专利名称：X射线ct装置、辐射检测器和用于读出辐射检测器的电信号的方法
技术领域：
本发明涉及一种包含二维布置的多个用于检测X射线的检测单元、通过切换检测单元的时分电信号、和读取该时分信号的X射线CT(计算机断层摄影)装置，以及辐射检测器和用于读出辐射检测器的电信号的方法。
背景技术：
通常，X射线CT装置使用X射线向作为目标的病人照射、检测发射的X射线、并可视化目标的内部结构而产生断层摄影图像(参见，例如JP-A-2001-242253)。
在用于医疗用途的X射线CT装置中，来自X射线管的X射线在多个方向上照射目标，在将目标夹在中间的情况下，位于其面对位置的辐射检测器吸收发射的X射线，并且最后产生电信号。该电信号反映了发射的X射线的强度。目标的断层摄影图像取决于基于获得的信号数据的重构，并显示在显示设备上。
例如，在第三代X射线CT装置中，X射线管和辐射检测器在垂直于目标的身体轴线的平面上转动，辐射检测器检测从X射线管发射而照射目标的的X射线，并且检测到的X射线检测信号被传递至数据采集系统，从而获得数据。通过一个周期(180°或360°)的转动重构一个在转动平面上的断层摄影图像并显示。
因此，辐射检测器包括沿在转动平面的弧线上密集布置的大量的检测器模块。检测器模块被连接至数据采集系统。在许多情况中，检测器模块譬如是二维的光敏二极管阵列检测器模块。
图17是显示常规二维光敏二极管阵列检测器模块的示意图。图18是显示图17中的常规二维光敏二极管阵列检测器模块1的侧面图。闪烁器没有显示在图17中。
二维光敏二极管阵列检测器模块1包括基片2上的多个检测元件3，该多个检测元件3在作为辐射检测器转动方向的列方向(通道方向C)和在作为身体轴线的行方向(切片方向A)上，以获得在一个周期的数据采集中的多个断层摄影的数据。
检测元件3包括闪烁器4和光敏二极管(PD)5。一般地，闪烁器4的数量等于光敏二极管5的数量，入射在闪烁器4上的X射线被转换成可见光，并且该光通过光敏二极管5被转换成电信号。此外，该由光敏二极管5转换的电信号被从作为身体轴线的切片方向的一端或两端采集，然后被引导至数据采集系统(未显示)，以在辐射检测器的转动平面上布置大量二维光敏二极管阵列检测器模块1。
因此，光敏二极管5经引线接合6被连接至多个积分器，以及光敏二极管5的电信号被传递至积分器7。此外，光敏二极管5经引线接合6被连接至譬如MUX(多路复器)的公共开关8，和开关8被连接至在基片2上的电路基片9譬如FPC(柔性印刷电路)。
全部检测元件3一一对应地被连接至数据采集系统，因而减少了检测元件3的活动区域S1。然而，这样增加了布线区域S2的尺寸，并因此不能通过引线被安装在基片2上。即，引线结合6的数量被限制。此后，光敏二极管5的电信号被存储在积分器7中，通过开关8在切片方向A上进行时分，并且顺序输出至譬如FPC的电路基片9。此外，电路基片9引导电信号至数据采集系统。
另外，检测元件3数量的增加导致在布线区域S2的限制下不能确保用于检测器元件3的足够空间。于是，通过改进布线模式，提出了另一种二维光敏二极管阵列检测器模块。
图19是显示通过改进布线模式形成的另一个常规二维光敏二极管阵列检测器模块的示意图。闪烁器没有显示在图19中。
参考图19，二维光敏二极管阵列检测器模块1A包括以矩阵形式二维布置在基片2上的多个检测元件3。晶体管开关10被布置在检测元件3的光敏二极管5的输出端。在单一列上的光敏二极管5经晶体管开关10被连接至公共信号线11。在单一列上的光敏二极管5的晶体管开关10被连接至公共控制线12。
在二维光敏二极管阵列检测器模块1A中，X射线入射在检测元件3的闪烁器(未显示)上，然后被转换成光。并且，光敏二极管5将光转换成电信号，并且将电信号作为电荷存储进光敏二极管5。控制线12在行方向中顺序传送开关控制信号至晶体管开关10，从而激活晶体管开关10。该电信号根据在同一行上的光敏二极管5以相互并行的方式被时分，以及根据在同一列上的光敏二极管5在行方向(切片方向A)上顺序地被时分。即，来自光敏二极管5的两个电信号均经晶体管开关10被输出至信号线11。
也就是说，在显示在图19的二维光敏二极管阵列检测器模块1A中，晶体管开关10被单独地布置在光敏二极管5处，并且信号线11是公共使用的，从而减少了信号线11的数量。
图20是显示在常规二维光敏二极管阵列检测器模块1、1A中的检测元件3和读出电路的连接方法的图。图21是显示来自如图20所示的常规检测元件3的电信号的读出时间的示意图。
通过图17或19中、具有对应于16行的检测元件3的二维光敏二极管阵列检测器模块1或二维光敏二极管阵列检测器模块1A，电信号被输出，如图20所示。关注一列，然后通过公共积分放大器13时分检测元件3的电信号。此后，时分信号通过A/D转换器14进行A/D转换，并通过读出电路读出。参考图21，用读出时间作为轴线，然后来自16个检测元件3的电信号D被读出电路通过积分放大器13以行序顺序读出。
然后，该在行方向(切片方向A)上互相并行时分和读出的、该列的检测元件3的电信号，经电路基片和数据采集系统传递至图像重构单元。进而，图像重构单元重构目标的断层摄影图像。
在常规二维光敏二极管阵列检测器模块1和1A中，电信号依赖于检测元件3的行数被时分。因此，当检测元件3的行数较大时，将花费较长时间用于从所有行的检测元件3读出电信号。
具体地，积分放大器13将检测元件3的电信号作为预定时间的电荷储以便进行积分。因此，从检测元件3读出电信号的时间是较长的，主要依赖于在积分放大器13中电荷的存储时间。
然而，从二维光敏二极管阵列检测器模块中的检测元件3读出电信号的时间一般被限制在预定时间之内。当关于电信号的预定读出时间的检测元件的数量增加时，每行的电信号的读出时间依据检测元件增加的行数而缩短，即，电信号需要被更快地读出。
假如辐射检测器每秒采集900次数据，则数据需要在1.111ms的时间内被采集一次。由于检测元件的行数是16，则电信号需要在1.111ms时间内从相应于16行的检测元件中被读出，从而每行读出速度是0.069ms。
依据电信号的读出速度的增加，电信号的读出电路没有被在二维光敏二极管阵列检测器模块中操作。此外，不仅噪声增加，而且通过上面获得的电信号产生的断层摄影图像的图像质量也降低。换言之，布置在二维光敏二极管阵列检测器模块的基片上检测器元件的行数被限制。
发明内容
本发明被设计以解决该常规问题。本发明的目的是提供一种X射线CT装置、一种辐射检测器和用于读出辐射检测器的电信号的方法，在其中通过降低所要求的从检测元件读出电信号的读出速度，而简化了电路布局和减少了电信号的噪声。
在一方面中，为了实现该目的，本发明提供一种X射线CT装置，该装置包括用于将X射线照射目标的X射线发生单元和用于检测透射过目标的X射线的辐射检测器，其中辐射检测器包含被放置在二维位置和分离在多个读出模块中的多个检测元件、用于从在各自读出模块中的检测元件读出电信号的读出电路、用于切换从读出模块中的检测元件读出至读出电路的电信号的开关电路和开关控制电路；该开关控制电路用于控制开关电路，以使从读出模块的公共读出模块中相应的检测元件分时读出电信号至读出电路，以及使得以并行方式从至少两个检测元件读出相应的电信号至读出电路，这两个检测元件互相在不同的读出模块中。
此外，在一方面中，为了实现该目的，本发明提供一种X射线CT装置，该装置包括用于将X射线照射至目标的X射线发生单元，用于检测透射过目标的X射线的辐射检测器，和用于积累被检测至辐射检测器的X射线检测的数据的、使用模数转换器的数据采集系统，其中辐射检测器包含被放置在二维位置和被分离在多个读出模块中的多个检测元件、用于从检测元件积累电荷和从在各自读出模块的检测元件中读出电信号的积分放大器、用于从使用积分放大器读出的电信号选择输出至模数转换器的电信号的选择器、用于切换从读出模块的检测元件读出至积分放大器的电信号的开关电路和开关控制电路；该开关控制电路用于控制开关电路，以使从读出模块的公共读出模块中相应的检测元件分时读出电信号至积分放大器，以及使得以并行方式从至少两个检测元件读出相应的电信号至积分放大器，这两个检测元件互相在不同的读出模块中。
此外，在一方面中，为了实现该目的，本发明提供一种辐射检测器，该辐射检测器包括被放置在二维位置和被分离在多个读出模块中的多个检测元件、用于从在各自读出模块中的检测元件读出电信号的读出电路、用于切换从读出模块的检测元件读出至读出电路的电信号的开关电路和开关控制电路；该开关控制电路用于控制开关电路，以使从读出模块的公共读出模块中相应的检测元件分时读出电信号至读出电路，以及使得以并行方式从至少两个检测元件读出相应的电信号至读出电路，这两个检测元件互相在不同的读出模块中。
此外，在一方面中，为了实现该目的，本发明提供一种辐射检测器，该辐射检测器包括被放置在二维位置和被分离在多个读出模块中的多个检测元件、用于从检测元件积累电荷并从各自读出模块的检测元件中读出电信号的积分放大器、用于从使用积分放大器读出的电信号选择应该输出至模数转换器的电信号的选择器、用于切换从读出模块的检测元件读出至积分放大器的电信号的开关电路和开关控制电路；该开关控制电路用于控制开关电路，以使从读出模块的公共读出模块中相应的检测元件分时读出电信号至积分放大器，以及使得以并行方式从至少两个检测元件读出相应的电信号至积分放大器，这两个检测元件互相在不同的读出模块中。
此外，在一方面中，为了实现该目的，本发明提供一种用于读出辐射检测器的电信号的方法，包括将被放置在二维位置中的多个检测元件分离为多个读出模块，和使用分时从读出模块的公共读出模块中相应检测元件中读出电信号，并以并行方式从至少两个检测元件读出相应的电信号，这两个检测元件互相在不同的读出模块中。
使用如上所述的X射线CT装置、辐射检测器和用于读出辐射检测器的电信号的方法，可以通过降低所要求的从检测元件读出电信号的读出速度，简化电路布局和减少电信号的噪声。
在附图中图1是显示依据本发明第一实施例的X射线CT装置的结构图；
图2是显示图1所示的X射线CT装置20的X射线管和辐射检测器的示意图；图3是示意性显示图2所示的二维光敏二极管阵列检测器模块的斜角透视图；图4是显示图3所示的二维光敏二极管阵列检测器模块的顶视图；图5是显示图2所示的二维光敏二极管阵列检测器模块中检测元件和读出电路的连接方法的原理图；图6是显示图5所示的经积分放大器从检测元件读出电信号的时间的示意图；图7是显示行和相关于读出图5所示的从检测元件读出电信号的时间之间的关系图；图8是显示开关电路的电路结构的一个例子的示意图，该开关电路被布置在图3所示的二维光敏二极管阵列检测器模块中；图9是显示电信号的读出方向的一个例子的示意图，该电信号来自图5中所示的二维光敏二极管阵列检测器模块中的检测元件；图10是显示电信号的时间的示意图；图11是显示行和在以图9所示读出方向从检测元件读出电信号的时间之间的关系图；图12是显示依据本发明第二实施例的X射线CT装置的结构图；图13是显示如图12所示通过积分放大器从检测元件读出电信号的时间的示意图；图14是显示从辐射检测器输出至A/D转换器的电信号的顺序的图，此时图13所示的X射线CT装置使用0.5mm切片厚度采集X射线数据；图15是显示从辐射检测器输出至A/D转换器的电信号的顺序的图，此时图13所示的X射线CT装置使用1.0mm切片厚度采集X射线数据；图16是显示从辐射检测器23输出至A/D转换器的电信号的顺序的图，此时图13所示的X射线CT装置使用2.0mm切片厚度采集X射线数据；图17是显示一个常规二维光敏二极管阵列检测器模块的示意图；图18是显示图17中所示的常规二维光敏二极管阵列检测器模块的侧视图；图19是显示通过改进布线模式来形成的另一个常规二维光敏二极管阵列检测器模块的示意图；
图20是显示二维光敏二极管阵列检测器模块中检测元件和读出电路的连接方法图；图21是显示从图20中所示的常规检测元件读出电信号的时间的示意图；具体实施方式
参考附图将说明，依据本发明实施例的X射线CT装置、辐射检测器和用于读出辐射检测器的电信号的方法。
图1是显示依据本发明第一实施例的X射线CT装置的结构图。
X射线CT装置20包括台架21a、操作台21b、X射线管22、和作为X射线产生单元的辐射检测器23。通过在一侧的X射线管22和在另一侧的辐射检测器23，将操作台21b夹在其中。X射线管22面对在台架21a上的辐射检测器23。成像区域在X射线管22和辐射检测器23之间，以及目标(未显示)被设置在操作台21b上。
X射线管22连接至X射线控制/高电压产生单元24。X射线控制/高电压产生单元24具有将预定电能应用至X射线管22来控制X射线管22的功能。
操作台/台架21被连接至驱动操作台/台架控制单元25。驱动操作台/台架控制单元25具有将控制信号应用至操作台/台架21来控制操作台/台架21的功能。
具有多个检测元件的辐射检测器23包括用于切换检测元件的电信号读出的开关电路26和用于控制开关电路26的开关控制电路27。辐射检测器23被连接至数据采集系统(DAS)28，和数据存储单元29被连接至数据采集系统28。此外，数据采集系统28和数据存储单元29均被连接至图象重构单元30。
辐射检测器23通过使用检测元件和将检测的X射线作为电信号传送至数据采集系统28，而具有检测从X射线管22发射并穿过目标的X射线的功能。
数据采集系统28具有将从辐射检测器23发射的电信号转换成数字信号的功能，通过各种必要处理产生X射线检测数据的功能，将产生的X射线检测数据写入数据存储单元29的功能，以及传递X射线检测数据至图象重构单元30的功能。
图象重构单元30通过时从数据采集系统28接收的X射线检测数据或从数据存储单元29中读取的X射线检测数据执行图像重构处理，而具有产生目标图象数据的功能。
此外，数据采集系统28、数据存储单元29、图象重构单元30、驱动操作台/台架控制单元25、X射线控制/高电压产生单元24均被连接至中央处理单元(在下文中，被称作CPU)31。连接CPU31的是控制台32、图象处理单元33、图象存储单元34、和图象显示单元35。
各种程序被预先读入CPU31。此外，CPU31具有依据来自控制台32的操作信息、应用控制信号来控制驱动操作台/台架控制单元25和X射线控制/高电压产生单元24的功能；还具有接收来自数据采集系统28、数据存储单元29、图象重构单元30的图象数据或X射线检测数据来执行各种数据处理，以及然后将处理的数据记录至数据存储单元29和图象存储单元34或传递数据至图象处理单元33和图象显示单元35的功能。
图象处理单元33具有从CPU31接收图象数据来对接收数据执行各种图象处理，然后将数据记录至图象存储单元34或传递数据和在图象显示单元35上显示数据的功能。
图2是显示图1所示的X射线CT装置20中的X射线管22和辐射检测器23的示意图。图3是示意性显示图2所示的二维光敏二极管阵列检测器模块的斜角透视图。图4是显示图3所示的二维光敏二极管阵列检测器模块的顶视图。
X射线管22和辐射检测器23互相面对，并且进一步被布置在它们可以在垂直于目标的身体轴线方向(切片方向A)附近的平面上以通道方向C转动的位置。辐射检测器23包括大量沿转动方向的弧线密集布置的二维光敏二极管阵列检测器模块40。二维光敏二极管阵列检测器模块40被连接至图1所示的数据采集系统28。
在二维光敏二极管阵列检测器模块40中，多个检测元件42被布置在基片41譬如印刷电路板(在下文中，称为PCB)的通道方向C和切片方向A。图3和4显示二维光敏二极管阵列检测器模块40的例子，该模块40包括对应于切片方向A的16行的检测元件42。为了容易理解，图3和4显示的例子中，通道方向C中的检测元件42对应于四列。
检测元件42包括闪烁器43和光敏二极管44，并且具有检测X射线和将检测到的X射线转换成电信号的功能。一般地，闪烁器43的元件数量等于光敏二极管44的元件数量。闪烁器43具有将入射在检测元件42上的X射线转换成光和传递光至光敏二极管44的功能。光敏二极管44具有将从闪烁器43接收的光转换成电信号的功能。
由光敏二极管44转换的电信号需要从身体轴线方向的一个方向或两个方向采集，并引导至数据采集系统28，以便布置大量检测器模块在辐射检测器23的转动方向上。因此，光敏二极管44通过譬如引线接合45的连接装置连接至在基片41上的读出电路。
然而，当检测元件42数较大、且全部检测元件42均被一一对应地连接至数据采集系统28时，检测元件42的有效区域的大小被减小、并且其接线区域的大小被增加，从而阻止了通过引线在基片41上的安装。因而，二维光敏二极管阵列检测器模块40包括在其任意位置的开关电路26和开关控制电路27，该开关电路26用于以任意接线模式切换从检测元件42读出的电信号，该开关控制电路27用于控制该开关电路26。
通过将来自开关控制电路27的开关控制信号施加到开关电路26的控制操作，对该用于读出电信号的检测元件42进行切换。也就是说，来自该多个检测元件42的电信号是由开关电路26进行分时并导入公共度出电路。
开关控制电路27可被布置在检测器模块之外。
图5是显示在图2所示的二维光敏二极管阵列检测器模块40中的检测元件42和读出电路的连接方法的原理图。图6是显示通过图5所示积分放大器51从检测元件42读出电信号的时间的示意图。
在二维光敏二极管阵列检测器模块40中，用于对读出的电信号进行时分的目的的检测元件42被分成多个读出模块，并且检测元件42被连接至读出电路50。此外，读出电路50被连接至数据采集系统28。
读出电路50包括依据读出模块个数的多个积分放大器51和一选择器52。数据采集系统28包括A/D转换器53。在单个读出模块中的检测元件42连接至公共积分放大器51。此外，积分放大器51连接至公共选择器52，和选择器52连接至数据采集系统28的A/转换器53。积分放大器51具有放大器控制器54。
在二维光敏二极管阵列检测器模块40中，将电信号在行方向的每一列时分以用于读出操作。这里，在行方向中的一列中，检测元件42被分为多个读出模块。
参考图5，在具有与16行对应的检测元件42的二维光敏二极管阵列检测器模块40中，检测元件42在行方向上被分为四个读出模块(模块1、模块2、模块3、和模块4)，以及该被分为四个读出模块的检测元件42分别连接至四个积分放大器51(AMP1、AMP2、AMP3、和AMP4)。
从检测元件42的单个读出模块中读出的电信号可通过开关电路26进行切换。连接至该读出模块的读出电路50的积分放大器51可分别并行操作。在各个读出模块中，电信号通过开关电路26的切换操作沿行的顺序以不变的读出方向，被从检测元件42读出至积分放大器51，如图5所示。
积分放大器51存储用于放大检测元件42的电信号的电荷。预定数量的电荷被存储，然后电信号被输出至选择器52。在选择器52中，从积分放大器51接收的电信号被切换，然后顺序地输出至数据采集系统28的A/D转换器53。此外，在数据采集系统28的A/D转换器53中，从检测元件42接收的电信号顺序地被转换成数字信号，然后输出给读出电路50中的后续电路。
当电信号被从积分放大器51输出给选择器52时，放大器控制器54随时清除(初始化)存储在积分放大器51中的电荷，以另外存储电荷在积分放大器51中。因此，若存储在一个积分放大器51中的电荷被定时清除以用于将来自单一检测元件42的电荷存储在积分放大器51中，则单独检测元件42产生电信号。若存储在一个积分放大器51中的电荷被定时清除以用于将来自多个检测元件42的电荷存储在积分放大器51中，则响应于该多个检测元件42而产生一个电信号。
虽然开关电路26可被布置在每个检测元件42处，但开关电路26也可被布置在与检测元件42分离的任意位置处，并且具有切换检测元件42的功能。参考图5，为了容易理解，开关电路26一般被布置在每个检测元件42处。
图6的水平轴显示电信号的读出时间。参考图6，通过开关电路26在每一个读出模块(模块1、模块2、模块3、和模块4)顺序地切换这些行中检测元件42的电信号(1至16)，并且通过积分放大器51(AMP1、AMP2、AMP3、和AMP4)读出电信号。即，被连接至模块1中检测元件42的积分放大器51(AMP1)顺序地从包含行1、行2、行3、和行4的四行中的检测元件42读出电信号。
此外，被连接至模块2中的检测元件42的积分放大器51(AMP2)顺序地从包含行5、行6、行7、和行8的四行中的检测元件42读出电信号。前述这些也适用于模块3和模块4。
开关控制电路27施加至开关电路26的转换控制信号通过积分放大器51调整每一个读出模块的检测元件42电信号的读出时间。
由积分放大器51读出并经过后面选择器52的电信号被数据采集系统28的A/D转换器53转换成数字信号。由于A/D转换器53通常被布置到多个积分放大器51，则积分放大器51的电信号被顺序地输出至A/A转换器53。因此，积分放大器51的电信号需要经过时间延迟而输出至公共的A/D转换器53，以使A/D转换器53顺序地转换电信号为数字信号。
例如，作为模块2中第一个读出的、行5中检测元件42电信号的读出时间被设定成，在作为模块1中第一个读出的、行1中检测元件42电信号的读出时间和作为模块2中第二个读出的、行2中检测元件42电信号的读出时间之间。因而，可确保用于A/D转换器53至少读出电信号的必需时间延迟Δt。
在这种情况中，用于通过A/D转换器53至少读出电信号必需的时间延迟Δt短于用于通过积分放大器51存储电荷必需的时间t。该电荷部分地被并行存储在积分放大器51中。因而，就整个读出电路50而言，减少了电信号的读出时间。
类似地，模块3和模块4的电信号的读出时间被偏移，因此，在行方向上以如图6所示的行1、行5、行9、行13、行2、......和行16的读出顺序从如图5所示的二维光敏二极管阵列检测器模块40的列中读出电信号。
这里，存储在积分放大器51中的电荷被清除，在电信号从单一检测元件读出至积分放大器51的时间。此外，当多个相邻检测元件42的电信号被读出至积分放大器51时，存储在积分放大器51中的电荷可被清除。放大器控制器54控制用于清除存储在积分放大器51中电荷的时间，如上所述。
当多个相邻检测元件42的电信号被读出至积分放大器51、然后积分放大器51输出电信号至A/D转换器53、并且存储在积分放大器51中的电荷被清除时，电信号可以在依据切片厚度而定的时间读出。即，当在切片方向A上基于多个相邻检测元件42的电荷而产生一个电信号时，可使用依据检测元件42数的该切片厚度采集X射线检测数据。
例如，在使用0.5mm切片厚度从单一检测元件42采集X射线检测数据的情况下，电信号在将切片方向A上相邻两个检测元件42的电荷存储至积分放大器51时，被输出至A/D转换器53，并在此后清除存储在积分放大器51中的电荷，从而使用1mm切片厚度采集X射线检测数据。
图7是显示行和基于读出图5所示检测元件42电信号的时间之间的关系图。
参考图7，垂直轴显示电信号的读出时间，和水平轴显示读出电信号的检测元件42的行。检测元件42在行方向上被分成读出模块，并且以并行方式在每一个读出模块中操作。因此，用于依据时间而增加行的朝向右上直线的数量对应于读出模块的数量，如图7所示。此外，由于每一读出模块的读出时间被偏移，则直线依据该读出模块在时间方向被偏移。
图8是显示被布置在图3中所示的二维光敏二极管阵列检测器模块40中的开关电路26电路结构的一个例子的示意图。闪烁器43没有在图7中显示。
参考图7，二维光敏二极管阵列检测器模块40包括例如以二维矩阵形式布置在基片41上的多个检测元件42。参考图8，二维光敏二极管阵列检测器模块40具有在切片方向A上与16行对应的检测元件42，为了容易理解，在通道方向C上检测元件42的列数是3。
在二维光敏二极管阵列检测器模块40中，作为开关电路26的晶体管开关60被单独布置在检测元件42的光敏二极管44的输出侧。此外，检测元件42被分成为多个读出模块，例如在切片方向A上每四行的四个读出模块(模块1、模块2、模块3、和模块4)。在公共读出模块的单一列中的光敏二极管44被经晶体管开关60连接至公共信号线61，以及在单一行中的光敏二极管44的晶体管开关60被连接至公共控制线62。
控制线62被连接至开关控制电路27。开关控制电路27具有的功能为通过将开关控制信号经公共控制线62施加至形成开关电路26的晶体管开关60，在任意时间将被连接至公共控制线62的单一列中的晶体管开关60设置成激活状态。从而，开关控制信号被施加至在不同读出模块中的多个控制线62，以将在多个行和列中的开关电路26设置成激活。在不同读出模块中的晶体管开关60以并行方式被操作，以同时地读出在多个行和列中的光敏二极管44的电信号。此外，在对开关控制信号的时间进行控制操作的情况下，在公共读出模块中的光敏二极管44的电信号在行方向被分时。
布置到二维光敏二极管阵列检测器模块40的开关电路26的电路结构不限于如图8所示的电路模式，可通过组合积分器和譬如MUX(多路复用器)的开关而构造，类似于常规二维光敏二极管阵列检测器模块1。
接下来，将说明X射线CT装置的操作。
首先，目标(未显示)被安置在操作台21b。输入控制台32的操作信息传递给CPU31，预先被读入CPU31的各种程序被执行，以及控制信号被传递给驱动操作台/台架控制单元25和X射线控制/高电压发生单元24。即，CPU31的控制信号控制驱动操作台/台架控制单元25和X射线控制/高电压发生单元24，操作台21b被驱动至由控制台32设定的位置，并且从X射线管22使用X射线以设定的状态对目标进行照射。
照射目标的X射线被发射并穿过目标，并入射在图2所示的辐射检测器23的二维光敏二极管阵列检测器模块40。即，发射并穿过目标的X射线被入射至多个检测元件42的闪烁器43，如图3、4、或8所示，该检测元件42被二维布置在二维光敏二极管阵列检测器模块40的基片41的切片方向A和通道方向C。
闪烁器43转换入射X射线为光，并传递该光至光敏二极管44。光敏二极管44转换从闪烁器43接收的光为电信号。在如图8所示的二维光敏二极管阵列检测器模块40的例子中，转换的电信号被作为电荷暂时存储在光敏二极管44中。
开关控制电路27使用预定时间延迟，来将开关控制信号经控制线62传送至读出模块的读出电路50的行中的晶体管开关60。例如，开关控制电路27以模块1、模块2、模块3、和模块4的行1、行5、行9、和行13的顺序传递开关控制信号至晶体管开关60，从而将晶体管开关60设置成激活。
在这个例子中，传递给不同读出模块中晶体管开关60的开关控制信号的延迟时间被设定为用于通过A/D转换器53读出电信号必需的时间延迟Δt。
因此，电信号被以行1、行5、行9、和行13的顺序从光敏二极管44中读出。
开关控制电路27经控制线62根据预定延迟时间，将开关控制信号传送至读出模块中与电信号被读出完毕的行的相邻行中的晶体管开关60，即，行2、行6、行10、和行14中的晶体管开关60。
在这个例子中，传递给公共读出模块中晶体管开关60的开关控制信号的延迟时间可被设定为用于存储电荷在积分放大器51中所必需的全部时间t。
此外，在通过开关控制电路27的开关控制信号对晶体管开关60的控制操作下，在读出模块中的晶体管开关60被并行操作。从而电信号被从光敏二极管44以图6所示读出顺序读出至积分放大器51。即，时分电信号被从公共读出模块的光敏二极管44中经信号线61顺序读出至积分放大器51。并且电信号根据读出时间的偏移部分并行地从不同读出模块中的光二极管44经信号线61读出至积分放大器51。
也就是说，四个积分放大器51(AMPs)共用和读出对应于16行的光敏二极管44的电信号。因此，对应于一个积分器51(AMP)的4行的数据可被一次采集。若辐射检测器23每秒采集900次数据，则对应于一次的数据需要在1.111ms的时间里被采集。因而，对于一个积分放大器51(AMP)，电信号需要在1.111ms的时间里从对应于4行的检测元件42中读出，以及读出速度是0.069ms每行。
也就是说，具有如图5或8所示的二维光敏二极管阵列检测器模块40的辐射检测器23具有作为X射线检测信号的电信号的读出速度，该速度与具有常规的二维光敏二极管阵列检测器模块1、1A的辐射检测器的电信号读出速度相比是减小的。
在具有如图5或8所示的二维光敏二极管阵列检测器模块40的辐射检测器23中，公共读出模块的多个光敏二极管44经晶体管开关60连接多个公共信号线61。从而，减少了信号线61的数量，抑制了检测元件42的有效区域的减少和引线区域的增加，并且简化了在基片上的安装和引线。因此，减小了电信号的噪声。
如上所述，在晶体管开关60的控制操作下从光敏二极管44读出的电信号，被传递给使用引线结合45布置在基片41上的读出电路50的积分放大器51。
积分放大器51存储从读出模块的光敏二极管44读出的电信号的电荷。通过选择器52的操作，积分放大器51将电信号顺序地输出至图1中所示数据采集系统28的A/D转换器53，该电信号是作为X射线检测信号以预定读出顺序从辐射检测器23输出的。
在数据采集系统28中，A/D转换器53转换从辐射检测器23接收到的电信号为数字信号，并由各种必需的处理操作产生X射线检测数据。通过在转动平面上一个周期(大约180°或大约360°)的转动来采集X射线检测数据。采集的X射线检测数据被写入和存储到数据存储单元29。
此外，图象重构单元30从数据采集系统28接收X射线检测数据，或从数据存储单元29读出X射线检测数据，然后执行图象重构处理，从而重构目标的图象数据。重构的图象数据被传递给CPU31，从而CPU31实施图象数据的各种数据处理操作，并将数据记录至图像存储单元34。若需要，图象处理单元33对图象数据实施各种成像处理。
显示目标断层摄影图像的最终产生的图象数据被传递和显示在图像显示单元35。通过减少在辐射检测器23中的信号线61的数量和简化在基片41上的安装以减少图象质量的劣化，从而减少了在用于产生图象数据的电信号中的噪声。
接下来，说明依据改良实施例的X射线CT装置20。
参考图6，在二维光敏二极管阵列检测器模块40中，其中检测元件42如图5所示通过用于每一个读出模块的开关电路26而被连接至公共积分放大器51，来自读出模块的检测元件42的电信号的读出顺序具有相同的行序，即，来自较接近积分放大器51的行的电信号被优先读出，并且在来自相邻行的检测元件42的电信号的读出时间之间有一个长时间延迟。
例如，当与16行对应的检测元件42被分成为用于4行的四个读出模块(模块1、模块2、模块3、和模块4)时，在读出模块中首先读出的行1、行5、行9、和行13的读出时间与在读出模块中最后读出的行4、行8、行12、和行16的读出时间之间的时间延迟，是对应于近似一个视图的时间(1.111ms)。
因此，相邻行(行4和5、行8和9、以及行12和13)的读出时间偏移了近乎一个采样周期。这样，由于从通过上述采样获得的电信号产生图像数据，从而降低图像质量是很危险的。
为了解决上述问题，在单一读出模块的行中，检测元件42的电信号的读出方向，即读出顺序，可被调整以减少与相邻行的检测元件42的电信号读出时间之间的差异。开关控制电路27可具有改变被传递给开关电路26的开关控制信号顺序的功能，以执行上述调整。
图9是显示电信号的读出方向的一个例子的示意图，该电信号来自图5中所示的二维光敏二极管阵列检测器模块40中的检测元件42。
参考图9，电信号的读出方向可根据开关控制电路27传递给开关电路26的开关控制信号被控制，以反转在相邻读出模块中的电信号的读出方向。例如，电信号以模块1中行1、行2、行3、和行4的顺序被读出，并且电信号以与模块1相邻的模块2中行8、行7、行6、和行5的顺序被读出，即，模块1中电信号读出方向的相反方向。
图10是显示由图9所示的积分放大器51从检测元件42读出电信号的时间的示意图。
参考图10，水平轴显示电信号的读出时间。作为读出目标的行和读出时间的关系，以及读出行的顺序，基于以图9所示读出方向从读出模块中各行的检测元件读出电信号而显示在图10中。
即，积分放大器51(AMP1)以行1、行2、行3、和行4的顺序读出模块1的电信号。积分放大器51(AMP2)以行8、行7、行6、和行5的顺序读出模块2的电信号。同样地，积分放大器51(AMP3和AMP4)分别地以与模块1相同的方向读出模块3的电信号，以与模块2相同的方向读出模块4的电信号。
在读出模块中电信号的读出时间被相互地偏移，从而将读出电信号的操作设置成以模块1、模块2、模块3、和模块4的顺序并行操作。因此，在图9中所示的二维光敏二极管阵列检测器模块40的列中在行方向读出电信号的顺序是行1、行8、行9、行16、行2、...、行16，如图10所示。具体地，与在模块1中最后出的行4相邻的下一个读出行是模块2中的行5，与在模块2中首先读出的行8相邻的下一个读出行是模块3中的行9，以及与在模块3中最后读出的行12相邻的下一个读出行是模块4中的行13。
即，为了减少在从相邻行读出电信号的读出时间之间的时间延迟，电信号的读出顺序或读出方向由从开关控制电路27传递给开关电路26的开关控制信号控制。
图11是显示在以图9所示读出方向读出检测元件42的电信号的行和时间之间的关系图。
参考图11，垂直轴显示电信号的读出时间，和水平轴显示读出电信号的检测元件42的行。检测元件42被分为在行方向的读出模块，并在读出方向上依赖于相邻读出模块的变化而以并行方式操作。如图11所示，依据时间增加行数的向右上的直线和依据时间减少行数的向左上的直线交替布置，向右上的直线数和向左上的直线数之和就是读出模块数。由于每个读出模块的读出时间被偏移，因此，直线也依据读出模块而在时间方向上被偏移。
上面读出的电信号被施加至数据采集系统28并转换成电信号，以产生X射线检测数据。此外，图像图构单元30实施数据的图象重构处理，从而重构图象数据。在这个例子中，相邻行中的辐射检测器23的检测元件42的电信号被使用短时间延迟读出，并被用作重构图象数据的X射线检测数据。因此，抑制了图象数据的图象质量的恶化。
使用上述X射线CT装置20和辐射检测器23，降低了对从控测元件42读出电信号的读出速度的要求，从而简化了电路设计和减小了电信号的噪声。
即，将开关电路26布置到二维布置在辐射检测器23中的检测元件42，检测元件42在行方向上分为读出模块，开关电路26以并行方式工作于不同读出模块之间，从而以并行方式读出电信号。开关电路26在相同读出模块中时分电信号，并顺序读出电信号。这样，用于电信号读出的信号线61的数量被减少，作为积分放大器51之一的读出目标的检测元件42的数量被减少。从而降低了用于电信号读出的读出电路50的工作速度。
因此，简化了辐射检测器23的电路设计，以及减小了电信号的噪声。并且降低了电信号读出的速度，从而缓解了物理限制。二维光敏二极管阵列检测器模块40和检测元件42可被密集布置，从而可经信号线61连接至后级的数据采集系统28。
在这个例子中，没有在二维光敏二极管阵列检测器模块40中布置任何特定计算电路比如积分器，而仅仅开关电路26的控制时间可被调整，从而实施各种处理操作包含电信号读出时间和读出顺序的简单模拟调整、以及从检测元件42读出的电信号的其他处理。与之相反，通过在检测元件42附近布置电荷/电压转换电路譬如积分器，减少了电路间隙，提高了响应速度，改善了噪声性能。
通过变化每个读出模块电信号的读出方向，减少了相邻行检测元件42的电信号读出时间之间的时间延迟，从而抑制了图象数据的图象质量恶化。
图12是显示依据本发明第二实施例的X射线CT装置的结构图。
参考图12，X射线CT装置20A不同于图1所示的X射线CT装置20，表现在检测元件42的数量、积分放大器51的数量和检测元件42的读出模块的划分方法上。其他结构和操作与图1所示的X射线CT装置20基本上相同。因此，只有检测元件42、积分放大器51和相关部件被显示，相同参考数字表示相同部件，其说明被省略。
X射线CT装置20A的辐射检测器23包括具被二维布置的检测元件42(480行×24列)的二维光敏二极管阵列检测器模块40。参考图12，考虑单一列。
检测元件42被在切片方向A上分为多个例如两个A/D转换模块。该A/D转换模块中的检测元件42被分为多个例如四个读出模块(模块1、模块2、模块3、和模块4)。该读出模块不仅包含在切片方向A上的相邻检测元件42的组，还包含有在切片方向A上的不相邻检测元件42的组。因此，检测元件42被分为总共8个读出模块。
参考图12，四个相邻检测元件42被设置为一个元件组，相邻的元件组被顺序设置为四个不同读出模块。包括四个相邻检测元件42的间隔的元件组被包含在公共读出模块中。
读出模块中的检测元件42通过开关电路26被切换连接至公共积分放大器51。因而，积分放大器51的数量等于读出模块的数量。此外，被连接至在A/D转换模块中检测元件42的积分放大器51经公共选择器52被切换连接至一个公共A/D转换器53。类似地，被连接至另一个A/D转换模块中检测元件42的积分放大器51经公共选择器52被切换连接至另一个公共A/D转换器53。
积分放大器51具有在任意时刻清除存储在积分放大器51中的电荷的放大器控制器54。
在X射线CT装置20A中，从一个A/D转换块中的检测元件42读出至积分放大器51的电信号读出方向，与从另一个A/D转换模块中的检测元件42读出至积分放大器51的电信号读出方向相反。
图13是显示从图9所示的积分放大器51中的检测元件42读出电信号的时间的示意图。
在图13中，水平轴表示时间。参考图13，在通过积分放大器51从A/D转换模块中的检测元件42读出电信号。公共读出模块的电信号被时分和读出。然而，不同读出模块的电信号被以并行方式读出。通过积分放大器51A/D转换块中的检测元件42中读出的电信号被设定为相应于A/D转换器53的读出时间的时间延迟Δt。在另一方面，因电信号被输出至单独的A/D转换器53，所以通过积分放大器51从不同A/D转换模块中的检测元件42读出的电信号不被设定为时间延迟Δt。
此外，从不同A/D转换模块中的检测元件42读出电信号的方向互相相反，以减少在X射线检测数据中引起的时间延迟，该X射线检测数据通过在不同A/D转换模块中相邻布置的检测元件42(特别地，在第241行和第240行中的检测元件42)获得。
在X射线CT装置20A中，布置了多个A/D转换器53，检测元件42在切片方向A上分为A/D转换模块，以及该检测元件42又进一步分为多个读出模块。从而，积分放大器51能从每一个A/D转换模块和每一个读出模块中以互相并行的方式读出检测元件42的电信号。与图1所示的X射线CT装置20类似，可使用较短时间从具有大量行的实际的二维光敏二极管阵列检测器模块40读出电信号。
与图1中所示的X射线CT装置20类似，在X射线CT装置20A中，在通过放大器控制器54用于清除存储在积分放大器51中电荷的定时控制操作下，辐射检测器23依据切片厚度采集X射线检测数据。
图14是显示从辐射检测器23输出至A/D转换器53的电信号的顺序的图，此时图13所示的X射线CT装置20A使用0.5mm厚切片采集X射线数据。图15是显示从辐射检测器23输出至A/D转换器53的电信号的顺序图，此时图13所示的X射线CT装置20A使用1.0mm厚切片采集X射线数据。图16是显示从辐射检测器23输出至A/D转换器53的电信号的顺序图，此时图13所示的X射线CT装置20A使用2.0mm厚切片采集X射线数据。
切片厚度被设定作为扫描条件。依据这个设定的切片厚度，对各个检测元件、积分放大器51、选择器52等的控制顺序将被改变。
参考图14、15和16，方格表示检测元件42，方格中的参考数字表示输出至A/D转换器53的电信号顺序。图14、15、和16是显示(480行×24列)的检测元件42的二维布置的示意图。现假定，单一检测元件42检测使用0.5mm厚切片的X射线数据。
参考图14，在通过开关电路26切换将电荷施加至积分放大器51的检测元件42，积分放大器51在各个时间顺序输出电信号至A/D转换器53，并且放大器控制器54清除存储在积分放大器51中的电荷。从而，A/D转换器53顺序读出等于从各个检测元件积累的电荷总值的电信号。因此，通过以如图14所示的时间和顺序输出电信号至A/D转换器53，而使用0.5mm厚切片采集X射线数据。
参考图15，通过开关电路26每次切换两次将电荷施加至积分放大器51的检测元件42，积分放大器51顺序输出电信号至A/D转换器53。然后，通过使用放大器控制器54清除存储在积分放大器51中的电荷，A/D转换器53顺序读出一个等于在切片方向A上两个相邻检测元件积累的电荷总值的电信号。因此，通过以图15所示的时间和顺序输出电信号至A/D转换器53，使用1mm厚切片采集X射线检测数据。
类似地，参考图16，通过开关电路26每次切换两次将电荷施加至积分放大器51的检测元件42，积分放大器51顺序输出电信号至A/D转换器53。然后，通过使用放大器控制器54清除存储在积分放大器51中的电荷，A/D转换器53顺序读出一个等于在切片方向A四个相邻检测元件的电荷总值的电信号。因此，通过以图15所示的时间和顺序输出电信号至A/D转换器53，使用2mm厚切片采集X射线检测数据。
在使用1mm或2mm厚切片采集X射线检测数据的情况下，从检测元件42至积分放大器51的读出电信号的顺序与图15所示的读出顺序相同。
通过调整输出至A/D转换器的电信号的定时，可容易地使用理想的切片厚度采集X射线检测数据。
在依据第一和第二实施例的X射线CT装置20和X射线CT装置20A中，检测元件42可包含存储电荷的第一存储元件和第二存储元件，以降低积分放大器51从切片方向A上的相邻检测元件42读出电信号的时间延迟。在第一存储元件暂时存储电荷后，同时或具有一个短时间延迟地，电荷被从第一存储元件传递至第二存储元件，并且积分放大器51从第二存储元件中读出电信号。
此外，在依据第二实施例的X射线CT装置20A中，积分放大器51读出电信号的方向被改变为与每个A/D转换模块相反。另外，电信号的读出方向可被改变为与每个相邻读出模块相反，以使在读出模块的至少一个边界附近的电信号的读出时间变得互相接近。上述读出方向使X射线检测数据的采集在切片方向上具有较短的时间延迟。
权利要求
1.一种X射线CT装置，包括X射线发生单元，用于将X射线照射至目标；和辐射检测器，用于检测透射过目标的X射线；其中辐射检测器包含多个检测元件，被放置成二维位置以及分离成多个读出模块；读出电路，用于从在各个读出模块中的检测元件读出电信号；开关电路，用于切换从读出电路中的检测元件读出至读出电路的电信号；和开关控制电路，用于控制开关电路，以使得从读出模块的公共读出模块中相应的检测元件分时读出电信号至读出电路，以及使得以并行方式从至少两个检测元件读出相应的电信号至读出电路，这两个检测元件彼此在不同的读出模块中。
2.依据权利要求1的X射线CT装置，其中辐射检测器配置成通过控制开关电路，使在每个读出模块中的分时电信号读出顺序是可变的。
3.依据权利要求1的X射线CT装置，其中开关电路配置有晶体管开关，该晶体管开关是分离的和二维布置在包含于检测元件中的光敏二极管的输出侧的。
4.依据权利要求1的X射线CT装置，其中开关控制电路被配置成，改变在每个读出模块中分时电信号的读出方向，以使至少两个分时电信号的读出时间变得互相靠近，该两个电信号在读出模块的至少一个边界附近。
5.依据权利要求1的X射线CT装置，其中读出电路被配置成，依据作为扫描条件而设置的切片厚度在某一时刻读出分时电信号。
6.依据权利要求1的X射线CT装置，其中至少一个读出模块包含第一检测元件组，包含属于相邻行的一些检测元件；和第二检测元件组，包含属于其他相邻行的其他检测元件，该第二检测元件组与第一检测元件组分离。
7.一种X射线CT装置，包括X射线发生单元，用于将X射线照射至目标；辐射检测器，用于检测透射过目标的X射线；和数据采集系统，用于积累被检测至辐射检测器的X射线检测数据；其中辐射检测器包含多个检测元件，被放置成二维位置以及分离成多个读出模块；积分放大器，用于从检测元件积累电荷和从各个读出模块的检测元件中读出电信号；选择器，用于从使用积分放大器读出的电信号中选择电信号输出至模数转换器；开关电路，用于切换从读出模块的检测元件读出至积分放大器的电信号；和开关控制电路，用于控制开关电路，以使得从读出模块的公共读出模块中相应的检测元件分时读出电信号至积分放大器，以及使得以并行方式从至少两个检测元件读出相应的电信号至积分放大器，这两个检测元件彼此在不同的读出模块中。
8.一种辐射检测器，包括多个检测元件，被放置成二维位置以及分离成多个读出模块；读出电路，用于从在各个读出模块中的检测元件读出电信号；开关电路，用于切换从读出模块的检测元件读出至读出电路的电信号；和开关控制电路，用于控制开关电路，以使得从读出模块的公共读出模块中相应的检测元件分时读出电信号至读出电路，以及使得以并行方式从至少两个检测元件读出相应的电信号至读出电路，这两个检测元件彼此在不同的读出模块中。
9.一种辐射检测器，包括多个检测元件，被放置成二维位置以及分离成多个读出模块；积分放大器，用于从检测元件积累电荷和从各个读出模块的检测元件中读出电信号；选择器，用于从积分放大器读出的电信号中选择应该输出至模数转换器的电信号；开关电路，用于切换从读出模块的检测元件读出至积分放大器的电信号；和开关控制电路，用于控制开关电路，以使得从读出模块的公共读出模块中相应的检测元件分时读出电信号至积分放大器，以及使得以并行方式从至少两个检测元件读出相应的电信号至积分放大器，这两个检测元件彼此在不同的读出模块中。
10.一种用于读出辐射检测器的电信号的方法，包括将放置于二维位置中的多个检测元件分离为多个读出模块；和分时从读出模块的公共读出模块中的相应检测元件中读出电信号，并以并行方式从至少两个检测元件读出相应的电信号，这两个检测元件彼此在不同的读出模块中。
全文摘要
一种X射线CT装置20，包括X射线发生单元22和辐射检测器23。辐射检测器23包含被放置在二维位置并被分离在多个读出模块中的多个检测元件、用于从在各个读出模块中的检测元件读出电信号的读出电路、用于切换从读出模块中的检测元件读出至读出电路的电信号的开关电路26、和开关控制电路27；该开关控制电路27用于控制开关电路26，以使从读出模块的公共读出模块中相应的检测元件分时地读出电信号至读出电路，以及使得以并行方式从至少两个检测元件读出相应的电信号至读出电路，二者彼此在不同的读出模块中。
文档编号A61B6/03GK1698542SQ20051008171
公开日2005年11月23日 申请日期2005年5月11日 优先权日2004年5月11日
发明者宮崎博明, 荒馆博 申请人:株式会社东芝, 东芝医疗系统株式会社