專利名稱：脈沖縮短的粒子計數(shù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如光子計數(shù)的粒子計數(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明尤其涉及高速率光子計數(shù)系統(tǒng) 及其控制系統(tǒng)領(lǐng)域，該計數(shù)系統(tǒng)可以例如用于計算機斷層攝影X射線成像中。
背景技術(shù)：
粒子或光子計數(shù)或者粒子計數(shù)技術(shù)在例如核物理、天文學、醫(yī)療成像、安全等領(lǐng)域 中已是眾所周知。這些技術(shù)用于檢測并測量X射線、Gamma射線和電離粒子的高能光子或 粒子等?；跈z測設(shè)備和專用讀取電路的檢測系統(tǒng)可以用于放大檢測器的光子電流或光子 電壓、對其進行整形、以及通過模數(shù)轉(zhuǎn)換或者通過將脈沖幅度與已知閾值水平進行比較，使 得可以對其進行鑒別。在高質(zhì)量的圖像捕獲中，諸如在由計算機斷層攝影的醫(yī)學成像中，需要非常高的 光子計數(shù)速率以提供圖像中的寬的動態(tài)范圍。但是，即使是采用了高速數(shù)字處理裝備，檢測 器捕獲到的粒子所產(chǎn)生的電脈沖具有相當?shù)膶挾龋聪喈數(shù)臅r間擴展，這成為實現(xiàn)高動態(tài) 范圍的一個抑制因素。因此，當檢測器捕獲粒子時，若前一個粒子脈沖仍然處于衰退期間， 則可能導致不能檢測到后捕獲的粒子脈沖，從而限制了最大可檢測粒子速率，也限制了后 續(xù)圖像處理操作中的可用動態(tài)范圍。這是因為由于后捕獲的粒子所產(chǎn)生的電信號脈沖或 多或少重疊或掩蓋前一個粒子所產(chǎn)生的電信號脈沖，計數(shù)電路很難鑒別捕獲的時間上密集 間隔的多個粒子。這個問題被稱為堆積效應(yīng)。例如，在GB 2 332 513 A中解決了堆積效應(yīng)，在GB 2 332 513 A中公開了在一種 核光譜系統(tǒng)，其中對堆積進行檢測。為了保持脈沖形狀不變，可以進行脈沖長度補償，即縮 短或增長脈沖長短或脈沖寬度。GB 2 332 513A中描述的方法也解決了在發(fā)生堆積時提供 恒定的脈沖形狀的問題。然而，堆積問題本身并沒有得到解決，并且，結(jié)果，計數(shù)速率沒有得 到改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種粒子計數(shù)系統(tǒng)，所述粒子計數(shù)系統(tǒng)具有改進的計數(shù) 速率，并且從而適用于需要高動態(tài)范圍的應(yīng)用，如醫(yī)療成像。第一方面，本發(fā)明提供了一種配置用于從相關(guān)粒子檢測器接收電輸入信號的粒子 計數(shù)裝置，所述裝置包括-電荷敏感放大器(chargesensitive amplifier, CSA)，其配置用于接收輸入信 號并作為響應(yīng)產(chǎn)生放大信號；-整形器(SHPR)，其配置用于接收放大信號并作為響應(yīng)產(chǎn)生整形信號；以及-復位產(chǎn)生器(Resetgenerator，RSTG)，其配置用于檢測該整形信號中的峰值，并 且當檢測到峰值時產(chǎn)生諸如脈沖的復位信號(reset signal，RS)，發(fā)送給該整形器，從而減 小響應(yīng)于電輸入信號中的脈沖的整形信號的時間擴展。這樣的裝置，可以用于粒子計數(shù)前端，由于已經(jīng)在緊隨粒子檢測器之后的處理鏈
4中較早地解決了堆積問題，提供了高計數(shù)速率的可能性。特別是在一些實施例中，復位信號 被應(yīng)用于電荷敏感放大器和后續(xù)整形器，一旦檢測到整形信號中的峰值，可能影響電荷敏 感放大器和整形器的屬性，從而減小它們的時間常量，進而縮短整形器輸出的脈沖。因此使 得可能檢測較短時間間隔內(nèi)的兩個脈沖，從而降低堆積的概率。優(yōu)選地，將復位信號同時提 供給電荷敏感放大器和整形器，由于兩個電路的時間常量響應(yīng)于復位信號被減小，從而可 能執(zhí)行快速復位處理。根據(jù)第一方面的裝置的最終結(jié)果是易于進行后續(xù)鑒別和單一脈沖計 數(shù)，進而使得更高的粒子計數(shù)速率變得可能。 在一些實施例中，復位產(chǎn)生器為整形器和電荷敏感放大器同時產(chǎn)生復位信號。應(yīng) 用到整形器和電荷敏感放大器上的復位信號可以是同一復位信號。根據(jù)第一方面的本發(fā)明的實施例是基于這樣的認識計數(shù)系統(tǒng)的前端電路用于產(chǎn) 生幅度與脈沖的總電荷成比例的脈沖。因此，脈沖的峰值是重要因素，而脈沖的衰退是非重 要因素。可以以模擬部件或數(shù)字部件，或者二者的組合來實現(xiàn)復位產(chǎn)生器。在一些實施例中，復位產(chǎn)生器包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，例如快閃式模數(shù)轉(zhuǎn)換器(flash ADC)或鑒別器(discriminator)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收整形信號并產(chǎn)生數(shù)字輸出給數(shù)字處 理器電路，所述數(shù)字處理器電路配置用于分析該整形信號并作為響應(yīng)產(chǎn)生復位信號。在其他實施例中，復位產(chǎn)生器包括延時線(Delay Line,DL)和比較器，所述延時線 配置用于產(chǎn)生整形信號的延時形式，所述比較器基于整形信號和整形信號的延時形式的比 較而產(chǎn)生復位信號。比較器可以包括滯后元件(hysteresis element)。復位產(chǎn)生器可以產(chǎn)生應(yīng)用給電荷敏感放大器和整形器的一個公共復位信號，或者 針對電荷敏感放大器和整形器產(chǎn)生不同的復位信號。檢測整形信號的峰值的方法可以用本領(lǐng)域公知的方法實現(xiàn)。優(yōu)選地，快速可靠地 檢測峰值，從而可以在峰值在整形信號中形成之后迅速地產(chǎn)生復位信號，從而使得能夠在 其之后盡可能快地開始縮短過程。在優(yōu)選實施例中，電荷敏感放大器具有這樣的特性在正常操作過程中具有第一 積分器時間常量，并可以響應(yīng)于復位信號切換到第二積分器時間常量，所述第二積分器時 間常量小于所述第一積分器時間常量。裝置可以包括開關(guān)，所述開關(guān)配置用于響應(yīng)于復位 信號在第一積分器網(wǎng)絡(luò)和第二積分器網(wǎng)絡(luò)之間切換。特別地，第一積分器網(wǎng)絡(luò)可以包括第 一電阻器，連接開關(guān)以便可以響應(yīng)于復位信號與第二電阻器連接或斷開。在這些實施例中， 將時間常量從初始的高值轉(zhuǎn)移到較低的值，從而可以在一旦整形信號中的脈沖達到峰值時 進行快速衰退。在采用積分器電阻器切換的特定實施例中，可以簡單地實現(xiàn)脈沖縮短。優(yōu)選地，所述裝置包括開關(guān)，所述開關(guān)配置用于響應(yīng)于復位信號改變電荷敏感放 大器和整形器的時間常量屬性。因此，根據(jù)上面的闡述，優(yōu)選地將電荷敏感放大器和整形器 的時間常量向較低的值進行轉(zhuǎn)移，以便有效地縮短整形信號的脈沖。特別地，開關(guān)可以配置 用于響應(yīng)于復位信號改變對于電荷敏感放大器和整形器的相應(yīng)的RC網(wǎng)絡(luò)中的電阻。更特 別地，響應(yīng)于復位信號，電荷敏感放大器和整形器的時間常量相對于正常操作過程中的時 間常量顯著地減小。在這種情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道，相對于正常操作時的時間常 量，怎樣在復位時減小時間常量。在第二方面，本發(fā)明提供了一種粒子計數(shù)系統(tǒng)，包括
-根據(jù)第一方面的粒子計數(shù)前端，以及-計數(shù)器，其配置用于接收來自前端的整形信號，并基于此鑒別粒子脈沖。該系統(tǒng) 還可以包括粒子檢測器，例如光子檢測器。在第三方面，本發(fā)明提供了一種掃描器，包括_粒子檢測器，-根據(jù)第二方面的粒子計數(shù)系統(tǒng)，以及-信號處理器，其配置用于接收來自計數(shù)器的信號，并基于此產(chǎn)生表示圖像的數(shù) 據(jù)。所述掃描器可以是CT掃描器、X射線掃描器等中的一種。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到，本發(fā)明的第一方面的實施例和優(yōu)勢也可以適用于第 二、第三方面。進一步地，應(yīng)該理解可以以任何方式對這些方面進行組合。


下面將參照附圖，僅通過示例的方式對本發(fā)明的實施例進行描述，在附圖中圖1圖示了粒子計數(shù)系統(tǒng)的實施例；圖2圖示了整形器的輸出的典型的脈沖波形；圖3圖示了縮短的脈沖；圖4圖示了粒子計數(shù)前端的實施例，所述粒子技術(shù)前端基于具有零極補償電路的 電荷敏感放大器以及具有基于第一階低通濾波器的整形器；圖5圖示了緊密間隔的縮短脈沖的示例；圖6圖示了采用模擬實施方式的復位產(chǎn)生器的實施例；以及圖7a和7b圖示了采用數(shù)字方式實現(xiàn)復位產(chǎn)生器的實施例。
具體實施例方式圖1圖示了諸如用于醫(yī)學掃描器中的粒子計數(shù)系統(tǒng)的實施例。粒子或光子P(之 后僅稱為“粒子”)被檢測器DET捕獲。檢測器響應(yīng)于所捕獲的粒子P產(chǎn)生電信號，并且該 電信號被提供給粒子計數(shù)前端F。前端F包括從檢測器DET接收電信號的電荷敏感放大器 CSA。電荷敏感放大器CSA具有至少一個積分器，所述積分器具有與之相關(guān)的時間常量，從 而，所述電荷敏感放大器CSA具有被很好地限定的上升時間和衰退時間。整形器電路SHPR 接收來自電荷敏感放大器的放大信號，并作為響應(yīng)產(chǎn)生整形信號。整形器SHPR也包括積分 器，所述積分器具有與其相關(guān)的時間常量，并且所述整形器還包括可開關(guān)的RC網(wǎng)絡(luò)，所述 RC網(wǎng)絡(luò)具有與其相關(guān)的另一時間常量。來自整形器SHPR的整形信號形成前端F的輸出。在本發(fā)明的實施例中，前端F還包括復位產(chǎn)生器RSTG，所述RSTG監(jiān)測整形信號以 檢測信號中的峰值，這表示粒子已經(jīng)被檢測器DET捕獲的。當檢測到峰值時，復位產(chǎn)生器 RSTG作為響應(yīng)產(chǎn)生復位信號RS到電荷敏感放大器CSA和整形器SHPR。該同一復位信號RS 可以同時被應(yīng)用給電荷敏感放大器CSA和整形器SHPR。為了縮短整形信號的脈沖的時間擴 展，電荷敏感放大器CSA和整形器SHPR都被配置成響應(yīng)于復位信號RS，減小其積分器時間 常量。所得的前端F的總衰退時間因此減小，從而引起所得的整形信號的脈沖相對于傳統(tǒng) 的固定積分器時間常量縮短。因此可以在沒有堆積現(xiàn)象的情況下檢測更多數(shù)量的脈沖。粒子計數(shù)器CNTR接收整形信號并基于其對粒子的數(shù)量進行計數(shù)，由于整形信號的脈沖被縮短，這一工作變得容易，從而可以檢測更高的粒子速率。由諸如數(shù)字信號處理器 的處理器DSP，對所檢測到的粒子數(shù)量進行進一步處理。例如，當粒子計數(shù)系統(tǒng)是醫(yī)學掃描 器的一部分時，處理器DSP則可以基于此產(chǎn)生圖像。圖2圖示了整形器SHPR的輸出的示例，即所述整形信號作為時間t的函數(shù)。前 端F具有有效的積分器時間常量τ，該時間常量τ大于輸入脈沖的寬度，以便可以實現(xiàn)對 來自檢測器DET的電荷的完整積分。這意味著，由于積分器的上升時間，整形信號的峰值ρν 在電信號被檢測器DET輸出后的時刻τ發(fā)生。如所圖示的，對于積分器時間常量τ，在達 到峰值之后，整形信號開始慢慢衰退，并在大約8倍于時間常量τ的時刻首次達到或接近 0。在這個相當長的時間內(nèi)，系統(tǒng)對于檢測另一個輸入電荷的敏感度下降，這是因為信號水 平還沒有降到0，或者低于用于檢測粒子的檢測閾值。特別地，如果另一脈沖到達的時刻接 近第一脈沖到達其峰值的時刻，檢測過程當然困難。在積分器衰退時間中接收到若干脈沖， 這種情況被稱為堆積現(xiàn)象。圖3圖示了如在圖1所描述的本發(fā)明的效果。假定來自檢測器DET的輸入電荷和 圖2中的例子一樣。圖3圖示了沿著時間軸t繪制的整形信號以及沿著相同時間軸繪制的 由復位發(fā)生器RSTG產(chǎn)生的復位信號RS的水平。當脈沖開始時，假定上升時間為τ，與圖2 相同。因此，峰值發(fā)生在時刻τ。然而，復位產(chǎn)生器檢測到峰值的發(fā)生，之后迅速地產(chǎn)生復 位信號RS，在圖中示出為值從一個值切換到另一個值持續(xù)一段時間。電荷敏感放大器CSA 和整形器SHPR響應(yīng)于復位信號將積分器時間常量切換到較低的值，如所示出的，相比于圖 2，整形信號被顯著地縮短了，從而能夠更快和更可靠地檢測另一輸入脈沖，從而減小了堆 積的風險。圖4圖示了粒子計數(shù)前端的優(yōu)選實施例的電荷敏感放大器CSA和整形器SHPR部 分。電荷敏感放大器CSA包括具有時間常量τ 1的積分器。該時間常量τ 1由并聯(lián)的電容 器和電阻器決定。為了減小負脈沖的概率，CSA還包括零極補償電路，所述補償電路具有時 間常量τ ’，所述τ 1’優(yōu)選地等于或至少近似地等于τ 。零極補償電路也可以被實現(xiàn)為 并聯(lián)的電容器和電阻器。進一步地，該電路包括具有時間常量τ 2的微分器。另一時間常 量τ 3與為整形器SiPR的一部分的積分器相關(guān)。該整形器SiPR的積分器也可以由并聯(lián)的 電容器和電阻器實現(xiàn)。任選地，整形器的微分器和積分器之間可以加入電流增益模塊。如所示出的，圖4中的電路包括三個雙態(tài)開關(guān)si、s2、s3，從而與相應(yīng)的另外的電 阻器電連接，這三個另外的電阻器與形成三個積分器的部分的電阻器并聯(lián)。所有這些開關(guān) si、s2、s3都處于“關(guān)”狀態(tài)，S卩脈沖縮短未啟動，因此，表明電路在其正常操作模式。但 是，響應(yīng)于由復位產(chǎn)生器(未圖示)產(chǎn)生的復位信號，這三個開關(guān)sl、s2、s3都切換到“開” 狀態(tài)，即脈沖縮短模式，并從而連接三個另外的并聯(lián)電阻器。因此，所有三個RC電路中所得 的電阻被減小，從而，減小了積分器的時間常量。結(jié)果，整個前端電路的有效時間常量被減 小，并且如上所述地，可以實現(xiàn)整形器SiPR輸出的快速衰落。在衰落之后，開關(guān)si、s2、s3 返回到“關(guān)”狀態(tài)。在脈沖縮短模式中，可以在積分器時間常量τ 1和補償電路時間常量τ 1’之間引 入小的不平衡。這導致很少的負脈沖現(xiàn)象，將有助于在不影響脈沖幅度的情況下加速衰落 過程，并且在第一脈沖之后很快到達的下一脈沖幅度的影響也可以忽略不計。優(yōu)選地對并聯(lián)電阻器的值進行選擇使得時間常量τ 1和τ 3顯著地減小。
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圖4中沒有圖示復位產(chǎn)生器，但是假定可以連接其以控制三個雙態(tài)開關(guān)si、s2和 s3，使得當復位產(chǎn)生器檢測到整形信號中的峰值時，所述開關(guān)響應(yīng)于由復位產(chǎn)生器產(chǎn)生的 復位信號改變其狀態(tài)。開關(guān)sl、s2、s3可以包括保持電路，所述保持電路配置用于在接收到 復位信號脈沖后維持“開”模態(tài)預(yù)定時間段，或者開關(guān)si、s2、s3的狀態(tài)簡單地隨著復位信 號RS的數(shù)字值。開關(guān)si、s2、s3可以用本領(lǐng)域已知的電子開關(guān)或者邏輯門的方式實現(xiàn)。然而，開 關(guān)si、s2、s3優(yōu)選地具有短的“開”響應(yīng)時間，以確保響應(yīng)于復位信號能夠迅速地激活脈沖縮短。在可替代實施例中，如所圖示的，優(yōu)選地響應(yīng)于復位信號，通過借助于切換RC電 路改變有效電容而非改變電阻，減小時間常量。進一步可替代地，可以響應(yīng)于復位信號借助 于適當連接的開關(guān)改變電容和電阻兩者。在圖4所示的電路中，電荷敏感放大器CSA可以以例如在US 6，587，003B2中描述 的方式實現(xiàn)。這里描述了具有JFET輸入級和電容性反饋元件的放大器。放大器產(chǎn)生輸出 電壓脈沖，所述輸出電壓脈沖正比于由粒子檢測器輸入的在JFET收到的電荷脈沖。一個電 路連接到放大器輸出和JFET的源節(jié)點，從而向源節(jié)點應(yīng)用脈沖復位信號。圖5圖示了表示相同電荷和時間t上緊密間隔的兩個相繼脈沖的整形信號的波形 的示例。在圖5的部分a)中描繪了沒有復位的情況下的整形信號。在圖5的部分b)中描 繪了操作圖4所示的電路以在檢測到第一脈沖之后提供復位的整形信號。在部分a)中，電 荷敏感放大器和整形器的大的時間常量導致很難鑒別第二脈沖。并且堆積效應(yīng)引起第二脈 沖的幅度的誤差。在部分b)中，在檢測到第一脈沖之后迅速啟動上述復位功能，可以容易 地鑒別這兩個脈沖，而且由于脈沖表示相同的電荷，正如所期望的那樣，兩個脈沖的幅度基 本相同。因此，堆積問題得到了矯正。圖6示出了模擬復位產(chǎn)生器RSTG的實施例的方框圖的示例。復位產(chǎn)生器RSTG接 收來自整形器的整形信號，并將該整形信號應(yīng)用到模擬延時線DL以產(chǎn)生該整形信號的延 時形式。然后通過使用比較器H，可以檢測到負電壓差，這可以用作復位信號RS。從整形信 號中減去該整形信號的延時形式以產(chǎn)生該整形信號的一階導數(shù)(first derivative)的表 示。再加上小的DC壓降V以將整個水平轉(zhuǎn)移到高于已知的低值的小的負導數(shù)值。這有助 于，在達到峰值之后，建立小的時延，并在完全穩(wěn)定時間(即零導數(shù))到達之前，對復位信 號RS進行取反操作，阻止形成環(huán)路。另一種阻止形成環(huán)路的方法是在比較器H中引入小的 滯后，諸如采用如Schmitt觸發(fā)器類的負邊緣檢測器。圖6中示出的實施方式為相當簡單的電路，其組合了峰值檢測和復位信號RS的產(chǎn) 生，所述復位信號RS可以直接應(yīng)用于控制圖4中所示的電路的開關(guān)si、s2、S3。圖7a和圖7b圖示了在對整形信號SHPS進行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后由數(shù)字處理器電路DPC 以復位脈沖形式產(chǎn)生復位信號RS的兩個任選的實施方式。在這兩個實施例中，復位信號RS 是通過對數(shù)字化的信號進行后處理產(chǎn)生的，所述數(shù)字化信號為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(或鑒別器)ADC 的輸出。在這兩個實施例中，需要按照他們的幅度實現(xiàn)若干鑒別等級，從而使得小脈沖將僅 導致較低輸出的數(shù)字脈沖；脈沖越大，該脈沖的輸出的系數(shù)越高。在圖7a和圖7b中，為了 便于描述，只給出了六個等級。然而，可以使用更少或者更多的等級。在圖7a中，在第二級中檢測每個脈沖的下降沿FE-DCT。當除了較低的一個(或幾個較低的等級)下降沿檢測器之外的較高下降沿檢測器的任一個檢測到負邊沿時，數(shù)字 處理模塊DPC中的置位/復位觸發(fā)器(set/resetflip-flop)被置位。當在較低等級或多 個較低等幾種的一個中檢測到負邊沿時，觸發(fā)器被復位。這個觸發(fā)器的輸出驅(qū)動復位信號 RS。在圖7b中，復位信號脈沖RS響應(yīng)于輸入脈沖的上升沿產(chǎn)生。當模數(shù)轉(zhuǎn)換器或鑒 別器ADC的輸出中的任意一個檢測到正邊沿或者上升沿RE-DCT時，數(shù)字處理模塊DPC在預(yù) 定的時延dly之后產(chǎn)生復位脈沖RS，其中，時延dly應(yīng)該被調(diào)諧為大于脈沖的上升時間。在 另一預(yù)定的時間段之后，復位脈沖RS被撤消(de-asserted)，所述預(yù)定的時間段被調(diào)諧為 能夠提供整形器輸出的模擬脈沖完整的衰退。所公開的各個實施例的特定細節(jié)的目的在于解釋而非限制本發(fā)明，從而提供對本 發(fā)明的更清晰且透徹的理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，本發(fā)明可以在不偏離本發(fā)明 的精神和范圍的前提下，以不完全符合這些披露的細節(jié)的實施例來實現(xiàn)。進一步地，為了簡 短和清楚的目的，本申請文件省略了對一些已知的裝置、電路、方法的細節(jié)性描述，從而避 免不必要的細節(jié)和可能產(chǎn)生的困惑?？傊?，本發(fā)明提供了一種粒子計數(shù)裝置，其當從粒子檢測器接收電荷脈沖時，減小 所得脈沖寬度，從而緩解了已知的由于脈沖的堆積問題而限制可能計數(shù)速率的問題。通過 當脈沖超過或達到峰值之后在裝置的輸出端復位脈沖的方式，可以得到縮短的脈沖。所述 裝置包括電荷敏感放大器，產(chǎn)生用于后續(xù)鑒別電路的輸出的整形器。復位產(chǎn)生器監(jiān)測整形 器輸出并當檢測到峰值時產(chǎn)生發(fā)送給整形器的復位信號。優(yōu)選地，復位信號同時被應(yīng)用于 電荷敏感放大器。電荷敏感放大器和整形器電路被配置為當接收到復位信號之后減小它們 的積分器時間常量。因此，整形器的輸出衰落得更快，并且其可以檢測兩個時間上彼此靠近 的脈沖，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的粒子計數(shù)速率。復位產(chǎn)生器可以以模擬部件實現(xiàn)，或者以數(shù)字 形式、運行于數(shù)字處理器上的算法的形式實現(xiàn)。在優(yōu)選實施例中，電荷敏感放大器和整形器 電路通過操作開關(guān)，響應(yīng)于復位信號減小其相應(yīng)的積分器時間常量，所述開關(guān)將一電阻器 并聯(lián)到確定積分器時間常量的RC電路。從而裝置的有效時間常量被減小，并且實現(xiàn)更快的 衰退。本發(fā)明適用于基于光子計數(shù)的計算機斷層攝影X-ray成像。該應(yīng)用要求高的計數(shù) 率的光子計數(shù)以獲取高質(zhì)量和大動態(tài)范圍的成像。該應(yīng)用也要求多光譜能力，以支持具有 不同吸收特性的身體材料的成像，所述光譜能力對于醫(yī)學診斷是非常必要的。但是，本發(fā)明 在實現(xiàn)光子計數(shù)、用于工業(yè)和包括乳房X照相術(shù)的醫(yī)學數(shù)字熒光檢查的能量鑒別電路，以 及任何需要高速光子計數(shù)的設(shè)備中具有優(yōu)勢。權(quán)利要求書中包括的附圖標記僅用于清楚地描述的目的，不應(yīng)將其解釋為對權(quán)利 要求范圍的限制。
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權(quán)利要求
一種粒子計數(shù)裝置，配置用于從相關(guān)聯(lián)的粒子檢測器接收電輸入信號，所述裝置包括 電荷敏感放大器(CSA)，配置用于接收所述輸入信號并作為響應(yīng)產(chǎn)生放大信號； 整形器(SHPR)，配置用于接收所述放大信號并作為響應(yīng)產(chǎn)生整形信號；以及 復位產(chǎn)生器(RSTG)，配置用于檢測所述整形信號中的峰值，并當檢測到所述峰值時產(chǎn)生復位信號(RS)給所述整形器(SHPR)，以用于減小響應(yīng)于所述電輸入信號中的脈沖的所述整形信號的時間擴展。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述復位產(chǎn)生器(RSTG)還應(yīng)用復位信號(RS)至所 述電荷敏感放大器(CSA)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述復位產(chǎn)生器(RSTG)同時應(yīng)用復位信號至所述 整形器(SHPR)和所述電荷敏感放大器(CSA)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述復位信號(RS)是脈沖。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述復位產(chǎn)生器(RSTG)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)接收所述整形信號(SHPS)， 并產(chǎn)生數(shù)字輸出給數(shù)字處理器電路(DPC)，所述數(shù)字處理器電路進而配置用于分析所述整 形信號(SHPS)并作為對其的響應(yīng)產(chǎn)生所述復位信號(RS)。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是快閃式模數(shù)轉(zhuǎn)換器或鑒別器。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述復位產(chǎn)生器(RSTG)包括配置用于產(chǎn)生所述整 形信號的延時形式的延時線(DL)，和配置用于基于所述整形信號和所述整形信號的延時形 式的比較而產(chǎn)生所述復位信號(RS)的比較器。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述比較器包括滯后元件(H)。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述電荷敏感放大器(CSA)在正常操作期間表現(xiàn) 出第一積分器時間常量，并且其中，所述電荷敏感放大器(CSA)配置用于響應(yīng)于所述復位 信號(RS)切換到第二積分器時間常量，所述第二積分器時間常量短于所述第一積分器時 間常量。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，包括開關(guān)(sl)，配置用于響應(yīng)于所述復位信號(RS)在 第一積分器網(wǎng)絡(luò)和第二積分器網(wǎng)絡(luò)之間切換。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述第一積分器網(wǎng)絡(luò)(τ1)包括第一電阻器，并 且其中，連接所述開關(guān)(sl)，以響應(yīng)于所述復位信號(RS)連接或斷開第二電阻器。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，包括開關(guān)(sl，s2，s3)，所述開關(guān)配置用于響應(yīng)于所述復 位信號(RS)改變所述電荷敏感放大器(CSA)和所述整形器(SHPR) 二者的時間常量屬性。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述開關(guān)(sl，s2，s3)配置用于響應(yīng)于所述復位 信號(RS)改變所述電荷敏感放大器(CSA)和所述整形器(SHPR)的相應(yīng)RC網(wǎng)絡(luò)中的電阻。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，響應(yīng)于所述復位信號(RS)，將所述電荷敏感放大 器(CSA)和所述整形器(SHPR) 二者的時間常量減小至顯著地短于在正常操作期間的時間 常量。
16.一種粒子計數(shù)系統(tǒng)，包括_粒子計數(shù)前端(F)，其中，所述前端包括ο電荷敏感放大器(CSA)，配置用于接收輸入信號并作為響應(yīng)產(chǎn)生放大信號； ο整形器(SHPR)，配置用于接收所述放大信號并作為響應(yīng)產(chǎn)生整形信號；以及 ο復位產(chǎn)生器(RSTG)，配置用于檢測所述整形信號中的峰值，并當檢測到所述峰值時 產(chǎn)生復位信號(RS)給所述整形器，以便減小響應(yīng)于所述電輸入信號的脈沖的所述整形信 號的時間擴展；以及-計數(shù)器(CNTR)，配置用于從所述前端(F)接收所述整形信號，并基于所述整形信號鑒 別各粒子脈沖。
17.如權(quán)利要求16所述的粒子計數(shù)系統(tǒng)，還包括粒子檢測器(DET)。
18.如權(quán)利要求17所述的粒子計數(shù)系統(tǒng)，其中，所述粒子檢測器(DET)是光子檢測器。
19.一種掃描器，包括-粒子計數(shù)系統(tǒng)，所述粒子計數(shù)系統(tǒng)包括 ο粒子檢測器(DET)； ο粒子計數(shù)前端(F)，其包括 電荷敏感放大器(CSA)，配置用于接收輸入信號并作為響應(yīng)產(chǎn)生放大信號； 整形器(SHPR)，配置用于接收所述放大信號并作為響應(yīng)產(chǎn)生整形信號；以及 復位產(chǎn)生器(RSTG)，配置用于檢測所述整形信號中的峰值，并當檢測到所述峰值時產(chǎn) 生復位信號(RS)給所述整形器(SHPR)，以便減小響應(yīng)于所述電輸入信號中的脈沖的所述 整形信號的時間擴展；ο計數(shù)器(CNTR)，配置用于從所述前端(F)接收所述整形信號，并基于所述整形信號 鑒別各粒子脈沖；以及-信號處理器(DSP)，配置用于從所述計數(shù)器(CNTR)接收信號并基于所述信號產(chǎn)生表 示圖像的數(shù)據(jù)。
20.如權(quán)利要求19所述的掃描器，其中，所述掃描器是CT掃描器和X射線掃描器中的全文摘要
本發(fā)明描述了一種粒子計數(shù)裝置，用于當從粒子檢測器接收到電荷脈沖時，減小所得的脈沖寬度，從而緩解脈沖的堆積問題(pile-up)。通過在裝置輸出處脈沖超過峰值水平時立刻對該脈沖進行復位，可以獲得脈沖縮短。該裝置包括電荷敏感放大器和產(chǎn)生用于后續(xù)鑒別電路的輸出的整形器。復位產(chǎn)生器監(jiān)測整形器輸出，并在檢測到峰值時產(chǎn)生復位信號給整形器。
文檔編號G01T1/17GK101918859SQ200880111693
公開日2010年12月15日 申請日期2008年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月18日
發(fā)明者A·馬克斯, T·利蘭 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司