CN114902078A - 光子计数探测器中的偏振效应的补偿 - Google Patents
光子计数探测器中的偏振效应的补偿 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于校正由用于谱计算机断层摄影系统(300)的光子计数探测器(111)探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量(115)的系统(100)和方法。考虑光子计数探测器的照射历史(125)以确定光子计数探测器的增益和/或偏移。根据与确定的增益和/或偏移相对应的校正值(135)来校正探测到的光子的能量分箱中的计数数量。
Description
技术领域
本发明涉及用于校正由用于谱计算机断层摄影系统的光子计数探测器探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量的系统，以及用于校正由用于谱计算机断层摄影系统的光子计数探测器探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量的方法。
背景技术
光子计数探测器对撞击在探测器上的光子进行计数并确定它们的能量。光子计数探测器提供具有脉冲高度的信号，其一阶可以与入射光子的能量成比例。光子能量的这种微不足道的重建仅能够在入射光子的相对低计数率的情况下应用。例如，在如计算机断层摄影的医学成像系统中使用的高X射线强度导致到探测器上的非常高的光子撞击速率。要探测的光子的这些高速率导致探测器的饱和。在半导体探测器的情况下，光子计数探测器的偏振发生，这导致探测器的信号较低，并且因此信号的降低脉冲高度。这导致探测到的光子的减少重建能量，并能够导致在探测系统的错误能量分箱中的分类。这种效应能够导致计算机断层摄影图像中的环形或带状伪影，具体取决于这种效应在像素水平或模块/晶体水平上的优势。
出于这些原因，具有用于校正由用于谱计算机断层摄影系统的光子计数探测器探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量的系统和方法将是有利的，该谱计算机断层摄影系统不具有上面提到的缺点，并且可以减少光子计数计算机断层摄影图像重建中的偏振伪影。
WO 2017/046002 A1公开了光子计数X射线辐射探测系统中的光子计数的校正。
EP 3 567 405 A1公开了一种适于探测泄漏电流的辐射探测器。
US 2012/243660 A1公开了一种用于校正X射线探测器和X射线记录系统的探测器数据的方法。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于校正由用于谱计算机断层摄影系统的光子计数探测器探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量的系统和方法，该谱计算机断层摄影系统提供在与非偏振探测器相对应的能量分箱中的计数数量。
本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决，其中，另外的实施例并入在从属权利要求中。
所描述的实施例类似地涉及用于校正由用于谱计算机断层摄影系统的光子计数探测器探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量的系统，以及用于校正由用于谱计算机断层摄影系统的光子计数探测器探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量的方法。协同效应可能产生于实施例的不同组合，尽管它们可能没有被详细描述。
此外，应当注意，本发明的所有关于方法的实施例可以按照所描述的步骤的顺序来执行，然而这不必是该方法的步骤的唯一和必要的顺序。在不背离相应的方法实施例的情况下，本文提出的方法可以以所公开的步骤的另一顺序来执行，除非在下文中明确地相反地提及。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于校正由用于谱计算机断层摄影系统的光子计数探测器探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量的系统。该系统包括光子：探测单元，其包括光子计数探测器并且被配置用于探测光子并提供探测到的光子中的每个的脉冲高度；以及存储设备，其被配置用于根据探测到的光子中的每个的脉冲高度在能量分箱中存储计数数量。该系统还包括：确定单元，其被配置用于基于光子计数探测器的照射历史来确定光子计数探测器的增益的校正值和/或偏移的校正值；以及校正单元，其被配置用于根据光子计数探测器的增益的校正值和/或偏移的校正值对探测到的光子的能量分箱中的计数数量进行校正。校正单元被配置用于通过根据校正值调整光子探测单元的响应函数来在谱计算机断层摄影系统的正向模型中校正探测到的光子的能量分箱中的计数数量。该系统被配置用于校正能量分箱中的计数数量的偏差，该偏差是由于光子计数探测器中的空间电荷效应、偏振效应和/或电荷陷获引起的。
光子探测单元包括光子计数探测器。光子探测单元还可包括光子计数探测器的读出电子器件，如放大器、整形器、比较器、计数器或模数转换器。该探测器可以是例如由硅、碲化镉锌、砷化镓、锗或碲化镉制成的半导体探测器。光子可以经由光电效应或康普顿效应与探测器的材料相互作用。在这种相互作用中生成的电子可以将其能量沉积在光子计数探测器的有源区域中，从而生成如电子和空穴的电荷载流子。这些电荷载流子可以通过向探测器施加电场来分别朝向探测器的阳极和阴极加速。然而，在电场中生成的负电荷载流子和正电荷载流子的分离能够导致空间电荷的积累，并且能够发生电荷陷获。这能够取决于探测器材料中的杂质的存在并改变电场，并且因此改变光子计数探测器相对于光子计数探测器的增益和偏移的响应行为。利用较高X射线强度并且因此要探测的高光子率，光子计数探测器的响应能够取决于撞击辐照的照射历史。如果X射线强度增加，则半导体材料中的空间电荷的积累和电荷陷获能够导致电场的变化。这导致探测器对单个探测到的光子的不同的响应，这取决于撞击辐照的历史。作为入射光子的能量的结果的光子计数探测器的响应可以通过增益和偏移来表征。光子计数探测器的增益可以是在探测器的电极处收集的电荷载流子的数量相对于由入射光子生成的电荷载流子的数量的量度。假设在光子计数探测器中不存在永久性辐射损伤效应，在探测器未暴露于X射线辐照的足够长的时间后，探测器的主体内的电场的初始条件将重新建立。这些效应发生的时间尺度能够有多种物理起源，从而导致这种效应的具有挑战性的模型。根据本发明的系统基于能量分箱中的探测到的光子的计数数量的偏差的校正，从而获得探测器的可再现响应。该校正基于发明人的以下见解，即探测器在其运行的任何给定时刻的输出可以由入射光谱、通量和照射历史确定。
因此，本发明的系统包括配置被用于探测光子并提供探测到的光子的脉冲高度的光子探测单元，以及被配置用于根据探测到的光子中的每个的脉冲高度在能量分箱中存储计数数量的存储设备。该系统可以包括若干能量分箱，优选地四个或五个能量分箱，其中，校正所有分箱中的计数数量。提供了照射历史，所述照射历史可以是先前已经在光子计数探测器中探测到的光子的记录。照射历史可以包括光子通量和光子计数探测器暴露于该光子通量的时间。光子到光子计数探测器上的通量可以取决于计算断层摄影系统中的特定探测元件的位置，并且其可以取决于被测量的投影。该系统还包括确定单元，其被配置用于基于照射历史来确定光子计数探测器的增益和/或偏移的校正值。确定单元考虑照射光子探测单元的照射历史的先前光子并且确定校正值。该校正值可以对应于光子探测单元的增益的减小或增加。校正因子还可以对应于光子探测单元的脉冲高度的偏移。偏移可以是探测器响应相对于光子能量的外推，其导致为零的脉冲高度。该系统还包括校正单元，该校正单元被配置用于根据校正值校正探测到的光子的能量分箱中的计数数量。因此，能量分箱中的计数数量被校正为将已经在非偏振探测器中测量的计数数量。
光子计数探测器可以是用于计算机断层摄影系统的探测器，其测量具有在X射线的能量范围内的能量的光子。因此，一个或多个能量分箱(优选地四个或五个分箱)中的计数数量被用于导出衰减系数和要检查的对象的材料成分。可以在能量分箱中直接校正计数数量。然而，计数数量也可以通过提供用于在能量分箱中探测到的X射线光子数量的值的预期的正向模型来校正，该模型考虑了探测器的偏振状态。正向模型可以包括衰减系数和材料成分与能量分箱中的计数数量和光子探测单元的响应函数的关系。通过利用光子计数探测器的增益和/或偏移的校正值来校正响应函数中的光子的脉冲高度，可以通过能量分箱中的计数数量的该间接校正来导出材料成分。
例如，光子计数探测器的测量的计数数量可以用于确定由X射线透射的对象的材料成分。在本发明的一个实施例中，针对偏振效应对测量的计数数量进行校正，并且然后经校正的计数数量和未受到偏振的探测器的正向模型被用于估计对象的材料成分。在本发明的另一实施例中，计数数量的校正是通过使用经受偏振的探测器的正向模型直接估计对象的材料成分来执行的。
在本发明的实施例中，照射历史包括由光子计数探测器在时间间隔中先前探测到的光子的通量。
在本发明的该实施例中，照射历史可以包括通量和探测器已经暴露于辐射的暴露时间。照射历史还可以包括探测到的光子的脉冲高度和时间戳。脉冲高度可以是到达光子计数探测器的电极的电荷载流子数量的量度。探测到的光子的时间可以包括光子到达探测器的特定时间戳。在这种情况下，光子探测单元可以在列表模式下操作，从而提供每个个体光子的能量和时间。然而，探测到的光子的时间可以包括时间间隔，其中，探测器正在测量计算机断层摄影系统的特定投影。这可以导致在照射历史中以相同的探测时间存储的多个光子。在本发明的该实施例中，照射历史可以包括先前已经由光子计数单元探测到的多个光子的信号。
通过校正能量分箱中的计数数量，计数数量被校正为将已经在先前未暴露于辐照的探测器中测量的值。该校正可以将改变的光子探测单元的增益考虑在内。降低的增益可以是由于光子探测单元中的空间电荷效应、偏振效应或电荷陷获引起的，从而导致信号的脉冲高度小于其先前未暴露于照射的光子计数探测器中将已经是的。通过用校正值校正增益，可再现且可靠的能量可以分配给探测到的光子，从而提高计算机断层摄影系统的成像质量并减少成像伪影。
在本发明的实施例中，确定单元包括人工智能模块，所述人工智能模块被配置用于基于照射历史来确定光子计数探测器的增益的校正值和/或偏移的校正值。
计数数量可以使用人工智能模块来校正。人工智能模块可以包括循环神经网络(RNN)，其基于多个训练数据进行训练以确定增益和/或偏移的校正值，所述多个训练数据包括光子计数探测器的已知的照射历史和对应的增益和/或偏移。
在本发明的实施例中，人工智能模块是循环神经网络，其被配置用于利用数据集进行训练以确定校正值，所述数据集包括光子计数探测器的多个照射历史和对应的增益和/或偏移。
在本发明的该实施例中，可以利用足够数量的训练数据集来训练循环神经网络，所述训练数据集包括辐照历史Φi(E,t)，t<0以及光子计数探测器的对应的偏移和增益响应：Oi(t)，Gi(t)，t>0。照射历史可以在t＝0之前采样，并且作为对训练的输入的偏移和增益可以包含未来的部分，即t>0的值。训练数据集可以通过体模扫描获得，从而导致在定义的时间间隔内有已知数量的光子撞击到探测器上。偏移和增益的确定可以基于测量结果，或者备选地，从与标称探测器输出的偏差的外观中推断出来，即在长时段不利用已知光谱照射后探测器的输出。一旦已经利用足够数量的输入训练了神经网络，神经网络就可以用于预测在给定照射历史的情况下的偏移和增益(O(t),G(t))＝RNN[Φ(E,t)]，然后可以使用它来估计探测到的光子的信号的脉冲高度，并且因此估计光子探测单元的每个能量分箱中的计数数量。为了成功推断偏振状态或等效地偏移和增益，可以考虑探测器的整个照射历史，包括校准扫描、临床扫描、管调节等的探测器照射。
在本发明的实施例中，确定单元被配置用于基于考虑光子计数探测器的照射历史的光子计数探测器的物理模型来确定校正值。
校正值可以通过将空间电荷或传感器中陷获的电荷考虑作为照射历史的函数的物理模型来确定，并且从而允许预测增益和偏移的校正值。增益漂移能够导致记录的计数数量的变化。
在本发明的实施例中，物理模型假定由在光子计数探测器中探测到的光子生成的电荷载流子的恒定陷获概率，以及陷获电荷载流子随时间的指数衰变。
可以基于使用微分方程估计偏振偏移和增益的衰变的物理模型来确定校正值。在该实施例中，描述偏移和增益的合理物理行为的经验模型可以通过分析手段来描述，例如，在优选指数衰变的特定时间常数内照射后偏振偏移和增益朝向标称值的衰变。偏振的积累以及随其的偏移和增益能够取决于照射。微分方程可以用于该模型，其提供确定校正因子的方法。确定陷获概率和去陷时间常数允许描述物理模型，该模型考虑到了根据照射历史在任何给定时间处的传感器的偏振状态。在本发明的该实施例中，电荷载流子的陷获概率可以被认为是恒定的，从而导致陷获的电荷载流子的数量与光子通量或在定义的时间间隔内沉积在光子计数探测器中的能量的量成比例的增加。陷获状态的衰变可以视为具有一定时间常数的指数衰变。然而，在模型中可以考虑多个不同的陷获状态，每个状态以不同的时间常数衰变。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机断层摄影系统，包括根据前述实施例中的任一项的系统。
计算机断层摄影系统可以包括用于校正由用于谱计算机断层摄影系统的光子计数探测器探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量的系统，如在前面的实施例中描述的，所述谱计算机断层摄影系统用于提供具有减少的由于探测器偏振引起的伪影的医学图像。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于校正由用于谱计算机断层摄影系统的光子计数探测器探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量的方法。所述方法包括以下步骤：探测光子并提供探测到的光子中的每个的脉冲高度，并且根据探测到的光子中的每个的脉冲高度在能量分箱中存储计数数量。所述方法还包括以下步骤：基于光子计数探测器的照射历史来确定光子计数探测器的增益的校正值和/或偏移的校正值，并且根据校正值校正探测到的光子的能量分箱中的计数数量。通过根据光子计数探测器的增益的校正值和/或偏移的校正值调整光子探测单元的响应函数，在谱计算机断层摄影系统的正向模型中执行校正探测到的光子的能量分箱中的计数数量的步骤。能量分箱中的计数数量的偏差被校正，该偏差是由于光子计数探测器中的空间电荷效应、偏振效应和/或电荷陷获引起的。
根据本发明的方法校正由光子计数探测器探测到的光子的能量分箱中的计数数量。在第一步骤中，探测光子并提供探测到的光子的脉冲高度。在第二步骤中，根据探测到的光子的脉冲高度存储探测到的光子的能量分箱中的计数数量。在第三步骤中，确定基于照射历史的光子计数探测器的增益和/或偏移的校正值。在第四步骤中，根据光子计数探测器的增益的校正值和/或偏移的校正值，对探测到的光子的能量分箱中的计数数量进行校正。
所述方法可以用于分析患者衰减系数和由计算机断层摄影系统成像的患者的材料成分，所述计算机断层摄影系统根据其测量的脉冲高度测量进入不同能量分箱的X射线光子。因此，一个或多个能量分箱(优选地四个或五个分箱)中的计数数量用于导出衰减系数和要成像的患者的材料成分。可以在能量分箱中直接校正计数数量。然而，计数数量也可以通过提供用于在能量分箱中探测到的X射线光子数量的值的预期的正向模型来校正，所述模型考虑了探测器的偏振状态。所述正向模型可以包括衰减系数和材料成分与能量分箱中的计数数量和光子探测单元的响应函数的关系。通过利用光子计数探测器的增益和/或偏移的校正值来校正响应函数中的光子的脉冲高度，可以通过这种对能量分箱中的计数数量的间接校正导出材料成分。
在本发明的实施例中，基于照射历史确定光子计数探测器的增益的校正值和/或偏移的值的校正的步骤由人工智能模块执行。
人工智能模块可以用于确定增益的校正值和/或偏移的校正值。人工智能模块可以包括利用多个训练数据集训练的循环神经网络，每个训练数据集包括照射历史和对应的增益和偏移。备选地，该训练数据集可以包括增益的校正因子和/或偏移的校正因子，其对应于照射历史。因此，在向人工智能模块提供任意照射历史的情况可以训练人工智能模块以确定增益的校正值和/或偏移的校正因子。
在本发明的实施例中，基于照射历史来确定光子计数探测器的增益的校正值和/或偏移的校正值的步骤是基于考虑到光子计数探测器的照射历史的光子计数探测器的物理模型来执行的。
在本发明的该实施例中，增益和/或偏移的校正值可以基于光子计数探测器的物理模型和光子计数探测器中的物理过程来确定。物理模型可以基于照射历史，其将由光子计数探测器先前探测到的光子的通量考虑在内。物理模型可以基于电荷载流子的陷获概率是恒定的假设，从而导致与光子通量成比例或与光子计数探测器中生成的自由电荷载流子的数量成比例的陷获的电荷载流子的增加。在本发明的该实施例中，陷获的电荷载流子的数量可以以指数衰变的方式减少。在该模型中可以假设一个或多个具有不同衰变时间常数的陷获状态。通过根据照射历史确定陷获的电荷载流子的数量，可以确定空间电荷，从而导致降低的增益或变化的偏移。因此，可以确定用于校正探测到的光子的能量分箱中的计数数量的校正值。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机程序单元，当在处理单元上运行时，所述计算机程序单元指示处理单元执行根据前述实施例中的任一项的方法。
计算机程序单元可以在一个或多个处理单元上执行，所述处理单元被指示执行用于校正由用于谱计算机断层摄影系统的光子计数探测器探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量的方法。
根据本发明的另一方面，提供了一种处理单元，其被配置用于运行根据本发明的前述方面的计算机程序单元。
处理单元可以分布在一个或多个运行根据本发明的计算机程序单元的不同设备上。
因此，由上述方面中的任何提供的益处同样适用于所有其他方面，反之亦然。
概括地说，本发明涉及用于校正由用于谱计算机断层摄影系统的光子计数探测器探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量的系统和方法。考虑光子计数探测器的照射历史以确定光子计数探测器的增益和/或偏移。根据与确定的增益和/或偏移相对应的校正值来校正探测到的光子的能量分箱中的计数数量。
参考下文描述的示例性实施例，上述方面和实施例将变得显而易见并得到阐述。下面将参考以下附图描述本发明的示例性实施例。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的用于校正由用于谱计算机断层摄影系统的光子计数探测器探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量的系统的示意性设置。
图2示出了根据本发明实施例的计算机断层摄影系统的示意性设置，该计算机断层摄影系统包括用于校正由用于谱计算机断层摄影系统的光子计数探测器探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量的系统。
图3示出了根据本发明实施例的用于校正由用于谱计算机断层摄影系统的光子计数探测器探测到的X射线光子的能量分箱中的计数数量的方法的框图。
附图标记列表：
100 系统
110 光子探测单元
111 光子计数探测器
112 光子
113 脉冲高度
115 计数数量
120 存储设备
125 照射历史
130 确定单元
131 人工智能模块
135 (一个或多个)校正值
140 校正单元
200 处理单元
300 计算机断层摄影系统
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的系统100的示意性设置，该系统100用于校正由用于谱计算机断层摄影系统300的光子计数探测器111探测到的X射线光子112的能量分箱中的计数数量115。由光子探测单元110探测入射在光子探测单元110的光子计数探测器111上的光子112。光子探测单元110提供探测到的光子112的脉冲高度。存储设备120被配置用于根据探测到的光子112中的每个的脉冲高度113在能量分箱中存储计数数量115。照射历史125被提供给确定单元130。在本发明的实施例中，确定单元130可以包括人工智能模块131。确定单元130被配置用于基于照射历史125来确定光子计数探测器111的增益的校正值135或偏移的校正值135。(一个或多个)校正因子135和计数数量115被提供给校正单元140，校正单元140被配置用于根据(一个或多个)校正值135校正探测到的光子112的能量分箱中的计数数量115。
图2示出了根据本发明的实施例的计算机断层摄影系统300的示意性设置，该计算机断层摄影系统300包括用于校正由用于谱计算机断层摄影系统300的光子计数探测器111探测到的X射线光子112的能量分箱中的计数数量115的系统100。计算机断层摄影系统300还包括处理单元200，其以通信方式连接到系统100。处理单元200可以运行指示处理单元200执行根据本发明的方法的计算机程序单元。因此，处理单元200可以控制根据本发明的系统100。系统100可以是计算机断层摄影系统300的部分。光子计数探测器111可以是计算机断层摄影系统300的探测器，从而探测计算机断层摄影系统300的X射线光子。
图3示出了根据本发明的实施例的用于校正由用于谱计算机断层摄影系统300的光子计数探测器111探测到的X射线光子112的能量分箱中的计数数量115的方法的框图。该方法包括探测光子112和提供探测到的光子中的每个的脉冲高度113的第一步骤。该步骤之后是根据探测到的光子112中的每个的脉冲高度113将计数数量115存储在能量分箱中的第二步骤。在第三步骤中，基于光子计数探测器111的照射历史125确定光子计数探测器111的增益的校正值135和/或偏移的校正值135。在第四步骤中，根据(一个或多个)校正值135校正探测到的光子112的能量分箱中的计数数量115。
用于确定(一个或多个)校正值的物理模型基于以下假设：首先，不存在永久性辐射损伤效应。这需要在探测器的不照射的足够长时间量后，其返回到其正常的非偏振状态，从而得到在照射之前提供的标称增益。其次，偏振状态S(t)确定输出，即光子计数探测器在时间t处的增益和/或偏移。第三，光子计数探测器的偏振状态S(t)由照射历史唯一地确定。第四，偏振状态S(t)导致光子计数探测器的偏移和/或增益的变化。
假设探测器的照射历史由速率谱Φ(E,t)给出，单位为在时间t处入射到探测器上的每时间间隔每能量间隔的光子数。此外，S(t)代表探测器在时间t处的偏振状态。然后上面的假设可以转换为数学表达式：
1)如果Φ(E,t)＝0，针对-T<t<0且T足够大，则S(0)＝S0，其中，S0指代非偏振探测器的状态。
2)Nb(t)＝Nb[Φ(E,t),S(t)]，其中，Nb(t)是在时间t处在能量分箱b中测量的计数数量。这由时间t处的入射速率谱Φ(E,t)以及探测器在时间t处的偏振状态S(t)确定。
3)S(t)＝S[Φ(E,t'<t)]。探测器在时间t处的偏振状态是照射历史的函数。
4)O[S(t)],G[S(t)]。偏移和增益是偏振状态的函数，并且当涉及到能量分箱b中的预期计数数量的估计时提供了对偏振状态的充分描述。
在3)中描述了根据光子计数探测器的照射历史确定偏振状态S(t)。这可以利用半导体物理学来描述，涉及电子和空穴的迁移率和寿命、杂质的密度、电极处的金属半导体跃迁的物理学等等。这些效应发生的时间尺度能够有多种物理起源，从而产生物理模型。然而，在这些时间尺度期间，标称计数率或对个体光子的响应将相对于非偏振传感器而变化。可以校正计数率的这些偏差，从而旨在获得探测器的可再现响应。其利用以下见解工作：探测器在其运行的任何给定时刻的输出仅由入射光谱、通量和照射历史确定。
在偏移和/或增益可以根据照射历史来唯一地确定的情况下可以认为该问题被解决。
等式(1) Nb(t)＝Nb[Φ(E,t),O(t),G(t)],
上述等式表明，鉴于偏移和/或增益已知，则可以针对入射在探测器上的给定光谱速率预测光子计数探测器的输出，鉴于了解堆积(pileup)。鉴于可以从照射历史中唯一地确定偏移和增益，可以为探测器偏振的任意状态生成相应能量分箱中光子计数的可靠估计。可以假设，仅空穴受到陷获的影响，并且在半导体材料中存在一种类型的具有去陷时间τ的阱。然后，总陷获正电荷Q(t)的模型可以写为等式(2)：
等式(2)
其中，e是基本电荷的正值，p是在半导体材料中生成的空穴在到达阴极之前将陷获的概率，并且j(t)是空穴的生成电流。等式(2)表明，空间电荷的减少经由将陷获的空穴去陷来实现，并且空间电荷的积累经由光子诱导的e-h(电子空穴)对生成和具有每空穴的陷获概率p的陷获来实现。
生成电流j(t)的模型例如可以由等式(3)给出：
等式(3)
其中，对于作为半导体材料的碲化镉锌，已知ε为约4.5eV/e-h对。在另一模型中，非光谱通量测量或同样涉及更多的备选方法可以代替以上等式(3)。
等式(2)可以针对任意辐照历史j(t)求解。常微分方程的通解可以以以下方式依据拉普拉斯逆变换
表示：
等式(4)
其中，
是j(t)的拉普拉斯变换，其由下式定义：
等式(5)
实验观察指示存在多个不同的时间常数。这意味着存在不同类型或水平的空穴陷获。假设不同类型的阱之间没有相互作用并且忽略空穴的双重陷获的效应，该模型可以扩展如下。只要所有的陷获概率pi与统一相比都较小，该假设就适用。在这种情况下，等式(4)改变为等式(6)：
等式(6)
有证据表明存在若干空穴阱水平。假设温度保持恒定，由在记录计数和传感器泄漏电流中观察到的不同时间常数表明了这一点。短时稳定性或滞后已被示出具有60ms至120ms范围内的时间常数。螺旋扫描也已经示出为呈现几秒范围内的瞬变。非常长的采集还示出了几小时范围内的时间分量。暗电流稳定速率的备选测量也示出了几小时范围内的分量，所述分量与温度变化无关。所有这些观察都强烈支持同时发生具有不同时间常数的空穴陷获。
通过对于非偏振传感器的情况计算与电荷Q0相比在存在电荷Q的情况下半导体材料中的电场或电压的减少，描述了估计由以总陷获电荷Q为特征的偏振状态描述的探测器中收集的电荷的模型。该模型给出：
等式(7)
如上所述，条带伪影起源的最有力证据被回溯到由于偏振引起的增益变化。在偏振也改变测量的脉冲高度谱的偏移的情况下时间相关偏移O(t)作为如由时间t处的总陷获电荷所描述的传感器的偏振状态的函数的模型将为：
等式(8) O(t)＝O0+ηQ(t)，
其中，O0是非偏振传感器的偏移，并且η是常数。由于与增益效应相比，偏移效应表现为较不主导，因此在Q(t)中包括非线性项的必要性表现为不太可能。然而，也可以考虑非线性项。
在本发明的实施例中，能量分箱中的计数数量可以由等式(9)描述。
等式(9)
此处，R(E,U)是响应函数。其是描述X射线光子在光子计数探测器中与以脉冲高度U探测到的入射能量E相互作用的概率的函数。考虑到患者衰减，等式9可以写为等式10：
等式(10)
根据该等式，患者衰减Ai可以根据测量的针对非偏振情况的计数数量推断。因此，Ai是根据测量的计数数量Nb导出的。显然，如果响应由于光子计数探测器的偏振而变化并且Ai将变得错误，则该方法将失败。
对于偏振传感器的情况，响应函数根据以下等式11变化：
等式(11)
K(t)和O(t)可以利用上面等式等式(7)和(8)中给出的量来识别，其涉及增益和偏移。如果将R(E,U)替换为Rpol(E,U,t)，则上面的(10)现在可以被视为针对偏振传感器的情况的正向模型。
尽管已在附图和前述说明中详细说明和描述了本发明，但这种说明和描述应被认为是说明性或示例性的而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，本领域技术人员在实践请求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，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不应被解释为对范围的限制。
Claims (12)
1.一种用于校正由用于谱计算机断层摄影系统(300)的光子计数探测器(111)探测到的X射线光子(112)的能量分箱中的计数数量(115)的系统(100)，所述系统(110)包括：
光子探测单元(110)，其包括所述光子计数探测器(111)并且被配置用于探测光子(112)并提供探测到的光子(112)中的每个光子的脉冲高度(113)；
存储设备(120)，其被配置用于根据所述探测到的光子(112)中的每个光子的所述脉冲高度(113)来在能量分箱中存储计数数量(115)；
确定单元(130)，其被配置用于基于所述光子计数探测器(111)的照射历史(125)来确定所述光子计数探测器(111)的增益的校正值(135)和/或偏移的校正值(135)；以及
校正单元(140)，其被配置用于根据所述光子计数探测器(111)的所述增益的所述校正值(135)和/或所述偏移的所述校正值(135)来校正所述探测到的光子(112)的所述能量分箱中的所述计数数量(115)；
其特征在于，所述校正单元(140)被配置用于通过根据所述光子计数探测器(111)的所述增益的所述校正值(135)和/或所述偏移的所述校正值(135)调整所述光子探测单元(110)的响应函数来在所述谱计算机断层摄影系统(300)的正向模型中校正所述探测到的光子(112)的在所述能量分箱中的所述计数数量(115)；并且
其中，所述系统(100)被配置用于校正所述能量分箱中的所述计数数量(115)的偏差，所述偏差是由于所述光子计数探测器(111)中的空间电荷效应、偏振效应和/或电荷陷获引起的。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，
其中，所述照射历史(125)包括由所述光子计数探测器(111)在时间间隔中先前探测到的光子的通量。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(100)，
其中，所述确定单元(130)包括人工智能模块(131)，所述人工智能模块被配置用于基于所述照射历史(125)来确定所述光子计数探测器(111)的所述增益的所述校正值(135)和/或所述偏移的所述校正值(135)。
4.根据权利要求3所述的系统(100)，
其中，所述人工智能模块(131)是循环神经网络，所述循环神经网络被配置用于利用数据集进行训练以确定所述光子计数探测器(111)的所述增益的所述校正值(135)和/或所述偏移的所述校正值(135)，所述数据集包括所述光子计数探测器(111)的多个照射历史和对应的增益和/或偏移。
5.根据权利要求1至2中的任一项所述的系统(100)，
其中，所述确定单元(130)被配置用于基于考虑到所述光子计数探测器(111)的所述照射历史(125)的所述光子计数探测器(111)的物理模型来确定所述光子计数探测器(111)的所述增益的所述校正值(135)和/或所述偏移的所述校正值(135)。
6.根据权利要求5所述的系统(100)，
其中，所述物理模型假定由所述光子计数探测器(111)中的所述探测到的光子(112)生成的电荷载流子的恒定陷获概率，以及陷获的电荷载流子随时间的指数衰变。
7.一种计算机断层摄影系统(300)，包括根据前述权利要求中的任一项所述的系统(100)。
8.一种用于校正由用于谱计算机断层摄影系统(300)的光子计数探测器(111)探测到的X射线光子(112)的能量分箱中的计数数量(115)的方法，所述方法包括以下步骤：
探测光子(112)并提供探测到的光子(112)中的每个光子的脉冲高度(113)；
根据所述探测到的光子(112)中的每个光子的所述脉冲高度(113)来在能量分箱中存储计数数量(115)；
基于所述光子计数探测器(111)的照射历史(125)来确定所述光子计数探测器(111)的增益的校正值(135)和/或偏移的校正值(135)；并且
根据所述光子计数探测器(111)的所述增益的所述校正值(135)和/或所述偏移的所述校正值(135)来校正所述探测到的光子(112)的所述能量分箱中的所述计数数量(115)；
其特征在于，通过根据所述光子计数探测器(111)的所述增益的所述校正值(135)和/或所述偏移的所述校正值(135)调整光子探测单元(110)的响应函数来在所述谱计算机断层摄影系统(300)的正向模型中执行校正所述探测到的光子(112)的在所述能量分箱中的所述计数数量(115)的步骤；并且
其中，所述能量分箱中的所述计数数量(115)的偏差被校正，所述偏差是由于所述光子计数探测器(111)中的空间电荷效应、偏振效应和/或电荷陷获引起的。
9.根据权利要求8所述的方法，
其中，基于照射历史(125)来确定所述光子计数探测器(111)的所述增益的所述校正值(135)和/或所述偏移的所述校正值(135)的步骤是由人工智能模块(131)执行的。
10.根据权利要求8所述的方法，
其中，基于照射历史(125)来确定所述光子计数探测器(111)的所述增益的所述校正值(135)和/或所述偏移的所述校正值(135)的步骤是基于考虑到所述光子计数探测器(111)的所述照射历史(125)的所述光子计数探测器(111)的物理模型来执行的。
11.一种用于校正由用于谱计算机断层摄影系统(300)的光子计数探测器(111)探测到的X射线光子(112)的能量分箱中的计数数量(115)的计算机程序单元，所述计算机程序单元当在处理单元(200)上运行时指示所述处理单元(200)执行以下步骤：
从存储设备(120)获得，所述存储设备被配置用于根据由光子探测单元(110)探测到的光子(112)的脉冲高度(113)来在能量分箱中存储计数数量(115)，所述光子探测单元被配置用于探测光子(112)并将探测到的光子(112)中的每个光子的所述脉冲高度(113)提供给所述存储设备；
基于所述光子计数探测器(111)的照射历史(125)来确定所述光子计数探测器(111)的增益的校正值(135)和/或偏移的校正值(135)；并且
根据所述光子计数探测器(111)的所述增益的所述校正值(135)和/或所述偏移的所述校正值(135)来校正所述探测到的光子(112)的在所述能量分箱中的所述计数数量(115)；
其特征在于，通过根据所述光子计数探测器(111)的所述增益的所述校正值(135)和/或所述偏移的所述校正值(135)调整光子探测单元(110)的响应函数来在所述谱计算机断层摄影系统(300)的正向模型中执行校正所述探测到的光子(112)的所述能量分箱中的所述计数数量(115)的步骤；并且
其中，所述能量分箱中的所述计数数量(115)的偏差被校正，所述偏差是由于所述光子计数探测器(111)中的空间电荷效应、偏振效应和/或电荷陷获引起的。
12.一种被配置用于运行根据权利要求11所述的计算机程序单元的处理单元(200)。
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