CN109917445A - X射线成像的散射估计和/或校正 - Google Patents

X射线成像的散射估计和/或校正 Download PDF

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Abstract

本发明提供了在多级光子计数X射线探测器(102、103)中估计和/或补偿目标散射和/或内部散射的方法和装置，以及用于目标的X射线断层成像同时校正目标散射和/或内部散射的方法和装置。该X射线探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管，例如被设计用于：1)在目标散射具有缓慢变化的空间分布的假设下，基于在顶层和底层之间计数的差异来估计对所述至少两层的顶层中的计数的目标散射贡献；和/或2)基于通过将高衰光束截止置停留于探测器元件的顶部而选择性地遮蔽来自首次辐射的一些探测器元件来在底层中或在顶层和底层中估计具有在所述探测器内部的康普顿散射的光子的再吸收的计数，以及测量在那些探测器元件中的计数。

Description

X射线成像的散射估计和/或校正
本申请为享有优先权日2015年6月26日的申请日为2015年10月8日、名称为“X射线成像的散射估计和/或校正”、申请号为201580081248.8的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明在这里提出的技术一般涉及X射线成像中的散射估计和/或校正，更具体地涉及用于在多层堆叠(直接转换)光子计数X射线探测器中对于目标散射和/或内部(探测器串扰)散射进行估计和/或补偿的方法和装置。
背景技术
X射线成像是一种在医学成像中的常见方法，X射线的能量范围通常为10keV至200keV，在非破坏性测试或安全筛选中，能量可能更高。在此范围内，X射线主要通过康普顿效应和光电效应反应作用于物体。在第一种情况中，只有一部分X射线光子能量被传递到电子上，并且X射线在这个散射事件之后以减小的能量继续传播。在后一种情况下，所有能量都被传递给电子上，并且X射线被完全吸收。
X射线成像探测器的一个挑战是如何从检测到的X射线中提取最大量信息以提供对于目标图像的输入，该目标是以密度、组成和结构来描述的。虽然仍然普遍使用胶片屏幕作为探测器，但目前大多数探测器已经提供数字图像。
探测器需要将入射的X射线转换成电子，这通常是通过光效应或通过康普顿相互作用而发生的，所得到的电子通常产生二次可见光，直到其能量消失，然后用光敏材料检测该光。还需要不常见的探测器，它们是基于半导体的探测器，例如无定形硒或硅，在这种情况下，由X射线产生的电子根据电子和空穴对而产生电荷，它们是通过以足够的强度所施加的电场收集的。
在计算机断层摄影(CT)中，优选的是需要大型探测器；在旋转方向上的探测器尺寸确定视场和与旋转方向(在扫描方向上的长度)相切的大z覆盖，这对于螺旋模式扫描中的快速全体采集和在单个旋转中覆盖整个器官的能力是必不可少的。然而，以较大的探测器对大目标(如人体)成像，会导致大的散射-初射比，它降低了图像质量，因为减小对比度和引入伪像。现有几种用于对抗散射的退化效应的方法。实际上，所有这些方法都落入以下的两种类型中：
A.消除到达探测器的目标散射；
B.通过简单减去空间散射轮廓或某些类型的解卷积来估计散射分布并对其进行校正。
消除到达探测器的目标散射的方法包括气隙和防散射栅，而后一种类型的技术是增加吸收首次X射线的成本，并且降低了系统的剂量效率。
用于估计目标散射的空间分布的方法包括：
A.光束截止方法(美国专利6,618,466B1)，其中,小的和高吸收的目标(例如铅珠)被放置在X射线源和目标之间的光束路径中。因此，探测器上的对应位置对首次辐射是遮蔽的，探测器元件仅测量在该点处的散射辐射。由于散射轮廓是空间缓慢变化的(低频部件)，光阑可以不是稀疏地分布的，而仍然能够获得对散射轮廓的适当测量。
B.蒙特卡罗或半分析仿真模型，通过对象的轮廓或者重建的切片，这种方法用于估计所述探测器上的目标散射轮廓。第二种方法是当前迭代重构方法中的关键步骤。
目前的散射抑制和补偿方法的主要目的是去除图像伪像和提高图像对比度。随着光谱光子计数计算机断层扫描的出现，其中每个光子根据其沉积在探测器中的能量的量而被单独地计算并被分配给能量仓，对每个投影中的散射量的准确了解也变得更加重要。其原因是：光谱光子计数CT的混杂物之一能够在投影域中进行材料基分解，从而实现定量CT材料的基础分解，解决了最大似然性问题。用箱中的计数来获得每个投影中的材料基系数的一组线积分，并且如果计数包括来自散射辐射的未知数量的事件，所述线积分估计将被偏置，在所述重构图像中，所述线积分估计被偏置为偏置的材料基系数。用于从箱中计数获得线积分的最大似然性方法是较好地描述在以下文献中：Roessl and Proksa in“K-edgeimaging in x-ray computed tomography using multi-bin photon countingdetectors”,Physics in Medicine and Biology,vol 52,pp.4679–96,200。
总而言之，精确的散射估计对于解锁光谱光子计数计算机断层摄影是非常必要的。
美国专利US 8,183,535 B2描述了一种用于主要在计算机断层摄影中使用的光子计数能量敏感探测器。它的主要特征是使用安装在基于边缘的几何结构中的至少两个水平的硅二极管。这在美国专利8,183,535 B2的图10a、图10b、图10c、图10d和图11中示出。它的第二特征是使用在每个二极管背面的薄钨片(或任何其它合适的X射线吸收器)。这些钨薄片作为内置防散射栅，减少由于硅的原子数低而导致的探测器材料中的康普顿相互作用所产生的目标散射和次要事件。
人们通常感兴趣是获得改进的图像质量，通过对于这样和其他类型的光子计数X射线探测器提供高效的散射估计和/或校正来获得。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在光子计数X射线探测器中估计目标散射的方法和装置以及相应的计算机程序。
本发明还提供一种用于估计光子计数X射线探测器的内部散射的方法和装置以及相应的计算机程序。
本发明的另一目的是提供用于在分层光子计数X射线探测器中调节测量的计数的方法和装置。
本发明的还一目的是提供用于估计在分层光子计数X射线探测器中吸收的散射辐射的总量和空间轮廓的方法和装置。
本发明的再一个目的是提供用于目标的X射线断层成像同时校正散射的方法和装置。
根据第一方面，这里提供了一种用于在光子计数X射线探测器中估计目标散射的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：在目标散射具有缓慢变化的空间分布的假设下，基于在顶层和底层之间计数的差异来估计对所述至少两层的顶层中的计数的目标散射贡献。
根据第二方面，这里提供了一种用于在光子计数X射线探测器中估计目标散射的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：基于通过将高衰光束截止置停留于探测器元件的顶部而选择性地遮蔽来自首次辐射的一些探测器元件来在底层中或在顶层和底层中估计具有在所述探测器内部的康普顿散射的光子的再吸收的计数，以及测量在那些探测器元件中的计数。
根据第三方面，提供了一种用于调整在分层光子计数X射线探测器中所测量的计数的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：调整所测量的计数是至少基于根据第一方面所述方法估计的目标散射，因而获得由于主要的X射线相互作用产生的计数的无偏估计。
根据第四方面，提供了一种用于调整在分层光子计数X射线探测器中所测量的计数的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：通过至少部分地基于根据第二方面所述方法估计的内部散射来调节所测量的计数，从而获得由首次X射线相互作用产生的计数的无偏估计。
根据第五方面，提供了一种用于估计在分层光子计数X射线探测器中吸收的散射辐射的总量和空间轮廓的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：通过至少部分基于根据第一方面所述方法估计的目标散射进行估计。
根据第六方面，提供了用于估计在分层光子计数X射线探测器中吸收的散射辐射的总量和空间轮廓的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：通过至少部分基于根据第二方面所述方法估计的内部散射进行估计。
根据第七方面，提供了一种用于目标的X射线断层成像同时校正散射的方法，其中所述方法包括：提供X射线辐射源和包括两层指回所述辐射源的直接转换半导体二极管的探测器，其中在各个二极管之间的间隔是被提供在二极管的顶层和底层中，所述间隔对应于二极管宽度和所述底层在旋转方向上的位移，以致首次X射线错过所述顶层二极管而未衰减穿透到较低水平的二极管；围绕所述目标移动所述辐射源和探测器，在不同旋转角度获得X射线投影图像；通过所述探测器从所述辐射源检测辐射；以及对于每个旋转角度估计在所述探测器的所述顶层上的目标散射的分布，基于这样的事实：所述探测器的所述底层是通过所述顶层的功能而屏蔽目标散射，所述顶层的功能类似于具有非常高的纵横比的防散射格栅。
根据第八方面，提供了一种用于目标的X射线断层成像同时校正散射的方法，其中所述方法包括：提供X射线辐射源和包括两层指回所述辐射源的直接转换半导体二极管的探测器，其中在各个二极管之间的间隔是被提供在二极管的顶层和底层中，所述间隔对应于二极管宽度和所述底层在旋转方向上的位移，以致首次X射线错过所述顶层二极管而未衰减穿透到较低水平的二极管；在所述底层或者同时在所述顶层和所述底层提供光阑，覆盖少于50％的所有探测器通道并分布在整个探测器上，使它们基本上无视首次非散射的X射线；围绕所述目标移动所述辐射源和探测器，在不同旋转角度获得X射线投影图像；通过所述探测器从所述辐射源检测辐射；以及通过安装在它们顶部的光阑将参数面拟合到探测器元件的计数，对于每个旋转角度估计各层的目标散射和内部散射的总和的分布；以及从未被光阑覆盖的每个探测器元件中减去所估计的目标散射和内部散射的总和，从而获得不被光阑覆盖的每个探测器元件的散射自由信号的估计。
根据第九方面，提供了一种用于估计在具有至少两层探测器二极管的光子计数X射线探测器中的目标散射的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其中所述装置是被配置为在目标散射具有缓慢变化的空间分布的假设下，基于在顶层和底层之间的计数差异来估计对所述至少两个层的顶层中的计数的目标散射贡献。
根据第十方面，提供了一种用于估计在具有至少两层探测器二极管的光子计数X射线探测器中的内部散射的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其中所述装置是被配置为在底层中或者同时在顶层和底层中，基于在具有设置在所述探测器元件的顶部上的高衰减光阑的探测器元件的测量计数来估计从所述探测器内部具有康普顿散射的光子的再吸收的计数。
根据第十一方面，提供了一种用于调整在分层光子计数X射线探测器中所测量的计数的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其中所述装置包括第九方面的装置。
根据第十二方面，提供了一种用于调整在分层光子计数X射线探测器中所测量的计数的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其中所述装置包括第十方面的装置。
根据第十三方面，提供了一种用于估计在在分层光子计数X射线探测器中所吸收的散射辐射的总量和空间轮廓的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其中所述装置包括第九方面的装置。
根据第十四方面，提供了一种用于估计被吸收的散射辐射的总量和空间轮廓的装置在具有至少两层探测器二极管的分层光子计数X射线探测器中安装，所述至少两层二极管在所述入射X射线的方向上分段，所述至少两层二极管段在所述入射X射线的方向上分段，其中，所述装置包括第十方面的装置。
根据第十五方面，本发明提供了一种用于目标X射线断层成像同时校正散射的装置，其中所述装置包括：X射线辐射源和包括两层指回所述辐射源的直接转换半导体二极管的探测器；其中，在二极管的顶层和底层中的各个二极管之间具有间隔，所述间隔对应于二极管宽度和所述底层在旋转方向上的位移，以致首次X射线错过所述顶层二极管而未衰减穿透到较低水平的二极管；其中，所述辐射源和所述探测器是被配置为围绕所述目标移动，在不同旋转角度获得X射线投影图像，由运动控制器控制；以及估计器，连接到所述探测器，并被配置用于从所述探测器获得测量数据，或者是所述探测器的集成部分，其中，所述估计器是被配置用于对于每个旋转角度估计在所述探测器的所述顶层上的目标散射的分布，基于这样的事实：所述探测器的所述底层是通过所述顶层的功能而屏蔽目标散射，所述顶层的功能类似于具有非常高的纵横比的防散射格栅。
根据第十六方面，提供了一种用于目标X射线断层成像同时校正散射的装置，其中所述装置包括：X射线辐射源和包括两层指回所述辐射源的直接转换半导体二极管的探测器；其中，在二极管的顶层和底层中的各个二极管之间具有间隔，所述间隔对应于二极管宽度和所述底层在旋转方向上的位移，以致首次X射线错过所述顶层二极管而未衰减穿透到较低水平的二极管；其中，在所述底层或者同时在所述顶层和所述底层提供光阑，覆盖少于50％的所有探测器通道并分布在整个探测器上，使它们基本上无视首次非散射的X射线；所述辐射源和所述探测器是被配置为围绕所述目标移动，在不同旋转角度获得X射线投影图像，由运动控制器控制；以及估计器，连接到所述探测器，并被配置用于从所述探测器获得测量数据，或者是所述探测器的集成部分，其中，所述估计器是被配置为通过安装在它们顶部的光阑将参数面拟合到探测器元件的计数，对于每个旋转角度估计各层的目标散射和内部散射的总和的分布，所估计的目标散射和内部散射的总和是从未被光阑覆盖的每个探测器元件中减去的，从而获得不被光阑覆盖的每个探测器元件的散射自由信号的估计。
根据第十七方面，提供了一种用于在由处理器执行时对在光子计数X射线探测器中进行估计的计算机程序，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：所述计算机程序包括指令，所述指令在由所述处理器执行时，导致所述处理器在目标散射具有缓慢变化的空间分布的假设下，基于在顶层和底层之间的计数差异来估计对所述至少两个层的顶层中的计数的目标散射贡献。
根据第十八方面，提供了一种用于在由处理器执行时对在光子计数X射线探测器中进行估计的计算机程序，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：所述计算机程序包括指令，所述指令在由所述处理器执行时，导致所述处理器在底层中或者同时在顶层和底层中，基于在具有设置在所述探测器元件的顶部上的高衰减光阑的探测器元件的测量计数来估计从所述探测器内部具有康普顿散射的光子的再吸收的计数。
根据第十九方面，提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质上存储有这样的计算机程序。
在X射线探测器中散射情况的良好理解和知识是对于能够改善图像质量、减少假象和/或改善材料基分解具有重要意义。
本发明的其他方面和优点将在阅读以下说明书时得到更好的理解。
附图说明
本发明所述的技术以及它的优势和进一步的目的可以通过参考下面的描述并结合所附的附图而得到最好地理解，其中：
图1是示出指回X射线源101的两层硅二极管晶片(102为顶层，103为底层)的实施例的示意图。
图2A和图2B是探测器层的侧视图，其中201是硅二极管晶片，202为顶层二极管之间的间隔，首次X射线穿过该间隔进入底层。203是光阑，分别选择性地遮蔽底层二极管和所有两层二极管的一些探测器元件。
图3是单个硅二极管的示意图，其中301表示用于电荷收集的电极，302是入射光子的方向，以及303是光阑，对于一排特定电极，该光阑遮蔽所有首次X射线。
图4是用于一个目标的X射线断层成像的方法的一个具体实施例的步骤的流程图。
图5是用于一个目标的X射线断层成像的方法的另一个具体实施例的步骤的流程图。
图6是用于一个目标的X射线断层成像的装置的实施例的示意图。
图7是用于校正散射的估计器的一个具体实施例的示意图。
图8是示出根据示例性实施例所述的被实施为多芯片模块的半导体探测器模块的示例的示意图。
图9是示出几个半导体探测器模块如何能被定位为彼此相邻以构建整个X射线探测器的示例的示意图。
图10是示出在两层中的半导体探测器模块的布置的示例的放大视图。
具体实施方式
根据第一方面，这里提供了一种用于在光子计数X射线探测器中估计目标散射的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：在目标散射具有缓慢变化的空间分布的假设下，基于在顶层和底层之间计数的差异来估计对所述至少两层的顶层中的计数的目标散射贡献。
根据第二方面，这里提供了一种用于在光子计数X射线探测器中估计目标散射的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：基于通过将高衰光束截止置停留于探测器元件的顶部而选择性地遮蔽来自首次辐射的一些探测器元件来在底层中或在顶层和底层中估计具有在所述探测器内部的康普顿散射的光子的再吸收的计数，以及测量在那些探测器元件中的计数。
作为示例，所述估计是在计算机断层摄影系统的台架的旋转期间对多个投影中的每一个投影进行估计的。
在特定实施例中，所述X射线探测器是采用直接转换器材料的直接转换X射线探测器。
例如，所述直接转换器材料可以是硅。
在另一特定实施例中，所述顶层用作所述底层的防散射栅格。
根据第三方面，提供了一种用于调整在分层光子计数X射线探测器中所测量的计数的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：调整所测量的计数是至少基于根据第一方面所述方法估计的目标散射，因而获得由于主要的X射线相互作用产生的计数的无偏估计。
作为示例，所测量的计数是基于所估计的目标散射和常量γ而被调整，所述常量涉及内部探测器散射作为来自主要的X射线相互作用与局部邻域中的计数之和的恒比γ。
根据第四方面，提供了一种用于调整在分层光子计数X射线探测器中所测量的计数的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：通过至少部分地基于根据第二方面所述方法估计的内部散射来调节所测量的计数，从而获得由首次X射线相互作用产生的计数的无偏估计。
根据第五方面，提供了一种用于估计在分层光子计数X射线探测器中吸收的散射辐射的总量和空间轮廓的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：通过至少部分基于根据第一方面所述方法估计的目标散射进行估计。
根据第六方面，提供了用于估计在分层光子计数X射线探测器中吸收的散射辐射的总量和空间轮廓的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：通过至少部分基于根据第二方面所述方法估计的内部散射进行估计。
在本发明所述的一个示例性实施例中，想要提供改善的图像质量，对于具有安装在几何形的边缘上的至少两层(硅)二极管的系统，正如在美国专利US 8,183,535 B2中所描述的相同类型，通过在构台旋转期间在多个投影(图像获得)的每个投影内估计在探测器内吸收的散射的总量和空间轮廓。特别地，想要能够测量在探测器内的散射贡献，无需再分类，以基于计算机模拟进行估计。也想要能够分别测量目标散射和内部探测器散射。
将硅探测器二极管放置在具有安装在几何形的边缘上的至少两层硅二极管的系统中的两个或更多层中，正如在美国专利US 8,183,535 B2中所描述的相同类型，有用于获得完全X射线覆盖，并避免留下任何盲点。原因是：安装在二极管晶片上的ASIC和其他部件(其厚度约为0.5mm))突出几十毫米，从而使一层中的堆叠在几何上是不可能的。此外，由于空气可以穿过这些层吹出，该堆叠能够实现探测器二极管的有效冷却方案。
具有定位回向辐射源的两层探测器二极管的布置(图1)也会带来了另一个益处：顶层实质上起到具有比较低水平的非常高的格栅比的防散射栅格。事实上，基于蒙特卡罗仿真的计算机已经表明：在两层二极管的版本中，底层几乎完全不受目标散射的影响。如果顶层的二极管稍微不对齐，它们会遮挡底层的二极管，这样导致首次计数的减少，相比于顶层。这个效果也来自防散射板，例如钨板，第一层遮挡较低层。
如果所述二极管在所述入射的X射线的方向上电子地分段301，则该二极管的下部将遮蔽来自上部的目标散射。因此，最低段将比高段测量更小的目标散射，这个差异可以与多层相同的方式使用。
因此，所提出的技术总体上涉及光子计数X射线探测器，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段。后一种情况是指基于具有至少两级段的分段二极管的探测器。
所述顶层是最接近X射线源的层，而底层是远离X射线源的层。
可选地，X射线探测器可以被认为是多级探测器，其中，这些级对应于探测器二极管的层或者二极管段的层。
人们公认的是，目标散射轮廓是缓慢变化的，也就是，它的空间频率部件是被集中向较低的值(Zhu,Bennett and Fahrig,“Scatter correction method for x-ray CTusing primary modulation:theory and preliminary results”in IEEE Transactionsof Medical Imaging,vol 25,pp.1573—1587,2006)。
根据本发明提出的技术的一个方面，提供了一种利用其低空间频率特性和在第一层和底层的计数中的差异来估计探测器顶层上的目标散射贡献的方法。
根据另一方面，提供了一种用于从探测器内的康普顿交互来估计内部散射轮廓的方法。这是通过选择性对一些探测器元件遮蔽首次辐射而获得的，例如通过将高度衰减的光阑放置在目标的顶部，也就是在目标之后。这与在文献中提出的其它射束停止方法不同，例如美国专利US 6,618,466 B1，该文中，光阑是被放置在辐射源与目标之间，目的是估计从该目标发出的散射。
根据又一方面，提供了一种计算机程序和相应的计算机程序产品，用于实施目标散射空间轮廓估计方法，以及相应地调整在箱中的计数。典型的调整是减去散射轮廓计数，或者在所述材料基分解问题中包括每个投影的散射估计。例如，参见在文献Bornefalk,Persson and Danielsson,“Allowable forward model misspecification for accuratebasis decomposition in a silicon detector based spectral CT”in IEEETransactions of Medical Imaging vol.34,pp.788—795,2015中的方程式2。不管所选择的调整方法如何，目标是获得在每个投影中的首次X射线交互的数量的最佳可能估计，因为这将避免最终重建图像中的偏置和伪像。
作为示例，本发明提供以下优点中的至少一个：
A.重建的CT图像中的假象减少；
B.对于材料基分解方法的非偏置解决方案，它能够定量CT。
美国专利US 8,183,535 B2“用于X射线成像的硅探测器组件”描述了一种用于主要在计算机断层摄影中使用的光子计数能量敏感探测器。硅二极管被安装在几何形状的边缘中。
这在图1中示出，其中101是X射线源，而104是X射线的方向。
在图3中，由于几何上的边缘，可以看到X射线是如何经历相对较大的距离，例如几厘米的硅，导致较高的检测效率。在图3中，302为首次X射线的方向，而301表示所产生的电荷云是如何通过沿交互路径分布的几个电极(探测器元件)而收集的。
单二极管(传感器)本质上以自身起到分层探测器的作用。通过在二极管上施加反向偏置电压，所述电荷收集电极301形成电场，穿过二极管以致产生电荷的X射线交互作用仅在通道内产生脉冲，该通道在连接到二极管301，最接近于实际X射线变换。
在X射线计算机断层摄影中，散射辐射是导致图像伪像的问题。它还使得材料基分解的方法更加困难，因为每个投影的散射-初射比率(每个测量在探测器元件中的每个测量)，必须知道是在几个百分比的单位内。参见文献：Bornefalk,Persson and Danielsson,“Allowable forward model misspecification for accurate basis decomposition ina silicon detector based spectral CT”in IEEE Transactions of Medical Imagingvol.34,pp.788—795,2015。如果探测器中的散射辐射沉积能量所引起的计数的数量不是公知的，结果将是基础函数系数的线积分的偏置估计，这又使得接着不可能产生定量CT。定量CT允许碘对比剂从重建图像中聚焦，也使得放射科医师在图像中进行其他定量测量，例如肿瘤的密度或囊肿的组成。此外，材料基分解对于去除光束硬化伪像是必不可少的。
散射计数通常具有两个源；从被成像的目标散射的目标和在探测器内部散射的事件。对于低原子序数的直接转换器材料，如硅，对于在诊断成像范围内具有高光电截面的变换器材料，后一种源是更大的问题。模拟已经表明：散射-初射比可归因于内部散射，也就是，康普顿散射光子的再吸收是约为在美国专利US 8,183,535 B2中描述的系统的8％。可参考文献：Bornefalk and Danielsson,“Photon-counting spectral computedtomography using silicon strip detectors:a feasibility study”,Physics inMedicine and Biology,vol.55,pp.1999-2022,2010。
如果正被成像的目标是较大的，落在探测器顶层上的事件的散射-初射比可以是百分之几百。为了这个原因，诸如钨薄片之类的薄的防散射元件，近似厚度为50微米(尽管其它厚度也可以工作，例如在30-150μm的范围内)，可以被安装在每个二极管的背面。这使得顶层中的散射抑制是高效的，但不是完美的，而不会像传统的防散射栅那样对几何检测效率产生不利影响，而传统防散射栅格去除高达30％的首次X射线，相应地损失了剂量效率。以两种方式对较低等级的二极管屏蔽目标散射；第一种方法是抗散射元件，例如底层二极管的钨薄片，而第二种方法是抗散射元件，例如钨薄片以及在顶层的二极管自身。它们一起作为具有非常高纵横比的防散射栅格。在图2中可以看到，计算机仿真表明，在去除目标散射时，顶层构成的防散射栅格对于较低水平是非常有效的；在较低水平二极管中的所述已登记的计数实际上没有从所述对象中的散射事件发出的计数。在顶层和在底层中的计数差异结合目标散射具有缓慢变化的空间分布的事实一起，可被用于对顶层中的计数的目标散射贡献进行估计。
另外，具有在探测器内部的康普顿散射的光子的再吸收的计数。在底层中，这将很接近是唯一的散射贡献。通过选择性地遮蔽小部分的具有小光阑(203，303)的探测器元件，或者仅在底层中或同时在顶层与底层中，这些探测器单元中的计数将是单独散射的结果，也即是，没有来自首次的未偏转的X射线的交互作用会对计数作出贡献。
下面，所述方法的两个非限制性的示例实施例将进行说明，它们显示如何使用上述教导来估计在探测器中吸收的散射的总量的空间分布，以及目标散射和/或内部散射。还示出了在使用和不使用光阑两种情形下如何能够估计首次计数。
在CT图像获取期间考虑一个数据测量，也就是，所有探测器元件的一个完整的读出是在台架的某一旋转角度完成的。所述二极管是以j来索引，从1到每层的探测器的二极管的数量Nj。
二极管厚度0.5mm表示在每层中二极管的中心到中心的距离是1mm。在旋转方向上探测器具有800mm宽度，这是指Nj＝800。
令k是在每个二极管上的探测器元件的索引。在图3的实施例中，所有段301共同构成一个探测器元件，因为它们都看到来自源(302)的相同射线。k的范围是从1到Nk，其中Nk为50的量级。
最后，总计数用c表示，p表示来自首次辐射的计数，os表示来自目标散射的计数，is表示来自内部探测器散射的计数。
在不使用光阑的情况下估计散射和初射
在不被光阑覆盖的顶层中的探测器二极管j的探测器元件k中的计数可以被写为：
相应地，在底层中：
我们现在描述了和是如何被估计的(产生和)，不使用光阑。在整个推导中，估算的参数值是用“帽子”即^来表示。注意，仅可观察到和
第一个观点是来自首次X射线的计数呈现出高的空间频率特性，也就是，可预期观察到大的差异甚至对于小的探测器元件位移这与缓慢变化的康普顿散射分量相对照，也即是，对于其中∈是小数值(在10的量级中)。
第二个观点是探测器内的内部散射也是缓慢变化的，并且它的幅度可以与来自目标散射的事件的平均数和该层的局部邻域中的首次X射线成比例，即内部散射的期望值可以写为：
其中，求和在一些局部邻域Ω,上进行的，例如，由给出，其中L与散射光子的典型平均自由路径相关。在Ω组和γ组中元件的数量
|Ω|是kVp依赖性常数，根据之前工作的邻近区域的8％。可参考文献：Bornefalkand Danielsson,“Photon-counting spectral computed tomography using siliconstrip detectors:a feasibility study”,Physics in Medicine and Biology,vol.55,pp.1999-2022,2010。
如果在缩放1后，从方程式1减去方程式2，则得到：
比例因子αjk，通常1＜αjk＜1.5，捕获这样的程度：底层二极管计数少于首次辐射的光子，原因可能是由于顶层的遮蔽。当所述探测器被组装时，对于每个位置(每个索引组合)，αjk的精确值是在校准程序中确定的，它将会取决于X射线管加速电压。
注意，索引j是指二极管的数量，而k是在每个二极管上的探测器元件的数量。因此，顶层和底层指数j不对应于完全相同的空间位置，有一个二极管晶片的厚度(0.5mm)的补偿。
方程式4的差额d(j，k)将包含高频组件，来自在首次事件 之间的差，以及主要来自光阑的低频贡献。加权的首次信号差的期望值是：
如果差信号d(j，k)与合适的低通过滤器h(j，k)进行卷积，例如具有在Ω上支持的高斯过滤器，使用方程式3a和3b和方程式5，其结果是：
其中，是以j，k为中心，在Ω上的目标散射的平均值。
因为仅包含低频，通过卷积和求平均而基本上保持不变，因此可以通过以下方式来估计：
第二种可能性是将方程式4的差信号d(j，k)拟合到整个探测器平面上的参数表面。对于维数N的多项式参数表面的特定情况，针对探测器的所有位置j，k的目标散射可以通过下式估计：
s+t≤n(整数)
其中，参数集可以通过最大似然估计来确定，考虑这些计数的泊松性质，或最小二乘方案：
s+t≤n。
一旦顶层的目标散射被估计，顶层和底层中的初射信号可以被确定为：
方程式10和11不利用内部散射也缓慢变化的事实。包括这一方法的一种可选方法是对计数进行低通过滤，然后减去低通版本的适当部分而不是使用除法。其中，是底层的探测器元件j,k中的计数的低通过滤版本，初射信号的更好的估计为：
对于顶层，对应的估计将是(其中bar表示低通过滤)：
上述推导已经在光子计数模式下实现，也就是，所有事件都在同一能量仓中收集。分别对能量仓进行处理是所述方法的显著扩展。
估计在所有两层中具有光阑的散射和初射
对于具有已安装的光阑(203，303)的索引j和k的选定组合(索引是用素数来表示，也就是，集合{j′，k′}是{j，k}的子集，由于不存在首要事件，它们的关系将以下式表示：
相应地，在底层，不存在目标散射事件：
为了使首次辐射的损耗最小化(这样降低了剂量效率)，指数j′,k′将被稀疏地分布。为了这个原因，卷积方法是不适用的。相反，在下面的多项式示例中，参数表面被拟合到测量结果中。对于顶层，这意味着被估计的是目标散射和内部散射的总和：
s+t≤n(整数)
其中，这些参数是由最大似然性估计或者最小二乘法来确定的，对于被屏蔽的探测器元件来解决：
从这里，在顶层的首要计数是采用方程式1和方程式16来估计的，表示为：
对于较低水平，应用相同的方法，表示为：
s+t≤n，其中
以及
仅在底层中的具有光阑的散射和初射的估计也可能以模拟方式来执行。
综上所述，我们提出了一种用于调节在光子计数分层探测器中所测量的计数的方法，以获得首次计数的无偏估计。该方法可以在有光阑以及没有光阑的情况下实现，并且光阑的位置与之前报道的文献中所呈现的位置不同，也就是，在目标之后，以及直接位于探测器的顶部，而不是在目标和X射线源之间。其原因在于：在X射线成像中，之前采用光阑是已经具有估计在探测器上的目标散射轮廓而不是内部探测器散射的目的。
在一个优选实施例中，这些二极管的几何配置导致了用于较低水平的二极管的高效的防散射栅格，这使得总散射轮廓的估计做出关于固有探测器散射和目标散射的空间频率分布的一些似然性假设。
上述方法能被应用于两层以上的探测器几何结构，因为在任何给出的层上的所有层都将作为该层的防散射栅格。
上述方法也可被应用于只有一层半导体二极管的探测器几何结构，如果这些二极管是在入射光子的方向上被分段301。在这样的布置中，二极管的较低段的目标散射将被较高段屏蔽。因此，最低段将测得比较高段更少的目标散射，这个差别可以被同样用于多层的情形。
在另一优选实施例中，在探测器模块内使用分布式光阑允许直接估计散射辐射的总分布，利用目标散射和固有散射的总和的低空间频率。
对于没有能量分解能力的光子计数探测器，已经进行了推导和说明，但同样适用于多仓系统，其中事件(在二极管中的光子转换))根据将沉积多少能量而增加不同的计数器。
在一个特定实施例中，如图4所示，一种用于目标的X射线断层成像同时校正散射的方法，包括：提供X射线辐射源和包括两层指回所述辐射源的直接转换半导体二极管的探测器。在二极管的顶层和底层中提供在各个二极管之间的间隔，该间隔对应于二极管宽度和底层在旋转方向上的位移，以致首次X射线错过所述顶层二极管而未衰减穿透到较低水平的二极管。围绕所述目标移动所述辐射源和探测器，在不同旋转角度获得X射线投影图像；通过所述探测器从所述辐射源检测辐射；以及对于每个旋转角度估计在所述探测器的所述顶层上的目标散射的分布，基于这样的事实：所述探测器的所述底层是通过所述顶层的功能而屏蔽目标散射，所述顶层的功能类似于具有非常高的纵横比的防散射格栅。
所述估计包括以下步骤。对于在顶层行中的每个探测器元件，在旋转的方向上移动一个二极管宽度，来自底层行的相应测量是在加权后减去的，以调整对于在平均方向效能上的任何差别，例如封堵屏蔽。该差别的低空间频率表示是通过低通过滤或者参数表面拟合来确定。这个低空间频率表示是穿过整个顶层的目标散射分布的估计。内部探测器散射的近似是在局部邻域内来自主要的和目标散射的计数的总和的恒定分数γ，所述定分数γ是用于估计在每个顶层探测器元件内的散射自由信号，通过：或者减去在所述元件内的所述估计的目标散射，并将差额除以(1+γ)以补偿内部探测器散射，或者在所测量的计数与所估计的目标散射自身之间的差额的低通量过滤之后，减去在所测量的计数与所估计的目标散射之间的差额的分数1/(1+γ)；以及，或者以(1+γ)除以所测量的信号，或者在所述探测器元件自身内从所测量的信号减去在所述探测器元件内低通量测量的信号的分数1/(1+γ)。
在一个优选实施例中，半导体二极管是由硅制成的。。
在一个优选实施例中，半导体二极管层的数量超过2。换句话说，半导体二极管层的数量大于2。
在一个优选实施例中，所述层构成在二极管中入射X射线的方向上的区段。
在另一特定实施例中，如图5所示，一种用于目标的X射线断层成像同时校正散射的方法，其特征在于，所述方法包括：提供X射线辐射源和包括两层指回所述辐射源的直接转换半导体二极管的探测器，其中在各个二极管之间的间隔是被提供在二极管的顶层和底层中，所述间隔对应于二极管宽度和所述底层在旋转方向上的位移，以致首次X射线错过所述顶层二极管而未衰减穿透到较低水平的二极管；在所述底层或者同时在所述顶层和所述底层提供光阑，覆盖少于50％的所有探测器通道并分布在整个探测器上，使它们基本上无视首次非散射的X射线；围绕所述目标移动所述辐射源和探测器，在不同旋转角度获得X射线投影图像；通过所述探测器从所述辐射源检测辐射；以及通过安装在它们顶部的光阑将参数面拟合到探测器元件的计数，对于每个旋转角度估计各层的目标散射和内部散射的总和的分布；以及从未被光阑覆盖的每个探测器元件中减去所估计的目标散射和内部散射的总和，从而获得不被光阑覆盖的每个探测器元件的散射自由信号的估计。
在一个优选实施例中，半导体二极管是由硅制成的。
在一个优选实施例中，半导体二极管层的数量超过2。换句话说，半导体二极管层的数量大于2。
通过上面所述的能力实施的用于目标的X射线断层成像同时校正散射的装置的具体实施例可以是基于具有至少两层硅二极管的系统，这些硅二极管被安装在如美国专利US8,183,535 B2中描述的相同类型的几何形状的边缘上。
在美国专利US 8,183,535 B2中描述的X射线探测器特别涉及用于X射线成像的硅探测器，它是基于布置在一起的多个半导体探测器模块，以形成整体探测器区域，其中每个半导体探测器模块包括晶体硅定向的X射线传感器，该X射线传感器被定向到进入的X射线，并连接到集成电路，用于通过光电效应与X射线传感器中交互的X射线的配准，并通过康普顿散射和用于在40keV至250keV之间的入射X射线能量，以提供来自这些交互的空间和能量信息，以实现目标的图像。此外，防散射模块是在至少一个子集的半导体探测器模块到至少部分吸收康普顿散射的X射线之间相互折叠的。
如上所述，半导体探测器模块的每个模块包括一个X射线传感器，这些模块被拼接在一起以形成几乎任意尺寸的完整探测器，除了在至少一些半导体探测器模块之间集成的防散射网格之外，具有几乎完美的几何效率。所述X射线传感器被连接到集成电路，所述集成电路使用来自所述传感器中的康普顿散射的X射线和通过光效应反应的X射线。该信息用于重建具有特定成像任务的最佳对比度的最终图像。优选地，可以利用本发明的组合信息推导出每个X射线的能量在半导体传感器中的沉积能量和X射线的相互作用深度。该防散射格栅通常由相对较重的材料制成，不仅切割来自该目标的康普顿散射的X射线，还能防止半导体传感器中的康普顿散射X射线到达其他传感器。否则，这些康普顿散射的X射线将主要添加到噪声中。
优选地，每个防散射模块包括相对较重的材料的箔，以防止在半导体探测器模块中的大部分康普顿散射X射线到达相邻的探测器模块。
图8是示出根据示例性实施例所述的被实施为多芯片模块的半导体探测器模块的示例的示意图。该实施例示出了半导体传感器如何能够具有在多芯片模块(MCM)中基板(A)的功能。信号从像素(C)被路由(B)到并行处理集成电路(例如ASIC)(D)的输入端，这些ASIC是被定位为相邻于有源传感器区域。应当明确的是，术语专用集成电路(ASIC)是被广泛解释为用于特定应用的任何通用集成电路。ASIC处理从每个X射线产生的电荷并将其转换为可用于估计能量的数字数据。ASIC被配置用于连接数字数据处理电路，使得数字数据可以被发送到进一步的数字数据处理(E)以及位于所述MCM外部的存储器，最后将所述数据输入到所述重构图像。
举例来说，在ASIC中，测量来自每个X射线的信号，并估计由每个X射线沉积的能量。每个X射线所测量的能量将被用于增加在图像中所需元件的对比度。为了实现此目的，能量信息将用于从X射线分离电子噪声，由X射线在半导体传感器中产生康普顿散射，通过光效应进行反应。该信息优选地被加权在一起以使得在目标中所需的元件和结构的对比度最大化。还有来自X射线的交互深度的测量的一些能量信息，这被执行，因为可保持X射线被转换为深度段的轨迹。对于在探测器中X射线的康普顿散射，这是特别重要的，因为对于这些X射线，能量将会更不确定，因为仅有部分原始能量被沉积在半导体传感器中。
图9是示出几个半导体探测器模块如何能被定位为彼此相邻以构建整个X射线探测器的示例的示意图。在该特定实施例中，几个多芯片模块(MCM)(A)彼此相邻放置，以建立整个X射线探测器。为了吸收在半导体传感器(C)中或在所述目标中散射的康普顿的X射线，所述MCM通过防散射箔相互折叠，防散射箔例如重元素(如钨)的片材(B)，否则，这些X射线会导致所述图像中的噪声。换句话说，将防散射箔置于各个传感器之间并作为X射线准直器。当与位于较高的部分相比时，由于底部段的较低的接收角度，检测到的目标散射将低于底部分段。在各层之间的散射计数的差异可被用于估计每一段的散射。
图10是示出在两层中的半导体探测器模块的布置的示例的放大视图。
这里描述的本发明所述的方法将在相应的装置中实现。
根据第九方面，提供了一种用于估计在具有至少两层探测器二极管的光子计数X射线探测器中的目标散射的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其中所述装置是被配置为在目标散射具有缓慢变化的空间分布的假设下，基于在顶层和底层之间的计数差异来估计对所述至少两个层的顶层中的计数的目标散射贡献。
根据第十方面，提供了一种用于估计在具有至少两层探测器二极管的光子计数X射线探测器中的内部散射的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其中所述装置是被配置为在底层中或者同时在顶层和底层中，基于在具有设置在所述探测器元件的顶部上的高衰减光阑的探测器元件的测量计数来估计从所述探测器内部具有康普顿散射的光子的再吸收的计数。
根据第十一方面，提供了一种用于调整在分层光子计数X射线探测器中所测量的计数的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其中所述装置包括第九方面的装置。
根据第十二方面，提供了一种用于调整在分层光子计数X射线探测器中所测量的计数的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其中所述装置包括第十方面的装置。
根据第十三方面，提供了一种用于估计在在分层光子计数X射线探测器中所吸收的散射辐射的总量和空间轮廓的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其中所述装置包括第九方面的装置。
根据第十四方面，提供了一种用于估计被吸收的散射辐射的总量和空间轮廓的装置在具有至少两层探测器二极管的分层光子计数X射线探测器中安装，所述至少两层二极管在所述入射X射线的方向上分段，所述至少两层二极管段在所述入射X射线的方向上分段，其中，所述装置包括第十方面的装置。
在特定实施例中，如图6所示，用于对目标进行X射线断层成像同时校正散射的装置，其包括X射线辐射104的源101和由指回辐射源的两层直接转换半导体二极管102、103组成的探测器。在二极管的顶层和底层中的各个二极管之间具有间隔，该间隔对应于二极管宽度和所述底层在旋转方向上的位移，以致首次X射线错过所述顶层二极管而未衰减穿透到较低水平的二极管。辐射源101和探测器102、103是被配置为围绕所述目标移动，在不同旋转角度获得X射线投影图像，由运动控制器107控制。该装置包括估计器106，它连接到探测器，并被配置用于从该探测器获得测量数据。该估计器也可以是所述探测器的集成部分。对于每个旋转角度，估计器106是被配置用于估计在探测器的顶层上的目标散射的分布，基于这样的事实：探测器的底层是通过顶层的功能而屏蔽目标散射，所述顶层的功能类似于具有非常高的纵横比的防散射格栅。
估计器106被配置用于根据以下步骤进行估计。对于在顶层行中的每个探测器元件，在旋转的方向上移动一个二极管宽度，来自底层行的相应测量是在加权后减去的以调整对于在平均方向效能上的任何差别，例如封堵屏蔽；所述差别的低空间频率表示是通过低通过滤或者参数表面拟合来确定，其中这个低空间频率表示是穿过整个顶层的目标散射分布的估计；内部探测器散射的近似是在局部邻域内来自主要的和目标散射的计数的总和的恒定分数γ，所述定分数γ是用于估计在每个顶层探测器元件内的散射自由信号，通过：或者减去在所述元件内的所述估计的目标散射，并将差额除以(1+γ)以补偿内部探测器散射，或者在所测量的计数与所估计的目标散射自身之间的差额的低通量过滤之后，减去在所测量的计数与所估计的目标散射之间的差额的分数1/(1+γ)，以及在每个底层探测器元件中的散射自由信号是通过以(1+γ)除以所测量的信号，或者在所述探测器元件自身内从所测量的信号减去在所述探测器元件内低通量测量的信号的分数1/(1+γ)。
在一个优选实施例中，半导体二极管是由硅制成的。
在一个优选实施例中，半导体二极管层的数量超过2。换句话说，半导体二极管层的数量大于2。
在一个优选实施例中，所述层构成在二极管中入射X射线的方向上的区段。
在另一实施例中，一种用于目标X射线断层成像同时校正散射的装置，该装置包括X射线辐射源和包括两层指回所述辐射源的直接转换半导体二极管的探测器。在二极管的顶层和底层中的各个二极管之间具有间隔，该间隔对应于二极管宽度和所述底层在旋转方向上的位移，以致首次X射线错过所述顶层二极管而未衰减穿透到较低水平的二极管。在底层或者同时在顶层和底层提供光阑，覆盖少于50％的所有探测器通道并分布在整个探测器上，使它们基本上无视首次非散射的X射线。
所述辐射源和所述探测器是被配置为围绕所述目标移动，在不同旋转角度获得X射线投影图像，有运动控制器控制。该装置包括估计器，它被连接到所述探测器，并被配置用于从所述探测器获得测量数据。估计器也可以是该探测器的一个集成部分。所述估计器是被配置为通过安装在它们顶部的光阑将参数面拟合到探测器元件的计数，对于每个旋转角度估计各层的目标散射和内部散射的总和的分布，所估计的目标散射和内部散射的总和是从未被光阑覆盖的每个探测器元件中减去的，从而获得不被光阑覆盖的每个探测器元件的散射自由信号的估计。
在一个优选实施例中，半导体二极管是由硅制成的。
在一个优选实施例中，半导体二极管层的数量超过2。换句话说，半导体二极管层的数量大于2。
在这里所描述的任何装置中，抗散射元件，例如钨薄片，可以被安装在多个二极管的每一个的背面。
应当理解，这里所描述的方法和装置可以以多种方式组合和重新排列。
例如，实施例可以硬件来实施，或者通过合适的处理电路执行的软件或其组合来实现。在图7中示出了估计器的一个具体实施例。
这里描述的步骤、功能、过程、模块和/或块可以至少部分地以硬件使用任何常规技术来实现，例如分立电路或集成电路技术，包括通用电子电路和专用电路。
特定示例包括一个或多个适当配置的数字信号处理器和其它已知的电子电路，例如被互连以执行专用功能的离散逻辑门，或专用集成电路(ASIC)。
可选地，这里描述的至少一些步骤、功能、过程、模块和/或块可以在诸如计算机程序的软件中实现，用于由诸如一个或多个处理器或处理单元之类的适当处理电路来执行。
处理电路的示例包括但不限于：一个或多个微处理器，一个或多个数字信号处理器(DSP)，一个或多个中央处理单元(CPU)，视频加速硬件和/或诸如一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)的任何适当的可编程逻辑电路，或者一个或多个可编程逻辑控制器(PLC)。
还应当理解的是，可以使用任何常规设备或单元的一般处理能力来重新使用所提出的技术。还可以重新使用现有软件，例如通过对现有软件的重新编程或通过添加新的软件组件进行重新编程。
在该特定实施例中，至少一些步骤、功能、过程、模块和/或块是在计算机程序(软件)510中实现的，其被加载到存储器502中，用于由包括一个或多个处理器501的处理电路来执行。处理器501和存储器502是通过系统总线500相互连接，以实现正常的软件执行。可选的输入/输出设备503也可以与处理器501和/或存储器502互连，以实现诸如输入参数的相关数据的输入和/或输出和/或得到输出参数。
作为示例，提供了一种用于在由处理器501执行时对在光子计数X射线探测器中进行估计的计算机程序510，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其中，所述计算机程序510包括指令，当由所述处理器执行该指令时，导致所述处理器在目标散射具有缓慢变化的空间分布的假设下，基于在顶层和底层之间的计数差异来估计对所述至少两个层的顶层中的计数的目标散射贡献。
根据另一示例，提供了一种用于在由处理器501执行时对在光子计数X射线探测器中进行估计的计算机程序510，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其中，所述计算机程序510包括指令，当由所述处理器执行所述指令时，导致所述处理器在底层中或者同时在顶层和底层中，基于在具有设置在所述探测器元件的顶部上的高衰减光阑的探测器元件的测量计数来估计从所述探测器内部具有康普顿散射的光子的再吸收的计数。
术语“处理器”应在一般意义上被解释为任何能够实现的系统或设备，它能执行程序代码或计算机程序指令以执行特定的处理、确定或计算任务。
因此，包括一个或多个处理器的处理电路是被配置为当执行计算机程序时，它执行诸如本文所述的明确定义的处理任务。
所述处理电路不必专用于仅执行上述步骤、功能、过程和/或块，但也可以执行其他任务。
作为示例，软件或计算机程序可以被实现为计算机程序产品，其通常携带或存储在计算机可读介质上，特别是非易失性介质。计算机可读介质可以包括一个或多个可移动或不可移动的存储设备，但不限于：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、光盘(CD)、数字多功能光盘(DVD)、蓝光光盘、通用串行总线(USB)存储器、硬盘驱动器(HDD)存储装置、闪存、磁带或任何其他传统的存储装置。因此，计算机程序可以被加载到计算机或等效处理设备的操作存储器中以供其处理电路执行。
这里所展示的流程图或图表可能被视为计算机流程图或图表，当通过一个或多个处理器实施时。相应的设备、系统和/或设备可以被定义为一组功能模块，其中，由处理器执行的每一个步骤都对应于一个功能模块。在这个例子中，功能模块是作为在处理器上运行的计算机程序实现的。因此，设备、系统和/或设备可以被定义为一组功能模块，其中，功能模块作为一个运行在至少一个处理器上的计算机程序实现。
因此，驻留在内存中的计算机程序可以按照配置为执行的适当的功能模块进行组织，当通过处理器运行该计算机程序时，至少这里描述的部分步骤和/或任务被执行。
可替代地，可以这些模块中主要通过硬件模块来实现，或者可替代地，通过硬件来实现。软件对比于硬件的范围纯粹是具体实施的选择。
以上所述的具体实施例仅仅是作为示例，应该明确的是，本发明所提议的技术并不局限于此。本领域技术人员所熟知，多种不同的修改、组合和改变都可以对这些具体实施方式做出修改，而不会脱离由所附的权利要求所定义的本发明的范围。特别地，在不同的具体实施方式中，不同的部分解决方案可以组合在其他构造中，它们在技术上都是可行的。
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Claims (16)

1.一种用于在光子计数X射线探测器中估计目标散射的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于，基于通过将高衰光束截止置停留于探测器元件的顶部而选择性地遮蔽来自首次辐射的一些探测器元件来在底层中或在顶层和底层中估计具有在所述探测器内部的康普顿散射的光子的再吸收的计数，以及测量在那些探测器元件中的计数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述估计是在计算机断层摄影系统的台架的旋转期间对多个投影中的每一个投影进行估计的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述X射线探测器是采用直接转换器材料的直接转换X射线探测器。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述直接转换器材料是硅。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：所述顶层用作所述底层的防散射栅格。
6.一种用于调整在分层光子计数X射线探测器中所测量的计数的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：
通过至少部分地基于根据权利要求1所述方法估计的内部散射来调节所测量的计数，从而获得由首次X射线相互作用产生的计数的无偏估计。
7.一种用于估计在分层光子计数X射线探测器中吸收的散射辐射的总量和空间轮廓的方法，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：通过至少部分基于根据权利要求1所述方法估计的内部散射进行估计。
8.一种用于估计在具有至少两层探测器二极管的光子计数X射线探测器中的内部散射的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：所述装置是被配置为在底层中或者同时在顶层和底层中，基于在具有设置在所述探测器元件的顶部上的高衰减光阑的探测器元件的测量计数来估计从所述探测器内部具有康普顿散射的光子的再吸收的计数。
9.一种用于调整在分层光子计数X射线探测器中所测量的计数的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：所述装置包括权利要求8所述的装置。
10.一种用于估计在在分层光子计数X射线探测器中所吸收的散射辐射的总量和空间轮廓的装置，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：所述装置包括权利要求8所述的装置。
11.一种用于目标X射线断层成像同时校正散射的装置，其特征在于，所述装置包括：
X射线辐射源和包括两层指回所述辐射源的直接转换半导体二极管的探测器；其中，在二极管的顶层和底层中的各个二极管之间具有间隔，所述间隔对应于二极管宽度和所述底层在旋转方向上的位移，以致首次X射线错过所述顶层二极管而未衰减穿透到较低水平的二极管；
其中，在所述底层或者同时在所述顶层和所述底层提供光阑，覆盖少于50％的所有探测器通道并分布在整个探测器上，使它们基本上无视首次非散射的X射线；
所述辐射源和所述探测器是被配置为围绕所述目标移动，在不同旋转角度获得X射线投影图像，由运动控制器控制；以及
估计器，连接到所述探测器，并被配置用于从所述探测器获得测量数据，或者是所述探测器的集成部分，其中，所述估计器是被配置为通过安装在它们顶部的光阑将参数面拟合到探测器元件的计数，对于每个旋转角度估计各层的目标散射和内部散射的总和的分布，所估计的目标散射和内部散射的总和是从未被光阑覆盖的每个探测器元件中减去的，从而获得不被光阑覆盖的每个探测器元件的散射自由信号的估计。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：所述半导体二极管是由硅制成。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于：所述半导体二极管层的数量大于2。
14.根据权利要求8至13中任一项的装置，其特征在于：防散射元件，例如钨薄片，是被安装在多个二极管的每一个的背面上。
15.一种用于在由处理器执行时对在光子计数X射线探测器中进行估计的计算机程序，所述探测器具有安装在几何形的边缘上的至少两层探测器二极管或者在入射X射线方向上的至少两层二极管段，其特征在于：所述计算机程序包括指令，所述指令在由所述处理器执行时，导致所述处理器在底层中或者同时在顶层和底层中，基于在具有设置在所述探测器元件的顶部上的高衰减光阑的探测器元件的测量计数来估计从所述探测器内部具有康普顿散射的光子的再吸收的计数。
16.一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质上存储有权利要求15所述的计算机程序。
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