Сбор информации
Изобретение относится к сбору информации, а также находит конкретное применение в компьютерной томографии (СТ). Сущность изобретения заключается в том, что детектор формирования изображения содержит матрицу (204) фотодетекторов, имеющую светочувствительную сторону и противоположную считывающую сторону; матрицу (202) сцинтилляторов, оптически соединенную со светочувствительной стороной матрицы (204) фотодетекторов; и обрабатывающие электронные схемы (208), электрически соединенные со считывающей стороной матрицы (204) фотодетекторов, причем матрица (204) фотодетекторов, матрица (202) сцинтилляторов и обрабатывающие электронные схемы (208) находятся в термическом контакте, а значение термического коэффициента обрабатывающих электронных схем (208) приблизительно равно отрицательному значению суммы термического коэффициента матрицы (204) фотодетекторов и термического коэффициента матрицы (202) сцинтилляторов. Технический результат - повышение эффективности формирования изображения. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 13 ил., 1 табл.
Изобретение, в целом, относится к сбору информации, а также находит конкретное применение в компьютерной томографии (СТ). Однако оно также может применяться и в других медицинских и немедицинских устройствах формирования изображения.
Компьютерный томографический (СТ) сканер включает в себя рентгеновскую трубку, смонтированную на вращающемся гентри, который вращается вокруг области обследования вокруг продольной оси, то есть вокруг оси Z. Матрица детекторов образует угловую дугу на стороне области обследования, противоположной рентгеновской трубке. Матрица детекторов обнаруживает излучение, которое пересекает область обследования. Матрица детекторов включает в себя матрицу сцинтилляторов, оптически соединенную с матрицей фотодетекторов, которая электрически соединяется с обрабатывающими электронными схемами. В течение каждого периода интеграции сбора информации матрица сцинтилляторов генерирует свет, являющийся показателем падающего на нее излучения, матрица фотодетекторов генерирует электрический сигнал, являющийся показателем света, а обрабатывающие электронные схемы на основе электрического сигнала генерируют цифровые данные, являющиеся показателем обнаруженного излучения. Реконструктор восстанавливает цифровые данные и генерирует объемные графические данные, которые могут быть обработаны для формирования одного или нескольких изображений.
К сожалению, матрица сцинтилляторов и матрица фотодетекторов имеют различные ненулевые термические коэффициенты. В этой связи, отклик матрицы сцинтилляторов, а также отклик матрицы фотодетекторов могут изменяться в зависимости от температуры. Вследствие этого в графические данные могут быть внесены артефакты, такие как кольцевые артефакты. В одном подходе для матрицы детекторов должен соблюдаться строгий температурный контроль. В одном случае температурный контроль включает в себя удержание матрицы детекторов в пределах предварительно определенного температурного диапазона посредством использования нагревателей, вентиляторов, теплоприемников и т.д. Однако такой температурный контроль может являться дорогостоящим, а в случае, когда температурный контроль является неудовлетворительным, эффективность формирования изображения по-прежнему может являться низкой. Другим фактором увеличения стоимости является отсутствие возможности проверки каналов фотодетектора перед сборкой матрицы детекторов, а также перед экспозицией матрицы детекторов на рентгеновское излучение и/или свет.
Помимо всего прочего, заряд, накапливаемый на кристалле сцинтиллятора посредством падающего фотона, убывает в течение относительно долгой временной константы (например, в течение нескольких секунд), и такой эффект называется послесвечением. Вследствие этого, остаточный заряд от фотона, падающего на кристалл сцинтиллятора, в течение первого периода интеграции, может суммироваться с зарядом, накапливаемым посредством фотона, падающего на кристалл сцинтиллятора в течение последующего периода интеграции. Этот остаточный заряд зачастую называется темновым током и суммируется с зарядом от фотона в следующем периоде, что может снизить эффективность формирования изображения. Данный подход заключается в использовании сцинтиллирующего вещества с коротким послесвечением. Однако сцинтилляторы с коротким послесвечением, в целом, являются более дорогими и менее эффективными по сравнению со сцинтилляторами с более длительным послесвечением.
Аспекты настоящей заявки относятся к вышеупомянутым и другим объектам.
В соответствии с одним аспектом, система формирования изображения включает в себя матрицу фотодетекторов, имеющую светочувствительную сторону и противоположную считывающую сторону. Матрица сцинтилляторов оптически соединена со светочувствительной стороной матрицы фотодетекторов, а обрабатывающие электронные схемы электрически соединены со считывающей стороной матрицы фотодетекторов. Матрица фотодетекторов, матрица сцинтилляторов и обрабатывающие электронные схемы находятся в термическом контакте, а значение термического коэффициента обрабатывающих электронных схем приблизительно равняется отрицательному значению суммы термического коэффициента матрицы фотодетекторов и термического коэффициента матрицы сцинтилляторов.
В другом варианте осуществления детектор формирования изображения включает в себя матрицу фотодетекторов, матрицу сцинтилляторов, оптически соединенную с матрицей фотодетекторов, и обрабатывающие электронные схемы, электрически соединенные с матрицей фотодетекторов. Обрабатывающие электронные схемы включают в себя аналого-цифровой (A/D) преобразователь, который преобразовывает заряд, выводимый посредством матрицы фотодетекторов, в цифровой сигнал, имеющий частоту, являющуюся показателем заряда. Аналого-цифровой (A/D) преобразователь поочередно преобразовывает первый заряд, соответствующий падающему излучению, в первый сигнал, и второй заряд, соответствующий убывающему заряду, во второй сигнал. Логический блок корректирует первый сигнал на основе второго сигнала.
В другом варианте осуществления детектор формирования изображения включает в себя матрицу фотодетекторов, матрицу сцинтилляторов, оптически соединенную с матрицей фотодетекторов, и обрабатывающие электронные схемы, электрически соединенные с матрицей фотодетекторов. Обрабатывающие электронные схемы включают в себя аналого-цифровой (A/D) преобразователь, который преобразовывает заряд, выводимый посредством матрицы фотодетекторов, в цифровой сигнал, имеющий частоту, являющуюся показателем заряда, и блок установки сигнала напряжения смещения интегратора, который устанавливает сигнал напряжения смещения интегратора для аналого-цифрового (A/D) преобразователя, что приводит к созданию электрического тока, измеримого посредством аналого-цифрового (A/D) преобразователя.
В другом варианте осуществления система формирования изображения включает в себя источник излучения, который генерирует испускаемый луч, пересекающий область обследования, матрицу детекторов, которая обнаруживает излучение, пересекающее область обследования, и реконструктор, который восстанавливает выход матрицы детекторов и генерирует соответствующие графические данные. Матрица детекторов включает в себя множество детекторных элементов, причем детекторный элемент включает в себя матрицу фотодетекторов, матрицу сцинтилляторов, оптически соединенную с матрицей фотодетекторов, и обрабатывающие электронные схемы, электрически соединенные с матрицей фотодетекторов. Матрица фотодетекторов, матрица сцинтилляторов и обрабатывающие электронные схемы находятся в термическом контакте, а значение термического коэффициента обрабатывающих электронных схем приблизительно равняется значению суммы термического коэффициента матрицы фотодетекторов и термического коэффициента матрицы сцинтилляторов.
В другом варианте осуществления способ включает в себя этап задания значения термического коэффициента обрабатывающих электронных схем детекторного элемента системы формирования изображения приблизительно равным сумме термических коэффициентов матрицы фотодетекторов и матрицы сцинтилляторов детекторного элемента.
В другом варианте осуществления способ включает в себя этапы активации и дезактивации импульсного излучения в течение, по меньшей мере, периода интеграции, в течение процедуры формирования изображения, обнаружения первого сигнала в течение, по меньшей мере, одного периода интеграции, в момент активированного испускания излучения, обнаружения второго сигнала в течение, по меньшей мере, одного периода интеграции, исключительно, в момент, когда излучение дезактивировано, и коррекции первого сигнала на основе второго сигнала.
В другом варианте осуществления способ включает в себя этапы подачи сигнала на вход аналого-цифрового (A/D) преобразователя детекторного элемента, причем этот сигнал подлежит измерению посредством аналого-цифрового (A/D) преобразователя, преобразования сигнала в цифровые данные посредством аналого-цифрового (A/D) преобразователя и вычисления электрического сопротивления матрицы фотодетекторов детекторного элемента на основе поданного сигнала и цифровых данных.
Изобретение может быть реализовано с использованием различных компонентов и схем размещения компонентов, а также различных этапов и схем размещения этапов. Чертежи служат исключительно для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться в качестве ограничения изобретения.
Фиг.1 изображает иллюстративную систему формирования изображения.
Фиг.2 изображает иллюстративный детекторный элемент.
Фиг.3 изображает иллюстративные электронные схемы детектора.
Фиг.4 изображает иллюстративный блок определения термического коэффициента.
Фиг.5 изображает иллюстративный блок определения опорного напряжения.
Фиг.6 изображает иллюстративные временные диаграммы.
Фиг.7-10 изображают иллюстративные аналого-цифровые (A/D) преобразователи и логику.
Фиг.11-13 изображают иллюстративные аналого-цифровые (A/D) преобразователи и логику.
Фиг.1 изображает систему 100 формирования изображения, такую как компьютерный томографический (СТ) сканер. В целом, система 100 формирования изображения включает в себя неподвижный гентри 102 и вращающийся гентри 104. Вращающийся гентри 104 установлен с возможностью вращения на неподвижном гентри 102 и вращается вокруг области 106 обследования вокруг продольной оси, то есть вокруг оси Z.
Источник 108 излучения, такой как рентгеновская трубка, установлен на вращающемся гентри 104 и испускает излучение, которое пересекает область 106 обследования. Контроллер 110 источника излучения управляет источником 108 излучения. Такой процесс управления, в числе прочего, включает в себя этапы включения и выключения источника 108 излучения и, следовательно, активации и дезактивации испускания излучения. Это может быть достигнуто посредством переключения сетки и/или иным способом. В одном случае источник 108 излучения работает в импульсном режиме в течение периода интеграции таким образом, чтобы излучение активировалось в течение первой части периода интеграции и дезактивировалось в течение второй части периода интеграции. Как будет более подробно описано ниже, темновой ток от послесвечения сцинтиллятора может быть измерен при дезактивированном излучении, кроме того, измерение может быть впоследствии использовано для коррекции сигнала, в соответствии с обнаруженным излучением.
Матрица 112 чувствительных к излучению детекторов образует угловую дугу напротив источников 108 излучения вокруг области 106 обследования и обнаруживает излучение, пересекающее область 106 обследования. В иллюстрированном варианте осуществления матрица 112 чувствительных к излучению детекторов включает в себя множество детекторных модулей 114, расположенных относительно друг друга в направлении, которое является поперечным по отношению к оси Z. Детекторный модуль 114 включает в себя множество детекторных мозаичных фрагментов или элементов 116, расположенных относительно друг друга по оси Z. В одном случае матрица 112 детекторов по существу является подобной и/или основывается на матрице детекторов, описанной в патенте США №6510195В1, поданном 18 июля 2001 года и имеющем название «Solid State X-Radiation Detector Modules and Mosaics thereof, and an Imaging Method and Apparatus Employing the Same», который полностью включен в настоящее описание посредством ссылки.
Фиг.2 изображает представление поперечного сечения детекторного элемента 116, выполненного по линии А-А, изображенной на Фиг.1. Иллюстрированный детекторный элемент 116 включает в себя матрицу 202 сцинтилляторов, которая физически и оптически соединена с матрицей 204 фотодетекторов, такой как матрица фотодиодов с задней подсветкой или других фоточувствительных пикселов, которая соединяется с подложкой 206. Матрица 204 фотодетекторов может быть впрессована (как изображено) или соединена с подложкой 206 иным способом. Электронные схемы 208 физически и электрически соединены со считывающей областью 210 подложки 206, которая электрически соединена с матрицей 204 фотодетекторов. Матрица 202 сцинтилляторов, матрица 204 фотодетекторов и электронные схемы 208 находятся в плотном термическом контакте. Токопроводы 212, такие как контактные штырьки или другие токопроводы, передают электропитание и цифровые сигналы ввода/вывода. Пример такого детекторного элемента описан в документе под названием «A New 2D-Tiled Detector For Multislice CT», Luhta и др., Medical Imaging 2006: Physics of Medical Imaging, издание 6142, стр.275-286 (2006). Другой подходящий детекторный элемент описан в международной заявке на патент под регистрационным номером PCT/US2007/063532, поданной 8 марта 2007 года и имеющей название «Radiation Detector Array», которая полностью включена в настоящее описание посредством ссылки.
Фиг.3 изображает иллюстративные электронные схемы 208. Аналого-цифровой (A/D) преобразователь 302 включает в себя интегратор 304 и компаратор 306. Иллюстрированный аналого-цифровой (A/D) преобразователь 302 конфигурируется в качестве преобразователя «ток-частота» (I/F), который преобразовывает заряд из матрицы 204 фотодетекторов в цепочку импульсов, имеющих частоту, являющуюся показателем заряда. Логический блок 308 подсчитывает количество импульсов (C) от компаратора 306 в течение периода интеграции, а также определяет время от первого импульса до последнего импульса (T) в период интеграции. На основе этих данных логический блок 308 может определить частоту (например, C/T), которая является показателем входного заряда. Переключатель 300 сброса сбрасывает интегратор 304 в исходное состояние в каждом периоде интеграции. Пример таких электронных схем более подробно описан в патенте США №6671345B2, поданном 7 ноября 2001 года и имеющем название «Data Acquisition for Computed Tomography», который полностью включен в настоящее описание посредством ссылки. Другие подходящие электронные схемы описаны в патенте США №4052620, поданном 28 ноября 1975 года и имеющем название «Data Acquisition for Computed Tomography», который также полностью включен в настоящее описание посредством ссылки.
Как будет более подробно описано ниже, в одном варианте осуществления аналого-цифровой (A/D) преобразователь 302 конфигурируется для обработки как заряда, соответствующего падающим фотонам, так и остаточного заряда от послесвечения (темнового тока). В данном варианте осуществления контроллер 110 источника генерирует импульсы излучения в течение периода интеграции вышеописанным способом, причем сигнал излучения измеряется при активированном излучении, а темновой ток измеряется при дезактивированном излучении. В таком варианте осуществления логический блок 308 конфигурируется для обработки выходных импульсов компаратора 306, как сигнала излучения, так и сигнала темнового тока, а также корректирует или компенсирует сигнал излучения на основе сигнала темнового тока. В одном случае это предоставляет возможность использования сцинтилляторов с более длительным послесвечением, которые, в целом, являются менее дорогими по сравнению со сцинтилляторами с более коротким послесвечением. В этой связи вышеупомянутая коррекция может обеспечить сокращение стоимости матрицы 112 детекторов и/или целой системы 100.
Контроллер 310 усиления задает коэффициент усиления для интегратора 304, а триммер 312 опорного напряжения (VREF) регулировки усиления генерирует опорное напряжение для контроллера 310 усиления. Блок 314 определения термического коэффициента определяет термический коэффициент опорного напряжения для электронных схем 208. При более подробном рассмотрении, он может включать в себя этап определения термического коэффициента опорного напряжения на основе термических коэффициентов матрицы 202 сцинтилляторов, матрицы 204 фотодетекторов и/или других компонентов. В одном случае это предоставляет возможность осуществления менее строгого (или не осуществлять вовсе) термического контроля матрицы 112 детекторов по сравнению с конфигурацией, в которой блок 314 определения термического коэффициента опущен. Такой термический контроль обеспечивается посредством блока 316 термического контроля, который обеспечивает удержание температуры матрицы 112 детекторов в пределах предварительно определенного температурного диапазона в течение процесса сканирования. Блок 316 термического контроля может включать в себя нагреватель, вентилятор, теплоприемник и т.д.
Иллюстрированные электронные схемы 208 дополнительно включают в себя блок 318 определения напряжения смещения (VOFF) интегратора. Напряжение смещения является напряжением, которое появляется на входе интегратора и, следовательно, на матрице 204 фотодетекторов. Это напряжение смещения, в комбинации с электрическим сопротивлением фотодетектора, вызывает ток утечки в фотодетекторе. В одном случае блок 318 определения напряжения VOFF интегратора определяет первое напряжение смещения, которое сокращает или практически гасит ток утечки матрицы фотодетекторов на входе интегратора 304. В другом случае, как будет подробно описано ниже, блок 318 определения напряжения VOFF интегратора определяет второе напряжение смещения, которое предоставляет возможность измерения тока утечки матрицы фотодетекторов и/или определения электрического сопротивления матрицы фотодетекторов. Это может предоставить возможность идентификации неисправных или нерабочих каналов фотодетектора, а также может быть выполнено в процессе сборки, обслуживания, калибровки и т.д. фотодетектора, детекторного элемента и/или матрицы 112 детекторов
Как изображено на Фиг.1, реконструктор 118 восстанавливает сигнал от матрицы 112 детекторов и генерирует соответствующие объемные графические данные. Процессор изображений или подобный блок может сформировать одно или несколько изображений на основе графических данных. Универсальная вычислительная система используется в качестве операторской консоли 120. Программные средства, постоянно находящиеся на консоли 120, предоставляют оператору возможность управления рабочим процессом системы 100, таким как выбор способа выполнения импульсного рентгеновского излучения, установка сканера в режим сканирования или режим проверки матрицы фотодетекторов, задание термического коэффициента электронных схем, и/или управления другого типа. Опора 122 для пациента, такая как кушетка, поддерживает объект или субъект, такой как человеческое тело, в области 106 обследования.
Фиг.4 изображает неограничивающий вариант осуществления блока 314 определения термического коэффициента. В данном примере генератор 400 термических коэффициентов генерирует термический коэффициент для электронных схем 208 на основе исходного термического коэффициента 402 и термического коэффициента 404 смещения. В одном случае исходному термическому коэффициенту 402 задается предварительно определенное значение для электронных схем 208, а термический коэффициент 404 смещения задается приблизительно равным отрицательному значению суммы термических коэффициентов матрицы 202 сцинтилляторов и матрицы 204 фотодетекторов. Термические коэффициенты матрицы 202 сцинтилляторов и матрицы 204 фотодетекторов могут быть измерены, приближены или определены иным способом. Один или оба термических коэффициента 402 и 404 могут быть сохранены в запоминающем элементе, таком как регистр. В иллюстрированном примере генератор 400 термических коэффициентов добавляет или суммирует исходный термический коэффициент 402 с термическим коэффициентом 404 смещения для генерирования термического коэффициента для электронных схем.
В качестве примера предположим, что термический коэффициент для матрицы 202 сцинтилляторов является приблизительно равным -0,15%/C, термический коэффициент для матрицы 204 фотодетекторов является приблизительно равным +0,05%/C, а суммарный термический коэффициент для матрицы 202 сцинтилляторов и матрицы 204 фотодетекторов является приблизительно равным -0,10%/C. При таком сценарии блок 314 определения термического коэффициента может быть сконфигурирован для обеспечения термического коэффициента напряжения VREF со значением, заданным в диапазоне между 0,0 и -0,20%/C, к примеру, приблизительно равным -0,10%/C ± 0,005%/C, который задает термический коэффициент обрабатывающих электронных схем приблизительно равным +0,10%/C (следует отметить, что температурный коэффициент всего аналого-цифрового (A/D) преобразователя в преобразователе «ток-частота» является отрицательным значением температурного коэффициента напряжения VREF, и может сократить или практически погасить термические коэффициенты матрицы 202 сцинтилляторов и матрицы 204 фотодетекторов, обеспечивая термический коэффициент детекторного элемента, приблизительно равный 0,00%/C. Вышеупомянутый пример иллюстрируется в таблице 1.
| Таблица 1 Иллюстративные термические коэффициенты |
|
| Термический коэффициент | |
| Матрица сцинтилляторов | ≈ -0,15%/С |
| Матрица фотодетекторов | ≈ +0,05%/С |
| Электронные схемы | ≈ +0,10%/С (VREF) ≈ -0,10%/С |
| Детекторный элемент | ≈0,00%/С |
Следует отметить, что посредством сокращения или практического погашения термических коэффициентов матрицы 202 сцинтилляторов и матрицы 204 фотодетекторов блок 316 термического контроля (Фиг.3) может быть опущен, кроме того, может быть использован менее строгий и менее дорогостоящий термический контроль без ухудшения эффективности формирования изображения. Кроме того, следует отметить, что +0,10%/C соответствует +1000 частям на миллион на градус Цельсия (ppm/C).
В другом варианте осуществления регистр или другая память программируется на множество термических коэффициентов 404 смещения (например, от 0,00%/C до +0,20%/C с шагом 0,01%/C или другим шагом). Для выбора термического коэффициента смещения, который будет использоваться в качестве термического коэффициента 404 смещения, может быть использован флаг или подобный элемент. В другом случае регистр программируется на множество масштабных коэффициентов, которые измеряют термический коэффициент 404 смещения. Подобным образом, для выбора масштабного коэффициента для применения к термическому коэффициенту 404 смещения, может быть использован флаг. Еще в одном варианте осуществления термический коэффициент 404 смещения опускается, а исходный термический коэффициент 402 задается на основе термических коэффициентов матрицы 202 сцинтилляторов и матрицы 204 фотодетекторов.
В другом случае исходный термический коэффициент 402 и/или термический коэффициент 404 смещения (при наличии) могут быть заданы и/или определены иным способом. В вышеупомянутом примере термические коэффициенты матрицы 202 сцинтилляторов и матрицы 204 фотодетекторов сокращаются или практически гасятся посредством термического коэффициента опорного напряжения запрещенной зоны. В другом случае коэффициенты сокращаются или практически гасятся посредством задания термического коэффициента электронных схем 208 внешним способом посредством корректора напряжения смещения детектора, через схему, которая является общей для множества детекторных элементов 116, и/или иным способом.
В другом неограничивающем варианте осуществления блок 314 определения термического коэффициента и/или другой компонент может идентифицировать рассогласование термических коэффициентов между матрицей 204 фотодетекторов, матрицей 202 сцинтилляторов и обрабатывающими электронными схемами 208, которое превышает предварительно определенный порог рассогласования термических коэффициентов, и изменяет термический коэффициент обрабатывающих электронных схем 208 таким образом, чтобы термический коэффициент обрабатывающих электронных схем 208 был приблизительно равен отрицательному значению суммы термического коэффициента матрицы 204 фотодетекторов и термического коэффициента матрицы 202 сцинтилляторов. Такое рассогласование может возникать в течение долгого времени. Например, температурный коэффициент матрицы 202 сцинтилляторов и/или матрицы 204 фотодетекторов может изменяться в течение долгого времени из-за радиационного повреждения, долгосрочного подвергания радиации и/или по иным причинам. В этой связи, температурный коэффициент обрабатывающих электронных схем может быть впоследствии скорректирован для компенсирования температурного коэффициента матрицы 202 сцинтилляторов и/или матрицы 204 фотодетекторов. Следует понимать, что это может быть выполнено в качестве части процедуры калибровки или другой процедуры.
Фиг.5 изображает неограничивающий вариант осуществления блока 318 определения напряжения VOFF интегратора. В данном примере матрица 204 фотодетекторов представлена в качестве диода 506 и электрического сопротивления 508, с током утечки (ILeakage), который добавляется к входу интегратора 304. Иллюстрированный блок 318 определения напряжения VOFF интегратора включает в себя два или более напряжений смещения, то есть первое напряжение 502 смещения (VOFF 1), …, N-е напряжение 504 смещения (VOFF N), где N является целым числом. В одном случае напряжение 502 VOFF 1 выбирается для сканирования субъектов или объектов, а напряжение 504 VOFF N выбирается для проверки матрицы 204 фотодетекторов детекторного элемента 116.
В качестве примера, в одном варианте осуществления значение одного из опорных напряжений, к примеру напряжения 502 VOFF 1, соответствует значению, которое практически гасит или сокращает ток ILeakage. Значение другого опорного напряжения, к примеру напряжения 504 VOFF N, соответствует напряжению, которое приводит к созданию измеримого тока на входе интегратора 304. Например, напряжение 504 VOFF N может быть определено на основе ожидаемого значения электрического сопротивления 508 и электрического тока, который проходит через компаратор 306, в качестве функции следующего уравнения: VOFF_N = Rexpected_resistance * Imeasurable. В одном примере напряжение 504 VOFF N находится в диапазоне от -1 до -50мВ (милливольт), к примеру равняется -10 мВ, для того, чтобы входное напряжение интегратора превышало на диапазон от 1 до 50мВ случай, когда на вход интегратора подается напряжение 502 VOFF 1.
Вышеупомянутое предоставляет возможность вычисления электрического сопротивления фотодетектора на основе напряжения 504 VOFF N и измеренного тока, а также возможность последующей идентификации каналов фотодетектора с электрическими сопротивлениями, находящимися за пределами предварительно определенного диапазона, что может упростить идентификацию неисправных или нерабочих каналов фотодетектора в процессе изготовления фотодетектора, сборки матрицы детекторов, калибровки сканера, обслуживания сканера и т.д. Флаг или подобный элемент, находящийся в запоминающем элементе 510, таком как регистр или другая память, указывает на опорное напряжение 502,…,504, которое предназначается для использования. Запоминающий элемент 510 может быть запрограммирован на опорные напряжения 502,…,504 посредством авторизованного персонала, такого как техник, инженер, пользователь и/или другой авторизованный персонал.
Фиг.6 изображает временные диаграммы подходящего импульсного источника напряжения и сбора информации, а Фиг. 7, 8, 9 и 10 изображают соответствующие неограничивающие варианты осуществления конфигураций подходящего аналого-цифрового (A/D) преобразователя 302 и логического блока 308. Как отмечалось выше, в одном варианте осуществления контроллер 110 источника излучения побуждает источник 108 излучения к активации и дезактивации излучения, электронные схемы 208 измеряют накопленный заряд при активированном излучении и темновой ток при дезактивированном излучении, а логический блок 308 корректирует обнаруженный сигнал излучения на основе измеренного темнового тока.
На Фиг.6 иллюстративная временная диаграмма 602 импульсного источника напряжения побуждает источник 108 излучения к активации излучения в течение продолжительности, приблизительно равной 55% от периода 604, 606, 608 интеграции. В этой связи, излучение активируется в течение первой части 610 периодов 604-608 интеграции, а также дезактивируется в течение второй части 612 периодов 604-608 интеграции. Эта иллюстрированная продолжительность обеспечена в разъяснительных целях и не является ограничивающей. Например, в другом варианте осуществления продолжительность может превышать 55% и быть равной, к примеру, 90%, 95% и 99%. Продолжительность также может быть меньше 55%. Помимо всего прочего, источник 108 излучения может не работать в импульсном режиме в течение каждого периода интеграции, и/или среди периодов интеграции может изменяться продолжительность.
Кривая 614 выхода матрицы фотодетекторов изображает иллюстративный выходной ток соответствующего фотодетектора. Как было описано выше, заряд, накопленный на матрице 202 сцинтилляторов, убывает в течение долгой временной константы (послесвечение). Вследствие чего выход матрицы 204 фотодетекторов при дезактивированном излучении резко понижается, как показано посредством ссылочного номера 616, после чего уровни, упавшие до некоторого меньшего значения, сохраняются постоянными в течение долгого убывания заряда матрицы 202 сцинтилляторов, как показано посредством ссылочного номера 618. Временная диаграмма 620 сбора информации изображает возможность использования электронных схем 208 для обработки сигнала, соответствующего накопленному заряду (X), при активированном излучении, до резкого понижения уровня сигнала, как показано посредством ссылочного номера 622, а также для обработки сигнала (D) темнового тока в момент более медленного убывания заряда, как показано посредством ссылочного номера 624.
Фиг.7 изображает неограничивающий вариант осуществления аналого-цифрового (A/D) преобразователя 302 и логического блока 308. В данном варианте осуществления интегратор 304 включает в себя два канала или субинтегратора, включающие в себя первый интегратор 702 для обработки сигнала заряда и второй интегратор 704 для обработки темнового тока. Первый и второй переключатели 706 и 708 поочередно открывают и закрывают маршрут сигнала от матрицы 204 фотодетекторов первому и второму субинтеграторам 702 и 704 соответственно. В одном случае логический блок 308 управляет переключателями 706 и 708 на основе временных диаграмм, изображенных на Фиг.6, или иным способом. Компаратор 306 обрабатывает сигнал от интеграторов 702 и 704, а логический блок 308 обрабатывает сигнал от компаратора 306. Логический блок 308 включает в себя корректор 710, который корректирует сигнал заряда на основе сигнала темнового тока или средней величины сигнала темного тока в течение двух или более периодов интеграции. В данном примере корректор 710 вычитает темновой ток из сигнала заряда.
Фиг.8 изображает другой неограничивающий вариант осуществления аналого-цифрового (A/D) преобразователя 302 и логического блока 308. В данном варианте осуществления аналого-цифровой (A/D) преобразователь 302 включает в себя два канала обработки, включающие в себя первый канал 802 для обработки сигнала заряда и второй канал 804 для обработки темнового тока. Первый канал 802 включает в себя первый интегратор 806 и первый компаратор 808, а второй канал 804 включает в себя второй интегратор 810 и второй компаратор 812. Логический блок 308 включает в себя два подблока, включающие в себя первый подблок 814 для обработки выхода первого канала 802 и второй подблок 816 для обработки выхода второго канала 804, и корректор 710. Первый и второй переключатели 818 и 820 открывают и закрывают каналы 802 и 804 соответственно. Подобно Фиг.8, логический блок 308 поочередно переключает переключатели 818 и 820 на основе временных диаграмм, изображенных на Фиг.6, или иным способом. Логический блок 308 активирует переключатель 300 сброса для сброса аналого-цифрового (A/D) преобразователя 302 в исходное состояние на границах периода интеграции, и, в отдельном случае, при переключении переключателей 818 и 820. И в этом случае корректор 710 вычитает темновой ток из сигнала заряда.
Фиг.9 изображает другой неограничивающий вариант осуществления аналого-цифрового (A/D) преобразователя 302 и логического блока 308. В данном варианте осуществления интегратор 304 включает в себя первый и второй интегрирующие конденсаторы 902 и 904, сконфигурированные с использованием параллельной структуры. Первый переключатель 906 последовательно соединяется с первым интегрирующим конденсатором 902, а второй переключатель 908 последовательно соединяется со вторым интегрирующим конденсатором 904. Логический блок 308 включает в себя первый и второй логические подблоки 814 и 816. Третий переключатель 914 последовательно соединяется с первым подблоком 814 логического блока 308, а четвертый переключатель 916 последовательно соединяется со вторым подблоком 816 логического блока 308. В данном примере первый интегрирующий конденсатор 902 и первый подблок 814 обрабатывают сигнал заряда, а второй интегрирующий конденсатор 904 и второй подблок 816 обрабатывают сигнал темнового тока. Логический блок 308 может управлять переключателями 906, 914, 908 и 916 на основе временных диаграмм, изображенных на Фиг.6, или иным способом. Корректор 710 вычитает темновой ток из сигнала заряда.
Фиг.10 изображает другой неограничивающий вариант осуществления аналого-цифрового (A/D) преобразователя 302. Иллюстрированный интегратор 304 включает в себя первый и второй интегрирующие конденсаторы 1002 и 1004. Значение первого интегрирующего конденсатора 1002 превышает значение второго интегрирующего конденсатора 1004 на известный показатель X. Например, значение первого интегрирующего конденсатора 1002 может в 2, 4, 8, 16, 32 и т.д. раз превышать значение второго интегрирующего конденсатора 1004. Логический блок 308 поочередно открывает и закрывает первый и второй переключатели 1006 и 1008 на основе временных диаграмм сбора информации, изображенных на Фиг.6. Как правило, после интеграции сигнала заряда первый интегрирующий конденсатор 1002 разряжается. После интеграции сигнала темнового тока первый интегрирующий конденсатор 1002 заряжается быстрее второго интегрирующего конденсатора 1004 на известный показатель X. Это предоставляет возможность вычитания сигнала темнового тока в аналогичной области.
Следует понимать, что описанные в настоящем документе варианты осуществления, а также их вариации также могут быть использованы применительно к смарт-детекторам, таким как смарт-детекторы, описанные в заявке на патент США №12/159861, поданной 4 января 2007 года и имеющей название «Smart Radiation Detector Module», которая полностью включена в настоящее описание посредством ссылки. В одном случае они предоставляют возможность автоматизированного и/или динамического управления различными функциональными возможностями, такими как идентификация рассогласования термических коэффициентов между матрицей 204 фотодетекторов, матрицей 202 сцинтилляторов и обрабатывающими электронными схемами 208, которое превышает предварительно определенный порог рассогласования термических коэффициентов, и снижение рассогласования и/или другие функциональные возможности.
Фиг.11 изображает способ коррекции термического коэффициента детектора. На этапе 1102 значение термического коэффициента обрабатывающих электронных схем детекторного элемента системы формирования изображения задается приблизительно равным значению суммы термических коэффициентов матрицы фотодетекторов и матрицы сцинтилляторов детекторного элемента.
Фиг.12 изображает способ коррекции обнаруженного излучения для темнового тока. На этапе 1202 излучение испускается в импульсном режиме, по меньшей мере, в течение периода интеграции в процессе процедуры формирования изображения. На этапе 1204 первый сигнал обнаруживается, по меньшей мере, в течение одного периода интеграции, при активированном излучении. На этапе 1206 второй сигнал обнаруживается, по меньшей мере, в течение одного периода интеграции, исключительно при дезактивированном излучении. На этапе 1208 первый сигнал корректируется на основе второго сигнала.
Фиг.13 изображает способ коррекции обнаруженного излучения для темнового тока. На этапе 1302 предварительно определенный сигнал подается на вход аналого-цифрового (A/D) преобразователя детекторного элемента. Сигнал может быть измерен посредством аналого-цифрового (A/D) преобразователя. На этапе 1304 сигнал преобразовывается в цифровые данные при помощи аналого-цифрового (A/D) преобразователя. На этапе 1306 на основе поданного сигнала и цифровых данных вычисляется электрическое сопротивление матрицы фотодетекторов детекторного элемента.
Изобретение было описано в настоящем документе со ссылкой на различные варианты осуществления. После прочтения описания настоящего документа могут стать очевидными модификации и изменения. Описание предназначено для рассмотрения изобретения в качестве включающего в себя все подобные модификации и изменения, поскольку они находятся в рамках объема приложенной формулы изобретения или ее эквивалентов.
1. Детектор формирования изображения, содержащий:
матрицу (204) фотодетекторов, имеющую светочувствительную сторону и противоположную считывающую сторону;
матрицу (202) сцинтилляторов, оптически соединенную со светочувствительной стороной матрицы (204) фотодетекторов; и
обрабатывающие электронные схемы (208), электрически соединенные со считывающей стороной матрицы (204) фотодетекторов, причем матрица (204) фотодетекторов, матрица (202) сцинтилляторов и обрабатывающие электронные схемы (208) находятся в термическом контакте, а значение термического коэффициента обрабатывающих электронных схем (208) приблизительно равно отрицательному значению суммы термического коэффициента матрицы (204) фотодетекторов и термического коэффициента матрицы (202) сцинтилляторов.
2. Детектор по п.1, в котором обрабатывающие электронные схемы (208) включают в себя преобразователь (302) «ток-частота», преобразующий выходной заряд матрицы (204) фотодетекторов в цифровые данные с использованием частоты, являющейся показателем выходного заряда.
3. Детектор по любому из пп.1-2, в котором значение термического коэффициента обрабатывающих электронных схем (208) практически гасит термический коэффициент матрицы (204) фотодетекторов и термический коэффициент матрицы (202) сцинтилляторов.
4. Детектор по любому из пп.1-2, в котором чистый термический коэффициент обрабатывающих электронных схем (208), матрицы (204) фотодетекторов и термический коэффициент матрицы (202) сцинтилляторов составляют приблизительно 0,00%/градус Цельсия.
5. Детектор по любому из пп.1-2, дополнительно содержащий блок (314) определения термического коэффициента, выполненный с возможностью определения термического коэффициента обрабатывающих электронных схем (208) на основе термических коэффициентов матрицы (204) фотодетекторов и матрицы (202) сцинтилляторов.
6. Детектор по п.5, в котором блок (314) определения термического коэффициента выполнен с возможностью идентификации рассогласования термических коэффициентов между матрицей (204) фотодетекторов, матрицей (202) сцинтилляторов и обрабатывающими электронными схемами (208), которое превышает предварительно определенный порог рассогласования, и изменения термического коэффициента обрабатывающих электронных схем (208) таким образом, чтобы термический коэффициент обрабатывающих электронных схем (208) был приблизительно равен отрицательному значению суммы термического коэффициента матрицы (204) фотодетекторов и термического коэффициента матрицы (202) сцинтилляторов.
7. Детектор по любому из пп.1-2, в котором термический коэффициент обрабатывающих электронных схем (208) является программируемым.
8. Детектор по любому из пп.1-2, в котором обрабатывающие электронные схемы (208) содержат:
аналого-цифровой (А/D) преобразователь (302), выполненный с возможностью поочередного преобразования первого сигнала заряда, соответствующего падающему излучению, в первый цифровой сигнал, и второго сигнала заряда, соответствующего убывающему заряду сцинтиллятора, во второй цифровой сигнал; и
логический блок (308), выполненный с возможностью коррекции первого цифрового сигнала на основе второго цифрового сигнала.
9. Детектор по любому из пп.1-2, в котором обрабатывающие электронные схемы (208) дополнительно содержат:
аналого-цифровой (А/D) преобразователь (302), выполненный с возможностью преобразования выхода матрицы (204) фотодетекторов в цифровой сигнал;
блок (318) определения сигнала напряжения смещения интегратора, выполненный с возможностью подачи сигнала напряжения смещения интегратора на аналого-цифровой (А/D) преобразователь (302), что приводит к созданию электрического тока, измеримого посредством аналого-цифрового (А/D) преобразователя (302), и
логический блок (308), в котором аналого-цифровой (А/D) преобразователь (302) выполнен с возможностью измерения созданного электрического тока, и логический блок (308) выполнен с возможностью вычисления электрического сопротивления матрицы (204) фотодетекторов на основе сигнала опорного напряжения интегратора и измеренного электрического тока.
10. Способ коррекции термического коэффициента детектора, содержащий этап, на котором задают значение термического коэффициента обрабатывающих электронных схем (208) детекторного элемента (116) системы (100) формирования изображения, приблизительно равное сумме термических коэффициентов матрицы (204) фотодетекторов и матрицы (202) сцинтилляторов детекторного элемента (116).
11. Способ по п.10, в котором обрабатывающие электронные схемы (208) включают в себя аналого-цифровой (А/D) преобразователь (302), преобразующий заряд, выводимый посредством матрицы (204) фотодетекторов, в цифровой сигнал, имеющий частоту, являющуюся показателем заряда.
12. Способ по любому из пп.10 или 11, в котором значение термического коэффициента обрабатывающих электронных схем (208) является программируемым.
13. Способ коррекции обнаруженного излучения для темнового тока, содержащий этапы, на которых:
активируют и дезактивируют импульсное излучение в течение, по меньшей мере, периода интеграции, в течение процедуры формирования изображения;
обнаруживают первый сигнал в течение, по меньшей мере, одного периода интеграции в момент активированного испускания излучения;
обнаруживают второй сигнал в течение, по меньшей мере, одного периода интеграции, исключительно, в момент, когда излучение дезактивировано; и
корректируют первый сигнал на основе второго сигнала.
14. Способ коррекции обнаруженного излучения для темнового тока, содержащий этапы, на которых:
подают сигнал на вход аналого-цифрового (А/D) преобразователя (302) детекторного элемента (116), причем этот сигнал подлежит измерению посредством аналого-цифрового (А/D) преобразователя (302);
преобразовывают сигнал в цифровые данные посредством аналого-цифрового (А/D) преобразователя (302); и
вычисляют электрическое сопротивление матрицы (204) фотодетекторов детекторного элемента (116) на основе поданного сигнала и цифровых данных.
