放射線データを取得する方法及び装置
検出器アレイの計数率能力を拡張する方法及び装置である。この方法は、検出器アレイにおいてフォトンを受光するステップと、第一のカウンタを用いて第一のエネルギ閾値を上回るフォトンを計数するステップと、第二のカウンタを用いて異なる第二のエネルギ閾値を上回るフォトンを計数するステップと、第一及び第二のカウンタからのフォトン計数を用いてパイル・アップ推定を算出するステップとを含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本書に開示される主題は一般的には、イメージング・システムに関し、さらに具体的には、各実施形態は、イメージング・システムの検出器を用いてフォトン計数情報を取得するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムのような従来のイメージング・システムは、着目する対象を走査して画像情報を取得するために用いられている。典型的には、イメージング・システムは、Ｘ線を対象へ向けて放出するように構成されているＸ線源を含んでいる。放射線検出器のアレイのような検出装置が対象の反対側に配置されて、対象を透過したＸ線を検出する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＣＴイメージング・システムは、電流モードで動作することにより撮像情報を取得することができる。電流モードで動作しているときには、検出器は放射線撮影エネルギを電流信号へ変換し、電流信号が一定の期間にわたり積算された後に、測定されて最終的にディジタル化される。しかしながら、かかる検出器の欠点は、検出されるフォトンの個数及び／又はエネルギについてのデータ又はフィードバックを与えることができないことである。従って、ＣＴイメージング・システムはまた、フォトン計数モードでも動作するように構成される。フォトン計数モードで動作しているときには、幾つかのＣＴイメージング・システムは、従来のＣＴシステムを用いた場合に典型的に遭遇するＸ線フォトン線束率ではＸ線を計数することができない場合がある。例えば、フォトン計数モードで動作するテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）検出器又はテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）検出器のような固体検出器の計数率能力は、検出器シンチレータのパルス成形能力によって限定される。例えば、従来のＣＺＴ検出器の最大フォトン計数率は、Ｔを不感時間とすると電子回路チャネル当たり約１／ｅTまでに限定されている。不感時間は、フォトンが検出器結晶に衝突しても検出器がフォトンの処理又は計数で塞がっているときに生ずる。
【０００４】
従って、幾つかのＣＴイメージング・システムがフォトン計数モードで動作しているときに、検出器飽和すなわち検出器パイル・アップ（pile-up）が生ずる場合がある。パイル・アップは光度曲線にも影響し、高計数率を抑制する。換言すると、これらの検出器は典型的には、相対的に低いＸ線束レベル限界値において飽和する。これらの限界値を上回ると、検出器応答は予測不能となり、又は線量利用率が低下する。すなわち、一旦ピクセルが飽和したら（発生される信号の輝点に対応する）、さらなる放射線が画像に有用な細部を生成しなくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、検出器アレイの計数率能力を拡張する方法が提供される。この方法は、検出器アレイにおいてフォトンを受光するステップと、第一のカウンタを用いて第一のエネルギ閾値を上回るフォトンを計数するステップと、第二のカウンタを用いて異なる第二のエネルギ閾値を上回るフォトンを計数するステップと、第一及び第二のカウンタからのフォトン計数を用いてパイル・アップ推定を算出するステップとを含んでいる。
【０００６】
もう一つの実施形態では、検出器アレイが提供される。この検出器アレイは、ピクセルのマトリクスを形成し、放射線事象を感知する放射線検出場を有する複数の固体結晶と、複数のピクセルの少なくとも一つに結合されたフォトン計数装置とを含んでいる。検出器アレイにおいてフォトンを受光するように構成されているフォトン計数装置は、第一のカウンタを用いて第一のエネルギ閾値を上回るフォトンを計数し、第二のカウンタを用いて異なる第二のエネルギ閾値を上回るフォトンを計数して、第一及び第二のカウンタからのフォトン計数を用いてパイル・アップ推定を算出する。
【０００７】
さらにもう一つの実施形態では、コンピュータ可読の媒体が提供される。このコンピュータ可読の媒体は、第一のカウンタを用いて第一のエネルギ閾値を上回るフォトンを計数し、第二のカウンタを用いて異なる第二のエネルギ閾値を上回るフォトンを計数して、第一及び第二のカウンタからのフォトン計数を用いてパイル・アップ推定を算出することをコンピュータに命令するようにプログラムされている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の様々な実施形態に従って形成される例示的なフォトン計数装置の概略図である。
【図２】本発明の様々な実施形態による事象個数を決定する方法の一例の流れ図である。
【図３】本発明の様々な実施形態に従って具現化され得る例示的なパイル・アップ補正のグラフ図である。
【図４】本発明の様々な実施形態に従って形成される例示的な多重モダリティ・イメージング・システムの見取り図である。
【図５】本発明の様々な実施形態に従って形成される図４に示す例示的なイメージング・システムのブロック概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以上の概要及び以下の本発明の幾つかの実施形態の詳細な説明は、添付図面と併せて読むとさらに十分に理解されよう。図面が様々な実施形態の機能ブロックの線図を示す範囲までにおいて、機能ブロックは必ずしもハードウェア回路の間の区分を示す訳ではない。従って、例えば、機能ブロックの１又は複数（例えばプロセッサ若しくはメモリ）が単体のハードウェア（例えば汎用信号プロセッサ若しくはランダム・アクセス・メモリのブロック、又はハードディスク等）として具現化されていてもよい。同様に、プログラムは独立型プログラムであってもよいし、オペレーティング・システムのサブルーチンとして組み込まれていてもよいし、インストールされているソフトウェア・パッケージの関数等であってもよい。尚、様々な実施形態は図面に示されている構成及び手段に限定されないことを理解されたい。
【００１０】
本書で用いる場合には、単数形で記載されており単数不定冠詞を冠した要素又はステップとの用語は、排除を明記していない限りかかる要素又はステップを複数備えることを排除しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている追加の実施形態の存在を排除しないものと解釈されたい。また、反対に明記されていない限り、特定の特性を有する１又は複数の要素を「含んでいる」又は「有している」実施形態は、この特性を有しない追加の要素も包含し得る。
【００１１】
また、本書で用いられる「画像を再構成する」との表現は、画像を表わすデータが生成されるが可視画像は形成されないような本発明の実施形態を排除するものではない。従って、本書で用いられる「画像」との用語は、可視画像及び可視画像を表わすデータの両方を広く指す。但し、多くの実施形態は少なくとも１枚の可視画像を形成し又は形成するように構成されている。
【００１２】
図１は、例示的な放射線源１６２からのＸ線を受光するように構成されている例示的な検出器アレイ１６０と共に用いられ得る例示的なフォトン計数装置１００の概略図である。Ｘ線源１６２は、例えばＸ線を出力するように構成されていてよく、Ｘ線は検出器アレイ１６０に入射する。また、検出器アレイ１６０はフォトン計数率能力を含むテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）検出器又はテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）検出器のような固体検出器であってよい。
【００１３】
一実施形態では、フォトン計数装置１００は、検出器アレイ１６０に結合された別個の構成要素であってもよい。この実施形態の例では、フォトン計数装置１００は、検出器アレイ１６０と一体形成されている。フォトン計数装置１００は、フォトン計数を実行し、また検出される各々のＸ線のエネルギ・レベルの測定値を与えるように構成されている。検出器アレイ１６０は共通の陰極１０２を含んでおり、陰極１０２は、結晶１０４の一面に形成されて検出場１０６を形成する。複数のピクセル陽極１０８〜１１６が結晶１０４の第二の面に形成されている。ピクセル陽極１０８〜１１６は横列及び縦列のマトリクスを形成していてよく、各々のピクセル陽極１０８〜１１６がピクセルの位置となっている。従って、陰極１０２、結晶１０４、及び陽極１０８の組み合わせが単一のピクセル１４０を形成する。また、陰極１０２、結晶１０４、及び陽極１１０の組み合わせがもう一つのピクセル１４２を形成し、以下同様である。結晶１０４のマトリクスは、各々のピクセルが例えば２ｍｍ×２ｍｍ又は２ｍｍ×３ｍｍである場合に１６×１６ピクセル又は８×１８ピクセル等のように等しい寸法であっても異なる寸法であってもよい。
【００１４】
この実施形態の例では、各々のピクセルの出力に一つのフォトン計数装置が結合されている。例えば、図１に示すように、フォトン計数装置１００がピクセル１４２の出力に結合されている。もう一つのフォトン計数装置（図示されていない）がピクセル１４０の出力に結合され、以下同様である。この実施形態の例では、検出器アレイ１６０の各々のピクセルがそれぞれのフォトン計数装置に結合される。さらに明確に述べると、ピクセル陽極１０８〜１１６の各々と連絡してフォトン計数装置１００が結合されて、各々のピクセルに付設される専用のピクセル・データ・チャネル１１８を形成する。フォトン計数装置１００は、特定応用向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってもよいし、他の電子装置（１又は複数）であってもよい。選択随意で、フォトン計数装置１００は、コンピュータ１６４の一組の命令集合として具現化されていてもよい。図１には単一のフォトン計数装置１００が単一のピクセル陽極１１０と相互接続しているように図示されているが、このフォトン計数装置がピクセル陽極１０８〜１１６の各々に接続され得ることを認められたい。選択随意で、フォトン計数装置１００が１よりも多いピクセル陽極１０８〜１１６と相互接続されて、各々のピクセル陽極１０８〜１１６毎に別個の処理回路及び／又は処理能力を含んでいてもよい。また、フォトン計数装置１００は、１６×１６ピクセルを有する区域のような検出器アレイ１６０の区域からのピクセルの部分集合から信号を受け取ってもよい。多数のＡＳＩＣが、幾つもの（例えば１２８の）チャネルを提供する多数のフォトン計数装置１００を含むことができ、このようにして１２８個のピクセルからのデータを受け取る１２８個のピクセル・データ・チャネル１１８を設ける。ＡＳＩＣは選択随意でキャリア（carrier）印刷回路基板（ＰＣＢ）を用いて結晶１０４に接続される。選択随意で、フォトン計数装置１００は、等価の作用を果たす個々の構成要素を用いて具現化されていてもよい。
【００１５】
図１へ戻り、この実施形態の例では、フォトン計数装置１００は陽極１１０に結合されて陽極１１０から情報を受け取る少なくとも一つの前置増幅器１２０を含んでいる。フォトン計数装置１００はまた、前置増幅器１２０に結合された複数の閾値解析器１２２、１２４、…、ｎ、及びそれぞれの閾値解析器１２２、１２４、…、ｎに結合された複数のカウンタ１２６、１２８、…、ｎを含んでいる。この実施形態の例では、フォトン計数装置はそれぞれのカウンタ１２６に各々結合されたｎ個の閾値解析器を含んでいる。このようなものとして、フォトン計数装置１００はｎ個のカウンタとｎ個の閾値解析器とを含んでいる。フォトン計数装置１００はさらに、カウンタ１２４、…、ｎから計数データを読み取るマルチプレクサ１３０と、マルチプレクサ１３０から受け取った情報をコンピュータ１６４へ送信する読み出しバス１３２とを含んでいる。フォトン計数装置１００の動作を図２に関してさらに詳細に説明する。
【００１６】
図２は、検出器アレイ１６０のようなイメージング・システム検出器から取得されるフォトン計数情報を用いて事象個数を決定する方法２００の一例を示す流れ図である。一実施形態では、方法２００は、走査手順中に用いられ得る。この実施形態の例では、方法２００は、イメージング・システム較正手順中に実行される。また、上述のフォトン計数装置１００が方法２００の各部分を実行してもよい。選択随意で、方法２００は、コンピュータにインストールされている一組の命令集合として具現化されてもよい。また、この実施形態の例では、方法１００は、フォトン計数モードで動作している検出器アレイ、例えば検出器アレイ１６０と共に用いられる。
【００１７】
ブロック２０２では、カウンタ１２２、…、ｎは、ゼロ個のフォトンが取得されていることを反映してゼロに設定される。ブロック２０４では、図１に示す複数のＸ線１５０を発生する撮像走査が開始される。動作について述べると、検出器アレイ１６０に入射するＸ線１５０は、検出器ピクセルによって電気信号へ変換される。次いで、検出器アレイ１６０によって発生される信号はフォトン計数装置１００へ送信されて、例えば医用イメージング・システムを較正するために該装置１００によって用いられる。また、方法２００はパイル・アップ補正を決定し、次いで検出器アレイの計数率能力を高めるためにパイル・アップ補正を施す。
【００１８】
この実施形態の例では、検出器アレイ１６０を較正するために、Ｘ線がＸ線源１６２から放出される。例えば、図１へ戻り、ブロック２０４において走査が開始した後に、Ｘ線１５０によって画定されるような複数の放射線事象がＸ線源１６２から伝達されて、ピクセル位置例えばピクセル１４２において吸収され、ピクセル陽極１１０において信号１５２を発生させる。信号１５２は単一の個数を表わす。従って、信号１５２は単一のＸ線１５０の線束エネルギを表わす場合も、多数のＸ線１５０の線束エネルギを表わす場合もある。ピクセル陽極１１０は信号１５２を発生して、前置増幅器１２０へ送って増幅する。前置増幅器１２０は、図２に示すようなフォトン計数装置１００の内部に位置していてもよいし別個の構成要素であってもよい。ブロック２０６では、前置増幅器１２０は信号１５２を増幅して成形する。次いで、少なくとも信号１５２を示すエネルギ成分及びパルス時間成分を有する増幅された信号１５４が、閾値解析器１２２，１２４、…、ｎに渡される。
【００１９】
ブロック２０８では、閾値解析器１２２が信号１５２のエネルギＥを解析する。閾値解析器１２２は、第一の閾値Ｔ1に基づいて信号１５２を解析する。この実施形態の例では、第一の閾値Ｔ1は約４０ｋｅＶである。従って、閾値Ｔ1以上のエネルギを有するあらゆるＸ線が、後にあらためて詳細に議論されるように、カウンタによって計数される。
【００２０】
ブロック２１０では、閾値解析器１２４が信号１５２のエネルギＥを解析する。閾値解析器１２４はまた、第二の異なる閾値Ｔ2に基づいて信号１５２を解析する。この実施形態の例では、第二の閾値Ｔ2は第一の閾値Ｔ1よりも大きい。例えば、第二の閾値Ｔ2は約１００ｋｅＶであってよい。従って、動作時には、第一の閾値解析器１２２はピクセル１４２から受け取った各々の信号を解析して、信号のエネルギ・レベルが閾値Ｔ1よりも大きいか否かを決定する。また、ピクセル１４２から受け取った各々の信号を解析して、信号のエネルギ・レベルが閾値Ｔ2よりも大きいか否かを決定する。この態様で、各々のＸ線が別個に、同時期に（concurrently）、また近似的に同時発生的に（simultaneously）、フォトン計数装置１００によって処理されて計数される。
【００２１】
ブロック２１２では、カウンタがそれぞれの閾値カウンタから受け取ったＸ線を計数する。動作時には、閾値解析器１２２は、第一の閾値Ｔ1を上回る線束エネルギを有するあらゆるＸ線を第一のカウンタ１２６へ送り、閾値解析器１２４は、第二の閾値Ｔ2を上回る線束エネルギを有するあらゆるＸ線を第二のカウンタ１２８へ送る。従って、信号１５２の線束エネルギが第一の閾値Ｔ1を上回っている場合には、信号１５２は第一のカウンタ１２６によって計数される。また、信号のエネルギ・レベル１５２が第二の閾値Ｔ2を上回っている場合には、信号１５２はまた、第二のカウンタ１２８によって計数される。
【００２２】
さらに明確に述べると、対象又は被検体が撮像されているときに、検出器アレイ１６０は、幾つかの区域では計数に対して相対的に高感度である。検出器アレイ１６０によって記録される計数が増すにつれて検出器アレイ１６０の感度は低下する。例えば、患者が走査されているとすると、検出器アレイ１６０によって検出される計数又はＸ線の量、従って検出器アレイ１６０によって記録される線束エネルギは、患者が稠密である区域ほど小さい。計数率及び線束エネルギは患者が配置されている位置では低下するので、検出器アレイ１６０はこの位置において相対的に高感度になる。しかしながら、例えば、検出器アレイ１６０が空気を撮像しているような走査域、例えば患者の何れの部分もＸ線源１６２と検出器アレイ１６０との間に配置されていないときには、計数率は実質的に増大し、従って検出器アレイ１６０はこの区域に対して相対的に低感度になる。結果として、第一の閾値を用いてより低いエネルギを有する計数を識別し、第二の閾値を用いてより高いエネルギを有する計数を識別する。
【００２３】
従って、閾値解析器１２２、…、ｎは各々、それぞれの閾値に関してＸ線１５０のエネルギＥを解析する。一実施形態では、第二の閾値Ｔ2は検出器アレイ１６０の最大修正値（maximum corrected value）以上の値に設定される。最大修正値は典型的には、ピクセルが飽和を経験するときの値である。もう一つの実施形態では、第二の閾値Ｔ2は、予め決められた最大修正値の量の範囲内にある値に設定されることができ、例えば、最大修正値の約８０％と設定することができる。尚、方法２００は２種の閾値を用いることに関して記載されているが、方法２００は２種よりも多い閾値を用いてよいことを認められたい。例えば、方法２００は、３種、４種、又はさらに多い閾値を用いて具現化され得る。
【００２４】
図３は、上述のカウンタから受け取られる結果を用いて具現化され得る例示的なパイル・アップ補正のグラフ図であって、ｙ軸は単一の検出器アレイ・ピクセルによって出力される計数率を表わし、ｘ軸は検出器ピクセルに入力される線束率を表わす。認められるように、計数率は、関連する区域を有するピクセルによって単位時間当たり検出されるフォトンの数を具現化したものである。また、検出器アレイ１６０のような最適なフォトン計数検出器は二つの挙動を含んでおり、一つ目は可能な限り小さい流入（influx）変化当たり計数率の顕著な変化を与える感度、二つ目は流入の線形変化に対して計数率の線形変化を与える線形性である。例えば、流入が倍増した場合には、計数率も倍増する。本書に記載するこの実施形態の例では、計数率の線形性を感度に基づいて補正することができる。線束当たり顕著な変化が存在する場合、例えば感度に顕著な変化が存在する場合には、本書に記載する方法を用いて、計数率を近似的に線形の応答に戻す。
【００２５】
例えば、図３へ戻り、線３０２は第一のカウンタを用いて生成される１個のフォトン計数ピクセルの実際の計数率を示す。線３０４は、第二のカウンタを用いて生成される１個のフォトン計数ピクセルの実際の計数率を示す。線３０６は、第三のカウンタを用いて生成される１個のフォトン計数ピクセルの実際の計数率を示す。線３０８は、第四のカウンタを用いて生成される１個のフォトン計数ピクセルの実際の計数率を示す。検出器アレイ１６０は、前述のように２以上のカウンタを含み得ることを認められたい。例えば、線３０２はカウンタ１２６によって生成され、線３０８はカウンタ１２８によって生成され得る。また、線３０４及び３０６は、図１に示していないさらに他のカウンタによって生成され得る。
【００２６】
この実施形態の例では、線３１２は、線３０２によって示すカウンタによって記録される実際の計数の望ましい応答曲線を表わす。この実施形態の例では、線３１２は近似的に線形であって、検出器アレイが多重の線束スペクトルにわたって事象を計数していることを示すものとする。線３１４は、線３０４によって示すカウンタによって記録される実際の計数の望ましい応答曲線を表わす。線３１６は、線３０６に示すカウンタによって記録される実際の計数の望ましい応答曲線を表わす。線３１８は、線３０８に示すカウンタによって記録される実際の計数の望ましい応答曲線を表わす。
【００２７】
前述のように、この実施形態の例では、計数率の線形性をフォトン計数の感度に基づいて補正することができる。例えば点３２８のように線３０８に示す実際の計数率と線３１８に示す理想化された計数率との間の顕著な変化が存在する場合には、実際の計数率を線形応答に戻すように調節する単純なパイル・アップ補正を実行することができる。
【００２８】
例えば、図３に示すように、線３０８が低閾値カウンタから与えられる１個のフォトン計数ピクセルの実際の計数率を表わしているとする。点０から点Ｔ３４８まででは、検出器は最も高感度であり、すなわち線３０８は近似的に線形であって、従って理想的な応答曲線３１８に近似的に合致する。点Ｔ３４８から点Ｔ３５８まででは、検出器は線束に対して感度が低下しており、パイル・アップ条件が生じていて線束の増大当たりの計数の増大が小さくなっていることを示す。しかしながら、点Ｔ３４８と点Ｔ３５８との間の感度は依然として、線３０２の感度よりも良好である。従って、点Ｔ３４８から点Ｔ３５８までこのカウンタからの情報が依然として用いられる。線３０８の点Ｔ３５８から点Ｔ３６８まででは、応答は線３０２に示す応答と実質的に同様である。また、点Ｔ３６８から線３０８の末尾まででは、応答は実質的に平坦であり、線３０８からさらなる有用な計数情報は用いられないことを示す。さらに明確に述べると、点Ｔ３６８から線３０８の末尾まででは、計数率の変化は感度の損失のため実際の線束の不良な推定となっており、線束率の実質的な変化がカウンタの計数率の極く小さい変化によって示されている。
【００２９】
各々のカウンタが、当該範囲で最も高感度のカウンタとなる、すなわち当該範囲では他のカウンタよりも線束の変化に対して良好な計数率応答を示すような範囲の線束を有している。動作時には、パイル・アップ効果のため、増大し続けるファクタで検出器が線形応答から下落する。実際の結果は感度の損失であり、すなわち流入の変化による計数率の変化が小さくなる。流入が増大するにつれてパイル・アップのファクタは増大する一方、計数率は次第に低感度になり、結果が不正確になる。従って、この実施形態の例では、最適な結果を達成するために、少なくとも２種の閾値を用いて互いの挙動を補償する。さらに明確に述べると、線３０８の点０と点Ｔ３５８との間のような低流入域では、第一のカウンタ又は低閾値カウンタが扱い易い線形応答を保ちつつ最大感度を与えるため、このカウンタが用いられる。しかしながら、第一のカウンタが高流入域、例えば点Ｔ３５８と線３０８の末尾の点との間で動作しているときには、第一のカウンタ又は低閾値カウンタは感度を失い、従って、より高い閾値による第二のカウンタを別個に用いるか、又は第一のカウンタと併用する。
【００３０】
この実施形態の例は、２種のカウンタ及び２種の閾値を用いることに関して記載されているが、他の実施形態では、３以上のカウンタを用いてもよいことを認められたい。例えば、この実施形態の例では、線３０２及び線３０８についての計数情報を生成する２種のカウンタが記載されている。しかしながら、２よりも多い閾値を用いると、例えば線３０４及び線３０６からの付加的な情報を用いて導かれる改善された結果が達成され得る。２以上の閾値を実効的に用いると、流入範囲が詳細に解析され、最高感度を達成し、従って最も正確な結果を達成する。
【００３１】
この実施形態の例では、ピクセル毎測定毎に補正アルゴリズムが適用される。以下は、２種の閾値によるカウンタを用いて適用され得る一つのかかる補正アルゴリズムの例であり、線３０８が第一のカウンタ又は低閾値カウンタＣ１から得られる計数を表わし、線３０２が第二のカウンタ又は高閾値カウンタＣ２から得られる計数を表わす。前述のように、２よりも多い閾値カウンタを用いて、検出される計数の感度を高めることができる。
【００３２】
以下に示す表１は、パイル・アップ推定を算出するために少なくとも２種の閾値カウンタを用いる方法の一例を示す。Ｘ［ｉ］が計数率による推定流入InFluxを表わすとする。ピクセルの読み出し毎に行なわれるパイル・アップ補正は以下の通りとなる。
【００３３】
【表１】
上の表１に示すように、低閾値カウンタＣ１が線３０８の点０と点Ｔ３４８との間の情報を記録しているときには、カウンタは実質的に線形であって、線束の変化に関して高感度であり、従ってカウンタは検出器計数に最も高感度である。従って、低閾値カウンタＣ１についての点０と点Ｔ３４８との間の計数情報を用いて、パイル・アップ補正を算出する。
【００３４】
低閾値カウンタＣ１が点Ｔ３４と点Ｔ３５８との間に位置しているときには、応答は最早線形ではないが、良好な感度が依然保たれているので、低閾値カウンタＣ１からの計数情報を用いてパイル・アップ補正を正確に行なうことができる。
【００３５】
しかしながら、点Ｔ３５８から点Ｔ３６８まででは、パイル・アップ効果が著しくなり、精度を得ることが困難である。従って、パイル・アップ補正は、低閾値カウンタ及び高閾値カウンタの両方を用いて決定されて、パイル・アップ補正のために滑らかな移行を与える。この実施形態の例では、点Ｔ３５８から点Ｔ３６８までのパイル・アップ補正は、下記に従って決定される。
【００３６】
InFlux＝Ｘ［Ｃ１］＋｛（Ｘ［Ｃ１］−Ｘ［Ｔ３５８］）＊（Ｘ［Ｃ２］−Ｘ［Ｃ１］）｝／（Ｘ［Ｔ３６８］−Ｘ［Ｔ３５８］）
式中、Ｘ［ｉ］は推定流入InFluxを示し、
Ｘ［Ｃ１］は低閾値カウンタによって記録される推定流入InFluxを示し、
Ｘ［Ｃ２］は高閾値カウンタによって記録される推定流入InFluxを示し、
Ｘ［Ｔ３５８］は点Ｔ３５８において低閾値カウンタによって記録される推定流入InFluxを示し、
Ｘ［Ｔ３６８］は点Ｔ３６８において低閾値カウンタによって記録される推定流入InFluxを示す。
【００３７】
低閾値カウンタが、例えば点Ｔ３６８から線３０８の末尾までのように線束率の変化Ｉに最早応答しないときには、高閾値カウンタの方が低閾値カウンタよりも正確で線束変化に高感度であるため、高閾値カウンタからの計数率、例えば線３０２をパイル・アップ補正に用いる。
【００３８】
表１に示すように、低線束区域では低閾値カウンタを用い、高線束区域では高閾値カウンタを用いて、これにより、扱い易い線形応答を保ちつつ最大感度を与えて改善されたパイル・アップ補正を達成することができる。高閾値カウンタが感度を失うような相対的に高流入の区域では、高閾値カウンタを低閾値カウンタと併用して感度を保ち得ることを認められたい。
【００３９】
図２へ戻り、ブロック２１４では、マルチプレクサ１３０は第一のカウンタ１２６、第二のカウンタ１２８、及び第ｎのカウンタから出力された計数データをそれぞれ読み取って、これらの計数データを読み出しバス１３２へ転送する。次いで、読み出しの後にカウンタ１２６、…、ｎをゼロにリセットする。次いで、読み出しバス１３２はデータをワークステーションへ転送する。ブロック２１６では、読み出しバス１３２から受け取ったデータをテーブル（図示されていない）に入力してパイル・アップ補正を行なう。例えば、計数率が最大修正値（不感時間Ｔによって画定される最大計数率の約８０％）よりも小さいときには、低閾値カウンタＴ1をパイル・アップ補正に用いる。計数率が最大修正値よりも高いときには、高閾値カウンタＴ2値をＴ2値と併用してパイル・アップ補正を行なう。
【００４０】
これらの実施形態の例では、方法１００を用いてイメージング・システムを較正してもよいし、患者を撮像している間に方法１００を用いてもよい。一実施形態では、較正手順中に、線源１６２の線束率を次第に増大させて、ピクセルが飽和を経験する点を識別するのを容易にすることができる。次いで、この閾値、例えば第二の閾値Ｔ2を反映するようにルックアップ・テーブルを補正することができる。また、検出器アレイ１６０の各々のピクセル毎に別個の閾値Ｔ2を決定してもよいことを認められたい。
【００４１】
本書に記載する様々な実施形態の技術的効果は、例示的な検出器アレイの計数能力を拡張する性能を提供することである。さらに明確に述べると、第一のカウンタが飽和した後に少なくとも一つの付加的なカウンタが全ての事象を計数するように、多数のカウンタが用いられる。この態様で、様々な実施形態は、第一のカウンタがパイル・アップ状態を経験したら、少なくとも一つの付加的なカウンタを用いて事象を計数する。次いで、第二のカウンタからの計数を用いて、第一のカウンタによって生成された情報を補正することができる。さらに明確に述べると、例えばフォトン計数モードで行なわれるＣＴ取得中に、各々のピクセルに接続された電子回路チャネルが低閾値よりも高いエネルギを有するフォトンを計数する。また、高閾値よりも高いエネルギを有するフォトンを第二のカウンタによって同時に計数する。計数率が最大修正値（不感時間Ｔによって画定される最大計数率の約８０％）よりも小さいときには、低閾値カウンタＴ1を用いる。計数率が最大修正値よりも高いときには、高閾値カウンタ値Ｔ2を用いる。カウンタ値を作成される補正テーブルに入力して、このテーブルを用いてパイル・アップ推定を生成する。結果として、所載のフォトン計数装置は、高計数率において正確な結果を依然出力しつつ、低計数率での事象に対する改善された感度を提供する。この能力によって、イメージング・システムは、Ｘ線走査又はＣＴ走査のように様々な計数率に遭遇し得る場合にもＣＺＴ検出器アレイを用いることが可能になる。
【００４２】
図４は、上述の例示的なフォトン計数装置１００を含み得る例示的な多重モダリティ・イメージング・システム４１０である。イメージング・システム４１０は、第一のモダリティ・ユニット４１２及び第二のモダリティ・ユニット４１４を含んでいる。これら二つのモダリティ・ユニットは、多重モダリティ・イメージング・システム４１０が第一のモダリティ・ユニット４１２を用いて第一のモダリティにおいて対象４１６のような対象又は患者を走査し、第二のモダリティ・ユニット４１４を用いて第二のモダリティにおいて対象４１６を走査することを可能にする。多重モダリティ・イメージング・システム４１０は異なるモダリティでの多数の走査を考慮しており、単一モダリティのシステムを上回る診断能力を促進する。一実施形態では、第一のモダリティ・ユニット４１２は計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムであり、第二のモダリティ・ユニット４１４は陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）イメージング・システムである。ＣＴ／ＰＥＴシステム４１０は、ガントリ４１８を含むものとして示されている。動作時には、対象４１６は、例えば電動テーブル４２２を用いてイメージング・システム４１０を通して画定されている中央開口４２０の内部に配置される。ガントリ４１８は、検出器アレイ１６０へ向けてＸ線のビームを投射するＸ線源１６２を含んでおり、検出器アレイ１６０はガントリ４１８の反対側に設けられている。検出器アレイ１６０によって検出されるフォトンを用いて、対象４１６の画像を再構成する。
【００４３】
図５は、図４に示す例示的なＣＴイメージング・システム４１２の一部のブロック概略図である。本実施形態では、ＣＴイメージング・システム４１２は検出器アレイ１６０を含んでいる。検出器アレイ１６０は単一の横列を成す検出器素子４２８を有するように図示されているが、この実施形態の例では、検出器アレイ１６０は、複数の平行な検出器横列を成す検出器素子４２８を含むマルチ・スライス検出器アレイであって、複数の準平行スライス又は平行スライスに対応する投影データが走査中に同時に取得され得るようにしていることを認められたい。また、この実施形態の例では、検出器アレイ１６０は、ＣＺＴのような固体材料で形成された検出器素子４２８のマトリクスで形成されていてもよいし、ＰＩＮ又はＡＰＤ（アバランシュ・フォトダイオード）のような固体光検出器を各々付設したシンチレーション結晶のマトリクスで形成されていてもよい。ＣＺＴのような固体材料は、透過Ｘ線フォトン及び放出ガンマ・フォトンに対する感度を有し、これらのフォトンを識別することが可能である。
【００４４】
動作時には、制御機構４３０が検出器アレイ１６０の回転及びＸ線源１６２の動作を制御する。制御機構４３０は、Ｘ線源１６２に電力信号及びタイミング信号を供給するＸ線制御器４３２を含んでいる。制御機構４３０はまた、ガントリ４１８の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御器４３４を含んでいる。制御機構４３０に設けられているデータ取得システム（ＤＡＳ）４３６が検出器素子４２８からアナログ・データを標本採取し、これらのデータをディジタル信号へ変換して、図１に示すフォトン・カウンタ１００を用いた後の処理に供する。この実施形態の例では、ＣＴイメージング・システム４１０は、電流モード又はフォトン計数モードの何れかで動作するように構成されている。電流モードで動作しているときには、検出器アレイ１６０は、Ｘ線源１６２から伝達された放射線撮影エネルギを電流信号へ変換するように構成され、これらの電流信号は一定期間にわたり積算された後に、測定されて最終的にディジタル化される。フォトン計数モードで動作しているときには、検出器アレイ１６０は、Ｘ線計数を行ない、また検出される各々のＸ線のエネルギ・レベルの測定を提供するように構成される。
【００４５】
イメージング・システム４１０はまた、画像再構成器４３８を含んでおり、画像再構成器４３８はフォトン計数装置１００によって発生されるデータをＤＡＳ４３６から受け取って、高速画像再構成を実行する。本書で用いられる「コンピュータ」との用語は、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定応用向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、論理回路、及び本書に記載された作用を実行することが可能な他の任意の回路又はプロセッサを用いたシステムを含む任意のプロセッサ方式又はマイクロプロセッサ方式のシステムを含み得る。上の例は例示のみのためのものであり、従って「コンピュータ」との語の定義及び／又は意味を如何なる方法でも限定しないものとする。この実施形態の例では、コンピュータ１６４は、入力データを処理するために１又は複数の記憶要素又はメモリに記憶されている一組の命令集合を実行する。記憶要素はまた、所望又は必要に応じてデータ又は他の情報を記憶することができる。記憶要素は、情報ソースの形態にあってもよいし、コンピュータ１６４の内部の物理的メモリ素子の形態にあってもよい。選択随意で、イメージング・システム４１０は外部記憶装置４４２を含んでいてよい。
【００４６】
動作時には、コンピュータ１６４は、キーボードを有する操作者ワークステーションのコンソール４４４を介して操作者から命令及び走査パラメータを受け取る。付設されている表示器４４６によって、操作者は、再構成画像、並びにコンピュータ１６４及び／又はワークステーション４４４からの他のデータを観察することができる。操作者が供給した命令及びパラメータはコンピュータ１６４によって用いられて、ＤＡＳ４３６、Ｘ線制御器４３２及びガントリ・モータ制御器４３４へ制御信号及び情報を与える。加えて、コンピュータ１６４は、電動テーブル４２２を制御するテーブル・モータ制御器４４８を動作させて、患者のような対象４１６をガントリ４１８において配置する。
【００４７】
一実施形態では、コンピュータ１６４は、フロッピィ・ディスク又はＣＤ−ＲＯＭのようなコンピュータ可読の媒体４５２からの命令及び／又はデータを読み取る装置４５０、例えばフロッピィ・ディスク・ドライブ又はＣＤ−ＲＯＭドライブを含んでいる。もう一つの実施形態では、コンピュータ１６４はファームウェア（図示されていない）に記憶されている命令を実行する。コンピュータ１６４は、本書に記載する作用を実行するようにプログラムされている。本書に記載する方法及び装置は医療環境において記載されているが、本書に記載する方法及び装置の利点は、産業環境又は運輸環境、例えば限定しないが空港、他の運輸拠点、政府建築物、及びオフィス・ビル等での手荷物走査システム等で典型的に用いられるシステム等のような医用以外のイメージング・システムにおいても得られると想到される。
【００４８】
本書に記載する方法は、処理機械であるコンピュータ又はプロセッサ１６４に本書に記載する様々な実施形態の方法及び工程のような特定の動作を果たすように命令する様々な命令を含む一組の命令集合として具現化され得る。例えば、方法１００は、ソフトウェア・プログラムの形態にある一組の命令集合として具現化され得る。本書で用いられる「ソフトウェア」及び「ファームウェア」との用語は互換的であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含めたメモリに記憶されてコンピュータによって実行される任意のコンピュータ・プログラムを含んでいる。以上のメモリ形式は例示のみのためのものであり、従ってコンピュータ・プログラムの記憶に利用可能なメモリの形式に関して制限するものではない。例えば、フォトン計数装置１００及び／又は方法２００は、アルゴリズムとして具現化され得る。このアルゴリズムは、一組の命令集合としてコンピュータ可読の媒体４５２に記憶され得る。選択随意で、アルゴリズムは、一組の命令集合としてコンピュータ１６４に記憶されてもよい。
【００４９】
以上の記載は例示説明のためのものであって制限するものではないことを理解されたい。例えば、上述の各実施形態（及び／又は各実施形態の諸観点）を互いに組み合わせて用いてよい。加えて、本発明の範囲を逸脱することなく、特定の状況又は材料を発明の教示に合わせて適応構成する多くの改変を施すことができる。例えば、方法に記載されている各ステップの順序は、明示されていたり暗黙裡に要求されていたり（例えば一つのステップが、前段のステップの結果又は成果が利用可能であることを要求する等）しない限り、特定の順序で実行される必要はない。以上の記載を吟味して理解すれば、当業者には他の多くの実施形態が明らかとなろう。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲に関連して、かかる特許請求の範囲が網羅する等価物の全範囲と共に決定されるものとする。特許請求の範囲では、「including包含する」との用語は「comprising含む」の標準英語の同義語として、また「in whichこのとき」との用語は「whereinここで」の標準英語の同義語として用いられている。また、特許請求の範囲の制限は、「手段プラス機能（means-plus-function）」形式で記載されている訳ではなく、かかる特許請求の範囲の制限が、「〜のための手段」に続けて他の構造を含まない機能の言明を従えた文言を明示的に用いていない限り、合衆国法典第３５巻第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されるべきではない。
【００５０】
この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者が本発明を実施することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００５１】
１００：フォトン計数装置
１０２：陰極
１０４：結晶
１０６：検出場
１０８、１１０、１１２、１１４、１１６：ピクセル陽極
１１８：ピクセル・データ・チャネル
１２０：前置増幅器
１２２、１２４、…、ｎ：閾値解析器
１２６、１２８、…、ｎ：カウンタ
１３０：マルチプレクサ
１３２：読み出しバス
１４０、１４２：ピクセル
１５０：Ｘ線
１５２、１５４：信号
１６０：検出器アレイ
１６２：放射線源
１６４：コンピュータ
２００：イメージング・システム検出器から取得されるフォトン計数情報を用いて事象個数を決定する方法
３０２、３０４、３０６、３０８：実際の計数率
３１２、３１４、３１６、３１８：実際の計数の望ましい応答曲線
３２４、３２６、３２８：実際の計数率と望ましい曲線との間の顕著な変化
４１０：多重モダリティ・イメージング・システム
４１２：第一のモダリティ・ユニット
４１４：第二のモダリティ・ユニット
４１６：対象
４１８：ガントリ
４２０：中央開口
４２２：電動テーブル
４３０：制御機構
４３２：Ｘ線制御器
４３４：ガントリ・モータ制御器
４３６：データ取得システム（ＤＡＳ）
４３８：画像再構成器
４４２：外部記憶装置
４４４：操作者ワークステーション
４４６：表示器
４４８：入力装置
４５０：読み取り装置
４５２：コンピュータ可読の媒体
【技術分野】
【０００１】
本書に開示される主題は一般的には、イメージング・システムに関し、さらに具体的には、各実施形態は、イメージング・システムの検出器を用いてフォトン計数情報を取得するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムのような従来のイメージング・システムは、着目する対象を走査して画像情報を取得するために用いられている。典型的には、イメージング・システムは、Ｘ線を対象へ向けて放出するように構成されているＸ線源を含んでいる。放射線検出器のアレイのような検出装置が対象の反対側に配置されて、対象を透過したＸ線を検出する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＣＴイメージング・システムは、電流モードで動作することにより撮像情報を取得することができる。電流モードで動作しているときには、検出器は放射線撮影エネルギを電流信号へ変換し、電流信号が一定の期間にわたり積算された後に、測定されて最終的にディジタル化される。しかしながら、かかる検出器の欠点は、検出されるフォトンの個数及び／又はエネルギについてのデータ又はフィードバックを与えることができないことである。従って、ＣＴイメージング・システムはまた、フォトン計数モードでも動作するように構成される。フォトン計数モードで動作しているときには、幾つかのＣＴイメージング・システムは、従来のＣＴシステムを用いた場合に典型的に遭遇するＸ線フォトン線束率ではＸ線を計数することができない場合がある。例えば、フォトン計数モードで動作するテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）検出器又はテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）検出器のような固体検出器の計数率能力は、検出器シンチレータのパルス成形能力によって限定される。例えば、従来のＣＺＴ検出器の最大フォトン計数率は、Ｔを不感時間とすると電子回路チャネル当たり約１／ｅTまでに限定されている。不感時間は、フォトンが検出器結晶に衝突しても検出器がフォトンの処理又は計数で塞がっているときに生ずる。
【０００４】
従って、幾つかのＣＴイメージング・システムがフォトン計数モードで動作しているときに、検出器飽和すなわち検出器パイル・アップ（pile-up）が生ずる場合がある。パイル・アップは光度曲線にも影響し、高計数率を抑制する。換言すると、これらの検出器は典型的には、相対的に低いＸ線束レベル限界値において飽和する。これらの限界値を上回ると、検出器応答は予測不能となり、又は線量利用率が低下する。すなわち、一旦ピクセルが飽和したら（発生される信号の輝点に対応する）、さらなる放射線が画像に有用な細部を生成しなくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、検出器アレイの計数率能力を拡張する方法が提供される。この方法は、検出器アレイにおいてフォトンを受光するステップと、第一のカウンタを用いて第一のエネルギ閾値を上回るフォトンを計数するステップと、第二のカウンタを用いて異なる第二のエネルギ閾値を上回るフォトンを計数するステップと、第一及び第二のカウンタからのフォトン計数を用いてパイル・アップ推定を算出するステップとを含んでいる。
【０００６】
もう一つの実施形態では、検出器アレイが提供される。この検出器アレイは、ピクセルのマトリクスを形成し、放射線事象を感知する放射線検出場を有する複数の固体結晶と、複数のピクセルの少なくとも一つに結合されたフォトン計数装置とを含んでいる。検出器アレイにおいてフォトンを受光するように構成されているフォトン計数装置は、第一のカウンタを用いて第一のエネルギ閾値を上回るフォトンを計数し、第二のカウンタを用いて異なる第二のエネルギ閾値を上回るフォトンを計数して、第一及び第二のカウンタからのフォトン計数を用いてパイル・アップ推定を算出する。
【０００７】
さらにもう一つの実施形態では、コンピュータ可読の媒体が提供される。このコンピュータ可読の媒体は、第一のカウンタを用いて第一のエネルギ閾値を上回るフォトンを計数し、第二のカウンタを用いて異なる第二のエネルギ閾値を上回るフォトンを計数して、第一及び第二のカウンタからのフォトン計数を用いてパイル・アップ推定を算出することをコンピュータに命令するようにプログラムされている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の様々な実施形態に従って形成される例示的なフォトン計数装置の概略図である。
【図２】本発明の様々な実施形態による事象個数を決定する方法の一例の流れ図である。
【図３】本発明の様々な実施形態に従って具現化され得る例示的なパイル・アップ補正のグラフ図である。
【図４】本発明の様々な実施形態に従って形成される例示的な多重モダリティ・イメージング・システムの見取り図である。
【図５】本発明の様々な実施形態に従って形成される図４に示す例示的なイメージング・システムのブロック概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以上の概要及び以下の本発明の幾つかの実施形態の詳細な説明は、添付図面と併せて読むとさらに十分に理解されよう。図面が様々な実施形態の機能ブロックの線図を示す範囲までにおいて、機能ブロックは必ずしもハードウェア回路の間の区分を示す訳ではない。従って、例えば、機能ブロックの１又は複数（例えばプロセッサ若しくはメモリ）が単体のハードウェア（例えば汎用信号プロセッサ若しくはランダム・アクセス・メモリのブロック、又はハードディスク等）として具現化されていてもよい。同様に、プログラムは独立型プログラムであってもよいし、オペレーティング・システムのサブルーチンとして組み込まれていてもよいし、インストールされているソフトウェア・パッケージの関数等であってもよい。尚、様々な実施形態は図面に示されている構成及び手段に限定されないことを理解されたい。
【００１０】
本書で用いる場合には、単数形で記載されており単数不定冠詞を冠した要素又はステップとの用語は、排除を明記していない限りかかる要素又はステップを複数備えることを排除しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている追加の実施形態の存在を排除しないものと解釈されたい。また、反対に明記されていない限り、特定の特性を有する１又は複数の要素を「含んでいる」又は「有している」実施形態は、この特性を有しない追加の要素も包含し得る。
【００１１】
また、本書で用いられる「画像を再構成する」との表現は、画像を表わすデータが生成されるが可視画像は形成されないような本発明の実施形態を排除するものではない。従って、本書で用いられる「画像」との用語は、可視画像及び可視画像を表わすデータの両方を広く指す。但し、多くの実施形態は少なくとも１枚の可視画像を形成し又は形成するように構成されている。
【００１２】
図１は、例示的な放射線源１６２からのＸ線を受光するように構成されている例示的な検出器アレイ１６０と共に用いられ得る例示的なフォトン計数装置１００の概略図である。Ｘ線源１６２は、例えばＸ線を出力するように構成されていてよく、Ｘ線は検出器アレイ１６０に入射する。また、検出器アレイ１６０はフォトン計数率能力を含むテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）検出器又はテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）検出器のような固体検出器であってよい。
【００１３】
一実施形態では、フォトン計数装置１００は、検出器アレイ１６０に結合された別個の構成要素であってもよい。この実施形態の例では、フォトン計数装置１００は、検出器アレイ１６０と一体形成されている。フォトン計数装置１００は、フォトン計数を実行し、また検出される各々のＸ線のエネルギ・レベルの測定値を与えるように構成されている。検出器アレイ１６０は共通の陰極１０２を含んでおり、陰極１０２は、結晶１０４の一面に形成されて検出場１０６を形成する。複数のピクセル陽極１０８〜１１６が結晶１０４の第二の面に形成されている。ピクセル陽極１０８〜１１６は横列及び縦列のマトリクスを形成していてよく、各々のピクセル陽極１０８〜１１６がピクセルの位置となっている。従って、陰極１０２、結晶１０４、及び陽極１０８の組み合わせが単一のピクセル１４０を形成する。また、陰極１０２、結晶１０４、及び陽極１１０の組み合わせがもう一つのピクセル１４２を形成し、以下同様である。結晶１０４のマトリクスは、各々のピクセルが例えば２ｍｍ×２ｍｍ又は２ｍｍ×３ｍｍである場合に１６×１６ピクセル又は８×１８ピクセル等のように等しい寸法であっても異なる寸法であってもよい。
【００１４】
この実施形態の例では、各々のピクセルの出力に一つのフォトン計数装置が結合されている。例えば、図１に示すように、フォトン計数装置１００がピクセル１４２の出力に結合されている。もう一つのフォトン計数装置（図示されていない）がピクセル１４０の出力に結合され、以下同様である。この実施形態の例では、検出器アレイ１６０の各々のピクセルがそれぞれのフォトン計数装置に結合される。さらに明確に述べると、ピクセル陽極１０８〜１１６の各々と連絡してフォトン計数装置１００が結合されて、各々のピクセルに付設される専用のピクセル・データ・チャネル１１８を形成する。フォトン計数装置１００は、特定応用向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってもよいし、他の電子装置（１又は複数）であってもよい。選択随意で、フォトン計数装置１００は、コンピュータ１６４の一組の命令集合として具現化されていてもよい。図１には単一のフォトン計数装置１００が単一のピクセル陽極１１０と相互接続しているように図示されているが、このフォトン計数装置がピクセル陽極１０８〜１１６の各々に接続され得ることを認められたい。選択随意で、フォトン計数装置１００が１よりも多いピクセル陽極１０８〜１１６と相互接続されて、各々のピクセル陽極１０８〜１１６毎に別個の処理回路及び／又は処理能力を含んでいてもよい。また、フォトン計数装置１００は、１６×１６ピクセルを有する区域のような検出器アレイ１６０の区域からのピクセルの部分集合から信号を受け取ってもよい。多数のＡＳＩＣが、幾つもの（例えば１２８の）チャネルを提供する多数のフォトン計数装置１００を含むことができ、このようにして１２８個のピクセルからのデータを受け取る１２８個のピクセル・データ・チャネル１１８を設ける。ＡＳＩＣは選択随意でキャリア（carrier）印刷回路基板（ＰＣＢ）を用いて結晶１０４に接続される。選択随意で、フォトン計数装置１００は、等価の作用を果たす個々の構成要素を用いて具現化されていてもよい。
【００１５】
図１へ戻り、この実施形態の例では、フォトン計数装置１００は陽極１１０に結合されて陽極１１０から情報を受け取る少なくとも一つの前置増幅器１２０を含んでいる。フォトン計数装置１００はまた、前置増幅器１２０に結合された複数の閾値解析器１２２、１２４、…、ｎ、及びそれぞれの閾値解析器１２２、１２４、…、ｎに結合された複数のカウンタ１２６、１２８、…、ｎを含んでいる。この実施形態の例では、フォトン計数装置はそれぞれのカウンタ１２６に各々結合されたｎ個の閾値解析器を含んでいる。このようなものとして、フォトン計数装置１００はｎ個のカウンタとｎ個の閾値解析器とを含んでいる。フォトン計数装置１００はさらに、カウンタ１２４、…、ｎから計数データを読み取るマルチプレクサ１３０と、マルチプレクサ１３０から受け取った情報をコンピュータ１６４へ送信する読み出しバス１３２とを含んでいる。フォトン計数装置１００の動作を図２に関してさらに詳細に説明する。
【００１６】
図２は、検出器アレイ１６０のようなイメージング・システム検出器から取得されるフォトン計数情報を用いて事象個数を決定する方法２００の一例を示す流れ図である。一実施形態では、方法２００は、走査手順中に用いられ得る。この実施形態の例では、方法２００は、イメージング・システム較正手順中に実行される。また、上述のフォトン計数装置１００が方法２００の各部分を実行してもよい。選択随意で、方法２００は、コンピュータにインストールされている一組の命令集合として具現化されてもよい。また、この実施形態の例では、方法１００は、フォトン計数モードで動作している検出器アレイ、例えば検出器アレイ１６０と共に用いられる。
【００１７】
ブロック２０２では、カウンタ１２２、…、ｎは、ゼロ個のフォトンが取得されていることを反映してゼロに設定される。ブロック２０４では、図１に示す複数のＸ線１５０を発生する撮像走査が開始される。動作について述べると、検出器アレイ１６０に入射するＸ線１５０は、検出器ピクセルによって電気信号へ変換される。次いで、検出器アレイ１６０によって発生される信号はフォトン計数装置１００へ送信されて、例えば医用イメージング・システムを較正するために該装置１００によって用いられる。また、方法２００はパイル・アップ補正を決定し、次いで検出器アレイの計数率能力を高めるためにパイル・アップ補正を施す。
【００１８】
この実施形態の例では、検出器アレイ１６０を較正するために、Ｘ線がＸ線源１６２から放出される。例えば、図１へ戻り、ブロック２０４において走査が開始した後に、Ｘ線１５０によって画定されるような複数の放射線事象がＸ線源１６２から伝達されて、ピクセル位置例えばピクセル１４２において吸収され、ピクセル陽極１１０において信号１５２を発生させる。信号１５２は単一の個数を表わす。従って、信号１５２は単一のＸ線１５０の線束エネルギを表わす場合も、多数のＸ線１５０の線束エネルギを表わす場合もある。ピクセル陽極１１０は信号１５２を発生して、前置増幅器１２０へ送って増幅する。前置増幅器１２０は、図２に示すようなフォトン計数装置１００の内部に位置していてもよいし別個の構成要素であってもよい。ブロック２０６では、前置増幅器１２０は信号１５２を増幅して成形する。次いで、少なくとも信号１５２を示すエネルギ成分及びパルス時間成分を有する増幅された信号１５４が、閾値解析器１２２，１２４、…、ｎに渡される。
【００１９】
ブロック２０８では、閾値解析器１２２が信号１５２のエネルギＥを解析する。閾値解析器１２２は、第一の閾値Ｔ1に基づいて信号１５２を解析する。この実施形態の例では、第一の閾値Ｔ1は約４０ｋｅＶである。従って、閾値Ｔ1以上のエネルギを有するあらゆるＸ線が、後にあらためて詳細に議論されるように、カウンタによって計数される。
【００２０】
ブロック２１０では、閾値解析器１２４が信号１５２のエネルギＥを解析する。閾値解析器１２４はまた、第二の異なる閾値Ｔ2に基づいて信号１５２を解析する。この実施形態の例では、第二の閾値Ｔ2は第一の閾値Ｔ1よりも大きい。例えば、第二の閾値Ｔ2は約１００ｋｅＶであってよい。従って、動作時には、第一の閾値解析器１２２はピクセル１４２から受け取った各々の信号を解析して、信号のエネルギ・レベルが閾値Ｔ1よりも大きいか否かを決定する。また、ピクセル１４２から受け取った各々の信号を解析して、信号のエネルギ・レベルが閾値Ｔ2よりも大きいか否かを決定する。この態様で、各々のＸ線が別個に、同時期に（concurrently）、また近似的に同時発生的に（simultaneously）、フォトン計数装置１００によって処理されて計数される。
【００２１】
ブロック２１２では、カウンタがそれぞれの閾値カウンタから受け取ったＸ線を計数する。動作時には、閾値解析器１２２は、第一の閾値Ｔ1を上回る線束エネルギを有するあらゆるＸ線を第一のカウンタ１２６へ送り、閾値解析器１２４は、第二の閾値Ｔ2を上回る線束エネルギを有するあらゆるＸ線を第二のカウンタ１２８へ送る。従って、信号１５２の線束エネルギが第一の閾値Ｔ1を上回っている場合には、信号１５２は第一のカウンタ１２６によって計数される。また、信号のエネルギ・レベル１５２が第二の閾値Ｔ2を上回っている場合には、信号１５２はまた、第二のカウンタ１２８によって計数される。
【００２２】
さらに明確に述べると、対象又は被検体が撮像されているときに、検出器アレイ１６０は、幾つかの区域では計数に対して相対的に高感度である。検出器アレイ１６０によって記録される計数が増すにつれて検出器アレイ１６０の感度は低下する。例えば、患者が走査されているとすると、検出器アレイ１６０によって検出される計数又はＸ線の量、従って検出器アレイ１６０によって記録される線束エネルギは、患者が稠密である区域ほど小さい。計数率及び線束エネルギは患者が配置されている位置では低下するので、検出器アレイ１６０はこの位置において相対的に高感度になる。しかしながら、例えば、検出器アレイ１６０が空気を撮像しているような走査域、例えば患者の何れの部分もＸ線源１６２と検出器アレイ１６０との間に配置されていないときには、計数率は実質的に増大し、従って検出器アレイ１６０はこの区域に対して相対的に低感度になる。結果として、第一の閾値を用いてより低いエネルギを有する計数を識別し、第二の閾値を用いてより高いエネルギを有する計数を識別する。
【００２３】
従って、閾値解析器１２２、…、ｎは各々、それぞれの閾値に関してＸ線１５０のエネルギＥを解析する。一実施形態では、第二の閾値Ｔ2は検出器アレイ１６０の最大修正値（maximum corrected value）以上の値に設定される。最大修正値は典型的には、ピクセルが飽和を経験するときの値である。もう一つの実施形態では、第二の閾値Ｔ2は、予め決められた最大修正値の量の範囲内にある値に設定されることができ、例えば、最大修正値の約８０％と設定することができる。尚、方法２００は２種の閾値を用いることに関して記載されているが、方法２００は２種よりも多い閾値を用いてよいことを認められたい。例えば、方法２００は、３種、４種、又はさらに多い閾値を用いて具現化され得る。
【００２４】
図３は、上述のカウンタから受け取られる結果を用いて具現化され得る例示的なパイル・アップ補正のグラフ図であって、ｙ軸は単一の検出器アレイ・ピクセルによって出力される計数率を表わし、ｘ軸は検出器ピクセルに入力される線束率を表わす。認められるように、計数率は、関連する区域を有するピクセルによって単位時間当たり検出されるフォトンの数を具現化したものである。また、検出器アレイ１６０のような最適なフォトン計数検出器は二つの挙動を含んでおり、一つ目は可能な限り小さい流入（influx）変化当たり計数率の顕著な変化を与える感度、二つ目は流入の線形変化に対して計数率の線形変化を与える線形性である。例えば、流入が倍増した場合には、計数率も倍増する。本書に記載するこの実施形態の例では、計数率の線形性を感度に基づいて補正することができる。線束当たり顕著な変化が存在する場合、例えば感度に顕著な変化が存在する場合には、本書に記載する方法を用いて、計数率を近似的に線形の応答に戻す。
【００２５】
例えば、図３へ戻り、線３０２は第一のカウンタを用いて生成される１個のフォトン計数ピクセルの実際の計数率を示す。線３０４は、第二のカウンタを用いて生成される１個のフォトン計数ピクセルの実際の計数率を示す。線３０６は、第三のカウンタを用いて生成される１個のフォトン計数ピクセルの実際の計数率を示す。線３０８は、第四のカウンタを用いて生成される１個のフォトン計数ピクセルの実際の計数率を示す。検出器アレイ１６０は、前述のように２以上のカウンタを含み得ることを認められたい。例えば、線３０２はカウンタ１２６によって生成され、線３０８はカウンタ１２８によって生成され得る。また、線３０４及び３０６は、図１に示していないさらに他のカウンタによって生成され得る。
【００２６】
この実施形態の例では、線３１２は、線３０２によって示すカウンタによって記録される実際の計数の望ましい応答曲線を表わす。この実施形態の例では、線３１２は近似的に線形であって、検出器アレイが多重の線束スペクトルにわたって事象を計数していることを示すものとする。線３１４は、線３０４によって示すカウンタによって記録される実際の計数の望ましい応答曲線を表わす。線３１６は、線３０６に示すカウンタによって記録される実際の計数の望ましい応答曲線を表わす。線３１８は、線３０８に示すカウンタによって記録される実際の計数の望ましい応答曲線を表わす。
【００２７】
前述のように、この実施形態の例では、計数率の線形性をフォトン計数の感度に基づいて補正することができる。例えば点３２８のように線３０８に示す実際の計数率と線３１８に示す理想化された計数率との間の顕著な変化が存在する場合には、実際の計数率を線形応答に戻すように調節する単純なパイル・アップ補正を実行することができる。
【００２８】
例えば、図３に示すように、線３０８が低閾値カウンタから与えられる１個のフォトン計数ピクセルの実際の計数率を表わしているとする。点０から点Ｔ３４８まででは、検出器は最も高感度であり、すなわち線３０８は近似的に線形であって、従って理想的な応答曲線３１８に近似的に合致する。点Ｔ３４８から点Ｔ３５８まででは、検出器は線束に対して感度が低下しており、パイル・アップ条件が生じていて線束の増大当たりの計数の増大が小さくなっていることを示す。しかしながら、点Ｔ３４８と点Ｔ３５８との間の感度は依然として、線３０２の感度よりも良好である。従って、点Ｔ３４８から点Ｔ３５８までこのカウンタからの情報が依然として用いられる。線３０８の点Ｔ３５８から点Ｔ３６８まででは、応答は線３０２に示す応答と実質的に同様である。また、点Ｔ３６８から線３０８の末尾まででは、応答は実質的に平坦であり、線３０８からさらなる有用な計数情報は用いられないことを示す。さらに明確に述べると、点Ｔ３６８から線３０８の末尾まででは、計数率の変化は感度の損失のため実際の線束の不良な推定となっており、線束率の実質的な変化がカウンタの計数率の極く小さい変化によって示されている。
【００２９】
各々のカウンタが、当該範囲で最も高感度のカウンタとなる、すなわち当該範囲では他のカウンタよりも線束の変化に対して良好な計数率応答を示すような範囲の線束を有している。動作時には、パイル・アップ効果のため、増大し続けるファクタで検出器が線形応答から下落する。実際の結果は感度の損失であり、すなわち流入の変化による計数率の変化が小さくなる。流入が増大するにつれてパイル・アップのファクタは増大する一方、計数率は次第に低感度になり、結果が不正確になる。従って、この実施形態の例では、最適な結果を達成するために、少なくとも２種の閾値を用いて互いの挙動を補償する。さらに明確に述べると、線３０８の点０と点Ｔ３５８との間のような低流入域では、第一のカウンタ又は低閾値カウンタが扱い易い線形応答を保ちつつ最大感度を与えるため、このカウンタが用いられる。しかしながら、第一のカウンタが高流入域、例えば点Ｔ３５８と線３０８の末尾の点との間で動作しているときには、第一のカウンタ又は低閾値カウンタは感度を失い、従って、より高い閾値による第二のカウンタを別個に用いるか、又は第一のカウンタと併用する。
【００３０】
この実施形態の例は、２種のカウンタ及び２種の閾値を用いることに関して記載されているが、他の実施形態では、３以上のカウンタを用いてもよいことを認められたい。例えば、この実施形態の例では、線３０２及び線３０８についての計数情報を生成する２種のカウンタが記載されている。しかしながら、２よりも多い閾値を用いると、例えば線３０４及び線３０６からの付加的な情報を用いて導かれる改善された結果が達成され得る。２以上の閾値を実効的に用いると、流入範囲が詳細に解析され、最高感度を達成し、従って最も正確な結果を達成する。
【００３１】
この実施形態の例では、ピクセル毎測定毎に補正アルゴリズムが適用される。以下は、２種の閾値によるカウンタを用いて適用され得る一つのかかる補正アルゴリズムの例であり、線３０８が第一のカウンタ又は低閾値カウンタＣ１から得られる計数を表わし、線３０２が第二のカウンタ又は高閾値カウンタＣ２から得られる計数を表わす。前述のように、２よりも多い閾値カウンタを用いて、検出される計数の感度を高めることができる。
【００３２】
以下に示す表１は、パイル・アップ推定を算出するために少なくとも２種の閾値カウンタを用いる方法の一例を示す。Ｘ［ｉ］が計数率による推定流入InFluxを表わすとする。ピクセルの読み出し毎に行なわれるパイル・アップ補正は以下の通りとなる。
【００３３】
【表１】
上の表１に示すように、低閾値カウンタＣ１が線３０８の点０と点Ｔ３４８との間の情報を記録しているときには、カウンタは実質的に線形であって、線束の変化に関して高感度であり、従ってカウンタは検出器計数に最も高感度である。従って、低閾値カウンタＣ１についての点０と点Ｔ３４８との間の計数情報を用いて、パイル・アップ補正を算出する。
【００３４】
低閾値カウンタＣ１が点Ｔ３４と点Ｔ３５８との間に位置しているときには、応答は最早線形ではないが、良好な感度が依然保たれているので、低閾値カウンタＣ１からの計数情報を用いてパイル・アップ補正を正確に行なうことができる。
【００３５】
しかしながら、点Ｔ３５８から点Ｔ３６８まででは、パイル・アップ効果が著しくなり、精度を得ることが困難である。従って、パイル・アップ補正は、低閾値カウンタ及び高閾値カウンタの両方を用いて決定されて、パイル・アップ補正のために滑らかな移行を与える。この実施形態の例では、点Ｔ３５８から点Ｔ３６８までのパイル・アップ補正は、下記に従って決定される。
【００３６】
InFlux＝Ｘ［Ｃ１］＋｛（Ｘ［Ｃ１］−Ｘ［Ｔ３５８］）＊（Ｘ［Ｃ２］−Ｘ［Ｃ１］）｝／（Ｘ［Ｔ３６８］−Ｘ［Ｔ３５８］）
式中、Ｘ［ｉ］は推定流入InFluxを示し、
Ｘ［Ｃ１］は低閾値カウンタによって記録される推定流入InFluxを示し、
Ｘ［Ｃ２］は高閾値カウンタによって記録される推定流入InFluxを示し、
Ｘ［Ｔ３５８］は点Ｔ３５８において低閾値カウンタによって記録される推定流入InFluxを示し、
Ｘ［Ｔ３６８］は点Ｔ３６８において低閾値カウンタによって記録される推定流入InFluxを示す。
【００３７】
低閾値カウンタが、例えば点Ｔ３６８から線３０８の末尾までのように線束率の変化Ｉに最早応答しないときには、高閾値カウンタの方が低閾値カウンタよりも正確で線束変化に高感度であるため、高閾値カウンタからの計数率、例えば線３０２をパイル・アップ補正に用いる。
【００３８】
表１に示すように、低線束区域では低閾値カウンタを用い、高線束区域では高閾値カウンタを用いて、これにより、扱い易い線形応答を保ちつつ最大感度を与えて改善されたパイル・アップ補正を達成することができる。高閾値カウンタが感度を失うような相対的に高流入の区域では、高閾値カウンタを低閾値カウンタと併用して感度を保ち得ることを認められたい。
【００３９】
図２へ戻り、ブロック２１４では、マルチプレクサ１３０は第一のカウンタ１２６、第二のカウンタ１２８、及び第ｎのカウンタから出力された計数データをそれぞれ読み取って、これらの計数データを読み出しバス１３２へ転送する。次いで、読み出しの後にカウンタ１２６、…、ｎをゼロにリセットする。次いで、読み出しバス１３２はデータをワークステーションへ転送する。ブロック２１６では、読み出しバス１３２から受け取ったデータをテーブル（図示されていない）に入力してパイル・アップ補正を行なう。例えば、計数率が最大修正値（不感時間Ｔによって画定される最大計数率の約８０％）よりも小さいときには、低閾値カウンタＴ1をパイル・アップ補正に用いる。計数率が最大修正値よりも高いときには、高閾値カウンタＴ2値をＴ2値と併用してパイル・アップ補正を行なう。
【００４０】
これらの実施形態の例では、方法１００を用いてイメージング・システムを較正してもよいし、患者を撮像している間に方法１００を用いてもよい。一実施形態では、較正手順中に、線源１６２の線束率を次第に増大させて、ピクセルが飽和を経験する点を識別するのを容易にすることができる。次いで、この閾値、例えば第二の閾値Ｔ2を反映するようにルックアップ・テーブルを補正することができる。また、検出器アレイ１６０の各々のピクセル毎に別個の閾値Ｔ2を決定してもよいことを認められたい。
【００４１】
本書に記載する様々な実施形態の技術的効果は、例示的な検出器アレイの計数能力を拡張する性能を提供することである。さらに明確に述べると、第一のカウンタが飽和した後に少なくとも一つの付加的なカウンタが全ての事象を計数するように、多数のカウンタが用いられる。この態様で、様々な実施形態は、第一のカウンタがパイル・アップ状態を経験したら、少なくとも一つの付加的なカウンタを用いて事象を計数する。次いで、第二のカウンタからの計数を用いて、第一のカウンタによって生成された情報を補正することができる。さらに明確に述べると、例えばフォトン計数モードで行なわれるＣＴ取得中に、各々のピクセルに接続された電子回路チャネルが低閾値よりも高いエネルギを有するフォトンを計数する。また、高閾値よりも高いエネルギを有するフォトンを第二のカウンタによって同時に計数する。計数率が最大修正値（不感時間Ｔによって画定される最大計数率の約８０％）よりも小さいときには、低閾値カウンタＴ1を用いる。計数率が最大修正値よりも高いときには、高閾値カウンタ値Ｔ2を用いる。カウンタ値を作成される補正テーブルに入力して、このテーブルを用いてパイル・アップ推定を生成する。結果として、所載のフォトン計数装置は、高計数率において正確な結果を依然出力しつつ、低計数率での事象に対する改善された感度を提供する。この能力によって、イメージング・システムは、Ｘ線走査又はＣＴ走査のように様々な計数率に遭遇し得る場合にもＣＺＴ検出器アレイを用いることが可能になる。
【００４２】
図４は、上述の例示的なフォトン計数装置１００を含み得る例示的な多重モダリティ・イメージング・システム４１０である。イメージング・システム４１０は、第一のモダリティ・ユニット４１２及び第二のモダリティ・ユニット４１４を含んでいる。これら二つのモダリティ・ユニットは、多重モダリティ・イメージング・システム４１０が第一のモダリティ・ユニット４１２を用いて第一のモダリティにおいて対象４１６のような対象又は患者を走査し、第二のモダリティ・ユニット４１４を用いて第二のモダリティにおいて対象４１６を走査することを可能にする。多重モダリティ・イメージング・システム４１０は異なるモダリティでの多数の走査を考慮しており、単一モダリティのシステムを上回る診断能力を促進する。一実施形態では、第一のモダリティ・ユニット４１２は計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムであり、第二のモダリティ・ユニット４１４は陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）イメージング・システムである。ＣＴ／ＰＥＴシステム４１０は、ガントリ４１８を含むものとして示されている。動作時には、対象４１６は、例えば電動テーブル４２２を用いてイメージング・システム４１０を通して画定されている中央開口４２０の内部に配置される。ガントリ４１８は、検出器アレイ１６０へ向けてＸ線のビームを投射するＸ線源１６２を含んでおり、検出器アレイ１６０はガントリ４１８の反対側に設けられている。検出器アレイ１６０によって検出されるフォトンを用いて、対象４１６の画像を再構成する。
【００４３】
図５は、図４に示す例示的なＣＴイメージング・システム４１２の一部のブロック概略図である。本実施形態では、ＣＴイメージング・システム４１２は検出器アレイ１６０を含んでいる。検出器アレイ１６０は単一の横列を成す検出器素子４２８を有するように図示されているが、この実施形態の例では、検出器アレイ１６０は、複数の平行な検出器横列を成す検出器素子４２８を含むマルチ・スライス検出器アレイであって、複数の準平行スライス又は平行スライスに対応する投影データが走査中に同時に取得され得るようにしていることを認められたい。また、この実施形態の例では、検出器アレイ１６０は、ＣＺＴのような固体材料で形成された検出器素子４２８のマトリクスで形成されていてもよいし、ＰＩＮ又はＡＰＤ（アバランシュ・フォトダイオード）のような固体光検出器を各々付設したシンチレーション結晶のマトリクスで形成されていてもよい。ＣＺＴのような固体材料は、透過Ｘ線フォトン及び放出ガンマ・フォトンに対する感度を有し、これらのフォトンを識別することが可能である。
【００４４】
動作時には、制御機構４３０が検出器アレイ１６０の回転及びＸ線源１６２の動作を制御する。制御機構４３０は、Ｘ線源１６２に電力信号及びタイミング信号を供給するＸ線制御器４３２を含んでいる。制御機構４３０はまた、ガントリ４１８の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御器４３４を含んでいる。制御機構４３０に設けられているデータ取得システム（ＤＡＳ）４３６が検出器素子４２８からアナログ・データを標本採取し、これらのデータをディジタル信号へ変換して、図１に示すフォトン・カウンタ１００を用いた後の処理に供する。この実施形態の例では、ＣＴイメージング・システム４１０は、電流モード又はフォトン計数モードの何れかで動作するように構成されている。電流モードで動作しているときには、検出器アレイ１６０は、Ｘ線源１６２から伝達された放射線撮影エネルギを電流信号へ変換するように構成され、これらの電流信号は一定期間にわたり積算された後に、測定されて最終的にディジタル化される。フォトン計数モードで動作しているときには、検出器アレイ１６０は、Ｘ線計数を行ない、また検出される各々のＸ線のエネルギ・レベルの測定を提供するように構成される。
【００４５】
イメージング・システム４１０はまた、画像再構成器４３８を含んでおり、画像再構成器４３８はフォトン計数装置１００によって発生されるデータをＤＡＳ４３６から受け取って、高速画像再構成を実行する。本書で用いられる「コンピュータ」との用語は、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定応用向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、論理回路、及び本書に記載された作用を実行することが可能な他の任意の回路又はプロセッサを用いたシステムを含む任意のプロセッサ方式又はマイクロプロセッサ方式のシステムを含み得る。上の例は例示のみのためのものであり、従って「コンピュータ」との語の定義及び／又は意味を如何なる方法でも限定しないものとする。この実施形態の例では、コンピュータ１６４は、入力データを処理するために１又は複数の記憶要素又はメモリに記憶されている一組の命令集合を実行する。記憶要素はまた、所望又は必要に応じてデータ又は他の情報を記憶することができる。記憶要素は、情報ソースの形態にあってもよいし、コンピュータ１６４の内部の物理的メモリ素子の形態にあってもよい。選択随意で、イメージング・システム４１０は外部記憶装置４４２を含んでいてよい。
【００４６】
動作時には、コンピュータ１６４は、キーボードを有する操作者ワークステーションのコンソール４４４を介して操作者から命令及び走査パラメータを受け取る。付設されている表示器４４６によって、操作者は、再構成画像、並びにコンピュータ１６４及び／又はワークステーション４４４からの他のデータを観察することができる。操作者が供給した命令及びパラメータはコンピュータ１６４によって用いられて、ＤＡＳ４３６、Ｘ線制御器４３２及びガントリ・モータ制御器４３４へ制御信号及び情報を与える。加えて、コンピュータ１６４は、電動テーブル４２２を制御するテーブル・モータ制御器４４８を動作させて、患者のような対象４１６をガントリ４１８において配置する。
【００４７】
一実施形態では、コンピュータ１６４は、フロッピィ・ディスク又はＣＤ−ＲＯＭのようなコンピュータ可読の媒体４５２からの命令及び／又はデータを読み取る装置４５０、例えばフロッピィ・ディスク・ドライブ又はＣＤ−ＲＯＭドライブを含んでいる。もう一つの実施形態では、コンピュータ１６４はファームウェア（図示されていない）に記憶されている命令を実行する。コンピュータ１６４は、本書に記載する作用を実行するようにプログラムされている。本書に記載する方法及び装置は医療環境において記載されているが、本書に記載する方法及び装置の利点は、産業環境又は運輸環境、例えば限定しないが空港、他の運輸拠点、政府建築物、及びオフィス・ビル等での手荷物走査システム等で典型的に用いられるシステム等のような医用以外のイメージング・システムにおいても得られると想到される。
【００４８】
本書に記載する方法は、処理機械であるコンピュータ又はプロセッサ１６４に本書に記載する様々な実施形態の方法及び工程のような特定の動作を果たすように命令する様々な命令を含む一組の命令集合として具現化され得る。例えば、方法１００は、ソフトウェア・プログラムの形態にある一組の命令集合として具現化され得る。本書で用いられる「ソフトウェア」及び「ファームウェア」との用語は互換的であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含めたメモリに記憶されてコンピュータによって実行される任意のコンピュータ・プログラムを含んでいる。以上のメモリ形式は例示のみのためのものであり、従ってコンピュータ・プログラムの記憶に利用可能なメモリの形式に関して制限するものではない。例えば、フォトン計数装置１００及び／又は方法２００は、アルゴリズムとして具現化され得る。このアルゴリズムは、一組の命令集合としてコンピュータ可読の媒体４５２に記憶され得る。選択随意で、アルゴリズムは、一組の命令集合としてコンピュータ１６４に記憶されてもよい。
【００４９】
以上の記載は例示説明のためのものであって制限するものではないことを理解されたい。例えば、上述の各実施形態（及び／又は各実施形態の諸観点）を互いに組み合わせて用いてよい。加えて、本発明の範囲を逸脱することなく、特定の状況又は材料を発明の教示に合わせて適応構成する多くの改変を施すことができる。例えば、方法に記載されている各ステップの順序は、明示されていたり暗黙裡に要求されていたり（例えば一つのステップが、前段のステップの結果又は成果が利用可能であることを要求する等）しない限り、特定の順序で実行される必要はない。以上の記載を吟味して理解すれば、当業者には他の多くの実施形態が明らかとなろう。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲に関連して、かかる特許請求の範囲が網羅する等価物の全範囲と共に決定されるものとする。特許請求の範囲では、「including包含する」との用語は「comprising含む」の標準英語の同義語として、また「in whichこのとき」との用語は「whereinここで」の標準英語の同義語として用いられている。また、特許請求の範囲の制限は、「手段プラス機能（means-plus-function）」形式で記載されている訳ではなく、かかる特許請求の範囲の制限が、「〜のための手段」に続けて他の構造を含まない機能の言明を従えた文言を明示的に用いていない限り、合衆国法典第３５巻第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されるべきではない。
【００５０】
この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者が本発明を実施することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００５１】
１００：フォトン計数装置
１０２：陰極
１０４：結晶
１０６：検出場
１０８、１１０、１１２、１１４、１１６：ピクセル陽極
１１８：ピクセル・データ・チャネル
１２０：前置増幅器
１２２、１２４、…、ｎ：閾値解析器
１２６、１２８、…、ｎ：カウンタ
１３０：マルチプレクサ
１３２：読み出しバス
１４０、１４２：ピクセル
１５０：Ｘ線
１５２、１５４：信号
１６０：検出器アレイ
１６２：放射線源
１６４：コンピュータ
２００：イメージング・システム検出器から取得されるフォトン計数情報を用いて事象個数を決定する方法
３０２、３０４、３０６、３０８：実際の計数率
３１２、３１４、３１６、３１８：実際の計数の望ましい応答曲線
３２４、３２６、３２８：実際の計数率と望ましい曲線との間の顕著な変化
４１０：多重モダリティ・イメージング・システム
４１２：第一のモダリティ・ユニット
４１４：第二のモダリティ・ユニット
４１６：対象
４１８：ガントリ
４２０：中央開口
４２２：電動テーブル
４３０：制御機構
４３２：Ｘ線制御器
４３４：ガントリ・モータ制御器
４３６：データ取得システム（ＤＡＳ）
４３８：画像再構成器
４４２：外部記憶装置
４４４：操作者ワークステーション
４４６：表示器
４４８：入力装置
４５０：読み取り装置
４５２：コンピュータ可読の媒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトン計数情報を取得する方法であって、
検出器アレイにおいてフォトンを受光するステップと、
第一のカウンタを用いて第一のエネルギ閾値を上回る前記フォトンを計数するステップと、
第二のカウンタを用いて異なる第二のエネルギ閾値を上回る前記フォトンを計数するステップと、
前記第一及び第二のカウンタからの前記フォトン計数を用いてパイル・アップ推定を算出するステップと
を備えた方法。
【請求項２】
前記第一のカウンタを用いて線束エネルギが約４０ｋｅＶ以上であるフォトンを計数するステップと、
前記第二のカウンタを用いて線束エネルギが約１００ｋｅＶ以上であるフォトンを計数するステップと
さらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記検出器アレイにより検出されている前記線束エネルギを、前記第一のカウンタを実質的に飽和させるのに十分な第一の線束レベルまで増大させるステップと、
前記検出器アレイにより検出されている前記線束エネルギを、前記第一の線束レベルよりも大きい第二の線束レベルまで増大させるステップと、
前記第一のカウンタが飽和した後に前記第二のカウンタを用いて前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数するステップと、
前記第一及び第二のカウンタにより計数される前記フォトンを用いて前記検出器アレイを較正するステップと
をさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第一のカウンタにより計数されている前記フォトンが、いつ、実質的に線形の応答から実質的に非線形の応答へ変移したかを識別するステップと、
前記第一のカウンタが実質的に線形の応答から実質的に非線形の応答へ変移した後に、前記第二のカウンタを用いて前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数するステップと
をさらに含んでいる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第一のカウンタが、いつ、最大修正値に達したかを決定するステップと、
前記第二のカウンタを用いて前記最大修正値を上回る前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数するステップと
をさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第一のカウンタが飽和点に達したときの最大修正値を決定するステップと、
前記第二のカウンタを用いて前記最大修正値の８０％を上回る前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数するステップと
をさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第一及び第二のカウンタを用いて前記検出器アレイから受光される前記フォトンを同時に計数するステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第一及び第二のカウンタにより計数される合計フォトンを識別するステップと、
計数された前記合計フォトンを用いて前記検出器アレイを較正するステップと
をさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ピクセルのマトリクスを形成し、放射線事象を感知する放射線検出場を有する複数の固体結晶と、
前記複数のピクセルの少なくとも１個に結合されたフォトン計数装置と
を備えた検出器アレイであって、前記フォトン計数装置は、
第一のカウンタを用いて、第一のエネルギ閾値を上回る前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数し、
第二のカウンタを用いて、異なる第二のエネルギ閾値を上回る前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数して、
前記第一及び第二のカウンタからの前記フォトン計数を用いてパイル・アップ推定を算出する
ように構成されている、検出器アレイ。
【請求項１０】
前記フォトン計数装置はさらに、
各々の放射線事象を閾値解析して、
前記放射線事象に関連するエネルギ・レベルを予め決められた閾値に対して比較することにより各々の放射線事象を計数する
ように構成されている、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１１】
前記フォトン計数装置はさらに、
前記第一のカウンタを用いて、線束エネルギが約４０ｋｅＶ以上であるフォトンを計数して、
前記第二のカウンタを用いて、線束エネルギが約１００ｋｅＶ以上であるフォトンを計数する
ように構成されている、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１２】
前記フォトン計数装置はさらに、前記第一のカウンタが飽和した後には、前記第二のカウンタを用いて、前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数するように構成されている、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１３】
前記フォトン計数装置はさらに、前記検出器アレイを較正するための情報であって、前記第一及び第二のカウンタにより計数される前記フォトンを含む情報を生成するように構成されている、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１４】
前記フォトン計数装置はさらに、
前記第一のカウンタにより計数されている前記フォトンが、いつ、実質的に線形の応答から実質的に非線形の応答へ変移したかを識別して、
前記第一のカウンタが実質的に線形の応答から実質的に非線形の応答へ変移した後に、前記第二のカウンタを用いて、前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数する
ように構成されている、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１５】
前記フォトン計数装置はさらに、
前記第一のカウンタが、いつ、最大修正値に達したかを決定して、
前記第二のカウンタを用いて、前記最大修正値を上回る前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数する
ように構成されている、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１６】
前記フォトン計数装置はさらに、前記第一及び第二のカウンタを用いて、前記検出器アレイから受光した前記フォトンを同時に計数するように構成されている、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１７】
第一のカウンタを用いて、第一のエネルギ閾値を上回る前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数し、
第二のカウンタを用いて、異なる第二のエネルギ閾値を上回る前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数して、
前記第一及び第二のカウンタからの前記フォトン計数を用いてパイル・アップ推定を算出する
ことをコンピュータに命令する命令を含んでいるコンピュータ可読の媒体。
【請求項１８】
前記命令はさらに、
各々の放射線事象を閾値解析して、
前記放射線事象に関連するエネルギ・レベルを予め決められた閾値に対して比較することにより各々の放射線事象を計数する
ことを前記コンピュータに命令する、請求項１７に記載のコンピュータ可読の媒体。
【請求項１９】
前記命令はさらに、
前記第一のカウンタにより計数されている前記フォトンが、いつ、実質的に線形の応答から実質的に非線形の応答へ変移したかを識別して、
前記第一のカウンタが実質的に線形の応答から実質的に非線形の応答へ変移した後に、前記第二のカウンタを用いて、前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数する
ことを前記コンピュータに命令する、請求項１７に記載のコンピュータ可読の媒体。
【請求項１】
フォトン計数情報を取得する方法であって、
検出器アレイにおいてフォトンを受光するステップと、
第一のカウンタを用いて第一のエネルギ閾値を上回る前記フォトンを計数するステップと、
第二のカウンタを用いて異なる第二のエネルギ閾値を上回る前記フォトンを計数するステップと、
前記第一及び第二のカウンタからの前記フォトン計数を用いてパイル・アップ推定を算出するステップと
を備えた方法。
【請求項２】
前記第一のカウンタを用いて線束エネルギが約４０ｋｅＶ以上であるフォトンを計数するステップと、
前記第二のカウンタを用いて線束エネルギが約１００ｋｅＶ以上であるフォトンを計数するステップと
さらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記検出器アレイにより検出されている前記線束エネルギを、前記第一のカウンタを実質的に飽和させるのに十分な第一の線束レベルまで増大させるステップと、
前記検出器アレイにより検出されている前記線束エネルギを、前記第一の線束レベルよりも大きい第二の線束レベルまで増大させるステップと、
前記第一のカウンタが飽和した後に前記第二のカウンタを用いて前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数するステップと、
前記第一及び第二のカウンタにより計数される前記フォトンを用いて前記検出器アレイを較正するステップと
をさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第一のカウンタにより計数されている前記フォトンが、いつ、実質的に線形の応答から実質的に非線形の応答へ変移したかを識別するステップと、
前記第一のカウンタが実質的に線形の応答から実質的に非線形の応答へ変移した後に、前記第二のカウンタを用いて前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数するステップと
をさらに含んでいる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第一のカウンタが、いつ、最大修正値に達したかを決定するステップと、
前記第二のカウンタを用いて前記最大修正値を上回る前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数するステップと
をさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第一のカウンタが飽和点に達したときの最大修正値を決定するステップと、
前記第二のカウンタを用いて前記最大修正値の８０％を上回る前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数するステップと
をさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第一及び第二のカウンタを用いて前記検出器アレイから受光される前記フォトンを同時に計数するステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第一及び第二のカウンタにより計数される合計フォトンを識別するステップと、
計数された前記合計フォトンを用いて前記検出器アレイを較正するステップと
をさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ピクセルのマトリクスを形成し、放射線事象を感知する放射線検出場を有する複数の固体結晶と、
前記複数のピクセルの少なくとも１個に結合されたフォトン計数装置と
を備えた検出器アレイであって、前記フォトン計数装置は、
第一のカウンタを用いて、第一のエネルギ閾値を上回る前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数し、
第二のカウンタを用いて、異なる第二のエネルギ閾値を上回る前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数して、
前記第一及び第二のカウンタからの前記フォトン計数を用いてパイル・アップ推定を算出する
ように構成されている、検出器アレイ。
【請求項１０】
前記フォトン計数装置はさらに、
各々の放射線事象を閾値解析して、
前記放射線事象に関連するエネルギ・レベルを予め決められた閾値に対して比較することにより各々の放射線事象を計数する
ように構成されている、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１１】
前記フォトン計数装置はさらに、
前記第一のカウンタを用いて、線束エネルギが約４０ｋｅＶ以上であるフォトンを計数して、
前記第二のカウンタを用いて、線束エネルギが約１００ｋｅＶ以上であるフォトンを計数する
ように構成されている、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１２】
前記フォトン計数装置はさらに、前記第一のカウンタが飽和した後には、前記第二のカウンタを用いて、前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数するように構成されている、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１３】
前記フォトン計数装置はさらに、前記検出器アレイを較正するための情報であって、前記第一及び第二のカウンタにより計数される前記フォトンを含む情報を生成するように構成されている、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１４】
前記フォトン計数装置はさらに、
前記第一のカウンタにより計数されている前記フォトンが、いつ、実質的に線形の応答から実質的に非線形の応答へ変移したかを識別して、
前記第一のカウンタが実質的に線形の応答から実質的に非線形の応答へ変移した後に、前記第二のカウンタを用いて、前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数する
ように構成されている、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１５】
前記フォトン計数装置はさらに、
前記第一のカウンタが、いつ、最大修正値に達したかを決定して、
前記第二のカウンタを用いて、前記最大修正値を上回る前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数する
ように構成されている、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１６】
前記フォトン計数装置はさらに、前記第一及び第二のカウンタを用いて、前記検出器アレイから受光した前記フォトンを同時に計数するように構成されている、請求項９に記載の検出器アレイ。
【請求項１７】
第一のカウンタを用いて、第一のエネルギ閾値を上回る前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数し、
第二のカウンタを用いて、異なる第二のエネルギ閾値を上回る前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数して、
前記第一及び第二のカウンタからの前記フォトン計数を用いてパイル・アップ推定を算出する
ことをコンピュータに命令する命令を含んでいるコンピュータ可読の媒体。
【請求項１８】
前記命令はさらに、
各々の放射線事象を閾値解析して、
前記放射線事象に関連するエネルギ・レベルを予め決められた閾値に対して比較することにより各々の放射線事象を計数する
ことを前記コンピュータに命令する、請求項１７に記載のコンピュータ可読の媒体。
【請求項１９】
前記命令はさらに、
前記第一のカウンタにより計数されている前記フォトンが、いつ、実質的に線形の応答から実質的に非線形の応答へ変移したかを識別して、
前記第一のカウンタが実質的に線形の応答から実質的に非線形の応答へ変移した後に、前記第二のカウンタを用いて、前記検出器アレイにおいて受光されるフォトンを計数する
ことを前記コンピュータに命令する、請求項１７に記載のコンピュータ可読の媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１３−５１６６１０（Ｐ２０１３−５１６６１０Ａ）
【公表日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４７０７４（Ｐ２０１２−５４７０７４）
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５５５９５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９０５３４
【国際公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５５５９５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９０５３４
【国際公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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