JP2018521762A - 高エネルギー分解能／高ｘ線フラックス光子計数検出器 - Google Patents

Abstract

撮像システム１００は、検出器モジュール１１４を含む。検出器モジュールは、複数の直接変換光子計数検出器ピクセル１２２からなるブロック３００と、複数の直接変換光子計数検出器ピクセルからなるブロックに接続され、高エネルギー分解能撮像モード及び高Ｘ線フラックス撮像モードの両方用のハードウェアを有する対応する電子部品１２４、６０４、６０６、１３２、１３４又は１２４、１２８、１３０、１３４、８０２とを含む。方法は、より高いエネルギー分解能モード及びより高いＸ線フラックスモードのうちの１つを含む、選択された撮像プロトコル用のスキャンモードを特定するステップと、より高いエネルギー分解能モード及びより高いＸ線フラックスモードの両方用に構成可能である検出器モジュールを、特定されたスキャンモードに基づいて構成させるステップと、選択された撮像プロトコルのスキャンモード用に構成された検出器モジュールを用いて、スキャンを行うステップと、スキャンからのスキャンデータを処理し、ボリュメトリック画像データを生成するステップとを含む。

Description

以下は、概して、光子計数検出器に関し、より具体的には、高エネルギー（スペクトル）分解能撮像検査及び高Ｘ線フラックス撮像検査の両方用の光子カウンタ検出器に関し、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）への具体的な応用を用いて説明されるが、以下は、他の撮像モダリティにも適している。

コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナは、固定ガントリに回転可能に取り付けられる回転ガントリを含む。回転ガントリは、Ｘ線管を担持する。検出器アレイが、検査領域を挟んでＸ線管の反対側に置かれる。回転ガントリ及びＸ線管は、長手軸、即ち、ｚ軸について検査領域の周りを回転する。Ｘ線管は、検査領域を横断し、検出器アレイを照射する多エネルギー電離放射線を放出する。検出器アレイは、放射線を検出し、それを示す信号を生成する検出器ピクセルの１又は２次元アレイを含む。各ピクセルは、対応する信号を更なる処理のために伝達するために使用される読み出しチャネルに関連付けられる。再構成器が、処理済み信号を再構成し、ボリュメトリック画像データが生成される。

スペクトルＣＴでは、検出器ピクセルは、直接変換光子計数検出器ピクセルを含む。一般に、直接変換光子計数検出器ピクセルは、カソードとアノードとの間に配置される直接変換材料を含み、電圧がカソードとアノードとの間に印加される。光子は、カソードを照射し、エネルギーを、直接変換材料内の電子に伝達し、当該材料は電子／正孔ペアを作成し、電子はアノードに向かってドリフトする。これに反応して、アノードは電気信号を生成する。パルス整形器が電気信号を処理し、検出された光子のエネルギーを示すピーク振幅を有するパルスを生成する。パルス弁別器が、パルスの振幅をエネルギー閾値と比較する。カウンタは、各閾値について、閾値を超えたパルスの数を計数する。エネルギービンナーが、カウントをエネルギー範囲でビン化し、これにより、光子がエネルギー分解される。再構成器は、ビン化信号を再構成し、エネルギー固有のボリュメトリック画像データが生成される。

直接変換光子計数検出器ピクセルは、通常、１チャネル当たり、最大１０００万カウント毎秒（１０Ｍｃｐｓ）の観察Ｘ線フラックスレートに対処することができる。Ｘ線光子に固有のポアソン特性により、現在の光子の処理が完了する前に次の光子が到着するのでオーバーラップするパルス（即ち、パルス累積）が生じる。累積の可能性は、衝突Ｘ線光子フラックスの平均ポアソンレートとともに増加する。パルスがオーバーラップすると、これらの振幅は組み合わさり、したがって、当該組み合わせから個々のパルスは識別できず、パルスのピークエネルギーは、オーバーラップするパルスの振幅寄与によってシフトされ、したがって、検出された光子のエネルギー分布に誤りがある可能性があり、これにより、画質が低減する。従来の非スペクトルＣＴでは、Ｘ線フラックスレートは、１チャネル当たり数百Ｍｃｐｓほどであり、したがって、直接変換光子計数検出器ピクセルは、従来の非スペクトルＣＴ応用にはあまり適していない。

直接変換光子計数検出器アレイのＸ線フラックスを減少させる方法は、検出器ピクセルの物理的なサイズを縮小することにあった。より小さいピクセルは、読み出し電子部品のレート要件を減少し、単位面積当たりのレート能力を増加させる（即ち、Ｍｃｐｓ／ｍｍ^２は、所与の電子部品性能及びより小さいピクセルについて幾何学的に増加する）。不都合なことに、ピクセルの物理的なサイズを縮小することは、隣接ピクセルとの電荷共有及びｋエスケープイベントによってエネルギー分解能を低下させる。文献によると、ある構成では、組立て時においてより小さいピクセルサイズが決定され、「仮想」のより大きいピクセルサイズが、飽和していないより小さいピクセルのパルス整形器の後の出力を組み合わせることによって動的に作成される。この構成は、ある場合にはどのピクセルが飽和しているかを決定し、飽和ピクセルからの信号を破棄し、真理値表及び／又はスイッチングネットワークを用いて非飽和ピクセルの出力を組み合わせる追加の調停回路を含む。不都合なことに、追加の調停回路は、空間を取り、回路の複雑性をもたらし、計数率能力を低下し、検出器の全体のコストを上げてしまう。

本明細書において説明される態様は、上記問題等に対処する。

一態様では、撮像システムは、検出器モジュールを含む。検出器モジュールは、複数の直接変換光子計数検出器ピクセルからなるブロックと、複数の直接変換光子計数検出器ピクセルからなるブロックに接続され、高エネルギー分解能撮像モード及び高Ｘ線フラックス撮像モードの両方用のハードウェアを有する対応する電子部品とを含む。

別の態様では、方法は、より高いエネルギー分解能モード及びより高いＸ線フラックスモードのうちの１つを含む、選択された撮像プロトコル用のスキャンモードを特定するステップと、より高いエネルギー分解能モード及びより高いＸ線フラックスモードの両方用に構成可能である検出器モジュールを、特定されたスキャンモードに基づいて構成させるステップと、選択された撮像プロトコルのスキャンモード用に構成された検出器モジュールを用いて、スキャンを行うステップと、スキャンからのスキャンデータを処理し、ボリュメトリック画像データを生成するステップとを含む。

別の態様では、より高いエネルギー分解能モード及びより高いＸ線フラックスモードの両方用に構成される検出器モジュールを使用してスキャンを開始するステップと、より高いエネルギー分解能モード用の第１のデータ、及び、より高いＸ線フラックスモード用の第２のデータを同時に生成するステップと、更なる処理のために、第１のデータ又は第２のデータの少なくとも１つを選択するステップと、第１のデータ又は第２のデータの選択された少なくとも１つを処理して、ボリュメトリック画像データを生成するステップとを含む。

本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの構成、また、様々なステップ及びステップの構成の形を取ってよい。図面は、好適な実施形態を例示することのみを目的とし、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。

図１は、直接変換光子計数検出器を有する例示的な撮像システムを概略的に示す。 図２は、直接変換光子計数検出器の例示的なサブポーションを概略的に示す。 図３は、本発明の一実施形態の直接変換光子計数検出器の例示的な電子部品を概略的に示す。 図４は、本発明の一実施形態の電子部品の例示的な電極を示す。 図５は、図４の直接変換光子計数検出器ピクセルパッドに関連する電極の一実施例を示す。 図６は、直接変換光子計数検出器の電子部品の別の実施例を概略的に示す。 図７は、図６の変形実施例を概略的に示す。 図８は、直接変換光子計数検出器の電子部品の別の実施例を概略的に示す。 図９は、本明細書において説明される一実施形態による例示的な方法を示す。 図１０は、本明細書において説明される一実施形態による別の例示的な方法を示す。

図１を最初に参照するに、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナといった撮像システム１００が概略的に示されている。撮像システム１００は、固定ガントリ１０２と、固定ガントリ１０２によって回転可能に担持される回転ガントリ１０４とを含む。回転ガントリ１０４は、長手軸、即ち、ｚ軸について、検査領域１０６の周りを回転する。カウチといった被験者支持体１０８が、物体又は被験者を検査領域１０６内で担持する。撮像システム１００は、Ｘ線管といった放射線源１１０を含む。放射線源１１０は、回転ガントリ１０４によって担持され、回転ガントリ１０４とともに、長手軸、即ち、ｚ軸１０８について、検査領域１０６の周りを回転する。放射線源１１０は、検査領域１０６とその中にいる被験者又は物体の一部とを横断する電離（Ｘ線）放射線を放出する。

撮像システム１００は、放射線源１１０に対して検査領域１０６の反対側のある角度に亘る円弧に対応する検出器アレイ１１２を含む。検出器アレイ１１２は、横断方向、即ち、ｘ方向に沿って配置される光子計数検出器モジュールの１又は２次元アレイ１１４を含む。この実施例では、モジュール１１４は、カソード層１１６と、アノード層１１８と、これらの間に配置される直接変換材料１２０とを含む。適切な直接変換材料には、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、シリコン（Ｓｉ）及び／又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）が含まれるが、これらに限定されない。アノード層１１８は、個別の検出器ピクセル１２２_Ｎ，１、１２２_Ｎ，２、１２２_Ｎ，３、…１２２_Ｎ，Ｍ（本明細書ではピクセル１２２と総称する）を含む。ただし、Ｎ及びＭは、正の整数である。ピクセルは、電子部品１２４（例えばＡＳＩＣ）と電気通信する。ピクセル１２２は、検査領域１０６を横断する放射線を検出し、そのエネルギーを示す電気信号を生成する。

図２を簡単に参照するに、アノード層１１８のサブポーション２０４が示され、サブポーション２０４は、対応するピクセルアノード電極２０２_１，１、２０２_１，２、２０２_２，１及び２０２_２，２を有する４つの光子計数ピクセル１２２_１，１、１２２_１，２、１２２_２，１及び１２２_２，２を含む。この実施例では、光子計数ピクセル電極２０２_１，１、２０２_１，２、２０２_２，１及び２０２_２，２は、円形で等方性である。変形実施例では、光子計数ピクセル１２２_１，１、１２２_１，２、１２２_２，１及び１２２_２，２又は電極２０２_１，１、２０２_１，２、２０２_２，１及び２０２_２，２は、別の形状（例えば四角形、長方形、六角形、不規則な形状等）であり、及び／又は、等方性ではない。図示される実施例では、ピッチ２０６（例えば隣接する検出器ピクセル１２２間の中心間の距離）は、１７５μｍ、２５０μｍ、３２５μｍ等といった約１５０乃至３５０ミクロン（μｍ）である。本明細書では、他のピッチも考えられる。隣接する検出器ピクセル１２２間の間隔２０８は、０．１０、２５．００、５０．００等といった約０．１０乃至７５．００ミクロン（μｍ）である。本明細書では、ピクセル１２２間の他の間隔も考えられる。

図１に戻るに、以下により詳細に説明されるように、ピクセル１２２は、複数のピクセルブロックにまとめられ、各ブロックが検出器として構成され、ピクセル１２２は、分光モードといったより高いエネルギー分解能応用と、ハウンズフィールド単位（ＨＵ）モードといったより高いＸ線フラックス応用との両方について検出するように構成される。例示的なブロックは、図２に示される２×２ブロックといった２×２ブロックである。他のサイズのブロックの例としては、Ｎ＝Ｍ及びＮ≠Ｍについて、Ｎ＝１、２、３、４、…等及びＭ＝１、２、３、４、…等が含まれるが、これらに限定されない。以下に詳細に説明されるように、一例では、コントローラ１２６が、例えばスキャンのためのスキャンプロトコル、ユーザ設定、初期設定等に基づいて、事前に、即ち、スキャンが行われる前に、より高いエネルギー分解能及び／又はより高いＸ線フラックス用のハードウェアを使って各ブロックを構成させる。したがって、ピクセルが飽和したかどうかを決定し、決定に基づいてピクセルによって出力された信号を組み合わせる方法を決定する調停回路は緩和され、処理の複雑さ及び／又は全体のコストが減少される。しかし、スキャン中のＸ線フラックスレートに基づいて、特定の動作モードを選択することもできる。

各検出器ピクセル１２２について、増幅器／パルス整形器１２８が、出力電気信号を増幅し、検出された放射線のエネルギーを示すピーク振幅を有するパルス（例えば電圧、電流等）を生成する。弁別器１３０は、１つ以上の比較器１３２を含む。各比較器１３２は、パルスの振幅を、１つ以上の異なるエネルギー範囲に対応する１つ以上の所定のエネルギー閾値と比較する。比較器１３２は、検出された光子イベントのエネルギーが閾値を上回るか又は下回るかを示す出力信号をそれぞれ生成する。カウンタ１３４が、各エネルギー範囲について、比較器出力信号に基づいて、エネルギー範囲に属する幾つかのパルスを計数する。例えばカウンタ１３４は、比較器１３２の出力が対応する閾値を超えることに応えて、当該閾値のカウント値をインクリメントする。

ビンナー１３６は、カウント、したがって、検出された放射線を、エネルギービン化する、即ち、エネルギーウィンドウに割り当て、これにより、検出された放射線はエネルギー分解される。１ビンは、２つの閾値間のエネルギー範囲について規定される。ビンナー１３６は、より低い閾値についてカウントを有するがより高い閾値についてはカウントを有さない光子イベントを、当該２つの閾値間のエネルギー範囲について規定されているビンに割り当てる。分解器１３８は、エネルギー分解された検出放射線を分解する。例えば分解器１３８は、エネルギー分解された検出放射線を、光電子成分、コンプトン散乱成分、ｋエッジ成分及び／又は他の基本材料若しくは成分に分解する。再構成器１４０が、分解成分のうちの１つ以上を再構成し、スペクトルボリュメトリック画像データが生成される。或いは、分解成分が組み合わされ、再構成されて、非スペクトルボリュメトリック画像データが生成される、及び／又は、スペクトルボリュメトリック画像データが組み合わされて、非スペクトルボリュメトリック画像データが生成される。

コンピュータシステムが、オペレータコンソール１４２として機能し、ディスプレイといった出力デバイスと、キーボード、マウス等といった入力デバイスとを含む。オペレータは、コンソール１４２内のソフトウェアによって、システム１００とインタラクトすることができる。これには、撮像取得プロトコルを選択すること、撮像再構成プロトコルを選択すること、スキャンを開始すること、スキャンを一時停止すること等が含まれる。一例では、撮像取得プロトコル及び／又は撮像再構成プロトコルは、行われるスキャンに対し、検出器モジュール１１４のモード（より高いエネルギー分解能及び／又はより高いＸ線フラックス）を示すパラメータを含む。この場合、コンソール１４２は、コントローラ１２６に、モード信号を送信、伝達等し、コントローラ１２６は、モード信号に基づいて、特定の動作モードについてピクセル１２２のブロックをプログラミングする。

図３は、図２に示されるピクセル１２２_１，１、１２２_１，２、１２２_２，１及び１２２_２，２を含むピクセルブロック３００用の電子部品１２４の非限定的な実施例を示す。当然ながら、本明細書では、他のブロック（例えばより大きい、より小さい、非四角形等）も考えられる。

この実施例では、電子部品１２４は、ピクセル１２２_１，１、１２２_１，２、１２２_２，１及び１２２_２，２にそれぞれ対応し、ピクセルアノード電極２０２_１，１、２０２_１，２、２０２_２，１及び２０２_２，２と電気通信する導電性の電極３０２_１，１、３０２_１，２、３０２_２，１及び３０２_２，２を含む。電極３０２_１，１の出力は、第１の導電性チャネル３０４_１（例えばトレース、ワイヤ等）を通り、増幅器／パルス整形器１２８（図示１）の第１の副増幅器／整形器１２８_１に送られる。電極３０２_１，２の出力は、第２の導電性チャネル３０４_２を通り送られる。図示される第２のチャネル３０４_２は、第１のスイッチ３０６_２，１と第２のスイッチ３０６_２，２とを含む。第１のスイッチ３０６_２，１は、チャネル３０４_２を第１のチャネル３０４_１に交互に電気的に接続したり切断したりする。第２のスイッチ３０６_２，２は、チャネル３０４_２を第２の副増幅器／整形器１２８_２に交互に電気的に接続したり切断したりする。

電極３０２_２，１の出力は、第１のスイッチ３０６_３，１と第２のスイッチ３０６_３，２とを含む第３の導電性チャネル３０４_３を通り送られる。第１のスイッチ３０６_３，１は、（第１のスイッチ３０６_２，１を介して）チャネル３０４_３を第１のチャネル３０４_１に交互に電気的に接続したり切断したりする。第２のスイッチ３０６_３，２は、チャネル３０４_３を第３の副増幅器／整形器１２８_３に交互に電気的に接続したり切断したりする。電極３０２_２，２の出力は、第１のスイッチ３０６_４，１と第２のスイッチ３０６_４，２とを含む第４の導電性チャネル３０４_４を通り送られる。第１のスイッチ３０６_４，１は、（第１のスイッチ３０６_２，１及び３０６_３，１介して）チャネル３０４_４を第１のチャネル３０４_１に交互に電気的に接続したり切断したりする。第２のスイッチ３０６_４，２は、チャネル３０４_４を第４の副増幅器／整形器１２８_４に交互に電気的に接続したり切断したりする。

第１のスイッチ３０６_２，１、３０６_３，１及び３０６_４，１は、本明細書では、第１のスイッチ３０６_１と総称する。第２のスイッチ３０６_２，２、３０６_３，２及び３０６_４，２は、本明細書では、第１のスイッチ３０６_２と総称する。第１のスイッチ３０６_１及び第２のスイッチ３０６_２は、本明細書では、スイッチ３０６と総称する。コントローラ１２６は、スイッチ３０６を制御する。当該制御には、スイッチ３０６を「開くこと」及び「閉じること」が含まれ、これらは、本明細書において説明されたように、第１のスイッチ３０６_１をチャネル３０４_２乃至３０４_４に、また、第２のスイッチ３０６_２を副増幅器／整形器１２８_１乃至１２８_４に電気的に接続する又は切断する。図示される例では、コントローラ１２６は、スキャン前に、モード信号に反応してスイッチ３０６を作動させる。モード信号は、本明細書において説明されたように、行われるスキャンのための動作モード（より高いエネルギー分解能又はより高いＸ線フラックス）を示す。

動作時、被験者のスキャン前に、コントローラ１２６は、モード信号を受信する。一例では、モード信号は、例えばコンソール１４２上で実行されるコンソールスキャン計画アプリケーションとユーザがインタラクトすることに関連して、スキャン計画段階中に生成される。モード信号は、コントローラ１２６に、スイッチ３０６を「閉じ」させるか又は「開け」させるコマンドを表す。例えばより高いエネルギー分解能が必要であり、Ｘ線フラックスが検出器ピクセル１２２を飽和しないスキャンについて、モード信号は、コントローラ１２６に、第１のスイッチ３０６_１を閉じさせ、第２のスイッチ３０６_２を開けさせる。この構成では、すべてのピクセル３０２_１，１、３０２_１，２、３０２_２，１及び３０２_２，２の出力が、チャネル３０４_１及び副増幅器／整形器１２８_１に送られる。より高いＸ線フラックススキャンでは、モード信号は、コントローラ１２６に、第１のスイッチ３０６_１を開けさせ、第２のスイッチ３０６_２を閉じさせる。この構成では、各ピクセル３０２_１，１、３０２_１，２、３０２_２，１の出力が、副増幅器／整形器１２８のうちの対応する異なる福増幅器／整形器に送られる。

この構成では、２５０μｍのピッチ及びＮ＝Ｍ＝２について、取得電子部品は、４つの個別の２５０×２５０μｍのピクセルか、又は、単一の５００×５００μｍのより大きいピクセルで事前に（即ち、スキャン前に）構成可能である。したがって、ブロック３００は、より高いエネルギー分解能のより大きいピクセルスキャン構成か、又は、より高いＸ線フラックスのより小さいピクセルスキャン構成で構成可能である。非スペクトルスキャンでは、個々のピクセル出力は、単一の比較器１３２と、例えばノイズだけと信号とを区別するためのノイズフロア及び／又は別の方法に従って設定される閾値とを有する対応する弁別器１３０に個々に送られる。スペクトルスキャンでは、ピクセル１２２の組み合わせ出力が、副増幅器／整形器１２８_１によって処理された後、３、４、５、…、１０、…、１００個等の比較器といった３つ以上の比較器１３２のバンクを有する弁別器１３０に送られる。各比較器は、エネルギー分離のための異なるエネルギー閾値を有する。

当然ながら、図２に関連して説明される物理的なコンポーネントの幾何学的配置及び／又は空間的配向は、説明を目的として示されたものであり、限定ではない。更に、電極３０２_１，１は、副増幅器／整形器１２８_１に常に接続され（即ち、チャネル３０４_１が任意のスイッチ３０６を含まない）、他の電極３０２の出力部がいずれもチャネル３０４_１に接続可能であるものとして示されているが、別の例では、電極３０２のうちの異なる１つの電極が、エネルギー分離のために異なるエネルギー閾値を有する比較器のバンクを有する弁別器１３０に接続された副増幅器／整形器に常に接続されている。いずれの場合も、ブロック３００は、より高いＸ線フラックス及びより高いエネルギー分解能の両方用に構成可能であり、スキャンの前に特定のモードにされることが可能である。この構成は更に、モードに関係なく、一定データ転送レートを可能にする。

上記は、ブロック３００の動作モードを事前に設定することについて説明しているが、当然ながら、別の例では、動作モードは、ピクセル１２２に入射する入来Ｘ線フラックスに依存して自動的に選択される。この場合、コントローラ１２６は、フラックス情報に基づいて実施可能であるスイッチ基準を使用する。

図４、図５及び図６は、図２に示されるピクセル１２２_１，１、１２２_１，２、１２２_２，１及び１２２_２，２を含む図３のピクセルブロック３００用の電子部品１２４の別の実施例を示す。同様に、この実施例について、他のブロック（例えばより大きい、より小さい、非四角形等）も考えられる。

図４は、個別のピクセル処理に対応する４つの領域４０４、４０６、４０８及び４１０を有する電子部品１２４のサブポーション４０２を示す。図５は、図２のサブポーション２０４上に重ねられたサブポーション４０２を示し、電極４０４、４０６、４０８及び４１０とピクセルアノードパッド２０２_１，１、２０２_１，２、２０２_２，１及び２０２_２，２との間の導電性経路を示す。この実施例では、電極４０６は、どれも等しい面積を有する電極４０４、４０８及び４１０よりも大きい面積を有する。この構成では、ブロック３００は、例えばスキャン前に、電極４０４がすべてのピクセルアノードパッド２０２_１，１、２０２_１，２、２０２_２，１及び２０２_２，２からの信号を送るモードか、又は、各電極４０４、４０６、４０８及び４１０がピクセルアノードパッド２０２_１，１、２０２_１，２、２０２_２，１及び２０２_２，２のうちの対応する１つからの信号を送るモードで構成可能である。この構成では、電極４０６は、エネルギー分解能モードにおいて使用される追加のエネルギー閾値用の追加の構造を有する。

図６において、電極４０４の処理チェーン６０２_１は、例えば半値全幅（ＦＷＨＭ）での１０ナノ秒（ｎｓ）から３０ｎｓＦＷＨＭ（例えば１８、２０、２５ｎｓＦＷＨＭ等）の範囲内の単一値を有する第１のパルス持続時間用に構成される増幅器６０４_１及び整形器６０６_１を有する副増幅器／整形器１２８_１を含む。電極４０６、４０８及び４１０の処理チェーン６０２_２（ページのサイズ制限により不可視）、６０２_３及び６０２_４は、例えばフルＦＷＨＭでの３０ナノ秒（ｎｓ）から５０ｎｓＦＷＨＭ（例えば３５、４０、４８ｎｓＦＷＨＭ等）の範囲内の単一値を有する第２の異なるパルス持続時間を有する増幅器６０４_２（ページのサイズ制限により不可視）、６０４_３及び６０４_４と整形器６０６_２（ページのサイズ制限により不可視）、６０６_３及び６０６_４とを有する副増幅器／整形器１２８_２（ページのサイズ制限により不可視）、１２８_３及び１２８_４を含む。第１の処理チェーン６０２_１の整形器６０６_１は更に、第２の異なるパルス持続時間及び／又は他のパルス持続時間用に構成されてもよい。

処理チェーン６０２_１、６０２_２、６０３_３及び６０４_４は、比較器１３２のセット１３２_１と、カウンタ１３４のセット１３４_１とを共有する。処理チェーン６０２_１は、高エネルギー分解能スキャンモード用に構成されている。このモードでは、コントローラ１２６は、ピクセルアノードパッド２０２_１，１、２０２_１，２、２０２_２，１及び２０２_２，２からの信号が処理チェーン６０２_１に送られるように、スイッチ６０８_２（ページのサイズ制限により不可視）、６０８_３及び６０８_４を制御する。コントローラ１２６は更に、整形器６０６_１の出力だけが比較器１３２のセット１３２_１及びカウンタのセット１３４_１によって処理されるように、スイッチ６１０_１、６１０_２、６１０_３、…及びスイッチ６１２_２（ページのサイズ制限により不可視）、６１２_３及び６１２_４を制御する。このモードでは、各比較器／カウンタペア１３２／１３４が、信号のエネルギー分離のための異なるエネルギー閾値に対応する。このモードでは、処理チェーン６０２_２、６０２_３及び６０２_４は、アイドル状態であるか、及び／又は、オフ、スリープ状態、ハイバネート状態等といった低電力状態に遷移し、比較器１３２のセット１３２_１及びカウンタのセット１３４_１を使用しない。

処理チェーン６０２_１、６０２_２、６０３_３及び６０４_４は、高Ｘ線フラックススキャンモード用に構成されている。このモードでは、コントローラ１２６は、各ピクセルアノードパッド２０２_１，１、２０２_１，２、２０２_２，１及び２０２_２，２からの各信号が、各自の処理チェーン６０２_１、６０２_２、６０３_３及び６０４_４を通り送られるように、スイッチ６０８_２、６０８_３及び６０８_４を制御する。また、コントローラ１２６は更に、整形器６０６_１、６０６_２、６０６_３及び６０６_４の出力が、比較器のセット１３２_１及びカウンタのセット１３４_１のうちの単一の異なる比較器／カウンタペア１３２／１３４によってそれぞれ処理されるように、スイッチ６１０_１、６１０_２、６１０_３、…及びスイッチ６１２_２、６１２_３及び６１２_４を制御する。このモードでは、各比較器／カウンタペア１３２／１３４は、例えばノイズフロアに対応する同じ閾値か又は他の所定の閾値を有する。

図７は、各処理チェーン６０２_１、６０２_２、６０３_３及び６０４_４がそれ自身の比較器／カウンタペア７０２_２（ページのサイズ制限により不可視）、７０２_３及び７０２_４のセットを有する図６の変形実施例を示す。例えばこの実施例では、処理チェーン６０２_１は、比較器のセット１３２_１及びカウンタのセット１３４_１を依然として使用し、高Ｘ線フラックスモードでは単一の比較器／カウンタペア１３２／１３４を使用し、また、高エネルギー分解能モードでは比較器／カウンタペア１３２／１３４のうちの２つ以上の比較器／カウンタペアを使用する。しかし、各処理チェーン６０２_２、６０３_３及び６０４_４は、高Ｘ線フラックスモードでは、それ自身の比較器／カウンタペア７０２_２、７０２_３及び７０２_４を使用するが、チェーン６０２_２、６０３_３及び６０４_４がオフであるか又は低電力モードにある高エネルギー分解能モードでは、比較器／カウンタペアを使用しない。

整形器の近似電力要件は、意図した帯域幅の二乗に比例する（又はパルス持続時間の二乗に反比例する）。したがって、３０ｎｓのパルス持続時間及び２５０μｍピッチのピクセルを有するより高いＸ線フラックスモードでは、ピクセル当たりの必要電力は、２０ｎｓのパルス持続時間における５００μｍピクセルに必要な電力よりも（３／２）^２＝２．２５倍小さい。高Ｘ線フラックスモードは、１平方ミリメートル当たり４／２．２５＝１．８倍高い電力消費量を有する。

上記は、ブロック３００の動作モードを事前に設定することについて説明しているが、当然ながら、別の例では、動作モードは、入来フラックスに依存して自動的に選択される。この場合、コントローラ１２６は、フラックス情報に基づいて実施可能であるスイッチ基準を使用することができる。この情報は、例えば増幅器の出力部における平均電圧（レートを示す）若しくは高エネルギー分解能モードにおける最小閾値のカウント密度（又は高Ｘ線フラックスモードにおける任意の閾値）を使用することによって、又は、別の方法によって得られる。これには更に、複数のエネルギービン（高エネルギー分解能モード）、又は、固定閾値計数（高Ｘ線フラックスモード）への閾値の自動調整が含まれる。現在使用されているモードは、画像データにおいて、及び／又は、別の方法で送信される。

図８は、図２に示されるピクセル１２２_１，１、１２２_１，２、１２２_２，１及び１２２_２，２を含む図３のピクセルブロック３００の検出器モジュール電子部品１２４の別の実施例を示す。同様に、この実施例について、他のブロック（例えばより大きい、より小さい、非四角形等）も考えられる。

この実施例では、可算器８０２が、ピクセル１２２_１，１、１２２_１，２、１２２_２，１及び１２２_２，２の副増幅器／整形器１２８_１、…、１２８_４からの電荷を合計し、ピクセル１２２のブロック３００の集合体のスペクトル情報を生成する。結果として得られるパルス高さは、同じ等価面積からの単一の整形器からの出力と等しい。即ち、ピクセル１２２の電荷（電圧）を加算することは、高さ及びスペクトル品質に関して、ブロック３００の同じ２×２の面積の等価の従来の単一のピクセル読み出しと等しい（同じｋエスケープフラクション、電荷共有、…）。

各ピクセル１２２_１，１、１２２_１，２、１２２_２，１及び１２２_２，２は、第１の弁別器１３０_１，１、１３０_２，１、１３０_３，１及び１３０_４，１と、対応する第１のカウンタ１３４_１，１、１３４_２，１、１３４_３，１及び１３４_４，１とを有する。各第１の弁別器１３０_１，１、１３０_２，１、１３０_３，１及び１３０_４，１は、異なる関心のエネルギーレベルに対応する異なるエネルギー閾値を有する。加算器８０２の出力は、各第１の弁別器１３０_１，１、１３０_２，１、１３０_３，１及び１３０_４，１に送られる。第１の弁別器１３０_１，１、１３０_２，１、１３０_３，１及び１３０_４，１の出力は、第１のカウンタ１３４_１，１、１３４_２，１、１３４_３，１及び１３４_４，１のうちの対応する第１のカウンタに送られる。第１のカウンタ１３４_１，１、１３４_２，１、１３４_３，１及び１３４_４，１の出力は、集合的に、ピクセルブロック３００、即ち、２×２ピクセルに対応するピクセルサイズを形成する等価電荷からのマルチビンスペクトル情報を提供する。

各ピクセル１２２_１，１、１２２_１，２、１２２_２，１及び１２２_２，２は更に、第２の弁別器１３０_１，２、１３０_２，２、１３０_３，２及び１３０_４，２と、対応する第２のカウンタ１３４_１，２、１３４_２，２、１３４_３，２及び１３４_４，２とを有する。各第２の弁別器１３０_１，２、１３０_２，２、１３０_３，２及び１３０_４，２は、同じ関心のエネルギーレベルに対応する同じエネルギー閾値、例えば第１の弁別器１３０_１，１、１３０_２，１、１３０_３，１及び１３０_４，１等の最小閾値のエネルギーレベルを有する。各副増幅器／整形器１２８_１、１２８_２、１２８_３及び１２８_４の出力は、第２の弁別器１３０_１，２、１３０_２，２、１３０_３，２及び１３０_４，２のうちの対応する第２の弁別器に送られる。第２の弁別器１３０_１，２、１３０_２，２、１３０_３，２及び１３０_４，２の出力は、第２のカウンタ１３４_１，２、１３４_２，２、１３４_３，２及び１３４_４，２のうちの対応する第２のカウンタに送られる。各第２のカウンタ１３４_１，２、１３４_２，２、１３４_３，２及び１３４_４，２の出力は、個々のピクセル１２２のレート情報を提供する。

この実施例では、どのピクセル１２２_１，１、１２２_１，２、１２２_２，１及び１２２_２，２も２セットの情報を同時に提供する２つのチャネルに関連付けられている。即ち、エネルギー分解能によく適したより大きいピクセル面積（ピクセル１２２の集合体）のサイズでのスペクトル分解チャネルと、個々のピクセル１２２の計数チャネルとに関連付けられている。一例では、撮像のためにどちらか一方のチャネルを使用することは撮像要件による。両方のチャネルが常に利用可能であるため、どの情報が撮像に最適であるかの決定は、スキャン前、スキャン中及び／又はスキャン後にすることができる。エネルギー分解チャネルの信号対雑音比は、撮像性能の低下が、サブピクセルレベルで提供される情報の使用が必要であるかどうかを指示するものとして役に立つ。一般に、この実施例は、ハードウェアにより実現されるピクセル内電荷加算を既に行うことによって、小さいピクセルの電荷共有（及びｋエスケープ）欠点を軽減する。

変形実施例では、各第２の弁別器１３０_１，２、１３０_２，２、１３０_３，２及び１３０_４，２には、単一のカウンタしか関連付けられていない。単一のカウンタは、第２の弁別器１３０_１，２、１３０_２，２、１３０_３，２及び１３０_４，２のいずれによってもトリガされることが可能である。この変形実施例では、コントローラ１２６が、カウンタを制御して、カウンタのトリガリングメカニズムにおける競争状態を回避する。別の変形実施例では、すべてのピクセル１２２_１，１、１２２_１，２、１２２_２，１及び１２２_２，２が同じカウンタセットを使用する。この変形実施例では、コントローラ１２６は、例えば検出器の動作点（例えば入来フラックス）に基づいて、エネルギービンのスペクトル情報、又は、各個別のピクセルのレートを表すようにカウンタを制御する。当然ながら、閾値の数、ピクセルにおける配置及び／又は場所は、図８によって限定されるものではない。更に別の変形実施例では、第２のカウンタ１３４_１，２、１３４_２，２、１３４_３，２及び１３４_４，２の出力は、４×１２ビット語ではなく、１×１４ビット語を介して送信可能である。これは、競争状態を軽減しつつ、単一のカウンタを有することと同様である。本明細書では、他の語長も考えられる。

別の変形実施例では、コントローラ１２６（図１）は、検出された放射線のフラックスを決定する論理回路を含む。コントローラ１２６は、検出された放射線のフラックスがブロック３００のレート能力内にあることに反応して、第１のカウンタ１３４_１，１、１３４_２，１、１３４_３，１及び１３４_４，１の出力を更なる処理用に送る。コントローラ１２６は、検出された放射線のフラックスがブロック３００のレート能力を上回ることに反応して、第２のカウンタ１３４_１，２、１３４_２，２、１３４_３，２及び１３４_４，２の出力を更なる処理用に送る。各第２の弁別器１３０_１，２、１３０_２，２、１３０_３，２及び１３０_４，２は、２×２ピクセルブロックサイズの１／４のピクセル面積に関連付けられている。したがって、第２の弁別器の１３０_２，１、１３０_２，２、１３０_３，２及び１３０_４，２のレートは、第１の弁別器１３０_１，１、１３０_２，１、１３０_３，１及び１３０_４，１のレートよりも少なくとも４倍大きい。

図９は、本明細書における一実施形態による方法を示す。

当然ながら、本明細書において説明される方法におけるステップの順序は限定ではない。したがって、本明細書では、他の順序も考えられる。更に、１つ以上のステップが省略されても、及び／又は、１つ以上の追加のステップが含まれてもよい。

９０２において、選択された撮像プロトコル用のスキャンモードが特定される。本明細書において説明されるように、オプションのスキャンモードには、より高いエネルギー分解能モード及びより高いＸ線フラックスモードが含まれる。

９０４において、より高いエネルギー分解能モード及びより高いＸ線フラックスモードの両方用の検出器モジュールが、選択された撮像プロトコルのモード用に構成される。

９０６において、選択された撮像プロトコルのモード用の検出器モジュールを用いてスキャンが行われる。

９０８において、スキャンからのスキャンデータが処理され、スキャンされた被験者又は物体のボリュメトリック画像データが生成される。

図１０は、本明細書における一実施形態による方法を示す。

当然ながら、本明細書において説明される方法におけるステップの順序は限定ではない。したがって、本明細書では、他の順序も考えられる。更に、１つ以上のステップが省略されても、及び／又は、１つ以上の追加のステップが含まれてもよい。

１００２において、より高いエネルギー分解能モード及びより高いＸ線フラックスモードの両方用の検出器モジュールを使用する被験者又は物体のスキャンが行われる。

１００４において、より高いエネルギー分解能モードの第１のデータと、より高いＸ線フラックスモードの第２のデータとが同時に生成される。

１００６において、第１のデータ及び第２のデータは、処理のために検出器モジュールから送信される。任意選択的に、例えばＸ線フラックスレートに基づいて、第１のデータ及び第２のデータのうちの１つのみが送信される。

１００８において、第１のデータ及び第２のデータの一方又は両方がボリュメトリック画像データを生成するために選択される。第１のデータ及び第２のデータの一方のみが選択される場合、Ｘ線フラックスレート、撮像プロトコル等といった基準を用いて決定することができる。

本発明は、好適な実施形態を参照して説明されている。修正態様及び変形態様は、上記詳細な説明を読み、理解することによって、他の人によって想到可能であろう。本発明は、すべてのそのような修正態様及び変形態様を、それらが添付の請求項又はその等価物の範囲内にある限り含むと解釈されることを意図している。

Claims (25)

1. 検出器モジュールを含む撮像システムであって、
   前記検出器モジュールは、
   複数の直接変換光子計数検出器ピクセルからなるブロックと、
   前記複数の直接変換光子計数検出器ピクセルからなる前記ブロックに接続され、高エネルギー分解能撮像モード及び高Ｘ線フラックス撮像モードの両方用のハードウェアを有する対応する電子部品と、
   を含む、撮像システム。
2. 前記ハードウェアは、
   第１の速度で動作する第１の整形器と、
   第２の速度で動作する複数の第２の整形器と、
   高エネルギー分解能撮像又は高Ｘ線フラックス撮像のうちの一方用に前記検出器モジュールを構成させるコントローラと、
   を含み、
   前記第１の速度は、前記第２の速度よりも速い、請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記ハードウェアは、
   前記検出器モジュールが前記高エネルギー分解能撮像モードにあることに反応して、前記複数の直接変換光子計数検出器ピクセルのすべてからの信号を、前記第１の整形器に送る複数のスイッチを含む、請求項１に記載の撮像システム。
4. 前記複数のスイッチは、前記検出器モジュールが前記高Ｘ線フラックス撮像モードにあることに反応して、前記複数の直接変換光子計数検出器ピクセルそれぞれからの信号を、前記複数の第２の整形器のうちの異なる１つに送る、請求項３に記載の撮像システム。
5. 前記第１の整形器の出力を処理する２つ以上の比較器及びカウンタからなり、各比較器は、異なるエネルギー閾値レベルを有する第１のセットと、
   個別の比較器／カウンタペアからなり、各比較器／カウンタペアは、前記複数の第２の整形器のうちの対応する第２の整形器の出力を処理し、各比較器は、同じエネルギー閾値レベルを有する第２のセットと、
   を更に含む、請求項２乃至４の何れか一項に記載の撮像システム。
6. 前記第１の整形器の出力を交互に処理する２つ以上の比較器及びカウンタからなる単一のセットを更に含み、各比較器は、異なるエネルギー閾値レベルを有するか、又は、２つ以上の比較器及びカウンタからなる前記セットのうちのそれぞれ異なる比較器及びカウンタを用いて前記複数の第２の整形器の個々の出力を処理し、この場合、各比較器は、同じエネルギー閾値レベルを有する、請求項２乃至４の何れか一項に記載の撮像システム。
7. 入力に基づいて、前記高エネルギー分解能撮像又は前記高Ｘ線フラックス撮像の少なくとも１つ用に、前記検出器モジュールを構成させるコントローラを更に含み、前記コントローラは、スキャン中のＸ線フラックスレートを決定し、前記入力は、決定された前記Ｘ線フラックスレートを示す、請求項１乃至６の何れか一項に記載の撮像システム。
8. 入力に基づいて、前記高エネルギー分解能撮像又は前記高Ｘ線フラックス撮像の少なくとも１つ用に、前記検出器モジュールを構成させるコントローラを更に含み、前記入力は、スキャンのための撮像プロトコルを示し、前記コントローラは、前記スキャン前に、前記高エネルギー分解能撮像又は前記高Ｘ線フラックス撮像用に前記検出器モジュールを構成させる、請求項１乃至６の何れか一項に記載の撮像システム。
9. 前記検出器モジュールは、同時用の高エネルギー分解能撮像及び高Ｘ線フラックス撮像用の電子部品を含む、請求項１に記載の撮像システム。
10. 単一の直接変換光子計数検出器ピクセルからの信号を処理する第１のペア、及び、前記複数の直接変換光子計数検出器ピクセルのすべてからの信号の合計を処理する第２のペアを含む、前記複数の直接変換光子計数検出器ピクセルそれぞれ用の２つの比較器／カウンタペアを更に含み、前記第１のペア及び前記第２のペアは、それぞれの信号を同時に処理する、請求項７に記載の撮像システム。
11. 各第１のペアは、異なるエネルギー閾値を有し、各第２のペアは、同じエネルギー閾値を有する、請求項１０に記載の撮像システム。
12. 前記複数の直接変換光子計数検出器ピクセルのうちの少なくとも２つは、カウンタを共有する、請求項１０又は１１に記載の撮像システム。
13. 前記高エネルギー分解能撮像モード及び前記高Ｘ線フラックス撮像モードの両方用に構成される前記複数の直接変換光子計数検出器ピクセルそれぞれ用の単一の比較器／カウンタペアを更に含む、請求項９に記載の撮像システム。
14. 前記コントローラは、スキャン中のＸ線フラックスレートを決定し、前記入力は、決定された前記Ｘ線フラックスレートを示す、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の撮像システム。
15. より高いエネルギー分解能モード及びより高いＸ線フラックスモードのうちの１つを含む、選択された撮像プロトコル用のスキャンモードを特定するステップと、
    前記より高いエネルギー分解能モード及び前記より高いＸ線フラックスモードの両方用に構成可能である検出器モジュールを、特定された前記スキャンモードに基づいて構成させるステップと、
    選択された前記撮像プロトコルの前記スキャンモード用に構成された前記検出器モジュールを用いて、スキャンを行うステップと、
    前記スキャンからのスキャンデータを処理し、ボリュメトリック画像データを生成するステップと、
    を含む、方法。
16. 前記検出器モジュールを前記より高いエネルギー分解能モード用に構成させることに反応して、第１の速度で動作する第１の整形器を用いて、複数の検出器ピクセルからの出力信号を処理するステップと、
    前記検出器モジュールを前記より高いエネルギー分解モード用に構成させることに反応して、第２の速度で動作する異なる整形器をそれぞれ用いて、前記複数の検出器ピクセルからの前記出力信号を処理するステップと、
    を更に含み、
    前記第１の速度は、前記第２の速度よりも遅い、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１の整形器の出力及び前記異なる整形器の出力を、比較器／カウンタの同じセットを用いて処理するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記第１の整形器の出力及び前記異なる整形器の出力を、比較器／カウンタの異なるセットを用いて処理するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記スキャンを行う前に、前記検出器モジュールを前記より高いエネルギー分解能モード又は前記より高いＸ線フラックスモード用に構成させるステップを更に含む、請求項１５乃至１８の何れか一項に記載の方法。
20. より高いエネルギー分解能モード及びより高いＸ線フラックスモードの両方用に構成される検出器モジュールを使用してスキャンを開始するステップと、
    前記より高いエネルギー分解能モード用の第１のデータ、及び、前記より高いＸ線フラックスモード用の第２のデータを同時に生成するステップと、
    更なる処理のために、前記第１のデータ又は前記第２のデータの少なくとも１つを選択するステップと、
    前記第１のデータ又は前記第２のデータの選択された前記少なくとも１つを処理して、ボリュメトリック画像データを生成するステップと、
    を含む、方法。
21. それぞれの第１の整形器、第１の比較器及び第１のカウンタを用いて複数の検出器ピクセルからの出力信号を、また、それぞれの第２の比較器及び第２のカウンタを用いて前記第１の整形器からの信号の合計を、同時に処理するステップを更に含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記第１の比較器に、同じエネルギー閾値を使用するステップを更に含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記第２の比較器に、異なるエネルギー閾値を使用するステップを更に含む、請求項２１に記載の方法。
24. 前記複数の検出器ピクセルからの前記出力信号を、共有比較器／カウンタからなる同じセットを用いて処理するステップを更に含む、請求項２１乃至２３の何れか一項に記載の方法。
25. 前記複数の検出器ピクセルからの前記出力信号及び前記合計を、共有比較器／カウンタからなる同じセットを用いて処理するステップを更に含む、請求項２１乃至２３の何れか一項に記載の方法。

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