具有脉冲整形电路的放射学仪器的制作方法

1.本发明涉及对电离辐射的探测，具体而言涉及使用直接转换x射线探测器的系统。


背景技术：

2.使用整形电路将用于直接转换辐射探测器(例如czt)的电流脉冲转换为电压脉冲。当使用直接转换辐射探测器探测x射线时，弹道缺陷(bd)效应会导致来自整形电路的输出脉冲，针对具有相同能量的x射线具有略微不同的幅值。在计算机断层扫描(ct)系统中，由bd引起的幅值的这些轻微变化通常会增加噪声或影响图像质量。
3.美国专利申请公开us 20160299002 a1公开了一种用于检测由辐射源发射的光子并且能够调节弹道缺陷的检测设备。所述检测设备包括前置放大单元(例如电荷敏感放大器)、包括反馈放电单元的整形单元以及被耦合到反馈放电单元的反馈放电控制单元。所述反馈放电控制单元适于例如在整形单元产生的电脉冲不超过至少一个能量比较值的情况下调整反馈电阻的电阻(和/或调整反馈电流源的电流值)。所述反馈放电控制单元适于在电脉冲超过至少一个能量比较值的情况下不调整所述反馈放电单元的参数。通过调整反馈电阻工作点，可以将弹道缺陷调整到预定义的预期值。


技术实现要素：

4.本发明在独立权利要求中提供了放射学仪器、成像系统、计算机程序产品和方法。在从属权利要求中给出了实施例。
5.实施例可以提供减少或消除脉冲整形器电路中的弹道缺陷效应的改进方法。实施例可以通过提供包括配置为积分器的放大器的脉冲整形器电路来做到这一点。放大器的输入端与输出端之间可能存在反馈电容器。此外，存在反馈电路，其与反馈电容器或放大器的输入端和输出端并联。在一些示例中，反馈电路可以是电流源或放电电阻。放电电阻也可以称为反馈电阻。第一开关单元可以与放大器的输入端和输出端并联。当第一开关单元断开时，反馈电路被有效地从电路中移除。
6.第二开关单元可以被连接到放大器的输入端和输出端，当第二开关单元闭合时，所述第二开关单元用作短路以快速复位积分器或等效地对反馈电容器(如果存在的话)放电。所述第二开关单元可以与短路电阻串联。如果存在的话，则可选择短路电阻，使得其比反馈电路更快地耗尽反馈电容器。
7.在一些示例中，可以提供用于控制第一开关单元和第二开关单元的控制单元。在该示例中，控制单元控制第二开关单元，使得当第二开关单元闭合时，信号的大部分被积分。
8.鉴别电路可以被连接到放大器的输出端。如果电压输出高于可控信号阈值，则鉴别电路在一些示例中将鉴别信号发送到定时电路。然后定时电路可以立即断开第一开关单元并从电路中移除反馈电路。在第一延迟之后，定时电路然后闭合第二开关单元以对反馈电容器进行放电。第一延迟足够长，使得来自直接转换辐射探测器的信号被收集。在第二开
关电路闭合后，定时电路等待第二延迟，直到定时单元断开第二开关电路。可选择第二延迟以使反馈电容器放电或充分放电。在一些示例中，当第二开关单元闭合时，定时电路闭合第一开关电路。
9.因此，当输出信号高于可控信号阈值时，所述第一开关单元被断开以消除放电电阻对电路的影响，并且第二开关单元在第一延迟之后，使反馈电容器返回到一致状态以用于下一次脉冲整形事件。使用这两个开关单元的效果是可以大大降低bd。与用于降低bd的其他解决方案相比，电路得到了简化。当在成像系统中使用时，例如医学系统，例如ct系统，由于减少的bd，可能会减少图像伪影。
10.在一个方面中，本发明提供了一种包括至少一个脉冲整形电路的放射学仪器。所述至少一个脉冲整形器电路被配置用于接收来自直接转换辐射探测器的输入信号。在直接转换辐射探测器中，电离辐射进入直接转换辐射探测器并直接创建电流。通常，直接转换辐射探测器是半导体。
11.所述至少一个脉冲整形器电路包括被配置用于接收输入信号的整形器输入。所述至少一个脉冲整形器电路中的每个都包括整形器输入端。所述至少一个脉冲整形器电路还包括整形器输出端，所述整形器输出端被配置为响应于输入信号而提供输出信号。所述至少一个脉冲整形器电路中的每个都包括整形器输出端。所述至少一个脉冲整形器电路还包括放大器，所述放大器具有连接到整形器输入端的放大器输入端和连接到整形器输出端的放大器输出端。所述放大器被配置为积分器。针对所述至少一个脉冲整形器电路中的每个脉冲整形器电路都存在放大器。
12.所述至少一个脉冲整形器电路还可以包括连接在放大器输入端与放大器输出端之间的反馈电容器。所述至少一个脉冲整形器电路中的每个可以包括不同的或单独的反馈电容器。所述至少一个脉冲整形器电路还包括与所述反馈电容器并联连接的反馈电路，所述反馈电路被配置用于连续地复位所述积分器，例如连续地对所述反馈电容器放电。所述反馈电路被选择为舍不得所述反馈电容放大器仍可用作积分器，但是逐渐对所述反馈电容器放电。针对所述至少一个脉冲整形器电路中的每个脉冲整形器电路都存在反馈电路。所述反馈电路例如可以是电流源或放电电阻。
13.所述至少一个脉冲整形器电路还包括第一开关单元，其与反馈电路串联连接并且被配置为在断开时禁用所述反馈电路。在一些示例中，所述第一开关单元是固态开关单元或开关。针对所述至少一个脉冲整形电路中的每个脉冲整形电路都存在第一开关单元。所述至少一个脉冲整形电路还包括与所述放大器并联的第二开关单元。例如，第二开关单元可以被连接在放大器的输入端和输出端之间，或者被连接在反馈电容器(如果存在的话)的两端。针对所述至少一个脉冲整形电路中的每个脉冲整形电路都存在第二开关单元。所述第二开关单元也可以实现为固态开关或开关单元。
14.所述至少一个脉冲整形器电路还包括连接到所述放大器输出端的鉴别电路。所述鉴别电路被配置用于当所述放大器输出超过可控信号阈值时提供鉴别信号。针对所述至少一个脉冲整形器电路中的每个脉冲整形器电路都存在鉴别电路。所述可控信号阈值例如可以是可编程的、可控的或可调节的。
15.所述至少一个脉冲整形电路可以包括用于控制所述第一开关单元和所述第二开关单元的控制单元，其中，所述控制单元控制所述第二开关单元，使得当所述第二开关单元
闭合时，信号的大部分被积分。
16.在另一实施例中，所述至少一个控制单元包括定时电路，所述定时电路被配置用于控制所述第一开关单元和所述第二开关单元。所述定时电路可以例如被实现为控制器，或者它也可以被实现为模拟电子器件。所述定时电路被配置用于接收所述鉴别信号。所述定时电路被配置用于在接收到所述鉴别信号时或响应于接收到鉴别信号而断开所述第一开关单元。所述定时电路还被配置为在第一延迟之后闭合所述第二开关单元。所述定时电路用于在闭合所述第二开关单元后的第二延迟后断开所述第二开关单元。在一些示例中，所述定时电路被配置为在第三延迟之后闭合所述第一开关单元。在其他示例中，所述定时电路被配置用于在所述第二开关单元闭合时或在所述第二开关单元正在闭合时闭合所述第一开关单元。
17.该实施例可能是有利的，因为它提供了如下的脉冲整形器，所述脉冲整形器更准确地提供与进入或检测到的电离辐射的能量成比例或相关的输出脉冲。当所述定时电路接收到所述鉴别信号时，所述第一开关单元被断开，这有效地从电路中去除了反馈电路(例如，放电电阻或电流源)。所述反馈电路不再与所述反馈电容器并联，这消除了放电电阻的滤波器效应。
18.对于进入的大脉冲，信号的bd较少。可以选择第一延迟以便有足够的时间来收集来自直接转换辐射探测器的所有或基本上所有的电流。在该第一延迟之后，所述第二开关单元闭合并且所述第二开关单元有效地使反馈电容器短路。这有助于所述脉冲整形器的所述积分器形成窄脉冲。在第二延迟之后，所述反馈电容器已经被有效地放电或充分耗尽。在第二延迟之后，所述第二开关单元被断开，使得放大器再次作为积分器工作。
19.在另一个实施例中，所述第一延迟是可控的和/或可编程的。
20.在另一个实施例中，所述第二延迟是可控的和/或可编程的。
21.在另一个实施例中，所述第三延迟是可控的和/或可编程的。
22.在另一个实施例中，所述控制单元包括最大值探测器，所述最大值探测器被连接到所述放大器输出端并且被配置用于检测输出信号的最大值。所述控制单元被配置为在检测到所述最大值时闭合所述第二开关单元。所述控制单元被配置为响应于接收到所述鉴别信号而断开所述第一开关单元。所述控制单元被配置为在第四延迟之后闭合所述第一开关单元。所述控制单元还被配置为在第五延迟之后断开所述第二开关单元。
23.在另一个实施例中，所述第四延迟是可控的和/或可编程的。
24.在另一个实施例中，所述第四延迟是检测到输出信号的最大值之间的延迟。在一些实施例中，所述第四延迟被配置为使得所述第一开关单元在检测到所述输出信号的所述最大值后立即闭合。在其他实施例中，所述延迟被配置为使得所述第一开关单元所述在第二开关单元已经闭合之后或者在所述第二开关单元正在闭合时闭合。
25.在另一个实施例中，所述第五延迟是可控的和/或可编程的。在一些实施例中，所述第五延迟被配置为使得一旦检测到所述输出信号的所述最大值，所述第二开关单元就闭合。
26.在另一个实施例中，所述放射学仪器包括针对所述至少一个脉冲整形器电路中的每个脉冲整形器电路的直接转换辐射探测器。该实施例可能是有益的，因为可以调整脉冲整形器电路以与其直接转换辐射探测器一起最佳地工作。
27.在另一个实施例中，所述直接转换辐射探测器是碲化镉锌探测器。
28.在另一个实施例中，所述直接转换辐射探测器是碲化镉探测器。
29.在另一个实施例中，所述直接转换辐射探测器是非晶硒探测器。
30.在另一个实施例中，所述直接转换辐射探测器是掺杂有锂的硅探测器。
31.在另一个实施例中，所述直接转换辐射探测器是掺杂有锂的锗探测器。
32.在另一实施例中，所述至少一个脉冲整形器电路是多个脉冲整形器电路。换句话说，不是只有一个脉冲整形器电路，而是有多个脉冲整形器电路。所述放射学仪器包括辐射探测器阵列，所述辐射探测器阵列包括或连接到多个脉冲整形器电路。这例如可用于制造各种成像系统，例如ct系统、数字x射线系统等。
33.在另一个实施例中，所述放射学仪器还包括连接到整形器输出的脉冲高度分析器。该实施例可能是有益的，因为脉冲高度分析器用于对特定电压或能量范围内的脉冲数进行计数。所述至少一个脉冲整形器电路的使用可以在不同通道中提供更准确的计数。
34.如本文中所使用的脉冲高度分析器包括一种仪器，所述仪器被配置为对落入一个或多个预定或可调节幅值范围中的每个幅值范围的脉冲的数量进行计数。脉冲高度分析器也可以称为脉冲分析器(kick sorter)或多通道分析器(mca)。
35.在另一个实施例中，所述第一延迟在5ns与30ns之间。该实施例可能是有益的，因为根据直接转换辐射探测器的类型，可以在电离辐射在探测器中引起事件之后收集来自探测器的全部电流。
36.在另一个实施例中，所述第一延迟在8ns与30ns之间。该实施例可能是有益的，因为它可以提供对由直接转换辐射探测器产生的电流的更加好的测量。
37.在另一个实施例中，所述第二延迟在1ns与10ns之间。该实施例可能是有益的，因为该时间量可能足以使反馈电容器放电并使至少一个脉冲整形器电路准备好接收另一个脉冲。
38.在另一个实施例中，所述第二延迟在3ns与5ns之间。该实施例可能是有益的，因为它提供了更准确的时间范围，在该时间范围内耗尽实际反馈电容器。
39.在另一个实施例中，所述第一延迟和/或所述第二延迟是可编程的和/或可控的。这例如可以在一些示例中通过作为控制器或微控制器的定时电路来实现。在其他示例中，所述定时电路可以是可以配置的模拟电路。能够对第一延迟和/或第二延迟进行编程可能是有益的，因为它可以提供具有相对于由直接转换辐射探测器吸收的能量更准确的高度的输出脉冲。
40.在另一个实施例中，所述第二开关单元被配置为短路。该实施例可能是有益的，因为短路可用于快速耗尽放电电阻并使脉冲整形器电路准备好接收另一个输入信号。
41.在另一个实施例中，所述短路具有短路电阻。所述短路电阻小于所述放电电阻。该实施例可能是有益的，因为它可以使所述反馈电容器能够更快地耗尽。
42.在另一方面，本发明提供了一种包括辐射探测器阵列的成像系统。该实施例可能是有益的，因为第一开关单元和定时电路的使用可以提供使用较少电离辐射来对对象进行成像的成像系统。例如，这可以降低与使用成像系统进行扫描相关联的健康风险。该实施例还可以进一步有益，因为脉冲整形器电路可以实现更准确的能量鉴别或电离辐射的光谱。这可以例如提供由成像系统生成或采集的图像的改进质量。
43.在另一个实施例中，所述成像系统还包括存储器和处理器。所述存储器包含机器可执行指令和成像系统控制命令。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器接收配置命令。所述配置命令包括控制单元配置数据。在一些实施例中，所述控制单元配置数据包括时间延迟配置数据。所述配置命令还可以包括用于配置可控信号阈值的数据。
44.所述机器可执行指令的运行使所述处理器接收配置命令——所述配置命令包括控制单元配置数据。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器利用所述控制单元配置数据来配置所述控制单元。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器通过利用所述成像系统控制命令控制所述成像系统来采集成像数据。
45.在另一个实施例中，所述控制单元是使用定时电路来实现的。所述控制单元配置数据包括时间延迟配置数据。所述机器可执行指令的运行使所述处理器控制所述定时电路以利用所述时间延迟配置数据来配置所述第一延迟和/或所述第二延迟。所述第三延迟也可以由所述时间延迟配置数据来配置。
46.在该步骤中，还可以配置所述可控信号阈值。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器通过利用成像系统控制命令控制成像系统来采集成像数据(例如医学成像数据)。所述成像系统控制命令是能够转换成用于控制成像系统的操作和功能的指令的指令或数据。该实施例可能是有益的，因为它可以提供一种用于为特定成像协议定制至少一个脉冲整形器电路的配置的手段。这例如可以导致对象暴露于辐射的减少，并且它还可以提供成像数据中的光谱分辨率的改善。
47.在另一个实施例中，所述成像系统是计算机断层摄影系统。
48.在另一个实施例中，所述成像系统是正电子发射断层摄影(pet)扫描器。
49.在另一个实施例中，所述成像系统是单光子发射计算机断层摄影(spect)系统或扫描器。
50.在另一个实施例中，所述成像系统是数字x射线系统。例如，所述数字x射线系统可以是数字荧光镜系统。
51.在另一个实施例中，所述成像系统是计算机断层摄影系统。所述计算机断层摄影系统包括可旋转机架。所述可旋转机架包括x射线源和辐射探测器阵列。所述辐射探测器阵列可以布置为使得它能够在机架围绕对象旋转时测量来自x射线源的吸收分布。所述计算机断层摄影系统是谱计算机断层摄影系统。该实施例可能是有益的，因为至少一个脉冲整形器电路的使用可以为谱计算机断层摄影系统提供改进的谱分辨率。
52.在另一方面中，本发明提供了一种包括用于由控制成像系统的处理器执行的机器可执行指令的计算机程序产品。所述成像系统包括脉冲整形器电路。每个脉冲整形器电路被配置用于从单独的直接转换辐射探测器接收输入信号。所述脉冲整形器电路各自包括被配置用于接收输入信号的整形器输入。所述脉冲整形器电路各自包括整形器输出，所述整形器输出被配置为响应于输入信号而提供输出信号。每个脉冲整形器电路都包括放大器，所述放大器具有连接到整形器输入端的放大器输入端和连接到整形器输出端的放大器输出端。所述放大器被配置为积分器。
53.所述脉冲整形器电路可以各自包括连接在放大器输入端和放大器输出端之间的反馈电容器。所述脉冲整形器电路各自包括反馈电路，例如放电电阻或电流源，与放大器并联连接，或者如果存在反馈电容器，则被配置用于连续复位积分器。例如，通过对反馈电容
器(如果存在的话)进行放电。所述脉冲整形器电路各自包括第一开关单元，其与反馈电路串联连接并且被配置为在断开时禁用所述反馈电路。
54.所述脉冲整形器电路各自包括与放大器或反馈电容器并联连接的第二开关单元，所述第二开关单元被配置用于复位积分器或用于在闭合时对反馈电容器放电。所述脉冲整形器电路均包括连接到放大器输出的鉴别电路。所述鉴别电路被配置用于当所述放大器输出超过可控信号阈值时提供鉴别信号。所述脉冲整形器电路各自包括被配置用于控制第一开关单元和第二开关单元的控制单元。
55.所述成像系统还包括用于每个脉冲整形器电路的直接转换辐射探测器。该成像系统还包括辐射探测器阵列，所述辐射探测器阵列包括或连接到多个脉冲整形器电路。所述成像系统还包括成像系统。所述成像系统还包括存储器和处理器。所述存储器包含机器可执行指令和成像系统控制命令。所述机器可执行指令的运行使所述处理器接收配置命令。所述配置命令包括控制单元配置数据。
56.所述机器可执行指令的运行还使所述处理器控制所述定时电路以利用所述控制单元配置数据来配置所述控制单元。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器通过利用所述成像系统控制命令控制所述成像系统来采集成像数据。在一些实施例中，所述成像数据可以由所述处理器重建为图像。
57.在另一个方面中，本发明提供了一种操作成像系统的方法。所述成像系统包括脉冲整形器电路。所述脉冲整形器电路各自被配置用于从单独的直接转换辐射探测器接收输入信号。
58.所述脉冲整形器电路各自包括被配置用于接收输入信号的整形器输入。所述脉冲整形器电路各自包括整形器输出，所述整形器输出被配置为响应于输入信号而提供输出信号。所述脉冲整形器电路各自包括放大器，所述放大器具有连接到整形器输入端的放大器输入端和连接到整形器输出端的放大器输出端。所述放大器被配置为积分器。所述脉冲整形器电路可以各自包括连接在放大器输入端和放大器输出端之间的反馈电容器。所述脉冲整形器电路各自包括与反馈电容器并联连接的反馈电路，例如放电电阻或电流源，所述反馈电路被配置用于连续地对所述反馈电容器放电。所述脉冲整形器电路各自包括第一开关单元，其与反馈电路串联连接并且被配置为在断开时禁用所述反馈电路。所述脉冲整形器电路各自包括第二开关单元，所述第二开关单元连接到放大器的输入端和输出端或与反馈电容器并联。
59.所述脉冲整形器电路均包括连接到放大器输出的鉴别电路。所述鉴别电路被配置用于当所述放大器输出超过可控信号阈值时提供鉴别信号。所述脉冲整形器电路各自包括被配置用于控制第一开关单元和第二开关单元的控制单元。所述控制单元用以接收所述鉴别信号。所述定时电路用于断开所述第一开关单元，使得信号的大部分被积分。
60.所述成像系统还包括针对所述一个脉冲整形器电路中的每个的直接转换辐射探测器。所述成像系统包括辐射探测器，所述辐射探测器包括或连接到多个脉冲整形器电路和针对所述一个脉冲整形器电路中的每个的直接转换辐射探测器。所述成像系统还包括成像系统。所述成像系统还包括存储器和处理器。所述存储器包含机器可执行指令和成像系统控制命令。
61.所述方法包括接收配置命令。所述配置命令包括控制单元配置数据。所述方法还
包括利用所述控制单元配置数据来配置所述控制单元。所述方法还包括通过利用成像系统控制命令控制成像系统来采集成像数据。
62.应该理解，可发组合本发明的一个或多个前述实施例，只要组合后的实施例不相互排斥即可。
63.如本领域技术人员将认识到的，本发明的若干方面可以实现为装置、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可采取完全硬件实施例，完全软件实施例(包括固件，驻留软件，微代码等)，或者组合了软件和硬件方面的实施例的形式，其可以在本文统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各个方面可以采取实现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质具有实现在其上的计算机可执行代码。
64.可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。所述计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。如在本文中使用的“计算机可读存储介质”包括任何有形存储介质，其可以存储能够由计算设备的处理器执行的指令。可以将所述计算机可读存储介质称为“计算机可读非瞬态存储介质”。所述计算机可读存储介质也可以被称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质还可以能够存储数据，所述数据能够被所述计算设备的处理器访问。计算机可读存储介质的范例包括但不限于：软盘、磁硬盘驱动器、固态硬盘、闪存、usb拇指驱动器、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、光盘、磁光盘和处理器的寄存器文件。光盘的范例包括压缩光盘(cd)和数字多用光盘(dvd)，例如cd-rom、cd-rw、cd-r、dvd-rom、dvd-rw或dvd-r盘。术语计算机可读存储介质还指代能够由所述计算机设备经由网络或通信链路访问的各种类型的记录介质。例如，可以经由调制解调器、经由互联网或经由局域网络来取回数据。体现在计算机可读介质上的计算机可执行代码可使用任何合适的介质来传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等，或上述各项的任何适当的组合。
65.计算机可读信号介质可以包括具有实现在其中的例如在基带内或者作为载波的一部分的计算机可执行代码的传播的数据信号。这样的传播信号可以采取多种形式中的任一种，包括但不限于，电磁的、光学的、或者它们的任意合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，其不是计算机可读存储介质并且其能够传送、传播或传输程序用于由指令运行系统、装置或设备使用或者与其结合使用。
[0066]“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是处理器能够直接访问的任何存储器。“计算机存储设备”或“存储设备”是计算机可读存储介质的另一范例。计算机存储设备是任何非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储设备也可以是计算机存储器，或反之亦然。
[0067]
用在本文中的“处理器”涵盖能够执行程序或机器可执行指令或计算机可执行代码的电子部件。对包括“处理器”的计算设备的引用应当被解读为能够包括超过一个处理器或处理内核。所述处理器例如可以是多核处理器。处理器还可以是指单个计算机系统之内的或者被分布在多个计算机系统之间的处理器的集合。术语计算设备也应被解释为可能指计算设备的集合或网络，每个计算设备均包括一处理器或多个处理器。所述计算机可执行代码可以由多个处理器运行，所述处理器可以处在相同的计算设备内或者其甚至可以跨多个计算设备分布。
[0068]
计算机可执行代码可以包括令处理器执行本发明的各方面的机器可执行指令或程序。用于执行针对本发明的各方面的操作的计算机可执行代码可以以一种或多种编程语言(包括诸如java、smalltalk、c 等的面向对象的编程语言以及诸如"c"编程语言或类似编程语言的常规过程编程语言)的任何组合来编写并且被编译为机器可执行指令。在一些情况下，所述计算机可执行代码可以以高级语言的形式或者以预编译形式并且结合在飞行中生成机器可执行指令的解释器来使用。
[0069]
所述计算机可执行代码可以作为单机软件包全部地在所述用户的计算机上、部分地在用户的计算机上、部分地在用户的计算机上并且部分地在远程计算机上、或者全部地在所述远程计算机或服务器上运行。在后者的场景中，所述远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(lan)或广域网(wan))或者可以对外部计算机做出的连接(例如，使用因特网服务提供商通过因特网)而被连接到用户的计算机。
[0070]
本发明的各方面参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图得以描述。应该理解，流程图、图示和/或框图的每个框或框的一部分能够在适用时通过以计算机可执行代码的形式的计算机程序指令来实施。还应当理解的是，当不相互排斥时，在不同的流程图、图示和/或框图中块的组合可以被组合。这些计算机程序指令可以被提供到通用计算机、专用计算机的处理器或者其他可编程数据处理装置以生产机器，使得经由计算机的处理器或其他可编程数据处理装置运行的指令创建用于实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的单元。
[0071]
这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读介质中，其能够引导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定的方式工作，使得被存储在所述计算机可读介质中的所述指令产生包括实施在流程图和/或一个或多个框图框中所指定的功能/动作的指令的制品。
[0072]
所述计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上以令一系列操作步骤在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行以产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上运行的指令提供用于实施在流程图和/或一个或多个框图框中所指定的功能/动作的过程。
[0073]
如在本文中所使用的“用户接口”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统进行交互的接口。“用户接口”还可以被称为“人机接口设备”。用户接口可以向操作者提供信息或数据和/或接收来自操作者的信息或数据。用户接口可使来自操作者的输入能够被计算机接收，并且可以将输出从计算机提供给用户。换言之，用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机，并且该接口可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。数据或信息在显示器或图形用户接口上的显示是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触摸板、指点杆、图形输入板、操纵杆、游戏板、网络相机、头盔、踏板、有线手套、遥控器以及加速度计接收数据都是实现从操作者接收信息或数据的用户接口部件的范例。
[0074]
如在本文中所使用的“硬件接口”涵盖使得计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置进行交互或者对其进行控制的接口。硬件接口可允许处理器将控制信号或指令发送给外部计算设备和/或装置。硬件接口也可以使处理器与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的范例包括但不限于：通用串行总线、ieee 1394端口、并行端口、ieee 1284端口、串行端口、rs-232端口、ieee-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、tcp/ip连接、
以太网连接、控制电压接口、midi接口、模拟输入接口和数字输入接口。
[0075]
本文中使用的“显示器”或“显示设备”涵盖适于显示图像或数据的输出设备或用户接口。显示器可以输出视觉、音频和触觉数据。显示器的范例包括但不限于：电脑监视器、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示屏、盲文屏幕、阴极射线管(crt)、存储管、双稳态显示器、电子纸、向量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(vf)、发光二极管(led)显示器、电致发光显示器(eld)、等离子显示面板(pdp)、液晶显示器(lcd)、有机发光二极管显示器(oled)、投影机和头戴式显示器。
[0076]
成像数据在本文中被定义为由成像系统采集的数据的记录测量结果。成像数据在一些情况下也可以称为医学成像数据或在其他情况下称为断层摄影成像数据。可以将成像数据重建为一幅或多幅图像以可视化对象的结构。这种可视化可使用计算机来执行。
[0077]
在诸如ct的一些示例中，可以执行断层摄影重建。对于ct系统，成像数据可以是可用于重建断层图像的x射线吸收曲线。
附图说明
[0078]
在下文中，将仅通过举例的方式并且参考附图来描述本发明的优选实施例，在附图中：
[0079]
图1图示了放射学仪器的示例；
[0080]
图2图示了成像系统的另一示例；
[0081]
图3图示了成像系统的另一示例；
[0082]
图4图示了成像系统的另一示例；
[0083]
图5是图示权利要求2、3或4的成像系统的操作方法的示例的流程图；
[0084]
图6图示了放射学仪器的另一个示例；
[0085]
图7图示了放射学仪器的另一个示例；并且
[0086]
图8图示了放射学仪器的另一个示例。
[0087]
附图标记列表
[0088]
100 放射学仪器
[0089]
102 脉冲整形电路
[0090]
104 整形器输入端
[0091]
106 整形器输出端
[0092]
108 直接转换辐射探测器
[0093]
110 放大器
[0094]
112 放大器输入端
[0095]
114 放大器输出端
[0096]
116 反馈电容器
[0097]
118 放电电阻
[0098]
120 第一开关单元
[0099]
122 第二开关单元
[0100]
124 鉴别电路
[0101]
124
’ꢀ
鉴别电路
[0102]
126 定时电路
[0103]
128 鉴别信号
[0104]
200 成像系统
[0105]
202 ct系统
[0106]
204 计算机
[0107]
206 可旋转机架
[0108]
208 旋转轴或对称轴
[0109]
210 对象支撑体
[0110]
212 对象
[0111]
214 x射线管
[0112]
216 辐射探测器阵列
[0113]
218 x射线
[0114]
220 成像区
[0115]
230 处理器
[0116]
232 硬件接口
[0117]
234 用户接口
[0118]
236 存储器
[0119]
240 机器可执行指令
[0120]
242 成像系统控制命令
[0121]
244 配置命令
[0122]
246 成像数据
[0123]
248 图像
[0124]
300 成像系统
[0125]
302 x射线系统
[0126]
400 成像系统
[0127]
402 spect系统
[0128]
404 检测环
[0129]
410 放射性核素
[0130]
412 伽马辐射
[0131]
500 接收配置命令
[0132]
502 控制定时电路来以延时配置数据配置第一延时和/或第二延时
[0133]
504 通过使用成像系统控制命令控制成像系统来采集成像数据
[0134]
600 放射学仪器
[0135]
602 计数器
[0136]
604 脉冲高度分析器
[0137]
700 放射学仪器
[0138]
800 放射学仪器
具体实施方式
[0139]
在这些附图中，类似地编号的元件是等价元件或执行相同功能。如果功能是等价的，则将不一定在后来的附图中讨论先前已经讨论过的元件。
[0140]
图1图示了放射学仪器100的示例。放射学仪器100包括脉冲整形器电路102。脉冲整形器电路102具有用于接收信号的整形器输入104和用于输出整形信号的整形器输出106。放射学仪器100被示为连接到直接转换辐射探测器108。在一些示例中，直接转换辐射探测器108将是放射学仪器100的一部分，而在其他示例中其不是。例如，可以使用多个脉冲整形器电路来制造具有多个直接转换辐射探测器108的像素化辐射探测器。在其他示例中，脉冲整形器电路102可以提供在可用于构建各种实验的单独电路中。例如，脉冲整形器电路102可以以核仪器模块(nim)的形式提供。
[0141]
脉冲整形器电路102被示为包括具有放大器输入端112和放大器输出端114的放大器110。放大器110被配置为积分器。因此在放大器输入端112和放大器输出端114之间存在反馈电容器116。还存在放电电阻118，它起反馈电阻的作用，但在此用途中也用于逐渐对反馈电容器116放电。存在与放电电阻118串联的第一开关单元120。该电路和其他电路中的放电电阻可以用电流源代替。该电流源的电流然后由放大器的输入端和输出端之间的电压控制，并且提供的电流可能取决于该电压。存在与反馈电容器116并联的第二开关单元122。第二开关单元122用作对反馈电容器116放电的短路。在一些情况下，第二开关单元122也可以与短路电阻串联。在这种情况下，短路电阻将远小于放电电阻118。
[0142]
放大器输出端114被连接到鉴别电路124。当放大器输出端114的电压输出上升到可控信号阈值以上时，鉴别电路124提供鉴别信号128。这导致第一开关单元120立即断开，并且定时电路126随后使第二开关单元122在第一延迟之后闭合。定时电路126然后可以被配置为在第二开关单元122从最初闭合时的第二延迟之后重新断开。定时电路126还可以被配置为在第二开关单元122仍然闭合时闭合第一开关单元120。
[0143]
第一开关单元120的断开具有暂时从电路中去除放电电阻118的效果。这有助于减少弹道缺陷效应。当输出端114处的电压信号快速上升时，输出信号可能失真，这可能导致输出的电压脉冲的高度发生变化。从电路中移除放电电阻118有助于减少弹道缺陷，因为从打开第一开关单元的时间点开始，进入的电荷不再经由放电电阻排出。定时电路126可被编程用于第一延迟以等待直到来自直接转换辐射探测器108的所有电流或大部分电流已被收集。然后第二开关单元122的闭合使反馈电容器116快速放电。这有助于使脉冲整形器电路102准备好快速处于从直接转换辐射探测器108接收另一个脉冲的状态。
[0144]
图2示出了成像系统200。在该示例中，成像系统200被示为包括ct系统202和计算机204。ct或计算机断层摄影系统202具有旋转机架206，其具有旋转轴或对称轴208。存在对象支撑体210，其在旋转机架206内支撑对象212。在旋转机架206内是x射线管214，其与辐射探测器阵列216相对。辐射探测器阵列216由连接到脉冲整形器电路102的直接转换辐射探测器108的像素化阵列构成，如图1所示。
[0145]
在一些示例中，辐射探测器阵列216还可以包含用于将大量数据输出到计算机204的脉冲高度分析器。x射线管214被示为产生穿过成像区域220内的对象的x射线218。x射线然后由辐射探测器阵列216接收。脉冲整形电路102的使用可以减少产生计算机断层扫描图像所需的辐射量。计算机断层摄影系统200也可以是多光谱计算机断层摄影系统。在这种情
况下，可以改变x射线管214的高电压。通常，高电压在两个电压之间振荡。然后将这两个电压的x射线光谱进行比较，以制作多光谱计算机断层扫描图像。脉冲整形电路102的使用可以增加多光谱计算机断层扫描图像的准确性。
[0146]
计算机断层摄影系统202被示为连接到计算机系统204的硬件接口232。硬件接口232被连接到处理器230。处理器230也被示为连接到任选的的用户接口234和存储器236。硬件接口232可以使处理器230能够发送和接收来自计算机断层摄影系统202的命令和数据。硬件接口232还可以用于将计算机204与其他计算机系统联网。
[0147]
存储器236被示为包含机器可执行指令240。机器可执行指令240包含使处理器230能够控制成像系统200的操作和功能以及执行各种数据分析和图像处理任务的命令。
[0148]
存储器236还被示为包含成像系统控制命令242。这些是可以被转换成控制计算机断层摄影环202的顺序操作以采集成像数据的命令或数据。存储器236还被示为包含包括时间延迟配置数据的配置命令244。时间配置数据可以被用于对第一延迟和/或第二延迟进行编程。
[0149]
存储器236被示为包含已通过利用成像系统控制命令242控制计算机断层摄影系统202并利用时间配置数据对定时电路126进行编程而获得的成像数据246。最后，存储器236被示为具有已经从成像数据246重建的图像248。在该示例中，成像数据246将是x射线吸收分布并且图像248将是计算机断层扫描图像。
[0150]
图3图示了成像系统300的另一示例。图3中图示的成像系统300类似于图2中的成像系统200，除了计算机断层摄影系统202已被x射线系统302替换。x射线系统包括x射线管214，其发射x射线218穿过对象212到达辐射探测器阵列216。x射线系统302因此是数字x射线系统。例如，x射线系统302可以是数字荧光镜系统。x射线管214和辐射探测器阵列216被示为由计算机系统204的硬件接口232控制。
[0151]
图4图示了成像系统400的另一示例。图4的成像系统400类似于图2和图3所示的成像系统，除了在这种情况下的成像系统是单光子发射计算机断层摄影系统402之外。单光子发射计算机断层摄影系统402包括具有对称轴208的探测器环404。探测器环404包括被布置在环中的多个探测器射线216。对象212已经摄取了放射性核素410。放射性核素经历衰变并发射单个伽马光子412。该系统使用探测器阵列216采集多个伽马辐射事件412。当在成像数据246中收集到足够的数据时，重建图像248。尽管未描绘，但类似的布置可用于构建正电子发射断层扫描系统。
[0152]
图5示出了图示操作图2、图3或图4所示的成像系统200、300、400中的任一个的方法的流程图。首先在步骤500中接收配置命令244。在一些情况下，配置命令244可以是成像系统控制命令242的部分。例如，对于特定的成像协议，第一和第二延迟的配置可以被编程到成像系统控制命令242中。接下来在步骤502中，定时电路126由配置命令242控制。配置命令242控制用于设置或配置第一延迟和/或第二延迟的时间延迟配置数据。在步骤502中，时间延迟配置数据被用于配置第一延迟和第二延迟。最后，在步骤504中，利用成像系统控制命令242控制成像系统202、302、402以采集成像数据246。在一些进一步的示例中，成像数据246被重建成图像248。
[0153]
示例可以提供整形电路以足够好的snr支持高计数率，并且跨像素通道具有足够的均匀性。为了同时解决snr问题并充分满足计数率要求，需要确保在允许反馈电容器放电
之前已完成完整的电荷收集。这样，就不会出现弹道缺陷。
[0154]
由于人体ct中的高x射线通量，在所谓的“可瘫痪”模拟前端(afe)中，除了对电容进行积分之外，它还表现出例如导致脉冲整形的电阻反馈(所谓的“连续复位”，见下文)，观察到的计数率(ocr)作为事件计数率(icr)的函数在达到最大值(ocrmax)后下降，因此ocr和icr之间没有单调关系。这是由于在合理的功率要求下使用此类afe可以实现约30ns的相对较长的死区时间以及像素尺寸(例如500μm)的选择，像素尺寸不应太小以避免电荷共享破坏能量分辨率。
[0155]
为了通过减少死区时间来支持更高的计数率，从而增加ocr随着icr单调增加的icr范围，可以使用通过每个事件在之后闭合开关(第二开关单元122)来对反馈电容器cfb(116)进行放电的概念(通常称为“cfb重置”)。此处放电由积分器的输出电压超过最低能量阈值lt(可控信号阈值)触发。作为复位的结果，得到的sha输出脉冲明显短于30ns，理想情况下不大于晶体中x射线事件的最大电荷收集时间(例如13ns)。该cfb复位必须与反馈电阻rfb(放电电阻118)相组合，以消除能量低于最低能量阈值(低于lt事件)的事件。没有rfb，cfb仅对低于lt事件的电荷进行积分，因此对高于lt事件的能量估计变得错误。由于rfb实现了cfb的连续复位，因此cfb由rfb自主放电，因此电荷积分器的输出电压始终返回到低于lt事件的基线。
[0156]
这种方法的缺点是，即使使用了较大的rfb值，也会导致弹道缺陷，因此无法完全消除电荷积分器的输出电压对czt(或其他直接转换探测器)脉冲持续时间的依赖性。rfb不能被选择为非常大，否则低于lt的事件将导致非常长的小脉冲，从而导致长尾，这会歪曲高于lt事件的能量估计，其这该尾部堆积。为了消除这个问题，描述了与rfb串联放置的第一开关单元，所述开关单元在处理上述lt事件时断开rfb。
[0157]
因此，建议将这两种想法结合起来以获得低弹道缺陷sha，其中ocr单调地跟随icr(所谓的“非瘫痪”计数率行为)。
[0158]
脉冲整形器(sha)可能具有以下特征中的一项或多项：
[0159]
a)对所生成的电流脉冲进行积分，
[0160]
b)检测输入脉冲的能量大于设置的最低能量阈值设置，
[0161]
c)断开反馈电阻rfb，直到反馈电容器cfb被放电，
[0162]
d)等待直接转换材料给出的最大可能电荷收集时间，然后对反馈电容器cfb进行放电，以使sha为下一个czt脉冲做好准备。在复位操作的时间附近，rfb再次重新连接。
[0163]
替代地，d)可以通过检测sha的输出电压已经达到最大值来代替，即不再改变，其指示该事件的电荷收集已经完成，并且当已经达到最大值时对cfb进行放电。
[0164]
由于cfb复位，此afe的死区时间由最大电荷收集时间(通常在13ns范围内)决定，因此最大可能的ocr(观察到的计数率)可以推到大于例如15mcps/像素。
[0165]
图6示出了放射学仪器600的另一个示例。图6中的放射学仪器600类似于图1中所示的电路。放射学仪器额外地被示为包括脉冲高度分析器604。具有额外的鉴别电路124'。包括用于生成鉴别信号128的鉴别电路的所有鉴别电路124'都被连接到计数器602。鉴别电路124具有脉冲高度分析器604内的最低能量阈值。
[0166]
图6示出了一种可能的实现方式。最低能量阈值(可控信号阈值)用于确定是否正在生成高于lt的脉冲，必须在没有弹道缺陷的情况下对其进行计数。因此，当超过lt时，rfb
与cfb断开，从那时起，cfb可以在没有任何电荷损失的情况下充电，否则会导致(额外的)弹道缺陷，并因此导致v
输出
的小幅值变化，其由相同能量事件的电荷收集时间中的变化引起。当v
输出
超过lt时，还启动定时器(例如，用于时间增量的数字计数器或模拟实现方式)。该定时器被定大小为等待最大可能的(剩余)电荷收集时间，直到通过闭合sw2使cfb放电。
[0167]
替代地，除了用于光谱采集的正常能量阈值外，还可以规定专用的最低阈值(参见下面的图7)，在这种情况下，所述阈值不需要连接到计数器，因为它的唯一目的是检测“真实”脉冲，即那些将由连接到计数器的鉴别器组分析能量的脉冲。
[0168]
图7示出了放射学仪器700的另一个示例。图7所示的电路类似于图6的电路，除了在这种情况下用于产生鉴别信号128的鉴别电路124不是脉冲高度分析器604的部分。这具有能够将阈值设置为低于脉冲高度分析器604分析的值的优点。在图7中，检测反馈电阻是否断开的阈值不用于能量测量，因此没有计数器。在另一个示例中，可以使用电荷泵方法来完成复位，以便最小化电荷损失，如果在短路cfb期间另一个事件到达，则可能发生这种情况。在图6和图7的实现中，这样的事件将部分或全部丢失。
[0169]
处理暗且持续的电流。通常，传感器将表现出暗电流。当rfb断开时，所述电流不再有电阻路径，即暗电流将为cfb充电，从而导致正在处理的事件的能量读数错误。例如，在rfb断开的20ns持续时间内，100pa的暗电流将导致收集的电荷发生100pa x 20ns＝0.002fc的变化，必须将其与最低能量光子(例如要收集的20kev光子，其电荷为0.690fc)进行比较以评估，即，20kev光子的测量能量大了0.03％。这看起来相当低，尤其是在暗电流没有变化的情况下；这样的确定性偏移也可以通过校准来消除。对于较大的暗电流，可使用静态泄漏电流补偿电路：在测量之前，在每个像素中测量暗电流，在测量期间，从从传感器像素接收到的电流中减去该测量值。对于较大的持续电流，即由于电荷注入而产生的额外背景电流，而x射线光子与传感器晶体相互作用，将需要基线恢复器。
[0170]
对于通过注入电流实现的连续复位，可以将该反馈电流从输入节点重定向，从而停止放电，如果超过lt，原则上似乎是可行的，但不如断开rfb直接。
[0171]
图8示出了放射学仪器800的另一个示例。放射学仪器800类似于图1中描绘的放射学仪器100。除了控制器126被示为还具有与输出106的直接连接之外。控制器可以另外包括被配置用于检测输出信号的最大值的最大值探测器。控制单元例如可以被配置为响应于接收到鉴别信号而断开第一开关单元。控制单元还可以被配置为在第四延迟之后闭合第一开关单元。控制单元还可以被配置为在第五延迟之后断开第二开关单元。
[0172]
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于公开的实施例。
[0173]
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践请求保护的本发明时能够理解并且实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或者其它单元可以实现权利要求书中记载的若干项的功能。尽管特定措施是在互不相同的从属权利要求中记载的，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。可以将计算机程序存储/分布在与其它硬件一起提供或者作为其它硬件的部分提供的诸如光存储介质或者固态介质的合适介质上，但是还可以以诸如经因特网或者其它有线或无线电信系统的其它形式分布。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。