信號處理設備與信號處理方法

2023-04-26 17:00:51

信號處理設備與信號處理方法
【專利摘要】本發明公開了信號處理設備與信號處理方法。根據一實施例，信號處理設備包括積分器、第一模擬數字轉換器、和直方圖創建器。積分器配置為對與電磁波對應的電荷進行積分。第一模擬數字轉換器配置為，與由積分器執行的積分操作並行地，執行模擬數字轉換操作，該模擬數字轉換操作使用來自積分器的積分輸出來生成電荷的數字數據。直方圖創建器配置為根據由第一模擬數字轉換器生成的數字數據來創建表示電磁波的能量分布的直方圖。
【專利說明】信號處理設備與信號處理方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請基於2013年9月24日提交的日本專利申請N0.2013-197355並要求其優先權的權益；該申請的全部內容通過引用結合於此。
[0003]領域
[0004]此處描述的實施例大體上涉及信號處理設備和信號處理方法。
[0005]背景
[0006]如今，已知其中使用實現光子計數技術的檢測器的光子計數計算機斷層照相(CT)設備。與積分型檢測器不同，實現光子計數技術的檢測器輸出能實現對於穿過測試對象的X射線光子進行獨立計數的信號。因此，在光子計數CT設備中，得以能重建具有高信噪比(SN比)的X射線CT圖像。
[0007]此外，由實現光子計數技術的檢測器輸出的信號可被用於測量(區分)X射線光子的能量。因此，在光子計數CT設備中，可通過將投影數據(通過一種類型的X射線管電壓的X射線的轟擊而收集)分為多個能量分量來完成成像。
[0008]作為實現光子計數技術的檢測器，已知「間接轉換型檢測器」，其中使用閃爍體臨時將入射的X射線光子轉換為可見光(閃爍體光)，且然後使用諸如光電倍增管之類的光傳感器將該閃爍體光轉換為電信號(電荷)。此處，光傳感器獨立地檢測通過由閃爍體進行的輻射轉換所獲得的每一個閃爍體光子，且然後檢測落在該閃爍體上的輻射並測量該輻射的倉tfi。
[0009]近年來，積極從事了基於矽的光電倍增管的研發。另外，已經存在關於弱光檢測系統的研發，弱光檢測系統諸如使用閃爍體和光電倍增管實現光子計數技術的檢測器。在這個方面，正在以增強性能為目的進行進一步的研發。
[0010]在常規的弱光檢測系統中，從光電倍增管輸出的電荷由積分電路積分達預定時間周期且電荷被轉換為電壓。然後，電壓依序經受採樣/保持以及AD轉換(模擬到數字轉換)。隨後，相對於所獲得數位訊號執行數位訊號處理，且創建直方圖。
[0011]在這樣的常規弱光檢測系統中，由於AD轉換時間的原因，電荷的計數率(S卩，閃爍光子的計數率)是有限的。為了實現較高的計數率，期望的是實現高速AD轉換方法，諸如閃光法。然而，由於諸如閃光法之類的高速AD轉換方法要求大量比較器，這導致電路面積和功耗的增加。因此，在當前環境下，難以實現高速AD轉換方法。
[0012]特定地，在光子計數CT設備中，對於落在閃爍體上的X射線的計數率估計為，例如，約lOScps(每秒108個計數)。為此理由，存在對於能以同時的方式在數百個通道中以高解析度測量高速和高能數據的讀取電路的研發要求。然而，如上文所述，諸如閃光法之類的高速AD轉換方法要求大量比較器，藉此導致電路面積和功耗的增加。因此，難以實現高速AD轉換方法。因此，使用當前可用的讀取電路，難以在數百個通道中以同時的方式執行測量。


【發明內容】

[0013]各實施例的目的在於提供能以高計數率和高解析度來實現信號處理的信號處理設備。
[0014]根據一實施例，信號處理設備包括積分器、第一模擬數字轉換器、和直方圖創建器。積分器配置為對與電磁波對應的電荷進行積分。第一模擬數字轉換器配置為，與由積分器執行的積分操作並行地，執行模擬數字轉換操作，該轉換操作使用來自積分器的積分輸出來生成電荷的數字數據。直方圖創建器配置為根據由第一模擬數字轉換器生成的數字數據來創建表示電磁波的能量分布的直方圖。
[0015]根據上述信號處理設備，能夠以高計數率和高解析度提供信號處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是示出根據第一實施例的光子計數計算機斷層照相(CT)設備的配置的圖；
[0017]圖2是部署在根據第一實施例的光子計數CT設備中的檢測器的平面圖；
[0018]圖3是部署在根據第一實施例的光子計數CT設備中的檢測器中的模擬前端的框圖；
[0019]圖4是根據第一實施例的光子計數CT設備的模擬前端中的每一個核心的積分器和第一模擬數字轉換器(ADC)的周圍部分的詳細框圖；
[0020]圖5是用於說明在根據第一實施例的每一個核心中圍繞積分器和第一 ADC的構成元件的操作的時序圖；
[0021]圖6是部署在根據第一實施例的光子計數CT設備的模擬前端的每一個核心中的第二 ADC的框圖；
[0022]圖7是用於給出有關作為具有在兩級中的AD轉換器的結果而增強的解析度的說明的圖；
[0023]圖8是示出由部署在根據第一實施例的光子計數CT設備中的每一個核心中的計數器生成的示例性直方圖的圖；
[0024]圖9是根據第二實施例的光子計數CT設備的模擬前端中的每一個核心的積分器和第一 ADC的周圍部分的詳細框圖；
[0025]圖10是用於說明在根據第二實施例的每一個核心中圍繞積分器和第一 ADC的構成元件的操作的時序圖；
[0026]圖11是根據第三實施例的光子計數CT設備的模擬前端中的每一個核心的積分器和第一 ADC的周圍部分的詳細框圖；
[0027]圖12是用於說明在根據第三實施例的每一個核心中圍繞積分器和第一 ADC的構成元件的操作的時序圖；
[0028]圖13是根據第四實施例的光子計數CT設備的模擬前端中的每一個核心的積分器和第一 ADC的周圍部分的詳細框圖；
[0029]圖14是用於說明在根據第四實施例的每一個核心中圍繞積分器和第一 ADC的構成元件的操作的時序圖；且
[0030]圖15是用於給出有關作為具有在兩級中的AD轉換器的結果而增強的解析度的說明的圖。
[0031]詳細描述
[0032]下文參考相應附圖來詳細描述信號處理設備和信號處理方法的示例性實施例。可在將電磁波轉換為電荷的轉換單元中合適地實現該信號處理設備和信號處理方法。另外，可在具有高計數率的設備中合適地實現該信號處理設備和信號處理方法。參看相應附圖，對於其中在包括「間接轉換型檢測器」(其中對應於X射線光子的閃爍體光轉換為電荷)的光子計數CT設備中實現信號處理設備和信號處理方法的示例詳細地給出下述說明。
[0033]可選地，也可在其中入射的電磁波直接轉換為電荷的「直接轉換型檢測器」中實現該信號處理設備和信號處理方法。在這個情況下也可實現與下述效果相同的效果。對於細節，可參考下述說明。
[0034]第一實施例
[0035]在光子計數CT設備中，使用實現光子計數技術的檢測器來對於源自於已經通過測試對象的X射線的光子進行計數(即，對於X射線光子進行計數)；且因此重建具有高SN比的X射線CT圖像數據。每一個獨立光子具有不同量的能量。在光子計數CT設備中，通過測量光子的能量值獲得與X射線的能量分量有關的信息。另外，在光子計數CT設備中，通過將投影數據(通過以一種類型的X射線管電壓來驅動X射線管而收集)分為多個能量分量來完成成像。
[0036]在圖1中示出根據第一實施例的光子計數CT設備的配置。如圖1中所示，光子計數CT設備包括架臺設備10、躺臥設備20、和控制臺設備30。
[0037]架臺設備10包括輻射控制器11、X射線生成設備12、檢測器13、收集器(DAS:數據獲取系統)14、旋轉框架15、和驅動器16。架臺設備10用X射線轟擊測試對象P，並計數已通過測試對象P的X射線。
[0038]旋轉框架15支承X射線生成設備12和檢測器13以使得X射線生成設備12和檢測器13跨測試對象P而彼此相對。旋轉框架15是環面框架，由於驅動器16的原因沿著圍繞測試對象P的圓形路徑以高速旋轉(下述)。
[0039]X射線生成設備12包括X射線管12a、楔形件12b、和準直器12c。X射線生成設備12生成X射線並用X射線轟擊測試對象P。X射線管12a是用於響應於從X射線生成設備12提供的高壓而用X射線轟擊測試對象P的真空管(下述)。X射線管12a根據旋轉框架15的旋轉而保持旋轉並用X射線束來轟擊測試對象P。同時，X射線管12a生成以扇形角和錐形角擴展的X射線束。
[0040]楔形件12b是X射線濾波器，用於調節從X射線管12a轟擊出的X射線的X射線劑量。更特定地，從X射線管12a轟擊出來的X射線穿行通過楔形件12b並經受衰減以使得向測試對象P轟擊的X射線具有預定分布。
[0041]例如，楔形件12b是通過將鋁加工成具有預定目標角度和預定厚度來製成的濾波器。楔形件也稱為楔形濾波器或蝴蝶結濾波器。準直器12c是狹縫，其在輻射控制器11的控制下(下述)使得楔形件12b已經調整了 X射線劑量的X射線的轟擊範圍變窄。
[0042]輻射控制器11用作向X射線管12a提供高電壓的高壓生成單元。X射線管12a使用從輻射控制器11所提供的高電壓來生成X射線。另外，輻射控制器11調節提供至X射線管12a的管電壓或管電流，並調整轟擊測試對象P的X射線劑量。另外，輻射控制器11調節準直器12c的孔徑來調節X射線的轟擊範圍(扇形角或錐形角)。
[0043]驅動器16旋轉地驅動旋轉框架15以使得X射線生成設備12和檢測器13在圍繞測試對象P的圓形路徑上盤旋。每當有X射線光子的入射輻射時，檢測器13輸出能測量該X射線光子的能量值的輸出信號。此處所指的X射線光子，例如是，從X射線管12a轟擊出且已經穿過測試對象P的X射線光子。檢測器13包括多個檢測元件，每當有X射線光子的入射輻射時，輸出單脈衝電信號(模擬信號)。
[0044]通過計數電信號(脈衝)的數量，得以能對於落在每一個檢測元件上的X射線光子的數量進行計數。另外，通過相對於這些信號執行預定算術處理，得以能測量促使該信號的輸出的X射線光子的電能。
[0045]檢測器13的檢測元件由閃爍體和諸如光電倍增管之類的光學傳感器製成。因此，檢測器13是所謂「間接轉換型檢測器」。在檢測器13中，使用閃爍體，入射的X射線光子被臨時轉換為可見光(閃爍體光)，且然後使用諸如光電倍增管之類的光學傳感器將閃爍體光轉換為電信號。
[0046]在圖2中示出檢測器13的示例。此處，檢測器13是平面檢測器，其中每一個都由閃爍體製成的數個檢測元件40以及諸如光電倍增管之類的光學傳感器被部署為通道方向(在參看圖1的Y軸方向)的N列和體軸方向(在參看圖1的Z軸方向)的M行。響應於光子的入射，檢測元件40輸出單脈衝電信號。然後，通過區分由檢測元件40輸出的各脈衝，得以能對於落在檢測元件40上的X射線光子的數量進行計數。另外，通過基於脈衝強度執行算術處理，得以能測量所計數的X射線光子的能量值。
[0047]在檢測器13的第二級，部署有稱作模擬前端的電路，該電路對於來自每一個檢測元件的電荷輸出進行積分和數位化，並將所得輸出提供給圖1中所示的收集器14。下文將描述該模擬前端的細節。
[0048]收集器14收集計數信息，該信息表示使用從檢測器13輸出的輸出信號而執行的計數操作的結果。即，收集器14區分從檢測器13輸出的各信號並收集計數信息。此處，該計數信息表示，每次存在從X射線管12a轟擊出來並已經穿過測試對象P的X射線光子的入射輻射時，從由檢測器13(檢測電路40)輸出的各信號中所收集的信息。更特定地，在該計數信息中，以和X射線光子的能量值對應的方式來保持落在檢測器13 (檢測電路40)上的X射線光子的計數值。同時，收集器14將所收集的計數信息發送至控制臺設備30。
[0049]即，對於X射線管12a的每一個相(管相)，收集器14收集X射線光子的入射位置(檢測位置)(這是通過區分由檢測元件40所輸出的脈衝輸出來計數的)以及這些X射線光子的能量值作為計數信息。例如，收集器14將輸出用於計數的脈衝(電信號)的每一個檢測元件40的位置視作入射位置。另外，收集器14相對於電信號執行預定算術處理並測量X射線光子的能量值。
[0050]圖1中所示的躺臥設備20是使得測試對象P躺在其上的設備，且該躺臥設備20包括頂部面板22和躺臥驅動設備21。頂部面板22是使得測試對象躺在其上的面板。躺臥驅動設備21在Z軸方向移動頂部面板22以使得測試對象P在旋轉框架15內移動。
[0051]例如，架臺設備10執行螺旋掃描，其中旋轉框架15被旋轉同時移動頂部面板22以使得以螺旋方式來掃描測試對象P。可選地，架臺設備10執行常規掃描，其中在移動頂部面板22之後，旋轉框架15被旋轉的同時保持測試對象P的位置為固定，以使得以環形路徑掃描測試對象P。進一步可選地，架臺設備10通過實現步進-照射(step and shoot)方法來執行常規掃描，在該方法中以固定間隔來移動頂部面板22並在多個掃描區域處執行常規掃描。
[0052]控制臺設備30包括輸入單元31、顯示器32、掃描控制器33、預處理器34、第一存儲器35、重新配置單元36、第二存儲器37、和控制器38。控制臺設備30接收由操作者相對於光子計數CT設備所執行的操作並使用由該計數設備10所收集的計數信息來重新配置X射線CT圖像。
[0053]輸入單元31包括由光子計數CT設備的操作者為輸入各種指令和各種設置而使用的滑鼠或鍵盤；且輸入單元31將從操作者處接收的指令和設置傳輸至控制器38。例如，輸入單元31從操作者處接收到與X射線CT圖像數據有關的成像條件、在重新配置X射線CT成像數據時的重新配置條件、以及相對於X射線CT圖像數據的圖像處理條件。
[0054]顯示器32是由操作者所參看的監視設備。在控制器38的控制下，顯示器32顯示X射線CT圖像數據，並且顯示使操作者得以經由輸入單元31輸入各種指令和各種設置的圖形用戶界面(GUI)。
[0055]在控制器38的控制下，掃描控制器33控制輻射控制器11、驅動器16、收集器14、以及躺臥驅動設備21的操作；並且控制架臺設備10中的計數信息收集操作。
[0056]預處理器34通過相對於從收集器14發送來的計數信息執行諸如對數轉換、偏置校正、敏感度校正、和光束固化校正之類的校正操作來生成投影數據。
[0057]使用第一存儲器35來存儲由預處理器34生成的投影。即，第一存儲器35被用於存儲用於重新配置X射線CT圖像數據的投影數據(即，經校正的計數信息)。
[0058]重新配置單元36使用存儲於第一存儲器35中的投影數據來重新配置X射線CT圖像數據。此處，通過執行諸如反投影方法之類的各種方法來執行重新配置。反投影方法的示例包括濾波反投影(FBP)。另外，重新配置單元36相對於X射線CT圖像數據執行各種圖像處理，並生成圖像數據。然後，重新配置單元36將經過重新配置的X射線CT圖像數據以及通過執行各種圖像處理所生成的圖像數據存儲在第二存儲器37中。
[0059]根據計數信息(包含在光子計數CT設備內)所生成的投影數據，含有由於穿過測試對象P而衰減的X射線的能量信息。因此，例如，重新配置單元36可重新配置具有特定能量分量的X射線CT圖像數據。另外，例如，重新配置單元36可重新配置多個能量分量的每一個的X射線CT圖像數據。
[0060]進一步，根據每一個能量分量，重新配置單元36可為該能量分量的X射線CT數據的每一個像素分配色調；並可生成根據能量分量而被色彩編碼的多組X射線CT圖像數據。另外，重新配置單元36可通過疊加這些X射線CT圖像數據組來生成圖像數據。
[0061]控制器38控制架臺設備10、躺臥設備20、以及控制臺設備30的操作；並且執行光子計數CT設備的總體控制。更特定地，控制器38控制掃描控制器33以使得控制在架臺設備10內執行的CT掃描。另外，控制器38控制預處理器34和重新配置單元36，從而控制在控制臺設備30內執行的控制圖像重新配置操作和圖形生成操作。進一步，控制器38執行控制來在顯示器32上顯示存儲於第二存儲器37內的各種圖像數據。
[0062]在圖3中示出部署在檢測器13的第二級處的模擬前端50的框圖。在這個示例中，模擬前端50是專用集成電路(ASIC)。模擬前端50包括DC/DC轉換器49、多個核心50 (第一核心到第η個核心(其中η是大於或等於二的自然數))、以及數字模擬轉換器(DAC) 53。另外，模擬前端50包括寄存器54、多路復用器(MUX) 55、低壓差分信號(LVDS)接口 56、和電源單元57。
[0063]經由閃爍體58和矽光電倍增管(SiPM) 59，對應於入射的X射線的劑量的電荷被提供至每一個核心51。MUX 55在預定時刻切換由核心51以直方圖形式形成的X射線能量分布；並且經由用作短距離通信接口的LVDS接口 56將該能量分布提供至DAS 14。
[0064]每一個核心51包括積分器60、第一模擬數字轉換器(第一 ADC) 61、第二 ADC 62、編碼器63、計數器64、觸發器電路65、和輸出控制電路66。此處，編碼器63和計數器64可被稱為直方圖創建器。
[0065]積分器60對於對應於X射線劑量的電荷積分達預定時間段。第一 ADC61(其為部署在第一級中的模擬數字轉換器)，對於來自積分器60的積分輸出以粗解析度執行AD轉換。第二 ADC 62 (其為部署在第二級處的模擬數字轉換器)，對於沒有經受第一 ADC 61中的AD轉換的殘餘積分輸出，執行AD轉換。
[0066]作為特定示例，每一個核心51配置為最終將8位AD轉換輸出提供至MUX 55。作為部署在第一級中的模擬數字轉換器的第一 ADC 61，例如是循環型AD轉換器或摺疊型AD轉換器。通過將第一 ADC 61配置為循環型AD轉換或摺疊型AD轉換器，可與由積分器61執行的積分並行地執行輸入電荷的AD轉換。
[0067]作為對於積分輸出執行粗AD轉換的結果，第一 ADC 61生成2位AD轉換輸出。作為部署在第二級處的模擬數字轉換器的第二 ADC 62例如是逐次逼近寄存器(SAR)AD轉換器。第二 ADC 62對於沒有在第一 ADC 61中經受AD轉換的殘餘積分輸出來執行AD轉換，並生成6位AD轉換輸出。
[0068]編碼器63根據第一 ADC 61的2位AD轉換輸出以及第二 ADC 62的6位AD轉換輸出而生成8位AD轉換輸出；並將該8位AD轉換輸出提供至計數器64。然後，從該8位AD轉換輸出，計數器64形成並輸出X射線能量分布的直方圖。
[0069]在圖4中不出每一個核心51的積分器60和第一 ADC 61周圍部分的詳細框圖。如圖4中所不，每一個核心51包括第一放電開關71和第二放電開關72,被用於對於存儲在積分電容器60c內的電荷進行放電。另外，每一個核心51包括觸發器電路65、鎖存器電路73、延遲電路74、第一開關控制電路75、和輸出控制電路66。進一步，每一個核心51包括加法器76、比較器77、計數器78、和輸出控制開關79。此處，觸發器電路65、鎖存器電路73、延遲電路74、和第一開關控制電路75表示積分設置單元的周期的示例。
[0070]觸發器電路65響應於對應於閃爍體光子的電荷的輸入的開始，生成開始脈衝。鎖存器電路73在積分的預定周期期間鎖存該開始脈衝。延遲電路74使得開始脈衝的鎖存輸出延遲預定時間量並生成停止脈衝。然後，該停止脈衝被提供給鎖存器電路73和輸出控制電路66。因此，鎖存器電路73鎖存該開始脈衝，直到從延遲電路74提供了停止脈衝。開始脈衝的鎖存周期(=延遲電路74的延遲周期)表示已經輸入的電荷的積分周期。
[0071]第一開關控制電路75控制第一放電開關71，以使得，除了在積分周期期間以外，周期性地對於存儲在積分電容器60c內的電荷進行放電(且重置該輸出信號)。另一方面，在積分周期期間，第一開關控制電路75執行控制來停止將重置脈衝提供至第一放電開關71。
[0072]第二放電開關72以如下方式操作:在電荷的積分周期期間，每當積分輸出變得等於預定閾值時，根據來自比較器--的比較輸出，第二放電開關72對於存儲在積分電容器60c內的電荷進行放電。DA轉換器53對於比較器77設置預定閾值Vth。比較器77將來自積分器60的積分輸出與閾值Vth進行比較。當積分輸出的值等於或大於閾值Vth時，t匕較器77輸出高電位比較輸出。由於該高電位比較輸出，相對於第二放電開關72執行導通(ON)操作。
[0073]作為結果，在電荷積分周期期間，每當積分輸出的值變得等於或大於閾值Vth時，存儲在積分電容器60c內的電荷連接至地並放電。可選地，在電荷積分周期期間，每當積分輸出的值變得等於或大於閾值Vth時；設置在DA轉換器53內的閾值Vth被反相輸入加法器76。作為結果,存儲在積分電容器60c內的電荷之中，與設置在DA轉換器53內的閾值Vth相同的電荷被釋放。
[0074]圖5是用於說明這些構成元件的操作的時序圖。在圖5中，參考代碼(a)所指的時鐘表示從圖3中所示的寄存器54提供到時序生成器52的時鐘(CLK)。另外，在圖5中，參考代碼(b)所指的時鐘表示其相位被時序生成器52反相的反相時鐘(/CLK)。進一步，在圖5中，參考代碼(c)所指的信號表示從光電倍增管(SiPM) 59輸出的電荷的波形。當X射線落在閃爍體58上時，從閃爍體58中發出光，藉此導致生成閃爍體光。此處，閃爍體光隨著時間衰減。此處，圖5中由參考代碼(c)所指的電荷的波形在短時間周期內上升並逐漸繼續衰減。
[0075]在圖5中，由參考代碼(d)所指的信號和參考代碼(e)所指的脈衝表示生成在觸發器電路65中的起始脈衝。響應於電荷輸入，觸發器電路65生成上升信號達預定時間周期，如圖5中的參考代碼(d)所示出那樣。然後，觸發器電路65相對於所生成的信號執行波形整形，並生成由圖5中的參考代碼(e)所指的起始脈衝，並將該起始脈衝提供至鎖存器電路73。然後，如相對於圖5中參考代碼(g)所示，鎖存器電路73鎖存該起始脈衝達預定時間周期。
[0076]來自鎖存器電路73的鎖存輸出被提供至第一開關控制電路75和延遲電路74。然後，延遲電路74延遲該鎖存輸出預定時間周期，並生成由圖5中的參考代碼(f)所指的停止脈衝。該停止脈衝然後被提供給鎖存器電路73和輸出控制電路66。在將停止脈衝提供至鎖存器電路73時，鎖存器電路73結束鎖存，如相對於圖5中的參考代碼(g)所示地那樣。即，如相對於圖5中的參考代碼(g)所示地那樣，在將開始脈衝提供至鎖存器電路73的時間點開始到將停止脈衝提供給鎖存器電路73的時間點為止的時間周期，表示電荷的積分周期。
[0077]同時，將圖5中的參考代碼(h)所指的且例如通過相對於從時序生成器52輸出的反相時鐘(/CLK)執行分頻而生成的選通脈衝，提供至第一開關控制電路75和輸出控制電路66。在將選通脈衝提供至第一控制電路75時，第一控制電路75生成由圖5中的參考代碼(i)所指的重置脈衝，並且第一控制電路75將該重置脈衝提供至第一放電開關71。因此，每當提供重置脈衝時，相對於第一放電開關71執行導通控制；在重置脈衝時釋放存儲於積分電容器60c內的電荷；並且重置積分電容器60c。
[0078]在由圖5中的參考代碼(g)所指的鎖存周期期間(即，在計分周期期間)，第一開關控制電路75執行控制來停止將重置脈衝提供至第一放電開關71，如參看圖5中的參考代碼⑴所示的那樣。在圖5中，參考代碼(j)表示來自積分器60的積分輸出。當在積分周期期間執行控制從而停止向第一放電開關71提供重置脈衝時，如虛線波形所示，積分輸出的值逐漸增加。然而，在向其提供積分輸出的比較器77中，在由參考代碼(j)所指的積分輸出中，DA轉換器53已經設置了閾值Vth。為此理由，在積分周期期間，每當積分輸出的值變得等於或大於閾值Vth時，比較器77將高電平比較輸出提供至第二放電開關72和計數器78。
[0079]當提供高電平比較輸出時，第二放電開關72將DA轉換器53內設置的閾值Vth反相地輸入至向其提供電荷的加法器76。作為結果，在電荷積分周期期間，每當積分輸出的值變得等於或大於閾值Vth時，取決於DA轉換器53中設置的任意電位，存儲在積分電容器60c內的電荷被放電。可選地，在電荷積分周期期間，每當積分輸出的值變得等於或大於閾值Vth時，積分電容器60c內可連接至地並放電。一旦電荷被放電，積分電容器60c再次起動電荷的充電。作為結果，來自積分器60的積分輸出的值逐漸增加。以此方式，在電荷積分周期期間，控制積分電容器60c以使得參照閾值Vth而重複電荷的放電和充電。
[0080]計數器78對於積分周期期間所提供的高電平比較輸出的數量進行計數。因此，在電荷積分周期期間，每當積分電容器60c的電荷被放電時，如圖5中的參考代碼(k)所示地那樣，計數器78對於計數值增加一。在參看圖5中的參考代碼(k)所示的示例中，示出了積分周期期間，比較輸出被兩次設置為高電平。因此，在這個情況下，計數器78的計數值為「2」。然後，計數器78將這個計數值作為第一 ADC 61的AD轉換值以例如2位數據的形式提供至圖3中所示的編碼器63。
[0081]以此方式,在根據第一實施例的光子計數CT設備中,第一 ADC 61相對於積分輸出執行粗AD轉換，並生成2位AD轉換輸出。輸出控制電路66執行控制來在積分周期期間斷開輸出控制開關79。然後，一旦完成積分周期，輸出控制電路66在停止脈衝時以及在起始脈衝時用參考圖5中參考代碼(I)所指的輸出控制脈衝執行控制來導通輸出控制開關79。作為結果，在積分周期期間，在由計數器78最終計數的積分輸出之後剩餘的殘餘積分輸出被提供至部署在第二級處的第二ADC 62。因此，在參看圖5中參考代碼(j)所示的示例中，在積分周期期間，從第二次計數開始直至但不包括閾值Vth在內的積分輸出將被提供至部署在第二級處的第二 ADC 62。
[0082]另外，在該第一實施例中，第一 ADC 16執行粗AD轉換，且第二 ADC62相對於殘餘積分輸出執行精細AD轉換。為此理由，在積分周期期間，在由計數器78最終計數的積分輸出之後剩餘的殘餘積分輸出被提供至部署在第二級處的第二 ADC 62。然而，在其中僅使用粗AD轉換值的設備的情況下，配置可不包括第二 ADC62且可僅使用來自第一 ADC 61的AD轉換。在這個情況下，在最終計數積分輸出後剩餘的殘餘積分輸出被破壞。
[0083]在圖6中示出部署在第二級處的第二 ADC 62的框圖。此處，部署在第二級處的第二 ADC 62例如是逐次逼近型(SAR)AD轉換器。第二 ADC 62相對於沒有在第一 ADC 61中經受AD轉換的殘餘積分輸出來執行AD轉換，並生成6位AD轉換輸出。
[0084]更特定地，第二 ADC 62包括採樣保持放大器(SHA) 81、比較器82、和η位DA轉換器(其中η是自然數)83。另外，第二 ADC 62包括連續逼近寄存器(SAR) 84、和時序控制電路85。
[0085]首先，在第二 ADC 62中，僅將DA轉換器83的最高有效位(MSB)設置為「I」(其餘位設置為「O」)，且比較器82執行與輸入信號的比較。如果輸入信號較大，則確定為將MSB設置為「 I 」。另一方面，如果輸入信號較小，則確定為將MSB設置為「O」。
[0086]接著，在比MSB低一級的位中設置為「 I 」，且比較器82執行與輸入信號的比較。如果輸入信號較大，則確定為將相關位設置為「 I 」。另一方面，如果輸入信號較小，則確定為將相關位設置為「O」。對於η個位(例如，六位)重複這樣的每一位的設置操作，且最終確定最低有效位(LSB)。LSB的確定標誌著AD轉換操作的結束。在AD轉換完成時，DA轉換器83的數字數據用作AD轉換結果並被提供給圖3中所示的編碼器63。
[0087]以此方式，在根據第一實施例的光子計數CT設備中，如圖7中所示，第一 ADC 61相對於積分輸出執行粗AD轉換。然後，相對於沒有經受第一 ADC61中的AD轉換的殘餘積分輸出，第二 ADC 62執行精細AD轉換。
[0088]換言之，在根據第一實施例的光子計數CT設備中，在第一級處部署循環型(或摺疊型)AD轉換器。循環型AD轉換器可甚至在積分周期期間執行AD轉換。為此理由，通過利用積分周期，使用部署在第一級處的第一 ADC 61來執行粗AD轉換。另外，使用具有高準確度的SAR型AD轉換器作為第二級處的第二 ADC62用於執行精細AD轉換。以此方式，通過以時間共享的方式使用第一 ADC 61和第二 ADC 62來執行AD轉換，得以能增強總的AD轉換(包括第一級處的AD轉換和第二級處的AD轉換)的視在解析度。
[0089]然後，編碼器63相對於從第一 ADC 61提供的2位粗AD轉換值、以及從第二 ADC62提供的6位精細AD轉換值，執行編碼操作，且生成8位AD轉換值；並將該8位AD轉換至提供至計數器64。然後，根據接收自編碼器63的該8位AD轉換值，計數器64例如生成表示如圖8中所示的峰值計數數量的直方圖；並將該直方圖提供至多路復用器55。此處，多路復用器55在預定時刻切換從核心51所接收的直方圖；並經由LVDS接口 56將這些直方圖提供至DAS 14。
[0090]從上述說明中能明顯看出，在根據第一實施例的光子計數CT設備中，在第一級處部署循環型(或摺疊型)AD轉換器。循環型AD轉換器可甚至在積分周期期間執行AD轉換。為此理由，通過利用積分周期，使用部署在第一級處的第一 ADC 61來執行粗AD轉換。另外，使用具有高準確度的SAR型AD轉換器作為第二級處的第二 ADC62用於執行精細AD轉換。以此方式，通過以時間共享的方式使用第一 ADC 61和第二 ADC 62執行AD轉換，可在數百個通道中以同時的方式以高解析度測量高速和高能數據。作為結果，得以能實現具有高計數率和高解析度的光子計數CT設備。
[0091]另外,在第一實施例中，使用第一 ADC 61執行粗AD轉換,而使用第二 ADC 62來執行殘餘積分輸出的精細AD轉換，為此理由，在積分周期期間，在由計數器78最終計數的積分輸出之後剩餘的殘餘積分輸出被提供至部署在第二級處的第二 ADC 62。然而，在其中僅使用粗AD轉換值的設備的情況下，配置可不包括第二 ADC62且可僅使用來自第一 ADC的AD轉換，如上文所述。
[0092]第二實施例
[0093]下文給出根據第二實施例的光子計數CT設備的說明。在根據第二實施例的光子計數CT設備中，在第一 ADC 61側上，相對於積分器60部署了兩個積分電容器。在比較器輸出變得等於或大於閾值Vth時，將已經放電的積分電容器連接至積分器60。據此，不再要求積分電容器的放電時間。與第一實施例相比，下述的第二實施例僅在這一點有所不同。因此，僅對於兩個實施例之間的差異給出如下說明，且不再重複其共同的說明。另外，在用於說明第二實施例所參看的附圖中，同第一實施例中的構成元件執行相同操作的那些構成元件由相同附圖標記表示，且不再重複其詳細說明。
[0094]在圖9中示出部署在根據第二實施例的光子計數CT設備內的每一個核心51的積分器60和第一 ADC 61周圍部分的詳細框圖。在根據第二實施例的光子計數CT設備中，如圖9中所示，第一放電電路91和第二放電電路92連接至每一個核心51中的積分器60。
[0095]第一放電電路91包括第一積分電容器60cI。另外，第一放電電路91包括放電開關140，該開關在非積分周期期間，使用上述重置脈衝周期性地對於第一積分電容器60cl進行放電。進一步，第一放電電路91包括充電開關141a和141b，這些開關在積分周期期間，對於第一積分電容器60cl進行充電。另外,第一放電電路91包括放電開關142a和142b,這些開關在積分周期期間，對存儲於第一積分電容器60cl內電荷進行放電。
[0096]以相同方式，第二放電電路92包括第二積分電容器60c2。另外，第二放電電路92包括放電開關143，該開關在非積分周期期間，使用上述重置脈衝，周期性地對於第二積分電容器60c2進行放電。進一步，第二放電電路92包括充電開關144a和144b，這些開關在積分周期期間，對於第二積分電容器60c2進行充電。另外，第二放電電路92包括放電開關145a和145b,這些開關在積分周期期間,對存儲於第二積分電容器60c2內電荷進行放電。
[0097]此外，在根據第二實施例的光子計數CT設備中，比較器77的比較輸出被提供至開關控制電路93。在積分周期期間，開關控制電路93執行控制來切換開關141a、141b、142a、142b、144a、144b、145a、和145b，使得在比較輸出變得等於或大於閾值Vth時，已經被放電的第一積分電容器60cl和已經被放電的第二積分電容器60c2連接至積分器60。
[0098]圖10是用於說明這些構成元件的操作的時序圖。在圖10中，參考標號(a)所指的時鐘表示從圖3中所示的寄存器54提供到時序生成器52的時鐘(CLK)。另外，在圖10中，參考代碼(b)所指的時鐘表示其相位被時序生成器52反相的反相時鐘(/CLK)。進一步，在圖10中，參考代碼(c)所指的信號表示從光電倍增管(SiPM) 59輸出的電荷的波形。另外，在圖10中，由參考代碼(d)所指的信號和參考代碼(e)所指的脈衝表示在觸發器電路65中生成的起始脈衝。
[0099]進一步，在圖10中，由參考代碼(g)所指的脈衝表示由鎖存器電路73通過鎖存起始脈衝達預定時間周期所生成的鎖存器輸出的波形。另外，在圖10中，由參考代碼(f)所指的脈衝表示用於停止鎖存器電路73的鎖存操作的停止脈衝。進一步，在圖10中，由參考代碼(h)所指的脈衝表示用於在第一開關控制電路75中生成重置脈衝的選通脈衝。另外，在圖10中，由參考代碼(i)所指的脈衝表示在第一開關控制電路75中生成的重置脈衝。
[0100]在根據第二實施例的光子計數CT設備中，在非積分周期期間，開關控制電路93，使用由圖10中所示的參考代碼(I)所指的第一控制脈衝，執行控制來導通充電開關141a和141b，這些開關被用於對第一放電電路91的第一積分電容器60cl充電，且導通放電開關145a和145b,這些開關被用於對第二放電電路92的第二積分電容器60c2進行放電。作為結果，第一放電電路91的第一積分電容器60cl被充電，而存儲在第二放電電路92的第二積分電容器60c2中的電荷被接地並被放電。
[0101]另外，在非積分周期期間，由圖10中的參考代碼(i)所指的重置脈衝從第一開關控制電路75提供至第一放電電路91的放電開關140。作為結果，在非積分周期期間，在重置脈衝的時刻，存儲在第一放電電路91的第一積分電容器60cI內的電荷被周期性地放電。
[0102]另一方面，在其中鎖存器輸出(由圖10中所示的參考代碼(g)所指)處於高電平的積分周期期間，停止將圖10中由參考代碼(i)所指的重置脈衝提供至放電開關140。作為結果，停止第一積分電容器60cl的周期性放電。因此，如圖10中由參考代碼(η)所指，積分器60的積分輸出的值逐漸增加。第一 ADC61的比較器77將由圖10中由參考代碼(η)所指的閾值Vth與積分輸出的值進行比較。當積分輸出的值等於或大於閾值Vth時，比較器77將高電位比較輸出提供至開關控制電路93。
[0103]當提供高電平比較輸出時，開關控制電路93設置第一控制脈衝(Φ1)(其由圖10中所示的參考代碼(I)所指)為低電平。另外，當提供高電平比較輸出時，開關控制電路93設置第二控制脈衝(Φ2)(其由圖10中所示的參考代碼(m)所指)為高電平。
[0104]作為結果，在第一放電電路91中，由於第一控制脈衝，相對於充電開關141a和141b執行斷開控制；由於第二控制脈衝，相對於放電開關142a和142b執行導通控制；且對於存儲在第一積分電容器60cl中的電荷進行放電。因此，如圖10中參考代碼(j)所指的那樣，表不存儲在第一積分電容器60cl內的電荷量的波形,在第一控制脈衝設置為低電平且第二控制脈衝被設置為高電平時，陡然下降(即，由於放電原因，電荷量減少)。
[0105]反之，在第二放電電路92中，由於第二控制脈衝(Φ 2)，相對於充電開關144a和144b執行導通控制；由於第一控制脈衝，相對於放電開關145a和145b執行斷開控制；且開始在第二積分電容器60c2的電荷存儲。因此，如圖10中參考代碼(k)所指的那樣，表示存儲在第二積分電容器60c2內的電荷量的波形，在第一控制脈衝設置為低電平且第二控制脈衝被設置為高電平時，逐漸上升(即，電荷逐漸增加)。
[0106]因此，在根據第二實施例的光子計數CT設備中，當積分周期開始且積分輸出值變得等於或大於第一時間的閾值Vth時，連接至積分器60的積分電容器從第一積分電容器60cl切換至已經被放電的第二積分電容器60c2。
[0107]當作為在第二放電電路92的第二積分電容器60c2中開始存儲電荷的結果，電荷量逐漸增加時，積分輸出的值變得等於或大於閾值Vth，如圖10中參考代碼(η)所指地那樣。因此，比較器77同樣向開關控制電路93提供高電平比較輸出。
[0108]當再次向開關控制電路93提供高電平比較輸出時，開關控制電路93設置第一控制脈衝(Φ1)(其由圖10中所示的參考代碼(I)所指)為高電平。另外，開關控制電路93設置第二控制脈衝(Φ2)(其由圖10中所示的參考代碼(m)所指)為低電平。
[0109]作為結果，在第一放電電路91中，由於第一控制脈衝，相對於充電開關141a和141b執行導通控制；由於第二控制脈衝，相對於放電開關142a和142b執行斷開控制；且開始在第一積分電容器60cl中的電荷存儲。因此，如圖10中參考代碼(j)所指的那樣，表示存儲在第二積分電容器60c2內的電荷量的波形，在第一控制脈衝設置為高電平且第二控制脈衝被設置為低電平時，逐漸上升(即，電荷逐漸增加)。
[0110]反之，在第二放電電路92中，由於第二控制脈衝(Φ 2)，充電開關144a和144b經受斷開控制；由於第一控制脈衝，放電開關145a和145b經受導通控制；且存儲在第二積分電容器60c2中的電荷被放電。因此，如圖10中參考代碼(k)所指的那樣，表示存儲在第二積分電容器60c2內的電荷量的波形，在第一控制脈衝設置為高電平且第二控制脈衝被設置為低電平時，陡然下降(即，由於放電原因，電荷量減少)。
[0111]因此，在根據第二實施例的光子計數CT設備中，當積分輸出值再次變得等於或大於閾值Vth時，連接至積分器60的積分電容器從第二積分電容器60c2切換至已經被放電的第一積分電容器60cl。在根據第二實施例的光子計數CT設備中，在積分周期期間，每當積分輸出變得等於或大於閾值Vth時，連接至積分器60的積分電容器在第一積分電容器60cl和第二積分電容器60c2之間切換。
[0112]作為結果，在積分周期期間，每當積分輸出變得等於或大於閾值Vth時，已經放電的電容器可連接至積分器60。因此，不僅是不再需要積分電容器的放電時間，而且還得以能實現與第一實施例中所實現的效果相同的效果。
[0113]如圖10中參考代碼(O)所示地，計數器78計數積分輸出變得等於或大於閾值Vth的次數；並將該計數值作為第一 ADC 61的轉換輸出提供至編碼器63。這與第一實施例中給出的說明相同。另外，在由計數器78最終計數的積分輸出之後剩餘的殘餘積分輸出在由圖10中的參考代碼(P)所指的輸出控制脈衝時被提供至部署在第二級處的第二ADC 62、或被破壞。這與第一實施例中給出的說明也相同。
[0114]第三實施例
[0115]下文給出根據第三實施例的光子計數CT設備的說明。僅對於與上述實施例不同處給出第三實施例的下述說明，且不再重複其相同說明。另外，在用於說明第三實施例所參看的附圖中，同上述實施例中的構成元件執行相同操作的那些構成元件可由相同附圖標記表示，且不再重複其詳細說明。
[0116]在圖11中示出部署在根據第三實施例的光子計數CT設備內的每一個核心51的積分器和第一ADC周圍部分的詳細框圖。如圖11中所示，在根據第三實施例的光子計數CT設備中，每一個核心51包括差分轉換器單元95，該單元根據單相輸入中生成具有互相反相的兩個信號(g卩，生成差分輸出)作為來自SiPM 59的電荷輸出。另外,每一個核心51包括積分器，該積分器具有放大器96、第一積分電容器97cl、和第二積分電容器97c2。在第一積分電容器97cl中存儲正電荷(+Q)，同時在第二積分電容器97c2中存儲負電荷(-Q)。
[0117]進一步，每一個核心包括用於對存儲在第一積分電容器97cl內的正電荷周期性放電的第一放電開關98 ;且包括用於對存儲在第二積分電容器97c2內的負電荷周期性放電的第二放電開關99。另外,每一個核心51包括用於輸出來自差分放大器96的正積分輸出的第一輸出控制開關100 ;且包括用於輸出來自差分放大器96的負積分輸出的第二輸出控制開關101。
[0118]進一步，每一個核心51包括設置正閾值+Vth和負閾值-Vth的DA轉換器104 ;且包括將來自差分放大器96的正和負積分輸出分別與由DA轉換器104所設置的正閾值+Vth和負閾值-Vth進行比較的比較器103。另外,每一個核心51包括用於在放電期間將存儲在第一積分電容器97cl和第二積分電容器97c2內的電荷設置為任意電位的DA轉換器105。進一步，每一個核心51包括電荷抵消電路102，該電路取決於來自比較器103的比較輸出，向來自差分轉換器單元95的正差分輸出增加負電荷，且向從差分轉換器電路95輸出的負差分輸出增加正電荷。
[0119]電荷抵消電路102包括對於正電荷(+Q)和負電荷(-Q)進行充電的電容器102c，且包括將來自差分轉換器單元95的差分輸出設置為DA轉換器105中所設置的電位的開關147a (/ Φ)、147b (/ Φ)、148 ( Φ)、和148b ( Φ)。每一個核心51還包括開關控制電路106，該電路根據來自比較器103的比較輸出，控制電荷抵消電路102的開關147a、147b、148a、和148b的開關操作。
[0120]圖12是用於說明這些構成元件的操作的時序圖。在圖12中，參考標號(a)的時鐘表示從圖3中所示的寄存器54提供到時序生成器52的時鐘(CLK)。另外，在圖12中，參考代碼(b)的時鐘表示其相位被時序生成器52反相的反相時鐘(/CLK)。進一步，在圖12中，參考代碼(c)的時鐘表示從光電倍增管(SiPM) 59輸出的電荷的波形。另外，在圖12中，由參考代碼(d)所指的信號和參考代碼(e)所指的脈衝表示在觸發器電路65中生成的起始脈衝。
[0121]進一步，在圖12中，由參考代碼(g)所指的脈衝表示由鎖存器電路73通過鎖存起始脈衝達預定時間周期所生成的鎖存器輸出的波形。另外，在圖12中，由參考代碼(f)所指的脈衝表示用於停止鎖存器電路73的鎖存操作的停止脈衝。進一步，在圖12中，由參考代碼(h)所指的脈衝表示用於在第一開關控制電路75中生成重置脈衝的選通脈衝。另外，在圖12中，由參考代碼(i)所指的脈衝表示在第一開關控制電路75中生成的重置脈衝。
[0122]在根據第三實施例的光子計數CT設備中，差分變換器單元95根據作為來自SiPM59的電荷輸出的單相輸入而生成具有相互反相的兩個信號(B卩，生成差分輸出)；並將這兩個信號提供至差分放大器96。作為結果,在第一積分電容器97cl中,存儲了正電荷(+Q)。另外，在第二積分電容器97c2中，存儲了負電荷(-Q)。在非積分周期期間，由圖12中的參考代碼(i)所指的重置脈衝被從第一開關控制電路75提供至第一放電開關98和第二放電開關99。因此，在非積分周期期間，在重置脈衝的時刻，存儲在第一積分電容器97cl和第二積分電容器97c2內的電荷被周期性地放電。
[0123]另外，在非積分周期期間，向開關控制電路106提供來自比較器103的低電平比較輸出。當向開關控制電路106提供低電平比較輸出時，開關控制電路106執行控制來導通開關148a和148b。作為結果，在非積分周期期間，由DA轉換器105所設置的電荷被存儲於電容器102c中。此處，電容器102c具有與第一積分電容器97cl和第二積分電容器97c2的電存儲容量基本相同的電存儲容量。因此，電容器102c在其內存儲了與存儲於第一積分電容器97cl中的正電荷(+Q)的量基本相同的正電荷(+Q)的量。類似地，電容器102c在其內存儲了與存儲於第二積分電容器97c2中的負電荷(-Q)的量基本相同的負電荷(-Q)的量。
[0124]同時，在其中積分周期的鎖存器輸出(由圖12中所示的參考代碼(g)所指)被設置為高電平的期間，停止將圖12中由參考代碼(i)所指的重置脈衝提供至放電開關98和99。作為結果，停止了第一積分電容器97cl和第二積分電容器97c2的周期性放電。因此，如圖12中由參考代碼(m)所指，來自差分放大器96的正積分輸出的值逐漸增加。另一方面，如圖12中由參考代碼(η)所指，來自差分放大器96的負積分輸出的值逐漸減少。
[0125]比較器103將正積分輸出與由DA轉換器104所設置並由圖12中所示的參考代碼(m)所指的正閾值+Vth相比較；並將正比較輸出提供至開關控制電路106。另外，比較器103將負積分輸出與由DA轉換器104所設置並由圖12中所示的參考代碼(η)所指的負閾值-Vth相比較；並將負比較輸出提供至開關控制電路106。
[0126]直到正積分輸出的值超過正閾值+Vth或負積分輸出的值超過負閾值-Vth ;開關控制電路106使用由圖12中的參考代碼(k)所指的高電平第一開關信號(Φ)來執行控制從而斷開電荷抵消電路102的開關147a和147b。可選地，開關控制電路106使用由圖12中的參考代碼(I)所指的低電平第二開關信號(/Φ)來執行控制從而斷開電荷抵消電路102的開關147a和147b。作為結果，如圖12中參考代碼(j)所示，直到正比較輸出的值超過了正閾值+Vth或直到負比較輸出的值超過負比較閾值-Vth ;電容器102c被充電。另外，負電荷(-Q)和正電荷(+Q)存儲於電容器102c內。
[0127]然後，如圖12中參考代碼(m)所示，正積分輸出的值變得等於或大於正閾值+Vth。可選地，如圖12中參考代碼(η)所示，負積分輸出的值變得等於或小於負閾值-Vth。當指示上述事實的比較輸出從比較器103提供至開關控制電路106時，開關控制電路106使用由圖12中的參考代碼(k)所指的低電平第一開關信號(Φ)執行控制來斷開電荷抵消電路102的開關148a和148b。作為結果，停止對於電容器102c的充電。
[0128]同時，當正積分輸出的值超過正閾值+Vth或負積分輸出的值超過負閾值-Vth時；開關控制電路106使用由圖12中的參考代碼(I)所指的高電平第二開關信號(/Φ)來執行控制從而導通電荷抵消電路102的開關147a和147b。作為結果，當正比較輸出的值超過正閾值+Vth或當負比較輸出的值超過負閾值-Vth時；存儲於電容器102c內的負電荷(-Q)被增加至正差分輸出，或存儲於電容器102c內的正電荷(+Q)被增加至負差分輸出。
[0129]電容器102c具有與第一積分電容器97cl和第二積分電容器97c2的電存儲容量基本相同的電存儲容量。另外，電容器102c的正電荷的量等於第一積分電容器97cl的正電荷的量；且電容器102c的負電荷的量等於第二積分電容器97c2的負電荷的量。為此理由，可由負電荷(-Q)抵消從差分轉換器單元95提供的正差分輸出，同時由正電荷(+Q)抵消負差分輸出。然後，如圖12中的參考代碼(m)和(η)所示，可分別將來自差分放大器96的正積分輸出的電位和負積分輸出的電位設置為與第一積分電容器97cI在放電期間的電位以及第二積分電容器97c2在放電期間的電位相同。
[0130]在積分周期期間，每當比較器103提供指示正積分輸出的值已經變得等於或大於正閾值+Vth或負積分輸出的值已經變得等於或小於負閾值-Vth的比較輸出時；開關控制電路106執行控制來開關電荷抵消電路102的開關147a、147b、148a、和148b，以使得相反極性的電荷被增加至每一個差分輸出。作為結果，每當正積分輸出超過正閾值+Vth或負積分輸出超過負閾值-Vth時，得以能將積分輸出的電位重置為放電期間的電位。因此，得以能實現與第一實施例中實現的效果相同的效果。
[0131]如參考圖12中所示的參考代碼(O)所示，計數器78對於正積分輸出的值變得等於或大於正閾值+Vth的次數進行計數，且對於負積分輸出的值變得等於或小於負閾值-Vth的次數進行計數。然後，以與第一實施例相同的方式，計數器78將計數值作為第一ADC 61的AD轉換輸出提供至編碼器63。另外，在由計數器78最終計數的積分輸出之後剩餘的殘餘正積分輸出和殘餘負積分輸出，在由圖12中的參考代碼(P)所指的輸出控制脈衝時經由第一輸出控制開關100或第二輸出控制開關101被提供至部署於第二級處的第二ADC 62，或被破壞。這與第一實施例中給出的說明也相同。
[0132]第四實施方式
[0133]下文給出根據第四實施例的光子計數CT設備的說明。在上述實施例中，相對於比較器77來設置單個閾值Vth。另外，在第三實施例中，相對於正積分輸出來設置單個正閾值+Vth，且相對於負積分輸出來設置單個負閾值-Vth。反之，在下述第四實施例中，相對於積分輸出來設置具有互相不同大小的多個閾值。同時，與上述各實施例相比，下述第四實施例僅在這一點不同。因此，僅對於與上述實施例之間的差異給出如下說明，且不再重複其共同的說明。另外，在用於說明第四實施例所參看的附圖中，同上述實施例中的構成元件執行相同操作的那些構成元件可由相同附圖標記表示，且不再重複其詳細說明。
[0134]在圖13中示出在根據第四實施例的光子計數CT設備內的每一個核心51的積分器60和第一 ADC 61周圍部分的詳細框圖。如圖13中所示，在根據第四實施例的光子計數CT設備中，相對於向其提供積分輸出的比較器77，DA轉換器150設置第一閾值Vthl和比第一閾值Vthl大的第二閾值Vth2。
[0135]圖14是用於說明這些構成元件的操作的時序圖。在圖14中，由參考標號(a)所指的時鐘表示從圖3中所示的寄存器54提供到時序生成器52的時鐘(CLK)。另外，在圖14中，由參考代碼(b)所指的時鐘表示其相位被時序生成器52反相的反相時鐘(/CLK)。進一步，在圖14中，由參考代碼(c)所指的時鐘表示從光電倍增管(SiPM) 59輸出的電荷的波形。另外，在圖14中，由參考代碼(d)所指的信號和參考代碼(e)所指的脈衝表示在觸發器電路65中生成的起始脈衝。
[0136]進一步，在圖14中，由參考代碼(g)所指的脈衝表示由鎖存器電路73通過鎖存起始脈衝達預定時間周期所生成的鎖存器輸出的波形。另外，在圖14中，由參考代碼(f)所指的脈衝表示用於停止鎖存器電路73的鎖存操作的停止脈衝。進一步，在圖14中，由參考代碼(h)所指的脈衝表示用於在第一開關控制電路75中生成重置脈衝的選通脈衝。另外，在圖14中，由參考代碼(i)所指的脈衝表示在第一開關控制電路75中生成的重置脈衝。
[0137]在根據第四實施例的光子計數CT設備中，如參看圖14中的參考代碼(j)所示地，DA轉換器150首先在比較器77內設置第一閾值Vthl。然後，在積分周期期間，在提供比較輸出以指示積分輸出已經變得等於或大於第一閾值Vthl這一事實時，由DA轉換器150在比較器77中設置比第一閾值Vthl大的第二閾值Vth2。此後，在積分周期期間，比較器77將積分輸出與第二閾值Vth2比較。作為以步進方式執行比較的結果，如圖15中所示，得以能相對於所指定的AD轉換區域來增強視在解析度。此外，還可實現與上述實施例中實現的效果相同的效果。
[0138]如參考圖14中所示的參考代碼(k)所示，計數器78對於積分輸出的值變得等於或大於第一閾值Vthl的次數以及對於積分輸出的值變得等於或大於第二閾值Vth2的次數的總次數進行計數。然後，以與第一實施例相同的方式，計數器78將總計數值作為第一 ADC61的AD轉換輸出提供至編碼器63。另外，由計數器78最終計數的積分輸出之後剩餘的殘餘積分輸出，在由圖14中的參考代碼(I)所指的輸出控制脈衝時，經由輸出控制開關被提供至部署在第二級處的第二 ADC 62、或被破壞。這與第一實施例中給出的說明也相同。
[0139]在該示例中，設置了兩個閾值，S卩，Vthl和Vth2。然而，可選地，還可設置三個或更多個不同閾值。另外，在圖13所示示例中，在根據第一實施例的電路配置中實現第四實施例。可選地，也可在第二實施例和第三實施例中實現第四實施例。在第四實施例是在第三實施例中實現的情況下，設置多個不同正閾值+Vth且設置多個不同負閾值-Vth。在每一種情況下，可實現與上述效果相同的效果。
[0140]根據上述至少一個實施例的信號處理設備，該信號處理設備包括積分器、第一模擬數字轉換器、和直方圖創建器。積分器配置為對與電磁波對應的電荷進行積分。第一模擬數字轉換器配置為，與由積分器執行的積分操作並行地，執行模擬數字轉換操作，該模擬數字轉換操作使用來自積分器的積分輸出來生成電荷的數字數據。直方圖創建器配置為根據由第一模擬數字轉換器生成的數字數據來創建表示電磁波的能量分布的直方圖。因此，可以高計數率和高解析度來提供信號處理。
[0141]儘管描述了特定實施例，但這些實施例只是作為示例呈現，並且不旨在限制本發明的範圍。實際上，在本文中所描述的新穎實施例可以各種其他形式體現，此外，可作出以本文中所描述的實施例的形式的各種省略、替換和改變而不背離本發明的精神。所附權利要求書及其等效方案旨在覆蓋將落入本發明的範圍和精神內的這些形式或修改。
【權利要求】
1.一種信號處理設備，包括: 積分器，其配置為對與電磁波對應的電荷進行積分； 第一模擬數字轉換器，其配置為與由所述積分器執行的積分操作並行地執行模擬數字轉換操作，所述模擬數字轉換操作使用來自所述積分器的積分輸出來生成電荷的數字數據；以及 直方圖創建器，其配置為根據由所述第一模擬數字轉換器生成的所述數字數據來創建表不電磁波的能量分布的直方圖。
2.如權利要求1所述的信號處理設備，其特徵在於，還包括積分周期設置單元，其配置為相對於所述積分器來設置電荷的積分周期，其中 所述積分器包括 積分電容器，其配置為在其中存儲電荷，和 放電電路，其配置為對所述積分電容器進行放電，且 所述第一模擬數字轉換器包括 比較器，其配置為將所述積分輸出與預定閾值進行比較，和 計數器，其配置為將所述積分輸出的值變得等於或大於所述預定閾值的次數輸出作為所述電荷的數字數據，且 所述第一模擬數字轉換器被配置為，在積分周期期間，當所述積分值的值等於或大於所述預定閾值時，將所述比較器的比較輸出提供至所述放電電路並對所述積分電容器進行放電。
3.如權利要求2所述的信號處理設備，其特徵在於，還包括: 輸出控制器，其配置為在積分周期結束時，輸出具有比所述預定閾值更低的值的積分輸出；和 第二模擬數字轉換器，其配置為生成具有比所述預定閾值更低的值的積分輸出的數字數據，其中 所述直方圖創建器被配置為根據由所述第一模擬數字轉換器生成的數字數據和由所述第二模擬數字轉換器生成的數字數據來創建表示電磁波的能量分布的直方圖。
4.如權利要求2或3所述的信號處理設備，其特徵在於， 所述積分器包括配置為存儲電荷的至少兩個積分電容器，和配置為將電荷存儲在所述積分電容器中並對所述積分電容器進行放電的至少兩個放電電路， 所述信號處理設備還包括放電控制器，其配置為在積分周期期間將處於放電狀態的所述積分電容器連接至所述積分器，從而執行對所述放電電路的控制以使得，每當所述比較器的比較輸出變得等於或大於所述預定閾值時，將處於電荷存儲狀態的所述積分電容器轉換至所述放電狀態，且將處於放電狀態的積分電容器轉換為電荷存儲狀態。
5.如權利要求2或3所述的信號處理設備，其特徵在於， 所述積分器包括配置為存儲正電荷的積分電容器和配置為存儲負電荷的積分電容器， 所述設備還包括 差分變換器單元，其配置為根據對應於電磁波的電荷生成具有互相不同極性的正電荷和負電荷，並將正電荷和負電荷提供至所述積分器； 電容器，其與所述積分電容器具有基本相同的容量，且配置為存儲正電荷和負電荷；和 電荷抵消電路，其配置為在積分周期期間抵消提供至所述積分器的電荷，以使得每當所述比較器的比較輸出變得等於或大於所述預定閾值時，存儲於電容器內的負電荷被提供至用於將來自所述差分變換器單元的正電荷提供至所述積分器的線，並且存儲於電容器內的正電荷被提供至用於將來自所述差分變換器單元的負電荷提供至所述積分器的線。
6.如權利要求2或3所述的信號處理設備，其特徵在於， 所述比較器設置有彼此不同的至少第一閾值和第二閾值，且 所述比較器配置為執行其中將所述第一閾值與所述積分輸出比較，且在所述積分輸出的值變得等於或大於所述第一閾值之後，將所述第二閾值與所述積分輸出比較的比較操作。
7.—種信號處理方法，包括: 與由積分器執行的積分操作並行地，使用來自配置為對與電磁波對應的電荷進行積分的所述積分器的積分輸出，來執行模擬數字轉換操作，所述模擬數字轉換操作生成電荷的數字數據；且 根據所生成的數字數據來創建表示電磁波的能量分布的直方圖。
【文檔編號】G05B19/042GK104434161SQ201410465791
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月12日 優先權日:2013年9月24日
【發明者】舟木英之, 木村俊介, 河田剛, 板倉哲朗, 古田雅則 申請人:株式會社東芝