用于光电传感器的信号处理的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于光电传感器的信号处理的方法，利用所述方法使LOR问题能够得以解决或者最小化。根据本发明专利技术，针对所述e方向进行线性编码，其针对所述方向分别包含线性上升的和线性下降的信号，其中针对每个方向将线性上升的信号的信号与线性下降的信号相乘。

Signal Processing Method for Photoelectric Sensors

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光电传感器的信号处理的方法
本专利技术涉及一种用于光电传感器的信号处理的方法。
技术介绍
根据现有技术来使用正电子放射断层成像探测器环，以便探测β+β-湮灭辐射（Annihilationsstrahlung）。所述环由闪烁晶体制成，其中光电传感器邻接到所述闪烁晶体处，所述光电传感器为此能够探测闪烁辐射。典型的光电传感器是光电倍增管（PMT）、雪崩光电二极管（APD）、光电二极管和硅光电倍增管（SiPM）。这样对该构造进行设计，使得探测器环通常是圆形的，其中待测量的对象、例如患者或动物的身体部分被置于探测器环（PET环）的中心中。通过使用无线电诊断来产生应被探测的β+β-湮灭辐射。所述β+β-湮灭辐射、在下文中被称为湮没辐射（Vernichtungsstrahlung）击中闪烁晶体并且产生闪烁辐射，其中所述闪烁晶体以环形的或方形的方式围绕待检查的对象来布置。所述闪烁辐射又被光电传感器记录，其中所述光电传感器关于辐射源而言处于闪烁晶体后方的同心布置中。然而所述光电传感器也可以被布置在闪烁晶体的其他侧处，例如闪烁晶体的前方或其侧面。所述闪烁晶体是三维体。关于待检查的对象从探测器环的中心发射湮没辐射的布置，如下横截面展开xy轴，所述湮没辐射在该横截面上击中到闪烁晶体上。闪烁晶体的深度在该命名法中被称为z轴。在理想化的表示中，待检查的对象或能量为511keV的辐射的发射源处于探测器环的中心，所述辐射在理想情况下垂直地击中到闪烁晶体的xy平面上并且具有沿着闪烁晶体的z轴的渗透深度。511keV的湮没辐射于是在闪烁晶体的沿着z轴的一点处触发闪烁，其中所述闪烁由光电传感器、例如SiPM作为信号来记录。SiPM能够甚至探测各个光子。在闪烁晶体的灵敏度和其沿着z轴的长度之间存在关联。所述闪烁晶体的尺寸被确定得越深，则该闪烁晶体就越灵敏，因为更可能地发生闪烁事件。在探测湮没辐射的情况下，从如下点在两个相反方向上发射射束，从而使所述射束构成180°的角度，其中所述湮没辐射在所述点处被发射。通过这些射束形成的线被称为“响应线”（lineofresponse(LOR))。相应地，在环形的探测器的情况下，两个射束沿着LOR击中到闪烁晶体上，其中关于环形布置，发射源处于该环形布置的中心，所述闪烁晶体位于相对置侧上。对于具有在闪烁晶体的仅一侧处的光探测的光电探测器存在不同的所设立（etablieren）的方法，以便确定事件的x位置和y位置。然而，这些位置并不包含z位置并且因此在闪烁晶体中的精确位置未被确定，在该位置处伽马光子已停止在z轴上并且被转换成光。如果z位置未一起被确定，则在确定LOR时发生视差，该视差应归因于所谓的相互作用深度问题（DOI问题）。如果湮没辐射的发射所开始的点在环形的探测器中并不精确地位于中心，则总是产生DOI问题。LOR的发射中心越远地处于PET环的中心之外，该问题就变得越大。由此，在设计PET环时发生在通过更长的闪烁晶体提高灵敏度与通过更短的闪烁晶体减小DOI误差之间的折衷。在一些PET应用领域中，存在如下需求:使用紧密地紧贴靠在检查对象上的PET环（探测器环）。这在医学中尤其在应同时利用MRT方法和PET方法检查患者的情况下是该情况。在这种混合扫描器（Hybridscanner）的情况下该PET环必须适合MRT扫描器管的开口。这导致，所使用的PET环在直径方面的尺寸必须被确定为小的，以便PET环适合MRT环的开口。然而在PET环的小的尺寸确定的情况下存在如下问题：要检查的对象、例如小动物或人的身体部分虽然可以居中地布置，然而以在PET环的直径处测量的方式被如此确定尺寸，使得该身体部分远远地达到PET环的开口的边缘区域中。然而，因此也使湮没辐射所开始的点稠密地在PET环上被定位，使得DOI问题变得显著。在过去的几年中，在小动物PET扫描器的情况下随着使用具有越来越小的像素大小的像素化闪烁晶体块而明显地尤其改善了分辨率。在此，在xy平面上实现像素化，使得在闪烁晶体中构成在z方向上被定向的像素的管。这特别是通过在小动物PET扫描器中对越来越高的位置分辨率的需求被促进了，因为被检查的对象非常小。同时，像素大小已经达到了亚毫米范围。因此，加强地发生两个必须被解决的问题。第一，像素化的晶体块由处于各个闪烁晶体之间的反射器薄膜和粘合剂组成，以便如此构建像素化的块。粘合剂和反射器薄膜的层具有70μm的大致厚度。因此，具有特别小的像素间距的像素化阵列具有提高的灵敏度损失。在具有如例如在[1]中所使用的0.8cmx0.8cm大的晶体像素的阵列的情况下，粘合剂和薄膜与闪烁晶体的比例明显减小，使得粘合剂和薄膜已经构成29%的份额。闪烁晶体份额因此降低到71%。在其他29%的体积中，没有伽马量子可以被停止并且被转换成光。如果使用例如0.5cmx0.5cm的还要更小的像素化阵列，则晶体份额甚至降低到59%。因此，利用像素化阵列提高分辨率总是受灵敏度的损失约束。像素化闪烁晶体阵列的第二问题是，所发射的光被聚集到光电传感器面的较小的区域上。这尤其是针对二进制的光电传感器、例如SiPM是问题。SiPM由多个微单元组成，所述微单元作为二进制元件起作用。所述微单元探测：光是否被探测到。如果光被探测到，则微单元执行击穿。被击穿的微单元的数量定量地说明：多少光己到达探测器表面。当两个或更多个光量子触发微单元时，输出信号保持相同。越多光击中SiPM，则两个或更多个光量子击中到SiPM的相同微单元上的概率就越高。这些附加的光量子于是不能被探测到。一致地，在使用像素化闪烁晶体阵列时，微单元饱和的概率明显更高，因为这些像素化闪烁晶体阵列将光更强烈地聚集到光电传感器的小区域上。饱和效应也导致探测器的更差的能量分辨率。现有技术的探测器使用基于SiPM的光电传感器技术，以便实现用于使用在MR/PET混合扫描器中的磁共振断层扫描兼容性(MRI兼容性）。混合扫描器的另一问题是，用于PET探测器和所属的电子装置的空间受磁共振断层扫描装置(MRT)的管直径限制。这尤其对超高场断层扫描装置适用。作为更窄的管直径的结果，PET闪烁晶体必须尽可能短。更短的闪烁晶体同样降低灵敏度。这也意味着，因为管直径的条件，PET环更靠近检查对象。湮灭以及因此得到的LOR越靠近PET环发生，视差就越大。这原因在于:在湮灭靠近PET环发生时，伽马量子不再垂直地入击中到闪烁晶体中。这在PET环设计中导致：当PET环靠近待检查的对象时，视差增大并且变得更强，因为在此情况下湮灭同样可能靠近PET环发生。除了通过混合设备的限制之外，也由于更高的灵敏度和更低的成本而尝试将PET环设计为尽可能窄。此外已知的是，光电传感器方案能够包含对输出通道的编码，因为通过增多输出通道来增多PET环的功率消耗。不过，这由构造决定地是有限的。简单计算阐明这一点。具有8cm的直径和10cm的长度的PET环导致251cm2的探测器表面。如果使用闪烁晶体和具有0.8mm的晶体像素大小的光电传感器的一对一耦合，假如每个通道单独地被读取，则已经需要39270个读取通道。为了获得更高的位置分辨率，当前的传感器设计由具有较窄的像素大小的传感器芯片组成。这导致读取通道的明显增多，所述读取通道受功率消耗、空间和数据速率限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于光电传感器的信号处理的方法，其中在至少一个e方向上由此进行线性编码：具有线性上升和线性下降的信号强度的方向e的读取通道的任意组合被测量，其特征在于，分别被采用用于所述线性编码的所述方向e的读取通道的上升和下降的信号强度被彼此相乘，其中所述线性编码满足根据公式11的边界条件:

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.25 DE 102016014113.1;2017.10.05 DE 10201701.用于光电传感器的信号处理的方法，其中在至少一个e方向上由此进行线性编码：具有线性上升和线性下降的信号强度的方向e的读取通道的任意组合被测量，其特征在于，分别被采用用于所述线性编码的所述方向e的读取通道的上升和下降的信号强度被彼此相乘，其中所述线性编码满足根据公式11的边界条件:（公式11），其中Q1表示输出通道的经e位置上升的信号强度的电荷，Q2表示输出通道的经e位置下降的信号强度的电荷，并且表示编码方向，其中在使用公式7和所属的校准测量的情况下由所述e方向的一阶矩和所述e方向的2阶矩的线性变换来对相互作用深度进行拟合。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在x方向上的线性编码借助所述输出通道A和B的信号根据公式1来进行：（公式1）并且所述输出通道A和B的所述信号被彼此相乘和/或其中在y方向上的线性编...

【专利技术属性】
技术研发人员：C莱尔歇，A贝尔内金，NJ沙，
申请(专利权)人：于利奇研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE