JP7027077B2 - 信号処理回路、放射線検出装置及び信号処理方法 - Google Patents
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Description
更に、半導体に基づくPCDsは、従来のスペクトルCT技術と比較してより優れたスペクトル情報を提供する能力があり、スペクトルCTに対する候補として見込みがある(例えば、二重線源やk-Vp切り替えなど)。
本実施形態に係る信号処理装置は、第一の加算回路と、第一のコンパレータと、第二のコンパレータと、第三のコンパレータと、カウンタと、を具備する。前記第一の加算回路は、入射する放射線に基づき第一の検出素子によって検出された第一の検出信号と、前記入射する放射線に基づき前記第一の検出素子に隣接する第二の検出素子によって検出された第二の検出信号と、を加算して第一の加算信号を生成する。前記第一のコンパレータは、前記第一の検出信号に基づく第一の入力信号と複数の閾値との大小関係と、前記第一の入力信号の大きさと、を含む第一のコンパレータ信号を生成する。前記第二のコンパレータは、前記第二の検出信号に基づく第二の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第二の入力信号の大きさと、を含む第二のコンパレータ信号を生成する。前記第三のコンパレータは、前記第一の加算信号に基づく第三の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第三の入力信号の大きさと、を含む第三のコンパレータ信号を生成する。前記カウンタは、前記第一のコンパレータ信号と、前記第二のコンパレータ信号と、前記第三のコンパレータ信号とのそれぞれに含まれる前記大小関係に基づいて、前記第一の入力信号、前記第二の入力信号、前記第三の入力信号のうちいずれかを前記放射線のエネルギーとして記録する。
なお、本実施形態においては、X線検出器素子の一次元アレイを含み、各素子において発生する検出信号を読み出す構成を有するユニットを「放射線検出器」又は「検出器」と呼び、当該「検出器」から出力されるチャネル毎の検出信号を用いて所定の信号処理を実行する回路部分(例えば、後で説明するASIC400)を「信号処理回路」と呼ぶ。また、「放射線検出装置」とは、上記「信号処理回路」と上記「検出器」とを含むものとして定義される。
X線は検出器100(A)の陰極レイヤについての投射である。X線はその後半導体レイヤ130に吸収される。半導体130は、例えばテルル化カドミウム(CdTe)またはテルル化カドミウム亜鉛(CZT)の可能性がある。X線の吸収により生成された光電子は、個別の検出イベントを登録(レジスト)するために、陰極120から陽極140まで電位の方向に沿って移動する。コリメータ110は、陰極レイヤ120についてのX線投射に対する許容角度を制限する。更に、コリメータ110は、X線からコリメータ110近くの半導体領域を遮断するためのバッフルとしての役割を果たす。コリメータ110は、所定の許容角度の外側の角度で、検出器100(A)について散乱したX線投射の検出を優位に制限するために、散乱線除去グリッドとしても使用され得る。図1Aは、検出器素子の間の一つおきの遷移の間にコリメータ110が位置された配置を示している。このようにして、検出器100(A)に対し、それぞれの検出器素子は、正に一つのマスクで隠されていない境界を別の検出器素子と共有し、検出器素子間のその他の境界は、コリメータ110によってマスクで隠されている。
パルスA´が閾値1を超えた場合、信号DA1は「1」のデジタル値を有する。そうでなければ、DA1は「0」のデジタル値を有する。パルスA´が閾値2を超えた場合、信号DA2は「1」のデジタル値を有する。そうでなければ、DA2は「0」のデジタル値を有する。パルスA´が閾値3を超えた場合、信号DA3は「1」のデジタル値を有する。そうでなければ、DA3は「0」のデジタル値を有する。
Claims (13)
- 入射する放射線に基づき第一の検出素子によって検出された第一の検出信号と、前記入射する放射線に基づき前記第一の検出素子に隣接する第二の検出素子によって検出された第二の検出信号と、を加算して第一の加算信号を生成する第一の加算回路と、
前記第一の検出信号に基づく第一の入力信号と複数の閾値との大小関係と、前記第一の入力信号の大きさと、を含む第一のコンパレータ信号を生成する第一のコンパレータと、
前記第二の検出信号に基づく第二の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第二の入力信号の大きさと、を含む第二のコンパレータ信号を生成する第二のコンパレータと、
前記第一の加算信号に基づく第三の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第三の入力信号の大きさと、を含む第三のコンパレータ信号を生成する第三のコンパレータと、
前記第一のコンパレータ信号と、前記第二のコンパレータ信号と、前記第三のコンパレータ信号とのそれぞれに含まれる前記大小関係に基づいて、前記第一の入力信号、前記第二の入力信号、前記第三の入力信号のうちいずれかを前記放射線のエネルギーとして記録するカウンタと、
を具備し、
前記複数の閾値は、第一の閾値と、第二の閾値と、第三の閾値とを含み、
前記カウンタは、
前記第一の入力信号及び前記第二の入力信号のどちらも前記第三の閾値よりも小さく、且つ前記第一の入力信号が前記第二の閾値よりも大きい場合には、前記第一の検出素子によって検出された放射線のエネルギーを表しているとして前記第一の入力信号を記録し、
前記第一の入力信号及び前記第二の入力信号のどちらも前記第三の閾値よりも小さく、且つ前記第二の入力信号が前記第二の閾値よりも大きい場合には、前記第二の入力信号が前記第二の検出素子によって検出された放射線のエネルギーを表しているとして前記第二の入力信号を記録し、
前記第一の入力信号が前記第二の閾値よりも大きく、且つ前記第二の入力信号が前記第一の閾値よりも大きく前記第二の閾値よりも小さい場合には、前記第三の入力信号が前記第一の検出素子によって検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録し、
前記第二の入力信号が前記第二の閾値よりも大きく、且つ前記第一の入力信号が前記第一の閾値よりも大きく前記第二の閾値よりも小さい場合には、前記第三の入力信号が前記第二の検出素子によって検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録し、
前記第一の入力信号及び第二の入力信号が共に前記第一の閾値よりも大きく前記第二の閾値よりも小さい場合には、所定の基準に従って、前記第三の入力信号が前記第一の検出素子と前記第二の検出素子そのうちの一方によって検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録し、
前記第二の閾値は、前記第一の検出素子及び前記第二の検出素子の物質と前記放射線のスペクトラムとの組み合わせによって決定された蛍光性X線エネルギー最大値よりも大きい値、及びX線検出イベントのエネルギー共有により生成された二つの電子パルスのうちの小さい電子パルスの方に対する所定の上限よりも大きい値、のうちの少なくとも一方を満たす、
信号処理回路。 - 前記第一の閾値は、前記第一の検出素子と前記第二の検出素子との電子ノイズのエネルギースペクトラム最大値、及び重み付けクロストーク(cross-talk)のエネルギースペクトラム最大値よりも大きい値であり、
前記第三の閾値は、前記第二の閾値よりも大きな値である、
請求項1記載の信号処理回路。 - 前記第二の検出信号と、前記第二の検出素子に隣接する第三の検出素子によって入射する放射線に基づき生成された第三の検出信号とを加算して第二の加算信号を生成する第二の加算回路と、
前記第二の加算信号に基づく第四の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第四の入力信号の大きさと、を含む第四のコンパレータ信号を生成する第四のコンパレータと、
前記第三の検出信号に基づく第五の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第五の入力信号の大きさと、を含む第五のコンパレータ信号を生成する第五のコンパレータと、
前記第一の入力信号と前記第二の入力信号とのうちの少なくとも一方が前記第二の閾値よりも大きく、且つ前記第五のコンパレータ信号が前記第三の検出信号が前記第一の閾値よりも小さいことを示す場合には、前記第三の入力信号が放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録し、
前記第五の入力信号と前記第二の入力信号とのうちの少なくとも一方が前記第二の閾値よりも大きく、且つ前記第一の入力信号が前記第一の閾値よりも小さいことを示す場合には、前記第四の入力信号が前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第四の入力信号を記録する、
請求項1又は2のうちいずれか一項記載の信号処理回路。 - 前記第一の検出信号を増幅する第一のプリアンプと、
前記第二の検出信号を増幅する第二のプリアンプと、
所定の線形インパルス応答関数に従って前記第一の検出信号のパルス波形を修正し、前記第一の入力信号を生成する第一のパルスシェーパーと、
前記所定の線形インパルス応答関数に従って、前記第二の検出信号のパルス波形を修正し、前記第二の入力信号を生成する第二のパルスシェーパーと、
をさらに具備する請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載の信号処理回路。 - 前記カウンタは、
前記第二の入力信号は前記第二の閾値に対応し、且つ前記第一の入力信号は前記第二の閾値よりも大きい場合には、前記第三の入力信号が前記第一の検出素子で検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録し、
前記第一の入力信号は前記第二の閾値に対応し、且つ前記第二の入力信号は前記第二の閾値よりも大きい場合に、前記第三の入力信号が前記第二の検出素子で検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録する、
請求項1乃至4のうちいずれか一項記載の信号処理回路。 - 放射線を検出し第一の検出信号を生成する第一の検出素子と、
前記第一の検出素子に隣接し、放射線を検出して第二の検出信号を生成する第二の検出素子と、
前記第一の検出信号と前記第二の検出信号とを加算して第一の加算信号を生成する第一の加算回路と、
前記第一の検出信号に基づく第一の入力信号と複数の閾値との大小関係と、前記第一の入力信号の大きさと、を含む第一のコンパレータ信号を生成する第一のコンパレータと、
前記第二の検出信号に基づく第二の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第二の入力信号の大きさと、を含む第二のコンパレータ信号を生成する第二のコンパレータと、
前記第一の加算信号に基づく第三の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第三の入力信号の大きさと、を含む第三のコンパレータ信号を生成する第三のコンパレータと、
前記第一のコンパレータ信号と、前記第二のコンパレータ信号と、前記第三のコンパレータ信号とのそれぞれに含まれる前記大小関係に基づいて、前記第一の入力信号、前記第二の入力信号、前記第三の入力信号のうちいずれかを前記放射線のエネルギーとして記録するカウンタと、
を具備し、
前記複数の閾値は、第一の閾値と、第二の閾値と、第三の閾値とを含み、
前記カウンタは、
前記第一の入力信号及び前記第二の入力信号のどちらも前記第三の閾値よりも小さく、且つ前記第一の入力信号が前記第二の閾値よりも大きい場合には、前記第一の検出素子によって検出された放射線のエネルギーを表しているとして前記第一の入力信号を記録し、
前記第一の入力信号及び前記第二の入力信号のどちらも前記第三の閾値よりも小さく、且つ前記第二の入力信号が前記第二の閾値よりも大きい場合には、前記第二の入力信号が前記第二の検出素子によって検出された放射線のエネルギーを表しているとして前記第二の入力信号を記録し、
前記第一の入力信号が前記第二の閾値よりも大きく、且つ前記第二の入力信号が前記第一の閾値よりも大きく前記第二の閾値よりも小さい場合には、前記第三の入力信号が前記第一の検出素子によって検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録し、
前記第二の入力信号が前記第二の閾値よりも大きく、且つ前記第一の入力信号が前記第一の閾値よりも大きく前記第二の閾値よりも小さい場合には、前記第三の入力信号が前記第二の検出素子によって検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録し、
前記第一の入力信号及び第二の入力信号が共に前記第一の閾値よりも大きく前記第二の閾値よりも小さい場合には、所定の基準に従って、前記第三の入力信号が前記第一の検出素子と前記第二の検出素子そのうちの一方によって検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録し、
前記第二の閾値は、前記第一の検出素子及び前記第二の検出素子の物質と前記放射線のスペクトラムとの組み合わせによって決定された蛍光性X線エネルギー最大値よりも大きい値、及びX線検出イベントのエネルギー共有により生成された二つの電子パルスのうちの小さい電子パルスの方に対する所定の上限よりも大きい値、のうちの少なくとも一方を満たす、
放射線検出装置。 - 前記第一の検出素子及び前記第二の検出素子を含む複数の検出素子をさらに具備し、
前記複数の検出素子は、長手方向に沿ってアレイ状に配置されている請求項6記載の放射線検出装置。 - 前記第一の検出素子と前記第二の検出素子とは、前記長手方向に沿って隣接する請求項7記載の放射線検出装置。
- 前記第一の検出素子と前記第二の検出素子とは、前記長手方向を横断する方向に沿って隣接する請求項7記載の放射線検出装置。
- 前記第一の検出素子及び前記第二の検出素子は、それぞれ放射線入射側における第一の端部と、前記第一の端部に対向する第二の端部とを有し、
前記第一の検出素子の前記第一の端部と前記第二の検出素子の前記第二の端部とは隣接し、
前記第一の検出素子の前記第一の端部で前記第一の検出素子に入射する放射線を減衰させる第一のマスキング部材と、
前記第二の検出素子の前記第一の端部で前記第一の検出素子に入射する放射線を減衰させる第二のマスキング部材と、
をさらに具備する請求項6乃至9のうちいずれか一項記載の放射線検出装置。 - 前記第一のマスキング部材及び前記第二のマスキング部材とは、散乱線除去グリッドまたはコリメータである請求項10記載の放射線検出装置。
- 前記第一の検出素子及び前記第二の検出素子とは、共通陰極と、素子間で分離された陽極を有する請求項6乃至11のうちいずれか一項記載の放射線検出装置。
- 入射する放射線に基づき第一の検出素子によって検出された第一の検出信号と、前記入射する放射線に基づき前記第一の検出素子に隣接する第二の検出素子によって検出された第二の検出信号と、を加算して第一の加算信号を生成し、
前記第一の検出信号に基づく第一の入力信号と複数の閾値との大小関係と、前記第一の入力信号の大きさと、を含む第一のコンパレータ信号を生成し、
前記第二の検出信号に基づく第二の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第二の入力信号の大きさと、を含む第二のコンパレータ信号を生成し、
前記第一の加算信号に基づく第三の入力信号と前記複数の閾値との大小関係と、前記第三の入力信号の大きさと、を含む第三のコンパレータ信号を生成し、
前記第一のコンパレータ信号と、前記第二のコンパレータ信号と、前記第三のコンパレータ信号とのそれぞれに含まれる前記大小関係に基づいて、前記第一の入力信号、前記第二の入力信号、前記第三の入力信号のうちいずれかを前記放射線のエネルギーとして記録し、
前記第一の入力信号及び前記第二の入力信号のどちらも前記複数の閾値に含まれる第三の閾値よりも小さく、且つ前記第一の入力信号が前記複数の閾値に含まれる第二の閾値よりも大きい場合には、前記第一の検出素子によって検出された放射線のエネルギーを表しているとして前記第一の入力信号を記録し、
前記第一の入力信号及び前記第二の入力信号のどちらも前記第三の閾値よりも小さく、且つ前記第二の入力信号が前記第二の閾値よりも大きい場合には、前記第二の入力信号が前記第二の検出素子によって検出された放射線のエネルギーを表しているとして前記第二の入力信号を記録し、
前記第一の入力信号が前記第二の閾値よりも大きく、且つ前記第二の入力信号が前記複数の閾値に含まれる第一の閾値よりも大きく前記第二の閾値よりも小さい場合には、前記第三の入力信号が前記第一の検出素子によって検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録し、
前記第二の入力信号が前記第二の閾値よりも大きく、且つ前記第一の入力信号が前記第一の閾値よりも大きく前記第二の閾値よりも小さい場合には、前記第三の入力信号が前記第二の検出素子によって検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録し、
前記第一の入力信号及び第二の入力信号が共に前記第一の閾値よりも大きく前記第二の閾値よりも小さい場合には、所定の基準に従って、前記第三の入力信号が前記第一の検出素子と前記第二の検出素子そのうちの一方によって検出された前記放射線の前記エネルギーを表しているとして前記第三の入力信号を記録すること、
を具備し、
前記第二の閾値は、前記第一の検出素子及び前記第二の検出素子の物質と前記放射線のスペクトラムとの組み合わせによって決定された蛍光性X線エネルギー最大値よりも大きい値、及びX線検出イベントのエネルギー共有により生成された二つの電子パルスのうちの小さい電子パルスの方に対する所定の上限よりも大きい値、のうちの少なくとも一方を満たす、
信号処理方法。
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