專利名稱：用于區(qū)分多能帶輻射中的光子的能帶的設備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種用于區(qū)分多能帶輻射中的光子的能帶的設備和方法。
背景技術(shù)：
利用輻射的醫(yī)學裝置是目前可使用的且繼續(xù)處于發(fā)展之中。隨著利用輻射的X射線成像系統(tǒng)從模擬模式到數(shù)字模式轉(zhuǎn)變的最近趨勢，在作為數(shù)字X射線成像系統(tǒng)的核心部分的X射線檢測器也已經(jīng)快速發(fā)展?？蓪?shù)字X射線檢測技術(shù)大致分為間接方法或直接方法所述直接方法通過將X射線轉(zhuǎn)換成可見光、然后將可見光轉(zhuǎn)換成電子信號的連續(xù)轉(zhuǎn)換生成圖像；所述間接方法通過將X射線信號直接轉(zhuǎn)換為電子信號來生成圖像。·
X射線檢測方法可包括積分方法和光子計數(shù)方法，在積分方法中，通過將產(chǎn)生的電信號積分達預定時段來生成圖像信號；在光子計數(shù)方法中，通過對入射的X射線光子進行計數(shù)來生成圖像信號。光子計數(shù)方法可通過單次拍攝(即，利用X射線稍微曝光)利用可區(qū)分的X射線能帶產(chǎn)生高品質(zhì)的圖像，因此最近已經(jīng)對光子計數(shù)方法進行了大量的研究。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種用于利用相對小的光子計數(shù)器來提供高品質(zhì)圖像的區(qū)分多能帶輻射中的光子的能帶的設備和方法。本公開的一個或多個實施例不限于上面描述的實施例，還可包括其他的實施例。其他的方面將在下面的描述中部分地闡述，部分地將通過描述顯而易見，或者可通過實施提出的實施例來了解。根據(jù)本公開的一個方面，一種用于在讀出電路中區(qū)分光子的能帶的設備，所述讀出電路針對每個能帶對入射到傳感器上的多能帶輻射中的光子進行計數(shù)，該設備包括積分器，用于積聚從已經(jīng)進行了從光子的光電轉(zhuǎn)換的傳感器接收的電信號；比較器，用于將從積分器接收的積聚電信號與多個閾值中的一個閾值進行比較；信號處理器，用于根據(jù)比較的結(jié)果指示從多個閾值中的一個閾值順序地切換到另一個閾值，輸出基于與多個閾值順序比較的來自比較器的結(jié)果區(qū)分光子的能帶的數(shù)字信號。根據(jù)本公開的另一個方面，一種在讀出電路中區(qū)分光子的能帶的方法，所述讀出電路針對每個能帶對入射到傳感器上的多能帶輻射中的光子進行計數(shù)，所述方法包括接收將在從光子轉(zhuǎn)換之后從傳感器累積接收的積聚電信號與多個閾值中的一個閾值進行比較的結(jié)果；根據(jù)比較的結(jié)果指示順序地切換所述多個閾值；輸出基于與所述多個閾值順序比較的結(jié)果區(qū)分光子的能帶的數(shù)字信號。


通過下面結(jié)合附圖對實施例進行的描述，這些和/或其他方面將會變得更加明顯和更加易于理解，附圖中圖I是示出根據(jù)本公開的實施例的醫(yī)學成像系統(tǒng)的構(gòu)造的示圖2是根據(jù)本公開的實施例的圖I的光子計數(shù)檢測器的透視圖；圖3是根據(jù)本公開的另一實施例的圖I的光子計數(shù)檢測器的剖視圖；圖4是根據(jù)本公開的實施例的圖3的讀出電路的框圖；圖5是根據(jù)本公開的實施例的圖3的讀出電路的電路圖；圖6是根據(jù)本公開的實施例的區(qū)分光子的若干個能帶的方法的流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將對實施例做出詳細說明，在附圖中示出了實施例的示例，其中，相同的標號始終表示相同的元件。在這點上，本實施例可具有不同的形式并不應被解釋為局限于這里闡述的描述。因此，下面參照附圖僅僅描述實施例，以解釋本描述的各方面。圖I是示出根據(jù)本公開的實施例的醫(yī)學成像系統(tǒng)的構(gòu)造的示圖。參照圖1，醫(yī)學成像系統(tǒng)包括輻射產(chǎn)生器10、光子計數(shù)檢測器11和圖像生成器12。利用輻射的醫(yī)學成像系統(tǒng)通過使用傳感器來檢測穿過如同身體部分的照射目標的多能帶福射(multi-energyradiation),對使用傳感器檢測的多能帶福射中的光子針對各個能帶進行計數(shù)，基于計數(shù)的結(jié)果生成各個能帶的身體部分的圖像。照射目標的多能帶輻射吸收程度依賴于目標的類型和密度。例如，骨頭可吸收大量的X射線，而肌肉相對于骨頭可吸收較少的X射線。因此，與在透射穿過其他身體組織后相比，從輻射產(chǎn)生器10產(chǎn)生的輻射在透射穿過骨頭之后可包括不同數(shù)量的光子。從輻射產(chǎn)生器10產(chǎn)生的輻射在透射穿過目標之后可能包括的各個能帶的光子數(shù)量在輻射穿過的目標是骨頭時與目標是其他身體組織時可不同。圖像生成器12可基于光子計數(shù)檢測器11對各個能帶的光子進行計數(shù)的結(jié)果生成身體組織的清晰的X射線圖像。輻射產(chǎn)生器10產(chǎn)生輻射并將該輻射輻射到病人上。從輻射產(chǎn)生器10產(chǎn)生的輻射可以是例如超聲波、α射線、β射線、Y射線、X射線和中子射線。通常，輻射可指可引發(fā)離子化且對人體有害的X射線。為了便于解釋，以作為示例的X射線為重點來描述本公開的實施例；然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，可基于針對各個能帶對光子計數(shù)的結(jié)果使用其他輻射射線來生成各個能帶的輻射的圖像。光子計數(shù)檢測器11包括與目標的將被利用輻射成像的拍攝區(qū)域?qū)淖x出電路，具體地說，讀出電路可分別與拍攝區(qū)域的像素對應。光子計數(shù)檢測器11將通過讀出電路計數(shù)的結(jié)果輸出到圖像生成器12。拍攝區(qū)域的像素的數(shù)量越大，讀出芯片中與像素對應的讀出電路越多，圖像生成器12可生成更高分辨率的圖像。換句話說，像素的尺寸越小，可生成的圖像分辨率越高。與光子計數(shù)檢測器11有關(guān)的一個技術(shù)問題是實現(xiàn)高分辨率圖像生成的小讀出電路。像素尺寸的減小需要與像素分別對應的讀出電路的尺寸更小。以陣列形式設置在讀出芯片中的讀出電路將從與讀出電路分別對應的單元傳感器接收的、相對于各個光子能級的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將數(shù)字信號輸出到圖像生成器12。占用整個傳感器的一部分區(qū)域的各個單元傳感器通過單元傳感器的單元輸出端子輸出從光子產(chǎn)生的電信號，其中，讀出芯片的對應的讀出電路檢測所述從光子產(chǎn)生的電信號?？梢栽陔姾煞e分模式或光子計數(shù)模式下讀出每個讀出電路已經(jīng)從單元傳感器接收的電信號。電荷積分模式使用用于對電荷積分的電容器，其中，對產(chǎn)生的電信號積分達預定時段并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)讀出。該模式對從所有能帶中的光子產(chǎn)生的電信號進行積分，并因此不能針對各個光子能帶將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。另一方面，在光子計數(shù)模式下，讀出電路將從用于檢測光子的單元傳感器接收的電信號與閾值進行比較并輸出指示“ I”或“O”的數(shù)字信號，計數(shù)器對“ I”的發(fā)生進行計數(shù)并以數(shù)字形式輸出數(shù)據(jù)。每當產(chǎn)生各個信號，光子計數(shù)模式將從單個光子產(chǎn)生的信號與預定閾值進行比較，并對信號計數(shù)?？苫诠庾佑嫈?shù)模式利用讀出電路實現(xiàn)光子計數(shù)檢測器11，其中，讀出電路可對從對應的單元傳感器接收的光子針對各個光子能帶進行計數(shù)。圖2是根據(jù)本公開的實施例的圖I的光子計數(shù)檢測器11的透視圖。參照圖2，光子計數(shù)檢測器11可包括傳感器21和讀出芯片22。傳感器21檢測已經(jīng)透射穿過諸如身體部分的目標的多能帶輻射中的光子，將檢測的光子轉(zhuǎn)換成電信號，并通過傳感器21的單元輸出端子將電信號輸出到讀出芯片22的讀出電路23。傳感器21對應于拍攝區(qū)域，傳感器的與拍攝區(qū)域的各個像素對應的區(qū)域被稱為“單元傳感器”。單元傳感器將入射·光子轉(zhuǎn)換成電信號并通過單元傳感器的單元輸出端子輸出電信號。讀出芯片22的尺寸與傳感器21和拍攝區(qū)域的尺寸對應，讀出芯片22包括分別與拍攝區(qū)域的像素對應的讀出電路23。因此，拍攝區(qū)域的尺寸確定讀出芯片22的尺寸。為了在具有特定尺寸的拍攝區(qū)域中形成更多的像素，分別與拍攝區(qū)域的像素對應的讀出電路23需要很小。當讀出電路23的尺寸減小，從而特定尺寸的拍攝區(qū)域被分成更多的像素時，可在拍攝區(qū)域中產(chǎn)生針對各個光子能帶的高分辨率。圖3是根據(jù)本公開的另一實施例的圖I的光子計數(shù)檢測器11的剖視圖。參照圖3，光子計數(shù)檢測器11可包括傳感器31和讀出芯片32。傳感器31檢測光子、將光子轉(zhuǎn)換成電信號、并將轉(zhuǎn)換的電信號通過鍵合部34輸出到讀出芯片32的與傳感器31的區(qū)域?qū)淖x出電路33。當光子進入傳感器31的缺失區(qū)域312時，傳感器31產(chǎn)生電子-空穴對，電場將電子-空穴對吸引到準中性η區(qū)311和準中性P區(qū)313，從而電流可流出傳感器31。例如，當多能帶X射線進入傳感器31時，傳感器31產(chǎn)生針對多能帶X射線中的光子的能帶具有不同的幅度的電信號，將產(chǎn)生的電信號通過與傳感器31的單元傳感器分別對應的準中性P區(qū)313輸出到讀出芯片32的讀出電路33。準中性P區(qū)313是傳感器31中的單元傳感器的單元輸出端子。當在傳感器31的與拍攝區(qū)域的像素分別對應的單元傳感器中檢測到光子時，傳感器31通過單元傳感器的單元輸出端子將電信號輸出到讀出芯片32的讀出電路33。根據(jù)入射的多能帶X射線中的光子的數(shù)量，傳感器31針對入射的多能帶X射線中的光子的能帶產(chǎn)生不同幅度的電信號。在接收到多個光子時，傳感器31可產(chǎn)生例如具有時間間隔的多個電信號。產(chǎn)生的多個電信號中的時間間隔可以足夠光子計數(shù)檢測器11從輸入的多個電信號區(qū)分光子的能帶。傳感器31產(chǎn)生的多個電信號中的時間間隔可能不足以使光子計數(shù)檢測器11區(qū)分光子的能帶，但這不太可能出現(xiàn)。因此，多個電信號之間的時間間隔對整個圖像的生成僅僅具有微不足道的影響。雖然在圖3的實施例中，傳感器31包括準中性η區(qū)311、缺失區(qū)域312和準中性P區(qū)313，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應當理解，可使用用于檢測光子的各種傳感器中的任意傳感器。另外，雖然在圖3的實施例中通過鍵合部34連接，但是傳感器31和讀出芯片32可通過各種方法中的任意方法(例如，通過氣相沉積法)來連接。讀出芯片32是分別與傳感器31的多個單元傳感器對應的讀出電路33的陣列。讀出電路33根據(jù)從傳感器31接收的多個電信號區(qū)分入射到傳感器31的光子的能帶(其中，所述多個電信號在傳感器31中由那些光子產(chǎn)生)，對各個能帶中的光子進行計數(shù)，并將計數(shù)數(shù)據(jù)輸出到圖像生成器12。讀出芯片31的尺寸可與拍攝區(qū)域的尺寸對應，且讀出芯片31中的讀出電路33分別與拍攝區(qū)域的像素對應。為了生成高分辨率圖像，特定尺寸的拍攝區(qū)域需要包括更多數(shù)量的像素，因此與拍攝區(qū)域的多個像素分別對應的多個讀出電路33的尺寸需要更小。圖像生成器12基于與像素對應的讀出電路33的光子計數(shù)結(jié)果，針對拍攝區(qū)域的每個像素生成圖像。
讀出電路33區(qū)分入射的多能帶X射線中的光子的能帶、輸出指示光子的能帶的數(shù)字信號并根據(jù)數(shù)字信號對各個能帶中的光子進行計數(shù)。每當從對應的單元傳感器接收到電信號時，讀出電路33將電信號的幅度與預定閾值進行比較，以區(qū)分多能帶輻射中的光子的能級，并對每個能帶的光子進行計數(shù)。例如，作為將從對應的單元傳感器接收的電信號與預定閾值進行比較的結(jié)果，如果發(fā)現(xiàn)從傳感器31接收的電信號的幅度高于5V的預定閾值且低于6V的預定閾值，則讀出電路33產(chǎn)生指示電信號的標識幅度的數(shù)字信號，并對已經(jīng)進入傳感器31的各能帶的光子的那些數(shù)字信號計數(shù)。鍵合部34連接傳感器31和讀出芯片32的讀出電路33，以允許在傳感器31的區(qū)域中產(chǎn)生的電信號傳輸?shù)阶x出芯片32的對應的讀出電路33。雖然在圖3的實施例中，傳感器31和讀出芯片32的讀出電路33是通過鍵合部34的方式來連接，但是可使用各種方法中的任意方法來連接傳感器31和讀出芯片32的讀出電路33。例如，可利用半導體工藝(例如，利用氣相沉積)來將傳感器31連接到讀出芯片32。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應當理解，可使用不限于鍵合和氣相沉積的任意連接方法。圖4是根據(jù)本公開的實施例的圖3的讀出電路的框圖。參照圖4，讀出電路33包括積分器41、比較器42、信號處理器43、復用器44和計數(shù)器45。積分器41積聚從傳感器31接收的已經(jīng)從傳感器31接收的光子轉(zhuǎn)換的電信號，并將積聚的信號輸出到比較器42。積分器41積聚從傳感器31輸入的電信號直到從信號處理器43接收到復位命令為止，且在從信號處理器43接收到復位命令時返回到積聚之前的初始狀態(tài)。積分器41在其輸出端子處保持積聚的電信號的電壓電平恒定并繼續(xù)將該恒定的電壓電平輸出到比較器43，直到接收到復位命令為止。因此，積分器41輸出非脈沖信號，即，幅度不變的信號，例如DC電壓。比較器42將來自積分器41的積聚電信號與從復用器44輸入的閾值進行比較，并將比較的結(jié)果輸出到信號處理器43。閾值是用于將多能帶輻射中的光子的整個能帶分成至少兩個能帶的預定電壓電平。因此，使用更多的用于檢測各個能帶的光子的閾值可允許對更多的光子能帶進行精細的劃分。比較器42輸出到信號處理器43的比較的結(jié)果指示從積分器41積聚的電信號的幅度是否高于閾值的幅度。例如，如果來自積分器41的積聚的電信號高于閾值，則比較器42可輸出“1”，如果來自積分器41的積聚的電信號低于閾值，則比較器42可輸出“O”。雖然在該實施例中，如果積聚的電信號在幅度上高于閾值則輸出“I”且如果不是則輸出“0”，但是相反的設置也是可以的。比較器42將來自積分器41的積聚的電信號與從復用器44輸入的多個閾值順序地比較。具體地說，比較器42將來自積分器41的積聚的電信號與從復用器44輸入的閾值進行比較，并將比較的結(jié)果輸出到信號處理器43。當從復用器接收的閾值改變時，比較器42將來自積分器41的積聚的電信號與閾值進行比較，并將比較的結(jié)果輸出到信號處理器43。每當從復用器接收的閾值改變時，比較器42將比較結(jié)果輸出到信號處理器43。因此，可使用僅僅一個比較器通過與若干個閾值順序進行比較來標識來自積分器41的積聚的電信號的幅度。由于積分器41在其輸出端子處保持連續(xù)地輸出到比較器41的積聚的電信號的電壓電平恒定，所以與脈沖信號被輸入到比較器42時相比，比較器42可以以相對低的運算速率將從積分器41輸入的積聚電信號與從復用器44輸入的多個閾值順序地比較。如果從積分器41輸入脈沖信號，則比較器42需要以較高的速率運算，以在脈沖信號下降到預定電壓電平或更小的電壓電平之前完成比較。然而，在本公開的實施例中，雖然積分器41保持積聚的電信號的電壓電平恒定直到從信號處理器43接收到復位命令，但是比較器42可繼續(xù)從積分器41接收具有恒定的電壓電平的積聚的電信號并將積聚的電信號與多個閾值順序比較。通常，相對高速率的比較器相對于低速率比較器需要大量的電流，且功耗很高。由于具有恒定的電壓電平的積聚的電信號從積分器41連續(xù)地輸入到比較器42，所以比較器42可不需要以高速運算，因此可使用較小的電流與降低的功耗進行運算。信號處理器43從比較器42接收從積分器41輸出的積聚的電信號與多個閾值順序比較的結(jié)果并將指示多能帶輻射中的光子的能帶的數(shù)字信號輸出到計數(shù)器45。作為由比較器42比較的結(jié)果，如果來自積分器41的積聚的電信號的幅度高于閾值，則信號處理器43指示復用器44將下一個閾值輸出到比較器42，并將指示積聚的電信號的幅度高于閾值的數(shù)字信號輸出到計數(shù)器45。作為與新的閾值進行比較的結(jié)果，如果來自積分器41的積聚的電信號具有高于新的閾值的幅度，則重復上面描述的操作。復用器44可將多個閾值以升序(即，從最小的閾值到最大的閾值)順序輸出到比較器42。另一方面，作為與新閾值比較的結(jié)果，如果來自積分器41的積聚的電信號具有小于新閾值的幅度，則信號處理器43將指示積聚的電信號的幅度小于新閾值的數(shù)字信號輸出到計數(shù)器45。如果來自積分器41的積聚電信號具有小于新閾值的幅度，則信號處理器43指示積分器41復位并指示復用器44將最小的閾值輸出到比較器42。信號處理器43從比較器42接收將從積分器41輸出的積聚的電信號與多個閾值進行比較的結(jié)果。從比較器42輸入的比較的結(jié)果指示來自積分器41的積聚的電信號與閾值中的哪一個高于另一個。例如，如果來自積分器41的積聚的電信號高于閾值 ，則信號處理器43可從比較器42接收“ I ”，如果來自積分器41的積聚的電信號低于閾值，則信號處理器43可從比較器42接收“O”。雖然在本實施例中，將信號處理器43描述為在積聚的電信號高于閾值的情況下從比較器42接收“1”，但是信號處理器43可以以相反的方式運行。根據(jù)哪一個閾值已經(jīng)與來自積分器41的積聚的電信號進行比較以獲得從比較器42接收的比較的結(jié)果，信號處理器43將對應的數(shù)字信號輸出到計數(shù)器45。如果來自積分器41的積聚電信號低于與光子的能帶對應的閾值，則信號處理器43將指示積聚的電信號低于對應的閾值的數(shù)字信號輸出到計數(shù)器45。如果來自積分器41的積聚的電信號高于與光子的能帶對應的閾值，則信號處理器43將指示積聚的電信號高于對應的閾值的數(shù)字信號輸出到計數(shù)器45。S卩，信號處理器43可通過對復用器44的控制知曉已經(jīng)比較了哪個閾值，以獲得從比較器42接收的比較結(jié)果，并且可將在積聚的電信號與對應于光子能帶的閾值之間比較的結(jié)果輸出到計數(shù)器45。
信號處理器43可指示積分器41復位，以清除由積分器41積聚的電信號。即，一旦通過上面的比較標識了從積分器41積聚的電信號的幅度，則信號處理器43指示積分器41復位，以開始進入到積分器41的電信號的新的積聚。例如，假設從積分器41積聚的電信號由Vin表示，且從復用器44順序輸出的閾值用VthcU Vth_low、Vth_mid和Vth_high表示，Vthd可表示幅度與由傳感器31產(chǎn)生的噪聲或者漏電流對應的最小的閾值，Vth_low、Vth_mid和Vth_high可表示分別與光子的能帶對應的閾值。如果積聚的電信號Vin小于閾值Vthd，則不清楚積聚電信號是由傳感器31產(chǎn)生的噪聲或者漏電流，還是來自光子的電信號，從而信號處理器43不指示積分器41復位，以使輸入到積分器41的電信號的積聚繼續(xù)，也不指示復用器44切換到下一個閾值。如果積聚的電信號Vin高于閾值Vthd,這意味著積聚的電信號Vin是來自光子的電信號，則信號處理器43不指示積分器41復位，而是指示復用器44從閾值Vthd切換到閾值Vth_low，從而比較器42將積聚的電信號Vin與閾值Vth_low進行比較。
如果積聚的電信號Vin低于閾值Vth_low，則信號處理器43指示積分器41復位并指示復用器44切換到閾值Vthd，從而比較器42將在積分器41復位后獲得的積聚的電信號Vin與閾值Vthd比較。信號處理器43將指示積聚的電信號Vin小于閾值Vth_low的數(shù)字信號輸出到計數(shù)器45。如果積聚的電信號Vin高于閾值Vth_low,這意味著積聚的電信號Vin是來自光子的電信號，信號處理器43不指示積分器41復位，信號處理器43指示復用器44從閾值Vth_low切換到閾值Vth_mid，從而比較器42將積聚電信號Vin與閾值Vth_mid進行比較。當積聚的電信號Vin高于閾值Vth_low時,繼續(xù)進行比較,如果積聚電信號Vin低于閾值Vth_mid，則信號處理器43指示積分器41復位并指示復用器44將閾值Vthjnid切換為閾值Vthd。信號處理器43將指示積聚的電信號Vin低于閾值Vthjnid且高于閾值Vth_low的數(shù)字信號輸出到計數(shù)器45。此時信號處理器43確定接收的光子的能帶是與閾值Vth_low對應的能帶,針對該能帶的計數(shù)器的值加I。如果積聚的電信號Vin高于閾值Vth_mid,則信號處理器43不指不積分器41復位，信號處理器43指示復用器44將閾值Vthjnid切換為閾值Vth_high，從而比較器42將積聚電信號Vin與閾值Vth_high進行比較。如果積聚的電信號Vin低于閾值Vth_high,則信號處理器43指不積分器42復位并指示復用器44將閾值Vth_high切換為閾值Vthd。信號處理器43將指示積聚的電信號Vin低于閾值Vth_high并高于閾值Vthjnid的數(shù)字信號輸出到計數(shù)器45。此時信號處理器43確定接收的光子的能帶是與閾值Vth_mid對應的能帶,針對該能帶的計數(shù)器的值加I。如果積聚的電信號Vin高于閾值Vth_high,則信號處理器43指不積分器41復位并指示復用器44將閾值Vth_high切換為閾值Vthd。信號處理器43將指示積聚的電信號Vin高于閾值Vth_high的數(shù)字信號輸出到計數(shù)器45。此時信號處理器43確定接收的光子的能級是與閾值Vth_high對應的能帶,針對該能帶的計數(shù)器的值加I。閾值Vthd、Vth_low、Vth_mid和Vth_high可按這樣的順序從最小到最大即,Vthd< Vth_low < Vth_mid < Vth_high。Vthd是這些閾值中最小的閾值。雖然上面的實施例描述使用了四個閾值，但是可使用任意數(shù)量N的閾值，其中，將不包括最小的閾值Vthd的這些閾值中的任意閾值與積聚電信號Vin順序進行比較。結(jié)果，如果積聚的電信號Vin小于這些閾值，即，如果積聚的電信號Vin是表示光子的不同能帶的那些閾值中的最小的閾值，則信號處理器43可指示積分器41復位。閾值Vthd是表示來自積分器41的積聚的電信號是否是由傳感器31產(chǎn)生的噪聲或漏電流的閾值?？赏ㄟ^測量傳感器31單獨在非輻射條件下產(chǎn)生的電流的幅度來獲得由傳感器31產(chǎn)生的漏電流的幅度。閾值Vthd可以是之前根據(jù)測得的漏電流的幅度設定的電壓電平，可將閾值Vthd與來自積分器41的積聚的電信號比較，以確定來自積分器的積聚的電信號來自由傳感器31產(chǎn)生的漏電流,而非來自福射中的光子。閾值Vth_low、Vth_mid和Vth_high是先前設定的用于區(qū)分光子的能帶的電壓電平(可基于對傳感器31產(chǎn)生的電信號的根據(jù)光子的不同能帶的幅度的測量而設定所述閾值Vth_low、Vth_mid和Vth_high),從而可劃分由傳感器31檢測的光子能帶。信號處理器43基于來自比較器42的比較的結(jié)果產(chǎn)生的數(shù)字信號如下。0UT_low= “0”是表示來自積分器41的積聚的電信號低于閾值Vth_low的數(shù)字信號，0UT_low=“l(fā)”是表不來自積分器41的積聚的電信號高于閾值 _low且低于閾值Vth_mid的數(shù)字信號。OUTjnid = “O”是表示來自積分器41的積聚的電信號低于閾值Vthjnid的數(shù)字信號，0UT_mid =“1”是表示來自積分器41的積聚的電信號高于閾值Vthjnid且低于閾值Vth_high的數(shù)字信號。0UT_high =“0”是表示來自積分器41的積聚的電信號小于閾值Vth_high的數(shù)字信號，0UT_high =“ I”是表示來自積分器41的積聚的電信號高于閾值Vth_high的數(shù)字信號。雖然在上面的示例中將“I”和“O”表示相對高的電平和低的電平，但是相反的方式也是可以的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應當理解，用于輸出比較結(jié)果的信號可以為各種形式中的任意形式。復用器44根據(jù)來自信號處理器43的命令將從一個切換到另一個的閾值順序地輸出到比較器42。復用器44將閾值Vthd輸出到比較器42。如果來自積分器41的積聚的電信號高于閾值Vthd，則復用器44根據(jù)來自信號處理器43的命令將下一個閾值Vth_low輸出到比較器42。如果來自積分器41的積聚的電信號高于閾值Vth_low，則復用器44根據(jù)來自信號處理器43的命令將下一個閾值Vthjnid輸出到比較器42。如果來自積分器41的積聚的電信號高于閾值，則重復這些過程，直到復用器44輸出閾值Vth_high。閾值Vthd、Vth_low、Vth_mid和Vth_high可按這種順序從最小到最大。計數(shù)器45根據(jù)從信號處理器43接收到的數(shù)字信號針對每個能帶對光子計數(shù)。計數(shù)器45接收表示來自積分器41的積聚的電信號的不同的幅度的數(shù)字信號。例如，從信號處理器 43 接收的數(shù)字信號可包括 0UT_low = “O”、0UT_low = “I”、0UT_mid = “O”、0UT_mid=“ I”、0UT_high = “O”、0UT_high = “ I”。計數(shù)器45 可包括三個計數(shù)器 Low_counter、Mid_counter、High_counter。計數(shù)器Low_counter對能帶與閾值Vth_low對應的光子進行計數(shù),計數(shù)器Mid_counter對能帶與閾值Vth_mid對應的光子進行計數(shù),計數(shù)器High_counter對能帶與閾值Vth_high對應的光子進行計數(shù)。 當計數(shù)器45從信號處理器43接收0UT_low = “ I ”時,計數(shù)器Low_counter對數(shù)字信號進行計數(shù)。當計數(shù)器45從信號處理器43接收0UT_mid =“ I”時,計數(shù)器Mid_counter對數(shù)字信號進行計數(shù)。當計數(shù)器45從信號處理器43接收0UT_high = “ I ”時，計數(shù)器High_counter對數(shù)字信號進行計數(shù)。當計數(shù)器45從信號處理器43接收到0UT_high =“0”、0UT_mid = “0” 或 OUT_low = “O” 時，計數(shù)器 Low_counter、Mid_counter、High_counter 不執(zhí)行計數(shù)。如上所述，計數(shù)器45的三個計數(shù)器Low_counter、Mid_counter、High_counter針對每個光子能帶從信號處理器43接收表示不同的光子能帶的數(shù)字信號，并對所述數(shù)字信號進行計數(shù)。這些計數(shù)器Low_counter、Mid_counter、High_counter可以是數(shù)字計數(shù)器。作為以預定順序?qū)愣ǖ臅r鐘輸入進行計數(shù)的電路的數(shù)字計數(shù)器可根據(jù)時鐘輸入計數(shù)的方向被分成上計數(shù)器或下計數(shù)器。例如，如果計數(shù)器Low_counter、Mid_counter、High_counter是上計數(shù)器，則每當從信號處理器43接收到對應的數(shù)字信號時,計數(shù)器Low_counter、Mid_counter> High_counter將光子計數(shù)增加I并存儲該計數(shù)值。例如，如果計數(shù)器45從信號處理器43接收0UT_low =“I”三次,則計數(shù)器Low_counter對數(shù)字信號計數(shù)三次并存儲數(shù)字 “3”。圖5是根據(jù)本公開的實施例的圖3的讀出電路的電路圖，其中僅僅示出了圖4的讀出電路33的一些元件。因此，雖然在當前實施例中沒有明確描述，但是上面結(jié)合讀出電路33描述的內(nèi)容應當應用于根據(jù)當前的實施例的圖5的讀出電路?！しe分器51可包括放大器511、電容器512和開關(guān)513。放大器511可并聯(lián)連接到電容器512和開關(guān)513。S卩，電容器512和開關(guān)513可連接到放大器511的輸入端子和輸出端子二者。當放大器511和電容器512并聯(lián)連接時，輸入到積分器51的電流可因為放大器511的輸入端子處的高阻抗而不能進入到放大器512，因此可在電容器512中積蓄。在電容器512中積蓄的電荷可導致電容器512的相對的端子之間的電壓差。放大器511在其輸出端子處的電壓電平可比在輸入端子處的電壓電平高出電容器512的相對端之間的電壓差那么多。在電容器512的相對端子處的電壓(V(t))可利用下面的式I計算。式Iν(ι) = — I(T)LiT+V(O)
Jo其中，C是電容器512的靜電容，Ι(τ)是輸入到積分器51的電流，V(O)是電容器512的初始電壓?？砂ㄅc閾值的數(shù)量一樣多的開關(guān)的復用器54可通過控制開關(guān)的操作來將閾值輸出到比較器52。所述多個開關(guān)可分別連接到多個外部電壓源。電壓源可提供幅度與閾值Vthd、Vth_low、Vth_mid和Vth_high對應的電壓。復用器54根據(jù)來自信號處理器53的命令接通多個開關(guān)中的一個開關(guān)，以輸出來自與所述接通的開關(guān)連接的電壓源的電壓。例如，假設復用器54的第一開關(guān)連接到提供與閾值Vthd對應的電壓的電壓源，如果第一開關(guān)接通，則復用器54將閾值Vthd輸出到比較器52。圖6是根據(jù)本公開的實施例的區(qū)分光子的若干個能帶的方法的流程圖。參照圖6，區(qū)分光子的若干個能帶的方法包括以圖3的讀出電路33中的時序執(zhí)行的過程。雖然下面沒有明確描述，但是上面結(jié)合讀出電路33描述的任意內(nèi)容應應用于根據(jù)當前實施例的區(qū)分光子的若干個能帶的方法。在讀出電路33中使用一個比較器的光子計數(shù)方法可包括下面的操作。在操作61中，信號處理器43可指示積分器41復位。響應于來自信號處理器43的復位命令，積分器42復位到?jīng)]有積聚信號的初始狀態(tài)。
在操作62中，信號處理器43可指示復用器44將閾值Vth輸出到比較器42。在操作63中，如果從比較器42接收的比較結(jié)果是“ I ”，則信號處理器43執(zhí)行操作64，且如果從比較器42接收的比較結(jié)果是“0”，則信號處理器43執(zhí)行操作62。如果信號處理器43已經(jīng)從比較器42接收的比較結(jié)果是“1”，這意味著來自積分器42的積聚的電信號高于閾值Vthd。如果信號處理器43已經(jīng)從比較器42接收的比較結(jié)果是“0”，這意味著來自積分器41的積聚的電信號小于閾值Vthd。在操作64中，信號處理器43可指不復用器44從閾值Vthd切換到閾值Vth_low。復用器44可根據(jù)來自信號處理器43的命令從將被輸出到比較器42的一個閾值切換到將被輸出到比較器42的另一個閾值。在操作65中，如果從比較器42接收的比較結(jié)果是“ I ”，則信號處理器43可執(zhí)行操作66，如果從比較器42接收的比較結(jié)果是“0”，則可執(zhí)行操作67。如果信號處理器43已經(jīng) 從比較器42接收的比較結(jié)果是“1”，則這意味著來自積分器41的積聚的電信號高于閾值Vth_low0如果信號處理器43已經(jīng)從比較器42接收的比較結(jié)果是“0”，則這意味著來自積分器41的積聚的電信號低于閾值Vth_low。在操作66中，信號處理器43指不復用器44切換到下一個閾值Vth_mid。信號處理器43指示復用器44切換并將下一個閾值Vthjnid輸出到比較器42。在操作68中，比較器42將來自積分器41的積聚電信號與閾值Vthjnid進行比較。在操作67中，信號處理器43將數(shù)字信號0UT_low =“0”輸出到計數(shù)器45并返回到操作61。當信號處理器43將0UT_low = “O”輸出到計數(shù)器45時，計數(shù)器45不執(zhí)行計數(shù)。在操作68中，如果從比較器42接收的比較結(jié)果是“ I ”，則信號處理器43執(zhí)行操作69，如果從比較器42接收的比較結(jié)果是“0”，則信號處理器43執(zhí)行操作70。如果信號處理器43已經(jīng)從比較器42接收的比較結(jié)果是“1”，則這意味著來自積分器41的積聚的電信號高于閾值Vth_mid。如果信號處理器43已經(jīng)從比較器42接收的比較結(jié)果是“0”，則這意味著來自積分器41的積聚電信號低于閾值Vth_mid且高于閾值Vth_low。在操作69中，信號處理器43指示復用器44切換到下一個閾值Vth_high。信號處理器43指示復用器44切換到下一個閾值Vth_high并將下一個閾值Vth_high輸出到比較器42。在操作71中，比較器42將來自積分器41的積聚的電信號與閾值Vth_high進行比較。在操作70中，信號處理器43將數(shù)字信號0UT_low =“I”輸出到計數(shù)器45，以使計數(shù)器45中的計數(shù)器Low_counter能夠計數(shù),并返回到操作61。在操作71中，如果從比較器42接收的比較結(jié)果是“ I ”，則信號處理器43執(zhí)行操作72，如果從比較器42接收的比較結(jié)果是“0”，則信號處理器43執(zhí)行操作73。如果信號處理器43已經(jīng)從比較器42接收的比較結(jié)果是“1”，則這意味著來自積分器41的積聚的電信號高于閾值Vth_high。如果信號處理器43已經(jīng)從比較器42接收的比較結(jié)果是“0”，則這意味著來自積分器41的積聚的電信號低于閾值Vth_high且高于閾值Vth_mid。在操作72中，信號處理器43將數(shù)字信號0UT_high = “I”輸出到計數(shù)器45，并返回到操作61。信號處理器43將0UT_high = “I”輸出到計數(shù)器45，以使計數(shù)器45中的計數(shù)器High_counter能夠計數(shù)。
在操作73中，信號處理器43將數(shù)字信號OUTjnid =“I”輸出到計數(shù)器45，以使計數(shù)器45中的計數(shù)器Mid_counter能夠計數(shù),并返回到操作61。信號處理器43可控制上面描述的過程，以使來自積分器41的積聚的電信號與若干個閾值能夠順序地比較，從而將比較結(jié)果輸出到計數(shù)器45。如上所述，根據(jù)本公開的一個或多個上面的實施例，可利用僅僅一個比較器根據(jù)能帶對多能帶輻射中的光子進行劃分，這可使光子能帶劃分設備的尺寸減小?；谂c至少一個閾值比較的結(jié)果可去除傳感器產(chǎn)生的噪聲和漏電流。本公開的實施例可被寫成計算機程序并且可通過利用計算機可讀介質(zhì)執(zhí)行程序的通用數(shù)字計算機實現(xiàn)。計算機可讀介質(zhì)的示例包括磁性存儲介質(zhì)(例如，ROM、軟盤、硬盤等)、光記錄介質(zhì)(例如，CD-ROM、或DVD)等。雖然已經(jīng)參照本公開的示例性實施例具體示出并描述了本公開，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解在不脫離由權(quán)利要求限定的本公開的精神和范圍的情況下，可以在這里做出·形式和細節(jié)上的各種改變。示例性實施例應被認為是描述性的而非出于限制的目的。因此，本公開的范圍不是由本公開的具體描述來限定而是由權(quán)利要求來限定，在該范圍內(nèi)的所有差異應被理解為包括在本公開內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在讀出電路中區(qū)分光子的能帶的設備，所述讀出電路對入射到傳感器上的多能帶輻射中的光子針對每個能帶進行計數(shù)，該設備包括 積分器，用于積聚從傳感器接收的已經(jīng)從光子進行了光電轉(zhuǎn)換的電信號； 比較器，用于將從積分器接收的積聚的電信號與多個閾值中的一個閾值進行比較； 信號處理器，用于根據(jù)比較的結(jié)果指示從所述多個閾值中的一個閾值順序地切換到另一個閾值，輸出基于與所述多個閾值順序比較的來自比較器的結(jié)果區(qū)分光子的能帶的數(shù)字信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設備，其中，信號處理器輸出數(shù)字信號，所述數(shù)字信號與將來自積分器的積聚電信號和所述多個閾值中的一個閾值進行比較的結(jié)果對應。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設備，還包括復用器，用于將所述多個閾值中的一個閾值輸出到比較器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設備，其中，如果所接收的比較結(jié)果表明來自積分器的積聚的電信號高于所述多個閾值中的最小的一個閾值，則信號處理器指示復用器切換到下一個閾值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設備，其中，如果所接收的比較結(jié)果表明來自積分器的積聚的電信號高于當前的閾值，則信號處理器指示復用器切換到下一個閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設備，其中，如果所接收的比較結(jié)果表明來自積分器的積聚的電信號低于所述下一個閾值，則信號處理器指示復用器輸出最小的閾值，并指示積分器復位。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設備，其中，如果接收到將來自積分器的積聚的電信號與最大的閾值進行比較的結(jié)果，則信號處理器指示復用器輸出最小的閾值并指示積分器復位。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設備，其中，如果接收的比較結(jié)果表明來自積分器的積聚的電信號高于所述多個閾值中的除最小的閾值和最大的閾值之外的一個閾值，則信號處理器指示復用器切換到下一個閾值。
9.一種在讀出電路中區(qū)分光子的能帶的方法，所述讀出電路對入射到傳感器上的多能帶輻射中的光子針對每個能帶進行計數(shù)，所述方法包括 接收將從傳感器累積接收的、在從光子轉(zhuǎn)換之后的積聚電信號與多個閾值中的一個閾值進行比較的結(jié)果； 根據(jù)比較的結(jié)果指示順序地切換所述多個閾值； 輸出基于與所述多個閾值順序比較的結(jié)果區(qū)分光子的能帶的數(shù)字信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，輸出數(shù)字信號包括輸出與將積聚電信號跟所述多個閾值中的一個閾值進行比較的結(jié)果對應的數(shù)字信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，指示順序地切換所述多個閾值包括如果比較的結(jié)果表明最小的閾值低于積聚的電信號，則指示將多個閾值中的最小的閾值切換為下一個閾值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，指示順序地切換所述多個閾值包括如果比較的結(jié)果表明所述下一個閾值低于積聚的電信號，則指示將所述下一個閾值切換為另一個閾值。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，指示順序地切換所述多個閾值包括如果比較的結(jié)果表明所述多個閾值中除了最小的閾值之外的一個閾值高于積聚電信號，則指示將所述多個閾值中除了最小的閾值之外的所述一個閾值切換為最小的閾值； 指示復位積聚電信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，指示順序地切換所述多個閾值包括 如果獲得與最大的閾值進行比較的結(jié)果，則指示將所述多個閾值中的最大的閾值切換為最小的閾值； 指示復位積聚電信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，如果比較的結(jié)果表明作為所述多個閾值中的除了最小的閾值和最大的閾值之外的對應的閾值低于積聚電信號，則指示將所述對應的閾值切換為下一個閾值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于區(qū)分多能帶輻射中的光子的能帶的設備和方法。一種用于在讀出電路中區(qū)分光子的能帶的設備，所述讀出電路針對每個能帶對入射到傳感器上的多能帶輻射中的光子進行計數(shù)，該設備包括積分器，用于積聚從已經(jīng)進行了從光子的光電轉(zhuǎn)換的傳感器接收的電信號；比較器，用于將從積分器接收的積聚電信號與多個閾值中的一個閾值進行比較；信號處理器，用于根據(jù)比較的結(jié)果指示從多個閾值中的一個閾值順序地切換到另一個閾值；基于與多個閾值順序比較的來自比較器的結(jié)果輸出區(qū)分光子的能帶的數(shù)字信號。
文檔編號G01T1/36GK102955167SQ20121028479
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者韓相旭, 金賢植, 梁峻赫, 曹圭亨, 成映勛 申請人:三星電子株式會社, 韓國科學技術(shù)院