KR102089723B1 - 광자 계수 검출기의 열 관리 - Google Patents

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Abstract

X-선 검출기 시스템은 각 전력-소비 회로(30)로 구성되는 다수의 검출기 모듈을 갖는 광자 계수 검출기(20)로 구성된다. 검출기 모듈의 적어도 일부는 검출기 모듈에서 온도를 감시하고 온도 표시 신호를 발생시키는 온도 센서로 구성된다. 검출기 제어기는 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, 검출기 모듈의 적어도 각 파트가 전원 오프 되는 유휴 모드와 검출기 모듈이 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치한다. 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 전력-소비 회로(30)는 광자 계수 검출기(20)에 의해 발생되는 영상 데이터에 대해 임의의 온도-유도된 변화를 보정하기 위해 온도 표시 신호에 기초하여 캘리브레이션 데이터를 발생시킨다.

Description

광자 계수 검출기의 열 관리
본 발명 실시예는 일반적으로 광자 계수 검출기 및 그러한 광자 계수 검출기로 구성되는 X-선 검출기 시스템, 특히 광자 계수 검출기의 열 관리에 관한 것이다.
현대의 임상 컴퓨터 단층촬영(CT) 시스템은 아크-형(arc-shaped) 검출기를 마주하는 X-선 광원 또는 튜브를 갖는 짧은 팬-빔 지오메트리로 구성된다. 환자 주위로 상이한 각도에서 다수의 X-선 투영의 획득은 서브 초(sub second) 이내에 360도로 연속적으로 광원 및 검출기를 회전시킴으로써 수행된다. (환자 뒤에서) 감쇠되고 (환자 앞에서) 비감쇠된 X-선 강도 모두 기록되고, 그로부터 장기 및 조직을 정확하게 묘사하여, 환자 내의 선형 감쇠 계수의 3D 공간 분포가 재구성된다.
검출기는 CT 시스템의 가장 중요한 구성 요소 중 하나이다. 포토다이오드에 결합된 신틸레이터(scintillator)로 구성되는 신틸레이션 검출기는, 현대의 CT 시스템에서 가장 흔히 사용된다. 이들 검출기에서, 반응하는 X-선 광자는 우선 신틸레이터에서 신틸레이션 광으로 변환된다. 전자-정공 쌍은 포토다이오드에서 신틸레이션 광의 흡수를 통해 발생된다. 특정 노출 시간에 걸쳐 반응하는 광자에 의해 증착된 에너지는 총 증착된 에너지에 비례하는 포토다이오드에 의해 전기 신호 아웃풋을 획득하기 위해 통합된다. 이러한 방식으로, 검출기 및 판독 전자 장치에서 검출기 소자에 의해 생산된 전자 잡음 또한 영상 재구성을 위해 아날로그 디지털 변환 주문형 반도체(ASIC)를 통해 데이터 처리 시스템에 전송되는 아웃풋 신호 속에 통합된다.
신틸레이션 검출기와 같은, 에너지-통합 검출기 내의 구성 요소는, 온도 변화에 매우 민감한, 특히 포토다이오드이다. 예를 들어, 포토다이오드는 실리콘으로 제작될 경우, 전자 잡음의 주요 원천인 벌크 실리콘으로부터의 암전류(dark current)는 매 8℃ 온도 증가 마다 배가 될 것이다. 이에 따라 검출기 구성 요소에서 온도 드리프트에 의해 유발될 수 있는 영상 품질 이슈를 회피하기 위해 그의 동작 및 시스템 캘리브레이션 동안 모두 제어된 온도에서 에너지-통합 검출기를 유지하는 것이 바람직히다.
현대의 CT 검출기에서 열 제어를 위한 방법 및 장치는 검출기 전자 장치가 연속적으로 켜져 있는 동안 일정한 온도 환경을 제공하기 위해 전형적으로 쿨러 및/또는 히터를 사용한다[1-4]. 에너지-통합 검출기에 대한 전형적인 동작 온도는 0.5℃ 미만의 차이는 허용하며 36℃[5] 보다 높다.
차세대 X-선 및 CT 영상화 시스템에 사용될 수 있는 광자 계수 검출기는 에너지-통합 검출기와 비교하여 완전히 상이한 방식으로 작동한다. 입사하는 X-선 광자는 광자 에너지에 비례하는 펄스 진폭을 갖는 전기 펄스에 직접적으로 전송된다. 이러한 전기 펄스는 상응하는 ASIC 채널 안으로 공급된다. 각각의 ASIC 채널은 전하-민감성 전치-증폭기(pre-amplifier), 펄스 성형기, 다수의 펄스-높이 비교기 및 카운터를 포함한다. 증폭되고 성형된 후, 각각의 전기 펄스는 다수의 프로그램 가능한 문턱과 비교되어 그의 펄스-높이에 따라 분류되고, 상응하는 카운터가 증가된다.
에너지-통합 검출기와 비교하여, 광자 계수 검출기는 다음의 이점을 갖는다. 첫째, 에너지-통합 검출기에 의해 신호에 통합되는 전자 잡음은 광자 계수 검출기에서 잡음 플로어 위에 최저 에너지 문턱을 세팅함으로써 제거(reject)될 수 있다. 둘째, 검사된 환자의 상이한 구성 요소가 확인되고 정량화될 수 있는 물질 분해는, 검출기에 의해 추출된 에너지 정보를 이용함으로써 구현될 준비가 될 수 있다[6]. 셋째, K-에지 영상화와 같은, 분해 기술에 유용한 둘 이상의 기저 물질이 사용될 수 있고, 그럼으로써 조영제, 예를 들어 요오드 또는 가돌리늄의 분포는 정량적으로 결정된다[7]. 마지막으로 중요한 것은, 더 작은 픽셀 크기를 이용하여 더 높은 공간 해상도가 달성될 수 있다는 것이다. 현재의 에너지-통합 검출기의 전형적인 픽셀 크기 1 mm2와 비교하여, 광자 계수 검출기는 보통 제곱 밀리미터 이하의 픽셀 사이즈를 사용한다. 예를 들어, 실리콘-스트립 광자 계수 검출기는 0.2 mm2의 픽셀 사이즈를 유지할 수 있다[8].
광자 계수 X-선 검출기용으로 가장 유망한 물질은 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 카드뮴 아연 텔루라이드(CZT) 및 실리콘이다. CdTe 및 CZT는 임상 CT에 사용되는 고 에너지 X-선의 높은 흡수 효율을 위해 여러 광자 계수 스펙트럼 CT 프로젝트에 사용된다. 그러나, 이들 프로젝트는 CdTe/CZT의 여러 결점으로 인해 처리가 느리다. CdTe/CZT는 낮은 전하 캐리어 이동성을 갖고, 이는 임상 실험에서 발생하는 것 보다 10 배 낮은 플럭스율에서 심각한 펄스 파일업을 유발한다. 이 문제를 완화하는 한 방법은 픽셀 크기를 감소시키는 것이지만, 그것은 전하 공유 및 K-이스케이프(escape)의 결과로써 증가된 스펙트럼 왜곡을 가져온다. 또한, CdTe/CZT는 전하 트랩(trap)을 야기하는데, 이는 광자 플럭스가 일정 레벨 위에 도달할 때 아웃풋 계수율의 급속한 하락을 유발하는 편광으로 이어질 수 있다.
대조적으로, 실리콘은 더 높은 전하 캐리어 이동성을 갖고 편광의 문제에서 자유롭다. 원만한 제조 공정 및 비교적 낮은 비용 또한 그의 장점이다. 그러나, 실리콘은 CdTe/CZT에 없는 한계가 있다. 실리콘 센서는 그의 낮은 정지력(stopping power)을 보완하기 위해 매우 두꺼워야 한다. 보통, 실리콘 센서는 입사하는 광자의 대부분을 흡수하기 위해 수 센티미터의 두께를 필요로 하고, 반면에 CdTe/CZT는 오직 수 밀리미터만 필요로 한다. 다른 한편으로, 실리콘의 긴 감쇠 경로는 또한 검출기를 개별적으로 판독하는 상이한 깊이 세그먼트(depth segment)로 나누는 것을 가능하게 한다. 이는 결국 검출 효율을 증가시키고 실리콘 기반의 광자 계수 검출기가 CT에서 높은 플럭스를 적절하게 처리하는 것을 가능하게 한다.
그러나, 깊이 세그먼트에서 검출기 소자의 사용 역시 실리콘 기반의 광자 계수 검출기에 문제를 가져온다. 다수의 ASIC 채널은 검출기 소자로부터 공급된 처리 데이터를 처리하기 위해 사용되어야 한다. 이들 ASIC 채널 각각은 전형적으로 수 밀리와트의 전력 소비를 갖는다[9]. 200 cm2 보다 큰 총 면적을 갖는 완전한 광자 계수 검출기는 수백만의 그러한 ASIC 채널로 구성될 수 있고, 이는 ASIC의 총 전력 소비가 수천 와트 수준에 있다는 것을 의미한다. 결과적으로, 실리콘 기반의 광자 계수 검출기는 많은 열이 광자 계수 검출기에 의해 발생되고 예를 들어 수냉 또는 개선된 공기조화기에 의해 운반되어야 하며, 이는 비용이 많이 들기 때문에, 열 관리 시스템에 대해 도전을 부과한다.
에너지-통합 검출기에 대한 일반적인 일정 온도 환경을 유지하는데 충실한 선행 기술의 열 관리 시스템은 광자 계수 검출기에 적합하지 않을 것이다. 따라서, 광자 계수 검출기에 적합한 열 관리가 필요하다.
광자 계수 검출기에 대한 효율적인 열 관리를 제공하는 것이 일반적인 목적이다.
이런 저런 목적은 여기 개시된 실시예에 의해 충족된다.
실시예의 양상은 X-선 검출기 시스템에 관한 것이다. X-선 검출기 시스템은 다수의 검출기 모듈로 구성되는 광자 계수 검출기로 구성된다. 각각의 검출기 모듈은 전력-소비 회로로 구성되고 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋은 검출기 모듈에서 온도를 감시하고 온도 표시 신호를 발생시키도록 설정된 온도 센서로 구성된다. X-선 검출기 시스템은 또한 광자 계수 검출기에 연결되는 검출기 제어기로 구성된다. 검출기 제어기는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, 검출기 모듈의 적어도 각 파트가 전원 오프(power off) 되는 유휴 모드와 검출기 모듈이 전원 온(power on) 되는 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 설정된다. 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 전력-소비 회로는 광자 계수 검출기에 의해 발생되는 영상 데이터에 대해 임의의 온도-유도된 변화를 보정하기 위해 각 온도 표시 신호에 기초하여 캘리브레이션 데이터를 발생시키도록 설정된다.
실시예의 다른 양상은 X-선 검출기 시스템의 온도 제어 방법에 관한 것이다. 방법은 광자 계수 검출기에서 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에서 온도를 감시하는 것으로 구성된다. 방법은 또한 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 각각의 검출기 모듈에 대해, 감시에 기초하여 온도 표시 신호를 발생시키는 것으로 구성된다. 방법은 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, 검출기 모듈의 적어도 각 파트가 전원 오프 되는 유휴 모드와 검출기 모듈이 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 더 구성된다. 방법은 광자 계수 검출기에 의해 발생되는 영상 데이터에 대해 임의의 온도-유도된 변화를 보정하기 위해 각 온도 표시 신호에 기초하여 캘리브레이션 데이터를 발생시키는 것으로 추가적으로 구성된다.
실시예의 다른 양상은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 명령어로 구성되는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이고, 명령어는 하나 이상의 프로세서로 하여금 광자 계수 검출기에서 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, 검출기 모듈의 적어도 각 파트가 전원 오프 되는 유휴 모드와 검출기 모듈이 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 한다. 하나 이상의 프로세서는 또한 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에서 각 온도를 표시하는 각 온도 표시 신호에 기초하여, 광자 계수 검출기에 의해 발생되는 영상 데이터에 대해 임의의 온도-유도된 변화를 보정하기 위해 캘리브레이션 데이터를 발생시키도록 한다.
실시예의 관련된 양상은 위에 따른 컴퓨터 프로그램으로 구성되는 캐리어를 정의한다. 캐리어는 전자 신호, 광학 신호, 전자기 신호, 자기 신호, 전기 신호, 무선 신호, 마이크로파 신호 또는 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체 중의 하나이다.
본 실시예는 X-선 영상화 세션 중 저 전력 유휴 모드와 전력-소비 동작 모드 사이에서 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 적어도 각 파트를 선택적으로 스위치함으로써 광자 계수 검출기의 효율적인 열 관리를 달성한다. 유휴 모드에서, 광자 계수 검출기는 전력을 상당히 적게 소비하고 그럼으로써 동작 모드에서 보다 훨씬 더 적은 열을 발생시킨다. 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 선택적인 스위치는, 그러나, 광자 계수 검출기에 의해 발생되는 영상 데이터에 대해 온도-유도된 변화를 유발하는 검출기 모듈에서 온도 구배(temperature gradient)를 유발한다. 그런 이유로, 캘리브레이션 데이터는 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 선택적인 스위치로부터 발생하는 온도 구배에 의해 유발된 임의의 온도-유도된 변화를 보정하기 위해 검출기 모듈에서 감시하는 온도에 기초하여 발생된다.
실시예는 추가의 목적 및 그 이점과 함께, 첨부된 도면과 함께 다음의 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 것이다:
도 1은 일 실시예에 따른 X-선 영상화 시스템의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 X-선 영상화 시스템의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 3은 일 실시예에 따른 광자 계수 검출기의 개략도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 광자 계수 검출기의 검출기 모듈의 개략도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 광자 계수 검출기의 검출기 모듈의 개략도이다.
도 6은 추가 실시예에 따른 광자 계수 검출기의 검출기 모듈의 개략도이다.
도 7은 여러 에너지 문턱을 갖는 광자 계수 검출기의 개략도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 광자 계수 검출기의 방열의 개략도이다.
도 9는 추가 실시예에 따른 X-선 영상화 시스템의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 10은 일 실시예에 따른 광자 계수 검출기의 열 관리의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 11은 일 실시예에 따른 광자 계수 검출기에 대한 듀티 사이클 및 상응하는 전력 공급을 예시하는 다이어그램이다.
도 12a 및 도 12b는 도 10에 예시된 바와 같은 히트 싱크의 온도 곡선의 다이어그램이다.
도 13은 일 실시예에 따른 컴퓨터 구현의 예를 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 14는 일 실시예에 따른 광자 계수 검출기의 열 제어 방법을 예시하는 순서도이다.
본 실시예는 일반적으로 광자 계수 검출기 및 그러한 광자 계수 검출기로 구성되는 X-선 검출기 시스템, 및 특히 광자 계수 검출기의 열 관리에 관한 것이다.
일반적인 항온 환경에서 X-선 검출기를 유지하는 선행 기술은 다수의 검출기 모듈로 구성되는 광자 계수 검출기와 관련된 사용에 적합하지 않다. 전형적인 실시간 상황에서, 그러한 광자 계수 검출기는 대략 수천 와트의 총 전력 소비를 갖는, ASIC와 같은, 전력-소비 회로를 포함할 수 있다. 이는 결국 많은 열이 전력-소비 회로 및 검출기 모듈에 의해 발생되고, 수냉 및/또는 개선된 공기조화기 설비와 같은, 열 관리 시스템에 의해 운반되어야 할 필요가 있다는 것을 암시한다. 그러한 열 관리 시스템의 성능은 그래서 항온으로 광자 계수 검출기를 유지하는 것이 가능하게 하기 위해 매우 좋아야 할 필요가 있고, 이는 많은 비용과 열 관리 시스템을 위한 큰 공간을 야기한다. 다른 단점으로, 그러한 열 관리 시스템은, 오작동할 경우 완전한 X-선 영상화 시스템의 정지를 유발하여, X-선 영상화 시스템과 비교하여 전형적으로 신뢰가 떨어진다.
본 실시예는 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 광자 계수 검출기의 검출기 모듈을 선택적으로 스위치함으로써 위의 단점을 해결한다.
유휴 모드는 전력 소비 및 그로 인한 열 발생을 감소시키기 위해 검출기 모듈의 적어도 일부의 전원 오프(power off)된 절전 모드이다. 동작 모드에서, 검출기 모듈은 전원 온(power on) 되고 그럼으로써 X-선 광원으로부터 입사하는 광자를 검출할 수 있다. 그럼으로써 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 적어도 일부를 전원 오프하고 전원 온 하는 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 선택적인 스위치는, 그러나 광자 계수 검출기 및 검출기 모듈에 온도 구배(temperature gradient)를 발생시킨다. 이러한 온도 구배는 광자 계수 검출기에 의해 발생되는 영상 데이터 및 검출기 모듈에 의한 아웃풋에 대해 온도-유도된 또는 온도-의존적 변화를 네거티브하게 유발할 수 있다. 실시예는, 그러나 검출기 모듈의 현재 온도에 기초한 캘리브레이션 데이터를 발생시킴으로써 유휴 모드 및 동작 모드 사이에서 선택적인 스위치로부터 발생하는 온도 구배에 의해 유도된 이러한 변화를 해결한다. 이는 본 실시예가 캘리브레이션 데이터의 발생에 의한 영상 데이터에 대해 온도-유도된 변화를 보상할 수 있다는 것을 의미한다.
그런 이유로, 본 실시예는 다수의 검출기 모듈로 구성되는 광자 계수 검출기에서 효과적인 열 관리를 달성하고, 열 관리는 광자 계수 검출기의 성능에 또는 광자 계수 검출기에 의한 영상 데이터 아웃풋에 현저한 열화를 유발하지 않는다.
도 1을 참조하여, 예시적인 전체의 X-선 영상화 시스템의 간략한 설명이 유용할 수 있다. 이 비제한적인 예에서, X-선 영상화 시스템(100)은 기본적으로 X-선 광원(10), X-선 검출기 시스템(20) 및 관련된 영상 처리 장치(40)로 구성된다. 일반적으로, X-선 검출기 시스템(20)은 선택적인 X-선 광학에 의해 선택적으로 초점이 맞춰져서 대상, 피사체 또는 그 일부를 통과한 X-선 광원(10)으로부터 방사선을 등록하도록 설정된다. X-선 검출기 시스템(20)은 영상 처리 장치(40)에 의해 영상 처리 및/또는 영상 재구성을 가능하게 하기 위해 적절한 전력-소비 회로를 통해 영상 처리 장치(40)에 연결된다.
도 2는 X-선 영상화 시스템의 예시적인 예로써 CT 시스템의 개략적인 블록 다이어그램을 도시한다. CT 시스템은 디스플레이 및 오퍼레이터 인터페이스, 예를 들어 키보드와 마우스의 어떤 형태를 갖는 오퍼레이터 콘솔을 통해 오퍼레이터로부터 명령어를 수신하고 파라미터를 스캐닝하는 컴퓨터로 구성된다. 오퍼레이터가 제공한 명령어 및 파라미터는 X-선 제어기, 갠트리 제어기 및 테이블 제어기에 제어 신호를 제공하기 위해 컴퓨터에 의해 사용된다. 확실히 말하면, X-선 제어기는 테이블에 누워 있는 대상 또는 환자로의 X-선의 방출을 제어하기 위해 X-선 광원에 전력 및 타이밍 신호를 제공한다. 갠트리 제어기는 X-선 광원 및 광자 계수 검출기로 구성되는 갠트리의 회전 속도 및 위치를 제어한다. 테이블 제어기는 환자 테이블의 위치 및 환자의 스캐닝 범위를 제어하고 결정한다.
일 실시예에서, 컴퓨터는 또한 광자 계수 검출기로부터 영상 데이터 아웃풋의 후처리 및 영상 재구성을 수행한다. 컴퓨터는 그럼으로써 도 1에 도시된 바와 같이 영상 처리 장치에 상응한다. 관련된 디스플레이는 오퍼레이터가 컴퓨터로부터 재구성된 영상 및 기타 데이터를 관찰 가능하게 한다.
갠트리 내에 배치되는 X-선 광원은 X-선을 방출한다. 광자 계수 검출기 형태의, X-선 검출기는 X-선이 환자를 통과한 후 X-선을 검출한다. 광자 계수 검출기는 또한 검출기 소자로도 언급되는, 다수의 센서, 및 검출기 모듈에 배치되는, ASIC와 같은, 관련된 전력-소비 회로로 형성된다. ASIC는 검출기 소자로부터의 미가공 전기 신호를 처리하고 그것을 디지털화하는 아날로그 처리부 및 보정을 적용하고, 그것을 임시로 저장하고, 및/또는 필터링하는 것과 같은, 측정된 데이터에 추가적인 처리 동작을 수행할 수 있는 디지털 처리부로 구성된다. 광자 계수 검출기는 냉각 존(cooling zone) 및 히트 싱크에 더 연결되고, 그것에 의하여 ASIC에 의해 발생되는 열은 효과적으로 소멸될 수 있다. X-선 투영 데이터를 얻기 위한 스캔 동안, 갠트리 및 그에 부착된 구성 요소는 아이소-센터(iso-center)에 대해 회전한다.
실시예의 X-선 검출기는 다수의 검출기 모듈로 구성되는 광자 계수 검출기이다. 도 3은 예시적인 실시예에 따른 광자 계수 검출기의 개략도이다. 이 예에서, X-선을 방출하는 X-선 광원을 갖는 광자 계수 검출기의 개략적인 도면이 도시된다. 광자 계수 검출기의 검출기 모듈은 바람직하게 약간 만곡된 전체 배열 형태로 배치된다. 광자 계수 검출기의 두 가지 가능한 스캐닝 동작 E, F가 표시된다. 각각의 스캐닝 동작에서, X-선 광원은 정지되거나 움직일 수 있다. E로 표시된 스캐닝 동작에서, X-선 광원 및 검출기는 사이에 위치된 대상 또는 환자 주위로 회전될 수 있다. F로 표시된 스캐닝 동작에서, 광자 계수 검출기 및 X-선 광원은 대상 또는 환자에 대해 병진 이동될 수 있고, 또는 대상 또는 환자가 움직일 수 있다. 또한, 스캔 동작 E에서 대상 또는 환자는 회전 중 병진 이동될 수 있고, 이른바 나선형 주사(spiral scanning)라고 한다. 예로써, CT 구현에 대해서, X-선 광원 및 광자 계수 검출기는 영상화될 대상 또는 환자 주위로 회전하는 갠트리 내에 장착될 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 광자 계수 검출기의 검출기 모듈의 예를 예시하는 개략도이다. 이는 스트립의 형태로 검출기 소자로 분리된 센서부를 갖는 반도체 검출기 모듈의 예이고, 여기에서 각각의 검출기 소자는 보통 다이오드에 기초한다. X-선은 반도체 검출기 모듈의 에지를 통해 들어간다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 검출기 모듈의 예를 예시하는 개략도이다. 이 예에서, 반도체 검출기 모듈의 스트립-기반의 검출기 소자는 X-선이 다시 에지를 통해 들어간다고 추정할 때, 깊이 방향으로 이른바 깊이 세그먼트로 분리된다.
검출기 모듈은 검출기 모듈이 전기 라우팅에 대해서 및 다수의 ASIC에 대해서 반도체 베이스 기판을 갖는다는 의미에서 이른바 멀티-칩 모듈(Multi-Chip Module, MCM)로 구현될 수 있다(도 6 참조). 라우팅은 ASIC로부터 외부 메모리 및/또는 디지털 데이터 처리까지의 연결뿐만 아니라 각각의 검출기 소자로부터 ASIC 인풋까지의 신호에 대한 연결을 포함할 것이다(도시되지 않음). ASIC로의 전력은 이러한 연결에서 많은 전류가 요구되는 단면에서 증가를 고려하여 유사한 라우팅을 통해 제공될 수 있지만, 전력은 또한 분리된 연결을 통해 제공될 수도 있다.
실시예에서, 광자 계수 검출기는 검출기 모듈용 반도체 물질로써 실리콘에 기초하여 조립된다.
이런 이유로, 실시예에서, 광자 계수 검출기는 다수의 반도체 검출기 모듈로 구성된다. 특정 실시예에서, 광자 계수 검출기는 다수의 실리콘 검출기 모듈로 구성된다.
실리콘의 낮은 정지력을 보완하기 위해, 검출기 모듈은 전형적으로 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 X-선 광원의 방향을 향해 에지-온 지오메트리에서 그들의 에지로 배향되고, 그럼으로써 수 센티미터의 흡수 두께의 결과를 가져온다. 임상 CT에서 높은 광자 플럭스를 처리하기 위해, 깊이 세그먼트로의 깊이 세그먼트 스트립 기반의 검출기 소자의 세그먼트된 구조가 바람직하게 적용되고, 이는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 깊이 세그먼트의 개별적인 검출기 소자를 실리콘 기판 상에 임플란트함으로써 달성된다. 때로는 전극으로 언급되는, 각각의 개별적인 검출기 소자는, 다음의 ASIC 채널에 연결되고 여기에서 MCM 기술이 ASIC 및 전기 라우팅을 실리콘 기판에 통합시키기 위해 사용된다.
실시예에서, 광자 계수 검출기는 광자 계수 에지-온 검출기이고 각각의 검출기 모듈은 입사하는 X-선을 마주하는 각 에지이다. 특정 실시예에서, 다수의 검출기 모듈의 에지의 총 면적은 200 cm2 보다 크다. 에지의 이러한 큰 총 면적은 광자 계수 에지-온 검출기를 위한 충분한 검출기 면적을 제공한다.
검출기 모듈에서 깊이 세그먼트 및 개별적인 판독의 사용은 다수의 ASIC 채널의 결과를 가져온다. 또, CT 적용을 위한 완전한 광자 계수 검출기는 전형적으로 200 cm2 보다 큰 총 면적을 갖고, 이는 도 3에서 개략적으로 예시되는 바와 같이, 1500 ~ 2000개의 검출기 모듈과 같은, 다수의 검출기 모듈의 결과를 가져온다.
결과적으로, 광자 계수 검출기는 매우 많은 양의 전력-소비 및 그에 따라 열을 발생시키는 ASIC를 포함할 것이고, 그럼으로써 일반적으로 선행 기술의 평면 CT 검출기 보다 더 많은 전력 소비를 한다. 그러한 광자 계수 검출기가 현재의 CT 시스템에 있는 것과 같이 연속적으로 켜질 경우, 광자 계수 검출기의 검출기 모듈을 일정한 온도로 유지하고 검출기 모듈에서 전력-소비 ASIC에 의해 발생되는 열을 운반하는 것은 열 관리 시스템에 있어서 도전이 될 것이다.
실시예의 양상은 그에 따라 X-선 검출기 시스템에 관련된다. X-선 검출기 시스템은 다수의 검출기 모듈로 구성되는 광자 계수 검출기로 구성된다. 각각의 검출기 모듈은 전력-소비 회로로 구성된다. 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋은 온도 센서로 구성된다(도 6 참조). 온도 센서는 검출기 모듈에서 온도를 감시하고 온도 표시 신호를 발생시키도록 설정된다.
X-선 검출기 시스템은 또한 광자 계수 검출기에 연결되는 검출기 제어기로 구성된다.(도 2 참조) 검출기 제어기는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 설정된다. 유휴 모드에서 검출기 모듈의 적어도 각 파트는 전원 오프 된다. 상대적으로, 동작 모드에서 검출기 모듈은 전원 온 된다.
검출기 모듈의 적어도 서브셋의 전력-소비 회로는 광자 계수 검출기에 의해 발생되는 영상 데이터에 대해 임의의 온도-유도된 변화를 보정하기 위해 각 온도 표시 채널에 기초하여 캘리브레이션 데이터를 발생시키도록 설정된다.
실시예에서, 온도 센서에 의해 발생되는 온도 표시 신호는 온도 감시에 기초하여 결정되는 것과 같이 검출기에서 현재의 온도를 나타낸다. 온도 표시 신호는 그리고 저-전력 소비 모드, 즉 적은 양의 열이 전력-소비 회로에 의해 발생되는 유휴 모드 및 풀-전력 소비 모드, 즉 비교적 더 많은 양의 열이 전력-소비 회로에 의해 발생되는 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치함으로써 유발되는 온도 구배를 보상하기 위해 검출기 모듈의 전력-소비 회로에 의해 이용된다. 광자 계수 검출기의 검출기 모듈에서 이러한 온도 구배는 검출기 모듈에 의한 영상 데이터 아웃풋에 온도-유도된 변화 및 열화를 초래할 것이다. 따라서, 본 실시예는 온도 센서로부터 온도 표시 신호에 기초하여 캘리브레이션 데이터를 발생시킴으로써 온도 구배를 보상한다. 캘리브레이션 데이터는 광자 계수 검출기에 의해 온도-보상되거나 온도-보정된 영상 데이터를 그에 따라 발생시킴으로써 온도-유도된 변화를 보상할 것이다.
실시예에서, 각각의 온도 센서는 도 6에 도시된 바와 같이 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 각 전력-소비 회로에 통합된다. 그러한 경우, 도면에서 ASIC로 표시되는, 각각의 전력-소비 회로는 각 온도 센서로 구성된다. 대안적으로, ASIC와 같은, 전력-소비 회로의 오직 하나의 서브셋은 검출기 모듈 당 각 온도 센서로 구성된다. 예를 들어, 검출기 모듈 당 오직 하나의 ASIC는 하나의 온도 센서로 구성된다.
또한 전력-소비 회로에 통합되는 것보다 검출기 모듈의 다른 곳에 배치된 온도 센서(들)를 가질 수도 있다. 예를 들어, 온도 센서는 반도체 기판 상에 배치될 수 있다.
실시예에서, 온도 센서에 의해 발생되는 온도 표시 신호는 단일 전력-소비 회로, 바람직하게는 온도 센서가 통합된 전력-소비 회로로 아웃풋되고 그에 의해 이용된다. 다른 실시예에서, 온도 센서의 온도 표시 신호는, 검출기 모듈에서 다수의, 즉 둘 이상의 전력-소비 회로로 아웃풋되고 그에 의해 이용된다. 그러한 경우, 이러한 적어도 전력-소비 회로는 각 캘리브레이션 데이터를 발생시키기 위해 동일한 온도 표시 신호를 이용한다.
예를 들어, 검출기 모듈은 단일 온도 센서로 구성될 수 있다. 실시예에서, 단일 온도 센서는 프런트-엔드(front-end) 전력-소비 회로, 즉 X-선을 마주하는 에지에 가장 가까운 검출기 모듈의 전력-소비 회로에 통합된다.
실시예에서, 각각의 전력-소비 회로는 도 6에 도시된 바와 같이 각 ASIC이다.
실시예에서, 각각의 온도 센서는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 각 전력-소비 회로에서 구현되는 오실레이터에서 주파수 변화를 측정하도록 설정된 오실레이터-기반의 온도 센서이다. 그러한 온도 센서의 구현은 특히 ASIC로의 통합에 적합하다.
실시예에서, 광자 계수 검출기는 때로는 스펙트럼 X-선 검출기로 언급되는, 이른바 에너지-판별 또는 에너지-분해 광자 계수 검출기이다. 이 실시예에서, (도 7 참조) 각각의 등록된 광자는 문턱(T1-TN)의 세트에 비교되는 전류 펄스를 발생시키고, 그럼으로써 다수의 에너지 빈 각각에서 입사하는 광자의 수를 카운트한다.
일반적으로, 컴프턴 산란 후의 광자 또한 포함하는, X-선 광자는 검출기 모듈의 반도체 기판 내부에서 전자-정공 쌍으로 변환되고, 여기에서 전자-정공 쌍의 수는 일반적으로 광자 에너지에 비례한다. 전자와 정공은 검출기 소자를 향해 드리프트하고(drift), 그 후 광자 계수 검출기를 떠난다. 이러한 드리프트 동안에, 전자와 정공은 검출기 소자에서 전류를 유도하고, 예를 들어 전하증폭기(Charge Sensitive Amplifier(CSA))를 통해 측정될 수 있는 전류는, 도 7에 개략적으로 예시된 바와 같이, 성형 필터(Shaping Filter(SF))로 이어진다.
하나의 X-선 이벤트로부터 전자와 정공의 수는 X-선 에너지에 비례하기 때문에, 하나의 유도된 전류 펄스의 총 전하는 이 에너지에 비례한다. 전류 펄스는 전하증폭기(CSA)에서 증폭된 후 성형 필터(SF)에 의해 걸러진다. 성형 필터의 적절한 성형 시간을 선택함으로써, 필터링 이후의 펄스 진폭은 전류 펄스의 총 전하에 비례하고, 따라서 X-선 에너지에 비례한다. 성형 필터에 이어서, 펄스 진폭은 하나 또는 그 이상의 비교기(comparator: COMP)에서 그의 값을 하나 또는 여러 문턱 값(T1-TN)과 비교함으로써 측정되고, 카운터가 도입되며 그에 의해 펄스가 문턱 값 보다 클 때 건수가 기록될 수 있다. 이러한 방법으로 일정 시간 프레임 내에 검출된 각 문턱 값(T1-TN)에 상응하는 에너지를 초과하는 에너지를 갖는 X-선 광자의 수를 카운트 및/또는 기록하는 것이 가능하다.
여러 상이한 문턱 값을 이용할 경우, 이른바 에너지-판별 광자 계수 검출기가 획득되고, 여기에서 검출된 광자는 다양한 문턱 값에 상응하는 에너지 빈으로 분류될 수 있다. 때로는, 이러한 유형의 광자 계수 검출기 역시 멀티-빈 검출기로 언급된다.
일반적으로, 에너지 정보는 생성될 새로운 종류의 영상을 허용하고, 여기에서 새로운 정보를 이용할 수 있고 종래의 기술에 내재한 영상 아티팩트가 제거될 수 있다.
다시 말하면, 에너지-판별 광자 계수 검출기에 대해서, 펄스 높이는 비교기에서 다수의 프로그램 가능한 문턱(T1-TN)에 비교되고 결국 에너지에 비례하는 펄스-높이에 따라 분류된다.
그러나, 임의의 전하증폭기에 내재된 문제는 전하증폭기가 검출된 전류에 전자 잡음을 첨가할 것이라는 점이다. 실제 X-선 광자 대신에 잡음을 검출하는 것을 피하기 위해, 따라서 잡음 값이 문턱 값을 초과하는 횟수가 X-선 광자의 검출을 방해하지 않을 정도로 충분히 낮을 수 있도록 최저 문턱 값을 충분히 높게 설정하는 것이 중요하다.
잡음 플로어 위에 최저 문턱을 세팅함으로써, x-선 영상화 시스템의 방사선량의 감소에 주요한 장애물인 전자 잡음은 상당히 감소될 수 있다.
성형 필터는 성형 시간의 큰 값이 X-선 광자에 의해 유발된 긴 펄스로 이어질 것이고 필터 후의 잡음 진폭을 감소시킬 것이라는 일반적인 속성을 갖는다. 성형 시간의 작은 값은 짧은 펄스 및 큰 잡음 진폭으로 이어질 것이다. 따라서, X-선 광자를 가급적 많이 카운트하기 위해, 큰 성형 시간이 잡음을 최소화하는데 바람직하고 상대적으로 작은 문턱 레벨의 사용을 허용한다.
문턱의 세트 또는 테이블 값은, 그에 의해 펄스 높이가 비교기에서 비교되고, 광자 계수 검출기에 의해 발생되는 영상 데이터의 품질에 영향을 미친다. 또, 이러한 문턱 값은 온도 의존적이다[10]. 따라서, 실시예에서, 전력-소비 회로에 의해 발생되는 캘리브레이션 데이터는 문턱(T1-TN)의 세트 또는 테이블이다.
실시예에서, 각각의 전력-소비 회로는 광자의 검출에 응답하여 발생되는 전류 펄스를 문턱의 세트에 비교하도록 설정된 다수의 비교기로 구성된다(도 7 참조). 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 전력-소비 회로는 그 다음 온도 표시 신호에 기초한 다수의 상이한 캘리브레이션 세트 중 각 캘리브레이션 세트를 선택하도록 설정된다. 각각의 그러한 캘리브레이션 세트는 문턱의 세트 값을 정의한다.
예를 들어, 상이한 캘리브레이션 세트는 상이한 동작 온도에 대해 캘리브레이션 과정에서 발생될 수 있다.
그러한 경우, 각각의 캘리브레이션 세트는 특정 동작 온도 t℃ 또는 특정 동작 온도 범위 t k - t k+1℃에 맞춰지는 문턱(T1-TN)의 값이다.
캘리브레이션 세트가 발생되는 캘리브레이션 과정은, 정규 시간의 경우 또는 영상 데이터에서 검출된 드리프트 또는 열화에 응답하여, 한 번 수행될 수 있다. 실시예에서, 예시하지만 비제한적인 예로써, 캘리브레이션 과정은 하루 중 제1 X-선 영상화 세션 보다 우선하여 또는 각각의 X-선 영상화 세션의 초기에 수행될 수 있다.
어느 경우에나, 상이한 캘리브레이션 세트가 전력-소비 회로를 사용할 수 있도록 메모리 또는 메모리들에 바람직하게 저장된다. 그러한 경우, 전력-소비 회로는 그럼으로써 검출기 모듈에서 현재의 온도로 맞춰지는 비교기의 문턱 값을 사용하기 위해 온도 센서로부터 온도 표시 신호에 기초하여 적합한 캘리브레이션 세트를 선택할 수 있다.
특정 실시예에서, 캘리브레이션 세트는 전력-소비 회로의 디지털 파트에서와 같은, 전력-소비 회로에 저장된다.
다른 실시예에서, 캘리브레이션 세트는 전력-소비 회로 및 검출기 모듈의 외부에 저장된다. 그러한 경우, 전력-소비 회로는 외부 저장소 또는 메모리로부터 적절한 캘리브레이션 세트를 검색하기 위해 각 온도 표시 채널을 아웃풋함으로써 각 캘리브레이션 세트를 선택한다.
실시예에 따라, 광자 계수 검출기에 대한 전력은 영상 획득을 위해 사용될 때 켜진다. 광자 계수 검출기의 전력 공급을 결정하는 검출기 제어기는 그럼으로써 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 선택적인 스위치를 구현하기 위해 사용된다. 검출기 제어기의 도움으로, 광자 계수 검출기는 광자 계수 검출기에 대한 전원이 꺼지는 유휴 모드에서 설정되고 광자 계수 검출기에 대한 전원이 켜지는 영상 획득 시 동작 모드로 스위치될 수 있다. 전체 X-선 영상화 시스템에 대한 주 전력은 임의의 듀티 사이클과 상관 없이 시작한 후에 일정하게 켜지는 것을 주목하자.
임상 현실에서, 전형적인 영상 획득 시간은 0.5초 미만이다. 성능을 안정화하기 위해, 광자 계수 검출기는 때로는 영상 획득 전에, 예를 들어 0.1초 내지 10초 전에 전원 온 될 수 있다. X-선 영상화 시스템의 두 연속적인 사용 사이에서 유휴 시간은 임상 통계에 따라 전형적으로 15분 보다 많다. 이러한 방식에서, 듀티 사이클은 오직 1%일 것이다. 물론, 영상 획득 시간은 일부 특정 응용에서 훨씬 더 길 수 있다. 그러나, 듀티 사이클은 30% 미만이 되도록 고려된다.
따라서, 실시예에서, 검출기 제어기는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, 30% 미만의 듀티 사이클을 갖는 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 설정된다. 듀티 사이클은 검출기 모듈이 동작 모드에 있는 동안의 총 시간을, 즉 영상 획득을 위한, X-선 영상화 세션의 총 시간에 관하여, 정의한다.
특정 실시예에서, 듀티 사이클은 25% 미만, 20% 미만, 15% 미만, 10% 미만, 5% 미만 또는 심지어 2.5% 또는 1% 미만이다.
이것은 X-선 영상화 세션의 더 큰 부분에 대해 검출기 제어기가 검출기 모듈의 적어도 서브셋이 유휴 모드에 있도록 제어하고, 전력 소비 및 그에 따른 검출기 모듈 및 광자 계수 검출기에 의한 열 발생이 감소되는 것을 의미한다.
실시예에서, 듀티 사이클은 시간 operational / (시간 idle + 시간 operational )로써 정의되고, 여기에서 시간 operational 은 검출기 모듈이 동작 모드에 있는 동안의 X-선 영상화 세션의 총 시간을 정의하고 시간 idle 은 검출기 모듈이 유휴 모드에 있는 동안의 X-선 영상화 세션의 총 시간을 정의한다.
동작 모드에서 유휴 모드로 검출기 모듈의 적어도 서브셋을 스위치하는 것은 검출기 모듈에 의한 열 발생이 낮아지는 것을 의미하고, 그럼으로써 검출기 모듈 및 광자 계수 검출기의 온도를 낮춘다. 그에 따라 고온에서 저온으로 가는 온도 구배가 있을 것이다. 상대적으로, 유휴 모드에서 동작 모드로 검출기 모듈의 적어도 서브셋을 스위치하는 것은 검출기 모듈에 의한 열 발생이 증가되는 것을 암시하고, 그럼으로써 검출기 모듈 및 광자 계수 검출기의 온도가 증가한다. 그에 따라 저온에서 고온으로 가는 온도 구배가 있을 것이다.
영상 획득 한참 전부터 온도 구배의 진행을 허용하기 위해, 검출기 모듈은 바람직하게 영상 획득 및 X-선 광원으로부터 X-선 방출의 시작 전 짧은 시간 구간에 유휴 모드에서 동작 모드로 스위치된다. 일반적으로, 검출기 모듈에 전원 온 할 때, 더 느린 온도 증가로 이어지는 초기의 급격하고 빠른 온도 증가가 있을 것이다. 따라서 급속한 변화가 있는, 즉 온도가 증가하는 초기의 급격한 온도 구배를 지나치기 위해 영상 획득에 앞서 충분한 시간 주기로 유휴 모드에서 동작 모드로 검출기 모듈을 스위치하는 것이 바람직할 수 있다. 그 이유는, 선택된 캘리브레이션 세트와 같이, 발생된 캘리브레이션 데이터는 온도가 급속하게 변할 경우 빠르게 구버전(outdate)이 될 수 있기 때문이다.
이런 이유로, 실시예에서 검출기 제어기는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, X-선 광원으로부터 X-선의 방출을 시작하기 전 0.1 내지 10초 이내의 시점에 유휴 모드에서 동작 모드로 검출기 모듈을 스위치하도록 설정된다. 광자 계수 검출기는 그 후 X-선 광원으로부터 X-선을 검출하도록 설정된다.
특정 실시예에서, 검출기 제어기는 X-선 광원으로부터 X-선의 방출을 시작하기 전 0.1 내지 5초, 0.5 내지 5초 또는 1 내지 5초 이내의 시점에 유휴 모드에서 동작 모드로 검출기 모듈을 스위치한다.
실시예에서, 검출기 제어기는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, 검출기 모듈이 전원 오프 되는 유휴 모드와 검출기 모듈이 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 설정된다.
이런 이유로, 이 실시예에서 이러한 적어도 서브셋의 검출기 모듈에 대한 총 전원은 유휴 모드에서 꺼진다. 예를 들어, 이들 검출기 모듈의 전력-소비 회로에 대한 전원이 꺼진다.
다른 실시예에서, 적어도 서브셋에서 검출기 모듈의 단지 일부가 유휴 모드에서 꺼진다. 이것은 검출기 모듈의 각 파트가 전원 오프 되는 반면 검출기 모듈의 각 남아 있는 파트는 유휴 모드 동안 전원 온 되는 것을 의미한다. 이러한 접근에서, 일반적으로 일부 전력은 심지어 유휴 모드 중에도 검출기 모듈에 의해 소비될 것이고 그럼으로써 유휴 모드 동안 약간의 열이 발생될 것이다. 그러나, 전력-소비 및 열 발생은 완전한 검출기 모듈이 동작 모드에서 전원 온 되는 것과 비교할 때 여전히 현저하게 낮다.
도 9에 예시된 바와 같이, X-선 영상화 시스템(100)의 다른 예는 X-선을 방출하는 X-선 광원(10); X-선이 대상을 통과한 후 X-선을 검출하는 X-선 검출기 시스템(20); 광자 계수 검출기의 검출기 모듈에 통합되는, ASIC와 같은, 전력-소비 회로(30)로 구성된다. 실시예에서, 전력-소비 회로(30)는 검출기 소자로부터 미가공 전기 신호를 처리하고 그것을 디지털화하는 아날로그 처리 회로(32) 및 보정을 적용하거나, 그것을 임시로 저장 및/또는 필터링하는 것과 같은, 측정된 데이터에 추가적인 처리 동작을 수행할 수 있는 디지털 처리 회로(34)로 구성된다. X-선 영상화 시스템(100)은 또한 처리된 데이터를 저장하고 추가적인 후처리 및/또는 영상 재구성을 수행할 수 있는 컴퓨터(40)로 구성된다.
흔히 사용되는 X-선 영상화 시스템의 예는 CT 시스템이고, 이는 X-선의 팬 또는 콘 빔을 생산하는 X-선 광원(10) 및 환자나 대상을 통해 전송되는 X-선의 분율을 등록하는 대향하는 X-선 검출기 시스템(20)을 포함할 수 있다. X-선 광원(10) 및 광자 계수 검출기는 화살표(15)로 표시된 바와 같이 보통 영상화된 대상 주위로 회전하는 갠트리 내에 장착된다.
이와 같이, 실시예에서 각각의 전력-소비 회로는 아날로그 처리 회로 및 디지털 처리 회로로 구성된다. 검출기 제어기는 그 후 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해 그리고 전원 온 된 디지털 처리 회로를 유지하면서, 아날로그 처리 회로가 전원 오프 되는 유휴 모드와 아날로그 처리 회로가 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 아날로그 처리 회로를 선택적으로 스위치하도록 설정된다.
이런 이유로, 이 실시예에서, 검출기 모듈의 각 아날로그 처리 회로는 검출기 모듈의 각 디지털 처리 회로가 전원 온으로 유지되는 동안 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 선택적으로 스위치된다.
이 실시예에서, 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 스위치는 검출기 모듈의 최대 전력-소비 파트에만 적용된다. 예를 들어, 광자 계수 검출기의 총 전력의 80% 이상을 소비하는[9], ASIC의 아날로그 파트는, 듀티 사이클에 따라 켜지고 꺼진다. 캘리브레이션 데이터가 바람직하게 저장되고 적용되는 ASIC의 디지털 파트는 연속적으로 켜진다. 이 실시예는 상당한 이점을 달성한다. 첫째, 최대 전력-소비 및 그에 따른 검출기 모듈의 최대 열-발생 파트, 즉 아날로그 처리 회로(ASIC의 아날로그 파트)는, 선택적으로 스위치 오프 되고 그럼으로써 영상 획득 중간에 전원 오프 된다. 그러나, 디지털 처리 회로(ASIC의 디지털 파트)는 완전한 X-선 영상화 세션 동안 바람직하게 전원 온 된다. 그 이유는 디지털 처리 회로가 영상 획득 중간에 전원 다운 될 경우, 캘리브레이션 데이터를 다시 로드하는데 긴 시간이 걸릴 수 있기 때문이다. 이런 이유로, 검출기 제어기가 유휴 모드에서 동작 모드로 검출기 모듈을 스위치할 때 마다 그러한 캘리브레이션 데이터를 다시 로드할 필요가 그럼으로써 완화된다.
도 11은 실시예에 따른 광자 계수 검출기에 대한 듀티 사이클 및 상응하는 전력 공급을 예시하는 다이어그램이다. 다이어그램의 상부는 X-선 영상화 세션의 듀티 사이클을 예시한다. 이 예시적인 예에서, X-선 영상화 세션은 X-선 방출도 검출도 없는 비교적 긴 "사일런트(silent)" 구간으로 이어지는 세 개의 영상 획득 구간을 수반한다.
예시적인 예에서, ASIC의 디지털 파트는 다이어그램의 중간부에 예시되는 바와 같이 완전한 X-선 영상화 세션 동안 전원 온 된다. 이는 디지털 파트에 의해 캘리브레이션 데이터를 다시 로드할 필요를 완화하고, 그렇지 않으면 매회 ASIC의 디지털 파트가 전원 온 되는 현상이 발생하게 될 것이다.
다이어그램의 하부는 아날로그 파트가 전원 오프 되는 유휴 모드 및 아날로그 파트가 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 ASIC의 아날로그 파트의 선택적인 스위치를 예시한다.
실시예에서 및 다이어그램에 도시되는 바와 같이, ASIC의 아날로그 파트는 (수직 해칭선(hatched line)으로 표시된) X-선 방출의 시작 전 짧은 시간 구간에 유휴 모드에서 동작 모드로 스위치된다. 이는 아날로그 파트가 완전히 동작하고 온도 증가는 영상 획득의 시작 전에 비트(bit)를 안정화하기 위한 시간을 갖는다는 것을 의미한다.
실시예의 다른 양상은 X-선 검출기 시스템에 관한 것이다. 이 양상에서, X-선 검출기 시스템은 다수의 검출기 모듈로 구성되는 광자 계수 검출기로 구성된다. 각각의 검출기 모듈은 아날로그 처리 회로 및 디지털 처리 회로로 구성되는 처리 회로를 갖는다. X-선 검출기 시스템은 또한, 이 양상에서, 광자 계수 검출기에 연결되는 검출기 제어기로 구성된다. 검출기 제어기는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해 그리고 전원 온 된 디지털 처리 회로를 유지하면서, 아날로그 처리 회로가 전원 오프 되는 유휴 모드와 아날로그 처리 회로가 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 아날로그 처리 회로를 선택적으로 스위치하도록 설정된다.
이런 이유로, 실시예의 이러한 양상은 온도 표시 신호에 기초하여 반드시 임의의 온도 센서로도 캘리브레이션 데이터의 발생으로도 구성되지는 않는다. 유휴 모드와 동작 모드에서 선택적인 스위치는 광자 계수 검출기에서 모든 검출기 모듈에 대해 수행될 수 있다. 그러한 경우, 모든 이들 검출기 모듈의 전력-소비 회로는 유휴 모드 동안 전원 다운되고 그 후 동작 모드 동안 전원 온 된다. 대안적으로, 아날로그 파트와 같은, 전력-소비 회로의 일부는, 유휴 모드 동안 전원 다운되고, 반면에 디지털 파트와 같은, 전력-소비 회로의 남아 있는 파트는 유휴 모드 동안 전원 온 된다. 동작 모드 동안 전력-소비 회로는, 즉 아날로그 및 디지털 파트는 전원 온 된다.
다른 실시예에서, 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 스위치는 광자 계수 검출기에서 모든 검출기 모듈을 대신하여 단지 검출기 모듈의 서브셋에만 적용된다. 예를 들어, 광자 계수 검출기의 양쪽에 위치되는 주변 검출기 모듈은 중앙의 검출기 모듈이 일정하게 전원 온 되는 동안 듀티 사이클에 따라 전원 온 되고 전원 오프 된다. 이는 도 3에 개략적으로 예시되고, 여기에서 검출기 모듈의 중앙 서브셋은 해칭 링으로 표시되고 검출기 모듈의 주변 서브셋은 중앙 서브셋의 각 측에 배열된다.
이 실시예는 중앙 검출기 모듈이 영상화될 대상의 크기와 상관 없이 스캔 및 영상화 획득 동안 전형적으로 항상 유용한 정보를 수집하기 때문에 이로울 수 있다. 이러한 "가장 중요한" 중앙 검출기 모듈을 전원 온으로 유지함으로써, 이들 중앙 검출기 모듈 상의 임의의 온도 변화 및 구배가 최소화된다. 이것은 결국 영상 데이터에 대한 임의의 온도-유도된 변화 또는 열화가 회피되거나 적어도 감소되고 그럼으로써 중앙 검출기 모듈로부터 아웃풋된 영상 데이터에 대한 그러한 온도-유도된 변화의 캘리브레이션에 대한 필요가 감소되는 것을 암시한다.
주변 검출기 모듈은 일반적으로 영상 재구성에 그다지 중요하지 않은 정보 또는 감쇠되지 않은 X-선도 덜 수집한다. 이들 주변 검출기 모듈은 대부분의 현실적인 응용에 있어서 광자 계수 검출기에서 검출기 모듈의 대부분을 구성한다. 예를 들어, 주변 검출기 모듈은 광자 계수 검출기에서 검출기 모듈의 총 수의 약 75 ~ 80%를 구성할 수 있다. 이에 따라, 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 이러한 주변 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하는 것은 광자 계수 검출기로부터 전력 소비 및 열 발생을 상당히 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 이 실시예는 가장 중요한 중앙 검출기 모듈에 의해 발생되는 영상 데이터에서 온도-유도된 변화 및 열화의 위험을 감소시키고 그럼으로써 모든 검출기 모듈에서 영상 획득 동안 캘리브레이션을 수행할 필요를 완화시키면서, 광자 계수 검출기에 의한 총 전력 소비 및 열 발생을 상당히 감소시킬 수 있다.
이런 이유로, 실시예에서, 광자 계수 검출기는 검출기 모듈의 중앙 서브셋 및 광자 계수 검출기의 축을 따라 (도 3의 점으로 된 곡선 참조) 중앙 서브셋의 각 측에 배열된 검출기 모듈의 하나 이상의 주변 서브셋으로 구성된다. 이 실시예에서, 검출기 제어기는 전원 온 된 검출기 모듈의 중앙 서브셋의 전력-소비 회로를 유지하면서, 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 검출기 모듈의 하나 이상의 주변 서브셋을 선택적으로 스위치하도록 설정된다.
실시예의 다른 양상은 X-선 검출기 시스템에 관한 것이다. 이 양상에서, X-선 검출기 시스템은 검출기 모듈의 중앙 서브셋 및 광자 계수 검출기의 축을 따라 중앙 서브셋의 각 측에 배열된 검출기 모듈의 하나 이상의 주변 서브셋으로 구성되는 광자 계수 검출기로 구성된다. 각각의 검출기 모듈은 전력-소비 회로를 갖는다. 이 양상에서, X-선 검출기 시스템은 또한 광자 계수 검출기에 연결되는 검출기 제어기로 구성된다. 검출기 제어기는 전원 온 된 검출기 모듈의 중앙 서브셋의 전력-소비 회로를 유지하면서, 전력-소비 회로가 전원 오프 되는 유휴 모드와 전력-소비 회로가 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 검출기 모듈의 하나 이상의 주변 서브셋을 선택적으로 스위치하도록 설정된다.
이런 이유로, 실시예의 이러한 양상은 온도 표시 신호에 기초하여 반드시 임의의 온도 센서로도 캘리브레이션 데이터의 발생으로도 구성되지는 않는다.
여기 개시된 발명은 다양한 실시예를 포함한다. 실시예에서, 검출기 제어기는 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 모든 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 설정된다. 다른 실시예에서, 검출기 제어기는 전원 온 된 남아 있는 검출기 모듈을 유지하면서 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 검출기 모듈의 오직 하나의 서브셋을 선택적으로 스위치하도록 설정된다. 특정 실시예에서, 검출기 모듈의 서브셋은 검출기 모듈의 중앙 서브셋이고 남아 있는 검출기 모듈은 검출기 모듈의 주변 서브셋(들)이다.
또, 실시예에서, 유휴 모드에서 검출기 모듈은 완전히 전원 오프되거나 다운되고, 반면에 동작 모드에서 검출기 모듈은 완전히 전원 온 된다. 특정 실시예에서, 유휴 모드에서, 검출기 모듈의 전력-소비 회로는 완전히 전원 오프되거나 다운되고, 반면에 동작 모드에서 전력-소비 회로는 완전히 전원 온 된다. 다른 실시예에서, 검출기 모듈의 일부는 검출기 모듈의 남아 있는 파트가 전원 온 되는 동안 유휴 모드에서 전원 오프되거나 다운되고, 반면에 검출기 모듈은 동작 모드에서 전원 온 된다. 특정 실시예에서, 아날로그 파트와 같은, 검출기 모듈의 전력-소비 회로의 일부는 디지털 파트와 같은 전력-소비 회로의 남아 있는 파트를 전원 온으로 유지하면서, 유휴 모드에서 전원 오프되거나 다운된다. 동작 모드에서 아날로그 파트 및 디지털 파트를 포함하여, 전력-소비 회로가 전원 온 된다. 검출기 모듈의 완전하거나 일부 또는 그 전력-소비 회로를 전원 오프하거나 다운하는 이러한 실시예는 유휴 모드 및 동작 모드 사이에서 검출기 모듈의 전부 또는 서브셋을 선택적으로 스위치하는 것에 관하여 위에 기술된 실시예 중 어느 것과 결합될 수 있다.
검출기 제어기가 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 선택적으로 스위치하는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋은 각 온도 센서로 구성되는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋과 동일할 수 있다. 예를 들어, 광자 계수 검출기의 M ≥ N 중 N 검출기 모듈은 각 온도 센서로 구성되고 검출기 제어기는 그 다음 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 이러한 N 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 설정된다. 다른 실시예에서, 광자 계수 검출기의 M ≥ N 중 N 검출기 모듈은 각 온도 센서로 구성되고 검출기 제어기는 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 M ≥ P 중 P 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 설정된다. 이 경우, P 검출기 모듈은 N 검출기 모듈의 서브셋이 될 수 있고, N 검출기 모듈은 P 검출기 모듈의 서브셋이 될 수 있으며, 또는 P 검출기 모듈 및 N 검출기 모듈은 검출기 모듈의 적어도 부분적으로 중복되는 세트가 될 수 있는데, 즉 일부 검출기 모듈은 P 검출기 모듈 및 N 검출기 모듈 모두에 속하고, 반면에 다른 검출기 모듈은 P (또는 N) 검출기 모듈에 속하지만 N (또는 P) 검출기 모듈에 속하지 않거나, P 또는 N 검출기 모듈 중 어느 것에도 속하지 않는다.
실시예에서, 광자 계수 검출기는 도 8에 예시된 바와 같이 프런트-엔드 ASIC로부터 히트 싱크까지 열 전도체로 연결된다. 열 전도체는, 실시예에서, 그의 온도 팽창 계수가 실리콘에 매치되기 때문에 질화알루미늄(aluminum nitride)으로 제작된다. 실시예에서, 히트 싱크는 그의 비교적 낮은 밀도로 인해 알루미늄으로 제작되고, 그럼으로써 히트 싱크의 하중을 감소시킨다. 외기(ambient air) 또는 물은 히트 싱크로부터 열을 빼앗기 위해 사용될 수 있다.
이런 이유로, 실시예에서, 광자 계수 검출기는 히트 싱크 및 다수의 열 전도체로 구성될 수 있다. 각각의 열 전도체는 검출기 모듈 및 히트 싱크의 전력-소비 회로를 상호 연결한다.
실시예에서, 다수의 열 전도체는 질화알루미늄으로 제작된다. 실시예에서, 히트 싱크는 알루미늄으로 제작된다.
광자 계수 검출기의 열 관리 시스템에 대한 간소화된 모델은 도 10에 도시되어 있다. X-선 영상화 시스템이 켜진 후, 광자 계수 검출기의 디지털 처리 회로는, 실시예에서 지속적으로 전원 온 되고, 일정하게 히트 싱크에 열을 전달한다. 대류 열전달(convective heat transfer) 및 팬은 열이 광자 계수 검출기 및 히트 싱크로부터 확산하는 것을 돕고 그럼으로써 일반적으로 일정한 온도로 광자 계수 검출기를 유지한다. 영상 획득의 경우, 광자 계수 검출기의 아날로그 처리 회로가 전원 온 되고, 그 때 더 많은 열이 운반되어야 할 필요가 있다. 그 다음, 팬 및 대류 열전달을 위한 전력이 열 제어기에 의한 온도의 함수로써 적용될 것이다. 영상 획득 후, 광자 계수 검출기는 팬 및 대류 열전달의 도움으로 다시 냉각될 것이고, 아날로그 처리 회로를 끔으로써 광자 계수 검출기에 의한 열 발생을 감소시킨다.
도 10에 예시된 간소화된 모델에서 적당한 파라미터를 인풋함으로써, 온도 곡선은 시뮬링크(Simulink)의 도움으로 히트 싱크에 대해 시뮬레이트될 수 있다. 두 예의 듀티 사이클이 사용된다. 첫 번째 것은 900초의 구간에 대한 1% 펄스 너비이고, 이는 임상 사용을 시뮬레이트하도록 설계된다. 결과는 도 12a에 도시된다. 두 번째 듀티 사이클은 690초의 구간에 대한 15% 펄스 너비이고, 이는 임상 사용에서 극단적인 조건을 시뮬레이트하도록 설계된다. 결과는 도12b에 도시된다.
도 12a 및 도 12b 둘 다에서, 온도 곡선은 시작된 후 ASIC의 디지털 파트를 연속적으로 켜진 상태로 유지하면서, ASIC의 아날로그 파트의 선택적인 스위치로 인해 정체기에 도달한다. ASIC의 아날로그 파트의 선택적인 스위치는 제어된 방식으로 위 아래를 갖는 온도 곡선을 유발한다. 시뮬레이션에서 획득된 최대 온도는 히트 싱크에 대해 약 28℃이지만, 광자 계수 검출기에서 온도는 5 내지 6℃가 더 높을 수 있다. 이러한 방식으로, 광자 계수 검출기에 대한 동작 온도는 현대의 CT 검출기에 대한 전형적인 동작 온도인 36℃ 보다 낮아질 것이다. 이는 결국 다른 X-선 검출기와 비교하여, 잡음 및 일정한 영상 품질에 관하여, 광자 계수 검출기의 성능을 증가시킬 것이다.
실시예의 다른 양상은 X-선 영상화 시스템에 관한 것이다(도 2 참조). X-선 영상화 시스템은 X-선을 방출하도록 설정된 X-선 광원 및 X-선 광원에 연결되고 X-선 광원으로부터 X-선의 방출을 제어하도록 설정된 X-선 제어기로 구성된다. X-선 영상화 시스템은 또한 광자 계수 검출기 및 검출기 제어기로 구성되는 실시예에 따른 X-선 검출기 시스템으로 구성된다. 실시예에서, 검출기 제어기는 X-선 광원 및 X-선 제어기의 전원이 온(on)인 동안, 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 설정된다.
이에 따라, 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 검출기 모듈의 선택적인 스위치는 X-선 영상화 시스템의 주요 전원이 온인 X-선 영상화 세션 중 일어난다.
실시예에서, 검출기 제어기는 X-선 광원 및 X-선 제어기의 전원이 온일 때, X-선 광원으로부터 X-선의 방출의 중단을 제어하는 X-선 제어기와 관련하여 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 전력-소비 회로의 적어도 일부에 대한 전원을 선택적으로 끄도록 설정된다.
예를 들어, 검출기 제어기는 X-선 광원 및 X-선 제어기의 전원이 온일 때, X-선 광원으로부터 X-선의 방출의 중단을 제어하는 X-선 제어기를 갖는 싱크로니(synchrony)에서 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 전력-소비 회로의 적어도 일부에 대한 전원을 선택적으로 끄도록 설정된다.
이는 도 11에 개략적으로 예시되고, 여기에서 ASIC의 아날로그 파트는 X-선 광원으로부터 X-선의 방출의 중단을 제어하는 X-선 제어기를 갖는 싱크로니에서 전원 다운된다.
실시예에서, 검출기 제어기는 X-선 광원 및 X-선 제어기의 전원이 온일 때, X-선 광원으로부터 X-선의 방출의 시작을 제어하는 X-선 제어기에 앞서는 시점에서, 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 전력-소비 회로의 적어도 일부에 대한 전원을 선택적으로 켜도록 설정된다.
이는 또한 도 11에서 개략적으로 예시되고, 여기에서 ASIC의 아날로그 파트는 X-선 광원으로부터 X-선의 방출의 시작을 제어하는 X-선 제어기 보다 약간 먼저 전원 온 된다.
도 14는 X-선 검출기 시스템의 열 제어 방법을 예시하는 순서도이다. 방법은 단계 S1에서, 광자 계수 검출기에서 다수의 검출기 모듈의 적어도 (제1) 서브셋의 온도를 감시하는 것으로 구성된다. 단계는 또한 단계 S2에서 및 다수의 검출기 모듈의 적어도 (제1) 서브셋의 각각의 검출기 모듈에 대해, 감시에 기초하여 온도 표시 신호를 발생시키는 것으로 구성된다. 방법은 단계 S3에서 및 다수의 검출기 모듈의 적어도 (제2 또는 제1) 서브셋에 대해, 검출기 모듈의 적어도 각 파트가 전원 오프 되는 유휴 모드와 검출기 모듈이 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하는 것으로 더 구성된다. 방법은 단계 S4에서 광자 계수 검출기에 의해 발생되는 영상 데이터에 대한 임의의 온도-유도된 변화를 보정하기 위해 각 온도 표시 신호에 기초하여 캘리브레이션 데이터를 발생시키는 것으로 추가적으로 구성된다.
실시예에서, 단계 S4는 다수의 검출기 모듈의 (제 2 또는 제 1) 서브셋의 전력-소비 회로에 의해, 광자 계수 검출기에 의해 발생되는 영상 데이터에 대해 임의의 온도-유도된 변화를 보정하기 위해 각 온도 표시 신호에 기초하여 캘리브레이션 데이터를 발생시키는 것으로 구성된다.
여기 기술된 방법, 디바이스 및 장치는 다양한 방법으로 구현되고, 결합되며 재구성될 수 있음을 이해할 것이다.
예를 들어, 실시예는 하드웨어로, 또는 적절한 처리 회로에 의한 실행을 위한 소프트웨어로, 또는 그 결합으로 구현될 수 있다.
여기 기술된 단계, 기능, 절차, 모듈 및/또는 블록은 범용 전자 회로 및 주문형 회로 모두를 포함하여, 이산 회로 또는 집적 회로 기술과 같은, 임의의 종래 기술을 사용하여 하드웨어로 구현될 수 있다.
대안적으로, 또는 보완으로써, 여기 기술된 단계, 기능, 절차, 모듈 및/또는 블록의 적어도 일부는 하나 이상의 프로세서 또는 처리 유닛과 같이 적절한 처리 회로에 의한 실행을 위한 컴퓨터 프로그램과 같은 소프트웨어로 구현될 수 있다.
처리 회로의 예로는 하나 이상의 마이크로프로세서, 하나 이상의 디지털 신호 프로세서(DSP), 하나 이상의 중앙 처리 장치(CPU), 비디오 가속 하드웨어 및/또는 하나 이상의 현장 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA)나 하나 이상의 프로그램 가능 논리 제어 장치(PLC)와 같은 임의의 적절한 프로그램 가능한 논리 회로를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 제안된 기술이 구현되는 임의의 종래 장치 또는 유닛의 일반적인 처리 능력을 재사용하는 것이 가능할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 기존 소프트웨어를 다시 프로그래밍하거나 새로운 소프트웨어 구성 요소를 추가함으로써 기존 소프트웨어를 재사용하는 것이 가능할 수 있다.
예를 들어, X-선 검출기 시스템의 검출기 제어기는 실시예에 따라 프로세서-메모리 구현의 형태가 될 수 있다. 이 특정 예에서, 검출기 제어기는 프로세서 및 메모리로 구성된다. 메모리는 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어로 구성되고, 그것에 의해 프로세서는 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 설정된다.
다른 실시예에서, 검출기 제어기는 실시예에 따라 하드웨어 회로 구현의 형태가 될 수 있다. 적절한 하드웨어 회로의 특정 예는 하나 이상의 적절하게 설정되거나 가능하게는 재설정 가능한 전자 회로, 예를 들어 주문형 반도체(ASIC), 현장 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA)나 적절한 레지스터(REG) 및/또는 메모리 유닛(MEM)과 연결되어 전문화된 기능을 수행하기 위해 상호 연결되는 이산 논리 게이트 및/또는 플립-플롭(flip-flop)에 기초한 회로와 같은 임의의 기타 하드웨어 로직을 포함한다.
또한 하드웨어 및 소프트웨어의 결합에 기초한 해결책을 제공하는 것이 가능하다. 실제의 하드웨어-소프트웨어 파티셔닝은 처리 속도, 구현 비용 및 기타 요건을 포함하는 다수의 인자에 기초하여 시스템 설계자에 의해 결정될 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 컴퓨터 구현(200)의 예를 예시하는 개략도이다. 이 특정 예에서, 여기 기술된 단계, 기능, 절차, 모듈 및/또는 블록의 적어도 일부는 컴퓨터 프로그램(225; 235)에서 구현되고, 이는 하나 이상의 프로세서(210)를 포함하는 처리 회로에 의한 실행을 위해 메모리(220)로 로드될 수 있다. 프로세서(들)(210) 및 메모리(220)는 정상적인 소프트웨어 실행을 가능하게 하기 위해 서로 상호연결된다. 선택적인 입력/출력 장치(240) 역시 인풋 파라미터(들) 및/또는 결과적인 아웃풋 파라미터(들)와 같은 관련 데이터의 입력 및/또는 출력을 가능하게 하기 위해 프로세서(들)(210) 및/또는 메모리(220)에 상호연결될 수 있다.
용어 '프로세서'는 일반적인 의미에서 특정 처리, 결정 또는 계산 작업을 수행하기 위해 프로그램 코드 또는 컴퓨터 프로그램 명령어를 실행할 수 있는 임의의 시스템 또는 장치로 해석되어야 한다.
따라서, 하나 이상의 프로세서(210)를 포함하는 처리 회로는 컴퓨터 프로그램(225)을 실행할 때, 여기에 기술된 바와 같이 잘 정의된 처리 작업을 수행하도록 설정된다.
처리 회로는 오직 위에 기술된 단계, 기능, 절차 및/또는 블록을 실행하기 위해서 전용될 필요 없이, 기타의 작업 또한 실행할 수 있다.
제안된 기술은 또한 하나 이상의 프로세서(210)에 의해 실행될 때, 명령어로 구성되는 컴퓨터 프로그램(225; 235)을 제공하고, 명령어는 하나 이상의 프로세서(210)로 하여금 광자 계수 검출기에서 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, 검출기 모듈의 적어도 각 파트가 전원 오프 되는 유휴 모드와 검출기 모듈이 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 한다. 하나 이상의 프로세서(210)는 또한 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에서 각 온도를 표시하는 각 온도 표시 신호에 기초하여, 광자 계수 검출기에 의해 발생되는 영상 데이터에 대해 임의의 온도-유도된 변화를 보정하기 위해 캘리브레이션 데이터를 발생시키도록 한다.
제안된 기술은 또한 컴퓨터 프로그램(235)으로 구성되는 캐리어(230)를 제공한다. 캐리어(230)는 전자 신호, 광학 신호, 전자기 신호, 자기 신호, 전기 신호, 무선 신호, 마이크로파 신호 또는 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체 중의 하나이다.
예로써, 소프트웨어 또는 컴퓨터 프로그램(225; 235)은 보통 컴퓨터로 판독 가능한 매체(220; 230), 특히 비-휘발성 매체 상에 운반되거나 저장되는 컴퓨터 프로그램 제품으로써 실현될 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 판독 전용 메모리(Read-Only Memory: ROM), 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory: RAM), 콤팩트 디스크(Compact Disc: CD), 디지털 다기능 디스크(Digital Versatile Disc: DVD), 블루레이 디스크(Blu-ray disc), 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus: USB) 메모리, 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive: HDD) 저장 장치, 플래시 메모리, 자기테이프 또는 임의의 기타 종래의 메모리 장치를 포함하여, 하나 이상의 분리형 또는 비-분리형 메모리 장치를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 따라서, 컴퓨터 프로그램(225; 235)은 그의 처리 회로(210)에 의한 실행을 위하여 컴퓨터 또는 동등한 처리 장치(200)의 동작 메모리(220)에 로드될 수 있다.
여기에 제시된 흐름 다이어그램 또는 다이어그램은 하나 이상의 프로세서에 의해 수행될 때 컴퓨터 흐름 다이어그램 또는 다이어그램으로 간주될 수 있다. 상응하는 장치는 기능 모듈의 그룹으로 정의될 수 있으며, 프로세서에 의해 수행되는 각각의 단계는 하나의 기능 모듈에 대응한다. 이 경우, 기능 모듈은 프로세서에서 작동하는 컴퓨터 프로그램으로 구현된다.
따라서, 메모리에 존재하는 컴퓨터 프로그램은 프로세서에 의해 실행될 때, 여기 기술된 단계 및/또는 작업의 적어도 일부를 수행하도록 설정된 적절한 기능 모듈로서 구성될 수 있다.
실시예에서, 그러한 장치는 광자 계수 검출기에서 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, 검출기 모듈의 적어도 각 파트가 전원 오프 되는 유휴 모드와 검출기 모듈이 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하는 스위칭 모듈로 구성된다. 장치는 또한 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에서 각 온도를 표시하는 각 온도 표시 신호에 기초하여, 광자 계수 검출기에 의해 발생되는 영상 데이터에 대해 임의의 온도-유도된 변화를 보정하기 위해 캘리브레이션 데이터를 발생시키는 캘리브레이션 발생 모듈로 구성된다.
위에 기술한 실시예는 단지 예로서 제시된 것이고, 제안된 기술은 이에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 통상의 기술자는 첨부된 특허 청구의 범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 상기 실시예에 대하여 다양한 변형, 결합 및 변경이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 특히, 기타 실시예에서의 상이한 부분적인 해결책은 기술적으로 가능할 경우 기타의 구성으로 결합될 수 있다.
[참고 문헌]
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Claims (21)

  1. 다수의 검출기 모듈로 구성되는 광자 계수 검출기(20)와,
    각각의 검출기 모듈은 전력-소비 회로(30)로 구성되고 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋은 검출기 모듈에서 온도를 감시하고 온도 표시 신호를 발생시키도록 설정된 온도 센서로 구성되며;
    광자 계수 검출기(20)에 연결되고, 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, 검출기 모듈의 적어도 각 파트가 전원 오프 되는 유휴 모드와 검출기 모듈이 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 설정되는 검출기 제어기;로 구성되는 X-선 검출기 시스템으로서,
    검출기 모듈의 적어도 서브셋의 전력-소비 회로(30)는 광자 계수 검출기에 의해 발생되는 영상 데이터에 대해 임의의 온도-유도된 변화를 보정하기 위해 각 온도 표시 신호에 기초하여 캘리브레이션 데이터를 발생시키도록 설정되는 X-선 검출기 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 각각의 온도 센서는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 각 전력-소비 회로(30)에 통합되는 X-선 검출기 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 각각의 전력-소비 회로(30)는 각 주문형 반도체(ASIC)인 X-선 검출기 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 각각의 온도 센서는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 각 전력-소비 회로(30)에서 구현되는 오실레이터에서 주파수 변화를 측정하도록 설정되는 오실레이터-기반의 온도 센서인 X-선 검출기 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    각각의 전력-소비 회로(30)는 광자의 검출에 응답하여 발생되는 전류 펄스를 문턱의 세트에 비교하도록 설정되는 다수의 비교기로 구성되고;
    검출기 모듈의 적어도 서브셋의 전력-소비 회로(30)는 온도 표시 신호에 기초한 다수의 상이한 캘리브레이션 세트 중 각 캘리브레이션 세트를 선택하도록 설정되고, 각각의 캘리브레이션 세트는 문턱의 세트 값을 정의하는 X-선 검출기 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 검출기 제어기는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, 30% 미만의 듀티 사이클을 갖는 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 설정되고, 듀티 사이클은 검출기 모듈이 X-선 영상화 세션의 총 시간에 관하여 동작 모드에 있는 동안의 총 시간을 정의하는 X-선 검출기 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    검출기 제어기는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, X-선 광원으로부터 X-선의 방출을 시작하기 전 0.1 내지 10초 이내의 시점에 유휴 모드에서 동작 모드로 검출기 모듈을 스위치하도록 설정되고,
    광자 계수 검출기는 X-선 광원으로부터 X-선을 검출하도록 설정되는 X-선 검출기 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    각각의 전력-소비 회로(30)는 아날로그 처리 회로(32) 및 디지털 처리 회로(34)로 구성되고,
    검출기 제어기는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해 그리고 전원 온 된 디지털 처리 회로(34)를 유지하면서, 아날로그 처리 회로(32)가 전원 오프 되는 유휴 모드와 아날로그 처리 회로(32)가 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 아날로그 처리 회로(32)를 선택적으로 스위치하도록 설정되는 X-선 검출기 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서, 광자 계수 검출기(20)는 다수의 반도체 검출기 모듈로 구성되는 X-선 검출기 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 광자 계수 검출기(20)는 다수의 실리콘 검출기 모듈로 구성되는 X-선 검출기 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    광자 계수 검출기(20)는 광자 계수 에지-온 검출기이고 각각의 검출기 모듈은 입사하는 X-선을 마주하는 각 에지이며;
    다수의 검출기 모듈의 에지의 총 면적은 200 cm2 보다 큰 X-선 검출기 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    광자 계수 검출기(20)는
    검출기 모듈의 중앙 서브셋; 및
    광자 계수 검출기의 축을 따라 중앙 서브셋의 각 측에 배열된 검출기 모듈의 하나 이상의 주변 서브셋으로 구성되고,
    검출기 제어기는 전원 온 된 검출기 모듈의 중앙 서브셋의 전력-소비 회로(30)를 유지하면서, 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 검출기 모듈의 하나 이상의 주변 서브셋을 선택적으로 스위치하도록 설정되는 X-선 검출기 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    히트 싱크; 및
    다수의 열 전도체로 더 구성되는 X-선 검출기 시스템으로서,
    각각의 열 전도체는 검출기 모듈 및 히트 싱크의 전력-소비 회로를 상호 연결하는 X-선 검출기 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서, 다수의 열 전도체는 질화알루미늄으로 제작되는 X-선 검출기 시스템.
  15. X-선을 방출하도록 설정되는 X-선 광원(10);
    X-선 광원(10)에 연결되고 X-선 광원(10)으로부터 X-선의 방출을 제어하도록 설정되는 X-선 제어기; 및
    청구항 1에 따른 X-선 검출기 시스템으로 구성되는 X-선 영상화 시스템(100)으로서,
    검출기 제어기는 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, X-선 광원(10) 및 X-선 제어기의 전원이 온인 동안, 유휴 모드와 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 설정되는 X-선 영상화 시스템(100).
  16. 청구항 15에 있어서, 검출기 제어기는 X-선 광원(10) 및 X-선 제어기의 전원이 온일 때, X-선 광원(10)으로부터 X-선의 방출의 중단을 제어하는 X-선 제어기와 관련하여 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 전력-소비 회로(30)의 적어도 일부에 대한 전원을 선택적으로 끄도록 설정되는 X-선 영상화 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서, 검출기 제어기는 X-선 광원(10) 및 X-선 제어기의 전원이 온일 때, X-선 광원(10)으로부터 X-선의 방출의 중단을 제어하는 X-선 제어기를 갖는 싱크로니에서 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 전력-소비 회로(30)의 적어도 일부에 대한 전원을 선택적으로 끄도록 설정되는 X-선 영상화 시스템.
  18. 청구항 15에 있어서, 검출기 제어기는 X-선 광원(10) 및 X-선 제어기의 전원이 온일 때, X-선 광원(10)으로부터 X-선의 방출의 시작을 제어하는 X-선 제어기에 앞서는 시점에서, 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 전력-소비 회로(30)의 적어도 일부에 대한 전원을 선택적으로 켜도록 설정되는 X-선 영상화 시스템.
  19. 매체에 저장된 명령어로 구성되는 비-일시적인 컴퓨터로 판독 가능한 매체로서, 하나 이상의 프로세서(210)에 의해 실행될 때,
    명령어는 하나 이상의 프로세서(210)로 하여금
    광자 계수 검출기(20)에서 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, 검출기 모듈의 적어도 각 파트가 전원 오프 되는 유휴 모드와 검출기 모듈이 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하도록 하고;
    다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에서 각 온도를 표시하는 각 온도 표시 신호에 기초하여, 광자 계수 검출기(20)에 의해 발생되는 영상 데이터에 대해 임의의 온도-유도된 변화를 보정하기 위해 캘리브레이션 데이터를 발생시키도록 하는 비-일시적인 컴퓨터로 판독 가능한 매체.
  20. X-선 검출기 시스템의 열 제어 방법으로서,
    광자 계수 검출기(20)에서 다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 온도를 감시하는 단계(S1);
    다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋의 각각의 검출기 모듈에 대해, 감시에 기초하여 온도 표시 신호를 발생시키는 단계(S2);
    다수의 검출기 모듈의 적어도 서브셋에 대해, 검출기 모듈의 적어도 각 파트가 전원 오프 되는 유휴 모드와 검출기 모듈이 전원 온 되는 동작 모드 사이에서 검출기 모듈을 선택적으로 스위치하는 단계(S3); 및
    광자 계수 검출기(20)에 의해 발생되는 영상 데이터에 대한 임의의 온도-유도된 변화를 보정하기 위해 각 온도 표시 신호에 기초하여 캘리브레이션 데이터를 발생시키는 단계(S4)로 구성되는 X-선 검출기 시스템의 열 제어 방법.
  21. 삭제
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