JP2002323569A - 広いダイナミックレンジを有するｘ線検出器 - Google Patents
広いダイナミックレンジを有するｘ線検出器Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
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- G—PHYSICS
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 改善されたＸ線検出器、Ｘ線検出器の信号を
評価する方法、及び、ユーザによる事前設定を必要とす
ることなく広いダイナミック範囲において最適測定を可
能にする、Ｘ線検出器を有するＸ線検査装置を提供す
る。 【解決手段】 吸収したＸ線量を変換する少なくとも一
つの変換ユニット１と、電荷信号を増幅し更に処理する
少なくとも一つの評価ユニット１０と、データの捕捉、
更なる処理、及び出力のための少なくとも一つのデータ
処理ユニット１１とを含むＸ線検出器に関わる。電荷信
号は最初に評価ユニット１０中の入力増幅器２によって
増幅され、その後、カウンティングチャネル５並びに積
分器チャネル７において並列に評価される。電荷信号
は、カウンティングチャネルにおいて数えられ、全体的
な電荷は変換ユニット１で伝達されるエネルギーの測定
値として積分器チャネルで積分される。
評価する方法、及び、ユーザによる事前設定を必要とす
ることなく広いダイナミック範囲において最適測定を可
能にする、Ｘ線検出器を有するＸ線検査装置を提供す
る。 【解決手段】 吸収したＸ線量を変換する少なくとも一
つの変換ユニット１と、電荷信号を増幅し更に処理する
少なくとも一つの評価ユニット１０と、データの捕捉、
更なる処理、及び出力のための少なくとも一つのデータ
処理ユニット１１とを含むＸ線検出器に関わる。電荷信
号は最初に評価ユニット１０中の入力増幅器２によって
増幅され、その後、カウンティングチャネル５並びに積
分器チャネル７において並列に評価される。電荷信号
は、カウンティングチャネルにおいて数えられ、全体的
な電荷は変換ユニット１で伝達されるエネルギーの測定
値として積分器チャネルで積分される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも一つの
変換ユニットと、吸収されたＸ線量を数え積分する少な
くとも一つの評価ユニットと、少なくとも一つのデータ
処理ユニットとを含むＸ線検出器に関わる。本発明は、
コンピュータ断層撮影装置においてＸ線源に面するよう
に好ましくは配置されるＸ線検出器の吸収信号を評価す
る方法、及び、Ｘ線を出射するＸ線源並びにＸ線検出器
を含むＸ線検査装置に更に関わる。
変換ユニットと、吸収されたＸ線量を数え積分する少な
くとも一つの評価ユニットと、少なくとも一つのデータ
処理ユニットとを含むＸ線検出器に関わる。本発明は、
コンピュータ断層撮影装置においてＸ線源に面するよう
に好ましくは配置されるＸ線検出器の吸収信号を評価す
る方法、及び、Ｘ線を出射するＸ線源並びにＸ線検出器
を含むＸ線検査装置に更に関わる。
【０００２】
【従来の技術】吸収されたＸ線量は、Ｘ線検出器及びＸ
線撮像システムにおいて電荷信号に変換される。この種
類のＸ線検出器は、例えば、医用分野におけるコンピュ
ータ断層撮影（ＣＴ）装置で使用される。Ｘ線検出器の
更なる適用法は、工業分野（例えば、材料を試験するた
め）、又は、安全の分野においてである。概して、（ダ
イナミック）Ｘ線検出器は、 ａ）入射するＸ線量の大部分を吸収しこのＸ線量を電荷
信号に変換する変換ユニット又は段と、 ｂ）変換ユニットからの信号を増幅し更に処理する評価
ユニット又は段と、 ｃ）データ捕捉、捕捉された信号の制御及び出力のため
の手段を含むデータ処理ユニット又は段とから成る。
線撮像システムにおいて電荷信号に変換される。この種
類のＸ線検出器は、例えば、医用分野におけるコンピュ
ータ断層撮影（ＣＴ）装置で使用される。Ｘ線検出器の
更なる適用法は、工業分野（例えば、材料を試験するた
め）、又は、安全の分野においてである。概して、（ダ
イナミック）Ｘ線検出器は、 ａ）入射するＸ線量の大部分を吸収しこのＸ線量を電荷
信号に変換する変換ユニット又は段と、 ｂ）変換ユニットからの信号を増幅し更に処理する評価
ユニット又は段と、 ｃ）データ捕捉、捕捉された信号の制御及び出力のため
の手段を含むデータ処理ユニット又は段とから成る。
【０００３】２つの異なる処理概念が評価ユニットにお
いて通常利用される。一方では例えば、ＥＰ４３４１５
４又はＥＰ４４０２８２に開示される種類の積分評価ユ
ニットがある。これら変換ユニットによって準備される
電荷信号は、所定の期間、つまり、いわゆる積分期間に
わたって積分される。理想的な場合では、この積分結果
は、変換ユニットにおける積分期間中に吸収されたＸ線
量によっておかれるエネルギーを表わす。
いて通常利用される。一方では例えば、ＥＰ４３４１５
４又はＥＰ４４０２８２に開示される種類の積分評価ユ
ニットがある。これら変換ユニットによって準備される
電荷信号は、所定の期間、つまり、いわゆる積分期間に
わたって積分される。理想的な場合では、この積分結果
は、変換ユニットにおける積分期間中に吸収されたＸ線
量によっておかれるエネルギーを表わす。
【０００４】更に、評価ユニットを数える概念もある
（P. Fischer外による“A countingpixel readout
chip for imaging applications”，Nucl. Instr.
andMeth. A20５(1998)，pp.53−59参照）。この文献
では、変換ユニットで個々のＸ線量によって生成される
電荷パルスは、個別的に捕捉され数えられる。このため
に信号形成増幅器が通常使用され、この増幅器の後に比
較器が続き、比較器のディジタル出力信号はカウンタに
よって数えられる。理想的な場合では、カウンティング
期間内で数えられる電荷パルスは、この時間中に変換ユ
ニットにおいて吸収されるＸ線量の数に正確に対応す
る。カウンティング方法の利点は、原則として理想的な
直線性を有する非常に大きいカウンティング範囲が覆わ
れるといった点である。原則としてカウンティング範囲
は、使用されるカウンタの深さによってだけ制限され
る。しかしながら、この方法は、到達され得るカウンテ
ィング率（つまり、時間の１単位当たりのカウンティン
グパルスの数）が、信号が検出され得ない様々な空き時
間効果により制限され、更に、アナログ電子回路の制限
された帯域幅により制限されるといった問題を課され
る。
（P. Fischer外による“A countingpixel readout
chip for imaging applications”，Nucl. Instr.
andMeth. A20５(1998)，pp.53−59参照）。この文献
では、変換ユニットで個々のＸ線量によって生成される
電荷パルスは、個別的に捕捉され数えられる。このため
に信号形成増幅器が通常使用され、この増幅器の後に比
較器が続き、比較器のディジタル出力信号はカウンタに
よって数えられる。理想的な場合では、カウンティング
期間内で数えられる電荷パルスは、この時間中に変換ユ
ニットにおいて吸収されるＸ線量の数に正確に対応す
る。カウンティング方法の利点は、原則として理想的な
直線性を有する非常に大きいカウンティング範囲が覆わ
れるといった点である。原則としてカウンティング範囲
は、使用されるカウンタの深さによってだけ制限され
る。しかしながら、この方法は、到達され得るカウンテ
ィング率（つまり、時間の１単位当たりのカウンティン
グパルスの数）が、信号が検出され得ない様々な空き時
間効果により制限され、更に、アナログ電子回路の制限
された帯域幅により制限されるといった問題を課され
る。
【０００５】これに反して、積分方法は、非常に高い量
の流れの場合にける動作も可能にする。しかしながら、
この方法は、有用なダイナミック範囲及び直線性に関し
て比較的制限されている。積分方法に関して、様々な残
像効果のために前のＸ線画像の残りが後の画像中にまだ
存在する場合があることが公知である。この例として、
多くのシンチレータにおいて生ずるとして公知の残光が
ある。概して、カウンティング検出器は、残像効果が通
常著しく短い時間の電荷パルスを生じさせないためこの
ような残像効果をあまり受けず、従って、カウンティン
グ結果を偽らせない。
の流れの場合にける動作も可能にする。しかしながら、
この方法は、有用なダイナミック範囲及び直線性に関し
て比較的制限されている。積分方法に関して、様々な残
像効果のために前のＸ線画像の残りが後の画像中にまだ
存在する場合があることが公知である。この例として、
多くのシンチレータにおいて生ずるとして公知の残光が
ある。概して、カウンティング検出器は、残像効果が通
常著しく短い時間の電荷パルスを生じさせないためこの
ような残像効果をあまり受けず、従って、カウンティン
グ結果を偽らせない。
【０００６】更に、ＵＳ４５９１９８４は、変換ユニッ
トからの電荷信号が交互に数えられ又は積分され得るＸ
線検出器を開示する。カウンティングに関して、パルス
は、電荷信号が閾値を超えるときだけ出力が作動される
パルス高さ分析器に印加される。出力の作動の頻度がカ
ウンタによって数えられる。しかしながら、代替的に、
電荷信号が集積回路中の低域通過フィルタに印加されて
もよく、このとき電荷はキャパシタにおいて選択可能な
期間にわたって蓄積される。積分結果が評価されるべき
とき、キャパシタは、一定電流で放電される。キャパシ
タの電圧が基準電圧よりも高い限り、外部のクロック信
号のパルスは前述のカウンタに供給され数えられる。キ
ャパシタに蓄積される電荷が大きいほど、放電動作は長
く持続し、キャパシタの電圧は基準電圧よりもより長い
間高い状態におかれる。結果として、クロック信号の相
応じて大きい数のパルスはカウンタによって数えられ
る。
トからの電荷信号が交互に数えられ又は積分され得るＸ
線検出器を開示する。カウンティングに関して、パルス
は、電荷信号が閾値を超えるときだけ出力が作動される
パルス高さ分析器に印加される。出力の作動の頻度がカ
ウンタによって数えられる。しかしながら、代替的に、
電荷信号が集積回路中の低域通過フィルタに印加されて
もよく、このとき電荷はキャパシタにおいて選択可能な
期間にわたって蓄積される。積分結果が評価されるべき
とき、キャパシタは、一定電流で放電される。キャパシ
タの電圧が基準電圧よりも高い限り、外部のクロック信
号のパルスは前述のカウンタに供給され数えられる。キ
ャパシタに蓄積される電荷が大きいほど、放電動作は長
く持続し、キャパシタの電圧は基準電圧よりもより長い
間高い状態におかれる。結果として、クロック信号の相
応じて大きい数のパルスはカウンタによって数えられ
る。
【０００７】ＵＳ４５９１９８４から公知のＸ線検出器
中の切換器を切り換えることによって、パルス高さ分析
器の出力パルス又は外部のクロック信号の伝達されるパ
ルスのいずれかがカウンタに供給され得る。従って、切
換器の位置に依存して、吸収されたＸ線量が数えられる
か、吸収された放射線エネルギーが測定される。カウン
ティング方法は小さい量の流れの場合においてより正確
である一方で積分方法は高い量の流れに対してより正確
であるため、適当な切換位置を選択することで毎回関係
のあるより良い測定方法が提供され得る。ユーザは、ど
の量の流れが予測されるかを予め当てることで適当な切
換位置を選択することができる。しかしながら、使用さ
れるべき最適方法に関する事前知識が必要となるため欠
点となる。切換器が間違った位置に設定されるとき、Ｘ
線動作の結果は最適方法を用いて評価され得ない。所与
の情況では、Ｘ線動作を繰り返すことを必要とする場合
があり、これは、特に医用適用の場合には患者が更なる
放射線負荷に曝されるため、どんな犠牲を払っても回避
されなくてはならない。
中の切換器を切り換えることによって、パルス高さ分析
器の出力パルス又は外部のクロック信号の伝達されるパ
ルスのいずれかがカウンタに供給され得る。従って、切
換器の位置に依存して、吸収されたＸ線量が数えられる
か、吸収された放射線エネルギーが測定される。カウン
ティング方法は小さい量の流れの場合においてより正確
である一方で積分方法は高い量の流れに対してより正確
であるため、適当な切換位置を選択することで毎回関係
のあるより良い測定方法が提供され得る。ユーザは、ど
の量の流れが予測されるかを予め当てることで適当な切
換位置を選択することができる。しかしながら、使用さ
れるべき最適方法に関する事前知識が必要となるため欠
点となる。切換器が間違った位置に設定されるとき、Ｘ
線動作の結果は最適方法を用いて評価され得ない。所与
の情況では、Ｘ線動作を繰り返すことを必要とする場合
があり、これは、特に医用適用の場合には患者が更なる
放射線負荷に曝されるため、どんな犠牲を払っても回避
されなくてはならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前述を考慮して、本発
明は、改善されたＸ線検出器、Ｘ線検出器の信号を評価
する方法、及び、ユーザによる事前設定を必要とするこ
となく広いダイナミック範囲において最適測定を可能に
する、Ｘ線検出器を有するＸ線検査装置を提供すること
を目的とする。
明は、改善されたＸ線検出器、Ｘ線検出器の信号を評価
する方法、及び、ユーザによる事前設定を必要とするこ
となく広いダイナミック範囲において最適測定を可能に
する、Ｘ線検出器を有するＸ線検査装置を提供すること
を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１の
特徴部分に記載するようなＸ線検出器を用いて、並び
に、請求項８の特徴部分に記載するような方法を用いて
実現される。有利な更なる実施例は従属項に記載され
る。
特徴部分に記載するようなＸ線検出器を用いて、並び
に、請求項８の特徴部分に記載するような方法を用いて
実現される。有利な更なる実施例は従属項に記載され
る。
【００１０】本発明によるＸ線検出器は、 ａ）Ｘ線量を吸収し、吸収されたエネルギーに大きさが
対応する電荷信号を生成する少なくとも一つの変換ユニ
ットと、 ｂ）変換ユニットからの上記電荷信号をカウンティング
チャネル及び積分チャネルにおいて平行に処理し、カウ
ンティングチャネルのカウンタ出力が測定の開始から検
出された電荷信号の数の測定を表わし、積分チャネルの
積分器出力が測定の開始から検出された全体的な電荷の
測定を表わし、このカウンティングチャネルに対する測
定の開始が積分チャネルに対する測定の開始と同じであ
ることが好ましいが必ずしも必要でない、少なくとも一
つの評価ユニットと、 ｃ）カウンタ出力及び積分器出力からの信号を組み合わ
せて処理し吸収されたＸ線の量を決定する少なくとも一
つのデータ処理ユニットとを含む。
対応する電荷信号を生成する少なくとも一つの変換ユニ
ットと、 ｂ）変換ユニットからの上記電荷信号をカウンティング
チャネル及び積分チャネルにおいて平行に処理し、カウ
ンティングチャネルのカウンタ出力が測定の開始から検
出された電荷信号の数の測定を表わし、積分チャネルの
積分器出力が測定の開始から検出された全体的な電荷の
測定を表わし、このカウンティングチャネルに対する測
定の開始が積分チャネルに対する測定の開始と同じであ
ることが好ましいが必ずしも必要でない、少なくとも一
つの評価ユニットと、 ｃ）カウンタ出力及び積分器出力からの信号を組み合わ
せて処理し吸収されたＸ線の量を決定する少なくとも一
つのデータ処理ユニットとを含む。
【００１１】従って、Ｘ線検出器中の評価ユニットは、
生成される電荷信号に対してカウンティング方法及び積
分方法を平行して実施し、これら方法の結果は、吸収さ
れたＸ線の量に対する全体的な結果を決定するためにデ
ータ処理ユニットにおいて一緒に使用される。吸収され
た「Ｘ線量」は、時間の１単位当たりの吸収されたエネ
ルギー、又は、時間の１単位当たり吸収されるＸ線量の
数でもよく、適切に定義される組み合わされた変数とし
て定量化されてもよい。２つの測定方法（カウンティン
グ及び積分）を同時に実行することにより、ユーザは、
どの方法だけを実行するか予め特定する必要はなく、測
定結果の次に最適な評価が誤って生ずることはない。従
って本発明によるＸ線検出器は、公知の検出器と比べて
著しく拡張されたダイナミック範囲で動作する。これ
は、Ｘ線負荷が最小化される医用適用、並びに、予測さ
れるべき量の流れの推定が可能でないか若しくは非常に
複雑な適用に対して特に重要である。
生成される電荷信号に対してカウンティング方法及び積
分方法を平行して実施し、これら方法の結果は、吸収さ
れたＸ線の量に対する全体的な結果を決定するためにデ
ータ処理ユニットにおいて一緒に使用される。吸収され
た「Ｘ線量」は、時間の１単位当たりの吸収されたエネ
ルギー、又は、時間の１単位当たり吸収されるＸ線量の
数でもよく、適切に定義される組み合わされた変数とし
て定量化されてもよい。２つの測定方法（カウンティン
グ及び積分）を同時に実行することにより、ユーザは、
どの方法だけを実行するか予め特定する必要はなく、測
定結果の次に最適な評価が誤って生ずることはない。従
って本発明によるＸ線検出器は、公知の検出器と比べて
著しく拡張されたダイナミック範囲で動作する。これ
は、Ｘ線負荷が最小化される医用適用、並びに、予測さ
れるべき量の流れの推定が可能でないか若しくは非常に
複雑な適用に対して特に重要である。
【００１２】Ｘ線検出器の好ましい実施例におけるデー
タ処理ユニットは、Ｘ線量の低吸収率の場合、積分器出
力からの信号よりもカウンタ出力からの信号により多く
の重みを付けるようにして配置される。極端な場合、重
み付けは、Ｘ線の量がカウンタ出力からの信号だけに基
づいて決定される程度にシフトされ得る。低吸収率、又
は、小さい量の流れの場合、空き時間効果及び小さい帯
域幅はこの場合重要でないためカウンティング方法の効
果は最適である。電子ノイズ、暗電流、及び、残像効果
は、個々の電荷信号の検出によって非常に抑制される。
それに対して、小さい量の流れの場合、積分方法は、電
子ノイズ、暗電流、及び可能な残像効果により比較的不
正確である。低吸収率の場合にカウンティング方法をよ
り強く重み付けする提案は、測定方法のこの典型的な面
を考慮し、従って、より正確なカウンティング方法は与
えられるためより良い最終結果を生じさせる。
タ処理ユニットは、Ｘ線量の低吸収率の場合、積分器出
力からの信号よりもカウンタ出力からの信号により多く
の重みを付けるようにして配置される。極端な場合、重
み付けは、Ｘ線の量がカウンタ出力からの信号だけに基
づいて決定される程度にシフトされ得る。低吸収率、又
は、小さい量の流れの場合、空き時間効果及び小さい帯
域幅はこの場合重要でないためカウンティング方法の効
果は最適である。電子ノイズ、暗電流、及び、残像効果
は、個々の電荷信号の検出によって非常に抑制される。
それに対して、小さい量の流れの場合、積分方法は、電
子ノイズ、暗電流、及び可能な残像効果により比較的不
正確である。低吸収率の場合にカウンティング方法をよ
り強く重み付けする提案は、測定方法のこの典型的な面
を考慮し、従って、より正確なカウンティング方法は与
えられるためより良い最終結果を生じさせる。
【００１３】更に、データ処理ユニットは、Ｘ線量の高
吸収率の場合には計算器の出力からの信号よりも積分器
出力からの信号に対してより多くの重みをつけるように
して配置されてもよい。極端な場合、吸収されたＸ線の
量は、積分器出力からの信号だけから決定され得る。高
吸収率、又は、高い量の流れの場合、電子ノイズ、暗電
流、及び、残像効果は、殆ど重要でないたけ積分器チャ
ネルの動作は最適である。それに対して、カウンティン
グチャネルの正確さは空き時間効果によって強く影響を
与えられる。従って、データ処理装置は、全体的な結果
の決定のために２つの測定チャネルの特徴的な挙動を考
慮し、つまり、夫々の精密さに従って重み付けされるよ
うにして考慮する。全体として、これは、単一のカウン
ティング方法だけが使用されるときよりもより正確な吸
収されたＸ線の量に対する最終結果を生じる。
吸収率の場合には計算器の出力からの信号よりも積分器
出力からの信号に対してより多くの重みをつけるように
して配置されてもよい。極端な場合、吸収されたＸ線の
量は、積分器出力からの信号だけから決定され得る。高
吸収率、又は、高い量の流れの場合、電子ノイズ、暗電
流、及び、残像効果は、殆ど重要でないたけ積分器チャ
ネルの動作は最適である。それに対して、カウンティン
グチャネルの正確さは空き時間効果によって強く影響を
与えられる。従って、データ処理装置は、全体的な結果
の決定のために２つの測定チャネルの特徴的な挙動を考
慮し、つまり、夫々の精密さに従って重み付けされるよ
うにして考慮する。全体として、これは、単一のカウン
ティング方法だけが使用されるときよりもより正確な吸
収されたＸ線の量に対する最終結果を生じる。
【００１４】本発明の更なる実施例におけるデータ処理
ユニットは、カウンタ出力からの信号及び積分器出力か
らの信号から吸収されたＸ線量の平均エネルギーを決定
するようにして配置される。典型的にこの目的のために
吸収されたＸ線量は、測定間隔で数えられ、このとき吸
収されるエネルギーは積分される。測定間隔の終わりで
は、全吸収されたエネルギーは、吸収されたＸ線量の数
で割算され、１Ｘ線量当たりの平均エネルギーが得られ
る。Ｘ線量によっておかれるこのような平均エネルギー
は、一つの測定方法（カウンティング又は積分）だけで
は復元され得ない貴重な情報を含む。
ユニットは、カウンタ出力からの信号及び積分器出力か
らの信号から吸収されたＸ線量の平均エネルギーを決定
するようにして配置される。典型的にこの目的のために
吸収されたＸ線量は、測定間隔で数えられ、このとき吸
収されるエネルギーは積分される。測定間隔の終わりで
は、全吸収されたエネルギーは、吸収されたＸ線量の数
で割算され、１Ｘ線量当たりの平均エネルギーが得られ
る。Ｘ線量によっておかれるこのような平均エネルギー
は、一つの測定方法（カウンティング又は積分）だけで
は復元され得ない貴重な情報を含む。
【００１５】評価ユニットは、変換ユニットによって供
給される電荷信号を事前処理する入力増幅器を含むよう
にして構成されることが好ましい。事前処理は、特にこ
の信号の対応する増幅でもよい。更に、電荷信号は、異
なるタイプの信号、例えば、複数のチャネルへの分散に
より好適な電圧信号に変換されてもよい。事前処理され
た信号は、入力増幅器からカウンティングチャネル並び
に積分チャネルに供給される。従って、この構造では、
単一の入力増幅器がカウンティングチャネル並びに積分
チャネルのための信号を準備するのに有利的に使用され
る。これは、変換ユニットによって準備され、通常に小
さい電荷の量を２つのチャネルの間で分配する複雑な制
御の必要性を回避する。更に、入力増幅器の共通の使用
は、要求される構造上の手段の量を減少させ、同時に、
測定チャネルに対して入力増幅における差によってアー
チファクトが全く生じられないことを確実にする。
給される電荷信号を事前処理する入力増幅器を含むよう
にして構成されることが好ましい。事前処理は、特にこ
の信号の対応する増幅でもよい。更に、電荷信号は、異
なるタイプの信号、例えば、複数のチャネルへの分散に
より好適な電圧信号に変換されてもよい。事前処理され
た信号は、入力増幅器からカウンティングチャネル並び
に積分チャネルに供給される。従って、この構造では、
単一の入力増幅器がカウンティングチャネル並びに積分
チャネルのための信号を準備するのに有利的に使用され
る。これは、変換ユニットによって準備され、通常に小
さい電荷の量を２つのチャネルの間で分配する複雑な制
御の必要性を回避する。更に、入力増幅器の共通の使用
は、要求される構造上の手段の量を減少させ、同時に、
測定チャネルに対して入力増幅における差によってアー
チファクトが全く生じられないことを確実にする。
【００１６】Ｘ線検出器は、一つの変換ユニット、一つ
の評価ユニット、及び、一つのデータ処理ユニットだけ
を有する単一の画像処理でもよい。しかしながら、Ｘ線
検出器は、一つの面に分散されるようにして配置される
複数の変換ユニットを好ましくは含む。この配置は、特
に、複数の変換ユニットが行及び列に配置されるマトリ
クスでもよく、各変換ユニットは、Ｘ線検出システムの
画像素子（ピクセル）を構成する。
の評価ユニット、及び、一つのデータ処理ユニットだけ
を有する単一の画像処理でもよい。しかしながら、Ｘ線
検出器は、一つの面に分散されるようにして配置される
複数の変換ユニットを好ましくは含む。この配置は、特
に、複数の変換ユニットが行及び列に配置されるマトリ
クスでもよく、各変換ユニットは、Ｘ線検出システムの
画像素子（ピクセル）を構成する。
【００１７】複数の変換ユニットを有するこのようなＸ
線検出配置における各変換ニットは、正確に一つの評価
ユニットと正確に一つのデータ処理ユニットと好ましく
は関連付けられ、それにより変換ユニットの形態にある
ピクセルによって生成される電荷信号は早く且つ確実に
評価され得る。更に、全ての評価ユニット及びデータ処
理ユニットは、変換ユニットに電気的に接続されている
共通の基盤上に超小型電子ユニットとして有利的に構成
される。このとき変換ユニットは、例えば、基板上の電
子ユニットの上に配置されてもよい。特に、ＣＭＯＳ技
法が超小型電子構造の製造に使用され得る。
線検出配置における各変換ニットは、正確に一つの評価
ユニットと正確に一つのデータ処理ユニットと好ましく
は関連付けられ、それにより変換ユニットの形態にある
ピクセルによって生成される電荷信号は早く且つ確実に
評価され得る。更に、全ての評価ユニット及びデータ処
理ユニットは、変換ユニットに電気的に接続されている
共通の基盤上に超小型電子ユニットとして有利的に構成
される。このとき変換ユニットは、例えば、基板上の電
子ユニットの上に配置されてもよい。特に、ＣＭＯＳ技
法が超小型電子構造の製造に使用され得る。
【００１８】本発明は、コンピュータ断層撮影装置中の
Ｘ線源に面すよう好ましくは配置されるＸ線検出器の吸
収信号を評価する方法に更に関わる。Ｘ線検出器は、典
型的には、Ｘ線源と検出器との間に配置される検査され
るべき対象物、例えば、患者の身体によって吸収される
Ｘ線量がどれだけ大きいかを典型的に決定する。この方
法は、 ａ）時間間隔でＸ線検出器によって吸収されるＸ線量を
数える段階と、 ｂ）Ｘ線検出器におかれる全体的なエネルギーを決定す
るために上記時間間隔中に吸収されたＸ線量の吸収エネ
ルギーを積分する段階と、 ｃ）段階ａ）と段階ｂ）の測定から上記時間間隔中に吸
収されるＸ線量の平均吸収エネルギーを決定する段階
と、 ｄ）Ｘ線源の元の発光スペクトルと段階ｃ）からの平均
吸収エネルギーを比較する段階とを有する。
Ｘ線源に面すよう好ましくは配置されるＸ線検出器の吸
収信号を評価する方法に更に関わる。Ｘ線検出器は、典
型的には、Ｘ線源と検出器との間に配置される検査され
るべき対象物、例えば、患者の身体によって吸収される
Ｘ線量がどれだけ大きいかを典型的に決定する。この方
法は、 ａ）時間間隔でＸ線検出器によって吸収されるＸ線量を
数える段階と、 ｂ）Ｘ線検出器におかれる全体的なエネルギーを決定す
るために上記時間間隔中に吸収されたＸ線量の吸収エネ
ルギーを積分する段階と、 ｃ）段階ａ）と段階ｂ）の測定から上記時間間隔中に吸
収されるＸ線量の平均吸収エネルギーを決定する段階
と、 ｄ）Ｘ線源の元の発光スペクトルと段階ｃ）からの平均
吸収エネルギーを比較する段階とを有する。
【００１９】従来の方法に対して、新規の方法では、吸
収されたＸ線量の数並びにこの数によっておかれる全エ
ネルギーはＸ線検出器の出力側で決定される。１Ｘ線量
当たりの平均吸収エネルギーは、吸収エネルギー全体と
Ｘ線量の数との商としてこれら２つの値から計算され得
る。波長に依存する、検査される対象物の吸収挙動に関
する貴重な情報は、上記平均吸収エネルギーと既知とし
て考えられるＸ線減の放出スペクトルとを比較すること
で得られ得る。例えば、患者の身体の組織による低エネ
ルギーのＸ線量の吸収力は、より高いエネルギーのＸ線
量の吸収力よりも高い。低エネルギーＸ線量のこのよう
なより強い吸収力は、患者の身体を通過した後の平均Ｘ
線量の増加として表わされ、これは、「ラジエーション
ハードニング」と呼ばれる。このようなラジエーション
ハードニングは、照射される組織のタイプに依存して変
化し、それにより関係のある組織に関して追加情報を提
供する。極端な場合、２つの照射された対象物が与えら
れる全エネルギーの同じ割合及び／又は与えられるＸ線
量の数の同じ割合を毎回吸収することができ、従って、
吸収されたエネルギー又はＸ線量の吸収された数の決定
だけによって区別され得ない。しかしながら、２つの対
象物が異なる波長で異なる程度でＸ線量を吸収すると
き、本発明による方法を用いて検出され得る異なるラジ
エーションハードニングを生じさせる。従って、カウン
ティング方法及び積分方法の提案された組み合わせは、
方法が別々に使用されるとき利用できない情報の抽出を
可能にする。
収されたＸ線量の数並びにこの数によっておかれる全エ
ネルギーはＸ線検出器の出力側で決定される。１Ｘ線量
当たりの平均吸収エネルギーは、吸収エネルギー全体と
Ｘ線量の数との商としてこれら２つの値から計算され得
る。波長に依存する、検査される対象物の吸収挙動に関
する貴重な情報は、上記平均吸収エネルギーと既知とし
て考えられるＸ線減の放出スペクトルとを比較すること
で得られ得る。例えば、患者の身体の組織による低エネ
ルギーのＸ線量の吸収力は、より高いエネルギーのＸ線
量の吸収力よりも高い。低エネルギーＸ線量のこのよう
なより強い吸収力は、患者の身体を通過した後の平均Ｘ
線量の増加として表わされ、これは、「ラジエーション
ハードニング」と呼ばれる。このようなラジエーション
ハードニングは、照射される組織のタイプに依存して変
化し、それにより関係のある組織に関して追加情報を提
供する。極端な場合、２つの照射された対象物が与えら
れる全エネルギーの同じ割合及び／又は与えられるＸ線
量の数の同じ割合を毎回吸収することができ、従って、
吸収されたエネルギー又はＸ線量の吸収された数の決定
だけによって区別され得ない。しかしながら、２つの対
象物が異なる波長で異なる程度でＸ線量を吸収すると
き、本発明による方法を用いて検出され得る異なるラジ
エーションハードニングを生じさせる。従って、カウン
ティング方法及び積分方法の提案された組み合わせは、
方法が別々に使用されるとき利用できない情報の抽出を
可能にする。
【００２０】本発明による方法におけるカウンティング
及び積分を実行する時間間隔の持続時間が十分に短いよ
う選択されるとき、理論的には各個々の吸収されたＸ線
量のエネルギーを決定することが可能であり、検査され
るべき対象物を通過した後のＸ線のエネルギースペクト
ルがそれから決定され得る。つまり、時間間隔の長さ
は、検査されるべき対象物を通過した後にＸ線のエネル
ギースペクトルを決定する解像度に影響を与え得る。
及び積分を実行する時間間隔の持続時間が十分に短いよ
う選択されるとき、理論的には各個々の吸収されたＸ線
量のエネルギーを決定することが可能であり、検査され
るべき対象物を通過した後のＸ線のエネルギースペクト
ルがそれから決定され得る。つまり、時間間隔の長さ
は、検査されるべき対象物を通過した後にＸ線のエネル
ギースペクトルを決定する解像度に影響を与え得る。
【００２１】評価ユニットが変換ユニットからの電荷信
号をカウンティングチャネル及び積分チャネルを用いて
平行に処理する前述の種類のＸ線検出器は、この方法を
実行するのに特に好適である。
号をカウンティングチャネル及び積分チャネルを用いて
平行に処理する前述の種類のＸ線検出器は、この方法を
実行するのに特に好適である。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明は、添付の図面を参照して
例によって詳細に説明する。
例によって詳細に説明する。
【００２３】大部分のＸ線量は、変換ユニット１で吸収
され、吸収後に吸収されたエネルギーに大きさが略比例
する電荷信号に変換される。本文脈では、Ｘ線量の電荷
信号への変換が直接的に（例えば、Ｘｅのような気体、
ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅのような半導体、又
は、Ｓｅ、ＰｂＩ２或いはＰｂＯのような光伝導体のよ
うな材料をいわゆる直接的に変換することで）又は間接
的に（シンチレータ材料を用いて低エネルギー光量に変
換し、その後結晶或いはアモルファスシリコンのフォト
ダイオードによって検出することで）行われるかは重要
でない。
され、吸収後に吸収されたエネルギーに大きさが略比例
する電荷信号に変換される。本文脈では、Ｘ線量の電荷
信号への変換が直接的に（例えば、Ｘｅのような気体、
ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅのような半導体、又
は、Ｓｅ、ＰｂＩ２或いはＰｂＯのような光伝導体のよ
うな材料をいわゆる直接的に変換することで）又は間接
的に（シンチレータ材料を用いて低エネルギー光量に変
換し、その後結晶或いはアモルファスシリコンのフォト
ダイオードによって検出することで）行われるかは重要
でない。
【００２４】変換ユニット１によって生成される電荷信
号は、評価ユニット１０の入力増幅器２に供給される。
評価ユニットは、集積回路例えば、ＣＭＯＳ回路として
典型的には実現される。評価ユニット中の入力増幅器２
は、電荷信号を異なる信号（例えば、電圧信号）に変換
する。入力増幅器は、通常、電荷感度増幅器（ＣＳＡ）
であり、つまり、典型的にはブリーディング抵抗器をし
ばしば含む集積回路である。入力における各短い電荷パ
ルスに対して、このような増幅器は、出力において幾何
級数的に減少する電圧を生成し、この指数曲線の下の表
面積はパルス内の電荷に比例する。
号は、評価ユニット１０の入力増幅器２に供給される。
評価ユニットは、集積回路例えば、ＣＭＯＳ回路として
典型的には実現される。評価ユニット中の入力増幅器２
は、電荷信号を異なる信号（例えば、電圧信号）に変換
する。入力増幅器は、通常、電荷感度増幅器（ＣＳＡ）
であり、つまり、典型的にはブリーディング抵抗器をし
ばしば含む集積回路である。入力における各短い電荷パ
ルスに対して、このような増幅器は、出力において幾何
級数的に減少する電圧を生成し、この指数曲線の下の表
面積はパルス内の電荷に比例する。
【００２５】カウンティングチャネル５及び積分チャネ
ル７は、入力増幅器２の出力側に並列に接続されてい
る。カウンティングチャネルは、イベント弁別器３、及
びそれに後続するカウンタ４から成る。イベント弁別器
３は、典型的には信号成形増幅器、及び、調節可能な閾
値を有する比較器から成る。イベント弁別器３は、所定
量の電荷よりも大きいディジタル出力信号（カウンティ
ングパルス）を変換ユニット１からの各電荷パルスに対
して生成する機能を有する（M.Overdick外による文献
“A“Bioscope”system using double−sided silic
on strip detectors and self−triggering read
−out chips”，Nucl. Instr. and Meth.A 392(19
97)，pp.173−177の図１参照）。カウンタ４は、ｎビッ
トのカウンティングの深さを有する電子的ディジタルカ
ウンタである。直線的に帰還されるシフトレジスタ（先
に引用したP.Fischer外による文献を参照）は、特に大
きい空きの節約を提供するバージョンを構成する。
ル７は、入力増幅器２の出力側に並列に接続されてい
る。カウンティングチャネルは、イベント弁別器３、及
びそれに後続するカウンタ４から成る。イベント弁別器
３は、典型的には信号成形増幅器、及び、調節可能な閾
値を有する比較器から成る。イベント弁別器３は、所定
量の電荷よりも大きいディジタル出力信号（カウンティ
ングパルス）を変換ユニット１からの各電荷パルスに対
して生成する機能を有する（M.Overdick外による文献
“A“Bioscope”system using double−sided silic
on strip detectors and self−triggering read
−out chips”，Nucl. Instr. and Meth.A 392(19
97)，pp.173−177の図１参照）。カウンタ４は、ｎビッ
トのカウンティングの深さを有する電子的ディジタルカ
ウンタである。直線的に帰還されるシフトレジスタ（先
に引用したP.Fischer外による文献を参照）は、特に大
きい空きの節約を提供するバージョンを構成する。
【００２６】積分チャネルは、積分期間中に変換ユニッ
ト１によって伝達される電荷の合計量を検出する「全体
的な信号捕捉ユニット」６として参照され得る回路から
成る。とりわけ、この回路を実現するために、 アナログ出力を有する積分回路、後にカウンタを有する
電圧／周波数変換器（ＤＥ１９９４５７５７．３参照） デルタ−シグマ変換器（S.R.Norsworthy, R.Schreier,
G.C.Temes, “Delta−Sigma Data Converters”,
IEEE Press, 1997参照） といった可能性が存在する。
ト１によって伝達される電荷の合計量を検出する「全体
的な信号捕捉ユニット」６として参照され得る回路から
成る。とりわけ、この回路を実現するために、 アナログ出力を有する積分回路、後にカウンタを有する
電圧／周波数変換器（ＤＥ１９９４５７５７．３参照） デルタ−シグマ変換器（S.R.Norsworthy, R.Schreier,
G.C.Temes, “Delta−Sigma Data Converters”,
IEEE Press, 1997参照） といった可能性が存在する。
【００２７】カウンタ４のカウントは、カウンタ出力８
からデータ処理ユニット１に供給される。同様にして、
積分器出力９における積分の結果は、データ処理ユニッ
トに供給される。データ処理ユニット１１は、従って、
カウンティングチャネル５の結果、並びに、積分チャネ
ル７の結果を平行に評価することができる。これによ
り、小さい量の流れの場合にはカウンティングチャネル
のより多くの正確な結果が使用され、より大きい量の流
れの場合には大きい流れに対してより正確な積分チャネ
ルが利用され得るため、今日の技術水準と比較してＸ線
検出器の拡張されたダイナミック範囲が結果として生ず
る。従って、２つの測定方法の利点は、Ｘ線検出器の各
ピクセルにおける信号の捕捉を数え且つ積分することで
組み合わされ得る。
からデータ処理ユニット１に供給される。同様にして、
積分器出力９における積分の結果は、データ処理ユニッ
トに供給される。データ処理ユニット１１は、従って、
カウンティングチャネル５の結果、並びに、積分チャネ
ル７の結果を平行に評価することができる。これによ
り、小さい量の流れの場合にはカウンティングチャネル
のより多くの正確な結果が使用され、より大きい量の流
れの場合には大きい流れに対してより正確な積分チャネ
ルが利用され得るため、今日の技術水準と比較してＸ線
検出器の拡張されたダイナミック範囲が結果として生ず
る。従って、２つの測定方法の利点は、Ｘ線検出器の各
ピクセルにおける信号の捕捉を数え且つ積分することで
組み合わされ得る。
【００２８】更に、平均的な量の流れの場合には、カウ
ンティング方法又は積分方法の別々の適用の場合には利
用できない追加情報を捕捉することが可能である。積分
チャネル７が吸収されたエネルギーを吸収し、カウンテ
ィングチャネル５が吸収されたＸ線量の数を決定するた
め、２つの信号を組み合わすことにより、例えば、吸収
された量の平均エネルギーを決定することが可能とな
る。この平均エネルギーは、検査される対象物において
生ずるラジエーションハードニングの測定であり、この
ような情報は組織のタイプの決定及び区別のために有利
には利用され得る。
ンティング方法又は積分方法の別々の適用の場合には利
用できない追加情報を捕捉することが可能である。積分
チャネル７が吸収されたエネルギーを吸収し、カウンテ
ィングチャネル５が吸収されたＸ線量の数を決定するた
め、２つの信号を組み合わすことにより、例えば、吸収
された量の平均エネルギーを決定することが可能とな
る。この平均エネルギーは、検査される対象物において
生ずるラジエーションハードニングの測定であり、この
ような情報は組織のタイプの決定及び区別のために有利
には利用され得る。
【図１】本発明によるＸ線検出器の構成要素を含むブロ
ック図である。
ック図である。
１ 変換ユニット ２ 入力増幅器 ３ イベント弁別器 ４ カウンタ ５ カウンティングチャネル ６ 信号捕捉ユニット ７ 積分器チャネル ８ カウンタ出力 ９ 積分器出力 １０ 評価ユニット １１ データ処理ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミヒャエル オフェルディク ドイツ連邦共和国，52379 ランガーヴェ ーエ，ノイシュトラーセ 29 (72)発明者 ヴァルター リュッテン ドイツ連邦共和国，52441 リンニヒ／エ ーデレン，ブルンネンシュトラーセ 26 (72)発明者 トーマス ツェンゲル ドイツ連邦共和国，52076 アーヘン，ハ イドヒェンベルク 23 Ｆターム(参考） 2G088 EE02 FF02 JJ05 KK21
Claims (10)
- 【請求項１】 ａ）Ｘ線量を吸収する一方で吸収された
エネルギーに対応する電荷信号を生成する少なくとも一
つの変換ユニットと、 ｂ）測定の開始から検出される電荷信号の数の測定値を
カウンタ出力が表わすカウンティングチャネル、及び、
上記カウンティングチャネルに並列であり、測定の開始
から検出される電荷信号の全体的な電荷の測定値を積分
器出力が表わす積分チャネルにおいて上記電荷信号を処
理する少なくとも一つの評価ユニットと、 ｃ）上記吸収されたＸ線量を決定するために上記カウン
タ出力からの信号及び上記積分器出力からの信号を組み
合わせて処理する少なくとも一つのデータ処理ユニット
とを有するＸ線検出器。 - 【請求項２】 上記データ処理ユニットは、上記Ｘ線量
の吸収率が低い場合には、上記積分器出力からの上記信
号よりも上記カウンタ出力からの上記信号により多くの
重みをつけるようにして配置されることを特徴とする請
求項１記載のＸ線検出器。 - 【請求項３】 上記データ処理ユニットは、上記Ｘ線量
の吸収率が高い場合には、上記カウンタ出力からの上記
信号よりも上記積分器出力からの上記信号により多くの
重みをつけるようにして配置されることを特徴とする請
求項１又は２記載のＸ線検出器。 - 【請求項４】 上記データ処理ユニットは、上記カウン
タ出力からの上記信号、及び、上記積分器出力からの上
記信号から上記検出されたＸ線量の平均エネルギーを決
定するようにして配置されることを特徴とする請求項１
乃至３のうちいずれか一項記載のＸ線検出器。 - 【請求項５】 上記評価ユニットは、上記変換ユニット
によって示される上記電荷信号を事前処理し、特に増幅
し、上記事前処理された信号を上記カウンティングチャ
ネル及び上記積分器チャネルに伝達する入力増幅器を有
することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一
項記載のＸ線検出器。 - 【請求項６】 一つの面で分散される、好ましくは、マ
トリクス状に配置される複数の変換ユニットを含むこと
を特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の
Ｘ線検出器。 - 【請求項７】 上記各変換ユニットは、評価ユニット及
びデータ処理ユニットと関連付けられ、全ての評価ユニ
ット及びデータ処理ユニットは、共通の基盤上に超小型
電子ユニットとして形成されることを特徴とする請求項
６記載のＸ線検出器。 - 【請求項８】 コンピュータ断層撮影装置においてＸ線
源に面すようにして好ましくは配置されるＸ線検出器の
吸収信号を評価する方法であって、 ａ）時間間隔で上記Ｘ線検出器によって吸収されるＸ線
量を数える段階と、 ｂ）上記時間間隔中に吸収される上記Ｘ線量の上記吸収
エネルギーを積分する段階と、 ｃ）上記段階ａ）及び上記段階ｂ）における測定値から
上記時間間隔中に吸収される上記Ｘ線量の平均吸収エネ
ルギーを決定する段階と、 ｄ）上記段階ｃ）からの上記平均吸収エネルギーを上記
Ｘ線源の元の発光スペクトルと比較する段階とを有する
方法。 - 【請求項９】 請求項１乃至７のうちいずれか一項記載
の検出器を用いて実行されることを特徴とする請求項８
記載の方法。 - 【請求項１０】 Ｘ線を出射するＸ線源と、 ａ）Ｘ線量を吸収する一方で上記吸収されたエネルギー
に対応する電荷信号を生成する少なくとも一つの変換ユ
ニット、 ｂ）測定の開始から検出される電荷信号の数の測定値を
カウンタ出力が表わすカウンティングチャネル、及び、
上記チャネルに並列であり、測定の開始から検出される
電荷信号の全体的な電荷の測定値を積分器出力が表わす
積分チャネルにおいて上記電荷信号を処理する少なくと
も一つの評価ユニット、及び、 ｃ）上記吸収されたＸ線量を決定するために上記カウン
タ出力からの信号及び上記積分器出力からの信号を組み
合わせて処理する少なくとも一つのデータ処理ユニット
を含むＸ線検出器とを有するＸ線検査装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10106221A DE10106221A1 (de) | 2001-02-10 | 2001-02-10 | Röntgendetektor mit großem Dynamikbereich |
| DE10106221.4 | 2001-02-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002323569A true JP2002323569A (ja) | 2002-11-08 |
Family
ID=7673607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002031110A Pending JP2002323569A (ja) | 2001-02-10 | 2002-02-07 | 広いダイナミックレンジを有するｘ線検出器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6759658B2 (ja) |
| EP (1) | EP1231485B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002323569A (ja) |
| DE (1) | DE10106221A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005227280A (ja) * | 2004-02-10 | 2005-08-25 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | ハイブリッド型ｘ線検出器 |
| JP2009502227A (ja) * | 2005-07-22 | 2009-01-29 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 多色スペクトルによるｘ線検出器イメージング |
| JP2014211380A (ja) * | 2013-04-19 | 2014-11-13 | 三菱電機株式会社 | 線量率測定装置 |
| JP2020501108A (ja) * | 2016-12-08 | 2020-01-16 | 同方威視技術股▲分▼有限公司 | 放射線検出装置及び方法並びにデータ処理方法及び処理器 |
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|---|---|---|---|---|
| GB0201260D0 (en) * | 2002-01-21 | 2002-03-06 | Europ Org For Nuclear Research | A sensing and imaging device |
| DE10307752B4 (de) * | 2003-02-14 | 2007-10-11 | Siemens Ag | Röntgendetektor |
| US7161155B1 (en) * | 2003-07-02 | 2007-01-09 | Analogic Corporation | X-ray detector with increased detective quantum efficiency |
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