技术领域
[0001] 以下总体涉及直接转换
辐射探测器，并且更具体地涉及直接转换辐射探测器
数字信号处理电子设备，并且对计算机
断层摄影(CT)的具体应用进行描述。然而，以下也适用于
X射线、
核医学和/或采用直接转换探测器的其他模态。
背景技术
[0002] CT扫描器一般包括
X射线管，其被安装在旋转
机架上与
定位于检查区域对面的探测器阵列相对。
旋转机架，以及因此X射线管绕检查区域旋转，并且X射线管发出穿过检查区域的辐射。探测器阵列——其包括探测器
像素的一维或二维阵列——探测辐射并生成指示探测到的辐射的信号。信号被重建以生成体积图像数据，并且体积图像数据能够被处理以生成一个或多个图像。
[0003] 探测器阵列包括有直接转换探测器，其包括诸如CdTe或Cd(Zn)Te等的直接转换材料，以及被附着到直接转换材料的探测器像素。利用直接转换，入射辐射被直接转换为指示辐射的
能量的电荷信号。一般而言，直接转换
光子计数探测器的性能，相对于较大的像素尺寸，针对较小的像素尺寸更好。例如，相对于较大尺寸像素，较小尺寸像素可以具有减小的像素计数率，并且较不容易受脉冲堆积影响。
[0004] 然而，随着像素尺寸缩小，性能因在两个或更多个像素之间的信号的增大的分裂而劣化。例如，这出现在光子入射在像素之间的间隙处或者至少不在像素的中心时。在该实例中，像素中的每个都将接收电荷信号的子部分，并将仅以全部能量中的部分记录X射线光子，导致
光谱劣化。在实践中，将不得不在像素的尺寸上进行妥协，以平衡减小的像素计数率和脉冲堆积的益处与分裂像素的益处。
[0005] 减小光谱劣化的一种途径是组合来自两个或更多个像素的信号。组合在触发
阈值以上(即，在本底噪声以上)的所有相邻信号可以改善光谱。遗憾的是，该途径造成对应于信号中在阈值以下的部分的可变损耗，并且针对这些损耗校正总信号增加了噪声并限制了该途径的准确度。不加限阈地组合所有相邻信号也能够恢复信号。遗憾的是，该途径增加了来自增大数目的像素的噪声。
发明内容
[0006] 本文中描述的各方面解决上述问题及其他问题。
[0007] 以下描述一种用于校正与直接转换光子计数探测器有关的分裂信号的途径。如下文更详细地描述的，在一个实例中，这包括使用数字处理来识别具有符合探测的两个或更多个像素，以及组合所识别的像素的像素值。
[0008] 在一个方面中，一种系统，包括光子计数探测器阵列和分裂信号校正器，所述光子计数探测器阵列包括直接转换材料和被固定到所述直接转换材料的多个探测器像素，所述分裂信号校正器针对分裂信号校正所述多个探测器像素的输出。
[0009] 在另一个方面中，一种方法，包括：接收多个探测器像素中的每个的
输出信号，所述多个探测器像素被固定到光子计数探测器阵列的直接转换材料；并且针对分裂信号校正所述多个探测器像素的所述输出。
[0010] 在另一个方面中，一种被编码有计算机可读指令的计算机可读存储介质，所述计算机可读指令在由处理器运行时，令所述处理器：接收多个探测器像素中的每个的输出信号，所述多个探测器像素被固定到光子计数探测器阵列的直接转换材料；并且针对分裂信号校正所述多个探测器像素的所述输出。
附图说明
[0011] 本发明可以采取各种部件和各部件的布置以及各个步骤和各步骤的安排的形式。附图仅是出于图示优选的
实施例的目的，并且不应被解释为对本发明的限制。
[0012] 图1示意性地图示与(直接转换计数探测器)分裂信号校正器有关的范例成像系统。
[0013] 图2示意性地图示图1的分裂信号校正器的范例。
[0014] 图3示意性地图示图2的分裂信号校正器的范例的变型，其还包括数字信号平滑
滤波器或信噪增强滤波器。
[0015] 图4示意性地图示数字化探测器输出信号，包括来自具有符合探测样本对的相邻像素的数字化输出信号和经校正的信号，以及来自没有符合探测样本对的相邻像素的数字化输出信号。
[0016] 图5示意性地图示脉冲高度谱的变型，其作为与两个相邻像素中的第一个有关的辐射束的
位置的函数。
[0017] 图6示意性地图示脉冲高度谱的变型，其作为与图5的两个相邻像素中的第二个有关的辐射束的位置的函数。
[0018] 图7示意性地图示针对分裂信号的脉冲高度谱，取它们自己的以及还有组合的。
[0019] 图8图示用于校正与直接转换光子计数探测器有关的分裂信号的范例方法。
具体实施方式
[0020] 首先参考图1，示意性地图示诸如计算机断层摄影(CT)扫描器的成像系统100。
[0021] 成像系统100包括固定机架102和旋转机架104，旋转机架104由固定机架102可旋转地
支撑。旋转机架104关于纵轴或z轴绕检查区域106旋转。诸如
躺椅的对象支撑体108在检查区域106中支撑目标或对象。对象支撑体108能够被用于在扫描之前、期间和/或之后相对于成像系统100垂直地和/或
水平地定位对象或目标。
[0022] 诸如X射线管的辐射源110由旋转机架104支撑并与旋转机架104一起关于纵轴或z轴绕检查区域106旋转，并且发出X射线辐射。源
准直器114对朝着检查区域106的方向发出的辐射进行准直，产生具有感兴趣的预定几何形状(例如扇形、锥形、楔形或其他形状的束)的横贯检查区域106的束116。
[0023] 探测器阵列116对向一
角度弧，相对于辐射源110在检查区域106的对面。探测器阵列116为像素化单片式直接转换光子计数探测器，其包括直接转换探测器材料118(例如，CdTe、CdZnTe、Si、Ge、GaAs和/或其他直接转换材料)以及被附接到直接转换探测器材料118的一维或二维阵列的探测器像素120。探测器阵列116的子部分122图示像素1201、1202、1203、…、102N，其中N为正整数，在它们之间有间隙124。
放大器可以被用于放大输出信号。
[0024] 直接转换探测器材料118将入射X射线光子直接转换成指示光子的能量的电荷信号。电荷信号被像素120中的一个或多个收集并接收。例如，单个像素可以接收电荷信号中的全部或接近全部(例如，当光子入射在像素的中心处的位置时)，或者相邻像素中的两个或更多个可以每个接收电荷信号的子部分(例如，当光子入射在除中心以外的其他位置时)。
[0025] 每个像素输出指示对应于电荷信号的能量的模拟
电信号(其中电荷中的接近全部都被像素接收)，或者指示其接收到的对应于电荷信号的子部分的能量(其中电荷信号分布在多个像素上)。如本文中使用的，术语“分裂信号”指后一种情况，其中，电荷信号的子部分被两个或更多个相邻像素120接收，例如像素1201和1202。像素输出被模拟放大器放大并整形以给出探测器输出，模拟放大器在被定位为邻近像素的ASIC上：针对每个像素一个放大器通道。许多放大器通道可以在ASIC上。
[0026] 分裂信号校正器126针对分裂信号校正探测器阵列116的输出信号。如下文更详细描述的，分裂信号校正器126在数字域中校正分裂信号。该途径减轻了与模拟域途径相关联的信号损失。分裂信号校正器126能够经由运行被编码或嵌入在诸如物理
存储器设备的计算机可读存储介质(不包括暂时性介质)上的一个或多个计算机可读指令的
硬件处理器(例如中央处理单元，或CPU或ASIC或FPGA)来实施。
[0027] 计数器132基于
鉴别器的输出来针对每个阈值增量一计数值。例如，当比较器针对特定阈值的输出指示脉冲的幅度超过对应阈值时，则增量针对该阈值的计数值。分箱器134基于多个箱来对计数进行能量分箱，每个箱表示一不同能量范围。例如，造成针对较低阈值但不针对下一较高阈值的计数的光子，将仅被分配到较低阈值的箱。具有较高能量的光子将在低和高阈值箱两者中都被计数。
[0028] 重建器136重建能量分辨信号。在一个实例中，这包括个体地或组合地重建康普顿、光电和/或K-边缘分量。根据该重建，能够产生一个或多个解剖学(例如，骨和软组织)和/或其他材料图像(例如，
造影剂)。计算机充当操作者控制台138。控制台146包括诸如监视器或显示器的人类可读输出设备，以及诸如
键盘和
鼠标的输入设备。驻留在控制台138上的
软件允许操作者与扫描器100交互。
[0029] 图2图示分裂信号校正器126的非限制性范例。
[0030]
模数转换器(ADC)202基于预定
采样频率将来自探测器像素120的
模拟信号转换成数字信号。尽管图2中仅示出单个ADC，但要理解，可以有针对探测器像素120中的每个的ADC，例如ADC 202可以包括多个ADC。ADC可以与前述的像素附近的模拟放大器一起被打包。ADC 202的输出为针对像素120的数字化时间踪迹。输出信号能够被存储在诸如缓存或其他形式的存储器中。
[0031] 比较器204将数字化时间踪迹中的数字样本中的每个的量级与预定阈值206进行比较。类似地，尽管图2中仅示出单个比较器，但要理解，可以有针对探测器像素120中的每个的比较器，例如比较器204可以包括多个子比较器。阈值通过将来自模拟放大器的原始踪迹的全局和局部行为考虑在内的预定
算法而工作。
[0032] 例如，比较器204，响应于数字样本具有大于阈值的值，输出指示数字样本具有大于阈值的值的值(例如，“1”、“高”等)。在该实例中，比较器204，响应于数字样本具有小于阈值的值，输出指示数字样本具有小于阈值的值的值(例如，“0”、“低”等)。输出可以被用于在值之间切换位元，以指示光子是否已被探测到。大于阈值的值出现的时间被保存或被使得可
访问。
[0033] 符合光子探测识别器208基于比较器204的输出来识别在其中相邻像素探测到在相同的时间范围内的光子(符合探测)的情况。在一个实例中，这包括评价比较器204针对每个探测器像素的输出，以识别这样的相邻像素。本文中也预期其他途径。
[0034] 信号校正器210仅校正对应于符合探测的样本。在一个非限制性实例中，这包括求和或加和对应于符合探测的相邻像素的值。针对符合对，具有较大幅值的像素值被替换为和，并且其他像素值被设置为零。以此方式，针对接收到电荷信号的大多数的像素120的值得到校正，使得该值表示完整的或大致上完整的电荷信号，并且相邻的像素被视为没有接收到任何电荷信号。
[0035] ADC 202、比较器204、符合光子探测识别器208和/或信号校正器210能够是相同部件(例如IC、ASIC、FPGA等)的部分和/或不同的IC。备选地，ADC 202、比较器204、符合光子探测识别器208或信号校正器210中的至少一个通过计算机来实施。
[0036] 图3图示了图2的变型，在其中在A/D转换之后并且在符合探测之前采用平滑滤波器。合适的平滑滤波器的范例为所谓的Savitzky–Golay平滑滤波器，其对一系列数字样本执行局部多项式回归，以确定经平滑的值。本文中也预期其他数字域平滑滤波器。
[0037] 图4以图解地示出被视为具有符合探测的两个相邻像素的同时的数字输出信号(上部两曲线)，以及针对分裂信号的经校正的数字信号(下部两曲线)。在图4中，x-轴402表示时间，并且y-轴404表示输出值。
[0038] 数字出信号406O表示第一像素的数字输出信号(使用图2的处理)，并且数字出信号406SG表示第一像素的经平滑的数字输出信号(使用图3的处理)。数字出信号408O表示第二像素的数字输出信号(使用图2的处理)，并且数字出信号408SG表示第二像素的经平滑的数字输出信号(使用图3的处理)。
[0039] 关于数字出信号406SG，比较器204确定数字样本410、412、414、416、418和420对应于探测到的光子。关于数字出信号408SG，比较器204确定数字样本422、424、426、428、432、434、436、438、440和442对应于探测到的光子。样本412和442表示在数字出信号406O和408O的本底噪声内，但在经平滑的数字出信号406SG和408SG的本底噪声外的样本。
[0040] 符合光子探测识别器208将数字出信号406SG的光子探测414和数字出信号408SG的光子探测426识别为出现在相同的
时间窗口444内，并且因此识别为符合探测。数字出信号406SG和408SG的光子探测416与430和光子探测420与442已被识别为出现在相同时间窗口446和相同时间窗口448内，并且因此被识别为符合探测。
[0041] 关于数字出信号410O和410SG，数字样本包括数字出信号410O和410SG，其中样本428、430和442被替换为样本450(样本414+样本426)、452(样本416+样本430)和456(样本420+样本442)。数字出信号458O和458SG包括数字出信号406O和406SG的数字样本，其中表示符合光子探测的样本(414、416和420)被移除。
[0042] 样本412，其表示在数字出信号406O的本底噪声内，但在经平滑的数字出信号406SG的本底噪声外的样本，不被识别为符合探测，或者未分裂信号。因此，平滑操作也可以改善未分类信号的
质量以及对其的识别。
[0043] 图5和图6分别示出作为辐射束的位置的函数的图4的两个相邻像素的数字输出信号。信号502和602示出在其中辐射束入射在相邻像素中第一个的大约中心区域处的数字输出谱。在该实例中，第一像素看到电荷信号中的大多数，其由所见的两个峰的相对幅度指示。
[0044] 峰信号504和604示出在其中辐射束入射在第一像素的中心区域与像素之间的间隙之间的数字输出峰信号。第一像素与之前相比看到完整电荷信号的较少，但仍是电荷信号的大多数，并且因此峰在信号502上减小了。信号506和606示出在其中辐射束入射在约为像素之间的间隙处的数字输出信号。在该实例中，两个像素看到约完整电荷信号中相同的量。
[0045] 信号508和608示出在其中辐射束入射在第二像素的中心区域与像素之间的间隙之间的数字输出信号。现在第二像素比第一像素看到更多的完整电荷信号。信号510和610示出在其中辐射束入射在约为第二像素的中心区域处的数字输出信号，第二像素看到完整电荷信号中的大多数。
[0046] 在常见的实践中，入射X射线的吸收的位置由单个命中像素的中心确定。具有为值p1、p2、…的像素并且具有信号s1、s2、…的像素中的两个或更多个分裂信号能够被用于通过插值确定更准确的位置：p＝(s1.p1+s2.p2+…)/(S1+s2+…)。更准确的位置能够被用于改善图像质量。
[0047] 图7示出图5的符合分裂脉冲的脉冲高度谱——取它们自己为单个的702和704，并且取它们一起为和706。在图5、图6和图7中，x-轴708表示阈值能量，并且信号502、610和706的峰值全部约为阈值710，这显示针对符合探测的像素的值的和，至少在该实例中，能够被用于校正数字信号，以无损失地恢复能量。
[0048] 图8图示用于校正与直接转换光子计数探测器有关的分裂信号的范例方法。
[0049] 要认识到，这些方法的动作的排序并非限制性的。因此，本文中预期其他排序。此外，可以省略一个或多个动作和/或可以包括一个或多个额外的动作。
[0050] 在802，在对目标或对象的扫描期间由成像系统的直接转换光子技术探测器阵列接收X射线辐射，其中由其直接转换材料产生的电荷信号被分布在探测器阵列的相邻探测器像素上并被相邻探测器像素接收。
[0051] 在804，相邻像素中的第一个的第一输出信号被数字化，创建第一数字化输出信号，并且相邻像素中的第二个的第二输出信号被数字化，创建第二数字化输出信号。
[0052] 在806，将第一和第二输出信号的数字样本与预定能量阈值进行比较，以识别样本中的哪个对应于探测到的辐射。
[0053] 在808，将被识别为对应于出现在相同预定时间窗口内的探测到的辐射的第一和第二输出信号的数字样本识别为符合探测。
[0054] 在810，对被识别为符合探测的第一和第二输出信号的每对样本值求和。
[0055] 在812，将对应于第一或第二输出信号中的一个的符合探测的样本值替换为所述和，并丢弃对应于第一或第二输出信号中的另一个的符合探测的样本值，校正两个信号。
[0056] 在814，经校正的信号被进一步处理，例如能量分辨和重建。
[0057] 以上动作可以通过被编码或嵌入在计算机可读存储介质(即，物理存储器或其他永久性介质)上的计算机可读指令的方式来实施，所述计算机可读指令在由(一个或多个)
微处理器运行时，令(一个或多个)所述处理器执行所描述的动作。额外地或备选地，所述计算机可读指令中的至少一个由信号、载波或其他暂时性介质承载。
[0058] 已参考优选的实施例描述了本发明。他人在阅读和理解了前面的详细描述后可以进行
修改和变化。目的是，本发明被解读为包括所有这样的修改和变化，只要它们落入
权利要求或其等价方案的范围内。
