X射线成像的散射估计和/或校正制造技术

本发明专利技术提供了在多级光子计数X射线探测器(102、103)中估计和/或补偿目标散射和/或内部散射的方法和装置，以及用于目标的X射线断层成像同时校正目标散射和/或内部散射的方法和装置。该X射线探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管，例如被设计用于：1)在目标散射具有缓慢变化的空间分布的假设下，基于在顶层和底层之间计数的差异来估计对所述至少两层的顶层中的计数的目标散射贡献；和/或2)基于通过将高衰光束截止置停留于探测器元件的顶部而选择性地遮蔽来自首次辐射的一些探测器元件来在底层中或在顶层和底层中估计具有在所述探测器内部的康普顿散射的光子的再吸收的计数，以及测量在那些探测器元件中的计数。

【技术实现步骤摘要】
X射线成像的散射估计和/或校正本申请为享有优先权日2015年6月26日的申请日为2015年10月8日、名称为“X射线成像的散射估计和/或校正”、申请号为201580081248.8的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术在这里提出的技术一般涉及X射线成像中的散射估计和/或校正，更具体地涉及用于在多层堆叠(直接转换)光子计数X射线探测器中对于目标散射和/或内部(探测器串扰)散射进行估计和/或补偿的方法和装置。
技术介绍
X射线成像是一种在医学成像中的常见方法，X射线的能量范围通常为10keV至200keV，在非破坏性测试或安全筛选中，能量可能更高。在此范围内，X射线主要通过康普顿效应和光电效应反应作用于物体。在第一种情况中，只有一部分X射线光子能量被传递到电子上，并且X射线在这个散射事件之后以减小的能量继续传播。在后一种情况下，所有能量都被传递给电子上，并且X射线被完全吸收。X射线成像探测器的一个挑战是如何从检测到的X射线中提取最大量信息以提供对于目标图像的输入，该目标是以密度、组成和结构来描述的。虽然仍然普遍使用胶片屏幕作为探测器，但目前大多数探测器已经提供数字图像。探测器需要将入射的X射线转换成电子，这通常是通过光效应或通过康普顿相互作用而发生的，所得到的电子通常产生二次可见光，直到其能量消失，然后用光敏材料检测该光。还需要不常见的探测器，它们是基于半导体的探测器，例如无定形硒或硅，在这种情况下，由X射线产生的电子根据电子和空穴对而产生电荷，它们是通过以足够的强度所施加的电场收集的。在计算机断层摄影(CT)中，优选的是需要大型探测器；在旋转方向上的探测器尺寸确定视场和与旋转方向(在扫描方向上的长度)相切的大z覆盖，这对于螺旋模式扫描中的快速全体采集和在单个旋转中覆盖整个器官的能力是必不可少的。然而，以较大的探测器对大目标(如人体)成像，会导致大的散射-初射比，它降低了图像质量，因为减小对比度和引入伪像。现有几种用于对抗散射的退化效应的方法。实际上，所有这些方法都落入以下的两种类型中：A.消除到达探测器的目标散射；B.通过简单减去空间散射轮廓或某些类型的解卷积来估计散射分布并对其进行校正。消除到达探测器的目标散射的方法包括气隙和防散射栅，而后一种类型的技术是增加吸收首次X射线的成本，并且降低了系统的剂量效率。用于估计目标散射的空间分布的方法包括：A.光束截止方法(美国专利6,618,466B1)，其中,小的和高吸收的目标(例如铅珠)被放置在X射线源和目标之间的光束路径中。因此，探测器上的对应位置对首次辐射是遮蔽的，探测器元件仅测量在该点处的散射辐射。由于散射轮廓是空间缓慢变化的(低频部件)，光阑可以不是稀疏地分布的，而仍然能够获得对散射轮廓的适当测量。B.蒙特卡罗或半分析仿真模型，通过对象的轮廓或者重建的切片，这种方法用于估计所述探测器上的目标散射轮廓。第二种方法是当前迭代重构方法中的关键步骤。目前的散射抑制和补偿方法的主要目的是去除图像伪像和提高图像对比度。随着光谱光子计数计算机断层扫描的出现，其中每个光子根据其沉积在探测器中的能量的量而被单独地计算并被分配给能量仓，对每个投影中的散射量的准确了解也变得更加重要。其原因是：光谱光子计数CT的混杂物之一能够在投影域中进行材料基分解，从而实现定量CT材料的基础分解，解决了最大似然性问题。用箱中的计数来获得每个投影中的材料基系数的一组线积分，并且如果计数包括来自散射辐射的未知数量的事件，所述线积分估计将被偏置，在所述重构图像中，所述线积分估计被偏置为偏置的材料基系数。用于从箱中计数获得线积分的最大似然性方法是较好地描述在以下文献中：RoesslandProksain“K-edgeimaginginx-raycomputedtomographyusingmulti-binphotoncountingdetectors”,PhysicsinMedicineandBiology,vol52,pp.4679–96,200。总而言之，精确的散射估计对于解锁光谱光子计数计算机断层摄影是非常必要的。美国专利US8,183,535B2描述了一种用于主要在计算机断层摄影中使用的光子计数能量敏感探测器。它的主要特征是使用安装在基于边缘的几何结构中的至少两个水平的硅二极管。这在美国专利8,183,535B2的图10a、图10b、图10c、图10d和图11中示出。它的第二特征是使用在每个二极管背面的薄钨片(或任何其它合适的X射线吸收器)。这些钨薄片作为内置防散射栅，减少由于硅的原子数低而导致的探测器材料中的康普顿相互作用所产生的目标散射和次要事件。人们通常感兴趣是获得改进的图像质量，通过对于这样和其他类型的光子计数X射线探测器提供高效的散射估计和/或校正来获得。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于在光子计数X射线探测器中估计目标散射的方法和装置以及相应的计算机程序。本专利技术还提供一种用于估计光子计数X射线探测器的内部散射的方法和装置以及相应的计算机程序。本专利技术的另一目的是提供用于在分层光子计数X射线探测器中调节测量的计数的方法和装置。本专利技术的还一目的是提供用于估计在分层光子计数X射线探测器中吸收的散射辐射的总量和空间轮廓的方法和装置。本专利技术的再一个目的是提供用于目标的X射线断层成像同时校正散射的方法和装置。根据第一方面，这里提供了一种用于在光子计数X射线探测器中估计目标散射的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：在目标散射具有缓慢变化的空间分布的假设下，基于在顶层和底层之间计数的差异来估计对所述至少两层的顶层中的计数的目标散射贡献。根据第二方面，这里提供了一种用于在光子计数X射线探测器中估计目标散射的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：基于通过将高衰光束截止置停留于探测器元件的顶部而选择性地遮蔽来自首次辐射的一些探测器元件来在底层中或在顶层和底层中估计具有在所述探测器内部的康普顿散射的光子的再吸收的计数，以及测量在那些探测器元件中的计数。根据第三方面，提供了一种用于调整在分层光子计数X射线探测器中所测量的计数的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：调整所测量的计数是至少基于根据第一方面所述方法估计的目标散射，因而获得由于主要的X射线相互作用产生的计数的无偏估计。根据第四方面，提供了一种用于调整在分层光子计数X射线探测器中所测量的计数的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：通过至少部分地基于根据第二方面所述方法估计的内部散射来调节所测量的计数，从而获得由首次X射线相互作用产生的计数的无偏估计。根据第五方面，提供了一种用于估计在分层光子计数X射线探测器中吸收的散射辐射的总量和空间轮廓的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：通过至少部分基于根据第一方面所述方法估计的目标散射进行估计。根据第六方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在光子计数X射线探测器中估计目标散射的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于，基于通过将高衰光束截止置停留于探测器元件的顶部而选择性地遮蔽来自首次辐射的一些探测器元件来在底层中或在顶层和底层中估计具有在所述探测器内部的康普顿散射的光子的再吸收的计数，以及测量在那些探测器元件中的计数。

【技术特征摘要】
2015.06.26 US 62/185,2371.一种用于在光子计数X射线探测器中估计目标散射的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于，基于通过将高衰光束截止置停留于探测器元件的顶部而选择性地遮蔽来自首次辐射的一些探测器元件来在底层中或在顶层和底层中估计具有在所述探测器内部的康普顿散射的光子的再吸收的计数，以及测量在那些探测器元件中的计数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述估计是在计算机断层摄影系统的台架的旋转期间对多个投影中的每一个投影进行估计的。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述X射线探测器是采用直接转换器材料的直接转换X射线探测器。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述直接转换器材料是硅。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：所述顶层用作所述底层的防散射栅格。6.一种用于调整在分层光子计数X射线探测器中所测量的计数的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：通过至少部分地基于根据权利要求1所述方法估计的内部散射来调节所测量的计数，从而获得由首次X射线相互作用产生的计数的无偏估计。7.一种用于估计在分层光子计数X射线探测器中吸收的散射辐射的总量和空间轮廓的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：通过至少部分基于根据权利要求1所述方法估计的内部散射进行估计。8.一种用于估计在具有至少两层探测器二极管的光子计数X射线探测器中的内部散射的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：所述装置是被配置为在底层中或者同时在顶层和底层中，基于在具有设置在所述探测器元件的顶部上的高衰减光阑的探测器元件的测量计数来估计从所述探测器内部具有康普顿散射的光子的再吸收的计数。9.一种用于调整在分层光子计数X射线探测器中所测量的计数的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：所述装置包括权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：马特斯·丹尼尔松，大卫·迈克尔·霍夫曼，
申请(专利权)人：棱镜传感器公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE