CN116724251A - 用于x射线检测器中的符合检测的方法和系统 - Google Patents

用于x射线检测器中的符合检测的方法和系统 Download PDF

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Abstract

提供了一种X射线检测器系统(5)，该X射线检测器系统包括用于检测来自X射线源的X射线辐射的光子计数X射线检测器(20)，以及被配置为基于关于所述X射线检测器中的光子相互作用的时间的信息和关于该X射线源相对于该X射线检测器的定位的信息，来确定和/或获得关于入射在该X射线检测器上的该辐射的信息的符合检测系统(60)。还提供了包括这样的X射线检测器系统的X射线成像系统，以及对应的符合检测系统和对应的方法。

Description

用于X射线检测器中的符合检测的方法和系统
技术领域
所提出的技术涉及X射线成像和X射线检测器，并且更具体地涉及光子计数X射线检测器和X射线检测器系统和符合检测系统，以及对应的方法和系统以及X射线成像系统、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射线检测器系统。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一部分X射线，因此形成对象或物体的图像。
参考图1，首先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20或X射线检测器系统和相关联的图像处理设备30。一般来讲，X射线检测器20被配置用于记录来自X射线源10的辐射，该辐射可能已被任选的X射线光学器件聚焦并且已穿过物体、或对象或其部分。X射线检测器20可经由合适的模拟处理和读出电子器件(其可集成在X射线检测器20中)连接到图像处理设备30，以使图像处理设备30能够进行图像处理和/或图像重建。
对关于X射线成像系统和X射线检测器系统的性能的改进存在普遍的需求。
例如，可能期望改善光子计数X射线检测器的信噪比和谱性能。
例如，还期望能够获得和/或确定关于入射在X射线检测器上的辐射的有用信息。
发明内容
一个目的是提供一种改进的X射线检测器系统。
另一个目的是提供一种改进的X射线成像系统。
还有一个目的是提供一种用于获得或确定关于入射在X射线检测器上的辐射的信息的方法。
又一个目的是提供一种改进的符合检测系统。
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，提供了一种X射线检测器系统，该X射线检测器系统包括：
-光子计数X射线检测器，该光子计数X射线检测器用于检测来自X射线源的X射线辐射；以及
-符合检测系统，该符合检测系统被配置为基于关于所述X射线检测器中的光子相互作用的时间的信息和关于X射线源相对于X射线检测器的定位的信息来确定和/或获得关于入射在X射线检测器上的辐射的信息。
根据第二方面，提供了一种包括这样的X射线检测器系统的X射线成像系统。
根据第三方面，提供了一种用于获得或确定关于入射在X射线检测器上的辐射的信息的方法。该方法包括以下步骤：
·使用光子计数X射线检测器来检测X射线辐射，其中所述光子计数X射线检测器被配置用于以从局部X射线源发射的、具有小于160keV的最大能量的宽能量X射线谱进行操作；
·记录所述光子计数X射线检测器中的光子相互作用的定时信息；
以及
·基于所述定时信息和关于X射线源相对于X射线检测器的定位的信息，获得或确定关于入射在X射线检测器上的辐射的信息，包括特定区域中的入射光子的数量、入射光子的空间分布和入射光子的能量分布中的至少一者的表示。
根据第四方面，提供了一种符合检测系统，该符合检测系统被配置为与光子计数X射线检测器一起操作。符合检测系统被配置为基于关于所述X射线检测器中的光子相互作用的时间的信息和关于X射线源相对于X射线检测器的定位的信息来确定和/或获得关于入射在X射线检测器上的辐射的信息。
以这种方式，提供了关于X射线成像和/或检测器技术的有用改进。
例如，可以显著改进光子计数X射线检测器的信噪比和谱性能。
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2A是示出X射线成像系统的另一个示例的示意图。
图2B是示出根据所提出的技术的X射线检测器系统的示例的示意图。
图2C是示出其中在数字处理电路系统中实现符合检测系统的特定、非限制性实施方案的示例的示意图。
图3是示出三个不同X射线管电压的能谱的示例的示意图。
图4是示出用于实施能量鉴别光子计数检测器的概念结构的示例的示意图。
图5是根据示例性实施方案的X射线检测器的示意图。
图6是示出根据示例性实施方案的半导体检测器模块的示例的示意图。
图7是示出根据示例性实施方案的X射线检测器子模块的另一个示例的示意图。
图8是示出模块化X射线检测器的示例的示意图，该模块化X射线检测器包括例如相对于位于X射线焦点处的X射线源以略微弯曲的总体几何形状并排布置的多个检测器子模块。
图9是示出包括并排布置且还依次堆叠的多个检测器子模块的模块化X射线检测器的示例的示意图。
图10是示出光子计数X射线检测器的示例的示意图，该光子计数X射线检测器基于多个X射线检测器子模块21，在此处称为晶片。
图11是示出康普顿效应的示意图。
图12是示出相互作用谱的康普顿和光电部分的沉积能量谱的示例的示意图。
图13是示出在一定时间间隔期间的相互作用的示例的示意图。黑线示出属于相同入射光子的相互作用。
图14是示出相互作用链1康普顿+1光电的1D散射距离的示例的示意图。
图15是示出相互作用的不同链的入射光子能量谱的示例的示意图。
图16是示出x-z平面中的特定晶片的像素的示例的示意图。
图17是示出电荷云在x方向上的电荷云分布的示例的示意图。
图18是示出电荷云在z方向上的电荷云分布的示例的示意图。
图19是示出电荷扩散或云的宽度如何取决于沿着所考虑的检测器子模块或X射线检测器的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20是示出根据实施方案的X射线检测器子模块的示例的示意图。
图21是示出根据实施方案的X射线检测器子模块的另一个示例的示意图。
图22是示出根据实施方案的有源集成像素的示例的示意图。
图23是示出根据另一个实施方案的有源集成像素的另一个示例的示意图。
图24是示出根据另外实施方案的有源集成像素的又一个示例的示意图。
图25是示出根据又一个实施方案的有源集成像素的再一个示例的示意图。
图26是示出根据实施方案的计算机实施方式的示例的示意图。
图27是示出用于获得或确定关于入射在X射线检测器上的辐射的信息的方法的示例的示意性流程图。
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2A是示出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20，该X射线检测器在X射线已穿过物体之后检测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、临时存储或滤波；和计算机50，该计算机存储经处理的数据并且可执行进一步的后处理和/或图像重建。
整体检测器可被视为X射线检测器系统20，或者X射线检测器系统20与相关联模拟处理电路系统25的组合。
包括图2的数字处理电路系统40和/或计算机50的数字部分可以被视为图1的数字图像处理系统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1的图像处理系统30可以被看作图2的计算机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。
常用X射线成像系统的示例是计算机断层扫描(CT)系统，其可包括产生X射线的扇形或锥形束的X射线源和用于记录穿过患者或物体传输的X射线的分数的相对的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物体旋转的机架中。
因此，图1和图2所示的X射线源10和X射线检测器20因此可布置为CT系统的一部分，例如可安装在CT机架中。
X射线成像系统100还可包括用于实现所提出的技术的符合检测系统60。参考图2A，例如，符合检测系统60可以至少部分地在数字处理电路系统40中和/或至少部分地在模拟处理电路系统25中和/或至少部分地作为用于由计算机50执行的可执行程序代码来实现。
图2B是示出根据所提出的技术的X射线检测器系统的示例的示意图。X射线检测器系统5包括X射线检测器20和符合检测系统60。
图2C是示出其中在数字处理电路系统40中实现符合检测系统60的特定、非限制性实施方案的示例的示意图。
根据一方面，因此提供了一种改进的X射线检测器系统5，该X射线检测器系统包括：
-光子计数X射线检测器20，该光子计数X射线检测器用于检测来自X射线源的X射线辐射；以及
-符合检测系统60，该符合检测系统被配置为基于关于所述X射线检测器20中的光子相互作用的时间的信息和关于X射线源相对于X射线检测器的定位的信息来确定和/或获得关于入射在X射线检测器20上的辐射的信息。
例如，这样的检测器系统可以结合在包括检测器系统、X射线源和用于数据处理的计算机的成像系统中。
例如，X射线检测器系统可被配置用于以具有小于160keV的最大能量的宽能量X射线谱进行操作；所述X射线谱由X射线源发射，该X射线源是从X射线检测器上的点观察到的范围小于0.5毫球面度的局部X射线源。该非限制性示例与医学X射线或CT系统中的典型操作条件一致。这样的系统还典型地与甚至更小的源一起操作，从而提供对辐射入射方向的更好局限。
在特定示例中，符合检测系统被配置为基于关于光子相互作用的时间的所述信息和关于X射线源相对于X射线检测器的定位的所述信息来确定和/或获得关于入射在X射线检测器上的辐射的信息，包括特定区域中的入射光子的数量、入射光子的空间分布和入射光子的能量分布中的至少一者。
作为示例，符合检测系统可被配置用于通过将所述光子散射模型与关于X射线源相对于X射线检测器的定位的所述信息组合以确定和/或获得关于辐射的所述信息来基于光子散射模型进行操作。在非限制性示例中，关于X射线源的定位的所述信息可与相互作用位置的测量一起用于测量入射辐射的散射角，并且所述光子散射模型可用于估计所述散射角与记录光子能量中的一者或多者一起被观察到的似然。
发明人已经认识到，具有局部源(例如，X射线管)允许构造改进的符合检测系统。例如，如果高精度地已知辐射的入射方向，诸如如果X射线源被局限于大约1mm大小的点，或者更一般地，如果从检测器观察到的源占据小于0.5毫球面度的立体角，则该信息可与X射线光子散射的模型组合以产生改进的符合检测。
例如，如果第一相互作用是康普顿相互作用并且第二相互作用是光电相互作用，则总入射光子能量可被估计为两个相互作用中的沉积能量之和，并且散射角可以从两个相互作用相对于入射方向的位置来计算。然后，通过使用康普顿散射公式或克莱因-仁科横截面，可以将该角度与估计的入射能量和在康普顿相互作用中记录的能量进行比较。以这种方式，可以计算从单个入射光子生成两个相互作用的似然。
应当理解，这是非限制性示例，并且可以以类似方式处理其他数量和组合的相互作用。还应当理解，具有局部源从而提供关于光子在检测器上的入射方向的信息对于这种类型的符合检测是必要的。
例如，符合检测系统可被配置为将所述光子散射模型和关于X射线源的定位的先验知识与不同入射X射线能量分布的概率的先验知识组合，以确定和/或获得关于辐射的所述信息。例如，这种先验知识可采取基于制表或模拟X射线管谱的通过不同材料滤波的X射线源谱的模型的形式。先验知识还可包括存在可忽略量的具有低于特定能量(诸如20keV)或高于特定能量(诸如160keV)的能量的入射辐射的知识。另外，这样的先验信息可包括X射线束已经通过不同基础材料的不同厚度组合的概率的模型，与来自X射线管的输出谱的模型的组合。另外，这样的先验信息可包括关于二次光电相互作用的典型相互作用能量的知识，例如这些被局限于所检测的沉积能量谱的特定部分。
在特定示例中，X射线检测器是能够区分不同光子相互作用能量的光子计数多仓X射线检测器，并且符合检测系统被配置为使用关于光子相互作用能量的信息来确定关于辐射的所述信息。
例如，符合检测系统可被配置为基于光子相互作用的时间和/或定时的至少一个表示来确定和/或获得关于辐射的所述信息。该信息可以例如作为电脉冲达到其最大振幅的时间点的测量结果来提供，其中所述脉冲通过X射线光子在传感器材料中的相互作用而生成。
任选地，符合检测系统可被配置为还基于关于光子相互作用的位置的信息和关于光子相互作用中的沉积能量的信息中的至少一者来确定和/或获得关于辐射的所述信息。
例如，符合检测系统可被配置为基于识别由单个入射光子生成的至少一组光子相互作用来确定和/或获得关于入射在检测器上的辐射的所述信息。
在特定示例中，符合检测系统被配置为基于识别可能已经由至少两个不同的入射光子生成的光子相互作用的至少两个集合来生成和/或获得关于入射在X射线检测器上的辐射的信息，其中每个集合中的所有光子相互作用都可能已经由单个入射光子生成，并且其中所述符合检测系统被配置为基于将光子相互作用的这些集合与光子相互作用的至少一个其他可能的集合进行比较来将光子相互作用的所述至少两个集合识别为可能已经由至少两个不同的入射光子生成。
例如，符合检测系统可被配置为基于关于光子相互作用的时间的所述信息结合由至少两个光子相互作用位置限定的至少一个角度和/或基于由三个光子相互作用位置限定的至少一个角度和/或基于由入射辐射方向和两个光子相互作用位置限定的至少一个角度来生成和/或获得关于入射在X射线检测器上的辐射的信息。例如，此类角度可以与相互作用中的至少一个相互作用中的沉积能量相关，并且用于通过使用光子散射模型来计算特定相互作用顺序或将相互作用分组为可由单个相互作用生成的相互作用的集合的似然。相互作用顺序是指可以由单个光子连续生成的相互作用的顺序。正确的相互作用顺序对应于由单个入射光子生成的相互作用的时间顺序。
在特定示例中，X射线检测器是硅检测器。
通常，X射线检测器系统被配置为基于能量阈值来区分康普顿相互作用和光电相互作用。例如，沉积低于特定阈值的能量的相互作用可以被识别为康普顿相互作用，并且具有高于特定阈值的能量的相互作用可以被识别为光电相互作用，其中所述阈值被示例性地选择为其中沉积能量的谱达到局部最小值，或者其中康普顿相互作用和光电相互作用的量近似相等的能量。
任选地，X射线检测器系统具有用于减少X射线检测器内的散射的高衰减阻挡器。通过减少散射，检测到的相互作用的数量减少，这减少了在一定时间间隔期间相互作用的总数。这可以例如通过减少潜在符合的数量来简化符合检测方法。然而，减少散射还导致光子被吸收而没有将它们的全部能量沉积在检测器中，这在另一方面可能增加符合检测的难度。
例如，X射线检测器系统可被配置为采用用于基于电荷扩散的量的估计来估计相互作用的位置的逻辑。
在特定示例中，符合检测系统可被配置为基于X射线检测器的模型进行操作。
例如，符合检测系统可被配置用于基于光子散射模型的操作，并且所述光子散射模型可基于康普顿散射公式、克莱因-仁科公式、朗伯-比尔定律、光电效应、康普顿效应或瑞利散射的X射线相互作用横截面以及光子传输的模拟中的至少一者。
在特定示例中，符合检测系统可被配置用于基于光子散射模型的操作，并且所述光子散射模型包括瑞利散射，或者另选地排除瑞利散射。瑞利散射描述来自束缚电子的光子的弹性扩展。这种类型的散射导致入射光子的偏转，但是由于没有能量被沉积而导致没有释放的电子-空穴对。
符合检测系统可被配置为独立于至少一个其他子体积来处理在整个检测器体积中或在检测器的子体积中检测到的光子相互作用。处理子体积中的数据可以例如是优选的，因为来自整个检测器的数据然后不需要被聚集在一起，并且因为在计算上更容易利用子体积中的较少数量的相互作用来执行校正。例如，子体积可由单个物理检测器模块组成，或者也可由多个物理检测器模块组成。然而，子体积不一定必须由物理检测器模块限定，而是也可涉及来自一个或许多物理检测器模块的一个或许多部分体积。
例如，符合检测系统可被配置为基于最大似然方法、最大后验方法、神经网络、支持向量机或基于决策树的方法中的至少一者来获得和/或确定关于入射辐射的所述信息。
最大似然可包括计算特定入射光子配置的似然以及通过优化所述似然来选择这样的光子配置的步骤。例如，可以例如通过包括不同入射谱的概率的先验模型或其他先验信息来并入先验信息，从而产生最大后验算法并改进估计。
例如，神经网络估计器可以获取包括记录的光子计数、能量和位置的输入数据，并且使用人工神经网络对其进行处理以生成与估计的入射计数的数量或估计的入射能量相关的输出数据。该网络可以在模拟或测量数据上训练。
例如，基于决策树的方法可在若干连续比较步骤中处理输入数据，并且基于此类比较的结果产生输出。可以例如通过引导聚合来聚合若干决策树以形成复合估计器。
作为示例，符合检测系统可被配置为基于将至少一个似然分配给光子相互作用的至少一个集合来获得和/或确定关于入射在X射线检测器上的辐射的所述信息，其中所述似然基于观察到这些光子相互作用的概率。
任选地，符合检测系统被配置为基于优化似然来获得和/或确定关于入射在X射线检测器上的辐射的所述信息，其中所述似然基于观察到这些光子相互作用的概率。
例如，符合检测系统可被配置为基于将至少一个似然分配给光子相互作用的至少一个集合来获得和/或确定关于入射在X射线检测器上的辐射的所述信息，其中所述似然基于在这些光子相互作用全部源自单个入射光子的情况下观察这些光子相互作用的概率。
在特定示例中，符合检测系统被配置为针对多个光子相互作用中的每个光子相互作用，基于从单个入射光子观察到这些光子相互作用的所述至少一个似然，将相互作用分配给光子相互作用的集合。
例如，符合检测系统可被配置为以没有相互作用被分配给多于一个集合的方式将所述多个光子相互作用分配给光子相互作用的集合。
例如，符合检测系统可被配置为基于至少一个相互作用顺序的似然将该相互作用顺序分配给所述集合中的至少一个集合中的光子相互作用。作为示例，这样的相互作用顺序可被选择为具有所有可能的相互作用顺序的最大似然的相互作用顺序。
在特定示例中，符合检测系统被配置为基于如由至少一个相互作用顺序所指定的集合中的第一光子相互作用的位置，将光子入射的估计位置分配给光子相互作用的至少一个集合。
作为示例，X射线检测器系统被配置为基于可能源自单个入射光子的光子相互作用的至少一个集合内的光子相互作用的检测到的能量来估计至少一个入射光子的能量。例如，这可以通过对所述集合中的光子相互作用的能量求和来执行。
在任选实施方案中，X射线检测器系统被配置为基于所述至少一个似然来估计在至少一个时间间隔中入射在X射线检测器或X射线检测器的至少一个子体积上的光子的数量。
例如，可以基于入射在X射线检测器上的可能谱的集合的先验概率分布来计算似然。
任选地，符合检测系统可被配置为在时间间隔上对测量的计数求和以及从光子计数X射线检测器读出它们中的至少一者之前应用于测量的数据。
例如，X射线检测器系统可被配置为输出关于入射在X射线检测器上的辐射的所述信息，以用作到图像重建算法、基础材料分解算法、去噪算法、去模糊算法、堆积校正算法或谱失真校正算法中的至少一者的输入数据。
例如，图像重建算法可以取投影计数数据的表示作为输入，并且给出重建图像作为输出。基础材料分解算法可以取计数数据作为输入，并且给出基础图像或基础正弦图作为输出。去噪算法可以取噪声图像或正弦图作为输入，并且给出去噪的正弦图或图像作为输出。去模糊算法可以取低分辨率图像作为输入，并且给出高分辨率图像作为输出。堆积算法可以取因堆积而失真的计数数据作为输入，并且给出校正的图像作为输出。谱失真校正算法可以取因非理想检测器响应函数而失真的计数数据作为输入，并且给出校正的计数数据作为输出。
图像重建算法、基础材料分解算法、去噪算法、去模糊算法、堆积校正算法或谱失真校正算法可以例如构建在最大后验、块匹配、双边滤波或卷积神经网络上。
在优选实施方案中，例如通过微码定序器或FPGA在连接到检测器的数字处理电路系统中实现符合检测。在另一个实施方案中，在模拟处理电路系统中或者在从检测器读出数据之后在计算机中实现符合检测。
根据另一方面，提供了一种包括这样的X射线检测器系统的整体X射线成像系统。
例如，X射线成像系统可被配置为基于可能源自单个入射光子的光子相互作用的至少一个集合内的光子相互作用的检测到的能量来估计至少一个入射光子的能量。
根据又一个方面，提供了一种符合检测系统60，该符合检测系统被配置为与光子计数X射线检测器20一起操作。符合检测系统60被配置为基于关于所述X射线检测器中的光子相互作用的时间的信息和关于X射线源相对于X射线检测器的定位的信息来确定和/或获得关于入射在X射线检测器20上的辐射的信息。
根据再一个方面，提供了一种用于获得或确定关于入射在X射线检测器上的辐射的信息的方法，如稍后将更详细描述的。
为了更好地理解，现将参考特定非限制性示例来描述所提出的技术。
通常从对X射线检测器技术的简要介绍开始，接着是本发明的一组非限制性示例可能是有用的。
一般来讲，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。使用贴膜式屏幕作为检测器仍然很常见，但现在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的X射线转换为电子，这通常通过光吸收或通过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，直到其能量丢失并且这种光继而被光敏材料检测到为止。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。
常规X射线检测器是能量积分的，因此从每个检测光子到检测信号的贡献与其能量成比例，并且在常规CT中，针对单个能量分布采集测量结果。因此，常规CT系统产生的图像具有一定外观，其中不同的组织和材料在一定范围内显示出典型值。
存在在积分模式下操作的检测器，在这个意义上，它们提供来自多个X射线的积分信号，并且该信号仅在稍后被数字化以检索对像素中入射的X射线的数量的最佳猜测。
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案；目前，这些检测器主要在乳房x线照相术中可商购获得。光子计数检测器具有优势，因为原则上可测量每个X射线的能量，这产生有关物体组成的附加信息。该信息可以用于提高图像质量并且/或者降低辐射剂量。
用于光子计数X射线检测器的最有希望的材料是碲化镉(CdTe)、碲化锌镉(CZT)和硅。CdTe和CZT被用于若干光子计数谱CT项目中，用于临床CT中使用的高能量X射线的高吸收效率。然而，由于CdTe/CZT的若干缺点，这些项目进展缓慢。CdTe/CZT具有低电荷载流子迁移率，这在比临床实践中遇到的通量速率低十倍的通量速率下导致严重的脉冲堆积。缓解该问题的一种方式是减小像素大小，然而其由于电荷共享和K逃逸而导致增加的谱失真。另外，CdTe/CZT遭受电荷俘获，这将导致极化，当光子通量达到特定水平以上时，该极化引起输出计数率的快速下降。
相反，硅具有更高的电荷载流子迁移率并且没有极化问题。成熟的制造过程和相对低的成本也是其优点。但是硅具有CdTe/CZT不具有的限制。硅传感器因此必须相当厚以补偿其低的阻止能力。典型地，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，硅的长衰减路径还使得可以将检测器划分为不同的深度段，如下面将解释的。这继而提高了检测效率并且使得硅基光子计数检测器可以适当地处理CT中的高通量。
当使用诸如硅或锗之类的简单半导体材料时，可以发生康普顿散射，其中仅一部分光子能量沉积在检测器中。这导致大部分X射线光子(最初处于较高能量)产生比预期少得多的电子-空穴对，这继而导致相当大部分光子通量出现在能量分布的低端。为了检测尽可能多的X射线光子，因此有必要检测尽可能低的能量。
图3是示出三个不同X射线管电压的能谱的示例的示意图。通过来自不同类型的相互作用的混合的沉积能量构建能谱，包括在较低能量范围的康普顿事件和在较高能量范围的光电吸收事件。
图4是示出用于实施能量鉴别光子计数检测器的概念结构的示例的示意图。
进一步的改进涉及所谓的能量鉴别光子计数检测器的开发，例如如图4中示意性示出的。在这种类型的X射线检测器中，每个记录的光子生成一个电流脉冲，将该电流脉冲与一组阈值进行比较，从而对入射到多个所谓的能量仓中的每个能量仓中的光子的数量进行计数。这在图像重建过程中可能非常有用。
图5是根据示例性实施方案的X射线检测器的示意图。在该示例中，示出了X射线检测器(A)的示意图，其中X射线源(B)发射X射线(C)。检测器(D)的元件指回到源，因此优选地以稍微弯曲的整体配置布置。示出了检测器的两种可能的扫描运动(E,F)。在每个扫描运动中，源可以是静止的或移动的，在由(E)指示的扫描运动中，X射线源和检测器可以围绕定位在其间的物体旋转。在用(F)指示的扫描运动中，检测器和源可以相对于物体平移，或者物体可以移动。此外，在扫描运动(E)中，可以在旋转期间平移物体，即所谓的螺旋扫描。例如，对于CT实施方式，X射线源和检测器可以安装在围绕待成像的物体或对象旋转的机架中。
图6是示出根据示例性实施方案的半导体检测器模块的示例的示意图。这是半导体检测器模块(A)的示例，其中传感器部分被分成检测器元件或像素(B)，其中每个检测器元件或像素通常都基于二极管。X射线(C)通过半导体传感器的边缘(D)进入。
图7是示出根据示例性实施方案的X射线检测器子模块的另一个示例的示意图。在该示例中，假定X射线通过边缘进入，X射线传感器子模块21的传感器部分在深度方向上分成所谓的深度段。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，检测器元件为检测器的单个X射线敏感子元件。一般来讲，在检测器元件中发生光子相互作用，由此产生的电荷由检测器元件的相应电极收集。每个检测器元件通常将入射的X射线通量测量为帧序列。帧是在指定时间间隔(称为帧时间)期间测量的数据。
图8是示出模块化X射线检测器的示例的示意图，该模块化X射线检测器包括例如相对于位于X射线焦点处的X射线源以略微弯曲的总体几何形状并排布置的多个检测器子模块21。
图9是示出包括并排布置且还依次堆叠的多个检测器子模块21的模块化X射线检测器的示例的示意图。X射线检测器子模块可以依次堆叠以形成较大的检测器模块，所述较大的检测器模块可以并排组装在一起以构建整体X射线检测器系统。
如所提及的，侧面朝向是X射线检测器的设计，其中X射线传感器(诸如X射线检测器元件或像素)被取向为侧面朝向进入的X射线。
例如，检测器可具有至少两个方向上的检测器元件，其中侧面朝向检测器的方向中的一个方向具有X射线的方向上的分量。这样的侧面朝向检测器有时被称为深度分段X射线检测器，该深度分段X射线检测器在进入的X射线的方向上具有两个或更多个检测器元件深度段。
另选地，X射线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。
取决于检测器拓扑，检测器元件可能对应于像素，例如当检测器为平板检测器时。然而，深度分段检测器可被视为具有多个检测器条带，每个条带均具有多个深度段。对于此类深度分段检测器，每个深度段可被视为单独检测器元件，尤其是如果深度段中的每个深度段都与其自己的单独电荷收集电极相关联。
深度分段检测器的检测器条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)均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可行的替代方案；目前，这些检测器主要在乳房x线照相术中可商购获得。光子计数检测器具有优势，因为原则上可测量每个X射线的能量，这产生有关物体组成的附加信息。该信息可以用于提高图像质量并且/或者降低辐射剂量。
与能量积分系统相比，光子计数CT具有以下优点。首先，通过将最低能量阈值设置为高于光子计数检测器中的噪声基底，可以拒绝由能量积分检测器集成到信号中的电子噪声。其次，可以由检测器提取能量信息，这允许通过最优能量加权来改善对比度噪声比，并且还允许所谓的材料基础分解，通过该材料基础分解，被检查的对象或物体中的不同材料和/或部件可被识别和量化以便有效地实现。第三，可以使用多于两种基础材料，这有益于分解技术，诸如K边缘成像，由此定量地确定造影剂(例如，碘或钆)的分布。第四，不存在检测器余辉，这意味着可以获得高的角度分辨率。最后但并非最不重要的是，可以通过使用较小的像素大小来实现较高的空间分辨率。
任何计数X射线光子检测器中的问题是所谓的堆积问题。当X射线光子的通量率很高时，可能会出现区分两个后续电荷脉冲的问题。如上文所提及的，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射线光子感应电荷脉冲之间的时间，则脉冲将一起增长，并且两个光子不可区分并且可被计数为一个脉冲。这称为堆积。因此，避免在高光子通量下堆积的一种方式是使用小的成形时间，或者使用如本文所述的任选实施方案中所建议的深度分割。
为了提高吸收效率，可相应地将检测器设置成侧面朝向，在这种情况下，可将吸收深度选择为任何长度，并且检测器仍可被完全耗尽而不会达到非常高的电压。
特别地，硅作为检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，这意味着其甚至对于高速率的X射线也将起作用。
半导体X射线检测器子模块通常被平铺在一起以形成具有几乎完美几何效率的几乎任意大小的完整检测器，除了任选的抗散射模块(例如，由钨制成的箔或片)之外，该抗散射模块可以被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。
关于所谓的光子计数侧面朝向X射线检测器的更多信息通常可以在例如美国专利8,183,535中找到，该专利公开了光子计数侧面朝向X射线检测器的示例。在美国专利8,183,535中，存在被布置在一起以形成整体检测器面积的多个半导体检测器模块，其中每个半导体检测器模块包括X射线传感器，该X射线传感器被取向为侧面朝向入射X射线的边缘上并且被连接到用于记录在X射线传感器中相互作用的X射线的集成电路系统。
如所讨论的，整体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入射X射线的方向上具有多个深度段。
此类检测器子模块然后可以依次布置或堆叠并且/或者以各种配置并排布置以形成任何有效的检测器面积或体积。例如，CT应用的全检测器典型地具有大于200cm2的总面积，这产生大量检测器模块，诸如1500-2000个检测器模块。
例如，检测器子模块通常可以并排布置和/或堆叠，例如以平面或略微弯曲的整体配置。
一般来讲，期望具有尽可能多的检测器元件和段，因为它提高了空间分辨率。如果这也产生更小的电极，则电子噪声通常降低，这增加了剂量效率和能量分辨率。
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，因此总计数率将在深度上分布在段之间，例如如从图5可见，该图是示出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。
例如，在40mm深的传感器上，将有可能具有400个段或更多，并且计数率将相应地降低。传感器深度对于剂量效率是至关重要的，并且分割保护免受脉冲堆积并且维持系统的空间分辨率。
可以例如通过诸如电荷敏感放大器(CSA)之类的放大器、之后是诸如整形滤波器(SF)之类的滤波器来测量电流，例如如先前提到的图4中示意性地示出的。
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)放大器中被放大，并且然后被(SF)滤波器滤波。通过选择SF滤波器的适当整形时间，滤波后的脉冲振幅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，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(T1-TN)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(T1-TN)的能量的X射线光子的数量进行计数和/或记录。
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，这种特定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。
然而，任何电荷敏感放大器中的固有问题是它会给检测到的电流添加电子噪声。为了避免检测到噪声而不是真正的X射线光子，因此重要的是将最低阈值设置得足够高，使得噪声值超过阈值的次数足够低，不会干扰X射线光子的检测。
通过将最低阈值设置为高于噪声基底，可显著减少电子噪声，该电子噪声是减少X射线成像系统的辐射剂量的主要障碍。
整形滤波器的一般特性是整形时间值较大，这会导致X射线光子产生长脉冲，并降低滤波器之后的噪声幅度。整形时间值较小将导致较短的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，期望使用尽可能长的整形时间(不引起堆积)，因为这将最小化噪声并且允许使用相对小的阈值级别。
通过其在比较器中比较脉冲高度的阈值的集合或表的值影响由光子计数检测器生成的图像数据的质量。此外，这些阈值是依赖于温度的。因此，在实施方案中，由功耗电路系统生成的校准数据是阈值(T1-TN)的集合或表。
但是应当理解，不必具有能量鉴别光子计数检测器，尽管这带来了某些优点。
图10是示出光子计数X射线检测器的示例的示意图，该光子计数X射线检测器基于多个X射线检测器子模块21，在此处称为晶片。晶片21依次堆叠。可以看出，每个晶片具有长度(x)和厚度(y)，并且每个晶片也在深度方向(z)上被分段，即所谓的深度分割。纯粹作为示例，晶片的长度可以是大约25mm-50mm，并且晶片的深度可以是大约25mm-50mm，而晶片的厚度可以是大约300um-900um。
例如，每个晶片具有在包括入射X射线的方向(z)的两个方向上分布在晶片上的检测器元件。
每个晶片具有厚度(y)，其具有不同电势的两个相对侧，诸如前侧和后侧，以使得电荷能够朝向通常布置检测器元件(也称为像素)的侧面漂移。
为了更好地理解所提出的技术，回忆康普顿效应的基本概念可能是有用的。
进入的X射线光子可以通过光电效应(这里简称为光效应)或康普顿相互作用与检测器模块的半导体材料相互作用，参见图11。
康普顿相互作用(也称为康普顿散射)是带电颗粒(通常为电子)对光子的散射。其导致光子的能量降低，称为康普顿效应。光子的部分能量被转移到反冲电子。光子在其通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而从其原始路径偏转，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效应的结果，在这种情况下，入射X射线光子的全部能量被转移到电子。
更具体地，X射线光子可以通过康普顿相互作用或光效应产生二次电子。电子将从X射线光子获得动能并且移动短距离，例如1um-50um，并且在其路径期间将激发电子-空穴对。每个电子空穴对将花费约3.6eV来产生，这意味着例如具有到电子的15keV沉积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正偏置，则空穴将朝向布置在检测器子模块或晶片的前侧上的读出电极移动，并且电子将朝向后侧移动。在漂移期间，形成电荷云的电子-空穴对也将经受扩散，这基本上意味着电荷云的大小将增加。
读出电极用作检测器元件或像素。例如，后侧上的电压可为大约200V，并且前侧上是虚拟接地。
如应当理解的，可能期望将X射线检测器相对于束侧面朝向(即，相对于入射X射线侧面朝向)取向，同时将传感器面积细分成相对高的分辨率，例如5um至100um分辨率，以便能够分辨电荷云。
一般来讲，X射线光子在X射线检测器的半导体材料内被转换成电子-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。
现在将主要参考光子计数硅X射线检测器来描述所提出的技术的非限制性示例，但是本发明也可以应用于其他类型的X射线检测器。
硅检测器中的康普顿相互作用可导致来自单个光子的多次计数。在没有钨屏蔽的情况下，这降低了信噪比并且减少谱信息。另一方面，硅的不匹配的纯度和晶体质量导致非常高的空间和谱分辨率，并且提出使用每个相互作用点中的沉积能量的信息来配对由采用基于概率的方法的相同入射光子引起的康普顿相互作用。
由于硅的低原子序数，康普顿相互作用是频繁的。在康普顿相互作用中，仅一部分入射光子能量被沉积并且单个入射光子可以导致多次计数。已经证明硅是用于光子计数CT检测器的有竞争力的材料，但是为了进一步改善性能，期望使用符合技术来组合康普顿散射光子。
例如，可以利用钨屏蔽或类似的抗散射模块来移除散射光子，留下包含很少能量信息但对应于唯一光子并且因此作为光子计数对图像对比度有贡献的康普顿计数。然而，如果光子通过在光电事件中结束的一系列相互作用来沉积其能量，那么可以通过将来自该系列中的相互作用的沉积能量相加来估计总光子能量。提取该信息是期望的，因为它改善了检测器的谱性能。
由于康普顿散射光子可以基于它们的能量和散射角来识别，所以发明人已经认识到，可以基于相互作用位置和沉积的能量来识别属于相同光子的相互作用。高空间和能量分辨率将增加找到相互作用的正确组合的似然。
此外，发明人已经认识到使用符合技术来识别和配对属于相同入射光子的相互作用以便改进光子计数X射线检测器的信噪比和谱性能的可行性。这对于硅X射线检测器特别有用。
在硅检测器中，一部分入射光子通过康普顿相互作用而相互作用。在康普顿相互作用中，仅一部分入射光子能量被沉积，并且这将导致来自单个光子的多次相互作用。为了消除这种可能性，可以使用钨屏蔽来移除任何二次相互作用。由于每个所得的康普顿计数随后对应于唯一光子，因此康普顿计数不是有害的，而是对成像性能有贡献。康普顿计数对于密度成像任务是特别重要的，但是也改善了谱成像中的对比度，如在“Photon-countingspectral computed tomography using silicon strip detectors:a feasibilitystudy”，H.Bornefalk和M.Danielsson，Physics in Medicine and Biology，第55卷，第1999-2022页，2010年中所述。
为了进一步提高硅检测器的性能，期望使用符合技术来检测康普顿散射光子，而不是钨屏蔽(或与钨屏蔽结合)。在没有钨屏蔽的检测器中，许多光子通过以光电事件结束的一系列康普顿相互作用而相互作用。如果全部光子能量已经沉积在检测器内，则可以通过将来自系列中相互作用的沉积能量相加而得到入射光子能量。属于相同光子的相互作用的识别和配对在高空间和能量分辨率下更有效。
在我们共同未决的专利申请US 16/653200和PCT/SE2019/051011中，先前提出了一种在光子计数硅检测器中获得1um分辨率的方法。
在本发明中，旨在评估所实现的空间分辨率是否可以用于例如基于光子相互作用的定时信息(任选地与关于沉积能量和相互作用位置的信息结合)来识别康普顿散射光子。
该工作的非限制性目的是评估使用符合逻辑来识别和配对属于相同入射光子的相互作用以便改善诸如硅光子计数检测器之类的X射线检测器的信噪比和谱性能的可行性。
非限制性示例
使用公知的GATE模拟工具包对硅检测器进行建模，并用X射线束照射，该X射线束具有从在120kVp下操作的X射线源的谱采样的光子能量，在X射线源和检测器之间具有30cm的软组织滤波。
关于GATE模拟工具包的更多信息，可以参考“GATE：a simulation toolkit forPET and SPECT”，S.Jan、G.Santin、D.Strul等人，Physics in Medicine and Biology，第49卷，第4543-4561页，2004年。
对于每个相互作用光子，将所得相互作用的能量和位置与相互作用类型(光电或康普顿)一起记录。
所得数据被组织成更小的子集，其中每个子集表示在某个时间窗口(快照)期间在检测器中发生的相互作用。然后关于相互作用能量和位置表征每个快照中的相互作用。然后实现最大似然方法，并用于根据相互作用的最可能链对相互作用进行分类。
示例性结果
下表示出了没有钨屏蔽的硅检测器中的相互作用链概率的示例：
相互作用的链 相互作用链概率
1光电 31.70％
1康普顿+1光电 19.26％
1康普顿 16.09％
2康普顿+1光电 11.39％
2康普顿 6.30％
3康普顿+1光电 6.10％
4康普顿+1光电 2.97％
3康普顿 2.55％
5康普顿+1光电 1.35％
4康普顿 0.99％
5康普顿 0.34％
6康普顿 0.12％
概率的总和 99.16％
表1：没有钨屏蔽的硅检测器中的相互作用链概率。
图12是示出相互作用谱的康普顿和光电部分的沉积能量谱的示例的示意图。竖直虚线示出了康普顿阈值，在该阈值之上，发现所有光电相互作用的99.75％，并且在该阈值之下，表示所有康普顿相互作用的99.70％。
图13是示出在一个快照中(即，在某个时间间隔期间)的相互作用的示例的示意图。黑线示出属于相同入射光子的相互作用。
图14是示出相互作用链1康普顿+1光电的1D散射距离的示例的示意图。
图15是示出相互作用的不同链的入射光子能量谱的示例的示意图。
因此，已经研究和表征了例如谱CT的光子计数X射线(硅)检测器中的相互作用动力学。此外，已经评估了使用例如基于最大似然方法的康普顿符合逻辑来识别和配对属于相同入射光子的相互作用并且显示这对检测器的谱性能的影响的可行性。所提出的技术将实现理想的X射线检测器，对于每个入射光子具有非常高的能量和位置分辨率。
已经表明，可以在诸如硅检测器之类的X射线检测器中区分光电相互作用和康普顿相互作用，并且可以基于光子能量和散射距离来表征不同的相互作用链。结果表明，可以基于沉积的能量和相互作用位置来识别属于相同入射光子的相互作用。
一般来讲，常规符合检测技术可以在应用于核医学和天体物理学中的康普顿照相机中找到，诸如在以下文献中所述，例如R.Todd，J.Nightingale，D.Everett，A proposedγcamera.Nature，第251卷，第132-134页(1974年)，https://doi.org/10.1038/251132a0，以及V.A.Hirner，K.Schneider，A telescope for soft gamma rayastronomy,Nuclear Instruments and Methods，第107卷，第2期，1973年，第385-394页，https://doi.org/10.1016/0029-554X(73)90257-7。康普顿照相机用于检测入射伽马光子，以便确定发射源的定位。在核医学中，入射光子是单能的，而在天体物理学中的应用可以涉及宽的能量谱(范围从keV到MeV)。
本发明提供了一种用于在X射线检测器中使用和/或改进诸如康普顿符合技术之类的符合检测技术的解决方案，其涉及在发射源的定位已知时检测许多不同能量的光子。
包括粗准直器以限制入射辐射的接受角的康普顿伽马相机先前已经在核医学中提出，例如参见美国专利7,291,841。该专利陈述了在X射线照相术中使用高度局部的源，以及如何针对特定X射线管焦点分布来设计聚焦X射线光学准直器。与此相反，在本文中描述了其中在符合技术中使用源的定位的符合检测方法。
对于在核医学中的应用，诸如单光子发射计算机断层摄影(SPECT)和在某种程度上正电子发射断层摄影(PET)，康普顿相机通常由两个不同的检测器组成：散射器和吸收器，例如Si+CdTe，参见“Compton imaging with 99mTc for human imaging”，M.Sakai,Y.，Kubota,R.K.，Parajuli等人，Sci Rep，第9卷，第12906页(2019年)，doi：10.1038/s41598-019-49130-z。
相反，在本发明中，提出了可以与硅的单个检测器一起使用的符合检测方法。
在例如Si+CdTe的康普顿相机中，入射光子康普顿在硅部分中散射，并且通过CdTe中的光电相互作用而相互作用，这意味着全部光子能量已经沉积在检测器中。然后可以使用康普顿散射公式基于相互作用位置和沉积能量来确定入射光子的方向。
在Ge检测器中还提出了伽马射线跟踪，以识别属于相同入射光子的相互作用，并且获得伽马射线能量以及入射光子的方向，例如在以下文献中所述：I.Y.Lee，Gamma-raytracking detectors,Nuclear Instruments and Methods in Physics ResearchSection A:Accelerators,Spectrometers,Detectors and Associated Equipment，第422卷，第1-3期，1999年，第195-200页，https://doi.org/10.1016/S0168-9002(98)01093-6。
然而，在诸如计算机断层摄影(CT)之类的许多应用中，兴趣在于量化入射光子的数量及其能量，而不是确定入射光子的方向。因此，用于该应用的符合检测方法具有非常不同的要求。这些涉及识别属于相同入射光子的相互作用以便避免双重计数单光子和配对相互作用以获得入射光子能量。计算机断层摄影还涉及更高的入射光子通量，这增加了使用符合技术的难度。
先前已经描述了涉及CT和康普顿相机的各种检测器系统，例如参见美国专利10,088,580、美国专利10,067,239、WO 2017015473A8、美国专利10,274,610、US 2018/0172848A1)、美国专利10,365,383和US 2020/0096656A1。这些不包括其中源位置可用于如本文所述的符合检测方法中的局部源。
许多常规符合方法仅依赖于时间：具有相同时间标记的两个相互作用被自动分配给相同的光子。
在许多感兴趣的应用和/或情形中，将可能存在属于相同时间窗口内的若干光子的相互作用。这需要更复杂的符合方法，例如找到对应于所记录的相互作用的最优解(入射光子的数量及其能量)。所提出的技术提供了这种复杂的解决方案。
其他设计考虑的示例
用于符合检测的系统和/或逻辑应当能够分离光电和康普顿散射光子。
为了简化符合检测方法的实现和使用，有时可能期望省略长相互作用链的识别。
通常，在识别太多和太少的符合之间将存在折衷。理想地，对于每个入射光子应当存在一个记录事件。然而，如果太多的符合被识别，则一些事件将被错误地移除。另一方面，如果太少被识别，则单个光子将导致多个记录事件。
即使其中全部光子能量没有沉积在检测器中的相互作用的链也将是识别所感兴趣的，因为这消除了双重计数。
在没有钨屏蔽或类似的抗散射模块的情况下，许多光子将其全部能量沉积在检测器中。然而，这也导致更长的相互作用链，这总体上增加了正确配对相互作用的难度。利用钨屏蔽，随着长的相互作用链被移除，配对相互作用将变得更容易，但是这也减少了将它们的全部能量沉积在检测器中的光子的数量，这减少了总谱信息。
符合逻辑可以作为后处理步骤执行，或者在数据采集期间直接在检测器电子器件中执行。后处理需要每次相互作用的沉积能量和相互作用位置的数据输出。检测器中的符合逻辑影响检测器设计，并且可以涉及专门设计用于执行符合方法的电子器件和/或软件。
符合检测技术可以在事件被记录时或在特定时间窗口、快照内发生的相互作用上被连续地应用。
通常，需要高空间分辨率来获得相互作用之间的角度。另外，可能需要高能量分辨率来正确地记录在每个事件中沉积的能量。
换句话讲，基本思想是基于光子相互作用的定时，任选地结合关于检测器中的相互作用位置和沉积能量的信息，来量化入射光子的数量及其能量。
例如，这可以通过基于相互作用位置和沉积的能量识别和配对属于相同入射光子的相互作用，或者绕过识别和配对步骤，通过从相互作用位置和沉积能量更直接地获得入射光子的数量及其能量来完成。
在下文中，给出了新型符合方法和/或程序的非限制性示例。
1.记录每个相互作用的能量和位置。
2.相互作用基于相互作用能量被分类为康普顿或光电。
3.从所记录的相互作用创建相互作用的可能链。相互作用的每个链象征来自单个入射光子的相互作用。相互作用链的示例可以例如是1康普顿相互作用+1光电相互作用。
4.对于相互作用的每个可能链，计算相互作用之间的距离和角度以及连续相互作用之间的总沉积能量和光子能量。
5.然后使用距离、角度和能量来估计相互作用的每个链的似然函数。似然函数基于例如康普顿散射公式、克莱因-仁科公式、朗伯-比尔定律和相互作用横截面。
6.根据最大化似然函数的相互作用链对相互作用进行分类。
一些步骤可以是任选的，并且可以执行这些步骤以将单个相互作用与附近的相互作用配对并且/或者将相互作用的集合分类以获得多个相互作用链。
该方法还可以用于直接从相互作用位置和沉积能量的集合获得入射光子的数量和能量，例如，如果似然函数是通过模拟明确定义的能量的入射光子并收集检测器中关于相互作用类型、位置和沉积能量的所得相互作用而获得的。
在将相互作用链分配给相互作用的大集合时，可能期望最初将每个相互作用分配给相互作用链，随机地或者使用基于概率的方法。这将产生相互作用链的初始集合，然后可以对其进行迭代地改变以便最大化构成相互作用链的集体似然，并且由此产生相互作用链的最可能集合。
另选地，可以应用一种方法，其中使用机器学习来确定入射光子的数量及其能量。这可以通过使用深度神经网络基于相互作用位置和沉积能量识别和配对属于相同入射光子的相互作用来完成。可以应用监督和无监督学习，以及强化学习。
根据另一个另选方案，提供了一种方法，其中使用决策树方法来确定入射光子的数量及其能量。这可以通过配对满足基于相互作用位置和沉积能量的特定标准的相互作用来完成。例如，如果两个相互作用在彼此的特定距离内并且它们的总沉积能量超过特定值，则它们被配对在一起。
任选地，本发明可以与用于实现对光子计数X射线检测器中的X射线光子的相互作用的初始点的估计的技术组合，如将在下面讨论的。
作为补充方面，可能期望实现对光子计数X射线检测器中的X射线光子的相互作用的初始点的改进估计，这基于多个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X射线检测器子模块以侧面朝向几何形状取向，其中边缘指向X射线源，假设X射线通过边缘进入。
每个检测器子模块或晶片具有一定厚度，其具有不同电势的两个相对侧，诸如前/主侧和后侧，以使得电荷能够朝向通常布置检测器元件(也称为像素)的(前/主)侧漂移。
可以确定源自康普顿相互作用或通过与X射线检测器的(特定)检测器子模块或晶片中的X射线光子相关的光效应的相互作用的电荷扩散的估计，并且至少部分地基于所确定的电荷扩散的估计来估计沿着检测器子模块的厚度的相互作用的初始点。
例如，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确定相互作用的检测点与初始点之间的距离。
例如，电荷扩散可以由电荷云表示，并且分布在主侧上的检测器子模块或晶片上的检测器元件可以提供像素阵列，其中像素通常小于要分辨的电荷云。
如所提及的，假设X射线通过边缘进入，X射线检测器子模块可以以边缘朝向X射线源的侧面朝向几何形状取向。
侧面朝向是X射线检测器的设计，其中X射线传感器(诸如X射线检测器元件或像素)被取向为侧面朝向进入的X射线。
作为示例，X射线检测器子模块中的每个X射线检测器可包括在两个方向上分布在检测器子模块或晶片上的检测器元件，包括入射X射线的方向。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与非深度分段的X射线检测器子模块一起使用。检测器元件可在基本上正交于入射的X射线的方向上被布置为阵列，而检测器元件中的每个检测器元件被取向为侧面朝向入射的X射线。换句话讲，X射线检测器子模块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。
在特定示例中，检测器元件或像素的至少一部分在入射X射线的方向上比在正交于入射X射线的方向上具有更长的延伸，具有至少2:1的关系。换句话讲，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。
任选地，基于云的测量宽度和云的集成电荷，估计入射x射线光子沿着检测器子模块厚度的相互作用的初始点。如所解释的，可以通过检测器子模块的触发的检测器元件上的感应电流来提供电荷云的表示。
例如，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检测器子模块中的X射线光子的检测点与相互作用的初始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相互作用的初始点的估计。
相互作用是X射线光子和半导体衬底(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(诸如后侧和前侧)之间延伸。
例如，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确定相互作用的检测点与初始点之间的距离。
例如，可以提供一种用于实现对光子计数X射线检测器中的X射线光子的相互作用的初始点的估计的系统。X射线检测器可以基于多个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。假设X射线通过边缘进入，X射线检测器子模块可以以边缘朝向X射线源(10)的侧面朝向几何形状取向。
每个检测器子模块或晶片具有一定厚度，其具有不同电势的两个相对侧，以使得电荷能够朝向通常布置检测器元件(也称为像素)的侧漂移。
然后，系统可被配置为确定源自康普顿相互作用或通过与X射线检测器的检测器子模块或晶片中的X射线光子相关的光效应的相互作用的电荷扩散的估计；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相互作用的初始点。
图16是示出x-z平面中的特定晶片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，电荷云可以具有大约100um的宽度，并且因此像素通常被设计成比其更小或甚至显著更小。因此，穿过半导体衬底行进的X射线光子通常导致电荷云覆盖检测器模块中的多个相邻像素。这意味着单个X射线光子将很可能触发多个像素中的事件检测。
尽管像素22被示为正方形，但是应当理解，像素可以是矩形或具有其他形式。
在特定示例中，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分布的信息来获得增加的分辨率。所考虑的方向可包括检测器子模块或晶片的长度(x)方向和/或深度(z)方向。
例如，该方法因此还包括以下步骤：确定入射X射线光子在检测器元件分布在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的点的估计。
例如，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的点的估计的步骤可以基于检测器元件分布在X射线检测器子模块或晶片的主侧上的两个方向(x,z)中的一个或两个方向上的电荷云分布的信息来执行。
图17是示出电荷云在x方向上的电荷云分布的示例的示意图。
图18是示出电荷云在z方向上的电荷云分布的示例的示意图。
作为示例，这可以涉及确定一个或多个电荷云分布(例如，参见图17和图18)并且通过诸如加权平均和/或最小均方方法之类的任何标准曲线拟合方法来执行曲线拟合。例如，找出曲线在何处具有其峰值并且将该峰值识别为特定方向上的相互作用的点，可以显著地提高分辨率，甚至低至子像素分辨率，例如低至1um分辨率。这可以与常规X射线成像系统的空间分辨率相比，该常规X射线成像系统可以具有大约1mm的分辨率。
另选地，可以使用关于哪个像素22已经检测到最高电荷的信息作为相互作用的点。例如，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的点的估计的步骤可以通过将已经检测到最高电荷的像素识别为相互作用的点来执行。
然而应当理解，如上所述，利用适当的曲线拟合，可以获得子像素分辨率。
如前所述，本发明人已经认识到，沿着检测器子模块或晶片的厚度(y)，光子的检测点可以与相互作用的初始点相当显著地不同。
在仔细分析和实验之后，本发明人进一步认识到，电荷扩散或云的形状(特别是宽度)取决于沿着所考虑的检测器子模块或X射线检测器的晶片的厚度从初始相互作用点到检测点的距离。这在图20中针对三个不同的距离或深度(100μm、300μm和600μm)示意性地示出。
例如，如果电荷云的横截面不是圆形的，而是椭圆形的或其他形式的，并且由此在z-x平面中的不同方向上具有不同的延伸，则值得推荐的是，使用电荷云横截面的最小宽度作为电荷扩散的相关量度。
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。感应电流由靠近前侧发生的电荷的移动支配。由于扩散是时间的函数，因此如果相互作用比起靠近前侧(用于贡献电荷载流子的可忽略的扩散)发生在靠近后侧(较长时间)，电荷云将更宽(在前侧处收集时)。知道总能量(电子空穴云的集成电荷)和云的宽度将使得能够估计沿着侧面朝向晶片的厚度的相互作用的点。
其中在相邻检测器元件中(在x-y平面中)检测到一致或几乎同时事件的光子计数检测器的面积由此还给出指示入射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，这意味着与具有较小检测面积和窄电荷扩散(诸如100μm)的情况相比，相互作用的更远点(诸如600μm)，如图20中示意性示出的。实验已经表明，分辨率可以显著提高，例如低至50μm。与简单地知道在哪个晶片中发生相互作用相比，这是相当大的改进。现在还可以知道，在大约50μm的分辨率内，沿着晶片的厚度，相互作用的初始点发生在何处。
图20是根据实施方案的检测器模块(也称为芯片或晶片)的示意图。在该示例中，检测器模块21包括半导体衬底或包括布置在半导体衬底中的多个有源集成像素的材料。在特定实施方案中，多个有源集成像素以网格或矩阵或其他图案布置在半导体衬底的主侧(前侧)处，如图中所示。该图还示出了不同深度段中的像素相对于面向X射线源的边缘的布置，并且X射线在该边缘处入射在检测器模块上。
在实施方案中，检测器模块还包括另外的处理电路系统，诸如模拟处理电路系统和/或数字处理电路系统，在图中例示为读出电路系统、控制电路系统和模数转换(ADC)电路系统。这些另外的处理电路系统可以在一个或多个ASIC中实现或实现为一个或多个ASIC。
另外的处理电路系统有利地布置在与多个有源集成像素相同的主侧(前侧)处的半导体衬底中。在这样的情况下，另外的处理电路系统优选地布置在主侧的在背离X射线源和入射X射线的边缘处或与其连接的部分或部件处，如图中所示。该实施方案通过减少用于另外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遮蔽面积。另外，通过布置在离入射边缘最远的位置，保护另外的处理电路系统免受入射X射线的影响。
图20还示意性地示出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。在实施方案中，有源集成像素是正方形的，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，可以使用其他形状的像素，诸如矩形，和/或在如图21所示的相同检测器模块中具有大小和/或形状不同的有源集成像素。在图21中，有源集成像素具有相同宽度但不同深度。例如，有源集成像素的深度可以针对不同深度段并且由此基于到X射线入射在检测器模块上的边缘的距离而增加。这意味着与最接近相对边缘的有源集成像素相比，在该边缘处的有源集成像素优选地具有更小的深度。在这样的实施方案中，检测器模块可包括具有两个或更多个不同深度的有源集成像素。
不同的像素深度，特别是作为深度段或到X射线入射到检测器模块上的边缘的距离的函数的像素深度，可以用于定制在有源集成像素处检测事件的概率或似然。
根据所提出的技术的特定方面，模拟信号处理(例如，图4中所示的模拟处理)的全部或部分可被集成到像素中，从而形成所谓的有源集成像素。
如所提及的，本发明的一方面涉及一种侧面朝向光子计数检测器。侧面朝向光子计数检测器包括至少一个检测器模块，其具有面向入射X射线的相应边缘。至少一个检测器模块包括半导体衬底。
在特定示例中，侧面朝向光子计数检测器还包括布置在半导体衬底中的多个有源集成像素。
在实施方案中，边缘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。
边缘光子计数检测器通常基于作为用于检测器模块的半导体材料的硅来制造。
为了补偿硅的低阻止能力，检测器模块通常以侧面朝向几何形状取向，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。
在特定实施方案中，半导体衬底由浮区(FZ)硅制成。FZ硅是通过竖直区熔融获得的非常纯的硅。在竖直配置中，熔融硅具有足够的表面张力以防止电荷分离。不需要密闭容器会防止硅的污染。因此，FZ硅中轻杂质的浓度极低。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通过RF加热线圈，这产生局部熔融区，晶锭从该局部熔融区生长。为了开始生长，在一端使用晶种。整个过程在真空室中或在惰性气体吹扫中进行。熔融区带走杂质，并且因此降低了杂质浓度。可以使用专门的掺杂技术如芯掺杂、丸剂掺杂、气体掺杂和中子嬗变掺杂来掺入均匀浓度的杂质。
在实施方案中，半导体衬底由高电阻率硅制成，诸如高电阻率FZ硅。如本文所用，高电阻率硅被定义为具有大于1kΩcm的体电阻率的单晶硅。
多个有源集成像素可实现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，可以使用CMOS技术生产有源集成像素的模拟电路系统。
图22至图25示出了在像素中具有不同模拟读出电子器件的这种有源集成像素的各种实施方案。在这些图中，像素的电流生成部件被示为输出电流脉冲或二极管信号的二极管。
图22示出包括放大器的有源集成像素的实施方案，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生成输出信号。在实施方案中，放大器是被配置为将电流脉冲集成到电压信号中的电荷敏感放大器(CSA)。
来自放大器(优选地为CSA)的输出信号(诸如电压信号)在该实施方案中被路由到布置在检测器模块中的半导体衬底中的外部处理电路系统，诸如以一个或多个ASIC的形式，参见图20和图21中的读出、控制和ADC。
随着检测器模块中有源集成像素数量的增加，每像素的计数率降低，并且噪声要求也被放宽。这意味着可以在有源集成像素中使用具有相对低功耗和低带宽的放大器。此外，由于二极管的性质，单端放大器是优选的。这进一步允许较不复杂的放大器。与使用较大像素大小相比，二极管电容越低，来自放大器的输入相关噪声就越不占主导。
图23示出了有源集成像素的另一个实施方案。除了放大器之外，该实施方案还包括脉冲整形器，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。
优选地使用CSA对来自二极管的电流脉冲进行积分。通常，这在CSA的输出端处生成缓慢移动的电压。为了补偿这种行为，消除电路(CC)，诸如零极点消除电路，被布置为连接到CSA和脉冲整形器。该零极点CC消除或至少抑制CSA的缓慢响应，同时保持电荷/电流积分。因此，时间常数将改为由脉冲整形器的整形器积分时间确定。
在该实施方案中，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外部处理电路系统，诸如以一个或多个ASIC的形式，参见图20和图21中的读出、控制和ADC。
图24示出了有源集成像素的另外实施方案。该实施方案包括连接到脉冲整形器并布置在其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现，以至少临时存储和保持来自脉冲整形器的输出信号。这使得能够诸如基于控制信号(ctrl)和/或在调度的时间实例(诸如基于时钟信号(clk)控制)从有源集成像素和模拟存储装置受控地读出数据。
如图24所示的模拟存储装置也可以用在如图22所示的实施方案中，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)或者通过零极点CC连接到放大器(CSA)。
在如图25所示的又一个实施方案中，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振幅与阈值进行比较来检测光子事件，该阈值在图中由噪声阈值表示。
在特定实施方案中，事件检测器被配置为基于脉冲振幅与阈值的比较来生成触发信号，并且优选地在脉冲振幅等于或超过，或超过阈值的情况下生成触发信号。
在该实施方案中，可以通过由事件检测器输出的触发信号来控制模拟存储装置的读出。因此，模拟存储装置中的数据的读出然后优选地仅在事件检测器确认有源集成像素检测到光子事件时发生，如通过具有(等于或)高于由噪声阈值表示的噪声基底的脉冲振幅所表示的。
换句话讲，充当事件检测器的比较器可用于向读出电路系统发信号，该读出电路通常相对于有源集成像素布置在外部，参见图20和图21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来读取模拟存储装置。读取的数据然后可以被进一步处理，诸如与阈值(T1-TN)比较，参见图4，和/或在ADC中被数字化，参见图20和图21。
如果没有执行模拟存储装置中的数据的读出，则可以诸如通过以先进先出(FIFO)方式操作来连续地刷新其中的数据。这允许从模拟存储装置异步读出数据，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，该数据然后可被读出并进一步处理。这使得即使不通过噪声阈值也能够检测数据的特性。
在另一个实施方案中，不仅基于来自有源集成像素中的事件检测器的触发信号，而且还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。
与现有技术解决方案相比，有源集成像素的实现使得能够减小像素的大小。这种较小大小的有源集成像素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。这继而使得能够确定源自康普顿相互作用或通过与侧面朝向光子计数检测器的特定检测器子模块中的X射线光子相关的光效应的相互作用的电荷扩散的估计，并且至少部分地基于所确定的电荷扩散的估计来估计X射线光子沿着检测器子模块的厚度的相互作用的初始点，例如如先前所述。
应当理解，本文描述的方法和设备可以多种方式组合和重新布置。
例如，特定功能可在硬件中实施，或者在软件中实施以供合适的处理电路系统执行，或者它们的组合。
本文描述的步骤、功能、过程、模块和/或块可使用任何常规技术在硬件中实施，诸如半导体技术、分立电路或集成电路技术，包括通用电子电路和专用电路。
具体示例包括一个或多个适当配置的数字信号处理器和其他已知的电子电路，例如互连以执行专用功能的离散逻辑门，或专用集成电路(ASIC)。
替代性地，本文描述的步骤、功能、过程、模块和/或块中的至少一些可在诸如计算机程序的软件中实施，以供诸如一个或多个处理器或处理单元的适当处理电路系统执行。
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，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)。
还应当理解，可以重新使用其中实施了所提出的技术的任何常规设备或单元的一般处理能力。也可例如通过重新编程现有软件或通过添加新的软件部件来重新使用现有软件。
根据另一方面，提供了一种X射线成像系统，该X射线成像系统包括X射线检测器系统和/或符合检测系统。
例如，X射线成像系统可以是计算机断层扫描(CT)系统。
在特定示例中，X射线成像系统还包括连接到X射线检测器系统的相关联的图像处理设备，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。
特别地，提供了一种包括以下指令的计算机程序：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26是示出根据实施方案的计算机实施方式的示例的示意图。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。指令通常被组织为计算机程序225、235，该计算机程序可被预配置在存储器220中或从外部存储器装置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了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读介质220、230，该计算机可读介质上存储有这种计算机程序。
例如，软件或计算机程序225、235可被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、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，该设备、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。
另选地，可以主要通过硬件模块或另选地作为纯硬件逻辑的硬件来实模块。软件相对于硬件的程度纯粹是实施方式的选择。
图27是示出用于获得或确定关于入射在X射线检测器上的辐射的信息的方法的示例的示意性流程图。
基本上，该方法包括以下步骤：
S1：使用光子计数X射线检测器来检测X射线辐射，其中所述光子计数X射线检测器被配置用于以从局部X射线源发射的、具有小于160keV的最大能量的宽能量X射线谱进行操作；
S2：记录所述光子计数X射线检测器中的光子相互作用的定时信息；
S3：基于所述定时信息和关于X射线源相对于X射线检测器的定位的信息，获得或确定关于入射在X射线检测器上的辐射的信息，包括特定区域中的入射光子的数量、入射光子的空间分布和入射光子的能量分布中的至少一者的表示。
在特定的非限制性示例中，获得或确定关于入射在X射线检测器上的辐射的信息的步骤包括：
基于由单个光子入射在X射线检测器上产生的光子相互作用的至少一个集合的似然来识别光子相互作用的所述集合，其中关于所述集合中的光子相互作用记录的定时信息与所述集合中源自单个入射光子的所有光子相互作用一致，其中所述似然基于X射线源相对于X射线检测器的定位以及康普顿散射公式、克莱因-仁科公式、朗伯-比尔定律、光电效应、康普顿效应或瑞利散射的X射线相互作用横截面以及光子传输的模拟中的至少一者；以及
基于光子相互作用的所述集合或基于所述似然，获得或确定关于特定区域中的入射光子数量、入射光子的空间分布和入射光子的能量分布中的至少一者的信息。
先前已结合系统描述将其他说明性和任选方法步骤描述为对应功能，即，将由各种系统和/或系统部件执行的步骤和/或动作。
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。

Claims (37)

1.一种X射线检测器系统(5)，所述X射线检测器系统包括：
-光子计数X射线检测器(20)，所述光子计数X射线检测器用于检测来自X射线源的X射线辐射；和
-符合检测系统(60)，所述符合检测系统被配置为基于关于所述X射线检测器中的光子相互作用的时间的信息和关于所述X射线源相对于所述X射线检测器的定位的信息，来确定和/或获得关于入射在所述X射线检测器上的所述辐射的信息。
2.根据权利要求1所述的X射线检测器系统，其中所述X射线检测器系统被配置用于以具有小于160keV的最大能量的宽能量X射线谱进行操作；所述X射线谱由所述X射线源发射，所述X射线源是从所述X射线检测器上的点观察到的范围小于0.5毫球面度的局部X射线源。
3.根据权利要求0或2所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为基于关于光子相互作用的所述时间的所述信息和关于所述X射线源相对于所述X射线检测器的所述定位的所述信息，来确定和/或获得关于入射在所述X射线检测器上的所述辐射的所述信息，包括特定区域中的入射光子的数量、入射光子的空间分布和入射光子的能量分布中的至少一者。
4.根据权利要求0至3中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置用于通过将光子散射模型与关于所述X射线源相对于所述X射线检测器的所述定位的所述信息组合，以确定和/或获得关于所述辐射的所述信息，来基于所述光子散射模型进行操作。
5.根据权利要求4所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为将所述光子散射模型和关于所述X射线源的所述定位的先验知识与不同入射X射线能量分布的概率的先验知识组合，以确定和/或获得关于所述辐射的所述信息。
6.根据权利要求0至5中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述X射线检测器是能够区分不同光子相互作用能量的光子计数多仓X射线检测器，并且所述符合检测系统被配置为使用关于光子相互作用能量的信息来确定关于所述辐射的所述信息。
7.根据权利要求0至6中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为基于光子相互作用的所述时间和/或定时的测量来确定和/或获得关于所述辐射的所述信息。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为还基于关于光子相互作用的位置的信息和关于光子相互作用中的沉积能量的信息中的至少一者来确定和/或获得关于所述辐射的所述信息。
9.根据权利要求0至8中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为基于识别由单个入射光子生成的光子相互作用的至少一个集合来确定和/或获得关于入射在所述检测器上的所述辐射的所述信息。
10.根据权利要求9所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为基于识别可能已经由至少两个不同的入射光子生成的光子相互作用的至少两个集合，来生成和/或获得关于入射在所述X射线检测器上的所述辐射的信息，其中每个集合中的所有光子相互作用都可能已经由单个入射光子生成，并且其中所述符合检测系统被配置为基于将光子相互作用的这些集合与光子相互作用的至少一个其他可能的集合进行比较，来将光子相互作用的所述至少两个集合识别为可能已经由至少两个不同的入射光子生成。
11.根据权利要求0至10中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为基于关于光子相互作用的时间的所述信息结合由至少两个光子相互作用位置限定的至少一个角度，和/或基于由三个光子相互作用位置限定的至少一个角度，和/或基于由入射辐射方向和两个光子相互作用位置限定的至少一个角度，来生成和/或获得关于入射在所述X射线检测器上的所述辐射的信息。
12.根据权利要求0至11中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述X射线检测器是硅检测器。
13.根据权利要求12所述的X射线检测器系统，其中所述X射线检测器系统被配置为基于能量阈值来区分康普顿相互作用和光电相互作用。
14.根据权利要求0至13中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述X射线检测器系统具有用于减少所述X射线检测器内的散射的高衰减阻挡器。
15.根据权利要求0至14中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述X射线检测器系统被配置为采用用于基于电荷扩散的量的估计来估计相互作用的所述位置的逻辑。
16.根据权利要求0至15中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为基于所述X射线检测器的模型进行操作。
17.根据权利要求0至16中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置用于基于光子散射模型的操作，并且所述光子散射模型基于康普顿散射公式、克莱因-仁科公式、朗伯-比尔定律、光电效应、康普顿效应或瑞利散射的X射线相互作用横截面以及光子传输的模拟中的至少一者。
18.根据权利要求0至17中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置用于基于光子散射模型的操作，并且所述光子散射模型包括瑞利散射，或者另选地排除瑞利散射。
19.根据权利要求0至18中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为独立于至少一个其他子体积来处理在整个检测器体积中或在所述检测器的子体积中检测到的所述光子相互作用。
20.根据权利要求0至19中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为基于最大似然方法、最大后验方法、神经网络、支持向量机或基于决策树的方法中的至少一者来获得和/或确定关于入射辐射的所述信息。
21.根据权利要求0至20中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为基于将至少一个似然分配给光子相互作用的至少一个集合，来获得和/或确定关于入射在所述X射线检测器上的辐射的所述信息，其中所述似然基于观察到这些光子相互作用的概率。
22.根据权利要求0至21中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为基于优化似然来获得和/或确定关于入射在X射线检测器上的辐射的所述信息，其中所述似然基于观察到这些光子相互作用的所述概率。
23.根据权利要求0至22中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为基于将至少一个似然分配给光子相互作用的至少一个集合来获得和/或确定关于入射在所述X射线检测器上的辐射的所述信息，其中所述似然基于在这些光子相互作用全部源自单个入射光子的情况下，观察这些光子相互作用的所述概率。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为针对多个光子相互作用中的每个光子相互作用，基于从单个入射光子观察到这些光子相互作用的所述至少一个似然，将所述相互作用分配给光子相互作用的集合。
25.根据权利要求24所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为以没有相互作用被分配给多于一个集合的方式，将所述多个光子相互作用分配给光子相互作用的集合。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为基于至少一个相互作用顺序的似然，将所述相互作用顺序分配给所述集合中的至少一个集合中的所述光子相互作用。
27.根据权利要求26所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为基于如由至少一个相互作用顺序所指定的所述集合中的第一光子相互作用的位置，将光子入射的估计位置分配给光子相互作用的至少一个集合。
28.根据权利要求23至27所述的X射线检测器系统，其中所述X射线检测器系统被配置为基于可能源自单个入射光子的光子相互作用的至少一个集合内的光子相互作用的检测到的能量来估计至少一个入射光子的能量。
29.根据权利要求23至28中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述X射线检测器系统被配置为基于所述至少一个似然来估计在至少一个时间间隔中入射在所述X射线检测器或所述X射线检测器的至少一个子体积上的光子的数量。
30.根据权利要求21至29中任一项所述的X射线检测器系统，其中基于入射在所述X射线检测器上的可能谱的集合的先验概率分布来计算所述似然。
31.根据权利要求0至30中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述符合检测系统被配置为在时间间隔上对测量的计数求和以及从所述光子计数X射线检测器读出它们中的至少一者之前应用于测量的数据。
32.根据权利要求0至31中任一项所述的X射线检测器系统，其中所述X射线检测器系统被配置为输出关于入射在所述X射线检测器上的所述辐射的所述信息，以用作到图像重建算法、基础材料分解算法、去噪算法、去模糊算法、堆积校正算法或谱失真校正算法中的至少一者的输入数据。
33.一种X射线成像系统，所述X射线成像系统包括根据权利要求1至32中任一项所述的X射线检测器系统。
34.根据权利要求33所述的X射线成像系统，其中所述X射线成像系统被配置为基于可能源自单个入射光子的光子相互作用的至少一个集合内的光子相互作用的检测到的能量来估计至少一个入射光子的能量。
35.一种用于获得或确定关于入射在X射线检测器上的辐射的信息的方法，所述方法包括以下步骤：
-使用光子计数X射线检测器来检测X射线辐射，其中所述光子计数X射线检测器被配置用于以从局部X射线源发射的、具有小于160keV的最大能量的宽能量X射线谱进行操作；
-记录所述光子计数X射线检测器中的光子相互作用的定时信息；
-基于所述定时信息和关于所述X射线源相对于所述X射线检测器的所述定位的信息，获得或确定关于入射在所述X射线检测器上的所述辐射的信息，包括特定区域中的入射光子的数量、入射光子的空间分布和入射光子的能量分布中的至少一者的表示。
36.根据权利要求35所述的方法，其中获得或确定关于入射在所述X射线检测器上的所述辐射的信息的步骤包括：
-基于由单个光子入射在所述X射线检测器上产生的光子相互作用的至少一个集合的似然来识别光子相互作用的所述集合，其中关于所述集合中的所述光子相互作用记录的所述定时信息与所述集合中源自单个入射光子的所有光子相互作用一致，其中所述似然基于所述X射线源相对于所述X射线检测器的所述定位以及康普顿散射公式、克莱因-仁科公式、朗伯-比尔定律、光电效应、康普顿效应或瑞利散射的X射线相互作用横截面以及光子传输的模拟中的至少一者；以及
-基于光子相互作用的所述集合或基于所述似然，获得或确定关于特定区域中的入射光子的所述数量、入射光子的所述空间分布和入射光子的所述能量分布中的至少一者的信息。
37.一种符合检测系统(60)，所述符合检测系统被配置为与光子计数X射线检测器(20)一起操作，其中所述符合检测系统(60)被配置为基于关于所述X射线检测器(20)中的光子相互作用的时间的信息和关于X射线源(10)相对于所述X射线检测器(20)的定位的信息来确定和/或获得关于入射在所述X射线检测器(20)上的辐射的信息。
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