CN102262237B - 光子辐射检测装置和此种装置的定制和运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光子辐射的检测装置，其包括：准直器(3)、检测器(2)、在检测平面中的定位部组，其允许一方面确定按物理的或虚拟的象素划分所述检测平面(4)，所述象素的横向尺寸小于所述准直器的管的横向尺寸，且另一方面将所述象素中的一个与每个光子交互作用相联系。所述检测装置至少在预先选择的采集配置下具有大于1的在所述检测平面中的象素化度，并且所述检测装置具有大于所述准直器的隔壁高度(h)的十分之一的在所述准直器与所述检测平面之间的距离(c)。本发明还涉及这样的定制方法，其中，对于至少一个给定的空间频率，计算和比较所述检测装置的结构模型的不同采集配置的评价指数值。

Description

光子辐射检测装置和此种装置的定制和运行方法

技术领域

本发明涉及光子辐射检测装置。这样的检测装置尤其被用于医学成像领域、天文学成像领域、核领域以及工业检查领域。更特别地，根据本发明的检测装置适合于医学成像。可以将这样的装置整合进医学γ照相机中，例如用于与放射性同位素^99mTc相联合的闪烁扫描术的γ照相机中。

背景技术

已知的γ照相机包括基本上由检测器、准直器和信息处理部组组成的检测装置。

检测器可以包括闪烁体材料，诸如碘化铯和例如CsI(TI)、碘化钠和例如NaI(TI)、溴化镧(LaBr₃)或锗酸铋(BGO)，所述闪烁体材料与光检测器相关联，所述光检测器例如是光二极管、尤其是雪崩光二极管的矩阵，CCD矩阵或CMOS传感器相结合。因而称之为闪烁体检测器。闪烁体材料的厚度通常在几个μm至几个mm之间。当光子进入闪烁体材料并与后者交互作用时，产生通常在可见光谱内的具有较少能量的光子。这些光子随后被至少一个与闪烁体材料相连接的光检测器收集，然后转变为可利用的电信号。闪烁体检测器通常包括多个象素，每个象素对应于至少一个光二极管，或对应于CCD或CMOS矩阵的至少一个象素。

备选地，检测器包括至少一种半导体检测器材料，可被阴极或阳极极化，通常将这些电极安排在半导体材料的两个相对的面上。因而称之为半导体检测器。当光子进入半导体材料并与后者交互作用时，全部或部分其能量被转移至半导体材料中的电荷载体。检测器被极化，电荷载体迁移向电极(包括阳极)。然后，它们在电极的接线柱处产生电信号。收集然后处理这些其振幅与在交互作用中由光子所拥有的能量成正比的电信号。根据检测器的性质，仅在阳极(通常的情况)、仅在阴极或在两个电极处收集信号。半导体检测器通常包括多个物理象素，每个象素对应于每电极一电荷收集电路(circuit)。

准直器使得能够选择到达检测器的光子。它由称为隔壁体(septa)的薄壁所界定的管构成。这些管(或更精确地，相应的孔口)可以是圆形、六边形或正方形的截面；它们可以是平行的、发散的或会聚的。

已知的γ照相机可以按平面摄影模式或断层摄影模式来使用。在平面摄影模式中，采集按照单一视角来进行，照相机头在整个检查期间保持固定。投影和因此所重构的图像具有这样的缺点：不整合关于在深度上定位患者体内分布的放射性元素的任何信息。在断层摄影模式中，照相机头——包括检测器和准直器——围绕患者描画圆形或椭圆形的轨道，并且以不同的视角采集多个投影。然后由实践者使用重构技术以实现可解释的图像。断层摄影模式使得能够获得尤其关于在深度上定位患者体内分布的放射性元素的信息。

检测装置的性能通常由一定数目的参数来表征，其中：

-空间分辨率，其对应于两个点状源之间的最小距离，所述点状源可以在平面图像(由以单一视角的投影产生的图像)上和重构图像(从多个投影开始的)上辨别。它们通常以点状的或线状的分散函数(分别通过使点状或线状源成像而获得)的“半高度”宽度给出。空间分辨率由检测器的固有空间分辨率和准直器的几何空间分辨率产生。

-能量分辨率，其表明检测装置根据光子能量准确地选择光子的能力。它以百分数表达并以装置对源的发射能量E(即所使用的放射性同位素)的能量响应的“半高度”宽度ΔE给出。

-敏感度，也称为效率。它可以被定义为，在4π球面度上，被检测的原初光子(在到达检测器之前未经历任何交互作用的光子)的数目与由源发射的光子的总数目的比例。敏感度取决于检测器的效率(检测器材料的中止能力)和准直器的几何效率(其是低的，因为准直器造成(impose)强的空间光子选择，并因此吸收它们中的大部分)。检测装置的敏感度越低，则为了通过所采集的投影获得令人满意的统计，采集时间应当越长。

目前，核医学科室主要使用称为Anger照相机的照相机，其检测器包括闪烁体NaI(TI)并且其准直器由六边形截面(蜂巢)的平行管构成。这样的装置在空间分辨率和敏感度之间不得不采取折中：对于安置在准直器10cm处的140keV源，空间分辨率是10mm，而敏感度，如前面所定义的，为10^-4。空间分辨率尤其被准直器的空间分辨率所限制，其是几个毫米，例如3mm。此外，由于闪烁器的中等的能量分辨率(在140keV下，10％)，图像具有低的对比度。

半导体检测器的出现，例如基于CdTe、CdZnTe(CZT)、硅(Si)或HgI₂的检测器，已经使得能够设想新一代的γ照相机。与闪烁体相反，半导体是直接转变材料：在与γ辐射交互作用后，它们不经中间步骤产生电荷，即空穴-电子对(couples électron-trou)(电子迁移向阳极，电子空穴向迁移阴极)。这些检测器通常允许使用具有几个微米至几个毫米之间厚度的半导体材料，而且，厚度的增加不伴随有空间分辨率的剧烈降低。

因此，例如，以PEGASE的名称的已知原型机合并了CZT半导体检测器和正方形截面平行管准直器，一个准直器孔口对应于一个检测器象素。所使用的检测器具有改善了的能量分辨率(在140KeV下3％至5％，对比闪烁器(NaI(TI))的10％)，其通过图像对比度的明显增加表现出来。反过来，尽管其检测器拥有较好的固有分辨率——可以是例如1.6mm至2.5mm，PEGASE原型机提供就空间分辨率和敏感度而言与Angerγ照相机性能几乎相同的性能。

因此，提出了改善已知检测装置的性能的问题，该性能不论是关于被截获的光子流、即敏感度(因为准直器的存在而受限制)，还是空间分辨率，以便最终打破自Angerγ照相机诞生以来不得不采取的折中。

为此目的，研究者们主要尽力使在每个象素内发生在该象素中的光子交互作用的定位变得精细。这是因为，如所附的图1a和1b举例说明的，较好的交互作用定位使得能够减小源于被检测的光子的角扇形，并因此改善发射源的定位。

第一种方法在于通过沿着检测平面(检测器的正面)的X和Y方向平移准直器或检测器来补偿检测器中交互作用地点的过于近似的识别(connaissance)。对应于准直器和检测器的不同相对位置的多个投影的实现因而使得能够通过所获得的不同投影的组合改善空间分辨率。已经提出了具有有着小于象素横向尺寸一半的横向尺寸(直径、侧面...)的准直器以及具有高效率(并因此“大”孔口)准直器的该第一种方法。然而，该第一种方法不是没有缺点。它强行赋予检测装置沿两个方向的在检测平面中的平移部组，通常复杂和昂贵的部组。通过增多所需的投影(或采集)的数目，它此外还增加了采集时间，这延缓了医学成像中心门诊的节奏。

第二种方法在于缩小象素的尺寸，以便获得大于1的在检测平面中的象素化度。因而称之为超象素化(sur-pixellisation)。在整个说明书中，表述“在检测平面中的象素化度”是指，相对于准直器管，沿正交于检测平面的Z方向延伸的象素的数目。当该度大于1时，每个准直器管对应于多于一个的象素。换言之，象素的横向尺寸因而小于准直器管的横向尺寸。注意，“象素的横向尺寸”意指检测平面中的每个象素的尺寸；此外，表述“管的横向尺寸”是指准直器正面上每个管的孔口的尺寸，所述准直器正面称为内平面，相对于检测平面延伸。

这样的在检测平面中的超象素化使得能够摆脱在(X，Y)面中平移准直器或检测器(其在第一种方法中是必需的)，并减少采集时间。它可以物理地或虚拟地获得。

当检测器相对于每个准直器管具有多个物理象素时，用超象素化这个词。然而，物理超象素化需要增多电子电路(voie)并可能存在与物理象素的尺寸有关的一些技术问题。

在变化形式中，提出了通过虚拟地增加检测器象素的数目来实现在检测平面中的虚拟超象素化。该方法使得能够将每个物理象素分割为检测平面(x，y)中的多个虚拟象素。如出版物“an approach to sub-pixelspatial resolution in room temperature X-ray detector arrays with goodenergy resolution(W.K.Warburton)”教导的，通过从在多个相邻阳极上的交互作用而同时产生的电信号开始，测定通过交互作用产生的电荷云的重心坐标(X，Y)是可能的。因而考虑，仅通过对应于重心坐标的虚拟象素检测交互作用。如果没有这样的方法，只能使用收集最大信号的物理象素的坐标。现在，重心定位使得能够达到可以是物理象素大小十分之一级别的虚拟象素大小(表面)。因而，一个准直器管可以对应多个虚拟象素。相对于物理超象素化而言，虚拟超象素化具有不增多电子电路就可获得的优点。因此理解，检测平面中的超象素化相应于准直器管的面对面的象素倍增。在检测平面中的该超象素化可以是物理的或虚拟的，同样地，物理超象素化和虚拟超象素化的组合是可设想的。

最后，专利文献WO2008/046971提出，不仅通过将每个象素分割为在检测平面(X，Y)上的多个虚拟象素，而且还通过虚拟地将检测器材料的厚度分割为多个层(例如，1mm的厚度)，来进一步精细化交互作用的定位。换言之，在此涉及测定沿着Z轴的交互作用坐标。因而，检测器与具有虚拟的检测单位元素(称为象元)的3D矩阵相结合。进一步，所提供的补充信息使得能够精细化源的空间定位并因此改善检测装置的空间分辨率。

因此，上面叙述的最近发展使得能够增加检测装置的空间分辨率。然而，如果考虑至此所提出的装置没有一个充分使用半导体的能力，那么所取得的进展仍然不令人满意。首要的是，这些装置的敏感度仍然是低的。

发明内容

本发明旨在提供光子辐射检测装置，其提供改善了的性能和图像质量。特别地，本发明旨在提供这样的检测装置：其拥有较好的敏感度，并同时具有一空间分辨率，该空间分辨率至少相似于、且优选地小于(即较好的)公知装置的空间分辨率。

本发明的另一个目标是提出特别适合于所涉及的应用，且尤其是适合于待分析的人体部分(在用于医学照相机的检测装置的情况下)的检测装置。本发明尤其旨在使得能够提供适合所涉及应用的考虑到目的空间频率范围的可能的最好检测装置。因而，本发明扩展至光子辐射检测装置的定制方法，以及这样的装置的运行方法。

首先记住，待成像的目标具有不同的空间频率。低空间频率对应于广延区(zone étendue)，具有均匀的灰度，而高频率对应于灰度的突然过渡(例如轮廓或细节)。通常，图像的空间频率通过傅里叶变换来测定。通常，认为图像的对比度取决于低空间频率，而分辨率取决于高空间频率。此外，所寻找的目标越小，检测装置应当优先采用的空间频率越高。根据所涉及的应用，可以优选地采用低空间频率(因而将具有好的敏感度，但模糊的图像)或高空间频率(因而将很好地辨别细节，例如轮廓)的优化响应。

在心血管成像中，目的空间频率在0至1.2cm^-1之间。该频率高限等于约9mm的空间分辨率，即Angerγ照相机的空间分辨率。在乳腺造影术(其中所寻找的目标此外具有较小的大小且尤其小于5mm的大小的应用)中，目的空间频率在0至3cm^-1之间。

本发明提出光子辐射检测装置，包括：

准直器，其包括多个管，

检测器，其包括检测器材料，并在所述准直器一侧具有称为检测平面的正面，

测定关于沿平行于所述检测平面的X或Y方向定位光子与检测器材料交互作用的信息的部组，所述部组——称为定位部组——允许一方面确定按物理的或虚拟的象素划分所述检测平面，所述象素的横向尺寸小于所述准直器的管的横向尺寸，且另一方面将所述象素中的一个与每个光子交互作用相联系。换言之，在检测平面中的定位部组适合于确定检测平面中的超象素化，即按大于1的象素化度的方式物理地或虚拟地划分检测平面。

根据本发明的检测装置的特征在于，所述检测装置至少在预先选择的采集配置下具有大于1的在所述检测平面中的象素化度，并且所述检测装置具有大于所述准直器的隔壁高度(h)的十分之一的在所述准直器与所述检测平面之间的距离(c)，该距离(c)称为准直器-检测器距离，所述隔壁高度被定义为沿正交于所述检测平面的方向的所述准直器的最大尺寸。

根据一个优选的实施方式，所述在检测平面中的定位部组适合于确定所述检测平面中的虚拟的超象素化：它们因而使得能够确定将检测平面划分成虚拟象素，所述虚拟象素的横向尺寸小于准直器管的横向尺寸。

该优选的实施方式不排除这样的可能，即使用在检测平面中的定位部组——其适合于在检测平面中确定检测器的物理超象素化：检测器因而包括物理象素矩阵，所述物理象素的横向尺寸小于准直器管的横向尺寸。

本发明因此基于在检测平面中的检测器超象素化(即将检测平面划分成虚拟的或物理的象素，所述象素的横向尺寸小于准直器管的横向尺寸)与准直器和检测平面之间距离的组合。令人惊奇地，该组合使得能够大大地改善检测装置的空间分辨率。因此，它使得使用具有高效率的、即低的隔壁高度的准直器是可能的。它因此导致空间分辨率和敏感度的共同改善。根据本发明的从检测装置开始重构的图像既真实又对比突出。

在本发明的第一实施方式中，检测装置具有固定的准直器-检测器距离，该准直器-检测器距离因此大于准直器隔壁高度的十分之一，检测装置按照使用单一采集配置的方法或使用多个采集配置的方法(如前面所说明的)起作用。优选地，该准直器-检测器距离大于准直器的隔壁高度的2/10，甚至3/10，甚至4/10。

在本发明的第二实施方式中，检测装置包括准直器-检测器距离的调整部组，例如机械部组。在这种情况下，装置按照使用对应于不同准直器检测器距离的多个采集配置的方法起作用，其中至少一个准直器-检测器距离大于准直器隔壁高度的十分之一，例如大于准直器隔壁高度的十分之二、十分之三或十分之四。

有利地，在至少一个采集配置下，准直器-检测器距离大于1mm，优选地大于3mm，甚至5mm。

为了能够按照使用多个采集配置(它可能是固定的或可变的准直器-检测器距离)的方法和/或以断层摄影模式起作用，根据本发明的装置有利地包括重构部组，所述重构部组适合于测定一组辐射数据——称为组合投影——的图像，从而允许从多组辐射数据——称为单元投影开始，重构光子辐射源的图像，每个单元投影由通过将所述检测装置暴露于光子辐射源采集辐射数据的采集操作产生。

因此，在平面摄影模式中，可以通过改变每个采集操作之间的采集配置测定组合投影，而无需改变检测装置相对于光子辐射源的位置。

在断层摄影模式中，通过改变检测装置相对于光子辐射源的视角实现组合投影。对于每个视角，可以进行单一采集操作(提供单元投影)，或对应于不同采集配置的多个采集操作(提供多个单元投影或一个组合投影)，优选地，通过改变每个采集操作之间的准直器-检测器距离。

根据一个优选的实施方式，检测器材料是半导体材料。在变化形式中，半导体材料是闪烁体材料。

有利地，根据本发明的装置的准直器-检测器距离在任何采集配置下小于准直器隔壁高度。

优选地，所述准直器具有一中心轴线和一隔壁厚度，该隔壁厚度在与所述准直器的中心轴线正交的至少一平面中是恒定。表述“在至少一个平面内的恒定隔壁厚度”在本文中意味着准直器隔壁体具有这样的厚度，其在该平面内从一个隔壁体至另一个隔壁体是相同的。优选地，根据本发明的准直器的隔壁厚度在任何与其中心轴线正交的平面内是恒定的。

优选地和通常地，准直器以这样的方式布置，其中心轴线与检测平面正交地延伸。该中心轴线与准直器中心管的中心轴线重合，并且位于检测器一侧的该中心管的轴末端确定一个平面，称为准直器的内平面，与检测器平面相平行。

根据优选的实施方式，准直器是平行管(该布置使得能够保留大的视野)或发散管或会聚管式准直器。在变化形式中，它包括平行与非平行(发散和/或会聚)管的组合，这样的组合可以例如对应于以多焦距准直器为名称的已知准直器。

有利地，根据本发明的检测装置此外具有多于一个的或多个下述特征：

-准直器具有正方形的横截面，优选地从一个管至另一个管是相同的；

-每个准直器管(沿正交于检测平面的Z方向)对应于一个检测器物理象素，反之亦然；在该情况下，在检测平面中的超象素化是虚拟的，所述超象素化被定位部组确定，所述定位部组在至少一个预先选择的采集配置下在检测平面中实现所述定位化。

-检测装置包括测定关于检测器材料中光子交互作用的深度信息的部组，这些部组——称为在厚度中的定位部组——使得能够确定将检测器材料的厚度划分成多个虚拟层，并将所述层中的一个与每个光子交互作用相联系。在该情况下，检测器呈现为3D象元矩阵。因而“在厚度中的象素化度”意指，由在厚度中的定位部组确定的虚拟层的数目。此外，表述“象素化度”同时集中了在检测平面中的超象素化和在厚度中的超象素化的概念：术语“象素化度”是指相对于准直器管而延伸的象元的数目。

根据一个优选的实施方式，在旨在用于乳腺造影术类型的应用的检测装置的情况下：

-准直器具有在5mm至25mm之间，优选地在10mm至20mm之间，例如15mm的隔壁厚度；这样，具有在5mm至50mm之间的隔壁厚度的准直器是符合本发明的；

-在检测平面中的定位部组适合于确定具有在0.1mm至1mm之间，优选地在0.1mm至0.4mm之间，例如等于0.2mm间距的虚拟象素；

-在厚度中的定位部组适合于确定将检测器材料划分成至少三个虚拟层；

-准直器-检测器距离，在至少一个预先选择的采集配置下，在准直器隔壁高度的四分之一至一半之间；当准直器隔壁高度为15mm时，准直器-检测器距离为例如5mm左右。

本发明还涉及光子辐射检测装置的定制方法，所述检测装置包括：

准直器，其包括多个管，

检测器，其包括检测器材料，并在所述准直器一侧具有称为检测平面的正面

在检测平面中的定位部组，如前面所定义的。

根据该定制方法：

-根据所针对的应用确定至少一个目的空间频率，

-确定检测装置的结构模型，其通过定制所述准直器和所述检测器的一组结构参数值来决定，

-确定所述结构模型的至少两个采集配置，每个采集配置通过一个准直器-检测器距离和一个象素化度来决定，所述采集配置中的至少一个对应于大于准直器隔壁高度十分之一的所述准直器-检测器距离和大于1的所述检测平面中的象素化度，

-使用允许表示随空间频率而变的所述检测装置的信噪比和/或敏感度和/或空间分辨率的评价指数，

-对于每个目的空间频率和对于每个预先确定的采集配置，计算该评价指数值，

-比较所获得的评价指数值，并根据该比较的结果选择至少一个采集配置。

通过对上面说明的阅读，可以理解，结构模型通过结构参数来决定，结构参数，根据定义，一旦赋予其以值并且制造出检测装置，就被固定了。这些结构参数选自：准直器的隔壁高度、准直器的隔壁厚度、准直器管的相对布置、所述管的横截面的形状、所述管的横向尺寸、所述管的正面尺寸、检测器材料的性质、检测平面的尺寸、检测器材料的厚度、检测器物理象素的数目、所述物理象素的横截面的形状、所述物理象素的横截面的尺寸。

反过来，这样的结构模型的采集配置通过参数(准直器-检测器距离，在检测平面中和厚度中的象素化度)来决定，根据检测装置的用途，通过调整部组，或根据相应的电子和/或信息处理，改变所述参数是可能的。注意每个采集配置对应于一个在检测平面中的象素化度和一个在厚度中的象素化度。这样，在根据本发明的定制方法中确定采集配置时所不得不采用的唯一要求是在检测平面中的象素化度：至少一个所确定的采集配置应当具有大于1的在检测平面中的象素化度，与大于准直器隔壁高度十分之一的准直器-检测器距离相组合。

在根据本发明的定制方法的优选的方案中：

-根据所针对的应用确定目的空间频率的范围，

-如果希望定制仅旨在单一采集配置下起作用的检测装置，则选择：

◆或者在所有目的空间频率范围内提供最好折中的采集配置；该配置为例如提供在所有目的空间频率范围内计算的最好的评价指数值平均值的那些，

◆或者在目的空间频率范围的基本部分内提供最好的评价指数值的采集配置；表述“基本部分”在本文中是指，就所针对的应用而言，对应于所述范围最令人感兴趣的空间频率的目的空间频率范围的一部分。

-如果希望定制旨在多个采集配置中起作用的检测装置，则选择至少两个分别在目的空间频率范围的两个基本部分内提供最好的评价指数值的采集配置。因此例如，有利地，选择：在目的空间频率范围的较高部分内，即在高频率提供最好的评价指数值的采集配置，和在目的空间频率范围的较低部分内，即在低频率提供最好的评价指数值的采集配置。

根据本发明的定制方法还使得能够比较多个不同的结构模型，即对应于不同组结构参数值的模型，以便从它们中选择最好性能的。为此：

-确定多个不同的结构模型，

-对于每个结构模型，确定一个或多个采集配置，所述采集配置中的至少一个对应于大于所述准直器隔壁高度十分之一的准直器-检测器距离和大于1的所述检测器平面中的象素化度，准确地说，如果希望定制旨在多个采集配置下起作用的检测装置，则确定至少两个结构模型的参数。

-对于每个目的空间频率和对于每个前面定义的采集配置，计算所述评价指数值，并比较所获得的评价指数值，

-如果希望定制仅旨在单一采集配置中起作用的检测装置，则选择：

◆或者在所有目的空间频率范围内提供最好折中的采集配置，

◆或者在目的空间频率范围的基本部分内提供最好的评价指数值的采集配置，

一如果希望定制旨在多个采集配置下起作用的检测装置，则选择所述结构模型和所述结构模型的至少两个采集配置，所述至少两个采集配置相应地在目的空间频率范围的两个基本部分(例如在高频率和在低频率)内提供最好折中。

有利地，所使用的评价指数值选自：已知以“Dective QuantumEfficiency”为名称的指数，可以将其翻译为检测量子效率；与噪音对比的比率；等等。

这是因为，检测装置的性能，对于每个空间频率而言，通过以称为DQE(检测量子效率的首字母缩写)的评价指数来测量。如出版物“The useof Dective Quantum Efficiency(DQE)in evaluating the performance ofgamma-camera systems(Starck等人)教导的那样，该指数起初被用于X射线检测装置，但也适用于γ-照相机。

DQE是一项具有同时整合敏感度和空间分辨率概念的评价指数。它表示成像系统有效使用所输入的数据的能力。它以下列方程式给出：

$\mathrm{DQE}(u,v)=\frac{\mathrm{SNR}{{(u,v)}^2}_{\mathrm{out}}}{\mathrm{SNR}{{(u,v)}^2}_{\mathrm{in}}}$

其中u，v分别表示沿着X和Y方向的空间频率，SNR_in和SNR_out表示检测装置的输入和输出信噪比。检测装置的输入信噪比可以通过在采集过程中具有给定能量的源所发射的光子的数目比例来测定(源放射性乘以所考虑的发射能量的分支系数(coefficient d’enbranchement)和采集时长)，在后者的方差范围内，认为源发射的统计是泊松式的。

DQE的计算可以如下来进行：

-将检测装置暴露于光子辐射下或模拟这样的暴露，

-测量由检测器的全部或部分象元检测到的信号强度，或模拟该强度测量，

-构成至少一个强度图像的频率表示(représentation)，所述强度图像表示以沿平行于检测平面的一平面的多个共面的象元测量或模拟的信号强度，

-将敏感度指数归因于每个所组成的频率表示，该敏感度指数可以是所述图像的每个象元的信号强度的积分，所述图像通过由源发射的光子的数量所分割。

根据第一实施方式，DQE的计算随后包括下列步骤：

-计算通过其各自敏感度指数的倒数法加权的多个频率表示的和，

-以频率分布图(histogramme)、例如径向平均值的形式表示经如此计算的和。

在变化形式中，在根据本发明的第二实施方式中，DQE的计算随后包括下列步骤(在敏感度指数的归因步骤之后)：

-以多个频率分布图、例如径向平均值的形式表示每个空间频率表示，

-计算每个通过敏感度指数的倒数法加权的多个频率分布图的和，所述敏感度被归因于表示频率分布图的频率表示。

换言之，一方面(第一实施方式)或另一方面(第二实施方式)进行DQE的计算的后两个步骤是可能的。

在根据本发明的定制方法的范围内，可以使用技术人员已知的任何其它评价指数，如果该指数适合于表示开始定义的空间频率范围内的检测装置的信噪比和/或敏感度和/或空间分辨率。优选地，所选择的评价指数适合于至少表示在0至3cm^-1的空间频率范围内的检测装置的敏感度。

本发明还涉及光子辐射源的图像的重构方法，其中：

-使用光子辐射检测装置，其包括：

◆准直器，其包括多个管，

◆检测器，其包括检测器材料，并在所述准直器一侧具有称为检测平面的正面，

◆如前面所确定的在检测平面中的定位部组，

-按照至少一个视角，将所述检测器装置暴露于光子辐射，

在本发明的第一方案中，在对应于准直器隔壁高度十分之一的准直器-检测器距离和大于1的检测平面中的象素化度的单一或相同采集配置(以准直器-检测器距离和象素化度所决定的)下使用检测装置，根据在随所针对的应用而确定的目的空间频率范围内的评价指数值的计算结果预先选择该采集配置。在暴露期间，进行至少一个辐射数据的采集操作，每个采集操作在所述预先选择的采集配置下进行，每个采集操作提供一组辐射数据，称为单元投影。在平面摄影模式(单一视角)中，如此采集单一投影。在断层摄影模式中，采集多个单元投影，即每个视角一个(所获得的所有投影在相同的采集配置下)。在后一种情况下，将所获得的不同单元投影，或仅它们中的一些进行组合以形成一组辐射数据，称为组合投影，使得能够重构光子辐射源的图像。

在本发明的第二方案中，在至少两个采集配置下使用检测装置。因而，在暴露期间，在不同的检测装置采集配置(每个采集配置由准直器-检测器距离和象素化度来决定)下进行至少两个光子辐射数据的采集操作，至少采集配置中的一个对应于具有大于准直器隔壁高度十分之一的准直器-检测器距离和大于1的检测平面中的象素化度，根据在随所针对的应用定义的目的空间频率范围内的评价指数值的计算结果预先选择所述采集配置。每个采集操作提供单元投影(如前面所确定的)。随后组合前面所采集的多个单元投影(全部或仅一些)以形成组合投影(如前面所确定的)。在平面摄影模式中，如此采集对于所选择的唯一视角的至少两个单元投影(在不同的采集配置下)。在断层摄影模式中，每个视角可以采集一个或多个单元投影，所获得的所有投影中的至少两个是在不同的采集配置下。

将单元投影组合为组合投影可以以两种方式来进行：并列对应于不同采集配置(如在前面所说明的)的单元投影和系统矩阵；在逐个地重构(图像)每个单元投影后使用小波变换；安装重构算法，其仅选择在唯一的重构步骤期间在每一个单元投影中的目的频率...

有利地，在发明的第二方案中，使用包括准直器-检测器距离的调整部组的检测装置，并且预先选择的采集配置对应于不同的准直器-检测器距离。

本发明扩展至检测装置、定制方法和图像的重构方法，其特征在于上文或下文所描述的特征的全部或部分的组合。

附图说明

通过阅读下文的参照示意性的附图并针对以作为实例而非限制性地提供的优选的实施方式的描述，本发明的其它细节和优点得以体现。在这些附图上：

图1a是现有技术的检测装置的相应的管和象素的示意图；

图1b是现有技术的检测装置的相应的管和象素的示意图，其中每个象素分割为多个虚拟象素；

图2是根据本发明检测装置的一个实施方式的一部分的沿着平面(X，Z)的剖面示意图；

图3是检测装置的一部分的沿着平面(X，Z)的剖面示意图，其中，准直器与检测器连结，在图上示出光子与半导体材料的交互作用；

图4是检测装置的一部分的沿着平面(X，Z)的剖面示意图，其中，准直器与检测器分开，在图上示出光子与半导体材料的交互作用；

图5是矩阵方程；

图6至8表示为空间频率函数的DQE曲线；

具体实施方式

图2以非常示意性的方式举例说明了根据发明的检测装置的一个实施方式。仅所述装置的一部分被示出，按沿着平面(X，Z)的剖视图被示出。该检测装置1包括半导体的检测器2和准直器3。

检测器2包括2D共面象素矩阵5，6，7...在图2上只示出了这些象素中的三个。这些象素面对着准直器3形成正面4，称为检测平面，所述检测平面沿X和Y方向延伸。所示出的检测器2具有正方形的截面，该截面在任何平行于检测平面的平面中都为正方形。

每个象素都包括一半导体材料8，半导体材料8的两侧形成阴极和阳极(未表示出)。每个象素由此构成电荷收集的单位电路。这样的象素被称为物理象素。

检测器2可以由多个相连结的基元检测器构成，每个基元检测器对应于一个象素并包括一个半导体材料块、一个阳极和一个阴极(它们是半导体材料块固有的)。这样的检测器有时被称为平面检测器。

作为变型，检测器2可以是单片的，这意味着它包括单一的和唯一的半导体材料块，从而形成所有物理象素的半导体材料。在该块半导体材料的一表面上形成的阳极被分节段，以便形成多个独立的基元阳极。在所述块的相反表面上形成的阴极可以是连续的或分节段的。因而一个物理象素由一个基元阳极以及半导体材料的体积定义，并且阴极表面沿正交于检测平面的Z方向面对着该基元阳极延伸。这样的阳极的分节段使得能够实现物理象素的尺寸小于平面检测器的物理象素的尺寸。因此，单片检测器的固有空间分辨率通常比平面检测器的固有空间分辨率低(即更好)。

准直器3包括多个管，其中在图2上看得见的是三个管9，10，11。准直器管具有沿Z方向完全相同的尺寸，称为高度。准直器3的隔壁高度h，被定义为沿Z方向准直器的最大尺寸，因此等于每个管9-11的高度。然而，包括具有不同高度的管的准直器符合本发明。

将管9-11集中在中心管周围，所述中心管确定准直器的中心轴线。如此布置准直器以便其中心轴线与检测平面4正交；该中心轴线因此沿Z方向延伸。此外，管的低端是共面的；它们确定平面13，称为准直器的内平面，其与检测平面4平行。在举例说明的实施例中，准直器的管是完全平行的，这赋予准直器以大的视野。

准直器的管被间壁12所限定。这些间壁由能够吸收γ或X辐射的大密度材料构成，例如包括重金属的金属或金属合金，例如钨或铅。在举例说明的实施例中，准直器3具有在至少一个与其中心轴线正交的平面中的恒定隔壁厚度，这意味着其间壁厚度在该平面中从一个间壁至另一个间壁是相同的。在该情况下，举例说明的准直器3具有在与其中心轴线正交的任何平面中的恒定隔壁厚度。

在举例说明的实施例中，检测器的所有物理(和虚拟)象素和所有准直器管都具有正方形的横截面，并且每个准直器管对应于一个检测器物理象素，反之亦然。换言之，物理象素的间距(或宽度)等于管的间距(孔口的宽度+隔壁厚度)。

根据本发明，检测装置的准直器-检测器距离，在图2上标记为c，至少在所述检测装置的一个采集配置中大于准直器隔壁高度h的十分之一。

在本发明的第一实施方式中，检测装置具有固定的准直器-检测器距离。因而该距离大于准直器隔壁高度的十分之一，并且优选地，在任何检测装置配置中小于准直器的隔壁高度(以便该距离用于在一个或多个采集配置中起作用)。

在本发明的第二实施方式中，检测装置包括其准直器-检测器距离的调整部组(未表示出)，从而允许改变准直器-检测器距离。这样的检测装置可以按照使用多个对应于不同准直器-检测器距离的采集配置的方式起作用。根据发明，至少这些配置中的一个具有大于准直器隔壁高度的十分之一的准直器-检测器距离。

根据本发明的检测装置包括多个部组，称为在检测平面中的定位部组，所述部组适合于为半导体材料中的每个光子交互作用测定关于沿X和Y方向定位所述交互作用的信息。这些在检测平面中的定位部组包括预先定义的物理象素。在举例说明的实施例中，它们此外包括计算部组，其能够为每个物理象素并为在该象素中的每个光子交互作用，测定所述交互作用在所述象素内相对于沿X和Y方向定位的信息，所述定位例如是通过重心定位。这些计算部组因此允许确定一种划分，在检测平面中，该划分将每个物理象素划分多个虚拟象素，所述虚拟象素的横向尺寸小于准直器管的横向尺寸；并允许将每个光子交互作用与所述虚拟象素中的一个相联系。这样的计算部组是技术人员公知的并且未在图2中示出。

换言之，在举例说明的实施例中，在检测平面中的定位部组能够确定在检测平面中的虚拟超象素化。

此外，可选地，根据本发明的检测装置包括部组——称为在厚度中的定位部组，其适合于为在半导体材料中的每个光子交互作用测定关于所述交互作用沿Z方向定位的信息。这些在厚度中的定位部组因此允许确定一种划分，在所述半导体材料的厚度中，即沿Z方向，该划分将每个象素划分为多个虚拟层，并允许将每个光子交互作用与所述虚拟层中的一个相联系。这些在厚度中的定位部组基本上是计算部组，是技术人员公知的并且未在图2中示出。

因此，检测器2呈现为3D象元矩阵，一个象元由一虚拟象素与一虚拟层相交所形成。该矩阵总共包括K＝Vx＊Vy＊Vz个象元，其中Vx是指沿X方向的象元列的数目，Vy是指沿Y方向的象元列的数目和Vz是指沿Z方向的象元列的数目。将观察到Vx＊Vy＝PV＊P，其中P是指检测器的物理象素数目，且PV是每个物理像的虚拟象素数目。每个检测器象元被标记为VD_k，其中1≤k≤K。

有利地，根据本发明的检测装置此外包括采集配置的选择部组，所述选择部组适合于允许实践者(或操作员)选择一个或多个采集配置，例如根据所针对的应用和/或根据在先所获得的图像选择。这是因为，在对应于患者身体的一区域的图像的检查后，通过优先采用某些空间频率(即优先采用某些大小的目标)，采集该区域的新图像能够被证实是有用的。所寻求的空间频率确定一个或多个待选择的采集配置。

本发明还涉及从例如前面描述的检测装置开始重构光子辐射源图像的方法。换言之，本发明还涉及这样的检测装置的运行方法。

通常，使检测装置沿至少一个视角暴露于光子辐射源，所述光子辐射源例如是X射线和/或γ射线。

根据发明的第一方案，通常在单一采集配置下使用检测装置。根据本发明的图像重构方法的原创性因而在于该采集配置特征，该采集配置组合了大于1的在检测平面中的象素化度和大于准直器隔壁高度十分之一的准直器-检测器距离。如下文所说明的那样预先选择该采集配置以便获得最佳的图像质量。

根据该方案，在将检测装置暴露于光子辐射源期间，进行一个(平面摄影模式)或多个(断层摄影模式)辐射数据采集操作，如下文所说明的。

根据发明的第二方案，有利地，所述重构方法使用至少两个采集配置。根据该第二方案，在暴露期间，在不同的检测装置采集配置下，进行至少两个采集操作，每个采集配置由一准直器-检测器距离和一象素化度决定。在平面摄影模式中，优选地进行两个采集操作，以便减小所述方法实现的总时长。由于同样的原因，在断层摄影模式中，优选地仅进行一个或两个根据视角的采集操作。根据所针对的应用预先选择所使用的采集配置，借助于作为空间频率的函数的评价指数，根据所针对的应用决定目的空间频率的范围。在根据本发明的定制方法的范围内，操作该预先选择的方式在下文进行了详细描述。然而，要记住的是，至少一个所选择的采集配置具有大于准直器隔壁高度的十分之一的准直器-检测器距离和大于1的在检测平面中的象素化度(相反，其在厚度中的象素化度可以等于1，因而没有规定任何在厚度中的象素化度)。

每个辐射数据采集操作的实现包括下述步骤：

第一步：计算一矩阵，称为系统矩阵Rj，对应于在所涉及的采集操作中所使用的采集配置，记为j(例如j＝{1，2}，如果总共进行两个采集操作)。

如前面所说明的，检测器被虚拟地分为K个象素VD_k，其中1≤k≤K和K＝Vx＊Vy＊Vz。同样地，图像源被虚拟地分为I个象素VS_i，具有1≤i≤I。

系统矩阵Rj由项r_j-ik组成，其表示由所述源的象元VS_i所发射的光子被检测器的象元VD_k所检测到的概率。借助于粒子传输代码，例如蒙特卡罗(Monte Carlo)类型的代码——例如MCNP，或任何为此所开发的代码或甚至为分析模型，该系统矩阵Rj的计算得以实现。该计算可以在将检测装置暴露于辐射源之前、期间或之后进行，但是优选地，在该暴露之前进行。

如在图3和图4上观察的，不同的准确器-检测器距离造成不同的信息取样和因此不同的系统矩阵Rj。通过改变准直器-检测器距离，可频繁地改变信息的定位。

第二步：通过测量测定在采集期中在检测器的全部或部分象元中所产生的电信号强度。

将在检测器的每个象元中所测得的强度用向量Pj表示，其中j是指所涉及的采集操作。该向量Pj被称为单元投影，它由项p_j-k组成，其中1≤k≤K和K＝Vx＊Vy＊Vz(检测器象元的数目)。

对于每个所进行的采集操作，实施这两个步骤。

如果进行单一采集操作(平面摄影模式的本发明的第一方案)，获得矩阵表达式Pj＝RjF。

当进行多个采集操作时(断层摄影模式的第一方案和本发明的第二方案)，一方面构建向量P，称为组合投影，其合并所述向量Pj(单元投影)，另一方面构建矩阵R，合并所述矩阵Rj。因而获得矩阵表达式P＝RF，在图5上被示明。在该图上，矩阵表达式仅考虑了两个采集操作(和因此两个单元投影)；如果进行其它采集操作，则将相应的数据加入向量P和矩阵R中的随后部分。

因此通过组合多个单元投影决定一个组合投影，在发明的第二方案中，所述单元投影对应于不同的采集配置。在本文中所进行的组合在于并置对应于不同采集操作的所采集的数据(单元投影)与系统矩阵。其它组合方法是可能的。

在上面提及的矩阵表达式中，由项fi组成的向量F表示来自所述源的象元VS_i的发射强度，其中1≤i≤I(源象元的数目)。因此向量F允许重构来自所述源的图像。该向量F的计算例如根据现有技术的公知迭代方法(ART或SATR类型的代数迭代法，MLEM、OSEM或MAP类型的统计迭代法等)，通过(P-RF)²的极小化来获得。

注意到，每个采集操作只允许它重构一个光子辐射源的图像。在本发明的第二方案中，就减轻采集的辐射数据的缺失而言，在这里不建议在不同的采集配置中使用至少两个采集操作(即至少两个单元投影)，这也包括以平面摄影模式中的采集操作。出于借助于采集配置的充分选择的方式改善所获得的重构图像的质量的目的，则考虑该使用。操作该选择以便最终同时获得非常低的空间分辨率和大的敏感度。

本发明还涉及例如上文描述的检测装置的定制方法。

根据该定制方法，首先确定至少一个检测装置模型，称为检测装置结构模型。这样的模型通过一组与准直器和检测器相关的结构定制参数值来决定。

对于检测器，待确定的结构参数为例如(下面列出的一些参数可能是重复的)：检测器的性质，全尤其是半导体材料的组成；检测器的尺寸且尤其是检测器平面的尺寸和半导体材料的厚度；物理象素的数目；物理象素横截面的形状(正方形、长方形或多边形、环形等等的其它截面)和其尺寸(当物理象素为正方形截面时，因而只需确定其宽度，称为间距)等等。

对于准直器，待确定的结构参数为例如(下面列出的一些参数可能是重复的)：管的相对布置(平行管、发散管、会聚管或这样的布置的组合)；隔壁高度；每个管的高度；隔壁厚度；每个管的横截面的形状(正方形、长方形、六边形或其它多边形、环形等等的截面)和其尺寸(在本文中是孔口的尺寸)等。

在本文中所叙述的实例中，根据本发明确定的结构模型通过下列的参数值组来决定：

半导体材料，基于CdZnTe；

半导体材料的厚度：5mm；

检测平面的尺寸：224mm＊224mm；

象素截面：间距等于1.6mm的正方形，检测器因此具有140＊140象素；

检测器管的布置：平行；

隔壁高度：16mm；

隔壁厚度：0.15mm；

管的截面：宽度等于1.45mm(孔口的宽度)的正方形。换言之，每个管对应于一个象素，反之亦然(因为1.45mm的管孔口宽度+0.15mm的隔壁厚度＝对应于象素间距的1.6mm)。

根据本发明，随后确定至少两个采集配置。如前面所说明的，每个采集配置由准直器-检测器距离(记为c)和象素化度决定。在虚拟超象素化的情况下，象素化度的确定再归功于下述参数值：

-每个物理像沿X方向的虚拟象素列的数目，和每个物理象素沿Y方向的虚拟象素列的数目；

-在变化形式中或在组合中，每个物理像象素的虚拟象素数目PV；

-在变化形式中或在组合中，虚拟象素的间距；

-可选地，半导体材料的虚拟层的数目Vz。通常，Vz选自1至10。

根据本发明，至少一个如此定义的采集配置应当具有大于准直器隔壁高度的1/10的准直器-检测器距离和大于1的在检测平面中的象素化度。在这里所确定的结构模型中，每个物理象素对应于一个准直器管，在检测平面中的象素化度等于每个物理像的虚拟象素数目PV。

在举例说明的实例中，确定五个采集配置，由1mm、5mm和10mm的准直器-检测器距离，对应于PV＝4、16和64(如此研究在检测平面中的三个超象素化度)和Vz＝3(研究在厚度中的唯一象素化度)的象素化度所决定。将这些采集配置总结于下面表1中。

表1

如前面所指示的，这些采集配置对应于相同的结构模型并且因此具有相同的隔壁高度。此外，它们具有相同的虚拟层数目Vz。然而，将这两个参数在上面表1中指示，因为它们与对下面表2中所描述的模型(称为证据模型)报告的配置相区别。

还将注意到，在该实例范围内已确定的唯一的检测装置的结构模型中，表1的所有采集配置具有相同的物理象素间距。由此，参数“虚拟象素间距”和“虚拟象素的数目/象素”表示相同的几何特征。

根据本发明，随后计算在目的空间频率范围内的经如此定义的每个采集配置的DQE。通过初级近似地假设噪音是驻波的并且是泊松分布，进行该计算。在这里选取的目的空间频率范围选自范围[0；3cm^-1]，适合于乳腺造影术。

对于每个采集配置，DQE的计算包括下述步骤：

第一步：模拟将采集配置暴露于点状源，例如相对于准直器对中心的并且位于距准直器一预定距离(记为源-准直器距离)的点状源，并持续一给定的暴露时长。

源-准直器距离的选择由所针对的应用来规定。对于乳腺造影术类型的应用，该距离优选地在1cm至5cm之间。在心血管成像中，更确切地说，它是10cm左右。在举例说明的实例中，源-准直器距离为5cm。这是因为，该距离相应于胸部的平均厚度并且此外这是最关键的。还可能的是，在不同的源-准直器距离下，模拟多个暴露。

在点状源下模拟采集配置的暴露通过粒子传输代码来进行，例如以名称蒙特卡罗的类型的公知代码，例如MCNP代码或Gate代码。该代码使得能够模拟在所有检测器象元中的交互作用的位置。可以使用其它类型的代码，例如定型代码(code de deterministe)，例如以名称Sindbad的公知代码(参见出版物(J.Tabary，R.Guillemaud和F.Mathy的Combination of high resolution analytically computed uncollided fluximages with low resolution Monte-Carlo computed scattered fluximages，IEEE Trans.Nucl.Sci.51-1212-217，2004)。

优选地，所模拟的点状源是核医学中使用的同位素，例如^99mTc(发射140keV能量的单能量光子的源)。在举例说明的实施例中，模拟具有740MBq放射性的源，暴露时长为10分钟。

第二步：对于检测器材料的每个虚拟层z，获得PV图像I_z，n，每个图像I_z，n表示在标记为VD-z-n(具有1≤z≤Vz和1≤n≤PV)的在检测器象元中检测到的电信号强度(灰度)。所述象元VD-z-n对应于层z与指标n的虚拟象素的相交。指标n确定面对相同管的象素的相对位置。换言之，指标n确定相对于其所面对的管的每个虚拟象素(在物理超象素化的情况下，物理象素)的位置。检测器既计数指标n的虚拟象素，并计数因此象元VD-z-n，也计数物理象素。优选地，对于所有象素组(每个组对应于一个管)，以相同的方式实行按指标的标示。换言之，将所有相对于其所面对的管具有相同的相对位置的象素以相同的指标值来标记。

第三步：决定每个图像I_z，n的频率表示，例如通过每个图像I_z，n的傅里叶变换来实现，从而记为TF I_z，n，如此获得Vz×PV个傅里叶变换TFI_z，n，其中1≤z≤Vz和1≤n≤PV。

每个图像TF I_z，n是一个频率矩阵，其每个项(u，v)表示对应于图像Iz，n的u(沿X方向)和v(沿Y方向)空间频率的信号强度。

第四步：进行在前一步中获得的每个频率表示TF I_z，n的模的平方的加权和。

每个频率表示的加权系数等于1/S_z，n，其中S_z，n等于在具有由源发射的光子的数目所划分的层z的指标n的象元(象元VD-z-n)中所估计的总交互作用的数目。系数S_z，n可以被称为层z的指标n的象元的敏感度。它对应于与频率表示TF I_z，n相关的敏感度指数。

因而获得下述的2D频率表示(或频率图像)：

$\mathrm{DQEimage}=\underset{z=1}{\overset{\mathrm{Vz}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{\mathrm{PV}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{S_{z,n}}\×{\left|\mathrm{TF}{I}_{z,n}\right|}^2$

第五步：通过重构从前一步中获得的频率表示DQE_图像的频率分布图，决定采集配置的DQE值，因而优选地使该量值除以由在模拟(或采集)期间在所考虑的能量下由源发射的光子的数目。

该频率分布图通过加和每个项(u，v)——对应于独立于轴的相同空间频率——的强度，从矩阵DQE_图像开始来获得。对于任何空间频率频率分布图的值是DQE_图像的元素(u，v)的强度的和，其中坐标(u，v)为这样的优选地，可以通过坐标(u，v)例如的点数使强度的和标准化。频率分布图因而对应于DQE_图像2D频率表示的径向平均值。

所获得频率分布图，称为DQE，表示随空间频率而变的检测装置的敏感度和空间分辨率。

第四步和第五步可以颠倒。在该情况下，通过进行径向平均值建立每个频率表示TF I_z，n的模的平方的频率分布图，然后实现通过前面所定义的加权系数1/S_z，n加权的如此获得的频率分布图Vz＊PV的和。

在技术效果验证后——对检测装置、定制方法和根据发明的图像的重构方法所共同的发明性的设计思想承托于该技术效果上，发明者还模拟了证据模型，例如下面表2中所描述的。没有在表2中出现的这些证据模型的所有定制结构参数与图1的采集配置的定制结构参数是相同的。

表2

在空间频率范围[0；3cm^-1]内计算了这些证据模型的每个的DQE，如就表1的采集配置在上文所指出的。

将注意到，命名为Ref_LEHR的模型处理了常规准直器(LEHR是低能量高分辨率的首字母缩写)，所述常规准直器具有的隔壁高度等于29mm，并因此具有较好空间分辨率。该证据模型Ref_LEHR被称为参考模型：本发明旨在提供超越该证据模型的检测装置。表1中所定义的采集配置具有比参考模型小的隔壁高度。期望在这种情况下它们提供敏感度的增加，这已被试验所确认。还期望在这种情况下，这些采集配置导致分辨率的降低，表现为尤其是在高频率下的更低的DQE。与任何期望相反，该降低没有发生，如后面所显示的。

将对于在根据发明的定制方法的范围内所定义的采集配置(表1)和对于证据模型(表2)所计算的DQE表示在图6至8上。零频率下的DQE(对于f＝0的DQE值)表示检测装置的敏感度。在其它频率下，DQE应当是尽可能高的，以便在该频率下重构的图像质量尽可能地好。

在图6上报告了H16_3DOI_pix4_c1、H16_3DOI_pix16_c1、H16_3DOI_pix64_c1和参考模型(Ref_LEHR)的采集配置的DQE。这些曲线的比较允许分析超象素化对所重构的图像的质量的影响(在检测平面中的象素化度是唯一参数，因此在三个第一配置之间有不同的值)，并且将所获得的结果与来自参考模型的结果进行比较。观察到，DQE在所有目的空间频率范围内随超象素化而增加。此外，超象素化使得能够在高频率(尤其是大于2.2cm^-1)下给检测装置提供比参考模型更好的性能。此外，象素化度越高，空间频率区域就越减小，在该空间频率区域中，具有超象素化的模型的DQE小于参考模型的DQE。用隔壁高度16cm(原文16m，可能有误)的准直器，获得比隔壁高度29cm的准直器更好的(4倍)敏感度(在零频率下的DQE)，这是所期望的。而且，借助于在检测平面中的超象素化(无论其程度如何)，还获得相对于参考模型而言的分辨率增加。因此得到比参考模型更敏感和更好分辨率的检测装置。

在图7上报告了H16_1DOI_c1、H16_1DOI_c10证据模型和参考模型(Ref_LEHR)的DQE。如在阅读表2时可以看到的，对于这三个证据模型，没有任何超象素化，不管在检测平面中，还是在厚度中，都没有任何超象素化。换言之，这三个证据模型的检测平面的最小划分相应于表1的检测装置的物理间距，其等于1.6mm；在该模型中未考虑关于每个光子交互作用的深度的信息，这就是说，半导体材料仅具有单一层(虚拟的或物理的)，而表1的配置具有三层。因此，这三个证据模型的DQE曲线的比较使得能够分析，在没有超象素化存在下，准直器和检测平面之间的距离对重构图像的质量的影响(准直器-检测器距离是唯一参数，因而在两个第一配置之间有不同的值)，并且将所获得的结果与来自参考模型的结果进行比较。看到H16_1DOI_c1模型(具有小偏移的模型)的DQE比H16_1DOI_c10模型(具有较宽偏移的模型)的大，并且这是在所考虑的所有空间频率范围内。因此，在没有在检测平面中的超象素化存在的情况下，没有任何来自增加准直器-检测器距离的好处。这些结果与技术人员所期望的相一致。它们说明至今还无人想象过通过将准直器从检测平面移开多于准直器隔壁高度的1/10可以改善检测装置的性能。

在图8上报告了参考模型的DQE和在本发明定制方法范围内定义的H16_3DOI_pix64_c1、H16_3DOI_pix64_c5、H16_3DOI_pix64_c10采集配置的DQE。这些曲线的比较使得能够分析，在超象素化(具有高的度)的情况下，准直器和检测平面之间的距离对重构图像的质量的影响(准直器-检测器距离是唯一参数，因而在两个第一配置之间有不同的值)，并且将所获得的结果与来自参考模型的结果进行比较。观察到等于5mm的准直器-检测器距离(比较H16_3DOI_pix64_c5)使得能够在所有空间频率范围内是在参考模型的曲线的上面。此外，它使得能够取消在其准直器-检测器距离是较高的模型的DQE曲线中所观察到的凹陷(比较H16_3DOI_pix64_c10)。最后，对于大于1.3cm^-1的空间频率而言，该5mm的距离使得能够提供比用1mm距离所获得的更好的重构图像质量(比较H16_3DOI_pix64_c1)。然而，对于小于1.3cm^-1的空间频率而言，性能最好的模型是其准直器-检测器距离等于1mm的模型(H16_3DOI_pix64_c1)。相反，在1.6cm^-1以上，提供最好质量的模型是准直器-检测器距离等于10mm的模型(H16_3DOI_pix64_c10)。

从这些观察可以推断，超象素化与准直器和检测器之间的距离的组合使得能够使用具有较小隔壁高度和因此较大效率的准直器，而没有空间分辨率的降低。出人意料地，在高频率下同样获得分辨率的非常真实的改善。

还应当理解，在考察图8时，调节准直器-检测器距离允许使检测器的敏感度适合于希望针对的高频率。

在根据发明的定制方法的范围下，所有被预先确定的采集配置的DQE被比较。

因而，按照希望实现在一个或多个采集配置下工作的检测装置，两种选项是可能的。

如果希望实现旨在单一采集配置中工作的检测装置，则选择：

-或者，在所有目的空间频率范围内提供在重构图像质量(例如表现为DQE)方面最好折中的采集配置；例如，选择具有最高DQE平均值(在所有范围内)的采集配置；

-或者，在目的空间频率范围的基本部分内提供最高DQE的采集配置。在乳腺造影术中，因而优先采用所述范围的高部分(高频率)。

在举例说明的实例中，优选地选择H16_3DOI_pix64_c5配置，其提供在所有目的空间频率范围内的最好折中，并同时在高频率下保证良好的图像质量，该图像质量接近H16_3DOI_ix64_c10，并处于大于参考模型的事由状态。

如果希望实现在至少两个采集配置中工作的检测装置，则优选地，至少选择：

-在高频率下提供最高DQE的采集配置，

-在低频率下提供最高DQE的采集配置。

这样的选择允许拥有能够同时实现精确的和对比突出的图像的检测装置。

根据发明者进行的试验，这两类采集配置通常对应于不同的准直器-检测器距离。因此，经如此定制的检测装置应当配备有调整准直器-检测器距离的部组。然而，根据所考虑的结构模型，并不完全排除这些采集配置可以对应于相同的准直器-检测器距离但不同的超象素化度。在该情况下，检测装置具有固定的准直器-检测器距离(大于准直器隔壁高度的十分之一)和因此可以没有该距离的调整部组，但是例如每个视角两个采集的方式工作，所述两个采集按不同象素化度被处理。

在举例说明的实例中，两个待选择的采集配置分别对应于配置H16_3DOI_pix64_c10和H16_3DOI_pix64_c1，其具有不同的准直器-检测器距离(和相同的象素化度)。所述配置H16_3DOI_pix64_c10——其准直器-检测器距离等于10mm——允许获得对于大于1.6cm^-1的空间频率而言最好的图像质量。所述配置H16_3DOI_pix64_c1——其准直器-检测器距离等于1mm——允许获得对于小于1.3cm^-1的空间频率而言最好的图像质量。而且，这两个配置还提供对于1.3cm^-1至1.6cm^-1之间的空间频率而言非常好的图像质量(好于参考模型的图像质量)。

在本发明的定制方法的范围内，此外还可能预先确定多个不同的结构模型。

对于每个结构模型，随后确定至少一个具有大于准直器隔壁高度的1/10的准直器-检测器距离和大于1的在平面中的象素化度的采集配置。优选地，对于每个结构模型，确定至少两个具有不同准直器-检测器距离的采集配置(其中一个大于准直器隔壁高度的1/10)。

因而计算如此确定的每个采集配置的DQE(对于每个结构模型)，然后比较所计算的DQE。

如果希望实现旨在单一采集配置中工作的检测装置，所述方法的后续步骤与在单一结构模型起初被定义的情况中所使用的方法相一致。要么选择在所有目的空间频率范围内提供最好折中的采集配置，要么选择在目的空间频率的基本部分内提供最高DQE的采集配置。这样做时，也选择了一个结构模型。

如果希望实现在至少两个采集配置中工作的检测装置，选择在高频率下和在低频率下分别提供最高DQE的采集配置，但不排除这些采集配置对应于相同的结构模型的可能性。在相反的情况下，优选地选择所述结构模型和所述模型的至少两个相应地在高频率和在低频率下提供最好折中的采集配置。

本发明可以成为相对于所举例说明的实施方式的许多变化形式，只要这些变化形式属于由权利要求书所界定的范围之内。

特别地，检测器材料可以是闪烁体材料(matériau scintillateur)。在这种情况下，检测装置没有在厚度中的定位部组(Vz因而等于1)。

此外，在断层摄影模式中，可能的是：使用根据发明的两个(或更多)检测装置，所述检测装置具有不同采集配置，并且所述采集配置尤其是具有不同的准直器-检测器距离；对于每个检测装置而言，按每视角仅进行一个单一采集操作；然后组合通过所述两个检测装置所采集的单元投影。由此减少了总的采集时间。

Claims (9)

1.光子辐射的检测装置的定制方法，所述检测装置包括：

准直器(3)，其包括多个管(9、10、11)，

检测器(2)，其包括检测器材料，并在所述准直器一侧具有称为检测平面的正面(4)，

测定关于沿平行于所述检测平面的X和Y方向定位光子与检测器材料交互作用的信息的部组，所述部组称为检测平面中定位的部组，允许一方面确定按物理的或虚拟的象素划分所述检测平面，且另一方面将所述象素中的一个象素与每个光子交互作用相联系，其中所述象素的横向尺寸小于所述准直器的管的横向尺寸，

所述定制方法在于：

-根据所针对的应用确定至少一个目的空间频率，

-确定检测装置的结构模型，结构模型通过定制所述准直器和所述检测器的一组结构参数值来决定，

-确定所述结构模型的至少两个采集配置，每个采集配置通过一个准直器-检测器距离和一个象素化度来决定，所述采集配置中的至少一个采集配置对应于大于准直器隔壁高度十分之一的所述准直器-检测器距离和大于1的所述检测平面中的象素化度，

-使用允许表示随空间频率而变的所述检测装置的信噪比和/或敏感度和/或空间分辨率的评价指数，

-对于每个目的空间频率和对于每个预先确定的采集配置，计算评价指数值，

-比较所获得的评价指数值，并根据该比较的结果选择至少一个所述采集配置。

2.根据权利要求1所述的定制方法，其特征在于，

-根据所针对的应用确定目的空间频率范围，

-如果希望定制仅旨在单一采集配置下起作用的检测装置，则选择：

◆或者在整个目的空间频率范围内提供最好折中的采集配置，

◆或者在目的空间频率范围的基本部分内提供最好的评价指数值的采集配置，

-如果希望定制旨在多个采集配置下起作用的检测装置，则选择相应地在目的空间频率范围的两个基本部分内提供最好的评价指数值的至少两个采集配置。

3.根据权利要求2所述的定制方法，其特征在于，选择在目的空间频率范围的较高部分内提供最好的评价指数值的采集配置，并选择在目的空间频率范围的较低部分内提供最好的评价指数值的采集配置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的定制方法，其特征在于，

-确定多个不同的结构模型，

-对于每个结构模型，确定这样的一个或多个采集配置：所述采集配置中的至少一个对应于大于所述准直器隔壁高度十分之一的准直器-检测器距离和大于1的所述检测平面中的象素化度，

-对于每个目的空间频率和对于每个前面定义的采集配置，计算所述评价指数值，并比较所获得的评价指数值，

-如果希望定制仅旨在单一采集配置下起作用的检测装置，则选择：

◆或者在整个目的空间频率范围内提供最好折中的采集配置，

◆或者在目的空间频率范围的基本部分内提供最好的评价指数值的采集配置，

-如果希望定制旨在多个采集配置下起作用的检测装置，则选择所述结构模型和所述结构模型的至少两个采集配置，所述至少两个采集配置相应地在目的空间频率范围的两个基本部分内提供最好折中。

5.根据权利要求1所述的定制方法，其特征在于，所使用的评价指数选自：以检测量子效率为名称的公知指数、与噪音对比的比率。

6.根据权利要求1所述的定制方法，其特征在于，所述准直器和检测器的结构参数选自：准直器的隔壁高度、准直器的隔壁厚度、准直器的管的相对布置、所述管的横截面的形状、所述管的横向尺寸、所述管的正面尺寸、检测器材料的性质、检测平面的尺寸、检测器材料的厚度、检测器的物理象素的数目、所述物理象素的横截面的形状、所述物理象素的横向尺寸。

7.光子辐射源图像的重构方法，其中：

-使用光子辐射的检测装置，其包括：

◆准直器(3)，其包括多个管(9、10、11)，

◆检测器(2)，其包括检测器材料，并在所述准直器一侧具有称为检测平面的正面(4)，

◆测定关于沿平行于所述检测平面的X和Y方向定位光子与检测器材料交互作用的信息的部组，所述部组称为检测平面中定位的部组，允许一方面确定按物理的或虚拟的象素划分所述检测平面，且另一方面将所述象素中的一个象素与每个光子交互作用相联系，其中所述象素的横向尺寸小于所述准直器的管的横向尺寸，

-按照至少一个视角，将所述检测装置暴露于光子辐射源，

其特征在于，在暴露期间，进行至少一个辐射数据采集操作，每个采集操作在一相同的采集配置下进行，所述相同的采集配置对应于大于准直器隔壁高度十分之一的准直器-检测器距离和大于1的所述检测平面中的象素化度，根据在随所针对的应用而确定的目的空间频率范围内的评价指数值的计算结果，该采集配置被预先选择，每个采集操作提供称为单元投影的一组辐射数据。

8.光子辐射源图像的重构方法，其中：

-使用光子辐射的检测装置，其包括：

◆准直器(3)，其包括多个管(9、10、11)，

◆检测器(2)，其包括检测器材料，并在所述准直器一侧具有称为检测平面的正面(4)，

◆测定关于沿平行于所述检测平面的X和Y方向定位光子与检测器材料交互作用的信息的部组，所述部组称为检测平面中定位的部组，允许一方面确定按物理的或虚拟的象素划分所述检测平面，且另一方面将所述象素中的一个与每个光子交互作用相联系，其中所述象素的横向尺寸小于所述准直器的管的横向尺寸，

-按照至少一个视角，将所述检测装置暴露于光子辐射源，

其特征在于，

-在暴露期间，在不同的检测装置采集配置下进行至少两个辐射数据采集操作，所述采集配置的至少一个采集配置对应于大于准直器隔壁高度十分之一的准直器-检测器距离和大于1的检测平面中的象素化度，根据在随所针对的应用而确定的目的空间频率范围内的评价指数值的计算结果，所述采集配置被预先选择，每个采集操作提供称为单元投影的一组辐射数据，

-组合多个上述采集的单元投影，以构成称为组合投影的一组辐射数据，从而允许进行光子辐射源图像的重构。

9.根据权利要求8所述的重构方法，其特征在于，使用包括调整所述准直器-检测器距离的调整部组的检测装置；并且，预先选择的所述采集配置对应于不同的准直器-检测器距离。