專利名稱：高動(dòng)態(tài)范圍光傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)(例如包括計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)成像)中獲得具體的應(yīng)用。 然而，應(yīng)理解所描述的技術(shù)還可以在核相機(jī)、其它成像系統(tǒng)、其它成像場(chǎng)景、其它光感測(cè)技術(shù)等等中獲得應(yīng)用。
背景技術(shù)：
CT掃描儀典型包括分別固定在機(jī)架的沿直徑相對(duì)側(cè)上的χ-射線源和χ-射線檢測(cè)器陣列。在對(duì)置于機(jī)架的膛內(nèi)的患者進(jìn)行掃描期間，機(jī)架繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而X-射線從X-射線源的焦點(diǎn)穿過(guò)患者到達(dá)檢測(cè)器。在高分辨率成像模式下，由于機(jī)架高速旋轉(zhuǎn)，因此大輻射劑量穿過(guò)該主體。在熒光檢查模式下，X-射線劑量低得多，且機(jī)架可保持固定。目前的CT成像系統(tǒng)典型地包括CT掃描儀和關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)獲取和成像重構(gòu)軟件，其產(chǎn)生重構(gòu)圖像的完整組。操作員執(zhí)行初始的平面檢查掃描以識(shí)別所關(guān)注體積(如心臟)的空間位置，以及最優(yōu)化其它成像參數(shù)。在對(duì)比度增強(qiáng)的CT中，于是施用造影劑，并且執(zhí)行低劑量成像以監(jiān)測(cè)進(jìn)入心臟或其它器官的造影劑攝入量。當(dāng)由于造影劑引起的圖像對(duì)比度達(dá)到所選的閾值時(shí)，操作員啟動(dòng)高分辨率診斷成像。典型地，在最優(yōu)化檢查、監(jiān)測(cè)和診斷成像步驟方面給操作員的指導(dǎo)很少。典型地，操作員僅僅獲得一次嘗試。如果有問(wèn)題，第二成像期間被延期直到造影劑沖洗了心臟或所關(guān)注的其它器官為止。一旦診斷成像完成，完整的CT 數(shù)據(jù)集被重構(gòu)。然而，對(duì)于僅在一種模式下工作(例如蓋革(Geiger)或線性)的經(jīng)典傳感器或檢測(cè)器，光子感測(cè)范圍被限制。對(duì)于許多光感測(cè)應(yīng)用，寬的動(dòng)態(tài)感測(cè)范圍是期望的。提供這樣的范圍的嘗試已包含使用PIN或雪崩光電二極管。然而，兩種類型的傳感器都承受相對(duì)較高的噪聲，其限制了動(dòng)態(tài)感測(cè)范圍的低端。另一方面，基于單個(gè)光子雪崩光電二極管的硅光電倍增管允許解決低光子通量，但是它們的動(dòng)態(tài)范圍受到效應(yīng)的限制。在醫(yī)療成像設(shè)備中增加感測(cè)范圍的其它嘗試已包含具有蓋革模式區(qū)域及線性模式區(qū)域的傳感器，如2006年8月28日提交的標(biāo)題為“Digital silicon photomultiplier for T0F-PET”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)11/467670中所描述的。然而，這樣的傳感器不包括可在蓋革模式和線性模式之間切換的光電二極管。而且，對(duì)于CT設(shè)備中的傳感器，它們不使用環(huán)境光水平來(lái)觸發(fā)蓋革模式和線性模式之間的切換。光電二極管的典型讀出電路包括反向偏置到若干伏并通過(guò)打開(kāi)復(fù)位晶體管而斷開(kāi)的光電二極管。光電流導(dǎo)致光電二極管上的電壓隨時(shí)間下降。在讀出期間，通過(guò)閉合讀出晶體管讀取光電二極管電壓。光電二極管電容典型地比數(shù)據(jù)線電容小得多。源跟隨器被用于將二極管電容與數(shù)據(jù)線的電容解耦。典型地，二極管偏置電壓(Vbias)為幾伏，并且因此在光電二極管內(nèi)部不發(fā)生電荷倍增。如果傳感器被像素化，那么數(shù)據(jù)線表示圖像的各列。總通量可以通過(guò)將所有各個(gè)像素的通量加在一起來(lái)計(jì)算，并且可以根據(jù)傳感器的大小和應(yīng)用以模擬或數(shù)字方式來(lái)完成。對(duì)于低的光通量，線性模式光電流太小以至于無(wú)法與噪聲水平區(qū)分。噪聲有若干個(gè)源光電二極管內(nèi)部的熱噪聲、放大噪聲、數(shù)字化噪聲、外部噪聲源等。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)?zhí)峁┯糜诶霉怆姸O管內(nèi)的內(nèi)部放大來(lái)減輕處于低光水平的噪聲源的影響以便提供可在線性和蓋革工作模式之間切換的傳感器的新的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法，其克服了上面提及的問(wèn)題及其它問(wèn)題。按照一方面，用于診斷成像系統(tǒng)檢測(cè)器的雙模式光傳感器包括耦合到將接收的伽馬射線轉(zhuǎn)換成光的一個(gè)或多個(gè)閃爍晶體的光電二極管陣列，并且控制器監(jiān)測(cè)光條件并基于所監(jiān)測(cè)的光條件在兩種工作模式(包括蓋革模式和線性模式)之間切換光電二極管。按照另一方面，擴(kuò)展伽馬射線傳感器的感測(cè)范圍的方法包括測(cè)量傳感器處的環(huán)境光條件，該環(huán)境條件包括在傳感器處檢測(cè)的伽馬射線的信噪比(SNR)；確定所測(cè)量的SNR 是否大于或等于預(yù)定閾值SNR，并且如果測(cè)量的SNR大于或等于預(yù)定閾值SNR，則施加第一偏置電壓給該傳感器以使得其中的光電二極管在蓋革模式下工作。所述方法還包括如果所測(cè)量的SNR小于該預(yù)定閾值SNR，則施加第二偏置電壓給該傳感器使得其中的光電二極管在線性模式下工作。按照另一方面，伽馬射線傳感器包括將接收的伽馬射線轉(zhuǎn)換成光的閃爍晶體陣列、耦合到每個(gè)閃爍晶體以及耦合到感測(cè)晶體管和復(fù)位晶體管的光電二極管以及耦合到感測(cè)晶體管的讀出晶體管，其中所述讀出晶體管讀取光電二極管兩端的電壓降。通過(guò)閉合所述復(fù)位晶體管將光電二極管充電到超過(guò)其擊穿電壓的Vrai伏，并且之后在蓋革模式下工作以感測(cè)單個(gè)光子。當(dāng)光子被光電二極管接收時(shí)，該讀出晶體管感測(cè)光電二極管兩端的Vra伏的電壓降。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于該傳感器或檢測(cè)器的感測(cè)范圍增加。另一優(yōu)點(diǎn)在于操作模式之間的切換。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀并理解以下詳細(xì)描述之后將理解本主題發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)。


本發(fā)明可以采取各種部件或部件的布置、以及各種步驟及步驟的布置的形式。附圖僅為了說(shuō)明各個(gè)方面的目的，并且不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明。圖1圖示了按照這里提出的各方面利于在大動(dòng)態(tài)感測(cè)范圍上檢測(cè)光通量的雙模式光傳感器；
圖2圖示了按照這里所描述的各個(gè)實(shí)施例利于提供大的動(dòng)態(tài)感測(cè)范圍的可在蓋革模式和線性模式之間切換的雙模式傳感器；
圖3圖示了按照這里描述的各個(gè)方面針對(duì)伽馬射線傳感器在線性和蓋革模式之間切換的方法；
圖4是按照這里所描述的一個(gè)或多個(gè)方面的診斷成像系統(tǒng)100的圖示，該系統(tǒng)使用其上具有閃爍晶體陣列的檢測(cè)器，每個(gè)閃爍晶體耦合到傳感器。
具體實(shí)施方式
圖1圖示了按照這里提及的各方面利于在大動(dòng)態(tài)感測(cè)范圍上檢測(cè)光通量的雙模式光傳感器10。特別地，光傳感器(例如光電二極管)的動(dòng)態(tài)范圍向下擴(kuò)展用于多光子或單光子檢測(cè)和計(jì)數(shù)。這通過(guò)將傳感器從線性模式動(dòng)態(tài)切換到蓋革模式或進(jìn)行相反操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。以此方式，線性模式傳感器和蓋革模式傳感器這兩者的強(qiáng)度被組合以將所得到的傳感器的動(dòng)態(tài)范圍從單光子檢測(cè)和計(jì)數(shù)擴(kuò)展到幾十倍高的通量。所增加的動(dòng)態(tài)感測(cè)范圍通過(guò)根據(jù)光通量自動(dòng)調(diào)整傳感器10中光電二極管12的工作點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在低光條件期間，在計(jì)數(shù)模式下光電二極管被偏置于擊穿電壓之上并且對(duì)單個(gè)光子敏感。在高光條件下，偏置電壓在線性或弱雪崩區(qū)域中被調(diào)整以允許在該光電二極管中所檢測(cè)光子的集成。例如，如果傳感器10在線性模式下工作，并且噪聲統(tǒng)計(jì)落在預(yù)定閾值以下，那么控制器可以切換到蓋革模式。如果傳感器在蓋革模式下工作，并且輸出開(kāi)始飽和，那么控制器將檢測(cè)器切換到線性模式。光電流的內(nèi)部放大通過(guò)將內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)增加到若干lOOkV/cm來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，對(duì)于本征區(qū)域的給定厚度，施加足夠高的偏置電壓以驅(qū)動(dòng)光電二極管進(jìn)入雪崩模式。另外，光電二極管被設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)光電二極管內(nèi)高的均勻場(chǎng)以及實(shí)現(xiàn)在光電二極管邊界處場(chǎng)的受控的降低。 相關(guān)聯(lián)的讀出電路被設(shè)計(jì)成使得對(duì)于該電路中的感測(cè)晶體管14，由光電流引起的電壓降保持在可容許的極限之內(nèi)。具有擊穿電壓Vdd的保護(hù)二極管16可以用于裁剪讀出晶體管18 柵極處的峰值電壓以保護(hù)它避免柵氧化物擊穿。如果柵極的電壓超過(guò)該電路的擊穿電壓和戴維寧(Thevenin)等效電壓之和(Vdd+Vth)，那么保護(hù)二極管16變?yōu)閭鲗?dǎo)性的并且將電壓水平裁剪到大約Vdd+Vth。線性雪崩模式下的內(nèi)部放大可以產(chǎn)生由放大過(guò)程的概率性質(zhì)導(dǎo)致的統(tǒng)計(jì)噪聲源。 該過(guò)量噪聲添加到光電二極管的熱噪聲。另外，雪崩區(qū)域的增益與溫度和偏置高度相關(guān)，并且如果需要可以被限制到大約10至100。增加偏置電壓超過(guò)擊穿電壓驅(qū)動(dòng)光電二極管進(jìn)入蓋革模式工作區(qū)域。在該模式下，光電二極管變得對(duì)單個(gè)光子敏感并易于達(dá)到幾百萬(wàn)的增益。然而，光電二極管變得對(duì)光子的實(shí)際數(shù)量不敏感；二極管相對(duì)于光通量變成非線性的。弱的光子通量可以通過(guò)對(duì)光子逐個(gè)地計(jì)數(shù)來(lái)測(cè)量。然而，光電二極管可經(jīng)歷“死亡”時(shí)間，其將最大可接受通量限制在每秒幾百萬(wàn)光子。在另一實(shí)施例中，通過(guò)在每個(gè)像素中布置多個(gè)光電二極管增加蓋革工作區(qū)域內(nèi)的計(jì)數(shù)能力，每個(gè)光電二極管能夠獨(dú)立地檢測(cè)光子(例如在硅光電倍增管中)。當(dāng)偏置電壓被設(shè)置為Vbd+Vex時(shí)，傳感器10可以用來(lái)操作蓋革模式下的光電二極管 12，Vbd是光電二極管的擊穿電壓，而Vrai是過(guò)電壓。通過(guò)閉合復(fù)位晶體管20，光電二極管被充電至超過(guò)擊穿電壓Vrai伏。在這一點(diǎn)上，光電二極管變得對(duì)單個(gè)光子敏感。在接收到單個(gè)光子后，光電二極管上的電壓下降Vra。通過(guò)閉合所述讀出晶體管18，該電壓降被讀出。傳感器10的所有線被分別讀出，而不是以模擬方式將各電壓相加，將閾值設(shè)置于電壓上以利于對(duì)光子的實(shí)際數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。即，數(shù)據(jù)線變成蓋革模式下的二進(jìn)制信號(hào)，盡管它們是線性模式下的模擬信號(hào)。光子的實(shí)際數(shù)量通過(guò)傳感器的所有像素上的數(shù)字和給出。Vra可被限制到小于或等于Vdd以保護(hù)讀出晶體管柵氧化物。圖2圖示了按照這里所描述的各個(gè)實(shí)施例可在蓋革模式和線性模式之間切換的雙模式傳感器38，其利于提供大的動(dòng)態(tài)感測(cè)范圍。光敏區(qū)域40被細(xì)分成二極管像素42。與 CMOS成像器相反，每個(gè)像素42包括連接到電路的單光子雪崩光電二極管12 (圖1)。傳感器38的像素線被行解碼器43以讀出頻率fK連續(xù)讀出，其中一條線的讀出復(fù)位傳感器的前一條線。根據(jù)工作模式，數(shù)據(jù)線處的信號(hào)以模擬或數(shù)字方式相加。在模擬或線性模式下，加法器44將對(duì)應(yīng)于各光電二極管的電荷的電壓水平相加，并輸出信息給生成最終結(jié)果的累加器45。附加地或可替換地，模擬信號(hào)被相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 46數(shù)字化，并且各數(shù)字值相加(如圖2所示)。求和之前的數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)在于，允許經(jīng)由(例如對(duì)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器48 中的一個(gè)或多個(gè)查找表47的)表查找而包含暗電流減法和其它校正(這可由處理器50來(lái)完成)。在蓋革模式或數(shù)字模式下，鑒別器施密特觸發(fā)器(ST) 52確定所述線是處于“0”(地) 還是“1”(Vex)，并且加法器44由集中器電路M代替。集中器電路將N-比特輸入矢量轉(zhuǎn)換成M-比特二進(jìn)制值并輸出信息給累加器45，該M-比特二進(jìn)制值包含N-比特輸入矢量中 “1”(例如Vex的線)的數(shù)量。另外，控制器56連續(xù)地或周期性地監(jiān)測(cè)所得到的光通量并確定哪種模式最適于當(dāng)前的光通量條件。從一個(gè)模式改變到另一模式發(fā)生在兩個(gè)連續(xù)的幀之間，并且偏置電壓分量58 (例如利用毫微秒等的時(shí)幀內(nèi)幾十伏的電壓階躍)穩(wěn)定偏置電壓。根據(jù)控制器56指示哪種工作模式，偏置電壓分量另外控制施加到ADC和/或ST的偏置電壓。過(guò)渡區(qū)取決于傳感器的工作條件，且優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)是信噪比(SNR)。然而，噪聲受到環(huán)境及傳感器本身的影響。 因此，控制器邏輯使用外部可編程查找表以允許最大的靈活性。所得到的數(shù)字信號(hào)由處理器50中的數(shù)字信號(hào)處理電路處理，該處理器與傳感器耦合。所述處理包括信號(hào)的積分、過(guò)濾、成形、裁剪和分析。在這種方式下，傳感器對(duì)所有需要高動(dòng)態(tài)感測(cè)范圍的應(yīng)用而言是有用的，重點(diǎn)在于將范圍向單個(gè)光子計(jì)數(shù)、如光子計(jì)數(shù)CT應(yīng)用等擴(kuò)展。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器在光譜CT成像系統(tǒng)中的光子計(jì)數(shù)模式(例如蓋革模式)下使用。盡管在一些實(shí)施例中，像素獨(dú)立地、系統(tǒng)性地和/或按照一種模式來(lái)切換，但是在一個(gè)實(shí)施例中，所有像素同時(shí)切換。例如，當(dāng)檢測(cè)到大量的光時(shí)，蓋革模式下的光電二極管可能開(kāi)始飽和，而線性模式成為期望的。因此，如果感測(cè)到預(yù)定閾值量的光，則控制器56將光電二極管切換到線性模式。相反，當(dāng)SNR高時(shí)(例如在預(yù)定SNR閾值以上)，線性模式下的光電二極管對(duì)于檢測(cè)單個(gè)光子而言可能不足夠敏感。在這種情況下，當(dāng)確定SNR閾值已經(jīng)被超過(guò)后(例如噪聲降低到低于預(yù)定義的噪聲基底)，控制器56將光電二極管切換到蓋革模式。按照實(shí)例，低劑量CT掃描儀傳感器啟動(dòng)，其中一個(gè)或多個(gè)傳感器在線性模式下工作。如果X射線圖像被(例如被骨等)“遮蔽”，那么控制器將傳感器切換到蓋革模式以增加光電二極管敏感性并在每給定時(shí)間單位檢測(cè)到大量伽馬射線或光子。在另一實(shí)例中，傳感器在檢測(cè)器模塊的表面上可互換。例如，多個(gè)傳感器可以按照陣列或平鋪布置安裝到檢測(cè)器表面。如果傳感器故障，則用新的預(yù)校準(zhǔn)的雙模式傳感器來(lái)代替。圖3圖示了按照這里所描述的各方面的伽馬射線傳感器在線性模式和蓋革模式之間切換的方法，其中該方法是在數(shù)據(jù)獲取時(shí)間期間運(yùn)行的環(huán)路。在80處，分析環(huán)境光水平以確定光條件。在82處，做出關(guān)于該環(huán)境光是否大于或等于預(yù)定閾值的決定。如果否， 則高偏置電壓被施加到與相應(yīng)像素關(guān)聯(lián)的光電二極管，以使得光電二極管在蓋革模式下工作，從而使得像素能夠檢測(cè)一個(gè)或幾個(gè)光子。
7
在84處，做出關(guān)于蓋革模式輸出是否處于或接近預(yù)定閾值飽和水平的決定，并且如果否，則該方法回到82，其中光電二極管繼續(xù)在蓋革模式下工作。如果光電二極管處于或接近飽和，則該方法進(jìn)行到88，其中施加到相應(yīng)像素的光電二極管的偏置電壓減小到低偏置電壓，這使得光電二極管在線性模式下工作以允許檢測(cè)在高光條件下的大量光子。類似地，如果在82處的確定指示環(huán)境光大于或等于預(yù)定閾值水平，那么該方法前進(jìn)到88，其中光電二極管置于使用低偏置電壓的線性工作模式下。一旦處于線性模式下，在90處，光電二極管被監(jiān)測(cè)以確定噪聲水平是否小于或等于預(yù)定噪聲閾值。如果否，則該方法回到88以繼續(xù)光電二極管在線性模式下的工作。如果是，則該方法進(jìn)行到84，其中光電二極管被置于蓋革模式下。將理解，所描述的方法可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如圖2的存儲(chǔ)器48)上作為可由一個(gè)或多個(gè)處理器(例如圖2的處理器50和/或控制器56)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。 如這里所使用的，“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”指的是存儲(chǔ)電子數(shù)據(jù)和/或指令的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部件或存儲(chǔ)器。圖4是按照這里所描述的一個(gè)或多個(gè)方面的使用其上具有閃爍晶體104陣列的檢測(cè)器102的診斷成像系統(tǒng)100的圖示，每個(gè)閃爍晶體耦合到傳感器38。在一個(gè)實(shí)施例中，診斷成像系統(tǒng)是CT成像系統(tǒng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，診斷成像系統(tǒng)是核成像系統(tǒng)，如正電子發(fā)射斷層掃描成像系統(tǒng)。閃爍晶體104被設(shè)置在陣列或平鋪的布置中，如傳感器38，使得晶體之間的縫隙最小或沒(méi)有縫隙。每個(gè)晶體及其關(guān)聯(lián)的傳感器可被移除以利于受損或不起作用的晶體和/或傳感器的替換。以此方式，如果一個(gè)或多個(gè)傳感器(或晶體)故障，檢測(cè)器102 可以維持在工作狀態(tài)下。將理解，按照一個(gè)實(shí)施例，這里所描述的系統(tǒng)和方法可以用在光譜CT成像系統(tǒng)中。光譜CT使用X射線束的全光譜中固有的附加信息將臨床值加到CT，這利于組織鑒別， 該組織鑒別又利于在材料(例如含有鈣和碘等的組織)之間進(jìn)行區(qū)分，這些材料在傳統(tǒng)的單色CT圖像上可能看起來(lái)類似。例如，通過(guò)先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，光譜CT允許X射線束被分成其分量能量或光譜。更為先進(jìn)的，當(dāng)傳感器在蓋革模式下工作時(shí)，利用這里所描述的雙模式傳感器利于多能量或光子計(jì)數(shù)檢測(cè)。因此，患者不僅受益于利于更確信的診斷的改進(jìn)圖像，而且受益于降低的χ射線輻射劑量。在某些情況下，使用光譜信息來(lái)創(chuàng)建虛擬的無(wú)對(duì)比度(non-contrast)圖像可以消除對(duì)傳統(tǒng)的無(wú)對(duì)比度獲取的需要。消除這些無(wú)對(duì)比度圖像還可能具有經(jīng)濟(jì)利益，因?yàn)樗s短了檢查時(shí)間且利于增加患者處理量。光譜CT還提供對(duì)造影劑的成像敏感性，從而實(shí)現(xiàn)較低(更局部化的)濃度的檢測(cè)并減少注入量。改進(jìn)CT對(duì)少量造影劑的敏感性還允許使用新穎的造影劑，從而允許CT提供分子和生理信息。已經(jīng)參考若干實(shí)施例描述了本發(fā)明。在閱讀和理解前述詳細(xì)描述后可以設(shè)想其它的修改和改變。本發(fā)明旨在被解釋為包括落在所附權(quán)利要求或其等同物的范圍之內(nèi)的所有這樣的修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于成像系統(tǒng)(100 )檢測(cè)器(102 )的雙模式光傳感器(38 )，包括光電二極管(12)的陣列，其耦合到將接收的射線轉(zhuǎn)換成光的一個(gè)或多個(gè)閃爍晶體 (104)；以及控制器(56)，其監(jiān)測(cè)光條件并基于所監(jiān)測(cè)的光條件使光電二極管(12)在兩種工作模式之間切換，這兩種工作模式包括蓋革模式和線性模式。
2.按照權(quán)利要求1所述的傳感器，還包括外部可編程的查找表，當(dāng)基于所述光條件選擇工作模式時(shí)，控制器(56)訪問(wèn)所述查找表。
3.按照權(quán)利要求1所述的傳感器，其中當(dāng)檢測(cè)的射線的信噪比(SNR)高于預(yù)定閾值水平時(shí)，控制器(56)將光電二極管(12)置于蓋革模式下。
4.按照權(quán)利要求3所述的傳感器，還包括偏置電壓生成器(58)，其將施加到光電二極管的偏置電壓增大到使該光電二極管在蓋革模式下工作的水平。
5.按照權(quán)利要求1所述的傳感器，其中當(dāng)檢測(cè)的射線的信噪比(SNR)處于或低于預(yù)定閾值水平時(shí)，控制器(56)將光電二極管(12)置于線性模式下。
6.按照權(quán)利要求5所述的傳感器，還包括偏置電壓生成器(58)，其將施加到光電二極管上的偏置電壓降低到使該光電二極管在線性模式下工作的水平。
7.按照權(quán)利要求1所述的傳感器，還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) (46)，其耦合到像素(42)的每列，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所檢測(cè)的伽馬射線信息從模擬格式轉(zhuǎn)換到數(shù)字格式；以及加法器(44)，其將對(duì)應(yīng)于各光電二極管(12)的電荷的電壓水平相加以生成累加的電壓信息。
8.按照權(quán)利要求7所述的傳感器，還包括施密特觸發(fā)器(52)，其耦合到像素(42)的每列，確定像素的每列是處于“0”(地)還是 “1”(Vexcess);以及集中器(54)，其將N-比特輸入矢量轉(zhuǎn)換成M -比特二進(jìn)制值，該值包含表示N-比特輸入矢量中處于Vexress的像素列的“1”的數(shù)量。
9.按照權(quán)利要求8所述的傳感器，還包括累加器(45)，其接收M-比特二進(jìn)制值和累加的電壓信息并輸出與閃爍晶體中檢測(cè)的閃爍事件有關(guān)的信息。
10.按照權(quán)利要求7所述的傳感器，還包括 行解碼器(43)，其讀取像素(42)的每行；以及由處理器(50)訪問(wèn)的偏移和校正查找表(47)，該處理器在讀出像素?cái)?shù)據(jù)上執(zhí)行暗電流減法并向ADC (46)提供校正信息。
11.一種診斷成像系統(tǒng)(100)檢測(cè)器(102)，其上以平鋪布置設(shè)置有權(quán)利要求1的多個(gè)傳感器(38)，每個(gè)傳感器(38)可移除地耦合到檢測(cè)器(102)以及耦合到一個(gè)或一種閃爍晶體和閃爍晶體的陣列。
12.按照權(quán)利要求1所述的傳感器，其中每個(gè)光電二極管(12)對(duì)應(yīng)于像素(42)。
13.一種擴(kuò)展伽馬射線傳感器(10，38)的感測(cè)范圍的方法，包括測(cè)量傳感器(10，38)處的環(huán)境光條件，該環(huán)境條件包括在傳感器(10，38)處檢測(cè)的射線的信噪比(SNR)；確定所測(cè)量的SNR是否大于或等于預(yù)定閾值SNR ；如果所測(cè)量的SNR大于或等于預(yù)定閾值SNR，則施加第一偏置電壓給該傳感器(10，38) 以使得其中的光電二極管(12)在蓋革模式下工作；以及如果所測(cè)量的SNR小于該預(yù)定閾值SNR，則施加第二偏置電壓給該傳感器(10，38)以使得其中的光電二極管(12 )在線性模式下工作。
14.按照權(quán)利要求13所述的方法，還包括作為所測(cè)量的SNR的函數(shù)，使傳感器(10，38)在蓋革模式和線性模式之間切換。
15.按照權(quán)利要求14所述的方法，還包括當(dāng)所測(cè)量的SNR落到預(yù)定閾值SNR之下時(shí)，將傳感器(10，38)從蓋革模式切換到線性模式。
16.按照權(quán)利要求14所述的方法，還包括 當(dāng)所測(cè)量的SNR等于或高于預(yù)定閾值SNR時(shí)，將傳感器(10，38)從線性模式切換到蓋革模式。
17.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(48)，其上存儲(chǔ)有用于執(zhí)行按照權(quán)利要求13所述的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。
18.一種伽馬射線傳感器(10)，包括閃爍晶體(104)的陣列，其將接收到的射線轉(zhuǎn)換成光；光電二極管(12)，其耦合到每個(gè)閃爍晶體(104)以及耦合到感測(cè)晶體管(14)和復(fù)位晶體管(20)；耦合到感測(cè)晶體管(14)的讀出晶體管(18)，其讀取光電二極管(12)兩端的電壓降；其中通過(guò)閉合所述復(fù)位晶體管(20)而將光電二極管充電到超過(guò)其擊穿電壓的Vra伏， 并且之后光電二極管在蓋革模式下工作以感測(cè)單個(gè)光子；以及其中當(dāng)光電二極管接收到光子時(shí)，所述讀出晶體管(18)感測(cè)光電二極管(12)兩端的 Vrai伏電壓降。
19.按照權(quán)利要求18所述的傳感器，其中當(dāng)所施加的偏置電壓低于光電二極管(12)的擊穿電壓時(shí)，光電二極管(12)在線性模式下工作。
20.按照權(quán)利要求18所述的傳感器，還包括保護(hù)二極管(16)，其裁剪所述讀出晶體管(18)的柵極處的峰值電壓，以保護(hù)該讀出晶體管(18)以免擊穿。
21.—種成像系統(tǒng)(100)，包括按照權(quán)利要求18的多個(gè)傳感器(10)。
全文摘要
當(dāng)在計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)檢測(cè)器中檢測(cè)光子時(shí)，傳感器(10，38)包括可在線性工作模式和蓋革工作模式之間切換的光電二極管以增加感測(cè)范圍。當(dāng)信噪比(SNR)高時(shí)，大的偏置電壓被施加到該光電二極管(12)以將其充電到超過(guò)其擊穿電壓，這使得它對(duì)單個(gè)光子敏感并導(dǎo)致它在蓋革模式下工作。當(dāng)在光電二極管(12)處接收到光子時(shí)，讀出晶體管(18)感測(cè)光電二極管(12)兩端的電壓降以檢測(cè)光子。可替換地，當(dāng)SNR低時(shí)，低的偏置電壓被施加到光電二極管(12)，從而使得它在線性模式下工作。
文檔編號(hào)G01T1/20GK102388321SQ200980151975
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者普雷舍爾 G., 弗拉奇 T. 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司