KR20190125416A

KR20190125416A - 광자 계수 에지-온 x-선 검출기에 대한 증가된 공간 해상도

Info

Publication number: KR20190125416A
Application number: KR1020197029208A
Authority: KR
Inventors: 매츠 다니엘슨; 야콥 비크네르
Original assignee: 프리스매틱 센서즈 에이비
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2019-11-06
Also published as: KR102544384B1; JP2020511644A; US20180256121A1; IL268906B; CN110392847B; CN110392847A; EP3593171A4; EP3593171A1; IL268906A; US10575800B2; JP7237846B2; WO2018164621A1

Abstract

광자 반응에 응답하여 개별적인 검출기 다이오드에 의해 발생되는 펄스의 펄스 특성에 기초하여 검출기 다이오드(22)에서 반응의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는, 광자 계수 x-선 검출기의 개별적인 검출기 다이오드(22)에서 광자의 반응의 위치를 결정하는 방법 및 장치가 제공된다.

Description

광자 계수 에지-온 X-선 검출기에 대한 증가된 공간 해상도

제안된 기술은 x-선 영상화와 같은 방사선 영상화 및 관련된 x-선 검출기 시스템에 관한 것이다. 특히, 제안된 기술은 광자 계수 x-선 검출기의 개별적인 검출기 다이오드에서 광자의 반응의 위치를 결정하는 방법 및 장치 뿐만 아니라, 상응하는 x-선 검출기 시스템 및 x-선 영상화 시스템에 관한 것이다.

x-선 영상화와 같은 방사선 영상화는 의료 응용 분야에서 비파괴 검사를 위해 수년간 사용되어 왔다.

보통, x-선 영상화 시스템은 x-선 광원 및 x-선 검출기 시스템을 포함한다. x-선 광원은 x-선을 방출하고, 이는 영상화될 피사체 또는 대상을 통과하여 x-선 검출기 시스템에 의해 등록된다. 일부 재료는 다른 재료 보다 x-선의 더 큰 분율(fraction)을 흡수하기 때문에, 영상은 피사체 또는 대상으로 형성된다.

도 1을 참조하여, 예시적인 전체 x-선 영상화 시스템의 간략한 개요로 시작하는 것이 유익할 수 있다. 이 비제한적인 실시예에서, x-선 영상화 시스템(100)은 기본적으로 x-선 광원(10), x-선 검출기 시스템(20) 및 관련된 영상 처리 장치(30)로 구성된다. 일반적으로, x-선 검출기 시스템(20)은 선택적인 x-선 광학에 의해 초점이 맞춰졌을 수도 있고 대상 또는 피사체 또는 그 일부를 통과한 x-선 광원(10)으로부터 방사선을 등록하도록 설정된다. x-선 검출기 시스템(20)은 영상 처리 장치(30)에 의해 영상 처리 및/또는 영상 재구성을 가능하게 하기 위해 (x-선 검출기 시스템(20)에 통합될 수 있는) 적절한 아날로그 처리 및 판독 전자 장치를 통해 영상 처리 장치(30)에 연결 가능하다.

x-선 영상화 검출기에 대한 도전은 대상 또는 피사체의 영상에 대한 인풋을 제공하기 위해 검출된 x-선으로부터 최대 정보를 추출하는 것이고, 여기에서 대상 또는 피사체는 밀도, 구성 요소 및 구조로 묘사된다. 필름-스크린을 검출기로 사용하는 것이 여전히 흔하지만, 오늘날의 검출기는 주로 디지털 영상을 제공한다.

현대의 x-선 검출기는 보통 입사하는 x-선을 전자로 변환시켜야 하고, 이는 전형적으로 광흡착(photo absorption)를 통해 또는 컴프턴 상호 작용(Compton interaction)을 통해 일어나고 결과로 초래된 전자는 보통 그의 에너지 가 손실되고 이 광선이 감광성 물질에 의해 차례로 검출될 때까지 이차적인 가시광을 생성한다. 또한, 반도체에 기반한 검출기도 있고, 이 경우 x-선에 의해 생성된 전자는 적용된 전기장을 통해 수집된 전자-전공 쌍(electron-hole pair)으로 전하를 생성한다.

검출기가 다수의 x-선으로부터 통합된 신호를 제공한다는 점에서 통합 모드에서 작동하는 검출기가 있고 신호는 픽셀에서 입사하는 x-선의 개수의 최고의 추정을 회수(retrieve)하기 위해 나중에서야 디지털화된다.

광자 계수 검출기는 또한 일부 응용에 있어서 현실성 있는 대안으로써 나타났고, 현재 그러한 검출기는 유방조영술에서 주로 상업적으로 이용 가능하다. 광자 계수 검출기는 주로 각각의 x-선에 대해 에너지가 측정될 수 있기 때문에 대상의 구성 요소에 대해 추가적인 정보를 산출하는 이점을 갖는다. 이러한 정보는 영상 품질을 증가시키고 및/또는 방사선량을 감소시키는데 사용될 수 있다.

에너지-통합 시스템과 비교하여, 광자 계수 CT는 다음의 이점을 갖는다. 첫째, 에너지-통합 검출기에 의한 신호에 통합되는 전자 잡음은 광자 계수 검출기에서 잡음 플로어 위에 최저 에너지 문턱을 세팅함으로써 제거(reject)될 수 있다. 둘째, 에너지 정보는 검출기에 의해 추출될 수 있고, 이는 최적의 에너지 가중에 의해 대조 대 잡음 비(contrast-to-noise ratio)를 개선시키고 또한 이른바 물질 기저 분해를 허용하며, 그에 의해 검사된 환자의 상이한 구성 요소는 효과적으로 구현되도록, 식별되고 정량화될 수 있다. 셋째, K-에지 영상화와 같은, 분해 기술에 유용한 둘 이상의 기저 물질이 사용될 수 있고, 그럼으로써 조영제, 예를 들어 요오드 또는 가돌리늄의 분포는 정량적으로 결정된다. 넷째, 검출기 잔광(afterglow)이 없으며, 이는 높은 각도의 해상도가 획득될 수 있음을 의미한다. 마지막이지만 중요한 것은, 더 작은 픽셀 크기를 이용하여 더 높은 공간 해상도가 달성될 수 있다는 것이다.

광자 계수 x-선 검출기용으로 가장 유망한 물질은 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 카드뮴 아연 텔루라이드(CZT) 및 실리콘(Si)이다. CdTe 및 CZT는 임상 CT에 사용되는 고 에너지 x-선의 높은 흡수 효율을 위해 여러 광자 계수 스펙트럼 CT 프로젝트에 사용된다. 그러나, 이들 프로젝트는 CdTe/CZT의 여러 결점으로 인해 처리가 느리다. CdTe/CZT는 낮은 전하 캐리어 이동성을 갖고, 이는 임상 실험에서 발생하는 것 보다 10배 낮은 플럭스 속도에서 심각한 펄스 파일업을 유발한다. 이 문제를 완화하는 한 방법은 픽셀 크기를 감소시키는 것이지만, 그것은 전하 공유 및 K-이스케이프(escape)의 결과로써 증가된 스펙트럼 왜곡을 증가시킨다. 또한, CdTe/CZT는 전하 트랩(trap)을 야기하는데, 이는 광자 플럭스가 일정 레벨 위에 도달할 때 아웃풋 카운트 속도의 급속한 하락을 유발하는 편광으로 이어질 수 있다.

대조적으로, 실리콘은 더 높은 전하 캐리어 이동성을 갖고 편광의 문제에서 자유롭다. 원만한 제조 공정 및 비교적 낮은 비용 또한 그의 장점이다. 그러나, 실리콘은 CdTe/CZT에 없는 한계가 있다. 실리콘 센서는 낮은 정지력(stopping power)을 보완하기 위해 따라서 매우 두꺼워야 한다. 보통, 실리콘 센서는 입사하는 광자의 대부분을 흡수하기 위해 수 센티미터의 두께가 요구되고, 반면에 CdTe/CZT는 오직 수 밀리미터만 요구된다. 다른 한편으로, 실리콘의 긴 감쇠 경로는 또한 검출기를 상이한 깊이 세그먼트로 나누는 것을 가능하게 하고, 아래에서 설명될 것이다. 이는 결국 실리콘 기반의 광자 계수 검출기가 CT에서 높은 플럭스를 적절하게 다루는 것을 가능하게 한다.

실리콘 또는 게르마늄과 같은, 간단한 반도체 물질을 사용할 때, 컴프턴 산란은 많은 x-선 광자가 검출기에서 전자-정공 쌍으로의 변환 전에 고 에너지에서 저 에너지로 변환하도록 한다. 이는 예상했던 것 보다 훨씬 적은 전자-정공 쌍을 생산하여, 최초 고 에너지에서, x-선 광자의 큰 분율을 가져오고, 이는 결국 에너지 분포의 로우 엔드(low end)에서 나타나는 광자 플럭스의 상당한 부분을 초래한다. 가능한 많은 x-선 광자를 검출하기 위해서, 따라서 가능한 낮은 에너지를 검출하는 것이 필요하다.

참으로, 광자 계수 x-선 영상화는 지난 10년 간 상당한 주목을 받았고 일부 경우는 임상 응용으로 성숙했다. 흡수 효율을 증가시키기 위해서, 검출기는 에지-온에 배치될 수 있고, 그 경우 흡수 깊이는 임의의 길이로 선택될 수 있고 검출기는 여전히 매우 높은 전압으로 가지 않고 충분히 감소될 수 있다. 예를 들어, 2007년 Med. Phys. 34에서 M. Aslund, B. Cederstrom, M. Lundqvist, M. Danielsson의 "Physical characterization of a scanning photon counting digital mammography system based on Si-strip detectors" 및 2012년 1월 31일 Radiology에서 M. G. Wallis, E. Moa, F. Zanca, K. Leifland, M. Danielsson의 "Two-View and Single-View Tomosynthesis versus Full-Field Digital Mammography: High-Resolution X-ray Imaging Observer Study"가 참조될 수 있다.

미국 특허 제8,183,535호는 광자 계수 에지-온 x-선 검출기의 예를 개시한다. 이 특허에서, 전체 검출기 영역을 형성하기 위해 함께 배치된 다수의 반도체 검출기 모듈이 존재하고, 여기서 각각의 반도체 검출기 모듈은 유입하는 x-선에 대해 에지-온 배향되고 x-선 센서에 반응하는 x-선의 등록을 위해 통합된 회로에 연결되는 x-선 센서로 구성된다.

간단한 반도체 검출기, 예를 들어 실리콘 또는 게르마늄에 기초하는 검출기에서 직접적인 변환에 기초한 광자 계수 검출기는, 잘 공지되어 있다. 예를 들어, 고성능 x-선 검출기를 위한 실리콘 다이오드의 사용은, 그렇지만 예를 들어 CZT의 더 매력적인 특징으로 인해 덜 흔하다. 그러나, 실리콘 다이오드는 구현하기에 비용이 덜 들지만, 더 많은 신호 처리가 요구될 수 있다.

보통, 해상도는 웨이퍼의 두께에 의해 일차원 및 다른 차원에서의 다이오드의 피치에 의해 결정된다. 다이오드에 대한 피치 및 웨이퍼 두께 모두 변경될 수 있지만, 웨이퍼 두께를 변경하는 것은 반사 비용과 함께 오고, 일부 포인트에서, 웨이퍼는 능동 영역 사이에서 데드 스페이스(dead space) 없이 에지-온 검출기를 조립하는 것이 힘들거나 불가능할 정도로 얇아질 것이다.

다른 가능성은 웨이퍼, 전자에 대한 양극 및 정공에 대한 음극의 각각의 면에 도달하는 신호에 대해 시간 차이를 조사하는 것이다. 이는 1999년 Nucl. Instr. and Meth, 423 (1), pp. 135-145에서 B. Cederstrom, M. Danielsson, M. Lundqvist, D. Nygren의 "High resolution x-ray imaging using the signal time dependence on a double-sided silicon detector"에서 연구되어 보고되었다. 이 장치가 갖는 결점은 웨이퍼의 두 면으로부터 신호를 결합하는 것이 비현실적이라는 것이다. 상호 연결의 수는 극적으로 증가할 것이다.

참고문헌인, 2015년 Xuejin Liu의 "Energy Calibration of Silicon-Strip Detector for Photon-Counting Spectral CT by Direct Usage of the X-ray Tube Spectrum"은 검출기가 공지된 소스로부터 에너지 레벨을 트리밍 함으로써 실리콘 다이오드의 물리적 성질의 변화에 대해 캘리브레이션 되고 비교를 위해 기준 레벨을 측정하는 방법에 관한 것이다.

그러나, 광자 계수 x-선 검출기의 해상도를 증가시키는 이슈에 관한 개선의 여지가 여전히 존재한다.

본 발명의 목적은 광자 계수 x-선 검출기의 개별적인 검출기 다이오드에서 광자의 반응의 위치를 결정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 또한 광자 계수 x-선 검출기의 개별적인 검출기 다이오드에서 광자의 반응의 위치를 결정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 그러한 장치로 구성되는 x-선 검출기 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 그러한 장치로 구성되는 x-선 영상화 시스템을 제공하는 것이다.

이들 목적은 본 발명의 실시예에 의해 충족된다.

제 1 양상에 따르면, 광자 계수 x-선 검출기의 개별적인 검출기 다이오드에서 광자의 반응의 위치를 결정하는 방법이 제공되고, 광자 반응에 응답하여 개별적인 검출기 다이오드에 의해 발생되는 펄스의 펄스 특성에 기초하여 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정하는 것으로 특징지어진다.

제 2 양상에 따르면, 광자 계수 x-선 검출기의 개별적인 검출기 다이오드에서 광자의 반응의 위치를 결정하도록 설정되는 장치가 제공되고, 장치는 광자 반응에 응답하여 개별적인 검출기 다이오드에 의해 발생되는 펄스의 펄스 특성에 기초하여 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정하도록 설정되는 것으로 특징지어진다.

제 3 양상에 따르면, 그러한 장치로 구성되는 x-선 검출기 시스템이 제공된다.

제 4 양상에 따르면, 그러한 장치로 구성되는 x-선 영상화 시스템이 제공된다.

기본적인 아이디어는 이에 따라 (예를 들어 어느 곳에서) 광자 반응에 응답하여 다이오드에 의해 발생되는 펄스의 펄스 특성에 기초하여 광자가 다이오드에 들어가고/충돌하고/반응하는지 결정하는 것이다. 반응의 위치는 일 면에서, 즉 음극면 또는 양극면에서 발생되는 펄스로부터 추정될 수 있다.

다이오드로부터 도달하는 펄스의 유형을 검출함으로써, 광자 충돌의 지역성에 대한 추가적인 정보가 획득될 수 있고, 이는 해상도를 증가시킨다.

바람직하게는, 반응의 위치는 이후 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 매치된 필터에 기초하여 펄스의 신호 처리를 수행함으로써 결정될 수 있다.

예로써, 반응의 위치는 검출기 다이오드에서 광자 반응의 상이한 위치 또는 서브-구역에 대한 특징적인 응답을 모방하도록 설정되는 두 개 이상의 매치된 필터에 기초하여 펄스의 신호 처리를 수행함으로써 결정될 수 있다.

기타 양상 및/또는 이점은 다음의 설명을 읽을 때 이해될 것이다.

도 1은 전체 x-선 영상화 시스템의 예를 예시하는 개략도이다.
도 2는 x-선 영상화 시스템의 다른 예를 예시하는 개략도이다.
도 3은 세 개의 상이한 x-선 튜브 전압에 대한 에너지 스펙트럼의 예를 예시하는 개략도이다.
도 4는 광자 계수 메커니즘의 예를 예시하는 개략도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 예를 예시하는 개략도이다.
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 예를 예시하는 개략도이다.
도 7은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 예를 예시하는 개략도이다.
도 8은 다수의 전극 또는 검출기 소자를 갖는 검출기 (모듈)의 예를 예시하는 개략도이다.
도 9는 검출기 소자나 픽셀, 또는 다이오드의 단면의 예를 예시하는 개략도이다.
도 10은 다이오드의 상이한 물리적 및 전기적 성질에 대한 상이한 종류의 펄스의 형상의 예를 예시하는 개략도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 광자 계수 x-선 검출기의 개별적인 검출기 다이오드에서 광자의 반응의 위치를 결정하는 방법의 예를 예시하는 간략화된 도표이다.
도 12는 일 실시예에 따른 광자 계수 x-선 검출기의 개별적인 검출기 다이오드에서 광자의 반응의 위치를 결정하도록 설정된 장치의 예를 예시하는 개략도이다.
도 13은 x-선 픽셀 또는 검출기 다이오드에 대한 수신기 전단(front-end)의 간략화된 버전의 예를 예시하는 개략도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 세 개의 처리 경로의 예에 대해서 필터의 뱅크의 더 많은 세밀한 버전의 예를 예시하는 개략도이다.
도 15는 도 14의 비교기를 사용하여 발생되는 파형 및 그의 디지털화된 파형의 예를 예시하는 개략도이다.
도 16은 저속 (후면) 펄스 유형에 적합한 (저속-경로 템플릿 필터를 사용하여) 저속 경로에서 세 개의 상이한 펄스 유형(고속 펄스, 중간 펄스, 저속 펄스)을 처리할 경우 매치된 필터 응답을 도시한다.
도 17은 중간부 펄스 유형에 적합한 (중간-경로 템플릿 필터를 사용하여) 중간-경로에서 세 개의 상이한 펄스 유형(고속 펄스, 중간 펄스, 저속 펄스)을 처리할 경우 매치된 필터 응답을 도시한다.
도 18은 고속 (전면) 펄스 유형에 적합한 (고속-경로 템플릿 필터를 사용하여) 고속 경로에서 세 개의 상이한 펄스 유형(고속 펄스, 중간 펄스, 저속 펄스)을 처리할 경우 매치된 필터 응답을 도시한다.
도 19는 상당한 잡음의 존재 하에서 저속-경로 템플릿 필터를 사용하여 매치된 필터 응답의 예를 도시하는 개략도이다.
도 20은 상당한 잡음의 존재 하에서 중간-경로 템플릿 필터를 사용하여 매치된 필터 응답의 예를 도시하는 개략도이다.
도 21은 상당한 잡음의 존재 하에서 고속-경로 템플릿 필터를 사용하여 매치된 필터 응답의 예를 도시하는 개략도이다.
도 22는 세 개의 템플릿 필터; 전면 필터 (고속 경로), 중간 필터 (중앙 경로) 및 후면 필터 (저속 경로) 각각에서 고속 전면 펄스의 필터 응답을 도시한다.
도 23은 세 개의 템플릿 필터; 전면 필터 (고속 경로), 중간 필터 (중앙 경로) 및 후면 필터 (저속 경로) 각각에서 중간 펄스의 필터 응답을 도시한다.
도 24는 세 개의 템플릿 필터; 전면 필터 (고속 경로), 중간 필터 (중앙 경로) 및 후면 필터 (저속 경로) 각각에서 저속 후면 펄스의 필터 응답을 도시한다.
도 25는 잡음의 존재 없이 시뮬레이트된 검출을 도시하는 시뮬레이션 결과의 예를 예시하는 개략도이다.
도 26은 입력 펄스 및 필터링 경로(들)에 추가된 시뮬레이트된 검출 잡음을 도시하는 시뮬레이션 결과의 예를 예시하는 개략도이다.
도 27은 입력 신호 레벨 보다 높은 잡음 레벨을 갖는 시뮬레이트된 검출을 도시하는 시뮬레이션 결과의 예를 예시하는 개략도이다.
도 28은 제안된 방법론 및 비교 기준에 대한 변조 전달 함수(Modulation Transfer Function: MTF)를 예시하는 개략도이다.
도 29는 일 실시예에 따른 컴퓨터-구현의 예를 예시하는 개략도이다.

더 나은 이해를 위해서 x-선 영상화 시스템 및 x-선 검출기의 다소 더 상세한 개요로 시작하는 것이 유익할 수 있다.

도 2는 x-선 영상화 시스템의 다른 예를 예시하는 개략도이다. 이 예에서, x-선 영상화 시스템(100)은 x-선을 방출하는 x-선 광원(10); 대상을 통과한 후 x-선을 검출하는 x-선 검출기 시스템(20); 검출기로부터 미가공 전기 신호를 처리하고 그것을 디지털화하는 아날로그 처리 회로(25); 보정을 적용하거나, 그것을 임시적으로 저장하거나, 필터링하는 것과 같이, 측정된 데이터에 추가적인 처리 동작을 수행할 수 있는 디지털 처리 회로(40); 및 처리된 데이터를 저장하고 추가적인 후처리 및/또는 영상 재구성을 수행할 수 있는 컴퓨터(50)로 구성된다.

전체 검출기는 x-선 검출기 시스템(20) 또는 관련된 아날로그 처리 회로(25)에 결합된 x-선 검출기 시스템(20)으로 간주될 수 있다.

현대의 x-선 검출기는 일반적으로 광자에 의한 여기(exitation)에 따라 흡수되어 짧은 시간 주기 동안 다이오드를 통해 전류 흐름을 발생시키는 하나 또는 그 이상의 반도체 장치로 구성된다.

디지털 처리 회로(4) 및/또는 컴퓨터(50)를 포함하는 디지털 부는 디지털 영상 처리 시스템(30)으로 간주될 수 있고, 디지털 영상 처리 시스템(30)은 x-선 검출기로부터의 영상 데이터에 기초한 영상 재구성을 수행한다. 영상 처리 시스템(30)은 이에 따라 컴퓨터(50), 또는 대안적으로 디지털 처리 회로(40) 및 컴퓨터(50)의 결합된 시스템, 또는 가능할 경우 디지털 처리 회로가 영상 처리 및/또는 재구성에 대해서 또한 더 전문화될 경우 디지털 처리 회로(40) 그 자체로 여겨질 수 있다.

흔히 사용되는 x-선 영상화 시스템의 예는 컴퓨터 단층촬영(CT) 시스템이고, 이는 x-선의 팬 또는 콘 빔을 생산하는 x-선 광원 및 환자나 대상을 통해 전송되는 x-선의 분율을 등록하는 대향하는 x-선 검출기 시스템을 포함할 수 있다. x-선 광원 및 검출기 시스템은 보통 영상화된 대상 주위로 회전하는 갠트리 내에 장착된다.

따라서, 도 2에 예시된 x-선 광원(10) 및 x-선 검출기 시스템(20)은 이에 따라, 예를 들어 장착 가능한 CT 갠트리 내에, CT 시스템의 일부로써 배치될 수 있다.

도 3은 세 개의 상이한 x-선 튜브 전압에 대한 에너지 스펙트럼의 예를 예시하는 개략도이다. 에너지 스펙트럼은 더 낮은 에너지 범위에서의 컴프턴(Compton) 이벤트 및 더 높은 에너지 범위에서의 광전 흡수 이벤트를 포함하여, 상이한 유형의 반응의 혼합으로부터 축적된 에너지로 형성된다.

x-선 영상화의 추가적인 개선은 에너지-분해된 x-선 영상화이고, 이는 또한 스펙트럼 x-선 영상화로도 공지되어 있으며, x-선 전송은 여러 상이한 에너지 레벨에 대해 측정된다. 이는 상이한 x-선 스펙트럼을 방출하는 둘 또는 그 이상의 x-선 광원을 이용하여, 또는 에너지 빈으로도 불리우는 둘 또는 그 이상의 에너지 레벨에서 유입하는 방사선을 측정하는 에너지-판별 검출기를 이용하여, 광원 스위치를 빠르게 두 개의 상이한 방출 스펙트럼 사이에 둠으로써 달성된다.

다음에서, 에너지-판별 광자 계수 메커니즘의 예의 간략한 설명이 도 4를 참조하여 주어진다. 이 예에서, 각각의 등록된 광자는 문턱 세트에 비교되는 전류 펄스를 생성하고, 그럼으로써 다수의 에너지 빈 각각에서 입사하는 광자의 수를 카운트한다.

일반적으로, 컴프턴 산란 이후의 광자 또한 포함하는, x-선 광자는 반도체 검출기 내부에서 전자-정공 쌍으로 변환되고, 전자-정공 쌍의 개수는 일반적으로 광자 에너지에 비례한다. 전자와 정공은 그 후 검출기 전극을 향해 드리프트(drift) 되고, 검출기를 떠난다. 이러한 드리프트 동안에, 전자와 정공은 전극 내에서 전류를 유도하고, 예를 들어 전하증폭기(Charge Sensitive Amplifier(CSA))를 통해 측정될 수 있는 전류는 도 4에 개략적으로 예시된 바와 같이, 성형 필터(Shaping Filter(SF))로 이어진다.

하나의 x-선 이벤트로부터 전자와 정공의 수는 x-선 에너지에 비례하기 때문에, 하나의 유도된 전류 펄스의 총 전하는 이 에너지에 비례한다. 전류 펄스는 전하증폭기(CSA)에서 증폭된 후 성형 필터(SF)에 의해 걸러진다. 성형 필터의 적절한 성형 시간을 선택함으로써, 필터링 이후의 펄스 진폭은 전류 펄스의 총 전하에 비례하고, 따라서 x-선 에너지에 비례한다. 성형 필터에 이어서, 펄스 진폭은 하나 또는 그 이상의 비교기(comparator: COMP)에서 하나 또는 여러 문턱 값(Thr)으로 그의 값을 비교함으로써 측정되고, 카운터가 도입되며 그에 의해 펄스가 문턱 값 보다 클 때 건수가 기록될 수 있다. 이러한 방법으로 특정 시간 프레임 내에 검출된 각각의 문턱 값(Thr)에 상응하는 에너지를 초과하는 에너지를 갖는 x-선 광자의 수를 카운트 및/또는 기록하는 것이 가능하다.

여러 상이한 문턱 값을 이용할 경우, 이른바 에너지-판별 검출기가 획득되고, 여기에서 검출된 광자는 다양한 문턱 값에 상응하는 에너지 빈으로 분류될 수 있다. 때로는, 이러한 유형의 검출기는 또한 멀티-빈 검출기로도 불린다.

일반적으로, 에너지 정보는 생성될 새로운 종류의 영상을 허용하고, 여기에서 새로운 정보를 이용할 수 있고 종래의 기술에 내재한 영상 아티팩트가 제거될 수 있다.

다시 말하면, 에너지-판별 검출기에 대해서, 펄스 높이는 비교기에서 다수의 프로그램 가능한 문턱에 비교되고 펄스 높이에 따라 분류되어, 결국 에너지에 비례한다.

도 5는 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 예를 예시하는 개략도이다. 이는 픽셀에 상응하여, 검출기 소자(22)로 분열하는 센서 영역(21)을 갖는 반도체 검출기 모듈의 예이고, 여기서 각각의 검출기 소자 또는 픽셀은 보통 다이오드에 기초한다. x-선은 반도체 센서의 에지를 통해 들어간다.

도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 예를 예시하는 개략도이다. 이 예에서, 반도체 센서 영역(21)은 다시 x-선이 에지를 통해 들어간다고 추정할 때, 깊이 방향으로 이른바 깊이 세그먼트(22)로 더 분열한다.

반도체 센서는 반도체 센서가 전기 라우팅에 대해서 및 바람직하게는 이른바 플립-칩(flip-chip) 기술을 통해 부착되는 다수의 주문형 반도체(ASIC)에 대해서 베이스 기판으로서 사용된다는 의미에서, 이른바 다중칩 모듈(Multi-Chip Modules: MCM)로서 구현될 수 있다. 라우팅은 ASIC로부터 외부 메모리 및/또는 디지털 데이터 처리까지의 연결 뿐만 아니라 각각의 픽셀로부터 ASIC 입력까지의 신호에 대한 연결을 포함할 것이다. ASIC에 대한 동력은 이들 연결에서 대전류(large current)에 요구되는 단면에서의 증가를 고려하는 유사한 라우팅을 통해 제공될 수 있지만, 동력은 또한 분리된 연결을 통해 제공될 수 있다. ASIC는 능동 센서의 측면에 위치될 수 있고, 이는 흡수 커버가 상부에 위치되는 경우 입사하는 x-선으로부터 그것이 보호될 수 있고 또한 이 방향으로 흡수제를 위치시킴으로써 측면에서 산란된 x-선으로부터 역시 그것이 보호될 수 있다는 것을 의미한다.

도 7은 반도체 검출기 모듈의 예를 예시하는 개략도이다. 이 예에서, 어떻게 반도체 검출기 (모듈)(20)의 센서 영역(21)이 또한 미국 특허 제8,183,535호의 실시예와 유사한, 다중칩 모듈(MCM)에서 기판의 기능을 가질 수 있는지 예시된다. 신호는 픽셀(22)로부터 능동 센서 영역 다음에 위치된 평행한 처리 회로(24)(예를 들어, ASIC)의 입력까지의 신호 경로(23)에 의해 전송된다. 용어 주문형 반도체(ASIC)는 특정 응용에 대해 사용되고 설정된 임의의 일반적인 집적 회로로서 광범위하게 해석되어야 함을 이해해야 한다. ASIC는 각각의 x-선으로부터 발생된 전하를 처리하고 그것을 광자를 검출하기 위해 및/또는 광자의 에너지를 추정하기 위해 사용될 수 있는 디지털 데이터로 변환한다. ASIC는 디지털 처리 회로 및/또는 MCM의 외부에 위치된 메모리로의 연결에 대해 설정될 수 있고 최종적으로 데이터는 영상을 재구성하기 위해 입력으로써 이용될 수 있다.

보통, 픽셀은 검출기의 단일 x-선 감응형 서브-소자이다. 각각의 픽셀은 프레임의 시퀀스로 입사하는 x-선 플럭스를 측정한다. 프레임은 (보통 프레임 시간으로 불리는) 특정한 시간 주기 동안 측정된 데이터이다.

도 8은 다수의 전극 또는 검출기 소자를 갖는 검출기 (모듈)의 예를 예시하는 개략도이다. 이 예에서, 또한 다이오드(22)로도 불리는 전극 또는 검출기 소자는, 평행하게 배치되고, 여기에서 각각의 검출기 소자는 검출기 다이오드에 의해 구성된다. 도 8은 x-선이 어떻게 상부에서 들어와서 픽셀(화소)에 상응하는 검출기 요소(22) 중 하나 (또는 다수)의 능동 검출기 영역에 이르게 되는지 도시한다. 우리는 검출기 (모듈)의 전면(F)과 후면(B)을 언급한다. 전면에서, 검출기 (모듈)은 대지 전위(0 V)에 연결된다. 후면에서, 검출기 (모듈)은 훨씬 더 높은 전위 (예를 들어, 100 내지 500 V의 범위, 여기서는 300 V로 나타냄)에 연결된다.

도 9는 검출기 다이오드의 단면의 예를 예시하는 개략도이다. 검출기 다이오드(22)는 전면부(FS), 중간부(MS) 및 후면부(BS)와 같이, 전면(F)에서 후면(B)까지의 부분에서 N ≥ 2인 임의의 수로 나뉠 수 있다. 부분에서 선택된 수 N은 바람직한바로는, 2 또는 임의의 더 높은 수일 수 있음을 이해해야 한다. 전면부(FS)는 전면(F)과 일치할 수 있고 후면부(BS)는 후면(B)과 일치할 수 있다.

특정 예에서, 광자는 정공과 전자 쌍을 자극하고 충돌/흡수는 중간부(MS)에서 일어나지만, 일반적으로 전면(F)에서 후면(B) 사이의 어디에서나 일어난다. 웨이퍼의 두께는 파라미터 △x로 표시된다.

그럼으로써 검출기 소자에서 발생되는 상응하는 전하의 흐름은 펄스로 불린다. 일반적으로, 이들 펄스의 형상, 지속 시간 및 진폭은 보통 유입하는 x-선의 에너지, 위치(각도) 및 강도에 의존한다.

위에서 언급했듯이, 전류는 상이한 방법으로 감응형 아날로그 회로에 의해 검출될 수 있다. 광자에 의해 발생되는 전류를 감시하고 증폭시키는 측정 장치가 존재할 수 있다. 증폭된 전류는 하나 또는 그 이상의 문턱 레벨에 비교될 수 있고 그 후 광자의 발생을 디지털 방식으로 나타낸다.

검출기는 또한 전압-모드 검출 회로의 사용을 가능하게 하는, 아래에 따른 전압을 형성하기 위해 커패시터 상의 전류를 통합하도록 설계될 수 있고,

(1)

이는 보통 일반적인 유효한 하드웨어에서 실현하기 쉽다. 또, 두 개념적 접근의 하이브리드가 존재할 수 있고, 예를 들어 펄스가 수많은 문턱 레벨 또는 기준 레벨과 비교되어, 펄스의 에너지 레벨이 결정될 수 있고 펄스를 분석하는데 사용될 수 있다. 하이브리드를 이용하는 다른 이유는 잡음 여유(immunity)와 속도 사이에 트레이드를 가능하게 하기 위함이다.

도 9에 나타난 바와 같이, 예를 들어 도 9의 후면부(BS), 중간부(MS) 및 전면부(FS)에 의해 나타난 바와 같이, 다이오드 또는 웨이퍼 두께의 선으로 검출기 다이오드에서 흡수의 지역성(locality)의 개념이 존재한다. 발명자는 다이오드에서 광자의 흡수에 따라 발생된 전류 펄스가, 특히 광자가 검출기 다이오드에 흡수되는 경우(예를 들어 다이오드/픽셀의 어느 쪽)에 의존하는, 상이한 전기적 성질/펄스 형상을 설명한다는 것을 인식했다.

도 10은 다이오드의 상이한 물리적 및 전기적 성질에 대한 상이한 종류의 펄스의 형상의 예를 예시하는 개략도이다. 다시 말하면, 이들은 그들이 x-선 검출기 판독 회로로 들어갈 때 검출기 펄스 (전류)의 전형적인 파형의 예이다. 절대 수는 이 문맥에서 중요하지 않지만, 펄스 지속 시간은 전형적인 검출기 구현에 있어서 약 40 나노초(nanosecond)에 걸쳐 이어질 수 있다. 다이오드에 적용된 상이한 전압(150 V: 파선, 250 V: 쇄선, 500 V: 실선)에 대해 및 3개의 상이한 흡수 위치(MS: 중간부, 다이아몬드, FS: 전면부/전면, 정사각형, BS: 후면부/후면, 원형)에 대한 파형이 9회 시뮬레이트되었다.

세로 축에 대해서 우리는 fC/ns에서 초 당 전하 흐름, 즉 전류를 디스플레이하고, 가로 축에서 우리는 시간을 갖는다. 전면 펄스는 후면 펄스 보다 훨씬 더 빠른 모습을 보여준다. 전면 펄스(도면에서 가장 왼쪽 및 가장 위)는 그의 피크 진폭(최대 전류)에 대한 급격한 변이를 가지며 그 후 상당히 빠르게 감소한다. 후면 펄스는 대신 펄스의 끝에서 피크 값을 향해 비교적 느린 증가를 보여준다.

총 전하, 즉 통합된 펄스는 동일한 전압의 모든 펄스에 대해 동일하다는 것을 주목하자. 총 전하는 전압(도면에서 150 V, 250 V, 500 V)과 함께 증가한다. 전하의 총량은 동일하고, 다이오드에서 충돌의 위치에서 독립적이다.

위의 통찰, 펄스가 흡수의 위치에 따라 상이하게 반응한다는 것을 고려하면, 우리는 시스템으로부터 더 많은 정보를 추출할 수 있다. 다이오드에 의해 발생되는 펄스의 유형을 검출함으로써, 광자 충돌의 지역성에 대한 추가적인 정보가 획득될 수 있다. 이는 영상 재구성 절차에 정보를 추가한다. 이와 관련하여, 수신기 체인은 더 최적화될 수 있고 추가적인 해상도가 획득될 수 있다.

도 11은 일 실시예에 따른 광자 계수 x-선 검출기의 개별적인 검출기 다이오드에서 광자의 반응의 위치를 결정하는 방법의 예를 예시하는 간략화된 도표이다.

기본적으로, 방법은 광자 반응에 응답하여 개별적인 검출기 다이오드에 의해 발생되는 펄스의 펄스 특성에 기초하여 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정(S1)함으로써 특징지어진다.

예로써, 반응의 위치는 하나 이상의 매치된 필터에 기초하여 펄스의 신호 처리를 수행함으로써 결정된다.

특정 예에서, 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정하는 단계는:

검출기 다이오드에서 광자 반응의 특정 위치 또는 서브-구역에 상응하는 특정 펄스 유형에 적합한 하나 이상의 매치된 필터를 적용함으로써 펄스의 신호 처리를 수행하는 단계, 및

매치된 필터가 적합한 특정 펄스 유형의 특정 위치 또는 서브-구역에 반응의 위치가 상응하는지 여부를 결정하기 위해, 매치된 필터의 필터링된 출력 신호에 기초하여 펄스가 펄스 유형에 매치하는지 여부를 식별하는 단계로 구성된다.

앞서 논의된 바와 같이, 용어 펄스는 펄스를 나타내는 임의의 신호를 포함한다는 것을 이해해야 한다.

예로써, 문턱과 같이, 예를 들어 펄스 진폭, 펄스 너비 및/또는 펄스 타이밍에 관련되는 하나 또는 그 이상의 조건에 따른 매치가 있을 경우, 반응의 위치는 매치된 필터에 관련된 특정 위치 또는 (전면과 같은) 서브-구역에 상응하는 것으로 결론내릴 수 있다. 그렇지 않을 경우, 예를 들어 반응의 위치는 매치된 필터에 관련된 특정 위치 또는 서브-구역과 비교하여 대향하는 또는 (후면과 같은) 반대의 위치에 상응하는 것으로 결정될 수 있다.

대안적으로, 반응의 위치는 검출기 다이오드에서 광자 반응의 상이한 위치 또는 서브-구역에 대한 특징적인 응답을 모방하도록 설정되는 둘 이상의 매치된 필터에 기초하여 펄스의 신호 처리를 수행함으로써 결정될 수 있다.

여기서 기본적인 아이디어는 따라서 펄스를 다수의 상이한 특징적인 펄스 유형 중 하나로 분류함으로써 유입하는 광자의 흡수의 위치를 결정하기 위해, 검출기 다이오드로부터 유입하는 펄스의 신호 처리를 수행하는 것이다.

검출기 다이오드에서 광자 반응의 상이한 위치 또는 서브-구역에 상응하는 상이한 펄스 유형에 적합한 둘 이상의 매치된 필터를 적용함으로써 펄스의 신호 처리를 수행하는 단계, 및

매치된 필터의 필터링된 출력 신호에 기초하여 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 식별하는 단계로 구성된다.

앞서 나타난 바와 같이, 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정하는 단계는 다이오드의 둘 이상의 상이한 서브-구역 중 하나에서 펄스의 펄스 특성에 기초하여 일어난 광자 반응을 식별하는 것으로 구성될 수 있다.

예를 들어, 검출기 다이오드는 다이오드의 너비에 상응하는 두께를 갖고 둘 이상의 상이한 서브-구역은 이에 따라 다이오드의 상이한 너비 부분에 위치될 수 있다.

대안적으로, 둘 이상의 상이한 구역은 다이오드의 전면 또는 전면부, 중간부 및 후면 또는 후면부로 구성된다.

검출기 다이오드는 다이오드의 너비 방향으로의 부분에서, 임의의 수, N으로 나뉠 수 있고, 각각의 부분은 특징적인 펄스 유형에 관련된다는 것을 이해해야 한다.

또한 반응의 위치는 검출기 다이오드의 음극면 또는 양극면에서 발생된 펄스의 펄스 특성으로부터 추정될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 양 면으로부터의 펄스를 결합할 필요는 없다.

예로써, 검출기 다이오드에서 반응의 위치는 펄스 진폭, 펄스 너비 및/또는 펄스 타이밍에 기초하여 결정될 수 있다.

도 12는 일 실시예에 따른 광자 계수 x-선 검출기의 개별적인 검출기 다이오드에서 광자의 반응의 위치를 결정하도록 설정된 장치의 예를 예시하는 개략도이다. 또, 장치는 광자 반응에 응답하여 개별적인 검출기 다이오드에 의해 발생된 펄스의 펄스 특성에 기초하여 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정하도록 설정된다.

이는 예를 들어 매치된 필터 기술로 달성될 수 있고, 여기서 장치는 반응의 위치를 결정하기 위해 하나 이상의 매치된 필터에 기초하여 펄스의 신호 처리를 수행하도록 설정된다.

특정 예에서, 장치는 검출기 다이오드에서 광자 반응의 특정 위치 또는 서브-구역에 상응하는 특정 펄스 유형에 적합한 하나 이상의 매치된 필터를 적용함으로써 펄스의 신호 처리를 수행하도록 설정되고, 매치된 필터가 적합한 특정 펄스 유형의 특정 위치 또는 서브-구역에 반응의 위치가 상응하는지 여부를 결정하기 위해, 매치된 필터의 필터링된 출력 신호에 기초하여 펄스가 펄스 유형에 매치하는지 여부를 식별하도록 설정된다.

대안적으로, 장치는 검출기 다이오드에서 광자 반응의 상이한 위치 또는 서브-구역에 대한 특징적인 응답을 모방하도록 설정되는 둘 이상의 매치된 필터에 기초하여 펄스의 신호 처리를 수행하도록 설정된다.

다른 예에 따르면, 장치는 검출기 다이오드에서 광자 반응의 상이한 위치 또는 서브-구역에 상응하는 상이한 펄스 유형에 적합한 둘 이상의 매치된 필터를 적용함으로써 펄스의 신호 처리를 수행하도록 설정되고, 매치된 필터의 필터링된 출력 신호에 기초하여 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 식별하도록 설정된다.

예로써, 장치는 다이오드의 둘 이상의 상이한 서브-구역 중 하나에서 펄스의 펄스 특성에 기초하여 일어난 광자 반응을 식별함으로써 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정하도록 설정될 수 있다.

예를 들어, 검출기 다이오드는 다이오드의 너비에 상응하는 두께를 갖고 둘 이상의 상이한 서브-구역은 다이오드의 상이한 너비 부분에 위치된다. 너비 부분은 보통 다이오드의 양극면 및 음극면 사이에 위치된다. 이는 다이오드의 전면 또는 전면부 및 후면 또는 후면부를 포함할 수 있다. 대안적으로, 둘 이상의 상이한 구역은 다이오드의 전면 또는 전면부, 중간부 및 후면 또는 후면부로 구성된다.

언급한 바와 같이, 장치는 검출기 다이오드의 음극면 또는 양극면에서 발생된 펄스의 펄스 특성으로부터 반응의 위치를 결정하도록 설정될 수 있다.

또한, 장치는, 예로써, 펄스 진폭, 펄스 너비 및/또는 펄스 타이밍에 기초하여 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정하도록 설정될 수 있다.

특정 예로써, x-선 검출기는 광자 계수 에지-온 검출기이다.

다른 양상에 따르면, 그러한 장치로 구성되는 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같은 x-선 검출기 시스템이 제공된다.

또 다른 양상에 따르면, 그러한 장치로 구성되는 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같은 x-선 영상화 시스템이 제공된다.

2015년, Xuejin Liu의, 참고문헌 "X-선 튜브 스펙트럼의 직접적인 사용에 의한 광자-계수 스펙트럼 CT를 위한 실리콘-스트립 검출기의 에너지 캘리브레이션(Energy Calibration of a Silicon-Strip Detector for Photon-Counting Spectral CT by Direct Usage of the X-ray Tube Spectrum)"은 수신기가 실리콘 다이오드의 물리적 성질에서 변형을 위해 교정될 수 있는 방법을 기술한다. 그러나, 이 참고문헌에 기술된 방법은 상이한 부분에서 비롯되는 펄스 형상의 상이함에 중점을 두지 않는다.

제안된 기술의 더 나은 이해를 위해서, 비제한적인 예의 실시예 세트가 다음에서 기술될 것이다. 위에 언급된 펄스를 검출하기 위해 제시된 절차는 다음과 같다. 이 특정 예에서, 신호 처리는 광자 충돌/반응의 상이한 위치에 상응하는 상이한 펄스 유형의 존재를 캡쳐하거나 검출하는데 적합한 둘 이상의 평행한 처리 경로로 수행될 수 있다. 따라서, 가능하게는 선택적인 중간 경로를 통해, 빠른 응답 시간에서 느린 응답 시간의 범위에서, 둘 이상의 신호 처리 경로를 갖는 필터 뱅크가 설계된다. 빠른 경로는 유입하는 펄스에 대해 더 빠르게 반응할 것이다. 그것은 펄스의 전면 유형에 대해 최적화된 신호 처리를 갖는 전기 필터를 가질 것이다. 느린 경로는 유입하는 펄스에 대해 더 느리게 반응할 것이고 펄스의 후면 유형에 대해 최적화된 신호 처리를 갖는 전기 필터를 가질 것이다.

도 13은 x-선 픽셀 또는 검출기 다이오드에 대한 수신기 전단의 간략화된 버전의 예를 예시하는 개략도이다.

다시 말하면, 도 13의 회로는 검출기 다이오드 마다 판독 회로의 완화된 버전을 나타낸다. 추가적인 필터링 및 이득 조절이 판독 경로에서 사용될 수도 있음을 이해해야 한다. 이 예에서, 검출기 다이오드에 의해 발생된 전류는 능동 트랜스 임피던스 증폭기(Trans-Impedance Amplifier(TIA))의 도움으로 커패시터에 통합을 통해 전압으로 변환된다. 전압은 그 후 복제되어 상이한 경로를 통해 필터링된다. 검정 실선은 유입하는 전면 펄스 유형을 나타낸다. (도 10과 비교)

이 예에서, 우리는 두 개의 상이한 유형의 필터를 갖는 두 개의 상이한 경로를 이용한다. 두 개의 필터는 전면 펄스 및 후면 펄스에 적합한 두 개의 상이한 유형의 임펄스 응답 (변이 특성)을 갖도록 설정된다. 이들 특성은 도 10에서의 전형적인 모습에 기초한다.

이 예에서, 매치된 필터를 사용하는 것이 제시되고 여기에서 (전면 펄스 및 후면 펄스와 같은) 전류 펄스 중 선택된 유형의 특성이 모방된다. 펄스 파형을 모방하고 유입하는 펄스 파형을 갖는 컨볼루션(convolution)(필터)을 수행함으로써, 최대우도(maximum-likelihood) 의미에서 최적인 필터 응답이 발생될 수 있다. 우리가 다음의 임펄스 응답을 갖는 전형적인 필터 세트를 발생시킨다고 가정하고:

(2)

여기에서 q(t)는, 가능한 동일하게 조사하려고 하는, 다이오드에 의해 발생된 펄스 p(t)의 템플릿이다. 이상적인 경우, 상당히 긴 시간 주기에서 q(t) = p(t)이다. 선형 필터 중에서, 매치된 필터는 잡음의 존재 하에서 신호 대 잡음 비(SNR)를 증가시키는데 최적인 것으로 공지되어 있다.

매치된 필터의 아웃풋 y(t)는 아래와 같이 컨벌브(convolve)된 결과로 주어질 것이고:

(3)

그 결과는, q와 p가 잘 정렬할 경우, (펄스가 검출기 인풋에 도달한 후) 시간 포인트 T 주위로, 비교적 뚜렷한 피크 진폭, 가장 높은 전압/전류를 갖는 대칭 함수가 될 것이다. 선형 필터링 작업은 펄스에 자기상관(auto-correlation) 작업을 수행하고, 즉 입력 펄스는 템플릿 파형에 상관/매치된다. 그들이 더 매치될수록, T에서 y(t)의 진폭이 더 높아질 것이다. 그들이 더 매치될수록, 결국 피크는 짧아질 것이다. 도 13의 개략도에서, 이는 가장 위의 경로에 대한 피크로 표시되고 여기에서 필터의 임펄스 응답은 유입하는 펄스와 더 잘 매치된다. 다른 경로는 더 부드러운 응답을 도시한다. 이 예에서, 전면 펄스를 검출하는데 적합한 처리 경로는 적어도 진폭에 기초하지만 가능하게는 또한 펄스 타이밍에도 기초하여, 필터링된 전면 펄스의 피크를 검출할 것이고, 반면에 후면 펄스를 검출하는데 적합한 처리 경로는 필터링된 전면 펄스의 임의의 뚜렷한 피크를 검출할 것 같지는 않다. 결과적으로, 전면 처리 경로는 반응할 것이고 고려된 펄스가 전면 펄스인 것을 나타내는 포티지브 응답을 제공할 것이다. 결과적으로, 상응하는 광자-반응이 검출기 소자의 다이오드의 전면에서 일어날 수 있다는 것으로 판단할 수 있다.

실제로, 이는, 선택된 펄스 유형에 적합한 적절하게 설정된 매치된 필터 및 모듈을 식별하는 (예를 들어 하나 또는 그 이상의 레벨 검출기를 사용하는) 후속 펄스를 사용함으로써, 광자의 흡수의 지역성이 평균 보다 높은 해상도로 결정될 수 있다는 것을 의미한다.

진폭이 관련되는 것 뿐만 아니라, 도 10의 특징적인 펄스 유형으로부터 보여지는 바와 같이, 펄스 타이밍 및/또는 펄스 길이도 관련된다. 이는 일정 유형의 펄스의 검출이 펄스 진폭, 펄스 타이밍 및/또한 펄스 길이에 기초하여 신호 처리에 의해 수행될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 피크 진폭, 피킹(peaking) 시간 및/또는 펄스 길이에 대한 일정 양의 지식은 도 10에 도시된 특징적인 펄스로부터 추출될 수 있다.

이는 상이한 경로가 아주 뚜렷하게 상이한 신호(전압/전류)를 제공할 것이고 발명자는 수신된 펄스가 가장 가능성 있는 결정을 하게 하는 경로 사이에서 상이함을 검출하는 가능성을 인지했다는 것을 의미한다. 매치된 필터와 같은 적절한 필터의 사용은 뚜렷함을 강조할 것이고 상이한 유형의 펄스를 검출하는 것을 쉽게 할 것이다.

도 14는 일 실시예에 따른 세 개의 처리 경로의 예에 대해서 필터의 뱅크의 더 많은 세밀한 버전의 예를 예시하는 개략도이다. 비교기 세트는 에너지-분해 멀티-빈 동작을 제공하기 위해 펄스를 상이한 문턱에 비교하는데 사용된다. 비교기의 도움으로 우리는 각각의 펄스에서 에너지의 양과 지속 시간을 검출할 수 있다. 비교기는 펄스를 표시하는 상응하는 디지털화된 파형의 세트를 생산하는 다수의 레벨에서 펄스를 "슬라이스(slice)" 할 것이다.

더 앞으로, 우리는 국지적으로 결과를 비교할 수 있고 그럼으로써 가장 가능성 있는 수신된 펄스가 어떤 것인지 판단하고, 기초 카운트 및 레벨 데이터와 함께, 디지털 영상 처리 시스템 및/또는 프로세서로, 그 정보를 전달할 수 있다. 오직 하나의 경로로부터 데이터를 선택하는 것이 충분할 수 있다.

도 14의 실시예는 상이한 유형의 필터를 갖는 신호 경로의 복제에 의한 구현의 예이다. 그러나, 경로를 복제하는 것은 증가된 하드웨어 비용을 수반한다. 특히 고속 비교기는 영역 및 전력 소비 측면에서 고가이다.

도 15는 도 14의 비교기를 사용하여 발생된 파형 및 그의 디지털화된 파형의 예를 예시하는 개략도이다.

도 16, 도 17 및 도 18은, 예를 들어 도 14의 설정에 상응하는 세 개의 상이한 필터에 의해 필터링 될 때 최초 파형(전면, 중간, 후면)의 플롯을 예시하는 개략도이다. 이들 도면은 센서에서 일어날 수 있는 상이한 가능한 시나리오를 예시한다. 전반적으로, 9개의 전형적인 상이한 파형이 있다. 동시에, 오직 한 가지 유형의 펄스가 판독 회로에 들어가고 세 개의 모든 경로를 통해 필터링된다. 유입하는 펄스는, 즉 동일한 양의 전하를 나타내면서, 정규화되었다. y-축은 세 도면에서 동일한 눈금이 되지 않음을 주목하자.

도 16은 저속 (후면) 펄스 유형에 적합한 (저속-경로 템플릿 필터를 사용하여) 저속 경로에서 세 개의 상이한 펄스 유형(고속 펄스, 중간 펄스, 저속 펄스)을 처리할 경우 매치된 필터 응답을 도시한다.

도 17은 중간부 펄스 유형에 적합한 (중간-경로 템플릿 필터를 사용하여) 중간-경로에서 세 개의 상이한 펼스 유형(고속 펄스, 중간 펄스, 저속 펄스)을 처리할 경우 매치된 필터 응답을 도시한다.

도 18은 고속 (전면) 펄스 유형에 적합한 (고속-경로 템플릿 필터를 사용하여) 고속 경로에서 세 개의 상이한 펄스 유형(고속 펄스, 중간 펄스, 저속 펄스)을 처리할 경우 매치된 필터 응답을 도시한다.

저속 (후면) 펄스에 대한 매치된 필터 응답은 점선에 의해 나타나고, 반면 중간부 펄스에 대한 매치된 필터 응답은 쇄선에 의해 나타나며, 고속 (전면) 펄스에 대한 매치된 필터 응답은 파선에 의해 나타난다.

예를 들어, 도 16에 대해서, 저속 후면 펄스는 점선 곡선을 생성하기 위해 저속 경로 필터를 통해 보내지고, 중간부 펄스는 파선 곡선을 생성하기 위해 동일한 저속 경로 필터를 통해 보내지며, 고속 전면 펄스는 반실선(semi-solid) 곡선을 생성하기 위해 동일한 저속 경로 필터를 통해 보내진다.

각각의 도면에서, 우리는 어떻게 필터링된 신호가 상이한 모습을 나타내는지 보고, 이는 특징지어질 때, 상이한 펄스 유형 사이에서 식별함에 있어서 유용할 수 있다. 도 16에서, 펄스는 유사하지만 (상이한 시간 포인트에서 그들의 최대값을 취함)을 주목하자. 그러나, 저속 후면 펄스(점선)의 매치된 응답은 펄스 타이밍, 펄스 너비 및 펄스 진폭에 있어서 다른 것들과 뚜렷하게 상이하다. 상이한 펄스 유형을 결정하는 절차는 예를 들어 펄스 진폭, 펄스 너비 및/또는 펄스 타이밍에 기초할 수 있다.

도 17에서, 저속 후면 펄스(점선)는 시간적으로 형상, 진폭 및 위치에 있어서 또 다시 뚜렷하게 상이하다. 중간 펄스(쇄선)의 매치된 응답은 고속 전면 펄스(파선) 보다 더 급격한 피크 모습을 보여준다. 여기서, 펄스 진폭, 너비 및/또는 타이밍은 상이한 펼스 유형을 식별하는데 사용될 수 있다.

도 18에서, 고속 전면 펄스의 매치된 응답은 다른 파형과 비교하여 명확하게 뚜렷하다(파선). 세 개의 모든 필터링된 펄스는 진폭, 너비 및/또는 타이밍에 의해 쉽게 식별될 수 있다.

도 19, 도 20 및 도 21은 상당한 잡음의 존재 하에서 매치된 필터의 응답의 예를 예시하는 개략도이다.

도 19는 상당한 잡음의 존재 하에서 저속-경로 템플릿 필터를 사용하여 매치된 필터 응답의 예를 도시하는 개략도이다. 저속 후면 펄스의 매치된 응답은 측정된 시간 주기의 후반부에서 더 높은 진폭을 보여준다.

도 20은 상당한 잡음의 존재 하에서 중간-경로 템플릿 필터를 사용하여 매치된 필터 응답의 예를 도시하는 개략도이다.

도 21은 상당한 잡음의 존재 하에서 고속-경로 템플릿 필터를 사용하여 매치된 필터 응답의 예를 도시하는 개략도이다.

잡음은, 그런, 즉 회로 잡음이 제로(0)가 된다고 가정할 때, 매치된 필터가 아닌, 다이오드의 잡음을 모방하여, 입력 신호에 추가되는데, 이는 우리가 파형의 일면에서 "클린(clean)" 신호를 볼 수 있는 이유이다. 우리는 그들을 비교하기 위해 모든 유형의 입력 펄스에 대해 동일한 전류 잡음을 추가했다.

위와 유사하게, 고속 및 저속 경우의 모습에서 상이함이 있고, 상당한 잡음의 존재 하에서도, 고속 필터를 갖는 고속 펄스 및 저속 필터를 갖는 저속 펄스를 검출하는 것이 가능한 것처럼 보인다. 이러한 잡음의 레벨로, 우리가 여기에 디스플레이하는 테스트 신호가 주어진 픽셀의 중간부에서 임의의 패턴을 식별하는 것이 더 어려워질 수 있다.

매치된 필터로, 마지막이 또한 허용 가능한 해결책이 될 수 있다는 것을 이해해야 하지만, 우리는 상이한 시간 상수(time constant)를 갖는 필터 뱅크의 한 세트만을 사용하는 것과 비교하여 잡음 여유를 증가시킨다.

우리는 동시에 모든 경로로부터 정보에 접근하기 때문에, 어떤 것이 통과했는지 추출하기 위해 그들을 결합하는 것 또한 가능하다. 위에서 논의된 도표에서, 중간 및 전면 펄스는 저속 경로에서 매우 유사해보인다. 그러나, 그들은 다른 경로에서 점점 더 상이해보인다. 저속 후면 펄스도 마찬가지고; 어떻게 고속 경로에서 다소 잡음처럼 보이지만 저속 경로에서 뚜렷한 피크를 보여주는지 주목하자. 후면 펄스의 필터링된 매치된 응답은 전형적으로 더 느려지고, 더 큰 펄스 너비를 갖는 다른 펄스 보다 시간적으로 뒤의 포인트에서 피크이다. 전면 펄스의 필터링된 매치된 응답은 전형적으로 더 빨라지고, 더 높은 진폭 및 더 좁고 뚜렷한 피크를 갖는다. 기준 비교기에 의해 발생된 데이터, 즉 펄스의 형상을 관찰하는 최대우도 검출기의 유형을 설계함으로써, 이러한 유형의 분석을 활용하는 것이다.

기준 레벨 비교기가 구성 요소 규모에서 클 경우 하드웨어는 상당히 증가할 것임을 이해한다. 따라서, 경로 간에 능동적으로 전환하고 (기준에 연결된) 비교기를 공유함으로써 하드웨어를 감소시키는 것이 바람직할 것이다.

도 22, 도 23 및 도 24는 세 개의 상이한 유형의 입력 신호에 대해서, 각각 세 개의 필터로부터 디지털화된 아웃풋의 예를 예시하는 개략도이다. 잡음은 다이오드 (검출기 입력) 상 및 필터 (아날로그 회로 잡음) 내 모두에 추가된다. 비교기에 대한 문턱은 경로에 대해 다이내믹하게 조절된다. 이러한 문턱에 대한 핸들은 영상 품질에 기초하여 문턱을 제어하는 호스트 프로세서에 제공된다.

도 22는 고속 필터를 통해, 세 개의 상이한 유형의 펄스인 전면 펄스 (파선), 중간 펄스 (쇄선) 및 후면 펄스 (점선)에 대한 필터링된 응답을 도시한다.

도 23은 중간 필터를 통해, 세 개의 상이한 유형의 펄스인 전면 펄스 (파선), 중간 펄스 (쇄선) 및 후면 펄스 (점선)에 대한 필터링된 응답을 도시한다.

도 24는 세 개의 저속 필터를 통해, 세 개의 상이한 유형의 전면 펄트 (파선), 중간 펄스 (쇄선) 및 후면 펄스 (점선)에 대한 필터링된 응답을 도시한다.

예시 의사 코드

펄스를 식별하기 위해 간단한 의사 알고리즘(pseudo algorithm)의 예시적인 예가 아래 주어진다. 이 예에서, 결정은 펄스 진폭에 기초하지만, 펄스 타이밍 및/또는 펄스 너비 또한 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 결정 파라미터는 퍼지(fuzzy)이지만, 알고리즘은 이 경우 불(Boolean) 유형 응답을 주기 위해 설계된다. 그러나, 복잡성의 상당한 증가 없이 호스트에 검출된 펄스의 확률을 제공하도록 설계될 수 있다.

IF (peak ampl in fast path) SIGNIFCANTLY_HIGHER_THAN (peak ampl in other paths) THEN

detected_pulse = "FRONT-SIDE"

ELSE ## Slow or mid?

IF (peak ampl in slow path) APPROX_EQUAL_TO (peak ampl in other paths) THEN

detected_pulse = "BACK-SIDE"

ELSE

detected_pulse = "MID-SECTION"

예시 시뮬레이션 결과

평행한 세 개의 필터를 갖는 위에 제시된 간단한 의사 코드를 이용하여, 우리는 일정 각도에 대해 입사의 근원을 검출할 수 있다. 도 25, 도 26 및 도 27의 시뮬레이션 결과는 개선된 검출기가 어떻게 위치를 식별하는지 보여준다. x축을 따라, 우리는 입사 광자의 위치를 발견하고(도 9 참고), 여기에서 "0"은 검출기 다이오드의 가까운 엔드(closer end)를 나타내고 "1"은 검출기 다이오드의 먼 엔드(far end)를 나타낸다.

y축을 따라, 우리는 위에 제시된 의사 코드가 주어진 추정된 위치를 발견한다. 시뮬레이션 예에서, 우리는 세 개의 위치, 즉 0 내지 33% 이내(전면부), 33% 내지 67%(중간부) 및 67% 내지 100%(후면부)를 식별할 수 있는 검출기를 사용한다.

도 25는 잡음의 존재 없이 시뮬레이트된 검출을 도시하는 시뮬레이션 결과의 예를 예시하는 개략도이다. 도 25의 예에서, 우리는 신호나 필터에 어떠한 잡음도 추가하지 않았다. 우리는 검출된 위치의 확률을 나타내기 위해, 클라우드의 두께/강도를 허용하는 그래프에서 포인트의 위치에 가우시안 랜덤(Gaussian random) 편차를 계획적으로 추가했다.

도 26은 입력 펄스 및 필터링 경로(들)에 추가된 시뮬레이트된 검출 잡음을 도시하는 시뮬레이션 결과의 예를 예시하는 개략도이다. 잡음 레벨은 입력 펄스의 진폭과 비교하여 아주 상당하다. 입력 신호 레벨을 갖는 패리티(parity)에서의 잡음. 우리는 검출기에서 일부 오류가 발견되는 것을 안다. 여기서, 클라우드의 강도는 얼마나 자주 그들이 정확하게 검출되는지 나타낸다.

도 27은 입력 신호 레벨 보다 높은 잡음 레벨을 갖는 시뮬레이트된 검출을 도시하는 시뮬레이션 결과의 예를 예시하는 개략도이다. 도 27에서, 우리는 잡음을 더 증가시켰고, 검출이 덜 효과적이 되는 것에도 불구하고 검출 절차는 여전히, 일정 확률로, 검출기에서 위치를 식별할 수 있다.

도 28은 시뮬레이션에 따른 제안된 방법론 및 비교 기준에 대한 변조 전달 함수(MTF)를 예시하는 개략도이다.

도 28에서, MTF는 위에서 논의된 예시 시뮬레이션에 대해 예시된다. MTF는 검출기에서 검출기 요소(다이오드, 픽셀)로부터 재구성된 픽쳐에 대한 변조 전달 함수이다. MTF는 픽쳐에서 해상도가 얼마나 좋은지 설명한다. x축을 따라 우리는 공간 주파수를 갖고, 즉 블랙 픽셀에서 화이트 픽셀까지의 전체 변이가 얼마나 잘 분해될 수 있는지이다. 예를 들어, 3000 값은 3000 주기의 블랙/화이트가 미터 당 분해될 수 있음을 나타낸다. y축은 전체 눈금 값으로부터 우리가 얼마나 빗나가는지를 나타낸다. 100%의 값은 우리가 블랙 레벨 및 화이트 레벨에 완전히 도달함을 나타낸다. 0%의 값은 우리가 평균 그레이 레벨에 갇힐 것이고 "화이트"와 "블랙" 사이에 어떤 차이도 없을 것이며, 단지 평균 그레이일 뿐임을 나타낸다. 이상적인 모습은 모든 주파수에 대해 100%가 되는 것이다. 비전 시스템의 가장 현실적인 구현은 100%에서 0%에 이르기까지 단조적으로 떨어지는 것이다.

시뮬레이션에서, 우리는 시그마 = 1의 정규화된 잡음 레벨에 대해 위의 값을 사용했는데, 여기서는 의사 코드 알고리즘을 사용하여 상당한 양의 "불완전한 검출"이 있고, 즉 상당한 오차 소스가 시뮬레이션에 포함된다.

우리가 하나의 검출기 소자(다이오드, 픽셀) 및 검출기 소자(다이오드, 픽셀) 당 하나의 판독 회로를 갖고 서브-구역, 즉 전체 차원의 픽셀의 식별이 없다고 가정할 때, 이 하드웨어 시나리오는 우리에게 점으로 된 제일 왼쪽 곡선, 즉 f = 2000 (점으로 된 "전체 픽셀 너비")에 대해 0%까지 떨어지는 곡선과 같은 MTF를 제공할 것이다. 이는 본 발명과의 비교에 대해 최초 기준으로써의 역할을 할 것이다.

현재 우리는 검출기 소자(다이오드, 픽셀)를 세 개의 검출기 요소(다이오드, 픽셀) (즉, 더 많은 하드웨어 및 더 작은 픽셀)로 나눌 수 있고 각각 마다 한 개의 판독 회로를 갖는다고 가정, 즉 우리는 3배의 해상도를 갖는 새로운 검출기를 정의한다. 하드웨어 상의 충돌이 여러모로 상당하고, 가능할 경우 매우 비용이 많이 드는 해법이다. 이 시나리오는, 그러나, 실선("픽셀 너비의 1/3")으로써 시뮬레이트 및 플롯되고, 또한 다른 것들과 비교로써 사용된다.

본 발명에서 제안된 접근으로, 우리는 파선, 쇄선 및 가장 오른쪽의 점선("앞", "중간", "뒤")을 얻는다. 점으로 된 가장 오른쪽 선은 "픽셀 너비의 1/3"인 실선과 거의 겹친다는 것을 주목하자.

도 28로부터 새로운 추정("앞", "중간", "뒤")은 최초의 가장 왼쪽 점선(즉, "전체 픽셀 너비")과 비교하여 해상도의 측면에서 더 정확함은 분명하다. (도 28에서 명백하게 플롯되지는 않지만, 우리가 ("앞" + "뒤" + "중간")/3을 관찰한다고 가정할 때), 평균적으로, 성과는 바람직하게 물리적으로 1/3 성과에 가깝다.

40%의 MTF 품질 값을 취할 때, 우리는 제안된 방법이 최초의 시나리오 및 너무 작은 픽셀을 구현하지 않아도 되는 이득과 비교하여 2 ~ 3(200 ~ 300%)의 인자에 의해 픽셀 해상도를 개선시키는 것을 본다. 이는 진정으로 상당한 개선이다.

개념적으로 유사한 문제에 접근하지만 상이한 해법을 갖는 일부 공지된 시스템 설계가 있다.

예를 들어, 미국 특허 제6,169,287호는 전극 어레이에서 이웃하는 전극으로부터의 신호를 이용하여 공간, 에너지 및/또는 타이밍 정보를 획득하는 x-선 검출기 방법 및 장치에 관한 것이다. 검출기 및 상응하는 방법은 다수의 검출기 스트립을 갖는 것에 기초하고, 모든 x-선 입사에 대해서, 여러 스트립으로부터의 전류가 위치를 추론하는데 사용된다.

미국 특허 제7,009,183호는 감마선 검출기에 관한 것이고 검출기에서 여러 스트립으로부터의 결과에 기초하여 반응의 위치를 검출함을 언급하지만 그렇게 하기 위한 어떠한 특정 방법도 개시하지 않는다.

명백하게 대조적으로, 본 발명은 개별적인 검출기 요소(오직 하나의 스트립)로부터 신호를 조사하고 상이한 입사 위치에 대해 특징적인 응답을 모방하는 매치된 필터를 사용함으로써 매우 상이한 방식으로 신호를 분석한다. 상대적으로 높은 계수율을 갖는 응용에서, 여러 이벤트로부터 파일-업이 존재할 것이기 때문에 여러 스트립으로부터의 신호를 이용하는 것은 불가능하고, 수신기는 포화될 것이다. 해결책은 (동일한 스트립에 많은 입사에 대한 확률을 모방하기 위해) 훨씬 더 작은 스트립을 사용하는 것이 될 수 있지만, 구현 관점에서는 비현실적일 수 있다.

미국 특허 제7,208,740호는 PET 또는 SPECT 응용을 위한 3차원 방사선 검출기에 관한 것이다. 3차원 공간 해상도는 많은 작은 검출기 복셀을 갖고 그들 각각에서 신호를 검출함으로써 획득된다.

이는 그러나, 본 발명에 반대되는데, 여기에서 신호 처리는 검출기에서 반응의 위치를 결정, 특히 요구되는 복셀의 수를 낮게 유지하는데 사용된다. 너무 많은 복셀은 전력 소비를 상당히 증가시키고 제조 원가 또한 증가시킨다.

미국 특허 제7,692,155호는 검출된 신호의 시간 드리프트를 획득하고 연구함으로써 3차원의 위치-감응형 방사선 검출에 관한 것이다. 그들은 특징적인 지연 시간을 찾음으로써 시스템을 캘리브레이션하는데 중점을 둔다.

명백히 대조적으로, 본 발명은 위치를 검출하고 향상된 영상 처리를 위해 그것을 사용하는데 목적이 있다.

여기 기술된 방법 및 장치는 다양한 방법으로 결합되고 재구성될 수 있음을 이해할 것이다.

예를 들어, 실시예는 하드웨어로, 또는 적절한 처리 회로에 의한 실행을 위한 소프트웨어로, 또는 그 결합으로 구현될 수 있다.

여기 기술된 단계, 기능, 절차, 모듈 및/또는 블록은 범용 전자 회로 및 주문형 회로 모두를 포함하여, 개별 회로 또는 집적 회로 기술과 같은, 임의의 종래 기술을 사용하여 하드웨어로 구현될 수 있다.

특정 예는 하나 이상의 적절하게 설정된 디지털 신호 프로세서 및 기타 공지된 전자 회로, 예를 들어, 특수 기능을 수행하도록 상호 접속된 이산 논리 게이트 또는 주문형 집적회로(Application Specific Integrated Circuits: ASIC)를 포함한다. 아날로그와 디지털 처리 회로의 조합이 사용될 수 있음 또한 이해해야 한다.

대안적으로, 여기 기술된 단계, 기능, 절차, 모듈 및/또는 블록의 적어도 일부는 하나 이상의 프로세서 또는 처리 유닛과 같이 적절한 처리 회로에 의한 실행을 위한 컴퓨터 프로그램과 같은 소프트웨어로 구현될 수 있다.

처리 회로의 예는 하나 이상의 마이크로 프로세서, 하나 이상의 디지털 신호 프로세서(DSP), 하나 이상의 중앙 처리 장치(CPU), 가속 하드웨어 및/또는 하나 이상의 현장 프로그램 가능 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array: FPGA)나 하나 이상의 프로그램 가능 논리 제어 장치(Programmable Logic Controller: PLC) 와 같은 임의의 적절한 프로그램 가능한 논리 회로를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.

또한, 제안된 기술이 구현되는 임의의 종래 장치 또는 유닛의 일반적인 처리 능력을 재사용하는 것이 가능할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 기존 소프트웨어를 다시 프로그래밍하거나 새로운 소프트웨어 구성 요소를 추가함으로써, 기존 소프트웨어를 재사용할 수도 있다.

예로써, 제안된 기술은 이에 따라 도 2를 참조하여 아날로그 처리 회로(25), 디지털 처리 회로(40) 및/또는 컴퓨터(50)에서 구현될 수 있다.

도 29는 일 실시예에 따른 컴퓨터 구현의 예를 예시하는 개략도이다. 이 특정 예에서, 시스템(200)은 프로세서(210) 및 메모리(220)로 구성되고, 메모리는 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어로 구성됨으로써, 프로세서는 여기 기술된 단계 및/또는 동작을 수행하기 위해 작동한다. 명령어는 보통 컴퓨터 프로그램(225; 235)으로써 구성되고, 이는 메모리(220)에 미리 설정되거나 외부 메모리 장치(230)로부터 다운로드될 수 있다. 선택적으로, 시스템(200)은 입력 파라미터(들) 및/또는 결과 출력 파라미터(들)과 같은 관련 데이터의 입력 및/또는 출력을 가능하게 하기 위해 프로세서(들)(210) 및/또는 메모리(200)에 상호 연결될 수 있는 입력/출력 인터페이스(240)로 구성된다.

용어 '프로세서'는 일반적인 의미에서 특정 처리, 결정 또는 계산 작업을 수행하기 위해 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, 여기에 기술된 바와 같이 잘 정의된 처리 작업을 수행하도록 설정된다.

처리 회로는 오직 위에 기술된 단계, 기능, 절차 및/또는 블록을 실행하기 위해서 전용될 필요 없이, 기타의 작업 또한 실행할 수 있다.

제안된 기술은 또한 그러한 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터로 판독 가능한 매체(220; 230)로 구성되는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다.

예로써, 소프트웨어 또는 컴퓨터 프로그램(225; 235)은 보통 컴퓨터로 판독 가능한 매체(220; 230), 특히 비-휘발성 매체 상에 운반되거나 저장되는 컴퓨터 프로그램 제품으로써 실현될 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 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 DVD), 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 장치를 포함하여, 하나 이상의 분리형 또는 비-분리형 메모리 장치를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 따라서, 컴퓨터 프로그램은 그의 처리 회로에 의한 실행을 위하여 컴퓨터 또는 동등한 처리 장치의 동작 메모리에 로드될 수 있다.

여기에 제시된 흐름도는 하나 이상의 프로세서에 의해 수행될 때 컴퓨터 동작 흐름도로 간주될 수 있다. 상응하는 장치, 시스템 및/또는 기기는 기능 모듈의 그룹으로 정의될 수 있으며, 프로세서에 의해 수행되는 각각의 단계는 하나의 기능 모듈에 대응한다. 이 경우, 기능 모듈은 프로세서에서 작동하는 컴퓨터 프로그램으로 구현된다. 이런 이유로, 장치, 시스템 및/또는 기기는 대안적으로 기능 모듈의 그룹으로 정의될 수 있고, 기능 모듈은 적어도 하나의 프로세서에서 작동하는 컴퓨터 프로그램으로 구현된다.

따라서, 메모리에 존재하는 컴퓨터 프로그램은 프로세서에 의해 실행될 때, 여기 기술된 단계 및/또는 작업의 적어도 일부를 수행하도록 설정된 적절한 기능 모듈로서 구성될 수 있다.

대안적으로, 모듈은 대부분 하드웨어 모듈에 의해 또는 대안적으로 하드웨어에 의해 실현하는 것이 가능하다. 소프트웨어 대 하드웨어의 정도는 전적으로 구현 선택에 달려 있다.

위에 기술한 실시예는 단지 예로서 제시된 것이고, 제안된 기술은 이에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 통상의 기술자는 첨부된 특허 청구의 범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 상기 실시예에 대하여 다양한 변형, 결합 및 변경이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 특히, 기타 실시예에서의 상이한 부분적인 해결책은 기술적으로 가능할 경우 기타의 구성으로 결합될 수 있다.

Claims

광자 계수 x-선 검출기(20)의 개별적인 검출기 다이오드(22)에서 광자의 반응의 위치를 결정하는 방법으로서,
광자 반응에 응답하여 개별적인 검출기 다이오드에 의해 발생되는 펄스의 펄스 특징에 기초하여 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정하는 것(S1)을 특징으로 하는 광자의 반응의 위치를 결정하는 방법.
청구항 1에 있어서, 반응의 위치는 하나 이상의 매치된 필터에 기초하여 펄스의 신호 처리를 수행함으로써 결정되는 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정하는 단계(S1)는:
검출기 다이오드에서 광자 반응의 특정 위치 또는 서브-구역에 상응하는 특정 펄스 유형에 적합한 하나 이상의 매치된 필터를 적용함으로써 펄스의 신호 처리를 수행하는 단계, 및
매치된 필터가 적합한 특정 펄스 유형의 특정 위치 또는 서브-구역에 반응의 위치가 상응하는지 여부를 결정하기 위해, 매치된 필터의 필터링된 출력 신호에 기초하여 펄스가 펄스 유형에 매치하는지 여부를 식별하는 단계로 구성되는 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 반응의 위치는 검출기 다이오드에서 광자 반응의 상이한 위치 또는 서브-구역에 대한 특징적인 응답을 모방하도록 설정되는 둘 이상의 매치된 필터에 기초하여 펄스의 신호 처리를 수행함으로써 결정되는 방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정하는 단계(S1)는:
검출기 다이오드에서 광자 반응의 상이한 위치 또는 서브-구역에 상응하는 상이한 펄스 유형에 적합한 둘 이상의 매치된 필터를 적용함으로써 펄스의 신호 처리를 수행하는 단계, 및
매치된 필터의 필터링된 출력 신호에 기초하여 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 식별하는 단계로 구성되는 방법.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정하는 단계는 다이오드의 둘 이상의 상이한 서브-구역 중 하나에서 펄스의 펄스 특성에 기초하여 일어난 광자 반응을 식별하는 것으로 구성되는 방법.
청구항 6에 있어서, 검출기 다이오드(22)는 다이오드의 너비에 상응하는 두께를 갖고 둘 이상의 상이한 서브-구역은 다이오드의 상이한 너비 부분에 위치되는 방법.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, 둘 이상의 상이한 구역은 다이오드의 전면 또는 전면부 및 후면 또는 후면부로 구성되는 방법.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, 둘 이상의 상이한 구역은 다이오드의 전면 또는 전면부, 중간부 및 후면 또는 후면부로 구성되는 방법.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 반응의 위치는 검출기 다이오드의 음극면 또는 양극면에서 발생된 펄스의 펄스 특성으로부터 추정되는 방법.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 검출기 다이오드에서 반응의 위치는 펄스 진폭, 펄스 너비 및/또는 펄스 타이밍에 기초하여 결정되는 방법.
광자 계수 x-선 검출기(20)의 개별적인 검출기 다이오드(22)에서 광자의 반응의 위치를 결정하도록 설정된 장치(25; 40; 50; 200)로서,
장치는 광자 반응에 응답하여 개별적인 검출기 다이오드에 의해 발생된 펄스의 펄스 특성에 기초하여 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 12에 있어서, 장치(25; 40; 50; 200)는 반응의 위치를 결정하기 위해 하나 이상의 매치된 필터에 기초하여 펄스의 신호 처리를 수행하도록 설정되는 장치.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서, 장치(25; 40; 50; 200)는
검출기 다이오드에서 광자 반응의 특정 위치 또는 서브-구역에 상응하는 특정 펄스 유형에 적합한 하나 이상의 매치된 필터를 적용함으로써 펄스의 신호 처리를 수행하도록 설정되고,
매치된 필터가 적합한 특정 펄스 유형의 특정 위치 또는 서브-구역에 반응의 위치가 상응하는지 여부를 결정하기 위해, 매치된 필터의 필터링된 출력 신호에 기초하여 펄스가 펄스 유형에 매치하는지 여부를 식별하도록 설정되는 장치.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서, 장치(25; 40; 50; 200)는 검출기 다이오드에서 광자 반응의 상이한 위치 또는 서브-구역에 대한 특징적인 응답을 모방하도록 설정되는 둘 이상의 매치된 필터에 기초하여 펄스의 신호 처리를 수행하도록 설정된 장치.
청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 장치(25; 40; 50; 200)는
검출기 다이오드에서 광자 반응의 상이한 위치 또는 서브-구역에 상응하는 상이한 펄스 유형에 적합한 둘 이상의 매치된 필터를 적용함으로써 펄스의 신호 처리를 수행하도록 설정되고,
매치된 필터의 필터링된 출력 신호에 기초하여 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 식별하도록 설정되는 장치.
청구항 12 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 장치(25; 40; 50; 200)는 다이오드의 둘 이상의 상이한 서브-구역 중 하나에서 펄스의 펄스 특성에 기초하여 일어난 광자 반응을 식별함으로써 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정하도록 설정되는 장치.
청구항 17에 있어서, 검출기 다이오드(22)는 다이오드의 너비에 상응하는 두께를 갖고 둘 이상의 상이한 서브-구역은 다이오드의 상이한 너비 부분에 위치되는 장치.
청구항 17 또는 청구항 18에 있어서, 둘 이상의 상이한 구역은 다이오드의 전면 또는 전면부 및 후면 또는 후면부로 구성되는 장치.
청구항 17 또는 청구항 18에 있어서, 둘 이상의 상이한 구역은 다이오드의 전면 또는 전면부, 중간부 및 후면 또는 후면부로 구성되는 장치.
청구항 12 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서, 장치(25; 40; 50; 200)는 검출기 다이오드의 음극면 또는 양극면에서 발생되는 펄스의 펄스 특성으로부터 반응의 위치를 결정하도록 설정되는 장치.
청구항 12 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서, 장치(25; 40; 50; 200)는 펄스 진폭, 펄스 너비 및/또는 펄스 타이밍에 기초하여 검출기 다이오드에서 반응의 위치를 결정하도록 설정되는 장치.
청구항 12 내지 청구항 22 중 어느 한 항의 장치로 구성되는 x-선 검출기 시스템.
청구항 12 내지 청구항 22 중 어느 한 항의 장치로 구성되는 x-선 영상화 시스템.