具有减少功耗的光子计数探测器制造技术

本发明专利技术涉及一种光子计数探测器，它包括探测器模块的第一子集和至少一个第二子集。每个探测器模块都具有功耗电路。在所述探测器模块被通电的操作模式中，在第一子集中的探测器模块的功耗电路是被配置以消耗第一功率量。相应地，在所述操作模式中，在所述至少一个第二子集中的探测器模块的功耗电路是被配置以消耗低于所述第一功率量的第二功率量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有减少功耗的光子计数探测器
本专利技术总体上涉及光子计数探测器和包括这种光子计数探测器的X射线探测器系统，特别涉及一种功耗减小的光子计数探测器。
技术介绍
现代的临床计算机断层扫描(CT)系统是由具有X射线源的扇形束几何结构和面向弧形探测器的管组成。在患者周围不同角度的大量X射线投影的获取是通过在亚秒内以360度连续旋转源和探测器来执行的。记录衰减的(患者患病之后)和未衰减的(患者患病之前)的X射线强度，从而重建出患者体内的线性衰减系数的3D空间分布，准确地描绘出器官和组织。所述探测器是CT系统的最重要部件之一。在现代CT系统中，最常用的是由耦合到光电二极管的闪烁器组成的闪烁探测器。在这些探测器中，首先将交互的X射线光子转换成闪烁器中的闪烁灯。通过光电二极管中的闪烁光的吸收产生电子-空穴对。在某一曝光时间上由相互作用的光子带来的能量沉积是被整合以获得由光电二极管得到的电信号输出，它与总沉积能量成比例。以这种方式，在探测器中由探测器元件产生的电子噪声和读出的电子装置也被集成到输出信号中，它通过模数转换专用集成电路(ASIC)传输给数据处理系统，用于图像重建。能量积分探测器(例如闪烁探测器)内的部件对温度非常敏感，特别是光电二极管。例如，如果光电二极管由硅制成，则来自体硅的暗电流，这是电子噪声的主要来源，每8℃的温度增加将被加倍。因此，希望在受控温度下保持能量积分探测器，包括在它的操作期间和和系统校准期间，以避免由探测器组件中的温度漂移引起的图像质量问题。用于现代CT探测器中的热控制的方法和装置通常采用冷却器和/或加热器来在探测器电子装置连续地打开时提供恒温环境。能量积分探测器的典型工作温度高于36℃[5]，该温度允许变化的范围小于0.5℃。与能量积分探测器相比，可以在下一代X射线和CT成像系统中使用的光子计数探测器以完全不同的方式工作。入射的X射线光子被直接转移到具有与光子能量成比例的脉冲幅度的电脉冲中。然后将这些电脉冲馈送到对应的ASIC通道中。每个ASIC通道典型地包含电荷灵敏放大器(CSA)、脉冲整形器、多个脉宽比较器和计数器。在放大和整形后，将每个电脉冲与多个可编程阈值进行比较，并根据其脉冲高度进行分类，并递增相应的计数器。与能量积分探测器相比，本专利技术具有如下优点。首先，可以剔除由能量积分探测器整合到信号中的电子噪声，通过在所述光子计数探测器中的噪声层上方设置最低能量阈值。其次，可以识别和量化被检查的患者中的不同部件的材料分解，准备好使用由探测器提取的能量信息来实现[6]。第三，可以使用两种以上的基材，有利于分解技术，例如K-边缘成像，由此，对造影剂(例如碘或钆)的分布是定量测定的[7]。最后，通过使用较小的像素尺寸，可以实现更高的空间分辨率。与当前能量积分探测器的1mm2的典型像素尺寸相比较，光子计数探测器通常使用亚正方形-毫米像素尺寸。例如，硅带光子计数探测器可以保持0.2mm2的像素尺寸[8]。用于光子计数X射线探测器的最有前景的材料是碲化镉(CdTe)、碲化镉锌(CZT)和硅。对于临床CT中使用的高能X射线的高吸收效率，在几个光子计数光谱CT中采用CdTe和CZT，由于CdTe/CZT的几个缺点，这些项目缓慢发展。CdTe/CZT具有低电荷载流子迁移率，其在流量比在临床实践中遇到的时间高10倍的情况下引起严重的脉冲堆积。缓解这个问题的一种方法是减小像素尺寸，由于电荷共享和K-逸出而导致频谱失真增加。而且，CdTe/CZT遭受电荷捕捉，这将导致偏振，即当光子通量达到某一水平以上时导致输出计数率的快速下降。相反，硅具有较高的电荷载流子迁移率，且没有偏振问题。本专利技术的工艺成熟，成本较低，成本较低。但硅具有CdTe/CZT所不具有的局限性。硅传感器必须非常厚，以补偿其低停止功率。通常，硅传感器需要几厘米的厚度来吸收大部分入射光子，而CdTe/CZT只需几毫米。另一方面，硅的长衰减路径也使得其成为可能将所述探测器划分为不同的深度段，所述不同的深度段分别被读出。这又提高了检测效率，使得基于硅的光子计数探测器能够正确处理CT中的高通量。然而，在深度段中采用探测器元件也会给硅基光子计数探测器带来问题。必须采用大量的ASIC通道来处理从探测器元件馈入的数据。这些ASIC通道中的每一个通常具有几毫瓦的功耗[9]。总面积大于200cm2的全光子计数探测器可以由数百万个这样的ASIC通道组成，这意味着所述ASIC的总功耗在数千瓦的水平上。因此，硅基光子计数探测器对热管理系统提出了挑战光子计数探测器产生大量热量，待输运，例如，通过水冷或高级空调，这将是昂贵的。现有技术的热管理系统用于保持能量积分探测器的通用恒温环境，但不适用于光子计数探测器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种改进的光子计数探测器。这里所公开的实施例满足了这一目的和其它目的。本专利技术的一个方面涉及一种光子计数探测器，其包括探测器模块的第一子集和探测器模块的至少一个第二子集。每个探测器模块都具有功耗电路。在所述探测器模块被通电的操作模式中，第一子集中的探测器模块的功耗电路是被配置以消耗第一功率量。相应地，在所述操作模式中，所述至少一个第二子集中的探测器模块的功耗电路是被配置以消耗低于所述第一功率量的第二功率量。本专利技术的另一个方面涉及根据一个实施例所述的一种控制光子计数检测器的方法。该方法包括：基于控制信号来选择在光子计数探测器中的探测器模块的至少一个第二子集中的用于探测器模块的操作模式，其中所述光子计数探测器包括探测器模块的第一子集和所述至少一个第二子集。每个探测器模块均具有功耗电路。该方法还包括：控制在所述至少一个第二子集中的所述探测器模块以在所选择的操作模式中操作，其中，在所述至少一个第二子集中的所述探测器模块的功耗电路是被配置为消耗低于在所述第一子集中的所述探测器模块的功耗电路所消耗的功率量的功率量。本专利技术的另一个方面涉及根据一个实施例所述的一种控制光子计数检测器的方法。该方法包括：基于选择信号来选择属于探测器模块的至少一个第二子集的光子计数探测器的探测器模块和/或选择属于探测器模块的第一子集的光子计数探测器的探测器模块。每个探测器模块均具有功耗电路。该方法还包括：控制在所述至少一个第二子集中的所述探测器模块以在以下操作模式下操作：在所述至少一个第二子集中的所述探测器模块的所述功耗电路是被配置为消耗比在所述第一子集中的所述探测器模块的所述功耗电路所消耗的功率量更低的功率量。本专利技术的又一个方面涉及包括指令的计算机程序，当所述指令是由至少一个处理器执行时，使所述至少一个处理器基于控制信号来选择在光子计数探测器中的探测器模块的至少一个第二子集中的探测器模块的操作模式，所述光子计数探测器包括探测器模块的第一子集和至少一个第二子集。每个探测器模块均具有功耗电路。所述至少一个处理器也被导致控制在所述至少一个第二子集中的所述探测器模块，以在所述至少一个第二子集中的所述探测器模块的功耗电路中的所选择的操作模式中操作，所述操作被配置为消耗低于所述第一子集中的所述探测器模块的功耗电路所消耗的功率量的功率量。本专利技术的另一个方面涉及包括指令的计算机程序，当所述指令是由至少一个处理器执行时，使所述至少一个处理器基于选择信号来选择属于探测器模块的至少一个第二子集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光子计数探测器，包括：探测器模块的第一子集；以及探测器模块的至少一个第二子集，每个探测器模块具有功耗电路，其中：在所述探测器模块被通电的操作模式中，探测器模块的功耗电路被配置在所述第一子集中，以消耗第一功率量；以及在所述操作模式中，探测器模块的功耗电路被配置在所述至少一个第二子集中，以消耗低于所述第一功率量的第二功率量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.05.15 SE PCT/SE2017/050497;2016.08.11 US 62/31.一种光子计数探测器，包括：探测器模块的第一子集；以及探测器模块的至少一个第二子集，每个探测器模块具有功耗电路，其中：在所述探测器模块被通电的操作模式中，探测器模块的功耗电路被配置在所述第一子集中，以消耗第一功率量；以及在所述操作模式中，探测器模块的功耗电路被配置在所述至少一个第二子集中，以消耗低于所述第一功率量的第二功率量。2.根据权利要求1所述的光子计数探测器，其特征在于：探测器模块的所述第一子集为探测器模块的中心子集；探测器模块的所述至少一个第二子集是沿着所述光子计数探测器的轴线布置在所述中心子集的相应侧上的探测器模块的至少一个外围子集；在所述操作模式中，在所述中央子集中的所述探测器模块的所述功耗电路被配置为消耗所述第一功率量；在所述操作模式中，在所述至少一个外围子集中的所述探测器模块的所述功耗电路被配置为消耗所述第二功率量。3.根据权利要求2所述的光子计数探测器，其特征在于：探测器模块的第一外围子集是沿着所述光子计数探测器的所述轴线被设置在所述中心子集的第一侧上；探测器模块的第二外围子集是沿着所述光子计数探测器的所述轴线被设置在所述中心子集的第二侧即相对侧上。4.根据权利要求1至3之一所述的光子计数探测器，其特征在于：每个功耗电路都是各自的专用集成电路即ASIC。5.根据权利要求4所述的光子计数探测器，其特征在于：每个ASIC包括至少一个各自输入通道，被连接到在所述探测器模块中的各自探测器元件；每个输入通道包括各自的放大器；在所述操作模式中，在所述探测器模块的所述ASIC中的所述各自的放大器在所述第一子集中被配置为消耗第三功率量；在所述操作模式中，在所述探测器模块的所述ASIC中的所述各自的放大器在所述第二子集中被配置为消耗低于所述第三功率量的第四功率量。6.根据权利要求4或5所述的光子计数探测器，其特征在于：每个ASIC包括至少一个各自输入通道，被连接到在所述探测器模块中的各自探测器元件；每个输入通道包括各自的电荷灵敏放大器；在所述操作模式中，在所述探测器模块的所述ASIC中的所述各自的电荷敏感放大器在所述第一子集中具有第一电流消耗；在所述操作模式中，在所述探测器模块的所述ASIC中的所述各自的电荷敏感放大器在所述至少一个第二子集中具有第二电流消耗，所述第二电流消耗低于所述第一电流消耗。7.根据权利要求4至6之一所述的光子计数探测器，其特征在于：每个ASIC包括多个输入通道，被连接到在所述探测器模块中的各自探测器元件；每个输入通道包括各自的电荷灵敏放大器；在所述探测器模块的所述ASIC中的所述各自的电荷敏感放大器在所述至少一个第二子集中的总电流消耗是低于在所述探测器模块的所述ASIC中的所述各自的电荷敏感放大器在所述第一子集中的总电流消耗。8.根据权利要求7所述的光子计数探测器，其特征在于：所述第一子集包括多个硅探测器模块；以及所述至少一个第二子集包括多个硅探测器模块。9.根据权利要求1至8之一所述的光子计数探测器，其特征在于：所述光子计数探测器为光子计数边缘探测器，每个探测器模块具有面向入射X射线的各自边缘；以及所述多个探测器模块的所述边缘的总面积大于200cm2。10.一种X射线探测器系统，包括：根据权利要求1-9中任一项所述的光子计数探测器；以及探测器控制器，被连接到所述光子计数探测器，并被配置为：基于控制信号选择在所述至少一个第二子集中的用于探测器模块的操作模式；以及控制在所述至少一个第二子集中的所述探测器模块以在所选择的操作模式下操作，其中所述至少一个第二子集是被配置为消耗低于在所述第一子集中的所述探测器模块的所述功耗电路所消耗的功率量的功率量。11.根据权利要求10所述的X射线探测器系统，其特征在于：每个功耗电路都是各自的专用集成电路即ASIC；每个ASIC包括至少一个各自输入通道，被连接到在所述探测器模块中的各自探测器元件；每个输入通道包括各自的放大器；以及所述探测器控制器是被配置为设置在所述至少一个第二子集中的所述探测器模块的所述ASIC中的所述各自放大器的电流输入，以致在所述至少一个第二子集中的所述探测器模块的所述ASIC中的所述各自放大器的电流电平低于在所述第一子集中的所述探测器模块的所述ASIC中的所述各自放大器的电流输入的电流电平。12.根据权利要求10或11所述的X射线探测器系统，其特征在于：每个功耗电路都是各自的专用集成电路即ASIC；每个ASIC包括至少一个各自输入通道，被连接到在所述探测器模块中的各自探测器元件；每个输入通道包括各自的电荷敏感放大器；以及所述探测器控制器是被配置为设置在所述至少一个第二子集中的所述探测器模块的所述ASIC中的所述各自电荷敏感放大器的各自电流输入，以致在所述至少一个第二子集中的所述探测器模块的所述ASIC中的所述各自电荷敏感放大器的总电流消耗是低于在所述第一子集中的所述探测器模块的所述ASIC中的所述各自电荷敏感放大器的总电流消耗。13.根据权利要求10至12之一所述的X射线探测器系统，其特征在于：所述探测器控制器是被配置为由用户输入设备基于所述控制信号选择操作模式。14...

【专利技术属性】
技术研发人员：马特斯·丹尼尔松，斯塔凡·卡尔森，刘学进，马丁·斯约林，安德斯·贝约克利德，托比昂恩·哈夹恩，
申请(专利权)人：棱镜传感器公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE