JP2008523872A - 連続的な検出器補正に対するパルスｘ線 - Google Patents

連続的な検出器補正に対するパルスｘ線 Download PDF

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Abstract

放射線画像イメージング装置１０は、放射線のビームを検査領域１６に投影する一次放射線源１４を有する。検出器１８は、検査領域１６を通過して検出された放射線を、前記検出された放射線を表す電気的検出器信号に変換する。検出器１８は、オフセットB(t)及びゲインA(t)のような少なくとも１つの時間的に変化する特徴を持つ。グリッドパルス手段６４は、毎秒１０００ないし５０００パルスのレートで一次放射線源１４をオン及びオフにし、少なくともオフセットB(t)が毎秒１０００ないし５０００回再測定され、前記検出器信号の生成中に複数回補正されるようにする。ゲインA(t)は、第２のパルス手段８８を用いて一定の強度XRefの第２のパルスされる線源８６、１００、１３８をパルスすることにより測定される。ゲインA(t)は、前記検出器信号の生成中に毎秒複数回再測定及び補正される。

Description

本願は、診断イメージング分野に関する。コンピュータ断層撮影イメージングにおいて特定の応用を見出し、特にこれに関連して記載される。しかしながら、ｘ線検出器を採用する他のイメージング装置及び方法においても応用を見出す。
ＣＴスキャナは、典型的には、ガントリの正反対の側にそれぞれ固定されたＸ線源及びＸ線検出器のアレイを含む。前記ガントリのボア（bore）内に配置された患者のスキャン中に、前記ガントリは、Ｘ線源が前記スキャンのデータ収集期間中にＸ線を放出する間に、回転軸の周りで回転する。前記Ｘ線は、複数の検出器素子を含む前記検出器により収集される。
典型的には、ＣＴスキャナにおいて使用されるＸ線検出器は、シリコンフォトダイオードのアレイに結合されたシンチレーション結晶の層を含む。前記シンチレーション結晶は、前記患者を通過したＸ線を吸収し、前記吸収されたＸ線の強度に比例する光を生成する。前記フォトダイオードは、前記シンチレーション結晶により生成された光を吸収し、前記吸収された光を前記吸収された光に比例する電気信号に変換する。理想的な検出器は、前記検出器に入射するＸ線強度Ｘに正比例する信号電流S(t)を生成する。
一般に、Ｘ線検出器は、時間に依存するゲインA(t)及びオフセットB(t)により特徴付けられる。オフセットは、前記Ｘ線源がオフにされた後にオンにとどまる残留信号（residual signal）により表される。典型的には、前記Ｘ線検出器のシンチレーション層は、時間に対してほぼ一定であるゲインA(t)及びオフセットB(t)を持つ材料から選択される。ほとんどの場合、（ほぼ一定のゲインA(t)及びオフセットB(t)を持つ）このような検出器に関して、スキャン中のゲイン及び／又はオフセットの変化に対する補正は行われない。一部のスキャンシステムにおいて、オフセットB(t)の変化に対する軽微な補正のみがスキャン中に行われる。通常は、前記検出器のオフセットB(t)は、スキャンごとに、例えば約３０秒ごとに一度だけ較正される。前記検出器のゲインA(t)は、毎月一度だけ較正されることができる。したがって、前記検出器用の材料は、較正間でオフセット及びゲインの変化が無視されることができるぐらい小さくなるように注意深く選択される。
ゲイン及びオフセットがほぼ一定であるシンチレーション結晶材料は高価であり、これは前記検出器にコストに多大なコストを追加する。しかしながら、より低いグレードのより安価なシンチレーション結晶材料がＣＴスキャナにおいて使用される場合、スキャン中のゲインA(t)及びオフセットB(t)の変化は、大きくなる可能性があり、無視されることができない。
最近のＣＴスキャナにおいて直面される他の問題は、検出器がより薄いスライスを用いてより小さく作成されることによる、検出器ごとの信号の減少である。検出器ごとの信号の減少は、前記患者の高い減衰が低い信号条件を生じる場合、例えば前記患者が肩を通して撮像される場合にＣＴスキャンにおいてアーチファクトを生じる可能性がある。前記低い信号条件は、より高いゲインA(t)Xを持つ検出器を使用することにより克服されることができ、したがって信号対雑音比を向上する。
高いゲインを持つ材料は既知である。このような材料は、オフセット及び／又はゲインの変化の既知の問題が無ければ、ＣＴ検出器において使用されることができた。例えば、CdZnTe、CdTe、TlBr及びPbO等のような直接変換半導体（Ｘ線光伝導体）は、シンチレータ‐フォトダイオード検出器の１０倍大きいゲインを提供することができる。より高いゲインは、より薄いスライスを持つスキャナにおけるイメージングを向上することができる。しかしながら、前記光伝導体のゲイン及びオフセットは安定的でなく、時間と共に大きく変化する。
本発明は、前述の制限等を克服する改良された装置及び方法を意図する。
本発明の一態様によると、放射線画像イメージング装置が開示される。一次放射線源は、放射線ビームを、対象が検査のために配置され検査領域内に投影する。検出器は、前記検査領域を通過して検出された放射線を、前記検出された放射線及び少なくとも１つの時間的に変化する特徴を表す電気的検出器信号に変換する。補正手段は、前記検出器信号の生成中に複数回、前記少なくとも１つの時間的に変化する特徴を補償するために前記検出器信号に対する補正を決定し、前記決定された補正で前記検出器信号を補正する。
他の態様によると、放射線画像イメージング方法が開示される。放射線のビームは、対象が検査のために配置された検査領域内に投影される。前記検査領域を通過した検出された放射線は、前記検出された放射線及び少なくとも１つの時間的に変化する特徴を表す電気的検出器信号に変換される。前記検出器信号に対する補正は、前記検出器信号の生成中に複数回、前記少なくとも１つの変化する特徴を補償するように決定される。前記検出器信号は、前記決定された補正で補正される。
本願の１つの利点は、ＣＴスキャン中にＸ線検出器のゲイン及びオフセットを連続的に補正することにある。
他の利点は、既存のイメージング検出器を使用することにある。
他の利点は、既存の変換電子素子を使用することにある。
他の利点は、スキャンに対して時間を追加しないことにある。
他の利点は、１回のスキャン中の検出器のオフセット及び／又はゲインの変化による画像内のアーチファクトを効果的に防ぐことにある。
他の利点は、時間的に変化する特徴を持つことが知られている低コスト検出器材料を使用することにある。
他の利点は、Ｘ線光伝導体を使用することによりスキャナスライスの厚さを減少することにある。
多くの追加の利点及び利益は、好適な実施例の以下の詳細な記載を読むと当業者に明らかになる。
本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの構成、並びに様々な処理動作及び処理動作の構成の形を取ることができる。図面は、好適な実施例を説明する目的のみであり、本発明を限定するように解釈されない。
図１を参照すると、イメージングシステム１０は、一次放射線源１４を収容又は支持するコンピュータ断層撮影スキャナ１２を含み、一次放射線源１４は、一実施例において、Ｘ線源又はＸ線管であり、放射線ビームを、スキャナ１２により規定される検査領域１６内に投影する。検査領域１６を通過した後に、前記放射線ビームは、検査領域１６を通過した後の放射線ビームを検出するように構成された複数の検出モジュール又は検出素子２０を含む２次元放射線検出器１８により検出される。検出器１８は、典型的には時間と共に変化するゲインA(t)及び／又はオフセットB(t)の特徴を持つ、Ｘ線をアナログ信号に変換する層２２を含む。一実施例において、変換する層２２は、フォトダイオード２６のアレイと結合されたシンチレーション結晶のアレイ、シンチレータ又はシンチレーション層２４を含む。他の実施例において、変換する層２２は、CZT、CdTe、TlBr及びPbO等のような複数の直接変換半導体又はＸ線光伝導体を含む。典型的には、Ｘ線管１４は、検査領域１６を通過して放射線検出器１８の面積を実質的に埋めるように拡大する円錐ビーム、楔形ビーム又は他のビーム幾何学構成を持つ発散Ｘ線ビームを生成する。
（検査領域１６内に示される）イメージング対象２８は、前記イメージング対象を検査領域１６内に移動する寝台３０又は他の支持台上に配置される。寝台３０は、軸方向OZ（図１においてＺ方向として示される）に沿って線形に移動可能である。放射線源１４及び放射線検出器１８は、回転ガントリ３２上に検査領域１６に関して反対側に取り付けされ、この結果、ガントリ３２の回転は、検査領域１６の周りの放射線源１４の回転を生じ、視野の角度範囲を提供する。各検出器素子は、前記線源から前記検出器素子まで延在する線、狭い円錐又は他の実質的に線形の投影に沿って取られる減衰線積分に対応する信号を検出するので、取得されたデータは投影データと称される。
一実施例において、軸方向投影データセットは、寝台３０が静止している間に回転する回転ガントリ３２を用いて取得される。前記軸方向投影データセットは、軸又はＺ方向に直交する検出器素子の行又は列に対応する複数の軸方向スライスを含む。随意に、追加の軸方向スライスは、繰り返される軸方向スキャンを実行し、各軸方向スキャンの間に寝台３０を移動することにより取得される。
他の実施例において、螺旋状投影データセットは、寝台３０上に配置された前記イメージング対象の周りの放射線源１４の螺旋軌道を生成するように寝台３０の連続的な線形運動と同時にガントリ３２を回転することにより取得される。
スキャン中に、各投影に沿って通過する放射線の一部は、前記イメージング対象により吸収され、放射線の一般に空間的に変化する減衰を生じる。検出器１８の検出素子２０は、前記放射線ビームにわたり放射線強度をサンプリングし、放射線吸収投影データを生成する。アナログデジタルコンバータ３４は、検出器１８により収集されたアナログ信号をデジタル数の系列に変換する。前記対象のＸ線減衰測定、オフセット測定及びゲイン測定の両方を含むデジタルデータが、データメモリ３６に記憶される。補正手段３８は、以下により詳細に論じられるように、時間と共に変化する検出器オフセットB(t)及び／又はゲインA(t)の変化を補正するために前記投影データに数学的補正を適用する。一実施例において、補正手段３８は、アナログデジタルコンバータ３４と統合される。前記補正された投影データは、バッファメモリ４０に記憶される。
マルチスライススキャナにおける線源にフォーカスされた取得の幾何学構成に対して、バッファメモリ４０に記憶された前記投影データセットの投影又は減衰線積分の読取値（readings）は、P(γ,β,n)としてパラメータ化されることができ、ここでγは回転ガントリ３２の位置により決定される放射線源１４の線源角度であり、βは扇内の角度（β∈[-Φ/2,Φ/2]、ここでΦは扇角度）であり、nはOZ方向における検出器行数である。一実施例において、リビニングプロセッサ４８は、前記投影データを、正準トランスアクシャル座標（canonic trans-axial coordinates）の平行な非等距離ラスタ（raster）にリビニングする。前記リビニングは、P(γ,β,n)→P(θ,l,n)と表されることができ、ここでθは、読取値とアイソセンタ（isocenter）との間の距離を指定するlによりパラメータ化された平行読取値からなる投影数をパラメータ化し、nはOZ方向における検出器行数である。
リビニングされた平行線投影データセットP(θ,l,n)は、投影データセットメモリ５０に記憶される。随意に、前記投影データは、投影データP(θ,l,n)を投影データセットメモリ５０に記憶する前に挿入プロセッサ５２により等距離座標又は他の所望の座標間隔に挿入される。再構成プロセッサ５４は、前記投影データセットを再構成画像メモリ５６に記憶される１以上の再構成画像に再構成するためにフィルタ逆投影又は他の画像再構成手法を適用する。前記再構成画像は、ビデオプロセッサ５８により処理され、ユーザインターフェース６０に表示されるか、又は他に処理若しくは使用される。一実施例において、ユーザインターフェース６０は、放射線技師、技術者又は他のオペレータがコンピュータ断層撮影スキャナコントローラ６２とインターフェースして選択された軸方向、らせん状又は他のコンピュータ断層撮影イメージングセッションを実施することをも可能にする。
図１を参照し続け、更に図２を参照すると、グリッドパルス回路又は手段６４は、毎秒約１０００ないし５０００パルスのレートでＸ線管１４をオン及びオフにし、時間変化するオフセットB(t)が毎秒同じ回数だけ、即ち時間に対して連続的に測定されることを可能にする。毎秒１０００ないし５０００パルスのサンプリングレートで、オフセットB(t)は、１００マイクロ秒のオーダの時間に対して一定と見なされることのみを必要とする。この仮定は、検出器１８を製造するのに使用されうる低グレードのシンチレータ及びＸ線光伝導体の幅広い範囲に対して非常に妥当である。好ましくは、パルス立ち上がり時間Tr及びパルス立ち下がり時間Tfは、１マイクロ秒以下である。
より具体的には、速い切り換えは、フィラメント６８に対するカソードカップ又はグリッド６６の電位を迅速に切り換えることにより達成される。回路Ａに変わると、正の高電圧電源７０が、Ｘ線管１４のアノード７２に接続される。負の高電圧電源７４は、Ｘ線管１４のカソード６６に接続される。電源７０及び７４の各々に対する電圧は、好ましくは、それぞれ約＋６０，０００ボルト／−６０，０００ボルトであり、これは結果としてアノード７２からカソード６６まで１２０，０００ボルトの合計電位を生じる。グリッドパルス手段６４は、グリッド６６及びフィラメント６８にパルス電位を供給するグリッド電源７６と、スイッチ７８と、フィラメント電源８０とを含む。グリッドパルス電圧は、好ましくは、１０００ないし５０００ボルトである。スイッチ７８は、開閉するためにタイミング制御ユニット又は手段８２からコマンド信号を受信するので、グリッドパルス手段６４は、フィラメント６８における電位に対するカソード６６における電位を変更する。カソード６６における電位が、約数千ボルトだけ前記フィラメントに対して負にされる場合、電子ビームは、ピンチオフ（pinched off）になり、前記Ｘ線は区別される。補正手段３８は、前記信号を測定し、補正を計算し、前記補正を前記測定に適用する。
図１及び２を参照し続け、更に図３Ａ及び３Ｂを参照すると、Ｘ線源１４のオン時間t1の間、測定された信号S(t1)は、一般に、
S(t1)=A(t1)・X(t1)+B(t1)
に等しく、ここで、
S(t1)は前記Ｘ線源のオン時間t1の間の検出器１８の測定された信号であり、
X(t1)は検出器１８に対する入射Ｘ線強度であり、
A(t1)はオン時間t1の間の検出器１８のゲインであり、
B(t1)はオン時間t1の間の検出器１８の信号オフセットである。
時間t2の間、Ｘ線源１４はオフであり、オフセット測定手段８４は、測定された信号S(t2)に等しいオフセットB(t2)を測定し、
S(t2)= B(t2)
であり、ここで、
S(t2)はオフ時間t2の間の検出器１８の測定された信号であり、
B(t2)はオフ時間t2の間の検出器１８の測定されたオフセットである。
オン時間t１及びオフ時間t2は、互いに時間的に近い、例えば２００マイクロ秒内なので、オフセットの変化は、軽微であり、無視されることができる。例えば、測定されたオフセットB(t2)の値は、信号オフセットB(t1)の値にほぼ等しく、即ち、
B(t2)≒B(t1)
である。
補正手段３８は、補正された信号Sc(t1)を得るために測定された信号S(t1)から測定されたオフセットB(t2)を減算することにより補正された信号値を計算し、即ち、
Sc(t1)=[A(t1)・X(t1)+B(t1)]- B(t2)≒A(t1)・X(t1)
又は
Sc(t1)= S(t1)-S(t2)
であり、ここで、
Sc(t1)は補正された信号値であり、
X(t1)は検出器１８に対する入射Ｘ線強度であり、
A(t1)はオン時間t1の間の検出器１８のゲインであり、
B(t1)はオン時間t1の間の検出器１８の信号オフセットであり、
B(t2)はオフ時間t2の間の検出器１８の測定されたオフセットであり、
S(t1)はオン時間t1の間の検出器１８の測定された信号であり、
S(t2)はオフ時間t2の間の検出器１８の測定された信号である。
図３Ａ及び３Ｂのタイミング図において、Ｘ線パルスに対するオン時間TON及びオフ時間TOFFは、データ収集間隔と同じ幅であるように示される。もちろん、前記Ｘ線パルスに対するオン時間TON及びオフ時間TOFFの少なくとも一方が、前記データ収集間隔より短いことが可能であり、例えば、オフセット測定がなされる前に前記検出器信号に対する時間が減衰することを可能にすることも考えられる。代わりに、前記Ｘ線源のオン及びオフ時間は、異なる時間長を持ちうる。前記放射線源の前記オン及びオフ時間に対するそれぞれのデータ収集間隔は、適切に長さが異なることが可能である。
図１を参照し続け、更に図４を参照すると、Ｘ線源のような二次照射源８６が、前記オフセット測定と同じタイミングで検出器１８のゲインA(t)を連続的に測定するために図２の回路Ａに追加される。前記ゲインの測定は、一次Ｘ線源１４をオフにし、前記対象を通るのではなく直接的に前記検出器を照射する二次Ｘ線源８６をオンにすることによりなされることができる。照射源８６は、検出器ゲインA(t)を測定する基準照射として使用される一定の強度XRefの二次照射を生成する。好ましくは、二次Ｘ線源８６は、一次Ｘ線源１４より低い放射線強度のＸ線源である。二次線源８６は、好ましくは、二次線源８６からの照射が対象２８を通過しないように一次Ｘ線源１４より検出器８６の近くに配置される。一実施例において、例えば、一次Ｘ線管１４は１００ないし５００ｍＡに値し、二次Ｘ線源８６は１ないし２ｍＡに値することができる。このような二次Ｘ線源８６は、小さなフットプリントを持ち、費用効率が高い。二次Ｘ線源８６を配置する１つの可能な位置は、前記Ｘ線が検出器１８の裏を通過するように検出器１８の後ろである。二次Ｘ線源８６は、電界放出Ｘ線管又は高速シャッタ放射性同位体線源であってもよい。
二次線源８６は、一次Ｘ線管１４と同様なグリッド制御Ｘ線管である。二次パルス手段８８は、二次Ｘ線源８６を毎秒約１０００ないし５０００パルスのレートでオン及びオフにする。好ましくは、パルス立ち上がり時間T'r及びパルス立ち下がり時間T'fは１マイクロ秒以下である。適切な電子素子９０が、前記回路とともに含まれる。電子素子９０は、好ましくは、二次Ｘ線源８６のアノードに高電力を供給する正の高電圧電源と、Ｘ線源８６のグリッドに負の高電力を供給する負の高電圧電源と、グリッド電源と、スイッチと、二次Ｘ線源８６の前記グリッド及びフィラメントにパルス電位を供給するフィラメント電源とを含む。二次パルス手段８８は、Ｘ線を迅速に消すために前記フィラメントに対する前記グリッドの電位を変更するように前記二次パルス手段の前記スイッチを開閉するコマンド信号をタイミング制御ユニット又は手段８２から受信する。
図１及び４を参照し続け、更に図５Ａ及び５Ｂを参照すると、スキャン前のあるとき、較正プロセス又は手段９２は、検出器１８の公称又は較正ゲインAcalを測定する。未来の測定は、前記公称ゲインに補正される。較正プロセス９２は、立て続けに行われる２つの測定を含む。第１の測定S(tA)は、時間tAの間に二次Ｘ線源８６がオンである場合に行われる。第２の測定S(tB)は、時間tBにおいて二次Ｘ線源８６がオフの場合に行われる。２つの測定された信号S(tA)及びS(tB)は、関係、
S(tA)=ACal・XRef+B(tA) （１）
S(tB)= B(tB)
を持ち、ここで、
S(tA)は時間tAの間の前記検出器の測定された信号であり、
XRefは二次線源８６の強度であり、
ACalは時間tAの間の検出器１８の較正ゲインであり、
B(tA)は時間tAの間の検出器１８の信号オフセットであり、
S(tB)は時間tBの間の検出器１８の測定された信号であり、
B(tB)は時間tBの間の検出器１８の測定されたオフセットである。
時間tA及びtBは時間的に近いので、前記オフセットの変化は、軽微であり、無視されることができる。したがって、測定されたオフセットB(tB)は、信号オフセットB(tA)におおよそ等しい。較正ゲインACalの値は、
ACal=[S(tA)-B(tA)]/XRef 又は
ACal=[S(tA)-S(tB)]/XRef
に等しく、ここで、
ACalは時間tAの間の検出器１８の較正ゲインであり、
S(tA)は時間tAの間の前記検出器の測定された信号であり、
B(tA)は時間tAの間の検出器１８の信号オフセットであり、
XRefは二次線源８６の強度であり、
S(tB)は時間tBの間の検出器１８の測定された信号である。
図１及び４を参照し続け、更に図５Ｃないし５Ｅを参照すると、ゲイン測定手段９４は、検出器１８のゲインを計算する。最初に、二次Ｘ線源８６はオフである。時間t1の間、一次Ｘ線源１４はオンである。時間t1の間に測定された信号S(t1)は、
S(t1)=A(t1)・X(t1)+B(t1)
に等しく、ここで、
S(t1)は時間t1の間の検出器１８の測定された信号であり、
X(t1)は検出器１８に対する入射Ｘ線強度であり、
A(t1)は時間t1の間の検出器１８のゲインであり、
B(t1)は時間t1の間の検出器１８の信号オフセットである。
上で説明されたように、オフ時間t2の間、オフセット測定手段８４は、測定された信号S(t2)に等しいオフセットB(t2)を測定し、
S(t2)=B(t2)
であり、ここで、
S(t2)はオフ時間t2の間の検出器１８の測定された信号であり、
B(t2)はオフ時間t2の間の検出器１８の測定されたオフセットである。
時間t1及びt2に時間的に近い時間t3の間、ゲイン測定手段９４は、検出器１８のゲインを測定する。より具体的には、タイミング手段８２は、Ｘ線源１４をオフにし、二次Ｘ線源８６をオンにするコマンドを送信する。時間t3の間に測定された信号S(t3)は、
S(t3)=A(t3)・XRef+B(t3)
に等しく、ここで、
S(t3)は時間t3の間の検出器１８の測定された信号であり、
A(t3)は時間t3の間の検出器１８の信号ゲインであり、
XRefは二次線源８６の強度であり、
B(t3)は時間t3の間の検出器１８の信号オフセットである。
所望の信号に近い近似である補正された信号SC(t1)は、
SC(t1)=ACal・X(t1)
であり、ここで、
SC(t1)は時間t1の間の前記検出器の補正された信号であり、
X(t1)は検出器１８に対する入射Ｘ線強度であり、
ACalは検出器１８の較正ゲインである。
較正ゲインACalが[S(tA)-S(tB)]/XRefに等しく、Ｘ線強度X(t1)が[S(t1)-B(t1)]/A(t1)に等しい場合、補正された信号SC(t1)は、
SC(t1)={[S(tA)-S(tB)]/XRef }・{[S(t1)-B(t1)]/A(t1)}
に等しく、ここで、
SC(t1)は時間t1の間の検出器１８の補正された信号であり、
S(tA)は時間tAの間の検出器１８の測定された信号であり、
S(tB)は時間tBの間の検出器１８の測定された信号であり、
XRefは二次線源８６の強度であり、
S(t1)は時間t1の間の検出器１８の測定された信号であり、
B(t1)は時間t1の間の検出器１８の信号オフセットであり、
A(t1)は時間t1の間の検出器１８の信号ゲインである。
ここで、時間t1、t2及びt3が時間的に近く、例えば前記検出器オフセットが時間t1、t2及びt3において一定のままであり、したがって、B(t1)≒B(t2)=S(t2)であり、補正された信号SC(t1)が、
SC(t1)={[S(tA)-S(tB)]/XRef}・{[S(t1)-S(t2)]/A(t1)}
に等しいと仮定する。
A(t1)≒A(t3)={[S(t3)-B(t3)]/XRef}かつB(t3)≒B(t2)=S(t2)なので、
SC(t1)={[S(t1)-S(t2)]・[S(t1)-S(t2)]}/{S(t3)-S(t2)}
であり、ここで、
SC(t1)は時間t1の間の検出器１８の補正された信号であり、
S(tA)は時間tAの間の検出器１８の測定された信号であり、
S(tB)は時間tBの間の検出器１８の測定された信号であり、
S(t1)は時間t1の間の検出器１８の測定された信号であり、
S(t2)はオフ時間t2の間の検出器１８の測定された信号であり、
S(t3)はオフ時間t3の間の検出器１８の測定された信号である。
したがって、補正手段３８は、時間t1における信号S(t1)のゲイン及びオフセットを補正し、時間t1における補正された信号である補正された信号SC(t1)を生じる。補正された信号SC(t1)は、測定された信号S'(t1)の近い近似であり、ゲインA(t)がARefの一定値であり、前記オフセットがゼロに等しい場合に生じる。
一実施例において、ノイズを減少するために、オフセット及びゲイン測定を時間で平滑化又は平均化することも可能である。
図５Ｃ、５Ｄ及び５Ｅに示されるように、連続的なゲインA(t)及びオフセットB(t)補正に対して２つのパルスされるＸ線源を含むシステムに対するタイミング図において、Ｘ線源１４のＸ線パルスに対するオン時間TON及びオフ時間TOFFが、データ収集間隔と同じ幅であるように示される。もちろん、Ｘ線源１４のＸ線パルスに対するオン時間TON及びオフ時間TOFFの少なくとも一方が、例えばオフセット測定が行われる前に前記検出器信号に対する時間が減衰することを可能にするために、前記データ収集間隔より短いことが可能であることも考えられる。代わりに、前記Ｘ線源の前記オン及びオフ時間は、異なる時間長であってもよい。前記Ｘ線源の前記オン及びオフ時間に対するそれぞれのデータ収集間隔は、適切に長さが異なってもよい。
図６Ａ及び６Ｂを参照すると、Ｘ線管１４強度は、速い線量変調を達成し、患者に加えられる全体的な放射線量を減少するために連続的に変化させられる。ＣＴスキャナにおいて、スキャン中に前記Ｘ線強度を変化させるためにＸ線管１４のフィラメント６８に対する電流を変化させることは一般的である。前記Ｘ線が対象２８の厚い解剖学的構造を通過しなくてはならない場合、典型的には、より多くのＸ線が必要とされ、薄い解剖学的構造内の領域においてイメージングが行われる場合にはより少ないＸ線が使用される。平均Ｘ線強度が大きいことが必要とされる場合、例えば、前記Ｘ線が対象２８の幅広い部分を通らなければならないことが既知である場合、長いＸ線パルス９６が使用される。より小さい平均強度が必要とされる場合、例えば、前記Ｘ線が対象２８のより薄い部分を通らなければならないことが既知である場合、より短いパルス９８が使用される。前記Ｘ線が前記患者の解剖学的構造の薄いセクションを通過する場合に前記Ｘ線強度を減少することにより、全体的な前記患者の線量は減少される。前記平均Ｘ線強度は、スキャンに対してほぼ一定のままである。
図７を参照すると、紫外光（ＵＶ）のようなパルスされる光源１００は、フォトダイオード２６により検出される光を検出器１８に取り込むためにシンチレータ２４を励起するのに使用される。シンチレーション層２４に注入された（injected）光は、同じ材料に吸収される前記Ｘ線と同様に吸収される。紫外光１０２は、光ファイバ１０４及びライトガイド１０６により検出器１８に導かれる。フォトダイオード２６は、前記ＵＶ光を実質的に感知しない。好ましくは、フォトダイオード２６は、本質的にＵＶが見えない。代わりに、ＵＶブロッキングフィルタ層が、前記フォトダイオードの表面に配置されることができる。紫外光１０２は、検出器ゲインA(t)を測定するために図４の前記二次Ｘ線源の代わりに基準照射として使用される。より具体的には、ＵＶライトパイプ１０８が、シンチレーション層２４の内面１１０に取り付けられる。内面１１０は、好ましくは、反射層１１２を塗布される。前記反射層内の小さな開口１１４は、ＵＶ光１０２がシンチレーション層２４に到達することを可能にし、光１０２が、シンチレーション結晶を照射し、前記光に比例する電気信号を生成するフォトダイオード２６に到達するように広がるようにする。前記信号は、上で説明されたように補正手段３８により測定及び補正される。
ＵＶライトパイプ１０８は、Ｘ線に対して実質的に透明であり、特定のガラス及び水晶等のようなＵＶに対して透明な材料からなることができる。ライトパイプ１０８は、好ましくは、ＵＶ光１０２がパイプ１０８から逃れないように反射材料の第２の層１１８でコーティングされる。等しくない強度に対する補正が行われる可能性があるので、各検出器素子に到達するＵＶ強度は、等しい必要はない。一実施例において、単一のＵＶ光源１００は、複数の光ファイバを使用して複数の検出モジュールに供給する。
図８を参照すると、Ｘ線をアナログに変換する層２２は、パルスされる光源１００により励起されるＸ線光伝導体１２８を含む。光伝導体１２８に注入された光は、同じ材料に吸収されたＸ線により生成されたキャリアと同様なキャリアを生成する。光源１００は、検出器ゲイン測定に使用される基準照射を生成する。Ｘ線光伝導体１２８は、上部電極層１３０及び下部又は画素電極１３２を含む。高電圧電源１３４は、上部電極１３０を介して検出器１８に高電圧バイアスを供給する。ライトパイプ１０８は、上部電極１３０の上に配置され、光ファイバ１０４及びライトガイド１０６を介して上部電極層１３０内の開口１３６に光１０２を分配する。ライトパイプ１０８は、好ましくは、Ｘ線に対して実質的に透明であり、光学的に透明なガラス、プラスチック又は他の同様な透明な材料からなることができる。下部電極１３２は、検出器１８の複数の異なるＸ線感知領域に対する信号を検出する個別の電極である。前記信号は、上で説明されたように補正手段３８により測定及び補正される。
図９を参照すると、電荷キャリア注入手段（charge carrier injecting means）１３８は、光伝導体１２８にキャリアを注入する。このような人工的に注入されたキャリアは、前記Ｘ線により作られたキャリアと実質的に同じように振る舞う。Ｘ線検出中にゲインに作用する前記光伝導体におけるトラップ効果は、電極によるキャリア注入に対するゲインにも作用する。より具体的には、検出器ゲインA(t)を測定する目的で、上部電極層１３０は、２以上の電極、例えば共通バイアス及び注入上部電極１４０及び１４２に分割される。通常のスキャン条件下で、上部電極１４０及び１４２は、同じ固定電位にある。より具体的には、スイッチ１４４が"オフ"位置にある場合、高電圧電源１３４は、両方の上部電極１４０及び１４２に高電圧バイアスを供給する。検出器ゲインA(t)の測定中に、一次Ｘ線源１４はオフにされる。スイッチ１４４が"オン"位置にある。注入電源１４６は、注入電極１４２に注入電位を供給し、高電圧電源１３４は、共通バイアス電極１４０に高電圧バイアスを供給する。このように、差分電圧が、共通バイアス及び注入電極１４０及び１４２に印加される。前記差分電圧は、上面１１０において光伝導体１２８に対するキャリアの注入を引き起こす。前記キャリアは、下部電極１３２により検出される信号を作る。前記信号は、上で説明されたように補正手段３８により測定及び補正される。
不所望なキャリアが光伝導体１２８に注入されることを防ぐために、ブロッキングコンタクト（blocking contact）とも称される薄い層１４６が、金属上部電極１４０及び１４２とＸ線光伝導体１２８との間に配置される。不所望なキャリアの注入は、結果として高い暗電流を生じ、これは高度に望ましくない効果である。ブロッキングコンタクト１４６は、Ｐ−Ｎ接合、ショットキーバリア及び絶縁トンネルバリア等のような異なる方法により形成されることができる。通常の条件下では、高電圧バイアスが印加される場合、ブロッキングコンタクト１４６は、前記キャリアの注入を防ぐ。上部電極１４０及び１４２に対する過剰な高い差分電位の印加は、結果としてキャリアの注入を生じるブロッキングコンタクト１４６の非破壊故障を引き起こす。上述された３つのタイプのブロッキングコンタクトの各々は、この故障を起こす傾向がある。
上述の数学的補正と組み合わせたパルスされるＸ線源の使用は、ゲイン及びオフセットが時間と共に変化する検出器が使用されることを可能にする。このような以前には使用不可能であった検出器の例は、低グレードのシンチレータ及びＸ線光伝導体等からなる。
一実施例において、時間に対する前記検出器のオフセット及び／又はゲインの変化の統計的な履歴が収集される。このシステムは、収集された履歴に基づいてより少ない頻度で較正される。
本発明は、好適な実施例を参照して記載されている。明らかに、先行する詳細な記載を読み、理解すると、修正及び変更が他に思いつくだろう。本発明は、添付の請求項又は同等物の範囲に入る限り全てのこのような修正及び変更を含むと解釈されることが意図される。
コンピュータ断層撮影イメージングシステムの概略図を示す。 パルスＸ線源を含むイメージングシステムの一部の概略図を示す。 データ収集のタイミング図を示す。 Ｘ線源をパルスするタイミング図を示す。 パルスされる一次Ｘ線源及びパルスされる二次Ｘ線源を持つＣＴシステムの一部を概略的に示す。 ゲイン較正に対するデータ収集のタイミング図を示す。 ゲイン較正中の二次線源をパルスするタイミング図を示す。 ２つのパルスされる線源を含むイメージングシステムに対するスキャン中のデータ収集のタイミング図を示す。 スキャン中に一次Ｘ線源をパルスするタイミング図を示す。 スキャン中に二次線源をパルスするタイミング図を示す。 検出器の視野領域を概略的に示す。 Ｘ線源の速いパルシングにより変調される平均Ｘ線強度のグラフを示す。 パルスされる二次線源が光源であるＣＴイメージングシステムの細部を概略的に示す。 検出器がＸ線光伝導体を含み、パルスされる二次線源が光源であるＣＴイメージングシステムの細部を概略的に示す。 検出器がＸ線光伝導体を含み、パルスされる二次線源が電荷キャリア注入線源であるＣＴイメージングシステムの細部を概略的に示す。

Claims (25)

  1. 対象が検査のために配置される検査領域内に放射線のビームを投影する一次放射線源と、
    前記検査領域を通過して検出された放射線を、前記検出された放射線及び少なくとも１つの時間的に変化する特徴を表す電気的検出器信号に変換する検出器と、
    前記検出器信号の生成中に複数回前記少なくとも１つの時間的に変化する特徴を補償する前記検出器信号に対する補正を決定し、前記決定された補正で前記検出器信号を補正する補正手段と、
    を有する放射線画像イメージング装置。
  2. 前記変化する特徴がオフセットB(t)であり、前記補正手段が、前記検出器の前記オフセットB(t)を測定するオフセット手段を含み、更に、
    前記一次放射線源を速くパルスするグリッドパルス手段であって、前記オフセットB(t)が一次放射線源オン時間t1及び一次放射線源オフ時間t2中に実質的に一定のままであり、前記オフセット手段が、前記一次放射線源オフ時間t2において前記オフセットの値B2を測定し、前記オフセット値B2が前記オフ時間t2中の信号値に等しい、当該グリッドパルス手段、
    を含む、請求項１に記載の装置。
  3. 前記グリッドパルス手段が、毎秒１０００ないし５０００パルスのレートで前記一次放射線源をオン及びオフにし、前記オフセットB(t)が、毎秒１０００ないし５０００回再測定される、請求項２に記載の装置。
  4. 前記補正手段が、前記検出された信号から前記測定されたオフセット値B2を減算することにより前記検出された信号を補正し、
    SC1=A1X1-B2
    であり、ここで、
    SC1が前記時間t1の間の補正された信号であり、
    A1が前記時間t1の間の前記検出器のゲインであり、
    X1が前記時間t1の間の前記検出器に対する入射Ｘ線強度であり、
    B2が前記時間t2の間の前記検出器の測定されたオフセットである、
    請求項２に記載の装置。
  5. 前記検出器を励起する一定の強度の第２のパルスされる線源と、
    前記第２の線源を速くパルスする第２のパルス手段と、
    を更に含む、請求項２に記載の装置。
  6. 前記補正手段が、
    前記第２の線源が時間tAの間にオンである場合に測定された信号SAと、前記第２の線源が時間tBの間にオフである場合に測定された信号SBとの強度に関連して決定される前記検出器の公称ゲインACalを決定する較正手段、
    を更に含み、
    ACal=[SA-SB]/XRef
    であり、ここで、
    ACalが前記検出器の較正ゲインであり、
    SAが前記時間tAの間の前記検出器の測定された信号であり、
    XRefが前記第２の線源の前記強度であり、
    SBが前記時間tBの間の前記検出器の測定された信号である、
    請求項５に記載の装置。
  7. 前記補正手段が、前記検出器のゲインの変化によって前記検出された信号を補正するゲイン手段を含み、
    SC1={[SA-SB]・[S1-S2]}/{S3-S2}
    であり、ここで、
    SC1が前記時間t1の間の前記検出器の補正された信号であり、
    SAが前記時間tAの間の前記検出器の測定された信号であり、
    SBが前記時間tBの間の前記検出器の測定された信号であり、
    S1が前記時間t1の間の前記検出器の測定された信号であり、
    S2が前記時間t2の間の前記検出器の測定された信号であり、
    S3が時間t3の間の前記検出器の測定された信号であり、
    前記時間t3が、前記一次線源がオフである間の前記第２の線源のオン時間であり、前記時間t3が前記時間t1及びt2に時間的に近い、
    請求項６に記載の装置。
  8. 変換する層が、
    放射線事象を検出し、前記検出された事象を光に変換するシンチレーション結晶のアレイと、
    前記シンチレーション結晶に結合され、光を検出し、前記検出された光を電気信号に変換するフォトダイオードのアレイと、
    を含む、請求項７に記載の装置。
  9. 変換する層が、
    放射線事象を検出し、前記検出された放射線事象を電気信号に変換するＸ線光伝導体のアレイ、
    を含む、請求項７に記載の装置。
  10. 前記第２のパルスされる線源が、Ｘ線源、光源及びキャリア注入線源の１つである、請求項５に記載の装置。
  11. 前記第２のパルスされる線源がＵＶ光源である、請求項５に記載の装置。
  12. 前記変化する特徴がオフセットB(t)及びゲインA(t)の少なくとも一方であり、
    様々な角度位置において前記放射線ビームを投影するように軸方向の周りで前記一次放射線源を回転する回転ガントリと、
    前記検査領域に配置され、前記検出器を励起する一定強度の第２のパルスされる線源と、
    前記一次線源を迅速にパルスするグリッドパルス手段と、
    前記第２の線源を迅速にパルスする第２のパルス手段と、
    を更に含み、
    前記補正手段が、前記オフセットB(t)及びゲインA(t)の少なくとも一方を対応するパルス手段のパルスのレートで再測定及び補正する、
    請求項１に記載の装置。
  13. 前記一次線源の強度が、速い線量変調を達成するために前記一次Ｘ線源の角度位置によって前記グリッドパルス手段により調整される、請求項１２に記載の装置。
  14. アナログ電気信号をデジタル数の系列に変換するＡ／Ｄコンバータを更に有し、前記補正手段が前記Ａ／Ｄコンバータと少なくとも部分的に統合される、請求項１に記載の装置。
  15. 対象が検査のために配置される検査領域内に放射線のビームを投影するステップと、
    前記検査領域を通過して検出された放射線を、前記検出された放射線及び少なくとも１つの時間的に変化する特徴を表す電気的検出器信号に変換するステップと、
    前記検出器信号の生成中に複数回前記少なくとも１つの時間的に変化する特徴を補償する前記検出器信号に対する補正を決定するステップと、
    前記決定された補正で前記検出器信号を補正するステップと、
    を有する放射線画像イメージングの方法。
  16. 前記変化する特徴がオフセットB(t)であり、前記補正するステップが、前記検出器の前記オフセットを測定するステップを含み、
    前記一次放射線源を速くパルスするステップであって、前記オフセットB(t)が一次放射線源オン時間t1及び一次放射線源オフ時間t2中に実質的に一定のままである、当該パルスするステップと、
    前記一次放射線源オフ時間t2において前記オフセットの値B2を測定するステップであって、前記オフセット値B2が前記オフ時間t2中の信号値に等しい、当該測定するステップと、
    を更に含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記パルスするステップが、
    毎秒１０００ないし５０００パルスのレートで前記一次放射線源をオン及びオフにするステップと、
    毎秒１０００ないし５０００回前記オフセットを測定するステップと、
    を含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 一定の強度の第２のパルスされる線源を用いて前記検出器を励起するステップと、
    前記第２の線源を速くパルスするステップと、
    を更に含む、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記補正するステップが、
    前記第２の線源が時間tAの間にオンである場合に測定された信号SAと前記第２の線源が時間tBの間にオフである場合に測定された信号SBとの強度に関連して前記検出器の公称ゲインACalを決定するステップ、
    を更に含み、
    ACal=[S(tA)-S(tB)]/XRef
    であり、ここで、
    ACalは前記検出器の較正ゲインであり、
    SAは前記時間tAの間の前記検出器の測定された信号であり、
    XRefは前記第２の線源の強度であり、
    SBは前記時間tBの間の前記検出器の測定された信号である、
    請求項１８に記載の方法。
  20. 前記補正するステップが、
    前記検出器のゲインの変化によって前記検出された信号を補正するステップ、
    を更に含み、
    SC1={[SA-SB]・[S1-S2]}/{S3-S2}
    であり、ここで、
    SC1は前記時間t1の間の前記検出器の補正された信号であり、
    SAは前記時間tAの間の前記検出器の測定された信号であり、
    SBは前記時間tBの間の前記検出器の測定された信号であり、
    S1が前記時間t1の間の前記検出器の測定された信号であり、
    S2が前記時間t2の間の前記検出器の測定された信号であり、
    S3が時間t3の間の前記検出器の測定された信号であり、
    前記時間t3が、前記一次線源がオフである間の前記第２の線源のオン時間であり、前記時間t3が前記時間t1及びt2に時間的に近い、
    請求項１９に記載の方法。
  21. 前記検出するステップが、
    Ｘ線光伝導体のアレイを用いて放射線事象を検出し、前記検出された放射線事象を電気信号に変換するステップ、
    を含む、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記オフ時間の少なくとも一部の間に、低エネルギＸ線放射線、光、及び注入された電荷キャリアの１つを用いて前記検出器を励起するステップ、
    を更に含む、請求項１６に記載の方法。
  23. 前記変化する特徴がオフセットB(t)及びゲインA(t)の少なくとも一方であり、
    様々な角度位置において前記放射線ビームを投影するために軸方向の周りで前記一次放射線源を回転するステップと、
    一定強度の第２のパルスされる線源を用いて前記検出器を励起するステップと、
    前記一次線源を迅速にパルスするステップと、
    前記第２の線源を迅速にパルスするステップと、
    前記オフセットB(t)及びゲインA(t)の少なくとも一方を対応するパルス手段のパルスのレートで再測定及び補正するステップと、
    を更に含む、請求項１５に記載の方法。
  24. 速い線量変調を達成するために前記一次線源の角度位置によって前記一次線源の強度を継続的に調整するステップ、
    更に含む、請求項２３に記載の方法。
  25. 請求項１５に記載の方法を実行するコンピュータ断層撮影スキャナ。
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