CN104854475B - 具有脉冲整形器的探测器 - Google Patents
具有脉冲整形器的探测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104854475B CN104854475B CN201380065205.1A CN201380065205A CN104854475B CN 104854475 B CN104854475 B CN 104854475B CN 201380065205 A CN201380065205 A CN 201380065205A CN 104854475 B CN104854475 B CN 104854475B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photon
- signal
- flux
- detector cells
- estimation device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 80
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 75
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 29
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 11
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 8
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 3
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 11
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 11
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 10
- 238000012549 training Methods 0.000 description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000001769 paralizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/17—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/17—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
- G01T1/171—Compensation of dead-time counting losses
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
- G01N23/043—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using fluoroscopic examination, with visual observation or video transmission of fluoroscopic images
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于探测入射辐射的光子的探测器单元(100)。所述探测器单元(100)包括信号处理电路(40、50、60)，所述信号处理电路用于生成取决于当前探测到的光子(X)的能量和至少一个处理参数(Rf)的信号(V0)。此外，所述探测器单元包括通量估计器(70)，所述通量估计器用于估计光子的通量并且用于基于估计出的所述通量来调节所述处理参数(Rf)。所述通量估计器(70)接收来自处理阶段的输入(V1)，根据所述处理阶段的输入来估计光子的通量，所述处理阶段独立于所述信号处理电路(40、50、60)的输出。在优选实施例中，所述信号处理电路是整形器(40)或包括整形器(40)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于探测入射辐射(尤其是X辐射)的光子的探测器单元，所述探测器单元包括用于生成取决于光子能量的信号的信号处理电路。此外，本发明还涉及一种辐射探测器和一种用于生成目标的图像的成像装置，以及一种用于处理指示探测到的光子的电信号的方法。
背景技术
US 2007/0098139公开了一种用于对X射线光子进行能量解析计数的方法和系统。所述系统包括：电荷放大器，在所述电荷放大器中，对应于探测到的光子的电荷信号被放大；信号整形器，在所述信号整形器中，对应于所述电荷信号的脉冲被生成；能量水平鉴别器，在所述能量水平鉴别器中，所述脉冲关于光子能量而被鉴别；以及计数器，其用于对探测到并且鉴别出的脉冲的数量进行计数。此外，所述系统包括控制器，所述控制器接收所述计数器的输出并且基于该光子计数反馈来调节所述信号整形器的整形时间。
DE 10 2007 033671 A1公开了一种自适应数据采集电路，所述自适应数据采集电路包括：放大器，其用于放大由辐射探测器生成的电脉冲；以及数字逻辑电路，其用于确定指示脉冲率和在经放大的电脉冲中存在的能量的量的脉冲参数，并且用于生成响应于脉冲参数的控制信号以用于控制数据采集电路的操作参数。
WO 2009/050619 A2公开了一种粒子计数装置，所述粒子计数装置包括电荷敏感放大器和整形器，所述整形器生成用于后续的鉴别电路的输出。
发明内容
具有允许在大的动态范围的通量水平上对辐射(尤其是X辐射)的经改进的探测的手段是有利的。
该目标是通过根据权利要求1所述的探测器单元、根据权利要求8所述的辐射探测器、以及根据权利要求9所述的成像装置来解决。在从属权利要求中公开了优选实施例。
根据第一方面，以上提及的关心的问题是通过用于探测入射辐射(尤其是X射线或伽马光子)的光子的探测器单元来解决的。所述探测器单元包括以下部件：
-信号处理电路，其用于生成信号，所述信号取决于当前探测到的光子(其对所述信号做出贡献)的能量和对所述信号处理电路是固有的并且在下文中将被称为“处理参数”的至少一个参数。
-通量估计器，其用于估计光子的通量，并且用于基于估计出的所述通量来调节所述信号处理电路的前述处理参数。其中，所述通量估计器接收来自处理阶段的通量估计器输入信号(根据所述输入信号来估计光子的通量)，所述处理阶段独立于所述信号处理电路的输出。
所述探测器单元将典型地包括以上未明确提及的其他部件，这是因为在本发明的背景中对所述其他部件的实现不是必须的，例如，用于将入射光子转换成电信号的部件、或者用于评估所生成的信号的部件。
通常，“光子的通量”被定义为每单位时间入射光子的数量(例如以每秒计数(cps)来测量的)。
“独立于所述信号处理电路的输出的处理阶段”可以是所述信号处理电路内的处理阶段，尽管其优选地是相对于信号流位于所述信号处理电路前方的处理阶段。此外，该独立性通常仅是单向的，即所述处理阶段(有原因地)独立于所述信号处理电路的输出，但是并非反之亦然。
所描述的探测器单元具有允许在大范围的通量水平上对入射光子的准确探测的优势，这是因为目前的光子的通量被估计并且被用于调节对表示探测到的光子的电信号的处理。因此，该处理可以总是被保持在最优范围中，允许例如在低通量水平和高通量水平两者处对光子能量的准确探测。该调节的准确度尤其高，这是因为对目前光子通量的估计独立于所述信号处理电路的输出。在US 2007/0098139 A1中，根据计数器的输出来确定通量，并且基于先前事件，仅可以做出相对于未来的源于通量变化的调整。与此相比，所描述的探测器单元允许对处理参数的调节，所述处理参数被用于处理当前探测到的光子，其中，可以已经考虑了所述光子对通量的贡献。因此，对在投影内的通量的变化做出反应是可能的。在极端情况下，探测到的光子可以经由所述光子对所估计的通量的贡献而影响所述光子本身由所述信号处理电路的处理。
根据所述探测器单元的一个具体实施例，所述通量估计器的输入端(接收根据其估计通量的信号)被连接到生成指示积分的探测到的光子能量的信号的积分通道。通常将以时间加权的方式来完成对探测到的光子能量的(时间)积分，其中，较近的事件被给出比较早的事件更高的加权。典型地，积分时间段被局限到某个给定的时间窗。所述积分通道的信号提供辐射强度(即每单位时间沉积的能量的)的某种移动平均值，如果由光子承载的平均能量是已知的，则可以从所述辐射强度的移动平均值导出光子通量。
前述实施例特别适于与探测器单元相结合，在所述探测器单元中，积分通道已经是可用的，所述积分通道平行于包括所述信号处理电路和所述通量估计器的通道。所述积分通道特别可以从相同和/或从不同的光子探测事件，而不是由所述信号处理电路处理的那些事件，导出所述积分通道的信号(即积分通道可以处理与所述信号处理电路相同的(一个或多个)像素的信号和/或除所述信号处理电路之外的(一个或多个)其他像素的信号)。
根据另一实施例，所述通量估计器的输入端(接收根据其估计通量的信号)和所述信号处理电路的输入端可以被连接到公共信号源。这意味着所述通量估计器和所述信号处理电路被直接或间接地(即经由中间部件)提供有相同的输入信号。因此，由入射光子生成的信号由所述通量估计器和所述信号处理电路并行地处理。
所述通量估计器包括用于对输入特别是指示探测到的光子的电信号的(时间)积分的积分器。所述积分可以优选地对应于对表示探测到的光子的输入信号的加权时间总和。
所述探测器单元包括转换单元，入射光子在所述转换单元中被转换成电荷信号。这特别可以是包括适当的转换器材料(例如CdTe、CZT)的直接转换单元，所述直接转换单元将入射光子直接转换成所述材料的相应的导带价带中的电子-空穴对。备选地，所述转换单元可以包括闪烁体，入射(X射线或伽马)光子在所述闪烁体中被转换成可以被例如光电二极管探测到的具有较低能量的光子。
前述的探测器单元还包括电荷敏感放大器，所述电荷敏感放大器用于接收和放大其转换单元的输出。所述转换单元和/或所述电荷敏感放大器的输出是公共信号源的范例，在以上提及的所述探测器单元的实施例中，所述通量估计器和所述信号处理电路都可以被连接到所述公共信号源。
在所述探测器单元中，所述信号处理电路包括整形器，所述整形器用于生成具有由当前探测到的光子(所述光子触发所述脉冲)的能量和所述处理参数(即如果存在若干处理参数，则为所述处理参数中的至少一个)确定的形状的电脉冲。在下文中，所述整形器的所述处理参数也被称为“形状参数”。通过调整所述形状参数，所述通量估计器可以总是将脉冲形状保持在用于处理的最优范围中，允许例如在低通量水平(使用较长的脉冲)和高通量水平(使用较短的脉冲)两者处对光子能量的准确探测。在许多实施例中，信号处理电路可以只包括整形器(即术语“信号处理电路”可以被这些实施例的“整形器”替换)。
所述整形器包括具有反馈路径的放大器，所述放大器包括电阻器和/或电容器。具有这样的元件的整形器例如是根据WO 2009/133481 A2已知的，通过引用将其并入本申请。
所述通量估计器能够调整所述放大器的所述反馈路径中的所述电阻器和/或所述电容器。如果电阻器例如是由晶体管实现，则所述晶体管的门极可以被反馈估计器控制。这提供了简单并且快速的手段，所述通量估计器可以经由所述手段来控制所述整形器的必要的处理参数。
在另一实施例中，所述信号处理单元可以包括具有可变增益放大器的(额外的)放大阶段，所述可变增益放大器用于放大整形器(例如以上提及的种类的整形器)的输出。那么，该放大器的增益可以是可以由所述通量估计器调节的处理参数。因此，例如，如果整形器的输出水平由于增加的通量水平而减小，则可能恢复整形器的输出水平。
所述探测器单元还可以包括鉴别器的集合，其中，每个鉴别器可以根据由所述信号表示的光子的能量来对信号进行鉴别(分类)。所述鉴别器特别可以被耦合到以上提及的整形器的输出端，其中，每个鉴别器可以鉴别由所述整形器生成的每个脉冲。这允许对入射辐射的能量解析探测。
在前述实施例的进一步发展中，所述通量估计器还适于调节所述鉴别器中的至少一个的至少一个操作参数(所述鉴别器因此是“信号处理电路”的部分，并且所述操作参数是“处理参数”的范例)。所述通量估计器例如可以适于特别以随着通量增加而减低鉴别器的阈值的方式来调节所述阈值。这可以抵消随通量水平的增加的脉冲高度的减小。
探测器单元还可以任选地包括至少一个计数器，所述至少一个计数器用于对由所述整形器生成的脉冲进行计数，因此允许对光子计数探测方案的实现。该实施例特别可以与前述的实施例组合，产生能量解析的光子计数探测。所述计数器可以任选地被认为是或不是所述信号处理电路的部分。
在第二方面中，现有技术所关心的问题是由包括以上描述的种类的探测器单元的阵列的辐射探测器来解决的。在这种背景中，术语“阵列”应当指代单元的任意的一维、二维或三维布置。最优选地，所述辐射探测器包括规则布置的探测器单元的二维阵列，每个单元对应于可以利用辐射探测器生成的投影图像的“像素”。
在前述的辐射探测器中，所述探测器单元每个可以具有它们自己的信号处理电路和相关联的通量估计器。额外地或备选地，可以存在共享信号处理电路，或更优选地共享通量估计器的至少两个探测器单元。
在第三方面中，现有技术所关心的问题是由用于生成目标(例如患者的身体部分、一件行李等)的图像的成像装置来解决的。所述成像装置包括以下部件：
-辐射源，其用于发出朝向所述目标的辐射。
-以上描述的种类的探测器单元，其用于探测所述辐射(典型地在所述辐射经过所述目标之后)。
如以上所解释的，探测器单元将包括：信号处理电路，其用于生成由当前探测到的光子的能量和至少一个处理参数确定的信号；以及通量估计器，其用于估计光子的通量并用于基于估计出的所述通量来调节处理参数，其中，所述通量估计器接收来自处理阶段的所述通量估计器的输入，所述处理阶段独立于所述信号处理电路的输出。
辐射源特别可以是X射线源，所述X射线源允许对目标的X射线投影的生成。此外，成像装置特别可以被设计为计算机断层摄影(CT)装置或扫描器，在所述计算机断层摄影(CT)装置或扫描器中，从不同的视角来生成所述目标的投影图像，所述目标的投影图像允许对目标的分段图像或体积图像的重建。最优选地，成像装置可以是光子计数光谱(即能量解析)CT扫描器。
在第四方面中，现有技术的问题是由一种用于处理指示探测到的光子的电信号的方法来解决的，所述方法包括以下步骤：
a)生成取决于当前探测测到的光子的能量和至少一个处理参数的信号。
b)基于独立于前述生成的信号的信号来估计光子的通量。
c)基于估计出的所述通量来调节处理参数。
所述方法的步骤a)和步骤b)通常被并行运行。最优选地，步骤b)和步骤c)在步骤a)之前被运行(针对给定的探测到的光子)。
所述方法，所述成像装置、所述辐射探测器、以及所述探测器单元是对相同的发明概念的不同实现方式，即对基于对光子通量的估计来对信号处理电路的处理参数的调节的不同实现方式。针对这些实现方式中的一个提供的解释和定义因此对于其他实现方式也是有效的。
附图说明
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的，并且将参考下文描述的实施例对本发明的这些和其他方面进行说明。
在附图中：
图1示出了根据本发明的实施例的探测器单元的电路图；
图2示出了在峰值时间对整形器电路的通量的依赖关系。
具体实施方式
光谱性能的高速率和相关的退化是能量鉴别、光子计数光谱CT的主要障碍之一。如CdTe或CZT的室温半导体探测器的当前读出电子器件必须找到速率性能与能量鉴别之间的折衷。在高速率处，脉冲典型地趋向于交叠并且整形器输出中的对应的复杂变化绘制对所述处理的说明，并且退一步讲尤其是测得的速率的准确度预测。更重要的是，当然，堆积严重地危害测量碰撞光子的能量的可能性。因此，期望同时改进在低通量方案中的能量性能和在高通量方案中的速率性能两者。
在每个光子计数电子器件的设计中，必须做出关于速率性能与能量鉴别性能之间的平衡的重要选择。整形电路的带宽可以典型地被最终控制速率性能和能量性能两者的反馈电阻器和电容器来控制。针对那些电阻器和电容器的值的特定选择将引起整形器输出到来自半导体传感器的输入的特定上升时间。脉冲上升越快(脉冲被整形地越快)，整形器输出将越快地回到基线处并为下一脉冲做好准备。因此，快速整形器显然实现了对较高速率的处理。然而，较快的整形也带来一个缺点：由于电荷敏感放大器的输出具有相对缓慢地降低的尾部，因此较快的整形器随着整形时间变得越来越短将趋向于产生具有越来越少地指示传感器中沉积的真实电荷(以及因此越来越少地指示所沉积的能量)的脉冲高度的脉冲。该“弹道亏损”典型地导致对所沉积的能量的过低估计。该效果随着能量增加，使得总体效果在入射能量与测得的光峰值的脉冲高度之间的非线性关系中将是明显的。只要探测器性能保持为可重复的，该效果就可以在一定程度上被对能量标度的校准考虑。
以上提及的对整形时间的具体选择的效果是两个突出的效果，但是还存在如噪声性能和饱和度水平性能的其他效果。然而，它们最佳地图示折衷的必要性和将探测器参数调谐到具体应用的需要。
实质上，对于光谱CT应用，探测器的整形时间由在高速率处所期望的性能来立即确定。例如，在飞利浦专利产品ChromAIX ASIC中，大约10ns的峰值时间被投入到设计中，以容纳大约36Mcps的输入速率和对应大约13Mcps的输出计数速率和通道。因此，整形时间由速率性能来确定。在用于图像相关的所有通道中的至少95％的CT扫描中，则重建容易遭受比确定ChromAIX设计的速率低很多的速率，这是由于领结滤波器的组合衰减并且对于患者更加重要。因此，对于应用CT，大多数通道对它们的脉冲整形快于具有所描述的高的弹道亏损的结果的必要和在光谱性能中的不必要的损失。
另一方面，针对经受非常高的速率的非常少的通道，弹道亏损不是主要关心的问题。在该方案中，速率性能在其极限处，并且能量鉴别通过堆积而非弹道亏损劣化最严重。因此，在该方案中，由于减小的堆积并且尽管有较高的弹道亏损，甚至快于所设计的10ns的峰值时间将有益于速率性能，并且很可能也改进能量性能。
受以上两种极端情况激发，提出针对每个通道独立地将处理参数(例如整形时间)动态调整到局部的当前通量水平。
图1示出了根据以上原理的实施例的探测器单元100的电路图。探测器单元100是较大的辐射探测器的单个单元或“像素”，所述较大的辐射探测器通常包括以二维阵列布置的数千个这样的探测器单元100，以用于生成目标(未示出)的投影图像。在WO 2009/133481A2中可以找到关于CT扫描器中的这样的辐射探测器及其积分的更多细节。
探测器单元100包括(直接)转换单元10，入射X射线光子X在所述转换单元10中被转换成电荷信号。转换单元10仅由其等效电路示意性地表示，所述等效电路包括并联到电容器CS的电流源11。
转换单元10的电荷信号被提供到预处理单元20的电荷敏感放大器(CSA)21的负输入端。所述放大器21的正输入端被连接到质量，并且放大器21的输出电压V1经由电阻器R1和电容器C1被并行地反馈到负输入端。
电荷敏感放大器21的输出还被提供到包括用作零极点相消的另外的电阻器R2和电容器C2的并联布置(其中，优选地R2·C2＝R1·C1)的滤波器30。
前述的滤波器30的输出端被连接到属于整形器40的另外的放大器41的(负)输入端。该放大器41的正输入端被连接到质量，并且其输出电压V0经由电阻器Rf和电容器Cf的并联布置被反馈到负输入端。
整形器40在其输出端生成具有与由转换单元10中探测到的光子X沉积的能量相对应的形状(特别是高度)的脉冲。这些脉冲被提供到具有不同阈值的鉴别器51的集合50的输入端，使得所述脉冲(以及由此的光子能量)被分配到不同水平或类别。
在最后的处理阶段中，提供了计数器61的集合60，每个计数器61被连接到一个鉴别器51的输出端，以用于对经过相关联的所述鉴别器的脉冲进行计数。
所描述的探测器单元100因此提供对入射辐射的能量解析的光子计数探测。
为了实现所提出的将整形参数动态调整到当前通量水平，通量估计器70还被添加到图1的电路。在示出的实施例中，通量估计器70包括积分器71，积分器71接收电荷敏感放大器21的输出V1作为其输入。电荷敏感放大器(CSA)21可以被认为是在给定时间段内入射在当前探测器通道上的平均通量的可靠量度。其带宽是重要的设计选择，并且确定整形器适应通量的变化有多快。更具体地，在CSA的输出端处的平均电压通常是对速率的非常良好的指示。因此，在CSA的输出端处的平均电压正是积分器71应当最终产生出的输出。
积分器71的输出(其给出对计数速率的指示)作用在整形器的放大器41的反馈路径中的电阻器Rf上，因此控制其电阻的值。如果电阻器Rf例如由晶体管来实现，则积分器71的输出可以控制晶体管的门极，根据关系Rf＝f(V)使电阻Rf成为输出电压V的函数。
额外地或备选地，也可以修改电容Cf以调整峰值时间/高度，而不仅是(利用Rf修改的)弹道亏损。
在低通量水平处，等效的反馈电阻器Rf被调节为大值以使整形器40的弹道亏损最小化，提高能量分辨率。随着通量增加，反馈电阻器Rf因此可以被减小以允许更快的计数速率。
整形器40因此构成用于生成取决于当前探测到的光子X的能量和至少一个可调节“处理参数”或“形状参数”(电阻Rf和/或电容Cf)的信号(脉冲V0)的信号处理电路。
与现有技术(例如，US 2007/0098139 A1)相比，所描述的实现方式具有明显的益处。在现有技术中，计数速率是从已经采集到的数据中导出的。换言之，这是相当缓慢的反馈机制，并且可能令整形器时间恒定，太缓慢而不能对通量的显著变化做出反应。实际上，在不走运的情形中，甚至可以看出，在堆积是如此严重使得所记录的计数已经下降到低值(根据死区时间/麻痹性模型)的状况中，整形器调整被感测计数的数量欺骗。相反，在这里提出的实现方式中，可以使调整在投影内。
通量估计器70的积分器71需要重置机制(由重置输入端72指示)以允许以给定的间隔对等效计数率进行重新评估。可以设定对积分器的积分间隔和带宽的选择，以控制整形时间对改变计数率的灵敏度。
图2中示出了动态整形器40的峰值时间(即在脉冲开始之后到达脉冲的峰值的时间)作为到来的通量的函数的的依赖性的可能的设计图表。ChromAIX整形器由与独立于通量的恒定10ns的整形时间相对应的直线表示。
在示出的范例中，在非常低的通量处的峰值时间将是大约25ns，保证在该方案中的非常小的弹道亏损。对于大约15Mcps的中间速率，整形器将大约与当前的ChromAIX整形器一样快。对于高速率的状况(例如大约30Mcps)整形器将在大约5ns之后输出脉冲峰值，显著地减少了堆积，并且因此以增加弹道亏损的成本使OCR对ICR计数率曲线显著地线性化。然而，堆积的减少以及对应的能量性能的增加将胜过弹道亏损的增加。此外，输出计数率随着通量线性增加的范围被扩展，最大速率被移到更高的值。
此外，在增加的通量处越来越快地整形的永远增加的弹道亏损可以通过对具有通量的比较器阈值的乘法性降缩放部分地抵消。这可以提供对用于更快的整形的降低的脉冲高度的硬件对策。
额外地或备选地，整形器可以包括可变增益放大器(未示出，要被插入在放大器41与鉴别器51之间)。对该放大阶段的增益的调整接着可以被用于抵消脉冲高度的变化。
在另一个实施例中，被要求修改整形时间的通量测量也可以与计数-积分探测器的积分通道相结合(例如从US 6759658已知的，通过引用将其并入本文)。在计数-积分探测器的积分通道的情况下，积分器正好在输入端处，并且输入电流必须被复制到积分器和计数通道两者。
总之，利用概念公开了实施例以动态地修改能量敏感光子计数探测器的整形电路的峰值时间，所述能量敏感光子计数探测器的目的在于因减少弹道亏损和噪声而改进高通量方案中的速率性能和低通量方案中的能量性能二者。
所描述的实施例例如可以被使用在涉及在能量性能与速率性能之间的权衡是重要的设计考虑的光子计数探测器的所有应用中，例如，在针对光谱CT的能量敏感光子计数探测器中。
尽管已经在附图和前文的描述中详细说明并描述了本发明，但这种说明和描述被视为说明性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践要求保护的本发明时，能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以满足权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由因特网或其他的有线或无线的电信系统。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
Claims (9)
1.一种用于探测入射辐射的光子的探测器单元(100)，包括：
-转换单元(10)，入射光子(X)在所述转换单元中被转换成电荷信号，其中，所述电荷信号由电荷敏感放大器(21)放大；
-信号处理电路(40、50、60)，其用于生成信号(V0)，所述信号取决于当前探测到的光子(X)的能量和至少一个处理参数(Rf)；
-通量估计器(70)，其用于估计光子的通量，并且用于基于估计出的所述通量来调节所述处理参数(Rf)，其中，所述通量估计器(70)接收来自处理阶段的所述通量估计器的输入信号(V1)，所述处理阶段独立于所述信号处理电路(40、50、60)的输出；
其中，所述信号处理电路包括整形器(40)，所述整形器用于生成具有由当前探测到的光子(X)的能量和所述处理参数(Rf)确定的形状的电脉冲(V0)，所述整形器(40)包括具有包括电阻器(Rf)和/或电容器(Cf)的反馈路径的放大器(41)，
并且其中，所述通量估计器(70)包括积分器(71)，所述积分器接收所述电荷敏感放大器(21)的输出(V1)作为所述积分器的输入，并且其中，所述积分器(71)的输出调节所述整形器的电阻器(Rf)和/或电容器(Cf)。
2.根据权利要求1所述的探测器单元(100)，其特征在于，所述通量估计器(70)的输入端被连接到生成指示经积分的探测到的光子能量的信号的积分通道。
3.根据权利要求1所述的探测器单元(100)，其特征在于，所述通量估计器(70)的输入端和所述信号处理电路(40、50、60)的输入端被连接到公共信号源(V1)。
4.根据权利要求1所述的探测器单元(100)，其特征在于，所述信号处理电路包括可变增益放大器，并且所述通量估计器(70)能够调节所述增益。
5.根据权利要求1所述的探测器单元(100)，其特征在于，所述探测器单元包括用于根据光子能量鉴别信号的鉴别器(51)的集合(50)。
6.根据权利要求5所述的探测器单元(100)，其特征在于，所述处理参数包括至少一个鉴别器(51)的至少一个操作参数。
7.根据权利要求1所述的探测器单元(100)，其特征在于，所述探测器单元包括用于对脉冲进行计数的至少一个计数器(61)。
8.一种辐射探测器，包括根据权利要求1所述的探测器单元(100)的阵列。
9.一种用于生成目标的图像的成像装置，包括：
-辐射源，其用于发出朝向所述目标的辐射；
-至少一个根据权利要求1所述的探测器单元(100)，其用于探测发出的所述辐射。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201261737145P | 2012-12-14 | 2012-12-14 | |
| US61/737,145 | 2012-12-14 | ||
| PCT/IB2013/060855 WO2014091444A1 (en) | 2012-12-14 | 2013-12-12 | Detector unit with pulse shaper |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104854475A CN104854475A (zh) | 2015-08-19 |
| CN104854475B true CN104854475B (zh) | 2019-02-15 |
Family
ID=50156796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201380065205.1A Expired - Fee Related CN104854475B (zh) | 2012-12-14 | 2013-12-12 | 具有脉冲整形器的探测器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9664797B2 (zh) |
| EP (1) | EP2932299B1 (zh) |
| CN (1) | CN104854475B (zh) |
| WO (1) | WO2014091444A1 (zh) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2989486A1 (en) * | 2013-04-24 | 2016-03-02 | Koninklijke Philips N.V. | Pulse processing circuit with correction means |
| EP2871496B1 (en) * | 2013-11-12 | 2020-01-01 | Samsung Electronics Co., Ltd | Radiation detector and computed tomography apparatus using the same |
| CN105765405B (zh) * | 2013-11-26 | 2019-04-30 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于探测光子的探测设备和其方法 |
| US10098595B2 (en) * | 2015-08-06 | 2018-10-16 | Texas Instruments Incorporated | Low power photon counting system |
| CN108291971B (zh) * | 2015-09-18 | 2022-07-29 | 皇家飞利浦有限公司 | 对经校正的x射线探测器信号的处理 |
| US10117626B2 (en) * | 2015-09-29 | 2018-11-06 | General Electric Company | Apparatus and method for pile-up correction in photon-counting detector |
| AU2017274079B2 (en) * | 2016-05-30 | 2022-06-30 | Southern Innovation International Pty Ltd | Material characterisation system and method |
| CN109844568B (zh) * | 2016-08-31 | 2023-05-16 | 棱镜传感器公司 | 用于估计转换器的相对增益和偏移的方法和系统 |
| EP3547665A4 (en) * | 2016-11-25 | 2020-05-27 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photon detector |
| US10162066B2 (en) * | 2017-02-06 | 2018-12-25 | General Electric Company | Coincidence-enabling photon-counting detector |
| EP3385756A1 (en) | 2017-04-06 | 2018-10-10 | Koninklijke Philips N.V. | Pulse shaper |
| EP3418776B1 (de) * | 2017-06-21 | 2022-01-05 | Siemens Healthcare GmbH | Strahlendetektor sowie verfahren zum betrieb eines strahlendetektors |
| US10151845B1 (en) | 2017-08-02 | 2018-12-11 | Texas Instruments Incorporated | Configurable analog-to-digital converter and processing for photon counting |
| US10024979B1 (en) | 2017-11-01 | 2018-07-17 | Texas Instruments Incorporated | Photon counting with coincidence detection |
| US10890674B2 (en) | 2019-01-15 | 2021-01-12 | Texas Instruments Incorporated | Dynamic noise shaping in a photon counting system |
| EP3842838A1 (en) | 2019-12-23 | 2021-06-30 | Koninklijke Philips N.V. | Radiological instrument with a pulse shaper circuit |
| EP4273588A1 (en) * | 2022-05-04 | 2023-11-08 | Koninklijke Philips N.V. | Photon counting detector and photon counting method |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10106221A1 (de) | 2001-02-10 | 2002-08-14 | Philips Corp Intellectual Pty | Röntgendetektor mit großem Dynamikbereich |
| US7149278B2 (en) | 2004-09-10 | 2006-12-12 | General Electric Company | Method and system of dynamically controlling shaping time of a photon counting energy-sensitive radiation detector to accommodate variations in incident radiation flux levels |
| US7388534B2 (en) * | 2006-07-20 | 2008-06-17 | General Electric Company | Adaptive data acquisition for an imaging system |
| US20100193700A1 (en) * | 2007-06-01 | 2010-08-05 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Spectral photon counting detector |
| EP2176684B1 (en) * | 2007-08-03 | 2015-04-29 | Koninklijke Philips N.V. | Apparatus and method for generating countable pulses from impinging x-ray photons, and corresponding imaging device |
| US7760123B2 (en) * | 2007-10-08 | 2010-07-20 | General Electric Company | Data acquisition system for photon counting and energy discriminating detectors |
| CN101918859A (zh) * | 2007-10-18 | 2010-12-15 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 脉冲缩短的粒子计数装置 |
| US8598534B2 (en) * | 2008-03-13 | 2013-12-03 | Koninklijke Philips N.V. | Low-power TDC-ADC and anger logic in radiation detection applications |
| US20110036989A1 (en) * | 2008-04-30 | 2011-02-17 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Counting detector |
| JP2012508379A (ja) * | 2008-11-04 | 2012-04-05 | サーモ ニトン アナライザーズ リミテッド ライアビリティ カンパニー | Ｘ線検出器のシェーピング時間の動的変更 |
| RU2578252C2 (ru) * | 2011-01-17 | 2016-03-27 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Пиксель детектора со счетом фотонов, который имеет анод, содержащий два или более поочередно выбираемых и раздельных под-анода |
| JP5535100B2 (ja) * | 2011-02-03 | 2014-07-02 | 三菱電機株式会社 | 炉外核計装装置 |
| DE102011005604B4 (de) * | 2011-03-16 | 2018-05-17 | Siemens Healthcare Gmbh | Verwendung einer Schaltungsanordnung eines direktkonvertierenden Detektors und Verfahren zum Auslesen eines direktkonvertierenden Detektors |
-
2013
- 2013-12-12 CN CN201380065205.1A patent/CN104854475B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2013-12-12 US US14/648,735 patent/US9664797B2/en active Active
- 2013-12-12 EP EP13831863.9A patent/EP2932299B1/en not_active Not-in-force
- 2013-12-12 WO PCT/IB2013/060855 patent/WO2014091444A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9664797B2 (en) | 2017-05-30 |
| US20150309188A1 (en) | 2015-10-29 |
| CN104854475A (zh) | 2015-08-19 |
| EP2932299A1 (en) | 2015-10-21 |
| WO2014091444A1 (en) | 2014-06-19 |
| EP2932299B1 (en) | 2019-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104854475B (zh) | 具有脉冲整形器的探测器 | |
| US7480362B2 (en) | Method and apparatus for spectral computed tomography | |
| CN105793734B (zh) | 用于探测光子的探测设备以及其方法 | |
| US10078009B2 (en) | Pulse processing circuit with correction means | |
| CN106574978B (zh) | X射线拍摄装置 | |
| EP2092369B1 (en) | Apparatus and method for counting x-ray photons | |
| CN104220900B (zh) | 高通量光子计数探测器电子器件 | |
| JP6434022B2 (ja) | フォトンを検出する検出装置及びその方法 | |
| EP2867701B1 (en) | Digital positron emission tomography (dpet) energy calibration method | |
| US20110036989A1 (en) | Counting detector | |
| EP2831630A2 (en) | Conventional imaging with an imaging system having photon counting detectors | |
| WO2007099395A2 (en) | Methods and systems for medical imaging | |
| JP2011508201A5 (zh) | ||
| CN113933885A (zh) | 光子计数x射线探测器、医疗成像设备和方法 | |
| WO2006080004A2 (en) | Method and system for x-ray radiation imaging | |
| CA2740456A1 (en) | Scintillation light detection systems and methods based on monolithic scintillators | |
| Surti et al. | A count-rate model for PET scanners using pixelated Anger-logic detectors with different scintillators | |
| US10175367B2 (en) | Tool for detecting photon radiation, particularly adapted for high-flux radiation | |
| CN106574977B (zh) | 用于伽马照相机中的停滞时间确定的方法和用于实现该方法的系统 | |
| Szawlowski et al. | Linearity and energy resolution of compton electrons in CZT measured using the wide angle compton coincidence technique |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190215 Termination date: 20211212 |