JP2015516832A - 光子計数検出器を備える撮像システムによる従来型のイメージング - Google Patents

Abstract

撮像システム（６００）は、検査領域を横断する多色放射線を発する放射線源（６０８）と、麻痺型光子計数検出器ピクセル（６１１）を含み、検査領域において放射線源に対向する検出器アレイ（６１０）とを有し、麻痺型光子計数検出器ピクセルは、検査領域を横断して自身を照射する放射線の光子を検出して、検出された光子の夫々を示す信号を生成する。出力光子計数率対入力光子計数率マップ（６２６）は、検出器ピクセルの複数の入力光子計数率を検出器ピクセルの単一の出力光子計数率へマッピングする少なくとも１つのマップを含み、入力光子計数率決定部（６２４）は、マップの複数の入力光子計数率のうちの１つの入力光子計数率を検出器ピクセルのための正確な入力光子計数率と認定する。再構成部は、認定された入力光子計数率に基づき信号を再構成する。

Description

下記は、概して、光子計数検出器を備える撮像システムによる従来型のイメージングに関し、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）への特定の適用を見出す。しかしながら、下記は、制限なしに、Ｘ線及びマンモグラフィを含む他のイメージングにも適する。

従来型の（積分型の）コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナは、回転フレームによって支持されるＸ線管を含む。回転フレーム、従って、Ｘ線管は、検査領域の周囲を回転し、Ｘ線管は、検査領域並びにその中に置かれている被検者及び／又は対象を横断する多色放射線を発する。放射線感受性検出器は、検査領域においてＸ線管に対向して配置され、検査領域並びに被検者及び対象を横断する放射線を検出する。放射線感受性検出器は、シンチレータ／フォトセンサに基づくピクセルのような積分検出器ピクセルの一次元又は二次元のアレイを、対応する積分電気回路とともに含む。一般に、シンチレータは、入射光子を吸収することに応答して光を生成し、フォトセンサは、光を受けることに応答して、吸収された光子を示す電荷を生成し、積分電気回路は、電荷を累積し、検出された放射線を示す投影データを生成する。

再構成部は、投影データを再構成し、被検者及び／又は対象を示す体積画像データを生成する。画像プロセッサは、体積画像データを処理し、被検者及び／又は対象を示す１以上の画像を生成するために使用され得る。一般に、体積画像データ／画像は、相対放射線濃度に対応するグレースケール値に関して表されるボクセル／ピクセルを含む。そのような情報は、スキャンされる被検者及び／又は対象のＸ線減衰特性を反映し、一般に、被検者内の解剖学的構造、無生物の対象内の物理的構造、等のような構造を示す。しかし、物質による光子の吸収は、その物質を横断する光子のエネルギに依存するので、検出される放射線は、組織及び／又は物質の元素組成（例えば、原子番号）を示す付加的な情報を提供するスペクトル情報を更に含む。あいにく、従来型の（積分型の）ＣＴにおいて生成される体積画像データは、検出器によって生成される信号が、エネルギスペクトルにわたって積分されるエネルギフルエンスに比例するので、スペクトル特性を反映しない。

スペクトルＣＴスキャナは、上記の構成要素に加えて、検出される放射線のスペクトル特性を捕捉する１又はそれ以上の構成要素を含む。そのような構成要素の例は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）又は同様のもののような直接変換型半導体材料及び対応するプロセッシング回路を含む光子計数検出器である。そのような検出器によれば、夫々のピクセルは、自身が検出する夫々の光子について電気信号を生成し、電気信号は、その光子のエネルギを示す。増幅器は信号を増幅し、信号成形部は、増幅された信号を成形し、光子のエネルギを示す高さ又はピークを有する電気パルスを形成する。弁別器は、パルスの振幅を、Ｘ線管の平均放射レベルに対応する異なるエネルギレベルに従って設定される１又はそれ以上のエネルギ閾値と比較する。カウンタは、夫々の閾値について、振幅がその閾値を超える回数を数え、ビナーは、回数に基づき、検出された光子をエネルギ範囲にビニングする又は割り当てる。結果として得られるエネルギ分解された被検出放射線は、スペクトル及び／又は従来型の再構成アルゴリズムを用いて再構成され、スペクトル及び／又は従来の画像データ及び／又は画像を生成することができる。

ＣｄＴｅ又はＣＺＴに基づく光子計数検出器の挙動は、センサ及び検出器エレクトロニクスに依存して麻痺型（paralyzable）検出器モデル又は非麻痺型検出器モデルのいずれかを用いて、十分な精度でモデル化され得る。以下で、我々は、麻痺型検出器モデルによって記載され得る検出器システムにおける出力計数率の曖昧な測定からの入射率の再構成の問題について議論する。一般に、麻痺型検出器は、夫々の検出された光子が非ゼロ（例えば、１０乃至１００ナノ秒）の分解又は不感時間を有し、それにより、他の光子が不感時間に検出される場合に、検出器が個々の光子検出を分解することできず、結果として得られるパルスが個々のパルスの振幅及びそれらの到着の間の時間差に依存した振幅を有するものである。不感時間は、成形部によって生成されるパルスの幅の関数であり、麻痺型検出器の出力光子計数率は、毎時間の入射Ｘ線光子の数（入射光子計数率）及び不感時間の関数である。出力光子計数率は、式１において示されるように表され得る：

式１： ｍ＝ｒ・ｅ^−ｒ・τ

ここで、ｍは、出力光子計数率を表し、ｒは、入力光子計数率を表し、τは、不感時間を表す。この挙動の例は、図１において曲線１００により図式的に示されており、ｙ軸１０２は、平均出力光子計数率ｍを表し、ｘ軸１０４は、不感時間τの関数として入力光子計数率ｒを表す。図１において、曲線１００のピーク１０６は、ｒ_ＭＡＸ＝１／τに対応する入力光子計数率１１０で起こる最大出力光子計数率１０８に相当する。最大光子計数率１０８より小さい出力光子計数率（例えば、出力光子計数率１１２）については、ｒ_ＭＡＸよりも小さい入力光子計数率及びｒ_ＭＡＸよりも大きい入力光子計数率を含む２つの起こり得る入力光子計数率が存在する。

従来の画像データを生成するよう出力光子計数率１１２に対応するデータを正確に再構成するために、データに対応する正確な入力光子計数率１１４又は１１６が認知される必要がある。不正確な入力光子計数率によるデータの再構成は、アーティファクトを画像に導入する。これは、画像を、診断目的に適さないものにならしめることがある。一例として、図２は、従来の積分型検出器についてシミュレーションデータから再構成された画像を示し、図３は、正確な入力光子計数率が認知されている計数検出器についてシミュレーションデータから再構成された画像を示す。視覚的に図３の画像は、図２の画像と極めて類似しているが、わずかにより高いノイズレベルを有する点に留意されたい。対照的に、図４は、ｒが全ての場合でｒ_ＭＡＸよりも大きいとの仮定の下で計数検出器についてシミュレーションデータから再構成された画像を示し、図５は、ｒが全ての場合でｒ_ＭＡＸよりも小さいとの仮定の下で計数検出器についてシミュレーションデータから再構成された画像を示す。図４及び図５は、不正確な入力光子計数率による画像の再構成がアーティファクトを導入することを視覚的に示す。

本願で記載される態様は、上記の問題及び他に対処する。

一態様において、撮像システムは、検査領域を横断する多色放射線を発する放射線源と、麻痺型光子計数検出器ピクセルを含み、前記検査領域において前記放射線源に対向する検出器アレイとを有し、前記麻痺型光子計数検出器ピクセルは、前記検査領域を横断して自身を照射する前記放射線の光子を検出し、該検出された光子の夫々を示す信号を生成する。出力光子計数率対入力光子計数率マップは、前記麻痺型光子計数検出器ピクセルの複数の入力光子計数率を前記麻痺型光子計数検出器ピクセルの単一の出力光子計数率へマッピングする少なくとも１つのマップを含み、入力光子計数率決定部は、前記マップの前記複数の入力光子計数率のうちの１つの入力光子計数率を前記麻痺型光子計数検出器ピクセルのための正確な入力光子計数率と認定する。再構成部は、前記認定された入力光子計数率に基づき前記信号を再構成する。

他の態様において、方法は、入力光子計数率で光子を受けている麻痺型光子計数検出器ピクセルの出力信号を受信するステップを有する。当該方法は、検出器ピクセルの出力光子計数率を決定するステップを更に有する。当該方法は、前記出力光子計数率についての複数の候補となる入力光子計数率から、前記出力光子計数率及び前記検出器ピクセルに対応する入力光子計数率として入力光子計数率を認定するステップを更に有する。当該方法は、前記認定された入力光子計数率に基づき前記出力信号を再構成するステップを更に有する。

本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配置において、且つ、様々なステップ及びステップの配置において、具体化してよい。図面は、好ましい実施形態を説明するためだけであり、本発明を制限するものとして解釈されるべきでない。

入力光子計数率及びパルス成形不感時間の関数として麻痺型光子計数検出器の出力光子計数率の挙動の例を図式的に表す。 従来型の検出器からシミュレーションデータに基づき生成された画像を表す。 正確な入力光子計数率を用いて麻痺型光子計数検出器からシミュレーションデータに基づき生成された従来画像を表す。 正確な入力光子計数率がｒ_ＭＡＸよりも大きい場合に、ｒ_ＭＡＸよりも小さい入力光子計数率を用いて麻痺型光子計数検出器からシミュレーションデータに基づき生成された従来画像を表す。 正確な入力光子計数率がｒ_ＭＡＸよりも小さい場合に、ｒ_ＭＡＸよりも大きい入力光子計数率を用いて麻痺型光子計数検出器からシミュレーションデータに基づき生成された従来画像を表す。 入力光子計数率決定部に関連して、光子計数検出器を備えるＣＴ撮像システムの例を概略的に表す。 正確な入力光子計数率を決定するようＴｏＴ（Time over Threshold）値を用いる図６の入力光子計数率決定部の例を概略的に表す。 より低い入力光子計数率について、積分期間についての検出器ピクセルの測定された出力光子計数率の例を図式的に表す。 相対的により高い入力光子計数率について、積分期間についての検出器ピクセルの、図８の同じ値を有する測定された出力光子計数率の例を図式的に表す。 入力光子計数率の関数としてパルスが所与の閾値を上回る時間の量を図式的に表す。 正確な入力光子計数率を決定するようパルスパイルアップ計数を使用する図６の入力光子計数率決定部の例を概略的に表す。 正確な入力光子計数率を決定するよう少なくとも２つの異なるサイズの検出器ピクセルからの情報を使用する図６の入力光子計数率決定部の例を概略的に表す。 正確な入力光子計数率を決定するための情報を生成するよう少なくとも２つ異なる成形時間を使用する図６の入力光子計数率決定部の例を概略的に表す。 正確な入力光子計数率を決定するための情報を生成するよう少なくとも２つの異なるフラックス速度を使用することで生成される情報を使用する図６の入力光子計数率決定部の例を概略的に表す。 図１に関連して入力光子計数率の関数としてビンにおけるカウントの例を図式的に表す。 方法の例を表す。

下記は、従来型（非スペクトル）撮像システムにより生成される画像の画像品質と同じようである画像品質を画像が有する麻痺型光子計数検出器を備えたスペクトル撮像システムによる従来画像を生成するアプローチについて記載する。

最初に、図６を参照すると、例となるスペクトルＣＴスキャナ６００が表されている。ＣＴスキャナ６００は、大体において固定されたガントリ６０２と、固定ガントリ６０２によって回転自在に支持され、ｚ軸に関して検査領域６０６の周囲を回転する回転ガントリ６０４とを有する。Ｘ線管のような放射線源６０８は、回転ガントリ６０４によって回転自在に支持され、回転ガントリ６０４と共に回転し、検査領域６０６を横断する多色放射線を発する。

放射線感受性検出器アレイ６１０は、検査領域６０６越しに放射線源６０８に相対して角度円弧を定める。放射線感受性検出器アレイ６１０は、検査領域６０６を横断する放射線を検出し、それを示す信号を夫々の検出された光子について生成する。表されている実施形態では、放射線感受性検出器アレイ６１０は、ＣｄＴｅ、ＣＺＴ、及び／又は他の麻痺型直接変換材のような直接変換材を含む光子計数検出器ピクセル６１１の一次元又は二次元のアレイを備えた光子計数検出器アレイである。

夫々の検出器ピクセル６１１について、任意の増幅器６１２は信号を増幅する。成形部６１４は、増幅された信号を処理し、検出された光子のエネルギを示す電圧又は他のパルスのようなパルスを生成する。弁別器６１６は、パルスをエネルギ弁別する。表されている例では、エネルギ弁別器６１６は、パルスの振幅を、関心のある異なるエネルギに対応する異なるエネルギ閾値と比較する１又はそれ以上のコンパレータ６１８を有する。弁別器６１６は、夫々の閾値について、振幅がその閾値を超えるかどうかを示す出力（例えば、ハイ又はロー、０又は１、等）を生成する。

カウンタ６２０は、弁別器６１６の出力に基づき夫々の閾値についてカウント値をインクリメントする。例えば、特定の閾値についてのコンパレータ６１８の出力が、パルスの振幅が対応する閾値を超えることを示す場合に、その閾値についてのカウント値はインクリメントされる。ビナー６２２は、信号をエネルギビニングし、従って、光子は、カウントに基づき２又はそれ以上のエネルギビンに割り当てられる。一般に、エネルギビンは、エネルギ範囲又は窓を包囲する。例えば、ビンは、２つの閾値の間でエネルギ範囲について定義されてよく、高い方の閾値についてではなく低い方の閾値についてのカウントをもたらす光子がそのビンに割り当てられる。

入力光子計数率決定部６２４は、複数の候補となる入力光子計数率の中から、ｒ＜ｒ_ＭＡＸ（図１）に対応する第１のサブマップ６２６_１と、ｒ＞ｒ_ＭＡＸ（図１）に対応する第２のサブマップ６２６_２とを含む少なくとも１つの出力光子計数率対入力光子計数率マップ６２６からの各積分期間につき、正確な入力光子計数率を決定する。マップ６２６は、既知の減衰特性の組織等価材の様々な厚さを用いる一連の較正スキャン及び／又は異なる既知のフラックスを用いるエアスキャンに基づき生成され得る。

以下でより詳細に記載されるように、入力光子計数率決定部６２４は、積分期間の間に閾値を超える光子の検出に応答して生成される時間量パルス、積分期間における検出されたパルスパイルアップの数、異なる既知の放射線感受性面積を有する異なる検出器についての入力光子計数率の比、異なる放射線源放射フラックスについての入力光子計数率の比、サイノグラムに基づく推定、エネルギビンのカウント値の分布、及び／又は他を含むがそれらに限られない１又はそれ以上のアプローチに基づき、正確な入力光子計数率を決定する。

再構成部６２８は、入力光子計数率決定部６２４によって決定された入力光子計数率に基づきデータを構成し、１又はそれ以上の従来画像を生成するよう処理され得る体積画像を生成する。ここで論じられるように、複数の候補となる入力光子計数率のうちの正確な１つを用いてデータを再構成することは、不正確な入力光子計数率に基づきデータを再構成することによって導入されるアーティファクトを軽減し、従来型のＣＴスキャナにより生成される画像の画像品質に相当する画像品質を有する画像の生成を助ける。

カウチのような被検者支持体６３０は、検査領域において対象又は被験者を支持する。汎用のコンピュータシステム又はコンピュータは、オペレータコンソール６３２として機能する。コンソール６３２は、モニタのような人が読める出力装置と、キーボード、マウス、等のような入力装置とを有する。コンソール６３２にあるソフトウェアは、オペレータがグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を介して又は別なふうにスキャナ６００と相互作用し及び／又はそれを操作することを可能にする。

図７は、検出器ピクセル６１１の１つについて入力光子計数率決定部６２４の限定されない例を表す。

成形部７００は、検出器ピクセル６１１から出力信号を受信し、夫々の検出された光子について、その検出された光子のエネルギを示すピーク高さを有する電圧又は他のパルスのようなパルスを生成する。コンパレータ７０２は、パルスの振幅を光子検出識別閾値（ＴＨ_ＰＤＩ）７０４と比較し、振幅が閾値を超えるかどうかを示す出力（例えば、ハイ又はロー、０又は１、等）を生成する。一例において、閾値７０４の値は、検出器ピクセル６１１のノイズレベルであるか、又はまさにそれを上回る。これは、検出された光子とノイズとの間の弁別を容易にする。

カウンタ７０６は、コンパレータ７０２の出力が、出力が閾値７０４を下回ることを示すことから、出力が閾値７０４を超えたことを示すことへ遷移する度に、カウント値をインクリメントする。ここで論じられるように、そのような遷移は、個別の光子検出又は複数のパイルアップ（重複）光子を示してよい。カウンタ７０６は、例えば、積分期間（ＩＰ）トリガ信号を受信すると、夫々の積分期間をリセットし、対応する積分期間についての出力光子計数率の指標であるカウント値を出力する。積分期間の時間は測定可能であり、あるいは、所定の静的な値が使用され得る。

つかの間図８及び図９を参照すると、パルスパイルアップに起因して、同じ被測定出力光子計数率をもたらす２つの異なる入力光子計数率の例が、示されている。図８で、所定の時間期間（例えば、積分期間）内の６つの光子の低めの入力光子計数率は、個々に分解され得ないように重なり合う被検出光子のうちの２つについてのパルスにより、５つの光子の出力光子計数率をもたらす。図９において、同じ時間期間内の１５個の光子の高めの入力光子計数率は、個々に分解され得ない重なり合うパルスにより、同じ時間期間の５つの光子の出力光子計数率をもたらす。結果として、マップ６２６の複数の候補となる入力光子計数率のうちの正確な入力光子計数率は、測定される出力光子計数率から決定され得ない。

図７に戻ると、タイマ７０８は、閾値７０４が超えられることをコンパレータ７０２の出力の振幅が示す時間の量を計時する。すなわち、タイマ７０８は、コンパレータ７０２の出力が閾値７０４以上になることに応答してアクティブにされ、出力が閾値７０４を下回るまで持続する。タイマ７０８は、例えば、ＩＰトリガ信号を受信すると、夫々の続く積分期間をリセットし、ＴｏＴ（Time over Threshold）値を出力する。つかの間図１０を参照すると、ＴｏＴ曲線１０００が、入力光子計数率の関数として図式的に表されており、ｙ軸１００２は、１つの積分期間内のＴｏＴ値を表し、ｘ軸１００４は、入力光子計数率を表す。図示されるように、ＴｏＴは、一度でもｒ_ＭＡＸが到達されて超えられると、被測定出力光子計数率（図１）とは異なり、単調増加する。

図７に戻ると、ロジック７１０は、ＴｏＴ値を受け取り、それをＴｏＴレベル（ＴＨ_ＴＯＴＬ）７１２と比較し、ＴｏＴ値が閾値７１２を下回ることに応答して正確なサブマップとしてサブマップ６２６_１を、又はＴｏＴ値が閾値７１２を満たすか若しくは超えることに応答して正確なサブマップとしてサブマップ６２６_２を認定する。ロジック７１０は、サイノグラムに対応する二次元マトリクスをポピュレートする。それは、サイノグラムにおける各データ点について正確なサブマップを示す。

この実施形態では、ロジック７１０は、再構成のための入力光子計数率を取得するためにマトリクス、被測定出力光子計数率、及びマップ６２６を利用する。他の実施形態では、再構成部６２８、コンソール６３２、及び／又は他の構成要素は、再構成のための入力光子計数率を取得するためにマトリクス、被測定出力光子計数率、及びマップ６２６を利用する。そのような実施形態では、カウンタ７０６は、入力光子計数率決定部６２４から省略され得る。簡潔さ及び明りょうさのために、カウンタ７０６は、下記の実施形態では図示されず、それと共に含まれ得る。含まれる場合に、ロジックは、下記の実施形態で、入力光子計数率を決定するよう図７に関して論じられたように、及び／又は別なふうに、その出力を用いることができる。

図１１は、入力光子計数率決定部６２４の他の限定されない例を表す。この例では、成形部１１００及びコンパレータ１１０２は、実質的に、図７の成形部７００及びコンパレータ７０２と同じように動作する。しかしながら、この例では、コンパレータ１１０２は、成形部１１００の出力振幅を、放射線源の放射電圧よりも大きい値を有するパルスパイルアップ識別閾値（ＴＨ_ＰＰＩ）１１０４と比較する。そのようなものとして、成形部１１００の出力の振幅は、個々のパルスが重なり合って、ＴＨ_ＰＰＩを越える振幅を生成するように結合するパルスパイルアップ事象が存在する場合にのみ、ＴＨ_ＰＰＩを超えるであろう。カウンタ１１０６は、パルスパイルアップ事象を数え、ロジック１１０８は、カウント値をパルスパイルアップ閾値（ＴＨ_ＰＰＬ）１１１０と比較する。ロジック１１０８は、実質的に、図７のロジック７１０と同じように動作し、少なくとも、比較に基づき正確なサブマップを特定する。

図１２は、異なるサイズの放射線感受性面積を有する少なくとも２つの検出器ピクセル１２０２及び１２０４に関連して、入力光子計数率決定部６２４の限定されない例を概略的に表す。この例では、第１のプロセッシングチェーン１２０６は、検出器ピクセル１２０２に対応するデータを処理し、第２のプロセッシングチェーン１２０８は、検出器ピクセル１２０４に対応するデータを処理する。プロセッシングチェーン１２０６及び１２０８は夫々、成形部１２１０及び１２１２と、コンパレータ１２１４及び１２１６と、カウンタ１２１８及び１２２０とを有する。これらは、実質的に、図７の成形部７００、コンパレータ７０２、及びカウンタ７０６と同じように動作する。コンパレータ１２１４及び１２１６は、図７若しくは図１１の閾値と同じ閾値（ＴＨ）、又は異なる閾値を用いることができる。

この例では、検出器ピクセル１２０２は、検出器ピクセル１２０４の放射線感受性面積のサイズのｘ倍である放射線感受性面積を有する（ただし、ｘは、ゼロよりも大きい実数である。）。両方の検出器ピクセル１２０２及び１２０４は、平方メートル（ｍｍ^２）ごとに同じ入力光子計数率（ＩＰＣＲ）によって照射されるが、それらの異なるサイズの放射線感受性面積に起因して、それらは異なるＩＰＣＲを経験するであろう。すなわち、より小さい面積の検出器ピクセル１２０４はＩＰＣＲ_ｓを経験し、より大きい面積の検出器ピクセル１２０２はＩＰＣＲ_ｂ＝ｘ・ＩＰＣＲ_ｓを経験する。そのようなものとして、カウンタ１２１８及び１２２０によって測定される２つの異なる出力光子計数率（ＯＰＣＲ）、すなわち、ｍ_ｂ及びｍ_ｓが存在する。ＩＰＣＲ_ｓは、式２において示されるように表され得る：

式２： ＩＰＣＲ_ｓ＝ｌｎ（ｍｓ／ｘｍｂ）／（１−ｘ）τ

そして、ＩＰＣＲ_ｂは、式３において示されるように表され得る：

式３： ＩＰＣＲ_ｂ＝ｘ・ＩＰＣＲ_ｓ。

この例では、出力光子計数率対入力光子計数率マップ６２６は、異なるサイズの検出器ピクセル１２０２及び１２０４について別個のマップを含むことができ、あるいは、別個のマップ６２６が、異なるサイズの検出器ピクセル１２０２及び１２０４について作成され得る。ロジック１２２２は、式３を満足する入力光子計数率を選択することによって、測定ｍ_ｂ及びｍ_ｓと、検出器ピクセル１２０２及び１２０４の出力光子計数率対入力光子計数率マップ６２６とから、正確な入力光子計数率を決定する。より小さい面積の検出器ピクセル１２０４が常に、ｒ_ＭＡＸを下回る入来率を検出する場合に、明確な解が入力光子計数率について存在する。

図１３は、入力光子計数率決定部６２４の他の限定されない例を概略的に表す。この例では、成形部１３００、コンパレータ１３０２、及びカウンタ１３０４は、図７の成形部７００、コンパレータ７０２、及びカウンタ７０６と実質的に同じように動作する。しかしながら、この例では、入力光子計数率決定部６２４は、夫々の積分期間に少なくとも２つの異なる成形時間の間で成形部１３００の成形時間を切り替える成形部コントローラ１３０６を更に有する。限定されない例として、一例において、成形部コントローラ１３０６は、τ_１とτ_２との間で成形時間を切り替える。結果として、τ_１及びτ_２の夫々について１つずつである夫々の検出器ピクセルについての２つの異なるｒ_ＭＡＸ及び２つの曲線１００（図１）が存在する。加えて、２つの異なる出力光子計数率（例えば、ｍ_１及びｍ_２）が存在する。ロジック１３０８は、式４において示されるように、τ_１、τ_２、ｍ_１及びｍ_２に基づき入力光子計数を決定する：

式４： ＩＰＣＲ＝ｌｎ（ｍ_２／ｍ_１）／（τ_１−τ_２）

ここで、ｍ_ｉ＝ＩＰＣＲｅｘｐ（−ＩＰＣＲτ_ｉ）及びｉ＝１，２である。一例において、τ_１又はτ_２の値は、ｒ_ＭＡＸが入力光子計数率よりも大きいようなものであり、これは、入力光子計数率について明確な解を可能にする。代替の実施形態では、第２のカウンタは、エネルギ弁別及び短い方のτによらずに実施され得る。

上記の変形例で、成形部１３００は、複数のサブ成形部を有し、サブ成形部の少なくとも２つは、異なる静的な又は切り替え可能な成形時間を有する。一例において、複数のサブ成形部のうちの少なくとも２つは、コンパレータ１３０２及び／又はカウンタ１３０４を共有する。他の例では、コンパレータ１３０２及び／又はカウンタ１３０４は夫々、２又はそれ以上のサブコンパレータ及び／又はサブカウンタを有し、複数のサブ成形部のうちの少なくとも２つの出力は、異なるサブコンパレータ及び／又はカウンタによって処理される。更なる他の変形では、入力光子計数率決定部６２４は、２又はそれ以上のデータパイプライン又はチェーンを含み、夫々が異なる成形部１３００、異なるコンパレータ１３０２及び／又は異なるカウンタ１３０４を有する。

図１４は、入力光子計数率決定部６２４の他の限定されない例を概略的に表す。この例では、成形部１４００、コンパレータ１４０２、及びカウンタ１４０４は、図７の成形部７００、コンパレータ７０２、及びカウンタ７０６と実質的に同じように動作する。この例では、撮像システム６００は、スキャニングの間に少なくとも２つの異なるレベルの間で放射線源６０８のＸ線フラックスを切り替えるよう構成される源コントローラ１４０６を更に有する。一般に、入来率の低下は、長い時間期間において高いフラックスにある信号と比較して、率ｒがｒ_ＭＡＸをはるかに下回る場合は出力計数率ｍの低下をもたらし、ｒがｒ_ＭＡＸをはるかに上回る場合は出力計数率ｍの増大をもたらす。図１２に関連して上述された異なる面積を有する２つのピクセルを用いることと同様に、少なくとも２つの異なるフラックスの夫々は、対応する異なる出力光子計数率（例えば、ｍ_ｈ及びｍ_ｌ）を有し、ロジック１４０８は、式５及び式６において示されるようにｍ_ｌ及びｍ_ｓに基づき入力光子計数率を決定することができる：

式５： ＩＰＣＲ_ｌ＝ｌｎ（ｍ_ｓ／ｘｍ_ｌ）／（１−ｘ）τ

式６： ＩＰＣＲ_ｓ＝ｘ・ＩＰＣＲ_ｌ

ここで、ｘは、２つの異なるフラックス速度の比を表す。

他の例では、エネルギビンにおける光子のカウント数の分布が、入来率ｒの指標として使用され得るパルスアップの量を推定するために使用される。これは、図１５に関連して記載される。図１５は、図１に加えて、ビンを定義する２つの異なるカウンタの間の差に対応するビン内のカウントを表す第２の曲線１５００を含む。曲線１５００は、曲線１５００がパルスパイルアップの増大により低下し始める点まで、ＩＰＣＲの増大と共に増大する点に留意されたい。そのようなものとして、１又はそれ以上のエネルギビンのカウント値は、モニタされ、夫々の積分期間内で夫々の検出器ピクセルについての正確な入力光子計数率を決定するのを助けるために使用され得る。

他の例では、あらゆる検出器ピクセルのための決定は、サイノグラムを見て、予備的知識を用いることによって、行われる。例えば、一例において、高フラックス条件は、サイノグラムの周囲にあると推定されてよく、低フラックス条件は、サイノグラムの中心領域にあると推定されてよい。

他の実施形態では、ここで論じられているアプローチ及び／又は１以上の他のアプローチの組み合わせが、夫々の積分期間内で夫々の検出器ピクセルについての入力光子計数率を決定するのを助けるために使用され得る。

図１６は、ここで記載される実施形態に従う方法の例を表す。

当然ながら、ここで記載される方法における動作の順序は制限されない。そのようなものとして、他の順序がここでは考えられている。加えて、１以上の動作は省略されてよく、及び／又は、１以上の追加の動作が含まれてよい。

１６０２で、対象及び／又は被検者は、直接変換材に基づく光子計数検出器を含む撮像システムによりスキャンされ、スキャンされた対象及び／又は被検者を示す投影データが生成される。

１６０４で、１以上の出力光子計数率対入力光子計数率マップが取得され、マップは、夫々の出力光子計数率について少なくとも２つの入力光子計数率を含む。

１６０６で、少なくとも２つの入力光子計数率のうちの１つは、ここで記載される実施形態の１又はそれ以上を用いて、夫々の積分期間に、夫々の検出器ピクセルについての正確な入力光子計数率として認定される。

１６０８で、投影データは、認定された入力光子計数率に基づき再構成される。

本発明は、好ましい実施形態を参照して記載されてきた。変更及び代替は、上記の詳細な説明を読んで理解することで当業者に想到可能である。本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等の適用範囲内にある限り全てのそのような全ての変更及び代替を含むと解釈されることが意図される。

Claims (23)

1. 検査領域を横断する多色放射線を発する放射線源と、
   前記検査領域を横断して麻痺型光子計数検出器ピクセルを照射する前記放射線の光子を検出し、該検出された光子の夫々を示す信号を生成する前記麻痺型光子計数検出器ピクセルを含み、前記検査領域において前記放射線源に対向する検出器アレイと、
   前記麻痺型光子計数検出器ピクセルの複数の入力光子計数率を前記麻痺型光子計数検出器ピクセルの単一の出力光子計数率へマッピングする少なくとも１つのマップを含む出力光子計数率対入力光子計数率マップと、
   前記マップの前記複数の入力光子計数率のうちの１つの入力光子計数率を前記麻痺型光子計数検出器ピクセルのための正確な入力光子計数率と認定する入力光子計数率決定部と、
   前記認定された入力光子計数率に基づき前記信号を再構成する再構成部と
   を有する撮像システム。
2. 前記入力光子計数率決定部は、
   前記信号を受信し、前記検出された光子についてパルスを生成し、夫々のパルスが、対応する検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有する、成形部と、
   前記成形部の出力の振幅をパルス識別閾値と比較し、前記振幅が前記パルス識別閾値を下回るのか、それとも超えるのかを示す値を出力するコンパレータと、
   前記コンパレータの出力に基づき、夫々の積分期間について、前記パルスが前記パルス識別閾値を超える時間の量を決定するタイマと、
   積分期間ごとの前記決定された時間の量を入力光子ＴｏＴレベルと比較し、該比較に基づき、前記決定された時間の量が前記入力光子ＴｏＴレベルを下回るか、それとも上回るかを示すデータを生成するロジックと
   を有する、請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記マップは、前記複数の入力光子計数率の第１を含む１つと、前記複数の入力光子計数率の第２を含む１つとである少なくとも２つのサブマップを含む、
   請求項２に記載の撮像システム。
4. 前記ロジックは、夫々の測定された出力計数率について認定サブマップを示す夫々の測定された出力計数率についてのエントリを有する第１の二次元マトリクスを生成する、
   請求項３に記載の撮像システム。
5. 前記入力光子計数率決定部は、
   夫々の積分期間について前記パルスが前記パルス識別閾値を超えることを前記コンパレータの出力が示す回数を数え、それに基づき出力光子計数率を生成するカウンタ
   を更に有し、
   前記ロジックは、前記決定された時間の量が前記ＴｏＴレベルを下回るか、それとも上回るかを示す前記データと、前記出力光子計数率とに基づき、前記１つの入力光子計数率を認定する、
   請求項２乃至４のうちいずれか一項に記載の撮像システム。
6. 前記ロジックは、夫々の測定された出力計数率について前記認定された入力光子計数率を示す夫々の測定された出力計数率についてのエントリを有する第１の二次元マトリクスを生成する、
   請求項５に記載の撮像システム。
7. 前記入力光子計数率決定部は、
   前記信号を受信し、前記検出された光子についてパルスを生成し、夫々のパルスが、対応する検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有する、成形部と、
   前記成形部の出力の振幅を、前記放射線源の最大放射エネルギよりも高いエネルギに対応する値を有するパルスパイルアップ閾値と比較し、前記振幅が前記パルスパイルアップ閾値を下回るのか、それとも超えるのかを示す値を出力するコンパレータと、
   夫々の積分期間内で前記振幅が前記パルスパイルアップ閾値を超えることを前記コンパレータの出力が示す回数を数え、それを示すパイルアップ計数値を出力するカウンタと、
   前記パイルアップ計数値をパルスパイルアップレベル閾値と比較し、該比較に基づき、前記パイルアップ計数値が前記パルスパイルアップレベル閾値を下回るか、それとも上回るかを示すデータを生成するロジックと
   を有し、
   前記データは、前記複数の入力光子計数率の中から前記１つの入力光子計数率を認定する、
   請求項１に記載の撮像システム。
8. 前記入力光子計数率決定部は、
   第１のプロセッシングチェーンと、
   第２のプロセッシングチェーンと、
   ロジックと
   を有し、
   前記第１のプロセッシングチェーンは、
   第１の検出器ピクセルが第１の複数の被検出光子を検出することに応答して前記第１の検出器ピクセルによって生成される第１の信号を受信し、積分期間の間の前記第１の複数の被検出光子のエネルギを示す第１のパルスを出力する第１の成形部と、
   前記第１のパルスの振幅をパルス検出閾値と比較し、前記第１のパルスの振幅が前記パルス検出閾値を超えるかどうかを示す第１のパルス検出信号を出力する第１のコンパレータと、
   前記第１のパルスの振幅が前記パルス検出閾値を超えることを前記第１のコンパレータの出力が示す回数を数え、第１の出力光子計数率を出力する第１のカウンタと
   を有し、
   前記第２のプロセッシングチェーンは、
   前記第１の検出器ピクセルよりも小さい放射線感受性検出面積を有する第２の検出器ピクセルが第２の複数の被検出光子を検出することに応答して前記第２の検出器ピクセルによって生成される第２の信号を受信し、前記積分期間の間の前記第２の複数の被検出光子のエネルギを示す第２のパルスを出力する第２の成形部と、
   前記第２のパルスの振幅を前記パルス検出閾値と比較し、前記第２のパルスの振幅が前記パルス検出閾値を超えるかどうかを示す第２のパルス検出信号を出力する第２のコンパレータと、
   前記第２のパルスの振幅が前記パルス検出閾値を超えることを前記第２のコンパレータの出力が示す回数を数え、第２の出力光子計数率を出力する第２のカウンタと
   を有し、
   前記ロジックは、前記第１の出力光子計数率及び前記第２の出力光子計数率に基づき前記入力光子計数率を認定する、
   請求項１に記載の撮像システム。
9. 前記第１の検出器ピクセル及び前記第２の検出器ピクセルは、同じ検出器ピクセルである、
   請求項８に記載の撮像システム。
10. 前記第１の検出器ピクセル及び前記第２の検出器ピクセルは、異なる検出器ピクセルである、
    請求項８に記載の撮像システム。
11. 前記ロジックは更に、前記第２の検出器ピクセルの放射線感受性検出面積のサイズに対する前記第１の検出器ピクセルの放射線感受性検出面積のサイズの比に基づき、前記正確な入力光子計数率を決定する、
    請求項８に記載の撮像システム。
12. 前記入力光子計数率決定部は、
    検出された光子ごとの前記信号を受信し、積分期間の間に複数の検出された光子について前記検出された光子のエネルギを示すパルスを生成する成形部と、
    ２つの連続的な積分期間の合間に、少なくとも２つの異なる成形時間の間で前記成形部の成形時間を切り替える成形部コントローラと、
    前記成形部の出力の振幅を閾値と比較し、前記振幅が前記閾値を超えるかどうかを示す信号を出力するコンパレータと、
    前記振幅が前記閾値を超えることを前記コンパレータの出力が示す回数を数え、前記少なくとも２つの異なる成形時間のうちの第１の成形時間についての第１の出力光子計数率と、前記少なくとも２つの異なる成形時間のうちの第２の成形時間について第２の出力光子計数率とを出力するカウンタと、
    前記第１の成形時間、前記第２の成形時間、前記第１の出力光子計数率、及び前記第２の出力光子計数率に基づき前記入力光子計数率を認定するロジックと
    を有する、請求項１に記載の撮像システム。
13. 前記入力光子計数率決定部は、
    検出された光子ごとの前記信号を受信し、積分期間の間に複数の検出された光子について前記検出された光子のエネルギを示す第１のパルスを生成する、第１の成形時間を有する第１の成形部と、
    検出された光子ごとの前記信号を受信し、前記積分期間の間に複数の検出された光子について前記検出された光子のエネルギを示す第２のパルスを生成する、前記第１の成形時間とは異なる第２の成形時間を有する第２の成形部と、
    前記第１の成形部の出力の振幅を第１の閾値と比較し且つ前記第２の成形部の出力の振幅を第２の閾値と比較し、前記第１のパルスの振幅が前記第１の閾値を超えるかどうかを示す第１のデータと、前記第２のパルスの振幅が前記第２の閾値を超えるかどうかを示す第２のデータとを夫々出力する１又はそれ以上のコンパレータと、
    前記第１のパルスの振幅が前記第１の閾値を超えることを前記１又はそれ以上のコンパレータが示す回数を数え、前記第１の成形時間に第１の出力光子計数率を出力し、且つ、前記第２のパルスの振幅が前記第２の閾値を超えることを前記１又はそれ以上のコンパレータが示す回数を数え、前記第２の成形時間に第２の出力光子計数率を出力する１又はそれ以上のカウンタと、
    前記第１の成形時間、前記第２の成形時間、前記第１の出力光子計数率、及び前記第２の出力光子計数率に基づき前記入力光子計数率を認定するロジックと
    を有する、請求項１に記載の撮像システム。
14. ２つの連続的な積分期間の合間に、少なくとも２つの異なるＸ線フラックスの間で前記放射線源のフラックスを切り替え、前記検出器アレイが、前記少なくとも２つの異なるＸ線フラックスのうちの第１のフラックスについて光子を検出し、且つ、前記少なくとも２つの異なるＸ線フラックスのうちの第２のフラックスについて光子を検出するようにする放射線源コントローラと、
    前記検出器アレイの出力を受信し、前記第１のフラックスに対応する光子及び前記第２のフラックスに対応する光子について前記検出された光子のエネルギを示すパルスを生成する成形部と、
    前記成形部の出力の振幅を閾値と比較し、前記振幅が前記閾値を超えるかどうかを示す信号を出力するコンパレータと、
    前記振幅が前記閾値を超えることを前記コンパレータの出力が示す回数を数え、前記第１のフラックスについての第１の出力光子計数率と、前記第２のフラックスについての第２の出力光子計数率とを出力するカウンタと、
    前記第１の出力光子計数率、前記第２の出力光子計数率、及び前記第２のフラックスに対する前記第１のフラックスの比に基づき前記入力光子計数率を認定するロジックと
    を有する、請求項１に記載の撮像システム。
15. 入力光子計数率で光子を受けている麻痺型光子計数検出器ピクセルの出力信号を受信するステップと、
    成形部を介して前記出力信号を成形し、成形部出力信号を生成するステップと、
    前記成形部出力信号に基づき前記検出器ピクセルの出力光子計数率を決定するステップと、
    前記出力光子計数率についての複数の候補となる入力光子計数率から、前記出力光子計数率及び前記検出器ピクセルに対応する入力光子計数率として入力光子計数率を認定するステップと、
    前記認定された入力光子計数率に基づき前記出力信号を再構成するステップと
    を有する方法。
16. 前記成形部出力信号の振幅がパルス識別閾値を上回る時間の量を決定するステップを更に有し、
    前記入力光子計数率を認定するステップは、積分期間に前記成形部出力信号の振幅が前記パルス識別閾値を上回る前記時間の量に基づき前記入力光子計数率を認定することを含む、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記入力光子計数率を認定するステップは、積分期間に前記成形部出力信号の振幅がパルス識別閾値を上回る時間の量を入力光子計数率レベル閾値と比較することを含み、
    前記出力光子計数率に基づき２又はそれ以上の入力光子計数率を認定するステップと、
    前記成形部出力信号の振幅が前記入力光子計数率レベル閾値を上回る時間の量に応答して、前記２又はそれ以上の入力光子計数率のうちの第１として前記入力光子計数率を認定するステップと、
    前記成形部出力信号の振幅が前記入力光子計数率レベル閾値を下回る時間の量に応答して、前記２又はそれ以上の入力光子計数率のうちの第２として前記入力光子計数率を認定するステップと
    を更に有する、請求項１５に記載の方法。
18. 積分期間に、第１の検出器ピクセルに対応する第１の出力光子計数率を決定するステップと、
    同じ前記積分期間に、前記第１の検出器ピクセルの放射線感受性面積よりも大きい放射線感受性面積を有する第２の検出器ピクセルに対応する第２の出力光子計数率を決定するステップと、
    前記第１の出力光子計数率、前記第２の出力光子計数率、及び前記第２の検出器ピクセルのより大きい放射線感受性面積のサイズに対する前記第１の検出器ピクセルの放射線感受性面積のサイズの比に基づき、前記入力光子計数率を決定するステップと
    を更に有する請求項１５に記載の方法。
19. 積分期間に、第１の成形時間についての第１の出力光子計数率を決定するステップと、
    同じ又は異なる積分期間に、前記第１の成形時間とは異なる第２の成形時間についての第２の出力光子計数率を決定するステップと、
    前記第１の出力光子計数率、前記第２の出力光子計数率、前記第１の成形時間及び前記第２の成形時間に基づき前記入力光子計数率を決定するステップと
    を更に有する請求項１５に記載の方法。
20. 第１の所定長さを有する積分期間に、第１の放射線源フラックスについての第１の出力光子計数率を決定するステップと、
    第２の所定長さを有する積分期間に、前記第１の放射線源フラックスとは異なる第２の放射線源フラックスについての第２の出力光子計数率を決定するステップと、
    前記第１の出力光子計数率及び前記第２の出力光子計数率に基づき前記入力光子計数率を決定するステップと
    を更に有する請求項１５に記載の方法。
21. 検出された光子を複数のエネルギビンにわたってビニングし、検出された光子の夫々が、当該検出された光子の対応するエネルギに基づきビニングされるステップと、
    少なくとも１つのエネルギビンにおける光子のカウント数の分布に基づき前記入力光子計数率を決定するステップと
    を更に有する請求項１５に記載の方法。
22. 前記分布は、既知の減衰特性の組織等価材の様々な厚さを用いた一連の較正スキャン、又は異なる既知のフラックス速度を用いたエアスキャン、の１又はそれ以上に基づき、決定される、
    請求項２１に記載の方法。
23. サイノグラムの周囲にあるデータ点を、より高い入力光子計数率に割り当て、且つ、前記サイノグラムの中心領域にあるデータ点を、より低い入力光子計数率に割り当てることによって、前記サイノグラムの各データ点について前記入力光子計数率を決定するステップ
    を更に有する請求項１５に記載の方法。

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