CN111566514A

CN111566514A - 电荷共享校准方法及系统

Info

Publication number: CN111566514A
Application number: CN201980007614.3A
Authority: CN
Inventors: R·斯特德曼布克; E·勒斯尔
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2020-08-21
Also published as: WO2019137901A1; EP3508887A1; US20210067710A1; US11178346B2; EP3737973B1; JP7000582B2; JP2021509957A; EP3737973A1

Abstract

信号处理系统(SPS)和相关方法。所述系统包括：输入接口(IN)，其用于接收至少两个数据集，所述至少两个数据集包括第一数据集和第二数据集，所述第一数据集是由X射线探测器子系统(XDS)以第一像素大小生成的，并且所述第二数据集是以不同于所述第一像素大小的第二像素大小生成的；估计器(EST)，其被配置为基于所述两个数据集来计算电荷共享影响的估计结果。

Description

电荷共享校准方法及系统

技术领域

本发明涉及信号处理系统、信号处理方法、成像装置、计算机程序单元以及计算机可读介质。

背景技术

一些X射线成像装置(例如，计算机断层摄影(CT)扫描器、放射摄影装置或其他设备)使用能量辨别探测器仪器。与仅能进行能量积分的传统的探测器不同，能量辨别探测器系统能够分析X辐射的能谱。这种额外信息的提取允许例如谱成像以了解被成像样本的材料成分。

这样的能量辨别探测器系统的一种类型是直接转换光子计数探测器。它们使用大量的非结构化的半导体将X辐射转换成探测器信号。通过在半导体上布置多个电极来实现结构化或“像素化”。电极记录了因撞击光子而在半导体内形成的电荷云所引起的光子事件。电极提供电脉冲形式的探测器信号，该探测器信号能够被处理成谱图像数据。

在这种类型的探测器或类似的事件计数器中可能会出现“电荷共享”的不良现象。“电荷共享”是这样一种效应，其中一个以上的电极记录了非常相同的光子事件，这可能会干扰成像装置的能量辨别能力。

一种减少电荷共享的影响的方法是使用分析不同像素探测到的信号的算法。在电荷共享事件的情况下，在相同时刻在相邻像素中探测到许多脉冲高度较小的脉冲。能够组合这些脉冲高度以恢复初始脉冲高度。

发明内容

可能需要备选方法来改进基于事件计数的成像。

本发明的目的通过独立权利要求的主题得以解决，其中，在从属权利要求中并入了其他实施例。应当注意，以下描述的各方面等同地适用于成像模块和成像装置。

根据本发明的第一方面，提供了一种信号处理系统，包括：

输入接口，其用于接收至少两个数据集，所述至少两个数据集包括第一数据集和第二数据集，所述第一数据集是由X射线探测器子系统以第一像素大小生成的，并且所述第二数据集是以不同于所述第一像素大小的第二像素大小生成的；

估计器，其被配置为基于所述两个数据集来计算电荷共享影响的估计结果。

换句话说，可以改变像素大小，并且数据集表示针对至少两个像素大小中的每个的测量结果。然后处理这些测量结果以评估给定的探测器子系统中的电荷共享影响。

更特别地，并且根据一个实施例，所述探测器子系统具有原本像素大小，并且其中，第一像素大小和第二像素大小中的一个是所述原本像素大小，并且/或者，其中，所述第一像素大小和所述第二像素大小中的至少一个是所述原本像素大小的倍数。

像素大小(或面积)(有时用间距来表示)表示通过其(例如来自一组原本像素)可以收集测量结果并将测量结果组合在一起的有效面积。特别地，将该组探测器像素组合或分箱到单个读出通道中。

更特别地，并且在一个实施例中，通过组合器(其可以是系统的部分)的操作来获得数据集。所述组合器被配置为将在所述探测器子系统处响应于X辐射暴露而生成的信号进行组合，以至少获得第一数据集或第二数据集。

根据一个实施例，所述组合器包括分箱电路，所述分箱电路用于对在所述X射线探测器子系统处生成的所述信号进行分箱。也可以替代地或组合地使用其他求和电路。

根据一个实施例，所述估计器被配置为基于根据所述第一数据集和所述第二数据集的值来形成一个或多个比率，从而获得所述估计结果。

根据一个实施例，所述系统包括校正器，所述校正器被配置为基于所述估计结果对由所述探测器子系统或另一探测器生成的第三数据集进行电荷共享校正。第三数据集是在成像阶段收集的，其中，关于要被成像的对象来收集第三数据集中的信号，这与在成像阶段之前的校准阶段中一起早期收集第一数据集和第二数据集作为校准数据的情况相反。

根据一个实施例，所述探测器子系统是能量分辨型(或光子计数型)的。

根据本发明的第二方面，提供一种成像装置，包括：i)根据上述实施例中的任一个的信号处理系统；以及ii)具有所述探测器子系统的X射线成像装置。所述X射线成像装置可以是旋转的，例如，CT扫描器或C臂系统，但是在本文中并不排除诸如投影放射摄影系统之类的其他系统。

根据本发明的第三方面，提供了一种信号处理方法，包括：

接收至少两个数据集，所述至少两个数据集包括第一数据集和第二数据集，所述第一数据集是由所述X射线探测器子系统以第一像素大小生成的，并且所述第二数据集是以不同于所述第一像素大小的第二像素大小生成的；

基于所述两个数据集来计算电荷共享影响的估计结果。

根据一个实施例，所述方法包括：

基于所述估计结果针对电荷共享影响对由所述探测器子系统或另一探测器子系统生成的第三数据集进行校正。

根据本发明的第四方面，提供了一种计算机程序单元，其在由至少一个(数据)处理单元运行时适于使所述处理单元执行根据所提到的方面或实施例中的任一个的方法。

根据本发明的第五方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有程序单元。

所提出的系统和方法允许支持具有非常小的像素大小的成像，特别是在要求应对非常高的X射线通量的能量分辨光子计数探测器中使用的成像。然而，减小像素大小受到电荷共享的负面影响的约束，这损害了能量性能。因此，选择像素大小以平衡通量能力的能量分辨的需求。

所提出的系统在高通量下提供了高速率能力。

所提出的电荷共享补偿系统可以被实施在被配置为处理以不同探测器像素配置获得的校准数据(上述第一数据集和第二数据集)的软件中。可以通过将上述组合器进行集成来调整读出电子器件，以便允许以两个或更多个有效像素大小获取校准数据。以大等效像素大小/间距获取的校准数据能够用于估计在以较小像素间距获得的单独的校准数据集中的电荷共享的影响。对校准数据的这种分析允许制定校正数据以补偿使用名义上的小像素间距采集的投影/图像数据上的电荷共享，而名义上的小像素间距可能需要服务于所有临床相关协议。

附图说明

现在将参考以下附图(并未按比例绘制)来描述本发明的示例性实施例，其中：

图1示出了X射线成像装置的示意性框图；

图2示出了具有X辐射成分的X射线探测器模块的剖视图；

图3示出了根据第一实施例的X射线数据采集系统的示意性电路图；

图4示出了用于电荷共享估计的信号处理系统的示意性框图；

图5示出了根据第二实施例的X射线数据采集系统的示意性电路图；

图6示出了信号处理方法的流程图；并且

图7示出了针对获得校准数据的方法步骤的流程图。

具体实施方式

参考图1，示出了包括诸如计算机断层摄影装置、投影放射摄影等的X射线成像装置XI(在本文中也被称为“成像器”)的X射线成像装置100的示意性框图。

成像器XI被配置为产生影像，特别是关于对象OB的内部结构和/或材料成分的影像。对象OB可以是有生命的或无生命的。特别地，对象是人类或动物患者或其部分。

优选地，设想到将X射线成像器XI特别用于医学领域中的谱成像或光子计数(能量分辨)成像，但是在本文中并不排除非医学领域的其他应用，例如，行李扫描或无损材料测试(NDT)等。

X射线成像装置XI包括被配置为发射X辐射的X射线源XS。

在整个检查区域中，在距X射线源XS一定距离处布置有X射线敏感探测器模块XD。X射线敏感探测器模块XD被耦合到数据采集电路DAS。X射线敏感探测器模块XD和数据采集电路DAS一起形成成像装置100的X射线探测器(子)系统XDS。模块和DAS可以被集成在一个单元中，或者可以被布置为是离散和分开的但可通信地耦合。

探测器模块XD是将X辐射转换成电信号的换能器，该电信号然后由数据采集电路DAS(在本文中被简称为“DAS”)(以下面将更详细描述的方式)处理成数字(探测器信号)。该探测器信号可以由图像处理器IP处理成所需的影像。取决于人所希望成像的数量或对比度，图像处理器实施合适的图像处理算法，例如，滤波反投影(用于3D影像)、相衬重建、暗场重建、透射重建或其任意组合。可以对影像进行绘制以在显示设备DU(例如，监视器)上进行显示，或者可以以其他方式得到进一步处理，或者可以被存储在存储器DB中。

在成像期间，要被成像的对象OB(或其部分)位于X射线源XS与X射线探测器XD之间的检查区域中。用户通过控制单元(未示出)对X射线源XS通电。然后，X射线源XS以X射线束XB的形式发射X辐射，该X辐射穿过检查区域和要被成像的对象Ob。X射线束由不同能量的光子组成，这些光子由X射线源XS生成的X辐射的谱来定义。

X光子与对象OB中的物质相互作用。例如，一些光子被物质吸收，而其他光子则出现在对象的(从X射线源观察的)远侧并然后与X射线敏感探测器XD相互作用。出现在对象OB远侧的一些光子已经被散射，因为它们与对象OB中的物质发生了相互作用，而其他光子则未被散射。可以使用防散射格栅(未示出)来防止经散射的光子到达探测器系统，从而提高图像质量。

X射线束中的每个光子都有一定的能量。如本文主要设想的，X射线成像器XI能够进行事件计数以量化光子与探测器模块XD相互作用的方式。在一个特定实施例中，X射线成像器是谱成像器，其允许对探测到的X辐射/光子进行谱分析。这种能力例如允许对对象的材料分解。也就是说，例如，能够分析探测到的辐射以识别对象中的不同类型的材料组织。

更特别地，光子在与对象OB相互作用之后，与X射线探测器XD的X射线敏感层相互作用，从而引起电信号，该电信号然后在DAS内被拾取和处理。

如本文所提出的成像装置100包括新颖的信号处理系统SPS，该信号处理系统SPS被配置为针对在探测器系统XDS中发生的电荷共享效应来校正探测器信号。电荷共享效应会破坏探测器信号的保真度。如果不加以考虑，电荷共享可能会破坏图像质量和谱分离程度。

在转向新提出的信号处理系统SPS的操作之前，首先参考图2以更详细地说明电荷共享效应。图2示出了通过探测器子系统XDS(特别是X射线模块XD和DAS的部分)的剖视图。该剖面平行于X辐射XB的主传播方向p(参见图1)。

探测器模块XD优选是直接转换器类型的。更特别地，探测器XD包括直接转换层DL作为X射线辐射敏感部件。直接转换层DL由合适的半导体形成。该半导体具有晶体结构，例如，硅、CdTe、CZT、GaAs以及Ge等。像整个探测器XD单元一样，转换层DL通常为矩形并形成阵列。在图2的视图中，该图层的其他长度尺寸延伸到该图的纸平面中。直接转换层DL用作换能器。换句话说，是在该层DL中并且通过该层DL的撞击光子生成了电信号。特别地，转换层被夹在一对电极EL之间。在图2的剖视图中仅示出被布置在转换层DL的远端面处的阳极。电极EL在直接转换层DL的远侧表面上以一定的距离D和图案离散地间隔开。每个电极EL具有原本大小(有效面积)d。该大小也可以被表示为间距。电极EL定义对原本未结构化的转换层DL的“像素化”。每个电极EL对应于一个探测器像素，从整个像素阵列中仅示例性示出了三个像素PX1-3。电极EL在本文中有时被简称为“像素”。电极EL可以被布置为TFT(薄场晶体管)的层。跨电极和直接转换层DL施加电压。通常，不对阴极进行像素化以跨层DL施加相同的电压。X射线光子Xph撞击在探测器层DL中的晶体上。根据光子Xph的能量，释放了原本被结合在晶体中的一些电子和空穴。如此释放的电子和空穴本身可能会释放更多的电子和空穴，依此类推。由于施加的电压，电子和空穴的主要部分不能重新组合并形成相应的电荷云CC。在所施加的电压的驱动下，电子电荷云CC朝向阳极EL漂移(在图2的视图中为向下漂移)，以引起早前提及的电信号(特别是电脉冲)。然后，电信号由DAS来处理。

光子能量的每个计数表示一个事件。成像器的事件计数能力及其保真度在很大程度上取决于其区分由不同光子引起的电荷云的能力。因此，理想地，每个电极对EL将每次响应单个光子的电荷云。不幸的是，由于电荷云的有限大小不可忽略，因此并不总是发生这种情况。如果在相邻像素EL之间生成电荷云(如图2所示)，则该云的一部分能够通过对应的电场被引导到所述像素中的一个，而另一部分被引导到另外的(一个或多个)像素。换句话说，随后的云电荷CC可以被两个或更多个(特别是相邻的)电极记录。这种不良影响被被为“电荷共享”。换句话说，由单个光子Xph通过与直接转换层的相互作用引起的云电荷CC在两个或更多个阳极/像素之间共享。这种电荷共享会导致对单个给定光子产生双重或多重计数，因为电荷在由阳极定义的像素中的两个或更多个像素之间共享。电荷共享因此会干扰成像器XI的能量辨别能力并最终破坏影像的保真度。

应当理解，探测器模块XD的上述架构仅是示例性的，并且目的是为了说明在电荷共享的情况下从X射线光子Xph到电信号的信号链。在本文中还设想到对图2中的上述设计的许多其他修改。特别地，在替代方案中，还设想到间接转换类型的探测器模块XD，该间接转换类型的探测器模块XD包括闪烁体层(而不是层DL)以及与其耦合的光电二极管层。在间接转换类型的情况下，像素化至少部分是由闪烁体中的晶体生长或机械结构引起的。

现在参考图3，图3示出了根据一个实施例的如本文所设想的DAS的读出电路的更多细节。左侧部分示出了示例性探测器像素。为了清楚起见，仅示出了两个像素PX1、PX2。

像素PX1、PX2产生具有幅值(“高度”)的电(电流)脉冲，其面积在很大程度上对应于撞击光子Xph的能量。在给定像素PX1、PX2处探测到的电脉冲的高度是撞击光子Xph能量的函数。光子能量越高，能够在相应的像素PX1、PX2处探测到的脉冲幅值就越高。

每个像素电极PX1、PX2通过独立的原始信号线(或“(像素)读出通道”)CH与DAS的光子计数电路相耦合。

根据一个实施例，在像素PX1、PX2处生成的电脉冲由光子计数电路以以下方式处理：任选的调节电路包括前置放大器320，该前置放大器320放大由像素218中的任一个生成的每个电信号。

任选的调节电路可以进一步包括脉冲整形器(未示出)，以处理用于探测到的光子的放大的电信号并生成包括脉冲高度(例如，电压/电流或指示探测到的光子的其他脉冲)的对应的模拟信号。如此生成的脉冲具有预定义的形状或轮廓。在该示例中，脉冲具有指示探测到的光子的能量的峰值幅度。

能量辨别器325对模拟脉冲进行能量辨别。在该示例中，能量辨别器325包括多个比较器330，多个比较器330分别将模拟信号的幅度与对应于特定能量水平的相应阈值进行比较。相邻阈值定义能量分箱。换句话说，辨别器325操作用于确定由整形器生成的输入脉冲的“高度”。更特别地，每个比较器330产生指示脉冲的幅度是否超过其阈值的输出计数信号。在该示例中，来自每个比较器的输出信号产生数字信号，当脉冲幅度增加并交叉其阈值时，该数字信号包括从低到高(或从高到低)的转换，而当脉冲幅度减小并交叉其阈值时，该数字信号包括从高到低(或从低到高)的转换。

在示例性比较器实施例中，当幅度增加并交叉其阈值时，每个比较器的输出从低到高地进行转换；而当脉冲幅度减少并交叉其阈值时，每个比较器的输出从高到低地进行转换。

计数器335分别为每个阈值计数上升沿(或者在一些实施例中为下降沿)。对于每个阈值，计数器335可以包括单个计数器或独立的子计数器。任选地，在仅双侧分箱的情况下，存在能量分箱器(未示出)，该能量分箱器将计数能量分箱或分配到能量范围中或对应于能量阈值之间的范围的分箱中。实际上，在具有高通量的优选实施例中，不存在分箱到范围内的操作，而是仅记录阈值交叉的计数(即，单侧分箱)。

然后可以将计数数据(在本文中被表示为M，这将在下面进一步详细描述)用于能量分辨探测到的光子。换句话说，DAS的光子计数电路操作用于量化从每个像素PX1、PX2进入由电压阈值的数量定义的能量分箱中的每个传入脉冲的脉冲高度。K(K≥2)(指示能量的电压、安培数或其他物理量)个阈值能够定义K个不同的能量分箱，以用于记录高于所述阈值的相应的阈值的脉冲高度。例如，其边沿上升超过(即“交叉”)所述阈值中的两个阈值的脉冲将引起针对与相应的两个阈值相关联的两个分箱中的每个分箱的计数。如果仅交叉阈值的较低的一个阈值，则将仅有一个计数等。但这仅是示例，因为在一些实施例中，仅下降沿引起计数或上升沿和下降沿都会引起计数。

光子计数电路在其输出部处为每个像素PX1、PX2提供单位时间内记录的每个分箱中的计数数量。这些针对每个分箱和像素的光子计数率形成投射光子计数数据，其可以被正式写为M＝(m₁,…,m_k)ⁱ，其中，计数率的向量为m_k，而i表示相应的像素，并且1≤k≤N是使用的能量分箱数。换句话说，m_k表示每单位时间在像素i处已经记录的其高度落入分箱k中的脉冲的次数(计数)。可以通过帧速率将计数进行归一化以表示计数率，即，每单位时间的计数。然而，归一化不是必需的，并且所提出的系统还可以对未经归一化的计数数据进行操作。有2个、3个或更多个能量阈值。在诸如CT或C臂之类的旋转系统中，对于不同的投射方向，所记录的计数率可能会有所不同，因此可以为上述概念补充针对投射方向的额外索引。在后面的情况下，在CT实施例中，M形成正弦图。

经如此量化的事件计数数据M然后可以由图像处理器IP进行处理。

现在参考图4，图4示出了信号处理系统SPS的示意性框图，该信号处理系统SPS被配置为在成像器XI的操作期间对在探测器子系统XDS中或由探测器子系统XDS生成的数据进行电荷共享校正。

X射线探测器子系统XDS被配置为能在多个探测器配置中操作。然后能够比较子系统XDS在不同探测器配置下在校准暴露下生成的数据，以评估或量化电荷共享效应。探测器配置由探测器单元XD的像素大小PX来定义。探测器像素的一个这样的大小(即，原始大小d)是由产生像素化的硬件装置给出的，如图2所说明的。对于直接转换探测器的情况，像素大小D可以由读出层中的电极的大小给定，如上面在图2中所说明的。备选地，可以通过在闪烁层中的晶体生长和/或在间接转换的情况下使用的光子探测器的大小来给出原本大小。简而言之，原本像素大小是成像器能够操作以提供最佳空间辨别率的最小可能大小。原本像素大小d是将X射线转换成电脉冲的探测器单元中的最小物理布置。

可以通过将关于多个这样的原本像素的探测器信号进行组合(例如分箱)以实现不同的探测器配置并因此实现不同的(虚拟的或有效的)像素大小来实现用于不同探测器配置的像素大小。例如，关于四个原本像素的数据信号可以被组合以因此实现具有原本像素大小d的四倍的“虚拟”探测器像素。这样的配置可以被称为“P对1”，即，一个虚拟像素有P个原本像素，其中，P是大于1的自然数。特别地，P的实际值包括2、3、4或更大，例如8，或者甚至一直到两位数。为了清楚起见，使用P＝1，在该符号中表示为“1对1”，这是与通常的原本像素大小p配置相对应的配置。可以通过信号组合器功能COMB来实现不同的探测器配置。

再次参考图3中的电路，图3示出了根据一个实施例的这样的组合器功能COMB，其被集成到X射线子系统XDS中，特别是被集成到X射线子系统XDS的光子计数电路中。特别地，组合器COMB被实现为分箱器，其将两个像素PX1和PX2分箱到单个通道中以生成2对1探测器配置，从而将空间辨别率降低一半。为此，组合器COMB包括开关S1、

如图3所示。开关被布置为拾取并组合沿着读出通道CH行进的电脉冲，其中，“-”表示关于开关S1的“断开(关闭)”、“闭合(导通)”这两种状态的否定运算符。S1被布置在针对PX1、PX2的两条读出线之间的交叉链接线XL上。特别地，开关S1在从断开切换到闭合时，将引起开关S2(例如被布置在PX2的读出线上)将像素P2与其原本间距读出通道CH断开连接并将像素P2连接到与像素P1的读出电子器件相对应的输入节点。在像素PX1、PX2中的任一个上生成的脉冲信号将通过叠加而相加，并且现在位于单个读出通道(例如，像素PX1的读出通道)上并由像素PX1的光子计数电路进行处理。应当理解，将添加跨PX1和PX2的电荷共享事件(在时间上同时)并将其视为在针对像素PX1的阈值器325和辨别器330处的正确沉积能量处的单个事件。

图5示出了用于分箱的备选的组合器COMB布置，其中，组合器功能COMB被集成到光子计数电路的不同阶段中。在图3中，组合器作用在读出信号线CH上以拾取和组合脉冲，而在图5中，组合器COMB替代地被布置在下游并在放大器320或整形器的输出阶段处形成组合信号。也就是说，并不是将电荷脉冲信号自身进行组合，而是将相应的整形器的输出进行这样的组合。现在将S1布置在从整形器/前置放大器320到相应的辨别器325的馈送线上，而将S2布置在馈送线之间的相应的交叉线X1上。

备选地，组合器功能COMB可以被集成在DAS的其他级中，特别是被集成在光子计数电路的其他级中，例如被集成在脉冲计数器335本身处。然后，该组合器实施例可以涉及计算结果得到的等效能量，因为在组合时可能不是这样简单地添加计数，而是要由系统基于结果得到的等效能量在针对更高阈值的分箱中将计数增加1来进行组合操作。

在对噪声贡献的平方和的鲁棒性方面，图3中的实施例比图5中的实施例更加有利，因为在图3中，来自所有经分箱的读出电子器件的噪声被组合到一个单个节点中。然后，如本文中所使用的，术语“探测器信号”可以涉及任何脉冲或组合的脉冲，而不管这些脉冲是在探测器子系统XDS中的什么地方被拾取的(是在读出线CH(例如图3中)处还是其他下游阶段(例如在图5的实施例中)处被拾取的)。

虽然组合器COMB在图3、图5中的特定实施例被配置为产生2比1配置，但是应当理解，对于任何P＞2，该构思能够被扩展到若干其他配置，例如，3对1、4对1、5对1等。也就是说，可以操作开关来不仅将两个脉冲相加，而且还可以将两个以上的(例如，3个、4个或5个或更多个)脉冲及其任何子加和相加。例如，针对例如5对1的布置能够形成由来自5个不同像素的5个脉冲组成的脉冲加和，并且对于从这5个脉冲中选择的任何k个脉冲，优选地，每个子加和小于5个脉冲。换句话说，可以通过适当的逻辑来制造和控制输入节点处的开关网络，使得能够实施多个探测器配置，由此允许针对任何选择的k(其中，1＜k≤P)至少获得2种不同的探测器配置，从而产生P种不同的P对1配置中的任一种。一种实施这样的网络的方式是在一些或所有(或至少P条)像素读出线之间添加交叉链路线XL，其中，每条交叉链路线上具有相应的开关，而(P条像素读数线中的)每条像素读出线CH上具有一个开关。可以通过Karnaugh-Veitch图分析或其他数字合成工具来降低该网络的复杂性。

如图3、图5所示的单个组合器COMB(包括两个开关S1、S2)用于整个探测器XD就足够了，但是优选地，具有相应的开关S1、S2的多个这样的类似的组合器分别被布置在多个像素之间，而不仅仅是针对如图所示的两个像素PX1、PX2。特别地且优选地，对于任何两个相邻像素，存在与图3、图5中示出的一个示例类似或相似的组合器COMB。例如，另外的这样的组合器(未示出)被布置在像素PX3(未示出)与PX2之间以将矮子PX3的脉冲与来自PX2的脉冲进行组合等。

针对每种成像设置，并非所有探测器配置都可能是理想的，因此组合器可能不是通用的，但是可能会被预先配置为符合成像器XI的具体要求。例如，在原本像素间距D为500μm并且防散射网格的间距为1mm的CT设置中，可以将组合器限制为例如ASG壁内的2对1配置和4对1配置。为此，对于超出被限制在两个相邻ASG壁之间的区内的一组原本像素的组合，组合器可能不需要是可配置的。因此，可以针对固定且有限数量的不同(至少两个)探测器配置来配置(例如硬连线)组合器。然而，在其他实施例中，本文还设想到能够针对直到并包括给定P种配置的所有可能配置进行配置的用户可配置组合器。

应当理解，关于否定的开关对S1、

每个组合器功能COMB的实施方式仅是本文中在替代方案中等同地设想到的其他实施例中的一个实施例。然而，开关对实施例由于其简单性、可靠性而成为优选实施例。本文设想到的开关类型包括例如晶体管，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS-FET)，其在处于“导通”状态时具有低串联电阻，而在处于“关断”状态时具有低泄漏。

再次参考图4，信号处理电路SPS包括合适的接口单元CINF和相关的控制器，通过该控制器，SPS能够请求X射线探测器系统XDS以不同探测器配置中的期望的探测器配置中的至少两种探测器配置进行操作。以这种方式，能够针对相应的探测器配置生成相应的校准数据MDC1和MDC2(其在本文中被表示为DC1和DC2)。在本文中使用“DC1”来表示原本像素大小探测器配置。如上所述，要被组合在一起的像素数量N是用户可配置的。此外，不必对探测器阵列XD的每一个像素执行校准，而是对具有期望像素数量(两个或更多个，例如，三个或四个或更多个)的(在探测器阵列XD上的任何位置的)单个像素组进行校准就足够了。仅对像素子集进行测量允许减少要处理的数据量。

在X射线探测系统XDS已经以两个或更多个探测器配置进行操作之后在信号处理系统SPS的输入端口IN处接收相应的校准数据以及MDC1和MDC2。

然后，估计器EST使用(至少)两个数据集MDC1和MDC2来估计或量化电荷共享。在一个实施例中，估计器EST使用函数模型来估计以校正值C的形式的电荷共享影响。这些校正值与较小像素大小的探测器配置DC1特定地相关联，因为预计这会受到电荷共享的更多影响。

一种估计电荷共享影响fs的方法是通过根据分别针对两种探测器配置生成的探测器信号形成比率。例如，对于P对1配置(P是自然数≥2)，可以根据以下公式来得到比率：

C＝P*MDC1/MDC2或MDC2/P*MDC1 (1)

其中，MDC1是针对原始大小配置的探测器信号，并且MDC2是针对具有P乘以原始大小p的配置的组合信号。例如，如果组合了与P个像素(例如，P＝4)有关的探测器信号，则该值将因电荷共享而与将P乘以较小像素的配置DC1中的探测器信号所得到的值不同。因此，比率C将不等于1。因此，当探测器以较小像素大小的探测器配置DC1照常操作(不使用组合器)时，如上所述的比率C能够用作将应用于探测器读数的校正因子。为了估计的目的，在本文中还设想到形成除比率之外的函数表达式，例如，加权或绝对差，这将在下面关于图6更详细地说明。应当注意，通常针对计数器335的每个分箱的每个相应的计数形成比率C。换句话说，针对每个能量分箱形成比率C。

为了用户或通过随机生成器获得两个数据集MDC1、MDC2，指定单个像素，例如，PX1。该规定例如能够通过选择像素PX1的坐标来实现。每个像素均能通过唯一坐标进行寻址。例如，像素图案可以是矩形，其中，像素以行和列布置。每个像素具有唯一的坐标(x，y)，x是其行，并且y是其列。也可以使用其他寻址方案。另外，优选在像素PX1周围的邻域中选择两个或更多个像素的组。例如，在像素阵列XD的网格状布置中，如此选择像素PX1周围的P＝4个相邻像素。

然后通过在校准阶段操作X射线源来使探测器以及像素组和像素PX1暴露于辐射。然后进行两次测量，针对每种配置测量一次，例如，一次测量针对原始大小(DC1)，而另一次测量针对较大的像素大小配置(即，P对1(例如P＝4)DC2)。如果使用两种以上的探测器配置，则需要两次以上的暴露。在针对DC2配置的暴露中，组合器COMB操作以组合与像素组和像素PX1有关的探测器信号，以形成两个数据集MDC1、MDC2。结果，在校准阶段获得了两个数据集MDC1，MD2。数据集MDC1包括由计数器335记录的(常规)探测器信号，作为针对像素PX1的跨分箱计数，而另一个数据集MDC2包括来自组中P＝4个像素的组合信号，该组合信号被记录为在计数器335的分箱中的计数。因此，原则上，针对每个能量分箱，每个数据集MDC2、MDC1都包括单个数字，并且这些数字能够用于根据上述公式(1)中的C来估计电荷共享影响，其中，P＝4。可以替代地使用其他P值，例如，2、3、5或更大。

该相同的校正因子C可以用于在(上述校准阶段之后的)实际成像阶段期间的所有其他像素以校正电荷共享。备选地，并且优选地，对多个不同的像素位置PXj(特别是对阵列XD中的所有像素)重复以上操作，然后对各个校正因子Cj进行平均化或以其他方式进行算术组合。

备选地，并且仍然更优选地，可以按像素保留校正因子Cj，将该校正因子Cj专用于每个相应的像素j，并且将校正因子Cj的集合存储在存储器CEM中，每个校正因子Cj与相应的像素位置j相关联。校正操作然后包括查找操作，以在成像期间或成像之后针对每个像素PXj取回相关联的校正因子Cj。

优选地，并且为了获得更好的结果，在能量校准和/或材料校准的情况下(在下面在图7处对此进行进一步描述)和/或在碰撞X射线通量的不同的范围的情况下获得用于获得校准测量结果MDC1、MDC2的上述流程。数据集MDC1、MDC2形成数字的多维集合，由相应的分箱(即，能量)来索引，并且至少由材料类型/厚度来索引。额外地并且任选地，可以使用通过通量范围或其他参数进行的索引。结果，校正数据C同样是数字的多维阵列，其条目通过适当的索引与相应的像素、分箱、材料、能量等或其他相关因素相关联。

接下来，在成像模式中，在上述校准模式之后，然后在输入端口IN处接收来自X射线探测器子系统XDS的(关于要被成像的实际对象OB的)探测器信号。在成像模式下，不需要校准，然后将对象OB的探测器信号直接传递到校正器CORR。

然后，校正器CORR取回被存储在存储器CEM中的相关联的相关校正值Cj并将其与用于当前成像的探测器配置(例如，DC1)相关联。然后，校正器将校正值Cj应用于(例如乘以)接收到的对象OB的探测器信号并形成经校正的探测器值，该经校正的探测器值然后被输出到输出端口OUT处。

然后，图像处理器IP能够使用经如此校正的探测器信号来计算期望的影像，例如，透射图像、相衬图像、暗场图像或谱图像或其他图像。

根据以上描述能够理解，由子系统XDS生成的对数据的电荷共享影响评估可以针对特定的成像装置XI、特定的探测器单元XD、探测器单元XD的特定像素部分，甚至降低到个体像素级别而进行定制。所提出的子系统可以被改型为现有的成像器XI。

现在参考图6、图7的流程图来更详细地说明信号处理系统SPS的操作。然而，应当理解，下面将要描述的方法步骤不必限于根据图1-5的架构。特别地，以下说明的方法步骤也可以被理解为本身构成教导。

首先转向图6，在预备步骤S605，在针对相应的不同探测器配置的校准运行中采集(两个或更多个)相应的数据集(“校准测量结果”或校准数据)。每种配置由所使用的像素大小来确定，并且针对每个集合，像素大小都不同。能够通过组合器电路COMB来获得不同的校准测量结果M＝(MDC1，MDC2)，该组合器电路COMB将与不同像素PX1、PX2有关的探测器信号进行组合(具体是进行加和)。该组合可以发生在X射线探测器子系统XDS的任何阶段。特别地，该组合可以发生在模拟阶段，或者发生在信号被计数器级数字化时。组合器的操作会根据两种不同的配置而得到由光子计数电路生成的不同的计数(其形成数据集M)，正是这些计数在本文中被指定为校准测量结果(“校准数据”)M＝(MDC1，MDC2)。

优选地，将两种或更多种探测器配置中的一种探测器配置设置为最小可能情况，即，原本像素大小，而将另一种探测器配置选择为其合适的P倍，例如，原始配置的两倍或四倍或八倍。但是原则上，如前所述，P可以是大于2的任何数字。在本文中用DC1表示该原本探测器配置，而MDC1表示相关联的校准测量结果。

然后在步骤S610中，在数据处理单元PU(例如，工作站的计算机单元或被集成到成像器XI中的计算功能)处接收两个(或更多个)校准集合MDC1和MDC2。

在步骤S620处，计算电荷共享影响的估计结果。对电荷共享影响的这种估计结果或量化结果可以被表示为校正数据，例如，校正值或校正因子。在该估计中，函数模型f用于组合针对两个(或更多个)不同探测器配置DC1、DC2的测量结果。

通常，在给定函数模型f的情况下，校正数据为：

C_b＝f(MDC1_b,MDC2_b) (2)

索引“b”区分了在针对(至少两个)不同探测器配置DC1、DC2的各个能量分箱b中的计数MDC1_b、MDC2_b。

一个函数模型f是线性依赖性，其得到前面在(1)处提到的比率，因此在这种情况下，f为：

在另一实施例中，使用加法函数模型，例如：

C_b＝f(MDC1_b,MDC2_b)＝(m*MDC1_b-MDC2_b)^k，其中，k≥1 (4)

在(4)中，如果不存在电荷共享，则C将减小为零，并且与之产生的任何偏差都可以用作特定电荷共享量的指示。如果k＝1，则该差值可以作为有符号的加和的绝对值。也可以有益地使用平方偏差k＝2。

虽然在上文中主要参考了使用两个探测器配置DC1、DC1和相关的校准数据M＝(MDC1，MDC2)的情况，但是该方法也可以通过在三个或更多个探测器配置下取用三个或更多个(p＞2)在数据集并通过汇编该信息以从中提取校正数据和针对电荷共享的估计结果来进行扩展。例如，函数模型可以包括形成更复杂的比率或(加权和)。也就是说，可以根据以下公式在功能上和算术上组合两个以上(例如，三个、四个或更多个)的探测器配置p来量化电荷共享影响：

f(MDC1_b，MDC2_b，…，MDCp_b) (5)

例如，可以处理针对来自n种配置(其中有

种配置)中的任意两种配置j、k的数据MDC_j、MDC_k，并且根据上述公式对任意一对j、k来形成比率。然后对比率

进行(加权或均值)平均化以得到校正因子C。

作为对上述内容的进一步扩展，可能并不总是需要将配置中的一种配置作为原本探测器像素大小配置。例如，一种配置可以被形成为包括大于1的像素组，而第二(第三等)配置还涉及不同大小的组。换句话说，如果情况要求对成像任务进行下采样，则也可以考虑使用其中L大于1的P对L配置。

已经发现，以电荷共享影响的公式(1)、(3)进行的在比率方面的上述量化是对低通量设置的良好近似。然而，在较高的通量设置中，能够通过利用指数项进行调制来细化以公式(1)、(3)进行的上述线性化，从而对高通量的影响和与探测器电子器件的连接进行建模，特别是对死区时间和/或非正常工作能力进行建模。特别地，表达式(3)可以被细化为：

其中，k是小于1(例如，3/4)的常数，v是较大像素DC2的通量，并且τ是探测器系统XDS的死区时间。

能够通过包括表示脉冲堆积模型的一个或多个其他项来进一步细化公式(1)-(6)中的模型中的任一个的上述关系。

在先前的估计实施例(公式(1)-(6))中，假设两个或更多个像素的分箱对直接转换材料的瞬态响应没有影响。针对中等分箱配置(例如，4对1配置中的4×500μm对1mm)，能够认为这是一个很好的近似结果。针对较大的(例如8对1)等效像素，由于加权电位分布不同(大像素可能无法从所谓的小像素效应中受益)，可能会引起瞬态响应发生重大变化(例如，针对大像素配置的瞬态响应更长)。这样的不同的瞬态响应可能会影响DAS中的前置放大器320或前端电子器件的类似部件的信号生成。由于不同的瞬态响应而造成这样的影响的一个示例是弹道亏损。为此，可能需要针对每种探测器配置使用不同的能量校准来实现相当的结果。

然后，在步骤S630处，估计结果(特别是校正数据C)能够用于针对电荷共享来校正在对对象OB进行成像的成像操作期间由成像器XI生成的探测器数据M’。成像操作优选是其中所采用的探测器配置对应于在校准阶段中较早使用的小像素大小配置DC1的成像操作。换句话说，根据(1)和(3)的校正数据C优选与配置DC1相关联，因此可以用C^DC1来编写(1)、(3)以便从概念上更好地指示这种依赖性。然而，可以使用校正数据的倒数C^-1来校正在以较大的像素大小在配置DC2下操作成像器XI时获得的数据。

要么在成像期间直接应用校正数据(这是优选的)，要么备选地首先存储或缓冲与被成像对象OB有关的(至今)尚未校正的探测器读数M’并在稍后阶段(例如在要求可视化时)应用校正数据C。取决于在步骤S620中使用哪种函数模型，能够通过将校正值与图像数据M’相乘(公式(1))或者相减或相加(公式(4))来实现校正。

虽然可以通过在空气扫描期间简单地将X射线探测器暴露于辐射来执行上述方法，但是优选在能量校准方案和材料校准方案的背景下收集校准数据。现在参考图7，在图7中的流程图中对此进行更详细的说明。换句话说，图7中的流程图提供了关于如何执行产生两个或更多个校准数据集的方法步骤S605的更多细节。

在步骤S710处，执行能量校准，使得在整个探测器阵列XD上，辨别器325中的所有像素阈值都被设置为完全相同的能量。特别地，能量校准允许考虑增益和偏移的因素。

在探测器(子)系统的该校准状态下，在步骤S710处执行材料校准，其中，射束XB中具有校准材料c的特定配置。合适的材料(“体模”)是水、Delrin、锡、Teflon或k边缘材料(例如，AU、Bi、Pb)中的任一种或其他材料。该材料应当具有至少两种不同的厚度。这样，一次暴露就足够了，或者以其他方式堆叠所述材料的多个项目以实现不同的厚度，并且可能需要运行两次额外的暴露。材料校准允许配置曲线或查找表(LUT)以将计数率转换成用于成像的材料厚度。使用的材料厚度越多，LUT就越准确。对于给定的计数率，然后可以从LUT内插相关联的厚度。

将用MDC1_c,b表示针对第一探测器配置DC1(原本探测器配置)的对应的校准数据，其中，索引c区分射束中的校准材料(或厚度)c。

类似地，在通过进行如上所述的分箱来切换探测器配置之后，在步骤S730处重复能量校准和材料校准，得到对应的测量结果MDC2_c,b。由于测量结果MDC1_c,b和MDC2_c,b对应于完全相同的辐照条件，因此它们之间存在的(如上所述的)假设关系f受电荷共享量的影响。任选地，在进一步的步骤中，可以获得针对一系列不同通量设置的测量结果，其中，校正C进一步由通量率来索引。

由于对b、c、像素位置(x，y)、探测器配置DCj的各种依赖性，步骤S710-S730中的上述流程示出了在校正数据C的最一般的情况下的上述多维性质。然而，在一些情况下，通过适当简化，可以将依赖性减少为分箱依赖性。

图像处理系统SPS的部件可以被实施为单个软件套装中的软件模块或例程，并且可以在诸如与成像器XI相关联的工作站或在与一组成像器相关联的服务器计算机之类的通用计算单元PU上运行。备选地，图像处理系统ISP的部件可以被布置在分布式架构和/或“云”中并且可以被连接在合适的通信网络中。

作为另外的备选方案，SPS的一些或全部部件可以被布置在硬件(例如，经适当编程的FPGA(现场可编程门阵列))中，或者可以被布置为在针对探测器子系统XDS的电路中包括的PCB模块上的硬连线的IC芯片(例如，ASIC(专用集成电路))。

虽然在上文中转换器转换成有效材料路径长度l，但是应当对此进行宽泛地考虑，因为在本文中还设想到转换成等效于所述有效路径长度的任何其他参数。此外，在本文中还设想到与上述公式中的任一个有关的在数学上等效地重新形成的公式。

在本发明的另一示例性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于适于在适当的系统上运行根据前述实施例中的一个实施例的方法的方法步骤。

因此，计算机程序单元可以被存储在计算机单元中，该计算机程序单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行或引起对上述方法的步骤的执行。此外，该计算单元可以适于操作上述装置的部件。该计算单元能够适于自动操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。因此，可以装备数据处理器来执行本发明的方法。

本发明的该示例性实施例覆盖从一开始就使用本发明的计算机程序以及借助于将现有程序更新转换为使用本发明的程序的计算机程序二者。

另外，计算机程序单元可以能够提供所有必要步骤以完成如上所述的方法的示例性实施例的流程。

根据本发明的另外的示例性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如，CD-ROM，其中，该计算机可读介质具有被存储于所述计算机可读介质上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前面的章节所描述。

计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质(特别是但不一定是非瞬态介质)上，例如，与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如，经由互联网或其他有线或无线的电信系统分布。

然而，计算机程序也可以存在于网络(如万维网)上，并且能够从这样的网络被下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另外的示例性实施例，提供了用于使计算机程序单元可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的先前描述的实施例中的一个实施例的方法。

必须注意，本发明的实施例是参考不同主题来描述的。特别地，一些实施例是参考方法型权利要求来描述的，而其他实施例是参考装置型权利要求来描述的。然而，除非另有说明，本领域技术人员将从以上和以下的描述中推断出，除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为在本申请中得到公开。然而，所有的特征都能够被组合来提供多于特征的简单加合的协同效应。

虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims

1.一种成像装置(100)，包括：

X射线成像装置(XI)，其包括探测器子系统(XDS)，所述探测器子系统(XDS)具有原本像素大小(d)；

信号处理系统(SPS)，其包括：

组合器(COMB)，其被配置为将在所述探测器子系统(XDS)处响应于X辐射暴露而生成的信号进行组合，以至少获得第一数据集或第二数据集，其中，第一像素大小和第二像素大小中的一个是所述原本像素大小，并且其中，所述第一像素大小和所述第二像素大小中的至少一个是所述原本像素大小(d)的倍数；

输入接口(IN)，其用于接收至少两个数据集，所述至少两个数据集包括所述第一数据集和所述第二数据集，所述第一数据集是由所述X射线探测器子系统(XDS)以所述第一像素大小生成的，并且所述第二数据集是以不同于所述第一像素大小的所述第二像素大小生成的；以及

估计器(EST)，其被配置为基于所述两个数据集，借助于包括校正因子(C)的函数模型来计算电荷共享影响的估计结果。

2.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述组合器(COMB)包括分箱电路(S1)，所述分箱电路用于对在所述X射线探测器子系统(XDS)处生成的所述信号进行分箱。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的成像装置，其中，所述估计器(EST)被配置为通过基于根据所述第一数据集和所述第二数据集的值形成一个或多个比率来形成所述校正因子，从而获得所述估计结果。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的成像装置，包括校正器(CORR)，所述校正器被配置为基于所述估计结果对由所述探测器子系统(XDS)或另一探测器生成的第三数据集进行电荷共享校正。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的成像装置，其中，所述探测器子系统(XDS)是能量分辨型的。

6.一种信号处理方法，包括：

将由具有原本像素大小(d)的探测器子系统(XDS)响应于X辐射暴露而生成的信号进行组合，以至少获得第一数据集或第二数据集，其中，第一像素大小和第二像素大小中的一个是所述原本像素大小，并且其中，所述第一像素大小和所述第二像素大小中的至少一个是所述原本像素大小(d)的倍数；

接收(S610)至少两个数据集，所述至少两个数据集包括所述第一数据集和所述第二数据集，所述第一数据集是由所述X射线探测器子系统(XDS)以所述第一像素大小生成的，并且所述第二数据集是以不同于所述第一像素大小的所述第二像素大小生成的；并且

基于所述两个数据集，借助于包括校正因子(C)的函数模型来计算(S620)电荷共享影响的估计结果。

7.根据权利要求6所述的方法，包括：

基于所述估计结果针对电荷共享影响对由所述探测器子系统(XDS)或另一探测器子系统生成的第三数据集进行校正(S630)。

8.一种计算机程序单元，其在由至少一个处理单元(PU)运行时适于使所述处理单元(PU)执行根据权利要求9或10所述的方法。

9.一种计算机可读介质，其上存储有根据权利要求8所述的程序单元。