用于从撞击Ｘ射线光子生成可计数脉冲的设备和方法以及对应的成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于在成像装置（１６）中、尤其是在计算机断层摄影机中从撞击Ｘ射线光子（１２、１４）生成可计数脉冲（３０）的设备（１０），所述设备（１０）包括适于将由撞击光子（１２、１４）生成的电荷脉冲（２０）转换成电信号（２２）的前置放大元件（１８），和具有反馈回路（２８）并适于将所述电信号（２２）转换成电脉冲（３０）的整形元件（２６），其中，延迟电路（３８）连接至所述反馈回路（２８），从而使得延长了所述反馈回路（２８）收集所述电信号（２２）的电荷的时间，以便提高在所述整形元件（２６）的输出（５６）处的所述电脉冲（３０）的幅度。本发明专利技术还涉及对应的成像装置（１６）和对应的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于计数x射线光子、尤其是计算机断层摄影机中的光子的设备、成像装置和方法。
技术介绍
当计算机断层摄影(CT，也称作计算断层摄影)能够生成对象内部的三维图像时， 其已经发展成为一种通用的工具。该三维图像是基于绕单一旋转轴所获得的大量二维X 射线图像而创建的。虽然CT最常用于对人体的医学诊断，但是已经发现其还可应用于无 损材料检测。关于CT的基本原理和应用的详细信息可以在由Willi A.Kalender所著的 《ComputedTomogr即hy》(ISBN 3-89578-216-5) —书中找到。 在未来CT和X射线成像中的一个关键创新方面是对当被分析对象暴露于X射线 辐射时从被分析对象通过或者透射的光子的能量分辨的计数。根据所透射的光子的数目和 具有的能量，在切片图像重建步骤之后能够推定X射线束已传播通过了哪种类型的材料。 特别地，这允许识别人体内的不同部分、组织和材料。 当提及对光子的探测或计数时，应该理解当光子撞击在传感器的转换材料上时， 其产生电荷脉冲。探测该电荷脉冲(有时也称作为电流脉冲)并且推定光子的存在。电荷 脉冲源自X射线光子与传感器转换材料相互作用时生成的较大量电子空穴对。电流脉冲的 持续时间对应于所谓的电荷收集时间。 本申请所关注的不是单一 电子空穴对的探测，而是源自表示光子的电子空穴对的 电荷脉冲的处理，该光子有时表述为"探测光子"或者"计数光子"。 当实现用于计算机断层摄影应用的计数探测器时，一个主要的关注点是解决进入 的光子的到达时间顺序的不规则性质。必须要考虑的是，光子的流量非常高并且时间上随 机分布。光子的分布可以通过泊松分布来描述，即到达时间呈负指数分布。 在与计算机断层摄影密不可分的非常高的计数率的背景下出现了另一个关注点。 因为对于直接射束或者刚接触对象表面的射束必须处理在10、ps/m^(每秒计数/mm2)范 围内的光子计数率，所以必须采用非常快速计数的探测器。然而，能够以高计数率工作的探 测器通常经受增加的噪声(由于可用于对电脉冲整形的短整形时间)和降低的信号幅度 (由于弹道亏损)的影响。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供一种用于在成像装置中、尤其是在计算机断层摄影机中从撞 击X射线光子生成可计数脉冲的设备，其具有改进的尤其是以高速率计数的计数性能。本 专利技术的另一 目标是提供基于计数X射线光子的对应的成像装置，该装置尤其用于医学应 用。本专利技术的又一目标是提供一种用于计数X射线光子、尤其是计算机断层摄影机中的光 子的改进的方法。 根据本专利技术的一个方面，该目标是通过用于在成像装置中从撞击X射线光子、尤 其是在计算机断层摄影机中从光子生成可计数脉冲的设备实现的，该设备包括适于将由撞 击光子生成的电荷脉冲转换成电信号的前置放大元件，和具有反馈回路并适于将电信号转 换成电脉冲的整形元件，其中延迟电路连接至反馈回路从而使得反馈回路收集电信号的时 间被延长，以便提高在整形元件的输出处的电脉冲的幅度。 根据本专利技术的另一方面，该目标是通过基于X射线光子的计数的、尤其用于医学 应用的成像装置实现的，其包括上述设备。这样的成像装置尤其体现为X射线机器、计算机 断层摄影机、用于核医学技术(例如，正电子发射断层摄影或者单光子发射计算机断层摄 影)的装置或者任意其他放射摄影装置。 根据本专利技术的另 一方面，该目标是通过用于在成像装置中、尤其是在计算机断层 摄影机中从撞击X射线光子生成可计数脉冲的方法实现的，该方法包括下列步骤 -将由撞击光子生成的电荷脉冲前置放大成电信号； -通过采用反馈回路将该电信号整形为电脉冲； -达到适于用作使反馈回路放电的触发的条件；以及 -使反馈回路放电，-其中，延迟达到触发条件的过程以便提高电脉冲的幅度。 通常，光子计数通道由前置放大元件(尤其是前置放大器)和后面跟随有鉴别器 的整形元件(尤其是整形器)组成。前置放大器的主要功能是放大进入的信号并且因此必 须设计成使噪声最小化(尤其是根据输入电容)。整形器的主要功能是通过限制信号的带 宽进一步提高信噪比(SNR)，从而抑制诸如白噪声的宽带噪声。然而，这具有增加脉冲持续 时间和限制以高速率处理脉冲的能力的副作用。 在高计数率的背景下要考虑的另一个重要影响是与整形元件相关联的弹道亏损。假定期望保持前置放大器脉冲的完整幅度，整形时间常数需要比前置放大器上升时间或者输入上升时间大相当多。然而，这对于高计数率通常是不可接受的，从而使得整形器信号通常必须在达到理论最大值之前开始返回到基线。还需要考虑该影响以保持SNR。 鉴别器基本上是在整形器输出达到特定值(阈值)之后启动(trip)的比较器。该阈值映射为具体光子能量。通过增加具有不同阈值的其他鉴别器，可以得出进入的光子的能量信息。通常，连接至每个鉴别器的输出的数字计数器对已超过相应阈值的事件的数目计数。 当与采用前置放大器和整形器的现有技术计数探测器比较时，能够最好的理解本 专利技术的理念。在已经使整形器放电从而使得其反馈电容器包含与在脉冲进入之前相同的电 荷(这也表述为"使整形器返回到基线")之后，整形器等待来自前置放大器的下一电信号， 其通常具有上升沿的形状。当接收到该电信号时，整形器收集从前置放大器接收的电荷从 而从这些电荷产生电脉冲。输出脉冲的尾缘是由在通过使整形器放电来完成电脉冲的形成 之后发生的限定条件("触发")启动的。应该注意，术语"放电"还可以包括"重置"整形 器，其中放电是经由接近于零的电阻的路径完成的。然而，优选地，放电是经由非零电阻路 径、尤其是电流源或者电阻器完成的，以便避免噪声问题。 —种通用的方法是根据电荷被前置放大器递送的速率或者根据表示在整形器的 反馈回路中收集的电荷总量的曲线的形状得出该触发。然而，该方法排除了应该包含在电5脉冲中的不可忽略数目的电荷。换言之，由于这些电荷在刚形成的电脉冲中缺失，电脉冲没 有达到其完整幅度并且因此不能正确表示要计数的光子的能量水平。这意味着弹道亏损增 加了。由于缺少另一合适的触发事件，不能在稍后的时间点触发整形器返回到基线。 本专利技术正是为了解决这一点。其提议维持用于触发到基线的返回的基本理念，然 而延迟触发事件和触发事件的效果(整形器返回到基线)实际发生的时间点。换言之，维 持现有技术设备的触发事件，而允许反馈回路中的积分电容器以便以延长的时间量来收集 更多电荷(源自进入的电荷脉冲)，从而使得所形成的电脉冲的幅度更精确地表示所探测 的光子的能量水平，从而减少弹道亏损。 应该注意，在本申请的上下文中，术语"触发"并非主要涉及数字触发信号或者涉 及提供这样的触发的外部电路。相反，术语"触发"或者"触发条件"明确地包括基于自触 发的事件或者描述导致相关联的系统的不同行为的特定状态的事件。这样的"触发"的一 个示例为达到击穿电压的二极管，该击穿电压导致二极管此时以反方向传导(二极管的不 同行为)。另一示例是晶体管，其当超过特定基极-发射极电压时立即开始传导(晶体管的 不同行为)。 还应该注意，前置放大器和整形器可以体现为分离的电路部分。然而，对于若干应用，优选地将前置放大器与整形器组合成一个电路，称作为整形前置放大器。还应该注意，本专利技术可以与使整形器放电的多种触发理念一起使用，包括重置整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在成像装置（１６）中、尤其是在计算机断层摄影机中从撞击Ｘ射线光子（１２、１４）生成可计数脉冲（３０）的设备（１０），所述设备（１０）包括适于将由撞击光子（１２、１４）生成的电荷脉冲（２０）转换成电信号（２２）的前置放大元件（１８），和具有反馈回路（２８）并适于将所述电信号（２２）转换成电脉冲（３０）的整形元件（２６），其中，将延迟电路（３８）连接至所述反馈回路（２８），从而使得延长了所述反馈回路（２８）收集所述电信号（２２）的电荷的时间，以便提高在所述整形元件（２６）的输出（５６）处的所述电脉冲（３０）的幅度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R斯特德曼布克，C博伊默，C赫尔曼，G蔡特勒，H克吕格尔，W吕腾，O米尔亨斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]