高通量光子计数探测器电子器件的制作方法
【专利摘要】一种成像系统（100)，其包括：辐射源（108)，其发射贯穿检查区域的辐射；麻痹性光子计数探测器像素（110)，其探测贯穿所述检查区域并且以输入光子速率到达的光子，并且生成指示所述光子的辐射；高通量电子器件（122)，其基于所述信号产生每个积分周期的过阈值总时间；重建参数识别器（124)，其基于所述阈值上总时间估计所述输入光子速率，并且基于所述估计结果识别重建参数；以及重建器（130)，其基于所识别的重建参数重建所述信号。
【专利说明】高通量光子计数探测器电子器件
【技术领域】
[0001] 以下总体涉及成像，并且更具体地涉及具有高通量光子计数探测器电子器件的成 像系统，并与计算机断层摄影（CT)结合进行描述。
【背景技术】
[0002] CT扫描器包括旋转框架和固定框架，所述固定框架可旋转地支撑旋转框架。X射 线管由旋转框架支撑。旋转框架以及因此X射线管围绕检查区域旋转，并且X射线管发射 贯穿检查区域以及被布置在其中的对象和/或物体的多色辐射。辐射敏感探测器跨越检查 区域，位于X射线管的对面，并且探测贯穿检查区域以及对象和/或物体的辐射。辐射敏感 探测器生成指示所探测的辐射的信号。重建器重建信号并且生成指示对象和/或物体的体 积图像数据。图像处理器能够用于处理体积图像数据，并且生成指示对象和/或物体的一 幅或多幅图像。
[0003] 辐射敏感探测器可以包括常规的积分（闪烁体/光传感器）探测器或直接转换光 子计数探测器。利用直接转换光子计数探测器，每个探测器像素产生针对其探测的每个光 子的电信号。放大器放大所述信号，并且信号整形器适当地整形所放大的信号，形成具有指 示光子的能量的高度或峰的电脉冲。鉴别器例如利用比较器将脉冲的幅度与能量阈值进行 比较，所述能量阈值是根据感兴趣X射线管的平均发射水平设定的。计数器针对每个阈值 对幅度超过阈值的次数进行计数，并且储存器储存计数。使用谱重建算法和/或常规重建 算法能够重建得到的经储存的光子。
[0004] 麻搏性（paralyzable)直接转换光子计数探测器具有非零的死时间，所述死时间 为花费用于分辨个体光子探测的时间。如果输入光子速率太高，则在探测光子的死时间期 间能够探测到两个或更多个光子。在该实例中，个体脉冲将在时间上交叠，并且因此可能是 不可分辨的并且可能被计数为单个事件。该现象已被称为脉冲堆积。麻痹性直接转换光子 计数探测器一直是在麻痹性模式中操作的，其中，如果另一光子在被探测光子的死时间期 间到达，则探测器的死时间将被延长。遗憾的是，在强堆积条件下操作探测器是困难的，并 且输出信号将是错误的，从而降低图像质量。
[0005] 本文描述的各方面解决上述问题及其他问题。
【发明内容】
[0006] 在一方面中，一种成像系统包括发射贯穿检查区域的辐射的辐射源。麻痹性光子 计数探测器像素，其探测贯穿检查区域并以输入光子速率到达的光子，并且其生成指示所 述光子的信号。高通量电子器件基于所述信号产生每个积分周期的过阈值总时间。重建参 数识别器基于所述过阈值总时间估计所述输入光子速率，并基于估计识别重建参数。重建 参数识别器估计输入光子速率，并且基于估计识别重建参数。重建器基于所识别的重建参 数重建所述信号。
[0007] 在另一方面中，一种方法包括：经由麻痹性光子计数探测器像素的输出，接收指示 在积分区间期间探测到的光子的信号；基于过阈值总时间，估计所述光子的输入光子速率； 基于所述估计识别重建参数；以及基于所识别的重建参数重建所述信号。
[0008] 在另一方面中，一种方法包括：经由高通量电子器件，针对积分区间接收光子计数 探测器的比较器的输出；经由所述高通量电子器件，确定所述比较器的所述输出超过阈值 的总时间量；经由重建参数识别器，使用所确定的总时间量以估计所述输入光子速率是低 还是高；以及经由所述重建参数识别器，基于所述估计确定重建器参数。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的安排的形式。附 图仅出于图示优选实施例的目的，并且不应被解读为限制本发明。
[0010] 图1示意性地图示了范例成像系统，其具有麻痹性直接转换光子计数探测器和高 通量电子器件，用于处理探测器的比较器的输出。
[0011] 图2以图形方式图示了光子计数探测器的常规输出通道的输出行为，以及光子计 数探测器的高通量电子器件的输出行为。
[0012] 图3示意性地图示了高通量电子器件的非限制性范例。
[0013] 图4示意性地图示了高通量电子器件的另一非限制性范例。
[0014] 图5图示了根据本文描述的实施例的范例方法。
【具体实施方式】
[0015] 图1图示了范例成像系统100,例如CT扫描器。成像系统100包括一般的固定机 架102和旋转机架104,所述旋转机架104由固定机架102可旋转地支撑，并且围绕检查区 域106关于z轴旋转。诸如X射线管的辐射源108由旋转机架104可旋转地支撑，与旋转 机架104 -起旋转，并且发射贯穿检查区域106的多色辐射。
[0016] 辐射敏感探测器阵列110跨越检查区域106以角度弧与辐射源108相对。辐射敏 感探测器阵列110探测贯穿检查区域106的辐射，并且针对每个探测到的光子生成指示所 述光子的信号。在图示的实施例中，辐射敏感探测器阵列110是具有光子计数探测器像素 的一维阵列或二维阵列的光子计数探测器阵列，所述光子计数探测器像素包括直接转换材 料，例如CdTe、CZT和/或其他麻痹性直接转换材料。
[0017] 放大器112放大所述信号，并且整形器114处理所放大的信号，并且生成指示所探 测的光子的能量的脉冲，例如电压或其他脉冲。比较器116将脉冲的幅度与能量阈值118 进行比较，所述能量阈值118对应于感兴趣能量，例如恰好在噪声阈值以上的能量。比较器 116产生指示幅度是否超过阈值的输出（例如高或低，0或1等）。
[0018] 计数器120和高通量电子器件122两者均接收比较器116的输出。在另一范例中， 计数器120和高通量电子器件122接收来自不同比较器的输出信号。计数器120在每个积 分周期，信号每次从指示幅度在阈值以下改变到指示幅度超过阈值时增加计数值。高通量 电子器件122确定针对积分周期的比较器116的输出的幅度在阈值118以上的总时间量。 该值在本文中被称为过阈值总时间或ΤΤ0Τ，并且具有在零（0)与一（1)之间的值，其中，零 (〇)指示幅度在整个积分周期均未超越阈值118,并且一（1)意指幅度在整个积分周期都超 过阈值。
[0019] 简要地转向图2,描绘计数器120和高通量电子器件122的输出行为。
[0020] 在图2中，X轴202表示输入光子速率，并且y轴204表示针对积分周期的输出信 号的水平。第一曲线206表不计数器120的输出，如所不，计数器120的输出随输入光子速 率的增加而增加达到最大值208,所述最大值208对应于输入光子速率210。计数器120的 输出随后随着输入光子速率的增加而减小。
[0021] 第二曲线212表示高通量电子器件122的输出。如所示，ΤΤ0Τ随着进入光子速 率的增加而连续增加，并在一点稳定，在所述点处，比较器116的输出是或几乎总是在阈值 118以上。
[0022] 返回图1，重建参数识别器124基于ΤΤ0Τ和脉冲堆积模型126估计输入光子速 率是低还是高，并且如基于输入光子速率和图2中描述的行为将重建参数识别为计数值、 ΤΤ0Τ或它们的组合中的一个。接下来描述范例脉冲堆积模型126。
[0023] 假设光子到达为泊松分布并且输入光子速率为r，则到下一光子时间具有为f(t) =re#的似然密度函数，其中，f/(〇dl. = l。来自一个光子的平均过阈值时间为f。在没 有脉冲堆积的情况下，^表示死时间τ。在有堆积的情况下，通过从死时间τ减去前一 光子的剩余死时间能够缓解对次数的重复计数，如方程1中所示：
[0024] 方程 1 :
[0025]
【权利要求】
1. 一种成像系统（100)，包括： 辐射源（108)，其发射贯穿检查区域的辐射； 麻痹性光子计数探测器（110)，其探测贯穿所述检查区域并且以输入光子速率到达的 光子，并且生成指示所述光子的信号； 高通量电子器件（122)，其基于所述信号产生每个积分周期的过阈值总时间； 重建参数识别器（124)，其基于所述过阈值总时间估计所述输入光子速率，并基于所述 估计识别重建参数；以及 重建器（130)，其基于所识别的重建参数重建所述信号。
2. 如权利要求1所述的成像系统，其中，所述重建参数识别器估计所述输入光子速率 是低还是高，并且基于所述估计识别所述重建参数。
3. 如权利要求1至2中的任一项所述的成像系统，还包括： 整形器（114)，其处理所述信号，并且产生具有指示所述信号的高度的脉冲； 比较器116,其将所述脉冲的幅度与阈值（118)进行比较，并且生成指示所述幅度是否 超过所述阈值的输出；以及 计数器（120)，其对在每个积分周期所述幅度超越所述阈值的次数进行计数，并且产生 对应的计数值； 其中，所述高通量电子器件基于所述比较器的所述输出产生所述过阈值总时间； 其中，所述重建参数识别器基于所述过阈值总时间估计所述输入光子速率是低还是 高，并且选择所述计数值、所述过阈值总时间或其组合中的一个。
4. 如权利要求3所述的成像系统，其中，所述重建器基于对所述计数值、所述过阈值总 时间或其组合中的所选择的一个来重建所述信号数据。
5. 如权利要求4所述的成像系统，其中，所述过阈值总时间指示在积分周期所述幅度 在所述阈值以上的总时间量。
6. 如权利要求3至5中的任一项所述的成像系统，所述高通量电子器件包括： 切换电流源（302)，其在被接通时生成固定电流，并且在被切断时不生成电流，其中，所 述比较器的所述输出切换所述切换电流源；以及 积分器（304)，其对所述固定电流进行积分，并且确定每个积分周期的总电荷， 其中，所述重建参数识别器基于所述总电荷估计所述输入光子速率是低还是高。
7. 如权利要求6所述的成像系统，还包括： A/D转换器（20)，其将经积分的电荷转换为数字信号，其中，所述重建参数识别器基于 所述数字信号估计所述输入光子速率是低还是高。
8. 如权利要求3至5中的任一项所述的成像系统，所述高通量电子器件包括： 高频数字时钟生成器（402)，其产生高频数字时钟； 逻辑（404)，其对所述高频数字时钟进行门控；以及 计数器（406)，其对经门控的时钟的脉冲进行计数， 其中，所述重建参数识别器基于所计数的脉冲估计所述输入光子速率是低还是高。
9. 如权利要求8所述的成像系统，其中，所述比较器的所述输出控制对所述高频数字 时钟的所述门控，并且响应于指示所述幅度在所述阈值以上的所述输出对所述逻辑进行门 控。
10. 如权利要求1至9中的任一项所述的成像系统，其中，所述重建参数识别器估计所 述输入光子速率，并且基于脉冲堆积模型识别所述重建参数，所述脉冲堆积模型对所述计 数器和所述高通量电子器件的行为进行建模。
11. 一种方法，包括： 经由麻痹性光子计数探测器像素的输出，接收指示在积分区间期间探测到的光子的信 号； 基于过阈值总时间估计所述光子的输入光子速率； 基于所述估计识别重建参数，以及 基于所识别的重建参数重建所述信号。
12. 如权利要求11所述的方法，其中，所述重建参数识别器估计所述输入光子速率是 低还是高，并且基于所述估计识别所述重建参数。
13. 如权利要求11至12中的任一项所述的方法，还包括： 对所述信号进行整形以产生具有指示所述信号的高度的脉冲； 将所述脉冲的幅度与阈值进行比较，并且生成指示所述幅度是否超过所述阈值的输 出； 对在每个积分周期所述幅度超越所述阈值的次数进行计数，并且产生对应的计数值； 以及 处理所述比较器的所述输出，并且产生每个积分周期的所述过阈值总时间； 其中，所述输入光子速率是基于所述过阈值总时间被估计为低或高的。
14. 如权利要求13所述的方法，还包括： 基于所述计数值、所述过阈值总时间或其组合中的一个重建所述信号数据。
15. 如权利要求14所述的方法，其中，所述过阈值总时间指示在积分周期所述幅度在 所述阈值以上的总时间量。
16. 如权利要求13至15中的任一项所述的方法，还包括： 利用所述比较器的所述输出接通或切断切换电流源，所述切换电流源生成固定电流； 积分所生成的固定电流，从而确定针对积分周期的总电荷；以及 基于所述总电荷估计所述输入光子速率是低还是高。
17. 如权利要求16所述的方法，还包括： 将所述总电荷转换为数字信号；以及 基于所述数字信号估计所述输入光子速率是低还是高。
18. 如权利要求13至15中的任一项所述的方法，还包括： 产生高频数字时钟； 使用所述比较器的所述输出对所述高频数字时钟进行门控； 对经门控的时钟的脉冲进行计数；以及 基于所计数的脉冲估计所述输入光子速率是低还是高。
19. 如权利要求11至18中的任一项所述的方法，还包括： 基于脉冲堆积模型识别所述重建参数。
20. -种方法，包括： 经由高通量电子器件，针对积分区间接收比较器针对光子计数探测器的输出； 经由所述高通量电子器件，确定所述比较器的所述输出超过阈值的总时间量； 经由重建参数识别器，使用所确定的总时间量以估计所述输入光子速率是低还是高； 以及 经由所述重建参数识别器，基于所述估计确定重建器参数。
【文档编号】G01T1/17GK104220900SQ201380016768
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年3月8日 优先权日:2012年3月27日
【发明者】R·普罗克绍, R·斯特德曼布克 申请人:皇家飞利浦有限公司