CN105593701B - 混合光子计数数据采集系统 - Google Patents

Abstract

除了其他方面，本文描述了用于重置探测器单元的积分电路(206)和/或探测器单元中的电子装置(200)的一个或多个技术和/或系统。当积分电路(206)输出的电压信号超过指定阈值(例如，指示已经探测到指定数量的辐射光子)时，电荷注入电路(208)被配置成向积分电路(206)注入电荷。注入电荷典型地与积分电路(206)的电容器(214)所储存的储存电荷具有相反的极性，并且注入电荷被配置成抵消储存电荷。以这种方式，电容器(214)的电势减小，这将导致由积分电路(206)输出的电压信号减小。此外，每个测量区间中的重置次数可以被记录，以确定在该测量区间中探测器单元的辐射探测元件输出的平均电流，进而有助于获取光子积分读数。

Description

混合光子计数数据采集系统

技术领域

本申请涉及辐射成像系统的领域。本申请特别地应用于辐射成像系统的数据采集系统，该数据采集系统使用光子计数探测器阵列来测量撞击在该光子计数探测器阵列上的辐射光子的数量和/或能量。

背景技术

如今，辐射成像系统例如可用于提供被检测对象的信息、图像、内部特定部分，辐射成像系统诸如为计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)系统、单光子发射计算机断层扫描(Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT)系统、投影系统、和/或线扫描系统。通常地，对象被暴露在包含光子的辐射(例如x射线、γ射线等)中，并且基于由对象的内部特定部分所吸收和/或衰减的辐射，或相反地基于能够穿过对象的辐射光子数量来形成一个或多个图像。通常地，对象的高密度特定部分比较低密度的特定部分吸收和/或衰减更多的辐射，并且因此当被较低密度的特定部分(例如肌肉或衣服)包围时，具有较高密度的特定部分(例如骨骼或金属)将清楚可见。

辐射成像系统典型地包括具有一个或多个探测器单元的探测器阵列。各个探测器单元被配置成将撞击在探测器单元上的辐射光子间接地或直接地转换成用于生成电信号的电荷。探测器单元典型地为“能量积分”或“光子计数”类型的探测器单元(例如，成像系统工作在能量积分模式或光子计数模式)。

能量积分探测器单元被配置成将辐射能量转换成电荷。对在一段时间(例如，有时被称为测量区间)中所生成的电荷进行积分，以生成与探测器单元上的入射辐射光子通量率(incoming radiation photon flux rate)成比例的信号。尽管能量积分探测器单元被广泛地使用，但是该类型的探测器单元也存在许多缺点。例如，能量积分探测器单元通常无法提供关于所探测到的辐射光子的数量或能量的反馈。另一个缺点是，存在由噪音所限定的探测下限，以致具有很少乃至为零的入射辐射的探测器单元可以因(例如，由辐射探测元件和/或探测器单元的电子装置所生成的)热读取噪声和/或模拟读取噪声而产生某种信号。可以理解的是，由于这个下限，施加到被检测对象的辐射剂量通常大于在探测器单元为光子计数类型的情况下可施加到该对象的辐射剂量。

光子计数类型的探测器单元被配置成针对各个探测到的辐射光子(例如，其中，辐射光子的探测也可以被称为探测事件)输出信号(例如，脉冲)。在某些实施例中，信号(例如，脉冲的幅值)指示出所探测到的辐射光子的辐射能量。控制器例如被配置成基于该脉冲确定各个探测到的辐射光子的位置和能量、将在测量区间内所发生的探测事件进行累积、将信息数字化、和/或处理数字信息以形成图像。可以理解的是，光子计数类型的探测器单元相较于能量积分探测器单元具有很多优势。例如，对辐射光子的计数基本上没有噪声(例如，除了固有的光子散粒噪声)。因此，对被检测对象可以施加更低剂量的辐射。此外，光子计数单元通常具有能量鉴别或波长鉴别的能力。

虽然光子计数类型的探测器单元相较于能量积分探测器具有许多优势，但是由于在高辐射通量率处的饱和问题(例如，脉冲堆积)等，光子计数类型的探测器单元还没有广泛地应用于某些成像模态。例如，CT系统通常发射的光子数多达10⁹个每平方毫米每秒，并且能够以更高的通量率发射辐射光子。在该高通量率处，光子计数类型的探测器单元可能无法在对第一辐射光子进行探测与对第二辐射光子进行检测的中间无法返回正常状态，这可能导致将两个探测事件计为单个(例如，更高能量)事件。

发明内容

本申请的方面解决了上述问题和其他问题。根据一个方面，提供了一种光子计数探测器阵列的电子装置。该电子装置包括积分电路，该积分电路被配置成对光子计数探测器阵列的探测器单元所生成的电荷进行积分，以生成电压信号。该电子装置还包括电荷注入电路，该电荷注入电路被配置成响应于所述电压信号超过指定阈值将注入电荷注入积分电路。注入电荷被配置成重置积分电路。

根据另一个方面，提出了一种用于对光子计数探测器阵列的积分电路进行重置的方法。该方法包括测量积分电路所生成的电压信号。该电压信号指示出从积分电路的上一次重置起，探测器单元上的探测事件的数量。该方法还包括当所述电压信号超过指定阈值时，将注入电荷注入积分电路。注入电荷被配置成用于重置积分电路。

根据又一个方面，提供了一种辐射成像系统。该系统包括电离辐射源和光子计数探测器阵列。光子计数探测器阵列包括一个或多个探测器单元，该一个或多个探测器单元被配置成探测来自于电离辐射源的辐射。光子计数探测器阵列的第一探测器单元包括辐射转换元件、电子装置。该辐射转换元件被配置成将第一探测器单元探测到的辐射转换成电荷，该电子装置被配置成根据该电荷来确定第一探测器单元上的探测事件的数量，该电子装置包括积分电路和电荷注入电路，该积分电路被配置成对电荷进行积分以生成电压信号；该电荷注入电路被配置成响应于电压信号超过指定阈值将注入电荷注入积分电路。

在阅读并理解附加描述的基础上，本领域的技术人员将理解本申请的更多其他方面。

附图说明

通过示例以及附图中非限制性的图形来对本申请进行了说明，附图中相似的参考标记指示了类似的元件，并且其中：

图1示出了辐射成像系统的示例性环境；

图2示出了探测器单元的示例性电子装置的示意图；

图3a示出了由探测器单元的辐射探测元件所产生的示例性电流信号；

图3b示出了由探测器单元的电子装置的电荷注入电路所产生的示例性电流信号；

图3c示出了为探测器单元的电子装置的积分电路所提供的示例性电流信号；

图4a示出了由探测器单元的电子装置的积分电路所输出的示例性电压信号；

图4b示出了由探测器单元的电子装置的求和电路所输出的示例性电流和/或电压信号；

图4c示出了由探测器单元的电子装置的电荷注入电路所输出的示例性电流和/或电压信号；

图5示出了辐射成像系统的示例性参数的表格；

图6是示出了用于对光子计数探测器阵列的积分电路进行重置的示例性方法的流程图；

图7是示出了用于确定在测量区间内所累计的光子数量的示例性方法的流程图。

图8示出了包含有处理器可执行指令的示例性计算机可读介质，该处理器可执行指令被配置成体现本文所提出的一个或多个规则。

具体实施方式

现在，参照附图对要求保护的主题进行描述，其中，在全文中相似地参考标记通常用于指示相似的元件。在下述描述中，为了说明，提出了许多具体细节以便提供对要求保护主题的全面理解。然而，显而易见的是实施要求保护的主题可以不需要这些具体细节。在其他的情况中，为了便于描述要求保护的主题，将结构和设备以框图的形式示出。

光子计数探测器阵列的探测器单元通常包括辐射探测元件和电子装置(例如，也被称为数据采集系统(Data Acquisition System，DAS)))。辐射探测元件被配置成探测辐射光子并且将辐射光子的辐射能量转换成电荷(electrical charge)(例如，有时electrical charge仅被称为电荷(charge))。电子装置被配置成使用电荷来生成指示辐射光子(例如，指示出辐射光子的能量)的电压信号，并且将探测器单元在各个测量区间内所探测到的辐射光子的数量和/或能量制成表格(例如，其中，一个测量区间可以对应于一次观察)。可以理解的是，虽然本申请将电子装置描述为探测器单元的部分，但是电子装置可以是物理上独立的部件，该部件通过通信介质(例如，电线、金属导线等)耦接至辐射探测元件。

电子装置除其他外通常包括如积分电路(例如，也被称为电荷放大器或电荷-电压转换器)，该积分电路被配置成通过将探测器单元响应于探测事件所生成的电荷施加到积分电路的电容器来将该电荷转换成电压信号。电荷在电容器两端之间产生电势，这将使积分电路生成与电容器两端之间的电势基本成比例的电压信号(例如，反过来，该电压信号基本上与响应于探测事件而生成的电荷成比例)。

随着时间地推移，由于电荷在电容器上的累积，因此电容器两端之间的电势可能超过期望的阈值(例如，导致积分电路将输出不精确的电压信号)。因此，可能希望间歇性地和/或周期性地重置积分电路(例如，或积分电路的电容器)以减小(例如，基本上为零)电容器两端之间的电势。

因此，本文提出了用于通过电荷源来重置积分电路的系统和/或方法。电荷源被配置成当积分电路输出的电压信号超过特定的阈值时，向积分电路中注入指定量的电荷(例如，有时也被称为注入电荷)。该注入电荷与电容器所储存的电荷(例如，有时被称为储存电荷)典型地具有相反的极性，以抵消该储存电荷。在某些实施例中，注入电荷与储存电荷基本上成反比(例如，导致储存电荷将基本上减小至零，并且积分电路将被基本上重置为零或某个预定值)。以这种方式，通过向积分电路注入电荷以减小储存电荷的数量，电容器两端之间的电势可以被减小，这导致电压信号(例如，或电压信号的幅值)将被减小。此外，在一个测量区间(诸如一次观察)中，电荷源向积分电路注入电荷的次数可以被记录，以确定在该测量区间中所累计光子的平均数量。

图1示出了包括本文所提出的一个或多个电子装置(例如，DASs)的辐射成像系统100。在示出的实施例中，辐射成像系统100是计算机断层扫描(CT)系统，尽管本文所描述的系统和/或技术可以应用于其他辐射成像系统，例如，诸如线扫描系统、乳房造影系统、和/或衍射系统。此外，可以理解的是，对示例性辐射成像系统100中特征的布置、特征的包含和/或特征的排除并不意味着限制性的方式，诸如必须详细说明特征的位置、包含关系、和/或相对位置。

示例性CT系统包括检测单元102，该检测单元102被配置成检测对象104。检测单元102包括旋转机架106和(例如，静止的)支承结构108(例如，可以围绕和/或包围旋转机架106的至少一部分(例如，示出为外环的静止环包围了内环(旋转环)的外边缘)。检测单元102还包括诸如台座或传送带的支承物件110，该支承物件110被配置成在检测期间支承对象104。在某些实施例中，支承物件110可以被配置成将对象平移到检测区域112中和/或平移对象使其通过检测区域112(例如，旋转机架106中的中空孔)，其中，检测过程中对象104被暴露于辐射120中。

旋转机架106可以包围检测区域112的一部分，并且可以包括辐射源116(例如，电离辐射源，诸如x射线源或γ射线源)和探测器阵列118。探测器阵列118典型地被安装在旋转机架106上与辐射源116在直径上相对的一侧，并且在检测对象104期间，旋转机架106(例如，包括辐射源116和探测器阵列118)借助于旋转体114(例如，带、驱动轴、链、滚柱转向架等)围绕对象104旋转。由于辐射源116和探测器阵列118被安装至旋转机架106上，因此在旋转机架106旋转期间，探测器阵列118和辐射源116之间的相对位置基本保持不变。

在检测对象104期间，辐射源116发射出锥形线束、扇形线束、和/或从辐射源116焦点(例如，辐射源116散发辐射120的区域内)射入检测区域112中的其他形状的辐射配置。该辐射120可以被基本连续地发射和/或可以被间歇地发射(例如，在辐射120的简短脉冲被发射后存在一段间歇期，在该间歇期中辐射源116未被激活)。此外，可以在单个能谱或多个能谱处发射辐射120，这取决于如CT系统被配置成单能CT系统还是多能(例如，双能)CT系统。

当所发射的辐射120穿过对象104时，辐射120会被对象104的不同特定部分不同程度地衰减(例如，吸收和/或散射)。由于不同的特定部分对辐射120衰减了不同的比例，因此由探测器阵列118的各个探测器单元所探测到的光子数量可能变化。例如，由对象104的诸如骨骼或金属的稠密部分所遮蔽的探测器单元比由对象104的诸如皮肤或衣服的较低密度部分(例如，总体上可允许更多数量的辐射光子穿过和/或可允许更多数量的低能辐射光子穿过)所遮蔽的探测器单元可能探测到更少的辐射光子(例如，或高能辐射光子和低能辐射光子之间的比率可能更高)。

探测器阵列118的各个探测器单元可以包括辐射探测元件和电子装置(例如，DAS)。辐射探测元件被配置成将辐射光子间接地和/或直接地转换成电荷，并且电子装置被配置成生成模拟信号和/或生成关于探测事件的信息。

辐射探测元件通常包括转换材料和薄膜晶体管(Thin-Film Transistor，TFT)阵列，该薄膜晶体管阵列被配置成探测/累积响应于探测事件而生成的电荷。在直接转换探测器阵列中，转换材料被配置成将辐射光子转换成电荷。直接转换探测器阵列的示例性转换材料包括碲锌镉、碲化镉、硅、和/或非晶体材料等。在间接转换探测器阵列中，转换材料被配置成将辐射光子转换成光能，并且辐射探测元件进一步包括被配置成将光能转换成电荷的光电探测器(例如，光电二极管，诸如背照式光电二极管)。间接转换探测器阵列的示例性转换材料(例如，也被称为闪烁体材料)包括，钨酸镉、锗酸铋、碘化铯、碘化钠和/或硅酸镥等。

探测器阵列118的电子装置通常被配置成将电荷转换成电压信号和/或处理该电压信号。该处理可以包括对该电压信号进行滤波、整形、和/或测量，以生成关于探测器单元上各个探测事件的有用信息。举例来说，在某些实施例中，电子装置包括积分电路和/或光子计数电路，该积分电路被配置成生成与响应于探测事件而产生的电荷成比例的电压信号，该光子计数电路被配置成对多个探测事件和/或各个探测事件的能量进行计数/制表(例如，记录)。

在某些实施例中，电子装置也被配置成对一个测量区间(例如，一次观察)中所记录的信息进行编译。该信息表示了当辐射源116和/或探测器阵列118在相对于对象104呈特定角度的位置(例如，或角度范围)时，辐射穿过对象而产生的衰减。

由电子装置生成和/或编译的信息可以被传送给图像生成器122，该图像生成器122被配置成使用该信息来生成对象104的一个或多个图像。该图像可以描绘出对象104的二维表示和/或对象104的三维表示。在其他实施例中，该信息可以被传送给其他数字处理部件(诸如威胁分析部件)来处理。

示例性环境100还包括终端124或工作站(例如，计算机)，该工作站被配置成接收来自于图像生成器122的一个或多个图像，该一个或多个图像可以通过显示器126来显示给用户128(例如，安全人员、医务人员等)。以这种方式，用户128可以检查一个或多个图像以识别一个或多个对象104中感兴趣的区域。终端124还可以被配置成接收能够指导检测单元102工作的用户输入(例如，旋转机架的速度、辐射能级等)。

在示例性环境100中，控制器130被可操作地耦接至终端124。控制器130可以被配置成例如控制检测单元102的工作。举例说明，在某些实施例中，控制器130可以被配置成接收来自于终端124的信息，并且将指示接收信息(例如，调整传送带的速度、调整施加到辐射源116的电压等)的指令发布给检测单元102。

参照图2，示出了探测器单元的示例性电子装置200的示意图。当辐射光子撞击辐射探测元件时，辐射探测元件内生成电荷，该电荷经由被可操作地耦接至辐射探测元件的第一终端202作为电流脉冲流入电子装置200。该脉冲的幅值典型地指示出辐射光子的能级。电子装置被配置成将该脉冲转换成电压信号，并且处理该电压信号以生成关于探测事件的信息。该信息可以包括探测事件何时发生以及探测到的辐射光子的能级等。在计数器块(例如，电路)211处对关于各种探测事件的信息进行编译，计数器块211被配置成基于求和电路230的输出来确定一个测量区间内所发生的探测事件的数量(例如，以从中得到光子计数读数)，和/或基于电荷注入电路208的输出来确定一个测量区间内所发生的探测事件的平均数量(例如，以从中得到积分读数)。编译的信息由电子装置200在第二终端204处输出，该第二终端204被可操作地耦接至图像生成器(例如，图1中的122)和/或其他数字处理部件(例如，威胁分析部件、对象识别部件等)。

电子装置200包括积分电路206、电荷注入电路208、光子计数电路210以及计数器块211。

积分电路206(例如，也被称为电荷放大器)被配置成将脉冲转换成电压信号。在某些实施例中，积分电路206包括运算放大器(运放)212和电容器214，运算放大器212和电容器214并联连接以建立反馈回路。当为运放212施加电荷脉冲时，运放212输入端处的电势增加并且运放212的输出端将产生极性相反的电势。运放212输出端的电势通过反馈回路被反馈，导致输入端的电势归零(例如，几乎瞬间地)，和/或导致脉冲将在电容器214的反馈电容中被积分。该积分导致将从积分电路206输出的电压信号与输入终端202所接收的电荷基本成比例。

随着辐射光子继续被辐射探测元件检测并被转换成电荷，由于电容器214上储存电荷的累积，因此电压信号的幅值可能增加至不期望的水平(例如，可能引起大量噪声的水平)。因此，电荷注入电路208被配置成当电压信号超过指定阈值时，向积分电路206中注入电荷。注入电荷与电容器214上的储存电荷典型地具有相反的极性，并且注入电荷被配置成通过减少(例如，抵消)电容器214上储存电荷的数量来重置积分电路206。以这种方式，通过重置积分电路206，例如由积分电路206所输出的电压信号的幅值可以被间歇地和/或周期地减小(例如，以限制每次重置所探测到的光子数量、减小电子装置200中的噪音等)。在某些实施例中，当执行重置时，重置指示被应用于计数器块211。以这种方式，例如计数器块211可以对每次观察的重置次数进行计数，以对从求和电路230所得到的信息进行补充。

电荷注入电路208包括比较器216(例如，运放)、电荷源218、开关元件220以及延迟电路222。比较器216被配置成将积分电路206输出的电压信号和与指定阈值相关联并被施加在端子224处的参考电压信号进行比较。当比较器216检测到由积分电路206输出的电压信号超过了参考电压信号时(例如，因此超过了指定阈值)，比较器216被配置成生成第一开关信号，该第一开关信号被配置成激活开关元件220(例如，将导致电荷源218被电耦接至积分电路206)。在某些实施例中，开关元件220被配置成被激活指定时长，以致指定量的电荷将被注入积分电路206。在某些实施例中，测量区间内发生的重置次数与响应于该测量区间内的探测器事件而产生的平均电流成比例。例如，在某些实施例中，平均电流等于重置次数乘以每次重置中将被注入的电荷量再除以该测量区间。在某些实施例中，平均电流可以被称为积分器读数。此外，在某些实施例中，一个测量区间等同于一次观察，并且对该测量区间内所发生的重置次数进行计数以一次观察中由探测器探测到的光子的近似数量。

电荷源218被配置成生成电荷，以致将减小电容器214的储存电荷。例如，电荷源218被配置成当电荷源218被电耦接至积分电路206时，向积分电路206注入电荷。注入电荷与储存电荷具有相反的极性，在某些实施例中，注入电荷与储存电荷成比例。例如，在某些实施例中，注入电荷与储存电荷相抵消以将电容器214的储存电荷量减小至零或另一个预定数值。

如下文将进一步描述的，在某些实施例中，该指定阈值(例如，以及因此参考电压信号)被选择为获得计数器块211中的积分读数所对应的期望噪音水平，该读数从电荷注入电路208的输出得到。举例说明，在某些实施例中，由于所测量的光子存在量子噪声，因此希望图像误差(例如，可以被解释为图像失真)受到限制。因此，在某些实施例中，指定阈值被选择为，假设由从电荷注入电路208所得到的积分读数所引起的噪声功率小于在特定光子速率处的量子噪声的噪声功率。换言之，即根据光子计数电路210在特定光子速率处的信噪比来选择指定阈值。

此外，如将要在下文中进一步描述的，在某些实施例中，指定阈值和/或注入电荷是由辐射源所发射的辐射光子的能谱的函数，和/或是施加至辐射源(例如，图1中的116)的源电压的函数，该辐射源被配置成将光子计数探测器阵列(例如，图1中的118)暴露于辐射中。举例说明，通过电荷源218注入电容器214的电荷量可以根据所发射辐射光子的平均能量为60keV还是100keV而有所不同。另举一例，第一指定阈值可以被定义为当辐射源被施加120kV电压时的电压信号，并且与第一指定阈值不同，第二指定阈值可以被定义为当辐射源被施加150kV电压时的电压信号。此外，如果所发射辐射光子的平均能量在检测期间发生变化和/或施加于辐射源的源电压在检测期间发生变化，则指定阈值和/或注入电容器214的电荷量在检测对象(例如，图1中的104)期间可能发生变化。举例说明，施加于辐射源的源电压(例如，以及所发射辐射光子的平均能量)可以随着辐射源从观察到其躯干的侧面旋转至观察到其躯干的正面而改变。在某些实施例中，在旋转期间改变源电压的同时，指定阈值和/或电荷源218的输出可以被改变(例如，与源电压的该变量成比例)。

开关元件220被配置成根据比较器216(例如，直接或间接地耦接至开关元件220)所输出的开关信号来被激活或禁用。当开关元件220被激活时(例如，开关被闭合)，电荷源218被电耦接至积分电路206，并且电荷通过电荷源218被注入积分电路206。开关元件220可以包括一个或多个适合的电子开关，例如，诸如绝缘栅双极晶体管(Insulated GateBipolar Transistors，IGBTs)、双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistors，BJTs)、场效应晶体管(Field-Effect Transistors，FETs)、金属氧化半导体场效应晶体管(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors，MOSFETs)、门极可关断晶闸管(GateTurnoff Thyristors，GTOs)、集成门极换流晶闸管(Integrated Gate-CommutatedThyristors，IGCTs)、和/或双向触发三极管(Bidirectional Triode Thyristors，TRIACs)。在某些实施例中，开关元件220的切换可以由比较器216执行，并且开关元件220不一定被直接地连接至比较器216。

可以理解在某些实施例中，在辐射探测元件处所生成的电荷可以被应用于积分电路206，同时注入电荷被应用于积分电路206。为了将注入电荷对电压信号的作用与在辐射探测元件处所生成的电荷对电压信号的作用进行区分，注入电荷可以进一步被注入光子计数电路210或其中的求和电路230。以这种方式，光子计数电路210和/或求和电路230可以将注入电荷的作用与指示一个或多个探测事件的电荷的作用区分开(例如，以有助于对与重置积分电路206同时发生的探测事件的计数)。

在某些实施例中，希望注入电荷与指示注入电荷的电压信号(例如，由积分电路206产生)将同时被注入求和电路230。因此，电荷注入电路208包括延迟电路222，该延迟电路222被配置成延迟施加注入电荷到求和电路230，直到例如从积分电路206获得的并且指示注入电荷的信号也被施加到求和电路230时才施加注入电荷。

光子计数电路210被配置成根据积分电路206所生成的电压信号来识别探测事件和/或确定各个探测事件的能级。以这种方式，生成了对探测器单元所经历的探测事件的记录。光子计数电路210包括微分器电路226、整形器电路228以及求和电路230。微分器电路226被配置成生成第二电压信号，该第二电压信号与积分电路206所输出电压信号的变化率成比例。因此，例如，当积分电路206输出的电压信号快速变化时(例如，当电压在2ns内从1.5V降至1V时)，第二电压信号的幅值可比当该电压信号变化较慢时(例如，当电压在5ns内从1.5V降至1V时)的第二电压信号的幅值更大。

整形器电路228(诸如低通滤波器或其他滤波器)被配置成对第二电压信号进行整形以生成整形器信号。以这种方式，第二电压信号可以被平滑处理、被放大、和/或以其他方式被调整以为求和电路230准备第二电压信号。

求和电路230被配置成将整形器信号与延迟电路222所输出的信号或其等效信号(例如，指示注入电荷的信号)进行求和，以生成信号(例如，电压信号和/或电流信号)。该信号中的各个脉冲指示探测事件，并且脉冲幅值指示出与该探测事件相关联的能量(例如，所探测到的光子的能量)。此外，通过将整形器信号与延迟电路222所输出的信号进行求和，与将电荷注入积分电路206基本同时发生的探测事件可以被识别。换言之，即求和可以使得注入电荷对从积分电路206发射的电压脉冲的作用被排除，以致例如求和电路230所输出的信号仅指示探测事件(例如，不指示注入电荷)。

计数器块211被配置成基于求和电路230所输出的信号和电荷注入电路208所输出的信号生成指示探测事件的数据。该数据可以包括光子计数数据和积分数据。光子计数数据是指基于求和电路230所输出的信号而生成的数据，并且可以指示光子计数读数(例如，可以包括各个探测事件的探测时间和探测位置)。积分数据是指基于电荷注入电路208所输出的信号而生成的数据，并且可以指示积分读数(例如，可以包括各个重置之间的时长)。在某些实施例中，计数器块211被配置成基于光子计数数据和/或积分数据来确定每个测量区间(例如，每次观察)中所发生的探测事件的数量。

在某些实施例中，由计数器块211输出的数据以及用于成像目的(例如，用于生成图像)的数据可以基于在一个测量区间(例如，一次观察)中所识别的探测事件的数量。举例说明，当光子计数数据小于一个测量区间中所识别的探测事件的预定数量(例如，基于求和电路230在该测量区间中所输出的信号中的脉冲数量和/或由电荷注入电路208在该测量区间中所进行的重置次数而确定的)时，光子计数数据可以在计数器块211接收到关于该测量区间的数据请求时由计数器块211输出(例如，并且因此光子计数数据被用于成像目的)。当积分数据大于一个测量区间中所识别的探测事件的预定数量时，积分数据可以在计数器块211接收到关于测量区间的数据请求时由计数器块211输出(例如，并且因此积分数据被用于成像目的)。仍然在其他实施例中，积分数据可以被用于当接收到关于一个测量区间的请求时来补充光子计数数据，该测量区间中识别的探测事件的数量大于预定值。以这种方式，可以基于在一个测量区间中所发生的探测事件数量，使用光子计数技术(例如，光子计数读数)生成像数据和/或使用积分技术(例如，光子积分读数)生成探测事件的有效值或平均值。

图3a-c示出了在积分电路(例如，图2中的206)前端的多个参考点处的电流信号302、306和310。出于本示例的目的，电流信号中的噪声成分没有示出。

参照图3a，示出了在第一参考点(例如，图2中的标签1)处测量的第一电流信号302。该第一电流信号指示由探测器阵列(例如，图1中的118)的辐射探测元件所产生的电荷量随时间的变化。第一电流信号302的各个脉冲304对应于探测事件(例如，辐射光子的探测)。在某些实施例中，脉冲304的幅值指示了辐射光子的能量。出于本示例的目的，可以假设各个辐射光子的能量基本相同。然而，在某些应用中，探测到的辐射光子的能量可以改变，并且因此例如第一脉冲的幅值可与第二脉冲的幅值不同。

参照图3b，示出了在第二参考点(例如，图2中的标签2)处测量的第二电流信号306。第二电流信号指示了将要注入积分电路(例如，图2中的206)中的电荷量。当希望重置积分电路时，电荷源(例如，图2中的218)可以将电荷注入该积分电路。第二电流信号306中的脉冲308(例如，在T2时刻和T3时刻附近)指示了注入电荷。在其他时刻，当不希望重置积分电路时，电荷源可以与积分电路断开电耦接，并且因此例如在第二参考点处所测量的电流信号306可以基本上为零或某个预定值。

参照图3c，示出了在第三参考点(例如，图2中的标签3)处测量的第三电流信号310。第三电流信号310指示了第一电流信号302和第二电流信号306所结合的电荷。第三电流信号310的幅值典型地基本等于第一电流信号302的幅值和第二电流信号306的幅值之和。

参照图4a，示出了由积分电路输出的并且在第四参考点(例如，图2中的标签4)处测量的电压信号402。电压信号402的幅值是所结合的电流信号与电容器(例如，图2中的214)中的储存电荷的函数。举例说明，当由于探测事件而将附加电荷应用于电容器时，电压信号402的幅值增加，以及当注入电荷被应用于电容器时，信号402的幅值减小(例如，由于储存电荷被放电)。

结合参照图3a-c和4a，在时刻T1中的第一瞬时，当发生第一探测事件并且积分电路没有被重置时，电压信号402的幅值与第一电流信号302的幅值成比例(例如，并且因此与响应于探测事件而生成的电荷成比例)。当探测到附加的辐射光子时，电压信号402的幅值增加(例如，如阶梯式增加所示出的)，这是因为附加电荷被添加至电容器的储存电荷。当电压信号402超过了指定阈值时，电荷源将电荷注入积分电路中以重置积分电路(例如，以使电容器放电)。如果在重置期间没有发生探测事件，则如在T2时刻中的第二瞬时所示出的，在注入电荷被应用于积分电路的基础上，电压信号402的幅值基本上减小为零(例如，或预定值)。如果重置的同时发生了探测事件，则如在时刻T3的第三瞬时所示出的，由于探测事件的电荷与注入电荷相结合，因此电压信号402的幅值可以被减小至较小的程度。

参照图4b，示出了由求和电路(例如，图2中的230)输出并且在第五参考点(例如，图2中的标签5)处测量的信号404(例如，可以是电流信号或电压信号)。例如，由于求和电路已经削减了(例如，至零)注入电荷的作用，因此该信号404是在图2中参考点1处所测量的电流信号的相反数。因此，即使在探测事件与重置同时发生的情况下，如在时刻T3中的第三瞬时所示出的，求和电路也能识别探测事件并且生成信号404中的脉冲406。

参照图4c，示出了由电荷注入电路(例如，图2中的208)输出并且在第六参考点(例如，图2中的标签6)处测量的信号(例如，可以是电流信号或电压信号)。例如，信号408中的脉冲410指示了重置，并且信号408可以被计数器(例如，图2中的211)使用以对每个测量区间中的重置次数进行计数。

参照图5，该图提供了对与计算指定阈值(例如，用于重置积分电路)相关的示例性辐射成像参数和/或在重置期间被注入积分电路的电荷量进行描述的表格500。提供了多种示例性情况以示出指定阈值和/或注入电荷的数量在一个或多个辐射参数变化的基础上是如何变化的。

出于本示例的目的，辐射成像系统是包括碲锌镉(CdZnTe)探测器阵列的CT系统，并且由辐射源输出的辐射光子的辐射能量约为60keV(例如，其中，60keV事件对应于约12000个电子)。因此，响应于探测事件而生成的电荷约为1.9×10^-15C。

表格500的第一行502描述了在一次观察中探测器单元能够探测的辐射光子的最大可计数光子数量，其中，每次观察中计数大小的误差相当于统计误差(例如，其中，光子的计数方式中存在的误差基本上等于或接近于输入光子数量的平方根(例如，其中，光子计数中的固有噪声为输入光子数量的平方根))。在每次观察中探测器能够探测的辐射光子的最大可计数光子数量可以取决于，例如所发射辐射的辐射通量率、探测器单元的表面积、探测器单元的转换材料、和/或电路参数等。

表格500的第二行504描述了在该最大可计数光子通量率处所进行的光子计数中固有的信噪比，并且该信噪比取决于在该点所计得的光子数量。信噪比可以被计算为最大可计数光子通量率的平方根。

第三行506表示积分器噪声因数。该积分器噪声因数被设置成以致在最大可计数光子通量率处积分器噪声比计数噪声小该噪声因数倍。在这样做的过程中，当将基于求和电路(例如，图2中的230)的输出而确定的光子计数读数与基于电荷注入电路(例如，图2中的208)的输出而确定的光子积分读数进行综合时，不会引起信噪读数误差。该因数可以由用户指定，并且限制积分电路相较于光子计数中的固有噪声可以引起多少噪声。换言之，即积分器噪声因数描述了积分电路(例如，图2中的206)的噪声性能相较于光子计数电路(例如，图2中的210)在最大可计数光子通量处的噪声性能的优良程度(例如，因数10指示了在最大可计数光子通量率处积分电路将比光子计数电路少引起10倍的噪声)。

第四行508表示在最大可计数光子通量率处，与积分电路相关和/或将由积分电路引起的期望的(例如，最大的)积分噪声。期望的积分噪声是信噪比与积分器噪声因数的函数(例如，商)。当积分器噪声因数大于1时(例如，在典型的情况下)，期望的积分噪声将小于光子计数电路的信噪比(例如，以禁止积分电路在数据采集系统中引起附加噪声)。

第五行510表示在积分电路的量化过程中，量化误差的均方根(Root MeanSquare，RMS)。在一个示例中，RMS量化误差被定义为最低有效位1(Least SignificantBit，LSB)与12的平方根之商(例如，其中LSB对应于重置)。

第六行512表示为了得到积分电路的足够的信噪比，而对积分电路的每次重置(例如，每个LSB)所计得的光子数量。每次重置(例如，每个LSB)所计得的光子数量是最大积分电路噪声与RMS量化误差的函数(例如，商)。举例说明，在第一种情况中，积分电路的两次重置之间将计得约11个光子，或换言之，积分器读数的每个LSB中平均有11个光子。

第七行514表示在重置期间将被注入积分电路的电荷量。将被注入的电荷量是最大可计数光子通量率(例如，在第二行504中所表示的)处的信噪比、积分器噪声因数(例如，在第三行506中所表示的)、RMS量化误差(例如，在第五行510中所表示的)、以及探测事件所生成的平均电荷量(例如，对于60keV的事件，典型地等于12000*10^-19或1.93*10^-15)的函数(例如，乘积)。

参照图6，提供了用于重置光子计数探测器阵列的积分电路的示例性方法的流程图。

示例性方法600在602处开始，并且在604处对积分电路生成的电压信号进行测量。该电压信号指示了从积分电路的上一次重置起，探测器单元上的探测事件的数量。在某些实施例中，该电压信号还指示了各个探测事件的辐射能量。例如，电压信号幅值的增加可以指示一个探测事件，并且增加的大小可以指示与探测事件相关联的辐射能量。

在某些实施例中，在604处测量电压信号包括检测该电压信号是否超过了指定阈值(例如，参考电压)。可以根据所发射辐射的能谱、施加于辐射源的源电压、和/或辐射通量率来设置该参考电压。此外，在某些实施例中，指定阈值被设置以例如基于积分电路在光子计数中所引入的期望(例如，最大)噪声量，将两次重置之间所探测到的光子数量限制为指定值(例如，11个光子)。

在示例性方法600中的606处，当电压信号超过了指定阈值时，注入电荷被注入积分电路。注入电荷被配置成用于重置积分电路。更具体地，注入电荷被配置成使得积分电路的电容器放电，和/或对自上一次重置起电容器中已储存的电荷进行抵消。在某些实施例中，注入电荷与储存电荷的极性相反。在某些实施例中，注入电荷与储存电荷基本上成比例。

在某些实施例中，将被注入积分电路的电荷量是根据两次重置之间将探测到的辐射光子数量来确定的。例如，可能希望在每11个探测事件之后重置积分电路。11个探测事件可以导致约2.1*10^-14库伦的电荷将被储存在电容器中(例如，其中，一个探测事件所生成的电荷量可以是所发射辐射的能谱和/或探测器单元的转换材料的函数)。因此，注入积分电路的电荷量可以约为-2.1*10^-14库伦，以抵消储存在电容器中的约2.1*10^-14库伦的电荷。

在某些实施例中，将被注入积分电路的电荷量是施加于辐射源的源电压的函数。因此，建立注入电荷量可以包括确定施加于辐射源的源电压，该辐射源被配置成将光子计数探测器阵列暴露于辐射中。此外，例如如果在检测对象期间和/或在两次检测对象之间源电压被改变，则注入电荷量可改变。

在某些实施例中，注入电荷进一步被注入光子计数电路或其中的求和电路，该求和电路被配置成确定探测器单元上探测事件的数量和/或有探测器单元所探测到的各个辐射光子的能量。以这种方式，例如，注入电荷对积分电路的作用和/或积分电路所产生的电压信号可以基本上被光子计数电路和/或求和电路取消(例如，以致探测事件不会被多计和/或少计)。

示例性方法600在608处结束。

参照图7，提供了用于确定一个测量区间(例如，一次观察、部分观察或其他可限定的范围)中的光子计数数量的示例性方法700。方法700在702处开始，并且当一个测量区间开始时，在704处计数块(例如，图2中的211)的计数器被重置。举例说明，计数电路可以包括两个或更多个在704处被重置的计数器。计数电路的第一计数器可以被配置成基于求和电路(例如，图2中的230)所输出的信号对一个测量区间中的探测事件(例如，或对应于指定能谱的探测事件)进行计数，并且计数电路的第二计数器可以被配置成基于电荷注入电路(例如，图2中的208)所输出的信号对一个测量区间中的重置次数进行计数。

在706处，由积分电路(例如，图2中的206)生成的和/或从该积分电路得到的电压信号可以在该测量区间中由一个或多个部件测量。举例说明，求和电路(例如，图2中的230)可以测量该电压信号以识别探测事件，和/或比较器(例如，图2中的216)可以测量该电压信号以确定何时重置积分电路。

在708处，对在一个测量区间中所识别的探测事件进行计数。举例说明，求和电路可以生成包括指示了探测事件的信号，该信号可以被输出给计数电路。通过使用该脉冲，计数电路可以对探测事件进行计数，以确定一个测量区间中所发生的探测事件的数量。

在710处，当电压信号超过指定阈值时，电荷被注入积分电路以重置该积分电路，并且在示例性方法700的712处，对积分电路重置次数进行计数。举例说明，当电压信号超过指定阈值是，比较器可以输出开关信号。该开关信号可以反过来激活电荷源(例如，图2中的218)，以致当该电荷源被激活时向积分电路注入指定量的电荷，进而导致积分电路将被重置。此外，电荷注入电路(例如，包括比较器和/或电荷源)可以将脉冲输出给计数器块(例如，计数器电路)，指示积分电路已被重置。计数器块可以被配置成对这些脉冲进行计数，以确定该测量区间中所发生的重置次数(例如，并且因此可以确定该测量区间中所计得的光子平均数量)。

当测量区间结束时，示例性方法700在714处结束。可以理解的是，例如示例性方法700重复地用于连续的测量区间，以确定探测事件的数量和/或多个测量区间的探测事件的平均数量。

还有另一个实施例涉及包括处理器可执行指令的计算机可读介质，其用于实现本文所提出的一个或多个技术。图8中示出了可以按照这些方式来设计的示例性计算机可读介质，其中，实施例800包括计算机可读介质202(闪存驱动器、CD-R、DVD-R、专用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、硬盘驱动器盘等)，该计算机可读介质上编码有计算机可读数据804。该计算机可读数据804依次包括一组处理器可执行指令806，该处理器可执行指令806被配置成根据本文所提出的一个或多个原则来运行。在该实施例800中，处理器可执行指令806可以被配置成当其通过处理单元执行时实现方法808，诸如图6中示例性方法600和/或图7中示例性方法700中的至少某部分。在另一个实施例中，处理器可执行指令806可以被配置成实现诸如图1中示例性系统100中的至少某部分的系统。本领域的技术人员可以设计许多这种计算机可读介质，该计算机可读介质被配置成根据本文所提出的一个或多个技术来工作。虽然已经通过专用于结构特征和/或方法行为的语言对本主题进行了描述，但是将要理解的是，在附加权利要求中所限定的本主题不一定限于上述特定的特征或行为。相反地，上述特定的特征和行为被公开为实现权利要求的示例形式。

虽然已经通过专用于结构特征和/或方法行为的语言对本主题进行了描述，但是将要理解的是，附加权利要求中的本主题不一定限于上述特定的特征或行为。相反地，上述特定的特征和行为被公开为实现权利要求中的至少某些的实施例形式。

本文提供了实施例的各种操作。所描述的某些或所有操作中的顺序不应被解释为这些操作必须依赖于所述顺序。鉴于本文的描述，替换性的顺序将是可以被理解的。此外，将要理解，并非所有的操作都必须在本文所提供的每个实施例中示出。此外，将要理解，在某些实施例中并非所有的操作都是必要的。

此外，本文所使用的“示例性”意味着用作示例、实例或说明等，并且不必理解为具有优势。如在本申请中所使用的，“或”旨在意味着包含性的“或”而非排除性的“或”。此外，本申请中所使用的“一("a"和"an")”通常被解释为“一个或多个”，除非另有说明或根据上下文清楚地指示为单数形式。此外，A和B中的至少一个和/或类似的表达通常意味着“A或B”或“A和B”。此外，就所使用的“包括”、“具有”、“拥有”、“含有”或其变形而言，这些术语旨在表示与术语“包含”相类似的包含方式。要求保护的主题可以实现为方法、装置、或制成品(例如，软件、固件或前述二者的组合)。

如在本身其中所使用的，术语“部件”、“模块”、“系统”、“界面”等通常是指涉及计算机的实体，或硬件、硬件和软件的组合、软件、或执行的软件。例如，部件可以是但不限于，在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行对象、执行线程、程序和/或计算机。举例说明，在控制器上运行的应用程序和控制器都可以是部件。一个或多个部件可以驻留在进程和/或执行线程中，并且部件可以位于一台计算机上和/或分布在两台或多台计算机之间。

此外，要求保护的主题可以实现为方法、装置、制成品，该制成品为使用标准程序和/或工程技术所生产的软件、固件、硬件或前述内容的组合，用于控制计算机实现本公开主题。这里所使用的术语“制成品”旨在包括可以从任何计算机可读设备、载体或介质中访问的计算机程序。当然，本领域的技术人员将理解，在不脱离所要求保护主题的范围和精神的前提下，可以对该配置进行许多修改。

此外，除非另有说明，“第一”、“第二”、和/或类似的表达并非意旨时间方面、空间方面或顺序等。而是这些术语仅被用作特征、元件、项目等的标识符、名称等。

虽然已经通过一个或多个实施例对本公开进行了展示和描述，但是本领域的技术人员在阅读并理解本说明书和附图的基础上将可作出等效的替换和修改。本公开包括所有的修改和替换，并且仅受到下述权利要求范围的限制。特别地，关于上述部件(例如，元件、资源等)所实现的各种功能，除非以其他方式指示，否则用于描述该部件的术语可对应于实现所描述部件的指定功能的任何部件(例如，功能上等效)，即使并非在结构上等同于所公开的结构。此外，虽然可以通过多个实施例中的仅一个来公开本公开的特定特征，但是可以将该特征与其他实施例中的其他特征相结合，这对于任何给定或特定的应用可能是所期望的和有利的。

Claims (16)

1.一种光子计数探测器阵列的电子装置，该电子装置包括：

积分电路，该积分电路被配置成对所述光子计数探测器阵列的探测器单元所生成的电荷进行积分，以生成电压信号；

光子计数电路，该光子计数电路被配置成接收来自所述积分电路的所述电压信号并根据所述电压信号识别探测事件；以及

电荷源，该电荷源被配置成响应于所述电压信号超过指定阈值将注入电荷注入所述积分电路并注入所述光子计数电路，该注入电荷被配置成重置所述积分电路。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述注入电荷与所述积分电路中所储存的储存电荷基本成反比。

3.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述指定阈值是所述光子计数电路的信噪比的函数，所述信噪比是根据探测器单元的最大可计数光子通量率确定的。

4.根据权利要求1所述的电子装置，其中，辐射源被配置成向所述光子计数探测器阵列发射辐射，并且基于施加于所述辐射源的源电压来设置所述注入电荷以产生辐射。

5.根据权利要求1所述的电子装置，该电子装置包括：

比较器，该比较器被配置成响应于所述电压信号超过所述指定阈值生成开关信号。

6.根据权利要求5所述的电子装置，该电子装置包括：

开关元件，该开关元件被配置成响应于接收到所述开关信号将所述电荷源电耦接至所述积分电路。

7.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述指定阈值是在所述重置之前期望计得的光子数量的函数。

8.根据权利要求7所述的电子装置，其中，所述期望计得的光子数量是与所述积分电路相关联的期望积分噪声的函数。

9.根据权利要求1所述的电子装置，该电子装置包括计数器块，该计数器块被配置成对测量区间期间所述积分电路的重置进行计数，以确定所述探测器单元的辐射探测元件在该测量区间中所输出的平均电流。

10.一种用于对光子计数探测器阵列的积分电路进行重置的方法，该方法包括：

测量所述积分电路生成的电压信号，该电压信号由所述光子计数探测器阵列的探测器单元所生成的电荷产生，该电压信号指示出从所述积分电路的上一次重置起探测器单元上的探测事件的数量；

当所述电压信号超过指定阈值时，将注入电荷注入所述积分电路，该注入电荷被配置成重置所述积分电路；

将所述电压信号和所述注入电荷施加到光子计数电路中；以及

根据所述电压信号探测所述光子计数电路处的探测事件。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述注入电荷与从所述积分电路的所述上一次重置起所述积分电路所储存的储存电荷具有相反的极性。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述注入电荷与所述储存电荷基本上成比例。

13.根据权利要求10所述的方法，该方法包括：

确定施加于辐射源的源电压，该辐射源被配置成将所述光子计数探测器阵列暴露于辐射中；以及

根据所述源电压设置所述指定阈值。

14.根据权利要求10所述的方法，该方法包括：

确定施加于辐射源的源电压，该辐射源被配置成将所述光子计数探测器阵列暴露于辐射中；以及

根据所述源电压建立所述注入电荷。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述注入电荷被配置成与从所述积分电路的所述上一次重置起所述积分电路所储存的储存电荷相抵消。

16.一种辐射成像系统，其包括：

电离辐射源；以及

光子计数探测器阵列，其包括一个或多个探测器单元，该一个或多个探测器单元被配置成探测来自于所述电离辐射源的辐射，第一探测器单元包括：

辐射转换元件，该辐射转换元件被配置成将所述第一探测器单元探测到的辐射转换成电荷；以及

电子装置，该电子装置被配置成根据所述电荷来确定所述第一探测器单元上的探测事件的数量，该电子装置包括：

积分电路，该积分电路被配置成对所述电荷进行积分以生成电压信号；

光子计数电路，该光子计数电路被配置成接收所述电压信号并根据所述电压信号识别探测事件；以及

电荷注入电路，该电荷注入电路被配置成响应于所述电压信号超过指定阈值将注入电荷注入所述积分电路并注入所述光子计数电路。