ДЕТЕКТОР ИЗЛУЧЕНИЯ И СИСТЕМА РЕНТГЕНОВСКОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ Российский патент 2019 года по МПК G01T1/20 H04N5/32 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение в целом относится к области детекторов излучения. В частности, изобретение относится к детектору излучения для системы рентгеновской визуализации, системе рентгеновской визуализации, способу работы системы рентгеновской визуализации, элементу компьютерной программы и машиночитаемому носителю информации.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Обычные детекторы излучения, которые могут, например, быть использованы в приложениях компьютерной томографии, обычно содержат сцинтиллятор, связанный с фотодиодом, чтобы преобразовывать рентгеновский поток в оптический свет и затем в электрический ток, т.е., заряд в единицу времени. Ток от фотодиода обычно преобразуется и представляется в цифровом виде посредством преобразователя тока-в-частоту и цифрового счетчика.

Для того чтобы поддерживать электронику в соответствующей рабочей точке применительно к низкому рентгеновскому потоку, обычно ток смещения, параллельный току от фотодиода, подается к преобразователю тока-в-частоту, при этом ток смещения генерирует смещение тока, подаваемого к преобразователю тока-в-частоту.

Такие детекторы излучения обычно страдают от ряда источников шума, таких как, например, 1/f шум тока смещения. При низком рентгеновском потоке данный шум может становиться даже еще более выраженным и может накладывать ограничения на визуализацию со сверхнизкой дозой.

US 2012/0097856 A1 раскрывает детектор формирования изображения с массивом фотодатчиков, оптически связанным с массивом сцинтилляторов, при этом используется преобразователь тока-в-частоту как описано выше.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вследствие этого существует потребность в детекторе излучения и системе рентгеновской визуализации с улучшенными шумовыми характеристиками.

Задача настоящего изобретения достигается посредством предмета изобретения независимых пунктов формулы изобретения. Кроме того, варианты осуществления включены в независимые пункты формулы изобретения и нижеследующее описание.

Следует отметить, что нижеследующий описываемый первый аспект изобретения в равной степени применяется к системе рентгеновской визуализации, к способу работы системы рентгеновской визуализации, к элементу компьютерной программы и к машиночитаемому носителю информации.

Первый аспект изобретения относится к детектору излучения, в частности к рентгеновскому детектору. Детектор излучения содержит сцинтиллятор, фотодатчик, оптически связанный со сцинтиллятором, и электронный модуль. Электронный модуль содержит преобразователь тока-в-частоту, который содержит интегратор заряда и компаратор. Преобразователь тока-в-частоту выполнен с возможностью интегрирования и преобразования заряда, генерируемого и/или выводимого фотодатчиком во время цикла измерения в импульсный сигнал с частотой, коррелирующей с зарядом. Импульсный сигнал, таким образом, имеет частоту, которая коррелирует с зарядом по времени, т.е., которая коррелирует с током, генерируемым фотодатчиком. Здесь, электронный модуль содержит источник тока для подачи тока смещения к преобразователю тока-в-частоту и для генерирования смещения частоты импульсного сигнала. Электронный модуль содержит прерывающее устройство для прерывания интегрирования заряда посредством интегратора заряда. Электронный модуль дополнительно содержит логический модуль для определения частоты импульсного сигнала, при этом логический модуль выполнен с возможностью определения выключенного состояния источника излучения и запуска прерывающего устройства по определению выключенного состояния источника излучения.

Перефразируя первый аспект изобретения, детектор излучения содержит сцинтиллятор для преобразования потока частиц излучения, таких как фотоны рентгеновского излучения, в видимый свет. Видимый свет затем преобразуется в заряд посредством фотодатчика, который может содержать фотодиод для преобразования видимого света, выводимого сцинтиллятором, в заряд. Заряд, сгенерированный и/или выведенный фотодатчиком во время цикла измерения, затем ступенчато, т.е., в определенных количествах и/или частях заряда, интегрируется посредством интегратора заряда до тех пор, пока не достигается заданная пороговая величина заряда и один импульс импульсного сигнала генерируется посредством компаратора, когда достигается заданная пороговая величина. Соответственно, заряд, генерируемый фотодатчиком, может непрерывно интегрироваться и преобразовываться в цифровой импульсный сигнал во время цикла измерения с частотой, указывающей заряд, генерируемый во время цикла измерения. Чтобы поддерживать компоненты электронного модуля в допустимой и/или соответствующей рабочей точке, ток смещения подается к преобразователю тока-в-частоту, что приводит к постоянному току, т.е., заряду в единицу времени, подаваемому к интегратору заряда и, в свою очередь, приводит к постоянному смещению частоты импульсного сигнала. Данное смещение-частоты может быть наложено с сигналом, получаемым в результате заряда, генерируемого фотодатчиком во время облучения детектора излучения, тем самым генерируя импульсный сигнал. Частота импульсного сигнала, выводимого преобразователем тока-в-частоту, в итоге определяется посредством логического модуля. Данное преобразование тока в частоту в основном позволяет определять рентгеновский поток на нескольких порядках величины динамического диапазона с высокой точностью посредством определения частоты импульсного сигнала.

Посредством прерывающего устройства интегрирование заряда интегратора заряда и/или функция интегрирования заряда интегратора заряда может прерываться, подавляться, задерживаться и/или останавливаться. Логический модуль детектора излучения выполнен с возможностью определения выключенного состояния источника излучения, при котором никакое излучение и/или никакое излучение имеющее значение для фактического процесса визуализации не падает на детектор излучения. В ответ на и/или после определения выключенного состояния источника излучения логический модуль запускает прерывающее устройство так, что интегрирование заряда посредством интегратора заряда прерывается, подавляется, задерживается и/или останавливается.

Данный подход может быть в частности преимущественным для приложений модуляции рентгеновского потока. В этих приложениях рентгеновский источник может работать в импульсном режиме, при этом рентгеновский источник либо поочередно полностью включается и выключается или при этом рентгеновский источник работает с меняющимся током разряда и детектор излучения облучается релевантным потоком фотонов рентгеновского излучения только во время определенных интервалов времени, используемых для сбора проекционных данных и, следовательно, используемых для реконструкции изображения.

Соответственно, посредством определения выключенного состояния источника излучения и прерывания интегрирования заряда интегратора заряда, можно гарантировать, например, в приложениях модуляции потока, что в течение периодов времени, в которые детектор излучения не облучается и/или не облучается рентгеновским потоком релевантным для реконструкции изображения, ток смещения не вносит свой вклад в импульсный сигнал, т.е., ток смещения не представляется в цифровой форме посредством преобразователя тока-в-частоту. Таким образом, шум тока смещения, такой как 1/f шум, подавляется во время выключенного состояния источника излучения. Другими словами, посредством определения выключенного состояния и прерывания интегрирования заряда по определению выключенного состояния, можно гарантировать, что ток смещения вносит свой вклад в шум только во время цикла измерения и/или во время периода интегрирования, в течение которого заряд должен генерироваться фотодатчиком и/или в течение которого заряд должен интегрироваться интегратором заряда.

Понятие «выключенное состояние» источника излучения может относиться к периоду и/или интервалу времени, в который никакие частицы излучения не падают на детектор и/или в который никакой поток частиц излучения, релевантный для сбора проекционных данных, не падает на детектор. Обращаясь к приложениям модуляции рентгеновского потока, «выключенное состояние» может обозначать состояние, при котором рентгеновский источник полностью выключен и/или при котором только небольшой ток разряда подается на рентгеновскую трубку так, что может генерироваться рентгеновский поток, который не может быть использован для реконструкции изображения и/или сбора проекционных данных.

Соответственно, понятие «цикл измерения» может относиться к периоду и/или интервалу времени, в который импульсный сигнал, генерируемый потоком частиц излучения, например, рентгеновским потоком, должен обнаруживаться посредством детектора излучения для того, чтобы собирать проекционные данные для реконструкции изображения. Цикл измерения может быть по меньшей мере настолько длинным, как включенное состояние источника излучения, в течение которого частицы излучения падают на детектор и/или в течение которого поток излучения релевантный для сбора проекционных данных падает на детектор. Тем не менее, цикл измерения также может быть длиннее включенного состояния. Цикл измерения также может относиться к периоду интегрирования, в течение которого заряд от фотодатчика и/или ток смещения интегрируется посредством интегратора заряда.

В целом, «прерывающее устройство» может относиться к прерывающему модулю, прерывающему блоку и/или к прерывателю для прерывания, задержки и/или подавления интегрирования заряда интегратора заряда. В качестве примера это может быть достигнуто через короткое замыкание интегратора заряда и/или через соединение интегратора заряда с потенциалом земли. Например, интегрирующий конденсатор интегратора заряда может быть закорочен. Также, подача тока смещения к преобразователю тока-в-частоту может быть подавлена и/или прервана посредством прерывающего устройства. Соответственно, прерывающее устройство может быть выполнено с возможностью дренирования и/или отделения тока смещения так, что подавляется интегрирование тока смещения интегратором заряда.

«Логический модуль» может, среди прочего, быть выполнен с возможностью обработки цифровых сигналов, выборки данных, вывода цифрового сигнала и/или вывода данных. Логический модуль может, например, относиться к модулю дискретной логики, блоку дискретной логики, блоку обработки и/или процессору.

В соответствии с вариантом осуществления логический модуль выполнен с возможностью запуска прерывающего устройства по обнаружению расширенного импульса импульсного сигнала после определения выключенного состояния источника излучения. Соответственно, логический модуль может быть выполнен с возможностью запуска прерывающего устройства в ответ на и/или после обнаружения расширенного импульса. Другими словами, логический модуль может быть выполнен с возможностью запуска прерывающего устройства, когда удовлетворяются два условия, при этом первое условие состоит в том, что определяется выключенное состояние источника излучения, и при этом второе условие состоит в том, что расширенный импульс импульсного сигнала обнаруживается после определения выключенного состояния. Тем не менее, оба условия также могут быть выполнены одновременно. Расширенный импульс может, например, быть сгенерирован током смещения после того, как источник излучения переключается в выключенное состояние. Посредством ожидания расширенного импульса и запуска прерывающего устройства после его обнаружения можно гарантировать, что прерывающее устройство запускается только сразу после того, как заряд интегратора заряда преобразуется в расширенный импульс, так что интегратор заряда может не нести почти никакого заряда и, следовательно, может быть подготовлен для последующего цикла измерения. Соответственно, интегратор заряда может быть сброшен, так что почти никакого заряда не остается в интеграторе заряда, который в противном случает вносил бы свой вклад в импульсный сигнал последующего цикла измерения. Это может повышать и/или улучшать общую точность сбора проекционных данных.

В соответствии с вариантом осуществления логический модуль выполнен с возможностью определения выключенного состояния источника излучения посредством приема сигнала управления, указывающего выключенное состояние и/или указывающего включенное состояние источника излучения. В качестве примера, сигнал управления может, например, быть принят непосредственно от контроллера системы рентгеновской визуализации, при этом контроллер может быть выполнен с возможностью включения и/или выключения источника излучения, т.е., переключения во включенное состояние и/или выключенное состояние. Также, сигнал управления может коррелировать с переключающим сигналом контроллера для переключения источника излучения в выключенное состояние и/или включенное состояние. Это может гарантировать, что выключенное состояние может быть надежно определено логическим модулем без временной задержки.

В соответствии с вариантом осуществления прерывающее устройство содержит электронный переключатель, при этом логический модуль выполнен с возможностью запуска прерывающего устройства посредством приведения в действие электронного переключателя. Электронный переключатель может в частности быть основанным на полупроводнике переключателем, таким как, например, транзистор, тиристор, полевой транзистор, полевой транзистор со структурой метал-оксид-проводник, добавочный метал-оксид-проводник или подобное. Электронный переключатель может, таким образом, быть приведен в действие посредством предоставления электрического сигнала к выводу затвора переключателя. Как правило, использование электронного переключателя может обеспечить довольно быстрое переключение и, следовательно, довольно быстрый запуск прерывающего устройства с помощью компактной и надежной схемы.

В соответствии с вариантом осуществления электронный переключатель соединен с линией подачи, взаимно соединяющей источник тока и преобразователь тока-в-частоту, при этом электронный переключатель выполнен с возможностью соединения линии подачи с потенциалом земли. Таким образом, ток смещения может быть отделен и/или дренирован, когда запускается прерывающее устройство, тем самым надежно прерывая интегрирование заряда интегратора заряда.

В соответствии с вариантом осуществления интегратор заряда преобразователя тока-в-частоту содержит интегрирующий конденсатор, при этом электронный переключатель прерывающего устройства выполнен с возможностью закорачивания интегрирующего конденсатора интегратора заряда. Переключатель может быть расположен параллельно интегрирующему конденсатору и обеспечивать обходной путь для тока смещения после приведения в действие переключателя. Это гарантирует, что любой ток отделяется и/или дренируется от интегрирующего конденсатора, тем самым сбрасывая интегрирующий конденсатор и/или интегратор заряда.

Второй аспект изобретения относится к системе рентгеновской визуализации, которая содержит источник излучения для испускания рентгеновских лучей и детектор излучения, как описано выше и в нижеследующем. Соответственно, детектор излучения может именоваться рентгеновским детектором, а источник излучения может именоваться рентгеновским источником, таким как рентгеновская трубка. В частности, система рентгеновской визуализации может именоваться системой компьютерно-томографической визуализации (КТ).

В соответствии с вариантом осуществления источник излучения является рентгеновской трубкой с сеточным управлением. Рентгеновская трубка может содержать сетку, расположенную между анодом и катодом рентгеновской трубки. Здесь, поток электронов от анода к катоду может быть выключен с помощью отрицательного потенциала управления, подаваемого на сетку для того, чтобы задержать генерирование фотонов рентгеновского излучения на аноде. Соответственно, система рентгеновской визуализации может, например, относиться к системе КТ визуализации с возможностями быстрой модуляции рентгеновского потока, такими как переключение сетки рентгеновской трубки. Здесь, время переключения может быть ниже 1 мкс, и модуляция потока может быть использована для разряженной угловой выборки применительно к КТ. В дополнение, широтно-импульсная модуляция может быть использована, чтобы облучать детектор излучения только в течение ограниченного интервала времени в пределах периода интегрирования и/или цикла измерения.

В соответствии с вариантом осуществления система рентгеновской визуализации дополнительно содержит контроллер, выполненный с возможностью попеременного переключения источника излучения во включенное состояние и выключенное состояние посредством переключающего сигнала, при этом логический модуль детектора излучения выполнен с возможностью определения выключенного состояния источника излучения на основании переключающего сигнала контроллера. В качестве примера, во включенном состоянии никакой потенциал и/или положительный потенциал не может применяться к сетке рентгеновской трубки, тогда как в выключенном состоянии отрицательный потенциал может быть применен к сетке, чтобы задерживать генерирование фотонов рентгеновского излучения. Сигнал управления, на основании которого логический модуль может определять выключенное состояние источника излучения, может коррелировать с переключающим сигналом, тем самым обеспечивая надежное определение выключенного состояния. Также, переключающий сигнал может быть непосредственно предоставлен в качестве сигнала управления логическому модулю, чтобы определять выключенное состояние.

Третий аспект изобретения относится к способу работы системы рентгеновской визуализации с детектором излучения и источником излучения. Способ содержит этапы:

- генерирования заряда во время цикла измерения системы рентгеновской визуализации посредством облучения детектора излучения, который содержит фотодатчик, оптически связанный со сцинтиллятором;

- интегрирования и преобразования заряда посредством преобразователя тока-в-частоту с интегратором заряда в импульсный сигнал с частотой, указывающей заряд, генерируемый во время цикла измерения;

- подачи ток смещения посредством источника тока к преобразователю тока-в-частоту;

- определения посредством логического модуля детектора излучения выключенного состояния источника излучения; и

- прерывания интегрирования заряда посредством интегратора заряда после определения выключенного состояния.

Здесь, заряд, генерируемый во время цикла измерения, может ступенчато интегрироваться в некоторых частях и/или количествах заряда, чтобы генерировать импульсный сигнал. Другими словами, заряд, генерируемый фотодатчиком, может непрерывно интегрироваться и представляться в цифровой форме в импульсном сигнале.

Следует отметить, что признаки и/или элементы детектора излучения, как описано выше и в нижеследующем, могут быть признаками и/или элементами системы рентгеновской визуализации и/или способа. Обратно, признаки системы рентгеновской визуализации и/или способа, как описано выше и в нижеследующем, могут быть признаками и/или элементами детектора излучения.

В соответствии с вариантом осуществления способ дополнительно содержит обнаружение расширенного импульса импульсного сигнала после определения выключенного состояния, при этом интегрирование заряда посредством интегратора заряда прерывают после того, как обнаружен расширенный импульс.

В соответствии с вариантом осуществления этап прерывания интегрирования заряда содержит сброс интегратора заряда преобразователя тока-в-частоту.

В соответствии с вариантом осуществления этап прерывания интегрирования заряда содержит закорачивание интегрирующего конденсатора интегратора заряда.

В качестве альтернативы или в дополнение этап прерывания интегрирования заряда содержит соединение линии подачи, через которую ток смещения подается к преобразователю тока-в-частоту, с потенциалом земли.

Четвертый аспект изобретения относится к элементу компьютерной программы, который, будучи исполняемым на контроллере системы рентгеновской визуализации, выдает команды контроллеру выполнять этапы способа, как описано выше и в нижеследующем.

Пятый аспект изобретения относится к машиночитаемому носителю информации, на котором элемент компьютерной программы, который, когда будучи исполняемым на контроллере системы рентгеновской визуализации, выдает команды контроллеру выполнять этапы способа, как описано выше и в нижеследующем.

Машиночитаемый носитель информации может быть гибким диском, жестким диском, запоминающим устройством USB (Универсальной Последовательной Шины), RAM (Памятью с Произвольным Доступом), ROM (Постоянной Памятью) и EPROM (Стираемой Программируемой Постоянной Памятью). Машиночитаемый носитель информации также может быть сетью связи для передачи данных, например, Интернет, которая обеспечивает загрузку кода программы.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из вариантов осуществления, описываемых далее, и поясняются со ссылкой на них.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предмет изобретения будет объяснен более подробно в нижеследующем со ссылкой на примерные варианты осуществления, которые иллюстрируются на приложенных фигурах, при этом:

Фиг. 1 показывает схематично детектор излучения;

Фиг. 2 показывает схематично детектор излучения в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 3 показывает схематично циклограмму, иллюстрирующую работу детектора излучения с Фиг. 2;

Фиг. 4 показывает схематично систему рентгеновской визуализации в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 5 показывает схематично блок-схему, иллюстрирующую этапы способа работы системы рентгеновской визуализации, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

В принципе, идентичные части предусмотрены с одинаковыми ссылочными символами на фигурах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг. 1 показывает схематично обычный детектор 100 излучения. Детектор 100 излучения может, в частности, быть детектором 100 рентгеновского излучения для обнаружения фотонов рентгеновского излучения.

Детектор 100 излучения содержит сцинтиллятор 102 и фотодатчик 104, который содержит фотодиод 106 и который оптически связан со сцинтиллятором 102. Фотоны 101 рентгеновского излучения, падая на сцинтиллятор 102, преобразуются в видимый и/или оптический свет, который затем преобразуется в заряд и/или ток I посредством фотодиода 106.

Детектор 100 излучения дополнительно содержит электронный модуль 108 с преобразователем 110 тока-в-частоту. Преобразователь 110 тока-в-частоту содержит интегратор 112 заряда с усилителем 114 и интегрирующий конденсатор 116. Усилитель 114 и конденсатор 116 могут рассматриваться как предварительный усилитель преобразователя 110. Преобразователь 110 тока-в-частоту дополнительно содержит компаратор 118, соединенный с выходом усилителя 114 и выполненный с возможностью сравнения напряжения на выходе усилителя 114 с пороговым значением. Преобразователь 110 тока-в-частоту, как правило, выполнен с возможностью преобразования заряда в единицу времени, т.е. тока, подаваемого к преобразователю 110, в цифровой импульсный сигнал с частотой, указывающей и/или коррелирующей с зарядом в единицу времени и/или током.

Электронный модуль 108 дополнительно содержит источник 120 тока для подачи тока смещения через линию 122 подачи к преобразователю 110 тока-в-частоту.

Более того, электронный модуль 108 содержит логический модуль 124 с первым входом 125 для приема цифрового импульсного сигнала от преобразователя 110 тока-в-частоту.

Электронный модуль 108 дополнительно содержит переключатель 126 сброса для сброса интегратора 112 заряда преобразователя 110 тока-в-частоту во время цикла измерения и/или во время периода интегрирования. Переключатель 126 сброса содержит конденсатор 128, который заряжается опорным напряжением V_ref, и элемент 130 переключателя, который соединен с выходом 127 управления логического модуля 124.

В нижеследующем описывается функция электронного модуля 108. Интегратор 112 заряда, т.е. усилитель 114 и интегрирующий конденсатор 116, интегрирует отрицательный ток I и/или заряд, генерируемый фотодатчиком 104 и/или фотодиодом 106, при этом интегрирующий конденсатор 116 несет положительное напряжение, которое, таким образом, уменьшается на ток I и/или соответствующий заряд. Если напряжение интегратора 112 и/или интегрирующего конденсатора 116 достигает нуля, цифровой импульс генерируется компаратором 118. Данный импульс передается через первый выход 125 к логическому модулю 124, который, в свою очередь, запускает переключатель 126 сброса и приводит в действие элемент 130 переключателя посредством электрического сигнала. Когда элемент 130 переключателя приводится в действие, интегратор 112 заряда и/или интегрирующий конденсатор 116 заряжается положительным опорным пакетом заряда конденсатора 128, который сам по себе заряжается опорным напряжением V_ref. Если ток смещения не подается, количество этих событий подсчитывается логическим модулем 124 и представляет собой суммарный заряд от фотодатчика 104 и/или фотодиода 106, соответственно, в интервал сбора, цикл измерения и/или период интегрирования.

Дополнительно, время между первым и последним импульсом или событием может быть измерено, например, посредством предоставления тактового сигнала 132 логическому модулю 124 через тактовый вход 129 логического модуля 124.

Для того чтобы поддерживать электронные компоненты электронного модуля 108 на допустимой и/или соответствующей рабочей точке применительно к низкому потоку фотонов рентгеновского излучения, ток смещения подается посредством источника 120 тока. Ток смещения подается через линию 122 подачи параллельно току I фотодатчика 104. Детектор 100 излучения, показанный на Фиг. 1, может страдать от некоторого количества источников шума, как, например, 1/f шума тока смещения. При низком рентгеновском потоке данный шум может становиться действенным и может накладывать ограничения на визуализацию со сверхнизкой дозой.

Фиг. 2 схематично показывает детектор 100 излучения в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Если не указано иное, детектор 100 излучения с Фиг. 2 содержит те же самые функции, признаки и/или элементы, как детектор 100 излучения с Фиг. 1.

Электронный модуль 108 детектора 100 излучения содержит прерывающее устройство 134 для прерывания интегрирования заряда посредством интегратора 112 заряда и/или для прерывания функции интегрирования заряда интегратора 112 заряда. С этой целью прерывающее устройство 134 содержит электронный переключатель 136 выполненный и/или соединенный параллельно интегрирующему конденсатору 116 интегратора 112 заряда.

Электронный переключатель 136 может быть, например, любым подходящим основанным на полупроводнике переключателем, который может быть приведен в действие через воздействующий сигнал посредством логического модуля 124. С этой целью, логический модуль 124 содержит выход 131 для вывода воздействующего сигнала и передачи его через линию 135 к электронному переключателю 136, например, к выводу затвора электронного переключателя 136. Посредством приведения в действие переключателя 136, т.е., посредством закрытия переключателя 136, предоставляется обходной путь для тока смещения, интегрирующий конденсатор 116 закорачивается, и любой заряд отделяется и/или дренируется от интегрирующего конденсатора, тем самым сбрасывая интегратор 112 заряда и/или интегрирующий конденсатор 116.

Логический модуль 124 дополнительно содержит второй вход 133 и/или вход 133 потока для приема сигнала управления, указывающего и/или коррелирующего с выключенным состоянием источника излучения (см. Фиг. 4). Например, сигнал управления может быть предоставлен контроллером 204 (обращаясь к контроллеру 410, показанному на Фиг. 4), выполненным с возможностью переключения источника излучения во включенное состояние и выключенное состояние.

Логический модуль 124 выполнен с возможностью запуска прерывающего устройства 134 посредством предоставления воздействующего сигнала электронному переключателю 136 после того, по и/или в ответ на прием сигнала управления и, следовательно, по определению выключенного состояния источника излучения.

Кроме того, логический модуль 124 выполнен с возможностью запуска прерывающего устройства по обнаружению расширенного импульса импульсного сигнала, после определения выключенного состояния. Данный расширенный импульс, таким образом, происходит от тока смещения, что позволяет всесторонне и надежно определять смещение частоты, происходящее от тока смещения, и/или что позволяет вычитать все импульсы во время цикла измерения и/или периода интегрирования, которые вызываются только вкладом тока смещения. Соответственно, это обеспечивает определение количества импульсов за цикл измерения и/или период интегрирования, которые вызываются только зарядом, генерируемым фотодатчиком 104 во время цикла измерения и/или периода интегрирования.

Здесь следует отметить, что дополнительно или в качестве альтернативы электронный переключатель 136 может быть соединен с линией 122 подачи и интегрирование заряда может быть прервано посредством прерывающего устройства 134 путем соединения линии 122 подачи с потенциалом земли.

Функциональность и/или работа детектора 100 излучения с Фиг. 2 кратко суммируется в следующем. Детектор 100 излучения использует сигнал управления, который может рассматриваться как сигнал индикатора включенного рентгеновского потока, чтобы ограничивать интегрирование заряда интегратора 112 заряда и преобразование этого заряда в импульсный сигнал по интервалами времени с потоком фотонов рентгеновского излучения и/или циклом измерения и/или периодом интегрирования. Как следствие, электронный шум вне данного интервала не вносит свой вклад в шум сбора.

Во время периода интегрирования и/или цикла измерения, т.е., например, когда сигнал управления указывает включенное состояние источника излучения, компоненты электронного модуля 108 работают подобно обычному детектору 100 излучения с Фиг. 1. Если источник излучения переключается в выключенное состояние, т.е. если останавливается период потока, логический модуль 124, который может рассматриваться как часть цифрового управления детектором 100 излучения, ждет, пока не произойдет следующее событие подсчета, т.е., пока не обнаруживается расширенный импульс импульсного сигнала. Из-за тока смещения, это произойдет даже без какого-либо тока и/или заряда со стороны фотодатчика 104. В этот момент, интегратор 112 заряда прерывается и/или останавливается и любой заряд отделяется и/или дренируется от интегрирующего конденсатора 116. Таким образом, интегратор 112 поддерживается на нулевом напряжении. Электронный переключатель 136 будет укорачивать, закорачивать, отделять и/или дренировать все токи, т.е. ток смещения и все шумовые токи. Когда начинается следующий период потока, цикл измерения и/или период интегрирования, электронный переключатель 136 вновь приводится в действие, укорачивание высвобождается и интегратор 112 заряда заряжается опорным пакетом заряда, заставляя интегратор 112 вновь начинать интегрирование заряда.

В дополнение к подсчету события и/или импульса время от начала потока и последним отсчетом и/или импульсом в рамках цикла измерения, может быть измерено посредством логического модуля 124. Данное время может быть использовано, чтобы точно подсчитать отсчеты и/или импульсы, индуцированные током смещения, которые должны быть вычтены из подсчитанных событий и/или импульсов, определенных логическим модулем 124 для того, чтобы повысить правильность и точность измерения.

Фиг. 3 показывает схематично циклограмму, иллюстрирующую работу детектора 100 излучения с Фиг. 2. Здесь, кривая 300 показывает сигнал управления, который указывает включенное состояние и выключенное состояние источника излучения, как функцию времени. Кривая 302 изображает заряд, который несет интегратор 112 заряда и/или интегрирующий конденсатор 116, как функцию времени. Кривая 304 иллюстрирует приведение в действие переключателя 126 сброса и/или переключающего элемента 130 переключателя 126 сброса, как функцию времени. Кривая 306 иллюстрирует приведение в действие электронного переключателя 136 прерывающего устройства 134, как функцию времени.

Работа детектора 100 излучения является следующей. В момент t₀ времени может начинаться цикл измерения и/или период интегрирования, при этом источник излучения переключается во включенное состояние, как указывается сигналом управления, иллюстрируемым на кривой 300. Интегратору 112 подается положительный пакет заряда, как иллюстрируется кривой 302, который вызывается приведением в действие переключателя 126 сброса, как указывается на кривой 304. Кроме того, электронный переключатель 136 открыт, обеспечивая тем самым регулярную работу интегратора 112 заряда.

Ток смещения и ток I от фотодатчика подаются на интегратор 112 заряда, заряд интегрирующего конденсатора 116 уменьшается, приводя к уменьшению заряда интегратора 112 заряда, как иллюстрируется на кривой 302. Когда заряд интегрирующего конденсатора 116 достигает нуля, компаратор 118 запускается и импульс передается к логическому модулю 124, который в свою очередь запускает переключатель 126 сброса и индуцирует перезарядку интегрирующего конденсатора 116 с помощью опорного пакета заряда. Это приводит к сигналу пилообразной формы интегратора 112, изображенному на кривой 302.

В момент t₁ времени источник излучения переключается в выключенное состояние, как указывается сигналом управления, показанным на кривой 300. Соответственно, выключенное состояние определяется логическим модулем 124. Поскольку источник излучения выключен, то только ток смещения подается к интегратору 112 заряда, и, следовательно, наклон последнего импульса интегратора меняется. Логический модуль 124 теперь ждет, когда расширенный импульс генерируется преобразователем тока-в-частоту в момент t₂ времени. Когда удовлетворяются оба условия, т.е., определяется выключенное состояние и обнаруживается расширенный импульс, логический модуль 124 запускает прерывающее устройство 134 посредством приведения в действие электронного переключателя 136, как иллюстрируется кривой 306. Поскольку весь заряд от интегратора 112 отводится и/или дренируется, интегратор 112 остается на нулевом напряжении.

Интервал времени от t₀ до t₁ может именоваться включенным состоянием источника излучения, а интервал времени от t₀ до t₂ может именоваться циклом измерения и/или периодом интегрирования, в течение которого интегрирование заряда выполняется посредством интегратора 112.

Прерывающее устройство 134 тогда остается запущенным и/или переключатель 136 остается закрытым до тех пор, пока не начинается следующий цикл измерения в момент t₃ времени, который может быть запущен сигналом управления.

Фиг. 4 показывает схематично систему 400 рентгеновской визуализации в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Система 400 рентгеновской визуализации, показанная на Фиг. 4, является системой КТ визуализации.

Система 400 рентгеновской визуализации содержит вращающийся гантри 402 с источником 404 рентгеновского излучения, который проецирует пучок рентгеновских лучей в направлении детектора 406 излучения.

Если не указано иное, детектор 100 излучения на Фиг. 4 содержит те же самые признаки, функции и элементы, как детекторы 100 излучения, изображенные на предыдущих Фиг. 1 - 3.

Источник 404 излучения и детектор 100 расположены на противоположных сторонах гантри 402. Посредством детектора 100, проецируемые рентгеновские лучи, которые проходят через пациента 408 воспринимаются и/или обнаруживаются, при этом пациент 408 располагается на перемещающемся столе 409.

Система 400 рентгеновской визуализации дополнительно содержит контроллер 410, который, среди прочего, может регулировать вращение гантри 402 и работу рентгеновского источника 404. Контроллер 410 может, например, именоваться блоком управления, узлом управления и/или компьютером.

В частности, источник 404 излучения является рентгеновской трубкой 404 с сеточным управлением, содержащей анод, катод, и сетку, расположенную между ними. В ней, поток электронов от анода к катоду может быть выключен с помощью отрицательного потенциала управления, подаваемого на сетку для того, чтобы задержать генерирование фотонов рентгеновского излучения на аноде. Соответственно, система 400 рентгеновской визуализации может, например, именоваться системой КТ визуализации с возможностями быстрой модуляции рентгеновского потока, такими как переключение сетки рентгеновской трубки. Здесь, время переключения может быть ниже 1 мкс, и модуляция потока может быть использована для разряженной угловой выборки применительно к КТ. В дополнение, широтно-импульсная модуляция может быть использована, чтобы облучать детектор излучения только в течение ограниченного интервала времени в пределах периода интегрирования и/или цикла измерения.

Более того, контроллер 410 выполнен с возможностью попеременного переключения источника 404 излучения во включенное состояние и выключенное состояние посредством переключающего сигнала, при этом логический модуль 124 детектора 100 излучения выполнен с возможностью определения выключенного состояния источника 404 излучения на основании переключающего сигнала контроллера 410. В качестве примера, во включенном состоянии никакой потенциал не может применяться к сетке рентгеновской трубки 404, тогда как в выключенном состоянии отрицательный потенциал может быть применен к сетке, чтобы задерживать генерирование фотонов рентгеновского излучения.

Фиг. 5 схематично показывает блок-схему, иллюстрирующую этапы способа работы системы 400 рентгеновской визуализации с детектором 100 излучения и источником 404 излучения в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

На этапе S1 заряд генерируется во время цикла измерения системы 400 рентгеновской визуализации, посредством облучения детектора 100 излучения с помощью источника 404 излучения, причем детектор 100 излучения содержит фотодатчик 104, оптически связанный со сцинтиллятором 102.

На этапе S2, заряд интегрируется и преобразуется в импульсный сигнал с частотой, указывающей заряд, генерируемый во время цикла измерения, при этом этап S2 выполняется посредством преобразователя 110 тока-в-частоту с интегратором 112 заряда.

На дальнейшем этапе S3 ток смещения подается к преобразователю 110 тока-в-частоту посредством источника 120 тока.

На этапе S4 выключенное состояние источника 404 излучения определяется посредством логического модуля 124 детектора 100 излучения.

На этапе S5 расширенный импульс импульсного сигнала определяется посредством логического модуля 124, после определения выключенного состояния на этапе S4.

В заключение, на этапе S6 интегрирование заряда посредством интегратора 112 заряда прерывается посредством прерывающего устройства 134, которое запускается логическим модулем 124 по определению выключенного состояния источника 404 излучения на этапе S4 и по обнаружению расширенного импульса на этапе S5.

Необязательно, прерывание интегрирования заряда содержит сброс интегратора 112 заряда преобразователя 110 тока-в-частоту.

Необязательно, прерывание интегрирования заряда содержит закорачивание интегрирующего конденсатора 116 интегратора 112 заряда и/или соединение линии 122 подачи, через которую ток смещения подается к преобразователю 110 тока-в-частоту, с потенциалом земли.

Несмотря на то, что изобретение было проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и вышеприведенном описании, такая иллюстрация и описание должны рассматриваться как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации в отношении раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в соответствующей области техники и при реализации на практике заявленного изобретения, из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а формы единственного числа не исключают множество. Тот лишь факт, что некоторые меры сформулированы во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения не указывает на то, что сочетание этих мер не может быть использовано для преимущества. Любые ссылочные знаки в формуле изобретения не должны толковаться, как ограничивающие объем.

Изобретение относится к области детекторов излучения. В частности, изобретение относится к детектору излучения для системы рентгеновской визуализации. Техническим результатом является обеспечение детектора излучения и системы рентгеновской визуализации с улучшенными шумовыми характеристиками. Результат достигается тем, что детектор (100) излучения выполнен со сцинтиллятором (102), фотодатчиком (104) и электронным модулем (108). Электронный модуль (108) имеет преобразователь (110) тока-в-частоту с интегратором (112) заряда для генерирования импульсного сигнала с частотой, коррелирующей с зарядом, генерируемым фотодатчиком (104) во время цикла измерения. Электронный модуль (108) дополнительно содержит источник (120) тока для генерирования смещения частоты импульсного сигнала, прерывающее устройство (134) для прерывания интегрирования заряда посредством интегратора (112) заряда и логический модуль (124) для определения частоты импульсного сигнала. При этом логический модуль (124) выполнен с возможностью определения выключенного состояния источника (404) излучения и запуска прерывающего устройства (134) по определению выключенного состояния источника (404) излучения. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Детектор (100) излучения, содержащий:

сцинтиллятор (102);

фотодатчик (104), оптически связанный со сцинтиллятором (102); и

электронный модуль (108) с преобразователем (110) тока в частоту, который содержит интегратор (112) заряда и компаратор (118), для интегрирования и преобразования заряда, генерируемого фотодатчиком (104) во время цикла измерения, в импульсный сигнал с частотой, коррелирующей с зарядом;

при этом электронный модуль (108) содержит источник (120) тока для подачи тока смещения на преобразователь (110) тока в частоту и для генерирования смещения частоты импульсного сигнала;

при этом электронный модуль (108) содержит прерывающее устройство (134) для прерывания интегрирования заряда посредством интегратора (112) заряда;

при этом электронный модуль (108) содержит логический модуль (124) для определения частоты импульсного сигнала и

при этом логический модуль (124) выполнен с возможностью определения выключенного состояния источника (404) излучения и запуска прерывающего устройства (134) по определению выключенного состояния источника (404) излучения.

2. Детектор (100) излучения по п. 1,

причем логический модуль (124) выполнен с возможностью запуска прерывающего устройства (134) по обнаружению расширенного импульса импульсного сигнала после определения выключенного состояния.

3. Детектор (100) излучения по одному из предшествующих пунктов,

причем логический модуль (124) выполнен с возможностью определения выключенного состояния источника (404) излучения посредством приема сигнала управления, указывающего выключенное состояние и/или указывающего включенное состояние источника (404) излучения.

4. Детектор (100) излучения по одному из предшествующих пунктов,

причем прерывающее устройство (134) содержит электронный переключатель (136) и

при этом логический модуль (124) выполнен с возможностью запуска прерывающего устройства (134) посредством приведения в действие электронного переключателя (136).

5. Детектор (100) излучения по п. 4,

причем электронный переключатель (136) соединен с линией (122) подачи, взаимно соединяющей источник (120) тока и преобразователь (110) тока в частоту; и

причем электронный переключатель (136) выполнен с возможностью соединения линии (122) подачи с потенциалом земли.

6. Детектор (100) излучения по п. 4,

причем интегратор (112) заряда преобразователя (110) тока в напряжение содержит интегрирующий конденсатор (116) и

при этом электронный переключатель (136) прерывающего устройства (134) выполнен с возможностью закорачивания интегрирующего конденсатора (116) интегратора (112) заряда.

7. Система (400) рентгеновской визуализации, содержащая:

источник (404) излучения для испускания рентгеновских лучей и

детектор (100) излучения по одному из предшествующих пунктов.

8. Система (400) рентгеновской визуализации по п. 7,

причем источник (404) излучения является рентгеновской трубкой с сеточным управлением.

9. Система (400) рентгеновской визуализации по одному из пп. 7 или 8, дополнительно содержащая:

контроллер (410), выполненный с возможностью попеременного переключения источника (404) излучения во включенное состояние и выключенное состояние посредством переключающего сигнала,

при этом логический модуль (124) детектора (100) излучения выполнен с возможностью определения выключенного состояния источника (404) излучения на основании переключающего сигнала контроллера (410).

10. Способ работы системы (400) рентгеновской визуализации с детектором (100) излучения и источником (404) излучения, содержащий этапы:

генерирования заряда во время цикла измерения системы (400) рентгеновской визуализации посредством облучения детектора (100) излучения, который содержит фотодатчик (104), оптически связанный со сцинтиллятором (102);

интегрирования и преобразования заряда посредством преобразователя (110) тока в частоту с интегратором (112) заряда в импульсный сигнал с частотой, указывающей заряд, генерируемый во время цикла измерения;

подачи тока смещения посредством источника (120) тока на преобразователь (110) тока в частоту;

определения посредством логического модуля (124) детектора (100) излучения выключенного состояния источника (404) излучения и

прерывания интегрирования заряда посредством интегратора (112) заряда после определения выключенного состояния.

11. Способ по п. 10, дополнительно содержащий:

обнаружение расширенного импульса импульсного сигнала после определения выключенного состояния; и

при этом интегрирование заряда прерывают, после того как обнаружен расширенный импульс.

12. Способ по одному из пп. 10 или 11,

причем прерывание интегрирования заряда содержит сброс интегратора (112) заряда преобразователя (110) тока в частоту.

13. Способ по одному из пп. 10 - 12,

причем прерывание интегрирования заряда содержит закорачивание интегрирующего конденсатора (116) интегратора (112) заряда и/или

причем прерывание интегрирования заряда содержит соединение линии (122) подачи, через которую ток смещения подается к преобразователю (110) тока в частоту, с потенциалом земли.

14. Машиночитаемый носитель информации, на котором хранится элемент компьютерной программы, который, будучи исполняемым на контроллере (410) системы (400) рентгеновской визуализации, выдает команды контроллеру (410) выполнять этапы способа по любому из пп. 10-13.