JP2008524874A

JP2008524874A - Ｃｄ−ＴｅおよびＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅベースカメラ用の高エネルギーの実時間可能な直接放射線変換Ｘ線撮像システム

Info

Publication number: JP2008524874A
Application number: JP2007519900A
Authority: JP
Inventors: コンスタンチノススパルチオチス，; トーマスパントサー，
Original assignee: オイアジャト，リミテッド
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2008-07-10

Abstract

直接放射線変換Ｘ線撮像カメラ及び高速画像プロセッサモジュールを含む較正された実時間高エネルギーＸ線撮像システムが開示される。高エネルギー撮像カメラはＣｄ−Ｔｅ又はＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅ直接変換検出器基板を利用する。画像プロセッサは画像フレームの各画素に対して補正係数の時間関連シリーズを与えるために時間依存生デジタル画素データを分析するためのアルゴリズムを使用するソフトウェア駆動較正モジュールを含む。さらに画像プロセッサは毎秒１０フレームを越えて毎秒１００フレームまでのフレーム読出しレートで画像フレームを生成しうる高速画像フレームプロセッサモジュールを含む。画像プロセッサは実時間で正規化画像フレームを与えることができるか又は信号対ノイズ比の典型的な付随する劣化なしに実質的に極めて長い時間静的フレームデータを蓄積できる。
【選択図】図１ａ

Description

本願は、２００４年７月６日に出願した米国特許仮出願第６０／５８５７４２号および２００４年１２月２０日に出願した正規の米国特許出願第１１／０１７６２９号の優先権を主張し、それらの内容を参照によって本明細書に援用する。本願はそれらのＰＣＴ出願であり、かつ米国一部継続出願である。

本発明は、Ｘ線およびガンマ線放射エネルギーを撮像するための半導体撮像システムの分野に存する。さらに詳しくは、本発明は、Ｃｄ−ＴｅまたはＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅベース検出器基板をＣＭＯＳ読出し基板と組み合わせて利用する、高フレームレート高エネルギー電荷集積撮像装置に関する。さらに、本発明はそのような高エネルギー放射線撮像システムを較正するためのプロセスに関する。

過去１０年の間に、デジタル放射線撮像は徐々に従来の特定用途用放射線撮像に取って代わるようになってきた。従来の放射線撮像用途では、検出または記録手段は感光性フィルム、またはイメージインテンシファイアのようなアナログ装置である。デジタル放射線撮像は、撮像装置（すなわち、カメラ）に衝突する放射線を電子信号に変換し、その後に電子信号をデジタル化してデジタル画像を生成することによって実行される。

Ｘ線放射線画像を生成するためのデジタル撮像システムは、現在存在する。幾つかのそのような装置では、衝突または入射放射線が、検出器の半導体材料内で局所的に電荷に変換され、次いでそれは収集接点／画素で収集され、次いで電気信号として信号処理回路に伝達される。信号回路は、アナログ電荷蓄積、撮像装置またはカメラにおける衝突放射線の照射野強度のデジタル画像表現を生成するのに使用するための電子信号の増幅、識別、およびデジタル化などの様々な機能を実行する。これらの型の撮像システムは、「直接放射線検出」装置と呼ばれる。

他の装置では、衝突放射線は最初に、可視光スペクトルの光学部分または近光学部分の光に変換される。光はその後に、光検出器ダイオード等を使用して電子信号に変換され、結果的に得られた電子信号は次いでデジタル化され、撮像装置またはカメラにおける衝突放射線の照射野強度のデジタル画像表現を生成するために使用される。この型の撮像システムは「間接放射線検出」装置と呼ばれる。

現在、（直接型または間接型いずれかの検出器の）フラットパネル撮像装置／カメラの動作は一般的に、画素の電荷を一定期間にわたって収集かつ集積し、結果的に得られるアナログ信号を出力することを含み、アナログ信号はその後デジタル化される。現在の電荷集積時間は一般的に１００ミリ秒ないし数秒である。該分野で現在入手可能な装置は、１回照射デジタルＸ線／ガンマ線画像、または最高１０ｆｐｓ（１秒当たりフレーム数）までのレートの遅いマルチフレーム動作に適している。デジタル化精度は一般的にわずか約１０ビットであるが、電荷集積時間が充分に長ければ１４ないし１６ビットになり得る。高性能のデジタル化精度は現在、典型的な電荷集積時間が数ミリ秒から数秒までの範囲である撮像システムで達成される。したがって、これらの現在の撮像システムでは、精度を向上するには画素電荷集積時間を増加する必要がある。残念ながら、現在の撮像システムに固有の誤差により、電荷集積周期の長さは、信号対雑音比が最初に「飽和」し、次いで非常に悪化して電荷集積時間の増加による精度の向上が不可能になるまでのせいぜい数秒に限定される。

いずれにしても、カメラから読み出されかつデジタル化されるのは累積的集積アナログ信号である。次いで、フラットパネル撮像装置に固有の不均一性を補正し、かつ、より稀には、撮像システム自体の非線形挙動を補正するために、較正が適用される。

高感度高エネルギー放射線撮像装置の設計および製造は、非常に複雑な仕事である。完全に機能するカメラを構築する前に、全ての装置の構造モジュールおよび性能特徴は注意深く設計し、検証し、組み立て、かつ試験しなければならない。半導体放射線撮像装置の研究および開発は大きく前進したが、多数の古い性能上の問題が残っており、かつ特定の新しい性能上の問題が生じてきた。新しい性能上の問題の一部は、他のもっと深刻な性能上の問題を解決する結果発生する一方、一部はそのような装置の動作原理に内在するものである。

高エネルギー「直接放射線検出器」型Ｘ線撮像システムは一般的に、Ｃｄ−ＴｅまたはＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅ組成物から構成された半導体検出器基板を利用する。Ｃｄ−ＴｅまたはＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅ検出器基板は一般的に、ＣＭＯＳ読出し（信号処理）基板にバンプ結合される。それはまた、導電性接着剤によりＣＭＯＳ読出しに電子通信することもできる（Ｖｕｏｒｅｌａの米国特許公開第２００３／０２１５０５６号参照）。ＣＭＯＳ読出し基板上の各画素は、検出器基板の材料の厚さにおける衝突Ｘ／ガンマ線の吸収から発生する電荷を集積する。Ｃｄ−ＴｅまたはＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅ／ＣＭＯＳベースの電荷集積装置の性能に影響する周知の問題は、２つの主要な領域、すなわち電気的性能の問題および材料／製造欠陥に分けることができる。電気的性能の問題はさらに、６種類の部分的に重複する問題、すなわち漏れ電流、分極または電荷トラップ、時間的変化、温度依存性、Ｘ線照射野の不均一性、およびスペクトル依存性に細分することができる。材料／製造欠陥の問題もまた、さらにＣｄ−ＴｅまたはＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅ検出器材料の問題、ＣＭＯＳ−ＡＳＩＣ製造の問題、および装置全体の製造の問題に細分することができる。

電荷集積撮像装置の検出器基板にＣｄＴｅおよびＣｄＺｎＴｅのような結晶化合物半導体を使用する主な理由は、それらの卓越した感度、優れた画素分解能、および入射に対する迅速な応答（残光がほとんど無い）である。他方、Ｃｄ−ＴｅおよびＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅフラットパネル基板を製造する現在の方法は、それらの均一性を制限し、それらの材料の結晶欠陥率に影響を及ぼし、それは上述した問題の幾つかの原因となり得る。加えて、１００Ｖ／ｍｍ程度以上の電界を使用するため、かなりの漏れ電流（または暗電流）が生じ、画像劣化の原因となる。

Ｃｄ−ＴｅまたはＣｄ−Ｚｎ−ＴｅベースのＸ線／ガンマ線撮像装置については、先行記述が存在する。例えばＫｒａｍｅｒらの米国特許第５３７９３３６号およびＯｒａｖａらの第５８１２１９１号は、電荷集積型デジタル撮像カメラのＡＳＩＣ基板にバンプ結合されたＣｄ−ＴｅまたはＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅ半導体検出器基板の使用を一般的に記載している。しかし、これらの文書は、この型の装置が１０ｆｐｓを越える高フレームレートで動作するときに生じる問題について、つまりそのような用途の場合にいかに較正を行なうか、あるいは較正が必要であるかどうかについてさえ、示しておらず、扱ってもいない。別の例として、Ｃｄ−ＴｅまたはＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅ撮像装置の画素値を補正するためのアルゴリズムについて記載した欧州特許第０９０４６５５号がある。しかし、高レートで装置を作動させる問題、および多くの補正されていない個々のフレームから画像をいかに構成するかについては扱われていない。欧州特許第０９０４６５５号は単に、１回の照射から画素値を補正し、かつその結果としてそのような画素置を表示するための補正アルゴリズムを提供するにすきない。

これらの先行装置および方法は、各々その意図された目的に有用であるかもしれないが、実質的に１０ｆｐｓより高い増大した画像フレーム読出しレートおよび１６ビットより高い精度の両方を達成する、高エネルギーＸ線実時間撮像システムを持つことが当該分野では有益であろう。例えば、増大したフレーム読出しレートおよび高精度の両方を備えた高エネルギーＸ線撮像システムを有することは、歯科パノラマ撮像、頭蓋計測、およびコンピュータ断層撮影の分野で有用であろう。照射時間が単一フレーム持続時間の倍数である静止画撮像でさえも、そのような撮像システムを持つことは有用であろう。

本発明は、高エネルギー直接放射線変換実時間Ｘ線撮像システムである。さらに詳しくは、本発明の実時間Ｘ線撮像システムは、Ｃｄ−ＴｅおよびＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅベースのカメラと共に使用するように意図されている。本発明は特に、ＣＭＯＳ読出しに結合されたＣｄＴｅおよびＣｄＺｎＴｅ画素化放射線検出器で遭遇するような非線形画素性能の存在下で、高い画像フレーム取得レートを要求するＸ線撮像システムで有用である。本発明は、それが１Ｋｅｖ以上の照射野強度を有するＸ線およびガンマ線放射線撮像システムと共に使用するように意図されているという点で、「高エネルギー」である。本Ｘ線撮像システムの高エネルギー能力は、撮像カメラにおけるカドミウムおよびテルル化物を含む検出器基板組成（例えばＣｄ−ＴｅおよびＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅベースの放射線検出器基板）の利用から派生する。Ｃｄ−ＴｅおよびＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅベースの検出器基板は、衝突放射線が検出器材料自体の中で電荷に直接変換されるので、本発明を直接放射線変換型検出器と定める。

検出器基板はモノリスであり、高度に画素化された読出し面または表面を有する。つまり、その上に高密度パターンの画素電荷収集器／電極を有する。画素電荷収集器のピッチ（中心間距離）が０．５ｍｍ以下であるため、パターンは高密度である。各画素の収集器／電極は、読出し／信号処理基板上の画素読出しＡＳＩＣ（「特定用途向け集積回路」）の入力に（例えばバンプ結合または導電性接着剤のような電気接点を介して）電気通信している。検出器基板は、入射Ｘ線またはガンマ放射線を電荷に直接変換し、かつ画素電気接点を介して読出しＡＳＩＣに電荷信号を伝達することを提供する。読出し／信号処理ＡＳＩＣは、その関連画素からの電気信号を、さらなる調整および表示のために送信する前に、必要に応じて処理すること（例えば信号のデジタル化、カウント、および／または格納）を提供する。高フレームレートで読み出す本発明の能力は、実時間撮像機能を可能にし、かつ第二に、複数のデジタル化された個別フレームからの画像再構成（実時間または静止）を可能にする。実時間撮像とは、動きがヒトの目には実質的に実時間に発生しているように見える動画記録を提供するのに充分な高速で連続的に、表示用の画像フレームを生成するシステムの能力を指す。

ＡＳＩＣ読出し／信号処理基板に結合された意図されたＣｄ−ＴｅまたはＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅベースの電荷集積検出器と実質的に類似したフラットパネルＸ線撮像カメラの詳細は、当業界で周知である。例は、放射線撮像装置およびシステムに関するＳｐａｒｔｉｏｔｉｓらの米国特許出願公開第２００３−０１５５５１６号、および低温バンプ結合放射線撮像装置に関するＶｕｏｒｅｌａの米国特許出願公開第２００３−０１７３５２３号に開示されており、該文書をそれらがあたかもそっくりそのまま本明細書に記載されているかのように本明細書に参照により援用する。

本発明の撮像システムの好適な実施形態では、撮像装置またはカメラは高フレームレートで「読み出される」。本明細書で使用する高フレームレートとは、検出器半導体基板で発生する電荷の蓄積および分布を利用して（「読み出して」）、毎秒約１０個以上の個別画像フレームないし毎秒５０個以上の個別画像フレーム以上の高いレートで、特定の実施形態では毎秒３００個のフレーム以上で、デジタル画像フレームを生成することを意味する。個別画像フレームとは、カメラの検出器基板の活性領域（画素パターン）のデジタル表現である。画像フレームは、ＡＳＩＣ基板が読み出されるたびに生成される。デジタル表現は、デジタル化された個別画素信号値のマトリクスとして記述することができる。つまり、画像フレームの各画素の各画素値は、検出器基板の対応する特定の画素に対して読み出された電子信号レベルの強度のデジタル化表現である。

本発明では、画像フレームの各画素値は、特定のフレームのその画素値に特異的な個々の較正補正を含み、したがって事実上、補正されたデジタル画素値である。各画像画素の特定の較正補正は、画素値補正較正プロセスから導き出される。異なる画像フレームからの同じ特定の画像画素の個々の補正済みデジタル画素値は、収集された画像フレームの少なくとも一部に対し較正プロセスのアルゴリズムに従って処理され、最終的画像で表示される画素値を提供する。最終的画像は実時間画像またはデジタル蓄積された静止画像とすることができる。

本発明の特徴は、表示される最終的画像が、個々のフレームからの画素のビット深度より高いビット深度の画素値を有することである。例えば各フレームは１２ビットの分解能を持つかもしれないが、幾つかのそのようなフレームを蓄積して実時間画像または静止画像を構成する場合、表示される画像の最終的画素深度は実際、実時間で１４ビット、１６ビット、または１８ビットにさえすることができる。余分のビット分解能は他の点における性能を犠牲にして実現したものではないので、これは先行技術に比べてかなりの進歩である。例えば先行技術では、１６ビット以上を達成するために、数百ミリ秒間または数秒間も装置に集積しなければならない（アナログ集積）。しかし、そうする際に、暗（または漏れ）電流および他の型のノイズも同様に集積される。所望の性能を達成するためには、個々のフレームを較正すること、および個々のフレームの画素値を高精度で補正することが最も重要である。したがって、本発明の更なる目的は、本発明の実現を可能にするそのような較正（または補正）方法を提供することである。該較正方法は撮像システムの各画素に適用可能であり、オフセットおよび利得補正のみならず、これが１フレームづつ適用されるので時間的（時間）補正をも考慮に入れる。各画素および各フレームに異なる補正をする必要はないかもしれないが、本発明では、フレームの少なくとも幾つかは、対応する画素に対して異なる時間的補正をする。
図１ａは本発明の高エネルギー直接放射線変換実時間Ｘ線撮像システムの構成部品の相互接続関係を概略的に示すブロック図である。
図１ｂは本発明のＸ線撮像システムの略図である。
図２ａは本発明のカメラモジュールで有用な撮像装置の略図である。
図２ｂは本発明のカメラの断面側面図である。
図２ｃは画像画素の配列から構成される本発明のカメラおよび／またはフレームの略図である。
図３ａは本発明の静的フレーム蓄積方法の略図である。
図３ｂは本発明のシフトアンドアド（ｓｈｉｆｔ−ａｎｄ−ａｄｄ）法の略図である。
図３ｃは理想的な画素応答と比較した測定画素応答のグラフである。
図４ａは検出器バイアス電圧スイッチングを使用したＣｄ−Ｔｅベースの直接変換カメラの単一画素回路の経時的出力のグラフである。この図は、回路がバイアス電圧スイッチング事象（パルス）から回復すると、典型的な画素回路からの出力信号が経時的にドリフトすることを示す。
図４ｂは本発明で使用される検出器基板バイアススイッチング回路の略図である。
図５はバイアス電圧スイッチング事象後に時間の経過と共に発生する一連の画像フレーム取得点と重ね合わせて、図４ａの同じ単一画像画素の生強度値の時間的変動を示すグラフである。
図６は特定の時間依存補正係数を各画像フレームに出力される特定の画像画素の生強度値に適用することによる、画像画素の強度値の正規化を示すグラフである。
図７は過剰なデータ収集および処理負荷の問題を改善するための本発明の撮像システムの較正手順の非対称データサンプリングの特徴を示すグラフである。
図８は本発明の較正手順の簡易ブロック図である。
図９は本発明の較正手順の概要を示すブロックフローチャートである。
図１０は特定の基準Ｘ線照射野強度における単一画素回路からのデータ収集戦略を示すブロックフロー図である。
図１１は画素フレーム内の各画像画素の補正係数を算出するための戦略を示すブロックフロー図である。
図１２は不良または未補正画素を検出しかつ補うための戦略を示すブロックフロー図である。
図１３は正規化された画像フレームを提供するための本発明の較正プロセスの適用を示すブロックフロー図である。
図１４ａは区分的定数関数を使用して特定の時間の画素強度値または強度を正規化するための補正係数を決定して曲線に当てはめる、典型的な先行する均一サンプリング方法を示すグラフである。
図１４ｂは区分的定数関数を使用して特定の時間の画素強度値を正規化するための補正係数を決定する、不均一サンプリング方法を示すグラフである。
図１４ｃは区分的線形関数を使用して特定の時間の画素強度値を正規化するための補正係数を決定する、代替的（不均一）サンプリング方法を示すグラフである。

ここで、図面を参照すると、本発明の好適な実施形態の詳細がグラフおよび略図で示されている。図面における同様の要素は同様の番号で表わし、類似の要素は同様の番号に異なる小文字の添え字を付けて表わす。図１ａおよび２ｂに示す通り、本発明は高エネルギーの実時間可能な直接放射線変換Ｘ線撮像システム１０である。さらに詳しくは、本発明は、Ｃｄ−ＴｅまたはＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅベースカメラを利用するそのようなＸ線撮像システム１０に関する。本発明の実時間可能なＸ線撮像システム１０は、一般的な撮像システムと同様に、カメラモジュールと、画像プロセッサ１４と、ディスプレイ手段１６とを備える。本発明の実時間Ｘ線撮像システム１０では、カメラモジュール１２は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）読出し基板３２と電気通信するＣｄ−ＴｅまたはＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅベースの放射線検出器基板３０を有するＸ線撮像装置２８を含む。検出器３０上の各アクティブ画素３６は、ＡＳＩＣ読出し基板３２上の対応する画素回路３１に電気的に接続される。

ここで、図１ｂを参照すると、システム１０は、カメラ３７、電源８６、およびａｃ／ｄｃアダプタ８８を含むＸ線ユニット８４にカメラリンク８２を介して接続された、フレームグラバ７８および撮像ソフトウェア８０が作動するＰＣ７６を含む。Ｘ線ユニット８４は一般的に、例えばＰＣまたはネットワークの端末に接続するためのネットワーク接続９０をさらに含む。

ここで、図２ａを参照すると、カメラ３７は、データバス９４を介して検出器ＰＣＢ９６に接続されかつ冷却素子９８を有する、インタフェース印刷回路基板（ＰＣＢ）９２を有する。

Ｘ線撮像装置２８は、多数の画像フレーム４４を生成することができる。各フレーム４４は、未補正画像画素値の配列４５から構成される。

ここで、図２ｂを参照すると、本発明の撮像システム１０のカメラモジュール１２で有用な撮像装置２８の略図が示されている。図２に一般的に例示するこれらの撮像装置２８では、検出器半導体基板３０は、読出しＡＳＩＣ基板３２への電気的接続３５（例えば図示した好適な実施形態ではバンプ結合）を有する。半導体基板３０の本発明の検出器の材料３４すなわちテルル化カドミウムまたはテルル化カドミウム亜鉛系組成物は入射放射線を吸収し、吸収に応答して、放射線エネルギーを検出器材料３４の厚さ内で電荷に直接変換する。電荷は各アクティブまたは機能画素３６の検出器画素の収集電極（画素接点）３８に収集され、電気接続３５を通して、読出しＡＳＩＣ基板３２の画素回路３１上の画素回路接点３３に電気通信される。電荷信号は、読出しＡＳＩＣ３２上の検出器画素の対応する画素回路３１に蓄積かつ／または処理される。その後、ＡＳＩＣ画素回路３１は通常多重化され、アナログ出力がオンチップまたはオフチップのいずれかで配列されかつデジタル化される。本発明では、画像フレーム４４内の各画素値３６はデジタル化され、かつさらに特定のフレームのその画素値に特異的な個別較正補正を含み、したがって実際には補正されたデジタル画素値である。各画像画素４７の特定の較正補正は、補正較正プロセスに従って補正される多数の個別単一フレーム画素値３６から導出される。異なる画像フレーム４４からの同じ特定の画像画素４７の個別の補正されたデジタル画素値３６は、正規化モジュール２４のアルゴリズムに従って、補正された画像フレーム４４の少なくとも一部にわたって処理され、最終的画像に表示される画素値を提供する。最終的画像は実時間画像またはデジタル蓄積された静止画像とすることができる。

ここで、図２ｃを参照すると、本発明の撮像装置２８は複数の画像フレーム４４を生成することができ、各フレームは、特定のビット深度（つまり、個々の画素のカラーまたはグレースケール。８ビット×３色は２４ビットであるので、１色当たり８ビットの画素で２４ビットの画像が得られる。例えば２４ビットの色分解能は１６７０万色である）を持つ、フレーム画素値３６の配列４５を含む。システム１０は、様々なフレーム４４の画素値３６から画像画素値４７を算出するための処理手段２４を含み、ここで画像画素値４７のビット深度は、個々のフレーム４４の画素値３６のビット深度より大きい。例として、単一フレームのデジタル化は例えばわずか１２ビット、あるいは０ないし最大で４０９６ビットとすることができる。そのようなアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）は今日では極めて一般的であり、かつ安価である。さらに、それらは極めて高速とすることができ、５ＭＨｚまたは１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚのクロックレートでさえも動作することができる。本発明の譲受人によって実現された典型的なＣｄＴｅ−ＣＭＯＳカメラは、１０ｋ画素ないし１Ｍ画素を含むことができる。これは、２０ｆｐｓ〜３００ｆｐｓまたは２０００ｆｐｓまでのフレームレートさえも単一のＡＤＣにより達成することができることを意味する。フレーム４４が読み出された後、未補正画素値はデジタル化され、その後本発明に従って、画素補正アルゴリズム２０を用いて計算される補正がデジタル画素値に適用され、単一フレームから補正されたフレームデジタル画素値３６が得られる。次いで、図３ａに描くように、異なるフレーム４４からのデジタル補正画素値３６を蓄積して、１２ビットよりずっと大きいビット分解能で表示される画像のデジタル補正画素値４７をもたらすことができる。例えば、１２ビット分解能の１７個のフレームでは、各々がデジタル蓄積後に１６ビットを超えるようになることができる（１７×４０９６＝６９６３２＞１６ビット）。そのような分解能は以前には、長い集積時間および非常に高価でありかつ非常に遅い１６ビットＡＤＣの使用を代償として達成可能であり、したがって実時間画像ディスプレイは阻害されていたので、これは実際、デジタルＸ線撮像における飛躍的進歩である。加えて、すでに説明し、かつさらに説明する通り、アナログ信号の長い集積時間は、暗電流および他の型のノイズの増加など、他の問題を引き起こす。

ここで、図３ｂを参照すると、異なるフレーム４４と組み合わされた補正デジタル画素値３６は、対応する画素値とすることができ、あるいはフレーム４４の異なる位置のものとすることができる（スキャンの場合のように）。本質的にシステム１０は、異なる画像フレーム４４から画像画素値を補正するための方法２０、４９、および画像の補正画素値４７を算出するための処理方法２４を含み、該方法は幾つかのフレームからの広い意味で対応する補正デジタル画素値を利用する。

述べた通り、本発明１０は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅベースのＸ線／ガンマ線撮像装置２８を備えることが好ましく、それによってＣｄＴｅ／ＣｄＺｎＴｅ画素化検出器基板または基板３０が少なくとも１つの読出しＡＳＩＣ３２にバンプ結合され、ＣｄＴｅ／ＣｄＺｎＴｅ検出器基板は衝突Ｘ線またはガンマ線を電子信号に直接変換するために設けられ、読出しＡＳＩＣは各画素３６からの電子信号を蓄積かつ／または処理し、その後信号を読み出すために設けられる。ＣｄＴｅ／ＣｄＺｎＴｅ撮像装置２８は、好ましくは毎秒１０個の個別フレーム、またはそれよりさらに好ましくは２５ｆｐｓ〜１００ｆｐｓ、場合によって３００ｆｐｓ以上の高フレームレートで読み出される。個別フレーム４４は各フレームが画素値３６のストリングとなるようにデジタル化され、各画素値は、装置２８によって生成されたフレーム内の特定画素３６のデジタル化信号レベルに対応する。各フレーム４４のデジタル化画素値は、以下で述べる画素補正アルゴリズム４９に従って補正される。同一画素３６に対応する異なるフレーム４４の個々の補正デジタル画素値３６は、補正フレームの少なくとも幾つかに対してアルゴリズムに従ってデジタル的に加算、または平均化、あるいは処理され、最終的画像に表示される画素値４７が提供される。

本発明に絶対不可欠なことは、各個別フレーム４４からのデジタル画素値の補正の実際の実現であり、それはＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅ結晶の欠陥、ＣＭＯＳ非線形性およびオフセット、暗電流、分極、および他の効果を全て考慮に入れる必要があり、これらについては後で説明する。次の部分で、実時間、効率的画素補正について説明する。範囲を変更することなく、あるいは発明から逸脱することなく、本発明で異なる補正および／または較正技術を使用することができる。

カメラモジュール１２および高速フレームプロセッサモジュール１８は、ケーブルリンク６０を介して通信される。カメラモジュール１２は、各画素３６（または画素セル２９）の個別生画素回路出力を表わす処理されかつ編成された画素データをフレームプロセッサモジュール１８に提供する。高速フレームプロセッサモジュール１８は、当該分野で一般的なフレームグラバ７８用の回路を含み（任意選択的にフレームグラバ７８はカメラモジュール１２の一部とすることもできる）、それはカメラモジュール１２から画素回路データを捕獲し、さらに画素回路データを処理して、各画素セル２９の生の画素回路出力を表わす生のタイムスタンプ画像フレームを提供する。フレームプロセッサは次いで、フレームデータリンク６６を介して、生のタイムスタンプ画像フレームデータを、システム１０が較正モードの場合には較正モジュール２０に通信し、さもなくば正規化モジュール２４に通信する。

較正モジュール２０は較正プロセス４９を制御する。較正プロセス４９は、生のタイムスタンプ画像フレームデータ、および基準照射野放射線強度のような他の較正パラメータを解析し、較正データ構造モジュール２２の検索テーブルをロードするために必要なデータを生成する。較正モジュール２０はデータベースリンク６８を介してデータ構造に書き込む。検索テーブルに適切な較正データがロードされなければ、正規化モジュール２４からディスプレイモジュールに出力される画像は不正確である。したがって、本発明のシステム１０の通常の撮像動作の前に、較正プロセス４９を実行しなければならない。

較正モードでない場合、フレームプロセッサ１８は、画像フレーム４４のタイムスタンプデータを正規化モジュール２４に通信した。正規化モジュール２４は、画像画素の対応する補正要件を検索テーブルから第２データベースリンク７０を介して導出して、生のタイムスタンプ画像フレームの各画像画素に動作する。正規化モジュール２４は次いで、ディスプレイデータリンク７４を介して、正規化された画像フレームをディスプレイモジュール１６に提供する。正規化された画像フレームの全ての画像画素は、検索テーブルからのその対応する補正係数によって補正されたその対応する生の画像画素強度値を表わす。

高品質画像を得るために、テルル化カドミウム系の検出器基板３０に関連する幾つかの傷害を克服する必要がある。例えば、補わなければならない連続的漏れ電流（別名：暗電流）がある。漏れ電流のレベルを制御するために、ブロッキング接点（図示せず）を有する特定のＣｄ−ＴｅまたはＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅ検出器材料３４が製造される。他の製造物は、漏れ電流を抑制するために、検出器材料３４に様々な量のＺｎまたは他のドーパントを有する。いずれの場合も、漏れ電流はノイズを生み出し、各画素回路３１の電荷収集ゲートをも満たす。加えて、ブロッキング接点の使用は、分極または電荷トラップの問題をもたらし、それは数秒の動作後に、例えば装置によって５秒後、１０秒後、または６０秒後等に明白になる。

テルル化カドミウム系組成物（つまりＣｄ−ＴｅおよびＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅ）を本発明の検出器基板３０の放射線吸収媒体３４として使用する利点は、それらの非常に高い放射線吸収効率、最小限の残光、およびそれらの高画像解像度の潜在的可能性である。したがって、上記の問題を緩和または解消する撮像システムを持つことは有益である。たとえブロッキング接点が無くても、漏れ電流および結晶欠陥の問題は、ＡＳＩＣ読出し基板３２の各画素回路３１上の電荷蓄積コンデンサのサイズを増大しなければ、１００ミリ秒を越える長い照射はできない。しかし、電荷蓄積電気容量が大きければ大きいほど感度は低下するので、これは感度の損失になる。例えば本発明は、電荷を受容する各ＡＳＩＣ画素回路の電荷蓄積電気容量として、５０ｆＦ程度の電気容量を使用して実施することに成功してきた。このサイズの電気容量により、Ｃｄ−ＴｅまたはＣｄ−Ｚｎ−Ｔｅの漏れ電流および他の欠陥をもたらす実用的な最大照射時間は１００ミリ秒以下であろう。

ここで、図４ａおよび４ｂを参照すると、過度の分極（電荷トラップ）が直接変換（電荷結合）放射線検出器装置で形成されるのを防止するための非常に有用な機構は、高電圧バイアスのオフとオンを短期間繰り返すこと、つまり検出器バイアス電圧スイッチング技術と呼ばれる技術であり、そこで検出器基板バイアス電圧はデータ収集サイクルの最後に短期間（１００ミリ秒未満）オフに切換えられる。データ収集サイクルの持続時間は選択可能であり、例えば３秒ないし２０秒以上毎である。バイアス電圧スイッチングは、検出器基板３０で分極または電荷トラップが発生するのを防止する。しかし、バイアス電圧スイッチング技術はＸ線撮像システムの分野では新しく、対処しなければ画像品質に影響を及ぼし得るある態様がある。１つのそのような態様は「不惑時間」であり、もう１つは「画素応答ドリフト」である。「不惑時間」とは、データ収集サイクルにおいて、検出器バイアス電圧がオフであり、検出器の電荷を収集することができない期間である。「画素応答ドリフト」は検出器バイアス電圧をオンに戻す結果であり、静的放射線照射野に対する画素の応答がまだ安定化していない、データ収集サイクルの初期の期間である。これらの限界の両方を図４ａに示す。検出器基板バイアススイッチング回路１２１を図４ｂに示す。

図４ａに示した実施形態の場合、データ収集サイクル時間Ｃｔは、検出器バイアス電圧オフ／オンパルス５０の開始間の時間であった。不惑時間Ｄｔは、高電圧がオンに戻った後の多少の安定化時間を加えた実際の高電圧ダウン時間Ｖ_０から構成される。不惑時間Ｄｔの効果はＶ_０未満とすることはできず、したがって切換え式検出器バイアス電圧撮像システムで完全に排除することはできない。しかし、分極（トラップされた電荷）を徐々に減少させ、かつ／または不惑時間をデータ収集サイクルの無視できるほど小さい部分に維持させるように適宜短い期間にまでバイアス電圧のオフ時間を低減することによって、それを最小化することができる。

バイアス電圧切換え式検出器のもう１つの潜在的に制限的な態様は、画素応答ドリフトＲｄであり、それは、静的放射線照射野の照射レベルに応答する経時的な画素回路の出力信号の非線形的態様４０に関係する（図４ａ参照）。この非線形性は、電圧オフ−オンパルス５０の電圧オンステップの直後に最も顕著である。補正しなければ、この非線形性は、実時間画像ディスプレイにおける画像の全体的輝度レベルのポンピングを引き起こす。バイアス電圧切換え式撮像装置の画素セルの非線形応答は、本発明の撮像システムの画像フレーム生成後の較正方法を適用して、実時間Ｘ線画像ディスプレイのこの強度歪みを解消する優れた事例である。

ここで、図９を参照すると、本発明の較正方法４９は、暗電流強度を含め多数の異なる均質基準放射線照射野強度における、完全なデータ収集サイクルに対する較正データを収集する。したがって、方法４９は、検出器のバイアス電圧スイッチングを利用するデジタル撮像システムでの実践に特に有用である。検出器バイアス電圧スイッチングを利用するデジタル撮像システムのカメラモジュール１２は一般的に、各々が検出器画素３６および関連画素回路３１を含む数千個の画素セル２９を有する検出器／ＡＳＩＣアセンブリ２８を備える。各画素回路３１は、関連回路および画素回路信号出力（図示せず）を含み、その画素回路３１用のデジタル化画素信号を生成する。画素回路出力信号は、関連検出器画素３６に衝突するＸ線／ガンマ線放射エネルギーの強度を示す。図２ｂ参照。さらに、各基準強度に対し、ランダムノイズを低減するためにサイクルは繰り返される。

収集されたデジタル化画素信号出力は、カメラリンク６０を介して、画像プロセッサ１４の高速フレームプロセッサモジュール１８に通信される。フレームプロセッサモジュール１８は、各画素回路３１から個別画素回路出力信号を受け取るフレームグラバ回路を含む。フレームプロセッサモジュールは個別デジタル画素信号を画像フレームに編成し、画像フレームの各画像画素はカメラモジュール１２の撮像装置２８における対応する画素回路の画素信号を表わす。画像フレームにおける画像画素の強度は、対応する画素回路３１から受け取る画素信号の強度を表わす。しかし、各画素セル２９の個々の構成成分の機械的および電気的性質の本質的相違のため、たとえ均一なＸ線照射野に応答する場合でも、画像フレームを構成する様々な画素の強度応答は均一ではない。したがって、画像フレームによって表わされる情報がユーザにとって有用になるにはその前に、撮像システムの較正が必要である。

較正手順
ここで、図８を参照すると、補正関数１１０に画素値３６を入力し、ここにおいて補正係数１２０を適用し、補正画素値４７を生み出すことを含む、較正手順４９の非常に高レベルのフローチャートが示されている。図９は、本発明の撮像システム１０の較正プロセス４９のステップのより詳細な概要である。暗電流強度Ｉ_Ｄを含めて多数の異なる均質な基準放射線照射野強度における完全なデータ収集サイクルの較正データが収集される。第１ステップ４９ａで、暗電流Ｉ_Ｄのデータが収集される。第２ステップ４９ｂで、Ｘ線強度Ｉ_１のデータが収集される。第３ステップ４９ｃで、Ｘ線強度Ｉ_Ｎのデータが収集される。第４ステップ４９ｄで、補正係数が算出され、検索テーブル２２に書き込まれる。

ここで、図１０ないし１２を参照すると、較正手順４９がさらに詳細に記載されている。図１０には、データ収集サイクルサブ方法１２０が記載されている。第１ステップ１２２でデータビンが初期化され、そのようなビンは次の構造を有する。
ビン１：時間０．．．．Ｔ_１
ビン２：時間Ｔ_１．．．．Ｔ_２
ビンＮ：時間Ｔ_Ｎ−１．．．．Ｔ_Ｎ
第２ステップ１２４で、放射線照射野強度が設定される。第３ステップ１２６で、高電圧がパルス化される。第４ステップ１３０で、タイマがリセットされる。第５ステップ１３２で、収集時間が画像フレームの時間Ｔ_ＩＦに等しいように設定され、サイクルがアクティブである限り続くループで、データビンＢが見つけられ、フレーム４４がビンに付加される。次いで、第７ステップ１３４で、実行される繰返しがさらに存在する場合、例えばノイズを低減するために、ループが再び実行される。

図１１で、補正係数を算出するためのサブ方法１２０は、以下のステップを含む。各ビンに対するループ１４０で、かつそのループ内で、各画素３６に対するループ１４２において、第１ステップ１４４で、多項式が全ての強度値１_０．．．．１_Ｎに当てはめられ、画素が閾値検査に不合格の場合、画素３６にフラッグが立てられる。第２ステップ１４６で、データ構造（検索テーブル）に書き込まれる。第３ステップ１４８で、サブ方法１２０はマスキングルーチン１５０に続く。

図１２で、マスキングサブ方法１５０が以下のステップを含む。第１ステップ１５２で、サブ方法１５０はフラッグを立てられた画素３６が無いか検査する。フラッグを立てられた各画素３６に対し、第２ステップ１５４で、サブ方法１５０は適正な隣接画素３６を見つけ出す。第３ステップ１５６で、適正な隣接画素位置がデータ構造２０に書き込まれる。フラッグを立てられた画素３６が残っていない場合、サブ方法１５０は終了する。

図１３に、フレームプロセッサモジュールからの生の画像画素データに実行される、以下のステップを含む正規化手順１６０を記載する。第１ステップ１６２で、システム１０の動作中に、画像フレーム４４を受け取り、タイムスタンプを「Ｔ」に設定する。第２ステップ１６４で、時間「Ｔ」のビンを見つける。第３ステップ１６６で、各画素３６を循環しながら、画素にフラッグが立てられていないか、あるいは画素が不良であるかどうかが検査される。そうである場合には、第４ステップ１６８で、画素値４７が適正な隣接画素の加重平均値に置換される。第４ステップ１７０で、いずれかの補正多項式が適用される。

フレームプロセッサモジュールからの生の画像画素データ。較正プロセスはソフトウェア駆動較正モジュール２０を使用して、データ構造モジュール２２に常駐する「検索テーブル」を形成しかつ維持する。検索テーブルは、画像フレームの各画素のための１組の時間依存する画像画素特異的な補正係数５４である。画素特異的な補正値５４は目標の均一な強度値５２（図５参照）を参照し、特定画像画素の生の値を正規化値に補正するために使用される。したがって、画像フレームに表わされる各画像画素は、多数の基準Ｘ線照射野強度の各々に対して生成されるデータ構造モジュール２２の検索テーブル内に、時間依存補正係数のデータセットを有する。

１組の補正係数／値の時間依存性は、高速フレームモジュールによって処理される各画像フレームにタイムスタンプを適用することから派生する。タイムスタンプは、画像フレーム４４が生成されたデータ収集サイクルＣｔの開始から経過した時間を示す。図５に示す好適な実施形態では、タイムスタンプを刻印された画像フレーム４４が、データ収集サイクルＣｔの均一フレーム間隔４６で、カメラモジュール１２から取得（捕捉）される。したがって、タイムスタンプを刻印された画像フレーム４４は常に、相互に対して同じ時間差を持っていた。検出器バイアス電圧がオンに切換えられた後で捕捉された最初のフレームには、タイムスタンプ＝０が割り当てられ、２番目はタイムスタンプ＝１を有し、以下、タイムスタンプ＝Ｎまで同様である。実際には、各画像画素に対し別個の較正データセットが算出され、データ収集サイクルＣｔの各タイムスタンプでその特定の画像画素に対する補正値を含んでいた。代替的に、較正データは、データ収集サイクルＣｔの各画像フレームに対し１つづつ、Ｎ個の異なる較正データセットから構成されると考えあるいは編成することができ、各フレームデータセットはフレーム内の各画像画素に対する別個の補正値／係数を含む。最良の画像品質のために、Ｎは異なるタイムスタンプの最高可能な個数Ｎ_ｍａｘあるいは換言すると最高可能なフレームレートとして選択する必要がある。しかし、これは極めてデータ集約的条件であり、現在の技術上の限界、例えば限定されたコンピュータメモリ処理時間のため、Ｎ＜Ｎ_ｍａｘを選択しなければならない。

ここで、図６を参照すると、グラフ１８０は、各画像フレーム４４の特定の画像画素出力の生の強度値に特定の時間依存補正係数を適用することによる、画像画素４７の強度値の正規化を示す。

データの収集。較正方法の第１ステップは、関連データ、特に異なる基準放射線照射野強度に対するカメラの撮像装置２８の応答を収集することである。装置２８の各画素セル２９の応答は、データ収集サイクルＣｔで全てのタイムスタンプに対して収集される。図示した好適な実施形態では、このステップは、入射量子ノイズの影響を低減するために、１回以上（一般的に２０回以上）繰り返された。関連データをこのようにして収集することにより、検出器またはＡＳＩＣ構成要素における不均一性は補正されるが、本質的に「フラットフィールド」補正も達成される。この実施形態では、該較正方法は、カメラモジュール１２の撮像装置２８を放射線源との特定の幾何学的関係に結び付けた。換言すると、放射線源または撮像装置２８と放射線源との間の幾何学的が変更されたときはいつでも、較正を再実行しなければならなかった。また、較正は使用される各放射スペクトルに対しても繰り返されるべきである。

画素特異的補正係数／値の計算。異なる基準放射線照射野強度への照射による、時間の関数としての単一画素セル２９の応答は、特徴的な形状を有する。本発明の較正方法の背後にある基本的概念は均一性である。各々の画素セル２９は全て、同一強度の放射線に曝露された場合、同一画素出力信号を出力するはずである。これは、較正関数

が、画素出力値ｘ_ｉｎから帯域的出力値ｙ_ｏｕｔへのマッピングであることを意味する。タスクは、各画素に対し、他の全ての画素と同一出力をもたらす適切な関数ｆ_ｐｉｘ（）を見つけることである。

多項式は計算が極めて高速であり、それは実時間演算には絶対的に必要であるので、多項式を使用する選択が行なわれた。多項式は、それらの予想外の補間および補外挙動のため、このような回帰問題の最良基底ではない。関数ｆ_ｐｉｘ（）はここで、明示的に次のように書くことができる。

ここでａ_{ｉ，ｐｉｘ}は画素ｐｉｘの係数であり、Ｍは多項式の次数である。一般的に使用される線形較正（利得およびオフセット補正）は、Ｍ＝１のときの特殊な事例である。最高三次までの多項式の使用が現在の実施形態の基底であったが、充分に大きい個数の時間依存係数データセットを使用する場合には、線形補正が充分であるかもしれない。

較正パラメータの推定。このような回帰問題でモデルパラメータを推定する一般的な方法は、最尤（ＭＬ）推定を使用することである。これは、関数およびノイズモデルを前提として、ある時間における１画素の全データ点の尤度を最大化することを意味する。正規分布する零平均ノイズを前提として、１つのデータサンプルｘ_ｉの確率は、

であり、全てのサンプルの総合尤度は、それらが統計的に独立していると仮定して、

である。

最尤推定の問題点は、事前の知識を正確に適用することが非常に難しいことである。これを克服するために、最大事後確率（ＭＡＰ）推定が使用される。ＭＡＰ推定では、全てのサンプルの事後分布が、

によって最大化される。ここでΛは独立性を前提とするサンプルの推定共分散マトリクスであり、Λ＝ｄｉａｇ［σ_１．．．σ_{Ｎｄａｔａ}］，ｘ＝［ｘ_１．．．ｘ_{Ｎｄａｔａ}］はこの画素の較正値のベクトルである。ｐ（ｘ）は興味を引かれない尺度因子であり、自明である。次のようなノイズおよび関数パラメータの正規分布を前提とすると、

最終事後確率は次の形を持つ。

上記公式の自然対数を取り、全ての定係数を新しいものにグループ化すると、次の費用関数

が得られ、それは、σ^２ _{ｐｒｉｏｒ}のペナルティパラメータを持つ加重制約付き線形最小二乗費用関数と解釈することができる。最終的パラメータ値は、全ての関数パラメータａ_ｉに対して上記方程式を微分し、次いで導関数を零に等しく設定することによって解くことができる。加重最小二乗を使用する動機は、異なるＸ線強度を使用したときに、最高強度の場合の量子ノイズが、例えば暗電流の場合よりずっと高くなることである。これは、おそらくより正確であるより小さい値に、より大きい加重を与えることを可能にする。

実現および性能上の考慮事項。画像品質を最適化するために、全ての計算に３２ビット浮動小数点演算を使用した。現在の×８６プロセッサは、非常に効率的な並行処理を可能にする適正なＳＩＭＤ（単一命令多重データ）コマンドを提供する。

補正プロトコル用の適切なタイムスタンプ較正画像フレーム。生成されるデータの量が巨大であり、かつ特定の状況では処理時間およびメモリ割当てが莫大であるため、実務上の理由から、データ収集サイクルＣｔの全てのタイプスタンプを用いることはできない。これは、現在の大面積カメラが最高で５０８×５１２画素の画像を提供するためである。１画素当たり最高で４つのパラメータがあり（三次多項式が用いられる場合）、各パラメータは４バイトである。これは、１フレーム当たり３．９７ＭＢのデータが収集されることを意味する。本実施形態では、カメラは毎秒５０フレームを提供した。それは１９８ＭＢ／秒のデータ収集レートを意味する。これに加えて、画像は１６ビットフォーマットでＰＣＩバス全体に読み出され（２４．８ＭＢ／秒）、メモリに格納された（別の２４．８ＭＢ／秒）。したがって、５０ｆｐｓの動作の場合の総合データレートは２４８ＭＢ／秒であった。フレーム平均モードでは、以前の画像値もメモリから読み出され、それは別の２４．８ＭＢ／秒をもたらし、合計すると２７３ＭＢ／秒のメモリ帯域幅となる。画像がスクリーンに表示される場合、１６ビット画素値がメモリから読み出され、３２ビットのカラー値が画素毎に検索テーブルから読み出され、最終的３２ビット値がディスプレイメモリに格納され、さらなる１２４ＭＢ／秒が加わり、合計すると３９７ＭＢ／秒となる。さらに、当該分野はもっと大きいカメラに移行しつつある。

一次モデルを使用する場合、１つの画素は少なくとも２つの３２ビット浮動小数点数／フレームを必要とする。３０秒のデータ収集サイクル時間の場合、３００ｆｐｓのフレームレートで９６０００画素の画像フレームは、単一データ収集サイクルで６．４ＧＢのデータが生成されることを意味する。図１２Ａないし１２Ｃはこれのさらなる例証である。図１４ａは、３００ｆｐｓ、３０秒サイクル、１０００００画素、４つのパラメータ、４バイト／パラメータの均一サンプリングとして知られる誤差サンプリングの先行技術の方法を示す。ここで我々は信号に対しては３次多項式、時間に対しては０次多項式を有する。しかし、３００ｆｐｓ、３０秒のデータ収集サイクル、および１０００００画素のカメラ、ならびに４バイト／パラメータで４つのパラメータの場合、１３ＧＢのデータを収集し、かつ処理しなければならない。これは非現実的である。図１４ｂは、図１４ａと同様のカメラ動作パラメータ下で、収集しかつ処理すべきデータを約４８０ＭＢしか生成しなかった、０次補間、３００のデータセット、４つのパラメータでの誤差サンプリングの本発明の不均一な方法を示す。これにより、格納および処理要件は先行技術に比べて３０分の１に減少する。サイクルの始めと終わりにアーチファクトがあることに注目されたい。図１４ｃは、１０のデータセット、４つのパラメータの場合に線形補間を使用する好適な不均一誤差サンプリング方法を示す。図１４ａと同様のカメラ動作パラメータ下で、この方法は、収集しかつ処理すべきデータを約１６ＭＢ生成しただけであった。これにより、格納および処理要件は図１４ａの先行技術の方法に比べて３０分の１に減少する。サイクルの始めと終わりに小さいアーチファクトがあることに注目されたい。双線形補正は、信号に対し線形かつ時間に対し線形であった。時間の線形補間は見かけの信号の非線形性を低減し、したがって信号の信号補正は適正である。

図７および１４ｃに示す通り、最適化された部分集合画像フレームを利用することを選択することができ、それに本発明の較正が行なわれる。データ収集サイクルＣｔの始めにおける画素セルの時間４０にわたる回路出力信号の変化はより劇的である。この大きい変動性のため、較正データセットは、収集サイクルＣｔのこの部分からの基準フレームを、時間４０にわたる出力信号が比較的平坦になり得る収集サイクルＣｔの終わり付近より、比較的多く含む必要がある。好適な実施形態では、自動的方法を使用して、ユーザが照射時間（つまりフレームレート）および／または検出器バイアス電圧５０のオフ時間を変更できるようにしたが、設定は手動的に達成することもできる。図示したグラフでは、１つの棒が１組の較正値を表わすことに注目されたい。

どの画素をマスキングするかの選択方法。撮像装置２８の画素セル２９の一部は、材料および製造上の欠陥のため、事実上役に立たない。したがって、これらの画素セル２９を特定し、マスキングしなければならない。つまり、これらの出力の各々は、隣接する画素セル２９から算出された何らかの合理的な値と置換される。本発明の較正方法は、１組の隣接する画素セル出力の局所的平均値を算出し、次いでこの値を個別画素出力信号値と比較する。これにより、該較正方法を非静止放射線分野に適応させることができる。好適な実施形態により、単一の基準放射線照射野強度設定で少なくとも５つの完全なデータ収集サイクルでの平均フレームを算出した。これにより、最小限の時間で撮像装置２８における不良画素セル２９の非常に頑健で信頼できる決定が達成された。

置換値の算出。全ての不良画素セル２９が特定された後、それらの値はそれらの局所的算術平均値に置換される。したがって、単独の不良画素セル２９の出力信号は、４つの適正な隣接画素出力信号の平均値に置換される。不良画素セル２９からの画素出力信号は、この計算で除外される。全ての可能な方向が同等に加重されるように、４つの適正な隣接画素セル２９を選択した。例えば第１不良画素セル２９の上の画素セル２９も不良である場合には、代わりに左上または右上いずれかの画素セル２９が、第１不良画素セル２９の画素出力信号の置換値の計算に使用される。

幾何形状補正および非アクティブゾーンの充填。ＡＳＩＣハイブリッド上の相対的位置は理想的には近接し、かつ均等である。それは、隣接するハイブリッド間に多少の非アクティブ領域不活性領域（デッドスペース）があること、および異なる隣接ハイブリッド間の相対的距離が変動し得ることを意味する。この問題の解決策は２段階である。最初にハイブリッド間の距離、および基準物体の較正画像に基づくハイブリッドの可能な回転角について測定した。次いで、これらの測定に基づいて誤差を補正した。カメラ自体を測定装置として使用し、非常に正確な寸法を有する較正済み基準物体の画像を撮影することによって、測定を行なった。次いで、距離を測定した後、既知の値と測定値とを比較し、不一致を検出した。

不一致の補正および充填。ハイブリッドの正確な測位の後、補正アルゴリズムを実現した。距離に基づいて、所定の画素が画像内でどこに位置するべきかを厳格に示すグリッドを構築した。これに基づいて、双線形補間（または他のいずれかの補間方法）方法を使用して、サブ画素を平行移動しかつ回転した新しい画素値を得た。

本明細書に記載した発明の実施形態に、多数の変形および修正が可能である。本発明の特定の例示的実施形態についてここで図示しかつ説明したが、上記の開示に広範囲の修正、変形、および置換が考えられる。場合によっては、本発明の一部の特徴を、他の特徴を相応して使用することなく、使用することができる。したがって、上記の説明は広義に解釈し、単なる解説および実施例として掲げたものと理解することが適切であり、本発明の精神および範囲は添付する特許請求の範囲によってのみ限定される。

本発明の高エネルギー直接放射線変換実時間Ｘ線撮像システムの構成部品の相互接続関係を概略的に示すブロック図である。本発明のＸ線撮像システムの略図である。本発明のカメラモジュールで有用な撮像装置の略図である。本発明のカメラの断面側面図である。画像画素の配列から構成される本発明のカメラおよび／またはフレームの略図である。図３ａは本発明の静的フレーム蓄積方法の略図である。図３ｂは本発明のシフトアンドアド（ｓｈｉｆｔ−ａｎｄ−ａｄｄ）法の略図である。理想的な画素応答と比較した測定画素応答のグラフである。検出器バイアス電圧スイッチングを使用したＣｄ−Ｔｅベースの直接変換カメラの単一画素回路の経時的出力のグラフである。この図は、回路がバイアス電圧スイッチング事象（パルス）から回復すると、典型的な画素回路からの出力信号が経時的にドリフトすることを示す。本発明で使用される検出器基板バイアススイッチング回路の略図である。バイアス電圧スイッチング事象後に時間の経過と共に発生する一連の画像フレーム取得点と重ね合わせて、図４ａの同じ単一画像画素の生強度値の時間的変動を示すグラフである。特定の時間依存補正係数を各画像フレームに出力される特定の画像画素の生強度値に適用することによる、画像画素の強度値の正規化を示すグラフである。過剰なデータ収集および処理負荷の問題を改善するための本発明の撮像システムの較正手順の非対称データサンプリングの特徴を示すグラフである。本発明の較正手順の簡易ブロック図である。本発明の較正手順の概要を示すブロックフローチャートである。特定の基準Ｘ線照射野強度における単一画素回路からのデータ収集戦略を示すブロックフロー図である。画素フレーム内の各画像画素の補正係数を算出するための戦略を示すブロックフロー図である。不良または未補正画素を検出しかつ補うための戦略を示すブロックフロー図である。正規化された画像フレームを提供するための本発明の較正プロセスの適用を示すブロックフロー図である。図１４ａは分的定数関数を使用して特定の時間の画素強度値または強度を正規化するための補正係数を決定して曲線に当てはめる、典型的な先行する均一サンプリング方法を示すグラフである。図１４ｂは区分的定数関数を使用して特定の時間の画素強度値を正規化するための補正係数を決定する、不均一サンプリング方法を示すグラフである。図１４ｃは区分的線形関数を使用して特定の時間の画素強度値を正規化するための補正係数を決定する、代替的（不均一）サンプリング方法を示すグラフである。

Claims

画像を実時間で表示するのに適した複数の画像フレーム（４４）を生成することができるＸ線撮像装置（２８）であって、
各フレームは未補正画像画素値の配列（４５）を含み、装置が
ａ．異なる画像フレームからの前記画像画素値を補正するための手段（２０、４９、２２、２４）と、
ｂ．複数のフレームからの補正画素値を利用し、画像の補正画素値を算出するための処理手段（２４）と、
を備えることを特徴とする装置（２８）。
高画素密度直接変換放射線検出器基板（３０）を有し、ＡＳＩＣ読出し基板（３２）上の対応する画素回路（３１）へと電気的に接続する検出器基板の画素（３６）を有する高エネルギーＸ線撮像カメラ（３７）を備え、
前記検出基板は、衝突高エネルギーＸ線ガンマ線放射（８０）を電荷に直接変換すること、および前記電荷を前記画素（３６）間の電気接続（３５）を介して前記ＡＳＩＣ読出し基板（３２）上の対応する画素回路に電荷信号として伝達することを提供し、
前記画素回路は、各画素から電荷信号を処理することを提供する、
請求項１に記載の装置（２８）。
前記撮像カメラ（３７）のＡＳＩＣ読出し基板（３２）と電子通信し、前記読出し基板の各画素回路（３１）からの出力から導出されたデジタル化画素信号を受け取り、かつ前記画素信号を使用して毎秒１０画像フレームを越えるフレーム読出しレートで画像フレーム（４４）を生成することができる、高速画像フレームプロセッサモジュール（１８）をさらに備える、請求項２に記載の装置（２８）。
前記高速フレームプロセッサモジュール（１８）と選択的にデジタル通信する較正モジュールであって、較正モジュールが選択されたとき、画像フレーム（４４）内の各画素（３６）に特異的な画素補正データを検索テーブル（２２）に書き込む較正ルーチン（２０）を含むソフトウェアプロセスによって駆動される較正モジュールをさらに備える、請求項３に記載の装置（２８）。
前記較正モジュール（２０）によって画素特異的補正データを書込み可能であり、かつ正規化モジュール（２４）によって読出し可能である検索テーブル（２２）をさらに備える、請求項４に記載の装置（２８）。
前記正規化モジュール（２４）が前記高速フレームプロセッサモジュール（１８）および前記検索テーブル（２２）と選択的に通信しており、
前記正規化モジュールが前記高速フレームプロセッサモジュールから実時間画像フレームデータ／レコードを受け取り、前記検索テーブルから画素特異的補正データを受け取り、ディスプレイモジュール（１４）用のディスプレイ画像出力を介して正規化画像データを提供して、高エネルギーの直接検出Ｘ線撮像システム（１０）のＸ線画像を提示する、請求項５に記載の装置（２８）。
前記正規化モジュール（２４）が、ディスプレイモジュール（１６）用のディスプレイ画像出力を介して正規化画像データを提供して、高エネルギー実時間直接検出Ｘ線撮像システム（１０）から動的Ｘ線画像を提示する、請求項６に記載の装置（２８）。
前記正規化モジュール（２４）が、ディスプレイモジュール（１６）用のディスプレイ画像出力を介して正規化画像データを提供して、高エネルギー実時間直接検出Ｘ線撮像システム（１０）から静的Ｘ線画像を提示する、請求項６に記載の装置（２８）。
前記正規化モジュール（２４）が一定の時間にわたって正規化画像データを蓄積して、ディスプレイモジュール（１６）用の高精度ディスプレイ画像出力を提供し、静的Ｘ線画像を提示する、請求項８に記載の装置（２８）。
前記正規化モジュール（２４）が、蓄積期間毎にディスプレイモジュール（１６）用の高精度ディスプレイ画像出力を提供するために、少なくとも１００分の１秒ないし１０秒の時間にわたって正規化画像データを蓄積して、動的Ｘ線画像を提示する、請求項７に記載の装置（２８）。
前記正規化モジュール（２４）が、少なくとも１００分の１秒ないし３００秒の時間にわたって正規化画像データを蓄積する、請求項９に記載の装置（２８）。
前記正規化モジュール（２４）が少なくとも５分の時間にわたって正規化画像データを蓄積する、請求項９に記載の装置（２８）。
前記カメラモジュール（１２）がＡＳＩＣ読出し基板（３２）と通信するテルル化カドミウム組成物ベースの放射線検出器基板（３０）を含む、請求項２に記載の装置（２８）。
前記カメラモジュール（１２）が、テルル化カドミウムおよびテルル化カドミウム亜鉛から成る群から選択された組成物から構成された放射線検出器基板（３０）を含む、請求項１３に記載の装置（２８）。
前記カメラモジュール（１２）が検出器基板バイアススイッチ回路（１２１）を含む、請求項１に記載の装置（２８）。
前記高速画像フレームプロセッサモジュール（１８）が、前記読出し基板（３２）の各画素回路（３１）の出力から導出されるデジタル化画素信号を受け取り、かつ前記デジタル化画素信号を使用して毎秒２５画像フレームを越えるフレーム読出しレートで画像フレーム（４４）を生成することができる、請求項３に記載の装置（２８）。
前記高速画像フレームプロセッサモジュール（１８）が、前記読出し基板（３２）の各画素回路（３１）の出力から導出されるデジタル化画素信号を受け取り、かつ前記デジタル化画素信号を使用して毎秒５０画像フレームを越えるフレーム読出しレートで画像フレーム（４４）を生成することができる、請求項３に記載の装置（２８）。
前記ソフトウェアプロセスが、画素値補正アルゴリズム（４９）に従って解析される収集された較正フレーム（４４）の少なくとも一部にわたってデジタル化画素値（４７）の各々を解析し、画像フレーム（４４）内の各画素（３６）に特異的な画素値補正データを前記検索テーブル（２２）に提供し、書き込む、較正ルーチン（２０）を含む、請求項４に記載の装置（２８）。
前記較正モジュール（２０）を駆動する前記ソフトウェアが、時間の関数として各画素（３６）の誤差補正を提供する画素非線形性能補償ルーチン（１２３）を含む、請求項４に記載の装置（２８）。
前記画素非線形性能補償ルーチン（１２３）が、各画素（３６）の誤差補正を時間の関数として提供する補正係数を決定するための非対称線形多項式計算を含む、請求項１９に記載の装置（２８）。
特定のビット深度を持つ画素値の配列（４５）を各々含む画像フレーム（４４）を複数生成することのできるＸ線撮像装置（２８）であって、異なるフレームの画素値から画像画素値（４７）を算出するための処理手段（２４）を備え、前記画像画素値（４７）のビット深度が個別フレームからの画素値のビット深度より大きい、装置（２８）。
高画素密度直接変換放射線検出器基板（３０）を有し、ＡＳＩＣ読出し基板（３２）上の対応する画素回路（３１）へと電気的に接続する検出器基板の画素（３６）を有する高エネルギーＸ線撮像カメラ（３７）を備え、
前記検出基板は、衝突高エネルギーＸ線ガンマ線放射（８０）を電荷に直接変換すること、かつ前記電荷を前記画素（３６）間の電気接続（３５）を介して前記ＡＳＩＣ読出し基板（３２）上の対応する画素回路に電荷信号として伝達することを提供し、
前記画素回路は、各画素からの電荷信号を処理することを提供する、
請求項２１に記載の装置（２８）。
前記撮像カメラ（３７）のＡＳＩＣ読出し基板（３２）と電子通信し、前記読出し基板の各画素回路（３１）からの出力から導出されたデジタル化画素信号を受け取り、かつ前記画素信号を使用して毎秒１０画像フレームを越えるフレーム読出しレートで画像フレーム（４４）を生成することができる、高速画像フレームプロセッサモジュール（１８）をさらに備える、請求項２２に記載の装置（２８）。
前記高速フレームプロセッサモジュール（１８）と選択的にデジタル通信する較正モジュールであって、較正モジュールが選択されたとき、画像フレーム（４４）内の各画素（３６）に特異的な画素補正データを検索テーブル（２２）に書き込む較正ルーチン（２０）を含むソフトウェアプロセスによって駆動される較正モジュールをさらに備える、請求項２３に記載の装置（２８）。
前記較正モジュール（２０）によって画素特異的補正データを書込み可能であり、かつ正規化モジュール（２４）によって読出し可能である検索テーブル（２２）をさらに備える、請求項２４に記載の装置（２８）。
前記正規化モジュール（２４）が前記高速フレームプロセッサモジュール（１８）および前記検索テーブル（２２）と選択的に通信しており、前記正規化モジュールが前記高速フレームプロセッサモジュールから実時間画像フレームデータ／レコードを受け取り、前記検索テーブルから画素特異的補正データを受け取り、ディスプレイモジュール（１４）用のディスプレイ画像出力を介して正規化画像データを提供して、高エネルギー直接検出Ｘ線撮像システム（１０）のＸ線画像を提示する、請求項２５に記載の装置（２８）。
前記正規化モジュール（２４）が、ディスプレイモジュール（１６）用のディスプレイ画像出力を介して正規化画像データを提供して、高エネルギー実時間直接検出Ｘ線撮像システム（１０）から動的Ｘ線画像を提示する、請求項２６に記載の装置（２８）。
前記正規化モジュール（２４）が、ディスプレイモジュール（１６）用のディスプレイ画像出力を介して正規化画像データを提供して、高エネルギー実時間直接検出Ｘ線撮像システム（１０）から静的Ｘ線画像を提示する、請求項２６に記載の装置（２８）。
前記正規化モジュール（２４）が一定の時間にわたって正規化画像データを蓄積して、ディスプレイモジュール（１６）用の高精度ディスプレイ画像出力を提供し、静的Ｘ線画像を提示する、請求項２８に記載の装置（２８）。
前記正規化モジュール（２４）が、各蓄積期間毎にディスプレイモジュール（１６）用の高精度ディスプレイ画像出力を提供するために、少なくとも１００分の１秒ないし１０秒の時間にわたって正規化画像データを蓄積して、動的Ｘ線画像を提示する、請求項２７に記載の装置（２８）。
前記正規化モジュール（２４）が、少なくとも１００分の１秒ないし３００秒の時間にわたって正規化画像データを蓄積する、請求項２９に記載の装置（２８）。
前記正規化モジュール（２４）が少なくとも５分の時間にわたって正規化画像データを蓄積する、請求項２９に記載の装置（２８）。
前記カメラモジュール（１２）がＡＳＩＣ読出し基板（３２）と通信するテルル化カドミウム組成物ベースの放射線検出器基板（３０）を含む、請求項３２に記載の装置（２８）。
前記カメラモジュール（１２）が、テルル化カドミウムおよびテルル化カドミウム亜鉛から成る群から選択された組成物から構成された放射線検出器基板（３０）を含む、請求項３３に記載の装置（２８）。
前記カメラモジュール（１２）が検出器基板バイアススイッチ回路（１２１）を含む、請求項２１に記載の装置（２８）。
前記高速画像フレームプロセッサモジュール（１８）が、前記読出し基板（３２）の各画素回路（３１）の出力から導出されるデジタル化画素信号を受け取り、かつ前記デジタル化画素信号を使用して毎秒２５画像フレームを越えるフレーム読出しレートで画像フレーム（４４）を生成することができる、請求項２３に記載の装置（２８）。
前記高速画像フレームプロセッサモジュール（１８）が、前記読出し基板（３２）の各画素回路（３１）の出力から導出されるデジタル化画素信号を受け取り、かつ前記デジタル化画素信号を使用して毎秒５０画像フレームを越えるフレーム読出しレートで画像フレーム（４４）を生成することができる、請求項２３に記載の装置（２８）。
前記ソフトウェアプロセスが、画素値補正アルゴリズム（４９）に従って解析される収集された較正フレーム（４４）の少なくとも一部にわたってデジタル化画素値（４７）の各々を解析し、画像フレーム（４４）内の各画素（３６）に特異的な画素値補正データを前記検索テーブル（２２）に提供し、書き込む、較正ルーチン（２０）を含む、請求項２４に記載の装置（２８）。
前記較正モジュール（２０）を駆動する前記ソフトウェアが、時間の関数として各画素（３６）の誤差補正を提供する画素非線形性能補償ルーチン（１２３）を含む、請求項２４に記載の装置（２８）。
前記画素非線形性能補償ルーチン（１２３）が、各画素（３６）の誤差補正を時間の関数として提供する補正係数を決定するための非対称線形多項式計算を含む、請求項３９に記載の装置（２８）。
異なる画像フレームからの画像画素値を補正するための前記手段が各フレームのオフセット補正を含む、請求項１に記載の装置（２８）。
異なる画像フレームからの画像画素値を補正するための前記手段が各フレームの暗電流補正を含む、請求項１に記載の装置（２８）。
前記レートが毎秒少なくとも１０フレームのレートである、請求項１に記載の装置（２８）。
検出器基板バイアススイッチ回路をさらに含む、請求項１に記載の装置（２８）。
異なる画像フレームからの画像画素値を補正するための前記手段がフレームの少なくとも一部の時間依存補正を含む、請求項１に記載の装置（２８）。
請求項１に記載の装置（２８）および３秒を越えて動作可能なＸ線源を備えた撮像システム。
前記画素非線形性能補償ルーチン（１２３）が、各画素（３６）の誤差補正を提供するために補正係数を決定する２次以上の多項式計算を含む、請求項１９に記載の装置（２８）。