正电子发射断层摄影中的飞行时间测量制造技术

正电子发射断层摄影装置（１００）包括：多个辐射敏感探测器系统（１０６）和选择性触发系统（１２０）。选择性触发系统识别由探测到的伽玛辐射产生的探测器信号（３１０）并同时丢弃乱真探测器信号（３１０）。在一种实现方式中，装置（１００）包括时间－数字转换器，该时间－数字转换器根据级别Ｈ的二进制层次分解来分解测量时间间隔（Ｔ↓［ｍａｘ］），其中Ｈ为大于等于１的整数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正电子发射断层摄影中的飞行时间测量本申请涉及正电子发射断层摄影(PET)，并尤其涉及飞行时间(TOF) PET中符合事件的探测。其也可应用于非TOF PET、单光子发射计算机断 层摄影(SPECT)以及有必要在噪声存在下探测辐射的其他医学与非医学 应用。在正电子发射断层摄影中，在检査中将发射正电子的同位素引入人类 患者或其他对象的体内。在被称为正电子湮灭事件的过程中，正电子与电 子相互作用，从而产生沿着响应线(LOR)以基本相反的方向行进的511 keV 的伽玛射线符合对。通常通过PET扫描器记录在符合时间内探测的伽玛射 线对。在典型扫描中，探测成百上千万个这样的湮灭并且将其用于产生指 示同位素分布的图像或其他信息。PET的一个重要应用是在医学中，其中放射学家和其他医学专家广泛 使用PET扫描器提供的信息用于疾病的诊断和治疗。在这点上，期望在使 施加给患者的剂量和成像程序的长度最小化的同时提供具有相对更高图像 质量的图像。在TOF PET中，测量对两条符合伽玛射线的探测之间的实际时间差并 且将其用于估计沿着LOR的事件的位置。进而可以将该位置信息用于重建 过程中以改进所重建的图像的质量。对于给定的活性水平和成像时间，可 以使用额外的位置信息来生成具有相比于非TOF PET图像具有改进的图像 质量的图像。从另一观点看，可以通过使用相对较少的剂量和/或相对较短 的扫描时间，获得具有可相比的质量的图像。实际PET系统的性能受其灵敏度、其能量和时间分辨率、时间响应、 探测器系统的其他特性以及噪声的影响。在可购买到的PET系统中，将诸 如光电倍增管(PMT)的光电传感器阵列设置在闪烁体材料后面。在TOF 系统中，使用诸如正硅酸钇镥(LYSO)、硅酸镥(LSO)或溴化镧(LaBr)的相对快速的闪烁体材料来提供必需的时间分辨率。还提议使用固态光电传感器，诸如在盖革模式(GM-APD)下驱动的雪崩光电二极管(APD) 阵列。虽然它们也具有相对优良的时间分辨率特性，但是GM-APD也倾向 于产生暗计数，而该暗计数并非源于光子吸收。虽然暗计数速率取决于诸 如器件几何结构和工艺参数、温度和所施加的偏置电压等因素，但是暗计 数会对结果图像的质量产生有害影响。因此，仍有改进的空间。例如，期望在改进定时测量精确度的同时， 减小暗计数和其他噪声源所产生的乱真(spurious)事件的影响。除了降低 图像质量，响应和处理这些乱真事件还会限制最大探测器计数率，从而导 效遗漏潜在的有效计数。虽然可以通过减小光电传感器偏置电压或增加事 件触发阈值来改善这些影响，但是这样做趋于减小定时测量的整体灵敏度 和/或精确度。当然，在系统复杂度、可靠性和成本方面也必须考虑这些问 题。影响实际TOF PET系统性能的另一因素是用于执行必需的时间测量的 时间-数字转换器(TDC)。模拟TDC典型地基于电容器的时间常数，利用恒流源对该电容器进行 充电和/或放电。虽然模拟TDC可以提供具有相对高的时间分辨率的测量， 但是必需的模拟电路、积分电容器和电压-时间转换电路限制了它们的吸引 力。此外，模拟TDC提供非线性响应。虽然有可能补偿非线性，但是这样 做会增加转换时间。在转换时间超过闪烁体脉冲长度的情况下，增加了像 素死时间。可以以高级CMOS工艺实现数字TDC，其中将TDC与GM-APD或其 他数字信号源集成在一起。数字TDC还包括环形振荡器和在事件时刻存储 环形振荡器状态的锁存器。然而，这种设计典型地不会在事件之间停止， 因此具有相对高的静态高能耗。因此，基于环形振荡器的时间-数字转换不 是非常适合用于大尺度传感器，尤其在为每个探测器像素提供TDC的情况 下。另一可替换选择是使用抽头延迟线和游标线TDC。然而，这种实现方 享也倾向于区域密集的，并且工艺变化以及诸如环境温度和操作电压的操 作条件会影响时间分辨率。另一种TDC技术是所谓的脉冲收缩(pulse shrinking)方法。参见例如Chen等人的题为"CMOS尸w/" 57zW"h"g ￡)e/a_y Dee; ^6"a"o化co"d/ &so/w"o""的美国专利No. 6,288,587。这种系统典型地包括 一个或多个脉冲收縮延迟元件，所述脉冲收縮延迟元件将测量的脉冲的宽 度减少时间dT。在一种实现方式中，使用异步计数器来确定脉冲消失所需 的周期数量。虽然脉冲收缩可以提供相对优良的线性和低功耗，但是最坏情况转换时间Te为待转换脉冲的最大宽度Tm^和时间分辨率dT的函数等式l T2T — *max例如，如果T皿为10纳秒(ns)并且dT-10皮秒(ps)，那么最坏情况转 换时间将大约为10微秒(ps)。如此长的转换时间在TOFPEF和其他高速 率系统中是不可接受的。因此，仍然期望提供一种改进的TDC用于TOF PET和其他应用中， 尤其在需要相对高的时间分辨率和短的转换时间的情况下。本专利技术的各方面解决这些问题和其他问题。根据一个方面，辐射探测装置包括闪烁体和与闪烁体进行光学通信 的光电传感器，该闪烁体响应于接收到的辐射光子而产生闪烁光子。光电 传感器响应于闪烁光子而产生光电传感器信号。所述装置还包括第一信 号探测器，其在光电传感器信号满足第一信号准则的情况下产生第一输出信号；第二信号探测器，其在光电传感器信号满足第二信号准则的情况下产生第二输出信号；以及辐射信号探测器，其估计第一输出信号和第二输 出信号以识别指示由闪烁体接收到的辐射的光电传感器信号。根据另一方面，方法包括以下步骤从伽玛辐射探测器接收信号；估 计所接收到的信号以识别候选探测器信号。候选探测器信号包括探测到的 伽玛辐射信号和乱真信号。该方法还包括以下步骤估计候选探测器信号 以识别探测到的伽玛辐射信号并且拒绝乱真信号；以及产生指示所识别的 輝测器信号的已测量伽玛辐射能量和已测量探测时间中至少之一的输出。 「根据本专利技术的另一方面，正电子发射断层摄影装置包括多个探测器通9道。探测器通道包括辐射敏感探测器和用于估计探测器输出以识别候选探 测器信号的器件，其中候选探测器信号包括探测到的伽玛辐射信号和乱真 信号。探测器通道还包括用于认为候选探测器信号合格以便识别伽玛辐射 信号的器件。该装置还包括可连接到探测器通道的符合探测器，其中符合 探测器识别指示正电子湮灭的合格的探测器信号。根据本专利技术的另一方面，装置包括伽玛辐射敏感探测器；第一器件， 其可连接到辐射敏感探测器，用于选择性地识别指示由辐射敏感探测器接 收到的伽玛辐射的候选探测器信号并认为其合格；以及脉冲收縮时间-数字 转换器器件，其可连接到第一器件，用于产生识别所认为合格的探测信号 的探测时间的时间戳数据。根据又一方面，时间-数字转换方法包括以下步骤接收待测量信号； 和将测量时间段划分为多个子段，其中每个子周期包括宽度。该方法还包 括将信号宽度縮短一定量，该量与子段中的至少一个的宽度相对应；测 量所縮短的信号的宽度；以及使用该量和所测量的宽度来确定该信号宽度。根据另一方面，用于测量信号宽度的装置包括用于将测量时间段划分 为多个子段的器件，其中每个子段包括宽度。该装置还包括用于将信号 宽度縮短一定量的器件，其中该量与子段中的至少一个的宽度相对应;用 于测量所縮短的信号的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辐射探测装置，包括：　闪烁体（１４０），其响应于接收到的辐射光子而产生闪烁光子；　光电传感器（１４２），其与所述闪烁体进行光学通信，并且响应于所述闪烁光子而产生光电传感器信号；　第一信号探测器（２０２１），其在所述光电 传感器信号满足第一信号准则的情况下产生第一输出信号（ＳＰ）；　第二信号探测器（２０２２），其在所述光电传感器满足第二信号准则的情况下产生第二输出信号（ＥＮ）；　辐射信号探测器（２０４），其估计所述第一输出信号和所述第二输出信号以 识别指示由所述闪烁体接收到的辐射的光电传感器信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T弗拉奇，T佐尔夫，A托恩，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]