辐射摄影成像装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种辐射摄影成像装置，所述辐射摄影成像装置包括:x射线源，其用于将X射线辐射投影到检查区域中；以及光子计数X射线探测器，其用于在X射线辐射通过所述检查区域之后接收X射线辐射，并且将接收到的X射线辐射转换为探测器信号。另外，本发明涉及一种对应的辐射摄影成像方法。
【背景技术】
[0002]计算机断层摄影(CT)扫描器总体包括被可旋转地安装到固定机架的旋转机架。旋转机架支撑X射线管并且被配置为关于纵轴围绕检查区域旋转。探测器阵列穿过检查区域被定位在X射线管对面。X射线管被配置为发射多能电离辐射，所述多能电离辐射横穿检查区域(和其中的对象或目标的部分)并且照射探测器阵列。探测器阵列包括探测辐射并且生成指示其的信号的探测器像素的一维或二维阵列。每个像素与读出通道相关联，所述读出通道被用来传达对应的信号以用于进一步的处理。重建器对经处理的信号进行重建，产生指示检查区域的体积图像数据。
[0003]对于光谱CT，探测器像素已经包括了直接转换探测器像素。一般地，直接转换像素包括被设置在阴极与阳极之间的直接转换材料(例如碲化镉(CdTe)、碲锌镉(CZT)等)，其中，阴极和阳极之间被施加有电压。X射线光子照射阴极，将能量转移到直接转换材料中的电子，这创建了电子/空穴对，其中，电子向阳极漂移。作为响应，阳极产生由探测器阵列输出的电信号。放大器对电信号进行放大，并且脉冲整形器对经放大的电信号进行处理并且产生具有指示探测到的辐射的能量的峰值幅度或高度的脉冲。能量鉴别器将脉冲的高度与一个或多个能量阈值进行比较。针对每个阈值，计数器对脉冲高度越过阈值的次数进行计数。能量分箱器(binner)对能量中的计数进行分箱，从而对探测到的福射进行能量解析。重建器使用光谱重建算法来对经分箱的信号进行重建。
[0004]诸如CdTe和CZT的直接转换材料在被X射线辐照时倾向于产生低频电流，这导致由探测器像素输出的信号的基线偏移。遗憾的是，基线偏移使由整形器输出的脉冲偏移，在鉴别器阈值保持静态时这可能导致将探测到的辐射的错误地分箱到不正确的能量箱中。存在该低频电流的两个主要分量，即暗电流和持续电流。暗电流是取决于探测器材料和偏置电压的DC分量，并且在采集间隔期间通常不变化。该分量可以利用静态偏置补偿而被简单地校正，所述静态偏置补偿将相同量的反相电流注入到放大器的输入。持续电流(PC)是由(在直接转换材料中)俘获电子空穴对的空穴而引起的。由于俘获到的电荷的正电势，电子被注入到大部分材料中并且移动到阳极，而不是与空穴重新组合。得到的缓慢变化的电流可以非常强并且可以超过光电流(由光子直接生成的电荷量)两个幅值量级。该持续电流引起显著的信号衰减，并且在没有被校正的情况下可能生成不可接受的图像伪影。遗憾的是，持续电流动态地变化并且不能利用如暗电流的反相静态信号而被简单地补偿。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种辐射摄影成像装置和方法，所述辐射摄影成像装置和方法提供持续电流补偿的简单并且鲁棒的方式。
[0006]在本发明的第一方面中，提出了一种辐射摄影成像装置，所述辐射摄影成像装置包括:x射线源，其用于将X射线辐射投影到检查区域中；以及光子计数X射线探测器，其用于在X射线辐射经过所述检查区域之后接收X射线辐射并且将接收到的X射线辐射转换为探测器信号，
[0007]其中，所述X射线源包括:
[0008]-阴极，其用于发射电子束，
[0009]-旋转X射线阳极，其具有若干径向裂缝和被提供在所述旋转X射线阳极的表面上在所述径向裂缝之间的靶层，用于在由所述电子束撞击时发射X射线辐射，以及
[0010]-驱动单元，其用于使所述X射线阳极旋转，
[0011]并且
[0012]其中，所述光子计数X射线探测器包括:
[0013]-直接转换X射线探测单元，其用于接收所述X射线辐射并且输出电信号，
[0014]-光子计数单元，其用于根据所述电信号来生成表示接收到的X射线辐射的光子的数量的所述探测器信号，以及
[0015]-持续电流感测和校正单元，其用于感测在消隐间隔中的持续输出电流，并且用于使用感测到的持续输出电流来对在后续测量间隔中由所述光子计数单元生成的探测器信号进行校正，在所述消隐间隔期间没有X射线辐射由所述X射线源发射，在所述后续测量间隔期间X射线辐射由所述X射线源发射。
[0016]在本发明的另一方面中，提出了一种辐射摄影成像方法，所述辐射摄影成像方法包括:
[0017]-通过使用X射线源将X射线辐射投影到检查区域中，所述X射线源包括:阴极，其用于发射电子束；旋转X射线阳极，其具有若干径向裂缝和被提供在所述旋转X射线阳极的表面上在所述径向裂缝之间的靶层，用于在由所述电子束撞击时发射X射线辐射；以及驱动单元，其用于使所述X射线阳极旋转，
[0018]-通过使用直接转换X射线探测单元在X射线辐射经过所述检查区域之后接收X射线辐射，
[0019]-输出来自所述直接转换X射线探测单元的电信号，
[0020]-将所述电信号转换为表示接收到的X射线辐射的光子的数量的探测器信号，[0021 ]-感测在消隐间隔中的所述光子计数单元的所述持续输出电流，在所述消隐间隔期间没有X射线辐射由所述X射线源发射，并且
[0022]-使用感测到的持续输出电流来对在后续测量间隔中由所述光子计数单元生成的探测器信号进行校正，在所述后续测量间隔期间X射线辐射由所述X射线源发射。
[0023]在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的方法具有与要求保护的系统以及与从属权利要求中限定的类似和/或同样的优选实施例。
[0024]一种针对持续电流的补偿的非常有力的校正方案是在采集期间使X射线束周期性地消隐、在这些间隔期间感测设备电流、并且将获得的结果用于接下来的测量间隔的DC校正直到执行下一消隐和PC感测。为了使X射线束周期性地消隐，使用了裂缝阳极。一些用于CT成像的超高功率X射线管在旋转阳极中具有这样的径向裂缝以降低阳极的热机械应力。无论何时这样的裂缝经过所述电子束，输出X射线通量都暂时降低。例如在US4531227中描述了这样的裂缝阳极。
[0025]根据本发明，通过使用裂缝阳极(也被称为沟槽阳极)的X射线消隐被与光子计数探测器的PC感测间隔组合。另外，在消隐间隔中感测所述光子计数探测器的所述光子计数单元的所述持续输出电流，在所述消隐间隔期间没有X射线辐射被发射。感测到的持续输出电流接着被用来对在后续测量间隔中由所述光子计数单元生成的探测器信号进行校正，在所述后续测量间隔期间X射线辐射由所述X射线源发射。这提供了持续电流补偿的期望的简单并且高效的方式。
[0026]所述X射线管的阳极出于该目的而被优化。在实施例中，所述旋转阳极的所述径向裂缝的宽度被配置使得在消隐间隔期间所述持续输出电流能够由所述持续电流感测和校正单元完全地感测到。另外，在实施例中，所述旋转阳极的所述径向裂缝具有FS+ (R χΩχΤ)的最小裂缝宽度，其中，FS是所述阳极上的焦斑大小，R是所述旋转阳极上的焦点轨迹的半径，Ω是所述旋转阳极的角速度，并且T是由所述持续电流感测和校正单元完全地感测所述持续输出电流所需要的最小时间。本文中优选地，R在从5cm至35cm的范围中，Ω在从2πχ 50Hz至2πχ 400Hz的范围中，并且T在从0.1 μ s至100 μ s的范围中，并且进一步地，裂缝的角宽度在0.5_至3_的范围中。这样，提供了实际上有用的实现方案。
[0027]在能简单地实现的实施例中，所述持续电流感测和校正单元包括:放大器，其被耦合在所述直接转换X射线探测单元的输出与所述光子计数单元的输入之间以对所述电信号进行放大；以及采样和保持单元，其用于接收经放大的电信号并且在所述消隐间隔期间生成补偿信号，所述补偿信号被耦合到所述直接转换X射线探测单元的输出以动态地调节所述电信号来补偿所述持续输出电流。所述采样和保持单元向所述探测单元的输入提供PC补偿电流。在X射线消隐期间，所述采样和保持单元动态地调节输出电流来补偿PC电流。在所述消隐间隔之后，所述补偿电流被针对接下来的测量间隔而冻结并且保持恒定。
[0028]因此，所述采样和保持单元优选地包括开关，所述开关用于通过使用动态生成的补偿信号来实现在消隐间隔期间对所述电信号的动态调节，并且用于在后续测量间隔期间保持所述补偿信号恒定。
[0029]存在用于控制所述开关的不同实施例。在一个实施例中，所述开关有利地由将与所述消隐间隔开启或关闭同步的消隐信号来控制。
[0030]在另一实施例中，所述开关由将与所述光子计数X射线探测器的所述测量间隔异步的消隐信号来控制，并且其中，参考测量结果被用来对由通量消隐导致的X射线通量变化进行校正。该实施例不需要旋转管阳极与测量间隔同步，但需要参考测量结果以补偿由X