CN116507283A - 用于光子计数计算机断层扫描的δ调制基线恢复 - Google Patents

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Abstract

一个实施例是用于无图计数计算机断层扫描(“PCCT”)信号链的基线恢复(“BLR”)电路，该BLR电路包括：比较器，用于将从PCCT信号链的整形器组件输出的整形器电压与基线电压进行比较，该比较器输出指示整形器电压是高于还是低于基线电压的单个位；低通滤波器，所述低通滤波器被连接以对从所述比较器输出的电压信号进行滤波；以及跨导器，所述跨导器被连接以接收从所述低通滤波器输出的滤波的电压信号，将所述滤波的电压信号转换为电流信号，并且将所述电流信号反馈到所述PCCT信号链的输入。

Description

用于光子计数计算机断层扫描的Δ调制基线恢复
相关申请
本公开要求于2020年9月18日提交的题为“用于光子计数计算断层扫描的Δ调制基线恢复”的第63/080315号美国临时专利申请的优先权，该申请的公开内容通过引用整体并入。
技术领域
本公开一般涉及光子计数计算机断层扫描(PCCT)领域，更具体地，涉及用于PCCT的Δ调制基线恢复(BLR)技术。
附图说明
为了提供对本公开及其特征和优点的更完整的理解，结合附图参考以下描述，其中相同的附图标记表示相同的部分，其中：
图1是根据本文所述的某些实施例的特征的包括线性BLR电路的典型PCCT信号链的示意框图；
图2是示出根据本文所述的某些实施例的特征启用线性BLR的图1的PCCT信号链的示例计数曲线的曲线图；
图3是示出根据本文所述的某些实施例的特征的图1的PCCT的线性BLR的示例下冲效应的曲线图；
图4是示出根据本文所述的某些实施例的特征的具有不同峰值高度的理想化整形器电压的曲线图；
图5是示出根据本文所述的某些实施例的特征的在施加线性BLR之后具有不同峰值高度的理想化整形器电压的曲线图；
图6是示出根据本文所述的某些实施例的特征的线性和转换速率受限的BLR方法的波形的曲线图；
图7是示出根据本文所述的某些实施例的特征实现转换速率受限BLR的PCCT信号链的示例计数曲线的图；
图8是示出根据本文所述的某些实施例的特征的Δ脉宽调制器的操作原理的曲线图；
图9是根据本文所述的某些实施例的特征的包括Δ调制BLR电路的PCCT信号链的示意框图；
图10是示出根据本文所述的某些实施例的特征的图9的Δ调制的BLR的内部波形的曲线图；
图11是示出根据本文所述的某些实施例的特征启用非线性BLR的图9的PCCT信号链的示例计数曲线的曲线图；
图12A是根据本文所述的某些实施例的特征的采用时钟时间常数减小和斩波器稳定的Δ调制BLR电路的示意框图；
图12B示出了根据本文所述的某些实施例的特征的图12A的Δ调制BLR电路的关键波形的时序图；
图13A示出了根据本文描述的实施例的特征的包括自动归零能力的Δ调制BLR电路的示意框图；
图13B示出了根据本文所述的某些实施例的特征的图13A的Δ调制BLR电路的关键波形的时序图；
图14A示出了根据本文描述的实施例的特征的包括斩波器稳定的Δ调制BLR电路的示意框图。
图14B示出了根据本文所述的某些实施例的特征的图14A的Δ调制BLR电路的关键波形的时序图；
图15是根据本文所述的某些实施例的特征的PCCT扫描系统的简化图示；和
图16是根据本文所述的某些实施例的特征的可用于实现光子计数CT扫描系统的全部或部分的计算机系统的框图。
具体实施方式
就本公开而言，短语“A和/或B”是指(A)、(B)或(A和B)。就本公开而言，短语“A、B和/或C”是指(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B、和C)。当涉及测量范围时，术语“介于”包括测量范围的末端。此处使用的符号“A/B/C”是指(A)、(B)和/或(C)。
本说明书使用短语“在实施例中”或“在实施方案中”，它们可以各自指代相同或不同的实施方案中的一个或多个。此外，关于本公开的实施例使用的术语“包括”、“包括”和“具有”等是同义的。本公开可以使用基于视角的描述，例如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”和“侧面”；这样的描述用于促进讨论，而不是旨在限制所公开的实施例的应用。附图不一定按比例绘制。除非另有规定，否则使用序数形容词“第一”、“第二”和“第三”等来描述一个共同的对象，只表明引用了相似对象的不同实例，并不意味着所描述的对象必须在时间、空间、排名或任何其他方式上按给定的顺序排列。
在下面的详细描述中，参考构成本文一部分的附图，并且在附图中以图解的方式示出了可以实践的实施例。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义。
以下公开描述了用于实现本公开的特征和功能的各种说明性实施例和示例。尽管以下结合各种示例性实施例描述了特定的组件、布置和/或特征，但这些仅仅是用于简化本公开的示例，并不旨在进行限制。当然，应该理解，在任何实际实施例的开发中，必须做出许多特定于实现的决策，以实现开发人员的特定目标，包括遵守系统、业务和/或法律约束，这些约束可能因实施方式而异。此外，应该意识到，尽管这种开发工作可能复杂而耗时；然而，对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说，这将是一项常规任务。
在说明书中，可以参考附图中所示的各种部件之间的空间关系以及部件的各个方面的空间定向。然而，如本领域技术人员在完全阅读本公开之后将认识到的，本文所述的装置、组件、构件、装置等可以定位在任何期望的方向上。因此，使用诸如“以上”、“以下”、“上部”、“下部”、“顶部”、“底部”之类的术语或其他类似术语来描述各种组件之间的空间关系或描述这些组件的各方面的空间取向，应被理解为描述这些组件之间的相对关系或这些组件的各个方面的空间定向，因为本文所描述的组件可以在任何期望的方向上定向。当用于描述元件、操作和/或条件的尺寸范围或其他特性(例如，时间、压力、温度、长度、宽度等)时，短语“X和Y之间”表示包括X和Y的范围。
此外，本公开可以重复各种示例中的参考数字和/或字母。这种重复是出于简单和清晰的目的，并且其本身并不规定所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。现在将更具体地参考附图来描述可用于实现本公开的特征和功能的示例实施例。
在传统的计算机断层扫描(CT)扫描系统中，X射线由X射线源产生，穿过感兴趣的物体，并由准直器转换为由实现为光电二极管阵列的检测器捕获的光。光电二极管阵列将光转换为模拟电信号，并使用模数(A/D)转换器将其转换为数字信号。从A/D转换器输出的数字信号用于产生称为CT扫描的灰度图像。
光子计数CT(PCCT)成像是一种相对较新的技术，与如上所述的现有CT成像技术相比，它可以提供显著的优势和改进。光子计数CT系统采用包括半导体层的光子计数检测器(PCD)，用于实现记录单个光子与PCD的相互作用的检测器像素阵列。通过跟踪每次相互作用的沉积能量，PCD的探测器像素记录近似的能谱以及光子的强度，使得光子计数CT是一种光谱或能量分辨的CT技术。相反，传统的CT扫描仪使用能量积分检测器(EID)，其中记录来自一个或多个光子的总能量以及在固定时间段内沉积在像素中的电子噪声。因此，EID只记录光子强度，类似于黑白摄影。相比之下，PCD记录光子强度和光谱信息，类似于彩色摄影。
光子计数CT成像将上述三步过程转变为通过包括PCD的半导体层从X射线到电荷的更流线型的直接转换。特别地，用于实现PCD的半导体材料有效地将每个X射线光子转变为与X射线的能量成比例的电荷突发。这项技术的好处包括提高了信噪比，减少了患者的X射线剂量，这是由于相同X射线剂量可以实现更高的分辨率，提高了空间分辨率，并且通过使用几个“能量仓(energy bin)”，能够区分多种造影剂和多种类型的材料/组织。
当光子在PCD中相互作用时，产生的电脉冲的高度与光子的能量大致成比例。通过将像素中产生的每个脉冲与合适的低能量阈值进行比较，可以滤除低能量事件(由光子相互作用和电子噪声产生)的贡献。因此，与EID相比，PCD具有更高的信噪比和对比度噪声比，从而能够在相同X射线曝光水平下提高图像质量，或者在相同图像质量下降低患者X射线剂量。
引入高于低能量阈值的更多能量阈值使得PCD能够被划分为几个离散的能量仓。每个注册的光子根据其能量被分配到特定的仓，使得每个像素测量入射X射线光谱的直方图。与在传统CT扫描中获得的估计平均线性衰减系数相比，该光谱信息能够定性地确定重建CT图像中每个像素的材料成分。此外，使用两个以上的能量仓能够区分致密骨骼和钙化与通常用作造影剂的较重元素，从而减少了在造影剂注射之前对参考扫描的需要，从而进一步减少了患者所受的X射线剂量。
图1是用于PCCT系统100的示例信号处理架构的示意性框图。系统100包括光子计数检测器(PCD)，光子计数检测器包括多个检测器像素，在图1中由检测器像素101表示。来自传感器104的正向信号路径102包括电荷敏感放大器(CSA)106和脉冲整形器(PS)108，随后是计数电路109，计数电路109包括一组N个鉴别器110和计数器112。在操作中，撞击在传感器104上的X射线导致电流脉冲(或电荷包)被注入到正向信号路径102，正向信号路径将它们转换为鉴别器110的输入处的电压脉冲。特别地，电流脉冲在作为电压脉冲输出到鉴别器110之前由CSA106放大并由PS 108整形。鉴别器110根据电流脉冲的能量对电流脉冲进行量化，这些量化的脉冲依次由计数器112计数。在某些实施例中，N个鉴别器(或比较器)110分别将脉冲与N个增加的电压阈值进行比较。这组鉴别器110以“温度计代码”创建脉冲数字输出。计数器112可以在每个级别或阈值对脉冲进行计数，得到的计数值表示在N个阈值中的每个阈值发生了多少次X射线照射。将认识到，阈值被设置为与对应于不同能量光子的不同电压相匹配。
将认识到，传感器102包括缓慢变化的漏电流的重要分量。如果不进行补偿，该泄漏电流将通过正向信号链，并在鉴别器110的输入处产生偏移，从而使测量的频谱失真。为了抵消这种影响，在系统100中提供了基线恢复器(BLR)114。BLR 114在CSA106和PS 108周围创建缓慢的负反馈回路，该负反馈回路通过在CSA106输入处注入缓慢变化的电流将PS输出的长期值调节到某个期望的电压。该BLR电路114使用以期望的基线电压Vbl为基准的初始线性电压增益级116。电压增益级116之后是低通滤波器118，最后是跨导器120。如果用线性电路实现，则BLR 114将调节平均整形器输出电压(shapper_out)。如果通量率较低，意味着由于X射线通量引起的输入信号电流与泄漏电流相比较小，这相当于调节整形器108输出的基线电压。
相反，如果通量率很高，这意味着由于X射线通量引起的输入信号电流与泄漏电流相比是显著的，则可能会出现通常被称为“下冲”的问题。特别地，响应于高通量率条件，BLR114将成功地消除泄漏电流；然而，由于平均刺激电流Istim将包括来自输入信号电流的显著贡献这一事实，整形器输出电压的基线将显著小于基线电压(Vbl)。BLR电路114没有办法区分漏电流和输入信号电流，因此它有效地消除了两者。所得的测量光谱包括向较低能量的偏移，因为每个充电脉冲(如果可以与其他脉冲区分的话)都是从较低的基线开始的。
下冲的影响可以在图2中观察到，图2示出了图示每个仓的实际生成事件(即，“能量地面实况”或“EGT”)相对于PCCT数据的示例帧的五个计数器仓中的每一个的计数器输出的图。如图2所示的示例中所示，波形200A和200B分别对应于仓0的EGT和计数器输出。波形202A和202B分别对应于仓1的EGT和计数器输出。波形204A和204B分别对应于仓2的EGT和计数器输出。波形206A和206B分别对应于仓3的EGT和计数器输出。单个波形208对应于仓4的EGT和计数器输出。波形210A和210B分别对应于所有仓的总EGT和计数器输出。在仓0和1中可以观察到相对于地面实况大约每秒10-20兆计数(Mcps)的计数增加，这用作下冲导致在较低能量仓中错误计算较高能量事件的证据。
通常，BLR在消除漏电流方面足够有效，使得50nA漏电流的计数结果和0nA漏流的计数结果之间的差异可以忽略不计，下冲效应在两种情况下实际上是相同的。
下表1说明了BLR在消除漏电流以及下冲问题方面的有效性。表1中的每一列表示从零通量阶跃变化后，在不同的延迟时间(μs)下，在高通量(30Mcps)下的单个帧的模拟。换言之，每列有效地表示叠加在从接近零到30nA的不同漏电流上的相同X射线序列。表1中各列之间的变化最小，表明漏电流消除是成功的。如果没有BLR，计数将大幅向更高的仓位转移，并增加延迟；然而，可以观察到，由于过冲效应，在所有列中都存在朝向较低仓的显著频谱偏移。
表1
现在参考图3，其中所示的波形示出了证明BLR下冲效应的另一个实验的结果。特别地，图3中所示的波形是利用10Mcps、50千电子伏(keV)周期性色调与变化通量率下的真实光谱的叠加进行的一系列示例模拟的结果。使用阈值扫描来捕获输出频谱。频谱通量保持在低水平，以使色调在输出频谱中清晰可见。
波形300A表示BLR关闭时1nA通量下的观测色调。相比之下，波形300B表示BLR打开时1nA通量下的观察色调。从波形300A和300B的视觉比较可以明显看出，在1nA流量下，无论BLR打开(波形300B)还是关闭(波形300A)，频谱中都没有可观察到的差异。波形302A表示在BLR关闭的情况下在10nA通量下观察到的色调。相比之下，波形302B表示在BLR-打开的情况下10nA通量的观察到的色调。从波形302A和302B的视觉比较中可以明显看出，当BLR打开时，观察到的色调发生向较低能量的偏移。在BLR关闭的情况下，观测到的色调在10nA通量下不会偏移。波形304A表示在BLR打开的情况下10nA通量和50nA漏电流下的观测到的色调。相比之下，波形304B表示在10nA通量和50nA漏电流下观察到的色调，并与波形302B一致。如图3中波形304A和304B的比较所示，一旦施加漏电流，观察到的色调的能谱随着BLR的关闭而显著地变高，而在BLR的打开时保持在相同的能级。这一结果总结在下面的表2中。
0nA泄露 50nA泄露
BLR关 47keV 73keV
BLR开 41keV 41keV
表2
尽管下冲是不可取的，但使用BLR来消除泄漏电流的好处大大超过了成本。下冲效应是对通量变化的响应，通量变化是确定性的。在后处理中有机会对此进行纠正。即使通量保持不变，漏电流也可以在许多帧内变化。此外，漏电流可能因像素而异，或者随着传感器的老化或温度而变化。因此，消除漏电流比避免下冲效应重要得多。因此，希望使用BLR回路，并且BLR回路必须具有足够的回路增益以抵消大部分泄漏电流。
可以证明，下冲在线性BLR电路中是不可避免的，但非线性反馈可以用来在一定程度上改善下冲。考虑图4中所示的理想化示例，其示出了对于具有相同基线电压和时序但不同峰值能量的两个事件(分别为情况1和情况2)的没有BLR的整形器电压。如果应用线性BLR方法试图将基线电压恢复到零，则获得图5所示的整形器电压。情况2的下冲比情况1差得多，因为事件对平均值的贡献更大；然而，BLR电路可以简单地截断情况2中的事件，使其看起来像情况1。这表明非线性增益函数可以有效地减少下冲。
根据现有技术实施例的特征，BLR电路可以包括抑制反馈对大的正脉冲作出响应的转换速率限制器。这种方法可以减少下冲。转换速率受限的BLR电路可以通过简单地修改线性BLR以在初始增益级的输出上包括限制器来实现。图6示出了具有18.75Mcps的刺激通量的示例转换速率受限BLR的操作。波形600A和600B(<blr>v(e0_pout)和-l:<blr>v(e0_pout)分别对应于采用非转换速率限制BLR的电路和采用转换速率限制的BLR的回路中的初始电压增益级的输出。在表示转换速率受限变体(-l:<blr>v(e0_pout))的波形600B中，充电事件被截断为0.2V。波形602A和602B((<blr>v(filt)and-l:<blr>v(filt))分别表示在采用非转换速率受限BLR的电路和采用转换速率受限的BLR的线路中积分器之后的内部电压。波形604A和604B(v(shaper_out)和-l:v(shaper_out))分别表示采用非转换速率受限BLR的电路和采用转换速率受限的BLR的线路中的整形器电压。如图6所示，下冲通过BLR的转换速率限制版本而减少。可以证明，对泄漏电流的响应等效于线性BLR。
图7示出了针对使用转换速率受限的BLR的图2的PCCT数据的相同示例帧，说明每个仓的实际生成事件(即，“能量地面实况”或“EGT”)相对于五个计数器仓中的每一个的计数器输出的曲线图。如图7所示的示例中所示，波形700A和700B分别对应于仓0的EGT和计数器输出。波形702A和702B分别对应于仓1的EGT和计数器输出。波形704A和704B分别对应于仓2的EGT和计数器输出。波形706A和706B分别对应于仓3的EGT和计数器输出。单个波形708对应于仓4的EGT和计数器输出。波形710A和710B分别对应于所有仓的总EGT和计数器输出。如图7所示的曲线图与图2所示曲线图的比较所证明的，由转换速率受限的BLR实现的下冲的减少改善了计数曲线与地面实况的对应性；然而，在仓0和1中仍然可以观察到计数相对于基本事实的显著增加。
从上面参考转换速率受限的BLR描述的示例中显而易见的是，限制反馈的范围可以提供对信号电流的一些抑制。因此，在积分器之前具有无限增益但范围有限的反馈回路将等效于用比较器加一位DAC代替初始增益级。Δ脉宽调制器(ΔPWM)或简单的Δ调制器产生跟踪具有1位反馈的输入的输出；这样的调制器只关心输出是高于还是低于输入。结果是当回路失控时的非线性增益函数，这对于本文描述的实施例可能是有益的。
图8示出了Δ调制器的操作原理。如图8所示，将模拟输出信号800与上限和下限802A、802B进行比较，上限和下限对应于偏移给定值的参考信号804。每次输出信号800达到极限802A、802B之一时，Δ调制器改变状态，如波形806所示。
通过用比较器代替线性增益级116，可以将电路100(图1)的BLR回路114修改为表现得像Δ调制器。在这种配置中，低通滤波器充当Δ调制器中的积分器。图9示出了根据本文描述的实施例的特征的用于PCCT系统900的示例信号处理架构的示意框图，该PCCT系统具有被修改为用作Δ调制器的BLR回路。系统900包括光子计数检测器(PCD)，光子计数检测器包括多个检测器像素，在图9中由检测器像素901表示。来自传感器904的前向信号路径902包括CSA906和PS 908，后面是计数电路909，计数电路包括一组N个鉴别器910和计数器912。在操作中，从X射线源发射的X射线穿过感兴趣的物体并撞击在传感器904上，导致电流脉冲(或电荷包)被注入到正向信号路径902，正向信号路径在鉴别器910的输入处将它们转换为电压脉冲。特别地，电流脉冲在作为电压脉冲输出到鉴别器910之前由CSA906放大并由PS 908整形。鉴别器910根据电流脉冲的能量对电流脉冲进行量化，这些量化的脉冲依次由计数器912计数。在某些实施例中，N个鉴别器(或比较器)910分别将脉冲与N个增加的电压阈值进行比较。这组鉴别器910以“温度计代码”创建脉冲数字输出。计数器912可以在每个级别或阈值对脉冲进行计数，得到的计数值表示在N个阈值中的每个阈值发生了多少次X射线照射。将认识到，阈值被设置为与对应于不同能量光子的不同电压相匹配。
由于以上详细描述的原因，在系统900中提供了BLR 914。BLR 914在CSA906和PS908周围创建缓慢的负反馈回路，该负反馈回路通过向CSA906输入处注入缓慢变化的电流来将PS输出的长期值调节到某个期望的电压。该BLR电路914是根据本文所描述的实施例的特征的delta调制的BLR电路。这样，代替线性电压增益级116(图1)，BLR 914包括参考期望的基线电压Vbl的比较器916。比较器916之后是低通滤波器918，最后是跨导器920。在该配置中，低通滤波器918充当Δ调制器的积分器。
上面参考线性BLR描述的行为模拟可以被修改为使用具有与原始线性BLR相同的时间常数的这种Δ调制的BLR。图10示出了根据本文描述的实施例的特征的诸如图9所示的Δ调制BLR的内部波形。整形器输出(shapper_out)1000和基线设定点(vbl)1002之间的比较产生1位反馈(pout)1004(图9中的节点pout)。反馈电压pout被积分以产生滤波器电压(filt)1006。反馈电流与积分电压成线性比例。
图11示出了计数曲线图，其示出了对于图2和图7的PCCT数据的相同示例帧，使用Δ调制的BLR，例如图9所示，对于五个计数器仓中的每一个，每个仓的实际生成事件(即，“能量地面真值”或“EGT”)与计数器输出的关系。如图11所示的示例中所示，波形1100A和1100B分别对应于仓0的EGT和计数器输出。波形1102A和1102B分别对应于仓1的EGT和计数器输出。波形1104A和104B分别对应于仓2的EGT和计数器输出。波形1106A和1106B分别对应于仓3的EGT和计数器输出。单个波形1108对应于仓4的EGT和计数器输出。波形1110A和1110B分别对应于所有仓的总EGT和计数器输出。如图11所示的曲线图与图2和图7所示曲线图的比较所证明的，由转换速率受限的BLR实现的下冲的减少改善了计数曲线与地面实况的对应性。特别地，将注意到，Δ调制的BLR在中到高通量中的性能明显优于对应的线性BLR和转换速率受限的BLR。
将认识到，在IC上实现的BLR电路存在两个实际问题。一种是CMOS放大器的偏移本身将导致基线变化和漂移，因为它定义了系统的虚拟接地。第二，定义BLR低通极点所需的无源元件(电阻器或电流源和电容器)在芯片上实现时可能会非常大。本文描述的Δ调制BLR电路为这两个问题提供了解决方案。
时钟电路可以被实现为在不增加片上无源器件的尺寸的情况下减慢时间常数。一旦BLR电路是定时的，就可以应用斩波器稳定来使输入比较器的偏移归零。或者，可以应用自动归零功能来将输入比较器的偏移归零。将注意到，将这些技术应用于线性BLR电路而不在比较器输入处引入毛刺或噪声是困难的。
图12A示出了根据本文描述的实施例的特征的时钟BLR电路1200的示意框图。比较器1202根据输入信号SHAPER_OUT和VBL的比较结果产生数字信号POUT。使用AND门1204连同时钟信号CLK一起处理信号POUT以产生信号UP。当反馈电路指示应该增加IBLR以使SHAPER_OUT更接近VBL时，该信号以与CLK信号相同的时序被断言。在UP信号上产生脉冲使得开关1206导通一段时间。这又导致来自电流源1208的电流脉冲被传导到滤波电容器1214。电流脉冲使电压FILT增加由电流源1208的脉冲定时和值确定的量。类似地，使用AND门1207连同CLK来处理POUT的逆转，以产生信号DN。当反馈电路指示应该减小IBLR以使SHAPER_OUT更接近VBL时，该信号以与CLK信号相同的时序被断言。在DN信号上产生脉冲导致开关1210导通一段时间。这又导致来自电流源1212的电流脉冲被传导到滤波电容器1214。电流脉冲使电压FILT减小由电流源1208的脉冲定时和值确定的量。
图12B示出了如图12A所示的BLR电路1200的关键波形的时序图。电流仅在电容器上积分由CLK定义的占空比，这允许使用较小的电容器来实现相同的时间常数。由于比较器每个CLK脉冲只需要采样一次，因此死区时间可以用来实现由信号Φ控制的斩波器稳定。
图13A示出了根据本文描述的实施例的特征的包括自动归零能力的Δ调制BLR电路1300的示意框图。自动归零能力允许比较器或放大器1302使用第一自动归零相位来周期性地测量其自身的偏移并存储该偏移，以便在第二测量相位期间消除其影响。比较器和放大器的自动归零功能的许多例子是众所周知的。为了对Δ调制的BLR电路使用自动归零功能，产生第二定时信号AZ。在没有断言CLK的时段期间断言AZ。因此，在比较器的输出将被忽略的时间段期间，比较器偏移可以被校准掉。注意，这些未使用的时间段在传统的线性BLR中是不可用的。图13B示出了如图13A所示的BLR电路1300的关键波形的时序图。
图14A示出了Δ调制BLR电路1400的示意框图，该电路包括根据本文所述实施例的特征的斩波器稳定。斩波器稳定是一种用于抵消放大器偏移的技术。在传统的斩波器稳定方案中，输入信号首先被反转，然后被施加到放大器。放大器的输出再次被反相，并通过低通滤波器，该滤波器以斩波频率拒绝信号。对于施加到放大器的信号，这两个反转抵消，并且没有理论效果。但是放大器中的偏移被调制到斩波器频率，并被低通滤波器去除。因此，斩波器稳定放大器可能看起来好像它没有偏移。为了实现用于Δ调制的BLR的斩波器稳定方案，生成具有CLK的两倍周期的斩波器信号PHI。输入信号SHAPER_OUT和VBL被施加到交叉点开关1401，交叉点开关将它们直接传递到用于PHI的第一数字值的比较器1403，并将它们交叉用于PHI第二数字值。比较器1402的输出POUT和PHI被施加到XOR门1403，XOR门使输出信号反转。因此，比较的结果没有来自比较器偏移的DC贡献。注意，线性BLR电路不提供激活交叉点开关1401和XOR门1403的机会，而不会在BLR输出信号IBLR上潜在地引入毛刺和/或伪影。图14B示出了如图14A所示的BLR电路1400的关键波形的时序图。
图15示出了包括X射线源1502的PCCT 1500，该X射线源产生穿过感兴趣的物体1506并撞击在系统1508上的X射线1504，该系统1508可以使用系统900(图9)来实现，例如，包括用于转换接收到的X射线并处理转换后的信号的PCD，如本文所述。
图16是示出示例系统1700的框图，该示例系统1700可以被配置为实现根据本文所描述的实施例的技术的至少一部分，并且更具体地，如上文所描述的图中所示。如图16所示，系统1700可以包括通过系统总线1706耦合到存储器元件1704的至少一个处理器1702，例如硬件处理器1702。这样，系统可以将程序代码和/或数据存储在存储器元件1704内。此外，处理器1702可以执行经由系统总线1706从存储器元件1704访问的程序代码。在一个方面，该系统可以被实现为适合于存储和/或执行程序代码的计算机。然而，应该意识到，系统1700可以以包括能够执行本公开中描述的功能的处理器和存储器的任何系统的形式来实现。
在一些实施例中，处理器1702可以执行软件或算法来执行本说明书中所讨论的活动；特别是与本文所描述的实施例相关的活动。处理器1702可以包括提供可编程逻辑的硬件、软件或固件的任何组合，包括作为非限制性示例的微处理器、DSP、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、集成电路(IC)、专用IC(ASIC)或虚拟机处理器。处理器1702可以通信地耦合到存储器元件1704，例如在直接存储器存取(DMA)配置中，使得处理器1702可从存储器元件1704读取或向存储器元件1704写入。
通常，存储器元件1704可以包括任何合适的易失性或非易失性存储器技术，包括双倍数据速率(DDR)随机存取存储器(RAM)、同步RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、闪存、只读存储器(ROM)、光介质、虚拟存储区域、磁存储器或磁带存储器，或任何其他合适的技术。除非另有规定，否则本文讨论的任何存储器元件都应被解释为包含在广义的“存储器”中。被测量、处理、跟踪或发送到系统1700的任何组件或从系统1700的任意组件发送的信息可以在任何数据库、寄存器、控制列表、高速缓存或存储结构中提供，所有这些都可以在任何合适的时间段参考。任何这样的存储选项都可以包括在本文所使用的广义“存储器”中。类似地，本文所述的任何潜在处理元件、模块和机器都应被解释为包含在广义的“处理器”中。本图中所示的每个元件还可以包括用于在网络环境中接收、传输和/或以其他方式通信数据或信息的合适接口，例如具有与这些元件中的另一个元件相似或相同的硬件的系统。
在某些示例实现中，用于实现本文所概述的实施例的机制可以由编码在一个或多个有形介质中的逻辑来实现，所述一个或更多有形介质可以包括非瞬态介质，例如ASIC中提供的嵌入式逻辑、DSP指令、将由处理器或其他类似机器执行的软件(可能包括目标代码和源代码)、，在这些实例中的一些实例中，诸如图16中所示的存储器元件1704之类的存储器元件可以存储用于本文所描述的操作的数据或信息。这包括能够存储被执行以执行本文所述的活动的软件、逻辑、代码或处理器指令的存储器元件。处理器可以执行与数据或信息相关联的任何类型的指令，以实现本文详述的操作。在一个示例中，处理器，例如图16中所示的处理器1702，可以将元素或物品(例如，数据)从一种状态或事物转换为另一状态或事物。在另一个示例中，本文所概述的活动可以用固定逻辑或可编程逻辑(例如，由处理器执行的软件/计算机指令)来实现，并且本文所标识的元件可以是某种类型的可编程处理器、可编程数字逻辑(例如FPGA、DSP、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))或包括数字逻辑、软件、代码、电子指令或其任何适当组合的ASIC。
存储器元件1704可以包括一个或多个物理存储器设备，例如本地存储器1708和一个或更多个大容量存储设备1170。本地存储器可以指通常在程序代码的实际执行期间使用的RAM或其他非持久性存储器设备。大容量存储设备可以实现为硬盘驱动器或其他持久数据存储设备。处理系统1700还可以包括一个或多个高速缓冲存储器(未示出)，其提供至少一些程序代码的临时存储，以便减少在执行期间必须从大容量存储设备1170检索程序代码的次数。
如图16所示，存储器元件1704可以存储能量仓事件计数模块1720。在各种实施例中，模块1720可以存储在本地存储器1708、一个或多个大容量存储设备1170中，或者与本地存储器和大容量存储装置分开。应该理解，系统1700可以进一步执行操作系统(图16中未示出)，该操作系统可以促进模块1720的执行。以可执行程序代码和/或数据的形式实现的模块1720可以由系统1700读取、写入和/或执行，例如由处理器1702执行。响应于从模块1720读取、向模块1720写入和/或执行模块1720，系统1700可以被配置为执行本文所述的一个或多个操作或方法步骤。
可选地，被描绘为输入设备1712和输出设备1714的输入/输出(I/O)设备可以耦合到系统。输入设备的示例可以包括但不限于键盘、诸如鼠标之类的定点设备等。输出设备的示例可以包括但不限于监视器或显示器、扬声器等。在一些实现方式中，该系统可以包括用于输出设备1714的设备驱动器(未示出)。输入和/或输出设备1712、1714可以直接或通过介入I/O控制器耦合到系统1700。此外，传感器1715可以直接或通过介入的控制器和/或驱动器耦合到系统1700。
在一个实施例中，输入和输出设备可以被实现为组合的输入/输出设备(在图16中用虚线围绕输入设备1712和输出设备1714示出)。这种组合设备的一个例子是触敏显示器，有时也称为“触摸屏显示器”或简称“触摸屏”。在这样的实施例中，对设备的输入可以通过物理对象(例如，用户的手写笔或手指)在触摸屏显示器上或附近的移动来提供。
可选地，网络适配器1716也可以耦合到系统1700，以使其能够通过介入的专用或公共网络耦合到其他系统、计算机系统、远程网络设备和/或远程存储设备。网络适配器可以包括用于接收由所述系统、设备和/或网络发送到系统1700的数据的数据接收器，以及用于将数据从系统1700发送到所述系统或网络的数据发送器。调制解调器、电缆调制解调器和以太网卡是可以与系统1700一起使用的不同类型的网络适配器的示例。
如前所述，当信号电流的平均值足够高时，下冲发生，使得BLR电路对其的消除导致基线中的显著负偏移。尽管BLR确实通过下冲使测量的频谱失真，但其在消除泄漏电流方面的好处超过了失真效应。根据上述实施例的特征，表现得像Δ调制器的非线性BLR电路减少了大的整形器峰值的影响，导致较少的下冲。混合信号Δ调制器的使用使得能够实现BLR电路的时钟版本，其可以实现更小的硅面积并消除放大器偏移。
示例1是一种用于光子计数计算机断层扫描(“PCCT”)信号链的基线恢复(“BLR”)电路，BLR电路包括：输入比较器，用于将从所述PCCT信号链的整形器组件输出的整形器电压与基线电压进行比较,所述输入比较器输出指示所述整形器电压是高于还是低于所述基线电压的单个位；和低通滤波器，所述低通滤波器被连接以对从所述输入比较器输出的电压信号进行滤波。
在示例2，示例1的BLR电路还可包括：跨导器，所述跨导器被连接以接收从所述低通滤波器输出的滤波的电压信号，将所述滤波的电压信号转换为电流信号，并且将所述电流信号反馈到所述PCCT信号链的输入。
在示例3，示例1-2中任一项的BLR电路还可包括：用于提供非线性BLR的Δ调制器电路。
在示例4，示例3的BLR电路还可包括：所述低通滤波器包括所述Δ调制电路的积分器。
在示例5，示例1-4中任一项的BLR电路还可包括：所述BLR电路包括用作Δ调制器的反馈回路。
在示例6，示例1-5中任一项的BLR电路还可包括：所述BLR电路是定时的。
在示例7，示例1-6中任一项的BLR电路还可包括：斩波器稳定被应用于使所述输入比较器的偏移归零。
在示例8，示例1-7中任一项的BLR电路还可包括：应用自动归零技术来将所述输入比较器的偏移归零。
在示例9，示例1-8中任一项的BLR电路还可包括：所述BLR电路是定时的，并且斩波器稳定被应用于使所述输入比较器的偏移归零。
在示例10，示例1-9中任一项的BLR电路还可包括：所述BLR电路是定时的，并且应用自动归零技术来将所述输入比较器的偏移归零。
示例11是一种用于结合光计数计算机断层扫描(“PCCT”)信号链实现非线性基线恢复(“BLR”)的方法,该方法包括：将从PCCT信号链的整形器组件输出的整形器电压与基线电压进行比较，以产生指示所述整形器电压在给定时间是高于还是低于所述基线电压的比较器电压；对所述比较器电压进行滤波；和将滤波后的电压信号转换为电流信号。
在示例12，示例11的方法还可包括：将所述电流信号反馈到所述PCCT信号链的输入。
在示例13，示例11-12中任一项的方法还可包括：所述比较、滤波、转换和馈送由Δ调制电路执行。
在示例14，示例11-13中任一项的方法还可包括：对所述比较和滤波进行计时。
在示例15，示例11-14中任一项的方法还可包括：应用斩波器稳定以使所述PCCT信号链的输入比较器的偏移归零。
在示例16，示例11-15中任一项的方法还可包括：应用自动归零技术来将所述PCCT信号链的输入比较器的偏移归零。
在示例17，示例11-16中任一项的方法还可包括：对所述比较和滤波进行计时；和应用斩波器稳定以使所述PCCT信号链的输入比较器的偏移归零。
在示例18，示例11-17中任一项的方法还可包括：所述滤波是使用低通滤波器来执行的。
在示例19，示例11-18中任一项的方法还可包括：向所述低通滤波器施加低占空比时钟信号以增加时间常数的值。
示例20是一种光子计数检测器(“PCD”)，包括：传感器，用于记录与在所述PCD处接收的光子的相互作用，并将指示所述相互作用的脉冲转发到信号链；和连接到所述信号链的基线恢复(“BLR”)电路,所述BLR电路包括输入比较器，用于将从所述信号链输出的电压脉冲与基线电压进行比较,所述输入比较器输出指示所述整形器电压是高于还是低于所述基线电压的单个位；和低通滤波器，所述低通滤波器被连接以对从所述输入比较器输出的电压信号进行滤波。
在示例21，示例20的PCD还可包括：所述BLR电路还包括跨导器，所述跨导器被连接以接收从所述低通滤波器输出的滤波的电压信号，将所述滤波的电压信号转换为电流信号，并将所述电流信号反馈回所述信号链的输入。
在示例22，示例20-21中任一项的PCD还可包括：所述BLR电路包括用于提供非线性BLR的Δ调制器电路。
在示例23，示例20-22中任一项的PCD还可包括：所述信号链包括：电荷感测放大器(“CSA”)，用于放大从所述传感器接收的脉冲并输出放大的脉冲；和脉冲整形器(“PS”)，用于整形放大的脉冲并产生从所述信号链输出的电压脉冲。
在示例24，示例20-23中任一项的PCD还可包括：用于对从所述信号链输出的电压脉冲进行分类和计数的计数电路。
在示例25，示例20-24中任一项的PCD还可包括：所述BLR电路包括用作Δ调制器的反馈回路。
在示例26，示例20-25中任一项的PCD还可包括：所述BLR电路是定时的。
在示例27，示例20-26中任一项的PCD还可包括：在所述BLR电路中应用斩波器稳定以使所述输入比较器的所述偏移归零。
在示例28，示例20-27中任一项的PCD还可包括：在所述BLR电路中应用自动归零技术以将所述输入比较器的所述偏移归零。
在示例29，示例20-28中任一项的PCD还可包括：所述BLR电路是定时的，并且斩波器稳定被应用于使所述输入比较器的偏移归零。
示例30是一种光子计数计算机断层扫描(“PCCT”)系统，包括X射线源，用于产生X射线光子；和一种光子计数检测器(“PCD”)，包括传感器，用于记录在穿过感兴趣的物体之后与在PCD处接收的X射线光子的相互作用，并将指示该相互作用的脉冲转发到信号链；和连接到所述信号链的基线恢复(“BLR”)电路,所述BLR电路包括输入比较器，用于将从所述信号链输出的电压脉冲与基线电压进行比较,所述输入比较器输出指示所述整形器电压是高于还是低于所述基线电压的单个位；和低通滤波器，所述低通滤波器被连接以对从所述输入比较器输出的电压信号进行滤波。
在示例31，示例30的PCCT系统还可包括：所述BLR电路还包括跨导器，所述跨导器被连接以接收从所述低通滤波器输出的滤波的电压信号，将所述滤波的电压信号转换为电流信号，并将所述电流信号反馈回所述信号链的输入。
在示例32，示例30-31中任一项的PCCT系统还可包括：所述BLR电路包括用于提供非线性BLR的Δ调制器电路。
在示例33，示例30-32中任一项的PCCT系统还可包括：所述信号链包括：电荷感测放大器(“CSA”)，用于放大从所述传感器接收的脉冲并输出放大的脉冲；和脉冲整形器(“PS”)，用于整形放大的脉冲并产生从所述信号链输出的电压脉冲。
在示例34，示例30-33中任一项的PCCT系统还可包括：用于对从所述信号链输出的电压脉冲进行分类和计数的计数电路。
在示例35，示例30-34中任一项的PCCT系统还可包括：所述BLR电路包括用作Δ调制器的反馈回路。
在示例36，示例30-35中任一项的PCCT系统还可包括：所述BLR电路是定时的。
在示例37，示例30-36中任一项的PCCT系统还可包括：在所述BLR电路中应用斩波器稳定以使所述输入比较器的所述偏移归零。
在示例38，示例30-37中任一项的PCCT系统还可包括：在所述BLR电路中应用自动归零技术以将所述输入比较器的所述偏移归零。
在示例39，示例30-38中任一项的PCCT系统还可包括：所述BLR电路是定时的，并且斩波器稳定被应用于使所述输入比较器的偏移归零。
应该注意的是，本文概述的所有规范、尺寸和关系(例如，元件的数量、操作、步骤等)仅用于示例和教学目的。在不脱离本公开的精神或所附权利要求的范围的情况下，可以显著地改变这样的信息。本规范仅适用于一个非限制性示例，因此，应将其解释为非限制性实例。在前面的描述中，已经参考特定的部件布置描述了示例性实施例。在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对这样的实施例进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被视为说明性的，而不是限制性的。
注意，在本文提供的众多示例中，可以根据两个、三个、四个或更多个电组件来描述相互作用。然而，这样做只是为了清楚和举例说明。应当理解，该系统可以以任何合适的方式进行合并。根据类似的设计备选方案，图中所示的任何组件、模块和元件都可以组合成各种可能的配置，所有这些都显然在本规范的广泛范围内。在某些情况下，通过仅参考有限数量的电气元件来描述给定流集合的一个或多个功能可能更容易。应当理解，图及其教导的电路是容易扩展的，并且可以容纳大量的部件以及更复杂/复杂的布置和配置。因此，所提供的示例不应限制电路的范围或抑制电路的广泛教导，因为电路可能应用于无数其他架构。
还应注意的是，在本说明书中，对包括在“一个实施例”、“示例性实施例”、“一个具体实施例”和“另一实施例”中的各种特征(例如，元件、结构、模块、组件、步骤、操作、特性等)的引用，等等旨在意味着任何这样的特征被包括在本公开的一个或多个实施例中，但可以或不一定被组合在相同的实施例中。
还应注意的是，与电路架构相关的功能仅示出了可以由图中所示的系统执行或在图中所述的系统内执行的一些可能的电路架构功能。在不脱离本公开的范围的情况下，可以在适当的情况下删除或移除这些操作中的一些，或者可以显著地修改或改变这些操作。此外，这些操作的时间可能会有很大的改变。前面的操作流程是为了举例和讨论的目的而提供的。本文所述的实施例提供了很大的灵活性，因为在不偏离本公开的教导的情况下，可以提供任何合适的布置、年表、配置和定时机制。
本领域技术人员可以确定许多其他的改变、替换、变化、改变和修改，并且本公开包括落入所附权利要求范围内的所有这样的改变、替代、变化、修改和修改。
注意，上述设备和系统的所有可选特征也可以相对于本文所述的方法或过程来实现，并且示例中的细节可以在一个或多个实施例中的任何地方使用。
在这些情况下(如上)的“构件”可以包括(但不限于)使用本文所讨论的任何合适的组件，以及任何合适的软件、电路、集线器、计算机代码、逻辑、算法、硬件、控制器、接口、链路、总线、通信路径等。
注意，对于以上提供的示例以及本文提供的许多其他示例，可以根据两个、三个或四个网络元件来描述交互。然而，这样做只是为了清楚和举例说明。在某些情况下，通过仅引用有限数量的网络元件来描述给定流集合的一个或多个功能可能更容易。应当理解，在附图(及其教导)中示出并参考附图描述的拓扑结构是容易扩展的，并且可以容纳大量组件以及更复杂/复杂的布置和配置。因此，所提供的示例不应限制所示拓扑结构的范围或抑制其广泛教导，因为其可能应用于无数其他架构。
同样重要的是要注意，前面的流程图中的步骤仅说明了可以由图中所示的通信系统执行或在其内部执行的一些可能的信令场景和模式。在不脱离本公开的范围的情况下，这些步骤中的一些可以在适当的情况下被删除或移除，或者这些步骤可以被显著地修改或改变。此外，这些操作中的许多已被描述为与一个或多个附加操作同时执行或并行执行。然而，这些操作的时间可能会有很大的改变。前面的操作流程是为了举例和讨论的目的而提供的。图中所示的通信系统提供了很大的灵活性，因为在不偏离本公开的教导的情况下，可以提供任何合适的布置、年表、配置和定时机制。
尽管已经参考特定布置和配置详细描述了本公开，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可以显著地改变这些示例性配置和配置。例如，尽管已经参考特定的通信交换机描述了本公开，但是本文所描述的实施例可以应用于其他架构。
本领域技术人员可以确定许多其他的改变、替换、变化、改变和修改，并且本公开包括落入所附权利要求范围内的所有这样的改变、替代、变化、修改和修改。为了协助美国专利商标局(USPTO)以及本申请中发布的任何专利的任何读者解释本申请所附的权利要求，申请人希望注意到，申请人：(a)不打算在所附权利要求中援引《美国法典》第35卷第142节第6(6)段，因为该段在本申请提交之日存在，除非在特定权利要求中特别使用了“构件”或“步骤”；以及(b)不打算通过说明书中的任何陈述以未以其他方式反映在所附权利要求中的任何方式来限制本公开。

Claims (39)

1.一种用于光子计数计算机断层扫描(“PCCT”)信号链的基线恢复(“BLR”)电路，所述BLR电路包括：
输入比较器，用于将从所述PCCT信号链的整形器组件输出的整形器电压与基线电压进行比较，所述输入比较器输出指示所述整形器电压是高于还是低于所述基线电压的单个位；和
低通滤波器，所述低通滤波器被连接以对从所述输入比较器输出的电压信号进行滤波。
2.根据权利要求1所述的BLR电路，进一步包括跨导器，所述跨导器被连接以接收从所述低通滤波器输出的滤波的电压信号，将所述滤波的电压信号转换为电流信号，并且将所述电流信号反馈到所述PCCT信号链的输入。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的BLR电路，包括用于提供非线性BLR的Δ调制器电路。
4.根据权利要求3所述的BLR电路，其中所述低通滤波器包括所述Δ调制电路的积分器。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的BLR电路，其中所述BLR电路包括用作Δ调制器的反馈回路。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的BLR电路，其中所述BLR电路是定时的。
7.根据权利要求1或2中任一项所述的BLR电路，其中斩波器稳定被应用于使所述输入比较器的偏移归零。
8.根据权利要求1或2中任一项所述的BLR电路，其中应用自动归零技术来将所述输入比较器的偏移归零。
9.根据权利要求1或2中任一项所述的BLR电路，其中所述BLR电路是定时的，并且斩波器稳定被应用于使所述输入比较器的偏移归零。
10.根据权利要求1或2中任一项所述的BLR电路，其中所述BLR电路是定时的，并且应用自动归零技术来将所述输入比较器的偏移归零。
11.一种用于结合光计数计算机断层扫描(“PCCT”)信号链实现非线性基线恢复(“BLR”)的方法，该方法包括：
将从PCCT信号链的整形器组件输出的整形器电压与基线电压进行比较，以产生指示所述整形器电压在给定时间是高于还是低于所述基线电压的比较器电压；
对所述比较器电压进行滤波；和
将滤波后的电压信号转换为电流信号。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括将所述电流信号反馈到所述PCCT信号链的输入。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述比较、滤波、转换和馈送由Δ调制电路执行。
14.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，还包括对所述比较和滤波进行计时。
15.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，还包括应用斩波器稳定以使所述PCCT信号链的输入比较器的偏移归零。
16.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，还包括应用自动归零技术来将所述PCCT信号链的输入比较器的偏移归零。
17.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，还包括:
对所述比较和滤波进行计时；和
应用斩波器稳定以使所述PCCT信号链的输入比较器的偏移归零。
18.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，其中所述滤波是使用低通滤波器来执行的。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括向所述低通滤波器施加低占空比时钟信号以增加时间常数的值。
20.一种光子计数检测器(“PCD”)，包括：
传感器，用于记录与在所述PCD处接收的光子的相互作用，并将指示所述相互作用的脉冲转发到信号链；和
连接到所述信号链的基线恢复(“BLR”)电路，所述BLR电路包括:
输入比较器，用于将从所述信号链输出的电压脉冲与基线电压进行比较，所述输入比较器输出指示所述整形器电压是高于还是低于所述基线电压的单个位；和
低通滤波器，所述低通滤波器被连接以对从所述输入比较器输出的电压信号进行滤波。
21.根据权利要求20所述的PCD，其中所述BLR电路还包括跨导器，所述跨导器被连接以接收从所述低通滤波器输出的滤波的电压信号，将所述滤波的电压信号转换为电流信号，并将所述电流信号反馈回所述信号链的输入。
22.根据权利要求20或21中任一项所述的PCD，其中所述BLR电路包括用于提供非线性BLR的Δ调制器电路。
23.根据权利要求20或21中任一项所述的PCD，其中所述信号链包括：
电荷感测放大器(“CSA”)，用于放大从所述传感器接收的脉冲并输出放大的脉冲；和
脉冲整形器(“PS”)，用于整形放大的脉冲并产生从所述信号链输出的电压脉冲。
24.根据权利要求20或21中任一项所述的PCD，还包括用于对从所述信号链输出的电压脉冲进行分类和计数的计数电路。
25.根据权利要求20或21中任一项所述的PCD，其中所述BLR电路包括用作Δ调制器的反馈回路。
26.根据权利要求20或21中任一项所述的PCD，其中所述BLR电路是定时的。
27.根据权利要求20或21中任一项所述的PCD，其中在所述BLR电路中应用斩波器稳定以使所述输入比较器的所述偏移归零。
28.根据权利要求20或21中任一项所述的PCD，其中在所述BLR电路中应用自动归零技术以将所述输入比较器的所述偏移归零。
29.根据权利要求20或21中任一项所述的PCD，其中所述BLR电路是定时的，并且斩波器稳定被应用于使所述输入比较器的偏移归零。
30.一种光子计数计算机断层扫描(“PCCT”)系统，包括：
X射线源，用于产生X射线光子；和
光子计数检测器(“PCD”)，包括:
传感器，用于记录在穿过感兴趣的物体之后与在PCD处接收的X射线光子的相互作用，并将指示该相互作用的脉冲转发到信号链；和
连接到所述信号链的基线恢复(“BLR”)电路,所述BLR电路包括:
输入比较器，用于将从所述信号链输出的电压脉冲与基线电压进行比较,所述输入比较器输出指示所述整形器电压是高于还是低于所述基线电压的单个位；和
低通滤波器，所述低通滤波器被连接以对从所述输入比较器输出的电压信号进行滤波。
31.根据权利要求30所述的PCCT，其中所述BLR电路还包括跨导器，所述跨导器被连接以接收从所述低通滤波器输出的滤波的电压信号，将所述滤波的电压信号转换为电流信号，并将所述电流信号反馈回所述信号链的输入。
32.根据权利要求30或31中任一项所述的PCCT，其中所述BLR电路包括用于提供非线性BLR的Δ调制器电路。
33.根据权利要求30或31中任一项所述的PCCT，其中所述信号链包括：
电荷感测放大器(“CSA”)，用于放大从所述传感器接收的脉冲并输出放大的脉冲；和
脉冲整形器(“PS”)，用于整形放大的脉冲并产生从所述信号链输出的电压脉冲。
34.根据权利要求30或31中任一项所述的PCCT，其中所述PCT还包括用于对从所述信号链输出的电压脉冲进行分类和计数的计数电路。
35.根据权利要求30或31中任一项所述的PCCT，其中所述BLR电路包括用作Δ调制器的反馈回路。
36.根据权利要求30或31中任一项所述的PCCT，其中所述BLR电路是定时的。
37.根据权利要求30或31中任一项所述的PCCT，其中在所述BLR电路中应用斩波器稳定以使所述输入比较器的所述偏移归零。
38.根据权利要求30或31中任一项所述的PCCT，其中在所述BLR电路中应用自动归零技术以将所述输入比较器的所述偏移归零。
39.根据权利要求30或31中任一项所述的PCCT，其中所述BLR电路是定时的，并且斩波器稳定被应用于使所述输入比较器的偏移归零。
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CA2650066A1 (en) * 2009-01-16 2010-07-16 Karim S. Karim Photon counting and integrating pixel readout architecture with dynamic switching operation
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