JP4376517B2 - コンピュータトモグラフィ向けデータ取得 - Google Patents

Description

【０００１】
［発明の分野］
本発明は、医用画像形成に関し、コンピュータトモグラフィー（ＣＴ）に対する特定の適用を有する。
また、本発明は、工業検査システム、非破壊検査、手荷物検査等を含むＸ線検出及び画像形成の分野における適用を見出すものである。
【０００２】
［発明の背景］
初期のＣＴスキャナは、検査領域を通してＸ線を送出するための１つのペンシルビームＸ線源、及びＸ線が検査領域において患者を通過した後に減衰されたＸ線を受けるための１つの検出器のみを有していた。Ｘ線源及び検出器は、繰返し回転され、検査領域に関して転換され、患者の画像が取得された。これらのスキャナにより画像を取得するプロセスは、低速であり、低解像度の画像となる。
【０００３】
ＣＴ技術における後続する開発は、走査時間を減少して、患者のスループットを増加し、更には画像の空間解像度を増加するためになされてきている。これらの目標は、とりわけ、Ｘ線源により発生されるビーム放射線のサイズを増加することにより、及びスキャナにおける検出器の数を増加することにより達成されてきている。
【０００４】
初期のスキャナに関して、第２の世代のスキャナは、回転‐変換システムを採用したが、検出器のアレイ及び小型のファンビームＸ線源を通して、初期のスキャナのデータ取得速度に関して改善した。
【０００５】
また、第３世代のＣＴスキャナは、ファンビームＸ線源及び物体に関して同時に回転する検出器のアレイを使用した。しかし、第３世代のスキャナのファンビームは、患者の関心のある領域の断面をカバーするに十分な広さである。したがって、Ｘ源‐検出器のアセンブリを変換する必要がない。
【０００６】
第３世代のスキャナのように、第４世代のＣＴスキャナは、検査領域に関して回転するファンビームＸ線源を使用している。しかし、検出器は、検査領域の周囲に分散されており、Ｘ線源と回転しない。
【０００７】
機器構成にもかかわらず、ＣＴスキャナは、患者の検査領域を通過するＸ線放射線を電気信号に変換する少なくとも１つのディスクリートな放射線検出器を含んでいる。それぞれの放射線検出器は、受けた放射線を対応する光の量に変換するシンチレーション結晶のようなＸ線感知面を含んでおり、固体フォトダイオードが設けられ、シンチレーション結晶により放出された光を、結晶が放出した光の強度、したがって受けた放射線の強度を示すアナログの電気信号に変換する。
【０００８】
マルチスライスイメージングのケースでは、放射線検出器の２次元アレイが使用される。放射線検出器は、回路ボードに個別に配列される。それぞれの回路ボードは、フォトダイオードのアレイ及び付属のシンチレーション結晶を支持する。さらに、プリアンプが回路ボードに作用的に接続され、それぞれのフォトダイオード出力に接続されて、フォトダイオードの電流をアナログ／デジタル変換システムのダイナミックレンジ内の適切な電圧に変換する。
【０００９】
回路ボードからのアナログ信号は、個別の処理エリアに送出され、そのアナログ状態から対応するデジタル信号に変換される。処理エリアは、検出器から同じ距離で典型的に配置される。アナログ信号は、フォトダイオードからアナログ／デジタル変換器に延びる比較的長いバスシステムを介して、処理領域に送出される。
【００１０】
かかるシステムの１つの問題は、放射線検出器と処理領域の間の長いバスシステムにわたり転送されるとき、アナログ信号の品質の低下に関する。
ＣＴスキャナは、外部の無線周波数の電磁信号の環境において動作し、該電磁信号の周波数は、広い帯域にわたり変化する。外部の信号源は、近くで動作している電気的な装置、設備、他の検出器からの信号等である。長いバスシステムは、外部の電磁信号を誤って受信し、該受信した電磁信号をアナログ信号に変換するアンテナとしての役割を果たす長いリード線を含んでいる。
【００１１】
外部のアナログ信号は、検出器からのアナログ信号に重ね合わされるか、混合される。重ね合わされた外部信号は、画像に復元されたときに、雑音及び架空のデータとして現れる。結果的に得られる画像は、雑音、ゴースト及び他のアーチファクトによりその品質が低下される。
【００１２】
別の問題は、検出器の数が増加したときに、検出器に関連する電気回路の複雑さに関する。
それぞれの検出器は、全てのフロントエンドエレクトロニクス及びハードウェアが検出器をサポートして、個別のチャネルを通常必要とする。検出器の数が増加すると、増加された検出器により生成された信号を処理して転送するために、回路及び関連する電気的な接続が必要とされる。したがって、非常に多くの検出器を実現することは、困難なタスクであった。
【００１３】
［発明の概要］
当業者であれば、発明の実施の形態を読んで理解することに応じて、本発明の態様は、上記及び他の課題に対処しうることを理解されるであろう。
【００１４】
本発明の１態様によれば、コンピュータトモグラフィによる画像形成システムが提供される。本システムは、検査領域を定義する固定ガントリー部分と、検査領域に関して回転するための回転ガントリー部分とを含んでいる。Ｘ線源は、検査領域を通過するＸ線を投影するために、回転ガントリー部分に配置される。複数のモジュール化検出ユニットは、Ｘ線源から検査領域の向こう側に配置される。
それぞれの放射線検出ユニットは、Ｘ線が検査領域を通過した後にＸ線源からの放射線を受け、これにより受けた放射線を示すアナログ信号を生成するためのＸ線感知セルからなるアレイを含んでいる。また、それぞれの放射線検出ユニットは、Ｘ線感知セルに接続される複数の集積回路を含んでいる。それぞれの集積回路は、複数のチャネルを含み、それぞれのチャネルは、Ｘ線感知セルからのアナログ信号を受けて、該アナログ信号の値を示すデジタルデータを生成する。
【００１５】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのモジュール化放射線検出ユニットは回路ボードを含んでおり、複数のＸ線感知セル及び複数の集積回路は、この回路ボードに配置される。
本発明の更に限定された態様によれば、集積回路は、Ｘ線感知セルからそのそれぞれの集積回路までの距離の変化が最小化されるように、回路ボードに配置されている。
【００１６】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれの集積回路は、少なくとも３２チャネルを有している。
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、所定の時間期間に多数の電気パルスを発生するレシオメトリック電流／周波数変換器を含んでおり、この電気パルスの数は、該アナログ信号の振幅に比例している。
【００１７】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルはまた、該所定の時間期間に発生された電気パルスの数を示す第１のデジタル値と、該所定の時間期間の第１のパルスと第２のパルスの間の時間の周期を示す第２のデジタル値とを発生する周波数／デジタル変換器を含んでいる。
本発明の更に制限された態様によれば、それぞれのチャネルは、パラレル／シリアル変換器を備えており、このパラレル／シリアル変換器は、複数のチャネルからのデジタルデータが結合されて、デジタルデータからなる１つの出力ストリームを形成するように、チャネルを相互接続するための手段を含んでいる。
【００１８】
本発明の更に限定された態様によれば、Ｘ線感知セルのアレイは、Ｍ行Ｎ列を有するアレイであって、Ｍ及びＮは、２よりも大きいか、又は２に等しい整数である。
本発明の更に限定された態様によれば、Ｘ線感知セルのアレイのそれぞれの行は、画像データの１つのスライスに対応する。
本発明の更に限定された態様によれば、Ｘ線感知セルの少なくとも１行は、集積回路の１つに接続されている。
【００１９】
本発明の別の態様によれば、ＣＴ画像形成システムが提供される。ＣＴ画像形成システムは、検査領域を定義するガントリー、及び検査領域を通してＸ線を投影するためのＸ線源を含んでいる。また、本システムは、検査領域を通過するＸ線を複数のアナログ信号に変換するための複数のＸ線感知セルを含んでいる。複数の集積回路は、Ｘ線感知セルと電気的に接続されており、それぞれの集積回路は、アナログ信号を受けて、該アナログ信号の値を示すデジタルデータを生成する。集積回路は、検査領域の周辺に配置され、複数の集積回路からのデジタルデータが結合されて、デジタルデータからなる１つの出力ストリームを形成するように、集積回路を相互接続するための手段を含んでいる。
【００２０】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれの集積回路は、複数のチャネルを含んでおり、それぞれのチャネルは、１つのＸ線感知セルのアナログ信号をデジタルデータに変換するためのアナログ／デジタル変換器を有している。
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、所定の時間期間に多数の電気パルスを発生するためのレシオメトリック電流／周波数変換器を含んでいる。この電気パルスの数は、該アナログ信号の振幅に比例する。
【００２１】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、該所定の時間期間に発生された電気パルスの数を示す第１のデジタル値と、該所定の時間期間の最初のパルスと最後のパルスの間の時間の周期を示す第２のデジタル値とを発生する周波数／デジタル変換器を含んでいる。
本発明の更に限定された態様によれば、ＣＴ画像形成システムは、該第１のデジタル値の値が少なくとも２であることを保証するための手段を含んでいる。
【００２２】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、該デジタルデータをシリアル出力ストリームに出力するためのパラレル／シリアル変換器を含んでいる。
本発明の更に限定された態様によれば、ＣＴ画像形成システムは、検査領域の周辺に配置される複数の回路ボードを含んでおり、Ｘ線感知セルと集積回路はこの回路ボードに配置されている。
【００２３】
本発明の別の態様によれば、固定ガントリー部分、検査領域に関する回転のための回転ガントリー部分、検査領域を通してＸ線を投影するために、回転ガントリー部分に配置されるＸ線源、Ｘ線源から検査領域の向こう側に配置され、Ｘ線源で発生されたＸ線を受け、これにより受けたＸ線を示すアナログ信号を生成するための複数のＸ線感知セル、Ｘ線検出器に近接して配置される少なくとも１つの集積回路を含むＣＴ画像形成システムが提供される。集積回路は、複数のチャネルを含み、それぞれのチャネルは、１つのＸ線感知セルに接続され、Ｘ線感知セルからのアナログ信号を受けて、該アナログ信号の値を示すデジタルデータを生成する。
【００２４】
本発明の更に限定された態様によれば、複数のＸ線感知セル及び集積回路は、回路ボードに配置される。
本発明の更に限定された態様によれば、複数のＸ線感知セルは、２次元アレイにおいて配置される。
【００２５】
本発明の更に限定された態様によれば、２次元アレイは、少なくとも２行及び少なくとも２列のＸ線感知セルを含んでいる。
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、所定の時間期間に多数の電気パルスを発生するレシオメトリック電流／周波数変換器を含み、この電気パルスの数は、該チャネルにより受けた該アナログ信号の振幅に比例する。
【００２６】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、所定の時間期間で発生された電気パルスの数を示す第１のデジタル値と、該所定の時間期間の最初のパルスと最後のパルスの間の時間の周期を示す第２のデジタル値とを生成する周波数／デジタル変換器を含んでいる。
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、複数のＸ線感知セルの該デジタルデータをシリアル出力ストリームで出力するためのパラレル／シリアル変換器を含んでいる。
【００２７】
本発明の更に限定された態様によれば、集積回路は、第２の集積回路からのデジタルデータを受けるための手段を含んでいる。この受けたデジタルデータは、第２の集積回路のアナログ信号の値を示す。また、集積回路は、デジタルデータを第３の集積回路に送出するための手段を含んでいる。この送出されるデジタルデータは、該集積回路のアナログ信号の値を示している。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、コンピュータトモグラフィによる画像形成システムが提供される。ＣＴ画像形成システムは、検査領域を有する固定ガントリー部分と、検査領域に関して回転するための回転ガントリー部分とを含んでいる。また、本システムは、回転ガントリー部分に設けられ、検査領域を通してＸ線を投影するためのＸ線源と、Ｘ線源から検査領域の向こう側に配置される複数の放射線検出ユニットとを含んでいる。それぞれの放射線検出ユニットは、回路ボードと、Ｘ線源から放射線検出ユニットに通過する放射線を示すアナログ信号を生成するためのＸ線検出手段とを含んでいる。
【００２９】
Ｘ線検出手段は、Ｘ線検出セルからなる２次元アレイを含んでおり、回路ボードに配置される。また、それぞれの放射線検出ユニットは、アナログ信号をデジタルデータに変換するためのマルチチャネルアナログ／デジタル変換手段を含んでいる。このマルチチャネルアナログ／デジタル変換手段のそれぞれのチャネルは、１つのＸ線感知セルに接続され、マルチチャネルアナログ／デジタル変換手段は、回路ボードに配置されている。
【００３０】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、所定の時間期間に多数の電気パルスを発生するためのレシオメトリック電流／周波数変換器を含んでいる。この電気パルスの数は、該アナログ信号の振幅に比例する。
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、該所定の時間期間に発生された電気パルスの数を示す第１のデジタル値と、該所定の時間期間の最初のパルスと最後のパルスの間の時間の周期を示す第２のデジタル値とを生成する周波数／デジタル変換器を含んでいる。
【００３１】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、Ｘ線感知セルからなる２次元アレイのデジタルデータをシリアル出力ストリームで出力するためのデジタル／周波数変換器を含んでいる。
本発明の更に限定された態様によれば、Ｘ線感知セルのそれぞれのアレイは、多数の行及び列を含んでおり、それぞれの行は、画像データの１つのスライスに対応する。
本発明の更に限定された態様によれば、マルチチャネルアナログ／デジタル変換手段は、少なくとも１つの集積回路を含み、Ｘ線感知セルからなるアレイの１行のＸ線感知セルは、同じ集積回路に接続される。
【００３２】
本発明の別の態様によれば、コンピュータトモグラフィによる画像形成方法が提供される。本方法は、Ｘ線源を使用して検査領域を通してＸ線を投影するステプと、回路ボードに配置される複数のＸ線感知セルを使用して、Ｘ線が検査領域を通過した後に、投影されたＸ線を検出するステップとを含んでいる。複数のＸ線感知セルは、これにより検出されたＸ線を示す対応するアナログ信号をそれぞれ生成する。
【００３３】
また、本方法は、少なくとも１つの集積回路を使用して、アナログ信号をデジタル信号に変換するステップを含んでいる。集積回路は、該アナログ信号のアナログ／デジタル変換のための複数のチャネルを含んでおり、回路ボードに配置される。それぞれのチャネルは、１つのＸ線感知セルのアナログ信号を変換する。
【００３４】
本発明の更に限定された態様によれば、ＣＴ画像形成方法は、複数のＸ線感知セルからのデジタルデータを含むシリアルデータストリームを生成するステップを含んでおり、シリアルデータストリームを生成するためのステップは、集積回路を使用して実行される。
【００３５】
本発明の更に限定された態様によれば、該アナログ信号をデジタルデータに変換するステップは、それぞれのＸ線感知セルについて、所定の時間期間に多数のパルスを表す第１の値を記憶するステップと、該所定の時間期間に生じた最初のパルスと最後のパルスの間の時間を示す第２の値を記憶するステップを含んでいる。上記パルスは、それぞれのＸ線感知セルからのアナログ信号が閾値に到達するときに生じる。
【００３６】
本発明の更に限定された態様によれば、ＣＴ画像形成方法は、少なくとも２つのパルスが所定の時間期間に生じることを保証するステップを含んでいる。
本発明の別の態様によれば、ＣＴ画像形成方法が提供される。本方法は、検査領域に関してＸ線源を回転するステップと、Ｘ線源を使用して、検査領域を通してＸ線を投影するステップと、及びＸ線感知セルからなる複数の２次元アレイを使用して、投影されたＸ線を検出するステップとを含んでいる。
【００３７】
Ｘ線感知セルからなるアレイは、複数の回路ボードに配置されており、それぞれのＸ線感知セルは、Ｘ線感知セルにより検出されたＸ線を示すアナログ信号を生成する。また、本方法は、複数の集積回路を使用して、該アナログ信号を示すデジタルデータを生成するステップを含んでいる。集積回路は、回路ボードに配置されている。それぞれの集積回路は、複数のチャネルを含んでおり、それぞれのチャネルは、少なくとも１つのＸ線感知セルからのアナログ信号をデジタルデータに変換する。
【００３８】
本発明の更に限定された態様によれば、ＣＴ画像形成方法は、集積回路のチャネルを相互接続することにより、デジタルデータからなる１つの出力ストリームを生成するステップを含んでいる。
本発明の更に限定された態様によれば、集積回路のそれぞれのチャネルは、レシオメトリック電流／周波数変換器を含んでいる。
【００３９】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、所定の時間期間に多数の電気パルスを発生するための周波数／デジタル変換器を含んでいる。この電気パルスの数は、アナログ信号の振幅に比例している。
本発明の更に限定された態様によれば、ＣＴ画像形成方法は、所定の時間期間の多数の電気パルスを示す第１のデジタル値と、該所定の時間期間に生じる最初のパルスと最後のパルスの間の時間の周期を示す第２のデジタル値とを発生するステップとを含んでいる。
【００４０】
本発明の別の態様によれば、コンピュータトモグラフィによる画像形成における使用向けのモジュール化放射線検出ユニットが提供される。このモジュール化放射線検出ユニットは、回路ボードを含んでおり、複数のＸ線感知セルは回路ボードに配置されている。Ｘ線感知セルは、Ｘ線が検査領域を通過した後にＸ線を受け、これにより受けたＸ線を示すアナログ信号を生成する。
【００４１】
また、モジュール化放射線検出ユニットは、回路ボードに配置される少なくとも１つの集積回路を含んでいる。集積回路は、複数のＸ線感知セルからのアナログ信号をデジタルデータに変換するための複数のアナログ／デジタル変換チャネルを含んでいる。
【００４２】
本発明の更に限定された態様によれば、複数のＸ線感知セルは、多数の行及び列を有する２次元アレイにおいて配列されている。
本発明の更に限定された態様によれば、２次元アレイのそれぞれの行は、コンピュータトモグラフィによる画像データの１つのスライスに対応している。
【００４３】
本発明の更に限定された態様によれば、Ｘ線感知セルからなる２次元アレイの少なくとも１行は、１つの集積回路に接続されている。
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのアナログ／デジタル変換チャネルは、少なくとも１つのＸ線感知セルからのアナログ信号を受ける。
【００４４】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、所定の時間期間に多数の電気パルスを発生するための電流／周波数変換器を含んでいる。この電気パルスの数は、該チャネルによる変換されたアナログ信号の振幅に比例する。
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、所定の時間期間に発生された電気パルスの数を示す第１のデジタルデータと、該所定の時間期間の最初のパルスと最後のパルスの間の時間の周期を示す第２のデジタル信号とを発生する周波数／デジタル変換器を含んでいる。
【００４５】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、パラレル／シリアル変換器を含んでおり、第１のデジタル値と第２のデジタル値とをシリアル出力ストリームで出力する。
本発明の更に限定された態様によれば、パラレル／シリアル変換器は相互接続され、複数のチャネルのデジタルデータのシリアル出力を生成する。
【００４６】
本発明の別の態様によれば、ＣＴ画像形成における使用向けのモジュール化放射線検出ユニットが提供される。モジュール化放射線検出ユニットは、回路ボード、回路ボードに配置され、Ｘ線が検査領域を通過した後にＸ線を受け、これにより受けたＸ線を示すアナログ信号を生成するための複数のＸ線感知セル、及び回路ボードに配置され、Ｘ線感知セルと電気的に接続される複数の集積回路を含んでいる。集積回路は、複数のチャネルを含んでおり、それぞれのチャネルは、１つのＸ線感知セルに接続されており、Ｘ線感知セルにより生成されたアナログ信号を受けて、該アナログ信号を第１のデジタルデータに変換する。
【００４７】
また、モジュール化放射線検出ユニットは、第２のモジュール化放射線検出ユニットからの第２のデジタルデータを受けるための手段を含んでいる。第２のデジタルデータは、第２のモジュール化放射線検出ユニットで受けたＸ線を示している。また、モジュール化放射線検出ユニットは、第１のデジタルデータ及び第２のデジタルデータを第３のモジュール化放射線検出ユニットに出力するための手段を含んでいる。
【００４８】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、所定の時間期間に多数の電気パルスを発生するためのレシオメトリック電流／周波数変換器を含んでおり、この電気パルスの数は、該チャネルにより受けた該アナログ信号の振幅に比例している。
【００４９】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、所定の時間期間に発生された電気パルスの数を示す第１のデジタル値と、該所定の時間期間の最初のパルスと最後のパルスの間の時間の周期を示す第２のデジタル値とを発生する周波数／デジタル変換器を含んでいる。
【００５０】
本発明の更に限定された態様によれば、モジュール化放射線検出ユニットは、第１のデジタル値の値が少なくとも２であることを保証する手段を含んでいる。
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれのチャネルは、デジタルデータをシリアル出力ストリームで出力するためのパラレル／シリアル変換器を含んでいる。
【００５１】
本発明の更に限定された態様によれば、複数のＸ線感知セルは、２次元アレイにおいて配列されており、アレイのそれぞれの行は、コンピュータトモグラフィの画像データのスライスに対応する。
本発明の更に限定された態様によれば、２次元アレイは、少なくとも３２行と少なくとも１６列を含んでいる。
【００５２】
本発明の更に限定された態様によれば、それぞれの集積回路は、少なくとも３２チャネルを含んでいる。
本発明の更に限定された態様によれば、集積回路は、Ｘ線感知セルからそれぞれの集積回路までの距離の変化が最小化されるように回路ボードに配置される。
【００５３】
本発明の１つの効果は、ＣＴスキャンの間に検出された放射線信号の直接的なデジタル変換を提供する点にある。
本発明の別の効果は、低減された雑音及び架空データによるＣＴシステムを提供することにある。
【００５４】
本発明の別の効果は、検査領域で受けた放射線をデジタルデータに変換するための簡単な方法を提供することにある。
本発明の別の効果は、マルチスライスＣＴデータ取得の間にデータを処理するための更に能率的な方法を提供することにある。
【００５５】
本発明の別の効果は、検査領域からイメージプロセッサに画像データを転送するために使用される簡単なケーブルシステムを提供することにある。
本発明の別の効果は、Ｘ線感知セルにより受けた放射線を示すデジタルデータを生成するための集積回路適切な数と同じモジュールアセンブリに配置されるＸ線感知セルを有するＣＴ画像形成システムを提供することにある。
【００５６】
本発明の別な効果は、デジタルデータからなる１つのシリアルストリームを形成するために、その出力を転送のためにリモート画像再現プロセッサに接続することができる放射線検出ユニットを有するＣＴ画像形成システムを提供することにある。
【００５７】
本発明の更なる効果は、好適な実施の形態に関する以下の記載を読むこと及び理解することを通して、当業者には明らかとなるであろう。
本発明は、様々な構成要素及び該構成要素の配置、並びに様々なステップ及び該ステップの配置における形式をとる場合がある。添付図面は、好適な実施の形態を例示するためのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００５８】
［発明の実施の形態］
図１を参照して、ＣＴスキャナ１０は、検査領域１４における患者の支持体４に支持される患者２の領域を画像形成する。ＣＴスキャナは、固定ガントリー部分１２を含んでいる。回転ガントリー部分１６は、検査領域１４に関する回転のために固定ガントリー部分１２に設けられている。Ｘ線管のようなＸ線源２０は、回転ガントリー部分１６が回転するときに、放射線のビーム２２が検査領域１４を通過するように、回転ガントリー部分１６に配置されている。
【００５９】
マルチスライスＣＴスキャナでは、放射線のビーム２２は、錐体のビーム又はファン状のビームであり、患者２の複数の縦のスライスを通過する。シングルスライスＣＴスキャナでは、放射線のビーム２２は、患者２の１つのスライスを照射するための比較的薄いファン状のビームである。Ｘ線源２０が検査領域１４に関して回転するとき、患者２が螺旋状のパターンに照射されるように、患者の支持体４が縦に移動する。代替的に、患者の支持体４は、連続した離散的な縦のステップで移動される場合がある。
【００６０】
例示される第３世代のＣＴスキャナでは、複数の放射線検出器２６は、放射ビーム２２により画定される弧１５を補うように、Ｘ線源２０とは反対の検査領域１４の側に関して、回転ガントリー部分１６に設けられる。それぞれの検出器は、Ｘ線源２０が検査領域１４の周りを回転するときに、多数回サンプル採取される。
【００６１】
代替的に、放射線検出器２６は、第４世代のＣＴスキャナ、手荷物検査装置、或いは検出器が固定されている他の構成に設けられる。第４世代のスキャナ構成では、放射線検出器２６は、固定ガントリー部分１２に検査領域１４の周囲に設けられる。Ｘ線源２０から放出される放射線を測定する検出器の弧は、Ｘ線源２０が検査領域１４の周囲を回転するときに、短時間間隔で同時にサンプル採取される。
【００６２】
機器構成にかかわらず、放射線検出器２６は、放射線が検査領域１４を通過した後に、Ｘ線源２０から放出されるＸ線の放射線を受けるために構成されている。
【００６３】
放射線検出器２６のそれぞれは、受けた放射線の強度の関数である出力信号を生成する。放射線検出器２６からサンプル採取されたデータは、デジタル化され、シリアル／パラレル変換器のようなデコーダ２８に転送される。第３世代のスキャナのケースでは、データは、回転放射線検出器２６から、典型的に固定されているデコーダ２８に転送される。
【００６４】
シリアル／パラレル変換器２８は、放射線検出器からデータをシリアルからパラレルの形式に変換する。画像復元プロセッサ２７は、このパラレルデータを画像形成される物体の１つ以上の人間が読取り可能な画像に復元する。次いで、画像復元プロセッサ２７からのデータは、イメージプロセッサ、ビデオモニタ、フィルム或いは他の記憶媒体のような出力装置２９に送出される。
【００６５】
キーボード、マウス、或いは他の入力装置のようなユーザインタフェース３３は、ＣＴスキャナの他の動作パラメータと同様に、Ｘ線管電圧、mAS、ガントリー回転速度のような所望の走査パラメータを調節することをユーザに対して可能にするために提供される。ユーザインタフェース３３は、コントローラ３４に接続される。コントローラ３４は、情報がこれら構成要素の間で前後に通過することができるように、ＣＴスキャナ１０及び画像復元プロセッサ２７に接続される。
【００６６】
図１を続け、特に図２を参照して、放射線検出器２６は、更に詳細に記載される。第３世代のスキャナでは、複数の放射線検出ユニット２５は、放射線ビーム２２により画定される弧１５を補うように配置されている。放射線検出ユニット２５は、スキャナの縦軸に平行な長軸と並んで設けられている。
【００６７】
それぞれの放射線検出ユニット２５は、補助的なサポートエレクトロニクスと共に、マルチレイヤ回路ボード３０、Ｘ線検出セル５４のアレイ５３、及び複数のミクスドシグナル集積回路５０を含んでいる。それぞれの放射線感知セル５４は、低レベルのアナログ電流を生成するシンチレータ及びフォトダイオードを含んでいる。この電流は、たとえば、０〜２μＡフルスケールのレンジにおける電流であり、放射線感知セルにより受けた放射線の強度の関数である。
【００６８】
図示される実施の形態では、３２行Ｒ１〜Ｒ３２のＸ線感知セル５４が存在しており、したがって、３２のスライススキャナを画定している。それぞれの行は、１６のセル５４を備えている。行Ｒ１のセルは、Ｒ１．１〜Ｒ１．１６にラベル付けされており、続く行は、これに従いラベル付けされている。他の行番号及び列番号は、ツースライスによる実施の形態において、１行当り１６のセルの２行で実現することができる。それぞれの回路ボード３０は、１６の集積回路を含んでおり、うち８つが回路ボードの上側３１に設けられており、残り８つが回路ボードの下側（図示せず）に設けられている。
【００６９】
集積回路５０は、Ｘ線感知セル５４により生成される電気信号を受け、該受けた電気信号のデジタルデータ値を生成するアナログ／デジタル変換器として機能する。ここで、図３を参照すると、集積回路５０のそれぞれのチャネルは、その周波数が入力電流に比例するパルス列を発生するレシオメトリック電流／周波数変換器１００を含んでいる。また、集積回路５０のそれぞれのチャネルは、該パルス列の周波数を示すデジタルデータを生成する周波数／デジタル変換器１０２、及びデジタルデータをシリアル形式に変換するパラレル／シリアル変換器１０４を含んでいる。
【００７０】
レシオメトリック電流／周波数変換器の使用が本実施の形態では記載されるが、所望のダイナミックレンジ、精度及び処理速度の要件が合致すれば、他のアナログ／デジタル変換技術を使用することができる。しかし、電流／周波数変換の特定の技術は、その固有の線形性及び１つの特定用途向け集積回路への実現の容易さである。
【００７１】
図３に加えて図４を参照すると、電流／周波数変換器１００は、電流源６０、積分器６１、比較器６３、クロック６６及び２つのフリップフロップ６８，７０を含んでいる。Ｘ線感知セル５４の１つは、積分器６１の反転ピンへの入力としての役割を果たす。また、電流源５５は、非反転積分器のピンに接続されている。
【００７２】
積分器６１の出力は、比較器６３に供給され、比較器６３は、積分器の出力が比較器６３の閾値６５を超えるときにパルスを発生する。また、パルスは、積分器６１をリセットして、別の積分器のサイクルを開始する。比較器６３により生成されるパルス列は、２つのフリップフロップ６８，７０を使用して、クロック６６に同期し、周波数／デジタル変換器１０２に送出される。１実施の形態では、クロック６６の周波数は、８ＭＨｚである。
【００７３】
また、出力パルスは、積分器のリセット回路に供給され、該リセット回路は、ノンオーバラッピングコントローラ１１０、ペアをなすスイッチ１１２，１１４及びリセットキャパシタ１１６を含んでいる。ノンオーバラッピングコントローラは、スイッチ１１４が閉じる前に、スイッチ１１２をオープンにさせ、逆にスイッチ１１２が閉じる前に、スイッチ１１４をオープンにさせる。それぞれのパルスの発生に応じて、積分器６１の入力電流の方向とは反対の方向の電流は、積分器６１の非反転入力に印加される。
【００７４】
上述したように、バイアスオフセット電流Ｉbias及び基準電圧Ｖrefは、それぞれのチャネルに印加される。デコーダ４０は、所望の電流及び電圧値を示すコントローラ３４からシリアルデータを受ける。このデータは、パラレル形式に変換され、たとえば、４ビットデータワードとして、調節可能な電流源４４及び電圧源４２に供給される。安定な電圧基準４６は、基準入力を電流源４４及び電圧源４２に供給する。代替的に、電流源は、外部電流源により供給されるカレントミラー回路を使用して実現される場合がある。この電圧基準４６は、チップに実現されるか、代替的に、集積回路５０の外部に実現される場合がある。
【００７５】
結果的に得られるパルス列は、周波数／デジタル変換器１０２に送出され、パルス検出器７３、パルスカウンタ７４、及びタイムカウンタ及びタイムラッチ７６を含んでいる。パルスカウンタ７、タイムカウンタ及びラッチ７６は、好ましくは１６ビット素子である。他のビット数が実現される場合がある。図４を特に参照して、パルスカウンタ７４は、パルス列におけるそれぞれのパルスの発生に応じてインクリメントされ、COUNTとして参照されるデジタル値を生成する。
【００７６】
パルス検出器７３は、タイムカウンタがシステムクロック６６のそれぞれのパルスでインクリメントされるように、所与のシステムインテグレーション周期における第１のパルスの発生に応じて、タイムカウンタ７６をイネーブルにする。タイムカウンタ７６は、これにより、システムインテグレーション周期に関する第１のパルスから経過時間を示すTIMEとして言及されるデジタル値を発生する。システムインテグレーション周期は、システムインテグレーション周期が調節される場合があるように、システムコントローラ３７により決定され、デコーダ４０への入力としての制御ラインを介して供給されることが好ましい。
【００７７】
タイムコントローラ及びラッチ７６のラッチ部分は、それぞれのパルスの発生に応じて、その時の最新のTIME値をラッチし、TIMELATCHとして言及されるデジタル値を発生する。したがって、TIMELATCH値は、所与のシステムインテグレーション周期における最初のパルスと最後のパルスの間の経過時間を示す。COUNTとTIMELATCHの比は、パルス列の周波数、したがって、Ｘ線感知セル５４により生成された電流の値を示す。
【００７８】
パルスカウンタ７４及びタイムカウンタ及びラッチ７６は、それぞれのシステムインテグレーション周期の完了に応じてリセットされる。COUNTとTIMELATCHの比の計算は、集積回路５０から外部的に実行される。代替的に、集積回路５０は、かかる計算を実行するために変更することができる。
【００７９】
それぞれの積分器６１の反転入力に提供されるバイアス電流Ｉbiasは、いずれかのシステムインテグレーション周期の間に、Ｘ線感知セル５４への放射線の照射がない場合であっても、パルス列における少なくとも２つのパルスが存在する。リセットキャパシタ１１６に印加される基準電圧Ｖrefは、積分器の反転入力に印加される電荷が積分器のフルスケールの入力振幅の２倍であるように選択される。したがって、積分器のフルスケール入力は、基準電圧Ｖrefの関数である。
【００８０】
図３に戻り、COUNT値及びTIMELATCH値は、シフトレジスタのようなパラレル／シリアル変換器１０４に供給される。出力クロック信号１０６は、シフトレジスタを通して対応する値をシフトさせ、シリアル出力ストリームを供給する。パラレル／シリアル変換器１０４は、シリアル出力ストリーム及びアナログ／デジタル変換器の処理の計時が同時に起こる場合があるように２重にバッファリングされる。
【００８１】
上述した説明はシングルチャネルの動作に関して焦点が合わされているが、集積回路５０を、複数のＸ線感知セル５４のそれぞれからの信号を処理するためのかかるチャネルを同様に含んでいる場合がある。図３に示される実施の形態では、異なるチャネル数が実現される場合があるが、それぞれの集積回路は、３２チャネルを含んでいる場合がある。
【００８２】
それぞれのチャネルについて、パラレル／シリアル変換器の入力及び出力は、１つのチャネルからのシリアルデータが連続するチャネルについてパラレル／シリアル変換器１０４に供給されるように相互接続される場合がある。したがって、複数のチャネルを示すデータは、１つの出力ストリームを形成するために結合される場合がある。さらに、複数の集積回路５０からのデータが１つの出力チェインを形成するために結合されるように、プロセスが繰り返される場合がある。
【００８３】
また、集積回路５０は、集積回路５０の動作及び状態を示す状態ビットを含む制御レジスタ７９、及びシフトレジスタのような関連する制御パラレル／シリアル変換器８１を含んでいる。パリティジェネレータのような誤り検出プロセッサ８３は、複数の集積回路の出力データを示すパリティビットを発生する。奇数パリティは、電力又は通信の損失がより簡単に検出されるように選択されることが好ましい。
【００８４】
１実施の形態では、状態及び誤り情報ビットの他の数が実現される場合があるが、状態ビットにパリティ情報を加えた数は、それぞれのチャネルに関連したビット数、たとえば３２に等しい。いずれの場合であっても、制御パラレル／シリアル変換器８１の出力は、チャネルの１つについてパラレル／シリアル変換器に供給される。
【００８５】
特に、図５を参照して、それぞれの集積回路５０からの出力シリアルチェイン８０は、その関連するＸ線感知セル５４のそれぞれについてのデータを含む。図示される実施の形態では、COUNTワードとTIMELATCHワードとの３２のペアが存在し、３２の状態及びパリティビットが存在する。したがって、COUNTワード及びTIMELATCHワードはそれぞれ１６ビット長であり、１つの集積回路５０の出力シリアルチェインは、１０５６ビットからなる１ビットシリアルチェインを備えている。
【００８６】
先に示したように、集積回路５０は、３２以外の変動するチャネル数を備えることができる。チャネル数にかかわらず、チャネルからの入力は、シリアルチェインにおいて、関連する状態ビット及びパリティビットと共に、並列処理及び並列出力することができる。
【００８７】
図５Ｂを参照して、それぞれの集積回路５０についてシリアル／パラレル変換器１０４の出力は、１つの集積回路５０からのシリアルデータが連続する集積回路５０についてのパラレルシリアル変換器１０４に供給されるように、放射線検出ユニット２５に配置された他の集積回路５０の出力と相互接続される。
【００８８】
したがって、放射検出器２６のそれぞれの集積回路５０からの出力シリアルチェイン８０は、シリアル形式で結合され、複数の集積回路のデータストリーム８４が形成される。１実施の形態では、４つのかかる集積回路５０が接続される（すなわち、２４ＭＨｚのシリアル出力クロックレートによる図５Ｂにおいてｎ＝４）。
【００８９】
図５Ｃを参照して、それぞれの放射線検出ユニット２５からの出力は、１つの放射線検出ユニット２５からのシリアルデータが連続する放射線検出器に供給されるように、他の放射線検出ユニット２５の出力と相互接続される。このように、それぞれの放射線検出器２５からのシリアルデータは、複数の放射線検出ユニット２５からのデジタルデータからなるシリアルチェインを備える複数の検出器のデータストリーム８６に結合される。
【００９０】
図５Ｄを参照して、複数の集積回路データストリーム８４は、放射線検出ユニット２５で並列に結合され、システムの機器構成の変化をサポートするための様式を容易にするために、パラレルの複数の検出器のデータ経路８８が形成される。
【００９１】
放射線検出ユニット２５からのデータを備える出力チェインは、シリアルラインに沿って画像復元プロセッサ２７に転送され、シリアル／パラレル変換器２８でシリアルデータはパラレル形式に分析され、検査領域１４における患者２を示す画像が処理される。次いで、後続する画像データは、後続する分析のために出力装置２９で表示及び／又は記憶される。
【００９２】
代替的な実施の形態は、個々の放射線検出器２６からのデジタルデータを並列に画像復元プロセッサ２７に送信することを含む場合があり、また、個々の集積回路５０からデジタルデータを並列に画像復元プロセッサ２７に送信する場合がある。
【００９３】
個々のＸ線感知セル５４の集積回路５０への接続は、図６Ａ及び図６Ｂに示されている。図６Ｂに示される実施の形態では、たとえば、Ｒ１．１−Ｒ１．４，Ｒ８．１−Ｒ８．４のようなセルブロックがそれぞれ接続され、集積回路５０ａ，５０ｂ等を分離する。かかる実施の形態では、ブロック及び集積回路５０ａ，５０ｂ等は、セルのブロックとそれぞれの集積回路５０の間の距離の変化を最小化するために好ましくはインタリーブされる。
【００９４】
したがって、たとえば、左の殆どのセルブロックは、左の殆どの集積回路５０ａ，５０ｂ等に接続される。図６ｂにおいて接続される図示されていないセルブロックは、回路ボード３０の他方の側に配置される対応する集積回路５０に接続される。
【００９５】
図６Ａに示される代替的な実施の形態では、たとえば、行Ｒ１及びＲ２の行のペアは、１つの集積回路５０にそれぞれ接続される。再び、行及び集積回路５０ａ，５０ｂ，５０ｃ等は、セルの行とそれぞれの集積回路５０の間の距離の変化を最小にするために、インタリーブされることが好ましい。したがって、たとえば、左の殆どのセルブロックは、左の殆どの集積回路５０ａ，５０ｂ等に接続される。図６ｂにおいて接続される図示されないセルブロックは、回路ボード３０の他の側に配置される対応する集積回路５０に接続されることが理解される。
【００９６】
この実施の形態の１つの利点は、セルのそれぞれの行が１つの集積回路５０内で処理されることである。かかる機器構成により、特に第３世代のスキャナにおいてアーチファクトを生じる可能性のある、セルのそれぞれの行の処理における変化の可能性を減少する。
【００９７】
本発明は、好適な実施の形態を参照して記載されてきた。明らかに、上述した説明を読んで理解した当業者であれば、変更及び代替がなされるであろう。本発明は、特許請求の範囲又はその等価なものの範囲内にある限り、全てのかかる変更及び代替を含むものとして解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＣＴスキャナの概念を説明する図である。
【図２】 放射線検出ユニットに関する図である。
【図３】 集積回路のシステムレベルのブロック図である。
【図４】 集積回路のシステムレベルのタイミングチャートである。
【図５Ａ】 集積回路の出力シリアルラインデータに関する図である。
【図５Ｂ】 マルチプル集積回路の出力シリアルラインデータに関する図である。
【図５Ｃ】 複数の放射線検出器の出力シリアルラインデータに関する図である。
【図５Ｄ】 複数の放射線検出器の出力パラレルデータに関する図である。
【図６Ａ】 集積回路に接続される放射線検出ユニットのＸ線感知セルの概念を説明する図である。
【図６Ｂ】 集積回路に接続される放射線検出ユニットのＸ線感知セルの概念を説明する図である。

Claims (14)

1. コンピュータトモグラフィによる画像形成における使用向けのモジュール化放射線検出ユニットであって、
   回路ボードと、
   前記回路ボードに配置され、Ｘ線が検査領域を通過した後にＸ線を受け、前記受けたＸ線を示すアナログ信号を生成する複数のＸ線感知セルと、
   前記回路ボードに配置され、複数のＸ線感知セルからの前記アナログ信号をデジタルデータに変換する複数のアナログ／デジタル変換チャネルを有する少なくとも１つの集積回路とを備え、
   それぞれのチャネルは、所定の時間期間に多数の電気パルスを発生する電流／周波数変換器を備え、前記電気パルスの数は、前記チャネルにより変換される前記アナログ信号の振幅に比例し、
   それぞれのチャネルは、前記所定の時間期間に発生された前記電気パルスの数を示す第１のデジタル値と、前記所定の時間期間の最初のパルスと最後のパルスの間の時間の周期を示す第２のデジタル値とを生成する周波数／デジタル変換器を更に備える、
   ことを特徴とするモジュール化放射線検出ユニット。
2. 前記複数のＸ線感知セルは、複数の行と複数の列を有する２次元アレイにおいて配列される、
   請求項１記載のモジュール化放射線検出ユニット。
3. 前記２次元アレイのそれぞれの行は、コンピュータトモグラフィによる画像データの１つのスライスに対応する、
   請求項２記載のモジュール化放射線検出ユニット。
4. 前記Ｘ線感知セルの２次元アレイの少なくとも１行は、１つの集積回路に接続される、
   請求項３記載のモジュール化放射線検出ユニット。
5. それぞれのアナログ／デジタル変換チャネルは、前記Ｘ線感知セルの少なくとも１つからのアナログ信号を受ける、
   請求項１乃至４のいずれか記載のモジュール化放射線検出ユニット。
6. それぞれのチャネルは、前記第１のデジタル値と前記第２のデジタル値をシリアル出力ストリームで出力するパラレル／シリアル変換器を備える、
   請求項１記載のモジュール化放射線検出ユニット。
7. 前記パラレル／シリアル変換器は、複数のチャネルの前記デジタルデータのシリアル出力を生成するために相互接続される、
   請求項６記載のモジュール化放射線検出ユニット。
8. それぞれのチャネルは、前記Ｘ線感知セルにより生成された前記アナログ信号を受けて、前記アナログ信号を第１のデジタルデータに変換するために、１つのＸ線感知セルと接続され、
   第２のモジュール化放射線検出ユニットから、前記第２のモジュール化放射線検出ユニットで受けたＸ線を示す第２のデジタルデータを受ける手段と、
   前記第１のデジタルデータ及び前記第２のデジタルデータを第３のモジュール化放射線検出ユニットに出力する手段と、
   を更に備える請求項１記載のモジュール化放射線検出ユニット。
9. 請求項１記載のモジュール化放射線検出ユニットを複数備えるコンピュータトモグラフィによる画像形成システムであって、
   検査領域を定義する固定ガントリー部分と、
   前記検査領域に関して回転する回転ガントリー部分と、
   前記回転ガントリー部分に配置され、前記検査領域を通してＸ線を投影するＸ線源と、
   を更に備えるコンピュータトモグラフィによる画像形成システム。
10. 請求項１記載のモジュール化放射線検出ユニットを複数備えるコンピュータトモグラフィによる画像形成システムであって、
    前記複数の集積回路は、前記検査領域の周辺に配置され、前記複数の集積回路からの前記デジタルデータが結合されて、デジタルデータからなる１つの出力ストリームを形成するように、前記複数の集積回路を相互接続する手段を備える、
    コンピュータトモグラフィによる画像形成システム。
11. 請求項１記載のモジュール化放射線検出ユニットを複数備えるコンピュータトモグラフィによる画像形成システムであって、
    前記Ｘ線源から前記検査領域の向こう側に配置される複数の放射線検出ユニットを更に備え、
    前記複数の放射線検出ユニットのそれぞれは、
    前記回路ボードと、
    前記Ｘ線源から前記放射線検出ユニットに通過する放射線を示すアナログ信号を生成し、Ｘ線感知セルからなる２次元アレイを備え、前記回路ボードに設けられるＸ線検出手段と、
    それぞれのチャネルが１つのＸ線感知セルに接続され、前記回路ボードに設けられ、アナログ信号をデジタルデータに変換するマルチチャネルアナログ／デジタル変換手段と、
    を備えるコンピュータトモグラフィによる画像形成システム。
12. Ｘ線源、前記Ｘ線源の回転手段、Ｘ線感知セル及び複数の集積回路、並びに前記Ｘ線源、前記Ｘ線源の回転手段、前記Ｘ線感知セル及び前記複数の集積回路を制御する制御手段から構成されるコンピュータトモグラフィによる画像形成システムの作動方法であって、
    前記回転手段を制御して、検査領域に関して前記Ｘ線源を回転するステップと、
    前記Ｘ線源を制御して、前記検査領域を通してＸ線を投影するステップと、
    複数の回路ボードに配置される、Ｘ線感知セルにより検出されたＸ線を示すアナログ信号をそれぞれ生成する前記Ｘ線感知セルからなる複数の２次元アレイを制御して、前記投影されたＸ線を検出するステップと、
    前記複数の回路ボードに配置される、少なくとも１つのＸ線感知セルからの前記アナログ信号をデジタルデータにそれぞれ変換する複数のチャネルを含む複数の集積回路を制御して、前記アナログ信号を示すデジタル信号を生成するステップとを備え、
    前記複数のチャネルのそれぞれは、周波数／デジタル変換器を更に含み、当該方法は、
    前記制御手段により前記周波数／デジタル変換器を制御して、所定の時間期間に多数の電気パルスを発生するステップを更に備え、前記電気パルスの数は、前記アナログ信号の振幅に比例し、
    前記周波数／デジタル変換器は第二の生成手段を含み、
    当該方法は、
    前記制御手段により前記第二の生成手段を制御して、前記所定の時間期間に前記電気パルスの数を示す第１のデジタル値と、前記所定の時間期間に生じる最初のパルスと最後のパルスの間の時間の期間を示す第２のデジタル値とを生成するステップを更に備える、
    るコンピュータトモグラフィによる画像形成システムの作動方法。
13. 前記画像形成システムは、相互接続手段を更に有し、
    当該方法は、
    前記制御手段により前記相互接続手段を制御して、前記複数の集積回路のチャネルを相互接続し、前記デジタルデータからなる１つの出力ストリームを生成するステップを更に備える、
    請求項１２記載のコンピュータトモグラフィによる画像形成システムの作動方法。
14. 前記複数の集積回路のそれぞれのチャネルは、レシオメトリック電流／周波数変換器を備える、
    請求項１２記載のコンピュータトモグラフィによる画像形成システムの作動方法。

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