用于數(shù)字硅光電倍增器陣列的位置敏感的讀出模式的制作方法
【專利摘要】一種光子探測(cè)器（10）包括探測(cè)器陣列（12），所述探測(cè)器陣列包括單光子雪崩二極管（SPAD）探測(cè)器（14），所述單光子雪崩二極管（SPAD）探測(cè)器被配置為響應(yīng)于光子的沖擊而擊穿。觸發(fā)電路（34）被配置為響應(yīng)于所述探測(cè)器陣列的SPAD探測(cè)器的擊穿而生成觸發(fā)信號(hào)。鎖存器（20、22）被配置為存儲(chǔ)所述探測(cè)器陣列中擊穿的SPAD探測(cè)器的位置坐標(biāo)。所述鎖存器被配置為響應(yīng)于由所述觸發(fā)電路生成的觸發(fā)信號(hào)而鎖存。所述鎖存器可以包括行鎖存器（22）和列鎖存器（20），所述行鎖存器每個(gè)均與所述探測(cè)器陣列的對(duì)應(yīng)行的SPAD探測(cè)器的邏輯“或”組合相連接，所述列鎖存器每個(gè)均與所述探測(cè)器陣列的對(duì)應(yīng)列的SPAD探測(cè)器的邏輯“或”組合相連接。時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC）電路（28）可以為所述觸發(fā)信號(hào)生成數(shù)字時(shí)間戳。
【專利說(shuō)明】用于數(shù)字硅光電倍增器陣列的位置敏感的讀出模式
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]下文涉及輻射探測(cè)技術(shù)。本發(fā)明尤其涉及應(yīng)用于物理學(xué)、天文學(xué)、諸如正電子發(fā)射斷層攝影(PET)或單光子發(fā)射斷層攝影(SPECT)的輻射成像等中的高速以及高空間分辨率輻射探測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]光子計(jì)數(shù)光探測(cè)在各種領(lǐng)域(例如物理學(xué)、天文學(xué)和醫(yī)療成像)中都有應(yīng)用。通過(guò)一些說(shuō)明性范例，光子計(jì)數(shù)光探測(cè)在諸如切連科夫探測(cè)器的物理應(yīng)用、諸如光探測(cè)及測(cè)距(LIDAR)應(yīng)用的工程應(yīng)用、諸如低光照熒光測(cè)量的生物學(xué)應(yīng)用、低光照天文望遠(yuǎn)鏡設(shè)施等中是有用的。(如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“光子”是指電磁輻射的量子粒子。術(shù)語(yǔ)“光子”涵蓋可見(jiàn)光光子，例如與632.8nm HeNe激光的一個(gè)量子粒子對(duì)應(yīng)的1.96eV光子。術(shù)語(yǔ)“光子”還涵蓋位于可見(jiàn)光譜外部的“光”或電磁能量的量子粒子。例如，術(shù)語(yǔ)“光子”還涵蓋紫外輻射或紅外輻射的量子粒子)。
[0003]常規(guī)上使用光電倍增管(PMT)探測(cè)器實(shí)施光子計(jì)數(shù)，這種探測(cè)器包括光敏光陰極和一組“倍增器”陽(yáng)極端子。光陰極響應(yīng)于光子的沖擊發(fā)射至少一個(gè)電子，并且(一個(gè)或多個(gè))電子接著又相繼撞擊陽(yáng)極端子，每個(gè)這樣的事件都導(dǎo)致電子噴流的發(fā)射，從而產(chǎn)生倍增效應(yīng)，以形成可測(cè)量的電脈沖。PMT能夠進(jìn)行高速光子計(jì)數(shù)。PMT探測(cè)器的缺點(diǎn)包括:其是具有大光學(xué)窗口的較笨重分離的設(shè)備，這些設(shè)備以高電壓運(yùn)行并容易因?yàn)殡娮庸茉O(shè)計(jì)和高的運(yùn)行電壓而出現(xiàn)故障。
[0004]已經(jīng)開(kāi)發(fā)出硅光電倍增管(SiPM)設(shè)備以克服這些缺點(diǎn)中的一些，并提供容易與硅基信號(hào)/數(shù)據(jù)處理電路集成的光子計(jì)數(shù)探測(cè)器。在一些實(shí)施例中，SiPM設(shè)備采用雪崩光電二極管作為光傳感器。當(dāng)被偏置到其擊穿電壓以上時(shí)，雪崩二極管響應(yīng)于單個(gè)光子的沖擊而進(jìn)入擊穿。這樣的設(shè)備有時(shí)被稱為單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器。在典型的SPAD探測(cè)器中，雪崩光電二極管被反向偏置到其擊穿電壓以上并與降壓電阻串聯(lián)。單個(gè)光子的沖擊導(dǎo)致p-n結(jié)在電子的倍增(即“雪崩”)噴流中擊穿，該噴流流入SPAD探測(cè)器中成為可測(cè)量的電流。這一電流較快被淬滅，因?yàn)橛捎陔娏鞯脑?，電阻上的電壓將雪崩二極管兩端的反向偏壓降低到低于其擊穿電壓的水平。額外地或備選地，包括(例如)一個(gè)或多個(gè)二極管、電阻器和/或晶體管的有源淬熄子電路能夠提供更快的淬滅。
[0005]SPAD探測(cè)器相對(duì)小，但通過(guò)SPAD探測(cè)器的二維陣列能夠?qū)崿F(xiàn)更大面積的探測(cè)。讀出能夠是模擬的或數(shù)字的。在模擬設(shè)計(jì)中，在邏輯“或”電路中互連SPAD探測(cè)器，使得任一個(gè)SPAD探測(cè)器的擊穿都會(huì)激活邏輯“或”組合。在數(shù)字設(shè)計(jì)中，該陣列操作在積分時(shí)段之后讀出的數(shù)字計(jì)數(shù)。在任一種情況下，讀出電路都具有單一通道。
[0006]對(duì)于一些應(yīng)用而言，例如飛行時(shí)間正電子發(fā)射斷層攝影(PET)成像，探測(cè)時(shí)間是重要的。有利地，可以將包括時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換(TDC)電路的硅基時(shí)間戳與用于這一目的的硅平臺(tái)上的SPAD陣列單片集成。
[0007]然而，利用SPAD陣列實(shí)現(xiàn)高空間分辨率是困難的。采用SPAD探測(cè)器的邏輯“或”組合的現(xiàn)有設(shè)計(jì)不能區(qū)分出組合中的哪個(gè)SPAD探測(cè)器探測(cè)到光子。潛在的解決方案是為每個(gè)SPAD探測(cè)器提供個(gè)體化的讀出電路。然而，這會(huì)增大系統(tǒng)復(fù)雜性和成本，因?yàn)槊總€(gè)SPAD會(huì)具有其自己的讀出通道。利用SPAD陣列既實(shí)現(xiàn)高空間分辨率又實(shí)現(xiàn)高時(shí)間分辨率更加困難。為每個(gè)SPAD探測(cè)器既提供個(gè)體化的讀出又提供個(gè)體化的時(shí)間戳通常是不現(xiàn)實(shí)的。
[0008]下文預(yù)見(jiàn)到克服上述限制和其他限制的改進(jìn)的裝置和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)一個(gè)方面，一種裝置包括光子探測(cè)器，所述光子探測(cè)器包括:探測(cè)器陣列，其包括單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器，所述單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器被配置為響應(yīng)于光子的沖擊而擊穿；觸發(fā)電路，其被配置為響應(yīng)于所述探測(cè)器陣列的SPAD探測(cè)器的擊穿而生成觸發(fā)信號(hào)；以及鎖存器，其被配置為存儲(chǔ)所述探測(cè)器陣列中擊穿的SPAD探測(cè)器的位置坐標(biāo)，所述鎖存器被配置為響應(yīng)于由所述觸發(fā)電路生成的觸發(fā)信號(hào)而鎖存。
[0010]根據(jù)另一方面，一種方法包括:提供探測(cè)器陣列，所述探測(cè)器陣列包括單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器，所述單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器被配置為響應(yīng)于光子的沖擊而在一個(gè)位置擊穿；提供鎖存器，所述鎖存器被配置為存儲(chǔ)所述探測(cè)器陣列中擊穿的SPAD探測(cè)器的位置坐標(biāo)；響應(yīng)于所述探測(cè)器陣列的SPAD探測(cè)器的擊穿生成觸發(fā)信號(hào)；并且響應(yīng)于所述觸發(fā)信號(hào)鎖存所述鎖存器。
[0011]根據(jù)另一方面，一種裝置包括光子探測(cè)器，所述光子探測(cè)器包括:單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器的陣列(12);鎖存器，其被配置為存儲(chǔ)所述陣列中擊穿的SPAD探測(cè)器的位置坐標(biāo)；觸發(fā)電路，其被配置為響應(yīng)于所述陣列的SPAD探測(cè)器的擊穿而生成觸發(fā)信號(hào)，其中，所述觸發(fā)信號(hào)導(dǎo)致所述鎖存器的鎖存；以及處理電路，其被配置為基于鎖存的鎖存器中存儲(chǔ)的位置坐標(biāo)輸出光子探測(cè)位置。
[0012]根據(jù)另一方面，一種裝置包括光子探測(cè)器，所述光子探測(cè)器包括:單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器的陣列；鎖存器，其被配置為存儲(chǔ)所述陣列中擊穿的SPAD探測(cè)器的位置坐標(biāo)；觸發(fā)電路，其被配置為響應(yīng)于所述陣列的SPAD探測(cè)器的擊穿而生成觸發(fā)信號(hào)，其中，所述觸發(fā)信號(hào)導(dǎo)致所述鎖存器的鎖存；至少一個(gè)延遲元件，其將鎖存延遲了積分時(shí)間；以及處理電路，其被配置為基于鎖存的鎖存器中存儲(chǔ)的位置坐標(biāo)輸出在積分時(shí)間上探測(cè)的光子的探測(cè)位置。
[0013]一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于利用采用具有單個(gè)(X，y)位置通道的相對(duì)簡(jiǎn)單的讀出電路的SPAD陣列提供了高空間分辨率。
[0014]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于利用采用了具有單個(gè)(x，y)位置通道和該陣列的單個(gè)時(shí)間輸出通道的相對(duì)簡(jiǎn)單的讀出電路的SPAD陣列提供了高空間分辨率和高時(shí)間分辨率。
[0015]在閱讀以下詳細(xì)描述之后，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，眾多額外的優(yōu)點(diǎn)和益處將變得顯而易見(jiàn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]本發(fā)明可以采取各種部件和部件布置，以及各種過(guò)程操作和過(guò)程操作的安排的形式。附圖僅出于圖示優(yōu)選實(shí)施例的目的，不得被解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0017]圖1示意性示出了單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器陣列和關(guān)聯(lián)的空間位置讀出和時(shí)間戮電路的頂視圖或平面圖。
[0018]圖2示意性示出了圖1的SPAD陣列的一種公開(kāi)操作模式的時(shí)序方面。
[0019]圖3示意性示出了圖1的SPAD陣列的另一種公開(kāi)操作模式的時(shí)序方面。
[0020]圖4示意性示出了采用參考圖1和2所述的SPAD陣列作為探測(cè)器的飛行時(shí)間(TOF)正電子發(fā)射斷層攝影(PET)成像系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]參考圖1，光子探測(cè)器10包括探測(cè)器陣列12，探測(cè)器陣列12包括單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器14的陣列。每個(gè)SPAD探測(cè)器14適當(dāng)?shù)匕ǚ聪蚱玫狡鋼舸╇妷阂陨喜⑴c淬熄電路連接的雪崩二極管，淬熄電路例如是在一些實(shí)施例中與雪崩二極管電串聯(lián)放置的無(wú)源降壓電阻，或基于有源晶體管的淬熄電路(未示出詳情)。SPAD探測(cè)器在光子計(jì)數(shù)或蓋革模式下運(yùn)行，其中，單個(gè)光子在雪崩二極管上的沖擊導(dǎo)致?lián)舸┮约昂罄m(xù)的電子倍增和大量電流，所述大量電流之后被淬熄電路淬滅。說(shuō)明性的探測(cè)器陣列12包括具有標(biāo)識(shí)為X0-X4的五列和標(biāo)識(shí)為Y0-Y5的六行的矩形陣列。這僅僅是說(shuō)明性的，所述探測(cè)器陣列基本能夠具有任意數(shù)量的行和列。
[0022]說(shuō)明性的光子探測(cè)器10是在硅襯底16上制造的硅基設(shè)備。這樣能夠在硅襯底16上單片集成探測(cè)器陣列12，硅襯底16上具有輔助性硅基部件，例如說(shuō)明性的硅基列讀出鎖存器20(其中，在說(shuō)明性 實(shí)施例中將列坐標(biāo)表示為X)、說(shuō)明性的硅基行讀出鎖存器22(其中，在說(shuō)明性實(shí)施例中將行坐標(biāo)表示為Y)、說(shuō)明性的硅基位置讀出電路24、說(shuō)明性的硅基復(fù)位電路26、說(shuō)明性的硅基時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換(TDC)電路28以及說(shuō)明性的硅基時(shí)間和位置處理和輸出電路30。盡管在說(shuō)明性實(shí)施例中這些部件14、20、22、24、26、28、30是硅基的，應(yīng)理解，這些硅基部件可以包括非硅和/或硅合金材料，例如各種氧化物、絕緣體或電介質(zhì)(例如硅氧化物、氮化物或氮氧化物、或不含硅的電介質(zhì))、各種硅合金(例如硅鍺或硅鍺碳合金)、金屬或金屬合金層等。此外，能夠由分離的部件、集成電路(IC)或其各種組合以各種方式實(shí)施各種電路。
[0023]說(shuō)明性的光子探測(cè)器10采用了能夠針對(duì)光子探測(cè)事件實(shí)現(xiàn)高空間分辨率的讀出電路(通常低至探測(cè)到光子的個(gè)體SPAD探測(cè)器14)，并能夠針對(duì)光子探測(cè)事件同時(shí)實(shí)現(xiàn)高時(shí)間分辨率(例如，處于或接近TDC電路28的分辨率的時(shí)間分辨率)。為此目的，將探測(cè)器陣列12的SPAD探測(cè)器14電互連在行和列中，每行鎖存器22 (鎖存器Y0，……，Y5)與探測(cè)器陣列12的對(duì)應(yīng)行的SPAD探測(cè)器的邏輯“或”組合相連接，每列鎖存器20 (鎖存器X0,……，X4)與探測(cè)器陣列12的對(duì)應(yīng)列的SPAD探測(cè)器的邏輯“或”組合相連接。
[0024]在說(shuō)明性的圖1中，使用邏輯“或”門元件符號(hào)示意性指示與鎖存器20、22的邏輯“或”連接。然而，應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語(yǔ)“邏輯或”涵蓋無(wú)論何時(shí)探測(cè)器的邏輯“或”組合的SPAD探測(cè)器之一被擊穿，都會(huì)輸出“真”或“開(kāi)”或“激活”(等)值的任何包括性分離或交替。邏輯“或”組合的【具體實(shí)施方式】可以采用或不采用邏輯“或”門元件。例如，可以根據(jù)摩根定律通過(guò)組合邏輯“非”和邏輯“與非”門元件實(shí)施探測(cè)器的邏輯“或”組合。在“有線或”實(shí)施例中，SPAD探測(cè)器物理地連線在一起，以實(shí)現(xiàn)邏輯“或”。
[0025]讀出電路還包括觸發(fā)電路34，其在圖1中由點(diǎn)線示意性指示。觸發(fā)電路與探測(cè)器陣列12的每個(gè)SPAD探測(cè)器14連接，且探測(cè)器陣列12的任何SPAD探測(cè)器14的擊穿都會(huì)令觸發(fā)電路34生成觸發(fā)信號(hào)。換言之，觸發(fā)電路34被配置為響應(yīng)于探測(cè)器陣列12的SPAD探測(cè)器14的擊穿，生成觸發(fā)信號(hào)。觸發(fā)信號(hào)經(jīng)由觸發(fā)電路34傳播到TDC電路28和鎖存器20、22，在TDC電路28處其觸發(fā)生成時(shí)間戳，在鎖存器20、22處其令鎖存器20、22鎖存。因此，當(dāng)探測(cè)器陣列12的任何SPAD探測(cè)器14探測(cè)到光子并相應(yīng)探測(cè)到擊穿時(shí)，其在觸發(fā)電路34上生成觸發(fā)信號(hào)，并行地，鎖存器存儲(chǔ)經(jīng)歷擊穿的SPAD探測(cè)器14的位置。
[0026]繼續(xù)參考圖1，通過(guò)說(shuō)明性舉例，在探測(cè)器陣列12的行Yl和列X3處的SPAD探測(cè)器14處示出了星號(hào)(*)。這一擊穿令列鎖存器22的鎖存器Yl和行鎖存器20的行鎖存器X3存儲(chǔ)指示“真”或“開(kāi)”或“激活”的值。同時(shí)，行Yl和列X3處的SPAD探測(cè)器14的擊穿導(dǎo)致令觸發(fā)電路34生成觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)信號(hào)既傳播到TDC電路28以生成時(shí)間戳，又傳播到鎖存器20、22，以導(dǎo)致鎖存器20、22的鎖存，從而保存鎖存器Yl和X3的“真”或“開(kāi)”或“激活”值。位置讀出電路24因此能夠使用適當(dāng)?shù)?以及任選相對(duì)慢的)讀出技術(shù)(例如查找表或時(shí)序計(jì)數(shù)器)，從鎖存器20、22讀出這些位置值，所述讀出技術(shù)將鎖存器20、22的位模式轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)或其他位置表示。
[0027]這種讀出方式依賴于在鎖存/位置讀出操作之前被存儲(chǔ)在鎖存器20、22中的SPAD探測(cè)器14的擊穿。根據(jù)觸發(fā)信號(hào)傳播和鎖存器存儲(chǔ)操作的相對(duì)速度，這一順序的操作可以自然發(fā)生(例如，如果邏輯“或”連接和鎖存器20、22顯著快于觸發(fā)電路34而運(yùn)行)。然而，為了實(shí)現(xiàn)高時(shí)間分辨率，期望觸發(fā)電路34運(yùn)行盡可能地快，以便獲得高分辨率的時(shí)間戳。
[0028]因此，在說(shuō)明性實(shí)施例中，提供延遲元件40、42以將觸發(fā)信號(hào)到鎖存器20、22的傳播延遲了一個(gè)量，該量有效確保一旦鎖存，鎖存器20、22存儲(chǔ)這樣的SPAD探測(cè)器14的位置坐標(biāo):所述SPAD探測(cè)器的擊穿令觸發(fā)電路34生成觸發(fā)信號(hào)。盡管在說(shuō)明性的圖2中示出了兩個(gè)延遲元件40、42以根據(jù)觸發(fā)電路的物理布局針對(duì)各自鎖存器20、22提供延遲，然而能夠使用最少單個(gè)延遲元件(例如，這樣的延遲元件:在其后，傳輸線斷開(kāi)以為行和列鎖存器饋電)。
[0029]繼續(xù)參考圖1并進(jìn)一步參考圖2，進(jìn)一步描述光子探測(cè)器10的運(yùn)行。在事件50中，光子沖擊在探測(cè)器陣列12的SPAD探測(cè)器14上，導(dǎo)致該SPAD探測(cè)器14的雪崩擊穿。這種擊穿導(dǎo)致兩種不同的結(jié)果。在具有因果關(guān)系的結(jié)果52中，擊穿令觸發(fā)電路34生成并傳播觸發(fā)信號(hào)。在具有因果關(guān)系的結(jié)果54中，擊穿令經(jīng)歷擊穿的SPAD探測(cè)器14的位置坐標(biāo)經(jīng)由邏輯“或”連接傳播到各自的列和行鎖存器20、22。
[0030]觸發(fā)信號(hào)接著導(dǎo)致三種具有因果關(guān)系的事件鏈。在第一具有因果關(guān)系的事件鏈中，觸發(fā)信號(hào)傳播到TDC電路28，在此其令TDC電路28生成時(shí)間戳。在說(shuō)明性的圖2中，時(shí)間戳操作需要兩個(gè)子操作:模擬時(shí)間測(cè)量56和數(shù)字化操作58，經(jīng)由數(shù)字化操作58對(duì)模擬時(shí)間測(cè)量進(jìn)行數(shù)字化以生成數(shù)字時(shí)間戳。模擬時(shí)間測(cè)量56能夠利用任何事件時(shí)間測(cè)量技術(shù)，例如延遲傳輸線、環(huán)形振蕩器等。數(shù)字化操作58對(duì)模擬時(shí)間測(cè)量進(jìn)行數(shù)字化。通常，模擬時(shí)間測(cè)量提供精細(xì)時(shí)間測(cè)量，以提供高時(shí)間分辨率。在一些實(shí)施例中，數(shù)字化操作58將這一精細(xì)(數(shù)字化的)時(shí)間測(cè)量添加到數(shù)字時(shí)鐘(與傳輸延遲線、環(huán)形振蕩器或其他精細(xì)模擬時(shí)間測(cè)量相比，提供粗略的時(shí)間測(cè)量)的值，以便在數(shù)字時(shí)鐘的擴(kuò)展時(shí)間尺度上生成高分辨率時(shí)間戳。
[0031]在由觸發(fā)信號(hào)導(dǎo)致的第二具有因果關(guān)系的事件鏈中，由列(X)鎖存器20響應(yīng)于觸發(fā)信號(hào)鎖存列(即X)位置坐標(biāo)。這一具有因果關(guān)系的事件鏈包括由任選的延遲元件40引入的任選起始延遲60。在圖2中所示的時(shí)序中，延遲60確保在鎖存操作之前完成到鎖存器
20、22的位置坐標(biāo)傳播54,所述鎖存操作包括列(X)鎖存器20的鎖存64之前的設(shè)置時(shí)間62，列(X)鎖存器20的鎖存64之后是保持時(shí)間66。設(shè)置時(shí)間62和保持時(shí)間66由列鎖存器20的設(shè)計(jì)確定，并且是鎖存操作之前和后續(xù)的時(shí)間間隔，在鎖存操作期間，鎖存器20中存儲(chǔ)的值應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的，以便確保鎖存操作64的完整性。
[0032]在由觸發(fā)信號(hào)導(dǎo)致的第三具有因果關(guān)系的事件鏈中，由行(Y)鎖存器22響應(yīng)于觸發(fā)信號(hào)鎖存行(即Y)位置坐標(biāo)。這一具有因果關(guān)系的事件鏈包括由任選的延遲元件42引入的任選起始延遲70。在圖2中所示的時(shí)序中，延遲70確保在鎖存操作之前完成到鎖存器
20、22的位置坐標(biāo)傳播54,所述鎖存操作包括行(Y)鎖存器22的鎖存74之前的設(shè)置時(shí)間72，行(Y)鎖存器22的鎖存74之后是保持時(shí)間76。設(shè)置時(shí)間72和保持時(shí)間76由行鎖存器22的設(shè)計(jì)確定，并且是鎖存操作之前和后續(xù)的時(shí)間間隔，在鎖存操作期間，鎖存器22中存儲(chǔ)的值應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的，以便確保鎖存操作74的完整性。
[0033]圖2中所示的鎖存操作部分62、64、66、72、74、76僅僅是說(shuō)明性的，詳細(xì)的鎖存操作可以根據(jù)鎖存器20、22的設(shè)計(jì)和特性變化。此外，盡管圖2示出了行和列鎖存的具有因果關(guān)系的事件鏈在持續(xù)時(shí)間方面是相同的，但還預(yù)見(jiàn)到行和列鎖存的具有因果關(guān)系的事件鏈具有或多或少不同的時(shí)間特性。
[0034]圖2中示出的示意性操作80總體上指示了完成光子探測(cè)處理和輸出中必需的操作。操作80包括復(fù)位和觸發(fā)電路34 (由圖1中示意性示出的復(fù)位電路26執(zhí)行)以及處理并緩沖光子探測(cè)事件的時(shí)間和位置數(shù)據(jù)(由圖1中示意性示出的時(shí)間和位置處理和輸出電路30執(zhí)行)。
[0035]在SPAD探測(cè)器擊穿之后的特定時(shí)間，SPAD探測(cè)器的淬熄子電路將使其淬滅并復(fù)位。圖2中示意性指示了淬滅時(shí)間82，這一淬滅時(shí)間指示SPAD探測(cè)器的雪崩二極管返回到不導(dǎo)電反向偏置狀態(tài)的時(shí)間。在淬滅時(shí)間82，SPAD探測(cè)器再次準(zhǔn)備好探測(cè)另一個(gè)光子；然而，在淬滅時(shí)間82，SPAD探測(cè)器也不再擊穿。因此，必須要在淬滅時(shí)間82之前完成鎖存操作62、64、66、72、74、76。另一方面，能夠在淬滅時(shí)間82之前和/或之后進(jìn)行時(shí)間戳數(shù)字化58和完成操作80。換言之，一旦完成模擬時(shí)間測(cè)量56和鎖存62、64、66、72、74、76，就實(shí)現(xiàn)了時(shí)間和空間分辨率，剩余的數(shù)據(jù)處理不在SPAD探測(cè)器淬滅所施加的緊迫時(shí)間約束之下。另一方面，盡可能快地完成數(shù)字化58、處理80和淬滅(在淬滅時(shí)間82結(jié)束)是有利的，因?yàn)镾PAD探測(cè)器不能用于探測(cè)另一個(gè)光子，直到完成這些操作。
[0036]用于復(fù)位觸發(fā)電路34的時(shí)序(包括在完成操作80中)依賴于觸發(fā)電路34的運(yùn)行。如果觸發(fā)電路34響應(yīng)于SPAD探測(cè)器轉(zhuǎn)變到擊穿而生成觸發(fā)信號(hào)，那么能夠在SPAD探測(cè)器淬滅之前復(fù)位觸發(fā)電路34。另一方面，如果觸發(fā)電路34響應(yīng)于SPAD探測(cè)器擊穿而生成觸發(fā)信號(hào)，那么觸發(fā)電路34不能復(fù)位，直到在SPAD探測(cè)器淬滅之后(亦即，直到圖2中所示的淬滅時(shí)間82之后)。
[0037]完成操作80的復(fù)位部分還包括為鎖存器20、22解鎖。這通常能夠在處理并緩沖鎖存的位置數(shù)據(jù)之后的任何時(shí)間進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，鎖存器20、22可以自動(dòng)解鎖,例如在完成保持時(shí)間66、76之后。在其他實(shí)施例中，復(fù)位電路26發(fā)送信號(hào)以對(duì)鎖存器20、22解鎖。完成操作80的復(fù)位部分可以任選地還包括復(fù)位鎖存器20、22中存儲(chǔ)的值，例如通過(guò)復(fù)位電路26向鎖存器20、22發(fā)送適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)。或者，如果鎖存器20、22是在鎖存之前遵循O — I和I — O轉(zhuǎn)變兩者的類型，那么一旦處于擊穿中的SPAD探測(cè)器被淬滅(亦即，在淬滅時(shí)間82)，鎖存器20、22中存儲(chǔ)的值就可以被自動(dòng)復(fù)位，因?yàn)樵谠摃r(shí)間，關(guān)聯(lián)到鎖存器的邏輯“或”返回到“假”或“關(guān)”或“去活”(等)值，以指示邏輯“或”組合中沒(méi)有SPAD探測(cè)器處于擊穿。
[0038]參考圖2描述的光子探測(cè)器10的運(yùn)行提供了具有高空間和時(shí)間分辨率的單光子計(jì)數(shù)能力。對(duì)于如下的應(yīng)用其是有效的:在該應(yīng)用中沖擊光子通量足夠低，使得相繼進(jìn)入的光子之間的平均時(shí)間比參考圖2描述的處理時(shí)間更長(zhǎng)。兩個(gè)光子一起到達(dá)的偶發(fā)情況在這種事件的結(jié)果是設(shè)置兩列鎖存器或兩行鎖存器的限度內(nèi)是可以調(diào)節(jié)的。因此，這能夠通過(guò)完成操作80來(lái)探測(cè)，并能夠丟棄或適當(dāng)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)。
[0039]在一些應(yīng)用中，沖擊光子通量可以更高，至少在感興趣時(shí)間間隔內(nèi)是這樣，使得在相繼光子探測(cè)事件之間的間隔期間不能完成參考圖2所述的處理。例如，當(dāng)光子探測(cè)器10結(jié)合閃爍體被使用時(shí)可能發(fā)生這樣的狀況，所述閃爍體響應(yīng)于閃爍體探測(cè)到的輻射粒子而生成光子(即閃爍事件)的短猝發(fā)。另一種應(yīng)用范例是在低強(qiáng)度但未低至采用圖2的方法的光條件下的成像。
[0040]參考圖1并進(jìn)一步參考圖3，對(duì)于這種更高光子通量的應(yīng)用，可以采用另一種操作模式，圖3中示意性示出了其時(shí)序。在圖2的操作模式中，任選地包括延遲60、70以確保在執(zhí)行鎖存62、64、66、72、74、76之前在鎖存器20、22中存儲(chǔ)位置數(shù)據(jù)。在圖3的實(shí)施例中，由更長(zhǎng)的積分時(shí)間延遲60i代替這些延遲60、70，更長(zhǎng)的積分時(shí)間延遲60i再次由延遲元件
40、42適當(dāng)實(shí)施。換言之，延遲元件40、42引入的延遲時(shí)間60i在圖3的實(shí)施例中更長(zhǎng)，以便提供積分時(shí)間。在圖3的實(shí)施例中，由延遲元件40、42兩者引入相同的延遲時(shí)間60i從而在相同時(shí)間60i內(nèi)對(duì)行和列位置數(shù)據(jù)積分也是有利的。(如前所述，在預(yù)見(jiàn)到的一些實(shí)施例中，這是通過(guò)將用于各自列和行鎖存器20、22的延遲元件40、42構(gòu)造成單個(gè)延遲元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中，鎖存信號(hào)從該單個(gè)延遲元件分支出來(lái)到達(dá)兩組鎖存器20、22。)
[0041]選擇延遲時(shí)間60i以提供積分時(shí)間，在積分時(shí)間內(nèi)累積針對(duì)光子探測(cè)事件的位置數(shù)據(jù)。在圖3的實(shí)施例中，假設(shè)光子的進(jìn)入通量足夠高，使得超過(guò)一個(gè)光子將在積分時(shí)間60?期間沖擊到探測(cè)器陣列12上。每個(gè)光子探測(cè)事件將令探測(cè)到光子的SPAD探測(cè)器14進(jìn)入擊穿并向鎖存器20、22中加載其位置數(shù)據(jù)。在積分時(shí)間60i結(jié)束之后，如已經(jīng)參考圖2所述地，執(zhí)行鎖存62、64、66、72、74、76，從而鎖存針對(duì)光子探測(cè)事件的位置數(shù)據(jù)。并行地，如參考圖2所述地，進(jìn)行操作56、58，但僅由第一光子探測(cè)事件觸發(fā)，使得所得的數(shù)字時(shí)間戳將針對(duì)第一光子探測(cè)事件。
[0042]為了在積分時(shí)間60i內(nèi)累積針對(duì)所有光子探測(cè)事件的位置數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)保持鎖存器20,22中存儲(chǔ)的位置數(shù)據(jù)，直到發(fā)生鎖存。如果在積分時(shí)間60i結(jié)束之后發(fā)生淬滅時(shí)間82，這將會(huì)自然發(fā)生(如說(shuō)明性的圖3的實(shí)施例所示)，因?yàn)樵谀欠N情況下，處于擊穿中的雪崩二極管在鎖存時(shí)將仍然未被淬滅。另一方面，如果淬滅時(shí)間短于積分時(shí)間60i，那么鎖存器20、22應(yīng)當(dāng)是保持“真”或“開(kāi)”或“激活”(等)值的類型，且一旦SPAD探測(cè)器淬滅不會(huì)復(fù)位。(換言之，鎖存器應(yīng)當(dāng)遵循O— I過(guò)渡，但不應(yīng)遵循1 — 0過(guò)渡)。在這種情況下，一旦雪崩二極管淬滅，鎖存器將不會(huì)返回到“假”或“關(guān)”或“去活”。(注意，這樣的鎖存器也能夠用于圖2的實(shí)施例中，但無(wú)論何時(shí)使用這樣的鎖存器時(shí)，完成操作80的復(fù)位部分應(yīng)當(dāng)包括復(fù)位鎖存器20、22中存儲(chǔ)的值)。[0043]在圖3的實(shí)施例中，完成電路80處理數(shù)據(jù)以生成有用的位置信息。在一些實(shí)施例中，這需要為每個(gè)光子探測(cè)事件確定(x，Y)坐標(biāo)，因此生成這些事件的“圖”。在其他實(shí)施例中，完成電路80處理數(shù)據(jù)以生成光子探測(cè)事件的一些統(tǒng)計(jì)匯總，例如一組光子探測(cè)事件的中心測(cè)量(例如質(zhì)心或重心)和/或?qū)挾葴y(cè)量(例如，空間半最大全寬或FWHM，或最大范圍)。
[0044]在圖3的實(shí)施例中，完成電路80可能不能完全消除針對(duì)多個(gè)光子探測(cè)事件的位置數(shù)據(jù)的不明確性。例如，如果列鎖存器Xl和Χ2為“開(kāi)”，行鎖存器Yl和Υ2為開(kāi)，這能夠?qū)?yīng)于以下光子探測(cè)事件集合的任何一種:[(Χ1，Υ2)和(Χ2，Υ1)]或[(Χ1，Υ1)和(Χ2，Υ2)]，或[(XI，Υ2)，和(Χ2，Υ1)，和(XI，Yl)和 / 或(Χ2，Υ2)中任一個(gè)或兩個(gè)]，或[(XI，Υ1)，和(Χ2，Υ2)，和(XI，Υ2)和/或(Χ2，Yl)的任一個(gè)或兩個(gè)]。能夠明確得出的結(jié)論是，在這一 2X2SPAD探測(cè)器正方形中發(fā)生兩個(gè)到四個(gè)的光子事件?？梢栽谕瓿呻娐?0中通過(guò)適當(dāng)?shù)慕铺幚韥?lái)解決這種不明確狀況，所述適當(dāng)?shù)慕铺幚砝珉S機(jī)選擇不明確的2X2SPAD探測(cè)器正方形的兩個(gè)或三個(gè)SPAD探測(cè)器作為光子探測(cè)事件的位置。通常，如果積分時(shí)間60?和入射光子通量使得光子探測(cè)事件在探測(cè)器陣列12上的分布稀疏(表示沿任何單一行或列幾乎沒(méi)有兩個(gè)或更多光子探測(cè)事件(如果有的話)的發(fā)生)，則預(yù)計(jì)圖3的方法會(huì)是最有效的(在避免上述不明確性的意義上)。
[0045]用于更準(zhǔn)確地消除位置數(shù)據(jù)不明確性的另一種方法是通過(guò)以高速向諸如開(kāi)關(guān)電容器或傳輸門的存儲(chǔ)元件(未示出)中鎖存這些數(shù)據(jù)對(duì)探測(cè)器陣列12的行和列采樣，其中，鎖存是由觸發(fā)電路34生成的觸發(fā)信號(hào)啟動(dòng)的。如果采樣足夠快(與光子探測(cè)事件的平均速率相比)，那么線改變其狀態(tài)的時(shí)間被記錄，并且記錄的時(shí)間能夠用于將行和列位置相關(guān)并確定光子相對(duì)于觸發(fā)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間。
[0046]注意，不明確性由于多個(gè)光子探測(cè)事件在圖2的操作模式中也是可能的，并且如果在事件50、52的時(shí)間和延遲60、70的結(jié)束之間探測(cè)到一個(gè)或多個(gè)額外的光子，不明確性可能發(fā)生。然而，這些延遲60、70很短，這降低了探測(cè)多個(gè)光子的可能性。而且，通常在低入射光子通量應(yīng)用中采用圖2的操作模式。盡管如此，不明確狀況(如果在圖2的操作模式中其會(huì)發(fā)生)容易被探測(cè)到，因?yàn)橥瓿呻娐穈80會(huì)探測(cè)其對(duì)應(yīng)的鎖存器存儲(chǔ)“真”或“開(kāi)”或“激活”(等)值的兩行或更多行和/或兩列或更多列。在這種情況下，處理和輸出電路30適當(dāng)?shù)乇慌渲靡皂憫?yīng)于指示兩個(gè)或更多SPAD探測(cè)器處于擊穿的(在響應(yīng)于觸發(fā)電路34生成的觸發(fā)信號(hào)而鎖存之后的)鎖存器，輸出錯(cuò)誤信號(hào)。
[0047]公開(kāi)的光子探測(cè)器10提供了高空間和高時(shí)間分辨率。在一些實(shí)施例中，可能不需要或?qū)嶋H上不能實(shí)現(xiàn)高時(shí)間分辨率。例如，在根據(jù)圖3的實(shí)施例中，由過(guò)程56、58生成的時(shí)間戳對(duì)應(yīng)于積分時(shí)間60i的開(kāi)始。時(shí)間分辨率于是受到積分時(shí)間60i的限制，對(duì)于比積分時(shí)間60i顯著精細(xì)的數(shù)字時(shí)間戳的時(shí)間分辨率，這是沒(méi)有用的。在這樣的情況下，可以任選地省去處理56、58，并將TDC電路28簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)單地記錄所采集的光子探測(cè)事件數(shù)據(jù)的(例如)當(dāng)前時(shí)鐘周期。在一些這樣的實(shí)施例中，可以整個(gè)省去TDC電路28，并可以通過(guò)在向硅芯片或襯底16外部傳遞數(shù)據(jù)時(shí)向數(shù)據(jù)分配時(shí)間戳，以“在芯片外”執(zhí)行時(shí)間戳標(biāo)記。
[0048]公開(kāi)的光子探測(cè)器在物理學(xué)、天文學(xué)、諸如正電子發(fā)射斷層攝影(PET)或單光子發(fā)射斷層攝影(SPECT)的輻射成像等中具有多種應(yīng)用。
[0049]參考圖4，正電子發(fā)射斷層攝影(PET)成像應(yīng)用被示意性示為說(shuō)明性范例。在本申請(qǐng)中，PET掃描器90包括被布置成環(huán)繞感興趣區(qū)域92的環(huán)的多個(gè)所公開(kāi)的光子探測(cè)器10。PET探測(cè)器環(huán)被適當(dāng)安裝在外殼或掃描架94上，并且閃爍體環(huán)96被設(shè)置于光子探測(cè)器10的環(huán)內(nèi)部，使得從設(shè)置于感興趣區(qū)域92中的PET成像受檢者發(fā)射的511keV粒子被閃爍體環(huán)96吸收，以生成由鄰近光子探測(cè)器10探測(cè)的光子猝發(fā)(即閃爍)。在本申請(qǐng)中，圖3的積分操作模式可能是最有用的，但也預(yù)見(jiàn)到采用圖2的操作模式，結(jié)合具有低光子產(chǎn)出(例如，在每次511keV閃爍中僅發(fā)射一個(gè)或少數(shù)光子)的薄閃爍體。
[0050]所得的PET數(shù)據(jù)被電子處理設(shè)備98處理，例如，電子處理設(shè)備被實(shí)現(xiàn)為適當(dāng)編程控制的計(jì)算機(jī)100。光子探測(cè)事件(或圖3的操作模式中確定的光子探測(cè)事件圖的中心)與數(shù)字時(shí)間戳和(從積分時(shí)間60i期間探測(cè)的光子數(shù)量估計(jì)的)粒子能量一起形成列表模式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器102中存儲(chǔ)的列表模式PET數(shù)據(jù)。51 IkeV并發(fā)探測(cè)器104使用適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和能量開(kāi)窗技術(shù)在列表模式數(shù)據(jù)中識(shí)別并發(fā)的511keV探測(cè)事件。每對(duì)并發(fā)的511keV探測(cè)事件定義一條響應(yīng)線(L0R)，并且能夠使用時(shí)間戳作為飛行時(shí)間(TOF)數(shù)據(jù)沿LOR定位源電子-空穴湮滅事件。TOF-PET數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器106中，并由適當(dāng)?shù)腜ET成像數(shù)據(jù)重建處理器108重建以形成重建圖像，所述重建圖像被適當(dāng)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器110中，顯示于計(jì)算機(jī)100的顯示器112上，或以其他方式被利用。
[0051 ] 盡管圖4圖示了 PET應(yīng)用，但更一般地，可以結(jié)合輻射成像系統(tǒng)使用公開(kāi)的光子探測(cè)器，例如結(jié)合說(shuō)明性的PET掃描器90、或伽馬照相機(jī)的輻射探測(cè)器頭(其被安裝于被配置為繞感興趣區(qū)域旋轉(zhuǎn)輻射探測(cè)器頭的機(jī)器人臂或掃描架上)的光子探測(cè)器等。
[0052]已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明。顯然，他人在閱讀和理解前面的詳細(xì)描述之后能夠做出修改和變化。本發(fā)明旨在被解釋為包括所有這樣的修改和變化，只要它們落在權(quán)利要求書或其等價(jià)要件的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，包括: 光子探測(cè)器(10)，其包括: 探測(cè)器陣列(12)，其包括單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器(14)，所述單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器被配置為響應(yīng)于光子的沖擊而擊穿， 觸發(fā)電路(34)，其被配置為響應(yīng)于所述探測(cè)器陣列的SPAD探測(cè)器的擊穿而生成觸發(fā)信號(hào)，以及 鎖存器(20、22)，其被配置為存儲(chǔ)所述探測(cè)器陣列中擊穿的SPAD探測(cè)器的位置坐標(biāo)，所述鎖存器被配置為響應(yīng)于由所述觸發(fā)電路生成的觸發(fā)信號(hào)而鎖存。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括: 至少一個(gè)延遲元件(40、42)，其將所述觸發(fā)信號(hào)到所述鎖存器(20、22)的傳播延遲了延遲時(shí)間(60、70)，所述延遲時(shí)間有效地確保一旦鎖存，所述鎖存器存儲(chǔ)這樣的SPAD探測(cè)器(14)的位置坐標(biāo):所述SPAD探測(cè)器的擊穿令所述觸發(fā)電路(34)生成所述觸發(fā)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括: 至少一個(gè)延遲元件(40、42)，其將所述觸發(fā)信號(hào)到所述鎖存器(20、22)的傳播延遲了積分時(shí)間間隔(60i)，使得所述鎖存器在鎖存之后為在所述積分時(shí)間間隔上擊穿的SPAD探測(cè)器提供位置坐標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述鎖存器(20、22)包括: 行鎖存器(22)，其中，每個(gè)行鎖存器與所述探測(cè)器陣列(12)的對(duì)應(yīng)行的SPAD探測(cè)器(14)的邏輯“或”組合相連接；以`及 列鎖存器(20)，其中，每個(gè)列鎖存器與所述探測(cè)器陣列(12)的對(duì)應(yīng)列的SPAD探測(cè)器的邏輯“或”組合相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，包括所述探測(cè)器陣列(12)、所述觸發(fā)電路(34)和所述鎖存器(20、22)的所述光子探測(cè)器(10)單片集成地設(shè)置于硅襯底(16)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述光子探測(cè)器(10)還包括: 時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)電路(28)，其被配置為，為由所述觸發(fā)電路(34)生成的觸發(fā)信號(hào)生成數(shù)字時(shí)間戳。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述光子探測(cè)器(10)還包括: 處理和輸出電路(30)，其生成并輸出:(I)光子探測(cè)位置，所述光子探測(cè)位置包括處于擊穿中的SPAD探測(cè)器(14)的，基于在響應(yīng)于由所述觸發(fā)電路(34)生成的觸發(fā)信號(hào)而鎖存之后的所述鎖存器(20、22)中存儲(chǔ)的值的位置坐標(biāo)；以及(2)由所述TDC電路(28)為令所述鎖存器鎖存的所述觸發(fā)信號(hào)生成的數(shù)字時(shí)間戳。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述處理和輸出電路(30)還被配置為響應(yīng)于指示兩個(gè)或更多SPAD探測(cè)器(14)處于擊穿的、在鎖存之后的所述鎖存器輸出錯(cuò)誤信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的裝置，還包括: 正電子發(fā)射斷層攝影(PET )掃描器(90 )，其包括被布置成環(huán)繞感興趣區(qū)域(92 )的探測(cè)器環(huán)的多個(gè)所述光子探測(cè)器(10)。
10.一種方法，包括: 提供包括單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器(14)的探測(cè)器陣列(12)，所述單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器被配置為響應(yīng)于光子的沖擊而在一位置擊穿；提供鎖存器(20、22)，所述鎖存器被配置為存儲(chǔ)所述探測(cè)器陣列中擊穿的SPAD探測(cè)器的位置坐標(biāo)； 響應(yīng)于所述探測(cè)器陣列的SPAD探測(cè)器的擊穿(50)生成(52)觸發(fā)信號(hào)；并且 響應(yīng)于所述觸發(fā)信號(hào)鎖存(62、64、66、72、74、76)所述鎖存器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括: 將所述觸發(fā)信號(hào)到所述鎖存器(20、22)的傳播延遲了延遲間隔(60、70)，所述延遲間隔有效地確保所述鎖存器存儲(chǔ)這樣的SPAD探測(cè)器(14)的位置坐標(biāo):所述SPAD探測(cè)器的擊穿在所述鎖存(62、64、66、72、74、76)之前導(dǎo)致所述觸發(fā)信號(hào)的生成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10-11中任一項(xiàng)所述的方法，還包括: 在所述鎖存(62、64、66、72、74、76)之后，讀取(30)所述鎖存器(20、22)以確定這樣的SPAD探測(cè)器(14)的位置:所述SPAD探測(cè)器的擊穿導(dǎo)致所述觸發(fā)信號(hào)的生成(52)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括: 將所述觸發(fā)信號(hào)到所述鎖存器的傳播延遲了積分時(shí)間(60i);并且在所述鎖存(62、64、66、72、74、76)之后，讀取(30)所述鎖存器(20、22)以生成所述探測(cè)器陣列(12)中在積分間隔(60i)上擊穿的SPAD探測(cè)器(14)的圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)所述的方法，還包括: 執(zhí)行(56、58)由所述觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)的時(shí)間到數(shù)字轉(zhuǎn)換以為這樣的SPAD探測(cè)器(14)的擊穿生成時(shí)間 戳:所述SPAD探測(cè)器的擊穿導(dǎo)致所述觸發(fā)信號(hào)的生成(52)。
15.一種裝置,包括: 光子探測(cè)器(10)，其包括: 單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器(14)的陣列(12)， 鎖存器(20、22)，其被配置為存儲(chǔ)所述陣列中擊穿的SPAD探測(cè)器的位置坐標(biāo)， 觸發(fā)電路(34)，其被配置為響應(yīng)于所述陣列的SPAD探測(cè)器的擊穿而生成觸發(fā)信號(hào)，其中，所述觸發(fā)信號(hào)導(dǎo)致所述鎖存器的鎖存，以及 處理電路(30)，其被配置為基于鎖存的鎖存器中存儲(chǔ)的位置坐標(biāo)輸出光子探測(cè)位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述光子探測(cè)器(10)還包括: 時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)電路(28)，其被配置為，為由所述觸發(fā)電路(34)生成的觸發(fā)信號(hào)生成數(shù)字時(shí)間戳； 其中，所述處理電路(30)還被配置為基于導(dǎo)致所述鎖存器(20、22)鎖存的所述觸發(fā)信號(hào)的所述數(shù)字時(shí)間戳輸出光子探測(cè)時(shí)間。
17.根據(jù)權(quán)利要求15-16中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述光子探測(cè)器(10)還包括: 至少一個(gè)延遲元件(40、42)，其被布置為將所述鎖存器(20、22)的鎖存延遲了延遲時(shí)間(60、70)，所述延遲時(shí)間有效地確保鎖存的鎖存器存儲(chǔ)這樣的SPAD探測(cè)器(14)的位置坐標(biāo):所述SPAD探測(cè)器的擊穿令所述觸發(fā)電路(34)生成所述觸發(fā)信號(hào)。
18.一種裝置，包括: 光子探測(cè)器(10)，其包括: 單光子雪崩二極管(SPAD)探測(cè)器(14)的陣列(12)， 鎖存器(20、22)，其被配置為存儲(chǔ)所述陣列中擊穿的SPAD探測(cè)器的位置坐標(biāo)， 觸發(fā)電路(34)，其被配置為響應(yīng)于所述陣列的SPAD探測(cè)器的擊穿而生成觸發(fā)信號(hào)，其中，所述觸發(fā)信號(hào)導(dǎo)致所述鎖存器的鎖存， 至少一個(gè)延遲元件(40、42)，其將鎖存延遲了積分時(shí)間(60i )，以及 處理電路(30)，其被配置為基于鎖存的鎖存器中存儲(chǔ)的位置坐標(biāo)輸出在所述積分時(shí)間上探測(cè)的光子的探測(cè)位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，還包括: 閃爍體(96)，其由所述光子探測(cè)器(10)觀察以探測(cè)由所述閃爍體響應(yīng)于被所述閃爍體吸收的輻射粒子而發(fā)射的閃爍光子； 其中，所述處理電路(30)被配置為計(jì)算輻射粒子探測(cè)的位置以作為由所述光子探測(cè)器在所述積分時(shí)間(60i)上探測(cè)的光子的輸出探測(cè)位置的中心。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，還包括: 輻射成像系統(tǒng)(90)，其包括所述閃爍體(96)和所述光子探測(cè)器(10)的，所述光子探測(cè)器被配置為以下之一:(I)環(huán)繞感興趣區(qū)域(92)的輻射探測(cè)器環(huán)以及(2)輻射探測(cè)器頭，所述輻射探測(cè)器頭被安裝在被配置為將所述輻射探測(cè)器頭繞感興趣區(qū)域旋轉(zhuǎn)的機(jī)器人臂或掃描架上。
【文檔編號(hào)】G01T1/24GK103733609SQ201280038184
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月3日
【發(fā)明者】T·弗拉奇 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司