(57)【要約】  本発明の主題は、ガンマ線検出システムにおいて、１つ以上の画素化したセンサによって生成された信号を読み取るための方法および電気回路であって、それはデジタル化のための電気チャネル数を大幅に削減することを可能にする。本発明の電気回路はアナログであり、また、より大きなセンサからの信号を取得するために、他の同様の回路に接続可能である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ×Ｎ個のセグメント（１）の１つ以上の画素センサ（３７、４１、４５）によって生成された信号の読取電気回路（３８、４２、４６）であって、
信号の２次元分布の一組の基底関数において展開係数を演算し、
アナログ部品によって形成されていることを特徴とする読取電気回路。
【請求項２】
他の同様な読取回路（３８、４２、４６）に内部接続可能で、
上記読取回路（３８、４２、４６）よりも大きな画素センサ（３７、４１、４５）によって生成された信号の扱いが可能であることを特徴とする請求項１に記載の読取電気回路（３８、４２、４６）。
【請求項３】
異なる基底関数に従う展開を実行することが可能なように、展開に使用される重みを記憶するための、プログラム可能な記憶媒体（９、１３、１４）をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の読取電気回路（３８、４２、４６）。
【請求項４】
上記重みは、ルジャンドルの多項式、ゲーゲンバウアの多項式、チェビシェフの多項式、ラゲールの多項式、ゼルニケの多項式、またはフーリエ級数で用いられる三角関数に一致することを特徴とする請求項３に記載の読取電気回路（３８、４２、４６）。
【請求項５】
上記画素センサまたはセンサ（３７、４１、４５）は、位置感応型光検出器、セグメント化された光検出器、ガンマ線シンチレータセンサおよびＣＭＯＳ画像センサの何れか１つであることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の読取電気回路（３８、４２、４６）。
【請求項６】
センサ基板（３７、４１、４５）に統合されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の読取電気回路（３８、４２、４６）。
【請求項７】
画素センサ（３７、４１、４５）の各々のセグメント（１）によって生成された信号Ｓｌｎを複製する（Ｍ×Ｎ）個の複製ブロック（１１）と；
行（３）および列（２）によって信号Ｓｌｎの総和を求める（Ｍ＋Ｎ）個の加算器と；
Ｑ＋１個の乗算器（７）と、Ｑ＋１個のデジタルアナログ変換器（８）に接続されたＱ＋１個の記憶媒体（９）とを含み、各々の列および各々の行の信号Ｓｌｎの和が、記憶媒体（９）に記憶されたＱ＋１個の第一の展開の重みによって乗算され、係数Ｓ１，Ｓ２・・・ＳＱ＋１を取得する（Ｍ＋Ｎ）個の計算ブロック（１２）と；
行（３）および列（２）による係数の各々の位数において、係数Ｓ１，Ｓ２・・・ＳＱ＋１を加算する（Ｑ＋１）個の加算器と、を含むことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の読取電気回路（３８、４２、４６）。
【請求項８】
画素センサ（３７、４１、４５）のＭ×Ｎ個の各々のセグメント（１）において、
ｘおよびｙ軸に対応する上記重みを個々に記憶し、２（Ｑ＋１）個のデジタルアナログ変換器（１３）に接続される２（Ｑ＋１）個の記憶媒体（１４）と；
ｘおよびｙ軸に対応する重みの異なる組み合わせを乗算する２（Ｑ＋１）個の乗算器（１５）と；
上記画素センサ（３７、４１、４５）の各々のセグメント１の信号Ｓｌｎによって、上記乗算器（１５）によって得られた結果を乗算する（Ｑ＋１）２個の乗算器（１６）とを含むことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の読取電気回路（３８、４２、４６）。
【請求項９】
画素センサ（３７、４１、４５）のセグメント（１）によって生成される信号Ｓｌｋの（Ｍ＋Ｎ）×Ｑ個のカルテシアンモーメントを生成する（Ｍ＋Ｎ）個のモジュール（２８）と、
各々のモジュール（２８）は、重み（Ｓｘ）ｒを生成する乗算器（１９）のカスケードを形成し、Ｓｘは、記憶媒体（２１）およびデジタルアナログ変換器（２０）に接続されるデジタルデータバス（２２）から得られ；
信号Ｓｌｋを重み（Ｓｘ）ｒにより乗算する（Ｍ×Ｎ）個の乗算器（２９）と、
各々の乗算器（２９）が、いくつかの乗算器（２３）と数個の加算器との間の出力を割り当てる可変利得のバッファ（２４）を形成し、
乗算器（２３）は、信号Ｓｌｋおよび上記重みの間で乗算を実行し、
加算器は、係数の各々の位数における前の演算の結果を別々に加算する、
を含むことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の読取電気回路（３８、４２、４６）。
【請求項１０】
画素センサ（３７、４１、４５）のセグメント（１）によって生成された信号Ｓｌｋの（Ｍ＋Ｎ）×Ｑ個のカルテシアンモーメントを生成するＭ＋Ｎ個のモジュール（２８）と、
各々のモジュール（２８）は、重み（Ｓｘ）ｒを生成する乗算器（１９）のカスケードを形成し、Ｓｘは、記憶媒体（２１）およびデジタルアナログ変換器（２０）に接続されるデジタルデータバス（２２）から得られ；
信号Ｓｌｋを乗算する（Ｍ×Ｎ）個の乗算器（３１）と、
各々の乗算器（３１）は、いくつかの乗算器（２６）と数個の加算器との間で出力を割り当てる可変利得のバッファ（２７）を形成し、
乗算器（２６）は、信号Ｓｌｋと複合した係数の間で乗算を実行し、
加算器は、各々の位数の順序において、前の演算の結果を個々に加算し、
複合した係数は、関数ｆのブロック（２５）によって得られる、
を含むことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の読取電気回路（３８、４２、４６）。
【請求項１１】
Ｍ×Ｎ個のセグメント（１）の１つ以上の画素センサ（３７、４１、４５）によって生成された信号の読み取り手段（３８、４２、４６）であって、
信号の２次元分布の一組の基底関数において展開係数を演算し、
アナログ部品による式（数１）を実行する処理を含むことを特徴とする読み取り手段（３８、４２、４６）。
【数１】
2013509126.tif 000037
【請求項１２】
式（数３）を実行することによって展開係数が得られるように、式（数２）を単純化することを特徴とする請求項１１に記載の読み取り手段（３８、４２、４６）。
【数２】
2013509126.tif 000038
【数３】
2013509126.tif 000039
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（ガンマ線検出器）
ガンマ線の検出は、核医学、宇宙物理学および高エネルギーの実験物理学といった多くの用途において必須である。ガンマ線の量子的な性質のために、上記の検出は、検出材料との相互作用によって行われ、それゆえ、当該相互作用の、いくつかの鍵となる観測可能なパラメータの同時測定が、ガンマ線の検出として理解される。例えば、蓄えられたエネルギーおよびその相互作用の位置である。検出材料とのガンマ線の上記相互作用は、光電効果やコンプトン散乱のような基本的な影響によって、ほとんど排他的に、上記材料の多重イオン化となる。これらの処理の性質は統計に基づくという事実のため、検出材料とのガンマ線の上記相互作用の確率を予測することだけが可能である。この相互作用の確率は、ガンマ線のエネルギーおよび相互作用する材料の質量減衰係数の両方に依存する。質量減衰係数は、要素の有効Ｚｅｆｆ原子番号、ガンマ線が通過しなければならない材料の密度および厚さに依存する。相互作用の確率は、Ｚｅｆｆと共に上昇し、ガンマ線のエネルギーと共に減少する。ガンマ線が材料と相互作用する事象において、半導体検出器の場合、多重イオン化による負荷が生成され、また、シンチレータ結晶の場合、ガンマ線の相互作用の情報を得るために、収集し、解析されなければならない光が出射される。それゆえ、ガンマ線検出器は、ガンマ線を停止し、出射された光またはイオン化によって放出された電気負荷を検出するように構築されなければならない。負荷または光の最適な収集および高確率な検出という異なる必要性は、多くの場合、両立しない。特に、中および高ガンマ線エネルギーの検出においては、材料に質量減衰係数、高Ｚｅｆｆ値およびかなりの厚さが必要となる。この理由のため、ガスおよび液体検出器は、その密度および低Ｚｅｆｆ値のために、ガンマ線の検出にはあまり適していない。
【０００２】
半導体検出器は、低エネルギーに対してのみ適しており、Ｘ線の検出においては、ガンマ線写真術における限定された範囲で使用することができる。ポジトロン断層法（ＰＥＴ、Positron Emission Tomography）では、５１１ｅＶの消滅光子が検出されなければならない。密度５．８ｇ／ｃｍ３、４９のＺｅｆｆを持つＣｄＺｎＴｅのような化合物半導体が存在するけれども、同時に、ＰＥＴ、宇宙物理学または高エネルギーの実験物理学のような、高エネルギーのガンマ線の検出におけるそれらの用途のために、十分に効果的な検出器を得ることは不可能である。これは、放出された負荷の効率的な収集を可能にするためには、厚さが小さくなければならないという事実のためである。
【０００３】
シンチレーション検出器は、シンチレーション光内でガンマ線によるイオン化の負荷を生成するため、設計のこの不一致を回避している。この場合、負荷の代わりに光の光子が収集され、それらは、真空光電子増倍管、シリコン光電子増倍管または光ダイオードとして、光検出器の使用を必要とする。シンチレーション光の全ての量は、放出されたエネルギーの全ての量にほぼ比例する。高度に透明なシンチレータがそれら自身のシンチレーション光のために生成されることができるという事実のために、シンチレーション光の収集を妥協することなく、シンチレーション結晶を十分に大きくし、高い検出効率を保証するための高いＺｅｆｆを有するようにすることが可能である。しかしながら、放出されたエネルギーおよびそれによるシンチレーション光の量は、通常、とても小さくなり、通常、光の光子の検出手段に加えて、増幅手段が必要となるだろう。シンチレータの場合には、ガンマ線によって放出されたエネルギーはシンチレーション光に変換され、次に、光ダイオード、アバランシェ光ダイオード、真空光電子増倍管、シリコン光電子増倍管、または同様の光電子増倍管のような光電子変換器を通じて、電気パルスに変換される。アバランシェ光ダイオード、真空光電子増倍管およびシリコン光電子増倍管は、生得的に、検出されたシンチレーション光の光子から生成された負荷を増幅する。
【０００４】
シンチレータ結晶の大部分において、シンチレーション光の生成は等方性があり、それは逆二乗の法則のためである。これは、シンチレーション結晶内のガンマ線光変換のエネルギーおよび位置のような、所望のパラメータの決定を困難にする。エネルギーの推定のために、シンチレーション光の全ての量の検出のみが必要である一方、光変換の位置の測定は、位置感応型光検出器を必要とする。J. T. Wallmark [Wallmark 1957]により導入された重心アルゴリズム（ＣＯＧ、Center of Gravity）を用いることで、光変換の位置の３座標のうち２つの推定値を取得することができる。このアルゴリズムは、アンガーロジックとしてもまた知られる。その効率性のために、このアルゴリズムは、依然として、今日のガンマ線写真術およびＰＥＴのためにもっとも一般的に使用されている.しかしながら、大きな厚みを伴う単結晶におけるＣＯＧの使用は、結晶の端の付近にアーティファクトをもたらし、相互作用（ＤＯＩ）の深さ、言い換えれば、光変換の位置の３つ目の座標の測定を不可能とする。ＤＯＩの推定値の欠如は、放射状の延長としても知られる視差をもたらし、検出カメラまたはＰＥＴスキャナの視野の周辺領域における空間分解能を著しく悪化させる。
【０００５】
この問題を改善するために、フォスウィッチ法、光共有法やその他の手法のような、ＤＯＩを測定するためのいくつかの技術が開発された（[Moses1994, Bart1991]）。これらの手法の不利な点は、それらは、追加的な光検出器やシンチレータを必要とする点であって、それらは検出器の価格を大幅に上昇させる。アーティファクトの問題は、互いに光学的に切り離された、小さな画素マトリクスサイズのシンチレータを用いることによって回避される。シンチレーション光の生成が生じた画素を特定するために、光変換の位置の２つの座標の測定は、削減される。これにより、検出器の固有の分解能は画素サイズによって与えられ、そして結果的に、この分解能の改善は画素サイズの縮小を必要とする。これは、検出器の効率の劣化、低いエネルギー分解能、結晶間のコンプトン散乱および検出器のコスト増大のような深刻な問題を伴うけれども、現在の動向は、ますますより小さな画素を持つ検出器の開発という方向性である。この開発は、位置感応型光検出器における画素数の指数関数的な増大を伴う。位置感応型光電子増倍管の場合には、７年間ごとに、画素数が２倍化する。
【０００６】
画素数が多いことは、システムの空間分解能、およびそれによって得られた画像の質に有益であるが、それは、画素サイズを減少させることによって、エネルギー分解能を悪化させ、データ取得システムにおいて深刻な問題を引き起こす。各々の画素からの信号をデジタル化する場合、チャネル数と共に急速に複雑性が増大するという事実のため、当該取得システムは、その数を制限している。この理由により、電気チャネル数を減少させるために、信号の前処理を実行することが必要である。
【０００７】
あらゆるガンマ線検出器は、検出されたエネルギーの分布に含まれる情報を、その処理および解析のためのコンピュータ手段にアクセス可能にするために、データ取得システムを有する。このシステムはその設計や利点に依存し、そして、ガンマ線検出器の設計に強く依存する。ガス検出器および半導体が、それらのＰＥＴにおける用途に適していないという事実のため、シンチレーション検出器と併せて用いられる技術は、以下で議論されるのみである。セグメント化されたシンチレータ検出器において、データ取得は、光変換が生じた画素を特定することを目的としている。
【０００８】
より小さく、より伸長した画素におけるシンチレータのセグメント化は、この画素においてガンマ線によって放出されたエネルギー量が生じる光検出器の方向へと、光を導く。シンチレーション光の収集の最適化のために、全表面は反射体に覆われる。画素サイズ、反射する表面および光の全ての量だけが測定されるという事実のために、画素内におけるガンマ線の光変換の位置についての情報は存在しない。この場合、ガンマ線検出器は、位置感応型の、光検出器のマトリクス、または、１つまたは複数の光検出器に、光学的に連結された多数の画素から成る。その連結は、直接的であるか、または、導光部を通る。位置感応型の、光検出器のマトリクスまたは光検出器の読み取りは、異なる方法で行うことができる。明白な解決策は、シンチレータのそれぞれのセグメントを、光検出器の単一の画素に正確に連結し、各々の画素の信号をデジタル化することである（例えば、[Pichler1997,Binkley2000]）。この実装は、画素を特定することによって、ガンマ線の光変換の位置を容易に決定し、また、エネルギーによる区別を可能にする。この実装の不利な点は、１ピクセルにつき１つといった多くの数の電気チャネルの必要性、ＤＯＩの情報の不足、および画素サイズによって制限された空間分解能である。ＤＯＩの情報の不足の問題点は、追加的な電気チャネル（光共有法（Lightsharing）において）、または、光検出器からの信号の波形のサンプリングの必要性のため、検出器をより高価にするという不利点があるが、光共有法（例えば、[Moses1994]）およびフォスウィッチ法（例えば、[Seidel1999]）の手法を用いることよって、光検出器または追加的なシンチレータ結晶を用いて、解決することが可能である。光検出器のこれらの読み取り手法を実装するＡＳＩＣ（Application-Specific Integrated Circuits）のための、いくつかの提案がある（例えば、[Olli2007,Weng2002,Yeom2007]）。
【０００９】
電気チャネル数を減少させるために、いくつかの手法が存在する。１つの手法は、各々の画素のための閾値を定め、そのような閾値を超える事象を数えるものである[Camp1998]。この手法はエネルギーによる区別を阻むため、実用性には限りがある。光電子増倍管の場合、最終ダイノードを読み取ると共に、エネルギーによる区別を阻むことなく、この手法を用いることが可能である[Streun2002]。電気チャネルを減らすためのもう１つの手法は、検出されるソースの活量が十分に低く、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）の分解能が、検出器の固有のエネルギーおよび空間分解能に必要となる分解能よりも高いならば、シンチレータのセグメントのマトリクスにおいて、同じ瞬間に２つの独立したガンマ線の２つの光変換が行われないという事実を、上手く利用している（US Pat. No. 7,342,232 B2）。これは、間隔の各々の値が結晶の単一のセグメントにおいて保存されるような、多種の間隔において、ＡＤＣの入力の最大の範囲の分離を可能にする。変換を用いることによって、対応する光検出器の画素の信号が、セグメントのために保存される範囲に適合される。デジタル化の枠に、もし単一の光変換のみが存在するならば、これが生じた結晶のセグメントは、はっきりと特定することができる。
【００１０】
電気チャネル数を減少させるためのもう一つの可能性は、重心アルゴリズムである。このアルゴリズムは、その低コスト、負荷分電盤網を通じた簡単な実装、および、相互作用の深さを検出するために、光共有法およびフォスウィッチ法と組み合わせられるため、依然として、最も広く使用されるものの１つである。しかしながら、これらを使用すると、より簡単に組み立てられ、より効率的な検出器の構成を可能にするけれども、特に、単結晶に用いられる場合、ＣＯＧにはいくつかの欠点がある。最も重要な欠点は、端の近くの光変換の位置の検出における、システマチックなエラーの発生である。負荷分電盤網によって実装され、結果的に、相互作用の深さの検出のために光共有法を用いることが不可能な場合、もう１つの重要な欠点は、拡張性の欠如である。光検出で収集された、負荷の二次確率分布の時間を測定することによって、単結晶のシンチレータにおいて、相互作用の深さを推定するために、負荷分電網が修正される可能性があるということが、近年、実証されてきている[Lerche2006, Benlloch2006] (Pub. No.:WO/2004/090572, Lerche et al.)。この測定と共に、二次モーメントによって、単結晶内で重心アルゴリズムによって生成されるアーティファクトが、部分的に修正される可能性があるということもまた示されてきている[Lerche2006]。ＡＳＩＣ[Herrero2007]の形式での深さ方向の相互作用と共に、負荷分電のこのネットワーク網の統合は、その性能を向上させるが、実用性を制限する。ＡＳＩＣにおける抵抗回路網の実装のために、光検出器のセグメントの数と構成は、知られるべきである。この特定のＡＳＩＣもまた、より少ない数のセグメントおよび同様の構成と共に光検出器のために使用できるものの、この用途におけるＡＳＩＣの性能は、最適ではないであろう。より大きな数のセグメントと共に、光検出器で使用するための検出された光の確率分布の二次モーメントを測定することができる、いくつかの抵抗回路網を組み合わせることは、不可能である。それゆえ、光検出器のセグメントの各々の構成のために、専用ＡＳＩＣが設計されなければならない。この解決策のその他の制限は、（ａ）１０２４個のセグメントを有するブール・インダストリーズ（Burle Industries）のXP85022のようなとても大きな数のセグメントを備えた光検出器の場合における高い複雑性、（ｂ）２次以上のモーメントの測定の実装は困難であるという事実、そして、（ｃ）モーメントの計算のための重みが、変更できないということ、すなわち、一旦抵抗回路網が構築されれば、これらの重みは変更できないというという事実、によって提起されている。二次以上のオーダを持つモーメントの計算のための可能性のある解決策は、US Pat. No. 4,550,432 (Andersson)に詳述されているが、この装置においては、モーメントはデジタルで計算される。これは、多数のＡＤＣと、デジタル化およびその後の計算の両方を実行するための２つの事象の間の制限された利用可能時間のために、粒子検出器におけるそれらの実用性を著しく減少させる各々の負荷分布の推定を意味する。
【００１１】
一方、ほとんど全てのシンチレータ結晶をベースにしたガンマ線検出システムは、モジュール式である。各々のモジュールは順に、セグメント化もしくは部分的なセグメント化を伴わない単結晶から成るか、光検出器もしくは光検出器のマトリクスに光学的に連結される、結晶マトリクス（画素）から成る。各々の検出器モジュールは、独立して作動する。しかしながら、基本的なモジュールから、種々の大きなサイズのモジュールを実装するために、いくつかのモジュールを他のモジュールと連結する場合が提案されてきている。この場合には、読取電気回路は拡張性があり、言い換えれば、その結果が単一のモジュールとして作動するように、隣接している基本モジュールの回路に接続できるということが記載されている。
【００１２】
最後に、電気チャネル数の減少において、結果となる情報の質を損なわないことが重要である。それゆえ、負荷分布（skewness）の３次モーメントのアナログ決定、４次モーメント（kurtosis）、または、より高次のモーメントの導入は、便利となるだろう。これらのモーメントは、デジタル化させるための信号の数を大幅に増加させることなく、元の相互作用の位置の情報の品質を向上させるだろう。例えば、光分布の３次モーメントは、結晶の端に近い領域における空間分解能の向上に関連している可能性がある。理論的に、光分布の全カルテシアンモーメントの正確な決定から、単結晶におけるガンマ線の３Ｄの衝突した点を再構築することは可能である。
【００１３】
光検出器およびセグメント化された半導体検出器において、セグメントの数の急速な増大に起因して、必要な数のアナログデジタル変換器の減少のための図を含む、電気チャネルの高速かつ効率的な読み取りのためのいくつかの手法が開発されてきている。核医学では、従来のデバイスは、Hal Anger, US. Pat. No. 3,011,057,この手法の改善されたものは、例えば、Pub. No.:WO/2004/090572, Lerche et alによって導入された、重心アルゴリズムに基づいていたか、この段階の電子技術が空間座標の軸に沿った信号の分布の投影を実行するような、空間座標に沿ったセグメントのグループ化に基づいていた。この手法を使用するデバイスの例は、US. Pat. No. 4,675,526, Rogers et al., US. Pat. No. 4,622,467 Britten et alに記載されている。これらの手法は、常に、少なくとも１つの以下に示す欠点を有している。
【００１４】
１．固定した値を持つ抵抗器またはキャパシタのような部品を用いてそれらは実施されてきたため、基底関数におけるパラメータの拡張は、再プログラム化できない、すなわち、基底関数の拡張のパラメータの後の変化によって、プログラム化できない。このことは、これらの部品の値の不可逆な調整を、単一型の光検出器の必要性に関係付けるため、このことは実用性を著しく減少させる。
【００１５】
２．電子部品のトポロジーは、拡張性がない。すなわち、このことは、より多数のセグメントまたはいくつかの検出モジュールに及ぶため、この電子部品が複数のモジュールに接続するのを不可能にする。
【００１６】
３．上記実装は、信号分布の拡張における基底関数の変化を不可能にする。重心法の実行は、最初のカルテシアンモーメントの計算に役立つのみであって、フーリエ係数やその他の計算を可能にはしない。
【００１７】
４．ＡＳＩＣにおける負荷分電盤の実装は、使用される抵抗やキャパシタのトポロジーおよび絶対値における高い許容範囲が原因で、容易な拡張を可能にしない。
【００１８】
５．分離を伴わない抵抗もしくはキャパシタの負荷の分電盤の実装は、セグメントからの信号の「分岐」を介すため、例えば、位置感応型光電子増倍管において、それらがあまり一様でない場合には、受動的な等化を不可能にする
（人工視覚）
例えばマイクロチップ、車、医薬品、そして、食品の生産においてさえ、人工視覚システムは、生産サイクルの間もしくは製造された製品の自動検査のために使用される。これらのシステムは、対象およびそれらの方向の検出、サイズの測定、欠陥の認識などの仕事を可能にする。このために、スキャンされた画像上で作動するいくつかのアルゴリズムがある。広く使用される手法は、画像モーメントの計算を含む、関数の集合における拡張である[Nadler1993], [Hornberg2006]。対象の画像の範囲および方向の検出を可能にするため、特に、以下で記述する、二次の中心積率である。また、より高次のモーメントは、画像についての追加的な情報を含む。性能を改善し、視覚システムのコストを削減するために、近年、これらは単一のマイクロチップに完全に統合されている。これらのデバイスは、ＣＭＯＳ画像センサを含むＡＳＩＣであって、例えば、画素やマイクロプロセッサの１つか数個のコアに記録された負荷のデジタル化手法[Sohn2002]などである。このようにして、それらは、画像処理時間およびシステムのコストに関する、明らかな利点を含む、画像を獲得する同一の電子チップにおける、画像の扱いおよびそれらの特性の抽出を可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】米国特許第７、３４２、２３２Ｂ２号明細書
【特許文献２】米国特許第４、５５０、４３２号明細書
【特許文献３】米国特許第３、０１１、０５７号明細書
【特許文献４】米国特許第４、６７５、５２６号明細書
【特許文献５】米国特許第４、６２２、４６７号明細書
【特許文献６】国際公開第２００４／０９０５７２号
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】[Nadler1993] Pattern Recognition Engineering, Morton Nadler, Eric P. Smith, John Wiley & Sons Inc. 1993
【非特許文献２】[Hornberg2006] Handbook of Machine Vision, Alexander Hornberg, Wiley-VCH, 2006
【非特許文献３】[Sohn2002] CMOS active pixel sensor, Sohn, Il-young (Yongin-shi, KR), United States Patent 6365950
【非特許文献４】[Moses1994] Design studies for a pet detector module using a pin photodiode to measure depth of interaction, Moses et al., IEEE Transactions on Nuclear Science (ISSN 0018-9499), vol. 41, no. 4, pt. 1, p. 1441-1445 (1994)
【非特許文献５】[Bart1991] A depth-encoded PET detector, Bartzakos et al., IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 38, no. 2, pp. 732-738 (1991)
【非特許文献６】[Seidel1999] Depth identification accuracy of a three layer phoswich PET detector module, Seidel et al., IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 46, no. 3, pp. 485-490 (1999)
【非特許文献７】[Camp1998] A readout chip for a 64×64 pixel matrix with 15-bit single photon countingCampbell et al. IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 45,  no. 3, pt. 1, pp. 751 - 753 (1998)
【非特許文献８】[Olli2007] A front-end readout mixed chip for high-efficiency small animal PET imaging, Nucl. Ins. Met. A, vol. 571, pp. 312-316 (2007)
【非特許文献９】[Weng2002] A High-Speed, Low-Noise CMOS 16-Channel Charge-Sensitive Preamplifier ASIC for APD-Based PET Detectors, IEEE Nuclear Science Symposium Record, vol. 1, pp. 539-543 (2002)
【非特許文献１０】[Wallmark 1959] A new semiconductor cell using lateral photoeffect, Proceedings of the IRE, vol. 45, no. 4, pp. 474-483, 1957
【非特許文献１１】[Yeom2007] A waveform sampling front-end ASIC for readout of GSO/APD with DOI information, Nucl. Ins. & Meth. A, Volume 571, 381-384 (2007)
【非特許文献１２】[Cherry1997] MicroPET: a high resolution PET scanner for imaging small animals. IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 44, pp. 1161-1166 (1997)
【非特許文献１３】[Pichler1997] Studies with a prototype high resolution PET scanner based on LSO-APD modules, IEEE Nuclear Science Symposium (1997)http://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentCon.jsp?punumber=5472
【非特許文献１４】[Binkley2000] A power-efficient, low-noise, wideband, integrated. CMOS preamplifier for LSO/APD PET systems, IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. 47, no. 3, pp. 810-817 (2000)
【非特許文献１５】[Streun2002] A PET system with free running ADCs, Nucl. Ins. & Meth. A, vol.  486, pp. 18-21 (2002)
【非特許文献１６】[Lerche2005] Depth of interaction within continuous crystals from the width of its scintillation light distribution. IEEE Trans. Nucl. Sci., 52(3):560-572, 2005
【非特許文献１７】[Benlloch2006] Gamma Ray Detector with Interaction Depth Coding, US Patent N゜2006/0192128 A1
【非特許文献１８】[Lerche2006] Depth of interaction enhanced gamma-ray imaging for medical applications. Christoph W. Lerche, (Universidad de Valencia), Ph.D. Thesis, 2006
【非特許文献１９】[Herrero2007] Front-end circuit for position sensitive silicon and vacuum tube photomultipliers with gain control and depth of interaction measurement,  Nucl. Ins. & Meth. A, Volume 576(1):118-122, June 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の目的は、デジタル化のための電気チャネル数を大幅に減少させることを可能にする、１つ以上の画素センサによって生成された信号を読み取る処理および電気回路である。本発明は、人工視覚や他の類似の用途に加えて、医療用画像処理における光またはガンマ線の検出において使用されるデバイスに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一般的な画素センサの典型的なトポロジを示す。
【図２】本発明に従う、基底関数の展開の前に、空間座標全体の投影を生成する、読取電気回路の入力段を示す。
【図３】本発明に従う、プログラム可能な空間次元のための重みを用いて、入力信号の乗算を実行する読取電気回路のモジュールを示す。
【図４】本発明に従う、図２および図３のモジュールを使用する、空間座標全体の、前の投影を用いた、基底関数の展開のための、読取電気回路の最初の実行を示す。
【図５】本発明に従う、空間座標全体の、前の投影を用いない、基底関数の展開のための、読取電気回路の２番目の実行を示す。
【図６】本発明に従う、カルテシアンモーメントの計算のための、１次元の重みを生成する、読取電気回路のモジュールを示す。
【図７】本発明に従う、１次元の重みを用いて、入力信号の乗算を実行する、読取電気回路のモジュールを示す。
【図８】本発明に従う、１次元の重みの線形の組み合わせを用いて、入力信号の乗算を実行する読取電気回路のモジュールを示す。
【図９】本発明に従う、図６および図７のモジュールを用いる空間座標によって分割された、カルテシアンモーメントの計算を実行する、読取電気回路の３番目の実行を示す。
【図１０】本発明に従う、図６および図８のモジュールを用いることにより、カルテシアンモーメントの計算を実行する読取電気回路の３番目の実行を示す。
【図１１】画素センサにおけるセグメント数Ｍ×Ｎが、単一の読取電気回路が処理可能なセグメント数よりも大きいときの、前の処理に従って、複数の読取電気回路を結合する方法を示す。
【図１２】単一のシンチレーション結晶および単一の位置感応型光検出器を備えた、本発明のガンマ線検出器への適用例を示す。
【図１３】光検出器のセグメント数が、単一の読取電気回路が処理可能なセグメント数よりも大きいときの、単一のシンチレーション結晶および単一の位置感応型光検出器を備えた、本発明のガンマ線検出器への適用例を示す。
【図１４】いくつかのシンチレーション結晶およびいくつかの位置感応型光検出器を備えた、本発明のガンマ線検出器への適用を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本特許は、デジタル化するための電気チャネル数を大幅に減少させることを可能にする、１つ以上の画素センサによって生成された、信号を読み取る処理および電気回路を記述している。上記処理は、基底関数の係数を介して、画素センサによって収集された元の情報の符号化を可能にするアナログ部品に基づく、読取電気回路によって実行される。
本発明の読取電気回路は、再プログラム可能である。それは、異なる基底関数を用いた使用を可能にさせ、それはまた、他の同一のおよび隣接した読取電気回路に結合できるように、拡張性がある。
【００２４】
本発明の処理および読取電気回路は、異なる用途において有用である。例えば、医療用画像処理の分野で、１つまたはいくつかの単結晶シンチレーション、および、検出面を形成する、１つ以上の位置感応型光検出器もしくは光検出器のマトリクスから成る、ガンマ線検出器に適用可能である。他の適用分野は、特に、高速な連続画像における対象の追跡のための、人工視覚およびパターン認識であって、それらは、高速に繰り返される低次の空間モーメントの計算が必要となる(US Pat. No. 4,550,432 Andersson)。並行したいくつかのモーメントの即時計算が可能であるため、本発明のアーキテクチャは、全ての必要性を満たしている。本発明の読取電気回路の他の用途は、高エネルギー実験物理学、医療物理学および宇宙物理学のための、放射線検出器で検出されたガンマ線の衝突パラメータの即時計算である。この用途においては、係数はほとんど必要でないため、本発明は、アナログデジタル変換器チャンネルがきわめて少ない検出器の実行を可能にする。本発明はまた、画像モーメントの解析によって、画素の写真センサを使用し、撮影された画像処理に応用できる。
【００２５】
本発明の処理および読取電気回路は、Ｍ×Ｎ個のセグメントの画素センサを用いて示される一組の２次元分布の基底関数において展開可能である。このために、Ｍ×Ｎ個の信号は、センサ内のセグメントの位置に依存する重みによって乗算され、それから、重み付けられた信号は加算され、その結果、対応する基底関数の全ての信号への寄与を示す係数となる。本発明の読取電気回路は、アナログ部品によって形成され、それゆえに、係数の即時取得が可能となり、そして、追加として、他の類似の読み取りデバイスと内部接続できる。このようにして、いくつかの同一な電気回路は、Ｍ×Ｎのセンサのセグメント数が、単一の回路が処理可能なセグメント数よりも大きい場合、拡張を行うために、内部接続できる。本発明の読取電気回路のもう１つの重要な利点は、重みがプログラム可能である点であり、異なる基底関数への拡張が可能になる。加えて、本発明の読取電気回路は、他の型の１つか複数の光検出器であっても、１つか複数のセンサ自身の基板へと統合できる。
【００２６】
より具体的には、本発明は、関数ｆ（ｘ）が、直交関数Ｐｉ（ｘ）の集合の重ね合わせによって近似できるという事実に基づく：
【００２７】
【数１】
2013509126.tif 000002
【００２８】
ここで、係数ａｉは、
【００２９】
【数２】
2013509126.tif 000003
【００３０】
に従って計算される。また、関数Ｐｉ（ｘ）は、
【００３１】
【数３】
2013509126.tif 000004
【００３２】
を満たす。
【００３３】
直交関数の例は、ルジャンドルの多項式、ゲーゲンバウアの多項式、チェビシェフの多項式、ラゲールの多項式、エルミートの多項式、ゼルニケの多項式、フーリエ級数で用いられる三角関数、およびその他多くのものを含む。係数ａｉは、式（２）で使用される多項式に従い、ルジャンドルのモーメント、チェビシェフのモーメントなどと呼ばれている。フーリエ展開の場合には、係数ａｉは空間周波数であって、関数Ｐｉ（ｘ）は、指数関数exp(ijx)である。ここで、以下のとおりである。
【００３４】
【数４】
2013509126.tif 000005
【００３５】
関数Ｐｉ（ｘ）がｘｉの単項式となる形の事象において、係数ａｉは、カルテシアン関数ｆ（ｘ）のモーメントである。単項式は直交していないけれど、ｆ（ｘ）をａｉから再構築することが可能である。式（１）、（２）、および（３）は、次のように、ｎ＞１において一般化できる。
【００３６】
【数５】
2013509126.tif 000006
【００３７】
【数６】
2013509126.tif 000007
【００３８】
本発明の目的は、アナログかつプログラム可能な形式で、同一の読取電気回路を用いて、異なる基底関数Ｐｉ（ｘ）が使用可能なように、係数ａｉの計算を実行することである。読取電気回路がアナログであるという事実は、粒子検出器における使用において、それを十分に高速にし、Ｐｉ（ｘ）の重みがプログラム可能であるという事実は、広範囲のセグメントを用いる粒子検出器における使用を可能にするため、それを十分に柔軟かつ拡張可能にする。
【００３９】
本発明の以下の記述は、一般的な画素センサに関し、それは、その用途に従い、位置感応型光検出器、セグメント化された光検出器、１つ以上のガンマ線シンチレータセンサ、ＣＭＯＳ画像センサ、または、当業者に周知の他のセンサであってもよい。画素センサは、有限領域Ωｌ，ｋ（ｌ＝１・・・ＮおよびＫ＝１・・・Ｍ）のＮ×Ｍ個のセグメント１のマトリクスを有する。
【００４０】
したがって、式（２）は、１次元の場合において、
【００４１】
【数７】
2013509126.tif 000008
【００４２】
となり、２次元の場合において、
【００４３】
【数８】
2013509126.tif 000009
【００４４】
となり、ここで、ｘｌおよびｘｋは、セグメント１の中心であって、以下の式（数９）は、センサのセグメントΩｌ，ｋによって収集された負荷を示す。
【００４５】
【数９】
2013509126.tif 000010
【００４６】
このようにして、負荷をシンチレーション光に変換する光検出器の場合、以下の式（数１０）は、セグメントΩｌ，ｋによって収集されたシンチレーション光を示す。
【００４７】
【数１０】
2013509126.tif 000011
【００４８】
本発明の目的は、係数ａｉ，ｊを類推して計算する電子設計を実行することであり、Ｐｉ（ｘｌ）およびＰｊ（ｘｋ）が、回路の実装後に、プログラミングを通じて少なくとも部分的には調整可能な重みとなるようにする。係数ａｉ，ｊを計算するための電子技術を実装する代わりに、式（５）の２次元の問題を、２つの１次元の問題に軽減することが可能である。
【００４９】
【数１１】
2013509126.tif 000012
【００５０】
ここで、以下の式（数１２）はｆ（ｘ、ｙ）のｘ軸への射影であり、以下の式（数１３）はｆ（ｘ、ｙ）のｙ軸への射影である。
【００５１】
【数１２】
2013509126.tif 000013
【００５２】
【数１３】
2013509126.tif 000014
【００５３】
これは、プログラム可能な重みのための、読取電気回路の複雑性およびデータレコード数を著しく減少させる。式（６）の集合が（Ｍ＋Ｎ）×（Ｑ＋１）個を必要とする一方で、ｘおよびｙ方向への最初の係数Ｑのために式（５）を実装する場合に、Ｍ×Ｎ×（Ｑ＋１）個の独立した重みを保存することが必須である。特に、係数ａがカルテシアンモーメントを示すようにモーメントが実装される場合、式（６）の集合を用いる欠点は、信号ノイズ比率（ＳＮＲ）が低下することである。この場合、高いｉおよびｊを持つ単項式（数１４）は、検出されたｆ（ｘ、ｙ）のノイズをかなり増幅する。
【００５４】
【数１４】
2013509126.tif 000015
【００５５】
この影響は、ルジャンドル、チェビシェフ、ゼルニケ多項式等のような多項式を用いることにより、減少できる。ｘ軸およびｙ軸に沿った射影ｆ（ｘ、ｙ）は、図１の列２および行３に沿った検出器のセグメントに結合することによって、得られる。十字線位置感応型光電子増倍管やマイクロストリップ検出器のように、この構成を本質的に有する光検出器が存在する。
【００５６】
２つの射影の同時計算のために、信号複製手段もしくは比例分割手段が、図２に従って導入される必要がある。この図では、４が可変利得バッファであるが、全Ｍ×Ｎセグメントにおいて、等しい利得を備えている。このバッファは、常に（数１５）に一致するが、電圧、電流または電荷となり得るため、インピーダンスおよび入力信号Ｓｌｎの適用を可能にする。
【００５７】
【数１５】
2013509126.tif 000016
【００５８】
この信号は、部品５によって除算または乗算され、検出器の出力を、残りの素子から切り離すために、バッファ６は信号を次の段に適合させる（図３、５、７、８）。本発明は、このようにして、信号を適切な状態にする前処理を促進する。４の利得が可変であり、全Ｍ×Ｎセグメントにおいて同じ値であるという事実は、読取電気回路の感度を、異なるセンサの要求に調節することを可能にする。
【００５９】
図３は、式（６）に従う、係数ａの計算のための段を示す。アナログ乗算器７は、アナログデジタル変換器８により与えられた、重みＰｉ（ｘｌ）およびＰｊ（ｘｋ）を示すいくつかの係数（静的な信号）で、信号Ｓｌｎを乗算する。これらの乗算は、信号Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＱ+１を生じさせ、ここでＱは、使用されることを意図された最大の位数を有する係数の位数である。重みＰｉ（ｘｌ）およびＰｊ（ｘｋ）のための適切な値を記憶するために、記憶手段９およびデジタルデータの転送手段１０（直列または並列のバス）が実装されている。Ｍ×Ｎ個の複製Ｓｘは（図２）、同列にある全段において加算される。Ｍ×Ｎ個の複製Ｓｙは、同行にある入力段において加算される。これらの加算は、入力信号Ｓl
ｎとして、図３の段において使用される。
【００６０】
図４は、本発明の読取電気回路の１番目の実装を示し、重み付けされた信号Ｓｘ１, Ｓｙ１, Ｓｘ２, Ｓｙ２，・・・， ＳｘＱ＋１, ＳｙＱ＋１は、２つの空間の方向および各々の係数の位数において、別々に加算され、素子１１は、図２に従う入力段であって、素子１２は、図３に示すように、重み付けされた重ね合わせのモジュールである。Ｓｘ１, Ｓｙ１, Ｓｘ２, Ｓｙ２，・・・， ＳｘＱ＋１, ＳｙＱ＋１の上の添え字は、信号Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＱ＋１の２つの集合の空間座標を区別する。より優れた明確性のために、記憶およびプログラミングのために必須なバスおよびレコード、および可変の重みのプログラミングは、図４において、省略されている。
【００６１】
一方、図５は、本発明の読取電気回路の２番目の実装を示し、ここで、ｘおよびｙ軸に沿った電荷分布ｆ（ｘ，ｙ）の前の射影が無く、式（５）が直接的に実装されている。この場合、各々のＮ×Ｍ個の検出器のセグメントにおいて、１つが必要となる。セグメント（ｌ，ｋ）の信号Ｓｌｋは、図２の場合のような可変な利得を有するバッファ１８に分離され、静的な重みＰｉ（ｘｌ）およびＰｊ（ｘｋ）から、乗算器１５を用いて得られる、静的な重みＰｉ（ｘｌ）Ｐｊ（ｘｋ）を持つ信号を乗算する乗算器１６に送信される。デジタルアナログ変換器１３および記憶手段１４は、静的な重みを提供し、ここで、記憶手段１４は、デジタルデータバス１７を通じてプログラムされる。ｆ（ｘ，ｙ）の可能性のある対象性のおかげで、または、一致する係数が、分布ｆ（ｘ，ｙ）について情報をほとんど含まない場合、いくつかの位数を省略することが可能であるけれども、位数Ｑまでの係数において，信号の乗算のための（Ｑ＋１）２＋２（Ｑ＋１）個の素子が必要となる。重みづけられた複製Ｓ１，１, Ｓ１，２,・・・,ＳＱ＋１,Ｑ＋１は、各々の係数ａｉ，ｊの位数おいて、別々に加算される。係数ａｉ，ｊの計算に必須な素子数を減少させるために、回路の柔軟性を制限することができる。もしも、重みＰｉ（ｘｌ）およびＰｊ（ｘｋ）を許す可能性がなくなった場合、唯一の選択肢として、単項式ｘｉおよびｙｊが残り、式（５）は、
【００６２】
【数１６】
2013509126.tif 000017
【００６３】
のように変換され、ここで、ａｉ，ｊは、分布ｆ（ｘ，ｙ）の近似のカルテシアンモーメントである。ある回路において式（７）を実行するために、最大位数Ｑが実行されるまで、可変かつプログラム可能な値ｘおよびｙを用いて、出力ｘｉおよびｙｊの生成のみが必要となる。出力ｘｉおよびｙｊの積は、セグメントΩｌ，ｋによって収集された信号（数１７）によって乗算される。
【００６４】
【数１７】
2013509126.tif 000018
【００６５】
これらＭ×Ｎ×（Ｑ＋１）の積は、係数ａｉ，ｊの各々の位数において、Ｍ×Ｎ個のセグメントに別々に加算される。
【００６６】
図６は、信号Ｓｘから、出力（Ｓｘ）ｒ，ｒ＝１，２，・・・，Ｑ，Ｓｘを生成する乗算器１９のカスケード表示を示す。それは静的な信号であり、デジタルアナログ変換器２０、記憶手段２１およびデジタルデータバス２２によって提供される。図７または図８によると、乗算の段は、各々の光検出器または放射線検出器のＭ×Ｎ個のセグメントに接続されている。
【００６７】
図７に従う処理の実行において、分布ｆ（ｘ，ｙ）のカルテシアンモーメントは、２つの空間方向ｘおよびｙにおいて、独立して扱われる。図２のバッファ６と等価な可変な利得バッファ２４は、検出器の信号Ｓｌｋを分離させ、出力信号は、信号と重みとの間の乗算を実行するいくつかの乗算器２３に分割される。これらの演算結果は、各々の係数ａｉおよびａｊの位数において、バス（数１８）を通して別々に加算され、（数１９）は、上記集合のＭ×Ｎ個のセグメントが受け取った全電荷である。
【００６８】
【数１８】
2013509126.tif 000019
【００６９】
【数１９】
2013509126.tif 000020
【００７０】
図８に従う処理の実行は、２つの空間方向に沿ったモーメントの線形の組み合わせの計算を可能にする。図２のバッファ６と等価な可変利得バッファ２７は、検出器の信号Ｓｌｋを分離し、ｘ方向における１つまたは複数の重み、および、ｙ方向における１つまたは複数の重みから得られる重みの集合と、信号との間で乗算を実行するために、その出力の信号はいくつかの乗算器２５に分割される。要素２５は、入力の線形の組み合わせを実行する関数のネットワークを示し、最も単純な場合は、単一の加算または単一の乗算である。
【００７１】
これらの演算の結果は、バス（数２０）を通じて、係数ａｉ，ｊの各々の位数において、別々に加算され、ここで、（数２１）は、上記集合のＭ×Ｎ個のセグメントによって受け取られた全電荷である。
【００７２】
【数２０】
2013509126.tif 000021
【００７３】
【数２１】
2013509126.tif 000022
【００７４】
用途の必要性に依存して、例えば、ｆ（ｘ，ｙ）の対象性によって、中間の位数は省略できる。図７および図８の解決手法を組み合わせることもまた可能である。
【００７５】
図９は、ｘ方向およびｙ方向のカルテシアンモーメントを独立して扱う場合における、本発明の読取電気回路の３番目の実装を示す。図６の回路に依存する重みの生成において、Ｍ＋Ｎのモジュール２８の総和と共に、その出力が、（Ｍ＋Ｎ）×Ｑ個の重み（数２２）において、図６のレコード２１におけるＭ＋Ｎ個の値（数２３）から、生成される。
【００７６】
【数２２】
2013509126.tif 000023
【００７７】
【数２３】
2013509126.tif 000024
【００７８】
重み（数２４）は、記憶された値（数２５）の繰り返される乗算によって得られるため、図９に示されるように、その回路は、入力信号Ｓｌ，ｋの集合のカルテシアンモーメントを計算する。
【００７９】
【数２４】
2013509126.tif 000025
【００８０】
【数２５】
2013509126.tif 000026
【００８１】
（Ｍ＋Ｎ）×Ｑ個の係数は、図７に従って、Ｍ×Ｎ個の乗算器２９に割り当てられ、それらは各々の入力信号Ｓｌ，ｋを重みを用いて乗算する。見易さのため、図９は、重みの生成における、Ｍ＋Ｎ個のモジュールの６個のみを示し、また、Ｍ×Ｎ個の信号の乗算器のうち３個のみを示している。結果となるＭ×Ｎ×Ｑ個の信号は、アナログ加算器を用いて、（Ｍ＋Ｎ）×Ｑ個のカルテシアンモーメント（数２６）を得るための、それらの位数Ｑおよび空間方向に従い、総和モジュール２９に加算される。
【００８２】
【数２６】
2013509126.tif 000027
【００８３】
図１０は、方向ｘおよびｙにおけるモーメントの線形の組み合わせを用いる場合における、本発明の読取電気回路の４番目の実装を示す。再び、図６の回路に従い、Ｍ＋Ｎ個のモジュール３０の総和が、重みの生成のために使用されており、図６のレコード２１におけるＭ＋Ｎ個の値（数２８）から、（Ｍ＋Ｎ）×Ｑ個の重み（数２７）のために必須の出力が生成されている。
【００８４】
【数２７】
2013509126.tif 000028
【００８５】
【数２８】
2013509126.tif 000029
【００８６】
重み（数２９）は、記憶された値（数３０）の繰り返しの乗算によって得られるけれども、図１０に示される回路が、入力信号Ｓｌ，ｋの集合のカルテシアンモーメントを計算しようとしなかろうと、今、それは、図８の回路に実装された関数ｆ（部２５）に依存する。
【００８７】
【数２９】
2013509126.tif 000030
【００８８】
【数３０】
2013509126.tif 000031
【００８９】
（Ｍ＋Ｎ）×Ｑ個の係数は、例えば（数３１）（ここで、ｐおよびｑは０とＱの間の指数である）等、関数ｆにおいて組み合わされた係数が生成される図８に従って、関数ｆのＭ×Ｎ個のモジュール２５に割り当てられる。
【００９０】
【数３１】
2013509126.tif 000032
【００９１】
これらの各々の混合した係数は、各々の入力信号Ｓｌ，ｋによって乗算される（乗算器２６）。結果の信号は、Ｍ×Ｎ×Ｑ個の混合した係数（数３２）を得るために、それらの位数Ｑに従って、総和モジュール３１で、アナログ加算器を用いて加算される。
【００９２】
【数３２】
2013509126.tif 000033
【００９３】
見易さのため、図１０は、重みの生成のためのＭ＋Ｎ個のモジュールのうち６個のみを示しており、Ｍ×Ｎ個の信号乗算器のうち３個のみを示している。図９および図１０に従って、解決手段を組み合わせることもまた可能である。
【００９４】
図４、５、９および１０の読取電気回路の実装は、ＡＳＩＣ、ディスクリート回路またはハイブリッド回路を用いることによって可能である。特に、マイクロストリップ検出器のような、シリコン光電子増倍管または位置感応型放射線検出器の場合には、これは光検出器または放射線検出器および検出器または光検出器の同じ基板上の図４、５、９または１０の読取電気回路の変形のセグメントの統合を可能にする。
【００９５】
実装のもう一つの可能性は、ハイブリッド回路モジュールまたはディスクリートモジュールの使用だろう。係数ａｉ，ｊ、すなわちａｉおよびａｊの計算のための重みは、これらの係数の計算において、データレコードおよびデジタルデータバスの手段によってプログラム可能であるため、図１１に従って、図４、５、９または１０に従って、回路によって与えられた入力よりも、番号ＮおよびＭが高い場合に、これらの係数を計算するために、多重ＡＳＩＣ、ハイブリッドモジュールまたはディスクリートモジュールが、全体に使用可能である。式（５）は以下のように書き換え可能である。
【００９６】
【数３３】
2013509126.tif 000034
【００９７】
ここで、λ×θ個のＡＳＩＣ３３またはハイブリッドモジュール３３またはディスクリートモジュール３３の回路（λ，θ）において、部分の加算（数３４）が計算され、ここでλ＝１，２，・・・，Λおよびθ＝１，２，・・・，Θである。
【００９８】
【数３４】
2013509126.tif 000035
【００９９】
このようにして、Ｑ×Λ×Θの信号（数３５）は生成され、それらは、Ｑ個の追加的な外部加算器３２と共に、それらの順序に従って、加算される。
【０１００】
【数３５】
2013509126.tif 000036
【０１０１】
図４、５、９または１０に従って、この加算を実行するために、追加的なＡＳＩＣ、ハイブリッドモジュールまたはディスクリートモジュールを使用する可能性もまた存在する。
【０１０２】
（本発明の優先的な実行）
（ガンマ線検出器）
本明細書で上述したように、本発明の応用は、ＰＥＴおよびＳＰＥＣＴのようなデバイスで使用されるガンマ線検出器である。光変換の３次元位置のより多くの情報の必要は、特に、高エネルギー放射線の検出において重要である。これは、検出器の実行のために、とても高密度かつ重い物質を必要とし、それゆえ、それは、半導体に基づく放射線検出器の有用性を減少させ、シンチレータおよび光検出器の組み合わせの使用が有利になる。図１２は、この場合に適用される本発明に従う読取電気回路の例を示し、シンチレータ３５、光結合手段３６、位置感応型光検出器３７または光検出器の集合を評価しており、ここで、３８は本発明の読取電気回路である。この最初の例で、読取電気回路の入力数は、Ｎｃ＞Ｎｆｄ，Ｍｃ＞Ｍｆｄを満たし、ここで、Ｎｆｄ，Ｍｆｄは、位置感応型光検出器または光検出器の集合のセグメント数である。すなわち、読取電気回路３８は、単一の読取電気回路３８が、全ての信号の読み取りのために十分となるように、光検出器３７の画素よりも多くの入力を有する。
【０１０３】
そうでなければ、Ｎｃ＜Ｎｆｄ，Ｍｃ＜Ｍｆｄの場合、図１３に従う実装が使用され、ここで３９はシンチレータであって、４０は光結合手段であって、４１は位置感応型光検出器または光検出器の集合であって、４２は本発明の読取電気回路である。その出力は、図１１の加算器３３を用いて処理されるため、必要な電気チャネル数は全く増加しない。
【０１０４】
本発明は、この制限を克服するために、縮小したサイズのシンチレータ結晶によって与えられる検出器のサイズで使用することもまた可能である。多種多様なシンチレータが、製造プロセスによって与えられた、限定されたサイズまで生産されることのみ可能である。ガンマ線検出器が、シンチレータのサイズ制限よりも大きい場合、２つかそれ以上のシンチレーション結晶が、図１４に示されるように、一緒に配置可能である。本発明に従って、各々の結晶４３は自身の位置感応型光検出器または光検出器の集合４５を有し、自身の読取電気回路４６を有するけれども、図１１の加算器３３を用いて出力が処理されるため、検出器は単一のモジュールとみなしてもよい。図１４では、４４が光結合の手段に触れている。
【０１０５】
（人工視覚）
人工視覚の分野における本発明の使用のために、図３〜８に従うあらゆる実装が、チップ上の視覚システムに統合されたＣＭＯＳ画像センサに接続可能である。この場合、Ｎ×Ｎの出力を持つ読取電気回路を、統合されたＣＭＯＳ画像センサのＮ×Ｎの画素マトリクスに接続することが可能である。これは、アナログ手段およびそれによる、アナログデジタル変換器のブロックを用いる後のスキャンのための即時の手段によって、画像の広範囲のモーメントの計算を可能にする。適した機能のために、また、この読取電気回路を用いても不可能な演算のために、上記システムは、画素、および、読み取り／スキャンの従来の読み取りシステムのための制御論理を持ち続けなければならない。人工視覚における多くの応用は、局部的なモーメントの計算を必要としており、換言すれば、Ｍ＜ＮおよびＬ＜Ｎにおいて、Ｍ×Ｌ個の画素の小さな部分集合の値から計算されるモーメントである。読取電気回路を用いて局所的なモーメントを計算するためには、Ｍ×Ｌ個のアナログメモリセルのマトリクスが必要となり、例えば、Sample & Hold素子であり、それは、ＣＭＯＳ画像センサと展開回路の間に接続できる。その代わりに、ブロックは前の演算を実行し、それは、離散勾配および、ある閾値を超えた値のみを選択する後の比較に基づいて、輪郭フィルターのように、アナログ方式で実行される。それはまた、このタイプのアナログ前処理および追加的なＭ×Ｌ個のアナログメモリセルのマトリックスのための手段を提供することが可能である。Ｍ＝ＮおよびＬ＝１の場合において、展開回路は、ＣＭＯＳ画像センサの画素の行のモーメントを計算する。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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