JP2014530704A - 光子計数検出器 - Google Patents

Abstract

撮像システム（３００）は、直接変換検出器ピクセルを備え、撮像システムの試験領域を横断する放射線を検出して、検出された放射線を示す信号を生成する検出器アレイ（３１４）と、検出器アレイによって生成される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二者択一的に処理して、検出された放射線又はテストパルスの組の処理された結果として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整形部（３１６）と、テストパルスの組の高さ及び所定の固定エネルギ閾値の組に関連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て、その解析の結果に基づきベースラインを示す閾値調整信号を生成するよう構成される閾値調整部（３３０）とを有する。

Description

以下は概して、光子計数検出器に関し、特にコンピュータ断層撮影（ＣＴ）への適用について記載される。なお、以下は、他の撮像モダリティにも適している。

コンピュータ断層撮影（Computed Tomography：以下、ＣＴ）スキャナは、一般的に、固定ガントリに回転可能に取り付けられた回転ガントリを備える。回転ガントリはＸ線管を支持し、長手軸に関して試験領域の周囲を回転するよう構成されている。試験領域を挟んでＸ線管の向かいには検出器アレイが設置されている。Ｘ線管は、試験領域（及びその中の対象又は検体の部分）を横断して検出器アレイを照射する多エネルギ電離性放射線を放出するよう構成される。検出器アレイは、放射線を検出してその検出された放射線を示す信号を生成する検出器ピクセルの１又は２次元のアレイを備える。各ピクセルは、更なる処理のために対応する信号を伝えるのに使用される読出チャネルに関連付けられる。再構成部は、処理された信号を再構成して、試験領域を示す体積画像データを生成する。

スペクトルＣＴに関し、検出器ピクセルは直接変換検出器ピクセルを備えている。一般的に、直接変換ピクセルは、陰極と陽極との間に配置された直接変換材料を有し、陰極と陽極の間には電圧が印加される。光子は陰極を照射して、電子／空孔対を形成する直接変換材料内の電子にエネルギを運び、電子が陽極の方へ押し流される。陽極は、これに応答して、検出器アレイによって出力される電気信号を生成する。パルス整形部は電気信号を処理し、検出された放射線のエネルギを示す振幅ピーク又は高さを有するパルスを生成する。エネルギ弁別部は、パルスの高さを１以上のエネルギ閾値と比較する。各閾値について、カウンタは、パルスの高さが閾値をまたぐ回数をカウントする。エネルギビナーはカウントをエネルギ範囲に置いて、検出された放射線をエネルギ分解する。再構成部は、スペクトル再構成アルゴリズムを用いて、エネルギ範囲に分けられた信号を再構成する。

一般的に、直接変換材料は、Ｘ線を照射される場合にベースラインシフトを示すことができる。結果として、整形部によって出力されるパルスは上に（又は、読出チャネルのトポロジに依存して、下に）シフトされ、パルスの相対高さを増大させる。このベースラインシフトは、ＤＣ成分として近似可能な低周波成分を含んでいる。あいにく、ベースラインシフトは、検出された放射線を誤ったエネルギビンに誤って置くことにつながる可能性がある。これの例が図１及び図２に関連して示されている。これらの図において、ｙ軸１０２は振幅を表し、ｘ軸１０４は時間を表し、エネルギ閾値１０６_１、１０６_２、１０６_３、・・・、１０６_Ｋ（ただし、Ｋは１以上の整数である。）は弁別部の閾値を表し、パルス１０８は整形部によって生成され且つピーク１１０を有するパルスである。図１は、ベースラインシフトがないパルス１０８を示す。この場合に、振幅ピーク１１０は閾値１０６_１と１０６_２との間にある。図２は、ベースラインシフト２０２の存在下のパルス１０８を示す。この場合に、ベースラインシフト２０２はパルスを上にシフトし、このときピーク１１０は誤って閾値１０６_３と１０６_Ｋとの間にあり、弁別部は、パルス１０８の実際のエネルギよりも高いエネルギを不当に示す出力を出力するであろう。

更に、光子計数に基づくスペクトルＣＴにおいては、多くの較正ステップが、エネルギ弁別のための正確なエネルギ閾値を確かにするために必要とされる。そのような較正ステップの基本部分はいわゆる“閾値スキャン”を実行することであり、該“閾値スキャン”において、弁別部の各コンパレータの閾値レベルは、閾値位置と対応する等価入力エネルギとの間の関係を見つけるために、既知のエネルギを有する固定入力電気パルスについてインクリメンタルに増大又は低減される。通常的な使用のために、そのような閾値スキャンは非常に高速である必要がある。一般的に、閾値スキャンは、全ての検出器ピクセルについて全コンパレータをスイープし、夫々の別個の閾値位置で検出されたカウント数を読み出すことを必要とする。これは、各位置について全てのコンパレータをセットアップするよう検出器コントローラに求めるので、多大な時間を必要としうる。一例として、４×１６のピクセル、４つのエネルギ閾値、及び５１２の閾値レベルを有する検出器によれば、これは、４×４×１６×５１２回、すなわち、１３１，０７２回閾値レジスタにアクセスすることを意味する。残念ながら、閾値スキャンを実行するのに必要とされる時間は受け入れられないことがあり、特に、システム較正を実行する場合にそのようである。

本願記載される態様は、上記の問題及び他に対処する。

一態様において、撮像システムは、複数の直接変換検出器ピクセルを備え、当該撮像システムの試験領域を横断する放射線を検出し、検出された放射線を示す信号を生成する検出器アレイを有する。当該撮像システムは、前記検出器アレイによって生成された前記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二者択一的に処理し、処理された前記検出された放射線又は前記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整形部を更に有する。当該撮像システムは、前記テストパルスの組の高さ及び所定の固定エネルギ閾値の組に関連して前記テストパルスの組に対応する前記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シフトを示す閾値調整信号を生成するよう構成される閾値調整部を更に有する。

他の態様において、方法は、一連のテスト入力パルスを処理することに応答して、撮像システムのパルス整形部の出力においてベースラインシフトを決定するステップを有し、前記入力パルスのうちの少なくとも２つは異なる高さを有し、前記入力パルスの高さは既知のエネルギレベルに対応する。当該方法は、前記ベースラインシフトを示す信号を生成するステップを更に有する。当該方法は、前記信号と、関心のある所定のパルスエネルギ弁別閾値の組とに基づき、ベースラインシフトを調整されたエネルギ弁別閾値の組を生成するステップを更に有する。

他の態様において、撮像システムは、複数の直接変換検出器ピクセルを備え、当該撮像システムの試験領域を横断する放射線を検出し、検出された放射線を示す信号を生成する検出器アレイを有する。当該撮像システムは、前記信号を処理し、処理された前記放射線のエネルギを示す高さを有するパルスを生成するよう構成されるパルス整形部を更に有する。当該撮像システムは、コンパレータを備え、エネルギ閾値の組に基づき前記パルスをエネルギ弁別し、前記エネルギ閾値の組の各エネルギ閾値について、前記パルスの高さが当該エネルギ閾値を超えるかどうかを示す信号を生成するよう構成される弁別部を更に有する。当該撮像システムは、前記弁別部によって出力された信号を処理し、各エネルギ閾値について、該信号が、前記パルスの高さが当該エネルギ閾値を超えることを示す場合をカウントするカウンタを更に有する。当該撮像システムは、既知のエネルギレベルに対応する高さを有する入力較正電気パルスと較正閾値の組との間の関係を定めるエネルギ閾値較正データを、前記入力較正電気パルスを前記パルス整形部に投入し、１又はそれ以上のデータ取得フレームについて１又はそれ以上の回数前記較正閾値の夫々を閾値の対応する所定の範囲に対してインクリメント又はデクリメントし、前記較正閾値をインクリメント又はデクリメントするトリガとして１又はそれ以上のデータ取得フレームの完了を用いて閾値の夫々の変化について各閾値の対応するカウント値を解析することによって、生成する閾値較正部を更に有する。当該撮像システムは、入来する放射線のエネルギと閾レベルとの間の関係、前記エネルギ閾値の組及び前記較正データに基づき、処理された信号に対応するカウントをエネルギ範囲に置いて、前記検出された放射線をエネルギ分解するエネルギビナーを更に有する。

他の態様において、方法は、夫々が既知のエネルギレベルに対応し且つ異なる高さを有する較正電気パルスの組を生成するステップを有する。当該方法は、前記較正電気パルスの組を、それらがエネルギ弁別部のコンパレータの入力部で受け取られるように投入するステップを更に有する。当該方法は、各組が前記コンパレータの夫々のための閾値を有する複数のデータ取得フレームの夫々のための較正閾値の組を生成するステップを更に有し、該較正閾値の組は、少なくとも１つのデータ取得フレームの完了に基づき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の現在値に基づき生成される。当該方法は、夫々のデータ取得フレームについて夫々のコンパレータのための夫々のエネルギ閾値を用いてデータ取得フレーム毎に前記投入されるパルスの夫々をエネルギ弁別するステップを更に有する。当該方法は、前記較正電気パルスの夫々と前記較正閾値の夫々との間の関係に基づき前記閾値の夫々についてエネルギ閾値較正データを生成するステップを更に有する。

本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配置において、並びに様々なステップ及びステップの配置において具体化してよい。図面は単に、望ましい実施形態を例示するためのものであり、本発明を制限すると解釈されるべきではない。

複数の固定エネルギ閾値とともに、直接変換検出部の直接変換材料からのベースラインシフト場合にパルス整形部によって生成されるパルスを表す。 複数の固定エネルギ閾値とともに、直接変換検出部の直接変換材料からのベースラインシフトの存在下でパルス整形部によって生成されるパルスを表す。 閾値調整部及び／又は閾値較正部を備える撮像システムの例を図式化して示す。 閾値調整部の例を図式化して示す。 所定の固定エネルギ閾値の組とともに、所与のエネルギ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表す。 図５の所定の固定エネルギ閾値の組とともに、ベースラインによってシフトされた、テストパルスの組に対応するパルス整形部によって生成されるパルスを表す。 少なくとも閾値生成部を備える閾値較正部の例を図式化して示す。 閾値生成部の変形例を図式化して示す。 閾値生成部の変形例を図式化して示す。 閾値生成部の変形例を図式化して示す。 閾値生成部の変形例を図式化して示す。 閾値生成部の変形例を図式化して示す。 パルス整形部によって出力されるパルスにおける直接変換材料によるベースラインシフトの導入を軽減する方法を表す。 光子計数検出器とともに使用される閾値較正方法を表す。

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３２２_１、３２２_２、・・・、３２２_Ｎ（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３２０_１、３２０_２、・・・、３２０_Ｎ（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。

Claims (30)

1. 複数の直接変換検出器ピクセルを有し、撮像システムの試験領域を横断する放射線を検出し、検出された放射線を示す信号を生成する検出器アレイと、
   前記検出器アレイによって生成された前記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二者択一的に処理し、処理された前記検出された放射線又は前記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整形部と、
   前記テストパルスの組の高さ及び所定の固定エネルギ閾値の組に関連して前記テストパルスの組に対応する前記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シフトを示す閾値調整信号を生成するよう構成される閾値調整部と
   を有する撮像システム。
2. 前記閾値調整信号は、前記パルス及び前記テストパルスの高さの差に基づき決定される値を含む、
   請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記閾値調整信号及び関心のある閾値の所定の組に基づき弁別閾値の組を決定する閾値設定部
   を更に有する請求項２に記載の撮像システム。
4. 前記閾値調整信号は、前記ベースシフトを補償するよう前記関心のある閾値の所定の組を調整する、
   請求項３に記載の撮像システム。
5. 決定された前記弁別閾値の組に基づき前記検出された放射線を示す信号に対応する前記出力パルスをエネルギ弁別するよう構成される弁別部
   を更に有する請求項３又は４に記載の撮像システム。
6. 前記弁別部は、複数のコンパレータを有し、該コンパレータの夫々は、前記弁別閾値の組の異なる閾値と前記出力パルスの高さとを比較し、前記出力パルスの高さが対応する閾値を超えるかどうかを示す信号を生成する、
   請求項５に記載の撮像システム。
7. 前記試験領域を横断する前記放射線を放出するよう構成される放射線源と、
   前記放射線源を少なくとも、前記試験領域を横断する放射線放出が中断される状態へ遷移させるよう構成される放射線源制御部と
   を更に有し、
   前記閾値調整部は、
   放射線放出の状態を、前記試験領域を横断する放射線放出が中断される状態へ遷移させる信号を、前記放射線源制御部へ伝える放射線遮断部と、
   前記テストパルスの組を生成し、該パルスを、前記試験領域を通る放射線放出が中断される間前記パルス整形部へ投入するパルス生成部と、
   前記解析の結果に基づき前記ベースラインシフトを示す前記閾値調整信号を決定する調整決定部と
   を有する、
   請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の撮像システム。
8. 前記調整決定部は、前記所定の固定エネルギ閾値の組に対する前記テストパルスの高さ、及び前記所定の固定のエネルギ閾値の組に対する前記テストパルスの組に対応する前記出力パルスの高さが略同じとなるまで、１又はそれ以上の固定エネルギインクリメントを前記テストパルスの組に繰り返し加える、
   請求項７に記載の撮像システム。
9. 前記調整決定部は、前記所定の固定エネルギ閾値の組に対する前記テストパルスの高さ、及び前記所定の固定エネルギ閾値の組に対する前記テストパルスの組に対応する前記出力パルスの高さが略同じとなるまで、前記テストパルスの組に対応する前記出力パルスから１又はそれ以上の固定エネルギインクリメントを繰り返し減じる、
   請求項７に記載の撮像システム。
10. 前記閾値調整信号は、前記テストパルスの高さ及び該テストパルスの組に対応する前記出力パルスの高さを前記所定の固定エネルギ閾値の組に対して略同じとするのに使用されるインクリメントの数に基づき決定される、
    請求項８又は９に記載の撮像システム。
11. 入力パルスのうちの少なくとも２つが異なる高さを有し且つ該入力パルスの高さが既知のエネルギレベルに対応する一連のテスト入力パルスを処理することに応答して、撮像システムのパルス整形部の出力においてベースラインシフトを決定するステップと、
    前記ベースラインシフトを示す信号を生成するステップと、
    前記信号と、関心のある所定のパルスエネルギ弁別閾値の組とに基づき、ベースラインシフトを調整されたエネルギ弁別閾値の組を生成するステップと
    を有する方法。
12. 前記ベースラインシフトを決定する前に、
    スキャンデータが収集されるデータ取得フレームの第１のサブ部分の後に起こる前記データ取得フレームの第２のサブ部分の間に直接変換検出器アレイによるデータ収集を中断するステップと、
    前記第２のサブ部分の間に前記一連のテスト入力パルスを前記パルス整形部に投入するステップと、
    前記一連のテスト入力パルスに対応する前記パルス整形部の出力の高さ、前記一連のテスト入力パルスの高さ、及び関心のある固定閾値の組に基づき前記信号を生成するステップと
    を更に有し、
    前記パルス整形部の出力の高さと前記一連のテスト入力パルスの高さとの間の差は前記ベースラインシフトに対応する、
    請求項１１に記載の方法。
13. 所定の固定エネルギ閾値の組に対する前記一連のテスト入力パルスの高さが前記所定の固定エネルギ閾値の組に対に対する前記一連のテスト入力パルスに対応する前記パルス整形部の出力の高さと略等しくなるまで、前記一連のテスト入力パルスの高さを１又はそれ以上の固定エネルギインクリメントによって繰り返し増大させるステップ
    を更に有する請求項１２に記載の方法。
14. 所定の固定エネルギ閾値の組に対する前記一連のテスト入力パルスの高さが前記所定の固定エネルギ閾値の組に対に対する前記一連のテスト入力パルスに対応する前記パルス整形部の出力の高さと略等しくなるまで、前記一連のテスト入力パルスに対応する前記パルス整形部の出力の高さを１又はそれ以上の固定エネルギインクリメントによって繰り返し低減させるステップ
    を更に有する請求項１２に記載の方法。
15. 前記信号は、前記所定の固定エネルギ閾値の組に対する前記テスト入力パルスの高さ及び前記所定の固定エネルギ閾値の組に対する前記テスト入力パルスの組に対応する前記パルス整形部の出力の高さを略等しくするのに使用されるインクリメントの数に基づき決定される、
    請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 複数の直接変換検出器ピクセルを有し、撮像システムの試験領域を横断する放射線を検出し、検出された放射線を示す信号を生成する検出器アレイと、
    前記信号を処理し、処理された前記放射線のエネルギを示す高さを有するパルスを生成するよう構成されるパルス整形部と、
    コンパレータを備え、エネルギ閾値の組に基づき前記パルスをエネルギ弁別し、前記エネルギ閾値の組の各エネルギ閾値について、前記パルスの高さが当該エネルギ閾値を超えるかどうかを示す信号を生成するよう構成される弁別部と、
    前記弁別部によって出力された信号を処理し、各エネルギ閾値について、該信号が、前記パルスの高さが当該エネルギ閾値を超えることを示す場合をカウントするカウンタと、
    既知のエネルギレベルに対応する高さを有する入力較正電気パルスと較正閾値の組との間の関係を定めるエネルギ閾値較正データを、前記入力較正電気パルスを前記パルス整形部に投入し、１又はそれ以上のデータ取得フレームについて１又はそれ以上の回数前記較正閾値の夫々を閾値の対応する所定の範囲に対してインクリメント又はデクリメントし、前記較正閾値をインクリメント又はデクリメントするトリガとして１又はそれ以上のデータ取得フレームの完了を用いて閾値の夫々の変化について各閾値の対応するカウント値を解析することによって、生成する閾値較正部と、
    入来する放射線のエネルギと閾レベルとの間の関係、前記エネルギ閾値の組及び前記較正データに基づき、処理された信号に対応するカウントをエネルギ範囲に置いて、前記検出された放射線をエネルギ分解するエネルギビナーと
    を有する撮像システム。
17. 前記閾値較正部は、
    各データ取得フレームの後にインクリメント又はデクリメントするよう構成されるスキャンカウンタと、
    データ取得フレーム後の前記スキャンカウンタの現在値に基づき次のデータ取得フレームのために前記較正閾値の組を生成する閾値生成部と
    を有する、
    請求項１６に記載の撮像システム。
18. 同じ較正閾値が、データ取得フレームのための前記較正閾値の組における閾値の全てについて用いられる、
    請求項１７に記載の撮像システム。
19. 前記閾値較正部は、
    前記コンパレータの夫々のための異なる固定エネルギレベル値と、
    加算器と
    を更に有し、
    閾値生成部は、前記加算器を介してスキャンカウンタの現在値を前記コンパレータの夫々のための異なる固定エネルギレベル値に加えて、各閾値が異なる値を有する較正閾値の組を生成することによって、次のデータ取得フレームのための前記較正閾値の組を生成する、
    請求項１６に記載の撮像システム。
20. 閾値のための前記異なる固定エネルギレベル値は、当該閾値のための関心のある所定のエネルギ閾値レベルに対応する、
    請求項１９に記載の撮像システム。
21. 閾値のための前記異なる固定エネルギレベル値は、当該閾値のための関心のあるオフセットに対応する、
    請求項１９に記載の撮像システム。
22. 前記閾値較正部は、
    所定数のデータ取得フレームの後にトリガ信号を生成し、該トリガ信号を前記スキャンカウンタへ伝えるフレームカウンタ
    を更に有し、
    前記スキャンカウンタは、前記トリガ信号の受信に応答してインクリメント又はデクリメントし、前記閾値生成部は、各データ取得フレーム後の前記スキャンカウンタの現在値に基づき次のデータ取得フレームのために前記較正閾値の組を決定する、
    請求項１９乃至２１のうちいずれか一項に記載の撮像システム。
23. 夫々が既知のエネルギレベルに対応し且つ異なる高さを有する較正電気パルスの組を生成するステップと、
    前記較正電気パルスの組を夫々エネルギ弁別部のコンパレータの入力部に投入するステップと、
    各組が前記コンパレータの夫々のための閾値を有する複数のデータ取得フレームの夫々のための較正閾値の組を、少なくとも１つのデータ取得フレームの完了に基づき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の現在値に基づき生成するステップと、
    夫々のデータ取得フレームについて夫々のコンパレータのための夫々のエネルギ閾値を用いてデータ取得フレーム毎に前記投入されるパルスの夫々をエネルギ弁別するステップと、
    前記較正電気パルスの夫々と前記較正閾値の夫々との間の関係に基づき前記閾値の夫々についてエネルギ閾値較正データを生成するステップと
    を有する方法。
24. 前記スキャンカウンタは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、
    請求項２４に記載の方法。
25. 前記スキャンカウンタは、所定数のデータ取得フレーム後にインクリメント又はデクリメントされる、
    請求項２４に記載の方法。
26. 前記エネルギ閾値較正データを生成するよう前記スキャンカウンタの現在値に所定の固定値を加えるステップ
    を更に有する請求項２５又は２６に記載の方法。
27. 前記固定値はコンパレータ毎に同じである、
    請求項２７に記載の方法。
28. 前記固定値は少なくとも２つのコンパレータについて異なる、
    請求項２７に記載の方法。
29. 撮像システムの光子計数検出器アレイの各ピクセルについて前記較正データを決定するステップ
    を更に有する請求項２３乃至２８のうちいずれか一項に記載の方法。
30. 少なくとも対象又は検体のスキャンの前に前記較正データを自動的に決定するステップ
    を更に有する請求項２３乃至２９のうちいずれか一項に記載の方法。

Images