光子计数探测器系统技术方案

本发明专利技术的光子计数探测器系统，通过光子计数探测器的光子计数专用芯片采集各能级区间的计数与累计过阈时间，使其在低剂量率X射线条件下采集图像时，既可以统计每个能量区间内光子数目，也可以统计每个能量区间内光子总能量，为能谱图像提供了更丰富的能量信息；在高剂量率X射线条件下采集图像时，能够对光子堆叠严重程度做出判决，根据过阈时间计算各能级平均光子数，避免光子堆叠造成的计数器瘫痪对能谱特性影响，并能够对光子堆叠产生的计数非线性进行大幅度抑制与校正，解决光子计数探测器能谱失真问题。器能谱失真问题。器能谱失真问题。

【技术实现步骤摘要】
光子计数探测器系统


[0001]本专利技术医学影像设备领域，特别是涉及一种光子计数探测器系统。

技术介绍

[0002]光子计数探测器是一种新型能谱图像采集装置，是X射线CT、DR、数字减影血管造影机等医学影像设备的核心部件。光子计数专用芯片是光子计数探测器的核心处理单元。X射线光子入射到探测器，能够在探测器半导体晶体材料中激发电子空穴对，产生电荷脉冲，光子计数探测器专用芯片对脉冲能量进行甄别，并统计各个能区内光子的数量。
[0003]常规光子计数探测器受光子堆叠效应影响，输出计数与入射光子数呈非线性关系。随着X射线剂量率增加，堆叠造成计数的偏差越加显著。光子堆叠引起的能谱失真会降低能谱图像质量。
[0004]针对光子堆叠问题，目前已公开的主流文献与专利采用如下方法：
[0005]1.通过先验测试，在设定的X射线管电压、管电流、滤过条件下，预先测得低剂量率条件下的计数，此时光子堆叠发生概率较低，可视为探测器输出计数等于入射光子数；逐渐提高管电流，固定其它条件，记录各管电流条件下输出计数，入射光子数与管电流呈正比，可据此建立“入射光子
‑
输出计数”映射关系；探测器在实际应用过程中，根据“入射光子
‑
输出计数”映射关系，以查表方式校正计数。此方法的优点是不需要额外电路即能实现计数的非线性校正。缺点是该方法基于射线源与探测器之间无衰减物(或特定模体作为衰减物)的测试数据建立映射关系，当X射线通用人体组织或任意不确定物体发生衰减后，映射关系与先验测试条件结果差别较大，能谱分辨率低。
[0006]2.Presmatic Sensor AB公司专利US20220082710A1披露一种方法，通过设置计数器与计时器，同时统计计数与TTOT(Total Time Over Threshold，即为累计过阈时间)信息，利用TTOT信息对计数进行修正。但该方案的不足之处在于：模拟前端输出脉冲为准高斯型，所统计的过阈时间与脉冲能量只具有正相关性，不具有线性关系。
[0007]3.专用芯片的比较器设计为“非瘫痪型(non
‑
paralyzed model)”，即模拟脉冲连续超过阈值一段时间而未能降低至阈值以下，比较器判决出发生堆叠并快速复位，再次产生输出数字脉冲。非瘫痪模式具有一定抗堆叠作用，提高了探测器的计数率，但其复位时间为常数，无法针对不同阈值、不同晶体的电荷增益做出灵活的最优化适配，该模式下计数与真实光子能量分布情况存在偏差。

技术实现思路

[0008]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种光子计数探测器系统，用于解决用于解决现有技术中以上技术问题。
[0009]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种光子计数探测器系统，所述系统包括：光子计数探测器，包括：转换晶体，用于在设定的X射线剂量率采集图像的条件下，对入射的X射线光子激发出电子空穴对；具有像素阵列结构的光子计数专用芯片，包括：多
个排列的像素结构，用于分别将由以像素电荷信号形式收集对应当前像素的由所述转换晶体激发出的电子空穴对转换获得的电压脉冲信号进行处理获得准三角波模拟电压脉冲信号，并基于所述准三角波模拟电压脉冲信号统计多个能量区间内数字脉冲计数个数以及累计的过阈时间并输出；光子数计算模块，连接所述光子计数探测器，用于当X射线剂量率为高X射线剂量率时，基于各像素结构输出的累计的过阈时间，计算各像素每个能量区间的平均光子数；在当X射线剂量率为低X射线剂量率时，基于各像素结构输出的各能量区间内数字脉冲个数以及累计的过阈时间，计算各像素每个能量区间内的光子数目以及光子总能量。
[0010]于本专利技术的一实施例中，每个像素结构包括：电荷放大器，用于将以像素电荷信号形式收集的对应当前像素的由探测器的俘获晶体激发出的电子空穴对转换为电压脉冲信号；整形器，连接所述电荷放大器，用于对所述电压脉冲信号进行处理，输出准三角波模拟电压脉冲信号；分别对应一或多个不同的能级能量区间的能级输出模组，用于分别统计各能量区间内数字脉冲计数个数以及累计的过阈时间并输出。
[0011]于本专利技术的一实施例中，每个能级输出模组包括：对应当前能级区间的比较器，用于在所述准三角波模拟电压脉冲信号的电压值大于对应当前能量区间的能级电压阈值时输出高电平；计数器，连接所述比较器，用于在所述比较器输出高电平时统计数字脉冲计数个数并输出；计时器，连接所述比较器，用于在所述比较器输出高电平时统计模拟三角波累计的过阈时间并输出。
[0012]于本专利技术的一实施例中，所述计时器采用外部高速采样时钟作为内部计时主频。
[0013]于本专利技术的一实施例中，累计的过阈时间的单位为外高速采样时钟周期，且该外高速采样时钟周期通过外部晶振设定。
[0014]于本专利技术的一实施例中，在当X射线剂量率为低X射线剂量率时，所述整形器输出的准三角波模拟电压脉冲信号为相似三角形。
[0015]于本专利技术的一实施例中，当X射线剂量率为高X射线剂量率时，基于各像素结构输出的各能量区间内的数字脉冲计数个数以及累计的过阈时间，计算各像素每个能量区间的平均光子数的方式包括：当X射线剂量率为高X射线剂量率时，根据由各像素结构获得的所述准三角波模拟电压脉冲信号获得的对应各像素的每个能量区间下的光子脉冲平均脉宽以及各像素的每个能量区间下的累计的过阈时间计算获得各像素的每个能量区间下的平均光子数。
[0016]于本专利技术的一实施例中，在当X射线剂量率为低X射线剂量率时，基于各像素结构输出的各能量区间内数字脉冲个数以及累计的过阈时间，计算各像素每个能量区间内的光子数目以及光子总能量的方式包括：在当X射线剂量率为低X射线剂量率时，将所述各像素结构输出的各能量区间内数字脉冲个数作为各像素每个能量区间内的光子数目，并基于光子能量关系根据由各像素结构获得的所述准三角波模拟电压脉冲信号获得的对应各像素的每个能量区间下的阈值等效脉宽时间、各像素每个能量区间内的光子数目以及各像素的每个能量区间下的累计的过阈时间计算获得各像素每个能量区间内的光子总能量。
[0017]于本专利技术的一实施例中，所述光子能量关系包括：E
∝
T1+A
×
T2；其中，E为光子总能量，T1为累计的过阈时间，A为光子数目以及T2为光子脉冲平均脉宽。
[0018]于本专利技术的一实施例中，各像素结构通过LVDS串行总线向光子数计算模块传输多
个能量区间内数字脉冲计数个数以及累计的过阈时间。
[0019]如上所述，本专利技术是一种光子计数探测器系统，具有以下有益效果：本专利技术通过光子计数探测器的光子计数专用芯片采集各能级区间的计数与累计过阈时间，使其在低剂量率X射线条件下采集图像时，既可以统计每个能量区间内光子数目，也可以统计每个能量区间内光子总能量，为能谱图像提供了更丰富的能量信息；在高剂量率X射线条件下采集图像时，能够对光子堆叠严重程度做出判决，根据过阈时间计算各能级平均光子数，避免光子堆叠造成的计数器瘫痪对能谱特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光子计数探测器系统，其特征在于，包括：光子计数探测器，包括：转换晶体，用于在设定的X射线剂量率采集图像的条件下，对入射的X射线光子激发出电子空穴对；具有像素阵列结构的光子计数专用芯片，包括：多个排列的像素结构，用于分别将由以像素电荷信号形式收集对应当前像素的由所述转换晶体激发出的电子空穴对转换获得的电压脉冲信号进行处理获得准三角波模拟电压脉冲信号，并基于所述准三角波模拟电压脉冲信号统计多个能量区间内数字脉冲计数个数以及累计的过阈时间并输出；光子数计算模块，连接所述光子计数探测器，用于当X射线剂量率为高X射线剂量率时，基于各像素结构输出的累计的过阈时间，计算各像素每个能量区间的平均光子数；在当X射线剂量率为低X射线剂量率时，基于各像素结构输出的各能量区间内数字脉冲个数以及累计的过阈时间，计算各像素每个能量区间内的光子数目以及光子总能量。2.根据权利要求1中所述的光子计数探测器系统，其特征在于，每个像素结构包括：电荷放大器，用于将以像素电荷信号形式收集的对应当前像素的由探测器的俘获晶体激发出的电子空穴对转换为电压脉冲信号；整形器，连接所述电荷放大器，用于对所述电压脉冲信号进行处理，输出准三角波模拟电压脉冲信号；分别对应一或多个不同的能级能量区间的能级输出模组，用于分别统计各能量区间内数字脉冲计数个数以及累计的过阈时间并输出。3.根据权利要求2中所述的光子计数探测器系统，其特征在于，每个能级输出模组包括：对应当前能级区间的比较器，用于在所述准三角波模拟电压脉冲信号的电压值大于对应当前能量区间的能级电压阈值时输出高电平；计数器，连接所述比较器，用于在所述比较器输出高电平时统计数字脉冲计数个数并输出；计时器，连接所述比较器，用于在所述比较器输出高电平时统计模拟三角波累计的过阈时间并输出。4.根据权利要求3中所述的光子计数探测器系统，其特征在于，所述计时器采用外部高速采样时钟作为内部计时主频。5.根据权利要求4中所述的光子计数探测器系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：林培斌，
申请(专利权)人：北京富通康影科技有限公司，
类型：发明
国别省市：