CN102608648A - 正电子发射断层摄影中的飞行时间测量 - Google Patents

Abstract

正电子发射断层摄影装置(100)包括：多个辐射敏感探测器系统(106)和选择性触发系统(120)。选择性触发系统识别由探测到的伽玛辐射产生的探测器信号(310)并同时丢弃乱真探测器信号(310)。在一种实现方式中，装置(100)包括时间-数字转换器，该时间-数字转换器根据级别H的二进制层次分解来分解测量时间间隔(T_max)，其中H为大于等于1的整数。

Description

正电子发射断层摄影中的飞行时间测量

本申请是申请日为2007年7月18日、申请号为200780028522.0、发明名称为“正电子发射断层摄影中的飞行时间测量”的中国专利申请的分案申请。

本申请涉及正电子发射断层摄影(PET)，并尤其涉及飞行时间(TOF)PET中符合事件的探测。其也可应用于非TOF PET、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)以及有必要在噪声存在下探测辐射的其他医学与非医学应用。

在正电子发射断层摄影中，在检查中将发射正电子的同位素引入人类患者或其他对象的体内。在被称为正电子湮灭事件的过程中，正电子与电子相互作用，从而产生沿着响应线(LOR)以基本相反的方向行进的511keV的伽玛射线符合对。通常通过PET扫描器记录在符合时间内探测的伽玛射线对。在典型扫描中，探测成百上千万个这样的湮灭并且将其用于产生指示同位素分布的图像或其他信息。

PET的一个重要应用是在医学中，其中放射学家和其他医学专家广泛使用PET扫描器提供的信息用于疾病的诊断和治疗。在这点上，期望在使施加给患者的剂量和成像程序的长度最小化的同时提供具有相对更高图像质量的图像。

在TOF PET中，测量对两条符合伽玛射线的探测之间的实际时间差并且将其用于估计沿着LOR的事件的位置。进而可以将该位置信息用于重建过程中以改进所重建的图像的质量。对于给定的活性水平和成像时间，可以使用额外的位置信息来生成具有相比于非TOF PET图像具有改进的图像质量的图像。从另一观点看，可以通过使用相对较少的剂量和/或相对较短的扫描时间，获得具有可相比的质量的图像。

实际PET系统的性能受其灵敏度、其能量和时间分辨率、时间响应、探测器系统的其他特性以及噪声的影响。在可购买到的PET系统中，将诸如光电倍增管(PMT)的光电传感器阵列设置在闪烁体材料后面。在TOF系统中，使用诸如正硅酸钇镥(LYSO)、硅酸镥(LSO)或溴化镧(LaBr)的相对快速的闪烁体材料来提供必需的时间分辨率。还提议使用固态光电传感器，诸如在盖革模式(GM-APD)下驱动的雪崩光电二极管(APD)阵列。虽然它们也具有相对优良的时间分辨率特性，但是GM-APD也倾向于产生暗计数，而该暗计数并非源于光子吸收。虽然暗计数速率取决于诸如器件几何结构和工艺参数、温度和所施加的偏置电压等因素，但是暗计数会对结果图像的质量产生有害影响。

因此，仍有改进的空间。例如，期望在改进定时测量精确度的同时，减小暗计数和其他噪声源所产生的乱真(spurious)事件的影响。除了降低图像质量，响应和处理这些乱真事件还会限制最大探测器计数率，从而导致遗漏潜在的有效计数。虽然可以通过减小光电传感器偏置电压或增加事件触发阈值来改善这些影响，但是这样做趋于减小定时测量的整体灵敏度和/或精确度。当然，在系统复杂度、可靠性和成本方面也必须考虑这些问题。

影响实际TOF PET系统性能的另一因素是用于执行必需的时间测量的时间-数字转换器(TDC)。

模拟TDC典型地基于电容器的时间常数，利用恒流源对该电容器进行充电和/或放电。虽然模拟TDC可以提供具有相对高的时间分辨率的测量，但是必需的模拟电路、积分电容器和电压-时间转换电路限制了它们的吸引力。此外，模拟TDC提供非线性响应。虽然有可能补偿非线性，但是这样做会增加转换时间。在转换时间超过闪烁体脉冲长度的情况下，增加了像素死时间。

可以以高级CMOS工艺实现数字TDC，其中将TDC与GM-APD或其他数字信号源集成在一起。数字TDC还包括环形振荡器和在事件时刻存储环形振荡器状态的锁存器。然而，这种设计典型地不会在事件之间停止，因此具有相对高的静态高能耗。因此，基于环形振荡器的时间-数字转换不是非常适合用于大尺度传感器，尤其在为每个探测器像素提供TDC的情况下。另一可替换选择是使用抽头延迟线和游标线TDC。然而，这种实现方式也倾向于区域密集的，并且工艺变化以及诸如环境温度和操作电压的操作条件会影响时间分辨率。

另一种TDC技术是所谓的脉冲收缩(pulse shrinking)方法。参见例如Chen等人的题为“CMOS Pulse Shrinking Delay Element with DeepSubnanosecond Resolution”的美国专利No.6,288,587。这种系统典型地包括一个或多个脉冲收缩延迟元件，所述脉冲收缩延迟元件将测量的脉冲的宽度减少时间dT。在一种实现方式中，使用异步计数器来确定脉冲消失所需的周期数量。

虽然脉冲收缩可以提供相对优良的线性和低功耗，但是最坏情况转换时间T_c为待转换脉冲的最大宽度T_max和时间分辨率dT的函数：

等式1

$T_c=\frac{T_{\max }^2}{\mathrm{dT}}$

例如，如果T_max为10纳秒(ns)并且dT＝10皮秒(ps)，那么最坏情况转换时间将大约为10微秒(μs)。如此长的转换时间在TOF PEF和其他高速率系统中是不可接受的。

因此，仍然期望提供一种改进的TDC用于TOF PET和其他应用中，尤其在需要相对高的时间分辨率和短的转换时间的情况下。

本发明的各方面解决这些问题和其他问题。

根据一个方面，辐射探测装置包括：闪烁体和与闪烁体进行光学通信的光电传感器，该闪烁体响应于接收到的辐射光子而产生闪烁光子。光电传感器响应于闪烁光子而产生光电传感器信号。所述装置还包括：第一信号探测器，其在光电传感器信号满足第一信号准则的情况下产生第一输出信号；第二信号探测器，其在光电传感器信号满足第二信号准则的情况下产生第二输出信号；以及辐射信号探测器，其估计第一输出信号和第二输出信号以识别指示由闪烁体接收到的辐射的光电传感器信号。

根据另一方面，方法包括以下步骤：从伽玛辐射探测器接收信号；估计所接收到的信号以识别候选探测器信号。候选探测器信号包括探测到的伽玛辐射信号和乱真信号。该方法还包括以下步骤：估计候选探测器信号以识别探测到的伽玛辐射信号并且拒绝乱真信号；以及产生指示所识别的探测器信号的已测量伽玛辐射能量和已测量探测时间中至少之一的输出。

根据本发明的另一方面，正电子发射断层摄影装置包括多个探测器通道。探测器通道包括辐射敏感探测器和用于估计探测器输出以识别候选探测器信号的器件，其中候选探测器信号包括探测到的伽玛辐射信号和乱真信号。探测器通道还包括用于认为候选探测器信号合格以便识别伽玛辐射信号的器件。该装置还包括可连接到探测器通道的符合探测器，其中符合探测器识别指示正电子湮灭的合格的探测器信号。

根据本发明的另一方面，装置包括：伽玛辐射敏感探测器；第一器件，其可连接到辐射敏感探测器，用于选择性地识别指示由辐射敏感探测器接收到的伽玛辐射的候选探测器信号并认为其合格；以及脉冲收缩时间-数字转换器器件，其可连接到第一器件，用于产生识别所认为合格的探测信号的探测时间的时间戳数据。

根据又一方面，时间-数字转换方法包括以下步骤：接收待测量信号；和将测量时间段划分为多个子段，其中每个子周期包括宽度。该方法还包括：将信号宽度缩短一定量，该量与子段中的至少一个的宽度相对应；测量所缩短的信号的宽度；以及使用该量和所测量的宽度来确定该信号宽度。

根据另一方面，用于测量信号宽度的装置包括用于将测量时间段划分为多个子段的器件，其中每个子段包括宽度。该装置还包括：用于将信号宽度缩短一定量的器件，其中该量与子段中的至少一个的宽度相对应；用于测量所缩短的信号的宽度的器件；以及用于使用该量和所测量的宽度来计算信号宽度的器件。

在阅读和理解下面详细描述的基础上，本领域普通技术人员将会意识到本发明的更多方面。

本发明可以以各种组件和组件的布置以及各种步骤和步骤的布置而变得明显。附图仅用于图示说明优选实施例的目的而不应被解释为限制本发明。

图1示出了一种成像系统；

图2示出了PET数据采集系统的组件；

图3A和图3B示出了选择性光子触发系统的操作；

图4示出了一种成像方法；

图5示出了一种时间测量方法；

图6示出了一种时间测量方法；

图7为时间-数字转换器的功能框图。

参考图1，组合PET/CT系统100包括PET扫描架部分102和CT扫描架部分104。PET扫描架部分102包括围绕检查区域108的一个或多个轴向环形辐射探测敏感探测器106。探测器106包括响应于在其辐射敏感面上接收的伽玛光子而产生光子的闪烁体材料140。与闪烁体140光学通信的光电传感器142响应于所产生的光子而产生电信号。因此，探测器106产生指示探测到的伽玛辐射的输出信号。虽然探测器106的数量和配置与整体系统设计和其他特定应用的需求相关，但将意识到典型PET系统可以包括10⁴数量级的探测器通道。

CT部分104包括绕CT检查区域112旋转的诸如X射线管的辐射源110。辐射敏感探测器114探测由X射线源发射的已经横贯检查区域112的辐射。

PET扫描架部分102和CT扫描架部分104优选地位于邻近它们各自的检查区域108、112，将检查区域108和112沿共同的纵轴或z轴设置。对象支架116支撑诸如人类患者的待成像对象118。对象支架116优选地可协同PET/CT系统100的操作而纵向移动，因此PET和CT扫描架部分102和104都可以根据所需的扫描轨迹而在多个纵向位置扫描对象118。

CT数据采集系统122处理来自CT探测器114的信号，以产生指示沿着经过检查区域112的多条线或射线的辐射衰减的数据。CT重建器126使用适当的重建算法重建数据，以产生指示对象118的辐射衰减的体积图像数据。

如下面将更详细地描述的，PET数据采集系统包括多个选择性光子触发系统120₁、120₂、120₃...120_n。可连接到各自的探测器通道的触发系统120用于优选识别那些由探测到的辐射产生的有效探测器信号，而忽视那些更可能由诸如噪声的因素产生的信号。在所说明的实施例中，触发系统120也产生指示探测事件的时间、能量和位置的信号。符合逻辑电路121识别同时探测到的并因此代表湮灭的伽玛射线对。

PET重建器129例如利用适当的迭代或解析重建算法处理湮灭数据，以产生指示对象118中辐射性核素分布的体积数据。在所说明的混合PET/CT系统100的情况下，PET重建器129使用来自CT系统的信息以将衰减和其他所需的校正应用于PET数据。

工作站计算机用作操作者控制台128。控制台128包括诸如监视器或显示器的人类可读输出设备和诸如键盘和鼠标的输入设备。驻存在控制台128上的软件允许操作者观察和另外操纵由PET和CT重建器129、126产生的体积图像数据。驻存在控制台128上的软件也允许操作者通过建立所需的扫描协议、开始和终止扫描以及另外与扫描器100相交互来控制系统100的操作。

也可预期系统100的变形。因此，例如可以省略扫描器的CT部分、将其安置于远离PET扫描架部分102或将其替代为诸如磁共振(MR)扫描器的另一形态。也可以使用与PET扫描架部分102相关联的透射源产生衰减或解剖信息，或从另外的源获得衰减或解剖信息。

图2示出了示例性选择性光子触发系统120。如图所示，触发系统120实现了多水平触发系统，包括第一信号探测器或甄别器202₁和第二信号探测器或甄别器202₂，该第一和第二信号探测器或甄别器的输入可连接到一个或多个探测器通道。当其各自的输入条件得以满足时，信号探测器202产生各自的触发输出信号。如图所示，将第一信号探测器202₁实现为具有第一相对低阈值的水平探测器。类似地将第二信号探测器202₂实现为具有第二相对较高阈值的水平探测器。虽然示出了双水平触发系统，但将理解仍可以提供额外的信号探测器202并且因此提供触发水平。除了水平以外的触发条件(例如变化速率或探测器信号的积分)也是可预期的，可以是单独的也可以与水平探测相结合。

在所说明的实现方式中，特别是很好地适合与其中精确探测时间测量尤其重要的TOF PET系统结合使用的实现方式中，将第一信号探测器202₁的阈值设为与由闪烁体的第k个离散光子所产生的期望信号相对应的水平。在一种实现方式中，将第一阈值设为与第一光子相对应的值，尽管可以将阈值设为探测第二或其他在时间上随后的光子。此外，可能不由常规水平探测器实现触发生成，而可以以不同的方式从闪烁光子导出触发生成，例如，通过使用GM-APD(或多像素GM-APD)实现第一光子触发。通常期望在探测辐射光子之后触发由初始闪烁光子引起的信号以改进时间测量的精确度，尤其是在辐射光子的探测与探测器106输出信号的生成之间的时间变化或抖动相对小的情况下。另一方面，这样做趋于使第一信号探测器202₁对噪声或其他乱真事件更敏感。因此，将第二信号探测器202₂的阈值设为这样一个水平：该水平可以用于确认由第一信号探测器202₁识别出的作为最可能由有效光子信号产生的可能事件或认为其合格。那么在这个意义上，可以将第一触发信号视为候选或单个光子触发信号，并且可以将第二触发信号视为合格或使能光子触发信号。

选中(hit)或触发逻辑电路204根据一个或多个接受准则估计来自信号探测器202的触发输出信号，以识别那些可能由有效探测器信号产生的探测器信号，同时忽略那些更可能由噪声或其他因素产生的探测器信号。一个适当的接受准则是确定在一个接受时间窗口内候选光子触发信号之后是否跟随有合格光子触发信号。如果是这样，那么将该探测器信号作为有效探测器信号。如果不是这样，那么丢弃该探测器信号，例如通过将其标记为无效。

触发逻辑电路204的输出进而连接到能量测量系统206和时间测量系统208。能量测量系统206产生指示所探测的伽玛光子的能量的输出。如图2所示，能量测量系统206包括积分器209、定时器210和模数转换器212。一从触发逻辑电路204接收到有效探测器信号，定时器210就使积分器209在所需的积分时间段内对探测器信号进行积分。如本领域普通技术人员将意识到的，积分器209的输出代表所探测的伽玛光子的能量。模数转换器(ADC)212进而将积分器209的输出数字化。

诸如时间-数字转换器(TDC)的时间测量系统208产生指示何时探测到伽玛射线的时间戳数据。如图2所示，时间测量系统208包括高速DLL时钟214、锁存器216和译码器218。一从触发逻辑电路204接收到有效探测器信号，锁存器216就锁存时钟214的当时值。译码器将时钟值译码，以产生光子时间戳。

通道识别器224用于识别特定通道。如将意识到的，可以使用通道信息来识别关联的探测器通道的物理位置，并且因此建立相关LOR的坐标。

输入/输出总线224提供触发系统120与PET数据采集系统的其余部分之间的通信接口。更具体地，总线224用于传送与给定探测器信号关联的诸如时间戳、能级、通道标识符等信息。总线224还可用于提供用于控制触发系统120的操作和用于提供所需的设置120等所必需的控制信息。

禁止或禁能输入220用于根据需要禁能数据采集。在一种实现方式中，协同混合扫描器的操作来禁能数据采集。在混合PET/MR系统的情况下，例如，与磁共振激励和探测过程有关的时变梯度磁场和其他信号可能致使探测器信号不可靠。因此，可能期望与之协同来禁能PET数据采集。禁止输入220(或另一输入)还可用于迫使选定通道的转换，以通过实现区域共同触发模式来实现邻域逻辑。例如，可能期望读出已触发的通道的一定数量的邻域，尽管这些邻域自身可能还没有产生触发信号。

使用校准输入222来校准触发系统120，例如通过校准能量测量系统206和定时测量系统208、探测器220阈值等来校准。可以通过在校准过程中改变阈值来获得对触发阈值的实际校准。也可以通过改变校准脉冲的长度和/或振幅来校准能量测量系统208。虽然将禁止220和校准222图示说明为分离的输入，但是将意识到也可以通过输入输出总线226提供适当的控制信号。

控制器228控制触发系统120的操作。控制器也可用于为探测器202提供触发阈值或其他相关操作参数，以及用于控制高速时钟的偏置电流等。控制器228也可用于执行诸如上电初始化、自检和诊断、在总线226上通信等功能。

可以基于分离或集成电子技术或其组合来实现触发系统120。然而，由于相对高的通道数量，使用一个或多个专用集成电路(ASIC)来实现触发系统120是有优势的。可以在共同的ASIC中实现与多个通道关联的电路120。

参考图3，现将结合示例性探测器信号进一步描述水平探测器202和触发逻辑电路204的操作。图3A示出了由探测器通道产生的信号302，该探测器通道包括与LYSO闪烁体140光学通信的GM-APD光电传感器142。横坐标代表以纳秒(ns)为单位的时间，纵坐标代表探测器信号的振幅。第一信号探测器的202₁的阈值在304处示出。第二信号探测器的202₂的阈值在306处示出。

信号302包括由暗计数或其他噪声产生的噪声信号308。信号302还包括由511keV闪烁事件产生的信号310。可以看到，信号310的特征在于相对快的上升时间和随后的一般性指数衰减。第一信号探测器202₁探测超过第一水平阈值304的噪声信号308，产生相对应的单光子(SP)或潜在光子触发信号。第二信号探测器202₂探测超过第二阈值306的诸如有效闪烁信号310的信号，产生合格或使能(EN)触发信号。

另外参考图3B，一从第一信号探测器202₁接收到潜在光子触发信号，触发逻辑电路204就打开接受时间窗口312。如图所示，接受时间窗口大约为5ns，尽管根据特定探测器系统的特性或其他专用需要可以实现其他窗口。如果在接受时间窗口312中没有接收到使能触发信号，则假设探测信号由噪声信号308产生。另一方面，如果在接受时间窗口期间接收到合格信号314，则认为信号310为有效光子信号。在闪烁体衰减时间期间接收的噪声信号308可能源于闪烁信号的波动、暗计数或其他噪声。这些信号也被忽略，因为它们没有超过低阈值水平，或者即使它们超过了低阈值水平，却没有在相对应的接受窗口中接收到使能触发。

注意，各种阈值和时间窗口可动态变化。例如，接受时间窗口的宽度可作为信号302的上升时间的函数而变化(例如，通过测量探测和使能信号之间的时间差)。

在有效光子的情况下，能量测量系统206和时间测量系统208使用接受窗口312的结束或终止来启动通常在316说明的数据采集过程。在一种实现方式中，触发逻辑电路204使锁存器216锁存当前时钟值，该当前时钟值用作所探测到的伽玛的时间戳。类似地，触发逻辑电路204启动探测器信号的积分，以便测量所探测到的伽玛的能量。使用接受时间窗口312的结束来启动数据采集过程的一个具体优势是其容易实现，尤其是当接受时间窗口312具有恒定值时。可以以其他方式启动数据采集，例如通过从潜在光子触发信号导出的信号来启动，尤其通过与触发信号具有已知时间关系的导出信号来启动。

在另一实现方式中，锁存器216一接收到潜在光子触发信号就锁存或标记时间戳。如果在接受时间窗口312内接收到使能光子触发信号，那么触发逻辑电路204使事件被标记为有效并且保留时间戳。否则，丢弃时间戳，例如通过将时间戳或相对应的事件标记为无效。同样可以使用潜在光子触发信号来启动能量测量过程，这种情况下只有当在接受时间窗口内接收到使能光子触发信号时才保留能量测量。这种实现方式特别适合于接受时间窗口312具有可变宽度的情形，诸如上述动态可变的接受时间窗口的情况。

现将结合图4描述成像方法。

在400处，启动PET或其他所需检查。

在402处，监测来自探测器通道的信号302。

在404处，识别潜在地由有效光子产生的候选信号，例如通过识别超过第一阈值304的信号。

在406处，认为候选信号合格，例如通过在接受时间窗口312内确定信号302是否超过第二阈值306。如果没有超过，则过程返回至步骤402。

如果超过，则在步骤408获得时间戳、能量、通道位置和/或其他所需的事件数据。如上所述，在认为指示探测光子的信号合格之前可以测量一些或全部事件数据。

在步骤410处，监测探测器通道直到完成检查。

在步骤412处，重建事件数据以产生指示所探测到的事件的体积的或体积空间数据。虽然为了解释清楚，结合监测单个探测器通道来描述方法步骤402-408，但本领域普通技术人员将认识到通常会监测多个探测器通道，并且在重建过程中使用来自各种通道的数据。

在步骤414，产生一个或多个指示体积空间数据的人类可读图像。

可以预期各种可替换选择。例如，前述技术也可应用于非TOF PET、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)以及在噪声存在下需要精确信号探测的其他医学和非医学应用。本技术也更通常地适用于采集时间戳数据的脉冲或信号探测器。示例包括例如在高能物理实验中和激光测距中对电离或非电离辐射的探测，该高能物理实验测量参考触发与探测到的闪烁脉冲(簇射)之间的飞行时间。根据特定应用的需求，可以省略能量和时间戳测量二者中的一个或两个。还可以提供另外的其他测量。

虽然定时测量的精确度通常受益于具有相对快的时间响应和相对慢的时间抖动的探测器，但根据具体应用的速度、灵敏度、能量和其他需求可以预期其他探测器和探测器配置。例如，APD可以在盖革模式以外的模式下运行。也可以使用光电倍增管(PMT)、多阳极PMT或其他光敏设备来实现光电传感器140。可以使用其他闪烁体142材料，包括但不限于LSO、LaBr、GSO和BGO。作为另一可替换选择，可以使用半导体和其他直接转换探测器。

此外，可以使用其他适当的技术实现能量测量系统206和时间测量系统208。时间测量系统208的一种可替代实现方式使用层次脉宽压缩技术来缩短脉冲的宽度或待测量信号的宽度。脉宽压缩尤其适用于脉冲缩减或其他时间测量技术，其中转换时间为最大脉宽的函数。

现将结合图5和图6描述这种方法。在502处，将与待测量信号的最大期望宽度相对应的测量时间段T_max划分为N个子段，其中N为大于1的整数。虽然子段可以是任意数量或长度，但根据以下关系建立子段的数量N是有利的：

等式2

N＝2^x

其中x为大于或等于1的整数。类似地，子段的宽度T_w可以根据以下关系建立：

等式3

$T_w=\frac{T_{\max }}{N}$

从另一观点看，可以将测量时间段的划分表示为将测量时间段T_max多级别层次分解为H个级别，其中H为大于或等于1的整数。

在图6中图示说明了这种布置的非限制性示例，其中测量时间段T_max具有100个任意时间单位(AU)的宽度。如图所示，将测量时间段划分为四个(4)子段n，每个子段具有25个AU的宽度。从另一观点看，可将子划分视为测量时间段的两(2)级别二进制层次分解(即H＝2)。

在504处接收具有任意时间宽度T_p的待测量信号602。在图6的示例中，测量信号具有70个AU的宽度T_p。

在506处，执行总时间测量来确定与测量信号宽度T_p相对应的子段n。以另一方式陈述，就是将测量信号宽度减少一定量，该量与一个或多个子段的宽度相对应。在所述示例中，测量信号宽度T_p落入第三子段(即n＝2)中。

在508处，对测量信号602落入所确定的子段内的部分T_m进行测量。在一种实现方式中，使用脉冲缩减技术测量宽度。如图6所示，测量部分T_m距离第三子段的开始有20个AU。从另一可替代观点看，测量部分T_m距离第三子段的结束有5个AU。

在510处，使用所确定的子段n和所确定的部分T_m来计算测量信号宽度T_p。在子段具有相等宽度的情况下，可以根据以下关系确定测量信号宽度T_p：

等式4

T_p＝((n-1)×T_w)+T_m

其中从子段的开始表示T_m。在图6的示例中，测量信号宽度T_p因此为((2-1)×25)+20＝70AU。等式5表示了关于测量时间段T_max的测量信号宽度T_p：

等式5

T_p＝T_max-((N-n)×T_w)+T_m

其中仍从子段的开始表示T_m。在子区域具有不相等的宽度的情况下或在从子段的结束表示T_m的情况下，可以很容易地概括出等式4和等式5。

如将意识到的，相对于常规脉冲缩减转换器，所描述的技术将转换时间减少到1/4^H。

图7示出了示例性TDC系统500，其中N＝2，T_w＝0.5×T_max，H＝1。如图所示，TDC系统700包括抽头延迟线702、第一时间-数字转换器704₁和第二时间-数字转换器704₂以及第一逻辑与(AND)功能元件706₁。

延迟线702具有宽度T_max，并且在与时间T_max/2或最大脉宽的一半相对应的点708处将其抽头。将第一逻辑与功能元件706₁连接到延迟线的输入710和中点708。

时间-数字转换器704是为具有最大长度T_max/2的脉冲设计的脉冲缩减TDC。将第一时间-数字转换器704₁连接到第一与功能元件706的输出。将第二时间-数字转换器连接到延迟线702的输出。

在一种实现方式中，脉冲缩减转换器704包括含有不对称逆变器的反馈延迟线。不对称逆变器具有稍微不同的上升时间和下降时间，因此使输入脉宽减少了时间dT。异步计数器对需要消失的脉冲的周期数量进行计数。注意，也可以使用其他适当的时间-数字转换器实现方式、脉冲缩减或其他方式。

在运行中，在延迟线702的输入710处接收具有未知宽度T_p的测量信号602。如果信号602具有大于T_max/2(即n＝1)的宽度，那么将具有宽度T_p-T_max/2的已缩短的脉冲送至第一时间-数字转换器704₁并且使用其输出来确定T_m。如果脉冲短于T_max/2(即n＝0)第一时间-数字转换器704₁，那么第二时间-数字转换器704₂将接收已缩短的脉冲并且使用其输出来确定T_m。注意，为了说明清楚，省略了用于执行必需的计算的算术功能元件和各种控制功能元件。虽然图示说明为具有两个子段，但也可实现三个或更多个子段。

由于子区域不重叠，因此所述系统700将对于子区域T_p＜0.5T_max和T_p＞0.5T_max展现出分段的线性响应。然而，转换器704之间的差异以及延迟线702和与功能元件706的影响可能影响子区域的匹配，例如导致在子区域之间的交点处的失配，并且导致在不同子区域上的不同增益或斜率。在后测量校正模式下，针对各种子区域的需要的偏置和增益校正被存储在校准表或另外存储在适当的存储器中。在延迟均衡校正模式下，可以通过调整各个转换器704的时间分辨率dT来校准增益。可以通过将可调延迟元件插入到延迟线中来校正子区域之间的偏置。调整延迟元件以提供所需子区域之间的共同交点。

如图7所示，在层次分解的每一级别H上使用一个转换器704。可以通过在各个子区域之间复用转换器来减少转换器704的数量，例如通过对每个层次级别使用一个转换器704并且相应地复用转换器。此外，可以在相同的延迟线上实现各种级别层次，因此减少了其区域需求。

已通过参考优选实施例对本发明进行了描述。在阅读和理解前面的详细描述的基础上，其他人员可以进行修改和改变。意在将本发明解释为包括所有这些修改和改变，只要它们落入所附权利要求书或其等价物的范围内。

Claims (19)

1.一种方法，包括：

估计来自伽玛辐射探测器的信号，以识别候选探测器信号，所述候选探测器信号包括探测到的伽玛辐射信号和乱真信号；

估计所述候选探测器信号，以识别探测到的伽玛辐射信号并且拒绝乱真信号；

产生指示所识别的探测器信号的已测量伽玛辐射能量和已测量探测时间中至少之一的输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述辐射探测器包括在盖革模式下工作的雪崩光电二极管，并且其中，所述乱真信号包括由所述雪崩光电二极管产生的暗计数。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所探测到的伽玛辐射包括指示正电子湮灭的伽玛光子。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，估计从伽玛辐射探测器接收到的信号包括将所接收到的探测器信号与第一阈值相比较，并且估计所述候选探测器信号包括将所接收到的探测器信号与第二阈值相比较。

5.权利要求4所述的方法，包括：

测量候选信号的特性；

使用所测量的特性调整所述第二阈值。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一阈值具有与紧接着伽玛辐射光子的探测的探测器输出相对应的值，其中，所述第一阈值也与探测器噪声输出相对应。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一阈值与响应于时间上第一和第二闪烁光子中至少之一的探测器输出相对应，其中，所述第一和第二闪烁光子由闪烁体响应于所探测到的伽玛辐射光子而产生。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，估计所述候选探测器信号包括：

紧接着所述候选信号的识别建立接受时间窗口；

在所述接受时间窗口期间估计所述探测器信号的特性。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述接受时间窗口约为5ns。

10.一种正电子发射断层摄影装置，包括：

多个探测器通道，其中，所述探测器通道的至少一部分包括：

辐射敏感探测器；

用于估计所述探测器的输出以识别候选探测器信号的器件，所述候选探测器信号包括探测到的伽玛辐射信号和乱真信号；

用于认为所述候选探测器信号合格以识别所述伽玛辐射信号的器件；

符合探测器，其可连接到所述探测器通道，其中，所述符合探测器识别指示正电子湮灭的所认为合格的探测器信号。

11.一种装置，包括：

伽玛辐射敏感探测器(106)；

第一器件(120)，其可连接到所述辐射敏感探测器以便选择性地识别指示由所述辐射敏感探测器接收到的伽玛辐射的候选探测器信号并认为其合格；

脉冲收缩时间-数字转换器器件(708)，其可连接到所述第一器件以便产生识别所认为合格的探测器信号的探测时间的时间戳数据。

12.一种时间-数字转换方法，包括：

接收待测量信号(602)；

将测量时间段(T_max)划分为多个(N)子段(n)，其中，每个子段包括宽度(T_w)；

将所述信号的宽度(T_p)缩短一定量，所述量与所述子段中的至少一个的宽度相对应；

测量所缩短的信号的宽度(T_m)；以及

使用所述量和所测量的宽度来确定所述信号的宽度。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述测量宽度包括使用脉冲收缩时间-数字转换器来测量所缩短的信号的宽度。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述划分包括将所述测量时间段划分为2^x个子段，其中，x为大于等于1的整数。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，每个子段均具有相等的宽度。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，根据H级别的二进制层次分解来划分所述测量时间段，其中，H为大于或等于1的整数。

17.权利要求12所述的方法，包括使用延迟线来缩短所述信号的宽度。

18.一种用于测量信号的宽度的装置，所述装置包括：

用于将所述测量时间段(T_max)划分为多个(N)子段(n)的器件，其中，每个子段包括宽度；

用于将所述信号的宽度(T_p)缩短一定量的器件，所述量与所述子段中的至少一个的宽度相对应；

用于测量所缩短的信号的宽度(T_m)的器件；以及

用于使用所述量和所测量的宽度来计算所述信号的宽度的器件。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述用于测量的器件包括脉冲收缩时间-数字转换器，并且其中，所述脉冲收缩时间-数字转换器包括不对称逆变器。

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