JP6644872B2 - 光子計数装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、変換材料片（a piece of converter material）における光子相互作用を計数するための光子計数装置、変換材料片における光子相互作用を計数するための光子計数方法、及び対応するソフトウェア製品に関する。

光子の計数は、多くの状況下で使用され、そのうちの１つは、医用画像である。例えば、エネルギー分解光子計数検出器は、スペクトルコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）に使用される。他の応用、例えば光子計数マンモグラフィにおいても、やや類似の検出器が提供される。

光子計数の課題の１つは、いわゆる電荷共有である。特に、直接変換材料における電荷共有は、スペクトル性能の劣化を引き起こす。センサ内の単一のＸ線相互作用は、電荷が、バルク内の電荷雲の位置に依存して２つ以上のピクセルにドリフトすることを引き起こす。電荷は、それゆえ、２つ以上のピクセルに分散され、対応するより低い等価エネルギーを有する２つ以上の事象として、通常、記録される。効果的には、これは、期待されるスペクトルが、もはや光電ピークに寄与しないが、むしろ「低エネルギーテール（low energy tail）」と一般的に呼称される背景信号として現れる偽の低エネルギー事象によって汚染されることを意味する。

このような低エネルギー疑似事象（spurious events）を低減又は完全に除去することは、検出器のスペクトル品質を改善する上で重大なインパクトを持ち、例えば、スペクトル（光子計数）ＣＴの状況下では、改善された、すなわち雑音の少ない材料分解画像になる。

電荷共有補償に関するアプローチは、Ｍｅｄｉｐｉｘ３−ＣＥＲＮ ＡＳＩＣへとつながった（例えば、Ｂａｌｌａｂｒｉｇａ，Ｒらによる「Ｍｅｄｉｐｉｘ３プロトタイプ、改良された分光分析性能を有する単一光子計数モードで動作するピクセル読み出しチップ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ（Ｖｏｌｕｍｅ５４、Ｉｓｓｕｅ：５）、２００７年１０月を参照）。

米国特許公開２０１２／０１１２０８８Ａ１はまた、光子検出に関連し、放射線スキャナにおける電荷共有の校正を提供する。米国特許公開２０１２／０１１２０８８Ａ１のデータ獲得コンポーネントは、１つ又は複数のパルスの同定されたエネルギースペクトルに基づいて、又は、所与の時間フレーム内の所与のパルスに対してどの閾値が活性化及び／又は非活性化されるかに基づいて、電荷共有が生じたか否かを決定するように構成され得る。

従来のアプローチによれば、計数レート性能の（場合によってはさらなる著しい）減少が生じ得る。

エネルギースペクトルに基づく又はパルスの閾値履歴に基づく電荷共有の検出は、複雑な検討を含み、それは、完全なパルスの後でのみ行うことができる。

米国特許出願公開第２０１４／０１７５２９９号明細書による、Ｘ線放射によって照射された物体のＸ線画像を記録する計数デジタルＸ線検出器は、Ｘ線放射を電気信号に変換するための直接Ｘ線変換器と、複数の計数ピクセル要素を備えるマトリクスとを含む。計数ピクセル要素の少なくとも一部は、信号入力部と、該信号を計数信号に変換する２つの回路とを有する。２つの回路の第１の回路は、それぞれのピクセル要素に入る信号を直接的に計数信号に変換し、計数信号を計数するように構成される。２つの回路の第２の回路は、少なくとも１つの隣接するピクセル要素の同時発生信号とともにそれぞれのピクセル要素に直接的に入る信号を計数信号に変換し、計数信号を計数するように構成される。第１の回路及び／又は第２の回路は、独立して及び両方ともに作動され得る。

ＷＯ２００４／０６４１６８Ａ１は、単一のＸ線計数のための光子計数撮像装置であって、ａ）感光性材料の層と；ｂ）前記感光性材料の前記層に配置された光検出器ダイオードのＮ×Ｍアレイと；ｃ）高利得、低雑音増幅手段、各光検出器ダイオードに対する１つの読み出し単位セルを含み、該読み出し単位セルはデータ処理手段によって制御される、読み出し単位セルのＮ×Ｍアレイ；ｄ）各読み出し単位セルは、入射光子によって生成された電子正孔対の、又はそれぞれの光検出器ダイオードにおける所定数の入射光子の、増幅された信号を表す出力信号を、予め選択可能な関心領域に割り当てることを可能にする内部データ処理手段を含み；ｅ）出力信号の前記割り当てには、クロック手段によって生成されたタイムスタンプが付随する。光子計数撮像装置の通常の動作に加えてこの手段のために、増幅手段によって生成された出力信号は、それぞれの光検出器ダイオードに当たる光子の発生に関して、個別に処理することができる。この理由で、少なくともこの事前選択された関心領域に対する時間分解能は、クロック手段が適切な周波数でこの分解能を受け入れる限り、向上する。

本発明の目的は、電荷共有を考慮に入れることができ、先行技術の問題点、欠点及び又は短所が回避されるか、又は少なくとも軽減若しくは緩和される、光子計数装置及び光子計数方法を提供することである。

本発明の第１の態様では、変換材料片における光子相互作用を計数する光子計数装置が提示され、該光子計数装置は、各々が前記変換材料片と相互作用する光子によって生成されるパルスを受信する、複数のエネルギー弁別器及びパルス検出器と、各々が前記エネルギー検出器の１つに結合され、結合されたエネルギー弁別器のエネルギーレベルに従うエネルギー弁別で光子相互作用を計数する複数の計数器とを備え、前記パルス検出器は、前記エネルギー弁別器の前記エネルギーレベルよりも低い所定のエネルギーレベルの入力を受信すると、パルス論理信号を提供し、前記光子計数装置は、少なくとも１つの隣接する変換材料片における所定のエネルギーレベルの入力を示す隣接論理信号を受信するように構成された防止回路（prevention circuitry）をさらに備え、前記防止回路は、前記パルス論理信号及び前記隣接論理信号が、所定サイズの一致ウィンドウ（coincidence window）内にともに存在する場合に、前記複数の計数器のいずれか１つによってパルスが計数されることを選択的に防止するように構成される。

本発明の第２の態様では、変換材料片における光子相互作用を計数する光子計数方法が提示され、該方法は、前記変換材料片と相互作用する光子によって生成されるパルスを受信するステップと、前記パルスが所定のエネルギーレベルに到達するとパルス論理信号を提供するステップと、少なくとも１つの隣接する変換材料片における所定のエネルギーレベルの入力を示す隣接論理信号と前記パルス論理信号とが所定サイズの一致ウィンドウ内にともに存在する場合に、前記パルスが複数の計数器のいずれか１つによって計数されることを防止するステップであって、各々の計数器は、複数のエネルギー弁別器の１つに結合され、結合された前記エネルギー弁別器のエネルギーレベルに従ったエネルギー弁別で光子相互作用を計数し、各エネルギー弁別器が前記パルスを受信するように構成される、該ステップと、を含む。

本発明者は、好ましくは非常に短い一致ウィンドウ内の隣接ピクセル（又は変換材料片）におけるパルスの開始時を考慮して、電荷共有事象の発生が、パルスの開始時に既に検出され得ることを認識した。本発明によれば、パルスが、処理されているか否かが検出され、１つ又は複数の隣接するピクセルが、非常に短い一致ウィンドウ内で同時相互作用が記録されているか否かを決定するために、スカウトされる（scouted）。このような一致は、２つの無関係な光子相互作用による真の一致又は共有電荷の同時記録（registration）によって引き起こされ得る。隣接ピクセルにおける電荷共有事象は、基本的には瞬時に又は同時に発生するので、一致ウィンドウは、実用的な実施の限界内で非常に小さくなり得る。特に、一致ウィンドウは、とりわけ、本発明のＣＴへの適用例の状況では、１０ｎｓ未満、好ましくは５ｎｓ未満、より好ましくは２ｎｓ未満であり得、例えばちょうど１ｎｓでもよい。

一致ウィンドウの幅は、好ましくは、真の事象を拒否する確率が低くなるように選択される。ＣＴアプリケーションにおいては高速であるため、隣接する２つのピクセルが衝突光子（impinging photons）をほぼ同時に受信するという有限の確率がある。大きすぎるウィンドウは、電荷共有によって引き起こされないであろうあまりにも多くの事象を、回路に拒絶させることになる。しかし、本発明がより低速の状況で用いられるならば、一致ウィンドウはより広くてもよい。さらに、一致ウィンドウのサイズは、例えば、あるピクセル又はピクセル群に対する前の時間フレームにおける光子束に依存して、そのようなピクセル又はピクセル群の一致ウィンドウが調整されるという意味において、動的であることが期待される。これは、ピクセル又はピクセル群に対して高い光子束である期間中は、一致ウィンドウがより小さいか或いはより小さくなることを意味する一方、低い光子束である期間中は、一致ウィンドウがより広いか或いはより広がったりすることを意味する。（ピクセルごと又はピクセル群ごとに、一般的に又は個別のいずれかでの）一致ウィンドウの動的調整は、より大きなダイナミックレンジに亘る真の一致の拒否に対する電荷共有の拒否のためのより良い妥協を可能にすることが期待される。

好ましい実施形態では、防止回路は、パルス論理信号及び隣接論理信号が一致ウィンドウ内にともに存在するか否かを判断するためのデジタル伝搬遅延ネットワークを備えているか、及び／又はパルス論理信号が単安定特性を備えていることである。

一致ウィンドウを実装するための多くの異なるやり方があることに留意すべきである。一例として、一般にＲＣ時定数によって制御され得る単安定出力が提案される。要求される短いパルスについては、一致ウィンドウは、有利には、デジタル伝搬遅延ネットワークの手段によっても実現され得る。

好ましい実施形態では、光子計数装置は、隣接する変換材料片における光子相互作用を計数するための光子計数装置に、パルス論理信号を提供するための出力部を備える。好ましくは、所与の実施における全範囲のピクセル又は変換材料片に対応するすべての光子計数装置は、厳密には必要ではないが、パルスの検出又は開始についての情報を１つ又は複数の隣接する装置とやり取りするように構成される。

例えば、光子計数装置は、隣接する光子計数装置にパルス論理信号を提供しないことも可能であり、そのような場合には、防止回路は、隣接する光子計数装置によって計数される隣接する変換材料片からのパルスを選択的に提示するように構成され得る。

上記好ましい実施形態の変形例では、光子計数装置は、所定の期間だけパルス論理信号の提供を遅延させるパルスウィンドウ遅延部を備える。

パルスウィンドウ遅延部は、隣接する光子計数装置がそれ自身の事象に対して「過去」を観察することを可能にする。しかしながら、これは、すべてのピクセルがそれら自身の電荷共有の事象（例えばパルスの拒否）に対処することを決定することを可能にし得るので、実施においては必要とされなくてもよい。

好適な実施形態では、光子計数装置は、所定の期間だけ防止回路によって隣接論理信号の受信を遅延させるための隣接ウィンドウ遅延部を備える。

上記変形例に対応するものとして、遅延は、防止回路の受信側に提供されてもよい。

好ましい実施態様では、光子計数装置は、複数のエネルギー弁別器によるパルスの受信を所定の期間だけ遅延させる弁別遅延部、及び／又は複数の計数遅延部を備え、それぞれが、エネルギー弁別器の出力部と計数器の入力部との間に備えられ、所定の期間の遅延を提供する。

パルスが計数器に到達する前の該パルス（又はその処理）の遅延は、最低エネルギー弁別器がその対応する計数器の値を増加させることを可能にし得る前に、電荷共有事象（例えば拒否するか否か）に対処することの決定がなされることを保証するように、提供され得る。そのような遅延が提供されるか否かは、したがって、整形速度（shaper speed）及びパルス検出器の所定のエネルギーレベルに関しての最低閾値の位置に依存する（すなわち、パルス検出器がアクティブになった後、最低閾値は、一致ウィンドウのクローズ前に、例えば、１ｎｓを超える次の範囲内（within the next > 1ns）で、達せられるべきではない）。

好ましい実施形態では、防止回路はさらに、エネルギー弁別器及び／又はパルス検出器からの終了信号を受信するとパルスが計数されることを防止することを停止するように構成され、前記終了信号は、パルスが終了したことを示している。

防止回路は、例えば、フリップフロップを使用して実装することができ、フリップフロップは、次に、計数器が事象を記録することをできなくする。フリップフロップは、非アクティブ状態に戻っている弁別器によってリセットされ得る。最低閾値を使用することは必要ではないが、特にそのようなリセットのために最低弁別器（lowest discriminator）を使用することが可能である。任意の弁別器を使用することができ、すなわち、非アクティブ状態に戻っている任意の弁別器は、パルスが処理されたことを示すのに十分な状態であり得る。最低弁別器の使用は、これが、実際、パルスが（事実上）終了したことを示すという利点をもたらすが、なお、可能性のある欠点も含む。高光子束の形態（high flux regimes）では、パルスの蓄積（pulse-pile up）は、最低弁別器が非アクティブに戻ることを妨げるか、又は非アクティブへ戻ることをほとんど引き起こさない。

好ましい実施形態では、光子計数装置は、パルス検出器によって提供されるパルス論理信号に基づいて、光子相互作用を計数するように構成されたパルス計数器を備える。

パルス検出器自体は、更なるエネルギー弁別器の機能を追加的に遂行することができる。換言すれば、光子計数装置の既存の設計は、更なるエネルギー弁別器／パルス検出器を追加する必要なく、本発明に向けて修正し得る。

好ましい実施形態では、光子計数装置は、パルス論理信号と隣接論理信号とが、一致ウィンドウ内にともに存在するという一致事象を計数するように構成された一致計数器を備える。

所与のピクセルごとに検出された電荷共有事象の数を記録することが可能である。このような計数値は、例えば、追加の計数器を含めることによって達成され得る。ここで、電荷共有事象は、２つ以上のピクセルにおいて計数されてもよく、すなわち、一致する各ピクセルが事象を記録する。必要であれば、１つのピクセルのみの電荷共有事象を記録するための手段を講ずることができる。事象に関与するピクセルはまた、隣接する装置から光子計数装置への入力に基づいて、解決され得る。

上記の好適な実施形態の有利な変形例では、防止回路は、別個の隣接論理信号を受信するように構成され、別個の隣接論理信号のそれぞれは、異なる隣接する変換材料片における所定のエネルギーレベルの入力を示し、一致計数器は、異なる隣接する変換材料片に対する一致事象の別個の計数値を提供するように構成される。

ここでは、単一の一致計数器の代わりに、例えば、合計４つの一致計数器が設けられてもよく、それぞれは、電荷共有事象の数だけでなく、どのピクセルで共有されたかを示す。光子計数装置が中心ピクセルに対して設けられ、東西南北に隣接する４つのピクセルがあるものと仮定する。例えば、これらの計数器は、電荷共有事象が前記ピクセルＣ−Ｓ、Ｃ−Ｅ及びＣ−Ｗ間のそれぞれで一致を示す場合、Ｃ−Ｎ（中心−北）と呼ばれることがある。実際には、対応する構成された光子計数装置が各ピクセルに対して存在することを条件として、一致は、２つのピクセルにおいて同時にフラグ付けされるので、Ｃ−Ｓは、南の隣、すなわち、Ｓ−Ｃによって共有され得る。実際には、これは、電荷事象が中心ピクセルと南ピクセルとの間で共有される場合、この特定の計数器は１計数分を記録することを意味する。同じことが、それぞれ、Ｃ−Ｅ、Ｃ−Ｎ、及びＣ−Ｗにも当てはまる。

好ましい実施形態では、光子計数装置は、変換材料片と相互作用する光子によって生成されたパルスと、隣接する変換材料片と相互作用する光子によって生成されたパルスとを選択的に加算するように構成された加算部と、前記パルス論理信号及び前記隣接論理信号に基づいて、前記加算部を制御するように構成された調停制御部とを備える。

光子検出の更なる改善は、電荷共有事象が完全に拒絶されなければ、たとえそのような拒絶だけがスペクトル性能及び変調伝達関数（ＭＴＦ）の改善に（非常に）肯定的な影響を既に有している場合であっても、達成され得る。前述のパラグラフに示された実施形態は、両方の（又はそれより多いの）事象の電荷を追加し、関与するピクセルの１つにそれを割り当てることによって、元の相互作用を復元することを可能にする。換言すれば、復元は、２つ以上のピクセルの電荷を加算し、それを（１つの光子計数装置の）ある単一のピクセルの閾値又は弁別器によって処理させることを含む。

電荷がデジタル領域において（弁別器出力を追加することによって）復元される場合であっても、提供される閾値が十分に大きいことを条件として（すなわち、エネルギー弁別が十分に細かい）、上述の実施形態は、アナログ領域においても電荷共有事象を復元することを可能にし、したがって、細かいエネルギー弁別についての限定はなく、例えばピクセル当たり３〜６個の閾値の場合にも用いられてもよい。

上記の好適な実施形態の有利な変形例では、光子計数装置は、変換材料片と相互作用する光子によって生成された受信されたパルスを、隣接する変換材料片における光子相互作用を計数するための光子計数装置に出力するように構成されたパルス出力部を備える。

潜在的に、隣接する光子計数装置にもパルスを供給することにより、特定のピクセルに対する電荷共有事象への割り当てに関して、より高い柔軟性及び精度が得られるだろう。

上記の好適な実施形態の別の有利な変形例では、前記光子計数装置は、前記複数のエネルギー弁別器が前記パルスを受信するのを防止するように構成されたスイッチを備え、前記調停制御部は、前記加算部が、前記変換材料片と相互作用する光子によって生成されたパルスと隣接する変換材料片と相互作用する光子によって生成されたパルスとを加算するか、又は、前記スイッチが、前記複数のエネルギー弁別器がパルスを受信することを防止するように制御するように構成される。

ここで、前記電荷共有事象によって生成された電荷の割り当ては、前記光子計数装置で受信されたパルスが、適切な場所での入力部とカウンタとの間の接続を中断しながら、別の光子計数装置に転送されるように、又は、前記光子計数装置で受信されたパルスが、１つ又は複数の隣接する光子計数装置から転送された１つ又は複数のパルスを加算することによって補強されるように、提供される。

本発明の更なる態様では、コンピュータプログラムが光子相互作用を計数するために提供され、ソフトウェア製品は、該ソフトウェア製品が光子計数装置上で実行される場合に、本発明の第１の態様に従う光子計数装置に、本発明の第２の態様に従う方法のステップを遂行させるプログラムコード手段を含む。

請求項１に記載の光子計数装置、請求項１４に記載の光子計数方法、及び請求項１５に記載のコンピュータプログラムは、特に、従属請求項に規定されているような、同様の及び／又は同一の好ましい実施形態を有することを理解されたい。

本発明の好ましい実施形態はまた、従属請求項又は上記の実施形態とそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせであってもよいことを理解されたい。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかになり、また、これらを参照して説明されるであろう。

図面には次のものが示される。
図１は、本発明の一実施形態に係る光子計数装置を示すブロックダイアグラムを示す。 図２は、２つのシミュレートされたピクセルの時系列を示す。 図３は、図２に示された領域のズームを示す。 図４は、本発明の防止回路を使用した場合と使用しない場合の計数レートの数値の比較を示す。 図５は、図１に示す光子計数装置の変形例を示すブロック図である。 図６は、本発明の別の実施形態に係る防止回路の一部を示す。 図７は、図６に示される防止回路の部分を含む２つの隣接する光子計数装置を示す。 図８は、本発明の一実施形態に係る光子を計数するための方法を示す概略フローダイアグラムを示す。

図１は、本発明の一実施形態に係る光子計数装置を示すブロックダイアグラムを示す。

本実施形態の光子計数装置１は、その出力をパルス整形器５に提供する直接変換器３を含み、該パルス整形器５は、順番に、整形パルスを複数のエネルギー弁別器７（又は閾値区域）に提供する。これらの閾値区域７のそれぞれに対して、対応する計数器９が設けられている。

光子計数装置１の基本的な概要は、当業者がよく知っている従来の光子計数装置に対応する。したがって、これらの要素の基本的な動作についての追加の説明は必要ない。

用語「ピクセル」は、ここでは、文脈に応じて、特定の変換材料片を参照するか、又はそのような「ピクセル」とそれに対応する光子計数装置との組み合わせを参照するかのいずれかとして、使用される。

上に示したように、各ピクセルは、いくつかのエネルギー弁別器を有する典型的な光子計数チャネルを含む。本実施形態では、追加の閾値１１（パルス閾値、ＰＴＨ又はパルス検出器）が、低エネルギーレベル（例えば、５ｋｅＶ、又は電子雑音より十分高い）で提供される。

この追加の閾値又はパルス検出器１１は、パルス検出、すなわち、パルスが処理されていることを検出するために動作する。パルス検出器１１の出力は単安定特性を有する。すなわち、パルスが検出されると、出力は限定された期間（例えば１ｎｓ）にわたってアクティブのままである。

パルス検出器１１の出力は、防止回路１３により、隣接するピクセルの対応するパルス検出器１１’の出力（例えば、東西南北であるが、これに限定されない）と論理的に比較される。この論理ＡＮＤ関数１５のいずれか（ＯＲ１７）がアクティブ出力を生成する場合、それは、一致事象がピクセル１と隣接ピクセルとの間に記録されたことを示すものとして機能する。

図１において、更なる詳細な説明がなされることなく、パルス検出器１１’を示すことを除いて、隣接するピクセル又は光子計数装置１’が示されている。さらに、可読性のため、隣接する光子計数装置１’の１つのみが示されているが、本実施形態の光子計数装置１は、４つの隣接する光子計数装置１’からのパルス検出器出力を受信するように構成される。

非常に短い時間間隔（例えば、１ｎｓ）内での上述した一致のヒットは、電荷共有事象から生じるかもしれない。

このために、図１に示す実施形態は、カウンタ９がこの事象を記録することをできなくするフリップフロップ１９を次にイネーブルにする。フリップフロップ１９は、たとえ実際に非アクティブ状態に戻る閾値がリセットのために用いられるとしても、非アクティブ状態２１に戻っている下限閾値によってリセットされてもよい。ピクセルにわたるすべてのパルス検出器の出力は、同じ単安定特性を有するので、一致ウィンドウは、最終的に、単安定出力のアクティブ状態の持続期間に対応する。

図１において、すべてのピクセルのパルス検出器の出力は、所与のウィンドウ遅延２３を有する「中心」ピクセルに供給される。この遅延２３は、中心ピクセルがそれ自身の事象に対して「過去」を観察することを可能にする。これは、すべてのピクセルが、それら自身でパルスを拒否することの判断を許可され得るので、必要でなくてもよい。

また、図１において、すべての弁別器７の出力は、それぞれの伝播遅延ブロック２５を通過する。これは、最低閾値弁別器７がその対応する計数器９の数え上げを許可され得る前に、拒否するか否かが決定されることを保証するように提供される。したがって、このような弁別器遅延２５を含むことの必要性は、パルス検出器１１のエネルギーレベルに関する整形速度及び最低閾値の位置に依存する（すなわち、パルス検出器１１がアクティブになった後、最低閾値７は例えば１ｎｓを超える次の範囲内でアクティブでなくてもよい）。

代替的な実施形態（図示せず）では、そのような追加のパルス検出器は、それ自体としては設けられない。これは、最低閾値／弁別器が用いられ、その代わりとして、単安定ステージが続くからである。別の表現をすれば、本実施形態のパルス検出器１１は、対応するカウンタに結合されてもよく、このようにして、弁別器７と同様の弁別器としても機能する。

図２ａ）は、正規化された整形出力１０１，１０３に関する２つのシミュレートされたピクセルの時系列を時間の経過とともに任意の単位で示す。図２ｂ）は、対応するパルス検出トリガを示す。点線の矩形１０５は、２つの隣接ピクセルにおいて一致した事象を示す。図２ｃ）の下側のグラフは、事象１１１が一致検出によって実際に捕捉されたことを示し、それは、結局、本発明のいくつかの実施形態によれば、該特定の事象に対する計数機構を無効にする。

図３は、図２の矩形１０５によって示された領域のズームを示す。パルス検出信号１０７，１０９（図３ｂ）の重なり（１１１）は、両事象がほぼ同時に発生していることを示す。

ここでは、シミュレーションが検出の機能性を示すように行われたので、事象は単エネルギーであり、規則的事象（regular events）及び電荷共有事象の差別化がなされなかったことに留意されたい。

図４は、衝突計数レート（ＩＣＲ，Ｍｃｐｓ／ピクセル）に対する観測計数レート（Ｍｃｐｓ／ピクセル）に関して、本発明の防止回路を使用した場合と使用しない場合との計数レートの比較を示す。

事象の高速レートのせいで、いくつかの真の事象はまた、たとえそのような事象が、電荷共有事象に対応せず、むしろ、２つの個別の光子のほぼ同時の衝突によって起こるにもかかわらず、拒否されことが予想される。そのような望ましくない拒否の主な影響は、計数レートの損失である。図４は、電荷共有の拒否を有する（ライン１１３）及び有しない（１１５）ピクセルの計数レートの数値を示す。予期されるように、電荷共有事象の計数を防止する場合の記録された計数レートは、やや低い。該計数レートが上昇するにつれて、真の別々の事象を誤って拒否する確率が増加する。最大レートを超えると、極端な蓄積が、パルス検出をより困難にし、したがって、計数レート曲線は、麻痺的モデル（paralyzable model）に漸近的に追従する。適度なレート（例えば０−１０Ｍｃｐｓ／ピクセルＩＣＲ）においては、拒否回路の影響は最小であり、電荷共有によって引き起こされた事象を分類することによって、スペクトルの品質の大幅な改善が期待できるかもしれない。図４は、４つの隣接するピクセルの、優勢な中心ピクセル上の一致をすでに説明している。

図５は、図１に示す光子計数装置の変形例を示すブロックダイアグラムを示す。

この変形例は、所与のピクセルごとに拒否された事象の数を記録することが提供される（図４の曲線１１７）。このような計数値は、図５に示すような追加の計数器２７を含むように、図１に示す実施形態を拡張することによって、容易に達成され得る。本実施形態では、電荷共有事象は、２つ以上のピクセルにおいて計数される。すなわち、一致する各ピクセルが事象を記録する。必要であれば、１つのピクセルにおいて電荷共用事象を記録するための手段が採られ得る。事象に関与するピクセルは、ＡＮＤ関数１５のアクティブ状態から解決され得る。

図５に示す光子計数装置の構造は、２つのパルスが一致ウィンドウ内に存在することが判明した場合の事例での計数を行う計数器２７の追加を除いて、図１に示されたものに対応する。

図６は、本発明の別の実施形態に係る防止回路の部分３１を示す。

該実施形態は、アナログ領域における電荷共有事象を復元するための可能な実装を扱っている。

図１及び図４に示す実施形態と同様に、パルス検出器１１’が設けられ、その出力は、ウィンドウ遅延２３’によって遅延された隣接論理信号と論理的に比較（ＡＮＤ関数１５’）される。

図１及び図４に示す実施形態とは異なり、ＯＲ関数及びＲＳフリップフロップは、調停制御部２９に置き換えられている。この調整制御部の目的は、どの画素が全収集電荷を受け取るべきかを決定すること、すなわち、どのピクセルが一致したかを検出し、電荷総量の方向を選択することである。この選択は、例えば、電荷が常に南から北へ及び東から西へ転送される場合の所定の重みを有するという非常に簡単な条件でなされ得るものである。

調停制御部の出力は、信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ（後述）を含む。

本実施形態は、一致ウィンドウと判定が非常に迅速に（例えば１〜２ｎｓ以内に）行われるという事実を利用する。入ってくるパルスに対するこのような迅速な反応は、過渡応答が最低閾値に到達する前に、追加されるべき整形を選択することを可能にする。

図７は、図６に示す防止回路１３’の部分３１を含む２つの隣接する光子計数装置を示す。簡略化のために、ここでは、隣接する光子計数装置１’’のうちの２つだけが（部分的に）示されている。

光子計数装置１’’は、図１又は図４に示すものと同様に、直接変換器３及びパルス整形器５を含む。パルス整形器５の出力部は、加算部３３に結合され、また、隣接する光子計数装置１’’（信号Ｘ）にも提供される。加算部３３は、ここでは、隣接する光子計数装置１’’のパルス整形器５の出力部に更に結合される。

調停制御部２９（図６参照）によって提供される信号Ａは、隣接する整形器５の出力部を加算部３３の加算器３７に接続し又は遮断するスイッチ３５を制御する。

加算部３３の出力（信号Ｚ）は、光子計数装置１’’の弁別器（図示せず）に向けられる。弁別器と加算部３３との間には、調停制御部２９からの信号Ｂによって制御される更なるスイッチ３９が設けられている。

調停制御部２９が、図７に示した２つの光子計数装置１’’の整形器５によって受信されたパルスが、電荷共有事象によるものであり、したがって、上位の計数装置１’’によって計数されるべきであると決定するものと仮定する。

信号Ａは、加算器３７を上位の計数装置１’’の整形器５だけでなく、下位の計数装置１’’の整形器５にも接続するように提供される。さらに、信号Ｂは、加算部３３の出力が実際に弁別器に到達するように、スイッチ３９に提供される。

これに対応して、下位の光子計数装置１’’の加算部３３及びスイッチ３９は、弁別器（したがって、対応する計数器（図示せず））に対する信号の伝搬を停止するように、対応する調停制御部（図示せず）によって制御される。

更なる信号Ｃ，Ｄは、他の隣接する光子計数装置に関して、対応する回路を制御するために用いられる。

図８は、本発明の一実施形態に係る光子を計数する方法を示す概略フローダイアグラムを示す。

受信ステップ５０において、変換材料片と相互作用する光子によって生成されたパルスが受信される。

受信されたパルスは、パルス検出器に提供され、パルスが所定のエネルギーレベルに到達するとすぐに、信号提供ステップ５２において、パルス論理信号が提供される。

少なくとも１つの隣接する変換材料片において所定のエネルギーレベルの入力を示す隣接論理信号とパルス論理信号とが所定サイズの一致ウィンドウ内にともに存在する場合、防止ステップ５４において、パルスが複数の計数器のいずれか１つによって計数されないようにする。計数器のそれぞれは、複数のエネルギー弁別器の１つに結合され、結合されたエネルギー弁別器のエネルギーレベルに応じたエネルギー弁別で光子相互作用を計数するために、各エネルギー弁別器はパルスを受信するように構成される。

本発明は、図面及び前述の記載において詳細に図示及び説明されてきたが、そのような図示及び説明は、例示的又は典型例であって制限的ではないものと考慮されるべきであり、本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。

開示された実施形態に対する他の変更は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、クレームされた発明を実施する際に当業者によって理解され、成し遂げられ得る。

いくつかに拡張している上記の議論は、スペクトルＣＴのためのエネルギー分解光子計数検出器に関連する。しかしながら、本発明はまた、広範囲の用途、例えば光子計数マンモグラフィに対する他の検出器においても用いられる。

特許請求の範囲において、単語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える／含む）」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外しない。

単一のプロセッサ、デバイス又は他のユニットが、請求項に列挙されたいくつかのアイテムの機能を遂行し得る。ある手段（measures）が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に用いることができないことを示すものではない。

検出、エネルギーの決定、信号の提供、事象又は信号の計数、及び信号伝搬の防止のような処理（operations）は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段及び／又は専用ハードウェアとして実装され得る。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又は他のハードウェアの一部として供給される、光記憶媒体又は半導体記憶媒体のような適切な媒体上に記憶され及び／又は配布され得るが、インターネット又は他の有線又は無線の電気通信システムのような他の形態でも配布され得る。

特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、発明範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 変換材料片における光子相互作用を計数するための光子計数装置であって、
   各々が前記変換材料片と相互作用する光子によって生成されるパルスを受信する、複数のエネルギー弁別器及びパルス検出器と、
   各々が前記エネルギー弁別器の１つに結合され、結合された前記エネルギー弁別器のエネルギーレベルに従うエネルギー弁別で光子相互作用を計数する複数の計数器とを備え、
   前記パルス検出器は、所定のエネルギーレベルの入力を受信すると、パルス論理信号を提供し、
   前記光子計数装置は、少なくとも１つの隣接する変換材料片における前記所定のエネルギーレベルの入力を示す隣接論理信号を受信する防止回路をさらに備え、
   前記防止回路は、前記パルス論理信号及び前記隣接論理信号が、所定サイズの一致ウィンドウ内にともに存在する場合に、前記複数の計数器のいずれか１つによってパルスが計数されることを選択的に防止し、各々の計数器は、前記複数のエネルギー弁別器の１つに結合され、結合された前記エネルギー弁別器のエネルギーレベルに従ったエネルギー弁別で光子相互作用を計数する、
   光子計数装置。
2. 前記防止回路が、前記パルス論理信号及び前記隣接論理信号が前記一致ウィンドウ内にともに存在するか否かを判断するためのデジタル伝搬遅延ネットワークを備えているか、及び／又は
   前記パルス論理信号が単安定特性を備えている、
   請求項１に記載の光子計数装置。
3. 隣接する変換材料片における光子相互作用を計数するための光子計数装置に、前記パルス論理信号を提供するための出力部を備える、
   請求項１に記載の光子計数装置。
4. 所定の期間だけ前記パルス論理信号の前記提供を遅延させるパルスウィンドウ遅延部を備える、
   請求項３に記載の光子計数装置。
5. 所定の期間だけ前記防止回路によって前記隣接論理信号の前記受信を遅延させるための隣接ウィンドウ遅延部を備える、
   請求項１に記載の光子計数装置。
6. 前記複数のエネルギー弁別器による前記パルスの前記受信を所定の期間だけ遅延させる弁別遅延部、及び／又は複数の計数遅延部を備え、それぞれが、エネルギー弁別器の出力部と計数器の入力部との間に備えられ、所定の期間の遅延を提供する、
   請求項１に記載の光子計数装置。
7. 前記防止回路はさらに、エネルギー弁別器及び／又は前記パルス検出器からの終了信号を受信すると前記パルスが計数されることを防止することを停止し、前記終了信号は、前記パルスが終了したことを示している、
   請求項１に記載の光子計数装置。
8. 前記パルス検出器によって提供される前記パルス論理信号に基づいて、光子相互作用を計数するパルス計数器を備える、
   請求項１に記載の光子計数装置。
9. 前記パルス論理信号と前記隣接論理信号とが、前記一致ウィンドウ内にともに存在するという一致事象を計数する一致計数器を備える、
   請求項１に記載の光子計数装置。
10. 前記防止回路は、別個の隣接論理信号を受信し、前記別個の隣接論理信号のそれぞれは、異なる前記隣接する変換材料片における所定のエネルギーレベルの入力を示し、
    前記一致計数器は、前記異なる隣接する変換材料片に対する一致事象の別個の計数値を提供する、
    請求項９に記載の光子計数装置。
11. 前記変換材料片と相互作用する光子によって生成されたパルスと前記隣接する変換材料片と相互作用する光子によって生成されたパルスとを選択的に加算する加算部と、
    前記パルス論理信号及び前記隣接論理信号に基づいて、前記加算部を制御する調停制御部とを備える、
    請求項１に記載の光子計数装置。
12. 前記変換材料片と相互作用する光子によって生成された受信されたパルスを、前記隣接する変換材料片における光子相互作用を計数するための光子計数装置に出力するパルス出力部を備える、
    請求項１１に記載の光子計数装置。
13. 前記複数のエネルギー弁別器がパルスを受信するのを防止するためのスイッチを備え、
    前記調停制御部は、前記加算部が、前記変換材料片と相互作用する光子によって生成されたパルスと、前記隣接する変換材料片と相互作用する光子によって生成されたパルスとを加算するか、又は、前記スイッチが、前記複数のエネルギー弁別器がパルスを受信することを防止するように制御する、
    請求項１１に記載の光子計数装置。
14. 変換材料片における光子相互作用を計数する光子計数方法であって、
    前記変換材料片と相互作用する光子によって生成されるパルスを受信するステップと、
    前記パルスが所定のエネルギーレベルに到達するとパルス論理信号を提供するステップと、
    少なくとも１つの隣接する変換材料片における前記所定のエネルギーレベルの入力を示す隣接論理信号と前記パルス論理信号とが所定サイズの一致ウィンドウ内にともに存在する場合に、前記パルスが複数の計数器のいずれか１つによって計数されることを防止するステップであって、各々の計数器は、複数のエネルギー弁別器の１つに結合され、結合された前記エネルギー弁別器のエネルギーレベルに従ったエネルギー弁別で光子相互作用を計数し、各エネルギー弁別器が前記パルスを受信する、ステップと、を含む、
    光子計数方法。
15. 請求項１に記載の光子計数装置上で実行される場合に、前記光子計数装置に、請求項１４に記載の方法のステップを遂行させるためのプログラムコード手段を含む、光子相互作用を計数するためのコンピュータプログラム。

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