CN105143918A - 具有校正单元的脉冲处理电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于处理由在一块转换器材料中，比如在辐射探测器的像素(11)中的入射光子(X)生成的电流脉冲(CP)的方法和脉冲处理电路(100)。脉冲形状偏离参考的偏差被探测并且被用于识别归因于在高计数率的堆叠效应和/或在相邻像素之间的电荷共享的脉冲损坏。比如通过用脉冲整形器(110)，根据电流脉冲(CP)和/或能够与彼此进行比较的不同形状的两个整形脉冲来生成双极整形脉冲可以实现所述偏差探测。
Description
技术领域
本发明涉及用于对由在一块转换器材料中的光子生成的电流脉冲进行计数的方法和脉冲处理电路。
背景技术
具有光谱分辨光子计数的医学成像装置应用辐射探测器，其能够对击中探测器的像素的(通常X射线或伽玛)光子的数量进行计数并且能够根据它们的能量将它们进行分类。这通常通过将光子转换成能够被容易计数的电荷、电流和/或电压脉冲来实现，其中，脉冲高度或积分指示光子能量。
这样的探测器必须应付的一个问题是在高计数率的情况下后续脉冲的堆叠或交叠。另一问题是在相邻像素之间的生成的电荷的分裂。两种效果导致在计数率和/或光子能量方面的错误解释。
US4658216公开了通过将电流脉冲转换成不同时间常量的两个脉冲来处理堆叠问题的方法，其中，较短的脉冲由堆叠陷波器处理，使得在堆叠的情况下抑制对较长脉冲的评估。
WO2008/146230A2公开了其中通过进入X射线光子生成的脉冲的高度与阈值进行比较以在不同能量箱对它们进行计数的装置。并行地，探测脉冲的最大值。如果在最大值之间的时间距离在一个短的时间窗之内，这被认为是堆叠的指示，并且忽视对能量箱的相关联的贡献。
EP0396464A2公开了其中将由伽马射线生成的脉冲连续转换成数字采样的核光谱方法。如果数字采样的数量超过给定最大计数，则假设脉冲堆叠。
此外，在文献(CHAPLINV.："AnalyticalModelingofpulse-pileupdistortionusingthetruepulseshape；applicationstoFermi-GBM"，NUCL.INST.ANDMETH.INPHYSICSRESEARCHA，卷717，2013年4月6日，第21-36页))中已经描述了关于在伽马射线探测器中堆叠如何影响光谱的理论分析。
US4634863A公开了相比于上升部分不同地处理脉冲的后部分的脉冲处理电路，允许随后脉冲的更好分离。
发明内容
基于这种背景，将期望提供允许对光子，尤其是对诸如X-射线或伽马光子的高能量光子的更精确探测的单元。
通过根据权利要求1所述的脉冲处理电路、根据权利要求2所述的方法以及根据权利要求15所述的辐射探测器来实现该目的。在从属权利要求中公开了优选的实施例。
根据本发明的实施例的脉冲处理电路用于对电流脉冲进行计数，所述电流脉冲由光子在一块转换器材料中生成并且在电极上被感测。在本发明的基本实施例中，这样的脉冲处理电路包括探测模块，其用于探测电流脉冲的形状偏离参考的至少一个偏差，所述偏差由后续电流脉冲的堆叠和/或由在电极(“电荷共享”)的部分(即，不完全)电荷收集引起。
当光子，例如X-射线或伽马光子与适当的转换器材料相互作用时，通常生成前述电流脉冲，其中，其能量被用于生成在材料的相应传导价带中的电子空穴对。通过电场驱动，生成的电荷云移动到邻近转换器材料的电极，其中其引起相关联的电流脉冲(或电荷脉冲)。该电流脉冲通常将具有或多或少的明显尾部的单一(单极)峰值的形状。
关于探测电流脉冲的形状的偏差的“参考”通常将包括被认为表示不受堆叠或部分电荷收集影响的“正常”或“标准”电流脉冲的不同形状(模板)的集或范围。例如，可以通过取决于可以从给定间隔中选择的一个或多个参数(例如，脉冲高度、时间常量等)的一些模型曲线来描述参考。
本发明还涉及用于对由在一块转换器材料中的光子生成并且在电极处感测的电流脉冲进行计数的方法，所述方法包括探测由后续电流脉冲的堆叠和/或由在电极处的部分电荷收集引起电流脉冲的形状偏离参考的至少一个偏差。
所述方法在一般的形式上包括能够用上述脉冲处理电路执行的步骤。因此，针对电路提供的解释类似地对方法有效，反之亦然。在所述的脉冲处理电路的帮助下，可以具体地执行所述方法。
所述脉冲处理电路和方法允许探测在光子计数探测器中的两个重要的误差来源，即堆叠和在像素之间的电荷共享。这是基于这样的洞悉：所述效果留下在生成的电流脉冲的形状上的特征痕迹，以及能够通过将电流脉冲与适当的参考进行比较来探测所述痕迹。
在下文中，将描述本发明的各个优选实施例，其能够组合以上脉冲处理电路和方法两者来实现(即使仅仅关于它们之一来对它们进行解释)。
在本发明的优选实施例中，电流脉冲被变换成至少一个整形脉冲。为了该目的，脉冲处理电路可以包括被称为“脉冲整形器”的子单元。例如整形脉冲可以是能够比原始电流脉冲更容易被后续电子器件处理(计数，能量辨别等)的电压脉冲。然而，应当注意，整形脉冲也可以正是电流脉冲的相同拷贝。
具有如何能够实现整形脉冲的生成的许多方式。在优选实施例中，生成是使得其总计为或包括原始电流脉冲的卷积，所述卷积具有一些给定卷积核，例如具有高斯函数或双极函数。
在本发明的一个优选基本实施例中，(例如用上述脉冲整形器)将电流脉冲变换或能够变换成具有至少两个(局部)极值(即最大值和/或最小值)的整形脉冲。这样的整形脉冲的优选范例是具有关于其静态值的正和负偏移(后者通常被定义为“零”)两者，或具有换言之，最大和最小的双极脉冲。例如，可以从单极电流脉冲通过与双极核卷积来生成双极整形脉冲。双极脉冲优选地具有相等(绝对)高度的正和负脉冲高度。
使用具有若干极值的整形脉冲的优点是它们同时允许高时间分辨率(其通常由极值的宽度确定)和好的能量分辨率(其通常由脉冲高度和/或脉冲的积分确定)。由此，脉冲的堆叠能够被探测和校正以达到高的计数率，不让步于能量确定。
具体地如果使用上述双极整形脉冲，可以优选地关于至少一个正阈值和至少一个负阈值来确定整形脉冲的高度。
上述整形脉冲的极值的数量是能够容易和明确地确定的脉冲形状的参数。在优选实施例中，因此“正常”整形脉冲的极值的数量可以用作关于探测当前的整形脉冲的偏差的参考。由此，没有参考数量的极值的整形脉冲可以被认为受堆叠和/或电荷共享的影响。
根据本发明的第二优选基本实施例，(例如，通过上述脉冲整形器)将第二脉冲变换或能够变换成不同形状的至少两个整形脉冲。尤其在电荷共享的情况下，这样的变换可以有助于更容易地确定原始电流脉冲的形状偏差。应当注意，在本情境中，如果在脉冲高度归一化之后两个脉冲不是相同的，则它们被认为是“不同形状”的。因此按照定义时间轴的不同尺度将产出不同形状的脉冲。
在前述实施例的任选又一发展中，确定在整形脉冲的至少两个特征参数之间的关系。这样的关系或比较常常提供用于探测在原始电流脉冲的形状中的偏差的非常敏感的方式。此外，关系常常独立于对于预期形状偏差探测不感兴趣的影响(例如光子能量)。
例如所述至少两个特征参数可以包括整形脉冲的脉冲高度、在给定时间点的整形脉冲的值、整形脉冲的时间间隔或时间点或整形脉冲的积分中的至少一个。例如，关系可以比较两个单极整形脉冲的脉冲高度或其脉冲宽度。关系可以具体地是在两个特征参数之间的商或差，例如在探测的整形脉冲和参考整形脉冲的脉冲高度之间的商。
在以上实施例中，如果在整形脉冲的所述特征参数之间的关系生成在围绕从参考电流脉冲推断的参考值的指定范围之外的值，则可以优选地探测电流脉冲的形状偏离参考的偏差。比如根据在(参考)脉冲的形状中的预期方差，能够指定围绕参考值的范围的尺寸。
在前述实施例中，例如所述特征参数中的至少两个可以是在给定时间点的脉冲高度或脉冲值，并且在所述特征参数之间的所述关系可以是商。或者，在另一实施例中，所述特征参数中的至少两个可以是脉冲最大数发生的时间，并且在特征参数之间的所述关系是时间间隔(具体地在脉冲最大数的这些时间之间的时间间隔)。
在本发明的另一实施例中，确定从电流脉冲导出的电流脉冲和/或整形脉冲的至少一个脉冲高度。该脉冲高度值常常将提供关于生成电流脉冲的光子的重要信息，例如其能量。额外地或备选地，可以确定电流脉冲和/或整形脉冲的至少一个(时间)积分。
可以优选对电流脉冲进行计数(直接地或间接地经由对从其生成的整形脉冲进行计数)。为了该目的，处理电路可以被提供有特别子单元(“计数器”)。这样的计数可以优选地以光谱分辨的方式发生，即，在相应“能量箱”中分别地对属于不同能量(或能量间隔)的光子的电流脉冲进行计数。
在前述实施例中，通过考虑形状的探测到的偏差，具体地归因于脉冲堆叠的形状的偏差，优选地校正计数电流脉冲(或光子)的数量。在脉冲堆叠的情况下，例如两个或更多交叠脉冲可以错误地被计数为单一脉冲。如果已知多少电流脉冲受堆叠影响，可以校正这样的实际计数率的低估。在相邻像素之间的电荷共享的情况下，在相邻像素中单一光子可以被计数两次(或常常甚至更多)，导致实际计数率的低估。如果电流脉冲的形状的偏差指示这样的电荷共享的情形，因此计数率可以被向下修正(例如，通过减去在每个涉及像素中的探测到的偏差的数量的一半)。
一般，至少一个计数器可以任选地被提供用于对电流脉冲进行计数，针对所述电流脉冲已经探测了偏离参考的形状的偏差。然后由该计数器提供的信息可以被具体地用于推断光子的校正的总计数率。
在根据电流脉冲确定光子能量后，那么通过考虑形状的探测到的偏差，具体地归因于部分电荷校正(即“电荷共享”)的形状的偏差，可以对该值进行校正。如果例如电流脉冲形状指示在相邻像素之间的电荷共享的发生，可以从又一评估中排除从这些脉冲导出的能量值。
本发明还涉及辐射探测器，包括：
-转换器，其具有至少一块转换器材料用于将入射光子转换成在电极处的电流脉冲。
-以上描述的类型的脉冲处理电路，即具有探测模块，用于探测电流脉冲的形状偏离参考的至少一个偏差，所述偏差由后续电流脉冲的堆叠和/或由在电极的部分电荷收集引起。脉冲处理电路被连接到前述电极以接收来自其的电流脉冲。
转换器的转换器材料片通常将被布置在一或二维阵列，并且对应于能够用辐射探测器生成的图像的像素。辐射探测器可以具体地被应用在成像装置中，用于生成对象的辐射图像，具体地X-射线投影。例如，成像装置可以被设计为计算机断层摄影(CT)装置或扫描器，其中从不同观察角度生成对象的投影图像，允许对象的截面或体积图像的重建。最优选地，成像装置可以是光子计数光谱(即能量分辨的)CT扫描器。
附图说明
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并得以阐述。
在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的处理电路的通用实施例；
图2示意性地示出了在其中生成双极整形脉冲的图1的处理电路的实施例；
图3示出了两个非交叠的双极整形脉冲；
图4示出了两个部分交叠的双极整形脉冲；
图5示出了交叠的单极整形脉冲；
图6示意性地示出了在其中并行生成并且与彼此比较的不同形状的两个整形脉冲的图1的处理电路的实施例；
图7示出了相应地没有和具有电荷共享的生成的“好”和“坏”电流脉冲；
图8示出了可以被用作内核用于从图7的电流脉冲生成整形脉冲的双极函数、窄高斯函数和宽高斯函数；
图9示出了从图7的两个电流脉冲用图8的两个高斯函数导出的整形脉冲；
图10示出了从图7的两个电流脉冲用图8的宽高斯函数和双极函数导出的整形脉冲；
图11示出了从图9和10的曲线导出的参数比率的相位图；
图12示意性地示出了具有脉冲整形器的脉冲处理电路的实施例。
在附图中，相差100的整数倍的类似的附图标记或标记指代相同或相似的部件。
具体实施方式
图1示意性地图示了根据本发明的实施例的具有脉冲处理电路100的辐射探测器。例如该电路可以通过ASIC来实现。辐射探测器还包括转换器10，所述转换器10具有多片11转换器材料(例如CdTe或CZT)或“像素”，在所述转换器材料中X-射线或伽马-辐射的入射光子X被转换成可移动电荷云。这些电荷能够在转换器10的表面上的电极12处被收集，由此生成在相关联信号线13中的电流脉冲CP(或“电荷脉冲”)。电极12通常是阳极，以及单一阴极(未示出)通常被安置在与阳极相对的转换器10上。
前述信号线13被连接(优选地经由中间电荷敏感放大器CSA，未示出)到脉冲处理电路100的脉冲整形器100，其将电流脉冲CP转换成下文称为“整形脉冲”SP的第二脉冲。例如，整形脉冲SP可以是具有与电流脉冲的时间积分(即由入射光子X生成的电荷以及由此光子能量)(至少近似)成比例的脉冲高度的电压脉冲。该脉冲高度与在脉冲处理电路100的辨别和计数电路140中的一组阈值进行比较，其中增加在相应能量箱中的计数。
没有额外的测量，目前描述的光谱分辨光子计数的设置和过程面对以下问题：
实际上理想的电流脉冲积分不是可能的，这是因为其将要求长的积分时间使得在积分时期(被认为是“脉冲堆叠”)其他脉冲能够污染结果。因此，总体上脉冲整形将不对电流脉冲敏感；代替地，电流脉冲分量(在时间轴上)离脉冲中心越远权重就越低。通过电流脉冲与通常是高斯函数的脉冲整形函数的卷积能够很好地近似整形脉冲。
由此脉冲整形的优点是，如果即使部分交叠的不同电流脉冲在时间域不太靠近彼此，它们能够与彼此分离。然而缺点是尤其地宽的电流脉冲被评估具有太低的能量(常被称为“弹道损失”的作用)。
像素化光子计数探测器的一个大的恶化作用是在相邻像素之间的“电荷共享”，如果光子在像素边界附近创建电荷云，所述电荷共享发生。因为在电荷云到达阳极平面之前，它们扩展了几十微米，由一个像素收集电荷云的部分，并且由相邻像素收集另一部分可以发生。代替在一个像素中的单一计数，然后将记录对于每个涉及像素的两个不同计数，每个仅仅表示原始能量的部分。电荷共享创建即对于单色入射能量在探测器的光谱响应中的“低能量尾部”，每个像素测量不仅示出光子峰值(表示具有正确识别的能量的“好”计数)而且分布在整个更低能量范围上的“坏”计数的光谱。低能量尾部极大地影响对于例如材料分离算法的信噪比，以及如果能够识别电荷共享事件，则能够潜在地实现高的多的图像质量。
此外，归因于随着即在高计数率的增加通量，上述脉冲堆叠，确定入射光子的校准数量的光谱性能和能力降低。堆叠固有地发生在X-射线探测器10的里面，而且在计数电子器件100的里面。因此也期望具有更好地处理计数电子器件的堆叠特征的方式。
如果由脉冲整形器110生成的整形脉冲是单极的，则可以通过使用具有相同极性的一些阈值来确定脉冲高度。速率一增加到脉冲可能交叠的水平，计数事件的数量然而就将减少，并且将使探测到的光谱变形。
归因于电引入的堆叠的光子计数的该劣化能够受缩短整形脉冲的脉冲宽度(停滞时间)，即通过减少整形时间常量来影响。然而，该常量不能够被选择任意短，这是因为其也确定对于进入光子的能量(弹道损失)的测量的脉冲高度的精确度，意味着在堆叠量和能量辨别的精确度之间的权衡需要被考虑。
图1示意性地图示了此处提出的基本方法以便处理堆叠和电荷共享的所述问题。所述方法基于电流脉冲CP和/或从这导出的整形脉冲SP的形状的更详细分析或考虑。这意味着不仅仅对电流脉冲CP或整形脉冲SP进行计数并且关于其脉冲高度进行分类，而且脉冲形状的至少一个又一特征参数被确定并且与“参考”，即参考值的预定集或范围进行比较。由此，能够探测偏离该参考的可能偏差，其包括有关由堆叠和/或电荷共享的处理脉冲的变形的信息。用当前的该信息，脉冲处理电路100的评估模块130可以任选地校正脉冲能量E和脉冲计数n的原始确定值，在处理电路的输出端提供校正值(n、E)corr。在下文中将关于在其他附图中图示的具体实施例更详细地描述该一般方法。
在图2–5中，图示了第一实施例，其特别适合于处理在高计数率的脉冲堆叠的问题。图2示意性地示出了相关联的脉冲处理电路200，例如被实现为ASIC。脉冲处理电路200包括跟随具体脉冲整形器210的CSA(未示出)，其将原始电流脉冲CP变换成整形脉冲SP。
整形脉冲SP被转发到集成光谱计数和校正模块220、230、240，其包括具有应用正或负阈值的能力的若干比较器。CSA和脉冲整形器的组合能够产生具有可比较的正和负脉冲高度的双极脉冲SP。而且，包括处理比较器信号的逻辑单元和数据存储单元。逻辑应当能够确定贡献于一个脉冲群的事件的数量，并且识别脉冲高度。
该实施例的中心方面是使用照常具有相同整形时间常量而具有可比较正和负脉冲高度的双极脉冲形状的整形脉冲SP，以及进一步使用用于评估该整形脉冲具有正和负阈值的比较器的思想。
然后使用正脉冲高度和负阈值，以及使用负阈值探测负脉冲高度能够测量脉冲高度。当堆叠发生以及使用正阈值能够测量时间第一脉冲的脉冲高度，而通过负阈值探测第二脉冲的脉冲高度时，该冗余被取消。
图3和4图示了两个范例性双极整形脉冲SP和SP'的这个。图3图示了在低计数率的情形。两个脉冲SP和SP'是彼此分离的，并且能够被单独地评估，即能够对它们进行计数，并且能够将它们(正或负)脉冲高度(比较圆形)进行分类。
归因于其双极属性(或，更一般地，归因于多于一个极值的存在)，整形脉冲具有比单一单极性脉冲更精细的时间细节的结构。如果在增加计数率两个脉冲陷入彼此，该结构的部分被保留。
这在图4中进行了图示，其中，第一双极脉冲SP的最小值和第二双极脉冲SP'的最大值交叠而产出更复杂形状的叠加的脉冲(实线)。然而第一脉冲SP的最大值和第二脉冲SP'的最小值仍然大体无影响地可探测。因此可能识别在叠加曲线中的两个脉冲SP和SP'，并且甚至(从第一脉冲SP的最大值和第二脉冲SP'的最小值)确定它们的脉冲高度，尽管它们部分交叠。在示出的情况下，最高负阈值对两个事件进行计数。由此通过负阈值直接测量事件的正确数量。
应当注意，该推理和方法能够类似地被应用到具有多个极值的更一般的脉冲形状。
图5图示了对于具有与来自图3和4的双极脉冲相同的脉冲宽度的两个叠加单极性脉冲的高计数率的情形。此处单峰值(实线)结果将错误地被解释为增加脉冲高度的单脉冲。
简而言之，堆叠发生导致在进入电流脉冲的计数和能量辨别的错误的有效脉冲宽度能够大约以二的因子被缩短，而与使用具有相同整形常量的单极性脉冲形状的系统相比较维持相同水平的弹道损失。所描述的实施例包括用于光子计数的ASIC，其使用双极脉冲形状以及正和负阈值。这样的设备具有与具有单极性脉冲形状和仅仅正阈值的ASIC相比较的更好的计数和光谱性能。更好的计数和光谱性能意味着系统具有以更精确的方式确定真实事件的数量和它们的脉冲高度的能力。方法能够具体地被应用到具有专用读出ASIC的光谱探测器系统以在应用中与高X-射线通量，如光谱计算机断层摄影，一起操作。
图6-11图示了具体适合于处理电荷共享的本发明的第二实施例。“坏”电流脉冲(受电荷共享影响)在电流脉冲包络上不同于的“好”电流脉冲(不受影响)，意味着整形脉冲也将示出关于电流脉冲最大值的不同高度和不同计时。该实施例的基本思想是代替一个而使用每像素一个的两个单独脉冲整形器310a、310b的脉冲整形器集合310，每个单独的脉冲整形器具有不同脉冲整形属性(例如不同计时常量或不同整形包络)。由此每个进入电流脉冲创建具有不同脉冲形状的两个整形脉冲SP1和SP2。另外，整形脉冲最大值可以示出与彼此的时间差。然后相关联的探测模块320能够使用整形脉冲高度的比率和/或它们的时间差来区分“好”脉冲与“坏”脉冲。此外，通过辨别器和计数器340并行处理整形脉冲(SP1)之一。探测模块320和辨别器和计数器340的结果在评估模块330被组合以确定脉冲计数n和光子能量E的校正值(n、E)corr。
为了进一步图示前述方法，图7示出了模拟“好”电流脉冲gCP和模拟“坏”电流脉冲bCP。“好”脉冲由在像素中心之上靠近阴极的以其完全电荷沉积的40keV光子诱发；对于该脉冲，不期望电荷共享或其他显著电荷损失，使得该脉冲在下文中充当“好”脉冲的参考。“坏”脉冲是创建在两个像素之间的边界以上靠近阴极的电子云的80keV光子的结果。归因于电荷云扩展，由相邻像素中的每个记录大约50％的电荷，其有效地对应于在每个像素中测量的40keV等价。数学上地，电流脉冲能够用函数表达
其中，E表示在位置的沉积的总电荷(与光子能量成正比)，并且描述了电流脉冲与时间t的包络，
“好”和“坏”脉冲的差别在于定性地不同的包络其分别是通过像素加权潜力的不同区域的电荷轨迹的结果；“坏”脉冲通常示出在收集电荷之前两倍的大外围脉冲分量长，而与参考脉冲相比较，主脉冲分量更低。而且，“坏”脉冲通常具有更平滑的下降边。“坏”脉冲的这些所述的特征归因于仅仅在脉冲结束之前的最后10ns取走共享电荷的事实。
通过电流脉冲与脉冲整形函数g·f(t)的卷积能够数学地描述脉冲整形，其中，g描述了(电子)增益，即
如以上所解释的，在下文中同时使用每像素两个脉冲整形器，每个相应地具有不同的脉冲整形函数g1·f1(t)和g2·f2(t)。具体地检查了两个范例：在第一范例中，相应地组合5ns和20ns的不同sigma高度的高斯脉冲整形函数。在第二范例中，5nssigma的高斯脉冲整形函数与双极脉冲整形函数组合。双极脉冲整形函数能够被认为是一种“边缘探测”滤波器；例如其能够通过采取高斯脉冲整形的偏差来创建。
图8图示了脉冲整形函数(卷积核)的前述三个范例：窄高斯函数nG(σ＝5ns)、宽高斯函数wG(σ＝20ns)和双极函数BP。
图9示出了将图8的高斯脉冲整形函数nG和wG应用到图7的电流脉冲的结果(其中，术语是自解释的，例如，曲线“bCP+nG”对应于坏电流脉冲bCP与窄高斯nG的卷积)。为了方便起见，选择归一化，使得“好”脉冲最大值具有统一值。
图10示出了将图8的宽高斯脉冲整形函数wG和双极函数BP应用到图7的电流脉冲的结果。另外，选择归一化，使得“好”脉冲最大值具有统一值。
对于每对整形脉冲，脉冲高度比率q被认为是第一量。脉冲高度比率q是
重要的是，注意通过使用比率脉冲的总电荷E(即原始光子能量)消掉，即仅仅电流脉冲的定性形状是相关的，而不是其脉冲高度。每个脉冲整形器的增益生成常量因子g1/g2。
在下文中，假设校准脉冲整形器中的每个的g1和g2，使得对于“好”参考脉冲，整形脉冲的最大高度变得统一。
作为第二量，考虑在(用两个不同整形器整形的相同电流脉冲的)整形脉冲最大值之间的时间差δt。对此，取以下值“好”参考脉冲：
Δtref＝tmax2,ref-tmax1,ref
并且与进入脉冲的以下值进行比较：
Δt入＝tmax2,入-tmax1,入。
在下文中，
δt＝Δtref-Δt
讨论所述量(即差的不同)，对于理想“好”脉冲，所述值将为零。
图11示出了针对在图9和10中示出的脉冲整形器组合包含脉冲高度比率q和在整形脉冲的最大值之间的时间差δt的“相图”。在第一范例(图9)中，如与“好”脉冲相比较，对于“坏”脉冲，脉冲高度比率q(即20ns高斯wG关于5ns高斯nG的比率)约大10％。而且，相应地具有在“好”和“坏”脉冲之间的0.6ns的δt。
在第二范例(图10)中，当选择对于第二脉冲整形器的双极“边缘”探测脉冲整形函数时，脉冲高度比率q变得更加明显。在这种情况下，与“好”脉冲相比较，对于“坏”脉冲q大约大30％，而大约0.1ns的δt相对小。
人们能够使用测量量q和δt中的任一个(或两个)来通过定义围绕“好”参考脉冲的容差范围gR将脉冲标记为“好”或“坏”；如果进入脉冲的量在设置范围以外，其将被识别为“坏”；在这种情况下，不将评估脉冲高度信息。代替，任选地“坏脉冲”计数器能够被增加以提供电荷共享计数发生的额外信息；尽管该信息不被用于能量辨别，其仍然能够被用于确定每像素的总计数率。
所描述的实施例要求修改的ASIC，其包括每像素额外的模拟和数字电子器件以生成要求的量。更详细地，具有相符时间常量的符合电子器件能够被用于核对脉冲最大值是否在指定时间范围内。模拟除法器能够被用于建立在电流脉冲和整形脉冲之间的比率。
总之，已经描述了脉冲处理电路和方法，其能够以以下特征中的一个或多个为特征：
-具有每像素两个脉冲整形器和模拟信号处理的设备。
-具有多于两个脉冲整形器的设备以得到延伸的“相位空间”，用于决定关于“好”和“坏”脉冲。
-设备，其中，也分析原始电流脉冲(即，相当于其中一个“脉冲整形器”递送原始电流脉冲的所描述实施例中的任一个)。
-以上实施例中的任一个，其中，对于信号处理，使用整形脉冲最大值的(一个或多个)脉冲高度比率。
-以上实施例中的任一个，其中，对于信号处理，使用整形(一个或多个)脉冲的信号比率(这不同于脉冲最大值不在相同时间的前述实施例，使得不使用脉冲最大值的比率，而例如使用信号比率的最大值)。
-以上实施例中的任一个，其中，对于信号处理，使用在整形脉冲最大值之间的时间差。
-以上实施例中的任一个，其中，对于信号处理，使用所描述方法的任何组合。
-以上实施例中的任一个，其中，包括“坏脉冲”计数器，在识别坏脉冲之后，所述“坏脉冲”计数器增加以提供额外的信息(例如以确定总计数率)。
本发明能够被应用到基于直接转换探测器的所有种类的光子计数辐射探测器，例如，在医学成像系统、用于科学目的或国土安全的器械中。
图12示出了根据本发明的所描述实施例的脉冲处理电路的脉冲整形部分的范例性电路图形。所描绘的电路是更大辐射探测器的单一单元或“像素”，所述更大辐射探测器通常包括以二-维阵列布置的几千个这样的单元，用于生成对象的投影图像(未示出)。
像素单元包括(直接)转换单元10，在其中将入射X-射线光子X转换成电荷信号。转换单元10仅仅由包括并行于电容器CS的电流源的其等价电路示意性地表示。
转换单元10的电荷信号被提供到预处理单元20的电荷敏感放大器(CSA)21的负输入。所述放大器21的正输入被连接到质量，并且放大器21的输出电压V1经由电阻器R1和电容器C1并行地反馈回到负输入。
电荷敏感放大器21的输出还被提供到滤波器30，所述滤波器30包括又一电阻器R2和电容器C2的并行布置，充当零极点相消(其中优选地R2·C2＝R1·C1)。
前述滤波器30的输出被连接到属于脉冲整形器110的又一放大器111的(负)输入。该放大器111的正输入被连接到质量，并且其输出电压V0经由电阻器Rf和电容器Cf的并行布置反馈回到负输入。
脉冲整形器110在其输出生成具有对应于由在转换单元10中探测的光子X沉积的能量的形状(尤其高度)的整形脉冲。这些脉冲被提供到具有不同阈值的辨别器的组140的输入，使得脉冲(以及由此光子能量)被分配到不同水平或类别。在后续部分，提供一组计数器，每个计数器被连接到一个辨别器的输出，用于对经过所述相关联的辨别器的脉冲进行计数。
由此，所描述的像素单元提供用于入射辐射的能量分辨的光子计数探测。
尽管已经在附图和前述描述中详细图示并描述了本发明，这样的图示和描述被认为是图示性或范例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、说明书和权利要求书，在实践所主张的本发明时，能够理解并实现对所公开实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中列举的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不表示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分的诸如光学存储介质或固态介质的适当的介质上，但也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线的远程通信系统。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。
Claims (21)
1.一种用于对由光子(X)在一块(11)转换器材料中生成并且在电极(12)处被感测的电流脉冲(CP)进行计数的脉冲处理电路(100、200、300)，包括：
探测模块(120、220、320)，其用于探测电流脉冲(CP)的形状偏离参考的偏差，所述偏差由后续电流脉冲的堆叠和/或由在所述电极(12)处的部分电荷收集引起。
2.一种用于对由光子(X)在一块(11)转换器材料中生成并且在电极(12)处被感测的电流脉冲(CP)进行计数的方法，
所述方法包括探测电流脉冲(CP)的形状偏离参考的偏差，所述偏差由后续电流脉冲的堆叠和/或由在所述电极(12)处的部分电荷收集引起。
3.根据权利要求1所述的脉冲处理电路(100、200、300)，
其特征在于，其包括脉冲整形器(110、210、310)，所述脉冲整形器用于将电流脉冲(CP)变换成至少一个整形脉冲(SP、SP'、SP1、SP2)，特别是电压脉冲。
4.根据权利要求3所述的脉冲处理电路(100、200、300)，
其特征在于，所述整形脉冲(SP、SP'、SP1、SP2)包括将所述电流脉冲(CP)与高斯函数(nG、wG)和/或双极函数(BP)进行卷积。
5.根据权利要求1所述的脉冲处理电路(300)或根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，所述电流脉冲(CP)被变换成不同形状的至少两个整形脉冲(SP1、SP2)或者能够被变换成不同形状的至少两个整形脉冲(SP1、SP2)。
6.根据权利要求5所述的脉冲处理电路(100、200、300)或方法，
其特征在于，在所述两个整形脉冲(SP1、SP2)的特征参数之间的关系被确定。
7.根据权利要求6所述的脉冲处理电路(100、200、300)或方法，
其特征在于，所述特征参数包括以下中的至少一个：脉冲高度、在给定时间点的脉冲值、时间间隔、时间点、或积分。
8.根据权利要求6所述的脉冲处理电路(100、200、300)或方法，
其特征在于，如果在所述特征参数之间的所述关系生成在围绕从参考电流脉冲推断的参考值的指定范围之外的值，则探测到电流脉冲(CP)的所述形状偏离参考的所述偏差。
9.根据权利要求8所述的脉冲处理电路(100、200、300)或方法，
其特征在于，所述特征参数中的至少两个是在给定时间点的脉冲高度或脉冲值，并且在所述特征参数之间的所述关系是商。
10.根据权利要求8所述的脉冲处理电路(100、200、300)或方法，
其特征在于，所述特征参数中的至少两个是脉冲最大数发生的时间，并且在所述特征参数之间的所述关系是时间间隔。
11.根据权利要求1所述的脉冲处理电路(100、200、300)或根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，所述电流脉冲(CP)被变换成具有至少两个极值的整形脉冲(SP、SP')或者能够被变换成具有至少两个极值的整形脉冲(SP、SP')。
12.根据权利要求11所述的脉冲处理电路(100、200、300)或方法，
其特征在于，所述整形脉冲(SP、SP')是双极的。
13.根据权利要求11所述的脉冲处理电路(100、200、300)或方法，
其特征在于，所述整形脉冲(SP、SP')的所述高度是关于至少一个正阈值和至少一个负阈值而被确定的。
14.根据权利要求11所述的脉冲处理电路(100、200、300)或方法，
其特征在于，所述整形脉冲(SP、SP')的若干极值偏离参考值的集合的偏差被探测。
15.根据权利要求1所述的脉冲处理电路(100、200、300)或根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，所述电流脉冲(CP)高度和/或从其导出的整形脉冲(SP、SP'、SP1、SP2)高度中的至少一个被确定。
16.根据权利要求1所述的脉冲处理电路(100、200、300)或根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，至少一个计数器(140、220、340)被提供用于对电流脉冲(CP)进行计数。
17.根据权利要求16所述的脉冲处理电路(100、200、300)或方法，
其特征在于，通过考虑探测到的形状的偏差来校正被计数的电流脉冲(CP)的数量(n)。
18.根据权利要求1所述的脉冲处理电路(100、200、300)或根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，至少一个计数器被提供用于对电流脉冲进行计数，针对所述电流脉冲，所述形状偏离参考的偏差被探测。
19.根据权利要求18所述的脉冲处理电路(100、200、300)或方法，
其特征在于，所述计数器被用于推断光子的校正的总计数率。
20.根据权利要求1所述的脉冲处理电路(100、200、300)或根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，所述光子能量(E)从所述电流脉冲(CP)导出并且通过考虑形状的探测到的偏差而被校正。
21.一种辐射探测器，包括
-转换器(10)，其具有至少一块(11)转换器材料以在电极(12)处将入射光子(X)转换成电流脉冲(CP)；
-根据权利要求1所述的脉冲处理电路(100、200、300)。
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