KR102044932B1 - X-선 영상화에서의 산란 추정 및/또는 보정(scatter estimation and/or correction in x-ray imaging) - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중-레벨 광자-계수 x-선 검출기(102, 103)에서 피사체 산란 및/또는 내부 산란을 추정하기 위한 방법 및 장치는 물론 피사체 산란 및/또는 내부 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 상기 x-선 검출기는, 예를 들면, 1) 상기 피사체 산란이 천천히 변화하는 공간 분포를 갖는다는 가정 하에 상기 최상층 및 하부층(들) 사이의 카운트의 차이(들)에 기초하여 상기 적어도 2개의 층중에서 최상층에서 상기 카운트에 대한 상기 피사체 산란 기여를 추정하고, 및/또는 2) 하부층(들)에서 또는 최상층 및 하부층(들) 모두에서 상기 검출기 요소의 상부에 고도로 감쇠하는 빔 스톱을 위치시킴으로써 1차 방사선으로부터 일부 검출기 요소를 선택적으로 블라인딩하는 것에 기초하여 상기 검출기 내부에서 컴프턴 산란된 광자의 재흡수로부터의 카운트를 추정하는 것, 및 이들 검출기 요소에서 상기 카운트를 측정하는 것을 위하여 설계된 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는다.
Description
본원에 제시된 기술은 일반적으로 x-선 영상화에서의 산란 추정 및/또는 보정에 관한 것이며, 특히, 멀티-레벨 스택(직접 변환) 광자 계수 x-선 검출기에서 피사체 산란 및/또는 내부 (검출 크로스토크) 산란을 추정 및/또는 보상하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
x-선 영상화는 의료 영상에서 일반적인 절차이며, 상기 x-선의 에너지 범위는 일반적으로 10 keV 내지 200 keV이고, 비파괴 검사 또는 검색 절차에서 에너지는 보다 높을 수 있다. 이러한 범위에서 x-선은 주로 컴프턴 효과 및 광전 효과를 통해 물질과 반응한다. 첫 번째 경우에서는, x-선 광자 에너지의 일부만이 전자로 전달되고, 상기 x-선은 이러한 산란 이벤트 이후에 감소된 에너지로 계속된다. 후자의 경우, 모든 에너지는 전자로 전달되고, x-선은 완전히 흡수된다.
x-선 영상 검출기에 대한 난제는, 피사체의 영상에 입력을 제공하기 위하여, 검출된 x-선으로부터 최대 정보를 추출하는 것으로서, 상기 피사체는 밀도, 조성 및 구조면에서 묘사된다. 검출기로서 필름 스크린을 사용하는 것이 아직 일반적이지만 오늘날 대부분의 검출기는 디지털 영상을 제공한다.
검출기는 입사 x-선을 전자로 변환해야 하며, 이는 일반적으로 광-효과(Photo-effect) 또는 컴프턴 상호 작용을 통해 이루어지고, 그 결과 전자는 일반적으로 에너지가 손실될 때까지 2차 가시광선을 생성하며, 이러한 빛은 감광성 물질에 의하여 검출된다. 덜 일반적이기는 하지만 비정질 셀레늄 또는 실리콘과 같은 반도체에 기반하는 검출기도 있는데, 이 경우 x-선에 의하여 생성된 전자는 전자 및 정공 쌍의 관점에서 전기 전하를 생성하며, 이는 충분한 강도를 갖는 인가된 전기장을 통해 수집된다.
컴퓨터 단층 촬영(CT)에서는 큰 검출기를 갖는 것이 바람직하다; 회전 방향의 검출기 크기는 시야를 결정하고 회전 방향에 접선방향인 큰 z-커버리지(주사 방향의 길이)는 나선형 모드 스캐닝에서 빠른 전신 획득 및 단일 회전으로 전체 기관을 커버할 수 있는 능력 모두에 있어서 필수적이다. 그러나, 큰 검출기로써 큰 피사체(사람 환자와 같은)를 영상화하는 것은 큰 산란-대-1차 비율을 초래하며, 이는 콘트라스트를 감소시키고 아티팩트(artifacts)를 도입함에 따라 영상 품질을 저하시킨다. 산란의 악화 효과를 방지하기 위하여 여러 상이한 방법이 존재한다. 본질적으로, 그 모든 방법은 다음의 두 가지 범주 중 하나에 속한다.
A. 검출기에 도달하는 피사체 산란의 제거
B. 산란 분포를 추정하고 공간 산란 프로파일의 단순한 감산 또는 여러 유형의 디콘벌루션(de-convolution)을 통해 이를 보정함.
검출기에 도달하는 산란을 제거하는 방법에는 에어 갭(air gaps) 및 산란-방지 그리드(anti-scatter grids)가 포함되며, 후자의 기술을 사용하면 1차 x-선을 흡수해야 하므로 시스템의 선량 효율이 감소된다.
피사체 산란의 공간 분포를 추정하기 위한 방법은 다음을 포함한다:
A. 작고 흡수성이 높은 물체(예를 들면, 납 비드)가 x-선 광원과 상기 물체 사이의 빔 경로에 배치되는 빔 스톱(beam stop) 방법 (미국 특허 제 6,618,466 B1 호). 따라서, 검출기 상의 대응 위치는 1차 방사선에 대하여 블라인딩(blind)되며, 상기 검출기 요소는 그 지점에서 산란된 방사선만을 측정한다. 산란 프로파일은 공간적으로 천천히 변화하기 때문에 (저주파수 성분), 빔 스톱은 성기게 분포될 수 있으며 여전히 산란 프로파일의 적절한 측정을 낸다.
B. 몬테카를로(Monte Carlo) 또는 준-분석적 시뮬레이션 모델. 이에 의하면, 피사체의 윤곽선 또는 재구성된 슬라이스가 검출기의 피사체 산란 프로파일을 추정하기 위하여 사용된다. 상기 두 번째 방법은 현재의 반복적인 재구성 방법의 핵심 단계이다.
현재까지 산란 제거 및 보상 방법의 주요 목적은 영상 아티팩트를 제거하고 영상 콘트라스트를 높이는 것이었다. 각각의 광자가 개별적으로 카운트되고 각각의 광자가 검출기에서 축적하는 에너지 양에 따라 에너지 빈에 할당되는 스펙트럼 광자 계수 컴퓨터 단층 촬영의 출현으로, 각각의 투영에서 산란의 양을 정확히 아는 것이 더욱 중요해졌다. 그 이유는 스펙트럼 광자 계수 CT의 보장 중 하나가 투영 도메인에서 물질 기초 분해를 수행할 수 있어서 양적 CT를 달성할 수 있다는 것이기 때문이다. 물질 기초 분해는 최대우도 문제를 해결함으로서 수행된다. 빈에서 카운트는 각각의 투영에서 물질 기반 계수의 라인 적분 세트를 얻는 데에 이용되고, 상기 카운트가 산란된 방사선으로부터 알려지지 않은 수의 이벤트를 포함하는 경우, 라인 적분의 추정치가 편향되어, 재건된 영상에서 편향된 물질 기반 계수로 변환된다. 빈 카운트로부터 라인 적분 추정치를 얻기 위한 최대우도법은 뢰슬 및 프로스카에 의하여 "멀티-빈 광자 계수 검출기를 사용하는 x-선 컴퓨터 단층 촬영에서의 K-단 영상"에 개시되어 있다 (Roessl and Proksa in "K-edge imaging in x-ray computed tomography using multi-bin photon counting detectors", Physics in Medicine and Biology, vol 52, pp. 4679-96, 2007).
결론적으로, 정확한 산란 추정은 스펙트럼 광자-계수 컴퓨터 단층 촬영의 장점을 드러내기 위하여 필요하다.
미국 특허 제 8,183,535 B2 호에는 주로 컴퓨터 단층 촬영에 사용하기 위한 광자-계수 에너지 검출기가 기재되어 있다. 그의 주요 특징은 에지-온 지오메트리(edge-on geometry)에 실장된 실리콘 다이오드의 적어도 2개 레벨을 사용하는 것이다. 이는 미국 특허 제 8,183,535 B2 호의 도 10a, 도 10b, 도 10c, 도 10d 및 도 11에 도시되어 있다. 두 번째 특징은 각각의 다이오드의 후면에 얇은 텅스텐 (또는 기타 임의의 적합한 x-선 흡수체) 라멜라를 사용하는 것이다. 텅스텐 라멜라는 내장된 산란-방지 그리드로서 작용하여, 낮은 원자 번호의 실리콘으로 인해 검출기 물질에서 컴프턴 상호작용으로부터 제2 이벤트 및 피사체 산란 모두를 감소시킨다.
이러한 유형 및 기타 유형의 광자-계수 x-선 검출기를 위하여 효율적인 산란 추정 및/또는 보정을 제공함으로써 개선된 영상 품질을 획득하는 것이 일반적인 관심사이다.
광자-계수 x-선 검출기에서 피사체 산란을 추정하기 위한 방법 및 장치뿐만 아니라 해당 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 광자-계수 x-선 검출기의 내부 산란을 추정하기 위한 방법 및 장치뿐만 아니라 해당 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 다른 목적은 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기(layered photon-counting x-ray detector)에서 측정된 카운트를 조정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 흡수된 산란된 방사선의 총량 및 공간 프로파일을 추정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
제 1 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기에서 피사체 산란을 추정하기 위한 방법으로서,
피사체 산란이 천천히 변화하는 공간 분포를 갖는다는 가정 하에 최상층과 하부층(들) 사이의 카운트의 차이(들)에 기초하여 상기 적어도 2개의 층중에서 최상층에서의 카운트에 대한 상기 피사체 산란 기여를 추정하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
제 2 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기의 내부 산란을 추정하기 위한 방법으로서,
하부층(들)에서 또는 최상층 및 하부층(들) 모두에서 상기 검출기 요소의 상부에 고도로 감쇠하는 빔 스톱을 위치시킴으로써 1차 방사선으로부터 일부 검출기 요소를 선택적으로 블라인딩하는 것에 기초하여 상기 검출기 내부에서 컴프턴 산란된 광자의 재흡수로부터의 카운트를 추정하는 것, 및 이들 검출기 요소에서의 카운트를 측정하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
제 3 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 측정된 카운트를 조정하기 위한 방법으로서,
상기 제 1 양상의 방법에 의하여 추정된 상기 피사체 산란에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 측정된 카운트를 조정함으로써, 1차 x-선 상호작용으로 인한 상기 카운트의 불편추정치를 획득하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
제 4 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 측정된 카운트를 조정하기 위한 방법으로서,
상기 제 2 양상의 방법에 의하여 추정된 상기 내부 산란에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 측정된 카운트를 조정함으로써, 1차 x-선 상호작용으로 인한 상기 카운트의 불편추정치를 획득하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
제 5 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 흡수된 산란된 방사선의 총량 및 공간 프로파일을 추정하기 위한 방법으로서,
상기 제 1 양상의 방법에 의하여 추정된 상기 피사체 산란에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
제 6 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 흡수된 산란된 방사선의 총량 및 공간 프로파일을 추정하기 위한 방법으로서,
상기 제 2 양상의 방법에 의하여 추정된 상기 내부 산란에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
제 7 양상에 의하면, 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은:
- x-선 방사선의 광원 및 상기 광원으로 다시 향하는 직접 변환 반도체 다이오드의 2개의 층으로 이루어지는 검출기를 제공하는 것, 여기에서 개별적인 다이오드 사이의 간격은 최상층 및 최하층 모두에 제공되며 상기 다이오드 폭에 해당하고, 회전 방향에서 상기 최하층의 변위에 해당하여 상기 최상층 다이오드를 빗나간 1차 x-선은 비감쇠된 채로 하위 레벨 다이오드에 전달됨;
- 상기 광원 및 검출기를 상기 피사체 주위로 이동시켜 상이한 회전각도에서 투영 x-선 영상을 획득하는 것;
- 상기 광원으로부터의 방사선을 상기 검출기로써 검출하는 것; 및
- 매우 높은 종횡비를 갖는 산란-방지 그리드와 같은 역할을 하는 상기 최상층에 의하여 상기 검출기의 하부층이 피사체 산란으로부터 차폐된다는 사실에 기초하여, 각각의 회전각도에 대하여, 상기 검출기의 최상층에서 피사체 산란의 분포를 추정하는 것으로 이루어짐을 특징으로 한다.
제 8 양상에 의하면, 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은:
x-선 방사선의 광원 및 상기 광원으로 다시 향하는 직접 변환 반도체 다이오드의 2개의 층으로 이루어지는 검출기를 제공하는 것, 여기에서 개별적인 다이오드 사이의 간격은 최상층 및 최하층 모두에 제공되며 상기 다이오드 폭에 해당하고, 회전 방향에서 상기 최하층의 변위에 해당하여 상기 최상층 다이오드를 빗나간 1차 x-선은 비감쇠된 채로 하위 레벨 다이오드에 전달됨;
모든 검출기 채널의 50% 미만을 차지하며 상기 최하층에서 또는 상기 최상층 및 최하층 모두에서 상기 검출기 전체에 걸쳐 분포되는 빔 스톱을 제공하여 본질적으로 비산란된 1차 x-선에 대하여 이들을 블라인딩하는 것;
상기 광원 및 검출기를 상기 피사체 주위로 이동시켜 상이한 회전각도에서 투영 x-선 영상을 획득하는 것;
상기 광원으로부터의 방사선을 상기 검출기로써 검출하는 것;
각각의 회전각도에 대하여, 상부에 빔 스톱이 장착되는 상기 검출기 요소의 카운트에 파라메트릭 곡면을 피팅함으로써 각각의 층의 내부 산란 및 피사체 산란의 합의 분포를 추정하는 것; 및
빔 스톱으로 커버되지 않은 각각의 검출기 요소로부터 내부 산란 및 피사체 산란의 추정된 합을 감산함으로써, 빔 스톱으로 커버되지 않은 각각의 검출기 요소의 무산란 신호의 추정치를 획득하는 것으로 이루어짐을 특징으로 한다.
제 9 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기에서 피사체 산란을 추정하기 위한 장치가 제공되며,
상기 장치는 피사체 산란이 천천히 변화하는 공간 분포를 갖는다는 가정 하에 최상층과 하부층(들) 사이의 카운트의 차이(들)에 기초하여 상기 적어도 2개의 층중에서 최상층에서의 카운트에 대한 상기 피사체 산란 기여를 추정하도록 구성됨을 특징으로 한다.
제 10 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기의 내부 산란을 추정하기 위한 장치가 제공되며,
상기 장치는 하부층(들)에서 또는 최상층 및 하부층(들) 모두에서 상기 검출기 요소의 상부에 위치되는 고도로 감쇠하는 빔 스톱을 갖는 검출기 요소에서 카운트를 측정함에 기초하여 상기 검출기 내부에서 컴프턴 산란된 광자의 재흡수로부터의 카운트를 추정하도록 구성됨을 특징으로 한다.
제 11 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 측정된 카운트를 조정하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 상기 제 9 양상의 장치로 이루어짐을 특징으로 한다.
제 12 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 측정된 카운트를 조정하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 상기 제 10 양상의 장치로 이루어짐을 특징으로 한다.
제 13 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 흡수된 산란된 방사선의 총량 및 공간 프로파일을 추정하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 상기 제 9 양상의 장치로 이루어짐을 특징으로 한다.
제 14 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 흡수된 산란된 방사선의 총량 및 공간 프로파일을 추정하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 상기 제 10 양상의 장치로 이루어짐을 특징으로 한다.
제 15 양상에 의하면, 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는:
x-선 방사선의 광원 및 상기 광원으로 다시 향하는 직접 변환 반도체 다이오드의 2개의 층으로 이루어지는 검출기,
여기에서 개별적인 다이오드 사이의 간격은 최상층 및 최하층 모두에 제공되며 상기 다이오드 폭에 해당하고, 회전 방향에서 상기 최하층의 변위에 해당하여 상기 최상층 다이오드를 빗나간 1차 x-선은 비감쇠된 채로 하위 레벨 다이오드에 전달됨,
여기에서 상기 광원 및 검출기는 상기 피사체 주위로 이동되도록 배열되어 상이한 회전각도에서 투영 x-선 영상을 획득하고, 이동 제어기에 의하여 제어됨; 및
상기 검출기에 연결되고 상기 검출기로부터 측정 데이터를 획득하도록 배열되거나, 또는 상기 검출기에 일체화된 일부분으로 되는 추정기,
여기에서 상기 추정기는, 매우 높은 종횡비를 갖는 산란-방지 그리드와 같은 역할을 하는 상기 최상층에 의하여 상기 검출기의 하부층이 피사체 산란으로부터 차폐된다는 사실을 이용하여, 각각의 회전각도에 대하여, 상기 검출기의 최상층에서 피사체 산란의 분포를 추정하도록 구성됨;
으로 이루어짐을 특징으로 한다.
제 16 양상에 의하면, 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는:
x-선 방사선의 광원 및 상기 광원으로 다시 향하는 직접 변환 반도체 다이오드의 2개의 층으로 이루어지는 검출기,
여기에서 개별적인 다이오드 사이의 간격은 최상층 및 최하층 모두에 제공되며 상기 다이오드 폭에 해당하고, 회전 방향에서 상기 최하층의 변위에 해당하여 상기 최상층 다이오드를 빗나간 1차 x-선은 비감쇠된 채로 하위 레벨 다이오드에 전달됨,
여기에서 모든 검출기 채널의 50% 미만을 차지하며 상기 최하층에서 또는 상기 최상층 및 최하층 모두에서 상기 검출기 전체에 걸쳐 분포되는 빔 스톱을 제공하여 본질적으로 비산란된 1차 x-선에 대하여 이들을 블라인딩하는 것;
여기에서 상기 광원 및 검출기를 상기 피사체 주위로 이동되도록 배열되어 상이한 회전각도에서 투영 x-선 영상을 획득하고, 이동 제어기에 의하여 제어됨; 및
상기 검출기에 연결되고 상기 검출기로부터 측정 데이터를 획득하도록 배열되거나, 또는 상기 검출기에 일체화된 일부분으로 되는 추정기,
여기에서 상기 추정기는, 각각의 회전각도에 대하여, 상부에 빔 스톱이 장착되는 상기 검출기 요소의 카운트에 파라메트릭 곡면을 피팅함으로써 각각의 층의 내부 산란 및 피사체 산란의 합의 분포를 추정하도록 구성되며, 빔 스톱으로 커버되지 않은 각각의 검출기 요소로부터 내부 산란 및 피사체 산란의 추정된 합이 감산됨으로써, 빔 스톱으로 커버되지 않은 각각의 검출기 요소의 무산란 신호의 추정치가 획득됨;
으로 이루어짐을 특징으로 한다.
제 17 양상에 의하면, 프로세서에 의하여 실행될 때, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기에서 피사체 산란을 추정하기 위한 컴퓨터 프로그램이 제공되며,
상기 프로세서에 의하여 실행될 때, 상기 컴퓨터 프로그램은, 상기 프로세서로 하여금, 피사체 산란이 천천히 변화하는 공간 분포를 갖는다는 가정 하에 최상층과 하부층(들) 사이의 카운트의 차이(들)에 기초하여 상기 적어도 2개의 층중에서 최상층에서의 카운트에 대한 상기 피사체 산란 기여를 추정하도록 함을 특징으로 한다.
제 18 양상에 의하면, 프로세서에 의하여 실행될 때, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기의 내부 산란을 추정하기 위한 컴퓨터 프로그램이 제공되며,
상기 프로세서에 의하여 실행될 때, 상기 컴퓨터 프로그램은, 상기 프로세서로 하여금, 하부층(들)에서 또는 최상층 및 하부층(들) 모두에서 상기 검출기 요소의 상부에 위치되는 고도로 감쇠하는 빔 스톱을 갖는 검출기 요소에서 카운트를 측정함에 기초하여 상기 검출기 내부에서 컴프턴 산란된 광자의 재흡수로부터의 카운트를 추정하도록 함을 특징으로 한다.
제 19 양상에 의하면, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터-판독가능 매체를 포함하는 컴퓨터-프로그램 제품이 제공된다.
x-선 검출기의 산란 상황에 대한 올바른 이해와 지식은 향상된 영상 품질, 아티팩트 감소 및/또는 개선된 물질 기초 분해를 가능하게 하는데 매우 중요하다.
본원에 제시된 기술의 기타 양태 및 장점은 이하의 설명으로부터 이해될 것이다.
본원에 제시된 기술 및 그의 추가의 목적 및 장점은 첨부된 도면과 함께 다음의 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다, 도면 중:
도 1은 x-선 광원(101)을 다시 향하는 실리콘 다이오드 웨이퍼의 2개의 층((102)은 최상층이며, (103)은 하부층임)의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 2A 및 도 2B는 검출기 층의 측면도로서, (201)은 실리콘 다이오드 웨이퍼이고, (202)는 최상층 다이오드 사이의 간격으로서 최하층에 도입되는 1차 x-선이 통과하는 곳이다. (203)은 다이오드의 하부층 및 두 층의 일부 검출기 요소를 선택적으로 블라인딩하는 빔 스톱이다.
도 3은 단일 실리콘 다이오드의 개략도로서, (301)은 전하 수집을 위한 전극을 나타내며, (302)는 입사 광자의 방향을 나타내고, (303)은 하나의 특정한 전극 행에 대한 모든 1차 x-선을 블라인딩하는 빔 스톱을 나타낸다.
도 4는 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 방법에 대한 일 실시 예의 단계들을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 방법의 다른 일 실시 예의 단계들의 흐름도이다.
도 6은 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 장치에 대한 일 실시 예의 개략도이다.
도 7은 산란을 보정하는 추정기의 일 실시 예의 개략도이다.
도 8은 예시적인 일 실시 예에 따른 멀티-칩 모듈로서 구현된 반도체 검출기 모듈의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 9는 여러 반도체 검출기 모듈이 전체 x-선 검출기를 구성하기 위하여 어떻게 나란히 위치될 수 있는지 그 방법의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 10은 반도체 검출기 모듈의 2개층 배열의 일례를 도시하는 확대도이다.
도 1은 x-선 광원(101)을 다시 향하는 실리콘 다이오드 웨이퍼의 2개의 층((102)은 최상층이며, (103)은 하부층임)의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 2A 및 도 2B는 검출기 층의 측면도로서, (201)은 실리콘 다이오드 웨이퍼이고, (202)는 최상층 다이오드 사이의 간격으로서 최하층에 도입되는 1차 x-선이 통과하는 곳이다. (203)은 다이오드의 하부층 및 두 층의 일부 검출기 요소를 선택적으로 블라인딩하는 빔 스톱이다.
도 3은 단일 실리콘 다이오드의 개략도로서, (301)은 전하 수집을 위한 전극을 나타내며, (302)는 입사 광자의 방향을 나타내고, (303)은 하나의 특정한 전극 행에 대한 모든 1차 x-선을 블라인딩하는 빔 스톱을 나타낸다.
도 4는 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 방법에 대한 일 실시 예의 단계들을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 방법의 다른 일 실시 예의 단계들의 흐름도이다.
도 6은 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 장치에 대한 일 실시 예의 개략도이다.
도 7은 산란을 보정하는 추정기의 일 실시 예의 개략도이다.
도 8은 예시적인 일 실시 예에 따른 멀티-칩 모듈로서 구현된 반도체 검출기 모듈의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 9는 여러 반도체 검출기 모듈이 전체 x-선 검출기를 구성하기 위하여 어떻게 나란히 위치될 수 있는지 그 방법의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 10은 반도체 검출기 모듈의 2개층 배열의 일례를 도시하는 확대도이다.
제 1 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기에서 피사체 산란을 추정하기 위한 방법으로서,
피사체 산란이 천천히 변화하는 공간 분포를 갖는다는 가정 하에 최상층과 하부층(들) 사이의 카운트의 차이(들)에 기초하여 상기 적어도 2개의 층중에서 최상층에서의 카운트에 대한 상기 피사체 산란 기여를 추정하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
제 2 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기의 내부 산란을 추정하기 위한 방법으로서,
하부층(들)에서 또는 최상층 및 하부층(들) 모두에서 상기 검출기 요소의 상부에 고도로 감쇠하는 빔 스톱을 위치시킴으로써 1차 방사선으로부터 일부 검출기 요소를 선택적으로 블라인딩하는 것에 기초하여 상기 검출기 내부에서 컴프턴 산란된 광자의 재흡수로부터의 카운트를 추정하는 것, 및 이들 검출기 요소에서의 카운트를 측정하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
예로서, 상기 추정은 컴퓨터 단층촬영 시스템의 갠트리의 회전 동안 다수의 투영 각각에 대하여 수행될 수 있다.
일 특정 예에서, 상기 x-선 검출기는 직접 변환기 물질을 사용하는 직접 변환 x-선 검출기(direct conversion x-ray detector)이다.
예를 들면, 상기 직접 변환기 물질은 실리콘으로 될 수 있다.
다른 일 특정 예에서, 상기 최상층은 상기 하부층(들)에 대한 산란-방지 그리드로서의 역할을 수행한다.
제 3 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 측정된 카운트를 조정하기 위한 방법으로서,
상기 제 1 양상의 방법에 의하여 추정된 상기 피사체 산란에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 측정된 카운트를 조정함으로써, 1차 x-선 상호작용으로 인한 상기 카운트의 불편추정치를 획득하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
예로서, 상기 측정된 카운트는 상기 추정된 피사체 산란 및 상수(γ)에 기초하여 조정되며, 상기 상수(γ)는 국소 근처의 피사체 산란 및 1차 x-선 상호작용으로부터의 카운트의 합의 일정 분율(γ)로서 내부 검출기 산란을 관련시킨다.
제 4 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 측정된 카운트를 조정하기 위한 방법으로서,
상기 제 2 양상의 방법에 의하여 추정된 상기 내부 산란에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 측정된 카운트를 조정함으로써, 1차 x-선 상호작용으로 인한 상기 카운트의 불편추정치를 획득하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
제 5 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 흡수된 산란된 방사선의 총량 및 공간 프로파일을 추정하기 위한 방법으로서,
상기 제 1 양상의 방법에 의하여 추정된 상기 피사체 산란에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
제 6 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 흡수된 산란된 방사선의 총량 및 공간 프로파일을 추정하기 위한 방법으로서,
상기 제 2 양상의 방법에 의하여 추정된 상기 내부 산란에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
현재 제시된 기술의 예시적인 예에서, 미국 특허 제 8,183,535 B2 호에 기재된 것과 동일한 종류의 에지 온 지오메트리에 장착된 (실리콘) 다이오드의 적어도 2 개의 레벨을 갖는 시스템에 대하여, 갠트리 회전 동안 다수의 투영(영상 획득)의 각각에서 검출기에 흡수된 산란된 방사선의 총량 및 공간 프로파일을 추정함으로써, 개선된 영상 품질을 제공하는 것이 바람직하다. 특히, 컴퓨터 시뮬레이션에 기초한 추정에 의존하지 않고 검출기에서의 산란 기여를 측정할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 피사체 산란 및 내부 검출기 산란을 개별적으로 측정할 수 있는 것이 바람직하다.
미국 특허 제 8,183,535 B2 호에 기재된 것과 같은 종류의 에지 온 지오메트리에 장착된 적어도 2개 레벨의 실리콘 다이오드를 갖는 시스템에서 실리콘 검출기 다이오드를 2개 이상의 층에 배치하는 것은 완전한 x-선 적용 범위를 얻으면서 사각 지대를 회피하는 데에 유용하다. 그 이유는 다이오드 웨이퍼(대략 0.5 mm의 두께로 됨)에 장착된 ASICs 및 기타 구성 요소가 수십 분의 1 밀리미터로 돌출되어 스태킹(stacking)이 기하학적으로 하나의 층에 이루어지는 것을 불가능하게하기 때문이다. 또한, 스태킹은 공기가 상기 층을 통해 송풍될 수 있기 때문에 검출기 다이오드의 효율적인 냉각 방식을 가능하게 한다.
다시 광원(도 1)을 향해 배향된 검출기 다이오드의 2개의 층을 갖는 배열은 또한 다른 이점도 제공한다; 본질적으로 최상층은 하위 레벨에 대하여 매우 높은 그리드 비율을 갖는 산란-방지 그리드로서의 역할을 수행한다. 실제로 컴퓨터 기반 몬테카를로 시뮬레이션은 2-층 버전에서 하부층에 피사체 산란이 거의 없는 것으로 나타났다. 최상층의 다이오드가 다소간 잘못 정렬되면 상기 최상층의 다이오드는 하위 레벨 다이오드를 섀도잉(shadowing)하고, 이는 상기 최상층에 비해 1차 카운트 감소를 초래한다. 이러한 효과는 또한 상기 하위 레벨을 섀도잉하는 제 1 층의 산란-방지 플레이트, 예를 들면, 텅스텐 플레이트로부터 초래될 수도 있다.
상기 다이오드가 상기 입사 x-선(301) 방향으로 전자적으로 분할되면, 상기 다이오드의 하부는 상부에 의하여 피사체 산란으로부터 차폐된다. 따라서, 최하부 세그먼트는 상부보다 피사체 산란이 적게 측정되며, 이러한 차이는 다층과 동일한 방식으로 사용될 수 있다.
그러므로, 제안된 기술은 일반적으로 상기 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기에 관한 것이다. 후자의 경우는 세그먼트의 적어도 2개의 레벨을 갖는 분할된 다이오드에 기초한 검출기를 말한다.
상기 최상층은 상기 x-선 광원에 가장 가까운 층이고, 상기 하부층(들)은 상기 x-선 광원으로부터 더 멀리 떨어진 층이다.
대안적으로, 상기 x-선 검출기는 다중-레벨 검출기로 간주될 수 있는데, 상기 레벨은 검출기 다이오드의 층 또는 다이오드 세그먼트의 레벨에 대응될 수 있다.
피사체 산란 프로파일은 천천히 변화하는데, 즉, 그의 공간 주파수 성분이 보다 낮은 값으로 집중된다 (Zhu, Bennett and Fahrig, "Scatter correction method for x-ray CT using primary modulation: theory and preliminary results" in IEEE Transactions of Medical Imaging, vol 25, pp. 15731587, 2006).
본원에 제시된 기술의 일 양태에 따르면, 자체의 낮은 공간 주파수 특성 및 제 1 층 및 하부층(들)의 카운트에서의 차이(들)를 이용함으로써 검출기의 최상층에서 피사체 산란 기여를 추정하기 위한 방법이 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 검출기 내부의 컴프턴 상호작용으로부터 내부 산란 프로파일을 추정하기 위한 방법이 제공된다. 이는 고도로 감쇠하는 빔 스톱을 그 상부에, 즉, 상기 피사체 뒤에 위치시킴으로써 일부 검출기 요소를 1차 방사선으로부터 선택적으로 블라인딩함으로써 달성된다. 이는 미국 특허 제 6,618,466 B1 호와 같은 문헌에서 제안된 기타의 빔 스톱 방법과는 상이하며, 이 방법에서는 피사체로부터 발생되는 산란을 추정하기 위하여 빔 스톱이 광원 및 피사체 사이에 위치된다.
또 다른 양태에 따르면, 상기 피사체 산란 공간 프로파일 추정 방법 및 빈 내의 카운트의 대응 조정을 구현하기 위한 컴퓨터 프로그램 및 대응하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다. 일반적인 조정은 물질 기초 분해 문제에 있어서 각각의 투영의 산란 추정을 포함시키거나 또는 산란 프로파일 카운트를 감산하는 것이다. 예를 들어, 보네포크, 페르손 및 다니엘손의 "실리콘 탐지기 기반 스펙트럼 CT에서 정확한 기초 분해를 위한 허용 가능한 순방향 모델 오지정"의 방정식(2) 참조 (Bornefalk, Persson and Danielsson, "Allowable forward model misspecification for accurate basis decomposition in a silicon detector based spectral CT" in IEEE Transactions of Medical Imaging vol. 34, pp. 788 795, 2015). 최종적으로 재구성된 영상의 바이어스 및 아티팩트를 피할 수 있기 때문에, 선택된 조정 방법에 관계없이 목표는 각각의 투영에서 주요 1차 x-선 상호작용의 수에 대하여 가능한 한 가장 좋은 추정치를 얻는 것이다.
예로써, 본 발명은 다음의 장점 중 적어도 하나를 제공한다:
A. 재구성된 CT 영상의 아티팩트 감소
B. 정량적 CT를 가능하게 하는 물질 기초 분해 방법에 대하여 비-편향적인 해결책
미국 특허 제 8,183,535 B2 호의 "x-선 영상화를 위한 실리콘 검출기 조립체 (Silicon detector assembly for X-ray imaging)"는 주로 컴퓨터 단층 촬영에 사용하도록 의도된 광자-계수 에너지 검출기를 개시한다. 실리콘 다이오드는 에지 온 지오메트리에 장착된다.
이는 도 1에 도시되는데, 여기에서 (101)은 x-선 광원이고, (104)는 x-선의 방향이다.
도 3에서, 상기 에지 온 지오메트리로 인하여, 상기 x-선이 어떻게 비교적 먼 거리, 예를 들면, 수 센티미터의 실리콘을 횡단하는지를 알 수 있고, 이는 높은 검출 효율을 제공한다. 도 3에서, (302)는 1차 x-선의 방향이고, (301)은 상호 작용의 경로를 따라 분포된 여러 전극(검출기 요소)에 의하여, 발생된 전하 구름이 어떻게 수집되는지를 나타낸다.
본질적으로 단일의 다이오드(센서)는 그 자체적로 층상 구조의 검출기를 작동시킨다. 상기 다이오드에 역 바이어스 전압을 인가함으로써, (301)로 표시된 전하 수집 전극은 상기 다이오드를 가로지르는 전기장을 형성하여, 전하를 생성하는 x-선 상호작용이 실제 x-선 변환에 가장 가까운 전극(301)에 연결된 채널에서만 펄스를 생성한다.
x-선 컴퓨터 단층 촬영에 있어서 산란된 방사선은 영상 아티팩트를 유발하는 문제이다. 이는 또한, 각각의 투영(검출기 요소의 각각의 측정)에 대하여 산란-대-1차 비율이 몇 퍼센트 단위로 알려져야 하므로, 물질 기초 분해 방법을 더욱 어렵게 만든다. 보네포크, 페르손 및 다니엘손의 "실리콘 탐지기 기반 스펙트럼 CT에서 정확한 기초 분해를 위한 허용 가능한 순방향 모델 오지정"을 참조할 수 있다 (Bornefalk, Persson and Danielsson, "Allowable forward model misspecification for accurate basis decomposition in a silicon detector based spectral CT" in IEEE Transactions of Medical Imaging vol. 34, pp. 788-795, 2015).
검출기에서 에너지를 축적하는 산란된 방사선으로 인한 카운트의 수가 충분히 잘 알려지지 않으면, 그 결과는 기초 함수 계수의 라인 적분의 편향된 추정치가 될 것이며, 이는 더불어 양적 CT를 불가능하게 만들 것이다. 정량적 CT는 재구성된 영상에서 요오드 조영제 농도를 정확하게 측정할 수 있도록 하며, 또한 방사선 전문의로 하여금 종양의 밀도 또는 낭종의 조성과 같이 상기 영상으로부터 기타의 양적 측정을 할 수 있도록 한다. 더욱이, 빔경화 아티팩트를 제거하는 데에는 물질 기초 분해가 필수적이다.
산란 카운트는 일반적으로 두 가지 원인을 갖는다; 영상화되는 피사체의 피사체 산란 및 상기 검출기 내부에 산란되는 이벤트. 실리콘과 같이 원자 번호가 작은 직접 변환기 물질의 경우, 후자의 원인은 진단 영상 범위에서 광전 단면적이 큰 변환기 물질보다 큰 문제이다. 시뮬레이션은 내부 산란, 즉, 컴프턴-산란된 광자의 재흡수에 기인하는 상기 산란-대-1차 비율이 미국 특허 제 8,183,535 B2 호에 기재된 시스템에 대하여 대략 8%임을 나타내었다. 보네포크 및 다니엘손의 "실리콘 스트립 검출기를 이용한 광자-계수 스펙트럼 컴퓨터 단층 촬영: 타당성 조사"를 참조할 수 있다 (Bornefalk and Danielsson, "Photon-counting spectral computed tomography using silicon strip detectors: a feasibility study", Physics in Medicine and Biology, vol. 55, pp. 1999-2022, 2010).
영상화되는 피사체가 클 경우, 상기 검출기의 최상층으로 떨어지는 이벤트의 산란-대-1차 비율은 수 백 퍼센트가 될 수 있다. 이러한 이유로, 대략 두께 50 마이크로미터(예를 들어, 30-150 마이크로미터의 범위에서 기타의 두께 역시 가능)의 텅스텐 라멜라와 같은 얇은 산란-방지 요소가 각각의 다이오드의 후면 상에 장착될 수 있다. 그 결과, 선량 효율의 상응하는 상실과 함께 1차 x-선을 최대 30%까지 제거하는 기존의 산란-방지 그리드와 같이 기하학적 검출 효율성에 해가되지 않으면서도 상기 최상층에서 완벽하지는 않지만 효율적으로 산란이 제거된다. 하위 레벨 다이오드는 두 가지 방식으로 피사체 산란으로부터 차폐된다; 첫 번째는 상기 하위 레벨 다이오드의 텅스텐 라멜라와 같은 산란-방지 요소이며, 두 번째는 상기 최상층에서 상기 다이오드 자체 및 텅스텐 라멜라와 같은 산란-방지 요소이다. 이들은 함께 매우 높은 종횡비를 갖는 산란-방지 그리드로서 사용된다. 이는 도 2에 도시된다. 컴퓨터 시뮬레이션은 상기 최상층이 상기 하위 레벨을 구성하는 사실상의 산란 방지 그리드가 피사체 산란을 제거하는 데에 매우 효율적임을 나타내었다; 상기 하위 레벨 다이오드의 등록된 카운트에는 피사체에 산란된 이벤트에서 비롯되는 카운트가 거의 없다. 상기 최상층 및 최하층에서의 카운트의 차이는, 피사체 산란이 천천히 변화하는 공간 분포를 갖는다는 사실과 함께, 상기 최상층의 카운트에 대한 피사체 산란 기여도를 추정하는 데에 이용될 수 있다.
또한, 상기 검출기 내부에서 컴프턴 산란된 광자의 재흡수로부터의 카운트가 있다. 상기 하부층에서, 이는 밀접한 근사치에 대하여 유일한 산란 기여가 될 것이다. 상기 하부층 또는 두 층에서 작은 빔 스톱(203, 303)으로 검출기 요소의 작은 부분을 선택적으로 블라인딩함으로써, 이들 검출기 요소의 카운트는 산란 단독의 결과가 될 것이며, 즉, 1차의 비편향 x-선으로부터 아무런 상호작용도 상기 카운트에 기여하지 않을 것이다.
아래에는 상기 검출기에서 흡수된 산란 총량의 공간적 프로파일뿐만 아니라 피사체 산란 및/또는 내부 산란을 추정하는 데에 위의 고찰이 어떻게 이용될 수 있는지를 보여주는 방법에 대하여 두 가지 비-제한적인 실시 예가 설명된다. 또한 빔 스톱을 사용하거나 사용하지 않으면서 어떻게 1차 카운트를 추정할 수 있는지 그 방법이 설명된다.
CT 영상 획득 동안 하나의 데이터 측정, 즉, 상기 갠트리의 특정 회전각도에서 모든 검출기 요소의 하나의 완전한 판독을 살펴본다. 상기 다이오드는 1로부터 상기 검출기에서 각 층의 다이오드의 수(N j )까지의 범위로 (j)로 인덱스를 달게 된다. 0.5 mm의 다이오드 두께는 1 mm의 각 층에서 상기 다이오드의 중심-대-중심 거리를 나타낸다. 상기 회전 방향에서 800 mm 폭의 검출기를 사용하면, 이는 N j = 800의 값을 나타낸다.
각각의 다이오드 상에서 검출기 요소의 인덱스를 (k)라 한다. 도 3의 예에서, 모든 세그먼트(301)는 상기 광원(302)으로부터 동일한 광선을 보게 되므로, 모든 세그먼트(301)는 함께 하나의 검출기 요소를 구성한다. (k)는 1 내지 (N k )의 범위로 되며, (N k )는 대략 50이다.
마지막으로 전체 카운트를 (c)라 하고, 1차 방사선으로부터의 카운트를 (p)라 하며, 피사체 산란으로부터의 카운트를 (os)라 하고, 내부 검출기 산란으로부터의 카운트를 (is)로 한다.
빔 스톱을 사용하지 않는 산란 및 원색 추정
빔 스톱에 의하여 커버되지 않는 상기 최상층의 검출기 다이오드(j)의 검출기 요소(k)의 카운트는 다음과 같이 기재될 수 있고:
(1)
마찬가지로 상기 하부층에서는 다음과 같이 기재될 수 있다:
(2)
이제 빔 스톱을 사용하지 않으면서 
및 
을 어떻게 추정할 수 있는지 (
및 
을 산출) 그 첫 번째 방법을 설명한다. 이러한 도출을 통하여 추정된 파라미터 값은 "해트(hat)", (＾)로 표시된다. 
및 
만이 관찰가능하다.
첫 번째 고찰은 1차 x-선으로부터의 카운트가 높은 공간 주파수 거동을 보인다는 것이다, 즉, 작은 검출기 요소 변위 
에 대하여서도 큰 차이 
가 관찰될 것으로 예상할 수 있다.
이는 천천히 변화하는 컴프턴 산란 성분 
과는 대조적이다, 즉, 
에 대하여 
이고, 여기에서 (
)는 작은 값이다 (대략 10).
이용된 두 번째 고찰은 상기 검출기 내부의 내부 산란 또한 천천히 변화하고 그 크기가 그 층의 국소 근처에서 1차 x-선 및 피사체 산란으로부터의 이벤트 평균 수에 비례할 수 있다는 것으로, 즉, 상기 내부 산란의 예상 값은 다음과 같이 기재될 수 있다:
(3a)
(3b)
여기에서 합산은 일부 국소 근처(Ω)에 대하여 수행된다, 예를 들어, 
이 주어지며, 여기에서 (L)은 산란된 광자의 전형적인 평균 자유 경로에 관련된다. 집합(Ω)와 (γ)에서 요소의 수(|Ω|)는 이전 연구에 따라 8% 부근에서 kVp-종속 상수이다. 보네포크 및 다니엘손의 "실리콘 스트립 검출기를 이용한 광자-계수 스펙트럼 컴퓨터 단층 촬영: 타당성 조사"를 참조할 수 있다 (Bornefalk and Danielsson, "Photon-counting spectral computed tomography using silicon strip detectors: a feasibility study", Physics in Medicine and Biology, vol. 55, pp. 1999-2022, 2010).
스케일링 이후 방정식(1)로부터 방정식(2)를 감산하면, 다음을 얻을 수 있다:
(4)
일반적으로 1 ≤ α jk < 1.5인 스케일 팩터(α jk )는 상기 최상층에 의하여 가능한 섀도잉으로 인해 상기 하부층 다이오드 1차 광자를 덜 카운트하는 정도를 캡처한다. 각각의 위치(각각의 인덱스 조합)에 대한 (α jk )의 정확한 값은 상기 검출기가 조립될 때의 캘리브레이션 과정에서 결정되며 x-선관 가속 전압에 따라 좌우된다.
인덱스(j)는 상기 다이오드의 수를 나타내며, (k)는 각 다이오드 상의 상기 검출기 요소를 나타낸다. 따라서, 상기 최상층 및 최하층 인덱스(j)는 정확히 동일한 공간 위치에 대응하지 않으며, 하나의 다이오드 웨이퍼 두께(0.5 mm)에 대하여 오프셋이 존재한다.
방정식(4)의 차이(d(j,k))는 상기 산란으로부터 저주파 기여와 일차 이벤트 
사이의 차이로부터 고주파수 성분을 포함할 것이다. 가중된 1차 신호 차이의 예상 값은 다음과 같다:
(5)
만일 차이 신호(d(j,k))가 적절한 저역 통과 필터(h(j,k)), 예를 들어, (Ω)에 대한 서포트를 갖는 가우시안 필터와 콘벌브되면, 방정식(3a) 및 (3b) 그리고 방정식(5)를 이용한 그 결과는 다음과 같다:
(6)
여기에서 
는 (j,k)에 중심을 둔 (Ω)에 대한 피사체 산란의 평균값이다.
(7)
두 번째 가능성은 방정식(4)의 차이 신호(d( j,k ))를 전체 검출기 평면에 걸쳐 파라메트릭 곡면에 피팅하는 것이다. 차원성(dimensionality)(N)의 다항식 파라메트릭 곡면의 특정 경우에 있어서, 검출기의 모든 위치(j,k)에 대한 피사체 산란은 다음과 같이 추정될 수 있다:
(8)
여기에서 파라미터 세트는 상기 카운트의 푸아송 특성을 고려한 최대우도 추정법(maximum likelihood estimation) 또는 최소자승해법(least squares solution)에 의하여 결정될 수 있다:
(9)
일단 상기 최상층의 피사체 산란이 추정되면, 상기 최상층 및 최하층의 1차 신호는 다음과 같이 결정될 수 있다:
(10)
(11)
방정식(10) 및 (11)은 내부 산란 역시 천천히 변화한다는 사실의 장점을 이용하지 않는다. 이를 포함하는 대안적인 방법은 상기 카운트를 저역 통과 필터링한 다음 나눗셈을 사용하는 대신 저역 통과된 버전의 적절한 부분을 감산하는 것이다. 상기 하부층의 검출기 요소(j,k)에서 카운트의 저역 통과 필터링된 버전인 
으로써, 보다 양호한 원색 추정은 다음과 같다 :
(12)
상기 최상층의 경우 해당 추정치는 다음과 같다 (막대는 저역 통과 필터링을 나타냄):
(13)
상기 도출은 광자 계수 모드, 즉, 모든 이벤트가 동일한 빈에 수집되는 모드에서 수행되었다. 상기 에너지 빈을 개별적으로 처리하는 것은 상기 방법의 명백한 확장이다.
두 층에서 빔
스톱을
이용하여 산란 및 원색 추정
장착된 빔 스톱(203, 303)을 갖는 인덱스 (j) 및 (k)의 선택된 조합(프라임으로 표시된 인덱스, 즉, 세트{j', k'}는 {j, k}의 서브세트임)에 있어서, 관계는 1차 이벤트의 부재로 인하여 다음과 같고:
(14)
피사체 산란된 이벤트가 없는 상기 하부층에서는 마찬가지로 다음과 같다:
(15)
(선량 효율을 저하시키는) 1차 방사선의 손실을 최소화하기 위하여, 상기 인덱스(j',k')는 성기게 분포될 것이다. 이러한 이유로, 콘벌루션 방법은 적합하지 않다. 대신 아래의 예에서는 다항식을 측정하는 데에 파라메트릭 곡면이 적합하다. 상기 최상층의 경우, 이는 추정되는 피사체 산란 및 내부 산란의 합임을 의미한다.
(16)
상기 파라미터는 블라인딩된 검출기 요소에 대한 해법인 최소자승법 또는 최대우도 추정법에 의하여 결정된다:
(17)
이로부터, 상기 최상층의 1차 카운트는 방정식(1) 및 방정식(16)을 이용하여 다음과 같이 추정된다:
(18)
상기 하위 레벨에 대하여서는 다음을 이용하여 동일한 방법이 적용된다:
(19)
여기에서
(20)
그리고
(21)
상기 하부층에서만 빔 스톱을 사용하여 산란 및 원색을 추정하는 것 또한 유사한 방식으로 수행가능하다.
결론적으로, 우리는 상기 1차 카운트의 불편추정치를 얻기 위하여 광자 계수 층상구조 검출기에서 측정된 카운트를 조정하기 위한 방법을 제시하였다. 이 방법은 빔 스톱을 사용하거나 사용하지 않고 구현될 수 있으며, 빔 스톱의 위치는 이전에 문헌에서 제시된 것과는 상이하게, 즉, 상기 피사체와 상기 x-선 광원의 사이 대신에 상기 피사체 뒤에 그리고 상기 검출기의 상부에 직접적으로 위치된다. 그 이유는 x-선 영상화에서 종전의 빔 스톱 사용은 내부 검출기 산란이 아니라 검출기 상의 피사체 산란 프로파일을 추정하는 것을 목표로 하기 때문이다.
바람직한 일 실시 예에서, 다이오드의 기하학적 구성은 하위 레벨 다이오드에 대한 효율적인 산란-방지 그리드를 초래하며, 이는 전체 산란 프로파일의 추정을 가능하게 함으로써 고유 검출기 산란 및 피사체 산란의 공간 주파수 분포에 관하여 몇 가지 타당한 가정을 만든다.
소정 층 위의 모든 층이 그 층에 대한 산란-방지 그리드 역할을 수행하므로, 위의 방법은 2개 이상의 층이 적용된 검출기 지오메트리에 적용될 수 있다.
상기 다이오드가 입사 광자(301)의 방향으로 분할되는 경우, 위의 방법은 또한 반도체 다이오드의 단 하나의 층을 갖는 검출기 지오메트리에 적용될 수 있다. 이러한 배열에서, 상기 다이오드의 하부는 상부에 의하여 피사체 산란으로부터 차폐된다. 그러므로, 가장 낮은 세그먼트는 상부보다 피사체 산란이 덜 측정될 것이며, 이러한 차이는 다층과 동일한 방식으로 이용될 수 있다.
바람직한 다른 일 실시 예에서, 상기 검출기 모듈 내부에 분포된 빔 스톱의 사용은, 상기 피사체 산란 및 고유 산란의 합의 낮은 공간 주파수를 사용함으로써, 산란된 방사선의 전체 분포를 직접적으로 추정가능하게 한다.
상기 도출 및 설명은 에너지 분해 능력이 없는 광자 계수 검출기에 대하여 이루어졌으나, 얼마나 많은 에너지가 축적되는지에 따라서 이벤트(다이오드에서의 광자 변환)가 상이한 카운터를 증가시키는 멀티빈 시스템에도 동일하게 잘 적용된다.
하나의 특정 실시 예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 방법은 x-선 방사선의 광원 및 상기 광원으로 다시 향하는 직접 변환 반도체 다이오드의 2개의 층으로 이루어지는 검출기를 제공한다. 개별적인 다이오드 사이의 간격은 최상층 및 최하층 모두에 제공되며 상기 다이오드 폭에 해당하고, 상기 회전 방향에서 상기 최하층의 변위에 해당하여 상기 최상층 다이오드를 빗나간 1차 x-선은 비감쇠된 채로 상기 하위 레벨 다이오드에 전달된다. 상기 광원 및 검출기는 상기 피사체 주위로 이동되어 상이한 회전각도에서 투영 x-선 영상을 획득한다. 상기 광원으로부터의 방사선은 상기 검출기에 의하여 검출된다. 각각의 회전각도에 대하여 상기 검출기의 최상층에서 피사체 산란의 분포는, 매우 높은 종횡비를 갖는 산란-방지 그리드와 같은 역할을 하는 상기 최상층에 의하여 상기 검출기의 하부층이 피사체 산란으로부터 차폐된다는 사실을 이용함으로써, 추정된다.
상기 추정은 다음의 단계로 이루어진다. 예를 들어 섀도잉으로부터 기인한 평균 검출 효율에서의 임의의 차이에 맞게 조정하기 위하여 가중치를 부여한 후, 상기 최상위 행에서 각각의 검출기 요소에 대하여, 회전 방향으로 하나의 다이오드 폭만큼 변위된 상기 최하위 행으로부터의 해당 측정치를 감산한다. 상기 차이의 낮은 공간 주파수 표현은 파라메트릭 곡면의 로우패스 필터링 또는 피팅에 의하여 결정된다. 이러한 낮은 주파수 표현은 상기 최상층 전체에 걸친 피사체 산란 분포의 추정치이다. 내부 검출기 산란이 국소 근처에서의 피사체 산란 및 1차 산란으로부터의 카운트의 합의 일정 분율(γ)인 근사치는 그 요소에서 상기 추정된 피사체 산란을 감산함으로써 그리고 내부 검출기 산란을 보상하기 위하여 그 차이를 (1 + γ)로 제산함으로써 각각의 최상층 검출기 요소에서 무산란 신호(scatter free signal)를 추정하기 위하여; 또는 측정된 카운트와 상기 추정된 피사체 산란 자체 사이의 차이로부터의 저역 통과 필터링 후에, 측정된 카운트와 상기 추정된 피사체 산란 사이의 차이의 분율(1/(1 + γ))을 감산하기 위하여 이용된다. 각각의 최하층 검출기 요소에서 상기 무산란 신호는 상기 측정된 신호를 (1 + γ)으로 제산함으로써; 또는 그 검출기 요소 자체에서 측정된 신호로부터 그 검출기 요소에서 저역 통과된 측정된 신호의 분율(1/(1 + γ))을 감산함으로써 추정된다.
바람직한 일 실시 예에서, 상기 반도체 다이오드는 실리콘으로 이루어진다.
바람직한 일 실시 예에서, 상기 반도체 다이오드층의 수는 2를 초과한다. 달리 말하자면, 상기 반도체 다이오드층의 수는 2보다 크다.
바람직한 일 실시 예에서, 상기 층은 다이오드에서 상기 입사 x-선 방향으로 세그먼트를 구성한다.
다른 일 특정 예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 방법은 x-선 방사선의 광원 및 상기 광원으로 다시 향하는 직접 변환 반도체 다이오드의 2개의 층으로 이루어지는 검출기를 제공한다. 개별적인 다이오드 사이의 간격은 최상층 및 최하층 모두에 제공되며 상기 다이오드 폭에 해당하고, 상기 회전 방향에서 상기 최하층의 변위에 해당하여 상기 최상층 다이오드를 빗나간 1차 x-선은 비감쇠된 채로 상기 하위 레벨 다이오드에 전달된다. 모든 검출기 채널의 50% 미만을 차지하며 상기 최상층 및 최하층 모두에서 상기 검출기 전체에 걸쳐 분포되는 빔 스톱이 제공되어, 본질적으로 비산란된 1차 x-선에 대하여 이들을 블라인딩한다. 상기 광원 및 검출기는 상기 피사체 주위로 이동되어 상이한 회전각도에서 투영 x-선 영상을 획득한다. 상기 광원으로부터의 방사선은 상기 검출기에 의하여 검출된다. 각각의 회전각도에 대하여, 상부에 빔 스톱이 장착되는 상기 검출기 요소의 카운트에 파라메트릭 곡면을 피팅함으로써 각각의 층의 내부 산란 및 피사체 산란의 합의 분포가 추정된다. 빔 스톱으로 커버되지 않은 각각의 검출기 요소로부터 내부 산란 및 피사체 산란의 추정된 합을 감산함으로써, 빔 스톱으로 커버되지 않은 각각의 검출기 요소의 무산란 신호의 추정치가 획득된다.
바람직한 일 실시 예에서, 상기 반도체 다이오드는 실리콘으로 이루어진다.
바람직한 일 실시 예에서, 상기 반도체 다이오드층의 수는 2를 초과한다. 달리 말하자면, 상기 반도체 다이오드층의 수는 2보다 크다.
전술한 바와 같은 능력에 의하여 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 장치의 실시 예는 미국 특허 제 8,183,535 B2 호에 기재된 것과 동일한 종류의 에지 온 지오메트리에 장착된 실리콘 다이오드의 적어도 2개의 레벨을 갖는 시스템에 기초할 수 있다.
미국 특허 제 8,183,535 호에 기재된 x-선 검출기는 전체 검출기 영역을 형성하도록 함께 배열된 다수의 반도체 검출기 모듈에 기초한 x-선 영상화를 위한 실리콘 검출기에 관한 것으로, 각 반도체 검출기 모듈은 x-선 센서로 이루어지며, 상기 x-선 센서는 입사 x-선에 대하여 에지-온 배향된 결정질 실리콘으로 형성되고, 광전 효과 및 컴프턴 산란을 통해 상기 x-선 센서에서 상호 작용하는 x-선을 등록하기 위하여 그리고 이러한 상호작용으로부터의 공간 및 에너지 정보를 제공하여 피사체의 영상이 가능하도록 40 keV와 250 keV 사이의 입사 x-선 에너지를 위하여 집적 회로에 연결된다. 또한, 적어도 부분적으로 컴프턴 산란된 x-선을 흡수하기 위하여 상기 반도체 검출기 모듈의 적어도 서브세트 사이에 산란-방지 모듈이 접어넣어진다.
전술한 바와 같이, 각각 x-선 센서를 포함하는 반도체 검출기 모듈은 적어도 일부의 상기 반도체 검출기 모듈 사이에 일체화되는 산란-방지 그리드를 제외하고는 거의 완벽한 기하학적 효율을 갖는 거의 임의의 크기로 되는 전체 검출기를 형성하기 위하여 함께 타일링된다. 상기 x-선 센서는 상기 센서에서 컴프턴 산란된 x-선 및 광 효과(photo effect)를 통해 반응하는 x-선 모두로부터의 정보를 이용하는 집적 회로에 부착된다. 이러한 정보는 특정 영상화 작업에 대하여 최적의 콘트라스트를 사용하여 최종 영상을 재구성하기 위하여 사용된다. 바람직하기로는, 각각의 x-선에 대한 에너지는 상기 반도체 센서 내에 축적된 에너지 및 x-선에 대한 상호 작용의 깊이에 대한 결합된 정보로써 추론될 수 있다. 일반적으로 상대적으로 무거운 물질로 만들어지는 상기 산란-방지 그리드는 상기 피사체로부터 컴프턴 산란된 x-선을 잘라낼 뿐만 아니라 상기 반도체 센서에서 컴프턴 산란된 x-선이 다른 센서에 도달하는 것을 방지한다. 그렇지 않으면, 이러한 컴프턴 산란된 x-선은 주로 노이즈에 추가된다.
바람직하기로는, 각각의 산란-방지 모듈은 반도체 검출기 모듈 내에서 상기 컴프턴 산란된 x-선 대부분이 인접한 검출기 모듈에 도달하는 것을 방지하기 위하여 비교적 무거운 물질의 포일(foil)을 포함한다.
도 8은 예시적인 일 실시 예에 따른 멀티-칩 모듈로서 구현된 반도체 검출기 모듈의 일례를 나타내는 개략도이다. 이 예는 상기 반도체 센서가 멀티-칩 모듈(Multi-Chip Module MCM)에서 기판(A)의 기능을 어떻게 가질 수 있는지를 나타낸다. 상기 신호는 액티브 센서 영역 옆에 위치되는 병렬 처리 집적 회로(예를 들면 ASICs)(D)의 입력으로 픽셀(C)로부터 라우팅된다(B). 애플리케이션 특정 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit ASIC)(주문형 반도체)라는 용어는 특정 용도를 위하여 사용되고 구성되는 임의의 일반적인 집적 회로로서 광범위하게 해석되어야 한다. 상기 ASICs는 각각의 x-선으로부터 생성된 전하를 처리하여, 에너지를 추정하는 데 사용할 수 있는 디지털 데이터로 이를 변환한다. 상기 ASICs는 디지털 데이터 처리 회로를 연결하도록 구성되어, 디지털 데이터가 추가 디지털 데이터 처리(E) 및 상기 MCM 외부에 위치된 메모리로 전송될 수 있고, 최종적으로 상기 데이터는 재구성된 영상의 입력이 된다.
예로서, 상기 ASICs에서는, 각각의 x-선으로부터의 신호가 측정되고, 각각의 x-선에 의하여 축적된 에너지가 추정된다. 각각의 x-선의 측정된 에너지는 상기 영상에서 원하는 요소의 콘트라스트를 증가시키는 데에 사용될 것이다. 이를 달성하기 위하여, 에너지 정보는 상기 반도체 센서에서 컴프턴 산란하는 x-선으로부터의 전자 노이즈를 광 효과를 통해 반응하는 x-선으로부터 분리하는 데에 사용될 것이다. 상기 정보는 바람직하기로는 상기 피사체에서 원하는 요소 및 구조에 대한 콘트라스트를 최대화하기 위하여 함께 가중될 것이다. 또한, 상기 x-선에 대한 상호작용 깊이 측정으로부터의 일부 에너지 정보가 있게 되는데, 이러한 측정은 x-선이 변환된 깊이 세그먼트를 추적할 수 있기 때문에 수행된다. 이는 상기 검출기에서 컴프턴 산란된 x-선의 경우 특히 중요한데, 원래 에너지의 일부만이 상기 반도체 센서에 축적되었으므로 이들 x-선에 대하여 상기 에너지는 더욱 불확실하기 때문이다.
도 9는 여러 반도체 검출기 모듈이 전체 x-선 검출기를 구성하기 위하여 어떻게 나란히 위치될 수 있는지 그 방법의 일례를 도시하는 개략도이다. 이 특정 예에서, 여러 개의 다중 칩 모듈(MCMs)(A)은 x-선 검출기를 만들기 위하여 서로 옆에 위치된다. 상기 MCMs는 상기 반도체 센서(C) 또는 상기 피사체(D)에서 컴프턴 산란된 x-선을 흡수하기 위하여 산란-방지 포일, 예를 들면, (텅스텐과 같은) 무거운 요소의 시트(B)에 의하여 접어넣어지고, 그렇지 않으면 이들 x-선은 상기 영상에서 노이즈에 더해진다. 달리 말하자면, 산란-방지 포일은 상기 개별적인 센서 사이에 배치되고 x-선 시준기로서 작동한다. 보다 높은 위치에 있는 세그먼트와 비교할 때, 하단 세그먼트에 대한 허용 각도가 더욱 낮기 때문에, 검출된 피사체 산란은 하단 세그먼트에 대하여 더욱 낮게 될 것이다. 상기 층 사이의 산란 카운트에서의 차이는 각각의 세그먼트의 산란을 추정하기 위하여 사용될 수 있다.
도 10은 반도체 검출기 모듈의 2개층 배열의 일례를 도시하는 확대도이다.
본원에 기재된 본 발명의 방법은 해당 장치에서 구현될 수 있다.
제 9 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기에서 피사체 산란을 추정하기 위한 장치로서,
피사체 산란이 천천히 변화하는 공간 분포를 갖는다는 가정 하에 상기 최상층과 하부층(들) 사이의 카운트의 차이(들)에 기초하여 상기 적어도 2개의 층중에서 최상층에서의 카운트에 대한 상기 피사체 산란 기여를 추정하도록 구성된 장치가 제공된다.
제 10 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기의 내부 산란을 추정하기 위한 장치로서,
하부층(들)에서 또는 최상층 및 하부층(들) 모두에서 상기 검출기 요소의 상부에 위치되는 고도로 감쇠하는 빔 스톱을 갖는 검출기 요소에서 카운트를 측정함에 기초하여 상기 검출기 내부에서 컴프턴 산란된 광자의 재흡수로부터의 카운트를 추정하도록 구성된 장치가 제공된다.
제 11 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 측정된 카운트를 조정하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 상기 제 9 양상의 장치로 이루어진다.
제 12 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 측정된 카운트를 조정하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 상기 제 10 양상의 장치로 이루어진다.
제 13 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 흡수된 산란된 방사선의 총량 및 공간 프로파일을 추정하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 상기 제 9 양상의 장치로 이루어진다.
제 14 양상에 의하면, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 흡수된 산란된 방사선의 총량 및 공간 프로파일을 추정하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 상기 제 10 양상의 장치로 이루어진다.
일 특정 예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 장치는 x-선 방사선(104)의 광원(101) 및 상기 광원으로 다시 향하는 직접 변환 반도체 다이오드의 2개의 층(102, 103)으로 구성되는 검출기로 이루어진다. 개별적인 다이오드 사이의 간격은 최상층 및 최하층 모두에 제공되며 상기 다이오드 폭에 해당하고, 회전 방향에서 상기 최하층의 변위에 해당하여 상기 최상층 다이오드를 빗나간 1차 x-선은 비감쇠된 채로 하위 레벨 다이오드에 전달된다. 여기에서 상기 광원(101) 및 검출기(102, 103)는 상기 피사체 주위로 이동되도록 배열되어 상이한 회전각도에서 투영 x-선 영상을 획득하고, 이동 제어기(107)에 의하여 제어된다. 이러한 배열은 상기 검출기에 연결되고 상기 검출기로부터 측정 데이터를 획득하도록 배열된 추정기(106)로 이루어진다. 상기 추정기는 또한 상기 검출기에 일체화된 일부분으로 될 수도 있다. 상기 추정기(106)는, 매우 높은 종횡비를 갖는 산란-방지 그리드와 같은 역할을 하는 상기 최상층에 의하여 상기 검출기의 하부층이 피사체 산란으로부터 차폐된다는 사실을 이용하여, 각각의 회전각도에 대하여, 상기 검출기의 최상층에서 피사체 산란의 분포를 추정하도록 구성된다.
상기 추정기(106)는 다음의 단계에 의하여 추정을 수행하도록 구성된다. 예를 들어 섀도잉으로부터 기인한 평균 검출 효율에서의 임의의 차이에 맞게 조정하기 위하여 가중치를 부여한 후, 상기 최상위 행에서 각각의 검출기 요소에 대하여, 회전 방향으로 하나의 다이오드 폭만큼 변위된 상기 최하위 행으로부터의 해당 측정치는 감산한다. 상기 차이의 낮은 공간 주파수 표현은 파라메트릭 곡면의 로우패스 필터링 또는 피팅에 의하여 결정된다. 이러한 낮은 주파수 표현은 상기 최상층 전체에 걸친 피사체 산란 분포의 추정치이다. 내부 검출기 산란이 국소 근처에서의 피사체 산란 및 1차 산란으로부터의 카운트의 합의 일정 분율(γ)인 근사치는 그 요소에서 상기 추정된 피사체 산란을 감산함으로써 그리고 내부 검출기 산란을 보상하기 위하여 그 차이를 (1 + γ)로 제산함으로써 각각의 최상층 검출기 요소에서 무산란 신호를 추정하기 위하여; 또는 측정된 카운트와 상기 추정된 피사체 산란 자체 사이의 차이로부터의 저역 통과 필터링 후에, 측정된 카운트와 상기 추정된 피사체 산란 사이의 차이의 분율(1/(1 + γ))을 감산하기 위하여 이용된다. 각각의 최하층 검출기 요소에서 상기 무산란 신호는 상기 측정된 신호를 (1 + γ)으로 제산함으로써; 또는 그 검출기 요소 자체에서 측정된 신호로부터 그 검출기 요소에서 저역 통과된 측정된 신호의 분율(1/(1 + γ))을 감산함으로써 추정된다.
바람직한 일 실시 예에서, 상기 반도체 다이오드는 실리콘으로 이루어진다.
바람직한 일 실시 예에서, 상기 반도체 다이오드층의 수는 2를 초과한다. 달리 말하자면, 상기 반도체 다이오드층의 수는 2보다 크다.
바람직한 일 실시 예에서, 상기 층은 다이오드에서 상기 입사 x-선 방향으로 세그먼트를 구성한다.
또 하나의 실시 예에서, 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 장치는 x-선 방사선의 광원 및 상기 광원으로 다시 향하는 직접 변환 반도체 다이오드의 2개의 층으로 이루어지는 검출기로 이루어진다. 개별적인 다이오드 사이의 간격은 최상층 및 최하층 모두에 제공되며 상기 다이오드 폭에 해당하고, 회전 방향에서 상기 최하층의 변위에 해당하여 상기 최상층 다이오드를 빗나간 1차 x-선은 비감쇠된 채로 하위 레벨 다이오드에 전달된다. 모든 검출기 채널의 50% 미만을 차지하며 상기 최상층 및 최하층 모두에서 상기 검출기 전체에 걸쳐 분포되는 빔 스톱이 제공되어 본질적으로 비산란된 1차 x-선에 대하여 이들을 블라인딩한다.
상기 광원 및 검출기를 상기 피사체 주위로 이동되도록 배열되어 상이한 회전각도에서 투영 x-선 영상을 획득하고, 이동 제어기에 의하여 제어된다. 이러한 배열은 상기 검출기에 연결되고 상기 검출기로부터 측정 데이터를 획득하도록 배열되는 추정기로 이루어진다. 상기 추정기는 또한 상기 검출기에 일체화된 일부분으로 될 수 있다. 상기 추정기는, 각각의 회전각도에 대하여, 상부에 빔 스톱이 장착되는 상기 검출기 요소의 카운트에 파라메트릭 곡면을 피팅함으로써 각각의 층의 내부 산란 및 피사체 산란의 합의 분포를 추정하도록 구성된다. 빔 스톱으로 커버되지 않은 각각의 검출기 요소로부터 내부 산란 및 피사체 산란의 추정된 합이 감산됨으로써, 빔 스톱으로 커버되지 않은 각각의 검출기 요소의 무산란 신호의 추정치가 획득된다.
바람직한 일 실시 예에서, 상기 반도체 다이오드는 실리콘으로 이루어진다.
바람직한 일 실시 예에서, 상기 반도체 다이오드층의 수는 2를 초과한다. 달리 말하자면, 상기 반도체 다이오드층의 수는 2보다 크다.
본원에 기재된 장치 중 임의의 장치에서, 텅스텐 라멜라와 같은 산란 방지 요소는 다수의 다이오드 각각의 후면에 장착될 수 있다.
본원에 기재된 방법 및 장치가 다양한 방식으로 결합 및 재-배열될 수 있음은 이해될 것이다.
예를 들어, 실시 예들은 하드웨어, 또는 적절한 처리 회로에 의하여 실행되기 위한 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 추정기의 일 실시 예는 도 7에 도시된다.
본원에 기재된 단계, 기능, 절차, 모듈 및/또는 블록은, 범용 전자 회로 및 주문형 회로 모두를 포함하여, 개별 회로 기술 또는 집적 회로 기술과 같은 임의의 종래의 기술을 사용하는 하드웨어에서 적어도 부분적으로 구현될 수 있다.
특정 예는 하나 이상의 적절히 구성된 디지털 신호 프로세서 및 기타 공지된 전자 회로, 예를 들어, 특수 기능을 수행하기 위하여 상호 연결된 이산 논리 게이트, 또는 애플리케이션 특정 집적 회로(ASICs)를 포함한다.
대안적으로, 본원에 기재된 단계, 기능, 절차, 모듈 및/또는 블록의 적어도 일부는 하나 이상의 프로세서 또는 처리 유닛과 같은 적절한 처리 회로에 의하여 실행되기 위한 컴퓨터 프로그램과 같은 소프트웨어로 구현될 수 있다.
처리 회로의 예로는 하나 이상의 마이크로프로세서, 하나 이상의 디지털 신호 프로세서(DSPs), 하나 이상의 중앙 처리 장치(CPUs), 비디오 가속 하드웨어 및/또는 하나 이상의 현장 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Arrays FPGAs)와 같은 임의의 적절한 프로그램 가능한 논리 회로, 또는 하나 이상의 프로그램 가능한 논리 제어 장치(PLCs)가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한 제안된 기술이 구현되는 임의의 종래의 장치 또는 유닛의 일반적인 처리 능력을 재-사용하는 것이 가능할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면 기존 소프트웨어를 다시 프로그래밍하거나 새로운 소프트웨어 구성 요소를 추가함으로써 기존 소프트웨어를 재-사용할 수도 있다.
이러한 특정 예에서, 본원에 기재된 단계, 기능, 절차, 모듈 및/또는 블록의 적어도 일부는 하나 이상의 프로세서 또는 처리 유닛(501)과 같은 적절한 처리 회로에 의하여 실행되기 위하여 메모리(502)에 로딩되는 컴퓨터 프로그램(소프트웨어)(510)으로 구현될 수 있다. 상기 프로세서(들)(501) 및 메모리(502)는 정상적인 소프트웨어 실행을 가능하게 하기 위하여 시스템 버스(500)를 통해 서로 상호 접속된다. 선택적 입력/출력 장치(503) 또한 입력 파라미터(들) 및/또는 결과적인 출력 파라미터(들)와 같은 관련 데이터의 입력 및/또는 출력을 가능하게 하기 위하여 I/O 버스(504)를 통해 상기 프로세서(들)(501) 및/또는 상기 메모리(502)에 상호 접속될 수 있다.
예로서, 프로세서(501)에 의하여 실행될 때, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기에서 피사체 산란을 추정하기 위한 컴퓨터 프로그램(510)이 제공되며,
상기 프로세서(501)에 의하여 실행될 때, 상기 컴퓨터 프로그램(510)은, 상기 프로세서로 하여금, 피사체 산란이 천천히 변화하는 공간 분포를 갖는다는 가정 하에 최상층과 하부층(들) 사이의 카운트의 차이(들)에 기초하여 상기 적어도 2개의 층중에서 최상층에서의 카운트에 대한 상기 피사체 산란 기여를 추정하도록 한다.
또 다른 예에 의하면, 프로세서(501)에 의하여 실행될 때, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기에서 피사체 산란을 추정하기 위한 컴퓨터 프로그램(510)이 제공되며,
상기 프로세서(501)에 의하여 실행될 때, 상기 컴퓨터 프로그램(510)은, 상기 프로세서로 하여금, 하부층(들)에서 또는 최상층 및 하부층(들) 모두에서 상기 검출기 요소의 상부에 위치되는 고도로 감쇠하는 빔 스톱을 갖는 검출기 요소에서 카운트를 측정함에 기초하여 상기 검출기 내부에서 컴프턴 산란된 광자의 재흡수로부터의 카운트를 추정하도록 한다.
상기 용어 '프로세서'는 일반적인 의미에서 특정 처리, 결정 또는 계산 작업을 수행하기 위하여 프로그램 코드 또는 컴퓨터 프로그램 명령어를 실행할 수 있는 임의의 시스템 또는 장치로 해석되어야 한다.
따라서, 하나 이상의 프로세서를 포함하는 처리 회로는 컴퓨터 프로그램을 실행할 때 본원에 설명된 바와 같이 잘 정의된 처리 작업을 수행하도록 구성된다.
상기 처리 회로는 상술한 바의 단계, 함수, 절차, 모듈 및/또는 블록을 실행하기 위하여 전용될 필요 없이 기타의 작업 역시 실행할 수 있다.
예로서, 소프트웨어 또는 컴퓨터 프로그램은 통상 컴퓨터-판독 가능 매체, 특히 비-휘발성 매체 상에 운반되거나 저장되는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 실현될 수 있다. 상기 컴퓨터-판독가능 매체는 판독 전용 메모리(Read-Only Memory ROM), 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory RAM), 콤팩트 디스크(Compact Disc CD), 디지털 다기능 디스크(Digital Versatile Disc) 블루레이 디스크(Blu-ray disc), 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus USB) 메모리, 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive HDD) 저장 장치, 플래시 메모리, 자기 테이프 또는 임의의 기타 종래의 메모리 장치일 수 있다. 따라서, 상기 컴퓨터 프로그램은 그의 처리 회로에 의한 실행을 위하여 컴퓨터 또는 동등한 처리 장치의 동작 메모리에 로딩될 수 있다.
본원에 제시된 흐름도 또는 다이어그램은, 하나 이상의 프로세서에 의하여 실행될 때, 적어도 부분적으로 컴퓨터 흐름도 또는 다이어그램으로 간주될 수 있다. 상응하는 장치, 시스템 및/또는 장치는 기능 모듈의 그룹으로서 정의될 수 있으며, 상기 프로세서에 의하여 수행되는 각 단계는 하나의 기능 모듈에 대응한다. 이 경우, 기능 모듈은 상기 프로세서에서 실행되는 컴퓨터 프로그램으로 구현된다. 따라서, 상기 장치, 시스템 및/또는 장치는 대안적으로 기능 모듈의 그룹으로서 정의될 수 있으며, 상기 기능 모듈은 적어도 하나의 프로세서 상에서 실행되는 컴퓨터 프로그램으로서 구현된다.
따라서, 메모리에 존재하는 컴퓨터 프로그램은 상기 프로세서에 의하여 실행될 때 본원에 설명된 단계들 및/또는 작업들의 적어도 일부를 수행하도록 구성된 적절한 기능 모듈로서 구성될 수 있다.
대안적으로, 상기 모듈을 하드웨어 모듈에 의하여 주로 또는 하드웨어에 의하여 대안적으로 구현하는 것도 가능하다. 소프트웨어 대 하드웨어의 범위는 순전히 실행 선택 사항이다.
상술한 실시 예는 본 발명의 몇 가지 예시적인 예로서 이해되어야 한다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형, 조합 및 변경이 상기 실시 예에 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 이해될 것이다. 특히, 상이한 실시 예에서의 상이한 부분적인 해결책은 기술적으로 가능할 경우 다른 구성으로 결합될 수 있다.
참고
1. US 6,618,466 B1 "Apparatus and method for x-ray scatter reduction and correction for fan beam CT and cone beam volume CT"
2. US 8183535 B2 "Silicon detector assembly for X-ray imaging"
3. RoessI and Proksa in "K-edge imaging in x-ray computed tomography using multi-bin photon counting detectors", Physics in Medicine and Biology, vol 52, pp. 4679-96, 2007
4. Zhu, Bennett and Fahrig, "Scatter correction method for x-ray CT using primary modulation: theory and preliminary results" in IEEE Transactions of Medical Imaging, vol 25, pp. 1573-1587, 2006
5. Bornefalk, Persson and Danielsson, "Allowable forward model misspecification for accurate basis decomposition in a silicon detector based spectral CT" in IEEE Transactions of Medical Imaging vol. 34, pp. 788-795, 2015
6. Bornefalk and Danielsson, "Photon-counting spectral computed tomography using silicon strip detectors: a feasibility study", Physics in Medicine and Biology, vol. 55, pp. 1999-2022, 2010
Claims (37)
- 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리(edge-on geometry)에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기에서 피사체 산란을 추정하기 위한 방법으로서,
피사체 산란이 천천히 변화하는 공간 분포를 갖는다는 가정 하에 최상층과 하부층(들) 사이의 카운트의 차이(들)에 기초하여 상기 적어도 2개의 층중에서 최상층에서의 카운트에 대한 상기 피사체 산란 기여를 추정하는 것을 특징으로 하는 방법. - 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기의 내부 산란을 추정하기 위한 방법으로서,
하부층(들)에서 또는 최상층 및 하부층(들) 모두에서 상기 검출기 요소의 상부에 고도로 감쇠하는 빔 스톱(beam stop)을 위치시킴으로써 1차 방사선으로부터 일부 검출기 요소를 선택적으로 블라인딩하는 것에 기초하여 상기 검출기 내부에서 컴프턴 산란된 광자의 재흡수로부터의 카운트를 추정하는 것, 및 이들 검출기 요소에서의 카운트를 측정하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 추정은 컴퓨터 단층촬영 시스템의 갠트리의 회전 동안 다수의 투영 각각에 대하여 수행됨을 특징으로 하는 방법.
- 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 측정된 카운트를 조정하기 위한 방법으로서,
청구항 제 1 항에 의하여 추정된 상기 피사체 산란에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 측정된 카운트를 조정함으로써, 1차 x-선 상호작용으로 인한 상기 카운트의 불편추정치를 획득하는 것을 특징으로 하는 방법. - 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 측정된 카운트를 조정하기 위한 방법으로서,
청구항 제 2 항에 의하여 추정된 상기 내부 산란에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 측정된 카운트를 조정함으로써, 1차 x-선 상호작용으로 인한 상기 카운트의 불편추정치를 획득하는 것을 특징으로 하는 방법. - 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 흡수된 산란된 방사선의 총량 및 공간 프로파일을 추정하기 위한 방법으로서,
청구항 제 1 항에 의하여 추정된 상기 피사체 산란에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법. - 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 흡수된 산란된 방사선의 총량 및 공간 프로파일을 추정하기 위한 방법으로서,
청구항 제 2 항에 의하여 추정된 상기 내부 산란에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법. - 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
- x-선 방사선의 광원 및 상기 광원으로 다시 향하는 직접 변환 반도체 다이오드의 2개의 층으로 이루어지는 검출기를 제공하는 것, 여기에서 개별적인 다이오드 사이의 간격은 최상층 및 최하층 모두에 제공되며 상기 다이오드 폭에 해당하고, 회전 방향에서 상기 최하층의 변위에 해당하여 상기 최상층 다이오드를 빗나간 1차 x-선은 비감쇠된 채로 하위 레벨 다이오드에 전달됨;
- 상기 광원 및 검출기를 상기 피사체 주위로 이동시켜 상이한 회전각도에서 투영 x-선 영상을 획득하는 것;
- 상기 광원으로부터의 방사선을 상기 검출기로써 검출하는 것; 및
- 매우 높은 종횡비를 갖는 산란-방지 그리드와 같은 역할을 하는 상기 최상층에 의하여 상기 검출기의 하부층이 피사체 산란으로부터 차폐된다는 사실에 기초하여, 각각의 회전각도에 대하여, 상기 검출기의 최상층에서 피사체 산란의 분포를 추정하는 것으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법. - 제 8 항에 있어서:
섀도잉(shadowing)으로부터 기인한 평균 검출 효율에서의 임의의 차이에 맞게 조정하기 위하여 가중치를 부여한 후, 상기 최상위 행에서 각각의 검출기 요소에 대하여, 회전 방향으로 하나의 다이오드 폭만큼 변위된 상기 최하위 행으로부터의 해당 측정치는 감산되며,
상기 차이의 낮은 공간 주파수 표현은 파라메트릭 곡면(parametric surface)의 로우패스 필터링 또는 피팅에 의하여 결정되며, 여기에서 이러한 낮은 주파수 표현은 상기 최상층 전체에 걸친 피사체 산란 분포의 추정치이고,
내부 검출기 산란이 국소 근처에서의 피사체 산란 및 1차 산란으로부터의 카운트의 합의 일정 분율(γ)인 근사치는:
- 그 요소에서 상기 추정된 피사체 산란을 감산함으로써 그리고 내부 검출기 산란을 보상하기 위하여 그 차이를 (1 + γ)로 제산하는 것, 또는
- 측정된 카운트와 상기 추정된 피사체 산란 자체 사이의 차이로부터의 저역 통과 필터링(low pass filtration) 후에, 측정된 카운트와 상기 추정된 피사체 산란 사이의 차이의 분율(1/(1 + γ))을 감산하는 것에 의하여, 각각의 최상층 검출기 요소에서 무산란 신호(scatter free signal)를 추정하는 데에 이용되고; 그리고
각각의 최하층 검출기 요소에서 상기 무산란 신호는:
- 상기 측정된 신호를 (1 + γ)으로 제산하는 것, 또는
- 그 검출기 요소 자체에서 측정된 신호로부터 그 검출기 요소에서 저역 통과된 측정된 신호의 분율(1/(1 + γ))을 감산하는 것에 의하여 추정됨을 특징으로 하는 방법. - 제 8 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층은 다이오드에서 상기 입사 x-선 방향으로 세그먼트를 구성함을 특징으로 하는 방법.
- 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
x-선 방사선의 광원 및 상기 광원으로 다시 향하는 직접 변환 반도체 다이오드의 2개의 층으로 이루어지는 검출기를 제공하는 것, 여기에서 개별적인 다이오드 사이의 간격은 최상층 및 최하층 모두에 제공되며 상기 다이오드 폭에 해당하고, 회전 방향에서 상기 최하층의 변위에 해당하여 상기 최상층 다이오드를 빗나간 1차 x-선은 비감쇠된 채로 하위 레벨 다이오드에 전달됨;
모든 검출기 채널의 50% 미만을 차지하며 상기 최하층에서 또는 상기 최상층 및 최하층 모두에서 상기 검출기 전체에 걸쳐 분포되는 빔 스톱을 제공하여 본질적으로 비산란된 1차 x-선에 대하여 이들을 블라인딩하는 것;
상기 광원 및 검출기를 상기 피사체 주위로 이동시켜 상이한 회전각도에서 투영 x-선 영상을 획득하는 것;
상기 광원으로부터의 방사선을 상기 검출기로써 검출하는 것;
각각의 회전각도에 대하여, 상부에 빔 스톱이 장착되는 상기 검출기 요소의 카운트에 파라메트릭 곡면을 피팅함으로써 각각의 층의 내부 산란 및 피사체 산란의 합의 분포를 추정하는 것; 및
빔 스톱으로 커버되지 않은 각각의 검출기 요소로부터 내부 산란 및 피사체 산란의 추정된 합을 감산함으로써, 빔 스톱으로 커버되지 않은 각각의 검출기 요소의 무산란 신호의 추정치를 획득하는 것으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법. - 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기에서 피사체 산란을 추정하기 위한 장치로서,
피사체 산란이 천천히 변화하는 공간 분포를 갖는다는 가정 하에 최상층과 하부층(들) 사이의 카운트의 차이(들)에 기초하여 상기 적어도 2개의 층중에서 최상층에서의 카운트에 대한 상기 피사체 산란 기여를 추정하도록 구성됨을 특징으로 하는 장치. - 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기의 내부 산란을 추정하기 위한 장치로서,
하부층(들)에서 또는 최상층 및 하부층(들) 모두에서 상기 검출기 요소의 상부에 위치되는 고도로 감쇠하는 빔 스톱을 갖는 검출기 요소에서 카운트를 측정함에 기초하여 상기 검출기 내부에서 컴프턴 산란된 광자의 재흡수로부터의 카운트를 추정하도록 구성됨을 특징으로 하는 장치. - 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 측정된 카운트를 조정하기 위한 장치로서, 상기 장치는 청구항 제 12 항의 장치로 이루어짐을 특징으로 하는 장치.
- 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 측정된 카운트를 조정하기 위한 장치로서, 상기 장치는 청구항 제 13 항의 장치로 이루어짐을 특징으로 하는 장치.
- 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 흡수된 산란된 방사선의 총량 및 공간 프로파일을 추정하기 위한 장치로서, 상기 장치는 청구항 제 12 항의 장치로 이루어짐을 특징으로 하는 장치.
- 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 층상구조의 광자-계수 x-선 검출기에서 흡수된 산란된 방사선의 총량 및 공간 프로파일을 추정하기 위한 장치로서, 상기 장치는 청구항 제 13 항의 장치로 이루어짐을 특징으로 하는 장치.
- 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
x-선 방사선의 광원 및 상기 광원으로 다시 향하는 직접 변환 반도체 다이오드의 2개의 층으로 이루어지는 검출기,
여기에서 개별적인 다이오드 사이의 간격은 최상층 및 최하층 모두에 제공되며 상기 다이오드 폭에 해당하고, 회전 방향에서 상기 최하층의 변위에 해당하여 상기 최상층 다이오드를 빗나간 1차 x-선은 비감쇠된 채로 하위 레벨 다이오드에 전달됨,
여기에서 상기 광원 및 검출기를 상기 피사체 주위로 이동되도록 배열되어 상이한 회전각도에서 투영 x-선 영상을 획득하고, 이동 제어기에 의하여 제어됨; 및
상기 검출기에 연결되고 상기 검출기로부터 측정 데이터를 획득하도록 배열되거나, 또는 상기 검출기에 일체화된 일부분으로 되는 추정기, 여기에서 상기 추정기는, 매우 높은 종횡비를 갖는 산란-방지 그리드와 같은 역할을 하는 상기 최상층에 의하여 상기 검출기의 하부층이 피사체 산란으로부터 차폐된다는 사실에 기초하여, 각각의 회전각도에 대하여, 상기 검출기의 최상층에서 피사체 산란의 분포를 추정하도록 구성됨;
으로 이루어짐을 특징으로 하는 장치. - 산란을 보정하면서 피사체를 x-선 단층촬영 영상화하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
x-선 방사선의 광원 및 상기 광원으로 다시 향하는 직접 변환 반도체 다이오드의 2개의 층으로 이루어지는 검출기,
여기에서 개별적인 다이오드 사이의 간격은 최상층 및 최하층 모두에 제공되며 상기 다이오드 폭에 해당하고, 회전 방향에서 상기 최하층의 변위에 해당하여 상기 최상층 다이오드를 빗나간 1차 x-선은 비감쇠된 채로 하위 레벨 다이오드에 전달됨,
여기에서 모든 검출기 채널의 50% 미만을 차지하며 상기 최하층에서 또는 상기 최상층 및 최하층 모두에서 상기 검출기 전체에 걸쳐 분포되는 빔 스톱을 제공하여 본질적으로 비산란된 1차 x-선에 대하여 이들을 블라인딩하는 것;
여기에서 상기 광원 및 검출기를 상기 피사체 주위로 이동되도록 배열되어 상이한 회전각도에서 투영 x-선 영상을 획득하고, 이동 제어기에 의하여 제어됨; 및
상기 검출기에 연결되고 상기 검출기로부터 측정 데이터를 획득하도록 배열되거나, 또는 상기 검출기에 일체화된 일부분으로 되는 추정기,
여기에서 상기 추정기는, 각각의 회전각도에 대하여, 상부에 빔 스톱이 장착되는 상기 검출기 요소의 카운트에 파라메트릭 곡면을 피팅함으로써 각각의 층의 내부 산란 및 피사체 산란의 합의 분포를 추정하도록 구성되며, 빔 스톱으로 커버되지 않은 각각의 검출기 요소로부터 내부 산란 및 피사체 산란의 추정된 합이 감산됨으로써, 빔 스톱으로 커버되지 않은 각각의 검출기 요소의 무산란 신호의 추정치가 획득됨;
으로 이루어짐을 특징으로 하는 장치. - 프로세서에 의하여 실행될 때, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기에서 피사체 산란을 추정하기 위해 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서,
상기 프로세서에 의하여 실행될 때, 상기 컴퓨터 프로그램은, 상기 프로세서로 하여금, 피사체 산란이 천천히 변화하는 공간 분포를 갖는다는 가정 하에 최상층과 하부층(들) 사이의 카운트의 차이(들)에 기초하여 상기 적어도 2개의 층중에서 최상층에서의 카운트에 대한 상기 피사체 산란 기여를 추정하도록 함을 특징으로 하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램. - 프로세서에 의하여 실행될 때, 입사 x-선 방향으로 분할된 다이오드의 다이오드 세그먼트의 적어도 2개의 층 또는 에지-온 지오메트리에 장착된 검출기 다이오드의 적어도 2개의 층을 갖는 광자-계수 x-선 검출기의 내부 산란을 추정하기 위해 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서,
상기 프로세서에 의하여 실행될 때, 상기 컴퓨터 프로그램은, 상기 프로세서로 하여금, 하부층(들)에서 또는 최상층 및 하부층(들) 모두에서 상기 검출기 요소의 상부에 위치되는 고도로 감쇠하는 빔 스톱을 갖는 검출기 요소에서 카운트를 측정함에 기초하여 상기 검출기 내부에서 컴프턴 산란된 광자의 재흡수로부터의 카운트를 추정하도록 함을 특징으로 하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램. - 삭제
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