改進(jìn)在光子計(jì)數(shù)模式檢測器系統(tǒng)中的圖像質(zhì)量的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有能量辨別能力的光子計(jì)數(shù)硅x射線檢測器并且涉及于x射線成像系統(tǒng)的應(yīng)用。由該系統(tǒng)產(chǎn)生的整個(gè)圖像質(zhì)量通過本新穎方法來提高，該方法用于最佳地使用在康普頓事件中的能量信息以及選擇性地使用從相鄰像素中收集的電荷感應(yīng)的計(jì)數(shù)。通過用于信號恢復(fù)的新穎方法減少了在高通量成像狀態(tài)期間的堆集問題，其通過降低由讀出電子鏈中的信號堆集帶來的丟失事件的風(fēng)險(xiǎn)，提高了計(jì)數(shù)效率。
【專利說明】改進(jìn)在光子計(jì)數(shù)模式檢測器系統(tǒng)中的圖像質(zhì)量
[0001]本申請為原始申請(申請日:2011年I月31日；申請?zhí)?201180009930.8 ;發(fā)明名稱:改進(jìn)在光子計(jì)數(shù)模式檢測器系統(tǒng)中的圖像質(zhì)量)的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本申請是2009年6月22日提交的US12 / 488930、2009年2月11日提交的US61 /151637(臨時(shí))的一部分的繼續(xù)，其公開在此被并入本文。
[0003]本發(fā)明涉及X射線成像，并且更具體地涉及光子計(jì)數(shù)X射線成像。
【背景技術(shù)】
[0004]理論思考已經(jīng)表示，與在相同患者劑量情況下的能量積分系統(tǒng)相比，應(yīng)用優(yōu)化能量權(quán)重方案的理想光子計(jì)數(shù)能量敏感檢測器具有提高在放射照相圖像(X射線放射照相法和計(jì)算斷層照相法)中的對比度-噪聲比20-60%的潛力:Cahn等人的“Detectivequantum efficiency dependence on χ-ray energy weighting in mammography (在乳腺成像中依賴于X射線能量權(quán)重的探測量子效率)”，Medical PhysiCs26，第2680-2683頁，(1999) ；Shikhaliev 的“Projection χ-ray imaging with photon energy weighting:experimental evaluation with a prototype detector (具有光子能量權(quán)重的投射x射線成像:使用模型檢測器的實(shí)驗(yàn)評估)”，Physics in Medicine and Biology54,第4971-4992頁，(2009);以及 Schmidt 的“Optimal' image-based' weighting for energy-resolvedCT (用于能量分辨CT的優(yōu)化“基于圖像的”權(quán)重)”，Medical Physics36 (7)，第3018-3027頁，(2009)。
[0005]光譜信息的使用，即有關(guān)獨(dú)立X射線量子能源的評估，也開辟了其他光譜介質(zhì)成像應(yīng)用，例如組織成分的量化:Alvarez 和 Macovski,的“Energy-selective reconstructionin x-ray computerized tomography (在x射線計(jì)算機(jī)化斷層攝影法中的能量選擇重構(gòu))”，Phys.Med.Biol.21,第 733-44 頁，(1976),以及 k 邊緣成像:J-P Schlomka, E Roessl 等人的“Experimental feasibility of mult1-energy photon-counting K-edge imagingin pre-clinical computed tomography(在臨床前計(jì)算斷層攝影法中的多能量光子計(jì)數(shù)K 邊緣成像的實(shí)驗(yàn)可行性)”, Physics in Medicine and Biology53 (15),第 4031-4047 頁(2008)。光譜信息的使用還提供在醫(yī)療成像(安全掃描)的范圍之外的改進(jìn)非破壞性測試，在那里非已知材料的成分的知識是有價(jià)值的。
[0006]已經(jīng)推薦兩種主要類型的直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體材料用于光子計(jì)數(shù)模式計(jì)算機(jī)斷層攝影法應(yīng)用:締化鎘(Cadmium Telluride) / 締化鎘鋅(Cadmium Zink Telluride)(CdTe / CZT)以及娃條檢測器(Nowotny 的 “Application of S1-microstrip-detectorsin medicine and structural analysis (娃微條檢測器在醫(yī)療和結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用)”，Nuclear instruments and methods in Physics research226 (1984)第 34-39 頁。
[0007]在臨床CT檢查中在檢測器上，上至lOOOMcps / mm2的高x射線通量對檢測器讀出電子電路提出極高的要求，并且與能量積分系統(tǒng)相比，任何剩余的堆集將降低能量分辨率以及檢測器的計(jì)數(shù)效率并且從而降低大部分的可獲得提高。CZT已經(jīng)顯示出遇到以比在臨床實(shí)踐中遇到的通量率小100倍的通量率工作的這個(gè)問題=Barber等人的“Characterization of a novel photon counting detector for clinical CT ；countrate, energy resolution, and noise performance (用于臨床 CT 的新穎光子計(jì)數(shù)檢測器的特性；計(jì)數(shù)率，能量分辨率，以及噪聲性能)”，Physics of Medical Imaging, in Proc.0fSP1E, vol.7258(2009)。
[0008]上述所謂的通量率問題可以簡單地示出:光子在3mm厚的CdTe或者CZT檢測器像素的中間轉(zhuǎn)換，感應(yīng)電流脈沖在時(shí)間上將延長40-45ns。以Imm2像素上的1000MHz計(jì)數(shù)率，在脈沖之間的平均時(shí)間間隔將為1ns，并且這解釋了為什么在已經(jīng)以充分比在臨床實(shí)踐中遇到的低的通量率工作的CdTe檢測器中脈沖將交疊(稱為信號堆集的現(xiàn)象)。
[0009]硅作為X射線檢測器材料具有較短的感應(yīng)電荷載流子收集時(shí)間(感應(yīng)電流持續(xù)時(shí)間)；對于一般0.5_的檢測器晶片厚度，收集時(shí)間為在8ns的級別。硅因此不傾向于以高通量率工作的信號的固有堆集。更小的像素尺寸和深度分割，尤其是具有如在2009年6月22日提交的交叉參考專利申請US12 / 488930和2009年2月11日提交的US61/151637中描述的指數(shù)增長厚度進(jìn)一步減輕信號堆集的問題。 [0010]另一方面，當(dāng)與CdTe / CZT相比時(shí)，硅遇到相對少量的原子數(shù)，使得它成為更差的光電吸收器。當(dāng)X射線借由光電效應(yīng)將能量堆積在直接轉(zhuǎn)換檢測器中時(shí)，所有光子能量將非常近似地轉(zhuǎn)換為電子空穴對。在以高X射線能量(>57keV的平均光子能量)操作的硅檢測器中，康普頓效應(yīng)取代光電效應(yīng)作為相互作用的主要類型。對于康普頓互相作用，堆積能量將取決于X射線偏轉(zhuǎn)角，其繼而可以僅利用1929年Klein和Nishina建立的已知關(guān)系以統(tǒng)計(jì)方式來確定?？灯疹D互相作用的高分量惡化了能量分辨率:即，使它不能通過測量堆積能量推導(dǎo)原始X射線量子能量。
[0011]光子計(jì)數(shù)檢測器系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過應(yīng)用低噪聲抑制閾值去除電子噪聲的有害效應(yīng)的能力。對于使用具有從50千電子伏特(keV)到140keV能量范圍的一般X射線光譜的CdTe / CZT檢測器，主要量子將非常不可能堆積在IOkeV以下的能量。這樣的系統(tǒng)因此可以應(yīng)用在10_20keV周圍的相對較高下閾值來抑制電子噪聲，不會由放松主要X射線信號的高分量的風(fēng)險(xiǎn)。
[0012]由于上面提及的康普頓互相作用的高分量，在以高X射線能量使用的硅檢測器中，許多主要X射線量子將堆積在20keV以下的能量。應(yīng)用這種高噪聲抑制閾值對于這種系統(tǒng)的圖像質(zhì)量會是非常決定性的，因?yàn)閬碜灾饕呀?jīng)經(jīng)受康普頓相互作用的X射線的計(jì)數(shù)的高分量將丟棄。因此將需要將噪聲抑制閾值設(shè)置得較低。
[0013]對于具有在0.5-2keV級別的堆積能量的非常低的能量倉，電子噪聲將是在硅檢測器系統(tǒng)中的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)的主要來源。由于在硅檢測器中的康普頓散射，如果簡單地丟棄在這種低能量倉中的計(jì)數(shù)，那么將丟失堆積低能量的許多主要事件。對于有些較高的能量倉(具有在2_5keV范圍中的已檢測能量)，適合于非主要事件的計(jì)數(shù)的主要來源將是收集在相鄰像素或電荷共享事件中的電荷感應(yīng)的信號。該后一種噪聲計(jì)數(shù)通過應(yīng)用反一致性邏輯可以潛在地去除，但是高通量使適當(dāng)一致性時(shí)間不變短。包括這種噪聲計(jì)數(shù)，在圖像重構(gòu)中的空間校正將導(dǎo)致降低的空間分辨率。
[0014]在穿過物體之后到達(dá)檢測器的X射線量子之間的時(shí)間將以相應(yīng)于I / (通量率)的期望值指數(shù)地分布。因此堆集不是二元現(xiàn)象，即發(fā)生或不發(fā)生。即使關(guān)注降低像素計(jì)數(shù)率(通過使用較小像素并且可能地沿著到來的主要X射線量子的方向給像素分層)，一些堆集將不可避免地發(fā)生，因?yàn)閷⒖偸蔷哂袃蓚€(gè)供應(yīng)電流脈沖交疊的絕對可行性。這個(gè)問題被讀出電子電路放大，在那里脈沖在時(shí)間上積分導(dǎo)致信號形狀可評估地比在半導(dǎo)體材料自身中的電荷收集時(shí)間長。這增加了堆集的風(fēng)險(xiǎn)。
[0015]因此需要提高光子計(jì)數(shù)成像系統(tǒng)的性能，關(guān)于這些方面，例如，在堆積能量基本上從實(shí)際X射線量子能量，但以統(tǒng)計(jì)上已知的方式改變的情況中的事件的能量信息的損失(例如在檢測器中的k邊緣熒光的康普頓散射)，對由讀出電子電路引入的堆集的決定性影響，以及最后在低能量倉中噪聲計(jì)數(shù)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)裝置的這些和其他缺陷。
[0017]主要目的在于改進(jìn)光子計(jì)數(shù)光譜成像的性能。
[0018]在第一方面中，具體目的在于從X射線光譜成像應(yīng)用的康普頓事件抽取最大量的能量信息。
[0019]在第二方面中，具體目的在于有效地處理信號堆積對光子計(jì)數(shù)檢測器的光子峰值能量分辨率和整個(gè)計(jì)數(shù)效率的影響。
[0020]在第三方面中，具體目的在于基于來自光子計(jì)數(shù)檢測器的能量信息提高圖像重構(gòu)。
[0021]這些和其他目的由如附屬專利權(quán)利要求限定的本發(fā)明解決。
[0022]根據(jù)第一方面，提供了一種用于從在光子計(jì)數(shù)檢測器中的康普頓事件抽取能量信息的方法和裝置。所述事件根據(jù)它們的檢測能量基于多個(gè)能量閾值來分配，其中所述閾值限定多個(gè)能量倉，并且每個(gè)能量倉具有相關(guān)能量倉函數(shù)。轉(zhuǎn)換光子計(jì)數(shù)檢測器的檢測器響應(yīng)函數(shù)，并且能量倉函數(shù)與經(jīng)變換檢測器響應(yīng)函數(shù)組合來獲得在每個(gè)能量倉檢測的事件的原始X射線量子能量的分布。這將顯著地提高有用能量信息從檢測器系統(tǒng)的抽取，并且因此可以調(diào)節(jié)光譜成像架構(gòu)。
[0023]根據(jù)第二方面，提供了一種復(fù)位定形器濾波器輸出以便增加光子計(jì)數(shù)檢測器的計(jì)數(shù)效率和能量分辨率的方法和裝置?；舅枷胧窃诙ㄐ纹鳛V波器輸出幅度已經(jīng)到達(dá)閾值Thrl之后在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)A復(fù)位定形器濾波器輸出和內(nèi)部信號節(jié)點(diǎn)并且保持它們復(fù)位直到時(shí)間以這樣的方式，可以保證在大信號脈沖之后緊接著到達(dá)的小信號脈沖的有效檢測。
[0024]根據(jù)第三方面，提供了一種用于基于來自光子計(jì)數(shù)檢測器的能量信息進(jìn)行圖像重構(gòu)的方法和裝置?；舅枷胧翘峁﹥煞N不同的圖像重構(gòu)模式:
[0025]i)第一圖像重構(gòu)模式，其中具有大部分噪聲計(jì)數(shù)的低能量倉包括在圖像重構(gòu)中；以及
[0026]ii)第二圖像重構(gòu)模式，其中具有大部分噪聲計(jì)數(shù)的低能量倉不包括在圖像重構(gòu)中。
[0027]所述噪聲計(jì)數(shù)的來源可以是從收集在檢測器的相鄰像素中的電荷感應(yīng)的計(jì)數(shù)、電荷共享事件或者電子噪聲。因?yàn)樵谒龅湍芰總}中具有大量的主要計(jì)數(shù)，所以這使得能夠在圖像重構(gòu)模式中選擇，例如，依賴于成像任務(wù)。每個(gè)重構(gòu)模式分別可以提供特別的優(yōu)點(diǎn)，例如，改進(jìn)的信噪比，以及改進(jìn)的空間分辨率。
[0028]當(dāng)閱讀下面示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述將清楚其他優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]當(dāng)結(jié)合附圖考慮下面示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述時(shí)，可以更好地理解本發(fā)明，并且更容易清楚其中的其他優(yōu)點(diǎn)和使用，其中
[0030]圖1,面板a)和b)描述響應(yīng)于40keV和80keV光子的半理想檢測器。
[0031]圖2描述一般的X射線光譜。
[0032]圖3描述與倉函數(shù)結(jié)合的經(jīng)轉(zhuǎn)換檢測器能量響應(yīng)函數(shù)，示出將能量堆積在倉Bi中的光子的原始X射線量子能量的分布。
[0033]圖4表示最早由Alvarez和Macovski推薦的分解方法。
[0034]圖5描述讀出電子電路的方框圖。
[0035]圖6示出在已經(jīng)到達(dá)某個(gè)信號閾值之后的某個(gè)時(shí)間應(yīng)用信號復(fù)位到濾波器輸出的優(yōu)點(diǎn)。
[0036]圖7描述復(fù)位機(jī)構(gòu)的主函數(shù)。
[0037]圖8描述電荷共享估算的模型。
[0038]圖9描述在硅微條檢測器中的像素的中間段的示意圖。
[0039]圖10示例性地描述假設(shè)用于在發(fā)生轉(zhuǎn)換的像素中以及在它的相鄰像素其中一個(gè)中的收集電極上的感應(yīng)電流的估算的相互作用的電荷所處的位置。
[0040]圖11示例性地描述在來自在圖10所描述的位置中的光子轉(zhuǎn)換堆積60keV的中間像素(實(shí)線)和相鄰像素(虛線)中的感應(yīng)電流。
[0041]圖12為示出整個(gè)X射線成像系統(tǒng)的實(shí)例的示例性方框圖。
[0042]圖13為示出圖像處理設(shè)備的實(shí)例的示例性方框圖。
[0043]雖然本發(fā)明現(xiàn)在應(yīng)該關(guān)于在附圖中示出的優(yōu)選實(shí)施例來描述，但是應(yīng)該理解本發(fā)明不將本發(fā)明僅限制為示出的優(yōu)選實(shí)施例而是覆蓋在附屬權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有可能的替代、修改和等同布置。
【具體實(shí)施方式】
[0044]以現(xiàn)有技術(shù)的簡要概述開始可能是有用的。已經(jīng)推薦多種方法來與在包括計(jì)算斷層攝影法的光子計(jì)數(shù)放射攝影法中的通量率問題達(dá)成妥協(xié)。這些包括但不限于:
[0045].將有效檢測器深度分割為多個(gè)層以降低計(jì)數(shù)率(1995年授予David Nygren美國專利號 5，434，417 以及 Buchinsky 的名稱為“Multiple layer detector for spectralcomputed tomography imaging(用于光譜計(jì)算斷層攝影法成像的多層檢測器)”的美國專利申請 US2008 / 0315106A1)。
[0046].引入漂移結(jié)構(gòu)以降低感應(yīng)電流脈沖的持續(xù)時(shí)間(Iwanczyk等人的“Pixelatedcadmium zink telluride based photon counting mode detector(基于像素化締化鎘鋒的光子計(jì)數(shù)模式檢測器)”，US2005 / 0139757A1)
[0047].引入檢測器層的幅度，在檢測器層來自一層的信號使用來統(tǒng)計(jì)地校正在另一層中的已測量計(jì)數(shù)率(Tkaczyk 等人的 “Photon counting χ-ray detector with overrangelogic COntix)l(具有過量程邏輯控制的光子計(jì)數(shù)X射線檢測器)”，美國專利申請US2007 /0206721A1)。
[0048].用于堆集校正的統(tǒng)計(jì)方法(Balan 的 Method for resolving ambiguity inphoton counting-based detectors (用于分辨在基于光子計(jì)數(shù)的檢測器中的含糊性的方法)，美國專利申請 US2007 / 0262251A1、Carmi 的 Method and apparatus for spectralcomputed tomography (用于光譜計(jì)算斷層攝影法的方法和裝置)，美國專利申請US2008 /0260094A1)。
[0049].與X射線方向正交的像素的表面區(qū)域的子像素化(Proksa等人的Energy-resolved photon counting for CT (用于CT的能量分辨光子計(jì)數(shù))，美國專利申請 US2008 / 0205585A1)。
[0050]除了美國專利號5，434，417 (Nygren)，所有這些方法適用于CdTe或CZT檢測器，其如上面所述具有一些重要的不同物理特征=CdTe或CZT具有低電荷載流子遷移率，對在實(shí)踐中遇到的信號堆集具有最終較高的固有磁化系數(shù)。此外，原始X射線量子轉(zhuǎn)換來產(chǎn)生信號的部分主要借由光電效應(yīng)來做這個(gè)事情。這意味著對于硅基檢測器系統(tǒng)在堆積能量與原始主要X射線能量之間的差是不一樣大的，并且因此不需要統(tǒng)計(jì)地補(bǔ)償來自康普頓事件的能量信息。
[0051]已經(jīng)推薦一種方法來通過使用復(fù)位機(jī)構(gòu)克服在定形濾波之后的長信號持續(xù)時(shí)間的問題(美國專利6，573，762)。長持續(xù)時(shí)間與信號堆集和整個(gè)計(jì)數(shù)效率的問題疊加。一些重要差別包括以下至少一個(gè):
[0052]使用峰值檢測器；我們在緊接已經(jīng)到達(dá)閾值之后采樣信號
[0053]如果使用相似的結(jié)構(gòu)沒有堆集電路(例如沒有使用峰值檢測器)
[0054]沒有使用偏梯電路；替代地我們使用電流和電阻控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
[0055]我們通常使用較大數(shù)量的比較器(例如8個(gè))
[0056]在放大器中使用恒?；鶞?zhǔn)dc電壓電平；我們推薦的發(fā)明沒有
[0057]可能有價(jià)值地提及的另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)描述在Hoffmann等人的US2006 /0056576A1以及US7, 149，278B2中。允許電子濾波器的持續(xù)時(shí)間隨著x射線通量動態(tài)地變化，其允許降低堆集問題。
[0058]US20090268862、“Energy Distribution Reconstruction In CT (在 CT 中的能量
分布重構(gòu))”建議使用最大可能性方法來推斷經(jīng)檢測事件的原始光子能量。在統(tǒng)計(jì)分析檢測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，而不是在被轉(zhuǎn)換并且與倉函數(shù)組合的詳細(xì)測量檢測器響應(yīng)函數(shù)的仿真的基礎(chǔ)上，執(zhí)行能量分布的重構(gòu)。
[0059] 在第一方面中，提供了一種用于從在光子計(jì)數(shù)檢測器中的康普頓事件抽取能量信息的方法。第一步(SI)包括根據(jù)它們的檢測能量基于多個(gè)能量閾值分配所述事件。所述閾值限定多個(gè)能量倉，并且每個(gè)能量倉具有相關(guān)能量倉函數(shù)。下一步(S2)包括轉(zhuǎn)換光子計(jì)數(shù)檢測器的檢測器響應(yīng)函數(shù)。第三步(S3)包括將能量倉函數(shù)與經(jīng)變換檢測器響應(yīng)函數(shù)組合來獲得在每個(gè)能量倉檢測的事件的原始X射線量子能量的分布。
[0060]這將顯著地提高有用能量信息從檢測器系統(tǒng)的抽取，并且因此可以調(diào)節(jié)光譜成像架構(gòu)。[0061]基本上構(gòu)造一種用于從在光子計(jì)數(shù)檢測器中的康普頓事件抽取能量信息的相應(yīng)裝置來根據(jù)它們的檢測能量基于多個(gè)能量閾值分配所述事件、來轉(zhuǎn)換光子計(jì)數(shù)檢測器的檢測器響應(yīng)函數(shù)、以及來將能量倉函數(shù)與經(jīng)變換檢測器響應(yīng)函數(shù)組合來獲得在每個(gè)能量倉檢測的事件的原始X射線量子能量的分布。
[0062]所述檢測器可以例如使用在醫(yī)療成像應(yīng)用、或者非破壞性測試中。
[0063]檢測器能量響應(yīng)函數(shù)可以利用單色X射線來數(shù)學(xué)地仿真、或者估算/測量。
[0064]優(yōu)選地，雖然不是必須的，光子計(jì)數(shù)檢測器是硅檢測器。
[0065]在第二方面中，提供了一種復(fù)位定形器濾波器輸出以便增加光子計(jì)數(shù)檢測器的計(jì)數(shù)效率和能量分辨率的方法。定形器濾波器通常是檢測器系統(tǒng)的讀出電子電路的一部分。所述方法是基于在定形器濾波器輸出幅度已經(jīng)到達(dá)閾值Thrl之后在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)復(fù)位定形器濾波器輸出和內(nèi)部信號節(jié)點(diǎn)并且保持它們復(fù)位直到時(shí)間t2>ti的。
[0066]這樣意味著可以保證在大信號脈沖之后緊接著到達(dá)的小信號脈沖的有效檢測。
[0067]構(gòu) 造用于復(fù)位定形器濾波器輸出的相應(yīng)裝置來在定形器濾波器輸出幅度已經(jīng)到達(dá)閾值Thrl之后在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)復(fù)位定形器濾波器輸出和內(nèi)部信號節(jié)點(diǎn)并且保持它們復(fù)位直到時(shí)間I^2H1。
[0068]多個(gè)閾值和時(shí)間h及t2將在計(jì)數(shù)效率方面產(chǎn)生令人滿意的提高。當(dāng)信號脈沖增
大時(shí)，對于閾值1、2、3.......將在稍微不同的時(shí)間到達(dá)不同閾值電平Thr I (T1)、Thr2 (T2)、
Thrf(T3).......，首先達(dá)到最低閾值，然后是第二最低閾值，等等。在具體實(shí)例中，時(shí)間h
是在定形器濾波器輸出幅度已經(jīng)到達(dá)最高并且因此實(shí)際事件已經(jīng)到達(dá)最后閾值電平之后的某個(gè)時(shí)間。在又另一個(gè)具體實(shí)例中，時(shí)間h是在定形器濾波器輸出幅度已經(jīng)到達(dá)在第一和實(shí)際事件已經(jīng)到達(dá)的最后閾值之間的任何閾值之后的某個(gè)時(shí)間。
[0069]還可以依賴于在檢測器段中的經(jīng)轉(zhuǎn)換X射線量子的頻率調(diào)節(jié)時(shí)間h和t2。
[0070]在示例性實(shí)施例中，閾值優(yōu)選地通過電流和電阻控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。
[0071]復(fù)位機(jī)構(gòu)可以例如實(shí)現(xiàn)在特殊應(yīng)用集成電路(ASIC)上。
[0072]在第三方面中，提供了一種用于基于來自光子計(jì)數(shù)檢測器的能量信息進(jìn)行圖像重構(gòu)的方法。整個(gè)圖像重構(gòu)方法在兩種不同的圖像重構(gòu)模式之間進(jìn)行選擇:i)第一圖像重構(gòu)模式，其中具有大部分噪聲計(jì)數(shù)的低能量倉包括在圖像重構(gòu)中；以及ii)第二圖像重構(gòu)模式，其中具有大部分噪聲計(jì)數(shù)的低能量倉不包括在圖像重構(gòu)中。
[0073]所述噪聲計(jì)數(shù)可以是電子噪聲、電荷共享事件、或者從收集在檢測器的相鄰像素中的電荷感應(yīng)的計(jì)數(shù)的結(jié)果。通過應(yīng)用反一致性邏輯，可以潛在地去除電荷共享事件和從收集在檢測器的相鄰像素中的電荷感應(yīng)的計(jì)數(shù)。高通量率和電子要求可能不會使解決方案是令人滿意的。借由在信號幅度上的閾值去除這種噪聲計(jì)數(shù)將符合顯著降低檢測的主要事件的數(shù)量的要求。對于某些成像任務(wù)，將計(jì)數(shù)保持在這種低能量倉中并且將它們包括在圖像重構(gòu)中因此是有利的。對于其他成像任務(wù)，這樣將不合適。
[0074]“低能量倉”的定義可以由主管成像任務(wù)的操作者作出或者由相同自動地設(shè)置。無論如何，該表達(dá)表示倉，在其中檢測相應(yīng)產(chǎn)生僅到達(dá)相對低閾值之上的相對低脈沖高度的相對堆積低能量的事件。
[0075]這使得可以在圖像重構(gòu)模式之間進(jìn)行選擇，例如依賴于圖像任務(wù)。每個(gè)重構(gòu)模式分別可以提供特別的優(yōu)點(diǎn)，例如，改進(jìn)的信噪比、以及改進(jìn)的空間分辨率。如要改進(jìn)的信噪t匕，可選擇第一個(gè)圖像重構(gòu)模式，如要改進(jìn)的空間分辨率，可選擇第二個(gè)圖像重構(gòu)模式。
[0076]借由實(shí)例，對于具有小對比度的大物體，低能量倉的包括通常將在任何預(yù)定的劑量情況下改進(jìn)圖像的信噪比(圖像質(zhì)量)。對于具有高對比度的小物體，通常將有利地從這些能量倉排除信息。這使得能夠在高空間分辨率和高對比度分辨率之間折中，如果成像具有不同空間頻率特性的目標(biāo)物體，這樣是有利的。
[0077]在示例性實(shí)施例中，圖像重構(gòu)模式選擇來重構(gòu)需要高空間分辨率的圖像細(xì)節(jié)。
[0078]構(gòu)造了用于基于來自光子計(jì)數(shù)檢測器的能量信息進(jìn)行圖像重構(gòu)的相應(yīng)裝置，用于基于上面兩種不同圖像重構(gòu)模式進(jìn)行操作。
[0079]所述裝置主要構(gòu)造來允許在圖像重構(gòu)模式之間進(jìn)行選擇。這可以是手動選擇，其需要某些操作者輸入，或者它可以是自動選擇。在后一種情況中，所述裝置可以構(gòu)造來基于要重構(gòu)的圖像平面的空間頻率含量的至少一部分在圖像重構(gòu)模式之間進(jìn)行選擇?？商娲?，所述裝置構(gòu)造來將圖像重構(gòu)模式的選擇結(jié)合或集成到在關(guān)于成像形態(tài)的圖像任務(wù)的選擇。 [0080]上面描述的功能模塊可以使用任何常規(guī)硬件技術(shù)實(shí)施在硬件中，例如集成電路(IC)技術(shù)?？商娲兀辽僖恍┕δ苄阅K可以實(shí)施在用于在例如微處理器或數(shù)字信號處理器的合適處理硬件上執(zhí)行的軟件中。
[0081]圖12為示出包括X射線源12A、x射線檢測器12B、可以連接到成像處理設(shè)備12D的讀出電子電路12C的整個(gè)X射線成像系統(tǒng)的實(shí)例的方框圖。總體上，檢測器構(gòu)造用于記錄來自已經(jīng)由X射線光源聚焦并且已經(jīng)穿過要成像物體或者物體的一部分的X射線源的放射。檢測器優(yōu)選地可以經(jīng)由合適的讀出電子電路連接到圖像處理設(shè)備以獲得有用的圖像。
[0082]根據(jù)第一方面的合適能量信息的新穎抽取可以實(shí)施在圖像處理設(shè)備、或者在實(shí)際圖像處理設(shè)備之前的單個(gè)單元中。
[0083]根據(jù)第二方面的新穎復(fù)位機(jī)構(gòu)可以與在讀出電子電路中的相應(yīng)定形器放大器一起實(shí)施。
[0084]根據(jù)第三方面的新穎多模式圖像重構(gòu)機(jī)構(gòu)可以實(shí)施在圖像處理設(shè)備中。
[0085]圖13為根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像處理設(shè)備的實(shí)例的示例性方框圖。圖像處理設(shè)備包括能量信息抽取單元13A和圖像重構(gòu)單元13B。在該具體實(shí)例中，來自檢測器的信息經(jīng)由讀出電子電路傳輸?shù)綀D像處理設(shè)備，并且優(yōu)選地由能量信息抽取單元13A關(guān)注，其基于經(jīng)轉(zhuǎn)換檢測器響應(yīng)函數(shù)確定在每個(gè)能量倉檢測的事件的原始X射線量子能量的分布。這個(gè)信息然后可以由圖像重構(gòu)單元13B使用，其可以在上述圖像重構(gòu)模式之間進(jìn)行切換?？商娲兀蛘咦鳛檠a(bǔ)充，來自檢測器讀出電子電路的能量信息可以直接傳輸?shù)綀D像重構(gòu)單元13B。
[0086]上面描述的實(shí)施例應(yīng)該理解為本發(fā)明的少數(shù)幾個(gè)示例性實(shí)例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解在不脫離本發(fā)明的范圍情況下可以作出各種修改、組合和改變。具體地，本發(fā)明的各個(gè)方面可以單獨(dú)地使用或者與一個(gè)或多個(gè)的其他方面一起組合。此外，在不同實(shí)施例中的不同部方案可以結(jié)合在其他配置中，在那里技術(shù)方面是可行的。然而，本發(fā)明的范圍由附屬權(quán)利要求限定。
[0087]為了更好地理解，通過參考附圖更徹底地?cái)?shù)學(xué)描述示例性實(shí)施例會是有益的。
[0088]來自康普頓事件的能量信息[0089]光譜信息，即，利用檢測的每個(gè)單獨(dú)X射線光子的能量的知識，可以使用來以線下面描述的兩種基本方式增強(qiáng)某些圖像任務(wù)的可檢性。
[0090]第一種方法是在構(gòu)造投影圖像之前應(yīng)用能量相關(guān)權(quán)重因子W(E)到檢測的每個(gè)光子。對于光子計(jì)數(shù)X射線檢測系統(tǒng)的情況，在位置X,的投影圖像中的值，如下給出:
[0091]
【權(quán)利要求】
1.一種用于基于來自光子計(jì)數(shù)檢測器的能量信息進(jìn)行圖像重構(gòu)的方法，其中所述方法包括在兩個(gè)不同圖像重構(gòu)模式之間選擇:i)第一圖像重構(gòu)模式，其中具有大部分噪聲計(jì)數(shù)的低能量倉包括在圖像重構(gòu)中；以及ii)第二圖像重構(gòu)模式，其中具有大部分噪聲計(jì)數(shù)的低能量倉不包括在圖像重構(gòu)中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述噪聲計(jì)數(shù)是來自電子噪聲的計(jì)數(shù)、是從收集在檢測器的相鄰像素中的電荷感應(yīng)的計(jì)數(shù)及/或是來自在檢測器的相鄰像素中的電荷共享事件的計(jì)數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中圖像重構(gòu)模式根據(jù)圖像任務(wù)來選擇。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一圖像重構(gòu)模式選擇用于改進(jìn)信噪比，并且所述第二圖像重構(gòu)模式選擇用于改進(jìn)空間分辨率。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二圖像重構(gòu)模式選擇用于需要高空間分辨率的圖像細(xì)節(jié)的重構(gòu)。
6.一種用于基于來自光子計(jì)數(shù)檢測器的能量信息進(jìn)行圖像重構(gòu)的裝置，其中所述裝置配置來基于兩個(gè)不同圖像重構(gòu)模式操作:i)第一圖像重構(gòu)模式，其中具有大部分噪聲計(jì)數(shù)的低能量倉包括在圖像重構(gòu)中；以及ii)第二圖像重構(gòu)模式，其中具有大部分噪聲計(jì)數(shù)的低能量倉不包括在圖像重構(gòu)中。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述噪聲計(jì)數(shù)是來自電子噪聲的計(jì)數(shù)、是從收集在檢測器的相鄰像素中的電荷感應(yīng)的計(jì)數(shù)及/或是來自在檢測器的相鄰像素中的電荷共享事件的計(jì)數(shù)。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述裝置配置來允許在所述圖像重構(gòu)模式之間進(jìn)行選擇。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述裝置配置來基于正在重構(gòu)的圖像平面的至少一部分的空間頻率含量的自動分析來在所述圖像重構(gòu)模式之間進(jìn)行自動選擇。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述裝置配置來將圖像重構(gòu)模式的選擇結(jié)合到在成像設(shè)備上的成像任務(wù)的選擇中。
【文檔編號】A61B6/03GK103892865SQ201410133195
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日:2010年2月17日
【發(fā)明者】馬斯·丹尼爾森, 漢斯·博恩福爾克, 克里斯特·斯文森 申請人:普里馬蒂森索斯公司