ЦИФРОВОЙ КРЕМНИЕВЫЙ ФОТОУМНОЖИТЕЛЬ ДЛЯ ВРП-ПЭТ

1. Пиксель (22) детектора, предназначенный для использования совместно со сцинтиллятором, который преобразует частицу излучения во вспышку света, содержащий:
матрицу ячеек (50, 50', 50") детектора, причем каждая ячейка детектора включает в себя фотодиод (52), смещенный в область пробоя, и цифровую схему (54, 54', 54"), соединенную с фотодиодом, причем цифровая схема выполнена с возможностью вывода первого цифрового значения в состоянии покоя и второго цифрового значения, соответствующего детектированию фотона фотодиодом;
запускающую цифровую схему (60, 60', 60", 84), выполненную с возможностью вывода сигнала запуска, обозначающего начало периода времени интегрирования, в соответствии с выбранным количеством одной или больше ячеек детектора, которые выполняют переход от первого цифрового значения ко второму цифровому значению; и
цифровую схему (66, 82) считывания, которая накапливает величину подсчета количества переходов ячеек детектора матрицы ячеек детектора от вывода первого цифрового значения до вывода второго цифрового значения в течение периода времени интегрирования.
2. Пиксель (22) детектора по п.1, в котором каждая ячейка (50, 50', 50") детектора дополнительно включает в себя: схему (70, 70', 70") гашения, выполненную с возможностью перевода ячейки детектора обратно в состояние покоя после детектирования фотона фотодиодом.
3. Пиксель (22) детектора по п.1, дополнительно включающий в себя: схему (85) разрешения запуска, которая отслеживает ток в пикселе (50, 50', 50") детектора и сбрасывает накопленную величину подсчета, в соответствии с критерием сброса.
4. Пиксель (22) детектора по п.1, в котором цифровая схема (66, 82) считывания включает в себя:
буфер (66), ассоциированный с каждой ячейкой (50, 50', 50") детектора, в котором размещается второе цифровое значение; и
схему (82) считывания на уровне пикселя, выполненную с возможностью последовательного накопления значений в буферах (66), ассоциированных с ячейкой детектора, имеющей второе цифровое значение, для получения величины подсчета.
5. Пиксель (22) детектора по п.1, в котором цифровая схема (66, 82) считывания включает в себя:
накопитель (66), ассоциированный с каждой ячейкой детектора, причем каждый накопитель выполнен с возможностью накопления переходов ассоциированной ячейки детектора от вывода первого цифрового значения до вывода второго цифрового значения в течение периода времени интегрирования; и
схему (82) суммирования, которая суммирует значения, сохраненные в накопителях в конце периода времени интегрирования, для получения величины подсчета.
6. Пиксель (22) детектора по п.1, в котором запускающая цифровая схема (60, 60', 60", 84) включает в себя: схему (84) цифровой временной метки, выполненную с возможностью вывода цифровой временной метки, ассоциированной с величиной подсчета, причем цифровая временная метка основана на времени сигнала запуска относительно опорного сигнала (88) времени.
7. Пиксель (22) детектора по п.1, дополнительно включающий в себя:
пропорциональный фотодиод (110), выполненный с возможностью получения аналогового фототока, пропорционального потоку фотонов, ударяющих в пиксель (22) детектора;
схему (84) цифровой временной метки, соединенную с матрицей ячеек (50, 50', 50") детектора, для формирования временной метки на основе времени сигнала запуска, который обозначает время приема потока фотонов.
8. Детектор (10) излучения, содержащий:
сцинтиллятор (20); и
матрицу пикселей (22) детектора по п.1, выполненный с возможностью приема вспышек света, формируемых сцинтиллятором в ответ на прием излучения.
9. Детектор (10) излучения по п.8, в котором пиксели (22)в матрице установлены монолитно на общей кремниевой подложке (24).
10. Детектор (10) излучения по п.9, в котором (i) фотодиоды (52) матрицы ячеек (50, 50', 50") детектора образуют фотодиодный слой (100), и (ii) цифровая схема (54, 54', 54"), запускающая цифровая схема (60, 60', 60", 84) и цифровая схема (66, 82) считывания образуют слой (102) цифровых схем, отдельный от фотодиодного слоя и электрически соединенный с ним.
11. Детектор (10) излучения по п.9, в котором (i) фотодиоды (52) матрицы ячеек (50, 50', 50") детектора образуют фотодиодный слой (100'), и (ii) цифровая схема (54, 54', 54"), запускающая цифровая схема (60, 60', 60", 84), и цифровая схема (66, 82) считывания расположены в фотодиодном слое (100') среди фотодиодов (52).
12. Детектор (10) излучения по п.9, в котором, по меньшей мере, существенная часть цифровой схемы (54, 54', 54"), запускающей цифровой схемы (60, 60', 60", 84) и цифровой схемы (66, 82) считывания представляют собой схемы КМОП.
13. Детектор (10) излучения по п.9, дополнительно включающий в себя:
схему (90, 92, 94) мультиплексирования, также расположенную монолитно на общей кремниевой подложке (24), причем схема мультиплексирования выполняет цифровое мультиплексирование величин подсчета, получаемых цифровой схемой (66, 82) считывания пикселей (50, 50', 50") детектора, для генерирования выходного сигнала цифрового детектора излучения.
14. Детектор (10) излучения по п.1, в котором запускающая цифровая схема (60, 60', 60", 84) выполнена с возможностью вывода сигнала запуска, обозначающего начало периода времени интегрирования, в соответствии с переходом одной ячейки детектора от первого цифрового значения во второе цифровое значение.
15. Детектор (10) излучения по п.1, в котором запускающая цифровая схема (60, 60', 60", 84) выполнена с возможностью вывода сигнала запуска, обозначающего начало периода времени интегрирования, в соответствии с множеством переходов ячеек детектора от первого цифрового значения во второе цифровое значение, формируя ток, превышающий выбранный уровень запускающего тока.
16. Система формирования изображения времяпролетной позитронно-эмиссионной томографии (TOP-PET), содержащая:
множество детекторов (10) излучения по п.8, расположенных так, что они детектируют гамма-лучи, излучаемые из области (12) формирования изображения;
схема (34) детектирования пары гамма-лучей, которая идентифицирует два, по существу, одновременных детектирования гамма-лучей с помощью двух детекторов излучения;
процессор (38) линии отклика, который определяет пространственную линию отклика, соединяющую два детектирования гамма-луча; и
процессор (40) времени пролета, который локализует событие аннигиляции позитрон-электрон вдоль линии отклика, на основе разности во времени между двумя, по существу, одновременными моментами детектирования гамма-лучей.
17. Способ, выполняемый совместно со сцинтиллятором, который преобразует частицу излучения во вспышку света, содержащий:
переключение цифровой схемы (54, 54', 54") от первого цифрового значения во второе цифровое значение, в соответствии с детектированием фотонов фотодиодом (52), смещенным в область пробоя, причем переключение определяет событие переключения;
генерирование сигнала запуска, обозначающего начало периода времени интегрирования, в соответствии с выбранным количеством из одного или больше указанных событий переключения, ассоциированных с множеством упомянутых фотодиодов; и
накопление величины подсчета событий переключения, ассоциированных с множеством упомянутых фотодиодов (52) в течение периода времени интегрирования.
18. Способ по п.17, дополнительно включающий в себя:
после события переключения, гашение фотодиода (52) обратно в состояние покоя, соответствующее первому цифровому значению.
19. Способ по п.17, дополнительно включающий в себя:
отслеживание накопления; и
отбрасывание накопленной величины в ответ на появление критерия отбрасывания, определяемого в результате отслеживания.
20. Способ по п.17, дополнительно включающий в себя: генерирование цифровой временной метки, ассоциированной с накоплением в течение периода времени интегрирования, причем цифровая метка основана на времени генерирования сигнала запуска и опорного сигнала времени.
21. Способ по п.20, дополнительно включающий в себя:
повторение генерирования сигнала запуска, обозначающего начало периода времени интегрирования, накопление величины подсчета в течение периода времени интегрирования и генерирование цифровой временной метки, ассоциированной с величиной подсчета, для генерирования множества величин подсчета, каждая из которых имеет ассоциированную цифровую временную метку; и
сортировку величин подсчета в соответствии с их ассоциированными цифровыми временными метками для получения потока данных события, отсортированных по времени.
22. Способ по п.17, дополнительно включающий в себя: генерирование аналогового фототока, пропорционального потоку фотонов, с использованием отдельного пропорционального фотодиода (110), когда упомянутый поток фотонов достаточно большой, чтобы обеспечить участие, по существу, всех фотодиодов (52) в событиях переключения в течение периода времени интегрирования.
23. Детектор излучения, включающий в себя сцинтиллятор и устройство, предназначенное для выполнения способа, описанного в п.17.
24. Детектор излучения, содержащий:
множество фотодиодов, образующих фотодиодный слой;
цифровую схему, предназначенную для предоставления одного или больше цифровых значений в соответствии с детектированием фотона фотодиодом; и
кремниевую подложку, на которой расположена цифровая схема.
25. Детектор излучения по п.24, в котором цифровая схема формирует слой цифровой схемы, отдельный от фотодиодного слоя и электрически соединенный с ним.
26. Детектор излучения по п.24, в котором цифровая схема расположена в фотодиодном слое, по меньшей мере, частично среди множества фотодиодов.
27. Детектор излучения по п.24, в котором одно или больше цифровых значений представляют собой временную метку, индекс детектора, индекс пикселя детектора или величину подсчета фотонов.
28. Пиксель детектора, содержащий:
матрицу ячеек детектора, причем каждая ячейка детектора включает в себя фотодиод и цифровую схему, соединенную с фотодиодом,
в котором цифровая схема переходит от вывода первого цифрового значения до вывода второго цифрового значения в ответ на детектирование фотона фотодиодом.
29. Пиксель детектора по п.28, дополнительно содержащий цифровую запускающую схему, которая формирует сигнал запуска, обозначающий время начала периода интегрирования, когда заданное количество ячеек детектора переходит от вывода первого цифрового значения до вывода второго цифрового значения.
30. Пиксель детектора по п.28, дополнительно содержащий цифровую схему считывания, которая подсчитывает переходы ячеек детектора от вывода первого цифрового значения до вывода второго цифрового значения.
31. Пиксель детектора по п.28, дополнительно содержащий схему разрешения переключения, которая отслеживает ток в пикселе детектора и отбрасывает процесс накопления, в соответствии с критерием отбрасывания.
32. Система формирования томографического изображения на основе положения эмиссии, содержащая:
область формирования изображения, выполненную с возможностью приема объекта, изображение которого должно быть сформировано; и
множество детекторов, расположенных, по меньшей мере, частично вокруг области формирования изображения, в которой, по меньшей мере, один из множества детекторов содержит:
(i) сцинтиллятор;
(ii) фотодиод, предназначенный для детектирования фотонов сцинтиллятора; и
(iii) цифровую схему, предназначенную для предоставления одного или больше цифровых значений, в соответствии с детектированием фотона фотодиодом.
33. Способ формирования медицинского изображения, содержащий:
формирование событий сцинтилляции в ответ на события излучения;
детектирование событий сцинтилляции;
назначение цифровой временной метки детектируемым событиям сцинтилляции;
использование цифровой временной метки в способе реконструкции для формирования медицинского изображения.
34. Детектор излучения, содержащий:
сцинтиллятор;
фотодиод, смещенный в режим пробоя; и
цифровую схему, которая формирует двоичный цифровой выход, обозначающий, перешел ли фотодиод в режим пробоя.
35. Детектор излучения, содержащий:
сцинтиллятор;
фотодиод, предназначенный для детектирования событий, поступающих из сцинтиллятора; и
схему, предназначенную для предоставления цифровых значений в соответствии с событиями фотодиода, в котором указанная схема работает в режиме статического потребления энергии, когда отсутствуют события фотодиода, и работает в режиме динамического потребления энергии, когда возникают события фотодиода.
36. Детектор излучения, содержащий:
сцинтиллятор;
фотодиод, предназначенный для детектирования событий, поступающих из сцинтиллятора; и
схему, предназначенную для формирования цифровых значений в соответствии с событиями фотодиода, в которой потребление энергии детектором, составляет, по меньшей мере, приблизительно одну треть потребляемой энергии, требуемой для аналогового детектора со схемой, которая формирует аналоговые значения в ответ на события фотодиода.
37. Способ отбраковки ячеек детектора формирования изображения, содержащий:
определение величины темнового подсчета отдельных ячеек матрицы детектора;
определение дефектных ячеек на основе определенной величины темнового подсчета; и
использование лазера для разрезания плавкого предохранителя, ассоциированного с ячейками, определенными как дефектные.
38. Способ по п.37, дополнительно содержащий:
определение местоположения дефектных ячеек; и
отбраковку одной или больше недефектных ячеек, на основе местоположения дефектных ячеек.
39. Детектор формирования изображения, содержащий:
средство, предназначенное для определения величины темнового подсчета отдельных ячеек матрицы детектора;
средство определения дефектных ячеек на основе определенной величины темнового подсчета; и
средство использования лазера для разрезания плавкого предохранителя, ассоциированного с ячейками, определенными как дефектные.
40. Детектор формирования изображения по п.39, дополнительно содержащий:
средство определения местоположения дефектных ячеек; и
средство отбраковки одной или больше недефектных ячеек, на основе местоположения дефектных ячеек.
41. Детектор формирования изображения, содержащий:
сцинтиллятор, предназначенный для генерирования фотонов в соответствии с излучением;
множество фотодетекторов, предназначенных для детектирования фотонов, генерируемых сцинтиллятором; и
цифровую схему, предназначенную для предоставления цифрового вывода в соответствии с фотонами, детектируемыми множеством фотодетекторов, в котором упомянутая цифровая схема включает в себя средство цифровой отбраковки любого количества из множества фотодетекторов.
42. Детектор формирования изображения по п.41, в котором средство отбраковки фотодетекторов выполняет отбраковку фотодетекторов, которые считаются дефектными.
43. Детектор формирования изображения по п.42, в котором средство отбраковки фотодетекторов дополнительно выполняет отбраковку одного или больше фотодетекторов в заданной геометрической взаимозависимости относительно отбракованных дефектных фотодетекторов.
44. Способ калибровки детектора формирования изображения, содержащий:
предоставление детектора формирования изображения с множеством фотодетекторов;
испытание чувствительности множества фотодетекторов;
определение, какие из фотодетекторов являются дефектными; и
отбраковку фотодетекторов, определенных как дефектные.
45. Способ калибровки по п.44, дополнительно содержащий отбраковку одного или больше фотодетекторов, находящихся в заданной геометрической взаимозависимости относительно дефектных отбракованных фотодетекторов.
46. Способ калибровки по п.44, дополнительно содержащий предоставление отчета об отбракованных фотодетекторах.
47. Способ калибровки по п.46, в котором отчет включает в себя пространственное распределение отбракованных фотодетекторов.