數據處理裝置、求取各像素的特性的方法以及數據處理的方法及程序與流程

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本發(fā)明涉及對由像素檢測器測定到的X射線強度數據進行校正的數據處理裝置、求取各像素的特性的方法以及數據處理的方法及程序。

背景技術：

近年來，在X射線強度的測定中使用光子計數型的半導體檢測器。在這種檢測器中，各像素(包括帶(strip))分別具有特性，即使一致地照射X射線，對于每個像素，也在增益、行為或者靈敏度上產生差別，出現各自的偏差(例如參照專利文獻1)。

因此，裝置制造商在測定裝置發(fā)貨之前對檢測器照射固定強度的一致的X射線，并配合特定的測定條件來制作對各像素的增益、計數值的差進行校正(一致性校正)的校正表格、將不良的像素排除的校正表格，或者制作能在幾個測定條件下使用的通用的表格(例如參照專利文獻2、3)。圖13、圖14分別示意性地示出一致性校正、用于進行將不良像素排除的校正的校正表格的例子。而且，以往，在校正中使用這種校正表格的集合。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利申請公開第2005/0259790號說明書

專利文獻2：美國專利第6792159號說明書

專利文獻3：美國專利第5272536號說明書

技術實現要素：

發(fā)明所要解決的課題

但是，上述那樣的校正表格的集合僅能在調整時所設想的條件內使用。而且，會有以下情況出現：即使是乍看正常的像素，如果進行長時間曝光也會產生噪聲，或者如果入射與一致性校正時顯著不同的計數值的X射線，則校正值也會發(fā)生偏離。這樣，當想要在與當初的設想不同的條件下進行測定時，必須由裝置制造商側收回裝置并重新制作校正表格。

例如，預先在測定裝置中設定使用溫度，將使用溫度的±10℃作為容許溫度范圍，如果在該范圍內使用，則數據就會得到保證。在想要以超出該保證范圍15℃以上的溫度來使用的情況下，將測定裝置留存給裝置制造商，對校正表格進行調整。不僅是有賴于這種設置場所變更等的使用環(huán)境的溫度，而且如果是X射線的射線源的種類、X射線的線管的能量(波長)、測定時的能量閾值等變成發(fā)貨時的設想之外，就需要新的表格。

此外，即使是在規(guī)格的容許溫度的范圍內，也會有變動，但有時會忽略這種變動，或者略多一些地設定補償像素以便能在該全部范圍內使用。雖然只要準備將任意條件下產生的不良像素假定為一貫的不良像素的表格，在圖像中就不會有問題，但由于在使用該表格時會比必要更多地將像素的X射線強度擱置不用，因此無效率。這樣，根據無效率的最大公約數的方法，必須預先準備能在條件的范圍之中最大使用的表格。

本發(fā)明正是鑒于這種情況而完成的，其目的在于，提供一種能夠省去重新設定校正表格的勞力和時間，使用戶能立刻在期望的條件下測定X射線強度數據的數據處理裝置、求取各像素的特性的方法以及數據處理的方法及程序。

用于解決課題的手段

(1)為了實現上述目的，本發(fā)明的數據處理裝置對由像素檢測器測定到的X射線強度數據進行校正，該數據處理裝置的特征在于，具備：特性存儲部，存儲特定的檢測器的各像素的特性；校正表格生成部，將作為利用上述特定的檢測器進行測定時的條件來輸入的測定條件以及表示上述各像素的特性的值應用于表示上述各像素處的計數值的近似表達式，使用上述近似表達式的計算結果，生成針對上述特定的檢測器的校正表格；和校正部，使用所生成的上述校正表格，對由上述特定的檢測器測定到的X射線強度數據進行校正。

這樣，本發(fā)明的數據處理裝置由于按照所輸入的測定條件來生成校正表格，因此即使不將測定裝置留存給裝置制造商來重新設定校正表格也能變更測定條件。其結果，用戶能夠立刻在期望的條件下測定X射線強度數據。

(2)此外，本發(fā)明的數據處理裝置的特征在于，上述校正表格生成部使用將表示原本的X射線照射下的計數量的數學表達式和表示電荷共享(charge sharing)作用下的計數量的數學表達式相加后得到的數學表達式，作為表示上述各像素處的計數值的近似表達式。由此，能夠參照電荷共享的影響來生成校正表格。

(3)此外，本發(fā)明的數據處理裝置的特征在于，上述校正表格生成部使用將表示噪聲影響下的計數量的數學表達式和表示噪聲以外影響下的計數量的數學表達式相加后得到的數學表達式，作為表示上述原本的X射線照射下的計數量的近似表達式。由此，能夠避開噪聲來測定X射線強度。此外，能夠參照與測定條件相應的噪聲的影響，有效地設定補償像素。

(4)此外，本發(fā)明的數據處理裝置的特征在于，上述校正表格生成部對各像素使用表示上述各像素處的計數值的近似表達式的計算結果來算出用于一致性校正或者失真校正的校正系數。由此，能夠按照測定條件來進行一致性校正或者失真校正。

(5)此外，本發(fā)明的數據處理裝置的特征在于，上述校正表格生成部使用表示上述各像素處的計數值的近似表達式的計算結果以及計數值的閾值來確定不良像素，算出用于彌補上述不良像素的校正系數。由此，能夠按照測定條件有效地設定補償像素。其結果，不需要在每次測定條件的變更時留存測定裝置并重新設定補償像素，也不需要對多個條件一致地設定補償像素。

(6)此外，本發(fā)明的數據處理裝置的特征在于，所輸入的測定時的上述測定條件中包含測定裝置周邊的溫度。由此，能夠使用參照了與測定時的溫度相應地產生的噪聲的偏移等溫度的影響的校正表格來校正X射線強度數據。

(7)此外，本發(fā)明的數據處理裝置的特征在于，所輸入的測定時的上述測定條件中包含在測定中使用的X射線的射線源的種類。由此，在變更X射線源的情況下，能夠使用與所使用的X射線源相應地立刻生成的校正表格來校正X射線強度數據。

(8)此外，本發(fā)明的方法的特征在于，所輸入的測定時的上述測定條件包含測定中使用的X射線的射線源的種類。由此，能夠將各像素的特性存儲于數據處理裝置，按照期望的測定條件，使用根據各像素的特性導出的校正表格來校正X射線強度數據。

(9)此外，本發(fā)明的方法是對由像素檢測器測定到的X射線強度數據進行校正的數據處理的方法，該方法的特征在于，包括以下步驟：將作為利用特定的檢測器進行測定時的條件來輸入的測定條件以及預先存儲的表示特定的檢測器的各像素的特性的值應用于表示上述各像素處的計數值的近似表達式，使用表示上述各像素處的計數值的近似表達式的計算結果，生成針對上述特定的檢測器的校正表格；和使用所生成的上述校正表格，校正由上述特定的檢測器測定到的X射線強度數據。由此，用戶能夠立刻在期望的條件下測定X射線強度數據。

(10)此外，本發(fā)明的程序是對由像素檢測器測定到的X射線強度數據進行校正的數據處理的程序，該程序的特征在于，使計算機執(zhí)行以下處理：將作為利用特定的檢測器進行測定時的條件來輸入的測定條件以及預先存儲的表示特定的檢測器的各像素的特性的值應用于表示上述各像素處的計數值的近似表達式，使用表示上述各像素處的計數值的近似表達式的計算結果，生成針對上述特定的檢測器的校正表格；和使用所生成的上述校正表格，對由上述特定的檢測器測定到的X射線強度數據進行校正。由此，用戶能夠立刻在期望的條件下測定X射線強度數據。

發(fā)明效果

根據本發(fā)明，能夠省去對校正表格進行重新設定的勞力和時間，使用戶能夠立刻在期望的條件下測定X射線強度數據。

附圖說明

圖1為表示本發(fā)明的數據處理裝置的結構的框圖。

圖2為表示事先設定各像素的特性的方法的流程圖。

圖3為表示對檢測器的一致的照射的情景的立體圖。

圖4為表示1像素處的X射線的積分分布的曲線圖。

圖5為表示多個像素處的校正后的X射線的積分分布的曲線圖。

圖6為表示本發(fā)明的數據處理裝置的動作的流程圖。

圖7為表示使用了本發(fā)明的數據處理裝置的校正方法的示意圖。

圖8為表示所得到的積分分布的曲線圖。

圖9為表示近似表達式的各項的曲線圖。

圖10為表示使近似表達式擬合積分分布而得到的結果的曲線圖。

圖11為表示噪聲的積分分布的例子的曲線圖。

圖12為表示相對于測定時間的不良像素數的曲線圖。

圖13為示意性表示用于進行一致性校正的校正表格的例子的圖。

圖14為示意性表示用于進行將不良像素排除的校正的校正表格的例子的圖。

具體實施方式

接下來，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。為了容易理解說明，在各附圖中對相同的構成要素賦予相同的參照編號，并省略重復的說明。

(數據處理裝置的結構)

圖1為表示數據處理裝置100的結構的框圖。例如，數據處理裝置100與由PC構成的測定裝置連接。如圖1所示，數據處理裝置100具備測定條件存儲部110、校正表格生成部120、特性存儲部130、近似表達式存儲部140、測定數據存儲部150、校正部160以及輸出部170，對由檢測器測定到的X射線強度數據進行校正。檢測器為具有像素(包括帶)的空間上的最小單位的一維或者二維的檢測器，利用閾值來去除電子電路噪聲并對光子進行計數。

測定條件存儲部110存儲被輸入的測定時的測定條件。輸入可由測定裝置自動地進行，也可由用戶進行手輸入。例如，在所輸入的測定時的測定條件中包含測定裝置周邊的溫度。由此，能夠參照與測定時的溫度相應地產生的噪聲的偏移等溫度的影響來校正X射線強度數據。此外，測定時的測定條件也可為X射線的射線源的種類。其結果，即使在對X射線源進行變更的情況下也能按照X射線源立刻校正X射線強度數據。除此之外，在測定時的測定條件中也包含氣壓、濕度。

校正表格生成部120將作為利用檢測器進行測定時的條件來輸入的測定條件以及表示各像素的特性的值應用于表示各像素處的計數值的近似表達式，使用近似表達式的計算結果，生成針對檢測器的校正表格。由此，不將測定裝置留存給裝置制造商來重新設定校正表格也能變更測定條件。其結果，用戶能立刻在期望的條件下測定X射線強度數據。

此外，在本實施方式中，檢測X射線強度的檢測器、和將像素的特性使用于校正表格的生成的檢測器是同一檢測器(特定的檢測器)，使用該校正表格來對所檢測到的X射線強度進行校正。

校正表格生成部120使用將表示原本的X射線照射下的計數量的數學表達式和表示電荷共享作用下的計數量的數學表達式相加后得到的數學表達式，作為表示各像素處的計數值的近似表達式。進而，表示原本的X射線照射下的計數量的近似表達式成為將表示噪聲影響下的計數量的數學表達式和表示噪聲以外影響下的計數量的數學表達式相加后得到的數學表達式。由此，能夠將噪聲影響下的計數量去除，并且能夠測定反映了電荷共享的影響的X射線強度。此外，能夠參照噪聲的影響，有效地設定補償像素。

校正表格生成部120對各像素使用近似表達式的計算結果來算出用于一致性校正或者失真校正的校正系數。由此，能夠按照測定條件進行一致性校正或者失真校正。

校正表格生成部120使用近似表達式的計算結果以及計數值的閾值來確定補償像素，算出用于彌補補償像素的校正系數。由此，能夠按照測定條件有效地設定補償像素。其結果，不需要在每次測定條件的變更時留存測定裝置并重新設定補償像素，也不需要相對于多個條件一致地設定補償像素。此外，所謂補償像素是指如下這樣的對象的像素：由于是不良像素因而不利用該像素所檢測的值，而是使用某些方法來補償該像素的值的對象的像素。

特性存儲部130存儲檢測器的各像素的特性。關于求取各像素的特性的方法在后面敘述。近似表達式存儲部140存儲校正表格生成時利用的近似表達式。作為近似表達式，例如以高斯(Gaussian)表示噪聲影響下的計數量，以誤差函數表示原本的X射線照射下的計數量之中、噪聲以外影響下的計數量，以一次函數表示電荷共享作用下的計數量。詳細情況在后面敘述。

測定數據存儲部150存儲所測定到的數據。關于測定數據，例如由數據處理裝置100接收從測定裝置送出的數據，并存儲在測定數據存儲部150中。

校正部160使用所生成的校正表格來校正由檢測器測定到的X射線強度數據。在本實施方式中，校正表格被集約成單一的表格，只要僅使用該校正表格就能容易地進行校正。其中，可以預先保持多個表格，復合地使用。輸出部170輸出校正后的X射線強度數據。

(事先準備的方法)

接下來，說明預先按檢測器的每個像素準備特性的方法。圖2為表示事先設定各像素的特性的方法的流程圖。首先，改變測定條件對檢測器一致照射X射線，記錄各像素的檢測值，使用所記錄的檢測值，測定每個像素的基線(步驟S1)?；€例如是將其它像素也包含在內而求取到的平均值。

接下來，從數據庫讀入標準溫度下的像素固有的基線(步驟S2)，算出基線的偏移(步驟S3)。另一方面，從數據庫讀入像素固有的熱特性(步驟S4)，算出使基線的偏移返回的參數(特性)(步驟S5)。這樣，根據所記錄的各像素的檢測值算出各像素的特性并使用，將所得到的參數存儲在特性存儲部中，并進行設定(步驟S6)。由此，能夠使用在數據處理裝置中存儲的各像素的特性，進行與期望的測定條件相應的X射線強度的校正。

(一致照射)

對上述的一致照射進行說明。圖3為表示對檢測器220的一致的照射的情景的立體圖。X射線的一致照射例如能夠通過朝向檢測器220照射利用圖3所示那樣的擴散板210進行了一致擴散的X射線束B1來執(zhí)行。這樣，能夠按每個像素得到X射線的積分分布。

圖4為表示1像素處的X射線的積分分布的曲線圖。在圖4的曲線圖中，是橫軸取能量且縱軸取計數值的曲線圖，顯示了從高能量側起累計的計數值。因此，計數值急速上升的位置表示X射線的能量的峰值位置，閾值處的曲線的高度表示累計計數值。此外，在低能量側，由于飽和而以上端斷開的左右對稱的形狀(Rice分布)出現噪聲，其中心位置成為零點。

圖5為表示多個像素處的校正后的X射線的積分分布的曲線圖。校正使多個像素處的靈敏度差、增益差、零點誤差等減小。在圖5所示的例子中，校正的結果是閾值處的各像素的累計計數值的強度差變小。

(數據處理裝置的動作)

能夠使用如上述那樣得到的每個像素的特性，準備與測定條件相應的校正表格。圖6為表示數據處理裝置100的動作的流程圖。

如圖6所示那樣，首先對數據處理裝置100完成測定條件的輸入(步驟T1)。然后，在預先按每個像素準備的特性以及測定條件之下使所得到的近似表達式擬合X射線強度數據(步驟T2)。由此，得到各像素的一致性校正的校正系數。

接下來，針對各像素判定是否應設定為補償像素(步驟T3)。判定例如根據噪聲的分布是否與閾值以上的能量的范圍重疊來進行。由于在該情況下，只要噪聲牽連到閾值，就不能使用該像素的信息，因此能夠判定為應進行補償像素的設定。

這樣，在判定為應進行補償像素的設定的情況下，針對該像素，設定校正表格以使得不取得X射線強度而以周圍的像素來彌補(步驟T4)。在判定為不應進行補償像素的設定的情況下，前進到步驟T5。而且，使用所得到的校正表格來校正X射線強度(步驟T5)。此外，上述那樣的動作能通過使裝置執(zhí)行程序來進行。

(校正方法的概略)

圖7為表示使用了數據處理裝置的校正方法的示意圖。如圖7所示，使用檢測器的各像素的特性以及利用檢測器進行測定時的增益、RICE位置、溫度、τ(計數損失(counting loss)的時間常數)等測定條件來算出表示各像素處的計數值的近似表達式。而且，通過使近似表達式擬合X射線強度，從而生成針對檢測器的校正表格C1。而且，使用所生成的校正表格C1，對由檢測器測定到的X射線強度數據M1進行校正，能夠得到校正后數據M2。

(擬合)

以下說明使用近似表達式來算出校正系數時的擬合。圖8為表示所得到的積分分布的曲線圖。如圖8所示，積分分布根據溫度、檢測器的不靈敏層厚的偏差、X射線源的種類等而發(fā)生偏移。例如，零點根據溫度而偏移，計數率(counting rate)根據溫度、不靈敏層厚的偏差而發(fā)生變化，增益根據溫度而發(fā)生變化。此外，積分分布也可被氣壓、濕度等影響。例如，如果氣壓改變，則從X射線源到檢測器為止的X射線的吸收率改變，因而在氣壓高的情況下計數強度變小，在氣壓低的情況下計數強度變大。

這種積分分布能夠由近似表達式表示。圖9為表示近似表達式的各項的曲線圖。例如，噪聲影響下的計數量能夠以數學表達式(1)所示那樣的高斯來近似。此外，原本的X射線照射下的計數量之中、噪聲以外影響下的計數量能夠以數學表達式(2)所示那樣的誤差函數(互補誤差函數)來近似。此外，電荷共享作用下的計數量能夠以數學表達式(3)所示的一次函數來近似。此外，上述的數學表達式為代表例，表示各計數量的數學表達式并不一定限于這些表達式。

[數學表達式1]

[數學表達式2]

[數學表達式3]

f(x)＝-ax+b

···(3)

例如，能夠使用數學表達式(2)、(3)，如數學表達式(4)那樣來表示原本的X射線照射下的計數量。在該情況下，將因電荷共享而產生的檢測量作為位于高能量側的峰值的能量與設為對象的能量之差的一次函數來進行評價。此外，所謂設為對象的能量是指想要算出電荷共享所產生的檢測量的能量。

[數學表達式4]

I(E)：X射線分布的某能量閾值E處的強度

A、B：由X射線強度等決定的實數常數

E_peak：未受到電荷共享作用下的影響的原本的峰值能量

還能通過在X射線檢測器的每個像素，疊加因處于高能量側的衍射數據的電荷共享而被設想檢測的衍射數據，從而對電荷共享進行評價，如數學表達式(5)那樣表示原本的X射線照射下的計數量。通過這樣算出電荷共享所產生的檢測量，從而不僅能得到正確的評價而且還能得到能與像素形狀等無關地再現電荷共享作用下的的X射線分布形狀這樣的效果。

[數學表達式5]

I(E)：X射線分布的某能量閾值E處的強度

A、B、C：由X射線強度等決定的實數常數

E_peak：未受到電荷共享作用下的影響的原本的峰值能量

E_cs：因電荷共享產生的表觀的能量

P_cs(E_cs)：對象像素捕集處于E_cs的電荷的概率

ΔS：電荷共享作用下的表觀的能量發(fā)生ΔE變化的區(qū)域的面積

圖10為表示使近似表達式擬合積分分布而得到的結果的曲線圖。如圖10那樣，能使將高斯G、誤差函數Erf、一次函數Lf相加后得到的近似表達式的分布Co擬合實驗結果的分布Ex。能夠根據此時得到的系數，來求取校正系數，生成校正表格。

(對噪聲的應對)

以下說明對噪聲的應對。圖11為表示噪聲的積分分布的例子的曲線圖。如圖11所示，即使是設置在沒有受到進行了10秒曝光的情況下的噪聲的影響的位置(基部那端)處的閾值，對于進行了20秒曝光的情況下的噪聲來說，也進入到受到影響的范圍內。這樣，像素會根據閾值的位置情況而成為補償像素的設定對象。

圖12為表示相對于測定時間的不良像素數的曲線圖。如上述那樣，曝光時間越增加，即使是相同位置的閾值，也會越與噪聲的分布重疊。如圖12所示那樣，隨著測定時間增加，不良像素也增加，能夠提供對其進行彌補的校正表格。

符號的說明