专利名称：：用于飞行时间pet的集成多通道时间-数字转换器的制作方法
技术领域：
：本申请涉及数据采样、时间标记(TimesTamping)以及相关技术。本申请提供了在时间-数字转换器中的具体应用，并且对其进行具体描述，该时间-数字转换器用于在飞行时间正电子发射断层成像(PET)扫描中提供对辐射探测事件的亚纳秒分辨率的时间标记。然而，下面主要提供了时间-数字转换在其他医学应用中的更普遍的应用，以及采用这种时间-数字转换的应用、方法和设备，例如光或光速事件的计时、核过程中辐射探测事件的计时、其他时间敏感事件的计时等等。
背景技术：
：在PET中，人类患者或其他成像主体服用放射性药物。放射性药物发生发射正电子的放射衰变事件，正电子传播一个很短的距离就与周围成像主体的邻近电子在正负电子湮灭事件中迅速相互作用，正负电子湮灭事件产生两个相反方向的伽玛射线。成像主体周围的辐射探测器将伽玛射线作为基本上同时发生的两个辐射探测事件进行探测，这两个基本上同时的辐射探测事件限定了两者间的一条响应线(LOR)。'虽然是"基本上同时"探测伽玛射线，但是如果相关的两个辐射探测器中的一个相对于另一个辐射探测器更接近于正负电子湮灭事件，那么在两个辐射探测事件之间将会有一个小的时间差。因为伽玛射线以光速传播并且探测器仅相隔大约两米或更少，所以探测间的这个时间差一般约为纳秒或更小，并且如果正负电子湮灭事件沿着伽玛射线的路径与两个探测器等距，那么这个时间差可能低至0。在飞行时间PET(TOF-PET)中，辐射探测器以足够高的速度运行以使得能够测量较小的飞行时间差，所测量的飞行时间差用来沿着LOR定位正负电子湮灭事件。将LOR与来自飞行时间测量组件的时间限制信息进行组合的数据有时被称为组织投影(hisToprojecTion)。对于TOF-PET，应以亚纳秒时间分辨率对辐射探测事件进行时间标记。通常，随着时间分辨率的提高，沿着LOR定位湮灭事件的空间分辨率也得到提高。需要一种集成的、多通道、高性能和低功耗的读出结构，其执行对辐射探测事件的数字化(能量和空间位置或分布)和对超过100个通道的具有亚纳秒时间分辨率的辐射探测事件发生时间的数字化(时间-数字转换)。可用的分立式时间-数字转换器是高输入功率设备，并且不易适用于TOF-PET。在单一芯片上实现探测和处理的集成方案是有优势的。.现有的时间-数字转换器采用由中央基准时钟同步的环形振荡器。时间-数字转换是基于当检测到触发事件(例如PET扫描情况下的辐射探测事件)时锁存环形振荡器的延时元件的状态。环形振荡器包括诸如反相器或缓冲器的几个数字延迟元件的串行互连。该延迟链的输出端反馈到输入端。如果该延时链包括反相连接，则该配置没有稳定状态。然而，当采用环形振荡器在亚纳秒分辨率上进行时间-数字转换时，难以达到足够高的精度。为达到如此高的时间分辨率，每个数字延迟元件的延迟很短，例如几皮秒到几十皮秒。例如，在CMOS中，通过实现较短的栅极长度来获得足够快速的设备。然而，对于快速、短栅极长度的设备，设备间的匹配一般较差，并且环形振荡器中的不同数字延迟元件间的延时变化一般也变得明显，而这会限制时间标记的时间精度。试图通过重新设计数字延迟设备(例如实现更长的栅极长度)以克服这些问题，降低了总体速度并增加了电容和设备功耗。环形振荡器中的抖动也可以通过采集后的处理来解决，例如通过对时间-数字转换器的输出进行数字校正。然而，这种校正增加了复杂性并且增大了带宽和系统成本。而且，即使进行这种校正，部分抖动仍旧存在。
发明内容'本申请提供了新的改进的时间-数字转换器、辐射探测器、PET扫描仪和与之相关的方法，因此克服了上述问题和其他问题。根据第一方面，公开了一种飞行时间PET扫描仪。设置辐射探测器以探测从成像区域发射的辐射。辐射探测器包括至少一个时间-数字转换器，9用以对辐射探测事件进行时间标记。所述时间-数字转换器包括多个数字延迟元件，其可操作地互连为环形振荡器；延迟修整元件，其可操作地连接到所述数字延迟元件并且可配置为对数字延迟元件设定基本共同的延迟；以及读出电路，其被配置为至少基于响应于辐射探测事件的环形振荡器的至少一个状态来产生时间标记。根据另一方面，公开了一种时间-数字转换器。多个数字延迟元件可操作地互连为环形振荡器。延迟修整元件可操作地连接到数字延迟元件并且可配置为对数字延迟元件设定基本共同的延迟。读出电路被配置为产生表示响应于触发事件的环形振荡器的一个状态的输出。根据另一个方面，公开了一种辐射探测器。辐射敏感部件产生表示辐射探测事件的信号。时间-数字转换器包括多个可操作地互连为环形振荡器的数字延迟元件；延迟修整元件，其可操作地连接到数字延迟元件并且可配置为对数字延迟元件设定基本共同的延迟；读出电路，其被配置为当产生信号时，至少基于环形振荡器的状态为辐射探测事件产生时间标记。根据另一方面，公开了一种用以校准环形振荡器的方法，该环形振荡器包含可操作地互连为环形振荡器的多个延迟元件。测定响应于随机化的触发事件的环形振荡器输出的直方图数据。基于所述直方图数据来调整延迟元件的延迟，以对延迟元件设定基本共同的延迟。根据另一方面，公开了一种时间-数字转换器。多个数字延迟元件可操作地互连为环形振荡器。数字延迟元件包括具有比数字延迟元件的延迟充分长的转换时间的读出缓冲器。模数转换器数字化响应于触发事件的延迟元件的值。译码电路基于数字化的值，计算与该触发事件相对应的环形振荡器的状态。计算出的状态具有比数字延迟元件的延迟更小的时间分辨率。根据其他方面，公开了辐射探测器和飞行时间PET扫描仪，其采用了前面的段落阐述的时间-数字转换器。.一个优势在于提高了时间分辨率。另一优势在于对时间-数字转换器中的延迟元件的延迟差进行周期性的或(可选的)实时的校正。另一优势在于提供了一种具有低功耗的时间-数字转换器。10另一优势在于提供了一种具有集成高分辨率的时间-数字转换的辐射探测器。另一优势在于提供了一种具有包括集成时间标记的探测器的飞行时间PET扫描仪。另一个优势在于对每个通道同时进行时间标记和信号积分，并且提供飞行时间PET的时间、能量和位置参数。在阅读和理解了下面的详细描述后，对于本领域的普通技术人员来说本发明的更进一步的优势将是显而易见的。本发明表现为各种组件和组件的布置、以及各种步骤和步骤的布置。附图仅为了说明优选实施例的目的，而不应视为限制本发明。.图1示意性显示了飞行时间正电子发射断层成像(PET)扫描仪。图2示意性显示了图1的辐射探测器的框图，包括时间-数字转换器的主要组件。图3显示了图2中时间-数字转换器的环形振荡器主要组件的电路示意图。图4显示了在校正数字延迟元件的失配之前期望通过图2中的时间-数字转换器的二进制码计数器获得的数据类型的直方图。图5显示了在校正数字延迟元件的失配之后期望通过图2中时间-数字转换器的二进制计数器获得的数据类型的直方图。图6示意性显示了用于增加图3中环形振荡器的时间分辨率的过采样方法。图7示意性显示了适当用于图1中辐射探测器的时间-数字转换器中的另一环形振荡器的主要组件的电路示意图。图8示意性显示了图7中环形振荡器的数字延迟元件之一的关-开转换。具体实施例方式参考图1，飞行时间正电子发射断层成像(TOF-PET)扫描仪2包括一个外壳4和床板6或其他的患者支撑物。外壳4限定了孔型成像区域8。布ii置辐射探测器阵列10以观察成像区域8。应注意，显示的单个辐射探测器阵列10是说明性的，扫描仪2—般包括环绕图像区域8的一个或更多这种探测器阵列环，以便在基本任何角度采集数据。另外，应注意，辐射探测器阵列10是示意性地说明——一般将辐射探测器容纳在扫描仪2的外壳4内，并且因此一般从外部不可见，并且每个辐射探测器环一般包括几百个或几千个辐射探测器元件。在一些PET扫描仪中，只提供单个辐射探测器环；在其他PET扫描仪中，提供两个、三个、四个、五个或更多辐射探测器环。此外，在一些实施例中，可以将辐射探测器布置为在一个或更多探测器头上的一个或更多阵列，如在伽玛相机布置中。探测器头可以以不同方式移动，例如朝向或远离患者移动、在患者周围移动等等。床板16或其他支撑物将人类患者或其他成像主体安置在成像区域8中。任选地，床板6在轴向方向上直线移动，一般横穿辐射探测器环10以便于三维成像数据的采集。另外或可替代地，成像主体可以保持静止，并且利用多个辐射探测器环来采集三维TOF-PET成像数据。而在其他实施例中，只提供单个探测器环，成像主体保持静止，且产生的图像是二维的。在开始TOF-PET成像前，给患者或其他成像主体服用适当的放射性药物。所述放射性药物包括经历发射正电子的放射性衰变事件的放射性物质。发射的正电子与成像主体的电子迅速湮灭。每个发生的正负电子湮灭事件产生两个相反方向的、具有511KeV能量的伽玛射线。伽玛射线以例如大约3"08米/秒的光速传播。因为成像区域8—般具有大约两米或更小的直径或其他特征尺寸，所以伽玛粒子从正负电子湮灭事件的位置到其中一个辐射探测器阵列IO的飞行时间为几纳秒或更短。因此，两个相反方向的伽玛射线一般以亚纳秒的时间差撞击两个辐射探测器。辐射探测器记录辐射探测事件，包括能量、空间位置和时间标记，并且将该数据存储于事件缓冲器11中。.伽玛射线对探测电路12处理辐射探测事件，以识别属于相应的正负电子湮灭事件的基本同时发生的伽玛射线探测对。该处理可以包括例如能量开窗(即丢弃设置在大约511keV的选定能量滤波窗口之外的辐射探测事件)和一致性检测电路(即丢弃时间上彼此分离大于选定时间滤波间隔的辐射探测事件对)。当识别出一个伽马射线对时，响应线(LOR)处理12器13处理关于这两个伽玛射线探测事件的空间信息，以确定连接两个伽玛射线探测的空间响应线(LOR)。因为正负电子湮灭事件发射的两个伽玛射线在空间上指向相反方向，所以知道已经在LOR上的某处发生了正负电子湮灭事件。在TOF-PET中，辐射探测器10有足够高的时间分辨率以探测两个"基本同时"的伽玛射线探测之间的飞行时间差。也就是说，虽然辐射探测事件基本同时发生，但由于飞行时间差使得在两个事件的时间标记之间一般存在一个小的时间差。这个时间差一般在亚纳秒范围内。飞行时间处理器14分析两个基本同时的伽玛射线探测事件的时间标记之间的时间差，以沿着LOR定位正负电子湮灭事件。对于大量正负电子湮灭事件所累积的结果是一组组织投影15。重建处理器16采用诸如滤波反投影或带修正的迭代反投影之类的任何适当的重建算法，将该组组织投影15重建为重建图像。将得出的重建图像存储在图像存储器17中，并且将其显示在用户界面18上，对该得出的重建图像进行打印、存储和在内部网或互联网上进行传送，或进行其他应用。在说明的实施例中，用户界面18也使放射科医生或其他用户能够控制TOF-PET扫描仪8;在其他实施例中，可以提供独立的控制器或控制计算机。.参考图2，辐射探测器阵列10—般包括辐射敏感部件20，其一般是一个辐射传感器像素阵列。在一种典型的配置中，闪烁晶体吸收511keV的伽玛射线以产生一个闪烁光，并且诸如光电二极管或光电倍增管(PMT)的光电探测器阵列探测该闪烁。在其他实施例中，在没有介入的闪烁事件的情况下，基于半导体的辐射探测器直接吸收和探测伽玛射线。辐射敏感部件20产生指示辐射探测事件的信号22(该信号可能包括来自观察闪烁事件的多个光电探测器的多个信号)。触发器24监测信号22的出现，并且如果检测到信号出现时就产生触发信号。触发信号用来引发积分器26对信号的积分以产生积分信号，积分信号被恰当地输入到诸如Anger逻辑电路28之类的传统组件中，处理该信号以测定入射的放射粒子的能量30(适当地与对一个、两个、三个或更多光电探测器得到的闪烁能量的积分或求和相关)和辐射探测事件的空间位置32(适当地与一个、两个、三个或更多光电探测器得到的闪烁能量的分布相关)。信号22还作为时间-数字转换器1334的触发信号，以便对辐射探测事件进行时间标记。时间-数字转换器34是基于具有N个延迟元件的环形振荡器36。.参考图3，说明了具有N^6个数字延迟元件40的环形振荡器36的示例。虽然示出了N-16配置的示例，但需注意延迟元件的数量可以少于或多于16，并且延迟元件的数量可以不是2的乘方(例如，N43是可行的)。数字延迟元件40串行互连，其串连的最后一个延迟元件连回第一个延迟元件以形成环形拓扑。通常，有互连N个延迟元件的N个连接。大部分的串行连接为同相连接；然而，环形振荡器36中的一个连接42是反相互连。在其他实施例中，考虑反相和同相的其他互连分布。为了减少漂移，可选地通过锁相环(PLL)43或其他调节环路将环形振荡器36锁定到更慢的基准时钟或振荡器(未示出)。PLL43与共用基准时钟或振荡器结合也可以用来同步多个环形振荡器，例如为多个辐射探测器阵列提供时间-数字转换。'数字延迟元件通过高精度偏置电路44偏置。高精度偏置电路44的使用便于数字延迟元件40的固定的、不变的时间延迟，其中数字延迟元件40的时间延迟随偏置而变化。示例的环形振荡器36在32个稳定状态之间进行循环。为了便于参考本文的单独的数字延迟元件40，串联的延迟元件由连续的大写字母"A"、"B"、"C"..."P"来表示。串行连接将"A"的输出馈送到"B"，"B"的输出馈送(在通过反相连接42反相之后)到"C","C"的输出馈送到"D"，并且以此类推，直到"P"的输出馈送回"A"以形成闭环。如果数字延迟元件40以全"0"初始化环形振荡器36，那么环形振荡器36的初始状态可以表示为"00-00000000000000"，其中符号"-"表示反相连接。在1个延时间隔(表示为Td)之后，由于数字延迟元件"B"中的"0"被反相并传递到数字延迟元件"C"，所以环形振荡器36转换到具有单个"1"值的状态"00-10000000000000"。其余的数字延迟元件接收同相的"0"值，并且因此不改变它们的值。在第2个延时间隔Td之后，环形振荡器36转换为"00-11000000000000"，在第3个延时向隔Td之后，环形振荡器36转换为"00-11100000000000"，并且以此类推，直到第16个延时间隔之后达到值"11-11111111111111"。在第17个延时间隔Td之后，环形振荡器36转换为"11-01111111111111"，从此时起反相连接将延迟元件"B"中的"1"在其被载入延迟元件"C"之前反相为"0"。在第18个延时间隔之后，环形振荡器36转换为"11-00111111111111"，并以此类推，直到在第31个延时间隔之后环形振荡器36转换为"01-00000000000000"，并且在第32个延时间隔之后环形振荡器36转换回初始状态"00-00000000000000"，并因此完成为期32xTd的环形振荡器36的一个周期。前述分析假定所有的数字延迟元件40具有相同的延时Td。然而，由于数字延迟元件40的失配，即使所有数字延迟元件40的偏置相同，这个假设实际上也可能是错误的。也就是说，即使高精度偏置电路44为每个或每一个数字延迟元件40都提供了严格相同的偏置，但由于制造限制等的原因造成了在数字延迟元件40之间的差异，从而使这些元件的延时实际上彼此不同。因此，为了匹配数字延迟元件40以抑制抖动和提高环形振荡器36的时间分辨率，每个数字延迟元件40额外的含有其自身的独立修整偏置(Trimmingbias)46。偏置44、46的选择取决于数字延迟元件40的逻辑电路类型或配置，例如CMOS或差分电流型逻辑电路。在CMOS中，修整偏置46可以改变高精度偏置电路44的偏置条件，诸如供电电压、负载电容、电流限制等，以独立控制每个数字延迟元件40的延迟。在差分逻辑电路中，由于延迟接近于与偏置电流成反比，因此各个延迟可以通过控制偏置电流而得到控制。也考虑通过机械装置而非偏置控制进行修整。继续参考图3并进一步回去参考图2，描述了用于测定各个修整偏置46的值的合适方法。环形振荡器36的延迟元件40包括相应的读出缓冲器48和锁存器50，读出缓冲器48和锁存器50接收并保持响应于触发事件的延塔元件40的数字值。在辐射探测器10的情况中，触发事件适当地由触发器24所产生的触发信号来提供，其指示了辐射探测事件。译码器52将锁存的值进行译码，以产生环形振荡器36的状态值。表1提供了对于环形振荡器36的36个不同状态的一组可能的译码器输出示例。表1的译码器值仅作为示例一锁存的值基本上可以映射到任何一组译码器值。表1环形振荡器状态值的示例<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>11-00000000000111lion27延迟元件N11-000000000000111110028延迟元件o11-000000000000011110129延迟元件p11-000000000000001111030延迟元件A01-000000000000001111131延迟元件B表l中还列出了以延迟来控制环形振荡器状态持续的延迟元件。例如，认为状态"00-11000000000000"对应于十迸制译码器的值2。这个状态一直持续到延迟元件"E"由于来自延迟元件"D"的输入"l"的出现而从"O"切换为"1"。因此，状态"00-11000000000000"的持续取决于延迟元件"E"的延迟。在一些实施例中，状态"00-11000000000000"(译码器值为2)的持续应该与状态"11-00111111111111"(译码器值为18)的持续相同，因为这个状态一直持续到延迟元件"E"从"1"切换为"0"为止。在其他实施例中，由于"0"■>"1"转换的延时与"1"—"0"转换的延时不同，所以这两个状态的持续也可能不同。继续参考图2并进一步参考图4和图5,与辐射探测事件相对应的环形振荡器的状态通过累积统计柱计数器(bincounter)54进行累积统计(bin)。所累积统计的针对辐射探测事件的环形振荡器状态发生(occurrence)形成了直方图数据。对于除了各个延迟元件40的延迟中的一些差异以外的随机辐射探测事件，期望通过直方图数据的累积统计柱来显示一些如图4中所描绘的变化。因为产生正电子的放射性衰变是在时间上随机发生的，因此辐射探测事件应该在时间上随机发生。因此，如果各个数字延迟元件40的延迟是相等的，那么事件发生的直方图在统计学限制中应是平坦的，因为每个环形振荡器状态的持续应该是相同的。然而，如果某个特定数字延迟元件具有相对较短的延迟，那么其持续取决于该延时的环形振荡器的状态将相对较不频繁地发生。相反地，如果某个特定数字延迟元件具有相对较长的延迟，那么其持续取决于该延迟的环形振荡器的状态将相对更为频繁地发生。示出的图4的直方图假定对于任何给定的数字延迟元件40，"0"—"卩和—"o"的转换具有大约相等的延时。这种情况下，例如，状态"00-11000000000000"(译码器值为2)的持续与状态17通过延迟元件"E"的切换来控制的。因此能够将状态"00-11000000000000"和状态"11-0011.1111111111"的累积统计柱进行合并，并且对于其他的相反极性的"0"—"1"和"1"—"0"的转换对也类似进行操作，因此图4的32个累积统计柱可以减少为16个累积统计柱。可替代地，在使用32个累积统计柱的情况时，可以分别处理"0"—"1"和"1"~>"0"的转换。直方图分析器56分析诸如图4示例性描绘的直方图数据，以测定每个数字延迟元件40的实际延迟。对于给定的独立延迟元件，延迟与一个或多个状态出现的数量成比例，所述状态的持续由该独立延迟元件的切换进行控制。因此，它直接测定哪个延迟元件具有相对较长的延迟，以及哪个延迟元件具有相对较短的延迟。直方图分析器56调整偏置修整器46，以延长相对较短的延迟并且縮短相对较长的延迟，因此获得所有延迟元件40共有的统一的延迟。例如，在差分逻辑电路中，选择工作点以使得转换速度相对偏置电流接近于线性，并且因此合适的偏置电流校正与比率Navg/Nq相关，其中Nq为某个状态的出现数量，其中该状态的持续由"q"索引的延迟元件控制，N^为总的出现数量(即，辐射探测事件的总数量)除以累积统计柱数量得到的值。.如果分别累积统计"0"—"1"和"1"—"0"的转换，那么对于给定延迟元件40的修整调整可以基于两个状态的平均值，其中这两个状态的持续由延迟元件40进行控制。可替代地，可以配置数字延迟元件40，从而分别修整"0"—"1"和"1"■>"0"的转换的延时，并且可以分别调整对"o"—和"i"_>"o"的转换的修整。在修整校正之后，可以任选地清除累积统计计数器54，并且采集更多数据。在偏置修整器46的调整之后所采集的直方图数据应看上去类似于图5中的数据，其中，关于"出现"的直方图在统计学的限制中是平坦的，这表示所有延迟元件40共有一个统一延迟Td。可选地，所述校正可以被重复——例如，如果图5的直方图继续显示出环形振荡器36的不同状态的"出现"中不可接受的变化，那么可以基于图5的直方图数据来执行另一偏置调整。可以考虑当采集PET数据时基本实时地执行这些校正。例如，可以在从几秒到几分的间隔上执行累积统计，随后基于所收集的直方图数据进行偏置修整器46的调整，并且在成像期间循环重复进行以提供实时的或接近实时的修整调整。偏置修整器46的范围应大到足以校正数字延迟元件40的延,迟中的最坏情况下的差异。例如，可以通过数字延迟元件40的预期的或实验测定的制造差异来估计"最坏情况下的差异"。可以在PET成像期间执行该修整的调整，也可以在一个独立的探测器校准运行中执行该修整的调輕，例如采用具有高浓度放射性物质的模型，以便提供大数量的放射性探测事件从而加速校准。作为使用模型的替代方式，例如由于自然本底放射性或具有放射性元素(诸如Lu)的闪烁物质杂质的存在而产生的放射性衰变，是一种合适的随机事件生成器，它在成像设备未处于患者数据采集模式时为校准运行给予了足够的计数。此外，可以使用其他随机触发器来校准时间-数字转换器34，例如通过让随机数字生成器或模拟噪声生成器限定在修整校准中使用的随机触发事件。实际上，可以采用以足够高的速率在时间上随机出现的基本任何触发事件来调整偏置修整器46。所述校准还可以延伸至锁存器和读出缓冲器，以校正在时间-数字转换器34的模拟路径上的所有差分非线性。'参考图2，由经修整的时间-数字转换器34执行在TOF-PET扫描期间对辐射探测事件的时间标记，如下描述。译码器52的输出为时间标记58提供最低有效位(LSB)，该最低有效位是至少基于触发事件(例如，表示辐射探测事件的信号22)时刻的环形振荡器36的状态而计算的。然而，环形振荡器36快速地进行周期性循环——完整周期一般具有几亚纳秒到几纳秒的持续时间。(对于每个延迟元件40具有共同延迟Td的环形振荡器36的示例，完整周期具有持续时间32xTd)。为了提供跨越更大时间范围的时间标记，粗略计数器60对环形振荡器36周期性循环的周期、半周期或其他时间单位进行计数。例如，在一种方法中，通过对一个延迟元件的输出进行分支，以计数环形振荡器36的完整周期，而产生粗略计数器。为了避免当粗略计数器累加时可能发生的转换误差，通过对相同但被反相的延迟元件的输出进行分支，可选地提供了第二粗略计数器。采用这两个在时间上交错的粗略计数器有利地避免了转换误差。通过将由粗略计数器60提供19的最高有效位(MSB)和由译码器52指示的环形振荡器36的状态所提供的最低有效位(LSB)进行合并，构成了时间标记58。参考图6，一种用于提高基于环形计数器的时间-数字转换器的时间分辨率的方法采用了过采样，对每个延迟元件40采用两个子延迟元件，诸如相对较快的读出缓冲器70和相对较慢的读出缓冲器72。(延迟元件70、72恰当地对应于图2所示的读出缓冲器48)。通过快速子延迟元件或读出缓冲器70和慢速子延迟元件或读出缓冲器72并行反馈每个数字延迟元件40的状态。两个读出缓冲器70、72的转换时间差通过晶体管几何结构进行粗略调整并且理想地应该是共同时间区间宽度(binwidth)的一半(例如Td/2)。通过用独立的偏置电路控制速度来恰当地提供精密调整一个偏置电路装置74用于快速读出缓冲器70，另一偏置电路装置76用于慢速读出缓冲器72。类似于描述的图2的偏置修整器46的修整电路，可以通过使用随机分布的输入触发事件来执行校准，以得到实现相同分布撞击概率的调整结果。通过每个数字延迟元件40采用一对不同速度的读出缓冲器72和74，并将读出缓冲器72和74的输出馈送到锁存器50，有效时间区间宽度降低了因数2(也就是说，时间分辨率增加了)。在具有16个延迟元件40的说明性示例中，每个延迟元件产生对应于两个读出缓冲器72、74的两个输出，所以提供了32个被锁存的输出。可以通过让每个数字延迟元件40包含三个、四个或更多不同速度的读出缓冲器，来提供时间区间宽度的进一步降低。例如，具有三个不同速度的读出缓冲器时，可以实现将时间区间宽度降低因数3。在一些实施例中，将每个不同速度的读出缓冲器配置为被独立地进行修整。参考图7和8，公开了另一环形振荡器36'，该环形振荡器36'采用另一种方法来提高时间分辨率。环形振荡器36'包括互连为环形振荡器的数字延迟元件40。然而，具有基本较慢的"0"■>"1"和"1"—"0"转换的改进的读出缓冲器48，取代了读出缓冲器48，如图8中示出的示意性的"O"—"1"转换80，其具有与时间区间宽度相当的或超过时间区间宽度的较慢持续时间(图8中由Tbin代表)。相比之下，图2的读出缓冲器48具有基本比时间区间宽度更短的转换时间，因此除了在可以忽略不计的短的转换时间期间之外，每个数字延迟元件40在锁存器50中的值为"0"或"1"。虽然图示的转换80为"0"—"1"转换，但"1""0"转换同样较慢。每个数字延迟元件40的读出缓冲器48'的输出作为模数转换器84前的采样-保持电路82的输入。每个数字延迟元件40的读出缓冲器48，的输出通过其关联的采样-保持电路82和模数转换器84分别进行数字化。在描述的实施例中，模数转换器84是2位转换器，其提供四种可能的数字化输出中的一种"00"、"01"、"10"或"11"，如图8中所示。例如，在图8中的标注为"触发"的事件的时刻，采样-保持电路82对延迟元件信号进行一个快速采样(snapshoT)，该信号落入模数转换器84的数字电平"01"之内，因此模数转换器84输出"01"。可以采用具有更多位数的模数转换器"^例如，4位转换器提供了从"0000"到"1111"范围的16个电平。然而，更少位数一般与更快速的数字化相联系。数字化允许通过对模拟值进行采样来对时间区间宽度进行插值，该插值受到模数转换器84的分辨率的限制。对于说明性的2位转换器而言，时间区间分为四个子时间区间。更一般地，对于M位模数转换器而言，时间区间可以分为2M个子时间区间。模数转换器84的输出为译码器86的输入，译码器86采用组合逻辑，其参考査找表88等，以基于模数转换器84的数字化输出得出环形振荡器36，的状态。在具有16个延迟元件40和2位模数转换器84的说明性的实施例中，状态的数量为128(16个元件乘以2个极性乘以4个数字电平)，需要7个位90来代表输出状态。因为在不进行数字化的情况下将有32个状态U6个元件乘以2个极性，见表l)，所以这表示由于2位模数转换处理，时间区间宽度降低四倍。采样保持电路82、模数转换器84和任选包括査找表88的译码器电路86限定了读出电路的一部分，读出电路的该部分在环形振荡器36，取代转换器34中的环形振荡器36时适当地取代了图2的模数转换器34的读出电路部分50、52。图7和图8的方法使用了环形振荡器的全部模拟信息。诸如图8的一般为"s"型转换80的慢速转换80通过模数转换自动地变换为线性或基本线性的二次采样轴(sub-sampleaxis)。数字校正可以通过査找表88实现，其可以解决转换非线性、升降特性差异("0"■>"1"相对于"1"->"0"转换)等。也可以设想通过査找表88中的校正来解决延迟元件40或读出缓冲器48'之间的失配问题。然而，在其他实施例中，图7和图8的模数转21换与图2和图3的修整相组合，并且对延迟元件的失配进行后续校正。图3的基于直方图的校准也可以用于校准查找表88，以提供统一的时间区间宽度的数字化子时间区间。可以将基本任何类型的逻辑电路用于环形振荡器36，。由于转换80是慢速的，因此可以将延迟元件40设计为具有基本减少的带宽和更低的功率。可以设想对于转换80会重叠邻近的时间区间。这种重叠是有利的，这是因为其便于在线性范围上将时间区间覆盖的时间轴交织在一起。已经参考辐射探测器和TOF-PET应用的示例描述了各种时间-数字转换器。当参考辐射探测器和TOF-PET应用的示例描述时，本文公开的时间-数字转换器还将在需要亚纳秒计时和时间标记的其他领域中得到应用，例如粒子物理学研究中记录辐射探测事件、一般执行高速时间敏感采样等。已经参考优选实施例对本发明进行阐述。通过阅读和理解前面的详细说明，其他人会想到修改和变化。因为这些修改和变化在所附权利要求或其等价物的范围中，因此意在将本发明理解为包括这些范围内的所有这些修改和变化。权利要求1、一种飞行时间PET扫描仪，包括-辐射探测器(10)，其被设置为探测从成像区域(8)发射的辐射，所述辐射探测器包括至少一个时间-数字转换器(34)以对辐射探测事件进行时间标记，所述时间-数字转换器包括多个数字延迟元件(40)，其可操作地互连为环形振荡器(36，36’)，延迟修整元件(46)，其可操作地连接到所述数字延迟元件并且可配置为对所述数字延迟元件设定基本共同的延迟，和读出电路(50、52、60、82、84、86、88)，其被配置为至少基于响应于辐射探测事件的所述环形振荡器的一个状态，来产生时间标记(58)。2、根据权利要求1所述的飞行时间PET扫描仪，包括多个所述辐射探测器(10)，所述辐射探测器被设置为探测从所述成像区域(8)发射的辐射，所述飞行时间PET扫描仪进一步包括辐射对探测电路(12)，其基于所述辐射探测事件的时间标记，识别两个基本同时的辐射探测事件；响应线处理器(13)，其测定连接所述两个辐射探测事件的空间响应线；和.飞行时间处理器(14)，其基于所述两个基本同时的辐射探测事件的时间标记之间的时间差，沿着所述响应线定位源事件。3、根据权利要求1所述的飞行时间PET扫描仪，其中，所述辐射探测器(10)的所述时间-数字转换器(34)的所述读出电路(50、52、60、82、84、86、88)进一步包括粗略计数电路(60)，其用于产生所述环形振荡器(36、36')的多个状态周期或子周期的计数，所述读出电路进一步基于所述计数产生所述时间标记(58)。4、根据权利要求1所述的飞行时间PET扫描仪，其中，所述辐射探测器(10)的所述时间-数字转换器(34)进一步包括电路(54)，其用于收集响应于辐射探测事件的、所述环形振荡器(36、36')的输出的直方图数据；和电路(56)，其用于基于所述直方图数据调整所述延迟修整元件(46)，以对所述数字延迟元件(40)设定所述基本共同的延迟。5、根据权利要求1所述的飞行时间PET扫描仪，其中，所述辐射探测器(10)的所述时间-数字转换器(34)的所述延迟修整元件(46)包括用于所述数字延迟元件(40)的偏置电路(46)，可以独立控制所述偏置电路，以提供对影响所述数字延迟元件的延迟的所述数字延迟元件的偏置条件的独立控制。6、根据权利要求1所述的飞行时间PET扫描仪，其中，所述辐射探测器(10)的所述时间-数字转换器(34)的每个数字延迟元件(40)包括表示所述共同延迟的预定部分的两个或更多子延迟元件(72、74)，所述读出电路(50、52、60、82、84、86、88)基于所述子延迟元件的状态，以小于所述共同延迟的时间分辨率来计算所述环形振荡器(36、36')的状态。7、一种时间-数字转换器，包括多个数字延迟元件(40)，其可操作地互连为环形振荡器(36、36');延迟修整元件(46)，其可操作地连接到所述数字延迟元件并且可配置为对所述数字延迟元件设定基本共同的延迟；和读出电路(50、52、60、82、84、86、88)，其被配置为产生表示响应于触发事件的所述环形振荡器的一个状态的输出。8、根据权利要求7所述的时间-数字转换器，其中，所述读出电路(50、52、60、82、84、86、88)包括粗略计数电路(60)，其产生对所述环形振荡器(36、36')的多个状态周期或子周期的计数。9、根据权利要求7所述的时间-数字转换器，进一步包括电路(54),其用于收集响应于随机化触发事件的所述环形振荡器(36、36')的输出的直方图数据；禾口电路(56)，其用于基于所述直方图数据调整所述延迟修整元件(46)，以对所述数字延迟元件(40)设定所述基本共同的延迟。10、根据权利要求7所述的时间-数字转换器，其中，所述数字延迟元件(40)具有取决于所述数字延迟元件的偏置条件的延迟，并且所述延迟修整元件(46)包括用于所述数字延迟元件的偏置电路(46)，可独立控制所述偏置电路，以提供对所述数字延迟元件的偏置条件的独立控制。11、根据权利要求7所述的时间-数字转换器，其中，所述数字延迟元件(40)具有基本比所述共同延迟短的转换时间。12、根据权利要求7所述的时间-数字转换器，其中，所述数字延迟元件(40)包括读出缓冲器(48，)，该读出缓冲器(48，)具有基本比所述共同延迟长的转换时间，并且所述读出电路(50、52、60、82、84、86、88)包括模数转换器(84)，其用于数字化响应于所述触发事件的所述延迟元件的值；和.译码电路(86)，其基于数字化的值，以小于所述共同延迟的时间分辨率来计算所述环形振荡器(36')的状态。13、根据权利要求12所述的时间-数字转换器，其中，所述译码电路(86)参考査找表(88)。14、根据权利要求7所述的时间-数字转换器，其中，每个数字延迟元件(40)包括两个或更多子延迟元件(70、72)，所述两个或更多子延迟元件提供对所述共同延迟的过采样。15、一种辐射探测器，包括辐射敏感部件(20)，其产生表示辐射探测事件的信号(22);和根据权利要求7所述的时间-数字转换器(34)，其包括读出电路(50、52、60、82、84、86、88)，所述读出电路被配置为当产生所述信号时至少基于所述环形振荡器的状态来为所述辐射探测事件产生时间标记。16、一种用于校准环形振荡器(36，36')的方法，所述环形振荡器包括可操作地互连为环形振荡器的多个延迟元件(40)，该方法包括'测定响应于随机化触发事件的所述环形振荡器的输出的直方图数据；和基于所述直方图数据调整所述延迟元件的延迟，以对所述延迟元件设定基本共同的延迟。17、根据权利要求16所述的方法，其中，所述调整包括以下至少一个修整影响所述延迟的数字元件的偏置(46)，调整模数转换参数，所述模数转换参数在所述环形振荡器的子时间区间宽度分辨率读出中采用，和.调整过采样读出缓冲器(70、72)的延迟，所述过采样读出缓冲器(70、72)在所述环形振荡器的子时间区间宽度分辨率读出中采用。18、一种时间-数字转换器，包括多个数字延迟元件(40)，其可操作地互连为环形振荡器(36')，所述数字延迟元件包括读出缓冲器(48，)，该读出缓冲器(48，)具有基本比所述数字延迟元件的延迟长的转换时间；模数转换器(82，84)，其用于对响应于触发事件的所述延迟元件的值进行数字化；和译码电路(86，88)，其基于数字化值，计算对应于所述触发事件的环形振荡器的一个状态，所计算的状态具有比所述数字延迟元件的延迟小的时间分辨率。19、根据权利要求18所述的时间-数字转换器，其中，所述模数转换器(82，84)包括采样-保持电路(82)，其采集所述数字延迟元件(40)的模拟值；和模数转换电路(84)，其与所述采样-保持电路耦接，从而以至少2位的分辨率来数字化所述模拟值。20、根据权利要求18所述的时间-数字转换器，其中，所述辐射探测器(10)的所述时间-数字转换器(34)的所述译码电路(86，88)参考查找表(88)。21、一种辐射探测器，包括辐射敏感部件(20)，其产生表示辐射探测事件的信号(22);和如权利要求18所述的时间-数字转换器(34)，其中所述模数转换器(82，84)被配置为对响应于表示辐射探测事件的信号的所述延迟元件(40、48，)的值进行数字化。22、一种飞行时间PET扫描仪，包括辐射探测器，每个辐射探测器包括辐射敏感部件(20)和如权利要求18所述的时间-数字转换器(34)，其中，所述辐射敏感部件(20)被配置为产生表示辐射探测事件的信号(22)，所述时间-数字转换器(34)被配置为至少基于所述环形振荡器(36，)的状态来为所述辐射探测事件产生时间标记；辐射对探测电路(12)，其基于所述辐射探测事件的数字化值识别两个基本同时的辐射探测事件；响应线处理器(13)，其测定连接所述两个辐射探测事件的空间响应线；.和飞行时间处理器(14)，其基于所述两个基本同时的辐射探测事件的时间标记之间的时间差，沿着所述响应线定位源事件。全文摘要在飞行时间正电子发射断层成像(PET)扫描仪(2)的辐射探测器(10)中，辐射敏感部件(20)产生表示辐射探测事件的信号(22)。时间-数字转换器(34)包括可操作地互连为环形振荡器(36，36’)的数字延迟元件(40)和读出电路(50、52、60、82、84、86、88)，该读出电路被配置为当产生信号时至少基于响应辐射探测事件的环形振荡器的一个状态，为辐射探测事件产生时间标记。延迟修整元件(46)可操作地连接到数字延迟元件，以为数字延迟元件设定基本共同的延迟。另外或者可替代地，数字延迟元件(40)包括具有比数字延迟元件的延迟基本更长的转换时间的读出缓冲器(48’)，模数转换器(82，84)数字化延迟元件的值，并且译码电路(86，88)基于数字化的值计算环形振荡器(36’)的状态。文档编号G01T1/29GK101467067SQ200780022164公开日2009年6月24日申请日期2007年5月29日优先权日2006年6月15日发明者P·菲舍尔,T·J·佐尔夫申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司