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SACHGEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Gammakamerakopf, aufweisend eine Einrichtung zum
Auslesen einer Matrix von Signalquellen in der Gammakamera.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung werden die Bildpunkte jedes Kristalls in K identische,
rechtwinklige Gruppen aus n × m
Bildpunkten, bezeichnet mit pi, (i = 1,
2, ..K), in einer Raster-Art, gruppiert. Die Positionen der Bildpunkte
in jeder Gruppe werden als pj (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.
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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.
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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.
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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".
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 × 105 cps/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.
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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.
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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.
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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.
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Vorzugsweise sind mindestens zwei
der Quellen durch eine gemeinsame Verbindung, vorzugsweise eine
permanente, gemeinsame Verbindung zu jeder der Vielzahl von Quellen,
verbunden.
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Vorzugsweise ist jede der Vielzahl
der Schaltungen durch eine gemeinsame Verbindung, vorzugsweise eine
permanente, gemeinsame Verbindung, mit mindestens zwei der Vielzahl
der Signalquellen verbunden.
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Vorzugsweise ist die Signalquelle
mit nur einer der Vielzahl der Schaltungen verbunden.
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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.
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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.
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Vorzugsweise empfängt keine der Vielzahl der
Schaltungen die Signale von zusammenhängenden Bildpunkten in zwei
angrenzenden Gruppen.
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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.
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Vorzugsweise erzeugt jede Signalquelle
ein Signal, wenn ein Gammastrahlenabsorptionsereignis an der oder
ausreichend nahe zu der zugeordneten Bildpunktposition auftritt.
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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.
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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.
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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.
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Vorzugsweise übertragen die Quellen die Signale
zu der Schaltung, in Abhängigkeit
von irgendeinem abfragenden Signal zu den Quellen.
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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.
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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.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist mindestens ein Kristall ein Mosaik aus solchen
Kristallen auf.
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Die Erfindung wird deutlicher anhand
der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
davon in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich werden, in denen:
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine schematische Zeichnung einer bodenseitigen Ansicht eines Kristalls,
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, mit einer Matrix von 16 × 16 Elektroden;
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2 zeigt
eine schematische, isometrische Zeichnung eines Kristallmoduls,
umfassend ASICs, die Oberseite des Kristalls der 1 darstellend, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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3A zeigt
eine schematische Seitenansicht eines Detektorkopfs, umfassend eine
Vielzahl von Kristallmodulen, befestigt auf einem Motherboard;
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3B zeigt
eine schematische Draufsicht, die einen Bereich des Detektorkopfs
der 3A darstellt;
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4A stellt
ein Verbindungsschema für
einen Bereich der Elektroden auf einem Kristall, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, dar;
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4B und 4C stellen alternative Gruppierungsschemata
zu denjenigen der 4A dar,
mit einer größeren und
einer geringeren Zahl von Elementen in jeder Gruppe;
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5A zeigt
ein Blockdiagramm der Schaltung auf einem Modulträger für ein einzelnes
Kristall, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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5B zeigt
ein vereinfachteres Blockdiagramm eines einzelnen Kristallmoduls;
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6A zeigt
ein vereinfachtes Schaltungsdiagramm eines analogen Kanals gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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6B zeigt
eine vereinfachte Blockdarstellung der Schaltung der 6A;
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6C stellt
die Spannungen und Ströme dar,
erzeugt in der Schaltung der 6A und 6B durch irgendein Ereignis;
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7A stellt
eine Peak- und Halteschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dar;
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7B stellt
die Eingangs- und Ausgangsspannungen, erzeugt durch die Schaltung
der 7A, für einen
bestimmten Stromeingang dar;
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8 stellt
ein vereinfachtes Blockdiagramm eines vorderen Endbereichs der ASIC
dar, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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9 zeigt
einen 64 zu 6 Bit-Adressen-Codierer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung;
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10A stellt
die ASIC-Design-Logik gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dar;
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10B zeigt
das Zeitabstimmungsdiagramm, dass der Schaltung der 10A zugeordnet ist;
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11A und 11B zeigen vereinfachte Blockdiagramme,
die die Zwischenverbindung von Modulen auf einem Motherboard gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung darstellen;
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12 zeigt
eine Darstellung einer Akquisitionseinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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13 zeigt
ein Blockdiagramm einer Akquisitionsleiterplatte gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Es wird nun Bezug auf die 1-3 genommen, die den Aufbau eines Detektorkopfs 10 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung darstellen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 „Tr",
dessen Funktion nachfolgend beschrieben ist, und erzeugt Signale
auf acht Leitungen Hp, A p / q und Ep,
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 Bp bezeichnet.
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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.
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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.
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Eine Komparatorschaltung 52 vergleicht
das erfasste Peak-Signal mit dem Schwellwert-Signal Tr 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.
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6B stellt
eine funktionale, vereinfachte Version der Schaltung 44,
unter Bezugnahme auf die Schaltung 44, als eine „Pix" Schaltung dar.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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,
Tr, kreuzt.
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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 En 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.