(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
事象を検出するステップ；
前記事象の検出に伴うトリガー信号を生成するステップ；
第１の時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）を用いて、前記トリガー信号の第１のタイムスタンプを生成するステップ；
前記第１のＴＤＣに対して固定の時間オフセットを有する第２のＴＤＣを用いて、前記トリガー信号の第２のタイムスタンプを生成するステップ；
前記事象を、（ｉ）前記第１のタイムスタンプ、（ｉｉ）前記第２のタイムスタンプ、及び（ｉｉｉ）前記第１のタイムスタンプと前記第２のタイムスタンプとの集約、のうちの何れか１つと関連付けるステップ；
（ｉ）前記第１のＴＤＣを共通クロック信号に同期させるステップ；及び
（ｉｉ）前記第２のＴＤＣを前記共通クロック信号に同期させるステップ；
を有し、
前記同期させるステップ（ｉ）及び（ｉｉ）が、前記第１のＴＤＣに対する前記第２のＴＤＣの前記固定の時間オフセットを、前記共通クロック信号の周期として、あるいは前記共通クロック信号の周期の一定の割合又は倍数として決定する、
方法。
【請求項２】
事象を検出するステップ；
前記事象の検出に伴うトリガー信号を生成するステップ；
第１の時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）を用いて、前記トリガー信号の第１のタイムスタンプを生成するステップ；
前記第１のＴＤＣに対して固定の時間オフセットを有する第２のＴＤＣを用いて、前記トリガー信号の第２のタイムスタンプを生成するステップ；及び
前記事象を、（ｉ）前記第１のタイムスタンプ、（ｉｉ）前記第２のタイムスタンプ、及び（ｉｉｉ）前記第１のタイムスタンプと前記第２のタイムスタンプとの集約、のうちの何れか１つと関連付けるステップ；
を有し、
前記関連付けるステップは、前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の時間差が前記固定の時間オフセットと異なることに応答して、前記第１のＴＤＣの時間校正及び前記第２のＴＤＣの時間校正を調整することを有する、
方法。
【請求項３】
事象を検出するステップ；
前記事象の検出に伴うトリガー信号を生成するステップ；
第１の時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）を用いて、前記トリガー信号の第１のタイムスタンプを生成するステップ；
前記第１のＴＤＣに対して固定の時間オフセットを有する第２のＴＤＣを用いて、前記トリガー信号の第２のタイムスタンプを生成するステップ；及び
前記事象を、（ｉ）前記第１のタイムスタンプ、（ｉｉ）前記第２のタイムスタンプ、及び（ｉｉｉ）前記第１のタイムスタンプと前記第２のタイムスタンプとの集約、のうちの何れか１つと関連付けるステップ；
を有し、
前記第１のＴＤＣを用いた前記第１のタイムスタンプの生成は、第１の時間インターバルを測定することと、第１の変換操作を用いて、前記第１の時間インターバルを前記第１のタイムスタンプへと変換することとを有し；
前記第２のＴＤＣを用いた前記第２のタイムスタンプの生成は、第２の時間インターバルを測定することと、第２の変換操作を用いて、前記第２の時間インターバルを前記第２のタイムスタンプへと変換することとを有し；且つ
前記関連付けるステップは、前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の時間差が前記固定の時間オフセットと異なることに応答して、前記第１及び第２の変換操作を調整することを有する；
方法。
【請求項４】
前記第１の変換操作は、増倍係数による乗算を含み；
前記第２の変換操作は、前記増倍係数による乗算を含み；且つ
前記関連付けるステップは、前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の前記時間差が前記固定の時間オフセットより小さい場合に、前記増倍係数を大きくし、前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の前記時間差が前記固定の時間オフセットより大きい場合に、前記増倍係数を小さくすることを有する；
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
事象を検出するステップ；
前記事象の検出に伴うトリガー信号を生成するステップ；
第１の時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）を用いて、前記トリガー信号の第１のタイムスタンプを生成するステップ；
前記第１のＴＤＣに対して固定の時間オフセットを有する第２のＴＤＣを用いて、前記トリガー信号の第２のタイムスタンプを生成するステップ；及び
前記事象を、（ｉ）前記第１のタイムスタンプ、（ｉｉ）前記第２のタイムスタンプ、及び（ｉｉｉ）前記第１のタイムスタンプと前記第２のタイムスタンプとの集約、のうちの何れか１つと関連付けるステップ；
を有し、
前記第１のＴＤＣを用いた前記第１のタイムスタンプの生成は、第１の時間インターバルを測定することと、増倍係数による乗算を含んだ第１の変換操作を用いて、前記第１の時間インターバルを前記第１のタイムスタンプへと変換することとを有し；
前記第２のＴＤＣを用いた前記第２のタイムスタンプの生成は、第２の時間インターバルを測定することと、前記増倍係数による乗算を含んだ第２の変換操作を用いて、前記第２の時間インターバルを前記第２のタイムスタンプへと変換することとを有し；且つ
前記関連付けるステップは、（１）前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の時間差と、（２）前記固定の時間オフセットと、の間の差を低減するように、前記増倍係数を増大あるいは減少させることを有する；
方法。
【請求項６】
前記第１の変換操作は第１のルックアップテーブルを適用することを有し、前記第２の変換操作は第２のルックアップテーブルを適用することを有する、請求項３乃至５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
方法であって、
事象を検出するステップ；
前記事象の検出に伴うトリガー信号を生成するステップ；
第１の時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）を用いて、前記トリガー信号の第１のタイムスタンプを生成するステップ；
前記第１のＴＤＣに対して固定の時間オフセットを有する第２のＴＤＣを用いて、前記トリガー信号の第２のタイムスタンプを生成するステップ；及び
前記事象を、（ｉ）前記第１のタイムスタンプ、（ｉｉ）前記第２のタイムスタンプ、及び（ｉｉｉ）前記第１のタイムスタンプと前記第２のタイムスタンプとの集約、のうちの何れか１つと関連付けるステップ；
を有し、
前記検出するステップは、検出器アレイを用いて実行され、前記トリガー信号は、前記検出器アレイのうちのトリガリング検出器によって生成され、当該方法は更に：
前記トリガリング検出器に基づいて選定された遅延時間だけ前記トリガー信号を遅延させるステップ；
を有する、
方法。
【請求項８】
前記遅延させるステップは：
前記検出器アレイに結合されたトリガー信号ネットワーク内に調整可能な遅延要素を配設すること；及び
前記調整可能な遅延要素の遅延時間を、前記検出器アレイのスキューを補償するように設定すること；
を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
方法であって、
事象を検出するステップ；
前記事象の検出に伴うトリガー信号を生成するステップ；
第１の時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）を用いて、前記トリガー信号の第１のタイムスタンプを生成するステップ；
前記第１のＴＤＣに対して固定の時間オフセットを有する第２のＴＤＣを用いて、前記トリガー信号の第２のタイムスタンプを生成するステップ；及び
前記事象を、（ｉ）前記第１のタイムスタンプ、（ｉｉ）前記第２のタイムスタンプ、及び（ｉｉｉ）前記第１のタイムスタンプと前記第２のタイムスタンプとの集約、のうちの何れか１つと関連付けるステップ；
を有し、
前記検出するステップは、検出器アレイを用いて実行され、前記トリガー信号は、前記検出器アレイのうちのトリガリング検出器によって生成され、当該方法は更に：
前記トリガリング検出器に基づいて前記第１のタイムスタンプ及び前記第２のタイムスタンプを調整するステップ；
を有する、
方法。
【請求項１０】
事象を検出するステップ；
前記事象の検出に伴うトリガー信号を生成するステップ；
第１の時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）を用いて、前記トリガー信号の第１のタイムスタンプを生成するステップ；
前記第１のＴＤＣに対して固定の時間オフセットを有する第２のＴＤＣを用いて、前記トリガー信号の第２のタイムスタンプを生成するステップ；及び
前記事象を、（ｉ）前記第１のタイムスタンプ、（ｉｉ）前記第２のタイムスタンプ、及び（ｉｉｉ）前記第１のタイムスタンプと前記第２のタイムスタンプとの集約、のうちの何れか１つと関連付けるステップ；
を有し、
前記関連付けるステップは、前記第１のタイムスタンプの信頼性及び前記第２のタイムスタンプの信頼性に基づいて、（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）の間で選択を行う；
方法。
【請求項１１】
前記検出するステップは、陽電子放出型断層撮影（ＰＥＴ）検出器のアレイを用いて放射線粒子を検出することを有し、当該方法は更に：
前記検出するステップ、前記トリガー信号を生成するステップ、前記第１及び第２のタイムスタンプを生成するステップ、並びに前記関連付けるステップを反復して、タイムスタンプを付与された放射線検出事象のデータセットを収集するステップ；
前記タイムスタンプを付与された放射線検出事象のデータセットから、飛行時間（ＴＯＦ）ＰＥＴデータセットを生成するステップ；及び
前記ＴＯＦ  ＰＥＴデータセットを再構成してＰＥＴ画像を生成するステップ；
を有する、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
事象を検出するステップ；
前記事象の検出に伴うトリガー信号を生成するステップ；
第１の時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）を用いて、前記トリガー信号の第１のタイムスタンプを生成するステップ；
前記第１のＴＤＣに対して固定の時間オフセットを有する第２のＴＤＣを用いて、前記トリガー信号の第２のタイムスタンプを生成するステップ；及び
前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の時間差が前記固定の時間オフセットと異なることに応答して、前記第１のＴＤＣの時間校正及び前記第２のＴＤＣの時間校正を調整するステップ；
を有する方法。
【請求項１３】
事象を検出するように構成された検出器；
前記事象の前記検出に関する第１のタイムスタンプを生成するように構成された第１の時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）；
前記事象の前記検出に関する第２のタイムスタンプを生成するように構成された第２のＴＤＣであり、該第２のＴＤＣと前記第１のＴＤＣとの間に固定の時間オフセットが存在する、第２のＴＤＣ；及び
前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の時間差を、前記第２のＴＤＣと前記第１のＴＤＣとの間の前記固定の時間オフセットに等しく保つように、前記第１のＴＤＣ及び前記第２のＴＤＣを調整するように構成された自動校正回路；
を有する装置。
【請求項１４】
前記第１のＴＤＣ及び前記第２のＴＤＣはともに、前記第２のＴＤＣと前記第１のＴＤＣとの間の前記固定の時間オフセットを定める共通クロック信号に同期される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のＴＤＣは、第１の時間インターバルを測定し、且つ第１の変換操作を用いて前記第１の時間インターバルを前記第１のタイムスタンプへと変換し；
前記第２のＴＤＣは、第２の時間インターバルを測定し、且つ第２の変換操作を用いて前記第２の時間インターバルを前記第２のタイムスタンプへと変換し；且つ
前記自動校正回路は、前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の前記時間差を、前記第２のＴＤＣと前記第１のＴＤＣとの間の前記固定の時間オフセットに等しく保つように、前記第１及び第２の変換操作を調整する；
請求項１３又は１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１の変換操作は、増倍係数による乗算を含み；
前記第２の変換操作は、前記増倍係数による乗算を含み；且つ
前記自動校正回路は、前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の前記時間差を、前記第２のＴＤＣと前記第１のＴＤＣとの間の前記固定の時間オフセットに等しく保つように、前記増倍係数を調整するよう構成される；
請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記自動校正回路は、前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の前記時間差が前記固定の時間オフセットより小さい場合に、前記増倍係数を大きくし、前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の前記時間差が前記固定の時間オフセットより大きい場合に、前記増倍係数を小さくするよう構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１の変換操作は第１のルックアップテーブルを適用することを含み、前記第２の変換操作は第２のルックアップテーブルを適用することを含む、請求項１５乃至１７の何れか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記検出器は検出器アレイを有し、当該装置は更に：
前記事象の前記検出に伴うトリガー信号を、前記検出器アレイのうちのトリガリング検出器から前記第１及び第２のＴＤＣまで伝播させるように構成されたトリガー回路であり、どの検出器が前記トリガリング検出器であるかに基づいて前記トリガー信号の伝播を遅延させるように構成される遅延要素を含むトリガー回路；
を有する、請求項１３乃至１８の何れか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記検出器は検出器アレイを有し、当該装置は更に：
前記事象の前記検出に伴うトリガー信号を、前記検出器アレイのうちのトリガリング検出器から前記第１及び第２のＴＤＣまで伝播させるように構成されたトリガー回路；及び
前記第１のタイムスタンプと前記第２のタイムスタンプとから生成されるタイムスタンプを、どの検出器が前記トリガリング検出器であるかに基づいて調整するように構成されたスキュー補正回路；
を有する、請求項１３乃至１８の何れか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記検出器は、シリコンベースの単一光子アバランシェ検出器（ＳＰＡＤ）セルのアレイを有する、請求項１３乃至２０の何れか一項に記載の装置。
【請求項２２】
請求項１３乃至２１の何れか一項に記載の装置を有する放射線検出器；及び
前記放射線検出器の出力から飛行時間（ＴＯＦ）ＰＥＴデータを生成し、且つ該ＴＯＦ  ＰＥＴデータを再構成して画像を生成するように構成された処理装置；
を含む陽電子放出型断層撮影（ＰＥＴ）システム。
【請求項２３】
事象を検出するように構成された検出器アレイ；
前記事象の前記検出に伴うトリガー信号を、前記検出器アレイのうちのトリガリング検出器から、前記事象の前記検出に関するタイムスタンプを生成するように構成されたタイムスタンプ回路まで、伝播させるように構成されたトリガー回路；及び
どの検出器が前記トリガリング検出器であるかに基づいて前記タイムスタンプを調整するように構成されたスキュー補正回路；
を有し、
前記タイムスタンプ回路は：
前記トリガー信号に基づいて、前記事象の前記検出に関する第１のタイムスタンプを生成するように構成された第１の時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）；
前記トリガー信号に基づいて、前記事象の前記検出に関する第２のタイムスタンプを生成するように構成された第２のＴＤＣ；及び
前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の時間差を、前記第２のＴＤＣと前記第１のＴＤＣとの間の所定の固定の時間オフセットに等しく保つように、前記第１のＴＤＣ及び前記第２のＴＤＣを調整するように構成された自動校正回路；
を有する、
装置。
【請求項２４】
前記スキュー補正回路は、前記トリガー回路に組み込まれた遅延要素を有し、該遅延要素は、どの検出器が前記トリガリング検出器であるかに基づいて、前記タイムスタンプ回路への前記トリガー信号の伝播を遅延させる、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記スキュー補正回路は、前記検出器アレイの各検出器のスキュー補正を表にしたスキュー補正ルックアップテーブルに基づいて、生成された前記タイムスタンプを調整するように構成される、請求項２３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下は、放射線検出技術に関する。以下は特に、陽電子放出型断層撮影（ＰＥＴ）、特には飛行時間（ＴＯＦ）ＰＥＴのための高速放射線検出器に関し、特にそれを参照して説明される。しかしながら、以下は、より一般的に、その他の種類の放射線撮像用の高速放射線検出器、及び例えば天文学などのその他の用途の高速放射線検出器にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＥＴ撮像においては、ヒト患者又はその他の撮像対象に投与される放射性医薬品が陽電子を放出し、次いで、その各々が、電子−陽電子消滅事象（イベント）にて、周囲の撮像対象の電子とともに消滅して、２つの反対向きの５１１ｋｅＶガンマ線を生成する。従来のＰＥＴ撮像においては、これら２つの反対向きのガンマ線は、撮像対象を取り囲む放射線検出器によって、ライン・オブ・レスポンス（ＬＯＲ）を間に定める２つの実質的に同時の放射線検出事象として検出される。飛行時間（ＴＯＦ）ＰＥＴにおいては、更にＬＯＲに沿って陽電子の位置を特定するために、２つの実質的に同時の検出事象間の小さい時間差（又は、それがないこと）が使用される。
【０００３】
有用なＴＯＦ位置特定を実現するため、５１１ｋｅＶガンマ線はサブナノ秒の時間分解能で検出されるべきである。このような速度を達成することが可能な放射線検出器は、光電子増倍管（ＰＭＴ）、及びシリコンベースの単一光子（シングルフォトン）アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）検出器（アバランシェフォトダイオード、又はガイガーモードで動作するＡＰＤとして参照されることもある）を含む。このような検出器は典型的に、シンチレータと協働して、５１１ｋｅＶガンマ線の検出を実行する。ＳＰＡＤ検出器は有利なことに、成熟したシリコンマイクロエレクトロニクス製造技術を利用して、シリコン基板上への２次元検出器アレイのモノリシック集積を可能にする。タイムスタンプ付与回路が、ＳＰＡＤアレイと同じシリコン基板上にモノリシックに集積され、あるいはハイブリッド回路として、ＳＰＡＤアレイと動作的に接続される別個のシリコン基板上に形成され得る。これは有利である。何故なら、タイムスタンプ電子回路は、例えばＰＥＴ検出器ガントリー上で、好ましくはＳＰＡＤアレイと同じチップ上又はその近傍で（例えば、複数のチップの３Ｄスタックとして）、ＳＰＡＤアレイと共に置かれるべきであるからである。ＴＯＦ−ＰＥＴ又はその他の高速用途向けのＳＰＡＤ検出器アレイの幾つかの例が、特許文献１−３に開示されており、それらの全体をここに援用する。
【０００４】
ＰＭＴ又はＳＰＡＤ検出器などの放射線検出器はサブナノ秒の時間分解能が可能であるものの、それを実際に達成することは、タイムスタンプ付与回路を含む好適な電子回路を設けることを条件とする。一手法において、トリガー回路が、検出の時点で、信号パルス又はその他のトリガー信号を生成する。シンチレータ／検出器アレイ構成の場合、単一の５１１ｋｅＶガンマ線が、光の波長域又はその他の波長域の多数の光子を含んだシンチレーションを発生させ、検出器アレイの単一の“画素”が、その５１１ｋｅＶガンマ線に対応する光子カウントを累算するＳＰＡＤ検出器のサブアレイを有する。そのような場合、トリガー回路は、最初の検出光子を受けて、あるいは例えば１０番目の検出光子といった何らかのその他のトリガー基準で、トリガーするように設計される。
【０００５】
トリガーが設定され、タイムスタンプ回路が、トリガー信号の時点をシステムクロックに関係付けてタイムスタンプを提供する。しかしながら、システムクロックの時間分解能は、ＴＯＦ−ＰＥＴにとって過度に粗いものであり得る。例えば、２００ＭＨｚで動作するシステムクロックは５ｎｓごとにクロックパルスを発生するが、それはサブナノ秒のタイムスタンプ分解能には不十分である。そのような場合、システムクロックは粗いカウンタとして取り扱われ、クロックの基準点（例えば、クロックパルスの立ち上がりエッジ、又はクロックパルスの立ち下がりエッジ）からのトリガー信号の時間オフセットを算定するために精密カウンタが設けられる。
【０００６】
この手法は、所与の時点の所与の放射線検出器画素に十分な（例えば、サブナノ秒の）時間分解能を提供することが見出されている。しかしながら、“スキュー”とも呼ばれる検出器アレイにわたる空間バラつきが実質的な誤差を発生させ得る。また、電圧及び／又は温度の変動が、精密カウンタの出力に経時的なドリフトを生じさせ得る。スキューと時間ドリフトとの組合せは、ＰＥＴ検出器アレイの実効的な時間分解能を実質的に低下させ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７７２３６９４号明細書
【特許文献２】米国特許第７６２６３８９号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０／０１８２０１１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述及びその他の制約を解消する改善された装置及び方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様によれば、方法は、事象を検出するステップと、前記事象の検出に伴うトリガー信号を生成するステップと、第１の時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）を用いて、前記トリガー信号の第１のタイムスタンプを生成するステップと、前記第１のＴＤＣに対して固定の時間オフセットを有する第２のＴＤＣを用いて、前記トリガー信号の第２のタイムスタンプを生成するステップと、前記第１のタイムスタンプ、前記第２のタイムスタンプ、及び、（１）前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の時間差と（２）前記固定の時間オフセットとの比較結果、に基づいて、前記事象にタイムスタンプを関連付けるステップとを有する。一部のこのような方法において、前記第１のＴＤＣは共通クロック信号に同期され、前記第２のＴＤＣは前記共通クロック信号に同期され、この同期化操作が、前記第１のＴＤＣに対する前記第２のＴＤＣの前記固定の時間オフセットを、前記共通クロック信号の周期として、あるいは前記共通クロック信号の周期の一定の割合又は倍数として決定する。一部のこのような実施形態において、前記検出するステップは、陽電子放出型断層撮影（ＰＥＴ）検出器のアレイを用いて放射線粒子を検出することを有し、当該方法は更に、前記検出するステップ、前記トリガー信号を生成するステップ、前記第１及び第２のタイムスタンプを生成するステップ、並びに前記関連付けるステップを反復して、タイムスタンプを付与された放射線検出事象のデータセットを収集するステップと、前記タイムスタンプを付与された放射線検出事象のデータセットから、飛行時間（ＴＯＦ）ＰＥＴデータセットを生成するステップと、前記ＴＯＦ  ＰＥＴデータセットを再構成してＰＥＴ画像を生成するステップとを有する。
【００１０】
他の一態様によれば、装置は、事象を検出するように構成された検出器と、前記事象の前記検出に関する第１のタイムスタンプを生成するように構成された第１の時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）と、前記事象の前記検出に関する第２のタイムスタンプを生成するように構成された第２のＴＤＣであり、該第２のＴＤＣと前記第１のＴＤＣとの間に固定の時間オフセットが存在する、第２のＴＤＣと、前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の時間差を、前記第２のＴＤＣと前記第１のＴＤＣとの間の前記固定の時間オフセットに等しく保つように、前記第１のＴＤＣ及び前記第２のＴＤＣを調整するように構成された自動校正回路とを有する。一部のこのような装置において、前記第１のＴＤＣ及び前記第２のＴＤＣはともに、前記第２のＴＤＣと前記第１のＴＤＣとの間の前記固定の時間オフセットを定める共通クロック信号に同期される。一部のこのような装置において、前記第１のＴＤＣは、第１の時間インターバルを測定し、且つ第１の変換操作を用いて前記第１の時間インターバルを前記第１のタイムスタンプへと変換し、前記第２のＴＤＣは、第２の時間インターバルを測定し、且つ第２の変換操作を用いて前記第２の時間インターバルを前記第２のタイムスタンプへと変換し、且つ前記自動校正回路は、前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の前記時間差を、前記第２のＴＤＣと前記第１のＴＤＣとの間の前記固定の時間オフセットに等しく保つように、前記第１及び第２の変換操作を調整する。一部のこのような装置において、前記第１の変換操作は第１のルックアップテーブルを適用することを含み、前記第２の変換操作は第２のルックアップテーブルを適用することを含む。
【００１１】
他の一態様によれば、陽電子放出型断層撮影（ＰＥＴ）システムは、直前の段落で説明した装置を有する放射線検出器と、前記放射線検出器の出力から飛行時間（ＴＯＦ）ＰＥＴデータを生成し、且つ該ＴＯＦ  ＰＥＴデータを再構成して画像を生成するように構成されたプロセッサとを含む。
【００１２】
他の一態様によれば、装置は、事象を検出するように構成された検出器アレイと、前記事象の前記検出に伴うトリガー信号を、前記検出器アレイのうちのトリガリング検出器から、前記事象の前記検出に関するタイムスタンプを生成するように構成されたタイムスタンプ回路まで、伝播させるように構成されたトリガー回路と、どの検出器が前記トリガリング検出器であるかに基づいて前記タイムスタンプを調整するように構成されたスキュー補正回路とを有する。一部のこのような装置において、前記スキュー補正回路は、前記トリガー回路に組み込まれた遅延要素を有し、該遅延要素は、どの検出器が前記トリガリング検出器であるかに基づいて、前記タイムスタンプ回路への前記トリガー信号の伝播を遅延させる。一部のこのような装置において、前記スキュー補正回路は、前記検出器アレイの各検出器のスキュー補正を表にしたスキュー補正ルックアップテーブルに基づいて、生成された前記タイムスタンプを調整するように構成される。
【００１３】
他の一態様によれば、直前の段落で説明した装置において、前記タイムスタンプ回路は、前記トリガー信号に基づいて、前記事象の前記検出に関する第１のタイムスタンプを生成するように構成された第１の時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）と、前記トリガー信号に基づいて、前記事象の前記検出に関する第２のタイムスタンプを生成するように構成された第２のＴＤＣと、前記第２のタイムスタンプと前記第１のタイムスタンプとの間の時間差を、前記第２のＴＤＣと前記第１のＴＤＣとの間の所定の固定の時間オフセットに等しく保つように、前記第１のＴＤＣ及び前記第２のＴＤＣを調整するように構成された自動校正回路とを有する。
【発明の効果】
【００１４】
１つの利点は、改善された時間分解能が放射線検出事象に対して提供されることにある。
【００１５】
他の１つの利点は、より正確な飛行時間ＰＥＴ撮像が提供されることにある。
【００１６】
他の１つの利点は、時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）デバイスの自動的なセルフキャリブレーション（自己校正）が提供されることにある。
【００１７】
他の１つの利点は、改善された空間／時間分解能が放射線検出器アレイに提供されることにある。
【００１８】
以下の詳細な説明を読むことで、数多くの更なる利点及び利益が当業者に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明は、様々な構成要素及びその配置、並びに様々な処理操作及びその編成の形態を取り得る。図面は、単に好適実施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。
【図１】飛行時間陽電子放出型断層撮影（ＴＯＦ−ＰＥＴ）システムを図式的に示す図である。
【図２】図１のＴＯＦ−ＰＥＴシステムの放射線検出器のタイムスタンプサブ回路を図式的に示す図である。
【図３】システムクロック並びに第１及び第２の時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）デバイスのタイミングパルスを図式的に示す図である。
【図４】第１及び第２のＴＤＣのための典型的なルックアップテーブル（ＬＵＴ）を図式的に示す図である。
【図５】図１のＴＤＣを用いたタイムスタンプ処理を図式的に示す図である。
【図６】図１のＴＤＣ自動校正回路の例示的な一実施形態を図式的に示す図である。
【図７】例示的なスキュー補正の第１の実施形態を図式的に示す図である。
【図８】例示的なスキュー補正の第２の実施形態を図式的に示す図である。
【図９】スキュー補正を提供するためにトリガー回路に調整可能遅延要素を組み込む一実施形態を図式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１を参照するに、飛行時間陽電子放出型断層撮影（ＴＯＦ−ＰＥＴ）スキャナ８は、撮像領域１２を眺めるように配列された複数の放射線検出器１０を含んでいる。図１において、複数の放射線検出器１０は軸方向に沿った幾つかの検出器リングに配列されているが、その他の放射線検出器配置も使用され得る。また、認識されるように、複数の放射線検出器１０は図式的に示されたものであり、放射線検出器は典型的に、スキャナ８の筐体１４内に収容され、故に外側から視認できず、また、各放射線検出器リングは典型的に、何百又は何千もの放射線検出器を含んでいる。一部のＰＥＴスキャナにおいては単一の放射線検出器リングのみが設けられ、他のＰＥＴスキャナにおいては、２つ、３つ、４つ、５つ、又はそれより多くの放射線検出器リングが設けられる。認識されるように、図示した検出器リング構造に代えて、検出器ヘッドが使用されてもよい。ＴＯＦ−ＰＥＴスキャナ８は、ヒト患者又はその他の撮像対象を撮像領域１２内に位置付けるためのカウチ１６又はその他の支持台を含んでいる。必要に応じて、カウチ１６は、３次元画像データの収集を容易にするよう、一般に放射線検出器１０のリングを横断する方向である軸方向に線形移動可能にされる。それに加えて、あるいは代えて、撮像対象は静止して保持され、複数の放射線検出器リングを用いて３次元ＴＯＦ−ＰＥＴ撮像データが収集されてもよい。更なる他の実施形態において、単一の検出器リングのみが設けられ、撮像対象は静止したままにされ、得られる画像は２次元である。
【００２１】
ＴＯＦ−ＰＥＴ撮像の開始に先立ち、好適な放射性医薬品が患者又はその他の撮像対象に投与される。この放射性医薬品は、陽電子を放出する放射性崩壊を受ける放射性物質を含んでいる。陽電子はすぐさま、近接する撮像対象の電子とともに消滅する。得られる陽電子−電子消滅事象は、５１１ｋｅＶのエネルギーを有する２つの反対向きのガンマ線を生成する。ガンマ線は光速すなわち〜３×１０８ｍ／ｓｅｃで進行する。撮像領域１２は典型的に約１ｍ以下（より典型的には、人間の撮像対象の場合に約３０−４０ｃｍ）の直径又はその他の特性寸法を有するので、陽電子−電子消滅事象の位置から複数の放射線検出器１０の検出器のうちの１つまでのガンマ粒子の飛行時間は、およそ数ナノ秒又はそれ未満である。故に、２つの反対向きのガンマ線は、複数の放射線検出器のうちの２つに実質的に同時に突き当たる。
【００２２】
引き続き図１を参照するに、放射線検出器の環状リングのうちの単一の検出器画素２０が、付随するオンボード電子回路を含んだ図形表現で示されている。検出器画素２０は、シンチレータ２４を眺めるシリコンベースの単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）検出器のアレイ２２を有している。シンチレータ２４は、５１１ｋｅＶガンマ線γ（図形的に指し示している）が当該シンチレータ２４に突き当たるときに、シンチレーションすなわち光のバーストを生成する。シンチレータ２４は、高い停止力を５１１ｋｅＶガンマ線に与えてシンチレーションバーストの迅速な時間減衰を伴うように選定される。好適なシンチレータ材料には、ＬＳＯ、ＬＹＳＯ、ＭＬＳ、ＬＧＳＯ、ＬａＢｒ、及びこれらの混合物があるが、その他のシンチレータ材料も使用可能である。シンチレーション又は光のバーストは、例えばシリコン基板上にモノリシックに製造され得る検出器アレイ２２によって受け取られる。必要に応じて、シンチレータ２４と検出器アレイ２２との間の光結合を改善するよう、シンチレータ２４と検出器アレイ２２との間に平面状の光導体（ライトパイプ）（図示せず）を介在させることができる。シンチレータ２４及び必要に応じての光導体は、必要に応じて、シンチレーション光を検出器アレイ２２の方に導く反射コーティングで包み込まれる。
【００２３】
検出器画素２０に、単一の検出器ではなく検出器アレイ２２を用いるのは、シンチレータ２４が単一の５１１ｋｅＶガンマ線γを吸収することに応答してシンチレーションすなわち光のバーストが生成されるためである。検出器アレイ２２の各ＳＰＡＤは、一般に、単一の光子を検出することができ、その後、該アバランシェダイオードのｐ／ｎ接合に電界を再構築することを含めて、元の状態に回復しなければならない。検出器アレイ２２を用いることにより、単一光子検出のカウントがカウント累算器２６によって累算される。これは、吸収された粒子（すなわち、図示の例では５１１ｋｅＶガンマ線γ）の総エネルギーと相関を有する。粒子のエネルギーが高いほど高いカウントが生じると期待され、粒子のエネルギーが低いほど低いカウントが生じると期待される。故に、シンチレーション事象の時間間隔にわたっての光子検出の総カウントは、（粒子の総エネルギーに基づいて）陽電子−電子消滅事象に伴う５１１ｋｅＶガンマ線ではなさそうな検出事象をフィルタリング除去するための“エネルギーウィンドウ機能”に使用されることができる。
【００２４】
検出器アレイ２２は、付随するトリガー回路２８を有している。その目的は、検出事象に伴うトリガー信号を生成することである。典型的な一手法において、トリガー回路は、検出器アレイ２２の全てのＳＰＡＤデバイスと接続されたトリガー網（ネットワーク）を有し、該トリガー網は、単一のＳＰＡＤが１つの光子を検出したことに応答して休止（すなわち“オフ”）状態からトリガー（すなわち“オン”）状態に切り替わるように構成される。他の例では、この切り替えは、選択された数の光子検出の後に行われることができ、且つ／或いは、“誤った”トリガー信号を生成する確率を低減するために検証回路が含められてもよい。トリガー信号は、検出事象に対するデジタルタイムスタンプを生成するためにタイムスタンプ回路３０によって使用される。
【００２５】
例示的な一手法において、ＳＰＡＤデバイスを有する検出器アレイ２２は、シリコン基板上にモノリシックに製造され得る。トリガー回路２８は、ＳＰＡＤデバイスと同じシリコン基板上で、同じ回路層内に（すなわち、ＳＰＡＤの行／列間にインターリーブされて）モノリシックに集積され、あるいは、例えばＳＰＡＤデバイスのアレイの下の、別個の回路層内に配置され得る。付随するカウント累算器２６及びタイムスタンプ電子回路３０も、検出器アレイ２２と同じシリコン基板上にモノリシックに集積され、あるいは、検出器アレイ基板と接続される別個のシリコン基板上に配置され得る。何れの場合も、電子回路２６、３０（又は、それらの様々な部分）は様々に具現化されることができ、例えば、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、好適にプログラムされたマイクロプロセッサ若しくはマイクロコントローラ、又はこれらの様々な組合せなどとして具現化され得る。図式的に表現された単一の検出器画素２０が例示されているが、理解されるように、ＰＥＴ検出器リング１０は、何千、何万、又はそれより多くの、このような検出器画素を含んでいる。（一般性を失うことなく）Ｎ×Ｍの検出器画素（各検出器画素がＳＰＡＤアレイ２２を含む）からなる検出器モジュールを形成するよう、様々な数の検出器画素が単一のシリコン基板上に集積され得る。幾つかの好適な検出器画素が、先出の特許文献１−３に説明されており、それらの全体をここに援用する。
【００２６】
さらに、認識されるように、ここに開示される検出器画素は単に一例であり、他の検出器画素構成も考えられる。例えば、直接変換型の検出器画素では、各検出器は、介在するシンチレータを使用することなく、５１１ｋｅＶガンマ線を直接的に吸収・検出するように構成される。そのような一実施形態において、シンチレータ２４は省かれ、検出器アレイ２２は単一の直接変換型検出器で置き換えられ、トリガー回路２８は、単一粒子検出器が活性化されるときにアクティブになる単一のバイナリスイッチへと単純化される。
【００２７】
引き続き図１を参照するに、回路２６、３０は、各放射線粒子検出事象に対して、タイムスタンプ回路３０によって生成されるタイムスタンプと、カウント累算器２６によって累算される光子カウントにより表現される粒子エネルギーと、検出器画素２０の空間座標とを含む“リストモード”データセットを生成する。これらの事象のリストモードデータは、ＰＥＴスキャナ８から例えば例示のコンピュータ４０などの好適なデータ処理装置に好適に通信され、リストモードデータメモリ４２に格納される。データ処理装置４０は、好適なデータ処理を実行する。ＰＥＴデータの場合、データ処理装置４０は好ましくは、実質的に同時の５１１ｋｅＶ粒子検出事象を特定するリストモードデータを検索する５１１ｋｅＶコインシデンス（同時発生）検出器４４を実装する。この検索は好ましくは、エネルギーウィンドウを使用して、５１１ｋｅＶよりかなり高い、あるいは低いエネルギーを有する粒子に対応する粒子検出事象をフィルタリング除去し、そして、時間ウィンドウを使用して、“実質的に同時”の対として発生した残りの（少なくとも近似的に）５１１ｋｅＶの検出事象、すなわち、十分に狭い時間ウィンドウ内で発生し、それ故に、双方の検出５１１ｋｅＶガンマ線が単一の陽電子−電子消滅事象に由来したものであるとし得る２つの５１１ｋｅＶ検出事象を特定する。このような検出対は、２つの検出画素を接続する“ライン・オブ・レスポンス”すなわちＬＯＲを定める。ＴＯＦ−ＰＥＴの場合、さらに、これら２つの“実質的に同時”の検出事象間の小さい時間差を用いて、ＬＯＲに沿った陽電子−電子消滅事象の位置が特定される。
【００２８】
結果として得られるエネルギーフィルタリングされ且つコインシデンスフィルタリングされた複数の５１１ｋｅＶ検出事象対は、ＴＯＦ−ＰＥＴデータメモリ４６に好適に格納されるＴＯＦ−ＰＥＴデータセットを構成する。このＴＯＦ−ＰＥＴデータセットは、必要に応じて、やはりコンピュータ又はその他のデータ処理装置４０によって好適に実装されるＴＯＦ−ＰＥＴデータ再構成器４８によって再構成され、それにより、ＴＯＦ−ＰＥＴ画像メモリ５０に好適に格納されるか、データ処理装置４０と一体化あるいはそれと通信可能にされた表示装置５２上に表示されるか、あるいはその他の方法で利用されるかするＰＥＴ画像が再構成される。ＴＯＦ−ＰＥＴデータ再構成器４８は、実質的に如何なる好適な再構成アルゴリズムを使用してもよく、例えば、反復順／逆投影再構成アルゴリズム（投影のＴＯＦ位置特定を含む）、又はフィルタ補正逆投影再構成アルゴリズムなどを使用し得る。
【００２９】
引き続き図１を参照するとともに、更に図２及び３を参照して、タイムスタンプ回路及び関連するタイミング成分の例示的な一実施形態を説明する。タイムスタンプ処理は粗いクロック６０を基準にする。ここでは幾らか定量的な例を提供するために、クロック６０は２００ＭＨｚ（５ｎｓのクロックサイクル周期に相当する）で循環するクロック信号６２を生成すると仮定する。しかしながら、理解されるように、より高速あるいは低速のクロックサイクルも使用され得る。例示のクロック信号６２は、５０％のデューティサイクルを有する矩形波であるが、その他の波形もクロックサイクルに使用され得る。説明の単純化のため、図１では、クロック６０は検出器画素２０の構成要素として示されている。しかしながら、より典型的には、クロックは別の所に置かれて、クロック信号６２が検出器画素２０に入力される。
【００３０】
クロック信号６２は５ｎｓの周期を有しており、これでは、５１１ｋｅＶガンマ線検出事象のタイムスタンプ付与に望ましいサブナノ秒の分解能を実現するには粗すぎる。より細かい分解能を実現するため、２つの時間−デジタル変換器（time-to-digital  converter；ＴＤＣ）デバイス７０、７２が設けられている。ここでは、第１のＴＤＣ７０を“ＴＤＣ１”又は“精密（ファイン）カウンタ１”若しくは“ＦＣ１”とも表記し、第２のＴＤＣ７２を“ＴＤＣ２”又は“精密カウンタ２”若しくは“ＦＣ２”とも表記する。原理的には単一のＴＤＣで十分であり得るが、ここに開示されるように、例示の２つのＴＤＣ７０、７２を使用することには実質的な利点が存在する。それらの利点は、ＴＤＣ７０、７２の一方が信頼できない結果を提供する“デッドゾーン”の排除と、電圧及び／又は温度の変動に起因する経時的な精密カウンタ出力のドリフトを補償する双方のＴＤＣ７０、７２の自動校正が提供されることとを含む。
【００３１】
特に図２を参照するに、各ＴＤＣ７０、７２は同じ入力をトリガー回路２８から受信する。各ＴＤＣ７０、７２は共通のクロック信号６２に同期される。クロック信号６２は、（トリガー回路２８によって生成されるトリガー信号により表される）検出事象と（ＴＤＣ１  ７０用の）第１の精密カウンタ７４又は（ＴＤＣ２  ７２用の）第２の精密カウンタ７６の基準特徴との間の時間差を測定するために使用されるそれぞれの精密カウンタ７４、７６を同期させるために使用される。基準特徴は、精密カウンタ７４、７６の立ち上がりエッジ若しくは立ち下がりエッジ又はその他の好適な特徴とし得る。図示した例においては、精密カウンタ７４、７６の立ち上がりエッジＥＲに対してラッチングが為されることになる。各ＴＤＣ７０、７２によって実行される時間差測定は、好ましくは、タップライン、バーニア、パルスシュリンキング、低電流キャパシタ放電、又はこれらに類するもののうちの１つに従った時間−距離測定に基づく。例として、幾つかの好適なＴＤＣ構成が米国特許出願公開第２００９／０２３６５３２号明細書に開示されており、その全体をここに援用する。
【００３２】
各ＴＤＣ７０、７２の入力において、トリガー信号が存在するとき、例えばフリップフロップ又はラッチなどのそれぞれの記憶素子８０、８２がラッチされる。入力が安定している場合、それぞれの精密カウンタ７４、７６の後続の立ち上がりエッジＥＲでスイッチがラッチすることになる。しかしながら、準安定領域の間に、すなわち、セットアップ時間中又はホールド時間中に、入力でトリガー信号が受信されると、スイッチが準安定になり、そして、トリガー信号は精密カウンタ７４、７６の次の立ち上がりエッジＥＲまでラッチしないことになり、タイムスタンプ誤差の有意な増大がもたらされる。
【００３３】
単一のＴＤＣのみが設けられる場合、このタイムスタンプ誤差を調整する方法は存在しない。しかしながら、例示の手法においては２つのＴＤＣ７０、７２が設けられている。入力における準安定性に由来するタイミング誤差を抑制するため、各ＴＤＣ７０、７２は、いつでも少なくとも一方の記憶素子８０、８２が適切にラッチすることを確保するように、異なる精密カウンタ７４、７６に同期される。
【００３４】
特に図３を参照するに、図示した例において、ＴＤＣ２  ７２の精密カウンタ７６は、ＴＤＣ１  ７０の精密カウンタ７４に対して１８０°だけ“位相ずれ”にされている。これが意味することは、精密カウンタ７４の立ち上がりエッジＥＲは、精密カウンタ７６の上がりエッジＥＲの“中間”にあり、この逆もまた然りである、ということである。これにより、ＴＤＣ１  ７０の不安定あるいは準安定な領域９０は、ＴＤＣ２  ７２の安定な領域９２内にあり、逆に、ＴＤＣ２  ７２の不安定あるいは準安定な領域９４は、ＴＤＣ１  ７０の安定な領域９６内にある。２つの１８０°位相ずれした精密カウンタ７４、７６は、２分周回路（図示せず）による１００ＭＨｚカウンタとして、クロック信号６２から容易に生成される。
【００３５】
図３の手法は一例であり、一定の時間オフセットを有するツウィンＴＤＣを設けるためにその他の手法が使用されてもよい。例えば、２つの精密カウンタ間に１８０°以外の位相シフトが用いられてもよいし、２つのＴＤＣが相異なる基準特徴でラッチしてもよい（後者の手法の一例として、２つのＴＤＣが同じ（同相）精密カウンタを使用しながら、一方のＴＤＣが立ち上がりエッジでラッチし且つ他方のＴＤＣが立ち下がりエッジでラッチするようにし得る）。
【００３６】
再び図２を参照するに、第１のＴＤＣ７０は、（トリガー回路２８によって生成されるトリガー信号により表される）検出事象と第１の精密カウンタ７４の基準特徴（例えば、立ち上がりエッジ）との間の時間差１００を計算する。同様に、第２のＴＤＣ７２は、検出事象と第２の精密カウンタ７６の基準特徴との間の時間差１０２を計算する。これらの時間差１００、１０２は典型的に、所望のタイムスタンプにそのまま等しいわけではない。むしろ、時間差１００を第１のタイムスタンプＴＳ１に変換するために第１の変換操作が実行され、時間差１０２を第２のタイムスタンプＴＳ２に変換するために第２の変換操作が実行される。変換操作は、複数の時間単位のオフセットを決定して、そのオフセットを、クロック信号６２によって提供される基準時間に付加する。図示した実施形態において、第１のＴＤＣ７０は、第１のタイムスタンプＴＳ１を生成する変換を実行する際に第１のルックアップテーブルＬＵＴ１を適用し、第２のＴＤＣ７２は、第２のタイムスタンプＴＳ２を生成する変換を実行する際に第２のルックアップテーブルＬＵＴ２を適用する。ルックアップテーブルＬＵＴ１、ＬＵＴ２はまた、必要に応じて、検出事象が不安定あるいは準安定な領域９０、９４の一方内にあるかを指し示すそれぞれの選択ビット１０４、１０６を特定する。ルックアップテーブルに代えて、好適に調整された経験に基づく変換関数が使用されてもよい。更なるデータ処理回路１０８が、ツウィンＴＤＣ７０、７２によって生成された第１及び第２のタイムスタンプＴＳ１、ＴＳ２に基づいて、検出事象の最終的なタイムスタンプＴＳを生成する。好適な一手法において、回路１０８は、検出事象がそのＴＤＣの不安定あるいは準安定な領域内にあることを指し示す選択ビットを有するＴＤＣの出力を廃棄する。このとき必ず、その検出事象は他方のＴＤＣの安定領域内にあり、故に、そのＴＤＣ読み出しが使用される。双方のＴＤＣ７０、７２が安定である場合、回路１０８は、第１及び第２のタイムスタンプＴＳ１、ＴＳ２の平均を取って、あるいはその他の方法でこれらのタイムスタンプＴＳ１、ＴＳ２を集約して、最終的なタイムスタンプＴＳを生成し得る。
【００３７】
図４及び５を参照して、ＴＤＣ７０、７２及びタイムスタンプ回路３０の処理の定量的な一例を説明する。この例は、図３に示したように、周波数２００ＭＨｚを有するクロック信号６２を使用するとともに、周波数１００ＭＨｚ及び１８０°の位相オフセットを有する２つの精密カウンタ７４、７６を使用する。精密カウンタ７４、７６は故に、１０ｎｓの周期（すなわち、クロック信号６２の５ｎｓ周期の２倍）を有する。各ＴＤＣの瓶（bin）幅は様々である。故に、ルックアップテーブルＬＵＴ１、ＬＵＴ２を用いて、相対的な時間単位での精密カウンタ値が、２００ＭＨｚシステムクロック信号６２の絶対的な時間基準に変換される。図４は、ＴＤＣ１  ７０及びＴＤＣ２  ７２それぞれの取り得るルックアップテーブル値を図式的に例示している。この例において、ＴＤＣの精度は１０ｎｓの周期全体で９ビットであり、故に、各“瓶”は１０ｎｓ／５１２すなわち〜１９．５ｐｓの幅を有する。ルックアップテーブルＬＵＴ１、ＬＵＴ２は、例えば遅延線測定を用いるもの又はランダムヒット測定を用いるものなど、様々な方法で生成され得る。
【００３８】
図５は、タイムスタンプ測定のための、ルックアップテーブルＬＵＴ１、ＬＵＴ２を備えたＴＤＣ７０、７２の使用を例示している。ＣＣ１及びＣＣ２は、各々が１００ＭＨｚで動作するＴＤＣ７０、７２の精密カウンタ７４、７６のクロックサイクルを指し示している。クロックサイクルの各インクリメントは、１０ｎｓである５１２の増分を指し示す。第１のＴＤＣ７０によって生成される第１のタイムスタンプＴＳ１は、ＣＣ１＋ＬＵＴ（ＦＣ１）によって与えられる。ただし、ＬＵＴ（ＦＣ１）は、“ＦＣ１”で指定される精密カウンタ入力に対するルックアップテーブルＬＵＴ１の出力を指し示す。同様に、第２のＴＤＣ７２によって生成される第２のタイムスタンプＴＳ２は、ＣＣ２＋ＬＵＴ（ＦＣ２）＋２５６によって与えられる。ここで、オフセットの２５６は５ｎｓに相当する。回路１０８が、ＴＤＣ１  ７０によって出力される第１のタイムスタンプＴＳ１、若しくはＴＤＣ２  ７２によって出力される第２のタイムスタンプＴＳ２、又はこれら２つの平均、のどれを選択するかは、時間軸における位置に依存する。例えば、ＴＤＣ１  ７０が妥当なタイムスタンプ生成を有しない時（例えば、図３に示した領域９０）においては、ＴＤＣ２  ７２によって出力される第２のタイムスタンプＴＳ２が、出力タイムスタンプＴＳとして選択される。双方のＴＤＣ７０、７２が安定であるときには、２つのタイムスタンプＴＳ１、ＴＳ２の平均を取ることが、ジッターの抑制のために有利である。
【００３９】
再び図１を参照するに、２つのＴＤＣ７０、７２を用いることの、ここで認識される別の１つの利点は、これが、電圧及び／又は温度の変動による経時的な精密カウンタ７４、７６の出力のドリフトを補償するように双方のＴＤＣ７０、７２を校正する自動ＴＤＣ校正回路１２０の提供を可能にすることである。ここに開示されるＴＤＣ自動校正手法は、２つの所見を活用する。第１に、２つのＴＤＣ７０、７２のドリフトは相等しい、あるいは、ほぼそうであることが期待され得る。これは、２つのＴＤＣ７０、７２が同じ環境内にあり（故に、同じ温度で同じ周囲湿度などを経験し）且つ共通の電圧源によって駆動される（故に、如何なる電圧変動も双方のＴＤＣ７０、７２に対して同じはずである）ことの帰結である。
【００４０】
ここで為される第２の所見は、第２のＴＤＣ７２は第１のＴＤＣ７０に対して常に同じ固定の時間オフセットを有するはずであるというものである（すなわち、ひっくり返せば、第１のＴＤＣ７０は第２のＴＤＣ７２に対して常に同じ固定の時間オフセットを有するはずである）。これは、２つのＴＤＣ７０、７２が共通のクロック信号６２に同期されることの帰結である。図３で最もよく理解されるように、図示した実施形態において、２つのＴＤＣ７０、７２の間の固定の時間オフセットは正確に、クロック信号６２の１周期に相当する５ｎｓのはずである（ただし、２つの精密カウンタの位相オフセットに応じて、あるいは２つのＴＤＣで使用される基準特徴の選択（場合により異なる）に応じて、固定の時間オフセットは異なるものとなり得る）。
【００４１】
第２のＴＤＣ７２は第１のＴＤＣ７０に対して常に同じ固定の時間オフセットを有するはずである。故に、第２のタイムスタンプＴＳ２と第１のタイムスタンプＴＳ１との間の時間差がこの固定の時間オフセットと異なる場合、その差は２つのＴＤＣの経時ドリフトに起因するということになる。また、ドリフトの方向が容易に解明される。第２のタイムスタンプＴＳ２と第１のタイムスタンプＴＳ１との間の時間差が固定の時間オフセットより小さい場合、精密カウンタ７４、７６は過度に短い周期を有しており、これは、１より大きい増倍係数を変換に組み込むことによって補正されることができる。一方、第２のタイムスタンプＴＳ２と第１のタイムスタンプＴＳ１との間の時間差が固定の時間オフセットより大きい場合、精密カウンタ７４、７６は過度に長い周期を有しており、これは、１より小さい増倍係数を変換に組み込むことによって補正されることができる。
【００４２】
以上に鑑み、ＴＤＣ自動校正回路１２０は以下のアルゴリズムを使用する。事象を検出すると、該事象の検出に伴うトリガー信号が生成され、第１のＴＤＣ７０を用いて該トリガー信号の第１のタイムスタンプＴＳ１が生成されるとともに、第２のＴＤＣ７２を用いて該トリガー信号の第２のタイムスタンプＴＳ２が生成される。そして、第２のタイムスタンプＴＳ２と第１のタイムスタンプＴＳ１との間の時間差が既知の固定時間オフセットと異なることに応答して、２つのＴＤＣ７０、７２の時間校正が計算される。
【００４３】
好適な一手法において、第１のタイムスタンプＴＳ１は第１のＴＤＣ７０により、（精密カウンタ７４を用いて）第１の時間インターバル１００を測定し、且つ第１の変換操作（図示した実施形態において、ルックアップテーブルＬＵＴ１を適用することを含む）を用いて第１の時間インターバル１００を第１のタイムスタンプＴＳ１へと変換することによって生成される。同様に、第２のタイムスタンプＴＳ２は第２のＴＤＣ７２により、（精密カウンタ７６を用いて）第２の時間インターバル１０２を測定し、且つ第２の変換操作（図示した実施形態において、ルックアップテーブルＬＵＴ２を適用することを含む）を用いて第２の時間インターバル１０２を第２のタイムスタンプＴＳ２へと変換することによって生成される。この場合、調整は、第２のタイムスタンプＴＳ２と第１のタイムスタンプＴＳ１との間の時間差が固定時間オフセットと異なることに応答して、第１及び第２の変換操作を調整することを有する。好適な一手法において、これは、第１の変換操作に増倍係数を含め、且つ第２の変換操作に（同じ）増倍係数を含めることによって行われる。この調整は、第２のタイムスタンプＴＳ２と第１のタイムスタンプＴＳ１との間の時間差が固定時間オフセットより小さい場合に増倍係数を大きくし、第２のタイムスタンプＴＳ２と第１のタイムスタンプＴＳ１との間の時間差が固定時間オフセットより大きい場合に増倍係数を小さくすることを有する。
【００４４】
図６を参照して、ＴＤＣ自動校正回路１２０の例示的な一実施形態を説明する。図６の回路は、クロック信号６２が２００ＭＨｚの周波数を有し、各精密カウンタ７４、７６が１００ＭＨｚの周波数を有し、２つの精密カウンタ７４、７６が位相を１８０°オフセットされ、且つ各ＴＤＣ７０、７２の精度が１０ｎｓの周期全体で９ビットであり、故に各“瓶”が１０ｎｓ／５１２すなわち〜１９．５ｐｓの幅を有するという、ここに開示された定量的な例に関して構成されている。ＴＤＣ１  ７０のルックアップテーブルＬＵＴ１によって出力されるタイムスタンプＴＳ１と、ＴＤＣ２  ７２のルックアップテーブルＬＵＴ２によって出力されるタイムスタンプＴＳ２との間の差は、常に２５６（これは５ｎｓに相当する）のはずである。これは、この定量的な例における固定の時間オフセットである。しかしながら、第２のタイムスタンプＴＳ２と第１のタイムスタンプＴＳ１との間の実際の時間差は、精密カウンタ７４、７６の傾斜が例えば電圧及び／又は温度の変動によってドリフトすると変化することになる。第１及び第２のタイムスタンプＴＳ１、ＴＳ２間の時間差と、既知の固定時間オフセット（例えば、２５６すなわち５ｎｓ）とに基づいて、これらの傾斜を補正するための増倍補正係数Ｍを生成することができる。
【００４５】
図６のＴＤＣ校正回路１２０は、１つの事象がタイムスタンプを割り当てられるべく処理される度に動作される。ＴＤＣ７０、７２によってそれぞれの出力１００、１０２が生成されるが、これらに、最初は１．０（無補正に相当）に設定される増倍係数Ｍ（ここでは“ｍｕｌ＿ｆａｃｔｏｒ”とも表記する）が乗算される。その結果１００、１０２がそれぞれのルックアップテーブルＬＵＴ１、ＬＵＴ２に入力される。得られたタイムスタンプＴＳ１、ＴＳ２が比較器１２２で比較され、決定ブロック１２４が、（調整が必要な場合に）増倍係数Ｍを調整するために使用されるフィードバック信号１２６を生成する。比較器１２２によって決定された距離が２５６より大きい（傾斜が急すぎることを意味する）場合、フィードバック信号１２６は好ましくは、或る選択量だけ増倍係数Ｍをデクリメントさせる“ｄｏ＿ｄｅｃｒ”信号である（例えば、増倍係数Ｍすなわち“ｍｕｌ＿ｆａｃｔｏｒ”が１２ビットの精度を有し且つ１６進数で表現される場合、デクリメントは０ｘ８００から０ｘ７ＦＦまでとなり得る）。
【００４６】
逆に、傾斜が緩すぎる場合、フィードバック信号１２６は、緩すぎる傾斜を補償するように上記選択量だけ増倍係数Ｍをインクリメントさせる“ｄｏ＿ｉｎｃｒ”信号である。また、傾斜が正しく、故にＴＳ１とＴＳ２との差が２５６に等しい場合、フィードバック信号１２６は、増倍係数Ｍの変更を生じさせない“ｈｏｌｄ”である。
【００４７】
次の事象が検出されて、そのトリガー信号がタイムスタンプ付与のためにタイムスタンプ回路３０に伝播すると、ＴＤＣ校正回路１２０が再び呼び出され、今回は増倍係数Ｍが１．０より僅かに小さくされる。出力１００、１０２は、“急すぎる”傾斜の補正をもたらすように、１．０より幾分小さいｍｕｌ＿ｆａｃｔｏｒを乗算される。これが全ての事象検出／タイムスタンプ付与に対して続けられ、増倍係数Ｍ（ｍｕｌ＿ｆａｃｔｏｒ）は、ドリフトを補償して（この定量的な例において）２５６（すなわち５ｎｓ）の固定時間オフセットを維持するように調整される。
【００４８】
ＴＤＣ７０、７２のうちの一方が不安定あるいは準安定な状態にある場合（例えば、図３に示したＴＤＣ７０の状態９０又はＴＤＣ７２の状態９４であり、この状態は図２に示した選択ビット１０４、１０６の好適値によって指し示される）、ＴＤＣ校正回路１２０の対応する動作反復は必要に応じてスキップされる。
【００４９】
図６のＴＤＣ自動校正回路１２０の手法は、一定の大きさのインクリメント“ｄｏ＿ｉｎｃｒ”又はデクリメント“ｄｏ＿ｄｅｃｒ”を使用しており、フィードバック信号１２６は、増倍係数Ｍの調整の“方向”のみを特定している。この手法は、温度及び／又は電圧の変動によって生じるドリフトの場合に予期されるように、ＴＤＣドリフトが比較的低速であって、増倍係数Ｍの反復的なインクリメント又はデクリメントでこの低速なドリフトを追従できるとの仮定の下で好適である。企図される他の一実施形態においては、単一の調整で（すなわち、徐々にではなく）ドリフトを補正するはずの増倍係数Ｍの一度の調整を提供するよう、タイムスタンプＴＳ１、ＴＳ２間の差の大きさに基づいて、フィードバック信号１２６の方向及び大きさの双方が計算される。この手法は、タイムスタンプＴＳ１、ＴＳ２間の差の大きさに基づいてフィードバック信号１２６の大きさを計算するように決定ブロック１２４を変更することを伴う。
【００５０】
図１及び６を特に参照して説明されるＴＤＣ自動校正回路１２０は、ＴＤＣの時間的なドリフトの補償を提供する。検出器画素が検出器の２次元アレイ（例えば、ＳＰＡＤの２次元アレイ）を有する実施形態において、画素はまた必要に応じて、スキューの補正を含む。スキュー誤差の発生源は、事象検出（例えば、ＰＥＴ撮像の場合の５１１ｋｅＶ粒子検出）に対応するトリガー信号が、検出器アレイのうちの単一の検出器によって生成されることである。このトリガー生成の時間的特性が検出器アレイの検出器間で異なる場合、トリガー信号のタイミングは、どの検出器がトリガリング検出器（トリガーを生成した検出器）として動作したかに依存することになる。このようなバラつきは、検出器アレイの何れの検出器からも、タイムスタンプ回路３０までの伝播経路長が常に同じになるようにトリガー回路２８を“均衡”的に構成することによって低減され得る。スキューを抑制するように設計される幾つかの例示的なトリガー回路に関しては、例えば国際公開第２００９／０１９６６０号を参照することができ、その全体をここに援用する。とはいえ、検出器アレイの設計においてトリガー回路２８の均衡化を図ったとしても予期されることには、プロセスバラつきによって実質的なスキューが検出器アレイ内で観測されることがもたらされ得る。
【００５１】
ここに開示されるスキュー補正のための手法は、各検出器からタイムスタンプ回路３０までのトリガー信号の伝播時間を測定することによってスキューを見積もり、それらの測定に基づいてスキューを補正することに基づく。この測定ステップは、様々な手動の、自動の、あるいは半自動の測定手順を使用することができる。光学的な一手法において、ピコ秒の光パルスを生成するレーザが検出器アレイの個々のＳＰＡＤセルに当てられ、レーザパルスと検出器アレイを横切ってのタイムスタンプとの間の遅延のマップが、検出器アレイのスキューを見積もるデータを提供する。個々のＳＰＡＤセルを光的に活性化することに代えて、専用の電流注入回路を検出器アレイ内に設けてもよい。一部の実施形態において、検出器アレイは、個々のＳＰＡＤセルのトリガー生成特性をアイソレートして特徴付けることができるよう、選択されたＳＰＡＤセルのトリガー生成能力を“ターンオフ”することが可能な抑止ロジックを含む。例えば先出の特許文献１を参照することができ、その全体をここに援用する。
【００５２】
図７を参照するに、検出器アレイ２２の各ＳＰＡＤ１３０のスキュー特性が特徴付けられると、この情報を用いてスキュー補正ルックアップテーブル１３２が作成される。第１の光子を検出したトリガリングＳＰＡＤセルの位置が記憶される。図７の実施形態において、これは、一組の行（ロウ）フリップフロップ１３４と一組の列（コラム）フリップフロップ１３６とによって遂行され、これらが一緒になって、画素検出器アレイ２２の周辺で、トリガリングＳＰＡＤセルの（行、列）インデックスを格納する。この（行、列）座標がスキュー補正ルックアップテーブル１３２に入力され、スキュー補正ルックアップテーブル１３２が、タイムスタンプを補正する際に使用するための、そのトリガリングＳＰＡＤセルのスキュー補正を、タイムスタンプ回路３０（図１参照）へと出力する。典型的な一手法において、スキュー補正ルックアップテーブル１３２は時間オフセットを格納しており、トリガリングＳＰＡＤセルの時間オフセットがタイムスタンプＴＳに加算されて（あるいは、一部の実施形態において一部のトリガリングＳＰＡＤセルに対して、場合により減算されて）、スキュー補正されたタイムスタンプが生成される。
【００５３】
図８を参照するに、代替的な一実施形態において、トリガリングＳＰＡＤセルの位置は個々のＳＰＡＤセルにて格納される。マスタートリガー信号１４０（ＴＤＣを始動させるために使用される）が、多重検出の数を最小化する最小の遅延で、各ＳＰＡＤセルにフィードバックされ、この信号１４０を用いて、セルの状態がフリップフロップ１４２によってラッチされる。この情報は、スキュー補正を生成するために、図７（図８には図示せず）においてのようにスキュー補正ルックアップテーブル１３２に入力される。
【００５４】
図９を参照するに、他の一手法において、トリガー回路２８は、スキューを補正するため、調整可能な遅延要素の付加によって変更される。図９に示すように、トリガー回路２８は好ましくは、信号結合ノード（図９は、例として、これらのうちの信号結合ノード１５０、１５２、１５４を示している）のネットワークを有する。トリガー信号は、検出器アレイをなす一組のＳＰＡＤセルのうちのトリガリングＳＰＡＤセルを起源とし、そして、トリガー信号はトリガー回路２８のノード１５０、１５２、１５４を伝播してタイムスタンプ回路３０に到達する。ノードのネットワークは必要に応じて、どのＳＰＡＤセル１３０がトリガリングＳＰＡＤセルとしての役割を果たすかにかかわらずにトリガー信号が同数のノードを横断してタイムスタンプ回路３０に到達するように均衡される。とはいえ、どのＳＰＡＤセルがトリガリングＳＰＡＤセルであるかに応じて、トリガー信号の伝播全体には幾らかの差が生じ得る。
【００５５】
このような目的で、例えば図示したノード１５０、１５２などの選択されたノードは、スキューを補正するように調整可能なそれぞれの遅延要素１６０、１６２を含んでいる。遅延要素１６０、１６２は、例えば、デジタル制御される遅延要素（例えば、Maymandi-Nejad等、“A  Digitally  Programmable  Delay  Element：Design  and  Analysis”、IEEE  Trans.  on  Very  Large  Scale  Integration  (VLSI)  Systems、2003年、第11巻、第5号、pp.871-878に記載のものなどであり、この文献全体をここに援用する）を有し得る。例えば１つの設計されたバッファ回路又は様々な負荷を有する複数のバッファなど、その他の種類の遅延要素が使用されてもよい。
【００５６】
遅延要素１６０、１６２は、各遅延要素１６０、１６２によって導入される遅延が個別に設定可能であるという点で調整可能である。スキュー測定に基づき、スキューを補正するように、遅延要素１６０、１６２によって課される遅延が設定される。遅延要素は各ノードに置かれてもよいし、代替的に、（ノード１５０、１５２はそれぞれの遅延要素１６０、１６２を含んでいるがノード１５４は遅延素子を含んでいない図９においてのように）ノードのサブセット（小集合）に置かれてもよい。各遅延要素１６０、１６２の範囲、及び最小の調整可能な遅延段（歩幅）は、トリガーネットワーク内でのその位置に基づいて選択され得る。
【００５７】
トリガー回路２８内に遅延要素１６０、１６２を含める図９の手法は、一定の利点を有する。スキューが、検出される光子の数とは無関係に補正される。さらに、トリガーネットワーク内の如何なる不均衡も遅延要素１６０、１６２の調整によって補償され得るので、トリガーネットワークの均衡の設計条件が緩和される。
【００５８】
本開示に係る、時間的なドリフト及び空間的なスキューに対する堅牢性が高められたタイムスタンプ付与を有する検出器を、図１に図式的に示したようなＴＯＦ−ＰＥＴを例示的に参照して説明した。しかしながら、開示の検出器は、例えば様々な器具及び天文学や物理学などの分野で使用される単一光子検出器アレイにおいてなど、より多くの用途を見出すものである。
【００５９】
好適実施形態を参照して本発明を説明した。明らかなように、以上の詳細な説明を読んで理解した者は変更及び改変に想到し得る。本発明は、添付の請求項の範囲又はその均等範囲に入る限りにおいて、そのような全ての変更及び改変を含むとして解釈されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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