JP2015516832A - 光子計数検出器を備える撮像システムによる従来型のイメージング - Google Patents
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Abstract
撮像システム(600)は、検査領域を横断する多色放射線を発する放射線源(608)と、麻痺型光子計数検出器ピクセル(611)を含み、検査領域において放射線源に対向する検出器アレイ(610)とを有し、麻痺型光子計数検出器ピクセルは、検査領域を横断して自身を照射する放射線の光子を検出して、検出された光子の夫々を示す信号を生成する。出力光子計数率対入力光子計数率マップ(626)は、検出器ピクセルの複数の入力光子計数率を検出器ピクセルの単一の出力光子計数率へマッピングする少なくとも1つのマップを含み、入力光子計数率決定部(624)は、マップの複数の入力光子計数率のうちの1つの入力光子計数率を検出器ピクセルのための正確な入力光子計数率と認定する。再構成部は、認定された入力光子計数率に基づき信号を再構成する。
Description
下記は、概して、光子計数検出器を備える撮像システムによる従来型のイメージングに関し、コンピュータ断層撮影法(CT)への特定の適用を見出す。しかしながら、下記は、制限なしに、X線及びマンモグラフィを含む他のイメージングにも適する。
従来型の(積分型の)コンピュータ断層撮影(CT)スキャナは、回転フレームによって支持されるX線管を含む。回転フレーム、従って、X線管は、検査領域の周囲を回転し、X線管は、検査領域並びにその中に置かれている被検者及び/又は対象を横断する多色放射線を発する。放射線感受性検出器は、検査領域においてX線管に対向して配置され、検査領域並びに被検者及び対象を横断する放射線を検出する。放射線感受性検出器は、シンチレータ/フォトセンサに基づくピクセルのような積分検出器ピクセルの一次元又は二次元のアレイを、対応する積分電気回路とともに含む。一般に、シンチレータは、入射光子を吸収することに応答して光を生成し、フォトセンサは、光を受けることに応答して、吸収された光子を示す電荷を生成し、積分電気回路は、電荷を累積し、検出された放射線を示す投影データを生成する。
再構成部は、投影データを再構成し、被検者及び/又は対象を示す体積画像データを生成する。画像プロセッサは、体積画像データを処理し、被検者及び/又は対象を示す1以上の画像を生成するために使用され得る。一般に、体積画像データ/画像は、相対放射線濃度に対応するグレースケール値に関して表されるボクセル/ピクセルを含む。そのような情報は、スキャンされる被検者及び/又は対象のX線減衰特性を反映し、一般に、被検者内の解剖学的構造、無生物の対象内の物理的構造、等のような構造を示す。しかし、物質による光子の吸収は、その物質を横断する光子のエネルギに依存するので、検出される放射線は、組織及び/又は物質の元素組成(例えば、原子番号)を示す付加的な情報を提供するスペクトル情報を更に含む。あいにく、従来型の(積分型の)CTにおいて生成される体積画像データは、検出器によって生成される信号が、エネルギスペクトルにわたって積分されるエネルギフルエンスに比例するので、スペクトル特性を反映しない。
スペクトルCTスキャナは、上記の構成要素に加えて、検出される放射線のスペクトル特性を捕捉する1又はそれ以上の構成要素を含む。そのような構成要素の例は、テルル化カドミウム(CdTe)、テルル化カドミウム亜鉛(CZT)又は同様のもののような直接変換型半導体材料及び対応するプロセッシング回路を含む光子計数検出器である。そのような検出器によれば、夫々のピクセルは、自身が検出する夫々の光子について電気信号を生成し、電気信号は、その光子のエネルギを示す。増幅器は信号を増幅し、信号成形部は、増幅された信号を成形し、光子のエネルギを示す高さ又はピークを有する電気パルスを形成する。弁別器は、パルスの振幅を、X線管の平均放射レベルに対応する異なるエネルギレベルに従って設定される1又はそれ以上のエネルギ閾値と比較する。カウンタは、夫々の閾値について、振幅がその閾値を超える回数を数え、ビナーは、回数に基づき、検出された光子をエネルギ範囲にビニングする又は割り当てる。結果として得られるエネルギ分解された被検出放射線は、スペクトル及び/又は従来型の再構成アルゴリズムを用いて再構成され、スペクトル及び/又は従来の画像データ及び/又は画像を生成することができる。
CdTe又はCZTに基づく光子計数検出器の挙動は、センサ及び検出器エレクトロニクスに依存して麻痺型(paralyzable)検出器モデル又は非麻痺型検出器モデルのいずれかを用いて、十分な精度でモデル化され得る。以下で、我々は、麻痺型検出器モデルによって記載され得る検出器システムにおける出力計数率の曖昧な測定からの入射率の再構成の問題について議論する。一般に、麻痺型検出器は、夫々の検出された光子が非ゼロ(例えば、10乃至100ナノ秒)の分解又は不感時間を有し、それにより、他の光子が不感時間に検出される場合に、検出器が個々の光子検出を分解することできず、結果として得られるパルスが個々のパルスの振幅及びそれらの到着の間の時間差に依存した振幅を有するものである。不感時間は、成形部によって生成されるパルスの幅の関数であり、麻痺型検出器の出力光子計数率は、毎時間の入射X線光子の数(入射光子計数率)及び不感時間の関数である。出力光子計数率は、式1において示されるように表され得る:
式1: m=r・e−r・τ
ここで、mは、出力光子計数率を表し、rは、入力光子計数率を表し、τは、不感時間を表す。この挙動の例は、図1において曲線100により図式的に示されており、y軸102は、平均出力光子計数率mを表し、x軸104は、不感時間τの関数として入力光子計数率rを表す。図1において、曲線100のピーク106は、rMAX=1/τに対応する入力光子計数率110で起こる最大出力光子計数率108に相当する。最大光子計数率108より小さい出力光子計数率(例えば、出力光子計数率112)については、rMAXよりも小さい入力光子計数率及びrMAXよりも大きい入力光子計数率を含む2つの起こり得る入力光子計数率が存在する。
式1: m=r・e−r・τ
ここで、mは、出力光子計数率を表し、rは、入力光子計数率を表し、τは、不感時間を表す。この挙動の例は、図1において曲線100により図式的に示されており、y軸102は、平均出力光子計数率mを表し、x軸104は、不感時間τの関数として入力光子計数率rを表す。図1において、曲線100のピーク106は、rMAX=1/τに対応する入力光子計数率110で起こる最大出力光子計数率108に相当する。最大光子計数率108より小さい出力光子計数率(例えば、出力光子計数率112)については、rMAXよりも小さい入力光子計数率及びrMAXよりも大きい入力光子計数率を含む2つの起こり得る入力光子計数率が存在する。
従来の画像データを生成するよう出力光子計数率112に対応するデータを正確に再構成するために、データに対応する正確な入力光子計数率114又は116が認知される必要がある。不正確な入力光子計数率によるデータの再構成は、アーティファクトを画像に導入する。これは、画像を、診断目的に適さないものにならしめることがある。一例として、図2は、従来の積分型検出器についてシミュレーションデータから再構成された画像を示し、図3は、正確な入力光子計数率が認知されている計数検出器についてシミュレーションデータから再構成された画像を示す。視覚的に図3の画像は、図2の画像と極めて類似しているが、わずかにより高いノイズレベルを有する点に留意されたい。対照的に、図4は、rが全ての場合でrMAXよりも大きいとの仮定の下で計数検出器についてシミュレーションデータから再構成された画像を示し、図5は、rが全ての場合でrMAXよりも小さいとの仮定の下で計数検出器についてシミュレーションデータから再構成された画像を示す。図4及び図5は、不正確な入力光子計数率による画像の再構成がアーティファクトを導入することを視覚的に示す。
本願で記載される態様は、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、検査領域を横断する多色放射線を発する放射線源と、麻痺型光子計数検出器ピクセルを含み、前記検査領域において前記放射線源に対向する検出器アレイとを有し、前記麻痺型光子計数検出器ピクセルは、前記検査領域を横断して自身を照射する前記放射線の光子を検出し、該検出された光子の夫々を示す信号を生成する。出力光子計数率対入力光子計数率マップは、前記麻痺型光子計数検出器ピクセルの複数の入力光子計数率を前記麻痺型光子計数検出器ピクセルの単一の出力光子計数率へマッピングする少なくとも1つのマップを含み、入力光子計数率決定部は、前記マップの前記複数の入力光子計数率のうちの1つの入力光子計数率を前記麻痺型光子計数検出器ピクセルのための正確な入力光子計数率と認定する。再構成部は、前記認定された入力光子計数率に基づき前記信号を再構成する。
他の態様において、方法は、入力光子計数率で光子を受けている麻痺型光子計数検出器ピクセルの出力信号を受信するステップを有する。当該方法は、検出器ピクセルの出力光子計数率を決定するステップを更に有する。当該方法は、前記出力光子計数率についての複数の候補となる入力光子計数率から、前記出力光子計数率及び前記検出器ピクセルに対応する入力光子計数率として入力光子計数率を認定するステップを更に有する。当該方法は、前記認定された入力光子計数率に基づき前記出力信号を再構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、且つ、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、好ましい実施形態を説明するためだけであり、本発明を制限するものとして解釈されるべきでない。
下記は、従来型(非スペクトル)撮像システムにより生成される画像の画像品質と同じようである画像品質を画像が有する麻痺型光子計数検出器を備えたスペクトル撮像システムによる従来画像を生成するアプローチについて記載する。
最初に、図6を参照すると、例となるスペクトルCTスキャナ600が表されている。CTスキャナ600は、大体において固定されたガントリ602と、固定ガントリ602によって回転自在に支持され、z軸に関して検査領域606の周囲を回転する回転ガントリ604とを有する。X線管のような放射線源608は、回転ガントリ604によって回転自在に支持され、回転ガントリ604と共に回転し、検査領域606を横断する多色放射線を発する。
放射線感受性検出器アレイ610は、検査領域606越しに放射線源608に相対して角度円弧を定める。放射線感受性検出器アレイ610は、検査領域606を横断する放射線を検出し、それを示す信号を夫々の検出された光子について生成する。表されている実施形態では、放射線感受性検出器アレイ610は、CdTe、CZT、及び/又は他の麻痺型直接変換材のような直接変換材を含む光子計数検出器ピクセル611の一次元又は二次元のアレイを備えた光子計数検出器アレイである。
夫々の検出器ピクセル611について、任意の増幅器612は信号を増幅する。成形部614は、増幅された信号を処理し、検出された光子のエネルギを示す電圧又は他のパルスのようなパルスを生成する。弁別器616は、パルスをエネルギ弁別する。表されている例では、エネルギ弁別器616は、パルスの振幅を、関心のある異なるエネルギに対応する異なるエネルギ閾値と比較する1又はそれ以上のコンパレータ618を有する。弁別器616は、夫々の閾値について、振幅がその閾値を超えるかどうかを示す出力(例えば、ハイ又はロー、0又は1、等)を生成する。
カウンタ620は、弁別器616の出力に基づき夫々の閾値についてカウント値をインクリメントする。例えば、特定の閾値についてのコンパレータ618の出力が、パルスの振幅が対応する閾値を超えることを示す場合に、その閾値についてのカウント値はインクリメントされる。ビナー622は、信号をエネルギビニングし、従って、光子は、カウントに基づき2又はそれ以上のエネルギビンに割り当てられる。一般に、エネルギビンは、エネルギ範囲又は窓を包囲する。例えば、ビンは、2つの閾値の間でエネルギ範囲について定義されてよく、高い方の閾値についてではなく低い方の閾値についてのカウントをもたらす光子がそのビンに割り当てられる。
入力光子計数率決定部624は、複数の候補となる入力光子計数率の中から、r<rMAX(図1)に対応する第1のサブマップ6261と、r>rMAX(図1)に対応する第2のサブマップ6262とを含む少なくとも1つの出力光子計数率対入力光子計数率マップ626からの各積分期間につき、正確な入力光子計数率を決定する。マップ626は、既知の減衰特性の組織等価材の様々な厚さを用いる一連の較正スキャン及び/又は異なる既知のフラックスを用いるエアスキャンに基づき生成され得る。
以下でより詳細に記載されるように、入力光子計数率決定部624は、積分期間の間に閾値を超える光子の検出に応答して生成される時間量パルス、積分期間における検出されたパルスパイルアップの数、異なる既知の放射線感受性面積を有する異なる検出器についての入力光子計数率の比、異なる放射線源放射フラックスについての入力光子計数率の比、サイノグラムに基づく推定、エネルギビンのカウント値の分布、及び/又は他を含むがそれらに限られない1又はそれ以上のアプローチに基づき、正確な入力光子計数率を決定する。
再構成部628は、入力光子計数率決定部624によって決定された入力光子計数率に基づきデータを構成し、1又はそれ以上の従来画像を生成するよう処理され得る体積画像を生成する。ここで論じられるように、複数の候補となる入力光子計数率のうちの正確な1つを用いてデータを再構成することは、不正確な入力光子計数率に基づきデータを再構成することによって導入されるアーティファクトを軽減し、従来型のCTスキャナにより生成される画像の画像品質に相当する画像品質を有する画像の生成を助ける。
カウチのような被検者支持体630は、検査領域において対象又は被験者を支持する。汎用のコンピュータシステム又はコンピュータは、オペレータコンソール632として機能する。コンソール632は、モニタのような人が読める出力装置と、キーボード、マウス、等のような入力装置とを有する。コンソール632にあるソフトウェアは、オペレータがグラフィカルユーザインターフェース(GUI)を介して又は別なふうにスキャナ600と相互作用し及び/又はそれを操作することを可能にする。
図7は、検出器ピクセル611の1つについて入力光子計数率決定部624の限定されない例を表す。
成形部700は、検出器ピクセル611から出力信号を受信し、夫々の検出された光子について、その検出された光子のエネルギを示すピーク高さを有する電圧又は他のパルスのようなパルスを生成する。コンパレータ702は、パルスの振幅を光子検出識別閾値(THPDI)704と比較し、振幅が閾値を超えるかどうかを示す出力(例えば、ハイ又はロー、0又は1、等)を生成する。一例において、閾値704の値は、検出器ピクセル611のノイズレベルであるか、又はまさにそれを上回る。これは、検出された光子とノイズとの間の弁別を容易にする。
カウンタ706は、コンパレータ702の出力が、出力が閾値704を下回ることを示すことから、出力が閾値704を超えたことを示すことへ遷移する度に、カウント値をインクリメントする。ここで論じられるように、そのような遷移は、個別の光子検出又は複数のパイルアップ(重複)光子を示してよい。カウンタ706は、例えば、積分期間(IP)トリガ信号を受信すると、夫々の積分期間をリセットし、対応する積分期間についての出力光子計数率の指標であるカウント値を出力する。積分期間の時間は測定可能であり、あるいは、所定の静的な値が使用され得る。
つかの間図8及び図9を参照すると、パルスパイルアップに起因して、同じ被測定出力光子計数率をもたらす2つの異なる入力光子計数率の例が、示されている。図8で、所定の時間期間(例えば、積分期間)内の6つの光子の低めの入力光子計数率は、個々に分解され得ないように重なり合う被検出光子のうちの2つについてのパルスにより、5つの光子の出力光子計数率をもたらす。図9において、同じ時間期間内の15個の光子の高めの入力光子計数率は、個々に分解され得ない重なり合うパルスにより、同じ時間期間の5つの光子の出力光子計数率をもたらす。結果として、マップ626の複数の候補となる入力光子計数率のうちの正確な入力光子計数率は、測定される出力光子計数率から決定され得ない。
図7に戻ると、タイマ708は、閾値704が超えられることをコンパレータ702の出力の振幅が示す時間の量を計時する。すなわち、タイマ708は、コンパレータ702の出力が閾値704以上になることに応答してアクティブにされ、出力が閾値704を下回るまで持続する。タイマ708は、例えば、IPトリガ信号を受信すると、夫々の続く積分期間をリセットし、ToT(Time over Threshold)値を出力する。つかの間図10を参照すると、ToT曲線1000が、入力光子計数率の関数として図式的に表されており、y軸1002は、1つの積分期間内のToT値を表し、x軸1004は、入力光子計数率を表す。図示されるように、ToTは、一度でもrMAXが到達されて超えられると、被測定出力光子計数率(図1)とは異なり、単調増加する。
図7に戻ると、ロジック710は、ToT値を受け取り、それをToTレベル(THTOTL)712と比較し、ToT値が閾値712を下回ることに応答して正確なサブマップとしてサブマップ6261を、又はToT値が閾値712を満たすか若しくは超えることに応答して正確なサブマップとしてサブマップ6262を認定する。ロジック710は、サイノグラムに対応する二次元マトリクスをポピュレートする。それは、サイノグラムにおける各データ点について正確なサブマップを示す。
この実施形態では、ロジック710は、再構成のための入力光子計数率を取得するためにマトリクス、被測定出力光子計数率、及びマップ626を利用する。他の実施形態では、再構成部628、コンソール632、及び/又は他の構成要素は、再構成のための入力光子計数率を取得するためにマトリクス、被測定出力光子計数率、及びマップ626を利用する。そのような実施形態では、カウンタ706は、入力光子計数率決定部624から省略され得る。簡潔さ及び明りょうさのために、カウンタ706は、下記の実施形態では図示されず、それと共に含まれ得る。含まれる場合に、ロジックは、下記の実施形態で、入力光子計数率を決定するよう図7に関して論じられたように、及び/又は別なふうに、その出力を用いることができる。
図11は、入力光子計数率決定部624の他の限定されない例を表す。この例では、成形部1100及びコンパレータ1102は、実質的に、図7の成形部700及びコンパレータ702と同じように動作する。しかしながら、この例では、コンパレータ1102は、成形部1100の出力振幅を、放射線源の放射電圧よりも大きい値を有するパルスパイルアップ識別閾値(THPPI)1104と比較する。そのようなものとして、成形部1100の出力の振幅は、個々のパルスが重なり合って、THPPIを越える振幅を生成するように結合するパルスパイルアップ事象が存在する場合にのみ、THPPIを超えるであろう。カウンタ1106は、パルスパイルアップ事象を数え、ロジック1108は、カウント値をパルスパイルアップ閾値(THPPL)1110と比較する。ロジック1108は、実質的に、図7のロジック710と同じように動作し、少なくとも、比較に基づき正確なサブマップを特定する。
図12は、異なるサイズの放射線感受性面積を有する少なくとも2つの検出器ピクセル1202及び1204に関連して、入力光子計数率決定部624の限定されない例を概略的に表す。この例では、第1のプロセッシングチェーン1206は、検出器ピクセル1202に対応するデータを処理し、第2のプロセッシングチェーン1208は、検出器ピクセル1204に対応するデータを処理する。プロセッシングチェーン1206及び1208は夫々、成形部1210及び1212と、コンパレータ1214及び1216と、カウンタ1218及び1220とを有する。これらは、実質的に、図7の成形部700、コンパレータ702、及びカウンタ706と同じように動作する。コンパレータ1214及び1216は、図7若しくは図11の閾値と同じ閾値(TH)、又は異なる閾値を用いることができる。
この例では、検出器ピクセル1202は、検出器ピクセル1204の放射線感受性面積のサイズのx倍である放射線感受性面積を有する(ただし、xは、ゼロよりも大きい実数である。)。両方の検出器ピクセル1202及び1204は、平方メートル(mm2)ごとに同じ入力光子計数率(IPCR)によって照射されるが、それらの異なるサイズの放射線感受性面積に起因して、それらは異なるIPCRを経験するであろう。すなわち、より小さい面積の検出器ピクセル1204はIPCRsを経験し、より大きい面積の検出器ピクセル1202はIPCRb=x・IPCRsを経験する。そのようなものとして、カウンタ1218及び1220によって測定される2つの異なる出力光子計数率(OPCR)、すなわち、mb及びmsが存在する。IPCRsは、式2において示されるように表され得る:
式2: IPCRs=ln(ms/xmb)/(1−x)τ
そして、IPCRbは、式3において示されるように表され得る:
式3: IPCRb=x・IPCRs。
この例では、出力光子計数率対入力光子計数率マップ626は、異なるサイズの検出器ピクセル1202及び1204について別個のマップを含むことができ、あるいは、別個のマップ626が、異なるサイズの検出器ピクセル1202及び1204について作成され得る。ロジック1222は、式3を満足する入力光子計数率を選択することによって、測定mb及びmsと、検出器ピクセル1202及び1204の出力光子計数率対入力光子計数率マップ626とから、正確な入力光子計数率を決定する。より小さい面積の検出器ピクセル1204が常に、rMAXを下回る入来率を検出する場合に、明確な解が入力光子計数率について存在する。
式2: IPCRs=ln(ms/xmb)/(1−x)τ
そして、IPCRbは、式3において示されるように表され得る:
式3: IPCRb=x・IPCRs。
この例では、出力光子計数率対入力光子計数率マップ626は、異なるサイズの検出器ピクセル1202及び1204について別個のマップを含むことができ、あるいは、別個のマップ626が、異なるサイズの検出器ピクセル1202及び1204について作成され得る。ロジック1222は、式3を満足する入力光子計数率を選択することによって、測定mb及びmsと、検出器ピクセル1202及び1204の出力光子計数率対入力光子計数率マップ626とから、正確な入力光子計数率を決定する。より小さい面積の検出器ピクセル1204が常に、rMAXを下回る入来率を検出する場合に、明確な解が入力光子計数率について存在する。
図13は、入力光子計数率決定部624の他の限定されない例を概略的に表す。この例では、成形部1300、コンパレータ1302、及びカウンタ1304は、図7の成形部700、コンパレータ702、及びカウンタ706と実質的に同じように動作する。しかしながら、この例では、入力光子計数率決定部624は、夫々の積分期間に少なくとも2つの異なる成形時間の間で成形部1300の成形時間を切り替える成形部コントローラ1306を更に有する。限定されない例として、一例において、成形部コントローラ1306は、τ1とτ2との間で成形時間を切り替える。結果として、τ1及びτ2の夫々について1つずつである夫々の検出器ピクセルについての2つの異なるrMAX及び2つの曲線100(図1)が存在する。加えて、2つの異なる出力光子計数率(例えば、m1及びm2)が存在する。ロジック1308は、式4において示されるように、τ1、τ2、m1及びm2に基づき入力光子計数を決定する:
式4: IPCR=ln(m2/m1)/(τ1−τ2)
ここで、mi=IPCRexp(−IPCRτi)及びi=1,2である。一例において、τ1又はτ2の値は、rMAXが入力光子計数率よりも大きいようなものであり、これは、入力光子計数率について明確な解を可能にする。代替の実施形態では、第2のカウンタは、エネルギ弁別及び短い方のτによらずに実施され得る。
式4: IPCR=ln(m2/m1)/(τ1−τ2)
ここで、mi=IPCRexp(−IPCRτi)及びi=1,2である。一例において、τ1又はτ2の値は、rMAXが入力光子計数率よりも大きいようなものであり、これは、入力光子計数率について明確な解を可能にする。代替の実施形態では、第2のカウンタは、エネルギ弁別及び短い方のτによらずに実施され得る。
上記の変形例で、成形部1300は、複数のサブ成形部を有し、サブ成形部の少なくとも2つは、異なる静的な又は切り替え可能な成形時間を有する。一例において、複数のサブ成形部のうちの少なくとも2つは、コンパレータ1302及び/又はカウンタ1304を共有する。他の例では、コンパレータ1302及び/又はカウンタ1304は夫々、2又はそれ以上のサブコンパレータ及び/又はサブカウンタを有し、複数のサブ成形部のうちの少なくとも2つの出力は、異なるサブコンパレータ及び/又はカウンタによって処理される。更なる他の変形では、入力光子計数率決定部624は、2又はそれ以上のデータパイプライン又はチェーンを含み、夫々が異なる成形部1300、異なるコンパレータ1302及び/又は異なるカウンタ1304を有する。
図14は、入力光子計数率決定部624の他の限定されない例を概略的に表す。この例では、成形部1400、コンパレータ1402、及びカウンタ1404は、図7の成形部700、コンパレータ702、及びカウンタ706と実質的に同じように動作する。この例では、撮像システム600は、スキャニングの間に少なくとも2つの異なるレベルの間で放射線源608のX線フラックスを切り替えるよう構成される源コントローラ1406を更に有する。一般に、入来率の低下は、長い時間期間において高いフラックスにある信号と比較して、率rがrMAXをはるかに下回る場合は出力計数率mの低下をもたらし、rがrMAXをはるかに上回る場合は出力計数率mの増大をもたらす。図12に関連して上述された異なる面積を有する2つのピクセルを用いることと同様に、少なくとも2つの異なるフラックスの夫々は、対応する異なる出力光子計数率(例えば、mh及びml)を有し、ロジック1408は、式5及び式6において示されるようにml及びmsに基づき入力光子計数率を決定することができる:
式5: IPCRl=ln(ms/xml)/(1−x)τ
式6: IPCRs=x・IPCRl
ここで、xは、2つの異なるフラックス速度の比を表す。
式5: IPCRl=ln(ms/xml)/(1−x)τ
式6: IPCRs=x・IPCRl
ここで、xは、2つの異なるフラックス速度の比を表す。
他の例では、エネルギビンにおける光子のカウント数の分布が、入来率rの指標として使用され得るパルスアップの量を推定するために使用される。これは、図15に関連して記載される。図15は、図1に加えて、ビンを定義する2つの異なるカウンタの間の差に対応するビン内のカウントを表す第2の曲線1500を含む。曲線1500は、曲線1500がパルスパイルアップの増大により低下し始める点まで、IPCRの増大と共に増大する点に留意されたい。そのようなものとして、1又はそれ以上のエネルギビンのカウント値は、モニタされ、夫々の積分期間内で夫々の検出器ピクセルについての正確な入力光子計数率を決定するのを助けるために使用され得る。
他の例では、あらゆる検出器ピクセルのための決定は、サイノグラムを見て、予備的知識を用いることによって、行われる。例えば、一例において、高フラックス条件は、サイノグラムの周囲にあると推定されてよく、低フラックス条件は、サイノグラムの中心領域にあると推定されてよい。
他の実施形態では、ここで論じられているアプローチ及び/又は1以上の他のアプローチの組み合わせが、夫々の積分期間内で夫々の検出器ピクセルについての入力光子計数率を決定するのを助けるために使用され得る。
図16は、ここで記載される実施形態に従う方法の例を表す。
当然ながら、ここで記載される方法における動作の順序は制限されない。そのようなものとして、他の順序がここ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。
1602で、対象及び/又は被検者は、直接変換材に基づく光子計数検出器を含む撮像システムによりスキャンされ、スキャンされた対象及び/又は被検者を示す投影データが生成される。
1604で、1以上の出力光子計数率対入力光子計数率マップが取得され、マップは、夫々の出力光子計数率について少なくとも2つの入力光子計数率を含む。
1606で、少なくとも2つの入力光子計数率のうちの1つは、ここで記載される実施形態の1又はそれ以上を用いて、夫々の積分期間に、夫々の検出器ピクセルについての正確な入力光子計数率として認定される。
1608で、投影データは、認定された入力光子計数率に基づき再構成される。
本発明は、好ましい実施形態を参照して記載されてきた。変更及び代替は、上記の詳細な説明を読んで理解することで当業者に想到可能である。本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等の適用範囲内にある限り全てのそのような全ての変更及び代替を含むと解釈されることが意図される。
Claims (23)
- 検査領域を横断する多色放射線を発する放射線源と、
前記検査領域を横断して麻痺型光子計数検出器ピクセルを照射する前記放射線の光子を検出し、該検出された光子の夫々を示す信号を生成する前記麻痺型光子計数検出器ピクセルを含み、前記検査領域において前記放射線源に対向する検出器アレイと、
前記麻痺型光子計数検出器ピクセルの複数の入力光子計数率を前記麻痺型光子計数検出器ピクセルの単一の出力光子計数率へマッピングする少なくとも1つのマップを含む出力光子計数率対入力光子計数率マップと、
前記マップの前記複数の入力光子計数率のうちの1つの入力光子計数率を前記麻痺型光子計数検出器ピクセルのための正確な入力光子計数率と認定する入力光子計数率決定部と、
前記認定された入力光子計数率に基づき前記信号を再構成する再構成部と
を有する撮像システム。 - 前記入力光子計数率決定部は、
前記信号を受信し、前記検出された光子についてパルスを生成し、夫々のパルスが、対応する検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有する、成形部と、
前記成形部の出力の振幅をパルス識別閾値と比較し、前記振幅が前記パルス識別閾値を下回るのか、それとも超えるのかを示す値を出力するコンパレータと、
前記コンパレータの出力に基づき、夫々の積分期間について、前記パルスが前記パルス識別閾値を超える時間の量を決定するタイマと、
積分期間ごとの前記決定された時間の量を入力光子ToTレベルと比較し、該比較に基づき、前記決定された時間の量が前記入力光子ToTレベルを下回るか、それとも上回るかを示すデータを生成するロジックと
を有する、請求項1に記載の撮像システム。 - 前記マップは、前記複数の入力光子計数率の第1を含む1つと、前記複数の入力光子計数率の第2を含む1つとである少なくとも2つのサブマップを含む、
請求項2に記載の撮像システム。 - 前記ロジックは、夫々の測定された出力計数率について認定サブマップを示す夫々の測定された出力計数率についてのエントリを有する第1の二次元マトリクスを生成する、
請求項3に記載の撮像システム。 - 前記入力光子計数率決定部は、
夫々の積分期間について前記パルスが前記パルス識別閾値を超えることを前記コンパレータの出力が示す回数を数え、それに基づき出力光子計数率を生成するカウンタ
を更に有し、
前記ロジックは、前記決定された時間の量が前記ToTレベルを下回るか、それとも上回るかを示す前記データと、前記出力光子計数率とに基づき、前記1つの入力光子計数率を認定する、
請求項2乃至4のうちいずれか一項に記載の撮像システム。 - 前記ロジックは、夫々の測定された出力計数率について前記認定された入力光子計数率を示す夫々の測定された出力計数率についてのエントリを有する第1の二次元マトリクスを生成する、
請求項5に記載の撮像システム。 - 前記入力光子計数率決定部は、
前記信号を受信し、前記検出された光子についてパルスを生成し、夫々のパルスが、対応する検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有する、成形部と、
前記成形部の出力の振幅を、前記放射線源の最大放射エネルギよりも高いエネルギに対応する値を有するパルスパイルアップ閾値と比較し、前記振幅が前記パルスパイルアップ閾値を下回るのか、それとも超えるのかを示す値を出力するコンパレータと、
夫々の積分期間内で前記振幅が前記パルスパイルアップ閾値を超えることを前記コンパレータの出力が示す回数を数え、それを示すパイルアップ計数値を出力するカウンタと、
前記パイルアップ計数値をパルスパイルアップレベル閾値と比較し、該比較に基づき、前記パイルアップ計数値が前記パルスパイルアップレベル閾値を下回るか、それとも上回るかを示すデータを生成するロジックと
を有し、
前記データは、前記複数の入力光子計数率の中から前記1つの入力光子計数率を認定する、
請求項1に記載の撮像システム。 - 前記入力光子計数率決定部は、
第1のプロセッシングチェーンと、
第2のプロセッシングチェーンと、
ロジックと
を有し、
前記第1のプロセッシングチェーンは、
第1の検出器ピクセルが第1の複数の被検出光子を検出することに応答して前記第1の検出器ピクセルによって生成される第1の信号を受信し、積分期間の間の前記第1の複数の被検出光子のエネルギを示す第1のパルスを出力する第1の成形部と、
前記第1のパルスの振幅をパルス検出閾値と比較し、前記第1のパルスの振幅が前記パルス検出閾値を超えるかどうかを示す第1のパルス検出信号を出力する第1のコンパレータと、
前記第1のパルスの振幅が前記パルス検出閾値を超えることを前記第1のコンパレータの出力が示す回数を数え、第1の出力光子計数率を出力する第1のカウンタと
を有し、
前記第2のプロセッシングチェーンは、
前記第1の検出器ピクセルよりも小さい放射線感受性検出面積を有する第2の検出器ピクセルが第2の複数の被検出光子を検出することに応答して前記第2の検出器ピクセルによって生成される第2の信号を受信し、前記積分期間の間の前記第2の複数の被検出光子のエネルギを示す第2のパルスを出力する第2の成形部と、
前記第2のパルスの振幅を前記パルス検出閾値と比較し、前記第2のパルスの振幅が前記パルス検出閾値を超えるかどうかを示す第2のパルス検出信号を出力する第2のコンパレータと、
前記第2のパルスの振幅が前記パルス検出閾値を超えることを前記第2のコンパレータの出力が示す回数を数え、第2の出力光子計数率を出力する第2のカウンタと
を有し、
前記ロジックは、前記第1の出力光子計数率及び前記第2の出力光子計数率に基づき前記入力光子計数率を認定する、
請求項1に記載の撮像システム。 - 前記第1の検出器ピクセル及び前記第2の検出器ピクセルは、同じ検出器ピクセルである、
請求項8に記載の撮像システム。 - 前記第1の検出器ピクセル及び前記第2の検出器ピクセルは、異なる検出器ピクセルである、
請求項8に記載の撮像システム。 - 前記ロジックは更に、前記第2の検出器ピクセルの放射線感受性検出面積のサイズに対する前記第1の検出器ピクセルの放射線感受性検出面積のサイズの比に基づき、前記正確な入力光子計数率を決定する、
請求項8に記載の撮像システム。 - 前記入力光子計数率決定部は、
検出された光子ごとの前記信号を受信し、積分期間の間に複数の検出された光子について前記検出された光子のエネルギを示すパルスを生成する成形部と、
2つの連続的な積分期間の合間に、少なくとも2つの異なる成形時間の間で前記成形部の成形時間を切り替える成形部コントローラと、
前記成形部の出力の振幅を閾値と比較し、前記振幅が前記閾値を超えるかどうかを示す信号を出力するコンパレータと、
前記振幅が前記閾値を超えることを前記コンパレータの出力が示す回数を数え、前記少なくとも2つの異なる成形時間のうちの第1の成形時間についての第1の出力光子計数率と、前記少なくとも2つの異なる成形時間のうちの第2の成形時間について第2の出力光子計数率とを出力するカウンタと、
前記第1の成形時間、前記第2の成形時間、前記第1の出力光子計数率、及び前記第2の出力光子計数率に基づき前記入力光子計数率を認定するロジックと
を有する、請求項1に記載の撮像システム。 - 前記入力光子計数率決定部は、
検出された光子ごとの前記信号を受信し、積分期間の間に複数の検出された光子について前記検出された光子のエネルギを示す第1のパルスを生成する、第1の成形時間を有する第1の成形部と、
検出された光子ごとの前記信号を受信し、前記積分期間の間に複数の検出された光子について前記検出された光子のエネルギを示す第2のパルスを生成する、前記第1の成形時間とは異なる第2の成形時間を有する第2の成形部と、
前記第1の成形部の出力の振幅を第1の閾値と比較し且つ前記第2の成形部の出力の振幅を第2の閾値と比較し、前記第1のパルスの振幅が前記第1の閾値を超えるかどうかを示す第1のデータと、前記第2のパルスの振幅が前記第2の閾値を超えるかどうかを示す第2のデータとを夫々出力する1又はそれ以上のコンパレータと、
前記第1のパルスの振幅が前記第1の閾値を超えることを前記1又はそれ以上のコンパレータが示す回数を数え、前記第1の成形時間に第1の出力光子計数率を出力し、且つ、前記第2のパルスの振幅が前記第2の閾値を超えることを前記1又はそれ以上のコンパレータが示す回数を数え、前記第2の成形時間に第2の出力光子計数率を出力する1又はそれ以上のカウンタと、
前記第1の成形時間、前記第2の成形時間、前記第1の出力光子計数率、及び前記第2の出力光子計数率に基づき前記入力光子計数率を認定するロジックと
を有する、請求項1に記載の撮像システム。 - 2つの連続的な積分期間の合間に、少なくとも2つの異なるX線フラックスの間で前記放射線源のフラックスを切り替え、前記検出器アレイが、前記少なくとも2つの異なるX線フラックスのうちの第1のフラックスについて光子を検出し、且つ、前記少なくとも2つの異なるX線フラックスのうちの第2のフラックスについて光子を検出するようにする放射線源コントローラと、
前記検出器アレイの出力を受信し、前記第1のフラックスに対応する光子及び前記第2のフラックスに対応する光子について前記検出された光子のエネルギを示すパルスを生成する成形部と、
前記成形部の出力の振幅を閾値と比較し、前記振幅が前記閾値を超えるかどうかを示す信号を出力するコンパレータと、
前記振幅が前記閾値を超えることを前記コンパレータの出力が示す回数を数え、前記第1のフラックスについての第1の出力光子計数率と、前記第2のフラックスについての第2の出力光子計数率とを出力するカウンタと、
前記第1の出力光子計数率、前記第2の出力光子計数率、及び前記第2のフラックスに対する前記第1のフラックスの比に基づき前記入力光子計数率を認定するロジックと
を有する、請求項1に記載の撮像システム。 - 入力光子計数率で光子を受けている麻痺型光子計数検出器ピクセルの出力信号を受信するステップと、
成形部を介して前記出力信号を成形し、成形部出力信号を生成するステップと、
前記成形部出力信号に基づき前記検出器ピクセルの出力光子計数率を決定するステップと、
前記出力光子計数率についての複数の候補となる入力光子計数率から、前記出力光子計数率及び前記検出器ピクセルに対応する入力光子計数率として入力光子計数率を認定するステップと、
前記認定された入力光子計数率に基づき前記出力信号を再構成するステップと
を有する方法。 - 前記成形部出力信号の振幅がパルス識別閾値を上回る時間の量を決定するステップを更に有し、
前記入力光子計数率を認定するステップは、積分期間に前記成形部出力信号の振幅が前記パルス識別閾値を上回る前記時間の量に基づき前記入力光子計数率を認定することを含む、
請求項15に記載の方法。 - 前記入力光子計数率を認定するステップは、積分期間に前記成形部出力信号の振幅がパルス識別閾値を上回る時間の量を入力光子計数率レベル閾値と比較することを含み、
前記出力光子計数率に基づき2又はそれ以上の入力光子計数率を認定するステップと、
前記成形部出力信号の振幅が前記入力光子計数率レベル閾値を上回る時間の量に応答して、前記2又はそれ以上の入力光子計数率のうちの第1として前記入力光子計数率を認定するステップと、
前記成形部出力信号の振幅が前記入力光子計数率レベル閾値を下回る時間の量に応答して、前記2又はそれ以上の入力光子計数率のうちの第2として前記入力光子計数率を認定するステップと
を更に有する、請求項15に記載の方法。 - 積分期間に、第1の検出器ピクセルに対応する第1の出力光子計数率を決定するステップと、
同じ前記積分期間に、前記第1の検出器ピクセルの放射線感受性面積よりも大きい放射線感受性面積を有する第2の検出器ピクセルに対応する第2の出力光子計数率を決定するステップと、
前記第1の出力光子計数率、前記第2の出力光子計数率、及び前記第2の検出器ピクセルのより大きい放射線感受性面積のサイズに対する前記第1の検出器ピクセルの放射線感受性面積のサイズの比に基づき、前記入力光子計数率を決定するステップと
を更に有する請求項15に記載の方法。 - 積分期間に、第1の成形時間についての第1の出力光子計数率を決定するステップと、
同じ又は異なる積分期間に、前記第1の成形時間とは異なる第2の成形時間についての第2の出力光子計数率を決定するステップと、
前記第1の出力光子計数率、前記第2の出力光子計数率、前記第1の成形時間及び前記第2の成形時間に基づき前記入力光子計数率を決定するステップと
を更に有する請求項15に記載の方法。 - 第1の所定長さを有する積分期間に、第1の放射線源フラックスについての第1の出力光子計数率を決定するステップと、
第2の所定長さを有する積分期間に、前記第1の放射線源フラックスとは異なる第2の放射線源フラックスについての第2の出力光子計数率を決定するステップと、
前記第1の出力光子計数率及び前記第2の出力光子計数率に基づき前記入力光子計数率を決定するステップと
を更に有する請求項15に記載の方法。 - 検出された光子を複数のエネルギビンにわたってビニングし、検出された光子の夫々が、当該検出された光子の対応するエネルギに基づきビニングされるステップと、
少なくとも1つのエネルギビンにおける光子のカウント数の分布に基づき前記入力光子計数率を決定するステップと
を更に有する請求項15に記載の方法。 - 前記分布は、既知の減衰特性の組織等価材の様々な厚さを用いた一連の較正スキャン、又は異なる既知のフラックス速度を用いたエアスキャン、の1又はそれ以上に基づき、決定される、
請求項21に記載の方法。 - サイノグラムの周囲にあるデータ点を、より高い入力光子計数率に割り当て、且つ、前記サイノグラムの中心領域にあるデータ点を、より低い入力光子計数率に割り当てることによって、前記サイノグラムの各データ点について前記入力光子計数率を決定するステップ
を更に有する請求項15に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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