JP2015506463A - 光子を検出する検出装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、光子を検出する検出装置（１２）に関する。この検出装置は、検出された光子を示す検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するパイルアップ判定ユニット（１５）を備え、検出値生成ユニット（１６）が、検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかの判定に従って検出値を生成する。特に、検出値を生成する間、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを棄却するように、検出値生成ユニットを適合させることができる。これによって、生成される検出値の質を向上させることができる。

Description

本発明は、光子を検出する検出装置、検出方法および検出用コンピュータ・プログラムに関する。本発明はさらに、物体を撮像する撮像装置、撮像方法および撮像用コンピュータ・プログラムに関する。

以下の先行技術文献「Ｍｅｄｉｐｉｘ２：Ａ ６４−ｋ ｐｉｘｅｌ ｒｅａｄｏｕｔ ｃｈｉｐ ｗｉｔｈ ５５−μｍ ｓｑｕａｒｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｍｏｄｅ」、Ｘ．Ｌｌｏｐａｒｔ他、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ、４９巻、５号、２２７９頁〜２２８３頁、２００２年１０月は、検出された光子に従って検出値を生成する光子計数検出器を開示している。具体的には、光子を信号パルスに変換する直接的な変換材料が使用され、それぞれの信号パルスが単一の光子に対応し、それぞれの信号パルスの信号パルス高が、対応するそれぞれの光子のエネルギーを示す。信号パルスは幾つかのエネルギー・ビン（ｅｎｅｒｇｙ ｂｉｎ）に分けられ、エネルギー・ビンそれぞれについて検出値が生成され、当該生成された検出値はそれぞれのエネルギー・ビンに入れられた信号パルスの数を示している。

しかしながら、その結果得られるエネルギー分布は検出器の限界によって損なわれることがあり、このことが、生成された検出値の質の低下につながることがある。

本発明の目的は、光子を検出する検出装置、検出方法および検出用コンピュータ・プログラムであって、質が向上した検出値を生成することを可能にする検出装置、検出方法および検出用コンピュータ・プログラムを提供することにある。本発明のさらなる目的は、物体を撮像するための、上記の検出装置を含む撮像装置、対応する撮像方法および撮像用コンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明の第１の態様では、光子を検出する検出装置が開示される。この検出装置は、
− 光子を検出し、当該検出された光子を示す検出信号パルスを生成するように適合された検出ユニットと、
− 当該検出信号パルスがパイルアップ事象（ｐｉｌｅ−ｕｐ ｅｖｅｎｔ）によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象（ｎｏｎ−ｐｉｌｅ−ｕｐ ｅｖｅｎｔ）によって生じたものなのかを判定するパイルアップ判定ユニットと、
− 当該検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定した結果に従って検出値を生成する検出値生成ユニットと
を備える。

パイルアップ判定ユニットが、検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定し、検出値生成ユニットが、検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定した結果に従って検出値を生成するために、検出値を生成する間、パイルアップ効果を比較的正確に考慮することができる。これによって、生成される検出値の質を向上させることができる。

パイルアップ事象は、同じ検出信号パルスにいくつかの光子が寄与することと定義されることが好ましい。

検出ユニットは、光子が直接変換材料に衝突したことに応答して検出信号パルスを生成することとなるように、カドミウム・セリウム（ＣｄＣｅ）、カドミウム亜鉛テルル（ＣＺＴ）等のような直接的な変換材料を含むことが好ましい。あるいは、またはそれに加えて、検出ユニットは、シンチレータ材料およびフォト・ダイオードを含むこともできる。シンチレータ材料は、光子がシンチレータ材料に衝突したことに応答して光パルスを生成することができ、フォト・ダイオードは、生成された光パルスを検出し、検出された光パルスに従って検出信号パルスを生成することができる。

検出信号パルス生成ユニットは、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを棄却し、非パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスに従って検出値を生成するように適合されていることが好ましい。検出信号パルス生成ユニットが、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを棄却するため、検出値の生成は、パイルアップ効果によって損なわれていない検出信号パルスだけに基づき、それによって生成される検出値の質がさらに高まる。

さらに、検出信号パルス生成ユニットは、ａ）非パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを計数することによって非パイルアップ数を決定し、ｂ）パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを計数することによってパイルアップ数を決定し、ｃ）パイルアップ数に基づいて非パイルアップ数を補正し、ｄ）補正された非パイルアップ数に従って検出値を生成するように適合されていることが好ましい。補正されていないパイルアップ数はパイルアップ光子を考慮していないため、補正されていないパイルアップ数は、検出装置に実際に衝突した光子の数よりも少ない数の光子に対応する。この少ない非パイルアップ数をパイルアップ数に基づいて補正することができ、それによって非パイルアップ数の質を向上させ、したがって生成される検出値の質を向上させることができる。

パイルアップ事象に寄与する光子の予想平均数を与え、このパイルアップ事象に寄与する光子の予想平均数をパイルアップ数に乗じ、それによって補正積を生成し、この補正積を非パイルアップ数に加えることによって非パイルアップ数を補正するように、検出値生成ユニットを適合させることができる。この予想平均数は２であることが好ましい。パイルアップ事象によって生じる検出信号パルスの大部分は、検出装置に衝突した２つの光子に対応すると仮定される。すなわち、パイルアップ事象の大部分は１次的なパイルアップ事象であると仮定される。したがって、この場合には、パイルアップ数を２倍したものを補正されていない非パイルアップ数に加えることにより、高い信頼性および少ない計算作業で、非パイルアップ数を補正することができる。しかしながら、パイルアップ事象に寄与する光子の予想平均数を別の数とすることもできる。これによって、パイルアップ事象が主に２つの光子によって生じているのではない場合でも、例えば光子数を変更しかつ／または光子数をより大きくすることによって、非パイルアップ数を補正することができる。したがって、より高次のパイルアップ事象を考慮することができる。

検出装置は、画素ごとにパイルアップ数および非パイルアップ数を決定することができるいくつかの検出画素を含むことが好ましい。一実施形態では、検出装置がエネルギー分解能を持たず、それにより、検出画素毎に一度に１つの検出値が生成される。しかしながら、検出装置は、検出画素ごとに、異なるエネルギーに対応するいくつかの検出値が一度に生成される、エネルギー分解能を有する検出装置であることが好ましい。したがって、ａ）非パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを、検出信号パルスの特性に従っていくつかのビンに入れ、ｂ）それぞれのビンの非パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを計数することによって非パイルアップ数をビンごとに決定し、それによって非パイルアップ分布を生成し、ｃ）パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを計数することによってパイルアップ数を決定し、ｄ）決定されたパイルアップ数とパイルアップ事象に寄与する光子の与えられた予想平均数との積がパイルアップ分布の積分と対応するような態様でパイルアップ分布を推定し、ｅ）パイルアップ分布に基づいて非パイルアップ分布を補正し、ｆ）補正された非パイルアップ分布に従って検出値を生成するように、検出値生成ユニットが適合される。

検出値生成ユニットは、パイルアップ分布の形状は非パイルアップ分布の形状に類似していると仮定することによってパイルアップ分布を推定するように適合されていることが好ましい。このパイルアップ分布は、非パイルアップ分布の形状を有するパイルアップ分布の積分が、決定されたパイルアップ数とパイルアップ事象に寄与する光子の予想平均数との積に対応するような態様で推定される。予想平均数は例えば２とすることができる。非パイルアップ分布の補正は、推定したパイルアップ分布を加えることによって実行されることが好ましい。別の実施形態ではさらに、非パイルアップ分布を補正する目的に使用することができるパイルアップ分布を決定するために、パイルアップ事象によって生じた検出信号を、検出信号パルスの特性、特に検出信号パルスの高さに従ってビンに入れることができる。

具体的には、検出信号パルスをエネルギー・ビンに分けるために、検出信号パルスを、エネルギー・ビンの範囲を定めるために検出信号パルスの高さに関して規定される閾値と比較するように検出値生成ユニットを適合させることができ、エネルギー・ビンごとに、それぞれのエネルギー・ビンに入れられた検出信号パルスの非パイルアップ数を示す検出値が決定される。検出信号パルスをそれぞれの閾値と比較するこの比較手順は、検出値生成ユニットの比較器によって実行されることが好ましい。非パイルアップ数は非パイルアップ分布を規定し、非パイルアップ分布は、対応するそれぞれのパイルアップ分布に基づいて補正することができる。

一実施形態では、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するために、パイルアップ判定ユニットが、パルスの高さに関する閾値を与え、それぞれの検出信号パルスの検出信号パルスの高さを、パルス高に関する当該閾値と比較して、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように適合される。さらに、ａ）それぞれの検出信号パルスの時間長（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｌｅｎｇｔｈ）を決定し、ｂ）時間長に関する閾値を与え、ｃ）それぞれの検出信号パルスの時間長を時間長に関する当該閾値と比較して、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように、パイルアップ判定ユニットを適合させることができる。また、ａ）それぞれの検出信号パルスを積分してそれぞれの積分値を生成し、ｂ）この積分値を、それぞれの検出信号パルスの検出信号パルス高と比較し、それによって比較結果を生成し、ｃ）その比較結果に基づいて、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように、パイルアップ判定ユニットを適合させることもできる。例えば、検出信号パルスの高さと積分値との間の比を比較結果として生成することができ、その比に基づいて、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定することができる。さらに、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを、計数結果の不一致（ｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）に基づいて判定するように、パイルアップ判定ユニットを適合させることもできる。これらの異なるタイプの判定は、検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを、高い信頼性で比較的少ない計算作業で判定することを可能にする。

本発明のさらなる態様では、物体を撮像する撮像装置が開示される。この撮像装置は、
− 物体を横切る光子を生成する光子源と、
− 物体を横切った後の光子を検出し、検出値を生成する、請求項１に記載の検出装置と
を備える。

光子源は多色Ｘ線源であることが好ましく、検出装置は、物体を横切った後のＸ線光子を検出するように適合されていることが好ましい。撮像装置は、コンピュータ断層撮影システムまたはＸ線Ｃアーム・システムとすることが可能であり、このようなシステムは、例えば、想像上の円筒または想像上の球体の表面に定められた軌道に沿って光子源および検出装置を物体の回りに回転させることができるシステムであることが好ましい。このような軌道は例えば円形または螺旋形の軌道である。

撮像装置は、生成された検出値に基づいて物体の画像を再構成する再構成ユニットをさらに備えることが好ましい。具体的には、エネルギーに従って分解され生成された検出値に基づいて物体の画像を再構成するように、再構成ユニットを適合させることができる。例えば検出値を異なる成分に分解する分解技法を実行するように再構成ユニットを適合させることができ、それらの異なる成分は、骨、軟組織のような異なる物質、および／または光電効果、コンプトン（Ｃｏｍｐｔｏｎ）効果、Ｋ端（Ｋ−ｅｄｇｅ）効果のような異なる物理的効果を示すことができる。対応する分解技法は、例えば以下の先行技術文献「Ｋ−Ｅｄｇｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｉｎ ｘ−ｒａｙ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉ−ｂｉｎ ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」、Ｅ．ＲｏｅｓｓｌおよびＲ．Ｐｒｏｋｓａ、Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ、５２巻、４６７９頁〜４６９６頁（２００７年）に開示されている。さらに、少なくとも１つの成分に対して、上記のような分解技法によってそれぞれの成分に対して決定された成分検出値に基づいて、別個の画像を再構成するように、再構成ユニットを適合させることができる。

本発明のさらなる態様では、光子を検出する検出方法が開示される。この検出方法は、
− 検出ユニットによって光子を検出するステップであり、検出ユニットが、検出された光子を示す検出信号パルスを生成するように適合されたステップと、
− パイルアップ判定ユニットによって、検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するステップと、
− 検出値生成ユニットによって、検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定した結果に従って検出値を生成するステップと
を含む。

本発明のさらなる態様では、物体を撮像する撮像方法が開示される。この撮像方法は、
− 光子源によって、物体を横切る異なるエネルギーを有する光子を生成するステップと、
− 請求項８に記載の、光子を検出して検出値を生成するステップと
を含む。

本発明のさらなる態様においては、検出データを検出する検出用コンピュータ・プログラムが開示される。この検出用コンピュータ・プログラムは、検出装置を制御するコンピュータ上でこの検出用コンピュータ・プログラムが実行された際に、請求項８に記載の検出方法のステップを請求項１に記載の検出装置に実行させるプログラム・コード手段を含む。

本発明のさらなる態様においては、物体を撮像する撮像用コンピュータ・プログラムが開示される。この撮像用コンピュータ・プログラムは、本明細書中に記載された撮像装置を制御するコンピュータ上でこの撮像用コンピュータ・プログラムが実行された際に、請求項９に記載の撮像方法のステップを請求項６に記載の撮像装置に実行させるプログラム・コード手段を含む。

請求項１に記載の検出装置、請求項６に記載の撮像装置、請求項８に記載の検出方法、請求項９に記載の撮像方法、請求項１０に記載の検出用コンピュータ・プログラムおよび請求項１１に記載の撮像用コンピュータ・プログラムは、これらと類似した好ましい実施形態および／またはこれらと全く同じ好ましい実施形態、特に従属請求項に記載の類似の好ましい実施形態および／または全く同じ好ましい実施形態を有することを理解すべきである。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項とこれにそれぞれ対応する独立請求項の任意の組合せに係る発明とすることが可能であることも理解すべきである。

本発明のこれらの態様およびその他の態様は、以下に記載する実施形態から明らかであり、以下に記載する実施形態を参照することによって明らかになる。

物体を撮像する撮像装置の一実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 光子を検出する検出装置の一実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 物体を撮像する撮像方法の一実施形態を例示的に示す流れ図である。

図１は、コンピュータ断層撮影装置１２である、物体を撮像する撮像装置を概略的かつ例示的に示す。コンピュータ断層撮影装置１２は、ｚ軸方向に対して平行に延びる回転軸Ｒを中心軸として回転することができるガントリ１を含む。ガントリ１の上には光子源２が取り付けられている。この実施形態では光子源２が多色Ｘ線管である。光子源２は、光子源２によって生成された光子から円錐形の放射線ビーム４を形成するコリメータ３を備える。この実施形態では放射線ビーム４は円錐形となる。光子は、検査ゾーン５内において、例えば患者である物体を横切る。この実施形態では検査ゾーン５が円筒形となる。放射線ビーム４は、検査ゾーン５を横切った後、検出装置６に入射する。検出装置６は２次元の検出面を備える。検出装置６はガントリ１の上に取り付けられている。

コンピュータ断層撮影装置１２は２台のモーター７、８を備える。ガントリ１は、モーター７によって、好ましくは一定の角速度であるが調整可能とすることも可能な角速度で駆動される。モーター８は、物体、例えば検査ゾーン５内における患者台の上に配置された患者を、回転軸Ｒすなわちｚ軸の方向に沿って平行に変位させるために設けられている。これらのモーター７、８は、制御ユニット９によって、例えば光子源２と検査ゾーン５が互いに対して螺旋ディレクトリに沿って移動するように制御される。しかしながら、物体が移動せず、光子源２だけが回転すること、すなわち、光子源２が、物体または検査ゾーン５に対して円形ディレクトリに沿って移動することも可能である。さらに、別の実施形態においては、コリメータ３は、上述した形状とは別のビーム形状、特にファン・ビーム（扇型形状のビーム）を形成するように適合され、検出装置６は、当該別のビーム形状、特にファン・ビームに対応する形状を有する検出面を備えることができる。

光子源２と検査ゾーン５とが相対的に移動している間に、検出装置６は、検出装置６の検出面に入射した放射線に従って検出値を生成する。それらの検出値は、それらの検出値に基づいて物体の画像を再構成する再構成ユニット１０に提供される。再構成ユニット１０によって再構成された画像は、再構成された画像を表示する表示ユニット１１に提供される。

制御ユニット９は、光子源２、検出装置６および再構成ユニット１０を制御するように適合されていることが好ましい。

図２は、検出装置６の検出ユニット１４、パイルアップ判定ユニット１５および検出値生成ユニット１６を概略的かつ例示的に示す。検出ユニット１４は、光子１３を検出し、検出信号パルスを生成するように適合され、当該検出信号パルスは、当該検出されたそれぞれの光子１３のエネルギーを示す検出信号パルスの高さを有している。パイルアップ判定ユニット１５は、検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように適合されている。すなわち、パイルアップ判定ユニット１５は、検出信号パルスが単一の光子に対応するのか、または２つ以上の光子に対応するのかを判定する。検出値生成ユニット１６は、検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定した結果に従って検出値を生成するように適合されている。

検出ユニット１４は、光子が方向変換材料に衝突したことに応じて検出信号パルスを生成するＣｄＣｅ、ＣＺＴのような直接的な変換材料を含む。検出ユニット１４は、画素ごとに検出信号パルスが生成されるいくつかの検出画素を備えることが好ましい。当該直接変換材料を含むこのような検出ユニットは例えば、先行技術文献「Ｒｅｃｅｎｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ＣｄＴｅ ａｎｄ ＣｄＺｎＴｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」、Ｔ．ＴａｋａｈａｓｈｉおよびＳ．Ｗａｔａｎａｂｅ、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ、４８巻、４号、９５０〜９５９頁、２００１年８月に開示されている。

この実施形態では、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するために、パイルアップ判定ユニット１５が、パルス高に関する閾値を与え、それぞれの検出信号パルスの検出信号パルスの高さをこのパルス高に関する閾値と比較して、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように適合されている。このパルス高に関する閾値は、単一の光子によって生じる予想される最大検出信号パルスの高さと同程度か、またはそれよりも大きい値となる。パイルアップ判定ユニット１５は、検出信号パルスを上述したパルス高に関する閾値と比較する比較器を備えることが好ましい。

あるいは、またはそれに加えて、それぞれの検出信号パルスの時間長を決定し、時間長に関する閾値を与え、それぞれの検出信号パルスの時間長を時間長に関する閾値と比較して、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように、パイルアップ判定ユニットを適合させることもできる。したがって、それぞれの検出信号パルスの時間長を測定するようにパイルアップ判定ユニット１５を適合させることができる。単一の光子からの検出信号パルスは、例えば検出ユニット１４によって生成された検出信号パルスを整形することができるパルス整形器によって与えられる周知の持続時間を有し、この持続時間を上回るのケースは、一般的には、検出信号パルスがいくつかの光子に対応する場合だけである。それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するこの種の判定は、ノイズ・フロア（ｎｏｉｓｅ ｆｌｏｏｒ）よりも高い信号レベルを検出するパイルアップ判定ユニット１５の比較器によって実現することができる。信号がノイズ・フロアを上回った際に、パイルアップ判定ユニット１５のタイマを開始することができる。信号が再びノイズ・フロアよりも低くなる前にタイマが時間切れになった場合には、対応するそれぞれの検出信号パルスを、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスであると分類することができる。

さらに、あるいは、またはそれに加えて、それぞれの検出信号パルスを積分して、それぞれの積分値を生成し、この積分値を、それぞれの検出信号パルスについての検出信号パルス高と比較し、それによって比較結果を生成し、その比較結果に基づいて、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように、パイルアップ判定ユニット１５を適合させることもできる。比較結果は、それぞれの検出信号パルスについての検出信号パルス高と積分値との間の比であることが好ましい。したがって、検出信号パルスの信号を積分することによって、その検出信号パルスの全電荷を測定することができる。比較器を使用して、その結果得られる積分をパルス高と比較することができる。単一の光子に対応する検出信号パルスのパルス高とパルス積分との間の関係は周知である。この関係が、例えば較正測定によって決定することができる与えられた予想される値の範囲に入らない場合には、それぞれの検出信号パルスを、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスであると分類することができる。

さらに、あるいは、またはそれに加えて、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを、計数結果の不一致に基づいて判定するように、パイルアップ判定ユニット１５を適合させることもできる。例えば、下側閾値および上側閾値を事前に定めることができる。この下側閾値および上側閾値は、パイルアップ事象によって生じたものではない検出信号パルスの立ち上がりエッジが、最初に下側を横切り、次いで上側閾値を横切り、検出信号パルスのピークを過ぎた後は、検出信号パルスの立ち下がりエッジが、再び上側閾値を反対方向に横切り、最後に下側閾値を横切るように定めることができる。さらに、パイルアップした２つの光子によって生じた、２つの極大点と中間の１つの極小点とを有する検出信号パルスが、途中で下側閾値を横切ることなく、上側閾値の下から上側閾値の上へ向かって上側閾値を２度横切るように、下側閾値および上側閾値を事前に定めることもできる。この場合、検出信号パルスが、途中で下側閾値を横切ることなく、上側閾値の下から上側閾値の上へ向かって上側閾値を２度横切ったことを検出したことに基づいて、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものであると判定するように、パイルアップ判定ユニットを適合させることができる。

検出信号パルス生成ユニット１６は、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを棄却し、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスに従って検出値を生成するように適合されていることが好ましい。具体的には、パイルアップ事象によって生じたものではない検出信号パルスを検出信号パルスの特性に従っていくつかのビンに入れるように、検出値生成ユニット１６が適合される。この実施形態では、各ビンへの配分処理が、それぞれの検出信号パルスの検出信号パルス高に従って実行される。検出信号パルスの高さは、それぞれの検出信号パルスが対応している光子のエネルギーに対応する。したがって、検出信号パルスの高さに従って検出信号パルスをいくつかのビンに入れることにより、互いに異なるビンは、対応する光子の互いに異なるエネルギーにそれぞれ対応する。検出信号パルスの高さに関する閾値が提供され、検出信号パルスの高さに関する閾値のそれぞれの対が、ビン、すなわちエネルギー・ビンの範囲を定めることが好ましい。それぞれの検出信号パルスの高さを、検出信号パルス高に関する当該閾値と比較することによって、検出信号パルスをエネルギー・ビンに分けることができる。検出値生成ユニット１６は、検出信号パルス高と検出信号パルス高に関する当該閾値との間の比較を実行する比較器を備えることが好ましい。

検出値生成ユニット１６はさらに、それぞれのエネルギー・ビンの非パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを計数することによって非パイルアップ数をエネルギー・ビンごとに計数し、それによって非パイルアップ分布を生成するように適合されていることが好ましい。次いで、この非パイルアップ分布に従って検出値が生成される。具体的には、検出値がエネルギーによって決まるような態様で、エネルギー・ビンごとに検出値が生成される。例えば、エネルギー・ビンに対して生成する検出値を、それぞれのエネルギー・ビンの非パイルアップ数とし、またはそれぞれのエネルギー・ビンの非パイルアップ数に比例した値とすることができる。

さらなる実施形態では、パイルアップ事象によって生じた全ての検出信号パルスを計数することによってパイルアップ数を決定し、決定されたパイルアップ数とパイルアップ事象に寄与する光子の与えられた予想される平均数との積にパイルアップ分布の積分が対応するような態様でパイルアップ分布を推定するように検出値生成ユニット１６が適合されることができる。この予想される平均光子数は例えば２である。パイルアップ分布を推定するため、非パイルアップ分布の形状を含むものとしてパイルアップ分布が決定されるような態様で、非パイルアップ分布の形状とパイルアップ分布の形状が似ていると仮定することができる。パイルアップ分布の積分は、決定されたパイルアップ数と予想される平均数との積に似ているはずである。一実施形態では、下式に従ってパイルアップ分布Ｄ_ｉを決定するように検出値生成ユニット１６が適合される。

上式で、

（外１）

は、非パイルアップ分布のｉ番目のエネルギー・ビンの補正されていない検出値を示し、ｍは、パイルアップ事象に寄与する光子の予想される平均数を示し、これは２であることが好ましく、Ｎ_ｐはパイルアップ数を示し、Ｎはエネルギー・ビンの数を示す。

さらに、パイルアップ分布に基づいて非パイルアップ分布を補正するように検出値生成ユニット１６を適合させることができる。検出値は、補正された非パイルアップ分布とし、または補正された非パイルアップ分布に従って生成することができる。具体的には、下式に従って、補正されていない非パイルアップ分布

（外２）

を補正することができる。

上式で、Ｃ_ｉは、補正された非パイルアップ分布のｉ番目のエネルギー・ビンの補正された検出値を示す。

別の実施形態において、検出装置がエネルギー分解能を持たない場合、すなわちエネルギー識別（ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ）の実行に検出信号パルス高が使用されない場合には、パイルアップ事象に寄与する光子の予想される平均数を提供し、このパイルアップ事象に寄与する光子の予想される平均数をパイルアップ数に乗じ、それによって補正積を生成し、その補正積を非パイルアップ数に加えることによって非パイルアップ数を補正するように、検出値生成ユニット１６を適合させることができる。この予想される平均光子数は２とし、またはより高次のパイルアップ効果を考慮しなければならない場合には２よりも大きい数とすることができる。

再構成ユニット１０は、検出値を、物体の異なる成分に対応する異なる成分検出値に分解するように適合されていることが好ましい。これらの異なる成分は例えば、コンプトン効果、光電効果およびＫ端効果のような異なる物理効果に関係し、かつ／または人間の骨、軟組織などのような異なる物質に関係する。この再構成ユニットは例えば、論文「Ｋ−Ｅｄｇｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｉｎ ｘ−ｒａｙ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉ−ｂｉｎ ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」、Ｅ．ＲｏｅｓｓｌおよびＲ．Ｐｒｏｋｓａによる、Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ、５２巻、４６７９〜４６９６頁（２００７年）に開示されている分解技法を使用することができる。一実施形態では、この分解が、測定過程を記述する物理モデルの反転に基づく以下の式に従って実行される。

上式で、Ｃ_ｉは、ｉ番目のエネルギー・ビンの検出値を示し、Ｂ_ｉ（Ｅ）は、ｉ番目のエネルギー・ビンのスペクトル感度を示し、Ｆ（Ｅ）は、光子源のスペクトルを示し、ｊは、異なるＭ_ｊ個の成分に対する添数であり、Ａ_ｊは、ｊ番目の成分の吸収値の線積分を示し、Ｐ_ｊ（Ｅ）は、ｊ番目の成分のスペクトル吸収を示す。

エネルギー・ビンの数が成分の数に少なくとも等しい場合には、知られている数値的方法を使用してこの方程式系を解くことができる。量Ｂ_ｉ（Ｅ）、Ｆ（Ｅ）およびＰ_ｊ（Ｅ）は既知であり、この方程式系を解いた結果は線積分Ａ_ｊである。放射線のスペクトルＦ（Ｅ）およびスペクトル感度Ｂ_ｉ（Ｅ）は、撮像装置の特性およびリードアウト（ｒｅａｄｏｕｔ）の性質であり、例えば対応する測定によって知られている。成分のスペクトル吸収Ｐ_ｊ（Ｅ）、例えば骨および軟組織のスペクトル吸収も測定および／または文献から知られている。

この実施形態では、分解された検出値が、分解された投影データ、すなわち線積分Ａ_ｊであり、そのそれぞれを、物体のコンピュータ断層撮影画像を再構成するために、例えば成分ごとに物体の成分画像を再構成することができるような態様で使用することができる。例えば、コンプトン成分画像、光電成分画像および／またはＫ端成分画像を再構成することができる。この投影データに基づいて画像を再構成するため、フィルタ補正逆投影（ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）、ラドン反転（Ｒａｄｏｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）などのような知られている再構成技法を使用することができる。

以下では、図３に示された流れ図を参照して、物体を撮像する撮像方法の一実施形態を例示的に説明する。

ステップ１０１で、光子源２が、異なるエネルギーを有する光子を生成し、同時に、光子が物体を異なる方向に横切ることを可能にするために、光子源２と物体を互いに対して相対的に移動させる。具体的には、物体を取り巻く円形または螺旋形の軌道に沿って光子源２を移動させ、同時に、検出ユニット１４が、物体を横切った光子を検出し、検出信号パルスを生成する。

ステップ１０２で、パイルアップ判定ユニット１４が、検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定し、ステップ１０３で、検出値生成ユニット１６が、検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかの判定に従って検出値を生成する。具体的には、光子源の位置ごと、検出ユニット１４の２次元検出面の画素ごと、およびエネルギー・ビンごとに検出値を生成する。ステップ１０４で、再構成ユニット１０が、生成された検出値に基づいて、物体の画像を、例えば検出値を分解された検出値に分解する分解技法を使用することによって再構成する。分解された検出値は、フィルタ補正逆投影アルゴリズムのようなコンピュータ断層撮影再構成アルゴリズムに基づいて物体の画像を再構成するために使用される。ステップ１０５で、再構成された画像を表示ユニット１１上に表示する。

ステップ１０１から１０３は、光子を検出する検出方法のステップと考えることができる。

一般に、光子計数検出器は、医療用撮像に必要な比較的高い光子束が使用される場合にパイルアップ効果が存在してしまうという欠点を有する。このような検出器内のそれぞれの入来光子は、ある時間長の電子パルスを生成する。２つ以上の光子が小さな時間差で検出器に入った場合には、それらの光子を検出器が分離することができないような態様で個々のパルスが重なり合う。すなわち、パルスが重なり合うことによって形成された単一の検出信号パルスが生成される。このようなパイルアップ事象は２つの結末を有する。第１に、検出器が、２つ以上の光子を計数する代わりに１つの光子だけを計数する。第２に、検出器が、バルス高に基づく分析によってエネルギー識別を実行する場合、測定されるエネルギーは、複数のパルスを足し合わせた場合のパルス高に関係し、１つの光子のエネルギーを適切には表さない。図２を参照して上で説明した検出装置は、パイルアップ事象を検出し、任意選択的に、測定が劣化しないようにパイルアップ事象を測定から除外することができる。光子計数検出器内においてパイルアップ事象を計数するように検出装置を適合させることもできる。計数されたパイルアップ事象は補正目的に使用することができる。

従来の光子計数電子装置は例えば、あるアナログ・パルス形成およびその後の離散値化処理（ｄｉｓｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎ）のステージを実行する。離散値化処理のステージにおいて、パルスをエネルギー・ビンに分けるために１つまたは複数の比較器によってパルス高が離散値化され、エネルギー・ビンに入れられたパルスが計数される。図２を参照して上記において説明した検出装置に関しては、検出ユニット１４が、入来Ｘ線光子に従って電流パルスを生成する直接変換材料、および検出された電流パルスに基づいて検出信号パルスを形成するあるアナログ・パルス形成動作を備えることができる。検出値生成ユニットは、パルス高を離散値化し、検出信号パルスをエネルギー・ビンに入れる比較器を備えることができ、検出値生成ユニットはさらに、エネルギー・ビンに分けられた検出信号パルスを計数して検出値を生成するように適合される。加えて、検出装置は、それぞれの入来パルスを分析し、それぞれのパルスをパイルアップ事象または正常事象（すなわち非パイルアップ事象）に分類するパイルアップ判定ユニットを備える。さらに、検出値生成ユニットは、パイルアップ事象によって生じたものではないパルスだけを計数するような態様で、パイルアップ事象として分類されたパルス（すなわち検出信号パルス）を棄却するように、検出値生成ユニットを適合させることができる。任意選択的に、検出値生成ユニットはさらに、分類されたパイルアップ事象の数を計数するように、すなわちパイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを計数するように適合され、パイルアップ事象は、任意選択的に、その事象のパルス高または電荷の積分に基づいて該当するビンに入れられる。

パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを棄却する検出値生成ユニットのこの任意選択的な機能は、パイルアップ事象によって生じたものとして分類された検出信号パルスが計数されないことを保証するためのパルス計数電子装置の付加機能と考えることができる。しかしながら、別の実施形態では、データ補正ステップにおいてパイルアップ効果を補正する目的に使用することができる追加の情報を提供するため、パイルアップ事象によって生じたものとして分類された検出信号パルスを計数するように検出値生成ユニットが適合される。パイルアップ事象の数、すなわち検出信号パルスの数に特に２を乗じた数は、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスが棄却された場合に無くなったカウント数の良好な推定値である。エネルギー識別のないシステムに関しては、この量を非パイルアップのカウント数に単純に加えて、良好なパイルアップ補正を得ることができる。

エネルギー識別を有するシステムに関しては、パイルアップの計数結果に基づいて統計的な補正を実行することができる。これは、対応するパイルアップの数が、未知のエネルギーを有する追加の光子の推定値であるためである。パイルアップ事象のパルス積分がビンに入れられ、パルス高に基づく分析方法と同様の方法で計数される場合には、より先進的なパイルアップ測定方法を実行することができる。パイルアップを生じる元となる互いに重なり合うパルス同士の和が既知であるため、これらのデータを、より先進的な統計的な補正方法に対して使用することができる。

図２を参照して上記において説明した検出装置には、従来の検出装置に比べて有利な点が２つある。第１に、１次的なパイルアップのランダムな状態が、本実施例に従って提案されたシステム内におけるパイルアップ補正の結果に影響を与えない。第２に、エネルギー・ビン内の計数結果の分光分布が乱されない。パイルアップした光子、すなわち検出信号パルスが計数されない場合には、エネルギー・ビン内の計数結果がパイルアップを含まないため、パイルアップ効果は、エネルギー・ビン内の計数結果の分布を乱さない。

検出装置を、検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定する機能、検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定した結果に従って検出値を生成する機能のような様々な機能を提供するある種のユニットを備えるものとして説明したが、検出装置は、上記の機能を実現するその他のディジタルおよび／またはアナログ・ユニットを備えることもできる。

以上に記載した実施形態においては、エネルギーに従って分解された検出値を検出装置が生成するが、別の実施形態では、エネルギーに従って分解されていない検出値を生成するように検出装置を適合させることもできる。例えば、各ビンへの配分手順を先行して実行すること無しに検出信号パルスを計数することができる。

以上に記載した実施形態では、検出装置を、コンピュータ断層撮影装置内で使用されるように適合されているものとして説明したが、他の実施形態では、核撮像装置、例えば単一光子放射型コンピュータ断層撮影システムもしくは陽電子断層撮影システムの撮像装置またはＸ線Ｃアーム撮像装置のような別の撮像装置内で使用されるように、検出装置を適合させることもできる。

当業者は、本明細書において特許請求された発明を実施することによって、ならびに図面、開示および添付の特許請求の範囲を検討することによって、開示された実施形態以外のその他の変形実施形態が自明なものとして実施可能であることを理解し、そのような変形実施形態の実施を達成することができる。

本明細書に添付した特許請求の範囲では、語「備える」が、他の要素またはステップを排除せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」が複数の要素またはステップを排除しない。

単一のユニットまたはデバイスが、特許請求の範囲に記載されたいくつかの項目の機能を実施することができる。ある複数の方策が互いに別々の従属請求項に記載されているからといって、そのことが、それらの方策の組合せを有利に使用することができないことを示しているわけではない。

検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかに関する判定、検出信号パルスの計数、非パイルアップ数の補正（特に非パイルアップ数分布の補正）などのように、１つまたは複数のユニットまたはデバイスによって実行される演算処理は、任意の他のいくつかのユニットまたはデバイスによって実行することができる。撮像方法に従う撮像装置において実行されるこれらの演算および／もしくは制御、ならびに／または検出方法に従う検出装置の制御は、コンピュータ・プログラムのプログラム・コード手段として、および／または専用のハードウェアとして実現することができる。

コンピュータ・プログラムは、他のハードウェアと一緒に供給されたまたは他のハードウェアの一部として供給された光学記憶媒体、固体媒体などの適当な媒体上に記憶させ配布することができるが、インターネットまたは他の有線もしくは無線通信システムを介して配布するなど、他の形態で配布することもできる。

特許請求の範囲に記載された参照符号は、特許請求の範囲を限定するものと解釈すべきではない。

本発明は、光子を検出する検出装置に関する。この検出装置は、検出された光子を示す検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するパイルアップ判定ユニットを備え、検出値生成ユニットが、検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかの判定に従って検出値を生成する。特に、検出値を生成する間、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを棄却するように、検出値生成ユニットを適合させることができる。これによって、生成される検出値の質を向上させることができる。

本発明は、光子を検出する検出装置、検出方法および検出用コンピュータ・プログラムに関する。本発明はさらに、物体を撮像する撮像装置、撮像方法および撮像用コンピュータ・プログラムに関する。

以下の先行技術文献「Ｍｅｄｉｐｉｘ２：Ａ ６４−ｋ ｐｉｘｅｌ ｒｅａｄｏｕｔ ｃｈｉｐ ｗｉｔｈ ５５−μｍ ｓｑｕａｒｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｍｏｄｅ」、Ｘ．Ｌｌｏｐａｒｔ他、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ、４９巻、５号、２２７９頁〜２２８３頁、２００２年１０月は、検出された光子に従って検出値を生成する光子計数検出器を開示している。具体的には、光子を信号パルスに変換する直接的な変換材料が使用され、それぞれの信号パルスが単一の光子に対応し、それぞれの信号パルスの信号パルス高が、対応するそれぞれの光子のエネルギーを示す。信号パルスは幾つかのエネルギー・ビン（ｅｎｅｒｇｙ ｂｉｎ）に分けられ、エネルギー・ビンそれぞれについて検出値が生成され、当該生成された検出値はそれぞれのエネルギー・ビンに入れられた信号パルスの数を示している。

しかしながら、その結果得られるエネルギー分布は検出器の限界によって損なわれることがあり、このことが、生成された検出値の質の低下につながることがある。

本発明の目的は、光子を検出する検出装置、検出方法および検出用コンピュータ・プログラムであって、質が向上した検出値を生成することを可能にする検出装置、検出方法および検出用コンピュータ・プログラムを提供することにある。本発明のさらなる目的は、物体を撮像するための、上記の検出装置を含む撮像装置、対応する撮像方法および撮像用コンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明の第１の態様では、光子を検出する検出装置が開示される。この検出装置は、
− 光子を検出し、当該検出された光子を示す検出信号パルスを生成するように適合された検出ユニットと、
− 当該検出信号パルスがパイルアップ事象（ｐｉｌｅ−ｕｐ ｅｖｅｎｔ）によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象（ｎｏｎ−ｐｉｌｅ−ｕｐ ｅｖｅｎｔ）によって生じたものなのかを判定するパイルアップ判定ユニットと、
− 当該検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定した結果に従って検出値を生成する検出値生成ユニットと
を備え、検出値生成ユニットが、
− 非パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを、検出信号パルスの特性に従って幾つかのビンに入れ、
− それぞれのビンの非パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを計数することによって非パイルアップ数をビン毎に決定し、それによって非パイルアップ分布を生成し、
− パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを計数することによってパイルアップ数を決定し、
− 決定されたパイルアップ数とパイルアップ事象に寄与する光子の与えられた予想平均数との積がパイルアップ分布の積分と対応するような態様でパイルアップ分布を推定し、
− パイルアップ分布に基づいて非パイルアップ分布を補正し、
− 補正された非パイルアップ分布に従って検出値を生成する
ように適合される。

パイルアップ判定ユニットが、検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定し、検出値生成ユニットが、検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定した結果に従って検出値を生成するために、検出値を生成する間、パイルアップ効果を比較的正確に考慮することができる。これによって、生成される検出値の質を向上させることができる。

パイルアップ事象は、同じ検出信号パルスにいくつかの光子が寄与することと定義されることが好ましい。

検出ユニットは、光子が直接変換材料に衝突したことに応答して検出信号パルスを生成することとなるように、カドミウム・セリウム（ＣｄＣｅ）、カドミウム亜鉛テルル（ＣＺＴ）等のような直接的な変換材料を含むことが好ましい。あるいは、またはそれに加えて、検出ユニットは、シンチレータ材料およびフォト・ダイオードを含むこともできる。シンチレータ材料は、光子がシンチレータ材料に衝突したことに応答して光パルスを生成することができ、フォト・ダイオードは、生成された光パルスを検出し、検出された光パルスに従って検出信号パルスを生成することができる。

この予想平均数は２であることが好ましい。パイルアップ事象によって生じる検出信号パルスの大部分は、検出装置に衝突した２つの光子に対応すると仮定される。すなわち、パイルアップ事象の大部分は１次的なパイルアップ事象であると仮定される。したがって、この場合には、パイルアップ数を２倍したものを補正されていない非パイルアップ数に加えることにより、高い信頼性および少ない計算作業で、非パイルアップ数を補正することができる。しかしながら、パイルアップ事象に寄与する光子の予想平均数を別の数とすることもできる。これによって、パイルアップ事象が主に２つの光子によって生じているのではない場合でも、例えば光子数を変更しかつ／または光子数をより大きくすることによって、非パイルアップ数を補正することができる。したがって、より高次のパイルアップ事象を考慮することができる。

検出装置は、画素ごとにパイルアップ数および非パイルアップ数を決定することができるいくつかの検出画素を含むことが好ましい。一実施形態では、検出装置がエネルギー分解能を持たず、それにより、検出画素毎に一度に１つの検出値が生成される。しかしながら、検出装置は、検出画素ごとに、異なるエネルギーに対応するいくつかの検出値が一度に生成される、エネルギー分解能を有する検出装置であることが好ましい。したがって、ａ）非パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを、検出信号パルスの特性に従っていくつかのビンに入れ、ｂ）それぞれのビンの非パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを計数することによって非パイルアップ数をビンごとに決定し、それによって非パイルアップ分布を生成し、ｃ）パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを計数することによってパイルアップ数を決定し、ｄ）決定されたパイルアップ数とパイルアップ事象に寄与する光子の与えられた予想平均数との積がパイルアップ分布の積分と対応するような態様でパイルアップ分布を推定し、ｅ）パイルアップ分布に基づいて非パイルアップ分布を補正し、ｆ）補正された非パイルアップ分布に従って検出値を生成するように、検出値生成ユニットが適合される。

検出値生成ユニットは、パイルアップ分布の形状は非パイルアップ分布の形状に類似していると仮定することによってパイルアップ分布を推定するように適合されていることが好ましい。このパイルアップ分布は、非パイルアップ分布の形状を有するパイルアップ分布の積分が、決定されたパイルアップ数とパイルアップ事象に寄与する光子の予想平均数との積に対応するような態様で推定される。予想平均数は例えば２とすることができる。非パイルアップ分布の補正は、推定したパイルアップ分布を加えることによって実行されることが好ましい。別の実施形態ではさらに、非パイルアップ分布を補正する目的に使用することができるパイルアップ分布を決定するために、パイルアップ事象によって生じた検出信号を、検出信号パルスの特性、特に検出信号パルスの高さに従ってビンに入れることができる。

具体的には、検出信号パルスをエネルギー・ビンに分けるために、検出信号パルスを、エネルギー・ビンの範囲を定めるために検出信号パルスの高さに関して規定される閾値と比較するように検出値生成ユニットを適合させることができ、エネルギー・ビンごとに、それぞれのエネルギー・ビンに入れられた検出信号パルスの非パイルアップ数を示す検出値が決定される。検出信号パルスをそれぞれの閾値と比較するこの比較手順は、検出値生成ユニットの比較器によって実行されることが好ましい。非パイルアップ数は非パイルアップ分布を規定し、非パイルアップ分布は、対応するそれぞれのパイルアップ分布に基づいて補正することができる。

一実施形態では、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するために、パイルアップ判定ユニットが、パルスの高さに関する閾値を与え、それぞれの検出信号パルスの検出信号パルスの高さを、パルス高に関する当該閾値と比較して、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように適合される。さらに、ａ）それぞれの検出信号パルスの時間長（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｌｅｎｇｔｈ）を決定し、ｂ）時間長に関する閾値を与え、ｃ）それぞれの検出信号パルスの時間長を時間長に関する当該閾値と比較して、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように、パイルアップ判定ユニットを適合させることができる。また、ａ）それぞれの検出信号パルスを積分してそれぞれの積分値を生成し、ｂ）この積分値を、それぞれの検出信号パルスの検出信号パルス高と比較し、それによって比較結果を生成し、ｃ）その比較結果に基づいて、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように、パイルアップ判定ユニットを適合させることもできる。例えば、検出信号パルスの高さと積分値との間の比を比較結果として生成することができ、その比に基づいて、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定することができる。さらに、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを、計数結果の不一致（ｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）に基づいて判定するように、パイルアップ判定ユニットを適合させることもできる。これらの異なるタイプの判定は、検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを、高い信頼性で比較的少ない計算作業で判定することを可能にする。

本発明のさらなる態様では、物体を撮像する撮像装置が開示される。この撮像装置は、
− 物体を横切る光子を生成する光子源と、
− 物体を横切った後の光子を検出し、検出値を生成する、請求項１に記載の検出装置と
を備える。

光子源は多色Ｘ線源であることが好ましく、検出装置は、物体を横切った後のＸ線光子を検出するように適合されていることが好ましい。撮像装置は、コンピュータ断層撮影システムまたはＸ線Ｃアーム・システムとすることが可能であり、このようなシステムは、例えば、想像上の円筒または想像上の球体の表面に定められた軌道に沿って光子源および検出装置を物体の回りに回転させることができるシステムであることが好ましい。このような軌道は例えば円形または螺旋形の軌道である。

撮像装置は、生成された検出値に基づいて物体の画像を再構成する再構成ユニットをさらに備えることが好ましい。具体的には、エネルギーに従って分解され生成された検出値に基づいて物体の画像を再構成するように、再構成ユニットを適合させることができる。例えば検出値を異なる成分に分解する分解技法を実行するように再構成ユニットを適合させることができ、それらの異なる成分は、骨、軟組織のような異なる物質、および／または光電効果、コンプトン（Ｃｏｍｐｔｏｎ）効果、Ｋ端（Ｋ−ｅｄｇｅ）効果のような異なる物理的効果を示すことができる。対応する分解技法は、例えば以下の先行技術文献「Ｋ−Ｅｄｇｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｉｎ ｘ−ｒａｙ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉ−ｂｉｎ ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」、Ｅ．ＲｏｅｓｓｌおよびＲ．Ｐｒｏｋｓａ、Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ、５２巻、４６７９頁〜４６９６頁（２００７年）に開示されている。さらに、少なくとも１つの成分に対して、上記のような分解技法によってそれぞれの成分に対して決定された成分検出値に基づいて、別個の画像を再構成するように、再構成ユニットを適合させることができる。

本発明のさらなる態様では、光子を検出する検出方法が開示される。この検出方法は、
− 検出ユニットによって光子を検出するステップであり、検出ユニットが、検出された光子を示す検出信号パルスを生成するように適合されたステップと、
− パイルアップ判定ユニットによって、検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するステップと、
− 検出値生成ユニットによって、検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定した結果に従って検出値を生成するステップと
を含み、検出値生成ユニットが、
− 非パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを、検出信号パルスの特性に従っていくつかのビンに入れ、
− それぞれのビンの非パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを計数することによって非パイルアップ数をビン毎に決定し、それによって非パイルアップ分布を生成し、
− パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを計数することによってパイルアップ数を決定し、
− 決定されたパイルアップ数とパイルアップ事象に寄与する光子の与えられた予想平均数との積がパイルアップ分布の積分と対応するような態様でパイルアップ分布を推定し、
− パイルアップ分布に基づいて非パイルアップ分布を補正し、
− 補正された非パイルアップ分布に従って検出値を生成する。

本発明のさらなる態様では、物体を撮像する撮像方法が開示される。この撮像方法は、
− 光子源によって、物体を横切る異なるエネルギーを有する光子を生成するステップと、
− 請求項８に記載の、光子を検出して検出値を生成するステップと
を含む。

本発明のさらなる態様においては、検出データを検出する検出用コンピュータ・プログラムが開示される。この検出用コンピュータ・プログラムは、検出装置を制御するコンピュータ上でこの検出用コンピュータ・プログラムが実行された際に、請求項８に記載の検出方法のステップを請求項１に記載の検出装置に実行させるプログラム・コード手段を含む。

本発明のさらなる態様においては、物体を撮像する撮像用コンピュータ・プログラムが開示される。この撮像用コンピュータ・プログラムは、本明細書中に記載された撮像装置を制御するコンピュータ上でこの撮像用コンピュータ・プログラムが実行された際に、請求項９に記載の撮像方法のステップを請求項６に記載の撮像装置に実行させるプログラム・コード手段を含む。

請求項１に記載の検出装置、請求項６に記載の撮像装置、請求項８に記載の検出方法、請求項９に記載の撮像方法、請求項１０に記載の検出用コンピュータ・プログラムおよび請求項１１に記載の撮像用コンピュータ・プログラムは、これらと類似した好ましい実施形態および／またはこれらと全く同じ好ましい実施形態、特に従属請求項に記載の類似の好ましい実施形態および／または全く同じ好ましい実施形態を有することを理解すべきである。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項とこれにそれぞれ対応する独立請求項の任意の組合せに係る発明とすることが可能であることも理解すべきである。

本発明のこれらの態様およびその他の態様は、以下に記載する実施形態から明らかであり、以下に記載する実施形態を参照することによって明らかになる。

物体を撮像する撮像装置の一実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 光子を検出する検出装置の一実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 物体を撮像する撮像方法の一実施形態を例示的に示す流れ図である。

図１は、コンピュータ断層撮影装置１２である、物体を撮像する撮像装置を概略的かつ例示的に示す。コンピュータ断層撮影装置１２は、ｚ軸方向に対して平行に延びる回転軸Ｒを中心軸として回転することができるガントリ１を含む。ガントリ１の上には光子源２が取り付けられている。この実施形態では光子源２が多色Ｘ線管である。光子源２は、光子源２によって生成された光子から円錐形の放射線ビーム４を形成するコリメータ３を備える。この実施形態では放射線ビーム４は円錐形となる。光子は、検査ゾーン５内において、例えば患者である物体を横切る。この実施形態では検査ゾーン５が円筒形となる。放射線ビーム４は、検査ゾーン５を横切った後、検出装置６に入射する。検出装置６は２次元の検出面を備える。検出装置６はガントリ１の上に取り付けられている。

コンピュータ断層撮影装置１２は２台のモーター７、８を備える。ガントリ１は、モーター７によって、好ましくは一定の角速度であるが調整可能とすることも可能な角速度で駆動される。モーター８は、物体、例えば検査ゾーン５内における患者台の上に配置された患者を、回転軸Ｒすなわちｚ軸の方向に沿って平行に変位させるために設けられている。これらのモーター７、８は、制御ユニット９によって、例えば光子源２と検査ゾーン５が互いに対して螺旋ディレクトリに沿って移動するように制御される。しかしながら、物体が移動せず、光子源２だけが回転すること、すなわち、光子源２が、物体または検査ゾーン５に対して円形ディレクトリに沿って移動することも可能である。さらに、別の実施形態においては、コリメータ３は、上述した形状とは別のビーム形状、特にファン・ビーム（扇型形状のビーム）を形成するように適合され、検出装置６は、当該別のビーム形状、特にファン・ビームに対応する形状を有する検出面を備えることができる。

光子源２と検査ゾーン５とが相対的に移動している間に、検出装置６は、検出装置６の検出面に入射した放射線に従って検出値を生成する。それらの検出値は、それらの検出値に基づいて物体の画像を再構成する再構成ユニット１０に提供される。再構成ユニット１０によって再構成された画像は、再構成された画像を表示する表示ユニット１１に提供される。

制御ユニット９は、光子源２、検出装置６および再構成ユニット１０を制御するように適合されていることが好ましい。

図２は、検出装置６の検出ユニット１４、パイルアップ判定ユニット１５および検出値生成ユニット１６を概略的かつ例示的に示す。検出ユニット１４は、光子１３を検出し、検出信号パルスを生成するように適合され、当該検出信号パルスは、当該検出されたそれぞれの光子１３のエネルギーを示す検出信号パルスの高さを有している。パイルアップ判定ユニット１５は、検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように適合されている。すなわち、パイルアップ判定ユニット１５は、検出信号パルスが単一の光子に対応するのか、または２つ以上の光子に対応するのかを判定する。検出値生成ユニット１６は、検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定した結果に従って検出値を生成するように適合されている。

検出ユニット１４は、光子が方向変換材料に衝突したことに応じて検出信号パルスを生成するＣｄＣｅ、ＣＺＴのような直接的な変換材料を含む。検出ユニット１４は、画素ごとに検出信号パルスが生成されるいくつかの検出画素を備えることが好ましい。当該直接変換材料を含むこのような検出ユニットは例えば、先行技術文献「Ｒｅｃｅｎｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ＣｄＴｅ ａｎｄ ＣｄＺｎＴｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」、Ｔ．ＴａｋａｈａｓｈｉおよびＳ．Ｗａｔａｎａｂｅ、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ、４８巻、４号、９５０〜９５９頁、２００１年８月に開示されている。

この実施形態では、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するために、パイルアップ判定ユニット１５が、パルス高に関する閾値を与え、それぞれの検出信号パルスの検出信号パルスの高さをこのパルス高に関する閾値と比較して、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように適合されている。このパルス高に関する閾値は、単一の光子によって生じる予想される最大検出信号パルスの高さと同程度か、またはそれよりも大きい値となる。パイルアップ判定ユニット１５は、検出信号パルスを上述したパルス高に関する閾値と比較する比較器を備えることが好ましい。

あるいは、またはそれに加えて、それぞれの検出信号パルスの時間長を決定し、時間長に関する閾値を与え、それぞれの検出信号パルスの時間長を時間長に関する閾値と比較して、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように、パイルアップ判定ユニットを適合させることもできる。したがって、それぞれの検出信号パルスの時間長を測定するようにパイルアップ判定ユニット１５を適合させることができる。単一の光子からの検出信号パルスは、例えば検出ユニット１４によって生成された検出信号パルスを整形することができるパルス整形器によって与えられる周知の持続時間を有し、この持続時間を上回るのケースは、一般的には、検出信号パルスがいくつかの光子に対応する場合だけである。それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するこの種の判定は、ノイズ・フロア（ｎｏｉｓｅ ｆｌｏｏｒ）よりも高い信号レベルを検出するパイルアップ判定ユニット１５の比較器によって実現することができる。信号がノイズ・フロアを上回った際に、パイルアップ判定ユニット１５のタイマを開始することができる。信号が再びノイズ・フロアよりも低くなる前にタイマが時間切れになった場合には、対応するそれぞれの検出信号パルスを、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスであると分類することができる。

さらに、あるいは、またはそれに加えて、それぞれの検出信号パルスを積分して、それぞれの積分値を生成し、この積分値を、それぞれの検出信号パルスについての検出信号パルス高と比較し、それによって比較結果を生成し、その比較結果に基づいて、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように、パイルアップ判定ユニット１５を適合させることもできる。比較結果は、それぞれの検出信号パルスについての検出信号パルス高と積分値との間の比であることが好ましい。したがって、検出信号パルスの信号を積分することによって、その検出信号パルスの全電荷を測定することができる。比較器を使用して、その結果得られる積分をパルス高と比較することができる。単一の光子に対応する検出信号パルスのパルス高とパルス積分との間の関係は周知である。この関係が、例えば較正測定によって決定することができる与えられた予想される値の範囲に入らない場合には、それぞれの検出信号パルスを、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスであると分類することができる。

さらに、あるいは、またはそれに加えて、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを、計数結果の不一致に基づいて判定するように、パイルアップ判定ユニット１５を適合させることもできる。例えば、下側閾値および上側閾値を事前に定めることができる。この下側閾値および上側閾値は、パイルアップ事象によって生じたものではない検出信号パルスの立ち上がりエッジが、最初に下側を横切り、次いで上側閾値を横切り、検出信号パルスのピークを過ぎた後は、検出信号パルスの立ち下がりエッジが、再び上側閾値を反対方向に横切り、最後に下側閾値を横切るように定めることができる。さらに、パイルアップした２つの光子によって生じた、２つの極大点と中間の１つの極小点とを有する検出信号パルスが、途中で下側閾値を横切ることなく、上側閾値の下から上側閾値の上へ向かって上側閾値を２度横切るように、下側閾値および上側閾値を事前に定めることもできる。この場合、検出信号パルスが、途中で下側閾値を横切ることなく、上側閾値の下から上側閾値の上へ向かって上側閾値を２度横切ったことを検出したことに基づいて、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものであると判定するように、パイルアップ判定ユニットを適合させることができる。

検出信号パルス生成ユニット１６は、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを棄却し、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスに従って検出値を生成するように適合されていることが好ましい。具体的には、パイルアップ事象によって生じたものではない検出信号パルスを検出信号パルスの特性に従っていくつかのビンに入れるように、検出値生成ユニット１６が適合される。この実施形態では、各ビンへの配分処理が、それぞれの検出信号パルスの検出信号パルス高に従って実行される。検出信号パルスの高さは、それぞれの検出信号パルスが対応している光子のエネルギーに対応する。したがって、検出信号パルスの高さに従って検出信号パルスをいくつかのビンに入れることにより、互いに異なるビンは、対応する光子の互いに異なるエネルギーにそれぞれ対応する。検出信号パルスの高さに関する閾値が提供され、検出信号パルスの高さに関する閾値のそれぞれの対が、ビン、すなわちエネルギー・ビンの範囲を定めることが好ましい。それぞれの検出信号パルスの高さを、検出信号パルス高に関する当該閾値と比較することによって、検出信号パルスをエネルギー・ビンに分けることができる。検出値生成ユニット１６は、検出信号パルス高と検出信号パルス高に関する当該閾値との間の比較を実行する比較器を備えることが好ましい。

検出値生成ユニット１６はさらに、それぞれのエネルギー・ビンの非パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを計数することによって非パイルアップ数をエネルギー・ビンごとに計数し、それによって非パイルアップ分布を生成するように適合されていることが好ましい。次いで、この非パイルアップ分布に従って検出値が生成される。具体的には、検出値がエネルギーによって決まるような態様で、エネルギー・ビンごとに検出値が生成される。例えば、エネルギー・ビンに対して生成する検出値を、それぞれのエネルギー・ビンの非パイルアップ数とし、またはそれぞれのエネルギー・ビンの非パイルアップ数に比例した値とすることができる。

さらなる実施形態では、パイルアップ事象によって生じた全ての検出信号パルスを計数することによってパイルアップ数を決定し、決定されたパイルアップ数とパイルアップ事象に寄与する光子の与えられた予想される平均数との積にパイルアップ分布の積分が対応するような態様でパイルアップ分布を推定するように検出値生成ユニット１６が適合されることができる。この予想される平均光子数は例えば２である。パイルアップ分布を推定するため、非パイルアップ分布の形状を含むものとしてパイルアップ分布が決定されるような態様で、非パイルアップ分布の形状とパイルアップ分布の形状が似ていると仮定することができる。パイルアップ分布の積分は、決定されたパイルアップ数と予想される平均数との積に似ているはずである。一実施形態では、下式に従ってパイルアップ分布Ｄ_ｉを決定するように検出値生成ユニット１６が適合される。

上式で、

（外１）

は、非パイルアップ分布のｉ番目のエネルギー・ビンの補正されていない検出値を示し、ｍは、パイルアップ事象に寄与する光子の予想される平均数を示し、これは２であることが好ましく、Ｎ_ｐはパイルアップ数を示し、Ｎはエネルギー・ビンの数を示す。

さらに、パイルアップ分布に基づいて非パイルアップ分布を補正するように検出値生成ユニット１６を適合させることができる。検出値は、補正された非パイルアップ分布とし、または補正された非パイルアップ分布に従って生成することができる。具体的には、下式に従って、補正されていない非パイルアップ分布

（外２）

を補正することができる。

上式で、Ｃ_ｉは、補正された非パイルアップ分布のｉ番目のエネルギー・ビンの補正された検出値を示す。

別の実施形態において、検出装置がエネルギー分解能を持たない場合、すなわちエネルギー識別（ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ）の実行に検出信号パルス高が使用されない場合には、パイルアップ事象に寄与する光子の予想される平均数を提供し、このパイルアップ事象に寄与する光子の予想される平均数をパイルアップ数に乗じ、それによって補正積を生成し、その補正積を非パイルアップ数に加えることによって非パイルアップ数を補正するように、検出値生成ユニット１６を適合させることができる。この予想される平均光子数は２とし、またはより高次のパイルアップ効果を考慮しなければならない場合には２よりも大きい数とすることができる。

再構成ユニット１０は、検出値を、物体の異なる成分に対応する異なる成分検出値に分解するように適合されていることが好ましい。これらの異なる成分は例えば、コンプトン効果、光電効果およびＫ端効果のような異なる物理効果に関係し、かつ／または人間の骨、軟組織などのような異なる物質に関係する。この再構成ユニットは例えば、論文「Ｋ−Ｅｄｇｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｉｎ ｘ−ｒａｙ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉ−ｂｉｎ ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」、Ｅ．ＲｏｅｓｓｌおよびＲ．Ｐｒｏｋｓａによる、Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ、５２巻、４６７９〜４６９６頁（２００７年）に開示されている分解技法を使用することができる。一実施形態では、この分解が、測定過程を記述する物理モデルの反転に基づく以下の式に従って実行される。

上式で、Ｃ_ｉは、ｉ番目のエネルギー・ビンの検出値を示し、Ｂ_ｉ（Ｅ）は、ｉ番目のエネルギー・ビンのスペクトル感度を示し、Ｆ（Ｅ）は、光子源のスペクトルを示し、ｊは、異なるＭ_ｊ個の成分に対する添数であり、Ａ_ｊは、ｊ番目の成分の吸収値の線積分を示し、Ｐ_ｊ（Ｅ）は、ｊ番目の成分のスペクトル吸収を示す。

エネルギー・ビンの数が成分の数に少なくとも等しい場合には、知られている数値的方法を使用してこの方程式系を解くことができる。量Ｂ_ｉ（Ｅ）、Ｆ（Ｅ）およびＰ_ｊ（Ｅ）は既知であり、この方程式系を解いた結果は線積分Ａ_ｊである。放射線のスペクトルＦ（Ｅ）およびスペクトル感度Ｂ_ｉ（Ｅ）は、撮像装置の特性およびリードアウト（ｒｅａｄｏｕｔ）の性質であり、例えば対応する測定によって知られている。成分のスペクトル吸収Ｐ_ｊ（Ｅ）、例えば骨および軟組織のスペクトル吸収も測定および／または文献から知られている。

この実施形態では、分解された検出値が、分解された投影データ、すなわち線積分Ａ_ｊであり、そのそれぞれを、物体のコンピュータ断層撮影画像を再構成するために、例えば成分ごとに物体の成分画像を再構成することができるような態様で使用することができる。例えば、コンプトン成分画像、光電成分画像および／またはＫ端成分画像を再構成することができる。この投影データに基づいて画像を再構成するため、フィルタ補正逆投影（ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）、ラドン反転（Ｒａｄｏｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）などのような知られている再構成技法を使用することができる。

以下では、図３に示された流れ図を参照して、物体を撮像する撮像方法の一実施形態を例示的に説明する。

ステップ１０１で、光子源２が、異なるエネルギーを有する光子を生成し、同時に、光子が物体を異なる方向に横切ることを可能にするために、光子源２と物体を互いに対して相対的に移動させる。具体的には、物体を取り巻く円形または螺旋形の軌道に沿って光子源２を移動させ、同時に、検出ユニット１４が、物体を横切った光子を検出し、検出信号パルスを生成する。

ステップ１０２で、パイルアップ判定ユニット１４が、検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定し、ステップ１０３で、検出値生成ユニット１６が、検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかの判定に従って検出値を生成する。具体的には、光子源の位置ごと、検出ユニット１４の２次元検出面の画素ごと、およびエネルギー・ビンごとに検出値を生成する。ステップ１０４で、再構成ユニット１０が、生成された検出値に基づいて、物体の画像を、例えば検出値を分解された検出値に分解する分解技法を使用することによって再構成する。分解された検出値は、フィルタ補正逆投影アルゴリズムのようなコンピュータ断層撮影再構成アルゴリズムに基づいて物体の画像を再構成するために使用される。ステップ１０５で、再構成された画像を表示ユニット１１上に表示する。

ステップ１０１から１０３は、光子を検出する検出方法のステップと考えることができる。

一般に、光子計数検出器は、医療用撮像に必要な比較的高い光子束が使用される場合にパイルアップ効果が存在してしまうという欠点を有する。このような検出器内のそれぞれの入来光子は、ある時間長の電子パルスを生成する。２つ以上の光子が小さな時間差で検出器に入った場合には、それらの光子を検出器が分離することができないような態様で個々のパルスが重なり合う。すなわち、パルスが重なり合うことによって形成された単一の検出信号パルスが生成される。このようなパイルアップ事象は２つの結末を有する。第１に、検出器が、２つ以上の光子を計数する代わりに１つの光子だけを計数する。第２に、検出器が、バルス高に基づく分析によってエネルギー識別を実行する場合、測定されるエネルギーは、複数のパルスを足し合わせた場合のパルス高に関係し、１つの光子のエネルギーを適切には表さない。図２を参照して上で説明した検出装置は、パイルアップ事象を検出し、任意選択的に、測定が劣化しないようにパイルアップ事象を測定から除外することができる。光子計数検出器内においてパイルアップ事象を計数するように検出装置を適合させることもできる。計数されたパイルアップ事象は補正目的に使用することができる。

従来の光子計数電子装置は例えば、あるアナログ・パルス形成およびその後の離散値化処理（ｄｉｓｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎ）のステージを実行する。離散値化処理のステージにおいて、パルスをエネルギー・ビンに分けるために１つまたは複数の比較器によってパルス高が離散値化され、エネルギー・ビンに入れられたパルスが計数される。図２を参照して上記において説明した検出装置に関しては、検出ユニット１４が、入来Ｘ線光子に従って電流パルスを生成する直接変換材料、および検出された電流パルスに基づいて検出信号パルスを形成するあるアナログ・パルス形成動作を備えることができる。検出値生成ユニットは、パルス高を離散値化し、検出信号パルスをエネルギー・ビンに入れる比較器を備えることができ、検出値生成ユニットはさらに、エネルギー・ビンに分けられた検出信号パルスを計数して検出値を生成するように適合される。加えて、検出装置は、それぞれの入来パルスを分析し、それぞれのパルスをパイルアップ事象または正常事象（すなわち非パイルアップ事象）に分類するパイルアップ判定ユニットを備える。さらに、検出値生成ユニットは、パイルアップ事象によって生じたものではないパルスだけを計数するような態様で、パイルアップ事象として分類されたパルス（すなわち検出信号パルス）を棄却するように、検出値生成ユニットを適合させることができる。任意選択的に、検出値生成ユニットはさらに、分類されたパイルアップ事象の数を計数するように、すなわちパイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを計数するように適合され、パイルアップ事象は、任意選択的に、その事象のパルス高または電荷の積分に基づいて該当するビンに入れられる。

パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを棄却する検出値生成ユニットのこの任意選択的な機能は、パイルアップ事象によって生じたものとして分類された検出信号パルスが計数されないことを保証するためのパルス計数電子装置の付加機能と考えることができる。しかしながら、別の実施形態では、データ補正ステップにおいてパイルアップ効果を補正する目的に使用することができる追加の情報を提供するため、パイルアップ事象によって生じたものとして分類された検出信号パルスを計数するように検出値生成ユニットが適合される。パイルアップ事象の数、すなわち検出信号パルスの数に特に２を乗じた数は、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスが棄却された場合に無くなったカウント数の良好な推定値である。エネルギー識別のないシステムに関しては、この量を非パイルアップのカウント数に単純に加えて、良好なパイルアップ補正を得ることができる。

エネルギー識別を有するシステムに関しては、パイルアップの計数結果に基づいて統計的な補正を実行することができる。これは、対応するパイルアップの数が、未知のエネルギーを有する追加の光子の推定値であるためである。パイルアップ事象のパルス積分がビンに入れられ、パルス高に基づく分析方法と同様の方法で計数される場合には、より先進的なパイルアップ測定方法を実行することができる。パイルアップを生じる元となる互いに重なり合うパルス同士の和が既知であるため、これらのデータを、より先進的な統計的な補正方法に対して使用することができる。

図２を参照して上記において説明した検出装置には、従来の検出装置に比べて有利な点が２つある。第１に、１次的なパイルアップのランダムな状態が、本実施例に従って提案されたシステム内におけるパイルアップ補正の結果に影響を与えない。第２に、エネルギー・ビン内の計数結果の分光分布が乱されない。パイルアップした光子、すなわち検出信号パルスが計数されない場合には、エネルギー・ビン内の計数結果がパイルアップを含まないため、パイルアップ効果は、エネルギー・ビン内の計数結果の分布を乱さない。

検出装置を、検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定する機能、検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定した結果に従って検出値を生成する機能のような様々な機能を提供するある種のユニットを備えるものとして説明したが、検出装置は、上記の機能を実現するその他のディジタルおよび／またはアナログ・ユニットを備えることもできる。

以上に記載した実施形態においては、エネルギーに従って分解された検出値を検出装置が生成するが、別の実施形態では、エネルギーに従って分解されていない検出値を生成するように検出装置を適合させることもできる。例えば、各ビンへの配分手順を先行して実行すること無しに検出信号パルスを計数することができる。

以上に記載した実施形態では、検出装置を、コンピュータ断層撮影装置内で使用されるように適合されているものとして説明したが、他の実施形態では、核撮像装置、例えば単一光子放射型コンピュータ断層撮影システムもしくは陽電子断層撮影システムの撮像装置またはＸ線Ｃアーム撮像装置のような別の撮像装置内で使用されるように、検出装置を適合させることもできる。

当業者は、本明細書において特許請求された発明を実施することによって、ならびに図面、開示および添付の特許請求の範囲を検討することによって、開示された実施形態以外のその他の変形実施形態が自明なものとして実施可能であることを理解し、そのような変形実施形態の実施を達成することができる。

本明細書に添付した特許請求の範囲では、語「備える」が、他の要素またはステップを排除せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」が複数の要素またはステップを排除しない。

単一のユニットまたはデバイスが、特許請求の範囲に記載されたいくつかの項目の機能を実施することができる。ある複数の方策が互いに別々の従属請求項に記載されているからといって、そのことが、それらの方策の組合せを有利に使用することができないことを示しているわけではない。

検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかに関する判定、検出信号パルスの計数、非パイルアップ数の補正（特に非パイルアップ数分布の補正）などのように、１つまたは複数のユニットまたはデバイスによって実行される演算処理は、任意の他のいくつかのユニットまたはデバイスによって実行することができる。撮像方法に従う撮像装置において実行されるこれらの演算および／もしくは制御、ならびに／または検出方法に従う検出装置の制御は、コンピュータ・プログラムのプログラム・コード手段として、および／または専用のハードウェアとして実現することができる。

コンピュータ・プログラムは、他のハードウェアと一緒に供給されたまたは他のハードウェアの一部として供給された光学記憶媒体、固体媒体などの適当な媒体上に記憶させ配布することができるが、インターネットまたは他の有線もしくは無線通信システムを介して配布するなど、他の形態で配布することもできる。

特許請求の範囲に記載された参照符号は、特許請求の範囲を限定するものと解釈すべきではない。

本発明は、光子を検出する検出装置に関する。この検出装置は、検出された光子を示す検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するパイルアップ判定ユニットを備え、検出値生成ユニットが、検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかの判定に従って検出値を生成する。特に、検出値を生成する間、パイルアップ事象によって生じた検出信号パルスを棄却するように、検出値生成ユニットを適合させることができる。これによって、生成される検出値の質を向上させることができる。

Claims (15)

1. 光子を検出する検出装置であって、
   − 光子を検出し、検出された前記光子を示す検出信号パルスを生成するように適合された検出ユニットと、
   − 検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するパイルアップ判定ユニットと、
   − 前記検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを前記判定した結果に従って検出値を生成する検出値生成ユニットと
   を備える検出装置。
2. 前記検出信号パルス生成ユニットが、パイルアップ事象によって生じた前記検出信号パルスを棄却し、非パイルアップ事象によって生じた前記検出信号パルスに従って前記検出値を生成するように適合された、請求項１に記載の検出装置。
3. 前記検出信号パルス生成ユニットが、
   − 非パイルアップ事象によって生じた前記検出信号パルスを計数することによって非パイルアップ数を決定し、
   − パイルアップ事象によって生じた前記検出信号パルスを計数することによってパイルアップ数を決定し、
   − 前記パイルアップ数に基づいて前記非パイルアップ数を補正し、
   − 補正された前記非パイルアップ数に従って検出値を生成する
   ように適合された、請求項１に記載の検出装置。
4. 前記検出値生成ユニットが、パイルアップ事象に寄与する光子の予想平均数を与え、前記パイルアップ事象に寄与する光子の予想平均数を前記パイルアップ数に乗じ、それによって補正積を生成し、前記補正積を前記非パイルアップ数に加えることによって前記非パイルアップ数を補正するように適合された、請求項３に記載の検出装置。
5. 前記予想平均数が２である、請求項４に記載の検出装置。
6. 前記検出値生成ユニットが、
   − 非パイルアップ事象によって生じた前記検出信号パルスを、前記検出信号パルスの特性に従っていくつかのビンに入れ、
   − 前記それぞれのビンの非パイルアップ事象によって生じた前記検出信号パルスを計数することによって非パイルアップ数をビンごとに決定し、それによって非パイルアップ分布を生成し、
   − パイルアップ事象によって生じた前記検出信号パルスを計数することによってパイルアップ数を決定し、
   − 決定された前記パイルアップ数とパイルアップ事象に寄与する光子の与えられた予想平均数との積に前記パイルアップ分布の積分が対応するような態様でパイルアップ分布を推定し、
   − 前記パイルアップ分布に基づいて前記非パイルアップ分布を補正し、
   − 補正された前記非パイルアップ分布に従って検出値を生成する
   ように適合された、請求項１に記載の検出装置。
7. 検出信号パルスがそれぞれ検出信号パルス高を有し、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するために、前記パイルアップ判定ユニットが、パルス高に関する閾値を与え、前記それぞれの検出信号パルスの検出信号パルス高を前記パルス高に関する閾値と比較して、前記それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するように適合された、請求項１に記載の検出装置。
8. それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するために、前記パイルアップ判定ユニットが、
   − 前記それぞれの検出信号パルスの時間長を決定し、
   − 時間長に関する閾値を与え、
   − 前記それぞれの検出信号パルスの時間長を前記時間長に関する閾値と比較して、前記それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定する
   ように適合された、請求項１に記載の検出装置。
9. 検出信号パルスがそれぞれ検出信号パルス高を有し、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するために、前記パイルアップ判定ユニットが、
   − 前記それぞれの検出信号パルスを積分して対応するそれぞれの積分値を生成し、
   − 前記積分値を、前記それぞれの検出信号パルスの前記検出信号パルス高と比較し、それによって比較結果を生成し、
   − 前記比較結果に基づいて、それぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定する
   ように適合された、請求項１に記載の検出装置。
10. 物体を撮像する撮像装置であって、前記撮像装置が、
    − 前記物体を横切る光子を生成する光子源と、
    − 前記物体を横切った後の前記光子を検出し、検出値を生成する、請求項１に記載の検出装置と
    を備える撮像装置。
11. 前記撮像装置が、生成された前記検出値に基づいて前記物体の画像を再構築する再構築ユニットをさらに備える、請求項１０に記載の撮像装置。
12. 光子を検出する検出方法であって、
    − 検出ユニットによって光子を検出するステップであり、前記検出ユニットが、検出された前記光子を示す検出信号パルスを生成するように適合されたステップと、
    − パイルアップ判定ユニットによって、検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを判定するステップと、
    − 検出値生成ユニットによって、前記検出信号パルス、およびそれぞれの検出信号パルスがパイルアップ事象によって生じたものなのか、または非パイルアップ事象によって生じたものなのかを前記判定した結果に従って検出値を生成するステップと
    を含む検出方法。
13. 物体を画像化する画像化方法であって、
    − 光子源によって、前記物体を横切る、異なるエネルギーを有する光子を生成するステップと、
    − 請求項１２に記載の、前記光子を検出して検出値を生成するステップと
    を含む方法。
14. 検出データを検出する検出用コンピュータ・プログラムであって、請求項１に記載の検出装置を制御するコンピュータ上で前記検出用コンピュータ・プログラムが実行されたときに、請求項１２に記載の検出方法のステップを前記検出装置に実行させるプログラム・コード手段を含む検出用コンピュータ・プログラム。
15. 物体を撮像する撮像用コンピュータ・プログラムであって、請求項１０に記載の撮像装置を制御するコンピュータ上で前記撮像用コンピュータ・プログラムが実行されたときに、請求項１３に記載の撮像方法のステップを前記撮像装置に実行させるプログラム・コード手段を含む撮像用コンピュータ・プログラム。

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