CN117043641A - 脉冲整形器电路 - Google Patents
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Abstract
一种用于在能谱光子计数探测器(120)中使用的脉冲整形器电路(200)包括积分器(210)和重置电路(230)。所述积分器(210)包括被配置为生成具有指示探测到的光子的能量的幅值(Vpeak)的输出脉冲(V(t))的输出(220)。所述重置电路(230)被配置为在所述积分器(210)的所述输出(220)超过第一阈值(V1)之后的第一时间段(DT1)对所述积分器(210)进行放电。在所述积分器(210)的所述输出(220)超过低于所述第一阈值(V1)的初始阈值(V0)并且随后在超过所述初始阈值(V0)之后的预定时间间隔(DT0)内不超过所述第一阈值(V1)的情况下，所述重置电路(230)也对所述积分器(210)进行放电。
Description
技术领域
本公开涉及用于在能谱光子计数探测器中使用的脉冲整形器电路。还公开了包括所述脉冲整形器电路的能谱光子计数探测器、包括所述能谱光子计数探测器的计算机断层摄影和X射线成像系统以及脉冲整形方法。
背景技术
能谱光子计数探测器用于计算机断层摄影“CT”和X射线成像系统两者中，以区分探测到的X射线光子或“量子”的能量。使用采用能谱光子计数探测器的成像系统生成的图像允许在如下的材料之间进行区分，所述材料具有类似X射线衰减值并且当使用仅在单个能量区间内探测X射线光子的常规探测器测量时或者通过仅对在X射线图像帧期间观察到的所有光子的光子能量进行积分可能不可区分。能谱光子计数探测器已经被用于或预期被用于医学领域中的CT和X射线成像系统两者中、材料分析领域中以及诸如行李扫描的其他应用领域中。
能谱光子计数探测器通过确定在多个X射线能量区间内接收到的X射线光子的数量的计数来操作。基于直接转换材料(诸如碲化镉、碲锌镉“CZT”和硅)的能谱光子计数探测器通常采用脉冲整形器电路，该脉冲整形器电路探测响应于接收到的X射线光子而在直接转换材料中生成的电荷。脉冲整形器电路通常采用积分器，该积分器对由每个接收到的X射线光子生成的电荷进行积分。积分的结果是具有指示X射线光子的能量的幅值的输出脉冲。耦合到脉冲整形器电路的输出的能量鉴别器电路将输出脉冲的高度与一个或多个X射线能量阈值进行比较，并且光子计数器电路针对每个能量阈值对输出脉冲的前沿越过阈值的次数进行计数。能量分箱电路将光子计数分箱到能量范围中，从而在能谱上分辨探测到的X射线辐射。
为了获得对X射线光子的能量的准确测量，重要的是在对由光子生成的电荷进行积分之前，脉冲整形器电路中的积分器被完全放电。这通过使积分器中的积分或“反馈”电容器放电来实现。在对由光子生成的电荷进行积分之前存在的积分器的输出处的偏置否则将导致所测量的X射线能量中的对应偏置。这种偏置的存在通常被称为“基座效应”。跨探测器元件的像素化阵列的偏置值的空间变化也导致X射线图像伪影。
文献WO2008/155680A2公开了一种包括积分器的装置，该积分器产生具有指示探测到的光子的能量的峰值幅值的脉冲。第一放电电路以第一放电速度使积分器放电，并且第二放电电路以第二放电速度使积分器放电。所述第一放电速度小于第二放电速度。
原则上，可以补偿脉冲整形器电路的输出中的恒定偏置值。然而，该偏置的值难以预测。因此，仍然存在改进在能谱光子计数探测器中重置脉冲整形器电路的方式的空间。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种用于在能谱光子计数探测器中使用的脉冲整形器电路。所述脉冲整形器电路包括积分器和重置电路。所述积分器包括被配置为生成具有指示探测到的光子的能量的幅值的输出脉冲的输出。所述重置电路被配置为在所述积分器的所述输出超过第一阈值之后的第一时间段对所述积分器进行放电。所述重置电路还被配置为在所述积分器的所述输出超过低于所述第一阈值的初始阈值并且随后在超过所述初始阈值之后的预定时间间隔内不超过所述第一阈值的情况下对所述积分器进行放电。
根据本公开的其他方面，提供了一种能谱光子计数探测器、一种计算机断层摄影成像系统、一种X射线成像系统和一种脉冲整形方法。
根据参考附图对示例的以下描述，本公开的其他方面、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是图示包括能谱光子计数探测器120的计算机断层摄影成像系统100的示意图。
图2是图示根据本公开的一些方面的脉冲整形器电路200的第一示例的示意图。
图3是图示根据本公开的一些方面的由脉冲整形器电路200的积分器210生成的输出脉冲V(t)的曲线图。
图4是图示根据本公开的一些方面的脉冲整形器电路200的第二示例的示意图。
图5是图示根据本公开的一些方面的用于在能谱光子计数探测器120中使用的脉冲整形方法300的示例的流程图。
具体实施方式
参考以下描述和附图提供本公开的示例。在该描述中，出于解释的目的，阐述了某些示例的许多具体细节。说明书中对“示例”、“实施方式”或类似语言的引用意味着结合该示例描述的特征、结构或特性包括在至少该一个示例中。还应当理解，关于一个示例描述的特征也可以在另一示例中使用，并且为了简洁起见，所有特征不必在每个示例中进行重复。例如，关于脉冲整形器电路的示例描述的特征也可以以对应的方式被提供在能谱光子计数探测器中、或在计算机断层摄影或X射线成像系统中、或在脉冲整形方法中。
在本说明书中，参考用于在能谱光子计数探测器中使用的脉冲整形器电路。参考医学领域中的X射线和计算机断层摄影成像系统中的脉冲整形器电路和能谱光子计数探测器的使用。然而，应当理解，本文描述的脉冲整形器电路、能谱光子计数探测器以及X射线和计算机断层摄影成像系统也可以应用于除了医学领域之外的其他领域中。例如，它们也可以用于材料分析领域、行李扫描领域以及其他应用领域中。
图1是图示包括能谱光子计数探测器120的计算机断层摄影成像系统100的示意图。计算机断层摄影成像系统100包括X射线源110。在图1中，X射线源110和能谱光子计数探测器120被成像区域130分开，以便生成表示穿过X射线源110与能谱光子计数探测器120之间的成像区域130的X射线的衰减的X射线图像数据。对象(例如人类对象的一部分)可以被设置在成像区域中，以便确定穿过成像区域130中的对象的X射线的衰减。
在使用中，X射线源110和能谱光子计数探测器120由各种马达(未图示)围绕成像区域130旋转，同时生成表示成像区域130中的X射线在多个X射线能量区间中的衰减的能谱图像数据。X射线源110和能谱光子计数探测器120的旋转以及X射线源110对X射线的生成由成像系统控制器140控制。能谱图像数据被发送到图像重建控制器150，该图像重建控制器150将各种图像重建技术应用于能谱图像数据，以便重建表示成像区域130中的X射线的衰减的三维或二维能谱图像。成像系统控制器140和图像重建控制器150的操作可以由一个或多个处理器提供。然后可以在显示器(未示出)上显示能谱图像。由计算机断层摄影成像系统100生成的能谱图像可以用于对患者的区域进行成像作为医学调查的一部分。
能谱光子计数探测器通过确定在多个X射线能量区间内探测到的X射线光子的数量的计数来操作。X射线光子由X射线探测器元件的像素化阵列(图1中未示出)探测。像素化阵列可以是一维或二维的。能谱光子计数探测器通常包括由直接转换材料(诸如碲化镉、碲锌镉“CZT”和硅)形成的X射线探测器元件。对于一些应用，考虑GaAs。诸如这些的直接转换材料响应于接收到的X射线光子而生成电脉冲。能谱光子计数探测器通常采用脉冲整形器电路，该脉冲整形器电路确定由直接转换材料响应于每个接收到的X射线光子而生成的电荷的量。脉冲整形器电路通常采用积分器，该积分器对由每个接收到的X射线光子生成的电荷进行积分。在这样做时，积分器生成具有指示X射线光子的能量的幅值的输出脉冲。耦合到脉冲整形器电路的输出的能量鉴别器电路包括比较器电路和计数器电路。比较器电路将输出脉冲的高度与一个或多个X射线能量阈值进行比较，并且计数器电路针对每个能量阈值对输出脉冲的前沿越过阈值的次数进行计数。在这样做时，能量鉴别器电路在能谱上分辨探测到的X射线辐射。
采用脉冲整形器电路的能谱光子计数探测器可以以与上述CT成像系统100类似的方式并入到X射线成像系统中。与CT成像系统相比，X射线成像系统生成平面图像。在X射线成像系统中，X射线源和探测器类似地被成像区域130分开。然而，在X射线成像系统中，X射线源和探测器通常在生成图像数据时保持静止。在医学X射线成像系统中，X射线源和探测器通常机械地耦合到支撑结构，该支撑结构的取向可以在生成X射线图像数据之前被调整，以便从期望的取向获得身体的能谱X射线图像。包括呈C型臂、O型臂和其他形状的形式的支撑结构的医学X射线成像系统是已知的。
发明人已经确定，在能谱光子计数探测器中使用的现有脉冲整形器电路可能遭受偏置。这些偏置降低了测量X射线光子的能量的准确度，并且因此影响所得到的能谱X射线图像的质量。
图2是图示根据本公开的一些方面的脉冲整形器电路200的第一示例的示意图。脉冲整形器电路200可以在能谱光子计数探测器120中使用，并且包括：
积分器210，其包括被配置为生成具有指示探测到的光子的能量的幅值Vpeak的输出脉冲V(t)的输出220；
重置电路230，其被配置为在积分器210的输出220超过第一阈值V1之后的第一时间段DT1使积分器210放电；并且
其中，重置电路230还被配置为在积分器210的输出220超过低于第一阈值V1的初始阈值V0并且随后在超过初始阈值V0之后的预定时间间隔DT0内不超过第一阈值V1的情况下使积分器210放电。
参考图2，在所图示的示例中，积分器210由具有反馈电容器Cf的运算放大器提供，该反馈电容器Cf被耦合在运算放大器的输出(标记为“输出”)与运算放大器的反相输入(标记为“-”)之间。运算放大器的反相输入用作积分器的输入，并且标记为“输入”。运算放大器的输出用作积分器210的输出220。反馈电容器Cf因此被耦合在积分器210的输出220与积分器210的输入之间。运算放大器的非反相输入(标记为“+”)被耦合到参考电压Vref。积分器的输入可以被耦合到X射线探测器元件，如通过图2左侧的X射线敏感光电二极管符号所指示的。
图2中所示的X射线探测器元件包括直接转换材料。当在直接转换材料中接收到X射线光子时，生成电荷云。电荷云中的电荷量取决于接收到的X射线光子的能量。电荷云中的电荷通过跨设置在材料上的电端子施加偏置电压来收集，并且可以被探测为电脉冲。图2中所示的X射线探测器元件可以包括直接转换材料，诸如碲化镉、或碲锌镉“CZT”、或硅、或导致响应于接收到的X射线光子而生成电脉冲的另一直接转换材料。由图2中的X射线探测器元件生成的电脉冲由积分器210进行积分。随后，积分器210在其输出220处生成输出脉冲V(t)，并且输出脉冲V(t)的幅值指示探测到的光子的能量。
图3是图示根据本公开的一些方面的由脉冲整形器电路200的积分器210生成的输出脉冲V(t)的曲线图。参考图3，X射线探测器元件在对应于曲线图的原点的时间处接收到X射线光子。由X射线探测器元件生成的所得到的电脉冲(即，由在直接转换材料中生成的电荷云产生的电流脉冲)由积分器210进行积分，并且其输出脉冲V(t)的值增加，直到来自电荷云的基本上所有电荷都被积分。在该时间t1处，输出脉冲V(t)具有最大值Vpeak。该最大值Vpeak表示接收到的X射线光子的能量。接收到的X射线光子的能量可以在时间t1处例如通过使用如图2所示并且如下面更详细地描述的比较器电路240和计数器电路250来确定。
如通过图2中的符号DT1、具有阈值V1的比较器符号和开关SW1示意性地指示的，重置电路230在积分器210的输出220超过第一阈值V1之后的第一时间段DT1使积分器210放电。这在本文中被称为在条件i)下使积分器210放电。积分器放电的速率(即图3中的输出脉冲V(t)衰减的速率)部分地由开关SW1的导通状态串联电阻确定。期望使该衰减速率高，以便快速准备积分器210用于对来自随后接收的X射线光子的电脉冲进行积分，并且因此减少堆积的机会。
在一些示例中，第一时间段DT1对应于输出脉冲V(t)的峰值。换句话说，重置电路230在图3中的时间t1处使积分器210放电。在其他示例中，第一时间段DT1是预定的并且大致对应于输出脉冲V(t)的峰值。应注意，峰值的时间可以变化。例如，峰值的时间可以取决于接收到的X射线光子的能量。在前面的示例中，即第一时间段DT1对应于输出脉冲V(t)的峰值，峰值探测电路可以用于探测输出脉冲V(t)的峰值，并生成重置脉冲，该重置脉冲在峰值的时间闭合图2中的开关SW1，从而将反馈电容器Cf的端子耦合在一起并且使积分器220放电。在前面的示例中，第一时间段DT1表示积分器210的输出220达到最大值Vpeak的时间。图3中的积分器210以这种方式的放电在图3中通过信号V(t)在时间t1之后的衰减来图示。在文献WO2018/185118A1的图2中图示了可以用于该目的的峰值探测电路的示例。
在后面的示例中，即第一时间段DT1是预定的，可以使用诸如单稳态电路的定时器电路来在超过第一阈值V1之后的预定时间段DT1生成重置脉冲。重置脉冲闭合图2中的开关SW1，从而将反馈电容器Cf的端子耦合在一起并使积分器220放电。如图2中的重置电路230中所示，在一个示例中，可以使用具有等于第一阈值V1的阈值的比较器来监测积分器210的输出220，并且在超过第一阈值V1之后的预定时间段DT1触发单稳态电路来生成重置脉冲。预定时间段DT1可以被设置为足够长以涵盖由X射线探测器元件对X射线光子的探测引起的电流脉冲的预期持续时间的值。这允许积分器通过对由接收到的X射线光子生成的基本上所有电荷进行积分来达到峰值幅值Vpeak。
如图2所示，重置电路230可以包括用于将积分器210的输出220耦合到积分器210的输入以便使积分器210放电的开关SW1。开关SW1的闭合可以如上面的示例中所描述的那样由重置脉冲控制。开关SW1可以由一个或多个晶体管提供。例如，开关SW1可以由诸如MOSFET或JFET的一个或多个场效应晶体管“FET”提供，或由一个或多个双极晶体管提供。在替代实施方式中，重置电路230可以包括电流源。
参考图4描述了使用电流源来使积分器放电的替代实施方式，图4是图示根据本公开的一些方面的脉冲整形器电路200的第二示例的示意图。在图4中，电流源Id将电荷注入到反馈电容器Cf中以便使积分器210放电。参考图4描述了该实施方式，在图4中用相同标签标记的特征对应于上面参考图2描述的特征。如图2所示，图4的实施方式包括开关SW1，其操作如上所述的那样由重置脉冲控制。当开关SW1闭合时，来自电流源Id的电流注入到反馈电容Cf中以便使积分器210放电。电流源Id用于以受控方式使积分器210放电。例如，电流源Id可以包括恒定电流源。图4所示的电流源的替代可切换电流源也可以被使用，并且以类似的方式由重置脉冲控制。
如通过图2和图4中的符号DT0和具有阈值V0的比较器符号示意性地指示的，重置电路230还被配置为在积分器210的输出220超过低于第一阈值V1的初始阈值V0并且积分器210的输出220随后在超过初始阈值V0之后的预定时间间隔DT0内不超过第一阈值V1的情况下使积分器210放电。这在本文中被称为在条件ii)下使积分器210放电，并且其效果是减小在积分器对来自接收到的X射线光子的电流脉冲进行积分之前可能存在于积分器的输出处的偏置的值。下面给出了这种偏置的示例原因。这种偏置降低了测量X射线光子的能量的准确度，并且因此影响所得到的能谱X射线图像的质量。
在一个示例中，积分器210在条件ii)下的放电可以通过使用具有等于初始阈值V0的阈值的比较器来实施，以监测积分器210的输出220，并且在等于预定时间间隔DT0的延迟之后触发单稳态电路来生成具有逻辑高值的输出脉冲。该输出脉冲与具有等于第一阈值V1的阈值的上述比较器的输出的逻辑“反(INVERSE)”之间的逻辑“与”操作可以用于生成信号，所述信号当与上述重置脉冲的逻辑值的逻辑“或”引起图2中的开关SW1闭合(并且在超过第一阈值V1之后的与预定时间段DT1相对应的时间处生成)。其结果是在条件i)下(即在积分器210的输出220超过第一阈值V1之后的第一时间段DT1)使积分器210放电。它还在条件ii)下(即如果积分器210的输出220超过初始阈值V0并且随后在超过初始阈值V0之后的预定时间间隔DT0内不超过第一阈值V1)在预定时间间隔DT0结束的时候使积分器210放电。
因此，如果在预定时间间隔DT0结束的时候在积分器210的输出处存在在初始阈值V0和第一阈值V1之间的偏置，则重置电路230引起积分器210在条件ii)下放电。这种偏置的起因可能是噪声，或是尚未引起第一阈值V1被超过的低能量X射线光子。不引起第一阈值V1被超过的这种偏置影响引起第一阈值V1被超过的随后探测到的X射线光子的测量能量。因此，重置电路230提供具有改进的X射线能量测量准确度的脉冲整形器电路。
也可以使用上述电路的替代电路来实施条件ii)的功能。这些电路可以使用一个或多个比较器和/或单稳态电路和/或逻辑门。
预定时间间隔DT0可以被设置为任何期望值。在一些示例中，如果电脉冲变得足够大，则它可以超过预定时间段DT1，以便允许来自任何探测到的X射线光子的电脉冲有足够的时间引起积分器210的输出220超过第一阈值V1。
在一些示例中，只有在积分器210的输出220达到第一阈值V1的预期时间到期之后，即不是在积分器210的输出220达到第一阈值V1的预期时间到期之前，积分器210才在条件ii)下放电。因此，在条件ii)下的放电可以在积分器210的输出220达到第一阈值V1的预期时间期满之后的任何时间处发生。在这些示例中，只有在积分器210的输出220达到第一阈值V1的预期时间期满之后，重置电路230才响应于积分器210的输出220超过初始阈值V0并且积分器210的输出220随后在超过初始阈值V0之后的预定时间间隔DT0内不超过第一阈值V1而使积分器210放电。积分器210的输出220达到第一阈值V1的预期时间表示对于具有引起第一阈值V1被超过的能量的探测到的光子而言积分器210的输出220达到第一阈值V1的时间。这防止在将已经引起积分器的输出超过第一阈值V1的电脉冲的情况下使积分器放电。因此，它避免了积分器210的过早放电。
作为示例，初始阈值V0可以表示1keV的X射线能量，并且第一阈值V1可以表示10keV的X射线能量。在一些示例中，第一阈值V1表示能谱光子计数探测器120的最低能量箱元VET1的能量下限。这允许确定是否已经超过第一阈值V1的比较器也被用于确定X射线光子能量是否超过能谱光子计数探测器中的特定阈值的比较器电路240中。
在另一示例中，重置电路230周期性地对积分器210的输出220进行采样，以便确定是条件ii)否满足。在该实施方式中，除了积分器210在条件i)下的放电之外，重置电路还被配置为周期性地对积分器210的输出220进行采样；并且重置电路230还被配置为只有积分器210的输出220在预定时间间隔DT0内超过初始阈值V0达至少预定样本数量并且积分器210的输出220在预定时间间隔DT0内不超过第一阈值V1，才响应于积分器210的输出220超过初始阈值V0并且积分器210的输出220随后在超过初始阈值V0之后的预定时间间隔DT0内不超过第一阈值V1而使积分器210放电。
在该示例中，积分器210在条件i)下的放电如上面参考图2中的符号DT1和具有阈值V1的比较器符号所描述的那样发生。在条件ii)下对积分器210的输出220的周期性采样可以通过使用比较器来监测积分器210的输出220并且将比较器的输出处的逻辑值周期性地计时到移位寄存器中来实施。该比较器将其阈值设置在初始阈值V0处，并且如果超过初始阈值V0，则它生成逻辑1。通过使用时钟将其值输入到长度为N0个样本值(例如N0＝10)的移位寄存器中来对该比较器的输出进行采样。移位寄存器的采样值被输入到N0位加法器，将其输出与表示预定样本数量的整数阈值(即N1，N1小于或等于N0)进行比较。如果积分器210的输出220已经超过初始阈值V0达至少预定样本数量(即N1或更多)，则该后者比较的结果在预定时间间隔DT0期满时触发积分器210的放电。可以通过引起图2中的开关SW1闭合来使积分器放电。作为示例，第一时间段DT1可以是20纳秒，并且可以通过每4纳秒获取样本来执行周期性采样。通过选择N0和N1的组合，可以优化重置电路230以提供积分器210的低错误放电率。例如，如果N0被设置为10，则只有当积分器210的输出220的N1＝7个或更多个样本超过初始阈值V0时才可以执行放电。在该示例的进一步改进中，只有超过至少预定连续样本数量，才可以引发放电。例如，只有积分器210的输出220的至少7个(即7个或更多个)连续样本超过初始阈值V0时，才可以引发重置。可以通过使用监测移位寄存器中的值的逻辑门来执行连续样本的确定。
重置电路230周期性地对积分器210的输出220进行采样的示例具有降低积分器210在条件ii)下的错误放电率的益处。如上所述，积分器210的输出处的偏置由噪声以及低能量X射线光子引起。噪声往往具有交替性质，并且积分器的输出的周期性采样降低了当其输出220由于噪声而仅暂时地在初始阈值V0和第一阈值V1之间时积分器210的放电速率。
在一些示例中，积分器210的输出220被耦合到比较器电路240，并且比较器电路240的输出被耦合到计数器电路250。如图2所示，比较器电路240将积分器210的输出220与多个阈值VET1..ETN进行比较。计数器电路250确定表示超过相应的多个阈值VET1..ETN中的每一个的次数的计数值CET1..ETN。计数值CET1..ETN表示接收到的(一个或多个)X射线光子的能谱。
在一个示例中，确定计数值CET1..ETN的时间段被设置为一个X射线图像帧的时段。因此，在该示例中，计数器电路被配置为确定表示在对应于X射线图像帧的时段内超过相应的多个阈值VET1..ETN中的每个的次数的计数值CET1..ETN。在这样做时，提供了表示X射线图像帧的X射线能量谱。
在一些示例中，上面描述的脉冲整形器电路200可以被包括在能谱光子计数探测器中。例如，脉冲整形器电路200可以被包括在图1中所示的能谱光子计数探测器200中。能谱光子计数探测器120包括被配置为响应于接收到的X射线光子而生成电脉冲的X射线探测器元件的像素化阵列，其并且每个X射线探测器元件被电耦合到脉冲整形器电路200以便对由X射线探测器元件生成的电脉冲进行积分。X射线探测器元件的像素化阵列包括响应于接收到的X射线光子而生成电脉冲的直接转换材料。合适的直接转换材料包括碲化镉、碲化镉锌“CZT”、硅等，但是这些材料仅作为示例提供。脉冲整形器电路200的输出可以耦合到如关于图2描述的一个或多个比较器电路240和一个或多个计数器电路250，以便确定由X射线探测器元件探测到的(一个或多个)X射线光子的能谱。
在一个示例中，上述能谱光子计数探测器120被包括在计算机断层摄影或X射线成像系统内。在图1中图示了包括能谱光子计数探测器120的计算机断层摄影成像系统100的示例。此外，计算机断层摄影或X射线成像系统100包括能谱光子计数探测器120和X射线源110。X射线源110和能谱光子计数探测器120被成像区域130分开以便生成表示穿过X射线源110与能谱光子计数探测器120之间的成像区域130中的对象的X射线的衰减的X射线图像数据。
在另一示例中，提供了一种用于在能谱光子计数探测器120中使用的脉冲整形方法300。图5是图示根据本公开的一些方面的用于在能谱光子计数探测器120中使用的脉冲整形方法300的示例的流程图。参考图5，脉冲整形方法300包括：
对表示探测到的光子的电脉冲进行积分S310以生成积分输出值V(t)；
在积分输出值V(t)超过第一阈值V1之后的第一时间段DT1重置S320积分输出值V(t)；并且
其中，重置S320还包括如果积分输出值V(t)超过低于第一阈值V1的初始阈值V0并且随后在超过初始阈值V0之后的预定时间间隔DT0内不超过第一阈值V1，则重置积分输出值V(t)。
脉冲整形方法还可以包括实施关于脉冲整形器电路200、能谱光子计数探测器120和计算机断层摄影或X射线成像系统描述的其他特征的操作。例如，该方法还可以包括诸如将积分输出值V(t)与表示X射线能量阈值的多个阈值(VET1..ETN)进行比较和确定表示相应的多个阈值(VET1..ETN)中的每一个被超过的次数的计数值(CET1..ETN)的操作。该脉冲整形方法还可以包括基于从X射线探测器元件的像素化阵列生成的计数值来生成能谱图像的操作。为了简洁起见，对于脉冲整形方法、能谱光子计数探测器、计算机断层摄影和X射线成像系统，并非重复脉冲整形器电路的所有细节。
脉冲整形方法可以由计算机来实施。该脉冲整形方法可以被提供为包括存储在其上的计算机可读指令的非瞬态计算机可读存储介质，所述计算机可读指令在由至少一个处理器执行时引起所述至少一个处理器执行所述方法。换句话说，上述脉冲整形方法可以被实施在计算机程序产品中。计算机程序产品可以由专用硬件或能够与适当软件相关联地运行软件的硬件提供。当由处理器提供时，方法特征的功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器或由一些处理器可以共享的多个单独处理器提供。术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解读为排他性地指代能够运行软件的硬件，并且可以隐含地包括但不限于数字信号处理器“DSP”硬件、用于存储软件的只读存储器“ROM”、随机存取存储器“RAM”、非易失性存储设备等。此外，本公开的示例可以采用可从计算机可用存储介质或计算机可读存储介质访问的计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品提供用于由计算机或任何指令执行系统使用或与计算机或任何指令执行系统结合地使用的程序代码。出于该描述的目的，计算机可用存储介质或计算机可读存储介质可以是可以包括、存储、通信、传播或传输用于由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序的任何装置。介质可以是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统或设备或传播介质。计算机可读介质的示例包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器“RAM”、只读存储器“ROM”、硬磁盘和光盘。光盘的当前示例包括压缩盘-只读存储器“CD-ROM”、光盘-读/写“CD-R/W”、Blu-RayTM和DVD。
上述示例应被理解为对本公开的说明而非限制。还设想了另外的示例。例如，关于脉冲整形器电路的示例描述的特征也可以以对应的方式被提供在能谱光子计数探测器中、或在计算机断层摄影或X射线成像系统中、或在脉冲整形方法中。应理解，关于任何一个示例描述的特征可以单独地、或与其他所描述的特征组合地使用，并且还可以与另一示例或其他示例的组合的一个或多个特征组合地使用。此外，在不脱离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，也可以采用上面未描述的等同物和修改。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或操作，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管某些特征被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些特征的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对其范围的限制。
Claims (15)
1.一种用于在能谱光子计数探测器(120)中使用的脉冲整形器电路(200)，包括：
积分器(210)，其包括被配置为生成具有指示探测到的光子的能量的幅值的输出脉冲(V(t))的输出(220)；
重置电路(230)，其被配置为在所述积分器(210)的所述输出(220)超过第一阈值(V1)之后的第一时间段(DT1)对所述积分器(210)进行放电；并且
其中，所述重置电路(230)还被配置为在所述积分器(210)的所述输出(220)超过低于所述第一阈值(V1)的初始阈值(V0)并且随后在超过所述初始阈值(V0)之后的预定时间间隔(DT0)内不超过所述第一阈值(V1)的情况下对所述积分器(210)进行放电。
2.根据权利要求1所述的脉冲整形器电路，其中，所述重置电路还被配置为周期性地对所述积分器(210)的所述输出(220)进行采样；并且
其中，所述重置电路(230)还被配置为：只有所述积分器(210)的所述输出(220)在所述预定时间间隔(DT0)内超过所述初始阈值(V0)达至少预定样本数量并且所述积分器(210)的所述输出(220)在所述预定时间间隔(DT0)内不超过所述第一阈值(V1)，才响应于所述积分器(210)的所述输出(220)超过所述初始阈值(V0)并且所述积分器(210)的所述输出(220)随后在超过所述初始阈值(V0)之后的预定时间间隔(DT0)内不超过所述第一阈值(V1)而对所述积分器(210)进行放电。
3.根据权利要求2所述的脉冲整形器电路，其中，所述样本是相继的样本。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的脉冲整形器电路，其中，所述重置电路(230)还被配置为：只有在所述积分器(210)的所述输出(220)达到所述第一阈值(V1)的预期时间期满之后，才响应于所述积分器(210)的所述输出(220)超过所述初始阈值(V0)并且所述积分器(210)的所述输出(220)随后在超过所述初始阈值(V0)之后的所述预定时间间隔(DT0)内不超过所述第一阈值(V1)而对所述积分器(210)进行放电，其中，所述积分器(210)的所述输出(220)达到所述第一阈值(V1)的所述预期时间表示：针对具有引起所述第一阈值(V1)被超过的能量的探测到的光子，所述积分器(210)的所述输出(220)达到所述第一阈值(V1)的时间。
5.根据任一前述权利要求所述的脉冲整形器电路，其中，所述第一阈值(V1)表示所述能谱光子计数探测器(120)的最低能量箱元(VET1)的能量下限。
6.根据任一前述权利要求所述的脉冲整形器电路，其中，其中，所述第一时间段(DT1)表示所述积分器(210)的所述输出(220)达到最大值(Vpeak)时的时间。
7.根据任一前述权利要求所述的脉冲整形器电路，包括比较器电路(240)和计数器电路(250)，
其中，所述比较器电路(240)被配置为将所述积分器(210)的所述输出(220)与多个阈值(VET1..ETN)进行比较，并且其中，所述计数器电路(250)被配置为确定表示超过相应的多个阈值(VET1..ETN)中的每个阈值的次数的计数值(CET1..ETN)。
8.根据权利要求7所述的脉冲整形器电路，其中，所述计数器电路被配置为确定表示在与X射线图像帧相对应的时段内超过所述相应的多个阈值(VET1..ETN)中的每个阈值的次数的所述计数值(CET1..ETN)。
9.根据任一前述权利要求所述的脉冲整形器电路，其中，所述积分器(210)包括反馈电容器(Cf)，并且其中，所述反馈电容器(Cf)被耦合在所述积分器(210)的所述输出(220)与所述积分器(210)的输入之间。
10.根据权利要求1所述的脉冲整形器电路，其中，所述重置电路(230)包括开关(SW1)，所述开关被配置为将所述积分器(210)的所述输出(220)耦合到所述积分器(210)的输入以用于对所述积分器(210)进行放电。
11.根据权利要求9所述的脉冲整形器电路，其中，所述重置电路(230)包括电流源(Id)，所述电流源(Id)被配置为将电荷注入到所述反馈电容器(Cf)中以用于对所述积分器(210)进行放电。
12.一种能谱光子计数探测器(120)，包括X射线探测器元件的像素化阵列，所述X射线探测器元件的像素化阵列被配置为响应于接收到的X射线光子而生成电脉冲；
其中，每个X射线探测器元件被电耦合到根据权利要求1-11中的任一项所述的脉冲整形器电路(200)以用于对由所述X射线探测器元件生成的所述电脉冲进行积分。
13.一种计算机断层摄影(100)或X射线成像系统，包括：根据权利要求12所述的能谱光子计数探测器(120)；以及X射线源(110)；并且
其中，所述X射线源(110)和所述能谱光子计数探测器(120)被成像区域(130)分开以便生成表示穿过所述X射线源(110)与所述X射线探测器(120)之间的所述成像区域(130)中的对象的X射线的衰减的X射线图像数据。
14.一种用于在能谱光子计数探测器(120)中使用的脉冲整形方法(300)，包括：
对表示探测到的光子的电脉冲进行积分(S310)以生成积分输出值(V(t))；
在所述积分输出值(V(t))超过第一阈值(V1)之后的第一时间段(DT1)重置(S320)所述积分输出值(V(t))；并且
其中，所述重置(S320)还包括在所述积分输出值(V(t))超过低于所述第一阈值(V1)的初始阈值(V0)并且随后在超过所述初始阈值(V0)之后的预定时间间隔(DT0)内不超过所述第一阈值(V1)的情况下重置所述积分输出值(V(t))。
15.一种包括指令的计算机程序产品，所述指令在由一个或多个处理器运行时使所述一个或多个处理器执行根据权利要求14所述的方法。
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