[發明專利]能量鑒別光子計數檢測器及其用途

有效

• 申請號: 201880013363.5
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN110678125B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 金燕南;彼得·邁克爾·伊迪克;芮雪;付賡
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03;A61B6/00;G01T1/36;G06T11/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖;錢慰民

本方法涉及基于硅的能量鑒別光子計數檢測器的用途，諸如用于包括計算機斷層攝影的基于X射線的成像。所描述的方法解決了受康普頓散射影響的X射線光子的分辨和分類，所述X射線光子可以被檢測為由于碰撞或偏轉事件而具有低于其本身級別的能級。

背景技術

本文所公開的主題涉及能量鑒別光子計數檢測器的用途，包括基于硅的光子計數檢測器，諸如在材料分解背景中。

非侵入式成像技術允許非侵入地獲得受檢者(患者、制造商品、行李、包裹或乘客)的內部結構或特征的圖像。具體地，此類非侵入式成像技術依賴于各種物理原理(諸如X射線通過目標體積的差分傳輸或聲波的反射)，以獲取數據和構建圖像或以其他方式表示受檢者的內部特征。

例如，在基于X射線的成像技術中，X射線輻射跨越感興趣的受檢者(諸如人類患者)，并且一部分輻射影響收集強度數據的檢測器。在數字X射線系統中，檢測器產生表示影響檢測器表面的離散像素區域的輻射的量或強度的信號。然后可以處理信號以生成可顯示以供查看的圖像。

在一種這樣的基于X射線的技術(稱為計算機斷層攝影(CT))中，掃描儀可以在圍繞被成像的對象(諸如患者)的多個視角位置處投射來自X射線源的扇形或錐形X射線束。X射線束在其穿過對象時衰減并且由一組檢測器元件檢測，該組檢測器元件產生表示檢測器上的入射X射線的強度的信號。處理信號以產生表示對象的線性衰減系數沿X射線路徑的線積分的數據。這些信號通常稱為“投影數據”或僅稱為“投影”。通過使用重建技術諸如濾波反投影，可以生成表示患者或被成像對象的感興趣區域的體積或體積繪制的圖像。在醫學背景中，然后可以從重建的圖像或繪制的體積中定位或識別感興趣的病理結構或其他結構。

通常，在這些類型的成像技術中使用的輻射檢測器以能量積分(即，在獲取間隔期間沉積的總積分能量的讀出)模式或光子計數(檢測每個單獨的X射線光子并表征其能量)模式操作。能量積分是大多數臨床應用中的X射線檢測器的常規模式。然而，能量積分讀出方法在低通量成像應用中操作不佳，其中與檢測器相關聯的電子噪聲(包括讀出操作)可能淹沒可用信號。對于本領域技術人員顯而易見的是，光子計數檢測器相對于能量積分檢測器提供其他益處，諸如改善的分辨率、通過對檢測的光子進行最佳加權來改善對比度噪聲比的能力、更好地描繪X射線束中材料的能力等。

在一些應用中，光子計數比與能量積分方法相關聯的總積分能量信息更有意義。用于正電子發射斷層攝影(PET)的常規基于閃爍體的光子計數檢測器利用硅光電倍增管(SiPM)，其對于高計數率應用諸如CT而言是昂貴且不實用的。此外，一些光子計數方法可能限于其產生的信息的類型，諸如僅產生原始光子計數數據，而沒有與所檢測的光子的能量有關的信息。

相比之下，某些技術(諸如雙能量(例如，高能量和低能量成像)和/或材料分解成像)不僅受益于一般意義上的光子計數，而且受益于獲得給定暴露間隔內的光譜信息。也就是說，此類技術利用被分解到相應能量倉中的光子計數并且從而鑒別不同能量下的光子事件，由此對在不同光子能量范圍下觀察到的光子數進行確定和計數。為了解決這種需要，可以采用某些能量鑒別、光子計數X射線檢測器技術。在某些情況下，與采用基于閃爍體的中間轉換和所生成可見光子的后續檢測的技術相比，此類方法采用直接將入射X射線轉換為可測量信號的檢測介質(即，使用直接轉換材料生成的電子-空穴對)。

此類直接轉換材料的示例包括碲化鎘鋅(CZT)和碲化鎘(CdTe)。然而，此類材料不能夠具有在實踐中可能感興趣的更高入射計數率。另選地，硅條可以用作直接轉換、能量鑒別、光子計數檢測器的一部分。此類基于硅條的檢測器能夠具有比CZT或CdTe檢測器更高的入射光子計數率。然而，有關基于硅帶的檢測器的主要衰減機制是康普頓散射，其可以顯著降低檢測器的相關能量響應函數中的劑量效率和光譜保真度。具體地，這種康普頓散射事件通常導致X射線光子將其能量的一部分轉移到在穿過時與其相互作用的粒子(即，偏轉或散射粒子)，由此改變(即減小)X射線光子的能量以及可能改變其軌跡。

發明內容