本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于在對探測到的輻射量子創(chuàng)建時間戳中使用的輻射探測設(shè)備、系統(tǒng)、方法和計算機程序產(chǎn)品。所述設(shè)備包括光學探測器像素陣列、時間戳觸發(fā)單元和計時單元。所述時間戳觸發(fā)單元確定針對在所述光學探測器像素陣列內(nèi)的像素單元的像素單元觸發(fā)速率。所述時間戳觸發(fā)單元基于所述像素單元觸發(fā)速率來使所述計時單元生成時間戳。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及對探測到的輻射量子創(chuàng)建時間戳并且應(yīng)用于高能粒子物理應(yīng)用中。這樣的應(yīng)用包括對以光子形式的諸如切倫科夫輻射的輻射量子的直接探測以及借助于由閃爍體元件產(chǎn)生的光子對輻射量子的間接探測。本專利技術(shù)具體應(yīng)用于PET成像系統(tǒng)中，并且甚至更具體地，本專利技術(shù)能夠用于飛行時間(TOF)PET成像系統(tǒng)中。
技術(shù)介紹
在PET成像中，在將諸如患者或動物的對象定位在PET成像區(qū)域之前，將放射性示蹤劑施予給對象。放射性示蹤劑優(yōu)選地由對象中的區(qū)域吸收，并且在攝取期之后對其分布進行成像。隨后，臨床醫(yī)生解讀在圖像中的諸如器官的特定區(qū)域中的相對攝取并且可以執(zhí)行對對象的診斷。放射性示蹤劑經(jīng)歷放射性衰減，其導致正電子的產(chǎn)生。每個衰減事件產(chǎn)生一個正電子，其在人類組織中行進達幾_，在那兒其隨后在產(chǎn)生兩個方向相反的伽瑪光子的煙沒事件中與電子相互作用。兩個伽瑪光子每個具有511keV的能量，并且隨后由圍繞PET成像區(qū)域徑向設(shè)置的伽瑪光子探測器探測到，所述伽瑪光子探測器當由入射伽瑪光子撞擊時其每個產(chǎn)生電信號。在本文中限定的包括與光學探測器光學通信的閃爍體元件的伽瑪光子探測器中，閃爍體元件將高能伽瑪光子轉(zhuǎn)換成包括許多光子的閃爍光脈沖，并且通過光學探測器來生成電信號。時間戳由時間戳單元發(fā)給每個電信號并且在符合(coincidence)確定單元中與其他時間戳進行比較。當兩個伽瑪光子的時間戳發(fā)生在彼此的窄時間間隔內(nèi)時；通常當兩個伽瑪光子的時間戳在+/_3ns內(nèi)時，所述兩個伽瑪光子被識別為是符合的。接收符合伽瑪光子的兩個探測器的位置定義空間線，沿著所述空間線煙沒事件發(fā)生，所述線被稱為響應(yīng)線(LOR)。隨后這樣的LOR被重建以產(chǎn)生圖示在成像區(qū)域內(nèi)的放射性示蹤劑的分布的圖像。在飛行時間(TOF)PET中，兩個探測到的伽瑪光子之間的小時間差還用于定位沿著LOR煙沒事件發(fā)生的位置并且因此改進重建圖像的空間分辨率。在相互作用深度(DOI)PET中，還可以評估兩個探測到的伽瑪光子的軌跡，以便通過減小視差誤差來改進重建圖像的空間分辨率。在PET成像系統(tǒng)中，一般將時間戳發(fā)給接收到的伽瑪光子的時間戳單元通常包括諸如時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)的計時單元和時間戳觸發(fā)單元。通過時間戳觸發(fā)單元來使所述計時單元生成指示對每個伽瑪光子的接收的時間的時間戳，以便由符合確定單元進行后續(xù)分析。所述時間戳觸發(fā)單元當在其輸入處的信號超過預(yù)定閾值時使所述計時單元生成時間戳，并且期望在對伽瑪光子的探測之后盡可能快地發(fā)生，以便優(yōu)化PET成像系統(tǒng)的計時準確度。用于在對諸如切倫科夫輻射的輻射量子的直接探測中的計時目的時間戳單元以幾乎相同的方式操作。然而在對切倫科夫輻射的探測中，光學探測器直接根據(jù)探測到的輻射量子來生成電信號，因此缺少閃爍體元件。對所述計時單元的虛假觸發(fā)是能夠在采用所謂的直接探測的系統(tǒng)中，以及在諸如PET成像系統(tǒng)的采用間接探測的系統(tǒng)中引起的問題，并且所述問題在采用在蓋革模式下操作的數(shù)字硅光電倍增管(SiPM)探測器作為光學探測器中尤其嚴峻。數(shù)字SiPM探測器缺少諸如光脈沖或接收到的伽瑪光子的有效事件的情況下遭受暗計數(shù)噪聲，所述暗計數(shù)噪聲將其自身顯示為在光學探測器的輸出處顯露為假的電脈沖。來自暗計數(shù)噪聲的電脈沖由時間戳觸發(fā)器單元頻繁地誤解讀，并且虛假地使所述計時單元生成時間戳。這樣的虛假觸發(fā)導致計時單元空載時間，所述空載時間是這樣的時間段:在所述時間段期間所述計時單元必須被重置并且在所述時間段期間不能夠確定對有效事件的接收的時間。暗計數(shù)噪聲是強烈溫度相關(guān)的，并且甚至在室溫能夠創(chuàng)建相當大的計時單元空載時間。能夠通過提高所述時間戳觸發(fā)單元的閾值來實現(xiàn)在暗計數(shù)噪聲與來自有效事件的信號之間的特定鑒別。然而，由于起因于暗計數(shù)噪聲和有效事件兩者的電脈沖的不足信本質(zhì)具有一些有效事件不能創(chuàng)建足夠大的信號以觸發(fā)所述時間戳觸發(fā)單元的風險，所以這具有有限的益處。有效事件的缺失降低了探測靈敏度。在PET成像中，其降低了系統(tǒng)的信噪比。提高所述時間戳觸發(fā)單元的閾值具有增加在對有效事件的接收與其時間戳的時間之間的時間延遲的另外的缺點，由此降低了時間戳單元的計時準確度。兩種另外的方法也已經(jīng)被引入以減輕暗計數(shù)噪聲的影響:使光學探測器冷卻和觸發(fā)驗證。使光學探測器冷卻減少了通過其溫度相關(guān)的暗計數(shù)噪聲并且通常是這樣的成像系統(tǒng)的要求。其要求將龐大的冷卻裝置附接到光學探測器，這不利地影響了系統(tǒng)尺寸、成本和功率要求。觸發(fā)驗證也已經(jīng)被采用于PET成像的背景下。在這一點上，響應(yīng)于起因于伽瑪光子的閃爍光脈沖的來自光學探測器的電信號用于生成觸發(fā)驗證信號，所述觸發(fā)驗證信號指示觸發(fā)信號源自于伽瑪光子而非暗計數(shù)噪聲。在專利申請W02006/111883A2中公開的已知觸發(fā)方案中，當已經(jīng)探測到在閃爍光脈沖中的第一光子時，時間戳觸發(fā)單元使計時單元生成時間戳。觸發(fā)驗證方案基于若干這樣的光學探測器信號的邏輯AND/OR來發(fā)出對應(yīng)的驗證信號，當預(yù)定數(shù)量的這樣的光學探測器信號隨后超過閾值時，所述對應(yīng)的驗證信號為真。由于對伽瑪光子的接收的對計時單元的有效觸發(fā)的特征在于在多個光學探測器對其閃爍光的探測并且引起真有效信號，導致對時間戳的處理。對比之下，暗計數(shù)噪聲觸發(fā)了較少的光學探測器并且引起假有效信號，導致時間戳被拒絕并且計時單元被重置。然而，這些解決方案仍然遭受光學探測器必須被冷卻以便將暗計數(shù)噪聲減少到可接受水平的缺點。另外，時間戳觸發(fā)單元的高閾值限制了可實現(xiàn)的計時分辨率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是改進在高能粒子物理應(yīng)用中在對探測到的輻射量子創(chuàng)建時間戳中的噪聲抑制。本專利技術(shù)的另一目的是改進對這樣的探測到的輻射量子進行計時的準確度。這些目的通過一種輻射探測設(shè)備來實現(xiàn)，所述輻射探測設(shè)備包括光學探測器像素陣列、時間戳觸發(fā)單元和計時單元。還公開了用于實現(xiàn)這些目的一種系統(tǒng)、一種方法和一種計算機程序產(chǎn)品。在所述輻射探測設(shè)備中，所述光學探測器像素陣列包括能夠由光子觸發(fā)的一個或多個像素單元。所述時間戳觸發(fā)單元與所述計時單元操作通信。所述時間戳觸發(fā)單元接收來自所述光學探測器像素陣列的信號，并且被配置為確定在所述光學探測器像素陣列內(nèi)的所述一個或多個像素單元的像素單元觸發(fā)速率。根據(jù)本專利技術(shù)的第一方面，所述時間戳觸發(fā)單元被配置為基于針對在所述光學探測器像素陣列內(nèi)的所述一個或多個像素單元的所述像素單元觸發(fā)速率來使所述計時單元生成時間戳。在優(yōu)選實施方式中，當所述像素單元觸發(fā)速率超過預(yù)定速率時生成時間戳。在其他預(yù)見到的實施方式中，當所述像素單元觸發(fā)速率小于預(yù)定速率、在預(yù)定速率的預(yù)定范圍內(nèi)或等于預(yù)定速率時生成時間戳。這與已知方法形成對比，在所述已知方法中，當已經(jīng)探測到在閃爍光脈沖中的第一光子時，時間戳觸發(fā)單元使計時單元生成時間戳。一般通過基于所述像素單元觸發(fā)速率來鑒別并且由此使所述計時單元生成時間戳來改進在對探測到的輻射量子的計時中的噪聲抑制，因為光脈沖特征在于對其的探測通常發(fā)生在短時間段內(nèi)。例如，在PET成像中，起因于通過閃爍體元件對伽瑪光子的接收的閃爍光脈沖的特征在于光子生成的高初始速率以及由此的高像素單元觸發(fā)速率，然而暗計數(shù)噪聲的特征在于以更低的速率對像素單元的觸發(fā)。在所謂的直接探測應(yīng)用中，還設(shè)想到感興趣的原始光脈沖以與光子的短脈沖同樣的方式發(fā)生。通過基于像素單元觸發(fā)速率本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種輻射探測設(shè)備，包括：光學探測器像素陣列(3a)，其具有能夠由光子觸發(fā)的一個或多個像素單元(9)；時間戳觸發(fā)單元(71)，其與至少一個計時單元(44)操作通信；其中，所述時間戳觸發(fā)單元(71)被配置為接收來自所述光學探測器像素陣列(3a)的信號，并且還被配置為確定針對在所述光學探測器像素陣列(3a)內(nèi)的所述一個或多個像素單元(9)的至少第一像素單元觸發(fā)速率；其中，所述時間戳觸發(fā)單元(71)被配置為基于針對在所述光學探測器像素陣列(3a)內(nèi)的所述一個或多個像素單元(9)的所述至少第一像素單元觸發(fā)速率來使所述至少一個計時單元(44)生成第一時間戳。
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：T·佐爾夫，
申請(專利權(quán))人：皇家飛利浦有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：荷蘭;NL
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