CN113039459A - 能在光子计数x射线检测器中估计x射线光子初始相互作用点的方法和系统 - Google Patents

能在光子计数x射线检测器中估计x射线光子初始相互作用点的方法和系统 Download PDF

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Abstract

提供了一种使得能够估计x射线光子在光子计数x射线检测器中的初始相互作用点的方法，该光子计数x射线检测器基于多个x射线检测器子模块或晶片，每个x射线检测器子模块或晶片包括检测器元件，其中，这些x射线检测器子模块以边缘式几何结构定向，边缘指向x射线源，从而使x射线通过边缘进入。每个检测器子模块或晶片具有厚度，其两个相对侧具有不同电势，以使得电荷能够朝向布置这些检测器元件的一侧漂移，这些检测器元件也称为像素。基本上，该方法包括：确定(S1)该x射线检测器的检测器子模块或晶片中的电荷扩散的估计，该电荷扩散源自康普顿相互作用或通过与该x射线光子相关的光电效应的相互作用；以及基于所确定的电荷扩散的估计来估计(S2)沿着该检测器子模块的厚度的初始相互作用点。

Description

能在光子计数X射线检测器中估计X射线光子初始相互作用点 的方法和系统
技术领域
所提出的技术涉及x射线成像和x射线检测器，并且更具体地涉及一种使得能够估计x射线光子在光子计数x射线检测器中的初始相互作用点的方法和对应的系统、以及对应的x射线成像系统、计算机程序和计算机程序产品。
背景技术
射线照相成像，比如x射线成像，已经在医学应用和无损测试中使用了多年。
通常，x射线成像系统包括x射线源和x射线检测器系统。x射线源发射x射线，这些x射线穿过要成像的受试者或对象并且然后由x射线检测器系统记录。由于一些材料比其他材料吸收更大部分的x射线，因此就会形成受试者或对象的图像。
参考图1，从说明性的整体x射线成像系统的简要概述开始可以是有用的。在该非限制性示例中，x射线成像系统100基本上包括x射线源10、x射线检测器系统20和相关联的图像处理装置30。通常，x射线检测器系统20被配置用于记录来自x射线源10的辐射，该辐射可能已经被可选的x射线光学器件聚焦并穿过对象或受试者或其一部分。x射线检测器系统20可通过合适的模拟处理和读出电子器件(其可以集成在x射线检测器系统20中)连接到图像处理装置30，以使得能够通过图像处理装置30进行图像处理和/或图像重建。
图2是图示x射线成像系统100的示例的示意图，该x射线成像系统包括：x射线源10，该x射线源发射x射线；x射线检测器系统20，该x射线检测器系统在x射线穿过对象之后检测x射线；模拟处理电路系统25，该模拟处理电路系统处理来自检测器的原始电信号并将其数字化；数字处理电路系统40，该数字处理电路系统可以对测量数据执行进一步的处理操作，比如应用校正、临时存储测量数据、或过滤；以及计算机50，该计算机存储处理后的数据并且可以执行进一步的后处理和/或图像重建。
整个检测器可以被视为x射线检测器系统20、或者与相关联的模拟处理电路系统25组合的x射线检测器系统20。
包括数字处理电路系统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，该系统基于来自x射线检测器的图像数据执行图像重建。因此，图像处理系统30可以被视为计算机50，或者可替代地，被视为数字处理电路系统40与计算机50的组合系统，或者如果数字处理电路系统40进一步还专用于图像处理和/或重建，则可以被视为该数字处理电路系统本身。
常用的x射线成像系统的示例是计算机断层摄影(CT)系统，该系统可以包括产生扇形或锥形x射线束的x射线源和用于记录传输穿过患者或对象的x射线部分的相对x射线检测器系统。x射线源和检测器系统通常安装在围绕成像对象旋转的台架中。
因此，图1和图2所示的x射线源10和x射线检测器系统20因此可以被布置为CT系统的一部分，例如，可安装在CT台架中。
x射线成像检测器的挑战是从检测到的x射线中提取最大信息以向对象或受试者的图像提供输入，其中以密度、组成和结构来描述对象或受试者。使用胶片屏幕作为检测器仍然很常见，但是今天最常见的是检测器提供数字图像。
现代x射线检测器通常需要将入射x射线转换成电子，这通常是通过光吸收或通过康普顿相互作用发生的，并且产生的电子通常会产生次级可见光，直到其能量消失，并且该光又被光敏材料检测到。还存在基于半导体的检测器，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射线检测器是能量积分的，因此每个检测到的光子对检测到的信号的贡献与其能量成比例，并且在传统CT中，针对单个能量分布获取测量值。因此，由传统CT系统产生的图像具有特定的外观，其中不同的组织和材料在特定范围内显示典型值。
存在以积分模式操作的检测器，因为这些检测器从大量x射线提供积分信号并且该信号仅稍后被数字化以得到像素中入射x射线数量的最佳猜测。
在一些应用中，光子计数检测器也已成为一种可行的替代方法；目前，这些检测器主要在乳房摄影术中是可商购的。光子计数检测器具有优点，因为原则上每个x射线的能量可以测量，这产生了关于对象的组成的额外信息。该信息可以用于提高图像质量和/或降低辐射剂量。
进一步的改进涉及所谓的能量区分光子计数检测器的发展，例如，如图3示意性所示。在这种类型的x射线检测器中，每个记录的光子生成电流脉冲，该电流脉冲与一组阈值进行比较，从而计算入射到多个所谓的能量仓的每一个中的光子的数量。这在图像重建过程中可以非常有用。
WO 2017/015473涉及利用集成的检测器系统进行增强射线照相成像的检测器设计和系统，这些集成的检测器系统结合了康普顿和核医学成像、PET成像以及x射线CT成像功能中的一种或多种。检测器设计采用一层或多层检测器模块，这些检测器模块由边缘式检测器或面式(face-on)检测器或边缘式检测器与面式检测器的组合构成，这些检测器可以采用气体、闪烁体、半导体、低温(比如Ge和超导体)和结构化检测器。检测器可以实施跟踪能力并且可以在非重合或重合检测模式下操作。
US 2011/0155918涉及用于在像素化图像检测器中提供共享电荷的系统和方法。一种方法包括以使得电荷分布被至少两个像素检测到的配置为像素化固态光子检测器提供多个像素并且从该至少两个像素获得电荷信息。该方法进一步包括基于所获得的电荷信息来确定该电荷分布与该多个像素的相互作用的位置。
US 2015/0025852涉及一种在来自半导体辐射检测器的信号之间正确确定电荷收集的方法。
US 2016/0124096涉及以交叉带状几何结构提供的x射线检测器，其具有比电极间距更好的分辨率。基本思想是通过将电极图案相对于检测器平板旋转约45度来进行模拟电荷云重建，这提供了性能益处，比如所有的电极长度相等以及更容易集成到垂直堆叠中。
US 2017/0212254涉及一种用于康普顿相机的检测器，该检测器包括：第一辐射散射层；第二辐射散射层；以及设置在该第一辐射散射层与该第二辐射散射层之间的辐射吸收层。该第一辐射散射层和该辐射吸收层配置第一检测器的至少一部分，并且该第二辐射散射层和该辐射吸收层配置第二检测器的至少一部分。
发明内容
总体目标是提供与光子计数x射线检测器相关的改进。
根据所提出的技术，期望提供一种使得能够估计x射线光子在光子计数x射线检测器中的初始相互作用点的方法和对应的系统以及对应的x射线成像系统、计算机程序和计算机程序产品。
根据第一方面，提供了一种使得能够估计x射线光子在光子计数x射线检测器中的初始相互作用点的方法，该光子计数x射线检测器基于多个x射线检测器子模块或晶片，每个x射线检测器子模块或晶片包括检测器元件，其中，这些x射线检测器子模块以边缘式几何结构定向，边缘指向x射线源，从而使x射线通过边缘进入。每个检测器子模块或晶片具有厚度，其两个相对侧具有不同电势，以使得电荷能够朝向布置这些检测器元件的一侧漂移，这些检测器元件也称为像素。基本上，该方法包括：
-确定该x射线检测器的检测器子模块或晶片中的电荷扩散的估计，该电荷扩散源自康普顿相互作用或通过与该x射线光子相关的光电效应的相互作用；以及
-基于所确定的电荷扩散的估计来估计沿着该检测器子模块的厚度的初始相互作用点。
根据第二方面，提供了一种使得能够估计x射线光子在光子计数x射线检测器中的初始相互作用点的系统，该光子计数x射线检测器基于多个x射线检测器子模块或晶片，每个x射线检测器子模块或晶片包括检测器元件，其中，这些x射线检测器子模块以边缘式几何结构定向，边缘指向x射线源，从而使x射线通过边缘进入。每个检测器子模块或晶片具有厚度，其两个相对侧具有不同电势，以使得电荷能够朝向布置这些检测器元件的一侧漂移，这些检测器元件也称为像素。基本上，该系统被配置为确定该x射线检测器的检测器子模块或晶片中的电荷扩散的估计，该电荷扩散源自康普顿相互作用或通过与该x射线光子相关的光电效应的相互作用。该系统还被配置为基于所确定的电荷扩散的估计来估计沿着该检测器子模块的厚度的初始相互作用点。
根据第三方面，提供了一种包括根据第二方面的系统的x射线成像系统。
根据第四方面，提供了一种对应的计算机程序和计算机程序产品。
以这种方式，可以显著改善x射线成像和/或图像重建。例如，可以显著改善分辨率。
附图说明
图1是图示整个x射线成像系统的示例的示意图。
图2是图示x射线成像系统的另一示例的示意图。
图3是图示用于实施能量区分光子计数检测器的概念结构的示例的示意图。
图4A是图示根据示例性实施例的x射线检测器子模块的示例的示意图。
图4B是图示模块化x射线检测器的示例的示意图，该检测器包括例如相对于位于x射线焦点处的x射线源并排布置成略微弯曲的整体几何结构的多个检测器子模块。
图4C是图示模块化x射线检测器的示例的示意图，该检测器包括并排布置并且还一个接一个地堆叠的多个检测器子模块。
图4D是图示光子计数x射线检测器的示例的示意图，该检测器基于一个接一个地堆叠的多个x射线检测器子模块(这里称为晶片)。
图5是图示在深度分段x射线检测器中作为段的函数的光子计数率的示例的示意图。
图6是图示康普顿(Compton)效应的示意图。
图7A是图示特定晶片在x-z平面中的像素的示例的示意图。
图7B是图示电荷云在x方向上的电荷云轮廓的示例的示意图。
图7C是图示电荷云在z方向上的电荷云轮廓的示例的示意图。
图7D是图示电荷扩散或电荷云的宽度如何取决于沿着x射线检测器的所考虑检测器子模块或晶片的厚度从初始相互作用点到检测点的距离的示例的示意图。
图8是图示使得能够估计x射线光子在光子计数x射线检测器中的初始相互作用点的方法的示例的示意性流程图。
图9是图示根据实施例的x射线检测器子模块的示例的示意图。
图10是图示根据实施例的x射线检测器子模块的另一示例的示意图。
图11是图示根据实施例的有源集成像素的示例的示意图。
图12是图示根据另一实施例的有源集成像素的另一示例的示意图。
图13是图示根据进一步的实施例的有源集成像素的又一示例的示意图。
图14是图示根据又一实施例的有源集成像素的再一示例的示意图。
图15是图示根据实施例的计算机实施方式的示例的示意图。
具体实施方式
通常，x射线光子在x射线检测器的半导体材料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。电子和空穴朝向检测器元件漂移，然后离开光子计数检测器。在该漂移期间，电子和空穴在检测器元件中感应出电流。
期望能够改善x射线光子在光子计数x射线检测器中的初始相互作用点的估计，该光子计数x射线检测器基于多个x射线检测器子模块或晶片，每个x射线检测器子模块或晶片包括检测器元件，其中，这些x射线检测器子模块以边缘式几何结构定向，边缘指向x射线源，从而使x射线通过边缘进入。
每个检测器子模块或晶片具有厚度，其两个相对侧(比如前侧/主侧和后侧)具有不同电势，以使得电荷能够朝向布置这些检测器元件的一侧(前侧/主侧)漂移，这些检测器元件也称为像素。
基本思想是确定x射线检测器的(特定)检测器子模块或晶片中的电荷扩散的估计，该电荷扩散源自康普顿相互作用或通过与x射线光子相关的光电效应的相互作用，并且至少部分地基于所确定的电荷扩散的估计来估计沿着该检测器子模块的厚度的初始相互作用点。
如所提到的，x射线检测器子模块以边缘式几何结构定向，边缘指向x射线源，从而使x射线通过边缘进入。
边缘式(edge-on)是一种用于x射线检测器的设计，其中x射线传感器(比如x射线检测器元件或像素)定向为边缘对着传入的x射线。
作为示例，每个x射线检测器子模块可以包括检测器元件，这些检测器元件在包括传入的x射线的方向在内的两个方向上分布在该检测器子模块或晶片上。这通常对应于所谓的深度分段x射线检测器子模块。然而，所提出的技术也适用于非深度分段x射线检测器子模块。检测器元件可以在与入射x射线的方向基本正交的方向上布置为阵列，同时每个检测器元件被定向为边缘对着入射x射线。即，x射线检测器子模块可以是非深度分段的，同时仍然布置为边缘对着传入的x射线。
在特定示例中，检测器元件或像素的至少一部分在入射X射线的方向上比在与入射X射线的方向正交的方向上具有更长的延伸，具有至少2:1的关系。即，检测器元件或像素在几何设计上可以是不对称的并且在入射X射线的方向上的延伸(深度)至少是在与入射X射线的方向正交(垂直)的方向上的延伸的两倍。
应当理解，可以例如基于由源自康普顿相互作用或通过光电效应的相互作用的移动电子空穴对引起的感应电流来确定电荷扩散的估计，该感应电流由分布在x射线检测器子模块或晶片上的检测器元件检测。
在特定示例中，确定电荷扩散的估计的步骤包括测量或估计电荷扩散的形状和/或宽度。
作为示例，电荷扩散可以由电荷云表示，并且电荷扩散的估计可以通过测量或估计该电荷云的形状和/或宽度来确定。由于电荷扩散的估计可以由如检测器元件所检测到的感应电流来表示，因此电荷云的形状和/或宽度可以与测量或检测到的感应电流相关。
可选地，基于所测量的云的宽度和云的积分电荷来估计入射x射线光子沿着检测器子模块的厚度的初始相互作用点。如所解释的，电荷云的表示可以由检测器子模块的被触发检测器元件上的感应电流提供。
举例来说，可以基于电荷扩散的估计来确定沿着检测器子模块的厚度在x射线光子在检测器子模块中的检测点与初始相互作用点之间的距离的估计，并且然后基于检测点和所确定的沿着检测器子模块的厚度的距离的估计来确定初始相互作用点的估计。
相互作用是x射线光子与半导体衬底(通常由硅制成)之间的相互作用。
检测器子模块或晶片的厚度通常在检测器子模块的两个相对侧(比如后侧和前侧)之间延伸。
举例来说，测量或估计电荷扩散的形状，特别是宽度，并且基于电荷扩散或分布的形状或宽度来确定检测点与初始相互作用点之间的距离。
例如，分布在检测器子模块或晶片前侧上的检测器元件提供像素阵列，其中像素通常小于待分辨的电荷云。
在特定示例中，检测器元件分布在所考虑的检测器子模块或晶片的前侧/主侧的两个方向通常包括检测器子模块的长度和深度方向。传入的x射线的方向通常对应于深度方向并且这就是将这种类型的x射线检测器称为深度分段x射线检测器或边缘式x射线检测器的原因。
举例来说，可以具有这样的设计，其中可以确定多个特定检测器子模块或晶片的每一个中的电荷扩散的估计，并且其中，可以确定入射x射线光子在该对应或相应检测器子模块中的相互作用点的估计。这也可以针对多个入射x射线光子中的每一个执行。
换句话说，该方法被执行用于针对多个入射x射线光子中的每一个和/或多个x射线检测器子模块中的每一个来确定电荷扩散的对应估计，并且用于确定该入射x射线光子在该相应x射线检测器子模块中的初始相互作用点的估计。
所提出的技术为x射线成像和/或图像重建提供了相当大的改进，更具体地说，显著提高了分辨率。
关于电荷扩散的信息还可以用于在检测器元件分布在检测器子模块或晶片的前侧上的两个方向中的至少一个方向上提供改善的分辨率。例如，可以通过基于在这些方向中的一个或两个方向上的电荷云轮廓的信息更准确地确定相互作用点来获得增加的分辨率。所考虑的(多个)方向可以包括检测器子模块或晶片的长度和/或深度方向。
举例来说，深度分段x射线检测器可以包括多个检测器子模块，每个子模块在传入的x射线的方向上具有多个检测器元件深度段。
例如，可以在配置中一个接一个地布置和/或并排布置检测器子模块以形成有效的检测器面积或体积。
图4A是图示根据示例性实施例的x射线检测器子模块的示例的示意图。在该示例中，x射线检测器子模块21的传感器部分在深度方向上被分成所谓的深度段，从而使x射线通过边缘进入。每个检测器元件22通常基于具有电荷收集电极作为关键部件的二极管。
通常，检测器元件是检测器的单个x射线敏感子元件。通常，光子相互作用发生在检测器元件中并且由此生成的电荷由检测器元件的对应电极收集。每个检测器元件通常将入射x射线通量测量为一系列帧。帧是在特定时间间隔(称为帧时间)期间的测量数据。
图4B是图示模块化x射线检测器的示例的示意图，该检测器包括例如相对于位于x射线焦点处的x射线源并排布置成略微弯曲的整体几何结构的多个检测器子模块21。
图4C是图示模块化x射线检测器的示例的示意图，该检测器包括并排布置并且还一个接一个地堆叠的多个检测器子模块21。可以将x射线检测器子模块一个接一个地堆叠以形成更大的检测器模块，可以将这些检测器模块并排组装在一起以构建整个x射线检测器系统。
如所提到的，边缘式(edge-on)是一种用于x射线检测器的设计，其中x射线传感器(比如x射线检测器元件或像素)定向为边缘对着传入的x射线。
例如，检测器可以在至少两个方向上具有检测器元件，其中，边缘式检测器的方向之一具有在x射线的方向上的分量。这种边缘式检测器有时被称为深度分段x射线检测器，其在传入的x射线的方向上具有两个或更多个检测器元件深度段。
可替代地，x射线检测器可以是非深度分段的，同时仍然布置为边缘对着传入的x射线。
取决于检测器拓扑，检测器元件可以对应于像素，例如当检测器是平板检测器时。然而，深度分段检测器可以被视为具有多个检测器带，每个检测器带具有多个深度段。对于这种深度分段检测器，每个深度段可以被视为单独的检测器元件，尤其是如果每个深度段与其自己的单独电荷收集电极相关联的话。
深度分段检测器的检测器带通常对应于普通平板检测器的像素。然而，也可以将深度分段检测器视为三维像素阵列，其中每个像素(有时称为体素)对应于单独的深度段/检测器元件。在一些应用中，光子计数检测器已成为一种可行的替代方法；目前，这些检测器主要在乳房摄影术中是可商购的。光子计数检测器具有优点，因为原则上每个x射线的能量可以测量，这产生了关于对象的组成的额外信息。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。首先，可以通过将光子计数检测器中的最低能量阈值设置在噪声基底之上来拒绝由能量积分检测器积分到信号中的电子噪声。其次，可以通过检测器来提取能量信息，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施所谓的材料基础分解，通过该材料基础分解，可以标识并量化被检查受试者或对象中的不同材料和/或成分。第三，可以使用两种以上的基础材料，这有利于分解技术，比如K边缘成像，从而定量地确定造影剂(例如碘或钆)的分布。第四，没有检测器余辉，意味着可以获得很高的角分辨率。最后但同样重要的是，可以通过使用更小的像素大小来实现更高的空间分辨率。
在任何计数x射线光子检测器中的问题都是所谓的堆积问题。当x射线光子的通量率很高时，在区分两个后续的电荷脉冲时可能会出现问题。如上文所提到的，滤波器之后的脉冲长度取决于整形时间。如果该脉冲长度大于两个x射线光子感应的电荷脉冲之间的时间，则这些脉冲将一起增长，并且两个光子是不可区分的并且可以被计数为一个脉冲。这称为堆积。因此，避免在高光子通量下堆积的一种方法是使用小的整形时间，或者使用本文所述的可选实施例中提出的深度分段。
为了提高吸收效率，检测器可以相应地布置为边缘式的，在这种情况下，吸收深度可以选择为任何长度，并且检测器仍然可以完全耗尽，而不会达到非常高的电压。
特别是，硅作为检测器材料有许多优点，比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，这意味着它即使在高x射线率下也能工作。
半导体x射线检测器子模块通常平铺在一起以形成几乎任意大小的完整检测器，除了可以集成在半导体检测器模块中的至少一些半导体检测器模块之间的可选防散射模块之外，该检测器具有几乎完美的几何效率。
关于所谓的光子计数边缘式x射线检测器的更多信息一般可以在例如美国专利8,183,535中找到，该专利披露了光子计数边缘式x射线检测器的示例。在美国专利8,183,535中，有多个半导体检测器模块布置在一起以形成总的检测器面积，其中每个半导体检测器模块包括x射线传感器，该x射线传感器定向为边缘对着传入的x射线并且连接到集成电路系统以记录在该x射线传感器中相互作用的x射线。
如所讨论的，整个x射线检测器可以例如基于检测器子模块或晶片，每个检测器子模块或晶片在传入的x射线的方向上具有多个深度段。
然后可以在各种配置中一个接一个地布置或堆叠和/或并排布置这样的检测器子模块以形成任何有效的检测器面积或体积。例如，用于CT应用的完整检测器通常具有大于200cm2的总面积，这导致大量的检测器模块，比如1500到2000个检测器模块。
举例来说，检测器子模块通常可以例如并排布置和/或堆叠在平面或略微弯曲的整体配置中。
通常，期望传入的x射线有机会穿过尽可能多的检测器元件或段以提供尽可能多的空间/能量信息。
由于x射线相互作用将沿着传感器的深度(长度)分布并发生在不同的深度段中，因此总计数率将分布在深度上的各个段之间，例如从图5中可以看出，该图是图示每个段中的计数率的示例的示意图。在该示例中，第一段是最靠近x射线源的段。
举例来说，在40mm深的传感器上，将可能具有400个或更多个段，并且计数率将相应地降低。传感器深度对于剂量效率至关重要并且分段可防止脉冲堆积并保持系统的空间分辨率。
举例来说，可以例如通过电荷敏感放大器(CSA)，然后是整形滤波器(SF)来测量电流，例如，如先前提到的图3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，因此一个感应电流脉冲中的总电荷与该能量成比例。电流脉冲在CSA中被放大，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当前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，可以通过将脉冲幅度的值与一个或多个比较器(COMP)中的一个或几个阈值(T1至TN)进行比较来测量脉冲幅度，并且引入计数器，通过这些计数器可以记录脉冲大于阈值的情况的数量。以这种方式可以计数和/或记录在特定的时间范围内已经检测到的能量超过与相应阈值(T1至TN)相对应的能量的x射线光子的数量。
当使用几个不同的阈值时，获得了所谓的能量区分光子计数检测器，其中可以将检测到的光子分类到与各个阈值相对应的能量仓中。有时，该特定类型的光子计数检测器也被称为多仓检测器。
通常，能量信息允许创建新种类的图像，其中可获得新信息并且可以去除传统技术固有的图像伪像。
即，对于能量区分光子计数检测器，将脉冲高度与比较器中的多个可编程阈值(T1至TN)进行比较并根据脉冲高度进行分类，而脉冲高度又与能量成比例。
然而，任何电荷敏感放大器的固有问题是，其会给检测到的电流增加电子噪声。为了避免检测噪声而不是真实的X射线光子，因此将最低阈值设置得足够高以使得噪声值超过阈值的次数足够低以不干扰对X射线光子的检测是很重要的。
通过将最低阈值设置在噪声基底之上，可以显著降低电子噪声，电子噪声是降低X射线成像系统的辐射剂量的主要障碍。
整形滤波器具有以下一般特性：整形时间的大值会导致x射线光子引起的长脉冲并降低滤波器后的噪声幅度。整形时间的小值将导致短脉冲和较大的噪声幅度。因此，为了计数尽可能多的X射线光子，需要大的整形时间以使噪声最小化并允许使用相对小的阈值水平。
在比较器中用来比较脉冲高度的阈值集或阈值表的值会影响光子计数检测器生成的图像数据的质量。此外，这些阈值取决于温度。因此，在实施例中，由功耗电路系统生成的校准数据是组或表格或阈值(T1至TN)。
但是应当理解，没有必要具有能量区分光子计数检测器，尽管这具有某些优点。图4D是图示光子计数x射线检测器的示例的示意图，该检测器基于多个x射线检测器子模块21(这里称为晶片)。晶片21一个接一个地堆叠起来。可以看出，每个晶片具有长度(x)和厚度(y)，并且每个晶片还在深度方向(z)上分段，即所谓的深度分段。纯粹作为示例，晶片的长度可以在25到50mm的数量级，并且晶片的深度可以在25到50mm的相同数量级，而晶片的厚度可以在300到900μm的数量级。
举例来说，每个晶片具有检测器元件，这些检测器元件在包括传入的x射线的方向(z)在内的两个方向上分布在该晶片上。
每个晶片具有厚度(y)，其两个相对侧(比如前侧和后侧)具有不同电势，以使得电荷能够朝向通常布置这些检测器元件的一侧漂移，这些检测器元件也称为像素。
为了更好地理解所提出的技术，回顾康普顿效应的基本概念可以是有用的。
传入的X射线光子可以通过光电效应(photoelectric effect)(本文中简称为光电效应(photoeffect))或康普顿相互作用(参见图6)与检测器模块的半导体材料相互作用。康普顿相互作用(也称为康普顿散射)是带电粒子(通常是电子)对光子的散射。其导致该光子能量的减少，称为康普顿效应。该光子的部分能量转移到反冲电子。该光子在其穿过半导体衬底的路径期间可能涉及多个康普顿相互作用。简而言之，在康普顿相互作用中，入射x射线光子通过与电子的相互作用偏离其原始路径，该电子从其初始轨道位置射出以形成所谓的二次或“自由”电子。这样的二次电子也可以是光电效应的结果，在这种情况下，该入射x射线光子的全部能量都转移到该电子。
更具体地，x射线光子可以通过康普顿相互作用或光电效应产生二次电子。该电子将从该x射线光子获得动能并移动一段短的距离，例如，1μm到50μm，并且在其路径期间将激发电子空穴对。产生每个电子空穴对将花费大约3.6eV，这意味着，例如，具有15keV沉积到电子上的能量的康普顿相互作用将产生大约4200个电子空穴对，从而形成所谓的电荷云。云将根据电场线移动或漂移，并且如果检测器子模块或晶片的后侧被偏置为正，则空穴将朝向布置在检测器子模块或晶片的前侧的读出电极移动并且电子将朝向后侧移动。在漂移期间，形成该电荷云的电子空穴对也将经历扩散，这基本上意味着该电荷云的大小将增加。
读出电极用作检测器元件或像素。举例来说，后侧上的电压可以是大约200V，并且前侧上是虚拟接地。
应当理解，提出了将x射线检测器定向为边缘对着束(即，边缘对着传入的x射线)，同时将传感器面积细分为相对高的分辨率，例如，5μm到100μm的分辨率，以便能够分辨电荷云。
图7A是图示特定晶片在x-z平面中的像素中的一些像素的示例的示意图。在该示例中，像素22通常小于待分辨的电荷云。例如，电荷云可以具有100μm数量级的宽度，并且像素因此通常被设计为小于或甚至显著小于该宽度。因此，行进穿过半导体衬底的x射线光子通常产生覆盖检测器模块中的多个相邻像素的电荷云。这意味着单个x射线光子最有可能在多个像素中触发事件检测。
尽管像素22被示为正方形，但是应当理解，像素可以是矩形的或者具有其他形式。
根据补充方面，关于电荷扩散的信息可以用于在检测器元件分布在检测器子模块或晶片的前侧上的两个方向中的至少一个方向上提供改善的分辨率。例如，可以基于这些方向中的一个或两个方向上的电荷云轮廓的信息来获得增加的分辨率。所考虑的(多个)方向可以包括检测器子模块或晶片的长度(x)方向和/或深度(z)方向。
举例来说，该方法因此进一步包括确定入射x射线光子在这些检测器元件分布在x射线检测器子模块或晶片的主侧上的两个方向(x，z)中的至少一个方向上的相互作用点的估计的步骤。
例如，确定该入射x射线光子在这些检测器元件分布在该主侧上的两个方向(x，z)中的至少一个方向上的相互作用点的估计的步骤可以基于这些检测器元件分布在该x射线检测器子模块或晶片的主侧上的两个方向(x，z)中的一个或两个方向上的电荷云轮廓的信息来执行。
图7B是图示电荷云在x方向上的电荷云轮廓的示例的示意图。
图7C是图示电荷云在z方向上的电荷云轮廓的示例的示意图。
作为示例，这可以涉及确定一个或多个电荷云轮廓(例如，参见图7B和图7C)并通过任何标准曲线拟合方法(比如加权平均和/或最小均方方法)执行曲线拟合。例如，找出曲线在何处具有其峰值并将该峰值标识为特定方向上的相互作用点可以显著改善分辨率，甚至一直到亚像素分辨率，例如，一直到1μm的分辨率。可以将其与传统x射线成像系统的空间分辨率进行比较，后者可以具有大约1mm的分辨率。
可替代地，可以使用关于哪个像素22已检测到最高电荷从而作为相互作用点的信息。例如，确定该入射x射线光子在这些检测器元件分布在该主侧上的两个方向(x，z)中的至少一个方向上的相互作用点的估计的步骤可以通过将已经检测到最高电荷的像素标识为该相互作用点来执行。
但是应当理解，如上所述，通过适当的曲线拟合，可以获得亚像素分辨率。
如前所述，发明人已经认识到，沿着检测器子模块或晶片的厚度(y)，光子的检测点可能与初始相互作用点有很大不同。
经过仔细的分析和实验，发明人进一步认识到，电荷扩散或电荷云的形状，特别是宽度，取决于沿着x射线检测器的所考虑检测器子模块或晶片的厚度从初始相互作用点到检测点的距离。这在图7D中针对三个不同的距离或深度的(100μm、300μm和600μm)示意性地示出。
举例来说，如果电荷云的横截面不是圆形而是椭圆形或其他形式，并且从而在z-x平面的不同方向上具有不同的延伸，则建议使用电荷云横截面的最小宽度作为电荷扩散的相关度量。
在电荷云的移动期间，电荷将扩散并且这通过静电排斥而加速。感应电流主要由靠近前侧发生的电荷移动决定。由于扩散是时间的函数，因此如果相互作用靠近后侧发生(时间更长)，则与靠近前侧(贡献电荷载流子的扩散可忽略不计)相比，电荷云将会更宽(在前侧收集时)。知道总能量(电子空穴云的积分电荷)和云的宽度将使得能够估计沿边缘式晶片的厚度的相互作用点。
其中在相邻的检测器元件(在x-y平面中)中检测到同时或接近同时的事件的光子计数检测器的区域因此还给出了指示入射x射线光子与半导体材料之间的相互作用点的深度信息(在z方向上)。因此，检测面积越大，电荷扩散越宽，与具有较小检测面积和窄电荷扩散(比如100μm)的情况相比，这意味着更远的相互作用点(比如600μm)，如图7D示意性所示。实验表明，分辨率可以显著改善，例如，一直到50μm。与仅知道相互作用发生在哪个晶片中相比，这是相当大的改进。现在还可以在大约50μm的分辨率内知道初始相互作用点发生在沿着晶片的厚度的何处。
在某种意义上，所提出的技术因此可以被认为是针对通过确定或测量或以其他方式估计在通过半导体材料的路径期间源自康普顿相互作用或通过光电效应的相互作用的电荷扩散和分布来估计入射x射线光子在半导体材料中的相互作用点。然后，x射线成像系统可以在x射线成像和/或图像重建中使用关于该相互作用点的信息。
图8是图示使得能够估计x射线光子在光子计数x射线检测器中的初始相互作用点的方法的示例的示意性流程图。该光子计数x射线检测器基于多个x射线检测器子模块或晶片，每个x射线检测器子模块或晶片包括检测器元件，这些检测器元件在包括传入的x射线的方向在内的两个方向上分布在该检测器子模块或晶片上。
每个检测器子模块或晶片具有厚度，其两个相对侧(比如前侧和后侧)具有不同电势，以使得电荷能够朝向布置检测器元件的一侧漂移，这些检测器元件也称为像素。
基本上，该方法包括：
S1：确定该x射线检测器的检测器子模块或晶片中的电荷扩散的估计，该电荷扩散源自康普顿相互作用或通过与该x射线光子相关的光电效应的相互作用；以及
S2：基于所确定的电荷扩散的估计来估计沿着该检测器子模块的厚度的初始相互作用点。
以这种方式，可以显著改善x射线成像和/或图像重建。例如，可以显著改善分辨率。
举例来说，可以基于电荷扩散的估计来确定沿着检测器子模块的厚度在x射线光子在检测器子模块中的检测点与初始相互作用点之间的距离的估计，并且然后基于检测点和所确定的沿着检测器子模块的厚度的距离的估计来确定初始相互作用点的估计。
换句话说，估计沿着检测器子模块的厚度的初始相互作用点的步骤可以包括以下步骤：
-基于电荷扩散的估计来确定沿着该x射线检测器子模块的厚度在该x射线光子在该x射线检测器子模块中的检测点与该初始相互作用点之间的距离的估计，以及
-基于该检测点与所确定的沿着该检测器子模块的厚度的距离的估计来确定该初始相互作用点的估计。
检测器子模块或晶片的厚度通常在检测器子模块的后侧与前侧之间的漂移方向上延伸。
举例来说，测量或估计电荷扩散的形状，特别是宽度，并且基于电荷扩散或分布的形状或宽度来确定检测点与初始相互作用点之间的距离。
例如，该电荷扩散可以由电荷云表示，并且分布在检测器子模块或晶片主侧上的这些检测器元件可以提供像素阵列，其中这些像素通常小于待分辨的电荷云。
在下文中，将描述用于提供适合于所提出的技术的x射线检测器子模块和像素的实施例的非限制性示例。
在现有技术中，已经提出将检测器子模块(有时简称为检测器模块)实施为所谓的多芯片模块(MCM)，因为检测器模块具有用于电布线和多个ASIC的半导体基础衬底。路由将包括从每个像素到ASIC输入的信号连接以及从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积的增加，可以通过类似的路由提供给ASIC的电力，但是也可以通过单独的连接来提供电力。因此，在现有技术中，每个单独的像素连接到后续的ASIC通道，其中采用MCM技术将ASIC和电布线集成到硅衬底上。
所提出的技术通过在检测器模块中使用有源集成像素提供了对现有技术的x射线检测器的进一步改进。这意味着电信号的模拟处理的一部分从ASIC转移到像素中。例如，将前置放大从ASIC转移到像素可降低前置放大器输入端的电容，因为不需要很长的走线即可将信号从像素路由到ASIC。将模拟信号处理的至少一部分集成在像素中的其他优点包括更小的像素大小，这又降低了每个像素的功耗并且能够降低最小噪声阈值。
图9是根据实施例的检测器模块(也称为芯片或晶片)的示意图。在该示例中，检测器模块21包括半导体衬底或材料，该半导体衬底或材料包括布置在半导体衬底中的多个有源集成像素。在特定实施例中，如图所示，多个有源集成像素以栅格或矩阵或其他图案布置在半导体衬底的主侧(前侧)。该图还图示了相对于面向X射线源并且X射线在其处入射到检测器模块上的边缘的不同深度段中的像素的布置。
在实施例中，检测器模块还包括进一步的处理电路系统，比如模拟处理电路系统和/或数字处理电路系统，在该图中示例为读出电路系统、控制电路系统和模数转换(ADC)电路系统。这些进一步的处理电路系统可以在一个或多个ASIC中或作为一个或多个ASIC来实施。
进一步的处理电路系统有利地布置在半导体衬底中与多个有源集成像素相同的主侧(前侧)。在这种情况下，如图所示，进一步的处理电路系统优选地被布置在主侧的一部分处，该部分位于背离X射线源和入射x射线的边缘处或与该边缘连接。该实施例通过减少用于进一步的处理电路系统的检测器模块的部分来减少检测器模块的任何死区。另外，通过将进一步的处理电路系统布置在离入射边缘最远的地方来保护其免受传入的X射线的影响。
在说明性但非限制性的示例中，包括有源集成像素的半导体衬底的面积可以从5×5mm到50×50mm，例如10×10mm、15×15mm、20×20mm、25×25mm、30×30mm、35×35mm、40×40mm或45×45mm。此外，具有有源集成像素的非二次(比如矩形)面积也是可能的。
在图4D中，每个晶片可以包括一个检测器模块或者可以包括多个检测器模块。在后一种情况下，检测器模块可以附接到薄衬底，比如陶瓷衬底，以形成可以作为单个单元处理的晶片。有时，该单个单元本身可以被称为检测器模块或检测器子模块。纯粹作为示例，晶片的宽度可以在25到50mm的数量级，并且晶片的深度可以在25到50mm的相同数量级，而晶片的厚度可以在300到900μm的数量级。
图9还示意性地指示了具有所谓的检测器二极管(电极)以及读出电子器件和互连的有源集成像素。每个这样的有源集成像素通常具有μm范围内的大小。在实施例中，有源集成像素是二次的并且通常检测器模块中的所有有源集成像素具有相同的形状和大小。然而，可以对像素使用其他形状，比如矩形，和/或在相同的检测器模块中具有有不同大小和/或形状的有源集成像素，如图10所示。在图10中，有源集成像素具有相同的宽度但不同的深度。例如，有源集成像素的深度可以针对不同的深度段并且因此基于到X射线在其处入射到检测器模块上的边缘的距离而增加。这意味着与最靠近相对边缘的有源集成像素相比，该边缘处的有源集成像素优选具有较小的深度。在这样的实施例中，检测器模块可以包括具有两个或更多个不同深度的有源集成像素。
可以使用不同的像素深度，特别是作为深度段或到X射线在其处入射到检测器模块上的边缘的距离的函数的像素深度，来调整在有源集成像素处检测到事件的概率或可能性。
根据所提出的技术的特定方面，图3所示的模拟信号处理的全部或部分可以集成到像素中，从而形成所谓的有源集成像素。
如所提到的，本发明的方面涉及一种边缘式光子计数检测器。该边缘式光子计数检测器包括至少一个检测器模块，该至少一个检测器模块具有面向入射X射线的相应边缘。该至少一个检测器模块包括半导体衬底。
在特定示例中，该边缘式光子计数检测器还包括布置在该半导体衬底中的多个有源集成像素。
在实施例中，该边缘式光子计数检测器包括并排布置和/或堆叠的多个检测器模块。
该边缘式光子计数检测器通常基于硅作为检测器模块的半导体材料来制造。
为了补偿硅的低停止功率，检测器模块通常以边缘式几何结构定向，其边缘指向X射线源，从而增加吸收厚度。为了应对临床CT中的高光子通量，优选地应用将有源集成像素分成深度段的分段结构，这是通过在硅衬底上的深度段中植入单独的有源集成像素来实现的。
在特定实施例中，半导体衬底由浮区(FZ)硅制成。FZ硅是通过垂直区熔法获得的非常纯的硅。在垂直配置中，熔融硅具有足够的表面张力来防止电荷分离。避免安全壳的必要性防止了硅的污染。因此，FZ硅中的轻杂质的浓度极低。由于生长期间的表面张力限制，FZ硅晶片的直径通常不大于200mm。超纯电子级硅的多晶棒穿过RF加热线圈，从而产生局部熔区，晶体锭从该熔区生长。为了开始生长，在一端使用籽晶。整个过程在真空室或惰性气体吹扫中进行。熔区带走了杂质，并且因此降低了杂质浓度。可以使用如核掺杂、丸掺杂、气体掺杂和中子嬗变掺杂等专门的掺杂技术来引入均匀浓度的杂质。
在实施例中，半导体衬底由高电阻率硅制成，比如高电阻率FZ硅。如本文所用，高电阻率硅被定义为体电阻率大于1kΩcm的单晶硅。
多个有源集成像素可以被实施为半导体衬底中的有源集成互补金属氧化物半导体(CMOS)像素。因此，有源集成像素的模拟电路系统可以使用CMOS技术来制造。
图11至图14图示了这种有源集成像素的各种实施例，其中像素中具有不同的模拟读出电子器件。在这些图中，像素的电流生成部分被示为输出电流脉冲或二极管信号的二极管。
图11图示了有源集成像素的实施例，该有源集成像素包括放大器，该放大器被配置为基于由有源集成像素或二极管生成的电流脉冲来生成输出信号。在实施例中，放大器是被配置为将电流脉冲积分到电压信号中的电荷敏感放大器(CSA)。
在该实施例中，来自放大器(优选为CSA)的输出信号(比如电压信号)被路由到布置在检测器模块中的半导体衬底中的比如一个或多个ASIC的形式的外部处理电路系统，参见图9和图10中的读出(read-out)、ctrl和ADC。
随着检测器模块中有源集成像素数量的增加，每个像素的计数率降低并且噪声要求也得到了缓解。这意味着在有源集成像素中可以使用具有相对低功耗和低带宽的放大器。此外，由于二极管的特性，单端放大器是优选的。这进一步允许不太复杂的放大器。与使用更大的像素大小相比，二极管电容越低，来自放大器的输入参考噪声越弱。
图12图示了有源集成像素的另一实施例。除了放大器之外，该实施例还包括脉冲整形器，也称为整形滤波器。该脉冲整形器被配置为对来自放大器的输出信号进行滤波。
来自二极管的电流脉冲优选地使用CSA来积分。通常，这会在CSA的输出端生成缓慢移动的电压。为了补偿这种行为，将消除电路(CC)(比如零极点消除电路)布置为连接到CSA和脉冲整形器。这种零极点CC消除或至少抑制了CSA在维持电荷/电流积分的情况下的缓慢响应。因此，时间常数将改为由脉冲整形器的整形器积分时间来确定。
在该实施例中，来自脉冲整形器的输出信号被路由到布置在检测器模块中的半导体衬底中的比如一个或多个ASIC的形式的外部处理电路系统，参见图9和图10中的读出、ctrl和ADC。
图13图示了有源集成像素的进一步实施例。该实施例包括连接到脉冲整形器并且布置在脉冲整形器的下游的模拟存储装置。该模拟存储装置可以在有源集成像素中实施以至少暂时存储和保持来自脉冲整形器的输出信号。这使得能够比如基于控制信号(ctrl)和/或在调度的时间实例(比如基于时钟信号(clk)进行控制)从有源集成像素和模拟存储装置中受控地读出数据。
如图13所示的模拟存储装置也可以用在如图11所示的实施例中，即，没有任何脉冲整形器。在这种情况下，模拟存储装置连接到放大器(CSA)或通过零极点CC连接到放大器(CSA)。
在如图14所示的又一实施例中，像素包括在图中表示为比较器的事件检测器。该事件检测器然后被配置为通过将来自脉冲整形器的输出信号的脉冲幅度与阈值进行比较来检测光子事件，该阈值由图中的噪声阈值表示。
在特定实施例中，事件检测器被配置为基于脉冲幅度与阈值的比较来生成触发信号，并且优选地，如果脉冲幅度等于或超过、或超过阈值，则生成触发信号。
在该实施例中，模拟存储装置的读出可以由事件检测器输出的触发信号控制。因此，优选仅在事件检测器确认有源集成像素检测到光子事件(由具有(等于或)高于噪声阈值所表示的噪声基底的脉冲幅度来表示)时才进行模拟存储装置中的数据的读出。
也就是说，充当事件检测器的比较器可以用于向读出电路系统发送信号，读出电路系统通常相对于有源集成像素布置在外部，参见图9和图10中的读出。该读出电路系统基于来自事件检测器的触发信号读取模拟存储装置。然后可以进一步处理读取的数据，比如与阈值(T1至TN)进行比较(参见图3)和/或在ADC中数字化(参见图9和图10)。
如果没有执行对模拟存储装置中的数据的读出，则其中的数据可以被连续刷新，比如通过以先进先出(FIFO)的方式操作。这允许从模拟存储装置异步读出数据并且从而降低读出期间的功耗。
来自事件检测器的触发信号也可以被馈送到检测器模块中的相邻有源集成像素以触发它们存储数据，然后可以读出并进一步处理这些数据。这使得即使没有通过噪声阈值也能够检测数据的属性。
在另一实施例中，不仅基于来自有源集成像素中的事件检测器的触发信号，而且基于来自检测器模块中的至少一个相邻有源集成像素的相应触发信号来执行模拟存储装置的读出。
与现有技术的解决方案相比，有源集成像素的实施方式使得能够减小像素的大小。有源集成像素的这种小大小允许检测器子模块中的多个有源集成像素检测由单个x射线光子生成的电荷云。例如，如前所述，这又使得能够确定边缘式光子计数检测器的特定检测器子模块中的电荷扩散的估计并且至少部分地基于所确定的电荷扩散的估计来估计x射线光子沿着该检测器子模块的厚度的初始相互作用点的估计，该电荷扩散源自康普顿相互作用或通过与X射线光子相关的光电效应的相互作用。
应当理解，本文描述的方法和装置可以以各种方式组合和重新布置。
例如，特定功能可以在硬件中实施，或者在软件中实施以由合适的处理电路系统来执行，或者其组合。
本文描述的步骤、功能、过程、模块和/或块可以使用任何传统技术以硬件来实施，比如半导体技术、离散电路或集成电路技术，包括通用电子电路系统和专用电路系统两者。
特定示例包括一个或多个适当配置的数字信号处理器和互连以执行特殊功能的其他已知的电子电路(例如，离散逻辑门)或专用集成电路(ASIC)。
可替代地，本文描述的步骤、功能、过程、模块和/或块中的至少一些可以在比如计算机程序等软件中实施，以由合适的处理电路系统(比如一个或多个处理器或处理单元)来执行。
处理电路系统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/或任何合适的可编程逻辑电路系统，比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)。
还应当理解，可以重新使用实施所提出的技术的任何传统装置或单元的一般处理能力。也可以重新使用现有的软件，例如，通过对现有软件进行重新编程，或者通过添加新的软件部件。
根据第二方面，提供了一种使得能够估计x射线光子在光子计数x射线检测器中的初始相互作用点的系统，该光子计数x射线检测器基于多个x射线检测器子模块或晶片，每个x射线检测器子模块或晶片包括检测器元件，其中，这些x射线检测器子模块以边缘式几何结构定向，边缘指向x射线源，从而使x射线通过边缘进入。
每个检测器子模块或晶片具有厚度，其两个相对侧具有不同电势，以使得电荷能够朝向布置这些检测器元件的一侧漂移，这些检测器元件也称为像素。
基本上，该系统被配置为确定该x射线检测器的检测器子模块或晶片中的电荷扩散的估计，该电荷扩散源自康普顿相互作用或通过与该x射线光子相关的光电效应的相互作用。该系统还被配置为基于所确定的电荷扩散的估计来估计沿着该检测器子模块的厚度的初始相互作用点。
如所提到的，x射线检测器子模块可以以边缘式几何结构定向，边缘指向x射线源，从而使x射线通过边缘进入。
作为示例，每个x射线检测器子模块可以包括检测器元件，这些检测器元件在包括传入的x射线的方向在内的两个方向上分布在该检测器子模块或晶片上。这通常对应于所谓的深度分段x射线检测器子模块。然而，如先前所解释的，所提出的技术也适用于非深度分段x射线检测器子模块。
举例来说，该系统可以被配置为针对多个入射x射线光子中的每一个和/或多个x射线检测器子模块中的每一个来确定电荷扩散的对应估计，并且确定在该相应x射线检测器子模块中该入射x射线光子的初始相互作用点的估计。
在特定示例中，该系统被配置为通过测量或估计电荷扩散的形状和/或宽度来确定电荷扩散的估计。
作为示例，电荷扩散可以由电荷云表示，并且该系统可以被配置为通过测量或估计电荷云的形状和/或宽度来确定电荷扩散的估计。
作为替代或补充的示例，电荷扩散可以由感应电流来表示，该感应电流由源自康普顿相互作用或通过光电效应的相互作用的释放的电子空穴对的漂移产生，该感应电流由分布在x射线检测器子模块或晶片上的检测器元件检测。
例如，该系统可以被配置为基于所测量的云的宽度和云的积分电荷来估计入射x射线光子沿着检测器子模块的厚度的初始相互作用点。
在特定示例中，该系统被配置为基于电荷扩散的估计来确定沿着该x射线检测器子模块的厚度在该x射线检测器子模块中该x射线光子的检测点与该初始相互作用点之间的距离的估计，
其中，该系统被配置为基于该检测点与所确定的沿着该检测器子模块的厚度的距离的估计来确定该初始相互作用点的估计。
作为示例，该系统可以被配置为测量或估计该电荷扩散的宽度，并且基于所测量的该电荷扩散或分布的宽度来确定该检测点与该初始相互作用点之间的距离。
可选地，该系统被配置为确定该入射x射线光子在这些检测器元件分布在该x射线检测器子模块或晶片的主侧上的两个方向(x，z)中的至少一个方向上的相互作用点的估计。
在这种情况下，该系统可以被配置为基于这些检测器元件分布在该x射线检测器子模块或晶片的主侧上的两个方向(x，z)中的一个或两个方向上的电荷云轮廓的信息来确定该入射x射线光子在这些检测器元件分布在该主侧上的两个方向(x，z)中的至少一个方向上的相互作用点的估计。
例如，该系统可以被配置用于确定电荷云轮廓、执行曲线拟合、并且找出曲线在何处具有其峰值并且将该峰值标识为特定方向上的相互作用点。
可替代地或者作为补充，该系统可以被配置为通过将已经检测到最高电荷的像素标识为相互作用点来确定入射x射线光子在检测器元件分布在主侧上的两个方向(x，z)中的至少一个方向上的相互作用点的估计。
如前所述，电荷扩散可以由电荷云表示，并且分布在该x射线检测器子模块或晶片主侧上的这些检测器元件可以被设计和布置为提供像素阵列，其中这些像素小于待分辨的电荷云。
可选地，x射线检测器子模块中的至少一个包括半导体衬底或材料，该半导体衬底或材料包括布置在半导体衬底中的多个有源集成像素。
作为示例，模拟信号处理的至少一部分可以被集成到有源集成像素中。
举例来说，每个x射线检测器子模块在传入的x射线的方向上具有多个检测器元件深度段。
优选地，可以在配置中一个接一个地布置和/或并排布置x射线检测器子模块以形成有效的检测器面积或体积。
例如，可以在x射线检测器子模块中的至少一些x射线检测器子模块之间集成防散射模块。
优选地，系统可以被配置为基于由源自康普顿相互作用或通过光电效应的相互作用的移动电子空穴对引起的感应电流来确定电荷扩散的估计，该感应电流由分布在x射线检测器子模块或晶片上的检测器元件检测。
根据第三方面，提供了一种包括根据第二方面的系统的x射线成像系统。
举例来说，x射线成像系统可以是计算机断层摄影(CT)系统。
在特定示例中，x射线成像系统进一步包括连接到x射线检测器系统的相关联图像处理装置，用于执行图像重建。
根据第四方面，提供了一种对应的计算机程序和计算机程序产品。
具体地，提供了一种包括指令的计算机程序，这些指令在由处理器执行时使该处理器执行本文所述的方法。
例如，还可以提供一种计算机程序产品，包括其上存储有这种计算机程序的非暂态计算机可读介质。
图15是图示根据实施例的计算机实施方式的示例的示意图。在该特定示例中，系统200包括处理器210和存储器220，该存储器包括可由该处理器执行的指令，由此该处理器可操作以执行本文描述的步骤和/或动作。这些指令通常被组织为计算机程序225；235，该计算机程序可以预先配置在存储器220中或者从外部存储器装置230下载。可选地，系统200包括输入/输出接口240，该输入/输出接口可以互连到(多个)处理器210和/或存储器220，以实现比如(多个)输入参数和/或得出的(多个)输出参数等相关数据的输入和/或输出。
在特定示例中，存储器包括可由处理器执行的这种指令集，由此处理器可操作以确定电荷扩散的估计或度量并且基于所确定的电荷扩散的估计来估计沿着检测器子模块的厚度的初始相互作用点。
术语“处理器”应当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便执行特定处理、确定或计算任务的任何系统或装置。
包括一个或多个处理器的处理电路系统因此被配置为在执行计算机程序时执行比如本文描述的那些明确定义的处理任务。
处理电路系统不必专用于仅执行上述步骤、功能、过程和/或块，而是还可以执行其他任务。
所提出的技术还提供了一种计算机程序产品，包括其上存储有这样的计算机程序的计算机可读介质220；230。
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，其通常被携带或存储在计算机可读介质220；230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装置，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、快闪存储器、磁带或任何其他传统存储器装置。可以因此将计算机程序加载到计算机或等效处理装置的操作存储器中，以便由其处理电路系统执行。
当由一个或多个处理器执行时，方法流可以被视为计算机动作流。对应的装置、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个步骤对应于功能模块。在这种情况下，功能模块被实施为在处理器上运行的计算机程序。因此，装置、系统和/或设备可以可替代地被定义为一组功能模块，其中这些功能模块被实施为在至少一个处理器上运行的计算机程序。
可以因此将驻留在存储器中的计算机程序组织为适当的功能模块，这些适当的功能模块被配置为在由处理器执行时执行本文描述的步骤和/或任务的至少一部分。
可替代地，可以主要通过硬件模块或者可替代地通过硬件来实现模块。软件与硬件的范围纯粹是实施方式选择。
上述实施例仅作为示例给出，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，在不脱离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下，可以对实施例进行各种修改、组合和改变。具体地，在技术上可能的情况下，可以将不同实施例中的不同部分解决方案在其他配置中组合。

Claims (37)

1.一种使得能够估计x射线光子在光子计数x射线检测器(20)中的初始相互作用点的方法，该光子计数x射线检测器基于多个x射线检测器子模块(21)或晶片，每个x射线检测器子模块或晶片包括检测器元件(22)，其中，这些x射线检测器子模块(21)以边缘式几何结构定向，边缘指向x射线源，从而使x射线通过边缘进入，
其中，每个检测器子模块(21)或晶片具有厚度，其两个相对侧具有不同电势，以使得电荷能够朝向布置这些检测器元件的一侧漂移，这些检测器元件也称为像素，并且
其中，该方法包括：
-确定(S1)该x射线检测器的检测器子模块或晶片中的电荷扩散的估计，该电荷扩散源自康普顿相互作用或通过与该x射线光子相关的光电效应的相互作用；以及
-基于所确定的电荷扩散的估计来估计(S2)沿着该检测器子模块的厚度的初始相互作用点。
2.如权利要求1所述的方法，其中，这些x射线检测器子模块(21)中的每一个包括检测器元件(22)，这些检测器元件在包括传入的x射线的方向在内的两个方向上分布在该检测器子模块或晶片上。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，该方法被执行用于针对多个入射x射线光子中的每一个和/或多个x射线检测器子模块中的每一个来确定电荷扩散的对应估计，并且用于确定该入射x射线光子在该相应x射线检测器子模块中的初始相互作用点的估计。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，电荷扩散的估计是基于由源自康普顿相互作用或通过光电效应的相互作用的移动电子空穴对引起的感应电流来确定的，该感应电流由分布在该x射线检测器子模块或晶片上的检测器元件检测。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，确定电荷扩散的估计的步骤(S1)包括测量或估计该电荷扩散的形状和/或宽度。
6.如权利要求5所述的方法，其中，该电荷扩散由电荷云表示，并且电荷扩散的估计是通过测量或估计该电荷云的形状和/或宽度来确定的。
7.如权利要求6所述的方法，其中，该入射x射线光子沿着该检测器子模块的厚度的初始相互作用点是基于所测量的该云的宽度和该云的积分电荷来估计的。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，估计沿着该检测器子模块的厚度的初始相互作用点的步骤(S2)包括：
-基于电荷扩散的估计来确定沿着该x射线检测器子模块的厚度在该x射线光子在该x射线检测器子模块中的检测点与该初始相互作用点之间的距离的估计，以及
-基于该检测点与所确定的沿着该检测器子模块的厚度的距离的估计来确定该初始相互作用点的估计。
9.如权利要求8所述的方法，其中，测量或估计该电荷扩散的宽度，并且基于所测量的该电荷扩散或分布的宽度来确定该检测点与该初始相互作用点之间的距离。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，该方法进一步包括确定该入射x射线光子在这些检测器元件分布在该x射线检测器子模块或晶片的主侧上的两个方向(x，z)中的至少一个方向上的相互作用点的估计。
11.如权利要求10所述的方法，其中，确定该入射x射线光子在这些检测器元件分布在该主侧上的两个方向(x，z)中的至少一个方向上的相互作用点的估计的步骤是基于这些检测器元件分布在该x射线检测器子模块或晶片的主侧上的两个方向(x，z)中的一个或两个方向上的电荷云轮廓的信息来执行的。
12.如权利要求11所述的方法，其中，该方法涉及确定该电荷云轮廓、执行曲线拟合、并且找出曲线在何处具有其峰值并且将该峰值标识为特定方向上的相互作用点。
13.如权利要求10所述的方法，其中，确定该入射x射线光子在这些检测器元件分布在该主侧上的两个方向(x，z)中的至少一个方向上的相互作用点的估计的步骤是通过将已经检测到最高电荷的像素标识为该相互作用点来执行的。
14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，该电荷扩散由电荷云表示，并且分布在该x射线检测器子模块或晶片主侧上的这些检测器元件提供像素阵列，其中这些像素小于待分辨的电荷云。
15.一种使得能够估计x射线光子在光子计数x射线检测器(20)中的初始相互作用点的系统(25；30；40；50；100；200)，该光子计数x射线检测器基于多个x射线检测器子模块(21)或晶片，每个x射线检测器子模块或晶片包括检测器元件(22)，其中，这些x射线检测器子模块以边缘式几何结构定向，边缘指向x射线源(10)，从而使x射线通过边缘进入，
其中，每个检测器子模块(21)或晶片具有厚度，其两个相对侧具有不同电势，以使得电荷能够朝向布置这些检测器元件的一侧漂移，这些检测器元件也称为像素，并且
其中，该系统(25；30；40；50；100；200)被配置为确定该x射线检测器的检测器子模块或晶片中的电荷扩散的估计，该电荷扩散源自康普顿相互作用或通过与该x射线光子相关的光电效应的相互作用；并且
其中，该系统(25；30；40；50；100；200)被配置为基于所确定的电荷扩散的估计来估计沿着该检测器子模块的厚度的初始相互作用点。
16.如权利要求15所述的系统，其中，这些x射线检测器子模块(21)中的每一个包括检测器元件(22)，这些检测器元件在包括传入的x射线的方向在内的两个方向上分布在该检测器子模块或晶片上。
17.如权利要求15或16所述的系统，其中，该系统(25；30；40；50；100；200)被配置为针对多个入射x射线光子中的每一个和/或多个x射线检测器子模块中的每一个来确定电荷扩散的对应估计，并且确定该入射x射线光子在该相应x射线检测器子模块中的初始相互作用点的估计。
18.如权利要求15至17中任一项所述的系统，其中，该系统(25；30；40；50；100；200)被配置为通过测量或估计该电荷扩散的形状和/或宽度来确定电荷扩散的估计。
19.如权利要求18所述的系统，其中，该电荷扩散由电荷云表示，并且该系统(25；30；40；50；100；200)被配置为通过测量或估计该电荷云的形状和/或宽度来确定电荷扩散的估计。
20.如权利要求19所述的系统，其中，该系统(25；30；40；50；100；200)被配置为基于所测量的该云的宽度和该云的积分电荷来估计该入射x射线光子沿着该检测器子模块的厚度的初始相互作用点。
21.如权利要求15至20中任一项所述的系统，其中，该系统(25；30；40；50；100；200)被配置为基于电荷扩散的估计来确定沿着该x射线检测器子模块的厚度在该x射线光子在该x射线检测器子模块中的检测点与该初始相互作用点之间的距离的估计，
其中，该系统(25；30；40；50；100；200)被配置为基于该检测点与所确定的沿着该检测器子模块的厚度的距离的估计来确定该初始相互作用点的估计。
22.如权利要求21所述的系统，其中，该系统(25；30；40；50；100；200)被配置为测量或估计该电荷扩散的宽度，并且基于所测量的该电荷扩散或分布的宽度来确定该检测点与该初始相互作用点之间的距离。
23.如权利要求15至22中任一项所述的系统，其中，该系统(25；30；40；50；100；200)被配置为确定该入射x射线光子在这些检测器元件分布在该x射线检测器子模块或晶片的主侧上的两个方向(x，z)中的至少一个方向上的相互作用点的估计。
24.如权利要求23所述的系统，其中，该系统(25；30；40；50；100；200)被配置为基于这些检测器元件分布在该x射线检测器子模块或晶片的主侧上的两个方向(x，z)中的一个或两个方向上的电荷云轮廓的信息来确定该入射x射线光子在这些检测器元件分布在该主侧上的两个方向(x，z)中的至少一个方向上的相互作用点的估计。
25.如权利要求24所述的系统，其中，该系统(25；30；40；50；100；200)被配置用于确定该电荷云轮廓、执行曲线拟合、并且找出曲线在何处具有其峰值并且将该峰值标识为特定方向上的相互作用点。
26.如权利要求23所述的系统，其中，该系统(25；30；40；50；100；200)被配置为通过将已经检测到最高电荷的像素标识为该相互作用点来确定该入射x射线光子在这些检测器元件分布在该主侧上的两个方向(x，z)中的至少一个方向上的相互作用点的估计。
27.如权利要求15至26中任一项所述的系统，其中，该电荷扩散由电荷云表示，并且分布在该x射线检测器子模块或晶片主侧上的这些检测器元件(22)被设计和布置为提供像素阵列，其中这些像素小于待分辨的电荷云。
28.如权利要求15至27中任一项所述的系统，其中，这些x射线检测器子模块(21)中的至少一个包括半导体衬底或材料，该半导体衬底或材料包括布置在该半导体衬底中的多个有源集成像素(22)。
29.如权利要求28所述的系统，其中，模拟信号处理的至少一部分被集成到这些有源集成像素中。
30.如权利要求15至29中任一项所述的系统，其中，每个x射线检测器子模块(21)在传入的x射线的方向上具有多个检测器元件深度段(22)。
31.如权利要求15至30中任一项所述的系统，其中，在配置中一个接一个地布置和/或并排布置这些x射线检测器子模块(21)以形成有效的检测器面积或体积。
32.如权利要求31所述的系统，其中，这些检测器元件(22)中的至少一部分检测器元件在这些入射X射线的方向上比在与这些入射X射线的方向正交的方向上具有更长的延伸，具有至少2:1的关系。
33.如权利要求15至32中任一项所述的系统，其中，该系统(25；30；40；50；100；200)包括处理器(210)和存储器(220)，该存储器(220)包括可由该处理器(210)执行的指令，由此该处理器(210)可操作以确定电荷扩散的估计或度量并且基于所确定的电荷扩散的估计来估计沿着该检测器子模块的厚度的初始相互作用点。
34.如权利要求15至33中任一项所述的系统，其中，该系统(25；30；40；50；100；200)被配置为基于由源自康普顿相互作用或通过光电效应的相互作用的移动电子空穴对引起的感应电流来确定电荷扩散的估计，该感应电流由分布在该x射线检测器子模块或晶片上的检测器元件检测。
35.一种x射线成像系统(100)，包括根据权利要求15至34中任一项所述的系统(25；30；40；50；100；200)。
36.如权利要求35所述的x射线成像系统，其中，该x射线成像系统(100)是计算机断层摄影(CT)系统。
37.一种包括指令的计算机程序(225；35)，这些指令在被处理器(210)执行时使该处理器(210)执行如权利要求1至14中任一项所述的方法。
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