[发明专利]基于光子计数的X射线探测器系统

说明书

本发明提供了一种X射线探测器系统(1)，包括多个探测器元件(2)，每个探测器元件连接到各自的光子计数通道(4，PCC)，用于提供至少一个光子计数输出；以及读出单元(9)，连接到输出光子计数输出的光子计数通道。该X射线探测器系统(1)的特征是：光子计数通道(4，PCC)的至少一个子集的每一个包括至少两个光子计数子通道(40‑1至40‑M)，每个光子计数子通道提供至少一个光子计数输出，并具有整形滤波器(6)，整形滤波器是被配置为具有不同的整形时间；具有不同整形时间的整形滤波器的光子计数子通道是适用于计数不同能量水平的光子。而且，对于每个光子计数通道(PCC)，读出单元(9)是被配置为从光子计数子通道选择光子计数输出。

技术领域

本发明所提出的技术涉及诸如X射线成像和相关的X射线探测器系统的射线成像。

背景技术

诸如X射线成像的射线成像已经在医疗中应用多年，并且用于无损测试。

通常，X射线成像系统包括X射线源和X射线探测器系统。X射线源发射X射线，其通过待成像对象或物体，然后通过X射线探测器系统进行配准。由于一些材料比其它材料吸收更多的X射线部分，所以由此形成对象或物体的图像。

X射线成像探测器的挑战是从检测到的X射线中提取最大信息以提供输入对象或物体的图像，其中在密度、组成和结构方面描述了对象或物体。通常使用胶片屏幕作为探测器，但大多数探测器如今提供数字图像。

现代X射线探测器通常需要将入射的X射线转换成电子，这通常是通过光电效应或通过康普顿相互作用而发生，并且所产生的电子通常产生二次可见光，直到其能量损失并且该光又再次由光敏材料检测。还存在基于半导体的探测器，并且在这种情况下，由X射线产生的电子是根据电子-空穴对产生电荷，通过外加电场收集电荷。

在积分模式下运行的探测器在它们提供来自多个X射线的积分信号的意义上操作，并且该信号是仅在随后数字化，以检索获取在像素中的入射X射线的数量的最佳猜测。

在一些应用中，光子计数探测器也作为可行的替代物出现；当前这些探测器主要以乳房X射线照相术为基础。光子计数探测器的优点在于：可以测量每个X射线的能量，从而产生关于物体的成分的附加信息。该信息可以用于增加图像质量和/或减小辐射剂量。

当使用诸如硅或锗的简单半导体材料时，康普顿散射引起许多X射线光子在转换到探测器中的电子-空穴对之前从高能量转化为低能量。这导致最初以较高能量的大部分X射线光子生产出比预期更少的电子-空穴对，这又导致光子通量的实质部分出现在能量分布的低端。为了尽可能多地检测X射线光子，因此，能够尽可能地检测尽可能低的能量。

图1是显示用于三个不同X射线管电压的能量谱的实施例的示意图。该能量谱是由来自不同类型的相互作用的混合的沉积能量建立的，包括在较低能量范围的康普顿事件和在较高能量范围的光电吸收事件。

通过直接半导体探测器检测X射线光子的常规机制基本工作如下。X射线光子(包括在康普顿散射之后的光子)是被转换为半导体探测器内部的电子-空穴对，其中，所述电子-空穴对的数目通常与光子能量成比例。然后，电子和空穴朝向探测器电极漂移，然后离开探测器。在该漂移期间，电子和空穴感应在电极中的电流，例如通过电荷敏感放大器(CSA)，这样可测量电流，随后由整形滤波器处理，正如在图2中示意性所示。

当来自一个X射线事件的电子和空穴的数量与X射线能量成比例时，在一个感应电流脉冲中的总电荷与该能量成比例。电流脉冲在电荷敏感放大器中被放大，然后由整形滤波器过滤。通过选择整形滤波器的合适的整形时间，滤波后的脉冲幅度与电流脉冲中的总电荷成比例，从而与X射线能量成比例。在整形滤波器处理之后，通过将其值与在一个或多个比较器(COMP)中的一个或几个阈值(Thr)进行比较来测量脉冲振幅，以及由事件的数量引入计数器，当脉冲大于该阈值时，事件的数量可以被记录。以此方式，可以计数和/或记录具有超过与相应阈值(Thr)相对应的能量的X射线光子的数量，该能量可在特定时间框内进行检测。