[发明专利]光子计数探测器系统

说明书

本发明的光子计数探测器系统，通过光子计数探测器的光子计数专用芯片采集各能级区间的计数与累计过阈时间，使其在低剂量率X射线条件下采集图像时，既可以统计每个能量区间内光子数目，也可以统计每个能量区间内光子总能量，为能谱图像提供了更丰富的能量信息；在高剂量率X射线条件下采集图像时，能够对光子堆叠严重程度做出判决，根据过阈时间计算各能级平均光子数，避免光子堆叠造成的计数器瘫痪对能谱特性影响，并能够对光子堆叠产生的计数非线性进行大幅度抑制与校正，解决光子计数探测器能谱失真问题。

技术领域

本发明医学影像设备领域，特别是涉及一种光子计数探测器系统。

背景技术

光子计数探测器是一种新型能谱图像采集装置，是X射线CT、DR、数字减影血管造影机等医学影像设备的核心部件。光子计数专用芯片是光子计数探测器的核心处理单元。X射线光子入射到探测器，能够在探测器半导体晶体材料中激发电子空穴对，产生电荷脉冲，光子计数探测器专用芯片对脉冲能量进行甄别，并统计各个能区内光子的数量。

常规光子计数探测器受光子堆叠效应影响，输出计数与入射光子数呈非线性关系。随着X射线剂量率增加，堆叠造成计数的偏差越加显著。光子堆叠引起的能谱失真会降低能谱图像质量。

针对光子堆叠问题，目前已公开的主流文献与专利采用如下方法：

1.通过先验测试，在设定的X射线管电压、管电流、滤过条件下，预先测得低剂量率条件下的计数，此时光子堆叠发生概率较低，可视为探测器输出计数等于入射光子数；逐渐提高管电流，固定其它条件，记录各管电流条件下输出计数，入射光子数与管电流呈正比，可据此建立“入射光子-输出计数”映射关系；探测器在实际应用过程中，根据“入射光子-输出计数”映射关系，以查表方式校正计数。此方法的优点是不需要额外电路即能实现计数的非线性校正。缺点是该方法基于射线源与探测器之间无衰减物(或特定模体作为衰减物)的测试数据建立映射关系，当X射线通用人体组织或任意不确定物体发生衰减后，映射关系与先验测试条件结果差别较大，能谱分辨率低。

2.Presmatic Sensor AB公司专利US20220082710A1披露一种方法，通过设置计数器与计时器，同时统计计数与TTOT(Total Time Over Threshold，即为累计过阈时间)信息，利用TTOT信息对计数进行修正。但该方案的不足之处在于：模拟前端输出脉冲为准高斯型，所统计的过阈时间与脉冲能量只具有正相关性，不具有线性关系。

3.专用芯片的比较器设计为“非瘫痪型(non-paralyzed model)”，即模拟脉冲连续超过阈值一段时间而未能降低至阈值以下，比较器判决出发生堆叠并快速复位，再次产生输出数字脉冲。非瘫痪模式具有一定抗堆叠作用，提高了探测器的计数率，但其复位时间为常数，无法针对不同阈值、不同晶体的电荷增益做出灵活的最优化适配，该模式下计数与真实光子能量分布情况存在偏差。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光子计数探测器系统，用于解决用于解决现有技术中以上技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光子计数探测器系统，所述系统包括：光子计数探测器，包括：转换晶体，用于在设定的X射线剂量率采集图像的条件下，对入射的X射线光子激发出电子空穴对；具有像素阵列结构的光子计数专用芯片，包括：多个排列的像素结构，用于分别将由以像素电荷信号形式收集对应当前像素的由所述转换晶体激发出的电子空穴对转换获得的电压脉冲信号进行处理获得准三角波模拟电压脉冲信号，并基于所述准三角波模拟电压脉冲信号统计多个能量区间内数字脉冲计数个数以及累计的过阈时间并输出；光子数计算模块，连接所述光子计数探测器，用于当X射线剂量率为高X射线剂量率时，基于各像素结构输出的累计的过阈时间，计算各像素每个能量区间的平均光子数；在当X射线剂量率为低X射线剂量率时，基于各像素结构输出的各能量区间内数字脉冲个数以及累计的过阈时间，计算各像素每个能量区间内的光子数目以及光子总能量。