固态光电倍增管信号的主动脉冲成形制造技术

公开了光电倍增管，所述光电倍增管包括用于检测光电事件并且作为响应生成短数字脉冲(110)的电路系统。在一个实施例中，所述光电倍增管包括具有微单元(46)阵列的固态光电倍增管(40)。在一个实施例中，所述微单元(46)响应于入射的光子生成具有大约2ns或更短的持续时间的数字脉冲信号(110)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本文公开的主题涉及用供诸如基于X射线和核医学的成像系统的成像系统中使用的检测系统。诊断成像技术允许获得患者的内部结构的图像，并且可以提供关于患者的内部结构的功能和完整性的信息。诊断成像系统可以基于各种物理原理工作，包括来自患者组织的辐射的发射或透射。例如，基于X射线的成像系统可以跨成像体积将来自某一发射源的患者处的X射线集中到与源相对的设置的监测器系统上。当X射线通过体积并且通过放置在源和检测器之间的任何材料或组织时，X射线的衰减可以被确定，并且用来无损地形成被成像的患者或物体的内部区域的图像。可以在各种角位移处获得这种衰减信息，以便生成与衰减信息一致的深度信息。此外，单光子发射计算机断层扫描(SPECT)和正电子发射断层扫描(PET)可以利用放射性药物，所述药物被给药到患者并且药物的分解导致从患者体内的位置发射γ射线。放射性药物通常基于体中的生理或生化过程进行选择，以便优选地或差别地分布在身体中。例如，可以选择放射性药物，其优选地被肿瘤组织处理或吸收。在这个实例中，放射性药物通常将以更大的浓度设置在患者内的肿瘤组织周围。在PET成像的上下文下，放射性药物通常在患者内分解或衰减，释放出正电子，当正电子遇到电子时湮灭，并且在该过程中产生一对在相反方向上移动的γ射线。在SPECT成像中，当放射性药物在患者内分解或衰减时，生成单个γ射线。这些γ射线与相应PET或SPECT扫描仪内的检测机构相互作用，这允许衰减事件被定位，由此提供放射性药物遍及患者分布位置的视图。以这种方式，护理员能够目视放射性药物在患者内不成比例分布的地方，并且由此可以识别具有诊断意义的生理结构和/或生化过程位于患者内的地方。在成像技术的以上示例中，采用检测器，其将入射的辐射转变为能够用在图像形成中的有用电信号。某些这类检测器技术采用了固态光电倍增管，其对于检测响应于入射的辐射而在闪烁体中生成的光信号可以是有用的。可能引起的一个问题是在其中采用固态光电倍增管的某些检测器技术中，由于由固态光电倍增管内的微单元生成的模拟信号的长脉冲所引起检测器像素生成具有弱时间分辨率的信号。然而，用来解决这些问题的当前的诸如使用数字固态光电倍增管电路系统的方法是复杂的，并且将成本增加到检测器组件的生产。
技术实现思路
在一种实施例中，提供了一种辐射检测器。辐射检测器包括：闪烁体层，闪烁体层配置成响应于入射的辐射而生成光子；以及包括多个微单元的固态光电倍增管。响应于由闪烁体生成的光子，每个微单元配置成生成具有大约2ns或更短的持续时间的数字脉冲信号。在另外实施例中，提供了一种固态光电倍增管。固态光电倍增管包括多个微单元。每个微单元配置成当暴露到光量子时生成初始模拟信号。微单元包括电子电路系统，电路系统将初始模拟信号与比较参数进行比较，并且基于比较而生成具有大约2ns或更短的持续时间的数字输出信号。在附加的实施例中，提供了一种成像系统。成像系统包括检测器面板，检测器面板包括多个固态光电倍增管模块。每个光电倍增管模块包括多个微单元。每个微单元包括比较器，其配置成将由相应微单元生成的初始模拟信号与比较阈值进行比较；以及数字脉冲发生器，其配置成响应于比较器的输出而生成数字脉冲。数字脉冲具有2ns或更短的持续时间。成像系统还包括数据采集电路系统，其配置成从检测器面板采集输出信号。使用在固态光电倍增管上聚集的数字脉冲推导出输出信号。成像系统也包括图像重建和处理电路系统，其配置成基于由数据采集电路系统采集的输出信号生成图像；以及至少一个图像显示工作站，其配置成成显示图像。附图说明当参照附图阅读以下的详细描述时，本专利技术的这些和其它的特征、方面和优势将会变得更好理解，其中贯穿附图，相似的符号表示相似的部件，其中：图1是根据本公开的方面的PET成像系统的图解表示；图2是根据本公开的方面的用于PET数据采集系统的前端的一个示例的方框图；图3描绘根据本公开的方面的检测器元件的透视图；图4描绘微单元信号生成路径的简化的电子模型；以及图5描绘使用模拟微单元信号进行信号求和的示例；图6描绘根据本公开的方面的微单元信号生成路径的电路类型视图；图7描绘根据本公开的方面的点火(firing)微单元的简化的电子模型；图8描绘根据本公开的方面的使用数字微单元信号进行信号求和的示例；图9描绘根据本公开的方面的微单元信号生成路径的备选的电路类型视图；以及图10描绘根据本公开的方面的使用数字微单元信号进行信号求和的广义示例。具体实施方式根据本公开，描述了用于改进固态光电倍增管(例如，硅光电倍增管(SiPM))结合辐射检测的有效性的方法。如上所述，存在采用合并以盖革模式操作的微单元(例如，单光子雪崩二极管(SPAD))的光传感器的各种辐射检测方法。这些方法中的某些已经实现在大范围设备中，诸如可以被用在核检测器中。例如，在SiPM设备中，每个个别的微单元可经由展现在100kΩ至1MΩ之间的电阻的熄灭电阻器而连接到读出网络。当检测光子生成雪崩事件时，微单元被放电降至击穿电压，并且再充电电流创建量化放电事件的可测量信号。通常，与单个光电子(SPE)信号相关联的脉冲形状具有快速的上升时间，随后是长下降时间。当这类脉冲跨众多的微单元诸如跨形成SiPM设备像素的大量微单元聚集时，由于单个微单元响应与检测光脉冲的卷积，求和信号的得到脉冲形状具有缓慢的上升时间(例如，在数十纳秒中)。因此，对于给定的光脉冲，由于聚集信号的缓慢上升时间，采用这些设备很难实现良好的时间分辨率。在一种方法中，为解决该问题，采用了数字SiPM。在该方法中，使用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺在相同的硅晶圆上生产用于每个微单元(例如，SPAD)的特殊电子电路系统。该电路系统的功能是要检测雪崩事件并且主动地熄灭微单元。每个电路系统具有存储器元件(诸如1个或多个比特元件)。专用网络树用于从所有的微单元采集时间戳。为获得每个事件检测光子的数量信息，运行专用读出循环，这要求将专用数字控制器用于每个数字SiPM。这种方法是不期望地复杂。如本文中所讨论的，目前的方法解决了与使用SiPM生成的长脉冲模拟信号相关联的问题，而未引入数字SiPM的复杂性。作为示例，在一种实现中，在SiPM制造期间为每个微单元创建小型电子电路系统。该电路系统检测雪崩发展(development)，并且在读出网络中生成与常规的模拟脉冲相反的非常短(例如，大约0.2ns至2.0ns)的数字脉冲(即，“单触发(one-shot)”)。该主动式感测方法确保了稳定的增益、低过量噪声因子以及潜在的更高光检测效率(PDE)。目前的SiPM设备提供了快速的SPE响应，稳定的增益以及降低的温度灵敏度。此外，如本文中所讨论的，使用目前的SiPM设备允许简化的读出电子设备，并且对于采用目前SiPM的辐射检测器的更好的能量和时间分辨率。本文中讨论的实施例涉及核成像系统诸如正电子发射断层扫描(PET)或单光子发射计算机断层扫描(SPECT)成像系统或者包括这种PET或SPECT成像功能性的组合式或混合式成像系统(例如，PET/MR、PET/CT、或SPECT/CT成像系统)中的检测器的读出。然而，应当理解，目前的SiPM设备也可以用在其他类型的用于检测辐射或核粒子的成像模态或者检测器中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辐射检测器模块，包括：闪烁体层，配置成响应于入射的辐射而生成光子；包括多个微单元的固态光电倍增管，其中每个微单元配置成响应于由所述闪烁体生成的光子而生成具有大约2ns或更短的持续时间的数字脉冲信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.22 US 14/0881241.一种辐射检测器模块，包括：闪烁体层，配置成响应于入射的辐射而生成光子；包括多个微单元的固态光电倍增管，其中每个微单元配置成响应于由所述闪烁体生成的光子而生成具有大约2ns或更短的持续时间的数字脉冲信号。2.根据权利要求1所述的辐射检测器模块，其中所述固态光电倍增管配置成对相应的数字脉冲信号进行求和，以生成求和信号。3.根据权利要求1所述的辐射检测器模块，其中所述数字脉冲信号具有在大约0.2ns到2ns之间的持续时间。4.根据权利要求1所述的辐射检测器模块，其中响应于超过阈值电压或电流的初始模拟信号，在相应的微单元中生成所述数字脉冲信号。5.根据权利要求4所述的辐射检测器模块，其中每个微单元包括：比较器，配置成将所述初始模拟信号与所述阈值电压或电流进行比较，并且如果所述初始模拟信号超过所述阈值电压或电流，则生成输出信号；以及单触发发生器，配置成响应于所述输出信号而生成所述数字脉冲。6.根据权利要求5所述的辐射检测器模块，其中所述比较器包括施密特触发器。7.根据权利要求1所述的辐射检测器模块，其中所述固态光电倍增管包括硅光电倍增管。8.根据权利要求1所述的辐射检测器模块，其中所述微单元包括雪崩光电二极管。9.根据权利要求1所述的辐射检测器模块，其中每个固态光电倍增管内的所述微单元阵列包括每平方毫米在大约100至2500个之间的微单元。10.根据权利要求1所述的辐射检测器模块，其中所述数字脉冲信号包括正方形的、三角形的、高斯型的或者任何其它的预定波形。11.一种固态光电倍增管，包括：多个微单元，其中每个微单元配置成当暴露到光量子时生成初始模拟信号，并且其中，所述微单元配置成基于所述初始模拟信号与比较参数的比较而生成具有大约2ns或更短的持续时间的数字输出信号。12.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：SI多林斯基，J·郭，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US