[发明专利]对探测到的辐射量子创建时间戳

说明书

本发明涉及一种用于在对探测到的辐射量子创建时间戳中使用的辐射探测设备、系统、方法和计算机程序产品。所述设备包括光学探测器像素阵列、时间戳触发单元和计时单元。所述时间戳触发单元确定针对在所述光学探测器像素阵列内的像素单元的像素单元触发速率。所述时间戳触发单元基于所述像素单元触发速率来使所述计时单元生成时间戳。

技术领域

本发明涉及对探测到的辐射量子创建时间戳并且应用于高能粒子物理应用中。这样的应用包括对以光子形式的诸如切伦科夫辐射的辐射量子的直接探测以及借助于由闪烁体元件产生的光子对辐射量子的间接探测。本发明具体应用于PET成像系统中，并且甚至更具体地，本发明能够用于飞行时间(TOF)PET成像系统中。

背景技术

在PET成像中，在将诸如患者或动物的对象定位在PET成像区域之前，将放射性示踪剂施予给对象。放射性示踪剂优选地由对象中的区域吸收，并且在摄取期之后对其分布进行成像。随后，临床医生解读在图像中的诸如器官的特定区域中的相对摄取并且可以执行对对象的诊断。放射性示踪剂经历放射性衰减，其导致正电子的产生。每个衰减事件产生一个正电子，其在人类组织中行进达几mm，在那儿其随后在产生两个方向相反的伽玛光子的湮没事件中与电子相互作用。两个伽玛光子每个具有511keV的能量，并且随后由围绕PET成像区域径向设置的伽玛光子探测器探测到，所述伽玛光子探测器当由入射伽玛光子撞击时其每个产生电信号。在本文中限定的包括与光学探测器光学通信的闪烁体元件的伽玛光子探测器中，闪烁体元件将高能伽玛光子转换成包括许多光子的闪烁光脉冲，并且通过光学探测器来生成电信号。时间戳由时间戳单元发给每个电信号并且在符合(coincidence)确定单元中与其他时间戳进行比较。当两个伽玛光子的时间戳发生在彼此的窄时间间隔内时；通常当两个伽玛光子的时间戳在+/-3ns内时，所述两个伽玛光子被识别为是符合的。接收符合伽玛光子的两个探测器的位置定义空间线，沿着所述空间线湮没事件发生，所述线被称为响应线(LOR)。随后这样的LOR被重建以产生图示在成像区域内的放射性示踪剂的分布的图像。在飞行时间(TOF)PET中，两个探测到的伽玛光子之间的小时间差还用于定位沿着LOR湮没事件发生的位置并且因此改进重建图像的空间分辨率。在相互作用深度(DOI)PET中，还可以评估两个探测到的伽玛光子的轨迹，以便通过减小视差误差来改进重建图像的空间分辨率。

在PET成像系统中，一般将时间戳发给接收到的伽玛光子的时间戳单元通常包括诸如时间数字转换器(TDC)的计时单元和时间戳触发单元。通过时间戳触发单元来使所述计时单元生成指示对每个伽玛光子的接收的时间的时间戳，以便由符合确定单元进行后续分析。所述时间戳触发单元当在其输入处的信号超过预定阈值时使所述计时单元生成时间戳，并且期望在对伽玛光子的探测之后尽可能快地发生，以便优化PET成像系统的计时准确度。

用于在对诸如切伦科夫辐射的辐射量子的直接探测中的计时目的时间戳单元以几乎相同的方式操作。然而在对切伦科夫辐射的探测中，光学探测器直接根据探测到的辐射量子来生成电信号，因此缺少闪烁体元件。

对所述计时单元的虚假触发是能够在采用所谓的直接探测的系统中，以及在诸如PET成像系统的采用间接探测的系统中引起的问题，并且所述问题在采用在盖革模式下操作的数字硅光电倍增管(SiPM)探测器作为光学探测器中尤其严峻。数字SiPM探测器缺少诸如光脉冲或接收到的伽玛光子的有效事件的情况下遭受暗计数噪声，所述暗计数噪声将其自身显示为在光学探测器的输出处显露为假的电脉冲。来自暗计数噪声的电脉冲由时间戳触发器单元频繁地误解读，并且虚假地使所述计时单元生成时间戳。这样的虚假触发导致计时单元空载时间，所述空载时间是这样的时间段：在所述时间段期间所述计时单元必须被重置并且在所述时间段期间不能够确定对有效事件的接收的时间。暗计数噪声是强烈温度相关的，并且甚至在室温能够创建相当大的计时单元空载时间。