数据处理装置、求取各像素的特性的方法以及数据处理的方法及程序与流程

本发明涉及对由像素检测器测定到的X射线强度数据进行校正的数据处理装置、求取各像素的特性的方法以及数据处理的方法及程序。

背景技术：

近年来，在X射线强度的测定中使用光子计数型的半导体检测器。在这种检测器中，各像素(包括带(strip))分别具有特性，即使一致地照射X射线，对于每个像素，也在增益、行为或者灵敏度上产生差别，出现各自的偏差(例如参照专利文献1)。

因此，装置制造商在测定装置发货之前对检测器照射固定强度的一致的X射线，并配合特定的测定条件来制作对各像素的增益、计数值的差进行校正(一致性校正)的校正表格、将不良的像素排除的校正表格，或者制作能在几个测定条件下使用的通用的表格(例如参照专利文献2、3)。图13、图14分别示意性地示出一致性校正、用于进行将不良像素排除的校正的校正表格的例子。而且，以往，在校正中使用这种校正表格的集合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2005/0259790号说明书

专利文献2：美国专利第6792159号说明书

专利文献3：美国专利第5272536号说明书

技术实现要素：

发明所要解决的课题

但是，上述那样的校正表格的集合仅能在调整时所设想的条件内使用。而且，会有以下情况出现：即使是乍看正常的像素，如果进行长时间曝光也会产生噪声，或者如果入射与一致性校正时显著不同的计数值的X射线，则校正值也会发生偏离。这样，当想要在与当初的设想不同的条件下进行测定时，必须由装置制造商侧收回装置并重新制作校正表格。

例如，预先在测定装置中设定使用温度，将使用温度的±10℃作为容许温度范围，如果在该范围内使用，则数据就会得到保证。在想要以超出该保证范围15℃以上的温度来使用的情况下，将测定装置留存给装置制造商，对校正表格进行调整。不仅是有赖于这种设置场所变更等的使用环境的温度，而且如果是X射线的射线源的种类、X射线的线管的能量(波长)、测定时的能量阈值等变成发货时的设想之外，就需要新的表格。

此外，即使是在规格的容许温度的范围内，也会有变动，但有时会忽略这种变动，或者略多一些地设定补偿像素以便能在该全部范围内使用。虽然只要准备将任意条件下产生的不良像素假定为一贯的不良像素的表格，在图像中就不会有问题，但由于在使用该表格时会比必要更多地将像素的X射线强度搁置不用，因此无效率。这样，根据无效率的最大公约数的方法，必须预先准备能在条件的范围之中最大使用的表格。

本发明正是鉴于这种情况而完成的，其目的在于，提供一种能够省去重新设定校正表格的劳力和时间，使用户能立刻在期望的条件下测定X射线强度数据的数据处理装置、求取各像素的特性的方法以及数据处理的方法及程序。

用于解决课题的手段

(1)为了实现上述目的，本发明的数据处理装置对由像素检测器测定到的X射线强度数据进行校正，该数据处理装置的特征在于，具备：特性存储部，存储特定的检测器的各像素的特性；校正表格生成部，将作为利用上述特定的检测器进行测定时的条件来输入的测定条件以及表示上述各像素的特性的值应用于表示上述各像素处的计数值的近似表达式，使用上述近似表达式的计算结果，生成针对上述特定的检测器的校正表格；和校正部，使用所生成的上述校正表格，对由上述特定的检测器测定到的X射线强度数据进行校正。

这样，本发明的数据处理装置由于按照所输入的测定条件来生成校正表格，因此即使不将测定装置留存给装置制造商来重新设定校正表格也能变更测定条件。其结果，用户能够立刻在期望的条件下测定X射线强度数据。

(2)此外，本发明的数据处理装置的特征在于，上述校正表格生成部使用将表示原本的X射线照射下的计数量的数学表达式和表示电荷共享(charge sharing)作用下的计数量的数学表达式相加后得到的数学表达式，作为表示上述各像素处的计数值的近似表达式。由此，能够参照电荷共享的影响来生成校正表格。

(3)此外，本发明的数据处理装置的特征在于，上述校正表格生成部使用将表示噪声影响下的计数量的数学表达式和表示噪声以外影响下的计数量的数学表达式相加后得到的数学表达式，作为表示上述原本的X射线照射下的计数量的近似表达式。由此，能够避开噪声来测定X射线强度。此外，能够参照与测定条件相应的噪声的影响，有效地设定补偿像素。

(4)此外，本发明的数据处理装置的特征在于，上述校正表格生成部对各像素使用表示上述各像素处的计数值的近似表达式的计算结果来算出用于一致性校正或者失真校正的校正系数。由此，能够按照测定条件来进行一致性校正或者失真校正。

(5)此外，本发明的数据处理装置的特征在于，上述校正表格生成部使用表示上述各像素处的计数值的近似表达式的计算结果以及计数值的阈值来确定不良像素，算出用于弥补上述不良像素的校正系数。由此，能够按照测定条件有效地设定补偿像素。其结果，不需要在每次测定条件的变更时留存测定装置并重新设定补偿像素，也不需要对多个条件一致地设定补偿像素。

(6)此外，本发明的数据处理装置的特征在于，所输入的测定时的上述测定条件中包含测定装置周边的温度。由此，能够使用参照了与测定时的温度相应地产生的噪声的偏移等温度的影响的校正表格来校正X射线强度数据。

(7)此外，本发明的数据处理装置的特征在于，所输入的测定时的上述测定条件中包含在测定中使用的X射线的射线源的种类。由此，在变更X射线源的情况下，能够使用与所使用的X射线源相应地立刻生成的校正表格来校正X射线强度数据。

(8)此外，本发明的方法的特征在于，所输入的测定时的上述测定条件包含测定中使用的X射线的射线源的种类。由此，能够将各像素的特性存储于数据处理装置，按照期望的测定条件，使用根据各像素的特性导出的校正表格来校正X射线强度数据。

(9)此外，本发明的方法是对由像素检测器测定到的X射线强度数据进行校正的数据处理的方法，该方法的特征在于，包括以下步骤：将作为利用特定的检测器进行测定时的条件来输入的测定条件以及预先存储的表示特定的检测器的各像素的特性的值应用于表示上述各像素处的计数值的近似表达式，使用表示上述各像素处的计数值的近似表达式的计算结果，生成针对上述特定的检测器的校正表格；和使用所生成的上述校正表格，校正由上述特定的检测器测定到的X射线强度数据。由此，用户能够立刻在期望的条件下测定X射线强度数据。

(10)此外，本发明的程序是对由像素检测器测定到的X射线强度数据进行校正的数据处理的程序，该程序的特征在于，使计算机执行以下处理：将作为利用特定的检测器进行测定时的条件来输入的测定条件以及预先存储的表示特定的检测器的各像素的特性的值应用于表示上述各像素处的计数值的近似表达式，使用表示上述各像素处的计数值的近似表达式的计算结果，生成针对上述特定的检测器的校正表格；和使用所生成的上述校正表格，对由上述特定的检测器测定到的X射线强度数据进行校正。由此，用户能够立刻在期望的条件下测定X射线强度数据。

发明效果

根据本发明，能够省去对校正表格进行重新设定的劳力和时间，使用户能够立刻在期望的条件下测定X射线强度数据。

附图说明

图1为表示本发明的数据处理装置的结构的框图。

图2为表示事先设定各像素的特性的方法的流程图。

图3为表示对检测器的一致的照射的情景的立体图。

图4为表示1像素处的X射线的积分分布的曲线图。

图5为表示多个像素处的校正后的X射线的积分分布的曲线图。

图6为表示本发明的数据处理装置的动作的流程图。

图7为表示使用了本发明的数据处理装置的校正方法的示意图。

图8为表示所得到的积分分布的曲线图。

图9为表示近似表达式的各项的曲线图。

图10为表示使近似表达式拟合积分分布而得到的结果的曲线图。

图11为表示噪声的积分分布的例子的曲线图。

图12为表示相对于测定时间的不良像素数的曲线图。

图13为示意性表示用于进行一致性校正的校正表格的例子的图。

图14为示意性表示用于进行将不良像素排除的校正的校正表格的例子的图。

具体实施方式

接下来，参照附图对本发明的实施方式进行说明。为了容易理解说明，在各附图中对相同的构成要素赋予相同的参照编号，并省略重复的说明。

(数据处理装置的结构)

图1为表示数据处理装置100的结构的框图。例如，数据处理装置100与由PC构成的测定装置连接。如图1所示，数据处理装置100具备测定条件存储部110、校正表格生成部120、特性存储部130、近似表达式存储部140、测定数据存储部150、校正部160以及输出部170，对由检测器测定到的X射线强度数据进行校正。检测器为具有像素(包括带)的空间上的最小单位的一维或者二维的检测器，利用阈值来去除电子电路噪声并对光子进行计数。

测定条件存储部110存储被输入的测定时的测定条件。输入可由测定装置自动地进行，也可由用户进行手输入。例如，在所输入的测定时的测定条件中包含测定装置周边的温度。由此，能够参照与测定时的温度相应地产生的噪声的偏移等温度的影响来校正X射线强度数据。此外，测定时的测定条件也可为X射线的射线源的种类。其结果，即使在对X射线源进行变更的情况下也能按照X射线源立刻校正X射线强度数据。除此之外，在测定时的测定条件中也包含气压、湿度。

校正表格生成部120将作为利用检测器进行测定时的条件来输入的测定条件以及表示各像素的特性的值应用于表示各像素处的计数值的近似表达式，使用近似表达式的计算结果，生成针对检测器的校正表格。由此，不将测定装置留存给装置制造商来重新设定校正表格也能变更测定条件。其结果，用户能立刻在期望的条件下测定X射线强度数据。

此外，在本实施方式中，检测X射线强度的检测器、和将像素的特性使用于校正表格的生成的检测器是同一检测器(特定的检测器)，使用该校正表格来对所检测到的X射线强度进行校正。

校正表格生成部120使用将表示原本的X射线照射下的计数量的数学表达式和表示电荷共享作用下的计数量的数学表达式相加后得到的数学表达式，作为表示各像素处的计数值的近似表达式。进而，表示原本的X射线照射下的计数量的近似表达式成为将表示噪声影响下的计数量的数学表达式和表示噪声以外影响下的计数量的数学表达式相加后得到的数学表达式。由此，能够将噪声影响下的计数量去除，并且能够测定反映了电荷共享的影响的X射线强度。此外，能够参照噪声的影响，有效地设定补偿像素。

校正表格生成部120对各像素使用近似表达式的计算结果来算出用于一致性校正或者失真校正的校正系数。由此，能够按照测定条件进行一致性校正或者失真校正。

校正表格生成部120使用近似表达式的计算结果以及计数值的阈值来确定补偿像素，算出用于弥补补偿像素的校正系数。由此，能够按照测定条件有效地设定补偿像素。其结果，不需要在每次测定条件的变更时留存测定装置并重新设定补偿像素，也不需要相对于多个条件一致地设定补偿像素。此外，所谓补偿像素是指如下这样的对象的像素：由于是不良像素因而不利用该像素所检测的值，而是使用某些方法来补偿该像素的值的对象的像素。

特性存储部130存储检测器的各像素的特性。关于求取各像素的特性的方法在后面叙述。近似表达式存储部140存储校正表格生成时利用的近似表达式。作为近似表达式，例如以高斯(Gaussian)表示噪声影响下的计数量，以误差函数表示原本的X射线照射下的计数量之中、噪声以外影响下的计数量，以一次函数表示电荷共享作用下的计数量。详细情况在后面叙述。

测定数据存储部150存储所测定到的数据。关于测定数据，例如由数据处理装置100接收从测定装置送出的数据，并存储在测定数据存储部150中。

校正部160使用所生成的校正表格来校正由检测器测定到的X射线强度数据。在本实施方式中，校正表格被集约成单一的表格，只要仅使用该校正表格就能容易地进行校正。其中，可以预先保持多个表格，复合地使用。输出部170输出校正后的X射线强度数据。

(事先准备的方法)

接下来，说明预先按检测器的每个像素准备特性的方法。图2为表示事先设定各像素的特性的方法的流程图。首先，改变测定条件对检测器一致照射X射线，记录各像素的检测值，使用所记录的检测值，测定每个像素的基线(步骤S1)。基线例如是将其它像素也包含在内而求取到的平均值。

接下来，从数据库读入标准温度下的像素固有的基线(步骤S2)，算出基线的偏移(步骤S3)。另一方面，从数据库读入像素固有的热特性(步骤S4)，算出使基线的偏移返回的参数(特性)(步骤S5)。这样，根据所记录的各像素的检测值算出各像素的特性并使用，将所得到的参数存储在特性存储部中，并进行设定(步骤S6)。由此，能够使用在数据处理装置中存储的各像素的特性，进行与期望的测定条件相应的X射线强度的校正。

(一致照射)

对上述的一致照射进行说明。图3为表示对检测器220的一致的照射的情景的立体图。X射线的一致照射例如能够通过朝向检测器220照射利用图3所示那样的扩散板210进行了一致扩散的X射线束B1来执行。这样，能够按每个像素得到X射线的积分分布。

图4为表示1像素处的X射线的积分分布的曲线图。在图4的曲线图中，是横轴取能量且纵轴取计数值的曲线图，显示了从高能量侧起累计的计数值。因此，计数值急速上升的位置表示X射线的能量的峰值位置，阈值处的曲线的高度表示累计计数值。此外，在低能量侧，由于饱和而以上端断开的左右对称的形状(Rice分布)出现噪声，其中心位置成为零点。

图5为表示多个像素处的校正后的X射线的积分分布的曲线图。校正使多个像素处的灵敏度差、增益差、零点误差等减小。在图5所示的例子中，校正的结果是阈值处的各像素的累计计数值的强度差变小。

(数据处理装置的动作)

能够使用如上述那样得到的每个像素的特性，准备与测定条件相应的校正表格。图6为表示数据处理装置100的动作的流程图。

如图6所示那样，首先对数据处理装置100完成测定条件的输入(步骤T1)。然后，在预先按每个像素准备的特性以及测定条件之下使所得到的近似表达式拟合X射线强度数据(步骤T2)。由此，得到各像素的一致性校正的校正系数。

接下来，针对各像素判定是否应设定为补偿像素(步骤T3)。判定例如根据噪声的分布是否与阈值以上的能量的范围重叠来进行。由于在该情况下，只要噪声牵连到阈值，就不能使用该像素的信息，因此能够判定为应进行补偿像素的设定。

这样，在判定为应进行补偿像素的设定的情况下，针对该像素，设定校正表格以使得不取得X射线强度而以周围的像素来弥补(步骤T4)。在判定为不应进行补偿像素的设定的情况下，前进到步骤T5。而且，使用所得到的校正表格来校正X射线强度(步骤T5)。此外，上述那样的动作能通过使装置执行程序来进行。

(校正方法的概略)

图7为表示使用了数据处理装置的校正方法的示意图。如图7所示，使用检测器的各像素的特性以及利用检测器进行测定时的增益、RICE位置、温度、τ(计数损失(counting loss)的时间常数)等测定条件来算出表示各像素处的计数值的近似表达式。而且，通过使近似表达式拟合X射线强度，从而生成针对检测器的校正表格C1。而且，使用所生成的校正表格C1，对由检测器测定到的X射线强度数据M1进行校正，能够得到校正后数据M2。

(拟合)

以下说明使用近似表达式来算出校正系数时的拟合。图8为表示所得到的积分分布的曲线图。如图8所示，积分分布根据温度、检测器的不灵敏层厚的偏差、X射线源的种类等而发生偏移。例如，零点根据温度而偏移，计数率(counting rate)根据温度、不灵敏层厚的偏差而发生变化，增益根据温度而发生变化。此外，积分分布也可被气压、湿度等影响。例如，如果气压改变，则从X射线源到检测器为止的X射线的吸收率改变，因而在气压高的情况下计数强度变小，在气压低的情况下计数强度变大。

这种积分分布能够由近似表达式表示。图9为表示近似表达式的各项的曲线图。例如，噪声影响下的计数量能够以数学表达式(1)所示那样的高斯来近似。此外，原本的X射线照射下的计数量之中、噪声以外影响下的计数量能够以数学表达式(2)所示那样的误差函数(互补误差函数)来近似。此外，电荷共享作用下的计数量能够以数学表达式(3)所示的一次函数来近似。此外，上述的数学表达式为代表例，表示各计数量的数学表达式并不一定限于这些表达式。

[数学表达式1]

[数学表达式2]

[数学表达式3]

f(x)＝-ax+b

···(3)

例如，能够使用数学表达式(2)、(3)，如数学表达式(4)那样来表示原本的X射线照射下的计数量。在该情况下，将因电荷共享而产生的检测量作为位于高能量侧的峰值的能量与设为对象的能量之差的一次函数来进行评价。此外，所谓设为对象的能量是指想要算出电荷共享所产生的检测量的能量。

[数学表达式4]

I(E)：X射线分布的某能量阈值E处的强度

A、B：由X射线强度等决定的实数常数

E_peak：未受到电荷共享作用下的影响的原本的峰值能量

还能通过在X射线检测器的每个像素，叠加因处于高能量侧的衍射数据的电荷共享而被设想检测的衍射数据，从而对电荷共享进行评价，如数学表达式(5)那样表示原本的X射线照射下的计数量。通过这样算出电荷共享所产生的检测量，从而不仅能得到正确的评价而且还能得到能与像素形状等无关地再现电荷共享作用下的的X射线分布形状这样的效果。

[数学表达式5]

I(E)：X射线分布的某能量阈值E处的强度

A、B、C：由X射线强度等决定的实数常数

E_peak：未受到电荷共享作用下的影响的原本的峰值能量

E_cs：因电荷共享产生的表观的能量

P_cs(E_cs)：对象像素捕集处于E_cs的电荷的概率

ΔS：电荷共享作用下的表观的能量发生ΔE变化的区域的面积

图10为表示使近似表达式拟合积分分布而得到的结果的曲线图。如图10那样，能使将高斯G、误差函数Erf、一次函数Lf相加后得到的近似表达式的分布Co拟合实验结果的分布Ex。能够根据此时得到的系数，来求取校正系数，生成校正表格。

(对噪声的应对)

以下说明对噪声的应对。图11为表示噪声的积分分布的例子的曲线图。如图11所示，即使是设置在没有受到进行了10秒曝光的情况下的噪声的影响的位置(基部那端)处的阈值，对于进行了20秒曝光的情况下的噪声来说，也进入到受到影响的范围内。这样，像素会根据阈值的位置情况而成为补偿像素的设定对象。

图12为表示相对于测定时间的不良像素数的曲线图。如上述那样，曝光时间越增加，即使是相同位置的阈值，也会越与噪声的分布重叠。如图12所示那样，随着测定时间增加，不良像素也增加，能够提供对其进行弥补的校正表格。

符号的说明

100 数据处理装置

110 测定条件存储部

120 校正表格生成部

130 特性存储部

140 近似表达式存储部

150 测定数据存储部

160 校正部

170 输出部

210 扩散板

220 检测器

B1 X射线束

C1 校正表格

Co 近似表达式的分布

Erf 误差函数

Ex 实验结果的分布

G 高斯

Lf 一次函数

M1 X射线强度数据

M2 校正后数据