JP2014160066A - 帯域幅を最大化しバイアス制御を提供するための低インピーダンスインターフェース回路 - Google Patents

Abstract

【課題】陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）撮像システム内の光検出器のアレイとインターフェースするためのマルチチャネル特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を提供する。
【解決手段】ＡＳＩＣ１２０は、フロントエンド回路４１０に動作可能に結合されており、離散的アナログ信号の組合せに基づいてヒット信号を生成するように構成されている時間判定回路４２０と、フロントエンド回路４１０に動作可能に結合されており、離散的アナログ信号の各々に基づいて合計エネルギー出力信号を生成し、離散的アナログ信号の各々に基づいて合計行出力信号および合計列出力信号を生成するように構成されているエネルギー判定回路４３０とをさらに含む。合計エネルギー出力信号は光検出器のアレイ内の検出した放射のエネルギーレベルを表し、合計行出力信号および合計列出力信号は、放射を検出したロケーションを表す。
【選択図】図５

Description

本開示は一般的には撮像に関し、より詳細には、ソリッドステート光電子増倍管デバイスが生成するアナログ信号を処理する装置および方法に関する。

シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）は、衝突する光子を検出するための受動クエンチガイガーモードアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のアレイである。ＳｉＰＭは、衝突事象の時間、事象に関連するエネルギー、および、検出器内の事象の位置のような、特定のパラメータに関する情報を提供することができる。これらのパラメータは、ＳｉＰＭが生成するアナログ信号に処理アルゴリズムを適用することによって求めることができる。いくつかの従来のＳｉＰＭは非常に高速の信号を生成することができ、それによって、高度なタイミング精度を提供する。

ＳｉＰＭは、従来の光電子増倍管（ＰＭＴ）を超えるいくつかの利点を提供し、それゆえ、医療撮像のための陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）を含む、多くの用途に使用されている。これらの利点は、光子検出効率がより良好であること）すなわち、衝突する光子を検出する確率が高い）、コンパクトであること、耐久性があること、動作電圧が低いこと、磁場の影響を受けにくいこと、および、コストが低いことを含む。

しかしながら、処理するためにＳｉＰＭからアナログ信号を送信することによって、問題が生じる可能性がある。たとえば、そのサイズが小さいことに起因して、所与の用途において多くのＳｉＰＭが使用されることが多い。それゆえ、多くの個々の信号線が信号を搬送する必要がある場合があり、それによって、読出し電子機器の複雑度、製造複雑度およびコストが増大する。さらに、ＳｉＰＭのサイズおよび複雑度が増大すると、信号の品質はより劣化しやすくなる。

米国特許第８，１１０，８０６号明細書

一実施形態において、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）撮像システム内の光検出器のアレイとインターフェースするためのマルチチャネル特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）は、光検出器のアレイに結合され、そこから複数の離散的アナログ信号を受信するように構成されているフロントエンド回路を含む。ＡＳＩＣは、フロントエンド回路に動作可能に結合されており、離散的アナログ信号の組合せに基づいてヒット信号を生成するように構成されている時間判定回路をさらに含む。ヒット信号は、光検出器のアレイが放射を検出したという指示を表す。ＡＳＩＣは、フロントエンド回路に動作可能に結合されており、離散的アナログ信号の各々に基づいて合計エネルギー出力信号を生成し、ならびに、離散的アナログ信号の各々に基づいて合計行出力信号および合計列出力信号を生成するように構成されているエネルギー判定回路をさらに含む。合計エネルギー出力信号は検出した放射のエネルギーレベルを表し、合計行出力信号および合計列出力信号は、光検出器のアレイ内の放射を検出したロケーションを表す。

いくつかの実施形態において、ＡＳＩＣは、フロントエンド回路と時間判定回路との間に動作可能に結合されている第１のチャネルと、各々がフロントエンド回路とエネルギー判定回路との間に動作可能に結合されている複数の第２のチャネルとをさらに含んでもよい。いくつかの実施形態において、フロントエンド回路は、第１のチャネルを使用して離散的アナログ信号の組合せを時間判定回路に転送し、複数の第２のチャネルのうちの対応するものを使用して離散的アナログ信号の各々をエネルギー判定回路に転送するようにさらに構成されてもよい。

いくつかの実施形態において、フロントエンド回路は、光検出器のアレイ内の１つの光検出器のアノードに動作可能に結合されているフロントエンド入力と、カレントミラーと、フロントエンド入力およびカレントミラーに動作可能に結合されているフィードバックネットワークとをさらに含んでもよい。フロントエンド回路は、フロントエンド入力に動作可能に結合されている反転入力、バイアス電圧に動作可能に結合されている非反転入力、および出力を有する増幅器をさらに含んでもよい。フロントエンド回路は、フロントエンド入力に動作可能に結合されているソース、カレントミラーに動作可能に結合されているシンク、および増幅器の出力に動作可能に結合されているゲートを有するトランジスタをさらに含んでもよい。フロントエンド回路は、カレントミラーおよび第１のチャネルに動作可能に結合されている第１のフロントエンド出力と、複数の第２のチャネルのうちの対応するものに動作可能に結合されている第２のフロントエンド出力とをさらに含んでもよい。いくつかの実施形態において、フロントエンド回路は、複数のバイアス電圧を使用してアレイ内の個々の光検出器をイネーブルおよびディセーブルするようにさらに構成されてもよい。いくつかの実施形態において、ＡＳＩＣは、フロントエンド回路に動作可能に結合されており、複数のバイアス電圧を生成するように構成されているバイアス回路をさらに含んでもよい。いくつかの実施形態において、バイアス回路は、マルチチャネルデジタル−アナログ変換器を含んでもよい。

いくつかの実施形態において、フロントエンド回路は、光検出器のアレイ内の各光検出器のアノードに結合されてもよい。いくつかの実施形態において、ＡＳＩＣは、フロントエンド回路に動作可能に結合されており、フロントエンド回路を介してアレイ内の個々の光検出器をイネーブルおよびディセーブルするように構成されているコントローラをさらに含んでもよい。いくつかの実施形態において、フォトダイオードのアレイは、ガイガーモードアバランシェフォトダイオードのアレイを含んでもよい。

一実施形態によれば、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）撮像システム内の光検出器のアレイとインターフェースする方法は、フロントエンド回路を使用して光検出器のアレイ内の各光検出器から離散的アナログ信号を受信するステップと、フロントエンド回路に動作可能に結合されている時間判定回路を使用して離散的アナログ信号の組合せに基づいてヒット信号を生成するステップとを含む。ヒット信号は、光検出器のアレイが放射を検出したという指示を表す。方法は、フロントエンド回路に動作可能に結合されているエネルギー判定回路を使用して離散的アナログ信号の各々に基づいて合計エネルギー出力信号を生成するステップをさらに含む。合計エネルギー出力信号は、検出した放射のエネルギーレベルを表す。方法は、エネルギー判定回路を使用して離散的アナログ信号の各々に基づいて合計行出力信号および合計列出力信号を生成するステップをさらに含む。合計行出力信号および合計列出力信号は光検出器のアレイ内の放射を検出したロケーションを表す。

いくつかの実施形態において、方法は、フロントエンド回路と時間判定回路との間に動作可能に結合されている第１のチャネルを使用して、離散的アナログ信号の組合せをフロントエンド回路から時間判定回路へ転送するステップと、各々がフロントエンド回路とエネルギー判定回路との間に動作可能に結合されている複数の第２のチャネルのうちの対応するものを使用して、離散的アナログ信号の各々をフロントエンド回路からエネルギー判定回路へ転送するステップとをさらに含んでもよい。

いくつかの実施形態において、方法は、各々がそれぞれの光検出器に対応する複数のバイアス電圧のうちの少なくとも１つを使用してアレイ内の個々の光検出器をイネーブルおよびディセーブルするステップをさらに含んでもよい。いくつかの実施形態において、方法は、フロントエンド回路に動作可能に結合されているバイアス回路を使用して複数のバイアス電圧を生成するステップをさらに含んでもよい。

一実施形態によれば、陽電子放射断層撮影撮像システム内の光検出器のアレイとインターフェースするためのマルチチャネル特定用途向け集積回路は、各々が光検出器のアレイに結合され、アレイ内の各光検出器から複数の離散的アナログ信号を受信するように構成されている複数の入力と、離散的アナログ信号の組合せに基づいてヒット信号を生成するように構成されている時間判定回路とを含む。ヒット信号は、光検出器のアレイが放射を検出したという指示を表す。ＡＳＩＣは、離散的アナログ信号の各々に基づいて合計エネルギー出力信号を生成し、ならびに、離散的アナログ信号の各々に基づいて合計行出力信号および合計列出力信号を生成するように構成されているエネルギー判定回路をさらに含む。合計エネルギー出力信号は検出した放射のエネルギーレベルを表し、合計行出力信号および合計列出力信号は、光検出器のアレイ内の放射を検出したロケーションを表す。ＡＳＩＣは、離散的アナログ信号を複数の入力から時間判定回路およびエネルギー判定回路へと転送するための手段をさらに含む。

いくつかの実施形態において、離散的アナログ信号を転送するための手段は、複数の増幅器を含んでもよい。いくつかの実施形態において、離散的アナログ信号を転送するために手段は、複数の入力と時間判定回路との間に動作可能に結合されている第１のチャネルと、各々が複数の入力とエネルギー判定回路との間に動作可能に結合されている複数の第２のチャネルとをさらに含んでもよい。複数の増幅器の各々は、光検出器のアレイ内の１つの光検出器のアノードに動作可能に結合されている入力と、第１のチャネルに動作可能に結合されている第１の出力と、複数の第２のチャネルのうちの対応するものに動作可能に結合されている第２の出力とを含んでもよい。いくつかの実施形態において、離散的アナログ信号を転送するための手段は、複数のカレントミラーを含んでもよい。いくつかの実施形態において、ＡＳＩＣはアレイ内の個々の光検出器をイネーブルおよびディセーブルするための手段をさらに含んでもよい。いくつかの実施形態において、アレイ内の個々の光検出器をイネーブルおよびディセーブルするための手段は、複数のバイアス電圧を生成するように構成されているバイアス回路を含んでもよい。

実施形態の特徴および態様を添付の図面を参照して下記に説明し、図面において要素は必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。

一実施形態によるＰＥＴ−ＭＲＩスキャナの一例のブロック図である。 一実施形態によるＰＥＴデータ取得システムの一例のブロック図である。 一実施形態によるＳｉＰＭ回路の一例の概略図である。 図２のＳｉＰＭからのサンプルパルスを示す図である。 一実施形態によるＡＳＩＣの一例のブロック図である。 一実施形態による図５のＡＳＩＣの一部分の一例のブロック図である。 一実施形態による図５のＡＳＩＣの一部分の一例のブロック図である。

例示的な実施形態は、１つまたは複数のＳｉＰＭが生成するアナログ信号を処理する装置および方法に関する。一実施形態において、マルチチャネル読出しフロントエンド特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）は、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）システム内のＳｉＰＭのアレイとインターフェースする。ＡＳＩＣは、各ＳｉＰＭ内の事象のタイミング、エネルギー、およびロケーションに関する情報を提供するとともに、各ＳｉＰＭをバイアスすることを可能にする。

図１は、さまざまな実施形態とともに使用することができるハイブリッドまたは組合せ陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）−磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）スキャナ１０の一例を示す。スキャナ１０は、概して近位端１２から遠位端１４まで長手方向軸Ｌに沿って長手方向に延在することができる。スキャナ１０は、ＭＲデータを取得するように構成されているＭＲＩスキャナ部分を形成するＭＲＩ構成要素１６および／またはＰＥＴ画像データを取得するように構成されているＰＥＴ画像スキャナ部分を形成するＰＥＴ撮像構成要素１８と、ベッド２０をＭＲＩスキャナ部分の視野（ＦＯＶ）およびＰＥＴスキャナ部分のＦＯＶに対して位置決めするために近位端１２から遠位端１４まで長手方向軸Ｌに沿って平行移動するように構成されている支持構造、たとえば、ベッド２０（またはテーブル）とを含むことができる。本明細書に記載するいくつかの実施形態はＰＥＴ−ＭＲ実施形態を含むが、他の実施形態は、ＰＥＴ、ＰＥＴ−ＣＴ、ＰＥＴ−ＭＲおよび／または他のガンマ線検出器を含むことができることは理解されるべきである。

いくつかの実施形態において、ＭＲＩ構成要素１６は、磁石アセンブリ２２と、磁石アセンブリ２２と別個にまたはその一部として実装することができる勾配磁場コイルアセンブリ２４とを含むことができる。磁石アセンブリ２２は、分極主磁石２６を含むことができる。ＭＲＩ構成要素１６は、無線周波数（ＲＦ）送信コイルおよび位相配列受信コイルとして実装することができるＲＦコイルアセンブリ２８を含むことができる。ＲＦコイルアセンブリ２８は、ＲＦ励起パルスを送信し、ＲＦ励起パルスに応答して被験者から放射するＭＲ信号を受信するように構成することができる。勾配磁場アセンブリ２４は、ｋ空間または生データ行列に従ってスキャナ１０から出力される、取得したＭＲデータを空間的に符号化するための磁場勾配を生成するための１つまたは複数の物理的勾配磁場コイル（たとえば、直交する軸を有する３つの勾配磁場コイル）を含むことができる。

スキャナ１０のＰＥＴ撮像構成要素１８は、被験者から放射された陽電子消滅によるガンマ線を検出するように構成されている陽電子放射検出器３０を含むことができる。検出器３０は、シンチレータおよび光子検出電子機器を含むことができる。検出器３０は、ＰＥＴデータを取得するために、任意の適切な構造のものとし、任意の適切な配列を有することができる。たとえば、例示的な実施形態において、検出器３０はリング構成を有することができる。検出器３０のシンチレータが捕捉したガンマ線入射は、光子検出器３０によって電気信号に変換することができ、これは、ガンマ線検出の対を、一致する可能性のある事象として照合することができるデジタル信号を出力するように調整および処理することができる。２つのガンマ線が互いにほぼ反対に検出器にぶつかるとき、無秩序および散乱の相互作用が検出されない限り、検出器の間の線に沿ったどこかで陽電子消滅が起こった可能性がある。この一致は、コンピュータシステム４０を介して処理および／または記憶することができるＰＥＴデータとして記憶および統合することができる。

例示的な実施形態において、スキャナ１０は、スキャナ１０の動作を制御するための、処理デバイス、たとえば、コントローラ５２を有する制御システム５０を含むことができる。制御システム５０のコントローラ５２は、ＭＲＩ構成要素１６、ＰＥＴ構成要素１８、および／またはベッド２０の動作を制御するようにプログラムおよび／または構成することができる。制御システム５０はスキャナ１０内に含まれているものとして描かれているが、当業者は、制御システム５０またはその部分をスキャナ１０とは別個に離隔して実装することができ、スキャナ１０に通信可能に結合することができることを認識しよう。制御システム５０はコンピュータデバイス４０と通信することができ、それによって、スキャナ１０は、制御システム５０に通信可能に結合されているコンピュータシステム４０を介して、スキャナ１０の動作を制御するために制御システム５０のコントローラ５２にデータおよび／またはコマンドを送信するようにプログラムおよび／または制御することができる。いくつかの実施形態において、コンピュータデバイス４０は、通信ネットワーク５４を介して制御システム５０と通信することができる。いくつかの実施形態において、コンピュータデバイス４０は、図２に関連して後述するＡＳＩＣ１２０のようなＡＳＩＣを含む。

例示的な実施形態において、コンピュータシステム４０は、制御システム５０のコントローラ５２を、コンピュータデバイス４０が制御システム５０に送信する命令、コマンド、および／または要求に応答してスキャンシーケンスを実行するようにＭＲＩ構成要素１６、ＰＥＴ構成要素１８、および／またはベッド２０を制御するように構成および／またはプログラムすることができる。一例として、制御システム５０のコントローラ５２は、被験者がその上に支持されているベッドに、スキャナ１０のＰＥＴスキャナ部分の視野を通過させることによって、一連のＰＥＴ画像を取得するようにプログラムすることができる。別の例として、制御システムのコントローラ５２は、ＭＲ画像を取得するためのスキャンシーケンスのＲＦおよび勾配パルスを生成するように（たとえば、コンピュータデバイス４０を介して）プログラムおよび／または構成することができる。

勾配パルスは、勾配磁場コイルアセンブリ２４内の１つまたは複数の物理的勾配磁場コイルを、スキャナ１０から出力される、取得したＭＲデータを空間的に符号化するための磁場勾配を生成するように制御することによって、ＭＲデータを取得している間に生成することができる。被験者内の励起核が放射する、励起パルスの結果として生じるＭＲ信号は、ＲＦコイルアセンブリ２８によって感知することができ、処理するためにコンピュータシステムに提供することができる。いくつかの実施形態において、ＰＥＴデータおよびＭＲデータは、スキャナ１０によって同時に取得することができる。

例示的な実施形態において、ＭＲデータ取得の視野（ＦＯＶ）は、制御システム５０によって（たとえば、コンピュータデバイス４０の方向において）シフトすることができる。たとえば、ＦＯＶのロケーションは、ＭＲ受信機の周波数および／またはＭＲ受信機の位相を（たとえば、コンピュータデバイス４０および／または制御システム５０を介して）制御することによって制御することができる。ＦＯＶはＭＲＩスキャナ部分の撮像領域を画定し、それによって、ＦＯＶ内にある被験者の部分がＭＲＩスキャナ部分によって撮像される。被験者のＭＲデータは、ＭＲＩスキャナ部分のＦＯＶをシフトすることによって、および／またはベッド２０のＦＯＶに対する位置を調整することによって、取得することができる。たとえば、患者の全身ＭＲスキャンは、ベッド２０をスキャナ１０に位置決めし、異なる複数の視野についてＭＲデータを取得し、および／または、視野を静止したままにして被験者がその上に支持されているベッド２０に視野を通過させることによって達成することができる。

被験者の身体の輪郭および肺のような主要組織のロケーションを含む生体構造マップを（コンピュータデバイス４０を介して）生成することによって、ＭＲスカウト画像から被験者の生体構造を識別することができる。輪郭は、被験者の身体と被験者の周囲環境（たとえば、空気）との間のピクセルメイドコントラストに基づいて生成することができる。コンピュータデバイス４０が生成した輪郭は、たとえば、被験者の脚および頭を識別することによって、ベッド２０上の被験者の向きを求めるのに使用することができる。輪郭および組織ロケーションを使用して、被験者の生体構造および向きならびに被験者の身長に従ってスキャンを分割するために、ＰＥＴスキャンのスケジュールを、スケジュールされたスキャンが被験者の生体構造を完全にカバーするように、（コントローラ５２および／またはコンピュータデバイスを介して）生成することができる。

図２は、一実施形態によるＰＥＴデータ取得システム１００の一例のブロック図である。システム１００は、たとえば、図１のスキャナ１０および／またはコンピュータデバイス４０に含まれてもよい。システム１００は、複数のＳｉＰＭ１１０と、ＡＳＩＣ１２０とを含む。各ＳｉＰＭ１１０は、ＡＳＩＣ１２０と電気的に通信しているアナログアノード出力１１２を有する。５１１ｋｅＶのガンマ線がシンチレータに作用すると、光が生成される。このシンチレーション光はＳｉＰＭ１１０のうちの少なくとも１つによって検出され、迅速に増幅される。アノード出力１１２は、後述するようにＡＳＩＣ１２０に対する入力として使用することができる。ＡＳＩＣ１２０は、出力として、各々が、ＡＳＩＣ１２０による処理の後に、たとえば、ＰＥＴスキャナ（図示せず）からＳｉＰＭ１１０が得た情報を表す、１つまたは複数のタイミング信号１２２、エネルギー信号１２４および／または位置信号１２６を提供する。例示的な実施形態において、システム１００は１８個のＳｉＰＭ１１０を含むことができるが、他の実施形態においては異なる量のＳｉＰＭ１１０を使用してもよいことが理解されよう。

図３は、図２のＳｉＰＭ１１０の回路の一例の均等な概略図を示す。ＳｉＰＭ１１０はアナログアノード出力１１２を含む。一実施形態において、ＳｉＰＭ１１０の各々のアノード出力１１２はＡＳＩＣに対する入力として使用することができる。図４は、増幅した後の単一のＳｉＰＭ１１０からのサンプルパルスを示す。図４において支配的な線は５１１ｋｅＶのガンマ信号を表す。

図５は、一実施形態による図２のＡＳＩＣ１２０の一例のブロック図である。ＡＳＩＣ１２０は、フロントエンド回路４１０と、時間判定回路４２０と、エネルギー判定回路４３０と、バイアス生成回路４４０とを含む。ＳｉＰＭデバイス１１０のアナログアノード出力１１２が、図５に示し後述するように、ＡＳＩＣフロントエンド４１０にＤＣ結合することができる。フロントエンド回路４１０は電流バッファとして機能することができ、非常に低い入力インピーダンスおよび高い帯域幅を有する１つまたは複数の増幅器４１２を含むことができ、当該増幅器は、高いタイミング分解能を提供し、入力信号のエネルギー情報を維持する。フロントエンド回路４１０はカレントミラーを使用して、アナログアノード出力１１２の各々から受信した信号を増幅して２つのコピー、すなわち、増幅器４１２の各々が出力する第１のコピーと、増幅器４１２の各々が出力する第２のコピーとに分割する。

増幅器４１２の各々からの増幅信号の第１のコピーは、ライン４１４（たとえば、第１のチャネル）上でフロントエンド回路４１０がＳｉＰＭアナログアノード出力１１２の１つまたは複数からの信号の合計として出力することができ、これは時間判定回路４２０が、出力４２２においてタイミング情報を生成するのに使用することができる。増幅器４１２の各々からの増幅信号の第２のコピーは、各々がそれぞれのＳｉＰＭ１１２に対応するライン４１６、４１７または４１８（たとえば、第２のチャネル）上でフロントエンド回路４１０が出力することができる。増幅信号の第２のコピーは、フロントエンド回路４１０からエネルギー判定回路４３０に出力することができ、当該エネルギー判定回路は、それぞれ出力４３２および４３４においてエネルギーおよび位置情報を生成するように構成することができる。たとえば、位置情報は、別個の出力上で提供される２次元（たとえば、ｘ軸およびｚ軸）位置情報を含んでもよい。ライン４１４上の時間判定回路４２０への信号は、たとえば、ライン４１６、４１７、４１８上のエネルギー判定回路４３０への信号よりも速く、より高い帯域幅で伝搬することができる。

一実施形態において、各ＳｉＰＭデバイス１１０のアナログアノード出力１１２は、ＡＳＩＣ１２０のＤＡＣ４４２を介して特定の電位まで個々にバイアスすることができる。１８個のＳｉＰＭがフロントエンド回路４１０に接続されているこの例において、ＤＡＣ４４２は１８チャネルＤＡＣであってもよい。

例示的な実施形態において、エネルギー判定回路４３０は、それぞれライン４１６、４１７、および４１８上で受信した信号に重み４３１、４３３、４３５を加えることができる。重み付き信号は、各々３つの成分、すなわち、第１の成分（たとえば、エネルギー出力）、第２の成分（たとえば、行出力）および第３の成分（たとえば、列出力）を有することができる。第１の成分の各々は合計し、合計エネルギー出力としてライン４３２上に出力することができる。第２の成分の各々は合計することができ、第３の成分の各々は合計することができる。合計した第２の成分および第３の成分は、ライン４３４上に合計行出力および合計列出力として出力することができる。

図６は、ＤＡＣ４４２を含むＡＳＩＣ１２０の一部分の一例のブロック図である。ＤＡＣ４４２は、抵抗器５１２を通じてＳｉＰＭ１１０のアナログアノード出力１１２にバイアス電圧５１０を提供することができる。ダイオード５１４が、アノード出力を、キャパシタ５１６を通じて図５のフロントエンド４１０に結合する。

再び図５を参照すると、フロントエンド４１０は、たとえば、非常に低い入力インピーダンスおよび高い帯域幅を有し、高度なタイミング分解能を提供する１８個の増幅器を含んでもよい。必要な場合、図５に示す各増幅器４１２は、バイアス生成回路４４０内のコントローラ４４２を通じて電源をオフにして、時間判定回路４２０およびエネルギー判定回路４３０から接続切断することができる。電源オフの間、ＡＳＩＣ１２０を保護してＳｉＰＭ１１０間の暗電流およびクロストークを最小限に抑えるために、対応するアノードを特定の電位にバイアスすることができる。

一実施形態において、フロントエンド４１０の帯域幅および電力レベルはコントローラ４４２を通じて構成することができる。時間判定回路４２０は、出力４２２においてＨＩＴ信号を生成するためにＳｉＰＭ１１０の出力１１２に対応する組合せ信号を処理することができる。エネルギー判定回路４３０は、それぞれ出力４３２および４３４においてエネルギー信号および位置信号を生成するために、フロントエンド出力４１６、４１７、および／または４１８をプログラム可能な重み（たとえば、重み４３１、４３３、４３５）でスケーリングしたものを合計することができる。一実施形態において、ｘ位置座標およびｚ位置座標のためのプログラム可能な重みは同一とすることができ、これによってシステムレベル設計が単純になる。コントローラ４４２は重みを構成および設定するために外部ＦＰＧＡ（図示せず）とインターフェースすることができる。

図７は、一実施形態による、図５のフロントエンド回路の一例をさらに詳細に示す。ＳｉＰＭデバイス１１０のアナログアノード出力１１２は、トランジスタ７０２のソースに直接結合することができる。帯域幅を増大して入力インピーダンスを低減するために、アノードとトランジスタ７０２のゲート７０４との間に電圧増幅器７１０を挿入することによって、負フィードバック経路を設けることができる。増幅器７１０の反転入力端子７１２はアノード１１２に直接結合することができる。増幅器７１０の非反転入力端子７１４は基準電圧Ｖ_bias７２０に結合することができる。増幅器７１０は、たとえば、高い開ループ利得Ａを有してもよい。負フィードバックの開ループ利得が高いことに起因して、Ｖ_biasに非常に近い電圧において、負フィードバックネットワークによってアノード電圧をバイアスすることができる。トランジスタ７０２に流れ込む電流は、カレントミラー７３０の入力分岐に供給され、カレントミラーのそのダイオード接続入力トランジスタを通じて電圧を生成することができる。フロントエンド電流バッファのダイナミックレンジを増大するために、アノード１１２とカレントミラー７３０との間に電流フィードバックネットワーク７４０を挿入することができる。いくつかの実施形態において、ミラー電流の、利得が異なるＮ個のコピーを後処理のために使用することができ、１の利得を有する電流のコピーをタイムスタンプのためにタイミングチャネルに合計してもよく、２分の１の利得を有する電流のコピーを結晶のエネルギー統合および位置のために合計してもよい。

このように、本発明のいくつかの例示的な実施形態を説明したが、さまざまな変更、修正、および改善が当業者には容易に想起されよう。そのような変更、修正、および改善は本開示の一部であるように意図されており、本発明の範囲内にあることが意図されている。したがって、上記の説明および図面は例示のみを目的としたものである。

１０ スキャナ
１２ 近位端
１４ 遠位端
１６ ＭＲＩ構成要素
１８ ＰＥＴ撮像構成要素
２０ ベッド（またはテーブル）
２４ 勾配磁場コイルアセンブリ
２６ 分極主磁石
２８ ＲＦコイルアセンブリ
３０ 検出器
４０ コンピュータシステム
５０ 制御システム
５２ コントローラ
５４ 通信ネットワーク
１００ ＰＥＴデータ取得システム
１１０ ＳｉＰＭ
１１２ アノード出力
１２０ ＡＳＩＣ
１２２ タイミング信号
１２４ エネルギー信号
１２６ 位置信号
４１０ フロントエンド回路
４１２ 増幅器
４１４ ライン
４１６ ライン
４１７ ライン
４１８ ライン
４２０ 時間判定回路
４２２ 出力
４３０ エネルギー判定回路
４３１ 重み
４３２ エネルギー情報出力
４３３ 重み
４３４ 位置情報出力
４３５ 重み
４４０ バイアス生成回路
４４２ ＤＡＣ
５１０ バイアス電圧
５１２ 抵抗器
５１４ ダイオード
５１６ キャパシタ

Claims (10)

1. 陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）撮像システム内の光検出器のアレイとインターフェースするためのマルチチャネル特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であって、該ＡＳＩＣは、
   前記光検出器のアレイに結合され、そこから複数の離散的アナログ信号を受信するように構成されているフロントエンド回路と、
   前記フロントエンド回路に動作可能に結合されており、前記離散的アナログ信号の組合せに基づいてヒット信号を生成するように構成されている時間判定回路であって、前記ヒット信号は、前記光検出器のアレイが放射を検出したという指示を表す、時間判定回路と、
   前記フロントエンド回路に動作可能に結合されており、前記離散的アナログ信号の各々に基づいて合計エネルギー出力信号を生成し、ならびに、前記離散的アナログ信号の各々に基づいて合計行出力信号および合計列出力信号を生成するように構成されているエネルギー判定回路であって、前記合計エネルギー出力信号は、前記光検出器のアレイ内の前記検出した放射のエネルギーレベルを表し、前記合計行出力信号および合計列出力信号は、前記光検出器のアレイ内の前記放射を検出したロケーションを表す、エネルギー判定回路と
   を備える、ＡＳＩＣ。
2. 前記フロントエンド回路と前記時間判定回路との間に動作可能に結合されている第１のチャネルと、
   各々が前記フロントエンド回路と前記エネルギー判定回路との間に動作可能に結合されている複数の第２のチャネルと
   をさらに備える、請求項１記載のＡＳＩＣ。
3. 前記フロントエンド回路は、
   前記第１のチャネルを使用して前記離散的アナログ信号の組合せを前記時間判定回路に転送し、
   前記複数の第２のチャネルのうちの対応するものを使用して前記離散的アナログ信号の各々を前記エネルギー判定回路に転送するようにさらに構成されている、請求項２記載のＡＳＩＣ。
4. 前記フロントエンド回路は、
   前記光検出器のアレイ内の１つの光検出器のアノードに動作可能に結合されているフロントエンド入力と、
   カレントミラーと、
   前記フロントエンド入力と前記カレントミラーとの間に動作可能に結合されているフィードバックネットワークと、
   前記フロントエンド入力に動作可能に結合されている反転入力、バイアス電圧に動作可能に結合されている非反転入力、および出力を有する増幅器と、
   前記フロントエンド入力に動作可能に結合されているソース、前記カレントミラーに動作可能に結合されているシンク、および前記増幅器の前記出力に動作可能に結合されているゲートを有するトランジスタと、
   前記カレントミラーおよび前記第１のチャネルに動作可能に結合されている第１のフロントエンド出力と、
   前記複数の第２のチャネルのうちの対応するものに動作可能に結合されている第２のフロントエンド出力と
   をさらに備える、請求項３記載のＡＳＩＣ。
5. 前記フロントエンド回路は、複数のバイアス電圧を使用して前記アレイ内の個々の光検出器をイネーブルおよびディセーブルするようにさらに構成されている、請求項４記載のＡＳＩＣ。
6. 前記フロントエンド回路に動作可能に結合されており、前記複数のバイアス電圧を生成するように構成されているバイアス回路をさらに備える、請求項５記載のＡＳＩＣ。
7. 前記バイアス回路は、マルチチャネルデジタル−アナログ変換器を含む、請求項６記載のＡＳＩＣ。
8. 前記フロントエンド回路は、前記光検出器のアレイ内の各光検出器のアノードに結合されている、請求項１記載のＡＳＩＣ。
9. 前記フロントエンド回路に動作可能に結合されており、該フロントエンド回路を介して前記アレイ内の個々の光検出器をイネーブルおよびディセーブルするように構成されているコントローラをさらに備える、請求項１記載のＡＳＩＣ。
10. 前記フォトダイオードのアレイは、ガイガーモードアバランシェフォトダイオードのアレイを含む、請求項１記載のＡＳＩＣ。