DE69628858T2

DE69628858T2 - Festkörper-gammakamera

Info

Publication number: DE69628858T2
Application number: DE69628858T
Authority: DE
Inventors: Gideon Berlad; Yaron Hefetz
Original assignee: GE Medical Systems Israel Ltd
Current assignee: GE Medical Systems Israel Ltd
Priority date: 1996-11-24
Filing date: 1996-11-24
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2016-11-25
Also published as: EP0939909A1; JP2001518177A; EP0939909B1; DE69628858D1; WO1998023974A1; US6242745B1

Description

SACHGEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gammakamerakopf, aufweisend eine Einrichtung zum Auslesen einer Matrix von Signalquellen in der Gammakamera.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Verwendung von Festkörperdetektoren für die Erfassung einer ionisierenden Strahlung ist ausreichend bekannt. Weiterhin ist die Verwendung eines Mosaiks von Gruppen aus Detektorelektroden auf einem einzelnen Substrat eines Materials, wie beispielsweise CdZnTe, diskutiert worden.
Allerdings ist die Anwendung einer solchen Matrix in einer praktischen Gammakamera durch das Fehlen eines geeigneten, schnellen Auslesesystems, geeignet zum Auslesen individueller Zählungen von dem sehr großen Feld aus Detektorelektroden, was für eine Kamera wünschenswert ist, nahezu unterbunden worden.
Das US-Patent 4,672,207 beschreibt ein Auslesesystem für ein Mosaik aus NXM Szintillator/Fotodetektorelementen. Bei diesem System versorgen die Fotodetektoren Reihen- und Spaltenverstärker, die, für Signale, die die geeignete Impulshöhe haben, anzeigen, dass ein Ereignis in der n-ten Reihe und der m-ten Spalte des Mosaiks aufgetreten ist. Allerdings erfordert dieses System eine große Zahl von Szintillationskristallen, und, falls es bei der Festkörper CdZnTe-Kamera angewandt wird, wie dies vorstehend gefordert wird, wäre es nicht in der Lage, Ereignisse zu diskriminieren, die nahe an der Grenze oder an der Grenze zwischen Elementen auftreten, oder Ereignisse zu diskriminieren, die zu Compton-Streuereignissen führen.
In der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO 95/33332 wird ein Verfahren zum Auslesen einer Matrix beschrieben, bei dem Ladung, erzeugt als eine Folge von Ereignissen an Punkten in der Matrix, an diesen Punkten gespeichert wird, und die gesamte Matrix der Reihe nach ausgelesen wird. Dieses Verfahren ist, obwohl es dahingehend beschrieben ist, dass es für eine Gammakamera nützlich ist, die CdZnTe, DcTe oder eine Anzahl von anderen Materialien verwenden, und zwar auf den Seiten 45–48, nicht dazu geeignet, individuelle Ereignisse zu unterscheiden, die für eine energiemäßige Diskriminierung von Er eignissen notwendig sein würden, verwendet, zum Beispiel, dazu, Ereignisse, verursacht durch ein Compton-Streuen, zu vermeiden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Festkörper-Gammakamerasystem zu schaffen, das ein verbessertes Auslesesystem besitzt. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Festkörper-Gammakamerasystem zu schaffen, bei dem die Ausgänge von individuellen Bildpunkten ohne das Erfordernis aufgezeichnet werden, individuell die Bildpunkte bzw. Pixel zu adressieren.
Eine Festkörper-Gammakamera, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ist aus einem Mosaik aus Kristallen aus CdTe (oder alternativ aus CdZeTe, HGl₂, InSb, Ge, GaAs, Si, PbCs, PbS oder GaAlAs) aufgebaut. Eine Seite jedes Kristalls ist vorzugsweise durch eine einzelne, gemeinsame Elektrode abgedeckt, und die andere Seite des Kristalls ist vorzugsweise durch eine rechtwinklige (vorzugsweise quadratische) Matrix aus geschlossen beabstandeten Elektroden abgedeckt. Diese Matrix aus Elektroden definiert die Zellen oder Bildpunkte des Gammakamerabilds. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Matrix 16 × 16 Elemente auf, die eine Größe von 2 × 2 mm haben. Allerdings können die Größe der Elemente und die Matrixgröße über einen relativ weiten Bereich in Abhängigkeit von der erwünschten, räumlichen Auflösung und der Zählrate variieren. Insbesondere erscheinen Kristallgrößen von 1 × 1 bis 4 × 4 mm in der Praxis der Erfindung annehmbar zu sein.
Allgemein wird ein rechtwinkliges Mosaik aus Kristallen, jedes mit seiner zugeordneten Matrix aus Elementen, dazu verwendet, eine Kamera der erforderlichen Größe zu schaffen. Dieses Mosaik kann eine Dimension von 20 × 20 Kristallen oder größer haben.
Wenn eine Gammastrahlung auf das Kristall auftrifft, erzeugt Energie, die auf das Kristall übertragen wird, Ladungsträger innerhalb des normalerweise isolierenden Kristalls, so dass es zeitweilig leitend wird. Wenn eine Hochspannung zwischen die Elektroden in der Matrix und die gemeinsame Elektrode angelegt wird, führt diese Ladungserzeugung zu einem Stromfluß dazwischen. Dieser Strom dauert allgemein zwischen 50 und 600 Nanosekunden, und zwar in Abhängigkeit von der Eindringtiefe der Gammastrahlung vor deren Wechselwirkung mit dem Kristall, und der Kristallqualität. Die gesamte Ladung, gesammelt durch die Matrix aus Elementen, ist im Wesentlichen proportional zu der Energie der ab sorbierten Gammastrahlung. In dieser Hinsicht kann jedes Element als eine Signalquelle angesehen werden, die ein Signal erzeugt, wenn ein Gammastrahlungsabsorptionsereignis an dessen oder im Wesentlichen nahe zu dessen zugeordnetem Bildpunkt auftritt.
Grundsätzlich sollte der Strom, der von einem bestimmten Ereignis resultiert (d. h. eine absorbierte Gammastrahlung), auf ein einzelnes Element der Matrix begrenzt sein. Allerdings wirkt eine Anzahl von Mechanismen so, um einen Strom zu verursachen, der, allgemein, an angrenzenden Matrixelementen gemessen wird.
Ein Typ eines Mechanismus, der einen Strom in mehr als einer Elektrode induziert, liegt dann vor, wenn ein Ereignis an oder nahe einer Grenze zwischen zwei oder vier Matrixelementen auftritt. Es ist ersichtlich, dass ein Ereignis, das präzise an der Grenze auftritt, eine gleiche Aufteilung des Stroms zwischen den angrenzenden zwei oder vier Elektroden verursachen wird. Weiterhin werden Ereignisse, die nahe einer Grenze auftreten, auch bewirken, dass Strom in angrenzende Elemente fließt, da die Gammastrahlung eine kleine, allerdings finite, Wolke, aus Ladungsträgern erzeugt, die mehr als eine Zelle überlappen und die diffundieren und sich während des Wegs zu den Elektroden hin ausbreiten. Demzufolge wird ein Teil des Stroms, der einem Ereignis nahe der Grenze zugeordnet ist, in einem angrenzenden Bildpunktelement erfasst werden.
Für jeden der vorstehenden Effekte wird die Energie der Gammastrahlung an im Wesentlichen einem Punkt in dem Kristall niedergeschlagen und seine Effekte werden an mehr als einem Bildpunktelement gemessen. Einige Ereignisse geben deren Energie nur an einem Punkt in dem Kristall ab. Vielmehr unterliegen sie einem Compton-Streuen, so dass ein Teil deren Energie an verschiedenen Punkten in dem Kristall abgegeben wird. Jede dieser Energieabgaben bewirkt, dass Ströme in entsprechenden Bildpunktelementen fließen.
Die vorstehenden Effekte sind sowohl von der Energie der Gammastrahlenphotonen als auch der Tiefe einer Eindringung des Photons abhängig, wenn es mit dem Kristall in Wechselwirkung tritt. Photonen mit höherer Energie erzeugen eine größere Elektronenwolke und haben eine höhere Wahrscheinlichkeit zu einer Compton-Streuung, so dass, für Photonen mit 500 KeV, weniger als die Hälfte deren Energie an einem einzelnen Punkt abgeben werden. Die Eindringtiefe des Photons wird den Umfang eines Ausbreitens der Elektronenwolke bestimmen, bevor sie durch eines oder mehrere der Matrixelemente) gesammelt wird.
Während dabei eine relativ große Wahrscheinlichkeit vorhanden ist, dass Strom in benachbarten Elektroden gesammelt werden wird, ist die Wahrscheinlichkeit, dass Strom durch nicht benachbarte Elektroden gesammelt werden wird, klein, und zwar für die Energien, die in der Nuklearmedizin verwendet werden.
Die Bestimmung der Position und der Energie eines Ereignisses, insbesondere für die Situation, bei der mehr als ein Matrixelement Strom von dem Ereignis aufnimmt, erfordert, (i) dass Strom, erzeugt durch jedes Ereignis, getrennt für jedes Ereignis aufgenommen wird, und (ii) dass das Ansprechverhalten an jedem Matrixelement separat aufgenommen wird, oder dass zumindest alle Ströme für ein bestimmtes Ereignis addiert werden, um eine geeignete Messung für die Energie des Ereignisses zu erhalten. Es erscheint, dass dies erfordern würde, dass jeder Bildpunkt verbunden wird, und zwar getrennt oder in einer multiplexen Weise, mit der Hauptdatenverarbeitung des Computers. Eine solche Verbindung wäre nicht praktikabel.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorverarbeitungs- und Multiplexiereinheit mit jedem Kristall verbunden. Diese Einheit, bezeichnet hier als eine „ASIC" Einheit, bestimmt die Verteilung der Ladung (d. h. Energie), zugeordnet jedem Ereignis und der Position des Ereignisses. Für Ereignisse, deren Ladung mehr als einem Bildpunkt zugeordnet ist, bestimmt die ASIC Einheit den Umfang der Ladung, zugeordnet jedem der Bildpunkte. Es ist diese verringerte Menge an Informationen, nämlich die Energie, die jedem Bildpunkt zugeordnet ist, die bei einem Ereignis betroffen ist, und die Position jedes dieser Bildpunkte, die erfasst ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Bildpunkte jedes Kristalls in K identische, rechtwinklige Gruppen aus n × m Bildpunkten, bezeichnet mit p_i, (i = 1, 2, ..K), in einer Raster-Art, gruppiert. Die Positionen der Bildpunkte in jeder Gruppe werden als p^j (j = 1, 2, L = n × m) in einer Raster-Art bezeichnet. Demzufolge definieren p vollständig den Bildpunkt in dem Kristall. Die vorkonditionierten Spannungen von Elektroden, die denselben Wert von i haben, werden mit den Eingängen derselben ASIC verbunden. Unter normalen Bedingungen, bei denen jedes Element getrennt behandelt wird, würden K × n × m Leitungen benötigt werden.
Die Basis für eine Verringerung der Anzahl von Leitungen, erforderlich dazu, um die Position und die Stärke eines Ereignisses in dem Kristall zu spezifizieren, basiert auf der Tatsache, dass die meisten Ereignisse eine Ladung und einen Strom in einem Bildpunkt und meistens in 2-4-fortlaufenden Bildpunkten erzeugen. Demzufolge können, falls n × m mindestens 2 × 2 ist, Signale nur in nicht mehr als einem Bildpunkt für jede der K Gruppen erzeugt werden. Die Bildpunkte können in angrenzenden Gruppen vorhanden sein, allerdings wird die i Benennung des Bildpunkts in angrenzenden Gruppen für jedes Ereignis unterschiedlich sein.
Jede ASIC erzeugt einen codierten Ausgang der Position der Gruppe, von der das Signal empfangen wurde, eine Spannung proportional zu der Ladung, erzeugt an der Elektrode, und vorzugsweise einen Ausgang, der anzeigt, dass ein Ereignis aufgetreten ist.
Zum Beispiel wird ein Kristall betrachtet, das eine Matrix von 16 × 16 Bildpunkten, gruppiert in 64 (8 × 8) Gruppen aus 2 × 2 Bildpunkten, besitzt. Ein solches Kristall besitzt vier ASICs, eine für jede Position in der Gruppe. Jede ASIC (die 64 Eingangsleitungen, eine für jede Gruppe besitzt) erfordert demzufolge 8 Ausgangsleitungen, um vollständig den Bereich der Ladung, erzeugt an den Elektroden, zu beschreiben. Eine der Leitungen trägt die Signalamplitude (analog) und sechs Leitungen sind für die Adresse erforderlich. Zusätzlich trägt eine achte Leitung vorzugsweise das Signal über „das Ereignis, das aufgetreten ist".
Zugeordnet zu jedem Kristall ist ein Modulträger, der die ASICs zugeordnet zu dem Kristall, trägt, z. B. vier ASICs für die bevorzugte Ausführungsform. Die gesamte Anzahl von Leitungen, die benötigt wird, um die Position und die Intensität eines Ereignisses in einem Kristall zu spezifizieren, ist demzufolge, für die bevorzugte Ausführungsform, 8 × 4 = 32 Leitungen. Während die Anzahl von Leitungen „für Ereignisse die aufgetreten sind" durch Kombinieren der Signale von den verschiedenen ASICs verringert werden könnte, ist es bevorzugt, eine getrennte Leitung „für ein Ereignis, das aufgetreten ist", für jede ASIC zu verwenden, um Restsignale auf den anderen Leitungen, die durch den Computer berücksichtigt werden, zu vermeiden.
Es ist verständlich, dass die Zeit, die erforderlich ist, um ein Ereignis intern innerhalb der ASIC zu erfassen, von der Zeit abhängt, die erforderlich ist, um die gesamte Ladung zu sammeln (ein paar 100 Nanosekunden bis 1 Mikrosekunde oder mehr, in Abhängigkeit von der Schaltung, die verwendet wird). Allerdings kann die Zeit, für die die Leitungen belegt sind, viel kürzer sein, da diese Zeit so kurz wie die Zeit sein kann, die benötigt wird, um das analoge Signal auf den Ausgangsleitungen zu stabilisieren, plus der Zeit, die für die A/D Umwandlung auf der Seite des Computers benötigt wird. Unter Verwendung von derzeit erhältlichen Komponenten ist eine „Leitungs-Belegungs-"Zeit von 100 Nanosekunden oder sogar 50 Nanosekunden leicht erreichbar. Diese „Leitungs-Belegungs-" Zeit ist der Faktor, der die Rate einer Ereignissammlung begrenzt. An dem Ende dieser Zeit wird die ASIC vorzugsweise zurückgesetzt.
Allgemein wird eine Gammakamera eine Anzahl von Kristallen in einem Mosaik aufweisen. Falls die Geschwindigkeit, erforderlich für die Kamera, niedrig ist, d. h. sie ist ausreichend, um ein Ereignis pro Ereignis-Zeit-Zyklus zu erfassen, kann eine weitere Verringerung in der Anzahl der Leitungen von der Kamera zu dem Computer erreicht werden. In diesem Fall werden Energieausgänge von allen ASICs aufsummiert und die Adressen werden kombiniert, um die Adresse der Ereignisse in einem größeren Raum zu erhalten. Für zusätzliche Kristalle werden zusätzliche Adressenleitungen erforderlich sein. Demzufolge werden, falls ein Mosaik aus 16 × 16 Kristallen verwendet wird, zusätzliche 8 Leitungen erforderlich sein, was die gesamte Anzahl von Leitungen für die bevorzugte Ausführungsform auf (8 + 8)*4 = 64 bringt. Diese Leitungen werden in vier identische Busse mit 16 Leitungen jeweils gruppiert. Allerdings kann diese Verringerung in Leitungen zu Kollisionen bei sehr niedrigen Ereignisraten führen.
Die Zählrate des Systems kann wesentlich durch weiteres Gruppieren der Kristalle verbessert werden. Zum Beispiel wird, falls die Kristalle in Gruppen von vier (2 × 2) gruppiert werden, und die Kristalle, die dieselbe Position haben, zusammen gruppiert werden, das System insgesamt [(6 + 8)*4]*4 = 224 Leitungen erfordert.
Eine weitere Verbesserung der Zählrate kann durch Erhöhen der Größe der Gruppen erhalten werden, um dadurch die Zahl von Leitungen, die erforderlich ist, zu erhöhen.
Es ist demzufolge zu sehen, dass die vorliegende Erfindung ein Abwägen zwischen der Anzahl von Leitungen und der Geschwindigkeit ermöglicht. Allgemein sind 32 Leitungen für die meisten Systeme ausreichend.
Es sollte verständlich werden, dass dort, wo die Elektroden direkt mit dem Computer verbunden sind, die Anzahl von Leitungen, die für ein System erforderlich ist, das ein Mosaik von 16 × 16 Kristallen hat, jedes mit 16 × 16 Bildpunkten, 65.536 sein würde, eine vollständig unhandliche Zahl. Sogar die Verwendung eines Multiplexierens und einer schnellen Abtastung würde noch eine sehr große Anzahl von Leitungen erfordern.
Die am stärksten geforderten Anwendungen für eine Gammakamera sind Moden im ersten Durchgang und Koinzidenz-Moden. Bei einem ersten Durchgang wird ein Radioi sotop in eine Vene, die zu dem Herz führt, injiziert. Der erste Durchgang des nahezu unvermischten, radioaktiven Materials durch das Herz wird gemessen, um die Herzfunktion zu bewerten. Da die Messzeit sehr kurz ist, müssen hohe Zählraten erreicht werden, um aussagekräftige Statistiken zu erhalten. Raten von 400.000 Zählungen pro Sekunde oder mehr können während des ersten Durchgangs erfasst werden. Da die Projektion des Herzen ungefähr 100 cm² beträgt, beträgt die Dichte der Rate ungefähr 4.000 Zählungen/cm²-sec. Unter der Annahme, dass sich die Hälfte der Ereignisse (im Durchschnitt) auf zwei angrenzende Zellen aufteilt, ist die Rate der Kreuzung des Schwellwerts eineinhalb Mal der Ereignisrate oder 600.000 Zählungen pro Sekunde (cps) für das System und 600 cps/cm².
Unter dem individuellen Zellen-Niveau, wo die Größe sehr klein ist, auch unter der Annahme eines Bandpassfilters mit einer Zeitkonstanten von 1 oder mehreren Mikrosekunden, ist keine praktische Einschränkung im Bezug auf die Systemrate vorhanden.
Auf einem ASIC-Level setzt die ASIC deren Kanäle zurück, wenn einmal die Daten von einer ihrer Zelle übertragen sind. Falls ein Ereignis in einer Zelle erfasst ist, nachdem eine andere Zelle den Schwellwert gekreuzt hat, allerdings bevor die andere Zelle deren Informationen überträgt und die ASIC zurücksetzt, werden diese Informationen verloren gehen. Diese Zeit wird durch Einzel-Schüsse der 10A unter 420 Nanosekunden eingestellt, was zu einer nominalen Rate von 2,4 × 10⁵cps/ASIC führt. Da jede ASIC 64 Zellen bedient, beträgt die nominale Dichte 9,4 × 10⁴ cps/cm², was kein Problem beim Erreichen der erforderlichen Zählrate mit sich bringt.
Bei dem System-Level sind vier Busse vorhanden, wobei jeder für 100 Nanosekunden belegt ist, während die Daten übertragen werden. Dies führt zu einer maximalen Rate von 10⁶ cps/bus oder einer Systemrate von 4 × 10⁶ cps gegenüber 6 × 10⁴ cps, die erforderlich sind. Dies würde zu einem akzeptablen Verlust an Zählungen führen. Alternativ kann die Belegzeit der Busse um mindestens einen Faktor von zwei unter Verwendung von schnelleren A/D-Wandlern verringert werden.
Ein Betrieb in einem Koinzidenz-Mode erfordert Raten von bis zu 10⁶ pro Kopf. Da dies nahe zu der Grenze für die bevorzugte Ausführungsform ist, kann für solche Systeme eine kleinere Gruppierung mit einer größeren Anzahl von Leitungen bevorzugt sein.
Es wird deshalb, gemäß der Erfindung, ein Gammakamerakopf geschaffen, der aufweist:
eine Vielzahl von Signalquellen, die jeweils mit einer Bildpunktposition verknüpft sind, wobei jede Quelle ein Signal erzeugt, wenn ein Gammastrahlabsorptionsereignis an oder ausreichend nahe an ihrem damit verknüpften Bildpunkt auftritt, wobei die Vielzahl von Signalquellen mit einem zusammenhängenden Bereich von Bildpunkten verknüpft ist; und
eine Vielzahl elektronischer Schaltungen, von denen jede Signale von wenigstens zwei der Vielzahl von Signalquellen empfängt, wobei jede der Schaltungen die Signale nur von Quellen empfängt, die mit nicht zusammenhängenden Bildpunkten verknüpft sind.
Vorzugsweise sind mindestens zwei der Quellen durch eine gemeinsame Verbindung, vorzugsweise eine permanente, gemeinsame Verbindung zu jeder der Vielzahl von Quellen, verbunden.
Vorzugsweise ist jede der Vielzahl der Schaltungen durch eine gemeinsame Verbindung, vorzugsweise eine permanente, gemeinsame Verbindung, mit mindestens zwei der Vielzahl der Signalquellen verbunden.
Vorzugsweise ist die Signalquelle mit nur einer der Vielzahl der Schaltungen verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzeugt jede elektronische Schaltung ein Signal, das zu einer Energie des Ereignisses immer dann in Bezug gesetzt ist, wenn irgendeine der Signalquellen, von der sie Signale empfängt, ein Signal größer als einen vorbestimmten Schwellwert erzeugt.
Vorzugsweise sind die Bildpunkte in fortlaufende Gruppen von zusammenhängenden Bildpunkten bzw. Pixeln gruppiert, und wobei jede der Vielzahl der Schaltungen Signale von nur einem Bildpunkt in jeder Gruppe empfängt.
Vorzugsweise empfängt keine der Vielzahl der Schaltungen die Signale von zusammenhängenden Bildpunkten in zwei angrenzenden Gruppen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anzahl der gemeinsamen Verbindungen geringer als die oder gleich zu der Zahl von zusammenhängenden Bildpunkten in einer Gruppe. Vorzugsweise werden die Bildpunkte in fortlaufende Gruppen von fortlaufenden Bildpunkten bzw. Pixel gruppiert, und wobei jede der Vielzahl von Schaltungen und Signale von einem Bildpunkt in jeder Gruppe aufnimmt.
Vorzugsweise erzeugt jede Signalquelle ein Signal, wenn ein Gammastrahlenabsorptionsereignis an der oder ausreichend nahe zu der zugeordneten Bildpunktposition auftritt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzeugt jede elektronische Schaltung auch mindestens ein Signal, das anzeigt, in welcher Gruppe von Bildpunkten bzw. Pixeln das Signal erzeugt wurde.
Vorzugsweise erzeugt jede elektronische Schaltung mindestens ein Signal, das anzeigt, dass ein Ereignis aufgetreten ist, wobei das anzeigende Signal dem Energiesignal in der Zeit vorausgeht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jede Gruppe vier Bildpunktelemente auf. In anderen, bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist jede Gruppe 2 oder 9 Bildpunktelemente auf.
Vorzugsweise übertragen die Quellen die Signale zu der Schaltung, in Abhängigkeit von irgendeinem abfragenden Signal zu den Quellen.
Vorzugsweise sind die Quellen jeweils einem Feld aus fortlaufenden Bereichen auf der Kamera zugeordnet, so dass die Signale Ereignisse darstellen, die an oder nahe dem zugeordneten Bereich auftreten, und wobei die Schaltung Ereignisse identifiziert, die Signale in Quellen erzeugt, die zwei benachbarten Bereichen zugeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Signalquellen mindestens einem, normalerweise isolierenden, Kristall zugeordnet, in dem freie Ladung dann erzeugt wird, wenn eine Gammastrahlung darin absorbiert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Signalquellen eine Matrix aus leitfähigen Elementen auf dem Kristall auf, das die freie Ladung sammelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist mindestens ein Kristall ein Mosaik aus solchen Kristallen auf.
Die Erfindung wird deutlicher anhand der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen davon in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich werden, in denen:
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Zeichnung einer bodenseitigen Ansicht eines Kristalls, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, mit einer Matrix von 16 × 16 Elektroden;
2 zeigt eine schematische, isometrische Zeichnung eines Kristallmoduls, umfassend ASICs, die Oberseite des Kristalls der 1 darstellend, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3A zeigt eine schematische Seitenansicht eines Detektorkopfs, umfassend eine Vielzahl von Kristallmodulen, befestigt auf einem Motherboard;
3B zeigt eine schematische Draufsicht, die einen Bereich des Detektorkopfs der 3A darstellt;
4A stellt ein Verbindungsschema für einen Bereich der Elektroden auf einem Kristall, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, dar;
4B und 4C stellen alternative Gruppierungsschemata zu denjenigen der 4A dar, mit einer größeren und einer geringeren Zahl von Elementen in jeder Gruppe;
5A zeigt ein Blockdiagramm der Schaltung auf einem Modulträger für ein einzelnes Kristall, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
5B zeigt ein vereinfachteres Blockdiagramm eines einzelnen Kristallmoduls;
6A zeigt ein vereinfachtes Schaltungsdiagramm eines analogen Kanals gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
6B zeigt eine vereinfachte Blockdarstellung der Schaltung der 6A;
6C stellt die Spannungen und Ströme dar, erzeugt in der Schaltung der 6A und 6B durch irgendein Ereignis;
7A stellt eine Peak- und Halteschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar;
7B stellt die Eingangs- und Ausgangsspannungen, erzeugt durch die Schaltung der 7A, für einen bestimmten Stromeingang dar;
8 stellt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines vorderen Endbereichs der ASIC dar, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
9 zeigt einen 64 zu 6 Bit-Adressen-Codierer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
10A stellt die ASIC-Design-Logik gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar;
10B zeigt das Zeitabstimmungsdiagramm, dass der Schaltung der 10A zugeordnet ist;
11A und 11B zeigen vereinfachte Blockdiagramme, die die Zwischenverbindung von Modulen auf einem Motherboard gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellen;
12 zeigt eine Darstellung einer Akquisitionseinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
13 zeigt ein Blockdiagramm einer Akquisitionsleiterplatte gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Es wird nun Bezug auf die 1-3 genommen, die den Aufbau eines Detektorkopfs 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellen.
Allgemein weist, in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, eine Festkörper-Gammakamera einen Detektorkopf 10 auf, der aus einem Mosaik aus Kristallen 12 aus CdTe (oder alternativ aus CdZeTe, Hgl₂, InSb, Ge, GaAs, GaAlAs, PbS, PbSC oder Si) hergestellt ist, jeweils bevorzugt einem Modul 20 zugeordnet. Eine Seite des Kristalls ist vorzugsweise durch eine einzelne, gemeinsame Elektrode 18 abgedeckt und die andere Seite des Kristalls ist vorzugsweise durch eine rechtwinklige (vorzugsweise quadratische) Matrix von geschlossen beabstandeten Elektroden 14 abgedeckt. Diese Matrix aus Elektroden definiert die Zellen oder Bildpunkte bzw. Pixel des Gammakamerabilds. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Matrix 16 × 16 Elemente auf, die eine Größe von 2 × 2 mm haben. Allerdings können die Größe der Elemente und die Matrixgröße über einen relativ weiten Bereich in Abhängigkeit von der erwünschten, räumlichen Auflösung und der Zählrate variieren.
Allgemein wird ein rechtwinkliges Mosaik aus Kristallen, jedes mit seiner zugeordneten Matrix aus Elementen, verwendet, um eine Kamera der erforderlichen Größe zu schaffen. Dieses Mosaik kann eine Dimension von 16 × 16 Kristallen oder größer haben.
2 stellt einige Details eines der Module 20, entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, dar. Insbesondere stellt 2 die gemeinsame Elektrode 18 dar, die nach außen von dem Modul weist, einen Kristallträger 22, der Signale von Elektroden 14 empfängt und der vorzugsweise Verarbeitungselektroniken zum Verarbeiten dieser Signale umfasst, wie dies im Detail nachfolgend beschrieben ist. Verbindungsstifte 24 oder andere Mittel zum elektrischen Verbinden der Module mit dem Rest der Gammakamera sind auch vorgesehen.
3A stellt ein bevorzugtes Verfahren zum Verbinden einer Vielzahl von Modulen 20, um einen Detektorkopf 26 zu bilden, dar. Ein Motherboard 28 weißt einen Sockel 30 für jedes Modul 20 auf. Der Sockel 30 nimmt Signale von Stiften 24 auf und überträgt sie zu dem Rest des Systems über einen Stecker 32. Eine Druckplatte 34 und zugeordnete, dünne, einen Druck erzeugende Federn 36 sind vorzugsweise vorgesehen, um die Module an Ort und Stelle zu sichern und um eine Hochspannung zu der gemeinsamen Elektrode 18, zugeordnet jedem Modul, zu liefern.
Wie vorstehend angezeigt ist, würde ein gemeinsames System 16 × 16 Bildpunkte auf jedem eines 16 × 16 Mosaiks aus Kristallelementen haben. Dies würde zu einer Matrix von 256 × 256 Bildpunktelementen führen. Ein Adressieren einer solchen Matrix unter Verwendung von Verfahren nach dem Stand der Technik würde ein ernsthaftes Abwägen zwischen der Geschwindigkeit des Systems (falls die Elemente seriell adressiert würden) und der Komplexität der Verdrahtung, falls die Bildpunkte parallel adressiert werden, erfordern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position von Ereignissen auf dem Detektorkopf geschaffen, die eine hohe Genauigkeit, eine hohe Geschwindigkeit und eine verringerte Komplexität kombinieren.
4A stellt Verbindungen zu den Elektroden auf einem Kristall 12, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, dar. Bei dieser Ausführungsform sind die Bildpunkte bzw. Pixel (=Elektroden) in Gruppierungen 38 mit einem Quadrat 2 × 2 (umgeben durch punktierte Linien) gruppiert, wobei jeder Bildpunkt in einer Gruppe mit einer der Zahlen 1–4 in 4 markiert ist. Ähnlich ist jede der Gruppen mit Bezugszeichen 1–64 bezeichnet, wobei 8 × 8 Gruppen von 2 × 2 Elementen vorhanden sind.
Jede elektrische Verbindung zu den Elementen ist, in 4A, und in den darauffolgenden Figuren, mit einem Bezugszeichen I n / m bezeichnet, wobei n die Position des Elements innerhalb seiner Gruppe bezeichnet und m die Zahl der Gruppe ist. Jedes der Elemente in der ersten Position, nämlich die 64 Elemente, bezeichnet mit I 1 / m, sind mit einer ersten Schaltung, bezeichnet als ASIC42 (dargestellt in 5A), verbunden, was ein Akronym für Application Specific Integrated Circuit ist. Ähnlich ist jedes der Elemente in den anderen Positionen separat mit einer jeweiligen ASIC für solche Positionen verbunden. Demzufolge umfasst, in dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, das System vier ASICs, eine für jede der vier Positionen in der Gruppe, wobei jede ASIC 64 Eingänge hat, einen für jede der Gruppe von Elementen. Die vier ASICs sind vorzugsweise in einem Kristallträger 22 vorhanden, wie dies vorstehend angegeben ist.
Die 4B und 4C stellen zwei zusätzliche Gruppierungsschemata für die Bildpunkte dar. In 4B ist eine 3 × 3 Gruppierung dargestellt, die 9 Bildpunkte pro Gruppe besitzt. Dieses System erfordert 9 ASICs und besitzt eine höhere, maximale Rate als das System der 4A. 4B stellt ein System mit nur zwei Bildpunkten pro Gruppe dar. Dieses System ist, während es weniger ASICs, (nur zwei) erfordert, proportional langsamer als die Systeme der 4A und 4B.
Die 5A und 5B zeigen vereinfachte und sehr vereinfachte, schematische, funktionale Blockdiagramme einer Empfängerschaltung 40, enthalten in dem Träger 22, d. h. für jedes Modul 20, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Wie vorstehend angegeben ist, und wie in 5A dargestellt ist, weist jedes Modul vier ASICs 42 auf, von denen jede 64 Dateneingänge besitzt. Jede ASIC empfängt auch ein Signal „T_r", dessen Funktion nachfolgend beschrieben ist, und erzeugt Signale auf acht Leitungen H_p, A p / q und E_p, wobei p die Zahl der ASIC ist und q eine Zahl zwischen 1 und 6 ist. H ist ein Signal, das bezeichnet, ob ein Signal, zugeordnet einem Ereignis, in irgendeinem der Bildpunkte, zugeordnet der ASIC 42, erzeugt worden ist, wobei A Leitungen den Bildpunkt, zugeordnet der ASIC, identifizieren, in dem das Signal erzeugt worden ist, und E führt ein vorzugsweise analoges Energiesignal, das die Energie bezeichnet, die dem Bildpunkt bzw. Pixel zugeordnet ist. Die Gruppe aus 8 Signalleitungen, zugeordnet der ASIC, wird mit B_p bezeichnet.
6A stellt einen Teil der Schaltung, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 44, zugeordnet zu jedem Bildpunkt, enthalten in ASICs 42, dar. Die Schaltung wird demzufolge 64 Mal in jede ASIC für die bevorzugte Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, wiederholt.
Ein Signal I n / m, erzeugt durch ein Element, wird zu einem Verstärker, vorzugsweise eine Ladung zu einem Spannungsverstärker 46, zugeführt. Das verstärkte Signal wird vorzugsweise unter Verwendung eines Bandpassfilters 48, vorzugsweise eines AC-gekoppelten Tiefpassfilters, der das Rauschen in dem Signal verringert, gefiltert. Eine Peak-Detektor- (und Halte-) Schaltung 50 wird vorzugsweise dazu verwendet, den Peak-Wert des Signals, erzeugt durch den Verstärker 46, zu erfassen und zu halten. Die Schaltung 50 wird vorzugsweise periodisch mit einem Reset-Signal, RESET, zurückgesetzt, das irgendwo in der ASIC erzeugt wird, wie dies nachfolgend beschrieben ist.
Eine Komparatorschaltung 52 vergleicht das erfasste Peak-Signal mit dem Schwellwert-Signal T_r und erzeugt ein „als Ereignis erfasstes Signal" „C" an einer Position „5", falls das erfasste Signal größer als der Schwellwert ist. Zusätzlich ist das E-Signal, das früher beschrieben ist, bevorzugt der Peak-Wert des erfassten Signals. Ein Schalter 54 wird durch eine UND-Schaltung 56 freigegeben, wenn das Signal „3" positiv ist, d. h. wenn der als Peak erfasste Wert höher als der Schwellwert ist.
6B stellt eine funktionale, vereinfachte Version der Schaltung 44, unter Bezugnahme auf die Schaltung 44, als eine „Pix" Schaltung dar.
6C stellt die Zeitabstimmung und die Signale, entwickelt durch die Schaltung der 6A und 6B, dar, wobei jede der Signalgrafiken zu einem bestimmten Testpunkt in 6A korreliert ist. Das Signal „1" stellt den Strom, erzeugt an einem Bildpunkt durch das Auftreten eines Ereignisses, entweder innerhalb des Bildpunktes oder, wie nachfolgend beschrieben ist, in einem benachbarten Bildpunkt dar. Dieser Strom wird, tatsächlich, in einem Strom-Spannungs-Verstärker 46 integriert, um ein Signal „2" (Ladung) zu erzeugen. Nach Filtern wird das integrierte Signal ein abgerundeteres Signal „3", dessen Peak weniger empfindlich gegen den Rauschpegel des originalen Signals „2" ist. Das Signal folgt, nach dem Peak-Detektor und der Halteschaltung 50, dem gefilterten Signal, bis das gefilterte Signal einen Peak erreicht, und hält dann den Peak-Wert. Wenn die gefilterte Schaltung den Schwellwert passiert, wird das als Ereignis erfasste Signal „C" eingeschaltet, wie dies bei „5" dargestellt ist. Auf das als Ereignis erfasste Signal hin, dargestellt in „5", und nachdem ein Freigabesignal, dargestellt in „6" erzeugt ist, erscheint das Energiesignal „E" an dem Ausgang „7". Schließlich löscht, nach dem die Erfassung des Ereignisses abgeschlossen ist, das Reset-Signal, dargestellt in „8", die Peak/Halteschaltung, was einer Erfassung des nächsten Ereignisses ermöglicht.
7A stellt die Details der Peak- und Halteschaltung 50 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar, die auf ein wahlweises Signal (nicht ein normales, das in der vorliegenden Verwendung der Schaltung vorhanden ist), dargestellt in 7B, anspricht. Diese Schaltung ist weitgehendst üblich, und eine von vielen Arten und Weisen, um diese Funktion durchzuführen, kann anstelle der Schaltung der 7A verwendet werden. In der Schaltung, dargestellt in 7A, wird das Signal an seinem Ausgang der historische Peak-Wert seines Eingangs für alle Zeiten seit dem zuvor zurückgesetzten Signal sein. Wenn ein Reset-Signal empfangen wird, wird die Ausgangsspannung auf Null eingestellt, und wenn das Reset-Signal entfernt wird, wird der Ausgang wieder den historischen Peak-Wert darstellen.
Die 8 und 9 stellen eine bevorzugte Methodologie dar, durch die die 64 Pix Schaltungen 44 miteinander verbunden sind, um eine vorderseitige Schaltung 52 zu bilden. Wie vorstehend angegeben ist, empfängt jede der Pix-Schaltungen 44 ein einzelnes Signal von einem der Bildpunkte bzw. Pixel, zugeordnet der bestimmten ASIC. Die E („7") Ausgänge werden zusammengelegt, um ein einzelnes Signal E zu bilden. Dies basiert auf der Annahme, dass nur ein einzelnes Ereignis in dem Kristall während irgendeines Zyklus stattfindet (zwischen der minimalen Zeit zwischen den Reset-Signalen). Unter dieser Annahme wird nur einer der E-Ausgänge der Pix-Schaltungen freigegeben werden und andere werden Null sein. Demzufolge wird ein Zusammenfügen dieser Signale nicht irgendeinen Verlust an Informationen, das Ereignis betreffend, verursachen.
Weiterhin werden, wie in 8 dargestellt ist, die C-Signale vorzugsweise in einer „Oder" Schaltung, kombiniert, um das zuvor erwähnte Referenz-H-Signal zu erzeugen. Das H-Signal gibt demzufolge an, dass eines der 64 Bildpunkte, zugeordnet der ASIC, ein Signal erzeugt hat, das einem Ereignis zugeordnet werden kann.
9 stellt eine bevorzugte Codiererschaltung 55 (auch bezeichnet nachfolgend als ADRS Schaltung) dar, verwendet dazu, die Signal A₁ und A₆ zu erzeugen, die, wie vorstehend angegeben ist, identifizieren, welcher Bildpunkt (tatsächlich die Gruppe, den Bildpunkt enthaltend) der Energie zugeordnet ist, erzeugt auf der E-Leitung. Diese Schaltung kann, natürlich, durch eine andere Schaltung ersetzt werden, wie sie im Stand der Technik bekannt ist, um die codierten Adressensignale A₁ bis A₆ zu erzeugen.
10A stellt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer vollständigen ASIC 42, hergestellt aus den funktionalen Elementen, wie vorstehend beschrieben ist, zusammen mit einer zusätzlichen Schaltung, dar. 10B stellt die Signale dar, die durch die ASIC erzeugt werden, wobei bestimmte davon aus der 6C wiederholt sind. Wie vorstehend beschrieben ist, nimmt das vordere Ende 52 die 64 Eingangssignale, zugeordnet der ASIC, auf, und erzeugt die H-, E- und C-Signale. Das H-Signal versorgt eine „NICHT" („NOT") Schaltung 57, die die Übergänge des H-Signals von positiven zu negativen Übergängen, und vice versa, ändert. Das mit „NICHT" verknüpfte H-Signal wird zu einem „Ein-Kreis" („one-shot") 58 zugeführt, der einen positiven Impuls von 10 Nanosekunden erzeugt, wenn er einen ins Negative laufenden Übergang erfasst. Demzufolge erzeugt die Kombination der NICHT-Schaltung 57 und des Ein-Kreises 58 einen Impuls von 10 Nanosekunden (Signal „H" bei „9"), nahezu unmittelbar nachdem das verstärkte Signal „E" den Schwellwert, T_r, kreuzt.
Die 10A und 10B stellen auch dar, wie die Freigabe- und Reset-Signale erzeugt werden. Der Ausgang der Ein-Kreis-Schaltung 58 wird zu Ein-Kreis-Schaltungen 60 und 62 zugeführt, die zusammen so arbeiten, um, an dem Ausgang des Ein-Kreises 62, den E_n Impuls zu erzeugen, der ein Impuls von 100 Nanosekunden ist, der 300 Nanosekunden nach dem Ende des Impulses von dem Ein-Kreis 58 beginnt. Ein Ein-Kreis 64 erzeugt einen Reset-Impuls von 10 Nanosekunden, dem Ende des Freigabe-Impulses folgend. Auch ist in 10B eine bevorzugte Zeitabstimmung der Energie- und Positionsimpulse, beschrieben vorstehend, dargestellt.
Zwei Charakteristika sollten für die vorstehenden, bevorzugten Ausführungsformen angeführt werden. Diese Charakteristika sind für diese Ausführungsform der Erfindung vorhanden, bei denen es erwünscht ist, vollständigere Ereignisse einzuschließen, die nahe der Grenze zwischen zwei Bildpunkten stattfinden oder in denen die Übertragung von Energie von einem ankommenden Gammastrahl in zwei Schritten, wie dies vorstehend in der Zusammenfassung der Erfindung beschrieben ist, stattfindet.
Es ist beobachtet, dass, in nahezu allen Fällen, die Übertragung von Energie (oder wichtiger die Erzeugung von Signalen) in angrenzenden Bildpunkten bzw. Pixeln, oder noch seltener in Bildpunkten, angrenzend an eine Ecke, stattfindet. Demzufolge dienen das Verfahren und die Vorrichtung, die vorstehend beschrieben sind, unter Benutzung der ASICs der Erfindung, für die separate Bestimmung der Energie in jedem möglichen Bildpunkt bzw. Pixel, zugeordnet einem gegebenen Ereignis und der Verteilung der Energie unter den Bildpunkten. Dies ermöglicht eine akkurate Energiediskriminierung unter Ereignissen, für alle Ereignisse, einschließlich solcher Ereignisse, die Signale in zwei oder mehr Bildpunkten erzeugen. Der Schwellwert T bestimmt das minimale Signal (Energie) pro Bildpunkt, das bei der Bestimmung der Energie und der Position eines Ereignisses zu berücksichtigen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Schwellwertpegel auf einen niedrigen Wert eingestellt, ausreichend, um Signale zu blockieren, die aufgrund von Rausch- und Leckage-Signalen, erzeugt in dem Kristall, entstehen. Eine Schwellwerteinstellung von mehreren Prozent der gesamten Energie für einen Impuls kann in vielen Situationen geeignet sein. In dem Umfang, in dem Rausch- und innere Störsignale, erzeugt in dem Kristall, klein sind, könnte der vorbestimmte Schwellwert Null sein oder nahezu Null sein.
Die Position eines Ereignisses, dessen Signal zwischen zwei Bildpunkten unterteilt ist, wird basierend auf der gemessenen, relativen Intensität der Signale und der Quelle der Unterteilung bestimmt werden. Zum Beispiel wird, für relativ niedrige Energien, wo der Hauptgrund für eine Energieunterteilung das Ausbreiten der Ladungswolke, die erzeugt wird, ist, die Position so bestimmt, dass sie der Bildpunkt ist, der den größten Signalwert hat. Für sehr hohe Energien, wo eine Zwei-Schritt-Energieübertragung üblich ist, kann es erwünscht sein, das Ereignis an dem Bildpunkt zu platzieren, der das kleinere Signal besitzt, wenn dieses Signal oberhalb einer bestimmten Amplitude liegt.
11A stellt dar, wie Module miteinander verbunden sind, wobei nur ein Ereignis zu einem Zeitpunkt über die Fläche des Detektorkopfs zu irgendeinem Zeitpunkt erfasst werden soll. In diesem Fall wird die H-Leitung verwendet, um zusätzliche 6 Bits an Positionsinformationen n 1 / 1 bis n 1 / 6 zu erzeugen. 11B stellt diesen Vorgang in einer schematischeren Form dar.
12 zeigt ein schematisches Teildiagramm einer „rückseitigen" („back end") Akquisitionseinheit 66 einer Gammakamera, die einen Detektorkopf verwendet, wie dies vorstehend beschrieben ist. Das hintere Ende 66 nimmt die Signale, erzeugt durch ¼ der Bildpunkte, von dem vorderen Ende auf, nämlich den „als Ereignis" erfassten Impuls, der den anderen Impulsen, dem Energieimpuls und den codierten Positionssignalen, a und n, vorausgeht.
Der als Ereignis erfasste Impuls wird durch die Verzögerungsschaltung 68 verzögert und der verzögerte Impuls wird dazu verwendet, eine A/D-Schaltung 74 zu triggern. Die Positionssignale werden durch einen Adressendecodierer 70 decodiert und diese Adresse wird dazu verwendet, einen Korrekturfaktor in einer Durchsichtstabelle 72 aufzusuchen. Diese Korrektur wird, in der Energiekorrekturschaltung 76, verwendet, um die (möglicherweise) Teilenergie, erzeugt in Bildpunkten, zu korrigieren, die die Akquisitionseinheit versorgt, oder aufgrund von Bildpunkt-zu-Bildpunkt-Variationen. Diese Energie, zusammen mit der Position des Bildpunkts, an der sie erfasst wurde, wird zu der CPU 80 zugeführt.
Die vorstehende Diskussion ist auf den Fall begrenzt worden, bei dem ein einzelnes Ereignis während eines Messungsintervalls auftritt, wie beispielsweise das, das in 10B dargestellt ist. In dem Fall, dass mehr als ein Ereignis während eines Messungsintervalls auftritt, müssen die Signale, die erzeugt sind, ignoriert werden. Zusätzlich müssen, falls die Energie in mehr als einem angrenzenden Bildpunkt erfasst wird, diese Energien addiert werden und die Summe der Energie wird dazu verwendet, zu bestimmen, ob ein Ereignis innerhalb eines vorbestimmten Energiebereichs liegt, was ein gültiges Ereignis anzeigt.
Diese Funktionen können in der CPU 80 und in einer Koinzidenzeinheit 84, dargestellt in 13, ausgeführt werden, die ein schematisches Blockdiagramm zeigt, das eine Verbindung zwischen den vier Akquisitionseinheiten 66 darstellt, die die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bilden. Die Koinzidenzeinheit 84 empfängt die als Ereignis erfassten Signale von allen vier Akquisitionseinheiten. Falls mehrere, eng beabstandete Signale durch dieselbe Akquisitionseinheit 66 erfasst werden, weist die Koinzidenzeinheit 84 die Haupt-CPU 80 an, das Ereignis zu ignorieren. Falls eng beabstandete und/koinzidente Signale durch unterschiedliche Akquisitionseinheiten erfasst werden, wird die CPU informiert, dass sie die Möglichkeit berücksichtigen muss, dass die Signale von einem einzelnen Ereignis sind (falls sie von angrenzenden Bildpunkten sein können) oder das Ergebnis separater Ereignisse sind (falls sie von nicht-angrenzenden Bildpunkten stammen). Falls die Signale von nicht-angrenzenden Bildpunkten stammen, werden die Energiesignale als separate Ereignisse behandelt. Falls sie von angrenzenden Bildpunkten stammen, werden die Energiesignale aufsummiert und bilden die Basis zum Bestimmen der Akzeptierbarkeit des Ereignisses. Diese Akzeptierbarkeit wird durch Vergleichen der aufsummierten Energie (oder der Energie von einem einzelnen Bildpunkt, wo nur ein Bildpunkt ein Signal erzeugt) mit einem Bereich von Energien bestimmt, um zu bestimmen, ob das Ereignis wahrscheinlich durch einen primären Gammastrahl erzeugt wurde. Eine solche „Fensterbildung" ist ausreichend im Stand der Technik bekannt.
In der CPU 80 wird eine Empfindlichkeitskorrektur, nämlich eine Korrektur für die Wahrscheinlichkeit eines räumlichen Variierens der Erfassung von Ereignissen (verursacht durch Variationen in entweder der eigenen Empfindlichkeit des Kristalls oder der eigenen Transmission eines überlegenen Kollimators), durchgeführt. Viele Korrekturverfahren, wie beispielsweise eine Teil-Ereignis-Summierung, ein Überspringen eines Ereignisses; ein Ereignis-Addieren, usw., sind bekannt, und können in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Schließlich muss, für Ereignisse, die bewirken, dass Signale in angrenzenden Bildpunkten erzeugt werden, die wahre Position des Ereignisses bestimmt werden. Falls die Gammastrahlenenergie niedrig ist, sollte das Ereignis normalerweise dem Bildpunkt mit dem höchsten Signal zugeordnet sein. Falls die Energie hoch ist, kann das Ereignis zwischen den verschiedenen Bildpunkten unterteilt werden, vorzugsweise basierend auf einer berechneten Wahrscheinlichkeit, dass das Ereignis auftrat, und zwar in jedem der verschiedenen Bildpunkte; oder das Ereignis kann in dem Bildpunkt mit dem niedrigeren Signal platziert werden, solange wie dieses Signal größer als ein bestimmter, gegebener Wert ist.
Es sollte ersichtlich werden, dass viele Variationen in Bezug auf die vorstehend beschriebenen Systeme möglich sind, und zwar innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung. Insbesondere können, wie vorstehend in der Zusammenfassung der Erfindung erwähnt ist, verschiedene Unterteilungen der Pixel in ASICs verwendet werden. Zum Beispiel können mehr als vier ASICs, zum Beispiel 9 ASICs, für eine 3 × 3 Gruppierung von Bildpunkten, verwendet werden.
Es ist auch möglich, weniger ASICs zu verwenden, unter Benutzung einer einzelnen ASIC für mehr als ein Kristall, wobei jede ASIC eine größere Anzahl von Eingangsleitungen besitzt. In dem extremen Fall von nur 4 ASICs ist jedes empfangene Signal von einem Viertel der Bildpunkte (oder 2 ASICs für das 2 × 1 System, dargestellt in 4C), prinzipiell möglich.
Weiterhin kann die Einheit, dargestellt in 13, die, wie beschrieben ist, Signale von dem gesamten Kopf empfängt, dazu verwendet werden, Signale von nur einem Teil der Bildpunkte zu empfangen. Dies ermöglicht, dass mehrere, gleichzeitige Ereignisse erhalten werden, so lange wie sie nicht in ASICs auftreten, die durch dieselbe Akquisitionseinheit bedient werden. In dieser Hinsicht erscheint es wünschenswert für jede Akquisitionseinheit zu sein, dass sie nicht angrenzenden ASICs zugeordnet ist. Dies ermöglicht eine optimalere Verteilung von Hot-Spots unter den Akquisitionseinheiten.
Zusätzlich ist, während die Erfindung in Bezug auf einen Detektorkopf beschrieben ist, der ein Mosaik aus einer großen Anzahl von bestimmten Typen von Kristallen besitzt, diese Beschreibung auf einer praktischen Situation einer Kristallverfügbarkeit, auf einer Zuverlässigkeit der Elektroniken und unter Herstell- und Servicebetrachtungen basierend. Allerdings sind die Adressierverfahren, die beschrieben worden sind, ebenso auf irgendei nen Typ einer Matrix zum Erfassen von Gammaereignissen unter Verwendung eines einzelnen Kristalls oder sogar eines Kristalls pro Bildpunkt bzw. Pixel anwendbar. Sie sind auch bei Typen von Detektoren, andere als Kristalle, anwendbar. In dem Fall eines einzelnen Kristalls oder eines Kristalls pro Bildpunkt wäre es möglich, eine hexagonale Matrix der Pixel und nur 3 ASICs zu verwenden.
Weiterhin ist die vorliegende Erfindung auch auf einen Gammakamerakopf anwendbar, der ein Szintillatorkristall verwendet, wobei die Matrix von Elektroden durch eine Vielzahl von Fotorezeptoren ersetzt wird, die ein Signal in Abhängigkeit eines Lichts, erzeugt in dem Kristall durch ein Ereignis, erzeugen. Andere Quellen von Signalen, die sich auf Gammastrahlenabsorptionsereignisse beziehen, können auch gemäß der vorliegenden Erfindung erfasst werden.
Die vorliegende Erfindung ist im Detail unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen davon beschrieben worden, allerdings schränkt die Beschreibung nicht den Schutzumfang der Erfindung ein, der in den Ansprüchen definiert ist.

Claims

Gammakamerakopf (10), der umfasst: eine Vielzahl von Signalquellen (14), die jeweils mit einer Bildpunktposition verknüpft sind, wobei jede Quelle ein Signal erzeugt, wenn ein Gammastrahlabsorptionsereignis an oder ausreichend nahe an ihrem damit verknüpften Bildpunkt auftritt, wobei die Vielzahl von Signalquellen mit einem zusammenhängenden Bereich von Bildpunkten verknüpft ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält: eine Vielzahl elektronischer Schaltungen (42), von denen jede Signale von wenigstens zwei der Vielzahl von Signalquellen empfängt, wobei jede der Schaltungen die Signale nur von Quellen empfängt, die mit nicht zusammenhängenden Bildpunkten verbunden sind.
Gammakamerakopf (10), nach Anspruch 1, der umfasst: eine weitere elektronische Schaltung (40), die nicht multiplexierte Signale von allen der Quellen empfängt; und eine Vielzahl von Signalleitungen (i), die alle der Quellen mit der Schaltung verbinden, wobei wenigstens eine der Leitungen (H, Tr) mehr als eine Quelle mit der Schaltung verbindet.
Gammakamerakopf nach Anspruch 1, wobei jede Signalquelle mit nur einer der Vielzahl von Schaltungen (42) verbunden ist.
Gammakamerakopf nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei jede elektronische Schaltung immer dann ein Signal erzeugt, das sich auf eine Energie des Ereignisses bezieht, wenn eine beliebige der Signalquellen, von denen sie Signale empfängt, ein Signal über einem vorgegebenen Schwellenwert erzeugt.
Gammakamera nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei der Quellen durch eine gemeinsame Verbindung mit jeder der Vielzahl von Schaltungen verbunden sind.
Gammakamerakopf nach Anspruch 5, wobei die gemeinsame Verbindung permanent ist.
Gammakamerakopf nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Bildpunkte in zusammenhängende Gruppen zusammenhängender Bildpunkte gruppiert sind und wobei jede der Vielzahl von Schaltungen Signale von nur einem Bildpunkt in jeder Gruppe empfängt.
Gammakamerakopf nach Anspruch 7, wobei keine der Vielzahl von Schaltungen Signale von zusammenhängenden Bildpunkten in zwei aneinandergrenzenden Gruppen empfängt.
Gammakamerakopf nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Anzahl der gemeinsamen Verbindungen kleiner ist als die Anzahl zusammenhängender Bildpunkte in einer Gruppe oder ihr entspricht.
Gammakamerakopf nach Anspruch 9, wobei die Bildpunkte in zusammenhängenden Gruppen zusammenhängender Bildpunkte gruppiert sind und wobei jede der Vielzahl von Schaltungen Signale von nur einem Bildpunkt in jeder Gruppe empfängt.
Gammakamerakopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: die Signalquellen (14) eine Matrix von Signalquellen umfassen, die jeweils mit einer Bildpunktposition verbunden und in eine Vielzahl geometrisch gleicher Gruppen (12) gruppiert sind, wobei jede Gruppe eine Vielzahl zusammenhängender Bildpunktelemente aufweist; und die Vielzahl elektronischer Schaltungen (42) jeweils Signale von einem Bildpunktelement innerhalb jeder einer Vielzahl von Gruppen empfangen, wobei jedes Bildpunktelement eine entsprechende geometrische Position innerhalb seiner jeweiligen Gruppe hat.
Gammakamerakopf nach Anspruch 11, wobei jede Signalquelle ein Signal erzeugt, wenn ein Gammastrahlabsorptionsereignis an oder ausreichend nahe an seiner damit verknüpften Bildpunktposition auftritt.
Gammakamerakopf nach einem der Ansprüche 7–12, wobei jede elektronische Schaltung des Weiteren wenigstens ein Signal erzeugt, das anzeigt, in welcher Gruppe von Bildpunkten das Signal erzeugt wurde.
Gammakamerakopf nach einem der Ansprüche 7–13, wobei die elektronische Schaltung des Weiteren wenigstens ein Signal (H) erzeugt, das anzeigt, dass ein Ereignis aufgetreten ist, wobei das Anzeigesignal dem Energiesignal zeitlich vorangeht.
Gammakamerakopf nach einem der Ansprüche 7–14, wobei jede Gruppe vier Bildpunktelemente umfasst.
Gammakamerakopf nach einem der Ansprüche 7–14, wobei jede Gruppe neun Bildpunktelement umfasst.
Gammakamerakopf nach einem der Ansprüche 7–14, wobei jede Bildpunktgruppe zwei Bildpunktelemente umfasst.
Gammakamerakopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Quellen unabhängig von einem Nachfragesignal an die Quellen Signale zu der Schaltung senden.
Gammakamerakopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Quellen jeweils mit einer Reihe zusammenhängender Bereiche (12) an der Kamera verknüpft sind, so dass die Signale Ereignisse darstellen, die an oder nahe an dem damit verknüpften Bereich auftreten, und wobei die Schaltung Ereignisse identifiziert, die Signale in Quellen erzeugen, die mit zwei benachbarten Bereichen verknüpft sind.
Gammakamerakopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Signalquellen Festkörper-Signalquellen sind.
Gammakamerakopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Signalquellen mit wenigstens einem normalerweise isolierenden Kristall (20) verknüpft sind, in dem freie Ladung erzeugt wird, wenn ein Gammastrahl darin absorbiert wird.
Gammakamerakopf nach Anspruch 21, wobei die Signalquellen eine Matrix leitender Elemente (14) auf dem Kristall umfassen, die die freie Ladung einfangen.
Gammakamerakopf nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, wobei der wenigstens eine Kristall ein Mosaik derartiger Kristalle umfasst.