專利名稱：校正量子計數探測器中計數率漂移的方法和x射線系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于在具有量子計數探測器元件的X射線系統、特別是CT系統的探測器中校正計數率漂移的方法，其中每個探測器元件具有帶有明顯不同的能量門限的至少兩個計數器的組合，所述能量門限被組合地分析以用于確定入射的輻射劑量。此外發明還涉及一種具有量子計數探測器的X射線系統以及一種量子計數探測器的電路布置。
背景技術：
一般公知具有量子計數探測器的X射線系統，特別是CT系統以及用于分析來自于探測器的探測器脈沖的方法。近年來為了在CT系統中應用，除了迄今為止所使用的具有積分探測器元件的常規探測器類型，建議這種量子計數探測器，因為其作為可能的解決方案能夠用于降低患者劑量以及用于在單源CT系統中能量分辨地測量。在這些量子計數探測器中，臨床CT掃描器中的高X射線光子流導致在以典型的方式使用的CdTe/CdZnTe探測器材料中構建空間電荷，這可以導致明顯的計數率漂移。該計數率漂移使精確地確定劑量變 得困難并且一般會導致圖像誤差以及在CT系統中特別明顯地導致在由吸收數據建立的斷層造影圖像中的偽影。

發明內容
因此，本發明要解決的技術問題是，找到一種在量子計數探測器中校正計數率漂移的方法以及一種具有量子計數探測器的改進的X射線系統。按照量子計數探測器的典型結構，為了在探測器材料上的信號測量，設置至少兩個不同的能量門限，這些能量門限等效于入射到探測器材料的粒子能量，其中對該門限的超過被分別計數。發明人現在已經注意到，明顯不同的能量門限(例如對于以120kVp譜掃描的測量來說是20keV和60keV或20keV、35keV和60keV)的計數率彼此的比例存在令人驚訝的恒定性。這是對于大部分多色X射線譜(如其典型地在X射線診斷中使用的那樣)與在那里通常的探測器像素大小相結合的情況。在下面示出的方法中應當表明，可以怎樣使用該特征來消除計數率漂移以及由此可以實現改善圖像質量，但是以強烈降低光譜靈敏度為代價。可以如下地計算恒定的因數，該恒定的因數描述了關于不同門限的計數器的計數率之間的比。通過計數器i測量的計數率通過如下得出Ii = Ai I (I-(Ii)， (I)其中Ii是輸出到探測器元件的輻射強度，Ai是與計數器i相結合的探測器的效率并且Cli是計數器i的計數率漂移。在漂移值Cli線性地相互連接的情況下其可以如下地說明Ii = Ai I (1-fj d) (2)按照對數吸收尺度(Absorptionsskala)、精確的衰減尺度如下地得出線性吸收尺度的變化
Li = L-In(Ai)-In(1-fj d) (3)通過定義= -In(Ai)以及使用近似ln(l+x) ^ x獲得Li = L+ai+fi d (4)該等式允許訪問所測量的數據組的每個計數器對(i，j)中計數率漂移的測量。d = (I1J :=丨丄,(5)其中假設精確已知參數％和f\。此時可以使用所測量的漂移值來校正測量數據以及提取值L。使用利用計數器k測量的數據以及從計數器i和j提取的漂移L = Lk, ij = Lk-ak-fk (Iij (6 ) 在k = i或k = j的情況下可以以如下來表達同一關系式L = Lij = jjtx (人,-Ck) —- %)( ) ~ trU (Li — ai) + (I — o) (Lj - (Ij)
(8)-IfljJJ^77(9)這對應于從每一對(i，j)測量的數據組加權地相加到對數尺度上。混合權重Wu在此通過計數率-漂移比fi和fj給出。在此要注意，Bi和&取決于脈沖譜的形狀，該脈沖譜由CdTe探測器提供。也就是漂移比在X射線譜、吸收材料及其厚度變換的情況下由于發生輻射硬化而具有一定的波動。脈沖堆高(Pile-Up)在高的X射線光子流的情況下本身同樣對該參數產生影響。上面描述的方法要求精確地校準參數％和fp這兩個參數關于脈沖譜的形狀是靈敏的并且因此取決于如下的情況-探測器的脈沖特性，取決于探測器材料、幾何特征、偏置電壓以及信號整形特性；-入射射線的光譜，取決于管電壓(kV)、濾波以及輻射硬化；-脈沖堆高，取決于管電流(mA)以及穿過掃描材料的衰減；-所使用的計數器的門限。下面描述按照本發明的對給出的管電壓與管電流的組合的措施。由于實際的計數器門限的不準確性和/或有效脈沖持續時間的變化，校準必須基于信道對信道(Kanal-fiir-Kanal-Basis)執行。為此考察具有N彡2個計數器的量子計數探測器，在明顯不同的門限中優選地N=2或N=3。具有最低的能量門限的計數器為i=l，具有按照定義的值&1=0和f\=l。在此對于不同的衰減值S = 0... >§重復地執行測量。在醫學成像范圍內，使用水或等效水的材料的這種厚度d來得出實際的輻射硬化是有意義的。這可以通過使用具有不同厚度的條狀圖模體(Balkenphantom)來實現。成立的是S(d) = ItnjO * d(10)對于給出的kV/mA組合，也就是對于模體的每個條狀圖，下面還掃描d=0的情況。在此重要的是，探測器示出了計數率漂移的明顯改變，可能地這還可以通過修改校準期間的偏置電壓導致。該掃描可以位于從幾個至多個秒的范圍內，取決于量子統計法，該量子統計法對于執行下面描述的步驟是必要的。由這些掃描得出的計數率數據Ii按照下面的等式來處理。Di(S) := — In Ii(S) — In Z1(O) — S(J1)= O, (S) + (I1 (5) = a, {S) + /, (S)di (S)(12)其中fdU).表示在沒有衰減的條件下(S = 0)，I1關于時間的平均值。這點對應于所謂的平場校正(Flatfield-Korrektur)。借助線性回歸計算,在利用這些數據建立的散射圖Di中相對于Dl得出參數％ 0和& (S)，其中(S)代表回歸線與縱坐標的交點上的縱坐標值并且fi (S)代表回歸線的斜率。由此得出如下的關系式Di(S) = Bi(S)+^ (S) D1(S) (13)
在下面的步驟中能夠對參數Bi 0和& (S)建模，例如通過多項式回歸來覆蓋連續的衰減值S。這些值可以被用于計算并校正計數率漂移，如通過等式(5 )至(9 )所描述的那樣。在此要注意，數據Ii或Li在第一處理步驟中應當進行關于Ii(O)的平場校正。此外還要指出，上面描述的方法本身包含計數率的輻射硬化校正和飽和校正。S卩，在此提供的方法使用具有明顯不同的門限的計數器的計數率漂移值的比的常數來校正計數率漂移。該校正可以應用于投影數據的層面并且能夠在螺旋掃描以及順序掃描的范圍內快速并簡單地執行處理步驟。與用于環形偽影去除的其他算法不同，該方法既不影響圖像清晰度也不去除低對比度對象。上面的描述的方法假設在明顯不同的門限中至少N=2個計數器用于校正(N2-N)/2個數據組。在此基本上由N個計數器得到的所有數據組關于計數率漂移進行校正。但是，只有在掃描期間吸收的材料與為校準而使用的材料相同或至少類似時，該校正才是精確的。但對于其它材料該校正是易于產生錯誤的，這導致了極其有限的多能量能力(Multi-Energie- Fahigkeit )。但是相應于公式(7) - (9)能夠提供(N2-N) /2個與材料相關的數據組，其關于各自的參考材料是無計數率漂移的。該與材料相關的數據組包含光譜的靈敏度和修改后的噪聲特性。由與水不同的物質形成的對比度相應于等式Cij =Wij Ci+(I-Wij) C」出現。在基于碘的造影劑的情況下在成像時產生有利的巧合在20_30keV和60_70keV附近的兩個期望的計數器的混合權重接近如下的混合權重該混合權重對于水-碘對比度噪聲比CNR的最大化是需要的。從而找到例如因數f12 ^ 8和W12 ^ I. 14。這種圖像對比度值與利用20keV-計數器所測量的值類似，其中容易提高圖像噪聲。所提供的方法能夠允許在臨床的CT掃描器中使用具有次最佳的漂移特征的CdTe或CdZnTe傳感器材料，并且以強烈降低光譜靈敏度為代價實現好的成像特征。但該虧損可以通過使用雙kVp方法，例如在雙源CT掃描器中，得到補償。補充地指出，原則上足夠的是，恒定的計數率比，也就是上面提到的因數fxy，不是在具有不同能量門限的計數器X和y之間按照經驗準確地確定，而且粗略地估計該比例。然后剩余的圖像偽影可以通過已知的算法，例如在CT情況下的環去除算法來處理。相應于這些認識，發明人建議了一種用于在具有多個平面布置的量子計數探測器元件的電離輻射探測器中校正計數率漂移的方法，其中每個探測器元件具有帶有明顯不同的能量門限的至少兩個計數器的組合，所述能量門限被組合地分析以用于確定入射輻射劑量。在此，按照本發明基于前面確定的、計數率彼此的函數依賴關系并且每個探測器元件使用至少一個計數器作為參考校正具有不同能量門限的各個其它計數器的計數率。為了準備掃描特定的材料，優選地可以在透射不同的厚度的相同的或關于其吸收特征等效相同的材料的情況下測量每個探測器元件的各個計數器的計數率的函數依賴關系，該材料在之后的X射線檢查中還存在于待檢查的測量對象中。此外，為了確定探測器的探測器元件的計數率漂移的函數依賴關系可以確定至少兩個計數器之間的線性回歸系數，并且該系數可以用于校正至少一個計數器的計數率。除了觀察純線性的依賴關系，為了確定探測器的探測器元件的計數率漂移的函數依賴關系，還可以確定至少兩個計數器之間的多項式回歸系數，并且由此校正至少一個計數器的計數率。最后特別有利的是，所測量的計數率Ii和/或其對數等效Li在其使用之前進行標 準化，特別是進行所謂的平場校正。除了按照本發明的方法發明人還建議一種X射線系統，特別是CT系統，具有帶有量子計數探測器元件的探測器，其中具有明顯不同的能量門限的至少兩個計數器的組合配備給每個探測器元件，以及具有程序存儲器的控制和計算單元，在該程序存儲器中存儲了計算機程序，所述計算機程序在運行中執行根據上述權利要求中任一項所述的方法。


下面對照附圖根據優選的實施例對本發明作進一步的說明，其中僅示出了為理解本發明所必須的特征。使用如下的附圖標記1 :CT系統；2 :第一射束源；3 :第一探測器；4 弟~■射束源；5 :弟_■探測器；6 :機架殼體；7 :患者；8 :患者臥榻；9 :系統軸；10 :計算站；D 探測器；Dn，m :探測器元件；Ii，I2, I3 :脈沖率/計數率；L/K :邏輯和校正單元；Lkm :脈沖率；Prg1-Prgn :計算機程序;S1, S2, S3 :門限；ZS1, ZS2, Zs3 :計數器。附圖中圖I示意性示出了具有兩個計數器的探測器元件的探測器電子器件；圖2示意性示出了具有三個計數器的探測器元件的探測器電子器件；圖3示出了用于執行按照本發明的方法的具有量子計數探測器的CT系統。
具體實施例方式圖I示出了具有量子計數探測器元件Dm的未完整示出的探測器電子器件的探測器D的截面示意圖。在探測器元件的探測器電子器件中，電信號從探測器元件Dn, m并行地傳輸到兩個計數器Zsi和Zs2，其中計數器相應于其下標以不同的門限SI和S2 (例如20keV和60keV)來調節，從而僅分別計數如下的電信號，該電信號相應于入射到探測器元件的至少20keV或至少60keV的伽馬量子。從計數器Zsi和Zs2將計數脈沖率I1和I2傳送到邏輯和校正單元L/K，在該邏輯和校正單元中所測量的計數率的按照本發明的漂移校正基于找到的在計數率I1與I2之間的關系式來校正，并且作為校正后的對數脈沖率Lkm (1-2)輸出。在圖2中示出按照本發明的每個探測器元件具有三個計數器的探測器的變形。這再次示出了具有量子計數探測器元件Dn,m的未完整示出的探測器電子器件的探測器D的截面示意圖。在探測器元件的探測器電子器件中，電信號從探測器元件Dn, _ 并行地傳輸到三個計數器Zsi至Zs3，其中計數器相應于其下標以不同的門限SI至S3 (例如20keV、35keV和60keV)來調節，從而每個計數器僅計數如下的電信號，該電信號相應于入射到探測器元件的至少20keV、35keV或至少60keV的伽馬量子的能量等效。從計數器Zsi至Zs3將計數脈沖率I1至I3傳送到邏輯和校正單元L/K，在該邏輯和校正單元中所測量的脈沖率I1至I3的按照本發明的漂移校正分別基于找到的在脈沖率I1與I2U1與I3和I2與I3之間的關系式來校正，并且作為校正后的對數脈沖率Lkm (1-2),Lkorr (1-3)和Lkm (2-3)輸出。替換地還可以輸出唯一的校正后的對數脈沖率，在該脈沖率中根據校正后單值確定唯一的校正后計算值，例如平均值。按照本發明的方法可以結合具有計數探測器元件的任意探測器使用。在此，圖3中僅示例性地示出了具有按照本發明構造的探測器的計算機斷層造影系統I。該CT系統I具有機架殼體6，具有輻射源2的機架位于該機架殼體中，該輻射源2與相對設置的探測器 3一起圍繞系統軸9旋轉。可選地，在機架上布置至少一個第二輻射源4和相對布置的探測器5。為了掃描例如將患者臥榻8上的患者7移動穿過測量場，同時在機架上的輻射源2、4和探測器3、5圍繞系統軸9旋轉。由探測器3和/或5探測的信號可以直接在按照本發明構造的或設置的探測器電子器件或者相應構造的或編程的中央計算站10中處理。在那里還可以存儲計算機程序Prg1-Prgn，其在運行時除了別的之外執行按照本發明的方法。要指出的是，按照本發明的方法和按照本發明的電路布置不局限于斷層造影的應用，而是可以用于每個具有計數探測器元件的探測粒子或光子的探測器。總之，發明提供一種方法、一種電路布置以及一種X射線系統，特別是CT系統，其中為了校正具有量子計數探測器元件的電離輻射探測器的計數率漂移，這些探測器元件具有帶有明顯不同的能量門限的至少兩個計數器的組合，基于前面確定的計數率彼此的函數依賴關系并且在每個探測器元件使用至少一個計數器作為參考的情況下對具有不同能量門限的各個其它計數器的計數率進行校正。盡管本發明在細節上通過優選的實施例詳細說明和描述，但本發明不受到所公開的示例的限制并且可以由專業人員從中推導出其它的變化，而不會脫離本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種用于在具有多個平面布置的量子計數探測器元件(Dn,m)的電離輻射探測器中校正計數率漂移的方法，其中每個探測器元件(Dm)具有帶有明顯不同的能量門限(S1，S2，S3)的至少兩個計數器(ZS1，ZS2，ZS3)的組合，所述能量門限被組合地分析以用于確定入射輻射劑量，其特征在于，基于前面確定的計數率彼此的函數依賴關系并且在每個探測器元件使用至少一個計數器(ZS1，ZS2，Zs3)作為參考的情況下對具有不同能量門限的各個其它計數器的計數率進行校正。
2.根據上述權利要求I所述的方法，其特征在于，在透射不同厚度的相同的或關于其吸收特征等效的材料的情況下測量每個探測器元件(Dn,m)的各個計數器(ZS1，ZS2, Zs3)的計數率的函數依賴關系，該材料在之后的X射線檢查中至少近似在待檢查的測量對象(7)中還存在。
3.根據上述權利要求I至2中任一項所述的方法，其特征在于，為了確定探測器(D)的探測器元件(Dm)的計數率漂移的函數依賴關系，確定至少兩個計數器(ZS1，ZS2，Zs3)之間的線性回歸系數，并且由此校正至少一個計數器(ZS1，ZS2, Zs3)的計數率。
4.根據上述權利要求I至2中任一項所述的方法，其特征在于，為了確定探測器的探測器元件(Dm)的計數率漂移的函數依賴關系，確定至少兩個計數器(ZS1，ZS2，ZS3)之間的多項式回歸系數，并且由此校正至少一個計數器(ZS1，ZS2, Zs3)的計數率。
5.根據上述權利要求I至4中任一項所述的方法，其特征在于，所測量的計數率(Ii)和/或其對數等效Li在其使用之前進行標準化。
6.根據上述權利要求5所述的方法，其特征在于，平場校正被用于標準化。
7.根據上述權利要求I至6中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法用于X射線探測器。
8.根據上述權利要求I至6中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法用于CT探測器。
9.一種X射線系統，特別是CT系統(I )，具有帶有量子計數探測器元件(Dm)的探測器(3，5)，其中具有明顯不同的能量門限(SI，S2，S3)的至少兩個計數器(ZS1，ZS2, Zs3)的組合配備給每個探測器元件(Dn,m)，以及具有程序存儲器的控制和計算單元(10)，在該程序存儲器中存儲了計算機程序(Prg1-Prgn),所述計算機程序在運行中執行根據上述權利要求中任一項所述的方法。
10.一種用于量子計數探測器元件(Dn，m)的電路布置，其這樣運行，即在運行中執行根據權利要求I至8中任一項所述的方法。
全文摘要
本發明涉及一種方法、一種電路布置以及一種X射線系統，特別是CT系統(1)，其中為了校正具量子計數探測器元件(Dn，m)的電離輻射探測器的計數率漂移，這些探測器元件具有帶有明顯不同的能量門限(S1，S2，S3)的至少兩個計數器(ZS1，ZS2，ZS3)的組合，基于前面確定的計數率彼此的函數依賴關系并且在每個探測器元件使用至少一個計數器(ZS1，ZS2，ZS3)作為參考的情況下對具有不同能量門限的各個其它計數器的計數率進行校正。
文檔編號A61B6/03GK102809756SQ20121017607
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月31日 優先權日2011年5月31日
發明者S.卡普勒 申請人:西門子公司