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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-18
(54)【発明の名称】パルス整形器回路
(51)【国際特許分類】
G01T 1/24 20060101AFI20240311BHJP
G01T 1/17 20060101ALI20240311BHJP
H04N 25/30 20230101ALI20240311BHJP
H04N 25/773 20230101ALI20240311BHJP
A61B 6/42 20240101ALI20240311BHJP
A61B 6/03 20060101ALI20240311BHJP
【ＦＩ】
G01T1/24
G01T1/17 F
G01T1/17 A
G01T1/17 H
H04N25/30
H04N25/773
A61B6/42 530Z
A61B6/42 530R
A61B6/03 573
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023558172
(86)(22)【出願日】2022-03-17
(85)【翻訳文提出日】2023-10-05
(86)【国際出願番号】 EP2022056954
(87)【国際公開番号】W WO2022200161
(87)【国際公開日】2022-09-29
(31)【優先権主張番号】21163924.0
(32)【優先日】2021-03-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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．
【住所又は居所原語表記】Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃａｍｐｕｓ ５２， ５６５６ ＡＧ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
(74)【代理人】
【識別番号】110001690
【氏名又は名称】弁理士法人Ｍ＆Ｓパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】ヘルマン クリストフ
【テーマコード（参考）】
2G188
4C093
5C024
【Ｆターム（参考）】
2G188AA02
2G188BB02
2G188BB15
2G188CC28
2G188CC29
2G188CC37
2G188DD04
2G188DD05
2G188EE01
2G188EE05
2G188EE07
2G188EE12
2G188EE17
2G188EE36
2G188EE37
4C093AA22
4C093CA13
4C093EA07
4C093FD01
4C093FD09
5C024AX11
5C024CX11
5C024GX02
5C024GX15
5C024GY39
5C024GY41
5C024GY45
5C024HX27
5C024HX29
(57)【要約】
スペクトル光子計数検出器１２０での使用のためのパルス整形器回路２００は、積分器２１０とリセット回路２３０とを備える。積分器２１０は、検出された光子のエネルギーを示す振幅Ｖｐｅａｋを有する出力パルスＶ（ｔ）を発生するように構成された出力２２０を備える。リセット回路２３０は、積分器２１０の出力２２０が第１のしきい値Ｖ１を超えてから第１の時間期間ＤＴ１後に積分器２１０を放電する。リセット回路２３０はまた、積分器２１０の出力２２０が、第１のしきい値Ｖ１よりも低い初期しきい値Ｖ０を超え、その後、初期しきい値Ｖ０を超えてから所定の時間間隔ＤＴ０内に第１のしきい値Ｖ１を超えなかった場合に、積分器２１０を放電する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
検出された光子のエネルギーを示す振幅を有する出力パルスを発生するための出力を備える積分器と、前記積分器の前記出力が第１のしきい値を超えてから第１の時間期間後に前記積分器を放電するためのリセット回路と
を備える、スペクトル光子計数検出器での使用のためのパルス整形器回路であって、
前記リセット回路は、さらに、前記積分器の前記出力が、前記第１のしきい値よりも低い初期しきい値を超え、その後、前記初期しきい値を超えてから所定の時間間隔内で前記第１のしきい値を超えなかった場合に、前記積分器を放電する、パルス整形器回路。
【請求項2】
前記リセット回路が、さらに、前記積分器の前記出力を周期的にサンプリングし、前記リセット回路は、さらに、前記積分器の前記出力が前記初期しきい値を超え、前記積分器の前記出力が、その後、前記初期しきい値を超えてから前記所定の時間間隔内に前記第１のしきい値を超えなかったことに応答して、前記積分器の前記出力が、前記所定の時間間隔内に少なくとも所定の数のサンプルについて前記初期しきい値を超え、前記積分器の前記出力が前記所定の時間間隔内に前記第１のしきい値を超えなかった場合にのみ、前記積分器を放電する、請求項１に記載のパルス整形器回路。
【請求項3】
前記サンプルが連続サンプルである、請求項２に記載のパルス整形器回路。
【請求項4】
前記リセット回路は、さらに、前記積分器の前記出力が前記初期しきい値を超え、前記積分器の前記出力が、その後、前記初期しきい値を超えてから前記所定の時間間隔内に前記第１のしきい値を超えなかったことに応答して、前記積分器の前記出力が前記第１のしきい値に達する予想時間の満了後にのみ、前記積分器を放電し、前記積分器の前記出力が前記第１のしきい値に達する前記予想時間は、前記積分器の前記出力が、前記第１のしきい値を超えさせるエネルギーを有する検出された光子についての前記第１のしきい値に達する時間を表す、請求項１から３のいずれか一項に記載のパルス整形器回路。
【請求項5】
前記第１のしきい値が前記スペクトル光子計数検出器の最低エネルギービンの最低エネルギー限界を表す、請求項１から４のいずれか一項に記載のパルス整形器回路。
【請求項6】
前記第１の時間期間は、前記積分器の前記出力が最大値に達する時間を表す、請求項１から５のいずれか一項に記載のパルス整形器回路。
【請求項7】
比較器回路とカウンタ回路とを備え、前記比較器回路が前記積分器の前記出力を複数のしきい値と比較し、前記カウンタ回路が、前記それぞれの複数のしきい値の各々を超えた回数を表すカウント値を決定する、請求項１から６のいずれか一項に記載のパルス整形器回路。
【請求項8】
前記カウンタ回路が、Ｘ線画像フレームに対応する周期内に前記それぞれの複数のしきい値の各々を超えた回数を表す前記カウント値を決定する、請求項７に記載のパルス整形器回路。
【請求項9】
前記積分器がフィードバックキャパシタを備え、前記フィードバックキャパシタが前記積分器の前記出力と前記積分器の入力との間に結合された、請求項１から８のいずれか一項に記載のパルス整形器回路。
【請求項10】
前記リセット回路が、前記積分器を放電するために前記積分器の前記出力を前記積分器の前記入力に結合するためのスイッチを備える、請求項１に記載のパルス整形器回路。
【請求項11】
前記リセット回路が、前記積分器を放電するために前記フィードバックキャパシタ中に電荷を注入するための電流源を備える、請求項９に記載のパルス整形器回路。
【請求項12】
受光されたＸ線光子に応答して電気パルスを生成するためのＸ線検出器要素のピクセル化されたアレイを備える、スペクトル光子計数検出器であって、各Ｘ線検出器要素が、前記Ｘ線検出器要素によって生成された前記電気パルスを積分するために、請求項１から１１のいずれか一項に記載のパルス整形器回路に電気的に結合された、スペクトル光子計数検出器。
【請求項13】
請求項１２に記載のスペクトル光子計数検出器と、Ｘ線源とを備えるコンピュータ断層撮影又はＸ線撮像システムであって、前記Ｘ線源と前記スペクトル光子計数検出器とが、前記Ｘ線源と前記スペクトル光子計数検出器との間の撮像領域中の物体を通るＸ線の減衰を表すＸ線画像データを生成するために前記撮像領域によって分離された、コンピュータ断層撮影又はＸ線撮像システム。
【請求項14】
積分出力値を生成するために、検出された光子を表す電気パルスを積分するステップと、前記積分出力値が第１のしきい値を超えてから第１の時間期間後に前記積分出力値をリセットするステップと
を有する、スペクトル光子計数検出器において使用するためのパルス整形方法であって、
前記リセットするステップは、前記積分出力値が、前記第１のしきい値よりも低い初期しきい値を超え、その後、前記初期しきい値を超えてから所定の時間間隔内に前記第１のしきい値を超えなかった場合に、前記積分出力値をリセットするステップをさらに有する、パルス整形方法。
【請求項15】
１つ又は複数のプロセッサによって実行されたときに、前記１つ又は複数のプロセッサに請求項１４に記載の方法を実行させる命令を含む、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、スペクトル光子計数検出器での使用のためのパルス整形器回路に関する。パルス整形器回路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コンピュータ断層撮影及びＸ線撮像システム、並びにパルス整形方法も開示されている。
【背景技術】
【0002】
スペクトル光子計数検出器は、検出されたＸ線光子、又は「量子」のエネルギーを区別するために、コンピュータ断層撮影「ＣＴ」システム及びＸ線撮像システムの両方において使用される。スペクトル光子計数検出器を採用する撮像システムを使用して生成された画像は、同様のＸ線減衰値を有し、単一のエネルギー間隔内でのみＸ線光子を検出する従来の検出器を使用して、又はＸ線画像フレーム中に観測されたすべての光子の光子エネルギーをただ積分することによって測定されたときには区別できないことがある、材料間の区別を行うことを可能にする。スペクトル光子計数検出器は、医療分野において、材料分析分野において、及び手荷物走査など、他の応用分野において、ＣＴシステム及びＸ線撮像システムの両方においてすでに使用されているか、又は使用されることが予想される。
【0003】
スペクトル光子計数検出器は、複数のＸ線エネルギー間隔内で、受光されたＸ線光子の数の計数を決定することによって動作する。テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛「ＣＺＴ」、及びシリコンなど、直接変換材料に基づくスペクトル光子計数検出器は、一般に、受光されたＸ線光子に応答して直接変換材料中に生成された電荷を検出するパルス整形器回路を採用する。パルス整形器回路は、一般に、各受光されたＸ線光子によって生成された電荷を積分する積分器を採用する。積分の結果は、Ｘ線光子のエネルギーを示す振幅を有する出力パルスである。パルス整形器回路の出力に結合されたエネルギー弁別器回路は出力パルスの高さを１つ又は複数のＸ線エネルギーしきい値と比較し、光子カウンタ回路は、各エネルギーしきい値について、出力パルスの立上りエッジがそのしきい値を超える回数を計数する。エネルギービニング回路が光子計数をエネルギー範囲にビニングし、それによって、検出されたＸ線放射をスペクトル分解する。
【0004】
Ｘ線光子のエネルギーの正確な測定値を得るためには、パルス整形器回路中の積分器が、光子によって生成された電荷を積分する前に完全に放電されることが重要である。このことは、積分器中の積分又は「フィードバック」キャパシタを放電することによって達成される。光子によって生成された電荷を積分する前に存在する、積分器の出力におけるオフセットは、測定されるＸ線エネルギー中の対応するオフセットを他の形で生じる。そのようなオフセットの存在は、しばしば「ペデスタル効果」と呼ばれる。また、検出器要素のピクセル化されたアレイにわたるオフセット値の空間的変動はＸ線画像アーティファクトにつながる。
【0005】
ＷＯ２００８／１５５６８０Ａ２には、検出された光子のエネルギー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が開示されている。第１の放電回路が第１の放電速度において積分器を放電し、第２の放電回路が第２の放電速度において積分器を放電する。第１の放電速度は第２の放電速度よりも小さい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
原則として、パルス整形器回路の出力における一定のオフセット値を補償することは可能である。しかしながら、このオフセットの値は予測することが困難である。したがって、スペクトル光子計数検出器中でパルス整形器回路をリセットする方法を改善する余地が残っている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一態様によれば、スペクトル光子計数検出器での使用のためのパルス整形器回路が提供される。パルス整形器回路は積分器とリセット回路とを含む。積分器は、検出された光子のエネルギーを示す振幅を有する出力パルスを発生するための出力を備える。リセット回路は、積分器の出力が第１のしきい値を超えてから第１の時間期間後に積分器を放電する。リセット回路は、さらに、積分器の出力が、第１のしきい値よりも低い初期しきい値を超え、その後、初期しきい値を超えてから所定の時間間隔内に第１のしきい値を超えなかった場合に、積分器を放電する。
【0008】
本開示の他の態様によれば、スペクトル光子計数検出器と、コンピュータ断層撮影撮像システムと、Ｘ線撮像システムと、パルス整形方法とが提供される。
【0009】
本開示のさらなる態様、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら行う、例についての以下の説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】スペクトル光子計数検出器１２０を含むコンピュータ断層撮影撮像システム１００を示す概略図である。
【図2】本開示のいくつかの態様による、パルス整形器回路２００の第１の例を示す概略図である。
【図3】本開示のいくつかの態様による、パルス整形器回路２００の積分器２１０によって生成された出力パルスＶ（ｔ）を示すグラフである。
【図4】本開示のいくつかの態様による、パルス整形器回路２００の第２の例を示す概略図である。
【図5】本開示のいくつかの態様による、スペクトル光子計数検出器１２０において使用するためのパルス整形方法３００の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本開示の例は、以下の説明及び図を参照しながら与えられる。この説明では、説明の目的で、いくつかの例の多数の具体的な詳細を記載する。「例」、「実装形態」又は同様の文言への本明細書での言及は、例に関して説明される特徴、構造、又は特性が少なくともその１つの例中に含まれることを意味する。また、１つの例に関して説明される特徴は別の例においても使用されることがあること、及び、簡潔のために各例において必ずしもすべての特徴が繰り返されるとは限らないことを理解されたい。例えば、パルス整形器回路の例に関して説明される特徴は、スペクトル光子計数検出器においても、又はコンピュータ断層撮影若しくはＸ線撮像システムにおいても、又はパルス整形方法においても、対応するように与えられることがある。
【0012】
本説明では、スペクトル光子計数検出器において使用するためのパルス整形器回路に言及する。医療分野におけるＸ線及びコンピュータ断層撮影撮像システムにおけるパルス整形器回路及びスペクトル光子計数検出器の使用に言及する。しかしながら、本明細書で説明するパルス整形器回路、スペクトル光子計数検出器、並びにＸ線及びコンピュータ断層撮影撮像システムは医療分野以外の他の分野においても適用されることを理解されたい。例えば、それらは、材料分析分野、手荷物走査分野においても、また他の応用分野においても使用されることがある。
【0013】
図１は、スペクトル光子計数検出器１２０を含むコンピュータ断層撮影撮像システム１００を示す概略図である。コンピュータ断層撮影撮像システム１００はＸ線源１１０を含む。図１において、Ｘ線源１１０とスペクトル光子計数検出器１２０とは、Ｘ線源１１０とスペクトル光子計数検出器１２０との間の撮像領域１３０を通るＸ線の減衰を表すＸ線画像データを生成するために、撮像領域１３０によって分離されている。物体、例えば人間対象者の一部分が、撮像領域１３０中の物体を通るＸ線の減衰を決定するために撮像領域中に配設される。
【0014】
使用中に、Ｘ線源１１０及びスペクトル光子計数検出器１２０は、複数のＸ線エネルギー間隔における撮像領域１３０中のＸ線の減衰を表すスペクトル画像データを生成する間に、撮像領域１３０の周りを（図示せず）様々なモータによって回転される。Ｘ線源１１０及びスペクトル光子計数検出器１２０の回転、並びにＸ線源１１０によるＸ線の生成は撮像システムコントローラ１４０によって制御される。スペクトル画像データは画像再構成コントローラ１５０に送信され、画像再構成コントローラ１５０は、撮像領域１３０中のＸ線の減衰を表す３次元又は２次元スペクトル画像を再構成するために様々な画像再構成技法をスペクトル画像データに適用する。撮像システムコントローラ１４０及び画像再構成コントローラ１５０の動作は１つ又は複数のプロセッサによって与えられる。スペクトル画像は、次いで、（図示せず）ディスプレイ上に表示される。コンピュータ断層撮影撮像システム１００によって生成されたスペクトル画像は、医学的調査の一部として患者の領域を撮像するために使用される。
【0015】
スペクトル光子計数検出器は、複数のＸ線エネルギー間隔内で、検出されたＸ線光子の数の計数を決定することによって動作する。Ｘ線光子は、（図１に図示せず）Ｘ線検出器要素のピクセル化されたアレイによって検出される。ピクセル化されたアレイは１次元又は２次元である。スペクトル光子計数検出器は、一般に、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛「ＣＺＴ」、及びシリコンなど、直接変換材料から形成されたＸ線検出器要素を含む。いくつかの適用例では、ＧａＡが考えられる。これらの材料など、直接変換材料は、受光されたＸ線光子に応答して電気パルスを生成する。スペクトル光子計数検出器は、一般に、各受光されたＸ線光子に応答して直接変換材料によって生成された電荷の量を決定するパルス整形器回路を採用する。パルス整形器回路は、一般に、各受光されたＸ線光子によって生成された電荷を積分する積分器を採用する。そうすることで、積分器は、Ｘ線光子のエネルギーを示す振幅を有する出力パルスを生成する。パルス整形器回路の出力に結合されたエネルギー弁別器回路は比較器回路とカウンタ回路とを含む。比較器回路は出力パルスの高さを１つ又は複数のＸ線エネルギーしきい値と比較し、カウンタ回路は、各エネルギーしきい値について、出力パルスの立上りエッジがしきい値を超える回数を計数する。そうすることで、エネルギー弁別器回路は、検出されたＸ線放射をスペクトル分解する。
【0016】
パルス整形器回路を採用するスペクトル光子計数検出器は、上記で説明したＣＴ撮像システム１００と同様にしてＸ線撮像システム中に組み込まれ得る。ＣＴ撮像システムとは対照的に、Ｘ線撮像システムは平面画像を生成する。Ｘ線撮像システムでは、Ｘ線源と検出器とは撮像領域１３０によって同様に分離される。しかしながら、Ｘ線撮像システムでは、Ｘ線源及び検出器は、一般に、画像データが生成される間、静止したままである。医療用Ｘ線撮像システムでは、Ｘ線源及び検出器は一般に支持構造に機械的に結合され、それの方位は、所望の方位から身体のスペクトルＸ線画像を得るために、Ｘ線画像データの生成前に調整される。Ｃアーム、Ｏアーム、及び他の形状の形態の支持構造を含む医療用Ｘ線撮像システムが知られている。
【0017】
本発明者は、スペクトル光子計数検出器において使用される既存のパルス整形器回路にはオフセットの問題があることを確認した。これらのオフセットは、Ｘ線光子のエネルギーを測定することの精度を低下させ、したがって、得られたスペクトルＸ線画像の品質に影響を及ぼす。
【0018】
図２は、本開示のいくつかの態様による、パルス整形器回路２００の第１の例を示す概略図である。パルス整形器回路２００は、スペクトル光子計数検出器１２０において使用され、
検出された光子のエネルギーを示す振幅Ｖｐｅａｋを有する出力パルスＶ（ｔ）を発生するように構成された出力２２０を備える積分器２１０と、
積分器２１０の出力２２０が第１のしきい値Ｖ１を超えてから第１の時間期間ＤＴ１後に積分器２１０を放電するためのリセット回路２３０とを備え、
リセット回路２３０は、さらに、積分器２１０の出力２２０が、第１のしきい値Ｖ１よりも低い初期しきい値Ｖ０を超え、その後、初期しきい値Ｖ０を超えてから所定の時間間隔ＤＴ０内に第１のしきい値Ｖ１を超えなかった場合に、積分器２１０を放電する。
検出された光子のエネルギーを示す振幅Ｖｐｅａｋを有する出力パルスＶ（ｔ）を発生するように構成された出力２２０を備える積分器２１０と、
積分器２１０の出力２２０が第１のしきい値Ｖ１を超えてから第１の時間期間ＤＴ１後に積分器２１０を放電するためのリセット回路２３０とを備え、
リセット回路２３０は、さらに、積分器２１０の出力２２０が、第１のしきい値Ｖ１よりも低い初期しきい値Ｖ０を超え、その後、初期しきい値Ｖ０を超えてから所定の時間間隔ＤＴ０内に第１のしきい値Ｖ１を超えなかった場合に、積分器２１０を放電する。
【0019】
図２を参照すると、図示の例では、積分器２１０は、「ｏｕｔ」と標示されている演算増幅器の出力と、「－」と標示されている演算増幅器の反転入力との間に結合されたフィードバックキャパシタＣｆを有する演算増幅器によって与えられる。演算増幅器の反転入力は、積分器への入力として働き、「ｉｎ」と標示されている。演算増幅器の出力は積分器２１０の出力２２０として働く。フィードバックキャパシタＣｆは、したがって、積分器２１０の出力２２０と積分器２１０の入力との間に結合される。「＋」と標示されている演算増幅器の非反転入力は基準電圧、Ｖｒｅｆに結合される。積分器への入力は、図２の左側にＸ線感受性フォトダイオードシンボルによって示されているように、Ｘ線検出器要素に結合される。
【0020】
図２に示されているＸ線検出器要素は直接変換材料を含む。Ｘ線光子が直接変換材料中で受光されたとき、電荷雲が生成される。電荷雲中の電荷量は、受光されたＸ線光子のエネルギーに依存する。電荷雲中の電荷は、材料上に配設された電気端子の両端間にバイアス電圧を印加することによって収集され、電気パルスとして検出される。図２に示されているＸ線検出器要素は、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛「ＣＺＴ」、シリコンなどの直接変換材料、又は受光されたＸ線光子に応答して電気パルスを生成する別の直接変換材料を含む。図２中のＸ線検出器要素によって生成された電気パルスは積分器２１０によって積分される。積分器２１０は、したがって、それの出力２２０において出力パルスＶ（ｔ）を発生し、出力パルスＶ（ｔ）の振幅は、検出された光子のエネルギーを示す。
【0021】
図３は、本開示のいくつかの態様による、パルス整形器回路２００の積分器２１０によって生成された出力パルスＶ（ｔ）を示すグラフである。図３を参照すると、グラフの原点に対応する時間においてＸ線光子がＸ線検出器要素によって受光される。Ｘ線検出器要素によって生成された得られた電気パルス、すなわち、直接変換材料中に生成された電荷雲から生じた電流パルスが積分器２１０によって積分され、それの出力パルスＶ（ｔ）は、電荷雲からの実質的にすべての電荷が積分されるまで値が増加する。この時間ｔ１において、出力パルスＶ（ｔ）は最大値Ｖｐｅａｋを有する。この最大値Ｖｐｅａｋは、受光されたＸ線光子のエネルギーを表す。受光されたＸ線光子のエネルギーは、例えば、図２に示されている比較器回路２４０とカウンタ回路２５０とを使用することによって、以下でより詳細に説明するように、時間ｔ１において決定される。
【0022】
図２において、シンボルＤＴ１と、しきい値Ｖ１をもつ比較器シンボルと、スイッチＳＷ１とによって概略的に示されているように、リセット回路２３０は、積分器２１０の出力２２０が第１のしきい値Ｖ１を超えてから第１の時間期間ＤＴ１後に積分器２１０を放電する。このことを本明細書では、条件ｉ）の下で積分器２１０を放電すると呼ぶ。積分器が放電される比率、すなわち、図３中の出力パルスＶ（ｔ）が減衰する比率はスイッチＳＷ１のオン状態直列抵抗によって部分的に決定される。その後に受光されたＸ線光子からの電気パルスを積分するために積分器２１０を迅速に準備し、それによってパイルアップ（ｐｉｌｅ－ｕｐ）の機会を低減するためには、この減衰率を高くすることが望ましい。
【0023】
いくつかの例では、第１の時間期間ＤＴ１は出力パルスＶ（ｔ）のピークに対応する。言い換えれば、リセット回路２３０は図３中の時間ｔ１において積分器２１０を放電する。他の例では、第１の時間期間ＤＴ１は、事前決定され、出力パルスＶ（ｔ）のピークにほぼ対応する。ピークの時間は変動し得ることに留意されたい。例えば、ピークの時間は、受光されたＸ線光子のエネルギーに依存する。前者の例、すなわち、第１の時間期間ＤＴ１が出力パルスＶ（ｔ）のピークに対応する例では、ピーク検出回路を使用して、出力パルスＶ（ｔ）のピークを検出し、ピークの時間において図２中のスイッチＳＷ１を閉じるリセットパルスを生成し、それによりフィードバックキャパシタＣｆの端子が互いに結合され、積分器２２０が放電される。前者の例では、第１の時間期間ＤＴ１は、積分器２１０の出力２２０が最大値Ｖｐｅａｋに達する時間を表す。図３中の積分器２１０のこのような放電は時間ｔ１後の信号Ｖ（ｔ）の減衰として図３に示されている。この目的で使用されるピーク検出回路の一例が文書ＷＯ２０１８／１８５１１８Ａ１の図２に示されている。
【0024】
後者の例、すなわち、第１の時間期間ＤＴ１が事前決定される例では、第１のしきい値Ｖ１を超えてから所定の時間期間ＤＴ１後にリセットパルスを生成するために、単安定回路（ｍｏｎｏｓｔａｂｌｅ）などのタイマ回路が使用される。リセットパルスは図２中のスイッチＳＷ１を閉じ、それによりフィードバックキャパシタＣｆの端子が互いに結合され、積分器２２０が放電される。図２中のリセット回路２３０に示されているように、一例では、第１のしきい値Ｖ１に等しいしきい値をもつ比較器を使用して、積分器２１０の出力２２０を監視し、第１のしきい値Ｖ１を超えてから所定の時間期間ＤＴ１後にリセットパルスを生成するように単安定回路をトリガする。所定の時間期間ＤＴ１は、Ｘ線検出器要素によるＸ線光子の検出から生じる電流パルスの予想される持続時間を包含するのに十分に長い値に設定される。これにより、積分器は、受光されたＸ線光子によって生成された実質的にすべての電荷を積分することによって、ピーク振幅Ｖｐｅａｋに達することが可能になる。
【0025】
図２に示されているように、リセット回路２３０は、積分器２１０を放電するために、積分器２１０の出力２２０を積分器２１０の入力に結合するためのスイッチＳＷ１を含む。スイッチＳＷ１の閉鎖は、上記の例において説明したリセットパルスによって制御される。スイッチＳＷ１は１つ又は複数のトランジスタによって与えられる。例えば、スイッチＳＷ１は、ＭＯＳＦＥＴ又はＪＦＥＴなど、１つ又は複数の電界効果トランジスタ「ＦＥＴ」によって、或いは１つ又は複数のバイポーラトランジスタによって与えられる。代替実装形態では、リセット回路２３０は電流源を含む。
【0026】
積分器を放電するために電流源を使用する代替実装形態について、本開示のいくつかの態様による、パルス整形器回路２００の第２の例を示す概略図である図４を参照しながら説明する。図４において、積分器２１０を放電するために電流源ＩｄがフィードバックキャパシタＣｆ中に電荷を注入する。この実装形態について図４を参照しながら説明する。図４において同じラベルで標示されている特徴は、図２を参照しながら上記で説明した特徴に対応する。図２の場合と同様に、図４の実装形態はスイッチＳＷ１を含み、スイッチＳＷ１の動作は、上記で説明したようにリセットパルスによって制御される。スイッチＳＷ１が閉じると、積分器２１０を放電するために電流源Ｉｄからの電流がフィードバックキャパシタＣｆ中に注入される。電流源Ｉｄは、制御された形で積分器２１０を放電するように作用する。例えば、電流源Ｉｄは定電流源を含む。図４に示されている電流源の代替の切替え可能な電流源も使用され、同様にしてリセットパルスによって制御される。
【0027】
図２及び図４においてシンボルＤＴ０と、しきい値Ｖ０をもつ比較器シンボルとによって概略的に示されているように、リセット回路２３０はまた、積分器２１０の出力２２０が、第１のしきい値Ｖ１よりも低い初期しきい値Ｖ０を超え、積分器２１０の出力２２０が、その後、初期しきい値Ｖ０を超えてから所定の時間間隔ＤＴ０内に第１のしきい値Ｖ１を超えなかった場合に、積分器２１０を放電する。このことを本明細書では、条件ｉｉ）の下で積分器２１０を放電すると呼び、このことの効果は、積分器が、受光されたＸ線光子からの電流パルスを積分する前に、積分器の出力に存在するオフセットの値を低減することである。そのようなオフセットの例示的な理由を以下で与える。そのようなオフセットは、Ｘ線光子のエネルギーを測定することの精度を低下させ、したがって、得られたスペクトルＸ線画像の品質に影響を及ぼす。
【0028】
一例では、条件ｉｉ）の下での積分器２１０の放電は、初期しきい値Ｖ０に等しいしきい値をもつ比較器を使用して、積分器２１０の出力２２０を監視し、所定の時間間隔ＤＴ０に等しい遅延の後に論理高値をもつ出力パルスを生成するように単安定回路をトリガすることによって実施される。この出力パルスと、第１のしきい値Ｖ１に等しいしきい値をもつ上記で説明した比較器の出力の論理ＩＮＶＥＲＳＥとの間の論理ＡＮＤ演算を使用して信号が生成され、その信号により、上記で説明した（第１のしきい値Ｖ１を超えてから所定の時間期間ＤＴ１に対応する時間において生成された）リセットパルスの論理値を用いて論理ＯＲ演算されると、図２中のスイッチＳＷ１が閉じる。これの結果は、条件ｉ）の下で、すなわち、積分器２１０の出力２２０が第１のしきい値Ｖ１を超えてから第１の時間期間ＤＴ１後に、積分器２１０を放電することである。それはまた、条件ｉｉ）の下で、すなわち、積分器２１０の出力２２０が初期しきい値Ｖ０を超え、その後、初期しきい値Ｖ０を超えてから所定の時間間隔ＤＴ０内に第１のしきい値Ｖ１を超えなかった場合に、所定の時間間隔ＤＴ０の終了時の条件の下で積分器２１０を放電する。
【0029】
したがって、リセット回路２３０は、所定の時間間隔ＤＴ０の終了時に、初期しきい値Ｖ０と第１のしきい値Ｖ１との間にある、積分器２１０の出力においてオフセットがある場合に、条件ｉｉ）の下で積分器２１０を放電させる。そのようなオフセットの発生源は、ノイズ、又は第１のしきい値Ｖ１を超えさせなかった低エネルギーＸ線光子である可能性がある。第１のしきい値Ｖ１を超えさせないそのようなオフセットは、第１のしきい値Ｖ１を超えさせる、その後に検出されたＸ線光子の測定されたエネルギーに影響を及ぼす。したがって、リセット回路２３０は、改善されたＸ線エネルギー測定精度を有するパルス整形器回路を与える。
【0030】
上記で説明した回路の代替の回路も、条件ｉｉ）の機能を実施するために使用される。これらは１つ又は複数の比較器及び／又は単安定回路及び／又は論理ゲートを使用する。
【0031】
所定の時間間隔ＤＴ０は任意の所望の値に設定される。いくつかの例では、検出されたＸ線光子からの電気パルスが十分に大きくなった場合に、その電気パルスが積分器２１０の出力２２０に第１のしきい値Ｖ１を超えさせるのに十分な時間を与えるために、所定の時間間隔ＤＴ０は所定の時間期間ＤＴ１を上回ることがある。
【0032】
いくつかの例では、積分器２１０は、積分器２１０の出力２２０が第１のしきい値Ｖ１に達する予想時間の満了後にのみ、条件ｉｉ）の下で放電される、すなわち、その予想時間の満了前には、条件ｉｉ）の下で放電されない。条件ｉｉ）の下での放電は、したがって、積分器２１０の出力２２０が第１のしきい値Ｖ１に達する予想時間の満了後の任意の時間において行われる。これらの例では、リセット回路２３０は、積分器２１０の出力２２０が初期しきい値Ｖ０を超え、積分器２１０の出力２２０が、その後、初期しきい値Ｖ０を超えてから所定の時間間隔ＤＴ０内に第１のしきい値Ｖ１を超えなかったことに応答して、積分器２１０の出力２２０が第１のしきい値Ｖ１に達する予想時間の満了後にのみ、積分器２１０を放電する。積分器２１０の出力２２０が第１のしきい値Ｖ１に達する予想時間は、積分器２１０の出力２２０が、第１のしきい値Ｖ１を超えさせるエネルギーを有する検出された光子についての第１のしきい値Ｖ１に達する時間を表す。これにより、電気パルスが積分器の出力に第１のしきい値Ｖ１を超えさせたであろう場合には、積分器は放電されない。したがって、それにより積分器２１０の早すぎる放電が回避される。
【0033】
一例として、初期しきい値Ｖ０は１ｋｅＶのＸ線エネルギーを表し、第１のしきい値Ｖ１は１０ｋｅＶのＸ線エネルギーを表す。いくつかの例では、第１のしきい値Ｖ１はスペクトル光子計数検出器１２０の最も低いエネルギービンＶＥＴ１の最も低いエネルギー限界を表す。これにより、第１のしきい値Ｖ１を超えたかどうかを決定する比較器を、Ｘ線光子エネルギーがスペクトル光子計数検出器における特定のしきい値を超えたかどうかを決定する比較器回路２４０においても使用することが可能になる。
【0034】
別の例では、リセット回路２３０は、条件ｉｉ）が満たされたかどうかを決定するために、積分器２１０の出力２２０を周期的にサンプリングする。この実装形態では、条件ｉ）の下での積分器２１０の放電に加えて、リセット回路は、さらに、積分器２１０の出力２２０を周期的にサンプリングし、リセット回路２３０は、さらに、積分器２１０の出力２２０が初期しきい値Ｖ０を超え、積分器２１０の出力２２０が、その後、初期しきい値Ｖ０を超えてから所定の時間間隔ＤＴ０内に第１のしきい値Ｖ１を超えなかったことに応答して、積分器２１０の出力２２０が、所定の時間間隔ＤＴ０内に少なくとも所定の数のサンプルについての初期しきい値Ｖ０を超え、積分器２１０の出力２２０が所定の時間間隔ＤＴ０内に第１のしきい値Ｖ１を超えなかった場合にのみ、積分器２１０を放電する。
【0035】
この例では、条件ｉ）の下での積分器２１０の放電は、図２中のシンボルＤＴ１と、しきい値Ｖ１をもつ比較器シンボルとに関して上記で説明したように行われる。条件ｉｉ）の下での積分器２１０の出力２２０の周期的サンプリングは、比較器を使用して積分器２１０の出力２２０を監視することと、比較器の出力における論理値をシフトレジスタ中に周期的にクロックすることとによって実施される。この比較器は、それのしきい値を初期しきい値Ｖ０に設定し、初期しきい値Ｖ０を超えた場合に、論理１を生成する。この比較器の出力は、クロックを使用して、それの値を、長さＮ０のサンプル値、例えばＮ０＝１０をもつシフトレジスタ中に入力することによってサンプリングされる。シフトレジスタのサンプル値はＮ０ビット加算器に入力され、Ｎ０ビット加算器の出力は、所定の数のサンプルを表す整数しきい値、すなわち、Ｎ０以下であるＮ１と比較される。この後者の比較の結果は、積分器２１０の出力２２０が、少なくとも所定の数のサンプル、すなわちＮ１個以上のサンプルについての初期しきい値Ｖ０を超えた場合に、所定の時間間隔ＤＴ０の満了時に積分器２１０の放電をトリガする。積分器は、図２中のスイッチＳＷ１を閉じさせることによって放電される。一例として、第１の時間期間ＤＴ１は２０ナノ秒であり、周期的サンプリングは、４ナノ秒ごとにサンプルを取ることによって実行される。Ｎ０とＮ１との組合せを選択することによって、リセット回路２３０は、積分器２１０の誤放電の比率が低くなるように最適化される。例えば、Ｎ０を１０に設定した場合、積分器２１０の出力２２０のＮ１＝７個以上のサンプルが初期しきい値Ｖ０を超えた場合にのみ、放電が行われる。この例のさらなる改良では、連続サンプルで少なくとも所定の数を超えた場合にのみ、放電が開始される。例えば、積分器２１０の出力２２０の少なくとも７つ、すなわち７つ以上の連続サンプルが初期しきい値Ｖ０を超えた場合にのみ、リセットが開始される。連続サンプルの決定は、シフトレジスタ中の値を監視する論理ゲートを使用することによって実行される。
【0036】
リセット回路２３０が積分器２１０の出力２２０を周期的にサンプリングする例は、条件ｉｉ）の下での積分器２１０の誤放電の比率が低下するという利益を有する。上述のように、積分器２１０の出力におけるオフセットは、ノイズ、並びに低エネルギーＸ線光子から生じる。ノイズは交流の性質を有する傾向があり、積分器の出力の周期的サンプリングは、積分器２１０の出力２２０が、ノイズにより一時的にのみ初期しきい値Ｖ０と第１のしきい値Ｖ１との間にあるときに、積分器２１０を放電する比率を低下させる。
【0037】
いくつかの例では、積分器２１０の出力２２０が比較器回路２４０に結合され、比較器回路２４０の出力がカウンタ回路２５０に結合される。図２に示されているように、比較器回路２４０は積分器２１０の出力２２０を複数のしきい値ＶＥＴ１．．ＥＴＮと比較する。カウンタ回路２５０は、それぞれの複数のしきい値ＶＥＴ１．．ＥＴＮの各々を超えた回数を表す計数値ＣＥＴ１．．ＥＴＮを決定する。計数値ＣＥＴ１．．ＥＴＮは、受光されたＸ線光子のスペクトルを表す。
【0038】
一例では、計数値ＣＥＴ１．．ＥＴＮがそれにわたって決定される時間期間が、１つのＸ線画像フレームの周期に設定される。したがって、この例では、カウンタ回路は、Ｘ線画像フレームに対応する周期内でそれぞれの複数のしきい値ＶＥＴ１．．ＥＴＮの各々を超えた回数を表す計数値ＣＥＴ１．．ＥＴＮを決定する。そうすることで、Ｘ線画像フレームを表すＸ線エネルギースペクトルが与えられる。
【0039】
いくつかの例では、上記で説明したパルス整形器回路２００はスペクトル光子計数検出器中に含まれる。例えば、パルス整形器回路２００は、図１に示されているスペクトル光子計数検出器２００中に含まれる。スペクトル光子計数検出器１２０は、受光されたＸ線光子に応答して電気パルスを生成するためのＸ線検出器要素のピクセル化されたアレイを含み、各Ｘ線検出器要素は、そのＸ線検出器要素によって生成された電気パルスを積分するために、パルス整形器回路２００に電気的に結合される。Ｘ線検出器要素のピクセル化されたアレイは、受光されたＸ線光子に応答して電気パルスを生成する直接変換材料を含む。好適な直接変換材料は、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛「ＣＺＴ」、シリコンなどを含むが、これらの材料は例として与えられているにすぎない。パルス整形器回路２００の出力は、Ｘ線検出器要素によって検出されたＸ線光子のスペクトルを決定するために、図２に関して説明したように、１つ又は複数の比較器回路２４０及び１つ又は複数のカウンタ回路２５０に結合される。
【0040】
一例では、上記で説明したスペクトル光子計数検出器１２０はコンピュータ断層撮影又はＸ線撮像システム内に含まれる。スペクトル光子計数検出器１２０を含むコンピュータ断層撮影撮像システム１００の一例が図１に示されている。それに加えて、コンピュータ断層撮影又はＸ線撮像システム１００はスペクトル光子計数検出器１２０とＸ線源１１０とを含む。Ｘ線源１１０とスペクトル光子計数検出器１２０との間の撮像領域１３０中の物体を通るＸ線の減衰を表すＸ線画像データを生成するために、Ｘ線源１１０とスペクトル光子計数検出器１２０とは撮像領域１３０によって分離される。
【0041】
別の例では、スペクトル光子計数検出器１２０において使用するためのパルス整形方法３００が提供される。図５は、本開示のいくつかの態様による、スペクトル光子計数検出器１２０において使用するためのパルス整形方法３００の一例を示すフローチャートである。図５を参照すると、パルス整形方法３００は、
積分出力値Ｖ（ｔ）を生成するために、検出された光子を表す電気パルスを積分するステップＳ３１０と、
積分出力値Ｖ（ｔ）が第１のしきい値Ｖ１を超えてから第１の時間期間ＤＴ１後に積分出力値Ｖ（ｔ）をリセットするステップＳ３２０と
を有し、
リセットするステップＳ３２０は、積分出力値Ｖ（ｔ）が、第１のしきい値Ｖ１よりも低い初期しきい値Ｖ０を超え、その後、初期しきい値Ｖ０を超えてから所定の時間間隔ＤＴ０内に第１のしきい値Ｖ１を超えなかった場合に、積分出力値Ｖ（ｔ）をリセットするステップをさらに有する。
積分出力値Ｖ（ｔ）を生成するために、検出された光子を表す電気パルスを積分するステップＳ３１０と、
積分出力値Ｖ（ｔ）が第１のしきい値Ｖ１を超えてから第１の時間期間ＤＴ１後に積分出力値Ｖ（ｔ）をリセットするステップＳ３２０と
を有し、
リセットするステップＳ３２０は、積分出力値Ｖ（ｔ）が、第１のしきい値Ｖ１よりも低い初期しきい値Ｖ０を超え、その後、初期しきい値Ｖ０を超えてから所定の時間間隔ＤＴ０内に第１のしきい値Ｖ１を超えなかった場合に、積分出力値Ｖ（ｔ）をリセットするステップをさらに有する。
【0042】
パルス整形方法は、パルス整形器回路２００と、スペクトル光子計数検出器１２０と、コンピュータ断層撮影又はＸ線撮像システムとに関して説明される他の特徴を実施する動作をも有し得る。例えば、本方法は、積分出力値Ｖ（ｔ）をＸ線エネルギーしきい値を表す複数のしきい値（ＶＥＴ１．．ＥＴＮ）と比較する動作、及びそれぞれの複数のしきい値（ＶＥＴ１．．ＥＴＮ）の各々を超えた回数を表す計数値（ＣＥＴ１．．ＥＴＮ）を決定する動作などの動作をも有し得る。パルス整形方法は、Ｘ線検出器要素のピクセル化されたアレイから生成された計数値に基づいてスペクトル画像を生成する動作をも有し得る。簡潔のために、パルス整形方法と、スペクトル光子計数検出器と、コンピュータ断層撮影及びＸ線撮像システムとについて、パルス整形器回路のすべての詳細が繰り返されるとは限らない。
【0043】
パルス整形方法はコンピュータによって実施され得る。パルス整形方法は、少なくとも１つのプロセッサによって実行されたときに、その少なくとも１つのプロセッサに本方法を実行させる、それの上に記憶されたコンピュータ可読命令を含む、非一時的コンピュータ可読記憶媒体として与えられ得る。言い換えれば、上記で説明したパルス整形方法はコンピュータプログラム製品中に実装され得る。コンピュータプログラム製品は、専用ハードウェア、又は適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを動作させることが可能なハードウェアによって与えられ得る。プロセッサによって与えられるとき、本方法特徴の機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又はそれらのうちのいくつかが共有され得る複数の個々のプロセッサによって与えられ得る。「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを動作させることが可能なハードウェアを排他的に指すものとして解釈されるべきでなく、限定はしないが、デジタル信号プロセッサ「ＤＳＰ」ハードウェア、ソフトウェアを記憶するための読出し専用メモリ「ＲＯＭ」、ランダムアクセスメモリ「ＲＡＭ」、不揮発性記憶デバイスなどを暗黙的に含むことができる。さらに、本開示の例は、コンピュータ使用可能記憶媒体又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形態を取ることができ、そのコンピュータプログラム製品は、コンピュータ又は任意の命令実行システムによって、或いはコンピュータ又は任意の命令実行システムとともに使用するためのプログラムコードを与える。この説明の目的で、コンピュータ使用可能記憶媒体又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって、或いはそれらとともに使用するためのプログラムを含み、記憶し、通信し、伝搬し、又はトランスポートすることができる任意の装置であり得る。媒体は、電子、磁気、光、電磁、赤外、又は半導体システム又はデバイス又は伝搬媒体であり得る。コンピュータ可読媒体の例は、半導体又はソリッドステートメモリ、磁気テープ、リムーバブルコンピュータディスク、ランダムアクセスメモリ「ＲＡＭ」、読出し専用メモリ「ＲＯＭ」、剛性磁気ディスク、及び光ディスクを含む。光ディスクの現在の例としては、コンパクトディスク読出し専用メモリ「ＣＤ－ＲＯＭ」、光ディスク読取り／書込み「ＣＤ－Ｒ／Ｗ」、Ｂｌｕ－Ｒａｙ（商標）、及びＤＶＤがある。
【0044】
上記の例は、本開示を例示するものであり、限定的でないものとして理解されたい。さらなる例も企図される。例えば、パルス整形器回路の例に関して説明した特徴は、スペクトル光子計数検出器においても、コンピュータ断層撮影又はＸ線撮像システムにおいても、パルス整形方法においても、対応するように与えられ得る。いずれか１つの例に関して説明した特徴は、単独で、又は他の説明した特徴と組み合わせて使用されることもあり、別の例の１つ又は複数の特徴、或いは他の例の組合せと組み合わせて使用されることもあることを理解されたい。さらに、上記で説明しなかった等価物及び改変も、添付の特許請求の範囲において定義される本発明の範囲から逸脱することなく採用され得る。特許請求の範囲において、「備える」及び「有する」という単語は他の要素又は動作を除外せず、単数形の要素は複数を除外しない。相互に異なる従属請求項においていくつかの特徴が具陳されているという単なる事実は、これらの特徴の組合せを有利に使用することができないことを示さない。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、それらの範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】