对探测到的辐射量子创建时间戳的利记博彩app
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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_，在那儿其随后在产生两个方向相反的伽玛光子的煙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，沿着所述空间线煙没事件发生，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煙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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]能够通过提高所述时间戳触发单元的阈值来实现在暗计数噪声与来自有效事件的信号之间的特定鉴别。然而，由于起因于暗计数噪声和有效事件两者的电脉冲的不足信本质具有一些有效事件不能创建足够大的信号以触发所述时间戳触发单元的风险，所以这具有有限的益处。有效事件的缺失降低了探测灵敏度。在PET成像中，其降低了系统的信噪比。提高所述时间戳触发单元的阈值具有增加在对有效事件的接收与其时间戳的时间之间的时间延迟的另外的缺点，由此降低了时间戳单元的计时准确度。
[0007]两种另外的方法也已经被引入以减轻暗计数噪声的影响:使光学探测器冷却和触发验证。使光学探测器冷却减少了通过其温度相关的暗计数噪声并且通常是这样的成像系统的要求。其要求将庞大的冷却装置附接到光学探测器，这不利地影响了系统尺寸、成本和功率要求。触发验证也已经被采用于PET成像的背景下。在这一点上，响应于起因于伽玛光子的闪烁光脉冲的来自光学探测器的电信号用于生成触发验证信号，所述触发验证信号指示触发信号源自于伽玛光子而非暗计数噪声。在专利申请W02006/111883A2中公开的已知触发方案中，当已经探测到在闪烁光脉冲中的第一光子时，时间戳触发单元使计时单元生成时间戳。触发验证方案基于若干这样的光学探测器信号的逻辑AND/OR来发出对应的验证信号，当预定数量的这样的光学探测器信号随后超过阈值时，所述对应的验证信号为真。由于对伽玛光子的接收的对计时单元的有效触发的特征在于在多个光学探测器对其闪烁光的探测并且引起真有效信号，导致对时间戳的处理。对比之下，暗计数噪声触发了较少的光学探测器并且引起假有效信号，导致时间戳被拒绝并且计时单元被重置。
[0008]然而，这些解决方案仍然遭受光学探测器必须被冷却以便将暗计数噪声减少到可接受水平的缺点。另外，时间戳触发单元的高阈值限制了可实现的计时分辨率。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是改进在高能粒子物理应用中在对探测到的辐射量子创建时间戳中的噪声抑制。本发明的另一目的是改进对这样的探测到的辐射量子进行计时的准确度。
[0010]这些目的通过一种辐射探测设备来实现，所述辐射探测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。还公开了用于实现这些目的一种系统、一种方法和一种计算机程序产品。在所述辐射探测设备中，所述光学探测器像素阵列包括能够由光子触发的一个或多个像素单元。所述时间戳触发单元与所述计时单元操作通信。所述时间戳触发单元接收来自所述光学探测器像素阵列的信号，并且被配置为确定在所述光学探测器像素阵列内的所述一个或多个像素单元的像素单元触发速率。根据本发明的第一方面，所述时间戳触发单元被配置为基于针对在所述光学探测器像素阵列内的所述一个或多个像素单元的所述像素单元触发速率来使所述计时单元生成时间戳。在优选实施方式中，当所述像素单元触发速率超过预定速率时生成时间戳。在其他预见到的实施方式中，当所述像素单元触发速率小于预定速率、在预定速率的预定范围内或等于预定速率时生成时间戳。这与已知方法形成对比，在所述已知方法中，当已经探测到在闪烁光脉冲中的第一光子时，时间戳触发单元使计时单元生成时间戳。一般通过基于所述像素单元触发速率来鉴别并且由此使所述计时单元生成时间戳来改进在对探测到的辐射量子的计时中的噪声抑制，因为光脉冲特征在于对其的探测通常发生在短时间段内。例如，在PET成像中，起因于通过闪烁体元件对伽玛光子的接收的闪烁光脉冲的特征在于光子生成的高初始速率以及由此的高像素单元触发速率，然而暗计数噪声的特征在于以更低的速率对像素单元的触发。在所谓的直接探测应用中，还设想到感兴趣的原始光脉冲以与光子的短脉冲同样的方式发生。通过基于像素单元触发速率来使所述计时单元生成时间戳，所述时间戳触发单元提供在起因于光子的电信号与由暗计数噪声引起的电信号之间的改进的鉴别。由于所述计时单元仅仅当存在电信号源自于光子的高概率时生成时间戳，所以减少了所述计时单元在其已经由噪声触发以生成时间戳之后被重置的频率。因此，改进了在对探测到的辐射量子创建时间戳中的噪声抑制。用这种方式，较不频繁地调用所述计时单元在由噪声的虚假触发之后的固有重置时间，并且所述计时单元能够用于在更大比例的时间对光子的探测创建时间戳。由虚假地触发所述计时单元的频率的减少引起的另一优点是对光学探测器的冷却要求的缓解。这是因为使用本发明的所述计时单元能够在比现有方法更高的温度生成相同时间比例的时间戳。例如，在PET成像中，归因于在闪烁体元件中的光子生成的高初始速率，还能够在短时间段内评估触发速率，由此允许在起因于对伽玛光子的接收的闪烁光脉冲与起因于暗计数噪声的闪烁光脉冲之间的快速鉴别。另外，这改进了计时准确度。由基于像素单元触发速率对所述计时单元的触发引起的又一优点是其改进的噪声抑制允许在探测到较少光子之后生成时间戳。这使得能够减少时间戳触发单元的触发水平以更接近光学探测器的噪声水平，从而允许在探测到例如第一光子之后生成时间戳，由此改进所述时间戳单元的计时分辨率。
[0011]根据本发明的另一方面，当所述像素单元触发速率超过阈值速率值时生成时间戳。通过基于所述像素单元触发速率超过阈值速率值来决定生成时间戳改进针对暗计数噪声的鉴别，暗计数噪声通常引起比来自起因于辐射量子的光脉冲的像素单元触发速率更低的像素单元触发速率。
[0012]根据本发明的另一方面，通过计算在预定延迟周期内在光学探测器像素阵列内的触发的像素单元的数量来确定所述像素单元触发速率。所述像素单元可以是单光子雪崩探测器(SPAD)，在其他情况下被称为硅光电倍增管(SiPM)像素单元，所述硅光电倍增管(SiPM)像素单元具有对应于所述像素单元是否已经被触发的数字输出状态。因此，可以通过计算已经触发并且由此被设置成指示在被称为延迟周期的预定周期内对光子的探测的触发状态的像素单元的数量并且由此对其进行计数来确定所述速率。对预定延迟周期的使用允许基于触发的像素单元的时间型线来鉴别来自所述光学探测器像素阵列的信号。
[0013]根据本发明的另一方面，基于在满足像素单元触发速率条件之前满足触发的像素单元计数条件来生成时间戳。例如，所述条件可以是所述触发的像素单元计数或所述像素单元触发速率相应地超过预定计数或速率、小于预定计数或速率、在预定计数或速率的预定范围内或等于预定计数或速率。有利地，在生成时间戳之前改进了来自光学探测器阵列的信号的真实性，从而得到改进的噪声抑制。
[0014]根据本发明的另一方面，当在所述像素单元触发速率超过阈值速率值之前所述触发的像素单元计数超过阈值计数值时生成时间戳。另外，通过计算在预定延迟周期内在所述光学探测器像素阵列(3a)内的触发的像素单元的数量来确定所述像素单元触发速率，当所述触发的像素单元计数超过所述阈值计数值时，所述预定延迟周期开始。因此，当所述触发的像素单元计数超过所述阈值计数值并且之后在所述预定延迟周期结束之前随后超过更高的计数值使得所述阈值速率值被超过时生成时间戳。有利地，在生成时间戳之前改进了来自光学探测器阵列的信号的真实性，从而得到改进的噪声抑制。
[0015]根据本发明的另一方面，还提供了时间戳调节单元，所述时间戳调节单元被配置为接收来自所述计时单元的所述时间戳。所述时间戳调节单元被配置为通过从所述第一时间戳的时间减去所述预定延迟周期来生成经调节的第一时间戳，所述经调节的第一时间戳指示满足预定触发的像素单元计数条件的时间。可以通过例如控制单元内的处理器来执行所述减法。有利地，由于时间戳的时间指示来自光学探测器阵列的信号的型线上的可靠位置，所以与其他时间戳相比较，这样的时间戳可以是更可靠的。这样的时间戳在例如PET成像中特别有用，在所述PET成像中，可以更准确地确定对伽玛量子的探测的时间。
[0016]根据本发明的另一方面，所述时间戳触发单元使所述计时单元还基于在稍后的时间点处确定的第二像素单元触发速率来生成时间戳。这样的系统通过基于更准确地确定的像素单元触发速率型线来生成时间戳的决定来允许在电信号与暗计数噪声之间的改进的鉴别。