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CN104469182A - 信号处理设备与信号处理方法 - Google Patents

信号处理设备与信号处理方法 Download PDF

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CN104469182A
CN104469182A CN201410465855.1A CN201410465855A CN104469182A CN 104469182 A CN104469182 A CN 104469182A CN 201410465855 A CN201410465855 A CN 201410465855A CN 104469182 A CN104469182 A CN 104469182A
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CN
China
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charge
output
capacitor
integrator
discharge
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Application number
CN201410465855.1A
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English (en)
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木村俊介
舟木英之
河田刚
板仓哲朗
古田雅则
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/124—Sampling or signal conditioning arrangements specially adapted for A/D converters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2921—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras
    • G01T1/2928—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras using solid state detectors
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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Abstract

本发明公开了信号处理设备与信号处理方法。根据一实施例，信号处理设备包括积分器、设置单元、和模拟数字转换器。积分器配置为对与电磁波对应的电荷进行积分。积分器包括配置为存储对应于电磁波的电荷的电容器，以及配置为对该电容器放电的放电电路。设置单元配置为相对于积分器设置电荷的积分周期。模拟数字转换器包括配置为将积分输出与阈值比较的比较器、以及配置为将该积分输出的值变得不小于阈值的次数输出作为电荷的数字数据的计数器。转换器配置为在积分周期期间通过向放电电路提供比较器的比较输出来对该电容器放电。

Description

信号处理设备与信号处理方法
相关申请的交叉引用
本申请基于2013年9月24日提交的日本专利申请No.2013-197356并要求其优先权的权益；该申请的全部内容通过引用结合于此。
领域
此处描述的实施例大体上涉及信号处理设备和信号处理方法。
背景
如今，已知其中使用实现光子计数技术的检测器的光子计数计算机断层照相(CT)设备。与积分型检测器不同，实现光子计数技术的检测器输出能实现对于穿过测试对象的X射线光子进行独立计数的信号。因此，在光子计数CT设备中，得以能重建具有高信噪比(SN比)的X射线CT图像。
此外，由实现光子计数技术的检测器输出的信号可被用于测量(区分)X射线光子的能量。因此，在光子计数CT设备中，可通过将投影数据(通过一种类型的X射线管电压的X射线的轰击而收集)分为多个能量分量来完成成像。
作为实现光子计数技术的检测器，已知“间接转换型检测器”，其中使用闪烁体临时将入射的X射线光子转换为可见光(闪烁体光)，且然后使用诸如光电倍增管之类的光传感器将该闪烁体光转换为电信号(电荷)。此处，光传感器独立地检测通过由闪烁体进行的辐射转换所获得的每一个闪烁体光子，且然后检测落在该闪烁体上的辐射并测量该辐射的能量。
为了准确地获得辐射的光子能量，需要高速地且在较宽的动态范围上分析由于入射的辐射光子引起的在检测器内生成的电荷的量。常规地，已知其中使用积分电路、采样保持电路、和模拟数字(AD)转换器的方法。根据该方法，相对于与由积分电路输出的电荷的量成比例的波高度脉冲，执行采样/保持并随后使用该AD转换器进行AD转换。
然而，在该常规技术中，部署在用于对电荷进行积分目的积分器内的电容器决定可被积分的电荷的上限。因此，难以实现较宽的动态范围。
本发明的目的在于提供能实现高计数率和高分辨率的信号处理设备和信号处理方法。
发明内容
各实施例的目的在于提供能实现高计数率和高分辨率的信号处理的信号处理设备。
根据一实施例，信号处理设备包括积分器、积分周期设置单元、和模拟数字转换器。积分器配置为对与电磁波对应的电荷进行积分。积分器包括配置为存储对应于电磁波的电荷的积分电容器，以及配置为对该积分电容器放电的放电电路。积分周期设置单元配置为相对于积分器设置电荷的积分周期。模拟数字转换器包括配置为将积分输出与预定阈值比较的比较器，以及配置为将该积分输出的值变得等于或大于该预定阈值的次数输出作为电荷的数字数据的计数器。模拟数字转换器被配置为，在积分周期期间，当积分值的值等于或大于该预定阈值时通过将比较器的比较输出提供至放电电路而对积分电容器放电。
根据上述信号处理设备，能够提供高计数率和高分辨率的信号处理。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的光子计数计算机断层照相(CT)设备的配置的图；
图2是部署在根据第一实施例的光子计数CT设备中的检测器的平面图；
图3是部署在根据第一实施例的光子计数CT设备中的检测器中的模拟前端的框图；
图4是根据第一实施例的光子计数CT设备的模拟前端中的每一个核心的积分器和第一模拟数字转换器(ADC)的周围部分的详细框图；
图5是用于说明在根据第一实施例的每一个核心中围绕积分器和第一ADC的构成元件的操作的时序图；
图6是部署在根据第一实施例的光子计数CT设备的模拟前端的每一个核心中的第二ADC的框图；
图7是用于给出有关作为具有在两级中的AD转换器的结果而增强的分辨率的说明的图；
图8是示出由部署在根据第一实施例的光子计数CT设备中的每一个核心中的计数器生成的示例性直方图的图；
图9是根据第二实施例的光子计数CT设备的模拟前端中的每一个核心的积分器和第一ADC的周围部分的详细框图；
图10是用于说明在根据第二实施例的每一个核心中围绕积分器和第一ADC的构成元件的操作的时序图；
图11是根据第三实施例的光子计数CT设备的模拟前端中的每一个核心的积分器和第一ADC的周围部分的详细框图；
图12是用于说明在根据第三实施例的每一个核心中围绕积分器和第一ADC的构成元件的操作的时序图；
图13是根据第四实施例的光子计数CT设备的模拟前端中的每一个核心的积分器和第一ADC的周围部分的详细框图；
图14是用于说明在根据第四实施例的每一个核心中围绕积分器和第一ADC的构成元件的操作的时序图；且
图15是用于给出有关作为具有在两级中的AD转换器的结果而增强的分辨率的说明的图。
详细描述
下文参考相应附图来详细描述信号处理设备和信号处理方法的示例性实施例。可在将电磁波转换为电荷的转换单元中合适地实现该信号处理设备和信号处理方法。另外，可在具有高计数率的设备中合适地实现该信号处理设备和信号处理方法。参看相应附图，对于其中在包括“间接转换型检测器”(其中对应于X射线光子的闪烁体光转换为电荷)的光子计数CT设备中实现信号处理设备和信号处理方法的示例详细地给出下述说明。
可选地，也可在其中入射的电磁波直接转换为电荷的“直接转换型检测器”中实现该信号处理设备和信号处理方法。在这个情况下也可实现与下述效果相同的效果。对于细节，可参考下述说明。
第一实施例
在光子计数CT设备中，使用实现光子计数技术的检测器来对于源自于已经通过测试对象的X射线的光子进行计数(即，对于X射线光子进行计数)；且因此重建具有高SN比的X射线CT图像数据。每一个独立光子具有不同量的能量。在光子计数CT设备中，通过测量光子的能量值获得与X射线的能量分量有关的信息。另外，在光子计数CT设备中，通过将投影数据(通过以一种类型的X射线管电压来驱动X射线管而收集)分为多个能量分量来完成成像。
在图1中示出根据第一实施例的光子计数CT设备的配置。如图1中所示，光子计数CT设备包括架台设备10、躺卧设备20、和控制台设备30。
架台设备10包括辐射控制器11、X射线生成设备12、检测器13、收集器(DAS：数据获取系统)14、旋转框架15、和驱动器16。架台设备10用X射线轰击测试对象P，并计数已通过测试对象P的X射线。
旋转框架15支承X射线生成设备12和检测器13以使得X射线生成设备12和检测器13跨测试对象P而彼此相对。旋转框架15是环面框架，由于驱动器16的原因沿着围绕测试对象P的圆形路径以高速旋转(下述)。
X射线生成设备12包括X射线管12a、楔形件12b、和准直器12c。X射线生成设备12生成X射线并用X射线轰击测试对象P。X射线管12a是用于响应于从X射线生成设备12提供的高压而用X射线轰击测试对象P的真空管(下述)。X射线管12a根据旋转框架15的旋转而保持旋转并用X射线束来轰击测试对象P。同时，X射线管12a生成以扇形角和锥形角扩展的X射线束。
楔形件12b是X射线滤波器，用于调节从X射线管12a轰击出的X射线的X射线剂量。更特定地，从X射线管12a轰击出来的X射线穿行通过楔形件12b并经受衰减以使得向测试对象P轰击的X射线具有预定分布。
例如，楔形件12b是通过将铝加工成具有预定目标角度和预定厚度来制成的滤波器。楔形件也称为楔形滤波器或蝴蝶结滤波器。准直器12c是狭缝，其在辐射控制器11的控制下(下述)使得楔形件12b已经调整了X射线剂量的X射线的轰击范围变窄。
辐射控制器11用作向X射线管12a提供高电压的高压生成单元。X射线管12a使用从辐射控制器11所提供的高电压来生成X射线。另外，辐射控制器11调节提供至X射线管12a的管电压或管电流，并调整轰击测试对象P的X射线剂量。另外，辐射控制器11调节准直器12c的孔径来调节X射线的轰击范围(扇形角或锥形角)。
驱动器16旋转地驱动旋转框架15以使得X射线生成设备12和检测器13在围绕测试对象P的圆形路径上盘旋。每当有X射线光子的入射辐射时，检测器13输出能测量该X射线光子的能量值的输出信号。此处所指的X射线光子，例如是，从X射线管12a轰击出且已经穿过测试对象P的X射线光子。检测器13包括多个检测元件，每当有X射线光子的入射辐射时，输出单脉冲电信号(模拟信号)。
通过计数电信号(脉冲)的数量，得以能对于落在每一个检测元件上的X射线光子的数量进行计数。另外，通过相对于这些信号执行预定算术处理，得以能测量促使该信号的输出的X射线光子的电能。
检测器13的检测元件由闪烁体和诸如光电倍增管之类的光学传感器制成。因此，检测器13是所谓“间接转换型检测器”。在检测器13中，使用闪烁体，入射的X射线光子被临时转换为可见光(闪烁体光)，且然后使用诸如光电倍增管之类的光学传感器将闪烁体光转换为电信号。
在图2中示出检测器13的示例。此处，检测器13是平面检测器，其中每一个都由闪烁体制成的数个检测元件40以及诸如光电倍增管之类的光学传感器被部署为通道方向(在参看图1的Y轴方向)的N列和体轴方向(在参看图1的Z轴方向)的M行。响应于光子的入射，检测元件40输出单脉冲电信号。然后，通过区分由检测元件40输出的各脉冲，得以能对于落在检测元件40上的X射线光子的数量进行计数。另外，通过基于脉冲强度执行算术处理，得以能测量所计数的X射线光子的能量值。
在检测器13的第二级，部署有称作模拟前端的电路，该电路对于来自每一个检测元件的电荷输出进行积分和数字化，并将所得输出提供给图1中所示的收集器14。下文将描述该模拟前端的细节。
收集器14收集计数信息，该信息表示使用从检测器13输出的输出信号而执行的计数操作的结果。即，收集器14区分从检测器13输出的各信号并收集计数信息。此处，该计数信息表示，每次存在从X射线管12a轰击出来并已经穿过测试对象P的X射线光子的入射辐射时，从由检测器13(检测电路40)输出的各信号中所收集的信息。更特定地，在该计数信息中，以和X射线光子的能量值对应的方式来保持落在检测器13(检测电路40)上的X射线光子的计数值。同时，收集器14将所收集的计数信息发送至控制台设备30。
即，对于X射线管12a的每一个相(管相)，收集器14收集X射线光子的入射位置(检测位置)(这是通过区分由检测元件40所输出的脉冲输出来计数的)以及这些X射线光子的能量值作为计数信息。例如，收集器14将输出用于计数的脉冲(电信号)的每一个检测元件40的位置视作入射位置。另外，收集器14相对于电信号执行预定算术处理并测量X射线光子的能量值。
图1中所示的躺卧设备20是使得测试对象P躺在其上的设备，且该躺卧设备20包括顶部面板22和躺卧驱动设备21。顶部面板22是使得测试对象躺在其上的面板。躺卧驱动设备21在Z轴方向移动顶部面板22以使得测试对象P在旋转框架15内移动。
例如，架台设备10执行螺旋扫描，其中旋转框架15被旋转同时移动顶部面板22以使得以螺旋方式来扫描测试对象P。可选地，架台设备10执行常规扫描，其中在移动顶部面板22之后，旋转框架15被旋转的同时保持测试对象P的位置为固定，以使得以环形路径扫描测试对象P。进一步可选地，架台设备10通过实现步进-照射(step and shoot)方法来执行常规扫描，在该方法中以固定间隔来移动顶部面板22并在多个扫描区域处执行常规扫描。
控制台设备30包括输入单元31、显示器32、扫描控制器33、预处理器34、第一存储器35、重新配置单元36、第二存储器37、和控制器38。控制台设备30接收由操作者相对于光子计数CT设备所执行的操作并使用由该计数设备10所收集的计数信息来重新配置X射线CT图像。
输入单元31包括由光子计数CT设备的操作者为输入各种指令和各种设置而使用的鼠标或键盘；且输入单元31将从操作者处接收的指令和设置传输至控制器38。例如，输入单元31从操作者处接收到与X射线CT图像数据有关的成像条件、在重新配置X射线CT成像数据时的重新配置条件、以及相对于X射线CT图像数据的图像处理条件。
显示器32是由操作者所参看的监视设备。在控制器38的控制下，显示器32显示X射线CT图像数据，并且显示使操作者得以经由输入单元31输入各种指令和各种设置的图形用户界面(GUI)。
在控制器38的控制下，扫描控制器33控制辐射控制器11、驱动器16、收集器14、以及躺卧驱动设备21的操作；并且控制架台设备10中的计数信息收集操作。
预处理器34通过相对于从收集器14发送来的计数信息执行诸如对数转换、偏置校正、敏感度校正、和光束固化校正之类的校正操作来生成投影数据。
使用第一存储器35来存储由预处理器34生成的投影。即，第一存储器35被用于存储用于重新配置X射线CT图像数据的投影数据(即，经校正的计数信息)。
重新配置单元36使用存储于第一存储器35中的投影数据来重新配置X射线CT图像数据。此处，通过执行诸如反投影方法之类的各种方法来执行重新配置。反投影方法的示例包括滤波反投影(FBP)。另外，重新配置单元36相对于X射线CT图像数据执行各种图像处理，并生成图像数据。然后，重新配置单元36将经过重新配置的X射线CT图像数据以及通过执行各种图像处理所生成的图像数据存储在第二存储器37中。
根据计数信息(包含在光子计数CT设备内)所生成的投影数据，含有由于穿过测试对象P而衰减的X射线的能量信息。因此，例如，重新配置单元36可重新配置具有特定能量分量的X射线CT图像数据。另外，例如，重新配置单元36可重新配置多个能量分量的每一个的X射线CT图像数据。
进一步，根据每一个能量分量，重新配置单元36可为该能量分量的X射线CT数据的每一个像素分配色调；并可生成根据能量分量而被色彩编码的多组X射线CT图像数据。另外，重新配置单元36可通过叠加这些X射线CT图像数据组来生成图像数据。
控制器38控制架台设备10、躺卧设备20、以及控制台设备30的操作；并且执行光子计数CT设备的总体控制。更特定地，控制器38控制扫描控制器33以使得控制在架台设备10内执行的CT扫描。另外，控制器38控制预处理器34和重新配置单元36，从而控制在控制台设备30内执行的控制图像重新配置操作和图形生成操作。进一步，控制器38执行控制来在显示器32上显示存储于第二存储器37内的各种图像数据。
在图3中示出部署在检测器13的第二级处的模拟前端50的框图。在这个示例中，模拟前端50是专用集成电路(ASIC)。模拟前端50包括DC/DC转换器49、多个核心50(第一核心到第n个核心(其中n是大于或等于二的自然数))、以及数字模拟转换器(DAC)53。另外，模拟前端50包括寄存器54、多路复用器(MUX)55、低压差分信号(LVDS)接口56、和电源单元57。
经由闪烁体58和硅光电倍增管(SiPM)59，对应于入射的X射线的剂量的电荷被提供至每一个核心51。MUX55在预定时刻切换由核心51以直方图形式形成的X射线能量分布；并且经由用作短距离通信接口的LVDS接口56将该能量分布提供至DAS14。
每一个核心51包括积分器60、第一模拟数字转换器(第一ADC)61、第二ADC62、编码器63、计数器64、触发器电路65、和输出控制电路66。
积分器60对于对应于X射线剂量的电荷积分达预定时间段。第一ADC61(其为部署在第一级中的模拟数字转换器)，对于来自积分器60的积分输出以粗分辨率执行AD转换。第二ADC62(其为部署在第二级处的模拟数字转换器)，对于没有经受第一ADC61中的AD转换的残余积分输出，执行AD转换。
作为特定示例，每一个核心51配置为最终将8位AD转换输出提供至MUX55。作为部署在第一级中的模拟数字转换器的第一ADC61，例如是循环型AD转换器或折叠型AD转换器。通过将第一ADC61配置为循环型AD转换或折叠型AD转换器，可与由积分器61执行的积分并行地执行输入电荷的AD转换。
作为对于积分输出执行粗AD转换的结果，第一ADC61生成2位AD转换输出。作为部署在第二级处的模拟数字转换器的第二ADC62例如是逐次逼近寄存器(SAR)AD转换器。第二ADC62相对于没有在第一ADC61中经受AD转换的残余积分输出来执行AD转换，并生成6位AD转换输出。
编码器63根据第一ADC61的2位AD转换输出以及第二ADC62的6位AD转换输出而生成8位AD转换输出；并将该8位AD转换输出提供至计数器64。然后，从该8位AD转换输出，计数器64形成并输出X射线能量分布的直方图。
在图4中示出每一个核心51的积分器60和第一ADC61周围部分的详细框图。如图4中所示，每一个核心51包括第一放电开关71和第二放电开关72，被用于对于存储在积分电容器60c内的电荷进行放电。另外，每一个核心51包括触发器电路65、锁存器电路73、延迟电路74、第一开关控制电路75、和输出控制电路66。进一步，每一个核心51包括加法器76、比较器77、计数器78、和输出控制开关79。此处，触发器电路65、锁存器电路73、延迟电路74、和第一开关控制电路75表示积分设置单元的周期的示例。
触发器电路65响应于对应于闪烁体光子的电荷的输入的开始，生成开始脉冲。锁存器电路73在积分的预定周期期间锁存该开始脉冲。延迟电路74使得开始脉冲的锁存输出延迟预定时间量并生成停止脉冲。然后，该停止脉冲被提供给锁存器电路73和输出控制电路66。因此，锁存器电路73锁存该开始脉冲，直到从延迟电路74提供了停止脉冲。开始脉冲的锁存周期(＝延迟电路74的延迟周期)表示已经输入的电荷的积分周期。
第一开关控制电路75控制第一放电开关71，以使得，除了在积分周期期间以外，周期性地对于存储在积分电容器60c内的电荷进行放电(且重置该输出信号)。另一方面，在积分周期期间，第一开关控制电路75执行控制来停止将重置脉冲提供至第一放电开关71。
第二放电开关72以如下方式操作：在电荷的积分周期期间，每当积分输出变得等于预定阈值时，根据来自比较器77的比较输出，第二放电开关72对于存储在积分电容器60c内的电荷进行放电。DA转换器53对于比较器77设置预定阈值Vth。比较器77将来自积分器60的积分输出与阈值Vth进行比较。当积分输出的值等于或大于阈值Vth时，比较器77输出高电位比较输出。由于该高电位比较输出，相对于第二放电开关72执行导通(ON)操作。
作为结果，在电荷积分周期期间，每当积分输出的值变得等于或大于阈值Vth时，存储在积分电容器60c内的电荷连接至地并放电。可选地，在电荷积分周期期间，每当积分输出的值变得等于或大于阈值Vth时；设置在DA转换器53内的阈值Vth被反相输入加法器76。作为结果，存储在积分电容器60c内的电荷之中，与设置在DA转换器53内的阈值Vth相同的电荷被释放。
图5是用于说明这些构成元件的操作的时序图。在图5中，参考代码(a)所指的时钟表示从图3中所示的寄存器54提供到时序生成器52的时钟(CLK)。另外，在图5中，由参考代码(b)所指的时钟表示其相位被时序生成器52反相的反相时钟(/CLK)。进一步，在图5中，由参考代码(c)所指的时钟表示从光电倍增管(SiPM)59输出的电荷的波形。当X射线落在闪烁体58上时，从闪烁体58中发出光，藉此导致生成闪烁体光。此处，闪烁体光随着时间衰减。此处，图5中由参考代码(c)所指的电荷的波形在短时间周期内上升并逐渐继续衰减。
在图5中，由参考代码(d)所指的信号和参考代码(e)所指的脉冲表示生成在触发器电路65中的起始脉冲。响应于电荷输入，触发器电路65生成上升信号达预定时间周期，如图5中的参考代码(d)所示出那样。然后，触发器电路65相对于所生成的信号执行波形整形，并生成由图5中的参考代码(e)所指的起始脉冲，并将该起始脉冲提供至锁存器电路73。然后，如相对于图5中参考代码(g)所示，锁存器电路73锁存该起始脉冲达预定时间周期。
来自锁存器电路73的锁存输出被提供至第一开关控制电路75和延迟电路74。然后，延迟电路74延迟该锁存输出预定时间周期，并生成由图5中的参考代码(f)所指的停止脉冲。该停止脉冲然后被提供给锁存器电路73和输出控制电路66。在将停止脉冲提供至锁存器电路73时，锁存器电路73结束锁存，如相对于图5中的参考代码(g)所示地那样。即，如相对于图5中的参考代码(g)所示地那样，在将开始脉冲提供至锁存器电路73的时间点开始到将停止脉冲提供给锁存器电路73的时间点为止的时间周期，表示电荷的积分周期。
同时，将图5中的参考代码(h)所指的且例如通过相对于从时序生成器52输出的反相时钟(/CLK)执行分频而生成的选通脉冲，提供至第一开关控制电路75和输出控制电路66。在将选通脉冲提供至第一控制电路75时，第一控制电路75生成由图5中的参考代码(i)所指的重置脉冲，并且第一控制电路75将该重置脉冲提供至第一放电开关71。因此，每当提供重置脉冲时，相对于第一放电开关71执行导通控制；在重置脉冲时释放存储于积分电容器60c内的电荷；并且重置积分电容器60c。
在由图5中的参考代码(g)所指的锁存周期期间(即，在计分周期期间)，第一开关控制电路75执行控制来停止将重置脉冲提供至第一放电开关71，如参看图5中的参考代码(i)所示的那样。在图5中，参考代码(j)表示来自积分器60的积分输出。当在积分周期期间执行控制从而停止向第一放电开关71提供重置脉冲时，如虚线波形所示，积分输出的值逐渐增加。然而，在向其提供积分输出的比较器77中，在由参考代码(j)所指的积分输出中，DA转换器53已经设置了阈值Vth。为此理由，在积分周期期间，每当积分输出的值变得等于或大于阈值Vth时，比较器77将高电平比较输出提供至第二放电开关72和计数器78。
当提供高电平比较输出时，第二放电开关72将DA转换器53内设置的阈值Vth反相地输入至向其提供电荷的加法器76。作为结果，在电荷积分周期期间，每当积分输出的值变得等于或大于阈值Vth时，取决于DA转换器53中设置的任意电位，存储在积分电容器60c内的电荷被放电。可选地，在电荷积分周期期间，每当积分输出的值变得等于或大于阈值Vth时，积分电容器60c内可连接至地并放电。一旦电荷被放电，积分电容器60c再次起动电荷的充电。作为结果，来自积分器60的积分输出的值逐渐增加。以此方式，在电荷积分周期期间，控制积分电容器60c以使得参照阈值Vth而重复电荷的放电和充电。
计数器78对于积分周期期间所提供的高电平比较输出的数量进行计数。因此，在电荷积分周期期间，每当积分电容器60c的电荷被放电时，如图5中的参考代码(k)所示地那样，计数器78对于计数值增加一。在参看图5中的参考代码(k)所示的示例中，示出了积分周期期间，比较输出被两次设置为高电平。因此，在这个情况下，计数器78的计数值为“2”。然后，计数器78将这个计数值作为第一ADC61的AD转换值以例如2位数据的形式提供至图3中所示的编码器63。
以此方式，在根据第一实施例的光子计数CT设备中，第一ADC61相对于积分输出执行粗AD转换，并生成2位AD转换输出。输出控制电路66执行控制来在积分周期期间断开输出控制开关79。然后，一旦完成积分周期，输出控制电路66在停止脉冲时以及在起始脉冲时用参考图5中参考代码(l)所指的输出控制脉冲执行控制来导通输出控制开关79。作为结果，在积分周期期间，在由计数器78最终计数的积分输出之后剩余的残余积分输出被提供至部署在第二级处的第二ADC62。因此，在参看图5中参考代码(j)所示的示例中，在积分周期期间，从第二次计数开始直至但不包括阈值Vth在内的积分输出将被提供至部署在第二级处的第二ADC62。
另外，在该第一实施例中，第一ADC16执行粗AD转换，且第二ADC62相对于残余积分输出执行精细AD转换。为此理由，在积分周期期间，在由计数器78最终计数的积分输出之后剩余的残余积分输出被提供至部署在第二级处的第二ADC62。然而，在其中仅使用粗AD转换值的设备的情况下，配置可不包括第二ADC62且可仅使用来自第一ADC61的AD转换。在这个情况下，在最终计数积分输出后剩余的残余积分输出被破坏。
在图6中示出部署在第二级处的第二ADC62的框图。此处，部署在第二级处的第二ADC62例如是逐次逼近型(SAR)AD转换器。第二ADC62相对于没有在第一ADC61中经受AD转换的残余积分输出来执行AD转换，并生成6位AD转换输出。
更特定地，第二ADC62包括采样保持放大器(SHA)81、比较器82、和n位DA转换器(其中n是自然数)83。另外，第二ADC62包括连续逼近寄存器(SAR)84、和时序控制电路85。
首先，在第二ADC62中，仅将DA转换器83的最高有效位(MSB)设置为“1”(其余位设置为“0”)，且比较器82执行与输入信号的比较。如果输入信号较大，则确定为将MSB设置为“1”。另一方面，如果输入信号较小，则确定为将MSB设置为“0”。
接着，在比MSB低一级的位中设置为“1”，且比较器82执行与输入信号的比较。如果输入信号较大，则确定为将相关位设置为“1”。另一方面，如果输入信号较小，则确定为将相关位设置为“0”。对于n个位(例如，六位)重复这样的每一位的设置操作，且最终确定最低有效位(LSB)。LSB的确定标志着AD转换操作的结束。在AD转换完成时，DA转换器83的数字数据用作AD转换结果并被提供给图3中所示的编码器63。
以此方式，在根据第一实施例的光子计数CT设备中，如图7中所示，第一ADC61相对于积分输出执行粗AD转换。然后，相对于没有经受第一ADC61中的AD转换的残余积分输出，第二ADC62执行精细AD转换。
换言之，在根据第一实施例的光子计数CT设备中，在第一级处部署循环型(或折叠型)AD转换器。循环型AD转换器可甚至在积分周期期间执行AD转换。为此理由，通过利用积分周期，使用部署在第一级处的第一ADC 61来执行粗AD转换。另外，使用具有高准确度的SAR型AD转换器作为第二级处的第二ADC62用于执行精细AD转换。以此方式，通过以时间共享的方式使用第一ADC61和第二ADC62来执行AD转换，得以能增强总的AD转换(包括第一级处的AD转换和第二级处的AD转换)的视在分辨率。
然后，编码器63相对于从第一ADC61提供的2位粗AD转换值、以及从第二ADC62提供的6位精细AD转换值，执行编码操作，且生成8位AD转换值；并将该8位AD转换至提供至计数器64。然后，根据接收自编码器63的该8位AD转换值，计数器64例如生成表示如图8中所示的峰值计数数量的直方图；并将该直方图提供至多路复用器55。此处，多路复用器55在预定时刻切换从核心51所接收的直方图；并经由LVDS56将这些直方图提供至DAS14。
从上述说明中能明显看出，在根据第一实施例的光子计数CT设备中，在第一级处部署循环型(或折叠型)AD转换器。循环型AD转换器可甚至在积分周期期间执行AD转换。为此理由，通过利用积分周期，使用部署在第一级处的第一ADC61来执行粗AD转换。另外，使用具有高准确度的SAR型AD转换器作为第二级处的第二ADC62用于执行精细AD转换。以此方式，通过以时间共享的方式使用第一ADC61和第二ADC62执行AD转换，可在数百个通道中以同时的方式以高分辨率测量高速和高能数据。作为结果，得以能实现具有高计数率和高分辨率的光子计数CT设备。
另外，在第一实施例中，使用第一ADC61执行粗AD转换，而使用第二ADC62来执行残余积分输出的精细AD转换，为此理由，在积分周期期间，在由计数器78最终计数的积分输出之后剩余的残余积分输出被提供至部署在第二级处的第二ADC62。然而，在其中仅使用粗AD转换值的设备的情况下，配置可不包括第二ADC62且可仅使用来自第一ADC的AD转换，如上文所述。
第二实施例
下文给出根据第二实施例的光子计数CT设备的说明。在根据第二实施例的光子计数CT设备中，在第一ADC61侧上，相对于积分器60部署了两个积分电容器。在比较器输出变得等于或大于阈值Vth时，将已经放电的积分电容器连接至积分器60。据此，不再要求积分电容器的放电时间。与第一实施例相比，下述的第二实施例仅在这一点有所不同。因此，仅对于两个实施例之间的差异给出如下说明，且不再重复其共同的说明。另外，在用于说明第二实施例所参看的附图中，同第一实施例中的构成元件执行相同操作的那些构成元件由相同附图标记表示，且不再重复其详细说明。
在图9中示出部署在根据第二实施例的光子计数CT设备内的每一个核心51的积分器60和第一ADC61周围部分的详细框图。在根据第二实施例的光子计数CT设备中，如图9中所示，第一放电电路91和第二放电电路92连接至每一个核心51中的积分器60。
第一放电电路91包括第一积分电容器60c1。另外，第一放电电路91包括放电开关140，该开关在非积分周期期间，使用上述重置脉冲周期性地对于第一积分电容器60c1进行放电。进一步，第一放电电路91包括充电开关141a和141b，这些开关在积分周期期间，对于第一积分电容器60c1进行充电。另外，第一放电电路91包括放电开关142a和142b，这些开关在积分周期期间，对存储于第一积分电容器60c1内电荷进行放电。
以相同方式，第二放电电路92包括第二积分电容器60c2。另外，第二放电电路92包括放电开关143，该开关在非积分周期期间，使用上述重置脉冲，周期性地对于第二积分电容器60c2进行放电。进一步，第二放电电路92包括充电开关144a和144b，这些开关在积分周期期间，对于第二积分电容器60c2进行充电。另外，第二放电电路92包括放电开关145a和145b，这些开关在积分周期期间，对存储于第二积分电容器60c2内电荷进行放电。
此外，在根据第二实施例的光子计数CT设备中，比较器77的比较输出被提供至开关控制电路93。在积分周期期间，开关控制电路93执行控制来切换开关141a、141b、142a、142b、144a、144b、145a、和145b，使得在比较输出变得等于或大于阈值Vth时，已经被放电的第一积分电容器60c1和已经被放电的第二积分电容器60c2连接至积分器60。
图10是用于说明这些构成元件的操作的时序图。在图10中，由参考标号(a)所指的时钟表示从图3中所示的寄存器54提供到时序生成器52的时钟(CLK)。另外，在图10中，由参考代码(b)所指的时钟表示其相位被时序生成器52反相的反相时钟(/CLK)。进一步，在图10中，由参考代码(c)所指的时钟表示从光电倍增管(SiPM)59输出的电荷的波形。另外，在图10中，由参考代码(d)所指的信号和参考代码(e)所指的脉冲表示在触发器电路65中生成的起始脉冲。
进一步，在图10中，由参考代码(g)所指的脉冲表示由锁存器电路73通过锁存起始脉冲达预定时间周期所生成的锁存器输出的波形。另外，在图10中，由参考代码(f)所指的脉冲表示用于停止锁存器电路73的锁存操作的停止脉冲。进一步，在图10中，由参考代码(h)所指的脉冲表示用于在第一开关控制电路75中生成重置脉冲的选通脉冲。另外，在图10中，由参考代码(i)所指的脉冲表示在第一开关控制电路75中生成的重置脉冲。
在根据第二实施例的光子计数CT设备中，在非积分周期期间，开关控制电路93，使用由图10中所示的参考代码(l)所指的第一控制脉冲，执行控制来导通充电开关141a和141b，这些开关被用于对第一放电电路91的第一积分电容器60c1充电，且导通放电开关145a和145b，这些开关被用于对第二放电电路92的第二积分电容器60c2进行放电。作为结果，第一放电电路91的第一积分电容器60c1被充电，而存储在第二放电电路92的第二积分电容器60c2中的电荷被接地并被放电。
另外，在非积分周期期间，由图10中的参考代码(i)所指的重置脉冲从第一开关控制电路75提供至第一放电电路91的放电开关140。作为结果，在非积分周期期间，在重置脉冲的时刻，存储在第一放电电路91的第一积分电容器60c1内的电荷被周期性地放电。
另一方面，在其中锁存器输出(由图10中所示的参考代码(g)所指)处于高电平的积分周期期间，停止将图10中由参考代码(i)所指的重置脉冲提供至放电开关140。作为结果，停止第一积分电容器60c1的周期性放电。因此，如图10中由参考代码(n)所指，积分器60的积分输出的值逐渐增加。第一ADC61的比较器77将由图10中由参考代码(n)所指的阈值Vth与积分输出的值进行比较。当积分输出的值等于或大于阈值Vth时，比较器77将高电位比较输出提供至开关控制电路93。
当提供高电平比较输出时，开关控制电路93设置第一控制脉冲(φ1)(这由图10中所示的参考代码(l)所指)为低电平。另外，当提供高电平比较输出时，开关控制电路93设置第二控制脉冲(φ2)(其由图10中所示的参考代码(m)所指)为高电平。
作为结果，在第一放电电路91中，由于第一控制脉冲，相对于充电开关141a和141b执行断开控制；由于第二控制脉冲，相对于放电开关142a和142b执行导通控制；且对于存储在第一积分电容器60c1中的电荷进行放电。因此，如图10中参考代码(j)所指的那样，表示存储在第一积分电容器60c1内的电荷量的波形，在第一控制脉冲设置为低电平且第二控制脉冲被设置为高电平时，陡然下降(即，由于放电原因，电荷量减少)。
反之，在第二放电电路92中，由于第二控制脉冲(φ2)，相对于充电开关144a和144b执行导通控制；由于第一控制脉冲，相对于放电开关145a和145b执行断开控制；且开始在第二积分电容器60c2的电荷存储。因此，如图10中参考代码(k)所指的那样，表示存储在第二积分电容器60c2内的电荷量的波形，在第一控制脉冲设置为低电平且第二控制脉冲被设置为高电平时，逐渐上升(即，电荷逐渐增加)。
因此，在根据第二实施例的光子计数CT设备中，当积分周期开始且积分输出值变得等于或大于第一时间的阈值Vth时，连接至积分器60的积分电容器从第一积分电容器60c1切换至已经被放电的第二积分电容器60c2。
当作为在第二放电电路92的第二积分电容器60c2中开始存储电荷的结果，电荷量逐渐增加时，积分输出的值变得等于或大于阈值Vth，如图10中参考代码(n)所指地那样。因此，比较器77同样向开关控制电路93提供高电平比较输出。
当再次向开关控制电路93提供高电平比较输出时，开关控制电路93设置第一控制脉冲(φ1)(其由图10中所示的参考代码(l)所指)为高电平。另外，开关控制电路93设置第二控制脉冲(φ2)(其由图10中所示的参考代码(m)所指)为低电平。
作为结果，在第一放电电路91中，由于第一控制脉冲，相对于充电开关141a和141b执行导通控制；由于第二控制脉冲，相对于放电开关142a和142b执行断开控制；且开始在第一积分电容器60c1中的电荷存储。因此，如图10中参考代码(j)所指的那样，表示存储在第二积分电容器60c2内的电荷量的波形，在第一控制脉冲设置为高电平且第二控制脉冲被设置为低电平时，逐渐上升(即，电荷逐渐增加)。
反之，在第二放电电路92中，由于第二控制脉冲(φ2)，充电开关144a和144b经受断开控制；由于第一控制脉冲，放电开关145a和145b经受导通控制；且存储在第二积分电容器60c2中的电荷被放电。因此，如图10中参考代码(k)所指的那样，表示存储在第二积分电容器60c2内的电荷量的波形，在第一控制脉冲设置为高电平且第二控制脉冲被设置为低电平时，陡然下降(即，由于放电原因，电荷量减少)。
因此，在根据第二实施例的光子计数CT设备中，当积分输出值再次变得等于或大于阈值Vth时，连接至积分器60的积分电容器从第二积分电容器60c2切换至已经被放电的第一积分电容器60c1。在根据第二实施例的光子计数CT设备中，在积分周期期间，每当积分输出变得等于或大于阈值Vth时，连接至积分器60的积分电容器在第一积分电容器60c1和第二积分电容器60c2之间切换。
作为结果，在积分周期期间，每当积分输出变得等于或大于阈值Vth时，已经放电的电容器可连接至积分器60。因此，不仅是不再需要积分电容器的放电时间，而且还得以能实现与第一实施例中所实现的效果相同的效果。
如图10中参考代码(o)所示地，计数器78计数积分输出变得等于或大于阈值Vth的次数；并将该计数值作为第一ADC61的转换输出提供至编码器63。这与第一实施例中给出的说明相同。另外，在由计数器78最终计数的积分输出之后剩余的残余积分输出在由图10中的参考代码(p)所指的输出控制脉冲时被提供至部署在第二级处的第二ADC62、或被破坏。这与第一实施例中给出的说明也相同。
第三实施例
下文给出根据第三实施例的光子计数CT设备的说明。仅对于与上述实施例不同处给出第三实施例的下述说明，且不再重复其相同说明。另外，在用于说明第三实施例所参看的附图中，同上述实施例中的构成元件执行相同操作的那些构成元件可由相同附图标记表示，且不再重复其详细说明。
在图11中示出部署在根据第三实施例的光子计数CT设备内的每一个核心51的积分器和第一ADC周围部分的详细框图。如图11中所示，在根据第三实施例的光子计数CT设备中，每一个核心51包括差分转换器单元95，该单元根据单相输入中生成具有互相反相的两个信号(即，生成差分输出)作为来自SiPM59的电荷输出。另外，每一个核心51包括积分器，该积分器具有放大器96、第一积分电容器97c1、和第二积分电容器97c2。在第一积分电容器97c1中存储正电荷(+Q)，同时在第二积分电容器97c2中存储负电荷(-Q)。
进一步，每一个核心包括用于对存储在第一积分电容器97c1内的正电荷周期性放电的第一放电开关98；且包括用于对存储在第二积分电容器97c2内的负电荷周期性放电的第二放电开关99。另外，每一个核心51包括用于输出来自差分放大器96的正积分输出的第一输出控制开关100；且包括用于输出来自差分放大器96的负积分输出的第二输出控制开关101。
进一步，每一个核心51包括设置正阈值+Vth和负阈值-Vth的DA转换器104；且包括将来自差分放大器96的正和负积分输出分别与由DA转换器104所设置的正阈值+Vth和负阈值-Vth进行比较的比较器103。另外，每一个核心51包括用于在放电期间将存储在第一积分电容器97c1和第二积分电容器97c2内的电荷设置为任意电位的DA转换器105。进一步，每一个核心51包括电荷抵消电路102，该电路取决于来自比较器103的比较输出，向来自差分转换器单元95的正差分输出增加负电荷，且向从差分转换器电路95输出的负差分输出增加正电荷。
电荷取消电路102包括对于正电荷(+Q)和负电荷(-Q)进行充电的电容器102c，且包括将来自差分转换器单元95的差分输出设置为DA转换器105中设置的电位的开关147a(/φ)、147b(/φ)、148(φ)、和148b(φ)。每一个核心51还包括开关控制电路106，该电路根据来自比较器103的比较输出，控制电荷抵消电路102的开关147a、147b、148a、和148b的开关操作。
图12是用于说明这些构成元件的操作的时序图。在图12中，由参考标号(a)所指的时钟表示从图3中所示的寄存器54提供到时序生成器52的时钟(CLK)。另外，在图12中，由参考代码(b)所指的时钟表示其相位被时序生成器52反相的反相时钟(/CLK)。进一步，在图12中，由参考代码(c)所指的时钟表示从光电倍增管(SiPM)59输出的电荷的波形。另外，在图12中，由参考代码(d)所指的信号和参考代码(e)所指的脉冲表示在触发器电路65中生成的起始脉冲。
进一步，在图12中，由参考代码(g)所指的脉冲表示由锁存器电路73通过锁存起始脉冲达预定时间周期所生成的锁存器输出的波形。另外，在图12中，由参考代码(f)所指的脉冲表示用于停止锁存器电路73的锁存操作的停止脉冲。进一步，在图12中，由参考代码(h)所指的脉冲表示用于在第一开关控制电路75中生成重置脉冲的选通脉冲。另外，在图12中，由参考代码(i)所指的脉冲表示在第一开关控制电路75中生成的重置脉冲。
在根据第三实施例的光子计数CT设备中，差分变换器单元95根据作为来自SiPM59的电荷输出的单相输入而生成具有相互反相的两个信号(即，生成差分输出)；并将这两个信号提供至差分放大器96。作为结果，在第一积分电容器97c1中，存储了正电荷(+Q)。另外，在第二积分电容器97c2中，存储了负电荷(-Q)。在非积分周期期间，由图12中的参考代码(i)所指的重置脉冲被从第一开关控制电路75提供至第一放电开关98和第二放电开关99。因此，在非积分周期期间，在重置脉冲的时刻，存储在第一积分电容器97c1和第二积分电容器97c2内的电荷被周期性地放电。
另外，在非积分周期期间，向开关控制电路106提供来自比较器103的低电平比较输出。当向开关控制电路106提供低电平比较输出时，开关控制电路106执行控制来导通开关148a和148b。作为结果，在非积分周期期间，由DA转换器105所设置的电荷被存储于电容器102c中。此处，电容器102c具有与第一积分电容器97c1和第二积分电容器97c2的电存储容量基本相同的电存储容量。因此，电容器102c在其内存储了与存储于第一积分电容器97c1中的正电荷(+Q)的量基本相同的正电荷(+Q)的量。类似地，电容器102c在其内存储了与存储于第二积分电容器97c2中的负电荷(-Q)的量基本相同的负电荷(-Q)的量。
同时，在其中积分周期的锁存器输出(由图12中所示的参考代码(g)所指)被设置为高电平的期间，停止将图12中由参考代码(i)所指的重置脉冲提供至放电开关98和99。作为结果，停止了第一积分电容器97c1和第二积分电容器97c2的周期性放电。因此，如图12中由参考代码(m)所指，来自差分放大器96的正积分输出的值逐渐增加。另一方面，如图12中由参考代码(n)所指，来自差分放大器96的负积分输出的值逐渐减少。
比较器103将正积分输出与由DA转换器104所设置并由图12中所示的参考代码(m)所指的正阈值+Vth相比较；并将正比较输出提供至开关控制电路106。另外，比较器103将负积分输出与由DA转换器104所设置并由图12中所示的参考代码(n)所指的负阈值-Vth相比较；并将负比较输出提供至开关控制电路106。
直到正积分输出的值超过正阈值+Vth或负积分输出的值超过负阈值-Vth；开关控制电路106使用由图12中的参考代码(k)所指的高电平第一开关信号(φ)来执行控制从而截止电荷消除电路102的开关147a和147b。可选地，开关控制电路106使用由图12中的参考代码(l)所指的低电平第二开关信号(/φ)来执行控制从而截止电荷消除电路102的开关147a和147b。作为结果，如图12中参考代码(j)所示，直到正比较输出的值超过了正阈值+Vth或直到负比较输出的值超过负比较阈值-Vth；电容器102c被充电。另外，负电荷(-Q)和正电荷(+Q)存储于电容器102c内。
然后，如图12中参考代码(m)所示，正积分输出的值变得等于或大于正阈值+Vth。可选地，如图12中参考代码(n)所示，负积分输出的值变得等于或小于负阈值-Vth。当指示上述事实的比较输出从比较器103提供至开关控制电路106时，开关控制电路106使用由图12中的参考代码(k)所指的低电平第一开关信号(φ)执行控制来截止电荷消除电路102的开关148a和148b。作为结果，停止对于电容器102c的充电。
其中，当正积分输出的值超过正阈值+Vth或负积分输出的值超过负阈值-Vth时；开关控制电路106使用由图12中的参考代码(l)所指的高电平第二开关信号(/φ)来执行控制从而导通电荷消除电路102的开关147a和147b。作为结果，当正比较输出的值超过正阈值+Vth或当负比较输出的值超过负阈值–Vth时；存储于电容器102c内的负电荷(-Q)被增加至正差分输出，或存储于电容器102c内的正电荷(+Q)被增加至负差分输出。
电容器102c具有与第一积分电容器97c1和第二积分电容器97c2的电存储容量基本相同的电存储容量。另外，电容器102c的正电荷的量等于第一积分电容器97c1的正电荷的量；且电容器102c的负电荷的量等于第二积分电容器97c2的负电荷的量。为此理由，可由负电荷(-Q)抵消从差分转换器单元95提供的正差分输出，同时由正电荷(+Q)抵消负差分输出。然后，如图12中的参考代码(m)和(n)所示，可分别将来自差分放大器96的正积分输出的电位和负积分输出的电位设置为与第一积分电容器97c1在放电期间的电位以及第二积分电容器97c2在放电期间的电位相同。
在积分周期期间，每当比较器103提供指示正积分输出的值已经变得等于或大于正阈值+Vth或负积分输出的值已经变得等于或小于负阈值-Vth的比较输出时；开关控制电路106执行控制来开关电荷抵消电路102的开关147a、147b、148a、和148b，以使得相反极性的电荷被增加至每一个差分输出。作为结果，每当正积分输出超过正阈值+Vth或负积分输出超过负阈值-Vth时，得以能将积分输出的电位重置为放电期间的电位。因此，得以能实现与第一实施例中实现的效果相同的效果。
如参考图12中所示的参考代码(o)所示，计数器78对于正积分输出的值变得等于或大于正阈值+Vth的次数进行计数，且对于负积分输出的值变得等于或小于负阈值-Vth的次数进行计数。然后，以与第一实施例相同的方式，计数器78将计数值作为第一ADC61的AD转换输出提供至编码器63。另外，在由计数器78最终计数的积分输出之后剩余的残余正积分输出和残余负积分输出，在由图12中的参考代码(p)所指的输出控制脉冲时经由第一输出控制开关100或第二输出控制开关101被提供至部署于第二级处的第二ADC62，或被破坏。这与第一实施例中给出的说明也相同。
第四实施方式
下文给出根据第四实施例的光子计数CT设备的说明。在上述实施例中，相对于比较器77来设置单个阈值Vth。另外，在第三实施例中，相对于正积分输出来设置单个正阈值+Vth，且相对于负积分输出来设置单个负阈值-Vth。反之，在下述第四实施例中，相对于积分输出来设置具有互相不同大小的多个阈值。同时，与上述各实施例相比，下述第四实施例仅在这一点不同。因此，仅对于与上述实施例之间的差异给出如下说明，且不再重复其共同的说明。另外，在用于说明第四实施例所参看的附图中，同上述实施例中的构成元件执行相同操作的那些构成元件可由相同附图标记表示，且不再重复其详细说明。
在图13中示出在根据第四实施例的光子计数CT设备内的每一个核心51的积分器60和第一ADC61周围部分的详细框图。如图13中所示，在根据第四实施例的光子计数CT设备中，相对于向其提供积分输出的比较器77，DA转换器150设置第一阈值Vth1和比第一阈值Vth1大的第二阈值Vth2。
图14是用于说明这些构成元件的操作的时序图。在图14中，由参考标号(a)所指的时钟表示从图3中所示的寄存器54提供到时序生成器52的时钟(CLK)。另外，在图14中，由参考代码(b)所指的时钟表示其相位被时序生成器52反相的反相时钟(/CLK)。进一步，在图14中，由参考代码(c)所指的时钟表示从光电倍增管(SiPM)59输出的电荷的波形。另外，在图14中，由参考代码(d)所指的信号和参考代码(e)所指的脉冲表示在触发器电路65中生成的起始脉冲。
进一步，在图14中，由参考代码(g)所指的脉冲表示由锁存器电路73通过锁存起始脉冲达预定时间周期所生成的锁存器输出的波形。另外，在图14中，由参考代码(f)所指的脉冲表示用于停止锁存器电路73的锁存操作的停止脉冲。进一步，在图14中，由参考代码(h)所指的脉冲表示用于在第一开关控制电路75中生成重置脉冲的选通脉冲。另外，在图14中，由参考代码(i)所指的脉冲表示在第一开关控制电路75中生成的重置脉冲。
在根据第四实施例的光子计数CT设备中，如参看图14中的参考代码(j)所示地，DA转换器150首先在比较器77内设置第一阈值Vth1。然后，在积分周期期间，在提供比较输出以指示积分输出已经变得等于或大于第一阈值Vth1这一事实时，由DA转换器150在比较器77中设置比第一阈值Vth1大的第二阈值Vth2。此后，在积分周期期间，比较器77将积分输出与第二阈值Vth2比较。作为以步进方式执行比较的结果，如图15中所示，得以能相对于所指定的AD转换区域来增强视在分辨率。此外，还可实现与上述实施例中实现的效果相同的效果。
如参考图14中所示的参考代码(k)所示，计数器78对于积分输出的值变得等于或大于第一阈值Vth1的次数以及对于积分输出的值变得等于或大于第二阈值Vth2的次数的总次数进行计数。然后，以与第一实施例相同的方式，计数器78将总计数值作为第一ADC61的AD转换输出提供至编码器63。另外，由计数器78最终计数的积分输出之后剩余的残余积分输出，在由图14中的参考代码(l)所指的输出控制脉冲时，经由输出控制开关被提供至部署在第二级处的第二ADC62、或被破坏。这与第一实施例中给出的说明也相同。
在该示例中，设置了两个阈值，即，Vth1和Vth2。然而，可选地，还可设置三个或更多个不同阈值。另外，在图13所示示例中，在根据第一实施例的电路配置中实现第四实施例。可选地，也可在第二实施例和第三实施例中实现第四实施例。在第四实施例是在第三实施例中实现的情况下，设置多个不同正阈值+Vth且设置多个不同负阈值-Vth。在每一种情况下，可实现与上述效果相同的效果。
根据上述至少一个实施例的信号处理设备，该信号处理设备包括积分器、积分周期设置单元、和模拟数字转换器。积分器包括配置为在其中存储对应于电磁波的电荷的积分电容器，以及配置为对该积分电容器放电的放电电路。积分器配置为对与电磁波对应的电荷进行积分。积分周期设置单元配置为相对于积分器设置电荷的积分周期。模拟数字转换器包括配置为将积分输出与预定阈值比较的比较器，以及配置为将该积分输出的值变得等于或大于该预定阈值的次数输出作为电荷的数字数据的计数器。模拟数字转换器被配置为，在积分周期期间，当积分值的值等于或大于该预定阈值时通过将比较器的比较输出提供至放电电路而对积分电容器放电。因此，能够提供高计数率和高分辨率的信号处理。
尽管描述了特定实施例，但这些实施例只是作为示例呈现，并且不旨在限制本发明的范围。实际上，在本文中所描述的新颖实施例可以各种其他形式体现，此外，可作出以本文中所描述的实施例的形式的各种省略、替换和改变而不背离本发明的精神。所附权利要求书及其等效方案旨在覆盖将落入本发明的范围和精神内的这些形式或修改。

Claims (6)

1.一种信号处理设备，包括：
积分器，其配置为对对应于电磁波的电荷进行积分，所述积分器包括配置为存储对应于所述电磁波的所述电荷的积分电容器，以及配置为对所述积分电容器放电的放电电路；
积分周期设置单元，其配置为相对于所述积分器设置电荷的积分周期；以及
模拟数字转换器，包括配置为将积分输出与预定阈值比较的比较器，以及配置为将所述积分输出的值变得等于或大于所述预定阈值的次数输出作为所述电荷的数字数据的计数器，所述模拟数字转换器配置为在积分周期期间，当所述积分值的值等于或大于所述预定阈值时通过将所述比较器的比较输出提供至所述放电电路来对所述放电电容器放电。
2.如权利要求1所述的信号处理设备，其特征在于，所述模拟数字转换器配置为与由所述积分器执行的积分操作并行地执行模拟数字转换操作，在所述模拟数字转换操作中生成所述电荷的数字数据。
3.如权利要求1或2所述的信号处理设备，其特征在于，
所述积分器包括配置为存储电荷的至少两个积分电容器，和配置为将电荷存储在所述积分电容器中并对所述积分电容器进行放电的至少两个放电电路，且
所述设备还包括放电控制器，其配置为在积分周期期间将处于放电状态的积分电容器连接至所述积分器，从而控制所述放电电路以使得，每当所述比较器的比较输出变得等于或大于所述预定阈值时，将处于电荷存储状态的积分电容器转换至放电状态，且将处于放电状态的积分电容器转换为电荷存储状态。
4.如权利要求1或2所述的信号处理设备，其特征在于，
所述积分器包括配置为存储正电荷的积分电容器和配置为存储负电荷的积分电容器，
所述设备还包括
差分变换器单元，其配置为根据对应于电磁波的电荷生成具有互相不同极性的正电荷和负电荷，并将所述正电荷和所述负电荷提供至所述积分器；
电容器，其与所述积分电容器具有基本相同的容量，且配置为存储正电荷和负电荷；和
电荷抵消电路，其配置为在积分周期期间抵消提供至所述积分器的电荷，以使得每当所述比较器的比较输出变得等于或大于所述预定阈值时，存储于电容器内的负电荷被提供至用于将来自所述差分变换器单元的正电荷提供至所述积分器的线，并且存储于电容器内的正电荷被提供至用于将来自所述差分变换器单元的负电荷提供至所述积分器的线。
5.如权利要求1或2所述的信号处理设备，其特征在于，
所述比较器设置有彼此不同的至少第一阈值和第二阈值，且
所述比较器配置为执行其中将所述第一阈值与所述积分输出比较，且在所述积分输出的值变得等于或大于所述第一阈值之后，将所述第二阈值与所述积分输出比较的比较操作。
6.一种信号处理方法，包括：
相对于积分器设置电荷的积分周期，所述积分器包括配置为在其中存储对应于电磁波的电荷的积分电容器，以及配置为对所述积分电容器放电的放电电路，所述积分器配置为对于对应于所述电磁波的所述电荷进行积分；且
在积分周期期间，由模拟数字转换器在积分值的值等于或大于预定阈值时通过将比较器的比较输出提供至所述放电电路来对所述放电电容器放电，所述模拟数字转换器包括配置为将所述积分输出与预定阈值比较的所述比较器，以及配置为将所述积分输出的值变得等于或大于所述预定阈值的次数输出作为所述电荷的数字数据的计数器。
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