ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА ИМПУЛЬСОВ В СХЕМАХ СЧЕТА МУЛЬТИСПЕКТРАЛЬНЫХ ФОТОНОВ Российский патент 2013 года по МПК G01T1/17 

Настоящая заявка относится к детекторам мультиспектрального счета фотонов. И хотя описание приводится в связи с конкретным применением в компьютерной томографии (CT), оно также относится и к другим областям применения, в которых требуется детектирование фотонов различных энергий с разрешением по энергии.

Система компьютерной томографии (CT) включает в себя источник излучения, который испускает мультиэнергетические ионизирующие фотоны, которые проходят через обследуемую область. Такая система также включает в себя радиационно-чувствительный детектор, располагаемый с противоположной стороны обследуемой области относительно источника излучения. Детектор включает в себя сенсор, который детектирует фотоны, проходящие через обследуемую область, и выдает импульс электрического тока для каждого продетектированного фотона. Детектор также включает в себя электронное устройство для разрешения по энергии продетектированных фотонов исходя из значения электрического тока.

В качестве примера на Фиг.1 показан обычный двухэнергетический детектор 100, имеющий сенсор 104, который производит сигнал электрического тока, свидетельствующий о продетектированном фотоне. Токовый электрический сигнал усиливается предусилителем 108 и подается на формирователь импульсов 112, который создает аналоговый импульс напряжения, имеющий такую пиковую амплитуду, которая является показательной для энергии продетектированного фотона. Дискриминатор 116 включает в себя два компаратора 120 и 124, которые соответственно сравнивают амплитуду аналогового импульса напряжения с двумя пороговыми напряжениями TH1 и TH2, которые соответствуют определенным уровням энергии. Каждый из компараторов 120 и 124 производит сигнал, который изменяется от низкого до высокого уровня, когда амплитуда повышается и пересекает его порог, и от верхнего до нижнего уровня, когда амплитуда уменьшается и пересекает его порог. Счетчик 128 считает число нарастающих фронтов для каждого порога, и выходная логическая схема 132 передает отсчет. Первая энергетическая ячейка определяется как интервал энергий между TH2 и TH1, и вторая энергетическая ячейка определяется как интервал энергий, больших TH2. Продетектированный фотон регистрируется по энергии посредством вычитания отсчета для TH2 из отсчета для TH1. В результате продетектированный фотон сопоставляется с одним из элементов дискретизации по энергии.

К сожалению, время между последовательными детектированиями фотона может привести к наложению импульсов, или к созданию сенсором детектора аналогового сигнала, имеющего перекрывающиеся импульсы напряжения. Когда импульсы перекрываются, их амплитуды комбинируются и могут частично скрыть друг друга так, что компаратор для более низкого порога может не распознать пересечение амплитудой импульса своего порога, когда амплитуда импульса пересекает его порог. В результате выходной сигнал компаратора для более низкого порога может не включать в себя нарастающий фронт для каждого продетектированного фотона, имеющего энергию, большую энергии, соответствующей порогу, и отсчет для более низкого порога может быть ниже, чем должен быть. Кроме того, амплитуда перекрывающегося импульса может быть энергетически сдвинута посредством вклада амплитуды предшествующего импульса, и отсчет для более высокого порога может быть ошибочным. Как следствие, может оказаться ошибочным распределение энергии продетектированных фотонов.

Объекты настоящей заявки относятся к вышеупомянутым и другим предметам.

Согласно одному объекту аппарат включает в себя идентификатор локального минимума, который идентифицирует локальный минимум между перекрывающимися импульсами в сигнале, причем импульсы имеют амплитуды, которые являются показательными для энергии последовательно продетектированных фотонов, посредством радиационно-чувствительного детектора от пучка мультиэнергетического излучения, и корректор ошибки наложения импульсов, который корректирует исходя из локального минимума ошибку дискриминации по энергии из-за наложения импульсов при дискриминации импульсов по энергии, используя, по меньшей мере, два порога, соответствующих различным уровням энергии

В другом объекте мультиспектральный счетный детектор включает в себя сенсор, который детектирует фотоны, различающиеся по энергии, формирователь импульсов, который создает аналоговый сигнал с амплитудой, показательной для энергии продетектированных фотонов, энергетический дискриминатор, который создает цифровой сигнал для каждого из множества энергетических порогов, причем каждый цифровой сигнал включает в себя импульс, когда амплитуда превышает соответствующий порог, корректор ошибки наложения импульсов, который корректирует цифровые сигналы для недостающих импульсов, возникающих из-за наложения импульсов, и счетчик, который отсчитывает число импульсов в каждом цифровом сигнале для каждого порога.

В другом объекте способ включает в себя прием аналогового сигнала, который включает в себя, по меньшей мере, два частично перекрывающихся аналоговых импульса с амплитудами, показательными для энергии продетектированных фотонов, причем перекрывающиеся участки импульсов аддитивно объединяются, сравнение амплитуды аналогового сигнала, по меньшей мере, с двумя порогами, причем каждый из порогов соответствует отличающемуся уровню энергии, создание цифрового сигнала для каждого порога, причем цифровой сигнал для порога включает в себя смену состояний, когда амплитуда аналогового сигнала переходит порог, коррекцию цифрового сигнала для каждого порога, чтобы включить смену состояний для каждого продетектированного фотона, имеющего энергию, по меньшей мере, равную порогу, и отсчет числа смен состояний для каждого порога.

Другие дополнительные объекты настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники после прочтения и понимания следующего подробного описания.

Изобретение может быть реализовано с различными компонентами и различными установками компонент и с различными этапами и различными последовательностями этапов. Чертежи служат только целям иллюстрации предпочтительных вариантов реализации и не должны рассматриваться как ограничение изобретения.

Фиг.1 изображает обычный двухэнергетический детектор.

Фиг.2 - система визуализации.

Фиг.3 - наложенные импульсы.

Фиг.4 - блок-схема корректора ошибки наложения импульсов.

Фиг.5A и 5В - осуществление корректора ошибки наложения импульсов.

Фиг.6 - методика компенсации наложенных импульсов.

Фиг.7 - осуществление корректора энергии импульса.

Фиг.8 - реализация способа по изобретению.

Показанная на Фиг.2 система 200 компьютерной томографии (CT) включает в себя вращающийся участок 204 консоли (гентри), который вращается вокруг обследуемой области 208 и вокруг продольной или z-оси. Рентгеновский источник 212, например рентгеновская трубка, поддерживается вращающимся участком 204 рамы и испускает пучок мультиэнергетического излучения или фотоны, которые пересекают обследуемую область 208. Радиационно-чувствительный детектор 216 включает в себя один или несколько сенсоров, таких как сенсор 218, который детектирует фотоны, испускаемые источником 212, которые пересекают обследуемую область 208. Сенсор 218 создает электрические сигналы, например электрические токи, или напряжения, которые показательны для соответствующих продетектированных фотонов.

Предусилитель 220 усиливает каждый электрический сигнал. Формирователь 222 импульсов обрабатывает усиленный электрический сигнал для продетектированного фотона и создает соответствующий аналоговый сигнал, который включает в себя импульс, например импульс напряжения, или другой импульс, характерный для продетектированного фотона. В этом примере импульс имеет пиковую амплитуду, показательную для энергии продетектированного фотона.

Энергетический дискриминатор 224 дискриминирует по энергии аналоговый импульс. В этом примере энергетический дискриминатор 224 включает в себя множество компараторов 228, которые соответственно сравнивают амплитуду аналогового сигнала с порогом, соответствующим определенному уровню энергии. Каждый компаратор 228 производит выходной сигнал, который является показательным для того, превышает ли амплитуда импульса его порог. В этом примере выходной сигнал от каждого компаратора производит цифровой сигнал, который включает в себя переход от низкого до высокого (или от высокого до низкого) уровня, когда амплитуда импульса увеличивается и переходит его порог, и от высокого до низкого (или от низкого до высокого) уровня, когда амплитуда импульса уменьшается и переходит его порог.

Корректор 232 ошибки наложения импульсов обрабатывает цифровые сигналы, выводимые каждым из компараторов 228, и корректирует ошибки наложения импульсов. Когда импульсы накладываются, их амплитуды объединяются, и сигнал, выводимый компаратором для более низкого порога, может не включать в себя нарастающий фронт для каждого продетектированного фотона, имеющего энергию, большую, чем энергия, соответствующая более низкому порогу и/или сигналу, выводимому компаратором для более высокого порога, может ошибочно включать в себя нарастающий фронт. В качестве примера на Фиг.3 показан первый неперекрывающийся импульс 304, наложенный на более чем шесть энергетических порогов TH1-TH6, и выходные сигналы шести компараторов 308, используемые для дискриминации по энергии импульса 304. Как показано, выходной сигнал каждого компаратора переходит от низкого до высокого уровня, когда амплитуда увеличивается, и пересекает его порог, и от верхнего до нижнего, когда амплитуда уменьшается и пересекает его порог.

На Фиг.3 показаны также наложенные второй и третий импульсы 312 и 316 относительно шести энергетических порогов TH1-TH6. Видно, что амплитуды импульсов объединяются так, что в составном сигнале спад второго импульса 312 и нарастание третьего импульса 316 на фоне самого низкого порога энергии TH1 вуалируется. Кроме того, амплитудный вклад первого импульса 312 ошибочно сдвигает амплитуду второго импульса 316 выше порога TH6. На Фиг.3 также показаны выходные сигналы компараторов для таких наложенных импульсов. Видно, что выходной сигнал компаратора для самого низкого порога TH1 не включает в себя нарастающий фронт для второго импульса, и выходной сигнал компаратора для самого высокого порога TH6 ошибочно включает в себя нарастающий фронт.

Возвращаясь к Фиг.2, корректор 232 ошибки наложения импульсов идентифицирует одно или несколько разграничений для различения импульсов по максимумам и/или локальным минимумам между импульсами и корректирует ошибки наложения импульсов исходя из разграничения, как подробнее описывается ниже.

Счетчик 236 считает нарастающие фронты соответственно для каждого порога. Счетчик 236 может включать в себя единственный счетчик или отдельные подсчетчики для каждого порога. Дискретный накопитель 240 энергии накапливает отсчеты, располагая их по энергиям или по элементам дискретизации, соответствующим интервалам между энергетическими порогами. Наложенные данные используются для разрешения по энергии продетектированных фотонов. Устройство 244 восстановления выборочно восстанавливает сигналы, созданные сенсором 118 исходя из спектральных характеристик продетектированных фотонов. Например, накопленные данные могут быть использованы для общего разделения органических материалов различного типа, имеющих различные характеристики поглощения фотонов, например костной ткани, органической ткани, жира и/или подобных материалов с локальным усилением контраста, и/или для другой обработки продетектированных сигналов исходя из спектральных характеристик.

Предметная опора 248 типа кушетки поддерживает пациента или другой предмет в обследуемой области 208. Предметная опора 248 выполнена подвижной, чтобы направлять предмет в пределах обследуемой области 208 при выполнении процедуры сканирования. Компьютер общего назначения служит пультом 252 управления оператора. Пульт 252 управления включает в себя считываемое человеком выходное устройство типа монитора или дисплея и устройство ввода данных типа клавиатуры и мыши. Резидентная программа на пульте 252 позволяет оператору управлять и взаимодействовать со сканером 200, например, через графический пользовательский интерфейс (GUI). Такое взаимодействие может включать в себя команды для восстановления сигналов исходя из накопленных дискретных данных об энергии.

Как показано на Фиг.4, корректор 232 ошибки наложения импульсов включает в себя идентификатор 404 максимумов, который идентифицирует максимум импульса исходя из выходных сигналов от дискриминатора 224. Это включает в себя идентификацию перехода амплитуды импульса от увеличения к уменьшению. Идентификатор 408 локального минимума идентифицирует локальный минимум между импульсами исходя из выходных сигналов от дискриминатора 224. Это включает в себя идентификацию перехода амплитуды импульса от уменьшения к увеличению через пороговое пересечение, причем порог последовательно пересекается без пересечения нижнего порога в промежутке.

Корректор 412 дискриминации по энергии корректирует ошибки в сигналах от дискриминатора 224 исходя из максимума импульса и/или локального минимума. В качестве примера в одном случае корректор 412 дискриминации по энергии использует максимум, чтобы определить, когда выходной сигнал от дискриминатора 224 должен перейти от высокого до низкого уровня, и/или локальный минимум, чтобы определить, когда выходной сигнал от дискриминатора 228 должен перейти от низкого до высокого уровня. При этом даже если дискриминатор 224 не распознает падение амплитуды ниже своего порога или повышение амплитуды выше своего порога без первого повышения выше следующего более низкого порога, скрытые пересечения могут быть учтены. В одном случае выходной сигнал посредством дискриминатора 224 может быть отрегулирован исходя из максимума и локального минимума, чтобы скорректировать такую ошибку так, чтобы счетчик 236 принимал скорректированные сигналы. В другом случае локальный минимум может быть использован, чтобы заставить счетчик 236 считать, когда нарастающий фронт отсутствует. В других случаях максимум и/или локальный минимум могут быть иначе использованы, чтобы скорректировать ошибки наложения импульсов.

Корректор 416 энергии импульса корректирует ошибочные энергетические сдвиги, возникающие из-за наложения импульсов, исходя из локального минимума. В качестве примера корректор 416 энергии импульса использует локальный минимум, чтобы определить сигнал коррекции энергии, который учитывает, по меньшей мере, часть вклада первого из двух перекрывающихся импульсов в пиковую амплитуду второго из двух перекрывающихся импульсов. Сигнал коррекции используется, чтобы вычесть или удалить, по меньшей мере, часть вклада первого импульса. Следует отметить, что корректор 416 энергии импульса может не применяться.

На Фиг.5A и 5B показано неограничивающее осуществление корректора 232 ошибки наложения импульсов наряду с дискриминатором 224 энергии. Следует понимать, что это осуществление предоставлено в целях пояснения и что другие осуществления также возможны. В этом осуществлении энергетический дискриминатор 224 включает в себя N компараторов 228₁, 228₂, 228₃,..., 228 _N-1, 228_N (все вместе обозначаемые как компараторы 228) и N различных порогов ТН₁, ТН₂, ТН₃,…, ТН_N-1, ТН_N (все вместе обозначаемые как пороги ТН). В этом примере ТН₁<ТН₂<ТН₃<...<ТН_N-1<ТН_N.

Выходные сигналы компараторов 228 подаются на N асинхронных (RS), триггеров 504₁, 504₂, 504₃,…, 504_N-1, 504_N (все вместе обозначаемые как RS-триггеры 504) корректора 412 дискриминации по энергии. Как показано, выходной сигнал N-го компаратора 228_N подается на установочный вход N-го RS-триггера 504_N, и инвертированный выходной сигнал N-го компаратора 228_N подается на вход сброса N-го RS-триггера 504_N. Выходной сигнал инвертируется с помощью N-го инвертора 508_N.

Для остающихся компараторов 228 выходные сигналы компараторов 228 и входные сигналы на установочный вход RS-триггера 504 для следующего более высокого порога подаются на логическую схему подразделяющей дизъюнкции типа схем ИЛИ 512₁, 512₂, 512₃,…, 512_N-1 (все вместе обозначаемые как схемы ИЛИ 512), и выходные сигналы схем ИЛИ 512 подаются на установочные входы соответствующих RS-триггеров 504. Кроме того, инвертированный выходной сигнал компараторов 228 и входные сигналы для сброса RS-триггеров 504 для следующего более высокого порога подаются на логическую схему подразделяющей дизъюнкции типа схем ИЛИ 516₁, 516₂, 516₃,..., 516_N-1 (все вместе обозначаемые как схемы ИЛИ 516), и выходные сигналы схем ИЛИ 516 подаются на входы сброса соответствующих RS-триггеров 504. RS-триггер 504 сбрасывается задним фронтом сигнала от компаратора 228 для порога вблизи или выше порогового уровня, соответствующего RS-триггеру 504, что приводит к высокому уровню на входе сброса.

Выходные сигналы RS-триггеров 504 за исключением RS-триггера 504₁ используются для запуска положительным фронтом соответствующих D-триггеров 520₂, 520₃,…, 520_N-1, 520_N (все вместе обозначаемые как D-триггеры 520). Инвертированные выходные сигналы RS-триггеров 504 за исключением RS-триггера 504_N используются как входные сигналы для D-триггера 520, соответствующего следующему более высокому порогу. Инвертирующие логические схемы типа инверторов 518₂, 518₃,..., 518_N-1, 518_N (все вместе обозначаемые как инверторы 518) инвертируют выходной сигнал RS-триггера 504₂-504_N. D-триггеры 520 сбрасываются с помощью заднего фронта импульса от любого из RS-триггеров 504.

Генератор 524 сигнала коррекции создает сигнал коррекции энергии исходя из выходного сигнала одного или нескольких D-триггеров 520. В приведенном варианте реализации это включает в себя использование справочной таблицы (LUT) 526 или чего-то подобного, чтобы определить сигнал коррекции, который является функцией амплитуды, когда амплитуда переходит от уменьшения к увеличению, или амплитуды в локального минимуме. В одном случае коррекция составляет приблизительно половину выходного сигнала D-триггеров 520, что обычно соответствует коррекции наложенного импульса примерно на половине от основного уровня импульса.

Выходные сигналы от RS-триггеров 504 также подаются на сдвигающее устройство 528, которое поддерживает, корректирует по энергии, если необходимо, и передает скорректированные сигналы на счетчик 236. Сдвигающее устройство 528 корректирует по энергии выходные сигналы от RS-триггеров 504 исходя из сигнала коррекции. В одном случае число выходных сигналов от сдвигающего устройства 538 меньше числа входных сигналов на сдвигающем устройстве 538, что позволяет использование меньшего количества подсчетчиков, если это требуется.

Работа корректора 412 дискриминации по энергии, участка корректора 232 ошибки наложения импульсов, на основе показанного на Фиг.5 осуществления описывается в связи с Фиг.3, 5 и 6. Для этого примера показанные на Фиг.3 наложенные импульсы 312 и 316 подаются на дискриминатор 224 по энергии, который в этом примере включает в себя шесть компараторов 228.

Поскольку амплитуда импульса 312 увеличивается и пересекает TH₁, выходной сигнал компаратора 228₁ переходит от низкого до высокого уровня. Это состояние высокого уровня и выходные сигналы оставшихся N-1 компараторов 228 подаются на логическую схему ИЛИ 512 и приводят ее выходной сигнал к высокому уровню, что приводит к высокому уровню выхода RS-триггера 504₁. Это обозначено на Фиг.6 как 604. Возвращаясь к Фиг.5, поскольку амплитуда импульса 312 продолжает увеличиваться и пересекает TH₂, выходной сигнал компаратора 228₂ переходит от низкого до высокого уровня. Как и выше, это переводит на высокий уровень выход RS-триггера 504₂. Это обозначено на Фиг.6 как 608. Это продолжается для каждого пересекаемого порога, поскольку амплитуда продолжает увеличиваться и пересекает пороги. Это обозначено как 612 и 616. В пояснительных целях в этом примере самый высокий пересекаемый порог - это ТH₄. Выходы компараторов 228₅ и 228₆ остаются на низком уровне, как обозначено номером 620.

Когда амплитуда импульса 312 начинает уменьшаться и пересекает ТH₄, выходной сигнал компаратора 228₄ переходит от высокого до низкого уровня. Этот сигнал инвертируется и подается на схему ИЛИ 516₄ вместе с сигналом сброса для следующего более высокого порога ТH₅, который также имеет низкий уровень. Сигнал высокого уровня приводит к высокому уровню на выходе схемы ИЛИ 516₄, что приводит к низкому уровню на выходе RS-триггера 504₄. Входной сигнал сброса RS-триггера 504₄ также подается на схему ИЛИ 516₃ вместе с инвертированным сигналом от компаратора 228₃. В результате выход низкого уровня RS-триггера 504₃ имеет низкий уровень. Этот сброс подается на схему ИЛИ 516₂ вместе с инвертированным сигналом от компаратора 228₂, и выход низкого уровня RS-триггера 504₂ имеет низкий уровень. Этот сброс подается на схему ИЛИ 516₂ вместе с инвертированным сигналом от компаратора 228₁, что приводит к низкому уровню на выходе RS-триггера 504₁. В общем случае, когда выходной сигнал компаратора 228 переходит от высокого до низкого уровня, выход соответствующего RS-триггера 504, так же как RS-триггеров 504 для любых более низких порогов, имеет низкий уровень. Следовательно, когда максимум импульса идентифицирован, как определено переходом амплитуды от высокого до низкого уровня, выход RS-триггеров 504 для порогов вблизи и ниже перехода амплитуды имеет низкий уровень. Это обозначено на Фиг.6 как 624 посредством переходов от высокого до низкого уровня.

Амплитуда импульса 312 продолжает уменьшаться и в конечном отсчете пересекает TH₂. Перед пересечением TH₁ амплитуда импульса 316 объединяется с амплитудой импульса 312 так, что составная амплитуда двух импульсов 312 и 316 начинает увеличиваться до порога TH₂. При этом амплитуда объединенных импульсов не пересекает TH₁, и выход RS-триггера 504₁ остается на низком уровне. Когда амплитуда увеличивается и пересекает TH₂, выходной сигнал компаратора 228₂ переходит от низкого до высокого уровня, и выход RS-триггера 504₂ имеет высокий уровень, как описано выше. Этот выходной сигнал также подается на схему ИЛИ 512₁ вместе с выходным сигналом компаратора 512₁, который одновременно делает высокий уровень выхода схемы ИЛИ 512₁, что приводит к высокому уровню выхода RS-триггера 504₁. Таким образом, когда выходной сигнал компаратора 228 переходит от низкого до высокого уровня, выход соответствующего RS-триггера 504, так же как RS-триггеров 504 для любых более низких порогов, приобретают высокий уровень, если они уже не имеют высокий уровень. Следовательно, когда локальный минимум идентифицирован, как определено переходом амплитуды от низкого до высокого уровня без пересечения более низкого порога, выход RS-триггеров 504 для порогов вблизи и ниже перехода амплитуды приобретает высокий уровень. В одном случае это гарантирует, что каждый продетектированный фотон учитывается для каждого порога. Переходы выходов RS-триггеров 504₁ и 540₂ обозначены на Фиг.6 как 628.

Поскольку амплитуда продолжает повышаться и пересекает пороги, выходы RS-триггеров 504 для более высоких порогов переходят между состояниями, как описано выше. Это обозначено на Фиг.6 как 632, 636, 640 и 644. Аналогично, поскольку амплитуда импульса 316 начинает падать, выходы RS-триггеров 504 приводятся совместно к состоянию низкого уровня, как описано выше. Это обозначено на Фиг.6 как 646.

Для корректора 416 энергии импульса участка корректора 232 ошибки наложения импульсов, как только амплитуда импульса 312 увеличивается и пересекает TH₁, выход RS-триггера 504₁, который имеет высокий уровень, подается на сдвигающее устройство 528 и также инвертируется с помощью инвертора 518₂, и инвертированный входной сигнал подается на вход D-триггера 520₂. Поскольку амплитуда увеличивается и пересекает TH₂, выход RS-триггера 504₂, который имеет высокий уровень, подается на тактовый вход триггера D FF 520₂, и D FF 520₂ фиксирует вход низкого уровня от RS-триггера 504₁. Выход D-триггера 520₂, который имеет низкий уровень, передается на генератор 524 сигнала коррекции. Это продолжается пока амплитуда увеличивается и пересекает энергетические пороги. Как отмечено выше для этого примера, самый высокий пересекаемый порог - это TH₄. Для более высоких порогов соответствующие выходы D-триггеров 520 остаются на низком уровне. Поскольку выходы всех D-триггеров 520 имеют низкий уровень, сигнал коррекции не приводит к какой-либо энергетической подстройке, и сдвигающее устройство 528 подает сигналы на счетчик 236.

Как только амплитуда импульса 312 переходит к уменьшающейся амплитуде и пересекает TH₄ и выходы RS-триггеров 504₄-504₁ переводятся на низкий уровень, D-триггеры 520 сбрасываются.

Амплитуда продолжает уменьшаться и пересекает TH₂ и затем увеличивается и пересекает TH₂, не пересекая TH₁. В результате выход RS-триггеров 504₁ не устанавливается на высоком уровне и сигнал высокого уровня (инвертированный сигнал низкого уровня) подается на вход D-триггера 520₂. Когда выход RS-триггера 504₂ установлен на высоком уровне, D-триггер 520₂ фиксирует сигнал высокого уровня, и выход D-триггера 520₂ устанавливается на высоком уровне. Это приводит к сигналу высокого уровня, подаваемому на генератор 524 сигнала коррекции. Поскольку амплитуда продолжает повышаться и пересекает пороги, выходы оставшихся D-триггеров 520 остаются на низком уровне, как описано выше.

Когда амплитуда импульса 316 начинает снижаться и пересекает TH₄, выходы RS-триггеров 504₄-504₁ устанавливаются на низком уровне, D-триггеры 520 сбрасываются, как описано выше.

Сигнал высокого уровня, подаваемый на генератор 524 энергетического сдвига, используется для определения сигнала коррекции с помощью LUT 526. Сигнал коррекции подается на сдвигающее устройство 528 для энергетической коррекции сигнала перед подачей сигнала на счетчик 236. В этом отношении локальный минимум используется для определения сигнала коррекции. В этом примере сигнал коррекции приводит к сдвигам в сигнале на один (1) бит. Это коррекция удаляет из амплитуды импульса 316, по меньшей мере, часть вклада амплитуды импульса 312.

Ниже описываются вариации.

В другом варианте реализации корректор 232 наложения импульсов использует локальный минимум, чтобы запустить счетчик 236 для счета, вместо подстройки выходного сигнала от энергетического дискриминатора 224. Для этого варианта реализации, когда локальный минимум между импульсами идентифицирован, счетчик 236 считает для всех порогов вблизи и ниже локального минимума.

В другом варианте реализации счетчик 236 сконфигурирован так, чтобы он соответственно считал для порога, когда амплитуда импульса повышается выше порога. Счетчик 236 считает во второй раз для пересечения второго порога только, если амплитуда импульса сначала падает ниже самого низкого порога. В одном случае это достигается с помощью флажка-признака или чего-то подобного. Например, счетчик 236 может включать в себя флажок-признак для каждого порога. Когда флажок-признак установлен для порога, счетчик 236 считает, когда амплитуда импульса превысит порог, и флажок-признак гасится так, чтобы превышение порога не запустило снова счет. Флажок-признак сбрасывается, когда амплитуда импульса падает ниже самого низкого или другого желаемого порога.

Альтернативное неограничивающее осуществление корректора 416 энергетического сдвига показано на Фиг.7. Для этого осуществления выходные сигналы компараторов 228, или скорректированные выходные сигналы, подаются на идентификаторы 704₁, 704₂, 704_M локального минимума (все вместе обозначаемые здесь как идентификаторы 704 локального минимума) и на сдвигающее устройство 708. Каждый идентификатор 704 локального минимума переходит на высокий уровень, когда тактовый вход принимает активный входной сигнал низкого уровня. В приведенном примере каждый идентификатор 704 локального минимума включает в себя два D-триггера с асинхронным входом сброса. D-триггеры сбрасываются, когда вход сброса принимает активный входной сигнал низкого уровня. Сигнал высокого уровня на выходе одного из идентификаторов 704 локального минимума сдвигает выходные сигналы исходя из уровня локального минимума.

Следует отметить, что предусилитель 220, формирователь импульсов 222, энергетический дискриминатор 224, корректор 232 ошибки наложения импульсов и/или счетчик 236 могут быть включены как часть детектора 116.

На Фиг.8 показан способ. На этапе 804 идентифицируется локальный минимум в начале импульса. На этапе 808 идентифицируется пиковый уровень импульса на первом заднем фронте импульса. На этапе 812 пиковый уровень корректируется как функция продетектированного минимума импульса. На этапе 816 скорректированный импульс отсчитывается.

Возможны также другие приложения, в которых требуется считать рентгеновские кванты, гамма-кванты или другие ионизирующие частицы. Это включает в себя промышленную и медицинскую цифровую флюороскопию, включая маммографию, а также другие приложения в ядерной физике, астрономии и/или безопасности.

Изобретение было описано в связи с предпочтительными вариантами реализации. После чтения и понимания приведенного подробного описания возможно появление различных модификаций и вариаций. Предполагается, что изобретение содержит все такие модификации и вариации, если они находятся в рамках приложенных формул или их эквивалентов.

Изобретение относится к детекторам мультиспектрального счета фотонов. Сущность изобретения заключается в том, что аппарат включает в себя идентификатор (408) локального минимума, который идентифицирует локальный минимум между перекрывающимися импульсами в сигнале, причем импульсы имеют амплитуды, которые являются показательными для энергии последовательно продетектированных посредством радиационно-чувствительного детектора фотонов пучка мульти-энергетического излучения, и корректор (232) ошибки наложения импульсов, который корректирует исходя из локального минимума ошибку дискриминации по энергии от наложения импульсов, когда дискриминация импульсов по энергии осуществляется с использованием, по меньшей мере, двух порогов, соответствующих различающимся уровням энергии. Технический результат - снижение спектральной ошибки при счете фотонов с высокой скоростью. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Аппарат для компьютерной томографии, содержащий:
идентификатор (408) локального минимума, который идентифицирует локальный минимум между перекрывающимися импульсами в сигнале, причем импульсы имеют амплитуды, которые являются показательными для энергии последовательно продетектированных, посредством радиационно-чувствительного детектора, фотонов из мультиэнергетического пучка излучения; и
корректор (232) ошибки наложения импульсов, который корректирует как функцию локального минимума ошибку дискриминации по энергии при наложении импульсов, когда дискриминация импульсов по энергии осуществляется с использованием, по меньшей мере, двух порогов, соответствующих различным уровням энергии.

2. Аппарат по п.1, причем ошибка дискриминации по энергии при наложении импульсов включает в себя скрытие пересечения порога амплитудой импульса для, по меньшей мере, одного из импульсов.

3. Аппарат по п.1, причем ошибки дискриминации по энергии при наложении импульсов включают в себя энергетический сдвиг амплитуды дискриминируемых импульсов.

4. Аппарат по п.1, дополнительно содержащий счетчик (236), который отсчитывает для каждого порога, когда амплитуда сигнала увеличивается и пересекает соответствующий порог, причем корректор (232) ошибки наложения импульсов корректирует отсчет для каждого порога исходя из локального минимума.

5. Аппарат по п.1, дополнительно содержащий счетчик (236), который отсчитывает для каждого порога, когда амплитуда сигнала увеличивается и пересекает соответствующий порог, причем корректор (232) ошибки наложения импульсов корректирует отсчет для порогов, соответствующих уровням энергии вблизи и ниже энергии, соответствующей локальному минимуму.

6. Аппарат по п.1, дополнительно содержащий энергетический дискриминатор (224), включающий в себя, по меньшей мере, два компаратора (228), которые соответственно сравнивают амплитуду сигнала, по меньшей мере, с двумя различными порогами и выдают цифровой сигнал, показательный для этого, причем каждый цифровой сигнал включает в себя смену состояний, когда амплитуда увеличивается и пересекает соответствующий порог.

7. Аппарат по п.6, дополнительно включающий в себя:
идентификатор (408) максимума импульса, который идентифицирует максимум импульса в сигнале; и
корректор (412) дискриминации по энергии, который корректирует цифровой сигнал для порогов исходя из максимума импульса и локального минимума.

8. Аппарат по п.7, причем коррекция включает в себя модификацию цифрового сигнала, то есть она включает в себя смену состояний для каждого импульса в сигнале, имеющего энергию, большую порога.

9. Аппарат по п.7, причем коррекция включает в себя одновременный переход состояния цифрового сигнала каждого порога к тому же самому состоянию исходя из максимума импульса.

10. Аппарат по п.7, причем коррекция включает в себя одновременный переход состояния цифрового сигнала к тому же самому состоянию для порогов вблизи и ниже уровня энергии локального минимума.

11. Аппарат по п.6, дополнительно включающий в себя сдвигающее устройство (528), которое сдвигает двоичное представление цифровых сигналов для продетектированного фотона, по меньшей мере, на один бит, чтобы удалить энергетический вклад от перекрывающегося импульса.

12. Аппарат по п.6, дополнительно включающий в себя сдвигающее устройство (528), которое сдвигает двоичное представление цифровых сигналов для продетектированного фотона исходя из локального минимума.

13. Аппарат по п.1, дополнительно включающий в себя корректор (416) энергетического сдвига, который создает сигнал коррекции исходя из минимума импульса, который удаляет амплитудный вклад первого из перекрывающихся импульсов от второго из перекрывающихся импульсов.

14. Аппарат по п.13, дополнительно включающий в себя сдвигающее устройство (528), которое использует сигнал коррекции для энергетической коррекции цифрового сигнала.

15. Аппарат по п.1, дополнительно включающий в себя:
счетчик (136), который считает, сколько раз амплитуда скорректированного сигнала увеличивается и пересекает каждый порог; и дискретный накопитель (140), который накапливает продетектированные фотоны, по энергетическим интервалам исходя из отсчетов.

16. Аппарат по п.1, дополнительно включающий в себя счетчик (236), который отсчитывает для каждого порога, когда амплитуда сигнала увеличивается и пересекает соответствующий порог после предыдущего амплитудного пересечения порога, только если амплитуда снижалась и пересекала самый низкий порог между пересечениями порогов.

17. Мультиспектральный счетный детектор фотонов, содержащий:
сенсор (218), который детектирует фотоны, различающиеся по энергии;
формирователь (222) импульсов, который выдает аналоговый сигнал с амплитудой, показательной для энергии продетектированных фотонов;
энергетический дискриминатор (224), который выдает цифровой сигнал для каждого из множества энергетических порогов, причем каждый цифровой сигнал включает в себя импульс, когда амплитуда превышает соответствующий порог;
корректор (232) ошибки наложения импульсов, который корректирует цифровые сигналы для недостающих импульсов, возникающих из наложения импульсов; и
счетчик (236), который считает множество импульсов в каждом цифровом сигнале для каждого порога.

18. Детектор по п.17, причем корректор (232) ошибки наложения импульсов включает в себя:
идентификатор (404) максимумов импульсов, который детектирует максимум импульса в аналоговом сигнале;
идентификатор (408) локальных минимумов, который детектирует локальный минимум в аналоговом сигнале; и
корректор (412) дискриминации по энергии, который корректирует импульсы в цифровом сигнале, исходя из максимума и минимума.

19. Детектор по п.18, причем коррекция включает в себя модификацию цифрового сигнала, так чтобы число в импульсах в цифровом сигнале отображало число продетектированных фотонов, имеющих энергию, которая, по меньшей мере, равна энергии соответствующего порога.

20. Детектор по п.17, причем корректор (232) ошибки наложения импульсов включает в себя идентификатор (408) локального минимума, который детектирует локальный минимум в аналоговом сигнале, причем счетчик (236) автоматически увеличивает число отсчетов для каждого порога ниже энергии локального минимума, когда расположение локального минимума определено.

21. Детектор по п.17, причем корректор (232) ошибки наложения импульсов включает в себя:
идентификатор (408) локального минимума, который детектирует локальный минимум в аналоговом сигнале; и
корректор (416) энергии импульса, который корректирует по энергии импульсы в цифровом сигнале исходя из минимумов.

22. Детектор по п.21, причем локальный минимум показателен для энергии базовой линии, которая вычитается из цифрового сигнала.

23. Детектор по п.21, причем коррекция учитывает, по меньшей мере, часть энергии продетектированного фотона, которая вносит вклад в энергию последующего продетектированного фотона.

24. Детектор по п.21, причем коррекция соответствует приблизительно половине уровня энергии для основного уровня энергии фотона.

25. Способ для компьютерной томографии, содержащий:
прием аналогового сигнала, который включает в себя, по меньшей мере, два частично перекрывающихся аналоговых импульса с амплитудами, показательными для энергии продетектированных фотонов, причем перекрывающиеся участки импульсов аддитивно объединяются;
сравнение амплитуды аналогового сигнала, по меньшей мере, с двумя порогами, причем каждый порог соответствует отличающемуся уровню энергии;
генерацию цифрового сигнала для каждого порога, причем цифровой сигнал для порога включает в себя смену состояний, когда амплитуда аналогового сигнала пересекает порог;
коррекцию цифрового сигнала для каждого порога таким образом, что сигнал включает в себя смену состояний для каждого продетектированного фотона, имеющего энергию, по меньшей мере, равную порогу; и
отсчет числа смен состояний для каждого порога.

26. Способ по п.25, дополнительно включающий в себя дискретное по энергии накопление продетектированных фотонов исходя из отсчетов для каждого порога для каждого продетектированного фотона.

27. Способ по п.25, дополнительно включающий в себя определение положения локального минимума между аналоговыми импульсами в аналоговом сигнале и обоснованность коррекции на локальном минимуме.

28. Способ по п.27, дополнительно включающий в себя определение положения максимума аналогового импульса в аналоговом сигнале и обоснованность коррекции на максимуме и локальном минимуме.

29. Способ по п.25, дополнительно включающий в себя коррекцию цифрового сигнала для каждого порога для каждого продетектированного фотона, чтобы удалить амплитудный вклад от перекрытия аналогового импульса.