JP2011085479A - Calibration device for photon counting type radiation detector and calibration method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線検出器のキャリブレーション装置及びキャリブレーション方法に係り、とくに、光子計数型(フォトンカウンティング型)と呼ばれる放射線検出器のキャリブレーション装置及びキャリブレーション方法に関する。 The present invention relates to a radiation detector calibration apparatus and calibration method, and more particularly to a radiation detector calibration apparatus and calibration method called a photon counting type (photon counting type).
近年、X線やガンマ線などの放射線を用いて対象物の内部構造や機能を診断・撮影する装置における技術進歩は目覚しいものがある。この種の装置には放射線を検出する検出器が必須であり、この放射線検出器の性能向上も上述の技術進歩の一翼を担っている。とくに、検出信号をデジタル形式で出力する、いわゆるデジタル化を初め、画素の精細化及び検出面の大形化が進んでいる。 In recent years, there have been remarkable technological advances in apparatuses that diagnose and image the internal structure and function of an object using radiation such as X-rays and gamma rays. A detector for detecting radiation is indispensable for this type of apparatus, and the improvement of the performance of this radiation detector plays a part in the above-mentioned technological progress. Particularly, so-called digitization, in which detection signals are output in a digital format, is becoming increasingly finer and the detection surface is becoming larger.
この放射線検出器の検出法についても、従来からの積分法(積分モード)に加え、光子計数法(フォトンカウンティング法)と呼ばれる検出法も注目されている。この光子計数法は、従来では、核医学の分野におけるガンマ線検出器に採用されていたものである(例えば特許文献1:特開平11−109040を参照)。一方、近年、画像のエンハンス能の向上やアーチファクトの削減などの効果を得るために、この光子計数法をX線検出器に適用する事例も報告されている。 Regarding the detection method of this radiation detector, in addition to the conventional integration method (integration mode), a detection method called a photon counting method (photon counting method) has attracted attention. This photon counting method has been conventionally used in gamma ray detectors in the field of nuclear medicine (for example, see Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 11-109040). On the other hand, in recent years, there have been reports of cases where this photon counting method is applied to an X-ray detector in order to obtain effects such as enhancement of image enhancement capability and reduction of artifacts.
この種の事例の1つと特許文献2:特開2006−101926で提案されてものが知られている。つまり、「放射線を入射させる複数の収集画素を有し且つ当該収集画素のそれぞれに入射した前記放射線を光子と見做して当該粒子のエネルギに応じた電気信号を出力する光子計数型検出器と、この検出器が出力した各収集画素の信号に基づいて前記放射線のエネルギスペクトル上の複数のエネルギ領域に分類される当該放射線の粒子数の計数データを演算する領域別データ演算手段と、この領域別データ演算手段により演算された収集画素毎の前記複数のエネルギ領域それぞれの計数データに当該エネルギ領域別に与えられた重み係数の重み付けを施す重み付け手段と、この重み付け手段により重み付けされた収集画素毎の前記複数のエネルギ領域それぞれの計数データを互いに加算して当該加算データを収集画素毎の放射線画像生成用データとして出力する加算手段とを備えたことを特徴とする放射線検出装置。」である。 One example of this type and that proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-101926 are known. That is, “a photon counting detector that has a plurality of collection pixels to which radiation is incident and that outputs the electrical signal corresponding to the energy of the particles by regarding the radiation incident on each of the collection pixels as a photon. A region-by-region data calculation means for calculating count data of the number of particles of the radiation classified into a plurality of energy regions on the energy spectrum of the radiation based on a signal of each collected pixel output from the detector; Weighting means for weighting the count data of each of the plurality of energy regions for each collection pixel calculated by the separate data calculation means, and a weighting factor given for each energy region, and for each collection pixel weighted by this weighting means The count data of each of the plurality of energy regions are added to each other, and the added data is obtained as a radiation image generation data for each collected pixel. The radiation detecting device is characterized in that an adding means for outputting the data. "Is.
このように、光子計数型のX線検出器の場合、入射するX線光子のそれぞれが持つエネルギを弁別する閾値を複数個、用意する。この閾値によりエネルギの範囲が規定されるので、各X線光子のエネルギがどのエネルギ範囲に属するかを判定することができる。この判定結果は、それぞれのエネルギ範囲に弁別されたX線光子数を計測し、その計測結果を用いて各画素のデータとして出力される。 As described above, in the case of a photon counting X-ray detector, a plurality of thresholds for discriminating the energy of each incident X-ray photon are prepared. Since the energy range is defined by this threshold value, it is possible to determine to which energy range the energy of each X-ray photon belongs. This determination result is output as data of each pixel by measuring the number of X-ray photons discriminated in each energy range and using the measurement result.
この光子計数型のX線検出器では、X線光子が検出器の各画素に入射すると、各画素から電気量のパルス信号が出力される。各画素に入射するX線光子のエネルギは、そのX線光子が生成する上記パルス信号の波高値に相当する。かかる波高値がどの閾値を越えるかによって、その画素から出力されるデータの値が変わってくるので、各閾値はX線光子の持つエネルギに対して精度良く保つ必要がある。この精度は、X線検出素子それぞれの感度のほか、各素子の出力チャンネル側にCMOSで形成される回路の特性の違いに因り影響される。このため、X線検出器の画素毎に且つ各画素の閾値毎にキャリブレーションを行って、各画素の、X線光子エネルギの各値に対する感度が画素間で同一にまたは同一と見做せるように事前に調整しておく必要があった。 In this photon counting type X-ray detector, when an X-ray photon is incident on each pixel of the detector, an electric pulse signal is output from each pixel. The energy of the X-ray photon incident on each pixel corresponds to the peak value of the pulse signal generated by the X-ray photon. Since the value of data output from the pixel varies depending on which threshold value the peak value exceeds, it is necessary to maintain each threshold value with respect to the energy of the X-ray photon with high accuracy. This accuracy is affected not only by the sensitivity of each X-ray detection element, but also by the difference in the characteristics of the circuit formed of CMOS on the output channel side of each element. Therefore, calibration is performed for each pixel of the X-ray detector and for each pixel threshold so that the sensitivity of each pixel to each value of the X-ray photon energy can be regarded as the same or the same between the pixels. Had to be adjusted in advance.
従来、このキャリブレーションは、エネルギ値が既知である241-Am(59.5keV)や57-Co(122keV)などのガンマ線密封線源を複数用いて実施されている。つまり、この線源をX線検出器の検出面の前において一定時間だけガンマ線を放射させる。このガンマ線の入射を受けた各画素のX線検出素子は、その既知のエネルギ値に応じた電気信号を出力する。各画素から信号値を用いて、X線光子のエネルギ値に対する感度(S字特性と呼ばれる、エネルギ値に対する検出パルスの振幅の関係を示す特性)が画素相互間、すなわち収集チャンネル間でほぼ同一になるように、各画素に与える閾値を調整する。 Conventionally, this calibration is performed using a plurality of gamma ray sealed radiation sources such as 241-Am (59.5 keV) and 57-Co (122 keV) whose energy values are known. That is, this radiation source emits gamma rays for a predetermined time in front of the detection surface of the X-ray detector. The X-ray detection element of each pixel that has received the incident gamma rays outputs an electrical signal corresponding to the known energy value. Using the signal value from each pixel, the sensitivity to the energy value of the X-ray photon (characteristic indicating the relationship of the amplitude of the detection pulse to the energy value, called S-characteristic) is almost the same between the pixels, that is, between the acquisition channels. The threshold given to each pixel is adjusted so that
なお、閾値の設定例として、非特許文献1に記載のものも知られている。この文献に記載の例では、CdTeを使った検出器に閾値を1つ与えるようになっている。
In addition, the thing of a
しかしながら、上述したガンマ線密封線源を用いるキャリブレーション法の場合、近年の画素サイズが非常に小さい(例えば200μm×200μm)X線検出器には以下の点で問題があった。 However, in the case of the calibration method using the above-described gamma ray sealed radiation source, the X-ray detector having a very small pixel size (for example, 200 μm × 200 μm) in recent years has the following problems.
第1に、X線検出器の画素のサイズが小さいので、各画素に入射するX線(γ線)光子数が少ない。つまり、入射レートが極端に低くなり、全画素のキャリブレーションをしようとすると、例えば何時間も掛かるなど、膨大な収集時間が必要である。このため、準備作業が多大な時間と労力が要することになり、診断装置の稼動率が低下する。また、キャリブレーションに使う線量が実際の使用線量と大きく異なるため、キャリブレーションの精度が上がらないという問題もある。 First, since the pixel size of the X-ray detector is small, the number of X-ray (γ-ray) photons incident on each pixel is small. In other words, when the incidence rate is extremely low, and all the pixels are calibrated, it takes an enormous collection time, for example, it takes many hours. For this reason, preparatory work will require a lot of time and labor, and the operation rate of a diagnostic device will fall. In addition, since the dose used for calibration is significantly different from the actual use dose, there is also a problem that the accuracy of calibration does not increase.
またガンマ線源が離散的なエネルギを有しているために、各プリアンプ回路が持つ、ゲインやオフセットあるいはS字状の非線形の入出力特性などで、閾値の精度を保つのは至難の状況であった。然るに画素が200um以下と小さくなったような場合、その効能は大きなものがあっても、その効能を実現する上でのハードウエアの精度を保つのは極めて難しいというのが現実であった。 Also, since the gamma ray source has discrete energy, it is difficult to maintain the threshold accuracy due to the gain, offset, or S-shaped nonlinear input / output characteristics of each preamplifier circuit. It was. However, when the pixel becomes as small as 200 μm or less, even if the effect is large, it is actually difficult to maintain the accuracy of the hardware for realizing the effect.
一方で、非密封線源を用いて、ガンマ線強度を上げて計測するようなことも考えられるが、取り扱いが限定されるために現実ではない。 On the other hand, it is conceivable to increase the gamma ray intensity using an unsealed radiation source, but this is not a reality because of limited handling.
なお、前述した非特許文献1に記載の検出器にあっては、閾値が1つであり、かつ、画素が1mm×1mmと大きい。閾値が1つの場合、積分型の検出器と同様に入射するX線粒子を全部数えるだけで済む。したがって、キャリブレーションの精度はそれほど問題にならず、X線透過データの収集後に均一性補正などで対処可能である。これに対し、画素が小さく且つ複数の閾値を設定する場合には、上述したようにキャリブレーションを精度良く実施しておくことが極めて重要になる。
In the detector described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、キャリブレーションを画素毎に精度良く、且つ、短時間のうちに行うことができる光子計数型放射線検出器のキャリブレーション法を提供することを、その目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a calibration method for a photon counting radiation detector capable of performing calibration accurately for each pixel in a short time. For that purpose.
上述した目的を達成するために、本発明は、その1つの態様として、放射線を粒子として個別に入射させる2次元配列の複数の画素を形成し且つ当該画素のそれぞれに入射した前記放射線を光子と見做して当該光子のエネルギに応じた電気量のパルス信号を出力する複数の検出素子を備えた検出素子群と、前記放射線のエネルギスペクトル上で前記エネルギの大きさを弁別するために与えられて複数のエネルギ領域を設定する複数の閾値を前記画素のそれぞれに対応して生成する閾値生成回路と、前記複数の検出素子のそれぞれが出力した前記パルス信号に基づいて、前記放射線のエネルギスペクトル上で前記閾値に応じた弁別値により設定される前記複数のエネルギ領域のそれぞれに分類される当該放射線の粒子数の計数データを前記画素毎に演算する領域別データ演算回路と、を備え、前記領域別データ演算回路により演算された前記画素毎の前記複数のエネルギ領域それぞれの計数データに基づいて、前記放射線により対象物を撮像したときの撮像データを生成するようにした光子計数型放射線検出器のキャリブレーション装置において、前記検出素子群の中で指定した特定の画素を成す検出素子に、固有エネルギ値が既知の第1の放射線源から放射線を入射させたときに前記領域別データ演算回路から出力される計数データをキャリブレーション用の第1の計数データとして収集する第1の収集手段と、前記検出素子群の全ての検出素子に、第2の放射線源から、与えられたエネルギ値を持つエネルギ値を持つ放射線を同時に入射させたときに前記領域別データ演算回路から出力される計数データをキャリブレーション用の第2の計数データとして収集する第2の収集手段と、前記閾値生成回路が生成する前記閾値を、前記第1及び第2の計数データを用いて、少なくとも前記検出素子群、前記閾値生成回路、及び前記領域別データ演算回路を含む回路群の前記画素毎、前記閾値毎、且つ、前記エネルギの値毎の前記放射線の検出感度を均一化させるようにキャリブレートするキャリブレーション手段と、を備えたことを特徴とする。好適には、第2の放射線源から放射される放射線のエネルギ値は、第1の放射線源から放射される放射線のそれと同一又は略同一に設定することである。 In order to achieve the above-described object, according to one aspect of the present invention, a plurality of pixels in a two-dimensional array that individually enter radiation as particles are formed, and the radiation incident on each of the pixels is defined as a photon. It is given to discriminate the magnitude of the energy on the energy spectrum of the radiation, and a detection element group comprising a plurality of detection elements that output a pulse signal having an electric quantity corresponding to the energy of the photon. A threshold generation circuit for generating a plurality of thresholds for setting a plurality of energy regions corresponding to each of the pixels, and on the energy spectrum of the radiation based on the pulse signal output by each of the plurality of detection elements. And counting data of the number of particles of the radiation classified into each of the plurality of energy regions set by the discrimination value according to the threshold value in the pixel A region-by-region data calculation circuit, and based on the count data of each of the plurality of energy regions for each pixel calculated by the region-by-region data calculation circuit, In the photon counting radiation detector calibration apparatus configured to generate imaging data, a detection element forming a specific pixel specified in the detection element group is supplied with a first radiation source having a known intrinsic energy value. First collection means for collecting count data output from the region-specific data calculation circuit when radiation is incident as first count data for calibration, and all the detection elements of the detection element group, When the radiation having the energy value given from the second radiation source is simultaneously incident, the data calculation circuit for each region A second collection unit that collects the output count data as second count data for calibration; and the threshold value generated by the threshold value generation circuit is determined using at least the first and second count data. Calibrate so that the detection sensitivity of the radiation is made uniform for each pixel, each threshold value, and each energy value of the circuit group including the detection element group, the threshold value generation circuit, and the area-specific data calculation circuit. Calibration means. Preferably, the energy value of the radiation emitted from the second radiation source is set to be the same as or substantially the same as that of the radiation emitted from the first radiation source.
また、本発明によれば、第2の態様として、前記領域別データ演算回路により演算された前記画素毎の前記複数のエネルギ領域それぞれの計数データに基づいて、前記放射線により対象物を撮像したときの撮像データを生成するようにした光子計数型放射線検出器のキャリブレーション方法も提供される。このキャリブレーション方法によれば、前記検出素子群の中で指定した特定の画素を成す検出素子に、固有エネルギ値が既知の第1の放射線源から放射線を入射させたときに前記領域別データ演算回路から出力される計数データをキャリブレーション用の第1の計数データとして収集し、前記検出素子群の全ての検出素子に、第2の放射線源から第2の放射線源から前記第1の放射線源と略同一のエネルギ値を持つ放射線を同時に入射させたときに前記領域別データ演算回路から出力される計数データをキャリブレーション用の第2の計数データとして収集し、前記閾値生成回路が生成する前記閾値を、前記第1及び第2の計数データを用いて、少なくとも前記検出素子群、前記閾値生成回路、及び前記領域別データ演算回路を含む回路群の前記画素毎、前記閾値毎、且つ、前記エネルギの値毎の前記放射線の検出感度を均一化させるようにキャリブレートする、ことを特徴とする。 According to the present invention, as a second aspect, when an object is imaged by the radiation based on count data of each of the plurality of energy regions for each pixel calculated by the region-specific data calculation circuit. There is also provided a calibration method for a photon counting radiation detector adapted to generate the imaging data. According to this calibration method, the region-specific data calculation is performed when radiation is made incident from a first radiation source whose intrinsic energy value is known to a detection element that constitutes a specific pixel designated in the detection element group. Count data output from the circuit is collected as first count data for calibration, and all the detection elements of the detection element group are transmitted from the second radiation source to the first radiation source. The count data output from the area-specific data calculation circuit when radiation having substantially the same energy value is simultaneously entered as the second count data for calibration, and the threshold generation circuit generates the count data A threshold value of the circuit group including at least the detection element group, the threshold value generation circuit, and the area-specific data operation circuit using the first and second count data. Serial each pixel, each of the threshold, and, to calibrate so as to uniform the detection sensitivity of the radiation for each value of the energy, characterized in that.
特定の画素に対する第1の計数データと全画素に対して一度に収集した第2の計数データを用いるので、キャリブレーションを画素毎に精度良く、且つ、短時間のうちに行うことができる光子計数型放射線検出器のキャリブレーション法を提供できる。 Since the first count data for a specific pixel and the second count data collected at a time for all the pixels are used, the photon count can be accurately performed for each pixel in a short time. A calibration method for a radiation detector can be provided.
添付図面において、
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図1〜15を参照して、本発明に係る、光子計数型放射線検出器のキャリブレーション装置及びそのキャリブレーション方法の好適な実施形態を説明する。なお、この光子計数型(フォトンカウンティング)放射線検出器は、一例として、光子計数型X線検出器(以下、X線検出器)と実施されている。また、このX線検出器は、医療用のX線CT(Computed Tomography)スキャナやX線パノラマ撮像装置に適用される。以下、本実施形態においては、X線パノラマ撮像装置(以下、パノラマ撮像装置と呼ぶ)の例を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
A preferred embodiment of a photon counting radiation detector calibration apparatus and calibration method according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, this photon counting type (photon counting) radiation detector is implemented with a photon counting type X-ray detector (hereinafter, X-ray detector) as an example. The X-ray detector is applied to a medical X-ray CT (Computed Tomography) scanner and an X-ray panoramic imaging apparatus. Hereinafter, in the present embodiment, an example of an X-ray panoramic imaging device (hereinafter referred to as a panoramic imaging device) is shown.
図1に、パノラマ撮像装置1の概要を示す。このパノラマ撮像装置1は、被検体Pからデータを収集するガントリ(データ収集装置)2と、収集したデータを処理して画像などを作成するとともにガントリ2の動作を制御するコンソール3とを備える。
FIG. 1 shows an outline of the
ガントリ2は、支柱11を備える。この支柱が伸びる長手方向を縦方向(又は上下方向:Z軸方向)と呼び、この縦方向に直交する方向を横方向(XY面に沿った方向)と呼ぶ。支柱11には、略コ字状を成す上下動アームユニット12が縦方向に移動可能に備えられる。上下動アームユニット12は、支柱11に沿って移動可能な縦アーム12Aと、この縦アーム12Aの上下端のそれぞれから横方向に延びる上側横アーム12B及び下側横アーム12Cを備える。上側横アーム12Bの所定位置には、支柱11に直交する横方向の平面内で回動可能な状態で、回動アームユニット13が取り付けられている。下側横アーム12Cの先端部は被験者Pの顎を載せるチンレスト14として構成されている。このため、撮像時には、被験者Pが図中の仮想線のように顎を載せて撮像に臨むことになる。上下動アームユニット12の縦方向の位置は、図示しない駆動機構により、被験者Pの背丈に応じて調整される。
The
回動アームユニット13は、下向きで略コ字状を成す横アーム13Aと、この横アーム13Aの両端のそれぞれから下向きに伸びる線源側縦アーム13B及び検出側縦アーム13Cとを備える。横アーム13Aが回転軸13Dにより垂下され、図示しない電動モータなどの駆動機構により回転軸13Dを中心に回動(回転)するように構成されている。線源側アーム13Bの下端部にはX線管21が設置され、このX線管21から例えばパルスX線として曝射されたX線は、同下端部に設けられたコリメータ(図示せず)でコリメートされた後、被験者Pの顎部を透過して検出側縦アーム13Cに伝播する(仮想線Xを参照)。検出側縦アーム13Cの下端部には、X線入射窓W(例えば、横6.4mm×縦150mm)を有したX線検出器22(以下、検出器と呼ぶ)が設置される。
The
この検出器22は、後に詳述するが、X線撮像素子を2次元に配列した、半導体による直接変換方式の光子計数型X線検出器として構成されている。このため、検出器22は、入射X線に応じた光子(フォトン)を計数して、その計数値を反映させた電気量のフレームデータを出力する。したがって、被験者Pが撮像位置に立って、その顎部をチンレスト14に載せた状態で、回動アームユニット13が回転駆動される。この回転中に、X線管21からX線が所定間隔又は連続的に曝射され、このX線は検出器22により例えば300fpsの高いフレームレートでフレームデータとして検出される。
As will be described in detail later, the
コンソール3は、図2に示すように、信号の入出力を担うインターフェース(I/F)31を備え、このインターフェース31にバス32を介して通信可能に接続されたコントローラ33、第1の記憶部34、画像プロセッサ35、表示器36、入力器37、キャリブレーション演算器38、第2の記憶部39、ROM40、及び閾値付与器41を備えている。
As shown in FIG. 2, the
コントローラ33は、ROM40に予め与えられたプログラムに沿ってガントリ2の駆動を制御する。この制御には、X線管21に高電圧を供給する高電圧発生装置42への指令値の送出、及び、キャリブレーション演算器38の駆動指令も含まれる。第1の記憶部34は、ガントリ2からインターフェース31を介して送られてきたフレームデータを保管する。
The
画像プロセッサ35は、コントローラ33の制御の元に、ROM40に予め与えられたプログラムに基づいて、第1の記憶部34に保管されたフレームデータを公知のシフト・アンド・アッド(shift and add)と呼ばれる演算法に基づくトモシンセシス法で処理し、被験者Pの口腔部の歯列の透過像を作成する。表示器36は、作成される透過像の表示や、ガントリ2の動作状況を示す情報及び入力器37を介して与えられるオペレータの操作情報の表示を担う。入力器37は、オペレータが撮像に必要な情報をシステムに与えるために使用される。
Under the control of the
また、キャリブレーション演算器38は、コントローラ33の制御下において、ROM40に予め内蔵されているプログラムの下で動作し、後述するデータ収集回路で画素毎且つ各画素に対するエネルギ弁別系列毎に与えるエネルギ弁別のための閾値のキャリブレーションを指令する。このキャリブレーションは、本パノラマ撮像装置を出荷する前に工場で行ったり、定期的な又は故障時の保守点検時や、撮像前の業務前に行ったりする。このキャリブレーションは本発明の特徴の中心を成すものであるので、後述する。第2の記憶部39は、キャリブレーションにより画素毎、エネルギ弁別系列毎、及びエネルギ値毎に生成された閾値の値を記憶する。この閾値は、撮像時にはコントローラ33の制御の元で呼び出され、後述するデータ収集回路に与えられる。
The
閾値付与器41は、コントローラ33の制御の下で、撮像時に第2のメモリ39に格納されている閾値を、X線管電圧(X線エネルギ値)毎に、画素毎に、及びエネルギ弁別系列毎に呼び出して、その閾値に対応したデジタル信号を指令値としてインターフェース31を介して検出器32に送信する。この処理を実行するため、閾値付与器41は、ROM40に予め格納されたプログラムを実行する。
The
コントローラ33、画像プロセッサ35、キャリブレーション演算器38、閾値付与器41は共に、与えられたプログラムで稼動するCPU(中央処理装置)を備えている。それらのプログラムは、ROM40に事前に格納されている。
The
図3を用いて、検出器22の電気的な構成を詳述する。この検出器22は、前述したように、2次元に配列された画素(画素数は例えば64×1500画素)を有する。各画素のサイズは、例えば200μm×200μmであり、この画素サイズは、X線を光子(粒子)として検出することが可能な十分小さい値になっている。本実施形態において、X線をその粒子として検出可能なサイズとは、「放射線(例えばX線)粒子が同一位置又はその近傍に複数個連続して入射したときの各入射に応答したパルス信号間の重畳現象の発生を実質的に無視可能な又はその量が予測可能なサイズ」であると定義される。この重畳現象が発生すると、X線粒子の「入射数対実際の計測数」の特性にX線粒子の数え落とし特性が発生する。このため、X線検出器12に形成する収集画素のサイズは、この数え落とし特性が発生しない又は実質的に発生しないとみなせる大きさに、又は、数え落し量が推定できる程度に設定されている。
The electrical configuration of the
この複数の画素それぞれは、テルル化カドミウム半導体(CdTe半導体)、カドミュームジンクテルライド半導体(CdZnTe半導体)、シリコン半導体(Si半導体)などの半導体セル(センサ)Sにより構成される。この半導体セルSは、このセルに入射するX線を検出して、そのX線エネルギに応じたパルス電気信号を出力する。つまり、検出器22は、半導体セルSの複数が2次元に配列されたセル群を備え、そのセルそれぞれ、すなわち、2次元配列の複数の画素それぞれの出力側にデータ収集回路51n(n=1〜N:N=全画素数=全収集チャンネル数)が備えられている。
Each of the plurality of pixels includes a semiconductor cell (sensor) S such as a cadmium telluride semiconductor (CdTe semiconductor), a cadmium zinc telluride semiconductor (CdZnTe semiconductor), or a silicon semiconductor (Si semiconductor). The semiconductor cell S detects X-rays incident on the cell and outputs a pulse electrical signal corresponding to the X-ray energy. That is, the
なお、この半導体セルSの群の構造は、特開2000−69369号公報、特開2004−325183号公報、特開2006−101926号公報によっても知られている。 The structure of this group of semiconductor cells S is also known from Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2000-69369, 2004-325183, and 2006-101926.
複数のデータ収集回路51n(n=1〜N)のそれぞれは、半導体セルS(センサ)から出力されたアナログ量の電気信号を受けるチャージアンプ52を有し、このチャージアンプ52の後段に、波形整形回路53、多段の比較器541〜54t(ここではt=4)、エネルギ領域振分け回路55、多段のカウンタ561〜56t(ここではt=4)、多段のD/A変換器571〜57t(ここではt=4)、ラッチ回路58、及びシリアル変換器59を備える。
Each of the plurality of data collection circuits 51n (n = 1 to N) includes a
チャージアンプ52は、各半導体セルSの各集電電極に接続され、X線粒子の入射に応答して集電される電荷をチャージアップして電気量のパルス信号として出力する。このチャージアンプ52の出力端は、ゲイン及びオフセットが調整可能な波形整形回路53に接続されており、検知したパルス信号の波形を、予め調整されているゲイン及びオフセットで処理して波形整形する。この波形整形回路53のゲイン及びオフセットは、半導体セルSの画素毎の電荷チャージ特性に対する不均一性と各回路特性のバラツキを考慮して、キャリブレーションにより調整される。これにより、かかる不均一性を排除した波形整形信号の出力とそれに対する相対的な閾値の設定精度とを上げることができる。この結果、各画素に対応した、即ち、各収集チャンネルの波形整形回路53から出力された、波形整形済みのパルス信号は実質的に入射X線粒子のエネルギ量を反映した特性を有する。したがって、収集チャンネル間のかかるばらつきは大幅に改善される。
The
この波形整形回路53の出力端は、複数の比較器541〜544の比較入力端にそれぞれ接続されている。この複数の比較器541〜544それぞれの基準入力端には、図4に示す如く、それぞれ値が異なるアナログ量の閾値th1(〜tht)(ここではt=1〜4)が印加されている。これにより、1つのパルス信号を異なる閾値th1(〜th4)と比較することができる。この比較の理由は、入射したX線粒子のエネルギ量が、事前に複数に分けて設定したエネルギ領域のうちのどの領域に入るのか(弁別)について調べるためである。パルス信号の波高値(つまり、各入射X線粒子のエネルギ量を表す)が閾値th1〜th4のどの値を超えているかにより、弁別されるエネルギ領域が異なる。なお、最も低い閾値th1は、通常、外乱や、半導体セルS、チャージアンプ42などの回路に起因するノイズ、或いは、画像化に必要のない低エネルギの放射線を検出させないための閾値として設定される。また、閾値の数、すなわち比較器の数は、必ずしも4個に限定されず、上記閾値th1の分を含めて2個以上の何個であってもよい。
The output terminal of the
上述した閾値th1〜th4は、具体的には、コンソール3のキャリブレーション演算器38からインターフェース32を介してデジタル値で画素毎、即ち収集チャンネル毎に与えられる。このため、比較器541〜544それぞれの基準入力端は4つのD/A変換器571〜574の出力端にそれぞれ接続されている。このD/A変換器571〜574はラッチ回路58を介して閾値受信端T1(〜TN)に接続され、この閾値受信端T1(〜TN)がコンソール3のインターフェース32に接続されている。
Specifically, the threshold values th1 to th4 are given as digital values from the
ラッチ回路58は、撮像時には閾値付与器40からインターフェース31及び閾値受信端T1(〜TN)を介して与えられたデジタル量の閾値th1〜th4をラッチし、対応するD/A変換器D/A変換器571〜574にそれぞれ出力される。このため、D/A変換器D/A変換器571〜574は指令されたアナログ量の閾値th1〜th4を電圧値として比較器541〜544それぞれに与えることができる。
The
図5に、この閾値th1〜th4、すなわち弁別値TH1〜TH4の設定例を示す。同図に示す波形は、通常に使用されているX線管球から曝射されるX線のエネルギの連続スペクトルを示す。なお、縦軸の計測(カウント)数は横軸のエネルギに相当するフォトンの発生頻度に比例する量であり、横軸のエネルギはX線管の管電圧に依存する量である。このスペクトルに対して、第1の閾値th1を、X線粒子数を計数不能領域と低目のエネルギ領域1と弁別可能な弁別値TH1に対応して設定する。また、第2、第3、及び第4の閾値th2、th3、及びth4を、第1の弁別値TH1より高い値となる、第2、第3、第4の弁別値TH2,TH3,TH4を順に供するように設定している。これにより、エネルギスペクトル波形の特性や設計値に沿った適宜な弁別点が規定され、エネルギ領域2〜4が設定される。
FIG. 5 shows a setting example of the threshold values th1 to th4, that is, the discrimination values TH1 to TH4. The waveform shown in the figure shows a continuous spectrum of the energy of X-rays emitted from a commonly used X-ray tube. The number of measurements (counts) on the vertical axis is an amount proportional to the photon generation frequency corresponding to the energy on the horizontal axis, and the energy on the horizontal axis is an amount depending on the tube voltage of the X-ray tube. For this spectrum, the first threshold th1 is set corresponding to the discrimination value TH1 that can discriminate the number of X-ray particles from the non-countable region and the
このため、比較器541〜544の出力端は、図3に示すように、エネルギ領域振分け回路55に接続されている。このエネルギ領域振分け回路55は、複数の比較器541〜54nの出力、すなわち、検出したX線粒子のエネルギに相当するパルス電圧と閾値th1(〜th4)との比較結果を解読し、そのエネルギ値がどのエネルギ領域1〜4に分類されるかという振分けを行う。例えば2つの比較器541、542の出力がオン(検出値>=閾値)であり、残りの2つの比較器543、544の出力がオフであれば、エネルギ値はエネルギ領域2に弁別される。また、3つの比較器541〜543の出力がオンであり、残りの1つの比較器544の出力がオフであれば、エネルギ値はエネルギ領域3に弁別される。その他の事象も同様ある。エネルギ領域振分け回路55は、カウンタ561〜564の何れかに弁別結果に応じたパルス信号を送る。例えば、エネルギ領域1に弁別される事象があれば、1段目のカウンタ561にパルス信号を送る。エネルギ領域2に弁別される事象があれば、2段目のカウンタ562にパルス信号を送る。エネルギ領域3,4についても同様である。
Therefore, the output terminals of the
このため、カウンタ561〜564のそれぞれは、エネルギ領域振分け回路55からパルス信号が入力される度にカウントアップを行う。このため、担当するエネルギ領域に弁別されるエネルギ値のX線粒子数を一定時間毎の累積値として計測することができる。なお、カウンタ561〜564にはコンソール3のコントローラ33からスタート・ストップ端子T2を介して起動及び停止の信号が与えられる。一定時間の計測は、自身が有するリセット回路を使って外部から管理される。
For this reason, each of the
このようにして、リセットされるまでの一定時間の間に、複数のカウンタ561〜564により、検出器12に入射したX線の粒子数が、画素毎に且つエネルギ領域毎に計測される。このX線粒子数の計数値は、カウンタ561〜564のそれぞれからデジタル量の計数データとして並列に出力された後、シリアル変換器59によりシリアルフォーマットに変換される。このシリアル変換器59は残り全てのチャンネル(収集画素)のシリアル変換器59とシリアルに接続されている。このため、最後のチャンネルのシリアル変換器59からシリアルなデジタル量の計数データとして出力され、その計数データが送信端T3を介してコンソール3に送られる。コンソール3では、インターフェース31がその計数データを受信して第1の記憶部34に格納する。
In this manner, the number of X-ray particles incident on the
そこで、画像プロセッサ35は、入力器36からのオペレータ指令に応じて、第1の記憶部34に格納されている計数データを読み出し、この計数データを用いて画像、例えば歯列に沿ったある断面のX線透過画像(パノラマ画像)をトモシンセシス法の元で再構成する。各画素から複数のエネルギ領域1〜4の計数データが得られている。このため、画像プロセッサ35は、このパノラマ画像の再構成において、例えば高いエネルギ値の計数データほど高い重み付けを施し、これを相互に加算することで、各画素のデータを作成する。これにより、全画素から収集したX線スキャンに伴うデータが揃うので、この全画素のデータをトモシンセシス法で処理してパノラマ画像を作成する。このパノラマ画像は例えば表示器46で表示される。
Therefore, the
なお、重み付け処理の仕方にも各種の方式がある。上述のように、高いエネルギ領域の計数データを強調する重み付け処理にすれば、ビームハードニングに因るアーチファクトを抑制することができる。また、軟部組織のコントラスト改善を目的として低いエネルギ領域を強調するように重み付けをすることができる。ビームハードニングに因るアーチファクト抑制及び軟部組織のコントラスト改善を目的としてその両方の領域を共に強調するという重み付けをすることもできる。 There are various methods for the weighting process. As described above, if the weighting process is used to emphasize the count data in the high energy region, artifacts due to beam hardening can be suppressed. Further, weighting can be performed so as to emphasize a low energy region for the purpose of improving contrast of soft tissue. It is also possible to weight both areas for the purpose of suppressing artifacts due to beam hardening and improving soft tissue contrast.
また、歯科用パノラマ装置の宿命である前歯部の陰影として重畳される頚椎の映り込みなども、前歯部のスキャン時に高エネルギ側に重み付けをして再構成すれば、幾分なりとも頚椎の映り込みは軽減可能である。また、同じような重み付け処理は、側方歯の歯列重なりを軽減する、いわゆる直交撮影時における、反対側の顎の写り込みを軽減する際にも使える。さらに、下顎管などが、もう少しコントラスト良く見たいような場合は、低エネルギ側にウエイトを上げた再構成をすることで、より鮮明に画像化が可能である。 Also, the cervical spine that is superimposed as the shadow of the anterior teeth, which is the fate of the dental panoramic device, can be somewhat reconstructed by weighting the high energy side and reconstructing it when scanning the anterior teeth. Can be reduced. A similar weighting process can be used to reduce the reflection of the opposite jaw during so-called orthogonal imaging, which reduces the overlap of the side teeth. Furthermore, when the mandibular canal and the like are to be seen with a little more contrast, it is possible to form a clearer image by performing a reconstruction with a weight increased on the low energy side.
ところで、本実施例では、上述した全画素分N個に対応した半導体セルS及びデータ収集回路51nはASICによりCMOSで一体に構成されている。勿論、このデータ収集回路51nは、半導体セルSの群とは互いに別体の回路又はデバイスとして構成してもよい。 By the way, in this embodiment, the semiconductor cell S and the data collection circuit 51n corresponding to the above-mentioned N pixels for all the pixels are integrally formed of CMOS by ASIC. Of course, the data collection circuit 51n may be configured as a circuit or device separate from the group of semiconductor cells S.
(キャリブレーション)
前述したように、本パノラマ撮像装置は、工場出荷前に又は現場設置後、定期的に若しくは異常発生時にキャリブレーションに処される。このキャリブレーションを実行する機構として、コンソール3はキャリブレーション演算器38、第2の記憶部39、及び閾値付与器41を備えている。
(Calibration)
As described above, the panorama imaging apparatus is subjected to calibration periodically before factory shipment or after installation on the site or when an abnormality occurs. As a mechanism for executing this calibration, the
キャリブレーションは、図3に示す、半導体セルSからシリアル変換器59までの、全画素分の計数データを出力するための収集チャンネル(チャンネル数N)がCMOSで製造されるものの、収集チャンネル検出特性が互いにバラツキが不可避であるので、これを是正しなければならないことが第1の大きな理由である。加えて、検出器21がフォトンカウンティング型のデバイスであるので、X線光子のエネルギ弁別のために複数の弁別系列(系列数t=1〜4)を有し、系列毎にデジタル量の指令値(閾値)をアナログ値に変換するD/A変換器57t(t=1〜4)を置かなければならいことも第2の大きな理由である。
In the calibration, although the collection channel (number of channels N) for outputting count data for all pixels from the semiconductor cell S to the
第1の理由について言えば、各収集チャンネルはX線光子の入射に伴って検出されるパルス信号の高さと光子のエネルギ値との関係をグラフで示せば、一般に図6に示すように、S字形のカーブになる。これは通常、S字特性と呼ばれる非線形のグラフになる。このS字特性のオフセットとゲインが収集チャンネル毎に異なるのである(例えば収集チャンネル1は特性♯1、その隣の収集チャンネル♯2は。これはハード的にいかに緻密に製造したとしても不可避である。このようなバラツキは検出感度の違いになり、それは当然に検出能の低下に帰着するので、かかるバラツキをキャリブレーションで除去又は抑制し且つ高い検出感度を保つ必要がある。
For the first reason, if each acquisition channel is a graph showing the relationship between the height of a pulse signal detected with the incidence of an X-ray photon and the energy value of the photon, generally as shown in FIG. It becomes a letter-shaped curve. This is usually a non-linear graph called S-shaped characteristics. The offset and gain of the S-characteristics are different for each acquisition channel (for example, the
従来、前述したように、このS字特性を合わせるためのキャリブレーションとして、固定エネルギ値が既知である2種の密封ガンマ線源、例えば241Am(エネルギ値は59.5keV)及び122Co(エネルギ値は122keV)を用いてデータを収集し、その収集結果からオフセットとゲインを収集チャンネル間で合わせるように、エネルギ弁別のための閾値を調整していた。しかしながら、この2種のガンマ線源を用いる場合、S字特性上の2点(59.5keVと122keVのエネルギ値の位置)で特性を合わせるだけであるので、その2点以外の点はどのような調整になるのか分からない。このため、この従来のキャリブレーション法だと、2点以外のエネルギ値に対して設定する閾値の信頼性が極めて低い。また、ガンマ線源を用いて全画素から十分な量のデータを収集するには、長時間(例えば数時間〜数十時間)を要し、作業効率も極めて低く、現実的でなかった。 Conventionally, as described above, as a calibration for matching this S-shaped characteristic, two sealed gamma ray sources with known fixed energy values, for example, 241 Am (energy value is 59.5 keV) and 122 Co (energy value is 122 keV). ) Was collected, and the threshold for energy discrimination was adjusted so that the offset and gain were matched between the collection channels from the collected result. However, when these two types of gamma ray sources are used, the characteristics are only matched at two points on the S-characteristics (positions of energy values of 59.5 keV and 122 keV), so what are the points other than the two points? I do not know if it will be adjusted. For this reason, with this conventional calibration method, the reliability of the threshold value set for energy values other than two points is extremely low. Moreover, it takes a long time (for example, several hours to several tens of hours) to collect a sufficient amount of data from all pixels using a gamma ray source, and the working efficiency is extremely low, which is not practical.
さらに、第2の理由について言えば、D/A変換器57t(t=1〜4)のD/A変換特性には、図7に示すように変換誤差(単調変化で各ステップの変化量が異なる場合や非単調変化の場合もある)を生じることもある。フォトンカウンティング型の検出器21にはエネルギ弁別が必須であり、詳細なエネルギ分別を行おうとすれば、画素当たり、すなわち収集チャンネル当たり、より多くのD/A変換器を設置する必要がある。このため、図7に示す変換誤差を考慮したキャリブレーションを行う必要あったが、従来ではそれが十分になされていなかった。
Further, regarding the second reason, the D / A conversion characteristics of the D / A converter 57t (t = 1 to 4) include a conversion error (a change amount of each step in a monotonic change) as shown in FIG. May be different or non-monotonic). Energy discrimination is essential for the photon
そこで、本パノラマ撮像装置は、これらの不都合を排除したキャリブレーションを行なう機能を備えていることを最大の特徴とする。 Therefore, this panoramic imaging apparatus is characterized by having a function of performing calibration that eliminates these disadvantages.
このキャリブレーションは、2種類の放射線源を用いて2段階で検出器22から計数値を収集し、この計数値を用いて、各収集チャンネル(即ち各画素)のD/A変換器57n(n=1〜4)に与える実際のアナログ量の閾値を演算する。2種類の放射線源は、密封型で計測可能な放射線エネルギ帯に固有のエネルギ値を持つガンマ線源(第1の放射線源)と、X線を照射するX線源を成すX線管(第2の放射線源)とから成る。なお、X線管については、ガンマ線源のエネルギ値に等しいエネルギ値のX線を照射するようにX線管電圧が設定される。
In this calibration, count values are collected from the
ここで、検出器22の検出面22Fを構成する複数の画素C(i,j: i=1 - ic - I, j=1 - jc - J)のそれぞれは、X線粒子計測の下でX線透過データを収集するチャンネルの最小単位であるので、この画素Cのそれぞれを必要に応じて「収集チャンネル」と呼ぶ。また、1つの収集チャンネルには、複数のエネルギ弁別回路を伴っているので、D/A変換器57n(n=1〜4)から比較器54n(n=1〜4)を介してカウンタ55n(n=1〜4)に至る系を「計数系列」と呼ぶ。このため、各収集チャンネルには複数(ここでは4つ)の計数系列が繋がっている。
Here, each of the plurality of pixels C (i, j: i = 1−ic−I, j = 1−jc−J) constituting the
具体的には、キャリブレーションは、ガンマ線源を用いたときの計数値から基準画素に相当する収集チャンネルについて、その計数系列毎に、エネルギのピーク値を供する弁別値(第1の値)を求める第1のスキャン演算と、X線管を用いたときの計数値から収集チャンネル毎に且つ計数系列毎に、X線粒子のゆらぎに起因した弁別値(第2の値)を求める第2のスキャン演算と、収集チャンネル毎に且つ計数系列毎に、第1のスキャン演算による閾値のスキャン値及び第2のスキャン演算により求めた弁別値から、アナログ量の閾値thに対応するデジタル量の指令値(キャリブレーションデータ)を設定する閾値設定と、を含む。 Specifically, the calibration obtains a discrimination value (first value) that provides an energy peak value for each count series for the collection channel corresponding to the reference pixel from the count value when the gamma ray source is used. Second scan for obtaining a discrimination value (second value) caused by fluctuations in X-ray particles for each acquisition channel and for each count series from the first scan calculation and the count value when using the X-ray tube Based on the calculation and the threshold value scan value by the first scan calculation and the discrimination value obtained by the second scan calculation for each acquisition channel and for each counting series, the command value (digital value command value corresponding to the analog value threshold th) ( Threshold value setting for setting calibration data).
第1のスキャン演算と第2のスキャン演算は、この順で実施してもよいし、第2のスキャン演算及び第1のスキャン演算の順で実施してもよい。例えば、第1のスキャン演算及び第2のスキャン演算の順で実施する場合、最初に、オペレータはガンマ線源61を検出器22上に設置してキャリブレーション演算器38を第1のスキャン演算に指令させ、その完了後に、オペレータはその検出器22をX線管21の前に配置してキャリブレーション演算器38に第2のスキャン演算を指令させる。このため、キャリブレーション時間としては、第1及び第2のスキャン時間にオペレータの線源配置のための時間が含まれるが、その手間に要する時間は従来のキャリブレーション自体の時間(数時間以上)に比べれば極めて少ないと言える。
The first scan calculation and the second scan calculation may be performed in this order, or may be performed in the order of the second scan calculation and the first scan calculation. For example, when the first scan calculation and the second scan calculation are performed in this order, the operator first installs the
以下、これらの演算・設定のための処理を具体的に説明する。 Hereinafter, the processing for these calculations / settings will be specifically described.
(用語の定義)
ここで最初に、「閾値」について用語を定義しておく。これまでの説明では「閾値」は単に何ボルトという値で与えられるアナログ電圧であり、「指令値」はその閾値に応じたデジタル信号である。以下のスキャン演算においては、この「指令値」が、回路の実際の特性などに対応して収集チャンネルn(=1〜N)毎に且つ計数系列t(=1〜4)毎にキャリブレーションデータとして設定される。
(Definition of terms)
First, terms for “threshold” are defined. In the above description, the “threshold value” is simply an analog voltage given as a value of several volts, and the “command value” is a digital signal corresponding to the threshold value. In the following scan calculation, this “command value” is calibration data for each acquisition channel n (= 1 to N) and for each count series t (= 1 to 4) corresponding to the actual characteristics of the circuit. Set as
(第1のスキャン演算)
まず、図8に示すように、密封型のガンマ線源61としての241Am(固有エネルギ値=59.5keV)が検出器22の検出面22Fを成す画素の中の基準画素Cの直上に且つ検出面22Fに密着または近接するように配置される。この基準画素Cは例えば検出面の中心に位置する1つ(又は複数の)画素として指定される。このガンマ線源61を配置して一定時間(例えば数分)、基準画素Cに応じた収集チャンネルから計数データを収集する。このときのスキャン演算を図9に示すフローチャートを用いて説明する。このフローチャートの処理は、入力器37から与えられるオペレータの操作情報にコントローラ33が応答し、コントローラ33がキャリブレーション演算器38に第1のスキャン演算を指令することで実行される。
(First scan operation)
First, as shown in FIG. 8, 241Am (specific energy value = 59.5 keV) as a sealed
図9に示す処理が開始されると、キャリブレーション演算器38は、検出器22の検出面22Fの中で予め指定された基準画素C(i, j)=C(ic, jc)を選択する(ステップS1)。この選択に応じて、基準画素C(ic, jc)が供する1つの収集チャンネルに存在する複数の計数系列のうちの最初の計数系列(図3において、1つの半導体センサSに繋がる1つのカウンタ561による計数系列)のみが選択される。なお、この第1のスキャン演算では、4つの計数系列のカウンタ561〜564により出力される計数値が処置の対象となる。なお、基準画素C(ic,
jc)は、好適には、検出面22Fの幾何学的な中心に位置する画素であるが、必ずしも、これに限定されるものではない。検出面22Fで中心位置からオフセットした位置にある画素を選択してもよい。
When the processing shown in FIG. 9 is started, the
jc) is preferably a pixel located at the geometric center of the
次いで、キャリブレーション演算器38は、ガンマ線源61としての241Am(固有エネルギ値=59.5keV)を検出面22Fの基準画素C(ic, jc)の直上に密着(又は近接)して置くように指令する(ステップS2)。これにより、図8に示すように、ガンマ線源61が配置されるので、ガンマ線源61から出射されたガンマ線の殆どが基準画素C(ic,
jc)を中心する画素領域に入射するようになる。
Next, the
It enters the pixel area centering on jc).
この後、キャリブレーション演算器38は、計数系列を示す変数tをt=1に設定する(ステップS3)。さらに、各閾値tht(t=1〜4)に対して、その閾値thtに対する弁別値を一定範囲THA(MaxAm〜MinAmまで変化)で減少させながら、それぞれの減少させた値でデータを収集することになる。そこで、この収集回数を表すカウンタmをm=1に設定する(ステップS4)。この一定範囲THAとは、241Amの固有エネルギ値=59.5keVを中心に一定の範囲でスキャンできるように定めたエネルギ値の範囲MaxAm〜MinAmを言い、考えられるバラツキを考慮して、例えば53.5keV〜65.5keVの範囲である。
Thereafter, the
次いで、キャリブレーション演算器38は、第1の閾値th1を選択し、この第1の閾値th1に第1の弁別値TH1Am(:MaxAm〜MinAm)をデジタル量として設定する(ステップS5)。これにより、第1の弁別値TH1Amの最初の値はMaxAmとなる。
Next, the
この後、キャリブレーション演算器38は、基準画素C(ic, jc)に繋がる第1の比較器541の出力によるカウンタ551の計測値のみを一定時間(例えば、33MBqで基準画素の真上3mmの線源距離を仮定して60秒程度の収集でトータル約6000カウントの集積をさせる程度の時間)の収集を開始する(ステップS6)。この計測値は、キャリブレーション演算器38のワークエリアに一時保管しておいてもよいし、第2のメモリ39に一時保管してもよい。
Thereafter, the
次いで、キャリブレーション演算器38は計数値が0に近い一定値以上か否かを判断し(ステップS7)、一定値以上であれば計数値Kmとして記憶する(ステップS8)。これを一定時間が経過するまで繰り返す(ステップS9)。
Next, the
この一定時間の収集が終わると、キャリブレーション演算器38は第1の弁別値TH1AmをTH1Am=TH1Am−ΔAmに更新し、変数mをm+1に更新する(ステップS10)。これにより、第1の弁別値TH1Am=MaxAm−ΔAm(ΔAm:閾値の刻み分)となる。
When the collection of the predetermined time is finished, the
さらに、その変数m>Mになったか否かを判断し、m=1〜Mまでの間であるならば、処理をステップS5に戻して上述した一連の処理を繰り返す(ステップS11)。 Further, it is determined whether or not the variable m> M. If m = 1 to M, the process returns to step S5 to repeat the series of processes described above (step S11).
ステップS11でm>Mになった場合は、第1の弁別値TH1に対してM回の値変更を行いながらカウンタ551の計数値の収集を行ったことを意味する。このときには、例えば第2のメモリ38に、例えば図10中の×印で示すような計数値が記録されている。つまり、カウンタm=1〜Mまで第1の弁別値TH1Amを、最大値MaxAmから最小値MinAmまで所定の電圧減少分ΔAmずつM回減らしたときの計数値KA1〜KAMが得られる。
When m> M in step S11, it means that the count values of the counter 551 are collected while changing the value of the first discrimination value TH1 M times. At this time, for example, a count value as indicated by a cross in FIG. 10 is recorded in the
そこで、キャリブレーション演算器38は、その計数値KA1〜KAMを最小二乗法又は複数点スムージングを行い、図10の実線で示すようにフィッティングカーブを求める。そして、そのカーブのピークを供する第1の弁別値に最も近いデジタル量の値TH1Amをスキャン値として決定する(ステップS12)。このスキャン値は、第1の弁別値TH1Amを一定刻みΔAmで減らしながら探した(スキャンした)、第1の閾値th1に対するキャリブレーションデータを準備するための値を意味し、本発明に係る第1の値に相当する。
Therefore, the
以上の処理を繰り返して、第2〜第4の閾値th2〜th4に対する、デジタル量の第2〜第4の弁別値のスキャン値TH2Am〜TH4Amが決定される(ステップS13、S14)。これらのスキャン値THtAm=TH1Am〜TH4Amは例えば第2のメモリ38に一時保管される。
The above processing is repeated to determine the scan values TH2Am to TH4Am of the second to fourth discrimination values of the digital quantities for the second to fourth thresholds th2 to th4 (steps S13 and S14). These scan values THtAm = TH1Am to TH4Am are temporarily stored in the
(第2のスキャン演算)
まず、図11に示すように、X線管21に所定距離離して検出器22を配置し、その検出面22AをX線照射方向に向けて、検出面22Aの全体にX線が入射するようにする。このとき、X線のエネルギはエネルギ値=59.5keVとなるように管電圧が調整される。この調整は、高電圧発生装置42が供給する高電圧を調整すればよい。このようにX線管21を配置して一定時間(例えば数秒)ずつ、各画素C(i,
j: i=1-I、j=1-J)の収集チャンネルから計数データを収集する。このときのデータ収集法を図12に示すフローチャートを用いて説明する。このフローチャートの処理は、入力器37から与えられるオペレータの操作情報にコントローラ33が応答し、コントローラ33がキャリブレーション演算器38に第2のスキャン演算を指令することで実行される。
(Second scan operation)
First, as shown in FIG. 11, the
j: Count data is collected from the collection channel of i = 1-I, j = 1-J). The data collection method at this time will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The processing of this flowchart is executed when the
この図12のフローチャートで実行される処理を説明する。
図12に示す処理が開始されると、キャリブレーション演算器38は、X線照射時には、X線管21にガンマ線源61と固有エネルギE(=59.5keV)と略同一のエネルギ値を有するパルスX線を照射させるように、コントローラ33にエネルギ値の設定情報を送る(ステップS19)。
Processing executed in the flowchart of FIG. 12 will be described.
When the processing shown in FIG. 12 is started, the
次いで、キャリブレーション演算器38は、1回のスキャンの間に複数の収集チャンネルから計測値を収集するように、そのスキャンの開始を指示する(ステップS20)。これにより、コントローラ33は、高電圧発生装置42にその設定情報を送るので、X線管21はそのエネルギ値でX線を照射する。X線管21から、ガンマ線源61と略同一値のエネルギEを有するパルスX線が一定時間の間、照射され、X線粒子が計測されるようになる。この1回のX線照射(スキャン)に呼応して、この第2のスキャン演算が実施される。なお、計測値は、キャリブレーション演算器38のワークエリアに一時保管しておいてもよいし、第2のメモリ39に一時保管してもよい。
Next, the
続いて、キャリブレーション演算器38は、検出器22の検出面22Fの中で最初の画素C(i,j)=C(1,1)を選択する(ステップS21)。この選択に応じて、選択画素C(1,1)が供する1つの収集チャンネルに存在する複数の計数系列のうちの最初の計数系列(図3において、1つの半導体センサSに繋がる1つのカウンタ561による計数系列)のみが選択される。なお、この第2のスキャン演算では、画素C(i,
j)それぞれの4つの計数系列のカウンタ561〜564により出力される計数値が処置の対象となる。なお、画素C(i,j)の選択は任意の順で実行することができ、後述するように全ての画素C(i,j)を順次選択する。
Subsequently, the
j) The count values output by the
この後、キャリブレーション演算器38は、計数系列tを表す変数tをt=1に設定する(ステップS22)。さらに、キャリブレーション演算器38は、各閾値tht(t=1〜4)に対する弁別値を一定範囲THE(MaxE〜MinEまで変化)で減少させながら、それぞれの減少させた値でデータを収集することになる。そこで、この収集回数を表すカウンタqをq=1に設定する(ステップS23)。この一定範囲THEとは、X線エネルギ値=59.5keVを中心に一定の範囲でスキャンできるように定めたエネルギ値の範囲MaxE〜MinEを言い、考えられるバラツキを考慮して、例えば53.5keV〜65.5keVの範囲である。
Thereafter, the
次いで、キャリブレーション演算器38は、閾値tht(t=1)を選択し、この第1の閾値thtに対応する第1の弁別値THtE(:MaxE〜MinE)を設定する(ステップS24)。最初、第1の弁別値TH1E=MaxEとなる。
Next, the
次いで、キャリブレーション演算器38は計数値が0に近い一定値以上か否かを判断し(ステップS25)、一定値以上であればカウント値Keとして記憶する(ステップS26)。これを一定時間(例えば1mAのX線管電圧、X線管へのフィルター、X線管と検出器距離が数10cmの状況で、数秒程度)が経過するまで繰り返す(ステップS27)。
Next, the
この一定時間の収集が終わると、キャリブレーション演算器38は閾値thtに対する弁別値THtEをTHtE=THtE−1に更新し、カウンタqをq+1に更新する(ステップS28)。これにより、弁別値THtE=MaxE−ΔE(ΔE:閾値の刻み分)となる。
When the collection of the predetermined time is finished, the
さらに、そのカウンタq>Qになったか否かを判断し、q=1〜Qまでの間であるならば、処理をステップS24に戻して上述した一連の処理を繰り返す(ステップS29)。 Further, it is determined whether or not the counter q> Q, and if q = 1 to Q, the process returns to step S24 to repeat the series of processes described above (step S29).
ステップS29でq>Qになった場合は、第1の閾値th1に対してQ回の値変更を行いながらカウンタ551の計数値の収集を行ったことを意味する。このときには、例えば第2のメモリ38に、例えば図13中の×印で示すような計数値が記録されている。つまり、カウンタq=1〜Qまで第1の閾値th1に対する弁別値THtEを、最大値MaxEから最小値MinEまで所定の電圧減少分ΔEずつQ回減らしたときの計数値KB1〜KBQが得られる。
If q> Q in step S29, it means that the count value of the counter 551 has been collected while changing the value of the first threshold th1 Q times. At this time, for example, a count value as indicated by a cross in FIG. 13 is recorded in the
そこで、キャリブレーション演算器38は、その計数値KB1〜KBQを最小二乗法又は複数点スムージングを行い、図13の実線で示すようにフィッティングカーブを求める。そして、このフィッティングカーブからΔVずつの弁別値TH1Eの刻み点1〜Qにおける計数平均値を求め、この計数平均値でフィッティングカーブを正規化し、相互に隣接する刻み点間の計数値の差分が一定値以上になるデジタル量の弁別値THtEをスキャン値として決定する(ステップS30)。このスキャン値は、第1のスキャン演算のときと同様に、弁別値THtAmを一定刻みΔEで減らしながら探した(スキャンした)、第t番目の閾値thtに対するキャリブレーションデータ(デジタル量の指令値)を準備するための値を意味し、本発明に係る第1の値に相当する。
Therefore, the
以上の処理を繰り返して、第2〜第4の閾値th2〜th4に対するデジタル量のスキャン値TH2E〜TH4Eが決定される(ステップS31、S32)。さらに、上述したステップS21〜S32までの処理が繰り返され(ステップS33、S34)、それらのスキャン値THt,(i,j)E=TH1,(i,j)E〜TH4,(i,j)Eが全画素C(i, j)の全てについて得られる。なお、EはX線粒子のエネルギ値を表し、いまの場合、E=59.5keVであるから、THt,(i,j)E=THt,(i,j)59.5と表す。 The above process is repeated to determine digital scan values TH2E to TH4E for the second to fourth thresholds th2 to th4 (steps S31 and S32). Further, the above-described processing from steps S21 to S32 is repeated (steps S33 and S34), and their scan values THt, (i, j) E = TH1, (i, j) E to TH4, (i, j). E is obtained for all of the pixels C (i, j). Note that E represents the energy value of the X-ray particle, and in this case, E = 59.5 keV, so it is represented as THt, (i, j) E = THt, (i, j) 59.5.
これらのスキャン値THt,(i,j)59.5は例えば第2のメモリ38に一時保管される。
These scan values THt, (i, j) 59.5 are temporarily stored in the
全てのスキャン値の決定が終わると、キャリブレーション演算器38は、データ収集、すなわち第2のスキャン演算の終了をコントローラ33に伝え、このスキャン演算を終える(ステップS35)。
When all the scan values have been determined, the
(キャリブレーションデータの設定)
このようにして第1のスキャン演算による基準画素C(ic, jc)に対するスキャン値TH1Am〜TH4Amおよび第2のスキャン演算による各画素C(i, j)に対するスキャン値TH1,(i,j)
59.5〜TH4,(i,j) 59.5が揃うと、キャリブレーション演算器38はキャリブレーションデータを演算する。このキャリブレーションデータは、前述した回路の個体差などを補償して検出感度を一定化且つ精度向上させために、各収集チャンネルの各計数系列で実際に使用する閾値のセットである。
(Calibration data setting)
In this way, the scan values TH1Am to TH4Am for the reference pixel C (ic, jc) by the first scan calculation and the scan values TH1, (i, j) for each pixel C (i, j) by the second scan calculation.
When 59.5 to TH4, (i, j) 59.5 are prepared, the
この演算のためにキャリブレーション演算器38は、図14に示す処理を実行する。
For this calculation, the
キャリブレーション演算器38は、それらのスキャン値TH1Am〜TH4AmおよびTH1,(i,j) 59.5〜TH4,(i,j) 59.5を第2のメモリ39からワークエリアに読み出す(ステップS51)。
The
次いで、キャリブレーション演算器38は、基準画素C(ic, jc)を除く1つの画素C(i, j)、すなわち、基礎画素C(ic, jc)による集中チャンネルを除く収集チャンネルを選択し(ステップS52)、さらに、その収集チャンネルの1つの計数系列t(t=1〜4)を選択する(ステップS53)。
Next, the
次いで、キャリブレーション演算器38は、選択した画素C(i, j)及び計数系列tについて、第1のスキャン演算によるスキャン値THtAm(t=1〜4)に対する第2のスキャン演算によるスキャン値THt,(i,j)59.5(i=1〜I,j=1〜J,t=1〜4)を補正係数Gst59.5として、下記式に基づいて演算する(ステップS54)。
Gst59.5=THtAm/THt,(i,j)59.5 (1)
この補正係数Gst59.5は、物理的には、連続X線スペクトラムによる計測系の持つエネルギ分解能に起因するエネルギ計測値の上方シフトの補正係数を意味する。
Next, the
Gst59.5 = THtAm / THt, (i, j) 59.5 (1)
This correction coefficient Gst59.5 physically means a correction coefficient for upward shift of the energy measurement value caused by the energy resolution of the measurement system based on the continuous X-ray spectrum.
さらに、キャリブレーション演算器38は、補正係数Gst59.5を用いて、ガンマ線の固有エネルギE=59.5keVから±10keVという所定値ずつスキップしたエネルギ値E=39.5keV、49・5keV、69.5keV、79.5keV、89.5keV、99.5keVにおける弁別値THtEを適正化した(補正された)弁別値THtE0を下記式から演算する(ステップS55)。
Further, the
THt,(i,j),E,0=
THt,(i,j),E/[1+{(1/Gst59.5)−1}×(59.5/E)1/2]
(2)
(ここで、t=1〜4の正の整数、O:キャリブレート(補正された)ことを意味する。)
THt, (i, j), E, 0 =
THt, (i, j), E / [1 + {(1 / Gst59.5) -1} × (59.5 / E) 1/2]
(2)
(Here, a positive integer of t = 1 to 4, O: means calibrated (corrected).)
ここで、(59.5/E)1/2は、X線エネルギーが59.5keVから異なった場合に、前述するエネルギ計測値の、エネルギのしみ出しに因るエネルギスペクトルの上方シフトの量を補正するための係数に相当する。 Here, (59.5 / E) 1/2 indicates the amount of upward shift of the energy spectrum due to the exudation of the energy measurement value described above when the X-ray energy is different from 59.5 keV. It corresponds to a coefficient for correction.
以上の式(1)、(2)に基づく演算は、基準画素C(ic, jc)を除く全ての画素C(i, j)、すなわち基準画素C(ic, jc)に対する収集チャンネルを除く全ての集中チャンネル、及び、各収集チャンネルの全ての計数系列tについて、繰り返される(ステップS56、S57)。 The calculations based on the above formulas (1) and (2) are all the pixels C (i, j) except the reference pixel C (ic, jc), that is, all except the acquisition channel for the reference pixel C (ic, jc). The concentrated channels and all the counting series t of each collection channel are repeated (steps S56 and S57).
なお、基準画素C(ic, jc)における固有エネルギE=59.5keVにおける弁別値THt,(i,j),Eはそのままキャリブレーションデータとして使用できる。 Note that the discrimination value THt, (i, j), E at the natural energy E = 59.5 keV in the reference pixel C (ic, jc) can be used as calibration data as it is.
以上のようにして、全ての画素C(i, j)、すなわち全ての収集チャンネル毎に、その計数系列毎に、且つ、エネルギ値E毎に、適正化された弁別値THt,(i,j),E,0が演算され、その値のデジタル量がキャリブレーションデータとして第2の記憶部39に格納される(ステップS58)。この第2の記憶部39に格納されたキャリブレーションデータは画素C(i,
j)及び計数系列tをパラメータとするメモリ空間に格納されている(図15(B)参照)。
As described above, the optimized discrimination value THt, (i, j) for every pixel C (i, j), that is, every collection channel, every count series, and every energy value E. ), E, 0 are calculated, and the digital quantity of the value is stored in the
j) and the counting space t are stored in the memory space as parameters (see FIG. 15B).
なお、上述した演算では、エネルギ値E=59.5keVから±10keVという離散点の演算を行ったが、それらの離散点の間を連続的に充足する閾値の量THt,(i,j),E,0を補間するようにしてもよい。かかる補間は直線補間、スプライン補間などの手法で実施できる。 In the above-described calculation, discrete points of energy value E = 59.5 keV to ± 10 keV are calculated. The threshold amount THt, (i, j), E, 0 may be interpolated. Such interpolation can be performed by a method such as linear interpolation or spline interpolation.
(閾値の付与)
このようにしてキャリブレーションが終了すると、第2の記憶部39には、適正化された弁別値THt,(i,j),E,0に応じたデジタル量の指令値がキャリブレーションデータとして格納されている。このため、撮像時には、閾値付与器41により、オペレータが指定した第1〜第4の閾値th1〜th4に対して適正化された指令値(デジタル量)が、ラッチ回路58及びD/A変換器57tを介して、アナログ量の閾値tht(t=1〜4)として各収集チャンネルの比較器54tにそれぞれ与えられる。
(Grant threshold)
When the calibration is completed in this way, the
したがって、図15に示すように、個々の画素や個々の収集系列にハード的な個体差(オフセット、ゲイン(傾き)、波高値における固体差)があってS字特性に違いが在ったとしても(同図(A)参照)、かかる適正化処理によって得られたキャリブレーションデータ(同図(B)参照)、見かけ上(動作上)、同じ又はほぼ同じエネルギに対する閾値特性が得られる(同図(C)参照)。したがって、検出感度が画素間で、また計数系列間でばらつくことが確実に抑制され、高いエネルギ設定能が得られる。 Therefore, as shown in FIG. 15, it is assumed that there is a difference in S-characteristics due to individual individual differences (offset, gain (inclination), individual differences in peak values) in individual pixels and individual acquisition series. (See (A) in the same figure), calibration data obtained by such optimization processing (see (B) in the same figure), apparently (in terms of operation), threshold characteristics for the same or substantially the same energy are obtained (in the same figure). (Refer figure (C)). Therefore, variation in detection sensitivity between pixels and between count sequences is reliably suppressed, and high energy setting capability can be obtained.
本実施形態によれば、2種類の放射線源の組み合わせを採用している。そして、基準となる密封ガンマ線源を検出器の検出面の基準画素上に近接又は密着配置しているので、ガンマ線の基準画素への入射率が高まり、その分、早く収集できる。一方で、キャリブレーションのための全画素への感度情報が無いことを、X線管からのX線入射で補っている。この相補的な線源の使い方によって、ガンマ線のみを使用する場合に比べて、格段に早く、かつ所望のエネルギ閾値を精度良く設定することができるキャリブレーションを提供できる。 According to this embodiment, a combination of two types of radiation sources is employed. And since the sealed gamma ray source used as a reference is arranged close to or in close contact with the reference pixel on the detection surface of the detector, the incidence rate of the gamma ray to the reference pixel is increased, and it can be collected earlier. On the other hand, the fact that there is no sensitivity information for all pixels for calibration is compensated by X-ray incidence from the X-ray tube. By using this complementary radiation source, it is possible to provide calibration that can set a desired energy threshold with high accuracy and much faster than when only gamma rays are used.
キャリブレーションに必要な時間がどの程度短縮されるかということについては、画素数に拠って変わるが、本発明者等によれば、参照用の密封ガンマ線を用いた従来のキャリブレーション法に拠るキャリブレーション時間に比べて、数万分の1以上に短縮できるものと推定している。 The amount of time required for calibration is reduced depending on the number of pixels. According to the present inventors, however, calibration based on a conventional calibration method using a sealed gamma ray for reference is used. It is estimated that it can be shortened to more than 1 / tens of thousands compared to the operation time.
また、別の変形例として、複数の閾値の組合せが、何通りか固定していて、その他の組合せがないような撮像装置の場合、各閾値で、設定したいkeVのみ、X線管電圧を設定し、その管電圧でのみ正確に閾値が設定できるような方法でも、所望のキャリブレーションは可能で、簡素で短時間に実現できる。 As another modification, in the case of an imaging apparatus in which several combinations of thresholds are fixed and there are no other combinations, the X-ray tube voltage is set only for keV to be set at each threshold. However, even with a method in which the threshold value can be accurately set only by the tube voltage, desired calibration is possible and can be realized simply and in a short time.
さらに、上述した実施形態にあっては、第2の放射線源、すなわちX線管21から照射されるX線のエネルギ値は第1の放射線源としてのガンマ線源61である241Am(固有エネルギ値=59.5keV)と同一になるようにX線管21に印加する管電圧を制御する、場合を説明した。このように、第1及び第2の放射線源の双方から照射される放射線のエネルギ値は略同一(設計誤差を含む)であることが補正係数Gst59.5を求める上で最も好ましい。しかしながら、例えばガンマ線源61としての241Amを用いる場合において、X線管21の管電圧を59.5kVに設定できずに、例えば60kVの設定を余儀なくされることもある。そのような場合、X線管21の管電圧を測定し、その管電圧の実際値に応じたエネルギ値と基準エネルギ値59.5keVとの差を例えば線形補正して、X線管21が照射するX線のエネルギ値を求める。この線形補正の演算はキャリブレーション演算器38により補正係数Gst59.5を求める前の適宜なタイミングで行えばよい。
Further, in the above-described embodiment, the energy value of the X-ray irradiated from the second radiation source, that is, the
なお、本発明は上述した実施形態のものに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲でさらに適宜に変形可能なものである。 In addition, this invention is not limited to the thing of embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can deform | transform further suitably.
本発明によれば、キャリブレーションを画素毎に精度良く、且つ、短時間のうちに行うことができる光子計数型放射線検出器のキャリブレーション法を提供することができ、光子計数型放射線検出器にとって極めて大きな有用性を発揮できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the calibration method of the photon counting type radiation detector which can perform a calibration for every pixel accurately in a short time can be provided, and photon counting type radiation detector can be provided. Extremely useful.
1 歯科用のパノラマ撮像装置(放射線撮像装置)
2 ガントリ
3 コンソール
12 上下動アームユニット
13D 回転軸
21 X線管(放射線源)
22 検出器
33 コントローラ
38 キャリブレーション演算器
39 第2の記憶部
41 閾値付与器
51 データ収集回路
54 比較器
55 エネルギ領域振分回路
56 カウンタ
57 D/A変換器
58 ラッチ回路
59 シリアル変換器
S 半導体セル(画素)
1 Dental panoramic imaging device (radiation imaging device)
2
22
Claims (14)
前記放射線のエネルギスペクトル上で前記エネルギの大きさを弁別するために与えられて複数のエネルギ領域を設定する複数の閾値を前記画素のそれぞれに対応して生成する閾値生成回路と、
前記複数の検出素子のそれぞれが出力した前記パルス信号に基づいて、前記放射線のエネルギスペクトル上で前記閾値に応じた弁別値により設定される前記複数のエネルギ領域のそれぞれに分類される当該放射線の粒子数の計数データを前記画素毎に演算する領域別データ演算回路と、を備え、
前記領域別データ演算回路により演算された前記画素毎の前記複数のエネルギ領域それぞれの計数データに基づいて、前記放射線により対象物を撮像したときの撮像データを生成するようにした光子計数型放射線検出器のキャリブレーション装置において、
前記検出素子群の中で指定した特定の画素を成す検出素子に、固有エネルギ値が既知の第1の放射線源から放射線を入射させたときに前記領域別データ演算回路から出力される計数データをキャリブレーション用の第1の計数データとして収集する第1の収集手段と、
前記検出素子群の全ての検出素子に、第2の放射線源から、与えられたエネルギ値を持つエネルギ値を持つ放射線を同時に入射させたときに前記領域別データ演算回路から出力される計数データをキャリブレーション用の第2の計数データとして収集する第2の収集手段と、
前記閾値生成回路が生成する前記閾値を、前記第1及び第2の計数データを用いて、少なくとも前記検出素子群、前記閾値生成回路、及び前記領域別データ演算回路を含む回路群の前記画素毎、前記閾値毎、且つ、前記エネルギの値毎の前記放射線の検出感度を均一化させるようにキャリブレートするキャリブレーション手段と、を備えたことを特徴とするキャリブレーション装置。 A plurality of pixels of a two-dimensional array that individually make radiation incident as particles are formed, and the radiation incident on each of the pixels is regarded as a photon, and a pulse signal having an electric quantity corresponding to the energy of the photon is output. A detection element group including a plurality of detection elements;
A threshold generation circuit configured to generate a plurality of thresholds corresponding to each of the pixels, which are given to discriminate the magnitude of the energy on the energy spectrum of the radiation and set a plurality of energy regions;
Based on the pulse signal output from each of the plurality of detection elements, particles of the radiation classified into each of the plurality of energy regions set by a discrimination value corresponding to the threshold on the energy spectrum of the radiation An area-specific data calculation circuit that calculates count data for each pixel,
Photon counting radiation detection that generates imaging data when an object is imaged with the radiation based on the counting data of each of the plurality of energy regions for each pixel calculated by the data processing circuit for each region. In the calibration device of the vessel
Count data output from the area-specific data calculation circuit when radiation is made incident from a first radiation source having a known intrinsic energy value to a detection element constituting a specific pixel designated in the detection element group. First collection means for collecting as first count data for calibration;
Count data output from the data calculation circuit for each area when radiation having an energy value having a given energy value is simultaneously incident on all the detection elements of the detection element group from a second radiation source. Second collection means for collecting as second count data for calibration;
The threshold value generated by the threshold value generation circuit is determined for each pixel of the circuit group including at least the detection element group, the threshold value generation circuit, and the area-specific data operation circuit using the first and second count data. And a calibration means for calibrating so as to make the detection sensitivity of the radiation uniform for each threshold value and for each energy value.
前記キャリブレーション手段は
前記第1の計数データから前記閾値毎に、前記エネルギのピーク値を供する、前記弁別値の第1の値を求める第1の演算手段と、
前記第2の計数データから前記閾値毎に、前記粒子のゆらぎに起因した前記弁別値の第2の値を求める第2の演算手段と、
前記閾値毎に、前記第1の値及び前記第2の値に基づいて前記領域別データ演算回路で使用される前記弁別値を補正する弁別値補正段と、
前記弁別値補正手段より補正された前記弁別値を前記指令値として前記変換器に供給する供給手段と、
を備えたことを特徴とする請求項2に記載のキャリブレーション装置。 The threshold generation circuit includes a converter that converts a command value of a given digital quantity into the threshold of an analog quantity,
The calibration means includes a first calculation means for obtaining a first value of the discrimination value, which provides a peak value of the energy for each threshold value from the first count data;
Second computing means for obtaining a second value of the discrimination value resulting from the fluctuation of the particles for each threshold value from the second count data;
For each threshold value, a discrimination value correction stage for correcting the discrimination value used in the area-specific data calculation circuit based on the first value and the second value;
Supply means for supplying the discrimination value corrected by the discrimination value correction means to the converter as the command value;
The calibration apparatus according to claim 2, further comprising:
前記第2の放射線源は放射線としてのX線を照射するX線管である、
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のキャリブレーション装置。 The first radiation source is a sealed radiation source and a gamma ray source having an energy value specific to a measurable radiation energy band,
The second radiation source is an X-ray tube that emits X-rays as radiation.
The calibration device according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記弁別値のそれぞれについて当該弁別値よりも大きい所定値から当該弁別値を所定値まで低下させながら、それぞれの弁別値に応じて前記第1の計測データを計測する手段と、
前記計測結果から前記それぞれの弁別値に対する前記第1の計測データのピークを有する曲線を作成する手段と、
前記曲線のピークを呈する第1の弁別値を前記第1の値として演算する手段と、を備えたことを特徴とする請求項4に記載のキャリブレーション装置。 The first calculation means includes:
Means for measuring the first measurement data according to each discrimination value while lowering the discrimination value from a predetermined value larger than the discrimination value to a predetermined value for each of the discrimination values;
Means for creating a curve having a peak of the first measurement data for each discrimination value from the measurement result;
The calibration apparatus according to claim 4, further comprising: a unit that calculates a first discrimination value exhibiting a peak of the curve as the first value.
前記弁別値のそれぞれについて当該弁別値よりも大きい所定値から当該弁別値を所定値まで低下させながら、それぞれの弁別値に応じて前記第2の計測データを計測する手段と、
前記計測結果から前記それぞれの弁別値に対する前記第2の計測データの曲線を作成する手段と、
前記曲線において、隣接する弁別値に対する前記第2の計測データとの差分を呈する第2の弁別値を前記第2の値として演算する手段と、を備えたことを特徴とする請求項4に記載のキャリブレーション装置。 The second calculation means includes:
Means for measuring the second measurement data according to each discrimination value while lowering the discrimination value from a predetermined value larger than the discrimination value to a predetermined value for each of the discrimination values;
Means for creating a curve of the second measurement data for each discrimination value from the measurement result;
The said curve WHEREIN: The means which calculates the 2nd discrimination value which exhibits the difference with the said 2nd measurement data with respect to an adjacent discrimination value as said 2nd value was provided. Calibration equipment.
前記第1の弁別値及び第2の弁別値について、「補正係数=第2の弁別値/第1の弁別値」を演算する補正係数演算手段と、
前記補正係数を用いて前記エネルギに応じて変わる前記画素毎の前記閾値を補正した補正値を演算する補正値演算手段と、
を備えたことを特徴とした請求項6に記載のキャリブレーション装置。 The discrimination value correcting means is
Correction coefficient calculation means for calculating “correction coefficient = second discrimination value / first discrimination value” for the first discrimination value and the second discrimination value;
Correction value calculation means for calculating a correction value obtained by correcting the threshold value for each pixel that changes according to the energy using the correction coefficient;
The calibration apparatus according to claim 6, further comprising:
前記記憶手段に記憶された前記補正値を前記閾値生成回路に与える閾値付与手段と、
を備えたことを特徴とする請求項7に記載のキャリブレーション装置。 Storage means for storing a threshold value calculated by the discrimination value calculation means;
Threshold giving means for giving the correction value stored in the storage means to the threshold generation circuit;
The calibration apparatus according to claim 7, further comprising:
前記放射線のエネルギスペクトル上で前記エネルギの大きさを弁別するために与えられて複数のエネルギ領域を設定する複数の閾値を前記画素のそれぞれに対応して生成する閾値生成回路と、
前記複数の検出素子のそれぞれが出力した前記パルス信号に基づいて、前記放射線のエネルギスペクトル上で前記閾値に応じた弁別値により設定される前記複数のエネルギ領域のそれぞれに分類される当該放射線の粒子数の計数データを前記画素毎に演算する領域別データ演算回路と、を備え、
前記領域別データ演算回路により演算された前記画素毎の前記複数のエネルギ領域それぞれの計数データに基づいて、前記放射線により対象物を撮像したときの撮像データを生成するようにした光子計数型放射線検出器のキャリブレーション方法において、
前記検出素子群の中で指定した特定の画素を成す検出素子に、固有エネルギ値が既知の第1の放射線源から放射線を入射させたときに前記領域別データ演算回路から出力される計数データをキャリブレーション用の第1の計数データとして収集し、
前記検出素子群の全ての検出素子に、第2の放射線源から第2の放射線源から前記第1の放射線源と略同一のエネルギ値を持つ放射線を同時に入射させたときに前記領域別データ演算回路から出力される計数データをキャリブレーション用の第2の計数データとして収集し、
前記閾値生成回路が生成する前記閾値を、前記第1及び第2の計数データを用いて、少なくとも前記検出素子群、前記閾値生成回路、及び前記領域別データ演算回路を含む回路群の前記画素毎、前記閾値毎、且つ、前記エネルギの値毎の前記放射線の検出感度を均一化させるようにキャリブレートする、
ことを特徴とするキャリブレーション方法。 A plurality of pixels of a two-dimensional array that individually make radiation incident as particles are formed, and the radiation incident on each of the pixels is regarded as a photon, and a pulse signal having an electric quantity corresponding to the energy of the photon is output. A detection element group including a plurality of detection elements;
A threshold generation circuit configured to generate a plurality of thresholds corresponding to each of the pixels, which are given to discriminate the magnitude of the energy on the energy spectrum of the radiation and set a plurality of energy regions;
Based on the pulse signal output from each of the plurality of detection elements, particles of the radiation classified into each of the plurality of energy regions set by a discrimination value corresponding to the threshold on the energy spectrum of the radiation An area-specific data calculation circuit that calculates count data for each pixel,
Photon counting radiation detection that generates imaging data when an object is imaged with the radiation based on the counting data of each of the plurality of energy regions for each pixel calculated by the data processing circuit for each region. In the calibration method of the vessel,
Count data output from the area-specific data calculation circuit when radiation is made incident from a first radiation source having a known intrinsic energy value to a detection element constituting a specific pixel designated in the detection element group. Collected as the first count data for calibration,
When the radiation having substantially the same energy value as that of the first radiation source is simultaneously incident on all the detection elements of the detection element group from the second radiation source, the data calculation for each region is performed. The count data output from the circuit is collected as the second count data for calibration,
The threshold value generated by the threshold value generation circuit is determined for each pixel of the circuit group including at least the detection element group, the threshold value generation circuit, and the area-specific data operation circuit using the first and second count data. Calibrate to equalize the detection sensitivity of the radiation for each threshold and for each energy value;
A calibration method characterized by that.
前記放射線のエネルギスペクトル上で前記エネルギの大きさを弁別するために与えられて複数のエネルギ領域を設定する複数の閾値を前記画素のそれぞれに対応して生成する閾値生成回路と、
前記複数の検出素子のそれぞれが出力した前記パルス信号に基づいて、前記放射線のエネルギスペクトル上で前記閾値により設定される前記複数のエネルギ領域のそれぞれに分類される当該放射線の粒子数の計数データを前記画素毎に演算する領域別データ演算回路と、を備え、
前記領域別データ演算回路により演算された前記画素毎の前記複数のエネルギ領域それぞれの計数データに基づいて、前記放射線により対象物を撮像したときの撮像データを生成するようにした光子計数型放射線検出器のキャリブレーションを実行する、コンピュータで読出し可能なプログラムであって、
前記コンピュータに、
前記検出素子群の中で指定した特定の画素を成す検出素子に、固有エネルギ値が既知の第1の放射線源から放射線を入射させたときに前記領域別データ演算回路から出力される計数データをキャリブレーション用の第1の計数データとして収集させる指令を出し、
前記検出素子群の全ての検出素子に、第2の放射線源から第2の放射線源から前記第1の放射線源と略同一のエネルギ値を持つ放射線を同時に入射させたときに前記領域別データ演算回路から出力される計数データをキャリブレーション用の第2の計数データとして収集させる指令を出し、
前記閾値生成回路が生成する前記閾値を、前記第1及び第2の計数データを用いて、少なくとも前記検出素子群、前記閾値生成回路、及び前記領域別データ演算回路を含む回路群の前記画素毎、前記閾値毎、且つ、前記エネルギの値毎の前記放射線の検出感度を均一化させるようにキャリブレートする、機能を実行させる、
ことを特徴とするプログラム。 A plurality of pixels of a two-dimensional array that individually make radiation incident as particles are formed, and the radiation incident on each of the pixels is regarded as a photon, and a pulse signal having an electric quantity corresponding to the energy of the photon is output. A detection element group including a plurality of detection elements;
A threshold generation circuit configured to generate a plurality of thresholds corresponding to each of the pixels, which are given to discriminate the magnitude of the energy on the energy spectrum of the radiation and set a plurality of energy regions;
Count data of the number of particles of the radiation classified into each of the plurality of energy regions set by the threshold on the energy spectrum of the radiation based on the pulse signal output from each of the plurality of detection elements. An area-specific data calculation circuit for calculating for each pixel,
Photon counting radiation detection that generates imaging data when an object is imaged with the radiation based on the counting data of each of the plurality of energy regions for each pixel calculated by the data processing circuit for each region. A computer readable program for calibrating the instrument,
In the computer,
Count data output from the area-specific data calculation circuit when radiation is made incident from a first radiation source having a known intrinsic energy value to a detection element constituting a specific pixel designated in the detection element group. Issue a command to collect as the first count data for calibration,
When the radiation having substantially the same energy value as that of the first radiation source is simultaneously incident on all the detection elements of the detection element group from the second radiation source, the data calculation for each region is performed. Issue a command to collect the count data output from the circuit as the second count data for calibration,
The threshold value generated by the threshold value generation circuit is determined for each pixel of the circuit group including at least the detection element group, the threshold value generation circuit, and the area-specific data operation circuit using the first and second count data. Calibrate to equalize detection sensitivity of the radiation for each threshold value and for each energy value, and execute a function.
A program characterized by that.
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