特許 6913181 パルス整形器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6913181

(24)【登録日】2021年7月13日

(45)【発行日】2021年8月4日

(54)【発明の名称】パルス整形器

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/17 20060101AFI20210727BHJP

   G01T 1/24 20060101ALI20210727BHJP

   A61B 6/03 20060101ALI20210727BHJP

   H04N 5/32 20060101ALI20210727BHJP

   H04N 5/378 20110101ALI20210727BHJP

【ＦＩ】

   G01T1/17 F

   G01T1/17 A

   G01T1/24

   A61B6/03 320Q

   A61B6/03 373

   H04N5/32

   H04N5/378

【請求項の数】15

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2019-554893(P2019-554893)

(86)(22)【出願日】2018年4月4日

(65)【公表番号】特表2020-516878(P2020-516878A)

(43)【公表日】2020年6月11日

(86)【国際出願番号】EP2018058519

(87)【国際公開番号】WO2018185118

(87)【国際公開日】20181011

【審査請求日】2021年3月4日

(31)【優先権主張番号】17165169.8

(32)【優先日】2017年4月6日

(33)【優先権主張国】EP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】590000248

【氏名又は名称】コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ

【氏名又は名称原語表記】ＫＯＮＩＮＫＬＩＪＫＥ ＰＨＩＬＩＰＳ Ｎ．Ｖ．

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】シュテッドマン ボーカー，ロガー

(72)【発明者】

【氏名】ヘルマン，クリストフ

【審査官】 中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１８９３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０４００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５３０５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５４０２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０５０６１９（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ １／１７

Ａ６１Ｂ ６／０３

Ｇ０１Ｔ １／２４

Ｈ０４Ｎ ５／３２

Ｈ０４Ｎ ５／３７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スペクトル光子計数検出器に使用するパルス整形器であって：
検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有するパルスを生成するように構成される積分器と；
フィードバック抵抗器と；
前記積分器を放電するように構成される切り替え可能な放電回路と；
前記パルスのピークを検出するように構成されるピーク検出器と；
を有し、
前記パルス整形器は、前記ピークの検出に基づいて前記切り替え可能な放電回路による前記積分器の放電を開始させ、前記のパルス生成の期間中は前記フィードバック抵抗器を前記積分器に並列に接続し、前記パルス生成の別の期間中は前記フィードバック抵抗器を切り離すように構成され、
前記切り替え可能な放電回路は、少なくとも１つの電流源を有し、前記パルス整形器は、前記少なくとも１つの電流源を前記積分器に並列に接続して、前記積分器を放電させるように、及び、前記放電中に前記フィードバック抵抗器を前記積分器から切り離すように構成される、
パルス整形器。

【請求項2】

前記少なくとも１つの電流源は、２つ以上の電流源を有し、接続される前記電流源の数は、前記パルスの前縁によって超えられる２つ以上の前記電流源に関連付けられる予め定められたいくつかの閾値に依存する、
請求項１に記載のパルス整形器。

【請求項3】

前記少なくとも１つの電流源は、２つ以上の電流源を有し、前記パルス整形器は、前記放電中に接続された前記電流源の数を徐々に減らすように構成される、
請求項１に記載のパルス整形器。

【請求項4】

前記パルス整形器は、前記パルスの後縁が前記電流源に関連付けられる予め定められた閾値を超えるときに、前記電流源を切り離すように構成される、
請求項３に記載のパルス整形器。

【請求項5】

前記パルス整形器は、前記パルスの後縁が予め定められた閾値を超えたときに、前記切り替え可能な放電回路による放電を停止するように構成される、
請求項１に記載のパルス整形器。

【請求項6】

前記スペクトル光子計数検出器は、前記ピーク振幅を１つ又は複数のエネルギ閾値と比較するためのエネルギ弁別器を有し、前記予め定められた閾値は、（ｉ）前記エネルギ弁別器の最低エネルギ閾値、（ｉｉ）前記エネルギ弁別器の最低エネルギ閾値と前記ピークのベースラインとの間の追加の閾値、及び（ｉｉｉ）前記ピークのベースラインから選択される、
請求項５に記載のパルス整形器。

【請求項7】

２つの前記パルスの間の谷を検出するように構成される谷検出器をさらに有し、前記パルス整形器は、前記の谷の検出に基づいて前記切り替え可能な放電回路による放電を停止するように構成される、
請求項１に記載のパルス整形器。

【請求項8】

前記検出された光子のエネルギに依存する電気信号を増幅するように構成される前置増幅器をさらに有し、前記増幅器は前記積分器の上流に配置され、前記パルス整形器は、前記の増幅された電気信号に基づいて、前記ピークの検出及び前記切り替え可能な放電回路による放電の制御を行うように構成される、
請求項１に記載のパルス整形器。

【請求項9】

スペクトル光子計数検出器に使用するパルス整形器であって：
検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有するパルスを生成するように構成される積分器と；
フィードバック抵抗器と；
前記積分器を放電するように構成される切り替え可能な放電回路と；
前記パルスのピークを検出するように構成されるピーク検出器と；
を有し、
前記パルス整形器は、前記のピークの検出に基づいて前記切り替え可能な放電回路による前記積分器の放電を開始し、前記のパルス生成の期間中は前記フィードバック抵抗器を前記積分器に並列に接続し、前記パルス生成の別の期間中は前記フィードバック抵抗器を切り離すように構成され、
前記パルス整形器は、前記積分器の充電フェーズの開始を検出する充電フェーズ開始検出器をさらに有し、前記切り替え可能な放電回路は前記フィードバック抵抗器を有し、前記パルス整形器は、前記の検出された開始と前記ピークの検出との間に前記フィードバック抵抗器を前記積分器から切り離すように、及び、前記フィードバック抵抗器を接続して前記積分器を放電するように構成される、
パルス整形器。

【請求項10】

前記充電フェーズ開始検出器は、前記パルスの前記振幅の高速変化を検出することによって前記開始を検出するように構成される、
請求項９に記載のパルス整形器。

【請求項11】

前記積分器に並列に永久的に接続された追加のフィードバック抵抗器をさらに有する、
請求項９に記載のパルス整形器。

【請求項12】

スペクトル光子計数検出器であって：
多重エネルギＸ線放射を検出する検出要素を有し、それぞれの前記検出要素は：
放射感知センサと；
パルス整形器であって：
検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有するパルスを生成するように構成される積分器と；
フィードバック抵抗器と；
前記積分器を放電するように構成される切り替え可能な放電回路と；
前記パルスのピークを検出するように構成されるピーク検出器と；
を有し、
前記パルス整形器は、前記ピークの検出に基づいて前記切り替え可能な放電回路による前記積分器の放電を開始させ、前記のパルス生成の期間中は前記フィードバック抵抗器を前記積分器に並列に接続し、前記パルス生成の別の期間中は前記フィードバック抵抗器を切り離すように構成され、
前記切り替え可能な放電回路は、少なくとも１つの電流源を有し、前記パルス整形器は、前記少なくとも１つの電流源を前記積分器に並列に接続して、前記積分器を放電させるように、及び、前記放電中に前記フィードバック抵抗器を前記積分器から切り離すように構成される、
パルス整形器と；
前記ピーク振幅を１つ又は複数のエネルギ閾値と比較するように構成されるエネルギ弁別器と；
前記パルスの前縁が前記エネルギ閾値を超える回数を、前記エネルギ閾値ごとにカウントするように構成される光子カウンタと；
を有する、
スペクトル光子計数検出器。

【請求項13】

Ｘ線イメージングシステムであって：
物体を収容するように適合された検査ゾーンを横切るように多重エネルギＸ線放射を提供するＸ線照射装置と；
スペクトル光子計数検出器であって：
多重エネルギＸ線放射を検出する検出要素を有し、それぞれの前記検出要素は：
放射感知センサと；
パルス整形器であって：
検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有するパルスを生成するように構成される積分器と；
フィードバック抵抗器と；
前記積分器を放電するように構成される切り替え可能な放電回路と；
前記パルスのピークを検出するように構成されるピーク検出器と；
を有し、
前記パルス整形器は、前記ピークの検出に基づいて前記切り替え可能な放電回路による前記積分器の放電を開始させ、前記のパルス生成の期間中は前記フィードバック抵抗器を前記積分器に並列に接続し、前記パルス生成の別の期間中は前記フィードバック抵抗器を切り離すように構成され、
前記切り替え可能な放電回路は、少なくとも１つの電流源を有し、前記パルス整形器は、前記少なくとも１つの電流源を前記積分器に並列に接続して、前記積分器を放電させるように、及び、前記放電中に前記フィードバック抵抗器を前記積分器から切り離すように構成される、
パルス整形器と；
前記ピーク振幅を１つ又は複数のエネルギ閾値と比較するように構成されるエネルギ弁別器と；
前記パルスの前縁が前記エネルギ閾値を超える回数を、前記エネルギ閾値ごとにカウントするように構成される光子カウンタと；
を有する、
スペクトル光子計数検出器と；
前記の光子カウントに基づいて画像を再構成する再構成ユニットと；
を有する、
Ｘ線イメージングシステム。

【請求項14】

スペクトル光子計数検出器に使用するためのパルス整形方法であって：
検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有するパルスを生成するステップと；
前記パルスのピークを検出するステップと；
前記のピークの検出に基づいて切り替え可能な放電回路によって積分器の放電を開始するステップと；
前記のパルス生成の期間中にフィードバック抵抗器を前記積分器に並列に接続し、前記パルス生成の別の期間中に前記フィードバック抵抗器を切り離すステップと；
を含み、
前記切り替え可能な放電回路は、少なくとも１つの電流源を有し、前記積分器に並列な前記少なくとも１つの電流源は、前記積分器を放電し、前記放電中に前記フィードバック抵抗器を前記積分器から切り離すように構成される、
方法。

【請求項15】

スペクトル光子計数検出器に使用するためのパルス整形方法であって：
検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有するパルスを生成するステップと；
前記パルスのピークを検出するステップと；
前記のピークの検出に基づいて切り替え可能な放電回路によって積分器の放電を開始するステップと；
前記のパルス生成の期間中にフィードバック抵抗器を前記積分器に並列に接続し、前記パルス生成の別の期間中に前記フィードバック抵抗器を切り離すステップと；
充電フェーズ開始検出器によって前記積分器の充電フェーズの開始を検出するステップと、を含み、
前記切り替え可能な放電回路は前記フィードバック抵抗器を有し、前記フィードバック抵抗器は、前記の検出された開始と前記ピークの検出との間で前記積分器から切り離し、前記フィードバック抵抗器を接続して前記積分器を放電するように構成される、
方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パルス整形器、パルス整形器を含むスペクトル光子計数検出器、スペクトル光子計数検出器を含むＸ線イメージングシステム、及びパルス整形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

スペクトル分解コンピュータ断層撮影（ＣＴ）のようなイメージング用途に使用される放射線検出器は、カソードとアノードの間に配置され、電圧がカソードとアノードの間に印加された状態で、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＴｅ）、又はシリコン（Ｓｉ）などの直接変換材料を使用する。カソードを照射するＸ線光子は、直接変換材料中でエネルギを電子に伝達し、これは、電子がアノードに向かってドリフトする電子／正孔対を生成する。アノードは、これに応答して、電気信号を生成し、この電気信号は、１つ又は複数のエネルギビン（energy bins）における光子数を測定するためにさらに処理される。これは、電気信号を増幅する、電荷増幅器（ＣＳＡ）などの前置増幅器、例えば、増幅された電気信号を処理し、検出された光子のエネルギを示すピーク振幅又は高さを有するパルスを生成する演算増幅器及びフィードバックキャパシタの組み合わせに基づいたパルス整形器、パルスの高さを１つ又は複数のエネルギ閾値と比較するエネルギ弁別器、パルスの前縁が閾値を超える回数を各エネルギ閾値に対してカウントする光子カウンタ、及び、光子カウントをエネルギ範囲内にまとめ（bins）、それによって、検出された放射線をスペクトルに分解するエネルギビナ（energy binner）によって行うことができる。エネルギビナは、原理的には、ハードウェアで実現することができるが、より典型的には、光子カウンタから光子カウントを読み取る外部ソフトウェア構成要素によって実現される。

【0003】

スペクトル分解コンピュータ断層撮影の必要条件の一つは、検出器が非常に高い衝突Ｘ線光子束を分解することができることである。この課題に対処するために、パルス整形器は、通常、弾道欠損（ballistic deficit）で動作する、すなわち、実際に達成されたパルス高さは、収集された全電荷に対応する高さよりも小さい。これは、多数のチャネルにわたる信号対雑音比（ＳＮＲ）及び信号の均一性に関して、重要な実装上の課題を提起する。

【0004】

同時に、ＳＮＲの問題に対処し、カウントレートの要件に適切に対処するために、フィードバックキャパシタを放電させる前に、完全な電荷収集が行われたことを確実にする必要がある。この方法では、弾道欠損は生じ得ない。トポロジーはそのような挙動を提供することが知られているが、カウントレート能力とのトレードオフが必要である。このため、リセットスキーム（reset schemes）（電荷が収集された後にパルス整形器のフィードバックキャパシタがリセットされる）も提案されている。例えば、特許文献１は、ピーク検出器がパルスのピークを検出するスキームを開示しており、ピーク検出時には、フィードバックキャパシタを短絡させて放電するために、フィードバックキャパシタに並列に接続されたリセットスイッチが閉じられる。このアプローチは、十分なカウントレート性能を提供しつつ、ＳＮＲを改善することを可能にする。しかし、パルス整形器の設計及び制御に関しては、さらなる改善がなお必要である。

【0005】

特許文献２は、粒子検出器から電荷パルスを受信したときに得られるパルスの幅を減少させる粒子計数装置を開示している。パルス短縮は、装置出力でピークレベルを超えた直後にパルスをリセットすることによって得られる。装置は、電荷感応増幅器と、後続の弁別回路のための出力を生成する整形器とを含む。リセット発生器は整形器出力を監視し、ピークが検出されると整形器にリセット信号を発生する。

【0006】

特許文献１は、検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有するパルスを生成する積分器を含む装置を開示している。第１の放電回路は第１の放電速度で積分器を放電し、第２の放電回路は第２の放電速度で積分器を放電する。第１の放電速度は第２の放電速度未満である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】国際公開第２００８／１５５６８０号

【特許文献2】国際公開第２００９／０５０６１９号

【発明の概要】

【0008】

本発明の目的は、改良された設計及び／又は制御を利用するパルス整形器及びパルス整形方法を提供することである。本発明のさらなる目的は、パルス整形器を有するスペクトル光子計数検出器、及びスペクトル光子計数検出器を有するＸ線イメージングシステムを提供することである。

【0009】

本発明の第１の態様では、スペクトル光子計数検出器に使用するパルス整形器が提供され、パルス整形器は：
‐ 検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有するパルスを生成する積分器と；
‐ フィードバック抵抗器と；
‐ 積分器を放電する切り替え可能な放電回路と；
‐ パルスのピークを検出するピーク検出器と；
を有し、
パルス整形器は、ピークの検出に基づいて切り替え可能な放電回路による積分器の放電を開始させ、パルス生成の期間中はフィードバック抵抗器を積分器に並列に接続し、パルス生成の別の期間中はフィードバック抵抗器を切り離すように構成され、
切り替え可能な放電回路は、少なくとも１つの電流源を有し、パルス整形器は、少なくとも１つの電流源を積分器に並列に接続して、積分器を放電させるように、及び、放電中にフィードバック抵抗器を積分器から切り離すように構成される。

【0010】

パルス整形器は、パルス生成の期間中に積分器に並列に接続され、パルス生成の別の期間中に切り離されるフィードバック抵抗器を有するため、パルスの生成が、任意の顕著な同時放電メカニズムによって実質的に妨げられない一方、同時に、エネルギペデスタルの発生、すなわち、不十分な放電によって引き起こされる任意の後続のパルスのエネルギオフセットを効率的に回避することができるように、パルス整形器を設計することができる。パルス生成フェーズ（pulse generation phase）の外側では、フィードバック抵抗器は、任意の残りのエネルギペデスタルを除去するために、積分器に並列に連続的に接続されることが好ましい。さらに、積分器を放電するために少なくとも１つの電流源を使用することによって、積分器の「ソフトリセット」を実現することができる。さらに、フィードバック抵抗器は放電中に切り離されるので、積分器は定電流で放電されることができ、その結果、線形放電が生じる。加えて、放電中に検出された光子から生じる電荷は、失われることはないが、依然としてパルスに寄与する、すなわち、積分器の出力は、それらに反応する。これは、パルスの後縁の間にパルスがオーバーラップする事象を説明するために、パイルアップ（pile-up）モデルを容易にし得るので、パイルアップ補正に役立ち得る。

【0011】

以下にさらに詳細に説明するように、スペクトル光子計数検出器は、多重エネルギＸ線放射（polyenergetic x-ray radiation）を検出するための検出要素を有し、各検出要素は、パルス整形器と、ピーク振幅を１つ又は複数のエネルギ閾値と比較するためのエネルギ弁別器（energy discriminator）と、パルスの前縁がエネルギ閾値を超える（crosses）回数を各エネルギ閾値に対して計数するための光子計数器とを有する。

【0012】

少なくとも１つの電流源は、２つ以上の電流源を有することが好ましく、接続される電流源の数は、パルスの前縁によって超えられる２つ以上の電流源に関連付けられる予め定められたいくつかの閾値に依存する。予め定められた閾値は、エネルギ弁別器によって採用されるエネルギ閾値に優先的に対応する。すなわち、パルスの前縁が最低エネルギ閾値のみを通過する場合、１つの電流源のみが積分器に並列に接続されて積分器を放電し、パルスの前縁が最低エネルギ閾値と二番目に低いエネルギ閾値の両方を通過する場合、２つの電流源が並列に接続されて積分器を放電するなどである。パルスの前縁が全てのエネルギ閾値を超える場合、全ての電流源は、積分器に並列に接続されて積分器を放電する。

【0013】

優先的に、パルス整形器は、放電中に接続された電流源の数を徐々に減らすように構成される。この目的のために、パルス整形器は、パルスの後縁が、電流源に関連付けられる、対応するエネルギ閾値などの予め定められた閾値を超えるときに、電流源を切り離すように構成されることが好ましい。例えば、パルスの前縁が全てのエネルギ閾値を超え、全ての電流源が積分器を放電するために最初に積分器に並列に接続されると仮定する。ここで、放電の間、パルスの後縁は、連続的に、最高のエネルギ閾値と、最低のエネルギ閾値までの任意のより低いエネルギ閾値とを超え、各々の場合において、それぞれのエネルギ閾値が関連付けられている電流源は、切り離される。少なくとも１つの電流源と同様に、放電は、好ましくは、各電流源によって一定の電流で実行され、その結果、区分的線形放電（piece-wise linear discharge）が生じ、それぞれの勾配は、接続された電流源の数に依存する。このようにして、積分器の放電は、パルスがより高い間により速くされることができ、パルスが低くなるにつれて遅くなる。そのようなトポロジーの利点は、閾値間の決定論的な勾配（deterministic slope）であり、これは、パイルアップモデリングをさらに容易にし得る。さらに、電流源の相互作用によって実現されるような「ソフトな」遷移は、積分器の電子構成要素の限定されたスルーレート（slew-rate）によって引き起こされるスプリアス過渡現象を最小化するのに役立つ。

【0014】

パルス整形器は、パルスの後縁が予め定められた閾値を超えたときに、切り替え可能な放電回路による放電を停止するように構成されることが好ましい。特に、予め定められた閾値は、（ｉ）エネルギ弁別器の最低エネルギ閾値、（ｉｉ）エネルギ弁別器の最低エネルギ閾値とピークのベースラインとの間の追加の閾値、及び（ｉｉｉ）ピークのベースラインから選択されることが好ましい。第１のケースでは、パルスの後縁が最低エネルギ閾値を超える場合、パルス整形器は、少なくとも１つ又は最後の電流源を切り離し、フィードバック抵抗器を積分器に並列に再接続する。残りの放電が次いで積分器及びフィードバック抵抗器の時定数に従って生じる。これは、エネルギ弁別器の最低閾値が容易に利用可能であり得るので、複雑ではない。しかし、それは、フィードバック抵抗器によってのみ放電されることができる比較的大きな電荷がまだ積分器内に蓄積されていることを意味し得る。弾道欠損を最小化するためにフィードバック抵抗器は比較的大きいものでなければならないので、これは比較的長い放電時間をもたらす可能性がある。対照的に、好ましくはパルスのベースラインにできるだけ近い、追加の閾値が使用される場合、残りの電荷は、エネルギ弁別器の最低閾値の等価エネルギと比較して小さくすることができる。これは、より短いパルスの生成を可能にし、従って、より高い計数率を可能にし得る。最後に、ピークのベースラインが予め定められた閾値として使用される場合、積分器は切り替え可能な放電回路によって完全に放電される。しかし、これは、ゼロ交差を検出してからリセットを解除するまでの間の反応時間が有限であるため、オーバーシュートを引き起こす可能性がある。

【0015】

また、パルス整形器が、２つのパルスの間の谷を検出する谷検出器をさらに有することも好ましく、パルス整形器は、谷の検出に基づいて切り替え可能な放電回路による放電を停止するように構成される。谷検出器は、先行するパルスの放電と重複するパルスの検出の場合に、切り替え可能な放電回路による放電を適時に停止させることを可能にし得る。その場合、放電を停止し、新たなイベントの電荷を収集することを可能にすることが重要である。しかし、パイルアップがない場合には、ピーク検出器は、切り替え可能な放電回路による放電を停止するための上述の閾値ベースのメカニズムの１つと組み合わせて、そのような状態で放電が確実に停止されるようにする必要がある。

【0016】

パルス整形器は、検出された光子のエネルギに依存する電気信号を増幅する前置増幅器をさらに有することが好ましく、増幅器は積分器の上流に配置され、パルス整形器は、増幅された電気信号に基づいて、ピークの検出及び切り替え可能な放電回路による放電の制御を行うように構成される。

【0017】

本発明の別の態様では、スペクトル光子計数検出器に使用するパルス整形器が提供され、パルス整形器は：
‐ 検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有するパルスを生成する積分器と；
‐ フィードバック抵抗器と；
‐ 積分器を放電する切り替え可能な放電回路と；
‐ パルスのピークを検出するピーク検出器と；
を有し、
パルス整形器は、ピークの検出に基づいて切り替え可能な放電回路による積分器の放電を開始し、パルス生成の期間中はフィードバック抵抗器を積分器に並列に接続し、パルス生成の別の期間中はフィードバック抵抗器を切り離すように構成され、
パルス整形器は、積分器の充電フェーズの開始を検出する充電フェーズ開始検出器をさらに有し、切り替え可能な放電回路はフィードバック抵抗器を有し、パルス整形器は、検出された開始とピークの検出との間にフィードバック抵抗器を積分器から切り離すように、及び、フィードバック抵抗器を接続して積分器を放電するように構成される。

【0018】

これは、放電フェーズの外側の弾道欠損と電位（部分）充電損失の両方を最小化することを目的としている。フィードバック抵抗器は、充電フェーズ（電荷収集フェーズ）の間に積分器から切り離され、パルスのピークがピーク検出器によって検出されるとき、すなわち、単一光子の検出から生じる全ての電荷が収集されるとき、再び接続される。

【0019】

好ましくは、フィードバック抵抗器は、充電フェーズの開始が検出される前に積分器に接続されるので、フィードバック抵抗器が切断されないように、充電フェーズ開始検出器によって検出されないままの任意の低エネルギ事象は、次に、フィードバック抵抗器によって実装されるように「連続リセット」（この用語は、フィードバックキャパシタに平行に永久的に接続されたフィードバック抵抗器の概念に関して文献において使用されている）を生じさせる、すなわち、パルス整形器は、小さなパルスを生成し、これはしかし検出されず（その振幅は、充電フェーズ開始検出器をトリガするのに十分ではないため）、残りのエネルギペデスタル（energy pedestal）の問題は排除される。

【0020】

フィードバック抵抗器は、高いカウント速度をサポートするのに十分速く積分器を放電するために、比較的小さい寸法とすることが好ましい。小さいフィードバック抵抗器は、「連続リセット」の従来の実施において高い弾道欠損を引き起こすが、充電フェーズ（電荷収集フェーズ）中にフィードバック抵抗器を切り離すため、これはここでは問題ではない。

【0021】

充電フェーズ開始検出器は、パルスの振幅の高速変化を検出することによって開始を検出するように構成されることが好ましい。これは、パルスの振幅が充電フェーズの開始時に急速に変化することが期待されるという事実を考慮に入れたものである。

【0022】

また、パルス整形器が、積分器に並列に永久的に接続された追加のフィードバック抵抗器をさらに有することも好ましい。特に、追加のフィードバック抵抗器が非常に大きい場合、これはパルスのピークの検出を簡単にすることができる。このより大きいフィードバック抵抗器は、ピーク検出器によってより容易に検出することができる実際のピークが形成されることを確実にする。

【0023】

本発明の別の態様では、スペクトル光子計数検出器が提供され、スペクトル光子計数検出器は：
‐ 多重エネルギＸ線放射を検出する検出要素を有し、各検出要素は：
‐ 請求項１又は９で定義されたパルス整形器と；
‐ ピーク振幅を１つ又は複数のエネルギ閾値と比較するエネルギ弁別器と；
‐ パルスの前縁がエネルギ閾値を超える回数を、エネルギ閾値ごとにカウントする光子カウンタと；を有する。

【0024】

本発明の別の態様では、Ｘ線イメージングシステムが提供され、Ｘ線イメージングシステムは：
‐ 物体を収容するように適合された検査ゾーンを横切るように多重エネルギＸ線放射を提供するＸ線照射装置と；
‐ 請求項１２に定義されたスペクトル光子計数検出器と；
‐ 光子カウントに基づいて画像を再構成する再構成ユニットと；を有する。

【0025】

本発明の別の態様では、スペクトル光子計数検出器に使用するためのパルス整形方法が提供され、前記パルス整形方法は：
‐ 積分器によって、検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有するパルスを生成するステップと；
‐ ピーク検出器によって、パルスのピークを検出するステップと；
‐ ピークの検出に基づいて切り替え可能な放電回路によって積分器の放電を開始するステップと；
‐ パルス生成の期間中にフィードバック抵抗器を積分器に並列に接続し、パルス生成の別の期間中にフィードバック抵抗器を切り離すステップと；
を含み、
切り替え可能な放電回路は、少なくとも１つの電流源を有し、パルス整形方法は、少なくとも１つの電流源を積分器に並列に接続して積分器を放電し、放電中にフィードバック抵抗器を積分器から切り離す。

【0026】

本発明の別の態様では、Ｘ線イメージングシステムが提供され、Ｘ線イメージングシステムは：
‐ 物体を収容するように適合された検査ゾーンを横切るように多重エネルギＸ線放射を提供するＸ線照射装置と；
‐ 請求項１２に定義されたスペクトル光子計数検出器と；
‐ 光子カウントに基づいて画像を再構成する再構成ユニットと；を有する。

【0027】

本発明の別の態様では、スペクトル光子計数検出器に使用するためのパルス整形方法が提供され、パルス整形方法は：
‐ 積分器によって、検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有するパルスを生成するステップと；
‐ ピーク検出器によってパルスのピークを検出するステップと；
‐ ピークの検出に基づいて切り替え可能な放電回路によって積分器の放電を開始するステップと；
‐ パルス生成の期間中にフィードバック抵抗器を積分器に並列に接続し、パルス生成の別の期間中にフィードバック抵抗器を切り離すステップと；
を含み、
パルス整形方法は、充電フェーズ開始検出器によって積分器の充電フェーズの開始を検出するステップをさらに含み、切り替え可能な放電回路はフィードバック抵抗器を有し、パルス整形方法は、検出された開始とピーク検出との間でフィードバック抵抗器を積分器から切り離し、フィードバック抵抗器を接続して積分器を放電する。

【0028】

請求項１及び９のパルス整形器、請求項１２のスペクトル光子計数検出器、請求項１３のＸ線イメージングシステム、並びに請求項１４及び１５のパルス整形方法は、特に従属請求項に定義されるように、類似及び／又は同一の好ましい実施形態を有することを理解されたい。

【0029】

また、本発明の好ましい実施形態は、従属請求項の、又は、上記の実施形態とそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせであり得ることを理解されたい。

【0030】

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載する実施形態から明らかになり、説明される。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】Ｘ線イメージングシステムの一実施形態を概略的且つ例示的に示す。

【図2】図１に示されるスペクトル光子計数検出器の検出要素の実施形態を概略的且つ例示的に示す。

【図3】図２に示される検出要素の実施形態の拡張を概略的且つ例示的に示す。

【図4】Ｎ個の電流源を有する積分器の放電を示すグラフを概略的且つ例示的に示す。

【図5】図に示されるスペクトル光子計数検出器の検出素子の別の実施形態を概略的かつ例示的に示す。

【図6】充電フェーズ開始検出器の一実施形態を概略的且つ例示的に示す。

【図7】パルス整形方法の一実施形態を例示的に示すフローチャートを示す。

【発明を実施するための形態】

【0032】

図１は、Ｘ線イメージングシステム、ここでは、物体の画像を生成するためのスペクトル分解コンピュータ断層撮影システムの一実施形態を概略的且つ例示的に示す。スペクトル分解コンピュータ断層撮影システム１７は、ｚ方向に平行に延びる回転軸Ｒの周りを回転することができる支持体１を含む。Ｘ線管を有し、スキャン中にスペクトル分解コンピュータ断層撮影システム１７の検査ゾーン５を横切るように多重エネルギＸ線放射４を提供するように構成された、Ｘ線照射装置２が、支持体１に取り付けられる。この実施形態では、Ｘ線照射装置２は、多重エネルギＸ線放射として円錐Ｘ線放射ビーム４を提供するように構成されている。別の実施形態では、Ｘ線照射装置２は、別のビーム形状、例えばファンビーム形状を持つ多重エネルギＸ線放射を提供するように構成されることができる。Ｘ線放射４は、本実施形態では円筒形である検査ゾーン５に収容される患者などの物体（図示せず）を横切る。検査ゾーン５を横切った後、Ｘ線放射ビーム４は、スペクトル光子計数検出器６に入射し、この検出器は、ここでは、二次元検出面内に配置された検出要素３を有する。スペクトル光子計数検出器６は、支持体１に取り付けられている。

【0033】

スペクトル分解コンピュータ断層撮影システム１７は、２つのモータ７、８を有する。支持体１は、モータ７によって、好ましくは一定だが調整可能な角速度で駆動される。モータ８は、回転軸Ｒ又はｚ軸の方向に平行に、検査ゾーン５内のテーブル（図示せず）上に配置された患者などの物体を変位させるために設けられている。モータ７、８は、例えば、Ｘ線照射装置２及び検査ゾーン５内の物体が螺旋軌道に沿って互いに相対的に移動するように制御ユニット９によって制御される。しかし、検査ゾーン５内の物体が移動されるのではなく、Ｘ線照射装置２のみが回転されること、すなわち、Ｘ線照射装置２が物体に対して円形の軌道に沿って移動することも可能である。

【0034】

物体に対するＸ線照射装置２の移動中に、スペクトル光子計数検出器６の検出要素３は、検査ゾーン５を横切った後の多重エネルギＸ線放射を検出し、スペクトル光子計数検出器６は、１つ又は複数のエネルギビンにおける光子計数を各検出要素３に対して測定する。したがって、Ｘ線照射装置２、Ｘ線照射装置２を物体に対して移動させるための要素、特にモータ７、８及び支持体１、並びにスペクトル光子計数検出器６は、スペクトル光子計数Ｘ線放射検出システム３１の構成要素とみなすことができる。

【0035】

スペクトル分解コンピュータ断層撮影システム１７、特に、スペクトル光子計数Ｘ線放射検出システム３１は、既知の再構成アルゴリズムを用いることによって、光子計数に基づいてコンピュータ断層撮影画像を再構成するための再構成ユニット１４をさらに有する。再構成は、例えば、フィルタ逆投影法、反復再構成法、ラドン反転法などに基づき得る。光子カウントは、スペクトル分解された投影データを構成し、再構成は、検査ゾーン５内の物体の異なる材料及び／又は異なる物理的効果に関連付けられ得る、スペクトル分解された投影データを異なる成分に分解、及び、分解されたスペクトル分解投影データに基づく１つ又は複数のコンピュータ断層撮影画像の生成を含み得る。例えば、単一の分解された成分のみ又は分解された成分のいくつかを示すコンピュータ断層撮影画像が再構成され得る。再構成されたコンピュータ断層撮影画像は、ディスプレイ１６に示され得る。スペクトル分解投影データを異なる成分に分解するために、J. P. Schlomka et al., "Experimental feasibility of multi-energy photon-counting K-edge imaging in pre-clinical computed tomography" Physics in Medicine and Biology, Vol. 53, No. 15 （2008）に開示されているアルゴリズムのように、既知の分解アルゴリズムを使用することができ、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。追加的又は代替的に、画像ベースの材料分解が適用されてもよい。

【0036】

スペクトル分解コンピュータ断層撮影システム１７は、例えば、ユーザが開始又は停止コマンドのような入力コマンド及び／又は収集及び再構成パラメータのような設定パラメータを入力することを可能にするために、コンピュータマウス、キーボード、タッチパッドなどのような入力ユニット１５をさらに有する。制御ユニット９はまた、スペクトル光子計数検出器６及び／又は再構成ユニット１４を制御し得る。

【0037】

スペクトル光子計数検出器６は、ＣｄＴｅ、ＣａＺｎＴｅ又はＳｉなどの直接変換材料を利用する検出要素３を優先的に有する。このようなスペクトル光子計数検出器は、例えば、R. Steadman et al., "ChromAIX: Fast photon-counting ASIC for Spectral Computed Tomography", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 648, Suppl. 1 (2011)から知られており、この内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。

【0038】

図２は、図１に示すスペクトル光子計数検出器６の検出要素３の一実施形態を概略的且つ例示的に示す。検出要素３は、ここでは並列にキャパシタンス１７に接続された電流ＩＳを伴う電流源１６として表される放射感知センサ１５を有する。検出要素３は、パルス整形器１８と、エネルギ弁別器２９と、光子カウンタ３０と、読み出し部３１とをさらに有する。パルス整形器１８は、検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有するパルスを生成する、ここでは演算増幅器２０と演算増幅器２０に並列に接続されたフィードバックキャパシタ２１とを有する、積分器１９を有する。エネルギ弁別器２９は、次いで、ピーク振幅を１つ又は複数のエネルギ閾値Ｘ_１、Ｘ_２、．．．、Ｘ_Ｎと比較するように構成され、光子カウンタ３０は、各エネルギ閾値に対して、パルスの前縁がエネルギ閾値を超える回数Ｃ_１、Ｃ_２、．．．、Ｃ_Ｎをカウントするように構成される。パルス整形器１８は、フィードバック抵抗器２２と、積分器１９を放電させる切り替え可能な放電回路２３と、積分器１９によって生成されたパルスのピークを検出するピーク検出器２４とをさらに有する。パルス整形器１８は、ピークの検出に基づいて切り替え可能な放電回路２３によって積分器１９の放電を開始するように構成される。

【0039】

この例では、ピーク検出器２４は、演算増幅器５０、トランジスタ５１、キャパシタ５２、比較器５３、及びスイッチ５４を有する。演算増幅器５０は、その正の入力を積分器１９の出力に、その反転入力をキャパシタ５２に、その出力をトランジスタ５１のゲートに接続される。ピーク検出器２４は以下のように動作する：キャパシタ５２が完全に放電されたと仮定する。演算増幅器５０の正の入力がその反転入力よりも正である限り、キャパシタ５２は積分器１９の出力に依存して充電される。すなわち、積分器１９の出力がキャパシタ５２の両端電圧よりも正である限り、キャパシタ５２は積分器１９の出力に追従する。さて、積分器１９の出力が減少し始める（極大値を示す）と、キャパシタ５２はその電荷を保持する。この瞬間、キャパシタ５２の両端電圧が積分器１９の出力よりも今や高いので、比較器５３はトリップする。次いで、比較器５３は、切り替え可能な放電回路２３のスイッチを作動させる。これに関して、積分器１９の出力電圧は、キャパシタ５２の両端間の電圧降下よりも定義上低いので、切り替え可能な放電回路２３は作動されたままであることに留意されたい。したがって、キャパシタ５２を短絡させ、それによって切り替え可能な放電回路２３による積分器１９の放電を停止させるためのメカニズムが必要とされる。このメカニズムは、スイッチ５３によって提供される。

【0040】

この実施形態では、切り替え可能な放電回路２３は、少なくとも１つの、ここではまさに１つの電流源２５を有し、パルス整形器１８は、１つの電流源２５を積分器１９に並列に接続して積分器１９を放電し、放電中にフィードバック抵抗器２２を積分器１９から切り離すように構成される。この目的のために、対応するスイッチが、フィードバック抵抗器２２及び１つの電流源２５の経路に予見される。２つのスイッチは、同じ信号によって駆動することができ、スイッチの一方が閉じると、もう一方のスイッチが開き、逆も同様である。積分器１９を放電するために電流源２５を使用することによって、フィードバックキャパシタの「ソフトリセット」を実現することができる。さらに、フィードバック抵抗器２２は放電中に切り離されるので、積分器１９は定電流で放電され、その結果、線形放電が生じる。加えて、放電中に放射感知センサ１５に衝突するＸ線光子から生じる電荷は失われないが、依然としてパルスに寄与する、すなわち、積分器１９の出力はそれらに反応する。これは、パルスの後縁の間にパルスがオーバーラップする事象を説明するために、パイルアップモデルを容易にし得るので、パイルアップ補正に役立つ可能性がある。

【0041】

この実施形態では、パルス整形器１８は、パルスの後縁が予め定められた閾値を超えたときに、切り替え可能な放電回路２３によって積分器１９の放電を停止するように構成される。ここで、予め定められた閾値は、エネルギ弁別器２９の最低エネルギ閾値Ｘ１に対応する。すなわち、パルスの後縁が最低エネルギ閾値Ｘ１を超える場合、パルス整形器１８は、１つの電流源２５を切り離し、フィードバック抵抗器２２を積分器１９に並列に再接続する。次いで、残りの放電は、フィードバックキャパシタ２１及びフィードバック抵抗器２２のＲＣ時定数に従って発生する。

【0042】

図３は、図２に示す検出要素３の実施形態の拡張を概略的且つ例示的に示す。図では、ピーク検出器２４、エネルギ弁別器２９、光子カウンタ３０及び読み出し部３１を示す図２の右側の部分は省略されている。この拡張において、少なくとも１つの電流源は、２つ以上の、ここでは、Ｎ個の電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎを含み、接続される電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎの数は、パルスの前縁によって超えられる（Ｎ個の電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎに関連する）予め定められた閾値の数に依存する。ここで、予め定められた閾値は、エネルギ弁別器２９のエネルギ閾値Ｘ_１、Ｘ_２、．．．、Ｘ_Ｎに対応する。すなわち、パルスの前縁が最低エネルギ閾値Ｘ_１のみを超える場合、１つの電流源２５_１のみが積分器１９に並列に接続されて積分器１９を放電し、パルスの前縁が最低エネルギ閾値と二番目に低いエネルギ閾値Ｘ_１、Ｘ_２の両方を超える場合、２つの電流源２５_１、２５_２は積分器１９に並列に接続されて積分器１９を放電する、などである。パルスの前縁が全てのエネルギ閾値Ｘ_１、Ｘ_２、．．．、Ｘ_Ｎを超える場合、全ての電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎは、積分器１９に並列に接続されて積分器１９を放電する。

【0043】

この実施形態では、パルス整形器１８は、放電中に接続された電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎの数を徐々に減らすように構成される。これは、パルスの後縁が予め定められた閾値、ここでは、電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎに関連付けられたエネルギ閾値Ｘ_１、Ｘ_２、．．．、Ｘ_Ｎを超えるときに、電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎを切り離すことによって達成される。例えば、パルスの前縁が全てのエネルギ閾値Ｘ_１、Ｘ_２、．．．、Ｘ_Ｎを超え、全ての電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎがまず、積分器１９に並列に接続されて積分器１９を放電すると仮定する。ここで、放電の間、パルスの後縁は、最高のエネルギ閾値Ｘ_Ｎと、最低のエネルギ閾値Ｘ_１までの任意のより低いエネルギ閾値とを連続的に超え、各場合において、それぞれのエネルギ閾値Ｘ_１、Ｘ_２、．．．、Ｘ_Ｎが関連付けられた電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎは、切り離される。

【0044】

図２に示す１つの電流源２５を有する実施形態のように、放電は、各電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎによって、一定の電流で実行することができ、その結果、区分的線形放電が生じ、それぞれの勾配は、接続された電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎの数に依存する。この方法では、積分器１９の放電は、パルスがより高い間に速くし、パルスがより低くなるにつれて遅くすることができる。さらに、パルスの後縁がエネルギ弁別器２９の最低エネルギ閾値Ｘ_１を超えるとき、パルス整形器１８は、残りの１つの電流源２５_１を切り離し、フィードバック抵抗器２２を積分器１９に並列に再接続する。上述したように、次に、残りの放電は、フィードバックキャパシタ２１及びフィードバック抵抗器２２のＲＣ時定数に従って生じる。そのようなトポロジーの利点は、閾値間の決定論的な勾配であり、これは、パイルアップモデリングをさらに容易にし得る。さらに、Ｎ個の電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎの相互作用によって実現される「ソフト」遷移が、演算増幅器２０の制限されたスルーレートによって引き起こされるスプリアス過渡現象を最小化するのに役立ち得る。

【0045】

各電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎ並びにフィードバック抵抗器２２の接続及び切り離しは、フィードバック抵抗器２２及びＮ個の電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎの経路に予見される対応するスイッチによって実行することができる。特に、最低エネルギ閾値Ｘ_１に対応するスイッチ及びフィードバック抵抗器２２に対応するスイッチは、同じ信号によって駆動することができ、スイッチの一方が閉じられると、他方のスイッチが開かれ、その逆も同様である。

【0046】

図４は、Ｎ個の電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎによる積分器の放電を示すグラフを概略的且つ例示的に示す。グラフの横座標はパルスの持続時間ｔを示し、縦座標はパルスの振幅Ａを示す。パルスのピークは、ここでは、極大ＬＭとして検出される。もちろん、パルスが負の場合、ピークは極小として検出され得る。グラフから分かるように、ピークを検出すると、切り替え可能な放電回路２３による積分器１９の放電が開始される。この例では、パルスのピークは、全ての電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎが最初に積分器１９に並列に接続されて積分器１９を放電するように、最高エネルギ閾値Ｘ_Ｎよりも高いと仮定される。この状況では、線形放電は、Ｎ個の電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎの共同作用（joint action）から生じる比較的急勾配で生じる。パルスの後縁が最高エネルギ閾値Ｘ_Ｎを超えた後、電流源２５_Ｎは切り離され、Ｎ−１個の電流源２５_１、２５_２、．．．の共同作用の結果として、今度は勾配が減少した状態で線形放電が発生する。別のエネルギ閾値Ｘ_１、Ｘ_２、...がパルスの後縁によって超えられるたびに別の電流源２５_１、２５_２、．．．が切り離され、その結果、接続された電流源２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎの数が徐々に減少し、線形放電の勾配の対応する減少が生じる。最後に、パルスの後縁が最低エネルギ閾値Ｘ_１を超えるとき、１つの残りの電流源２５_１が切り離され、フィードバック抵抗器２２が積分器１９に並列に再接続され、そのため、残りの放電が、フィードバックキャパシタ２１及びフィードバック抵抗器２２のＲＣ時定数に従って生じる。

【0047】

図５は、図１に示されるスペクトル光子計数検出器６の検出要素３の別の実施形態を概略的且つ例示的に示す。図では、ピーク検出器２４、エネルギ弁別器２９、光子カウンタ３０及び読み出し部３１を示す図２の右側の部分は省略されている。ここで、パルス整形器１８は、検出された光子のエネルギに依存する電気信号を増幅するための前置増幅器３２と、アンダーシュートを防止するためのゼロポールキャンセラ（zero-pole canceller）３６とをさらに有する。前置増幅器３２は、追加の演算増幅器３３と、両方とも演算増幅器３３に並列に接続されているフィードバックキャパシタ３４及びフィードバック抵抗器３５の組み合わせとを有している。ゼロポールキャンセラ３６は、並列に接続されたキャパシタ３７及び抵抗器３８を有する。

【0048】

この実施形態では、パルス整形器１８は、積分器１９の充電フェーズの開始を検出する充電フェーズ開始検出器４０をさらに有する。さらに、切り替え可能な放電回路２３はフィードバック抵抗器２２を有し、パルス整形器１８は、検出された開始とピーク検出の間でフィードバック抵抗器２２を積分器１９から切り離し、フィードバック抵抗器２２を接続して積分器１９を放電させるように構成されている。したがって、積分器１９の放電は、ここではフィードバック抵抗器２２によって行われるが、図２及び３に示す実施形態では、少なくとも１つの電流源２５、それぞれ２５_１、２５_２、．．．、２５_Ｎによって行われた。この実施形態は、放電フェーズ中の弾道欠損及び電位（部分）充電損失の両方を最小化することを目的とする。フィードバック抵抗器２２は、充電フェーズ（電荷収集フェーズ）の間に積分器１９から切り離され、パルスのピークがピーク検出器２４によって検出されたとき、すなわち、放射感知センサ１５上の単一光子の衝突から生じる全ての電荷が収集されたとき、再接続される。

【0049】

優先的には、フィードバック抵抗器２２は、充電フェーズの開始が検出される前に積分器１９に接続されるので、フィードバック抵抗器２２が切り離されないように、充電フェーズ開始検出器４０によって検出されないままであるあらゆる低エネルギ事象は、フィードバック抵抗器２２によって実行されるような「連続リセット」を生じさせる。すなわち、パルス整形器１８は、小さなパルスを生成し、これはしかし（その振幅は充電フェーズ開始検出器４０をトリガするのに十分ではないため）検出されず、残りのエネルギペデスタルの問題は除去される。

【0050】

ここで、充電フェーズ開始検出器４０は、パルスの振幅の高速変化を検出することによって充電フェーズの開始を検出するように構成されている。これは、パルスの振幅が充電フェーズの開始時に急速に変化することが期待されるという事実を考慮に入れたものである。図５に示す２段トポロジー（パルス整形器１８プラス前置増幅器３２（及びゼロポールキャンセラ３６））は、ＣＺＴのような電子収集センサに対して負の振幅を有するパルスを生成するので、充電フェーズの開始は、演算増幅器２０の出力電圧の急速な減少によって検出される。単段トポロジー（ＣＳＡなし、整形器のみ）では、出力振幅は正であり、充電フェーズの開始は、演算増幅器２０の出力電圧の急速な増加によって検出される。適当な充電フェーズ開始検出器４０の一実施形態が、図６に概略的且つ例示的に示されている。充電フェーズ開始検出器４０は、インバータ４１及び比較器４２を有する。インバータ４１は、積分器１９の出力信号を遅延させるように構成され、比較器４２は、積分器１９の「遅延されない」出力信号が「遅延された」信号よりも低い電圧Ｖ_Ｈである場合、積分器１９の出力信号の速い減少を示す、論理１を生成する。比較器４２は、パルスが、ここでは極小として検出される、ピークに達するまで、論理１に留まる。この実施形態では、論理レベル１はフリップフロップで「ラッチ」される。充電フェーズ開始検出器４０は、充電フェーズの間に積分器１９からのフィードバック抵抗器２２の切り離しをトリガするために使用され、ピーク検出器２４は、パルスのピークを検出し、ピーク検出時に、積分器１９と並列にフィードバック抵抗器２２の再接続をトリガし、充電フェーズ開始検出器４０をリセットするために使用される。

【0051】

フィードバック抵抗器２２は、高いカウント速度をサポートするのに十分な速さで積分器１９を放電するために、比較的小さい寸法とすることが好ましい。小さいフィードバック抵抗器２２は、「連続リセット」の従来の実施において高い弾道欠損を引き起こすが、充電フェーズ（電荷収集フェーズ）中にフィードバック抵抗器２２を切断するため、これはここでは問題ではない。２つのＸ線光子が互いに直後に放射感知センサ１５に衝突する場合、３つのケースが可能である：
ｉ） それらは互いに非常に近接しているので、最初のパルスの最小値は検出されない。この場合、両方の事象は、両方の事象の合計電荷を提供する単一の事象とみなされる。
ｉｉ） それらは互いに比較的近接しているが、フィードバック抵抗器２２が積分器１９に並列に接続され、積分器１９が放電されるように、最初のパルスのピークが検出される。第２の事象のために、積分器１９の出力信号は再び増加し、これは充電フェーズ開始検出器４０によって検出され、フィードバック抵抗器２２が再び切り離されることにつながる。この場合、短時間の間、第２の事象は、小さな弾道欠損が生じるように、積分器１９をフィードバック抵抗器２２と並列に「する（sees）」。
ｉｉｉ） それらは、並列に接続されたフィードバック抵抗器２２で積分器１９を放電するのに要する時間よりも長い時間を有する。この場合、両事象の合計電荷が収集され、弾道欠損はない。

【0052】

これの利点は、従来の「連続リセット」スキームと同じくらい高い又はそれより高いカウント速度が、弾道欠損に悩まされることなく達成可能であることである。

【0053】

さらに図６に示すように、この実施形態では、パルス整形器１８は、積分器１９に並列に永久的に接続された追加のフィードバック抵抗器２６をさらに有する。特に、追加のフィードバック抵抗器２６が非常に大きい場合、これはパルスのピーク、ここでは極小の検出を簡単にすることができる。このより大きなフィードバック抵抗器２６は、図２に示すピーク検出器によってより容易に検出することができる、実ピークが形成されることを確実にする。

【0054】

図７は、パルス整形方法の一実施形態を例示的に示すフローチャートを示しており、これは、図２、３及び５に示す検出要素３の実施形態のいずれかを用いて実現することができる。

【0055】

ステップＳ１０１において、積分器１９は、検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有するパルスを生成する。

【0056】

ステップＳ１０２において、ピーク検出器２４がパルスのピークを検出する。

【0057】

ステップＳ１０３において、切り替え可能な放電回路２３による積分器１９の放電が、ピークの検出に基づいて開始される。

【0058】

ステップＳ１０４において、フィードバック抵抗器２２は、パルス生成の期間中に積分器１９に並列に接続され、フィードバック抵抗器２２は、パルス生成の別の期間中に切り離される。

【0059】

図３及び４を参照して説明した実施形態では、予め定められた閾値は、エネルギ弁別器２９のエネルギ閾値Ｘ_１、Ｘ_２、．．．、Ｘ_Ｎに対応するが、これは必ずしもそうである必要はない。例えば、他の実施形態では、切り替え可能な放電回路２３によって構成される電流源の数は、エネルギ閾値Ｘ_１、Ｘ_２、．．．、Ｘ_Ｎの数よりも少なくてもよく、そのサブセットのみが電流源のそれぞれの接続、切り離しを制御するためには使用されてもよい。また、予め定められた閾値の全部又は一部は、エネルギ弁別のために使用されるエネルギ閾値Ｘ_１、Ｘ_２、．．．、Ｘ_Ｎから独立して定められてもよい。

【0060】

図３及び４を参照して説明した実施形態では、パルス整形器１８は、パルスの後縁がエネルギ弁別器２９の最低エネルギ閾値Ｘ_１を超えるときに、切り替え可能な放電回路２３によって積分器１９の放電を停止するようになっているが、これは他の実施形態では異なってもよい。例えば、最低エネルギ閾値Ｘ_１とピークのベースラインとの間の追加の閾値（エネルギ結合に使用されない）が、予め定められた閾値として選択され得る。この場合、追加の閾値は、積分器１９に蓄積された残りの電荷がエネルギ弁別器の最低閾値Ｘ_１の等価エネルギと比較して小さくなることができるように、パルスのベースラインにできるだけ近いことが好ましい。さらなる代替として、ピークのベースラインは予め定められた閾値として使用されてもよく、その場合、積分器１９は切り替え可能な放電回路２３によって完全に放電される。しかし、これは、ゼロクロス（zero-crossing）を検出してからリセットを解除するまでの間の反応時間が有限であるため、オーバーシュートを引き起こす可能性がある。

【0061】

図２〜４を参照して説明した実施形態では、パルス整形器１８はさらに、２つのパルスの間の谷を検出するための谷検出器（図示せず）を含んでもよく、パルス整形器１８は、谷の検出に基づいて切り替え可能な放電回路２３による放電を停止するように構成することができる。これは、極大を検出する代わりに、２つのパルスの間の谷を検出するように設計される修正ピーク検出器によって実施することができる。そうすることの利点は、積分器１９の放電中にＸ線光子が放射感知センサ１５に衝突するときに、放電メカニズムがパルス整形器１８によって生成されるパルスの開始に影響を与えないことを確実にすることである。このような修正されたピーク検出器は、入力において反転バッファ段を有する図２に示されるのと同じトポロジーに基づくことができる。谷検出器は、先行するパルスの放電にオーバーラップした放射感知センサ１５にパルスが衝突した場合に、切り替え可能な放電回路２３による放電を適時に停止することを可能にする。その場合、放電を停止し、新たなイベントの電荷を収集できるようにすることが重要である。しかし、パイルアップがない場合、ピーク検出器は、そのような状態で放電が確実に停止されるように、切り替え可能な放電回路２３による放電を停止させるための上述の閾値ベースのメカニズムの１つと組み合わされる必要がある。

【0062】

図５及び６を参照して説明した実施形態の代わりに、充電フェーズ開始検出器４０は、パルスの最小値に到達することを決定するのに十分に良好であることが予測される。なぜなら、この場合、積分器１９の出力信号はもはや変化しないからであり、この場合、比較器４２の出力は０に戻る。この場合、ピーク検出器２４は無しで済ますことができ、フィードバック抵抗器２２の接続は、充電フェーズ開始検出器４０によって直接トリガすることができる。しかし、このことは、一定量の弾道欠損が依然として容認できることを意味している。

【0063】

図５及び６を参照して説明した実施形態では、切り替え可能な放電回路２３による放電を停止させるための特定のメカニズムは不要であることが留意されるべきである。むしろ、フィードバック抵抗器２２がフィードバックキャパシタ２１からの電荷を完全に消耗したとき、放電は本質的に「自己」停止する。言い換えると、ピーク（ここでは、極小）が検出され、切り替え可能な放電回路２３がトリガされてフィードバック抵抗器２２を再接続すると、放電は「連続リセット」構成と同じように動作する。

【0064】

開示された実施形態に対する他の変形例は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から、当業者が請求項に記載された発明を実施する際に理解し、実施することができる。

【0065】

請求項において、語「有する、含む」は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「１つの（“a”又は“an”）」は、複数を除外しない。

【0066】

単一のユニット又は装置は、請求項に記載されたいくつかの項目の機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に利用できないことを示すものではない。

【0067】

１つ又は複数のユニット又は装置によって実行される、パルスのピークの検出、切り替え可能な放電回路２３による積分器１９の放電の制御などの動作は、任意の他の数のユニット又は装置によって実行されることができる。これらの動作は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用ハードウェアとして部分的に実行することができる。

【0068】

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体上に記憶／分配されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムなどの他の形態で分配されてもよい。

【0069】

請求項中の引用符号は、その範囲を限定するものと解釈してはならない。

【0070】

本発明は、パルス整形器に関する。パルス整形器は、検出された光子のエネルギを示すピーク振幅を有するパルスを生成する積分器と、フィードバック抵抗器と、積分器を放電させる切り替え可能な放電回路と、パルスのピークを検出するピーク検出器とを有する。パルス整形器は、ピークの検出に基づいて切り替え可能な放電回路により積分器の放電を開始し、パルス生成の期間中にフィードバック抵抗器を積分器に並列に接続し、パルス生成の別の期間中にフィードバック抵抗器を切り離すように構成されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】