CN110494769B - 具有自适应反重合系统的光子计数x射线探测器系统 - Google Patents

具有自适应反重合系统的光子计数x射线探测器系统 Download PDF

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Abstract

提供了一种光子计数x射线探测器系统(200)，包括多个光子计数通道(220)和至少一个反重合电路(230)，每个反重合电路连接这些通道中的至少两个通道并且被配置为探测所连接的通道中的重合事件。x射线探测器系统(200)还包括反重合控制器(240)，该反重合控制器被配置为基于光子计数信息随着从阈值计数率开始渐增的计数率通过逐渐适应所述至少一个反重合电路的操作来控制所述至少一个反重合电路的操作。

Description

具有自适应反重合系统的光子计数X射线探测器系统
技术领域
本发明总体上涉及x射线成像和x射线探测器系统，并且更具体地涉及光子计数x射线探测器系统、用于光子计数x射线探测器系统的反重合系统以及用于这种反重合系统的控制器和对应的计算机程序产品。
背景技术
诸如x射线成像的射线照相成像已经在医学应用和非破坏性测试中使用多年。
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，x射线穿过要成像的对象或物体，然后由x射线探测器系统记录。由于一些材料比其他材料吸收更大部分的x射线，因此形成对象或物体的图像。x射线探测器可以是不同类型的，包括能量积分探测器和光子计数探测器。
通常使用探测量子效率(DQE)来测量x射线成像探测器的性能。DQE定义为探测系统输出中的平方信噪比除以输入到探测器的平方信噪比，即，除以可以由理想探测器测量的平方信噪比。DQE是图像中的空间频率的函数。较高的DQE对应于更好的探测器性能和测量图像中的更少的噪声。
光子计数x射线成像中的问题是单个光子可能导致脉冲在多于一个探测器元件(有时也被称为探测器像素或简称为像素)中被计数，如将在后面解释的。这可能是由若干机制引起的。一种这样的机制是电荷共享，其中由光子相互作用生成的电荷云由多于一个电极收集。另一种这样的机制是康普顿散射，其导致光子在第一像素中沉积能量，然后传播到第二像素并在那里沉积更多能量。可能引起重复计数的第三种机制是荧光性，其中第一像素中的原始x射线光子相互作用使原子的内部电子壳处于激发态，随后内部电子壳通过荧光光子的发射而去激发，荧光光子被重新吸收在第二像素中。这意味着一部分事件被计数两次，并且由于这是随机发生的，它会劣化探测器的DQE，从而增加图像噪声。此外，光子的重复计数可能导致图像模糊并劣化能量分辨率。因此，目标是每个光子仅以正确的光子能量并且在相互作用的原始像素中记录一次。
为了实现该目的，在x射线探测器中实现反重合逻辑可以是有益的。这种反重合逻辑可以探测同时的事件并且确保由同一光子引起的同时脉冲仅被计数一次。可以进一步改进这样的方案，使得它们使用包含在所记录的脉冲高度集中的信息来估计相互作用的原始位置和原始光子能量。
反重合逻辑方案的一个问题是它们可能将时间上彼此接近地到达的两个光子生成的脉冲错误地识别为是由单个光子生成。这被称为伪重合，而不是真重合(真重合是当反重合逻辑将两个脉冲正确地识别为由同一原始光子生成时)。
伪重合会导致计数丢失，从而劣化DQE并增加图像噪声。此外，如果将重合光子的能量相加在一起，则伪重合可能使能量信息失真。如果伪重合的概率足够大，则伪重合的不利影响可能超过光子计数的益处。
对于在特定应用中有用的光子计数探测器(诸如，计算机断层扫描(CT))，探测器必须能够应对该应用中发生的计数率。
美国专利6,559,453涉及一种增强x射线成像中的对比度信息的方法，其中，来自光子的信号被赋予权重，该权重受相邻传感器元件之间的电荷共享可能性的影响。
美国专利7,214,944涉及一种辐射探测设备，其比较来自不同探测器元件的信号的时间重叠，其目的是使得能够以高计数率区分真实事件和错误事件。
美国专利7,473,902涉及一种用于拍摄射线照片的方法，其中将边界像素单元的电荷脉冲加在一起形成总电荷脉冲。
美国专利8,050,385涉及一种具有参数和阈值的重合探测单元，该参数和阈值可能必须被调整，使得探测重合的优点大于错误地去除错误重复计数的缺点。
美国专利9,031,197涉及一种用于通过将脉冲的高度分配给若干间隔之一并分析相邻图片元素中的间隔的分配组合来探测电荷脉冲的真重合的方法。
T.Koenig等人的出版物“Charge Summing in Spectroscopic X-Ray Detectorswith High-Z Sensors”，IEEE Transactions on Nuclear Science 60(6)，pp.4713-4718，2013，涉及基于相邻像素中所收集的电荷的总和的反重合逻辑实现方式。这种反重合逻辑改善了低光子通量下入射能量频谱的重建，但在高通量时导致严重的计数损失，高于5×106计数/mm2·s。
美国专利9,207,332涉及x射线探测器，该x射线探测器具有低通量模式(其中由邻近像素收集的电荷被加在一起，然后被比较器数字化)、以及高通量模式(其中在由比较器将信号数字化之前不对来自邻近像素的电荷求和，但在数字化之后将邻近像素中的结果计数相加在一起)。
美国专利申请20160282476A1涉及一种具有两种计数模式的x射线探测器，其首先在第一计数模式下测量第一计数，并且基于该计数值在第二计数模式下测量第二计数值。
然而，仍然需要一种具有改进的反重合逻辑的探测器，其对于低入射光子通量和高入射光子通量都提供良好的图像质量。
发明内容
因此，总体目的是为光子计数x射线探测器系统提供改进的反重合逻辑。
具体目的是提供一种光子计数x射线探测器系统。
另一个目的是提供一种用于光子计数x射线探测器系统的反重合系统。
另一个目的是提供一种用于光子计数x射线探测器系统的反重合系统的控制器。
另一个目的是提供对应的计算机程序产品。
所提出的技术的实施方式满足这些和其他目的。
根据第一方面，提供了一种光子计数x射线探测器系统，该光子计数x射线探测器系统包括：多个光子计数通道和至少一个反重合电路，每个反重合电路连接到这些通道中的至少两个通道并且被配置为探测所连接的通道中的重合事件。x射线探测器系统还包括反重合控制器，该反重合控制器被配置为通过随着从阈值计数率开始渐增的计数率逐渐适应所述至少一个反重合电路的操作来基于光子计数信息控制所述至少一个反重合电路的操作。
以这种方式，所提出的技术提供了与入射光子通量率无关的良好图像质量。发明人已经认识到，基于测量的计数率的反重合电路的操作的突然改变可能导致x射线图像中的伪像，并且反重合电路的操作随着渐增计数率的逐渐适应消除或至少减少了图像中的这种伪像。
具体地，所提出的技术使得可以随着渐增的计数率逐渐限制反重合电路的影响，例如，以提供平滑的计数率特性，从而避免图像伪像。
根据第二方面，提供了一种用于具有多个光子计数读出通道的光子计数x射线探测器系统的反重合系统，其中，反重合系统包括至少一个反重合电路，每个反重合电路连接到这些通道中的至少两个通道，并且被配置为探测所连接的通道中的重合事件。反重合系统还包括反重合控制器，该反重合控制器被配置为通过随着从阈值计数率开始渐增的计数率逐渐适应所述至少一个反重合电路的操作来基于光子计数信息控制所述至少一个反重合电路的操作。
根据第三方面，提供了一种用于具有多个光子计数读出通道的光子计数x射线探测器系统的反重合系统的控制器，其中，反重合系统包括至少一个反重合电路，每个反重合电路连接到这些通道中的至少两个通道，并且被配置为探测所连接的通道中的重合事件。控制器被配置为通过随着从阈值计数率开始渐增的计数率逐渐适应所述至少一个反重合电路的操作来基于光子计数信息控制所述至少一个反重合电路的操作。
根据第四方面，提供了一种计算机程序产品，包括其上存储有计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序用于在由处理器执行时控制具有多个光子计数读出通道的光子计数x射线探测器系统的反重合系统。反重合系统包括至少一个反重合电路，每个反重合电路连接到这些通道中的至少两个通道，并且被配置为探测所连接的通道中的重合事件。计算机程序包括指令，这些指令在由处理器执行时使得处理器通过随着从阈值计数率开始渐增的计数率逐渐适应所述至少一个反重合电路的操作来基于光子计数信息控制所述至少一个反重合电路的操作。
根据又一方面，还提供了一种包括这种光子计数x射线探测器系统的x射线成像系统。
在阅读详细描述时将理解其他优点。
附图说明
实施方式及其进一步的目的和优点可以通过参考以下描述并结合附图来充分地理解，其中：
图1是示出整体x射线成像系统的实例的示意图。
图2是示出x射线成像系统的另一实例的示意图。
图3是示出三种不同的x射线管电压的能量频谱的实例的示意图。
图4是示出光子计数机制的实例的示意图。
图5是根据示例性实施方式的X射线探测器的示意图。
图6是示出根据示例性实施方式的半导体探测器模块的实例的示意图。
图7是示出根据另一示例性实施方式的半导体探测器模块的实例的示意图。
图8是示出根据又一示例性实施方式的半导体探测器模块的实例的示意图。
图9是示出根据实施方式的具有多个光子计数通道和至少一个反重合电路的光子计数x射线探测器系统以及相关联的反重合控制器的实例的示意图。
图10是示出在光子计数x射线探测器系统中实现的反重合系统的另一实例的示意图。
图11A至图11C是示出具有和不具有反重合逻辑、以及具有所提出的依赖于速率的反重合逻辑的探测器的计数率特性的实例的示意性曲线图。
图12是示出根据实施方式的计算机实现的实例的示意图。
具体实施方式
参考图1，以对说明性整体x射线成像系统进行简要概述开始可能是有用的。在该非限制性实例中，x射线成像系统100基本上包括x射线源10、x射线探测器系统20和相关联的图像处理设备30。通常，x射线探测器系统20被配置用于记录来自x射线源10的辐射，该辐射可能已经由可选的x射线光学器件聚焦并且通过物体或对象或其一部分。x射线探测器系统20可经由合适的模拟处理和读出电子设备(可集成在x射线探测器系统20中)连接到图像处理设备30，以由图像处理装置30实现图像处理和/或图像重建。
如图2中所示，x射线成像系统100的另一个实例包括：发射x射线的x射线源10；在x射线穿过物体后探测x射线的x射线探测器系统20；处理来自探测器的原始电信号并将其数字化的模拟处理电路25；可以对测量数据执行进一步的处理操作(诸如，应用校正、临时存储或过滤)的数字处理电路40；以及计算机50，该计算机存储处理后的数据，并且可以进行进一步的后处理和/或图像重建。
整体的探测器可以被视为x射线探测器系统20，或者与相关联的模拟处理电路25结合的x射线探测器系统20。
包括数字处理电路40和/或计算机50的数字部分可以被视为数字图像处理系统30，其基于来自x射线探测器的图像数据进行图像重建。因此，图像处理系统30可以被视为计算机50、或者可选地数字处理电路40和计算机50的组合系统、或者(如果数字处理电路也进一步专用于图像处理和/或重建)可能是数字处理电路40本身。
常用的x射线成像系统的实例是计算机断层扫描(CT)系统，其可以包括产生扇形或锥形x射线束的x射线源和用于记录透过患者或物体的x射线部分的对向x射线探测器系统。x射线源和探测器系统通常安装在围绕成像物体旋转的架台中。
因此，图2中所示的x射线源10和x射线探测器系统20可以布置为CT系统的一部分，例如，可安装在CT架台上。
对x射线成像探测器的挑战是从探测到的x射线中提取最大信息，以提供其中物体或对象在密度、组成和结构方面被描绘的对物体或对象的图像的输入。使用胶片作为探测器仍然很常见，但是现今最常见的探测器提供数字图像。
现代x射线探测器通常需要将入射的x射线转换成电子，这通常通过光吸收或通过康普顿相互作用发生，并且所产生的电子通常产生二次可见光，直到其能量消失，并且该光进而被光敏材料探测到。还存在基于半导体的探测器，并且在这种情况下，由x射线产生的电子根据通过施加的电场收集的电子-空穴对产生电荷。
传统的x射线探测器是能量积分的，因此来自每个探测到的光子对探测到的信号的贡献与其能量成比例，并且在传统CT中，为单个能量分布获取测量。因此，由传统CT系统产生的图像具有一定的外观，其中不同的组织和材料显示出在一定范围内的典型值。
在一些应用中，光子计数探测器也已经成为可行的替代方案；目前这些探测器主要在乳房X线照相术中可用。光子计数探测器具有优点，因为原则上可以测量每个x射线的能量，这产生了关于物体的组成的附加信息。该信息可以用于提高图像质量和/或降低辐射剂量。
与能量积分系统相比，光子计数CT具有以下优点。第一，通过在光子计数探测器中将最低能量阈值设置成高于噪声基底，可以拒绝由能量积分探测器集成到信号中的电子噪声。第二，能量信息可以由探测器提取，这允许通过最佳能量加权来改善对比度噪声比，并且还允许有效地实现所谓的材料基础分解，通过该分解可以识别和量化被检查的对象或物体中的不同材料和/或部分。第三，可以使用多于两种的基础材料，这有益于分解技术(诸如，K-边缘成像)，其中定量确定了造影剂(例如，碘或钆)的分布。第四，不存在探测器余辉，意味着可以获得高角度分辨率。最后但并非最不重要的是，通过使用更小的像素尺寸可以实现更高的空间分辨率。
用于光子计数x射线探测器的最有前途的材料是碲化镉(CdTe)、碲锌镉(CZT)和硅(Si)。CdTe和CZT在若干光子计数频谱CT项目中用于临床CT中使用的高能x射线的高吸收效率。然而，由于CdTe/CZT的若干缺点，这些项目发展缓慢。CdTe/CZT具有低电荷载流子迁移率，其导致严重的脉冲堆积，其通量率比临床实践中遭遇的低十倍。缓解这种问题的一种方法是减小像素尺寸，而由于电荷共享和K-escape导致频谱失真增加。此外，CdTe/CZT遭受电荷俘获，当光子通量达到一定水平以上时，这将导致极化，从而引起输出计数率的快速下降。
相比之下，硅具有更高的电荷载流子迁移率并且不存在极化问题。成熟的制造工艺和相对较低的成本也是其优势。但硅具有CdTe/CZT所没有的局限性。因此，硅传感器必须非常厚，以补偿其低阻止本领。通常，硅传感器需要若干厘米的厚度来吸收大部分入射光子，而CdTe/CZT仅需要若干毫米。另一方面，硅的长衰减路径也使得可以将探测器划分成不同的深度区段，如将在下面解释的。这进而使得基于硅的光子计数探测器能够适当地处理CT中的高通量。
在使用简单的半导体材料(诸如，硅或锗)时，康普顿散射导致许多x射线光子在探测器中转换为电子-空穴对之前从高能量转换为低能量。这导致最初具有高能量的大部分x射线光子产生的电子-空穴对比预期的少得多，这进而导致相当一大部分光子通量出现在能量分布的低端处。为了探测尽可能多的x射线光子，因此有必要探测尽可能低的能量。
图3是示出三种不同的x射线管电压的能量频谱的实例的示意图。能量频谱由来自不同类型的相互作用混合的沉积能量构建而成，包括较低能量范围的康普顿事件和较高能量范围的光电吸收事件。
x射线成像的进一步发展是能量分辨的x射线成像，也被称为频谱x射线成像，其中测量x射线透射的若干不同能级。这可以通过在两个不同的发射频谱之间快速切换源、通过使用发射不同x射线频谱的两个或更多个x射线源、或者通过使用测量两个或更多能级的入射辐射的能量鉴别探测器(也称为能量仓)来实现。
在下文中，参考图4给出了能量鉴别光子计数探测器的实例的简要描述。在该实例中，记录的每个光子生成电流脉冲，将该电流脉冲与一组阈值进行比较，从而对入射在多个能量仓中的每一个中的光子的数量进行计数。
通常，也包括康普顿散射之后的光子的x射线光子在半导体探测器内部被转换成电子-空穴对，其中电子-空穴对的数量通常与光子能量成比例。然后，电子和空穴朝探测器电极漂移，然后离开探测器。在这种漂移期间，电子和空穴在电极中感生出电流，该电流可以例如通过电荷敏感放大器(CSA)后接整形滤波器(SF)来进行测量，如图4中示意性所示。
由于来自一个x射线事件的电子和空穴的数量与x射线能量成比例，因此一个感生电流脉冲中的总电荷与该能量成比例。电流脉冲在CSA中放大，并且然后由SF滤波器滤波。通过选择SF滤波器的适当整形时间，滤波后的脉冲幅度与电流脉冲中的总电荷成比例，并且因此与x射线能量成比例。在SF滤波器之后，通过在一个或多个比较器(COMP)中将脉冲幅度的值与一个或若干个阈值(THR)进行比较来测量脉冲幅度，并且引入计数器，通过计数器可以记录脉冲大于阈值的情况的数量。以这种方式，可以对在特定时间帧内探测到的其能量超过对应于相应阈值(THR)的能量的X射线光子的数量进行计数和/或记录。
在使用若干个不同的阈值时，获得所谓的能量鉴别探测器，其中探测到的光子可以被分类成对应于各种阈值的能量仓。有时，这种类型的探测器也被称为多仓探测器。
通常，能量信息允许创建新类型的图像，其中可获得新的信息并且可以去除传统技术固有的图像伪像。
换句话说，对于能量辨别探测器，在比较器中将脉冲高度与多个可编程阈值进行比较，并且根据脉冲高度来进行分类，脉冲高度进而与能量成比例。
然而，任何电荷敏感放大器的固有问题是它会将电子噪声添加到探测到的电流中。因此，为了避免探测到噪声而不是真实的x射线光子，重要的是将最低阈值(Thr)设置得足够高，以使得噪声值超过阈值的次数足够低，从而不干扰x射线光子的探测。
通过将最低阈值设置成高于噪声基底，可以显著降低作为减少x射线成像系统的辐射剂量的主要障碍的电子噪声。
为了提高吸收效率，探测器可以侧立布置，在这种情况下，吸收深度可以被选择为任何长度，并且探测器仍然可以完全耗尽而不会达到非常高的电压。
具体地，硅作为探测器材料具有许多优点，诸如，高纯度和产生电荷载流子(电子-空穴对)所需的低能量、以及这些电荷载流子的高迁移率，这意味着它甚至可以在高x射线率下工作。硅也很容易大量供应。
硅的主要挑战是其低原子序数和低密度，这意味着它必须非常厚才能获得更高的能量以成为有效的吸收剂。低原子序数还意味着探测器中康普顿散射x射线光子的部分将主导光吸收的光子，这将产生散射光子的问题，因为它们可能在探测器中的其他像素中感生信号，这将相当于那些像素中的噪音。然而，硅已经成功地用于具有较低能量的应用中，例如由M.Danielsson、H.Bornefalk、B.
Figure BDA0002223724060000131
V.Chmill、B.Hasegawa、M.Lundqvist、D.Nygren和T.Tabár的“Dose-efficient system for digital mammography”，Proc.SPIE，Physics of Medical Imaging，vol.3977，pp.239-249San Diego，2000中概述的。克服硅的低吸收效率问题的一种方法是简单地使其非常厚，硅以大约500μm厚的晶片生产，并且这些晶片可以定向成使得x射线侧立入射，并且如果需要，硅的深度可以与晶片的直径相等。
在Sherwood Parker的美国专利5,889,313“Three dimensional architecturefor solid state radiation detectors”，1999中提出了使硅足够深以获得高效率的另一种方法，这是一种创造性方法，但涉及一些非标准的生产方法，可能是之所以没有用于商业成像探测器的原因。
我们可以找到的首先提到的作为x射线探测器的呈侧立几何的结晶硅条带探测器是R.Nowotny的“Application Of Si-Microstrip-Detectors In Medicine AndStructural Analysis”，Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 226(1984)34-39。该文献得出结论为，硅将在低能量下工作(诸如用于乳房成像)，但不能用于更高能量(诸如计算机断层扫描)，这主要是因为较高部分的康普顿散射以及与此相关的问题。
在Robert Nelson的美国专利4,937,453“X-ray detector for radiographicimaging”、David Nygren的美国专利5,434,417“High resolution energy-sensitivedigital X-ray”和Robert Nelson的美国专利申请公开2004/0251419中也提出了半导体探测器的侧立几何形状。在US 2004/0251419中，侧立探测器用于所谓的康普顿成像，其中对康普顿散射x射线的能量和方向进行测量，以便估计原始x射线的能量。康普顿成像的方法已经在文献中长期大量讨论，但主要适用于比x射线成像中使用的能量更高的能量，诸如正电子发射断层扫描。康普顿成像与本发明无关。
在S Shoichi Yoshida,Takashi Ohsugi的论文“Application of silicon stripdetectors to X-ray computed tomography”Nuclear Instruments and Methods inPhysics Research A541(2005)412–420中概述了侧立概念的实现方式。在该实现方式中，放置在侧立硅条带探测器之间的薄钨板减少了散射X射线的背景并且以低剂量改善了图像对比度。该实现方式非常类似于R.Nowotny的“Application Of Si-Microstrip-DetectorsIn Medicine And Structural Analysis”，Nuclear Instruments and Methods inPhysics Research226(1984)34-39中所提出的内容。
已经针对基于诸如CdZnTe的高Z材料的光子计数半导体探测器提出了若干提议，并且还已经用原型探测器获取了临床图像。这些材料的缺点是成本和缺乏批量生产的经验。
美国专利8,183,535公开了光子计数侧立x射线探测器的实例。在该专利中，存在多个半导体探测器模块，这些模块布置在一起以形成整个探测器区域，其中每个半导体探测器模块包括x射线传感器，该x射线传感器侧立定向来进入x射线并且连接到用于记录x射线传感器中x射线相互作用的集成电路。
半导体探测器模块通常被平铺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模块之外具有几乎完美的几何效率。优选地，每个防散射模块包括相对较重材料的箔，以防止半导体探测器模块中的多数康普顿散射的x射线到达相邻的探测器模块。
图5是根据示例性实施方式的X射线探测器的示意图。在该实例中，示出了X射线探测器(A)的示意图，其中x射线源(B)发射x射线(C)。探测器的元件(D)指回源，因此优选地以略微弯曲的整体配置布置。指示了探测器的两种可能的扫描运动(E，F)。在每种扫描运动中，源可以是静止的或移动的，在由(E)指示的扫描运动中，x射线源和探测器可以围绕位于其间的物体旋转。在用(F)指示的扫描运动中，探测器和源可以相对于物体平移，或者物体可以移动。同样在扫描运动(E)中，物体可以在旋转期间平移(所谓的螺旋扫描)。举例来说，对于CT实现方式，x射线源和探测器可以安装在围绕待成像的物体或对象旋转的架台中。
图6是示出根据示例性实施方式的半导体探测器模块的实例的示意图。这是半导体探测器模块的实例，其中传感器部分21被分成探测器元件或像素22，其中每个探测器元件(或像素)通常基于具有电荷收集电极作为关键组件的二极管。x射线通过半导体传感器的边缘进入。
图7是示出根据另一示例性实施方式的半导体探测器模块的实例的示意图。在该实例中，半导体传感器部分21也在深度方向上被分成所谓的深度区段22，同样假设x射线通过边缘进入。
通常，探测器元件是探测器的单独的x射线敏感子元件。通常，光子相互作用发生在探测器元件中，并且由此产生的电荷被探测器元件的对应电极收集。
每个探测器元件通常将入射的x射线通量测量为帧序列。帧是指定时间间隔(被称为帧时间)期间的测量数据。
取决于探测器拓扑，探测器元件可以对应于像素，尤其是当探测器是平板探测器时。深度分段探测器可以被认为具有多个探测器条带，每个条带具有多个深度区段。对于这样的深度分段探测器，每个深度区段可以被视为单独的探测器元件，尤其是如果每个深度区段与其自身的单独的电荷收集电极相关联。
深度分段探测器的探测器条带通常对应于普通平板探测器的像素。然而，还可以将深度分段探测器视为三维像素阵列，其中每个像素(有时被称为体素)对应于单独的深度区段/探测器元件。
半导体传感器可以实现为所谓的多芯片模块(MCM)，其意义在于半导体传感器用作用于电路由和用于多个专用集成电路(ASIC)的基础基板，这些专用集成电路优选地通过所谓的倒装芯片技术附接。路由将包括用于从每个像素或探测器元件到ASIC输入的信号的连接以及从ASIC到外部存储器和/或数字数据处理的连接。考虑到这些连接中的大电流所需的横截面的增加，可以通过类似的路由提供到ASIC的电力，但是也可以通过单独的连接提供电力。ASIC可以定位在有源传感器的侧面上，并且这意味着如果将吸收盖放置在顶部上则ASIC可以被保护免受入射的x射线，并且还可以通过将吸收器也定位在该方向上来保护ASIC免受来自侧面的散射x射线。
图8是示出半导体探测器模块的实例的示意图。在该实例中，示出了半导体探测器(模块)20的传感器区域21如何也可以在多芯片模块(MCM)中具有基板的功能，类似于美国专利8,183,535中的实施方式。信号由信号路径23从像素22路由到紧挨有源传感器区域定位的并行处理电路24(例如ASIC)的输入。应当理解，术语专用集成电路(ASIC)应广义地解释为对于特定应用所使用和配置的任何通用集成电路。ASIC处理从每个x射线生成的电荷并将其转换成数字数据，该数字数据可以用于探测光子和/或估计光子的能量。ASIC可以被配置用于连接到位于MCM外部的数字处理电路和/或存储器，并且最后数据将用作用于重建图像的输入。
所提出的技术总体上涉及具有反重合逻辑的光子计数探测器系统，其基于光子计数信息来进行控制，其中，所得到的计数测量是输入的计数率的平滑变化函数。
发明人已经认识到，伪重合的概率随着计数率的增加而增加，对应于较高的入射光子通量。伪重合的概率也随着反重合逻辑的范围而增加，其中该范围被定义为允许反重合逻辑将两个像素中的脉冲识别为属于同一原始光子的像素之间的最大距离。
所提出的技术涉及包括多个光子计数读出通道的光子计数x射线探测器系统，其中，至少两个通道连接到自适应反重合系统，该自适应反重合系统被配置为探测所连接的通道中的重合事件，其中，反重合逻辑的操作是基于光子计数信息来适应或控制的，并且其中，探测器系统的输出是输入的计数率的平滑变化函数。
反重合系统有时被称为反重合逻辑或反重合电路。
举例来说，反重合系统的操作可以根据光子计数信息而变化。换句话说，反重合系统可以被配置为根据光子计数信息来不同地操作。
例如，该操作可以适应光子通量率，例如，基于测量或估计的光子计数率或基于给定时间段期间的计数数量。
换句话说，光子计数信息可以包括表示估计的光子计数率的信息和/或表示给定时间段期间的计数数量的信息。
在特定实例中，反重合系统的操作根据光子计数信息来适应，以便能够不同地处理不同的入射光子通量率。以这种方式，获得了速率自适应反重合系统。
在特定实例中，可以基于光子计数信息选择性地启用和/或禁用反重合系统。
例如，可以在低计数率启用反重合逻辑，并且在较高计数率禁用反重合逻辑。以这种方式，反重合逻辑可以是活跃的并且在低计数率(其中记录伪重合的概率低)下提供改进的DQE。在高计数率下，ACL可以是不活跃/停用/禁用的，因此不会由于伪重合或劣化能量分辨率而导致计数丢失。在高计数率下，由于不使用反重合逻辑，重复计数在一定程度上劣化DQE。然而，DQE损失是微小的并且优于如果启用反重合逻辑则将由计数损失造成的严重劣化。DQE在重建图像中的噪声水平上的这种劣化通常将仅对重建图像的质量具有微小影响，因为CT图像中的噪声水平由最嘈杂的投影线(即，具有最低光子计数率的投影线)主导。因此，在高计数率下DQE的劣化不会影响对图像噪声的主要贡献。
发明人已经进一步认识到，从活跃反重合逻辑到非活跃反重合逻辑的突然转变可能导致图像中的伪像，因为输出计数率然后以一定输入计数率突然改变，这可能引起重建图像中的陡起边缘或条纹。举例来说，反重合系统因此可以在高计数率或渐增的计数率逐渐禁用，如稍后将举例说明的。换句话说，从活跃到非活跃反重合逻辑的转变可以随着渐增的计数率是逐渐的。
在特定实例中，反重合系统可以在具有多个深度区段的探测器中实现。
例如，可以根据探测器像素中的另一深度区段中的计数信息和/或探测器像素中的多于一个深度区段中的计数信息来适应所考虑的探测器像素的一个深度区段中的ACL的操作。
图9是示出根据实施方式的具有多个光子计数通道和至少一个反重合电路以及相关联的反重合控制器的光子计数x射线探测器系统的实例的示意图。
在此实例中，光子计数x射线探测器系统200包括多个光子计数通道220和至少一个反重合电路230，每个反重合电路连接这些通道中的至少两个通道并且被配置为探测所连接的通道中的重合事件。x射线探测器系统还包括反重合控制器240，该反重合控制器被配置为基于光子计数信息通过从阈值计数率开始随着渐增的计数率逐渐适应所述至少一个反重合电路230的操作来控制所述至少一个反重合电路230的操作。
通常，每个光子计数通道220可以连接到对应的探测器元件210，每个探测器元件通常具有电荷收集电极。
举例来说，反重合控制器240可以被配置为随着从阈值计数率开始渐增的计数率通过逐渐禁用反重合电路来控制所述至少一个反重合电路的操作。
例如，反重合控制器可以被配置为从阈值计数率开始并直到第二阈值率的禁用状态，随着渐增的计数率逐渐禁用反重合电路。
在特定实例中，反重合电路被配置为基于与入射的脉冲形状和时间相关的一组规则和/或设置来探测所连接的所述通道中的重合事件，其中，随着增加的计数率，该组规则和/或设置逐渐适应。
例如，反重合控制器可以被配置为随着渐增的计数率逐渐适应该组规则和/或设置，以使计数率表征平滑函数。
作为实例，反重合控制器可以被配置为随着渐增的计数率逐渐增加禁用反重合电路所持续的时间部分。
例如，反重合控制器可以被配置为每帧或每一组帧来逐渐增加禁用反重合电路所持续的时间部分。
在特定实例中，所述至少一个反重合电路可以在至少一帧的至少一部分期间在至少一个通道中被启用和/或所述至少一个反重合电路可以在至少一帧中在至少一个通道中被禁用。
可选地，反重合控制器可以被配置为随着渐增的计数率逐渐减小事件之间的最大时间间隔，该最大时间间隔允许反重合电路将事件视为源自同一光子。
可替代地或作为补充，反重合控制器可以被配置为随着渐增的计数率逐渐降低由反重合电路所处理的事件部分。
在特定实例中，反重合控制器被配置为随着渐增的计数率逐渐减小反重合电路的邻域范围。
作为实例，x射线探测器系统包括多个探测器元件，每个探测器元件连接到对应的光子计数通道，并且邻域范围限定与反重合电路的连接通道相关联的探测器元件之间的最大允许距离。
零距离意味着与反重合电路的连接通道相关联的探测器元件彼此相邻，即，所谓的最近邻。距离为一表示探测器元件或通道是次近邻，其间存在一个探测器元件，依此类推。
可选地，反重合控制器可以被配置为随着渐增的计数率逐渐改变对总沉积光子能量的估计。
举例来说，x射线探测器系统200可以包括多个探测器元件210，每个所述探测器元件连接到对应的光子计数通道。
在特定实例中，x射线探测器系统可以基于深度分段的侧立x射线探测器，其中每个探测器条带被细分为至少两个深度区段，每个深度区段被配置为单个探测器元件。
例如，基于光子计数信息，连接到至少一个探测器条带的至少一个深度区段的第一反重合电路可以被配置为与连接到同一探测器条带中的至少一个其他的深度区段的第二反重合电路不同地操作。
可选地，用于至少一个探测器条带的至少一个深度区段的反重合电路的操作是基于同一探测器条带中的至少一个其他的深度区段的光子计数信息和/或基于属于同一探测器条带的多个深度区段中的光子计数信息来适应或控制的。
作为实例，光子计数信息可以包括表示估计的光子计数率的信息和/或表示给定时间段期间的计数数量的信息。
例如，光子计数信息可以基于至少一个计数率参数，该计数率参数是根据至少一个通道中的先前测量的计数来计算的。
在特定实例中，反重合控制器240被配置为基于与连接的通道分开的至少一个其他的通道有关的光子计数信息，逐渐地适应用于多个连接的通道的反重合电路的操作。
优选地，所述至少一个反重合电路可以被配置为识别原始光子相互作用的通道和/或估计原始光子的总能量。
所提出的技术还涉及用于具有多个光子计数读出通道220的光子计数x射线探测器系统200的反重合系统250。反重合系统250包括至少一个反重合电路230，每个反重合电路连接到这些通道中的至少两个通道，并且被配置为探测所连接的通道中的重合事件。反重合系统250还包括反重合控制器240，该反重合控制器被配置为随着从阈值计数率开始渐增的计数率通过逐渐适应所述至少一个反重合电路的操作来基于光子计数信息控制所述至少一个反重合电路230的操作。
在另一方面，所提出的技术还涉及用于具有多个光子计数读出通道220的光子计数x射线探测器系统的反重合系统250的控制器240。反重合系统250包括至少一个反重合电路230，每个反重合电路连接到这些通道中的至少两个通道，并且被配置为探测所连接的通道中的重合事件。控制器240被配置为随着从阈值计数率开始渐增的计数率通过逐渐适应所述至少一个反重合电路的操作来基于光子计数信息控制所述至少一个反重合电路230的操作。
为了更好地理解某些方面，现在将参考特定的非限制性实例来描述所提出的技术。
图10是示出在光子计数x射线探测器系统中实现的反重合系统的另一实例的示意图。
将每个模拟输入信号通道中的信号值与一个或多个比较器进行比较，比较器将信号电平与预定义的一组电压阈值进行比较。来自属于一个模拟输入通道的一组比较器的数字输出信号被发送到优先级解码器，该优先级解码器将该组比较器触发信号转换为包含对应于最高阈值的触发比较器的数字的数字值。结果是指示相对于比较器阈值电平的脉冲高度的数字值，并且它将被称为脉冲高度值。
来自优先级解码器的脉冲高度值被发送到反重合电路，目的是探测和校正重合脉冲。在本发明的一个实施方式中，反重合逻辑用于一维实现方式中。在这种情况下，对于每对邻近的探测器通道，提供反重合电路，该反重合电路从所述一对探测器通道中的两个通道接收输出脉冲高度值。这里和从现在开始，“邻近通道”指的是连接到彼此紧挨定位的探测器元件的通道，但是也可以位于相同的邻域中，尽管彼此不相邻(例如次近邻)。
通常，光子相互作用发生在探测器元件中，并且由此产生的电荷被探测器元件的对应电极收集。通常，探测器元件由具有对应电极的探测器二极管构成。
在本发明的优选实施方式中，反重合电路用预先配置的时间窗口设置编程，并且探测两个邻近通道中的两个脉冲是否以小于或等于该时间延迟的时间差到达。使用包含在来自这两个通道的输入信号中的信息(诸如，脉冲高度值和脉冲的相对定时)，反重合电路确定探测到的脉冲是否来自同一原始入射光子。如果脉冲被识别为源自同一光子，则反重合电路将事件分配给这两个邻近通道之一并估计对应于由该光子沉积的总能量的脉冲高度。这种校正可以采用具有两个输入信号(这两个邻近通道中的每一个中的脉冲高度信号)和一个输出信号(对应于总能量的估计脉冲高度信号)的查找表的形式。可替代地，校正可以采用将输出信号与输入信号相关的数学表达式的形式，例如，通过使输出作为输入信号的总和。
反重合电路可以使用一组规则和/或设置来确定事件是真重合还是伪重合，即，探测到的脉冲是否源自于同一光子。在一个实施方式中，这些规则和/或设置可以包括将两个脉冲高度的总和与预定义极限进行比较，如果总和小于极限则将事件归类为真重合，否则将其归类为真重合。在另一个实施方式中，这些规则可以包括比较两个探测到的脉冲的到达时间和脉冲高度，并且如果具有较大脉冲高度的脉冲在具有较小高度的脉冲之前到达，则将该事件归类为伪重合，否则将其归类为真重合。反重合电路还可以使用一组规则来将相互作用分配给其中估计原始相互作用已经发生的通道。在一个实施方式中，这些规则可以包括将事件分配给探测到最大脉冲高度的通道。在另一个实施方式中，规则可以包括将事件分配给脉冲最早到达的通道。
此外，对于每个输入信号通道，存在包括一个或多个计数器的计数器组。该信号通道的脉冲高度信号与来自该通道所属的两个邻近对的反重合电路的输出信号一起被发送到计数器组。基于这些信号，计数器组中的一个或多个计数器递增。在优选实施方式中，对于每个比较器，在计数器组中存在计数器，如果没有重合事件，则该计数器按阈值增加的顺序对通道中的其脉冲高度在所述比较器的阈值水平与随后的比较器的阈值水平之间的入射脉冲的数量进行计数。在邻近通道上探测到重合事件的情况下，则相应地修改反重合电路的输出，使得对于每个记录光子仅递增一个计数器，并且使得递增的计数器是与估计的总沉积光子能量相对应的计数器。具体地，一旦重合脉冲到达两个邻近通道上时，该事件将被记录在这些通道之一中，即，由与这两个通道对应的反重合电路分配事件的通道。此外，逻辑的输出(例如，查找表)给出在该通道的计数器组中递增的计数器的数字。
以上描述通常涉及在一个维度上执行反重合校正的实现方式。这种实现方式在探测器设计中是有用的，其中电荷共享和引起探测器元件之间的串扰的其他影响主要在一个维度上发生。这种探测器的实例包括边缘指向射束的硅条带探测器。在这样的探测器中，如果深度区段长度与电荷载流子云尺寸相比更大，则即使探测器被深度分段，电荷共享也可以主要在一个维度上发生。在这种情况下，反重合电路包括在相同深度区段水平的邻近探测器元件之间。通过在共享公共像素边界的任何/每对邻近像素之间包括反重合电路，也可以以二维几何形状来实现反重合逻辑。
反重合逻辑也可以以其他方式实现，例如通过在共享公共角的像素之间也包括反重合电路，并且还可能甚至更远地分开的像素之间包括反重合电路。通过在所有三维中实现邻近/相邻探测器元件之间的反重合电路，也可以在诸如深度分段探测器的三维像素阵列中实现类似的方案。在另一示例性实施方式中，反重合电路可以从三个或更多个通道接收脉冲高度信号，从而可以探测和校正在三个或更多个通道上同时发生的事件。
在本发明的另一个实施方式中，反重合电路直接连接到比较器输出信号，其间没有优先级解码器。在本发明的另一个实施方式中，反重合逻辑以这样的方式实现，其中反重合电路直接使用模拟信号作为输入，而其间没有比较器和优先级解码器。这允许反重合电路使用模拟求和电路来计算总脉冲高度，作为探测脉冲的不同通道的脉冲高度之和。
在本发明的一个方面中，探测器逻辑包含反重合控制单元，该反重合控制单元感测每帧中的计数率并根据一个或多个计数信息参数适应反重合逻辑的操作。这样的计数信息参数对于每个读出通道可以是单独的，或者对于多个读出通道可以是公共的，其中在后一种情况下，可以使用所有受影响的读出通道中的总计数来控制反重合逻辑的操作。
由探测器测量的输出计数率是每帧的记录计数数量除以帧时间。这可以与输入计数率不同，即，探测器材料中的实际相互作用率。输入计数率的期望值与光子计数探测器中的输出计数率的期望值之间的关系被称为计数率特性。术语“期望值”在这里用于概率论的意义上，即，输入和输出计数率被视为随机变量。在存在堆积的情况下，计数率特性是非线性的。
图11A示出了具有反重合逻辑和不具有反重合逻辑的探测器的计数率特性。反重合逻辑通过去除重合计数来降低计数率，并因此降低了给定输入计数率的输出计数率。
如果突然禁用反重合逻辑，则在一定计数率下，计数率特性将是不连续的，如图11B中所示。在所述计数率下，输入-输出特性从下曲线跳跃到上曲线，下曲线适用于具有反重合逻辑的探测器，上曲线适用于不具有反重合逻辑的探测器。探测器响应的这种快速变化可能引起图像中的伪像。
为了减少伪像，令人期望的是具有平滑变化的计数率特性。通常，令人期望的是由探测器测量的所有计数值都是输入计数率的平滑变化函数。在这种情况下，平滑函数或平滑变化函数是相对于预期应用，其输出变量与输入变量相比变化不太快的函数。因此，使函数平滑的要求可能在不同的应用中是不同的。
举例来说，如果计数率特性是连续函数，则可以将其视为平滑的。在另一实例中，如果计数率特性是可微分函数，则可以将其视为平滑的。在又一个实例中，计数率特性可以被认为是平滑的，即使它在多个点处是不连续的，只要不连续性足够小而没有在图像中给出可见的伪像。
在本发明的特定实例中，提供了一种用于在计数率范围内逐渐禁用反重合逻辑的方法。更具体地，随着计数率增加，由反重合逻辑移除的重合事件的部分逐渐减小到零，从而获得输入-输出计数率特性平滑的探测器。
在图11C中示出了这种计数率特性的实例。在示范性实施方式中，对于低于一个第一阈值计数率m1的输出计数率，在每个帧的整个过程中启用该反重合逻辑。对于高于第一阈值计数率m1并且低于第二阈值计数率m2的输出计数率，该反重合逻辑在每个帧的一部分期间被禁用并且在该帧的剩余部分期间被启用。在输出计数率m1与m2之间，每个帧的其间反重合逻辑被禁用的部分是输出计数率的递增函数。在该实例中，对于大于第二阈值计数率m2的计数率，反重合逻辑恒定地保持在禁用状态下。
美国专利9,207,332涉及一种具有两个模式的专门的探测器配置，其中一个模式是在数字化之前对电荷求和，而另一个模式是在数字化之后对计数求和。
美国专利申请2016/0282476涉及一种具有两个计数模式的x射线探测器，其中第一计数模式中的第一计数测量用于控制第二计数模式中的第二计数测量。
现有技术的这两个实例都没有公开随着计数率的增加而逐渐关闭的反重合系统。而且，现有技术的这两个实例都没有公开可适合于与深度分段探测器一起使用的反重合逻辑。
在本发明的另一个实施方式中，反重合逻辑可以在由输出计数率m的数学函数f(m)给出的该帧的一个部分f期间被禁用。在优选实施方式中，这个函数可以是平滑的并且从0单调地增加到1，例如
Figure BDA0002223724060000271
其中nmt是阈值输出计数率，并且σ是控制转变平滑度的参数。在另一个实施方式中，函数f(m)可以针对所有计数率假设在f1与f2之间的值，其中条件f1>0和f2<1之一或两者可以是真的，从而使得反重合逻辑在所有计数率的帧时间的一部分期间被启用、或者在计数率的一部分期间始终被禁用、或者两者。
在本发明的另一个实施方式中，反重合逻辑在所获取的帧的子集期间被启用并且在其他帧期间被禁用，其中所述帧子集取决于计数率。例如，反重合逻辑可以在低计数率下的每个帧期间被启用，在中间计数率下的每个第二帧期间被启用，并且在高计数率下的每个帧期间被禁用。
在本发明的又一个实施方式中，在被用于控制反重合逻辑之前，在若干帧上对所测量的计数率取平均值。这可以通过连续计算指定数量的最近获取的帧的移动平均数来实现。然后，这个移动平均数被用作反重合逻辑控制电路的输入，以便确定何时应该启用反重合逻辑以及何时应该禁用反重合逻辑。以此方式，减小了所测量的计数率的统计波动对反重合逻辑的影响。
在本发明的又另一个实施方式中，为每个反重合电路提供一个计数器，该计数器对在该反重合电路中探测到的真重合的数量进行计数。一旦所述计数器达到某个阈值，就禁用所述反重合逻辑对，使得它不再校正重合事件。随着每帧的开始，计数器被重置，以便再次启用反重合电路，直到计数器达到阈值。通过这种方式，反重合逻辑对于低计数率将对于整个帧是活跃的，但对于高计数率仅在帧的一部分期间是活跃的。阈值可以是固定的预编程值或是事件计数率的函数。
在本发明的另一个实施方式中，反重合可以处理或可以不处理每个事件，这取决于具有特定概率的随机选择，其中所述概率随光子计数信息(诸如在一定时间段内的计数率或先前记录的计数的数量)而变化。
在本发明的另一个方面中，反重合逻辑的时间窗口长度(其确定允许反重合逻辑电路将它们视为源自同一光子的事件之间的最大时间间隔)根据测量的事件计数率而变化。在本发明的一个实施方式中，对于小于m1的输出计数率，时间窗口长度等于第一值t1，并且对于大于m2的输出计数率，时间窗口长度等于第二值t2。在m1与m2之间，对于每帧的部分f，时间窗口等于t1，并且对于每帧的剩余部分，时间窗口等于t2，其中f在输出计数率m1与m2之间从0平滑地增加到1。例如，t2可以被选择为小于t1，这意味着时间窗口随着输出计数率渐增而减小。减小时间窗口长度会降低伪重合率，这意味着此处描述的方案减轻由于高计数率下的伪重合而导致的DQE劣化。
在本发明的另一个方面，反重合逻辑被赋予影响反重合逻辑的范围的至少一个范围参数，并且所述范围参数被认为是输入计数率的函数。在一个实施方式中，反重合逻辑可以对于低光子通量作用于最近邻和次近邻通道对(即，连接到电极的通道对，其间具有至多一个电极)，但对于高光子通量仅作用于最近邻的电极。对于中间光子通量，反重合逻辑在每帧的一部分期间作用于最近邻和次近邻对，并且在每帧的剩余部分期间仅作用于最近邻帧。
在本发明的又另一个方面中，用于估计总沉积能量的算法可以根据计数率而逐渐改变，例如，随着渐增的计数率而逐渐改变。具体地，如果使用查找表来从至少两个输入脉冲高度值生成输出脉冲高度值，则所述查找表中的值可以被认为是沉积能量的函数。这允许调整查找表以针对不同计数率的范围更准确地再现估计的总光子能量。具体地，这可以减轻由堆积引起的频谱失真对反重合逻辑函数的不利影响。在高计数率下，堆积可能导致探测到的能量频谱失真，因为测量了同时到达同一通道的两个脉冲的总高度。通过在反重合逻辑电路中估计原始光子能量时考虑到这一点，可以更准确地再现初始光子能量。
在本发明的另一个方面中，可以基于一个或多个其他探测器像素中的计数信息来控制或适应连接到一个探测器像素的反重合逻辑。例如，可以基于邻近像素中的计数率来适应连接到第一探测器像素的反重合逻辑，例如，当邻近探测器像素达到特定阈值计数率时，开始逐渐减少反重合系统，尽管第一探测器像素未达到所述阈值计数率。这可以允许计数率特性变得更平滑。
在本发明的另一个方面中，反重合逻辑系统可以与深度分段探测器一起使用，其中每个探测器条带(像素)沿着预期的x射线束方向被细分为多个深度区段。举例来说，反重合逻辑的操作在不同深度区段中可以是不同的。具体地，反重合逻辑可以通过使其在每帧的一部分被开启来进行适应，其中所述部分是计数率的函数，如前所述。在这种情况下，反重合逻辑可以在不同深度区段中的不同帧时间期间是活跃的。由于在探测器像素中探测到的总计数数量是深度区段中计数数量的总和，这与对于仅一个深度区段而可能的函数相比，使得所有深度区段中的计数总数成为输入计数率的更平滑函数。在难以实现反重合逻辑活跃的平滑减少的情况下，例如在反重合逻辑系统处于活跃状态的时间部分只能被设置为离散数量的值的系统中。
在本发明的另一个方面中，对于所公开的反重合逻辑系统，深度分段探测器的使用对于其他方式也可以是有益的。例如，用于至少一个探测器条带的至少一个深度区段的反重合电路的操作是基于同一探测器条带中的至少一个其他的深度区段的光子计数信息和/或基于属于同一探测器条带的多个深度区段中的光子计数信息来适应或控制的。换句话说，在一个探测器条带/像素的一个或多个深度区段中获得的计数信息可以用于控制或适应连接到深度区段之一、或深度区段的子集、或同一探测器条带/像素的另一个深度区段的反重合逻辑。
例如，在一个探测器像素的所有深度区段中记录的总计数数量可以用于控制连接到同一探测器像素中的深度区段之一的反重合逻辑。以这种方式，更多的光子统计可用于反重合控制逻辑，从而减少了量子噪声对反重合操作的影响。这降低了由于量子噪声导致的反重合逻辑随机开启和关闭的风险。
在另一个实例中，连接到测量较低计数率的一个深度区段的反重合逻辑总体上可以基于测量较高计数率的同一探测器条带/像素中的一个或多个其他的深度区段来适应，从而减少了量子噪声的影响。
在另一个实例中，连接到测量较高计数率的一个深度区段的反重合逻辑总体上可以基于测量较低计数率的同一探测器条带/像素中的一个或多个其他的深度区段来适应。以这种方式，反重合逻辑可以例如基于深度区段中的计数率来控制，其中反重合逻辑在相关的光子通量率范围内恒定地开启。以这种方式，当反重合逻辑关闭或从一种模式切换到另一种模式时，输出计数率的快速变化不会反馈到反重合控制逻辑中，否则它可能使控制算法复杂化。
将理解的是，本文中描述的机制和布置可以以各种方式实现、组合和重新布置。
例如，实施方式可以以硬件实现、或者至少部分地以用于由合适的处理电路执行的软件实现、或其组合。
本文中描述的步骤、功能、过程和/或块可以使用任何常规技术以硬件实现，诸如，分立电路或集成电路技术，包括通用电子电路和专用电路。
可替代地或作为补充，本文中描述的步骤、功能、过程和/或块中的至少一些可以在用于由诸如一个或多个处理器或处理单元的适当处理电路执行的诸如计算机程序的软件中实现。
图12是示出根据实施方式的计算机实现方式300的实例的示意图。在该特定实例中，本文中描述的至少一些步骤、功能、过程、模块和/或块是在计算机程序325；335中实现的，该计算机程序可以从外部存储器设备330加载到存储器320中，以便由包括一个或多个处理器310的处理电路执行。处理器310和存储器320彼此互连以实现正常的软件执行。可选的输入/输出设备340还可以互连到处理器310和/或存储器320，以实现相关数据(诸如，输入参数和/或得到的输出参数)的输入和/或输出。
术语“处理器”应该在一般意义上解释为能够执行程序代码或计算机程序指令以执行特定处理、确定或计算任务的任何系统或设备。
处理电路的实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)和/或任何合适的可编程逻辑电路，诸如，一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)或一个或多个可编程逻辑控制器(PLC)。
因此，包括一个或多个处理器310的处理电路被配置为在执行计算机程序325时执行明确定义的处理任务，诸如本文中所述的处理任务。
举例来说，软件或计算机程序225；235可以实现为计算机程序产品，其通常被承载或存储在计算机可读介质220；230、特别是非易失性介质上。计算机可读介质可以包括一个或多个可移除或不可移除的存储器设备，包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、光盘(CD)、数字通用盘(DVD)、蓝光盘、通用串行总线(USB)存储器、硬盘驱动器(HDD)存储设备、闪存、磁带或任何其他常规存储器设备。因此，计算机程序可以加载到计算机或等效处理设备的操作存储器中，以由其处理电路执行。
更具体地，计算机程序产品包括其上存储有计算机程序325、335的计算机可读介质320、330，该计算机程序用于在由处理器执行时控制具有多个光子计数读出通道的光子计数x射线探测器系统的反重合系统，其中，反重合系统包括至少一个反重合电路，每个反重合电路连接到这些通道中的至少两个通道，并且被配置为探测所连接的通道中的重合事件，计算机程序包括指令，这些指令在由处理器执行时使得处理器通过从阈值计数率开始随着渐增的计数率逐渐适应所述至少一个反重合电路的操作来基于光子计数信息控制所述至少一个反重合电路的操作。
还应该理解的是，可以重新使用实现所提出的技术的任何传统设备或单元的一般处理能力。也可以重新使用现有的软件，例如，通过重新编程现有软件或添加新的软件组件。
软件与硬件的范围纯粹是实现方式的选择。
根据又另一方面，提供了一种x射线成像系统(诸如，图1和/或图2中所示的x射线成像系统100)，包括光子计数x射线探测器系统20；200，如本文中所述的。
上面描述的实施方式仅作为实例给出，并且应当理解，所提出的技术不限于此。本领域技术人员将理解的是，在不背离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下，可以对实施方式进行各种修改、组合和改变。具体地，在技术上可行的情况下，不同实施方式中的不同部分解决方案可以结合在其他配置中。

Claims (20)

1.一种光子计数x射线探测器系统(20；200)，包括：
多个光子计数通道(220)，以及
反重合电路(230)，所述反重合电路连接到所述通道中的至少两个通道，并且所述反重合电路被配置为探测所连接的所述通道中的重合事件，
其中，所述x射线探测器系统(200)还包括反重合控制器(240)，所述反重合控制器被配置为基于光子计数信息来控制所述反重合电路(230)的操作以提供速率自适应反重合系统，所述速率自适应反重合系统被配置为根据所述光子计数信息不同地操作，
其中，所述反重合控制器被配置为随着从阈值计数率开始渐增的计数率通过逐渐适应所述反重合电路的操作并且逐渐限制所述反重合电路的影响以从活跃的反重合电路到非活跃的反重合电路的逐渐的转变来控制所述反重合电路的操作。
2.根据权利要求1所述的光子计数x射线探测器系统，其中，所述反重合控制器(240)被配置为随着从阈值计数率开始渐增的计数率通过逐渐禁用所述反重合电路来控制所述反重合电路(230)的操作。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的光子计数x射线探测器系统，其中，所述反重合电路(230)被配置为基于与入射的脉冲形状和时间相关的一组规则和/或设置来探测所连接的所述通道(220)中的重合事件，其中，随着渐增的计数率，逐渐适应所述一组规则和/或设置。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的光子计数x射线探测器系统，其中，所述反重合控制器(240)被配置为随着渐增的计数率逐渐增加禁用所述反重合电路所持续的时间部分。
5.根据权利要求4所述的光子计数x射线探测器系统，其中，所述反重合控制器(240)被配置为每帧或每一组帧逐渐增加禁用所述反重合电路所持续的时间部分。
6.根据权利要求4所述的光子计数x射线探测器系统，其中，所述反重合电路(230)在至少一帧的至少一部分期间在至少一个通道中被启用和/或所述反重合电路(230)在至少一帧中在至少一个通道中被禁用。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的光子计数x射线探测器系统，其中，所述反重合控制器(240)被配置为随着渐增的计数率逐渐减小事件之间的最大时间间隔，所述最大时间间隔允许所述反重合电路(230)将所述事件视为源自同一光子。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的光子计数x射线探测器系统，其中，所述反重合控制器(240)被配置为随着渐增的计数率逐渐降低由所述反重合电路(230)所处理的事件部分。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的光子计数x射线探测器系统，其中，所述反重合控制器(240)被配置为随着渐增的计数率逐渐减小所述反重合电路(230)的邻域范围，并且
所述x射线探测器系统(20；200)包括多个探测器元件(210)，每个所述探测器元件连接到对应的光子计数通道(220)，并且所述邻域范围定义与所述反重合电路(230)的所连接的通道(220)相关联的探测器元件(210)之间的最大允许距离。
10.根据权利要求1至2中任一项所述的光子计数x射线探测器系统，其中，所述反重合控制器(240)被配置为随着渐增的计数率逐渐改变对总沉积光子能量的估计。
11.根据权利要求1至2中任一项所述的光子计数x射线探测器系统，其中，所述x射线探测器系统(20；200)包括多个探测器元件(210)，每个所述探测器元件连接到对应的光子计数通道(220)，
所述x射线探测器系统(20；200)基于深度分段的侧立x射线探测器，其中每个探测器条带被细分为至少两个深度区段，每个所述深度区段被配置为单个探测器元件(210)。
12.根据权利要求11所述的光子计数x射线探测器系统，其中，基于光子计数信息，连接到至少一个探测器条带的至少一个深度区段的第一反重合电路(230)被配置为与连接到同一所述探测器条带中的至少一个其他的深度区段的第二反重合电路(230)不同地操作。
13.根据权利要求11所述的光子计数x射线探测器系统，其中，用于至少一个探测器条带的至少一个深度区段的反重合电路(230)的操作是基于同一所述探测器条带中的至少一个其他的深度区段的光子计数信息和/或基于属于同一所述探测器条带的多个深度区段中的光子计数信息来适应或控制的。
14.根据权利要求1至2中任一项所述的光子计数x射线探测器系统，其中，所述光子计数信息包括表示所估计的光子计数率的信息和/或表示给定时间段期间的计数数量的信息。
15.根据权利要求1至2中任一项所述的光子计数x射线探测器系统，其中，所述反重合控制器(240)被配置为基于与所连接的通道分开的至少一个其他的通道有关的光子计数信息，逐渐地适应用于多个所连接的通道(220)的反重合电路(230)的操作。
16.根据权利要求1至2中任一项所述的光子计数x射线探测器系统，其中，所述反重合电路(230)被配置为识别原始光子相互作用的通道和/或估计原始光子的总能量。
17.一种用于具有多个光子计数读出通道(220)的光子计数x射线探测器系统(20；200)的反重合系统(250)，其中，所述反重合系统(250)包括反重合电路(230)，所述反重合电路连接到所述通道(220)中的至少两个通道，并且所述反重合电路被配置为探测所连接的通道中的重合事件，
其中，所述反重合系统(250)还包括反重合控制器(240)，所述反重合控制器被配置为基于光子计数信息
来控制所述反重合电路(230)的操作以提供速率自适应反重合系统，所述速率自适应反重合系统被配置为根据所述光子计数信息不同地操作，
其中，所述反重合控制器被配置为随着从阈值计数率开始渐增的计数率通过逐渐适应所述反重合电路的操作并且逐渐限制所述反重合电路的影响以从活跃的反重合电路到非活跃的反重合电路的逐渐的转变来控制所述反重合电路的操作。
18.一种用于具有多个光子计数读出通道(220)的光子计数x射线探测器系统(20；200)的反重合系统(250)的控制器(240)，其中，所述反重合系统(250)包括反重合电路(230)，所述反重合电路连接到所述通道中的至少两个通道，并且所述反重合电路被配置为探测所连接的所述通道中的重合事件，
其中，所述控制器(240)被配置为基于光子计数信息来控制所述反重合电路(230)的操作以提供速率自适应反重合系统，所述速率自适应反重合系统被配置为根据所述光子计数信息不同地操作，
其中，所述反重合控制器被配置为随着从阈值计数率开始渐增的计数率通过逐渐适应所述反重合电路的操作并且逐渐限制所述反重合电路的影响以从活跃的反重合电路到非活跃的反重合电路的逐渐的转变来控制所述反重合电路的操作。
19.一种计算机可读介质(320；330)，存储计算机程序，所述计算机程序用于在由处理器(310)执行时控制具有多个光子计数读出通道(220)的光子计数x射线探测器系统(20；200)的反重合系统(250)，其中，所述反重合系统(250)包括反重合电路(230)，所述反重合电路连接到所述通道中的至少两个通道，并且所述反重合电路被配置为探测所连接的所述通道中的重合事件，
其中，所述计算机程序(325；335)包括指令，所述指令在由所述处理器(310)执行时使得所述处理器基于光子计数信息来控制所述反重合电路(230)的操作以提供速率自适应反重合系统，所述速率自适应反重合系统被配置为根据所述光子计数信息不同地操作，
其中，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使得所述处理器随着从阈值计数率开始渐增的计数率通过逐渐适应所述反重合电路的操作并且逐渐限制所述反重合电路的影响以从活跃的反重合电路到非活跃的反重合电路的逐渐的转变来控制所述反重合电路的操作。
20.一种x射线成像系统(100)，包括权利要求1至16中任一项所述的光子计数x射线探测器系统(20；200)。
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