計数検出器
パルス成形器１２４は、前記検出された光子を示す電荷パルスの積分された電荷を記憶する帰還キャパシタ２０８を有する積分器２０２を備える。積分器の出力パルスは、検出された光子を示すピーク振幅を有する。エンドパルス識別器２１４は、電荷パルスのエンドを識別する。コントローラ２１６は、パルスのエンドが識別されると、積分器２０２のリセットを駆動する制御信号を生成する。エネルギー弁別器１２８は、直列接続された比較器のチェーン１３２を有する。比較器７０２、７０４の各々の出力は、当該比較器７０２、７０４の直前の比較器の出力によって影響を及ぼされる。決定コンポーネント７０６は、比較器７０２、７０４の出力を決定し、コントローラコンポーネント７０８は、電荷収集時間の経過の後、比較器７０２、７０４の出力を記憶するように、決定コンポーネント７０６をトリガする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、粒子計数検出器に関する。本発明は、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）に関連する光子計数の特定のアプリケーションによって説明されるが、本発明は、粒子を計数することが望ましい他のアプリケーションにも関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）システムは、検査領域を横断する多エネルギーのイオン化光子を発する放射線源を有する。光子を計数するように構成されるシステムは更に、検査領域の放射線源と反対側に位置するマルチスペクトル検出器、例えば放射線感受性ピクセルのアレイを有するＣＺＴ検出器、を有することができ、かかる検出器は、検査領域を横断する光子を検出する。検出器アレイの各ピクセルは、それが検出する各光子について電気信号を生成し、電気信号は、当該光子のエネルギーを示す。システムは更に、電気信号に基づいて検出された光子をエネルギー分解するためのエレクトロニクスを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
エレクトロニクスはパルス成形器を含み、パルス成形器は、ピクセルからの到来電荷を処理し、検出された光子のエネルギーを示すピーク振幅をもつ電圧パルスを生成する。エレクトロニクスは更に、電圧パルスの振幅を、異なるエネルギーレベルに従ってセットされる１又は複数の閾値と比較する弁別器を含む。従来、弁別器は、各閾値ごとに異なる比較器を含んでいる。図１１は、Ｎ個の閾値／比較器に関する例を示す。比較器の入力電圧が、対応する基準電圧を上回る場合、比較器の出力電圧が変化し、この変化が、対応するカウンタのインクリメントをトリガする。付加の論理が、計数の正確な数を正しいエネルギーウインドウに割り当てるために必要である。
【０００４】
残念ながら、従来のパルス成形器は、相対的に長い減衰時間を伴って電圧パルスを生成することがあり、これは、パルスの長い伸長を生じさせ、ゆえにパルスの積み重ねを減らすように最大計数レートを低減させ、その結果、パルスの間違ったビニングをもたらすことがある。更に、エレクトロニクスのための制限された面積ある。従って、各閾値ごとに異なる比較器を使用する従来のアプローチの場合、制限された面積が、使用されることができる比較器の数を制限し、ゆえにエネルギーウインドウの数を比較器の数に制限する。更に、各比較器は、電力を消費し、熱を放散させる。
【０００５】
現在のアプリケーションの見地は、上述した問題その他に対処する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの見地によれば、医学的イメージングシステムの光子計数検出器のパルス成形器は、帰還キャパシタを有する積分器を備える。積分器は、検出された光子を示す電荷パルスを積分し、積分された電荷を帰還キャパシタに記憶し、それによって、検出された光子のエネルギーを示すピーク振幅をもつ出力電圧パルスを生じさせる。エンドパルス識別器は、電荷パルスのエンドを識別し、それを示す出力信号を生成する。コントローラは、出力信号に応じて制御信号を生成し、制御信号は、積分器のリセットを駆動する。
【０００７】
別の見地において、医学的イメージングシステムの光子計数検出器のエネルギー弁別器は、直列接続された比較器のチェーンを含み、各比較器の出力は、当該比較器の直前の比較器の出力によって影響される。決定コンポーネントは、検出された光子のエネルギーを示す比較器の出力を決定する。コントローラコンポーネントは、電荷収集時間の経過の後、比較器の出力を記憶するように、決定コンポーネントをトリガする。
【０００８】
別の見地においては、医学的イメージングシステムの光子計数検出器は、検査領域を横断する送信放射線を検出する検出器ピクセルを含み、検出器ピクセルは、検出器ピクセルによって検出される光子のエネルギーを示す信号を生成する。パルス成形器は、信号を受信し、検出された光子のエネルギーを示す信号を生成する積分器を含み、パルス成形器は、選択的に積分器をリセットする回路を含む。エネルギー弁別器は、直列接続された比較器のチェーンを含み、比較器のチェーンは、所望の光子エネルギーに対応する少なくとも１つの電圧閾値に基づいて前記信号をエネルギー弁別し、検出された光子のエネルギーを示す出力信号を生成する。
【０００９】
本発明の更に別の見地は、以下の詳細な説明を読み、理解することによって当業者に理解される。
【００１０】
本発明は、さまざまなコンポーネント及びコンポーネントの取り合わせ並びにさまざまなステップ及びステップの取り合わせの形をとりうる。図面は、好適な実施形態を説明するためにあり、本発明を制限するものとして解釈されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】イメージングシステムを示す図。
【図２】例示のパルス成形器を示す図。
【図３】例示の電荷、電圧及びリセットパルスを示す図。
【図４】例示のパルス成形器を示す図。
【図５】例示のパルス成形器を示す図。
【図６】例示のパルス成形器を示す図。
【図７】例示のエネルギー弁別器を示す図。
【図８】例示のエネルギー弁別器を示す図。
【図９】検出器ピクセルからのパルスを成形する方法を示す図。
【図１０】成形されたパルスをエネルギー弁別する方法を示す図。
【図１１】従来技術の弁別器を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照して、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）システム１００は、縦軸又はｚ軸を中心に検査領域１０８の周りを回転する回転ガントリ１０４を含む。例えばＸ線管のようなＸ線源１１２が、回転ガントリ１０４によって支持され、検査領域１０８を横断する多エネルギー放射線ビームを発する。放射線感受性検出器１１６は、放射線源１１２によって発せられた光子を検出する少なくとも１つのピクセル又はセンサ１２０を含む。ピクセル１２０は、検出された光子ごとに、例えば電流又は電圧のような対応する電気信号を生成する。適切な検出器１１６の例として、直接変換検出器（例えばテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ））、及びフォトセンサと光学的に通信するシンチレータを含むシンチレータに基づくセンサがあげられる。前置増幅器１２２が、電気信号を増幅する。
【００１３】
パルス成形器１２４は、電気信号を処理して、例えば検出された光子のエネルギーを示す電圧又は他のパルスのようなパルスを生成する。後で詳しく述べるように、パルス成形器１２４は、到来電荷パルスのエンドが識別された後に成形器１２４をリセットするリセット回路を含むことができる。非限定的な例として、回路は、到来電荷パルスのエンドを識別するといつも、積分された電荷を記憶する帰還キャパシタを交換して外し、等しい大きさであるが反対の符号をもつ電荷を印加することによって記憶された電荷を打ち消し、又は記憶された電荷をリリースすることができる。一例において、これは、到来電荷パルスのエンドの後、成形器１２４の高速なリセットを生じさせ、その結果、より短いパルステールを生じさせ、記憶された電荷が成形器１２４の減衰時定数を経て減衰することを可能にすることによって帰還キャパシタが放電される構成と比べて、より高い計数レートを与える。当然ながら、高速なリセットを用いないパルス成形器が、代替として使用されることができる。
【００１４】
少なくとも１つの比較器１３２を有するエネルギー弁別器１２８は、成形器１２４からのパルスをエネルギー弁別する。これは、成形器１２４の出力パルスのピーク振幅を、特定のエネルギーレベルにそれぞれ対応する１又は複数の閾値と比較し、光子のエネルギーが分類されるエネルギーレンジを示す出力信号を生成することを含む。より詳しく以下に記述されるように、弁別器１２８は、直列接続される比較器１３２のチェーンを含むことができ、各比較器は、直前の比較器の出力によって影響を及ぼされる。一例において、これは、スペクトル感度を損なうことなく、所与の数のエネルギーウインドウ（２Ｎ―１）について使用される比較器の数の低減（２Ｎ―１からＮへ）を可能にする。これは更に、所与の数のエネルギーウインドウについてのチップ面積、電力消費及び／又は熱放散の低減をもたらすことができる。代替として、エネルギーウインドウの数は、所与の数の比較器、チップ面積、電力消費及び／又は熱放散のために増大されることができる。当然ながら、直列接続された比較器１３２のチェーンを用いないエネルギー弁別器が、代替として使用されてもよい。
【００１５】
カウンタ１３６は、エネルギー弁別器１２８の出力に基づいて、閾値ごとに又はエネルギーウインドウごとに計数値をインクリメントする。計数値は、検出された光子をエネルギー分解するために使用される情報を提供する。再構成器１４０は、検出器ピクセル（１２０）によって出力された信号をエネルギー分解することによって決定されるスペクトル特性に基づいて、検出器１１６によって生成された信号を選択的に再構成する。寝台のような対象支持体１４４が、検査領域１０８において患者又は他の対象を支持する。対象支持体１４４は、走査プロシージャを実施する際、検査領域１０８に対して対象をガイドするように移動可能である。汎用コンピュータが、オペレータコンソール１１８として働く。コンソール１１８は、モニタ又はディスプレイのような人間可読の出力装置、及びキーボード及びマウスのような入力装置を有する。コンソール１１８上に常駐するソフトウェアは、オペレータが、例えばグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を通じて、スキャナ１００を制御し、スキャナ１００と対話することを可能にする。
【００１６】
上述したように、パルス成形器１２４は、検出器ピクセル（１２０）からの到来電荷を処理し、検出された光子のエネルギーを示すピーク振幅をもつ電圧パルスを生成する。図２及び図４―図６は、適切なパルス成形器の例を示し、図３は、例示の電荷パルス、電圧パルス及びリセットパルスを示す。
【００１７】
図２をまず参照して、パルス成形器１２４は、増幅器２０４及び帰還キャパシタバンク２０６を含む積分器２０２を有する。増幅器２０４は、演算増幅器又は他の増幅器でありうる。帰還キャパシタバンク２０６は、第１のキャパシタ２０８１及び第２のキャパシタ２０８２（ここでは集合的にキャパシタ２０８と呼ばれる）を有する。キャパシタ２０８は、増幅器２０４と選択的に電気結合され、帰還ループにおいて増幅器２０４と電気的に通信する。
【００１８】
この例において、キャパシタ２０８は、キャパシタ２０８を交互に増幅器２０４と結合する個々のスイッチ２１０及び２１２を介して、増幅器２０４と結合される。このように、スイッチ２１０が閉じている場合、スイッチ２１２は開いており、キャパシタ２０８１が、増幅器２０４と電気的に通信する。スイッチ２１２が閉じている場合、スイッチ２１０は開いており、キャパシタ２０８２は、増幅器２０４と電気的に通信する。レジスタが、キャパシタ２０８と直列になるように加えられることができ、これはスルーイング（slewing）を低減することができ、ゆえに、より緩和したセトリング時間を与える。
【００１９】
エンドパルス識別器２１４は、前置増幅器１２２からの到来電荷パルスのエンドを識別する。さまざまな技法が、これを行うために使用されることができる。非限定的な例として、エンドパルス識別器２１４は、到来パルスの零導関数、電荷パルスの開始からの時間間隔のエンド等を決定することによって、パルスのエンドを識別することができる。エンドパルス識別器２１４の出力信号は、パルスのエンドが生じたかどうかを示す。
【００２０】
コントローラ２１６は、エンドパルス識別器２１４の出力に基づいて、制御信号を生成する。コントローラ２１６は、Ｔフリップフロップ、又はエンドパルス識別器２１４の出力に基づいて状態をトグルする（切り換える）出力信号を供給する他のコンポーネントを有することができることが理解されるべきである。制御信号が、弁別器１２８に供給され、パルスのピークが生じたことを弁別器１２８に通知する。それに応じて、弁別器１２８の出力は、例えばサンプルアンドホールド又は他の回路を介して、読み取られ及び／又は記憶される。
【００２１】
制御信号は更に、スイッチ２１０及び２１２の状態をトグルために使用され、これは、キャパシタ２０８を交換し、それによって、帯電したキャパシタ２０８を外し、それを放電したキャパシタ２０８と置き換えることによって、積分器２０２を効果的にリセットする。コントローラ２１６からキャパシタバンク２０６への経路における遅延コンポーネント２２０が、キャパシタバンク２０６への制御信号を遅延させる。一例において、遅延は、キャパシタ２０８を交換する前に増幅器２０４の出力値が読み込まれることができるように、セットされる。
【００２２】
動作中、キャパシタ２０８のうち放電した又はベースライン帯電したものが、積分器２０２の帰還ループに電気的に結合される。電荷が積分器２０２に入ると、ループ内の帰還キャパシタ２０８は、それと関連する電荷を蓄積し、記憶し、それによって積分器２０２の出力部にその電荷を示す電圧を生成する。エンドパルス識別器２１４は、上述したように到来電荷パルスのエンドを識別し、それを示す信号を生成する。コントローラ２１６は、この信号に基づいて、積分器２０２の出力値を読み込むように弁別器１２８を駆動する制御信号を生成する。
【００２３】
遅延コンポーネント２２０を介した予め規定された遅延の後、制御信号は、キャパシタバンク２０６にも供給されて、スイッチ２１０及び２１２の状態をトグルし、それによって帰還ループのキャパシタ２０８を交換する。このように、帯電したキャパシタは、キャパシタ２０８のうち放電した又はベースライン帯電したものと置き換えられる。一例において、これは、本質的に、予め規定された初期状態にキャパシタを実質的に瞬時に放電することに等しい。このように、積分器２０２は、キャパシタ２０８を交換せずにキャパシタ２０８を放電する場合よりも短い持続時間内に、次の到来パルスのための迅速なリセットを行う。一例において、次の到来電荷パルスが積分器２０２によって受け取られる前に、そのように帰還ループ内のキャパシタ２０８をリセットすることは、むだ時間を軽減するに十分速いものでありうる。
【００２４】
図３を参照して、図３ａは、積分器２０２によって受け取られた電荷パルスのストリーム中の例示の電荷パルス３０２及び３０４を示す。図３ｂは、記憶された電荷が時定数を経て減衰（３１０及び３１２）することを許すことによってキャパシタ２０８を交換するのではなく、キャパシタ２０８を交換してキャパシタ２０８を放電することによって積分器２０２をリセットする場合の、電荷パルス３０２及び３０４の各々に対する積分器２０２の出力電圧パルス（３０６及び３０８）をそれぞれ示す。この例において、電圧パルス３１０は、電圧パルス３１２に重なる長い減衰テールをもつ長いパルスである。テールから寄与は、パルス３１２のピーク振幅を誤って増大させうる。電荷パルスのエンドのタイミングを適切に計り、キャパシタを交換することを通じて積分器２０２をリセットすることによって、相対的により高速な計数チャネルが達成される。図３ｃは、コントローラ２１６からの例示の制御信号３１４を示す。３１６及び３１８に示すように、制御信号３１４の状態は、電荷パルスのエンドにおいて変化し、これは、キャパシタ２０８の交換及びゆえに積分器２０２のリセットを駆動する。
【００２５】
ここで図４を参照して、パルス成形器１２４は、キャパシタバンク２０６内の帰還キャパシタ２０８のうちの１つを含む。パルス成形器１２４は更に、第１及び第２のリセットキャパシタ４０２１及び４０２２（集合的にキャパシタ４０２と呼ばれる）を含み、これらのリセットキャパシタは、スイッチ４０４及び４０６を介して、積分器２０２の入力部と入力ベースレベル電圧の間に、及び積分器２０２の出力部と出力ベースレベル電圧との間に、それぞれ電気的に結合される。このように、（図示されるように、）キャパシタ４０２１が、スイッチ４０４を介して入力部に結合されるとき、キャパシタ４０２２は、スイッチ４０６を介して出力部に結合され、その逆もまた同様である。この例において、キャパシタ２０８、４０２１及び４０２２の容量は実質的に等しい。制御信号は、リセットキャパシタ４０２のうちどちらが入力部に結合されるか及びどちらが出力部に結合されるか決定する。
【００２６】
動作中、キャパシタ４０２は積分器２０２に結合され、キャパシタの一方が入力部に結合され、他方が出力部に結合される。図示される例において、キャパシタ４０２１が入力部に結合され、キャパシタ４０２２が出力部に結合される。電荷が、積分器２０２に入ると、帰還キャパシタ２０８は、それに関連付けられる電荷を蓄積し、記憶し、それによって、積分器２０２の出力部に電荷を示す電圧を生成する。エンドパルス識別器２１４は、到来電荷パルスのエンドを識別し、それを示す信号を生成する。コントローラ２１６は、この信号に基づいて、積分器２０２の出力値を読み込むように弁別器１２８を駆動する制御信号を生成する。
【００２７】
制御信号は、遅延コンポーネント２２０を介した予め規定された遅延の後、スイッチ４０４及び４０６のトグリングを駆動し、これは、キャパシタ４０２１が出力部に結合され、第２のキャパシタ４０２２が入力部に結合されるように、キャパシタ４０２を交替する。結果として、帰還キャパシタ２０８に記憶された電荷に実質的に等しいが、符号が反対である電荷パルスが、積分器２０２の入力部に供給され、従って、キャパシタ２０８を放電し、積分器２０２をリセットする。このように、積分器２０２は、記憶された電荷を減衰させることによってキャパシタ２０８をリセットする場合よりも速くリセットされる。再び、レジスタが、スルーイングを低減するように、キャパシタ２０８に直列に加えられることができる。放電が、積分器２０２に流れ込む電流によって達成されるので、積分器２０２は、次の到来電荷パルスを積分するとともに、リセットされることができる。
【００２８】
図５は、図２及び図４に関連して記述された例の一方又は両方と共に使用されることができる変形例を示す。簡潔さ及び明確さのために、図４のキャパシタバンク２０６が示されている。転送ゲート５０２が、電荷パルスの経路に置かれる。エンドパルス識別器２１４の出力信号が、転送ゲート５０２の状態をトグルする。この例において、エンドパルス識別器２１４は、到来電荷パルスのエンドを識別すると、出力信号の状態が、転送ゲート５０２を開かせ、積分器２０２が、上述したようにリセットする。転送ゲート５０２が開くと、電荷は積分器２０２に供給されない。リセットに応じて、制御信号の状態が変化し、転送ゲート５０２を閉じさせ、次の到来電荷パルスの電荷が積分器２０２へと流れることを許す。
【００２９】
図示される例において、キャパシタ５０４が、電荷パルスと転送ゲート５０２の間に配置される。キャパシタ５０４は、転送ゲート５０２が開かれているときは到来電荷を蓄積し、転送ゲート５０２が閉じているときは積分器２０２に電荷をリリースする。図２の成形器により、転送ゲート５０２は、キャパシタ交換の少し前に開かれる。その結果、外部ソースからキャパシタ２０８にいかなる電流も流れず、零電荷は零出力電圧を意味するので、出力の完全なリセットを強いる。リセット検知回路又は時間を計られた遅延によって決定されるように、完全なリセットが達成されると、転送ゲート５０２は、開かれることができ、記憶された電荷が、積分器２０２にリリースされる。図４の成形器により、転送ゲート５０２は再び、リセットが行われる前に開かれ、従って、電荷は、帰還キャパシタ２０８から逃げることができず、転送ゲート５０２は、リセット検知回路に応じて又は時間を計られた遅延によって、閉じるようにトリガされることができる。
【００３０】
次に図６を参照して、成形器１２４は更に、積分器２０２の前の電荷パルスの経路にチャージポンプ６０２を含む。この例において、エンドパルス識別器２１４は、積分器２０２の出力によって、電荷パルスのエンド及び積分器２０２のリセットを識別する。エンドパルス識別器２１４の出力は、チャージポンプ６０２及び転送ゲート５０２の両方を作動させ、停止させる。
【００３１】
エンドパルス識別器２１４が電荷パルスのエンドを識別すると、チャージポンプ６０２が作動され、転送ゲート５０２が開く。転送ゲート５０２が開かれ、チャージポンプ６０２が作動されると、チャージポンプ６０２は、積分器２０２の帰還キャパシタ２０８から電荷をリリースする。帰還キャパシタが放電したことをエンドパルス識別器２１４が識別すると、チャージポンプ６０２が停止され、転送ゲート５０２が閉じられる。転送ゲート５０２が閉じられ、チャージポンプ６０２が停止されると、積分器２０２は、到来電荷を再び積分することができる。チャージポンプ６０２によって使用される電流は、信号の振幅に比例して変化することができ、それゆえ、正確なレベルリセットを保証することが理解されるべきである。
【００３２】
別の実施形態において、チャージポンプ６０２は、制御されたチャージポンプである。この例において、大きい電圧ギャップが出力部に存在する場合、大きい電流が、迅速な放電を生成するために使用されることができる。ギャップが閉じている場合、電流が減少され、実質的に零電荷へのリセットを可能にする。これは、チャージポンプ６０２に増幅器の差電流を供給することによって達成されることができ、その出力電圧が完全なリセットを決定する。
【００３３】
上述したように、弁別器１２８は、成形器１２４からのパルスを弁別する。図７及び図８は、適切な弁別器１２８の例を示す。概して、以下の例において、弁別器１２８は、互いに直列に接続される複数の比較器１３２を含む。一例において、これは、閾値決定の直列化を可能にする。その結果、２Ｎ―１個のエネルギーウインドウのための比較器１３２の数はＮ個であり、これは、比較器１３２が各閾値ごとに使用されて２Ｎ―１比較器１３２をもたらす構成と比較して、比較器１３２の数の低減である。このように、弁別器１２８のフットプリントは、所与の数のエネルギーウインドウのために低減されることができる。比較器１３２の数の低減は更に、電力消費及び／又は熱放散を低減することができる。代替として、所与のフットプリント当たりのエネルギーウインドウの数が増大されることができる。
【００３４】
図７をまず参照して、弁別器１２８は、３つのエネルギーウインドウ、Ｅｂｉｎ３、Ｅｂｉｎ２及びＥｂｉｎ１を含む。上述したように、検出された光子のエネルギーと、検出された光子に関する成形器１２４からの電圧パルスのピーク振幅との間に、相関がある。このように、関心のある光子エネルギーウインドウが、対応する電圧レンジに関して記述されることができる。この例において、最も高いエネルギーウインドウＥｂｉｎ３は、Ｖ２から電圧上限までの電圧に対応する；中間のエネルギーウインドウＥｂｉｎ２は、Ｖ１からＶ２までの電圧に対応し、下側のエネルギーウインドウＥｂｉｎ１は、Ｖ０からＶ１までの電圧に対応する。Ｖ０は、ノイズレベルを上回るベースライン電圧レベルを表す。
【００３５】
弁別器１２８は、第１及び第２の比較器７０２及び７０４、決定コンポーネント７０６、制御コンポーネント７０８及びカウンタ１３６を含む。成形器１２４からの電圧パルスは、比較器７０２及び７０４の両方への入力として供給される。第２の基準電圧Ｖ１は、第１の比較器７０２への他方の入力として供給される。第１及び第３の基準電圧Ｖ０及びＶ２が、第１の比較器７０２の出力に基づいて、第２の比較器７０４への他方の入力として交互に供給される。この例において、スイッチ７１２は、第１及び第３の基準電圧Ｖ０及びＶ２を交互に第２の比較器７０４に電気的に結合する。
【００３６】
第１の比較器７０２の出力が、スイッチ７１２を制御する。例えば、電圧パルスの振幅がＶ１を下回る場合、第１の比較器７０２の出力は、スイッチ７１２を第１の位置に変え、それにより基準電圧Ｖ０又はＶ２の一方を第２の比較器７０４と結合する。電圧パルスの振幅がＶ１を超える場合、第１の比較器７０２の出力は、スイッチ７１２を第２の位置に変え、それにより基準電圧Ｖ０又はＶ２の他方を第２の比較器７０４と結合する。
【００３７】
比較器７０２及び７０４の両方からの出力は、決定コンポーネント７０６に供給される。決定コンポーネント７０６は、出力の双方に基づいて、カウンタ１３６の対応するサブカウンタ７１４、７１６又は７１８のインクリメントを駆動する。この例において、カウンタ７１４は、Ｅｂｉｎ１に対応し、カウンタ７１６は、Ｅｂｉｎ２に対応し、カウンタ７１８は、Ｅｂｉｎ３に対応する。制御コンポーネント７０８は、比較器７０２及び７０４の出力値が記憶され、サブカウンタがインクリメントされるときを制御する。
【００３８】
制御コンポーネント７０８は、電荷収集時間の経過の後、比較器１３２からの値を記憶することをトリガする。電荷収集時間は、電圧パルスが積み重なるために要する評価された時間量を示し、到来電圧パルスの振幅がＶ０を超えると開始する。電圧パルスが積み重なるとき、第１及び第２の比較器７０２及び７０４の出力が変化することができ、スイッチ７１２がそれぞれの位置の間で遷移することができるので、決定コンポーネント７０６のトリガは、充電時間に基づいて、到来パルスのピーク振幅が、出力値の記憶及びカウンタのインクリメントの前に受け取られ、それによって誤った計数を軽減することを確実にする。
【００３９】
動作中、電圧パルスは、成形器１２４から受け取られる。電圧パルスは、第１及び第２の比較器７０２及び７０４に供給される。第１の比較器７０２は、電圧パルスのピーク振幅及び基準電圧に基づいて、第１の信号を出力する。第１の信号は、スイッチ７１２がそのような位置にない場合、第１又は第２の位置に遷移するようにスイッチ７１２を駆動する。スイッチ７１２は、適切な基準電圧を第２の比較器７０４に結合する。第２の比較器７０４は、電圧パルスのピーク振幅及び基準電圧に基づいて、第２の信号を出力する。検出された光子のエネルギーを示す情報を共に提供する第１及び第２の信号が、決定コンポーネント７０６に供給される。第１及び第２の信号に基づいて、電荷収集時間の後、カウンタ１３６は、その値が、検出された光子のエネルギーが分類されるエネルギーウインドウを示すように、インクリメントする。これは、各検出された光子ごとに繰り返される。
【００４０】
弁別器１２８は、２又はそれより少ないエネルギーウインドウに関して縮小されることができ、３より多くのエネルギーウインドウに関して拡大されることができることが理解されるべきである。上述したように、直列の比較器を有する弁別器は、２Ｎ―１のエネルギーウインドウについてＮの比較器を有する。Ｎの比較器１２８の各々は、到来電圧パルス、及び基準電圧又は複数の基準電圧のうちの選択的な１つ、を受け取る。一例において、比較器１２８のための基準電圧の数は、概して、直前の比較器１２８の基準電圧の数の２倍であり、直列チェーンの第１の比較器１２８は、単一の基準電圧を有する。同様に、スイッチの数は、連続する比較器１２８について２倍になる。但し、第１の比較器１２８はスイッチを有しないので、チェーンの第２の比較器１２８は除く。例えば、図８の弁別器１２８は、７（２Ｎ―１、ここでＮ＝３）のエネルギーウインドウについて直列の３の比較器（Ｎ＝３）を有する。
【００４１】
図９は、検出器ピクセルからのパルスを成形する方法を示す。９０２において、検出された光子を示す電荷パルスは、積分器によって受け取られ、積分される。９０４において、電荷パルスのエンドが識別される。９０６において、積分器の出力が記憶される。９０８において、積分器は、ここに記述されたリセット技法を介してリセットされる。上述の動作は、各検出された光子ごとに繰り返される。
【００４２】
図１０は、成形されたパルスをエネルギー弁別する方法を示す。１００２において、パルス成形器からの電圧パルスが受け取られる。１００４において、電圧パルスのピーク振幅は、直列に接続された複数の比較器を使用して比較される。１００６において、電荷収集時間が経過したあと、チェーンの出力が保存される。１００８において、検出された光子のエネルギーに対応する計数が、インクリメントされる。上記の動作は、各検出された光子ごとに繰り返される。
【００４３】
成形器１２４は、ある時間にわたる電流の積分（電荷）が所望の情報である任意のアナログ処理チャンネルに関して使用されることができることが理解されるべきである。具体的には、成形器１２４は、到来パルスのレートが非常に高いチャネルに関して使用されることができる。弁別器１２８は、小さいピクセルサイズによって単一Ｘ線光子を計数することに基づくアプリケーションにおいて使用されることができ、そのようなアプリケーションでは高いエネルギー分解能が重要であり、例えば高い光子束のスペクトル情報に基づく医学Ｘ線及び／又はＸ線ＣＴアプリケーションに適用できる。
【００４４】
本発明は、好適な実施形態を参照して説明されている。変形及び変更が、先行する詳細な説明を読み理解することにより、当業者によって見い出される。このような変形及び変更が添付の請求項又はそれと等価なものの範囲内である限り、本発明は、すべてのそのような変形及び変更を含むものとして構成されることが意図される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、粒子計数検出器に関する。本発明は、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）に関連する光子計数の特定のアプリケーションによって説明されるが、本発明は、粒子を計数することが望ましい他のアプリケーションにも関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）システムは、検査領域を横断する多エネルギーのイオン化光子を発する放射線源を有する。光子を計数するように構成されるシステムは更に、検査領域の放射線源と反対側に位置するマルチスペクトル検出器、例えば放射線感受性ピクセルのアレイを有するＣＺＴ検出器、を有することができ、かかる検出器は、検査領域を横断する光子を検出する。検出器アレイの各ピクセルは、それが検出する各光子について電気信号を生成し、電気信号は、当該光子のエネルギーを示す。システムは更に、電気信号に基づいて検出された光子をエネルギー分解するためのエレクトロニクスを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
エレクトロニクスはパルス成形器を含み、パルス成形器は、ピクセルからの到来電荷を処理し、検出された光子のエネルギーを示すピーク振幅をもつ電圧パルスを生成する。エレクトロニクスは更に、電圧パルスの振幅を、異なるエネルギーレベルに従ってセットされる１又は複数の閾値と比較する弁別器を含む。従来、弁別器は、各閾値ごとに異なる比較器を含んでいる。図１１は、Ｎ個の閾値／比較器に関する例を示す。比較器の入力電圧が、対応する基準電圧を上回る場合、比較器の出力電圧が変化し、この変化が、対応するカウンタのインクリメントをトリガする。付加の論理が、計数の正確な数を正しいエネルギーウインドウに割り当てるために必要である。
【０００４】
残念ながら、従来のパルス成形器は、相対的に長い減衰時間を伴って電圧パルスを生成することがあり、これは、パルスの長い伸長を生じさせ、ゆえにパルスの積み重ねを減らすように最大計数レートを低減させ、その結果、パルスの間違ったビニングをもたらすことがある。更に、エレクトロニクスのための制限された面積ある。従って、各閾値ごとに異なる比較器を使用する従来のアプローチの場合、制限された面積が、使用されることができる比較器の数を制限し、ゆえにエネルギーウインドウの数を比較器の数に制限する。更に、各比較器は、電力を消費し、熱を放散させる。
【０００５】
現在のアプリケーションの見地は、上述した問題その他に対処する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの見地によれば、医学的イメージングシステムの光子計数検出器のパルス成形器は、帰還キャパシタを有する積分器を備える。積分器は、検出された光子を示す電荷パルスを積分し、積分された電荷を帰還キャパシタに記憶し、それによって、検出された光子のエネルギーを示すピーク振幅をもつ出力電圧パルスを生じさせる。エンドパルス識別器は、電荷パルスのエンドを識別し、それを示す出力信号を生成する。コントローラは、出力信号に応じて制御信号を生成し、制御信号は、積分器のリセットを駆動する。
【０００７】
別の見地において、医学的イメージングシステムの光子計数検出器のエネルギー弁別器は、直列接続された比較器のチェーンを含み、各比較器の出力は、当該比較器の直前の比較器の出力によって影響される。決定コンポーネントは、検出された光子のエネルギーを示す比較器の出力を決定する。コントローラコンポーネントは、電荷収集時間の経過の後、比較器の出力を記憶するように、決定コンポーネントをトリガする。
【０００８】
別の見地においては、医学的イメージングシステムの光子計数検出器は、検査領域を横断する送信放射線を検出する検出器ピクセルを含み、検出器ピクセルは、検出器ピクセルによって検出される光子のエネルギーを示す信号を生成する。パルス成形器は、信号を受信し、検出された光子のエネルギーを示す信号を生成する積分器を含み、パルス成形器は、選択的に積分器をリセットする回路を含む。エネルギー弁別器は、直列接続された比較器のチェーンを含み、比較器のチェーンは、所望の光子エネルギーに対応する少なくとも１つの電圧閾値に基づいて前記信号をエネルギー弁別し、検出された光子のエネルギーを示す出力信号を生成する。
【０００９】
本発明の更に別の見地は、以下の詳細な説明を読み、理解することによって当業者に理解される。
【００１０】
本発明は、さまざまなコンポーネント及びコンポーネントの取り合わせ並びにさまざまなステップ及びステップの取り合わせの形をとりうる。図面は、好適な実施形態を説明するためにあり、本発明を制限するものとして解釈されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】イメージングシステムを示す図。
【図２】例示のパルス成形器を示す図。
【図３】例示の電荷、電圧及びリセットパルスを示す図。
【図４】例示のパルス成形器を示す図。
【図５】例示のパルス成形器を示す図。
【図６】例示のパルス成形器を示す図。
【図７】例示のエネルギー弁別器を示す図。
【図８】例示のエネルギー弁別器を示す図。
【図９】検出器ピクセルからのパルスを成形する方法を示す図。
【図１０】成形されたパルスをエネルギー弁別する方法を示す図。
【図１１】従来技術の弁別器を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照して、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）システム１００は、縦軸又はｚ軸を中心に検査領域１０８の周りを回転する回転ガントリ１０４を含む。例えばＸ線管のようなＸ線源１１２が、回転ガントリ１０４によって支持され、検査領域１０８を横断する多エネルギー放射線ビームを発する。放射線感受性検出器１１６は、放射線源１１２によって発せられた光子を検出する少なくとも１つのピクセル又はセンサ１２０を含む。ピクセル１２０は、検出された光子ごとに、例えば電流又は電圧のような対応する電気信号を生成する。適切な検出器１１６の例として、直接変換検出器（例えばテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ））、及びフォトセンサと光学的に通信するシンチレータを含むシンチレータに基づくセンサがあげられる。前置増幅器１２２が、電気信号を増幅する。
【００１３】
パルス成形器１２４は、電気信号を処理して、例えば検出された光子のエネルギーを示す電圧又は他のパルスのようなパルスを生成する。後で詳しく述べるように、パルス成形器１２４は、到来電荷パルスのエンドが識別された後に成形器１２４をリセットするリセット回路を含むことができる。非限定的な例として、回路は、到来電荷パルスのエンドを識別するといつも、積分された電荷を記憶する帰還キャパシタを交換して外し、等しい大きさであるが反対の符号をもつ電荷を印加することによって記憶された電荷を打ち消し、又は記憶された電荷をリリースすることができる。一例において、これは、到来電荷パルスのエンドの後、成形器１２４の高速なリセットを生じさせ、その結果、より短いパルステールを生じさせ、記憶された電荷が成形器１２４の減衰時定数を経て減衰することを可能にすることによって帰還キャパシタが放電される構成と比べて、より高い計数レートを与える。当然ながら、高速なリセットを用いないパルス成形器が、代替として使用されることができる。
【００１４】
少なくとも１つの比較器１３２を有するエネルギー弁別器１２８は、成形器１２４からのパルスをエネルギー弁別する。これは、成形器１２４の出力パルスのピーク振幅を、特定のエネルギーレベルにそれぞれ対応する１又は複数の閾値と比較し、光子のエネルギーが分類されるエネルギーレンジを示す出力信号を生成することを含む。より詳しく以下に記述されるように、弁別器１２８は、直列接続される比較器１３２のチェーンを含むことができ、各比較器は、直前の比較器の出力によって影響を及ぼされる。一例において、これは、スペクトル感度を損なうことなく、所与の数のエネルギーウインドウ（２Ｎ―１）について使用される比較器の数の低減（２Ｎ―１からＮへ）を可能にする。これは更に、所与の数のエネルギーウインドウについてのチップ面積、電力消費及び／又は熱放散の低減をもたらすことができる。代替として、エネルギーウインドウの数は、所与の数の比較器、チップ面積、電力消費及び／又は熱放散のために増大されることができる。当然ながら、直列接続された比較器１３２のチェーンを用いないエネルギー弁別器が、代替として使用されてもよい。
【００１５】
カウンタ１３６は、エネルギー弁別器１２８の出力に基づいて、閾値ごとに又はエネルギーウインドウごとに計数値をインクリメントする。計数値は、検出された光子をエネルギー分解するために使用される情報を提供する。再構成器１４０は、検出器ピクセル（１２０）によって出力された信号をエネルギー分解することによって決定されるスペクトル特性に基づいて、検出器１１６によって生成された信号を選択的に再構成する。寝台のような対象支持体１４４が、検査領域１０８において患者又は他の対象を支持する。対象支持体１４４は、走査プロシージャを実施する際、検査領域１０８に対して対象をガイドするように移動可能である。汎用コンピュータが、オペレータコンソール１１８として働く。コンソール１１８は、モニタ又はディスプレイのような人間可読の出力装置、及びキーボード及びマウスのような入力装置を有する。コンソール１１８上に常駐するソフトウェアは、オペレータが、例えばグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を通じて、スキャナ１００を制御し、スキャナ１００と対話することを可能にする。
【００１６】
上述したように、パルス成形器１２４は、検出器ピクセル（１２０）からの到来電荷を処理し、検出された光子のエネルギーを示すピーク振幅をもつ電圧パルスを生成する。図２及び図４―図６は、適切なパルス成形器の例を示し、図３は、例示の電荷パルス、電圧パルス及びリセットパルスを示す。
【００１７】
図２をまず参照して、パルス成形器１２４は、増幅器２０４及び帰還キャパシタバンク２０６を含む積分器２０２を有する。増幅器２０４は、演算増幅器又は他の増幅器でありうる。帰還キャパシタバンク２０６は、第１のキャパシタ２０８１及び第２のキャパシタ２０８２（ここでは集合的にキャパシタ２０８と呼ばれる）を有する。キャパシタ２０８は、増幅器２０４と選択的に電気結合され、帰還ループにおいて増幅器２０４と電気的に通信する。
【００１８】
この例において、キャパシタ２０８は、キャパシタ２０８を交互に増幅器２０４と結合する個々のスイッチ２１０及び２１２を介して、増幅器２０４と結合される。このように、スイッチ２１０が閉じている場合、スイッチ２１２は開いており、キャパシタ２０８１が、増幅器２０４と電気的に通信する。スイッチ２１２が閉じている場合、スイッチ２１０は開いており、キャパシタ２０８２は、増幅器２０４と電気的に通信する。レジスタが、キャパシタ２０８と直列になるように加えられることができ、これはスルーイング（slewing）を低減することができ、ゆえに、より緩和したセトリング時間を与える。
【００１９】
エンドパルス識別器２１４は、前置増幅器１２２からの到来電荷パルスのエンドを識別する。さまざまな技法が、これを行うために使用されることができる。非限定的な例として、エンドパルス識別器２１４は、到来パルスの零導関数、電荷パルスの開始からの時間間隔のエンド等を決定することによって、パルスのエンドを識別することができる。エンドパルス識別器２１４の出力信号は、パルスのエンドが生じたかどうかを示す。
【００２０】
コントローラ２１６は、エンドパルス識別器２１４の出力に基づいて、制御信号を生成する。コントローラ２１６は、Ｔフリップフロップ、又はエンドパルス識別器２１４の出力に基づいて状態をトグルする（切り換える）出力信号を供給する他のコンポーネントを有することができることが理解されるべきである。制御信号が、弁別器１２８に供給され、パルスのピークが生じたことを弁別器１２８に通知する。それに応じて、弁別器１２８の出力は、例えばサンプルアンドホールド又は他の回路を介して、読み取られ及び／又は記憶される。
【００２１】
制御信号は更に、スイッチ２１０及び２１２の状態をトグルために使用され、これは、キャパシタ２０８を交換し、それによって、帯電したキャパシタ２０８を外し、それを放電したキャパシタ２０８と置き換えることによって、積分器２０２を効果的にリセットする。コントローラ２１６からキャパシタバンク２０６への経路における遅延コンポーネント２２０が、キャパシタバンク２０６への制御信号を遅延させる。一例において、遅延は、キャパシタ２０８を交換する前に増幅器２０４の出力値が読み込まれることができるように、セットされる。
【００２２】
動作中、キャパシタ２０８のうち放電した又はベースライン帯電したものが、積分器２０２の帰還ループに電気的に結合される。電荷が積分器２０２に入ると、ループ内の帰還キャパシタ２０８は、それと関連する電荷を蓄積し、記憶し、それによって積分器２０２の出力部にその電荷を示す電圧を生成する。エンドパルス識別器２１４は、上述したように到来電荷パルスのエンドを識別し、それを示す信号を生成する。コントローラ２１６は、この信号に基づいて、積分器２０２の出力値を読み込むように弁別器１２８を駆動する制御信号を生成する。
【００２３】
遅延コンポーネント２２０を介した予め規定された遅延の後、制御信号は、キャパシタバンク２０６にも供給されて、スイッチ２１０及び２１２の状態をトグルし、それによって帰還ループのキャパシタ２０８を交換する。このように、帯電したキャパシタは、キャパシタ２０８のうち放電した又はベースライン帯電したものと置き換えられる。一例において、これは、本質的に、予め規定された初期状態にキャパシタを実質的に瞬時に放電することに等しい。このように、積分器２０２は、キャパシタ２０８を交換せずにキャパシタ２０８を放電する場合よりも短い持続時間内に、次の到来パルスのための迅速なリセットを行う。一例において、次の到来電荷パルスが積分器２０２によって受け取られる前に、そのように帰還ループ内のキャパシタ２０８をリセットすることは、むだ時間を軽減するに十分速いものでありうる。
【００２４】
図３を参照して、図３ａは、積分器２０２によって受け取られた電荷パルスのストリーム中の例示の電荷パルス３０２及び３０４を示す。図３ｂは、記憶された電荷が時定数を経て減衰（３１０及び３１２）することを許すことによってキャパシタ２０８を交換するのではなく、キャパシタ２０８を交換してキャパシタ２０８を放電することによって積分器２０２をリセットする場合の、電荷パルス３０２及び３０４の各々に対する積分器２０２の出力電圧パルス（３０６及び３０８）をそれぞれ示す。この例において、電圧パルス３１０は、電圧パルス３１２に重なる長い減衰テールをもつ長いパルスである。テールから寄与は、パルス３１２のピーク振幅を誤って増大させうる。電荷パルスのエンドのタイミングを適切に計り、キャパシタを交換することを通じて積分器２０２をリセットすることによって、相対的により高速な計数チャネルが達成される。図３ｃは、コントローラ２１６からの例示の制御信号３１４を示す。３１６及び３１８に示すように、制御信号３１４の状態は、電荷パルスのエンドにおいて変化し、これは、キャパシタ２０８の交換及びゆえに積分器２０２のリセットを駆動する。
【００２５】
ここで図４を参照して、パルス成形器１２４は、キャパシタバンク２０６内の帰還キャパシタ２０８のうちの１つを含む。パルス成形器１２４は更に、第１及び第２のリセットキャパシタ４０２１及び４０２２（集合的にキャパシタ４０２と呼ばれる）を含み、これらのリセットキャパシタは、スイッチ４０４及び４０６を介して、積分器２０２の入力部と入力ベースレベル電圧の間に、及び積分器２０２の出力部と出力ベースレベル電圧との間に、それぞれ電気的に結合される。このように、（図示されるように、）キャパシタ４０２１が、スイッチ４０４を介して入力部に結合されるとき、キャパシタ４０２２は、スイッチ４０６を介して出力部に結合され、その逆もまた同様である。この例において、キャパシタ２０８、４０２１及び４０２２の容量は実質的に等しい。制御信号は、リセットキャパシタ４０２のうちどちらが入力部に結合されるか及びどちらが出力部に結合されるか決定する。
【００２６】
動作中、キャパシタ４０２は積分器２０２に結合され、キャパシタの一方が入力部に結合され、他方が出力部に結合される。図示される例において、キャパシタ４０２１が入力部に結合され、キャパシタ４０２２が出力部に結合される。電荷が、積分器２０２に入ると、帰還キャパシタ２０８は、それに関連付けられる電荷を蓄積し、記憶し、それによって、積分器２０２の出力部に電荷を示す電圧を生成する。エンドパルス識別器２１４は、到来電荷パルスのエンドを識別し、それを示す信号を生成する。コントローラ２１６は、この信号に基づいて、積分器２０２の出力値を読み込むように弁別器１２８を駆動する制御信号を生成する。
【００２７】
制御信号は、遅延コンポーネント２２０を介した予め規定された遅延の後、スイッチ４０４及び４０６のトグリングを駆動し、これは、キャパシタ４０２１が出力部に結合され、第２のキャパシタ４０２２が入力部に結合されるように、キャパシタ４０２を交替する。結果として、帰還キャパシタ２０８に記憶された電荷に実質的に等しいが、符号が反対である電荷パルスが、積分器２０２の入力部に供給され、従って、キャパシタ２０８を放電し、積分器２０２をリセットする。このように、積分器２０２は、記憶された電荷を減衰させることによってキャパシタ２０８をリセットする場合よりも速くリセットされる。再び、レジスタが、スルーイングを低減するように、キャパシタ２０８に直列に加えられることができる。放電が、積分器２０２に流れ込む電流によって達成されるので、積分器２０２は、次の到来電荷パルスを積分するとともに、リセットされることができる。
【００２８】
図５は、図２及び図４に関連して記述された例の一方又は両方と共に使用されることができる変形例を示す。簡潔さ及び明確さのために、図４のキャパシタバンク２０６が示されている。転送ゲート５０２が、電荷パルスの経路に置かれる。エンドパルス識別器２１４の出力信号が、転送ゲート５０２の状態をトグルする。この例において、エンドパルス識別器２１４は、到来電荷パルスのエンドを識別すると、出力信号の状態が、転送ゲート５０２を開かせ、積分器２０２が、上述したようにリセットする。転送ゲート５０２が開くと、電荷は積分器２０２に供給されない。リセットに応じて、制御信号の状態が変化し、転送ゲート５０２を閉じさせ、次の到来電荷パルスの電荷が積分器２０２へと流れることを許す。
【００２９】
図示される例において、キャパシタ５０４が、電荷パルスと転送ゲート５０２の間に配置される。キャパシタ５０４は、転送ゲート５０２が開かれているときは到来電荷を蓄積し、転送ゲート５０２が閉じているときは積分器２０２に電荷をリリースする。図２の成形器により、転送ゲート５０２は、キャパシタ交換の少し前に開かれる。その結果、外部ソースからキャパシタ２０８にいかなる電流も流れず、零電荷は零出力電圧を意味するので、出力の完全なリセットを強いる。リセット検知回路又は時間を計られた遅延によって決定されるように、完全なリセットが達成されると、転送ゲート５０２は、開かれることができ、記憶された電荷が、積分器２０２にリリースされる。図４の成形器により、転送ゲート５０２は再び、リセットが行われる前に開かれ、従って、電荷は、帰還キャパシタ２０８から逃げることができず、転送ゲート５０２は、リセット検知回路に応じて又は時間を計られた遅延によって、閉じるようにトリガされることができる。
【００３０】
次に図６を参照して、成形器１２４は更に、積分器２０２の前の電荷パルスの経路にチャージポンプ６０２を含む。この例において、エンドパルス識別器２１４は、積分器２０２の出力によって、電荷パルスのエンド及び積分器２０２のリセットを識別する。エンドパルス識別器２１４の出力は、チャージポンプ６０２及び転送ゲート５０２の両方を作動させ、停止させる。
【００３１】
エンドパルス識別器２１４が電荷パルスのエンドを識別すると、チャージポンプ６０２が作動され、転送ゲート５０２が開く。転送ゲート５０２が開かれ、チャージポンプ６０２が作動されると、チャージポンプ６０２は、積分器２０２の帰還キャパシタ２０８から電荷をリリースする。帰還キャパシタが放電したことをエンドパルス識別器２１４が識別すると、チャージポンプ６０２が停止され、転送ゲート５０２が閉じられる。転送ゲート５０２が閉じられ、チャージポンプ６０２が停止されると、積分器２０２は、到来電荷を再び積分することができる。チャージポンプ６０２によって使用される電流は、信号の振幅に比例して変化することができ、それゆえ、正確なレベルリセットを保証することが理解されるべきである。
【００３２】
別の実施形態において、チャージポンプ６０２は、制御されたチャージポンプである。この例において、大きい電圧ギャップが出力部に存在する場合、大きい電流が、迅速な放電を生成するために使用されることができる。ギャップが閉じている場合、電流が減少され、実質的に零電荷へのリセットを可能にする。これは、チャージポンプ６０２に増幅器の差電流を供給することによって達成されることができ、その出力電圧が完全なリセットを決定する。
【００３３】
上述したように、弁別器１２８は、成形器１２４からのパルスを弁別する。図７及び図８は、適切な弁別器１２８の例を示す。概して、以下の例において、弁別器１２８は、互いに直列に接続される複数の比較器１３２を含む。一例において、これは、閾値決定の直列化を可能にする。その結果、２Ｎ―１個のエネルギーウインドウのための比較器１３２の数はＮ個であり、これは、比較器１３２が各閾値ごとに使用されて２Ｎ―１比較器１３２をもたらす構成と比較して、比較器１３２の数の低減である。このように、弁別器１２８のフットプリントは、所与の数のエネルギーウインドウのために低減されることができる。比較器１３２の数の低減は更に、電力消費及び／又は熱放散を低減することができる。代替として、所与のフットプリント当たりのエネルギーウインドウの数が増大されることができる。
【００３４】
図７をまず参照して、弁別器１２８は、３つのエネルギーウインドウ、Ｅｂｉｎ３、Ｅｂｉｎ２及びＥｂｉｎ１を含む。上述したように、検出された光子のエネルギーと、検出された光子に関する成形器１２４からの電圧パルスのピーク振幅との間に、相関がある。このように、関心のある光子エネルギーウインドウが、対応する電圧レンジに関して記述されることができる。この例において、最も高いエネルギーウインドウＥｂｉｎ３は、Ｖ２から電圧上限までの電圧に対応する；中間のエネルギーウインドウＥｂｉｎ２は、Ｖ１からＶ２までの電圧に対応し、下側のエネルギーウインドウＥｂｉｎ１は、Ｖ０からＶ１までの電圧に対応する。Ｖ０は、ノイズレベルを上回るベースライン電圧レベルを表す。
【００３５】
弁別器１２８は、第１及び第２の比較器７０２及び７０４、決定コンポーネント７０６、制御コンポーネント７０８及びカウンタ１３６を含む。成形器１２４からの電圧パルスは、比較器７０２及び７０４の両方への入力として供給される。第２の基準電圧Ｖ１は、第１の比較器７０２への他方の入力として供給される。第１及び第３の基準電圧Ｖ０及びＶ２が、第１の比較器７０２の出力に基づいて、第２の比較器７０４への他方の入力として交互に供給される。この例において、スイッチ７１２は、第１及び第３の基準電圧Ｖ０及びＶ２を交互に第２の比較器７０４に電気的に結合する。
【００３６】
第１の比較器７０２の出力が、スイッチ７１２を制御する。例えば、電圧パルスの振幅がＶ１を下回る場合、第１の比較器７０２の出力は、スイッチ７１２を第１の位置に変え、それにより基準電圧Ｖ０又はＶ２の一方を第２の比較器７０４と結合する。電圧パルスの振幅がＶ１を超える場合、第１の比較器７０２の出力は、スイッチ７１２を第２の位置に変え、それにより基準電圧Ｖ０又はＶ２の他方を第２の比較器７０４と結合する。
【００３７】
比較器７０２及び７０４の両方からの出力は、決定コンポーネント７０６に供給される。決定コンポーネント７０６は、出力の双方に基づいて、カウンタ１３６の対応するサブカウンタ７１４、７１６又は７１８のインクリメントを駆動する。この例において、カウンタ７１４は、Ｅｂｉｎ１に対応し、カウンタ７１６は、Ｅｂｉｎ２に対応し、カウンタ７１８は、Ｅｂｉｎ３に対応する。制御コンポーネント７０８は、比較器７０２及び７０４の出力値が記憶され、サブカウンタがインクリメントされるときを制御する。
【００３８】
制御コンポーネント７０８は、電荷収集時間の経過の後、比較器１３２からの値を記憶することをトリガする。電荷収集時間は、電圧パルスが積み重なるために要する評価された時間量を示し、到来電圧パルスの振幅がＶ０を超えると開始する。電圧パルスが積み重なるとき、第１及び第２の比較器７０２及び７０４の出力が変化することができ、スイッチ７１２がそれぞれの位置の間で遷移することができるので、決定コンポーネント７０６のトリガは、充電時間に基づいて、到来パルスのピーク振幅が、出力値の記憶及びカウンタのインクリメントの前に受け取られ、それによって誤った計数を軽減することを確実にする。
【００３９】
動作中、電圧パルスは、成形器１２４から受け取られる。電圧パルスは、第１及び第２の比較器７０２及び７０４に供給される。第１の比較器７０２は、電圧パルスのピーク振幅及び基準電圧に基づいて、第１の信号を出力する。第１の信号は、スイッチ７１２がそのような位置にない場合、第１又は第２の位置に遷移するようにスイッチ７１２を駆動する。スイッチ７１２は、適切な基準電圧を第２の比較器７０４に結合する。第２の比較器７０４は、電圧パルスのピーク振幅及び基準電圧に基づいて、第２の信号を出力する。検出された光子のエネルギーを示す情報を共に提供する第１及び第２の信号が、決定コンポーネント７０６に供給される。第１及び第２の信号に基づいて、電荷収集時間の後、カウンタ１３６は、その値が、検出された光子のエネルギーが分類されるエネルギーウインドウを示すように、インクリメントする。これは、各検出された光子ごとに繰り返される。
【００４０】
弁別器１２８は、２又はそれより少ないエネルギーウインドウに関して縮小されることができ、３より多くのエネルギーウインドウに関して拡大されることができることが理解されるべきである。上述したように、直列の比較器を有する弁別器は、２Ｎ―１のエネルギーウインドウについてＮの比較器を有する。Ｎの比較器１２８の各々は、到来電圧パルス、及び基準電圧又は複数の基準電圧のうちの選択的な１つ、を受け取る。一例において、比較器１２８のための基準電圧の数は、概して、直前の比較器１２８の基準電圧の数の２倍であり、直列チェーンの第１の比較器１２８は、単一の基準電圧を有する。同様に、スイッチの数は、連続する比較器１２８について２倍になる。但し、第１の比較器１２８はスイッチを有しないので、チェーンの第２の比較器１２８は除く。例えば、図８の弁別器１２８は、７（２Ｎ―１、ここでＮ＝３）のエネルギーウインドウについて直列の３の比較器（Ｎ＝３）を有する。
【００４１】
図９は、検出器ピクセルからのパルスを成形する方法を示す。９０２において、検出された光子を示す電荷パルスは、積分器によって受け取られ、積分される。９０４において、電荷パルスのエンドが識別される。９０６において、積分器の出力が記憶される。９０８において、積分器は、ここに記述されたリセット技法を介してリセットされる。上述の動作は、各検出された光子ごとに繰り返される。
【００４２】
図１０は、成形されたパルスをエネルギー弁別する方法を示す。１００２において、パルス成形器からの電圧パルスが受け取られる。１００４において、電圧パルスのピーク振幅は、直列に接続された複数の比較器を使用して比較される。１００６において、電荷収集時間が経過したあと、チェーンの出力が保存される。１００８において、検出された光子のエネルギーに対応する計数が、インクリメントされる。上記の動作は、各検出された光子ごとに繰り返される。
【００４３】
成形器１２４は、ある時間にわたる電流の積分（電荷）が所望の情報である任意のアナログ処理チャンネルに関して使用されることができることが理解されるべきである。具体的には、成形器１２４は、到来パルスのレートが非常に高いチャネルに関して使用されることができる。弁別器１２８は、小さいピクセルサイズによって単一Ｘ線光子を計数することに基づくアプリケーションにおいて使用されることができ、そのようなアプリケーションでは高いエネルギー分解能が重要であり、例えば高い光子束のスペクトル情報に基づく医学Ｘ線及び／又はＸ線ＣＴアプリケーションに適用できる。
【００４４】
本発明は、好適な実施形態を参照して説明されている。変形及び変更が、先行する詳細な説明を読み理解することにより、当業者によって見い出される。このような変形及び変更が添付の請求項又はそれと等価なものの範囲内である限り、本発明は、すべてのそのような変形及び変更を含むものとして構成されることが意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医学的イメージングシステムの光子計数検出器のパルス成形器であって、
帰還キャパシタを有する積分器であって、検出された光子を示す電荷パルスを積分し、前記積分された電荷を前記帰還キャパシタに記憶し、それによって前記検出された光子のエネルギーを示すピーク振幅をもつ出力パルスを生成する、積分器と、
前記電荷パルスのエンドを識別し、それを示す出力信号を生成するエンドパルス識別器と、
前記出力信号に応じて制御信号を生成するコントローラであって、前記制御信号は、前記積分器の高速なリセットを駆動する、コントローラと、
を有するパルス成形器。
【請求項２】
前記制御信号によって駆動される前記リセットは、前記帰還キャパシタに記憶される電荷が前記積分器の減衰時定数に基づいて減衰することを可能にする場合と比較して、より速く前記積分器をリセットする、請求項１に記載のパルス成形器。
【請求項３】
第２の帰還キャパシタと、
前記制御信号に基づいて、前記帰還キャパシタの異なるものをそれぞれ交互に前記積分器に電気的に結合する第１及び第２のスイッチと、
を更に有し、前記リセットは、前記第１及び前記第２のスイッチのトグリングを含み、前記トグリングによって前記帰還キャパシタのうち帯電したものを前記帰還キャパシタのうち放電したものと交換する、請求項１に記載のパルス成形器。
【請求項４】
前記帰還キャパシタのうち放電したものは、ベースライン電荷に放電される、請求項３に記載のパルス成形器。
【請求項５】
第１及び第２の放電キャパシタと、
前記制御信号に基づいて、前記放電キャパシタのうち一方を前記積分器の入力部に、及び前記放電キャパシタのうち他方を前記積分器の出力部に、選択的に交互に電気結合するスイッチと、
を有し、前記リセットは、前記スイッチのトグリングを含み、前記トグリングによって前記第１及び前記第２の放電キャパシタが交替される、請求項１に記載のパルス成形器。
【請求項６】
前記放電キャパシタの前記交替は、前記帰還キャパシタに記憶された電荷と比べて実質的に大きさが等しく、符号が反対である電荷を、前記積分器の入力部に供給し、それによって前記帰還キャパシタが放電される、請求項５に記載のパルス成形器。
【請求項７】
前記積分器の入力部に結合されるチャージポンプを更に有し、前記エンドパルス識別器は、前記積分器の出力に基づいて前記到来電荷パルスのエンドを識別し、前記エンドパルス識別器の出力信号が、前記チャージポンプの状態を制御する、請求項１に記載のパルス成形器。
【請求項８】
前記電荷パルスの前記エンドが識別されると、前記チャージポンプが作動されて、前記帰還キャパシタに記憶された電荷をリリースし、それによって前記積分器をリセットする、請求項７に記載のパルス成形器。
【請求項９】
前記リセットのために前記積分器に電荷パルスを供給するように電気経路を開き、前記積分のために電気経路を閉じる転送ゲートを更に有する、請求項１に記載のパルス成形器。
【請求項１０】
前記制御信号は、前記リセットの前に前記積分器の出力をエネルギー弁別するように前記弁別器を駆動する、請求項１に記載のパルス成形器。
【請求項１１】
医学的イメージングシステムの光子計数検出器のエネルギー弁別器であって、
直列接続される比較器のチェーンであって、各比較器の出力が、当該比較器の直前の比較器の出力によって影響を及ぼされる、比較器のチェーンと、
前記検出された光子のエネルギーを示す前記比較器の出力を決定する決定コンポーネントと、
電荷収集時間の経過の後、前記比較器の出力を記憶するように、前記決定コンポーネントをトリガするコントローラコンポーネントと、
を有する、エネルギー弁別器。
【請求項１２】
前記比較器の各々は、前記検出された光子を示すパルス成形器からの電荷パルスを受け取り、複数の閾値の異なるものが、それぞれ異なるエネルギーレベルに対応する、請求項１１に記載の弁別器。
【請求項１３】
前記チェーンにおける前記比較器の数は、エネルギーウインドウの数より少ない、請求項１１に記載の弁別器。
【請求項１４】
前記チェーンは、２Ｎ―１のエネルギーウインドウについてＮの比較器を有し、Ｎは正の整数である、請求項１１に記載の弁別器。
【請求項１５】
前記電荷収集時間は、前記電荷パルスのエンドまでの時間の評価量である、請求項１１に記載の弁別器。
【請求項１６】
前記比較器の出力は、前記チェーンの次の比較器の基準電圧を決定する、請求項１１に記載の弁別器。
【請求項１７】
前記比較器のうちの１つの出力は、前記比較器うちの次のものを基準電圧に電気的に結合するスイッチをトグルする、請求項１１に記載の弁別器。
【請求項１８】
前記比較器の全ての出力に基づいて１又は複数のサブカウンタをインクリメントするカウンタを有する、請求項１１に記載の弁別器。
【請求項１９】
前記カウンタの値は、前記検出された光子をエネルギー分解するために使用される、請求項１８に記載の弁別器。
【請求項２０】
医学的イメージングシステムの光子計数検出器であって、
検査領域を横断する送信放射線を検出する検出器ピクセルであって、前記検出器ピクセルによって検出された光子のエネルギーを示す信号を生成する検出器ピクセルと、
前記信号を受信し、前記検出された光子のエネルギーを示す信号を生成する積分器を有するパルス成形器であって、前記積分器を選択的にリセットする回路を有するパルス成形器と、
直列接続された比較器のチェーンを有するとともに、所望の光子エネルギーに対応する少なくとも１つの電圧閾値に基づいて前記信号をエネルギー識別し、前記検出された光子のエネルギーを示す出力信号を生成するエネルギー弁別器と、
を有する光子計数検出器。
【請求項１】
医学的イメージングシステムの光子計数検出器のパルス成形器であって、
帰還キャパシタを有する積分器であって、検出された光子を示す電荷パルスを積分し、前記積分された電荷を前記帰還キャパシタに記憶し、それによって前記検出された光子のエネルギーを示すピーク振幅をもつ出力パルスを生成する、積分器と、
前記電荷パルスのエンドを識別し、それを示す出力信号を生成するエンドパルス識別器と、
前記出力信号に応じて制御信号を生成するコントローラであって、前記制御信号は、前記積分器の高速なリセットを駆動する、コントローラと、
を有するパルス成形器。
【請求項２】
前記制御信号によって駆動される前記リセットは、前記帰還キャパシタに記憶される電荷が前記積分器の減衰時定数に基づいて減衰することを可能にする場合と比較して、より速く前記積分器をリセットする、請求項１に記載のパルス成形器。
【請求項３】
第２の帰還キャパシタと、
前記制御信号に基づいて、前記帰還キャパシタの異なるものをそれぞれ交互に前記積分器に電気的に結合する第１及び第２のスイッチと、
を更に有し、前記リセットは、前記第１及び前記第２のスイッチのトグリングを含み、前記トグリングによって前記帰還キャパシタのうち帯電したものを前記帰還キャパシタのうち放電したものと交換する、請求項１に記載のパルス成形器。
【請求項４】
前記帰還キャパシタのうち放電したものは、ベースライン電荷に放電される、請求項３に記載のパルス成形器。
【請求項５】
第１及び第２の放電キャパシタと、
前記制御信号に基づいて、前記放電キャパシタのうち一方を前記積分器の入力部に、及び前記放電キャパシタのうち他方を前記積分器の出力部に、選択的に交互に電気結合するスイッチと、
を有し、前記リセットは、前記スイッチのトグリングを含み、前記トグリングによって前記第１及び前記第２の放電キャパシタが交替される、請求項１に記載のパルス成形器。
【請求項６】
前記放電キャパシタの前記交替は、前記帰還キャパシタに記憶された電荷と比べて実質的に大きさが等しく、符号が反対である電荷を、前記積分器の入力部に供給し、それによって前記帰還キャパシタが放電される、請求項５に記載のパルス成形器。
【請求項７】
前記積分器の入力部に結合されるチャージポンプを更に有し、前記エンドパルス識別器は、前記積分器の出力に基づいて前記到来電荷パルスのエンドを識別し、前記エンドパルス識別器の出力信号が、前記チャージポンプの状態を制御する、請求項１に記載のパルス成形器。
【請求項８】
前記電荷パルスの前記エンドが識別されると、前記チャージポンプが作動されて、前記帰還キャパシタに記憶された電荷をリリースし、それによって前記積分器をリセットする、請求項７に記載のパルス成形器。
【請求項９】
前記リセットのために前記積分器に電荷パルスを供給するように電気経路を開き、前記積分のために電気経路を閉じる転送ゲートを更に有する、請求項１に記載のパルス成形器。
【請求項１０】
前記制御信号は、前記リセットの前に前記積分器の出力をエネルギー弁別するように前記弁別器を駆動する、請求項１に記載のパルス成形器。
【請求項１１】
医学的イメージングシステムの光子計数検出器のエネルギー弁別器であって、
直列接続される比較器のチェーンであって、各比較器の出力が、当該比較器の直前の比較器の出力によって影響を及ぼされる、比較器のチェーンと、
前記検出された光子のエネルギーを示す前記比較器の出力を決定する決定コンポーネントと、
電荷収集時間の経過の後、前記比較器の出力を記憶するように、前記決定コンポーネントをトリガするコントローラコンポーネントと、
を有する、エネルギー弁別器。
【請求項１２】
前記比較器の各々は、前記検出された光子を示すパルス成形器からの電荷パルスを受け取り、複数の閾値の異なるものが、それぞれ異なるエネルギーレベルに対応する、請求項１１に記載の弁別器。
【請求項１３】
前記チェーンにおける前記比較器の数は、エネルギーウインドウの数より少ない、請求項１１に記載の弁別器。
【請求項１４】
前記チェーンは、２Ｎ―１のエネルギーウインドウについてＮの比較器を有し、Ｎは正の整数である、請求項１１に記載の弁別器。
【請求項１５】
前記電荷収集時間は、前記電荷パルスのエンドまでの時間の評価量である、請求項１１に記載の弁別器。
【請求項１６】
前記比較器の出力は、前記チェーンの次の比較器の基準電圧を決定する、請求項１１に記載の弁別器。
【請求項１７】
前記比較器のうちの１つの出力は、前記比較器うちの次のものを基準電圧に電気的に結合するスイッチをトグルする、請求項１１に記載の弁別器。
【請求項１８】
前記比較器の全ての出力に基づいて１又は複数のサブカウンタをインクリメントするカウンタを有する、請求項１１に記載の弁別器。
【請求項１９】
前記カウンタの値は、前記検出された光子をエネルギー分解するために使用される、請求項１８に記載の弁別器。
【請求項２０】
医学的イメージングシステムの光子計数検出器であって、
検査領域を横断する送信放射線を検出する検出器ピクセルであって、前記検出器ピクセルによって検出された光子のエネルギーを示す信号を生成する検出器ピクセルと、
前記信号を受信し、前記検出された光子のエネルギーを示す信号を生成する積分器を有するパルス成形器であって、前記積分器を選択的にリセットする回路を有するパルス成形器と、
直列接続された比較器のチェーンを有するとともに、所望の光子エネルギーに対応する少なくとも１つの電圧閾値に基づいて前記信号をエネルギー識別し、前記検出された光子のエネルギーを示す出力信号を生成するエネルギー弁別器と、
を有する光子計数検出器。
【図１】
【図２】
【図３（ａ）−３（ｃ）】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３（ａ）−３（ｃ）】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２０１１−５２１２１２（Ｐ２０１１−５２１２１２Ａ）
【公表日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０６８００（Ｐ２０１１−５０６８００）
【出願日】平成２１年３月２０日（２００９．３．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５１１９２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１３３４８１
【国際公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２０日（２００９．３．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５１１９２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１３３４８１
【国際公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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