CN101779144B

CN101779144B - 用于从撞击x射线光子生成可计数脉冲的设备和方法以及对应的成像装置

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Publication number: CN101779144B
Application number: CN2008801017619A
Authority: CN
Inventors: R·斯特德曼布克; C·博伊默; C·赫尔曼; G·蔡特勒; H·克吕格尔; W·吕腾; O·米尔亨斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2028-07-24
Also published as: EP2176684A2; US20100172467A1; WO2009019622A2; CN101779144A; WO2009019622A3; EP2176684B1; US8350221B2

Abstract

本发明涉及一种用于在成像装置(16)中、尤其是在计算机断层摄影机中从撞击X射线光子(12、14)生成可计数脉冲(30)的设备(10)，所述设备(10)包括适于将由撞击光子(12、14)生成的电荷脉冲(20)转换成电信号(22)的前置放大元件(18)，和具有反馈回路(28)并适于将所述电信号(22)转换成电脉冲(30)的整形元件(26)，其中，延迟电路(38)连接至所述反馈回路(28)，从而使得延长了所述反馈回路(28)收集所述电信号(22)的电荷的时间，以便提高在所述整形元件(26)的输出(56)处的所述电脉冲(30)的幅度。本发明还涉及对应的成像装置(16)和对应的方法。

Description

用于从撞击X射线光子生成可计数脉冲的设备和方法以及对应的成像装置

技术领域

本发明涉及用于计数X射线光子、尤其是计算机断层摄影机中的光子的设备、成像装置和方法。

背景技术

当计算机断层摄影(CT，也称作计算断层摄影)能够生成对象内部的三维图像时，其已经发展成为一种通用的工具。该三维图像是基于绕单一旋转轴所获得的大量二维X射线图像而创建的。虽然CT最常用于对人体的医学诊断，但是已经发现其还可应用于无损材料检测。关于CT的基本原理和应用的详细信息可以在由Willi A.Kalender所著的《ComputedTomography》(ISBN 3-89578-216-5)一书中找到。

在未来CT和X射线成像中的一个关键创新方面是对当被分析对象暴露于X射线辐射时从被分析对象通过或者透射的光子的能量分辨的计数。根据所透射的光子的数目和具有的能量，在切片图像重建步骤之后能够推定X射线束已传播通过了哪种类型的材料。特别地，这允许识别人体内的不同部分、组织和材料。

当提及对光子的探测或计数时，应该理解当光子撞击在传感器的转换材料上时，其产生电荷脉冲。探测该电荷脉冲(有时也称作为电流脉冲)并且推定光子的存在。电荷脉冲源自X射线光子与传感器转换材料相互作用时生成的较大量电子空穴对。电流脉冲的持续时间对应于所谓的电荷收集时间。

本申请所关注的不是单一电子空穴对的探测，而是源自表示光子的电子空穴对的电荷脉冲的处理，该光子有时表述为“探测光子”或者“计数光子”。

当实现用于计算机断层摄影应用的计数探测器时，一个主要的关注点是解决进入的光子的到达时间顺序的不规则性质。必须要考虑的是，光子的流量非常高并且时间上随机分布。光子的分布可以通过泊松分布来描述，即到达时间呈负指数分布。

在与计算机断层摄影密不可分的非常高的计数率的背景下出现了另一个关注点。因为对于直接射束或者刚接触对象表面的射束必须处理在10⁹cps/mm²(每秒计数/mm²)范围内的光子计数率，所以必须采用非常快速计数的探测器。然而，能够以高计数率工作的探测器通常经受增加的噪声(由于可用于对电脉冲整形的短整形时间)和降低的信号幅度(由于弹道亏损)的影响。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于在成像装置中、尤其是在计算机断层摄影机中从撞击X射线光子生成可计数脉冲的设备，其具有改进的尤其是以高速率计数的计数性能。本发明的另一目标是提供基于计数X射线光子的对应的成像装置，该装置尤其用于医学应用。本发明的又一目标是提供一种用于计数X射线光子、尤其是计算机断层摄影机中的光子的改进的方法。

根据本发明的一个方面，该目标是通过用于在成像装置中从撞击X射线光子、尤其是在计算机断层摄影机中从光子生成可计数脉冲的设备实现的，该设备包括适于将由撞击光子生成的电荷脉冲转换成电信号的前置放大元件，和具有反馈回路并适于将电信号转换成电脉冲的整形元件，其中延迟电路连接至反馈回路从而使得反馈回路收集电信号的时间被延长，以便提高在整形元件的输出处的电脉冲的幅度。

根据本发明的另一方面，该目标是通过基于X射线光子的计数的、尤其用于医学应用的成像装置实现的，其包括上述设备。这样的成像装置尤其体现为X射线机器、计算机断层摄影机、用于核医学技术(例如，正电子发射断层摄影或者单光子发射计算机断层摄影)的装置或者任意其他放射摄影装置。

根据本发明的另一方面，该目标是通过用于在成像装置中、尤其是在计算机断层摄影机中从撞击X射线光子生成可计数脉冲的方法实现的，该方法包括下列步骤：

-将由撞击光子生成的电荷脉冲前置放大成电信号；

-通过采用反馈回路将该电信号整形为电脉冲；

-达到适于用作使反馈回路放电的触发的条件；以及

-使反馈回路放电，

-其中，延迟达到触发条件的过程以便提高电脉冲的幅度。

通常，光子计数通道由前置放大元件(尤其是前置放大器)和后面跟随有鉴别器的整形元件(尤其是整形器)组成。前置放大器的主要功能是放大进入的信号并且因此必须设计成使噪声最小化(尤其是根据输入电容)。整形器的主要功能是通过限制信号的带宽进一步提高信噪比(SNR)，从而抑制诸如白噪声的宽带噪声。然而，这具有增加脉冲持续时间和限制以高速率处理脉冲的能力的副作用。

在高计数率的背景下要考虑的另一个重要影响是与整形元件相关联的弹道亏损。假定期望保持前置放大器脉冲的完整幅度，整形时间常数需要比前置放大器上升时间或者输入上升时间大相当多。然而，这对于高计数率通常是不可接受的，从而使得整形器信号通常必须在达到理论最大值之前开始返回到基线。还需要考虑该影响以保持SNR。

鉴别器基本上是在整形器输出达到特定值(阈值)之后启动(trip)的比较器。该阈值映射为具体光子能量。通过增加具有不同阈值的其他鉴别器，可以得出进入的光子的能量信息。通常，连接至每个鉴别器的输出的数字计数器对已超过相应阈值的事件的数目计数。

当与采用前置放大器和整形器的现有技术计数探测器比较时，能够最好的理解本发明的理念。在已经使整形器放电从而使得其反馈电容器包含与在脉冲进入之前相同的电荷(这也表述为“使整形器返回到基线”)之后，整形器等待来自前置放大器的下一电信号，其通常具有上升沿的形状。当接收到该电信号时，整形器收集从前置放大器接收的电荷从而从这些电荷产生电脉冲。输出脉冲的尾缘是由在通过使整形器放电来完成电脉冲的形成之后发生的限定条件(“触发”)启动的。应该注意，术语“放电”还可以包括“重置”整形器，其中放电是经由接近于零的电阻的路径完成的。然而，优选地，放电是经由非零电阻路径、尤其是电流源或者电阻器完成的，以便避免噪声问题。

一种通用的方法是根据电荷被前置放大器递送的速率或者根据表示在整形器的反馈回路中收集的电荷总量的曲线的形状得出该触发。然而，该方法排除了应该包含在电脉冲中的不可忽略数目的电荷。换言之，由于这些电荷在刚形成的电脉冲中缺失，电脉冲没有达到其完整幅度并且因此不能正确表示要计数的光子的能量水平。这意味着弹道亏损增加了。由于缺少另一合适的触发事件，不能在稍后的时间点触发整形器返回到基线。

本发明正是为了解决这一点。其提议维持用于触发到基线的返回的基本理念，然而延迟触发事件和触发事件的效果(整形器返回到基线)实际发生的时间点。换言之，维持现有技术设备的触发事件，而允许反馈回路中的积分电容器以便以延长的时间量来收集更多电荷(源自进入的电荷脉冲)，从而使得所形成的电脉冲的幅度更精确地表示所探测的光子的能量水平，从而减少弹道亏损。

应该注意，在本申请的上下文中，术语“触发”并非主要涉及数字触发信号或者涉及提供这样的触发的外部电路。相反，术语“触发”或者“触发条件”明确地包括基于自触发的事件或者描述导致相关联的系统的不同行为的特定状态的事件。这样的“触发”的一个示例为达到击穿电压的二极管，该击穿电压导致二极管此时以反方向传导(二极管的不同行为)。另一示例是晶体管，其当超过特定基极-发射极电压时立即开始传导(晶体管的不同行为)。

还应该注意，前置放大器和整形器可以体现为分离的电路部分。然而，对于若干应用，优选地将前置放大器与整形器组合成一个电路，称作为整形前置放大器。还应该注意，本发明可以与使整形器放电的多种触发理念一起使用，包括重置整形器的理念。然而，本发明在下面将特别是通过参照附图进一步描述的特定触发机制的背景下尤其有用。

在优选实施例中，延迟电路连接到整形元件的输入和整形元件的输出。

这允许将其简单集成到现有设计中。对于特定类型的设备，甚至可能为现有系统提供翻新改进。术语“连接”并不意味着直接连接。相反，可以沿相应的电路径设置其他电学元件、尤其是开关元件。

在另一优选实施例中，延迟电路包括适于对正或负信号中的一个缓慢地作出反应的源极跟随器电路。

该源极跟随器电路可以容易地集成到基于半导体的现有设计中。此外，源极跟随器电路允许调整或者校准特定参数。对于使用CZT(碲锌镉)传感器的设计，优选源极跟随器的延迟不应用到正信号。这确保了不发生过冲或者过补偿。然而，如果例如以不同极性工作的硅传感器的另一传感器为优选的，则源极跟随器可以例如用p-MOSFET替代n-MOSFET来容易地适于仅引起对正信号的延迟，反之亦然。

在另一优选实施例中，延迟电路连接到适于控制反馈回路的放电的开关元件。

这样的开关元件可以基于半导体体现，尤其体现为晶体管。当晶体管达到饱和时，触发反馈回路的放电并且整形器返回到基线。因为存在用于控制晶体管的饱和过程的不同手段，可以良好地控制反馈回路的放电。

在又一优选实施例中，用于使反馈回路放电的开关元件的开关动作被源极跟随器电路延迟。

虽然将结合对应的附图更详细地描述源极跟随器电路和开关元件的组合功能，但这里描述其基本思想：随着前置放大器开始建立通常为阶梯形信号的电信号，整形器开始使用反馈回路收集从前置放大器递送的电荷。在特定时间点，来自前置放大器的电荷的数目带来整形器和/或相关联的电路(在这里，开关元件的状态改变)中的使得整形器返回到基线的改变。然而，源极跟随器电路对于导致该改变的过程反应相当慢，从而使得开关元件仅在稍后的时间点作出反应。在该附加的时间期间，整形器可以继续收集电荷，从而形成更精确地表示所探测的光子的实际能量水平的电脉冲。对于进一步的细节，可以参照附图。

在又一优选实施例中，开关元件集成到电流镜中。

这允许开关元件与将被用于从反馈回路移除电荷的电流源的可靠组合，从而实现反馈回路的放电和整形器到基线的返回。

在又一优选实施例中，零极点相消元件电连接在前置放大元件和整形元件之间。

使用零极点相消元件以便防止在整形器的输入处的任意欠冲(undershoot)。其改进了当不使用延迟时的设计并且可以用于降低在整形器的设计方面的需求。

在又一优选实施例中，为整形元件提供适于对由延迟元件引入的依赖性、尤其是温度依赖性进行补偿的补偿电路。

添加延迟元件尤其是源极跟随器延迟，影响了整形元件的平衡。在整形元件的输出处，至少存在(源极跟随器MOSFET的)一个晶体管阈值电压的等价电压。如果没有输入信号，使反馈回路的反馈电容器充电到该等价电压。这同样对性能没有影响，但其可以损害电路相对于温度的稳定性。这是由于阈值电压可以显著地随温度变化这一事实。优选的解决方案是加入用作输出级的附加的源极跟随器。两个阈值电压将进行补偿，并且因此其将很大程度地降低温度依赖性。

在又一优选实施例中，补偿电路适于通过变更整形元件和/或前置放大器元件的参考电压来进行补偿。

通过偏置前置放大元件和/或整形元件的非反相输入，可以补偿依赖性、尤其是温度依赖性。补偿电路使用与在延迟元件中相同(或非常类似)的元件，从而使得影响延迟元件的依赖性将也影响补偿电路。因此，所述依赖性的总效应变得可以忽略。

在又一优选实施例中，前置放大元件具有并联布置的电容器和电阻器，其中该电阻器的值确保电容器以高速率和良好的噪声性能放电。

前置放大元件的输出通常具有阶梯函数形的电信号。将电阻器的值选择为非常大以便当在输入处没有活动时将电容器返回到基线。这实现了良好的噪声性能。同时，将电阻器的值选择为足够低以使电容器足够快地放电，从而使得在高速率情况下前置放大元件不达到饱和。

在又一优选实施例中，串联连接的两个拓扑电流镜与整形元件的放大元件并联连接。

当施加双极信号时，这允许实现对称响应。要注意的是，该设计还能够实现如在下面进一步描述的差分实现方式。还应该指出，该实施例被认为是一个独立发明，其可以在没有延迟电路的情况下实施。

术语“拓扑”指示出，虽然拓扑电流镜中的每个均具有用作电流镜的拓扑，但是其并不总是用作电流镜。实际上，如将在下面更详细解释的，对于通常的实现方式，根据进入的信号的极性，只有拓扑电流镜中的一个将在任意给定时间用作电流镜，而另一个拓扑电流镜关于其反射电流的拓扑能力不被激活。

在又一优选实施例中，电流吸收器连接至两个拓扑电流镜。

当应用两个拓扑电流镜的思想时，电流吸收器可以仅连接至一个电流镜，具体而言是在整形器的放大元件的输入侧。然而，所建议的实施例将电流吸收器从输入节点移除，具体而言其布置在两个电流镜之间，这可以带来关于噪声的改进。

在又一优选实施例中，该设备具有差分设计，从而使得第一信号和第二信号之间的差异被处理。

该设计可以使得该设备免受共模干扰，从而增加该设备的精确性。因为共模干扰以实质相同的方式影响第一信号和第二信号这两者，两个信号的差异保持不受影响。需要指出，该实施例被认为是独立的发明，其可以在没有延迟电路且没有这两个电流镜的情况下实施。

在又一优选实施例中，整形元件中适于处理第一信号的第一部分与整形元件中适于处理第二信号的第二部分具有相同的设计。

这允许实现对于第一信号的处理和第二信号的处理几乎相同的特性。术语“部分”具体是指放电电路和反馈电容器。如果存在延迟电路，其也应该被视为“部分”的局部。

通过参照下面描述的实施例，本发明的这些方面以及其他方面将是显而易见的并且将得以阐明。

应该理解，上面所述的和将在下面解释的特征不仅可以以所指示出的相应组合来使用，还可以以其他组合或者作为孤立的特征来使用，而不偏离本发明的范围。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且将在下面的描述中通过参照附图更详细地对其进行解释，附图中：

图1示出包括根据本发明的设备的基于对X射线光子的计数的成像装置；

图2示出在成像装置中从撞击X射线光子生成可计数脉冲的方法；

图3示出根据本发明的设备的第一实施例；

图4示出当通过跨接(bypass)延迟元件而使其失活时整形元件的响应的图示；

图5示出了当延迟元件激活时整形元件的响应的图示。

图6示出根据本发明的设备的第二实施例；

图7示出根据本发明的设备的具有对称设计的放电电路的第一优选实施例；

图8示出根据本发明的设备的具有对称设计的放电电路的第二优选实施例；

图9示出根据本发明的设备的具有对称的差分设计的放电电路的第三优选实施例；

图10示出根据本发明的设备的具有对称的差分设计的放电电路的第四优选实施例；以及

图11示出根据本发明的设备的具有对称的差分设计的第三优选实施例。

具体实施方式

图1示出用于在成像装置16中、尤其是在计算机断层摄影机中从撞击X射线光子12、14生成可计数脉冲的设备10的用符号表示的高级总览图。尽管该成像装置16当然使用多个像素，尤其是以阵列布置的像素，但为了简化，仅示出一个结构对应于一个像素。然而，由于所有像素具有相同的基本功能，足以相对于一个像素解释本发明。

设备10包括前置放大元件18，下文中称作为“前置放大器”，其适于将由光子12、14中的每个在撞击到成像装置16的传感器元件24上时生成的电荷脉冲20(源自较大量电子空穴对)转换成电信号22。将该电信号22传导到具有反馈回路28的整形元件26，该整形元件26在下文中被称作“整形器”。整形器26适于将电信号22转换成可计数电脉冲30。

将电脉冲30传导到成像装置16内的至少一个鉴别器32，在鉴别器32中确定理想地对应于已撞击在传感器元件24上的光子12、14的电脉冲30是否超过特定能量水平或者是否能量位于特定范围内。如果满足特定条件或者如果发现该能量在限定的范围内，计数事件被生成并被发送至计数器34。在输出36处提供由计数器34提供的计数数值，以用于进一步处理。根据本发明的设备10还包括延迟电路38，如将在下面进一步描述的，延迟电路38连接至所述反馈回路28。延迟电路38延长反馈回路28收集电信号22的电荷的时间以便提高在整形器26的输出处的电脉冲30的幅度。图2示出用于在成像装置16中、尤其是在计算机断层摄影机中从撞击X射线光子12、14生成可计数脉冲30的方法。该方法包括下列步骤：

-将由撞击光子12、14生成的电荷脉冲20前置放大(步骤40)成电信号22；

-通过采用反馈回路28将该电信号22整形(步骤42)为电脉冲30；

-达到(步骤44)适于用作使反馈回路28放电的触发的条件；以及

-使反馈回路28放电(步骤46)。

根据本发明的方法，在步骤44和步骤46之间引入另一步骤，即延迟达到触发条件和使反馈回路28放电的过程的步骤——步骤48。这意味着反馈回路28的实际放电与该时间不延长时候的情况相比被延迟了。由于所延长的时间，反馈回路28继续从电信号22收集电荷，从而使得电脉冲30的幅度得以提高。

图3更详细地示出了设备10。相同的参考数字继续表示与之前描述的具有类似功能的元件。

传感器元件24被表示为并联的电流源I_s和电容器C_s。前置放大器18包括具有作为反馈路径的电容器C_P的第一运算放大器50。电阻器R_p并联连接至电容器C_p以便在工作期间使电容器C_p放电。在该实施例中，该第一运算放大器50的非反相输入接地。

整形器26包括具有作为反馈回路28的电容器C_F的第二运算放大器52。该第二运算放大器52的非反相输入连接至电压参考V_R。整形器26具有输入54和输出56。

在前置放大器18和整形器26之间提供零极点相消元件58，以便防止在整形器26的输入54处的欠冲。

相消元件58包括并联的电容器C_C和电阻器R_C。

仅考虑已经参照图3描述的元件，设备10可能不会正常工作。这是因为电容器C_F将继续收集电荷直到其达到其最大容量这一事实，这意味着整形器26不会如所需要的那样返回到基线。

为了使反馈回路28放电并且使整形器26返回到基线，提供放电电路60。放电电路60的主要部分是晶体管T₁，其当激活时允许来自连接到偏置电压V_B的电流源I_F的电流以移除存储在电容器C_F中的电荷，从而重置反馈回路28。晶体管T₁与另一晶体管T₂布置成电流镜62。仅简单描述了与整形器26连接的放电电路60的功能，因为这样的恒定电流反馈设计从下面的文献中已知：由L.Blanquart，A.Mekkaoui，V.Bonzom，P.Delpierre发表于Nucl.Instr.Meth.A 395(1997)第313-317页的题名为“Pixel along cellsprototypes for ATLAS in DMILL technology”的文章和Ivan Peric于2004年在波恩大学的Dissertation中的题名为“Design and Realization of IntegratedCircuits for the Readout of Pixel Sensors in High-Energy Physics andBiomedical Imaging”的文章。

平衡状态下，T₁的漏极-源极电压为零。对于在整形器26的输入54处的正信号，这些电荷开始在电容器C_F的左板(“左”是参考图的取向)上累积。第二运算放大器52调节反相输入，使其等于电压参考V_R。输出电压降低，直到驱使晶体管T₁达到饱和，这进而使得流过其(具有T₂的电流镜62)的电流等于I_F。(应该注意，当漏极-源极电压超过栅极-源极电压少于阈值电压时，晶体管T₁几乎立即饱和。)这补偿了在C_F中累积的电荷。所示的整形器26基本上是基于非线性反馈的。可以通过由电流源I_F改变反馈电流来调谐整形时间。

虽然这提出了一种可工作的解决方案，但已知的恒定电流反馈设计经受这样的缺点：对于短的整形时间，电容器在有机会达到最大值之前被放电，该最大值对应于由前置放大器18递送的电信号22(阶梯函数)。本发明已经认识到了该问题并且提出一种理念用于通过引入延迟来补偿或最小化该弹道亏损，该延迟允许电容器C_F在电流源I_F的反馈电流驱使整形器26返回到基线之前累积来自电信号22的大部分电荷。

为了实现该理念，将延迟电路38插入到反馈回路28中。在该情况下，将延迟电路38串联插入到晶体管T₁和运算放大器52的输出之间。延迟电路38包括具有连接到电压V_SFD的晶体管T₃的源极跟随器电路64。该源极跟随器电路64具有限制晶体管T₃的响应的偏置电流源I_SFD。将电流源I_SFD的值选择为足够大，从而使得其能够作为反馈电流的源。T₃的晶体管几何结构是这样的：通过结合与电容器C_B并联的电流源I_SFD，源极跟随器电路64且因此延迟电路38对进入的负信号反应缓慢。这具有这样的效果：T₁的饱和被延迟并且允许整形器26的输出在整形动作发生之前进一步减小并且整形器26输出所期望的可计数电脉冲30。可以通过电流源I_SFD的值和/或通过电容器C_B的值来调谐延迟时间，即“标准”时间(没有延迟电路)被延长的时间。需要注意的是，反馈回路28、放电电路60和延迟电路38的设计可以显著变化。然而，认为根据图3的设计是优选的。

为了更好的图示说明延迟电路38的显著效果，提供图4和图5。两图示出当从前置放大器18接收电信号22时整形器26的响应的图示。然而，图5示出体现在根据图3的设备10中的整形器26的响应，而图4示出没有延迟电路38的情况下整形器26的响应，没有延迟电路38意味着延迟电路38被电线连接替代。

这些图示沿着它们的X轴示出以ns为单位的时间线，且沿着它们的Y轴示出以mV为单位的电压范围。在每个图中，部分a示出前置放大器18的输出并且部分b示出具有反馈的整形器26的输出。

图4的图示的部分b中的不同迹线对应于电流源I_F的不同设置，具体为分别导致大约-205mV、-105mV、-83mV和-80mV的峰值电压的0nA、50nA、100nA和150nA。I_F＝0nA的迹线对应于整形器不被放电的情况，从而示出在实际可以收集所有电荷的情况下可以达到何种能量水平。(即使没有使电容器C_F器放电的反馈电流，电压同样衰减，这一事实是由于任意现实电路的非理想特性。)

图5的图示的部分b中的不同迹线对应于I_F的固定设置(根据图4)，其中针对偏置电流源I_SFD改变设置，具体为分别导致大约-175mV、-160mV和-115mV的峰值电压的0.5μA、1μA和5μA。

当对比图4和图5的部分b的迹线时，可以清楚地看到，当采用本发明时，整形器26的输出达到几乎两倍的幅度(取决于电流源I_SFD的所选择的值)，从而显著提高SNR。优选地，选择I_SFD使得不发生过冲。对于给定的情况，这意味着偏置电流源I_SFD将被设置为1μA。应该注意到，延迟电路并不显著影响脉冲宽度。

图6示出设备10的第二优选实施例。因为该设备10采用与图3的设备10相同的基本功能，仅解释相对于图3的相关差异。

一个显著的差异是用于通过变更整形器26的参考电压V_R’来补偿漂移的补偿电路。为了实现这点，放电电路60和延迟电路38的晶体管T₂和T₃复制为T₂’和T₃’(不需要复制T₁)，并且复制偏置电压V_B和电流源I_F。之前(参照图3)直接施加到整形器26的电压V_R现在被施加到T₃’的栅极。选择电压V_R使得达到用于整形器26的所期望的参考电压V_R’。补偿在反馈电流上的任意漂移，因为在该偏置中的漂移将移动T₃以及T₃’的工作点。T₂或T₃的工作点的任意偏离将同样影响T₂’和T₃’。以这种方式，该电路不易受现实的实现方式中的公差内的温度漂移的影响。

相对于图3的另一差异是这样的：前置放大器18的第一运算放大器50的参考端现在连接到补偿电路66。以这种方式，可以避免由不相等的参考引起的DC电流。因为DC电流还将移动反馈晶体管的工作点，具有相同的参考有助于使该影响最小化。

然而，关于前置放大器18的电阻器R_P、R_C和零极点相消元件58存在另一差异，其现在实现为在三极管区域中的、连接到反馈电压V_F的晶体管。该方法便于实现。

图7示出根据本发明的设备10的放电电路60的第一优选实施例，其中该放电电路60具有对称设计。放电电路60是不采用延迟电路38的整形元件26的部分。然而，应该注意，如果期望，可以以与在图3、6和11中示出的设计类似的方式容易地添加延迟电路60。

对称设计是通过两个拓扑电流镜实现的。第一拓扑电流镜70包括晶体管T₁和T₂，并且第二拓扑电流镜72包括晶体管T₃和T₄。电流镜70、72可以具体被视为两个对称MPEC(多画面元件计数器(Multi-Picture ElementCounters))。

第一电流镜70连接至电流源I_偏置1，并且第二电流镜72连接至电流源I_偏置2。电流镜70、72中的每个连接至对应的偏置电压V_B。将电流吸收器I_偏 _置3连接到节点54，第二电流镜72连接到该节点54。电流吸收器I_偏置3连接到吸收电压V_SS并且被提供以确保例如电流源I_偏置2不干扰反馈电容器C_F的放电过程。更具体地，需要从节点54提取与由电流源I_偏置2引入的电流的相同量的电流。在输入节点54处的净电流在没有信号的情况下必须为零。

该优选实施例的基本思想是确保电流镜70、72中的一个在限定条件下工作而另一个被动工作。T₂和T₄二者均是二极管接法的装置，即，两个晶体管总是饱和并且电流I流过它们中的每个。在该配置中，假定运算放大器可以吸收流过T₂的电路。在没有输入信号的情况下，没有电流流过T₁和T₃。

假定进入正信号，电荷将在反馈电容器C_F上积累。在输出处的电压下降，由此限定T₁的右接线端为源。由于T₁和T₂两者的V_gs相等，建立了第一电流镜70，即流过T₁的相同电流I必须也流过T₂。(当然，本领域中的技术人员可以很好的意识到，在T₁达到饱和之前存在特定的跃迁周期。)T₃的工作点被可以仅为I的流过T₁的电路驱使。通过这种方式，电容器C_F以恒定电流I放电。

对于负信号，T₁和T₃的角色对调。在这种情况下，T₃与T₄建立电流镜，并且等于I的流过T₃的电流固定T₁的工作点。如果I_偏置1＝I_偏置2＝I，可以实现完全对称的响应。

图8示出根据本发明的设备10的放电电路60的第二优选实施例，其中放电电路60具有对称设计，该对称设计再次由两个电流镜70、72实现。该实施例的功能与根据图7的放电电路60的第一优选实施例非常相似，但是其允许在输入节点54处移除电流吸收器I_偏置3，这在噪声方面是重要的。

在该拓扑中，假定在负输入信号的情况下，晶体管对T₁和T₂形成第一电流镜70。通过T₂的多余电流I可以仅流过晶体管T₄，因为I_偏置3仅能够吸收2I，即由I_偏置1和I_偏置2生成的电流的总和。从而，在该拓扑中，电容器C_F也以恒定电流I放电。对于正信号，所述晶体管扮演相反的角色。

图9示出根据本发明的设备10的具有对称差分设计的放电电路60的第三优选实施例。术语“对称差分”在一定意义上是指不是处理一个信号而是处理两个信号74、74’的差异，其中用于处理第一信号74的电路——第一部分78与用于处理第二信号74’的电路——第二部分78以相同的方式设计。

在优选实施例的背景下，进入差分放大元件52的负输入的信号将被称作第一信号74，而进入差分放大元件52的正输入的信号将被称作第二信号74’。第一信号由箭头74表示，并且第二信号由箭头74’表示。

在该实施例中，因为整形元件26中用于处理第一信号74的电路和用于处理第二信号74’的电路中的每个对应于在图7中解释的电路，所以参照在那里给出的解释。差分设计确保了共模干扰对于信号处理具有很小影响或没有影响。对称差分设计确保实质上以相同的方式处理第一信号74和第二信号74’。

图10示出根据本发明的设备10的具有对称差分设计的放电电路60的第四优选实施例。在该实施例中，因为整形元件26中用于处理第一信号74的电路和用于处理第二信号74’的电路中的每个对应于在图8中解释的电路，所以参照在那里给出的解释。

图11示出根据本发明的设备10的第三优选实施例。该实施例的主要功能元件对应于在图3中示出的实施例，其中前置放大元件18、零极点相消元件58和整形元件26在这里被设计用于差分信号处理。整形元件26体现为如在图9中所示那样，并具有附加的延迟电路38、38’。因此，当考虑到在图3和9的背景下所作出的解释时，能够容易理解该实施例的功能。再次指出，虽然前置放大元件18和整形元件26以两个电路表示，它们可以被设计成一个电路。

虽然在附图和前述说明中已详细地图示说明并描述了本发明，但这样的图示说明和描述仅认为是说明性或示例性的而不是限制性的，本发明不限于所公开的实施例。

本领域中的普通技术人员在实践所要求保护的本发明时，根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究，可以理解和实现对所公开的实施例的其他变化。在权利要求中，词语“包括”并不排除其他元件和步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。术语“左”、“右”等仅用于方便对于本发明的理解而不限制本发明的范围。

在彼此不同的从属权利要求中记载特定措施这一事实并不表明这些措施的组合不能用于取得优势。在权利要求中的任意参考标记不应该被解释为对其范围的限制。

Claims

1.一种用于在成像装置（16）中从撞击X射线光子（12、14）生成可计数脉冲（30）的设备（10），所述设备（10）包括适于将由撞击光子（12、14）生成的电荷脉冲（20）转换成电信号（22）的前置放大元件（18），和具有反馈回路（28）并适于将所述电信号（22）转换成电脉冲（30）的整形元件（26），其中，将延迟电路（38）连接至所述反馈回路（28），从而使得延长了所述反馈回路（28）收集所述电信号（22）的电荷的时间，以便提高在所述整形元件（26）的输出（56）处的所述电脉冲（30）的幅度。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，将所述延迟电路（38）连接至所述整形元件（26）的输入（54）并连接至所述整形元件（26）的所述输出（56）。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述延迟电路（38）包括源极跟随器电路（64），其适于对正信号或负信号中的一个缓慢地作出反应。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，将所述延迟电路（38）连接至适于控制所述反馈回路（28）的放电的开关元件（T₁）。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，用于对所述反馈回路（28）放电的所述开关元件（T₁）的开关动作被所述源极跟随器电路（64）延迟。

6.根据权利要求4或5所述的设备，其中，将所述开关元件（T₁）集成到电流镜（62）中。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，将零极点相消元件（58）电连接在所述前置放大元件（18）和所述整形元件（26）之间。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，为所述整形元件（26）提供补偿电路（66），该补偿电路（66）适于对由所述延迟电路（38）引入的依赖性进行补偿。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述补偿电路（66）适于通过变更所述前置放大元件（18）和/或所述整形元件（26）的参考电压（V_R）来进行补偿。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，将串联连接的两个拓扑电流镜（70、72）与所述整形元件（26）的放大电路（52）并联连接。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，将电流吸收器（I_偏置3）连接至所述两个拓扑电流镜（70、72）。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备（10）具有差分设计，从而使得第一信号（74）和第二信号（74’）之间的差异被处理，所述第一信号（74）和所述第二信号（74’）分别是进入所述整形元件（26）的差分放大元件（52）的负输入和正输入的信号。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述整形元件（26）中适于处理所述第一信号（74）的作为电路的第一部分（78）与所述整形元件（26）中适于处理所述第二信号（74’）的作为电路的第二部分（78’）具有相同的设计。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述成像装置（16）包括计算机断层摄影机。

15.根据权利要求8所述的设备，其中，所述依赖性包括温度依赖性。

16.一种基于X射线光子（12、14）的计数的成像装置（16），包括根据任意前述权利要求所述的设备（10）。

17.根据权利要求16所述的成像装置，其中，所述成像装置（16）用于医学应用。

18.根据权利要求16所述的成像装置，包括计算机断层摄影机。

19.一种用于在成像装置（16）中、从撞击X射线光子（12、14）生成可计数脉冲（30）的方法，所述方法包括下列步骤：

-将由撞击光子（12、14）生成的电荷脉冲（20）前置放大（40）成电信号（22）；

-通过采用反馈回路（28）将所述电信号整形（42）为电脉冲（30）；

-达到（44）适于用作使所述反馈回路（28）放电的触发的条件；以及

-使所述反馈回路（28）放电（46）；

-其中，延迟（48）达到所述触发条件的过程以便提高所述电脉冲（30）的幅度。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述成像装置（16）包括计算机断层摄影机。