[发明专利]用于探测低和高X射线通量的方法和装置

说明书

本申请一般性地涉及成像领域并且更具体地涉及X射线探测方法和装置。它至少应用于基于X射线的成像系统，特别是CT和数字X射线成像系统，并且将特别参考此类系统进行描述。但是，它也可应用于PET和SPECT成像以及其他领域。

计算机断层摄影(CT)是在很多不同背景下使用的成像模态，包括用于医学成像。在CT中，设置在成像对象之外的X射线源产生X射线，这些X射线至少部分穿过该对象并且由近似设置在对象与X射线相对的侧上的探测器探测。X射线源和X射线探测器经常一起围绕成像对象旋转以在围绕中心轴线的不同位置或投射角处记录二维或体积X射线图像。X射线探测器通常与X射线源所发射的X射线相互作用以产生表示由探测器接收的X射线强度和频谱的电子信号，其对应于扇形楔状或锥形几何结构的X射线投影。然后这些电子信号可以被电子处理以产生对象的CT图像或其他基于X射线的三维图像。

这种X射线探测器通常包括一个或多个单元，通常为像素化阵列中的探测器像素，每个探测器像素具有一个探测动态范围。也就是说，给定的X射线探测器单元有用于可靠地测量最小值与最大值之间的X射线通量。在这一背景下，“X射线通量”表示由X射线探测器单元在给定时间段内探测的X射线光子的数量或X射线能量的总量。电子噪声和其他效应使得低于X射线探测器单元的动态范围的最小值的测量值变得不可靠。在另一端，高于X射线探测器单元的动态范围的最大值，该单元变得过度饱和并且不能跟得上被探测的X射线的量，再次使得测量值不可靠。特定X射线探测器单元的动态范围例如依赖于闪烁体、光电探测器、电子电路等。这些因素可以被改变以设计具有用于给定应用的适当动态范围的(多个)X射线探测器单元。

CT成像中所使用的已知X射线探测器单元具有用于涉及中等X射线通量至高X射线通量的应用的宽有效动态范围。对这种已知X射线探测器单元的有效动态范围的低端限制是约500平均X射线光子每毫秒(光子/ms)，其中平均X射线光子在此被视为具有70keV的能量。在此提到的所有光子/ms值均指平均光子。因此，这些已知的X射线探测器单元通常仅具有非常有限的能力来探测低于约500光子/ms的X射线通量。可能期望扩展在CT成像或其他基于X射线的成像中使用的X射线探测器单元的有效动态范围的低端。理论上，即使读取时间段内的单个X射线光子的测量(即单个局部投影)对于图像重建也是有用的。因此，期望尝试接近这一限制。

X射线探测器单元的动态范围的最小X射线通量由若干因素确定。两个这种因素是单元内的噪声水平以及单元对X射线辐射的响应的潜在线性丢失。单元内的噪声水平是到达该单元的X射线光子的固有泊松噪声或“量子”噪声、由闪烁体生成的次级光子的泊松噪声、光电探测器暗电流、系统中部件的电子噪声以及可能的其他效应的组合。为了可靠的X射线测量，所记录的X射线值应该在该噪声水平之上，并且优选应该至少是该噪声水平的两倍。在CT成像中所使用的已知X射线探测器单元中，噪声水平相当于约50至250光子/ms。关于潜在的线性丢失，CT成像中所使用的已知电流积分电子电路(例如，低增益光电二极管和相关电子电路)在中等至高X射线通量之间的宽动态范围中具有良好的线性，但是在低于约500光子/ms的低X射线通量下通常具有非线性响应。

根据本发明的一个方面，提供一种在CT成像中使用的用于探测低和高X射线通量的方法和装置。它们也适用于数字X射线探测器。

一个优点是增加了可探测的X射线剂量的范围，特别是在较低端。根据相对低的X射线剂量生成有用图像的优点是很明显的，即对象被暴露于较少的辐射。这在对例如以下对象进行成像时是特别有用的：无症状患者、年幼患者、特别大的患者或者对于正在进行的诊断或处理必须经历若干反复成像会话的患者，以及可能的其他种类的患者。这在良好的低造影分辨率很重要的情况下也是有用的，例如在区分脑成像中的白质和灰质或者区分癌组织和正常组织的情况下。另外，探测低X射线通量的能力可以减少图像伪影和图像噪声。

另一个优点是通过一个X射线探测器来测量用于CT成像的低X射线剂量以及高X射线剂量的能力。例如，心脏扫描经常需要高X射线通量，这是通过高X射线源管电流实现的。另一方面，肺扫描可能通过较低的X射线通量来完成。有利的是能够通过一个装置来执行心脏扫描(以高X射线通量)和肺扫描(以低X射线通量)。

本领域普通技术人员在阅读以下详细描述的优选实施例后将明显认识到很多其他优点和益处。本发明可以体现为各种部件及部件布置，以及各种处理操作和处理操作布置。附图仅用于图示说明优选实施例，并不应被解读为限制本发明。

图1是X射线探测器单元100的示意性截面视图，未按比例绘出；