DE102019121702A1

DE102019121702A1 - Systeme und verfahren zur bestimmung der interaktionstiefe

Info

Publication number: DE102019121702A1
Application number: DE102019121702.4A
Authority: DE
Inventors: Arie Shahar; Yaron Glazer; Moshe Cohen-Erner; Avishai Ofan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2018-08-13
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2020-02-13
Also published as: FR3084933A1; FR3084933B1; CN110824530A; US10481285B1; CN110824530B

Abstract

Es wird eine Detektoranordnung bereitgestellt, die einen Halbleiterdetektor, mehrere verpixelte Anoden und mindestens einen Prozessor einschließt. Die mehreren verpixelten Anoden sind auf einer Oberfläche des Halbleiterdetektors angeordnet. Jede verpixelte Anode ist konfiguriert, um in Reaktion auf den Empfang eines Photons ein Primärsignal zu erzeugen und um in Reaktion auf eine induzierte Ladung, die durch den Empfang eines Photons durch mindestens eine umgebende Anode verursacht wird, mindestens ein Sekundärsignal zu erzeugen. Der mindestens eine Prozessor ist betriebsfähig mit den verpixelten Anoden gekoppelt und konfiguriert, um ein Primärsignal von einer der Anoden in Reaktion auf den Empfang eines Photons zu erfassen; mindestens ein Sekundärsignal von zumindest einem benachbarten Pixel zu erfassen; und eine Interaktionstiefe in dem Halbleiterdetektor für den Empfang des Photons durch die eine der Anoden unter Verwendung des mindestens einen Sekundärsignals zu bestimmen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der hierin offenbarte Inhalt bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur diagnostischen medizinischen Bildgebung, wie etwa einer nuklearmedizinischen (NM) Bildgebung.
In der NM-Bildgebung können zum Beispiel Systeme mit mehreren Detektoren oder Detektorköpfen verwendet werden, um eine Testperson abzubilden, beispielsweise um einen interessierenden Bereich abzutasten. Zum Beispiel können die Detektoren benachbart zu der Testperson positioniert sein, um NM-Daten zu erfassen, die zur Erzeugung eines dreidimensionalen (3D) Bildes der Testperson verwendet werden.
Bilddetektoren können verwendet werden, um den Empfang von Photonen von einem Objekt (z. B. einem menschlichen Patienten, dem ein Radiotracer verabreicht wurde) durch den Bilddetektor zu erfassen. Die Interaktionstiefe (Depth of Interaction, DOI) oder die Position entlang der Dicke eines Detektors, an dem Photonen erfasst werden, kann die Stärke der von dem Detektor als Reaktion auf die Photonen erzeugten Signale beeinflussen und verwendet werden, um die Anzahl und Lage erfasster Ereignisse zu bestimmen. Dementsprechend kann die DOI verwendet werden, um die Detektorsignale zu korrigieren, um die Auflösung und Empfindlichkeit der Detektorenergie zu verbessern. Herkömmliche Ansätze zum Bestimmen von DOI verwenden jedoch Signale von einer Kathode, was zusätzliche Hardware und eine Komplexität des Aufbaus erfordert, um Hardware zum Sammeln und Verarbeiten von Kathodensignalen zu verwenden. Zudem neigen Kathoden dazu, relativ groß zu sein und relativ verrauschte Signale zu erzeugen, was die Genauigkeit und Wirksamkeit der Verwendung von Signalen von Kathoden verringert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einer Ausführungsform wird eine Strahlungsdetektoranordnung bereitgestellt, die einen Halbleiterdetektor, mehrere verpixelte Anoden und mindestens einen Prozessor enthält. Der Halbleiterdetektor weist eine Oberfläche auf. Die mehreren verpixelten Anoden sind auf der Oberfläche angeordnet. Jede verpixelte Anode ist konfiguriert, um in Reaktion auf den Empfang eines Photons durch die verpixelte Anode ein Primärsignal zu erzeugen und um in Reaktion auf eine induzierte Ladung, die durch den Empfang eines Photons durch mindestens eine umgebende Anode verursacht wird, mindestens ein Sekundärsignal zu erzeugen. Der mindestens eine Prozessor ist betriebsfähig mit den verpixelten Anoden gekoppelt und ist konfiguriert zur Erfassung eines Primärsignals von einer der Anoden in Reaktion auf den Empfang eines Photons durch die eine der Anoden; zur Erfassung mindestens eines Sekundärsignals von mindestens einem benachbarten Pixel der einen der Anoden in Reaktion auf eine induzierte Ladung, die durch den Empfang des Photons durch die eine der Anoden verursacht wird, und zur Bestimmung einer Interaktionstiefe in dem Halbleiterdetektor für den Empfang des Photons durch die eine der Anoden unter Verwendung des mindestens einen Sekundärsignals.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Bildgebung unter Verwendung eines Halbleiterdetektors bereitgestellt. Der Halbleiterdetektor weist eine Oberfläche mit mehreren darauf angeordneten verpixelten Anoden auf. Jede verpixelte Anode ist konfiguriert, um in Reaktion auf den Empfang eines Photons durch die verpixelte Anode ein Primärsignal zu erzeugen und um in Reaktion auf eine induzierte Ladung, die durch den Empfang eines Photons durch mindestens eine umgebende Anode verursacht wird, mindestens ein Sekundärsignal zu erzeugen. Das Verfahren umfasst das Erfassen eines Primärsignals von einer der Anoden in Reaktion auf den Empfang eines Photons durch die eine der Anoden, und das Erfassen mindestens eines Sekundärsignals von mindestens einem benachbarten Pixel einer der Anoden in Reaktion auf eine induzierte Ladung, die durch den Empfang der Photonen durch die eine der Anoden verursacht wird. Das Verfahren umfasst auch, dass eine Interaktionstiefe in dem Halbleiterdetektor für den Empfang des Photons durch die eine der Anoden unter Verwendung des mindestens einen sekundären Signals bestimmt wird.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Bereitstellen eines Halbleiterdetektors, der eine Oberfläche mit mehreren darauf angeordneten verpixelten Anoden aufweist. Jede verpixelte Anode ist konfiguriert, um in Reaktion auf den Empfang eines Photons durch die verpixelte Anode ein Primärsignal zu erzeugen und um in Reaktion auf eine induzierte Ladung, die durch den Empfang eines Photons durch mindestens eine benachbarte Anode verursacht wird, mindestens ein Sekundärsignal zu erzeugen. Das Verfahren umfasst auch das betriebsfähige Koppeln der verpixelten Anoden an mindestens einen Prozessor. Ferner umfasst das Verfahren das Bereitstellen einer kalibrierten Strahlungsquelle in unterschiedlichen Tiefen entlang einer Seitenwand des Halbleiterdetektors, wobei die verpixelten Anoden in Reaktion auf die kalibrierte Strahlungszufuhr Primärsignale und Sekundärsignale erzeugen. Zudem umfasst das Verfahren das Erfassen der Primärsignale und der Sekundärsignale von den verpixelten Anoden mit dem mindestens einen Prozessor. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen der entsprechenden negativen Werte der gesamten induzierte Ladungen für jede der verschiedenen Tiefen sowie das Bestimmen der Kalibrierungsinformationen basierend auf den negativen Werten der gesamten induzierten Ladungen für jede der verschiedenen Tiefen.
Figurenliste

1 zeigt eine Darstellung von Gewichtungspotentialen eines Detektors mit einem Pixel, das durch ein Spannungspotential vorgespannt ist.
2 zeigt vier Ereignisse innerhalb des Detektors von 1.
3 zeigt entsprechende induzierte Ladungen für die vier Ereignisse von 2.
4 zeigt fünf Gruppen von Ereignissen unter einem primären oder sammelnden Pixel, das an fünf verschiedenen DOIs lokalisiert ist.
5 zeigt die resultierenden nicht gesammelten oder sekundären Signale für die Ereignisse, die sich bei Z₀ von 4 befinden.
6 zeigt die resultierenden nicht gesammelten oder sekundären Signale für die Ereignisse, die sich bei Z₁ von 4 befinden.
7 zeigt die resultierenden nicht gesammelten oder sekundären Signale für die Ereignisse, die sich bei Z₂ von 4 befinden.
8 zeigt die resultierenden nicht gesammelten oder sekundären Signale für die Ereignisse, die sich bei Z₃ von 4 befinden.
9 zeigt die resultierenden nicht gesammelten oder sekundären Signale für die Ereignisse, die sich bei Z₄ von 4 befinden.
10 zeigt ein Kalibrierungssystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
11 stellt eine schematische Ansicht einer Strahlungsdetektoranordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereit.
12 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereit.
13 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereit.
14 stellt eine schematische Ansicht eines Bildgebungssystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereit.
15 stellt eine schematische Ansicht eines Bildgebungssystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereit.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung bestimmter Ausführungsformen wird besser verständlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Soweit die Figuren Diagramme der Funktionsblöcke verschiedener Ausführungsformen veranschaulichen, sind die Funktionsblöcke nicht notwendigerweise kennzeichnend für die Aufteilung zwischen Hardwareschaltungen. Beispielsweise können ein oder mehrere der funktionalen Blöcke (z. B. Prozessoren oder Speicher) in einem einzigen Hardwareteil (z.B. einem universellen Signalprozessor oder einem Block eines Speichers mit wahlfreiem Zugriff, einer Festplatte oder dergleichen) oder in mehreren Hardwareteilen implementiert sein. In ähnlicher Weise können die Programme eigenständige Programme sein, können als Unterprogramme in einem Betriebssystem enthalten sein, können Funktionen in einem installierten Softwarepaket sein und dergleichen. Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausführungsformen nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten Anordnungen und Mittel beschränkt sind.
Wie hierin verwendet, können die Begriffe „System“, „Einheit“ oder „Modul“ ein Hardware- und/oder Softwaresystem umfassen, das arbeitet, um eine oder mehrere Funktionen auszuführen. Beispielsweise kann ein Modul, eine Einheit oder ein System einen Computerprozessor, eine Steuerung oder eine andere logikbasiertes Vorrichtung enthalten, die Operationen auf der Grundlage von Anweisungen ausführt, die auf einem materiellen und nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium, wie einem Computerspeicher, gespeichert sind. Alternativ kann ein Modul, eine Einheit oder ein System eine drahtgebundene Vorrichtung enthalten, die Operationen auf der Grundlage der drahtgebundenen Logik der Vorrichtung ausführt. Verschiedene Module oder Einheiten, die in den beigefügten Figuren gezeigt sind, können die Hardware darstellen, die basierend auf Software oder drahtgebundenen Anweisungen arbeitet, die Software, die die Hardware anweist, die Operationen auszuführen, oder eine Kombination davon.
„Systeme“, „Einheiten“ oder „Module“ können Hardware und zugeordnete Anweisungen (z. B. Software, die auf einem materiellen und nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium gespeichert ist, wie beispielsweise einer Computer-Festplatte, ROM, RAM oder dergleichen) umfassen oder darstellen, die eine oder mehrere hier beschriebene Operationen ausführen. Die Hardware kann elektronische Schaltungen umfassen, die eine oder mehrere logikbasierte Vorrichtungen wie etwa Mikroprozessoren, Prozessoren, Steuerungen oder dergleichen umfassen und/oder mit diesen verbunden sind. Diese Vorrichtung können handelsübliche Vorrichtungen sein, die entsprechend programmiert oder instruiert sind, die hier beschriebenen Operationen anhand der oben beschriebenen Anweisungen auszuführen. Zusätzlich oder alternativ dazu können eine oder mehrere dieser Vorrichtungen mit Logikschaltungen fest verdrahtet sein, um diese Operationen durchzuführen.
Wie hierin verwendet, sollte ein Element oder ein Schritt, das im Singular aufgeführt ist und dem ein Wort wie „ein“ oder „eine“ vorangestellt ist, so verstanden werden, dass eine Mehrzahl dieser Elemente oder Schritte nicht ausgeschlossen ist, sofern ein solcher Ausschluss nicht ausdrücklich angegeben ist. Ferner sollen Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ nicht so interpretiert werden, als würden sie das Vorhandensein zusätzlicher Ausführungsformen ausschließen, die ebenfalls die angegebenen Merkmale enthalten. Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, können Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer bestimmten Eigenschaft „umfassen“ oder „aufweisen“, zusätzliche Elemente einschließen, die diese Eigenschaft nicht aufweisen.
Verschiedene Ausführungsformen stellen Systeme und Verfahren zur Verbesserung der Empfindlichkeit und/oder Energieauflösung der Bildakquisition bereit, beispielsweise in nuklearmedizinischen (NM) Bildgebungsanwendungen. In verschiedenen Ausführungsformen werden Messungen von nicht gesammelten (oder induzierten) benachbarten Übergangssignalen verwendet, um eine Interaktionstiefe (DOI) von entsprechenden Ereignissen in einem Detektor zu bestimmen. Es ist zu beachten, dass dieselben Messungen der nicht gesammelten benachbarten Übergangssignale auch verwendet werden können, um entsprechende Subpixelpositionen für die Ereignisse zu bestimmen.
Im Allgemeinen stellen verschiedene Ausführungsformen Verfahren und/oder Systeme zum Messen des negativen Werts induzierter Signale und zum Ableiten oder Bestimmen des entsprechenden DOI basierend auf dem negativen Wert bereit. Für bestimmte DOI-Werte (z. B. DOIs, die sich nicht in der Nähe einer Anode befinden) erzeugen alle Ereignisse mit der gleichen DOI etwa denselben negativen Wert für nicht gesammelte induzierte Signale, ungeachtet ihrer lateralen Position (mit lateraler Position als x, y-Koordinaten definiert, wobei die DOI entlang einer z-Achse gemessen wird). Dementsprechend verwenden verschiedene Ausführungsformen einen gemessenen Wert von induzierten Signalen (z. B. einen gemessenen negativen Wert von nicht gesammelten induzierten Signalen, der auch zur Subpixelpositionsbestimmung verwendet werden kann), um die DOI abzuleiten oder zu bestimmen sowie eine 3D-Positionierung von Ereignissen bereitzustellen, die die nicht gesammelten induzierten Signale verursachen.
Ein technischer Effekt, der durch verschiedene Ausführungsformen bereitgestellt wird, umfasst eine erhöhte Empfindlichkeit und/oder Energieauflösung eines Detektorsystems, wie eines NM-Bilddetektorsystems. Ein technischer Effekt von verschiedenen Ausführungsformen umfasst eine verbesserte Bildqualität. Ein technischer Effekt verschiedener Ausführungsformen umfasst eine verringerte Verarbeitungs- und/oder Hardwarekomplexität, die mit der Bestimmung der DOI über die Eliminierung der Verwendung von Signalen von einer Kathode verbunden ist.
Vor der Adressierung spezifischer Aspekte bestimmter Ausführungsformen werden bestimmte Aspekte des Detektorbetriebs erläutert. 1 zeigt eine Darstellung 10 von Gewichtungspotentialen für einen Detektor 11 mit einer verpixelten Anode 12, die durch ein Potential von 1 Volt vorgespannt ist. Benachbarte verpixelte Anoden 13 sind nicht vorgespannt oder liegen auf einem Massepotential von 0 Volt. Es ist zu beachten, dass die Darstellung einer gegebenen verpixelten Anode bei einer Spannung, während benachbarte verpixelte Anoden in Verbindung mit verschiedenen Beispielen hierin nicht vorgespannt sind, zur Klarheit der Darstellung und zur Erleichterung der Darstellung bereitgestellt wird, in der Praxis kann jedoch jede verpixelte Anode eines Detektors durch eine ähnliche Spannung vorgespannt sein. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist die Kathode 14 bei 0 Volt geerdet. Die durchgezogenen Kurven 15 zeigen Linien des elektrischen Feldes, wobei gestrichelte Kurven 16 Äquipotentiallinien zeigen. Die Äquipotentiallinien verlaufen senkrecht zu den elektrischen Feldlinien an den Punkten, an denen sich die Linien kreuzen.
Die Gewichtungspotentiale von 1 sind gemäß dem Shockley-Ramo-Theorem dargestellt. Unter diesem Theorem wird der durch das Gewichtungspotential erzeugte induzierte Strom als i = qE*V = qE*V*cos(a) beschrieben, wobei i der induzierte Strom, q die Elektronenladung, und E*V das Skalarprodukt zwischen dem elektrischen Feld E des Gewichtungspotentials und der Geschwindigkeit V der Elektronen ist und a der Winkel zwischen den Vektoren E und V ist.
Die 2 und 3 zeigen das Auftreten der Ereignisse in verschiedenen Positionen des Detektors 11 und die resultierenden induzierten Ladungen. 2 zeigt vier Ereignisse innerhalb des Detektors 11 aus 1, und 3 zeigt entsprechende induzierte Ladungen.
2 zeigt vier Ereignisse - Ereignis 21 beginnend bei einer Tiefe von Z₀ , Ereignis 22 beginnend bei einer Tiefe von Z₁ , Ereignis 23 beginnend bei einer Tiefe von Z₂ und Ereignis 24 beginnend bei einer Tiefe von Z₃ . Jedes der Ereignisse bewegt sich entlang einer Kurve beginnend bei X₁ und endet an der Anode des primären oder Sammelpixels 25 (der Anode, die die Ereignisse sammelt). Die nicht gesammelte induzierte Ladung auf dem benachbarten Pixel (oder nicht sammelnden Pixel, in diesem Fall Pixel 12, das in dem veranschaulichten Beispiel dem Sammelpixel 25 unmittelbar benachbart ist) ist das Integral über die Zeit (oder über die Entfernung) des Stroms, der durch die oben erläuterte Beziehung gegeben ist (i = qE*V = qE*V*cos(a)). E ist das Feld des Gewichtungspotentials des nicht sammelnden benachbarten Pixels (Pixel 12 in diesem Beispiel). Über der Tiefe D des Detektors sind zwei Bereiche dargestellt - ein erster Bereich I und ein zweiter Bereich II.
Im Bereich I weist der Vektor des Feldes eine nach unten gerichtete Komponente auf. Dementsprechend ist die induzierte Ladung über den Bereich I positiv. Über den Bereich II weist der Vektor des Feldes eine Komponente auf, die nach oben gerichtet ist. Dementsprechend ist die induzierte Ladung über den Bereich II negativ. Ereignis 21 bei der Tiefe Z₀ beginnt an der Kathode 14 und demgemäß bewegt sich die zugehörige Ladung über die gesamte Länge von Bereich I und Bereich II. Die anderen Ereignisse beginnen weg von der Kathode und dementsprechend breiten sich die zugehörigen Ladungen nicht über die gesamte Tiefe des Bereichs I aus. Ferner beginnt das Ereignis 24 in der Tiefe Z₃ innerhalb der Grenze des Bereichs II, also näher an den verpixelten Anoden als die Grenze von Bereich II. Dementsprechend bewegt sich die Ladung, die sich auf das Ereignis 24 in der Tiefe Z₃ bezieht, nicht über die gesamte Tiefe des Bereichs II.
3 zeigt die resultierenden Signale entsprechend der Ereignisse aus 2. Das Signal 32 zeigt nämlich das Sammel- oder Primärsignal, das zu dem Sammelpixel 25 führt. Das Signal 34 zeigt das nicht sammelnde Signal der verpixelten Anode 12, das sich aus dem Ereignis 21 beginnend bei Z₀ ergibt, das Signal 35 zeigt das nicht sammelnde Signal der verpixelten Anode 12, das sich aus dem Ereignis 22 beginnend bei Z₁ ergibt, das Signal 36 zeigt das nicht sammelnde Signal der verpixelten Anode 12, das sich aus dem Ereignis 23 beginnend bei Z₂ ergibt und Signal 37 zeigt das nicht sammelnde Signal der verpixelten Anode 12, das sich aus dem Ereignis 24 beginnend bei Z₃ ergibt.
Wie in 3 zu sehen ist, ist für das Ereignis 21, das bei Z₀ beginnt (das Ereignis, das an der Kathode 14 auftritt und sich über den gesamten Bereich sowohl des Bereichs I als auch des Bereichs II bewegt), die gesamte induzierte Ladung in den Bereichen I und II gleich Null, da die positiv induzierte Ladung im Bereich I und die negative induzierte Ladung im Bereich 11 gleich sind und sich über die gesamte Tiefe (z. B. an den Anoden mit Z = D, wobei D die Dicke des Detektors 11 ist) gegenseitig aufheben.
Für das Ereignis 22, das bei Z₁ beginnt (das von der Kathode entfernt ist), ist die gesamte induzierte Ladung negativ, da die positive induzierte Ladung im Bereich I geringer ist als die von Ereignis 21, da die Ladung von Ereignis 22 nicht die gesamte Tiefe des Bereichs I durchläuft. In ähnlicher Weise ist die gesamte induzierte Ladung von Ereignis 23 negativer als die gesamte induzierte Ladung von Ereignis 22 und die gesamte induzierte Ladung von Ereignis 24 ist negativer als die gesamte induzierte Ladung von Ereignis 23. Dies kann als [Q₀=0] > [Q₁<0] > [Q₂<0] > [Q₃<0] dargestellt sein, wobei Q₀ die gesamte induzierte Ladung für Ereignis 21 beginnend bei Z₀ ist, wobei Q₁ die gesamte induzierte Ladung für Ereignis 22 beginnend bei Z₁ ist, wobei Q₂ die gesamte induzierte Ladung für Ereignis 23 beginnend bei Z₂ ist und wobei Q₃ die gesamte induzierte Ladung für Ereignis 24 beginnend bei Z₃ ist. Dementsprechend gilt, wie in der 3 gezeigt, je näher ein Ereignis an den verpixelten Anoden (oder weiter von der Kathode entfernt) liegt, desto negativer ist das Signal von einer nicht sammelnden Anode.
4 zeigt fünf Gruppen von Ereignissen unter einem primären Pixel 42 (das Sammelpixel, das ein Primärsignal erzeugt), das sich an fünf verschiedenen DOIs befindet: Z₀ , Z₁ , Z₂ , Z₃ , Z₄ . Jede Gruppe umfasst drei Ereignisse an unterschiedlichen X-Koordinaten (nämlich X₁ , X₂ und X₃ ) für eine bestimmte Tiefe. Die Kurven für jedes Ereignis, das sich zur primären Anode 42 (z. B. Anode 25 aus 2) bewegt, sind schematisch in 4 dargestellt. Diese Ereignisse bewegen sich in dem gewichteten Potential und dem elektrischen Feld des benachbarten nicht sammelnden Pixels 44 (z. B. Anode 12 aus 1 und 2), auf dem die nicht gesammelte Ladung induziert wird, was zu einem sekundären Signal führt, das durch das benachbarte, nicht sammelnde Pixel 44 erzeugt wird.
Die resultierenden induzierten nicht gesammelten oder sekundären Signale, die durch jedes Ereignis erzeugt werden, sind in den 5-9 dargestellt. 5 umfasst einen Graphen 50, der die resultierenden nicht gesammelten oder sekundären Signale für die bei Z₀ befindlichen Ereignisse darstellt. Wie in 5 gezeigt, erzeugen die Ereignisgruppen bei Z₀ trotz der Tatsache, dass sie unterschiedliche laterale Positionen X₁ , X₂ und X₃ aufweisen, alle dasselbe gesamte nicht gesammelte induzierte Ladungssignal, das gleich Null ist. Es ist zu beachten, dass alle Ereignisse bei Z₀ an der Kathode beginnen. Kurve 51 in 5 ist das primäre gesammelte Signal an der primären Anode 42 und ist in 5 dargestellt, um dabei zu helfen, die Unterschiede zwischen dem Primärsignal und dem sekundär induzierten Signal in Bezug auf Amplitude und Form darzustellen.
6 enthält einen Graphen 60, der die resultierenden nicht gesammelten oder sekundären Signale für die bei Z₁ befindlichen Ereignisse zeigt. Wie in 6 zu sehen ist, erzeugen alle Ereignisse bei Z₁ trotz der Tatsache, dass sie unterschiedliche laterale Positionen X₁ , X₂ und X₃ aufweisen, dasselbe (oder nahezu dasselbe) gesamte nicht gesammelte induzierte Ladungssignal, das negativ ist. Es ist zu beachten, dass alle Ereignisse bei Z₁ mit einem kleinen Abstand von der Kathode beginnen und dementsprechend eine negative induzierte Ladung einer relativ kleinen Größe aufweisen.
7 enthält einen Graphen 70, der die resultierenden nicht gesammelten oder sekundären Signale für die bei Z₂ befindlichen Ereignisse zeigt. Wie in 7 gezeigt, erzeugen alle Ereignisse bei Z₂ trotz der Tatsache, dass sie unterschiedliche laterale Positionen X₁ , X₂ und X₃ aufweisen, ungefähr dasselbe gesamte nicht gesammelte induzierte Ladungssignal, das negativ ist (z. B. innerhalb des Bereichs 72). Es ist zu beachten, dass alle Ereignisse bei Z₂ mit einem größeren Abstand von der Kathode beginnen als für das Ereignis bei Z₁ und dementsprechend eine relativ negativer induzierte Ladung einer relativ kleinen Größe aufweisen.
8 enthält einen Graphen 80, der die resultierenden nicht gesammelten oder sekundären Signale für die bei Z₃ befindlichen Ereignisse darstellt. Wie in 8 gezeigt, erzeugen alle Ereignisse bei Z₃ trotz der Tatsache, dass sie unterschiedliche laterale Positionen X₁ , X₂ und X₃ aufweisen, ungefähr dasselbe gesamte nicht gesammelte induzierte Ladungssignal, das negativ ist (z. B. innerhalb des Bereichs 82). Es ist zu beachten, dass alle Ereignisse bei Z₃ mit einem größeren Abstand von der Kathode beginnen als für das Ereignis bei Z₂ (und Z₁ ) und dementsprechend eine relativ negativer induzierte Ladung einer relativ kleinen Größe aufweisen. Es ist zu beachten, dass die Differenz zwischen dem oberen und dem unteren Wert für den Bereich 82 und den Bereich 72 (siehe 7) klein genug ist, um in verschiedenen Ausführungsformen ignoriert zu werden, so dass die DOI als unabhängig von der seitlichen Position behandelt wird.
9 enthält einen Graphen 90, der die resultierenden nicht gesammelten oder sekundären Signale für die bei Z₄ befindlichen Ereignisse darstellt. Die negativen Ladungen für die Ereignisse, die bei einer Tiefe von Z₄ entstehen, unterscheiden sich aufgrund der Nähe von Z₄ zu den Anoden wesentlich voneinander. Im Allgemeinen nimmt in dem dargestellten Beispiel, wenn sich die Tiefe des Ereignisses näher an die Anode bewegt, die Variabilität der negativ induzierten Ladung auf der Grundlage der lateralen Position zu, wobei die Variabilität nur in Tiefen sehr nahe an der Anode wesentlich wird.
Wie oben diskutiert, erzeugen Ereignisse mit Ausnahme von Ereignissen, die sehr nahe an einer Sammelanode beginnen, eine gesamte nicht gesammelte induzierte Ladung in einer oder mehreren benachbarten Anoden zu der Sammelanode, die mit der DOI des Ereignisses im Wesentlichen unabhängig von der lateralen Position korreliert ist. Dementsprechend kann die gesamte induzierte Ladung, die durch ein Ereignis an der benachbarten verpixelten Anode (oder den verpixelten Anoden) verursacht wird, das Null oder negativ ist, zum Ableiten oder Bestimmen der DOI des bestimmten Ereignisses verwendet werden. Es ist ferner zu beachten, dass aufgrund der hohen Absorption des Detektors sehr wenige Ereignisse in der Nähe der Anoden beginnen und dementsprechend solche Ereignisse einen vernachlässigbaren Effekt auf die Verwendung einer negativen induzierten Ladung zur Bestimmung der DOI haben können. Verschiedene hierin offenbarte Ausführungsformen und Verfahren bestimmen dementsprechend eine Größe für ein negativ induziertes nicht gesammeltes Signal (hierin auch als Sekundärsignal bezeichnet) und verwenden den bestimmten negativen Signalgrößenwert, um die DOI zu bestimmen oder abzuleiten.
Wie oben diskutiert, kann in verschiedenen Ausführungsformen die DOI eines Ereignisses, die aus einer Korrelation zwischen der DOI des Ereignisses und der gesamten nicht gesammelten induzierten Ladung auf dem benachbarten Pixel (oder den Pixeln), die Null oder negativ ist, abgeleitet werden, wobei die Korrelation zwischen der DOI und der gesamten nicht gesammelten induzierten Ladung im Wesentlichen unabhängig von der lateralen Position ist, so dass die laterale Position bei der Ableitung der DOI unberücksichtigt bleiben kann. Es ist jedoch zu beachten, dass zum Beispiel unterschiedliche Photonen unterschiedliche Energien aufweisen können, die einen unterschiedlichen Wert für die gesamte nicht gesammelte induzierte Ladung erzeugen können. Dementsprechend kann in verschiedenen Ausführungsformen ein Detektorsystem kalibriert werden, um unterschiedliche Photonenenergien zu berücksichtigen, beispielsweise um den nicht gesammelten induzierten Ladungswert auf Photonenenergie zu normieren. Solch ein Kalibrierungsprozess kann durchgeführt werden, um Kalibrierungsinformationen bereitzustellen, die verwendet werden, um die DOI zu bestimmen. Die Kalibrierungsinformationen können, als ein Beispiel, in Form einer Nachschlagetabelle oder als ein anderes Beispiel in Form einer Formel oder eines mathematischen Ausdrucks, der auf einer Kurvenanpassung basiert, vorliegen.
10 zeigt ein Kalibrierungssystem 92 gemäß einer Ausführungsform. Das dargestellte Kalibrierungssystem 92 wird verwendet, um einen Detektor 93 mit einer Seitenwand 94 zu kalibrieren, die sich zwischen einer Anodenoberfläche 95 und einer Kathodenoberfläche 96 erstreckt. Das Kalibrierungssystem 92 weist eine Strahlungsquelle 97 und einen Lochkollimator 98 auf. Der Lochkollimator 98 definiert eine Abtastöffnung, die entlang der Z-Richtung bewegt werden kann, wie in 10 gezeigt, um die Seitenwand 94 des Detektors 93 bei verschiedenen DOIs (verschiedenen Z-Koordinaten) zu bestrahlen. Auf diese Weise werden Ereignisse mit bekannten DOIs und bekannter Photonenenergie mit unterschiedlichen lateralen Positionen erzeugt, wobei die lateralen Positionen von der Absorptionsstatistik der Bestrahlung über die Seitenwand abhängen. Durch Messen resultierender induzierter negativer Ladungen für verschiedene DOIs können die negativen Werte der gesamten induzierten Ladung für nicht gesammelte benachbarte Signale verwendet werden, um eine Nachschlagetabelle oder eine andere Beziehung zum Ableiten der DOI von der induzierten nicht gesammelten Ladung zu erzeugen.
Es ist ferner zu beachten, dass, da der negative Wert der induzierten Ladung auch von der Energie des absorbierten Photons abhängt, die Kalibrierung auch Photonenenergie berücksichtigen kann. Zum Beispiel kann die DOI basierend auf einem Verhältnis zwischen einem negativen Wert des induzierten nicht gesammelten Signals und der Amplitude des primären oder gesammelten Signals kalibriert werden. Solch ein Verhältnis kann in verschiedenen Ausführungsformen wie folgt ausgedrückt werden: $DOI \propto \frac{V_{[n e g a t i v e r W e r t i n d u z i e r t e n L a d u n g]}}{V_{[A m p l i t u d e d e s p r i m ä r e n S i g n a l s]}}$
Da der negative Wert des induzierten Signals unabhängig (oder, wie hierin erläutert, im Wesentlichen oder weitgehend unabhängig) von der lateralen Position (oder X-, Y-Koordinaten) ist, erzeugen alle angrenzenden oder benachbarten Pixel ähnliche negative Signale. Dementsprechend kann das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden, indem das negative Signal aus einer Anzahl angrenzender oder benachbarter Pixel addiert wird. Solch ein Verhältnis kann in verschiedenen Ausführungsformen ausgedrückt werden als: $DOI \propto \frac{\sum_{i = 1}^{i = N} V {[negativer Wert der induzierten Ladung]}_{i}}{V_{[A m p l i t u d e d e s p r i m ä r e n S i g n a l s]}}$
Es ist zu beachten, dass die negative induzierte Ladung oder ein Signal von einem benachbarten Pixel und das Primärsignal in verschiedenen Ausführungsformen nach Impulsformern, die konfiguriert sind, um die empfangenen oder erfassten Signale zu formen, gemessen werden. In verschiedenen Ausführungsformen weisen beide Signale eine allgemein stufenartige Form und im Allgemeinen ähnliche Spitzen- und Formungszeiten auf. Dementsprechend kann das Verhältnis zwischen den Signalen entweder nach den Impulsformern oder unmittelbar nach den Verstärkern, von denen die Former die Signale empfangen, ungefähr gleich sein.
11 stellt eine schematische Ansicht einer Strahlungsdetektoranordnung 100 in gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereit. Wie in 11 gezeigt, umfasst die Strahlungsdetektoranordnung 100 einen Halbleiterdetektor 110 und eine Verarbeitungseinheit 120. Der Halbleiterdetektor 110 weist eine Oberfläche 112 auf, auf der mehrere verpixelte Anoden 114 angeordnet sind. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Kathode 142 auf einer Oberfläche gegenüber der Oberfläche 112 angeordnet, auf der die verpixelten Anoden 114 angeordnet sind. Beispielsweise kann eine einzelne Kathode auf einer Oberfläche angeordnet werden, wobei die verpixelten Anoden auf einer gegenüberliegenden Oberfläche angeordnet sind. Wenn Strahlung (z. B. ein oder mehrere Photonen) auf die verpixelten Anoden 114 auftrifft, erzeugt der Halbleiterdetektor 110 im Allgemeinen elektrische Signale, die der Strahlung entsprechen, die über die Oberfläche der Kathode 142 eindringt und im Volumen des Detektors 110 unter der Oberfläche 112 absorbiert wird. In der dargestellten Ausführungsform sind die verpixelten Anoden 114 in einer 5 × 5-Anordnung für insgesamt 25 verpixelte Anoden 114 gezeigt; es ist jedoch zu beachten, dass in verschiedenen Ausführungsformen andere Anzahlen oder Anordnungen von verpixelten Anoden verwendet werden können. Beispielsweise kann jede verpixelte Anode 114 einen Oberflächenbereich von 2,5 mm² aufweisen; in verschiedenen Ausführungsformen können jedoch auch andere Größen und/oder Formen verwendet werden.
Der Halbleiterdetektor 110 kann in verschiedenen Ausführungsformen unter Verwendung verschiedener Materialien aufgebaut sein, wie beispielsweise Halbleitermaterialien, einschließlich Cadmium-Zink-Tellurid (CdZnTe), das häufig als CZT bezeichnet wird, Cadmium-Tellurid (CdTe) und Silizium (Si) unter anderem. Der Detektor 110 kann beispielsweise zur Verwendung mit nuklearmedizinischen (NM)-Bildgebungssystemen, Positronenemissionstomographie (PET)-Bildgebungssystemen und/oder Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie (SPECT)-Bildgebungssystemen konfiguriert sein.
In der dargestellten Ausführungsform erzeugt jede verpixelte Anode 114 unterschiedliche Signale in Abhängigkeit von der lateralen Position (z. B. in der X-, Y - Richtung) an der ein Photon in dem Volumen des Detektors 110 unter der Oberfläche 112 absorbiert wird. Beispielsweise erzeugt jede verpixelte Anode 114 ein primäres oder gesammeltes Signal in Reaktion auf die Absorption eines Photons im Volumen des Detektors 110 unter der bestimmten verpixelten Anode 114, durch die das Photon in das Detektorvolumen eindringt. Die Volumina des Detektors 110 unter den verpixelten Anoden 114 sind als Voxel (nicht gezeigt) definiert. Für jede verpixelte Anode 114 weist der Detektor 110 das entsprechende Voxel auf. Die Absorption eines Photons durch ein bestimmtes Voxel, das einer bestimmten verpixelten Anode 114a entspricht, führt auch zu einer induzierten Ladung, die von Pixeln 114b erfasst werden kann, die der bestimmten verpixelten Anode 114a benachbart sind oder diese umgeben, die das Photon empfängt. Die Ladung, die von einem benachbarten oder umgebenden Pixel erfasst wird, kann hier als nicht gesammelte Ladung bezeichnet werden und zu einem nicht gesammelten oder sekundären Signal führen. Ein Primärsignal kann Informationen in Bezug auf Photonenenergie (z. B. eine Verteilung über einen Bereich von Energieniveaus) sowie Positionsinformationen enthalten, die der bestimmten verpixelten Anode 114 entsprechen, an der ein Photon über die Oberfläche der Kathode 142 eindringt und in dem entsprechenden Voxel absorbiert wird.
Zum Beispiel ist in 1 ein Photon 116 gezeigt, das auf die verpixelte Anode 114a auftrifft, um in dem entsprechenden Voxel absorbiert zu werden. Dementsprechend erzeugt die verpixelte Anode 114a ein Primärsignal in Reaktion auf den Empfang des Photons 116. Wie auch in 1 zu sehen ist, befinden sich die verpixelten Anoden 114b benachbart zu der verpixelten Anode 114a. Die verpixelte Anode 114a weist 8 benachbarte verpixelte Anoden 114b auf. Wenn die verpixelte Anode 114a von dem Photon 116 getroffen wird, wird eine Ladung in der verpixelte Anode 114a induziert und von dieser gesammelt, um das Primärsignal zu erzeugen. Eine oder mehrere der benachbarten verpixelten Anoden 114b erzeugen ein Sekundärsignal in Reaktion auf die induzierte Ladung, die in der verpixelten Anode 114a erzeugt und von dieser gesammelt wird, wodurch das Primärsignal erzeugt wird. Das Sekundärsignal weist eine Amplitude auf, die kleiner als das Primärsignal ist. Für jedes gegebene Photon können das entsprechende Primärsignal (von dem betroffenen Pixel) und die Sekundärsignale (von einem oder mehreren Pixeln neben dem betroffenen Pixel) verwendet werden, um den Empfangspunkt eines Photons an einer bestimmten Position innerhalb des Pixels zu lokalisieren (z. B., um eine bestimmten Subpixelpositionen innerhalb des Pixels zu identifizieren).
Wie in 11 zu sehen ist, erstrecken sich die Seitenwände 140 entlang einer Tiefe 150 in der Z-Richtung zwischen der Oberfläche 112 und der Kathode 142. Die Position entlang der Z-Richtung entlang der Tiefe 150 der Absorption, wo das Photon 116 absorbiert wird, ist die DOI für das entsprechende Ereignis. Wie hierin erläutert, wird die negativ induzierte nicht gesammelte Ladung an einer oder mehreren benachbarten verpixelten Anoden 114b in der dargestellten Ausführungsform verwendet, um die DOI für das Ereignis zu bestimmen, das dem Aufprall des Photons 116 entspricht.
Jeder verpixelten Anode 114 können ein oder mehrere Elektronikkanälen zugeordnet sein, die konfiguriert sind, um das primäre und das sekundäre Signal in Kooperation mit den verpixelten Anoden zu einem oder mehreren Aspekten der Verarbeitungseinheit 120 zu liefern. In einigen Ausführungsformen kann jeder Elektronikkanal ganz oder teilweise auf dem Detektor 110 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann jeder Elektronikkanal ganz oder teilweise außerhalb des Detektors 110 untergebracht sein, beispielsweise als Teil der Verarbeitungseinheit 120, die eine anwendungsspezifische Integrationsschaltung (ASIC) sein oder enthalten kann. Die Elektronikkanäle können konfiguriert sein, um die primären und sekundären Signale an einen oder mehrere Aspekte der Verarbeitungseinheit 120 zu liefern, während andere Signale verworfen werden. Zum Beispiel umfasst in einigen Ausführungsformen jeder Elektronikkanal einen Schwellenwertdiskriminator. Der Schwellenwertdiskriminator kann die Übertragung von Signalen ermöglichen, die einen Schwellenwert überschreiten, während die Übertragung von Signalen verhindert oder eingeschränkt wird, die einen Schwellenwert nicht überschreiten. Im Allgemeinen ist der Schwellenpegel niedrig genug eingestellt, um die sekundären Signale zuverlässig zu erfassen, während er immer noch hoch genug eingestellt ist, um Signale mit geringerer Stärke, beispielsweise aufgrund von Rauschen, auszuschließen. Es ist zu beachten, dass, da die Sekundärsignale eine relativ geringe Stärke aufweisen können, die verwendete Elektronik vorzugsweise eine rauscharme Elektronik ist, um Rauschen zu verringern oder zu beseitigen, das nicht durch den Schwellenpegel beseitigt wird. In einigen Ausführungsformen enthält jeder elektronische Kanal eine Peak-and-Hold-Einheit zum Speichern elektrischer Signalenergie und kann auch einen Auslesemechanismus enthalten. Beispielsweise kann der elektronische Kanal einen Anforderungsbestätigungsmechanismus enthalten, der es ermöglicht, die Peak-and-Hold-Energie und die Pixelposition für jeden Kanal einzeln auszulesen. Ferner kann in einigen Ausführungsformen die Verarbeitungseinheit 120 oder ein anderer Prozessor den Signalschwellenpegel und den Anforderungsbestätigungsmechanismus steuern.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit 120 betriebsfähig mit den verpixelten Anoden 114 gekoppelt und ist konfiguriert, um Primärsignale (für gesammelte Ladungen) und Sekundärsignale (für nicht gesammelte Ladungen) zu erfassen. Beispielsweise erfasst die Verarbeitungseinheit 120 in verschiedenen Ausführungsformen ein Primärsignal von einer der Anoden als Reaktion auf den Empfang eines Photons durch die Anode. Beispielsweise kann ein Primärsignal von der verpixelten Anode 114a als Reaktion auf den Empfang des Photons 116 erfasst werden. Die Verarbeitungseinheit 120 erfasst auch mindestens ein Sekundärsignal von mindestens einem benachbarten Pixel (z. B. mindestens einer benachbarten Anode 114b) in Reaktion auf eine induzierte Ladung, die durch den Empfang des Photons verursacht wird. Beispielsweise kann ein Sekundärsignal von einem oder mehreren der benachbarten Pixel 114b in Reaktion auf den Empfang des Photons 116 erfasst werden. Es ist zu beachten, dass das Sekundärsignal (oder die Sekundärsignale) und das Primärsignal, die in Reaktion auf den Empfang des Photons 116 erzeugt werden, auf der Grundlage des Zeitpunkts und der Position der Erfassung der entsprechenden Ladungen miteinander assoziiert sein können.
Die dargestellte Verarbeitungseinheit 120 ist ferner konfiguriert, um eine Interaktionstiefe (DOI) in dem Halbleiterdetektor 110 für den Empfang des Photons unter Verwendung (z. B. basierend auf) des mindestens einen Sekundärsignals zu bestimmen. Beispielsweise kann eine DOI entlang der Tiefe 150 bestimmt werden, in der das Photon 116 absorbiert wird. In einigen Ausführungsformen kann eine insgesamt negativ induzierte nicht gesammelte Ladung für das mindestens eine Sekundärsignal bestimmt und verwendet werden, um die DOI zu bestimmen, wie hierin erläutert. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Nachschlagetabelle oder eine andere Korrelation verwendet werden, um die DOI aus einer bestimmten insgesamt negativ induzierten nicht gesammelten Ladung für das mindestens eine Sekundärsignal zu bestimmen. Es ist zu beachten, dass in verschiedenen Ausführungsformen die Verarbeitungseinheit 120 die DOI nur unter Verwendung von Signalen bestimmt, die basierend auf Informationen von den verpixelten Anoden 114 erzeugt werden, und ohne Information von der Kathode 142 zu verwenden. Dementsprechend kann der Aufbau und/oder die Anordnung der Detektoranordnung 100 jegliche Hardware oder elektrische Verbindungen vermeiden oder entfernen, die ansonsten zum Erfassen von Signalen von der Kathode 142 zur Verwendung bei der Bestimmung der DOI notwendig wären. Zusätzlich können die Erfassungs- und/oder Verarbeitungskomplexität oder Anforderungen weiter reduziert werden, indem die gleichen Informationen (primäre und sekundäre Signale), wie hierin erläutert, verwendet werden, um sowohl die DOI als auch die Subpixelposition zu bestimmen.
Die bestimmte DOI kann verwendet werden, um die Bildqualität zu verbessern. Beispielsweise kann die bestimmte DOI verwendet werden, um erfasste Bildinformationen zu korrigieren oder anzupassen. In einigen Ausführungsformen ist die Verarbeitungseinheit 120 konfiguriert, um ein Energieniveau für ein Ereignis, das dem Empfang eines Photons durch eine Anode entspricht, auf der Grundlage der DOI anzupassen. Es ist zu beachten, dass der Ladungsverlust für ein erfasstes Ereignis vom Abstand der Absorption für das Ereignis von der Anode abhängt. Dementsprechend kann die DOI für eine Anzahl von Ereignissen verwendet werden, um den Ladungsverlust anzupassen, um die Energieniveaus für die Ereignisse gleichmäßiger und/oder näher an einem Photopeak zu gestalten, um eine genaue Identifizierung von Ereignissen und eine genaue Zählung von Ereignissen durchzuführen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Verarbeitungseinheit 120 konfiguriert sein, um ein Bild unter Verwendung der DOI zu rekonstruieren. Beispielsweise kann die DOI einer Anzahl von Ereignissen direkt durch eine Rekonstruktionstechnik verwendet werden, um die 3D-Positionierung von Ereignissen in dem Detektor zur Rekonstruktion zu nutzen. Als ein weiteres Beispiel kann die DOI indirekt durch eine Rekonstruktionstechnik verwendet werden, indem die DOI verwendet wird, um die Energieniveaus zu korrigieren und dann die korrigierten Energieniveaus für die Bildrekonstruktion verwendet werden.
Wie hierin erläutert, werden Kalibrierungsinformationen in verschiedenen Ausführungsformen verwendet. Die Verarbeitungseinheit 120 ist in verschiedenen Ausführungsformen konfiguriert, um Kalibrierungsinformationen zu verwenden (siehe z. B. 10 und die damit verbundenen Erläuterungen), um die DOI zu bestimmen. Die Kalibrierung kann in Form einer Nachschlagetabelle oder einer anderen Beziehung erfolgen, die gespeichert ist oder auf andere Weise der Verarbeitungseinheit 120 zugeordnet oder für diese zugänglich ist (z. B. im Speicher 130 gespeichert ist). In einigen Ausführungsformen ist die Verarbeitungseinheit 120 konfiguriert, um die DOI unter Verwendung einer Kalibrierung basierend auf einem Verhältnis zwischen einem negativen Wert eines einzelnen Sekundärsignals und einer Amplitude des Primärsignals zu bestimmen. (Siehe 10 und die damit verbundenen Erläuterungen.) Als weiteres Beispiel ist in einigen Ausführungsformen die Verarbeitungseinheit 120 konfiguriert, um die DOI unter Verwendung einer Kalibrierung basierend auf einem Verhältnis zwischen einer Summe oder Kombination negativer Werte für mehrere Sekundärsignale (z. B. Signale von einer Anzahl von benachbarten Pixeln 114b) und einer Amplitude des Primärsignals zu bestimmen. (Siehe 10 und die damit verbundenen Erläuterungen.) In verschiedenen Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinheit 120 auch konfiguriert sein, um eine Subpixelposition (z. B. eine laterale Position) für Ereignisse unter Verwendung des Primärsignals und mindestens eines Sekundärsignals zusätzlich zum Bestimmen der DOI zu bestimmen. Die Subpixelposition und die DOI können unter Verwendung des gleichen Primärsignals und mindestens eines Sekundärsignals bestimmt werden, wodurch eine effiziente Bestimmung von beiden bereitgestellt wird. Beispielsweise ist die dargestellte beispielhafte Verarbeitungseinheit 120 konfiguriert, um Subpixel für jede verpixelte Anode zu definieren. Es ist zu beachten, dass die Subpixel in der dargestellten Ausführungsform (als durch gestrichelte Linien getrennt dargestellt) nicht physisch getrennt sind, sondern stattdessen virtuelle Einheiten sind, die von der Verarbeitungseinheit 120 definiert werden. Im Allgemeinen verbessert die Verwendung einer zunehmenden Anzahl von Subpixeln pro Pixel die Auflösung, während die Berechnungs- oder Verarbeitungsanforderungen auch erhöht werden. Die bestimmte Anzahl von Subpixeln, die in einer gegebenen Anwendung definiert oder eingesetzt wird, kann basierend auf einem Gleichgewicht zwischen verbesserter Auflösung und erhöhten Verarbeitungsanforderungen ausgewählt werden. In verschiedenen Ausführungsformen stellt die Verwendung von virtuellen Subpixeln, wie hierin erläutert, eine verbesserte Auflösung bereit, während Kosten vermieden oder reduziert werden, die mit einer zunehmend größeren Anzahl von zunehmend kleineren verpixelten Anoden verbunden sind.
In der dargestellten Ausführungsform ist die verpixelte Anode 114a, wie gezeigt, in vier Unterpixel unterteilt, nämlich Subpixel 150, Subpixel 152, Subpixel 154 und Subpixel 156. Während in 11 Subpixel aus Gründen der Klarheit und Einfachheit der Darstellung nur für die verpixelte Anode 114a dargestellt sind, sei angemerkt, dass die Verarbeitungseinheit 120 in der dargestellten Ausführungsform auch entsprechende Subpixel für jede der verbleibenden verpixelten Anoden 114 definiert. Wie in 11 zu sehen ist, trifft das Photon 116 auf einen Teil der verpixelten Anode 114a, der durch das virtuelle Subpixel 150 definiert ist.
In der dargestellten Ausführungsform erfasst die Verarbeitungseinheit 120 das Primärsignal für ein gegebenes Erfassungsereignis (z. B. Aufprall eines Photons) von der verpixelten Anode 114a zusammen mit Timing-Informationen (z. B. Zeitstempelinformationen), die einer Erzeugungszeit des Primärsignals entsprechen und Positionsinformationen, die die verpixelte Anode 114a als die verpixelte Anode identifizieren, die dem Primärsignal entspricht. Zum Beispiel kann ein Erfassungsereignis wie ein Photon, das auf eine verpixelte Anode 114 auftrifft, dazu führen, dass eine Anzahl von Zählungen über einen Bereich oder ein Spektrum von Energien auftritt, wobei das Primärsignal Informationen enthält, die die Verteilung von Zählungen über den Bereich oder das Spektrum von Energien beschreiben. Die Verarbeitungseinheit 120 erfasst auch ein oder mehrere Sekundärsignale für das Erfassungsereignis von den verpixelten Anoden 114b zusammen mit Zeitstempelinformationen und Positionsinformationen für das Sekundärsignal (die Sekundärsignale). Die Verarbeitungseinheit 120 bestimmt dann die Position für das gegebene Erfassungsereignis, identifiziert die verpixelte Anode 114a als die betroffene verpixelte Anode 114a und bestimmt dann, welcher der Subpixel 150, 152, 154, 156 die Position des Aufpralls für das Erfassungsereignis definiert. Unter Verwendung herkömmlicher Verfahren kann die Position der Unterpixel 150, 152, 154, 156 basierend auf der Position (z. B. der zugeordneten verpixelten Anode) und den Beziehungen zwischen den Stärken des Primärsignals in der zugeordneten verpixelten Anode 114a und dem Sekundärsignal (den Sekundärsignalen) in den benachbarten verpixelten Anoden 114b für das Erfassungsereignis abgeleitet werden. Die Verarbeitungseinheit 120 kann Zeitstempelinformationen sowie Positionsinformationen verwenden, um das Primärsignal und die Sekundärsignale, die in Reaktion auf das gegebene Erfassungsereignis erzeugt werden, miteinander zu verknüpfen und das Primärsignal und die Sekundärsignale für das gegebene Erfassungsereignis von Signalen für andere Erfassungsereignisse, die während einer Erfassung oder Erfassungsperiode unter Verwendung des Zeitstempels und der Positionsinformationen auftreten, zu unterscheiden. Dementsprechend hilft die Verwendung von Zeitstempelinformationen dabei, zwischen dem Primärsignal und seinen entsprechenden Sekundärsignalen und einer zufälligen Übereinstimmung, die zwischen Primärsignalen benachbarter Pixel auftreten kann, zu unterscheiden, da die Zeitstempel für das Primärsignal und seinen entsprechenden Sekundärsignalen mit bestimmten Erfassungsereignissen korreliert sind.
Weitere Erläuterungen in Bezug auf virtuelle Subpixeln und die Verwendung von virtuellen Subpixeln sowie die Verwendung von gesammelten und nicht gesammelten Signalen können in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/724,022 mit dem Titel „Systems and Method for Charge-Sharing Identification and Correction Using a Single Pixel“, eingereicht am 28. Mai 2015 („die 022-Anmeldung“); US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 15/280,640 mit dem Titel „Systems and Methods for Sub-Pixel Location Determination“, eingereicht am 29. September 2016 („die 640-Anmeldung“); und US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/627,436 mit dem Titel „Systems and Methods for Improving Energy Resolution by Sub-Pixel Energy Calibration“, eingereicht am 20. Februar 2015 („die 436-Anmeldung“), gefunden werden. Der Inhalt jeder der Anmeldungen 022, 640 und 436 wird hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Verarbeitungseinheit 120 eine Verarbeitungsschaltung, die konfiguriert ist, um eine oder mehrere Aufgaben, Funktionen oder Schritte auszuführen, die hierin erläutert werden. Es ist zu beachten, dass „Verarbeitungseinheit“, wie hierin verwendet, nicht notwendigerweise auf einen einzelnen Prozessor oder Computer beschränkt sein soll. Beispielsweise kann die Verarbeitungseinheit 120 mehrere Prozessoren, ASICs, FPGA und/oder Computer umfassen, die in einem gemeinsamen Gehäuse oder einer gemeinsamen Einheit integriert sein können oder die zwischen verschiedenen Einheiten oder Gehäusen verteilt sein können. Es ist zu beachten, dass Operationen, die von der Verarbeitungseinheit 120 ausgeführt werden (z. B. Operationen, die den hierin erläuterten Prozessabläufen oder Verfahren oder Aspekten davon entsprechen), ausreichend komplex sein können, so dass die Operationen möglicherweise nicht von einem Menschen innerhalb eines angemessenen Zeitraums ausgeführt werden können. Beispielsweise kann sich die Bestimmung von Werten von gesammelten und nicht gesammelten Ladungen und/oder die Bestimmung von DOIs und/oder Subpixelpositionen basierend auf den gesammelten und/oder nicht gesammelten Ladungen innerhalb der mit solchen Signalen verbundenen Zeitbeschränkungen auf Berechnungen stützen oder Berechnungen verwenden, die von einer Person nicht innerhalb eines angemessenen Zeitraums ausgeführt werden könnten.
Die dargestellte Verarbeitungseinheit 120 schließt einen Speicher 130 ein. Der Speicher 130 kann ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien einschließen. Der Speicher 130 kann beispielsweise Abbildungsinformationen speichern, die die Subpixelpositionen, erfasste Emissionsinformationen, Bilddaten, die den erzeugten Bildern entsprechen, Ergebnisse von Zwischenverarbeitungsschritten, Kalibrierungsparameter oder Kalibrierungsinformationen (z. B. eine Nachschlagetabelle, die die negativ induzierte Ladung mit der DOI korreliert) oder dergleichen beschreiben. Ferner können die hierin erörterten Prozessabläufe und/oder Flussdiagramme (oder Aspekte davon) einen oder mehrere Sätze von Anweisungen darstellen, die in dem Speicher 130 für die Richtung der Operationen der Strahlungsdetektionsanordnung 100 gespeichert sind.
12 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 (z. B. zur Bestimmung der DOI) gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereit. Das Verfahren 200 kann beispielsweise Strukturen oder Aspekte verschiedener Ausführungsformen (z. B. Systeme und/oder Verfahren und/oder Prozessabläufe), die hierin erläutert werden, einsetzen oder von diesen ausgeführt werden. In verschiedenen Ausführungsformen können bestimmte Schritte weggelassen oder hinzugefügt werden, bestimmte Schritte können kombiniert werden, bestimmte Schritte können gleichzeitig ausgeführt werden, bestimmte Schritte können in mehrere Schritte aufgeteilt werden, bestimmte Schritte können in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden oder bestimmte Schritte oder Serien von Schritten können iterativ wiederholt werden. In verschiedenen Ausführungsformen können Abschnitte, Aspekte und/oder Variationen des Verfahrens 200 als ein oder mehrere Algorithmen verwendet werden, um Hardware (z. B. einen oder mehrere Aspekte der Verarbeitungseinheit 120) anzuweisen, ein oder mehrere hier beschriebene Operationen durchzuführen.
Bei 202 werden Primärsignale und Sekundärsignale erfasst, die Erfassungsereignissen entsprechen (z. B. Ereignissen, die dem Empfang von Photonen entsprechen). Das primäre und das sekundäre Signal werden in Reaktion auf den Empfang von Photonen durch einen Halbleiterdetektor erzeugt und von verpixelten Anoden (z. B. Anoden einer Halbleitervorrichtung eines Bildgebungssystems wie der Anordnung 100) empfangen. Beispielsweise kann ein Patient, dem mindestens ein Radiopharmakon verabreicht wurde, in einem Sichtfeld eines oder mehrerer Detektoren positioniert werden und Strahlung (z. B. Photonen), die von dem Patienten emittiert wird, kann auf die auf den Empfangsflächen des einen oder der mehreren Detektoren aufgebrachten verpixelten Anoden treffen, was zu Erfassungsereignissen (z. B. Photoneneinschlägen) führt. Für einen gegebenen Photoneneinschlag in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform wird ein Primärsignal (auf eine gesammelte Ladung ansprechend) durch die betroffene verpixelte Anode (oder sammelnde Anode) erzeugt und ein oder mehrere Sekundärsignale (auf eine nicht gesammelte Ladung ansprechend) werden durch verpixelte Anoden, die der betroffenen verpixelten Anode (oder nicht sammelnden Anoden) benachbart sind, erzeugt.
Bei 204 wird eine Interaktionstiefe (DOI) in der Halbleitervorrichtung für die Erfassungsereignisse bestimmt, was zu den primären und sekundären Signalen führt, die bei 202 erfasst wurden. In verschiedenen Ausführungsformen wird die DOI für ein bestimmtes Ereignis unter Verwendung mindestens eines sekundären Signals für dieses bestimmte Ereignis bestimmt. Zum Beispiel wird, wie hierin erläutert, die DOI in verschiedenen Ausführungsformen basierend auf einem gesamten negativ induzierten nicht gesammelten Ladungswert von einem oder mehreren benachbarten oder nicht sammelnden Pixeln (z. B. mindestens einer benachbarten verpixelten Anode) bestimmt. Es ist zu beachten, dass die DOI in verschiedenen Ausführungsformen bestimmt wird, ohne irgendwelche Informationen (z. B. erfasste Ladung oder entsprechende Signale) von einer Kathode der Detektoranordnung zu verwenden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die gesamte negative nicht sammelnde induzierte Ladung angepasst oder korrigiert werden, um Variationen in der Halbleiterkonstruktion und/oder den Photonenenergien Rechnung zu tragen. Beispielsweise werden in der dargestellten Ausführungsform bei 206 Kalibrierungsinformationen verwendet, um die DOI zu bestimmen. Wie hierin erörtert, kann die DOI in einigen Ausführungsformen unter Verwendung einer Kalibrierung bestimmt werden, die auf einem Verhältnis zwischen einem negativen Wert eines einzelnen Sekundärsignals und einer Amplitude des Primärsignals basiert, und in einigen Ausführungsformen kann die DOI unter Verwendung einer Kalibrierung basierend auf einem Verhältnis zwischen einer Summe oder Kombination negativer Werte für mehrere Sekundärsignale und einer Amplitude des Primärsignals bestimmt werden. (Siehe 10 und die damit verbundenen Erläuterungen.)
Bei 208 wird eine Subpixelposition unter Verwendung des Primärsignals und des mindestens einen Sekundärsignals bestimmt. Für jedes Ereignis kann eine entsprechende Subpixelposition bestimmt werden. Es ist zu beachten, dass die gleichen Informationen (primäre und sekundäre Signale), die verwendet werden, um DOIs für Ereignisse zu bestimmen, auch verwendet werden können, um Subpixelpositionen für diese Ereignisse zu bestimmen.
Bei 210 wird ein Energieniveau für ein Ereignis basierend auf der DOI angepasst. Zum Beispiel kann, da die erfasste Energie basierend auf der DOI variieren kann, die DOI für jedes erfasste Ereignis verwendet werden, um die entsprechenden Energieniveaus basierend auf den entsprechenden DOIs anzupassen, um die Energieniveaus für eine Gruppe von Ereignissen konsistenter und/oder näher zu einem Ziel oder einem anderen vorbestimmten Energieniveau zu gestalten.
Bei 212 wird ein Bild unter Verwendung der DOI rekonstruiert. Beispielsweise können korrigierte Energieniveaus von 210 bei der Rekonstruktion eines Bildes verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel können die DOIs für Ereignisse verwendet werden, um 3D-Positionsinformationen dieser Ereignisse innerhalb eines Detektors zu bestimmen, wobei die 3D-Positionsinformationen zur Rekonstruktion eines Bildes verwendet werden.
Wie hierin erörtert, kann ein Strahlungsdetektorsystem (z. B. ein System, das konfiguriert ist, um die DOI unter Verwendung von Sekundärsignalen, die nicht gesammelten induzierten Ladungen entsprechen, zu bestimmen) kalibriert werden. 13 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 (z. B. zum Bereitstellen und Kalibrieren einer Strahlungsdetektoranordnung) gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereit. Das Verfahren 300 kann beispielsweise Strukturen oder Aspekte verschiedener Ausführungsformen (z. B. Systeme und/oder Verfahren und/oder Prozessabläufe), die hierin erläutert werden, einsetzen oder von diesen ausgeführt werden. In verschiedenen Ausführungsformen können bestimmte Schritte weggelassen oder hinzugefügt werden, bestimmte Schritte können kombiniert werden, bestimmte Schritte können gleichzeitig ausgeführt werden, bestimmte Schritte können in mehrere Schritte aufgeteilt werden, bestimmte Schritte können in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden oder bestimmte Schritte oder Serien von Schritten können iterativ wiederholt werden. In verschiedenen Ausführungsformen können Abschnitte, Aspekte und/oder Variationen des Verfahrens 300 als ein oder mehrere Algorithmen verwendet werden, um Hardware (z. B. einen oder mehrere Aspekte der Verarbeitungseinheit 120) anzuweisen, eine oder mehrere hier beschriebene Operationen durchzuführen.
Bei 302 wird ein Halbleiterdetektor (z. B. Halbleiterdetektor 110 der Strahlungsabbildungsanordnung 100) bereitgestellt. Der Halbleiterdetektor des veranschaulichten Beispiels weist eine Oberfläche mit mehreren verpixelten Anoden auf, die auf der Oberfläche angeordnet sind. Jede verpixelte Anode ist konfiguriert, um in Reaktion auf den Empfang eines Photons durch die verpixelte Anode ein Primärsignal zu erzeugen und um in Reaktion auf eine induzierte Ladung, die durch den Empfang eines Photons durch mindestens eine benachbarte Anode verursacht wird, mindestens ein Sekundärsignal zu erzeugen. Bei 304 werden die verpixelten Anoden betriebsfähig mit mindestens einem Prozessor (z. B. der Verarbeitungseinheit 120) gekoppelt.
Bei 306 wird eine kalibrierte Strahlungsquelle (z. B. mit einer bekannten Photonenenergie) in unterschiedlichen Tiefen entlang einer Seitenwand des Halbleiterdetektors bereitgestellt. In Reaktion auf den Empfang der kalibrierten Strahlungsversorgung erzeugen die verpixelten Anoden primäre und sekundäre Signale. Beispielsweise kann die kalibrierte Strahlungsversorgung durch einen Lochkollimator zur Seitenwand des Halbleiterdetektors geführt werden. Die Position einer gegebenen Lochblende (z. B. in einer Z-Richtung), durch die Strahlung geleitet wird, kann verwendet werden, um die DOI zu bestimmen, bei der die entsprechende Strahlung vom Kollimator geleitet und vom Halbleiterdetektor empfangen wird. Bei 308 werden die Primär- und Sekundärsignale von den verpixelten Anoden durch den mindestens einen Prozessor erfasst.
Bei 310 werden entsprechende negative Werte der gesamten induzierten Ladungen für jede der verschiedenen Tiefen, bei denen die Strahlung zugeführt worden ist, bestimmt. Bei 312 werden Kalibrierungsinformationen (z. B. eine Nachschlagetabelle oder eine andere Korrelationsbeziehung zwischen DOIs und negativ induzierten nicht gesammelten Ladungswerten) bestimmt.
14 ist eine schematische Darstellung eines NM-Bildgebungssystems 1000 mit einer Vielzahl von bildgebenden Detektorkopfanordnungen, die auf einer Gantry (die beispielsweise in Reihen, in einer Iris-Form oder in anderen Konfigurationen montiert sein kann, wie etwa einer Konfiguration, bei der die beweglichen Detektorträger 1016 radial zu dem Patientenkörper 1010 ausgerichtet sind) montiert sind. Insbesondere sind mehrere Bilddetektoren 1002 an einer Gantry 1004 angebracht. In der dargestellten Ausführungsform sind die Bilddetektoren 1002 als zwei separate Detektorarrays 1006 und 1008 konfiguriert, die mit der Gantry 1004 oberhalb und unterhalb einer Testperson 1010 (z. B. eines Patienten) gekoppelt sind, wie in 14 gezeigt. Die Detektorarrays 1006 und 1008 können direkt mit der Gantry 1004 gekoppelt sein oder können über Trägerelemente 1012 mit der Gantry 1004 gekoppelt sein, um eine Bewegung der gesamten Anordnungen 1006 und/oder 1008 relativ zu der Gantry 1004 zu ermöglichen (z. B. quer verlaufende translatorische Bewegung in die linke oder rechte Richtung wie durch den Pfeil T in der 14 gezeigt). Zusätzlich umfasst jeder der Bilddetektoren 1002 eine Detektoreinheit 1014, von der zumindest einige an einem beweglichen Detektorträger 1016 (z. B. einem Tragarm oder Stellantrieb, der von einem Motor angetrieben werden kann, um dessen Bewegung zu bewirken) angebracht sind, der sich von dem Gantry 1004 erstreckt. In einigen Ausführungsformen ermöglichen die Detektorträger 1016 eine Bewegung der Detektoreinheiten 1014 auf die Testperson 1010 zu und von dieser weg, wie beispielsweise linear. Somit sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Detektorarrays 1006 und 1008 parallel oberhalb und unterhalb der Testperson 1010 angebracht und ermöglichen eine lineare Bewegung der Detektoreinheiten 1014 in eine Richtung (angezeigt durch den Pfeil L), dargestellt als senkrecht zu dem Trägerelement 1012 (die allgemein horizontal auf der Gantry 1004 gekoppelt sind). Jedoch sind andere Konfigurationen und Ausrichtungen möglich, wie hierin beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass der bewegliche Detektorträger 1016 ein beliebiger Träger sein kann, der eine Bewegung der Detektoreinheiten 1014 relativ zum Trägerelement 1012 und/oder Gantry 1004 ermöglicht, was in verschiedenen Ausführungsformen ermöglicht, dass sich die Detektoreinheiten 1014 linear zu und weg von dem Trägerelement 1012 bewegen.
Jeder der Bilddetektoren 1002 ist in verschiedenen Ausführungsformen kleiner als ein herkömmlicher Ganzkörper- oder Allzweck-Bilddetektor. Ein herkömmlicher Bilddetektor kann groß genug sein, um den größten Teil oder die gesamte Breite eines Patientenkörpers auf einmal abzubilden und kann einen Durchmesser oder eine größere Abmessung von ungefähr 50 cm oder mehr aufweisen. Im Gegensatz dazu kann jeder der Bilddetektoren 1002 eine oder mehrere Detektoreinheiten 1014 umfassen, die mit einem jeweiligen Detektorträger 1016 gekoppelt sind und Abmessungen von beispielsweise 4 cm bis 20 cm aufweisen und aus Cadmium-Zink-Tellurid- (CZT-) Kacheln oder Modulen bestehen können. Beispielsweise kann jede der Detektoreinheiten 1014 eine Größe von 8x8 cm aufweisen und aus einer Vielzahl von CZT-Pixelmodulen (nicht gezeigt) zusammengesetzt sein. Zum Beispiel kann jedes Modul 4x4 cm groß sein und 16x16 = 256 Pixel aufweisen. In einigen Ausführungsformen umfasst jede Detektoreinheit 1014 eine Vielzahl von Modulen, wie zum Beispiel eine Anordnung von 1 x 7 Modulen. Es werden jedoch unterschiedliche Konfigurationen und Arraygrößen in Betracht gezogen, einschließlich beispielsweise Detektoreinheiten 1014 mit mehreren Reihen von Modulen.
Es versteht sich, dass die Bilddetektoren 1002 in Bezug zueinander unterschiedliche Größen und/oder Formen aufweisen können, wie beispielsweise quadratisch, rechteckig, kreisförmig oder eine andere Form. Ein tatsächliches Sichtfeld (FOV) jedes der Bilddetektoren 1002 kann direkt proportional zur Größe und Form des jeweiligen Bilddetektors sein.
Die Gantry 1004 kann wie dargestellt mit einer Öffnung 1018 (z. B. Öffnung oder Bohrung) versehen sein. Ein Patiententisch 1020, wie beispielsweise eine Patientenliege, ist mit einem Stützmechanismus (nicht gezeigt) konfiguriert, um die Testperson 1010 in einer oder mehreren einer Vielzahl von Betrachtungspositionen innerhalb der Apertur 1018 und relativ zu den Bilddetektoren 1002 zu stützen und zu tragen. Alternativ kann die Gantry 1004 eine Vielzahl von Gantrysegmenten (nicht gezeigt) umfassen, von denen jedes ein Trägerelement 1012 oder einen oder mehrere der Bilddetektoren 1002 unabhängig bewegen kann.
Die Gantry 1004 kann auch in anderen Formen konfiguriert sein, wie beispielsweise „C“, „H“ und „L“, und kann um die Testperson 1010 drehbar sein. Beispielsweise kann die Gantry 1004 als geschlossener Ring oder Kreis oder als offener Bogen ausgebildet sein, der während der Bildgebung einen leichten Zugang zur Testperson 1010 ermöglicht und das Ein- und Ausladen der Testperson 1010 erleichtert sowie bei einigen Testpersonen 1010 Klaustrophobie verringert.
Zusätzliche Bilddetektoren (nicht gezeigt) können positioniert werden, um Zeilen von Detektorarrays oder einen Bogen oder Ring um die Testperson 1010 herum zu bilden. Durch Positionieren mehrerer Bilddetektoren 1002 an mehreren Positionen in Bezug auf die Testperson 1010, wie beispielsweise entlang einer Abbildungsachse (z. B. Kopfbis-Fuß-Richtung der Testperson 1010), können Bilddaten, die für ein größeres FOV spezifisch sind, schneller erfasst werden.
Jeder der Bilddetektoren 1002 weist eine Strahlungserfassungsfläche auf, die auf die Testperson 1010 oder einen interessierenden Bereich innerhalb der Testperson gerichtet ist.
In verschiedenen Ausführungsformen können Kollimatoren mit mehreren Bohrungen so konstruiert sein, dass sie mit Pixeln der Detektoreinheiten 1014 registriert werden, die in einer Ausführungsform CZT-Detektoren sind. Jedoch können auch andere Materialien verwendet werden. Eine registrierte Kollimation kann die räumliche Auflösung verbessern, indem sie bewirkt, dass Photonen, die eine Bohrung durchlaufen, primär durch ein Pixel gesammelt werden. Zusätzlich kann eine registrierte Kollimation die Empfindlichkeit und die Energiereaktion von verpixelten Detektoren verbessern, da der Detektorbereich nahe den Rändern eines Pixels oder zwischen zwei benachbarten Pixeln eine reduzierte Empfindlichkeit oder eine verringerte Energieauflösung oder eine andere Leistungsverschlechterung aufweisen kann. Wenn Kollimator-Septen direkt oberhalb der Ränder von Pixeln angeordnet sind, wird die Wahrscheinlichkeit verringert, dass ein Photon auf diesen Positionen mit verminderter Leistung auftrifft, ohne dass die Gesamtwahrscheinlichkeit verringert wird, dass ein Photon den Kollimator passiert.
Eine Steuereinheit 1030 kann die Bewegung und Positionierung des Patiententisches 1020, der Bilddetektoren 1002 (die als ein oder mehrere Arme konfiguriert sein können), des Gantrys 1004 und/oder der Kollimatoren 1022 (die sich in verschiedenen Ausführungsformen mit den Bilddetektoren 1002, an die sie gekoppelt sind, bewegen) steuern. Ein Bewegungsbereich vor oder während einer Erfassung oder zwischen verschiedenen Bilderfassungen wird eingestellt, um das tatsächliche FOV jedes der Bilddetektoren 1002 aufrechtzuerhalten, die zum Beispiel auf einen bestimmten Bereich oder eine bestimmte Region der Testperson 1010 oder entlang der gesamten Testperson 1010 „zielen“. Die Bewegung kann eine kombinierte oder komplexe Bewegung in mehreren Richtungen simultan, gleichzeitig oder aufeinander folgend sein, wie hierin ausführlicher beschrieben.
Die Steuereinheit 1030 kann eine Gantrymotorsteuerung 1032, eine Tischsteuerung 1034, eine Detektorsteuerung 1036, eine Schwenksteuerung 1038 und eine Kollimatorsteuerung 1040 aufweisen. Die Steuerungen 1030, 1032, 1034, 1036, 1038, 1040 können durch eine Verarbeitungseinheit 1050 automatisch angewiesen werden, manuell von einem Bediener gesteuert werden, oder einer Kombination davon. Die Gantrymotorsteuerung 1032 kann die Bilddetektoren 1002 in Bezug auf die Testperson 1010 beispielsweise einzeln, in Segmenten oder Teilmengen oder gleichzeitig in einer festen Beziehung zueinander bewegen. Zum Beispiel kann die Gantrysteuerung 1032 in einigen Ausführungsformen bewirken, dass sich die Bilddetektoren 1002 und/oder die Trägerelemente 1012 relativ zu der Testperson 1010 bewegen oder sich um diese drehen, was eine Bewegung von weniger als oder bis zu 180 Grad (oder mehr) umfassen kann.
Die Tischsteuerung 1034 kann den Patiententisch 1020 bewegen, um die Testperson 1010 relativ zu den Bilddetektoren 1002 zu positionieren. Der Patiententisch 1020 kann zum Beispiel in Auf-Ab-Richtungen, Hinein-Hinaus-Richtungen und Rechts-Links-Richtungen bewegt werden. Die Detektorsteuerung 1036 kann die Bewegung jedes der Bilddetektoren 1002 steuern, damit diese sich zusammen als eine Gruppe oder einzeln bewegen, wie hierin ausführlicher beschrieben. Die Detektorsteuerung 1036 kann in einigen Ausführungsformen auch die Bewegung der Bilddetektoren 1002 steuern, um sie näher an eine Oberfläche der Testperson 1010 hin und weiter von dieser weg zu bewegen, beispielsweise durch Steuern der Translationsbewegung der Detektorträger 1016 linear auf die Testperson 1010 zu oder von dieser weg (z. B. eine Gleit- oder Teleskopbewegung). Optional kann die Detektorsteuerung 1036 die Bewegung der Detektorträger 1016 steuern, um die Bewegung des Detektorarrays 1006 oder 1008 zu ermöglichen. Zum Beispiel steuert die Detektorsteuerung 1036 die laterale Bewegung der Detektorträger 1016, die durch den Pfeil T dargestellt ist (und als links und rechts gezeigt ist, wie in 14 gezeigt). Bei verschiedenen Ausführungsformen steuert die Detektorsteuerung 1036 die Detektorträger 1016 oder die Trägerelemente 1012 so, dass diese sich in unterschiedliche laterale Richtungen bewegen. Die Detektorsteuerung 1036 steuert die Schwenkbewegung der Detektoren 1002 zusammen mit ihren Kollimatoren 1022.
Die Schwenksteuerung 1038 steuert eine Schwenk- oder Drehbewegung der Detektoreinheiten 1014 an Enden der Detektorträger 1016 und/oder eine Schwenk- oder Drehbewegung des Detektorträgers 1016. Zum Beispiel können eine oder mehrere der Detektoreinheiten 1014 oder Detektorträger 1016 um mindestens eine Achse gedreht werden, um die Testperson 1010 aus mehreren Winkelausrichtungen zu betrachten, um beispielsweise 3D-Bilddaten in einem 3D-SPECT- oder 3D-Bildgebungsoperationsmodus zu erfassen. Die Kollimatorsteuerung 1040 kann eine Position eines einstellbaren Kollimators anpassen, wie beispielsweise einen Kollimator mit einstellbaren Streifen (oder Flügeln) oder einstellbaren Lochblenden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Bewegung eines oder mehrerer Bilddetektoren 1002 in andere Richtungen als streng axial oder radial verlaufen kann und in verschiedenen Ausführungsformen Bewegungen in mehreren Bewegungsrichtungen verwendet werden können. Daher kann der Begriff „Bewegungssteuerung“ verwendet werden, um eine kollektive Bezeichnung für alle Bewegungssteuerungen anzugeben. Es sei darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Steuerungen kombiniert werden können, beispielsweise können die Detektorsteuerung 1036 und die Schwenksteuerung 1038 kombiniert werden, um die verschiedenen hierin beschriebenen Bewegungen bereitzustellen.
Vor dem Erfassen eines Bildes der Testperson 1010 oder eines Abschnitts der Testperson 1010 können die Bilddetektoren 1002, die Gantry 1004, der Patiententisch 1020 und/oder die Kollimatoren 1022 angepasst werden, wie z. B. auf erste oder anfängliche Bildgebungspositionen sowie nachfolgende Bildgebungspositionen. Die Bilddetektoren 1002 können jeweils so positioniert sein, dass sie einen Teil der Testperson 1010 abbilden. Alternativ können beispielsweise in einem Fall einer Testperson 1010 von kleinerer Größe einer oder mehrere der Bilddetektoren 1002 nicht zum Erfassen von Daten verwendet werden, wie zum Beispiel die Bilddetektoren 1002 an den Enden der Detektorarrays 1006 und 1008, die sich, wie in 14 dargestellt, in einer von der Testperson 1010 zurückgezogenen Position befinden. Das Positionieren kann manuell durch den Bediener und/oder automatisch durchgeführt werden, was beispielsweise das Verwenden von Bildinformationen wie anderen Bildern, die vor der aktuellen Erfassung erfasst wurden, beispielsweise durch eine andere Bildgebungsmodalität wie Röntgen-Computertomographie (CT), MRT, Röntgen, PET oder Ultraschall, einschließen kann. In einigen Ausführungsformen können die zusätzlichen Informationen zum Positionieren, wie beispielsweise die anderen Bilder, von demselben System erfasst werden, wie beispielsweise in einem Hybridsystem (z. B. einem SPECT/CT-System). Zusätzlich können die Detektoreinheiten 1014 konfiguriert sein, um Nicht-NM-Daten wie Röntgen-CT-Daten zu erfassen. In einigen Ausführungsformen kann ein Multi-Modalitäts-Bildgebungssystem bereitgestellt werden, um beispielsweise die Durchführung einer NM- oder SPECT-Bildgebung sowie einer Röntgen-CT-Bildgebung zu ermöglichen, die eine Dual-Modalitäts- oder Gantry-Bauweise enthalten kann, wie hierin ausführlicher beschrieben.
Nachdem die Bilddetektoren 1002, die Gantry 1004, der Patiententisch 1020 und/oder die Kollimatoren 1022 positioniert sind, werden ein oder mehrere Bilder, wie beispielsweise dreidimensionale (3D) SPECT-Bilder, unter Verwendung eines oder mehrerer der Bilddetektoren 1002 aufgenommen, die die Verwendung einer kombinierten Bewegung, die den Abstand zwischen den Detektoreinheiten 1014 verringert oder minimiert, einschließen können. Die von jedem Bilddetektor 1002 erfassten Bilddaten können in verschiedenen Ausführungsformen zu einem zusammengesetzten Bild oder zu 3D-Bildern kombiniert und rekonstruiert werden.
In einer Ausführungsform werden mindestens eines der Detektorarrays 1006 und/oder 1008, des Gantrys 1004, des Patiententisches 1020 und/oder der Kollimatoren 1022 nach dem anfänglichen Positionieren bewegt, was eine einzelne Bewegung einer oder mehrerer der Detektoreinheiten 1014 (z. B. kombinierte laterale und schwenkende Bewegung) zusammen mit der Schwenkbewegung der Detektoren 1002 einschließt. Beispielsweise kann mindestens eines der Detektorarrays 1006 und/oder 1008 lateral bewegt werden, während es geschwenkt wird. Somit kann in verschiedenen Ausführungsformen eine Vielzahl von Detektoren kleiner Größe, wie z.B. die Detektoreinheiten 1014, für die 3D-Bildgebung verwendet werden, beispielsweise wenn die Detektoreinheiten 1014 in Kombination mit anderen Bewegungen bewegt oder geschwungen werden.
In verschiedenen Ausführungsformen empfängt ein Datenerfassungssystem (DAS) 1060 elektrische Signaldaten, die durch die Bilddetektoren 1002 erzeugt werden und wandelt diese Daten für eine nachfolgende Verarbeitung in digitale Signale um. In verschiedenen Ausführungsformen werden jedoch digitale Signale durch die Bilddetektoren 1002 erzeugt. Eine Bildrekonstruktionsvorrichtung 1062 (die eine Verarbeitungsvorrichtung oder ein Computer sein kann) und eine Datenspeichervorrichtung 1064 können zusätzlich zu der Verarbeitungseinheit 1050 bereitgestellt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass eine oder mehrere Funktionen in Bezug auf Datenerfassung, Bewegungssteuerung, Datenverarbeitung und/oder Bildrekonstruktion durch Hardware, Software und/oder durch gemeinsam genutzte Verarbeitungsressourcen ausgeführt werden können, die sich innerhalb oder in der Nähe des Bildgebungssystems 1000 befinden können oder entfernt davon angeordnet sein können. Zusätzlich kann eine Benutzereingabevorrichtung 1066 vorgesehen sein, um Benutzereingaben (z. B. Steuerbefehle) sowie eine Anzeige 1068 zum Anzeigen von Bildern zu empfangen. Das DAS 1060 empfängt die erfassten Bilder von den Detektoren 1002 zusammen mit den entsprechenden lateralen, vertikalen, Dreh- und Schwenkkoordinaten der Gantry 1004, der Trägerelemente 1012, der Detektoreinheiten 1014, der Detektorträger 1016 und der Detektoren 1002 zur genauen Rekonstruktion eines Bildes, das 3D-Bilder und deren Schichten enthält.
Es ist zu beachten, dass die Ausführungsform von 14 als eine lineare Anordnung von Detektorköpfen verstanden werden kann (z. B. unter Verwendung von Detektoreinheiten, die in einer Reihe angeordnet sind und sich parallel zueinander erstrecken). In anderen Ausführungsformen kann eine radiale Konstruktion verwendet werden. Beispielsweise können radiale Konstruktionen zusätzliche Vorteile hinsichtlich der effizienten Abbildung kleinerer Objekte wie Gliedmaßen, Köpfen oder Kleinkindern bieten. 15 stellt eine schematische Ansicht eines nuklearmedizinischen (NM) Mehrkopf-Bildgebungssystems 1100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereit.
Im Allgemeinen ist das Bildgebungssystem 1100 konfiguriert, um Bildinformationen (z. B. Photonenzählungen) von einem abzubildenden Objekt (z. B. einem menschlichen Patienten) zu erfassen, dem ein Radiopharmakon verabreicht wurde. Das dargestellte Bildgebungssystem 1100 umfasst eine Gantry 1110 mit einer Bohrung 1112, mehreren Strahlungsdetektorkopfanordnungen 1115 und einer Verarbeitungseinheit 1120.
Die Gantry 1110 definiert die Bohrung 1112. Die Bohrung 1112 ist konfiguriert, um ein abzubildendes Objekt aufzunehmen (z. B. einen menschlichen Patienten oder einen Teil von diesem). Wie in 15 zu sehen ist, sind mehrere Strahlungsdetektorkopfanordnungen 1115 an der Gantry 1110 angebracht. In der dargestellten Ausführungsform umfasst jede Strahlungsdetektorkopfanordnung 1115 einen Arm 1114 und einen Kopf 1116. Der Arm 1114 ist so konfiguriert, dass er den Kopf 1116 radial zu und/oder weg von einer Mitte der Bohrung 1112 (und/oder in anderen Richtungen) bewegt, und der Kopf 1116 umfasst mindestens einen Detektor, wobei der Kopf 1116 an einem radial inneren Ende des Arms 1114 angeordnet ist und schwenkbar konfiguriert ist, um einen Bereich von Positionen bereitzustellen, von dem Bildinformationen erfasst werden.
Der Detektor des Kopfes 1116 kann beispielsweise ein Halbleiterdetektor sein. Zum Beispiel können verschiedene Ausführungsformen eines Halbleiterdetektors unter Verwendung verschiedener Materialien gebaut werden, wie beispielsweise Halbleitermaterialien, einschließlich Cadmium-Zink-Tellurid (CdZnTe), das häufig als CZT bezeichnet wird, Cadmium-Tellurid (CdTe) und Silizium (Si) unter anderem. Der Detektor kann beispielsweise zur Verwendung mit nuklearmedizinischen (NM)-Bildgebungssystemen, Positronenemissionstomographie (PET)-Bildgebungssystemen und/oder Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie (SPECT)-Bildgebungssystemen konfiguriert sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Detektor eine Anordnung von verpixelten Anoden umfassen und kann abhängig von der Position, an der ein Photon in dem Volumen des Detektors unter einer Oberfläche absorbiert wird, unterschiedliche Signale erzeugen. Die Volumina des Detektors unter den verpixelten Anoden werden als Voxel definiert. Für jede verpixelte Anode weist der Detektor ein entsprechendes Voxel auf. Die Absorption von Photonen durch bestimmte Voxel, die bestimmten verpixelten Anoden entsprechen, führt zu Ladungen, die gezählt werden können. Die Zählwerte können mit bestimmten Positionen korreliert und verwendet werden, um ein Bild zu rekonstruieren.
In verschiedenen Ausführungsformen kann jede Detektorkopfanordnung 1115 eine entsprechende Ansicht definieren, die zur Mitte der Bohrung 1112 ausgerichtet ist. Jede Detektorkopfanordnung 1115 in der dargestellten Ausführungsform ist konfiguriert, um Bildinformation über einen Abtastbereich zu erfassen, der der Ansicht der gegebenen Detektoreinheit entspricht. Zusätzliche Einzelheiten zu Beispielen von Systemen mit radial um eine Bohrung angeordneten Detektoreinheiten sind in der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennr. 14/788,180, eingereicht am 30. Juni 2015, mit dem Titel „Systems and Methods For Dynamic Scanning With Multi-Head Camera“ zu finden, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
Die Verarbeitungseinheit 1120 schließt den Speicher 1122 ein. Das Bildgebungssystem 1100 ist so dargestellt, dass es eine einzelne Verarbeitungseinheit 1120 einschließt; jedoch kann der Block für die Verarbeitungseinheit 1120 so verstanden werden, dass er einen oder mehrere Prozessoren darstellt, die verteilt oder voneinander entfernt sein können. Die dargestellte Verarbeitungseinheit 1120 schließt Verarbeitungsschaltungen ein, die konfiguriert sind, um eine oder mehrere Aufgaben, Funktionen oder Schritte, die hierin erläutert werden, durchzuführen. Es ist zu beachten, dass „Verarbeitungseinheit“, wie hierin verwendet, nicht notwendigerweise auf einen einzelnen Prozessor oder Computer beschränkt sein soll. Zum Beispiel kann die Verarbeitungseinheit 1120 mehrere Prozessoren und/oder Computer umfassen, die in einem gemeinsamen Gehäuse oder einer gemeinsamen Einheit integriert sein können oder die zwischen verschiedenen Einheiten oder Gehäusen verteilt sein können.
Im Allgemeinen agieren verschiedene Aspekte (z. B. programmierte Module) der Verarbeitungseinheit 1120 einzeln oder kooperativ mit anderen Aspekten, um einen oder mehrere Aspekte der hierin erörterten Verfahren, Schritte oder Prozesse auszuführen. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Speicher 1122 ein greifbares, nichtflüchtiges computerlesbares Medium, auf dem Anweisungen zum Durchführen eines oder mehrerer Aspekte der hierin erörterten Verfahren, Schritte oder Prozesse gespeichert sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Ausführungsformen in Hardware, Software oder einer Kombination davon implementiert sein können. Die verschiedenen Ausführungsformen und/oder Komponenten, beispielsweise die Module oder Komponenten und Steuerungen darin, können auch als Teil eines oder mehrerer Computer oder Prozessoren implementiert sein. Der Computer oder Prozessor kann eine Rechenvorrichtung, eine Eingabevorrichtung, eine Anzeigeeinheit und eine Schnittstelle, beispielsweise für einen Zugriff auf das Internet, umfassen. Der Computer oder der Prozessor kann einen Mikroprozessor umfassen. Der Mikroprozessor kann mit einem Kommunikationsbus verbunden sein. Der Computer oder Prozessor kann zudem einen Speicher umfassen. Der Speicher kann einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und einen Nur-Lese-Speicher (ROM) umfassen. Der Computer oder Prozessor kann ferner eine Speichervorrichtung umfassen, die ein Festplattenlaufwerk oder ein entfernbares Speicherlaufwerk, wie etwa ein Festkörperlaufwerk, ein optisches Plattenlaufwerk und dergleichen, sein kann. Die Speichervorrichtung kann auch ein anderes ähnliches Mittel zum Laden von Computerprogrammen oder anderen Befehlen in den Computer oder Prozessor sein.
Wie hierin verwendet, kann der Begriff „Computer“ oder „Modul“ jedes prozessorbasierte oder mikroprozessorbasierte System umfassen, einschließlich Systemen unter Verwendung von Mikrocontrollern, Rechnern mit reduziertem Befehlssatz (RISC), ASICs, Logikschaltungen und irgendeiner anderen Schaltung oder irgendeines Prozessors, die in der Lage sind, die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen. Die obigen Beispiele sind nur beispielhaft und sollen daher die Definition und/oder Bedeutung des Begriffs „Computer“ in keiner Weise einschränken.
Der Computer oder Prozessor führt einen Satz von Befehlen aus, die in einem oder mehreren Speicherelementen gespeichert sind, um Eingangsdaten zu verarbeiten. Die Speicherelemente können nach Wunsch oder Bedarf auch Daten oder andere Informationen speichern. Das Speicherelement kann in Form einer Informationsquelle oder eines physikalischen Speicherelements innerhalb einer Verarbeitungsmaschine vorliegen.
Der Satz von Befehlen kann verschiedene Befehle enthalten, die den Computer oder Prozessor als Verarbeitungsmaschine anweisen, spezifische Operationen wie die Verfahren und Prozesse der verschiedenen Ausführungsformen auszuführen. Der Satz von Befehlen kann in der Form eines Softwareprogramms vorliegen. Die Software kann in verschiedenen Formen vorliegen, wie beispielsweise Systemsoftware oder Anwendungssoftware, und kann als ein materielles und nichtflüchtiges computerlesbares Medium verkörpert sein. Ferner kann die Software in Form einer Sammlung von separaten Programmen oder Modulen, eines Programmmoduls innerhalb eines größeren Programms oder als ein Abschnitt eines Programmmoduls vorliegen. Die Software kann auch eine modulare Programmierung in Form einer objektorientierten Programmierung umfassen.
Die Verarbeitung von Eingabedaten durch die Verarbeitungsmaschine kann in Reaktion auf Bedienerbefehle oder in Reaktion auf Ergebnisse einer vorherigen Verarbeitung oder in Reaktion auf eine Anforderung von einer anderen Verarbeitungsmaschine erfolgen.
Wie hierin verwendet, ist eine Struktur, Begrenzung oder ein Element, das „konfiguriert ist, um“ eine Aufgabe oder Operation durchzuführen, besonders strukturell ausgebildet, konstruiert oder in einer Weise angepasst, die der Aufgabe oder dem Betrieb entspricht. Zum Zwecke der Klarheit und zur Vermeidung von Zweifeln ist ein Objekt, das lediglich zur Ausführung der Aufgabe oder Operation modifiziert werden kann, nicht zur Ausführung der Aufgabe oder Operation „konfiguriert“, wie sie hierin verwendet werden. Stattdessen bezeichnet die Verwendung von „konfiguriert, um“, wie hierin verwendet, strukturelle Anpassungen oder Eigenschaften und bezeichnet strukturelle Anforderungen einer beliebigen Struktur, Einschränkung oder eines Elements, das als „konfiguriert, um“ die Aufgabe oder Operation auszuführen, beschrieben wird. Beispielsweise kann eine Verarbeitungseinheit, ein Prozessor oder ein Computer, die/der zum Ausführen einer Aufgabe oder Operation „konfiguriert“ ist, als besonders zum Ausführen der Aufgabe oder Operation strukturiert (z. B. mit einem oder mehreren Programmen oder Anweisungen, die darauf gespeichert sind oder in Verbindung damit verwendet werden, die zugeschnitten oder vorgesehen sind, um die Aufgabe oder Operation auszuführen, und/oder die eine Anordnung von Verarbeitungsschaltungen aufweisen, die darauf zugeschnitten sind oder dafür vorgesehen sind, die Aufgabe oder Operation auszuführen) verstanden werden. Zum Zwecke der Klarheit und zur Vermeidung von Zweifeln ist ein Allzweckcomputer (der bei entsprechender Programmierung möglicherweise für die Ausführung der Aufgabe oder Operation „konfiguriert ist“) nicht für die Ausführung einer Aufgabe oder Operation „konfiguriert“, es sei denn, er ist speziell dafür programmiert oder strukturell dafür modifiziert, die Aufgabe oder Operation auszuführen.
Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „Software“ und „Firmware“ austauschbar und umfassen jedes Computerprogramm, das zur Ausführung durch einen Computer im Speicher gespeichert ist, einschließlich RAM-Speicher, ROM-Speicher, EPROM-Speicher, EEPROM-Speicher und nichtflüchtigem RAM (NVRAM) -Speicher. Die obigen Speichertypen sind nur beispielhaft und begrenzen daher die Speichertypen, die zum Speichern eines Computerprogramms verwendet werden können, nicht.
Es ist zu beachten, dass die obige Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll. Zum Beispiel können die obig beschriebenen Ausführungsformen (und/oder Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der verschiedenen Ausführungsformen anzupassen, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Obwohl die Dimensionen und Typen der hierin beschriebenen Materialien die Parameter der verschiedenen Ausführungsformen definieren sollen, sind sie in keiner Weise einschränkend und lediglich beispielhaft. Viele andere Ausführungsformen werden Fachleuten nach Durchsicht der obigen Beschreibung ersichtlich. Der Umfang der verschiedenen Ausführungsformen sollte daher mit Bezug auf die beigefügten Ansprüche zusammen mit dem vollen Umfang von Äquivalenten bestimmt werden, zu denen derartige Ansprüche berechtigen. In den beigefügten Ansprüchen werden die Ausdrücke „einschließlich“ und „in denen“ als die einfachen Äquivalente der jeweiligen Ausdrücke „umfassend“ und „wobei“ verwendet. Darüber hinaus werden in den folgenden Ansprüchen die Ausdrücke „erste“, „zweite“ und „dritte“ usw. lediglich als Kennzeichnungen verwendet und sollen ihren Objekten keine numerischen Anforderungen auferlegen. Ferner sind die Beschränkungen der folgenden Ansprüche nicht in einem Mittel-plus-Funktions-Format geschrieben und sollen nicht auf der Grundlage von 35 U.S.C. § 112(f) interpretiert werden, es sei denn, solche Anspruchsbeschränkungen verwenden ausdrücklich den Ausdruck „Mittel zum“ gefolgt von einer Funktionserklärung ohne weitere Struktur.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die verschiedenen Ausführungsformen zu offenbaren, einschließlich des besten Modus, und um es Fachleuten zu ermöglichen, die verschiedenen Ausführungsformen zu praktizieren, einschließlich der Herstellung und Verwendung von beliebigen Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung beliebiger inkorporierter Verfahren. Der patentierbare Umfang der verschiedenen Ausführungsformen ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die den Fachleuten einfallen können. Solche anderen Beispiele sollen in den Umfang der Ansprüche fallen, wenn die Beispiele Strukturelemente aufweisen, die sich nicht von der wörtlichen Ausdrucksweise der Ansprüche unterscheiden, oder wenn die Beispiele äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden zu der wörtlichen Ausdrucksweise der Ansprüche einschließen.

Claims

Strahlungsdetektoranordnung, umfassend: einen Halbleiterdetektor mit einer Oberfläche; mehrere verpixelte Anoden, die auf der Oberfläche angeordnet sind, wobei jede verpixelte Anode konfiguriert ist, um ein Primärsignal in Reaktion auf den Empfang eines Photons durch die verpixelte Anode zu erzeugen und um mindestens ein Sekundärsignal in Reaktion auf eine induzierte Ladung zu erzeugen, die durch den Empfang eines Photons durch mindestens eine der umgebenden Anode verursacht wird; und mindestens ein Prozessor, der betriebsfähig mit den verpixelten Anoden verbunden ist, wobei der mindestens eine Prozessor konfiguriert ist zum: Erfassen eines Primärsignals von einer der Anoden in Reaktion auf den Empfang eines Photons durch die eine der Anoden; Erfassen mindestens eines Sekundärsignals von mindestens einem benachbarten Pixel von der einen der Anoden in Reaktion auf eine induzierte Ladung, die durch den Empfang des Photons durch die eine der Anoden verursacht wird; und Bestimmen einer Interaktionstiefe in dem Halbleiterdetektor für den Empfang des Photons durch die eine der Anoden unter Verwendung des mindestens einen Sekundärsignals.
Detektoranordnung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Prozessor konfiguriert ist, um ein Energieniveau für ein Ereignis, das dem Empfang des Photons durch die eine der Anoden entspricht, basierend auf der Interaktionstiefe einzustellen.
Detektoranordnung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Prozessor konfiguriert ist, um ein Bild unter Verwendung der Interaktionstiefe zu rekonstruieren.
Detektoranordnung nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine benachbarte Pixel mindestens eine benachbarte Anode umfasst.
Detektoranordnung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Prozessor so konfiguriert ist, dass er Kalibrierungsinformationen verwendet, um die Interaktionstiefe zu bestimmen.
Detektoranordnung nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine Prozessor konfiguriert ist, um die Interaktionstiefe unter Verwendung einer Kalibrierung basierend auf einem Verhältnis zwischen einem negativen Wert eines einzelnen Sekundärsignals und einer Amplitude des Primärsignals zu bestimmen.
Detektoranordnung nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine Prozessor konfiguriert ist, um die Interaktionstiefe unter Verwendung einer Kalibrierung basierend auf einem Verhältnis zwischen einer Summe negativer Werte für mehrere Sekundärsignale und einer Amplitude des Primärsignals zu bestimmen.
Detektoranordnung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Prozessor konfiguriert ist, um die Interaktionstiefe zu bestimmen, ohne Information von einer Kathode der Detektoranordnung zu verwenden.
Detektoranordnung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Prozessor konfiguriert ist, um unter Verwendung des Primärsignals und des mindestens einen Sekundärsignals eine Subpixelposition zu bestimmen.
Verfahren zur Bildgebung unter Verwendung eines Halbleiterdetektors mit einer Oberfläche mit mehreren darauf angeordneten verpixelten Anoden, wobei jede verpixelte Anode konfiguriert ist, um ein Primärsignal in Reaktion auf den Empfang eines Photons durch die verpixelte Anode zu erzeugen und mindestens ein Sekundärsignal in Reaktion auf eine induzierte Ladung zu erzeugen, die durch den Empfang eines Photons durch mindestens eine umgebende Anode verursacht wird, wobei das Verfahren umfasst: Erfassung eines Primärsignals von einer der Anoden in Reaktion auf den Empfang eines Photons durch die eine der Anoden; Erfassung mindestens eines Sekundärsignals von mindestens einem benachbarten Pixel der einen der Anoden in Reaktion auf eine induzierte Ladung, die durch den Empfang des Photons durch die eine der Anoden verursacht wird; und Bestimmung einer Interaktionstiefe in dem Halbleiterdetektor für den Empfang des Photons durch die eine der Anoden unter Verwendung des mindestens einen Sekundärsignals.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner das Einstellen eines Energieniveaus für ein Ereignis umfassend, das dem Empfang des Photons durch die eine der Anoden entspricht, basierend auf der Interaktionstiefe.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner des Rekonstruieren eines Bildes unter Verwendung der Interaktionstiefe umfassend.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das mindestens eine benachbarte Pixel mindestens eine benachbarte Anode umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner das Verwenden von Kalibrierungsinformationen zum Bestimmen der Interaktionstiefe umfassend.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner das Bestimmen der Interaktionstiefe unter Verwendung einer Kalibrierung umfassend, basierend auf einem Verhältnis zwischen einem negativen Wert eines einzelnen Sekundärsignals und einer Amplitude des Primärsignals.