CN101529274B - 用于探测x射线辐射的装置、成像设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于探测X射线光子，尤其是计算机断层摄影设备中的光子(32、34)的装置(10)、成像设备和方法。将光子(32、34)转换成电脉冲，并采用鉴别器(20)将其与阈值进行比较。执行这些功能的电网络(12)包括开关元件(28)，所述开关元件能够改变处理信号沿其传输的电路径(22)。由电路径(22)的电状态导出用于起动开关元件(28)的触发信号(VT)。如果探测到了与光子(32、34)相关的脉冲，那么将起动开关元件(28)，从而避免源自于第一光子(32)的电荷脉冲的处理受到后续的第二光子(34)的影响。
Description
技术领域
本发明涉及用于探测X射线光子，尤其是计算机断层摄影设备中的光子的装置、成像设备和方法。
背景技术
计算机断层摄影设备(CT，又称为计算化断层摄影系统)已经发展成了一种常用的技术，目前该技术已经达到了生成对象内部的三维图像的水平。所述三维图像是基于围绕单个旋转轴获取的大量二维X射线图像创建的。尽管最为常见的情况是将CT用于对人体的医疗诊断，但同时也发现可以将其应用于非破坏性的材料测试。在Willi A.Kalender的“ComputedTomography”，ISBN 3-89578-216-5一书中可以找到有关CT的基础和应用的详细信息。
未来的CT和XR成像的关键的创新方面之一在于对光子的能量分辨计数，其中，所述光子是在所分析的对象暴露于X射线辐射之下时从对象中通过或者由对象透射的光子。根据所透射的光子所具有的数量和能量，能够推断出所述X射线辐射所经过的材料的类型。具体而言，其允许识别人体内的不同部位、组织和材料。在涉及光子的探测或计数时，应当理解，当光子在传感器的转换材料上发生碰撞时，其产生电荷脉冲(有时将其称为电流脉冲)。探测这一电荷脉冲并推断光子的存在。电荷脉冲源自于更大数量的电子空穴对，所述电子空穴对是在X射线光子与传感器转换材料相互作用时生成的。这一电荷脉冲的持续时间对应于所谓的电荷收集时间。对单个电子空穴对的探测不是本申请的重点，本申请的重点在于对由表示光子的电子空穴对得到的电荷脉冲加以处理，其中，也可以将所述处理表示为“探测光子”或“计数光子”的表述形式。对于由X射线光子的相互作用生成的电荷脉冲而言，也可以采用这样的表述形式，即，所述电荷脉冲属于这一X射线光子。同理，例如，在下文中有时也可以将“处理由撞击到传感器上的光子引起的电荷脉冲”表述为“处理光子”。
为了在确定光子能量的同时对单个X射线光子进行计数，要采用至少一个连接至计数探测器的传感器像素。所述计数探测器是提供下述功能的电子电路：
a)前置放大器，其对电荷脉冲进行放大和/或积分，其中，所述电荷脉冲源自于由入射光子导致的例如CZT(碲锌镉)的转换材料中的带电颗粒(电子和空穴)的位移/移动，
b)成形器(成形元件)，其由前置放大器的输出形成电压脉冲，所述电压脉冲的高度与由电荷脉冲携带的电荷的量成正比，
c)若干鉴别器，其检查成形器的输出上的电压脉冲是高于还是低于由每个鉴别器定义的阈值，以及
d)用于每个鉴别器的计数器，其对超过由鉴别器定义的阈值的脉冲进行计数。
例如在计算机断层摄影设备中的对X射线光子计数的主要难题之一在于入射X射线光子的非常高的速率(例如，在考虑管过滤的情况下，对于击中探测器的直射束而言，所述速率大约为109量子/s·mm2)。这意味着，在非常小的时间窗内，为了能够对光子计数，必须基于其对应的电荷脉冲对数量极为庞大的光子加以鉴别。
一种处理大量光子的方案是降低传感器像素的尺寸，从而降低每个像素接收的光子的数量。但是，假定当前实际像素边长大约为200μm到400μm的量级，每个像素的光子的数量仍然高到无法正确计数的程度。
另一个必须解决的问题与当在高反向偏压下运行直接转换材料时存在的漏(或暗)电流有关。必须阻止漏电流进入前置放大器，因为否则，前置放大器将变得过载，从而不能形成电压脉冲。
对于微带计数探测器的这种特例而言，在传感器和成形器之间设置了AC(交流)耦合电容器，其阻挡漏电流进入前置放大器输入。但是，为了对由X射线光子与传感器材料相互作用而生成的电荷脉冲序列引发的随时间变化的“AC”电流表现非常低的阻抗，所述电容器必须是大电容，从而对于前述具有像素尺寸的探测器而言，这样的电容器不方便，或者不实用。
作为替代，有人尝试包含某种用于漏电流补偿(LCC)的电路，可以将该电路设置到像素内，以排放传感器的漏电流。
再来看计数探测器，一个突出的问题是所谓的计数探测器瘫痪。该词描述了这样一种情况，即，当前置放大器仍然在处理第一光子时，第二光子就进入了。这意味着，第二光子的发生落在了第一光子的处理时间(由所述成形时间决定)内。由此形成了在时间上比第一光子单独受到处理时所产生的电压脉冲显著延长的电压脉冲。
此外，在继续进行的处理当中进入的其他电荷脉冲将进一步提高前置放大器的输出处的电压脉冲的持续时间。因此，计数探测器探测到组合的电压脉冲，与仅处理第一光子的情况下的持续时间相比，组合电压脉冲具有延长的持续时间。所述电压脉冲可能甚至变得非常宽，以致于，尽管光子序列中的真正的第一个光子和真正的最后一个光子的相互间隔超过了对光子的处理时间，但是仍然无法区分这些光子。上述脉冲堆叠的另一缺点是，继发的光子事件的组合电压脉冲高于任一单个脉冲。如果因这一作用使脉冲超过了鉴别器阈值，则登记伪事件。
因此，即使有更多的光子与传感器材料发生了实际的相互作用，也只能对一个光子计数。从而，在单个光子的处理时间内，在彼此之后的短时间内达到的继发的电荷脉冲将使计数探测器瘫痪。还将因探测器被处理光子所占用而无法鉴别其他光子的时间称为计数探测器的停滞时间。上述停滞时间性态往往又被称为可瘫痪的或可延长的停滞时间。
应当注意，可以建立起能够以更高的速度处理信号的前置放大器和成形器。但是，这样将有损噪声指数，并使弹道亏损(ballistic deficit)更加严重，从而导致能量信息的劣化。对于“弹道亏损”一词的细节，参考G.Knoll，“Radiation Detection and Measurement”，第三版，J.Wiley & Sons，1999。
在“First Experimental Characterization of ROTOR：THe NewSwitched-Current VLSI Amplifier for X-ray Spectroscopy wiTH Silicon DriftDetectors”，C.Fiorini、A.Pullia、E.Gatti、A.Longoni和W.Buttler，IEEETransactions on Nuclear Science，Vol.47，No.3，pages 823-828，June 2000中公开了一种解决这一问题的方案。其提出采用某一数量的并行工作的处理器对传感器信号进行滤波，其中，每个处理器执行梯形加权函数。使所述加权函数相对于彼此适当偏移，从而对于任何的事件抵达时间而言，总是有至少一个处理器以最大增益对信号进行放大，即，所述信号将对应于其梯形加权函数的平顶(flat-top)发生。在通用的保持电容器内对被称为轮的四个处理器的输出进行依次采样。
GB 1154825A公开了利用来自两种主要的铀同位素的辐射之间的能量差异确定铀成分的同位素含量的方法和设备。所述设备包括对β辐射敏感的探测器、放大器和计数电路，所述计数电路包括用于消除对应于能量小于等于阈值电压的β射线的脉冲的鉴别器。
在“Evaluation of a Clinical Scintillation Camera with Pulse TailExtrapolation Electronics”，Lewellen、Bice、Pollard等人，The journal ofNuclear Medicine，30 September 1989，no.9中公开了一种有关如何解决脉冲堆叠问题的方案。其中针对闪烁照相机中的应用设计了文中提出的脉冲拖尾外推系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于探测X射线光子，尤其是计算机断层摄影设备中的光子的装置，所述装置具有改善的计数性能。本发明的另一目的在于提供一种用于探测X射线光子，尤其是计算机断层摄影设备中的光子的对应的方法。本发明的其他应用领域可以是导管实验室中采用的例如用于心脏治疗的介入操作的动态平面X射线探测器。
根据本发明的一个方面，这一目的是通过一种用于探测X射线光子，尤其是计算机断层摄影设备中的光子的装置实现的，所述包括一个电网络，所述电网络具有：适于将光子转换成电荷脉冲的传感器、适于将所述电荷脉冲转换成具有足够的幅度以供进一步处理的电信号的第一前置放大器、适于将所述电信号转换成电脉冲的第一成形器和至少第二成形器以及适于将所述电脉冲与阈值进行比较的鉴别器，其中，电网络的从传感器的输出到鉴别器的输出的电路径包括适于响应于电触发信号而起动的开关元件，并且其中，所述触发信号是由电路径的电状态导出的，从而在由所述触发信号指示探测到光子之后，将使接收到了由所述光子引起的电信号的电路径与传感器断开，其中，所述开关元件适于将所述传感器的输出切换至所述电路径或者切换至用于交变电流的吸收器或者地(GND)中的一个，或者适于将所述第一成形器或所述第二成形器切换至所述电路径。
根据本发明的另一方面，这一目的是通过包括前述装置的成像设备实现的，所述成像设备基于X射线光子探测，尤其适用于医疗应用。可以将这样的成像设备具体实现为X射线机、计算机断层摄影设备、用于核医学技术的设备(例如，正电子发射断层摄影或单光子发射计算机断层摄影设备)或任何其他射线照相设备。
根据本发明的另一方面，这一目的是通过一种用于探测X射线光子，尤其是计算机断层摄影设备中的光子的方法实现的，所述方法包括在电网络中执行的下述步骤，所述网络具有传感器、第一前置放大器、第一成形器和至少第二成形器以及第一鉴别器：
-采用所述传感器将光子转换成电荷脉冲，
-采用所述第一前置放大器将所述电荷脉冲转换成电信号，
-采用所述第一成形器或第二成形器将所述电信号成形为电脉冲，
-采用所述第一鉴别器将所述电脉冲与阈值进行比较，
-响应于电触发信号采用开关元件对所述电网络的从所述传感器的输出到所述鉴别器的输出的电路径执行切换操作，
-其中，所述电触发信号是根据电路径的电状态导出的，从而在由所述电触发信号指示探测到光子之后，使接收到由光子引起的电信号的电路径从传感器断开。
而现有技术提出采用与时间相关的开关操作，当在接收光子的同时进行开关操作时，这将带来问题，而本发明则提出根据正在接收的光子进行开关操作，其中，将所述传感器的输出切换至所述电路径或者切换至用于交变电路的吸收器或者地中的一个，或者将所述第一成形器或所述第二成形器切换至所述电路径。
如果接收到了一般的光子或者具有某一能量的光子，则起动开关元件。通过起动所述开关元件，能够避免由撞击到传感器上的第二光子引起的电荷脉冲与第一光子引起的电荷脉冲沿相同的电路径流动，从而产生具有上述问题的混合扩展电压脉冲。
这提供足够的时间对属于第一光子的第一电荷脉冲进行分析，这是因为由于所述开关元件，属于第二光子的第二电荷脉冲无法像第一电荷脉冲那样沿相同的电路径行进。因此，实现了改进的光子鉴别，并由此使更为精确的光子计数成为了可能。应当注意，未必一定要单独实施前置放大器和成形器，可以将其实现为单个元件，具体而言，可以将其实现为成形前置放大器。
如上所述地，所述装置具有一个电网络，其中，电路径被定义为从传感器的输出到鉴别器的输出。具体而言，可以从对不同的电部件进行电和功能上的连接的意义上理解“电网络”一词。这意味着，所述不同的部件不只是由公共电源或公共地连接，而且它们之间也存在电上的相互作用。具体而言，可以从这样的意义上理解“电路径”一词，即，将沿该路径将电信号(至少部分地)从一个元件路由至下一元件。
在本申请的上下文中，开关元件是指任何至少具有一个输入端口和一个输出端口的元件，并且其中，通过起动开关元件，能够改变输入端口和输出端口的关系，例如，从连接变为断开，或者一般而言，在一个或多个特定的输入端口与一个或多个特定的输出端口之间建立连接。具体而言，开关元件提供了一个能够连接至多个输出端口之一的输入端口。通过起动开关元件，能够改变电路径，具体而言，能够连接和/或断开电元件。
用于起动开关元件的触发信号是由电路径的电状态导出的。具体而言，“由电状态导出”意味着抽取沿所述电路径的电势，并且将对应的电压(或电流)路由至开关元件或者控制开关元件的起动的元件。由于由电路径导出的信号起着触发器的作用，因而不必使信号等同地抵达开关元件。相反，可以在所述抽取点和所述开关元件之间布置有源和无源元件。
这包括在电路径和开关元件之间布置比较器，从而使只有位于某一电压水平之上的触发信号才能起动所述开关元件。而且，可以在开关元件的特征中包含最小电压的要求，尤其是在开关元件的功能所基于的原理要求某一起动电压水平(例如，场效应晶体管的栅极处的最小电压或者启用(engage)继电器的最小电压)时。
由电路径导出触发信号允许根据是否有任何信号或者是否有具有特定幅度的信号沿所述电路径传输而起动所述开关元件。具体而言，可以根据是否有光子撞击到传感器上而起动开关元件。
在本发明的优选实施例中，由前置放大器处的，优选地由前置放大器的输出处的电压导出所述触发信号。
这意味着，当前置放大器接收到由撞击到传感器上的光子引起的电荷脉冲时，能够定义指示第一光子存在的某一水平。采用前置放大器的状态探测第一光子的存在，之后，起动开关元件，从而阻止在第一光子之后由第二光子和传感器的相互作用产生的其他电荷脉冲沿者与属于第一光子的电荷脉冲相同的路径传播。这一点是有益的，因为由于前置放大器接近传感器，因而其允许在推断光子存在时做出快速反应。
在本发明的另一优选实施例中，由鉴别器处的，优选由鉴别器的输出处的电压导出所述触发信号。
如果抵达鉴别器处的电压脉冲超过了某一阈值，那么所述鉴别器将生成输出脉冲。采用这一能够由后续的计数器进行计数的输出脉冲起动所述开关元件。这意味着，如果在鉴别器处(基于鉴别器中设置的阈值)接收到了满足作为被计数的脉冲的标准的电压脉冲时，将采用这样的脉冲起动开关元件，以避免接下来的属于第二光子的电荷脉冲与属于第一光子的电荷脉冲沿相同的电路径传播。
这是有益的，因为能够容易地导出触发信号。还有可能沿所述电路径抽取两个或更多的点，并通过例如或组合或者与组合的方式对其电状态进行处理，以导出触发信号。
在本发明的另一优选实施例中，开关元件适于将传感器的输出切换至电路径或切换至地。
最初，开关元件通常处于将传感器的输出连接至电路径，以等待进入的光子的状态。在探测到第一光子时，如前所述，需要避免属于第二光子的电荷脉冲延长探测器所探测到的响应于第一光子的电压脉冲，并由此导致不正确的结果。为了实现这一目的，开关元件使传感器的输出与电路径断开，并将其接地。由于传感器需要时间以提供由与所述传感器相互作用的光子生成的全部电荷，因而必须确保传感器输出没有过早地与电路径断开，即，前置放大器必须能够至少在电荷收集时间的持续期间对传感器电流进行积分。
这意味着，如果第二光子快速地跟随在第一光子之后(但是没有位于第一光子的电荷收集时间内)，那么属于第一光子的电荷脉冲的处理将不受影响。从而，在第一光子的处理完成或者即将完成时，开关元件能够将传感器的输出重新切换至所述电路径。现在，所述装置将再一次等待进入的光子。这是有益的，因为能够提供一种相当廉价的解决方案。如果第二光子在第一光子的电荷收集时间内与传感器材料相互作用，那么可能无法隔开两个光子，两个光子看起来将表现成单个光子。
在本发明的另一优选实施例中，将漏电流补偿(LCC)电路连接至所述电路径。
在很多种情况下，半导体传感器必须以高压运行，从而在传感器内建立充分强的电场。这一场是传感器的基本功能性所需的，从而使电子和空穴彼此分离，并确保设备的快速电荷收集/响应(清晰的电流脉冲分布)。由于高压，这样的传感器可以表现出相当大的DC漏电流，必须通过某种方式对其进行补偿，使其不会被输入到前置放大器内。
为了解决这一问题，在这一实施例中，在对第一光子进行处理，并且未将传感器的输出连接至正在处理第一光子的电路径时，将漏电流馈送到漏电流补偿电路中。这是有益的，因为能够容易地集成漏电流补偿。
在本发明的另一优选实施例中，所述装置包括用于交变电流的吸收器(sink)(AC吸收器)，并且开关元件适于将传感器的输出切换至电路径或所述吸收器。
如前所述地，可以将电容器用作为AC吸收器。但是，鉴于有限的像素面积，电容器不方便，或者不能采用电容器。因此，提出了一种AC吸收器，在使传感器与正在处理第一光子的电路径断开的同时，使所述AC吸收器连接至传感器的输出。这是有益的，因为如果需要的话能够对传感器的漏电流进行补偿。
在本发明的另一优选实施例中，将所述吸收器实现为成形器。
这一实施例开启了在使传感器与正在处理第一光子的电路径断开的同时对从所述传感器进入的电荷脉冲进行处理的可能性。因而，能够在电网络中与处理第一光子的部位不同的部位中对快速地紧随第一光子之后的第二光子进行处理。在第一光子的处理完成时，可以将传感器的输出重新切换回处理第一光子的电路径。这是有益的，因为能够获得有关后续光子的信息。
在本发明的另一优选实施例中，经由时间延迟元件对触发信号进行路由。
由于引起电荷脉冲的电子空穴对的分布的性质，产生这样一种情况，即，在属于光子的电荷还在进入的时候，就将传感器的输出与电路径断开。与考虑属于所述光子的所有电荷的情况下的真实电压脉冲幅度相比，其降低了电压脉冲的幅度。这同样可以导致鉴别器未探测到所述光子的情况，因为，由于仅考虑了所述电荷脉冲的一部分，因而可能没有超过所要求的阈值。
因此，即使在沿电路径(通过电荷脉冲、电信号或电压脉冲)指示了光子的存在时，也会在起动开关元件之前引入时间延迟。将所述时间延迟设定为这样的值，即，在所述时间内，已经收集到了源自于单个光子与传感器材料的相互作用的电荷脉冲的相当大的比例。可以基于选定的传感器材料中的X射线转换的原理所依据的统计模型，或者可以通过实验设置确定所述特定值，例如，电荷脉冲的75％、90％或95％。在下文中将被设置为能够收集到足够的电荷脉冲量的时间称为电荷收集时间。
有利地，可以将时间延迟设为最大的可能电荷脉冲的电荷收集时间，所述最大电荷脉冲对应于发生碰撞的光子所能够具有的最高能量。这一最高能量是由例如用于动态或静态X射线成像的计算机断层摄影设备或者平面探测器中所采用的用于生成X射线光子的X射线管的工作电压决定的。
这一优选实施例是有益的，因为其提高了对光子计数的准确度。
在本发明的另一优选实施例中，如果接收到正斜坡(ramp)或负斜坡，那么时间延迟元件将表现出不同的延迟。
“斜坡”一词包括陡峭的斜坡和沿。在采用这一实施例的情况下，与不再探测到光子时形成对照地，如果探测到光子，则时间延迟元件可以表现出不同的性态。如前所述地，希望在使传感器的输出与向其内发送了属于第一光子的电荷脉冲的电路径断开之前经过一定的时间(电荷收集时间)。但是，在探测到属于第一光子的电荷脉冲的末尾时，这一延迟根本没有必要，或者没有同等程度的必要性。由于这一末尾优选地指示处理第一光子的电路径的可用性，因而可以在无需等待经过电荷收集时间所定义的时间周期的情况下切换回来。
在另一优选实施例中，在电路径和开关元件之间布置逻辑元件，其适于在触发信号达到第一电压水平之上时将所述触发信号连接至开关元件。
在不希望将触发信号直接施加到开关元件上时，可以采用这一实施例。如果超过第一电压水平，那么将所述触发信号施加至开关元件，否则阻断所述触发信号。这是有益的，因为能够设定用于起动开关元件的规定电平。
在另一优选实施例中，当触发信号落在第二电压水平之下时，逻辑元件适于使所述触发信号与开关元件断开。
这允许定义第二电压水平，所述电压水平涉及在触发信号当前被连接至开关元件时使触发信号与开关元件断开。这是有益的，因为能够更为详细地控制所述开关元件的性态。还能够区分逻辑元件接收到上升沿还是下降沿。
在本发明的另一优选实施例中，电网络还包括至少第二成形器，并且开关元件适于将第一成形器或第二成形器，甚至将其他成形器切换到电路径中。
成形器需要某一时间周期来处理第一光子。如上所述地，如果在这一处理时间内接收到了第二光子，那么将不再能够区分所述光子。在这一实施例中，在接收到了第一光子并且正在由第一成形器对其进行处理时，将传感器的输出切换至第二成形器。这意味着，即使第二光子是在第一光子之后很快抵达的，也能够在不影响对第一光子的处理的情况下将属于第二光子的电荷脉冲路由至可以用来处理第二光子的第二成形器。
此外，有可能添加经由开关元件连接至传感器的输出(或前置放大器的输出)的更多的成形器，从而，即使当前正有一个、两个或更多的成形器在处理相应的光子，仍然存在可以用来接收下一个进入光子的其他成形器。
可以实施用于在成形器之间进行切换的很多不同的方案。例如，可以采用1-2-3-1-2-3-1等或1-2-3-2-1-2等的顺序交替使用三个成形器。还可以为例如成形器1的一个或更多个特定的成形器定义优先权，从而，只要这一成形器可用，就可以将下一进入光子路由至该成形器。这可以例如以1-2-1-2-3-1等的顺序得到。
在本发明的另一优选实施例中，使第一前置放大器与第一成形器相关，电网络还包括与第二成形器相关的至少第二前置放大器，并且开关元件适于将第一前置放大器/第一成形器和第二前置放大器/第二成形器之一切换到电路径中。
多个成形器的使用已经考虑到了成形器需要某一处理时间，在所述时间内其不应该接收任何其他的电荷脉冲。由于前置放大器也具有某一处理时间，因而将在不同成形器之间切换的理念扩展到在不同电路块之间进行切换的理念是有利的，其中，每个电路块都实现前置放大器和所连接的成形器。因此，如果当前一个光子的处理正在占用前置放大器和成形器的一个电路块，那么开关元件就能够将电路径切换至前置放大器和成形器的另一电路块，从而能够对下一个进入的光子进行适当处理。
此外，为了提高信号处理的性态和质量，可以采用组合了前置放大器和成形器的功能的成形前置放大器。
在这一改进的实施例中，使传感器在至少两个成形前置放大器之间进行切换，从而使传感器在任何一次总是连接至一个成形前置放大器。例如，在既满足一个成形前置放大器的输出电压超过阈值(其表示至少具有最低能量的光子与传感器相互作用)，又满足在超过阈值后经过某一时间(例如，最大的预期电荷收集时间)之后完成将传感器从一个成形前置放大器切换至另一成形前置放大器，从而能够确保已经由一个成形前置放大器对由与传感器相互作用的光子所生成的整个电荷脉冲进行了积分。
在本发明的另一优选实施例中，将至少第二鉴别器并联至第一鉴别器，将第一计数器连接至第一鉴别器，并将第二计数器连接至第二鉴别器，并且其中，第一鉴别器和第二鉴别器接收对应于不同光子能量的不同电压阈值。
具体而言，这意味着第一成形前置放大器之后的单个鉴别器(连接至计数器)被若干鉴别器替代，所述若干鉴别器中的每个都连接至计数器，尤其是多能量鉴别器和计数器(MEDC)，所述若干个鉴别器对应于不同X射线光子能量实施不同的电压阈值。将这些鉴别器并联，这意味着其相应输入接收来自第一成形前置放大器的相同信号。
类似地，可以由若干鉴别器替代其他成形前置放大器后的每个鉴别器，所述若干鉴别器将对应于不同的X射线光子能量实施不同的电压阈值。有利地，对于连接至成形前置放大器之一的每个MEDC而言，不同阈值的数量是相同的，而且对于所述MEDC中的每个还恰恰是相同的阈值被选择。
如上所述地，在既满足第一成形前置放大器的输出电压超过了最低阈值(其表示至少具有感兴趣的最低能量的光子与传感器相互作用)，又满足在超过了所述阈值之后经过了由例如第一计时器确定的某一时间(例如，最大的预期电荷收集时间)之后具体完成将传感器从第一成形前置放大器切换至第二成形前置放大器的操作，从而能够确保已经由第一成形前置放大器对与传感器相互作用的光子所生成的整个电荷脉冲进行了积分。
类似地，如果在切换至第二成形前置放大器之后，另一X射线光子与传感器相互作用，并引起在第二成形前置放大器的输出处的超过最低阈值的电压脉冲，那么将启动第二计时器并且在经过了例如最大预期电荷收集时间之后终止所述第二计时器。在这一计时器终止的同时，再次切换传感器，直到连接至最后的成形前置放大器。如果必须断开与最后的成形前置放大器的连接，那么可以只将传感器连接至AC吸收器，直到第一成形前置放大器完成了对其电荷脉冲的充分处理并再一次可用为止，在这种情况下，再次将传感器连接至第一成形前置放大器。可以通过检测到第一成形前置放大器的输出电压再次低于另一阈值而检测出第一成形前置放大器再次可用，其中，所述另一阈值通常比MEDC中采用的代表感兴趣的最低光子能量的阈值低得多。
有利地，即使第一成形前置放大器已经完成了对其电荷脉冲的处理并且再次可用，也可以选择只有在连接了所有其他成形前置放大器之后重新将第一成形前置放大器连接至传感器。
在具有至少两个成形前置放大器(以及随后连接的MEDC)和AC吸收器的布置当中，只有在最后的成形前置放大器的最后的计时器(在由于最后的成形前置放大器的输出电压超过了最小阈值而起动之后)终止的情况下才将第一成形前置放大器重新连接至传感器，这时第一成形前置放大器再次可用。如果在最后的计时器终止时，第一成形前置放大器仍然在处理其电荷脉冲，那么将传感器连接或切换至AC吸收器(或者在没有显著的漏电流的情况下将其连接或切换至GND)。之后，只要第一成形前置放大器再次可用，就将传感器重新连接至第一成形前置放大器。
可以由另一成形前置放大器替代AC吸收器，所述另一成形前置放大器接下来连接至MEDC，因而也能够探测光子并鉴别其能量，但是这样做的潜在缺点在于，这一最后的部件可能再次遭受过载，导致所计量的光子数量及其能量的准确度降低。
通过参照下文中描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见，并对其进行阐述。
应当理解，在不背离本发明的范围的情况下，不仅能够按照所指出的相应组合使用上述特征以及有待于在下文中说明的特征，还可以按照其他组合使用所述特征，或者将其用作独立的特征。
附图说明
在附图中示出了本发明的实施例，在下文中将参考附图对所述实施例进行更为详细的描述，在附图中：
图1示出了用于探测计算机断层摄影设备中的光子的装置；
图2示出了用于探测计算机断层摄影设备中的光子的方法；
图3示出了根据图1的装置的电网络的第一实施例；
图4示出了根据图1的装置的电网络的第二实施例；
图5示出了根据图1的装置的电网络的第三实施例的关键元件；
图6示出了根据图1的装置的电网络的第四实施例的关键元件；以及
图7示出了根据图1的装置的电网络的第五实施例，其允许构建能量鉴别计数探测器。
具体实施方式
图1示出了基于X射线光子的探测的用于探测成像设备中的光子32、34的装置10，这里，所述成像设备为计算机断层摄影设备11，所述装置10包括电网络12，所述电网络12具有适于将每个光子32、34转换成电荷脉冲的传感器14、具有适于将所述电荷脉冲转换成电信号的第一前置放大器16、具有适于将所述电信号转换成电脉冲的第一成形器18以及具有适于将所述电脉冲与阈值进行比较的鉴别器20，其中，所述电网络12的从传感器14的输出24到鉴别器20的输出26的电路径22包括适合响应于电触发信号VT起动的开关元件28，其中，所述触发信号VT是由所述电路径22的电状态导出的。
具体而言，将传感器14实现为具有多个像素的光传感器，其具有包括CZT或者由CZT构成的传感器材料，第一成形器18适于由作为上升沿的电信号形成具有上升沿和下降沿的电压脉冲。有可能将第一前置放大器16和第一成形器18组合成成形前置放大器，所述成形前置放大器将由源自撞击光子的电荷脉冲生成电压脉冲。
在这一实施例中，将鉴别器20的输出26连接至计数器30。装置10能够使计数器30对撞击到传感器14上的光子32、34计数。当然，光子32、34只是通过示意图的方式表示的，其中，每个光子32、34在撞击到传感器14上时生成具有统计学分布数量的电子空穴对，由所述电子空穴对将得到电荷脉冲。
简言之，装置10的功能在于向计数器30提供表示进入光子32、34的电压脉冲，以这种方式对进入光子32、34进行正确计数。当然，也可以对所具有的能量处于某些阈值之上、之下或之内的光子的数量进行计数。在下文中将详细说明有关装置10如何实现这一目的的细节。
图2示出了用于探测计算机断层摄影设备11中的光子的方法的步骤。在步骤36中，采用传感器14将进入光子32、34的每个转化成电荷脉冲。在步骤38中，将电荷脉冲转换成电信号。在根据图1的实施例中，通过前置放大器16实现这一目的。
在步骤40中，将所述电信号成形为电脉冲。在根据图1的实施例中，通过成形器18实现这一目的。在步骤42中，采用鉴别器20将所述电脉冲与阈值TH进行比较。
在步骤44中，响应电触发信号VT执行电网络12的电路径22中的开关操作，其中，触发信号VT是由电路径22的电状态导出的。在根据图1的实施例中，通过开关元件28实现这一目的。
图3示出了根据图1的装置10的电网络12的第一实施例。对于那些等同的或者执行相同的功能的元件采用相同的附图标记。在下文中，将描述电网络12的功能性，尤其是关于前置放大器16和成形器18之间的相互作用的方面。应当指出，“成形器”一词不限于紧随前置放大器之后的高通和低通滤波器的典型的组合，而是可以包括具体如图3以及后面的附图所示的电路的布置，其中，被实现为经改变的差分对(differential pair)的成形元件与前置放大器16一起实现了成形前置放大器。
具体被实现为n-MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的FET(场效应晶体管)N1b和N2b分别接收栅极电压V1和V2，并且被设计为形成实施Ip/2的电流的电流源。接收栅极电压V0的FET P0消耗电流Ip。将具体被实现为p-MOSFET的FET P1a和P1b设计为具有完全相同的几何结构，其中，FET P1b接收栅极电压VCRef。如果没有从传感器14接收到任何信号，那么FET P1a和P1b消耗相同的电流Ip/2。
由于光子32、34与传感器14的材料，具体地与CZT相互作用，在传感器14中生成负电荷。这些电荷的量与光子32、34的能量成正比。负电荷形成脉冲，并且流到反馈电容CF的左侧极板上。图形50示出了由第一光子32和随后的第二光子34生成的电流。
由于前置放大器16试图调节其输出电压，使得反相输入和非反相输入(接收电压VPreRef)之间的电势差为零，输出电压Vout根据进入的电流的积分而增大。
将增大的输出电压反馈至FET P1a的栅极，并使FET P1a消耗小于Ip/2的电流，从而使多余的电流必须经由P1b消耗。
由于FET N1b和N2b实施Ip/2的电流，因而剩余电流(其是由正电荷携带的预先定义的)必须离开经改变的差分对的右支，并且由于前置放大器16的非常高的输入电阻，只能流到CF的左侧极板上，从而消除CF的左侧极板上的负电荷。
这意味着，前置放大器16的输出电压Vout采取了电压脉冲的形式(图形52所示)，所述电压脉冲的高度是传感器14中生成的电荷的数量的量度，因而也是与传感器14的材料相互作用的量子的能量的量度。
电压脉冲强到足以由定义了阈值TH的鉴别器20进行处理。如果所述脉冲足够高，从而超过了阈值TH，那么鉴别器20生成以上升沿开始的具有电源电压(又被称为VDD)的幅度的计数电压脉冲Vdiscr，out。图形54示出了鉴别器20的取决于是否超过了阈值TH的响应。如图1所示，这一计数脉冲被馈送至计数器30。
尽管在这一例子中，第一和第二光子在时间上被充分间隔，从而能够对其进行单独计数，但是可能发生这样的情况，即，第二光子迅速地紧随第一光子之后，属于第一和第二光子32、34的电压脉冲将结合成一个延长脉冲，从而无法获得本发明的益处。这意味着，尽管实际上有两个光子32、34撞击到了传感器14上，但是计数器30将只从鉴别器20接收一个脉冲。在更多的光子32、34按照紧密的序列接踵而至时，情况还会恶化，从而导致更加延长的脉冲，以及被计数器30漏过的更多的计数。
为了解决这一问题，本发明提出了能够改变传感器14的输出24和鉴别器20的输出26之间的电路径22的开关元件28。开关元件28的功能性如下：
当第一光子32撞击到传感器14上时，前置放大器16将由光子32生成的独立的电荷脉冲形成为电信号。由连接至前置放大器16的输出的控制元件56感测这一活动。所述控制元件56适于在感测到前置放大器16中生成电信号的情况下，尤其是在所述电信号超过了某一电压水平的情况下切换所述开关元件28。
鉴于当前的由于第一光子32撞击到传感器14上而在前置放大器16中生成了电信号的假设，控制元件56对开关元件28进行切换，从而使传感器14的输出24与前置放大器16的输入断开。
因此，即使第二光子34快速地紧随第一光子32之后，源自于第二光子34的电荷脉冲不抵达前置放大器16，也就不会干扰对第一光子32的电荷脉冲的处理。在这一实施例中，在起动时，开关元件28将传感器14的输出24切换至地GND。
这并不一定意味着丢失了有关第二光子34的信息，这是由于在完成了响应于第一光子32的处理时，控制元件56将开关元件28切换回其初始位置，即，使传感器14的输出24与前置放大器16的输入重新连接。这时，另一电荷脉冲能够抵达前置放大器16。典型地，这意味着并非由第二光子34生成的电荷脉冲中的所有电荷都会丢失，因而对第二光子34的处理和探测仍然是可能的。
应当强调的是，即使有关光子的信息丢失了，但是装置10不会瘫痪的事实仍然带来显著的优势。
可以基于特定应用的特定需要确定控制元件56所根据的探测电信号的处理的阈值。而且，有利地，可以定义两个不同的阈值，一个用于电信号的处理的开始(上升沿)的检测，一个用于电信号的处理的末尾(下降沿)的检测。此外，如将参考图5和图6详细说明地，可以实施时间延迟。可以将最简单的处理元件56实现为另一鉴别器。
总之，通过在前置放大器16正在处理光子32、34时阻止前置放大器16接收来自传感器14的其他电荷脉冲使装置10不会发生瘫痪。由于前置放大器16在功能上与成形器18相关，因而可以说，前置放大器16和成形器18对电荷脉冲的输出电压进行了成形。
图4示出了具有略微改变的图3的电网络12，以及漏电流补偿(LCC)电路60和AC吸收器62。
对根据图3的电网络12的改变表现为控制元件56与电路径22的不同连接。在这种情况下，触发信号由鉴别器20的输出26处的电压导出。在这一实施例中，开关元件28的动作与由鉴别器20所实施的对待计量的脉冲的实际探测相联系。
在这一实施例中，将LCC电路60连接至传感器14的输出24，将AC吸收器62连接至开关元件28，从而当开关元件28使传感器14的输出24与电路径22断开时，将传感器14的输出24连接至AC吸收器62。对这一实施例的功能性的说明如下。
将LCC电路60配置为消耗传感器14的DC漏电流。为了实现这一目的，将开关S1闭合。应当注意，不能经由前置放大器16消耗所述DC电流，这是由于电容CF意味着DC电流的阻断。也不能经由所述差分对的FETN1b、N2b的右手侧分支消耗所述DC电流。因此，经由所述LCC电路60的经改变的差分对的FET N10b、N11b的右手侧分支消耗所述DC电流。FET P10b的栅极电压采取必要的值。(应当注意，所述栅极电压是能够由漏电流设置的栅极电压。)
在栅极电压在其中确定的过渡相之后，经由LCC电路60消耗传感器漏电流。为了实现光子的探测，断开开关S1。仍然地，通过电容器CA保持所需的FET P10b的栅极电压，从而仍然经由LCC电路60消耗所述漏电流。
每当前置放大器16和成形器18处理光子时，就对开关元件28进行切换以将传感器14连接至AC吸收器62。在完成了对光子的处理时，开关元件28将传感器14重新连接至前置放大器16(和成形器18)，从而能够处理其他光子。
如果将AC吸收器62实现为成形器是有利的，这是由于其开启了这样一种机会，即，在使传感器14的输出24与电路径22断开的同时对进入的光子进行计数。
图5示出了本发明的第三实施例。应当注意，这是与这一实施例相关的关键元件的简化表示。
在该图中，将传感器14表示为与电容Cs并联的具有电流Is的电流源。将开关元件28实现为两个同时起动的开关，并且允许将多个成形器18a、18b……18m中的一个连接到电路径22内。此外，这一实施例含有并联的多个鉴别器20a、20b……20n。鉴别器20a、20b……20n分别具有用于探测处于不同能量水平的光子32、34的阈值THa、THb……THn。将独立的计数器30a、30b……30n分别连接至鉴别器20a、20b……20n。控制元件56包括时间延迟元件70和逻辑元件72。这一电网络12的功能性如下。
最初，假设开关元件28处于由实线所示的位置，从而将成形器18a连接到电路径22内。如果第一光子32撞击到传感器14上，那么通过前置放大器16将电荷脉冲转换为电信号，并将其路由至成形器18a，从而使之转化成电压脉冲。
在将电信号处理成电压脉冲的过程中，鉴别器20a(其具有所有鉴别器中的最低阈值)的阈值THa将被超过，并在鉴别器20a的输出26处提供信号。
这一触发信号VT抵达控制元件56的时间延迟元件70。时间延迟元件70的作用在于使从鉴别器20a的输出26进入的信号延迟某一时间量。由于开关元件28的直接动作有可能切断属于第一光子32的能量，因而所述时间延迟元件将等待足以收集到源自于第一光子32的所有电荷(或其中的绝大部分)的时间。这一时间延迟被称为电荷收集时间。由于对于具有更高的能量的光子而言，这一时间可能更高，因而有利地，可以设置所述时间延迟，使得最长的电荷收集时间也会被考虑在内。
之后，来自鉴别器20a的延迟脉冲抵达逻辑元件72，逻辑元件72将触发信号VT的幅度与某一阈值进行比较，如果超过了所述阈值，所述触发信号VT将起动开关元件28。当然，也可能逻辑元件72基于触发信号VT生成其自身的输出信号。
在这一实施例中，起动开关元件28意味着开关元件28的两侧都采取如虚线所示的位置。这意味着，成形器18a被断开，成形器18b被连接到电路径22中。
由于现在成形器18a被断开，因而其现在可以返回至其基线，从而准备好正确地处理被路由至这一成形器18a的下一个脉冲。
在成形器18a尚无法再次正确地处理光子的时间窗内，由成形器18b处理第二光子34。根据必须以其对光子32、34进行处理的速率，有可能有一个、两个或更多成形器由于正在处理光子或者由于正在处于返回其基线的过程中而处于不可用状态，从而如这一实施例所示，可以根据需要采用更多的成形器。
图6示出了本发明的第四实施例。这一实施例的基本功能性与图5的实施例中相同，并且在这方面参考图5。
与图5的关键差异在于成形前置放大器74a、74b……74n，其中，根据前述附图，每个成形前置放大器都结合了前置放大器16和成形器18。
根据撞击光子32、34的速率，根据前述附图的前置放大器16可能在处理与第一光子32相关的电荷脉冲的同时接收属于第二光子34的电荷脉冲。为了避免这一情况，提供了多个成形前置放大器74a、74b……74n，其中，能够将每个成形前置放大器单独切换到电路径22内。
这意味着，只要一探测到第一光子32，并且经过了所述电荷收集时间，就断开当前使用的成形前置放大器74a，并将可用的成形前置放大器74b切换到电路径22内。现在与电路径22断开的成形前置放大器74a具有足够的时间窗返回其基线，并准备好处理被路由至这一成形前置放大器74a的属于下一光子的电荷脉冲。
可以采用如图5所示的若干并联的鉴别器替代图6中的单个鉴别器，得到能量鉴别计数探测器。
图7示出了代表能量鉴别计数探测器的本发明的第五实施例，其中，能够使传感器在三个成形前置放大器(74a、74b、74c)之间切换，每个成形前置放大器连接至三个鉴别器，20a-1、20a-2、20a-3用于74a，20b-1、20b-2、20b-3用于74b，20c-1、20c-2、20c-3用于74c。其中详细示出了成形前置放大器74a，而另外两个成形前置放大器74b和74c则只通过方块表示。假设，对于三个阈值TH1、TH2和TH3而言，满足关系TH1＜TH2＜TH3，即，TH1对应于最小的感兴趣的光子能量。在图7中未示出其他鉴别器的阈值，但是假设鉴别器20b-1和20c-1也具有阈值TH1，鉴别器20b-2和20c-2也具有阈值TH2，鉴别器20b-3和20c-3也具有阈值TH3。因而，将控制块56a、56b和56c全部连接至实施最低能量阈值的鉴别器的输出。
设置串联的开关28a、28b、28c，通过所述开关能够将传感器相继连接至三个不同的成形前置放大器74a、74b或74c，或者连接至GND。首先，经由开关28a将传感器14连接至第一成形前置放大器74a的输入。与传感器相互作用的光子将在传感器内生成电荷脉冲，(由于开关28a的当前位置)第一成形前置放大器74a将对所述电荷脉冲进行处理，在其输出处产生电压脉冲，所述电压脉冲将受到三个鉴别器20a-1、20a-2和20a-3的进一步处理。
假设电压脉冲大到足以超过阈值TH2，但是未超过TH3，那么该电压脉冲也会超过TH1。其触发对应的计数器以及控制块56a，其中，计时器被启动，并在经过了最大预期电荷收集时间之后终止。如果所述计时器终止，那么开关28a的位置将改变，从而从该时刻起将传感器14连接至开关28b的输入，开关28b将所述传感器连接至成形前置放大器74b的输入。于是，成形前置放大器74a的输出具有足够的时间返回到基线，而不会受到源自于与传感器相互作用的其他X射线光子的其他电荷脉冲的影响。
第二成形前置放大器74b按照与针对第一成形前置放大器描述的相同的方式处理下一X射线光子：一旦电荷脉冲使得成形前置放大器74b的输出电压超过了最低阈值(即，这里的鉴别器20b-1的阈值)，控制块56b就会受到触发，从而启动在经过最大预期电荷收集时间之后终止的计时器，如果经过了所述时间，那么开关28b的位置将被改变，从而将传感器14连接至开关28c的输入，开关28c进而将所述传感器连接至成形前置放大器74c的输入，于是成形前置放大器74c准备好处理下一X射线光子。
如果这一X射线光子的处理使得成形前置放大器74c的输出超过最低阈值(这里为鉴别器20c-1的阈值)，控制块56c将受到触发，从而启动在经过最大预期电荷收集时间之后终止的计时器。如果这一计时器被终止，那么控制块56c触发开关28c，以改变其位置，从而使其输入从该时刻起连接至GND，这样将使传感器14连接至GND。如果在所述平均时间内，第一成形前置放大器的输出电压落到了优选地低于TH1的另一阈值之下(在控制块56a中包含了对应的鉴别功能)，其表明完成了所述真正的第一光子的处理，控制块56a使开关28a的位置重新变成初始位置，从而将传感器再次直接连接至第一成形前置放大器74a。
类似地，一旦第二成形前置放大器74b的输出电压落到了优选地低于TH1的另一阈值之下(在控制块56b中包含了对应的鉴别功能)，即，意味着完成了对第二光子的处理，那么控制块56b使开关28b的位置重新变回初始位置。从该时刻起，如果需要断开第一成形前置放大器，那么第二成形前置放大器随时可以(经由开关28a和28b)连接至传感器。
类似地，如果第三成形前置放大器74c的输出电压落到了优选地低于TH1的另一阈值之下(在控制块56c中包含了对应的鉴别功能)，即，意味着完成了对第三光子的处理，那么控制块56c将使开关28c的位置重新变回初始位置。从该时刻起，如果需要断开第一和第二成形前置放大器，那么第三成形前置放大器随时可以(经由开关28a、28b和28c)连接至传感器。
这一方法允许提供一种能够处理显著提高的光子速率的不会瘫痪的能量分辨X射线探测器。
在最简单的版本中，不存在开关28b、28c和成形前置放大器74b、74c，如果开关28a改变其位置，那么开关28a直接连接至GND，如果控制块56a探测到来自成形前置放大器74a的完成光子处理的输出电压，那么开关28a将使传感器重新连接至成形前置放大器74a。
尽管已经在附图和上述说明中详细示出和描述了本发明，但是应当将这样的图示和描述看作是示范性或示例性的，而不是限定性的；本发明不限于所公开的实施例。
通过研究附图、说明书和权利要求，本领域技术人员能够在实践所要求保护的本发明的过程当中理解并实施针对所公开的实施例的其他变形。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，单数冠词“一”或“一个”不排除复数。“左”、“右”等词仅用于简化对本发明的理解，不对本发明的范围构成限制。
在互不相同的从属权利要求中陈述的某些措施的事实不表示不能有利地采用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被认为限制权利要求的范围。
Claims (13)
1.一种用于探测X射线光子的装置(10)，其包括电网络(12)，所述电网络(12)具有适于将光子(32、34)转换成电荷脉冲的传感器(14)、适于将所述电荷脉冲转换成电信号的第一前置放大器(16、16a)、适于将所述电信号转换成电脉冲的第一成形器(18、18a)和至少第二成形器(18b)以及适于将所述电脉冲与阈值(TH)进行比较的第一鉴别器(20、20a)，其中，所述电网络(12)的从所述传感器(14)的输出(24)到所述第一鉴别器(20)的输出(26)的电路径(22)包括适于响应于电触发信号(VT)起动的开关元件(28)，并且其中，所述电触发信号(VT)是由所述电路径(22)的电状态导出的，从而在通过所述电触发信号(VT)指示探测到所述光子(32)之后，使接收到了由所述光子(32)引起的电信号的所述电路径(12)从所述传感器(14)断开，
其中，所述开关元件(28)适于将所述传感器(14)的输出(24)切换至所述电路径(22)或者切换至用于交变电流的吸收器(62)或地(GND)中的一个，或者适于将所述第一成形器(18a)或所述第二成形器(18b)切换至所述电路径(22)。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述电触发信号(VT)是根据所述第一前置放大器(16)处的电压导出的。
3.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述电触发信号(VT)是根据所述第一鉴别器(20)处的电压导出的。
4.如权利要求1所述的装置，其中，将漏电流补偿电路(60)连接至所述电路径(22)。
5.如权利要求1所述的装置，其中，将所述吸收器(62)实现为另一成形器。
6.如权利要求1所述的装置，其中，经由时间延迟元件(70)对所述电触发信号(VT)进行路由。
7.如权利要求6所述的装置，其中，如果接收到了正斜坡或者负斜坡，则所述时间延迟元件(70)表现出不同的延迟。
8.如权利要求1所述的装置，其中，在所述电路径(22)和所述开关元件(28)之间布置逻辑元件(72)，所述逻辑元件适于在所述电触发信号(VT)达到第一电压水平之上时将所述电触发信号(VT)连接至所述开关元件(28)。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述逻辑元件(72)适于在所述电触发信号(VT)落到第二电压水平之下时将所述电触发信号(VT)与所述开关元件(28)断开。
10.如权利要求1所述的装置，其中，使所述第一前置放大器(16a)与所述第一成形器(18a)相关，所述电网络(12)还包括与所述第二成形器(18b)相关的至少第二前置放大器(16b)，并且其中，所述开关元件(28)适于将所述第一前置放大器(16a)和所述第一成形器(18a)或者所述第二前置放大器(16b)和所述第二成形器(18b)切换至所述电路径(22)中。
11.如权利要求1所述的装置，其中，使至少第二鉴别器(20b)与所述第一鉴别器(20a)并联，将第一计数器(30、30a)连接至所述第一鉴别器(20a)，将第二计数器(30b)连接至所述第二鉴别器(20b)，并且其中，所述第一鉴别器(20a)和所述第二鉴别器(20b)接收对应于不同光子能量的不同电压阈值(THa、THb)。
12.一种基于X射线光子探测的尤其用于医疗应用的成像设备，其包括根据前述权利要求的任一项所述的装置(10)。
13.一种用于探测X射线光子的方法，其包括在电网络(12)中执行的下述步骤，所述网络(12)具有传感器(14)、第一前置放大器(16、16a)、第一成形器(18、18a)和至少第二成形器(18b)以及第一鉴别器(20、20a)：
-采用所述传感器(14)将光子(32、34)转换成电荷脉冲，
-采用所述第一前置放大器(16、16a)将所述电荷脉冲转换成电信号，
-采用所述第一成形器(18、18a)或所述第二成形器(18b)将所述电信号整形成电脉冲，
-采用所述第一鉴别器(20、20a)将所述电脉冲与阈值进行比较，
-响应于电触发信号(VT)采用开关元件(28)对所述电网络(12)的从所述传感器(14)的输出(24)到所述鉴别器(20)的输出(26)的电路径(22)执行切换操作，
-其中，所述电触发信号(VT)是根据所述电路径(22)的电状态导出的，从而在由所述电触发信号(VT)指示探测到所述光子(32)之后使接收到由所述光子(32)引起的电信号的所述电路径(22)从所述传感器(14)断开，
其中，所述开关元件(28)适于将所述传感器(14)的输出(24)切换至所述电路径(22)或者切换至用于交变电流的吸收器(62)或地(GND)中的一个，或者适于将所述第一成形器(18a)或所述第二成形器(18b)切换至所述电路径(22)。
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| JP6182758B2 (ja) * | 2013-11-15 | 2017-08-23 | 株式会社リガク | 放射線検出器、これを用いたｘ線分析装置および放射線検出方法 |
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| US10159450B2 (en) * | 2014-10-01 | 2018-12-25 | Toshiba Medical Systems Corporation | X-ray CT apparatus including a photon-counting detector, and an image processing apparatus and an image processing method for correcting detection signals detected by the photon-counting detector |
| ES2795831T3 (es) * | 2015-04-07 | 2020-11-24 | Shenzhen Xpectvision Tech Co Ltd | Detector de rayos X semiconductor |
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| DE102015215085B4 (de) | 2015-08-07 | 2018-03-01 | Siemens Healthcare Gmbh | Röntgendetektor mit einem einstufigen Vorverstärker mit intrinsischer Pulsformung |
| CN108139487B (zh) * | 2015-08-27 | 2021-12-31 | 皇家飞利浦有限公司 | 光子计数设备和方法 |
| CN106768318A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-05-31 | 中国科学院高能物理研究所 | 单光子探测系统 |
| US10162066B2 (en) * | 2017-02-06 | 2018-12-25 | General Electric Company | Coincidence-enabling photon-counting detector |
| US10067240B1 (en) * | 2017-03-06 | 2018-09-04 | Prismatic Sensors Ab | X-ray detector system based on photon counting |
| EP3743744A4 (en) | 2018-01-25 | 2021-07-28 | Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. | RADIATION DETECTOR PACKAGING |
| JP7040156B2 (ja) * | 2018-03-15 | 2022-03-23 | 富士電機株式会社 | 放射線測定装置 |
| WO2024061566A1 (en) * | 2022-09-21 | 2024-03-28 | Asml Netherlands B.V. | Readout design for charged particle counting detectors |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1154825A (en) * | 1966-12-14 | 1969-06-11 | Commissariat Energie Atomique | A method of, and a device for, Determining the Isotope Content of a Uranium Component |
| CN1444733A (zh) * | 2000-06-01 | 2003-09-24 | 艾尔格姆斯有限公司 | 具有高计数率的伽马照相机系统 |
| CN1614443A (zh) * | 2003-11-07 | 2005-05-11 | 西门子公司 | 检测器模块 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4618775A (en) * | 1984-03-26 | 1986-10-21 | Siemens Gammasonics, Inc. | Radiation detector circuit with real time photon counting |
| JPS63127180A (ja) | 1986-11-17 | 1988-05-31 | Nippon X-Ray Kk | Ｘ線分析装置 |
| JP2997935B2 (ja) | 1987-11-18 | 2000-01-11 | 松下電器産業株式会社 | 放射線画像補正装置 |
| JPH0619455B2 (ja) | 1989-08-15 | 1994-03-16 | 株式会社島津製作所 | 放射線測定装置 |
| JPH03211487A (ja) * | 1990-01-16 | 1991-09-17 | Fuji Electric Co Ltd | 電離箱式放射線検出装置 |
| JPH0827356B2 (ja) * | 1991-05-08 | 1996-03-21 | 日本鋼管株式会社 | 放射線計数方法 |
| JP3008621B2 (ja) | 1991-12-27 | 2000-02-14 | 株式会社島津製作所 | 放射線測定装置 |
| US6936822B2 (en) * | 1997-05-07 | 2005-08-30 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Method and apparatus to prevent signal pile-up |
| DE69921900T2 (de) * | 1998-01-23 | 2005-03-17 | Micromass Uk Ltd. | Flugzeitmassenspektrometer und doppelverstärkungsdetektor dafür |
| US6768356B1 (en) * | 2000-09-07 | 2004-07-27 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Apparatus for and method of implementing time-interleaved architecture |
| US6408050B1 (en) | 2000-09-14 | 2002-06-18 | Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc | X-ray detector and method for tissue specific image |
| JP2004325183A (ja) * | 2003-04-23 | 2004-11-18 | M & C:Kk | 放射線検出方法、放射線検出器、及び、この検出器を搭載した放射線撮像システム |
| EP1757178A4 (en) * | 2004-01-29 | 2016-12-28 | Bae Sys Inf & Elect Sys Integ | TRIGGERING ELECTRONIC SIGNALS IN OPTICAL TRANSMITTERS / RECEIVERS |
| JP2005274169A (ja) | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Hitachi Ltd | Ｘ線ｃｔ装置及びｘ線ｃｔ装置による検出方法 |
| US7129497B2 (en) * | 2004-05-11 | 2006-10-31 | Scott David Wollenweber | Method and system for normalization of a positron emission tomography system |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1154825A (en) * | 1966-12-14 | 1969-06-11 | Commissariat Energie Atomique | A method of, and a device for, Determining the Isotope Content of a Uranium Component |
| CN1444733A (zh) * | 2000-06-01 | 2003-09-24 | 艾尔格姆斯有限公司 | 具有高计数率的伽马照相机系统 |
| CN1614443A (zh) * | 2003-11-07 | 2005-05-11 | 西门子公司 | 检测器模块 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Thomas K. Lewellen et al.Evaluation of a Clinical Scintillation Camera with Pulse Tail Extrapolation Electronics.《The Journal of Nuclear Medicine》.1989,第30卷(第9期),第1554-1558页. * |
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