光子计数X射线辐射探测系统中的光子计数的校正技术方案

本发明专利技术涉及一种光子计数X射线辐射探测系统。所述系统(31)包括X射线辐射设备(2)，所述X射线辐射设备用于在扫描的探测时段期间提供用于穿过检查区(5)的多色X射线辐射(4)。包括探测元件(3)的光子计数探测设备(6)探测己经穿过所述检查区之后的所述X射线辐射，并且在所述探测时段期间测量针对每个探测元件的在一个或多个能量分箱中的光子计数。校正单元(12)估计针对每个探测元件的存在于所述探测元件中的积聚的电荷的量并且基于所述积聚的电荷的所估计的量来校正针对所述探测元件的测得的光子计数。这允许补偿由积聚的电荷引起的光子计数率的损坏并改进光子计数的确定。

Photon counting correction in photon counting X ray radiation detection system

The invention relates to a photon counting X ray radiation detection system. The system (31) includes a X ray radiation device (2), which is used to provide a polychromatic X ray radiation (4) for passing through the inspection area (5) during the detection period of the scanning. The photon counting detector (6), which includes a detection element (3), probes the X ray radiation that has passed through the inspection area, and measures the photon counts in one or more energy sub boxes for each detection element during the period of detection. The correction unit (12) estimates the amount of charge accumulated for each detection element in the detection element and corrects the measured photon count of the detected element based on the estimated amount of the accumulated charge. This allows compensation for the damage of photon counting rate caused by accumulated charges and improves the determination of photon counts.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光子计数X射线辐射探测系统中的光子计数的校正
本专利技术涉及光子计数X射线辐射探测系统和方法。本专利技术还涉及用于控制所述光子计数X射线辐射探测系统的计算机程序以及包括所述光子计数X射线辐射探测系统的X射线成像系统。
技术介绍
用于诸如谱分辨计算机断层摄影(CT)的成像应用的辐射探测器利用设置在阴极和阳极之间的直接转换材料，例如碲化镉(CdTe)，镉锌碲(CaZnTe)或硅(Si)，跨阴极和阳极施加电压。X射线光子照射阴极，将能量转移到直接转换材料中的电子，这创建了电子/空穴对，其中，电子向阳极漂移。作为响应，阳极产生电信号，该电信号被进一步处理以便测量一个或多个能量分箱中的光子计数。这通常借助于以下项来完成：放大器，其对电信号进行放大；脉冲整形器，其对经放大的电信号进行处理并产生具有指示探测到的辐射的能量的峰值振幅或高度的脉冲；能量分辨器，其将脉冲的高度与一个或多个阈值进行比较；计数器，其针对每个阈值对脉冲的前沿跨越阈值的次数进行计数；以及能量分箱器，将光子计数分箱到各能量范围中，从而在频谱上解析探测到的辐射。原则上，能量分箱器可以用硬件来实现；然而，更典型的是，其是通过的外部软件部件来实现的。DSBale和C.Szeles的“Electrontransportandchargeinductionincadmiumzinctelluridedetectorwithspacechargebuildupunderintensex-rayirradiation”，JournalofAppliedPhysics，Vol.107，No.11(2010)描述了使用直接转换材料的宽带隙半导体辐射探测器易受在X射线照射下增加的时间依赖的正电荷或负电荷积聚的影响。由于这种俘获的并且时间相关的电荷(其可以是正电荷或负电荷)，X射线生成的电子的量在到达阳极的过程中减少。因此，针对给定的X射线能量的探测到的脉冲高度改变，导致针对给定的阈值的与时间相关的光子计数率。这种时间不稳定性可能会使生成的图像的质量严重劣化，例如，它可能会导致图像中出现具有时间依赖的强度的环状伪影。H.Ding和S.Molloi的“Image-basedspectraldistortioncorrectionforphoton-countingx-raydetectors”，MedicalPhysics，Vol.39，No.4(2012)公开了一种针对光子计数X射线探测器的基于图像的光谱失真校正。作者进行了实验，其中，他们使用各种厚度的BR12体模利用5个能量阈值镉-锌-碲(CZT)光子计数探测器进行校准。将测量的计数与模拟结果进行比较，并且对于每第i个能量分箱导出校准函数，将测量的计数转换为模拟的计数。WO2008/013663A2公开了一种增益/延迟伪影校正算法和软件。基于由探测器感测的测量信号来估计要填充在成像系统的探测器中的俘获总数。基于估计的俘获总数和探测器的当前俘获状态来调整测量信号。随后更新探测器的俘获状态。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光子计数X射线辐射探测系统和方法，其允许改进对光子计数的确定。本专利技术的另一个目的是提供一种用于控制光子计数X射线辐射探测系统的计算机程序，以及提供一种包括所述光子计数X射线辐射探测系统的X射线成像系统。在本专利技术的第一方面中，提出了一种光子计数X射线辐射探测系统，其中，所述系统包括：-X射线辐射设备，其用于在扫描的探测时段期间提供用于穿过检查区的多色X射线辐射，其中，所述检查区适于容纳对象，-光子计数探测设备，其包括探测元件，所述探测元件用于探测己经穿过所述检查区之后的所述X射线辐射，其中，所述光子计数探测设备适于在所述探测时段期间针对每个探测元件测量在一个或多个能量分箱中的光子计数，以及-校正单元，其用于针对每个探测元件估计存在于所述探测元件中的积聚的电荷的量并且用于基于所述积聚的电荷的所估计的量来校正针对所述探测元件的测得的光子计数。由于校正单元针对每个探测元件估计存在于探测元件中的积聚的电荷的量，并且由于其基于所述积聚的电荷的估计的量校正了针对探测元件的测量的光子计数，因而可以补偿由积聚的电荷引起的光子计数率的损坏，使得可以更精确地确定一个或多个(例如两个、三个、四个、五个、六个或更多个)能量分箱中的照射每个探测元件的多色X射线辐射的光子的数量。如果例如在谱分辨计算机断层摄影系统中使用光子计数X射线辐射探测系统，则光子计数的确定中的这种改进可以得到所生成图像的质量提高。在一个实施例中，所述辐射设备包括用于发射多色X射线辐射的X射线辐射源和用于将发射的X射线辐射准直为锥形X射线辐射束的准直器。在另一个实施例中，准直器可以适于将X射线辐射准直为具有另一形状的射束，例如扇形射束。光子计数探测设备的探测元件优选地包括设置在阴极和阳极之间的直接转换材料，例如CdTe，CaZnTe或Si，其中，跨阴极和阳极施加电压。照射阴极的多色辐射光子将能量传递给直接转换材料中的电子，其创建电子/空穴对，其中，电子朝向阳极漂移。作为响应，阳极产生电信号，该电信号被进一步处理以测量一个或多个能量分箱中的光子计数。为此，每个探测元件优选地包括：放大器，其对电信号进行放大；脉冲整形器，其处理经放大的电信号并产生具有指示探测到的辐射的能量的峰值幅度或高度的脉冲；能量分辨器，其将脉冲的高度与一个或多个阈值进行比较；以及计数器，其针对每个阈值对脉冲的前沿越过阈值的次数进行计数。优选地通过从每个探测元件的计数器读入光子计数的外部软件组件来实现将光子计数分箱到能量范围中从而光谱地分辨探测到的辐射的额外的能量分箱器。优选的是，校正单元适于基于具有多个模型参数的数学校正模型来执行对探测元件的估计和校正，其中，所述校正模型对依赖于时间的所述积聚的电荷的所述量进行建模并且将所述积聚的电荷的所述量与校正值相关以校正每个能量分箱中的所述测得的光子计数。通过利用这样的校正模型，可以确定在给定时间点存在于探测元件中的积聚的电荷的量。此外，由于光子计数率的损坏是由积聚的电荷引起的，因此存在于探测元件中的积聚的电荷的量可以与用于校正每个能量分箱中的测量的光子计数的校正值有关。进一步优选的是，对积聚的电荷的量依赖于时间的建模包括创建增加分量和减少分量，所述增加分量和所述减少分量分别对依赖于时间的积聚的电荷的量的增加和减少进行建模。这允许考虑影响探测元件中在给定时间点存在的积聚的电荷的量的两个相反效应：一方面，在利用多色X射线辐射照射探测元件的情况下，积聚的电荷的量依赖于时间而增加的效应；并且另一方面，由于俘获电荷变得不被俘获(例如，在探测元件所包含的材料的状态朝向平衡状态弛豫时随着时间而通过声频声子)，积聚的电荷依赖于时间而减少的效应。更具体地说，增加分量优选地依赖于第一模型参数，所述第一模型参数依赖于X射线辐射并且依赖于X射线辐射从X射线辐射设备到探测元件的路径上的对象的材料组合。这些元素的特征，即所提供的多色X射线辐射，以及X射线辐射在从X射线辐射设备到探测元件的路径上所穿过的材料的组合，确定了最终照射探测元件的X射线辐射的谱分布，其中，探测元件中积聚的电荷的量的相应增加依赖于照射。在X射线辐射从X射线辐射设备到探测元件的路径上的对象的材料组合可以例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子计数X射线辐射探测系统，所述系统(31)包括：‑X射线辐射设备(2)，其用于在扫描的探测时段期间提供用于穿过检查区(5)的多色X射线辐射(4)，其中，所述检查区(5)适于容纳对象，‑光子计数探测设备(6)，其包括探测元件(3)，所述探测元件用于探测己经穿过所述检查区(5)之后的所述X射线辐射，其中，所述光子计数探测设备(6)适于在所述探测时段期间针对每个探测元件(3)测量在一个或多个能量分箱中的光子计数，以及‑校正单元(12)，其用于针对每个探测元件(3)估计存在于所述探测元件(3)中的积聚的电荷的量并且用于基于所述积聚的电荷的所估计的量来校正针对所述探测元件(3)的测得的光子计数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.18 EP 15185870.11.一种光子计数X射线辐射探测系统，所述系统(31)包括：-X射线辐射设备(2)，其用于在扫描的探测时段期间提供用于穿过检查区(5)的多色X射线辐射(4)，其中，所述检查区(5)适于容纳对象，-光子计数探测设备(6)，其包括探测元件(3)，所述探测元件用于探测己经穿过所述检查区(5)之后的所述X射线辐射，其中，所述光子计数探测设备(6)适于在所述探测时段期间针对每个探测元件(3)测量在一个或多个能量分箱中的光子计数，以及-校正单元(12)，其用于针对每个探测元件(3)估计存在于所述探测元件(3)中的积聚的电荷的量并且用于基于所述积聚的电荷的所估计的量来校正针对所述探测元件(3)的测得的光子计数。2.根据权利要求1所述的光子计数X射线辐射探测系统，其中，所述校正单元(12)适于基于具有多个模型参数的数学校正模型来执行针对所述探测元件(3)的所述估计和所述校正，其中，所述校正模型对依赖于时间的所述积聚的电荷的所述量进行建模并且将所述积聚的电荷的所述量与校正值相关以校正在每个能量分箱中的所述测得的光子计数。3.根据权利要求2所述的光子计数X射线辐射探测系统，其中，对依赖于时间的所述积聚的电荷的所述量的所述建模包括增加分量和减少分量，所述增加分量和所述减少分量分别对依赖于时间的所述积聚的电荷的所述量的增加和减少进行建模。4.根据权利要求3所述的光子计数X射线辐射探测系统，其中，所述增加分量依赖于第一模型参数，所述第一模型参数依赖于所述X射线辐射(4)并且依赖于所述X射线辐射(4)从所述X射线辐射设备(2)到所述探测元件(3)的路径上的所述对象的材料组合。5.根据权利要求3所述的光子计数X射线辐射探测系统，其中，所述减少分量依赖于第二模型参数，所述第二模型参数定义所述积聚的电荷的所述量的恒定减少率。6.根据权利要求2所述的光子计数X射线辐射探测系统，其中，所述积聚的电荷的所述量通过第三模型参数与所述校正值相关，所述第三模型参数对于每个能量分箱是特定的，并且所述第三模型参数基于所述X射线辐射(4)从所述X射线辐射设备(2)到所述探测元件(3)的路径上的所述对象的材料组合。7.根据权利要求2所述的光子计数X射线辐射探测系统，其中，对依赖于时间的所述积聚的电荷的所述的量的所述建模基于在所述扫描的先前探测时段...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·德尔，A·特伦，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL