ES2939157B2 - Topologia de red de lectura para dispositivos de tomografia por emision de positrones con tiempo de vuelo - Google Patents

Topologia de red de lectura para dispositivos de tomografia por emision de positrones con tiempo de vuelo Download PDF

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Description

Topología de red de lectura para dispositivos de tomografía por emisión de positrones con tiempo de vuelo
Campo de la invención
La presente invención pertenece al campo de los dispositivos médicos para la obtención de imágenes nucleares (nuclear imaging). Este tipo de topología de diseño electrónico está destinado a ser de uso genérico en detectores para la obtención de imágenes nucleares, particularmente en fotodetectores individuales de fotomultiplicadores de silicio, para aplicaciones de Tiempo de Vuelo.
Antecedentes de la invención.
La Tomografía por Emisión de Positrones (PET) implica la administración a seres vivos de trazas de biomoléculas marcadas con un radionúclido emisor de positrones (radiotrazadores) y la posterior detección de los pares de fotones gamma de alta energía producidos simultáneamente tras cada aniquilación positrón-electrón dentro del tejido.
Los pares de fotones de alta energía generados se mueven en direcciones opuestas, siguiendo líneas rectas, llamadas Líneas de Respuesta (LOR), por lo que, es posible inferir estas LORs detectando las coordenadas de ambos fotones mediante detectores de rayos gamma que rodean el tejido observado. También sabemos que sólo el segmento de la línea que cubre el espacio entre los dos detectores de rayos gamma tocados por el par de fotones tiene una probabilidad real de contener el punto del tejido donde se produjo la aniquilación positrón-electrón.
Hasta ahora, tenemos una colección de segmentos de líneas que contienen información que nos permite inferir la distribución del radiotrazador dentro del tejido, utilizando métodos de reconstrucción por software. Esto es lo que suele hacer toda la tecnología PET.
Todos los sistemas PET incluyen un filtro de coincidencia de tiempos para discriminar los fotones que no están claramente relacionados con el mismo evento de aniquilación, pero la resolución de este filtro de coincidencias (normalmente de unos pocos ns a unas decenas de ns) no es suficiente para extraer más información. Esto se debe a que en este tiempo la luz puede recorrer una distancia mayor que la dimensión trans-axial del sistema.
Los sistemas PET avanzados, denominados sistemas PET de tiempo de vuelo (TOF-PET), son capaces de medir el intervalo de tiempo entre la llegada de ambos fotones de alta energía a sus correspondientes detectores con una alta resolución (que va desde unas decenas de picosegundos a unos pocos cientos de picosegundos), lo que permite establecer un segmento corto específico en la LOR (sólo unos pocos cm) que tiene una probabilidad real de contener el punto del tejido donde se produjo la aniquilación positrón-electrón. El resultado no es un punto en la LOR, sino un segmento, debido a la incertidumbre de la medición del tiempo, caracterizada por la resolución temporal del sistema. En este caso, el tamaño de los bloques de datos necesarios para el proceso de reconstrucción es considerablemente menor, lo que reduce el tiempo de procesamiento, la proporción de datos no válidos y aumenta la precisión y la calidad de las imágenes. Así pues, la precisión de la medición de la diferencia de tiempo de llegada entre los dos rayos gamma que intervienen en una única aniquilación positrón-electrón es clave para mejorar la próxima generación de detectores PET de tiempo de vuelo.
Otro campo de mejora está relacionado con la tecnología de detectores de imágenes de rayos gamma, basada en un tándem de detectores formado por un detector de centelleo acoplado a un bloque fotodetector planar formado por una configuración matricial (matriz) de fotodetectores individuales.
En el texto que sigue (a menos que se especifique lo contrario) utilizaremos la palabra "fotodetector", así como "bloque fotodetector" o " matriz fotodetectora", para referirnos a un bloque que incluye una pluralidad de fotodetectores individuales en una disposición matricial, mientras que, al referirnos a un fotodetector formado por un solo detector (por ejemplo, un SiPM individual), indicaremos explícitamente que se trata de un fotodetector individual.
Actualmente, la antigua tecnología de fotodetectores, basada en tubos fotomultiplicadores (PMT), está siendo sustituida por avanzados fotodetectores individuales basados en dispositivos de estado sólido (por ejemplo, SiPM) dispuestos en una matriz de (p x q) fotodetectores individuales. Esto permite reducir drásticamente el coste por unidad de área del fotodetector, pero también importantes mejoras en la fiabilidad, uniformidad, peso, inmunidad electromagnética, etc. de los fotodetectores individuales. Matrices de 4x4, 8x8, 16x16, 8x1, 16x1 SiPM, se pueden encontrar normalmente en artículos científicos y son ofertadas por los fabricantes.
El inconveniente de este tipo de fotodetectores individuales es la alta capacitancia de su terminal que, junto con su resistencia interna, limita su tiempo de respuesta. Esto se agrava aún más si se ponen juntos un gran número de fotodetectores individuales compartiendo los mismos puntos de conexión (conexión en paralelo) ya que en este caso, la capacitancia total de los terminales es la suma de las capacitancias individuales de los fotodetectores individuales, provocando una peor resolución temporal del sistema. Así, en el caso de los fotodetectores basados en SiPMs, no es posible reducir el número de señales a procesar utilizando los conocidos esquemas de lectura de reducción en los que se confía para los fotodetectores PMT.
Por lo tanto, para obtener las señales de posicionamiento y temporización de los sistemas ToF-PET más recientes, los circuitos de lectura suelen tratar todas las señales SiPM por separado a nivel de hardware y, a continuación, todas estas señales se digitalizan, generando una gran cantidad de datos para su posterior procesamiento. Es muy difícil tratar con el gran número de componentes y circuitos necesarios si cada SiPM debe ser adquirido por separado para la energía y la respuesta temporal. Si la respuesta temporal se obtiene tras el procesamiento analógico de las salidas separadas del SiPM, la resolución temporal empeora, a menos que se realice un diseño muy cuidadoso en todo el diseño analógico, para afinar e igualar todas las rutas de la señal. Esto dará como resultado un diseño casi inalcanzable si sólo se dispone de un espacio muy reducido. Esto es especialmente importante si se utiliza electrónica discreta, aunque los circuitos integrados también pueden beneficiarse de esta configuración. Por ello, la creación de nuevos esquemas reductores resulta muy útil para avanzar en la posibilidad de que los nuevos sistemas ToF-PET aprovechen las ventajas de los nuevos fotodetectores SiPM.
Para reducir la capacitancia efectiva de los fotodetectores individuales, por ejemplo SiPM, y sus inconvenientes, algunos autores utilizaron una electrónica de lectura específica para hacer frente a esta. El documento US 2016/0327657 A1 describe un sistema de lectura que reduce la capacitancia individual de los fotodetectores por un factor, acoplando el fotodetector individual SiPM a una electrónica de entrada analógica a través de un transformador en una configuración realimentada diferencial. En general, esto podría lograrse conectando los fotodetectores individuales a cualquier electrónica de entrada con una impedancia de entrada muy baja, y no sólo mediante un transformador. Además, el uso de transformadores complica enormemente la posibilidad de miniaturización requerida para los bloques de fotodetectores con muchos fotodetectores individuales, tales como aquellos de las configuraciones mencionadas anteriormente.
También dividen cada señal individual del fotodetector por banda de frecuencias, con el fin de utilizar las frecuencias altas para fines de temporización y las frecuencias más bajas para la determinación de la energía y la posición, pero no proponen ninguna reducción del número de señales requeridas, ni lo identifican como un problema a tratar, y menos aún revelan ningún esquema para lograrlo.
En lo que respecta a las señales de carga procedentes de cada célula detectora, existen muchos esquemas de reducción de la era de los PMT que son adecuados para la era de las matrices de SiPM, siempre que se realicen algunas modificaciones necesarias para evitar el inconveniente de la adición en paralelo de todas las capacitancias de los SiPM, como hacemos en la presente invención. Algunos ejemplos de estos esquemas de reducción pueden encontrarse en nuestras patentes anteriores (US7476864B2, Pub. US20190004188A1). Estos se reducen al ámbito específico de la PET sin ToF.
Descripción de la invención
En la presente memoria, siempre que se haga referencia a los SiPM como fotodetectores más habituales, no debe interpretarse como una limitación de la invención a este tipo de fotodetectores.
En un PET ideal formado por múltiples módulos detectores, incluyendo al menos un bloque fotodetector por módulo se requiere obtener, con una precisión suficientemente alta algunas variables, como la identificación de los bloques específicos que reciben las interacciones de los fotones de aniquilación, la posición en X e Y en la superficie de los bloques fotodetectores, la Profundidad de Interacción dentro del volumen del detector de centelleo, y las referencias temporales de dicho impacto. La precisión para obtener estas variables depende de muchas características relacionadas con el tipo y la geometría del cristal del centelleador seleccionado, la configuración del fotodetector y la electrónica asociada.
Debido al proceso de fabricación de los fotodetectores, como el SiPM, se encuentra cierta dispersión en las diferentes características específicas de las piezas producidas, incluso en un mismo lote, como la tensión de ruptura, la ganancia, la respuesta temporal, etc. Para obtener la mejor uniformidad, linealidad y precisión temporal en toda la superficie de los fotodetectores individuales, los circuitos acoplados a los fotodetectores individuales deben tratar cada una de estas desviaciones.
Se proporciona una topología electrónica de lectura en una variedad de realizaciones, como un esquema de reducción de la señal, que permite la conexión de una matriz completa de fotodetectores individuales avanzados, tales como los fotodetectores individuales del tipo de SiPM, que contienen un número definido de filas y columnas, lo que da como resultado una sola salida, definida como una señal de temporización común (referencia de tiempo) utilizada como la referencia en la medición del tiempo de vuelo de todo el bloque de fotodetectores (llamado simplemente, el fotodetector), manteniendo la alta resolución de tiempo requerida para los sistemas ToF-PET. Esto representa un notable avance en los esquemas de reducción de las señales procedentes de un fotodetector ToF-PET, para ser procesadas y digitalizadas, garantizando al mismo tiempo una alta calidad de imagen y un alto rendimiento de otros parámetros medidos.
Al mismo tiempo, esta configuración permite obtener señales individuales desacopladas de cada fotodetector individual, y alimentar esas señales desacopladas a otras redes de lectura adecuadas que recogen todas las cargas de la matriz fotodetectora, para determinar con precisión la posición y la energía del evento, sin alterar los componentes de alta frecuencia de las señales rápidas necesarias para la determinación de las referencias temporales utilizadas en la medición del tiempo de vuelo.
Estas señales de carga de salida desacopladas son compatibles con otros circuitos electrónicos de lectura del estado de la técnica que se utilizan habitualmente para reducir el número de señales de carga, desde señales (p x q) a señales (p q), y otras, manteniendo la capacidad de medir la energía y la posición del evento.
Todas las rutas desde cada terminal de fotodetector individual hasta el punto del circuito donde se obtiene la señal de referencia temporal única y común, están sintonizados para sincronizar los flancos de subida de todas las señales de referencias temporales individuales procedentes de cualquier fotodetector individual.
Cuando un pulso de luz de centelleo llega al primero, entre cualquiera de los fotodetectores individuales (como un SiPM) el flanco de subida de la componente de frecuencia más alta de la señal generada pasa a través de un filtro pasabanda de muy alta frecuencia formado por el fotodetector individual activo, un filtro de polarización y un amplificador utilizado para potenciar la señal de salida de referencia temporal. La banda de frecuencias del filtro está próxima a las componentes de mayor frecuencia del pulso del fotodetector.
Un conjunto paralelo de diferentes filtros (filtros de carga) con una banda de frecuencia significativamente más baja (una frecuencia al menos 10 veces menor que la anterior) se utiliza para conectar las señales de los fotodetectores separadas, a otra red de lectura diseñada para extraer las cargas involucradas en los eventos en cualquier lugar dentro del fotodetector.
Las señales de ambos filtros no interfieren entre sí debido a su separación de frecuencias, lo que nos permite disponer tanto de una señal temprana de referencia temporal, única y precisa, de un evento ocurrido en la posición de cualquier fotodetector individual en la matriz, como de las señales de carga tardía generadas en cada uno de los fotodetectores individuales.
La presente invención tiene como primer objeto una topología de red de lectura para tomografía por emisión de positrones (PET) con capacidad de tiempo de vuelo (TOF) para extraer información de posición y tiempo en el área de detección de rayos gamma que comprende
- una pluralidad de fotodetectores individuales dispuestos en configuración matricial p x q en una Placa de Circuito Impreso (PCB) electrónica para conformar un fotodetector capaz de procesar la luz que llega al área matricial y proporcionar información para determinar coordenadas espaciales y señal de referencia temporal, teniendo cada fotodetector individual un terminal anódico y un terminal catódico,
- una conexión de todos los terminales similares de uno de los dos tipos de terminales del fotodetector (ya sean los anódicos o los catódicos) a una Juntura Única en la PCB, que además se divide en dos rutas,
- la primera de estas rutas conecta la Juntura Única, por medio de una impedancia específica, a la polaridad de fuente adecuada, donde "polaridad adecuada" significa: Vbias si los terminales cableados a la Juntura Única son los cátodos o GND si los terminales cableados a la Juntura Única son los ánodos, donde la impedancia específica, ya sea Za (si los terminales cableados son los ánodos) o Zk (si los terminales cableados son los cátodos), está funcionando como parte del circuito de polarización del fotodetector, y su resistencia está ajustada para ser menos del 10% en comparación con la resistencia del resto de la ruta desde la Juntura Única a GND y,
- la segunda de estas vías inyecta la señal unificada creada en la Juntura Única, en un amplificador rápido, para obtener una señal de temporización única, relativa a todo el fotodetector, sin importar de qué fotodetector individual concreto procede
- una conexión individual de todos los terminales del fotodetector, diferentes de los conectados a la Juntura Única, mediante dos circuitos de filtrado separados para cada terminal del fotodetector
- los primeros circuitos de filtrado denominados filtros de polarización (TBF o BBF), completan los circuitos de polarización para todos los fotodetectores individuales, conectando, por medio de ellos, los terminales individuales del fotodetector a la polaridad adecuada de la fuente, donde "adecuada" significa que es Vbias si el terminal del fotodetector es el cátodo o GDN si el terminal del fotodetector es el ánodo y,
- el segundo circuito de filtrado denominado filtros de carga funcionan como filtros de señal de salida, para obtener señales de corriente individuales de cada fotodetector individual, que representan la cantidad de luz capturada por cada fotodetector individual de la matriz, dando lugar a señales Xi desacopladas.
Los filtros de polarización TBF o BBF, así como los filtros de carga CF, podrían ser tan simples como filtros RC, pero deberían ser ajustados para operar en bandas de frecuencia lo suficientemente separadas como para evitar la interferencia entre la señal de referencia temporal y las señales de carga.
Según realizaciones particulares, en la topología de red de lectura, definida anteriormente, la señal de referencia temporal es la suma de todos los terminales catódicos del fotodetector en la Juntura Única (K).
Según otras realizaciones particulares, en la topología de red de lectura definida anteriormente, la señal de referencia temporal es la suma de todos los terminales catódicos del fotodetector en la Juntura Única (Pzk), incluidas las líneas de retardo enrutadas en la placa de circuito impreso.
De acuerdo con realizaciones particulares adicionales, en la topología de red de lectura definida anteriormente, la señal de referencia temporal es la suma en la Juntura Única (A) de todos los terminales anódicos del fotodetector.
Según realizaciones particulares adicionales, en la topología de red de lectura definida anteriormente, la señal de referencia temporal es el resultado de la señal diferencial entre la Juntura Única (K) de todos los terminales catódicos del fotodetector y la Juntura Única (Pza) de todos los terminales anódicos del fotodetector conectados indirectamente a Pza.
Según realizaciones adicionales más particulares, en la topología de red de lectura definida anteriormente, la señal de referencia temporal es el resultado de la señal diferencial entre la Juntura Única (A) de todos los terminales anódicos del fotodetector y la Juntura Única (Pzk) de todos los terminales catódicos del fotodetector indirectamente conectados a Pzk.
De acuerdo con otras realizaciones adicionales más particulares, en la topología de red de lectura definida anteriormente, la señal de referencia temporal es el resultado de la Juntura Única (Pzk) debido a la suma de todos los terminales catódicos del fotodetector indirectamente conectados a Pzk.
Según otras realizaciones particulares, en la topología de la red de lectura definida anteriormente, la señal de referencia temporal es el resultado de la Juntura Única (Pza) debido a la suma de todos los terminales anódicos del fotodetector conectados indirectamente a Pza.
Según realizaciones preferidas en la topología de red de lectura según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, los fotodetectores individuales son dispositivos SiPM individuales.
La presente invención tiene como segundo objeto un módulo detector nuclear preparado para aplicaciones ToF-PET, que comprende una o más topologías de red de lectura, teniendo cada una de ellas un fotodetector como se ha definido anteriormente.
El módulo detector nuclear puede tener una pluralidad de redes de lectura dispuestas, tal que tienen una columna, y un número de filas p, de tal manera que las diferentes señales de referencia temporal obtenidas de cada red de lectura están conectadas a esquemas de lectura de carga, con el fin de obtener información de energía y posición con respecto a la pluralidad de redes de lectura.
El módulo detector nuclear puede comprender, además:
- una parte de cristal de centelleo orientada hacia el fotodetector
- una carcasa para proteger el módulo de la luz externa y de las tensiones mecánicas - una electrónica de conversión analógica a digital capaz de procesar todas las señales de posicionamiento y energía obtenidas, y transmitirlas a través de una interfaz informática de alta velocidad para ser procesadas en vuelo, o almacenadas en un disco informático, para ser procesadas posteriormente, así como conservar la señal de referencia temporal
Dado que esta topología de red de lectura puede ser apilada, se pueden fabricar una variedad de configuraciones de módulos detectores diferentes que incluyen una pluralidad de redes de lectura según la presente invención, que pueden acomodarse también en una configuración matricial de nivel superior, en la que las intersecciones de la matriz son las redes de lectura, en lugar de los fotodetectores individuales, que son las intersecciones en la red de lectura de fotodetectores individuales
La presente invención tiene como tercer objeto un Sistema ToF-PET que comprende: - una pluralidad de módulos detectores como los descritos anteriormente, dispuestos en un puente mecánico, con una configuración simétrica, con todos los módulos rodeando y orientados hacia el volumen de detección que puede ser cubierto por los módulos detectores, rodeando un volumen libre suficiente para acomodar un ser vivo o un tejido para la obtención de imágenes ToF-PET, y que incluye un software de procesamiento y una electrónica de sincronización para permitir la detección de todas las señales procedentes de cualquier módulo, ya sean señales de carga o de referencias temporales,
- un módulo electrónico de procesamiento de coincidencias capaz de procesar las señales de referencia temporal procedentes de una pluralidad de módulos, como se ha descrito anteriormente, para proporcionar la correspondencia adecuada entre múltiples combinaciones de módulos detectores, permitiendo procesar eficazmente, como un solo bloque, todas las señales relacionadas con cualquier evento PET individual, independientemente del módulo detector del que procedan, así como ser capaz de digitalizar y transmitir todas las señales relacionadas con referencias temporales, a través de una interfaz informática de alta velocidad para ser procesadas en vuelo, o almacenadas en un disco de ordenador, para ser procesadas posteriormente, incluyendo la información sobre el tiempo de vuelo de todos los eventos detectados.
El sistema ToF-PET puede comprender además un módulo de software capaz de procesar todos los datos almacenados en un ordenador o recibidos en tiempo real, para proporcionar imágenes ToF-PET de alta calidad, utilizando cualquier ordenador o interfaz digital.
La topología de la red de lectura para tomografía por emisión de positrones (PET) con capacidades de tiempo de vuelo (TOF) de la presente invención permite obtener la información de carga individual tardía de cada fotodetector, sin afectar a las señales tempranas de transición rápida procedentes de la salida común paralela del fotodetector.
La descripción y las figuras describen esencialmente la topología mediante un número indefinido de celdas básicas y los demás componentes que no están vinculados a la celda.
Todos los componentes ligados a la celda aparecerán a continuación con un índice "i", donde i va de 1 a n, siendo n = p x q, siendo p las filas y q las columnas de la configuración matricial, y siendo p y q enteros mayores que 0.
A menudo, las señales de los fotodetectores se digitalizan primero para su posterior procesamiento, pero, como los sistemas de mejor resolución requieren aumentar el número de detectores individuales en la matriz, esto provoca también el aumento del número de canales electrónicos, lo que limita el tamaño mínimo alcanzable del bloque de fotodetectores.
Esta invención tiene las ventajas de una importante reducción de componentes, reducción de la complejidad de circuitos, reducción de la capacitancia parásita y del consumo de energía.
La topología de red de lectura de la invención utiliza el circuito de polarización típico de una matriz fotodetectora (una matriz completa con p filas y q columnas), con algunas modificaciones específicas, para extraer también una señal de referencia temporal única, precisa y ajustada en fase, en relación con el evento en cualquier posición de toda la matriz fotodetectora, independientemente del fotodetector individual del que proceda.
La topología de red de lectura aquí descrita, se caracteriza por estar debidamente ajustada y conectada a una pluralidad de detectores de luz en una configuración matricial, tales como matrices de SiPM, extrayendo señales de referencia temporal y de carga, con una reducción significativa de componentes, complejidad de circuitos, capacitancia parásita y consumo de energía, lo que la habilita para aplicaciones ToF-PET.
La presente invención también tiene por objeto un procedimiento para obtener la información de referencia temporal y posición a partir de las señales procedentes de un fotodetector ToF-PET, en un módulo detector de un dispositivo PET, comprendiendo el procedimiento:
- disponer un cristal de centelleo en un módulo detector
- disponer una topología de red de lectura como la definida en la presente invención - introducir un rayo gamma en el módulo y hacer que incida en el volumen del cristal de centelleo, creando un haz de luz que se propaga por todas partes, incluida la zona del fotodetector de la red de lectura,
- introducir el haz de luz procedente de un cristal de centelleo en la zona del fotodetector de la red de lectura
- convertir el haz de luz en una distribución extendida de señales eléctricas procedentes de toda la zona del fotodetector
- llevar la primera señal detectada desde cualquier parte del fotodetector a un amplificador rápido para seleccionarla como señal de referencia temporal de salida, que representa el instante exacto de la llegada del rayo gamma al volumen del cristal de centelleo
- llevar cada una de las señales eléctricas procedentes de toda la zona del fotodetector, por medio de filtros de carga, para proporcionar salidas de señales de carga desacopladas compatibles con los circuitos electrónicos de lectura utilizados habitualmente para extraer la posición y la energía del rayo gamma.
El proceso puede comprender además el tratamiento de datos de al menos dos módulos, proporcionando información según la reivindicación x obteniendo las líneas de respuesta ToF necesarias para crear una imagen ToF-PET.
Breve descripción de los dibujos.
La figura 1 muestra un diagrama general de una topología de diseño de circuito según la invención.
La figura 2 ilustra una realización de diseño de circuito en la que la señal de referencia temporal se obtiene en la Juntura Única (K) de todos los terminales catódicos de SiPM.
La figura 3 ilustra una realización de diseño de circuito en la que la señal de referencia temporal se obtiene en la Juntura Única (Pzk) de todos los terminales catódicos SiPM, pero incluyendo las líneas de retardo enrutadas en la PCB en el esquema.
La figura 4 ilustra una realización de diseño de circuito en la que la señal de referencia temporal se obtiene en la Juntura Única (A) de todos los terminales anódicos SiPM.
La figura 5 ilustra una realización de diseño de circuito en la que la señal de referencia temporal se obtiene como señal diferencial entre la Juntura Única (K) de todos los terminales catódicos SiPM y la Juntura Única (Pza) de todos los terminales anódicos SiPM conectados indirectamente.
La figura 6 ilustra una realización de diseño de circuito en la que la señal de referencia temporal se obtiene como señal diferencial entre la Juntura Única (A) de todos los terminales anódicos SiPM y la Juntura Única (Pzk) de todos los terminales catódicos SiPM conectados indirectamente.
La figura 7 ilustra una realización de diseño de circuito en la que la señal de referencia temporal se obtiene en la Juntura Única (Pzk) de todos los terminales catódicos SiPM conectados indirectamente.
La figura 8 ilustra una realización de diseño de circuito en la que la señal de referencia temporal se obtiene en la Juntura Única (Pza) de todos los terminales anódicos SiPM conectados indirectamente.
Descripción detallada y ejemplos
La celda básica de la presente invención incluye un conjunto replicable de componentes y conexiones tal como aquel etiquetado en la Fig 1, como el SiPM, el cátodo K del SiPM, el ánodo A del SiPM, la Línea de Retardo, los filtros de polarización TBF y BBF, el filtro de salida CF, la señal de salida X, y otros componentes de realizaciones específicas relacionadas con otras figuras (Rf, Cf, Ce, Re, etc).
Las celdas de la presente invención están dispuestas en una matriz de n elementos, donde n = p x q, siendo p: filas y q columnas. Podemos llamar i, a un índice para hacer referencia a todas las celdas, con la condición de que i vaya de 1 a n.
Así, según esta convención, es posible hacer referencia a cualquier componente de una Celda en la matriz fotodetectora, utilizando su propio nombre genérico seguido de este índice, como SiPMi, Ki, Ai, TBFi, BBFi, CFi, etc.
En la topología de red de lectura (Figura 1. Topología del diseño del circuito ), todos los terminales similares de uno de los dos tipos de terminales del fotodetector (ya sean los anódicos o los catódicos) están conectados a una Juntura Única en la PCB (por ejemplo en Pzk o Pza), en la que la Juntura Única se divide a su vez en dos rutas para otras conexiones.
Por un lado, una primera ruta conecta la Juntura Única, mediante una impedancia de polarización específica (Zk), a la polaridad de la fuente adecuada (Vbias). La impedancia de polarización funciona como parte del circuito de polarización del fotodetector, y su resistencia es ajustada para que sea inferior al 10% en comparación con la resistencia del resto de la ruta de la Juntura Única a GND, de modo que la tensión en la Juntura Única es prácticamente igual a la tensión de la fuente que alimenta el otro terminal de la impedancia, lo que evita que se sumen las capacitancias individuales del fotodetector.
Estamos utilizando aquí, por simplicidad, el etiquetado específico de la Figura 1. Topología del diseño del circuito, que está establecida de acuerdo con la configuración de la polaridad de tensión específica (sin embargo, la polaridad puede ser invertida). Así, esta polaridad es Vbias, porque los terminales conectados a la Juntura Única son los cátodos, de lo contrario debería ser GND si los terminales conectados fueran los ánodos.
Del mismo modo, se establecen filtros en la ruta de polarización desde el fotodetector tanto hacia Vbias como hacia GND y se establecen sus parámetros para que los filtros puedan ser anulados o activados según la realización particular. En particular, en esta invención se trata de configuraciones en las que los filtros se establecen alternativamente, bien en la ruta de polarización entre el fotodetector y Vbias (en cuyo caso lo denominamos TBF) o bien se establecen en la ruta de polarización entre el fotodetector y GND (en cuyo caso lo denominamos BBF). En las diferentes realizaciones particulares, sólo se representarán los filtros que están realmente activos.
Para el caso general de esta topología, las conexiones de alimentación Vbias y GND se consideran intercambiables siempre que las polaridades de los componentes se ajusten en consecuencia, de forma que se obtienen diferentes configuraciones sobre la misma base, representando diferentes polaridades de la señal y de la fuente de alimentación (positiva, negativa y diferencial), como veremos a continuación en un conjunto de diferentes realizaciones. Además, dar valores límite específicos para algunos componentes, convertirá el circuito general en una realización específica de la invención.
Por otro lado, una segunda ruta inyecta la señal unificada creada en la Juntura Única, a un amplificador rápido, obteniendo una señal de referencia temporal única respecto a la matriz fotodetectora completa, sin importar de qué fotodetector individual proviene.
La impedancia de polarización se denomina Za cuando se coloca en la ruta unificada de los ánodos del fotodetector a Tierra (GND), y se denomina Zk cuando se coloca en la ruta unificada de los cátodos del fotodetector a Vbias.
La Juntura Única puede aparecer cerca de diferentes polaridades de la fuente, y conectando diferentes terminales del fotodetector (por ejemplo, terminales SiPM) , según la realización específica utilizada, basada en la topología del circuito descrito. Cuando la Juntura Única está conectando los terminales anódicos que vienen directamente de la matriz fotodetectora, está simplemente etiquetada como A, mientras que está etiquetada como K, cuando la Juntura Única está conectando los terminales catódicos que vienen directamente de la matriz fotodetectora (por ejemplo, SiPM).
Además, en algunas realizaciones hay alguna circuitería replicada entre el terminal que queremos unir de cada fotodetector, y el punto efectivo de la PCB en la Juntura Única, donde conectamos todo junto, de manera que tenemos una conexión indirecta entre la Juntura Única y los terminales de la matriz fotodetectora.
Cuando la Juntura Única está cableando conexiones que vienen indirectamente de los terminales anódicos de la matriz fotodetectora se etiqueta como Pza, mientras que se etiqueta como Pzk, cuando la Juntura Única está cableando los terminales catódicos que vienen indirectamente de la matriz fotodetectora (como por ejemplo SiPM).
Después de estas aclaraciones, se deduce que, cuando nos referimos en general a la señal de referencia temporal unificada que se lleva desde el punto (o puntos) de la Juntura Única al amplificador rápido para obtener una señal de referencia temporal única, relativa a todo el fotodetector, no importa de qué fotodetector individual provenga, esto también se refiere a todos los demás puntos equivalentes que funcionan como Uniones Únicas en las diferentes realizaciones, etiquetados como A, K, Pza y Pzk.
De acuerdo con las realizaciones que describiremos a continuación en detalle, podemos obtener señales de referencia temporal de polaridad única desde cualquiera de estos puntos etiquetados, o señales de referencia temporal diferenciales utilizando combinaciones válidas de estos puntos etiquetados, como veremos a continuación.
Las rutas hacia cada fotodetector individual están sintonizadas para la sincronización de los flancos de subida de cualquier señal procedente de cualquier fotodetector individual. Estas rutas podrían representarse con líneas de retardo (Delayi), (i va de 1 a n, y n = p x q en una matriz) en serie con cada fotodetector individual.
Todos los demás terminales similares del fotodetector, que no fueron conectados directa o indirectamente a la Juntura Única, están conectados por separado a dos tipos de conexión: Por un lado, se conectan a la otra polaridad de la fuente de alimentación mediante un conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (BBFi), (filtros de polarización) (y finalmente incluyendo otra impedancia de polarización (ya sea Za o Zk) en serie con los filtros BBFi, y por otro lado, se extraen como señales de salida independientes (Xi) mediante un conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (CFi) (filtros de carga), que pueden utilizarse para alimentar cualquier esquema de red de lectura para obtener coordenadas X e Y, valores de profundidad de interacción y energía.
El ajuste combinado de los filtros de carga CFi y los filtros de polarización BBFi y TBFi las impedancias de polarización, Zk y Za, las capacitancias de los fotodetectores individuales y los retardos enrutados (Delayi), a través de cada conexión de los fotodetectores individuales, para obtener una respuesta óptima del circuito, nos permite obtener por separado información sobre la carga capturada y la posición de los fotodetectores individuales involucrados en el evento, independientemente del fotodetector individual del que procedan.
Además, un amplificador rápido está acoplado eléctricamente a la salida paralela común del fotodetector, donde se genera la señal de referencia temporal única. Este amplificador está acoplado eléctricamente a esta señal de referencia temporal, se caracteriza por una respuesta rápida y una baja impedancia de entrada, creando una vía de baja impedancia para las señales de transición rápidas, lo que va a mejorar (reducir) la capacitancia parásita total de la matriz de fotodetectores individuales en paralelo, mejorando la respuesta temporal de todo el fotodetector, Además, la electrónica de lectura de la invención crea un número reducido de señales de posicionamiento, de (p x q) señales a (p q) señales.
La Juntura Única está conectada por medio de una impedancia de polarización específica, a la polaridad de la fuente adecuada (Vbias). La impedancia de polarización funciona como parte del circuito de polarización del fotodetector, y su resistencia se ajusta para que sea inferior al 10% en comparación con la resistencia del resto de la ruta desde la Juntura Única a GND, de modo que la tensión en la Juntura Única es prácticamente igual a la tensión de la fuente que alimenta el otro terminal de la impedancia, evitando que se sumen las capacitancias individuales de los fotodetectores. Hay que tener en cuenta que la resistencia es la parte real del valor numérico complejo de la impedancia. En estas condiciones, los terminales del fotodetector completo están virtualmente conectados entre Vbias y GND, minimizando sus interferencias mutuas, con un comportamiento similar al que tendrían si no estuvieran en una conexión en paralelo, por lo que, sus capacitancias no se suman desde el punto de vista de las señales Xi.
Por otro lado, desde el punto de vista de la señal de referencia temporal, la impedancia de polarización junto con el amplificador Af, crea un filtro de pasa-banda de alta frecuencia que absorbe y amplifica cualquier flanco de subida de una señal rápida procedente de cualquier fotodetector individual para proporcionar una señal de referencia temporal única y común.
En el caso del conjunto de filtros de carga en paralelo, éstos se ajustan para obtener en cada una de las diferentes salidas Xi, un ancho de banda lo suficientemente alejado del de la señal de referencia temporal, pero también a una frecuencia más baja, para poder obtener una medida precisa de las cargas involucradas en el evento medido, sin importar el tiempo consumido para lograrlo. Estas salidas representan señales individuales desacopladas de cada fotodetector individual, que pueden ser alimentadas a otras redes de lectura adecuadas, o a diferentes circuitos electrónicos, que recogen todas las cargas del fotodetector, según el esquema de detección utilizado para obtener valores que representen magnitudes como las coordenadas espaciales planas X & Y, la energía del evento y la profundidad de interacción.
En el caso de los filtros de polarización BBFi, TBFi se ajustan, junto con la impedancia de polarización, para ajustar individualmente la corriente de polarización de cada fotodetector individual y obtener en la Juntura Única, una respuesta en frecuencia muy alta y estrecha, cercana a las componentes de mayor frecuencia de la señal procedente del fotodetector, con el fin de generar una salida de respuesta temporal precisa y temprana, sin afectar a las señales retardadas (Xi), que contienen información de carga y aparecerán posteriormente. La señal retardada es también una señal de alta frecuencia, pero con un ancho de banda menor que la señal de respuesta temporal, lo que nos permite separar ambas mediante un filtrado de frecuencia.
Como resultado, aparecerá una señal de salida muy rápida en la Juntura Única, durante un periodo de tiempo muy corto como respuesta a cualquier señal de transición de alta velocidad procedente de cualquiera de los fotodetectores individuales (tales como SiPM).
La señal de referencia temporal única resultante se inyecta al mencionado amplificador rápido, que está diseñado para operar en la banda de frecuencia más alta de la respuesta del fotodetector, para generar una respuesta temporal única, precisa y temprana, sin afectar a la señal tardía con información de carga, dirigida por vías separadas, siguiendo cada uno de los otros terminals SiPM.
Ejemplos 1 y 2
En una realización específica del diseño (Figura 2), todos los detectores SiPMi (SiPM1 a SiPMn) están conectados de tal manera que, todos los terminales catódicos (Ki) están conectados juntos para obtener la Juntura Única K, que después se conecta a la fuente de polarización por medio de una sola impedancia (Zk), mientras que todos los terminales anódicos (Ai) se conectan por separado a dos tipos de conexión: Por un lado, se conectan por separado a GND mediante un conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cfi||Rfi) que funcionan como los filtros BBFi de la figura 1. Por otro lado, se extraen como señales de salida independientes (Xi) mediante un conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cei-Rei) que funcionan como los filtros Cfi de la Figura 1. En este caso, la impedancia Za de la Figura 1 es 0, por lo que se cortocircuita a GND, y los filtros TBFi se anulan cortocircuitando la resistencia del filtro.
Los circuitos de filtrado mencionados están sintonizados de tal manera que, para las señales de transición de alta velocidad, todos los fotodetectores individuales comparten virtualmente los mismos puntos de conexión (conexión en paralelo entre K y GND), lo que permite la generación de una señal muy rápida Sk en el terminal unificado K, que representa la respuesta temporal de todo el fotodetector, independientemente del fotodetector individual del que proceda la señal. La señal Sk se utiliza para alimentar un amplificador rápido (Af), diseñado para operar específicamente en la banda de frecuencia más alta de respuesta de los fotodetectores individuales, con el fin de generar una salida de respuesta temporal precisa y temprana, sin afectar a las señales retardadas (Xi), que contienen información de carga y que aparecerán más tarde siguiendo cada uno de los otros terminales del fotodetector Ai, en la otra ruta, a través del conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cei-Rei).
Todas las conexiones de enrutamiento de la placa de circuito impreso (PCB) de los fotodetectores individuales están "sintonizadas en retardo de tiempo" de manera que los flancos de subida de cualquier señal procedente de cualquier fotodetector individual llegarán sincronizados al punto del circuito donde se obtiene la señal de referencia temporal única y común, (K, para este caso). Esto podría representarse como una línea de retardo insertada en conexión en serie con cada fotodetector individual, de modo que el circuito de la Figura 2 se convierte en la Figura 3. En adelante se considera que todos los esquemas incluyen las líneas de retardo enrutadas en PCB en serie con cada fotodetector individual, aunque no se dibujarán en los esquemas por simplicidad.
Ejemplo 3
En una segunda realización específica del diseño (Figura 4), todos los fotodetectores SiPMi (SiPM1 a SiPMn) se conectan de tal manera que, todos los terminales anódicos (Ai) (i varía de 1 a n) se conectan juntos para obtener la Juntura Única A, que luego se conecta a GND mediante una sola impedancia (Za), mientras que todos los terminales catódicos (Ki) se conectan por separado a dos tipos de conexión: Por un lado, se conectan por separado a la fuente de alimentación de polarización mediante un conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cfi||Rfi), que funcionan como los filtros TBFi en la Figura 1. Por otro lado, se extraen como señales de salida independientes (Xi) mediante un conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cei-Rei).
En este caso, la impedancia Zk de la Figura 1 es 0, por lo que se cortocircuita a Vbias, y los filtros BBFi se anulan cortocircuitando la resistencia del filtro.
Los circuitos de filtrado mencionados están sintonizados de tal manera que, para las señales de transición de alta velocidad, todos los fotodetectores individuales comparten virtualmente los mismos puntos de conexión (conexión en paralelo entre A y Vbias), lo que permite la generación de una señal muy rápida Sa en el terminal unificado A que representa la respuesta temporal de todo el fotodetector, independientemente del fotodetector individual del que procede la señal. La señal Sa se utiliza para alimentar un amplificador rápido Af, diseñado para operar específicamente en la banda de frecuencia más alta de la respuesta del fotodetector, con el fin de generar una salida de respuesta temporal precisa y temprana, sin afectar a las señales tardías (Xi) que contienen información de carga, y que aparecerán más tarde, siguiendo cada uno de los otros terminales individuales del fotodetector Ki, en la otra ruta, a través del conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cei-Rei).
Ejemplo 4
En una tercera realización específica del diseño (Figura 5), todos los fotodetectores individuales (SiPM1 a SiPMn) están conectados de tal manera que, todos los terminales catódicos (Ki) (i va de 1 a n) están conectados juntos para obtener la Juntura Única K, que se conecta además a la fuente de polarización mediante una sola impedancia (Zk), mientras que todos los terminales anódicos (Ai) están conectados por separado a dos tipos de conexión: Por un lado, se conectan por separado a una Juntura Única (Pza) mediante un conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cfi||Rfi) que funcionan como los filtros BBFi de la Figura 1, y luego se conectan desde aquí a GND mediante una sola impedancia Za. Por otro lado, éstas se extraen como señales de salida independientes (Xi) mediante un conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cei-Rei). En este caso, los filtros TBFi se anulan cortocircuitando la resistencia del filtro.
Los circuitos de filtrado mencionados están sintonizados de tal manera que para las señales de transición de alta velocidad, todos los fotodetectores individuales comparten virtualmente los mismos puntos de conexión (conexión en paralelo entre K y Pza), lo que permite generar una señal diferencial muy rápida Sk-pza entre el terminal unificado K, y el terminal unificado Pza que representa la respuesta temporal de todo el fotodetector, sin importar de qué fotodetector provenga la señal. La señal SK-Pza se utiliza para alimentar diferencialmente un amplificador rápido (Af), diseñado para operar específicamente en la banda de frecuencia más alta del ancho de banda de respuesta de los fotodetectores individuales, con el fin de generar una salida de respuesta temporal precisa y temprana, sin afectar a las señales tardías (Xi) que contienen información de carga, y que aparecerán más tarde, a continuación de cada uno de los otros terminales del fotodetector Ai.
Ejemplo 5
En una cuarta realización específica del diseño (Figura 6), todos los fotodetectores individuales (SiPM1 a SiPMn) están conectados de tal manera que, todos los terminales anódicos (Ai) (i va de 1 a n) se conectan juntos para obtener la Juntura Única A, que se conecta además a GND mediante una sola impedancia (Za), mientras que todos los terminales catódicos (Ki) están conectados por separado a dos tipos de conexión: Por un lado, éstas se conectan por separado a una única unión (Pzk) mediante un conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cfi||Rfi) que funcionan como los filtros TBFi en la Figura 1, y luego se conectan desde aquí a Vbias mediante una sola impedancia Zk Por otro lado, éstas se extraen como señales de salida independientes (Xi) mediante un conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cei-Rei). En este caso, los filtros BBFi se anulan cortocircuitando la resistencia del filtro.
Los circuitos de filtrado mencionados están sintonizados de tal manera que, para las señales de transición de alta velocidad, todos los fotodetectores individuales comparten virtualmente los mismos puntos de conexión (conexión en paralelo entre A y Pzk), lo que permite la generación de una señal diferencial muy rápida SA-Pzk entre el terminal unificado A, y el terminal unificado Pzk que representa la respuesta temporal de todo el fotodetector, sin importar de qué fotodetector individual provenga la señal. La señal SA-Pzk se utiliza para alimentar diferencialmente un amplificador rápido (Af), diseñado para operar específicamente en la banda de frecuencia más alta de la respuesta del detector, con el fin de generar una salida de respuesta temporal precisa y temprana, sin afectar a las señales tardías (Xi) que contienen información de carga, y que aparecerán más tarde, a continuación de cada uno de los otros terminales del fotodetector Ki.
Ejemplo 6
En una quinta realización específica del diseño (Figura 7), todos los fotodetectores individuales (SiPM1 a SiPMn) están conectados de tal manera que, todos los terminales anódicos (Ai) (i va de 1 a n) están conectados a GND, mientras que todos los terminales catódicos (Ki) están conectados por separado a dos tipos de conexión: Por un lado, se conectan por separado a una Juntura Única (Pzk) mediante un conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cfi||Rfi) que funcionan como los filtros TBFi de la Figura 1, y se conectan además desde aquí a Vbias mediante una sola impedancia Zk. Por otro lado, éstas se extraen como señales de salida independientes (Xi) mediante un conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cei-Rei). En este caso, la impedancia Za de la figura 1 es 0, por lo que se cortocircuita a Vbias, y los filtros BBFi se anulan cortocircuitando la resistencia del filtro.
Los circuitos de filtrado mencionados están sintonizados de tal manera que, para las señales de transición de alta velocidad, todos los fotodetectores individuales comparten virtualmente los mismos puntos de conexión (conexión en paralelo entre Pzk y GND), lo que permite la generación de una señal muy rápida Spzk en el terminal unificado Pzk, que representa la respuesta temporal de todo el fotodetector, sin importar de qué fotodetector individual provenga la señal. La señal Spzk se utiliza para alimentar diferencialmente un amplificador rápido (Af) diseñado para operar específicamente en la banda de frecuencia más alta de la respuesta del detector, con el fin de generar una salida de respuesta temporal precisa y temprana, sin afectar a las señales tardías (Xi) que contienen información de carga, y que aparecerán más tarde, a continuación de cada uno de los otros terminales del fotodetector Ki en la otra vía, a través del conjunto paralelo de circuitos individuales de filtrado (Cei-Rei).
Ejemplo 7
En una sexta realización específica del diseño (Figura 8), todos los fotodetectores individuales (SiPM1 a SiPMn) están conectados de tal manera que, todos los terminales catódicos (Ki) (i va de 1 a n) están conectados a Vbias, mientras que todos los terminales anódicos (Ai) están conectados por separado a dos tipos de conexión: Por un lado, se conectan por separado a una Juntura Única (Pza) mediante un conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cfi||Rfi) que funcionan como los filtros BBFi de la Figura 1, y se conectan además desde aquí a GND mediante una sola impedancia Za. Por otro lado, éstas se extraen como señales de salida independientes (Xi) mediante un conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cei-Rei). En este caso, la impedancia Zk de la figura 1 es 0, por lo que se cortocircuita a Vbias, y los filtros TBFi se anulan cortocircuitando la resistencia del filtro.
Los circuitos de filtrado mencionados están sintonizados de tal manera que, para las señales de transición de alta velocidad, todos los fotodetectores individuales comparten prácticamente los mismos puntos de conexión (conexión en paralelo entre Vbias y PZa), lo que permite la generación de una señal muy rápida SPza en el terminal unificado PZa que representa la respuesta temporal de todo el fotodetector, independientemente del fotodetector individual del que proceda la señal. La señal SPza se utiliza para alimentar un amplificador rápido (Af), diseñado para operar específicamente en la banda de frecuencia más alta de la respuesta del detector, con el fin de generar una salida de respuesta temporal precisa y temprana, sin afectar a las señales retardadas (Xi) que contienen información de carga, y que aparecerán posteriormente, siguiendo cada uno de los terminales del fotodetector Ai, en la otra ruta, a través del conjunto paralelo de circuitos de filtrado individuales (Cei-Rei).

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Una topología de red de lectura para tomografía por emisión de positrons, PET, con capacidad de tiempo de vuelo, TOF, para extraer información de posición y tiempo en el área de detección de rayos gamma que comprende
- una pluralidad de fotodetectores individuales dispuestos en configuración matricial p x q en una Placa de Circuito Impreso - PCB - electrónica para conformar un fotodetector capaz de procesar la luz que llega al área matricial y proporcionar información para determinar coordenadas espaciales y señal de referencia temporal, teniendo cada fotodetector individual un terminal anódico y un terminal catódico,
- una conexión de todos los terminales similares de uno de los dos tipos de terminales del fotodetector (ya sean los anódicos o los catódicos) a una Juntura Única en la PCB, que además se divide en dos rutas,
- la primera de estas rutas conecta la Juntura Única, por medio de una impedancia específica, a la polaridad de fuente adecuada, donde "polaridad adecuada" significa: Vbias si los terminales cableados a la Juntura Única son los cátodos o GND si los terminales cableados a la Juntura Única son los ánodos, donde la impedancia específica, ya sea Za (si los terminales cableados son los ánodos) o Zk (si los terminales cableados son los cátodos), está funcionando como parte del circuito de polarización del fotodetector, y su resistencia está ajustada para ser menos del 10% en comparación con la resistencia del resto de la ruta desde la Juntura Única a GND y,
- la segunda de estas rutas inyecta la señal unificada creada en la Juntura Única, en un amplificador rápido, para obtener una señal de referencia temporal única, relativa a todo el fotodetector, sin importar de qué fotodetector individual concreto procede,
- una conexión individual de todos los terminales del fotodetector, diferentes de los conectados a la Juntura Única, mediante dos circuitos de filtrado separados para cada terminal del fotodetector,
- los primeros circuitos de filtrado denominados filtros de polarización (TBF o BBF), completan los circuitos de polarización para todos los fotodetectores individuales, conectando, por medio de ellos, los terminales individuales del fotodetector a la polaridad adecuada de la fuente, donde "adecuada" significa que es Vbias si el terminal del fotodetector es el cátodo o GDN si el terminal del fotodetector es el ánodo y,
- los segundos circuitos de filtrado denominados filtros de carga funcionan como filtros de señal de salida, para obtener señales de corriente individuales de cada fotodetector individual, que representan la cantidad de luz capturada por cada fotodetector individual de la matriz, dando lugar a señales Xi desacopladas.
2. Una topología de red de lectura, según la reivindicación 1, en la que la señal de referencia temporal es la suma de todos los terminales catódicos en la Juntura Única (K).
3. Una topología de red de lectura, según la reivindicación 1, en la que la señal de referencia temporal es la suma de todos los terminales catódicos de los fotodetectores individuales en la Juntura Única (Pzk) incluyendo las líneas de retardo enrutadas
4. Una topología de red de lectura, según la reivindicación 1, en la que la señal de referencia temporal es la suma en la Juntura Única (A) de todos los terminales anódicos de los fotodetectores individuales.
5. Una topología de red de lectura, según la reivindicación 1, en la que la señal de referencia temporal es el resultado de la señal diferencial entre la Juntura Única K) de todos los terminades catódicos de los fotodetectores individuales y la Juntura Única (Pza) de todos los terminades anódicos de los fotodetectores individuales conectados indirectamente.
6. Una topología de red de lectura, según la reivindicación 1, en la que la señal de referencia temporal es el resultado de la señal diferencial entre la Juntura Única (A) de todos los terminades anódicos de los fotodetectores individuales y la Juntura Única (Pzk) de todos los terminades catódicos de los fotodetectores individuales conectados indirectamente.
7. Una topología de red de lectura, según la reivindicación 1, en la que la señal de referencia temporal es el resultado de la Juntura Única (Pzk) de todos los terminales catódicos de los fotodetectores individuales conectados indirectamente.
8. Una topología de red de lectura, según la reivindicación 1, en la que la señal de referencia temporal es el resultado (Pza) de todos los terminales anódicos de los fotodetectores individuales conectados indirectamente
9. Una topología de red de lectura, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los fotodetectores individuales son SiPM.
10. Un módulo detector nuclear que comprende una o más topologías de red de lectura como las definidas en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
11. Un módulo detector nuclear según la reivindicación 10, en el que hay una pluralidad de redes de lectura dispuestas, que tienen una columna, y un número p de filas, de tal manera que las diferentes señales de referencia temporal obtenidas de cada red de lectura se conectan a un esquema de lectura de cargas para obtener información de energía y posición respecto a la pluralidad de redes de lectura.
12. Un módulo detector nuclear según cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, que comprende, además:
- una pieza de cristal de centelleo orientada hacia el fotodetector.
- una carcasa para proteger el módulo de la luz externa y de los esfuerzos mecánicos, - una electrónica de conversión analógica a digital capaz de procesar todas las señales de posicionamiento y energía obtenidas, y de transmitirlas a través de una interfaz informática de alta velocidad para ser procesadas en vuelo, o almacenadas en un disco informático, para ser procesadas posteriormente, así como de preservar la señal de referencia temporal.
13. Un sistema ToF-PET que comprende
- una pluralidad de módulos detectores como los descritos en cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, dispuestos en un puente mecánico, que tiene una configuración simétrica, con todos los módulos rodeando y orientandos hacia el volumen de detección que puede ser cubierto por ellos,
- un módulo electrónico de procesamiento de coincidencias capaz de procesar las señales de referencia temporal procedentes de una pluralidad de módulos como los descritos en la reivindicación 12, para proporcionar la correspondencia adecuada entre las múltiples combinaciones de módulos, permitiendo procesar eficazmente como un solo bloque, todas las señales relacionadas con cualquier evento PET individual, independientemente del módulo del que proceden, así como ser capaz de digitalizar y transmitir todas las señales relacionadas con el tiempo a través de una interfaz informática de alta velocidad para ser procesadas al vuelo, o almacenadas en un disco informático, para ser procesadas posteriormente, incluyendo la información de tiempo de vuelo de todos los eventos detectados.
14. El sistema ToF-PET según la reivindicación 13, que comprende además un módulo de software capaz de procesar todos los datos almacenados en el ordenador o que se reciben en tiempo real, para proporcionar imágenes ToF-PET de alta calidad, utilizando cualquier ordenador o interfaz digital.
15. Un procedimiento para obtener la información de tiempo y posición a partir de las señales procedentes de un fotodetector ToF-PET, en un módulo detector de un dispositivo PET, comprendiendo el procedimiento
- disponer un cristal de centelleo en un módulo detector
- disponer una topología de red de lectura como la definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,
- introducir un rayo gamma en el módulo y hacer que incida en el volumen del cristal de centelleo, creando un haz de luz que se propaga por todas partes, incluida la zona del fotodetector de la red de lectura
- introducir el haz de luz procedente de un cristal de centelleo en la zona del fotodetector de la red de lectura
- convertir el haz de luz en una distribución dispersa de señales eléctricas procedentes de toda la zona del fotodetector,
- llevar la primera señal detectada desde cualquier parte del fotodetector a un amplificador rápido para seleccionarla como señal de referencia temporal de salida, que representa el instante exacto de la llegada del rayo gamma al volumen de cristal del centelleador
- llevar cada una de las señales eléctricas procedentes de toda la zona del fotodetector, por medio de filtros de carga para proporcionar salidas de señales de carga desacopladas compatibles con los circuitos electrónicos de lectura utilizados habitualmente para extraer la posición y la energía del rayo gamma.
16. Un procedimiento según la reivindicación 15 que comprende además el tratamiento de datos de al menos dos módulos, proporcionando la información según la reivindicación 15 obteniendo las líneas de respuesta ToF necesarias para crear una imagen ToF-PET.
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