Детектор счета фотонов



Детектор счета фотонов
Детектор счета фотонов
Детектор счета фотонов
Детектор счета фотонов
Детектор счета фотонов
Детектор счета фотонов
Детектор счета фотонов

 


Владельцы патента RU 2594606:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС Н.В. (NL)

Изобретение относится к детектору счета фотонов с прямым преобразованием. Детекторная матрица содержит по меньшей мере один пиксель детектора прямого преобразования, выполненный с возможностью обнаружения фотонов полихроматического ионизирующего излучения, причем пиксель содержит: катодный слой; анодный слой, включающий в себя анодный электрод для каждого по меньшей мере одного пикселя детектора; материал прямого преобразования, расположенный между катодным слоем и анодным слоем; управляющий электрод, расположенный в материале прямого преобразования, параллельном и расположенном между катодным и анодным слоями; и контроллер напряжения пикселей, электрически соединенный с управляющим электродом, причем контроллер напряжения пикселей выполнен с возможностью альтернативного приложения одного из двух различных напряжений к управляющему электроду во время процедуры получения изображений, основываясь на скорости счета фотонов за заданный период скорости счета. Технический результат - повышение качества томографического изображения. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Нижеследующее, в целом, относится к детектору счета фотонов с прямым преобразованием и описывается с конкретным применением к компьютерной томографии (CT); однако нижеследующее также относится и к другим способам получения изображений.

Сканер компьютерной томографии (CT) содержит вращающуюся портальную раму, прикрепленную с возможностью вращения к неподвижной раме. На вращающейся портальной раме крепится рентгеновская трубка. Детекторная матрица располагается напротив рентгеновской трубки c областью исследования, находящейся между ними. Вращающаяся портальная рама и рентгеновская трубка вращаются вокруг продольной оси области исследования или оси Z. Рентгеновская трубка выполнена с возможностью излучения полиэнергетического ионизирующего излучения, пересекающего область исследования и освещающего детекторную матрицу. Детекторная матрица содержит одно- или двумерную матрицу детекторных пикселей, которая обнаруживает излучение и которая формирует индицирующие его сигналы. Каждый пиксель связан с каналом считывания, который используется для передачи соответствующего сигнала для последующей обработки. Реконструктор реконструирует обработанные сигналы, создавая данные объемного изображения, показывающего область исследования.

Для спектральной CT пиксели детектора содержали пиксели детектора прямого преобразования. Обычно пиксель прямого преобразования содержит материал прямого преобразования, расположенный между катодом и анодом, и напряжение прикладывается между катодом и анодом. Фотоны освещают катод, передавая энергию электронам в материале прямого преобразования, который создает пары электрона/дырки, с электронами, дрейфующими к аноду. В ответ, анод создает электрический сигнал. Схема формирования импульсов обрабатывает электрический сигнал и создает импульс, имеющий пиковую амплитуду, индицирующую энергию обнаруженного фотона. Импульсный дискриминатор сравнивает амплитуду пульса с энергетическими порогами. Для каждого порога счетчик считает количество импульсов, пересекающих порог. Энергетический накопитель накапливает отсчеты энергетических амплитуд, осуществляя, таким образом, разрешение по фотонам. Реконструктор реконструирует накопленные сигналы, используя алгоритм спектральной реконструкции.

Пиксель прямого преобразования обычно может иметь дело с потоком фотонов, насчитывающим до десяти миллионов отсчетов в секунду (10 Мотсчетов/с) на канал в качестве результата измерения энергии индивидуального фотона, полученного за время порядка десяти наносекунд (или десятков МГц), которое обеспечивает достаточное времени для сбора такого заряда, чтобы амплитуда импульса осталась показателем энергии фотона. Поток фотонов, имеющий скорость более 10 Мотсчетов на канал, может приводить в результате к наложению импульсов (то есть, к нагромождению импульсов), поскольку следующий фотон может прибыть раньше, чем закончится измерение текущего фотона. Когда импульсы накладываются, их амплитуды объединяются, так что индивидуальные импульсы не могут скрыться от объединения, и пиковая энергия пульса смещается на величину вклада, даваемого амплитудой накладывающегося импульса, так что распределение энергии обнаруженных фотонов может быть ошибочным, снижая качество изображения. В CT скорость потока фотонов может быть порядка нескольких сотен Мотсчетов на канал и, таким образом, состояние техники пикселей прямого преобразования непригодно для диагностических применений CT.

Один из предложенных подходов для смягчения нагромождения импульсов для более высоких скоростей потоков фотонов описывается в документе US 2007/0290142 A1. Эта публикация описывает пиксель детектора прямого преобразования с одним или более электродами смещения, изготовленными в плоскости, в которой находится анодный электрод. Каждый один или более электродов располагается на разном расстоянии от анодного электрода, окружает анодный электрод в этой плоскости и используется для управления чувствительным объемом детектора пикселя и, таким образом, эффективная скорость счета тех фотонов, которые освещают нечувствительный объем детектора, игнорируется. Здесь на фиг. 7 воспроизводится фиг. 4 из упомянутой публикации и показана анодная сторона пикселя 68 детектора, содержащего анодный электрод 70 и электроды 72, 74 и 76 смещения, которые формируют концентрические окружности в плоскости анодного электрода вокруг анодного электрода 70. Логическая схема 86 смещения управляет напряжениями 92, 94 и 96, приложенными к каждому из трех электродов 72, 74 и 76 смещения, основываясь на сигнале 102 скорости потока, определенном счетчиком 100 скорости потока.

Как раскрыто в US 2007/0290142 A1, при скоростях потока от 0 до 30 Мотсчетов/с логическая схема 86 устанавливает напряжения электродов 72, 74, 76 смещения таким образом, что напряжения поддерживаются при более низком напряжении относительно напряжения анодного электрода 70. В этом случае, чувствительным объемом детектора является вся область внутри электрода 72. При скоростях потока от 30 до 100 Мотсчетов/с логическая схема 86 устанавливает напряжение электрода 72 смещения равным напряжению анодного электрода 70 и чувствительный объем детектора снижается до объема внутри электрода 74. При скоростях потока от 100 до 300 Мотсчетов/с логическая схема 86 устанавливает напряжение электрода 74 смещения равным напряжению анодного электрода 70 и чувствительный объем детектора уменьшается до объема внутри электрода 76. При скоростях потока от 300 до 1000 Мотсчетов/с логическая схема 86 устанавливает напряжение электрода 76 смещения равным напряжению анодного электрода 70 и чувствительный объем детектора уменьшается до объема анодного электрода 70. В целом, с каждым понижением чувствительного объема детектора от 72 к 74, к 76 и к 70, существует соответствующее линейное уменьшение количества отсчетов в секунду на канал, поскольку фотоны, освещающие нечувствительный объем детектора, не считываются.

Как пример, при подходе, раскрытом в US 2007/0290142 A1, уменьшение чувствительного объема детектора на 10% обычно приводит к 10-процентному уменьшению количества фотонов в секунду на канал. Таким образом, чтобы уменьшить повышенную скорость потока с 100 Мотсчетов/с до 10 Мотсчетов/с на канал (или до 1/10 от скорости потока), чувствительный объем детектора должен был быть уменьшен на 90%. Для этого соответствующий электрод смещения должен был бы находиться ближе к анодному электроду 70. К сожалению, изготовление электрода смещения в пикселе детектора вблизи анодного электрода 70 может быть затруднительным. Дополнительно, спектральные характеристики и форма импульса должны измениться. Кроме того, фотоны, рассеянные в нечувствительном объеме детектора около чувствительного объема детектора, могут поступать в чувствительный объем детектора, искажая измеренный сигнал. С точки зрения вышесказанного, существует нерешенная потребность в других подходах для смягчения нагромождения импульсов при более высоких скоростях потоков фотонов.

Описанные здесь варианты направлены на решение упомянутых выше и других проблем.

В одном из вариантов детекторная матрица содержит по меньшей мере один пиксель детектора прямого преобразования, выполненный с возможностью обнаружения фотонов полихроматического ионизирующего излучения. Пиксель содержит катодный слой, анодный слой, содержащий анодный электрод для каждого из по меньшей мере одного пикселя детектора, материал прямого преобразования, расположенный между катодным слоем и анодным слоем, и управляющий электрод, расположенный в материале прямого преобразования параллельно и между катодным и анодным слоями.

В другом варианте способ обнаружения для высоких скоростей потока фотонов с помощью детектора прямого преобразования, имеющего по меньшей мере один пиксель детектора с материалом прямого преобразования, содержащим управляющий электрод и расположенным между катодом и анодом пикселя, содержит приложение первого напряжения к управляющему электроду, причем первое напряжение не равно напряжению, приложенному к катоду, и первое напряжение побуждает использование почти всего материала прямого преобразования для преобразования падающих на пиксель детектора фотонов в соответствующие сигналы, индицирующие энергию фотонов. Способ дополнительно содержит счет количества фотонов, обнаруженных в заданном временном интервале, основываясь на сигналах. Способ дополнительно содержит определение скорости счета, основываясь на количестве считанных фотонов и заданном периоде времени. Способ дополнительно содержит сравнение определенной скорости счета с порогом повышенной скорости потока фотонов. Способ дополнительно содержит удаление первого напряжения и приложение второго напряжения к управляющему электроду в ответ на определенную скорость счета, удовлетворяющую более порогу повышенной скорости потока фотонов, в котором второе напряжение приблизительно равно напряжению, приложенному к катоду, и второе напряжение побуждает использование меньше, чем всего материала прямого преобразования, для преобразования фотонов, падающих на пиксель детектора, в соответствующие сигналы, индицирующие энергию фотонов.

В другом варианте способ обнаружения для повышенных скоростей потока фотонов с помощью детектора прямого преобразования, имеющего по меньшей мере один пиксель детектора с материалом прямого преобразования, содержащим управляющий электрод и расположенным между катодом и анодом пикселя, содержит этапы, на которых прикладывают первое напряжение к катоду, причем первое напряжение не равно напряжению, приложенному к управляющему электроду, и первое напряжение побуждает использование почти всего материала прямого преобразования для преобразования фотонов, падающих на пиксель детектора, в соответствующие сигналы, индицирующие энергию фотонов. Основываясь на сигналах, способ дополнительно содержит счет количества фотонов, обнаруженных в заданном временном интервале. Способ дополнительно содержит определение скорости счета, основываясь на количестве считанных фотонов и заданном периоде времени. Способ дополнительно содержит сравнение определенной скорости счета с порогом повышенной скорости счета пучка фотонов. Способ дополнительно содержит удаление первого напряжения и приложение второго напряжения к катоду в ответ на определенную скорость счета, удовлетворяющую порогу повышенного потока фотонов, в котором второе напряжение приблизительно равно напряжению, приложенному к управляющему электроду, и второе напряжение побуждает использование менее чем всего материала прямого преобразования для преобразования фотонов, падающих на пиксель детектора, в соответствующие сигналы, индицирующие энергию фотонов.

В другом варианте система получения изображения содержит источник излучения, выполненный с возможностью испускания ионизирующего излучения, и детекторную матрицу, содержащую по меньшей мере один пиксель детектора прямого преобразования, выполненный с возможностью обнаружения ионизирующего излучения. Пиксель содержит катодный слой, анодный слой, содержащий анодный электрод для каждого из пикселей детектора и материал прямого преобразования, расположенный между катодным слоем и анодным электродом, который преобразует фотоны ионизирующего излучения, поглощаемые материалом прямого преобразования, в электрические сигналы, индицирующие энергию поглощенных фотонов. Управляющий электрод располагается в материале прямого преобразования параллельно катодному слою и анодному слою, между катодным слоем и электродом слоя.

Изобретение может принимать форму различных компонент и конфигураций компонент и различных этапов и конфигураций этапов. Чертежи служат только для целей иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение.

Фиг. 1 - схематичное представление системы получения изображений, содержащей детекторную матрицу, имеющую одно- или двумерную матрицу пикселей детектора прямого преобразования, в которой по меньшей мере один из пикселей содержит управляющий электрод в материале прямого преобразования, расположенном между катодом и анодом, который управляет скоростью счета фотонов для пикселя.

Фиг. 2 - схематичное представление участка детекторной матрицы для пониженных скоростей потока фотонов, в которой напряжение управляющего электрода не используется для уменьшения чувствительного объема детектора любого из пикселей детектора прямого преобразования.

Фиг. 3 - схематичное представление участка детекторной матрицы для повышенных скоростей потока фотона, в которой напряжение управляющего электрода используется для уменьшения чувствительного объема детектора по меньшей мере одного из пикселей детектора прямого преобразования, чтобы управлять скоростью счета фотонов пикселя.

Фиг. 4 - схематичное представление изменения участка детекторной матрицы, в которой управляющий электрод располагается в другом положении между катодом и анодом, относительно конфигурации, показанной на фиг. 1-3.

Фиг. 5 - схематичное представление изменения участка детекторной матрицы, содержащей множество управляющих электродов.

Фиг. 6 - способ, соответствующий описанной здесь детекторной матрице.

Фиг. 7 - пиксель детектора прямого преобразования, соответствующий предшествующему уровню техники.

Фиг. 8 - схематичное представление участка детекторной матрицы для пониженных скоростей потока фотона, в котором напряжение катодного слоя не используется для уменьшения чувствительного объема детектора любого из пикселей детектора прямого преобразования.

Фиг. 9 - схематичное представление участка детекторной матрицы для повышенных скоростей потока фотона, в которой напряжение катодного слоя используется для уменьшения чувствительного объема детектора по меньшей мере одного из пикселей детектора прямого преобразования, чтобы управлять скоростью счета фотонов пикселя.

На фиг. 1 схематично представлена система 100 получения изображений, такая как сканер компьютерной томографии (CT). Система 100 получения изображений содержит неподвижную портальную раму 102 и вращающуюся портальную раму 104, которая поддерживается неподвижной портальной рамой 102 с возможностью вращения. Вращающаяся портальная рама 104 вращает вокруг области 106 исследования вокруг продольной оси или оси Z. Система 100 получения изображений дополнительно содержит источник 108 излучения, такой как рентгеновская трубка, которая поддерживается вращающейся портальной рамой 104 и вращается вместе с ней вокруг продольной оси области 106 исследования или оси Z. Источник 108 излучения испускает полиэнергетическое ионизирующее излучение, которое коллимируется коллиматором, чтобы создать пучок излучения обычно веерной, клинообразной или конусной формы, пересекающий область 106 исследования.

Система 100 получения изображений дополнительно содержит детекторную матрицу 110, которая стягивает угловую дугу, противоположную области 108 исследования относительно источника 106 излучения. Показанная детекторная матрица 110 содержит множество одно- или двумерных детекторных модулей 112, расположенных вдоль поперечного направления или направления по оси Х. В этом примере модуль 112 содержит пиксели детектора прямого преобразования 1141, 1142, 1143,..., 114М (где М - целое число, равное или больше единицы) с катодным слоем 116, который совместно используется пикселями 1141-114M, анодный слой 118 с соответствующими индивидуальными пиксельными анодными электродами 1181, 1182, 1183,..., 118M, и материал 120 прямого преобразования, такой как кадмиевый теллурид (CdTe), кадмиевый цинковый теллурид (CZT) и т.д., расположенный между ними. Каждый из пикселей 1141, 1142, 1143,..., 114M также имеет соответствующий канал 1191, 1192, 1193,..., 119M.

В этом примере, управляющий электрод 122 проходит через пиксели 1141-114M модуля 112 параллельно катодному слою 116 и между катодным слоем 116 и анодным слоем 118. Также, управляющий электрод 122 располагается ниже или выше (в зависимости от относительной ориентации), но не в плоскости, в которой расположены анодные электроды 1181-118M. Контроллер 124 напряжения пикселя электрически связан с управляющим электродом 122 и управляет напряжением, приложенным к управляющему электроду 122. Как описано ниже более подробно, управляющее напряжение определяет, находятся ли пиксели 1141-114M модуля 112 детектора в режиме пониженной скорости потока фотонов, в котором, по существу, весь материал 120 прямого преобразования каждого из пикселей 1141-114M чувствителен к фотонам, или в режиме повышенной скорости потока фотонов, в котором только выбранная подобласть материала 120 прямого преобразования каждого из пикселей 1141-114M обладает чувствительностью, а остальная область нечувствительна к фотонам, причем местоположение и напряжение управляющего электрода 122 в материале 120 прямого преобразования определяют чувствительный и нечувствительный объемы детектора.

В представленном на чертеже варианте осуществления контроллер 124 напряжения пикселей управляет напряжением управляющего электрода 122, основываясь на том, является ли скорость счета фотонов за заданный период времени более высокой, чем порог 125 для повышенной скорости потока, или более низкой, чем порог 126 для пониженной скорости потока, которые оба хранятся в хранилище 128 порогов в этом примере и могут быть значениями по умолчанию, определяемыми пользователем и т.д. Для режима повышенной скорости потока фотонов напряжение управляющего электрода устанавливается так, чтобы область между катодным слоем 116 и управляющим электродом 122 не была чувствительна к фотонам, а область между управляющим электродом 122 и анодным слой 118 была чувствительна к фотонам. Также, измеряются только фотоны, поглощенные в промежутке между управляющим электродом 122 и анодным слой 118, (то есть, фотоны, поглощенные между управляющим электродом 122 и катодным слоем 116, не измеряются). Это учитывается при управлении скоростью счета фотонов для каждого из пикселей 1141-114M, так что меньшие электронные сигналы поступают в каналы 1191-119M считывания каждого из пикселей 1141-114M за единицу времени.

В одном случае, описанное выше смягчает нагромождение импульсов, улучшая качество спектра. При этом возможно также снижение эффективности обнаружения квантов, поскольку падающие фотоны отбрасываются; однако, пониженная эффективность обнаружения квантов не должна оказывать значительного влияния, поскольку режим работы (установленный напряжением на управляющем электроде 122) может быть переключен на попиксельную основу и/или помодульную основу, так что общее количество пикселей 1141-114M в режиме повышенной скорости потока фотонов с пониженной эффективностью обнаружения квантов намного меньше, чем общее количество пикселей 1141-114M, действующих в режиме пониженной скорости потока фотонов. Кроме того, пиксели 1141-114M в режиме повышенной скорости потока фотонов могут быть только пикселями в первичном (неослабленном) пучке, в котором пониженная эффективность обнаружения квантов, по существу, не важна, или пикселями в слегка ослабленном пучке (например, фотоны, пересекающие малые толщины объекта или субъекта), где сигнал все еще сильный.

Кроме того, помещая управляющий электрод 122 между катодным слоем 116 и анодным слоем 118, нелинейное (например, экспоненциальное) уменьшение скорости счета может быть достигнуто не только как достижение линейного уменьшения скорости потока фотонов, но также и как игнорирование более низкоэнергетических фотонов, которые полностью поглощаются в области между управляющим электродом 122 и катодным слоем 116. В результате, чтобы уменьшить повышенную скорость потока фотонов от 100 Мотсчетов/с на канал до 10 Мотсчетов/с на канал, чувствительный объем детектора не должен уменьшаться на 90%, как при конфигурации, показанной на фиг. 7. Вместо этого, чувствительный объем детектора, возможно, должен быть уменьшен только на 40-60%. Таким образом, для заданного уменьшения скорости потока фотонов управляющий электрод 122 может быть удален от анодного слоя 118, относительно конфигурации, показанной на фиг. 7, облегчая изготовление управляющего электрода 122 в материале 120 прямого преобразования и смягчая изменения в спектральных характеристиках, форме импульса, и/или искажения из-за рассеивания.

Предусилитель 130 и схема 132 формирования импульсов соответственно усиливают сигнал и формируют импульс (например, напряжение или ток), индицирующий энергию обнаруженного фотона. Энергетический дискриминатор 134 различает импульсы, основываясь на их пиковом напряжении. В этом примере дискриминатор 134 содержит множество компараторов, которые соответственно сравнивают амплитуду пульса с одним или более порогами, соответствующими различным энергетическим уровням. Компаратор формирует выходной сигнал (например, верхний уровень или нижний уровень) в ответ на амплитуду, превышающую его пороговое значение. Счетчик 136 считает выходные сигналы соответственно для каждого порога, и значение счета может подаваться на контроллер 124 пиксельного напряжения. Энергетический накопитель 138 накапливает счет в энергетических диапазонах, соответствующих диапазонам между энергетическими порогами. Накопленные данные используются для разрешения по энергии обнаруженных фотонов.

Следует понимать, что один или больше контроллеров 124 напряжения пикселей, хранилище 128 порогов, предусилитель 130, схема 132 формирования импульсов, энергетический дискриминатор 134, счетчик 136 и/или накопитель 138 энергии могут быть реализованы в электронных устройствах детекторной матрицы 110 и/или в электронных устройствах, удаленных от детекторной матрицы 110.

Реконструктор 140 реконструирует энергетически накопленные сигналы, используя алгоритм спектральной и/или неспектральной реконструкции. Подставка 142 для пациента, такая как кушетка, поддерживает объект или субъекта в области 106 исследования. Универсальная компьютерная система служит в качестве консоли 142 оператора и содержит устройство вывода, такое как дисплей и устройство ввода данных, такое как клавиатура, "мышь" и/или т.п. Программное обеспечение, постоянно присутствующее на консоли 144, позволяет оператору управлять работой системы 100, например, разрешая оператору выбрать протокол спектрального получения изображений, который автоматически переключается между режимами с пониженной и повышенной скоростью потока фотонов, основываясь на скорости счета фотонов, инициирует сканирование и т.д.

На фиг. 2 и 3 схематично представлен пример переключения между режимом повышенной скорости потока фотонов и режимом пониженной скорости потока фотонов. Для этого примера, напряжение приблизительно минус одна тысяча (-1000) вольт прикладывается к катодному слою 116 и напряжение приблизительно ноль (0) вольт прикладывается к анодным электродам 118.

В этом примере управляющий электрод 122 располагается в материале 120 прямого преобразования, так что 30% материала 120 прямого преобразования каждого из пикселей 1141-114M находятся между катодным слоем 116 и управляющим электродом 122 и 70% материала 120 прямого преобразования каждого из пикселей 1141-114M находятся между управляющим электродом 122 и анодным слоем 118. В других вариантах осуществления управляющий электрод 122 может быть ближе к катодному слою 116 или анодному слою 118, в зависимости от требуемого уменьшения скорости счета.

В режиме пониженной скорости потока фотонов (фиг. 2) напряжение минус семьсот (-700) вольт, которое представляет 70% от напряжения -1000 вольт, приложенного к катодному слою 116, прикладывается к управляющему электроду 122. В целом, напряжение на управляющем электроде было установлено так, что электрическое поле является однородным. В этом режиме весь блок материала 120 прямого преобразования между катодным слоем 116 и анодным слоем 118 чувствителен к излучению, как если бы управляющий электрод 122 отсутствовал в материале 120 прямого преобразования, и фотоны поглощаются по всему блоку материала 120 прямого преобразования, преобразуются в электрические сигналы и передаются через каналы 1191-119M.

В режиме повышенной скорости потока фотонов (фиг. 3) напряжение минус одна тысяча (-1000) вольт, который является таким же, как напряжение, приложенное к катодному слою 116, прикладывается к управляющему электроду 122. В этом режиме подобласть блока материала 120 прямого преобразования между катодным слоем 116 и управляющим электродом 122 не чувствительна к излучению, а подобласть блока материала 120 прямого преобразования между управляющим электродом 122 и анодным слоем 118 чувствительна к излучению. Как следствие, только фотоны, поглощенные между управляющим электродом 122 и анодным слоем 118, преобразуются в электрические сигналы, передаваемые через каналы 1191-119M. Как кратко обсуждается здесь, может быть достигнуто нелинейное уменьшение скорости счета, так что скорость счета уменьшится более чем на 30% в чувствительном объеме детектора в режиме повышенной скорости потока фотонов.

В показанном на чертеже варианте осуществления один и тот же управляющий электрод 122 используется для управления чувствительным объемом детектора для всех пикселей 1141-114M в модуле 112. В другом случае, управляющий электрод 122 используется, чтобы управлять поднабором пикселей 1141-114M модуля 112. В другом случае, управляющий электрод 122 используется для управления пикселями 1141-114M многочисленных модулей 112. В другом случае, управляющий электрод 122 используется для управления строкой и/или столбцом пикселей 1141-114M. В еще одном случае, каждый из пикселей 1141-114M содержит управляющий электрод 122, для которого напряжение, прикладываемое к нему, управляется индивидуально, независимо от напряжения, приложенного к одному или более другим пиксельным управляющим электродам.

ПРЕДПОЛАГАЮТСЯ ВАРИАНТЫ

На фиг. 4 схематично представлен вариант, в котором управляющий электрод 122 располагается в другом положении (50 %) между катодным слоем 116 и анодным слоем 118 относительно конфигурации, показанной на фиг. 1-3. Как здесь обсуждалось, расположение управляющего электрода 122 в материале 120 прямого преобразования определяет максимальное достижимое желаемое уменьшение скорости счета.

На фиг. 5 схематично представлен вариант, в котором материал прямого преобразования содержит множество управляющих электродов 5021-502N. В этом случае, контроллер 124 напряжений управляющих электродов может сравнивать скорость счета с множеством соответствующих порогов скорости потока (например, X и X+N) и переключаться между множеством режимов скорости потока фотонов, основываясь на результатах сравнения.

На фиг. 8 и 9 показан вариант, в котором напряжение на управляющем электроде поддерживается постоянным и контроллер напряжения пикселей или другой контроллер переключает напряжение катодного слоя на напряжение управляющего электрода, чтобы переключать пиксель детектора между режимом пониженной скорости потока фотонов и режимом повышенной скорости потока фотонов. В отличие от конфигураций, показанных на фиг. 2 и 3, в этой вариации электрическое поле между управляющим электродом 122 и анодным слоем 118 не увеличивается.

Еще в одном случае, изменяются как напряжение на управляющем электроде, так и напряжение катодного слоя. Например, для повышенных скоростей потока фотонов, состояние пикселя может изменяться от того, которое показано на фиг. 2, где напряжение катодного уровня 116 составляет -1000 вольт и напряжение на анодном электроде составляет -700 вольт, в состояние, в котором напряжение катодного слоя 116 и напряжение анодного электрода оба равны -850 вольт или другому напряжению между -1000 вольт и -700 вольт, в том числе, разные напряжения.

На фиг. 6 представлен способ, соответствующий представленным здесь вариантам осуществления и/или другим вариантам осуществления.

Следует понимать, что порядок действий в описанных здесь способах, не является ограничивающим. Здесь предполагаются также и другие порядки. Кроме того, одно или более действий могут быть исключены, и/или одно или более дополнительных действий могут быть добавлены.

На этапе 602 выбирается начальный режим скорости потока фотонов для пикселей прямого преобразования детекторной матрицы системы получения изображений. Начальный режим может быть установлен как режим пониженной скорости потока фотонов или режим повышенной скорости потока фотонов. Это может делаться автоматически посредством выбора протокола получения изображений и/или посредством выбора режима.

На этапе 604 начинается процедура получения изображений.

На этапе 606 получают данные.

На этапе 608 определяется текущая скорость потока фотонов для пикселей. Например, после заданного (например, каждый, любой и т.д.) периода времени счета, текущая скорость потока может быть вычислена как отношение между текущим количеством всех зарегистрированных отсчетов (N) к периоду времени счета (T).

На этапе 610 определяется текущий режим потока.

Если текущий режим потока низкий, то на этапе 612 текущая скорость потока сравнивается с порогом повышенной скорости потока фотонов. Если текущий коэффициент потока равен или меньше, чем порог повышенной скорости потока фотонов, то этап 606 повторяется. В противном случае, если текущая скорость потока больше, чем порог повышенной скорости потока фотонов, то на этапе 614 режим потока переключается в режим повышенной скорости потока и этап 606 повторяется.

Если текущий режим потока повышенный, то на этапе 616 текущая скорость потока фотонов сравнивается с порогом для пониженной скорости потока фотонов. Если текущая скорость потока равна или выше, чем порог пониженной скорости потока фотонов, то повторяется этап 606. В противном случае, если текущая скорость потока меньше, чем порог пониженной скорости потока фотонов, то на этапе 616 режим потока переключается в режим пониженного потока и этап 606 повторяется.

Этот способ позволяет системе 100 (например, контроллеру 124 пиксельного напряжения 124 и/или другому компоненту(-ам)) решить, когда переключаться с одного режима на другой режим. Однако режим может дополнительно или альтернативно переключаться вручную пользователем.

Отношение (R) между количеством отсчетов, зарегистрированных в режиме (R2) повышенной скорости потока, и количеством отсчетов, зарегистрированных в режиме (R1) пониженной скорости потока, для неизменных условий облучения, равно меньше единицы (или R=(R2)/(R1)<1). В идеале, R1*R=R2. Однако, переключение, осуществляемое на основе этого условия, может быть чувствительным к малым флюктуациям скорости и/или к шуму Пуассона. Также, может быть добавляться гистерезис, так что порог пониженной скорости потока фотонов равняется R2' где R2'=H*R2, где, например, 0<H<0,8.

При другом подходе состояние всех управляющих электродов в сканере оцениваются предположительно для заданного сканирования, основываясь, например, на одном или двух обзорных сканированиях на базе оценки ожидаемого потока для каждого положения портальной рамы. Это могло быть сделано на попиксельной основе или на помодульной основе, где, например, на модуле присутствует 16x32 пикселей. В этом случае, режим скорости потока фотонов переключается во время сканирования, но способом, определенным до сканирования.

Представленный выше способ позволяет системе 100 (например, контроллеру 124 напряжения пикселей и/или другому компоненту(ам)) решать, когда выполнять переключение с одного режима на другой режим. Однако дополнительно или альтернативно режим может переключаться пользователем вручную.

Описанное выше может быть реализовано посредством одного или более процессоров, исполняющих одну или более считываемых компьютером команд, кодированных или осуществляемых на считываемом компьютером носителе данных, таком как физическая память, которая побуждает один или более процессоров выполнять различные действия и/или другие функции и/или действия. Дополнительно или альтернативно один или более процессоров могут исполнять команды, которые несет на себе передаваемый носитель данных, такой как сигнал или несущая волна.

Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Модификации и изменения могут быть предложены другими лицами после прочтения и понимания предшествующего подробного описания. Подразумевается, что изобретение должно истолковываться как содержащее все такие модификации и изменения, так как они попадают в рамки объема приложенной формулы изобретения или ее эквивалентов.

1. Детекторная матрица (110), содержащая:
по меньшей мере один пиксель (1141-114M) детектора прямого преобразования, выполненный с возможностью обнаружения фотонов полихроматического ионизирующего излучения, причем пиксель содержит:
катодный слой (116);
анодный слой (118), включающий в себя анодный электрод (1181-118M) для каждого по меньшей мере одного пикселя детектора;
материал (120) прямого преобразования, расположенный между катодным слоем и анодным слоем;
управляющий электрод, расположенный в материале прямого преобразования, параллельном и расположенном между катодным и анодным слоями; и
контроллер (124) напряжения пикселей, электрически соединенный с управляющим электродом, причем контроллер напряжения пикселей выполнен с возможностью альтернативного приложения одного из двух различных напряжений к управляющему электроду во время процедуры получения изображений, основываясь на скорости счета фотонов за заданный период скорости счета.

2. Детекторная матрица по п. 1, дополнительно содержащая:
хранилище (128) порогов, включающее в себя порог (124) повышенной скорости потока, причем контроллер напряжения пикселей сравнивает скорость счета фотонов с порогом повышенной скорости потока и изменяет напряжение, приложенное к управляющему электроду, с напряжения, отличного от напряжения катодного слоя, на напряжение, приблизительно равное напряжению катодного слоя, в ответ на скорость счета фотонов, удовлетворяющую порогу повышенной скорости потока.

3. Детекторная матрица по п. 2, в которой первая область материала прямого преобразования между управляющим электродом и анодным слоем чувствительна к фотонам, а вторая область материала прямого преобразования между управляющим электродом и катодной матрицей не чувствительна к фотонам, когда напряжение, приложенное к управляющему электроду, приблизительно равно напряжению катодного слоя, и только фотоны, поглощенные первой областью, преобразуются в электрические сигналы.

4. Детекторная матрица по п. 3, в которой процент от общего количества материала прямого преобразования, который не чувствителен к фотонам, меньше, чем процент уменьшения скорости счета за счет второй области.

5. Детекторная матрица по любому из пп. 2-4, в которой хранилище порогов дополнительно включает в себя порог (124) пониженной скорости потока, причем порог пониженной скорости потока ниже, чем порог повышенной скорости потока, и контроллер напряжения пикселей сравнивает скорость счета фотонов с порогом пониженной скорости потока и изменяет напряжение, приложенное к управляющему электроду, с напряжения, приблизительно равного напряжению катодного слоя, на напряжение, отличное от напряжения катодного слоя, в ответ на скорость счета фотонов, удовлетворяющую порогу пониженной скорости потока.

6. Детекторная матрица по п. 5, в которой область материала прямого преобразования между катодным слоем и анодным слоем чувствительна к фотонам, так что фотоны, поглощенные в этой области, преобразуются в электрические сигналы.

7. Детекторная матрица по п. 1, дополнительно содержащая:
хранилище (128) порогов, включающее в себя порог (124) повышенной скорости потока, причем контроллер напряжения пикселей сравнивает скорость счета фотонов с порогом повышенной скорости потока и изменяет напряжение, приложенное к катодному слою, с напряжения, отличающегося от напряжения управляющего электрода, на напряжение, приблизительно равное напряжению управляющего электрода, в ответ на скорость счета фотонов, удовлетворяющую порогу повышенной скорости потока.

8. Детекторная матрица по п. 7, в которой первая область материала прямого преобразования между управляющим электродом и анодным слоем чувствительна к фотонам, а вторая область материала прямого преобразования между управляющим электродом и катодной матрицей нечувствительна к фотонам, когда напряжение, приложенное к катодному слою, приблизительно равно напряжению управляющего электрода, и только фотоны, поглощенные первой областью, преобразуются в электрические сигналы.

9. Детекторная матрица по п. 8, в которой процент от общего количества материала прямого преобразования, который нечувствителен к фотонам, является меньшим, чем процент снижения скорости счета за счет второй области.

10. Детекторная матрица по любому из пп. 7-9, в которой хранилище порогов дополнительно включает в себя порог (124) пониженной скорости потока, причем порог пониженной скорости потока ниже, чем порог повышенной скорости потока, и контроллер напряжения пикселей сравнивает скорость счета фотонов с порогом пониженной скорости потока и изменяет напряжение, приложенное к катодному слою, с напряжения, приблизительно равного напряжению управляющего электрода, на напряжение, отличающееся от напряжения управляющего электрода, в ответ на скорость счета фотонов, удовлетворяющую порогу пониженной скорости потока.

11. Детекторная матрица по п. 10, в которой область материала прямого преобразования между катодным слоем и анодным слоем чувствительна к фотонам, так что фотоны, поглощенные этой областью, преобразуются в электрические сигналы.

12. Детекторная матрица по любому из пп. 1-4, причем упомянутая детекторная матрица дополнительно содержит:
по меньшей мере один детекторный модуль (112), включающий в себя множество пикселей детектора прямого преобразования, причем одиночный управляющий электрод распространяется на два или более из множества пикселей детектора прямого преобразования и используется, чтобы приложить одно и то же напряжение управляющего электрода на два или более из множества пикселей детектора прямого преобразования.

13. Детекторная матрица по любому из пп. 1-4, причем упомянутая детекторная матрица дополнительно содержит:
по меньшей мере один детекторный модуль (112), включающий в себя множество пикселей детектора прямого преобразования; и
другой управляющий электрод по меньшей мере для двух различных пикселей детектора модуля.

14. Детекторная матрица по любому из пп. 1-4, причем материал прямого преобразования содержит:
по меньшей мере второй управляющий электрод, расположенный в материале прямого преобразования параллельно катодному слою и анодному слою, между катодным слоем и анодным слоем, и размещенный в другом положении относительно управляющего электрода.

15. Способ обнаружения, для повышенных скоростей потока, фотонов с помощью детектора прямого преобразования фотонов, имеющего по меньшей мере один пиксель детектора с материалом прямого преобразования, включающим в себя управляющий электрод и расположенным между катодом и анодом пикселя, причем способ содержит этапы, на которых:
прикладывают первое напряжение к управляющему электроду или к катоду, причем первое напряжение не равно напряжению, приложенному к катоду или управляющему электроду, и первое напряжение побуждает использование приблизительно всего материала прямого преобразования для преобразования падающих на пиксель детектора фотонов в соответствующие сигналы, индицирующие энергию фотонов;
считывают количество фотонов, обнаруженных в заданном периоде времени, основываясь на сигналах;
определяют скорость счета, основываясь на количестве считанных фотонов и заданном периоде времени;
сравнивают определенную скорость счета с порогом повышенной скорости потока фотонов; и
удаляют первое напряжение и прикладывают второе напряжение к управляющему электроду или к катоду в ответ на определенную скорость счета, удовлетворяющую порог повышенной скорости потока фотонов, причем второе напряжение приблизительно равно напряжению, приложенному к управляющему электроду катода, и второе напряжение побуждает использование менее чем всего материала прямого преобразования для преобразования падающих на пиксель детектора фотонов в соответствующие сигналы, индицирующие энергию фотонов.

16. Способ обнаружения, для повышенных скоростей потока, фотонов с помощью детектора прямого преобразования, имеющего по меньшей мере один пиксель детектора с материалом прямого преобразования, включающим в себя управляющий электрод и расположенным между катодом и анодом пикселя, причем способ содержит этапы, на которых:
прикладывают первое напряжение к катоду, в котором первое напряжение не равно напряжению, приложенному к управляющему электроду, и первое напряжение побуждает использование приблизительно всего материала прямого преобразования для преобразования падающих фотонов на пиксель детектора в соответствии с сигналами, индицирующими энергию фотонов;
считывают количество фотонов, обнаруженных в заданном периоде времени, основываясь на сигналах;
определяют скорость счета, основываясь на количестве считанных фотонов и заданном периоде времени;
сравнивают определенную скорость счета с порогом повышенной скорости потока фотонов; и
удаляют первое напряжение и прикладывают второе напряжение к катоду в ответ на определенную скорость счета, удовлетворяющую порогу повышенной скорости счета фотонов, причем второе напряжение приблизительно равно напряжению, приложенному к управляющему электроду, и второе напряжение побуждает использование менее чем всего материала прямого преобразования для преобразования падающих на пиксель детектора фотонов в соответствующие сигналы, индицирующие энергию фотонов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к детектору для подсчета фотонов и описывается с частным применением к компьютерной томографии (CT). Система получения изображений содержит детекторную матрицу с пикселями детектора прямого преобразования, которая обнаруживает излучение, пересекающее область исследования системы получения изображений, и формируют сигнал, указывающий обнаруженное излучение, схему формирования импульсов, выполненную с возможностью альтернативной обработки сигнала, указывающего обнаруженное излучение, сформированного детекторной матрицей, или набора испытательных импульсов, имеющих разные и известные амплитуды, соответствующие различным и известным уровням энергии, и формирования выходных импульсов, имеющих амплитуды, указывающие энергии обработанного обнаруженного излучения или набора испытательных импульсов, и схему регулировки порогов, выполненную с возможностью анализа амплитуд выходных импульсов, соответствующих набору испытательных импульсов, вместе с амплитудами набора испытательных импульсов и набора заданных порогов фиксированной энергии, и формирования сигнала регулировки порогов, указывающего начало отсчета, на основании результата анализа.

Изобретение относится к полупроводниковым координатным детекторам ионизирующих частиц. В емкостной МОП диодной ячейке фотоприемника-детектора излучений применена новая электрическая схема, в которой используются усилительный обогащенный p-МОП транзистор, конденсатор, p-i-n-диод, поликремниевые резисторы, дополнительные p-МОП и n-МОП транзисторы и оригинальной конструкции ячейки координатного фотоприемника-детектора.

Изобретение относится к полупроводниковым координатным детекторам радиационных частиц. Изобретение обеспечивает повышение эффективности регистрации оптических и глубоко проникающих излучений и повышение быстродействия детектора излучений.

Изобретение относится к системе визуализации и более конкретно к детектору со счетом фотонов с разрешением по энергии. Система визуализации содержит источник излучения, испускающий излучение, проходящее через область исследования, и детекторную матрицу с множеством пикселей детектора со счетом фотонов, которые детектируют излучение, проходящее через область исследования, и соответствующим образом генерируют сигнал, показывающий детектированное излучение.

Использование: для регистрации электромагнитного излучения со сложным спектральным составом. Сущность изобретения заключается в том, что полупроводниковый комбинированный приемник электромагнитного излучения включает соосно расположенные каналы регистрации оптического и жесткого электромагнитного излучения, созданный на основе чередующихся эпитаксиально согласованных слоев чувствительных в соответствующих спектральных диапазонах полупроводниковых материалов с электронно-дырочными переходами или без них, чувствительные слои располагают по разные стороны подложки, толщина чувствительного к жесткому электромагнитному излучению материала приемника на два порядка больше, чем у чувствительного материала фотоприемника, в качестве фильтра для приемника жесткого электромагнитного излучения, обрезающего излучение оптического диапазона, используют слой чувствительного к этому излучению полупроводникового материала, на основе которого формируют фотоприемник оптического диапазона.

Изобретение относится к детектору для обнаружения высокоэнергетического излучения. Детектор (100) излучения содержит преобразовательный элемент (102) для преобразования падающего высокоэнергетического излучения (X) в зарядовые сигналы, катод (101) и решетку (104) анодов (103), расположенные на разных сторонах преобразовательного элемента, для генерации электрического поля (Е0, Ed) в преобразовательном элементе (102), при этом преобразовательный элемент (102) имеет пространственную неоднородность, за счет которой напряженность упомянутого электрического поля (Е0, Ed) увеличивается в первой области (Rd) вблизи анодной решетки и/или уменьшается во второй области (R0) на удалении от анодной решетки.

Изобретение относится к детектору излучения и соответствующему способу детектирования излучения. Детектор (100-400) излучения содержит элемент-преобразователь (110) для преобразования падающего излучения (X) в электрические сигналы; периодический или квазипериодический массив анодов (130-430), расположенный на первой стороне элемента-преобразователя (110); по меньшей мере два направляющих электрода (140-440), которые расположены примыкающими к двум различным анодам; блок (150) управления, который подсоединен к упомянутым по меньшей мере двум направляющим электродам (140-440) и приспособлен подавать различные электрические потенциалы на упомянутые по меньшей мере два направляющих электрода (140-440), при этом упомянутые потенциалы являются функцией напряжений холостого хода, которые возникают между направляющим электродом (140-440) и соответствующим анодом, когда между соответствующими анодами (130-430) и катодом (120) подается напряжение.

Изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений в электрическую энергию (э.д.с). Согласно изобретению предложен кремниевый монокристаллический многопереходный фотоэлектрический преобразователь оптических и радиационных излучений, содержащий диодные ячейки с расположенными в них перпендикулярно горизонтальной светопринимающей поверхности вертикальными одиночными n+-p--p+(p+-n--n+) переходами и расположенными в диодных ячейках параллельно к светопринимающей поверхности горизонтальными n+-p-(p+-n-) переходами, причем все переходы соединены в единую конструкцию металлическими катодными и анодными электродами, расположенными соответственно на поверхности областей n+(p+) типа вертикальных одиночных n+-p--p+(p+-n--n+) переходов, при этом он содержит в диодных ячейках дополнительные вертикальные n+-p-(p+-n-) переходы, причем их области n+(p+) типа подсоединены соответственно областями n+(p+) типа n+-p-(p+-n-) горизонтальных переходов к областям - n+(p+) типа вертикальных одиночных n+-p--p+(p+-n--n+) переходов, при этом на его нижней и боковых поверхностях расположен слой диэлектрика толщиной менее длины пробега радиационных частиц в диэлектрике, на поверхности которого размещен слой радиоактивного металла толщиной, равной длине пробега электронов в металле, при этом расстояние между электродами диодных ячеек не превышает 2-х длин пробега радиационных частиц.

Изобретение относится к области формирования радиологических изображений, компьютерной томографии (СТ), эмиссионной томографии, радиационных детекторов и их предшествующему уровню техники.

Предлагаемое изобретение «Монолитный быстродействующий координатный детектор ионизирующих частиц» относится к полупроводниковым координатным детекторам ионизирующих частиц.
Наверх