用于光子计数X射线检测器的光谱堆积校正制造技术

本发明专利技术提供了用于在能量鉴别光子计数检测器中进行堆积效应校正的方法和对应系统。对堆积的校正改善检测器的线性度和光谱响应并且对于光子计数检测器的许多应用至关重要。该方法和对应系统的复杂性低，并且可在在成像链的早期实施，可能直接在检测器固件中实施，以改善X射线成像系统的速度和数据处理性能。根据第一方面，本发明专利技术提供了用于在基于多个能量仓操作的不可瘫痪能量辨别光子计数X射线检测器中进行堆积校正的方法。该方法包括：对于多个能量仓中的每个能量仓，向能量仓的检测信号添加校正项，所述校正项是两个可分离参数化函数的乘积，该参数化函数中的每个参数化函数均包括至少一个参数，其中第一参数化函数取决于能量仓上的检测信号的加权和，并且其中第二参数化函数取决于一个或若干个能量仓中的检测信号。通过假定可分离性并忽略任何互相关性，参数的数量和堆积校正算法的复杂性显著降低。参数的数量和堆积校正算法的复杂性显著降低。参数的数量和堆积校正算法的复杂性显著降低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光子计数X射线检测器的光谱堆积校正


[0001]所提出的技术涉及X射线成像和X射线检测器，并且更具体地涉及用于在光子计数X射线检测器和X射线成像系统中进行脉冲堆积校正的方法和对应系统，以及对应的计算机程序和计算机程序产品。

技术介绍

[0002]放射照相成像(诸如X射线成像)多年来一直在医疗应用中用于无损检测。
[0003]通常，X射线成像系统包括X射线源和X射线检测器系统。X射线源发射X射线，这些X射线穿过待成像的对象或物体，然后由X射线检测器系统记录。由于一些材料比其他材料吸收更大一部分X射线，因此形成对象或物体的图像。
[0004]在一些应用中，光子计数X射线检测器已成为一种可行的替代方案。此类光子计数X射线检测器具有优势，因为原则上可以测量每个X射线光子的能量，这产生有关物体组成的附加信息。该信息可以用于提高图像质量并且/或者降低辐射剂量。
[0005]然而，在光子计数X射线检测器中，当多于一个光子在由电子器件中的脉冲宽度设置的时间窗口(所谓的死区时间)内击中检测器时，发生所谓的脉冲堆积。堆积导致计数丢失，因为两个或更多个光子最终仅生成单个脉冲。堆积还导致光谱失真，因为死区时间内的脉冲会增加到更大的脉冲高度，其被解释为具有更高能量的一个光子，并且脉冲还会增加到更宽的具有尾部的脉冲，其可被检测为第二低能量脉冲，或者继而可与后续脉冲堆积。堆积对放射图像的影响包括：
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对比噪声比降低，因为在较高计数率下计数丢失的增加会降低不同计数率区域(诸如放射目标)之间的对比度。
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材料分解图像中的偏差，因为检测器的光谱响应随计数率而变化，并且如果X射线管电流不同于校准时的电流，则将不同于经校准的光谱响应。
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标准X射线成像校正过程(诸如散射校正)和数据缩减操作(诸如像素或深度段的装仓)的效率降低，因为这些过程和操作通常假定线性检测器响应。
[0009]因此，希望应用某一过程来校正堆积效应的确定性部分。同样清楚的是，在任何其他校正过程(例如，散射校正)或数据缩减操作(例如，检测器像素或深度段的装仓)之前，需要在X射线成像系统的图像链的早期应用堆积校正过程。
[0010]光子计数检测器的堆积响应可主要分为两类：可瘫痪行为和不可瘫痪行为。1[0011]可瘫痪检测器具有死区时间，每个新事件都会重置该死区时间，如果事件率足够高，则会导致死区时间无限长。因此，某个事件率达到最大检测计数率，之后检测计数率开始降低。因此，作为事件率的函数的检测计数率并非单射函数和可逆函数，并且丢失计数的校正具有挑战性。
[0012]另一方面，不可瘫痪检测器具有不可扩展(或半可扩展)死区时间，这导致检测计数率随事件计数率的函数单调增加(通常是可逆的)。检测计数率将以由死区时间的倒数确定的最大计数率达到平稳状态。
[0013]对于无能量辨别的不可瘫痪光子计数检测器，可使用成熟的模型，这些模型以高精度描述因堆积造成的计数丢失。
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这些模型可反转，并允许校正丢失的计数。
[0014]对于具有能量鉴别的光子计数检测器，还需要补偿光谱失真，即计数在能量仓(energy bin)之间的迁移。然后校正问题变得更加复杂，特别是因为即使对于不可瘫痪检测器，仓响应函数通常也不是真实仓计数率的单射函数。对于低能量仓，较高能量仓的计数可能比仓计数率的增加更快地丢失，这导致最大计数率和向更高计数率下降。由于检测计数率和真实计数率之间无一对一映射，因此这种行为使得确定反转具有挑战性。
[0015]一种用于所谓的光谱堆积校正的方法是对堆积过程进行分析建模。
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可以分析或迭代的方式对模型进行反转，以校正堆积的影响。此方法的一个缺点是需要更多或更少详细的系统知识(事件光谱、脉冲形状等)，这些知识并不始终可用。另一种方法是使用基于神经网络或机器学习的数据驱动方法
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，其不需要任何高级别的系统知识。
[0016]然而，现有技术中所有方法的共同点是高度复杂性，无论是在算法本身中(如分析方法的情况)，还是在多个参数数量中(如数据驱动方法的情况)。如果这些方法离线实施、以有限的规模实施，或者无时间或内存约束，则这通常不是问题。然而，对于实际临床环境中的医学成像系统而言，数据量很大，并且时间显然是个问题。此外，如果算法要在其他校正算法和数据缩减操作之前位于成像链的早期，则可能需要在例如FPGA上的固件实施方式，这对算法可以使用的操作的数量和参数的数量增加了严格的限制。因此，现有技术中可用的方法对于在医学成像系统中的实际使用显然是次优的。

技术实现思路

[0017]本专利技术的一般目的是提供与光子计数X射线检测器相关的改进。
[0018]具体地，希望校正此类X射线检测器中的堆积效应。对堆积的校正改善了检测器的线性度和光谱响应。
[0019]本专利技术的特定目的是提供用于在不可瘫痪能量辨别光子计数X射线检测器中进行堆积校正的方法。
[0020]另一目的是提供用于在不可瘫痪能量辨别光子计数X射线检测器中进行堆积校正的系统。
[0021]又一目的是提供用于X射线成像的系统，该系统包括这种用于堆积校正的系统。
[0022]本专利技术还有一个目的是提供包括指令的计算机程序，该指令当由处理器执行时使处理器执行用于堆积校正的方法。
[0023]再一目的是提供包括非暂态计算机可读介质的计算机程序产品，在该非暂态计算机可读介质上存储有这样的计算机程序。
[0024]本专利技术的具体目的是提供用于光谱堆积校正的方法，该方法复杂性低并且可在成像链的早期实施，可能直接在检测器固件中实施，以改善X射线成像系统的速度和数据处理性能。
[0025]这些目的和其他目的可通过本文描述的实施方案中的至少一个实施方案来满足。
[0026]根据第一方面，提供了用于在基于多个能量仓操作的不可瘫痪能量辨别光子计数X射线检测器中进行堆积校正的方法。该方法包括：对于多个能量仓中的每个能量仓，向能量仓的检测信号添加校正项，所述校正项是两个可分离参数化函数的乘积，该参数化函数
中的每个参数化函数均包括至少一个参数，其中第一参数化函数取决于能量仓上的检测信号的加权和，并且其中第二参数化函数取决于一个或若干个能量仓中的检测信号。
[0027]根据第二方面，提供了用于在基于多个能量仓操作的不可瘫痪能量辨别光子计数X射线检测器中进行堆积校正的系统。该系统被配置为对于多个能量仓中的每个能量仓，向能量仓的检测信号添加校正项，所述校正项是两个可分离参数化函数的乘积，该参数化函数中的每个参数化函数均包括至少一个参数，其中第一参数化函数取决于能量仓上的检测信号的加权和，并且其中第二参数化函数取决于一个或若干个能量仓中的检测信号。
[0028]举例来说，用于堆积校正的过程因此可分成两个可分离函数，其中第一函数基本上取决于非光谱信号，而第二函数基本上取决于通过非光谱信号归一化的光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在基于多个能量仓操作的不可瘫痪能量鉴别光子计数X射线检测器(20)中进行堆积校正的方法，其中所述方法包括：对于多个能量仓中的每个能量仓，向所述能量仓的检测信号添加校正项，所述校正项是两个可分离参数化函数的乘积，所述参数化函数中的每个参数化函数均包括至少一个参数，其中第一参数化函数取决于所述能量仓上的所述检测信号的加权和，并且其中第二参数化函数取决于一个或若干个能量仓中的所述检测信号。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一参数化函数包括至少一个参数，所述参数特定于正在校正的像素和/或深度段和/或仓。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第二参数化函数包括至少一个参数，所述参数特定于所述正在校正的像素和/或深度段和/或仓。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述X射线检测器(20)为深度分段侧面朝向检测器并且其中所述第二参数化函数还取决于来自每个检测器像素的两个或更多个深度段(22)的一个或若干个能量仓中的所述检测信号和/或校正信号。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述X射线检测器(20)为深度分段侧面朝向检测器并且所述方法还包括将一个或若干个乘法因子应用于来自每个检测器像素的两个或更多个深度段(22)的所述检测信号和/或校正计数率的附加步骤，所述乘法因子取决于检测计数率和/或所述校正计数率，并且所述乘法因子被选择为在将来自所述深度段的所述信号组合到像素信号时优化每个计数率下的对比噪声比。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一函数为有理函数。7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一函数为指数函数。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述第二函数为来自所有仓的信号的线性组合，即大小对应于仓数的平方的矩阵算子。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，所述方法还包括对所述第一参数化函数和/或所述第二参数化函数的所述参数的至少一个子集和/或所述加权和的所述参数执行校准的步骤。10.根据权利要求9所述的方法，其中通过以光子率范围曝光所述X射线检测器来确定和/或校准所述第一参数化函数和/或所述第二参数化函数的所述参数的至少一个子集和/或所述加权和的所述参数，从而得到不同级别的堆积。11.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：棱镜传感器公司，
类型：发明
国别省市：