光子计数X射线探测器、医疗成像设备和方法技术

本发明专利技术涉及光子计数X射线探测器、医疗成像设备和方法。一种光子计数X射线探测器，其具有被配置为根据转换器元件(4)中的能量沉积将入射的X射线(R)转变为电信号的转换器元件(4)和与之耦连的评估单元(2)，其具有脉冲生成单元(6)，其被配置为基于由转换器元件(4)馈入的电信号生成并输出电脉冲(S)，微分器单元(10)，其与脉冲生成单元(6)耦连并且被配置为生成由脉冲生成单元(6)输出的电脉冲(S)的微分信号(dS)，和第一比较器(8)，其与微分器单元(10)耦连并且被配置为将所生成的微分信号(dS)与第一阈值(TH1)进行比较并且基于该比较针对超过阈值(TH1)的持续时间输出二进制输出信号(K1)。(K1)。(K1)。

【技术实现步骤摘要】
光子计数X射线探测器、医疗成像设备和方法


[0001]本专利技术涉及一种光子计数X射线探测器、一种具有光子计数X射线探测器的医疗成像设备以及一种通过光子计数X射线探测器生成X射线图像数据集的方法。

技术介绍

[0002]光子计数X射线探测器用于许多成像应用中。例如，这些X射线探测器可用于医疗成像中的计算机断层扫描，以生成患者检查区域的断层X射线图像。
[0003]尤其可使用光子计数的直接转换X射线探测器作为光子计数X射线探测器。在这种X射线探测器中可通过合适的转换器材料将入射的X射线或光子转换成电脉冲。例如，CdTe、CZT、HgI2、GaAs等可被用作转换器材料。电脉冲由评估电子设备、例如集成电路(专用集成电路，ASIC)来评估。然后，在进行计数的X射线探测器中通过由转换器材料中X射线光子的吸收所触发的电脉冲的计数来测量入射的X射线并将其用作图像信号。所生成的电脉冲的高度或长度通常与所吸收的X射线光子的能量成比例。由此，可通过将电脉冲的高度或长度与能量阈值进行比较来提取光谱信息。光子计数X射线探测器通常具有多个可设置的用于比较所生成的电脉冲的能量阈值，从而使得可根据由能量阈值定义的多个能量范围来进行能量分辨的测量。
[0004]尤其是对于如在X射线成像中且尤其是在计算机断层扫描中可能出现的高光子通量，可能发生所生成的电脉冲的叠加，即所生成的脉冲的所谓的堆积，这可能会导致失真的脉冲高度或脉冲长度，甚至导致探测器的瘫痪，其中所生成的脉冲不再下降到预定的能量阈值以下。因此，堆积会导致被计数的光子事件的数目失真，并且在能量分辨的测量中还会导致所测量的能量失真，并且在光子通量非常高的情况下甚至可能导致测量信号无法用于X射线成像。
[0005]有一系列措施可抵消堆积效应的影响。一种简单的可能性是减小像素尺寸并且随之减少通过单个像素元素待处理的光子通量。然而，这例如由于所发生的电荷共享的增加而具有不利影响，即事件拆分在多个彼此相邻的像素元素上。其他的可能性例如在于电路的实现，其检测所发生的堆积或至少可使得评估发生在测量信号上的影响。
[0006]在文献DE 10 2008 048 306 B4中公开了一种用于探测X射线管的X射线的方法，其中预设了至少一个阈值能量，以用于比较在X射线探测器中取决于光子能量所生成的信号，它高于从X射线管发射的X射线光谱的最大能量，从而可探测受堆积影响的事件。
[0007]在文献DE 10 2009 018 995 B4中公开了一种具有大量直接转换探测器元件的探测器，其中所生成的信号脉冲一方面被馈送到以预设的能量阈值连续工作的脉冲高度鉴别器并且另一方面被馈送到以预设的能量阈值和预设的时钟频率通过时钟驱动的方式工作的脉冲高度鉴别器，然后被记录在组合逻辑中，其中通过时钟驱动的方式工作的脉冲高度鉴别器旨在避免对计数速率的过度低估。
[0008]在文件US 2019/001 209 75中公开了一种用于对光子进行计数的电路，其具有包括至少一个用于将所生成的脉冲幅度与阈值进行比较的比较器的数字级、用于确定其中脉
冲信号的导数具有特定符号的周期的微分电路以及用于将比较器和微分电路的输出进行组合的逻辑门，其中对在组合元件输出端存在的脉冲进行计数。

技术实现思路

[0009]在此，本专利技术基于以下考虑，即如果在X射线光子率较高的情况下也可减少堆积对通过X射线探测器所探测的信息的影响，则将可实现更高质量的成像和X射线探测器的更灵活的使用。
[0010]因此，本专利技术的目的在于提供一种改进的光子计数X射线探测器，以便可实现更高质量的成像和光子计数X射线探测器的更灵活的使用。
[0011]该目的通过独立权利要求的特征实现。在从属权利要求和以下说明中阐述了本专利技术的其他有利的和部分创造性的实施方式和改进方案。
[0012]本专利技术涉及一种光子计数X射线探测器，其具有：转换器元件，其被配置为根据该转换器元件中的能量沉积将入射的X射线转换成电信号；和与其耦连的评估单元，其具有被配置为基于从转换器元件馈入的电信号生成并输出电脉冲的脉冲生成单元、与脉冲生成单元耦连并被配置为生成由脉冲生成单元输出的电脉冲的微分信号的微分器单元以及第一比较器，其与微分器单元耦连并被配置为将所生成的微分信号与第一阈值进行比较并且基于该比较在超过阈值的持续时间内输出二进制输出信号。
[0013]在本专利技术的范畴中所使用的光子计数X射线探测器也可被称为进行计数的直接转换X射线探测器。直接转换X射线探测器通常以堆叠结构实现，其中所分配的例如呈ASIC(专用集成电路)形式的评估单元在下侧连接到转换器材料的一个层，即连接到转换器元件。可选地，在评估单元与转换器元件之间还可布置有中间层、中介层，其可有利于稳定性或者也可用于信号线的变向。转换器元件的下侧通常具有呈金属化接触元件形式的多个电极。其在信号传输技术上与评估单元接触，通常是焊接。在此，通常转换器侧的接触元件与评估单元侧的被实施为像素形状的配对接触元件相对置。在常规实施方式中，评估单元提供像素电子器件以用于逐像素地处理通过电极输入的信号。入射的x射线辐射在转换器元件的转换器材料中根据x射线光子的局部沉积能量被转变为电荷载流子，基于局部沉积能量信号在逐像素的像素电子器件中被生成并得到进一步处理。光子计数X射线探测器的像素元件则可被理解为由评估单元的各个逐像素的像素电子器件和在转换器元件中分配给像素元件的探测体积组成，该探测体积由在转换器侧的相应电极和施加在转换器元件的对置侧的顶部电极之间的电场形成。
[0014]通常，为光子计数X射线探测器的每个这样的像素元件分配脉冲生成单元。也就是说，评估单元通常具有多个脉冲生成单元。脉冲生成单元尤其是可具有信号放大器和脉冲整形器。脉冲生成单元用于放大通过电极输入到像素电子器件中的信号并输出模拟信号脉冲，其脉冲幅度和/或脉冲长度取决于在分配给所考虑的脉冲生成单元的转换器元件探测体积中由入射的X射线光子的能量沉积所产生的电荷载流子。
[0015]根据本专利技术，将由脉冲生成单元输出的模拟信号输出到微分单元并进行微分，从而由微分单元输出的信号代表由脉冲生成单元输出的信号的导数。通过导数、即微分信号可提供关于由脉冲生成单元输出的信号的信号变化的信息，即例如关于上升或下降部分的信息。如果例如出现由脉冲生成单元所生成的脉冲的叠加而由脉冲生成单元所生成的主脉
冲没有衰减，则可通过微分信号探测可能出现的新的信号上升。因此，基于微分信号可有利地导出更加不取决于堆积的信息或对出现的堆积的提示并将其用于X射线图像数据集的生成。例如，微分信号的分析可提供改善的对入射光子实际数目的指示。微分器单元可以不同的方式实施。例如，其包括以模拟方式确定由脉冲生成单元输出的信号的斜率符号的电路。
[0016]根据本专利技术，微分信号进一步被输出到与微分器单元在信号技术上耦连的第一比较器，借助于该第一比较器将微分信号与第一阈值进行比较，并基于该比较输出二进制信号。因此，微分信号借助于第一阈值被数字化以用于简单且如有可能也直接的进一步处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光子计数X射线探测器，具有一个转换器元件(4)以及与所述转换器元件耦连的一个评估单元(2)，所述转换器元件被配置为根据在所述转换器元件(4)中的能量沉积将入射的X射线(R)转变为电信号，所述光子计数X射线探测器具有：
–
一个脉冲生成单元(6)，被配置为基于由所述转换器元件(4)馈入的电信号生成并输出一个电脉冲(S)；
–
一个微分器单元(10)，与所述脉冲生成单元(6)耦连，并且被配置为生成由所述脉冲生成单元(6)输出的电脉冲(S)的一个微分信号(dS)；以及
–
一个第一比较器(8)，与所述微分器单元(10)耦连，并且被配置为：将所生成的所述微分信号(dS)与一个第一阈值(TH1)进行比较，并且基于所述比较在超过所述阈值(TH1)的持续时间内输出一个二进制输出信号(K1)。2.根据权利要求1所述的光子计数X射线探测器，其中所述评估单元(2)还具有一个第二比较器(81)，所述第二比较器与所述脉冲生成单元(6)耦连，并且所述第二比较器被配置为将由所述脉冲生成单元(6)生成的一个电脉冲(S)与一个第二阈值(TH2)进行比较，并且其中所述光子计数X射线探测器还具有一个求取单元(12)，所述求取单元被配置为：至少在由所述脉冲生成单元(6)生成的一个电脉冲(S)高于所述第二比较器(81)的所述第二阈值(TH2)期间，求取所述第一比较器(8)的所述二进制输出信号(K1)的一个序列。3.根据前述权利要求中任一项所述的光子计数X射线探测器，还具有一个第一计数单元(14)，所述第一计数单元与所述第一比较器(8)耦连，并且被配置为：对由所述第一比较器(8)输出的二进制输出信号(K1)的上升沿或下降沿的数目进行计数。4.根据权利要求3所述的光子计数X射线探测器，还具有一个适配单元(24)，所述适配单元被配置为：基于上升沿或下降沿的所计数的数目来适配所述脉冲生成单元(6)中所述电脉冲(S)的生成。5.根据权利要求4所述的光子计数X射线探测器，其中所述脉冲生成单元(6)具有一个第一脉冲生成通道(71)和一个第二脉冲生成通道(72)以及一个切换元件(26)，所述切换元件被配置为：针对生成所述电脉冲(S)至少在所述第一脉冲生成通道(71)与所述第二脉冲生成通道(72)之间进行切换，并且其中所述适配单元(24)被配置为：基于上升沿或下降沿的所计数的数目来切换所述切换元件(26)。6.根据前述权利要求中任一项所述的光子计数X射线探测器，其中所述评估单元(2)还被配置为：分别求取所述第一比较器(8)的所输出的一个二进制输出信号(K1)的所述持续时间。7.根据权利要求6所述的光子计数X射线探测器，其中所述X射线探测器还被配置为：确定在一个时间区间内的多个连续的二进制输出信号(K1)的多个持续时间上的积分或所述多个持续时间的平均值。8.一种医疗成像设备(32)，尤其是计算机断层扫描设备，包括根据前述权利要求中任一项所述的一个光子计数X射线探测器，并且包括在针对所述光子计数X射线探测器的相对置位置的一个X射线源(37)，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：西门子医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：