当在计算机断层扫描（CT）检测器中检测光子时，传感器（10，38）包括可在线性工作模式和盖革工作模式之间切换的光电二极管以增加感测范围。当信噪比（SNR）高时，大的偏置电压被施加到该光电二极管（12）以将其充电到超过其击穿电压，这使得它对单个光子敏感并导致它在盖革模式下工作。当在光电二极管（12）处接收到光子时，读出晶体管（18）感测光电二极管（12）两端的电压降以检测光子。可替换地，当SNR低时，低的偏置电压被施加到光电二极管（12），从而使得它在线性模式下工作。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术在医学成像系统(例如包括计算机断层扫描(CT)成像)中获得具体的应用。 然而，应理解所描述的技术还可以在核相机、其它成像系统、其它成像场景、其它光感测技术等等中获得应用。
技术介绍
CT扫描仪典型包括分别固定在机架的沿直径相对侧上的χ-射线源和χ-射线检测器阵列。在对置于机架的膛内的患者进行扫描期间，机架绕旋转轴旋转而X-射线从X-射线源的焦点穿过患者到达检测器。在高分辨率成像模式下，由于机架高速旋转，因此大辐射剂量穿过该主体。在荧光检查模式下，X-射线剂量低得多，且机架可保持固定。目前的CT成像系统典型地包括CT扫描仪和关联的数据获取和成像重构软件，其产生重构图像的完整组。操作员执行初始的平面检查扫描以识别所关注体积(如心脏)的空间位置，以及最优化其它成像参数。在对比度增强的CT中，于是施用造影剂，并且执行低剂量成像以监测进入心脏或其它器官的造影剂摄入量。当由于造影剂引起的图像对比度达到所选的阈值时，操作员启动高分辨率诊断成像。典型地，在最优化检查、监测和诊断成像步骤方面给操作员的指导很少。典型地，操作员仅仅获得一次尝试。如果有问题，第二成像期间被延期直到造影剂冲洗了心脏或所关注的其它器官为止。一旦诊断成像完成，完整的CT 数据集被重构。然而，对于仅在一种模式下工作(例如盖革(Geiger)或线性)的经典传感器或检测器，光子感测范围被限制。对于许多光感测应用，宽的动态感测范围是期望的。提供这样的范围的尝试已包含使用PIN或雪崩光电二极管。然而，两种类型的传感器都承受相对较高的噪声，其限制了动态感测范围的低端。另一方面，基于单个光子雪崩光电二极管的硅光电倍增管允许解决低光子通量，但是它们的动态范围受到效应的限制。在医疗成像设备中增加感测范围的其它尝试已包含具有盖革模式区域及线性模式区域的传感器，如2006年8月28日提交的标题为“Digital silicon photomultiplier for T0F-PET”的美国专利申请序列号11/467670中所描述的。然而，这样的传感器不包括可在盖革模式和线性模式之间切换的光电二极管。而且，对于CT设备中的传感器，它们不使用环境光水平来触发盖革模式和线性模式之间的切换。光电二极管的典型读出电路包括反向偏置到若干伏并通过打开复位晶体管而断开的光电二极管。光电流导致光电二极管上的电压随时间下降。在读出期间，通过闭合读出晶体管读取光电二极管电压。光电二极管电容典型地比数据线电容小得多。源跟随器被用于将二极管电容与数据线的电容解耦。典型地，二极管偏置电压(Vbias)为几伏，并且因此在光电二极管内部不发生电荷倍增。如果传感器被像素化，那么数据线表示图像的各列。总通量可以通过将所有各个像素的通量加在一起来计算，并且可以根据传感器的大小和应用以模拟或数字方式来完成。对于低的光通量，线性模式光电流太小以至于无法与噪声水平区分。噪声有若干个源光电二极管内部的热噪声、放大噪声、数字化噪声、外部噪声源等。
技术实现思路
本申请提供用于利用光电二极管内的内部放大来减轻处于低光水平的噪声源的影响以便提供可在线性和盖革工作模式之间切换的传感器的新的改进的系统和方法，其克服了上面提及的问题及其它问题。按照一方面，用于诊断成像系统检测器的双模式光传感器包括耦合到将接收的伽马射线转换成光的一个或多个闪烁晶体的光电二极管阵列，并且控制器监测光条件并基于所监测的光条件在两种工作模式(包括盖革模式和线性模式)之间切换光电二极管。按照另一方面，扩展伽马射线传感器的感测范围的方法包括测量传感器处的环境光条件，该环境条件包括在传感器处检测的伽马射线的信噪比(SNR)；确定所测量的SNR 是否大于或等于预定阈值SNR，并且如果测量的SNR大于或等于预定阈值SNR，则施加第一偏置电压给该传感器以使得其中的光电二极管在盖革模式下工作。所述方法还包括如果所测量的SNR小于该预定阈值SNR，则施加第二偏置电压给该传感器使得其中的光电二极管在线性模式下工作。按照另一方面，伽马射线传感器包括将接收的伽马射线转换成光的闪烁晶体阵列、耦合到每个闪烁晶体以及耦合到感测晶体管和复位晶体管的光电二极管以及耦合到感测晶体管的读出晶体管，其中所述读出晶体管读取光电二极管两端的电压降。通过闭合所述复位晶体管将光电二极管充电到超过其击穿电压的Vrai伏，并且之后在盖革模式下工作以感测单个光子。当光子被光电二极管接收时，该读出晶体管感测光电二极管两端的Vra伏的电压降。一个优点在于该传感器或检测器的感测范围增加。另一优点在于操作模式之间的切换。本领域普通技术人员在阅读并理解以下详细描述之后将理解本主题专利技术的其它优点。附图说明本专利技术可以采取各种部件或部件的布置、以及各种步骤及步骤的布置的形式。附图仅为了说明各个方面的目的，并且不应解释为限制本专利技术。图1图示了按照这里提出的各方面利于在大动态感测范围上检测光通量的双模式光传感器；图2图示了按照这里所描述的各个实施例利于提供大的动态感测范围的可在盖革模式和线性模式之间切换的双模式传感器；图3图示了按照这里描述的各个方面针对伽马射线传感器在线性和盖革模式之间切换的方法；图4是按照这里所描述的一个或多个方面的诊断成像系统100的图示，该系统使用其上具有闪烁晶体阵列的检测器，每个闪烁晶体耦合到传感器。具体实施方式图1图示了按照这里提及的各方面利于在大动态感测范围上检测光通量的双模式光传感器10。特别地，光传感器(例如光电二极管)的动态范围向下扩展用于多光子或单光子检测和计数。这通过将传感器从线性模式动态切换到盖革模式或进行相反操作来实现。以此方式，线性模式传感器和盖革模式传感器这两者的强度被组合以将所得到的传感器的动态范围从单光子检测和计数扩展到几十倍高的通量。所增加的动态感测范围通过根据光通量自动调整传感器10中光电二极管12的工作点来实现。在低光条件期间，在计数模式下光电二极管被偏置于击穿电压之上并且对单个光子敏感。在高光条件下，偏置电压在线性或弱雪崩区域中被调整以允许在该光电二极管中所检测光子的集成。例如，如果传感器10在线性模式下工作，并且噪声统计落在预定阈值以下，那么控制器可以切换到盖革模式。如果传感器在盖革模式下工作，并且输出开始饱和，那么控制器将检测器切换到线性模式。光电流的内部放大通过将内部场强增加到若干lOOkV/cm来实现。因此，对于本征区域的给定厚度，施加足够高的偏置电压以驱动光电二极管进入雪崩模式。另外，光电二极管被设计成实现光电二极管内高的均勻场以及实现在光电二极管边界处场的受控的降低。 相关联的读出电路被设计成使得对于该电路中的感测晶体管14，由光电流引起的电压降保持在可容许的极限之内。具有击穿电压Vdd的保护二极管16可以用于裁剪读出晶体管18 栅极处的峰值电压以保护它避免栅氧化物击穿。如果栅极的电压超过该电路的击穿电压和戴维宁(Thevenin)等效电压之和(Vdd+Vth)，那么保护二极管16变为传导性的并且将电压水平裁剪到大约Vdd+Vth。线性雪崩模式下的内部放大可以产生由放大过程的概率性质导致的统计噪声源。 该过量噪声添加到光电二极管的热噪声。另外，雪崩区域的增益与温度和偏置高度相关，并且如果需要可以被限制到大约10至100。增加偏置本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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，G普雷舍尔，
申请(专利权)人：T弗拉奇，G普雷舍尔，
类型：发明
国别省市：
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