JP7146811B2 - 散乱防止コリメータと組み合わせた基準検出器素子 - Google Patents

Description

本明細書で開示される主題は、半導体ベースの検出器を含む、散乱防止グリッドを用いる検出器の使用に関する。

非侵襲的撮像技術は、被検体（患者、製造品、手荷物、包装、または乗客）の内部構造または特徴の画像を非侵襲的に得ることを可能にする。特に、そのような非侵襲的撮像技術は、データを取得し、画像を構築し、場合によっては被検体の内部特徴を表すために、ターゲット体積を通るＸ線光子の差動透過または音波の反射などの様々な物理的原理に依存している。

例えば、Ｘ線ベースの撮像技術では、Ｘ線放射線が人間の患者などの対象とする被検体に及び、放射の一部が検出器に衝突し、そこで強度データが収集される。デジタルＸ線システムでは、検出器は、検出器表面の個別の画素領域に衝突する放射線の量または強度を表す信号を発生する。その後、信号を処理して、検討のために表示することができる画像を生成することができる。

コンピュータ断層撮影（ＣＴ）として知られる１つのそのようなＸ線ベースの技法では、スキャナは、Ｘ線源からの扇形または円錐形のＸ線ビームを、患者などの撮像されている物体の周りの多数の視野角位置に投影し得る。Ｘ線ビームは、物体を横切るときに減衰され、検出器における入射Ｘ線強度の強度を表す信号を発生する一組の検出器素子によって検出される。信号は、処理されてＸ線経路に沿った物体の線形減衰係数の線積分を表すデータを発生する。これらの信号は、典型的には、「投影データ」または単に「投影」と呼ばれる。フィルタ補正逆投影法などの再構築技法を使用することによって、患者または撮像される物体の対象とする領域の体積または体積レンダリングを表す画像を生成することができる。医療の場面では、次に再構築された画像またはレンダリングされた体積から病状または他の対象とする構造を特定または識別することができる。

これらのタイプの撮像技法で使用される放射線検出器は、エネルギー積分モード（すなわち、取得間隔中に蓄積された全積分エネルギーの読み出し）または光子計数モード（各個々のＸ線光子が検出およびカウントされる）で動作することができる。エネルギー積分は、ほとんどの臨床用途におけるＸ線検出器の従来のモードである。しかしながら、光子計数検出器は、分解能の向上、コントラスト対ノイズ比を改善する可能性、Ｘ線ビーム中の材料をより良好に描写する可能性など、エネルギー積分検出器と比較して他の利点を提供する。

多くの場合、放射線源に面する検出器の表面付近または表面上に散乱防止グリッド（例えば、コリメータ）を用いることができる。散乱防止グリッドは、物体による散乱などにより、検出器への直線の経路を進行していないＸ線光子の影響を低減または排除するのに有用であり得る。しかしながら、そのような散乱防止グリッドの存在の結果は、散乱防止グリッドの下にある検出器のそれらの部分における検出器の利用可能な検出表面の損失となる。

米国特許出願公開第２０１７／０１６９９８号明細書

一実施形態では、放射線検出器が提供される。この実施形態によれば、放射線検出器は、一次元または二次元の幾何学的形状に配置されたＸ線減衰隔壁を備える散乱防止コリメータと、放射線検出器パネルとを含む。放射線検出器パネルは、散乱防止コリメータの隔壁の下方にならないように位置決めされた一次画素のアレイ、および１つまたは複数のそれぞれの一次画素に隣接し、それぞれの隔壁または隔壁の交差部の下方に位置決めされた少なくとも１つの基準画素を含む。

さらなる実施形態では、検出器に対するＸ線焦点の位置を測定するための方法が提供される。この実施形態によれば、検出器パネルの１つまたは複数の基準画素から読み出された信号は、信号パターンについて分析される。１つまたは複数の基準画素は、検出器パネルに近接して位置決めされた散乱防止コリメータのＸ線減衰隔壁または隔壁交差部の下方に位置決めされる。信号パターンが検出されない場合、補正措置は取られない。信号パターンが検出される場合、Ｘ線焦点の位置は、信号パターンに基づいて推定される。

追加の実施形態では、撮像システムが提供される。この実施形態によれば、撮像システムは、動作中に焦点からＸ線光子を放出するように構成されたＸ線源と、放射線検出器アセンブリとを含む。放射線検出器アセンブリは、Ｘ線減衰隔壁を備える散乱防止コリメータ、および放射線検出器パネルとを含む。放射線検出器パネルは、散乱防止コリメータの隔壁の下方にならないように位置決めされた一次画素のアレイと、それぞれの隔壁または隔壁の交差部の下方に位置決めされた１つまたは複数の基準画素とを含む。撮像システムは、電荷共有事象が発生したとき、１つまたは複数の基準画素およびそれぞれの一次画素からの信号を組み合わせるように構成された読み出し電子回路をさらに含む。

本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読解すればより良好に理解され、添付の図面においては、図面全体を通して同一の符号は同一の部分を表している。

本開示の態様による、患者のＣＴ画像を取得して画像を処理するように構成されたコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムの一実施形態の概略図である。 本手法の態様による、基準検出器画素が一次元（１Ｄ）散乱防止コリメータの下に位置決めされた、散乱防止コリメータおよび検出器配置の上面図である。 本手法の態様による、基準検出器画素が二次元（２Ｄ）散乱防止コリメータの下に位置決めされた、散乱防止コリメータおよび検出器配置の上面図である。 本手法の態様による、基準検出器画素が散乱防止コリメータの下に位置決めされ、焦点の整列および不整列を示す散乱防止コリメータおよび検出器配置の側面図である。 本手法の態様による、基準検出器信号を使用して焦点較正および／または焦点位置調整を実行するためのプロセスフローを示す図である。 本手法の態様による、図２の散乱防止コリメータおよび検出器配置の場面における電荷共有事象の上面図である。 本手法の態様による、図３の散乱防止コリメータおよび検出器配置の場面における電荷共有事象の上面図である。 本手法の態様による、図４の散乱防止コリメータおよび検出器配置の場面における電荷共有事象の側面図である。 本手法の態様による、基準検出器画素が１Ｄ散乱防止コリメータの下に位置決めされた、散乱防止コリメータおよび検出器配置の上面図である。 本手法の態様による、基準検出器画素が２Ｄ散乱防止コリメータの下に位置決めされた、散乱防止コリメータおよび検出器配置の上面図である。 本手法の態様による、対または分割基準検出器画素が１Ｄ散乱防止コリメータの下に位置決めされた、散乱防止コリメータおよび検出器配置の上面図である。 本手法の態様による、対または分割基準検出器画素が２Ｄ散乱防止コリメータの下に位置決めされた、散乱防止コリメータおよび検出器配置の上面図である。 本手法の態様による、基準検出器画素が２Ｄ散乱防止コリメータセグメントおよび交差部の下に位置決めされた、散乱防止コリメータおよび検出器配置の上面図である。 本手法の態様による、基準検出器画素が二次元（２Ｄ）散乱防止コリメータの下に位置決めされた、散乱防止コリメータおよび検出器配置の上面図である。 本手法の態様による、対または分割基準検出器画素が２Ｄ散乱防止コリメータの下に位置決めされた、散乱防止コリメータおよび検出器配置の上面図である。

１つまたは複数の具体的な実施形態を、以下に記載する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しても、実際の実施態様におけるすべての特徴を本明細書に記載できるわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトなどの実際の実施態様の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、例えばシステム関連および事業関連の制約条件への対応など実施態様に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施態様ごとに異なる可能性があることを理解されたい。さらに、このような開発努力は、複雑で時間がかかるが、それでもなお本開示の利益を有する当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。

本発明の様々な実施形態の要素を紹介するとき、「１つの（ａ、ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」という冠詞は、それらの要素が１つまたは複数存在することを意味するものとする。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であることを意図し、列挙された要素以外にもさらなる要素が存在してもよいことを意味する。さらに、以下の説明におけるあらゆる数値例は非限定的なものであることを意図し、したがって追加の数値、範囲、および百分率は開示される実施形態の範囲内にあるものとする。

以下の説明は一般に医療撮像の場面で提供されるが、本技法は、そのような医療の場面に限定されないことを理解されたい。実際に、そのような医療の場面における例および説明の提供は、現実の実施態様および用途の事例を提供することによって説明を容易にすることに過ぎない。しかしながら、本手法は、製造された部品または商品の非破壊検査（すなわち、品質管理または品質検討用途）、および／または包装、箱、荷物の非侵襲的検査など（すなわち、セキュリティまたはスクリーニング用途）、他の場面でも利用することができる。一般に、本手法は、光子計数の場面におけるエネルギー弁別が望ましい、任意の撮像またはスクリーニングの場面において望ましい可能性がある。

本明細書で説明するように、本手法は、グリッドとして形成され得る散乱防止コリメータの隔壁の下に存在する検出器セルまたは素子（すなわち、基準検出器セルまたは画素）の使用に関する。そのような手法は、本明細書で説明するように、典型的にはＸ線光子によって直接照射されない基準検出器セルを用いて、本明細書では活性または読み出し画素とも呼ばれる直接変換検出器の隣り合う一次（すなわち、照射される）画素からの電荷共有事象を補正することを可能にする。つまり、基準検出器がコリメータの下にあるため、一次信号はブロックされる。したがって、基準検出器によって検出される信号は、隣り合う一次または照射される画素に起因し得る電荷共有事象から主に発生する。このようにして、直接変換原理を使用して動作する室温半導体（例えば、ケイ素ベース、テルル化カドミウムベースなど）検出器などの放射線検出器は、一次検出事象によって生成された信号を補足する基準信号を生成し得る。

加えて、コリメータの影にあるため、基準検出器セルからの信号は、焦点と検出器との間の相対運動に敏感である。つまり、基準検出器セルに対する焦点の移動またはぐらつきは、コリメータがＸ線光子をブロックするかどうかを決定する場合がある。本明細書で説明するように、相対運動に対するこの感度は、コリメータと源の相対位置を較正するために、または基準検出器セルからの信号の直接フィードバックに基づいてリアルタイムで焦点の位置を調整するために使用することができる。

前述の説明を念頭に置いて、図１は、本明細書で説明される構造および手法に従って、散乱防止グリッドまたはコリメータの隔壁の下方に位置する基準検出器セルを使用して画像データを取得および処理するための撮像システム１０の一実施形態を示す。図示の実施形態では、システム１０は、Ｘ線投影データを取得し、表示および分析のために投影データを体積再構築に再構築するように設計されたコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムである。ＣＴ撮像システム１０は、撮像セッション中に１つまたは複数のエネルギースペクトルでのＸ線生成を可能にする１つまたは複数のＸ線管または固体放出構造など、１つまたは複数のＸ線源１２を含む。

特定の実施態様では、源１２は、Ｘ線ビーム２０の高強度領域の形状および／もしくは範囲を画定するため、Ｘ線ビーム２０のエネルギープロファイルを制御もしくは画定するため、ならびに／または場合によっては対象とする領域内にない患者２４の部分へのＸ線露光を制限するために、Ｘ線ビーム２０を操縦するために使用され得るフィルタアセンブリもしくはビーム整形器２２に近接して位置決めされてもよい。実際には、フィルタアセンブリまたはビーム整形器２２は、源１２と撮像体積との間でガントリ内に組み込まれてもよい。

Ｘ線ビーム２０は、被検体（例えば、患者２４）または対象とする物体（例えば、製造された構成要素、手荷物、包装など）が位置決めされる領域に進入する。被検体は、Ｘ線光子２０の少なくとも一部を減衰させることで減衰されたＸ線光子２６をもたらし、これは、本明細書で説明されるように複数の検出器素子（例えば、画素）によって形成された検出器アレイ２８に作用する。検出器２８は、エネルギー積分検出器、光子計数検出器、エネルギー弁別検出器、または任意の他の適切な放射線検出器であってもよい。例として、検出器２８は、エネルギー弁別光子計数検出器であってもよく、その出力は、測定位置においてスキャンまたは撮像セッションに対応する時間間隔にわたって検出器に衝突する光子の数およびエネルギーに関する情報を伝える。一実施形態では、検出器２８は、半導体センサ自体がＸ線光子に曝されたときに測定可能な信号を生成する、ケイ素ストリップまたは他の半導体材料に基づく検出器など、直接変換型の検出器（すなわち、シンチレータ手段を用いない検出器）であってもよい。

図示の例では、検出器２８は、典型的にはＸ線光子を吸収するか、場合によってはブロックする材料で作られる散乱防止コリメータ１８に隣接するか、場合によっては近接している。したがって、散乱防止コリメータ１８の隔壁に当たるＸ線光子は、物体２４によって反射または偏向された後、場合によっては散乱防止コリメータ１８の隔壁に対してある角度で移動した後、検出器２８に達することが防止される。逆に、Ｘ線源１２から検出器２８まで比較的直線の経路を進行するＸ線光子は、散乱防止コリメータ１８によって妨げられず、検出器２８に達する。これらの光子のごく一部は、散乱防止コリメータの断面に当たって減衰される。本明細書における説明の目的のために、検出器２８は、ある場合には、Ｘ線源１２の視点から見て散乱防止コリメータ１８の下方または「影」にあると呼ばれることがある。そのような特徴描写は、コリメータ１８が常にＸ線源１２と検出器２８との間にあり、Ｘ線源１２が（実際の向きまたは位置に関係なく）「上」であり、Ｘ線照射源として見られる関係を示す。しかしながら、理解されるように、そのような特徴描写は、絶対的な位置または向きの情報を必ずしも示すものではない。

検出器２８に関して、本明細書で説明するように、検出器２８は、典型的には、検出器素子のアレイを画定し、各素子は、Ｘ線光子に曝されると電気信号を発生する。電気信号は、１つまたは複数の投影データセットを生成するために取得および処理される。図示の例では、検出器２８は、システムコントローラ３０に結合され、システムコントローラ３０は、検出器２８によって生成されたデジタル信号の取得を指示する。

システムコントローラ３０は、フィルタ処理、検査および／または較正プロトコルを実施するように撮像システム１０の動作を指示し、取得されたデータを処理することができる。Ｘ線源１２に関して、システムコントローラ３０は、Ｘ線検査シーケンスのために電力、焦点場所、制御信号などを供給する。特定の実施形態によれば、システムコントローラ３０は、フィルタアセンブリ２２、ＣＴガントリ（またはＸ線源１２および検出器２８が取り付けられる他の構造的支持体）、ならびに／または検査の過程にわたる患者支持体の並進および／もしくは傾斜の動作を制御し得る。

加えて、システムコントローラ３０は、モータコントローラ３６を介して、それぞれ被検体２４および／または撮像システム１０の構成要素を移動させるために使用される直線位置決めサブシステム３２および／または回転サブシステム３４の動作を制御することができる。システムコントローラ３０は、信号処理回路および関連するメモリ回路を含むことができる。そのような実施形態では、メモリ回路は、Ｘ線源１２および／またはフィルタアセンブリ２２を含む撮像システム１０を動作させ、本明細書で説明されるステップおよびプロセスに従って、検出器２８によって取得されたデジタル測定値を処理するためにシステムコントローラ３０によって実施されるプログラム、ルーチン、および／または符号化アルゴリズムを記憶し得る。一実施形態では、システムコントローラ３０は、プロセッサベースのシステムの全部または一部として実装することができる。

源１２は、システムコントローラ３０内に含まれるＸ線コントローラ３８によって制御することができる。Ｘ線コントローラ３８は、電力、タイミング信号、および／または焦点サイズおよびスポット場所を源１２に提供するように構成することができる。加えて、いくつかの実施形態では、Ｘ線コントローラ３８は、システム１０内の異なる場所にある管またはエミッタが互いに同期して、もしくは互いに独立して動作することができるように源１２を選択的に作動させ、または撮像セッション中に異なるエネルギープロファイル間で源を切り替えるように構成され得る。

システムコントローラ３０は、データ取得システム（ＤＡＳ）４０を含むことができる。ＤＡＳ４０は、検出器２８からのデジタル信号など、検出器２８の読み出し電子回路によって収集されたデータを受け取る。次に、ＤＡＳ４０は、コンピュータ４２などのプロセッサベースのシステムによる後続の処理のためにデータを変換および／または処理することができる。本明細書で説明される特定の実施態様では、検出器２８内の回路は、データ取得システム４０への送信前に検出器のアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。コンピュータ４２は、コンピュータ４２によって処理されたデータ、コンピュータ４２によって処理されるべきデータ、またはコンピュータ４２の画像処理回路４４によって実施される命令を記憶することができる１つまたは複数の非一時的メモリデバイス４６を含むかまたはそれらと通信することができる。例えば、コンピュータ４２のプロセッサは、メモリ４６に記憶された１つまたは複数の命令のセットを実施することができ、メモリ４６は、コンピュータ４２のメモリ、プロセッサのメモリ、ファームウェア、または同様のインスタンス化であってもよい。

コンピュータ４２はまた、オペレータワークステーション４８を介してオペレータによって提供される指示およびスキャンパラメータに応答してなど、システムコントローラ３０によって可能にされる特徴（すなわち、スキャン動作およびデータ収集）を制御するように適合することができる。システム１０はまた、オペレータが関連するシステムデータ、撮像パラメータ、生の撮像データ、再構築データ（例えば、軟組織画像、骨画像、セグメント化された血管樹など）、材料基礎画像、および／または材料分解結果などを見ることを可能にするオペレータワークステーション４８に結合されたディスプレイ５０を含むことができる。加えて、システム１０は、オペレータワークステーション４８に結合され、任意の所望の測定結果を印刷するように構成されたプリンタ５２を含むことができる。ディスプレイ５０およびプリンタ５２はまた、（図１に示すように）直接またはオペレータワークステーション４８を介してコンピュータ４２に接続されてもよい。さらに、オペレータワークステーション４８は、画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）５４を含むか、またはそれに結合することができる。ＰＡＣＳ５４は、遠隔システムまたはクライアント５６、放射線科情報システム（ＲＩＳ）、病院情報システム（ＨＩＳ）、または内部もしくは外部のネットワークに結合することができ、そのようにして様々な場所の第三者が画像データにアクセスすることができる。

撮像システム１０全体の前述の説明を念頭に置いて、本手法は、電荷共有および／または焦点補正などの様々な目的のために散乱防止コリメータ１８の下方から測定された信号を利用する。これは、散乱防止コリメータ１８の下方の検出器領域（例えば、画素）が非活性化されているか、場合によっては読み出しも利用もされていない従来の技法と対照的である。

本手法では、散乱防止グリッド隔壁に対応する面積の下方の検出器素子（例えば、画素）は、対応する検出器素子または画素を有する基準検出器として示される。これは、一次元（１Ｄ）散乱防止コリメータ１８（図２）および二次元（２Ｄ）散乱防止コリメータ１８（図３）について概念的に示されている。これらの例では、検出器２８の一次（すなわち、活性または読み出し）画素８０（例えば、５００μｍ×５００μｍ画素または１ｍｍ×１ｍｍ画素）のアレイが画定されている。一次画素は、スキャンの一部として画像を生成するために処理される投影データの生成に使用される画素である。複数の隔壁８２によって画定された散乱防止コリメータ１８は、検出器２８に隣接して、場合によっては近接して（例えば、上に）設けられる。隔壁８２の下の検出器２８の面積は、一般に、入射Ｘ線光子から遮蔽されている。

しかしながら、これらの例では、基準検出器画素８６（すなわち、基準検出器）は、各一次画素８０に隣接する隔壁（８２）の下方に設けられる。散乱防止グリッドの隔壁は、有用な信号を最大化するように、一次画素面積に対して比較的狭い断面積を有するので、基準検出器画素の面積は、対応する一次画素面積よりも小さい。

基準検出器画素８６および一次画素８０からの信号は、検出器パネルおよび／またはＤＡＳの別々の読み出し回路（例えば、特定用途向け集積回路－ＡＳＩＣ）を使用するなど、別々に読み出すことができ、または同じ読み出し回路を使用して読み出し、制御ロジックに基づいて別々に処理することができる。基準検出器画素から読み取られた信号と一次画素の信号との組合せまたは加算など、本明細書で説明する特定の動作では、そのような組合せまたは加算機能が読み出し回路またはＡＳＩＣに提供され得る。基準画素８６から読み出された信号は、本明細書で説明するように、様々な目的に使用され得る。例として、基準画素８６からの信号は、焦点の動きの検出／補正または電荷共有補正の一方または両方に使用されてもよい。

例として、図４を参照すると、散乱防止コリメータ１８の隔壁８２の下にある基準画素８６を有する検出器２８の側面図が示されている。この例では、Ｘ線源１２からのＸ線放出に対応する焦点は、整列位置（焦点９０Ａ）および未整列位置（焦点９０Ｂ）で示されている。そのような焦点の動きに関して、特定の撮像システムでは、焦点位置は、Ｘ線管温度の関数のように、ｘ次元（すなわち、横方向）に±２５μｍおよび／またはｚ次元（すなわち、縦方向）に１５０μｍ以上移動する場合がある。焦点９０の未整列または不整列は、システムの現在の較正の欠如などにより、意図的でないこと、または改善された投影データサンプリングのためにＸ線源で焦点のぐらつきを用いるスキャン手法の使用などにより、意図的なものであり得ることに留意されたい。

図４に示すように、焦点が整列位置にあるとき、Ｘ線光子２６は、散乱防止コリメータ１８の隔壁８２によって基準検出器画素８６に達するのをブロックされ、したがって信号を生成しない。逆に、焦点が整列からオフセットされると、Ｘ線光子２６は、基準検出器画素８６に達することができ、入射Ｘ線光子２６に応じて信号を生成する。このようにして、基準検出器画素８６によって生成された信号を使用して、スキャン中の焦点の移動を追跡することができ、スキャン中に焦点位置の調整係数（１つまたは複数）を計算することを可能にし、これは次に再構築アルゴリズムで使用することができる。そのような調整係数は、スキャン中の焦点の不整列を補償する幾何学的補正係数に対応し得る。

例えば、エアスキャン中の基準検出器信号のパターンを使用して、焦点９０の動きを較正することができる。そのような較正は、測定された焦点の不整列を補償するために、スキャン中に取得された信号に較正または補正係数を適用するという形を取ることができる。

別の手法では、検出器２８の縁部で観察される基準検出器信号のパターンを使用して、検出器２８の縁部にある基準検出器画素８６がスキャンされる物体または患者によって完全にブロックされないと仮定すると、スキャン動作中に焦点９０の相対位置または動きをキャプチャすることができる。１つのそのような手法では、追跡された焦点位置を使用して、再構築アルゴリズムにおける焦点の不整列を補償する補正または調整を計算することができる（すなわち、再構築目的のために補正された焦点位置を提供する）。

上記の手法は、図５のプロセスフローとして示されている。図示のフローでは、１つまたは複数の基準画素８６が読み出される（ブロック１００）。信号が検出されない場合（決定ブロック１０２）、プロセスは終了する（ブロック１０４）。動作に応じて、信号がブロック１０２で検出される場合、較正係数１０８を生成することができ（ブロック１０６）（較正プロセスの一部として実行されるエアスキャン中など）、または検査手順中の焦点の動きを特徴付け（ブロック１１０）、再構築プロセスのために焦点位置を調整するように使用することができる１つまたは複数のスキャンベースの焦点場所調整１１２を導出することができる。あるいは、スキャンが実行されているときの焦点場所のリアルタイム修正のために、焦点調整１１２をスキャン中に使用してもよい。

別の態様では、散乱防止コリメータ隔壁８２の下方に位置する基準検出器画素８６の使用は、電荷共有補正のために使用され得る。電荷共有事象は、Ｘ線光子事象に応じて生成された電子雲が２つ（またはそれ以上）の隣接する検出器画素に及ぶときに発生し、したがって複数の検出器画素間で１つの事象からの電荷を共有する。本場面において、各一次画素８０は、少なくとも１つの基準検出器画素８６に隣接している。したがって、基準画素８６で検出された電荷共有事象を測定し、それを使用して１つまたは複数の隣接する一次画素８０からの測定信号を補正することができる。これは、図６～図８に概念的に示されており、それぞれ１Ｄ散乱防止コリメータ１８の実施態様の上面図（図６）、２Ｄ散乱防止コリメータ１８の実施態様の上面図（図７）、および実施態様の側面図（図８）を示す。各図において、Ｘ線光子と直接変換センサ材料との相互作用から生じる電子雲１２０は、一次画素８０および基準画素８６に及ぶものとして示されている。

例として、図９を参照すると、１Ｄ散乱防止コリメータ１８の上面図に基づく簡略化された例が示されている。この例では、検出器２８は、第１の一次画素８０Ａに隣接する第１の基準画素８６Ａを含む。第１の一次画素は、反対側では第２の一次画素８０Ｂに隣接しており、第２の一次画素８０Ｂは、反対側では第２の基準画素８６Ｂに隣接している。入来するＸ線束が検出器２８に到達するときに比較的均一であると仮定すると、一次画素８０Ａおよび８０Ｂの場合、電荷共有事象補正項は、基準画素８６Ａおよび８６Ｂからの信号の加重和でなければならない。

図１０を参照すると、２Ｄ散乱防止コリメータの例に対応するより複雑な例が示されている。この例では、基準検出器画素８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、および８６Ｈによって境界付けられている一次画素８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、および８０Ｄが示されている。この例では、一次画素８０Ａの場合、電荷共有補正は、基準検出器画素８６Ａ、および８６Ｃからの信号の加重和であり、一次画素８０Ｂの場合、電荷共有補正は、基準検出器画素８６Ｂ、および８６Ｄからの信号の合計であり、一次画素８０Ｃの場合、電荷共有補正は、基準検出器画素８６Ｅ、および８６Ｇからの信号の合計であり、一次画素８０Ｄの場合、電荷共有補正は、基準検出器画素８６Ｆ、および８６Ｈからの信号の合計である。

特定の実施態様では、２つの一次画素８０を分離する隔壁セグメント１３０の下に２つ以上の基準検出器画素８６を設けることができる。例えば、図１１を参照すると、２つの並んだ基準検出器画素８６Ａおよび８６Ｂは、散乱防止コリメータの同じ隔壁セグメント１３０の下に位置し、一方の基準検出器画素８６Ａは、第１の一次画素８０Ａに近接して位置決めされ、他方の基準検出器画素８６Ｂは、第２の一次画素８０Ｂに近接して位置決めされる。理解され得るように、実施態様の観点から、基準検出器画素８６Ａおよび８６Ｂは、物理的に別々かつ別個の構造として、または別々かつ別個の回路を使用して電気的に管理される単一の画素構造の異なる部分などにより、基準画素動作（例えば、読み出しおよびリセット）が効果的かつ電気的に分離される共通もしくは単一の構造として提供され得る。

理解されるように、この配置では、基準検出器画素８６Ａによって生成される信号は、主に、第１の一次画素８０Ａとの電荷共有事象に起因し、基準検出器画素８６Ｂによって生成される信号は、主に、第２の一次画素８０Ｂとの電荷共有事象に起因する。したがって、一次画素８０Ａが事象によってトリガされると、基準検出器画素８６Ａからの信号は、電荷共有のために同じ事象によってトリガされ得る。それにより、そのような場合、基準検出器画素８６Ａからの信号は、読み出し前に一次画素８０Ａに追加される。同じプロセスが、一次画素８０Ｂおよび基準検出器画素８６Ｂについても成り立つ。

理解されるように、図１１の例は簡単にするために１Ｄ散乱防止グリッドコリメータの場面で示されているが、同じ原理は２Ｄ散乱防止グリッドの場面にも適用することができる。これらの場面では、各一次画素について、直接隣接する基準検出器画素からの信号が電荷共有補正に使用される。例えば、図１２の２Ｄ散乱防止コリメータの例では、基準検出器画素８６Ａおよび８６Ｂからの信号は、電荷共有事象での読み出しの前に一次画素８０Ａに追加され得る。同様に、基準検出器画素８６Ｃおよび８６Ｄからの信号は、電荷共有事象などでの読み出しの前に一次画素８０Ｂに追加され得る。

前述を念頭に置いて、図１３を参照すると、基準検出器画素１４０を２Ｄ散乱防止コリメータ１８の隔壁交差部１４２の下に設けることもできる。理解されるように、そのような基準検出器画素１４０は、４つの一次画素に実際には近接または隣接しており、したがってそれらの信号はそれに応じて使用することができる。さらに、異なって位置決めされた基準検出器画素（すなわち、隔壁セグメントの下の基準画素８６および隔壁交差部の下の基準画素１４０）の使用は、異なる補正動作の実行を可能にし得る。

例として、一実施態様では、隔壁セグメントの下の基準検出器画素８６から取得された信号は、本明細書で説明するように、電荷共有補正に使用され得る。そのような手法において、隔壁交差部の下の基準検出器画素１４０は、やはり本明細書で説明するように、焦点整列補正のために使用され得る。このようにして、電荷共有補正と焦点整列補正の両方を同時に実行することができる。信号を電荷共有事象から区別し、かつ信号を焦点の不整列から区別するために、信号のエネルギー情報を使用することができる。典型的には、電荷共有事象により、基準検出器で低エネルギーの信号が発生する。一方、一次信号が焦点の不整列から基準検出器に達する場合、信号はより高いエネルギーを有し、そのような信号を電荷共有信号から弁別するための基礎として使用することができる。

加えて、前述の例は、活性画素８０のグループまたはアレイ（例えば、２×１、２×２、４×４アレイまたは他の構成）の周りに位置決めされた隔壁８２（およびそれにより基準画素８６）を示しているが、他の実施態様では、図１４および図１５に示すように、各活性画素８０を隔壁８２で取り囲むことができることを理解されたい。図１４および図１５に示す例では、散乱防止コリメータ１８は、グリッドの各セルが５００μｍ×５００μｍの検出器画素などの単一の活性画素を包含する２Ｄコリメータである。図１４は、各活性画素８０がすべての面で隔壁８２によって囲まれ、したがってすべての面に基準画素８６を有する例を示す。同様に、図１５は、活性画素８０に隣接する各隔壁８２の下方の単一の基準画素８６の代わりに、各活性画素８０が当該活性画素８０のみに関連付けられた基準画素８６によって囲まれるように、並んだ基準画素８６の対が代わりに提供され得る対応する例を示す。

本発明の技術的効果は、室温半導体検出器システム（例えば、直接変換検出器）と共に使用するためなど、基準検出器として散乱防止コリメータの隔壁の下に位置決めされた検出器素子（すなわち、基準検出器画素）の使用を含む。基準検出器画素が散乱防止コリメータの下にあるので、そこに入射する一次信号は、通常の動作ではブロックされる。したがって、基準検出器画素によって検出される信号は、典型的には、Ｘ線焦点が適切に整列されていると仮定して、電荷共有事象から発生する。この場面では、基準検出器画素によって生成された信号を使用して、隣り合う一次画素からの電荷共有事象を補正することができる。

加えて、基準検出器画素からの信号は、Ｘ線焦点と検出器との間の相対運動に敏感である。この関係は、コリメータとＸ線源の相対位置を較正するために、または基準検出器からの信号の直接フィードバックに基づいてリアルタイムで焦点の位置を調整するために使用することができる。これらの態様は、直接変換検出器システムから忠実度の高い信号を得るために重要であり、それにより画像品質を向上させる。

本明細書は、最良の様式を含む本発明を開示するため、およびどのような当業者も、任意のデバイスまたはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含む本発明の実践を可能にするために、実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的な差のない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図されている。

１０ ＣＴ撮像システム
１２ Ｘ線源
１８ 散乱防止コリメータ
２０ Ｘ線ビーム、Ｘ線光子
２２ ビーム整形器、フィルタアセンブリ
２４ 患者、物体、被検体
２６ 減衰されたＸ線光子
２８ 検出器、検出器アレイ
３０ システムコントローラ
３２ 直線位置決めサブシステム
３４ 回転サブシステム
３６ モータコントローラ
３８ Ｘ線コントローラ
４０ データ取得システム（ＤＡＳ）
４２ コンピュータ
４４ 画像処理回路
４６ 非一時的メモリデバイス、メモリ
４８ オペレータワークステーション
５０ ディスプレイ
５２ プリンタ
５４ 画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）
５６ 遠隔システム、クライアント
８０ 一次画素、活性画素
８０Ａ 第１の一次画素
８０Ｂ 第２の一次画素
８０Ｃ 一次画素
８０Ｄ 一次画素
８２ 散乱防止コリメータ隔壁
８６ 基準検出器画素
８６Ａ 第１の基準画素、基準検出器画素
８６Ｂ 第２の基準画素、基準検出器画素
８６Ｃ 基準検出器画素
８６Ｄ 基準検出器画素
８６Ｅ 基準検出器画素
８６Ｆ 基準検出器画素
８６Ｇ 基準検出器画素
８６Ｈ 基準検出器画素
９０ 焦点
９０Ａ 焦点
９０Ｂ 焦点
１００ ブロック
１０２ 決定ブロック
１０４ ブロック
１０６ ブロック
１０８ 較正係数
１１０ ブロック
１１２ 焦点場所調整
１２０ 電子雲
１３０ 隔壁セグメント
１４０ 基準検出器画素
１４２ 隔壁交差部
Ｘ 次元
Ｙ 次元
Ｚ 次元

Claims (20)

1. 一次元または二次元の幾何学的形状に配置されたＸ線減衰隔壁（８２）を備える散乱防止コリメータ（１８）と、
   前記散乱防止コリメータ（１８）の前記隔壁（８２）の下方にならないように位置決めされた一次画素（８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ）のアレイ、および
   １つまたは複数のそれぞれの一次画素（８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ）に隣接し、それぞれの隔壁（８２）または隔壁（８２）の交差部（１４２）の下方に位置決めされた少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）
   を備える放射線検出器パネルと
   を備え、
   前記基準画素が、Ｘ線焦点の動きの検出もしくは補正、又は電荷共有事象補正に使用される信号を出力し、
   前記少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）が、それぞれの一次画素（８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ）よりも面積が小さい、放射線検出器アセンブリ。
2. 前記少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）が、それぞれの一次画素（８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ）よりも面積が小さい、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
3. 電荷共有事象が発生したとき、前記少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）およびそれぞれの一次画素（８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ）からの信号を組み合わせるように構成された読み出し電子回路を備える、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
4. 前記少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）が、前記隔壁（８２）の１つまたは複数または隔壁交差部（１４２）の下方に配置された複数の基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）を備える、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
5. 前記少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）が、複数の基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）を備え、各基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）が、少なくとも１つの一次画素（８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ）に隣接する、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
6. 前記少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）が、複数の基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）を備え、前記複数の基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）が、一対の第１の基準画素（８６Ａ）が第１の一次画素（８０Ａ）に隣接し、一対の第２の基準画素（８６Ｂ）が第２の一次画素（８０Ｂ）に隣接するように、前記Ｘ線減衰隔壁（８２）の少なくとも一部の下方に対で配置される、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
7. 前記放射線検出器パネルが、直接変換検出器パネルである、請求項１に記載の放射線検出器アセンブリ。
8. Ｘ線信号補正のための方法であって、
   少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）から信号を読み出すことであって、前記少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）が、検出器パネルに近接して位置決めされた散乱防止コリメータ（１８）のＸ線減衰隔壁（８２）または隔壁交差部（１４２）の下方に位置決めされている、少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）から信号を読み出すことと、
   前記少なくとも１つの基準画素からの信号を分析して電荷共有事象またはＸ線焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の不整列の一方または両方を示すことと、
   前記分析に基づいて、前記電荷共有事象またはＸ線焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の不整列の一方または両方の補正を実行することと
   を含み、
   前記少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）が、それぞれの一次画素（８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ）よりも面積が小さい、方法。
9. 前記信号を分析することが、Ｘ線焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の不整列を示す信号パターンについて前記信号を分析することを含み、
   信号パターンが検出されない場合、補正措置を取らないことと、
   信号パターンが検出される場合、前記信号パターンに基づいてＸ線焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の位置を推定することと
   をさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）を読み出すことが、エアスキャン中に実行され、
    前記Ｘ線焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の不整列を補正する較正係数（１０８）を生成することと、
    前記較正係数（１０８）を使用して、後続の読み出し動作で前記検出器パネルの複数の一次画素（８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ）から読み出されたデータを調整してＸ線焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の不整列を補償することであって、前記後続の読み出し動作は、物体または患者（２４）のスキャンであることと、
    前記較正係数（１０８）を使用して、リアルタイムで焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の前記位置を調整して前記不整列を補正することと
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
11. スキャン中に観察されるＸ線焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の不整列の調整を計算することと、
    画像再構築中に焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の不整列の前記調整を使用することと
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
12. 前記少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）を読み出すことが、前記検出器パネルの少なくとも１つの縁部の少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）を読み出すことを含む、請求項８に記載の方法。
13. 前記少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）が、複数の一次画素（８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ）とは別々に読み出される、請求項８に記載の方法。
14. 前記信号を分析することが、電荷共有事象について前記信号を分析することを含み、
    １つまたは複数のそれぞれの電荷共有信号を生成し、前記電荷共有事象が検出された前記それぞれの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）に隣接する１つまたは複数のそれぞれの一次画素（８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ）の前記電荷共有事象を補正すること
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
15. 動作中に焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）からＸ線光子（２０）を放出するように構成されたＸ線源（１２）と、
    Ｘ線減衰隔壁（８２）を備える散乱防止コリメータ（１８）、および
    前記散乱防止コリメータ（１８）の前記隔壁（８２）の下方にならないように位置決めされた一次画素（８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ）のアレイと、
    それぞれの隔壁（８２）または隔壁（８２）の交差部（１４２）の下方に位置決めされた少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）と
    を備える放射線検出器パネル
    を備える、放射線検出器アセンブリと、
    電荷共有事象が発生したとき、前記少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）およびそれぞれの一次画素（８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ）からの信号を組み合わせるように構成された読み出し電子回路と
    を備え、
    前記基準画素が電荷共有事象補正に使用される信号を出力し、
    少なくとも１つの前記基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）が、それぞれの一次画素（８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ）よりも面積が小さい、撮像システム（１０）。
16. 前記放射線検出器パネルが、直接変換検出器パネルである、請求項１５に記載の撮像システム（１０）。
17. 信号パターンについて前記少なくとも１つの基準画素（８６、８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、１４０）から読み出された信号を分析し、検出されるときに前記信号パターンに基づいてＸ線焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の位置を推定するように構成された処理構成要素をさらに備える、請求項１５に記載の撮像システム（１０）。
18. 前記処理構成要素が、
    前記焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の不整列を補正する較正係数（１０８）を生成し、
    前記較正係数（１０８）を使用して、後続の読み出し動作で前記一次画素（８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ）のアレイから読み出されたデータを調整して焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の不整列を補償し、
    画像再構築中に前記データ調整された焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の不整列を使用する
    ようにさらに構成される、請求項１７に記載の撮像システム（１０）。
19. 前記処理構成要素が、
    スキャン中に観察されるＸ線焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の不整列の調整を計算し、
    フィードバックを提供してリアルタイムで前記焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の前記位置を調整する
    ようにさらに構成される、請求項１７に記載の撮像システム（１０）。
20. 前記処理構成要素が、
    スキャン中に観察される焦点（９０、９０Ａ、９０Ｂ）の不整列の調整係数を計算し、
    画像再構築中に前記調整係数を使用する
    ようにさらに構成される、請求項１７に記載の撮像システム（１０）。

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