JP2020525064A - Ｘ線画像化システムにおける幾何学的不整合の管理 - Google Patents

Abstract

Ｘ線源、フォトンカウンティングＸ線検出器、および、Ｘ線源とＸ線検出器との間のＸ線経路内の中間コリメータ構造を有するＸ線画像化システムにおける幾何学的不整合を管理するための方法が提供される。Ｘ線検出器は複数のピクセルを備え、コリメータ構造は複数のコリメータセルを備え、コリメータセルの少なくともサブセットの各々は、ピクセルのＮ×Ｍ行列に対応し、ＮおよびＭのうちの少なくとも１つは、１よりも大きい。方法は、幾何学的不整合に起因するコリメータ構造からのシャドーイングによって異なる影響を受ける少なくとも２つのピクセルを含む指定されているピクセルサブセットについて、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの出力信号を監視すること（Ｓ１）と、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの監視されている出力信号に基づいて、幾何学的不整合の発生を決定すること（Ｓ２）とを含む。

Description

本発明は、一般に、Ｘ線画像化の技術分野に関し、より詳細には、Ｘ線画像化システムにおける幾何学的不整合の管理のための方法およびシステム、対応するＸ線画像化システム、ならびに対応するコンピュータプログラム製品に関する。

Ｘ線画像化のような放射線画像化は、医療用途および非破壊検査において長年使用されてきた。

通常、Ｘ線画像化システムは、Ｘ線源と、Ｘ線検出器システムとを含む。Ｘ線源は、画像化される被検体または対象物を通過し、その後、Ｘ線検出器システムによって記録されるＸ線を放出する。いくつかの物質は、他の物質よりも大きい割合のＸ線を吸収するため、被検体または対象物の画像が形成される。

図１を参照して、例示的なＸ線画像化システム全体の簡単な概要から始めることが有用であろう。この非限定的な例では、Ｘ線画像化システム１００は、基本的に、Ｘ線源１０と、Ｘ線検出器システム２０と、関連する画像処理デバイス３０とを含む。一般に、Ｘ線検出器システム２０は、任意選択のＸ線光学素子によって集束されている場合があり、対象物または被検体またはその一部を通過している場合があるＸ線源１０からの放射線を記録するように構成される。Ｘ線検出器システム２０は、画像処理デバイス３０による画像処理および／または画像再構成を可能にするために、適切なアナログ処理および読み出し電子機器（Ｘ線検出器システム２０に組み込まれ得る）を介して画像処理デバイス３０に接続可能である。

図２に示すように、Ｘ線画像化システム１００の別の例は、Ｘ線を放射するＸ線源１０と、対象物を通過した後のＸ線を検出するＸ線検出器システム２０と、検出器からの生電気信号を処理し、それをデジタル化するアナログ処理回路２５と、補正を適用すること、これを一時的に記憶すること、またはフィルタリングすることなどの、測定データに対するさらなる処理動作を実行することができるデジタル処理回路４０と、処理されたデータを記憶し、さらなる後処理および／または画像再構成を実行することができるコンピュータ５０とを備える。

検出器全体を、Ｘ線検出器システム２０と考えることができ、または、Ｘ線検出器システム２０を、関連するアナログ処理回路２５と組み合わせることができる。

デジタル処理回路４０および／またはコンピュータ５０を含むデジタル部分を、Ｘ線検出器からの画像データに基づいて画像再構成を実行するデジタル画像処理システム３０と考えることができる。このように、画像処理システム３０は、コンピュータ５０と考えることができ、または、代替的には、デジタル処理回路４０とコンピュータ５０との結合システム、もしくは場合によっては、デジタル処理回路４０がさらに、画像処理および／または再構成のためにも特化される場合は、デジタル処理回路単独と考えることができる。

一般的に使用されるＸ線画像化システムの例は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムである。図３は、ＣＴシステムの一例を示す概略図である。図３の例では、ＣＴシステムは、Ｘ線のファンビームまたはコーンビームを生成するＸ線源と、患者または対象物を通じて透過されるＸ線の割合を記録するための対向するＸ線検出器システムとを含み得る。Ｘ線源および検出器システムは通常、画像化される対象物の周りを回転するガントリに取り付けられる。したがって、図３に示されるＸ線源およびＸ線検出器システムは、ＣＴシステムの一部として構成されてもよく、例えば、ＣＴガントリに取り付け可能である。ＣＴシステム全体はまた、適切なコントローラおよび管理システムも含む場合がある。

図４は、例示的な実施形態によるＸ線検出器の概略図である。この例では、Ｘ線検出器、および、Ｘ線を放出するＸ線源の概略図が示されている。例えば、検出器の要素は線源を指し返しているものであり得、それらはわずかに湾曲した全体構成で配置されることが好ましい。検出器アレイの寸法およびセグメント化は、Ｘ線画像化システムの画像化機能に影響する。入射Ｘ線の方向は、ｙ方向として参照される。ガントリの回転軸の方向（ｚ方向として参照される）にある複数の検出ピクセルにより、マルチスライス画像の取得が可能になる。角度方向（ｘ方向として参照される）にある複数の検出ピクセルにより、同じ平面内での複数の投影の同時測定が可能になり、これはファン／コーンビームＣＴに適用される。ほとんどの従来の検出器には、スライス（ｚ）方向と角度（ｘ）方向の両方に検出ピクセルがある。

現代のＸ線検出器は通常、通常は光吸収および／またはコンプトン相互作用によって入射Ｘ線を電子に変換し、その結果生じる電子は二次可視光を生成し、これが感光材料によって検出される。他の検出器は、Ｘ線を電子−正孔対に直接的に変換する半導体に基づいており、電子−正孔対は、印加される電場内で電荷担体をドリフトさせることによって収集される。

今日の医療画像化に使用されるほとんどのＸ線検出器はエネルギー積分である。すなわち、出力信号は、測定期間中に相互作用した光子のエネルギーの合計である。したがって、検出された各光子から信号への寄与は、光子のエネルギーに比例する。

一部の用途において実行可能な代替手段として、フォトンカウンティング検出器も登場している。現在、フォトンカウンティング検出器は、例えばマンモグラフィにおいて商用利用されている。多くのフォトンカウンティング検出器はスペクトル（エネルギー分解）である。すなわち、光子が相互作用するときに検出器材料内に蓄積されるエネルギーに基づいて、検出された光子を分類することができる。エネルギーの分類は、プログラム可能なエネルギー閾値によって定義されるエネルギービンを使用して実行される。エネルギー情報を使用して、光子がトラバースした対象物の組成に関する追加情報を得ることができる。次いで、この追加情報を使用して、画質を向上させ、かつ／または、放射線量を減らすことができる。

エネルギー積分Ｘ線検出器システムと比較して、フォトンカウンティングＸ線検出器システムには次の利点がある。エネルギー閾値を使用して、エネルギー積分検出器について測定信号に含まれる電子ノイズを除去することができる。エネルギー情報を使用して、いわゆる材料基底分解を実行することができる。これにより、試験される被検体の様々な材料および／または成分を識別および定量化することができる（Ｒ．Ｅ．Ａｌｖａｒｅｚ， Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ ３８（５）．２３２４−２３３４， ２０１１）。検出器には残光がない（入力信号が停止した後、検出器は短時間にわたって信号出力を生成する）。これにより、角度分解能が向上する。また、ピクセルサイズを小さくすることによって、より高い空間解像度を実現することができる。フォトンカウンティングＸ線検出器の材料は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、およびケイ素（Ｓｉ）を含む。

米国特許第８，１８３，５３５号明細書は、フォトンカウンティングエッジオンＸ線検出器の例を開示している。この特許では、複数の半導体検出モジュールがともに配置されて検出器領域全体を形成している。各半導体検出モジュールは、入射Ｘ線の真横に向けられ、Ｘ線センサ内で相互作用するＸ線を記録するための集積回路に接続されたＸ線センサを備える。

半導体検出モジュールは通常、ともにタイル化されて、ほぼ完全な幾何学的効率でほぼ任意裁量のサイズの完全な検出器を形成する。

図５は、半導体検出モジュールの一例を示す概略図である。これは、センサ部分が検出器要素に分割された半導体検出モジュールの一例である。各検出器要素は、通常、重要な構成要素としての電荷収集電極を有するダイオードに基づく。図５の例では、Ｘ線が縁部を通って入ると仮定すると、半導体センサ部分は、深さ方向においていわゆる深さセグメントにも分割される。

通常、検出器要素は、検出器の個々のＸ線感受性部分要素である。一般に、光子の相互作用は検出器要素内で発生し、こうして生成された電荷は検出器要素の対応する電極によって収集される。

検出器のトポロジに応じて、特に検出器がフラットパネル検出器である場合、検出器要素はピクセルに対応し得る。しかしながら、深さセグメント化された検出器は、各々が複数の深さセグメントを有する複数の検出器ストリップを有すると考えることができる。そのような深さセグメント化検出器の場合、特に深さセグメントの各々がそれ自体の個々の電荷収集電極に関連付けられている場合、各深さセグメントは個々の検出器要素と考えることができる。深さセグメント化検出器の検出器ストリップは、通常、通常のフラットパネル検出器のピクセルに対応する。

フォトンカウンティングスペクトル検出器からのデータ出力は、通常、エネルギービン内で検出された光子の数（２つの閾値間のパルスの高さ）、またはエネルギー閾値を上回って検出された光子の数を含む。光子カウントデータを使用して、画像化されている対象物の材料組成を推定することができる。これは、基底材料分解と一般に呼ばれるプロセスである。これは、投影ドメインにおいて行うことができ、材料の厚さはピクセルごとに個別に推定され、画像は各基底材料に対して形成される。または、これは、画像ドメインにおいて行うことができ、各エネルギービンに対して画像が形成され、異なるビン画像を使用して材料推定が実施される。

散乱除去グリッドまたは散乱防止グリッドとしても参照される、オブジェクトコリメータ、またはより一般的にはコリメータ構造は、現代のＣＴシステムにおいて一般的に使用されている。典型的には、コリメータ構造２２は、図６に示すように、コリメータセル２３の壁を形成するために、タングステンまたはモリブデンなどの重金属によって作成される薄板のスタックによって、角度（ｘ）方向とスライス（ｚ）方向の両方において具現化され得る。

図７に示すように、これらのコリメータセルは一般に、散乱放射線のより良好な抑制のために、以下の検出ピクセル２１とのセル−ピクセル関係を保持する。例えば、米国特許第９，５８３，２２８（Ｂ２）号明細書、米国特許第８，８３１，１８１（Ｂ２）号明細書、米国特許第７，３６２，８４９（Ｂ２）号明細書を参照することができる。コリメータ薄板をｘ方向とｚ方向の両方においてＸ線源の焦点に位置整合させることは、特に密集した検出ピクセルの場合、課題である。米国特許出願公開第２０１３／０１６８５６７（Ａ１）号明細書を参照されたい。

検出器、散乱防止グリッド、および光源の不整合は、画像取得の幾何学的パラメータのエラー（各測定が実行される位置）、ならびに、次いで光子の損失および検出器のスペクトル応答の変化をもたらす可能性がある検出器のシャドーイングをもたらす。

ＣＴ画像化システムの幾何学的較正、すなわち画像取得の幾何学的パラメータの推定のために、多くの方法が開発されている。

米国特許出願公開第２０１４／０２１１９２５号明細書、米国特許第８，６２２，６１５号明細書、および米国特許出願公開第２０１４／０１５３６９４号明細書は、較正用ファントムまたはデバイスを使用したフラットパネル検出器の幾何学的較正に関する。デバイスは検出器の不可欠な部分ではないが、光源と検出器との間に配置される。

米国特許第６，３７０，２１８号明細書は、マルチスライスＸ線検出器を使用してＸ線照射野の半影（部分的に照射された領域）が測定され、Ｘ線管焦点の位置が決定される発明を記載している。

国際公開第２０１０／０９３３１４号パンフレットは、深さセグメントを有するエッジオンＸ線検出器から測定情報を得て、複数の異なる深さセグメントにおいて検出されるＸ線カウント数の比を使用してシャドーイングの程度を測定することに言及している。

米国特許第５，１３１，０２１号明細書は、Ｘ線減衰マスクのセットが画像化される対象物の外側のピクセル上に配置される発明に関する。その後、軸（ｚ）方向のＸ線源の位置が、複数の異なるマスクを有するピクセル中の測定信号の比に基づいて推定される。

米国特許第８，２６２，２８号明細書では、線源位置以外の点を指す散乱防止薄板のセットを有することにより焦点の位置を決定する方法が説明されている。意図的に位置合わせされていない散乱防止薄板は、薄板の隣にある検出ピクセルにシャドーイングを引き起こし、線源の動きにより、測定Ｘ線強度が変化し、それを使用して線源位置を推定することができる。

単光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）システムでは、検出効率を向上させるために、マルチピクセル一致コリメータ（コリメータセルが複数の検出ピクセルに一致する）が提案されている。例えば、国際公開第２０１６１６２９６２（Ａ１）号パンフレット、国際公開第２０１１０９３１２７（Ａ１）号パンフレット、およびA.Suzuki, et al., Physics in Medicine and Biology 58.7 (2013):2199thを参照することができる。ただし、マルチピクセル一致コリメータは一般的にＣＴには使用されない。マルチピクセル一致コリメータの例は図１２に示す。

オブジェクトコリメータからの検出器のシャドーイング（すなわち、検出器の一部をＸ線で照射することができない）につながる可能性のある３種類の不整合がある。第１のタイプは、Ｘ線源の不整合（ｘ方向またはｚ方向のいずれか）である。この場合、図８に示すように、コリメータ薄板は入射Ｘ線ビームの経路内にあり、検出器の深さに沿って異なるアクティブ断面をもたらす。第２のタイプは、検出器の不整合（ｘ方向またはｚ方向のいずれか）であり、図９に示すように、Ｘ線源の不整合と同じ状況になる。第３のタイプは、コリメータ薄板の不整合である。これにより、図１０に示すように、検出器の深さに沿って常に一定量の非アクティブな検出器領域が生じる。

光源またはコリメータのいずれかの不整合によるシャドーイングは、シャドーイングされたピクセルのカウントの損失につながる。光源の不整合によって引き起こされるシャドーイングはまた、検出器内の異なる深さにおける検出器材料の異なるアクティブな断面をもたらす。検出器は異なる深さにおいて異なるスペクトル応答を有するため、これは各検出ピクセルのスペクトル応答がシャドーイングの程度に依存することを意味する。この効果は、ここでは非線形スペクトル効果として参照される。スペクトル応答が異なると、困難な正規化問題がもたらされ、各ピクセルの相対利得（入力信号の関数としての出力信号）は、入射するＸ線スペクトルの形状に依存する。したがって、例えば、例としてエアスキャン（いわゆるフラットフィールディング）など、単一の基準測定から決定される単一の補正係数によって出力信号を正規化することによって、ピクセル差を除去することは困難である。スペクトル応答が異なるピクセルが補正されないままの場合、再構成された画像にリングアーティファクト（検出ピクセルの利得が隣接ピクセルと比較して高いまたは低いことに起因する明るい値または暗い値のリング）が生じるリスクがある。

エネルギー積分検出器は、利用可能なスペクトル情報がないため、ピクセル内のシャドーイングの程度を適切に知ることができたとしても、異なるスペクトル応答を補正することができない。したがって、エネルギー積分検出器上のピクセルは、非線形スペクトル効果に対処するために、ほぼ同一のスペクトル応答を有しなければならない。これは、例えば、米国特許出願公開第２０１６／００２５８６７（Ａ１）号明細書、米国特許出願公開第２０１３／０１２１４７５（Ａ１）号明細書を参照して、高度に減衰する材料（図１１に示す）によってシャドーイングの危険性がある領域（すなわち、ピクセルの縁部）をブロックすることによって、または、米国特許出願公開第２０１３／０１２１４７５（Ａ１）号明細書を参照して、コリメータ薄板を検出器アレイに対して所定の角度（１℃超であり得る）で傾斜させることによって、または、中国公開特許第１５９６８２９（Ａ）号明細書を参照して、コリメータ薄板の高さを調整して、シャドーイング効果が閾値（例、検出効率の５％低下）よりも小さいことを保証することによって、達成することができる。

他方、フォトンカウンティングスペクトル検出器について、投影ドメインにおいて材料基底分解を使用して画像が形成される場合、同一のスペクトル応答を有する必要はない。ピクセル依存の検出器応答を正確に捉える順モデル^［６］によって材料基底分解を実行することにより、システム較正中の画像取得スキャン中と同じスペクトル差（例えば、静的な不整合）を取り除くことがすることができる。順モデルは、例えば、システム較正中に材料較正から取得することができる（R.E.Alvarez, Medical Physics 38(5).2324-2334, 2011）。

ただし、例えばスキャン中の機械的な動きによって引き起こされる動的な不整合については、システム較正からの事前知識はなく、それゆえ、較正データを用いて補正することはできない。さらに補正するためにＸ線源の位置を監視するために線源モニタを使用することができるが、高度な精度を達成することは困難である。エネルギー積分検出器について、動的不整合の影響は、例えば、米国特許出願公開第２０１６／００２５８６７（Ａ１）号明細書において提案されている方法を使用して軽減される。これは、例えば、スキャン中に線源が移動した場合も、より多くの遮蔽を提供し、したがって、異なる検出ピクセル間で均一なアクティブ領域を保証するために、オブジェクトコリメータと検出器との間の追加の格子を必要とする。

図１１において、コリメータ薄板と光源の両方に不整合がある場合でも、ピクセルＡとピクセルＢとのアクティブ領域が同じである図が示されている。ただし、この方法は検出器の幾何学的効率が大きく犠牲になることを意味し、これは図１１からわかり（追加の格子によってブロックされるＸ線が失われる）、この犠牲は、ピクセルサイズがより小さいことに起因して、この方法がフォトンカウンティング検出器に使用される場合に、より大きくなる。一般に、検出ピクセルは参照符号２１によって参照される。

米国特許第８，１８３，５３５号明細書 米国特許第９，５８３，２２８（Ｂ２）号明細書 米国特許第８，８３１，１８１（Ｂ２）号明細書 米国特許第７，３６２，８４９（Ｂ２）号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０１６８５６７（Ａ１）号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０２１１９２５号明細書 米国特許第８，６２２，６１５号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０１５３６９４号明細書 米国特許第６，３７０，２１８号明細書 国際公開第２０１０／０９３３１４号パンフレット 米国特許第５，１３１，０２１号明細書 米国特許第８，２６２，２８号明細書 国際公開第２０１６１６２９６２（Ａ１）号パンフレット 国際公開第２０１１０９３１２７（Ａ１）号パンフレット 米国特許出願公開第２０１６／００２５８６７（Ａ１）号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０１２１４７５（Ａ１）号明細書 中国公開特許第１５９６８２９（Ａ）号明細書

R.E.Alvarez, Medical Physics 38(5).2324-2334, 2011 A.Suzuki, et al., Physics in Medicine and Biology 58.7 (2013):2199th

一般的な目的は、ＣＴシステムなどのＸ線画像化システムの性能を向上させることである。

特定の目的は、Ｘ線画像化システムにおける幾何学的不整合を管理するための方法を提供することである。

また、Ｘ線画像化システムにおける幾何学的不整合を管理するように構成されたシステムを提供することも目的である。

別の目的は、そのようなシステムを備えるＸ線画像化システムを提供することである。

さらに別の目的は、対応するコンピュータプログラム製品を提供することである。

これらおよび他の目的は、本発明の実施形態によって満たされる。

第１の態様によれば、Ｘ線源、フォトンカウンティングＸ線検出器、および、Ｘ線源とＸ線検出器との間のＸ線経路内の中間コリメータ構造を有するＸ線画像化システムにおける幾何学的不整合を管理するための方法が提供される。Ｘ線検出器は複数のピクセルを備え、コリメータ構造は複数のコリメータセルを備え、コリメータセルの少なくともサブセットの各々は、ピクセルのＮ×Ｍ行列に対応し、ＮおよびＭのうちの少なくとも１つは、１よりも大きい。方法は、
・幾何学的不整合に起因するコリメータ構造からのシャドーイングによって異なる影響を受ける少なくとも２つのピクセルを含む指定されているピクセルサブセットについて、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの出力信号を監視することと、
・指定されているピクセルサブセットのピクセルからの監視されている出力信号に基づいて、幾何学的不整合の発生を決定することと
を含む。

このようにして、Ｘ線画像化システムの幾何学的不整合を効率的に処理することができる。

第２の態様によれば、Ｘ線源、フォトンカウンティングＸ線検出器、および、Ｘ線源とＸ線検出器との間のＸ線経路内の中間コリメータ構造を有するＸ線画像化システムにおける幾何学的不整合を管理するように構成されているシステムが提供される。Ｘ線検出器は複数のピクセルを備え、コリメータ構造は複数のコリメータセルを備え、コリメータセルの少なくともサブセットの各々は、ピクセルのＮ×Ｍ行列に対応し、ＮおよびＭのうちの少なくとも１つは、１よりも大きい。システムは、幾何学的不整合に起因するコリメータ構造からのシャドーイングによって異なる影響を受ける少なくとも２つのピクセルを含む指定されているピクセルサブセットについて、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの出力信号を監視するように構成されている。システムは、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの監視されている出力信号に基づいて、幾何学的不整合の発生を決定するように構成されている。

第３の態様によれば、そのようなシステムを備えるＸ線画像化システムが提供される。

第４の態様によれば、プロセッサによって実行されると、Ｘ線源、フォトンカウンティングＸ線検出器、および、Ｘ線源とＸ線検出器との間のＸ線経路内の中間コリメータ構造を有するＸ線画像化システムにおける幾何学的不整合を管理するためのコンピュータプログラムを記憶しているコンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品が提供される。この応用形態において、Ｘ線検出器は複数のピクセルを備え、コリメータ構造は複数のコリメータセルを備え、コリメータセルの少なくともサブセットの各々は、ピクセルのＮ×Ｍ行列に対応し、ＮおよびＭのうちの少なくとも１つは、１よりも大きい。コンピュータプログラムは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、
・幾何学的不整合に起因するコリメータ構造からのシャドーイングによって異なる影響を受ける少なくとも２つのピクセルを含む指定されているピクセルサブセットについて、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの出力信号を監視することと、
・指定されているピクセルサブセットのピクセルからの監視されている出力信号に基づいて、幾何学的不整合の発生を決定することと
を行わせる命令を含む。

第５の態様によれば、
Ｘ線検出器であって、
・並んで配置されており、Ｘ線源に向かって真横に向けられるように適合されている複数のエッジオン検出モジュールであり、各エッジオン検出モジュールが少なくとも１つの検出ピクセルを有する、複数のエッジオン検出モジュールと、
・Ｘ線源とエッジオン検出モジュールとの間のＸ線経路内に配置されているコリメータ構造であり、コリメータ構造は、ピクセルのＮ×Ｍ行列に対応する少なくとも１つのコリメータセルを含み、ＮおよびＭのうちの少なくとも１つは１より大きく、コリメータセルの少なくとも１つのコリメータ薄板は、ピクセル間の境界に対してオフセットされるように配置されている、コリメータ構造と
を備える、Ｘ線検出器が提供される。

第６の態様によれば、Ｘ線検出器であって、
・並んで配置されており、Ｘ線源に向かって真横に向けられるように適合されている複数のエッジオン検出モジュールと、
・エッジオン検出モジュールの少なくともサブセットの間に配置されているＸ線減衰構造と、
・Ｘ線源とエッジオン検出モジュールとの間のＸ線経路内に配置されているコリメータ構造であり、コリメータ構造は、Ｘ線減衰構造の拡張部として構成されており、エッジオン検出モジュールの間に配置されているＸ線減衰構造の厚さよりも大きい厚さを有する少なくとも１つのコリメータ薄板を備える、コリメータ構造と
を備える、Ｘ線検出器が提供される。

詳細な説明を読めば、他の利点が理解されるであろう。

実施形態は、さらなる目的および利点とともに、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって最もよく理解することができる。

Ｘ線画像化システム全体の一例を示す概略図である。 Ｘ線画像化システムの別の例を示す概略図である。 ＣＴシステムの一例を示す概略図である。 例示的な実施形態によるＸ線検出器の概略図である。 半導体検出モジュールの一例を示す概略図である。 コリメータセルが、ｘ方向とｚ方向の両方において重元素薄板から構成される、二次元オブジェクトコリメータの例を示す概略図である。 コリメータセルと検出ピクセルとの間のセル対ピクセルの関係のｚ方向からの視界の一例を示す概略図である。 Ｘ線源の不整合の一例を示す概略図である。 検出器の不整合の一例を示す概略図である。 コリメータ薄板の不整合の一例を示す概略図である。 動的または静的な不整合のいずれかによって引き起こされる悪影響を回避するために、オブジェクトコリメータと検出器との間に追加の格子が利用される従来の解決策の例を示す概略図である。 コリメータセルがいくつかの検出ピクセルに対応する、オブジェクトコリメータとタイル状検出器との間の提案されているジオメトリのｙ方向からの視界の一例を示す概略図である。ジオメトリはフラット検出器に適用される。 コリメータセルがいくつかの検出ピクセルに対応する、オブジェクトコリメータと、タイル状検出器との間の提案されているジオメトリのｙ方向からの視界の一例を示す概略図である。ジオメトリはエッジオン検出器のアレイに適用される。 コリメータセルが１つの方向内の２つのピクセルに対応する、オブジェクトコリメータとタイル状検出器との間の提案されているジオメトリのｚ方向からの視界の一例を示す概略図である。 ピクセル境界に対してオフセットされた少なくとも１つのコリメータセルを有するコリメータ構造を備えたＸ線検出器の一例を示す概略図である。 Ｘ線源の不整合の場合にコリメータセル内の２つのピクセルが保持する対称性の一例を示す概略図である。 提案されているジオメトリの下での線源の不整合の場合に検出器によって得ることができる周期的信号の一例を示す概略図である。 Ｘ線画像化システムにおける幾何学的不整合を管理するための方法の一例を示す概略流れ図である。 ８個のエネルギービンを有するシリコン検出器の異なるエネルギービンの感受性の一例を示す図であり、そのうちのいくつかのビンは本質的に単色であり、他のビンは多色である、図である。 本質的に単色のエネルギービンの較正のステップの一例を示す概略流れ図である。 一実施形態によるコンピュータ実施態様の一例を示す概略図である。

図１８は、Ｘ線源、フォトンカウンティングＸ線検出器、および、Ｘ線源とＸ線検出器との間のＸ線経路内の中間コリメータ構造を有するＸ線画像化システムにおける幾何学的不整合を管理するための方法の一例を示す概略流れ図である。

一般に、Ｘ線検出器は複数のピクセルを備え、コリメータ構造は複数のコリメータセルを備え、コリメータセルの少なくともサブセットの各々は、ピクセルのＮ×Ｍ行列に対応し、ＮおよびＭのうちの少なくとも１つは、１よりも大きい。

特定の例では、Ｎ≧２かつＭ≧２である。

基本的に、方法は、
Ｓ１：幾何学的不整合に起因するコリメータ構造からのシャドーイングによって異なる影響を受ける少なくとも２つのピクセルを含む指定されているピクセルサブセットについて、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの出力信号を監視することと、
Ｓ２：指定されているピクセルサブセットのピクセルからの監視されている出力信号に基づいて、幾何学的不整合の発生を決定することと
を含む。

例えば、少なくとも２つのピクセルはシャドーイングに対して異なる応答を有し、出力信号を測定することによって異なる応答が監視される。

一例として、方法は、ｉ）幾何学的不整合を表す少なくとも１つのパラメータを推定すること、ならびに／または、ｉｉ）指定されているピクセルサブセットのピクセルからの監視されている出力信号に基づいて幾何学的不整合を補正すること、ならびに／または、ｉｉｉ）出力信号の後処理を実施すること、ならびに／または、ｉｖ）幾何学的不整合を表すパラメータ（複数可）に基づいて、および／もしくは、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの監視されている出力信号に基づいて画像を再構成することをさらに含む。

特定の例では、少なくとも１つのピクセルの出力信号（複数可）または出力信号（複数可）に基づく値（複数可）に対する幾何学的不整合の影響は、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの監視されている出力信号に基づいて補正される。

例えば、補正されるべき少なくとも１つのピクセルは、画像取得中に画像化される対象物／被検体の背後に位置する。

好ましくは、ピクセルからの出力信号は、ピクセルの光子カウントを表す。

特定の例では、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの出力信号は、対象物／被検体の画像取得中に測定され、測定中に画像化される対象物／被検体の外側に位置する。

例えば、シャドーイングによって異なる影響を受ける少なくとも２つのピクセルは、コリメータ構造に対して、幾何学的不整合に起因してコリメータ構造から異なるシャドーイングを受けるように配置される。

一例として、シャドーイングによって異なる影響を受ける上記少なくとも２つのピクセルは、シャドーイングの結果として光子カウント数が増加する１つまたは複数のピクセルから成る第１のサブセットと、シャドーイングの結果として光子カウント数が減少する１つまたは複数のピクセルから成る第２のサブセットとを含むことができる。

特定の例では、各コリメータセルは第１の側面および対向する第２の側面を有し、指定されているサブセットのピクセルの少なくとも１つはコリメータセルの第１の側面上に配置され、指定されているサブセットのピクセルの少なくとも１つは、同じまたは別のコリメータセルの対向する第２の側面上に配置される。

例えば、Ｘ線検出器は複数の検出モジュールを備え、コリメータセルの対向する両側面上に位置するピクセルは、Ｘ線検出器の異なる検出モジュールに属する。

典型的な例では、幾何学的不整合は、Ｘ線源とＸ線検出器との間の相対的な幾何学的不整合を含み得る。

一例として、幾何学的不整合によって引き起こされるピクセルシャドーイングの方向および／または程度は、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの監視されている出力信号に基づいて決定することができる。

特定の実施形態では、Ｘ線検出器はフォトンカウンティング・エネルギー弁別Ｘ線検出器であり、上記少なくとも１つのピクセルの光子カウント（複数可）に対する幾何学的不整合の影響は、指定されているピクセルサブセットのピクセルの監視されている出力信号または出力信号（複数可）に基づく値（複数可）、および、フォトンカウンティング・エネルギー弁別Ｘ線検出器から得られる関連する光子エネルギー情報に基づいて補正される。

例えば、フォトンカウンティング・エネルギー弁別Ｘ線検出器は、検出された光子をエネルギービンに分類するように構成することができ、光子カウント（複数可）に対する幾何学的不整合の影響を補正するステップは、指定されているピクセルサブセットのピクセルの監視されている光子カウントおよび関連する光子エネルギー情報に基づいて、上記少なくとも１つのピクセルのエネルギービン内の光子カウント（複数可）に補正を適用することを含むことができる。

任意選択的に、補正係数は、幾何学的不整合を表す少なくとも１つのパラメータおよび基底材料の厚さに基づいて決定することができる。

一例として、補正係数は、より低いエネルギービン内の光子カウントについて決定され、適用され得る。

別の例では、指定されているピクセルサブセットのピクセルの監視されている出力信号に基づいて、Ｘ線源の電流対ピーク−キロ電圧比（ｍＡ／ｋＶｐ）の低下から、幾何学的不整合を区別することができる。

一般に、幾何学的不整合の管理は、例えば、幾何学的不整合の監視および／または補正／較正などの、幾何学的不整合の監督および／または処理を含むことができる。

理解を深めるために、ここで、非限定的な例を参照して本技術を説明する。

いくつかの態様（複数可）では、エネルギー弁別能力を備えたフォトンカウンティングＸ線検出器システムの幾何学的較正のための方法および対応する実施形態が提供される。特定の実施形態では、方法は、コリメータセル内に複数の検出ピクセルを有すること、画像化対象物の外部のピクセルの測定カウントの変動を監視すること、および、この情報を使用して画像化対象物の背後に位置するピクセルが実行する測定を補正することに基づく。

同じまたは他の態様（複数可）において、本発明は、Ｘ線管とＸ線検出器との幾何学的不整合の影響の管理に関し、１）画像化対象物の外側に位置するフォトンカウンティング・スペクトル検出器のピクセルによって取得される測定値に基づいて、Ｘ線管と検出器との間の相対的な幾何学的位置整合を推定する方法、および、２）Ｘ線管と検出器との間の相対的な幾何学的位置整合の推定に基づいて画像化対象物の背後に位置する検出ピクセルからの出力信号を補正する方法を含む。

図を参照すると、ｘ、ｙ、ｚ方向は一般的なＣＴシステムにおけるように定義され、ｘ方向はガントリ回転方向であり、ｙ方向はＸ線ビーム方向であり、ｚ方向はスライス方向（システム軸）である。

例えば、光子カウントなど、検出ピクセルから出力される信号のエラーは、非減衰Ｘ線ビーム品質の動的変化または検出ピクセルの応答関数から発生する可能性がある。ここで、検出ピクセルの応答関数は、例えば、ピクセルが特定のエネルギーのＮ個の光子によって照射されているときの各エネルギービン内の記録されているカウントの平均数など、所与の入力信号の出力信号として定義される。

非減衰Ｘ線ビーム品質の変化の原因には、Ｘ線管電流（ｍＡ）のドリフトおよびＸ線管加速電圧（ｋＶｐ）のドリフトが含まれるが、これらに限定されない。検出器応答関数の変化の原因には、エネルギー閾値のドリフト、および、Ｘ線管と検出器との相対的な幾何学的位置整合の変化が含まれるが、これらに限定されない。対象物の背後のピクセルから出力される信号が、非減衰Ｘ線ビームの品質の変化および／または検出ピクセルの応答関数の変化に対して補正されない場合、再構成された画像は、縞またはリングのようなアーティファクトを含む可能性がある。

ＣＴ画像の取得中、画像化対象物の背後に位置するピクセルの測定信号は、対象物と検出器／線源との相対的な回転に起因して、時間とともに自然に変化する。これは、検出器応答関数の変化に起因する測定カウントの変動を検出するのが困難であることを意味する。ただし、Ｘ線管の焦点の移動または検出器の移動などの多くの不整合は、検出器全体に同時に影響を与える。これは、画像化対象物の外側に位置する検出ピクセルが、画像化対象物の外側に位置するピクセルが不整合に感受性である限り、検出器に対する線源の動きを監視するために使用することができることを意味する。

本開示の発明では、各コリメータセルの内部に複数のピクセルを配置することにより、不整合に対する感受性が達成される。言い換えれば、コリメータ構造は複数のコリメータセルを備え、コリメータセルの少なくともサブセットの各々は、ピクセルのＮ×Ｍ行列に対応し、ＮおよびＭの少なくとも１つは１より大きい。このタイプのコリメータは、マルチピクセル一致コリメータとして参照されることがある。

特に実際的な例では、Ｎ≧２かつＭ≧２である。

図１２は、一般的にコリメータ構造２２として参照されるオブジェクトコリメータと、タイル状検出器との間の提案されているジオメトリのｙ方向からの視界の一例を示す概略図であり、コリメータセル２３はいくつかの検出ピクセル２１に対応する。ジオメトリはフラット検出器に適用することができる。図１２は、１つのコリメータセルが９個（３×３）の独立した検出ピクセルに対応する提案されているジオメトリの例示的な実施形態を示している。

図１３は、オブジェクトコリメータ２２と、タイル状検出器との間の提案されているジオメトリのｙ方向からの視界の一例を示す概略図であり、コリメータセル２３はいくつかの検出ピクセル２１に対応する。ジオメトリはエッジオン検出器のアレイに適用され得る。図１３は、１つのコリメータセルが２０個（２×１０）の独立した検出ピクセルに対応する、提案されているジオメトリの別の例示的な実施形態を示している。

例えば、半導体ウェハから構築されている検出モジュール２４を有するエッジオンＸ線検出器について、検出器上にはウェハに沿った１つの方向（図１３のｚ）と、ウェハに直交する別の方向（図１３のｘ）がある。

説明した例では、コリメータセルの少なくともサブセットの各々に一致するピクセルのＮ×Ｍ行列がある。

以下において、不整合に起因するシャドーイングの影響を最小化するためのエッジオンフォトンカウンティング検出器のコリメータジオメトリの非限定的な例を説明する。

例として、ウェハに沿った方向におけるコリメータ薄板が検出器ウェハ間にある減衰材料のシートの延長であり、検出器ウェハの上方にある減衰材料の部分がウェハ間にある部分よりも大きい厚さを有するコリメータ構造が提供されてもよい。このような構造の利点は、ウェハの上方のより厚い減衰材料が、そうでなければウェハの側面に衝突する可能性のある放射線をブロックすることである（均一な検出器応答を得るために、すべての放射線がウェハの縁部を通過する／縁部に入ることが望ましい）。ウェハの側面に衝突するＸ線を避けることによって、不整合に対する感受性が低下する。例えば、Ｘ線がウェハの側面に衝突する場合、非減衰Ｘ線ビームがウェハ側の広い領域に直接衝突するため、検出されるＸ線の数が多くなり、ウェハの側面が照明されなくなるように位置整合が変化する場合、検出される光子の数が大幅に減少し、より困難な較正の問題が生じる。

図１４は、コリメータセルが（図１３に示すもののような）１つの方向内の２つの検出ピクセルに対応する、オブジェクトコリメータとタイル状検出器との間の提案されているジオメトリのｚ方向からの視界の一例を示す概略図である。

言い換えれば、並んで配置され、Ｘ線源に向かって真横に向けられるように適合された複数のエッジオン検出モジュール２４を備えるＸ線検出器が提供される。Ｘ線検出器は、エッジオン検出モジュール２４の少なくともサブセットの間に配置されたＸ線減衰構造２６と、Ｘ線源とエッジオン検出モジュールとの間のＸ線経路内に配置されたコリメータ構造２２とをさらに備える。コリメータ構造２２は、Ｘ線減衰構造２６の延長として配置され、エッジオン検出モジュール間に位置するＸ線減衰構造の厚さよりも大きい厚さを有する少なくとも１つのコリメータ薄板を含む。そのようなコリメータ構造の一例を図１４に示す。

例として、コリメータ薄板と、エッジオン検出モジュールの間に位置するＸ線減衰構造とは、互いに接続、接合、または統合されてもよい。

例えば、Ｘ線減衰構造は、タングステンシートなどの少なくとも１つのＸ線減衰シートまたは散乱防止箔を備えてもよい。

特定の例において、エッジオン検出モジュール２４は、電荷収集前面および背面を有し、エッジオン検出モジュール２４の少なくともサブセットは、前面同士で対になって配置され、少なくとも１つのコリメータ薄板は、前面間で前面同士の「間隙」をカバーする。

図１５は、ピクセル境界に対してオフセットされた少なくとも１つのコリメータセル２３を有するコリメータ構造２２を備えたＸ線検出器の一例を示す概略図である。

この例では、Ｘ線検出器は、隣り合わせに配置され、Ｘ線源に向かって真横を向くように適合された複数のエッジオン検出モジュールを備え、各エッジオン検出器は少なくとも１つの検出ピクセルを有する。Ｘ線検出器はまた、Ｘ線源とエッジオン検出モジュールとの間のＸ線経路内に配置されたコリメータ構造２２を備える。コリメータ構造２２は、ピクセル２１のＮ×Ｍ行列に対応する少なくとも１つのコリメータセル２３を備え、ＮおよびＭの少なくとも１つは１より大きく、コリメータセルの少なくとも１つのコリメータ薄板はピクセル間の境界に対してオフセットされるように構成される。

通常、エッジオン検出モジュールは、横方向および縦方向に延長部を有し、検出モジュールの縦方向の延長部に直交するコリメータセルのコリメータ薄板は、例えば、ピクセル境界に対してオフセットされるように配置されてもよい。

言い換えれば、提案されているジオメトリの一例は、ウェハに直交するコリメータ薄板が検出ピクセル内にある（ピクセル境界上にない）コリメータセルを有するコリメータ構造に関する。これは、コリメータ薄板からの影が常に同じピクセル内にあり、ピクセル間で切り替わらないため、不整合の管理に有益である。また、シャドーイングに起因するスペクトルの歪みが最小になる。これは、影のプロファイルが検出器材料のすべての深さでほぼ同じ幅であるためであり、これは、影の全体が１ピクセル内にあることと共に、シャドーイングが変化しても、光子束は、すべてのエネルギーに対して一定の係数で変化するだけであり得ることを意味する。コリメータ薄板がピクセル間の境界に配置された場合、コリメータ薄板に隣接する両方のピクセルが、より大きな光子束の変動、およびまた、不整合の結果としてのスペクトルの変動をも受けることになる。

より一般的には、コリメータ薄板の異なる側面にあるピクセルは、異なる方向の不整合に敏感である。すなわち、線源が移動すると、一部のピクセルは検出器によってより少ない光子で反応し、一部のピクセルは検出器によってより多くの光子で反応する。これは図１６に示されており、図１６は、角度「ａ」によるＸ線の方向に対する不整合により、ピクセルＡの照明が減少し、ピクセルＢの照明が増加することを示している。図１７は、幾何学的不整合が検出器全体に影響を及ぼすため、この影響が同時に多くのピクセルで見られることを示す。Ｘ線源の位置は、このとき、例えば、コリメータ薄板のいずれかの側面において記録されるカウントの比を監視することによって推定することができる。位置整合した位置において、両方のピクセルが完全に照明されるため、カウントの数は両方のピクセルについて等しくなり（利得の差が較正されている場合）、不整合の位置においては、コリメータの高さおよびシャドーイングの程度を使用して、角度不整合を計算することができる。例えば、最大カウントの５％が失われるように、長さ３０ｍｍのコリメータによってシャドーイングされた幅１ｍｍのピクセルを考える。角度不整合（α）の推定値は、このとき、ｔａｎ（α）＝０．０５＊１０／３０を使用して計算することができる。この推定の正確度を向上させるために、画像取得の前に較正スキャンを実行することができ、較正スキャンにおいて、線源が意図的に移動され、各ピクセルのカウント数が監視される。得られた光子カウントは、その後、例えば、画像取得中に位置整合状態を決定するために使用することができるルックアップテーブルに記憶することができる。

言い換えれば、各測定または測定セットに対して、画像化対象物の外側に位置するピクセルの指定参照セットからの検出信号が監視され、得られた信号は幾何学的不整合の発生を確立するために使用される。ピクセルの参照セットに対する要件は、シャドーイングに対する応答が異なるピクセルを含むことである。すなわち、ピクセルのサブセットはシャドーイングの結果としてカウント数の増加を測定し、ピクセルの別のサブセットはシャドーイングの結果としてカウント数の低減を測定する。例えば、Ｘ線管の電流（ｍＡ）またはＸ線管の加速電圧（ｋＶｐ）のドリフトからシャドーイングを区別するために、異なる応答が必要である。

Ｘ線管電流（ｍＡ）のドリフトの結果として、すべてのエネルギービンおよびピクセルのカウント数が等しく増加する。シャドーイングの変化が発生した場合、各ピクセルおよびエネルギービンは、記録されるカウント数の異なる変化を受ける可能性がある。すべてのピクセルが同じようにシャドーイングに応答する場合（すなわち、すべて増加またはすべて減少）、すべてのピクセルおよびエネルギービンは同じ方向に成分を有することになり、これがｍＡドリフトと間違えられる可能性があるため、シャドーイングは、例えばｍＡドリフトから容易に区別することができない。

本開示の発明では、（意図的に不整合されたコリメータ薄板、またはピクセルマスクを使用する場合のように）不整合を監視する専用ピクセルは必要ない。推定時にピクセルが画像化対象物の外側に位置する場合、原則的に検出器上のすべてのピクセルを、位置整合の推定に使用することができる。対象物のプロファイルは容易に識別されるため、取得されたＣＴサイノグラムデータからピクセルが画像化対象物の外側に位置するか否かは、単純に推定される。

検出器／コリメータに対するＸ線管の位置が推定されると、得られた推定は、例えば次の目的で使用することができる。

１）対象物の背後にあるピクセルにおける測定Ｘ線カウントを補正する
２）画像再構成への入力として使用することができる幾何学的パラメータのセットを推定する。

コリメータのジオメトリによっては、スペクトルフォトンカウンティング検出器を利用することが望ましい場合がある。図１３に示されたジオメトリでは、１）を実行することができるようにするため、すなわち対象物の背後のピクセルにおける測定信号を補正するために、検出器はスペクトル（およびフォトンカウンティング）であることが望ましい。図１５に提示されているジオメトリの場合、これは不要な場合がある。補正されるピクセルは、目標ピクセルとして参照される。

ここで、目標ピクセル（画像化対象物の背後に位置する検出ピクセル）のエネルギービン内のカウント数を補正する方法の一例を示す。最初に、単色と多色との２つのカテゴリのエネルギービンが識別される。単色エネルギービンは、狭いエネルギー範囲にのみ感受性である。例えば、エネルギーが５０ｋｅＶ〜６０ｋｅＶの光子のみがエネルギービンにおいてカウントを生成することができる。多色エネルギービンは、広いエネルギー範囲に感受性であり、例えば、１０ｋｅＶ〜１２０ｋｅＶのエネルギーを有する光子が、エネルギービンにおいてカウントを生成することができる。例えば、シリコンに基づくフォトンカウンティングスペクトル検出器の場合、最高エネルギー閾値は基本的に単色であり、一方、より低エネルギーのビンはコンプトン散乱イベントに対する感受性に起因して多色である（よりエネルギーの高い光子はそれらのエネルギーの部分のみを蓄積する）。

図１９は、シリコンフォトンカウンティング検出器の異なるエネルギービンの感受性（各ピクセル内でカウントを生成する光子のエネルギー分布）の一例を示す概略図である。図１９の例では、エネルギービン４〜８は感受性の非常に狭い領域を有し、したがってそれらが単色であるかのように挙動する、すなわち、シャドーイングへの応答は入力スペクトルに依存しない。一方、より低エネルギーのビンは幅広いエネルギー応答を有し、多色性であると考える必要がある。

単色エネルギービンの補正係数は、目標ピクセルへの入力スペクトルに依存しないため、このとき、補正は単純になる。補正係数は、目標ピクセルのビン内のカウントと、指定参照セット内のピクセルの対応するビン内のカウントとの間に直接的な関係を確立することによって決定することができる。目標ピクセル内のカウントと指定されているピクセルサブセット内のカウントとの間の関係は、例えば、典型的な不整合が発生する参照測定のセットを実行することによって確立することができる。典型的な不整合は、検出器／線源システムの自然な動き、または焦点および／もしくは検出器の意図的な動きのいずれかによって得ることができる。単色エネルギービンの較正を実行するための流れ図を図２０に示す。

多色エネルギービンの補正係数は、目標ピクセルへの入力スペクトルに大きく依存しており、多色エネルギービンの補正係数を計算するには、異なる手法をとる必要がある。以下は、補正を実行するために入力スペクトルに関する知識が必要な多色エネルギービンの記録されるカウントの一次補正を実行するための段階的な方法の例である。
１）参照ピクセルから現在のシャドーイングの度合いを推定する。
２）目標ピクセルに当たるＸ線ビームの経路内にある基底材料の厚さを推定するために、材料基底分解を使用する。（この推定値にはわずかなバイアスがあり、それを削除することが目的となる）。
３）ピクセルへの入力スペクトルを推定する（ここでもバイアスがある）ために、推定されている基底材料の厚さを、検出器応答モデルとともに使用する。
４）検出器順モデルを使用して目標ピクセルの低エネルギービンの記録されているカウント数の補正係数を計算するために、推定されているシャドーイングの程度（α）を、推定されている入力スペクトルとともに使用する。
５）補正されたカウントを使用して材料基底分解を再実行する。

補正係数を計算する代替的な方法は、補正係数を基底材料厚さに直接関連付けるルックアップテーブルを使用することである。この場合、補正係数を推定するたびに入力スペクトルを推定する中間ステップを実行する必要はない。ルックアップテーブルの各エントリは、このとき、特定の基底材料厚さセットのすべてのエネルギービンの補正係数を含む。

補正されたカウントを使用して実行される基底材料厚さの推定を使用して、補正係数の新たなセットを推定することができるため、補正を繰り返し実行することが可能である。基底材料厚さの推定がより正確になるため、新しい補正係数は最初のものよりも正確になる。このプロセスは収束するまで繰り返すことができる。

本明細書に記載の方法およびデバイスは、様々な方法で組み合わせて再構成することができることが理解されよう。

例えば、特定の機能は、ハードウェア、もしくは適切な処理回路による実行のためのソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実施されてもよい。

本明細書に記載のステップ、機能、手順、モジュールおよび／またはブロックは、半導体技術、汎用電子回路および特定用途向け回路の両方を含むディスクリート回路または集積回路技術などの任意の従来技術を使用してハードウェアで実施することができる。

特定の例には、１つまたは複数の適切に構成されたデジタル信号プロセッサおよび他の既知の電子回路、例えば、専用機能を実行するために相互接続されたディスクリート論理ゲート、または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）が含まれる。

代替的に、本明細書に記載のステップ、機能、手順、モジュールおよび／またはブロックの少なくとも一部は、１つまたは複数のプロセッサまたは処理ユニットなどの適切な処理回路による実行のためのコンピュータプログラムなどのソフトウェアで実施することができる。

処理回路の例には、１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、１つもしくは複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、１つもしくは複数の中央処理デバイス（ＣＰＵ）、ビデオ加速ハードウェア、および／または、１つもしくは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくは１つもしくは複数のプログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）のような任意の適切なプログラマブル論理回路が含まれるが、これらには限定されない。

また、提案される技術が実装される任意の従来のデバイスまたはユニットの汎用処理機能を再利用することが可能であり得ることも理解されるべきである。また、例えば、既存のソフトウェアを再プログラミングすることによって、または新規のソフトウェアコンポーネントを追加することによって、既存のソフトウェアを再利用することも可能であってもよい。

一態様によれば、Ｘ線源、フォトンカウンティングＸ線検出器、および、Ｘ線源とＸ線検出器との間のＸ線経路内の中間コリメータ構造を有するＸ線画像化システムにおける幾何学的不整合を管理するように構成されているシステムが提供される。

Ｘ線検出器は複数のピクセルを備え、コリメータ構造は複数のコリメータセルを備え、コリメータセルの少なくともサブセットの各々は、ピクセルのＮ×Ｍ行列に対応し、ＮおよびＭのうちの少なくとも１つは、１よりも大きい。例えば、Ｎ≧２かつＭ≧２である。

システムは、幾何学的不整合に起因するコリメータ構造からのシャドーイングによって異なる影響を受ける少なくとも２つのピクセルを含む指定されているピクセルサブセットについて、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの出力信号を監視するように構成されている。システムは、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの監視されている出力信号に基づいて、幾何学的不整合の発生を決定するようにさらに構成されている。

例として、少なくとも２つのピクセルはシャドーイングに対して異なる応答を有し、システムは、出力信号を測定することによって異なる応答を監視するように構成されている。

例えば、システムは、幾何学的不整合を表す少なくとも１つのパラメータを推定すること、ならびに／または、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの監視されている出力信号に基づいて幾何学的不整合を補正すること、ならびに／または、ｉｉｉ）出力信号の後処理を実施すること、ならびに／または、ｉｖ）幾何学的不整合を表すパラメータ（複数可）に基づいて、および／もしくは、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの監視されている出力信号に基づいて画像を再構成することを行うように構成することができる。

別の態様によれば、本明細書で説明されるような幾何学的不整合を管理するためのシステムを備えるＸ線画像化システムも提供される。

図２１は、一実施形態によるコンピュータ実施態様の一例を示す概略図である。この特定の例では、システム２００は、プロセッサ２１０およびメモリ２２０を備え、メモリは、プロセッサによって実行可能な命令を備え、それによって、プロセッサは、本明細書で説明されるステップおよび／または動作を実行するように動作可能である。命令は通常、コンピュータプログラム２２５、２３５として編成されており、これは、メモリ２２０内に事前に構成され得るか、または、外部メモリデバイス２３０からダウンロードされ得る。任意選択的に、システム２００は、入力パラメータ（複数可）および／または結果としての出力パラメータ（複数可）などの関連データの入力および／または出力を可能にするために、プロセッサ（複数可）２１０および／またはメモリ２２０に相互接続されてもよい入出力インターフェース２４０を備える。

「プロセッサ」という用語は、特定の処理、決定または計算タスクを実行するためにプログラムコードまたはコンピュータプログラム命令を実行することができる任意のシステムまたはデバイスとして一般的な意味で解釈されるべきである。

したがって、１つまたは複数のプロセッサを含む処理回路は、コンピュータプログラムを実行するときに、本明細書で説明されるような明確な処理タスクを実行するように構成される。

処理回路は、上述のステップ、機能、手順および／またはブロックを実行するためだけに専用である必要はなく、他のタスクを実行することもすることができる。

提案される技術はまた、そのようなコンピュータプログラムが記憶されているコンピュータ可読媒体２２０；２３０を含むコンピュータプログラム製品も提供する。

一例として、ソフトウェアまたはコンピュータプログラム２２５；２３５は、通常はコンピュータ可読媒体２２０；２３０、特に不揮発性媒体上に保持されまたは記憶されるコンピュータプログラム製品として実現されてもよい。コンピュータ可読媒体は、限定はしないが、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、Ｂｌｕ−ｒａｙディスク、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）メモリ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）記憶デバイス、フラッシュメモリ、磁気テープ、または任意の他の従来のメモリデバイスを含む１つまたは複数の取り外し可能または取り外し不能メモリデバイスを含んでもよい。したがって、コンピュータプログラムは、その処理回路によって実行するために、コンピュータまたは同等の処理デバイスの動作メモリにロードすることができる。

例として、プロセッサによって実行されると、Ｘ線源、フォトンカウンティングＸ線検出器、および、Ｘ線源とＸ線検出器との間のＸ線経路内の中間コリメータ構造を有するＸ線画像化システムにおける幾何学的不整合を管理するためのコンピュータプログラムを記憶しているコンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品が提供される。Ｘ線検出器は複数のピクセルを備え、コリメータ構造は複数のコリメータセルを備え、コリメータセルの少なくともサブセットの各々は、ピクセルのＮ×Ｍ行列に対応し、ＮおよびＭのうちの少なくとも１つは、１よりも大きい。例えば、Ｎ≧２かつＭ≧２である。

コンピュータプログラムは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、
・幾何学的不整合に起因するコリメータ構造からのシャドーイングによって異なる影響を受ける少なくとも２つのピクセルを含む指定されているピクセルサブセットについて、指定されているピクセルサブセットのピクセルからの出力信号を監視することと、
・指定されているピクセルサブセットのピクセルからの監視されている出力信号に基づいて、幾何学的不整合の発生を決定することと
を行わせる命令を含む。

本明細書に提示される方法フローは、１つまたは複数のプロセッサによって実行される場合、コンピュータ動作フローと考えることができる。対応するデバイス、システムおよび／または装置は、機能モジュールのグループとして定義することができ、プロセッサによって実行される各ステップは、機能モジュールに対応する。この場合、機能モジュールは、プロセッサ上で動作するコンピュータプログラムとして実装される。したがって、デバイス、システムおよび／または装置は、代替的に機能モジュールのグループとして定義されてもよく、機能モジュールは、少なくとも１つのプロセッサ上で動作するコンピュータプログラムとして実装される。

したがって、メモリに常駐するコンピュータプログラムは、プロセッサによって実行されると、本明細書で説明されるステップおよび／またはタスクの少なくとも一部を実行するように構成された適切な機能モジュールとして編成され得る。

代替的に、主にハードウェアモジュールによって、または代替的にハードウェアによってモジュールを実現することが可能である。ソフトウェア対ハードウェアの範囲は、純粋に実装上の選択である。

上述した実施形態は例として与えられているに過ぎず、提案される技術はこれに限定されるものではないことが理解されるべきである。添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正、組み合わせ、および変更が実施形態になされ得ることは、当業者によって理解されるであろう。特に、異なる実施形態における異なる部分解決策は、技術的に可能な場合には他の構成で組み合わせることができる。

Claims (29)

1. Ｘ線源（１０）と、フォトンカウンティングＸ線検出器（２０）と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間のＸ線経路内の中間コリメータ構造（２２）と、を有するＸ線画像化システム（１００）における幾何学的不整合を管理するための方法であって、
   前記Ｘ線検出器（２０）は複数のピクセル（２１）を備え、前記コリメータ構造（２２）は複数のコリメータセル（２３）を備え、前記コリメータセルの少なくともサブセットの各々は、ピクセルのＮ×Ｍ行列に対応し、ＮおよびＭのうちの少なくとも１つは、１よりも大きく、前記方法は、
   幾何学的不整合に起因する前記コリメータ構造からのシャドーイングによって異なる影響を受ける少なくとも２つのピクセルを含む、指定されているピクセルサブセットについて、前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルからの出力信号を監視すること（Ｓ１）と、
   前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルからの前記監視されている出力信号に基づいて、幾何学的不整合の発生を決定すること（Ｓ２）と、
   を含む方法。
2. 前記少なくとも２つのピクセルは前記シャドーイングに対して異なる応答を有し、前記出力信号を測定することによって前記異なる応答が監視される、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は、ｉ）前記幾何学的不整合を表す少なくとも１つのパラメータを推定すること、ならびに／または、ｉｉ）前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルからの前記監視されている出力信号に基づいて前記幾何学的不整合を補正すること、ならびに／または、ｉｉｉ）前記出力信号の後処理を実施すること、ならびに／または、ｉｖ）前記幾何学的不整合を表す前記パラメータ（複数可）に基づいて、および／もしくは、前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルからの前記監視されている出力信号に基づいて画像を再構成することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 少なくとも１つのピクセルの前記出力信号（複数可）または前記出力信号（複数可）に基づく値（複数可）に対する前記幾何学的不整合の前記影響は、前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルからの前記監視されている出力信号に基づいて補正される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つのピクセルは、画像取得中に画像化される対象物／被検体の背後に位置する、請求項４に記載の方法。
6. 前記ピクセルからの前記出力信号は、前記ピクセルの光子カウントを表す、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルからの前記出力信号は、対象物／被検体の画像取得中に測定され、測定中に画像化される前記対象物／被検体の外側に位置する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. シャドーイングによって異なる影響を受ける前記少なくとも２つのピクセルは、前記コリメータ構造に対して、幾何学的不整合に起因して前記コリメータ構造から異なるシャドーイングを受けるように配置される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. シャドーイングによって異なる影響を受ける前記少なくとも２つのピクセルは、前記シャドーイングの結果として光子カウント数が増加する１つまたは複数のピクセルから成る第１のサブセットと、前記シャドーイングの結果として光子カウント数が減少する１つまたは複数のピクセルから成る第２のサブセットとを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記コリメータセルの各々は第１の側面および対向する第２の側面を有し、前記指定されているサブセットの前記ピクセルの少なくとも１つはコリメータセルの前記第１の側面上に配置され、前記指定されているサブセットの前記ピクセルの少なくとも１つは、同じまたは別のコリメータセルの対向する前記第２の側面上に配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記Ｘ線検出器（２０）は複数の検出モジュール（２４）を備え、コリメータセルの対向する両側面上に位置する前記ピクセルは、前記Ｘ線検出器の異なる検出モジュールに属する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記幾何学的不整合は、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間の相対的な幾何学的不整合を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記幾何学的不整合によって引き起こされるピクセルシャドーイングの方向および／または程度は、前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルからの前記監視されている出力信号に基づいて決定される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記Ｘ線検出器（２０）はフォトンカウンティング・エネルギー弁別Ｘ線検出器であり、前記少なくとも１つのピクセルの前記光子カウント（複数可）に対する前記幾何学的不整合の前記影響は、前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルの前記監視されている出力信号または前記出力信号（複数可）に基づく値（複数可）と、前記フォトンカウンティング・エネルギー弁別Ｘ線検出器から得られる関連する光子エネルギー情報とに基づいて補正される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記フォトンカウンティング・エネルギー弁別Ｘ線検出器は、前記検出された光子をエネルギービンに分類するように構成され、前記光子カウント（複数可）に対する前記幾何学的不整合の前記影響を補正する前記ステップは、前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルの前記監視されている光子カウントおよび関連する光子エネルギー情報に基づいて、前記少なくとも１つのピクセルの前記エネルギービン内の前記光子カウント（複数可）に補正を適用することを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 補正係数は、前記幾何学的不整合を表す少なくとも１つのパラメータおよび基底材料の厚さに基づいて決定される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記補正係数は、より低いエネルギービン内の前記光子カウントについて決定され、適用される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルの前記監視されている出力信号に基づいて、前記Ｘ線源の電流対ピーク−キロ電圧比（ｍＡ／ｋＶｐ）の低下から、幾何学的不整合が区別される、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記幾何学的不整合の前記管理は、前記幾何学的不整合の監視および／または補正／較正などの、前記幾何学的不整合の監督および／または処理を含む、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. Ｘ線源（１０）と、フォトンカウンティングＸ線検出器（２０）と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間のＸ線経路内の中間コリメータ構造（２２）と、を有するＸ線画像化システム（１００）における幾何学的不整合を管理するように構成されているシステム（２５；３０；４０；５０；２００）であって、前記Ｘ線検出器（２０）は複数のピクセル（２１）を備え、前記コリメータ構造（２２）は複数のコリメータセル（２３）を備え、前記コリメータセルの少なくともサブセットの各々は、ピクセルのＮ×Ｍ行列に対応し、ＮおよびＭのうちの少なくとも１つは、１よりも大きく、
    前記システムは、幾何学的不整合に起因する前記コリメータ構造からのシャドーイングによって異なる影響を受ける少なくとも２つのピクセルを含む指定されているピクセルサブセットについて、前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルからの出力信号を監視するように構成されており、
    前記システムは、前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルからの前記監視されている出力信号に基づいて、幾何学的不整合の発生を決定するように構成されている、システム。
21. 前記少なくとも２つのピクセルは前記シャドーイングに対して異なる応答を有し、前記システムは、前記出力信号を測定することによって前記異なる応答を監視するように構成されている、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記システムはさらに、前記幾何学的不整合を表す少なくとも１つのパラメータを推定すること、ならびに／または、前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルからの前記監視されている出力信号に基づいて前記幾何学的不整合を補正すること、ならびに／または、ｉｉｉ）前記出力信号の後処理を実施すること、ならびに／または、ｉｖ）前記幾何学的不整合を表す前記パラメータ（複数可）に基づいて、および／もしくは、前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルからの前記監視されている出力信号に基づいて画像を再構成することを行うように構成されている、請求項２０または２１に記載のシステム。
23. 請求項２０から２２のいずれか一項に記載のシステムを備えるＸ線画像化システム（１００）。
24. プロセッサ（２１０）によって実行されるときに、Ｘ線源（１０）と、フォトンカウンティングＸ線検出器（２０）と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間のＸ線経路内の中間コリメータ構造（２２）と、を有するＸ線画像化システム（１００）における幾何学的不整合を管理するためのコンピュータプログラム（２２５；２３５）を記憶しているコンピュータ可読媒体（２２０；２３０）を備えるコンピュータプログラム製品であって、前記Ｘ線検出器（２０）は複数のピクセル（２１）を備え、前記コリメータ構造（２２）は複数のコリメータセル（２３）を備え、前記コリメータセルの少なくともサブセットの各々は、ピクセルのＮ×Ｍ行列に対応し、ＮおよびＭのうちの少なくとも１つは、１よりも大きく、
    前記コンピュータプログラム（２２５；２３５）は、前記プロセッサ（２１０）によって実行されると、前記プロセッサに、
    幾何学的不整合に起因する前記コリメータ構造からのシャドーイングによって異なる影響を受ける少なくとも２つのピクセルを含む、指定されているピクセルサブセットについて、前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルからの出力信号を監視することと、
    前記指定されているピクセルサブセットの前記ピクセルからの前記監視されている出力信号に基づいて、幾何学的不整合の発生を決定することと、
    を行わせる命令を含むコンピュータプログラム製品。
25. Ｘ線検出器（２０）であって、
    並んで配置されており、Ｘ線源（１０）に向かって真横に向けられるように適合されている複数のエッジオン検出モジュール（２４）であり、各エッジオン検出モジュール（２４）が少なくとも１つの検出ピクセル（２１）を有する、複数のエッジオン検出モジュール（２４）と、
    前記Ｘ線源と前記エッジオン検出モジュールとの間のＸ線経路内に配置されているコリメータ構造（２２）であり、前記コリメータ構造（２２）は、ピクセルのＮ×Ｍ行列に対応する少なくとも１つのコリメータセル（２３）を含み、ＮおよびＭのうちの少なくとも１つは１より大きく、前記コリメータセルの少なくとも１つのコリメータ薄板は、ピクセル間の境界に対してオフセットされるように配置されている、コリメータ構造（２２）と、
    を備えるＸ線検出器（２０）。
26. 前記エッジオン検出モジュール（２４）は、横方向および縦方向に延長部を有し、前記検出モジュールの前記縦方向の延長部に直交する前記コリメータセルの前記コリメータ薄板は、ピクセル境界に対してオフセットされるように配置されている、請求項２５に記載のＸ線検出器。
27. Ｘ線検出器（２０）であって、
    並んで配置されており、Ｘ線源（１０）に向かって真横に向けられるように適合されている複数のエッジオン検出モジュール（２４）と、
    前記エッジオン検出モジュール（２４）の少なくともサブセットの間に配置されているＸ線減衰構造と、
    前記Ｘ線源と前記エッジオン検出モジュールとの間のＸ線経路内に配置されているコリメータ構造（２２）であり、前記コリメータ構造（２２）は、前記Ｘ線減衰構造の拡張部として構成されており、前記エッジオン検出モジュールの間に配置されている前記Ｘ線減衰構造の厚さよりも大きい厚さを有する少なくとも１つのコリメータ薄板を備える、コリメータ構造（２２）と、
    を備えるＸ線検出器（２０）。
28. 前記Ｘ線減衰構造は、少なくとも１つのＸ線減衰シートまたは散乱防止箔を備える、請求項２７に記載のＸ線検出器。
29. 前記エッジオン検出モジュール（２４）は、電荷収集前面および背面を有し、前記エッジオン検出モジュールの少なくともサブセットは、前面同士で対になって配置され、前記少なくとも１つのコリメータ薄板は、前記前面間で前面同士の間隙をカバーする、請求項２７または２８に記載のＸ線検出器。

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