(57)【要約】  シンチレーター１０２、光センサー１０４及び電子モジュール１０８を含む放射線ディテクター１００が提案される。電子モジュール１０８は、測定サイクル中に光センサー１０４により生成された電荷と相関した周波数をもつパルス状信号を生成するための電荷積分器１１２を含む電流−周波数コンバーター１１０を含む。電子モジュール１０８は、パルス状信号の周波数オフセットを生成するための電流源１２０と、電荷積分器１１２による電荷の積分を中断するための中断デバイス１３４と、パルス状信号の周波数を決定するための論理モジュール１２４とをさらに備える。その中で、論理モジュール１２４は、放射源４０４のオフ状態を決定し、放射源４０４のオフ状態を決定すると中断デバイス１３４を始動させるように構成される。
2019528864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンチレーターと、前記シンチレーターに光学的に結合された光センサーと、電荷積分器及び比較器を備える電流−周波数コンバーターを備える電子モジュールとを備える、放射線ディテクターであって、前記電流−周波数コンバーターは、測定サイクル中に前記光センサーにより生成された電荷を積分して、電荷と相関した周波数をもつパルス状信号に変換し、
前記電子モジュールは、前記電流−周波数コンバーターにバイアス電流を供給するため、及び、前記パルス状信号の周波数オフセットを生成するための電流源を備え、
前記電子モジュールは、前記電荷積分器による電荷の積分を中断するための中断デバイスを備え、
前記電子モジュールは、前記パルス状信号の周波数を決定するための論理モジュールをさらに備え、
前記論理モジュールは、放射源のオフ状態を決定し、前記放射源の前記オフ状態を決定すると前記中断デバイスを始動させる、
放射線ディテクター。
【請求項２】
前記論理モジュールは、前記オフ状態を決定した後、前記パルス状信号のさらなるパルスを検出すると、前記中断デバイスを始動させる、
請求項１に記載の放射線ディテクター。
【請求項３】
前記論理モジュールは、前記放射源の前記オフ状態及び／又はオン状態を表す制御信号を受信することにより、前記放射源の前記オフ状態を決定する、
請求項１又は２に記載の放射線ディテクター。
【請求項４】
前記中断デバイスが電子スイッチを備え、
前記論理モジュールは、前記電子スイッチを作動させることにより前記中断デバイスを始動させる、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の放射線ディテクター。
【請求項５】
前記電子スイッチは、前記電流源と前記電流−周波数コンバーターとを相互接続する供給線に接続され、
前記電子スイッチが、グランド電位に前記供給線を接続する、
請求項４に記載の放射線ディテクター。
【請求項６】
前記電流−周波数コンバーターの前記電荷積分器は積分コンデンサを備え、
前記中断デバイスの前記電子スイッチは、前記電荷積分器の前記積分コンデンサを短絡する、
請求項４に記載の放射線ディテクター。
【請求項７】
Ｘ線を発するための放射源と、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の放射線ディテクターとを備える、
Ｘ線像形成システム。
【請求項８】
前記放射源は、グリッド制御Ｘ線管である、
請求項７に記載のＸ線像形成システム。
【請求項９】
スイッチング信号により前記放射源をオン状態とオフ状態とに交互にスイッチングする制御装置をさらに備え、
前記放射線ディテクターの前記論理モジュールは、前記制御装置の前記スイッチング信号に基づいて、前記放射源の前記オフ状態を決定する、
請求項７又は８に記載のＸ線像形成システム。
【請求項１０】
放射線ディテクターと放射源とを含むＸ線像形成システムの作動方法であって、前記方法は、
シンチレーターに光学的に結合された光センサーを備える前記放射線ディテクターを照射することにより、前記Ｘ線像形成システムの測定サイクル中、電荷を生成するステップと、
電荷積分器を含む電流−周波数コンバーターが、電荷を積分し、前記測定サイクル中に生成された電荷を表す周波数をもつパルス状信号に変換するステップと、
電流源が、バイアス電流を前記電流−周波数コンバーターに供給するステップと、
前記放射線ディテクターの論理モジュールが、前記放射源のオフ状態を決定するステップと、
前記オフ状態を決定した後、前記電荷積分器が電荷の積分を中断するステップと、
を有する、方法。
【請求項１１】
前記オフ状態を決定した後、前記パルス状信号のさらなるパルスを検出するステップをさらに有し、
前記さらなるパルスが検出された後、前記電荷の積分が中断される、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電荷の積分を中断するステップは、前記電流−周波数コンバーターの前記電荷積分器をリセットするステップを有する、
請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電荷の積分を中断するステップは、前記電荷積分器の積分コンデンサを短絡するステップを有し、及び／又は、
前記電荷の積分を中断するステップは、供給線を介して前記バイアス電流が前記電流−周波数コンバーターに供給される当該供給線を、グランド電位に接続するステップを有する、
請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
Ｘ線像形成システムの制御装置において実行されたとき、請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の方法のステップを実行するように制御装置に命令する、コンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のコンピュータプログラムが記憶された、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、放射線ディテクターの分野に関する。より具体的には、本発明は、Ｘ線像形成システムのための放射線ディテクター、Ｘ線像形成システム、Ｘ線像形成システムを動作させる方法、コンピュータプログラム要素、及びコンピュータ可読媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の放射線ディテクターは、例えばコンピュータ断層撮影用途において使用され、通常、フォトダイオードに結合されて、Ｘ線フラックスを光学的な光に変換した後、電流、すなわち単位時間当たりの電荷に変換するシンチレーターを備える。フォトダイオードからの電流は、通常、電流−周波数コンバーター及びデジタルカウンターにより変換及びデジタル化される。
【０００３】
電子機器を低Ｘ線フラックスのための適切な動作点に維持するために、通常、フォトダイオードからの電流に並列なバイアス電流が電流−周波数コンバーターに供給され、このバイアス電流が、電流−周波数コンバーターに供給される電流のオフセットを生成する。
【０００４】
このような放射線ディテクターは、通常、例えばバイアス電流の１／ｆノイズなどの多くのノイズ源の影響を受ける。低Ｘ線フラックスにおいて、このノイズは、さらに顕著に目立つようになり、超低線量像形成に対する限界を設定する。
【０００５】
米国特許出願公開第２０１２／００９７８５６（Ａ１）号は、上述のような電流−周波数コンバーターが使用される、シンチレーターアレイに光学的に結合された光センサーアレイを含む像形成ディテクターを開示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、ノイズ特性を改善した放射線ディテクター及びＸ線像形成システムの必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、独立請求項の主題により解決される。さらなる実施形態が、従属請求項及び以下の説明に組み込まれる。
【０００８】
本発明の後述の第１の態様が、Ｘ線像形成システム、Ｘ線像形成システムを動作させる方法、コンピュータプログラム要素、及びコンピュータ可読媒体に等しく適用されることが留意されなければならない。
【０００９】
本発明の第１の態様は、放射線ディテクターに関し、特に、Ｘ線ディテクターに関する。放射線ディテクターは、シンチレーターと、シンチレーターに光学的に結合された光センサーと、電子モジュールとを備える。電子モジュールは、電荷積分器と比較器とを備える電流−周波数コンバーターを備える。電流−周波数コンバーターは、測定サイクル中に光センサーにより生成及び／又は出力された電荷を積分し、電荷と相関した周波数をもつパルス状信号に変換するように構成される。従って、パルスは、単位時間当たりの電荷と相関した、すなわち光センサーにより生成された電流と相関した周波数をもつ。その中で、電子モジュールは、電流−周波数コンバーターにバイアス電流を供給するため、及び、パルス状信号の周波数オフセットを生成するための電流源を備える。電子モジュールは、電荷積分器による電荷の積分を中断するための中断デバイスを備える。電子モジュールは、パルス状信号の周波数を決定するための論理モジュールをさらに備え、論理モジュールは、放射源のオフ状態を決定し、放射源のオフ状態を決定すると中断デバイスを始動させるように構成される。
【００１０】
本発明の第１の態様を言い換えると、放射線ディテクターは、Ｘ線光子などの放射粒子のフラックスを可視光に変換するためのシンチレーターを備える。この可視光は、次に、光センサーにより電荷に変換され、光センサーは、シンチレーターにより出力された可視光を電荷に変換するためのフォトダイオードを備える。測定サイクル中に光センサーにより生成及び／又は出力された電荷は、次に、既定の電荷閾値に到達するまで、段階的に、すなわち決定の量及び／又は部分の電荷ごとに、電荷積分器により積分され、既定の閾値に到達すると、比較器によりパルス状信号の単一パルスが生成される。従って、光センサーにより生成された電荷は、測定サイクル中、連続的に、積分されて、測定サイクル中に生成された電荷を表す周波数をもつデジタルパルス状信号に変換される。電子モジュールのコンポーネントを実行可能な、及び／又は適切な動作点に保つために、バイアス電流が電流−周波数コンバーターに供給される結果、一定の電流、すなわち単位時間当たりの電荷が電荷積分器に供給され、結果的に、パルス状信号の一定の周波数オフセットをもたらす。この周波数オフセットは、放射線ディテクターの照射中に光センサーにより生成された電荷によりもたらされる信号と重ね合わされることによりパルス状信号を生成する。電流−周波数コンバーターにより出力されたパルス状信号の周波数は、最後に、論理モジュールにより決定される。この電流から周波数への変換は、基本的に、パルス状信号の周波数を決定することにより、何桁もの大きさのダイナミックレンジにわたって高精度にＸ線フラックスを決定することを可能にする。
【００１１】
中断デバイスにより、電荷積分器の電荷積分及び／又は電荷積分器の電荷積分機能は、中断、抑制、抑止、及び／又は停止され得る。放射線ディテクターの論理モジュールは、放射線及び／又は実際の像形成工程に関連した放射線が放射線ディテクターに当たらない放射源のオフ状態を決定するように構成される。放射源のオフ状態を決定したことに応答して、及び／又は、放射源のオフ状態を決定した後、電荷積分器による電荷積分が中断、抑制、抑止、及び／又は停止されるように、論理モジュールが中断デバイスを始動させる。
【００１２】
このアプローチは、Ｘ線フラックス変調用途に特に有益である。これらの用途では、Ｘ線源はパルスモードで動作させられ、Ｘ線源がオンとオフとに交互に完全にスイッチングされるか、又はＸ線源が非一定の管電流を使用して動作させられ、放射線ディテクターが、投影データの獲得のために使用される、つまりは像再現のために使用される決定の時間インターバル中にのみＸ線光子の関連フラックスにより照射される。
【００１３】
従って、放射源のオフ状態を決定すること、及び、電荷積分器の電荷積分を中断することにより、例えばフラックス変調用途において、放射線ディテクターが照射されない、及び／又は、像再現に関連したＸ線フラックスにより照射されない期間中、バイアス電流がパルス状信号に寄与しないこと、すなわち、バイアス電流が電流−周波数コンバーターによりデジタル化されないことが確実にされる。従って、放射源のオフ状態中、１／ｆノイズなどのバイアス電流のノイズが抑制される。言い換えると、オフ状態を決定し、オフ状態を決定すると電荷積分を中断することにより、電荷が光センサーにより生成されなければならない期間である測定サイクル中、及び／又は、電荷が電荷積分器により積分されなければならない期間である積分期間中、バイアス電流のみがノイズに寄与することが確実にされる。
【００１４】
放射源の「オフ状態」という用語は、放射粒子がディテクターに当たらない、及び／又は、投影データの獲得に関連した放射粒子のフラックスがディテクターに当たらない期間及び／又は時間インターバルを表す。Ｘ線フラックス変調用途について述べると、「オフ状態」は、像再現及び／又は投影データの獲得のために使用されないＸ線フラックスが生成されるように、Ｘ線源が完全にオフにスイッチングされる、及び／又は小さな管電流しかＸ線管に供給されない状態を表す。
【００１５】
従って、「測定サイクル」という用語は、像再現のための投影データを獲得するために、放射粒子のフラックス、例えばＸ線フラックスにより生成されたパルス状信号が放射線ディテクターにより検出される期間及び／又は時間インターバルを表す。測定サイクルは、放射粒子がディテクターに当たる、及び／又は、投影データの獲得に関連した放射線フラックスがディテクターに当たる放射源のオン状態と少なくとも同じ長さである。しかし、測定サイクルは、また、オン状態より長い。測定サイクルは、また、光センサーからの電荷及び／又はバイアス電流が電荷積分器により積分される積分期間を表す。
【００１６】
概して、「中断デバイス」は、電荷積分器の電荷積分を中断、抑止、及び／又は抑制するための中断モジュール、中断ユニット、及び／又は中断器を表す。例示として、これは、電荷積分器を短絡することを介して、及び／又は、電荷積分器をグランド電位に接続することを介して達成される。例えば、電荷積分器の積分コンデンサが短絡される。さらに、電荷−周波数コンバーターに対するバイアス電流の供給は、中断デバイスにより抑制及び／又は中断される。従って、中断デバイスは、電荷積分器によるバイアス電流の積分が抑制されるように、バイアス電流を流出させる、及び／又は除去するように構成される。
【００１７】
「論理モジュール」は、特に、デジタル信号、サンプルデータ、出力デジタル信号、及び／又は出力データを処理するように構成される。論理モジュールは、例えば、ディスクリート型論理モジュール、ディスクリート型論理ユニット、処理ユニット、及び／又はプロセッサを表す。
【００１８】
一実施形態によると、論理モジュールは、放射源のオフ状態を決定した後、パルス状信号のさらなるパルスを検出すると、中断デバイスを始動させるように構成される。従って、論理モジュールは、さらなるパルスを検出したことに応答して、及び／又は、さらなるパルスを検出した後、中断デバイスを始動させるように構成される。言い換えると、論理モジュールは、２つの状態が満たされたとき、中断デバイスを始動させるように構成され、第１の条件は、放射源のオフ状態が決定されることであり、第２の条件は、オフ状態を決定した後、パルス状信号のさらなるパルスが検出されることである。しかし、両方の状態が、また、同時に満たされることもある。さらなるパルスは、例えば、放射源がオフ状態にスイッチングされた後、バイアス電流により生成される。さらなるパルスを待つこと、及び、さらなるパルスの検出後に中断デバイスを始動させることにより、電荷積分器がほとんど電荷を蓄えなくなるように、従って、後続の測定サイクルのために準備されるように、電荷積分器の電荷がさらなるパルスに変換された直後にのみ中断デバイスが始動されることが確実にされる。従って、電荷積分器がリセットされ、その結果、電荷積分器に残っていれば後続の測定サイクルのパルス状信号に寄与するおそれのある電荷が、電荷積分器にほとんど残らない。これは、投影データの獲得の全体的な精度を向上させ、及び／又は改善する。
【００１９】
一実施形態によると、論理モジュールは、放射源のオフ状態を表す、及び／又はオン状態を表す制御信号を受信することにより、放射源のオフ状態を決定するように構成される。例示として、制御信号は、例えば、Ｘ線像形成システムの制御装置から直接受信され、制御装置は、放射源をオン及び／又はオフに、すなわちオン状態及び／又はオフ状態にスイッチングするように構成される。さらに、制御信号は、放射源をオフ状態及び／又はオン状態にスイッチングするための、制御装置のスイッチング信号と相関する。これは、オフ状態が論理モジュールにより時間遅延なく信頼可能に決定されることを確実にする。
【００２０】
一実施形態によると、中断デバイスが電子スイッチを備え、論理モジュールは、電子スイッチを作動させることにより中断デバイスを始動させるように構成される。電子スイッチは、特に、半導体ベースのスイッチ、例えば、例として、トランジスタ、サイリスタ、電界効果トランジスタ、金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ、相補型金属−酸化物−半導体などである。電子スイッチは、従って、スイッチのゲート端子に電気信号を提供することにより作動するようにされる。概して、電子スイッチを使用することは、小型かつ信頼可能な回路を使用して、ある程度高速なスイッチング、つまりは、中断デバイスのある程度高速な始動を可能にする。
【００２１】
一実施形態によると、電子スイッチが、電流源と電流−周波数コンバーターとを相互接続する供給線に接続され、電子スイッチが、グランド電位に供給線を接続するように構成される。このように、中断デバイスが始動されたとき、バイアス電流が除去され、及び／又は流出させられ、それにより、電荷積分器の電荷積分を信頼可能に中断する。
【００２２】
一実施形態によると、電流−周波数コンバーターの電荷積分器が積分コンデンサを備え、中断デバイスの電子スイッチは、電荷積分器の積分コンデンサを短絡するように構成される。スイッチは、積分コンデンサと並列に構成され、スイッチの作動時にバイアス電流のためのバイパス経路を提供する。これは、積分コンデンサから任意の電荷が除去され、及び／又は流出させられることにより、積分コンデンサ及び／又は電荷積分器をリセットすることを確実にする。
【００２３】
本発明の第２の態様は、ここまでに説明されるように、及び以下で説明されるように、Ｘ線を発するための放射源と、放射線ディテクターとを備えるＸ線像形成システムに関する。従って、放射線ディテクターは、Ｘ線ディテクターを表し、放射源は、Ｘ線管などのＸ線源を表す。特に、Ｘ線像形成システムは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ：ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）像形成システムを表す。
【００２４】
一実施形態によると、放射源は、グリッド制御Ｘ線管である。Ｘ線管は、Ｘ線管のアノードとカソードとの間に配置されたグリッドを備える。Ｘ線管内で、アノードからカソードまでの電子フラックスは、アノードにおけるＸ線光子の生成を抑止するために、グリッドに供給される負の制御電位を使用してオフにスイッチングされる。従って、Ｘ線像形成システムは、例えば、Ｘ線管グリッドスイッチングなどの、高速Ｘ線フラックス変調性能をもつＣＴ像形成システムを表す。その中で、スイッチング時間は、１μ秒未満であり、フラックス変調は、ＣＴのためのまばらな角度サンプリングを行うために使用される。加えて、パルス幅変調が、積分期間及び／又は測定サイクル内の限られた時間インターバルのみにわたって放射線ディテクターを照射するために使用される。
【００２５】
一実施形態によると、Ｘ線像形成システムは、スイッチング信号により放射源をオン状態とオフ状態とに交互にスイッチングするように構成された制御装置をさらに備え、放射線ディテクターの論理モジュールは、制御装置のスイッチング信号に基づいて、放射源のオフ状態を決定するように構成される。例示として、オン状態において、Ｘ線管のグリッドに電位が与えられない、及び／又は、Ｘ線管のグリッドに正電位が印加されるのに対し、オフ状態において、Ｘ線光子の生成を抑止するために負電位がグリッドに与えられる。論理モジュールが制御信号に基づいて放射源のオフ状態を決定し得、その制御信号がスイッチング信号と相関することにより、オフ状態を信頼可能に決定することを可能にする。さらに、スイッチング信号は、オフ状態を決定するために論理モジュールに制御信号として直接提供される。
【００２６】
本発明の第３の態様は、放射線ディテクターと放射源とを含むＸ線像形成システムの作動方法に関する。本方法は、
−  シンチレーターに光学的に結合された光センサーを備える放射線ディテクターを照射することにより、Ｘ線像形成システムの測定サイクル中、電荷を生成するステップと、
−  電荷積分器を含む電流−周波数コンバーターが、電荷を積分し、測定サイクル中に生成された電荷を表す周波数をもつパルス状信号に変換するステップと、
−  電流源が、バイアス電流を電流−周波数コンバーターに供給するステップと、
−  放射線ディテクターの論理モジュールが、放射源のオフ状態を決定するステップと、
−  オフ状態を決定した後、電荷積分器による電荷の積分を中断するステップと、
を有する。
【００２７】
ここで、測定サイクル中に生成された電荷は、パルス状信号を生成するために、決定の一部及び／又は電荷量において段階的に積分される。言い換えると、光センサーにより生成された電荷は、パルス状信号へと連続的に積分されてデジタル化される。
【００２８】
ここまでに説明されるような、及び以下で説明されるような放射線ディテクターの特徴及び／又は要素は、Ｘ線像形成システム及び／又は方法の特徴及び／又は要素であることが留意されなければならない。逆も同様であり、ここまでに説明されるような、及び以下で説明されるようなＸ線像形成システム及び／又は方法の特徴は、放射線ディテクターの特徴及び／又は要素である。
【００２９】
一実施形態によると、本方法は、オフ状態を決定した後、パルス状信号のさらなるパルスを検出するステップをさらに有し、さらなるパルスが検出された後、電荷積分器による電荷の積分が中断される。
【００３０】
一実施形態によると、電荷の積分を中断するステップは、電流−周波数コンバーターの電荷積分器をリセットするステップを有する。
【００３１】
一実施形態によると、電荷の積分を中断するステップは、電荷積分器の積分コンデンサを短絡するステップを有する。
【００３２】
代替的に、又は追加的に、電荷の積分を中断するステップは、供給線であって、本供給線を介してバイアス電流が電流−周波数コンバーターに供給されるその供給線を、グランド電位に接続するステップを有する。
【００３３】
本発明の第４の態様は、コンピュータプログラム要素に関し、本コンピュータプログラム要素は、Ｘ線像形成システムの制御装置において実行されたとき、ここまでに説明されるように、及び以下で説明されるように、方法のステップを実行するように制御装置に命令する。
【００３４】
本発明の第５の態様は、コンピュータ可読媒体に関し、コンピュータ可読媒体上のコンピュータプログラム要素が、Ｘ線像形成システムの制御装置において実行されたとき、ここまでに説明されるように、及び以下で説明されるように、方法のステップを実行するように制御装置に命令する。
【００３５】
コンピュータ可読媒体は、フロッピーディスク、ハードディスク、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）記憶デバイス、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）、及びＥＰＲＯＭ（消去可能でプログラム可能な読み出し専用メモリ）である。コンピュータ可読媒体は、また、プログラムコードをダウンロードすることを可能にする、インターネットなどのデータ通信ネットワークである。
【００３６】
本発明のこれらの態様及び他の態様が、以下で説明される実施形態から明らかとなり、以下で説明される実施形態を参照しながら説明される。
【００３７】
本発明の主題は、添付の図面に示される例示的な実施形態を参照しながら、以下でさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】放射線ディテクターを概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態による、放射線ディテクターを概略的に示す図である。
【図３】図２に示す放射線ディテクターの動作を示すタイミング図を概略的に示す図である。
【図４】本発明の実施形態による、Ｘ線像形成システムを概略的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態による、Ｘ線像形成システムを動作させる方法のステップを示すフロー図を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
原則として、複数の図面を通して、同一の部分に同じ参照符号が付されている。
【００４０】
図１は、従来の放射線ディテクター１００を概略的に示す。放射線ディテクター１００は、特に、Ｘ線光子を検出するためのＸ線放射線ディテクター１００である。
【００４１】
放射線ディテクター１００は、シンチレーター１０２と、フォトダイオード１０６を備えて、シンチレーター１０２に光学的に結合された光センサー１０４とを備える。シンチレーター１０２に当たったＸ線光子１０１は、視認可能な、及び／又は光学的な光に変換された後、視認可能な及び／又は光学的な光が、フォトダイオード１０６により電荷及び／又は電流Ｉに変換される。
【００４２】
放射線ディテクター１００は、電流−周波数コンバーター１１０を含む電子モジュール１０８をさらに備える。電流−周波数コンバーター１１０は、増幅器１１４と積分コンデンサ１１６とを含む電荷積分器１１２を備える。増幅器１１４及びコンデンサ１１６は、コンバーター１１０の前段増幅器とみなされる。電流−周波数コンバーター１１０は、増幅器１１４の出力に接続されて、増幅器１１４の出力における電圧を閾値と比較するように構成された比較器１１８をさらに備える。電流−周波数コンバーター１１０は、概して、コンバーター１１０に供給される単位時間当たりの電荷、すなわち電流を、単位時間当たりの電荷及び／又は電流を表す、並びに／或いは、単位時間当たりの電荷及び／又は電流と相関した周波数をもつデジタルパルス状信号に変換するように構成される。
【００４３】
電子モジュール１０８は、供給線１２２を介して電流−周波数コンバーター１１０にバイアス電流を供給するための電流源１２０をさらに備える。
【００４４】
さらに、電子モジュール１０８は、電流−周波数コンバーター１１０からデジタルパルス状信号を受信するための第１の入力１２５を含む論理モジュール１２４を備える。
【００４５】
電子モジュール１０８は、測定サイクル中及び／又は積分期間中、電流−周波数コンバーター１１０の電荷積分器１１２をリセットするためのリセットスイッチ１２６をさらに備える。リセットスイッチ１２６は、基準電圧Ｖｒｅｆにより充電されるコンデンサ１２８と、論理モジュール１２４の制御出力１２７に接続されたスイッチ要素１３０とを備える。
【００４６】
電子モジュール１０８の機能が以下で説明される。電荷積分器１１２、すなわち増幅器１１４及び積分コンデンサ１１６は、光センサー１０４及び／又はフォトダイオード１０６により生成された負の電流Ｉ及び／又は電荷を積分し、積分コンデンサ１１６は、正電圧をもち、従って、電流Ｉ及び／又は対応する電荷により下げられる。積分器１１２及び／又は積分コンデンサ１１６の電圧がゼロに達した場合、デジタルパルスが比較器１１８により生成される。このパルスは、第１の入力１２５を介して論理モジュール１２４に送信され、続いて、論理モジュール１２４が、電気信号により、リセットスイッチ１２６を始動させてスイッチ要素１３０を作動させる。スイッチ要素１３０が作動させられたとき、コンデンサ１２８の正基準電荷パッケージを使用して電荷積分器１１２及び／又は積分コンデンサ１１６が充電され、コンデンサ１２８自体は、基準電圧Ｖｒｅｆにより充電される。バイアス電流が供給されない場合、これらの事象の数が論理モジュール１２４によりカウントされ、光センサー１０４及び／又はフォトダイオード１０６からの、それぞれ、獲得インターバル、測定サイクル、及び／又は積分期間における総電荷を表す。
【００４７】
さらに、最初のパルス又は事象と最後のパルス又は事象との間の期間は、例えば論理モジュール１２４のクロック入力１２９を介して論理モジュール１２４にクロック信号１３２を提供することにより測定される。
【００４８】
電子モジュール１０８の電子コンポーネントを低フラックスのＸ線光子に対して実行可能な、及び／又は適切な動作点に維持するために、バイアス電流が電流源１２０により供給される。バイアス電流は、光センサー１０４の電流Ｉに並列な供給線１２２を介して供給される。図１に示される放射線ディテクター１００は、例えばバイアス電流の１／ｆノイズのような多くのノイズ源の影響を受ける。低Ｘ線フラックスにおいて、このノイズが実効性をもつようになり、超低線量像形成に対する限界を設定する。
【００４９】
図２は、本発明の実施形態による、放射線ディテクター１００を概略的に示す。別段の記載がない場合、図２に示す放射線ディテクター１００は、図１に示す放射線ディテクター１００と同じ機能、特徴、及び／又は要素を備える。
【００５０】
放射線ディテクター１００の電子モジュール１０８は、電荷積分器１１２による電荷の積分を中断するための、及び／又は、電荷積分器１１２の電荷積分機能を中断するための中断デバイス１３４を備える。この目的において、中断デバイス１３４は、電荷積分器１１２の積分コンデンサ１１６と並列に配置及び／又は接続された電子スイッチ１３６を備える。
【００５１】
電子スイッチ１３６は、論理モジュール１２４による作動信号を介して作動可能な、例えば任意の適切な半導体ベースのスイッチである。この目的において、論理モジュール１２４は、作動信号を出力するための、及び、線１３５を介して電子スイッチ１３６に、例えば電子スイッチ１３６のゲート端子に作動信号を送信するための出力１３１を備える。スイッチ１３６の作動により、すなわち、スイッチ１３６を閉じることにより、バイアス電流のためのバイパス経路が提供され、積分コンデンサ１１６が短絡され、及び、任意の電荷が積分コンデンサから除去され、及び／又は流出させられ、結果として、電荷積分器１１２及び／又は積分コンデンサ１１６をリセットする。
【００５２】
論理モジュール１２４は、放射源のオフ状態を表す、及び／又は放射源のオフ状態と相関した（図４参照）制御信号を受信するための、第２の入力１３３及び／又はフラックス入力１３３をさらに備える。例えば、制御信号は、放射源をオン状態とオフ状態とにスイッチングするように構成された（図４に示される制御装置４１０を表す）制御装置２０４により提供される。
【００５３】
論理モジュール１２４は、制御信号を受信した後、制御信号を受信すると、及び／又は、制御信号を受信したことに応答して、つまりは放射源のオフ状態を決定すると、電子スイッチ１３６に作動信号を提供することにより中断デバイス１３４を始動させるように構成される。
【００５４】
さらに、論理モジュール１２４は、オフ状態を決定した後、パルス状信号のさらなるパルスを検出すると、中断デバイスを始動させるように構成される。従って、このさらなるパルスは、バイアス電流によりもたらされ、これが、バイアス電流によりもたらされる周波数オフセットを総合的に、及び信頼可能に決定することを可能にし、並びに／又は、これが、測定サイクル中及び／若しくは積分期間中、バイアス電流の寄与のみによりもたらされるすべてのパルスを減算することを可能にする。従って、これは、測定サイクル中及び／又は積分期間中に光センサー１０４により生成された電荷のみによりもたらされる測定サイクル及び／又は積分期間当たりのパルス数を決定することを可能にする。
【００５５】
本例において、追加的に、又は代替的に、電子スイッチ１３６が、供給線１２２に接続されること、及び、電荷積分が、グランド電位に供給線１２２を接続することにより中断デバイス１３４により中断されることに注意されたい。
【００５６】
図２に示す放射線ディテクター１００の機能及び／又は動作が、以下で簡潔に要約される。放射線ディテクター１００は、Ｘ線フラックスオンインジケーター信号とみなされる制御信号を使用して、電荷積分器１１２の電荷積分及びその電荷のパルス状信号への変換を、Ｘ線光子のフラックスをともなう時間インターバルに、並びに／又は、測定サイクルに、及び／若しくは積分期間に制限する。その結果、このインターバルの外側における電子ノイズは、獲得ノイズに寄与しない。
【００５７】
積分期間及び／又は測定サイクル中、すなわち、例えば、制御信号が放射源のオン状態を示すと、電子モジュール１０８のコンポーネントが、図１に示す従来の放射線ディテクター１００に類似した働きをする。放射源がオフ状態にスイッチングされた場合、すなわち、フラックス期間が終了した場合、放射線ディテクター１００のデジタル制御部とみなされる論理モジュール１２４が、次のカウントイベントが発生するまで、すなわち、パルス状信号のさらなるパルスが検出されるまで待つ。これは、バイアス電流を理由として、光センサー１０４からの電流及び／又は電荷が一切なくても発生する。この時点において、電荷積分器１１２が中断及び／又は停止され、並びに、任意の電荷が積分コンデンサ１１６から除去される、及び／又は流出させられる。従って、積分器１１２が０ボルトに維持される。電子スイッチ１３６は、すべての電流、すなわちバイアス電流、及びすべてのノイズ電流をショートカットし、短絡し、除去し、及び／又は流出させる。次のフラックス期間、測定サイクル、及び／又は積分期間が始まったとき、電子スイッチ１３６が再度作動させられ、ショートカットが開放され、電荷積分器１１２が基準電荷パッケージを使用して充電され、積分器１１２が電荷積分を再開することをもたらす。
【００５８】
事象及び／又はパルスカウントに加えて、フラックスの開始からの時間、測定サイクル内における最後のカウント及び／又はパルスが、論理モジュール１２４により測定され得る。この時間は、測定の正確さ及び精度を高めるために、論理モジュール１２４により決定されたカウントイベント及び／又はパルスから減算されなければならないバイアス電流により誘発されたカウント及び／又はパルスを厳密に計算するために使用され得る。
【００５９】
図３は、図２における放射線ディテクター１００の動作を示すタイミング図を概略的に示す。その中、曲線３００は、時間の関数として、放射源のオン状態とオフ状態とを示す制御信号を示す。曲線３０２は、時間の関数として、電荷積分器１１２及び／又は積分コンデンサ１１６により蓄えられた電荷を示す。曲線３０４は、時間の関数として、リセットスイッチ１２６、及び／又は、リセットスイッチ１２６のスイッチング要素１３０の作動を示す。曲線３０６は、時間の関数として、中断デバイス１３４の電子スイッチ１３６作動を示す。
【００６０】
放射線ディテクター１００の動作は次のとおりである。時点ｔ０において、測定サイクル及び／又は積分期間が始まり、曲線３００に示される制御信号により示されるように、放射源がオン状態にスイッチングされる。電荷積分器１１２は、曲線３０２に示されるように正電荷パッケージを供給され、この供給は、曲線３０４に示されるようにリセットスイッチ１２６の作動によりもたらされる。さらに、電子スイッチ１３６が開くことにより、電荷積分器１１２の規則的な動作を可能にする。
【００６１】
バイアス電流及び光センサーからの電流Ｉが電荷積分器１１２に供給されて、積分コンデンサ１１６の電荷が減ることにより、曲線３０２に示されるように電荷積分器１１２の電荷の減少をもたらす。積分コンデンサ１１６の電荷がゼロに達すると、比較器１１８が始動させられ、パルスが論理モジュール１２４に送信され、さらに、パルスがリセットスイッチ１２６を始動させ、基準電荷パッケージを使用した積分コンデンサ１１６の再充電を誘起する。これが、曲線３０２に描かれた積分器１１２の鋸歯形信号をもたらす。
【００６２】
時点ｔ１において、放射源が曲線３００に示される制御信号により示されるようにオフ状態にスイッチングされる。従って、オフ状態が論理モジュール１２４により決定される。放射源がオフにスイッチングされるので、バイアス電流のみが電荷積分器１１２に供給され、結果として、最後の積分器パルスの傾きが変化する。論理モジュール１２４は、この時点で、電流−周波数コンバーターにより時点ｔ２においてさらなるパルスが生成されるまで待つ。両方の状態が満たされたとき、すなわち、オフ状態が決定されて、かつ、さらなるパルスが検出されたとき、曲線３０６に示されるように、論理モジュール１２４が電子スイッチ１３６を作動させることにより、中断デバイス１３４を始動させる。積分器１１２からのすべての電荷が除去され、及び／又は流出させられたとき、積分器１１２が０ボルトに維持される。
【００６３】
ｔ０からｔ１までの時間インターバルは、放射源のオン状態を表し、ｔ０からｔ２までの時間インターバルは、積分器１１２により電荷積分が実施される測定サイクル及び／又は積分期間を表す。
【００６４】
中断デバイス１３４は、次に、始動された状態に留まり、及び／又は、時点ｔ３において制御信号により始動される次の測定サイクルが始まるまで、スイッチ１３６が閉状態に留まる。
【００６５】
図４は、本発明の実施形態によるＸ線像形成システム４００を概略的に示す。図４に示されるＸ線像形成システム４００は、ＣＴ像形成システム４００である。
【００６６】
Ｘ線像形成システム４００は、放射線ディテクター４０６に向けてＸ線のビームを投影するＸ線放射源４０４を含む回転可能ガントリー４０２を備える。
【００６７】
別段の記載がない場合、図４に示す放射線ディテクター１００は、前述の図１から図３において説明される放射線ディテクター１００と同じ特徴、機能、及び要素を備える。
【００６８】
放射源４０４及びディテクター１００は、ガントリー４０２の反対側に配置される。ディテクター１００により、患者４０８を通る投影されたＸ線が検知及び／又は検出され、患者４０８が可動テーブル４０９上に配置される。
【００６９】
Ｘ線像形成システム４００は、特に、ガントリー４０２の回転とＸ線源４０４の動作とを管理する制御装置４１０をさらに備える。制御装置４１０は、例えば、制御ユニット、制御構成、及び／又はコンピュータを表す。
【００７０】
特に、放射源４０４は、アノード、カソード、及び間に配置されたグリッドを備えるグリッド制御Ｘ線管４０４である。その中で、アノードからカソードまでの電子フラックスは、アノードにおけるＸ線光子の生成を抑止するために、グリッドに供給される負の制御電位を使用してオフにスイッチングされる。従って、Ｘ線像形成システム４００は、例えば、Ｘ線管グリッドスイッチングなどの高速Ｘ線フラックス変調性能をもつＣＴ像形成システムを表す。その中で、スイッチング時間は、１μ秒未満であり、フラックス変調は、ＣＴのためのまばらな角度サンプリングを行うために使用される。加えて、積分期間及び／又は測定サイクル内の限られた時間インターバルのみにわたって放射線ディテクターを照射するために、パルス幅変調が使用される。
【００７１】
さらに、制御装置４１０は、スイッチング信号により放射源４０４をオン状態とオフ状態とに交互にスイッチングするように構成され、放射線ディテクター１００の論理モジュール１２４は、制御装置４１０のスイッチング信号に基づいて、放射源４０４のオフ状態を決定するように構成される。例示として、オン状態において、Ｘ線管４０４のグリッドに電位が与えられないことになるのに対し、オフ状態において、Ｘ線光子の生成を抑止するためにグリッドに負電位が与えられる。
【００７２】
図５は、本発明の実施形態による、放射線ディテクター１００と放射源４０４とを含むＸ線像形成システム４００を動作させる方法のステップを示すフロー図を概略的に示す。
【００７３】
ステップＳ１において、放射源４０４を使用して放射線ディテクター１００を照射することにより、Ｘ線像形成システム４００の測定サイクル中、電荷が生成され、放射線ディテクター１００は、シンチレーター１０２に光学的に結合された光センサー１０４を備える。
【００７４】
ステップＳ２において、電荷が、測定サイクル中に生成された電荷を表す周波数をもつパルス状信号に積分及び変換され、ステップＳ２は、電荷積分器１１２を含む電流−周波数コンバーター１１０により実施される。
【００７５】
さらなるステップＳ３において、バイアス電流が、電流源１２０により電流−周波数コンバーター１１０に供給される。
【００７６】
ステップＳ４において、放射源４０４のオフ状態が、放射線ディテクター１００の論理モジュール１２４により決定される。
【００７７】
ステップＳ４においてオフ状態を決定した後、ステップＳ５において、論理モジュール１２４によりパルス状信号のさらなるパルスが決定される。
【００７８】
最後に、ステップＳ６において、ステップＳ４において放射源４０４のオフ状態を決定すると、及び、ステップＳ５においてさらなるパルスを検出すると論理モジュール１２４により始動させられる中断デバイス１３４により、電荷積分器１１２による電荷の積分が中断される。
【００７９】
任意選択的に、電荷の積分を中断することは、電流−周波数コンバーター１１０の電荷積分器１１２をリセットすることを有する。
【００８０】
任意選択的に、電荷の積分を中断することは、電荷積分器１１２の積分コンデンサ１１６を短絡すること、及び／又は、バイアス電流が電流−周波数コンバーター１１０に供給されるときに通る供給線１２２をグランド電位に接続することを有する。
【００８１】
図面及びここまでの説明において本発明が詳細に例示及び説明されるが、このような例示及び説明は例示又は一例とみなされ、限定とはみなされず、本発明は開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する他の変形例が、図面、本開示、及び付属の特許請求の範囲の考察により、当技術分野の、及び請求項に記載された発明を実施する当業者により理解及び実現される。
【００８２】
特許請求の範囲において、「備える」という用語は、他の要素もステップも排除せず、「１つ（ａ）」又は「１つ（ａｎ）」という単数表現の不定冠詞は、複数を排除しない。単に、特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという事実は、利点を得るためにこれらの手段の組み合わせが使用不可能なことを示すわけではない。特許請求の範囲における参照符号は、いずれも特許請求の範囲を限定するように解釈されてはならない。
【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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【国際調査報告】
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