[发明专利]能量鉴别光子计数检测器及其用途

说明书

本方法涉及基于硅的能量鉴别光子计数检测器的用途，诸如用于包括计算机断层摄影的基于X射线的成像。所描述的方法解决了受康普顿散射影响的X射线光子的分辨和分类，所述X射线光子可以被检测为由于碰撞或偏转事件而具有低于其本身级别的能级。

背景技术

本文所公开的主题涉及能量鉴别光子计数检测器的用途，包括基于硅的光子计数检测器，诸如在材料分解背景中。

非侵入式成像技术允许非侵入地获得受检者(患者、制造商品、行李、包裹或乘客)的内部结构或特征的图像。具体地，此类非侵入式成像技术依赖于各种物理原理(诸如X射线通过目标体积的差分传输或声波的反射)，以获取数据和构建图像或以其他方式表示受检者的内部特征。

例如，在基于X射线的成像技术中，X射线辐射跨越感兴趣的受检者(诸如人类患者)，并且一部分辐射影响收集强度数据的检测器。在数字X射线系统中，检测器产生表示影响检测器表面的离散像素区域的辐射的量或强度的信号。然后可以处理信号以生成可显示以供查看的图像。

在一种这样的基于X射线的技术(称为计算机断层摄影(CT))中，扫描仪可以在围绕被成像的对象(诸如患者)的多个视角位置处投射来自X射线源的扇形或锥形X射线束。X射线束在其穿过对象时衰减并且由一组检测器元件检测，该组检测器元件产生表示检测器上的入射X射线的强度的信号。处理信号以产生表示对象的线性衰减系数沿X射线路径的线积分的数据。这些信号通常称为“投影数据”或仅称为“投影”。通过使用重建技术诸如滤波反投影，可以生成表示患者或被成像对象的感兴趣区域的体积或体积绘制的图像。在医学背景中，然后可以从重建的图像或绘制的体积中定位或识别感兴趣的病理结构或其他结构。

通常，在这些类型的成像技术中使用的辐射检测器以能量积分(即，在获取间隔期间沉积的总积分能量的读出)模式或光子计数(检测每个单独的X射线光子并表征其能量)模式操作。能量积分是大多数临床应用中的X射线检测器的常规模式。然而，能量积分读出方法在低通量成像应用中操作不佳，其中与检测器相关联的电子噪声(包括读出操作)可能淹没可用信号。对于本领域技术人员显而易见的是，光子计数检测器相对于能量积分检测器提供其他益处，诸如改善的分辨率、通过对检测的光子进行最佳加权来改善对比度噪声比的能力、更好地描绘X射线束中材料的能力等。

在一些应用中，光子计数比与能量积分方法相关联的总积分能量信息更有意义。用于正电子发射断层摄影(PET)的常规基于闪烁体的光子计数检测器利用硅光电倍增管(SiPM)，其对于高计数率应用诸如CT而言是昂贵且不实用的。此外，一些光子计数方法可能限于其产生的信息的类型，诸如仅产生原始光子计数数据，而没有与所检测的光子的能量有关的信息。

相比之下，某些技术(诸如双能量(例如，高能量和低能量成像)和/或材料分解成像)不仅受益于一般意义上的光子计数，而且受益于获得给定暴露间隔内的光谱信息。也就是说，此类技术利用被分解到相应能量仓中的光子计数并且从而鉴别不同能量下的光子事件，由此对在不同光子能量范围下观察到的光子数进行确定和计数。为了解决这种需要，可以采用某些能量鉴别、光子计数X射线检测器技术。在某些情况下，与采用基于闪烁体的中间转换和所生成可见光子的后续检测的技术相比，此类方法采用直接将入射X射线转换为可测量信号的检测介质(即，使用直接转换材料生成的电子-空穴对)。

此类直接转换材料的示例包括碲化镉锌(CZT)和碲化镉(CdTe)。然而，此类材料不能够具有在实践中可能感兴趣的更高入射计数率。另选地，硅条可以用作直接转换、能量鉴别、光子计数检测器的一部分。此类基于硅条的检测器能够具有比CZT或CdTe检测器更高的入射光子计数率。然而，有关基于硅带的检测器的主要衰减机制是康普顿散射，其可以显著降低检测器的相关能量响应函数中的剂量效率和光谱保真度。具体地，这种康普顿散射事件通常导致X射线光子将其能量的一部分转移到在穿过时与其相互作用的粒子(即，偏转或散射粒子)，由此改变(即减小)X射线光子的能量以及可能改变其轨迹。

发明内容