KR20190137120A

KR20190137120A - 조정 가능한 역동시 시스템을 갖는 광자 계수 x-선 검출기 시스템

Info

Publication number: KR20190137120A
Application number: KR1020197032215A
Authority: KR
Inventors: 매츠 페르손; 매츠 다니엘슨; 쳉 쉬
Original assignee: 프리스매틱 센서즈 에이비
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-12-10
Also published as: IL269811A; IL280967A; US10422887B2; IL280967B; IL269811B; EP3607357B1; JP7167055B2; KR102470179B1; JP2020516874A; WO2018186785A1; US11002861B2; CN110494769B; US20190204456A1; EP3607357A1; CN110494769A; EP3607357A4; US20180292544A1

Abstract

다수의 광자 계수 채널(220) 및 하나 이상의 역동시 회로(230)로 구성되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템(200)이 제공되고, 각각의 역동시 회로는 둘 이상의 채널에 연결되고 연결된 채널에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정된다. x-선 검출기 시스템(200)은 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 상기 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 점진적으로 조정함으로써, 광자 계수 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 제어하도록 설정된 역동시 제어기(240)로 더 구성된다.

Description

조정 가능한 역동시 시스템을 갖는 광자 계수 x-선 검출기 시스템

본 발명은 일반적으로 x-선 영상화 및 x-선 검출기 시스템에 관한 것이고, 더 상세하게는 광자 계수 x-선 검출기 시스템, 광자 계수 x-선 검출기 시스템용 역동시(anti-coincidence) 시스템뿐만 아니라 그러한 역동시 시스템용 제어기 및 상응하는 컴퓨터 프로그램 제품에 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. x-선 검출기는 에너지 통합 검출기 및 광자 계수 검출기를 포함하여, 상이한 유형일 수 있다.

x-선 영상화 검출기의 성능은 보통 검출 양자 효율(detective quantum efficiency: DQE)을 이용하여 측정된다. DQE는 검출기에 대한 입력의 제곱의 신호 대 잡음 비로 나누어진, 즉 이상적인 검출기에 의해 측정될 수 있는 제곱의 신호 대 잡음 비로 나누어진 검출기 시스템으로부터의 출력에서 제곱의 신호 대 잡음으로서 정의된다. DQE는 영상의 공간 주파수의 함수이다. 더 높은 DQE는 측정된 영상에서 더 좋은 검출기 성능 및 더 적은 잡음에 상응한다.

광자 계수 x-선 영상화의 문제는 단일 광자가, 나중에 설명되겠지만, 때로는 또한 검출기 픽셀 또는 단순하게 픽셀로 불리우는, 하나 이상의 검출기 소자에서 카운트될 펄스를 유발한다는 것이다. 이는 일부의 메커니즘에 의해 유발될 수 있다. 하나의 그러한 메커니즘은 전하 공유이고, 여기에서 광자 반응에 의해 발생되는 전하 구름은 하나 이상의 전극에 의해 수집된다. 또 하나의 그러한 메커니즘은 컴프턴 산란(Compton scatter)이고, 이는 제 1 픽셀에서 에너지를 증착시키는 광자를 유발하여 제 2 픽셀에 전파하고 거기에서 더 많은 에너지를 증착시킨다. 더블 카운팅을 유발할 수 있는 세 번째 메커니즘은 형광이고 여기에서 제 1 픽셀에서 최초 x-선 광자 반응은 여기(excited) 상태에서 원자의 내부 전자 껍질을 떠나고, 이는 그 후 제 2 픽셀에 재흡수되는 형광 광자의 방출에 의해 하방 천이된다(de-excited). 이것은 이벤트의 분율이 두 번 카운트된 것을 의미하고, 이는 무작위로 일어나기 때문에, 그것은 검출기의 DQE를 분해함으로써, 증가된 영상 잡음을 제공한다. 또, 광자의 더블 카운팅은 영상의 블러링을 유발할 수 있고 에너지 해상도를 저하시킬 수 있다. 이에 따라 반응의 최초 픽셀에서 정확한 광자 에너지로, 각각의 광자를 오직 한 번만 등록하기 위한 것이 목적이다.

이러한 목적을 달성하기 위해서, x-선 검출기에서 역동시 논리를 구현하는 것이 이로울 수 있다. 이 역동시 논리는 동시적인 이벤트를 검출하고 동일한 광자에 의해 유발된 동시적인 펄스는 오직 한 번만 카운트된다. 그러한 규칙은 또 반응의 최초 위치 및 최초 광자 에너지를 추정하기 위해, 그들이 등록된 펄스 높이의 설정에 포함된 정보를 이용할 수 있도록 개선될 수 있다.

역동시 논리 규칙이 갖는 문제는 단일 광자에 의해 발생된 것과 같이, 시간적으로 부정확하게 서로 근처에 도달하는 두 개의 광자에 의해 발생된 펄스를 확인할 수 있다는 것이다. 이는 동일한 최초 광자에 의해 발생된 것과 같이 역동시 논리가 정확하게 두 개의 펄스를 식별할 때인 트루 동시(true coincidence)와는 대조적으로, 이른바 폴스 동시(false coincidence)라고 한다.

폴스 동시는 카운트의 손실을 유발하고 따라서 DQE를 분해하고 영상 잡음을 증가시킨다. 또, 폴스 동시는 동시적인 광자의 에너지가 함께 합산될 경우 에너지 정보를 왜곡할 수 있다. 폴스 동시의 확률이 충분히 클 경우, 폴스 동시의 유해한 영향이 광자 계수의 이득 보다 더 클 수 있다.

컴퓨터 단층촬영(CT)과 같은, 특정한 적용에서 광자 계수 검출기를 유용하게 하기 위해, 검출기는 그 적용에서 발생하는 계수율을 처리할 수 있어야 한다.

미국 특허 제6,559,453호는 x-선 영상화에서 조영 정보를 향상시키는 방법에 관한 것이고, 여기에서 광자로부터의 신호는 근접한 센서 소자 사이에서 전하 공유의 확률에 의해 영향을 받는 가중이 주어진다.

미국 특허 제7,214,944호는 높은 계수율에서 폴스 이벤트로부터 실제 이벤트를 식별 가능하게 만드는 대물렌즈로, 상이한 검출기 소자로부터 신호의 일시적인 오버랩을 비교하는 방사선 검출 장치에 관한 것이다.

미국 특허 제7,473,902호는 방사선 사진 촬영 방법에 관한 것이고 여기에서 경계의 픽셀 단위의 전하 펄스는 총 전하 펄스에 함께 추가된다.

미국 특허 제8,050,385호는 동시를 검출하는 장점이 폴스 더블 카운트를 부정확하게 제거하는 단점 보다 크도록 조절되어야 할 수도 있는 파라미터 및 문턱을 갖는 동시 검출 유닛에 관한 것이다.

미국 특허 제9,031,197호는 여러 주기 중 하나에 대한 펄스의 높이를 할당하고 근접한 화소에서 주기에 대한 할당의 조합을 분석함으로써, 전하 펄스의 트루 동시를 검출하는 방법에 관한 것이다.

2013년 공보 IEEE Transactions on Nuclear Science 60(6), pp. 4713-4718에서, T. Koenig 등의 "높은 Z 센서를 갖는 분광 X-선 검출기에서 전하 합계( Charge Summing in Spectroscopic X-Ray Detectors with High-Z Sensors)"는 근접한 픽셀에서 수집된 전하의 합계에 기초한 역동시 논리 구현에 관한 것이다. 이러한 역동시 논리는 낮은 광자 플럭스에서 입사하는 에너지 스펙트럼의 개선된 재구성을 제공하지만, 5ㆍ10⁶ 카운트/mm²ㆍs 이상인, 더 높은 플럭스에서 심각한 카운트 손실을 유발한다.

미국 특허 제9,207,332호는 낮은 플럭스 모드를 갖는 x-선 검출기에 관한 것이고 여기에서 신호가 비교기에 의해 디지털화되기 전에는 이웃하는 픽셀로부터 전하의 합계가 이루어지지 않지만, 이웃하는 픽셀에서 결과로 초래된 카운트는 디지털화 후에 함께 합산된다.

미국 특허 출원 제20160282476A1호는 두 개의 계수 모드를 갖는 x-선 검출기에 관한 것이고, 이는 처음에 제 1 계수 모드에서 제 1 계수를 측정하고, 이에 기초하여 계수 값은 제 2 계수 모드에서 제 2 계수 값을 측정한다.

그러나, 낮은 입사 광자 플럭스 및 높은 입사 광자 플럭스 모두에 대해 좋은 영상 품질을 제공하는 개선된 역동시 논리를 갖는 검출기에 대한 수요가 여전히 존재한다.

이에 따라 광자 계수 x-선 검출기 시스템에 대해 개선된 역동시 논리를 제공하는 것이 일반적인 목적이다.

광자 계수 x-선 검출기 시스템을 제공하는 것이 특정한 목적이다.

다른 목적은 광자 계수 x-선 검출기 시스템에 대해 역동시 시스템을 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 광자 계수 x-선 검출기 시스템의 역동시 시스템에 대해 제어기를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 상응하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공하는 것이다.

기타 목적은 제안된 기술의 실시예에 의해 충족된다.

제 1 양상에 따르면 다수의 광자 계수 채널 및 하나 이상의 역동시 회로로 구성되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템이 제공되고, 각각의 역동시 회로는 둘 이상의 채널에 연결되고 연결된 채널에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정된다. x-선 검출기 시스템은 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 상기 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 점진적으로 조정함으로써, 광자 계수 정보에 기초하여 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 제어하도록 설정된 역동시 제어기로 더 구성된다.

이러한 방법으로, 제안된 기술은 입사하는 광자 플럭스율과는 관계 없이 좋은 영상 품질을 제공한다. 발명자는 측정된 계수율에 기초한 역동시 회로(들)의 동작의 갑작스러운 변화가 x-선 영상에서 아티팩트를 유발할 수도 있고 증가하는 계수율에 따라 역동시 회로(들)의 동작의 점진적인 조정이 영상에서 그러한 아티팩트를 제거하거나 적어도 감소시키는 것을 인지해왔다.

특히, 제안된 기술은 증가하는 계수율에 따라 역동시 회로(들)의 영향을 점진적으로 제한하는 것, 예를 들어 평활한 계수율 특성을 제공하는 것을 가능하게 하고 그럼으로써 영상 아티팩트를 회피할 수 있다.

제 2 양상에 따르면 다수의 광자 계수 판독 채널을 갖는 광자 계수 x-선 검출기 시스템에 대한 역동시 시스템이 제공되고, 여기에서 역동시 시스템은 하나 이상의 역동시 회로로 구성되고, 각각의 역동시 회로는 둘 이상의 채널에 연결되고 연결된 채널에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정된다. 역동시 시스템은 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 상기 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 점진적으로 조정함으로써, 광자 계수 정보에 기초하여 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 제어하도록 설정된 역동시 제어기로 더 구성된다.

제 3 양상에 따르면 다수의 광자 계수 판독 채널을 갖는 광자 계수 x-선 검출기 시스템의 역동시 시스템을 위한 제어기가 제공되고, 여기에서 역동시 시스템은 하나 이상의 역동시 회로로 구성되고, 각각의 역동시 회로는 둘 이상의 채널에 연결되고 연결된 채널에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정된다. 제어기는 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 상기 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 점진적으로 조정함으로써, 광자 계수 정보에 기초하여 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 제어하도록 설정된다.

제 4 양상에 따르면 프로세서가 실행될 때, 다수의 광자 계수 판독 채널을 갖는 광자 계수 x-선 검출기 시스템의 역동시 시스템을 제어하기 위해 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터로 판독 가능한 매체로 구성되는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다. 역동시 시스템은 하나 이상의 역동시 회로로 구성되고, 각각의 역동시 회로는 둘 이상의 채널에 연결되고 연결된 채널에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정된다. 컴퓨터 프로그램은 명령어로 구성되고, 프로세서에 의해 실행될 때, 명령어는 프로세서로 하여금 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 상기 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 점진적으로 조정함으로써, 광자 계수 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 제어하도록 한다.

또 다른 양상에 따르면, 그러한 광자 계수 x-선 검출기 시스템으로 구성되는 x-선 영상화 시스템이 또한 제공된다.

기타 이점은 발명의 상세한 설명을 읽을 때 이해될 것이다.

실시예는 추가의 목적 및 그 이점과 함께, 첨부된 도면과 함께 다음의 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 것이다:
도 1은 전체적인 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.
더 4는 광자 계수 매커니즘의 예를 예시하는 개략도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 x-선 검출기의 개략도이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 예를 예시하는 개략도이다.
도 7은 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 예를 예시하는 개략도이다.
도 8은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 예를 예시하는 개략도이다.
도 9는 실시예에 따른 다수의 광자 계수 채널 및 하나 이상의 역동시 회로와 그에 관련된 역동시 제어기를 갖는 광자 계수 x-선 검출기 시스템의 예를 예시하는 개략도이다.
도 10은 광자 계수 x-선 검출기 시스템에서 구현된 역동시 시스템의 다른 예를 예시하는 개략도이다.
도 11A 내지 도 11C는 역동시 논리 유무 검출기 및 제안된 율(rate)-의존형 역동시 논리 검출기의 계수-율 특성의 예를 도시하는 개략적인 곡선도이다.
도 12는 실시예에 따른 컴퓨터 구현의 예를 예시하는 개략도이다.

도 1을 참조하여, 예시적인 전체의 x-선 영상화 시스템의 개요로 시작하는 것이 유용할 수 있다. 이 비제한적인 예에서, 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 수 있고 대상 또는 피사체 또는 그 일부를 통과했을지도 모를 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 연결된다.

도 2에 예시된 바와 같이, x-선 영상화 시스템(100)의 다른 예는 x-선을 방출하는 x-선 광원(10); x-선이 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 임시로 저장하거나, 필터링하는 것과 같은 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.

디지털 처리 회로(40) 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, CT 시스템의 일부로써, 예를 들어 CT 갠트리 내에 장착 가능하게 배치될 수 있다.

x-선 영상화 검출기에 대한 도전은 대상 또는 피사체의 영상에 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 흔히 디지털 영상을 제공한다.

현대의 x-선 검출기는 보통 입사하는 x-선을 전자로 변환시켜야 하고, 이는 전형적으로 광흡착(photo absorption)을 통해 또는 컴프턴 상호 작용(Compton interaction)을 통해 일어나며, 결과로 초래된 전자는 보통 그의 에너지가 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-정공 쌍(electron-hole pair)으로써 전하를 생성한다.

종래의 x-선 검출기는 에너지 통합형이고, 각각의 검출된 광자로부터 검출된 신호로의 기여도는 따라서 그의 에너지에 비례하고, 종래의 CT에서, 측정은 단일 에너지에 대해 획득된다. 종래의 CT 시스템에 의해 생산된 영상은 따라서 일정한 모습을 갖고, 여기에서 상이한 조직 및 물질은 일정 범위에서 전형적인 값으로 나타난다.

광자 계수 검출기는 또한 일부 응용에서 현실성 있는 대안으로써 나타났고, 현재 그러한 검출기는 주로 유방조영술에서 상업적으로 이용 가능하다. 광자 계수 검출기는 원칙적으로 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 의해 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 피사체 또는 대상의 상이한 물질 및/또는 구성 요소가 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. 마지막으로 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 10 배 낮은 플럭스율에서 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 가져온다. 또한, CdTe/CZT는 전하 트랩(trap)을 야기하는데, 이는 광자 플럭스가 일정 레벨 위에 도달할 때 아웃풋 계수율의 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 따라서 그의 낮은 정지력(stopping power)을 보완하기 위해 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 세그먼트(depth segment)로 나누는 것을 가능하게 하고, 이는 아래에서 설명될 것이다. 이는 결국 실리콘 기반의 광자 계수 검출기가 CT에서 높은 플럭스를 적절하게 처리하는 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 예상한 것 보다 훨씬 적은 전자-정공 쌍을 생산하여, 최초의 더 높은 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 저 에너지를 검출하는 것이 필요하다.

도 3은 세 개의 상이한 x-선 튜브 전압에 대한 에너지 스펙트럼의 예를 예시하는 개략도이다. 에너지 스펙트럼은 더 낮은 에너지 범위에서의 컴프턴 이벤트 및 더 높은 에너지 범위에서의 광전 흡수 이벤트를 포함하여, 상이한 유형의 반응의 혼합으로부터 증착된 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 또한 에너지 빈으로도 불리우는, 둘 또한 그 이상의 에너지 레벨에서 유입하는 방사선을 측정하는 에너지-판별 검출기를 이용하여, 광원 스위치를 빠르게 두 개의 상이한 방출 스펙트럼 사이에 둠으로써 달성될 수 있다.

다음에서, 에너지-판별 광자 계수 검출기의 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 드리프트하고(drift), 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 그의 값을 하나 또는 여러 문턱 값(Thr)과 비교함으로써 측정되고, 카운터가 도입되며 그에 의해 펄스가 문턱 값 보다 클 때 건수가 기록될 수 있다. 이러한 방법으로 일정 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 분류되며, 결국 에너지에 비례한다.

그러나, 임의의 전하증폭기에 내재된 문제는 전하 증폭기가 검출된 전류에 전자 잡음을 첨가할 것이라는 점이다. 실제 x-선 광자 대신에 잡음을 검출하는 것을 피하기 위해, 따라서 잡음 값이 문턱 값을 초과하는 횟수가 x-선 광자의 검출을 방해하지 않을 정도로 충분히 낮을 수 있도록 최저 문턱 값(Thr)을 충분히 높게 설정하는 것이 중요하다.

x-선 영상화 시스템의 방사선량의 감소에 주요한 장애물인 잡음 플로어 위에 최저 문턱을 설정함으로써, 전자 잡음은 상당히 감소될 수 있다.

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.

특히, 실리콘은 검출기 물질로서 높은 순도 및 전하 캐리어(전자-정공 쌍)의 생성에 요구되는 저 에너지 및 또한 이러한 전하 캐리어에 대한 높은 이동성과 같은 많은 이점을 갖는데, 이는 그것이 고율의 x-선에 대해서도 효과가 있을 것이라는 것을 의미한다.

실리콘이 갖는 주요 도전은 그것이 더 높은 에너지에 대해 효과적인 흡수재가 될 수 있도록 매우 두껍게 제작되어야 함을 의미하는, 그의 낮은 원자 번호 및 저밀도이다. 낮은 원자 번호는 또한 검출기에서 컴프턴 산란된 x-선 광자의 분율이 산란된 광자의 문제를 생성할 광-흡수된 광자에 대해 우세할 것이라는 것을 의미하는데, 이는 그들이 픽셀에서 잡음과 대등하게 될 검출기의 다른 픽셀에서 신호를 유도할 수 있기 때문이다. 그러나, 실리콘은 예를 들어 2000년 Proc. SPIE, Physics of Medical Imaging, vol. 3977, pp. 239-249 San Diego에서 M. Danielsson, H. Bornefalk, B. Cederstrom, V. Chmill, B. Hasegawa, M. Lundqvist, D. Nygren 및 T. Tabar에 의해 "디지털 유방조영술에 대한 선량-효과 시스템(Dose-efficient system for digital mammography)"에서 서술된 바와 같이, 더 낮은 에너지를 갖는 응용에서 성공적으로 사용되었다. 실리콘에 대한 낮은 흡수 효율의 문제를 극복하는 한 가지 방법은 간단하게 그것을 매우 두껍게 제조하는 것인데, 실리콘은 약 500 ㎛의 두께인 웨이퍼 내에서 생산되고 이들 웨이퍼는 x-선이 입사하는 에지-온이고 실리콘의 깊이는 요구될 경우 웨이퍼의 직경 정도가 될 수 있도록 배향될 수 있다.

고효율을 얻기에 충분한 실리콘 깊이를 만들기 위한 다른 방법은 1999년 Sherwood Parker의 미국 특허 제5,889,313호 "고체 상태 방사선 검출기를 위한 3차원 구조(Three dimensional architecture for solid state radiation detectors)"에서 지지되고, 이는 진보적인 방법이지만 그것이 상업적인 영상화 검출기에 사용되지 않은 이유가 될 수 있는 일부 비표준 생산 방법을 수반한다.

우리가 발견할 수 있는 x-선 검출기로서 에지-온 지오메트리에서 결정질 실리콘 스트립 검출기의 제 1 언급은 R. Nowotny에 의한 Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 226 (1984) 34-39 "의학에서 si-microstrip 검출기의 응용 및 구조적 분석(Application of Si-Microstrip-Detectors in Medicine and Structural Analysis)"이다. 그것은 주로 더 높은 컴프턴 산란의 분율 및 이에 관련된 문제로 인해, 실리콘이 컴퓨터 단층촬영과 같이 고 에너지에 대해서가 아니라 유방 영상화에 대해서와 같이 저 에너지에서 효과가 있을 것이다.

반도체 검출기의 에지-온 지오메트리는 또한 Robert Nelson의 미국 특허 제4,937,453호 "방사선 영상화를 위한 X-선 검출기(X-ray detector for radiographic imaging)", David Nygren의 미국 특허 제5,434,417호 "고해상도 에너지-민감성 디지털 X-선(High resolution energy-sensitive digital X-ray)" 및 Robert Nelson의 미국 특허 출원 공개 제2004/0251419호에서 제안된다. 미국 특허 출원 공개 제2004/0251419호에서, 에지-온 검출기는 이른바 컴프턴 영상화로 불리는데 사용되고, 여기에서 컴프턴 산란된 x-선의 에너지 및 방향은 최초의 x-선의 에너지의 추정치를 만들기 위해 측정된다. 컴프턴 영상화의 방법은 오랫동안 문헌에서 많이 논의되어 왔지만, 양전자 방출 단층촬영(Positron Emission Tomography)과 같이, x-선 영상화에 사용된 것 보다 높은 에너지에 주로 적용된다. 컴프턴 영상화는 본 발명에 관련되지 않는다.

S. Shoichi Yoshida, Takashi Ohsugi에 의한 논문, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 541 (2005) 412-420 "실리콘 스트립 검출기의 X-선 컴퓨터 단층촬영으로의 적용(Application of silicon strip detectors to X-ray computed tomography)"에서, 에지-온 개념의 구현이 서술된다. 이 구현에서 에지-온 실리콘 스트립 사이에 위치된 얇은 텅스텐 플레이트는 산란된 x-선의 배경을 축소시키고 저선량을 갖는 영상 콘트라스트를 개선시킨다. 그 구현은 R. Nowotny에 의해 Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 226 (1984) 34-39 "의학에서 si-microstrip 검출기의 응용 및 구조적 분석(Application of Si-Microstrip-Detectors in Medicine and Structural Analysis)"에서 제안된 것과 매우 유사하다.

여러 제안이 CdZnTe와 같은 하이(high)-Z 물질에 기초한 광자 계수 반도체 검출기에 대해 이루어졌고, 임상 영상은 또한 사진식(phototype) 검출기로 획득되었다. 이러한 물질이 갖는 결점은 생산량의 비용 및 경험의 부재이다.

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 있고, 여기에서 각각의 반도체 검출기 모듈은 유입하는 x-선에 에지-온 배향된 x-선 센서로 구성되고 x-선 센서에서 반응하는 x-선의 등록을 위해 통합된 회로에 연결된다.

반도체 검출기 모듈은 보통 반도체 검출기 모듈 중 적어도 일부 사이에서 통합되는 산란 방지 모듈을 제외하고, 거의 완벽한 기하학적 효율을 갖는 대개 임의의 크기의 완전한 검출기를 형성하기 위해 함께 타일링(tile)된다. 바람직하게, 각각의 산란 방지 모듈은 근접한 검출기 모듈에 도달하는 반도체 검출기 모듈의 대부분의 컴프턴 산란된 x-선을 방지하기 위해 비교적 무거운 물질의 포일을 포함한다.

도 5는 예시적인 실시예에 따른 X-선 검출기의 개략도이다. 이 예에서, x-선(C)을 방출하는 x-선 광원(B)을 갖는 X-선 검출기(A)의 개략도가 도시된다. 검출기(D)의 소자는 광원으로 돌아가는 것을 가리키고, 이에 따라 바람직하게 약간 만곡된 전체 배열 형태에 배치된다. 검출기의 두 가지 가능한 스캐닝 동작(E,F)이 표시된다. 각각의 스캐닝 동작에서 광원은 정지되거나 움직일 수 있고, (E)로 표시된 스캐닝 동작에서 x-선 광원 및 검출기는 사이에 위치된 대상 주위로 회전될 수 있다. (F)로 표시된 스캐닝 동작에서 검출기 및 광원은 대상에 대해 병진 이동 될 수 있고, 또는 대상이 움직일 수 있다. 또한 스캐닝 동작(E)에서 대상은 회전 중에 병진 이동될 수 있으며, 이른바 나선형 주사(spiral scanning)라고 한다. 예로써, CT 구현에 대해서, x-선 광원 및 검출기는 영상화될 대상 또는 피사체 주위로 회전하는 갠트리 내에 장착될 수 있다.

도 6은 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 예를 예시하는 개략도이다. 이는 검출기 소자 또는 픽셀(22)로 분리된 센서부(21)를 갖는 반도체 검출기 모듈의 예이고, 여기에서 각각의 검출기 소자 (또는 픽셀)는 보통 주요 구성 요소로서 전하 수집 전극을 갖는 다이오드에 기초한다. x-선은 반도체 센서의 에지를 통해 들어간다.

도 7은 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 예를 예시하는 개략도이다. 이 예에서, 반도체 센서부(21)는 다시 x-선이 에지를 통해 들어간다고 추정할 때, 깊이 방향으로 이른바 깊이 세그먼트(22)로 또한 분리된다.

보통, 검출기 소자는 검출기의 개별적인 x-선 감응형 서브 소자이다. 일반적으로, 광자 반응은 검출기 소자에서 일어나고 이에 따라 발생된 전하는 검출기 소자의 상응하는 전극에 의해 수집된다.

각각의 검출기 소자는 전형적으로 프레임의 시퀀스로서 입사하는 x-선 플럭스를 측정한다. 프레임은 이른바 프레임 시간으로 불리는, 특정 시간 주기 동안 측정된 데이터이다.

검출기 위상에 의존하여, 검출기 소자는 특히 검출기가 평면 패널 검출기일 때, 픽셀에 상응할 수 있다. 깊이 세그먼트 검출기는 다수의 검출기 스트립을 갖는 것으로 간주될 수 있고, 각각의 스트립은 다수의 깊이 세그먼트를 갖는다. 그러한 깊이 세그먼트 검출기에 대해서, 각각의 깊이 세그먼트는 특히 각각의 깊이 세그먼트가 그 자신의 개별적인 전하 수집 전극에 관련될 경우, 개별적인 검출기 소자로 간주될 수 있다.

깊이 세그먼트 검출기의 검출기 스트립은 보통 일반적인 평면 패널 검출기의 픽셀에 상응한다. 그러나, 깊이 세그먼트 검출기를 3차원의 픽셀 어레이로 간주하는 것 또한 가능하고, 여기에서 각각의 (때로는 복셀(voxel)로 언급되는) 픽셀은 개별적인 깊이 세그먼트/검출기 소자에 상응한다.

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 픽셀 또는 검출기 소자로부터 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 흡수재를 위치시킴으로써 측면에서 산란된 x-선으로부터 그것 역시 보호될 수 있다는 것을 의미한다.

도 8은 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.

제안된 기술은 일반적으로 광자 계수 정보에 기초하여 제어되는 역동시 논리를 갖는 광자 계수 검출기 시스템에 관한 것이고, 여기에서 결과적인 계수 측정은 인풋 계수율의 평활하게 변화하는 함수이다.

발명자는 폴스 동시의 확률이 더 높은 입사하는 광자 플럭스에 상응하여, 증가하는 계수율에 따라 증가한다는 것을 인지했다. 폴스 동시의 확률은 또한 역동시 논리의 범위에서 증가하고, 여기에서 범위는 동일한 최초 광자에 속함으로써 두 픽셀의 펄스를 확인하기 위해 역동시 논리를 허용하는 픽셀 사이의 최대 거리로써 정의된다.

제안된 기술은 다수의 광자 계수 판독 채널로 구성되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템에 관한 것이고, 둘 이상의 채널은 연결된 채널에서 동시 이벤트를 검출하도록 설정된 조정 가능한 역동시 시스템에 연결되고, 역동시 논리의 동작은 광자 계수 정보에 기초하여 조정되거나 제어되며, 여기에서 검출기 시스템의 아웃풋은 인풋 계수율의 평활하게 변화하는 함수이다.

역동시 시스템은 때로는 역동시 논리 또는 역동시 회로로 불리운다.

예로써, 역동시 시스템의 동작은 광자 계수 정보에 의존하여 달라질 수 있다. 다시 말하면, 역동시 시스템은 광자 계수 정보에 의존하여 상이하게 동작하도록 설정될 수 있다.

예를 들어, 동작은, 예를 들어 측정되거나 추정된 광자 계수율에 기초하여 또는 소정의 시간 주기 동안 계수의 수에 기초하여, 광자 플럭스율에 대해 조정될 수 있다.

다시 말하면, 광자 계수 정보는 추정된 광자 계수율을 나타내는 정보 및/또는 소정의 시간 주기 동안 계수의 수를 나타내는 정보를 포함할 수 있다.

특정 예에서, 역동시 시스템의 동작은 유입하는 상이한 광자 플럭스율을 상이하게 처리할 수 있도록 광자 계수 정보에 의존하여 조정된다. 이러한 방식으로, 율(rate)-조정 가능한 역동시 시스템이 획득된다.

특정 예에서, 역동시 시스템은 광자 계수 정보에 기초하여 선택적으로 활성화 및/또는 비활성화될 수 있다.

예를 들어, 역동시 논리는 낮은 계수율에서 활성화될 수 있고 더 높은 계수율에서 비활성화될 수 있다. 이러한 방식으로, 역동시 논리가 활성화될 수 있고 폴스 동시를 등록할 확률이 낮은, 낮은 계수율에서 개선된 DQE를 제공할 수 있다. 높은 계수율에서, ACL은 불활성화/정지/비활성화될 수 있고 따라서 폴스 동시로 인한 카운트 손실을 유발하지 않거나 에너지 해상도를 저하시키지 않는다. 높은 계수율에서, 더블 카운팅은 역동시 논리가 이용되지 않기 때문에 DQE를 어느 정도 저하시킨다. 그러나, 이러한 DQE 손실은 사소하고 역동시 논리가 활성화되었을 경우 카운트 손실에 의해 유발될 수 있는 심각한 저하 보다 낫다. 재구성된 영상의 잡음 레벨에서 DQE의 저하는 CT 영상에서 잡음 레벨은 가장 잡음이 심한 투영선, 즉 가장 낮은 광자 계수율을 갖는 투영선에 의해 두드러지기 때문에, 일반적으로 재구성된 영상의 품질에 사소한 영향만 미친다. 높은 계수율에서 DQE의 저하는 따라서 영상 잡음에 지배적인 기여를 미치지 않는다.

발명자는 활성화로부터 비활성화 역동시 논리로의 갑작스러운 전이는 아웃풋 계수율이 이후 특정 인풋 계수율에서 갑작스럽게 변하기 때문에, 영상에 아티팩트를 유발할 수 있고, 재구성된 영상에 갑작스러운 에지 또는 스트리크(streak)를 유발할 수 있다는 것을 더 인지했다. 예로써, 역동시 시스템은, 나중에 예시되겠지만, 따라서 높은 또는 증가하는 계수율에서 점진적으로 비활성화될 수 있다. 다시 말하면, 증가하는 계수율에 따라 활성화로부터 비활성화 역동시 논리로의 전이는 점진적일 수 있다.

특정 예에서, 역동시 시스템은 다수의 깊이 세그먼트를 갖는 검출기에서 구현될 수 있다.

예를 들어, 고려된 검출기 픽셀의 하나의 깊이 세그먼트에서 ACL의 동작은 검출기 픽셀의 다른 깊이 세그먼트에서 계수 정보 및/또는 검출기 픽셀의 하나 이상의 깊이 세그먼트에서 계수 정보에 의존하여 조정될 수 있다.

도 9는 실시예에 따른 다수의 광자 계수 채널 및 하나 이상의 역동시 회로와 그에 관련된 역동시 제어기를 갖는 광자 계수 x-선 검출기 시스템의 예를 예시하는 개략도이다.

이 예에서, 광자 계수 x-선 검출기 시스템(200)은 다수의 광자 계수 채널(220) 및 하나 이상의 역동시 회로(230)로 구성되고, 각각의 역동시 회로는 둘 이상의 채널에 연결되고 연결된 채널에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정된다. x-선 검출기 시스템은 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)의 동작을 점진적으로 조정함으로써 광자 계수 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)의 동작을 제어하도록 설정된 역동시 제어기(240)로 더 구성된다.

보통, 각각의 광자 계수 채널(220)은 상응하는 검출기 소자(210)에 연결될 수 있고, 각각의 검출기 소자는 전형적으로 전하 수집 전극을 갖는다.

예로써, 역동시 제어기(240)는 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 역동시 회로(들)를 점진적으로 비활성화되게 함으로써, 상기 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 제어하도록 설정될 수 있다.

예를 들어, 역동시 제어기는 문턱 계수율에서 시작하여 제 2 문턱 계수율에서 비활성화된 상태에 도달하는, 증가하는 계수율에 따라 역동시 회로(들)를 점진적으로 비활성화하도록 설정될 수 있다.

특정 예에서, 역동시 회로는 펄스 형상 및 발생 시간과 관련된 일련의 규칙 및/또는 세팅에 기초하여 연결된 채널에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정될 수 있고, 여기에서 일련의 규칙 및/또는 세팅은 증가하는 계수율에 따라 점진적으로 조정된다.

예를 들어, 역동시 제어기는 계수율 특성을 평활 함수로 만들기 위해 증가하는 계수율에 따라 일련의 규칙 및/또는 세팅을 점진적으로 조정하도록 설정될 수 있다.

예로써, 역동시 제어기는 역동시 회로가 증가하는 계수율에 따라 비활성화되는 동안 시간의 분율을 점진적으로 증가시키도록 설정될 수 있다.

예를 들어, 역동시 제어기는 역동시 회로가 프레임마다 또는 프레임 세트마다 비활성화되는 동안 시간의 분율을 점진적으로 증가시키도록 설정될 수 있다.

특정 예에서, 상기 하나 이상의 역동시 회로는 하나 이상의 프레임의 적어도 일부 중 하나 이상의 채널에서 활성화될 수 있고, 및/또는 상기 하나 이상의 역동시 회로는 하나 이상의 프레임의 적어도 하나의 채널에서 비활성화될 수 있다.

선택적으로, 역동시 제어기는 증가하는 계수율에 따라, 역동시 회로(들)가 이벤트를 동일한 광자로부터 비롯된 것으로 간주하는 것을 허용하는 이벤트 사이에서 최대 시간 분리를 점진적으로 감소시키도록 설정될 수 있다.

대안적으로, 또는 보완으로써, 역동시 제어기는 증가하는 계수율에 따라 역동시 회로(들)에 의해 처리된 이벤트의 분율이 점진적으로 낮아지도록 설정될 수 있다.

특정 예에서, 역동시 제어기는 증가하는 계수율에 따라 역동시 회로의 이웃하는 범위를 점진적으로 감소시키도록 설정된다.

예로써, x-선 검출기 시스템은 다수의 검출기 소자로 구성되고, 각각의 검출기 소자는 상응하는 광자 계수 채널에 연결되고, 이웃하는 범위는 역동시 회로의 연결된 채널에 관련되는 검출기 소자 사이에서 최대 허용된 거리를 정의한다.

제로 거리는 역동시 회로의 연결된 채널에 관련된 검출기 소자가 서로 근접한, 이른바 가장 가까운 이웃임을 암시한다. 하나의 거리는 검출기 소자 또는 채널이 사이에 하나의 검출기 요소 등을 갖는, 두 번째로 가까운 이웃임을 의미한다.

선택적으로, 역동시 제어기는 증가하는 계수율에 따라 증착된 총 광자 에너지의 추정을 점진적으로 변경하도록 설정될 수 있다.

예로써, x-선 검출기 시스템(200)은 다수의 검출기 소자(210)로 구성될 수 있고, 각각의 검출기 소자는 상응하는 광자 계수 채널에 연결된다.

특정 예에서, x-선 검출기 시스템은 깊이-세그먼트된, 에지-온 x-선 검출기에 기초할 수 있고, 각각의 검출기 스트립은 두 개 이상의 깊이 세그먼트로 세분되고, 각각의 깊이 세그먼트는 개별적인 검출기 소자로서 설정된다.

예를 들어, 하나 이상의 검출기 스트립의 하나 이상의 깊이 세그먼트에 연결되는 제 1 역동시 회로는, 광자 계수 정보에 기초하여, 동일한 검출기 스트립에서 하나 이상의 다른 깊이 세그먼트에 연결되는 제 2 역동시 회로와 상이하게 동작하도록 설정될 수 있다.

선택적으로, 하나 이상의 검출기 스트립의 하나 이상의 깊이 세그먼트에 대한 역동시 회로의 동작은 동일한 검출기 스트립에서 하나 이상의 다른 깊이 세그먼트의 광자 계수 정보에 기초하여 및/또는 동일한 검출기 스트립에 속하는 다수의 깊이 세그먼트의 광자 계수 정보에 기초하여 조정되거나 제어될 수 있다.

예로써, 광자 계수 정보는 추정된 광자 계수율을 나타내는 정보 및/또는 소정의 시간 주기 동안 계수의 수를 나타내는 정보를 포함할 수 있다.

예를 들어, 광자 계수 정보는 하나 이상의 계수율 파라미터에 기초할 수 있고, 계수율 파라미터는 하나 이상의 채널에서 이전에 측정된 계수로부터 산출된다.

특정 예에서, 역동시 제어기(240)는 연결된 채널로부터 분리된 하나 이상의 다른 채널과 관련 있는 광자 계수 정보에 기초하여 다수의 연결된 채널에 대한 역동시 회로의 동작을 점진적으로 조정하도록 설정된다.

바람직하게, 상기 하나 이상의 역동시 회로는 최초 광자 반응의 채널을 확인하고 및/또는 최초 광자의 총 에너지를 추정하도록 설정될 수 있다.

제안된 기술은 또한 다수의 광자 계수 판독 채널(220)을 갖는 광자 계수 x-선 검출기 시스템(200)을 위한 역동시 시스템(250)에 관한 것이다. 역동시 시스템(250)은 하나 이상의 역동시 회로(230)로 구성되고, 각각의 역동시 회로는 둘 이상의 채널에 연결되고 연결된 채널에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정된다. 역동시 시스템(250)은 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 상기 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 점진적으로 조정함으로써 광자 계수 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)의 동작을 제어하도록 설정된 역동시 제어기(240)로 더 구성된다.

다른 양상에서, 제안된 기술은 또한 다수의 광자 계수 판독 채널(220)을 갖는 광자 계수 x-선 검출기 시스템의 역동시 시스템(250)을 위한 제어기(240)에 관한 것이다. 역동시 시스템(250)은 하나 이상의 역동시 회로(230)로 구성되고, 각각의 역동시 회로는 둘 이상의 채널에 연결되고 연결된 채널에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정된다. 제어기(240)는 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 상기 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 점진적으로 조정함으로써, 광자 계수 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)의 동작을 제어하도록 설정된다.

특정 양상의 더 나은 이해를 위해서, 제안된 기술은 이제 특정한, 비제한적 예를 참조하여 기술될 것이다.

도 10은 광자 계수 x-선 검출기 시스템에서 구현된 역동시 시스템의 다른 예를 예시하는 개략도이다.

각각의 아날로그 인풋 신호 채널에서 신호 값은 신호 레벨을 미리 정해진 전압 문턱 세트에 비교하는 하나 이상의 비교기와 비교된다. 하나의 아날로그 인풋 채널에 속하는 비교기(들) 세트로부터의 디지털 아웃풋 신호는 우선 순위 디코더로 전송되고, 디코더는 비교기 트리거 신호 세트를 가장 높은 문턱에 상응하는 트리거하는 비교기의 수를 포함하는 디지털 값으로 변환한다. 결과는 비교기 문턱 레벨에 대한 펄스의 높이를 나타내는 디지털 값이고, 펄스 높이 값으로 언급될 것이다.

우선 순위 디코더로부터의 펄스 높이 값은 동시적인 펄스를 검출하고 보정할 목적으로 역동시 회로에 전송된다. 본 발명의 일 실시예에서, 역동시 논리는 1차원 구현에 사용된다. 이 경우, 이웃하는 검출기 채널의 모든 쌍에 대해, 역동시 회로가 제공되고, 이는 검출기 채널의 상기 쌍에서 양 채널로부터 아웃풋 펄스 높이 값을 수신한다. 여기서 그리고 이제부터, "이웃하는 채널"은 서로 다음에 위치되는 검출기 소자에 연결되는 채널을 언급하지만, 또한 두 번째로 가까운 이웃과 같이 서로 근접하지는 않지만 동일한 근처에 위치될 수 있다.

일반적으로, 광자 반응은 검출기 소자에서 일어나고 이에 따라 발생한 전하는 검출기 요소의 상응하는 전극(들)에 의해 수집된다. 보통, 검출기 요소는 상응하는 전극(들)을 갖는 검출기 다이오드에 의해 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 역동시 회로는 미리 설정된 시간 창(time window) 세팅으로 프로그램되고, 두 펄스가 이러한 시간 지연 보다 적거나 동일한 시간 차를 갖는 두 이웃하는 채널에 도달할 경우를 검출한다. 펄스 높이 값 및 펄스의 상대적 타이밍과 같은, 두 채널로부터 인풋 신호에 포함된 정보를 사용하여, 역동시 회로는 검출된 펄스가 동일한 최초의 입사하는 광자로부터 비롯된 것인지 여부를 결정한다. 펄스가 동일한 광자로부터 비롯된 것으로 확인될 경우, 역동시 회로는 두 이웃하는 채널 중 하나에 이벤트를 할당하고 광자에 의해 증착된 총 에너지에 상응하는 펄스 높이를 추정한다. 그러한 보정은 두 개의 인풋 신호: 각각의 두 이웃하는 채널에서 펄스 높이 신호, 및 하나의 아웃풋 신호: 총 에너지에 상응하는 추정된 펄스 높이 신호;를 갖는 룩-업 테이블 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 보정은, 예를 들어 아웃풋 신호가 인풋 신호의 합이 되게 함으로써, 아웃풋 신호와 인풋 신호를 연관시키는 수학적 표현의 형태를 취할 수 있다.

역동시 회로는 이벤트가 트루 또는 폴스 동시인지 여부, 즉 검출된 펄스가 동일한 광자로부터 비롯된 것인지 여부를 결정하기 위해, 일련의 규칙 및/또는 세팅을 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 규칙 및/또는 세팅은 합이 한도 보다 작을 경우 트루 동시로서 및 그렇지 않을 경우 폴스 동시로서 분류하여, 두 펄스 높이의 합을 미리 정해진 한도와 비교하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 이러한 규칙은 두 검출된 펄스의 도달 시간 및 펄스 높이를 비교하여 더 큰 펄스 높이를 갖는 펄스가 더 작은 높이를 갖는 펄스 보다 먼저 도달할 경우 이벤트를 폴스 동시로서 분류하고, 및 그렇지 않을 경우 그것을 트루 동시로서 분류하는 것을 포함할 수 있다. 역동시 회로는 또한 반응을 채널에 할당하기 위해 일련의 규칙을 이용할 수 있고, 여기에서 최초 반응이 일어난 것으로 추정된다. 일 실시예에서, 이러한 규칙은 이벤트를 가장 큰 펄스 높이가 검출되었던 채널에 할당하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 규칙은 이벤트를 펄스가 가장 먼저 도달한 채널에 할당하는 것을 포함할 수 있다.

또, 각각의 인풋 신호 채널에 대해 하나 또는 그 이상의 카운터를 포함하는 카운터 뱅크가 있다. 그 신호 채널에 대한 펄스 높이 신호는, 채널이 속하는 두 이웃 쌍의 역동시 회로에서의 아웃풋 신호와 함께, 카운터 뱅크로 전송된다. 이러한 신호에 기초하여, 카운터 뱅크에서 하나 또는 그 이상의 카운터가 증가된다. 바람직한 실시예에서, 모든 비교기에 대해 동시적인 이벤트가 없을 경우, 상기 비교기의 문턱 레벨과 증가하는 문턱 순으로 다음의 비교기의 문턱 레벨 사이에서 펄스 높이를 갖는 채널의 입사하는 펄스의 수를 카운트하는 카운터 뱅크에 카운터가 있다. 이웃하는 채널에서 검출된 동시적인 이벤트가 있는 경우, 역동시 회로의 아웃풋은 그에 맞춰 수정됨으로써, 오직 하나의 카운터가 모든 등록된 광자에 대해 증가되고 증가된 카운터는 추정된 총 증착된 광자 에너지에 상응하는 것이 된다. 특히, 두 이웃하는 채널에 동시적인 펄스가 도달함에 따라, 이벤트는 채널 중 하나, 즉 이들 두 채널에 상응하는 역동시 회로에 의해 이벤트가 할당되는 채널에 등록될 것이다. 또한, 논리의 아웃풋, 예를 들어 룩-업 테이블은, 그 채널의 카운터 뱅크에서 증가되는 카운터의 수를 제공한다.

상기 기술은 전형적으로 역동시 보정이 1차원에서 수행되는 구현에 관한 것이다. 그러한 구현은 전하 공유 및 검출기 소자 사이에서 크로스 톡(cross-talk)을 유발하는 기타 효과가 대부분 1차원에서 일어나는 검출기 설계에서 유용하다. 그러한 검출기의 예는 빔의 방향을 향해 에지가 배향된 실리콘 스트립 검출기를 포함한다. 그러한 검출기에서, 전하-공유는 깊이 세그먼트 길이가 전하 캐리어 클라우드 크기와 비교하여 클 경우, 검출기가 깊이 세그먼트 되더라도 대부분 1차원에서 일어날 수 있다. 이 경우, 역동시 회로는 동일한 깊이 세그먼트 레벨에서 이웃하는 검출기 소자 사이에 포함된다. 역동시 논리는 또한 공통의 픽셀 경계를 공유하는 이웃하는 임의의/모든 픽셀의 쌍 사이에 역동시 회로를 포함함으로써 2차원의 지오메트리에서 구현될 수 있다.

역동시 논리는 또한, 예를 들어 공통의 코너를 공유하는 픽셀 사이에, 및 잠재적으로 또한 더 이격되어 분리된 픽셀 사이에 역동시 회로를 또한 포함함으로써, 다른 방식으로 구현될 수 있다. 유사한 방식 역시, 모든 3차원의 이웃하는/근접한 검출기 소자 사이에서 역동시 회로를 구현함으로써, 깊이-세그먼트된 검출기와 같은, 3차원 픽셀 어레이에서 구현될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 역동시 회로는 셋 또는 그 이상의 채널로부터 펄스 높이 신호를 수신할 수 있고, 그럼으로써 셋 또는 그 이상의 채널에서 동시에 발생하는 이벤트가 검출될 수 있고 보정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 역동시 회로는, 사이에 우선 순위 디코더 없이, 비교기 아웃풋 신호에 직접적으로 연결된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 역동시 논리는 역동시 회로가 아날로그 신호를 직접적으로 인풋으로서 이용하는 방식으로 구현된다. 이는 역동시 회로가 펄스를 검출하는 상이한 채널의 펄스 높이의 합으로 총 펄스 높이를 산출하기 위해 아날로그 가산 회로를 이용하게 한다.

본 발명의 일 양상에서, 검출기 논리는 각각의 프레임에서 계수율을 감지하고 하나 또는 그 이상의 계수 정보 파라미터의 함수로 역동시 논리의 동작을 조정하는 역동시 제어 유닛을 포함한다. 그러한 계수 정보 파라미터는 각각의 판독 채널에 대해 개별적이거나 다수의 판독 채널에 대해 공통적일 수 있고, 여기에서 후자의 경우 영향을 받은 모든 판독 채널의 총 계수는 역동시 논리의 동작을 제어하기 위해 이용될 수 있다.

검출기에 의해 측정된 아웃풋 계수는 프레임 시간으로 나누어진 프레임 당 등록된 계수의 수이다. 이는 인풋 계수율, 즉 검출기 물질에서 실제 반응률과 상이할 수 있다. 광자 계수 검출기에서 인풋 계수율의 기대 값과 아웃풋 계수율의 기대 값 간의 관계는 계수-율 특성으로 언급된다. 용어 "기대 값(expectation value)"은 여기서 확률론의 의미로 사용되는데, 즉 인풋 및 아웃풋 계수율은 확률 변수로 여겨진다. 파일-업의 존재에서, 계수-율 특성은 비선형(non-linear)이다.

도 11A는 역동시 논리 유무 검출기 검출기에 대한 계수율 특성을 도시한다. 역동시 논리는 동시적인 계수를 제거함으로써 계수율을 감소시키고 따라서 소정의 인풋 계수율에 대한 아웃풋 계수율을 감소시킨다.

역동시 논리가, 특정 계수율에서, 갑자기 비활성화된 경우, 도 11B에 도시된 바와 같이, 계수율 특성은 불연속적일 것이다. 상기 계수율에서, 인풋-아웃풋 특성은 역동시 논리를 갖는 검출기에 적용되는 더 낮은 곡선으로부터 역동시 논리가 없는 검출기에 적용되는 더 높은 곡선까지 튀어오른다. 검출기 응답에서 그러한 빠른 변화는 영상에 아티팩트를 유발할 수 있다.

아티팩트를 감소시키기 위해, 평활하게 변화하는 계수율 특성을 갖는 것이 바람직하다. 일반적으로, 검출기에 의해 측정되는 모든 계수 값은 인풋 계수율의 평활하게 변화하는 함수인 것이 바람직하다. 이와 관련해서, 평활 함수, 또는 평활하게 변화하는 함수는, 그의 아웃풋 변수가, 의도된 적용에 대하여, 인풋 변수에 따라 너무 빠르게 변화하지 않는 함수이다. 평활하게 되는 함수를 위한 요건은 이에 따라 상이한 적용에서 상이할 수 있다.

예로써, 계수율 특성은 그것이 연속 함수일 경우 평활로서 간주될 수 있다. 다른 예에서, 계수율 특성은 그것이 미분가능 함수일 경우 평활로서 간주될 수 있다. 또 다른 예에서, 계수율 특성은 불연속성이 영상에서 가시적인 아티팩트를 제공하기에 충분하지 않을 정도로 적다면, 다수의 포인트에서 불연속일 경우 평활로서 간주될 수 있다.

본 발명의 특정 예에서, 계수율의 범위 내에서 점진적으로 역동시 논리를 비활성화시키는 방법이 제공된다. 더 명확하게, 역동시 논리에 의해 제거된 동시적인 이벤트의 분율은 계수율이 증가함에 따라 점진적으로 0(zero)까지 감소됨으로써, 그의 인풋-아웃풋 계수율 특성이 평활한 검출기를 획득한다.

그러한 계수율 특성의 예가 도 11C에 도시된다. 예시적인 실시예에서, 역동시 논리는 제 1 문턱 계수율 m₁ 보다 낮은 아웃풋 계수율에 대한 각각의 프레임 전체 중 활성화된다. 제 1 문턱 계수율 m₁ 보다 높고 제 2 문턱 계수율 m₂ 보다 낮은 아웃풋 계수율에 대해서, 역동시 논리는 각각의 프레임의 일부 중 비활성화되고 프레임의 나머지 중 활성화된다. 아웃풋 계수율 m₁과 m₂ 사이에서, 역동시 논리가 비활성화되는 동안 각각의 프레임의 분율은 아웃풋 계수율의 증가하는 함수이다. 이 예에서, 제 2 문턱 계수율 m₂ 보다 큰 계수율에 대해서, 역동시 논리는 비활성화된 상태로 변함 없이 유지된다.

미국 특허 제9,207,332호는 두 개의 모드를 갖는 특화된 검출기 구성에 관한 것이고, 한 모드에서는 전하가 디지털화 전에 합산되고 또 한 모드에서는 계수가 디지털화 후에 합산된다.

미국 특허 출원 제2016/0282476호는 두 개의 계수 모드를 갖는 x-선 검출기에 관한 것이고, 제 1 계수 모드에서 제 1 계수 측정은 제 2 계수 모드에서 제 2 계수 측정을 위해 이용된다.

선행 기술의 이들 두 예 중 어느 것도 증가하는 계수율에 따라 점진적으로 비활성화되는 역동시 시스템을 개시하지 않는다. 또한, 선행 기술의 이들 두 예 중 어느 것도 된 검출기로 특정한 이용에 대해 조정될 수 있는 역동시 논리를 개시하지 않는다.

본 발명의 다른 실시예에서, 역동시 논리는 아웃풋 계수율 m의 수학적 함수 f(m)으로 주어진 프레임의 분율 f 중 비활성화될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이러한 함수는 평활하고 단조롭게 0에서 1까지 증가하는, 예를 들어

이 될 수 있고, 여기에서

는 문턱 아웃풋 계수율이고

는 전이 평활도(transition smoothness)를 제어하는 파라미터이다. 다른 실시예에서 함수 f(m)은 모든 계수율에 대해 f ₁ 및 f ₂ 사이에서 값을 추정할 수 있고, 여기에서 조건 f ₁ > 0과 f ₂ < 1 중 하나 또는 모두 트루일 수 있어서, 역동시 논리는 모든 계수율에 대해 프레임 시간의 일부 중 활성화되거나, 계수율의 일부 중 항상 비활성화되거나, 또는 둘 다이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 역동시 논리는 획득된 프레임의 부분 집합 중 활성화되고 다른 프레임 중 비활성화되며, 여기에서 상기 프레임의 부분 집합은 계수율에 의존한다. 예를 들어, 역동시 논리는 낮은 계수율에서 모든 프레임 중 활성화될 수 있고, 중간 계수율에서 모든 제 2 프레임 중 활성화될 수 있으며, 높은 계수율에서 모든 프레임 중 비활성화될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 측정된 계수율은 역동시 논리를 제어하는데 이용되기 전에 일부 프레임에 대해 평균을 낸다. 이는 가장 최근 획득된 프레임의 특정 수의 이동 평균을 연속적으로 산출함으로써 구현될 수 있다. 이러한 이동 평균은 언제 역동시 논리가 활성화되어야 하고 언제 그것이 비활성화되어야 하는지 결정하기 위해 역동시 논리 제어 회로에 의해 인풋으로서 취급된다. 이러한 방식으로 역동시 논리에서 측정된 계수율의 통계적인 변동의 효과가 감소된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 그 역동시 회로에서 검출된 트루 동시의 수를 카운트하는 각각의 역동시 회로를 위해 카운터가 제공된다. 한 번 상기 카운터가 특정 문턱 값에 도달하면, 그것이 더 이상 동시적인 이벤트를 보정하지 않도록 상기 역동시 논리 쌍은 비활성화된다. 각각의 프레임의 시작과 함께, 카운터가 문턱 값에 도달할 때까지 역동시 회로가 다시 활성화되도록 카운터가 리셋된다. 이러한 방식으로, 역동시 논리는 낮은 계수율에 대한 전체 프레임에 대해 활성화할 것이지만 오직 높은 계수율에 대한 프레임의 분율 동안일 것이다. 문턱은 고정된 미리 프로그램된 값 또는 입사하는 계수율의 함수가 될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 역동시는 특정 확률을 갖는 무작위 추출에 의존하여, 각각의 이벤트를 처리하거나 처리하지 않을 수 있고, 여기에서 상기 확률은 계수율 또는 특정 시간 주기 내에 먼저 등록된 계수의 수와 같은 광자 계수 정보와 함께 변화된다.

본 발명의 다른 양상에서, 역동시 논리 회로가 그들을 동일한 광자에서 비롯되는 것으로 간주하도록 하는 이벤트 사이에서 최대 시간 분리를 결정하는, 역동시 논리의 시간 창 길이는, 측정된 입사하는 계수율에 의존하여 변화된다. 본 발명의 일 실시예에서, 시간 창 길이는 m₁ 보다 작은 아웃풋 계수율에 대한 제 1 값 t ₁ 및 m₂ 보다 큰 아웃풋 계수율에 대한 제 2 값 t ₂와 동일하다. m₁과 m₂ 사이에서 시간 창은 각각의 프레임의 분율 f에 대해 t ₁과 동일하고 각각의 프레임의 나머지에 대해 t ₂와 동일하며, 여기에서 f는 아웃풋 계수율 m₁과 m₂ 사이에서 0에서 1까지 평활하게 증가한다. 예를 들어 t ₂는 t ₁ 보다 작게 선택될 수 있고, 이는 시간 창이 증가하는 아웃풋 계수율에 따라 감소하는 것을 의미한다. 시간 창 길이를 감소시키는 것은 폴스 동시율(coincidence rate)을 감소시키고, 여기 기술된 방식이 높은 계수율에서 폴스 동시로 인한 DQE 저하를 완화시키는 것을 의미한다.

본 발명의 또 다른 양상에서, 역동시 논리는 역동시 논리의 범위에 영향을 미치는 하나 이상의 범위 파라미터가 부여되고, 상기 범위 파라미터(들)는 인풋 계수율의 함수가 되도록 취해진다. 일 실시예에서, 역동시 논리는 낮은 광자 플럭스에 대해서 가장 가깝게-이웃하는 그리고 두 번째로-가장 가깝게-이웃하는 채널 쌍(즉, 그들 사이에서 최대한으로 잡아서 하나의 전극을 갖는 전극에 연결되는 채널 쌍)에 작용할 수 있지만, 높은 광자 플럭스에 대해서는 오직 가장 가깝게-이웃하는 전극에만 작용할 수 있다. 중간 광자 플럭스에 대해서 역동시 논리는 각각의 프레임의 일부 중 가장 가까운-이웃 그리고 두 번째로-가장 가까운-이웃 쌍에 작용하고 각각의 프레임의 나머지 중 가장 가까운-이웃 프레임에만 작용한다.

본 발명의 또 다른 양상에서, 총 증착된 에너지를 추정하는 알고리즘은 계수율의 함수로서 점진적으로 변경될 수 있고, 예를 들어 증가하는 계수율에 따라 점진적으로 변경될 수 있다. 명확하게, 룩-업 테이블이 둘 이상의 인풋 펄스 높이 값으로부터 하나의 아웃풋 펄스 높이 값을 발생시키기 위해 이용될 경우, 상기 룩-업 테이블에서의 값은 증착된 에너지의 함수가 되도록 취해질 수 있다. 이는 상이한 계수율 범위에 대해 추정된 총 광자 에너지를 더 정확하게 복제하기 위해 룩-업 테이블을 조절 가능하게 한다. 특히, 이는 역동시 논리의 함수의 파일-업에 의해 유발된 스펙트럼 왜곡의 유해한 효과를 완화시킬 수 있다. 높은 계수율에서, 동일한 채널에 동시에 도달하는 두 펄스의 총 높이가 측정되기 때문에, 파일-업이 검출된 에너지 스펙트럼의 왜곡을 유발할 수 있다. 역동시 논리 회로에서 최초 광자 에너지의 추정에 있어서 이를 고려함으로써, 처음의 광자 에너지는 더 정확하게 복제될 수 있다.

본 발명의 다른 양상에서, 하나의 검출기 픽셀에 연결되는 역동시 논리는 하나 또는 그 이상의 다른 검출기 픽셀에서 계수 정보에 기초하여 제어되거나 조정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 검출기 픽셀에 연결되는 역동시 논리는, 예를 들어 제 1 검출기 픽셀이 문턱 계수율에 도달하지 않더라도 이웃하는 검출기 픽셀이 상기 특정 문턱 계수율에 도달할 때 역동시 시스템의 점진적인 감소를 시작하기 위해, 이웃하는 픽셀에서 계수율에 기초하여 조정될 수 있다. 이는 계수-율 특성이 더 평활해지도록 할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에서, 역동시 논리 시스템은 깊이-세그먼트된 검출기와 함께 사용될 수 있고, 여기서 각각의 검출기 스트립(픽셀)은 의도된 x-선 빔 방향을 따라 다수의 깊이 세그먼트로 세분된다. 예로써, 역동시 논리의 동작은 상이한 깊이 세그먼트에서 상이할 수 있다. 특히, 역동시 논리는 각각의 프레임의 분율에 대해 그것을 활성화되게 함으로써 조정될 수 있고, 여기에서 상기 분율은 이전에 논의된 바와 같이, 계수율의 함수이다. 이 경우, 역동시 논리는 상이한 깊이 세그먼트에서 상이한 프레임 시간 동안 활성화될 수 있다. 검출기 픽셀에서 검출된 총 카운트 수는 깊이 세그먼트에서 카운트 수의 합이기 때문에, 이는 모든 깊이 세그먼트에서 총 계수의 수를 오직 하나의 깊이 세그먼트로 가능했던 것 보다 더 평활한 인풋 계수율의 함수로 만든다. 역동시 논리 활성인 상황에서 평활한 감소는 구현이 힘들고, 예를 들어, 역동시 논리 시스템이 활성인 동안의 시스템에서 시간 분율은 오직 이산(discrete number) 값으로만 설정될 수 있다.

본 발명의 다른 양상에서, 깊이-세그먼트된 검출기의 사용 역시 개시된 역동시 논리 시스템에 대해 다른 방식으로 유익할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 검출기 스트립의 하나 이상의 깊이 세그먼트에 대한 역동시 회로의 동작은 동일한 검출기 스트립에서 하나 이상의 다른 깊이 세그먼트의 광자 계수 정보에 기초하여 및/또는 동일한 검출기 스트립에 속하는 다수의 깊이 세그먼트에서 광자 계수 정보에 기초하여 조정되거나 제어될 수 있다. 다시 말하면, 하나의 검출기 스트립/픽셀의 하나 또는 그 이상의 깊이 세그먼트에서 획득된 계수 정보는 깊이 세그먼트 중 하나 또는 깊이 세그먼트의 부분 집합에 연결되는 역동시 논리를 제어하거나 조정하는데 이용되거나, 동일한 검출기 스트립/픽셀의 다른 깊이 세그먼트에서 이용될 수 있다.

예를 들어, 하나의 검출기 픽셀의 모든 깊이 세그먼트에 등록된 총 계수의 수는 동일한 검출기 픽셀에서 깊이 세그먼트 중 하나에 연결되는 역동시 논리를 제어하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 방식으로, 역동시 제어 논리에 대한 더 많은 광자 통계를 이용할 수 있고 역동시 동작에 대한 양자 잡음의 영향은 그럼으로써 감소된다. 이는 양자 잡음으로 인해 역동시 논리가 무작위로 활성화 및 비활성화되는 리스크를 감소시킨다.

다른 예에서, 더 낮은 계수율을 측정하는 하나의 깊이 세그먼트에 연결되는 역동시 논리는 일반적으로 더 높은 계수율을 측정하는 동일한 검출기 스트립/픽셀에서 하나 또는 그 이상의 다른 깊이 세그먼트에 기초하여 조정될 수 있고, 그럼으로써 양자 잡음의 영향을 감소시킬 수 있다.

다른 예에서, 더 높은 계수율을 측정하는 하나의 깊이 세그먼트에 연결되는 역동시 논리는 일반적으로 더 낮은 계수율을 측정하는 동일한 검출기 스트립/픽셀에서 하나 또는 그 이상의 다른 깊이 세그먼트에 기초하여 조정될 수 있다. 이러한 방식으로, 역동시 논리는 예를 들어 역동시 논리가 광자 플럭스율의 관련 범위에서 연속적으로 활성화되는 깊이 세그먼트에서 계수율에 기초하여 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 역동시 논리가 하나의 모드에서 다른 모드까지 비활성화되거나 스위치될 때 아웃풋 계수율에서 빠른 변화는 역동시 제어 논리에 피드백이 되지 않으며, 여기에서 그것은 그렇지 않을 경우 제어 알고리즘을 복잡하게 만들 수 있다.

여기 기술된 메커니즘 및 장치는 다양한 방법으로 구현되고, 결합되며, 재구성될 수 있음을 이해할 것이다.

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

여기 기술된 단계, 기능, 절차 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.

대안적으로, 또는 보완으로써, 여기 기술된 단계, 기능, 절차 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.

도 12는 일 실시예에 따른 컴퓨터 구현(300)의 예를 예시하는 개략도이다. 이 특정 예에서, 여기 기술된 단계, 기능, 절차, 모듈 및/또는 블록의 적어도 일부는 컴퓨터 프로그램(325; 335)에서 구현되고, 이는 하나 이상의 프로세서(310)를 포함하는 처리 회로에 의한 실행을 위해 외부 메모리 장치(330)로부터 메모리(320)로 로드될 수 있다. 프로세서(들)(310) 및 메모리(320)는 정상적인 소프트웨어 실행을 가능하게 하기 위해 서로 상호연결된다. 선택적인 입력/출력 장치(340) 역시 인풋 파라미터(들) 및/또는 결과적인 아웃풋 파라미터(들)와 같은 관련 데이터의 입력 및/또는 출력을 가능하게 하기 위해 프로세서(들)(310) 및/또는 메모리(320)에 상호연결될 수 있다.

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.

처리 회로의 예로는 하나 이상의 마이크로프로세서, 하나 이상의 디지털 신호 프로세서(DSP), 하나 이상의 중앙 처리 장치(CPU) 및/또는 하나 이상의 현장 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA)나 하나 이상의 프로그램 가능 논리 제어 장치(PLC)와 같은 임의의 적절한 프로그램 가능한 논리 회로를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.

따라서, 하나 이상의 프로세서(310)를 포함하는 처리 회로는 컴퓨터 프로그램(325)을 실행할 때, 여기에 기술된 바와 같이 잘 정의된 처리 작업을 수행하도록 설정된다.

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, 자기테이프 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.

더 명확하게, 컴퓨터 프로그램 제품은, 프로세서에 의해 실행될 때, 다수의 광자 계수 판독 채널을 갖는 광자 계수 x-선 검출기 시스템의 역동시 시스템을 제어하는 컴퓨터 프로그램(325, 335)을 저장한, 컴퓨터로 판독 가능한 매체(320, 330)로 구성되고, 역동시 시스템은 하나 이상의 역동시 회로로 구성되고, 각각의 역동시 회로는 둘 이상의 채널에 연결되고 연결된 채널에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정된다. 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행될 때, 명령어로 구성되고, 명령어는 프로세서로 하여금, 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 상기 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 점진적으로 조정함으로써 광자 계수 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 역동시 회로의 동작을 제어하도록 한다.

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 추가함으로 써, 기존 소프트웨어를 재사용할 수도 있다.

소프트웨어 대 하드웨어의 정도는 전적으로 구현 선택이다.

또 다른 양상에 따라, 여기 기술된 바와 같이 광자 계수 x-선 검출기 시스템(20; 200)으로 구성되는, 도 1 및/또는 도 2에 도시되는 x-선 영상화 시스템(100)과 같은 x-선 영상화 시스템이 제공된다.

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

- 다수의 광자 계수 채널(220), 및
- 하나 이상의 역동시 회로(230)로 구성되고, 각각의 역동시 회로는 둘 이상의 채널에 연결되고 연결된 채널에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정되는, 광자 계수 x-선 검출기 시스템으로서,
x-선 검출기 시스템(200)은 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)의 동작을 점진적으로 조정함으로써 광자 계수 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)의 동작을 제어하도록 설정된 역동시 제어기(240)로 더 구성되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 1에 있어서, 역동시 제어기(240)는 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 역동시 회로(들)를 점진적으로 비활성화되게 함으로써, 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)의 동작을 제어하도록 설정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 2에 있어서, 역동시 제어기(240)는 문턱 계수율에서 시작하여 제 2 문턱 계수율에서 비활성화된 상태에 도달하는, 증가하는 계수율에 따라 상기 하나 이상의 역동시 회로(들)(230)를 점진적으로 비활성화하도록 설정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)는 펄스 형상 및 발생 시간과 관련된 일련의 규칙 및/또는 세팅에 기초하여 연결된 채널(220)에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정될 수 있고,
일련의 규칙 및/또는 세팅은 증가하는 계수율에 따라 점진적으로 조정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 4에 있어서, 역동시 제어기(240)는 계수율 특성을 평활 함수로 만들기 위해 증가하는 계수율에 따라 일련의 규칙 및/또는 세팅을 점진적으로 조정하도록 설정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 역동시 제어기(240)는 역동시 회로가 증가하는 계수율에 따라 비활성화되는 동안 시간의 분율을 점진적으로 증가시키도록 설정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 6에 있어서, 역동시 제어기(240)는 역동시 회로가 프레임마다 또는 프레임 세트마다 비활성화되는 동안 시간의 분율을 점진적으로 증가시키도록 설정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서, 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)는 하나 이상의 프레임의 적어도 일부 중 하나 이상의 채널에서 활성화되고, 및/또는 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)는 하나 이상의 프레임의 적어도 하나의 채널에서 비활성화되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 역동시 제어기(240)는 증가하는 계수율에 따라, 역동시 회로(들)(230)가 이벤트를 동일한 광자로부터 비롯된 것으로 간주하는 것을 허용하는 이벤트 사이에서 최대 시간 분리를 점진적으로 감소시키도록 설정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 역동시 제어기(240)는 증가하는 계수율에 따라 역동시 회로(들)(230)에 의해 처리된 이벤트의 분율이 점진적으로 낮아지도록 설정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 역동시 제어기(240)는 증가하는 계수율에 따라 역동시 회로(들)(230)의 이웃하는 범위를 점진적으로 감소시키도록 설정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 11에 있어서, x-선 검출기 시스템(20; 200)은 다수의 검출기 소자(210)로 구성되고, 각각의 검출기 소자는 상응하는 광자 계수 채널(220)에 연결되고, 이웃하는 범위는 역동시 회로(230)의 연결된 채널(220)에 관련되는 검출기 소자(210) 사이에서 최대 허용된 거리를 정의하는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 역동시 제어기(240)는 증가하는 계수율에 따라 증착된 총 광자 에너지의 추정을 점진적으로 변경하도록 설정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서, x-선 검출기 시스템(20; 200)은 다수의 검출기 소자(210)로 구성되고, 각각의 검출기 소자는 상응하는 광자 계수 채널(220)에 연결되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 14에 있어서, x-선 검출기 시스템(20; 200)은 깊이-세그먼트된, 에지-온 x-선 검출기에 기초하고, 각각의 검출기 스트립은 두 개 이상의 깊이 세그먼트로 세분되고, 각각의 깊이 세그먼트는 개별적인 검출기 소자(210)로서 설정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 15에 있어서, 하나 이상의 검출기 스트립의 하나 이상의 깊이 세그먼트에 연결되는 제 1 역동시 회로(230)는, 광자 계수 정보에 기초하여, 동일한 검출기 스트립에서 하나 이상의 다른 깊이 세그먼트에 연결되는 제 2 역동시 회로(230)와 상이하게 동작하도록 설정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 15 또는 청구항 16에 있어서, 하나 이상의 검출기 스트립의 하나 이상의 깊이 세그먼트에 대한 역동시 회로(230)의 동작은 동일한 검출기 스트립에서 하나 이상의 다른 깊이 세그먼트의 광자 계수 정보에 기초하여 및/또는 동일한 검출기 스트립에 속하는 다수의 깊이 세그먼트의 광자 계수 정보에 기초하여 조정되거나 제어되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광자 계수 정보는 추정된 광자 계수율을 나타내는 정보 및/또는 소정의 시간 주기 동안 계수의 수를 나타내는 정보를 포함하는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 18에 있어서, 광자 계수 정보는 하나 이상의 계수율 파라미터에 기초하고, 계수율 파라미터는 하나 이상의 채널에서 이전에 측정된 계수로부터 산출되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서, 역동시 제어기(240)는 연결된 채널로부터 분리된 하나 이상의 다른 채널과 관련 있는 광자 계수 정보에 기초하여 다수의 연결된 채널(220)에 대한 역동시 회로(230)의 동작을 점진적으로 조정하도록 설정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)는 최초 광자 반응의 채널을 확인하고 및/또는 최초 광자의 총 에너지를 추정하도록 설정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템.
다수의 광자 계수 판독 채널(220)을 갖는 광자 계수 x-선 검출기 시스템(20; 200)을 위한 역동시 시스템으로서,
역동시 시스템(250)은 하나 이상의 역동시 회로(230)로 구성되고, 각각의 역동시 회로는 둘 이상의 채널(220)에 연결되고 연결된 채널에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정되며,
역동시 시스템(250)은 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)의 동작을 점진적으로 조정함으로써 광자 계수 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)의 동작을 제어하도록 설정된 역동시 제어기(240)로 더 구성되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템을 위한 역동시 시스템.
다수의 광자 계수 판독 채널(220)을 갖는 광자 계수 x-선 검출기 시스템(20; 200)의 역동시 시스템(250)을 위한 제어기(240)로서,
역동시 시스템(250)은 하나 이상의 역동시 회로(230)로 구성되고, 각각의 역동시 회로는 둘 이상의 채널에 연결되고 연결된 채널에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정되며,
제어기(240)는 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)의 동작을 점진적으로 조정함으로써, 광자 계수 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)의 동작을 제어하도록 설정되는 광자 계수 x-선 검출기 시스템(20; 200)의 역동시 시스템(250)을 위한 제어기(240).
프로세서(310)에 의해 실행될 때, 다수의 광자 계수 판독 채널(220)을 갖는 광자 계수 x-선 검출기 시스템(20; 220)의 역동시 시스템(250)을 제어하는 컴퓨터 프로그램(325, 335)을 저장한, 컴퓨터로 판독 가능한 매체(320, 330)로 구성되는 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
역동시 시스템(250)은 하나 이상의 역동시 회로(230)로 구성되고, 각각의 역동시 회로는 둘 이상의 채널에 연결되고 연결된 채널에서 동시적인 이벤트를 검출하도록 설정되며,
컴퓨터 프로그램(325, 335)은, 프로세서(310)에 의해 실행될 때, 명령어로 구성되고, 명령어는 프로세서로 하여금, 문턱 계수율에서 시작하여, 증가하는 계수율에 따라 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)의 동작을 점진적으로 조정함으로써 광자 계수 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 역동시 회로(230)의 동작을 제어하도록 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
청구항 1 내지 청구항 21 중 어느 한 항의 광자 계수 x-선 검출기 시스템(20; 200)으로 구성되는 x-선 영상화 시스템(100).