用于X射线检测器的测量电路和相应的方法与X射线成像系统与流程

本发明涉及一种x射线探测器的测量电路，一种在数据读出之前由x射线检测器的测量电路处理数据的方法和包括测量电路的x射线成像系统。

背景技术：

在医学应用和非破坏性测试中已经使用了诸如x射线成像等射线照相成像。

通常，x射线成像系统包括x射线源和包括多个检测器的x射线检测器阵列，所述多个检测器包括一个或多个检测器元件(测量x射线强度/流量的独立装置)。x射线源发射x射线，它穿过待成像的对象或物体，然后由所述检测器阵列进行配准。由于一些材料比其它材料吸收更大部分的x射线，所以图像由对象或物体形成。

通常使用的x射线成像系统的实施例是x射线计算机断层摄影(ct)系统，其可包括：x射线管，其产生x射线的扇形束或锥形束；以及x射线检测器的相对阵列，其测量穿过患者或物体透射的x射线的分数。x射线管和检测器阵列安装在围绕成像物体旋转的台架中。图1示出了ct几何结构的一个实施例的示意图。

探测器阵列的尺寸和分段影响ct设备的成像能力。在台架的旋转轴方向(也就是，图1的z方向)上的多个检测器元件能使得实现多切片图像采集。在角方向(在图1中的ξ)上的多个检测器元件能够同时对同一平面中的多个投影进行测量，并应用于扇形/锥形束ct中。最常规的探测器是所谓的平板探测器，这意味着它们在切片方向(z)和角方向(ξ)上具有检测器元件。

由低z材料制成的x射线检测器需要在x射线束的方向上具有相当大的厚度，以便具有足够的检测效率以被用于ct中。例如，可以通过采用“边缘上”几何结构来解决这个问题，正如在美国专利no.8,183,535中所述，其中探测器阵列由多个探测器构建的，它包括具有低原子序数材料的薄晶片，该薄晶片具有朝向撞击的x射线的边缘。图2示出了边缘上检测器的阵列的示意图，该图显示了：光源60的位置、x射线45的方向、检测器阵列50、单个的边缘上检测器5以及阵列55的运动的角方向。通常，在晶片上的2d网格上的每个检测器具有多个检测器元件。

图3是示出了实施为与在美国专利no.8,183,535的示例性实施例类似的多芯片模块的半导体检测器模块的示意图。在这个实施例中，这些探测器元件是被组织为相对于入射的x射线45的方向的三个深度段15。这个实施例示出了半导体传感器如何也能在多芯片模块(mcm)中具有基底5的功能。信号从检测器元件15被路由到并行处理电路(例如，asic)30的输入端。应当理解的是，术语“专用集成电路(asic)”被广义地解释为用于特定应用的任何通用电路。asic处理从每个x射线产生的电荷并将其转换为数字数据，这些数字数据可被用于获取诸如光子计数和/或估计能量等测量数据。asic是被配置为用于连接到数字数据处理电路，使得数字数据可以被发送到位于mcm外部的进一步数字数据处理和/或存储器，最后该数据将被输入用于图像处理以生成重建的图像。

对于给定的旋转位置，每个检测器元件测量对于特定投影线的透射x射线。这样的测量被称为投影测量。对于许多投影线的投影测量的集合称为正弦图。通过利用正弦图数据进行图像重建以获得成像对象内部的图像。每个投影线(在正弦图中的一个点)是由角坐标(θ)和径向坐标(r)给出，如在图4中所定义的。在由(r,θ)给出的特定坐标处具有检测器元件的每个测量是正弦图的样本。在正弦图中的更多样本通常导致真实正弦图的更好表示，并且因此也更精确地重建图像。检测器阵列(类似于在图1中所示)如何采样正弦图空间的实施例是显示在图6a-b中，对于构台的相隔δθ的两个角度位置。这些样本的不同r位置来自在该阵列中的不同检测器。

通常，台架连续旋转，每个检测器元件测量在帧时间内的x射线通量。测量周期在这里被定义为利用测量来占用特定的检测器元件的时间间隔。测量周期的长度可以是但不一定必须等于帧时间。测量周期远小于总数据采集时间，多个测量周期在整个数据获得/测量过程中彼此直接跟随。测量周期的长度称为时间采样间隔，采样间隔的倒数1/t称为采样频率。ct系统的角度采样间隔由台架的角速度给出，ω＝dθ/dt，而时间采样间隔t是由δθ＝ωt给出。在图5中显示了角度采样的示意性实施例，其中，检测器和射线源被示出用于由采样间隔t隔开的两个不同的位置。对于对应于特定检测器元件的所有投影线，径向坐标对所述台架的旋转是不变的。

为了从断层数据执行精确的图像重建，必须有足够量的角样本。不足的角度采样可导致图像中的伪像、混叠和较差的分辨率。

增加角采样频率的一种方法是减小时间采样间隔t。降低时间采样间隔导致产生的数据量的相应增加。

时间采样率可以由来自测量电路的数据传输的容量而不是测量电路本身来限制。

技术实现要素：

本发明的一个目的是：即使存在有限的时间采样率，也能够实现精确的图像重建。

本发明的另一个目标是提供用于x射线检测器的测量电路。

另一目的是提供一种在数据读出之前由x射线检测器的测量电路处理数据的方法。

另一目的是提供一种包括这种测量电路的x射线成像系统。

根据第一方面，提供了一种用于x射线检测器的测量电路。测量电路被配置为采样测量数据以产生数据点，并在读出之前处理数据点以通过组合两个或多个数据点来产生新的数据点在不同时间采集的多个数据点，使得读出的数据点的数量小于原始数据点的数量。

根据第二方面，提供了一种在数据读出之前由x射线检测器的测量电路处理数据的方法，其中所述新数据点通过在不同时间组合由所述测量电路获取的两个或多个数据点来产生，使得所读出的数据点的数量小于所述原始数据点的数量。

根据第三方面，提供了一种x射线成像系统，其包括根据第一方面的测量电路。

根据第四方面，提供了一种用于具有多个检测器元件的x射线检测器的测量电路。测量电路被配置用于连接到x射线检测器的检测器元件，以获得测量数据。测量电路被配置为对测量数据进行采样以生成数据样本，也称为采样数据点。所述测量电路进一步被配置为在读出之前处理所述采样数据点，以产生用于通过组合两个或多个数据点来读出的新数据点在不同时间采集的采样数据点，使得读出的新数据点的数量小于采样数据点的数量。

以此方式，减少了产生的数据的量，同时仍然能够精确的图像重建和/或减轻混叠。

附图说明

图1是示出ct几何结构的示例的示意图。

图2是示出使用边缘检测器的ct几何形状的示例的示意图。

图3是示出实现所谓的多芯片模块的半导体检测器模块的实施例的示意图。

图4是示出由角坐标θ和径向坐标r限定的投影线的实施例的示意图。

图5是示出角度采样的示例的示意图。

图6a-b是示出类似于与图1所示的检测器阵列如何对由δθ隔开的构台的两个不同角度位置的正弦图空间进行采样的示例的示意图。

图7是示出用于x射线检测器的测量电路的实施例的示意图。

图8是示出用于x射线检测器的测量电路的更详细实施例的示意图。

图9是示出x射线成像系统的示例的示意图。

具体实施方式

正如所述，在例如ct中的角采样率通常受到速率的限制，其中，数据是从x射线探测器的测量电路中读出的。然而，该探测器的测量电路可以具有比数据读出链更高的速率对样本进行处理的能力。此外，发明人已经认识到，测量电路可以在采样之间的时间内执行一些操作，例如加法或乘法。这里，提出了一种解决方案，其中数据在读出之前在测量电路中被处理。该处理可以包括通过组合已经在不同时间获取的两个或多个数据点来产生新的数据点。此外，读出的数据点的数量小于原始数据点的数量。

作为示例，数据点可以被认为是当采样测量数据时由测量电路生成的数据样本。

在第一方面中，提供了一种用于x射线检测器的测量电路，其中，所述测量电路是被配置为对测量数据进行采样以生成数据点，并在读出之前处理所述数据点，以通过组合在不同时间已经获得的两个或多个数据点来产生新的数据点，以致用于读出的数据点的数量小于原始数据点的数量。

作为示例，测量电路是被配置为通过求和、线性组合或非线性组合的任何组合来处理数据点。

作为一个实施例，所述测量电路被配置为处理来自x射线检测器的一个以上检测器元件的数据。

应当理解的是，所述测量电路可被配置为一般地处理来自一个或多个检测器元件的数据。

在一个特定实施例中，所述测量电路是被配置为在信号经过低通滤波和下采样之前或之后，对来自两个或多个检测器元件的数据进行求和。

例如，所述测量电路包括处理单元，其被配置为将数据信号从较高的采样率抽取到较低的采样率进行数据读出，同时采用数字低通滤波器减轻混叠。

作为示例，处理单元包括数字低通滤波器，随后是下采样模块，用于将数据信号从较高的采样率抽取到较低的采样率进行数据读出。

通常，测量电路可以被配置为处理从x射线产生的电荷以获得测量数据。作为示例，测量电路可以被配置为以光子计数和/或估计能量的形式产生测量数据。在后一种情况下，估计能量(或等效电荷)可以是估计的光子能量和/或积分能量。

根据第二方面，提供了一种在数据读出之前通过x射线检测器的测量电路处理数据的方法，其中，新数据点是通过组合两个或多个数据点来产生，这些数据点已经通过所述测量电路在不同时间获得，以致所读出的数据点的数量小于所述原始数据点的数量。

作为示例，所述处理包括通过卷积进行反混叠过滤，然后在读出之前进行下采样。

例如，采用低通滤波器对数据信号进行滤波，并在读出之前进行下采样。

可选地，所述测量电路减少在数据信号中的混叠，并且低通滤波器能够在不引入混叠的情况下进行下采样。

在一个特定实施例中，所述处理包括来自x射线检测器的几个检测器元件的数据。

例如，所述处理包括在所述信号被低通滤波和下采样之前或之后，对来自两个或更多个检测器元件的数据进行求和。

通常，所述处理包括原始数据点或新数据点的求和、线性组合或非线性组合的任何组合。

作为示例，如何组合数据点以创建新数据点的图案是被存储在所述测量电路中的存储器上。

根据第三方面，还提供了一种x射线成像系统，包括本发明所述的测量电路。x射线成像系统还包括公知的检测器和/或诸如数字图像处理系统的成像技术，其与本文所述的测量电路结合提供改进的图像重建。

图9是示出x射线成像系统的示例的示意图。在这个实施例中，x射线成像系统100包括一个或多个检测器5，其可具有多个检测器元件，以及一个或多个测量电路30，以及图像处理模块50。

作为示例，x射线成像系统可以是计算机断层摄影(ct)系统。

根据第四方面，提供了一种用于具有多个检测器元件的x射线检测器的测量电路，其中，所述测量电路是被配置为用于连接到所述x射线检测器的所述检测器元件以获得测量数据所述测量电路是被配置为对测量数据进行采样以生成数据样本，也称为采样的数据点。所述测量电路是被配置为在读出之前对所述采样的数据点进行处理以产生新数据点，用于通过组合已经在不同时间获得的两个或多个采样的数据点来读出，以致用于读出的新数据点的数量小于采样的数据点的数量。

在一个特定实施例中，所提出的技术涉及在测量电路中过采样和抗混叠过滤，例如，在计算机断层摄影中，对于x射线检测器的asic定序器。

以稍微不同的方式来表达，所提出的技术涉及例如通过计算机断层摄影系统执行的测量方法。所提出的技术还涉及被配置为执行所述测量方法的装置和系统。

换句话说，提供了一种测量方法，在所述数据读出之前，通过检测器的测量电路来处理所述数据。所提出的处理包括通过结合已经在不同时间获取的两个或多个数据点而产生新数据点的步骤。进一步，读出的数据点的数量小于原始数据点的数量。

在示例性实施例中，所述处理包括通过卷积，抗混叠(低通)滤波，在读出之前进行卷积，然后在读出之前进行下采样。

该方法减少了所产生的数据的量，同时减轻了混叠。

在一个特定实施例中，所提出的技术涉及在x射线探测器的测量电路中应用所述信号的数字化抽取。一个有益效果是：例如在ct中，所提出的技术防止角(时间)信号中产生混叠伪像。

在一个示例性实施例中，使用低通滤波器对信号进行滤波，并对信号进行下采样以匹配输出速率的要求。测量电路的较高的内部采样率降低了信号混叠，而低通滤波器则能够在不引入混叠的情况下进行下采样；称为抽取的过程。

在一个可选实施例中，所述处理包括来自几个检测器元件的数据。例如，所述处理包括在所述信号被低通滤波和下采样之前或之后，对来自两个或更多个检测器元件的数据进行求和。

在一个示例性实施例中，如何组合数据点以便生成新的数据点的图案是被存储在所述测量电路的存储器上。例如，如果所谓的帐篷卷积核是被应用作为低通滤波器，新数据点的数据是由带有系数(例如1/4，1/2，1/4)的三个原始数据点的线性组合形成的。所述图案可包括原始数据点或新数据点的求和，线性组合或非线性组合的任何组合。例如，所述模式可以包括使用与上面描述的帐篷内核类似的线性组合来形成新的数据点，例如，利用所述帐篷核形成的新数据点的总和。

图7示出了检测器的测量设置的示例的示意图，其中，测量电路30包括处理单元32。检测器的每个检测器元件15可以被分别连接到测量电路30。该测量电路30对各x射线产生的电荷进行处理，并将其转换为数字数据，可用于获取诸如光子计数等测量数据。探测器可以是光子计数探测器。应该理解的是，本发明并不局限于此，所述探测器还可以是电荷/能量积分探测器。在特定示例中，测量电路30可以包括一个或多个计数器(在图8中示出)，它计数在测量周期内由检测器元件15检测到的x射线的数量。在一个特定实施例中，测量电路包括用于在数据采样和/或数据处理期间存储数据的存储器35。

测量电路30还可以包括一个或多个处理器或处理电路，在下文中称为处理单元32。处理电流的示例包括但不限于：一个或多个微处理器、一个或多个数字信号处理器(dsp)、一个或多个中央处理器(cpu)、视频加速硬件和/或任何适当的可编程逻辑电路，例如一个或多个现场可编程门阵列(fpga)，或一个或多个可编程逻辑控制器(plx)或专用集成电路(asic)。

在图8所示的示例性实施例中，测量电路30包括一个或多个计数器31、用于执行采样过程的对应的采样模块33，以及处理单元32。根据一个示例性实施例，处理单元32可以包括数字滤波器34，后面跟随有下采样模块36。

在这个特定实施例中，处理单元32可以包括存储器35。

在一个特定示例中，处理单元32被配置为在测量电路中将数据信号从较高的采样率抽取到较低的采样率进行数据读出，同时采用数字低通滤波器减轻混叠，如前所述。

在此描述的步骤、功能、过程和/或方块可以使用任何常规技术(诸如分立电路或集成电路技术，包括通用电子电路和专用电路)在硬件中实现。

可选地，或作为补充，这里所述的至少一些步骤、功能、过程和/或方块可以在诸如计算机程序的软件中实现，用于由诸如一个或多个处理器或处理单元之类的适当处理电路执行。

还应当理解的是，可以采用任何常规设备或单元的一般处理能力来重新使用本发明所提出的技术而实施本发明所提议的技术。还可以重新使用现有软件，例如通过重新编程现有软件或通过添加新的软件组件，从而实施本发明所提议的技术。

应当理解，本文所述的方法和布置可以以各种方式实现，组合和重新排列。

例如，实施例可以以硬件，或通过适合的处理电路执行的软件或其组合来实现。

以上所述的实施例仅作为示例给出，应当理解，所提出的技术不限于此。本领域技术人员将会理解，在不脱离由所附权利要求书限定的本发明范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改、组合和改变。具体地，只要技术上可行，不同实施例中的不同部分解决方案可以在其它配置中被组合。