具有脈沖整形器的探測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于探測入射輻射(尤其是X輻射)的光子的探測器單元，所述探測器單元包括用于生成取決于光子能量的信號的信號處理電路。此外，本發(fā)明還涉及一種輻射探測器和一種用于生成目標(biāo)的圖像的成像裝置，以及一種用于處理指示探測到的光子的電信號的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]US 2007/0098139公開了一種用于對X射線光子進(jìn)行能量解析計數(shù)的方法和系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括:電荷放大器，在所述電荷放大器中，對應(yīng)于探測到的光子的電荷信號被放大；信號整形器，在所述信號整形器中，對應(yīng)于所述電荷信號的脈沖被生成；能量水平鑒別器，在所述能量水平鑒別器中，所述脈沖關(guān)于光子能量而被鑒別；以及計數(shù)器，其用于對探測到并且鑒別出的脈沖的數(shù)量進(jìn)行計數(shù)。此外，所述系統(tǒng)包括控制器，所述控制器接收所述計數(shù)器的輸出并且基于該光子計數(shù)反饋來調(diào)節(jié)所述信號整形器的整形時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]具有允許在大的動態(tài)范圍的通量水平上對輻射(尤其是X輻射)的經(jīng)改進(jìn)的探測的手段是有利的。
[0004]該目標(biāo)是通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測器單元、根據(jù)權(quán)利要求13所述的輻射探測器、根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像裝置、以及根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法來解決。在從屬權(quán)利要求中公開了優(yōu)選實施例。
[0005]根據(jù)第一方面，以上提及的關(guān)心的問題是通過用于探測入射輻射(尤其是X射線或伽馬光子)的光子的探測器單元來解決的。所述探測器單元包括以下部件:
[0006]-信號處理電路，其用于生成信號，所述信號取決于當(dāng)前探測到的光子(其對所述信號做出貢獻(xiàn))的能量和對所述信號處理電路是固有的并且在下文中將被稱為“處理參數(shù)”的至少一個參數(shù)。
[0007]-通量估計器，其用于估計光子的通量，并且用于基于估計出的所述通量來調(diào)節(jié)所述信號處理電路的前述處理參數(shù)。其中，所述通量估計器接收來自處理階段的通量估計器輸入信號(根據(jù)所述輸入信號來估計光子的通量)，所述處理階段獨立于所述信號處理電路的輸出。
[0008]所述探測器單元將典型地包括以上未明確提及的其他部件，這是因為在本發(fā)明的背景中對所述其他部件的實現(xiàn)不是必須的，例如，用于將入射光子轉(zhuǎn)換成電信號的部件、或者用于評估所生成的信號的部件。
[0009]通常，“光子的通量”被定義為每單位時間入射光子的數(shù)量(例如以每秒計數(shù)(cps)來測量的)ο
[0010]“獨立于所述信號處理電路的輸出的處理階段”可以是所述信號處理電路內(nèi)的處理階段，盡管其優(yōu)選地是相對于信號流位于所述信號處理電路前方的處理階段。此外，該獨立性通常僅是單向的，即所述處理階段(有原因地)獨立于所述信號處理電路的輸出，但是并非反之亦然。
[0011]所描述的探測器單元具有允許在大范圍的通量水平上對入射光子的準(zhǔn)確探測的優(yōu)勢，這是因為目前的光子的通量被估計并且被用于調(diào)節(jié)對表示探測到的光子的電信號的處理。因此，該處理可以總是被保持在最優(yōu)范圍中，允許例如在低通量水平和高通量水平兩者處對光子能量的準(zhǔn)確探測。該調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確度尤其高，這是因為對目前光子通量的估計獨立于所述信號處理電路的輸出。在US 2007/0098139 Al中，根據(jù)計數(shù)器的輸出來確定通量，并且基于先前事件，僅可以做出相對于未來的源于通量變化的調(diào)整。與此相比，所描述的探測器單元允許對處理參數(shù)的調(diào)節(jié)，所述處理參數(shù)被用于處理當(dāng)前探測到的光子，其中，可以已經(jīng)考慮了所述光子對通量的貢獻(xiàn)。因此，對在投影內(nèi)的通量的變化做出反應(yīng)是可能的。在極端情況下，探測到的光子可以經(jīng)由所述光子對所估計的通量的貢獻(xiàn)而影響所述光子本身由所述信號處理電路的處理。
[0012]根據(jù)所述探測器單元的一個具體實施例，所述通量估計器的輸入端(接收根據(jù)其估計通量的信號)被連接到生成指示積分的探測到的光子能量的信號的積分通道。通常將以時間加權(quán)的方式來完成對探測到的光子能量的(時間)積分，其中，較近的事件被給出比較早的事件更高的加權(quán)。典型地，積分時間段被局限到某個給定的時間窗。所述積分通道的信號提供輻射強度(即每單位時間沉積的能量的)的某種移動平均值，如果由光子承載的平均能量是已知的，則可以從所述輻射強度的移動平均值導(dǎo)出光子通量。
[0013]前述實施例特別適于與探測器單元相結(jié)合，在所述探測器單元中，積分通道已經(jīng)是可用的，所述積分通道平行于包括所述信號處理電路和所述通量估計器的通道。所述積分通道特別可以從相同和/或從不同的光子探測事件，而不是由所述信號處理電路處理的那些事件，導(dǎo)出所述積分通道的信號(即積分通道可以處理與所述信號處理電路相同的(一個或多個)像素的信號和/或除所述信號處理電路之外的(一個或多個)其他像素的信號)O
[0014]根據(jù)另一實施例，所述通量估計器的輸入端(接收根據(jù)其估計通量的信號)和所述信號處理電路的輸入端可以被連接到公共信號源。這意味著所述通量估計器和所述信號處理電路被直接或間接地(即經(jīng)由中間部件)提供有相同的輸入信號。因此，由入射光子生成的信號由所述通量估計器和所述信號處理電路并行地處理。
[0015]所述通量估計器可以包括用于對輸入特別是指示探測到的光子的電信號的(時間)積分的積分器。所述積分可以優(yōu)選地對應(yīng)于對表不探測到的光子的輸入信號的加權(quán)時間總和。
[0016]所述探測器單元可以任選地包括轉(zhuǎn)換單元，入射光子在所述轉(zhuǎn)換單元中被轉(zhuǎn)換成電荷信號。這特別可以是包括適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換器材料(例如CdTe、CZT)的直接轉(zhuǎn)換單元，所述直接轉(zhuǎn)換單元將入射光子直接轉(zhuǎn)換成所述材料的相應(yīng)的導(dǎo)帶價帶中的電子-空穴對。備選地，所述轉(zhuǎn)換單元可以包括閃爍體，入射(X射線或伽馬)光子在所述閃爍體中被轉(zhuǎn)換成可以被例如光電二極管探測到的具有較低能量的光子。
[0017]前述的探測器單元還可以任選地包括電荷敏感放大器，所述電荷敏感放大器用于接收和放大其轉(zhuǎn)換單元的輸出。所述轉(zhuǎn)換單元和/或所述電荷敏感放大器的輸出是公共信號源的范例，在以上提及的所述探測器單元的實施例中，所述通量估計器和所述信號處理電路都可以被連接到所述公共信號源。
[0018]在所述探測器單元的優(yōu)選實施例中，所述信號處理電路可以包括整形器，所述整形器用于生成具有由當(dāng)前探測到的光子(所述光子觸發(fā)所述脈沖)的能量和所述處理參數(shù)(即如果存在若干處理參數(shù)，則為所述處理參數(shù)中的至少一個)確定的形狀的電脈沖。在下文中，所述整形器的所述處理參數(shù)也被稱為“形狀參數(shù)”。通過調(diào)整所述形狀參數(shù)，所述通量估計器可以總是將脈沖形狀保持在用于處理的最優(yōu)范圍中，允許例如在低通量水平(使用較長的脈沖)和高通量水平(使用較短的脈沖)兩者處對光子能量的準(zhǔn)確探測。在許多實施例中，信號處理電路可以只包括整形器(即術(shù)語“信號處理電路”可以被這些實施例的“整形器”替換)。
[0019]可以以許多不同的方式來實現(xiàn)所述整形器。在優(yōu)選實施例中，所述整形器包括具有反饋路徑的放大器，所述放大器包括電阻器和/或電容器。具有這樣的元件的整形器例如是根據(jù)WO 2009/133481 A2已知的，通過引用將其并入本申請。
[0020]在前述實施例的進(jìn)一步的發(fā)展中，所述通量估計器可以能夠調(diào)整所述放大器的所述反饋路徑中的所述電阻器和/或所述電容器。如果電阻器例如是由晶體管實現(xiàn)，則所述晶體管的門極可以被反饋估計器控制。這提供了簡單并且快速的手段，所述通量估計器可以經(jīng)由所述手段來控制所述整形器的必要的處理參數(shù)。
[0021]在另一實施例中，所述信號處理單元可以包括具有可變增益放大器的(額外的)放大階段，所述可變增益放大器用于放大整形器(例如以上提及的種類的整形器)的輸出。那么，該放大器的增益可以是可以由所述通量估計器調(diào)節(jié)的處理參數(shù)。因此，例如，如果整形器的輸出水平由于增加的通量水平而減小，則可能恢復(fù)整形器的輸出水平。
[0022]所述探測器單元還可以包括鑒別器的集合，其中，每個鑒別器可以根據(jù)由所述信號表示的光子的能量來對信號進(jìn)行鑒別(分類)。所述鑒別器特別可以被耦合到以上提及的整形器的輸出端，其中，每個鑒別器可以鑒別由所述整形器生成的每個脈沖。這允許對入射輻射的能量解析探測。
[0023]在前述實施例的進(jìn)一步發(fā)展中，所述通量估計器還適于調(diào)節(jié)所述鑒別器中的至少一個的至少一個操作參數(shù)(所述鑒別器因此是“信號處理電路”的部分，并且所述操作參數(shù)是“處理參數(shù)”的范例)。所述通量估計器例如可以適于特別以隨著通量增加而減低鑒別器的閾值的方式來調(diào)節(jié)所述閾值。這可以抵消隨通量水平的增加的脈沖高度的減小。
[0024]探測器單元還可以任選地包括至少一個計數(shù)器，所述至少一個計數(shù)器用于對由所述整形器生成的脈沖進(jìn)行計數(shù)，因此允許對光子計數(shù)探測方案的實現(xiàn)。該實施例特別可以與前述的實施例組合，產(chǎn)生能量解析的光子計數(shù)探測。所述計數(shù)器可以任選地被認(rèn)為是或不是所述信號處理電路的部分。<