CN113811794A - 读出辐射探测器中的数据的方法、辐射探测器和成像设备 - Google Patents

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Abstract

一种读出辐射探测器(12)中的数据的方法,其中所述辐射探测器(12)包括多个像素(26)和与所述像素(26)相关联的多个读出电路(30),并且其中每个读出电路(30)包括至少一个寄存器(36),所述方法包括:每当在多个数据采集周期(66)期间,通过所述像素(26)来检测辐射并且将指示所述辐射的数据存储在每个读出电路(30)的所述至少一个寄存器(36)中的一个或多个寄存器中;以及每当在多个读出周期(62、64)期间,从每个读出电路(30)的所述至少一个寄存器(36)中的一个或多个寄存器读出数据,每个读出周期(62、64)在数据采集周期(66)之后,并且每个读出周期(62、64)是低能读出周期(62)或高能读出周期(64);其中在每个低能读出周期(62)期间,仅从每个读出电路(30)的单个寄存器(36)读出指示超过低能级(68)的辐射能的数据;并且其中在每个高能读出周期(64)期间,读出指示超过高于所述低能级(68)的高能级(70)的辐射能的数据。还提供辐射探测器(12)和成像设备(10)。

Description

读出辐射探测器中的数据的方法、辐射探测器和成像设备
技术领域
本公开大体上涉及辐射探测器。特别地,提供读出辐射探测器中的数据的方法、辐射探测器和成像设备。
背景技术
用于检测电离辐射的各种辐射探测器在本领域中是已知的。辐射源使辐射透射穿过对象(例如患者),并且辐射探测器测量衰减的辐射。辐射被转换成电信号,控制单元处理这些信号并且可以提供所需的图像。
在某些应用中,例如在计算机体层成像(CT)应用中,使用多种能量来采集帧数据是有好处的。多能量成像能够改进重建。然而,多能量成像生成非常大的数据集。此外,指示不同能级的辐射的数据的读出需要更长的读出周期。与读出单个能级相比,读出两个能级通常需要两倍长的读出周期。
US 2016106386 A1公开用于基于成像的材料对材料密度图像进行加权的方法和系统。在一个实施方案中,用于材料的双能量成像的方法包括生成奇数材料密度图像、生成偶数材料密度图像、将第一权重应用于奇数材料密度图像并且将第二权重应用于偶数材料密度图像以及基于加权的奇数材料密度图像和加权的偶数材料密度图像的组合生成材料密度图像。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种读出辐射探测器中的数据的方法,所述方法减少在所述辐射探测器中读出的数据量。
本公开的另一个目的是提供一种读出辐射探测器中的数据的方法,所述方法提供有效的数据读出。
本公开的又一个目的是提供一种读出辐射探测器中的数据的方法,所述方法提供快速的数据读出。
本公开的又一个目的是提供一种读出辐射探测器中的数据的方法,所述方法能够实现高质量成像。
本公开的又一个目的是提供一种读出辐射探测器中的数据的方法,所述方法能够实现可靠的操作。
本公开的又一个目的是提供一种读出辐射探测器中的数据的方法,所述方法能够实现辐射探测器的简单和/或紧凑的设计。
本公开的又一个目的是提供一种读出辐射探测器中的数据的方法,所述方法组合地解决前述目的中的几个或全部。
本公开的又一个目的是提供一种辐射探测器,所述辐射探测器解决前述目的中的一个、几个或全部。
本公开的又一个目的是提供一种成像设备,所述成像设备解决前述目的中的一个、几个或全部。
根据一方面,提供一种读出辐射探测器中的数据的方法,其中所述辐射探测器包括多个像素和与所述像素相关联的多个读出电路,并且其中每个读出电路包括至少一个寄存器,所述方法包括:每当在多个数据采集周期期间,通过所述像素来检测辐射并且将指示所述辐射的数据存储在每个读出电路的所述至少一个寄存器中的一个或多个寄存器中;以及每当在多个读出周期期间,从每个读出电路的所述至少一个寄存器中的一个或多个寄存器读出数据,每个读出周期在数据采集周期之后,并且每个读出周期是低能读出周期或高能读出周期;其中在每个低能读出周期期间,仅从每个读出电路的单个寄存器读出指示超过低能级的辐射能的数据;并且其中在每个高能读出周期期间,读出指示超过高于所述低能级的高能级的辐射能的数据。
在许多应用中,读出数据,即采样仅具有多种能量的相对较少的测量帧就足够了,例如以便检测造影剂或用于射束硬化计算。双能和多能光子计数CT可以减少射束硬化并且提供更好的组织对比度。测量帧包括一个数据采集周期和一个跟随的读出周期。通过在一些读出周期(即所述方法的低能读出周期)期间仅从每个读出电路的单个寄存器读出指示超过低能级的辐射能的数据,可以减少读出的数据量。在许多实现方式中,整个扫描的有效死时间也可以由此减少。换言之,所述方法提供仅指示超过高能级的辐射能的数据的稀疏读出。因此,与在每个读出周期期间从每个读出电路的几个不同寄存器读出数据的方法相比,所述方法提供减少的数据量和更快的扫描。
此外,通过在某些读出周期(即所述方法的高能读出周期)期间读出也指示超过高于低能级的高能级的辐射能的数据,所述方法能够实现高质量成像并且提供多能量成像的有效数据处理。因此,所述方法提高具有数据采集周期和读出周期的成像设备的数据读出的效率。
在例如低能读出周期和高能读出周期的每个读出周期期间,可以读出指示响应于光子被吸收而在辐射探测器的转换元件中释放和传输通过的电荷的数据。所述数据可以含有由转换元件吸收的光子的电荷脉冲的数目。
所述方法包括读出指示处于两个或多个不同能级的辐射能的数据。因此,所述方法可以在双能量成像中实现,但是也可以在多能量成像中实现,例如具有六个不同的能级。
辐射探测器可以是光子计数直接转换像素化探测器。读出电路可以替代地被称为读出单元。
低能级可由一个或多个低能带或超过一个或多个低能阈值的一个或多个开放低能区间构成。高能级可由一个或多个高能带或超过一个或多个高能阈值的一个或多个开放高能区间构成。
贯穿本公开,低能读出周期和高能读出周期可以替代地分别被称为第一能量读出周期和第二能量读出周期,并且低能级和高能级可替代地分别被称为第一能级和第二能级。
根据一种变型,在每个高能读出周期期间从每个读出电路的第一寄存器读出指示超过低能级的辐射能的数据并且从每个读出电路的至少一个第二寄存器读出指示超过高于低能级的至少一个高能级的辐射能的数据。因此,在这个变型中,高能读出周期构成多能量读出周期,而低能读出周期构成单能量读出周期。
低能级可以由第一阈值限定并且至少一个高能级可以由高于第一阈值的至少一个第二阈值限定。因此,只有能级超过相应阈值的光子事件的数量被存储在相应寄存器中。低能读出周期的阈值可以在紧接在低能读出周期之前的数据采集周期之前或开始时设置。高能读出周期的阈值可以在紧接在高能读出周期之前的数据采集周期之前或开始时设置。至少一个第二阈值中的一个或多个可以是可变的并且在高能读出周期中的一个或多个中被设置为不同值。
至少一个第二阈值中的一个或多个可以是可变的并且在高能读出周期中的一个或多个中被设置为不同值。每个阈值,无论是静态的还是可变的,可以通过根据本公开的阈值设置装置来设置。第二阈值可以周期性地变化。举例来说,第二能级可以在第一高能读出周期期间读出,高于第二能级的第三能级可以在第二高能读出周期期间读出,高于第三能级的第四能级可以在第三高能读出周期期间读出,并且第一高能读出周期可以在第四高能读出周期期间再次读出,以此类推。替代地或另外地,第一阈值可以是可变的并且在低能读出周期中的一个或多个中被设置为不同值。
根据一种变型,低能级和高能级中的每一个由可变阈值限定,并且其中在每个低能读出周期期间和在每个高能读出周期期间仅从每个读出电路的单个寄存器读出数据。以这种方式,可以减少每个读出电路中的寄存器的数目,例如减少到每个读出电路一个寄存器。
可以在第一高能读出周期和第一高能读出周期之后的下一个高能读出周期之间提供多个低能读出周期。因此,读出周期的序列可以是:“n”个低能读出周期(其中“n”是正整数)、一个高能读出周期、“n”个低能读出周期、一个高能读出周期,以此类推。
根据另一方面,提供一种辐射探测器,所述辐射探测器被配置成执行根据本公开的方法中的任一者。
根据另一方面,提供一种辐射探测器,所述辐射探测器包括:多个像素,所述多个像素被配置成检测辐射能;以及与所述像素相关联的多个读出电路,并且每个读出电路包括:至少一个比较器,所述至少一个比较器被配置成将来自所述像素中的一个的表示辐射能的电信号与包括第一阈值和第二阈值的至少两个阈值进行比较;和至少一个寄存器,所述至少一个寄存器被配置成存储指示来自所述像素中的一个的超过所述第一阈值的电信号的低能数据,所述低能数据表示超过低能级的辐射能,并且存储指示来自所述像素中的一个的超过所述第二阈值的电信号的高能数据,所述高能数据表示超过高能级的辐射能,并且所述至少一个寄存器被配置成读出所述低能数据和所述高能数据。
每个读出电路可以与像素中的一个相关联。替代地,多个读出电路可以与像素中的一个相关联,反之亦然。读出电路可以提供在例如专用集成电路(ASIC)的常见读出衬底中。
每个寄存器可以被配置成临时存储来自相关联像素的转换后电信号。贯穿本公开,寄存器可以替代地被称为存储单元。此外,每个寄存器可以包括计数器或由计数器构成,所述计数器被配置成对超过给定能级的光子脉冲的数目进行计数,所述给定能级对应于给定的比较器阈值,并且可选地还被配置成对给定能量范围内的光子脉冲的数目进行计数。
所述至少一个比较器可以包括:第一比较器,所述第一比较器被配置成将来自所述像素中的一个的电信号与第一阈值进行比较;以及第二比较器,所述第二比较器被配置成将来自所述像素中的一个的电信号与第二阈值进行比较;并且其中所述至少一个寄存器包括:第一寄存器,所述第一寄存器被配置成存储指示来自所述像素中的一个的超过所述第一阈值的电信号的低能数据;以及第二寄存器,所述第二寄存器被配置成存储指示来自所述像素中的一个的超过所述第二阈值的电信号的高能数据,所述高能数据表示超过高能级的辐射能。
所述至少一个比较器可以包括第三比较器,所述第三比较器被配置成将来自所述像素中的一个的电信号与第三阈值进行比较;并且其中所述至少一个寄存器包括第三寄存器,所述第三寄存器被配置成存储指示来自所述像素中的一个的超过所述第三阈值的电信号的高能数据,所述高能数据表示超过第二高能级的辐射能,并且所述第三寄存器串联耦合到所述第二寄存器。
每个读出电路还可以包括被配置成接收和放大来自所述像素中的一个的电信号的放大器,和被配置成对来自所述像素中的一个的电信号的波形进行整形的脉冲整形器,并且所述脉冲整形器可操作地耦合到所述至少一个比较器的至少一个输入端。
所述辐射探测器还可以包括被配置成为每个读出电路设置至少两个阈值的阈值设置装置,并且可选地,所述阈值设置装置包括被配置成设置第一阈值或第二阈值的至少一个数模转换器(DAC)。
每个读出电路可以包括能够在将所述第二寄存器与串行输出端解耦的第一状态和将所述第二寄存器耦合到串行输出端的第二状态之间切换的开关,其中所述开关耦合到所述第二寄存器的串行数据输出端和所述第一寄存器的串行数据输入端。
根据一种变型,所述开关是单刀双掷(SPDT)开关;或者所述开关处于第一状态的持续时间至少比第二状态长50%;或者第一读出电路和最后读出电路之间的每个读出电路包括耦合到下一读出电路的串行数据输入端的串行数据输出端;或者所述至少一个DAC在一个或多个读出周期中将第二阈值可变地设置为不同值;或者所述像素中的一个包括包含碲化镉(CdTe)的转换元件;或者高能级高于低能级。
根据另一方面,提供一种成像设备,所述成像设备包括:根据本公开的辐射探测器;以及
控制单元,所述控制单元可操作地连接到所述辐射探测器并且被配置成从所述辐射探测器读取辐射数据。
所述成像设备可以是基于多能量扫描的成像设备。举例来说,所述成像设备可以包括辐射源和具有可变光谱透射特性的多能量滤波器装置。所述辐射探测器可以例如是一维或二维的。每个像素可以被配置成将辐射直接转换为电荷。
所述控制单元可以包括数据处理装置和上面存储有计算机程序的存储器,所述计算机程序包括程序代码,所述程序代码在由所述数据处理装置执行时致使所述数据处理装置执行或命令执行根据本公开的方法的一个、几个或全部步骤。所述控制单元可以例如布置在所述辐射探测器中或所述辐射探测器外部。
附图说明
通过结合附图给出的以下实施方案,本公开的其他细节、优势和方面将变得显而易见,其中:
图1:示意性地表示包括辐射探测器的成像设备;
图2:示意性地表示包括读出衬底的辐射探测器的部分横截面图;
图3:示意性地表示读出衬底的部分视图;
图4:示意性地表示读出衬底的替代示例的部分视图;
图5:以图形方式表示读出辐射探测器中的数据的方法的一个示例;
图6:以图形方式表示读出辐射探测器中的数据的方法的另一个示例;
图7:以图形方式表示读出辐射探测器中的数据的方法的另一个示例;
图8:以图形方式表示读出辐射探测器中的数据的方法的另一个示例;
图9:以图形方式表示读出辐射探测器中的数据的方法的另一个示例;
图10:以图形方式表示读出辐射探测器中的数据的方法的另一个示例。
具体实施方式
下面,将描述读出辐射探测器中的数据的方法、辐射探测器和成像设备。将使用相同的参考数字来表示相同或类似的结构特征。
图1示意性地表示成像设备10。成像设备10包括辐射探测器12和控制单元14。这个示例的成像设备10是用于计算机体层成像(CT)扫描的多能量成像设备。
成像设备10还包括用于发射X射线的辐射源16,例如X射线管,X射线透射穿过将要成像的对象18,例如穿过患者的身体。在透射穿过对象18之后,X射线到达辐射探测器12,在那里,X射线被检测且被转换为表示对象18的空间分辨投影图像的信号。
控制单元14可操作地连接到辐射探测器12。控制单元14被配置成从辐射探测器12读取辐射数据。控制单元14可以被配置成获取2D投影图像。所获取的2D图像可以用于根据计算机体层成像的已知原理来重建对象18的例如3D图像。
图2示意性地表示图1中的辐射探测器12的部分横截面图。辐射探测器12包括例如碲化镉(CdTe)晶体的转换元件20和例如读出ASIC衬底的读出衬底24。辐射探测器12还包括支撑衬底22。
转换元件20包括多个像素26-1、26-2、26-3、26-4、26-n。每个像素26-1、26-2、26-3、26-4、26-n也可以用参考数字“26”来指代。像素26均匀地分布在辐射探测器12的至少主要部分上,例如在整个辐射探测器12上。在这个示例中,转换元件20是二维的,即包括像素26的二维阵列。
转换元件20可以由至少一个半导体衬底构成,例如CdTe或碲化镉锌(CdZnTe或CZT)衬底。转换元件20可以包括连续的转换衬底或若干分立的转换部分。
这个示例的转换元件20还包括在这里实现为接触垫的多个电荷收集电极28。每个像素26由电荷收集电极28限定。
当X射线(或其他类型的电离辐射)撞击在转换元件20上时,电子-空穴对响应于所吸收的能量而在转换元件20内产生(因此术语“直接转换”)。在跨转换元件20施加的电场的影响下,这些电子(空穴)转移到相关联的电荷收集电极28。因此,转换元件20被配置成响应于入射辐射产生一个或多个电荷载流子。举例来说,转换元件20可以捕获入射的X射线光子并且将其直接转换为电荷。
读出衬底24包括多个读出电路30-1、30-2、30-3、30-4、30-n。每个读出电路30-1、30-2、30-3、30-4、30-n也可以用参考数字“30”来指代。每个读出电路30包括在这里实现为接触垫的读出电极32。每个读出电路30与像素26相关联。
辐射探测器12还包括多个互连件34。每对的一个像素26和一个读出电路30通过互连件34连接。在图2中,互连件34被例示为电荷收集电极28与相关联的读出电极32之间的焊接凸点。每个读出电极32由此充当到相关联的读出电路30的输入端。然而,其他类型的互连件34也是可以想到的。
每个读出电路30还包括具有特别针对相关联像素26的功能的至少一个电子部件。读出电路30被布置成处理由入射在转换元件20上的辐射产生的信号。
辐射探测器12被配置成在测量帧中重复地检测辐射,其中每个测量帧包括数据采集周期和读出周期。
图3示意性地表示读出衬底24的部分视图。每个读出电路30包括至少一个寄存器(或计数器)。寄存器可以是专用寄存器或计数器。在图3中的示例中,每个读出电路30包括第一寄存器(或第一计数器)36a和第二寄存器(或第二计数器)36b。每个寄存器36a、36b也可以用参考数字“36”表示。然而,可以替代地在每个读出电路30中提供仅一个寄存器36或多于两个寄存器36。每个寄存器36被配置成临时存储与来自相关联像素26的至少一个传入辐射事件的转换后电信号相对应的值。
每个读出电路30被配置成处理输入模拟信号。如图3所示,每个读出电路30包括放大器38、脉冲整形器40和两个比较器42a、42b,一个比较器与一个寄存器36a、36b相关联。放大器38被配置成接收和放大来自相关联像素26的电信号。脉冲整形器40被配置成对来自相关联像素26的电信号的波形进行整形。脉冲整形器40可操作地耦合到每个比较器42a、42b的至少一个输入端。
每个放大器38被配置成接收和放大来自读出电极32的电信号,所述电信号响应于入射的单个x射线事件而产生。因此,每个光子的传入辐射撞击被转换为电信号,所述电信号接着由放大器38放大。
每个读出电路30的脉冲整形器40被配置成对来自转换元件20的电脉冲的波形进行整形。脉冲整形器40可以例如创建带宽受限的半高斯输出脉冲并且可以充当噪声滤波器。每个比较器42a、42b连接到脉冲整形器40。每个比较器42a、42b被配置成将来自脉冲整形器40的电脉冲的峰值,即由转换元件20检测到的X射线光子的能量,与阈值进行比较。
每个比较器42a、42b的输出端连接到相关联寄存器36a、36b。当比较器42a、42b确定转换元件20检测到的X射线光子的能量具有超过在比较器42a、42b中设置的阈值的峰值时,比较器42a、42b输出电脉冲到寄存器36a、36b。两个比较器42a、42b由此被配置成将来自像素26中的一个的表示辐射能的电信号与第一阈值和第二阈值进行比较。
这个示例的每个寄存器36a、36b包括计数器,所述计数器被配置成对超过由相关联比较器42a、42b设置的给定能级的光子脉冲的数目进行计数。每个寄存器36a、36b将对在对应于相关联比较器42a、42b中的给定阈值的能量范围内的光子脉冲的数目进行计数。
在每个数据采集周期期间,寄存器36a、36b对来自比较器42a、42b的电脉冲进行计数。响应于接收到例如来自控制单元14的读出触发,寄存器36a、36b开始对从比较器42输入的电脉冲进行计数。每次产生电脉冲时,寄存器36a、36b使存储的数目递增一。响应于接收到下一个读出触发,寄存器36a、36b读出存储的计数数的数据(计数数据),并且将内部存储器中的计数数的数据重置为初始值(例如0)。
成像设备10还包括阈值设置装置44。在图3中的示例中,阈值设定装置44设置在读出衬底24中。阈值设置装置44被配置成为每个读出电路30中的每个寄存器36a、36b设置阈值。为此,阈值设置设备44包括:第一数模(DA)转换器(DAC)46a,其被布置成设置每个读出电路30的第一比较器42a中的阈值;和第二DA转换器46b,其被布置成设置每个读出电路30的第二比较器42b中的阈值。阈值设置装置44由控制单元14通过信号线48控制。
图3中的每个读出电路30还包括开关50。开关50可以是单刀双掷(SPDT)开关。每个开关50可在第一状态52和第二状态54之间切换。所有开关50的切换由控制单元14通过信号线56控制。
图3还示出信号线58。读出电路30-2通过信号线58从前一读出电路30-1接收串行数据。来自读出电路30-2的数据接着被添加到串行数据并且传递到下一个读出电路30-3,以此类推,直到读出来自最后读出电路30-n的串行数据60。因此,第一读出电路30-a和最后读出电路30-n之间的每个读出电路30包括耦合到下一个读出电路的串行数据输入端的串行数据输出端。
开关50耦合到第二寄存器36b的串行数据输出端和第一寄存器36a的串行数据输入端。开关50还耦合到来自前一读出电路30-1的信号线58。
当开关50处于图示的第二状态54时,来自每个读出电路30的第一寄存器36a和第二寄存器36b两者的数据被添加到串行数据。开关50的第二状态54因此对应于多能量读出模式(在这个示例中为双能量读出模式)。在开关50的第二状态54中,第二寄存器36b耦合到来自最后读出电路30-n的串行数据60的输出。
当开关50处于第一状态52时,只有来自每个读出电路30的第一寄存器36a的数据被添加到串行数据。开关50的第一状态52因此对应于单能量读出模式。通过开关50,每个读出电路30被配置成选择性地绕过读出电路30的至少一个寄存器36b。在开关50的第一状态52中,第二寄存器36b从来自最后读出电路30-n的串行数据60的输出解耦。开关50处于第一状态52的持续时间可以比第二状态54长至少50%,例如长至少100%。
图4示意性地表示读出衬底24的替代示例的部分视图。将描述相对于图3的主要差异。在图4中的示例中,每个读出电路30包括第一寄存器(或第一计数器)36a、第二寄存器(或第二计数器)36b和第三寄存器(或第三计数器)36c。此外,每个读出电路30包括放大器38、脉冲整形器40和三个比较器42a、42b、42c,一个比较器与一个寄存器36a、36b、36c相关联。
在图4中,每个比较器42a、42b、42c都连接到脉冲整形器40。每个比较器42a、42b、42c被配置成将来自脉冲整形器40的电脉冲的峰值,即由转换元件20检测到的X射线光子的能量,与阈值进行比较。三个比较器42a、42b、42c由此被配置成将来自相关联像素26的表示辐射能的电信号与第一阈值、第二阈值和第三阈值进行比较。第三寄存器36c被配置成存储指示来自相关联像素26的超过第三阈值的电信号的高能数据,所述高能数据表示超过第二高能级的辐射能。第三寄存器36c串联耦合到第二寄存器36b。
每个比较器42a、42b、42c的输出端连接到相关联寄存器36a、36b、36c。当比较器42a、42b 42c确定转换元件20检测到的X射线光子的能量具有超过在比较器42a、42b、42c中设置的阈值的峰值时,比较器42a、42b、42c输出电脉冲到寄存器36a、36b、36c。
图4中的示例的阈值设置装置44被配置成为每个读出电路30中的每个寄存器36a、36b、36c设置阈值。为此,阈值设置设备44包括:第一DAC 46a,其被布置成设置每个读出电路30的第一比较器42a中的第一阈值;第二DAC 46b,其被布置成设置每个读出电路30的第二比较器42b中的第二阈值;和第三DAC 46c,其被布置成设置每个读出电路30的第三比较器42b中的第三阈值。
当图4中的开关50处于图示的第二状态54时,来自每个读出电路30的第一寄存器36a、第二寄存器36b和第三寄存器36c的数据被添加到串行数据。开关50的第二状态54因此对应于多能量读出模式(在这个示例中为三能级读出模式)。当开关50处于第一状态52时,只有来自每个读出电路30的第一寄存器36a的数据被添加到串行数据。开关50的第一状态52因此对应于单能量读出模式。通过开关50,每个读出电路30被配置成选择性地绕过读出电路30的第二寄存器36b和第三寄存器36c。
尽管图4图示每个读出电路30中的三个寄存器36a、36b、36c和比较器42a、42b、42c和阈值设置装置44中的三个DAC 46a、42b、42c,但是在替代示例中,可以使用附加寄存器(表示为省略号)和附加比较器(表示为省略号)和附加DAC(表示为省略号)。附加寄存器可以耦合在寄存器36b和寄存器36c之间,并且附加比较器可以耦合到附加寄存器,类似于寄存器36b和36c分别到比较器42b和42c的耦合。类似于DAC 42b和42c到比较器42b和42c的耦合,附加DAC可以耦合到附加比较器。类似于DAC 42b和42c,附加DAC也可以耦合到信号线48。
附加寄存器、附加比较器和附加DAC可以用于在每个高能读出周期期间读出具有多个不同阈值的多个高能级。举例来说,利用附加寄存器、附加比较器和附加DAC,可以在每个高能读出周期期间读出具有四个不同阈值的四个高能级。
图5以图形方式表示读出辐射探测器12中的数据的方法的时序图的一个示例。图5是其中纵坐标示出能量E且横坐标示出时间t的图。图5示出多个低能读出周期62和多个高能读出周期64。在图5中,每三个读出周期有一个高能读出周期64。然而,任何“n”读出周期可以是高能读出周期64,其中“n”是正整数。在图5中,在每对最相邻的高能读出周期64之间提供两个低能读出周期62。每个读出周期62、64在数据采集周期66之后。每一对的数据采集周期66和随后的读出周期62、64构成一个测量帧。
在图5中的示例中,在读出周期(死时间)期间不执行数据采集。尽管读出周期62、64被图示为具有与数据采集周期66相同的宽度,但是数据采集周期66通常比读出周期62、64长得多,例如十倍长。数据采集周期66可以短于10ms,例如短于5ms,例如短于1ms,例如短于0.5ms。读出周期62、64可以短于5ms,例如短于1ms,例如短于0.5ms,例如短于0.1ms。
低能级68通过第一阈值设置并且高能级70通过第二阈值设置。第一和第二阈值可以分别由第一比较器42a和第二比较器42b设置(见图3)。根据一个非限制性示例,低能级68可以是6keV,而高能级70可以是35keV。第一寄存器36a被配置成存储指示来自相关联像素26的超过第一阈值的电信号的低能数据,所述低能数据表示超过低能级68的辐射能。第二寄存器36b被配置成存储指示来自相关联像素26的超过第二阈值的电信号的高能数据,所述高能数据表示超过高能级70的辐射能。寄存器36a、36b还被配置成读出低能数据和高能数据。
在每个数据采集周期66期间,将指示像素26检测到的辐射的数据存储在与像素26相关联的读出电路30的寄存器36a、36b中。在每个读出周期62、64期间,从每个读出电路30的一个或多个寄存器36a、36b读出数据。在每个低能读出周期62期间,从每个第一寄存器36a仅读出指示超过低能级68的辐射能的数据。在每个高能读出周期64期间,读出指示超过高能级70的辐射能的数据。在图5中的示例中,在每个高能读出周期64期间,从第一寄存器36a读出指示超过低能级68的辐射能的数据,并且从第二寄存器36b读出指示超过高能级70的辐射能的数据。因此,在图5中,高能读出周期64构成多能量读出周期。
提供低能读出周期62使得能够减少读出的数据量,在低能读出周期期间,仅读出指示超过低能级68的辐射能的数据。另外,可以缩短低能读出周期62并且因此可以使扫描更快。由于提供高能读出周期64,因此仍能够实现高质量的多能量成像(图5中的双能量成像)。
图6以图形方式表示读出辐射探测器12中的数据的方法的时序图的另一个示例。将描述相对于图5的主要差异。在图6中,每四个读出周期有一个高能读出周期64。
在图6中,使用低能级68、高于低能级68的第一高能级70a和高于第一高能级70a的第二高能级70b。每个高能级也可以用参考数字“70”来指代。为了实行图6中的方法,每个读出电路30包括具有相应阈值的三个寄存器36,如图4所示。
在每个低能读出周期62中,读出指示超过低能级68的辐射能的数据。在每个高能读出周期64中,读出指示超过低能级68的辐射能的数据、指示超过第一高能级70a的辐射能的数据和指示超过第二高能级70b的辐射能的数据。
图7以图形方式表示读出辐射探测器12中的数据的方法的时序图的另一个示例。将描述相对于图6的主要差异。在图7中,每五个读出周期有一个高能读出周期64。
在图7中,在每个低能读出周期62期间,读出指示超过低能级68的辐射能的数据。然而,在每个高能读出周期64期间,不读出指示超过低能级68的辐射能的数据。而是,在每个高能读出周期64期间,读出指示超过第一高能级70a的辐射能的数据和指示超过第二高能级70b的辐射能的数据。例如通过图3所示的读出衬底24,图7中的方法可以在每个读出电路30中有两个寄存器36的情况下来实行,一个寄存器具有静态阈值(例如针对第二高能级70b)而一个寄存器具有可变阈值(例如针对低能级68和第一高能级70a)。
图8以图形方式表示读出辐射探测器12中的数据的方法的时序图的另一个示例。将描述相对于图5到图7的主要差异。在图8中,每三个读出周期有一个高能读出周期64。
图8中的方法还采用高于第二高能级70b的第三高能级70c。图8中的方法可以在根据图3的每个读出电路30中仅两个寄存器36的情况下来实行,一个寄存器36具有限定低能级68的静态第一阈值,而一个寄存器36具有交替地限定第一高能级70a、第二高能级70b和第三高能级70c的可变第二阈值。在这种情况下,DAC 46b可以在一个或多个读出周期中将第二阈值可变地设置为不同值。同样在图8中,每个高能读出周期64是多能量读出周期。
图9以图形方式表示读出辐射探测器12中的数据的方法的时序图的另一个示例。将描述相对于图5到图8的主要差异。图9中的方法采用低能级68和高于低能级68的高能级70。然而,每个低能读出周期62和每个高能读出周期64是单能量读出周期。因此,图9中的方法可以在每个读出电路30中仅一个单个寄存器36的情况下来实行。寄存器36中的阈值在低能读出周期62的低能级68和高能读出周期64的高能级70之间改变。开关50保持在第一状态52,因此只有来自每个读出电路30的第一寄存器36a的数据被添加到串行数据,如图3和图4所示。
图10以图形方式表示读出辐射探测器12中的数据的方法的时序图的另一个示例。将描述相对于图5的主要差异。在图10中的示例中,每个数据采集周期66在紧接在前的测量帧的读出周期62、64结束之前开始。更具体地,每个数据采集周期66与紧接在前的测量帧的读出周期62、64的开始同时开始。因此,数据采集周期66和读出周期62、64部分重叠。每个读出周期62、64仍然跟随在前的数据采集周期66。
虽然已经参考示例性实施方案描述了本公开,但将了解,本发明不限于已经在上文描述的内容。举例来说,将了解,零件的尺寸在需要时可改变。因此,期望本发明可仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (15)

1.一种读出辐射探测器(12)中的数据的方法,其中所述辐射探测器(12)包括多个像素(26)和与所述像素(26)相关联的多个读出电路(30),并且其中每个读出电路(30)包括至少一个寄存器(36),所述方法包括:
-每当在多个数据采集周期(66)期间,通过所述像素(26)来检测辐射并且将指示所述辐射的数据存储在每个读出电路(30)的所述至少一个寄存器(36)中的一个或多个寄存器中;以及
-每当在多个读出周期(62、64)期间,从每个读出电路(30)的所述至少一个寄存器(36)中的一个或多个寄存器读出数据,每个读出周期(62、64)在数据采集周期(66)之后,并且每个读出周期(62、64)是低能读出周期(62)或高能读出周期(64);
其中在每个低能读出周期(62)期间,仅从每个读出电路(30)的单个寄存器(36)读出指示超过低能级(68)的辐射能的数据;并且
其中在每个高能读出周期(64)期间,读出指示超过高于所述低能级(68)的高能级(70)的辐射能的数据。
2.根据权利要求2所述的方法,其中在每个高能读出周期(64)期间,从每个读出电路(30)的第一寄存器(36a)读出指示超过所述低能级(68)的辐射能的数据和从每个读出电路(30)的至少一个第二寄存器(36b)读出指示超过高于所述低能级(68)的至少一个高能级(70)的辐射能的数据。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述低能级(68)由第一阈值限定并且所述至少一个高能级(70)由高于所述第一阈值的至少一个第二阈值限定。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述至少一个第二阈值中的一个或多个是可变的并且在所述高能读出周期(64)中的一个或多个中被设置为不同值。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述低能级(68)和所述高能级(70)中的每一个由可变阈值限定,并且其中在每个低能读出周期(62)期间和在每个高能读出周期(64)期间,仅从每个读出电路(30)的单个寄存器(36)读出数据。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中:
-在第一高能读出周期(64)和所述第一高能读出周期(64)之后的下一个高能读出周期(64)之间提供多个低能读出周期(62);或
-每个读出周期(62、64)至少部分地与下一个数据采集周期(66)重叠。
7.一种辐射探测器(12),所述辐射探测器被配置成执行前述权利要求中任一项所述的方法。
8.一种辐射探测器(12),所述辐射探测器包括:
-多个像素(26),所述多个像素被配置成检测辐射能;以及
-与所述像素(26)相关联的多个读出电路(30),并且每个读出电路(30)包括:
-至少一个比较器(42),所述至少一个比较器被配置成将来自所述像素(26)中的一个的表示所述辐射能的电信号与包括第一阈值和第二阈值的至少两个阈值进行比较;以及
-至少一个寄存器(36),所述至少一个寄存器被配置成存储指示来自所述像素(26)中的一个的超过所述第一阈值的电信号的低能数据,所述低能数据表示超过低能级(68)的辐射能,并且存储指示来自所述像素(26)中的一个的超过所述第二阈值的电信号的高能数据,所述高能数据表示超过高能级(70)的辐射能,并且所述至少一个寄存器(36)被配置成读出所述低能数据和所述高能数据。
9.根据权利要求8所述的辐射探测器(12),其中所述至少一个比较器(42)包括:
-第一比较器(42a),所述第一比较器被配置成将来自所述像素(26)中的一个的所述电信号与所述第一阈值进行比较;以及
-第二比较器(42b),所述第二比较器被配置成将来自所述像素(26)中的一个的所述电信号与所述第二阈值进行比较;并且其中所述至少一个寄存器(36)包括:
-第一寄存器(36a),所述第一寄存器被配置成存储指示来自所述像素(26)中的一个的超过所述第一阈值的所述电信号的低能数据;以及
-第二寄存器(36b),所述第二寄存器被配置成存储指示来自所述像素(26)中的一个的超过所述第二阈值的所述电信号的高能数据,所述高能数据表示超过高能级(70、70a、70b或70c)的辐射能。
10.根据权利要求9所述的辐射探测器(12),其中所述至少一个比较器(42)包括:
-第三比较器(42c),所述第三比较器被配置成将来自所述像素(26)中的一个的所述电信号与第三阈值进行比较;并且其中所述至少一个寄存器(36)包括:
-第三寄存器(36c),所述第三寄存器被配置成存储指示来自所述像素(26)中的一个的超过所述第三阈值的电信号的高能数据,所述高能数据表示超过第二高能级(70b)的辐射能,并且所述第三寄存器(36c)串联耦合到所述第二寄存器(36b)。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的辐射探测器(12),其中每个读出电路(30)还包括:
-放大器(38),所述放大器被配置成接收和放大来自所述像素(26)中的一个的所述电信号,以及
-脉冲整形器(40),所述脉冲整形器被配置成对来自所述像素(26)中的一个的所述电信号的波形进行整形,并且所述脉冲整形器可操作地耦合到所述至少一个比较器(42)的至少一个输入端。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的辐射探测器(12),所述辐射探测器还包括:
-阈值设置装置(44),所述阈值设置装置被配置成为每个读出电路(30)设置所述至少两个阈值,并且可选地,所述阈值设置装置(44)包括被配置成设置所述第一阈值或所述第二阈值的至少一个数模转换器(DAC)(46)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的辐射探测器(12),其中每个读出电路(30)包括开关(50),所述开关能够在将所述第二寄存器(36b)与串行输出端解耦的第一状态(52)和将所述第二寄存器(36b)耦合到所述串行输出端的第二状态(54)之间切换,其中所述开关(50)耦合到所述第二寄存器(36b)的串行数据输出端和所述第一寄存器(36a)的串行数据输入端。
14.根据权利要求13所述的辐射探测器(12),其中:
-所述开关(50)是单刀双掷(SPDT)开关;或者
-所述开关(50)处于所述第一状态(52)的持续时间至少比第二状态(54)长50%;或者
-第一读出电路和最后读出电路之间的每个读出电路(30)包括耦合到下一个读出电路的串行数据输入端的串行数据输出端;或者
-所述至少一个DAC(46)在一个或多个读出周期(62、64)中将所述第二阈值可变地设置为不同值;或者
-所述像素(26)中的一个包括包含碲化镉(CdTe)的转换元件(20);或者
-所述高能级(70、70a、70b或70c)高于所述低能级(68)。
15.一种成像设备(10),所述成像设备包括:
-权利要求7至14中任一项所述的辐射探测器(12);以及
-控制单元(14),所述控制单元可操作地连接到所述辐射探测器(12)并且被配置成从所述辐射探测器(12)读取辐射数据。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024018860A1 (ja) * 2022-07-20 2024-01-25 浜松ホトニクス株式会社 放射線検出器、集積回路、及び放射線検出方法

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6248990B1 (en) * 1996-10-15 2001-06-19 Simage Oy Radiation imaging device with an array of image cells
US20040000630A1 (en) * 1995-05-31 2004-01-01 Spartiotis Konstantinos E. Radiation imaging system, device and method for scan imaging
CN1499834A (zh) * 2002-11-12 2004-05-26 ������������ʽ���� 图像读取装置及图像读取方法
WO2005008286A2 (en) * 2003-07-12 2005-01-27 Radiation Watch Limited Ionising radiation detector
JP2006101926A (ja) * 2004-09-30 2006-04-20 M & C:Kk 放射線検出装置、放射線画像診断装置、及び放射線画像の生成方法
CN101545978A (zh) * 2008-03-25 2009-09-30 三星电子株式会社 驱动x射线检测器的方法及使用该方法的x射线检测器
US20120280131A1 (en) * 2011-05-04 2012-11-08 Oy Ajat Ltd. Photon/energy identifying x-ray and gamma ray imaging device ("pid") with a two dimensional array of pixels and system therefrom
US20130240712A1 (en) * 2012-03-16 2013-09-19 Canon Kabushiki Kaisha Radiation imaging apparatus and imaging system
CN103860184A (zh) * 2012-12-11 2014-06-18 三星电子株式会社 光子计数探测器及读出电路
CN104220899A (zh) * 2012-03-27 2014-12-17 皇家飞利浦有限公司 利用具有光子计数探测器的成像系统的常规成像
CN104622489A (zh) * 2013-11-12 2015-05-20 佳能株式会社 放射线检测系统和放射线成像装置
KR20160006918A (ko) * 2014-07-10 2016-01-20 한국과학기술원 지연 신호를 이용한 방사선 계수 방법 및 이를 이용한 방사선 판독 회로
WO2016034976A1 (en) * 2014-09-02 2016-03-10 Koninklijke Philips N.V. Window-based spectrum measurement in a spectral ct detector
US20160259067A1 (en) * 2015-03-04 2016-09-08 Rapiscan Systems, Inc. Multiple Energy Detector
US20160370475A1 (en) * 2014-03-24 2016-12-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Radiation measuring apparatus, computer program product, and radiation computed tomography apparatus
CN108139494A (zh) * 2015-10-20 2018-06-08 皇家飞利浦有限公司 用于直接转换x射线检测器的极化校正

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9943279B2 (en) 2014-10-21 2018-04-17 General Electric Company Methods and systems for task-based data generation and weighting for CT spectral imaging

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040000630A1 (en) * 1995-05-31 2004-01-01 Spartiotis Konstantinos E. Radiation imaging system, device and method for scan imaging
US6248990B1 (en) * 1996-10-15 2001-06-19 Simage Oy Radiation imaging device with an array of image cells
CN1499834A (zh) * 2002-11-12 2004-05-26 ������������ʽ���� 图像读取装置及图像读取方法
WO2005008286A2 (en) * 2003-07-12 2005-01-27 Radiation Watch Limited Ionising radiation detector
JP2006101926A (ja) * 2004-09-30 2006-04-20 M & C:Kk 放射線検出装置、放射線画像診断装置、及び放射線画像の生成方法
CN101545978A (zh) * 2008-03-25 2009-09-30 三星电子株式会社 驱动x射线检测器的方法及使用该方法的x射线检测器
US20120280131A1 (en) * 2011-05-04 2012-11-08 Oy Ajat Ltd. Photon/energy identifying x-ray and gamma ray imaging device ("pid") with a two dimensional array of pixels and system therefrom
US20130240712A1 (en) * 2012-03-16 2013-09-19 Canon Kabushiki Kaisha Radiation imaging apparatus and imaging system
CN104220899A (zh) * 2012-03-27 2014-12-17 皇家飞利浦有限公司 利用具有光子计数探测器的成像系统的常规成像
CN103860184A (zh) * 2012-12-11 2014-06-18 三星电子株式会社 光子计数探测器及读出电路
CN104622489A (zh) * 2013-11-12 2015-05-20 佳能株式会社 放射线检测系统和放射线成像装置
US20160370475A1 (en) * 2014-03-24 2016-12-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Radiation measuring apparatus, computer program product, and radiation computed tomography apparatus
KR20160006918A (ko) * 2014-07-10 2016-01-20 한국과학기술원 지연 신호를 이용한 방사선 계수 방법 및 이를 이용한 방사선 판독 회로
WO2016034976A1 (en) * 2014-09-02 2016-03-10 Koninklijke Philips N.V. Window-based spectrum measurement in a spectral ct detector
US20160259067A1 (en) * 2015-03-04 2016-09-08 Rapiscan Systems, Inc. Multiple Energy Detector
CN108139494A (zh) * 2015-10-20 2018-06-08 皇家飞利浦有限公司 用于直接转换x射线检测器的极化校正

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