ДЕТЕКТОР ДЛЯ ПОДСЧЕТА ФОТОНОВ Российский патент 2016 года по МПК G01T1/24 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Нижеследующее, в целом, относится к детектору для подсчета фотонов и описывается с частным применением к компьютерной томографии (CT); однако нижеследующее также относится и к другим способам получения изображений.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Сканер для компьютерной томографии (CT) обычно содержит вращающуюся гентри, монтируемую с возможностью вращения в неподвижную гентри. Вращающаяся гентри поддерживает рентгеновскую трубку и выполнена с возможностью вращения по окружности относительно области исследования вокруг продольной оси. Детекторная матрица располагается напротив рентгеновской трубки через область исследования. Рентгеновская трубка выполнена с возможностью испускания полиэнергетического ионизирующего излучения, которое пересекает область исследования (и участок объекта или пациента, находящегося в ней) и облучает детекторную матрицу. Детекторная матрица содержит одно- или двумерную матрицу детекторных пикселей, которая обнаруживает излучение и формирует указывающие его сигналы. Каждый пиксель связан с каналом считывания, используемым для передачи соответствующего сигнала для дополнительной обработки. Реконструктор реконструирует обработанные сигналы, создавая данные объемного изображения, указывающие область исследования.

Для спектральной CT детекторные пиксели содержат пиксели детектора прямого преобразования. В целом, пиксель прямого преобразования содержит материал прямого преобразования, расположенный между катодом и анодом, с напряжением, приложенным между катодом и анодом. Фотоны облучают катод, передавая энергию электронам в материале прямого преобразования, который создает пары электрон/дырка, с электронами, дрейфующими к аноду. Анод, в ответ, создает электрический сигнал, выводимый детекторной матрицей. Схема формирования импульсов обрабатывает электрический сигнал и формирует импульс, имеющий пик амплитуды или высоту, указывающую энергию обнаруженного излучения. Дискриминатор энергии сравнивает амплитуду импульса с одним или более порогами энергии. Для каждого порога счетчик подсчитывает количество раз, когда амплитуда импульса превышает порог. Накопитель энергии накапливает отсчеты в диапазонах энергии, создавая, таким образом, разложение энергии обнаруженного излучения. Реконструктор реконструирует принятые сигналы, используя алгоритм спектрального восстановления.

В целом, материал прямого преобразования при облучении рентгеновскими лучами может демонстрировать смещение начала отсчета. Как следствие, импульс с выхода схемы формирования импульсов смещается вверх (или вниз, в зависимости от топологии канала считывания) и увеличивает относительную амплитуду импульса. Этот смещение начала отсчета содержит низкочастотную составляющую, которая может быть аппроксимирована как составляющая постоянного тока. К сожалению, смещение начала отсчета может привести к ошибочному накоплению обнаруженного излучения в неправильные накопители энергии. Пример этого показан на фиг. 1 и 2, где по Y-оси 102 представлена амплитуда, по X-оси 104 представлено время, пороги 106₁, 106₂, 106₃, …, 106_K энергии (где K является целым числом, равным или больше единицы) представляют пороги дискриминатора и импульс 108 является импульсом, формируемым схемой формирования импульсов, и имеет пик 110. На фиг. 1 показан импульс 108, не имеющий смещения начала отсчета. В этом случае пик 110 амплитуды находится между порогами 106₁ и 106₂. На фиг. 2 показан импульс 108 при наличии смещения 202 начала отсчета. В этом случае, смещение 202 начала отсчета смещает импульс вверх, пик 110 теперь ошибочно находится между порогами 106₃ и 106_K и дискриминатор будет формировать выходной сигнал, ошибочно указывающий более высокую энергию, чем фактическая энергия импульса 108.

Дополнительно, при спектральной СТ на основе считывания фотонов, чтобы гарантировать точные пороги различения энергии, требуется большое количество этапов калибровки. Основная часть таких этапов калибровки состоит в выполнении так называемого "сканирования порогов", при котором пороговый уровень каждого компаратора дискриминатора получает приращение вверх или вниз для фиксированного входного электрического импульса с известной энергией, чтобы обнаруживать взаимозависимость между положением порога и соответствующей эквивалентной входной энергией. Для повседневного использования такие сканирования порогов должны быть очень быстрыми. В целом, сканирование порогов требует свиппирования по всем компараторам для всех пикселей детектора и считывания обнаруженного количества отсчетов при каждом дискретном положении порога. Это может требовать времени, поскольку необходимо, чтобы контроллер детектора настраивал все компараторы для каждого положения. Например, для детектора с 4×16 пикселей, 4 энергетическими порогами и 512 пороговыми уровнями это может означать получение доступа к пороговым регистрам 4×4×16×512 или сто тридцать одна тысяча семьдесят два (131 072) раза. К сожалению, время, требующееся для выполнения сканирования порогов, может быть неприемлемым, особенно когда выполняется калибровка системы.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты, описанные здесь, рассматривают упомянутые выше и другие проблемы.

В одном из вариантов, система получения изображений содержит детекторную матрицу, имеющую множество пикселей детектора прямого преобразования, которые обнаруживают излучение, пересекающее область исследования системы получения изображений, и формируют сигнал, указывающий обнаруженное излучение. Система получения изображений дополнительно содержит схему формирования импульсов, выполненную с возможностью альтернативной обработки сигнала, указывающего обнаруженное излучение, формируемого матрицей детектора или набором испытательных импульсов, имеющих различные и известные амплитуды, соответствующие различным и известным уровням энергии, и формирования выходных импульсов, имеющих амплитуды, указывающие энергию обработанного обнаруженного излучения или набора испытательных импульсов. Система получения изображений дополнительно содержит схему регулировки порогов, выполненную с возможностью анализа амплитуд выходных импульсов, соответствующих набору испытательных импульсов, в сочетании с набором амплитуд испытательных импульсов и набором заданных порогов с фиксированной энергией, и формирования сигнала регулировки порогов, указывающего смещение начала отсчета, на основании результате анализа.

В другом варианте, способ содержит определение смещения начала отсчета в выходном сигнале схемы формирования импульсов системы получения изображений, в ответ на обработку последовательности испытательных входных импульсов, в которой по меньшей мере два из входных импульсов имеют разные амплитуды, и амплитуды входных импульсов соответствуют известным уровням энергии. Способ дополнительно содержит формирование сигнала, указывающего смещение начала отсчета. Способ дополнительно содержит формирование набора порогов дискриминатора энергии с регулируемым смещением начала отсчета, на основании сигнала и набора интересующих заданных порогов дискриминатора энергии импульсов.

В другом варианте, система получения изображений содержит детекторную матрицу со множеством пикселей детектора прямого преобразования, которая обнаруживает излучение, пересекающее область исследования системы получения изображений, и формирует сигнал, указывающий обнаруженное излучение. Система получения изображений дополнительно содержит схему формирования импульсов, выполненную с возможностью обработки сигнала и формирования импульсов с амплитудой, указывающей энергию обработанного излучения. Система получения изображений дополнительно содержит дискриминатор с компараторами, выполненный с возможностью различения импульсов по энергии, на основании набора порогов, и формирует для каждого порога энергии из набора порогов энергии, сигнал, указывающий, превышает ли амплитуда импульса порог энергии. Система получения изображений дополнительно содержит счетчик, обрабатывающий сигналы с выхода дискриминатора и ведущий счет для каждого порога, когда сигнал указывает, что амплитуда импульса превышает порог энергии. Система получения изображений дополнительно содержит калибратор порогов, формирующий данные калибровки порогов энергии, которые определяют взаимосвязь между набором порогов калибровки и входными электрическими импульсами калибровки, имеющими амплитуды, соответствующие известным уровням энергии, посредством ввода входных электрических импульсов калибровки в схему формирователя импульсов, дающий увеличение или уменьшение каждого из порогов калибровки в соответствующем заданном диапазоне пороговых значений один или более раз для одного или более циклов сбора данных, и анализирующий соответствующие значения отсчета каждого порога для каждого изменения в пороговом значении, используя окончание одного или более циклов сбора информации в качестве переключателя для приращения калибровочных порогов верх или вниз. Система получения изображений дополнительно содержит приемники энергии, принимающие результаты отсчета, соответствующие обработанным сигналам в энергетических диапазонах, на основании набора порогов энергии и калибровочных данных, зависимости между пороговыми уровнями и энергиями поступающего излучения, осуществляя, таким образом, разложение энергии обнаруженного излучения.

В другом варианте способ содержит формирование набора калибровочных электрических импульсов, каждый из которых имеет амплитуду, отличающуюся от другой и которая соответствует известному уровню энергии. Способ дополнительно содержит введение набора калибровочных электрических импульсов так, чтобы они принимались на входах компараторов энергетического дискриминатора. Способ дополнительно содержит формирование набора порогов калибровки для каждого из множества циклов сбора данных, причем каждый набор содержит порог для каждого из компараторов, причем набор порогов калибровки формируется на основе текущего значения счетчика сканирований, которое увеличивается или уменьшается, на основании окончания по меньшей мере одного цикла сбора информации. Способ дополнительно содержит различение энергии каждого из введенных импульсов каждого цикла сбора информации, используя соответствующие пороги энергии для соответствующего компаратора для соответствующего цикла сбора данных. Способ дополнительно содержит формирование данных калибровки порогов энергии для каждого из порогов, на основании зависимости между каждым из калибровочных электрических импульсов и каждым из порогов калибровки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение может принимать форму различных компонентов и расположения компонентов и различных этапов и расположения этапов. Чертежи предназначены только для целей иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться как ограничение изобретения.

Фиг. 1 - импульс, сформированный схемой формирования импульсов при отсутствии смещения начала отсчета от материала прямого преобразования детектора прямого преобразования в сочетании со множеством порогов фиксированной энергии.

Фиг. 2 - импульс, сформированный схемой формирования импульсов при наличии смещения начала отсчета от материала прямого преобразования детектора прямого преобразования в сочетании со множеством порогов фиксированной энергии.

Фиг. 3 - пример системы получения изображений, содержащей схему регулировки порогов и/или калибратор порогов.

Фиг. 4 - пример схемы регулировки порогов.

Фиг. 5 - набор испытательных импульсов, имеющих различные и известные амплитуды, который соответствует заданной энергии, в сочетании с заданным набором порогов фиксированной энергии.

Фиг. 6 - импульсы, формируемые схемой формирования импульсов, соответствующих набору испытательных импульсов со смещенной линией отсчета, в сочетании с заданным набором порогов фиксированной энергии, показанных на фиг. 5.

Фиг. 7 - пример калибратора порогов, который по меньшей мере содержит генератор порогов.

Фиг. 8, 9, 10, 11 и 12 - не создающий ограничений набор вариаций генератора порогов.

Фиг. 13 - способ смягчения введения смещения начала отсчета от материала прямого преобразования в импульс с выхода схемы формирования импульсов.

Фиг. 14 - способ калибровки порогов, используемый вместе с детектором счета фотонов.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Сначала обратимся к фиг. 3, где схематично показана система 300 получения изображений, такая как сканер компьютерной томографии (CT).

Система 300 получения изображений содержит неподвижную гентри 302 и вращающуюся гентри 304, которая поддерживается с возможностью вращения неподвижной гентри 302. Вращающаяся гентри 304 вращается по окружности относительно области 306 исследования вокруг продольной оси 308 или оси Z.

Опора 309 для пациента, такая как кушетка, поддерживает объект или субъект в области 306 исследования. Опора 309 для пациента может использоваться, чтобы располагать вертикально и/или горизонтально объект или субъект относительно системы 300 получения изображений перед, во время и/или после сканирования.

Источник 310 излучения, такой как рентгеновская трубка, поддерживается и вращается вместе с вращающейся гентри 304 по окружности относительно области 306 исследования вокруг продольной оси 308 или оси Z. Источник 310 испускает полиэнергетическое ионизирующее излучение, которое коллимируется коллиматором и т.п., чтобы создать обычно веерный, клиновидный или конусной формы пучок излучения, пересекающий область 306 исследования.

Контроллер 312 источника переключает состояния эмиссии излучения между состоянием, в котором источник 310 испускает излучение, пересекающее область 306 исследования, и состоянием, в котором источник 310 не испускает излучение, пересекающее область 306 исследования. Это может содержать "включение"/"выключение" источника 310, установку/удаление фильтра на траектории излучения, применение/удаление сеточного напряжения на переключающей сетке источника 310, чтобы запрещать/разрешать электронам вылетать с катода к аноду источника 306, и т.д.

Матрица 314 детектора стягивает угловую дугу, расположенную напротив области 306 исследования относительно источника 310 излучения. Показанная на чертеже матрица 314 детектора содержит одно- или двумерную решетку детекторных пикселей для подсчета фотонов, таких как детекторные пиксели прямого преобразования, которые содержат материал прямого преобразования, такой как кадмиевый теллурид (CdTe), кадмиевый цинковый теллурид (CZT), и/или другой материал прямого преобразования. Матрица 314 детектора обнаруживает излучение, пересекающее область 306 исследования, и формирует указывающий его сигнал.

Схема 316 формирования импульсов принимает сигнал, сформированный матрицей 314 детектора, и формирует импульс (например, импульс напряжения или тока), имеющий пик высоты или амплитуду, указывающую энергию соответствующего падающего обнаруженного излучения. Как вариант, перед схемой 316 формирования импульсов может использоваться предусилитель, чтобы усилить сигнал.

Дискриминатор 318 различает по энергии импульсы, которые соответствуют различным уровням энергии, на основании заданных порогов 322_l, 322₂, …, 322_N энергии, где N - целое число, равное или больше единицы (все вместе здесь упоминаются как пороги 322). Показанный на чертеже дискриминатор 318 содержит компараторы 320₁, 320₂, 320_N (все вместе здесь упоминаются как компараторы 322), которые сравнивают амплитуду импульса с выхода схемы 316 формирователя импульсов соответственно с порогами 322. Пороги 323 содержат заданные пороги, которые должны использоваться как пороги 322. Дискриминатор 318 формирует выходной сигнал, который указывает, какой из порогов 322 был превышен амплитудой импульса.

Счетчик 324 отсчитывает для каждого из компараторов 320, когда амплитуда импульса превышает индивидуальный порог для каждого из множества импульсов.

Накопитель 26 энергии накапливает отсчеты в диапазоне энергий, на основании зависимости между пороговыми уровнями и энергией падающего излучения, осуществляя, таким образом, разложение энергии обнаруженного излучения.

Реконструктор 328 реконструирует сигналы накопленной энергии посредством алгоритма спектральной и/или неспектральной реконструкции.

Схема 330 регулировки порогов определяет сигнал регулировки порогов, который содержит значение, компенсирующее смещение начала отсчета, которое может быть введено в схему 316 формирователя импульсов посредством материала прямого преобразования матрицы 314 детектора и/или как-либо иначе. Как ниже описано более подробно, в одном случае схема содержит введение импульсов, имеющих различные амплитуды, соответствующие известным уровням энергии, в схему 316 формирователя импульсов во время субучастка цикла сбора информации, в котором испускание излучения прерывается, сравнение амплитуды импульсов с выхода схемы 316 формирователя импульсов с амплитудами введенных импульсов в сочетании с порогами 323 и определение значения регулировки порогов, на основании сравнения, и обеспечение сигнала регулировки порогов так, чтобы пороги 323 могли регулироваться для линии начала отсчета при различении данных сканирования, полученных во время другого, более раннего субучастка цикла сбора информации.

Калибратор 332 порогов определяет данные калибровки порогов, которые определяют зависимость между каждым из порогов 322 и уровнем энергии. Как описано ниже более подробно, в одном случае он содержит детекторные пиксели детекторной матрицы 314 с автоматически сканируемыми порогами, на основании заданного графика (например, перед каждым сканированием, один раз в день и т.д.), вводя определенные импульсы с фиксированной энергией в компараторы 320 и увеличивая каждый из порогов 322 на одну или более установок одного или более циклов сбора информации, чтобы охватить заданный интересующий диапазон энергии, определяет зависимость между каждым порогом и энергией введенных импульсов, на основании результирующих подсчетов, формирует калибровочные данные, на основании этой зависимости, и обеспечивает калибровочные данные для импульсов приема энергии, формируемых в ответ на обнаружение излучения, испускаемого источником 310. Калибратор 332 порогов может быть очень важен, так как CT-изображения могут быть очень чувствительны к разностям от пикселя к пикселю в значениях порогов.

Устройство 334 установки порогов содержит различные алгоритмы установки порогов 322 компараторов 320. В этом примере алгоритмы содержат по меньшей мере один или более алгоритмов 336 сканирования, которые устанавливают пороги 322 на значения порогов 323, алгоритм 338 регулировки сканирования с порогами (TH), который устанавливает пороги 322 на значения порогов 323, регулируемые с помощью сигнала регулировки порогов с выхода схемы 330 регулировки порогов, и алгоритм 340 калибровки, который обеспечивает ряд увеличений или уменьшений порогов для свиппирования каждого порога 322 каждого компаратора 322 для каждого пикселя матрицы 314 детектора во время одного или более сканирований порогов.

Универсальная компьютерная система служит в качестве консоли оператора 342 и содержит устройство вывода, такое как дисплей, и устройство ввода, такое как клавиатура, "мышь" и/или подобное. Программное обеспечение, постоянно присутствующее на консоли 342, позволяет оператору взаимодействовать с системой 300. Консоль 342 также взаимодействует с различными компонентами системы 300. Это взаимодействие может содержать посылку сигнала на контроллер 312 источника, чтобы переключиться в состояние рентгеновского излучения, посылку сигнала на схему 334 установки порогов, чтобы указать, какой алгоритм использовать, посылку сигналов на схему 330 регулировки порогов и/или на калибратор 332 порогов, чтобы активировать и/или деактивировать схему 330 регулировки порогов и/или калибратор 332 порогов и т.д.

Следует понимать, что по меньшей мере одна или более из числа схемы 330 регулировки порогов, калибратора 332 порогов или схемы 331 установки порогов могут быть выполнены посредством процессора (например, микропроцессора), исполняющего одну или более считываемых компьютером команд, закодированных или заложенных в считываемый компьютером носитель, такой как физическая память. Дополнительно или альтернативно, по меньшей мере одна или более считываемых компьютером команд, исполняемых процессором, переносится несущей волной, сигналом или другим некомпьютерным считываемым носителем, таким как промежуточный носитель.

Следует также понимать, что в другом варианте осуществления один или более из числа схемы 330 регулировки порогов или калибратора 332 порогов отсутствует.

Одна или более из числа схемы формирователя импульса 316, схемы 330 регулировки порогов, калибратора 332 порогов, схемы установки порогов, дискриминатора 318, счетчика 324, накопителя 326 энергии или реконструктора 328 могут быть частью системы 300 (как показано) или отделены от нее.

На фиг. 4 схематично показан пример, не предназначенный для создания ограничений, схемы 330 регулировки порогов и сканирования с помощью алгоритма 338 регулировки ТН.

Прерыватель 402 излучения выполнен с возможностью передачи сигнала на контроллер 312 источника, который заставляет контроллер 312 источника прерывать испускание излучения источником 310 излучения через область 306 исследования по меньшей мере в течение заданного периода времени, такого как субучасток одного или более циклов сбора информации (периоды интегрирования). Согласно примеру, не предназначенному для создания ограничений, в одном случае сигнал вызывает прерывание испускания излучения на какой-то период времени в диапазоне от приблизительно восьмидесяти (80) микросекунд (мкс) до приблизительно ста двадцати (120) мкс в конце одного или более циклов сбора данных.

В то время, когда испускание излучения прерывается, генератор 404 импульсов последовательно формирует испытательные импульсы (например, последовательность импульсов), имеющие различные и известные амплитуды или высоты, соответствующие заданным уровням энергии. Генератор 404 импульсов передает сформированные импульсы на схему 316 формирования импульсов в течение периода времени, в котором прерывается испускание излучения. Для примера, в одном из случаев, не предназначенном для использования в качестве ограничения, генератор 404 импульсов может формировать и передавать импульсы с частотой порядка десяти (10) мегагерц (МГц) и длительностью импульсов порядка десяти (10) наносекунд (нс) в пределах периода 80-120 мкс, с шагом энергии 0,5 кэВ, создавая 1000 импульсов в периоде времени приблизительно с пятью (5) импульсами с одной и той же энергией между двадцатью (20) килоэлектрон-Вольтами (кэВ) и ста двадцатью (120) кэВ.

Следует понимать, что приведенный выше пример представлен для целей объяснений, но не ограничений. В сущности, по меньшей мере в одном периоде времени частота, длительность импульса, шаг энергии, количество импульсов и/или диапазон энергии в других вариантах осуществления могут различаться. Здесь содержатся статические значения, как в приведенном выше примере, и/или переменные значения. Например, шаг энергии может уменьшаться (например, <0,5 кэВ) вокруг интересующих уровней энергии и увеличиваться (например, >0,5 кэВ) в любом другом месте.

Схема 406 определения регулировки выполнена с возможностью обработки импульсов, сформированных схемой 316 формирования импульсов, соответствующих введенной последовательности испытательных импульсов. В одном случае она содержит сравнение амплитуд введенных испытательных импульсов с амплитудами импульсов, сформированных схемой 316 формирования импульсов, соответствующих введенной последовательности испытательных импульсов вместе с порогами 323, и, на основе сравнения, количественное определение смещения энергии между теми, которые соответствуют началу отсчета, и формирование сигнала регулировки порогов, содержащего значение регулирования порога, на котором он основан.

В качестве примера, не предназначенного для создания ограничений, на фиг. 5 показан набор испытательных импульсов 502 вместе с порогами 504, 506, 508 и 510, причем каждый импульс имеет разную высоту пика, которая соответствует разному уровню энергии, с соседними высотами пиков, отделенными на фиксированное значение (например, 0,5 кэВ), и на фиг. 6 показаны те же самые пороги 504-510 вместе с импульсами 602, сформированными схемой 316 формирования импульсов, которые соответствуют введенной последовательности испытательных импульсов 502 плюс смещение 604 ненулевого начала отсчета. В этом примере без смещения начала отсчета (фиг. 5) имеются 2 импульса выше порога 510, 3 импульса выше порога 508, 5 импульсов выше порога 506 и 7 импульсов выше порога 504, и в примере со смещением 602 начала отсчета (фиг. 6) имеются 6 импульсов выше порога 510, 7 импульсов выше порога 508, 8 импульсов выше порогов 506 и 504.

В этом примере устройство 406 определения регулировки итеративно увеличивает пороги 504-510 на 1 кэВ (или другое приращение), пока показанный на фиг. 5 образец не совпадет с образцом на фиг. 6, и/или уменьшает пороги на 1 кэВ (или другое приращение), пока образец на фиг. 6 не совпадет с образцом на фиг. 5.

Поскольку в этом примере энергии электрических импульсов, сформированных генератором 404 импульсов, известны и их различия малы, устройство 406 определения регулировки может оценить смещение начала отсчета с точностью порядка приблизительно 1 кэВ плюс шум на импульсах и порогах. Схема 406 определения регулировки может затем определить значения регулировки порога и сигнала, на основании значениях изменения в кэВ, которые делают образцы приблизительно равными.

Хотя в примере на фиг. 5 и 6 показаны 8 импульсов и 4 порога, следует понимать, что альтернативно могут использоваться больше или меньше импульсов и/или больше или меньше порогов. Например, в другом варианте осуществления регулировка порогов может определяться, основываясь исключительно на самом высоком пороге, поскольку затем доступный "динамический диапазон" с точки зрения изменения количества обнаруженных импульсов является самым высоким. Обычно, использование больших порогов может улучшить оценку смещения начального значения.

Возвращаясь к фиг. 4, устройство 334 установки порогов использует сканирование с помощью алгоритма 338 регулировки TH, который содержит по меньшей мере алгоритм 408, добавляющий значение регулировки порога к порогам 323, чтобы сформировать набор отрегулированных порогов для дискриминатора 318. Схема 334 установки порогов передает отрегулированные пороги на дискриминатор 318, который использует отрегулированные пороги для импульсов различения энергии. В результате, дискриминатор 318 способен различать энергию импульсов более точно по отношению к конфигурации, в которой схема 330 регулировки порогов отсутствует или не используется и смещение начала отсчета от материала прямого преобразования не учитывается.

В варианте того, что описано выше, значение регулировки порога используется дополнительно или альтернативно, чтобы регулировать амплитуду импульсов с выхода схемы 316 формирователя импульсов, вместо того, чтобы просто регулировать пороги 323.

При альтернативном подходе схема устройства восстановления начала отсчета, выполненная с возможностью восприятия смещения начала отсчета на выходе схемы 316 формирования импульсов, может использоваться для управления источником тока на входе дискриминатора 318, так чтобы считанное смещение начала отсчета понизилось до нуля.

На фиг. 7 схематично показан пример, не создающий ограничений, калибратора 332 порогов и алгоритма 340 вместе с дискриминатором 318.

Генератор 702 импульсов формирует калибровочные импульсы для каждого из компараторов 320. Калибровочные импульсы могут вводиться по каналам считывания в компараторы 320 и/или как-либо иначе. Импульсы для каждого из компараторов 320 имеют разную амплитуду, которая соответствует различным уровням энергии различных порогов 323. В одном случае, генератор 702 импульсов и генератор 404 импульсов (фиг.4) являются одним и тем же генератором импульсов.

Генератор 704 порогов формирует набор порогов для каждого из порогов 322. Примеры, не создающие ограничений, для соответствующих подходов к формированию наборов порогов для порогов 322 различных компараторов описываются ниже на фиг. 8, 9, 10, 11 и 12.

Устройство 334 установки порогов использует алгоритм 340 калибровки, который содержит по меньшей мере алгоритм 710, передающий сформированные наборы порогов для каждого из порогов 322 на дискриминатор 318.

Анализатор 706 счета анализирует отсчеты для каждого из компараторов 320 для каждого из порогов в соответствующем наборе порогов для каждого цикла сбора данных. Теоретически, отсчеты должны регистрироваться, пока порог 322 компаратора 320 не достигнет уровня энергии импульса, поданного в компаратор 320. В этом случае, уровню порога дается приращение вверх выше амплитуды энергии импульса, введенного в компаратор 320 и больше никакие отсчеты не регистрируются. Однако, фактический профиль будет более "s"-образным из-за электронного шума счетчика 324 и/или других компонент.

Калибратор 708 формирует калибровочные данные для компараторов 320, на основании анализа отсчетов. Данные калибровки отображают пороги 322 для введенных калибровочных импульсов с известной энергией, на основании амплитуды около уровня порогов, где отсчеты регистра опускаются до нуля или почти до нуля. Калибровочные данные подаются на накопитель 326 энергии, который использует отображение правильно принимаемой энергии, соответствующей обнаруженному излучению.

Обращаясь к фиг. 8, генератор 704 порогов использует счетчик 802 сканирований, который дает приращение вверх (или уменьшение вниз) при каждом цикле сбора данных, чтобы формировать наборы порогов для порогов 322 для различных циклов сбора данных. В этом варианте осуществления, счетчик 802 сканирований первоначально устанавливается на ноль и выполнен с возможностью приращения на заданный размер шага до верхнего предела. Размер шага представляет изменение порогового значения в каждом цикле сбора данных. Для случая, не создающего ограничений, где размер шага устанавливается на приращение счетчика на значение, соответствующее 1 кэВ, счетчик 801 сканирований дает приращение по 1 кэВ в каждом цикле сбора данных, например, от 0 до 1 кэВ, от 1 кэВ до 2 кэВ и т.д.

Фиг. 9 подобна фиг. 8 за исключением того, что генератор 704 порогов дополнительно содержит сумматор 902. В этом варианте осуществления, генератор 704 порогов добавляет выходной сигнал счетчика 802 для каждого цикла сбора данных к порогам 323, чтобы сформировать наборы порогов для порогов 322. В этом варианте осуществления, сканирование порогов для каждого из компараторов 320 выполняется, начиная с другого порогового значения, а именно, со значений интересующих порогов 323 для порогов 322.

В одном из случаев счетчик 802 начинает счет вверх с нуля (например, 0, 1, 2, 3…) в положительном направлении и это количество отсчетов добавляется к ранее сохраненному пороговому значению. В другом случае, счетчик 802 может иметь отрицательные и/или положительные значения и сумматор 902 может добавлять положительные и/или отрицательные числа. В этом случае генератор 704 порогов может сканировать по обеим сторонам запомненного порогового значения. Для примера, не создающего ограничений, когда порог имеет значение 45 (или другое значение), которое является значением, ранее используемым для сканирования, счетчик 802 может отсчитывать -10, -9, -8, …, -1, 0, 1, 2, 3, …, 9, 10 (или другой диапазон), что создаст выходные пороги 35, 34, …, 54, 55, которые охватывают обе стороны от 45.

Фиг. 10 подобна фиг. 9, за исключением того, что смещения 1002 добавляются к выходному сигналу счетчика 802 сканирований для каждого цикла сбора данных вместо интересующих порогов 323. Опять же, при этом варианте осуществления сканирование порогов для каждого из компараторов может начинаться при разном пороговом уровне. Кроме того, начальная точка для каждого компаратора 320 может отличаться от порога 323 для каждого компаратора 320.

Фиг. 9 и 10 позволяют уменьшить время сканирования порогов. В примере, не создающем ограничений, где дискриминатор 318 содержит пять (5) компараторов 320 (N=5), пороги 323 или смещения могут устанавливаться, например, соответственно, на 20 кэВ, 44 кэВ, 68 кэВ, 92 кэВ и 116 кэВ. В этом случае, если младший значащий разряд (LSB) счетчика 802 соответствует 0,5 кэВ, увеличение счетчика 802 сканирований в сорок восемь (48) раз должно охватить весь динамический диапазон 20-116 кэВ, вместо свиппирования каждого из порогов 323 сто девяносто два (192) раза. Таким образом, 48 приращений по 0,5 кэВ на приращение должно переместить порог 20 кэВ на 44 кэВ и т.д.

В целом, уменьшение времени теоретически может уменьшить время сканирования порогов в 1/N раз. В другом случае, динамический диапазон не разделяется между этими пятью компараторами 320. То есть, каждый компаратор или поднабор из пяти компараторов могут быть выполнены с возможностью перекрытия всего динамического диапазона или того же самого поднабора всего динамического диапазона. Например, для динамического диапазона от 20 до 116 кэВ, каждый компаратор или подмножество из пяти компараторов могут свиппироваться сто девяносто два раза.

Следует понимать, что упомянутые выше диапазон, приращение и/или количество компараторов не являются ограничением и служат только для объяснительных целей. Также, в другом варианте осуществления по меньшей мере динамический диапазон, приращение или количество компараторов являются другими. Кроме того, индивидуальные поддиапазоны, которые в этом примере разделяются на 24 кэВ, не должны иметь одну и ту же ширину или поддиапазон может даже не существовать. Кроме того, сканирования порогов для индивидуальных диапазонов могут выполняться последовательно и/или одновременно.

Фиг. 11 подобна фиг. 9, за исключением того, что генератор 704 порогов дополнительно содержит счетчик 1100 циклов и защелку 1102. Подобно фиг. 9, набор порогов формируется добавлением путем сложения порогов 323 и выходного сигнала счетчика 802 сканирований. Однако, в этом случае, счетчик 802 сканирований не увеличивается с каждым циклом сбора данных.

Вместо этого, защелка 1102 циклов устанавливает требуемое количество циклов, которые должны происходить перед приращением счетчика 802 сканирований, и счетчик циклов 1100 переключается при каждом цикле сбора данных и счетчик циклов 1100 переключает счетчик 802 сканирований, чтобы дать приращение по истечении количества циклов получения данных, установленных защелкой 1102. Счетчик 1100 циклов может считать вверх или вниз от желаемого количества циклов получения данных.

При этом варианте осуществления каждое сканирование порогов основано на многочисленных циклах сбора данных, которые могут усредняться или объединяться как-либо иначе. В одном случае это может уменьшить шум в отношении сканирований порогов, на основании одиночного цикла (один цикл на положение порога, которое может демонстрировать уровни помех, затрудняющие уникальную идентификацию переключений порогов).

Фиг. 12 подобна фиг. 11 за исключением того, что смещения 1002 складываются с выходным сигналом счетчика 802 сканирований вместо порогов 323, как описано в связи с фиг. 10.

На фиг. 13 представлен способ смягчения влияния смещения начала отсчета для импульса данных, формируемого схемой 316 формирования импульсов.

Следует понимать, что порядок действий в описанных здесь способах не создает ограничений. Также здесь подразумеваются и другие порядки. Кроме того, одно или более действий могут быть исключены и/или одно или более дополнительных действий могут быть добавлены.

На этапе 1302 данные сканирования, соответствующие сканированию субъекта или объекта, получают во время первого более раннего субучастка цикла сбора данных в то время, когда испускается излучение, и эти данные обрабатываются схемой 316 формирования импульсов, формирующей импульс данных, имеющий амплитуду, указывающую энергию данных сканирования.

На этапе 1304 испускание излучения прерывается для второго, более позднего субучастка цикла сбора данных.

На этапе 1306 формируются испытательные импульсы различной амплитуды, которые последовательно подаются на схему формирования импульсов во время второго, более позднего субучастка цикла сбора данных. Различные амплитуды соответствуют известным уровням энергии.

На этапе 1308, по мере того, как каждый из испытательных импульсов подается на схему 316 формирования импульсов, схема 316 формирования импульсов обрабатывает испытательный импульс и формирует выходной импульс с амплитудой, указывающей энергию испытательного импульса.

На этапе 1310 амплитуды выходных импульсов схемы 316 формирования импульсов и амплитуды испытательных импульсов сравниваются с порогами 323.

На этапе 1312 на основе сравнения оценивается значение регулировки порогов. Значение регулировки порогов соответствует смещению начала отсчета.

На этапе 1314 сигнал регулировки порогов формируется на основе значения регулировки порогов и используется для регулировки порогов 323, чтобы компенсировать смещение начала отсчета, когда энергия, отличающая импульс данных, соответствующих данным сканирования, получена во время первого субучастка цикла сбора информации.

Действия на этапах 1300-1314 повторяются один или более раз для одного или более циклов сбора данных для одного или более пикселей детектора детекторной матрицы 314.

На фиг. 14 показан способ калибровки порогов энергии дискриминатора энергии, используемого вместе с детектором для счета фотонов.

Следует понимать, что порядок действий в описанных здесь способах не создает ограничений. Также здесь подразумеваются другие порядки. Кроме того, одно или более действий могут быть исключены и/или одно или более дополнительных действий могут быть добавлены.

На этапе 1402 во время цикла сбора данных формируется и соответственно выводится на различные компараторы 320 дискриминатора 318 набор различных калибровочных импульсов с фиксированной энергией.

На этапе 1404 во время одного или более циклов сбора данных формируется и соответственно выводится на различные компараторы 320 дискриминатора 318 набор калибровочных порогов.

Как здесь обсуждалось, пороги могут быть определены по-разному, например, для каждого цикла сбора данных или после заданного количества циклов сбора данных, и основываться на счетчике 802 сканирований, порогах 323, смещениях 1002 и/или счетчике 1100 циклов и защелке 1102 циклов, которые увеличивают или уменьшают пороги калибровки.

На этапе 1406 введенные импульсы различаются по энергии, на основании калибровочных порогов.

На этапе 1408 счетчик 324 формирует сигнал для каждого компаратора 322, указывая, превышает ли энергия введенного импульса соответствующий порог.

На этапе 1410 этапы 1404-1408 повторяются для одного или более циклов сбора данных с тем же самым и/или одним или более другими наборами калибровочных порогов.

На этапе 1412 сигналы, указывающие, превышает ли энергия введенных импульсов пороги, используются, чтобы определить зависимость между порогами 322 и энергией введенных импульсов.

На этапе 1414 калибровочные данные порогов формируются на основе определенной зависимости. Как здесь обсуждалось, вышеупомянутые действия могут выполняться перед каждым сканированием, после заданного количества сканирований разверток, один раз в день или на основе некоторых других критериев.

Сказанное выше может быть реализовано посредством одного или более процессоров, исполняющих одну или более считываемых компьютером команд, закодированных или реализованных на считываемом компьютером носителе, таком как физическая память, которая заставляет один или более процессоров совершать различные действия и/или другие функции и/или действия. Дополнительно или альтернативно один или более процессоров могут выполнять команды, передаваемые посредством передаваемого носителя, такого как сигнал или несущая волна.

Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. После прочтения и понимания предшествующего подробного описания другими людьми могут быть сделаны модификации и изменения. Подразумевается, что изобретение должно истолковываться как содержащее все такие модификации и изменения, насколько они попадают в рамки приложенной формулы изобретения или ее эквивалентов.

Изобретение относится к детектору для подсчета фотонов и описывается с частным применением к компьютерной томографии (CT). Система получения изображений содержит детекторную матрицу с пикселями детектора прямого преобразования, которая обнаруживает излучение, пересекающее область исследования системы получения изображений, и формируют сигнал, указывающий обнаруженное излучение, схему формирования импульсов, выполненную с возможностью альтернативной обработки сигнала, указывающего обнаруженное излучение, сформированного детекторной матрицей, или набора испытательных импульсов, имеющих разные и известные амплитуды, соответствующие различным и известным уровням энергии, и формирования выходных импульсов, имеющих амплитуды, указывающие энергии обработанного обнаруженного излучения или набора испытательных импульсов, и схему регулировки порогов, выполненную с возможностью анализа амплитуд выходных импульсов, соответствующих набору испытательных импульсов, вместе с амплитудами набора испытательных импульсов и набора заданных порогов фиксированной энергии, и формирования сигнала регулировки порогов, указывающего начало отсчета, на основании результата анализа. Технический результат - уменьшение времени калибровки системы получения изображений. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Система (300) получения изображений, содержащая:
источник (310) излучения, выполненный с возможностью испускания излучения, пересекающего область исследования;
контроллер (312) источника излучения, выполненный с возможностью переключения источника излучения по меньшей мере в состояние, в котором испускание излучения, пересекающее область исследования, прерывается во время сканирования только на первом субучастке периода интегрирования сканирования;
детекторную матрицу (314), содержащую множество пикселей детектора прямого преобразования, которая обнаруживает излучение, пересекающее область исследования системы получения изображений, и формирует сигнал, указывающий обнаруженное излучение;
схему (316) формирования импульсов, выполненную с возможностью обработки сигнала, указывающего обнаруженное излучение, формируемого детекторной матрицей для первого субучастка, и набора испытательных импульсов, имеющих различные и известные амплитуды, соответствующие различным и известным уровням энергии, которые подаются во второй субучасток периода интегрирования сканирования, и формирования выходных импульсов, имеющих амплитуды, указывающие энергию обработанного обнаруженного излучения или набора испытательных импульсов; и
схему (330) регулировки порогов, выполненную с возможностью анализа амплитуд выходных импульсов, соответствующих набору испытательных импульсов, вместе с амплитудами набора испытательных импульсов и набора заданных порогов фиксированной энергии, и формирования сигнала регулировки порогов, указывающего смещение начала отсчета, на основании результата анализа.

2. Система получения изображений по п. 1, в которой сигнал регулировки порогов содержит значение, определяемое на основе разности амплитуд импульсов и испытательных импульсов.

3. Система получения изображений по п. 2, дополнительно содержащая:
схему (334) установки порогов, определяющую набор порогов дискриминатора, на основании сигнала регулировки порогов и заданного набора интересующих порогов.

4. Система получения изображений по п. 3, в которой сигнал регулировки порогов, регулирует заданный набор интересующих порогов, чтобы компенсировать смещение начала отсчета.

5. Система получения изображений по п. 3 или 4, дополнительно содержащая:
дискриминатор (318), выполненный с возможностью различения энергии выходных импульсов, соответствующих сигналу, указывающему обнаруженное излучение, на основании определенного набора порогов дискриминатора.

6. Система получения изображений по п. 5, в которой дискриминатор содержит:
множество компараторов (320), каждый из которых сравнивает амплитуду выходного импульса с различными порогами набора порогов дискриминатора и формирует сигнал, указывающий, превышает ли амплитуда выходного импульса соответствующий порог.

7. Система получения изображений по любому из пп. 1-3,
в которой схема регулировки порогов содержит:
прерыватель (402) излучения, который передает сигнал на контроллер источника излучения, побуждающий состояние испускания излучения переходить в состояние, в котором прерывается испускание излучения, - пересекающее область исследования;
генератор (404) импульсов, который формирует набор испытательных импульсов и вводит импульсы в схему формирования импульсов в то время, когда испускание излучения через область исследования прервано; и
схему (406) определения регулировки, которая определяет сигнал регулировки порогов, указывающий смещение начала отсчета, на основании результата анализа.

8. Система получения изображений по п. 7, в которой схема определения регулировки итеративно добавляет одно или более приращений фиксированной энергии к набору испытательных импульсов до тех пор, пока амплитуды испытательных импульсов относительно набора заданных порогов фиксированной энергии и амплитуды выходных импульсов, соответствующих набору испытательных импульсов относительно набора заданных порогов фиксированной энергии, не станут приблизительно одинаковыми.

9. Система получения изображений по п. 7, в которой схема определения регулировки итеративно вычитает одно или более приращений фиксированной энергии из выходных импульсов, соответствующих набору испытательных импульсов, до тех пор, пока амплитуды испытательных импульсов относительно набора заданных порогов фиксированной энергии и амплитуды выходных импульсов, соответствующих набору испытательных импульсов относительно набора заданных порогов фиксированной энергии, не станут приблизительно одинаковыми.

10. Система получения изображений по п. 8 или 9, в которой сигнал регулировки порогов определяется на основе количества приращений, используемых, чтобы сделать амплитуды испытательных импульсов и амплитуды выходных импульсов, соответствующих набору испытательных импульсов, относительно набора заданных порогов фиксированной энергии, приблизительно одинаковыми.

11. Способ формирования набора регулируемых порогов дискриминатора энергии со смещением начала отсчета в системе получения изображений, содержащий этапы, на которых:
прерывают сбор данных матрицей детектора прямого преобразования системы получения изображений во время второго субучастка цикла сбора данных, причем данные сканирования собирают во время первого субучастка цикла сбора информации, причем первый субучасток имеет место перед вторым субучастком;
вводят последовательность испытательных импульсов в схему формирования импульсов системы получения изображений во время второго субучастка, при этом по меньшей мере два входных импульса имеют разные амплитуды, и амплитуды входных импульсов соответствуют известным энергетическим уровням;
формируют сигнал, основанный на разности амплитуд выходного сигнала схемы формирователя импульсов, соответствующего последовательности испытательных импульсов, амплитудам последовательности испытательных импульсов и набору фиксированных интересующих порогов;
определяют смещение начала отсчета в выходном сигнале схемы формирования импульсов в виде разности между амплитудами, что соответствует смещению начала отсчета,
формируют сигнал, указывающий смещение начала отсчета; и
формируют набор регулируемых порогов дискриминатора энергии со смещением начала отсчета на основании сигнала и набора заданных интересующих порогов дискриминатора энергии импульсов.

12. Способ по п. 11, дополнительно содержащий этап, на котором:
итеративно увеличивают амплитуды последовательности испытательных импульсов на одно или более приращений фиксированной энергии, до тех пор пока амплитуды последовательности испытательных импульсов относительно набора заданных порогов фиксированной энергии не станут приблизительно равны амплитудам выходных импульсов, соответствующих набору испытательных импульсов относительно набора заданных порогов фиксированной энергии.

13. Способ по п. 11, дополнительно содержащий этап, на котором:
итеративно уменьшают амплитуды выходных импульсов, соответствующих набору испытательных импульсов, на одно или более приращений фиксированной энергии, до тех пор пока амплитуды последовательности испытательных импульсов относительно набора заданных порогов фиксированной энергии не станут приблизительно равны амплитудам выходных импульсов, соответствующих набору испытательных импульсов относительно набора заданных порогов фиксированной энергии.

14. Способ по любому из пп. 12 или 13, в котором сигнал регулировки порогов определяется на основе количества приращений, используемых, чтобы сделать амплитуды испытательных импульсов относительно набора заданных порогов фиксированной энергии и амплитуды выходных импульсов, соответствующих набору испытательных импульсов относительно набора заданных порогов фиксированной энергии, приблизительно равными.