JP6059534B2 - 放射線量に基づく撮像検出器タイルのパラメタの補償 - Google Patents

Description

以下のことは一般に、検出器タイルの様々な動作パラメタを沈着線量に基づいて補償することに関連すると共に、ＣＴ(Computed Tomography)に特に応用される。しかしながら、以下のことは、他の医療撮像応用及び非医療撮像応用にも適している。

ＣＴスキャナは、縦軸又はｚ軸を中心にして検査領域の周りを回転する回転可能なガントリに取り付けられるＸ線管を含んでいる。このＸ線管は、前記検査領域及びこの領域内にいる被験者又は物体を横断する電離放射線を放出する。検出器アレイは、Ｘ線管から検査領域の反対側に角度円弧(angular arc)の範囲を定める(subtend)。この検出器アレイは、検査領域を横断する放射線を検出し、それを示す信号を生成する。再構成器は、この信号を示すボリューム画像データを再構成する。このボリューム画像データはさらに処理され、被験者又は物体の１つ以上の画像を生成する。

スキャナに応じて、検出器アレイが放射線感受性ピクセルを組み込むこと及び/又は光子計数することを含んでもよい。ある例において、検出器アレイは、複数の検出器モジュールを含み、各モジュールは、複数の検出器タイルを含んでいる。検出器タイルは、２次元の光センサアレイに光学結合されるシンチレータを含み、このアレイは電子機器に電気結合されている。前記タイルの様々な構成要素の反応は、放射線被ばくに対し感受性があり、この放射線被ばくと共に変化する。例えば、様々な構成要素及び故にタイルの動作パラメタ、例えば利得、熱係数等は、スキャナが物体及び/又は被験者をスキャンするのに使用され並びにタイルは放射線で照射されるので、時間と共に変化する。

残念なことに、動作パラメタの変化する反応は、画像データに取り込まれるアーチファクトにつながっている。

本出願の態様は、上記の事項等を述べている。

１つの態様によれば、撮像システムの検出器タイルは、光センサアレイ及びこの光センサに電気結合される電子機器を含み、ここで前記電子機器は、検出器タイルの沈着線量を決定し、それを示す信号を生成する線量決定器を含んでいる。

他の実施例において、ある方法は、撮像システムの検出器タイルを照射する放射線を検知するステップ、検知した放射線を示す信号を生成するステップ、及び前記信号の少なくとも一部に基づいて検出器タイルの電子機器のパラメタを補正するステップを含む。

他の実施例において、前記検出器タイルの検知した生涯放射線線量に少なくとも一部が基づいて検出器タイルの電子機器のパラメタを補正するステップを含んでいる。

本発明は、様々な構成要素及び構成要素の組み合わせ、並びに様々なステップ及びステップの組み合わせの形式をとってもよい。図面は単に好ましい実施例を説明することを目的とするだけであり、本発明を限定するとは考えるべきではない。

複数の検出器モジュールを含んでいる検出器アレイを用いた例示的な撮像システムを説明する。 検出器モジュールの例示的な検出器タイルを説明する。 検出器モジュールの例示的な検出器タイルを説明する。 前記検出器タイルの例示的な２次元の光センサアレイ及び散乱線除去グリッドを説明する。 電子機器と電気結合されている２次元の光センサアレイを説明する。 放射線被ばくの関数として前記電子機器のパラメタのグラフを説明する。 タイルの例示的な電子機器を説明する。 放射線被ばくの関数として前記電子機器の放射線センサの例示的な動作を説明する。 前記電子機器と接続している放射線センサの例示的な配置を説明する。 前記電子機器と接続している放射線センサの例示的な配置を説明する。 前記電子機器と接続している放射線センサの例示的な配置を説明する。 前記電子機器と接続している放射線センサの例示的な配置を説明する。 方法を説明する。

図１は、例えばＣＴスキャナのような撮像システム１００を説明している。この撮像システム１００は、通常は動かないガントリ１０２及び回転ガントリ１０４を含んでいる。回転ガントリ１０４は、この動かないガントリ１０２により回転可能に支持され、縦軸又はｚ軸を中心にして検査領域１０６の周りを回転する。放射線源１０８、例えばＸ線管は、回転ガントリ１０４により支持されると共に、このガントリと共に回転し、検査領域１０６を横断する放射線を放出する。

放射線感受性の検出器アレイ１１２は、前記検査領域１０６を超えて放射線源１０８の反対側に角度円弧の範囲を定め、この検査領域１０６を横断する放射線を検出する。説明される実施例において、この放射線感受性の検出器アレイ１１２は、ｚ軸に対し横断する方向に沿って互いに配される複数の検出器モジュール１１４を含む。示されるように、検出器モジュール１１４は、ｚ軸に沿って互いに配される複数の検出器モザイク(mosaic)又はタイル１１６を含む。このような検出器アレイの限定されない例は、米国特許番号6,510,195 B1（出願日：2001年7月18日、発明の名称"Solid State X-Radiation Detector Modules and Mosaics thereof, and an Imaging Method and Apparatus Employing the Same"）においてより詳細に開示され、これはここで参照することによりその全てが組み込まれるものとする。

図２Ａに示されるように、描かれる検出器アレイ１１２のタイル１１６は、検査領域１０６を横断する放射線に面している第１の側面と、２次元の光センサアレイ２０４に物理的及び光学的に結合される第２の側面を備えるシンチレータアレイ２０２を含む。図３に示されるように、この２次元の光センサアレイ２０４は、検出器ピクセル３０２のＮ?Ｍの配列、及び対応する２次元の散乱線除去グリッド３０４を含み、このグリッドは個々の検出器ピクセル３０２を取り囲むラメラ(lamella)を含んでいる。図３における検出器ピクセル３０２の数は、説明を目的とするものであり、限定しているのではない。図２Ａに戻り、説明される２次元の光センサアレイ２０４は、基板２０６を介して電子機器２０８に電気結合されている。電気経路２１２、例えばコネクタピン等は、電源及びデジタルＩ／Ｏ信号を搬送する。

上記タイル１１６の限定されない例は、Luhta他著、"A New 2D-Tiled Detector for Multislice CT"Medical Imaging 2006: Physics of Medical Imaging, Vol. 6142, pp.275-286(2006)において詳細に開示されている。図２Ｂは、タイル１１６の代替実施例を説明し、この実施例において基板２０６は省略され、電子機器２０８は光センサアレイ２０４に結合されてあり、それにより放射線遮蔽を排除する。上述したように、タイル１１６の様々な構成要素の反応は、放射線被ばくに感受性があり、その放射線被ばくで変化する。故に、この実施例におけるタイルの前記反応は、放射線遮蔽を備える実施例と比べて、放射線被ばくの影響を受ける可能性が高い。このようなタイル１１６の限定されない実施例は、特許出願シリアル番号12/293,842、公開番号US2009/0121146 A1（出願日：2006年3月30日、発明の名称"Radiation Detector Array"）に開示され、これはここで参照することによりその全てが組み込まれるものとする。さらに他の実施例において、タイル１１６は、方向変換材料（例えばCdTe）を含み、電子機器２０８はこの方向変換材料に結合されている。

図４に示されるように、説明される電子機器２０８は、検出器タイル１１６の生涯沈着線量を決定し、それを示す信号を生成する線量決定器４０２を含む。以下に詳細に説明されるように、この線量決定器４０２は、検出器タイル１１６の１つ以上の部分を照射する放射線を検知する１つ以上の構成要素を含み、検知した放射線に基づいて信号を決定する。この信号は、撮像システム１００における前記タイル１１６の生涯にわたり沈着線量で変化するタイル１１６の動作パラメタ（例えば利得、熱係数等）を補償又は補正するのに使用されることができる。示されていなくとも、この電子機器２０８は様々な他の構成要素を含んでいる。

図５は、上記パラメタの動作の関係性を放射線被ばくの関数として一般的に示す曲線５０２を表す。この例において、パラメタは、放射線被ばくが増大すると共に、線形に減少している。より特定の実施例によって、検出器ピクセル３０２の利得は、特定の量の放射線被ばくの後、１．０から０．９まで０．１ずつ減少する。他の例において、シンチレータ２０２及び/又は光センサアレイ２０４の熱係数は、特定の量の放射線被ばくの後、０．２％／Ｃから０．１％／Ｃまで０．１％／Ｃずつ減少する。もちろん、他の形状の曲線（例えば非線形、増大する等）を持つパラメタがここで考えられる。特定のタイル１１６に対する特定の曲線は、このタイルの寿命検査、製造仕様及び/又は別の方法によって決められることができる。

図１を参照すると、結果生じる信号は、目に見える画像品質の劣化（例えばアーチファクト）をタイル１１６の沈着線量と相関させる、及び/又は沈着線量に基づいてタイル１１６が置き換えられる必要があるときを予測又は予想するために使用されてもよい。

患者支持台１１８、例えば診察台は、検査領域１０６において物体又は被験者、例えば人間の患者を支持する。この患者支持台１１８は、物体又は被験者をスキャンする前、スキャン中及び/又はスキャンした後に、これら物体又は被験者を検査領域１０６に入れる及び/又はそこから出すように構成される。

再構成装置１２０は、検出器アレイ１１２からの信号を再構成し、それを示すボリューム画像データを生成する。このボリューム画像データはさらに処理され、１つ以上の画像を生成することができ、これら画像は表示装置により示されたり、フィルムにされたり又は他の方法で出力されたりすることができる。

汎用の計算システムは、オペレータ操作卓１２２として働く。この操作卓１２２は、前記システム１００に対しローカル又はリモートであるコンピュータ読み取り可能媒体に記憶又は符号化される１つ以上のコンピュータ読み取り可能命令（ソフトウェア）を実施する１つ以上の処理器を含んでいる。この操作卓１２２に常駐しているソフトウェアは、オペレータにスキャンを開始させる等のシステム１００の動作を制御することを可能にする。この操作卓１２２は、例えばディスプレイのような出力装置、並びに例えばキーボード、マウス、タッチ式スクリーン等のような入力装置も含んでいる。

図６に戻ってみると、タイル１１６の例示的な電子機器２０８が説明されている。この例において、電子機器２０８は、上述した線量決定器４０２を含んでいる。説明した線量決定器４０２は、少なくとも１つの放射線センサ６０２を含み、これらセンサは、
検査領域１０６を横断し、タイル１１６を照射する放射線を検出し、並びに検知した放射線を示す出力を生じる。説明される少なくとも１つの放射線センサ６０２は、ＭＯＳＦＥＴ(metal-oxide-semiconductor-field-effect transistor)又は放射線の被ばくによって、既知の又は測定可能な方法で変化する電気特性を持つ他の電気部品を含んでもよい。

図７は、ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧が放射線被ばくに基づいてどのように変化するかの例を示す。示されるように、第１の曲線７０２は、ドレイン電流（Ｉ_Ｄ）をゲート−ソース電圧（Ｖ_ＧＳ）の関数として、放射線を被ばくする前又は第１の放射線被ばくをした第１のしきい値電圧（Ｖ_Ｔ）と共に示す。第２の曲線７０２'は、ドレイン電流（ＩＤ）をゲート−ソース電圧（Ｖ_ＧＳ）の関数として、特定の量の放射線被ばくの後又は第２の放射線被ばくをした第２のしきい値電圧（Ｖ'_Ｔ）と共に示す。示されるように、第２の曲線７０２'は、第１の曲線７０２からシフトされたものであり、第１のしきい値電圧（Ｖ_Ｔ）から第２のしきい値電圧（Ｖ'_Ｔ）をシフトしている。このシフトは測定可能であり、放射線被ばくに比例する、従って如何なる所定の時間のシフトもその時の沈着線量を示す情報を決定するのに使用される。

図６に戻ってみると、マッパー(mapper)６０４は、例えばグレイ、ラド(rad)、キュリー(curie)、レム(rem)、又は他の単位のような吸収放射線量を表す単位で沈着線量を示す値のような放射線量を表す値に前記シフトをマッピングする。パラメタ補正器６０６は、レジスタ６１２にある１つ以上の補正曲線６１０及びマッパー６０４により生じた値に基づいてパラメタ決定器６０８により決定されるパラメタ（例えば、利得、熱係数等）を補正する。このパラメタ決定器６０８は、例えば利得、熱係数等のようなパラメタを、特許出願シリアル番号61/163,493（２００９年３月２６日出願、発明の名称"Data Acquisition"及び特許出願シリアル番号61/237,056（２００９年８月２６日出願、発明の名称"Imaging Detector Thermal Controls"）に開示されるように決定することができ、これらは共にここで参照することによりその全てが組み込まれるものとする。

適切な曲線の例は、利得が放射線被ばくの関数としてどのように変化するかを示す曲線、熱係数が放射線被ばくの関数としてどのように変化するかを示す曲線等を含んでいる。上述したように、このような曲線は、検査、製造仕様及び/又は別の方法に基づくこともできる。パラメタ決定器６０８は、利得、熱係数等の補正係数をその値に基づく曲線から特定し、対応するパラメタを前記補正係数を介してパラメタ決定器６０８から補正することができる。それに加えて又はその代わりに、レジスタ６１２は、その値に基づく補正係数を決定するのに使用される補正係数ルックアップテーブル（ＬＵＴ）、数学関数等、及び/又は前記補正係数を決定するのに使用される他の情報を記憶してもよい。他の実施例において、マッパー６０４は省略され、測定したシフトは前記補正係数を前記曲線、テーブル、数学関数から決定するのに使用される。

沈着線量及び/又はシフトを示す値は、レジスタ６１２及び/又は他のレジスタに記憶され、所望する場合に読み出す。読み出した値は、目に見える画像品質の劣化をタイル１１６の沈着線量と相関させるのに使用される。例えばアーチファクトの形式、アーチファクトの程度、ロット番号、製造業者等のような情報を読み出した沈着線量の値と一緒に含んでいるログが作成されることができる。統計的又は他の分析が前記ログに対し行われ、タイルの置き換え及び/又はアーチファクトの形式を放射線被ばくの関数として示す分布のような情報を作成することができる。このような情報は、タイルの怪しいロットを特定すること、システムに挿入されたタイルが置き換えられることを必要とするときを予測する又は予想すること等を容易にする。このような情報は、例えば購買部、製造部、サービス部等のような様々な人員に供給されてもよい。

説明される実施例において、放射線センサ６０２、線量決定器４０２、マッパー６０４、パラメタ決定器６０８、パラメタ補正器６０６及びレジスタ６１２は全て検出器タイル１１６の電子機器２０８内に置かれている。他の実施例において、上述した部品の１つ以上がこの電子機器２０８の外部に置かれることもできる。限定されない実施例として、他の実施例において、マッパー６０４、パラメタ決定器６０８、パラメタ補正器６０６及びレジスタ６１２は、例えば再構成器１２０。操作卓１２２及び/又は他の計算装置と関連してタイル１１６の外部に置かれる。

図８は、線量決定器４０２における単一の放射線センサ６０２の配置の限定されない実施例を説明する。上述したように、光センサアレイ２０４は、検出器ピクセル３０２の二次元アレイ、及び個々の検出器アレイ３０２を取り囲むラメラを備える二次元の散乱線除去グリッド３０４を含む。図８に示されるように、この散乱線除去グリッド３０４のラメラと、対応する隣接している検出器ピクセル３０２との間に隙間８０２（又は間隙）が存在している。線量検出器４０２の上にあるタイル１１６を照射する放射線の幾らかは隙間８０２を横断し、線量検出器４０２に衝突する。図８において、単一の放射線検出器６０２は、４つの検出器ピクセル３０２の隙間８０２に対する隙間接合部に置かれる。図８にある様々な要素間の関係性、例えば間隔８０２の相対的な幅は、説明を目的とするものであり、実際の関係性を反映しても又はしなくてもよいことが分かるべきである。

図９、１０及び１１は、前記１つ以上の放射線センサ６０２の様々な別の限定されない位置を説明している。図９において、４つの放射線センサ６０２は、隙間８０２の下にではなく、線量決定器４０２の四隅に置かれている。線量決定器４０２により生成される信号は、これら４つの放射線センサ６０２からの信号の平均又は他の組み合わせでもよい。他の実施例において、前記放射線センサ６０２の１つ以上は、バックアップセンサ等として余分に設けられてもよい。図１０は、隙間８０２の下に１つの放射線センサ６０２を、及び他の場所に位置決められた２つの放射線センサ６０２を含む３つの放射線センサ６０２を用いた実施例を示す。図１１において、これら放射線センサ６０２は、電子機器２０８上であり、線量決定器４０２の外側に置かれ、伝導路１１０２は信号を前記線量決定器４０２に転送する。

説明した実施例の組み合わせ及び/又は副組み合わせ(subcombination)を含む他の場所及び/又は集合も考えられる。

図１２は例示的な方法を説明している。

１２０２において、線量決定器４０２の少なくとも１つの放射線センサ６０２は、撮像システム１００における検出器タイル１１６の生涯にわたりこの検出器タイル１１６を照射する放射線を検知する。上述したように、前記センサ６０２の少なくとも１つは、隙間８０２の下に置かれてもよいし及び/又は前記センサ６０２の少なくとも１つが別の方法で置かれてもよい。

１２０４において、線量決定器４０２は、検知した放射線を示す信号を生成する。

１２０６において、前記信号は、前記電子機器のパラメタの補正係数を特定するのに使用される。このパラメタは、電子機器２０８の利得、熱係数、温度等に関連付けることができる。

１２０８において、前記パラメタは前記補正係数に基づいて補正される。

任意では、１２１０において、前記信号は、目に見える画像品質の劣化をタイル１１６の沈着線量と相関させる、及び/又は前記沈着線量に基づいてタイル１１６が置き換えられる必要があるときを予想若しくは予測するのに使用される。

本発明は様々な実施例を参照してここに開示されている。ここにある説明を読むと他の者に変更例及び代替案が思い浮かぶことがある。本発明は、このような変更例及び代替案の全てが添付される特許請求の範囲又はそれに相当するもの内にある限り、これら変更例及び代替案を含んでいると考えられることを意図している。

Claims (9)

1. シンチレータアレイ、光センサアレイ、電子機器、マッパー及びパラメタ補正器を有する撮像システムの放射線感受性の検出器タイルであって、
   前記電子機器は、少なくとも１つの放射線センサを含む線量決定器を含み、
   前記放射線センサは、ＭＯＳＦＥＴを含み、
   前記マッパーは、前記放射線センサが検知した放射線量及び測定された前記ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧のシフトに基づいて、生涯沈着線量を示す値に放射線被ばくにより変化する前記ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧のシフトをマッピングし、
   前記線量決定器は、測定された前記ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧のシフト及び前記マッピングに基づいて、前記生涯沈着線量を決定し、
   前記パラメタ補正器は、前記決定された生涯沈着線量に基づいて、前記電子機器の動作パラメタを補正する、検出器タイル。
2. 前記動作パラメタは、前記電子機器の利得又は熱係数の少なくとも１つを含んでいる、請求項１に記載の検出器タイル。
3. 前記シフト及び前記生涯沈着線量を示す値は読み取り可能なレジスタに記憶される請求項１に記載の検出器タイル。
4. 前記ＭＯＳＦＥＴは、放射線被ばくにより既知の又は測定可能な方法で変化する電気特性を持つ請求項１乃至３の何れか１項に記載の検出器タイル。
5. 前記シンチレータアレイは、
   複数の検出器ピクセル、及び
   前記複数の検出器ピクセルの側面に隣接して置かれると共に、幅が零ではない隙間によってその側面から離間されている散乱線除去グリッドのラメラ
   を有する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の検出器タイル。
6. 前記少なくとも１つの放射線センサの第１のセンサは、前記隙間の下に置かれ、当該隙間を横断する放射線を検知する、請求項５に記載の検出器タイル。
7. 前記少なくとも１つの放射線センサの第２のセンサは、前記検出器ピクセルを横断する放射線を検知する請求項５又は６に記載の検出器タイル。
8. 請求項１に記載の検出器タイルの作動方法であって、
   前記放射線センサが、前記検出器タイルを照射する放射線を検知するステップ、
   前記マッパーが、前記放射線センサが検知した放射線の量及び測定された前記ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧のシフトに基づいて、生涯沈着線量を示す値に放射線被ばくにより変化する前記ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧のシフトをマッピングするステップ、
   前記線量決定器が、測定された前記ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧のシフト及び前記マッピングに基づいて、前記生涯沈着線量を決定するステップ、及び
   前記パラメタ補正器が、前記決定された生涯沈着線量に基づいて、前記電子機器の動作パラメタを補正するステップ、
   を有する作動方法。
9. 前記動作パラメタは前記電子機器の利得又は熱係数の少なくとも１つを含んでいる請求項８に記載の作動方法。

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