【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光子计数探测器、对应的光子计数方法和包括用于探测辐射(特别是伽马辐射和x射线辐射)的光子计数探测器的成像装置。
技术介绍
1、在常规情况下，使用光电倍增管(pmt)探测器来实施光子计数，pmt探测器包括光敏光电阴极和一组“乘法器”阳极端子。光电阴极响应于光子的碰撞而发射至少一个电子，并且(这一个或多个)电子继而撞击连续的阳极端子，其中，每个这样的事件都引起电子级联发射，从而产生引起可测量电脉冲的倍增效应。pmt能够进行高速光子计数。pmt探测器具有许多缺点，包括：它是相对庞大的离散设备，这些离散设备具有在高电压下操作的大光学窗口并且由于真空管设计和高操作电压而易于失效。例如，在us8723132b2中公开了这种类型的辐射探测器。
2、已经开发出硅光电倍增器(sipm)设备来克服这些缺点中的一些缺点，并且sipm设备提供了易于与基于硅的信号/数据处理电路集成在一起的光子计数探测器。在一些实施例中，sipm设备采用了雪崩光电二极管作为光传感器。当被偏置到其击穿电压以上时，雪崩二极管响应于单光子的碰撞而击穿。这种设备有时被称为单光子雪崩二极管(spad)探测器。在典型的spad探测器中，雪崩光电二极管被反向偏置到其击穿电压以上并且与淬灭电阻器串联。单光子的碰撞引起pn结在spad探测器中的作为可测量电流而流动的电荷载流子的倍增(即，“雪崩”)级联中击穿。由于该电流将跨雪崩二极管的反向偏置降低到其击穿电压以下的电平，因此该电流因电阻器上的电压而相对快速地淬灭。额外地或替代地，包括(例如)一个或多个二极管、电阻器
3、wo2010/100574a2公开了一种pet扫描器，这种pet扫描器包括环绕成像区域的探测器模块环。这些探测器模块中的每个探测器模块都包括一个或多个传感器雪崩光电二极管(apd)，这一个或多个传感器apd被偏置在盖革模式下的击穿区域中。传感器apd响应于来自闪烁体的与入射光子相对应的光而输出脉冲。也被偏置在盖革模式下的击穿区域中的参考apd被光学屏蔽而不受光的影响并且输出由模数转换器测量的电压。基于该测量结果，偏置控制反馈回路指示可变电压生成器调节施加到apd的偏置电压，使得击穿脉冲的电压与预选的逻辑电压电平之差被最小化。
4、其他现有技术能够在us2018/292550a1、wo2014/184714a1和us9954124b1中找到。
5、数字硅光电倍增器用作高性能pet/ct系统中的光子计数探测器(有时也被称为光子探测器)。通过耦合到具有飞行时间能力的闪烁体，数字硅光电倍增器的快速触发逻辑能力实现了在100ps-200ps的范围内的时间分辨率。这些系统的时间分辨率特别受限于闪烁过程的时间扩展。已经提出了新的使用提示光子的探测器构思，这潜在地提供了显著低于100ps的时间分辨率的改进。
6、辐照图像传感器(例如，cmos图像传感器)的强辐射场可能导致对设备的损伤，进而导致更高的泄漏、暗噪声和光谱灵敏度的改变。在spad暴露于辐射光子通量的情况下，效果是暗计数率的临时(不期望的)增加。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是减轻例如在光子计数光谱ct应用中使用的基于spad的光子计数探测器中的x射线或伽马辐照的潜在负面影响。
2、在本专利技术的第一方面，提出了一种光子计数探测器，包括：
3、闪烁体，其被配置为将入射的伽马辐射转换成光学光子；
4、像素化光电探测器，其被配置为探测光学光子的通量，其中，所述像素化光电探测器是硅光电倍增器sipm探测器，其中，每个光电探测器像素包括硅雪崩光电二极管spad的阵列；以及电路，其被配置为通过以下操作来加热spad：
5、如果spad的暗计数率超过暗计数率阈值，则向所述spad施加升高的反向偏置电压以迫使所述spad击穿而使电流在加热时段的时间内流过所述spad，进而局部地增加所述spad的温度，并且
6、控制所述加热时段的长度。
7、在本专利技术的另外的方面，提出了对应的光子计数方法。
8、在本专利技术的又另外的方面，提出了包括如本文所公开的光子计数探测器的成像装置。
9、在从属权利要求中定义了本专利技术的优选实施例。
10、本专利技术基于以下构思：局部地增加spad及其周围环境的温度，以便加速对因x射线或伽马辐照造成的损伤的修复。不是使用额外的结构元件或硬件(如嵌入到探测器中的额外加热元件或加热线)，而是spad本身被配置为并被用作加热元件。被一直偏置到其击穿电压以上的spad将最终击穿并开始传导电流。这种击穿通常被淬灭电阻器停止(在被动淬灭的spad中)或者通过激活主动淬灭和再充电电路而停止(在主动淬灭的spad中)。根据本专利技术，电流持续一定时间(在本文中也被称为“加热时段”)以加热spad并因此实现损伤修复和暗计数率(dcr)减少。该解决方案不需要对现有硬件(特别是对于主动淬灭的spad)进行任何修改。
11、根据实施例，所述电路被配置为：基于所述暗计数率的量和/或所述暗计数率超过所述暗计数率阈值的程度来控制所述加热时段的所述长度。特别地，所述暗计数率的量越大和/或所述暗计数率超过所述暗计数率阈值的程度越高，就将所述加热时段的所述长度控制得越长。
12、可以预先定义一个或多个预定长度(并且例如将其存储在查找表中或存储在能由电路访问的存储器中)，对此，例如基于暗计数率的量和/或暗计数率超过暗计数率阈值的程度来选择长度。因此，能够使得加热时段的长度是可编程的，从而实现对加热时段的简单快速控制。
13、所述探测器还可以包括被配置为测量所述spad的所述暗计数率的电路。可以预先执行测量以确定是否需要或期望减少暗计数率以及暗计数率减少的量。还可以在损伤修复之后测量暗计数率以检查损伤修复的成功情况。
14、在另一实施例中，所述电路被配置为：斜坡升高所述反向偏置电压，直到因施加所述反向偏置电压而引起的要流动的偏置电流达到偏置电流极限为止。
15、所述电路还可以被配置为：在所述加热时段之后将所述反向偏置电压斜坡降低到击穿电压以下，并且对所述spad再充电以变得对光学光子探测敏感。这将spad带回到正常操作模式。
16、在实施例中，所述spad在所述加热时段期间对光学光子探测不敏感。这避免了在损伤修复期间的任何额外热量可能引起spad的暗噪声的进一步增加。本申请旨在在正常操作中禁用高dcr spad以减少总噪声，并且在损伤修复的情况下，重新使用高dcr spad来仅选择示出特定损伤水平的spad(并且限制对spad电流供应的要求)。spad在加热时段期间对光学光子探测会是不敏感的，因为spad被迫使击穿，特别是dc击穿。在该上下文中，dc意味着在损伤修复的时间内存在穿过spad的恒定雪崩电流，该恒定雪崩电流由于s本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光子计数探测器，包括：
2.根据权利要求1所述的光子计数探测器，
3.根据权利要求2所述的光子计数探测器，
4.根据权利要求2所述的光子计数探测器，
5.根据前述权利要求中的任一项所述的光子计数探测器，
6.根据前述权利要求中的任一项所述的光子计数探测器，
7.根据前述权利要求中的任一项所述的光子计数探测器，
8.根据前述权利要求中的任一项所述的光子计数探测器，
9.根据前述权利要求中的任一项所述的光子计数探测器，
10.根据权利要求9所述的光子计数探测器，
11.一种成像装置，包括如前述权利要求中的任一项所述的光子计数探测器。
12.一种光子计数探测器的光子计数方法，所述光子计数探测器包括：闪烁体(10、20)，其被配置为将入射的伽马辐射转换成光学光子；像素化光电探测器(11、22)，其被配置为探测光学光子的通量，其中，所述像素化光电探测器(11、22)是硅光电倍增器SiPM探测器，其中，每个光电探测器像素包括硅雪崩光电二极管SPAD的阵列
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种光子计数探测器，包括：
2.根据权利要求1所述的光子计数探测器，
3.根据权利要求2所述的光子计数探测器，
4.根据权利要求2所述的光子计数探测器，
5.根据前述权利要求中的任一项所述的光子计数探测器，
6.根据前述权利要求中的任一项所述的光子计数探测器，
7.根据前述权利要求中的任一项所述的光子计数探测器，
8.根据前述权利要求中的任一项所述的光子计数探测器，
9.根据前述权利要求中的任一项所述的光子计数探测器，
...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·弗拉奇，T·J·佐尔夫，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：
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