信號處理設備與信號處理方法
【專利摘要】本發(fā)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、設置單元、和模擬數(shù)字轉換器。積分器配置為對與電磁波對應的電荷進行積分。積分器包括配置為存儲對應于電磁波的電荷的電容器，以及配置為對該電容器放電的放電電路。設置單元配置為相對于積分器設置電荷的積分周期。模擬數(shù)字轉換器包括配置為將積分輸出與閾值比較的比較器、以及配置為將該積分輸出的值變得不小于閾值的次數(shù)輸出作為電荷的數(shù)字數(shù)據的計數(shù)器。轉換器配置為在積分周期期間通過向放電電路提供比較器的比較輸出來對該電容器放電。
【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]本申請基于2013年9月24日提交的日本專利申請N0.2013-197356并要求其優(yōu)先權的權益；該申請的全部內容通過引用結合于此。
[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(xiàn)光子計數(shù)技術的檢測器的光子計數(shù)計算機斷層照相(CT)設備。與積分型檢測器不同，實現(xiàn)光子計數(shù)技術的檢測器輸出能實現(xiàn)對于穿過測試對象的X射線光子進行獨立計數(shù)的信號。因此，在光子計數(shù)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(xiàn)光子計數(shù)技術的檢測器輸出的信號可被用于測量(區(qū)分)X射線光子的能量。因此，在光子計數(shù)CT設備中，可通過將投影數(shù)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(xiàn)光子計數(shù)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)，且然后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，且然后檢測落在該閃爍體上的輻射并測量該輻射的倉tfi。
[0009]為了準確地獲得輻射的光子能量，需要高速地且在較寬的動態(tài)范圍上分析由于入射的輻射光子引起的在檢測器內生成的電荷的量。常規(guī)地，已知其中使用積分電路、采樣保持電路、和模擬數(shù)字(AD)轉換器的方法。根據該方法，相對于與由積分電路輸出的電荷的量成比例的波高度脈沖，執(zhí)行采樣/保持并隨后使用該AD轉換器進行AD轉換。
[0010]然而，在該常規(guī)技術中，部署在用于對電荷進行積分目的積分器內的電容器決定可被積分的電荷的上限。因此，難以實現(xiàn)較寬的動態(tài)范圍。
[0011]本發(fā)明的目的在于提供能實現(xiàn)高計數(shù)率和高分辨率的信號處理設備和信號處理方法。


【發(fā)明內容】

[0012]各實施例的目的在于提供能實現(xiàn)高計數(shù)率和高分辨率的信號處理的信號處理設備。
[0013]根據一實施例，信號處理設備包括積分器、積分周期設置單元、和模擬數(shù)字轉換器。積分器配置為對與電磁波對應的電荷進行積分。積分器包括配置為存儲對應于電磁波的電荷的積分電容器，以及配置為對該積分電容器放電的放電電路。積分周期設置單元配置為相對于積分器設置電荷的積分周期。模擬數(shù)字轉換器包括配置為將積分輸出與預定閾值比較的比較器，以及配置為將該積分輸出的值變得等于或大于該預定閾值的次數(shù)輸出作為電荷的數(shù)字數(shù)據的計數(shù)器。模擬數(shù)字轉換器被配置為，在積分周期期間，當積分值的值等于或大于該預定閾值時通過將比較器的比較輸出提供至放電電路而對積分電容器放電。
[0014]根據上述信號處理設備，能夠提供高計數(shù)率和高分辨率的信號處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是示出根據第一實施例的光子計數(shù)計算機斷層照相(CT)設備的配置的圖；
[0016]圖2是部署在根據第一實施例的光子計數(shù)CT設備中的檢測器的平面圖；
[0017]圖3是部署在根據第一實施例的光子計數(shù)CT設備中的檢測器中的模擬前端的框圖；
[0018]圖4是根據第一實施例的光子計數(shù)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(shù)字轉換器(ADC)的周圍部分的詳細框圖；
[0019]圖5是用于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；
[0020]圖6是部署在根據第一實施例的光子計數(shù)CT設備的模擬前端的每一個核心中的第二 ADC的框圖；
[0021]圖7是用于給出有關作為具有在兩級中的AD轉換器的結果而增強的分辨率的說明的圖；
[0022]圖8是示出由部署在根據第一實施例的光子計數(shù)CT設備中的每一個核心中的計數(shù)器生成的示例性直方圖的圖；
[0023]圖9是根據第二實施例的光子計數(shù)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；
[0024]圖10是用于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；
[0025]圖11是根據第三實施例的光子計數(shù)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；
[0026]圖12是用于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；
[0027]圖13是根據第四實施例的光子計數(shù)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；
[0028]圖14是用于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
[0029]圖15是用于給出有關作為具有在兩級中的AD轉換器的結果而增強的分辨率的說明的圖。
[0030]詳細描述
[0031]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?？稍趯㈦姶挪ㄞD換為電荷的轉換單元中合適地實現(xiàn)該信號處理設備和信號處理方法。另外，可在具有高計數(shù)率的設備中合適地實現(xiàn)該信號處理設備和信號處理方法。參看相應附圖，對于其中在包括“間接轉換型檢測器”(其中對應于X射線光子的閃爍體光轉換為電荷)的光子計數(shù)CT設備中實現(xiàn)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。
[0032]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(xiàn)該信號處理設備和信號處理方法。在這個情況下也可實現(xiàn)與下述效果相同的效果。對于細節(jié)，可參考下述說明。
[0033]第一實施例
[0034]在光子計數(shù)CT設備中，使用實現(xiàn)光子計數(shù)技術的檢測器來對于源自于已經通過測試對象的X射線的光子進行計數(shù)(即，對于X射線光子進行計數(shù))；且因此重建具有高SN比的X射線CT圖像數(shù)據。每一個獨立光子具有不同量的能量。在光子計數(shù)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(shù)CT設備中，通過將投影數(shù)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。
[0035]在圖1中示出根據第一實施例的光子計數(shù)CT設備的配置。如圖1中所示，光子計數(shù)CT設備包括架臺設備10、躺臥設備20、和控制臺設備30。
[0036]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(shù)據獲取系統(tǒng))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，并計數(shù)已通過測試對象P的X射線。
[0037]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(huán)面框架，由于驅動器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)。
[0038]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射線并用X射線轟擊測試對象P。X射線管12a是用于響應于從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的旋轉而保持旋轉并用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。
[0039]楔形件12b是X射線濾波器，用于調節(jié)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并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。
[0040]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制成的濾波器。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射線的轟擊范圍變窄。
[0041]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(jié)提供至X射線管12a的管電壓或管電流，并調整轟擊測試對象P的X射線劑量。另外，輻射控制器11調節(jié)準直器12c的孔徑來調節(jié)X射線的轟擊范圍(扇形角或錐形角)。
[0042]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，輸出單脈沖電信號(模擬信號)。
[0043]通過計數(shù)電信號(脈沖)的數(shù)量，得以能對于落在每一個檢測元件上的X射線光子的數(shù)量進行計數(shù)。另外，通過相對于這些信號執(zhí)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。
[0044]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制成。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)，且然后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。
[0045]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制成的數(shù)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。響應于光子的入射，檢測元件40輸出單脈沖電信號。然后，通過區(qū)分由檢測元件40輸出的各脈沖，得以能對于落在檢測元件40上的X射線光子的數(shù)量進行計數(shù)。另外，通過基于脈沖強度執(zhí)行算術處理，得以能測量所計數(shù)的X射線光子的能量值。
[0046]在檢測器13的第二級，部署有稱作模擬前端的電路，該電路對于來自每一個檢測元件的電荷輸出進行積分和數(shù)字化，并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(jié)。
[0047]收集器14收集計數(shù)信息，該信息表示使用從檢測器13輸出的輸出信號而執(zhí)行的計數(shù)操作的結果。即，收集器14區(qū)分從檢測器13輸出的各信號并收集計數(shù)信息。此處，該計數(shù)信息表示，每次存在從X射線管12a轟擊出來并已經穿過測試對象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(shù)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(shù)值。同時，收集器14將所收集的計數(shù)信息發(fā)送至控制臺設備30。
[0048]即，對于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(qū)分由檢測元件40所輸出的脈沖輸出來計數(shù)的)以及這些X射線光子的能量值作為計數(shù)信息。例如，收集器14將輸出用于計數(shù)的脈沖(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相對于電信號執(zhí)行預定算術處理并測量X射線光子的能量值。
[0049]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。
[0050]例如，架臺設備10執(zhí)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?？蛇x地，架臺設備10執(zhí)行常規(guī)掃描，其中在移動頂部面板22之后，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(huán)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(xiàn)步進-照射(step and shoot)方法來執(zhí)行常規(guī)掃描，在該方法中以固定間隔來移動頂部面板22并在多個掃描區(qū)域處執(zhí)行常規(guī)掃描。
[0051]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?？刂婆_設備30接收由操作者相對于光子計數(shù)CT設備所執(zhí)行的操作并使用由該計數(shù)設備10所收集的計數(shù)信息來重新配置X射線CT圖像。
[0052]輸入單元31包括由光子計數(shù)CT設備的操作者為輸入各種指令和各種設置而使用的鼠標或鍵盤；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(shù)據有關的成像條件、在重新配置X射線CT成像數(shù)據時的重新配置條件、以及相對于X射線CT圖像數(shù)據的圖像處理條件。
[0053]顯示器32是由操作者所參看的監(jiān)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(shù)據，并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)。
[0054]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；并且控制架臺設備10中的計數(shù)信息收集操作。
[0055]預處理器34通過相對于從收集器14發(fā)送來的計數(shù)信息執(zhí)行諸如對數(shù)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(shù)據。
[0056]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被用于存儲用于重新配置X射線CT圖像數(shù)據的投影數(shù)據(即，經校正的計數(shù)信息)。
[0057]重新配置單元36使用存儲于第一存儲器35中的投影數(shù)據來重新配置X射線CT圖像數(shù)據。此處，通過執(zhí)行諸如反投影方法之類的各種方法來執(zhí)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相對于X射線CT圖像數(shù)據執(zhí)行各種圖像處理，并生成圖像數(shù)據。然后，重新配置單元36將經過重新配置的X射線CT圖像數(shù)據以及通過執(zhí)行各種圖像處理所生成的圖像數(shù)據存儲在第二存儲器37中。
[0058]根據計數(shù)信息(包含在光子計數(shù)CT設備內)所生成的投影數(shù)據，含有由于穿過測試對象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(shù)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(shù)據。
[0059]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(shù)據的每一個像素分配色調；并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(shù)據。另外，重新配置單元36可通過疊加這些X射線CT圖像數(shù)據組來生成圖像數(shù)據。
[0060]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；并且執(zhí)行光子計數(shù)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(zhí)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(zhí)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(zhí)行控制來在顯示器32上顯示存儲于第二存儲器37內的各種圖像數(shù)據。
[0061]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是大于或等于二的自然數(shù)))、以及數(shù)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。
[0062]經由閃爍體58和硅光電倍增管(SiPM) 59，對應于入射的X射線的劑量的電荷被提供至每一個核心51。MUX55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；并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DAS14。
[0063]每一個核心51包括積分器60、第一模擬數(shù)字轉換器(第一々0061、第二々0062、編碼器63、計數(shù)器64、觸發(fā)器電路65、和輸出控制電路66。
[0064]積分器60對于對應于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(shù)字轉換器)，對于來自積分器60的積分輸出以粗分辨率執(zhí)行AD轉換。第二 ADC62(其為部署在第二級處的模擬數(shù)字轉換器)，對于沒有經受第一 ADC61中的AD轉換的殘余積分輸出，執(zhí)行AD轉換。
[0065]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MUX55。作為部署在第一級中的模擬數(shù)字轉換器的第一 ADC61，例如是循環(huán)型AD轉換器或折疊型AD轉換器。通過將第一 ADC61配置為循環(huán)型AD轉換或折疊型AD轉換器，可與由積分器61執(zhí)行的積分并行地執(zhí)行輸入電荷的AD轉換。
[0066]作為對于積分輸出執(zhí)行粗AD轉換的結果，第一 ADC61生成2位AD轉換輸出。作為部署在第二級處的模擬數(shù)字轉換器的第二 ADC62例如是逐次逼近寄存器(SAR)AD轉換器。第二 ADC62相對于沒有在第一 ADC61中經受AD轉換的殘余積分輸出來執(zhí)行AD轉換，并生成6位AD轉換輸出。
[0067]編碼器63根據第一 ADC61的2位AD轉換輸出以及第二 ADC62的6位AD轉換輸出而生成8位AD轉換輸出；并將該8位AD轉換輸出提供至計數(shù)器64。然后，從該8位AD轉換輸出，計數(shù)器64形成并輸出X射線能量分布的直方圖。
[0068]在圖4中不出每一個核心51的積分器60和第一 ADC61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,被用于對于存儲在積分電容器60c內的電荷進行放電。另外，每一個核心51包括觸發(fā)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(shù)器78、和輸出控制開關79。此處，觸發(fā)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。
[0069]觸發(fā)器電路65響應于對應于閃爍體光子的電荷的輸入的開始，生成開始脈沖。鎖存器電路73在積分的預定周期期間鎖存該開始脈沖。延遲電路74使得開始脈沖的鎖存輸出延遲預定時間量并生成停止脈沖。然后，該停止脈沖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鎖存該開始脈沖，直到從延遲電路74提供了停止脈沖。開始脈沖的鎖存周期(=延遲電路74的延遲周期)表示已經輸入的電荷的積分周期。
[0070]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，周期性地對于存儲在積分電容器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(zhí)行控制來停止將重置脈沖提供至第一放電開關71。
[0071]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于預定閾值時，根據來自比較器--的比較輸出，第二放電開關72對于存儲在積分電容器60c內的電荷進行放電。DA轉換器53對于比較器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。當積分輸出的值等于或大于閾值Vth時，t匕較器77輸出高電位比較輸出。由于該高電位比較輸出，相對于第二放電開關72執(zhí)行導通(ON)操作。
[0072]作為結果，在電荷積分周期期間，每當積分輸出的值變得等于或大于閾值Vth時，存儲在積分電容器60c內的電荷連接至地并放電。可選地，在電荷積分周期期間，每當積分輸出的值變得等于或大于閾值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。
[0073]圖5是用于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，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5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。當X射線落在閃爍體58上時，從閃爍體58中發(fā)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并逐漸繼續(xù)衰減。
[0074]在圖5中，由參考代碼(d)所指的信號和參考代碼(e)所指的脈沖表示生成在觸發(fā)器電路65中的起始脈沖。響應于電荷輸入，觸發(fā)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。然后，觸發(fā)器電路65相對于所生成的信號執(zhí)行波形整形，并生成由圖5中的參考代碼(e)所指的起始脈沖，并將該起始脈沖提供至鎖存器電路73。然后，如相對于圖5中參考代碼(g)所示，鎖存器電路73鎖存該起始脈沖達預定時間周期。
[0075]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。然后，延遲電路74延遲該鎖存輸出預定時間周期，并生成由圖5中的參考代碼(f)所指的停止脈沖。該停止脈沖然后被提供給鎖存器電路73和輸出控制電路66。在將停止脈沖提供至鎖存器電路73時，鎖存器電路73結束鎖存，如相對于圖5中的參考代碼(g)所示地那樣。即，如相對于圖5中的參考代碼(g)所示地那樣，在將開始脈沖提供至鎖存器電路73的時間點開始到將停止脈沖提供給鎖存器電路73的時間點為止的時間周期，表示電荷的積分周期。
[0076]同時，將圖5中的參考代碼(h)所指的且例如通過相對于從時序生成器52輸出的反相時鐘(/CLK)執(zhí)行分頻而生成的選通脈沖，提供至第一開關控制電路75和輸出控制電路66。在將選通脈沖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)所指的重置脈沖，并且第一控制電路75將該重置脈沖提供至第一放電開關71。因此，每當提供重置脈沖時，相對于第一放電開關71執(zhí)行導通控制；在重置脈沖時釋放存儲于積分電容器60c內的電荷；并且重置積分電容器60c。
[0077]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(zhí)行控制來停止將重置脈沖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(zhí)行控制從而停止向第一放電開關71提供重置脈沖時，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于或大于閾值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(shù)器78。
[0078]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于或大于閾值Vth時，取決于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于或大于閾值Vth時，積分電容器60c內可連接至地并放電。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而重復電荷的放電和充電。
[0079]計數(shù)器78對于積分周期期間所提供的高電平比較輸出的數(shù)量進行計數(shù)。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(shù)器78對于計數(shù)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(shù)器78的計數(shù)值為“2”。然后，計數(shù)器78將這個計數(shù)值作為第一 ADC61的AD轉換值以例如2位數(shù)據的形式提供至圖3中所示的編碼器63。
[0080]以此方式,在根據第一實施例的光子計數(shù)CT設備中，第一 ADC61相對于積分輸出執(zhí)行粗AD轉換，并生成2位AD轉換輸出。輸出控制電路66執(zhí)行控制來在積分周期期間斷開輸出控制開關79。然后，一旦完成積分周期，輸出控制電路66在停止脈沖時以及在起始脈沖時用參考圖5中參考代碼(I)所指的輸出控制脈沖執(zhí)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(shù)器78最終計數(shù)的積分輸出之后剩余的殘余積分輸出被提供至部署在第二級處的第二 ADC62。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(shù)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 ADC62。
[0081 ] 另外，在該第一實施例中，第一 ADC16執(zhí)行粗AD轉換，且第二 ADC62相對于殘余積分輸出執(zhí)行精細AD轉換。為此理由，在積分周期期間，在由計數(shù)器78最終計數(shù)的積分輸出之后剩余的殘余積分輸出被提供至部署在第二級處的第二 ADC62。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 ADC61的AD轉換。在這個情況下，在最終計數(shù)積分輸出后剩余的殘余積分輸出被破壞。
[0082]在圖6中示出部署在第二級處的第二 ADC62的框圖。此處，部署在第二級處的第二 ADC62例如是逐次逼近型(SAR)AD轉換器。第二 ADC62相對于沒有在第一 ADC61中經受AD轉換的殘余積分輸出來執(zhí)行AD轉換，并生成6位AD轉換輸出。
[0083]更特定地，第二 ADC62包括采樣保持放大器(SHA) 81、比較器82、和η位DA轉換器(其中η是自然數(shù))83。另外，第二 ADC62包括連續(xù)逼近寄存器(SAR) 84、和時序控制電路85。
[0084]首先，在第二 ADC62中，僅將DA轉換器83的最高有效位(MSB)設置為“I”(其余位設置為“O”)，且比較器82執(zhí)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”。
[0085]接著，在比MSB低一級的位中設置為“ I ”，且比較器82執(zhí)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”。對于η個位(例如，六位)重復這樣的每一位的設置操作，且最終確定最低有效位(LSB)。LSB的確定標志著AD轉換操作的結束。在AD轉換完成時，DA轉換器83的數(shù)字數(shù)據用作AD轉換結果并被提供給圖3中所示的編碼器63。
[0086]以此方式，在根據第一實施例的光子計數(shù)CT設備中，如圖7中所示，第一 ADC61相對于積分輸出執(zhí)行粗AD轉換。然后，相對于沒有經受第一 ADC61中的AD轉換的殘余積分輸出，第二 ADC62執(zhí)行精細AD轉換。
[0087]換言之，在根據第一實施例的光子計數(shù)CT設備中，在第一級處部署循環(huán)型(或折疊型)AD轉換器。循環(huán)型AD轉換器可甚至在積分周期期間執(zhí)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(zhí)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用于執(zhí)行精細AD轉換。以此方式，通過以時間共享的方式使用第一 ADC61和第二 ADC62來執(zhí)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)的視在分辨率。
[0088]然后，編碼器63相對于從第一 ADC61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(zhí)行編碼操作，且生成8位AD轉換值；并將該8位AD轉換至提供至計數(shù)器64。然后，根據接收自編碼器63的該8位AD轉換值，計數(shù)器64例如生成表示如圖8中所示的峰值計數(shù)數(shù)量的直方圖；并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；并經由LVDS56將這些直方圖提供至DAS14。
[0089]從上述說明中能明顯看出，在根據第一實施例的光子計數(shù)CT設備中，在第一級處部署循環(huán)型(或折疊型)AD轉換器。循環(huán)型AD轉換器可甚至在積分周期期間執(zhí)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 ADC61來執(zhí)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用于執(zhí)行精細AD轉換。以此方式，通過以時間共享的方式使用第一 ADC61和第二 ADC62執(zhí)行AD轉換，可在數(shù)百個通道中以同時的方式以高分辨率測量高速和高能數(shù)據。作為結果，得以能實現(xiàn)具有高計數(shù)率和高分辨率的光子計數(shù)CT設備。
[0090]另外,在第一實施例中，使用第一 ADC61執(zhí)行粗AD轉換，而使用第二 ADC62來執(zhí)行殘余積分輸出的精細AD轉換，為此理由，在積分周期期間，在由計數(shù)器78最終計數(shù)的積分輸出之后剩余的殘余積分輸出被提供至部署在第二級處的第二 ADC62。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。
[0091]第二實施例
[0092]下文給出根據第二實施例的光子計數(shù)CT設備的說明。在根據第二實施例的光子計數(shù)CT設備中，在第一 ADC61側上，相對于積分器60部署了兩個積分電容器。在比較器輸出變得等于或大于閾值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，僅對于兩個實施例之間的差異給出如下說明，且不再重復其共同的說明。另外，在用于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(zhí)行相同操作的那些構成元件由相同附圖標記表示，且不再重復其詳細說明。
[0093]在圖9中示出部署在根據第二實施例的光子計數(shù)CT設備內的每一個核心51的積分器60和第一 ADC61周圍部分的詳細框圖。在根據第二實施例的光子計數(shù)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。
[0094]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，使用上述重置脈沖周期性地對于第一積分電容器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，對于第一積分電容器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，對存儲于第一積分電容器60cl內電荷進行放電。
[0095]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，使用上述重置脈沖，周期性地對于第二積分電容器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，對于第二積分電容器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,對存儲于第二積分電容器60c2內電荷進行放電。
[0096]此外，在根據第二實施例的光子計數(shù)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(zhí)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于或大于閾值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。
[0097]圖10是用于說明這些構成元件的操作的時序圖。在圖10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10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10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10中，由參考代碼(d)所指的信號和參考代碼(e)所指的脈沖表示在觸發(fā)器電路65中生成的起始脈沖。
[0098]進一步，在圖10中，由參考代碼(g)所指的脈沖表示由鎖存器電路73通過鎖存起始脈沖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)所指的脈沖表示用于停止鎖存器電路73的鎖存操作的停止脈沖。進一步，在圖10中，由參考代碼(h)所指的脈沖表示用于在第一開關控制電路75中生成重置脈沖的選通脈沖。另外，在圖10中，由參考代碼(i)所指的脈沖表示在第一開關控制電路75中生成的重置脈沖。
[0099]在根據第二實施例的光子計數(shù)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)所指的第一控制脈沖，執(zhí)行控制來導通充電開關141a和141b，這些開關被用于對第一放電電路91的第一積分電容器60cl充電，且導通放電開關145a和145b,這些開關被用于對第二放電電路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中的電荷被接地并被放電。
[0100]另外，在非積分周期期間，由圖10中的參考代碼(i)所指的重置脈沖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，在重置脈沖的時刻，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。
[0101]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)處于高電平的積分周期期間，停止將圖10中由參考代碼(i)所指的重置脈沖提供至放電開關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。當積分輸出的值等于或大于閾值Vth時，比較器77將高電位比較輸出提供至開關控制電路93。
[0102]當提供高電平比較輸出時，開關控制電路93設置第一控制脈沖(Φ1)(這由圖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設置第二控制脈沖(Φ2)(其由圖10中所示的參考代碼(m)所指)為高電平。
[0103]作為結果，在第一放電電路91中，由于第一控制脈沖，相對于充電開關141a和141b執(zhí)行斷開控制；由于第二控制脈沖，相對于放電開關142a和142b執(zhí)行導通控制；且對于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,在第一控制脈沖設置為低電平且第二控制脈沖被設置為高電平時，陡然下降(即，由于放電原因，電荷量減少)。
[0104]反之，在第二放電電路92中，由于第二控制脈沖(Φ 2)，相對于充電開關144a和144b執(zhí)行導通控制；由于第一控制脈沖，相對于放電開關145a和145b執(zhí)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，在第一控制脈沖設置為低電平且第二控制脈沖被設置為高電平時，逐漸上升(即，電荷逐漸增加)。
[0105]因此，在根據第二實施例的光子計數(shù)CT設備中，當積分周期開始且積分輸出值變得等于或大于第一時間的閾值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。
[0106]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于或大于閾值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。
[0107]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設置第一控制脈沖(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設置第二控制脈沖(Φ2)(其由圖10中所示的參考代碼(m)所指)為低電平。
[0108]作為結果，在第一放電電路91中，由于第一控制脈沖，相對于充電開關141a和141b執(zhí)行導通控制；由于第二控制脈沖，相對于放電開關142a和142b執(zhí)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，在第一控制脈沖設置為高電平且第二控制脈沖被設置為低電平時，逐漸上升(即，電荷逐漸增加)。
[0109]反之，在第二放電電路92中，由于第二控制脈沖(Φ 2)，充電開關144a和144b經受斷開控制；由于第一控制脈沖，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，在第一控制脈沖設置為高電平且第二控制脈沖被設置為低電平時，陡然下降(即，由于放電原因，電荷量減少)。
[0110]因此，在根據第二實施例的光子計數(shù)CT設備中，當積分輸出值再次變得等于或大于閾值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(shù)CT設備中，在積分周期期間，每當積分輸出變得等于或大于閾值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。
[0111]作為結果，在積分周期期間，每當積分輸出變得等于或大于閾值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(xiàn)與第一實施例中所實現(xiàn)的效果相同的效果。
[0112]如圖10中參考代碼(O)所示地，計數(shù)器78計數(shù)積分輸出變得等于或大于閾值Vth的次數(shù)；并將該計數(shù)值作為第一 ADC61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(shù)器78最終計數(shù)的積分輸出之后剩余的殘余積分輸出在由圖10中的參考代碼(P)所指的輸出控制脈沖時被提供至部署在第二級處的第二 ADC62、或被破壞。這與第一實施例中給出的說明也相同。
[0113]第三實施例
[0114]下文給出根據第三實施例的光子計數(shù)CT設備的說明。僅對于與上述實施例不同處給出第三實施例的下述說明，且不再重復其相同說明。另外，在用于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(zhí)行相同操作的那些構成元件可由相同附圖標記表示，且不再重復其詳細說明。
[0115]在圖11中示出部署在根據第三實施例的光子計數(shù)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(shù)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(即，生成差分輸出)作為來自SiPM59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)。
[0116]進一步，每一個核心包括用于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 ;且包括用于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包括用于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 ;且包括用于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。
[0117]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包括用于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，該電路取決于來自比較器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。
[0118]電荷取消電路102包括對于正電荷(+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。
[0119]圖12是用于說明這些構成元件的操作的時序圖。在圖12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12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12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12中，由參考代碼(d)所指的信號和參考代碼(e)所指的脈沖表示在觸發(fā)器電路65中生成的起始脈沖。
[0120]進一步，在圖12中，由參考代碼(g)所指的脈沖表示由鎖存器電路73通過鎖存起始脈沖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)所指的脈沖表示用于停止鎖存器電路73的鎖存操作的停止脈沖。進一步，在圖12中，由參考代碼(h)所指的脈沖表示用于在第一開關控制電路75中生成重置脈沖的選通脈沖。另外，在圖12中，由參考代碼(i)所指的脈沖表示在第一開關控制電路75中生成的重置脈沖。
[0121]在根據第三實施例的光子計數(shù)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(即，生成差分輸出)；并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)所指的重置脈沖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，在重置脈沖的時刻，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。
[0122]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(zhí)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于電容器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于第一積分電容器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于第二積分電容器97c2中的負電荷(-Q)的量基本相同的負電荷(-Q)的量。
[0123]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)所指的重置脈沖提供至放電開關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。
[0124]比較器103將正積分輸出與由DA轉換器104所設置并由圖12中所示的參考代碼(m)所指的正閾值+Vth相比較；并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所設置并由圖12中所示的參考代碼(η)所指的負閾值-Vth相比較；并將負比較輸出提供至開關控制電路106。
[0125]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(zhí)行控制從而截止電荷消除電路102的開關147a和147b?？蛇x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(zhí)行控制從而截止電荷消除電路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)存儲于電容器102c內。
[0126]然后，如圖12中參考代碼(m)所示，正積分輸出的值變得等于或大于正閾值+Vth?？蛇x地，如圖12中參考代碼(η)所示，負積分輸出的值變得等于或小于負閾值-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(zhí)行控制來截止電荷消除電路102的開關148a和148b。作為結果，停止對于電容器102c的充電。
[0127]其中，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(zhí)行控制從而導通電荷消除電路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；存儲于電容器102c內的負電荷(-Q)被增加至正差分輸出，或存儲于電容器102c內的正電荷(+Q)被增加至負差分輸出。
[0128]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的正電荷的量等于第一積分電容器97cl的正電荷的量；且電容器102c的負電荷的量等于第二積分電容器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。然后，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97cl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。
[0129]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于或大于正閾值+Vth或負積分輸出的值已經變得等于或小于負閾值-Vth的比較輸出時；開關控制電路106執(zhí)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(xiàn)與第一實施例中實現(xiàn)的效果相同的效果。
[0130]如參考圖12中所示的參考代碼(O)所示，計數(shù)器78對于正積分輸出的值變得等于或大于正閾值+Vth的次數(shù)進行計數(shù)，且對于負積分輸出的值變得等于或小于負閾值-Vth的次數(shù)進行計數(shù)。然后，以與第一實施例相同的方式，計數(shù)器78將計數(shù)值作為第一 ADC61的AD轉換輸出提供至編碼器63。另外，在由計數(shù)器78最終計數(shù)的積分輸出之后剩余的殘余正積分輸出和殘余負積分輸出，在由圖12中的參考代碼(P)所指的輸出控制脈沖時經由第一輸出控制開關100或第二輸出控制開關101被提供至部署于第二級處的第二ADC62，或被破壞。這與第一實施例中給出的說明也相同。
[0131]第四實施方式
[0132]下文給出根據第四實施例的光子計數(shù)CT設備的說明。在上述實施例中，相對于比較器77來設置單個閾值Vth。另外，在第三實施例中，相對于正積分輸出來設置單個正閾值+Vth，且相對于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，相對于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，僅對于與上述實施例之間的差異給出如下說明，且不再重復其共同的說明。另外，在用于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(zhí)行相同操作的那些構成元件可由相同附圖標記表示，且不再重復其詳細說明。
[0133]在圖13中示出在根據第四實施例的光子計數(shù)CT設備內的每一個核心51的積分器60和第一 ADC61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(shù)CT設備中，相對于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。
[0134]圖14是用于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)所指的脈沖表示在觸發(fā)器電路65中生成的起始脈沖。
[0135]進一步，在圖14中，由參考代碼(g)所指的脈沖表示由鎖存器電路73通過鎖存起始脈沖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)所指的脈沖表示用于停止鎖存器電路73的鎖存操作的停止脈沖。進一步，在圖14中，由參考代碼(h)所指的脈沖表示用于在第一開關控制電路75中生成重置脈沖的選通脈沖。另外，在圖14中，由參考代碼(i)所指的脈沖表示在第一開關控制電路75中生成的重置脈沖。
[0136]在根據第四實施例的光子計數(shù)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。然后，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于或大于第一閾值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。此后，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(zhí)行比較的結果，如圖15中所示，得以能相對于所指定的AD轉換區(qū)域來增強視在分辨率。此外，還可實現(xiàn)與上述實施例中實現(xiàn)的效果相同的效果。
[0137]如參考圖14中所示的參考代碼(k)所示，計數(shù)器78對于積分輸出的值變得等于或大于第一閾值Vthl的次數(shù)以及對于積分輸出的值變得等于或大于第二閾值Vth2的次數(shù)的總次數(shù)進行計數(shù)。然后，以與第一實施例相同的方式，計數(shù)器78將總計數(shù)值作為第一ADC61的AD轉換輸出提供至編碼器63。另外，由計數(shù)器78最終計數(shù)的積分輸出之后剩余的殘余積分輸出，在由圖14中的參考代碼⑴所指的輸出控制脈沖時，經由輸出控制開關被提供至部署在第二級處的第二 ADC62、或被破壞。這與第一實施例中給出的說明也相同。
[0138]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(xiàn)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(xiàn)第四實施例。在第四實施例是在第三實施例中實現(xiàn)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(xiàn)與上述效果相同的效果。
[0139]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、積分周期設置單元、和模擬數(shù)字轉換器。積分器包括配置為在其中存儲對應于電磁波的電荷的積分電容器，以及配置為對該積分電容器放電的放電電路。積分器配置為對與電磁波對應的電荷進行積分。積分周期設置單元配置為相對于積分器設置電荷的積分周期。模擬數(shù)字轉換器包括配置為將積分輸出與預定閾值比較的比較器，以及配置為將該積分輸出的值變得等于或大于該預定閾值的次數(shù)輸出作為電荷的數(shù)字數(shù)據的計數(shù)器。模擬數(shù)字轉換器被配置為，在積分周期期間，當積分值的值等于或大于該預定閾值時通過將比較器的比較輸出提供至放電電路而對積分電容器放電。因此，能夠提供高計數(shù)率和高分辨率的信號處理。
[0140]盡管描述了特定實施例，但這些實施例只是作為示例呈現(xiàn)，并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。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(xiàn)，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(fā)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(fā)明的范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，其配置為對對應于電磁波的電荷進行積分，所述積分器包括配置為存儲對應于所述電磁波的所述電荷的積分電容器，以及配置為對所述積分電容器放電的放電電路；積分周期設置單元，其配置為相對于所述積分器設置電荷的積分周期；以及模擬數(shù)字轉換器，包括配置為將積分輸出與預定閾值比較的比較器，以及配置為將所述積分輸出的值變得等于或大于所述預定閾值的次數(shù)輸出作為所述電荷的數(shù)字數(shù)據的計數(shù)器，所述模擬數(shù)字轉換器配置為在積分周期期間，當所述積分值的值等于或大于所述預定閾值時通過將所述比較器的比較輸出提供至所述放電電路來對所述放電電容器放電。
2.如權利要求1所述的信號處理設備，其特征在于，所述模擬數(shù)字轉換器配置為與由所述積分器執(zhí)行的積分操作并行地執(zhí)行模擬數(shù)字轉換操作，在所述模擬數(shù)字轉換操作中生成所述電荷的數(shù)字數(shù)據。
3.如權利要求1或2所述的信號處理設備，其特征在于， 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并對所述積分電容器進行放電的至少兩個放電電路，且 所述設備還包括放電控制器，其配置為在積分周期期間將處于放電狀態(tài)的積分電容器連接至所述積分器，從而控制所述放電電路以使得，每當所述比較器的比較輸出變得等于或大于所述預定閾值時，將處于電荷存儲狀態(tài)的積分電容器轉換至放電狀態(tài)，且將處于放電狀態(tài)的積分電容器轉換為電荷存儲狀態(tài)。
4.如權利要求1或2所述的信號處理設備，其特征在于， 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，其配置為根據對應于電磁波的電荷生成具有互相不同極性的正電荷和負電荷，并將所述正電荷和所述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于或大于所述預定閾值時，存儲于電容器內的負電荷被提供至用于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，并且存儲于電容器內的正電荷被提供至用于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。
5.如權利要求1或2所述的信號處理設備，其特征在于， 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(zhí)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于或大于所述第一閾值之后，將所述第二閾值與所述積分輸出比較的比較操作。
6.—種信號處理方法，包括: 相對于積分器設置電荷的積分周期，所述積分器包括配置為在其中存儲對應于電磁波的電荷的積分電容器，以及配置為對所述積分電容器放電的放電電路，所述積分器配置為對于對應于所述電磁波的所述電荷進行積分；且 在積分周期期間，由模擬數(shù)字轉換器在積分值的值等于或大于預定閾值時通過將比較器的比較輸出提供至所述放電電路來對所述放電電容器放電，所述模擬數(shù)字轉換器包括配置為將所述積分輸出與預定閾值比較的所述比較器，以及配置為將所述積分輸出的值變得等于或大于所述預定閾值的次數(shù)輸出作為所述電荷的數(shù)字數(shù)據的計數(shù)器。
【文檔編號】H04N5/353GK104469182SQ201410465855
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權日:2013年9月24日
【發(fā)明者】木村俊介, 舟木英之, 河田剛, 板倉哲朗, 古田雅則 申請人:株式會社東芝