Chipentwicklung fu127 ur Pixel - Prof. Dr. Norbert Wermes ...

3. Zählende und integrierende
Detektorelektronik für biomedizinische
Bildgebung
3.1 Einleitung
Die Röntgenbildgebung pro tiert besonders von modernen Halbleiterdetektoren.
In der Medizin werden die höhere Nachweise zienz und der grö ere
dynamische Bereich 1 von Halbleiterdetektoren gegenüber Film-Folien-Systemen
geschätzt. Die daraus resultierende höhere Emp ndlichkeit und der
grö ere Belichtungsspielraum erlauben es, die Strahlendosis bei gleichbleibender
Bildqualität zu reduzieren. Dies führt indirekt zu einer niedrigeren
Dosisbelastung für den Patienten. Die schnelle Bildwiedergabe, und die
Möglichkeit Bilddaten digital zu erfassen, ermöglichen Computertomographie,
mittels welcher eine dreidimensionale Objektrekonstruktion möglich
ist.
Die Signalverarbeitungselektronik für direkt konvertierende Halbleiterdetektoren
zur Detektion von Röntgenstrahlung implementiert häufig eine
Einzelpulszählung der Photonen, oder alternativ dazu eine Integration des
Signalstromes. Im Folgenden soll ein Konzept vorgestellt werden, welches
beide Methoden, Zählung und Integration, vereint.
Gegenstand dieser Arbeit war die Entwicklung einer Ladungspumpe (Kapitel
5) und die Implementation einer e zienten Zählerstruktur (Kapitel 3.2.2)
für einen auf diesem Konzept basierenden Prototypchip.
3.1.1 Einzelpulszählung
Zur Einzelpulszählung von Photonen wird das verstärkte Signal eines Detektors
durch einen Komparator mit einer Schwelle verglichen und gezählt, falls
es diese überschreitet. Bei hohen Signalraten kommt es vermehrt zu dicht
aufeinander folgenden Pulsen, die nicht mehr unterschieden werden können.
Das kleinste messbare Signal ist hingegen ein Photon pro Messintervall. Ohne
die Verwendung von mehreren Schwellen, wie dies beispielsweise auf dem
1 Der dynamischer Bereich eines bildgebenden Systems ist der Bereich, der einen
deutlichen Bildkontrast aufweist.