[发明专利]脉冲缩短的粒子计数装置

说明书

技术领域

本发明涉及诸如光子计数的粒子计数领域。本发明尤其涉及高速率光子计数系统及其控制系统领域，该计数系统可以例如用于计算机断层摄影X射线成像中。

背景技术

粒子或光子计数或者粒子计数技术在例如核物理、天文学、医疗成像、安全等领域中已是众所周知。这些技术用于检测并测量X射线、Gamma射线和电离粒子的高能光子或粒子等。基于检测设备和专用读取电路的检测系统可以用于放大检测器的光子电流或光子电压、对其进行整形、以及通过模数转换或者通过将脉冲幅度与已知阈值水平进行比较，使得可以对其进行鉴别。

在高质量的图像捕获中，诸如在由计算机断层摄影的医学成像中，需要非常高的光子计数速率以提供图像中的宽的动态范围。但是，即使是采用了高速数字处理装备，检测器捕获到的粒子所产生的电脉冲具有相当的宽度，即相当的时间扩展，这成为实现高动态范围的一个抑制因素。因此，当检测器捕获粒子时，若前一个粒子脉冲仍然处于衰退期间，则可能导致不能检测到后捕获的粒子脉冲，从而限制了最大可检测粒子速率，也限制了后续图像处理操作中的可用动态范围。这是因为：由于后捕获的粒子所产生的电信号脉冲或多或少重叠或掩盖前一个粒子所产生的电信号脉冲，计数电路很难鉴别捕获的时间上密集间隔的多个粒子。这个问题被称为堆积效应。

例如，在GB 2 332 513 A中解决了堆积效应，在GB 2 332 513 A中公开了在一种核光谱系统，其中对堆积进行检测。为了保持脉冲形状不变，可以进行脉冲长度补偿，即：缩短或增长脉冲长短或脉冲宽度。GB 2 332 513A中描述的方法也解决了在发生堆积时提供恒定的脉冲形状的问题。然而，堆积问题本身并没有得到解决，并且，结果，计数速率没有得到改进。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种粒子计数系统，所述粒子计数系统具有改进的计数速率，并且从而适用于需要高动态范围的应用，如医疗成像。

第一方面，本发明提供了一种配置用于从相关粒子检测器接收电输入信号的粒子计数装置，所述装置包括：

-电荷敏感放大器(charge sensitive amplifier，CSA)，其配置用于接收输入信号并作为响应产生放大信号；

-整形器(SHPR)，其配置用于接收放大信号并作为响应产生整形信号；以及

-复位产生器(Reset generator，RSTG)，其配置用于检测该整形信号中的峰值，并且当检测到峰值时产生诸如脉冲的复位信号(reset signal，RS)，发送给该整形器，从而减小响应于电输入信号中的脉冲的整形信号的时间扩展。

这样的装置，可以用于粒子计数前端，由于已经在紧随粒子检测器之后的处理链中较早地解决了堆积问题，提供了高计数速率的可能性。特别是在一些实施例中，复位信号被应用于电荷敏感放大器和后续整形器，一旦检测到整形信号中的峰值，可能影响电荷敏感放大器和整形器的属性，从而减小它们的时间常量，进而缩短整形器输出的脉冲。因此使得可能检测较短时间间隔内的两个脉冲，从而降低堆积的概率。优选地，将复位信号同时提供给电荷敏感放大器和整形器，由于两个电路的时间常量响应于复位信号被减小，从而可能执行快速复位处理。根据第一方面的装置的最终结果是易于进行后续鉴别和单一脉冲计数，进而使得更高的粒子计数速率变得可能。

在一些实施例中，复位产生器为整形器和电荷敏感放大器同时产生复位信号。应用到整形器和电荷敏感放大器上的复位信号可以是同一复位信号。

根据第一方面的本发明的实施例是基于这样的认识：计数系统的前端电路用于产生幅度与脉冲的总电荷成比例的脉冲。因此，脉冲的峰值是重要因素，而脉冲的衰退是非重要因素。

可以以模拟部件或数字部件，或者二者的组合来实现复位产生器。

在一些实施例中，复位产生器包括模数转换器，例如快闪式模数转换器(flash ADC)或鉴别器(discriminator)，所述模数转换器接收整形信号并产生数字输出给数字处理器电路，所述数字处理器电路配置用于分析该整形信号并作为响应产生复位信号。

在其他实施例中，复位产生器包括延时线(Delay Line，DL)和比较器，所述延时线配置用于产生整形信号的延时形式，所述比较器基于整形信号和整形信号的延时形式的比较而产生复位信号。比较器可以包括滞后元件(hysteresis element)。

复位产生器可以产生应用给电荷敏感放大器和整形器的一个公共复位信号，或者针对电荷敏感放大器和整形器产生不同的复位信号。