Brevet FR3085074A1 — publié le 20200221

Description Titre de l'invention : Anodes pour la détection améliorée de signaux adjacents non collectés Arrière-plan de l'invention [0001] L'objet de l'invention concerne de manière générale un appareil et des procédés d'imagerie médicale de diagnostic, telle que l'imagerie de médecine nucléaire (MN). [0002] En imagerie MN, par exemple, des systèmes à détecteurs ou têtes de détection multiples peuvent être utilisés pour imager un sujet, par exemple, balayer une région d'intérêt. Par exemple, les détecteurs peuvent être positionnés de manière adjacente au sujet pour acquérir des données de MN, ce qui permet de générer une image tridimensionnelle (3D) du sujet. [0003] Les détecteurs d'imagerie peuvent être utilisés pour détecter la réception de photons depuis un objet (par exemple, un patient humain ou un corps animal, auquel un radiotraceur a été administré) par le détecteur (l'imagerie. La réception de photons peut conduire à des signaux collectés sous forme de pixels primaires sous lesquels un photon donné est absorbé, et des signaux non collectés résultant de charges induites dans un ou plusieurs pixels adjacents au pixel primaire. Les signaux non collectés des pixels adjacents peuvent être utilisés par exemple, pour déterminer la position d'un événement primaire dans un pixel primaire à un niveau de sous-pixel. Cependant, les signaux non collectés ont tendance à être relativement faibles et peuvent souffrir d'un mauvais rapport signal sur bruit (RSB), réduisant l'efficacité ou la précision de l'utilisation des signaux non collectés. Brève description de l'invention 100041 Dans un mode de réalisation, l'invention concerne un ensemble détecteur de rayonnement comprenant un détecteur à semi-conducteur, un collimateur, plusieurs anodes pixellisées et au moins un processeur. Le semi-conducteur a une surface. Le collimateur est disposé au-dessus de la surface, et comporte des ouvertures définissant des pixels. Les multiples anodes pixellisées sont disposées sur la surface. Chaque anode pixellisée est configurée pour générer un signal primaire en réponse à la réception d'un photon par l'anode pixellisée et pour générer au moins un signal secondaire en réponse à une charge induite provoquée par la réception d'un photon par au moins une anode environnante. Chaque anode pixellisée inclut une première partie et une seconde partie situées dans des ouvertures différentes du collimateur. L'au moins un processeur est couplé de manière opérationnelle aux anodes pixellisées, et configuré pour acquérir un signal primaire provenant de l'une des anodes pixellisées en réponse à la réception d'un photon par l'une des anodes ; acquérir au moins un signal secondaire 2 d'au moins une anode pixellisée voisine de l'une des anodes pixellisées en réponse à une charge induite provoquée par la réception du photon par l'une des anodes ; et déterminer un emplacement de réception du photon en utilisant le signal primaire et l'au moins un signal secondaire. [0005] Dans un autre mode de réalisation, l'invention concerne un ensemble détecteur de rayonnement comprenant un détecteur à semi-conducteur, un collimateur, plusieurs anodes pixellisées, et au moins un processeur. Le semi-conducteur a une surface. Le collimateur est disposé au-dessus de la surface, et comporte des ouvertures définissant des pixels. Les multiples anodes pixellisées sont disposées sur la surface. Chaque anode pixellisée est configurée pour générer un signal primaire en réponse à la réception d'un photon par l'anode pixellisée et pour générer au moins un signal secondaire en réponse à une charge induite provoquée par la réception d'un photon par au moins une anode environnante. Chaque structure unitaire anodique inclut une première partie et une seconde partie qui forment des parties de différentes anodes pixellisées situées dans des pixels différents correspondant aux différentes ouvertures du collimateur. L'au moins un processeur est couplé de manière opérationnelle aux anodes pixellisées, et configure pour acquérir un signal primaire provenant de l'une des anodes pixellisées en réponse à la réception d'un photon par l'une des anodes ; acquérir au moins un signal secondaire d'au moins une anode pixellisée voisine de l'une des anodes pixellisées en réponse à une charge induite provoquée par la réception du photon par l'une des anodes ; et déterminer un emplacement de réception du photon en utilisant le signal primaire et l'au moins un signal secondaire. [0006] Selon un autre mode de réalisation, l'invention concerne un procédé comprenant la fourniture d'un substrat semi-conducteur. Le procédé comprend également la fourniture de structures unitaires anodiques sur le substrat semi-conducteur, chacune des structures unitaires anodiques comprenant des bandes d'anode configurées pour recevoir une charge électrique en réponse à l'absorption d'un photon. En outre, le procédé comprend l'agencement de la pluralité de structures unitaires anodiques dans des cellules unitaires anodiques correspondantes, chaque cellule unitaire anodique comprenant au moins deux structures unitaires anodiques. De plus, le procédé comprend l'agencement des cellules unitaires anodiques en anodes pixellisées, dans lequel au moins une première partie et une seconde partie de chaque structure unitaire anodique forment des parties de pixels différents, chaque pixel étant défini par une ouverture d'un collimateur placé au-dessus des cellules unitaires. Brève description des dessins [0007] [fig.1] est une représentation de potentiels de pondération d'un détecteur ayant un pixel polarisé par un potentiel de tension. 3 [0008] [fig.2] illustre un graphique d'une charge intégrée induite Q sur un pixel du détecteur de la figure 1. [0009] [fig.3] illustre schématiquement un ensemble incluant un détecteur comprenant des anodes pixellisées. [0010] [fig.3a] illustre schématiquement un graphique montrant une charge induite Q sur une anode pixellisée par des nuages de charge en fonction du temps. [0011] [fig.3b] illustre schématiquement un graphique montrant une charge induite Q sur une anode pixellisée par des nuages de charge en fonction du temps. [0012] [fig.3c] illustre schématiquement un graphique montrant une charge induite Q sur une anode pixellisée par des nuages de charge en fonction du temps. [0013] [fig.3d] illustre schématiquement un graphique montrant une charge induite Q sur une anode pixellisée par des nuages de charge en fonction du temps. [0014] [fig.4a] est une vue en plan d'une structure unitaire anodique selon divers modes de réalisation. [0015] [fig.4b] est une vue en coupe latérale de la structure unitaire anodique de la figure 4a. [0016] [fig.4c] est une vue en coupe d'extrémité de la structure unitaire anodique de la figure 4a. [0017] [fig.5a] est une vue schématique en plan de couches isolantes d'une structure unitaire anodique selon divers modes de réalisation. [0018] [fig.5b] illustre schématiquement des grilles (ou structures de type fourche dans l'exemple représenté) de la structure unitaire anodique de la figure 5a. [0019] [fig.5c] est une vue schématique de dessus de la structure unitaire anodique de la figure 5a. [0020] [fig.5d] est une vue éclatée des pilles de la figure 5b. [0021] [fig.6] est une vue schématique en plan d'une cellule unitaire anodique qui comprend quatre structures unitaires anodiques selon divers modes de réalisation. [0022] [fig.7] est une vue schématique de dessus d'un détecteur d'imagerie par rayonnement selon divers modes de réalisation. [0023] [fig.8a] représente une vue agrandie d'aspects du collimateur de la figure 8b. [0024] [fig.8b] représente schématiquement un collimateur à neuf ouvertures selon divers modes de réalisation. [0025] [fig.9a] fournit une représentation schématique de l'aboutement de cellules unitaires dans divers modes de réalisation. [0026] [fig.9b] fournit une représentation schématique de l'aboutement de cellules unitaires dans divers modes de réalisation. [0027] [fig.9c] fournit une représentation schématique de l'aboutement de cellules unitaires dans divers modes de réalisation. [0028] [fig.10a] illustre schématiquement une cellule unitaire 400 selon divers modes de réalisation. [0029] [fig.10b] illustre schématiquement la position relative entre la cellule unitaire de la figure 10a et une partie d'un collimateur associé selon divers modes de réalisation. [0030] [fig.10c] illustre schématiquement la zone des cellules unitaires anodiques 400 aboutées assimilée à la zone sous collimateur 420. [0031] [fig.1 1] est une illustration schématique d'un canal électronique à l'intérieur d'un ASTC utilisé dans divers modes de réalisation. [0032] [fig.12] est une vue schématique latérale d'un ensemble détecteur de rayonnement selon divers modes de réalisation. [0033] [fig.13] fournit une vue de dessus d'un détecteur à semi-conducteur de l'ensemble détecteur de rayonnement de la figure 12. [0034] [fig.14] est une vue en plan agrandie d'aspects de l'ensemble détecteur de rayonnement de la figure 12. [0035] [fig.15] fournit un organigramme d'un procédé selon divers modes de réalisation. [0036] [fig.16] est une vue schématique d'un système d'imagerie selon divers modes de réa- lisation. [0037] [fig.17] est une vue schématique d'un système d'imagerie selon divers modes de réa- lisation. [0038] [fig.18] est une vue schématique d'un système de détection comportant un col- limateur décalé et des anodes pixellisécs selon divers modes de réalisation. Description détaillée de l'invention [0039] La description détaillée suivante de certains modes de réalisation sera mieux comprise lorsqu'elle est lue avec référence aux dessins annexés. Dans la mesure où les figures illustrent des schémas des blocs fonctionnels de divers modes de réalisation, les blocs fonctionnels ne sont pas nécessairement indicatifs de la division entre les circuits matériels. Par exemple, un ou plusieurs des blocs fonctionnels (par exemple, des processeurs ou des mémoires) peuvent âtre mis en oeuvre dans un seul élément matériel (par exemple, un processeur de signaux à usage général ou un bloc de mémoire vive, de disque dur ou similaires) ou dans de multiples éléments matériels. De manière similaire, les programmes peuvent être des programmes autonomes, peuvent être incorporés dans un système d'exploitation en tant que sous-programmes, peuvent être des fonctions dans un progiciel installé, et similaires. Il doit être entendu que les divers modes de réalisation ne sont pas limités aux agencements et à l'instrumenta lité représentés dans les dessins. [0040] Tels qu'utilisés ici, les termes « système », « unité » ou « module » peuvent inclure un système matériel et/ou logiciel, qui fonctionne pour exécuter une ou plusieurs fonctions. Par exemple, un module, une unité ou un système peut inclure un processeur informatique, un contrôleur ou un autre dispositif logique qui effectue des opérations basées sur des instructions stockées sur un support de stockage lisible par ordinateur tangible et non transitoire, tel qu'une mémoire informatique. En variante, un module, une unité ou un système peut inclure un dispositif câblé qui effectue des opérations basées sur une logique câblée du dispositif. Différents modules ou unités montrés dans les figures annexées peuvent représenter le matériel fonctionnant à partir d'instructions logicielles ou câblées, le logiciel dirigeant du matériel pour réaliser les opérations, ou une combinaison de ceux-ci. [0041] « Systèmes », « unités » ou « modules » peuvent inclure ou représenter du matériel et des instructions associées (par exemple, des logiciels stockés sur un support de stockage lisible par ordinateur tangible et non transitoire, tel qu'un disque dur d'ordinateur, une ROM, une RAM, ou similaires) qui exécutent une ou plusieurs opérations décrites ici. Le matériel peut inclure des circuits électroniques qui incluent et/ou sont connectés à un ou plusieurs dispositifs logiques, tels que des microprocesseurs, des processeurs, des contrôleurs, ou similaires. Ces dispositifs peuvent être des dispositifs standards, qui sont programmés ou commandés de manière appropriée pour réaliser des opérations décrites ici à partir des instructions décrites ci-dessus. En outre ou en variante, un ou plusieurs de ces dispositifs peuvent être câblés avec des circuits logiques pour réaliser ces opérations. [0042] Tel qu'utilisés ici, un élément ou une étape exprimés au singulier et précédés du mot « un » ou « une » peuvent être compris comme n'excluant pas plusieurs (lesdits éléments ou étapes, sauf si une telle exclusion est explicitement énoncée. De plus, les références à « un mode de réalisation » ne doivent pas être interprétées comme excluant l'existence de modes de réalisation supplémentaires, qui incorporent également les caractéristiques citées. En outre, sauf indication contraire explicite, des modes de réalisation « comprenant » ou « ayant » un élément ou une pluralité d'éléments ayant une propriété particulière peuvent inclure des éléments supplémentaires n'ayant pas cette propriété. [0043] Diverses techniques peuvent être employées pour améliorer la qualité de l'imagerie par rayons X et par rayons gamma en utilisant une sous-pixellisation virtuelle. Des exemples de tels procédés incluent ceux décrits dans le brevet U.S. n°. 9 696 440, « Systems and methods for improving energy resolution by sub-pixel energy calibration » ; délivré le 4 juillet 2017 ; le brevet U.S. n°. 9 632 186, « Systems and methods for sub-pixel location detennination », délivré le 25 avril 2017 ; et la demande de brevet US. n°. 15/613998, déposée le 5 juin 2017 et publiée sous le numéro de demande publiée n°. 2017/0269240 « Systems and methods for improving imaging by sub-pixel calibration », publiée le 21 septembre 2017, lesquels sont tous inclus ici à titre de référence dans leur intégralité. 6 [0044] La division virtuelle de pixels physiques en sous-pixels virtuels peut être effectuée en identifiant les coordonnées de l'emplacement d'événement au sein des pixels physiques et en attribuant les événements, selon leurs coordonnées de position dans les pixels physiques, aux sous-pixels en lesquels les pixels physiques sont divisés. L'emplacement d'événements à l'intérieur des pixels physiques peut être identifié sur la hase de la moyenne pondérée des signaux transitoires non collectés induits sur les anodes des pixels, qui sont adjacents au pixel primaire dans lequel se produit l'événement (absorption d'un photon par le pixel primaire). [0045] Cependant, les signaux transitoires induits non collectés, dans les pixels adjacents au pixel primaire, peuvent être faibles et souffrir d'un mauvais rapport signal sur bruit (RSB). Un mauvais RSB des signaux transitoires induits non collectés peut entraîner une erreur lors de la déduction de la position des événements à l'intérieur des pixels primaires physiques, cc qui dégrade l'efficacité de l'utilisation d'une sous-pixellisation virtuelle pour améliorer la qualité d'image des systèmes d'imagerie par rayons X et gamma. [0046] Par conséquent, divers modes de réalisation fournissent des détecteurs et des procédés pour améliorer le RSB des signaux induits transitoires non collectés mesurés dans les pixels adjacents aux pixels primaires. Par exemple, divers modes de réalisation fournissent une géométrie d'anode qui améliore l'amplitude des signaux induits transitoires non collectés mesurés dans les pixels adjacents aux pixels primaires. En outre ou en variante, divers modes de réalisation fournissent une géométrie d'anode pixellisée qui inclut des régions collectrice et non collectrice dans la même anode. Par exemple, divers modes de réalisation fournissent les régions collectrice et non collectrice dans les anodes pixellisées sous forme de grille ou de bandes. On notera que divers modes de réalisation définissent les régions collectrice et non collectrice dans les anodes pixellisées par la position relative entre un collimateur associé et un détecteur pixellisé. [0047] Généralement, dans des configurations classiques, le signal non collecté dans les pixels adjacents est induit par une charge dans les pixels primaires, qui est relativement éloignée du pixel adjacent où le champ électrique du potentiel de pondération est faible, résultant en de faibles signaux induits non collectés. Divers modes de réalisation décrits ici permettent d'améliorer une imagerie en amplifiant les signaux transitoires induits non collectés adjacents en utilisant une configuration dans laquelle le signal induit non collecté dans les pixels adjacents est produit par la charge dans le pixel primaire lorsque la charge se déplace sous l'anode non collectrice des pixels adjacents qui est située dans la région du pixel primaire. En conséquence, les signaux transitoires induits non collectés adjacents sont produits lorsque le champ électrique du potentiel de pondération est plus fort, ce qui conduit à des signaux induits non collectés plus 7 intenses. [0048] Avant de traiter des aspects spécifiques de modes de réalisation donnés à titre d'exemple, on discutera d'abord du comportement des détecteurs touchés par des photons. La figure 1 montre, selon le théorème de Shockley-Ramo, le potentiel de pondération d'un pixel 12 (ou anode pixellisée), dans un détecteur pixellisé 10, qui est polarisé d'un potentiel de 1V tandis que les anodes environnantes 14 et la cathode 16 sont mises à la masse (V = 0). Le détecteur 10 peut être conçu, par exemple, à partir d'une tranche semi-conductrice 11, qui peut être composée de CdTe, de CdZnTe (CZT), de Ge ou de Si. (On peut noter en pratique que, par exemple, le pixel 12 et des anodes 14 peuvent être polarisés à la même tension en pratique ; cependant, la polarisation de la figure 1 est donnée pour la facilité et la clarté de description de certains aspects du comportement du détecteur.) [0049] Selon ce théorème, le courant induit produit dans le pixel 12 (ou anode pixellisée 12), par le potentiel de pondération, est donné par l'équation (1) : Éq. (1) i = qE*V = qE*V*cos(a), où i est le courant induit, q est la charge électronique se déplaçant dans un détecteur 10 ayant une épaisseur D dans une direction Z, et E*V est le produit scalaire entre le vecteur du champ électrique E du potentiel de pondération et le vecteur de la vitesse V de l'électron, et (a) est l'angle entre les vecteurs E et V. (On peut noter que i est le courant induit sur une électrode ayant un potentiel de 1 V, ainsi, d'un point de vue des unités, le côté gauche de l'équation ci-dessus peut être multiplié par 1 V pour fournir les unités correctes ; toutefois, cela ne change pas la valeur absolue du courant induit.) [0050] En fonctionnement, un pixel 12 et des anodes 14 (ou anodes pixellisées 12, 14) du détecteur 10 ont un potentiel élevé par rapport à la cathode 16. Comme indiqué ci-dessus, la polarisation de 1 V pour le pixel 12 et une polarisation de 0 V pour des anodes 14 et une cathode 16, comme représenté par la figure 1, sont représentées de cette manière par souci de clarté pour représenter le calcul du potentiel de pondération du pixel 12. Comme montré dans la figure 1, le potentiel de pondération d'un pixel 12 inclut des lignes équipotentielles 18 illustrées par des lignes pointillées et des lignes de champ électrique 20. [0051] Lorsque le pixel 12 est un pixel non collecteur (par exemple, lorsqu'un pixel ou une anode adjacente au pixel 12 est un pixel collecteur), les charges aux points 22, 24 et 26 se déplaçant vers un pixel 14 induisent un courant ou une charge sur un pixel non collecteur 12 selon l'équation (1) ci-dessus. Il convient de noter que dans une zone I, la charge induite sur le pixel 12 par les charges se déplaçant des points 22, 24 et 26 vers une anode 14 est positive (Q > 0) selon l'équation (1), puisque dans cette zone, le produit scalaire de l'orientation des lignes du champ électrique E avec l'orientation de la vitesse V des charges mobiles multiplié par la polarité des charges q est positif. 8 Toutefois, dans une zone H, la charge induite, par les charges se déplaçant des points 22, 24 et 26 vers une anode 14, sur une anode 12 est négative (Q