[发明专利]实现重合的光子计数检测器

说明书

本方法涉及使用诸如基于CZT或CdTe的检测器的能量分辨光子计数检测器以获取通过常规能量积分检测器不可用的光谱信息。在某些实施方案中，所讨论的本方法减少或消除了采用重合逻辑和具有短整形时间的整形放大器的设计中的由相邻像素中的瞬态信号引起的光谱污染。

关于联邦政府资助研究与开发的声明

本发明是在国立生物医学成像和生物工程研究所授予的合同号1UO1EB017140-01A1的政府支持下完成的。政府拥有发明的某些权利。

背景技术

本文公开的主题涉及能量分辨光子计数检测器的使用。

非侵入式成像技术允许非侵入地获得受检者(患者、制造商品、行李、包裹或乘客)的内部结构或特征的图像。具体地，此类非侵入式成像技术依赖于各种物理原理(诸如X射线通过目标体积的差分传输或声波的反射)，以获取数据和构建图像或以其他方式表示受检者的内部特征。

例如，在基于X射线的成像技术中，X射线辐射跨越感兴趣的受检者(诸如人类患者)，并且一部分辐射影响收集强度数据的检测器。在X射线系统中，光电检测器产生表示影响检测器表面的离散像素区域的辐射的量或强度的信号。然后可以处理信号以生成可显示以供查看的图像。

在一种这样的基于X射线的技术(称为计算机断层摄影(CT))中，扫描仪可以在围绕被成像的对象(诸如患者)的多个视角位置处投射来自一个或多个X射线源的扇形或锥形X射线束。X射线束在其穿过对象时衰减并且由一组检测器元件检测，该组检测器元件产生表示检测器上的入射X射线束的强度的信号。处理信号以产生表示对象的线性衰减系数沿X射线路径的线积分的数据。这些信号通常称为“投影数据”或仅称为“投影”。通过使用诸如滤波反投影的重建技术，可以生成表示患者或被成像对象的感兴趣区域的体积或体积绘制的图像。在医学背景中，然后可以从重建的图像或绘制的体积中定位或识别感兴趣的病理结构或其他结构。

通常，在这些类型的成像技术中使用的辐射检测器以能量积分模式(即，在获取间隔期间沉积的总积分能量的读出)或光子计数模式(检测每个单独的X射线光子)操作。能量积分是大多数临床应用中的用于读出X射线检测器的常规模式。然而，能量积分读出方法在低通量成像应用中操作不佳，其中与检测器读出操作相关联的电子噪声可能淹没可用信号。

在一些应用中，单独的X射线光子计数比与能量积分方法相关联的总积分能量信息更有意义。常规基于闪烁体的光子计数模式利用硅光电倍增管(SiPM)，其对于诸如CT的高计数率应用而言是昂贵且不实用的；这样的技术与正电子发射断层摄影系统一起使用。此外，此类光子计数方法可能限于其产生的信息的类型，诸如仅产生原始光子计数数量而没有相关联的能量信息。

相比之下，某些技术(诸如双能量(例如，高能量和低能量成像)和/或材料分解成像)不仅受益于一般意义上的光子计数，而且受益于获得给定暴露事件的光谱信息(即能量信息)。也就是说，此类技术生成被分离到相应能量仓中的光子计数并且从而鉴别不同能量下的光子事件，由此表征或计数在不同光子能量范围下观察的光子数。为了解决这种需要，可以采用某些能量鉴别、光子计数X射线检测器技术。在某些情况下，与采用基于闪烁体的中间转换和所生成可见光子的后续检测的技术相比，此类方法采用直接将入射X射线转换为可测量信号的检测介质(即，正如直接转换材料的电子-空穴对)。

然而，此类光子计数能量鉴别检测器的实际使用仍面临某些技术挑战。一个这样的挑战是计数率能力。当光子通量太高时，与所检测的信号相关联的能量信息由于堆积效应(光子相对于其能量被正确表征过快地到达—光子在检测器中“堆积”)而失真。解决该问题的现有方法(例如，利用提供短整形时间的滤波器)可以区分在短时间间隔内发生的入射事件，但可能也导致传感器内的不完全信号(电荷)收集，并且对相邻检测器通道中观察到的串扰(即瞬态)信号的灵敏度增加。