本发明专利技术涉及具有能量辨别能力的光子计数硅x射线检测器并且涉及於x射线成像系统的应用。由该系统产生的整个图像质量通过本新颖方法来提高，该方法用于最佳地使用在康普顿事件中的能量信息以及选择性地使用从相邻像素中收集的电荷感应的计数。通过用于信号恢复的新颖方法减少了在高通量成像状态期间的堆集问题，其通过降低由读出电子链中的信号堆集带来的丢失事件的风险，提高了计数效率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请是2009年6月22日提交的US12/488930、2009年2月11日提交的US61/151637(临时)的一部分的继续，其公开在此被并入本文。本专利技术涉及X射线成像，并且更具体地涉及光子计数X射线成像。
技术介绍
理论思考已经表示，与在相同患者剂量情况下的能量积分系统相比，应用优化能量权重方案的理想光子计数能量敏感检测器具有提高在放射照相图像(X射线放射照相法和计算断层照相法)中的对比度-噪声比20-60%的潜力Cahn等人的“ Detectivequantum efficiency dependence on χ-ray energy weighting m mammograpny 成像中依赖于X射线能量权重的探测量子效率)”，Medical Physics 26，第2680-2683页，(1999) ;bhikhaliev 的“Projection χ-ray imaging with photon energy weigntmg experimental evaluation with a prototype detector (具有光ナ倉泛量权重的投身寸X射线成像使用模型检测器的实验评估)”，Physics in Medicine and Biology 54,第 4971-4992 页，(2009)；以及 Schmidt 的“Optimal image-based ' weighting forenergy-resolved CT(用于能量分辨CT的优化“基于图像的”权重)”,Medical Physics36 (7)，第 3018-3027 页，(2009)。光谱信息的使用，即有关独立X射线量子能源的评估，也开辟了其他光谱介质成像应用，例如组织成分的量化Alvarez 和 Macovski,的“Energy-selective reconstructionin x-ray computerized tomography (在x射线计算机化断层摄影法中的能量选择重构)”，Phys. Med. Biol. 21,第 733-44 页,(1976),以及 k 边缘成像J-P Schlomka, E Roessl 等人的“Experimental feasibility of multi-energy photon-counting K-edge imagingin pre-clinical computed tomography(在临床前计算断层摄影法中的多能量光子计数K 边缘成像的实验可行性)”,Physics in Medicine and Biology53 (15),第 4031-4047 页(2008)。光谱信息的使用还提供在医疗成像(安全扫描)的范围之外的改进非破坏性测试，在那里非已知材料的成分的知识是有价值的。已经推荐两种主要类型的直接转换半导体材料用于光子计数模式计算机断层摄影法应用締化镉(Cadmium Telluride)/締化镉锋(Cadmium Zink Telluride) (CdTe/CZT)以及娃条检测器(Nowotny 的“Application of Si-microstrip-detectors in medicineand structural analysis (娃微条检测器在医疗和结构分析中的应用)”，Nuclearinstruments and methods in Physics research 226(1984)果 34-39 页。在临床CT检查中在检测器上，上至1000Mcps/mm2的高x射线通量对检测器读出电子电路提出极高的要求，并且与能量积分系统相比，任何剰余的堆集将降低能量分辨率以及检测器的计数效率并且从而降低大部分的可获得提高。CZT已经显示出遇到以比在临床实践中遇到的通量率小100倍的通量率工作的这个问题Barber等人的‘‘Cnaracterization oi a novel pnoton counting detector for clinical CT ；countrate, energy resolution, and noise performance (用于临床 CT 的新颖光子计数检测器的特性；计数率，能量分辨率，以及噪声性能)”，Physics of Medical Imaging, in Proc. ofSPIE, vol. 7258(2009)。上述所谓的通量率问题可以简单地示出光子在3mm厚的CdTe或者CZT检测器像素的中间转换，感应电流脉冲在时间上将延长40-45ns。以Imm2像素上的1000MHz计数率，在脉冲之间的平均时间间隔将为1ns，并且这解释了为什么在已经以充分比在临床实践中遇到的低的通量率工作的CdTe检测器中脉冲将交叠(称为信号堆集的现象)。硅作为X射线检测器材料具有较短的感应电荷载流子收集时间(感应电流持续时间)；对于一般0.5_的检测器晶片厚度，收集时间为在8ns的级别。硅因此不倾向于以高通量率工作的信号的固有堆集。更小的像素尺寸和深度分割，尤其是具有如在2009年6月22日提交的交叉參考专利申请US 12/488930和2009年2月11日提交的US 61/151637中 描述的指数增长厚度进ー步减轻信号堆集的问题。另ー方面，当与CdTe/CZT相比时，硅遇到相对少量的原子数，使得它成为更差的光电吸收器。当X射线借由光电效应将能量堆积在直接转换检测器中时，所有光子能量将非常近似地转换为电子空穴对。在以高X射线能量(> 57 keV的平均光子能量)操作的硅检测器中，康普顿效应取代光电效应作为相互作用的主要类型。对于康普顿互相作用，堆积能量将取决于X射线偏转角，其继而可以仅利用1929年Klein和Nishina建立的已知关系以统计方式来确定。康普顿互相作用的高分量恶化了能量分辨率即，使它不能通过测量堆积能量推导原始X射线量子能量。光子计数检测器系统的另ー个优点是通过应用低噪声抑制阈值去除电子噪声的有害效应的能力。对于使用具有从50千电子伏特(keV)到140 keV能量范围的一般X射线光谱的CdTe/CZT检测器，主要量子将非常不可能堆积在10 keV以下的能量。这样的系统因此可以应用在10-20 keV周围的相对较高下阈值来抑制电子噪声，不会由放松主要X射线信号的高分量的风险。由于上面提及的康普顿互相作用的高分量，在以高X射线能量使用的硅检测器中，许多主要X射线量子将堆积在20 keV以下的能量。应用这种高噪声抑制阈值对于这种系统的图像质量会是非常决定性的，因为来自主要已经经受康普顿相互作用的X射线的计数的高分量将丢弃。因此将需要将噪声抑制阈值设置得较低。对于具有在0. 5-2 keV级别的堆积能量的非常低的能量仓，电子噪声将是在硅检测器系统中的错误计数的主要来源。由于在硅检测器中的康普顿散射，如果简单地丢弃在这种低能量仓中的计数，那么将丢失堆积低能量的许多主要事件。对于有些较高的能量仓(具有在2-5 keV范围中的已检测能量)，适合于非主要事件的计数的主要来源将是收集在相邻像素或电荷共享事件中的电荷感应的信号。该后ー种噪声计数通过应用反一致性逻辑可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.17 US 12/707,0761.ー种用于从在光子计数检测器中的康普顿事件抽取能量信息的方法，所述方法包括如下步骤-基于多个能量阈值根据它们的检测能量分配事件，其中所述阈值限定多个能量仓，并且每个能量仓具有相关能量仓函数；-转换所述光子计数检测器的检测响应函数；以及-将能量仓函数与经转换检测器响应函数合并来获得检测的事件的原始X射线量子能量在每个能量仓内的分布。2.如权利要求I所述的方法，其中原始量子能量的分布使用来适应光谱成像架构。3.如权利要求I所述的方法，其中所述检测器使用在医疗成像应用中。4.如权利要求I所述的方法，其中所述检测器使用在非破坏性测试中。5.如权利要求I所述的方法，其中数学地仿真所述检测器能量响应函数。6.如权利要求I所述的方法，其中利用単色X射线测量所述检测器能量响应函数。7.如权利要求I所述的方法，其中所述光子计数检测器是硅检测器。8.ー种用于从光子计数检测器中的康普顿事件抽取能量信息的装置，所述装置包括-用于基于多个能量阈值根据它们的检测能量分配事件的部件，其中所述阈值限定多个能量仓，并且每个能量仓具有相关能量仓函数；-用于转换所述光子计数检测器的检测响应函数的部件；以及-用于将能量仓函数与经转换检测器响应函数合并来获得检测的事件的原始X射线量子能量在每个能量仓内的分布的部件。9.如权利要求8所述的装置，还包括用于基于原始量子能量的分布适应光谱成像架构的部件。10.如权利要求9所述的装置，其中所述光子计数检测器是硅检测器。11.一种复位定形器滤波器输出以便增加光子计数检测器的计数效率和能量分辨率的方法，其中在定形器滤波器输出幅度已经到达最低阈值(Thrl)之后在某个时间点h将定形器滤波器输出和内部信号节点设置为O并且保持为O直到时间t2 >も。12.如权利要求11所述的方法，其中多个阈值和时间h及t2将在计数效率方面产生令人满意的提闻。13.如权利要求12所述的方法，其中时间h是在定形器滤波器输出已经到达在第一阈值水平和到达实际事件的最后(包括最后)阈值水平之间的任何阈值之后的某个时间。14.如权利要求11所述的方法，其中所述时间常数h及t2根据在检测器段中转换的X射线量子的频率自动地调节。15.如权利要求11所述的方法，其中所述阈值由电流和电阻控制的数模转换器(DAC)产生。16.一种复位定形器滤波器输出以便增加光子计数检测器的计数效率和能量分辨率的装置，其中所述装置配置来在定形器滤波器输出幅度已经到达最低阈值(Thrl)之后在某个时间点b将定形器滤波器输出和内部信号节点设置为O并且保持为O直到时间t2 >も。17.如权利要求16所述的装置，其中所述装置配置...
【专利技术属性】
技术研发人员：马斯·丹尼尔森，汉斯·博恩福尔克，克里斯特·斯文森，
申请(专利权)人：普里马蒂森索斯公司，
类型：
国别省市：
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