Brevet FR3084933A1 — publié le 20200214

Description Titre de l'invention : Systèmes et procédés de détermination de profondeur d'interaction Arrière-plan de l'invention [0001] L'objet décrit ici concerne généralement un appareil et des procédés pour l'imagerie médicale diagnostique, telle que l'imagerie médicale nucléaire (NM). [0002] En imagerie NM, par exemple, des systèmes à multiples détecteurs ou têtes de détection peuvent être utilisés pour obtenir une image (l'un sujet, par exemple pour balayer une région d'intérêt. Par exemple, les détecteurs peuvent être positionnés adjacents au sujet pour acquérir des données NM, qui sont utilisées pour générer une image tridimensionnelle (3D) du sujet. [0003] Les détecteurs d'imagerie peuvent être utilisés pour détecter la réception de photons à partir d'un objet (par exemple, un patient humain auquel a été administré un traceur radioactif) par le détecteur d'imagerie. La profondeur d'interaction (DOI) ou l'emplacement le long de l'épaisseur d'un détecteur au niveau duquel les photons sont détectés peut affecter l'intensité des signaux générés par le détecteur en réponse aux photons et être utilisé pour déterminer le nombre et l'emplacement des événements détectés. En conséquence, la DOI peut être utilisée pour corriger les signaux de détecteur pour améliorer la résolution et la sensibilité de l'énergie du détecteur. Toutefois, les approches classiques pour déterminer la DOI utilisent des signaux à partir d'une cathode, nécessitant du matériel supplémentaire et une complexité d'assemblage pour utiliser le matériel pour collecter et traiter les signaux de cathode. De plus, les cathodes tendent à être relativement grandes et à produire des signaux relativement bruyants, réduisant la précision et l'efficacité de l'utilisation de signaux à partir de cathodes. Brève description de l'invention 100041 Dans un mode de réalisation, un ensemble détecteur de rayonnement est proposé, lequel inclut un détecteur à semi-conducteur, plusieurs anodes pixelisées, et au moins un processeur. Le détecteur à semi-conducteur a une surface. Les différentes anodes pixelisées sont disposées sur la surface. Chaque anode pixelisée est configurée pour générer un signal primaire en réponse à la réception d'un photon par l'anode pixelisée 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. L'au moins un processeur est couplé fonctionnellement aux anodes pixelisées et est conliguré pour acquérir un signal primaire à partir de l'une des anodes en réponse à la réception d'un photon par cette anode des anodes ; acquérir au moins un signal se- 2 condaire à partir d'au moins un pixel voisin de cette anode des anodes en réponse à une charge induite provoquée par la réception du photon par cette anode des anodes ; et déterminer une profondeur d'interaction clans le détecteur à semi-conducteur pour la réception du photon par cette anode des anodes en utilisant l'au moins un signal secondaire. [0005] Dans un autre mode de réalisation, un procédé d'imagerie utilisant un détecteur à semi-conducteur est proposé. Le détecteur à semi-conducteur a une surface avec plusieurs anodes pixelisées disposées sur celle-ci. Chaque anode pixelisée est configure° pour générer un signal primaire en réponse à la réception d'un photon par l'anode pixelisée 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. Le procédé inclut l'acquisition d'un signal primaire à partir de l'une des anodes en réponse à la réception d'un photon par cette anode des anodes, et l'acquisition d'au moins un signal secondaire à partir d'au moins un pixel voisin de cette anode des anodes en réponse à une charge induite provoquée par la réception du photon par cette anode des anodes. Le procédé inclut également la détermination d'une profondeur d'interaction dans le détecteur à semi-conducteur pour la réception du photon par cette anode des anodes en utilisant l'au moins un signal secondaire. [0006] Dans un autre mode de réalisation, un procédé inclut la fourniture d'un détecteur à semi-conducteur ayant une surface avec plusieurs anodes pixelisées disposées sur celle-ci. Chaque anode pixelisée est configurée pour générer un signal primaire en réponse à la réception d'un photon par l'anode pixelisée 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 adjacente. Le procédé inclut également le couplage fonctionnel des anodes pixelisées à au moins un processeur. En outre, le procédé inclut la fourniture d'une alimentation en rayonnement étalonnée à différentes profondeurs le long d'une paroi latérale du détecteur à semi-conducteur, dans lequel les anodes pixelisées génèrent des signaux primaires et des signaux secondaires en réponse à l'alimentation en rayonnement étalonnée. Également, le procédé inclut l'acquisition, avec ledit au moins un processeur, des signaux primaires et des signaux secondaires à partir des anodes pixelisées. Le procédé inclut en outre la détermination de valeurs négatives correspondantes de charges induites totales pour chacune des différentes profondeurs, et la détermination d'informations d'étalonnage en fonction des valeurs négatives des charges induites totales pour chacune des différentes profondeurs. Brève description des dessins [0007] [fig.1] représente une représentation de potentiels de pondération d'un détecteur ayant un pixel polarisé par un potentiel de tension. 3 100081 Ifig.21 représente quatre événements au sein du détecteur de la Figure 1. [0009] [fig.3] représente des charges induites correspondantes pour les quatre événements de la Figure 2. [0010] [fig.4] représente cinq groupes d'événements sous un pixel primaire ou de collecte situé à cinq DOT différentes. [0011] [fig.5] représente les signaux non collectés ou secondaires résultants pour les événements situés à ZO de la Figure 4. [0012] [fig.6] représente les signaux non collectés ou secondaires résultants pour les événements situés à Z1 de la Figure 4. [0013] [fig.7] rcprésentc les signaux non collectés ou secondaires résultants pour les événements situés à Z2 de la Figure 4. [0014] [fig.8] rcprésentc les signaux non collectés ou secondaires résultants pour les événements situés à Z3 de la Figure 4. [0015] [fig.9] rcprésentc les signaux non collectés ou secondaires résultants pour les événements situés à Z4 de la Figure 4. [0016] [fig.10] représente un système d'étalonnage conformément à divers modes de réa- lisation. [0017] [fig.11 ] fournit une vue schématique d'un ensemble détecteur de rayonnement conformément à divers modes de réalisation. [0018] [fig.12] fournit un organigramme d'un procédé conformément à divers modes de réa- lisation. [0019] [fig.13] fournit un organigramme d'un procédé conformément à divers modes de réa- lisation. [0020] [fig.14] fournit une vue schématique d'un système d'imagerie conformément à divers modes de réalisation. [0021] [fig.15] fournit une vue schématique d'un système d'imagerie conformément à divers modes de réalisation. Description détaillée de l'invention [0022] La description détaillée suivante de certains modes de réalisation sera mieux comprise lorsqu'elle sera lue conjointement avec les 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 être mis en oeuvre dans un seul élément matériel (par exemple, un processeur de signal universel ou un bloc de mémoire vive, disque dur, ou similaires) ou de multiples éléments matériels. De manière similaire, les programmes peuvent être des programmes autonomes, peuvent être incorporés comme sous-routines dans un système d'exploitation, peuvent être des fonctions dans un progiciel installé, et similaires. Il faut comprendre que les divers modes de réalisation ne sont pas limités aux agencements et aux moyens utilisés représentés sur les dessins. [0023] Tels qu'ils sont utilisés ici, les termes « système », « unité » ou « module » peuvent inclure un système matériel et/ou logiciel qui fonctionne pour effectuer une ou plusieurs fonctions. Par exemple, un module, une unité ou un système peut inclure un processeur informatique, un dispositif de commande ou un autre dispositif à base de logique qui effectue des opérations en fonction d'instructions stockées sur un support de stockage lisible par ordinateur tangible et non transitoire, tel qu'une mémoire d'ordinateur. Alternativement, un module, une unité ou un système peut inclure un dispositif câblé qui effectue des opérations en fonction d'une logique câblée du dispositif. Divers modules ou unités représentés sur les figures annexées peuvent représenter le matériel qui fonctionne en fonction d'instructions logicielles ou câblées, le logiciel qui dirige le matériel pour effectuer les opérations, ou une combinaison de ceux-ci. [0024] « Systèmes », « unités » ou « modules » peuvent inclure ou représenter du matériel et des instructions associées (par exemple, un logiciel stocké 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 effectuent une ou plusieurs opérations décrites ici. Le matériel peut inclure des circuits électroniques qui incluent et/ou sont reliés à un ou plusieurs dispositifs à base de logique, tels que des microprocesseurs, des processeurs, des dispositifs de commande, ou similaires. Ces dispositifs peuvent être des dispositifs prêts à l'emploi qui sont programmés de manière appropriée ou qui sont chargés de manière appropriée d'effectuer des opérations décrites ici à partir des instructions décrites ci-dessus. En outre ou alternativement, un ou plusieurs de ces dispositifs peuvent être câblés avec des circuits logiques pour effectuer ces opérations. [0025] Tel qu'il est utilisé ici, un élément ou une étape énoncé au singulier et précédé du mot « un/une » doit être compris comme n'excluant pas le pluriel desdits éléments ou desdites étapes, sauf si une telle exclusion est indiquée explicitement. 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. De plus, 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. [0026] Divers modes de réalisation fournissent des systèmes et procédés pour améliorer la sensibilité et/ou la résolution d'énergie d'acquisition d'images, par exemple dans des applications d'imagerie médicale nucléaire (NM). Dans divers modes de réalisation, des mesures de signaux transitoires adjacents non collectés (ou induits) sont utilisées pour déterminer une profondeur d'interaction (DOT) d'événements correspondants dans un détecteur. On notera que les mêmes mesures des signaux transitoires adjacents non collectés peuvent également être utilisées pour déterminer des emplacements de sous-pixels correspondants pour les événements. [0027] Généralement, divers modes de réalisation fournissent des procédés et/ou systèmes de mesure de la valeur négative de signaux induits et de déduction ou de détermination de la DOT correspondante en fonction de la valeur négative. Pour certaines valeurs de DOT (par exemple, des DOT non situées près d'une anode), tous les événements ayant la même DOT produisent environ la même valeur négative pour des signaux induits non collectés, quelle que soit leur position latérale (la position latérale étant définie comme les coordonnées x, y lorsque la DOT est mesurée selon un axe z). Par conséquent, divers modes de réalisation utilisent une valeur mesurée de signaux induits (par exemple, une valeur négative mesurée de signaux induits non collectés, qui peut également être utilisée pour la détermination d'emplacement de sous-pixels) pour déduire ou déterminer la DOT ainsi que pour fournir un positionnement 3D des événements provoquant les signaux induits non collectés. [0028] Un effet technique apporté par divers modes de réalisation inclut une sensibilité et/ou une résolution d'énergie augmentées d'un système de détection, tel qu'un système de détection d'imagerie NM. Un effet technique de divers modes de réalisation inclut une qualité d'image améliorée. Un effet technique de divers modes de réalisation inclut une complexité matérielle et/ou de traitement réduite associée à la détermination de DOI par l'intermédiaire de l'élimination de l'utilisation de signaux à partir d'une cathode. [0029] Avant d'aborder les aspects spécifiques de modes de réalisation particuliers, certains aspects de fonctionnement de détecteur sont abordés. La Figure 1 représente une représentation 10 de potentiels de pondération pour un détecteur 11 ayant une anode pixelisée 12 polarisée par un potentiel de 1 volt. Les anodes pixelisées voisines 13 ne sont pas polarisées, ou sont à un potentiel de masse de 0 volt. On notera que la représentation d'une anode pixelisée donnée à une tension alors que les anodes pixelisées voisines ne sont pas polarisées en relation avec divers exemples ici est fournie pour des raisons de clarté d'illustration et de facilité de représentation ; cependant, en pratique, chaque anode pixelisée d'un détecteur peut être polarisée par une tension similaire. Dans l'exemple représenté sur la Figure 1, la cathode 14 est mise à la terre à 0 volt. Les courbes pleines 15 montrent les lignes du champ électrique, les courbes en pointillés 16 montrant les lignes d'équipotentiel. Les lignes d'équipotentiel sont perpendiculaires aux lignes de champ électrique aux points où les lignes se croisent. [0030] Les potentiels de pondération de la Figure 1 sont représentés conformément au 6 théorème de Shockley-Ramo. Selon ce théorème, le courant induit produit par le potentiel de pondération est décrit par i = qE*V = qE*V*cos(a), où i est le courant induit, q est la charge électronique, et E*V est le produit scalaire entre le champ électrique E du potentiel de pondération et la vitesse V de l'électron, et a est l'angle entre les vecteurs E et V. [0031] Les Figures 2 et 3 représentent la survenue d'événements dans divers emplacements du détecteur 11 et les charges induites résultantes. La Figure 2 représente quatre événements au sein du détecteur 11 de la Figure 1, et la Figure 3 représente les charges induites correspondantes. [0032] La Figure 2 représente quatre événements - l'événement 21 commençant à une profondeur Zo, l'événement 22 commençant à une profondeur Z1, l'événement 23 commençant à une profondeur Zn, et l'événement 24 commençant à une profondeur Z3. Chacun des événements se déplace le long d'une trajectoire commençant à X, et se terminant à l'anode du pixel primaire ou de collecte 25 (l'anode qui collecte les événements). La charge induite non collectée sur le pixel adjacent (ou pixel de non collecte, dans cc cas le pixel 12, qui est immédiatement voisin du pixel de collecte 25 dans l'exemple illustré) est l'intégrale dans le temps (ou sur la distance) du courant donné par la relation discutée ci-dessus (i = qE*V = qE*V"cos(a)). E est le champ du potentiel de pondération du pixel voisin de non collecte (le pixel 12 dans cet exemple). Deux plages sont représentées sur la profondeur D du détecteur - une première plage 1, et une deuxième plage [0033] Dans la plage I, le vecteur du champ a une composante dirigée vers le bas. En conséquence, la charge induite est positive sur la plage I. Sur la plage H, le vecteur du champ a une composante qui est dirigée vers le haut. En conséquence, la charge induite est négative sur la plage II. L'événement 21 à la profondeur Zo commence à la cathode 14 et en conséquence la charge associée se déplace sur toute la longueur de la plage I et de la plage II. Les autres événements commencent loin de la cathode et en conséquence les charges liées ne se déplacent pas sur toute la profondeur de la plage I. En outre, l'événement 24 à la profondeur Z, commence au sein de la limite de la plage II, plus près des anodes pixelisées que n'est la limite de la plage II. En conséquence, la charge liée à l'événement 24 à la profondeur Zi ne se déplace pas sur toute la profondeur de la plage II. [0034] La Figure 3 représente les signaux résultants correspondant aux événements de la Figure 2. À savoir, le signal 32 représente le signal de collecte ou primaire résultant dans le pixel de collecte 25. Le signal 34 représente le signal de non collecte de l'anode pixelisée 12 résultant de l'événement 21 commençant à Z0, le signal 35 représente le signal de non collecte de l'anode pixelisée 12 résultant de l'événement 22 commençant à Z1, le signal 36 représente le signal de non collecte de l'anode pixelisée 12 résultant 7 de l'événement 23 commençant à Z2, et le signal 37 représente le signal de non collecte de l'anode pixelisée 12 résultant de l'événement 24 commençant à Z3. [0035] Comme on le voit sur la Figure 3, pour l'événement 21 commençant à Zo (l'événement se produisant au niveau de la cathode 14 et se déplaçant sur toute la plage des deux plages I et II), la charge induite totale dans les plages I et H est nulle, étant donné que la charge induite positive dans la plage I et la charge négative dans la plage II sont égales et se compensent mutuellement sur toute la profondeur (par exemple, au niveau des anodes où Z = D, où D est l'épaisseur du détecteur 11). [0036] Pour l'événement 22 commençant à Z1 (qui est éloigné de la cathode), la charge induite totale est négative, étant donné que la charge induite positive dans la page I est inférieure à celle de l'événement 21, étant donné que la charge de l'événement 22 ne parcourt pas toute la profondeur de la plage I. De manière similaire, la charge induite totale de l'événement 23 est plus négative que la charge induite totale de l'événement 22, et la charge induite totale de l'événement 24 est plus négative que la charge induite totale de l'événement 23. Ceci peut être représenté par [Qo=O] > [Q, [Q [Q3