譜光子計(jì)數(shù)探測(cè)器的制造方法
【專利摘要】一種裝置包括脈沖整形器(120)和峰值探測(cè)器(150)，其中，所述脈沖整形器(120)用于接收指示探測(cè)到的光子的信號(hào)并根據(jù)所述信號(hào)來(lái)生成多個(gè)脈沖以形成脈沖序列(200)，所述峰值探測(cè)器(150)用于在所述脈沖整形器(120)的輸出端處對(duì)所述脈沖序列(200)進(jìn)行采樣。所述峰值探測(cè)器(150)包括用于對(duì)所述脈沖序列(200)的極大(202a、b、c)值和極小(204a、b)值進(jìn)行選擇性地檢測(cè)和采樣的電路(300)。之后經(jīng)由模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(160)將采樣的所述極大(202a、b、c)和所述極小(204a、b)值從模擬格式轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。
【專利說(shuō)明】譜光子計(jì)數(shù)探測(cè)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)總體上涉及譜光子計(jì)數(shù)探測(cè)器。盡管本申請(qǐng)結(jié)合對(duì)計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)的具體應(yīng)用加以描述，但是本申請(qǐng)還涉及期望對(duì)探測(cè)到的具有不同能量的光子進(jìn)行能量分辨的其他應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)系統(tǒng)包括輻射源，輻射源發(fā)射貫穿檢查區(qū)域的多能電離光子。這樣的系統(tǒng)還包括輻射敏感探測(cè)器，輻射敏感探測(cè)器相對(duì)于檢查區(qū)域位于輻射源的對(duì)面，輻射敏感探測(cè)器探測(cè)貫穿檢查區(qū)域的光子。探測(cè)器針對(duì)每個(gè)探測(cè)到的光子產(chǎn)生電信號(hào)，例如電流或電壓。探測(cè)器還包括用于基于電信號(hào)對(duì)所探測(cè)到的光子進(jìn)行能量分辨的電子器件。
[0003]通過(guò)范例的方式，輻射敏感探測(cè)器包括脈沖整形器，脈沖整形器用于處理由傳感器產(chǎn)生的電流以生成具有指示所探測(cè)到的光子的能量峰值幅度的電壓脈沖。探測(cè)器還包括鑒別器，鑒別器將電壓脈沖的幅度與根據(jù)不同能量水平設(shè)置的兩個(gè)或更多個(gè)閾值進(jìn)行比較。鑒別器針對(duì)第一閾值的輸出當(dāng)脈沖幅度增大并越過(guò)第一閾值時(shí)升高，而鑒別器針對(duì)第二閾值的輸出當(dāng)脈沖幅度減小并越過(guò)第二閾值時(shí)降低。針對(duì)第一閾值和第二閾值中的每個(gè)，計(jì)數(shù)器對(duì)上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)兩個(gè)或更多個(gè)閾值以及對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器并入探測(cè)器時(shí)，能量分組器能夠?qū)δ芰糠秶蚪M中的計(jì)數(shù)進(jìn)行能量分組。因此，基于經(jīng)分組的數(shù)據(jù)，對(duì)所探測(cè)到的光子進(jìn)行能量分辨。
[0004]遺憾的是，連續(xù)的光子探測(cè)之間的時(shí)間可以導(dǎo)致傳感器內(nèi)的脈沖堆積或脈沖整形器生成重疊脈沖。當(dāng)脈沖重疊時(shí)，其幅度可以相組合使得不易于從該組合中辨別出單個(gè)脈沖。因此，鑒別器可能看不出脈沖的幅度越過(guò)給定閾值。另外，脈沖的峰值能量可能被重疊脈沖的幅度貢獻(xiàn)所移位。因此，所探測(cè)到的光子的能量分布可能錯(cuò)誤地被移位。
[0005]此外，在光子計(jì)數(shù)能量分辨探測(cè)器中，因?yàn)檎纹髅}沖持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)以至于不能分開來(lái)自直接轉(zhuǎn)換傳感器的相鄰可區(qū)分脈沖，更高的X射線通量導(dǎo)致脈沖在整形器的輸出端處堆積。由于堆積，從將整形器輸出與許多不同鑒別器閾值進(jìn)行比較推出的能量估計(jì)變得錯(cuò)誤。已經(jīng)提出了隨機(jī)模型以將堆積并入極大似然評(píng)估方案中，然而，由于可能的解決方案的空間如此大使得最有可能的解決方案的概率沒(méi)有明顯不同于最不可能的解決方案的概率，所以該方法沒(méi)有得到大大改善的能量估計(jì)。
[0006]常規(guī)光子計(jì)數(shù)讀出電路使用少量鑒別器來(lái)粗略地估計(jì)由前述整形器生成的脈沖的高度。堆積一開始起作用，就不再正確地確定脈沖高度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本申請(qǐng)的方面解決了以上提到的問(wèn)題和其他問(wèn)題。
[0008]根據(jù)一個(gè)方面，一種裝置包括脈沖整形器和峰值探測(cè)器，其中，所述脈沖整形器用于接收指示探測(cè)到的光子的信號(hào)并根據(jù)所述信號(hào)來(lái)生成多個(gè)脈沖以形成脈沖序列，所述峰值探測(cè)器用于在所述脈沖整形器的輸出端處對(duì)所述脈沖序列進(jìn)行采樣。所述峰值探測(cè)器包括用于對(duì)所述脈沖序列的局部極大值和局部極小值進(jìn)行選擇性地檢測(cè)和采樣的電路。之后經(jīng)由模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器將采樣的所述極大值和所述極小值從模擬格式轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。
[0009]在另一方面中，一種方法包括:經(jīng)由脈沖整形器來(lái)接收指示探測(cè)到的光子的信號(hào)；根據(jù)所述信號(hào)來(lái)生成多個(gè)脈沖以形成脈沖序列；經(jīng)由峰值探測(cè)器在所述脈沖整形器的輸出端處對(duì)所述脈沖序列進(jìn)行采樣；并且經(jīng)由所述峰值探測(cè)器中的電路對(duì)所述脈沖序列的極大值和極小值進(jìn)行選擇性地檢測(cè)和采樣。
[0010]本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀并理解下文詳細(xì)描述后將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的更進(jìn)一步的方面。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]本發(fā)明可以采取各種部件和部件的布置，以及各種步驟和步驟的安排的形式。附圖僅出于說(shuō)明優(yōu)選實(shí)施例的目的，并且不得被解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0012]圖1圖示成像系統(tǒng)的范例。
[0013]圖2圖示谷和峰(極小值和極大值)脈沖序列的范例。
[0014]圖3圖示用于探測(cè)局部極大值和局部極小值的電路的范例。
[0015]圖4圖示VSH、V(C1)和V (C2)的時(shí)間行為的范例。
[0016]圖5圖示源自于具有2ns距離的整形器波形的脈沖序列的范例。
[0017]圖6圖示用于通過(guò)重建脈沖序列的峰和谷來(lái)進(jìn)行光子計(jì)數(shù)的方法的流程圖的范例。

【具體實(shí)施方式】
[0018]參考圖1，計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)系統(tǒng)100包括旋轉(zhuǎn)機(jī)架部分104，旋轉(zhuǎn)機(jī)架部分104圍繞縱軸或z軸繞檢查區(qū)域108旋轉(zhuǎn)。諸如X射線管的X射線源112由旋轉(zhuǎn)機(jī)架部分104支撐并且發(fā)射貫穿檢查區(qū)域108的多能輻射束。
[0019]輻射敏感探測(cè)器116包括多個(gè)像素118，多個(gè)像素118在至少一百八十度加上扇角的范圍內(nèi)探測(cè)由源112發(fā)射的光子。多個(gè)像素118中的每個(gè)針對(duì)每個(gè)探測(cè)到的光子生成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，例如電流或電壓。適當(dāng)?shù)膫鞲衅鞯姆独ㄖ苯愚D(zhuǎn)換探測(cè)器(例如，基于碲鎘鋅(CZT)的探測(cè)器)和基于閃爍體的傳感器，基于閃爍體的傳感器包括與光電傳感器進(jìn)行光學(xué)通信的閃爍體。
[0020]脈沖整形器120處理所述電信號(hào)并生成指示所探測(cè)到的光子的一個(gè)或多個(gè)脈沖，例如電壓或其他脈沖。脈沖整形器120可以包括用于在第一時(shí)間間隔期間對(duì)電荷進(jìn)行積分以產(chǎn)生具有指示所探測(cè)到的光子的能量的峰值幅度的脈沖的電子器件，以及用于在相對(duì)較短的第二時(shí)間間隔期間對(duì)電荷進(jìn)行積分以產(chǎn)生具有指示所探測(cè)到的光子的能量是否超出最小期望能量的峰值幅度的脈沖的電子器件。
[0021]能量鑒別器124對(duì)所述脈沖進(jìn)行能量鑒別。這包括將所生成的脈沖的幅度與各自對(duì)應(yīng)于特定能量水平的一個(gè)或多個(gè)閾值進(jìn)行比較。能量鑒別器124針對(duì)每個(gè)閾值產(chǎn)生指示幅度是否增大并越過(guò)對(duì)應(yīng)閾值以及是否減小并越過(guò)所述閾值的輸出信號(hào)。例如，當(dāng)幅度增大并越過(guò)對(duì)應(yīng)閾值時(shí)，所述輸出信號(hào)可以包括上升(或下降)沿，而當(dāng)幅度減小并越過(guò)對(duì)應(yīng)閾值時(shí)，所述輸出信號(hào)可以包括下降(或上升)沿。
[0022]計(jì)數(shù)器128針對(duì)每個(gè)閾值對(duì)信號(hào)中的上升(或下降)沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。脈沖濾除器132濾除脈沖，或門控計(jì)數(shù)器128使得計(jì)數(shù)器128丟棄諸如堆積脈沖的非期望脈沖的上升(或下降)沿或者不對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。基于能量鑒別器124的輸出，脈沖否決器132產(chǎn)生門信號(hào)。
[0023]計(jì)數(shù)定標(biāo)器136針對(duì)閾值對(duì)計(jì)數(shù)進(jìn)行定標(biāo)或者調(diào)整以說(shuō)明未被計(jì)數(shù)的被丟棄的脈沖。
[0024]重建器140基于信號(hào)的譜特性選擇性地對(duì)由探測(cè)器116生成的信號(hào)進(jìn)行重建。
[0025]諸如臥榻的對(duì)象支撐物148將患者或其他對(duì)象支撐在檢查區(qū)域108中。對(duì)象支撐物148是可移動(dòng)的從而在執(zhí)行掃描過(guò)程時(shí)相對(duì)于檢查區(qū)域108引導(dǎo)對(duì)象。
[0026]通用計(jì)算機(jī)用作操作員控制臺(tái)144?？刂婆_(tái)144包括諸如監(jiān)視器或顯示器的人類可讀輸出設(shè)備，以及諸如鍵盤和鼠標(biāo)的輸入設(shè)備。駐留在控制臺(tái)144的軟件允許操作員例如通過(guò)圖形用戶接口(⑶I)來(lái)控制掃描器100并且與掃描器100交互。這樣的交互可以包括用于基于譜特征對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行重建的指令。
[0027]為了進(jìn)一步地改善測(cè)量結(jié)果，能夠在每個(gè)像素中運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器170，計(jì)數(shù)器170例如以比特串(即，每個(gè)時(shí)鐘周期一比特)的形式來(lái)記錄，“I”指標(biāo)表示探測(cè)到的極大值或極小值，在所述時(shí)間點(diǎn)處探測(cè)到極小值或極大值。時(shí)間計(jì)數(shù)器170可以被連接到峰值探測(cè)器150以對(duì)脈沖序列200的極大202a、b、c值與極小204a、b值(見下面描述的圖2)之間的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，以便得到改善的極大值與極小值之間的計(jì)時(shí)(原始脈沖序列的特征在于極小值和極大值的集合以及極大值與相鄰極小值之間的時(shí)間距離)。峰值探測(cè)器150還可以與模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器160進(jìn)行通信，下面將進(jìn)一步地描述。
[0028]此外，時(shí)間計(jì)數(shù)器170指的是預(yù)定義測(cè)量周期(例如，100 μ s)內(nèi)的(例如，1MHz時(shí)鐘的)時(shí)鐘標(biāo)記(clock ticks)的數(shù)量，得到例如每測(cè)量周期1000次時(shí)鐘標(biāo)記。每當(dāng)探測(cè)到極大值或極小值，時(shí)間計(jì)數(shù)器170對(duì)于此時(shí)的時(shí)鐘標(biāo)記生成“ I ”，在此時(shí)的時(shí)鐘標(biāo)記期間探測(cè)到極大值或極小值，而任何其他時(shí)鐘標(biāo)記被賦予值“O”。在隨后的測(cè)量周期期間讀出得到的“Os”和“Is”的比特串(這還需要至少1MHz的讀出時(shí)鐘速度)，并且之后與極大值和極小值的集合一起被使用以使用經(jīng)改善的極大值與極小值之間的計(jì)時(shí)來(lái)重建原始脈沖序列。備選地，時(shí)間計(jì)數(shù)器170還可以被實(shí)施為讀數(shù)計(jì)數(shù)器，讀數(shù)計(jì)數(shù)器在探測(cè)到極大值(或極小值)時(shí)以O(shè)開始并且被增大直到探測(cè)到隨后的極小值(或極大值)，在這種情況下鎖定計(jì)數(shù)器值，并且能夠重新開始計(jì)數(shù)。于是，然而，需要與在測(cè)量周期內(nèi)可能存在的極大值和極小值對(duì)一樣多的鎖。
[0029]如以上所討論的，以非常高的頻率對(duì)脈沖整形器120的輸出進(jìn)行采樣以便重建脈沖序列200的正確脈沖高度，脈沖序列200的正確脈沖高度示出脈沖的堆積。
[0030]參考圖2，為了減少脈沖堆積，提出了以下方法，所述方法提供在沒(méi)有以非常高的采樣頻率對(duì)整形器輸出進(jìn)行采樣的情況下來(lái)重建完全脈沖序列200的單元。由于如在譜計(jì)算機(jī)斷層攝影的任何光子計(jì)數(shù)ASIC中實(shí)施的整形器輸出產(chǎn)生“谷和峰”波形，在所述“谷和峰”波形中峰識(shí)別脈沖極大值，并且谷表示(可能不完整的)到基線的返回，具有模擬極大值探測(cè)器和模擬極小值探測(cè)器的電路300 (見下面描述的圖3)被用來(lái)在脈沖整形器120的輸出端處僅在極大值和極小值(見圖2)處對(duì)脈沖序列200進(jìn)行采樣，模擬極大值探測(cè)器和模擬極小值探測(cè)器兩者都衍生自峰值探測(cè)器150 (見圖1)。之后經(jīng)由ADC 160 (見圖1)將采樣值進(jìn)行模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換。
[0031]給定局部極大值和局部極小值的序列，之后能夠使用整形器輸出的模型來(lái)重建實(shí)際脈沖序列200，整形器輸出的模型可以從測(cè)試像素測(cè)量或從CMOS電路仿真中獲得。因此，獲得對(duì)完整脈沖序列200的相對(duì)準(zhǔn)確的估計(jì)，在所述估計(jì)中堆積效應(yīng)是可視的并且因此能夠完全地被修正，只要兩個(gè)脈沖沒(méi)有恰好在彼此的頂部，使得根本不能夠探測(cè)到兩個(gè)脈沖的疊加。
[0032]此外，預(yù)見時(shí)間計(jì)數(shù)器170 (見圖1)可以被配置成為與存儲(chǔ)單元(未示出)進(jìn)行通信以本地或遠(yuǎn)程地傳遞并存儲(chǔ)脈沖序列200的極大202a、b、c值和極小204a、b值。例如，可以將“存儲(chǔ)信號(hào)”傳輸?shù)饺魏晤愋偷拇鎯?chǔ)電路。時(shí)間計(jì)數(shù)與數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)的組合提供基于時(shí)間的數(shù)字信息，所述基于時(shí)間的數(shù)字信息表示從脈沖整形器120接收的(一個(gè)或多個(gè))脈沖序列。利用該信息，能夠準(zhǔn)確地重建“谷和峰”型脈沖序列200。
[0033]圖2示出了谷和峰波形200的范例，谷和峰波形200通常由不同高度的脈沖相對(duì)于彼此在時(shí)間上移位的疊加來(lái)生成。脈沖形狀由脈沖整形電路300 (見圖3)來(lái)確定，脈沖整形電路300被用于處理電流脈沖，所述電流脈沖由直接轉(zhuǎn)換晶體來(lái)生成。
[0034]因此，通過(guò)對(duì)局部極大值202a、b、c和局部極小值204a、b進(jìn)行采樣，并且將其進(jìn)行模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換(見圖1和3)，在可獲得對(duì)由整形放大器(未示出)所生成的脈沖形狀的估計(jì)的情況下，能夠重建包括其正確能量的單個(gè)脈沖的原始集合。
[0035]圖3示出了電路實(shí)施方式300，其中，下面描述的元件直接地或間接地被電連接到彼此以探測(cè)如圖2中所示出的局部極大值和局部極小值。在操作中，首先，關(guān)閉第一開關(guān)330 (S1)和第二開關(guān)332 (S2)使得第一電容器312和第二電容器314 (CjPC2)存儲(chǔ)脈沖整形器120的輸出端處的基線。為了啟動(dòng)操作，打開第一開關(guān)330和第二開關(guān)332。
[0036]如圖3中所示出的，當(dāng)整形器輸出增加時(shí)，第二二極管318(?)阻滯使得第二電容器314 (C2)保持基線電勢(shì)，而第一二極管316 (D1)導(dǎo)通，并且第一電容器312 (C1)追隨脈沖整形器120的輸出端處的電壓。這在到達(dá)并通過(guò)整形器輸出波形(Vsh)的第一局部極大值的情況下變化。從那時(shí)起，整形器輸出電壓小于跨第一電容器312?)的電壓V(C1)，使得第一二極管316 (D1)停止導(dǎo)通，并且凍結(jié)跨第一電容器312 (C1)的電壓。只有在Vsh變得比V(C1)小4 (即，Vsi^Ih1I =V(C1))的情況下，第一比較器320(Compl)跳脫(負(fù)正轉(zhuǎn)變)，并且使:
[0037](I)V(C1)被采樣并且被模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換，并且
[0038](ii)短時(shí)間關(guān)閉第二開關(guān)332 (S2)，使得在該時(shí)間點(diǎn)處能夠?qū)⒌诙娙萜?14 (C2)充電至VSH。
[0039]匕是滯后值，所述滯后值被用來(lái)避免由于在脈沖整形器120的輸出端處的電壓波形Vsh頂部上的噪聲而引起的對(duì)真實(shí)極大值(極小值)進(jìn)行錯(cuò)誤地采樣。
[0040]額外地，由第一采樣和保持(S&H)框350來(lái)接收第一比較器320的輸出，而由第二采樣和保持(S&H)框352來(lái)接收第二比較器322的輸出。
[0041]從那時(shí)起，由于第二二極管318 (D2)導(dǎo)通，所以凍結(jié)V(C1),并且V(C2)追隨Vsh，直到Vsh到達(dá)局部極小值，從所述時(shí)間點(diǎn)起，第二二極管318 (D 2)開始阻滯，使得V (C2)被保持凍結(jié)ο Vsh—變得比V (C 2)大h2 (即，Vsh-1 h21 = V (C2))，第二比較器322 (Comp2)就跳脫(負(fù)正轉(zhuǎn)變)，并且現(xiàn)在使:
[0042](i) V (C2)被采樣并且被模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換，并且
[0043](ii)短時(shí)間關(guān)閉第一開關(guān)330 (S1)，使得在該時(shí)間點(diǎn)處能夠?qū)⒌谝浑娙萜?12 (C1)充電至VSH，使得該分支之后準(zhǔn)備好處理下一極大值。
[0044]匕是滯后值，所述滯后值被用來(lái)避免由于在脈沖整形器120的輸出端處的電壓波形Vsh頂部上的噪聲而引起的對(duì)真實(shí)極大值(極小值)進(jìn)行錯(cuò)誤地采樣。
[0045]在圖4中圖示該流程，圖4描繪VSH、V(a)和V (C2)的時(shí)間行為400。
[0046]以上方法比僅以IGHz (Ins的采樣周期)對(duì)模擬脈沖進(jìn)行采樣和將每個(gè)采樣進(jìn)行模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的功率消耗少得多。仍然必須優(yōu)化實(shí)施方式以滿足低功率要求，例如，每像素 3mW。
[0047]此外，鑒于泊松到達(dá)示出到達(dá)間隔時(shí)間(interarrival time)的事實(shí)，所述到達(dá)間隔時(shí)間能夠短于或長(zhǎng)于平均到達(dá)率，對(duì)經(jīng)采樣的局部極大值或局部極小值的特定緩沖有助于處理到達(dá)間隔時(shí)間的階段，所述到達(dá)間隔時(shí)間短于平均到達(dá)率。這樣的緩沖單元310(見圖3)指示每像素使用許多額外的N電容器，在許多額外的N電容器中存儲(chǔ)采樣值直到能夠?qū)⑵溥M(jìn)行模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換。因此，可以使用高速模擬到數(shù)字(ADC) 160 (見圖1)，高速模擬到數(shù)字(ADC) 160服務(wù)大量像素。
[0048]因此，能夠設(shè)計(jì)具有僅200mW功率消耗的IGHz 8比特的ADC。假設(shè)每像素5Mcps的平均光子到達(dá)率，這意味著ADC能夠服務(wù):1GHz/(2 X 5MHz) = 100個(gè)像素，使得對(duì)于模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換每像素的功耗是2mW。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，在Μ/D/l排隊(duì)系統(tǒng)可以應(yīng)用的情況下，以5MHz來(lái)服務(wù)具有5Mcps的泊松輸入的100個(gè)像素對(duì)應(yīng)于預(yù)約流量值P = 1，在不限制緩沖位置的數(shù)量的情況下，這導(dǎo)致隊(duì)列建立至無(wú)窮。
[0049]然而，對(duì)于P = 0.8的預(yù)約流量值，其中，隊(duì)列長(zhǎng)度等于14的概率為1.le_3(:=1.1χ10_3)，并且在該隊(duì)列中具有超過(guò)14個(gè)事件(使得在僅存在N= 14個(gè)緩沖位置的情況下將丟失事件)的概率約為2.1e-3,即，丟失事件的概率小于或等于該數(shù)。
[0050]這要求6.25MHz 的 ADC 采樣率(P = 0.8 = 5Mcps/6.25MHz)，該 ADC 采樣率之后給予 ADC 每像素 200mW/ (IGHz/ (2x6.25MHz)) = 2.5mff 的功率消耗。
[0051]由于單個(gè)ADC服務(wù)80個(gè)像素(1GHz/(2X6.25MHz))，所以丟失概率可以甚至更低，因?yàn)橥ǔ４嬖诰哂懈偷竭_(dá)率(眾所周知的“捆綁增益”)的像素使得ADC 160能夠服務(wù)具有更高到達(dá)率的其他像素。
[0052]因此，利用以上方法，在沒(méi)有由于堆積的任何誤差的情況下能夠支持5Mcps/像素的入射計(jì)數(shù)率，因?yàn)槟軌蚋鶕?jù)“峰和谷”脈沖序列200來(lái)完全地重建堆積。在已知每個(gè)極大值之前的極小值的情況下，并且通過(guò)使用從脈沖整形器120得知的脈沖形狀波形，能夠獲得正確的能量信息。這被圖示在圖5中，在圖5中描繪源自于具有2n距離的整形器波形的脈沖序列500。X軸510圖示時(shí)間，而y軸520圖示電壓。在圖5中，其中假設(shè)為負(fù)脈沖，SP局部極小值和局部極大值必須彼此被交換。在已知局部極大值的情況下，能夠根據(jù)對(duì)應(yīng)局部極小值來(lái)正確地量化真實(shí)脈沖高度。
[0053]此外，如果極小值等于基線，則能夠直接根據(jù)該極小值下面的下一極大值來(lái)獲得正確脈沖高度?；€能夠在操作的開始處被采樣并被存儲(chǔ)在第三電容器(C3)(在圖3中未示出)中。
[0054]在8比特的ADC的情況下，量化誤差(均勻分布的隨機(jī)變量的公式)是例如:步長(zhǎng)/sqrt(12) = 140keV/(256Xsqrt (12)) = 0.1578keV。
[0055]噪聲表征能夠被執(zhí)行如下:
[0056]生成例如限定的能量的1000個(gè)測(cè)試脈沖并根據(jù)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換幅度來(lái)確定rms值。
[0057]圖6圖示用于通過(guò)重建脈沖序列的峰和谷來(lái)進(jìn)行光子計(jì)數(shù)的流程圖600。在步驟610中，經(jīng)由脈沖整形器來(lái)接收指示探測(cè)到的光子的信號(hào)。在步驟620中，根據(jù)所述信號(hào)來(lái)生成多個(gè)脈沖以形成脈沖序列。在步驟630中，經(jīng)由峰值探測(cè)器在脈沖整形器的輸出端處對(duì)脈沖序列進(jìn)行采樣。在步驟640中，經(jīng)由峰值探測(cè)器中的電路對(duì)極大值和極小值進(jìn)行選擇性地檢測(cè)和采樣。在步驟650中，經(jīng)由模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器將極大值和極小值樣本從模擬格式轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。所述處理之后結(jié)束第一迭代。
[0058]因此，總而言之，提供單元以在沒(méi)有以非常高的采樣頻率對(duì)模擬整形器輸出進(jìn)行采樣的情況下來(lái)重建正確的脈沖高度或者甚至完全脈沖序列。由于整形器輸出產(chǎn)生“谷和峰”波形，在所述“谷和峰”波形中峰識(shí)別脈沖極大值，并且谷表示(可能不完整的)到基線的返回，具有模擬極大值探測(cè)器和模擬極小值探測(cè)器的電路被用來(lái)在整形器的輸出端處僅在極大值和極小值處對(duì)脈沖序列進(jìn)行采樣，模擬極大值探測(cè)器和模擬極小值探測(cè)器兩者都衍生自峰值探測(cè)器。之后經(jīng)由ADC將采樣值進(jìn)行模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換。給定(可能具有來(lái)自時(shí)間計(jì)數(shù)器的特定計(jì)時(shí)信息的)局部極大值和局部極小值的序列，之后能夠使用整形器輸出的模型來(lái)重建正確的脈沖高度或者甚至實(shí)際脈沖序列，整形器輸出的模型能夠從測(cè)試像素測(cè)量或從CMOS電路仿真中獲得。因此獲得對(duì)完整脈沖序列的相對(duì)準(zhǔn)確的估計(jì)，在所述估計(jì)中堆積效應(yīng)是可視的并且因此能夠被修正。
[0059]應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可以單獨(dú)地或組合地使用以上描述的實(shí)施例。
[0060]應(yīng)用還包括行李檢查、非破壞性測(cè)試、醫(yī)學(xué)數(shù)字熒光透視、乳腺攝影、X射線以及其他工業(yè)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
[0061]本文描述的方法可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)處理器來(lái)實(shí)施，所述一個(gè)或多個(gè)處理器運(yùn)行編碼或?qū)崿F(xiàn)在諸如物理存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀指令，所述計(jì)算機(jī)可讀指令使所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行各種動(dòng)作和/或其他功能。所述一個(gè)或多個(gè)處理器還能夠運(yùn)行由諸如信號(hào)或載波的暫態(tài)介質(zhì)承載的指令。
[0062]已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明。他人在閱讀并理解前述詳細(xì)說(shuō)明后可以進(jìn)行修改和變化。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)要件的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置(100)，包括: 脈沖整形器(120)，其用于接收指示探測(cè)到的光子的信號(hào)并根據(jù)所述信號(hào)來(lái)生成多個(gè)脈沖以形成脈沖序列(200);以及 峰值探測(cè)器(150)，其用于在所述脈沖整形器(120)的輸出端處對(duì)所述脈沖序列(200)進(jìn)行采樣，所述峰值探測(cè)器(150)包括用于對(duì)所述脈沖序列(200)的極大(202a、b、c)和極小(204a、b)值進(jìn)行選擇性地檢測(cè)和采樣的電路(300)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，經(jīng)由模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(160)將采樣的所述極大值和所述極小值從模擬格式轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的裝置，其中，經(jīng)由測(cè)試像素測(cè)量或CMOS電路仿真來(lái)重建所述多個(gè)脈沖中的個(gè)體脈沖的至少一個(gè)脈沖高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2-3所述的裝置，其中，時(shí)間計(jì)數(shù)器(170)探測(cè)所述極大值和所述極小值的時(shí)間點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，以比特串格式來(lái)記錄所述時(shí)間點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，經(jīng)由測(cè)試像素測(cè)量或CMOS電路仿真來(lái)完整地重建所述脈沖序列。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，時(shí)間計(jì)數(shù)器探測(cè)所述極大值和所述極小值的時(shí)間點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6-7所述的裝置，其中，以比特串格式來(lái)記錄所述時(shí)間點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的裝置，其中，所述極大值和所述極小值中的至少一些經(jīng)受緩沖以適應(yīng)到達(dá)間隔時(shí)間的階段。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的裝置，其中，所述極大值和所述極小值提供對(duì)所述脈沖序列的脈沖高度的準(zhǔn)確估計(jì)，在所述估計(jì)中堆積效應(yīng)是能確定的。
11.一種方法，包括: 經(jīng)由脈沖整形器(120)來(lái)接收指示探測(cè)到的光子的信號(hào)； 根據(jù)所述信號(hào)來(lái)生成多個(gè)脈沖以形成脈沖序列(200); 經(jīng)由峰值探測(cè)器(150)在所述脈沖整形器(120)的輸出端處對(duì)所述脈沖序列(200)進(jìn)行采樣；并且 經(jīng)由所述峰值探測(cè)器(150)中的電路(300)對(duì)所述脈沖序列(200)的極大(202a、b、c)和極小(204a、b)值進(jìn)行選擇性地檢測(cè)和采樣。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括經(jīng)由模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(160)將采樣的所述極大值和所述極小值從模擬格式轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。
13.根據(jù)權(quán)利要求11-12所述的方法，還包括經(jīng)由測(cè)試像素測(cè)量或CMOS電路仿真來(lái)重建所述多個(gè)脈沖中的個(gè)體脈沖的至少一個(gè)脈沖高度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12-13所述的方法，還包括經(jīng)由時(shí)間計(jì)數(shù)器(170)來(lái)探測(cè)所述極大值和所述極小值的時(shí)間點(diǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括以比特串格式來(lái)記錄所述時(shí)間點(diǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括經(jīng)由測(cè)試像素測(cè)量或CMOS電路仿真來(lái)完整地重建所述脈沖序列。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括經(jīng)由時(shí)間計(jì)數(shù)器來(lái)探測(cè)所述極大值和所述極小值的時(shí)間點(diǎn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16-17所述的方法，還包括以比特串格式來(lái)記錄所述時(shí)間點(diǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求11-12所述的方法，還包括使所述極大值和所述極小值中的至少一些經(jīng)受緩沖以適應(yīng)到達(dá)間隔時(shí)間的階段。
20.根據(jù)權(quán)利要求11-12所述的方法，還包括經(jīng)由所述極大值和所述極小值來(lái)準(zhǔn)確地估計(jì)所述脈沖序列的脈沖高度，在所述估計(jì)中堆積效應(yīng)是能確定的。
【文檔編號(hào)】G01T1/17GK104471441SQ201380034404
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月27日
【發(fā)明者】C·赫爾曼 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司