[發(fā)明專利]高動(dòng)態(tài)范圍光傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980151975.1
• 申請(qǐng)日: 2009-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN102388321A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T.弗拉奇;G.普雷舍爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號(hào): G01T1/20
• 分類號(hào): G01T1/20
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 康正德;劉鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明在醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)（例如包括計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）成像）中獲得具體的應(yīng)用。然而，應(yīng)理解所描述的技術(shù)還可以在核相機(jī)、其它成像系統(tǒng)、其它成像場(chǎng)景、其它光感測(cè)技術(shù)等等中獲得應(yīng)用。

背景技術(shù)

CT掃描儀典型包括分別固定在機(jī)架的沿直徑相對(duì)側(cè)上的x-射線源和x-射線檢測(cè)器陣列。在對(duì)置于機(jī)架的膛內(nèi)的患者進(jìn)行掃描期間，機(jī)架繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而x-射線從x-射線源的焦點(diǎn)穿過患者到達(dá)檢測(cè)器。在高分辨率成像模式下，由于機(jī)架高速旋轉(zhuǎn)，因此大輻射劑量穿過該主體。在熒光檢查模式下，x-射線劑量低得多，且機(jī)架可保持固定。

目前的CT成像系統(tǒng)典型地包括CT掃描儀和關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)獲取和成像重構(gòu)軟件，其產(chǎn)生重構(gòu)圖像的完整組。操作員執(zhí)行初始的平面檢查掃描以識(shí)別所關(guān)注體積（如心臟）的空間位置，以及最優(yōu)化其它成像參數(shù)。在對(duì)比度增強(qiáng)的CT中，于是施用造影劑，并且執(zhí)行低劑量成像以監(jiān)測(cè)進(jìn)入心臟或其它器官的造影劑攝入量。當(dāng)由于造影劑引起的圖像對(duì)比度達(dá)到所選的閾值時(shí)，操作員啟動(dòng)高分辨率診斷成像。典型地，在最優(yōu)化檢查、監(jiān)測(cè)和診斷成像步驟方面給操作員的指導(dǎo)很少。典型地，操作員僅僅獲得一次嘗試。如果有問題，第二成像期間被延期直到造影劑沖洗了心臟或所關(guān)注的其它器官為止。一旦診斷成像完成，完整的CT數(shù)據(jù)集被重構(gòu)。然而，對(duì)于僅在一種模式下工作（例如蓋革（Geiger）或線性）的經(jīng)典傳感器或檢測(cè)器，光子感測(cè)范圍被限制。

對(duì)于許多光感測(cè)應(yīng)用，寬的動(dòng)態(tài)感測(cè)范圍是期望的。提供這樣的范圍的嘗試已包含使用PIN或雪崩光電二極管。然而，兩種類型的傳感器都承受相對(duì)較高的噪聲，其限制了動(dòng)態(tài)感測(cè)范圍的低端。另一方面，基于單個(gè)光子雪崩光電二極管的硅光電倍增管允許解決低光子通量，但是它們的動(dòng)態(tài)范圍受到效應(yīng)的限制。

在醫(yī)療成像設(shè)備中增加感測(cè)范圍的其它嘗試已包含具有蓋革模式區(qū)域及線性模式區(qū)域的傳感器，如2006年8月28日提交的標(biāo)題為“Digital?silicon?photomultiplier?for?TOF-PET”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)11/467670中所描述的。然而，這樣的傳感器不包括可在蓋革模式和線性模式之間切換的光電二極管。而且，對(duì)于CT設(shè)備中的傳感器，它們不使用環(huán)境光水平來觸發(fā)蓋革模式和線性模式之間的切換。

光電二極管的典型讀出電路包括反向偏置到若干伏并通過打開復(fù)位晶體管而斷開的光電二極管。光電流導(dǎo)致光電二極管上的電壓隨時(shí)間下降。在讀出期間，通過閉合讀出晶體管讀取光電二極管電壓。光電二極管電容典型地比數(shù)據(jù)線電容小得多。源跟隨器被用于將二極管電容與數(shù)據(jù)線的電容解耦。

典型地，二極管偏置電壓（V_bias）為幾伏，并且因此在光電二極管內(nèi)部不發(fā)生電荷倍增。如果傳感器被像素化，那么數(shù)據(jù)線表示圖像的各列?？偼靠梢酝ㄟ^將所有各個(gè)像素的通量加在一起來計(jì)算，并且可以根據(jù)傳感器的大小和應(yīng)用以模擬或數(shù)字方式來完成。對(duì)于低的光通量，線性模式光電流太小以至于無法與噪聲水平區(qū)分。噪聲有若干個(gè)源：光電二極管內(nèi)部的熱噪聲、放大噪聲、數(shù)字化噪聲、外部噪聲源等。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)?zhí)峁┯糜诶霉怆姸O管內(nèi)的內(nèi)部放大來減輕處于低光水平的噪聲源的影響以便提供可在線性和蓋革工作模式之間切換的傳感器的新的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法，其克服了上面提及的問題及其它問題。

按照一方面，用于診斷成像系統(tǒng)檢測(cè)器的雙模式光傳感器包括耦合到將接收的伽馬射線轉(zhuǎn)換成光的一個(gè)或多個(gè)閃爍晶體的光電二極管陣列，并且控制器監(jiān)測(cè)光條件并基于所監(jiān)測(cè)的光條件在兩種工作模式（包括蓋革模式和線性模式）之間切換光電二極管。

按照另一方面，擴(kuò)展伽馬射線傳感器的感測(cè)范圍的方法包括：測(cè)量傳感器處的環(huán)境光條件，該環(huán)境條件包括在傳感器處檢測(cè)的伽馬射線的信噪比（SNR）；確定所測(cè)量的SNR是否大于或等于預(yù)定閾值SNR，并且如果測(cè)量的SNR大于或等于預(yù)定閾值SNR，則施加第一偏置電壓給該傳感器以使得其中的光電二極管在蓋革模式下工作。所述方法還包括：如果所測(cè)量的SNR小于該預(yù)定閾值SNR，則施加第二偏置電壓給該傳感器使得其中的光電二極管在線性模式下工作。