[发明专利]光子计数探测器

说明书

技术领域

下文总体上涉及一种直接转换光子计数探测器，并且通过计算机断层摄影（CT）的具体应用进行描述；然而，下文也适于其他成像模态。

背景技术

计算机断层摄影（CT）扫描器包括旋转机架，所述旋转机架可旋转地安装到固定机架。旋转机架支撑X射线管。探测器阵列位于穿过检查区域的X射线管的对面。旋转机架和X射线管围绕检查区域关于纵轴或z-轴旋转。X射线管被配置为发出贯穿检查区域并且照射探测器阵列的多能量电离辐射。探测器阵列包括探测器像素的一维或二维阵列，其探测辐射并且生成指示该辐射的信号。每个像素与读出通道关联，所述读出通道用于传达对应的信号用于进一步处理。重建器重建经处理的信号，产生指示检查区域的体积图像数据。

对于谱CT，探测器像素已经包括直接转换探测器像素。通常，直接转换像素包括被放置在阴极和阳极之间的直接转换材料，并且在阴极和阳极之间施加电压。光子照射阴极，将能量转移到直接转换材料中的电子，其创建电子/空穴对，电子向阳极漂移。作为响应，阳极产生电信号。脉冲整形器处理所述电信号，并且产生具有指示探测到的光子的能量的峰值振幅的脉冲。脉冲鉴别器将脉冲的振幅与能量阈值进行比较。对于每个阈值，计数器对阈值之间的脉冲的数量进行计数。能量分箱器对能量范围的计数进行分箱，从而能量解析光子。重建器使用谱重建算法重建分箱信号。

由于对单个光子的能量的测量已经花费大约10纳秒（或10MHz），其提供足够的时间来收集电荷，使得脉冲高度保持指示光子的能量，通常，直接转换像素能够处理高达每通道每秒一千万计数（10Mcps）的光子通量率。由于在对当前光子的测量完成之前下一个光子可以到达，大于每通道10Mcps的光子通量率可以导致重叠脉冲（即，脉冲堆积）。当脉冲重叠时，其振幅组合，使得不可以从所述组合中分辨单个脉冲，并且由重叠脉冲的振幅贡献改变脉冲的峰值能量，使得探测到的光子的能量分布可以是有误差的，减小图像质量。在CT中，光子通量率能够是大约每通道几百Mcps并且，由此，现有技术水平的直接转换像素不是很适合于诊断CT应用。

在US2007/0290142A1中描述了一个提出的途径，其用于缓解针对较高光子通量率的脉冲堆积。该公布描述了具有在阳极电极所在平面上装配的一个或多个偏压电极的直接转换探测器像素。一个或多个电极中的每个位于远离阳极电极的不同距离处，并且在所述平面上包围阳极电极，并且由于忽略照射非敏感探测器体积的光子，用于控制像素的敏感探测器体积以及由此控制有效的光子计数率。公布的图4在本文图7中被再现，并且示出了探测器像素68的阳极侧，包括阳极电极70和偏压电极72、74和76，所述偏压电极72、74和76在阳极电极平面围绕阳极电极70形成同心圆。基于由通量率计数器100确定的通量率信号102，偏压逻辑86控制施加到三个偏压电极72、74和76中的每个的电压92、94和96。

如在US2007/0290142A1中公开的，在通量率从0到30Mcps，逻辑86设置偏压电极72、74、76的电压，使得所述电压维持在与阳极电极70的电压相比较低的电压处。在这种情况下，敏感探测器体积是在电极72内的全部区。在通量率从30到100Mcps，逻辑86将偏压电极72的电压设置为阳极电极70的电压，并且敏感探测器体积被减小至电极74内的体积。在通量率从100到300Mcps，逻辑86将偏压电极74的电压设置为阳极电极70的电压，并且敏感探测器体积被减小至电极76内的体积。在通量率从300到1000Mcps，逻辑86将偏压电极76的电压设置为阳极电极70的电压，并且敏感探测器体积被减小至阳极电极70的体积。通常，随着敏感探测器体积从72至74至76至70中的每个减小，由于对照射非敏感探测器体积的光子不计数，因此在每通道每秒计数的数量中存在对应的线性减小。

通过范例的方式，利用在US2007/0290142A1中公开的途径，敏感探测体积减少10%通常导致每通道每秒光子的数量减少10%。由此，为了将较高通量率从每通道100Mcps减小至每通道10Mcps（或至通量率的1/10），敏感探测器体积将必须减小90%。为此，对应的偏压电极将必须靠近阳极电极70。遗憾地是，在靠近阳极电极70的探测器像素中装配偏压电极会是困难的。此外，谱性能和脉冲形状将改变。而且，在接近敏感探测器体积的非敏感探测器体积中分散的光子可以进入敏感探测器体积，使测量到的信号失真。鉴于以上，对其他途径存在一种尚未解决的需要，用于缓解针对较高光子通量率的脉冲堆积。

发明内容

本文描述的方面解决了以上提到的问题和其他问题。