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

30 3. Zählende und integrierende Detektorelektronik für biomedizinische Bildgebung
MPEC-Chip [6] implementiert wurde, lässt sich keine Aussage über das
Energiespektrum der Photonen treffen.
Der ATLAS-Pixeldetektor implementiert eine Energiemessung von Einzelereignissen.
Die Energieinformation wird in der Pulsbreite eines digitalen
Signales kodiert und ist gleichbedeutend mit der Zeit, die das Spannungssignal
des Vorverstärkerausgangs oberhalb der Komparatorschwelle liegt
(time over threshold-Messung). Da in einem typischen Messintervall nur ein
Ereignis erwartet wird, handelt es sich bei dem ATLAS-Pixeldetektor eher
um ein integrierendes als zählendes Detektorsystem.
3.1.2 Integration des Signalstromes
Durch die Integration des Signalstroms wird die Gesamtenergie aller Photonen
innerhalb eines Messintervalls bestimmt. Niedrige Signalströme lassen sich
aufgrund verschiedener Rauschbeiträge nur fehlerbehaftet messen. Die Messung
hoher Signalströme, jenseits des Arbeitsbereiches der Einzelpulszählung,
stellt jedoch kein Problem dar.
3.1.3 Nutzung beider Methoden
Um sowohl die Vorteile der Einzelpulszählung als auch die der Integration
des Signalstromes zu nutzen, wurde der CIX-Chip (counting and integrating
x-ray) entwickelt, der beide Konzepte vereint [12]. Der dynamische Bereich
soll so das Zählen einzelner Photonen und die Messung gro er Signalströme
umfassen. Im Überlappungsbereich beider Methoden lässt sich die mittlere
Energie pro Photon berechnen und eine spektrale Information erhalten.
In der Medizin liefern integrierende Systeme, wie ein klassischer Röntgen lm,
und zählende, auf Halbleiterdetektoren basierendeS Systeme verschiedenen
Bildkontrast. Ursache hierfür ist die Variation der spektralen Absorption der
Röntgenstrahlen bei unterschiedlichen Materialien wie Gewebe oder Knochen.
Die Verwendung des CIX-Konzeptes für biomedizinische Bildgebung kann
also diagnostische Vorteile bieten. Im Folgenden wird das Funktionsprinzip
des CIX-Chips mit Schwerpunkt auf die Anforderungen an die Zählerstruktur
näher erläutert.
3.2 Funktionsprinzip des CIX-Chips
Ein neuer Prototypchip (CIX 0.2) wurde entwickelt. Dieser verfügt über 64
einzelne Pixel, die in einer 8×8-Matrix angeordnet sind. Jeder dieser Pixel
enthält analoge Schaltungen, die eine Einzelpulszählung und gleichzeitige
Integration des Eingangssignals ermöglichen.
Das Eingangsignal kann von Schaltkreisen zur Ladungsinjektion simuliert
werden oder von einem angeschlossenen Sensor stammen. Ein ladungsemp ndlicher
Vorverstärker erzeugt ein zur Ladung proportionales Spannungssignal