JP2013546221A - 非線形データ取得 - Google Patents

Abstract

本発明は、放射線撮影システム用のデータ取得器に関する。データ取得器は、第１対称部と第２対称部の２個の対称部を含む放物型電圧曲線を有するランプ信号を生成するランプ生成器；およびオブジェクトを検査する間に検出器アレイが検知した光子を表示する信号とランプ信号の前記第１対称部を比較する比較器；を含み、ランプ信号の第２対称部は、ランプ生成器の回路を安定させるための時間遅延を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、粒子検出、放射線撮影、写真撮影のような撮影分野に関し、特にオブジェクトの画像を得るための測定を行う医療、セキュリティなどの分野に適用されることができるが、これらに限定されるものではない。

ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）スキャナーやラインスキャナーのような撮影装置は、検査中であるオブジェクトの情報や画像（例；内部特徴）を提供する。例えば、放射線撮影装置においては、オブジェクトを放射線に露出させ、オブジェクトが吸収した放射線やオブジェクトを透過できる放射線の量に基づいて画像を形成する。一般的に高密度オブジェクトであるほど、低密度オブジェクトより多い放射線を吸収（減衰）するため、骨や銃器類のような高密度オブジェクトは、脂肪組織や服のような低密度オブジェクトで囲まれていても見ることができる。検査中のオブジェクトに向かって放射線を放出する輻射源の正反対側に位置する検出器アレイは、オブジェクトを通過する放射線を検知して、画像を作るのに用いられる信号やデータに変換する。このような画像をセキュリティ要員が見て危険物（例；武器）を検査したり、医師が見て病状（例；癌組織）を検査したりする。

３次元放射線撮影装置（例；ＣＴスキャナー）の場合、検出器アレイと輻射源は、検査するオブジェクトを囲む円形の回転支持台の両側に互いに正反対に位置することが一般的である。このようなスキャナーにおいて、（輻射源や検出器アレイとを含む）回転支持台は、検査をする間、ｘ−ｙ平面に直角なｚ軸を中心に円をなしながら回転する。オブジェクトはベッドやコンベヤーベルトのような受け台に置かれ、受け台は回転中心に平行なｚ方向に動く。回転支持台が回転するため、輻射源の焦点からオブジェクトに向かってほぼ連続的に放射線が放出される。

検出器アレイに衝突する放射線光子は、電流や電圧やアナログ信号に変換され、該信号は検知された光子数に比例する。例えば、電圧信号が高いほど検知された光子数も多く、電圧信号が低いほど光子数も少ない。

ＡＤ変換器は光子数に比例する電圧信号のようなアナログ信号をデジタル信号に変換するのに用いられ、このようなデジタル信号は画像再構成により容易に用いられることができる。このようなＡＤ変換器としてランプＡＤ変換器がある。（例えば、光子数を表示する）未知の入力は（ランプ信号のような）公知の入力と比較され、２個の信号が会って同一の電圧値を有する時間をデジタル出力として用いることができる。より一般的な形態のランプ信号は線形ランプ信号であり、このような信号は一定の比率で増加する電圧を特定する。この種類のランプ信号は有用ではあるが、短所も多い。例えば、線形ランプ信号から未知の信号の電圧を確認するのに時間が多くかかり、これは、サンプリングユニット（例；コード）が均一に分布するが、ユニットが少なければ不均一に分布するためである。例えば、数十万個程度の多くの光子が検知される場合、光子を数個失ってもその影響が大きくないのでサンプリングユニットが少なめに必要であり、これによって雑音も大きくなる。一方、百個未満の少ない光子が検知される場合、光子を数個失ってもその影響が相当に大きいのでサンプリングユニットがさらに必要である。したがって、（多くの光子数を示す）高い電圧信号に用いられるサンプリングユニット数が低い電圧信号に用いられるサンプリングユニット数と概して同じであるため、高い電圧信号に少ない数のサンプリングユニットが必要であった従来のシステムに比べてより多い時間が必要となる。また、サンプリングユニット数が多いため、生成されるデータ量も多く、このようなデータを回転支持台から固定部に移す前に圧縮しなければならないため、より多いリソースとオーバーヘッドが必要である。

最近では、対数型やスクエアランプ信号のような非線形ランプ信号が用いられており、これは、このようなランプ信号は線形ランプ信号の短所を克服するためである。例えば、必要となるサンプリングユニットが少なく、かかる時間が少ないので非線形ランプ信号が用いられた。換言すれば、より多い光子（より高い電圧信号）を表示するレベルにおいて用いられるサンプリングユニットの個数は、少ない光子（低い電圧信号）を表示するレベルにおいて用いられるサンプリングユニットの個数より少ないため、全体時間を減らすことができる。また、サンプリングユニットが少ないため、スキャンから生成されるデータ量を線形ランプから生成されるデータ量より減らすことができる。したがって、回転支持台から固定支持台にデータを伝送するのにデータ圧縮がほぼまたは全く不必要である。

非線形ランプ信号が線形ランプ信号の多くの短所を克服するものの、非線形ランプ信号も短所がある。例えば、このようなランプ信号を迅速で正確に生成するには高帯域幅回路が必要である。このような回路は製造費が多くかかり、システムに電子雑音やその他の雑音をもたらす。

本発明は、放射線撮影システム用のデータ取得器を提供する。該データ取得器は、２個の対称部を含む放物型電圧曲線を有するランプ信号を生成するランプ生成器；およびオブジェクトを検査する間に検出器アレイが検知した光子を表示する信号とランプ信号の前記第１対称部を比較する比較器；を含み、ランプ信号の第２対称部は、ランプ生成器の回路を安定させるための時間遅延を提供する。

また、本発明は、ランプ生成器を安定させる第１対称部と第２対称部の２個の対称部を含む放物型電圧曲線を有するランプ信号を生成するステップ；およびオブジェクトを検査する間に検出器アレイが検知した光子を表示する信号とランプ信号の第２対称部を比較するステップ；を含む方法も提供する。

また、本発明は、ランプ信号生成器を補正する方法も提供する。該方法は、放物型電圧曲線を有するランプ信号を受けるステップ；および放物型電圧曲線の傾きを決定するために放物型電圧曲線を交差する少なくとも４点を確認するステップ；を含み、前記４点のうち第１および第２点は、同じ光子数と関連する電圧を表示し、前記電圧は、輻射源が作動しない時に生じる電圧でも、エアースキャンを行う時に生じる電圧でもない。

また、本発明は、プロセッシングユニットを介して補正を実行しろというコンピュータ実行命令語が入っているコンピュータ読み取り可能な媒体も提供する。該コンピュータ読み取り可能な媒体において実行される補正は、放物型電圧曲線を有するランプ信号を受けるステップ；および放物型電圧曲線の傾きを決定するために放物型電圧曲線を交差する少なくとも４点を確認するステップ；を含む。該方法において、前記４点のうち第１および第２点は、同じ光子数と関連する電圧を表示し、前記電圧は、輻射源が作動しない時に生じる電圧でも、エアースキャンを行う時に生じる電圧でもない。

以下、添付図面を参照して本発明を詳しく説明する。

放射線撮影システムのブロック図である。 データ取得器の色々な部分を示すブロック図である。 放物曲線を有するランプ信号のグラフである。 ランプ生成器によって出力されるランプ信号のグラフである。 放物型電圧曲線をランプ信号として用いる方法のフローチャートである。 非線形シングルスロープコンバーターを補正する方法のフローチャートである。 放物型ランプ電圧信号のグラフである。 プロセッサ実行命令語が入っているコンピュータ読み取り可能な媒体のブロック図である。

以下の説明の全体において同一番号は同一要素を意味する。以下の説明は、発明の理解を助けるためにあくまでも例示したものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではないことを理解しなければならない。

図１は、検査中であるオブジェクト１０４の画像を作って人１２８が見ることができるようにモニター１２６に表示できるように放射線スキャナー（例；ＣＴスキャナー）の回転支持台１０６内の色々な要素から生成されるデータを取得する放射線撮影システム１００のブロック図である。このようなスキャナーは、病院で患者の腫瘍を確認するか、セキュリティ検査台において検査中である手荷物のようなオブジェクト１０４と関連する関心オブジェクト（例；危険物、禁止品など）を識別するのに用いられる。一方、何の画像も作らず、オブジェクト１０４の密度や原子特性を識別した後、所定のオブジェクト（例；禁止品）と関連する密度や原子特性リストと比較して、該オブジェクト１０４が所定の品目を含むか否かを決定することもできる。ＣＴスキャナーを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、可能な限り本発明の範囲は他のシステムにも適用することができる。例えば、本発明をマンモグラフィー装置、ラインスキャナーなどの放射線撮影機は勿論、カメラ、粒子検出器、その他の別途のイベントを測定する撮影装置にも適用することができる。本実施例は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものとして判断してはならない。例えば、図１のデータ取得器１２２がスキャナーの回転支持台１０６の一部分であってもよい。

検査装置１０２は、（空港でのスーツケースや患者のような）オブジェクト１０４を検査するものであり、回転支持台１０６と固定支持台１０８とを備える。オブジェクトを検査する間、オブジェクト１０４はベッドやコンベヤーベルトのような受け台１１０の上に置かれ、該受け台は（回転支持台の中空部分である）検査区域１１２に選択的に位置し、固定支持台１０６は（モーター、駆動軸、チェーンなどの）回転器１１４によってオブジェクト１０４の周りを回転する。

回転支持台１０６は、検査区域１１２の一部分を囲み、Ｘ線源のような輻射源１１６と検出器アレイ１１８とを含み、検出器アレイは輻射源１１６の正反対側の回転支持台１０６に設けられ、検出器アレイ１１８が輻射源を完全に囲んでいれば、輻射源１１６の焦点１２１が検出器アレイの中心のように作用する。

オブジェクト１０４を検査する間、（検出器アレイと輻射源とを含む）回転支持台１０６がオブジェクト１０４の周りを回転する間、輻射源１１６がオブジェクト１０４を向かって放射線１２０を放射する。一般的に、ＣＴスキャナーの場合、検査期間中に放射線１２０が連続的に放射される。しかし、あるＣＴスキャナーや他の放射線スキャナー（例；パルス式スキャナー）の場合、放射線１２０が回転期間中に断続的に放射されたりもする。

オブジェクト１０４を透過した放射線はオブジェクト１０４の表面ごとに異なって減衰する。放射線１２０がオブジェクトの表面ごとに異なって減衰するため、減衰率や、むしろ検出器アレイ１１８が検知した光子数の変化を根拠に画像を再構成することができる。例えば、骨や金属板のように表面がより稠密なオブジェクト１０４の場合、皮膚や衣類のようにそれほど稠密でないオブジェクトに比べ、放射線１２０がより減衰し、検出器アレイ１１８にぶつかる光子数もより少なくなる。

ある場合には、オブジェクト１０４をスキャンしたり検査したりする間、図面で回転支持台１０６がｘ−ｙ平面で回転すれば、オブジェクト１０４はｚ軸方向に動くことができる。このようにして、オブジェクトを透過する放射線のｚ−次元より大きいｚ−次元を有するオブジェクトは（ステップ別照射のスキャン方式に比べて）遥かに迅速にスキャンされることができる。回転支持台１０６がｘ−ｙ平面で回転し、オブジェクト１０４がスキャンされながらｚ方向に動けば、螺旋状にスキャンが行われる。

直接変換検出器アレイ（例；非晶質セレニウム光伝導体からなる検出器アレイ）や間接変換検出器アレイ（例；シンチレーター（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）やフォトダイオードからなる検出器アレイ）であってもよい検出器アレイは、放射線光子を電荷に変換し、このような光子は放射線が浸透する所の近くにある検出器アレイ１１８の画素や要素によって検知される。画素ごとに検知された電荷を示す（線形フォーマットの）アナログ信号を出し、該信号はデータ取得器１２２に送られる。画素が検知した電荷は光子数に直接関連するため（例；１２００個電子の電荷が１個の光子に相当する）、その出力はオブジェクト１０４を透過する放射線１２０の減衰率を示す。一例として、画素が電荷を検知できなければ、該画素が電荷をほぼ検知できなかったことを示すアナログベースライン信号を放出する。

当業者であれば分かるように、検出器アレイ１１８やデータ取得器１２２に連結されたりその中に構成されたりするが、図面に示されていないＡＤ変換器がアナログ信号を受けてデジタル信号に変換し、これについては後ほど詳しく説明する。デジタル信号に含まれたデータは、１６ビット浮動小数点（ｆｌｏａｔｉｎｇ−ｐｏｉｎｔ）フォーマット、準対数（ｑｕａｓｉ−ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ）フォーマット、非線形デジタルフォーマットなどの色々な形式でフォーマットされることができる。アナログ信号と同様にデジタル信号は投影空間にあり、画素がどれほど多い光子を検知するかを示すため、デジタル信号に含まれたデータを当業界では投影空間データともいう。

データ取得器１２２の信号データは、投影空間データを受ける画像再構成器１２４に送られる。画像再構成器１２４は、当業者で知られている分析法や反復法やその他の画像再構成技術（例；２Ｄ逆投影、トモシンセシス（ｔｏｍｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）再構成など）を用いて、検査中のオブジェクト１０４の画像を再構成する。このようにして、データが投影空間から画像空間に変換され、画像を見る使用者１２８がより分かりやすくなる。

コンピュータのような端末１３４は画像を受け、該画像は安全要員や医師のような使用者１２８が見ることができるようにモニター１２６に表示される。使用者は、画像を検査してオブジェクト１０４内の関心領域を確認する。端末１３４は使用者の入力を受けたりもするが、該入力はオブジェクト検査装置１０２に送られるか、特定角度で見ることができるようにモニター１２６に送られる。

端末１３４に連結されたコントローラ１３０は、端末１３４での使用者の入力を受け、実行する作業を示す検査装置１０２用の命令語を生成する。例えば、使用者１２８がオブジェクト１０４を再スキャンしたいとすれば、コントローラ１３０は、検査装置１０２の検査区域１１２に向かってオブジェクトの方向を戻せという命令語を受け台１１０に送ることができる。

図２は、図１のデータ取得器のようなデータ取得器２００のブロック図である。該データ取得器２００の電荷積分器２１４Ａ〜Ｎは、画素が検知した電荷数を表示するか、画素が測定した単位時間当たり光子密度に比例する電流２１４Ａ〜Ｎを検知された光子数を示す電圧信号２１６Ａ〜Ｂに変換する。

図１〜２において、オブジェクト１０４は検査装置１０２によってスキャンされ、検出器アレイ１１８はこちらの画素にぶつかる放射線の光子を検知する。それぞれの画素は衝突する放射線によって生成された電荷を検知し、時間当たり検知された光子密度に比例する電流信号を出力する。このようにして、それぞれの画素から出力された電流信号は、単位時間内に検出器アレイ１１８のそれぞれの画素に到達した放射線量を示す。

また、各画素の出力（例；電流信号）をデータ取得器（１２２；２００）用の入力として受信することができる。一例として、データ取得器２００は検出器アレイ１１８の入力信号（例；２１４Ａ〜Ｎ）を受けるための複数のチャネルを有してもよく、図２の入力端ＩＮ０からＩＮ６３までに入力信号が６４個であればチャネル数も６４個であり、チャネルごとに検出器アレイ１１８の該当画素からの入力を受ける。データ取得器２００は、複数のデータ取得チップからなり、総チャネル数も（１０，０００個以上であってもよい）総画素数と等しい。

データ取得器２００はランプ信号（ｒａｍｐ ｓｉｇｎａｌ）を生成するランプ生成器２０６を含み、ランプ信号と入力信号を比較し、ランプ信号は実質的に放物型電圧曲線を有する。「放物型」および／または「放物線」とは広義の概念で対称な曲線を全て含む概念である。すなわち、放物曲線は上昇部と下降部の傾きが同じである曲線を意味する。また、該曲線の下降部と上昇部が接する地点を放物線の「頂点」という。したがって、本発明では、放物線が図３〜４および７に示された「Ｕ」型曲線に限定されるものではなく、他の形態の全ての対称曲線を含むと見なすべきである。このようなランプ信号を用いれば、ランプ信号と比較する入力信号に関する情報を確認できる他にも、何よりもランプ生成器２０６を安定させることができる。

図３は、図２のランプ生成器２０６の出力である放物曲線を有するランプ信号のグラフィック表現３００である。ここで、Ｙ軸３５０はランプ信号の電圧を、Ｘ軸３５２は時間を意味する。また、ランプ信号の放物型電圧曲線も２個の対称部３５４，３５６を有する。対称部３５４，３５６は、各々頂点３５８を基準に分けられた放物の半分に該当する。放物線の方向はランプ信号３１０の方向と異なってもよい。すなわち、傾きや傾きの方向が図示されたものとは異なってもよい。例えば、ランプ信号３１０が図３のように下降曲線から始まるか、図４のように上昇曲線から始まってもよい。いずれにせよ、放物線は対称曲線を含む概念である。

放物線型ランプ信号は、検知された放射線から生じる信号をデジタル化するのに用いられる他の線形や非線形ランプ信号に比べて多くの長所を有する。例えば、比較器（例；図２の２１０Ａ〜Ｎ）が作動する時にまでランプ信号を用いて測定することができるため、放物型ランプ信号は他の形態のランプ信号に比べて少ない数のビットでデータを量子化することができ、これは、データ取得器２００のＤＡ変換部の時間解像度を下げることができるか、サンプリング速度を上げることができるということを意味する。また、時間解像度を下げれば、より安定したクリスタルクロック信号のために図２のタイミング入力パルス２２０のようなクロックインターポレータ（ｃｌｏｃｋ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｏｒ）を無くすことができる。ビット数を減らせば、時間間隔も減って電力消費が減り、例えば、各々のチャネルにおいて関連比較器（例；２１０Ａ〜Ｎ）のラッチにおけるフリップが少なくなる。したがって、放物型ランプ信号を用い、ビット数を減らせば、データ取得器２００のチップの電力消費を減らし、サンプリング速度は上げ、変換の複雑度を下げることができる。また、当業者であれば分かるように、ビット数を減らせば、放射線検査装置のデータ取得器と他の要素との間に伝送されるデータ量を減らすことができ、データ圧縮量も減らすことができる。

放物曲線を有するランプ信号を生成する他の方法もある。ランプ生成器に実現できる１番目の技術は２個の積分器（そのうちの１つはランプ生成器の中に設置）を利用するものであり、１番目の積分器は定電圧基準入力端からランプ生成器に向かって線形ランプ信号を作り、２番目の積分器はランプ信号を積分して放物曲線を作る。２番目の技術は（ランプ生成器の中に設置される）ＤＡ変換器を用いて放物曲線を作るものである。これらの技術にフィルタリングを適用して雑音を減らすことも考慮することができる。

図４は、最も理想的な放物曲線４０６に該当するランプ信号４０８を生成する例のグラフィック表現４００である。図４の３個の曲線のうち、１番目の曲線は最適な放物曲線４０６としてランプ生成器が形成する理論的な曲線であり、初期ランプ信号４１０はフィルタリング前に形成される曲線であり、フィルタリングされたランプ信号４０８は初期ランプ信号４１０をフィルタリングした後の信号としてランプ生成器から出力される。図４の曲線は、図３と７の曲線をひっくり返したものである。ここで、Ｙ軸はボルトのような振幅を、Ｘ軸は秒やミリ秒単位の時間を意味する。ＤＡ変換器から生じる初期ランプ信号４１０は（所望の出力ランプ信号である）最適な放物曲線４０６と類似する形状を有するが、該曲線４０６と完全には一致しない。初期ランプ信号４１０は低域通過フィルターのようなフィルターを経てフィルタリングされたランプ信号４０８となり、該ランプ信号は最適な放物曲線４０６とほぼ一致する。図示したように、フィルタリングされたランプ信号４０８が初めには放物曲線４０６と一致せず、これは、ランプ生成器２０６が安定中であるためである。しかし、後ほど説明するように、放物曲線のこの部分はランプ生成器を安定させるのに用いられ、未知の電圧信号のデジタル値を決定するには用いられず、これは、フィルタリングされたランプ信号４０８がランプ生成器が安定する間には理想的でないためであろう。

図２のデータ取得器２００の比較器２１０Ａ〜Ｎはランプ信号３１０の第１対称部を電圧信号と比較し、電圧信号はオブジェクト２１６Ａ〜Ｎの検査中に検査装置の検出器アレイが検知した光子を示す。また、検知された光子と比較するのに用いられないランプ信号の第２対称部は、ランプ生成器２０６の回路が雑音効果を減らすことができるように時間遅延を引き起こす。すなわち、第２対称部は最適な放物曲線４０６に一致しない部分としてランプ生成器２０６を安定させるのに用いられ、例えば、検知された光子数を表示する信号と比較される部分である第１対称部は最適な放物曲線とほぼ一致する。図４において、フィルタリングされた電圧ランプ信号４０８は頂点４１２を過ぎて最適な第１放物線とほぼ一致し、検知された光子数を示す信号は理想的なランプ信号と比較され、実際に検知された光子数を正確に表示し雑音を減らすのに寄与する。「対称部」に用いられた「第１」、「第２」という表現が各々比較と安定化に専用されるものではない。すなわち、比較に用いられる曲線部分が常に第１部分である必要はなく、安定化に用いられる曲線部分も常に第２部分である必要もない。例えば、安定化に用いられる曲線部分が第１部分であり、比較に用いられる部分が第２部分であってもよい。

頂点を過ぎたランプ信号３１０の第１対称部３５６が検出器アレイの画素が検知した光子数を示す光子検知信号３０８と比較することができる（例；図２の２１４Ａ〜Ｎ；２１６Ａ〜Ｎ）。ランプ信号３１０のこの部分３５６は測定周期３０６を有し、測定周期の間に光子検知信号３０８の測定を行うことができる。例えば、測定周期３０６がランプ信号３１０の頂点３５８部分から始まってランプ信号３１０と光子検知信号３０８が一致（交差）する時に終わる時間周期を有することができる。それにもかかわらず、測定周期がランプ信号３１０の一部分３５４をある程度有することもでき、これは、ランプ生成器をより迅速に安定させるためである。例えば、図４のフィルタリングされた電圧ランプ信号４０８は、頂点４１２よりさらに速く最適曲線４０６にほぼ一致する。

また、図４における頂点４１２の前部分に相当するランプ信号３１０の第２対称部３５４は時間遅延のための安定周期３０４として用いられ、該周期は安定化のための回路の周期を含むことができる。換言すれば、ランプ生成器２０６が安定する間には、ランプ生成器が充電中であるため、生成されたランプ信号は理想的ではない。このような非理想的なランプ信号は、図４の最適放物曲線４０６のような所定の経路に沿わないので測定に悪影響を及ぼし、このため、測定に用いられる場合、最終デジタル信号が不正確となり得る。したがって、第２対称部３５４はランプ生成器を安定させることにだけ用いられ、光子検知信号３０８の測定には用いられない。また、このような安定周期があるのでランプ生成器に低帯域幅回路を用いることができ、これは、ランプ生成器が端末１３４によって３１２地点で作動するや否や、放物型電圧曲線を生成する必要がないためである。すなわち、ランプ生成器は、安定周期３０４のためにより徐々に促進されて理想的なランプ信号を生成する。低帯域幅回路を用いれば、ランプ信号による雑音量を減らすことができ、これは、ランプ生成器を安定させるのに安定周期３０４を用いる他の長所でもある。

図２のランプ生成器２０６は図３のランプ信号３１０を生成する。該ランプ信号３１０が複数の比較器２１０Ａ〜Ｎにおいて用いられるため、色々な比較器においてほぼ同時に同一のランプ信号が用いられる。

図３において、ランプ信号３１０の放物曲線は安定周期３０４の間には下降スロープ３５４を描き、前述したように、このため、ランプ生成器が「安定化」されて正しい値に達することができる。すなわち、ランプ信号が「早めに」始まって、測定周期３０６は比較時間だけランプ生成器と関連するある程度の不正確度が減る。測定周期３０６は、頂点３５８から始まってランプ信号３１０と光子測定電圧信号３０８が一致（交差）する時にまで持続する。

図２によれば、比較器２１０と関連するラッチを用いて、比較器の出力が変わる時を表示するデータを生成する。例えば、図３のランプ信号３１０が入力信号３０８と会って両信号が同じ電圧３５０を有する時、ラッチが作動し、この時、比較器の出力が変わる。具体的には、ラッチが作動しない間には比較器の出力２１８Ａ〜Ｎが２進数で０を有し、ラッチが作動する時には比較器の出力が２進数で１を有して状態／値の変化が生じる。

比較器の出力が変わる時に時間値３５２が決定され、このような時間値は比較器２１０に対する入力信号２１６のデジタル表現を含むことができる。例えば、検出器アレイ１１８の画素が受けた光子は特定電圧を示し、例えば、光子１個が５μＶに該当する。本実施例では、放物型ランプ信号３１０の頂点３５８から始まって２個の信号が同じくなるまでの時間値を測定することができる。

測定周期３０６のような時間値は、タイミング素子（図示せず）から生成された図２のタイミング入力パルス２２０のための時間インターポレータ（例；タイミングパルスの間隔）と結合されることができる。例えば、タイミング素子が公知の間隔（例；１．２５ナノ秒）で比較器２１０にタイミングパルスを送り、測定周期３０６に入っている（整数で四捨五入）パルス数は比較器２１０に入る入力信号２１６の時間値を示す。このようにして、検知された光子数を示す電圧入力信号２１６が測定周期３０６の間のパルス数を示す整数で表示されるデジタル表現（例；２１８）に変換される。

前述した実施例において、ランプ生成器から生成された放物曲線の下降スロープ３５４を安定周期に活用し、上昇スロープ３５６は測定周期に活用する。一方、放物曲線３１０が頂点まで続いた初期上昇スロープと、頂点から続く２次下降スロープを有してもよい（例；実施例３００のひっくり返したバージョン）。この場合、比較器は、ランプ信号の下降スロープ部分は検知された光子を示す信号と比較し、上昇スロープ部分は安定周期（時間遅延）を提供する。

一種の回路であってもよいランプ生成器は、製造過程やハードウェアやその他の変動により、図４の最適な放物曲線４０６のようなランプ信号を正確に複製できないこともあり得るので、例えば、放物型電圧曲線が予想より±１００ｍＶ程度外れてもよい。したがって、特定時間に特定ランプ生成器から生成された放物型電圧曲線、例えば、図４のフィルタリングされたランプ信号４０８の性質を所望の補正間隔で、例えば、スキャンする時ごとに確認して、比較器の出力を修正（補正）することができる。一例として、出力信号を数学的に誘導して修正（補正）することができる。

したがって、図２のデータ取得器２００に補正器２０４を設けて、放物型電圧ランプ信号（３１０；４０８）の傾きを決定する。一例として、補正器２０４が電圧曲線上の４地点を確認して電圧曲線の傾きを決定する。該曲線上の少なくとも２点は各々他の地点において曲線を交差し、ほぼ同じ未知の電圧（例；図３の３０８）を表現し、これにより、これらの地点はほぼ同じ光子数を示すが、検知された実際光子数は知らないことがある。このような２地点が同じ電圧や光子数を表現するため、これらの地点は、時には１つの点とみなされたりし、これにより、４個でない３個の地点において補正が行われることとしてみなされたりする。また、これらの２地点に現れた電圧は、輻射源が作動しない時（例；放射線が出てこない時）に生じる電圧（例；最小電圧）でも、検査するオブジェクト無しで行うエアースキャンを行う時に生じる電圧（例；最大電圧）でもない。

曲線上の他の関連地点は、輻射源が停止し、放射線無しで検査装置１０２から電圧信号を生成して決定される「オフセット」地点であってもよい。放射線が放出されない時に生成された電圧信号は、検知された光子数が０や最小であることを表示する。したがって、該電圧信号は放射線を用いてスキャンした時の信号にオフセット測定値を提供する。本実施例において、オフセット測定値はスキャンによって生成された最小電圧を示す。

曲線上の他の関連地点は、検査区域に検査するオブジェクト無しで放射線を最大量放射する「エアースキャン」において検査装置から電圧信号を生成して決定できる「ゲイン」地点である。生成された電圧信号は一般的に検知された最大光子数を表示し、これは、検査区域において放射線がほぼ全く減衰しないためである。したがって、該電圧信号はスキャンによって生成できる最大電圧を表現するゲイン測定値を提供する。

放物型電圧曲線のゲイン地点とオフセット地点を確認した補正器２０４は、他の地点において曲線と交差しつつ同じ電圧を示す少なくとも２地点を探して３番目の地点を確認することができ、該地点は、検知されたものと同じ光子数を示す。例えば、ゲイン電圧とオフセット電圧との間の電圧信号が比較器に流入され、公知の信号が放物曲線と初めて交差する時間と２番目に交差する時間を確認する（例えば、タイミング入力２２０とラッチを用いて）時間測定を行うことができる。このような２つの時間を確認して、放物型電圧曲線上の３番目の地点を確認して、ランプ信号を補正することができ、例えば、ランプ生成器２０６を含む特定ハードウェアによって生成された実際ランプ信号を決定することができる。このような２地点が同じ電圧値を有するため、放物線の頂点は３番目と４番目の地点の間の（図３のｙ方向に向かって延びる）中間ライン上にあると確認される。

換言すれば、放物線のような２次関数の傾きを決定するためには、少なくとも３個の地点が必要である。２地点はゲイン（例；最大出力で放射線を放射しながらエアースキャンをする間に行った測定値）とオフセット（例；放射線無しで行った測定値）を根拠に決定されるが、輻射源が一般的に線形ではないため、特定光子数を正確に放出することができないため、データ取得器をゲイン値とオフセットとの間の光子レベルに露出させることは概して難しいと言える。したがって、放物線の特徴を利用して、放物線の両側において１番目のソースの測定値を求めることができる。これらの２つの測定値の中間点を利用して（放物線の両側が同じレベルに測定される限り）実際測定値に関係なく放物線の変曲点を決定することができる。

以上のように４点補正法を用いる間、ランプ信号を頂点の前で安定させ、未知の電圧信号とランプ信号が交差する両側地点においてランプ信号を安定させる。補正器２０４が４地点を用いて放物型電圧曲線の傾きを決定する反面、放物型電圧曲線の傾きを３地点を確認して決定することもでき、これは、曲線上の少なくとも２地点が同じ電圧を示すので互いに合わせることができるためである。例えば、正確な電圧をＸ線輻射源によって生成するか、検出器アレイに適用することができる．しかし、実際にはこのような正確な電圧を生成することができないため、４地点を用いて補正を行い、そのうち少なくとも２地点はほぼ同じ電圧を有する。光子を検知したり取り扱ったりする時に量子力学を適用するため、正確な実際光子数を決定することがほぼ不可能であり、許容誤差や標準偏差内の光子数を検知することが標準であるため、本明細書では「ほぼ」という表現を使う。

このような補正過程について図６〜７を参照してさらに説明する。

図２の出力データマルチプレクサー２１２は、比較器２１０Ａ〜Ｎのデジタル出力２１８Ａ〜Ｎを受け、関連の画像再構成器１２４に送られる出力２２２を生成する。

図５は、放物曲線の両側（対称）の半分を用いる間、放物型電圧曲線をランプ信号として用いる方法５００のフローチャートである。該方法５００は、Ｓ５０２ステップから始まり、２個の対称部を有する放物型電圧曲線のランプ信号を生成する方法であり、Ｓ５０４ステップでは、ランプ信号の１番目の対称部がランプ生成器を安定させる。放物線を頂点を過ぎる軸線に沿って半分に分ければ、両側の半分が互いに対称である鏡像となる。例えば、放物線の開始点から頂点までの下降部は、頂点から終点までの上昇部の鏡像である。

安定周期は、回路の入力電圧と出力電圧の両方とも安定し有効となる期間である電波遅延時間を含む。このようにして、入力比較を始める前にランプ生成器を適切に「安定」させてランプ信号の不正確度を下げることができる。一例として、（安定周期を含む）ランプ信号の第１部位は各々の信号に対するランプ生成器時間を提供して、所望の電圧レベル精密度閾値（例；仕様の９０％）に達するようにする。

ランプ信号の第１対称部が放物型電圧曲線の下降部を有してもよく、この時、安定周期は曲線の開始点から始まって頂点で終わる。一方、放物型電圧曲線が反転して、第１対称部が曲線の頂点まで続く上昇部を有してもよい。この場合、上昇部がランプ生成器の「安定」周期を有する。

Ｓ５０６ステップにおいて、ランプ信号の２番目の対称部は、検査を行う間、検査装置の検出器アレイによって検知された光子数を示す信号と比較される。一例として、光子数を示す信号が比較器の２番目の入力信号を含み、１番目の入力信号がランプ信号である。２番目の入力信号は光子数を示し、光子数が大きいほど電圧信号も高くなる。

ランプ信号は、２番目の入力信号の電圧レベルの決定を助けるのに用いられる。ランプ信号を知っているため、ランプ信号の電圧も知ることができる。ランプ生成器はランプ信号を生成し、ランプ信号の開始点と頂点との間において安定周期が生じる。測定周期はランプ信号の頂点から始まって、ランプ信号と２番目の入力信号が同じくなる時までに続く。実際にランプ信号と２番目の入力信号は正確には一致せず、電圧誤差や遅延や回路の固有特性のため、所望の閾値内にあればよい。

ランプ信号の２番目の対称部が、例えば、放物型電圧曲線の上昇部を含み、測定期間が該曲線の頂点から始まって、２個の入力信号が（ほぼ）同じくなる地点で終わることができる。または、放物型電圧曲線が反転して、２番目の対称部が頂点から始まる下降部を含むこともできる。この場合、下降部がランプ生成器や比較器用の「測定」周期を有してもよい。

比較器による比較によって出力に変化がある時、デジタルタイム信号が「ラッチ」されることができる。例えば、比較器が２進出力を利用すれば、その出力は０や１を有する。この場合、比較器出力は２個の入力信号が比較器に入り始める時に０であり、２個の入力信号がほぼ同じくなる時に１に変わる。比較器出力が０から１に変われば、デジタルタイム信号がラッチされ、２個の入力信号（例；ランプ信号と光子レベル電圧信号）がほぼ同じくなる時間を表示する。

検査装置の検出器アレイによって検知された光子数は、ラッチされたデジタルタイム信号に基づいて決定される。すなわち、（比較器に対する１番目の入力としてのランプ信号のような）放物型電圧ランプ信号の頂点と（例えば、比較器に対する２番目の入力としての光子検知電圧信号が１番目の入力と同じくなる時である）ラッチ時間との間の（デジタルタイミング素子からの）タイマーパルス数をカウントして測定周期を決定することができる。

ランプ信号の２番目の対称部を光子表示信号に比較すると、該方法５００はＳ５０８ステップで終わる。

図６は、ランプ信号生成器を補正する方法６００のフローチャートである。該方法６００は、Ｓ６０２ステップから始まり、６０４ステップにおいて放物電圧曲線型のランプ信号を受ける。図７は、放物型ランプ電圧信号７２０のグラフ７００である。該グラフにおいて、Ｙ軸は検査装置の検出器アレイから生成される光子数７１６を示し、該光子数は検知された光子数に比例する電圧で表現される。Ｘ軸は、ランプ信号が生成される時間７１４を示す。

Ｓ６０６ステップにおいて、放物型電圧曲線７２０と交差する少なくとも４地点が確認される。４地点は、放物型電圧曲線の傾きを決定して放物線の関数と形状を確認するためのものである。本実施例において、１番目と２番目の地点はほぼ同じ光子数と関連する電圧を示すため、（Ｘ線輻射源から十分に正確な電圧が発生して検出器アレイに適用されれば）１つの点とみなされたりもする。また、１番目と２番目の地点に表示された電圧は、スキャン期間に輻射源が作動せずに放射線が放出されない時に生じる電圧（例；最小電圧）や、エアースキャンを行う時に生じる電圧（例；最大電圧）ではない。

図７の信号７０８は１番目の電圧を表示するものであり、ランプ信号７２０が比較器に入力される間に比較器に入力される。例えば、このような信号を入力するために、（妥当な許容誤差内の）所定の光子数がファントム（ｐｈａｎｔｏｍ；例えば、特性が公知されたオブジェクト）を通じて検出器アレイに衝突するようにするファントムを利用してスキャンを行う。信号７０８がランプ信号７２０を交差して２つの信号がほぼ同じくなる時、１番目の交差点７１０における時間が１番目の測定時間ｔ_ａ７２２であり、信号７０８とランプ信号７２０が２番目に交差する２番目の交差点７１８における時間が２番目の測定時間ｔ_ｃ７２４である。放物線の頂点７１２は、ｔ_ａ７２２とｔ_ｃ７２４のほぼ中間時点に位置する。

エアースキャンを行う時に生じる最大電圧を示す３番目の点と、輻射源から放射線がほぼまたは全く放射されない時に生じる最小電圧を示す４番目の点もある。図７において、放物線のゲイン測定値７０６は、検査区域にオブジェクトがなく、スキャナーが最大放射線を出す時に決定される。この場合、オブジェクトによる放射線の減衰がほぼまたは全くないため、検出器アレイがほぼ最大電圧を検知する。したがって、このようなエアースキャンによって生じた電圧信号７０６は、放物曲線７２０上の最大電圧信号地点を表示する。

また、検査区域にオブジェクトがない間、スキャナーが放射線をほぼまたは全く出さなければ、放物線用のオフセット測定値７０４が決定される。この場合、検出器アレイは、放射線をほぼまたは全く検知しない。したがって、このようなスキャンによって生じた電圧信号は電子素子と関連する電子オフセットだけを表示し、放物曲線７２０からほぼ最小オフセット測定値７０４を確認することができる。本実施例では、少なくとも４個地点で決定されるため、ランプ生成器によって生成された「実際」放物曲線、具体的には曲線の関数や傾きを確認することができる。ここで、「実際」放物曲線は、比較器に戻る全ての結果値を補正するのに用いられる。すなわち、少なくとも４個点によって確認された放物曲線は該曲線を作るのに用いられた回路の特性曲線であり、同回路をオブジェクトスキャンに用いるのでスキャンの結果値も調節することができる。

換言すれば、検出された光子数ＮとＡＤ変換器の時間出力（例；図２の２１８Ａ〜Ｎ）の関係は下記の通りである：

ここで、Ｃ_１は定数、ｔ_０は頂点に到達する時の時間、Ｎ_０は頂点において測定した光子数である。図７に示すように、ｔ_０はｎ_ａがｎ_ｃと等しいので解かれる。したがって：

オフセット測定を行う間、何の光子も検知されないため、ｎ_Ｂは０に定められる。したがって、Ｎ_０は下記の通りである：

ゲイン測定を行う間、フルスケール光子数（Ｆ．Ｓ．）とｎ_ｄ（例；可能な最大光子数）が検知されるので：

未知の２個の式Ｎ_０とＣ_１はＦ．Ｓ．の関数で解かれる。したがって：

と

３個の変数Ｃ_１、Ｎ_０、ｔ_０を知っているため、光子数Ｎを与えられた測定時間ｔに対するＦ．Ｓ．の比で解くことができる。したがって：

したがって、Ｘ線源によって十分に正確な電圧が生じるか、該電圧が検出器アレイに印加されれば、４個や３個の測定値を根拠に放物型ランプ信号の傾きを確認することができる。ランプ生成器のこのような特性曲線は比較器２１０の出力２１８を所望の通りに調節するのに用いられることができるため、雑音や歪みを減らすことができる。

図６の方法６００は放物曲線に対して少なくとも４個点を確認し、Ｓ６０８ステップで終了する。

以上で説明した技法を実現するように構成されたプロセッサ−実行命令語が入っているコンピュータ読み取り可能な媒体も本発明の一部である。図８は、このようなコンピュータ読み取り可能な媒体の一例８００を示しており、フラッシュドライブ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、ハードディスクドライブのようなコンピュータ読み取り可能な媒体８０２にコンピュータ読み取り可能なデータ８０４が載せられている。このようなコンピュータ読み取り可能なデータ８０４に含まれたコンピュータ命令語８０６は、以上で説明した原理に従った動作を実行する。コンピュータ命令語８０６は、例えば、図６の方法６００のような方法８０８を実行するように構成される。または、コンピュータ命令語８０６が図１のシステム１００の少なくとも一部分のシステムを実現するように構成されてもよい。当業者であれば、以上で説明した技法に従って動作するように構成される多くの他のコンピュータ読み取り可能な媒体も導き出すことができるであろう。

当業者であれば、以上で説明したシステムや技術に対する色々な長所が分かるであろう。例えば、放物型ランプ信号の両側を使用するため、測定する前にランプ生成器を安定させることができる。この場合、ほぼ完璧な／理想的な放物曲線を検出器アレイの画素によって生成された未知の電圧信号と比較することができる。また、安定周期を用いて（理想的な放物曲線を速く作る必要がないため）非線形ランプ生成器に使用したことよりさらに低帯域幅回路を使用することができる。また、実際放物形状を決定する補正法を用いて、放物型ランプ信号の両側の全てを利用することができる。

Claims (22)

1. 放射線撮影システム用のデータ取得器であって、
   第１対称部と第２対称部の２個の対称部を含む放物型電圧曲線を有するランプ信号を生成するランプ生成器；および
   オブジェクトを検査する間に検出器アレイが検知した光子を表示する信号とランプ信号の前記第１対称部を比較する比較器；
   を含み、
   ランプ信号の第２対称部は、ランプ生成器の回路を安定させるための時間遅延を提供することを特徴とするデータ取得器。
2. 検出器アレイが検知した光子を表示する電流を検出器アレイが検知した光子を表示する電圧信号に変換する電荷積分器をさらに含み、前記比較器がランプ信号の第１対称部と前記電圧信号を比較することを特徴とする、請求項１に記載のデータ取得器。
3. 比較器の出力が変わる時間を表示するデータを生成するラッチをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のデータ取得器。
4. 放物型電圧曲線の傾きを決定する補正器をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のデータ取得器。
5. 前記補正器が放物型電圧曲線を交差する４点に基づいて放物型電圧曲線の傾きを決定し、前記４点のうち少なくとも２個は、同じ光子数と関連する電圧を表示し、前記電圧は、関連の輻射源が作動しない時に生じる電圧でも、エアースキャンを行う時に生じる電圧でもないことを特徴とする、請求項４に記載のデータ取得器。
6. ランプ信号の第１対称部はランプ信号の上昇部を含み、ランプ信号の第２対称部はランプ信号の下降部を含むことを特徴とする、請求項１に記載のデータ取得器。
7. ランプ信号の第１対称部はランプ信号の下降部を含み、ランプ信号の第２対称部はランプ信号の上昇部を含むことを特徴とする、請求項１に記載のデータ取得器。
8. 前記データ取得器が放射線輻射源を含む放射線システムの一部分であることを特徴とする、請求項１に記載のデータ取得器。
9. ランプ生成器を安定させる第１対称部と第２対称部の２個の対称部を含む放物型電圧曲線を有するランプ信号を生成するステップ；および
   オブジェクトを検査する間に検出器アレイが検知した光子を表示する信号とランプ信号の第２対称部を比較するステップ；
   を含むことを特徴とする方法。
10. 前記検出器アレイが放射線システムの一部であることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. ランプ信号の第１対称部はランプ信号の下降部を含み、ランプ信号の第２対称部はランプ信号の上昇部を含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
12. ランプ信号の第１対称部はランプ信号の上昇部を含み、ランプ信号の第２対称部はランプ信号の下降部を含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
13. 前記比較から出力変化がある時にデジタルタイム信号をラッチするステップをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
14. 前記ラッチされたデジタルタイム信号に基づいて検知された光子数を決定するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 放物型電圧曲線の傾きを決定するステップをさらに含み、該決定ステップにおいて放物型電圧曲線を交差する少なくとも４点を確認し、前記４点のうち少なくとも２個は、同じ光子数と関連する電圧を表示し、前記電圧は、輻射源が作動しない時に生じる電圧でも、エアースキャンを行う時に生じる電圧でもないことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
16. ランプ信号の前記第１対称部は、ランプ生成器が電圧レベル精密度閾値に到達するようにする時間周期を提供することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
17. ランプ生成器を作動させてランプ信号を生成するステップをさらに含み、ランプ生成器の作動時点からランプ信号の頂点との間に安定周期があり、頂点から測定周期が始まることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
18. ランプ生成器が安定した時、前記第１対称部から前記測定周期が始まることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. ランプ信号生成器を補正する方法であって、
    放物型電圧曲線を有するランプ信号を受けるステップ；および
    放物型電圧曲線の傾きを決定するために放物型電圧曲線を交差する少なくとも４点を確認するステップ；
    を含み、
    前記４点のうち第１および第２点は、同じ光子数と関連する電圧を表示し、前記電圧は、輻射源が作動しない時に生じる電圧でも、エアースキャンを行う時に生じる電圧でもないことを特徴とするランプ信号生成器の補正方法。
20. 識別された４点に基づいてランプ信号生成器の特性を確認するステップ；および
    確認された特性に基づいて信号を調節するステップ；
    をさらに含むことを特徴とする、請求項１９に記載のランプ信号生成器の補正方法。
21. 前記４点のうち第３点はエアースキャンを行う時に生じる最大電圧を表示し、第４点は放射線が放出されない時に生じる最小電圧を表示することを特徴とする、請求項１９に記載のランプ信号生成器の補正方法。
22. プロセッシングユニットを介して補正を実行しろというコンピュータ実行命令語が入っているコンピュータ読み取り可能な媒体であって、
    前記補正方法は、放物型電圧曲線を有するランプ信号を受けるステップ；および放物型電圧曲線の傾きを決定するために放物型電圧曲線を交差する少なくとも４点を確認するステップ；を含み、
    前記４点のうち第１および第２点は、同じ光子数と関連する電圧を表示し、前記電圧は、輻射源が作動しない時に生じる電圧でも、エアースキャンを行う時に生じる電圧でもないことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な媒体。