CN115427839A - 用于光子计数x射线检测器的总超阈值时间(ttot)处理 - Google Patents

用于光子计数x射线检测器的总超阈值时间(ttot)处理 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电路(502；503；504)，该电路被配置用于与具有多个能量阈值的多仓光子计数X射线检测器(20)一起工作，其中所述电路(502；503；504)被配置为获得或生成对应于若干个不同能量阈值的若干个总超阈值时间(TTOT)信号，并且基于所述若干个TTOT信号提供能量积分信息。

Description

用于光子计数X射线检测器的总超阈值时间(TTOT)处理
提出本专利申请的项目已从欧盟地平线2020研究和创新项目根据第830294号拨款协议得到了资助。
技术领域
所提出的技术涉及要在例如X射线成像系统中执行的测量方法。所提出的技术还涉及相应的电路、设备和/或系统，以及相关的计算机程序和计算机程序产品。
背景技术
放射照相成像(诸如X射线成像)多年来一直在医疗应用中用于无损检测。
通常，X射线成像系统包括X射线源和X射线检测器阵列，其中X射线检测器阵列由包括一个或许多个检测器元件(测量X射线强度/能量密度的独立装置)的多个检测器组成。X射线源发射X射线，这些X射线穿过待成像的对象或物体，然后被检测器阵列记录。由于一些材料比其他材料吸收更大一部分X射线，因此形成对象或物体的图像。
X射线成像检测器面临的挑战是从检测到的X射线中提取最大信息以提供对物体或对象的图像的输入，其中该物体或对象根据密度、组成和结构来描绘。
在典型的医用X射线成像系统中，X射线由X射线管产生。典型的医用X射线管的能谱很宽，范围从0直到160keV。因此，检测器通常检测具有变化能量的X射线。
参考图1简要概述说明性的整体X射线成像系统可能是有用的。在该说明性而非限制性的示例中，X射线成像系统100总的来说包括X射线源10、X射线检测器系统20和相关联的图像处理系统或设备30。一般来讲，X射线检测器系统20被配置为记录来自X射线源10的辐射，该辐射任选地已被任选的X射线光学器件聚焦并且已穿过物体、对象或其部分。X射线检测器系统20可经由合适的模拟和读出电子器件连接到图像处理系统30，该模拟和读出电子器件至少部分地集成在X射线检测器系统20中，以使图像处理系统30能够进行图像处理和/或图像重建。
对改进X射线检测器和/或X射线成像系统的性能有普遍的需求。特别地，希望能够最佳地利用来自X射线检测器的光子相互作用信息。
发明内容
本发明的一般目的是改进X射线检测器和/或X射线成像系统的性能。
例如，希望从多仓光子计数X射线检测器提供新的有用信号信息。
还可能希望能够改善多仓光子计数检测器的性能，尤其是在高光子速率下。
本发明的一个具体目的是提供一种被配置用于与多仓光子计数X射线检测器一起工作的通用电路。
另一个目的是提供一种被配置用于与多仓光子计数X射线检测器一起工作的总超阈值时间(TTOT)逻辑电路。
又一个目的是提供一种被配置用于与多仓光子计数X射线检测器一起工作的数字处理电路。
还有一个目的是提供一种用于光子计数X射线检测器的测量电路。
提供一种包括这种电路系统的整体X射线成像系统也是本发明的目的。
另一个目的是提供一种被配置用于与多仓光子计数X射线检测器一起工作的系统。
又一个目的是提供一种从多仓光子计数X射线检测器获得能量积分信息的方法。
提供一种相应的计算机程序和/或计算机程序产品也是本发明的目的。
这些目的和其他目的可以通过所提出技术的一个或多个实施方案来实现。
根据第一方面，提供一种被配置用于与具有多个能量阈值的多仓光子计数X射线检测器一起工作的电路。该电路被配置为获得或生成对应于若干个不同能量阈值的若干个总超阈值时间(TTOT)信号，并且基于所述若干个TTOT信号提供能量积分信息。
根据第二方面，提供一种被配置用于与具有多个能量阈值的多仓光子计数X射线检测器一起工作的总超阈值时间(TTOT)逻辑电路，其中所述TTOT逻辑电路被配置为生成对应于若干个不同能量阈值的若干个总超阈值时间(TTOT)信号，并且基于所述若干个TTOT信号提供能量积分信息。
根据第三方面，提供一种被配置用于与具有多个能量阈值的多仓光子计数X射线检测器一起工作的数字处理电路，其中所述数字处理电路被配置为获得对应于多于一个能量阈值的多于一个总超阈值时间(TTOT)信号，并且基于所述多于一个TTOT信号提供能量积分信息。
根据第四方面，提供一种用于光子计数X射线检测器的测量电路，其包括第二方面的TTOT逻辑电路和/或第三方面的数字处理电路。
根据第五方面，提供一种X射线成像系统，其包括第一方面、第二方面、第三方面和/或第四方面中的任一方面所述的电路。
根据第六方面，提供一种被配置用于与具有多个能量阈值的多仓光子计数X射线检测器一起工作的系统，其中该系统被配置用于基于来自多仓光子计数检测器的多于一个比较器的输出来生成多于一个总超阈值时间(TTOT)信号。
根据第七方面，提供了一种从多仓光子计数X射线检测器获得能量积分信息的方法，其中该方法包括：基于多仓光子计数检测器中以不同能量设置的若干个能量阈值的总超阈值时间(TTOT)信号，提供或生成表示或近似能量积分信号的信号。
根据第八方面，提供一种包括指令的计算机程序，这些指令在由处理器执行时，使得该处理器执行第七方面的方法。
根据第九方面，提供一种包括非暂态计算机可读介质的计算机程序产品，在该非暂态计算机可读介质上存储有第八方面的计算机程序。
以这种方式，可以基于多仓光子计数X射线检测器中以不同能量设置的若干个能量阈值的总超阈值时间(TTOT)信号，获得表示或近似能量积分信号的信号。这种信号可以被称为数字能量积分信号。
发明人已经认识到，由若干个TTOT信号形成或表示的信号与输入光子速率存在明显更具线性的关系，并且允许整体X射线成像系统在更高的速率下也保持剂量效率。
所提出的获得数字能量积分信号的方法和结构配置的特定非限制性示例优于获得能量积分信号的现有技术的益处在于，其不需要用于对该信号进行积分/累积的专用模拟电路。相反，发明人已经认识到，利用已经作为多仓光子计数检测器的能力的一部分而存在的数字比较器输出是可行的。
所提出的技术的另一个益处在于，由若干个TTOT信号形成或表示的信号包括以下光谱(光子能量)信息：其可以用于光谱成像，也可以用于遭受高度脉冲堆积的成像情况。此类成像任务也许能够结合光子计数信号来执行。
换句话讲，所提出的技术涉及用于光子计数X射线检测器的总超阈值时间(TTOT)处理。
当阅读具体实施方式时，将理解其他优点。
附图说明
通过结合附图参考以下描述，可以最好地理解所述实施方案连同其进一步的目的和优点，其中：
图1是展示整体X射线成像系统的一个示例的示意图。
图2是展示X射线成像系统的另一个示例的示意图。
图3是作为X射线成像系统的一个说明性示例的CT系统的示意性框图。
图4是展示X射线成像系统的相关部分的另一个示例的示意图。
图5是根据现有技术的光子计数电路和/或设备的示意图。
图6是展示脉冲电压随时间推移的变化以及每个时钟周期的对应比较器输出的一个示例的示意图。
图7是展示直接应用于比较器输出上的至少包括总超阈值时间(TTOT)逻辑部件的测量电路系统的一个示例的示意图。
图8A是展示用于生成对应于若干个不同能量阈值的若干个总超阈值时间(TTOT)信号的总超阈值时间(TTOT)电路系统的一个示例的示意图。
图8B是展示用于获得和/或生成多于一个TTOT信号的系统/电路系统的另一个示例的示意图。
图9是展示用于从多于一个TTOT信号以及任选地一个或多个光子计数信号生成至少一个组合值的数字处理电路系统的一个示例的示意图。
图10A至图10B是展示在时间上紧邻到达的两个光子的电压脉冲的示例的示意图。
图11A至图11B是展示源自两个光子的TTOT信号的示例的示意图。
图12是展示光子计数信号如何在比TTOT信号低的光子速率下饱和(丢失信号)的一个示例的示意图，TTOT信号又在比数字能量积分信号低的光子速率下饱和。
图13是展示TTOT信号随光子速率增加而变化的行为的一个示例的示意图。
图14是展示从多仓光子计数X射线检测器获得能量积分信息的方法的一个示例的示意图。
图15是展示根据一个实施方案的计算机实施方式的一个示例的示意图。
具体实施方式
为了更好地理解，继续介绍性地描述整体X射线成像系统的非限制性示例可能是有用的。
图2是展示X射线成像系统100的一个示例的示意图，该X射线成像系统包括：X射线源10，其发射X射线；X射线检测器系统20，其具有X射线检测器，该X射线检测器在X射线已穿过物体之后检测这些X射线；模拟处理电路系统25，其处理来自X射线检测器的原始电信号并将其数字化；数字处理电路系统40，其可以对测量数据进行进一步的处理操作，诸如应用校正、临时存储，或过滤；以及计算机50，其存储经处理的数据并且可以执行进一步的后处理和/或图像重建。根据本发明，模拟处理电路系统25的全部或部分可以在X射线检测器系统20中实现。
整体X射线检测器可以被视为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图像处理系统30，该图像处理系统基于来自X射线检测器的图像数据来执行图像重建。因此，图像处理系统30可以被看作计算机50，或者替代性地数字处理电路系统40和计算机50的组合系统，或者，如果数字处理电路系统40进一步还被专门用于图像处理和/或重建，则可能被看作该数字处理电路系统本身。
通常使用的X射线成像系统的一个示例是X射线计算机断层扫描(CT)系统，其可以包括产生X射线的扇形或锥形束的X射线管和测量透过患者或物体的X射线的分数的相对的X射线检测器阵列。X射线管和检测器阵列安装在围绕成像物体旋转的机架中。
图3是作为X射线成像系统的一个说明性示例的CT系统的示意性框图。CT系统包括计算机50，该计算机经由操作员控制台60从操作员接收命令和扫描参数，该操作员控制台可以具有显示器和某种形式的操作员界面，例如键盘和鼠标。操作员提供的命令和参数然后被计算机50用来向X射线控制器41、机架控制器42和检查台控制器43提供控制信号。具体而言，X射线控制器41向X射线源10提供功率和定时信号，以控制X射线发射到位于检查台12上的物体或患者上。机架控制器42控制包括X射线源10和X射线检测器20的机架11的旋转速度和位置。举例来说，X射线检测器可以是光子计数X射线检测器。检查台控制器43控制并确定患者检查台12的位置和患者的扫描覆盖率。还存在检测器控制器44，其被配置用于控制和/或接收来自检测器20的数据。
在一个实施方案中，计算机50还对从X射线检测器输出的图像数据执行后处理和图像重建。因此，计算机对应于如图1和图2所示的图像处理系统30。相关联的显示器允许操作员观察来自计算机的重建图像和其他数据。
布置在机架11中的X射线源10发射X射线。X射线检测器20(例如，为光子计数检测器的形式)在X射线已穿过患者之后检测这些X射线。X射线检测器20可以例如由多个像素(也称为传感器或检测器元件)以及布置在检测器模块中的相关联的处理电路系统(诸如ASIC)形成。该模拟处理部分的一部分可以在像素中实现，而任何剩余的处理部分例如在ASIC中实现。在一个实施方案中，该处理电路系统(ASIC)将来自这些像素的模拟信号数字化。该处理电路系统(ASIC)还可以包括数字处理部分，该部分可以对测量数据进行进一步的处理操作，诸如应用校正、临时存储和/或过滤。在扫描以获取X射线投影数据期间，机架和安装在其上的部件围绕等中心旋转。
现代X射线检测器通常需要将入射X射线转换成电子，这往往通过光电效应或康普顿相互作用而发生，并且所得到的电子通常产生二次可见光，直到能量损失并且这种光进而被光敏材料检测到为止。还有基于半导体的检测器，对于这些半导体，X射线相互作用导致通过施加的电场收集的电子-空穴对的释放。
存在以能量积分模式工作的检测器，就该模式的意义而言，这类检测器提供来自大量X射线的积分信号。输出信号与由所检测到的X射线沉积的总能量成比例。
具有光子计数和能量分辨能力的X射线检测器越来越普遍地用于医疗X射线应用。光子计数检测器具有优势，因为原则上可以测量每个X射线光子的能量，这产生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并且/或者降低辐射剂量。
一般来讲，光子计数X射线检测器通过将由检测器材料中的光子相互作用生成的电脉冲的高度与一组比较器电压进行比较来确定光子的能量。这些比较器电压也被称为能量阈值。一般来讲，比较器中的模拟电压由数模转换器DAC设置。DAC将控制器发送的数字设置转换成模拟电压，光子脉冲的高度可以相对于该模拟电压进行比较。
光子计数检测器对在测量时间期间在检测器中已经相互作用的光子的数量进行计数。新光子一般通过电脉冲的高度超过至少一个比较器的比较器电压来识别。当识别出光子时，通过递增与通道相关联的数字计数器来存储该事件。
当使用若干个不同的阈值时，获得所谓的能量分辨光子计数检测器，其中，检测到的光子可以被分类到对应于各种阈值的能量仓中。有时，这种类型的光子计数检测器也被称为多仓检测器。一般来讲，能量信息允许创建新种类的图像，其中新信息是可用的，并且可以去除常规技术固有的图像伪影。换句话讲，对于能量分辨光子计数检测器，将脉冲高度与比较器中的多个可编程阈值(T1-TN)进行比较，并且根据脉冲高度进行分类，其中脉冲高度又与能量成比例。换句话讲，包括多于一个比较器的光子计数检测器在这里被称为多仓光子计数检测器。就多仓光子计数检测器而言，光子计数被存储在一组计数器中，通常每个计数器对应于一个能量阈值。例如，计数器可以被分配为对应于光子脉冲已经超过的最高能量阈值。在另一个示例中，计数器跟踪光子脉冲越过每个能量阈值的次数。
作为一个示例，“侧面朝向”是光子计数检测器的特殊的非限制性设计，其中X射线传感器(诸如X射线检测器元件或像素)被定向为侧面朝向进入的X射线。
例如，此类光子计数检测器可以在至少两个方向上具有像素，其中侧面朝向光子计数检测器的这两个方向之一在X射线的方向上具有分量。这种侧面朝向光子计数检测器有时被称为深度分段光子计数检测器，其在进入的X射线的方向上具有两个或更多个像素深度分段。
替代性地，像素可以在基本上垂直于入射的X射线的方向上被布置为阵列(非深度分段的)，并且每个像素可以被定向为侧面朝向入射的X射线。换句话讲，该光子计数检测器可以是非深度分段的，同时仍然被布置为侧面朝向进入的X射线。
为了提高吸收效率，该侧面朝向光子计数检测器可以相应地被布置为侧面朝向，在这种情况下，吸收深度可以被选择为任何长度，并且该侧面朝向光子计数检测器仍然可以被完全耗尽而不会达到非常高的电压。
通过直接半导体检测器检测X射线光子的常规机制基本上如下工作。检测器材料中的X射线相互作用的能量被转换成半导体检测器内部的电子-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电极和背面漂移(或者反过来)。在该漂移期间，电子和空穴在电极中感应出电流，该电流可以被测量。
如图4所展示，信号从X射线检测器的检测器元件21路由22到并行处理电路(例如ASIC)25的输入端。应当理解，术语“专用集成电路(ASIC)”应广义地解释为针对特定应用而使用和配置的任何通用电路。ASIC处理从每个X射线生成的电荷并且将其转换成数字数据，该数字数据可以用于获得测量数据，诸如光子计数和/或估计的能量。ASIC被配置用于连接到数字数据处理电路系统，使得数字数据可以被发送到另外的数字数据处理40和/或一个或多个存储器45，并且最终该数据将是供图像处理50生成重建图像的输入。
由于来自一个X射线事件的电子和空穴的数量与X射线光子的能量成比例，因此一个感应电流脉冲中的总电荷与该能量成比例。在ASIC中的过滤步骤之后，脉冲振幅与电流脉冲中的总电荷成比例，因此与X射线能量成比例。然后可以通过在一个或多个比较器(COMP)中将脉冲振幅的值与一个或若干个阈值(THR)进行比较来测量脉冲振幅，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，可以对能量超过对应于已在某个时间帧内检测到的相应阈值(THR)的能量的X射线光子的数量进行计数和/或记录。
ASIC通常每个时钟周期对模拟光子脉冲采样一次，并且记录比较器的输出。取决于模拟信号是高于还是低于比较器电压，比较器(阈值)输出一或零。每个样本处的可用信息例如是每个比较器的一或零，其表示比较器是已被触发(光子脉冲高于阈值)还是未被触发。
在光子计数检测器中，通常存在光子计数逻辑部件，其确定是否已经记录了新光子，并且将光子记录在计数器中。就多仓光子计数检测器而言，通常存在若干个计数器，例如每个比较器一个计数器，并且光子计数根据光子能量的估计值被记录在这些计数器中。该逻辑部件能够以若干种不同的方式实施。光子计数逻辑部件的最常见类别中的两种类别是所谓的不可瘫痪计数模式和可瘫痪计数模式[29]。其他光子计数逻辑部件包括例如局部最大值检测，其对电压脉冲中检测到的局部最大值进行计数，并且还可能记录其脉冲高度[28]。
以下是不可瘫痪计数模式的一个示例：1)如果触发阈值，则检测到新光子；2)如果记录了新光子，则启动死区时间，在此期间记录最大触发阈值；3)在死区时间结束后，在计数器中记录对应于最大触发阈值的计数；4)在死区时间结束后，通道对新光子开放。对于不可瘫痪计数模式，记录的计数数目达到最大值：Nmax＝测量时间/死区时间。
作为可瘫痪计数模式的一个示例，取不可瘫痪计数模式的前述示例，并且补充以下条件：只要光子脉冲触发所述阈值中的任一个阈值，死区时间的持续时间就被延长。这种变化的结果是，对于非常高的光子计数率，记录的计数数目降至零。
当进入光子的数目不能被光子计数通道分辨时的情况被称为脉冲堆积，其指的是光子脉冲增加并且合并在一起而不能彼此区分的情况。脉冲堆积可能是限制光子计数检测器性能的严重问题[1]。
光子计数检测器有许多有益效果，包括但不限于：高空间分辨率、低电子噪声、能量分辨能力和材料分离能力(光谱成像能力)。然而，能量积分检测器具有高计数率容差的优点。计数率容差来自这样的事实/认识：由于测量了光子的总能量，因此添加一个附加光子将总是增大输出信号(在合理的限度内)，而不管当前由检测器记录的光子的数目是多少。这个关键优点是能量积分检测器成为当今医用CT的标准的主要原因之一。
已经做出了几次尝试来结合光子计数检测器和能量积分检测器的有益效果。
已经开发了能够同时实现光子计数功能(单阈值)和能量积分功能的ASIC(CIX芯片)。进入信号被复制，并且被发送到能量积分通道和光子计数通道([2],[3],[4])。还评估了ASIC的双能量成像能力，这归因于光子计数信号和能量积分信号的能量响应存在差异[5]。还已经提出，在测量时间期间光子计数通道饱和的情况下使用能量积分通道作为备用通道[6]。另外，已经开发了光子计数和能量积分采集两者都可用(然而不是同时可用)的ASIC。这允许检测器满足种类繁多的X射线实验的要求([7],[8])。
几个专利[25][26][27]涉及具有以下部件：每个检测器元件两个平行通道：一个计数通道和一个能量积分通道(所收集的总电荷的量度)；以及一个处理单元，在该处理单元中组合使用这些信号来确定X射线的吸收量。
已经开发了用于从能量积分检测器和光子计数检测器两者获得测量结果的若干种其他技术。例如，已经开发了具有能量积分检测器和光子计数检测器的双检测器系统，并且评估了其成像性能[9]。专利US 2012/0085915A1[24]描述了一种具有包括光子计数部分和能量积分部分的检测器元件的检测器。
已经提出的另一个概念涉及使用具有交错的能量积分像素元件和光子计数像素元件(即，每个像素是光子计数像素或能量积分像素)的检测器[10]。又一种方法是将信号的阈值处理组合，以获得能量分辨率，与电荷积分，从而简化电子电路[11]。
测量超阈值时间(TOT)，即脉冲高于比较器阈值的持续时间，已经被广泛地用作测量各个粒子的能量的手段([12],[13],[14],[15],[16],[17])。为了提高检测到的粒子的能量和到达时间的分辨率，已经提出同时分析不同电压下的若干个阈值的TOT信号。所谓的多超阈值时间(MTOT)技术已经用于各种应用，诸如：光电倍增管信号处理、中微子望远镜、正电子发射断层扫描(PET)和宇宙射线检测([18],[19],[20],[21])。
在参考文献[22]中，已证实总超阈值时间(TTOT)读出可以用于增大光子计数检测器的动态范围；TTOT信号的饱和速度慢于光子计数信号。在该参考文献中描述的检测器可以运行超阈值时间模式，但不与计数模式同时运行。TOT模式具有特定的电路实施方式，并且可以向ASIC发送命令以切换到该模式。有一项专利描述了一种使用总超阈值时间(TTOT)结合可瘫痪的光子计数检测器来改善高计数率性能的方法[23]。所描述的方法借助于单独的高通量电子电路来获得总超阈值时间值。该电子电路可以被配置为对模拟电压信号进行积分，该模拟电压信号在电压脉冲超过阈值时被接通，反之亦然。该电子TTOT测量电路还可以通过将计数器与比较器相关联并且在比较器被触发的每个时钟周期递增计数器来实施。
为了更好地理解所提出的测量方法，从简要的系统概述和/或对技术问题的分析开始可能是有用的。为此，参考图5，其提供根据现有技术的光子计数电路和/或设备的示意图。
当光子在半导体材料中相互作用时，产生电子-空穴对云。通过在检测器材料上施加电场，电荷载流子被附接到检测器材料的电极收集。信号从检测器元件路由到并行处理电路(例如ASIC)的输入端。应当理解，术语“专用集成电路(ASIC)”应广义地解释为针对特定应用而使用和配置的任何通用电路。ASIC处理从每个X射线生成的电荷并且将其转换成数字数据，该数字数据可以用于获得测量数据，诸如光子计数和/或估计的能量。在一个示例中，ASIC可以处理电荷，使得产生最大高度与检测器材料中的光子所沉积的能量的量成比例的电压脉冲。
ASIC可以包括一组比较器302，其中每个比较器302将输入电压脉冲的量值与参考电压(对应于能量阈值)进行比较。比较器输出通常为零或一(0/1)，这取决于所比较的两个电压中的哪一个较大。这里，我们假设：如果电压脉冲高于参考电压，则比较器输出为一(1)；如果参考电压高于电压脉冲，则比较器输出为零(0)。数模转换器(DAC)301能够用于将可以由用户或控制程序提供的数字设置转换成可以由比较器302使用的参考电压。如果电压脉冲的高度超过特定比较器的参考电压，则我们将把该比较器称为“被触发”。每个比较器通常与数字计数器303相关联，该数字计数器根据光子计数逻辑部件基于比较器输出而递增。
作为参考，图6展示了由ASIC分析的信号的示例。ASIC通常包括ASIC时钟，该ASIC时钟确定比较器输出被采样的速率。采样间隔在本文中被称为时钟周期402，并且一个时钟周期的长度通常为约10ns。在每个时钟周期期间，每个比较器的输出由ASIC采样。例如，如果通道包括5个比较器，则ASIC在每个时钟周期为每个比较器接收一个二进制数，其指示对应的比较器是否被触发。换句话讲，在每个时钟周期，ASIC接收关于电压脉冲403当前超过哪些阈值的信息。在图6的该示例中，ASIC根据下表接收信息：用于每个阈值(THR1、THR2、THR3)的一组一和/或零，指示电压脉冲403是否超过阈值。
按照惯例，由于数据传输链的限制，对于每个时钟周期读出来自比较器的输出通常不可行。相反，ASIC在测量时间401期间聚集比较器输出的表示。测量时间通常为约100μs。作为一个示例，对于10ns的时钟周期和100μs的测量时间，每段测量时间有10’000个时钟周期。在图6的该示例中，测量时间的长度为11个时钟周期。比较器输出的聚集表示可以是例如根据光子计数逻辑部件记录的光子计数。另一个示例是每当电压脉冲在向上方向上越过阈值水平(即，比较器输出从零(0)切换到一(1))时进行记录。在图6的该示例中，电压脉冲在向上方向上越过THR1两次，并且越过THR2一次。
图10A至图10B是展示在时间上紧邻到达的两个光子的电压脉冲的示例的示意图。在图10A中，两个脉冲清楚地分离，而在图10B中，两个脉冲相加形成单个较大的电压脉冲。这种现象被称为脉冲堆积，并且对于光子计数检测器，该现象以两种方式使信号降级：首先，将事件记录为一个计数，而不是两个，从而导致统计数字损失，这对系统剂量效率造成负面影响；其次，以错误的能量记录事件，从而使测量结果的光谱保真度受损并且削弱系统的光谱成像能力。
根据第一方面，提供一种被配置用于与具有多个能量阈值的多仓光子计数X射线检测器一起工作的电路。该电路被配置为获得或生成对应于若干个不同能量阈值的若干个总超阈值时间(TTOT)信号，并且基于所述若干个TTOT信号提供能量积分信息。
这对应于能够以各种形式(例如作为一个或多个单独电路)实施并且/或者可以包括一组单独电路和/或各种子电路的一般电路系统，其非限制性示例在图7和图8A至图8B和/或图9中示意性地展示。
举例来说，该电路可以被配置为提供由所述若干个TTOT信号形成或表示的能量积分信息。
在一个特定示例中，该电路被配置为基于以不同能量设置的所述若干个能量阈值的所述TTOT信号来形成近似或表示能量积分信号的信号。
例如，该电路可以被配置为通过所述若干个TTOT信号的(加权)求和或者线性或非线性组合来形成或生成数字能量积分信号。
替代性地，或者作为补充，该电路可以被配置为经由所述若干个TTOT信号来输出能量积分信息，例如或多或少直接地用于图像重建。
有趣的是，所述若干个TTOT信号的聚集和/或组合可以包括光谱能量信息。
在一个特定示例中，该电路被配置为直接应用于所述多仓光子计数X射线检测器的比较器输出上，例如，如图7和图8A至图8B中示意性地展示。
举例来说，该电路可以被配置为基于来自多仓光子计数X射线检测器的相应比较器的比较器输出作为输入来生成或获得对应于若干个不同能量阈值的所述TTOT信号(例如，参见图7和图8A至图8B)。
重新参见图5的特定示例，每个比较器可以被配置为基于各自的能量阈值来工作。
多仓光子计数X射线检测器可以具有一组比较器302，每个比较器被配置为将来自一个或多个检测器元件的输入电压脉冲的量值与对应于各自的能量阈值的参考电压进行比较，以产生比较器输出。
例如，该电路可以被配置为基于输入而生成或获得所述TTOT信号中的每一者，该输入包括在相应比较器中在预定测量时间或该预定测量时间的子集期间，在时钟周期期间输入电压脉冲超过参考电压的时钟周期的总数。
在一个特定示例中，该电路可以被配置为通过对在预定测量时间或预定测量时间子集期间相应比较器被触发的时钟周期的数目求和来从比较器输出生成或获得所述TTOT信号中的每一者。
任选地，该电路可以被配置为在测量时间或测量时间子集期间对多于一个(即若干个)比较器的比较器输出求和，或者
该电路可以被配置为在测量时间或测量时间子集期间计算比较器输出的均值，或者
该电路可以被配置为计算在时钟周期期间每个比较器为最高触发比较器的时钟周期的总和。
该电路还可能被配置为针对可用能量阈值的子集和/或针对X射线检测器的检测器元件的子集生成或获得所述若干个TTOT信号。
举例来说，该电路包括总超阈值时间(TTOT)逻辑电路502和/或数字处理电路504。
根据第二方面，提供一种被配置用于与具有多个能量阈值的多仓光子计数X射线检测器一起工作的总超阈值时间(TTOT)逻辑电路，其中所述TTOT逻辑电路被配置为生成对应于若干个不同能量阈值的若干个总超阈值时间(TTOT)信号，并且基于所述若干个TTOT信号提供能量积分信息。
作为一个示例，该TTOT逻辑电路可以被配置为提供由所述若干个TTOT信号形成或表示的能量积分信息。
作为优选的示例，该TTOT逻辑电路可以被配置为直接应用于多仓光子计数X射线检测器的比较器输出上。
例如，该TTOT逻辑电路可以被配置为以采样间隔对光子计数X射线检测器的比较器输出进行采样。
在一个特定示例中，该TTOT逻辑电路被配置为基于来自多仓光子计数X射线检测器的相应比较器的比较器输出作为输入来生成对应于若干个不同能量阈值的所述TTOT信号。
根据第三方面，提供一种被配置用于与具有多个能量阈值的多仓光子计数X射线检测器一起工作的数字处理电路，其中所述数字处理电路被配置为获得对应于多于一个能量阈值的多于一个总超阈值时间(TTOT)信号，并且基于所述多于一个TTOT信号提供能量积分信息。
例如，该数字处理电路可以被配置为接收所述多于一个TTOT信号，并且基于所述多于一个TTOT信号形成至少表示所述能量积分信息的组合值。
在一个特定示例中，该数字处理电路被配置为将来自低能量阈值的TTOT信号和来自高能量阈值的TTOT信号组合，以形成所述组合值。
举例来说，该数字处理电路可以被配置为接收所述多于一个TTOT信号和至少一个光子计数信号，并且通过信号组合来形成表示能量积分信息和光子计数信息的组合值。
作为一个示例，该数字处理电路可以被配置为通过取决于进入的X射线光子的速率的信号组合来形成所述组合值。
任选地，该数字处理电路可以被配置为通过在低于预定阈值速率的光子速率下对所述信号组合中的所述至少一个光子计数信号赋予增加的权重并且在高于所述阈值速率的光子速率下对所述信号组合中的所述多于一个TTOT信号赋予增加的权重来形成所述组合值。
根据第四方面，提供一种用于光子计数X射线检测器的测量电路，其包括第二方面的TTOT逻辑电路和/或第三方面的数字处理电路。
任选地，该测量电路还包括光子计数逻辑电路，例如，如图7中示意性地展示。
在一个特定示例中，该测量电路被配置为以采样间隔对光子计数X射线检测器的比较器输出进行采样。
根据第五方面，提供一种X射线成像系统，其包括第一方面、第二方面、第三方面和/或第四方面中的任一方面所述的电路。
举例来说，该X射线成像系统可以被配置为基于来自若干个能量阈值的TTOT信号作为光谱信息来执行对待成像物体的材料特定成像。
例如，X射线成像系统可以被配置为基于TTOT信号与由TTOT信号形成的光子计数信号和/或数字能量积分信号的结合来执行对待成像物体的材料特定成像。
根据第六方面，提供一种被配置用于与具有多个能量阈值的多仓光子计数X射线检测器一起工作的系统，其中该系统被配置用于基于来自多仓光子计数检测器的多于一个比较器的输出来生成多于一个总超阈值时间(TTOT)信号。
如所提及的，因此可以基于多仓光子计数X射线检测器中以不同能量设置的若干个能量阈值的总超阈值时间(TTOT)信号，获得表示或近似能量积分信号的信号。这种信号可以被称为数字能量积分信号。
发明人已经认识到，由若干个TTOT信号形成或表示的信号与输入光子速率存在明显更具线性的关系，并且允许整体X射线成像系统在更高的速率下也保持剂量效率。
所提出的获得数字能量积分信号的方法和结构配置的特定非限制性示例优于获得能量积分信号的现有技术的益处在于，其不需要用于对该信号进行积分/累积的专用模拟电路。相反，发明人已经认识到，利用已经作为多仓光子计数检测器的能力的一部分而存在的数字比较器输出是可行的。
在下文中，将更详细地描述非限制性示例。
在一个具体实施方案中，本发明涉及基于多仓光子计数检测器中以不同能量设置的若干个能量阈值的总超阈值时间(TTOT)信号601，获得表示或近似能量积分信号的信号。所获得的信号在本文中将被称为数字能量积分信号。
数字能量积分信号可以例如由对应于若干个能量阈值的TTOT信号的求和或者线性或非线性组合来形成。能量积分信息也可以经由若干个TTOT信号间接地传递到图像重建过程。
所提出的获得数字能量积分信号的方法优于获得能量积分信号的现有技术的益处在于，其不需要用于对该信号进行积分/累积的专用模拟电路。相反，该方法利用已经作为多仓光子计数检测器的能力的一部分而存在的数字比较器输出。
由若干个TTOT信号形成或表示的信号与输入光子速率存在明显更具线性的关系，并且在更高的速率下也保持剂量效率。
所提出的方法的益处在于，若干个TTOT信号包含以下光谱(光子能量)信息：其可以用于光谱成像，也可以用于遭受高度脉冲堆积的成像情况。
而且，本发明涉及使用来自若干个能量阈值的TTOT信号作为光谱信息来执行成像物体的材料分离(材料特定成像)。该操作可以与光子计数信号和/或数字能量积分信号结合。
在一个示例的实施方案中，光子计数逻辑部件是不可瘫痪的。
本发明的特定目的可以是改善多仓光子计数检测器在高光子速率下的性能。这在图12中展示，其中示出光子计数信号602(此处使用不可瘫痪的光子计数逻辑部件)在比TTOT信号601低的光子速率下饱和(丢失信号)，该TTOT信号又在比数字能量积分信号603低的光子速率下饱和。这种行为的主要原因是TTOT信号不利用死区时间工作，在该死区时间期间不能记录信号。因此，添加附加的光子脉冲通常在存在脉冲堆积时也增大了测量的TTOT信号。数字能量积分信号与光子数目成比例地增加，直到非常高的光子速率。
在本发明的一个实施方案中，(每个)总超阈值时间(TTOT)信号601基于在时钟周期期间输入电压脉冲在测量时间401期间超过参考电压的时钟周期402的总数。基本思想是通过例如对在测量时间期间比较器被触发的时钟周期的数目求和来从比较器输出中提取TTOT信号。参考图6，在测量时间期间，被触发的时钟周期的总和对于THR1为六(6)，对于THR2为二(2)。
所提出的用于提取TTOT信号的方法优于现有技术的益处在于，其不需要专用模拟电子电路来估计TTOT信号。相反，将总超阈值时间计数逻辑部件直接应用于比较器输出。这在图7中展示，其中来自比较器302的输出被发送到测量电路，该测量电路包括总超阈值时间逻辑部件502，并且在一个示例的实施方案中包括(任选的)光子计数逻辑部件501。在一个示例的实施方案中，来自TTOT逻辑部件和光子计数逻辑部件的输出在从测量电路503读出之前任选地经过数字处理步骤504。
根据另一个方面，本发明的一个示例的实施方案还涉及总超阈值时间计数逻辑部件502和相应的设备和/或系统。在一个示例的实施方案中，总超阈值时间(TTOT)逻辑部件可以被实施为在测量时间期间多于一个(即若干个)比较器的比较器输出的总和。在一个替代性实施方案中，TTOT逻辑部件计算测量时间期间比较器输出的均值。在一个另外的实施方案中，TTOT逻辑部件计算在时钟周期期间每个比较器为最高触发比较器的时钟周期的总和。参考图6，后一实施方案对于THR1将返回4，对于THR2将返回2。
根据又一个方面，本发明的一个示例的实施方案还涉及测量电路503，其包括光子计数逻辑部件501和总超阈值时间逻辑部件502两者，如图7所展示。测量电路503可以被实施为经由数字处理步骤504输出光子计数输出和TTOT输出，或它们的任何组合。应当理解，本发明不受光子计数逻辑部件的特定实施方式的限制。例如，光子计数逻辑部件可以是可瘫痪的或不可瘫痪的。
参见图8A，本发明还涉及一种基于多仓光子计数检测器中多于一个比较器302的输出来获得和/或生成多于一个TTOT信号601的方法/系统。
在一个示例的实施方案中，获得可用能量阈值的子集的TTOT信号601。在一个另外的实施方案中，获得检测器元件的子集的TTOT信号601。在一个另外的实施方案中，在测量时间的子集期间测量TTOT信号。
图8B是展示用于获得和/或生成多于一个TTOT信号的系统/电路系统的另一个示例的示意图。在该特定的示例中，除TTOT逻辑电路502之外，该系统/电路系统还可以任选地包括数字处理电路504，以生成TTOT信号和/或组合值或信号。
图9是展示用于从多于一个TTOT信号以及任选地一个或多个光子计数信号生成至少一个组合值的数字处理电路系统的一个示例的示意图。
本发明还涉及一种用于从多于一个TTOT信号601形成至少一个组合值603的方法/系统/电路系统。组合值例如是TTOT值的加权和。组合值还可以包括光子计数信号602，以试图获得两个信号的有益效果。组合值可以是能量积分信号的近似值，例如经由TTOT值的加权和获得，其中权重表示两个相邻比较器电压之间的距离。所选择的信号组合方法可以例如取决于进入的X射线光子的速率。例如，在低光子速率(即，低于给定的阈值速率)下，光子计数信号的表现胜过TTOT信号，因此，向光子计数信号赋予增加的权重是有益的。另一方面，在高光子速率或通量(即，高于给定的阈值速率)下，TTOT信号的表现胜过光子计数信号，因此可以将增加的权重赋予TTOT信号。
图11A至图11B是展示源自两个光子的TTOT信号的示例的示意图。
图11A示出了来自包括在时间上分离的两个光子脉冲的测量的TTOT信号601的示例。在该示例中，每个阈值的TTOT信号由在时钟周期期间阈值被触发的时钟周期的数目的总和形成。在图11A中，两个光子脉冲清楚地分离，而在图11B中，两个光子脉冲加在一起形成单个较大的电压脉冲。对于每种情况，TTOT信号601在图右侧的表中示出。我们可以看出，低能量阈值(THR1和THR2)的TTOT信号由于脉冲堆积而减小。另一方面，对于高能量阈值(THR3、THR4和THR5)，TTOT信号增大。
根据又一个方面，本发明的一个示例的实施方案涉及一种从对应于不同能量下的若干个阈值的TTOT信号形成组合值的方法。在一个特定示例中，该方法涉及形成表示或近似测量时间期间电压脉冲的积分的组合值。在一个示例的实施方案中，通过计算若干个TTOT信号的加权和来形成组合值。可以选择权重，使得组合值表示或近似电压脉冲的积分。在图11的该示例中，考虑权重：[3,2,2,2,2]用于分别对应于阈值1、2、3、4、5的TTOT信号。权重对应于能量阈值之间的距离。在这种情况下，加权和将等于图11中的条形图的积分，其非常接近地近似于真实的电压脉冲。在这种情况下，加权和将近似于电压脉冲的积分。在图11的该特定示例中，对于情况A，加权和等于102，对于情况B，加权和等于103，这表明根据需要，组合信号对脉冲堆积相对不敏感。替代性的加权方案是，对于每个阈值，计算在时钟周期Ni期间阈值i是最高触发阈值的时钟周期Ni的总数。如果阈值i是最高触发阈值时脉冲的平均高度为Hi，则对于所有阈值(i)，电压脉冲的积分可以近似为sum(Ni×Hi)。Hi的值可以根据对能量阈值位置的了解来估计，而Ni的值可以直接由TTOT逻辑部件中的比较器值来计算，或者通过计算Ni＝TTOTi–TTOTi+1来计算，其中TTOTi是在时钟周期期间阈值i被触发的时钟周期的总数。
测量不同能量水平下的若干个阈值的TTOT信号的益处在于，这些TTOT信号以不同的速率饱和(低于理想值的信号)；阈值电压越高，信号饱和得就越慢，因为具有高能量的光子较少。在脉冲堆积的情况下，低能量阈值601的TTOT信号开始饱和。高能量阈值601的TTOT信号可能由于脉冲堆积而增大。图13展示了TTOT信号随光子速率增加而变化的行为。这是由于以下事实：即，两个或更多个光子的组合脉冲具有比每个单独脉冲更高的振幅，因此更常触发较高的阈值，该结论可以从图11得出。在某种意义上，由于脉冲堆积而导致的低阈值的减小的TTOT信号由较高阈值的增大的TTOT信号来补偿。换句话讲，随着光子速率增加，信号存在两种竞争特征：平均脉冲长度减小，而平均脉冲高度增大。在低能量下，平均脉冲长度减小占主导地位，而在高能量下，平均脉冲高度增大占主导地位。另一方面，与电压脉冲的积分成比例的总能量与增大的光子速率成线性关系。
为了理解在低能量下比较器的TTOT信号随着光子速率增大而饱和的原因，考虑其中两个光子脉冲在时间上紧邻(比各个脉冲的宽度更接近)到达通道的情况。这两个脉冲形成组合脉冲，该组合脉冲的长度大于每个单独脉冲，然而，却短于这两个脉冲的长度的总和。因此，TTOT信号与增大的光子速率不成线性关系，而是比线性关系增加得更慢。在极高的计数率下，TTOT信号接近等于测量时间的最大值。
如果将来自低能量阈值和高能量阈值的TTOT信号601组合，则可以形成与进入光子的速率成线性关系的组合值603，如图13所展示。该线性关系来自将高TTOT信号和低TTOT信号601组合以形成与测量时间期间的总沉积能量成比例的信号的配置和/或设计。线性信号类似于来自能量积分检测器的信号，不同之处在于，对数字化信号而不是模拟信号执行积分。
为了具有良好的光子检测效率，即，大部分光子被记录，期望具有以低能量设置的至少一个阈值，使得低能量光子也被记录。如果仅使用一个阈值，则该阈值通常将以相对低的能量设置。因此，单个比较器的TTOT信号将在相对低的光子计数率下饱和。
来自每个检测器元件的输出(光子计数信号和TTOT信号)可以从X射线成像系统读出并且在读出之后进行分析，或者在例如位于ASIC中或现场可编程门阵列(FPGA)中的处理单元中进行分析。
该方法可以用于同时获得光谱光子计数数据和能量积分数据，而不需要对每个像素使用两个单独的通道。
与使用单个阈值的TTOT方法相比，基于若干个TTOT信号601的组合值603可以被配置为具有更高的计数率阻抗。而且，具有若干个TTOT信号可以改善较高计数率下的光谱成像能力。
根据另一方面，提供一种多仓光子计数检测器，其中检测器元件的至少一个子集可以获得光子计数信号和TTOT信号。
根据另一方面，提供一种X射线成像系统，其包括X射线源和X射线检测器，该X射线检测器包括光子计数检测器阵列，该阵列被配置为针对检测器元件的至少一个子集获得TTOT信号和光子计数信号。
根据一个互补方面，提供一种X射线检测器和一种X射线成像系统，其包括光子计数硅侧面朝向检测器，该侧面朝向检测器被配置为针对检测器元件的至少一个子集获得TTOT信号和光子计数信号。
图14是展示从多仓光子计数X射线检测器获得能量积分信息的基础方法的一个示例的示意图。
从根本上说，该方法包括步骤S1，该步骤基于所述多仓光子计数检测器中以不同能量设置的若干个能量阈值的总超阈值时间(TTOT)信号，提供或生成表示或近似能量积分信号的信号。
应当理解，本文描述的机构和布置能够以多种方式实施、组合和重新布置。
例如，实施方案可以在硬件中实施，或至少部分地在由适当的处理电路系统执行的软件中实施，或者上述实施方式的组合。
本文描述的步骤、功能、过程和/或框可以使用任何常规技术(诸如离散电路或集成电路技术)在硬件(包括通用电子电路系统和专用电路系统)中实施。
替代性地，或者作为补充，本文描述的步骤、功能、过程和/或框中的至少一些能够在软件中实施，该软件诸如由适当的处理电路系统(诸如一个或多个处理器或处理单元)执行的计算机程序。
根据一个补充方面，提供一种相应的计算机程序和计算机程序产品。
特别地，提供一种包括指令的计算机程序，这些指令在由处理器执行时，使得该处理器执行如本文所述的方法。
例如，还可以提供一种包括非暂态计算机可读介质的计算机程序产品，在该非暂态计算机可读介质上存储有这种计算机程序。
图15是展示根据一个实施方案的计算机实施方式的一个示例的示意图。在该特定的示例中，系统200包括处理器210和存储器220，该存储器包括能够由处理器执行的指令，由此处理器可操作以执行本文所述的步骤和/或动作。这些指令通常被组织为计算机程序225、235，该计算机程序可以在存储器220中预先配置或者从外部存储器设备230下载。任选地，系统200包括输入/输出接口240，该输入/输出接口可以互连到处理器210和/或存储器220，以实现相关数据(诸如输入参数和/或所得的输出参数)的输入和/或输出。
在一个特定示例中，存储器包括能够由处理器执行的这样一组指令，由此处理器可操作以确定电荷扩散的估计值或测量值，并且基于所确定的电荷扩散的估计值来估计沿检测器子模块的厚度的相互作用的起始点。
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执行特定的处理、确定或计算任务的任何系统或设备。
因此，包括一个或多个处理器的处理电路系统被配置为在执行计算机程序时执行被明确定义的处理任务(诸如本文描述的那些)。
处理电路系统不必仅专用于执行上述的步骤、功能、过程和/或框，而是还可以执行其他任务。
所提出的技术还提供一种包括计算机可读介质220、230的计算机程序产品，在该计算机可读介质上存储有这样的计算机程序。
举例来说，软件或计算机程序225、235可以被实现为通常承载或存储在计算机可读介质220、230(尤其是非易失性介质)上的计算机程序产品。计算机可读介质可以包括一个或多个可移动或不可移动存储器设备，包括但不限于：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、压缩光盘(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)存储设备、闪存存储器、磁带，或任何其他常规存储器设备。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，以便由其处理电路系统来执行。
方法流程在被一个或多个处理器执行时，可以被视为计算机动作流程。相应的设备、系统和/或装置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一个功能模块。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，所述设备、系统和/或装置可以替代性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。
驻留在存储器中的计算机程序因此可以被组织为适当的功能模块，这些功能模块被配置为当计算机程序由处理器运行时，执行本文所述的步骤和/或任务的至少一部分。
替代性地，可以主要通过硬件模块，或者替代性地通过硬件来实现这些模块。软件相对于硬件的程度纯粹是实施方式的选择。
当所提出的技术用于基于包含在若干个TTOT信号中的光谱信息执行材料特定成像时，可以利用基础材料分解技术。
基础材料分解利用这样一个事实：所有由低原子序数元素构成的物质(诸如人体组织)都具有线性衰减系数μ(E)，其能量依赖性可以很好地近似表示为两个(或更多个)基函数的线性组合：
μ(E)＝a1f1(E)+a2f2(E)。
其中fi是基函数，而ai是对应的基系数。如果成像体积中存在一个或多个具有高原子序数的元素，高到足以在用于成像的能量范围内出现k吸收边缘，则必须为每个这样的元素添加一个基函数。在医学成像领域中，此类k边缘元素通常可以是碘或钆，它们是用作造影剂的物质。
一般来讲，基础材料分解已描述于Alvarez和Macovski，“Energy-selectivereconstructions in X-ray computerised tomography”，Phys.Med.Biol.21,733中。在基础材料分解中，每个基系数ai的线积分Ai是根据从源到检测器元件的每条投影射线
Figure BDA0003783697650000233
中的测量数据推断出来的。线积分Ai可以表示为：
Figure BDA0003783697650000232
对于i＝1，...，N，
其中N是基函数的数目。在一种实施方式中，基础材料分解是通过首先将每个能量仓中的预期记录的计数数目表示为Ai的函数来实现的。通常，这样的函数可以采取以下形式：
Figure BDA0003783697650000231
这里，λi是能量仓i中的预期计数数目，E是能量，Si是响应函数，该响应函数取决于入射到成像物体上的光谱形状、检测器的量子效率和能量仓i对能量为E的X射线的灵敏度。尽管术语“能量仓”最常用于光子计数检测器，但是该公式也可以描述其他能量分辨X射线系统，诸如多层检测器或kVp切换源。
然后，在假设每个仓中的计数数目是泊松分布的随机变量的情况下，可以使用最大似然法来估计Ai。这是通过最小化负对数似然函数来实现的，参见Roessl和Proksa，K-edge imaging in x-ray computed tomography using multi-bin photon countingdetectors,Phys.Med.Biol.52(2007),4679-4696：
Figure BDA0003783697650000241
其中mi是能量仓i中测量的计数数目，而Mb是能量仓的数目。
根据线积分A，可以执行断层扫描重建以获得基系数ai。该过程步骤可以被认为是单独的断层扫描重建，或者可以替代性地被看作是整体基础分解的一部分。
当将由此产生的对于每条投影线的估计基系数线积分
Figure BDA0003783697650000242
排列成图像矩阵时，结果得到每个基i的材料特定投影图像，也称为基础图像。该基础图像可以直接查看(例如在投影X射线成像中)，也可以作为用于形成物体内部的基系数ai映射的重建算法的输入(例如在CT中)。无论如何，基础分解的结果可以被视为一个或多个基础图像表示，诸如基系数线积分或基系数本身。
上述实施方案仅作为示例给出，并且应当理解，所提出的技术并不限于此。本领域的技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求书限定的本发明范围的情况下，可以对这些实施方案做出各种修改、组合与改变。特别地，在技术上可能的情况下，不同实施方案中的不同部分解决方案可以在其他配置中组合。
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Claims (36)

1.一种电路(502；503；504)，所述电路被配置用于与具有多个能量阈值的多仓光子计数X射线检测器(20)一起工作，其中所述电路(502；503；504)被配置为获得或生成对应于若干个不同能量阈值的若干个总超阈值时间(TTOT)信号，并且基于所述若干个TTOT信号提供能量积分信息。
2.根据权利要求1所述的电路(502；503；504)，其中所述电路(502；503；504)被配置为提供由所述若干个TTOT信号形成或表示的能量积分信息。
3.根据权利要求1或2所述的电路(502；503；504)，其中所述电路被配置为基于以不同能量设置的所述若干个能量阈值的所述TTOT信号来形成近似或表示能量积分信号的信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电路(502；503；504)，其中所述电路被配置为通过所述若干个TTOT信号的(加权)求和或者线性或非线性组合来形成或生成数字能量积分信号。
5.根据权利要求1或2所述的电路(502；503；504)，其中所述电路被配置为经由所述若干个TTOT信号输出所述能量积分信息。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电路(502；503；504)，其中所述若干个TTOT信号包括光谱能量信息。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电路(502；503；504)，其中所述电路被配置为直接应用于所述多仓光子计数X射线检测器(20)的比较器输出上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电路(502；503；504)，其中所述电路被配置为基于来自所述多仓光子计数X射线检测器(20)的相应比较器的比较器输出作为输入来生成或获得对应于若干个不同能量阈值的所述TTOT信号。
9.根据权利要求8所述的电路(502；503；504)，其中每个比较器被配置为基于各自的能量阈值来工作。
10.根据权利要求8或9所述的电路(502；503；504)，其中所述多仓光子计数X射线检测器(20)具有一组比较器(302)，并且每个比较器被配置为将来自一个或多个检测器元件的输入电压脉冲的量值与对应于各自的能量阈值的参考电压进行比较，以产生比较器输出。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的电路(502；503；504)，其中所述电路被配置为基于输入而生成或获得所述TTOT信号中的每一者，所述输入包括在相应比较器中在预定测量时间或所述预定测量时间的子集期间，在时钟周期期间输入电压脉冲超过参考电压的时钟周期的总数。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的电路(502；503；504)，其中所述电路被配置为通过对在预定测量时间或预定测量时间的子集期间相应比较器被触发的时钟周期的数目求和来从比较器输出生成或获得所述TTOT信号中的每一者。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的电路(502；503；504)，其中所述电路被配置为在所述测量时间或所述测量时间的子集期间对多于一个即若干个比较器的比较器输出求和，或者
其中所述电路被配置为在所述测量时间或所述测量时间的子集期间计算比较器输出的均值，或者
其中所述电路被配置为计算在所述时钟周期期间每个比较器为最高触发比较器的所述时钟周期的总和。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的电路(502；503；504)，其中所述电路被配置为针对可用能量阈值的子集和/或针对所述X射线检测器(20)的检测器元件的子集生成或获得所述若干个TTOT信号。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的电路(502)，其中所述电路包括总超阈值时间(TTOT)逻辑电路(502)和/或数字处理电路(504)。
16.一种总超阈值时间(TTOT)逻辑电路(502)，所述总超阈值时间(TTOT)逻辑电路被配置用于与具有多个能量阈值的多仓光子计数X射线检测器(20)一起工作，其中所述TTOT逻辑电路(502)被配置为生成对应于若干个不同能量阈值的若干个总超阈值时间(TTOT)信号，并且基于所述若干个TTOT信号提供能量积分信息。
17.根据权利要求16所述的TTOT逻辑电路(502)，其中所述TTOT逻辑电路(502)被配置为提供由所述若干个TTOT信号形成或表示的能量积分信息。
18.根据权利要求16或17所述的TTOT逻辑电路(502)，其中所述TTOT逻辑电路(502)被配置为直接应用于所述多仓光子计数X射线检测器(20)的比较器输出上。
19.根据权利要求18所述的TTOT逻辑电路(502)，其中所述TTOT逻辑电路(502)被配置为以采样间隔对所述光子计数X射线检测器(20)的所述比较器输出进行采样。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的TTOT逻辑电路(502)，其中所述TTOT逻辑电路(502)被配置为基于来自所述多仓光子计数X射线检测器(20)的相应比较器(302)的比较器输出作为输入来生成对应于若干个不同能量阈值的所述TTOT信号。
21.一种数字处理电路(504)，所述数字处理电路被配置用于与具有多个能量阈值的多仓光子计数X射线检测器(20)一起工作，其中所述数字处理电路(504)被配置为获得对应于多于一个能量阈值的多于一个总超阈值时间(TTOT)信号，并且基于所述多于一个TTOT信号提供能量积分信息。
22.根据权利要求21所述的数字处理电路(504)，其中所述数字处理电路(504)被配置为接收所述多于一个TTOT信号，并且基于所述多于一个TTOT信号形成至少表示所述能量积分信息的组合值。
23.根据权利要求22所述的数字处理电路(504)，其中所述数字处理电路(504)被配置为将来自低能量阈值的TTOT信号和来自高能量阈值的TTOT信号组合，以形成所述组合值。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的数字处理电路(504)，其中所述数字处理电路(504)被配置为接收所述多于一个TTOT信号和至少一个光子计数信号，并且通过信号组合来形成表示能量积分信息和光子计数信息的组合值。
25.根据权利要求24所述的数字处理电路(504)，其中所述数字处理电路(504)被配置为通过取决于进入的X射线光子的速率的信号组合来形成所述组合值。
26.根据权利要求25所述的数字处理电路(504)，其中所述数字处理电路(504)被配置为通过在低于预定阈值速率的光子速率下对所述信号组合中的所述至少一个光子计数信号赋予增加的权重并且在高于所述阈值速率的光子速率下对所述信号组合中的所述多于一个TTOT信号赋予增加的权重来形成所述组合值。
27.一种用于光子计数X射线检测器(20)的测量电路(503)，所述测量电路包括权利要求16至20中任一项所述的TTOT逻辑电路(502)和/或权利要求21至26中任一项所述的数字处理电路(504)。
28.根据权利要求27所述的测量电路(503)，所述测量电路还包括光子计数逻辑电路(501)。
29.根据权利要求27或28所述的测量电路(503)，其中所述测量电路(503)被配置为以采样间隔对所述光子计数X射线检测器(20)的所述比较器输出进行采样。
30.一种X射线成像系统(100)，所述X射线成像系统包括权利要求1至29中任一项所述的电路。
31.根据权利要求30所述的X射线成像系统(100)，其中所述X射线成像系统(100)被配置为基于来自若干个能量阈值的所述TTOT信号作为光谱信息来执行对待成像物体的材料特定成像。
32.根据权利要求30所述的X射线成像系统(100)，其中所述X射线成像系统(100)被配置为基于所述TTOT信号与由所述TTOT信号形成的光子计数信号和/或数字能量积分信号的结合来执行对待成像物体的材料特定成像。
33.一种被配置用于与具有多个能量阈值的多仓光子计数X射线检测器(20)一起工作的系统，其中所述系统被配置用于基于来自所述多仓光子计数检测器(20)的多于一个比较器(302)的输出来生成多于一个总超阈值时间(TTOT)信号。
34.一种从多仓光子计数X射线检测器(20)获得能量积分信息的方法，其中所述方法包括：基于所述多仓光子计数检测器中以不同能量设置的若干个能量阈值的总超阈值时间(TTOT)信号，提供或生成表示或近似能量积分信号的信号。
35.一种包括指令的计算机程序(725；735)，所述指令在由处理器(710)执行时，使得所述处理器(710)执行权利要求34所述的方法。
36.一种包括非暂态计算机可读介质(720；730)的计算机程序产品，在所述非暂态计算机可读介质上存储有权利要求35所述的计算机程序(725；735)。
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