放射線源310が試験領域306を横断する放射線を放出しない状態との間で遷移させる。これは、放射線源310を“オン”/“オフ”すること、放射線の経路においてフィルタを挿入/除去すること、放射線源310のスイッチンググリッドに対してグリッド電圧を印加/解除して電子が放射線源310の陰極から陽極へ流れることを阻止/許可すること、等を伴ってよい。
検出器アレイ314は、放射線源310に対して試験領域306の反対側に円弧を定める。例示される検出器アレイ314は、テルル化カドミウム(CdTe)、テルル化カドミウム亜鉛(CZT)、及び/又は他の直接変換物質のような直接変換材料を有する直接変換検出器ピクセルのような光子計数検出器ピクセルの1又は2次元アレイを有する。検出器アレイ314は、試験領域306を横断する放射線を検出し、その検出された放射線を示す信号を生成する。
パルス整形部316は、検出器アレイ314によって生成された信号を受信し、対応する入射検出放射線のエネルギを示す高さ又は振幅ピークを有するパルス(例えば、電圧又は電流パルス)を生成する。任意に、前置増幅器が、パルスを生成するパルス整形部316の前に、信号を増幅するために用いられ得る。
弁別部318は、所定のエネルギ閾値3221、3222、・・・、322N(ここでは集合的に閾値322と呼ばれる。)に基づきパルスをエネルギ弁別する。ただし、Nは1以上の整数である。エネルギ閾値322は異なるエネルギレベルに対応する。例示される弁別部318は、整形部316からのパルスの高さを夫々閾値322と比較するコンパレータ3201、3202、・・・、320N(ここでは集合的にコンパレータ320と呼ばれる。)を備える。閾値323は、閾値322として使用される所定の閾値を有する。弁別部318は、閾値322のどれがパルスの高さによって超えられたかを示す出力信号を生成する。
カウンタ324は、コンパレータ320の夫々について、個々の閾値が、複数のパルスの夫々について、パルスのピークによって超えられる場合をカウントする。
エネルギビナー326は、閾値レベルと入来放射線のエネルギとの間の関係に基づきカウントをエネルギ範囲に置き、それによって、検出された放射線をエネルギ分解する。
再構成部328は、スペクトル及び/又は非スペクトル再構成アルゴリズムを介して、エネルギ範囲に分けられた信号を再構成する。
閾値調整部330は、検出器アレイ314の直接変換材料によって及び/又は別なふうに整形部316で導入され得るベースラインシフトを補償する値を有する閾値調整信号を決定する。以下でより詳細に記載されるように、一例において、これは、放射線放出が中断されるデータ取得フレームのサブ部分の間に既知のエネルギレベルに対応する異なる高さを有するパルスを整形部316に投入し、整形部316によって出力されたパルスの高さを閾値323に関連して投入パルスの高さと比較し、比較に基づき閾値調整値を決定し、閾値調整信号を供給することを伴い、それにより閾値323は、データ取得フレームの別の先のサブ部分の間に取得されるスキャンデータを弁別する場合に、ベースラインシフトに合わせて調整され得る。
閾値較正部332は、閾値322の夫々とエネルギレベルとの間の関係を定義する閾値較正データを決定する。以下でより詳細に記載されるように、一例において、これは、固定エネルギを定義したパルスをコンパレータ320に投入するとともに、関心のある所定エネルギ範囲をカバーするよう1以上のデータ取得フレームの1以上の組について閾値322の夫々をインクリメントし、結果として得られるカウントに基づき各閾値と投入パルスのエネルギとの間の関係を決定し、この関係に基づき較正データを生成し、放射線源310によって放出される放射線の検出に応答して生成されるエネルギビニングパルスのための較正データを提供することによって、所定のスケジュール(例えば、各スキャンの前、一日に一度、等)に基づき検出器アレイ314の検出器ピクセルを自動的に閾値スキャンすることを伴う。閾値較正部332は、CT画像が閾値のピクセル毎の差に極めて敏感であり得ることから、非常に重要であり得る。
閾値設定部334は、コンパレータ320の閾値322を設定するための様々なアルゴリズムを備える。この例では、アルゴリズムは少なくとも、閾値322を閾値323の値に設定するスキャンアルゴリズム336、閾値322を、閾値調整部330によって出力される閾値調整信号により調整された閾値323の値に設定する、閾値(TH)調整を伴うスキャンのアルゴリズム338、及び1以上の閾値スキャンの間に検出器アレイ314の各ピクセルについて各コンパレータ322の各閾値322をスイープするための一連のインクリメント又はデクリメント閾値を提供する較正アルゴリズム340のうちの1又はそれ以上を含む。
汎用のコンピュータシステムはオペレータコンソール342として機能し、ディスプレイのような出力装置と、キーボード、マウス、及び/又は同様のもののような入力装置とを備える。コンソール342に常駐するソフトウェアは、オペレータがシステム300と対話することを可能にする。コンソール342はまた、システム300の様々な構成要素と相互作用する。これは、X線放出状態を遷移させるための放射線源コントローラ312への信号、どのアルゴリズムを使用すべきかを示すための閾値設定部334への信号、閾値調整部330及び/又は閾値較正部332を作動及び/又は非作動とするための閾値調整部330及び/又は閾値較正部332への信号、等を送信することを伴ってよい。
当然のことながら、閾値調整部330、閾値較正部332、又は閾値設定部334の少なくとも1又はそれ以上は、物理メモリのようなコンピュータ可読記憶媒体において符号化又は具現される1又はそれ以上のコンピュータ読み出し可能な命令を実行するプロセッサ(例えば、マイクロプロセッサ)を介して実施され得る。追加的に、又は代替的に、プロセッサによって実行される1又はそれ以上のコンピュータ読み出し可能な命令の少なくとも1つは、搬送波、信号、又は一時的な媒体のような他の非コンピュータ可読記憶媒体によって搬送される。
また当然のことながら、他の実施形態においては、閾値調整部330又は閾値較正部332の1又はそれ以上は省略される。
整形部316、閾値調整部330、閾値較正部332、閾値設定部334、弁別部318、カウンタ324、エネルギビナー326、又は再構成部328の1又はそれ以上は、システム300の部分(図参照)であっても、あるいは、システム300とは別であってもよい。
図4は、閾値調整部330及び閾値調整を伴うスキャンのアルゴリズム338の制限されない例を図式化して示す。
放射線遮断部402は、放射線源コントローラ312に、1又はそれ以上のデータ取得フレームのサブ部分のような少なくとも所定の時間期間(積分期間)に試験領域306を通る放射線源310による放射線放出を中断させる信号を、放射線源コントローラ312へ伝えるよう構成される。制限されない例として、一例において、信号は、データ取得フレームの1又はそれ以上の終わりの約80マイクロ秒(μs)から約120μsの範囲の時間期間に放射線放出の中断を引き起こす。
放射線放出が中断される間、パルス生成部404は、所定のエネルギレベルに対応する異なる既知の振幅又は高さを有するテストパルス(例えば、パルス列)を順次生成する。パルス生成部404は、放射線放出が注されている時間期間中、生成したパルスを整形部316へ伝える。一例として、1つの制限されない例において、パルス生成部404は、80乃至120μsの時間期間内に、数十メガヘルツ(MHz)の周波数及び数十ナノ秒(ns)のパルス存続期間を有するパルスを生成し伝えることができる。その時間期間において、0.5キロエレクトロンボルト(keV)のエネルギステップごとに同じエネルギの5つのパルスが存在し、20keVから120keVの間では1000個のパルスが生成される。
当然のことながら、上記の例は、説明のために与えられており、限定ではない。そのようなものとして、時間期間、周波数、パルス存続期間、エネルギステップ、パルスの数、及び/又はエネルギ範囲のうちの少なくとも1つは、他の実施形態において異なってよい。これは、上記の例にあるような静的(statics)値、及び/又は変化する値を含む。例えば、エネルギステップは、関心のあるエネルギレベルの周囲では低減され(例えば、<0.5keV)、それ以外では増大され得る(例えば、>0.5keV)。
調整決定部406は、投入された一連のテストパルスに対応する、整形部316で生成されたパルスを処理するよう構成される。一例において、これは、投入されたテストパルスの高さを、閾値323に関連して、投入された一連のテストパルスに対応する整形部316で生成されたパルスの高さと比較し、この比較に基づき、ベースラインに対応するそれらの間のエネルギシフトを定量化し、それに基づく閾値調整値を含む閾値調整信号を生成することを伴う。
制限されない例として、図5は、閾値504、506、508及び510の組とともにテストパルス502を示す。各パルスは、異なるエネルギレベルに対応する異なるピーク高さを有し、隣り合うピーク高さは、固定値(例えば、0.5keV)によって分けられている。図6は、投入された一連のテストパルス502に非ゼロのベースラインシフト604を加えたものに対応する、整形部316で生成されたパルス602とともに、同じ閾値504〜510を示す。この例において、ベースラインシフトがない場合(図5)、閾値510を超えるパルスは2つあり、閾値508を超えるパルスは3つあり、閾値506を超えるパルスは5つあり、閾値504を超えるパルスは7つある。そして、ベースラインシフトがある場合(図6)、閾値510を超えるパルスは6つあり、閾値508を超えるパルスは7つあり、閾値506及び504を超えるパルスは8つある。
この例において、調整決定部406は、上記の図5のパターンが図6のパターンと一致するまで1keV(又は異なるインクリメント)で閾値504〜510を繰り返し増大させる(及び/又は、図6のパターンが図5のパターンに一致するまで、1keV(又は異なるインクリメント)で閾値を低減させる)。この例では、パルス生成部404で生成される電気パルスのエネルギは知られており、それらの差は小さいので、調整決定部406は、約1keVにパルス及び閾値におけるノイズを加えた程度の正確さでベースラインシフトを推定することができる。次いで、調整決定部406は、パターンを略等しくするkeVにおける変化量に基づき閾値調整値及び信号を決定することができる。
図5及び図6の例は8つのパルス及び4つの閾値を示すが、当然のことながら、より多い若しくは少ないパルス及び/又はより多い若しくは少ない閾値が代替的に使用され得る。例えば、他の実施形態においては、閾値調整は、最も高い閾値にのみ基づき決定され得る。これは、その場合に、検出されるパルスの数の変化に関して利用可能な“ダイナミックレンジ”が最も高いからである。一般的に、用いられる閾値が多いほど、ベースラインシフトの推定は改善され得る。
図4に戻り、閾値設定部334は、閾値調整を伴うスキャンのアルゴリズム338を用いる。このアルゴリズムは少なくとも、弁別部318のための調整された閾値の組を生成するよう閾値調整値を閾値323に加えるアルゴリズム408を含む。閾値設定部334は、調整された閾値を弁別部318へ伝える。弁別部318は、調整された閾値を用いて、パルスをエネルギ弁別する。結果として、弁別部318は、閾値調整部330が省略されるか又は使用されず且つ直接変換材料からのベースラインシフトが考慮されない較正と比べて、より正確にパルスをエネルギ弁別することができる。
上記の変形例において、閾値調整値は、追加的に、又は代替的に、閾値323を調整するだけでなく、整形部316によって出力されるパルスの高さを調整するために使用される。
代替のアプローチにおいて、整形部316の出力でベースラインシフトを検知するよう構成されるベースライン再生回路が、弁別部318の入力で電流源を制御するために使用可能であり、それにより、検知されたベースラインシフトはゼロに低減される。
図7は、弁別部318とともに閾値較正部332及び較正アルゴリズム340の制限されない例を図式的に示す。
パルス生成部702は、コンパレータ320の夫々のための較正パルスを生成する。較正パルスは、コンパレータ320へ読出チャネルで及び/又は別な場所で投入され得る。コンパレータ320の夫々のためのパルスは、異なる閾値323の異なるエネルギレベルに対応する異なる高さを有する。一例において、パルス生成部702及びパルス生成部404(図4)は同じパルス生成部である。
閾値生成部704は、閾値322の夫々のための閾値の組を生成する。異なるコンパレータ320の閾値322のために閾値の組を生成する適切なアプローチの制限されない例は、図8乃至12に関連して以下で記載される。
閾値設定部334は較正アルゴリズム340を用いる。較正アルゴリズム340は少なくとも、閾値322の夫々のための生成された閾値の組を弁別部318へ伝えるアルゴリズム710を含む。
カウント解析部706は、各データ取得フレームについて、コンパレータ320毎に、対応する閾値の組に含まれる閾値の夫々に関してカウントを解析する。理論上は、コンパレータ320の閾値322がコンパレータ320に投入されるパルスのエネルギのレベルに達するまで、カウントは記録される。この時点で、閾値レベルは、コンパレータ320に投入されるパルスのエネルギの高さを超え、それ以上カウントは記録されない。しかし、実際の形状は、カウンタ324の電子ノイズ及び/又は他の成分に起因して、より“s”形となる。
較正部708は、カウント解析に基づきコンパレータ320のための較正データを生成する。較正データは、レジスタカウントがゼロ又はゼロ近くに下がる閾値レベルの周囲の範囲に基づき、閾値322を既知のエネルギ投入較正パルスにマッピングする。較正データはエネルギビナー326へ供給される。エネルギビナー326は、マッピングを用いて、検出された放射線に対応するカウントを正確にエネルギ範囲に分ける。
図8を参照すると、閾値生成部704は、異なるデータ取得フレームについて閾値322のための閾値の組を生成するために、データ取得フレーム毎にインクリメント(又はデクリメント)されるスキャンカウンタ802を用いる。この実施形態においては、スキャンカウンタ802は最初にゼロに設定され、上限まで所定のステップサイズでインクリメントするよう構成される。ステップサイズは、データ取得フレーム毎の閾値の変化に相当する。制限されない例として、ステップサイズが、1keVに対応する値によってカウンタをインクリメントするよう設定される場合に、スキャンカウンタ802は、例えば、0から1keV、1keVから2keV、等のように、データ取得フレーム毎に1keVでインクリメントする。
図9は、閾値生成部704が加算器902を更に備える点を除き、図8と同様である。この実施形態においては、閾値生成部704は、閾値322のための閾値の組を生成するために、データ取得フレーム毎にカウンタ802の出力を閾値323に加える。この実施形態によれば、コンパレータ320の夫々のための閾値スキャンは、異なる閾値、すなわち、閾値322のための関心のある閾値323の値から実行される。
一例において、カウンタ802は、0から正の方向においてカウントアップを開始し(例えば、0,1,2,3,・・・)、このカウント数は、以前に記憶された閾値に加えられる。他の例においては、カウンタ802は、負及び/又は正の値を有することができ、加算器902は、正及び/又は負の数を加えることができる。この例において、閾値生成部704は、記憶された閾値の両側でスキャンすることができる。制限されない例として、閾値が、スキャニングのために以前に使用された値である45の値(又は他の値)を有する場合に、カウンタ802は、−10,−9,−8,・・・,−1,0,1,2,3,・・・,9,10(又は他の範囲)をカウントしてよく、これは、45の両側の範囲にわたる35,36,・・・、54,55の出力閾値を生成する。
図10は、オフセット1002が、関心のある閾値323に代えてデータ取得フレーム毎のスキャンカウンタ802の出力に加えられる点を除き、図9と同様である。先と同じく、この実施形態によれば、コンパレータ320の夫々のための閾値スキャンは異なる閾値レベルで開始してよい。加えて、各コンパレータ320のための開始点は、各コンパレータ320のための閾値323と異なってよい。
図9及び図10は、閾値スキャンの時間を短縮することを可能にする。制限されない例として、弁別部318が5つのコンパレータ320(N=5)を有する場合に、閾値323又はオフセットは、例えば、夫々20keV、44keV、68keV、92keV及び116keVに設定され得る。この例において、カウンタ802の最下位ビット(LSB)が0.5kEVに対応する場合は、スキャンカウンタ802を48回インクリメントすることは、閾値323の夫々を192回スイープすることに代えて、20〜116keVのダイナミックレンジ全体の範囲にわたる。すなわち、0.5keV毎の48回のインクリメントは、閾値を、20keVから44keVへといったように遷移させる。
一般的に、時間の減少は、理論上、閾値スキャンの時間を1/Nの時間に短縮することができる。他の例においては、ダイナミックレンジは5つのコンパレータ320の間で分けられない。すなわち、5つのコンパレータの夫々又はサブセットは、ダイナミックレンジ全体又はダイナミックレンジ全体の同じサブセットに及ぶよう構成され得る。例えば、20から116keVのダイナミックレンジに関し、5つのコンパレータの夫々又はサブセットは、192回スイープされ得る。
当然のことながら、上記のコンパレータの数、インクリメント及び/又は範囲は限定ではなく、説明のために与えられている。そのようなものとして、他の実施形態においては、コンパレータの数、インクリメント又はダイナミックレンジのうちの少なくとも1つは異なる。加えて、この例では24keVで分けられる個々のサブ範囲は、同じ幅を有する必要はなく、あるいは、サブ範囲は存在すらしなくてよい。更に、個々の範囲の閾値スキャンは順次及び/又は同時に実行され得る。
図11は、閾値生成部704がフレームカウンタ1100及びラッチ1102を更に備える点を除き、図9と同様である。図9と同様に、閾値の組は、閾値323とスキャンカウンタ802の出力とを加算することによって生成される。しかし、この場合に、スキャンカウンタ802はデータ取得フレーム毎にインクリメントされない。
代わりに、フレームラッチ1102が、スキャンカウンタ802をインクリメントする前に起こるべき所定のフレーム数を設定し、フレームカウンタ1100がデータ取得フレーム毎にトリガされ、フレームカウンタ1100は、ラッチ1102によって設定されたデータ取得フレームの数が経過するとスキャンカウンタ802にインクリメントさせる。フレームカウンタ1100は、所望のデータ取得フレーム数からカウントダウン又は該数までカウントアップすることができる。
この実施形態によれば、各閾値スキャンは、平均化されるか又は別なふうに結合され得る複数のデータ取得フレームに基づく。一例において、これは、単一のフレームに基づく閾値スキャン(一意に閾値遷移を特定することを困難にするノイズレベルを示す1フレーム毎閾値位置)に対してノイズを低減することができる。
図12は、オフセット1002が、図10に関連して記載されたように、閾値323に代えてスキャンカウンタ802の出力に加えられる点を除き、図11と同様である。
図13は、パルス整形部316によって生成されるデータパルスにおけるベースラインシフトを軽減する方法を表す。
当然のことながら、ここで記載される方法における動作の順序は限定ではない。そのようなものとして、他の順序が本願では考えられている。加えて、1以上の動作は省略されてよく、及び/又は、1以上の追加の動作が含まれてよい。
1302で、検体又は対象のスキャンに対応するスキャンデータが、放射線が放出されているデータ取得フレームの第1の先のサブ部分の間に取得され、パルス整形部316によって処理される。パルス整形部316は、スキャンデータのエネルギを示す高さを有するデータパルスを生成する。
1304で、放射線放出は、データ取得フレームの第2の後のサブ部分について中断される。
1306で、データ取得フレームの第2の後のサブ部分の間に、異なる高さのテストパルスが生成され、パルス整形部316へ順次供給される。異なる高さは既知のエネルギレベルに対応する。
1308で、テストパルスの夫々がパルス整形部316へ供給されると、パルス整形部316はテストパルスを処理し、テストパルスのエネルギを示す高さを有する出力パルスを生成する。
1310で、整形部316の出力パルスの高さ及びテストパルスの高さが、閾値323に関連して比較される。
1312で、閾値調整値が比較に基づき推定される。閾値調整値はベースラインシフトに対応する。
1314で、閾値調整信号が閾値調整値に基づき生成され、データ取得フレームの第1のサブ部分の間に取得されたスキャンデータに対応するデータパルスをエネルギ弁別する際にベースラインシフトを補償するよう閾値323を調整するために使用される。
動作1300乃至1314は、検出器アレイ314の1以上の検出器ピクセルのための1以上のデータ取得フレームについて1回以上繰り返される。
図14は、光子計数検出器に関連して使用されるエネルギ弁別器のエネルギ閾値を較正する方法を表す。
当然のことながら、ここで記載される方法における動作の順序は限定ではない。そのようなものとして、他の順序が本願では考えられている。加えて、1以上の動作は省略されてよく、及び/又は、1以上の追加の動作が含まれてよい。
1402で、データ取得フレームの間に、異なる固定のエネルギ較正パルスの組が生成され、夫々弁別部318の異なるコンパレータ320に投入される。
1404で、1以上のデータ取得フレームの間に、較正閾値の組が生成され、夫々弁別部318の異なるコンパレータ320に投入される。
ここで論じられるように、閾値は、様々に、例えば、データ取得フレーム毎又は所定数のデータ取得フレーム後に、較正閾値をインクリメント又はデクリメントするスキャンカウンタ802、閾値323、オフセット1002、並びに/又はフレームカウンタ1100及びフレームラッチ1102に基づき、決定され得る。
1406で、投入されたパルスは、較正閾値に基づきエネルギ弁別される。
1408で、カウンタ324は、投入されたパルスのエネルギが対応する閾値を超えるかどうかを示すコンパレータ322毎の信号を生成する。
1410で、動作1404乃至1408は、同じ及び/又は1以上の異なる組の較正閾値を有して、1以上のデータ取得フレームについて繰り返される。
1412で、投入されたパルスのエネルギが閾値を超えるかどうかを示す信号は、閾値322と投入されたパルスのエネルギとの間の関係を決定するために使用される。
1414で、閾値較正データが関係に基づき生成される。
ここで論じられるように、上記の動作は、各スキャンの前に、所定数のスキャン後に、1日に一度、又は何らかの他の基準に基づき、実行され得る。
以上は、1以上のプロセッサが、該1以上のプロセッサに様々な動作並びに/又は他の機能及び/若しくは動作を実行させる物理メモリのようなコンピュータ可読記憶媒体で符号化又は具現される1以上のコンピュータ読出可能な命令を実行することを介して、実施されてよい。追加的に、又は代替的に、1以上のプロセッサは、信号又は搬送波のような一次的な媒体によって搬送される命令を実行することができる。
本発明は、望ましい実施形態を参照して記載されてきた。変形及び代替は、上記の詳細な説明を読んで理解した上で当業者に想到され得る。本発明は、そのような変更及び代替が添付の特許請求の範囲及びその均等の適用範囲の中にある限りにおいて、それらの全てを包含すると見なされ得る。