JP2008533469A - 改良型信号ディスクリミネータを備える放射線検出システムとその利用法 - Google Patents

Abstract

放射線検出システムは、放射線事象を当該放射線事象のエネルギーに関連する振幅を有する電気信号に変換し（１，２）、前記電気信号の少なくとも一部を当該電気信号の振幅に関連するカウント値に変換し（３，６）、前記カウント値から前記放射線事象のエネルギーを測定する（５）。

Description

本出願は、ここに参考文献として併合する２００５年３月１０日出願の米国仮出願Ｎｏ. ６０／６６０，３８２からの優先権を主張するものである。

本発明は、放射線検出システム及び計器、より詳しくは、ガンマ線及びＸ線撮像システムに関連する。

放射線検出システム及び計器は、長年、アナログ信号増幅と整形、計数器、又は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を利用してきた。通常、そのような装置は、所定の閾値を超えるアナログ信号をカウントするか、若しくは、アナログ信号振幅を更なる処理のためのデジタルコードに変換する。

非常に高い放射線束を捕捉し処理するために複数の画素を使用することが必要とされる用途において、従来型システムの増大する複雑性、サイズ及びコストが懸念されるようになった。

これまで、アナログ信号振幅を弁別するために、撮像システムの各画素について、高速ＡＤＣ、ピーク検出器、又は、複数のコンパレータとデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）が使用されていた。しかし、多画素アレイ用に適用された場合、そのようなシステムは、高価で、嵩高く、電力消費の大きなものになる。

従って、ＡＤＣ、ピーク検出器及び／又は複数のコンパレータとＤＡＣの使用を回避する、放射線検出システムにおける信号弁別用の装置と方法とを提供することによって上述した問題とその他の問題とを克服することが望ましい。

本発明は放射線検出システムに関する。このシステムは、入射放射線に応答して当該入射放射線のエネルギーに関連する振幅を有する画素信号を出力する放射線検出器、前記画素信号の少なくとも一部をその振幅に関連するカウント値に変換する変換手段、及び、前記カウント値から前記入射放射線のエネルギーを測定する測定手段、を備える。

前記変換手段は、前記画素信号の振幅を閾値信号の振幅と比較するコンパレータを有することができ、このコンパレータは、前記閾値信号の振幅を超える前記画素信号の振幅に応答してイネーブルされ、前記閾値信号の振幅を超えない前記画素信号の振幅に応答してイネーブルされない出力を有する。前記変換手段は、更に、クロックパルスを出力するクロック発振器、及び、前記コンパレータの出力がイネーブルされた時に、前記クロック発振器によって出力されるクロックパルスのカウントを累算するカウンタを有することができ、ここで、前記クロックパルスの累算カウントが前記カウント値である。

前記測定手段は、前記カウンタから前記カウント値を受け取るコントローラ、例えば、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）を有することができる。このコントローラは、前記カウント値を、前記入射放射線のエネルギーに関連付けられた複数のエネルギー値のうちの１つに関連付ける。

前記システムは、更に、前記変換手段によってカウントデータへと処理されるべく所定の振幅と持続時間のパルスを発生する手段、及び、前記変換手段の作動を確認するために、前記カウントデータを所定のカウントデータと比較する手段、を備えることができる。

本発明は、更に、放射線検出方法にも関し、これは、（ａ）放射線事象を当該放射線事象のエネルギーに関連する振幅を有する電気信号に変換する工程、（ｂ）前記電気信号の少なくとも一部をその振幅に関連するカウント値に変換する工程、及び、（ｃ）前記カウント値から前記放射線事象のエネルギーを測定する工程、を有する。

工程（ｂ）は、クロックパルスを出力する工程、前記電気信号の振幅を閾値信号と比較する工程、及び、前記電気信号の振幅が前記閾値信号に対して所定の関係を有する時に、前記クロックパルスのカウントを累算する工程、を含むことができ、ここで、前記クロックパルスの累算カウントが前記カウント値である。

工程（ｃ）は、前記カウント値を複数のカウント値領域と比較して、前記カウント値がどのカウント値領域に属するかを決定する工程を含むことができ、ここで、各カウント値領域は固有の放射線事象のエネルギーに関連している。

最後に、本発明は、放射線検出システムに関し、このシステムは、入射放射線に応答して、同様の複数の画素信号を出力する複数の画素を有する画素化放射線検出器（pixilated radiation detector）を有し、前記画素信号の夫々は、その対応する画素に入射する放射線のエネルギーに関連する振幅を有する。前記システムは、更に、一連のパルスを出力するクロック、各画素信号を閾値信号と比較する比較手段、各画素に対して、前記比較手段が対応する画素信号が前記閾値信号に対して所定の関係を有すると判断した時に、前記クロックによって出力されるパルスのカウントを累算する累算手段、及び、各画素に対して、前記パルスの累算カウントから、それに入射する前記放射線のエネルギーを測定する測定手段、を備える。

前記システムは、更に、サンプル間隔中に複数の画素に入射すると判断された放射線のエネルギーのフレームを生成する手段、前記比較手段による処理の前に各画素信号を増幅及び／又は整形する手段、そして、前記閾値信号を前記比較手段に出力する手段、のうちの１つまたそれ以上を備えることができる。

前記所定の関係は、前記画素信号の値が前記閾値信号の値を超える場合とすることができる。

前記システムは、更に、前記累算手段によってカウントデータへと処理されるべく所定の振幅と持続時間のパルスを発生する手段、及び、前記変換手段の作動を確認するために、前記カウントデータを所定のカウントデータと比較する手段、を備えることができる。前記エネルギーのフレームを画像へと処理するためにホストコンピュータを備えることができる。

図１は、本発明による高速撮像システム信号ディスクリミネータのブロック図である。

図２は、図１の信号ディスクリミネータの作動のタイミング図である。

本発明は、高速撮像又は放射線検出システムにおける信号弁別のための装置と方法とに関し、例えば、ガンマ線カメラ又はＸ線撮像システムが例示される。

図１及び図２を参照すると、前記装置は、その画素において受け取られたフォトンのエネルギーに関連する画素信号を出力する画素化放射線検出器１を有する。詳しくは、入射フォトンの受け取りに応答して、画素化検出器１の各画素は、それに対応する画素信号をディスクリミネータ回路１０に出力する。なお、図１には１つのディスクリミネータ回路１０しか図示されていないが、それによって出力される画素信号を処理するために、画素化検出器１の他の画素には更に別のディスクリミネータ回路１０を接続することが考えられる。各ディスクリミネータ回路１０は、画素化検出器１の単数又は複数の画素によって出力される画素信号を処理するように構成することができる。本発明を説明する目的で、図１に図示されているディスクリミネータ回路１０は、画素化検出器１の１つの画素によって出力される画素信号を処理するように構成されているものと仮定する。

ディスクリミネータ回路１０は、画素化検出器１の画素によって出力された画素信号１８を増幅し整形するための増幅／整形回路２を有する。この増幅／整形回路２によって出力される増幅され整形された画素信号１８は、ディスクリミネータ回路１０のコンパレータ３によって閾値信号２０と比較される。閾値信号２０は、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）５の制御下でディスクリミネータ回路１０のデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）４から発生する。好ましくは、ＤＳＰ５は、ディスクリミネータ回路１０の一部を構成するものではなく、前記装置の各ディスクリミネータ回路１０と共に利用されるものとされる。単一のディスクリミネータ回路１０の一部として図示されているが、ＤＡＣ４は、所望の場合には、他のディスクリミネータ回路１０の１つ以上のコンパレータ３に対して前記閾値信号を設定するために利用することができる。

時間Ｔ１において増幅／整形回路２によって出力された増幅整形画素信号１８の値がＤＡＣ４によって出力された閾値信号２０の値を超えて増大することに応答して、コンパレータ３の出力２２がイネーブルされ、それによって、ディスクリミネータ回路１０のカウンタ６をイネーブルする。コンパレータ３の出力によってイネーブルされている間、カウンタ６は、クロック発振器７によって発生されるクロックパルス２６のカウント２４を累算し出力する。このクロック発振器７は、好ましくは、ディスクリミネータ回路１０の一部を構成するものではなく、むしろ、前記装置の各ディスクリミネータ回路１０と共に利用されるものとされる。カウンタ６によって累算され出力されるクロックパルス２６のカウント２４は、カウンタ６がイネーブルされる時間又は持続時間に比例する。

時間Ｔ２において増幅／整形回路２によって出力された増幅整形画素信号１８の値がＤＡＣ４によって出力された閾値信号２０の値以下に下がることに応答して、コンパレータ３の出力２２はイネーブル状態から変化する。イネーブル状態から変化するコンパレータ３の出力に応答して、カウンタ６によって出力されるクロックパルス２６の累算カウント２４、即ち、カウント値、がＤＳＰ５にロードされ、コンパレータ３の出力がイネーブルされる次の時間、例えば、図２中の時間Ｔ３とＴ４との間、に発生するクロックパルスの数をカウントする準備として、カウンタ６によって累算されるクロックパルス２６のカウント２４が、好ましくはゼロ（０）、にリセットされる。

ＤＳＰ５によってプログラミングされ実行される画像収集と処理アルゴリズムによって、ＤＳＰ５にロードされる前記カウント値を、複数のエネルギー区分（bins）又は値のうちの１つにソートすることができる。各エネルギー区分又は値は、固有のカウント値領域に関連付けられており、従って、画素信号１８に放射線事象のエネルギーを対応させることができる。前記カウント値がソートされる前記エネルギー区分は、特定のサンプル間隔中に画素化検出器１によって出力される他の増幅整形画素信号のカウント値がソートされるエネルギー区分と共に累算することができ、当該サンプル間隔中に画素化検出器１によって出力される前記増幅整形画素信号に関連する所謂エネルギー区分（又はエネルギー値）のフレームとなる。このフレームと、他のサンプル間隔中に累算される他のフレームとを、更なるデータ処理及び画像再生のために、ＤＳＰ５からホストコンピュータ８に転送することができる。従って、ＤＳＰ５にロードされる各カウント値を利用して、増幅／整形回路２によって出力されるパルスの高さ、従って、画素化検出器１の対応する画素における対応する放射線事象のエネルギーを間接的に測定することができる。

適切なシステム校正のために、増幅／整形回路２にパルス発生器９を接続することができる。その作動において、校正中、増幅／整形回路２、コンパレータ３、及びカウンタ６によって上述したような処理のために、所定の振幅と持続時間のパルスがパルス発生器９によって出力される。このパルス発生器９によって出力される所定の振幅と持続時間のパルスに対応して、カウントデータが設定されＤＳＰ５又はホストコンピュータ８に格納される。装置が適切に作動していることを確認するべく、このカウントデータを、前記パルス発生器９によって出力される所定の振幅と持続時間のパルスに対する所定の予想カウントデータに対してチェックすることができる。

上述したように、前記装置は、多画素システム用に適用することが可能である。この目的のために、クロック発振器７と、パルス発生器９と、ＤＳＰ５と、ホストコンピュータ８とを、同時カウントデータ収集及び処理のために、他のディスクリミネータ回路１０に対して並列に接続することができる。

理解されるように、本発明は、増幅整形画素信号１８の高さ、従って、画素化検出器１の対応する画素における対応する放射線事象のエネルギーを間接的に測定するために、増幅／整形回路２によって出力される増幅整形画素信号１８が閾値信号２０の値を超える時間を測定するものである。このように放射線事象のエネルギーを測定することによって、回路の複雑性と部品点数が減少し、それによって、放射線検出器に於ける放射線事象のエネルギーを検出するための装置を、より小型で、低出力かつ廉価なものとすることが可能になる。

以上、本発明をその好適実施例を参照して説明した。上記詳細説明を読むことによって他者は、改変及び改造構成に容易に想到するであろう。本発明は、それが添付の特許請求の範囲又はそれらの均等物に含まれる限りにおいて、そのような改変及びから改造構成を全て含むものと解釈されるべきものと意図される。

本発明による高速撮像システム信号ディスクリミネータのブロック図 図１の信号ディスクリミネータの作動のタイミング図

Claims (15)

1. 入射放射線に応答して当該入射放射線のエネルギーに関連する振幅を有する画素信号を出力する放射線検出器、
   前記画素信号の少なくとも一部をその振幅に関連するカウント値に変換する変換手段、及び、
   前記カウント値から前記入射放射線のエネルギーを測定する測定手段、
   を備えた放射線検出システム。
2. 前記変換手段は、
   前記画素信号の振幅を閾値信号の振幅と比較するコンパレータ、当該コンパレータは、前記閾値信号の振幅を超える前記画素信号の振幅に応答してイネーブルされ、前記閾値信号の振幅を超えない前記画素信号の振幅に応答してイネーブルされない出力を有する、
   クロックパルスを出力するクロック発振器、及び、
   前記コンパレータの出力がイネーブルされた時に、前記クロック発振器によって出力されるクロックパルスのカウントを累算するカウンタ、を有し、
   前記クロックパルスの累算カウントが前記カウント値である請求項１に記載の放射線検出システム。
3. 前記測定手段は、前記カウンタから前記カウント値を受け取るコントローラを有する請求項２に記載の放射線検出システム。
4. 前記コントローラは、前記カウント値を、前記入射放射線のエネルギーに関連付けられた複数のエネルギー値のうちの１つと関連付ける請求項３に記載の放射線検出システム。
5. 前記変換手段によってカウントデータへと処理されるべく所定の振幅と持続時間のパルスを発生する手段、及び、
   前記変換手段の作動を確認するために、前記カウントデータを所定のカウントデータと比較する手段、を更に備えた請求項１に記載の放射線検出システム。
6. （ａ）放射線事象を当該放射線事象のエネルギーに関連する振幅を有する電気信号に変換する工程、
   （ｂ）前記電気信号の少なくとも一部をその振幅に関連するカウント値に変換する工程、
   （ｃ）前記カウント値から前記放射線事象のエネルギーを測定する工程、
   を有する放射線検出方法。
7. 前記工程（ｂ）は、
   クロックパルスを出力する工程、
   前記電気信号の振幅を閾値信号と比較する工程、及び、
   前記電気信号の振幅が前記閾値信号に対して所定の関係を有する時に、前記クロックパルスのカウントを累算する工程、を含み、
   前記クロックパルスの累算カウントが前記カウント値である請求項６に記載の放射線検出方法。
8. 前記工程（ｃ）は、
   前記カウント値を複数のカウント値領域と比較して、前記カウント値がどのカウント値領域に属するかを決定する工程を含み、
   各カウント値領域は固有の放射線事象のエネルギーに関連している請求項７に記載の放射線検出方法。
9. 入射放射線に応答して、同様の複数の画素信号を出力する複数の画素を有する画素化放射線検出器、前記画素信号の夫々は、その対応する画素に入射する放射線のエネルギーに関連する振幅を有する、
   一連のパルスを出力するクロック、
   各画素信号を閾値信号と比較する比較手段、
   各画素に対して、前記比較手段が対応する画素信号が前記閾値信号に対して所定の関係を有すると判断した時に、前記クロックによって出力されるパルスのカウントを累算する累算手段、及び、
   各画素に対して、前記パルスの累算カウントから、それに入射する前記放射線のエネルギーを測定する測定手段、
   を備えた放射線検出システム。
10. サンプル間隔中に複数の画素に入射すると判断された放射線のエネルギーのフレームを生成する手段を更に備えた請求項９に記載の放射線検出システム。
11. 前記比較手段による処理の前に各画素信号を増幅及び／又は整形する手段を更に備えた請求項９に記載の放射線検出システム。
12. 前記閾値信号を前記比較手段に出力する手段を更に備えた請求項９に記載の放射線検出システム。
13. 前記所定の関係は、前記画素信号の値が前記閾値信号の値を超える場合である請求項９に記載の放射線検出システム。
14. 前記累算手段によってカウントデータへと処理されるべく所定の振幅と持続時間のパルスを発生する手段、及び、
    前記変換手段の作動を確認するために、前記カウントデータを所定のカウントデータと比較する手段、を更に備えた請求項９に記載の放射線検出システム。
15. 前記エネルギーのフレームを画像へと処理するためにホストコンピュータを更に備えた請求項１０に記載の放射線検出システム。

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