JP7237846B2 - 光子計数型エッジオンｘ線検出器に関する空間分解能の向上 - Google Patents

Description

提案技術は、Ｘ線撮像および関連のＸ線検出システムなど放射線透過撮像に関する。特に、提案技術は、光子計数型Ｘ線検出器の個々の検出ダイオードにおける光子の相互作用の位置を決定するための方法および配置構成、ならびに対応するＸ線検出システムおよびＸ線撮像システムに関する。

Ｘ線撮像などの放射線透過撮像は、医療用途や非破壊検査で長年使用されている。

通常、Ｘ線撮像システムは、Ｘ線源およびＸ線検出システムを含む。Ｘ線源は、Ｘ線を放出し、このＸ線は、撮像されるべき被写体または物体を通過し、次いでＸ線検出システムによって登録される。いくつかの材料は他のものよりも大きな割合のＸ線を吸収するので、被写体または物体から画像が形成される。

図１を参照して、例示的な全体的なＸ線撮像システムの簡単な概要から説明を始めることが有用であり得る。この非限定的な例では、Ｘ線撮像システム１００は、基本的に、Ｘ線源１０と、Ｘ線検出システム２０と、関連の画像処理デバイス３０とを備える。一般に、Ｘ線検出システム２０は、任意選択のＸ線光学系によって集束され、物体もしくは被写体またはその一部を通過したものであり得るＸ線源１０からの放射線を登録するように構成される。Ｘ線検出システム２０は、適切なアナログ処理および読出電子回路（Ｘ線検出システム２０に組み込まれていてもよい）を介して画像処理デバイス３０に接続可能であり、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。

Ｘ線撮像検出器に関する課題は、検出されたＸ線から最大限の情報を抽出して、物体または被写体の画像に入力を提供することであり、ここで、物体または被写体は、密度、組成、および構造の観点から表される。検出器としてフィルムスクリーンを使用することは依然として一般的であるが、今日、大抵は、検出器はデジタル画像を提供する。

現代のＸ線検出器は、通常は入射Ｘ線を電子に変換する必要があり、これは、典型的には、光吸収によってまたはコンプトン相互作用によって行われ、得られる電子は通常、そのエネルギーが失われるまで二次可視光を生成しており、この光が次いで感光材料によって検出される。半導体をベースとする検出器もあり、この場合、Ｘ線によって生成された電子が、印加電場によって収集される電子－正孔対に関して電荷を生成している。

多数のＸ線からの積分された信号を提供するという意味での積分モードで動作する検出器があり、信号は、画素での入射Ｘ線の数の最良推定を検索するために後でデジタル化される。

また、光子計数型検出器が、いくつかの用途において実現可能な代替案として出現しており、現在、それらの検出器は、主に乳房Ｘ線撮影において一般に利用可能である。光子計数型検出器は、原理的には、各Ｘ線に関するエネルギーが測定されてよく、それが物体の組成に関する追加の情報をもたらすので、利点を有する。この情報は、画質を向上させるためおよび／または放射線量を減少させるために使用されてよい。

エネルギー積分システムに比べて、光子計数型ＣＴは、以下の利点を有する。第１に、エネルギー積分型検出器によって信号に統合される電子ノイズは、光子計数型検出器においてノイズフロアを超える最低エネルギーしきい値を設定することによって拒否されてよい。第２に、エネルギー情報が検出器によって抽出されてよく、このエネルギー情報は、最適なエネルギー重み付けによってコントラスト対ノイズ比を改善することを可能にし、またいわゆる物質基底分解が効果的に実装されるようにし、物質基底分解によって、検査される患者の様々な成分が識別および定量化されてよい。第３に、Ｋ－ｅｄｇｅ撮像など、分解技術に利益をもたらす３つ以上の基礎材料が使用されてよく、それにより、造影剤、例えばヨウ素またはガドリニウムの分布が定量的に決定される。第４に、検出器残光がなく、これは、高い角度分解能が取得され得ることを意味する。最後に、より小さい画素サイズを使用することによって、より高い空間解像度が実現されてよい。

光子計数型Ｘ線検出器に関して最も有望な材料は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、およびシリコン（Ｓｉ）である。ＣｄＴｅおよびＣＺＴは、臨床ＣＴで使用される高エネルギーＸ線の高い吸収効率のためにいくつかの光子計数型スペクトルＣＴプロジェクトで採用されている。しかしながら、これらのプロジェクトは、ＣｄＴｅ／ＣＺＴのいくつかの欠点により、ゆっくりと進行している。ＣｄＴｅ／ＣＺＴは、低い電荷担体移動度を有し、この低い電荷担体移動度は、臨床実践で生じるものよりも１０倍低いフラックス速度で激しいパルス蓄積を引き起こす。この問題を軽減するための１つの方法は、画素サイズを縮小することであるが、その方法は、電荷共有およびＫエスケープにより、スペクトル歪みの増大につながる。また、ＣｄＴｅ／ＣＺＴは電荷捕捉を受け、電荷捕捉は、光子束が特定のレベルよりも上に達すると、出力されるカウントレートの急速な降下を引き起こす分極をもたらす。

これに対し、シリコンは、より高い電荷担体移動度を有し、分極の問題がない。成熟した製造プロセスおよび比較的低いコストもシリコンの利点である。しかし、シリコンは、ＣｄＴｅ／ＣＺＴが有していない限界を有する。それに従って、シリコンセンサは、その低いストッピングパワーを補償するためにかなり厚くなければならない。典型的には、シリコンセンサは、入射光子のほとんどを吸収するのに数センチメートルの厚さを必要とするのに対して、ＣｄＴｅ／ＣＺＴは、数ミリメートルしか必要としない。他方、シリコンの長い減衰経路はまた、以下に説明されるように、検出器を異なる深さセグメントに分割することを可能にする。これは、さらに、シリコンベースの光子計数型検出器がＣＴにおける高い光束を適切に取り扱うことを可能にする。

シリコンやゲルマニウムなどの単純な半導体材料を使用するとき、コンプトン散乱は、検出器において、電子－正孔対への変換前に、多くのＸ線光子を高エネルギーから低エネルギーに変換させる。これにより、元々はより高いエネルギーでのＸ線光子の大きな割合が、予想よりもはるかに少ない電子－正孔対を生成し、さらに、これにより、光子束のかなりの部分がエネルギー分布の下端に現れる。したがって、Ｘ線光子のできるだけ多くを検出するためには、できるだけ低いエネルギーを検出することが必要である。

実際、光子計数型Ｘ線撮像は、この１０年間でかなりの注目を集めており、いくつかの場合には臨床用途にまで成熟している。吸収効率を高めるために、検出器はエッジオンで配置されてよく、その場合、吸収深さは任意の長さに選択されてよく、検出器は、非常に高い電圧に進むことなく依然として完全に使い尽くされてよい。例えば、Ｍ．Ａｓｌｕｎｄ、Ｂ．Ｃｅｄｅｒｓｔｒｏｅｍ、Ｍ．Ｌｕｎｄｑｖｉｓｔ、およびＭ．Ｄａｎｉｅｌｓｓｏｎによる「Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｄｉｇｉｔａｌ ｍａｍｍｏｇｒａｐｈｙ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉ－ｓｔｒｉｐ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．３４、２００７、ならびにＭ Ｇ．Ｗａｌｌｉｓ、Ｅ．Ｍｏａ、Ｆ．Ｚａｎｃａ、Ｋ．Ｌｅｉｆｌａｎｄ、およびＭ．Ｄａｎｉｅｌｓｓｏｎによる「Ｔｗｏ－Ｖｉｅｗ ａｎｄ Ｓｉｎｇｌｅ－Ｖｉｅｗ Ｔｏｍｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｖｅｒｓｕｓ Ｆｕｌｌ－Ｆｉｅｌｄ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍａｍｍｏｇｒａｐｈｙ：Ｈｉｇｈ－Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｘ－Ｒａｙ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｏｂｓｅｒｖｅｒ Ｓｔｕｄｙ」Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ、２０１２年１月３１日が参照されてよい。

米国特許第８，１８３，５３５号明細書は、光子計数型エッジオンＸ線検出器の一例を開示している。この特許では、全体の検出器領域を形成するようにまとめて配置された複数の半導体検出器モジュールがあり、ここで、各半導体検出器モジュールは、Ｘ線センサを備え、Ｘ線センサは、入来Ｘ線に対してエッジオンで向けられ、集積回路に接続されて、Ｘ線センサにおいて相互作用するＸ線を登録する。

例えばシリコンまたはゲルマニウムに基づく単純な半導体検出器における直接変換に基づく光子計数型検出器がよく知られている。例えば、高性能Ｘ線検出器のためのシリコンダイオードの使用は、例えばより魅力的なＣＺＴの特徴により、あまり一般的には使用されていない。しかし、シリコンダイオードは、実装がより安価であるが、より多くの信号処理を必要とすることがある。

通常、解像度は、一方の次元でのダイオードのピッチと、他方の次元でのウェハの厚さとによって決定される。ダイオードに関するピッチとウェハの厚さとの両方が変えられてよいが、ウェハの厚さを変えることはコストペナルティを伴い、ある点で、ウェハは薄くなりすぎて、アクティブ領域間にデッドスペースを有さずにエッジオン検出器を組み立てることが困難または不可能になる。

別の可能性は、信号がウェハのそれぞれの側、すなわち電子に関するアノードおよび正孔に関するカソードに達する時間差を調べることである。これは、Ｂ．Ｃｅｄｅｒｓｔｒｏｍ、Ｍ．Ｄａｎｉｅｌｓｓｏｎ、Ｍ．Ｌｕｎｄｑｖｉｓｔ、およびＤ．Ｎｙｇｒｅｎによる「Ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｘ－ｒａｙ ｉｍａｇｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｔｉｍｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｎ ａ ｄｏｕｂｌｅ－ｓｉｄｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｅｔｅｃｔｏｒ」Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒ．ａｎｄ Ｍｅｔｈ、４２３（１）、ｐｐ．１３５－１４５、１９９９で研究されて報告されている。この配置構成の欠点は、ウェハの両側からの信号を組み合わせることが実用的でないことである。相互接続の数は劇的に増加する。

Ｘｕｅｊｉｎ Ｌｉｕによる文献「Ｅｎｅｒｇｙ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｓｉｌｉｃｏｎ－Ｓｔｒｉｐ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ Ｐｈｏｔｏｎ－Ｃｏｕｎｔｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒａｌ ＣＴ ｂｙ Ｄｉｒｅｃｔ Ｕｓａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｘ－ｒａｙ Ｔｕｂｅ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ」２０１５は、既知のエネルギー源からのエネルギーレベルをトリミングし、比較のために参照レベルを測定することによってシリコンダイオードの物理的特性の変動に関して検出器が較正されてよい方法に関する。

しかし、光子計数型Ｘ線検出器の解像度を高めるという問題に関する改善の余地がまだある。

１つの目的は、光子計数型Ｘ線検出器の個々の検出ダイオードにおける光子の相互作用の位置を決定するための方法を提供することである。

また、１つの目的は、光子計数型Ｘ線検出器の個々の検出ダイオードにおける光子の相互作用の位置を決定するように構成された配置構成を提供することである。

別の目的は、そのような配置構成を備えるＸ線検出システムを提供することである。

さらに別の目的は、そのような配置構成を備えるＸ線撮像システムを提供することである。

これらの目的は、本発明の実施形態によって達成される。

第１の態様によれば、光子計数型Ｘ線検出器の個々の検出ダイオードにおける光子の相互作用の位置を決定するための方法であって、光子相互作用に応答して個々の検出ダイオードによって生成されたパルスのパルス特性に基づいて、検出ダイオードにおける相互作用の位置を決定するステップによって特徴付けられる方法が提供される。

第２の態様によれば、光子計数型Ｘ線検出器の個々の検出ダイオードにおける光子の相互作用の位置を決定するように構成された配置構成であって、光子相互作用に応答して個々の検出ダイオードによって生成されたパルスのパルス特性に基づいて、検出ダイオードにおける相互作用の位置を決定するように構成されることによって特徴付けられる配置構成が提供される。

第３の態様によれば、そのような配置構成を備えるＸ線検出システムが提供される。

第４の態様によれば、そのような配置構成を備えるＸ線撮像システムが提供される。

したがって、基本的な着想は、光子の相互作用に応じてダイオードによって生成されるパルスのパルス特性に基づいて、光子がダイオードにどこで（例えばどちら側で）入射／衝突／相互作用するかを決定することである。相互作用の位置は、片側、すなわちカソード側またはアノード側で生成されたパルスから推定されてよい。

ダイオードから到達しているパルスのタイプを検出することによって、光子衝突の局所性に関する追加の情報が取得されてよく、これは分解能を高める。

好ましくは、相互作用の位置は、後述されるように、少なくとも１つの整合フィルタに基づいてパルスの信号処理を実施することによって決定されてよい。

例として、相互作用の位置は、検出ダイオードにおける光子相互作用の異なる位置またはサブ領域に関する特性応答を模倣するように構成された少なくとも２つの整合フィルタに基づいてパルスの信号処理を実施することによって決定されてもよい。

以下の説明を読めば、他の態様および／または利点が理解されよう。

全体的なＸ線撮像システムの一例を示す概略図である。 Ｘ線撮影システムの別の例を示す概略図である。 ３つの異なるＸ線管電圧に関するエネルギースペクトルの例を示す概略図である。 光子計数メカニズムの一例を示す概略図である。 例示的実施形態に係る半導体検出器モジュールの一例を示す概略図である。 別の例示的実施形態に係る半導体検出器モジュールの一例を示す概略図である。 さらに別の例示的実施形態に係る半導体検出器モジュールの一例を示す概略図である。 複数の電極または検出素子を有する検出器（モジュール）の一例を示す概略図である。 検出素子もしくは画素、またはダイオードの断面の一例を示す概略図である。 ダイオードの異なる物理的および電気的特性に関する異なる種類のパルスの形状の一例を示す概略図である。 一実施形態に係る光子計数型Ｘ線検出器の個々の検出ダイオードにおける光子の相互作用の位置を決定するための方法の一例を示す簡略図である。 一実施形態に係る光子計数型Ｘ線検出器の個々の検出ダイオードにおける光子の相互作用の位置を決定するように構成された配置構成の一例を示す概略図である。 Ｘ線画素または検出ダイオードのための受信器フロントエンドの簡略化バージョンの一例を示す概略図である。 一実施形態に係る３つの処理経路の例に関するフィルタのバンクのより複雑なバージョンの一例を示す概略図である。 図１４のコンパレータを使用して生成された波形およびそのデジタル化された波形の一例を示す概略図である。 低速（裏側）パルスタイプに適合された（低速経路テンプレートフィルタを使用して）低速経路で３つの異なるパルスタイプ（高速パルス、中速パルス、および低速パルス）を処理するときの整合フィルタ応答を示す図である。 中速区域パルスタイプに適合された（中速経路テンプレートフィルタを使用して）中速経路で３つの異なるパルスタイプ（高速パルス、中速パルス、および低速パルス）を処理するときの整合フィルタ応答を示す図である。 高速（表側）パルスタイプに適合された（高速経路テンプレートフィルタを使用して）高速経路で３つの異なるパルスタイプ（高速パルス、中速パルス、および低速パルス）を処理するときの整合フィルタ応答を示す図である。 顕著なノイズの存在下で低速経路テンプレートフィルタを使用した整合フィルタ応答の一例を示す概略図である。 顕著なノイズの存在下で中速経路テンプレートフィルタを使用した整合フィルタ応答の一例を示す概略図である。 顕著なノイズの存在下で高速経路テンプレートフィルタを使用した整合フィルタ応答の一例を示す概略図である。 表側フィルタ（高速経路）、中間フィルタ（中速経路）、および裏側フィルタ（低速経路）の３つのテンプレートフィルタそれぞれにおける高速表側パルスのフィルタ応答を示す図である。 表側フィルタ（高速経路）、中間フィルタ（中速経路）、および裏側フィルタ（低速経路）の３つのテンプレートフィルタそれぞれにおける中速パルスのフィルタ応答を示す図である。 表側フィルタ（高速経路）、中間フィルタ（中速経路）、および裏側フィルタ（低速経路）の３つのテンプレートフィルタそれぞれにおける低速裏側パルスのフィルタ応答を示す図である。 ノイズが存在しない状態でのシミュレートされた検出を示すシミュレーション結果の一例を示す概略図である。 入力パルスおよびフィルタリング経路に追加されたシミュレートされた検出ノイズを示すシミュレーション結果の一例を示す概略図である。 入力信号レベルよりも高いノイズレベルを用いた、シミュレートされた検出を示すシミュレーション結果の一例を示す概略図である。 提案される方法論および比較基準に関する変調伝達関数（ＭＴＦ）を示す概略図である。 一実施形態に係るコンピュータ実装の一例を示す概略図である。

より良く理解できるように、Ｘ線撮像システムおよびＸ線検出器のさらに幾分詳細な概要から説明を始めるのが有用であり得る。

図２は、Ｘ線撮像システムの別の例を示す概略図である。この例では、Ｘ線撮像システム１００は、Ｘ線を放出するＸ線源１０と、物体を通過した後のＸ線を検出するＸ線検出システム２０と、検出器からの生の電気信号を処理し、その電気信号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、データを一時的に格納すること、またはフィルタリングすることなど、測定されたデータに対してさらなる処理操作を行う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施することができるコンピュータ５０とを備える。

全体的な検出器は、Ｘ線検出システム２０、または関連付けられたアナログ処理回路２５と組み合わされたＸ線検出システム２０とみなされてよい。

現代のＸ線検出器は、典型的には、光子が吸収されることによる励起の際に、ダイオードを通る電流を短時間生成させる１つまたは複数の半導体デバイスを備える。

デジタル処理回路４０および／またはコンピュータ５０を含むデジタル部は、デジタル画像処理システム３０とみなされてよく、デジタル画像処理システム３０は、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施する。したがって、画像処理システム３０は、コンピュータ５０、または代替として、デジタル処理回路４０とコンピュータ５０との複合システム、または場合によっては、デジタル処理回路がさらに画像処理および／または再構成にも特化されている場合にはデジタル処理回路４０単独として見られてよい。

一般的に使用されているＸ線撮像システムの一例は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムであり、コンピュータ断層撮影システムは、Ｘ線の扇状または円錐状ビームを生成するＸ線源と、患者または物体を透過されたＸ線の割合を登録するための対向するＸ線検出システムとを含むことがある。Ｘ線源および検出器システムは通常、撮像される物体の周りを回転するガントリに取り付けられている。

それに従って、図２に示されるＸ線源１０およびＸ線検出システム２０は、例えばＣＴガントリに取付け可能なＣＴシステムの一部として構成されてよい。

図３は、３つの異なるＸ線管電圧に関するエネルギースペクトルの例を示す概略図である。エネルギースペクトルは、より低いエネルギー範囲でのコンプトン事象およびより高いエネルギー範囲での光電吸収事象を含む、異なるタイプの相互作用の混合からの蓄積されたエネルギーによって構築される。

Ｘ線撮像のさらなる発展形態は、スペクトルＸ線撮像としても知られているエネルギー分解型Ｘ線撮像であり、エネルギー分解型Ｘ線撮像では、いくつかの異なるエネルギーレベルに関してＸ線透過が測定される。これは、線源を２つの異なる放出スペクトル間で急速に切り替えることによって、異なるＸ線スペクトルを放出する２つ以上のＸ線源を使用することによって、またはエネルギービンとも呼ばれる２つ以上のエネルギーレベルで入来放射線を測定するエネルギー個別検出器を使用することによって実現され得る。

以下では、図４を参照して、エネルギー個別光子計数メカニズムの一例の簡単な説明が与えられる。この例では、各登録された光子が電流パルスを生成し、この電流パルスが、１組のしきい値と比較され、それにより、いくつかのエネルギービンのそれぞれで入射する光子の数を計数する。

一般に、コンプトン散乱後の光子も含むＸ線光子が、半導体検出器の内部で電子－正孔対に変換され、ここで、電子－正孔対の数は、一般に光子エネルギーに比例する。次いで、電子と正孔は、検出器電極に向かってドリフトしており、次いで検出器から出る。このドリフト中、電子と正孔は、電極内に電流を誘導し、この電流は、図４に概略的に示されるように、例えば電荷感応型増幅器（ＣＳＡ）、続いて整形フィルタ（ＳＦ）を介して測定されてよい。

１回のＸ線事象からの電子と正孔の数はＸ線エネルギーに比例するので、１回の誘導電流パルスでの総電荷は、このエネルギーに比例する。電流パルスは、ＣＳＡで増幅され、次いでＳＦフィルタによってフィルタリングされる。ＳＦフィルタの適切な整形時間を選択することによって、フィルタリング後のパルス振幅は、現在のパルスでの総電荷に比例し、したがってＸ線エネルギーに比例する。ＳＦフィルタに続いて、パルス振幅は、その値を１つまたは複数のコンパレータ（ＣＯＭＰ）において１つまたは複数のしきい値（Ｔｈｒ）と比較することによって測定され、カウンタが導入され、このカウンタによって、パルスがしきい値よりも大きい場合の回数が記録されてよい。このようにして、特定の時間枠内に検出されているそれぞれのしきい値（Ｔｈｒ）に対応するエネルギーを超えるエネルギーを有するＸ線光子の数を計数および／または記録することが可能である。

いくつかの異なるしきい値を使用するとき、いわゆるエネルギー個別検出器が得られ、エネルギー個別検出器において、検出された光子は、様々なしきい値に対応するエネルギービンにソートされてよい。時として、このタイプの検出器は、マルチビン検出器とも呼ばれる。

一般に、エネルギー情報は、新たな種類の画像が作成されることを可能にし、ここで、新たな情報が利用可能であり、従来の技術に固有の画像アーチファクトが除去され得る。

換言すると、エネルギー個別検出器に関して、パルスの高さが、コンパレータにおいていくつかのプログラム可能なしきい値と比較され、パルス高さに従って分類され、パルス高さはさらにエネルギーに比例する。

図５は、例示的実施形態に係る半導体検出器モジュールの一例を示す概略図である。これは、画素に対応する検出素子２２に分割されたセンサ領域２１を有する半導体検出器モジュールの一例であり、ここで、各検出素子または画素は、通常はダイオードに基づいている。Ｘ線は、半導体センサの縁部を通って入射する。

図６は、別の例示的実施形態に係る半導体検出器モジュールの一例を示す概略図である。この例では、やはりＸ線が縁部を通って入射すると仮定して、半導体センサ領域２１は、深さ方向でいわゆる深さセグメント２２にさらに分割される。

電気経路指定用、および好ましくはいわゆるフリップチップ技術によって取り付けられるいくつかの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）用のベース基板として半導体センサが使用されるという意味で、半導体センサは、いわゆるマルチチップモジュール（ＭＣＭ）として実装されてよい。経路指定は、各画素からＡＳＩＣ入力への信号のための接続、ならびにＡＳＩＣから外部メモリおよび／またはデジタルデータ処理への接続を含む。ＡＳＩＣへの電力は、これらの接続における大電流に必要とされる断面積の増加を考慮に入れた同様の経路指定によって提供されてよいが、電力は、別の接続を介して提供されてもよい。ＡＳＩＣＳは、アクティブセンサの側部に位置決めされてよく、これは、吸収カバーが上に置かれている場合には入射Ｘ線から保護されてよく、側部方向にも吸収体を位置決めすることによって側部からの散乱Ｘ線からも保護されてよいことを意味する。

図７は、半導体検出器モジュールの一例を示す概略図である。この例では、米国特許第８，１８３，５３５号明細書での実施形態と同様に、半導体検出器（モジュール）２０のセンサ領域２１がマルチチップモジュール（ＭＣＭ）における基板の機能も有することができる様子が示されている。信号は、信号経路２３によって、画素２２から、アクティブセンサ領域に隣接して位置決めされている並列処理回路２４（例えばＡＳＩＣ）の入力に経路指定される。特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）という用語は、特定の用途のために使用および構成される任意の一般的な集積回路として広く解釈されるべきであることが理解されるべきである。ＡＳＩＣは、各Ｘ線から生成された電荷を処理し、その電荷を、光子を検出するためおよび／または光子のエネルギーを推定するために使用され得るデジタルデータに変換する。ＡＳＩＣは、ＭＣＭの外部に置かれたデジタル処理回路および／またはメモリへの接続のために構成されてもよく、最終的に、データは、画像を再構成するための入力として使用される。

通常、画素は、検出器の単一のＸ線感受性サブ素子である。各画素は、入射Ｘ線束を一連のフレームとして測定する。フレームは、指定された時間間隔（通常はフレーム時間と呼ばれる）中の測定されたデータである。

図８は、複数の電極または検出素子を有する検出器（モジュール）の一例を示す概略図である。この例では、ダイオードとも呼ばれる電極または検出素子２２が並列に配置され、ここで、各検出素子は、検出ダイオードによって構成されている。図８は、画素（ピクチャ素子）に対応する検出素子２２の１つ（または多数）において、Ｘ線が上から入射してアクティブ検出器領域に当たる様子を示す。検出器（モジュール）の表側（Ｆ）と裏側（Ｂ）に言及する。表側では、検出器（モジュール）は、接地電位（０Ｖ）に接続されている。裏側では、検出器（モジュール）は、はるかに高い電位（例えば１００～５００Ｖの範囲であり、ここでは３００Ｖとして示されている）に接続されている。

図９は、検出用ダイオードの断面の一例を示す概略図である。検出ダイオード２２は、表側区域（ＦＳ）、中間区域（ＭＳ）、裏側区域（ＢＳ）など、表側（Ｆ）から裏側（Ｂ）へ、任意の数Ｎ≧２の区域に分割されてよい。望みに応じて、選択される区域数Ｎは２以上の任意の数でよいことが理解されるべきである。表側区域（ＦＳ）は、表側（Ｆ）と一致し、裏側区域（ＢＳ）は、裏側（Ｂ）と一致していてもよい。

この特定の例では、光子が正孔と電子の対を励起し、衝突／吸収は、中間区域（ＭＳ）で生成するが、一般には表側（Ｆ）から裏側（Ｂ）の間のどこで生成してもよい。ウェハの厚さは、パラメータΔｘによって示されている。

それにより検出素子において生成される電荷の対応する流れは、パルスと呼ばれる。一般に、これらのパルスの形状、持続時間、および振幅は、典型的には、入来Ｘ線のエネルギー、位置（角度）、および強度に依存する。

前述のように、電流は、高感度のアナログ回路によって様々な形で検出されてよい。光子によって生成される電流を監視して増幅する測定デバイスがあり得る。増幅された電流は、１つまたは複数のしきい値レベルと比較されてよく、次いで光子の生成をデジタル形式で示す。

検出器は、

に従って、コンデンサで電流を積分して電圧を生成するように設計されてもよく、電圧モード検出回路の使用を可能にし、電圧モード検出回路は、典型的には、標準の市販のハードウェアでより容易に実現することができる。さらに、これら２つの概念的手法の混成があり得て、ここで例えばパルスは多数のしきい値レベルまたは基準レベルと比較され、それによりパルスのエネルギーレベルが決定されて、パルスを分析するために使用されてよい。混成を使用する別の理由は、ノイズ耐性とスピードの折り合いをつけることが可能であることである。

図９に示されるように、例えば図９の裏側区域（ＢＳ）、中間区域（ＭＳ）、および表側区域（ＦＳ）によって示されるように、ダイオードまたはウェハの厚さ線における検出ダイオードでの吸収の局所性の概念が存在する。本発明者らは、ダイオードにおける光子の吸収時に生成される電流パルスが、特に光子がどこで検出ダイオードに吸収されるか（例えばダイオード／画素のどちら側か）に応じて異なる電気特性／パルス形状を表すことを認識している。

図１０は、ダイオードの異なる物理的および電気的特性に関する異なる種類のパルスの形状の一例を示す概略図である。換言すると、これらは、Ｘ線検出読出回路に入射するときの検出パルス（電流）の典型的な波形の例である。この文脈で、絶対数は重要ではないが、典型的な検出器の実装に関して、パルス持続時間は約４０ｎｓ超に及ぶことがある。ダイオードに印加される異なる電圧（１５０Ｖ：破線、２５０Ｖ：一点鎖線、および５００Ｖ：実線）および３つの異なる吸収位置（ＭＳ：中間区域、菱形、ＦＳ：表側区域／表側、正方形、およびＢＳ：裏側区域／裏側、円形）に関する９つのシミュレートされた波形である。

縦軸に、ｆＣ／ｎｓ単位での毎秒の電荷の流れ、つまり電流を表し、横軸に時間を取る。表側パルスは、裏側パルスよりもはるかに速い挙動を示す。表側パルス（図中の最も左および最も上）は、そのピーク振幅（最大電流）への急激な遷移を有し、次いでかなり急速に低下する。裏側パルスは、そうではなく、パルスの最後でのピーク値に向かって比較的ゆっくりとした増加を示す。

総電荷、すなわち積分されたパルスは、同じ電圧のすべてのパルスに関して同じであることを注記しておく。総電荷は、電圧と共に増加する（図中、１５０Ｖ、２５０Ｖ、５００Ｖ）。ダイオードに対する衝突の場所に関係なく、総電荷は同じである。

吸収の場所に応じてパルスが異なる挙動を示すという上記の洞察を前提として、システムからより多くの情報を抽出することができる。ダイオードによって生成されたパルスのタイプを検出することによって、光子衝突の局所性に関する追加の情報が取得されてよい。これは、画像再構成手順に情報を追加する。これを仮定して、受信チェーンがさらに最適化されてよく、追加の分解能が得られてよい。

図１１は、一実施形態に係る光子計数型Ｘ線検出器の個々の検出ダイオードにおける光子の相互作用の位置を決定するための方法の一例を示す簡略図である。

基本的に、この方法は、光子相互作用に応じて個々の検出ダイオードによって生成されたパルスのパルス特性に基づいて、検出ダイオードにおける相互作用の位置を決定するステップ（Ｓ１）によって特徴付けられる。

例として、相互作用の位置は、少なくとも１つの整合フィルタに基づいてパルスの信号処理を実施することによって決定される。

特定の例では、検出ダイオードにおける相互作用の位置を決定するステップは、
検出ダイオードにおける光子相互作用の特定の位置またはサブ領域に対応する特定のパルスタイプに適合された少なくとも１つの整合フィルタを適用することによって、パルスの信号処理を実施することと、
整合フィルタのフィルタリングされた出力信号に基づいてパルスがパルスタイプと整合するかどうかを識別して、相互作用の位置が、整合フィルタが適合されている特定のパルスタイプの特定の位置またはサブ領域に対応するかどうかを決めること、を含む。

前に論じられたように、パルスという用語は、パルスを表す任意の信号を含むことが理解されるべきである。

一例として、例えばパルス振幅、パルス幅、および／またはパルスタイミングに関係するしきい値など１つまたは複数の条件に従った整合がある場合、相互作用の位置は、整合フィルタに関連付けられる特定の位置またはサブ領域（表側など）に対応すると結論付けられてよい。そうでない場合、例えば、相互作用の位置は、整合フィルタに関連付けられる特定の位置またはサブ領域と比較して反対または逆の位置（裏側など）に対応すると決められてよい。

代替として、相互作用の位置は、検出ダイオードにおける光子相互作用の異なる位置またはサブ領域に関する特性応答を模倣するように構成された少なくとも２つの整合フィルタに基づいてパルスの信号処理を実施することによって決定されてもよい。

したがって、ここでの基本的な着想は、検出ダイオードからの入来パルスの信号処理を実施して、パルスをいくつかの異なる特性パルスタイプの１つに分類し、それによって入来光子の吸収の場所を決定することである。

特定の例では、検出ダイオードにおける相互作用の位置を決定するステップは、
検出ダイオードにおける光子相互作用の異なる位置またはサブ領域に対応する異なるパルスタイプに適合された少なくとも２つの整合フィルタを適用することによって、パルスの信号処理を実施することと、
整合フィルタのフィルタリングされた出力信号に基づいて、検出ダイオードにおける相互作用の位置を識別すること、を含む。

上記のように、検出ダイオードにおける相互作用の位置を決定するステップは、パルスのパルス特性に基づいて、ダイオードの少なくとも２つの異なるサブ領域のうちのどれにおいて光子相互作用が生じたかを識別することを含むことがある。

例えば、検出ダイオードは、ダイオードの幅に対応する厚さを有し、したがって、少なくとも２つの異なるサブ領域は、ダイオードの異なる幅区域に置かれてよい。

例として、前に説明されたように、少なくとも２つの異なる領域は、ダイオードの表側または表側区域と、裏側または裏側区域とを含むことがある。

代替として、少なくとも２つの異なる領域は、ダイオードの表側または表側区域、中間区域、および裏側または裏側区域を備える。

検出ダイオードは、ダイオードの幅方向で任意の数Ｎの区域に分割されてよく、各区域が、特性パルスタイプに関連付けられることが理解されるべきである。

また、相互作用の位置は、検出ダイオードのカソード側またはアノード側で生成されたパルスのパルス特性から推定されてもよいことが理解されるべきである。両側からのパルスを組み合わせる必要はない。

一例として、検出ダイオードにおける相互作用の位置は、パルス振幅、パルス幅、および／またはパルスタイミングに基づいて決定されてよい。

図１２は、一実施形態に係る光子計数型Ｘ線検出器の個々の検出ダイオードにおける光子の相互作用の位置を決定するように構成された配置構成の一例を示す概略図である。さらに、この配置構成は、光子相互作用に応答して個々の検出ダイオードによって生成されたパルスのパルス特性に基づいて検出ダイオードにおける相互作用の位置を決定するように構成される。

これは、例えば整合フィルタ技術によって達成されてよく、ここで、配置構成は、相互作用の位置を決定するために少なくとも１つの整合フィルタに基づいてパルスの信号処理を実施するように構成される。

特定の例では、配置構成は、検出ダイオードにおける光子相互作用の特定の位置またはサブ領域に対応する特定のパルスタイプに適合された少なくとも１つの整合フィルタを適用することによってパルスの信号処理を実施し、整合フィルタのフィルタリングされた出力信号に基づいてパルスがパルスタイプに整合するかどうかを識別して、整合フィルタが適合されている特定のパルスタイプの特定の位置またはサブ領域に相互作用の位置が対応するかどうかを決めるように構成される。

代替として、配置構成は、検出ダイオードにおける光子相互作用の異なる位置またはサブ領域に関する特性応答を模倣するように構成された少なくとも２つの整合フィルタに基づいてパルスの信号処理を実施するように構成される。

別の例によれば、配置構成は、検出ダイオードにおける光子相互作用の異なる位置またはサブ領域に対応する異なるパルスタイプに適合された少なくとも２つの整合フィルタを適用することによってパルスの信号処理を実施し、整合フィルタのフィルタリングされた出力信号に基づいて検出ダイオードにおける相互作用の位置を識別するように構成される。

一例として、配置構成は、パルスのパルス特性に基づいて、ダイオードの少なくとも２つの異なるサブ領域のうちのどれにおいて光子相互作用が生じたかを識別することによって、検出ダイオードにおける相互作用の位置を決定するように構成されてよい。

例えば、検出ダイオードは、ダイオードの幅に対応する厚さを有し、少なくとも２つの異なるサブ領域は、ダイオードの異なる幅区域に置かれる。幅区域は、典型的には、ダイオードのアノード側とカソード側との間に置かれる。これは、ダイオードの表側または表側区域と、裏側または裏側区域とを含むことがある。代替として、少なくとも２つの異なる領域は、ダイオードの表側または表側区域、中間区域、および裏側または裏側区域を備える。

前述のように、配置構成は、検出ダイオードのカソード側またはアノード側で生成されたパルスのパルス特性から相互作用の位置を決定するように構成されてよい。

また、配置構成は、一例として、パルス振幅、パルス幅、および／またはパルスタイミングに基づいて検出ダイオードにおける相互作用の位置を決定するように構成されてもよい。

特定の例では、Ｘ線検出器は、光子計数型エッジオン検出器である。

別の態様によれば、そのような配置構成を備える図１および図２に示されるようなＸ線検出システムが提供される。

さらに別の態様によれば、そのような配置構成を備える図１および図２に示されるようなＸ線撮像システムが提供される。

Ｘｕｅｊｉｎ Ｌｉｕによる文献「Ｅｎｅｒｇｙ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｓｉｌｉｃｏｎ－Ｓｔｒｉｐ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ Ｐｈｏｔｏｎ－Ｃｏｕｎｔｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒａｌ ＣＴ ｂｙ Ｄｉｒｅｃｔ Ｕｓａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｘ－ｒａｙ Ｔｕｂｅ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ」２０１５は、受信器がシリコンダイオードの物理的な特性の変動に対して較正され得る方法を記載している。しかし、この文献に記載されている方法は、異なる区域から生じるパルス形状の相違に焦点を当ててはいない。

提案技術をより良く理解できるように、１組の非限定的な例示的実施形態が以下に述べられる。上記のパルスを検出するための提案される手順は、以下のようである。この特定の例では、信号処理は、光子衝突／相互作用の異なる位置に対応する異なるパルスタイプの存在を捕捉または検出するように適合された少なくとも２つの並列処理経路において実施されてもよい。それに従って、高速から低速までの応答時間の範囲で、場合によっては任意選択の中速経路を介して、少なくとも２つの異なる信号処理経路を有するフィルタバンクを設計する。高速経路は、入来パルスに対してより迅速に反応する。高速経路は、表側タイプのパルスのために最適化された信号処理機能を備えた電気フィルタを有する。低速経路は、入来パルスに対してよりゆっくりと反応し、裏側タイプのパルスのために最適化された信号処理機能を備えた電気フィルタを有する。

図１３は、Ｘ線画素または検出ダイオードのための受信器フロントエンドの簡略化バージョンの一例を示す概略図である。

換言すると、図１３の回路は、検出ダイオードごとの読出し回路の緩和バージョンを表す。追加のフィルタリングおよび利得調整が読出し経路において使用されてもよいことが理解されるべきである。この例では、検出ダイオードによって生成された電流は、能動トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）によって、コンデンサでの積分により電圧に変換される。次いで、電圧がコピーされ、様々な経路を通してフィルタリングされる。黒い実線は、入来表側パルスタイプを示す（図１０参照）。

この例では、２つの異なるタイプのフィルタを有する２つの異なる経路を使用する。２つのフィルタは、表側パルスおよび裏側パルスに適合された２つの異なるタイプのインパルス応答（伝達特性）を有するように設計される。これらの特性は、図１０からの典型的な挙動に基づく。

この例では、選択されたタイプの電流パルス（表側パルスや裏側パルスなど）の特性が模倣されている整合フィルタを使用することが提案される。パルス波形を模倣し、入来パルス波形との畳み込み（フィルタ）を実施することによって、最尤という意味で最適なフィルタ応答が生成されてよい。以下のインパルス応答を用いて１組の典型的なフィルタを生成すると仮定する。

ここで、ｑ（ｔ）は、ダイオードによって生成されたパルスｐ（ｔ）のテンプレートであり、できるだけ等しく見えるように試みている。理想的な場合には、妥当に長い期間において、ｑ（ｔ）＝ｐ（ｔ）である。線形フィルタのうち、整合フィルタは、ノイズの存在下で信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を高めるのに最適なものであることが知られている。

整合フィルタの出力ｙ（ｔ）は、畳み込まれた結果によって与えられる。

これは、ｑとｐがよく揃っている場合、（パルスが検出器入力に達した後の）時点Ｔ付近で比較的明確なピーク振幅、最高の電圧／電流を有する対称関数になる。線形フィルタリング演算は、パルスに対して自己相関演算を実施する、すなわち、入力パルスは、テンプレート波形に相関／整合される。それらが整合すればするほど、Ｔでのｙ（ｔ）の振幅が高くなる。それらが整合すればするほど、ピークは（時間的に）短くなる。図１３の概略図では、これは、フィルタのインパルス応答が入来パルスとより良く整合する一番上の経路に関するピークによって示される。他の経路は、より滑らかな応答を示す。この例では、表側パルスを検出するように適合された処理経路は、少なくとも振幅に基づいて、しかし場合によってはパルスタイミングにも基づいて、フィルタリングされた表側パルスのピークを検出し、一方、裏側パルスを検出するように適合された処理経路は、フィルタリングされた表側パルスの特異のピークを検出しない可能性が高い。その結果、表側処理経路が反応して、考慮下のパルスが表側パルスであることを示す肯定応答を提供する。その結果、対応する光子相互作用が検出素子のダイオードの表側で生じたと決定されてよい。

実際には、これは、選択されたパルスタイプに適合された適切に構成された整合フィルタおよび後続のパルス識別モジュール（例えば１つまたは複数のレベル検出器を採用する）を使用することによって、光子の吸収の局所性が、通常よりも高い分解能で決定され得ることを意味する。

振幅が重要であるだけでなく、図１０の特性パルスタイプからわかるように、パルスタイミングおよび／またはパルス長も重要である。これは、特定のタイプのパルスの検出が、パルス振幅、パルスタイミング、および／またはパルス長に基づく信号処理によって実施されてよいことを意味する。例えば、ピーク振幅、ピーク時間、および／またはパルス長に関する特定の量の知識が、図１０に示される特性パルスから抽出されてよい。

これは、異なる経路が、かなり明確に異なる信号（電圧／電流）を与えることを意味し、本発明者らは、経路間の差を検出してどの受信パルスが最も尤度が高いものであるかを決定できる可能性を認識している。整合フィルタなどの適切なフィルタの使用は、相違を強調し、様々なタイプのパルスを検出することをより容易にする。

図１４は、一実施形態に係る３つの処理経路の例に関するフィルタのバンクのより複雑なバージョンの例を示す概略図である。１組のコンパレータが、エネルギー分解マルチビン操作を提供するために、パルスを様々なしきい値と比較するために使用される。コンパレータによって、各パルスでのエネルギーおよび時間の量を検出することが可能である。コンパレータは、いくつかのレベルでパルスを「スライス」し、パルスを表す１組の対応するデジタル化された波形を生成する。

さらに、結果をローカルで比較して、それにより、どれが最も高い尤度で受信されるパルスであるかを判断し、その情報を（基本カウントおよびレベル・データと一緒に）デジタル画像処理システムおよび／またはプロセッサに転送することが可能である。ただ１つの経路からデータを選択すれば十分であり得る。

図１４の実施形態は、異なるタイプのフィルタを用いた信号経路の複製による実装形態の一例である。しかし、経路を複製することは、ハードウェアのコストの増加を伴う。特に、高速コンパレータは、面積および電力消費の面で高コストである。

図１５は、図１４のコンパレータを使用して生成された波形およびそのデジタル化された波形の一例を示す概略図である。

図１６、図１７、および図１８は、例えば図１４の構成に対応する３つの異なるフィルタによってフィルタリングされたときの元の波形（表側、中間、裏側）のプロットを示す概略図である。これらの図は、センサで生じ得る様々な可能なシナリオを示す。全体として、９つの典型的な異なる波形がある。瞬時に、ただ１タイプのパルスが読出し回路に入り、３つの経路すべてを通してフィルタリングされる。入来パルスは正規化されており、すなわち同じ量の電荷を示す。ｙ軸は、３つの図において同じ縮尺ではないことを注記しておく。

図１６は、低速（裏側）パルスタイプに適合された（低速経路テンプレートフィルタを使用して）低速経路で３つの異なるパルスタイプ（高速パルス、中速パルス、および低速パルス）を処理するときの整合フィルタ応答を示す。

図１７は、中速区域パルスタイプに適合された（中速経路テンプレートフィルタを使用して）中速経路で３つの異なるパルスタイプ（高速パルス、中速パルス、および低速パルス）を処理するときの整合フィルタ応答を示す。

図１８は、高速（表側）パルスタイプに適合された（高速経路テンプレートフィルタを使用して）高速経路で３つの異なるパルスタイプ（高速パルス、中速パルス、および低速パルス）を処理するときの整合フィルタ応答を示す。

低速（裏側）パルスに関する整合フィルタ応答は、点線によって示されており、一方、中速区域パルスに関する整合フィルタ応答は、一点鎖線によって示されており、高速（表側）パルスに関する整合フィルタ応答は、破線によって示されている。

例えば、図１６に関して、低速裏側パルスが低速経路フィルタを通して送られて点線の曲線を生成し、中速区域パルスが同じ低速経路フィルタを通して送られて破線の曲線を生成し、高速表側パルスが同じ低速経路フィルタを通して送られて半実線曲線を生成する。

各図において、フィルタリングされた信号が異なる挙動を示す様子がわかる。これらの挙動は、特徴付けられると、異なるパルスタイプを区別するのに有用となり得る。

図１６において、パルスは同様である（しかし、異なる時点でそれらの最大値を取る）ことを注記しておく。しかし、低速裏側パルス（点線）の整合応答は、パルスタイミング、パルス幅、およびパルス振幅が他のものとは明らかに異なる。異なるパルスタイプを決定するための手順は、例えば、パルス振幅、パルス幅、および／またはパルスタイミングに基づいてよい。

図１７において、低速裏側パルス（点線）は、やはり、形状、振幅、および時間的な位置が明らかに異なる。中速パルス（一点鎖線）の整合応答は、高速表側パルス（破線）よりも鋭いピーク挙動を示す。ここで、パルス振幅、幅、および／またはタイミングは、異なるパルスタイプを区別するために使用されてよい。

図１８において、高速表側パルスの整合応答は、他の波形と比較して明瞭に異なる（破線）。３つのフィルタリングされたパルスはすべて、振幅、幅、および／またはタイミングによって容易に区別される。

図１９、図２０、および図２１は、顕著なノイズの存在下での整合フィルタ応答の例を示す概略図である。

図１９は、顕著なノイズの存在下で低速経路テンプレートフィルタを使用した整合フィルタ応答の一例を示す概略図である。低速裏側パルスの整合応答は、測定された時間間隔の後半において、より高い振幅を示す。

図２０は、顕著なノイズの存在下で中速経路テンプレートフィルタを使用した整合フィルタ応答の一例を示す概略図である。

図２１は、顕著なノイズの存在下で高速経路テンプレートフィルタを使用した整合フィルタ応答の一例を示す概略図である。

ノイズが入力信号に追加され、整合フィルタ自体ではなくダイオードにおけるノイズを模倣し、すなわち回路ノイズがゼロであると仮定し、そのため、波形の片側で「クリーン」な信号を見る。すべてのタイプの入力パルスに同じ電流ノイズを追加して、それらを比較することを可能にしてある。

上記と同様に、高速の場合と低速の場合の挙動に違いがあり、顕著なノイズの存在下でさえ、高速フィルタによって高速パルスを検出し、低速フィルタによって低速パルスを検出することが可能であるように思われる。このノイズレベルでは、ここで表しているテスト信号を前提として、画素の中間区域部分での任意のパターンを識別するのがより難しいように思われる。

整合フィルタを用いることで、異なる時定数を有する１組のフィルタバンクを単に使用するのと比較してノイズ耐性を向上するが、異なる時定数を有する１組のフィルタバンクの使用も許容可能な解決策であり得ることが理解されるべきである。

すべての経路からの情報に同時にアクセスできるので、それらの情報を組み合わせて、どの情報がどの経路を通過しているかを抽出することも可能である。上で論じられた図では、中速パルスと表側パルスは低速経路において非常に類似して見える。しかし、それらのパルスは、他の経路では次第に異なって見える。低速裏側パルスでも同じである。低速裏側パルスは、高速経路ではノイズと幾分類似して見えるが、低速経路では異なるピークを示すことを注記しておく。裏側パルスのフィルタリングされた整合応答は、典型的にはより遅く、より大きいパルス幅を有する他のパルスよりも遅い時点でピークを取る。表側パルスのフィルタリングされた整合応答は、典型的にはより高速であり、より高い振幅、およびより狭く特異のピークを有する。基準コンパレータによって生成されたデータ、すなわちパルスの形状を観察する一種の最尤検出器を設計することによって、このタイプの分析を利用することである。

基準レベルコンパレータの構成要素サイズが大きい場合、ハードウェアが大幅に増大することが理解される。したがって、経路を能動的に切り替え、（基準に接続された）コンパレータを共有することによってハードウェアを削減することが望ましいことがあり得る。

図２２、図２３、図２４は、それぞれ３つの異なるタイプの入力信号に関する３つのフィルタからのデジタル化された出力の例を示す概略図である。ノイズは、ダイオード（検出器入力）とフィルタ（アナログ回路ノイズ）の両方において加えられる。コンパレータに関するしきい値は、経路に関して動的に調整される。これらのしきい値に関する取り扱いは、ホスト・プロセッサに提供され、ホスト・プロセッサは、画質に基づいてしきい値を制御する。

図２２は、高速フィルタを通した、３つの異なるタイプのパルス、すなわち表側パルス（破線）、中速パルス（一点鎖線）、および裏側パルス（点線）に関するフィルタリングされた応答を示す。

図２３は、中間フィルタを通した、３つの異なるタイプのパルス、すなわち表側パルス（破線）、中速パルス（一点鎖線）、および裏側パルス（点線）に関するフィルタリングされた応答を示す。

図２４は、低速フィルタを通した、３つの異なるタイプのパルス、すなわち表側パルス（破線）、中速パルス（一点鎖線）、および裏側パルス（点線）に関するフィルタリングされた応答を示す。

例示的な疑似コード
パルスを識別するための簡単な疑似アルゴリズムの例示的な一例が以下に与えられる。この例では、決定は、パルス振幅に基づいているが、パルスタイミングおよび／またはパルス幅が使用されてもよいことが理解されるべきである。決定パラメータはファジーであるが、アルゴリズムは、この場合、ブール型の応答を返すように設計されている。しかし、アルゴリズムは、複雑さの大幅な増加なく、検出されたパルスの蓋然性をホストに提供するように設計されてよい。
IF(高速経路におけるピーク振幅)SIGNIFCANTLY_HIGHER_THAN(他の経路におけるピーク振幅)THEN
detected_pulse="FRONT-SIDE"
ELSE ## Slow or mid?
IF (低速経路におけるピーク振幅)APPROX_EQUAL_TO(他の経路におけるピーク振幅) THEN
detected_pulse="BACK-SIDE"
ELSE
detected_pulse="MID-SECTION"
例示的なシミュレーション結果
並列な３つのフィルタと共に上で提示された単純な疑似コードを使用して、入射の生成源をある程度検出することが可能である。図２５、図２６、および図２７のシミュレーション結果は、改良された検出器が位置を識別する様子を示す。

ｘ軸に沿って、入射光子の位置を見つけ（図９参照）、ここで、「０」は、検出ダイオードの近いほうの端部を示し、「１」は、検出ダイオードの遠いほうの端部を示す。

ｙ軸に沿って、上で提示された疑似コードを仮定して、推定される位置を見つける。シミュレーション例では、３つの位置、すなわち、０～３３％（表側区域）、３３％～６７％（中間区域）、および６７％～１００％（裏側区域）を識別できる検出器を使用する。

図２５は、ノイズが存在しない状態でのシミュレートされた検出を示すシミュレーション結果の一例を示す概略図である。図２５の例では、信号にもフィルタにもノイズを追加していない。検出された位置の蓋然性を示すために、グラフ内の点の場所にガウスランダム偏差を意図的に追加して、クラウドの厚さ／強度を考慮に入れている。

図２６は、入力パルスおよびフィルタリング経路に追加されたシミュレートされた検出ノイズを示すシミュレーション結果の一例を示す概略図である。ノイズレベルは、入力パルスの振幅に比べてかなり大きく、入力信号レベルと同等のノイズである。検出においていくつかのエラーが見つけられたことがわかる。ここでは、クラウドの強度は、それらがどのくらいの頻度で正しく検出されるかを示す。

図２７は、入力信号レベルよりも高いノイズレベルを用いた、シミュレートされた検出を示すシミュレーション結果の一例を示す概略図である。図２７では、ノイズをさらに増大させており、検出があまり効率的でなくなったとしても、この検出手順が、依然として（特定の蓋然性で）検出器における位置を識別することができることがわかる。

図２８は、シミュレーションによる、提案される方法論および比較基準に関する変調伝達関数（ＭＴＦ）を示す概略図である。

図２８において、ＭＴＦは、上で論じられた例示的なシミュレーション結果に関して示されている。ＭＴＦは、検出器内の検出素子（ダイオード、画素）から再構成されたピクチャに関する変調伝達関数である。ＭＴＦは、ピクチャにおいて解像度がどのくらい良いかを表す。ｘ軸に沿って、空間周波数、すなわち黒い画素から白い画素への完全な遷移がどれだけよく解像され得るかを表す。例えば、３０００という値は、１メートル当たり３０００サイクルの白黒が解像され得ることを示す。ｙ軸は、フル・スケール値からどれだけずれているかを示す。１００％の値は、黒レベルおよび白レベルに完全に達したことを示す。０％の値は、平均的なグレーレベルとなり、「白」と「黒」の相違がない（単なるグレーの平均である）ことを示す。理想的な挙動は、すべての周波数にわたって１００％である。ビジョン・システムの最も現実的な実装は、１００％から０％まで単調に降下する。

このシミュレーションでは、σ＝１の正規化ノイズレベルに対して上記の値を使用しており、ここで、擬似コード・アルゴリズムを使用してかなりの量の「誤検出」があり、すなわち、かなりの誤差源がシミュレーションに組み込まれている。

１つの検出素子（ダイオード、画素）と、検出素子（ダイオード、画素）ごとに１つの読出し回路とを有し、サブ領域の識別がない、すなわち全寸法の画素を有すると仮定すると、このハードウェア・シナリオは、最も左の点線の曲線、すなわちｆ＝２０００に関して０％に低下する曲線（点線の「全画素幅」）としてＭＴＦを与える。これは、本発明との比較のための元の基準となる。

次に、検出素子（ダイオード、画素）を３つの検出素子（ダイオード、画素）（すなわち、より多くのハードウェアおよびより小さい画素）に分割し、それぞれに１つの読出し回路を有することができると仮定し、すなわち、３倍の解像度を有する新たな検出器を定義する。多くの点でハードウェアへの影響は大きく、場合によっては非常に高コストの解決策である。しかし、このシナリオは、シミュレートされ、実線（「画素幅の１／３」）としてプロットされ、他のシナリオとの比較としても使用される。

本発明で提案されている手法を用いて、破線、一点鎖線、および最も右の点線（「表側」、「中間」、「裏側」）を得る。最も右の点線が「画素幅の１／３」の実線とほぼ重なっていることを注記しておく。

図２８から、新たな推定（「表側」、「中間」、および「裏側」）は、元の最も左の点線（すなわち「全画素幅」）と比較して解像度に関してより正確であることがわかる。平均して（図２８には明示的にプロットされていないが、「表側」＋「裏側」＋「中間」）／３を観察すると仮定して）、性能は、所望の物理的な１／３の性能に近い。

４０％のＭＴＦ品質値を取ると、提案される方法は、元のシナリオと比較して画素解像度を２～３倍（２００～３００％）改善し、小さすぎる画素を実装する必要がないという利益をもたらすことがわかる。これは正に大きな改善である。

同様の問題に概念的に取り組むが、異なる解決策を用いるいくつかの既知のシステム設計がある。

例えば、米国特許第６，１６９，２８７号明細書は、電極アレイ内の隣接する電極からの信号を使用して空間、エネルギー、および／またはタイミング情報を取得するためのＸ線検出器方法および装置に関する。検出器および対応する方法は、多数の検出器ストリップを有することに基づき、あらゆるＸ線入射に関して、いくつかのストリップからの電流が、位置を導き出すために使用される。

米国特許第７，００９，１８３号明細書は、ガンマ線検出器に関し、検出器内のいくつかのストリップからの結果に基づいて相互作用の位置を検出することに言及しているが、それを行うためのいかなる特定の方法も開示していない。

明らかに対照的に、本発明は、個々の検出素子（１つのストリップのみ）からの信号を調査し、異なる入射位置に関する特性応答を模倣する整合フィルタを使用することによって非常に異なる方法で信号を分析する。比較的高い計数率を有する用途では、いくつかの事象からの蓄積があり、受信器が飽和状態になるので、いくつかのストリップからの信号を使用することは可能でない。改善策は、（同じストリップでの多数の入射に関する蓋然性を最小限に抑えるために）はるかに小さいストリップを使用することであるが、実装の観点からは非実用的である。

米国特許第７，２０８，７４０号明細書は、ＰＥＴまたはＳＰＥＣＴ用途のための三次元放射線検出器に関する。三次元空間分解能は、多数の小さな検出器ボクセルを有し、各ボクセルにおいて信号を検出することによって得られる。

しかし、これは、本発明とは逆であり、本発明では、検出器における相互作用の位置を決定するために、特に、必要とされるボクセルの数を少なく保つために信号処理が使用される。多すぎるボクセルは、電力消費を大幅に増加させ、製造コストも増加させる。

米国特許第７，６９２，１５５号明細書は、検出された信号の時間ドリフトを観察および研究することによる、三次元位置感受性放射線検出に関する。上記特許は、特徴的な遅延時間を見つけることによってシステムを較正することに焦点を当てている。

明らかに対照的に、本発明は、場所を検出し、より機能向上した画像処理のためにその場所を使用することを狙いとしている。

本明細書に記載されている方法およびデバイスは、様々な様式で組み合わせられ再構成されてよいことが理解されよう。

例えば、実施形態は、ハードウェアとして、または適切な処理回路による実行のためのソフトウェアとして、あるいはそれらの組合せで実装されてよい。

本明細書に記載されるステップ、機能、手順、モジュール、および／またはブロックは、汎用電子回路と特定用途向け回路と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任意の従来技術を使用して、ハードウェアとして実装されてよい。

特定の例は、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、例えば特化された機能を実施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）を含む。また、アナログ処理回路とデジタル処理回路との組合せが使用されてもよいことも理解されるべきである。

代替として、本明細書に記載されるステップ、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いくつかは、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、ソフトウェアとして実装されてよい。

処理回路の例は、限定はしないが、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、１つまたは複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、１つまたは複数の中央処理装置（ＣＰＵ）、アクセラレーションハードウェア、および／または任意の適切なプログラマブル論理回路、例えば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ロジックコントローラ（ＰＬＣ）を含む。

提案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一般的な処理能力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。例えば、既存のソフトウェアの再プログラミングによって、または新たな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り得る。

したがって、例として、提案技術は、図２を参照して、アナログ処理回路２５、デジタル処理回路４０、および／またはコンピュータ５０として実装されてよい。

図２９は、一実施形態に係るコンピュータ実装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、それにより、プロセッサは、本明細書に記載されているステップおよび／またはアクションを実施するように動作可能である。命令は、典型的には、コンピュータプログラム２２５；２３５として編成され、コンピュータプログラム２２５；２３５は、メモリ２２０に事前設定されていてよく、または外部メモリデバイス２３０からダウンロードされてもよい。任意選択で、システム２００は、入出力インタフェース２４０を備え、入出力インタフェース２４０は、入力パラメータおよび／または得られる出力パラメータ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２１０および／またはメモリ２２０に相互接続され得る。

「プロセッサ」という用語は、一般的な意味で、特定の処理、決定、または計算タスクを実施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可能な任意のシステムまたはデバイスとして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、本明細書に記載されるものなど、よく定義された処理タスクを実施するように構成される。

処理回路は、上記のステップ、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できる。

また、提案技術は、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を備えるコンピュータプログラム製品も提供する。

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、特に不揮発性媒体に担持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）、デジタルバーサタイルディスク（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、または他の任意の従来のメモリデバイスを含む１つまたは複数のリムーバブルまたは非リムーバブルメモリデバイスを含むことがある。したがって、コンピュータプログラムは、その処理回路による実行のために、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されてよい。

本明細書で提示された方法フローは、１つまたは複数のプロセッサによって実施されるとき、コンピュータアクションフローとみなされてよい。対応するデバイス、システム、および／または装置は、１群の機能モジュールとして定義されてよく、ここで、プロセッサによって実施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、プロセッサ上で走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、代替として、１群の機能モジュールとして定義されてもよく、ここで、機能モジュールは、少なくとも１つのプロセッサ上で走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きに、本明細書に記載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施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てよい。

代替として、主としてハードウェアモジュールによって、または代替として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。ハードウェアに対するソフトウェアの程度は、純粋に実装における選択事項である。

上述された実施形態は、単に例として与えられており、提案技術はこれに限定され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定義される本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態に対して様々な修正、組合せ、および変更がなされてよいことが当業者によって理解されよう。特に、技術的に可能であれば、異なる実施形態における異なる部分解決策が他の構成に組み合わされてよい。

Claims (14)

1. 光子計数型エッジオンＸ線検出器（２０）の個々の検出ダイオード（２２）であって、Ｘ線が縁部を通って入射すると仮定すると、前記光子計数型エッジオンＸ線検出器の深さ方向に延び、前記深さ方向に実質的に垂直な方向で、前記検出ダイオードの幅に対応する厚さを有する検出ダイオードにおける光子の相互作用の位置を決定するための方法であって、
   前記光子相互作用に応答して前記個々の検出ダイオードのカソード側およびアノード側のうちの一つで生成されたパルスのパルス特性に基づいて、前記アノードと前記カソードとの間における異なる幅区域に置かれた、前記ダイオードの少なくとも２つの異なるサブ領域のうちのどれにおいて光子相互作用が生じたかを識別することによって、前記検出ダイオードの厚さラインにおける相互作用の前記位置を決定するステップ（Ｓ１）を特徴とし、
   前記検出ダイオードにおける光子の相互作用の位置を決定する前記ステップ（Ｓ１）は、
   整合フィルタのフィルタリングされた出力信号を生成するために、前記検出ダイオードにおける光子相互作用の特定の位置またはサブ領域に対応する特定のパルスタイプに適合された整合フィルタを適用することによって前記パルスの信号処理を実施することと、
   前記整合フィルタの前記フィルタリングされた出力信号に基づいて前記パルスが前記パルスタイプに整合するかどうかを識別して、前記整合フィルタが適合されている前記特定のパルスタイプの前記特定の位置またはサブ領域に相互作用の前記位置が対応するかどうかを決め、相互作用の位置が、前記検出ダイオードの前記カソード側および前記アノード側の両側からのパルスを組み合わせることなく、前記検出ダイオードの前記カソード側および前記アノード側のうちの一つで生成されたパルスのパルス特性から推定されること、を含む方法。
2. 相互作用の前記位置が、前記検出ダイオードにおける光子相互作用の異なる位置またはサブ領域に関する特性パルス応答を模倣するように構成された少なくとも２つの整合フィルタに基づいて前記パルスの信号処理を実施することによって決定される、請求項１に記載の方法。
3. 前記検出ダイオードにおける相互作用の前記位置を決定する前記ステップ（Ｓ１）が、
   対応するフィルタリングされた出力信号を生成するために、前記検出ダイオードにおける光子相互作用の異なる位置またはサブ領域に対応する異なるパルスタイプに適合された少なくとも２つの整合フィルタを適用することによって、前記パルスの信号処理を実施することと、
   前記少なくとも２つの整合フィルタの前記フィルタリングされた出力信号に基づいて、前記検出ダイオードにおける相互作用の前記位置を識別すること、を含む請求項１または２に記載の方法。
4. 前記少なくとも２つの異なる領域が、前記ダイオードの表側または表側区域、および裏側または裏側区域を備える、請求項１に記載の方法。
5. 前記少なくとも２つの異なる領域が、前記ダイオードの表側または表側区域、中間区域、および裏側または裏側区域を備える、請求項１に記載の方法。
6. 前記検出ダイオードにおける相互作用の前記位置が、パルス振幅、パルス幅、および／またはパルスタイミングに基づいて決定される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 光子計数型エッジオンＸ線検出器（２０）の個々の検出ダイオード（２２）であって、Ｘ線が縁部を通って入射すると仮定すると、前記光子計数型エッジオンＸ線検出器の深さ方向に延び、前記深さ方向に実質的に垂直な方向で、前記検出ダイオードの幅に対応する厚さを有する検出ダイオードにおける光子の相互作用の位置を決定するように構成された配置構成であって、前記光子相互作用に応答して前記個々の検出ダイオードのカソード側およびアノード側のうちの一つで生成されたパルスのパルス特性に基づいて、前記アノードと前記カソードとの間における異なる幅区域に置かれた、前記ダイオードの少なくとも２つの異なるサブ領域のうちのどれにおいて光子相互作用が生じたかを識別することによって、前記検出ダイオードの厚さラインにおける相互作用の前記位置を決定するように構成され、
   前記配置構成は、
   整合フィルタのフィルタリングされた出力信号を生成するために、前記検出ダイオードにおける光子相互作用の特定の位置またはサブ領域に対応する特定のパルスタイプに適合された整合フィルタを適用することによって前記パルスの信号処理を実施し、
   前記整合フィルタの前記フィルタリングされた出力信号に基づいて前記パルスが前記パルスタイプに整合するかどうかを識別して、前記整合フィルタが適合されている前記特定のパルスタイプの前記特定の位置またはサブ領域に相互作用の前記位置が対応するかどうかを決めるように構成され、
   前記配置構成は、前記検出ダイオードの前記カソード側および前記アノード側の両側からのパルスを組み合わせることなく、前記検出ダイオードの前記カソード側および前記アノード側のうちの一つで生成されたパルスのパルス特性から相互作用の位置を決定するように構成されることを特徴とする、配置構成（２５；４０；５０；２００）。
8. 前記検出ダイオードにおける光子相互作用の異なる位置またはサブ領域に関する特性パルス応答を模倣するように構成された少なくとも２つの整合フィルタに基づいて前記パルスの信号処理を実施するように構成される、請求項７に記載の配置構成（２５；４０；５０；２００）。
9. 対応するフィルタリングされた出力信号を生成するために、前記検出ダイオードにおける光子相互作用の異なる位置またはサブ領域に対応する異なるパルスタイプに適合された少なくとも２つの整合フィルタを適用することによって前記パルスの信号処理を実施し、前記少なくとも２つの整合フィルタの前記フィルタリングされた出力信号に基づいて前記検出ダイオードにおける相互作用の前記位置を識別するように構成される、請求項７または８に記載の配置構成（２５；４０；５０；２００）。
10. 前記少なくとも２つの異なる領域が、前記ダイオードの表側または表側区域、および裏側または裏側区域を備える、請求項７に記載の配置構成。
11. 前記少なくとも２つの異なる領域が、前記ダイオードの表側または表側区域、中間区域、および裏側または裏側区域を備える、請求項７に記載の配置構成。
12. パルス振幅、パルス幅、および／またはパルスタイミングに基づいて前記検出ダイオードにおける相互作用の前記位置を決定するように構成される、請求項７から１１のいずれか一項に記載の配置構成（２５；４０；５０；２００）。
13. 請求項７から１２のいずれか一項に記載の配置構成を備えるＸ線検出システム（２０）。
14. 請求項７から１２のいずれか一項に記載の配置構成を備えるＸ線撮像システム（１００）。

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