NO322260B1 - Fremgangsmate og system for a lese et datasignal som angis fra et aktivt piksel i en sensor - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et system til lesing av et datasignal som er knyttet til et aktivt piksel i en sensor som har et flertall av adresserbare piksler på en slik måte at lesingens effektivitet blir optimal.

Nærmere bestemt foreligger det en fremgangsmåte til utlesing av datasignaler som blir sendt ut av et aktivt piksel i en sensor med et flertall adresserbare piksler omfattende trinnene: å gruppere flertallet av piksler i minst to grupper som hver har en brøkdel av det nevnte flertall av adresserbare piksler, å identifisere en aktiv gruppe av adresserbare piksler hvori det aktive piksel befinner seg, å frembringe en leserkrets for den aktive gruppe av adresserbare piksler, og å lese en verdi for datasignalet for hvert piksel i den aktive gruppe av adresserbare piksler for å identifisere det aktive piksel.

Nærmere bestemt foreligger det et system for lesing av et datasignal som sendes ut av et aktivt piksel i en sensormodul som har et flertall av adresserbare piksler anordnet i minst to grupper, der systemet omfatter: identifiseringsanordninger som er felles koblet til hver av gruppene av piksler for overvåkning av hver av nevnte minst to grupper, og som kan reagere på det nevnte datasignal for å identifisere en aktiv gruppe som inneholder det aktive piksel uten å identifisere selve det aktive piksel, og en lesekrets som for å reagere er koblet til identifiseringsanordningen for lesing av en verdi for datasignalet for hvert piksel i den aktive gruppe for dermed å identifisere det aktive piksel.

Til belysning av kjent teknikk nevnes US-patent 5,023,455 som er relatert til en strå-lingsfølsom detektormatrise samt forforsterkerutlesningskrets. Detektormatrisen består av strålingsfølsomme elementer, hvor en triggerkrets er tilordnet hver rad og en gene-rator adresserer hver kolonne. En analog forsterkerkrets leser ut et signal fra elementene.

En kjent diagnoseteknikk som benyttes i tomografi for å lokalisere tumorer går ut på å injisere i en pasients blodstrøm en radioaktiv isotop som søker opp tumoren, slik at dennes posisjon kan utledes ved påvisning av posisjonen for den radioaktive isotop. Som regel sender den radioaktive isotop ut høyenergi y-stråler som blir spredt ut fra tumorområdet. For å få til den ønskede påvisning for å bestemme den nøyaktige posisjon for tumoren, er det nødvendig å avbilde pasientens legeme på en slik måte at bare de y-stråler som blir sendt normalt ut fra legemet påvises mens de y-stråler som spres i andre retninger forkastes.

Kjente tidligere løsninger som skal tilfredsstille dette krav innebærer bruk av en meka-nisk kollimator laget av bly med et antall hull som står i avstand fra hverandre og har tilstrekkelig snever diameter til bare å slippe gjennom de y-stråler som sendes ut parallelt med kollimatorhullene. Kollimatoren beveges inntil det påvises et signal hvorpå posisjonen av kollimatoren muliggjør stedsbestemmelse for radioisotopen. Siden det meste av den radioaktive energi imidlertid blir spredt og derfor ikke påvist, er en slik løsning lite effektiv og detektoren krever lang eksponeringstid, noe som er kostbart når det gjelder den tid som er nødvendig for å foreta en pålitelig måling så vel som dette er ukomforta-belt for pasienten. Oppløsningen for et system av denne art avhenger av diameteren på hullene i kollimatoren og er som regel 8 mm. Oppløsningen kan forbedres ved å redusere diameteren på hullene i kollimatoren på bekostning av ytterligere reduksjon av ef-fektiviteten, noe som i alle tilfelle vanligvis ikke er bedre enn IO"<5>.

Det er således klart ønskelig å redusere måletiden i så stor utstrekning som mulig uten at dette fører til noe kompromiss når det gjelder påvisningens nøyaktighet. Dette krav er det delvis tatt hensyn til ved bruk av et Comptom-kamera som bruker ringgeometri, slik at spredte fotoner blir påvist av ringen i stedet for å gå tapt slik tilfellet er med meka-niske kollimatorer. Dermed unngåes behovet for en kollimator, og det blir mulig å beregne strålingsvinkelen for y-strålene. Når det gjelder foreliggende oppfinnelse som ikke angår fysikken ved Compton-effekten, kan Compton-kameraet betraktes som enhver annen type av 2-dimensjonal avbildende sensor med et flertall av adresserbare piksler, der ett av disse sender ut et signal når det stimuleres med en y-stråle. Mer bestemt er hvert piksel en diode som genererer et ladningssignal når den treffes av en y-stråle. En y-stråle som sendes ut av radioisotopen vil bli påvist bare hvis den skaper en Compton-effekt ved å frembringe et ladningssignal for dermed å gi opp noe av dets signal. I praksis er det vanlig å benytte en komposittsensor som har flere sensorlag i avstand fra hverandre der hvert lag inneholder minst en sensormodul for på denne måte å øke sannsynligheten for at en innfallende y-stråle vil frembringe en Compton-effekt i minst et av lagene. Sensormodulen med flere lag utgjør en første detektor i Compton-kameraet. Etter på denne måte å ha frembrakt en Compton-effekt, kommer y-strålen fra den første detektor. For å beregne innfallsvinkelen for y-strålen, blir imidlertid den utgående y-strålen rettet mot en andre detektor hvori den blir absorbert fullstendig og dermed gir opp all sin restenergi.

Som et resultat av denne geometri, er det nødvendig å lese ut dataene i den første detektor fra et stort antall adresserbare piksler langs respektive kanaler for å påvise hvilket piksel som er "aktivt". Dette gjøres ved først å integrere den ladning som er knyttet til hvert piksel ved hjelp av en integrator i form av en operasjonsforsterker (OP AMP) som har en tilbakekoblingskondensator. Den integrerte ladningspuls blir så forsterket og for-met og det resulterende analoge signal blir utvalgsbehandlet og holdt, noe som gjør det mulig å måle verdien. For å måle toppverdien for det formede signal, må det formede signal utvalgsbehandles meget nøyaktig ved toppverdien. Dette krever en nøyaktig bestemmelse av tidspunktet for toppen som fremkommer ved en fast tidsforskjell tp etter at det eksiterte piksel sender ut ladningen. Den faste tidsforskjell tp er en funksjon av RC-tidskonstanten for formekretsen og er derfor kjent.

For således å finne ut når det integrerte ladningssignal skal utvalgsbehandles, må selve tidspunktet f0for fremkost av hver ladningsutsendelse selv bli bestemt nøyaktig. Når dette er gjort, er alt som så er nødvendig å utvalgsbehandle det holdte integrerte lad-ningsutvalg ved et tidspunkt tp. Et lesesystem for lesing av ladningssignalene må derfor frembringe en nøyaktig utløser som faller sammen med fremkomsten av hver ladningsutsendelse. Det er kjent selvutløsende systemer, der kanalen hvori ladningsutsendelsen finner sted, frembringer utløseren ved hjelp av en nivåfølsom diskriminator. Pulshøyden blir også låst slik at den kan utleses. Imidlertid gir et system av denne type informasjon vedrørende pulshøyden bare i den spesielle kanal der ladningsutsendelsen fant sted og ikke i andre kanaler unntatt noen ganger i de nærmeste nabokanaler. Videre fremkommer ingen data som gjelder tidspunktet da ladningsutsendelsen fant sted.

Det er også kjent å frembringe utløseren ved hjelp av en egen elektronisk anordning på det felles "bakplan" for bildesensoren. En slik anordning begrenser imidlertid bildesensoren til å være en "ensidet" detektor som gjør det mulig å bestemme hvor i sensoren ladningsutsendelsen fant sted og anordningen er videre vanskelig å virkeliggjøre.

Det skulle være klart at hvis, under hvert søk av den sammensatte bildesensor, hvert piksel leses sekvensielt bare et om gangen, kan det pågående søk avsluttes når et "aktivt" piksel blir påvist. Det er imidlertid upraktisk å lese hvert piksel på en slik måte på grunn av den samlede tid som går med til adressering av hvert piksel for seg og nedlas-ting av pikseldataene langs en dedikert kanal for videre behandling. Videre skulle det være klart at i tillegg til det ene piksel som y-strålesitmuleringen er knyttet til, vil også de andre piksler sende ut støy. Slik støy kan oppstå f .eks. på grunn av den felles modus-avdrift for OP AMP (forsterkerne) som er knyttet til lesekretsen. Når piksler blir lest bare ett om gangen, er det vanskelig å kvantifisere nøyaktig den felles modusstøykom-ponent i det "aktive" piksel. Slike betraktninger taler i mot adressering av hvert piksel separat og taler for samlet adressering av et flertall piksler i en enkel leseoperasjon ved bruk av et flertall kanaler der hver gjelder et tilsvarende piksel. Dette øker omkostnin-gene for lesekretsen siden forskjellige komponenter i denne må gjentas for hver kanal. Etter å ha lest på denne måte et stort antall datasignaler på separate kanaler som hver er knyttet til et piksel i bildesensoren, er det nødvendig å behandle dataene for å bestemme hvilket piksel som er "aktivt", hvoretter posisjonen for radioisotopen kan utledes.

Videre, som forklart ovenfor, er et ikke-null felles modusstøysignal knyttet til alle pikslene innbefattende det "aktive" piksel. For å måle de "aktive" pikseldata nøyaktig, må den gjennomsnittlige felles modusstøy bestemmes og subtraheres fra de egentlige "aktive" pikseldata. Dette øker behandlingstiden og hvis flere piksler behandles samtidig, jo mer tidskrevende er naturligvis behandlingen.

Som en følge av dette, foreligger et valg mellom lesing av data sekvensielt piksel for piksel med dermed følgende lang adresseringstid og manglende mulighet for utligning av felles modusstøy, og lesing av for mange piksler samtidig med dermed følgende høy behandlingstid og økte omkostninger.

Enda en betraktning angår frembringelse av tidsoverensstemmelse for y-strålestimulerte utsendelser i de to parallelle detektorer i et Comton-kamera. For å beregne vinkelen for den innfallende y-stråle slik det er forklart ovenfor, blir den utgående y-stråle fra den første detektor rettet mot en andre detektor, hvori den absorberes fullstendig og dermed avgir all sin restenergi. Det er klart nødvendig å sammenholde hendelser i de to detektorer for å slå fast at de stammer fra samme y-stråle. Dette gjøres ved å fastslå at de to hendelser er hovedsakelig samtidige. Imidlertid kan den nøyaktige tidsoverensstemmelse for de to hendelser bestemmes nøyaktig bare hvis y-stråleutsendelsen blir hurtig målt. Tidligere kjente detektorer har et filter med en langsom tidskonstant for forming av datasignalet som skyldes y-stråleutsendelsen. En langsom tidskonstant er nødvendig for å forbedre signal/støyforholdet og for å forbedre låsing til toppverdien for det formede signal. Imidlertid vil en langsom tidskonstant lede bort fra nøyaktigheten, hvormed topptiden kan måles og dette vil på sin side redusere den nøyaktighet hvorved tidsover-ensstemmelsen for tilsvarende hendelser i de to detektorer kan bli slått fast.

Det er derfor et klart behov for å optimalisere lesing av en sats med piksler i en 2-dimensjonal bildesensor for dermed å redusere den tid det tar å påvise et enkelt "aktivt" piksel. Til dette behov er det knyttet det krav at det skal frembringes en nøyaktig utløser når en ladningsutsendelse finner sted for dermed å fastslå utsendelsestiden (og dermed topptiden) nøyaktig for dermed å gjøre det mulig at tidsoverensstemmelse for hendelser i mer enn den ene detektor kan bli slått fast riktig og for å eliminere virkningen av felles modusstøy fra "aktive" pikseldata slik at bare de aktuelle data blir lest.

Det er derfor et formål med oppfinnelsen å komme frem til en fremgangsmåte og et system for lesing av et "aktivt" piksel i en 2-dimensjonal bildesensor eller en stakk av bildesensorer som ligger i avstand fra hverandre der hver har et flertall av piksler.

Ifølge oppfinnelsen kjennetegnes den innledningsvis nevnte fremgangsmåte ved å frembringe et startsignal når datasignalet blir sendt ut av det aktive piksel, og å måle verdien på datasignalet ved et på forhånd bestemt tidsintervall to etter startsignalet for dermed å lese størrelsen på datasignalet.

Ytterligere utførelsesformer av fremgangsmåten fremgår av de vedlagte krav 2-6.

Ifølge oppfinnelsen kjennetegnes det innledningsvis nevnte system ved at leserkretsen innbefatter: en startanordning som reagerer på det elektriske signal til frembringelse av et startsignal ved starttiden to, og nivåbestemmelsesanordning som er koblet til startanordningen for å måle verdien av datasignalet på et på forhånd bestemt tidsintervall fø etter startsignalet for dermed å lese størrelsen av datasignalet.

Ytterligere utførelsesformer av systemet fremgår av de vedlagte krav 8-23.

På denne måte går oppfinnelsen ut på et kompromiss mellom lesing av hvert piksel sekvensielt, et om gangen, med dermed følgende styring av pikseladressering og mangel på korreksjon av felles modusstøy, og lesing av alle piksler samtidig med den dermed følg-ende innsats ved behandlingen. Mer bestemt blir ifølge oppfinnelsen alle adresserbare piksler delt i grupper og i et første trinn blir bare den aktive gruppe som inneholder det "aktive" piksel identifisert. Dette kan gjøres meget hurtig ved bruk av en terskelkompa-rator for hvert piksel i en valgt gruppe og en koblet ELLER-styring av utgangene fra alle komparatorer for å vise om utgangen fra gruppen av piksler overskrider en på forhånd bestemt terskel. Etter å ha identifisert den aktive gruppe på denne måte, blir nå bare pikslene i denne gruppe lest sekvensielt, et om gangen, for dermed å identifisere det "aktive" piksel, hvoretter posisjonen for radioisotopen kan utledes. Mer bestemt vil en slik løsning oppheve behovet for å lese pikslene i de ikke-aktive grupper, hvorved det spares betydelig lesetid.

I den aktive gruppe vil bare det "aktive" piksel ha et signalnivå som overskrider den diskriminerende terskel. Imidlertid er de gjenværende piksler årsak til felles modusstøy som også innvirker på det "aktive" piksel og som derfor må utlignes for at den felles modusstøykomponeat skal kunne elimineres fra signalnivået for det "aktive" piksel. Ved lesing av signalnivåene for de gjenværende piksler i den aktive gruppe, kan det gjennomsnittlige nivå for den felles modusstøy bestemmes for de ikke-aktive piksler og subtraheres fra datasignalet som gjelder det "aktive" piksel.

Datasignalet er fortrinnsvis en hurtig stigende strømpuls utledet fra en utsendelse av en elektrisk ladning som følge av at pikselet er truffet av en y-stråle. Strømpulsen integreres med en for-forsterker for dermed å frembringe et analogt spenningstrinn som har en skarp nivåendring ved utsendelse av datasignalet. Spenningstrinnet utgjør et startsignal som angir tidspunktet for utsendelsen to og hvis verdi er proporsjonal med den samlede ladning som frembringes av strømpulsen og som samles av en tilbakekoblingskondensator i forforsterkeren. Lesekretsen omfatter videre minst en formeanordning for hvert piksel i den aktive gruppe, der formeanordningen reagerer på spenningstrinnet for forsterk-ning og forming av den integrerte ladning for å frembringe et langsomt stigende analogt spenningssignal med et høyt signal/støyforhold. Et viktig trekk ved en slik utførelse ligger i den presisjon med hvilken det formede analoge spenningssignal blir utvalgsbehandlet ved sin toppverdi. Mer bestemt innbefatter lesekretsen for hvert piksel i den aktive gruppe: en hurtig formeanordning med en hurtig tidskonstant og som reagerer på det nevnte datasignal for forming av datasignalet for dermed å frembringe en rask reaksjonskurve som hurtig stiger over en på forhånd bestemt terskel, en langsom formeanordning med en langsom tidskonstant og som reagerer på det nevnte datasignal for forming av datasignalet slik at det fremkommer en langsom reaksjonskurve med et høyt signal/støyforhold, forsinkelsesanordning koblet til hurtige formeanordning for bestemmelse av en tidsforsinkelse At for den hurtige reaksjonskurve for å overskride den nevnte på forhånd bestemte terskel, og utvalgsbehandlende anordning koblet til forsinkelsesanordningen og til den langsomme formeanordning for utvalgsbehandling av den langsomme reaksjonskurve ved et ytterligere tidsintervall tp - At der h er tidspunktet da den langsomme reaksjonskurve når sin toppverdi, for dermed å utvalgsbehandle den langsomme reaksjonskurve hovedsakelig ved dens toppverdi.

For at oppfinnelsen skal forstås og for å vise hvorledes denne kan utføres i praksis, vil et foretrukket eksempel nå bli beskrevet, bare som et ikke-begrensende eksempel, under henvisning til tegningene der: fig. 1 viser skjematisk et system innbefattende en lesekrets for lesing av en sensor ifølge oppfinnelsen;

fig. 2 viser bildemessig en flerlags sensor i henhold til oppfinnelsen omfattende en stakk av bildesensorer, og

fig. 3 viser grafisk virkningen av tidsvandring i et integrert ladningssignal;

fig. 4a og 4b viser grafisk en løsning ifølge oppfinnelsen på problemet som er knyttet til tidsvandringen for et integrert ladningssignal;

fig. 5 er et skjema som viser en detalj av lesekretsen i henhold til oppfinnelsen, og

fig. 6a til 6f viser grafisk forskjellige bølgeformer som er knyttet til lesekretsen der alle er gjengitt med en felles tidsbasis.

Fig. 1 viser skjematisk et system som er generelt angitt med henvisningstallet 10 og omfatter en sensormodul 11 med en sats på 512 piksler 12 dannet av silisiumdioder som reagerer på en innfallende y-stråle til frembringelse av et ladningssignal. Som eksempel kan sensormodulen 11 være en del av et Compton-kamera til bruk ved tomografisk av-bildning av en pasients legeme. Dette Compton-kameraet er forsynt med to adskilte detektorer, hvorav en er en flerlags sensor hvis mange lag tjener til å øke Compton-effekten, og der hver av disse har sin egen uavhengige utlesningskrets for å muliggjøre utles-ning av datasignalet. Den andre detektor som i seg selv ikke er et trekk ved oppfinnelsen, kan være en tilsvarende pikselsats eller en hvilken som helst annen egnet sensor for absorpsjon av y-strålen som kommer fra den første detektor. Som et resultat, avgir y-strålen sin restenergi i den andre detektor hvorved vinkelen for y-strålen kan beregnes på kjent måte.

Foreliggende oppfinnelse gjelder således hovedsakelig den første detektor hvori piksel-satsene 12 er anordnet i 16 grupper med piksler, der hver gruppe har 32 piksler. Sensormodulen 11 innbefatter en brikkeformet diskrimineringskrets for hver av de 16 gruppe piksler i pikselsatsen, i form av et par anvendelsesspesifikke integrerte kretser (ASICer) 13a og 13b som, om det ønskes, kan være kombinert i en enkel ASIC. Detaljer ved ASICer 13a og 13b er gjengitt nedenfor med henvisning til tegningenes fig. 5. De respektive utgangskanaler fra diskrimineirngskretsen blir matet til en utledningskrets 14 for sekvensielt valg av en forskjellig gruppe piksler og kobling av pikslene i den valgte gruppe til henholdsvis første og andre databusser 15 og 16. Mer bestemt blir pikslene i hver gruppe ledet til en flerinngangs diskriminator for å utlede et sammensatt signal som blir matet til en tilsvarende datalinje i den første databuss 15. På denne måte blir det sammensatte signals nivå utledet fra alle pikslene i den respektive gruppe og er HØY hvis et eller annet av pikslene i gruppen er "aktivt" og ellers LAV. Som følge av dette, vil bare en datalinje være HØY og dermed angi hvilken av de 16 grupper av piksler som er "aktive", mens de andre 15 datalinjer som svarer til gjenværende 15 grupper inneholdende, totalt, 480 piksler er ikke-aktive, er LAV, noe som viser at ingen av de 480 piksler er "aktive". Ved på denne måte å gruppere de 512 piksler som beskrevet i 16 grupper og diskriminere mellom en "aktiv" gruppe og de gjenværende ikke-aktive, blir posisjonen for det ene "aktive" piksel meget betydelig snevret inn, selv om naturlig på dette trinn det enda ikke er kjent hvilket av de 32 piksler i denne gruppe som er det "aktive" piksel.

Alle 16 datalinjer i den første databuss 15 er forbundet med tilhørende innganger til en 16 inngang ELLER-port 20 (denne utgjør en første logikkanordning) hvis utgang som følge av dette er HØY (noe som utgjør et første logikknivå) hvis en eller flere av de 16 datalinjer er HØY, noe som angir at den tilsvarende gruppe er "aktiv". Hvis ingen av de 512 piksler i sensormodulen 11 er "aktiv", vil utgangen fra ELLER-porten 20 være lav (noe som utgjør et andre logikknivå). Som det vil bli forklart nedenfor, særlig med henvisning til tegningenes fig. 2, kan flere sensormoduler være samlet for å danne en flerlags bildesensor som hver har et flertall sensormoduler. Hver sensormodul har en til-knyttet ELLER-port 20 og utgangen fra ELLER-porten i hver modul blir ført til en inngang for en 2-inngangs OG-port 21 hvis andre inngang blir matet med en utgang fra en andre detektor. Som følge av dette er utgangen fra OG-porten 21 i hver sensormodul HØY bare hvis utgangene fra minst en av ELLER-portene 20 i den respektive sensormodul er HØY, og hvis utgangen fra den andre detektor samtidig er HØY. OG-porten 21 gjør det dermed mulig at tidsoverensstemmelse for ladningsutsendelsene fra både den første og den andre detektor kan bli slått fast i sann tid. En y-stråle kan treffe bildesensoren skrått, og hvis den blir delvis absorbert i et lag, vil dens vinkel forandre seg slik at påfølgende påvisning blir mulig.

En dekodeanordning 22 er koblet til den første databuss 15 og reagerer på det sammensatte signal i hver av databussens datalinjer for bestemmelse av hvilken datalinje som er HØY og for derved å fastslå identiteten for den aktive gruppe. En tidsstyreanordning 23 er koblet til utgangen fra ELLER-porten 20 via OG-porten 21 og reagerer på utgangen fra ELLER-porten 20 når den er HØY (dvs. det første logikknivå) for frembringelse av et tidsmerke svarende til tidspunktet for dannelse av det første logikknivå som stort sett faller sammen med pikselreaksjonen. En forsinkelsesport 24 (denne utgjør en forsinkelsesanordning) som er koblet til tidsstyreanordningen 23 reager på utgangen fra ELLER-porten 20 når den er HØY til frembringelse av en tidsforsinkelse tp som blir matet via en forsinkelseslinje 25 til en lås i en utvalgs- og holdekrets (ikke vist) i ASIC 13 slik at det datasignal som frembringes av det "aktive" piksel kan utvalgsbehandles med en tidsforsinkelse tp = At + tD etter dens frembringelse, idet At er tidsforskjellen mellom den virkelige ladningsutsendelse og dens diskriminering.

Den andre databussen 16 er dannet av en analog datalinje 26 som er koblet via en sek-venser 27 (som utgjør en velgeranordning) til hvert av pikslene i en valgt av gruppene for mottagning av de respektive signalnivåer for hvert av pikslene i den valgte gruppe. Sekvenseren 27 reagerer på et startsignal som blir matet til en startinngang for denne via forsinkelseslinjen 25 for sirkulering gjennom pikseladressene i den aktive gruppe for ved dette seriemessig å gi som utgang til den analoge datalinje 26 et analogt signal som svarer til signalnivået for hvert piksel etter tur i den aktive gruppe. Den analoge datalinje 26 er koblet til en analog-til-digital omformer (ADC) 30, der utgangen fra denne er et digitalt signal som representerer signalnivået for det tilsvarende piksel i den aktive gruppe.

Den digitale signalutgang fra ADC 30 blir matet til en digital signalprosessor (DSP) 31

(denne danner en diskriimneringsanordning) som er programmert til å sammenligne signalnivået for hvert piksel i den valgte gruppe med en diskriminerende terskel for å identifisere det aktive piksel som det piksel hvis signalnivå overskrider diskrimineirngsters-kelen.

DSP 31 virker som en bestemmelsesanordning for felles modusstøynivå til bestemmelse av et gjennomsnittlig felles modusstøynivå knyttet til de 31 piksler i den valgte gruppe hvis signalnivåer ikke samsvarer med et "aktivt" piksel. De felles modusstøynivåer for de 31 ikke-aktive piksler blir gjennomsnittsberegnet og deretter subtrahert fra signalnivået for det "aktive" piksel for på denne måte å korrigere for felles modusstøy. DSP 31 frembringer en signaldatastrøm inneholdende data som representerer modulnummeret, den aktive gruppes identitet, det aktive piksels identitet, tidsmerket for det aktive piksel og det felles modusstøy-korrigerte signalnivå for dette. Den resulterende digitale data-strøm blir så overført til en datamaskin 32 hvor den blir behandlet etter behov; dette er ikke et trekk ved foreliggende oppfinnelse. Modulnummeret er en forprogrammert kode som blir nedlastet i den tilsvarende sensormodul 11 og som dermed identifiserer fra hvilken sensormodul et datasignal ble sendt ut. Tidsmerket angir tiden basert på en felles sanntids klokke (ikke vist), da en ladningsutsendelse fant sted med det identifiserte piksel. Disse data er relevante når sammenfallende data fra den første detektor blir ført sammen med de tilsvarende data fra den andre detektor for på denne måte å beregne posisjonen for den innfallende Y-stråle og dens innfallsvinkel. Det må imidlertid påpekes at tidsmerkene ikke er benyttet til å fastslå sammenfallende tid for en ladningsutsendelse fra de første og andre detektorer siden dette blir bestemt i sann tid ved bruk av logikk-porter som forklart ovenfor under henvisning til tegningenes fig. 1.

Adskilte strømkilder (ikke vist) finnes for den analoge og den digitale seksjon av lesekretsen 14 slik at den analoge og den digitale effekt er adskilt som vist med den strek-punkterte linje. For å opprettholde det ønskede skillet mellom analoge og digitale komponenter samtidig med mulighet for uhindret dataoverføring mellom de to, anvendes det opto-koblere.

Fig. 2 viser bildemessig en flerlags sensor 40 som er en del av en første detektor i et Compton-kamera og som har fem parallelle identiske sensorplan, hvert betegnet som 41 og omfatter en sats på ni sensormoduler 11 som beskrevet ovenfor under henvisning til tegningenes fig. 1. Hver av sensormodulene 11 i hvert sensorplan 41 er koblet til en til-hørende lesekrets 42 slik at ni lesekretser er nødvendig for hvert sensorplan. Respektive utganger 43 fra hver av lesekretsene 42 er koblet via en databuss 44 til en datamaskin 45. En Y-stråle som treffer sensoren 40 har tilstrekkelig energi til å trenge gjennom alle dens lag 41, men frembringer et ladningsdatasignal bare hvis den blir delvis absorbert av et piksel i minst et sensorplan. Som angitt ovenfor, vil anordningen av et flertall lag øke sannsynligheten for at en Compton-effekt vil oppstå i minst et piksel av sensoren. Det skal påpekes at det samme formål kan oppfylles ved å øke overflaten av hvert sensorplan.

For at ladningssignalet som sendes ut av et "aktivt" piksel skal kunne leses av lesekretsen 42, må ladningssignalet etter forforsterkning først formes, hvoretter dets toppverdi kan utvalgsbehandles og måles. Fig. 3 viser grafisk tre kurver 50,51 og 52 som representerer ladningssignaler som kommer på samme tidspunkt tok og som hver har sin egen toppverdi Vp.

Det vises nå tilbake til beskrivelsen av lesekretsen under henvisning til tegningenes fig. 1, og det skal minnes om at en tidsforsinkelse fø blir matet via en forsinkelseslinje 25 til en las i en utvalgs- og holdekrets (ikke vist) i ASIC 13a slik at datasignalet som frembringes av det "aktive" piksel kan utvalgsbehandles med en tidsforsinkelse tp etter at det ble dannet Tidsforsinkelsen fø kan forhåndsbestemmes basert på verdien for At ved topptiden tp som er kjent fra RC tidskonstanten for formeanordningen slik at hvis starten på signalet ved tidspunktet to kan kurven utvalgsbehandles nøyaktig ved topptiden tp for dermed å få toppverden Vp. I virkeligheten er dette ikke mulig fordi tiden to da ladningssignalet kom fra det "aktive" piksel, aldri kan bestemmes nøyaktig siden det først er nødvendig å diskriminere mellom virkelige pikseldata som skyldes en innfallende y-stråle og nivået for signalets basislinje. Slik diskriminering blir utført ved sammenligning av signalet med en på forhånd bestemt terskel 53 ved bruk av en vanlig kompara-tor. Den tid som går for at hvert av signalene skal passere terskelen 53 avhenger av toppverdien Vp for signalet og varierer dermed fra et signal til et annet. Denne effekt er kjent som "tidsvandring" og må kompenseres for å utvalgsbehandle hvert av de tre sig-naler på det riktige tidspunkt for dermed å fremskaffe den respektive toppverdi. Uten slik kompensering er det ingen konstant forsinkelse mellom den tid ved hvilken hver kurve passerer gjennom terskelen og den tid ved hvilken kurven når sin toppverdi.

Fig. 4a og 4b viser grafisk en løsning på problemet med tidsvandring ved hjelp av hvilken den ønskede kompensering kan utføres. Således viser fig. 4a en typisk integrert lad-ningskurve 55 med en kjent topptid tp. Som forklart ovenfor, er det i seg selv ikke tilstrekkelig å måle nøyaktig toppverdien Vp, siden det først er nødvendig å bestemme en pålitelig tidsopprinnelig to ved bruk av en terskeldiskriminator som forklart ovenfor.

For å oppnå dette tilveiebringer oppfinnelsen en andre formeanordning som har en meget hurtigere tidskonstant for dermed å frembringe en skarp kurve 56 (vist på fig. 4b) som krysser terskelen etter en tid At som er meget kortere enn topptiden tp for den lang-sommere formeanordning. Etter på denne måte å ha bestemt fra kurven 56 at signalet til-svarer pikseldata og ikke signalets basislinjenivå, kan den første kurve 55 utvalgsbehandles etter en tidsforsinkele to lik tp - At. Det er naturligvis riktig at At ikke er kjent nøyaktig fordi kurven 56 med kortest stigningstid også blir utsatt for tidsvandring og derfor vil At avhenge av dens toppverdi. Siden verdien for At imidlertid er meget liten sammenlignet med verdien for tp, har en eventuell feil i At en ubetydelig innvirkning på forsinkelsen tp- At hvoretter den første kurve 55 utvalgsbehandles for å kunne lese verdien for tp.

Fig. 5 viser en detalj ved lesekretsen 42 der det benyttes to formeanordninger med forskjellige tidskontakter for å kompensere for tidsvandring. I den utstrekning lesekretsen 42 inneholder komponenter som er vist også på andre figurer, vil identiske henvisnings-tall bli benyttet. Således blir hvert piksel 12 i en valgt gruppe ført til en integrator 60 som er dannet av en for-forsterker 61 med en tilbakekoblingskondensator 62. Den integrerte utgang fra for-forsterkeren 61 er filtrert med en første CR-RC formeanordning 63

(som danner en langsom formeanordning) og deretter ført til en utvalgs- og holdeenhet 64. Den analoge utgang fra utvalgs- og noldeenheten 64 blir multiplekset med en multi-plekser 65 slik at signalet som svarer til hvert av de 32 piksler i hver gruppe kan utvel-ges og behandles.

Utgangen fra for-forsterkeren 61 blir også ført til en andre CR-RC formeanordning 66 (som danner en hurtig formeanordning) med en integrasjonstid (dvs. topptid) som er av en størrelsesorden ti ganger kortere enn den for den første formeanordning 63. Utgangen fra den andre formeanordningen 66 føres til en nivådiskriminator 67 hvis terskel har tilstrekkelig verdi til å skille mellom et ekte signal og basislinjens signalnivå. Utgangen fra nivådiskirminatoren 67 mates til en monostabil krets 68 hvis utgang er koblet til porten for en MOSFET 69. Den monostabile krets 68 reagerer således på et "aktivt piksel i den respektive gruppe til frembringelse av en kort utløserpuls for tilkobling av MOSFETen 69. MOSFETene 69 i hver gruppe er forbundet med en koblet ELLER-kon-figurasjon slik at hvis noen av pikslene i den valgte gruppe er "aktive", vil den samlede utgang fra MOSFETene 69 være HØY.

På denne måte muliggjør den andre formeanordning 66 meget hurtig diskriminering når det gjelder et "aktivt" piksel, hvoretter det langsomme integrerte signal frembringes av den første formeanordning 63 kan utvalgsbehandles nøyaktig etter en konstant forsinkelsestid to for å komme frem til dens toppverdi Vp. Fig. 6a til 6f summerer opp de forskjellige signalnivåer som er knyttet til et "aktivt" piksel der alle er tegnet opp etter en felles tidsbasis. Således viser fig. 6a det virkelige ladningssignal som sendes ut av et piksel etter at det er blitt truffet av en Y-stråle. Som forklart ovenfor, er dette signal en skarp strømpuls som starter på tidspunktet fø og omtrent øyeblikkelig stiger til en toppverdi og deretter synker ned til null. Fig. 6b viser den tilsvarende bølgeform etter forforsterkning. Som fremholdt ovenfor, vil forforsterkeren integrere ladningsdatasignalet for på denne måte å frembringe et analogt spenningssignal med en skarp endring i nivået etter utsendelse av datasignalet. Den skarpe nivåendring angir starttiden t0 for datasignalet. Fig. 6c og 6d viser henholdsvis de langsomme og hurtige formede datasignaler. På fig. 6c stiger det formede signal til en toppverdi Vp ved tiden tp etter starttiden to og synker deretter ned til null som vist med den stiplede linje. Bølgeformen må utvalgsbehandles og holdes på tiden tp for å fange opp toppverdien Vp. Det er tydelig vist på fig. 6d at det hurtig formede signal stiger gjennom terskelen etter et tidsintervall At som følger etter starttiden to.

Fig. 6e viser utgangen fra den monostabile kretsen (vist på fig. 5) som er en skarp fir-kantbølgepuls frembrakt ved tiden to + At og som føres via MOSFET 69 til forsinkelseskretsen 24 (vist på fig. 1) for dermed å utløse forsinkelseskretsen 24, hvoretter det langsomme integrerte signal som er vist på fig. 6c, etter en ytterligere forsinkelsestid to lik tp

- At utvalgsbehandles ved sin toppverdi Vp.

Det skulle være klart at selv om bruk av parallell diskriminering ved bruk av langsomme og hurtige formeanordninger byr på særlige fordeler for sensorene ifølge oppfinnelsen, kan prinsippet med parallell diskriminering ha mer generell anvendelse. Særlig skal det påpekes at der høy hastighet ikke er essensiell, kan slik diskriminering med for-del anvendes med kjente bildesensorer der alle piksler leses ut for dermed å gjøre det mulig for pikseldataene å bli lest med større nøyaktighet. Likeledes vil det være klart at andre modifikasjoner kan utføres fordi særlige eksempler som beskrevet uten at dette avviker fra oppfinnelsens ånd.

Selv om oppfinnelsen her er beskrevet med særlig henvisning til påvisning av y-stråleut-sendinger, skal det være klart f .eks. at de samme prinsipper like godt kan anvendes til påvisning av andre høyenergipartikler. Videre er det klart at slike høyenergipartikler kan være fotoner eller ladede partikler.

Selv om bruk av multipikselsensorer i et Compton-kamera er beskrevet, skal det likeledes påpekes at de samme prinsipper er like godt egnet til bruk med en hybrid fotondetektor og for utlesing av fotomultiplikatorrør.

Det skal også påpekes at når sensormodulene er basert på silisium, er hvert piksel egent-lig en diode. Imidlertid kan andre halvledersensorer også anvendes, og i så tilfelle er pikslene elementer med høy motstand.

Claims (23)

1. Fremgangsmåte til utlesing av datasignaler som blir sendt ut av et aktivt piksel i en sensor (11) med et flertall adresserbare piksler (12), omfattende trinnene med: (a) å gruppere flertallet av piksler i minst to grupper som hver har en brøkdel av det nevnte flertall av adresserbare piksler, (b) å identifisere en aktiv gruppe av adresserbare piksler hvori det aktive piksel befinner seg, (c) å frembringe en lesekrets (14) for den aktive gruppe av adresserbare piksler, og (d) å lese en verdi for datasignalet for hvert piksel i den aktive gruppe av adresser bare piksler for å identifisere det aktive piksel, karakterisert ved(e) å frembringe et startsignal når datasignalet blir sendt ut av det aktive piksel, og (f) å måle verdien på datasignalet ved et på forhånd bestemt tidsintervall tD etter startsignalet for dermed å lese størrelsen på datasignalet.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den dessuten innbefatter trinnene: (g) å sammenligne signalet når det gjelder hvert piksel i den aktive gruppe med en diskrimineirngsterskel, og (h) å identifisere det aktive piksel som det piksel hvis respektive signal overskrider terskelen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den innbefatter de ytterligere trinn: (i) å bestemme et gjennomsnittlig felles modusstøynivå som er knyttet til hvert av pikslene i den aktive gruppe andre enn det aktive piksel, og (j) å subtrahere det gjennomsnittlige felles modusstøynivå fra signalnivået for det aktive piksel.

4. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, til bruk sammen med en første detektor omfattende de nevnte piksler og hvori en innfallende høyen-ergipartikkel blir delvis absorbert og sendes ut derfra med redusert energi, karakterisert ved at den omfatter de ytterligere trinn: (k) å danne minst én andre detektor for total absorpsjon av den innfallende høyener-gipartikkel som kommer fra den første detektor, og

(1) å forkaste et signal i den første detektor som ikke har noe motstykke i den minst ene andre detektor; for dermed å diskriminere mellom et ekte signal som blir påvist av begge detektorer og tilfeldig støy som utsendes tilfeldig av detektorene.

5. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at datasignalet utledes fra en samlet ladning og at det videre innbefatter trinnet med integrering av ladningen for å frembringe det nevnte spenningstrinn hvis verdi er proporsjonal med den samlede ladning.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at den innbefatter trinnene: (m) å forme ladningen via en hurtig formeanordning som har en hurtig tidskonstant for dermed å skape en rast reaksjonskurve som hurtig stiger over en på forhånd bestemt terskel, (n) samtidig å forme ladningen via en langsom formeanordning med en langsom tidskonstant for dermed å skape en langsom reaksjonskurve som har høyt signal/støyforhold, (o) å bestemme en tidsforsinkelse At for den raske reaksjonskurve for å overskride den på forhånd bestemte terskel, og (p) å utvalgsbehandle den langsomme reaksjonskurve ved et ytterligere tidsintervall tp - At, der tp er den tid ved hvilken den langsomme reaksjonskurven når sin toppverdi for dermed å utvalgsbehandle den langsomme reaksjonskurve i det ve-sentlige ved dens toppverdi.

7. System (10) for lesing av et datasignal som sendes ut av et aktivt piksel i en sensormodul (11) som har et flertall av adresserbare piksler (12) anordnet i minst to grupper, der systemet omfatter: identifiseringsanordninger (22) som er felles koblet til hver av gruppene av piksler for overvåking av hver av nevnte minst to grupper, og som kan reagere på det nevnte datasignal for å identifisere en aktiv gruppe som inneholder det aktive piksel uten å identifisere selve det aktive piksel, og en lesekrets (14) som for å reagere er koblet til identifiseringsanordningen (22) for lesing av en verdi for datasignalet for hvert piksel i den aktive gruppe for dermed å identifisere det aktive piksel,karakterisert ved at lesekretsen innbefatter: en startanordning (27) som reagerer på det elektriske signal til frembringelse av et startsignal ved starttiden fø, og nivåbestemmelsesanordning (30) som er koblet til startanordningen for å måle verdien av datasignalet på et på forhånd bestemt tidsintervall tD etter startsignalet for dermed å lese størrelsen av datasignalet

8. System som angitt i krav 7, karakterisert ved at lesekretsen (14) omfatter: en diskrimineirngskrets (13a, 13b) for sammenligning av en verdi av hvert datasignal med en diskriminerende terskel for dermed å identifisere det aktive piksel som det piksel hvis signalverdi overskrider den diskriminerende terskel og for derved å bestemme et tidsintervall At etter nevnte initieringssignal når signalet avgitt av det aktive piksel krysser den diskriminerende terskel, idet nevnte nivåbestemmelsesanordning er ytterligere tilpasset til å lese størrelsen av datasignaler ved et ytterligere tidsintervall tp- At etter tidsforsinkelsen At, der tp er det tidspunktet der signalet når sin toppverdi

9. System som angitt i krav 7 eller 8, karakterisert ved at det videre innbefatter: en bestemmelsesanordning (31) for det felles modusstøynivå, til bestemmelse av et gjennomsnittlig felles modusstøynivå som er knyttet til de gjenværende piksler, og korrigeringsanordning (31) for den felles modusstøy koblet til bestemmelsesanordnin-gen for det felles modusstøynivå, for subtraksjon av det gjennomsnittlige felles modus-støynivå fra signalnivået for det aktive piksel.

10. System som angitt i et hvilket som helst av kravene 7 til 9, karakterisert ved atsensormodulen(ll)liggerietlag(41)ienflerlags sensor.

11. System som angitt i et hvilket som helst av kravene 7 til 10, karakterisert ved at sensormodulen eller hver sensormodul er en kom-ponent i en første detektor, hvori en innfallende høyenergipartikkel blir delvis absorbert og sendes ut fra denne med redusert energi, og at det finnes en ytterligere andre detektor for total absorpsjon av den innfallende høyenergipartikkel som kommer fra den første detektor.

12. System som angitt i et hvilket som helst av kravene 7-11, karakterisert ved at: det elektriske signal blir sendt ut som en skarpt stigende strømpuls, og startanordningen omfatter en for-forsterker (61) med en integreringskrets for integrering av strømpulsen for dermed å frembringe et analogt spenningstrinn med en skarp endring i nivået ved utsendelse av det elektriske signal.

13. System som angitt i et hvilket som helst av kravene 7 -12, karakterisert ved at datasignalet blir utledet fra en utsendelse av elektrisk ladning, og at lesekretsen videre omfatter minst en formeanordning for hvert piksel i den aktive gruppe til forming av ladningen for å frembringe et proporsjonalt spenningssignal.

14. System som angitt i krav 13, karakterisert ved at hvert piksel er en halvlederdiode for utsendelse av ladning når det treffes av høyenergistrå-ling.

15. System som angitt i krav 13, karakterisert ved at hvert piksel er et element med høy resistivitet.

16. System som angitt i et av kravene 13 til 15, karakterisert ved at lesekretsen for hvert piksel i den aktive gruppe innbefatter: en hurtig formeanordning (66) med en hurtig tidskonstant og innrettet til å reagere på startsignalet til forming av ladningen for dermed å frembringe en rask reaksjonskurve som hurtig stiger over en på forhånd bestemt terskel, en langsom formeanordning (63) som har en langsom tidskonstant og er innrettet til å reagere på startsignalet til forming av ladningen for å frembringe en langsom reaksjonskurve med et høyt signal/støyforhold, forsinkelsesanordning (24) koblet til den hurtige formeanordning for bestemmelse av en tidsforsinkelse Af for den raske reaksjonskurve for å overskride den nevnte på forhånd bestemte terskel, og utvalgsanordning (27) koblet til forsinkelsesanordningen og til den langsomme formeanordning for utvalgsbehandling (sampling) av den langsomme reaksjonskurve ved et ytterligere tidsintervall tp - At ettertidsforsinkelsen At, der tp er det tidspunkt ved hvilket den langsomme reaksjonskurven når sin toppverdi for på denne måte å utvalgsbehandle (sample) den langsomme reaksjonskurve hovedsakelig ved dens toppverdi.

17. System som angitt i krav 16 karakterisert ved at de hurtige og langsomme formeanordninger er utformet som en enkel integrert krets.

18. System som angitt i krav 16, karakterisert ved at de hurtige og langsomme formeanordninger er utført som atskilte integrerte kretser som hver har sine egne sammenkoblingsanordninger.

19. System som angitt i krav 17 eller 18, karakterisert ved at det innbefatter: en første databuss (15) koblet til hver gruppe av piksler i sensormodulen (11) for langs parallelle datalinjer i den første databuss å mate et sammensatt signalnivå avledet fra alle piksler i den respektive gruppe, dekodeanordning (22) koblet til den første databuss og innrettet til å reagere på det sammensatte signal for bestemmelse av en identitet for den aktive gruppe, første logikkanordning (20) koblet til den første databuss (15) til dannelse av et første logikknivå hvis ett av signalnivåene i den første databuss samsvarer med et "aktivt" piksel, og ellers for frembringelse av et annet logikknivå, tidsstyreanordning (23) koblet til den første logikkanordning (20) og innrettet til å reagere på det første logikknivå til frembringelse av et tidsmerke svarende til en tid for dannelse av det første logikknivå, forsinkelsesanordning (24) koblet til tidsstyreanordningen og innrettet til å reagere på det første logikknivå til frembringelse av en tidsforsinkelse lik tidsintervallet tp - At, en andre databuss (16) koblet via en velgeranordning til hvert av pikslene i en utvalgt av gruppene for på databussen å motta respektive signalnivåer for hvert av pikslene i den valgte gruppe, diskrimineringsanordning (31) koblet til den andre databuss for sammenligning av signalnivået for hvert piksel i den valgte gruppe med en diskrimineringsterskel for dermed å identifisere det aktive piksel som det piksel hvis signalnivå overskrider diskrimine-ringsterskelen, bestemmelsesanordning (31) for det felles modusstøynivå, koblet til den andre databuss for bestemmelse av et gjennomsnittlig modusstøynivå knyttet til pikslene i den valgte gruppe hvis signalnivåer ikke passer sammen med en "aktiv" piksel, og behandlingsanordning (31) koblet til tidsstyreanordningen og til bestemmelsesanordnin-gen for felles modusstøynivå til bestemmelse av et felles modusstøykorrigert signalnivå for det aktive piksel og for frembringelse av en digital datastrøm inneholdende data som representerer den aktive gruppeidentitet, den aktive pikselidentitet, tidsmerket og det felles modusstøykorrigerte signalnivå.

20. System som angitt i krav 19, karakterisert ved at: en analog-til-digitalomformer (30) er koblet til den andre databussen for omforming av signalnivåene for pikslene i den valgte gruppe til et ekvivalent digitalt signal, og at behandlingsanordningen er en digital signalprosessor (31).

21. System som angitt i krav 20, karakterisert ved at: sensormodulen er anbrakt i en første detektor hvori en innfallende høyenergipartikkel blir delvis absorbert og sendes ut fra denne med redusert energi, og at det ytterligere er anordnet: minst en andre detektor for fullstendig absorbering av den innfallende høyenergipartik-kel som kommer fra den første detektor, andre logikkanordninger (21) koblet til en utgang for den respektive første logikkanordning (20) i hver sensormodul i den første detektor og til en utgang ved den minst ene andre detektor for å forkaste et signal i den første detektor som ikke har noe motstykke i den minst ene andre detektor; for dermed å diskriminere mellom et ekte signal som blir påvist av begge detektorer og tilfeldig støy som sendes tilfeldig ut av detektorene.

22. System som angitt i et hvilket som helst av kravene 7 til 21, karakterisert ved at sensormodulen er en del av en detektor i et Compton-kamera.

23. System som angitt i et hvilket som helst av kravene 7 til 21, karakterisert ved at sensormodulen er en del av en detektor i en hybrid fotondetektor.