РАДИОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ФОТОНОВ С КОРРЕКЦИЕЙ СМЕЩЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G01N23/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к устройству обнаружения, способу обнаружения и компьютерной программе обнаружения для обнаружения фотонов. Изобретение также относится к устройству формирования изображений, способу формирования изображений и компьютерной программе формирования изображений для формирования изображения объекта.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Статья "Medipix2: A 64-k pixel readout chip with 55-μm square elements working in single photon counting mode" by X. Llopart et al., IEEE Transactions on Nuclear Science, volume 49, issue 5, pages 2279 to 2283, October 2002 раскрывает счетчик фотонов, который формирует значения обнаружения в зависимости от обнаруженных фотонов. В частности, материал с прямым преобразованием используется для преобразования фотонов в импульсы сигналов, причем каждый импульс сигнала соответствует единственному фотону, и высота соответствующего импульса сигнала является показателем энергии соответствующего фотона. Импульсы сигналов распределяются по нескольким энергетическим диапазонам, причем для каждого энергетического диапазона формируется значение обнаружения, которое является показателем частоты импульсов сигналов, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону.

Патент США 4058728 раскрывает способ и схему для коррекции сигналов данных камеры гамма-излучения для схемы обработки сигналов. Искусственно формируются импульсы, которые копируют сигналы данных, произведенные на выходе трубок фотоумножителя сцинтилляционной камеры гамма-излучения, и они вставляются во внутреннюю схему обработки камеры гамма-излучения таким образом, чтобы остаться отличимыми от сигналов данных, сформированных трубками фотоумножителя. Посредством отслеживания количества искусственных импульсов, произведенных искусственным образом, и количества импульсов, фактически подсчитанных схемой обработки данных сцинтилляционной камеры гамма-излучения, может быть определен фактор, являющийся показателем потерь сцинтилляционного счетчика в схеме обработки.

Высота импульса сигнала может содержать смещение, вызванное незатухающими токами. Это смещение может привести к искаженному распределению импульсов сигналов по энергетическим диапазонам и, таким образом, к понижению качества сформированных значений обнаружения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить устройство обнаружения, способ обнаружения и компьютерную программу обнаружения для обнаружения фотонов, которые позволяют надежно определять смещение. Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить устройство формирования изображений, которое содержит устройство обнаружения, и соответствующий способ формирования изображений и компьютерную программу формирования изображений для формирования изображения объекта.

В первом аспекте настоящего изобретения представлено устройство обнаружения для обнаружения фотонов, причем устройство обнаружения содержит

- блок обнаружения для обнаружения фотонов, причем блок обнаружения выполнен с возможностью формировать импульсы сигналов обнаружения, имеющие высоту импульса сигнала обнаружения, являющуюся показателем энергии соответствующего обнаруженного фотона,

- блок формирования значений обнаружения для формирования значений обнаружения с разложением на энергетические составляющие в зависимости от импульсов сигналов обнаружения,

- блок формирования импульсов сигналов для формирования импульсов искусственных сигналов, имеющих предопределенную высоту импульса искусственного сигнала и предопределенную сформированную частоту, и для выдачи сформированных импульсов искусственных сигналов блоку формирования значений обнаружения,

причем блок формирования значений обнаружения выполнен с возможностью a) принимать импульсы искусственных сигналов, b) определять наблюдаемую частоту, представляющую собой частоту принятых импульсов искусственных сигналов, имеющих высоту импульса искусственного сигнала, которая больше предопределенного первого порога, причем предопределенный первый порог больше предопределенной высоты импульса искусственного сигнала, и c) определять смещение импульсов сигналов обнаружения в зависимости от определенной наблюдаемой частоты импульсов искусственных сигналов.

Поскольку предопределенный первый порог (или порог высоты искусственного сигнала) больше предопределенной высоты импульса искусственного сигнала, наблюдаемая частота должна быть очень маленькой или нулевой, если не присутствует смещение, при определении наблюдаемой частоты. С увеличением смещения также увеличится наблюдаемая частота, поскольку вследствие смещения высота импульсов искусственных сигналов будет больше, чем первоначально сформированная, вследствие чего большее количество импульсов искусственных сигналов имеет высоты импульсов искусственных сигналов, которые больше предопределенного порога высоты искусственного сигнала. Таким образом, наблюдаемая частота является надежным показателем для смещения импульсов искусственных сигналов, принятых блоком формирования значений обнаружения, и, таким образом, для смещения импульсов сигнала обнаружения. Смещение импульсов сигналов обнаружения, таким образом, может быть надежно определено в зависимости от определенной наблюдаемой частоты импульсов искусственных сигналов.

Блок обнаружения предпочтительно содержит материал с прямым преобразованием, такой как кадмий-церий (CdCe) или кадмий-цинк-теллурид (CZT), для формирования импульсов сигналов обнаружения в зависимости от фотонов, собранных на материале с прямым преобразованием.

Блок формирования значений обнаружения предпочтительно выполнен с возможностью сравнивать импульсы искусственных сигналов с порогом высоты импульса искусственного сигнала для определения наблюдаемой частоты. Блок формирования значений обнаружения предпочтительно дополнительно выполнен с возможностью сравнивать импульсы сигналов обнаружения с порогами высоты импульса сигнала обнаружения, задающими энергетические диапазоны, чтобы распределить импульсы сигналов обнаружения по энергетическим диапазонам, причем для каждого энергетического диапазона определяется значение обнаружения, являющееся показателем частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону. Процедуры сравнения для сравнения импульсов сигналов обнаружения и импульсов искусственных сигналов с соответствующими порогами предпочтительно выполняются компараторами блока формирования значений обнаружения.

Наблюдаемая частота предпочтительно представляет собой частоту импульсов искусственных сигналов, имеющих высоту импульса искусственного сигнала, которая больше порога высоты импульса искусственного сигнала, когда высоты импульсов искусственных сигналов сравниваются с порогом высоты импульса искусственного сигнала в блоке формирования значений обнаружения. Сформированная частота относится к соответствующей частоте, сформированной блоком формирования импульсов сигнала.

Предпочтительно, что высоты импульса сигнала обнаружения меньше предопределенной максимальной высоты импульса сигнала обнаружения, причем порог высоты импульса искусственного сигнала больше максимальной высоты импульса сигнала обнаружения. Это гарантирует, что только импульсы искусственных сигналов, а не импульсы сигналов обнаружения, вносят вклад в наблюдаемую частоту, и тем самым дополнительно улучшается надежность определения смещения.

Также предпочтительно, что блок формирования значений обнаружения содержит соответствия между наблюдаемыми частотами и смещениями, причем блок формирования значений обнаружения выполнен с возможностью определять смещение на основе соответствий и фактической наблюдаемой частоты. Соответствия могут быть определены посредством калибровочных измерений, в которых наблюдаемая частота определена, в то время как известны смещение и предопределенные сформированные импульсы искусственных сигналов, то есть их высоты импульсов сформированных искусственных сигналов и сформированная частота. Соответствия также могут быть обеспечены как функция между наблюдаемой частотой и смещением, которая может быть основана на теоретических соображениях.

В частности, блок формирования значений обнаружения может быть выполнен с возможностью i) обеспечивать модель, моделирующую наблюдаемую частоту как произведение a) сформированной частоты импульсов искусственных сигналов и b) вероятности шума, определяющей вероятность того, что шум в импульсах искусственных сигналах больше порога высоты импульса искусственного сигнала минус сформированная искусственная высота импульса и минус смещение, и ii) модифицировать смещение, которое должно быть определено, чтобы отклонения между смоделированной наблюдаемой частотой и фактической наблюдаемой частотой уменьшались, и тем самым определять смещение. Вероятность шума предпочтительно обеспечивается посредством функции вероятности шума. Шум в импульсах искусственных сигналов представляет собой случайную флуктуацию импульсов искусственных сигналов, будучи электронным шумом, который является характеристикой устройства обнаружения, в частности, блока формирования значений обнаружения.

Вероятность может быть определена посредством интегрирования соответствующей плотности вероятности как гауссовой плотности вероятности от a) порога высоты импульса искусственного сигнала минус сформированная высота искусственного импульса и минус смещение до b) бесконечности. Это позволяет очень точно определить смещение на основе предположения, что при сравнении высоты импульса искусственного сигнала с порогом высоты импульса искусственного сигнала высота импульса искусственного сигнала является комбинацией первоначальной высоты импульса искусственного сигнала, предопределенной и сформированной блоком формирования импульсов сигналов, шума и смещения.

Блок формирования значений обнаружения может быть выполнен с возможностью обеспечивать модель, моделирующую эффект наложения, вызванный комбинированным сигналом обнаружения и импульсами искусственных сигналов, имеющими комбинированную высоту импульса сигнала, которая больше порога высоты импульса искусственного сигнала, и корректировать наблюдаемую частоту импульсов искусственных сигналов, которые больше порога высоты импульса искусственного сигнала, на основе модели наложения.

В варианте осуществления блок формирования значений обнаружения выполнен с возможностью формировать значения обнаружения с разложением на энергетические составляющие посредством сравнения импульсов сигналов обнаружения с порогами высоты импульса сигнала обнаружения, задающими энергетические диапазоны, чтобы распределить импульсы сигналов обнаружения по энергетическим диапазонам, и корректировать распределение импульсов сигналов обнаружения на основе смещения, тем самым формируя для каждого энергетического диапазона скорректированное значение обнаружения, являющееся показателем частоты импульсов сигналов обнаружения соответствующего энергетического диапазона. Это позволяет улучшить качество значений обнаружения посредством коррекции распределения по энергетическим диапазонам для смещения.

Предпочтительно блок формирования значений обнаружения выполнен с возможностью определять чувствительность частоты импульсов сигнала обнаружения, присвоенных энергетическому диапазону, к смещению и корректировать частоту импульсов сигнала обнаружения, присвоенных энергетическому диапазону, на основе смещения и определенной чувствительности. Учет чувствительности частоты импульсов сигнала обнаружения, присвоенных энергетическому диапазону, к смещению при коррекции этой частоты дополнительно улучшает качество значений обнаружения.

Также предпочтительно, что энергетический диапазон задан двумя порогами импульса сигнала обнаружения, первым порогом импульса сигнала обнаружения и вторым порогом импульса сигнала обнаружения, причем блок формирования значений обнаружения выполнен с возможностью

- определять частоту импульсов сигналов обнаружения энергетического диапазона как разность между a) первой частотой, представляющей собой частоту импульсов сигналов обнаружения, имеющих высоты импульсов сигналов обнаружения, которые больше первого порога высоты импульса сигнала обнаружения и b) второй частотой, представляющей собой частоту импульсов сигналов обнаружения, имеющих высоты импульсов сигналов обнаружения, которые больше второго порога высоты импульса сигнала обнаружения,

- определять третью частоту, представляющую собой частоту импульсов сигналов обнаружения, имеющих высоту импульса сигналов обнаружения, которая больше первого порога высоты импульса сигнала для чувствительности, который меньше первого порога высоты импульса сигнала обнаружения,

- определять четвертую частоту, представляющую собой частоту импульсов сигналов обнаружения, имеющих высоты импульсов сигнала обнаружения, которые больше второго порога высоты импульса сигнала для чувствительности, который меньше второго порога высоты импульса сигнала обнаружения,

- определять чувствительность частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных энергетическому диапазону, к смещению в зависимости от разности между первой и третьей частотой и разности между второй и четвертой частотой.

Смещение высоты импульса сигнала обнаружения может рассматриваться в предположении, что высота импульса сигнала обнаружения не была модифицирована смещением, но пороги высоты импульса сигнала обнаружения, задающие соответствующий энергетический диапазон, были соответственно перемещены. Таким образом, разность между первой и третьей частотами является показателем чувствительности частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, к перемещению первого порога высоты импульса сигнала обнаружения, вызванному смещением, и разность между второй и четвертой частотами является показателем чувствительности частоты сигналов импульсов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, к перемещению второго порога высоты импульса сигнала обнаружения вследствие смещения. Если разность между первой и третьей частотами и разность между второй и четвертой частотами вычесть друг из друга, то результат вычитания является показателем изменения частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, если присутствует смещение. Таким образом, этот результат вычитания может рассматриваться как чувствительность частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, к смещению.

В варианте осуществления блок формирования значений обнаружения может быть выполнен с возможностью определять чувствительность частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, к смещению на основе среднего значения a) отношения частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, к ширине соответствующего энергетического диапазона и b) отношения частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных смежному энергетическому диапазону, к ширине смежного энергетического диапазона. Это позволяет определять чувствительность только на основе сравнения высот импульсов сигналов обнаружения с порогами высоты импульса сигнала обнаружения, задающими энергетические диапазоны, без обязательного требования сравнения с дополнительным порогом, таким как упомянутые выше пороги высоты сигнала для чувствительности. В частности, для соответствующего энергетического диапазона может быть определено первое среднее число, которое представляет собой среднее значение между a) отношением частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, к ширине соответствующего энергетического диапазона и b) отношение частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных непосредственно предыдущему энергетическому диапазону, к ширине непосредственно предыдущего энергетического диапазона, и может быть определено второе среднее число, которое представляет собой среднее значение a) отношения частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, к ширине соответствующего энергетического диапазона и b) отношения частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных непосредственно следующему энергетическому диапазону, к ширине непосредственно следующего энергетического диапазона. Чувствительность для соответствующего энергетического диапазона может быть определена посредством вычитания первого и второго средних чисел друг из друга.

Блок формирования значений обнаружения может быть выполнен с возможностью корректировать частоту импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, на основе произведения смещения и чувствительности частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, к смещению. Это позволяет корректировать значения обнаружения относительно простым способом. В частности, для энергетического диапазона произведение смещения и чувствительности может быть добавлено к частоте сигналов импульсов обнаружения, присвоенных энергетическому диапазону, чтобы скорректировать соответствующее значение обнаружения.

Блок формирования значений обнаружения также может быть выполнен с возможностью формировать значения обнаружения с разложением на энергетические составляющие посредством a) коррекции импульсов сигналов обнаружения на основе смещения, b) сравнения импульсов сигнала обнаружения с порогами высоты импульса сигнала обнаружения, задающими энергетические диапазоны, чтобы распределить импульсы сигнала обнаружения по энергетическим диапазонам, и c) формирования для каждого энергетического диапазона значения обнаружения, являющегося показателем частоты импульсов сигналов обнаружения соответствующего энергетического диапазона. Это обеспечивает дополнительную возможность корректировать значения обнаружения в зависимости от смещения относительно простым способом.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлено устройство построения изображений для построения изображения объекта, причем устройство построения изображений содержит:

- источник фотонов для формирования фотонов, имеющих разные энергии, для прохождения через объект,

- устройство обнаружения для обнаружения фотонов, прошедших через объект, и для формирования значений обнаружения с разложением на энергетические составляющие по пункту 1 формулы изобретения. Источник фотонов предпочтительно представляет собой полихроматический источник рентгеновского излучения, и устройство обнаружения предпочтительно выполнено с возможностью обнаруживать фотоны рентгеновского излучения, прошедшие через объект. Устройство формирования изображений предпочтительно представляет собой систему компьютерной томографии или систему рентгеновского излучения с C-образной консолью, которые позволяют вращать источник фотонов и устройство обнаружения вокруг объекта вдоль траектории, например, расположенной на воображаемом цилиндре или воображаемой сфере. Например, траектория представляет собой круговую или спиральную траекторию.

Устройство формирования изображений может содержать блок управления для управления источником фотонов и устройством обнаружения, причем источником фотонов и устройством обнаружения управляют таким образом, что импульсы искусственных сигналов формируются и принимаются блоком формирования значений обнаружения, когда блок обнаружения не обнаруживает фотоны. Это позволяет определять смещение, в то время как устройство обнаружения не облучается фотонами, сформированными источником фотонов. Это уменьшает обычно возможные помехи при определении смещения от фотонов и, таким образом, может дополнительно улучшить надежность определения смещения.

Устройство формирования изображений предпочтительно содержит блок воссоздания для воссоздания изображения объекта на основе значений обнаружения с разложением на энергетические составляющие и смещения. В частности, блок воссоздания может быть выполнен с возможностью воссоздавать изображение объекта на основе нескорректированных значений обнаружения с разложением на энергетические составляющие и смещения. Смещение может рассматриваться как сдвиг порогов высоты импульса сигнала обнаружения энергетических диапазонов. Эти сдвинутые пороги могут быть учтены, например, методикой декомпозиции материалов, которая выполняет декомпозицию значений обнаружения на разные компоненты, которые могут являться показателем разных материалов, таких как костная и мягкая ткань, и/или разных физических эффектов, таких как фотоэлектрический эффект, эффект Комптона и K-краевой эффект. Соответствующая методика декомпозиции раскрыта, например, в статье ″K-Edge imaging in x-ray computed tomography using multi-bin photon counting detectors″ by E. Roessl and R. Proksa, Physics in Medicine and Biology, volume 52, pages 4679 to 4696 (2007), которая включена в настоящий документ по ссылке.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлен способ обнаружения для обнаружения фотонов, причем способ обнаружения содержит этапы, на которых:

- обнаруживают фотоны блоком обнаружения, причем формируются импульсы сигналов обнаружения, имеющие высоту импульса сигнала обнаружения, являющуюся показателем энергии соответствующего обнаруженного фотона,

- формируют значения обнаружения с разложением на энергетические составляющие в зависимости от импульсов сигналов обнаружения посредством блока формирования значений обнаружения,

- формируют импульсы искусственных сигналов, имеющие предопределенную высоту импульса искусственного сигнала и предопределенную сформированную частоту, посредством блока формирования импульсов сигналов и выдают сформированные импульсы искусственных сигналов блоку формирования значений обнаружения,

причем блок формирования значений обнаружения a) принимает импульсы искусственных сигналов, b) определяет наблюдаемую частоту, представляющую собой частоту принятых импульсов искусственных сигналов, имеющих высоту импульса искусственного сигнала, которая больше предопределенного первого порога, причем предопределенный первый порог больше предопределенной высоты импульса искусственного сигнала, и c) определяет смещение импульсов сигналов обнаружения в зависимости от определенной наблюдаемой частоты импульсов искусственных сигналов.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлен способ формирования изображений для формирования изображения объекта, причем способ формирования изображений содержит этапы, на которых:

- формируют фотоны, имеющие разные энергии, для прохождения через объект посредством источника фотонов,

- обнаруживают фотоны для формирования значений обнаружения с разложением на энергетические составляющие и определяют смещение по пункту 12 формулы изобретения.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлена компьютерная программа обнаружения для обнаружения данных обнаружения с разложением на энергетические составляющие, причем компьютерная программа содержит средство программного кода для того, чтобы побудить устройство обнаружения по пункту 1 формулы изобретения выполнять этапы способа обнаружения по пункту 12 формулы изобретения, когда компьютерная программа обнаружения выполняется на компьютере, управляющем устройством обнаружения.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлена компьютерная программа формирования изображений для формирования изображения объекта, причем компьютерная программа формирования изображений содержит средство программного кода для того, чтобы побудить устройство формирования изображений по пункту 9 формулы изобретения выполнять этапы способа формирования изображений по пункту 13 формулы изобретения, когда компьютерная программа формирования изображений выполняется на компьютере, управляющем устройством формирования изображений.

Следует понимать, что устройство обнаружения по пункту 1, устройство формирования изображений по пункту 9, способ обнаружения по пункту 11, способ формирования изображений по пункту 13, компьютерная программа обнаружения по пункту 14 и компьютерная программа формирования изображений по пункту 15 формулы изобретения имеют аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, в частности, заданные в зависимых пунктах формулы изобретения.

Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления изобретения также может являться любой комбинацией зависимых пунктов формулы изобретения с соответствующим независимым пунктом формулы изобретения.

Эти и другие аспекты изобретения будут понятны и разъяснены со ссылкой на описанные далее варианты осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 схематично и иллюстративно показывает вариант осуществления устройства формирования изображений для формирования изображений объекта,

Фиг.2 схематично и иллюстративно показывает вариант осуществления устройства обнаружения для обнаружения фотонов,

Фиг.3 схематично и иллюстративно показывает спектр фотонов, и

Фиг.4 иллюстративно показывает блок-схему последовательности операций варианта осуществления способа формирования изображений для формирования изображения объекта.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 схематично и иллюстративно показывает устройство формирования изображений для формирования изображения объекта, представляющее собой устройство 12 компьютерной томографии. Устройство 12 компьютерной томографии включает в себя раму 1, которая может вращаться вокруг оси R вращения, проходящей параллельно по отношению к направлению z. Источник 2 фотонов, который в этом варианте осуществления представляет собой полихроматическую рентгеновскую трубку, смонтирован на раме 1. Источник 2 фотонов снабжен коллиматором 3, который в этом варианте осуществления формирует конический пучок 4 излучения из фотонов, сформированных источником 2 фотонов. Фотоны проходят через объект, например, через пациента в зоне 5 исследования, которая в этом варианте осуществления является цилиндрической. После пересечения зоны 5 исследования пучок 4 излучения падает на устройство 6 обнаружения, которое содержит двухмерную поверхность обнаружения. Устройство 6 обнаружения смонтировано на раме 1.

Устройство 12 компьютерной томографии содержит два двигателя 7, 8. Рама 1 приводится в движение предпочтительно с постоянной, но регулируемой угловой скоростью посредством двигателя 7. Двигатель 8 обеспечен для перемещения объекта, например, пациента, который размещен на столе для пациентов в зоне 5 исследования, параллельно по отношению к направлению оси R вращения или оси z. Этими двигателями 7, 8 управляет блок 9 управления, например, таким образом, что источник 2 фотонов и область 5 исследования перемещаются относительно друг друга вдоль спиральной траектории. Однако также возможно, что объект не перемещается, а вращается только источник 2 фотонов, то есть, источник 2 фотонов движется вдоль круговой траектории относительно объекта или зоны 5 исследования. Кроме того, в другом варианте осуществления коллиматор 3 может быть выполнен с возможностью формировать другую форму пучка, в частности, веерный пучок, и устройство 6 обнаружения может содержать поверхность обнаружения, которая имеет форму, соответствующую другой форме пучка, в частности, веерного пучка.

Во время относительного перемещения источника 2 фотонов и зоны 5 исследования устройство 6 обнаружения формирует значения обнаружения в зависимости от излучения, падающего на поверхность обнаружения устройства 6 обнаружения. Значения обнаружения выдаются блоку 10 воссоздания для воссоздания изображения объекта на основе значений обнаружения. Изображение, воссозданное блоком 10 воссоздания, выдается блоку 11 отображения для отображения воссозданного изображения.

Блок 9 управления предпочтительно также выполнен с возможностью управлять источником 2 фотонов, устройством 6 обнаружения и блоком 10 воссоздания.

Фиг.2 схематично и иллюстративно показывает блок 14 обнаружения, блок 15 формирования импульсов сигналов и блок 16 формирования значений обнаружения устройства 6 обнаружения. Блок 14 обнаружения выполнен с возможностью обнаруживать фотоны 13 и формировать импульсы сигнала обнаружения, имеющие высоту импульса сигнала обнаружения, являющуюся показателем энергии соответствующего обнаруженного фотона 13. Блок 15 формирования импульсов сигналов выполнен с возможностью формировать импульсы искусственных сигналов, имеющие предопределенную высоту импульса искусственного сигнала и предопределенную частоту формирования, и обеспечивать сформированные импульсы искусственных сигналов для блока 16 формирования значений обнаружения. Блок 16 формирования значений обнаружения выполнен с возможностью a) принимать импульсы искусственных сигналов, b) определять наблюдаемую частоту, являющуюся частотой принятых импульсов искусственных сигналов, имеющих высоту импульса искусственного сигнала, которая больше предопределенного порога высоты искусственного сигнала, причем порог высоты искусственного сигнала является таким же или больше, чем предопределенная высота импульса искусственного сигнала, и c) определять смещение импульсов сигналов обнаружения в зависимости от определенной наблюдаемой частоты импульсов искусственных сигналов.

Блок 14 обнаружения содержит материал с прямым преобразованием, такой как CdCe или CZT, для формирования импульсов сигналов обнаружения в зависимости от фотонов 13, собранных на материале с прямым преобразованием. Такой блок обнаружения, содержащий материал с прямым преобразованием, например, раскрыт в статье "Recent progress in CdTe and CdZnTe detectors" by T. Takahashi and S. Watanabe, IEEE Transactions on Nuclear Science, volume 48, issue 4, pages 950 to 959, August 2001, которая включена в настоящий документ по ссылке.

Генератор 15 импульсов сигналов может представлять собой известный генератор импульсов сигналов, такой как серийно выпускаемый генератор импульсов сигналов 81130A от компании Agilent Technologies.

Блок 16 формирования значений обнаружения выполнен с возможностью сравнивать импульсы искусственных сигналов с порогом высоты искусственного сигнала для определения наблюдаемой частоты. Блок 16 формирования значений обнаружения также выполнен с возможностью сравнивать импульсы сигналов обнаружения с порогами высоты сигнала обнаружения, задающими энергетические диапазоны, чтобы распределить импульсы сигналов обнаружения по энергетическим диапазонам, причем для каждого энергетического диапазона значение обнаружения определяется как являющееся показателем частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону. Процедуры сравнения для сравнения импульсов сигналов обнаружения и импульсов искусственных сигналов с соответствующими порогами выполняются компараторами блока 16 формирования значений обнаружения. Наблюдаемая частота представляет собой частоту импульсов искусственных сигналов, имеющих высоту импульса искусственного сигнала больше порога высоты искусственного сигнала, когда высоты импульсов искусственных сигналов сравниваются с порогом высоты искусственного сигнала в блоке 16 формирования значений обнаружения посредством использования компараторов. Сформированная частота имеет отношение к предопределенной частоте импульсов искусственных сигналов, сформированных блоком 15 формирования импульсов сигналов.

Высоты импульсов сигналов обнаружения меньше предопределенной максимальной высоты импульса сигнала обнаружения, и порог высоты искусственного сигнала больше максимальной высоты импульса сигнала обнаружения.

Блок 16 формирования значений обнаружения содержит соответствия между наблюдаемыми частотами и смещениями, причем блок 16 формирования значений обнаружения выполнен с возможностью определять смещение на основе соответствий и фактической наблюдаемой частоты.

Соответствия могут быть определены посредством калибровочных измерений, в которых наблюдаемая частота определяется, в то время как известно смещение, а также известны предопределенные сформированные импульсы искусственных сигналов, то есть их высоты импульсов сформированных искусственных сигналов и сформированная частота. Соответствия могут также быть обеспечены на основе функции между наблюдаемой частотой и смещением, которая может быть основана на теоретических соображениях. В частности, блок 16 формирования значений обнаружения может быть выполнен с возможностью обеспечивать модель, моделирующую наблюдаемую частоту R_O как произведение a) сформированной частоты R_G импульсов искусственных сигналов и b) вероятности P шума, задающей вероятность того, что шум в импульсах искусственных сигналов больше порога V_T высоты искусственного сигнала минус высота V_P сформированного искусственного импульса и минус смещение V_B. Эта модель наблюдаемой частоты R_O может быть описана следующими уравнениями:

Вероятность P может быть определена посредством интегрирования соответствующей плотности вероятности как гауссовой плотности вероятности от порога V_T высоты искусственного сигнала минус высота V_P сформированного искусственного импульса и минус смещение V_B до бесконечности. Полученная в результате гауссова вероятность может быть иллюстративно описана следующим уравнением:

В уравнении (3) предполагался нулевой средний электронный шум с гауссовой формой, причем σ_Ν обозначает дисперсию шума. Дисперсия шума устройства обнаружения, в частности, блока формирования значений обнаружения может быть измерена заранее известным способом.

Блок 16 формирования значений обнаружения может быть выполнен с возможностью модифицировать смещение V_B таким образом, что отклонения между смоделированной наблюдаемой частотой и фактически наблюдаемой частотой, которая была фактически измерена, уменьшаются, и тем самым определяется смещение.

Блок формирования значений обнаружения может быть выполнен с возможностью обеспечивать модель наложения, моделирующую эффект наложения, вызванный комбинацией импульсов сигнала обнаружения и искусственного сигнала, имеющих высоту комбинированного импульса сигнала, которая больше порога высоты искусственного сигнала, и корректировать наблюдаемую частоту импульсов искусственного сигнала с высотами импульсов искусственного сигнала, которые больше порога высоты искусственного сигнала, на основе модели наложения.

Если предполагается, что в блок обнаружения фотоны будут приходить с распределением Пуассона с входным количеством отсчетов R_ICR, то вероятность P_P наложения импульсов искусственных сигналов с импульсами сигналов обнаружения, которые сформированы на основе входящих фотонов, может быть определена следующим уравнением:

где τ обозначает период времени, в котором определение наблюдаемой частоты импульсов искусственных сигналов является чувствительным к наложению. Этот период времени может быть определен заранее посредством калибровочных измерений. Наблюдаемая частота импульсов искусственных сигналов, включающая в себя частоту , созданную наложением, содержит свободную от наложения частоту R_O и связанную с наложением частоту P_P(R_G-R_O). Свободная от наложения частота может быть оценена с помощью уравнения

Таким образом, блок формирования значений обнаружения может быть выполнен с возможностью корректировать наблюдаемую частоту импульсов искусственных сигналов с высотами импульсов искусственных сигналов, которые больше порога высоты искусственного сигнала, в соответствии с уравнением (5).

Блок 16 формирования значений обнаружения дополнительно выполнен с возможностью формировать значения обнаружения с разложением на энергетические составляющие посредством a) сравнения импульсов сигналов обнаружения с порогами высоты сигнала обнаружения, задающими энергетические диапазоны, чтобы распределить импульсы сигналов обнаружения по энергетическим диапазонам, b) коррекции распределения импульсов сигналов обнаружения на основе смещения и c) формирования для каждого энергетического диапазона значения обнаружения, являющегося показателем частоты импульсов сигналов обнаружения соответствующего энергетического диапазона. В частности, блок 16 формирования значений обнаружения выполнен с возможностью определять чувствительность частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, к смещению и корректировать частоту импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, на основе смещения и определенной чувствительности. Частота импульсов сигнала обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, может быть скорректирована на основе произведения смещения V_B и чувствительности S_i частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, которая обозначена индексом i, к смещению. Такая коррекция может быть иллюстративно описана следующим уравнением:

где C_i обозначает частоту импульсов сигналов обнаружения, присвоенных i-му энергетическому диапазону до коррекции, обозначает частоту импульсов сигналов обнаружения, присвоенных i-му энергетическому диапазону после коррекции, и S_i обозначает чувствительность частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных i-му энергетическому диапазону, к смещению V_B.

Чувствительность S_i может быть задана следующим уравнением:

где T_i и T_i+1 обозначают первый и второй пороги высоты импульса сигнала обнаружения i-го энергетического диапазона, N_T-количество порогов высоты импульса сигнала обнаружения, и i = 0, 1, 2? …, N_T-1. Значения D(T_i) может рассматриваться как плотность частоты импульсов, заданная для некоторого отдельного порога T_i.

Таким образом, чувствительность частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, к смещению может быть определена на основе среднего значения от a) отношения частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, к ширине соответствующего энергетического диапазона и b) отношения частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных смежному энергетическому диапазону, к ширине смежного энергетического диапазона.

В другом варианте осуществления плотность D(T_i) частоты импульсов также может быть определена следующим уравнением:

В уравнении (9) частота импульсов сигналов обнаружения, имеющих высоты импульсов сигнала обнаружения, которые больше порога T_i высоты импульса сигнала обнаружения, обозначена как R_i, и частота импульсов сигналов обнаружения, имеющих высоты импульсов сигнала обнаружения, которые больше порога T_Δi высоты импульса сигнала для чувствительности, который меньше соответствующего порога T_i высоты импульса сигнала обнаружения, обозначена как R_Δi. Тогда чувствительность соответствующего энергетического диапазона, которая учитывает плотности частот импульсов на соответствующих двух порогах высоты импульса сигнала обнаружения, то есть, на первом пороге импульса сигнала обнаружения на втором пороге импульса сигнала обнаружения, может быть определена следующим образом.

Частота импульсов сигнала обнаружения соответствующего энергетического диапазона может быть определена как разность между a) первой частотой, являющейся частотой импульсов сигнала обнаружения, имеющих высоты импульсов сигналов обнаружения, которые больше первого порога высоты импульса сигнала обнаружения и b) второй частоты, являющейся частотой импульсов сигналов обнаружения, имеющих высоты импульсов сигнала обнаружения, которые больше второго порога высоты импульса сигнала обнаружения. Определяется третья частота, являющаяся частотой импульсов сигналов обнаружения, имеющих высоту импульса сигнала обнаружения, которая больше первого порога высоты импульса сигнала для чувствительности, который меньше первого порога высоты импульса сигнала обнаружения. Определяется четвертая частота, являющаяся частотой импульсов сигналов обнаружения, имеющих высоты импульсов сигналов обнаружения, которые больше второго порога высоты импульса сигнала для чувствительности, который меньше второго порога высоты импульса сигнала обнаружения. Затем определяется первая плотность частоты импульсов для соответствующего энергетического диапазона посредством вычитания друг из друга первой и третьей частот и деления результата вычитания на разность между первым порогом высоты импульса сигнала обнаружения и первым порогом высоты импульса сигнала для чувствительности. Вторая плотность частоты импульсов может быть определена посредством вычитания друг из друга второй и четвертой частот и деления результата вычитания на разность между вторым порогом импульса сигнала обнаружения и вторым порогом высоты импульса сигнала для чувствительности. Затем может быть определена чувствительность соответствующего энергетического диапазона к смещению как разность между первой и второй плотностями частот импульсов, которые были определены для этого энергетического диапазона.

Описанная выше коррекция частоты импульсов сигнала обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, основана на понимании, что смещение высот импульсов сигналов обнаружения может рассматриваться как сдвиг первого и второго порогов высоты импульса сигнала обнаружения соответствующего энергетического диапазона. Коррекция, которая следует из этого понимания, будет проиллюстрирована далее со ссылкой на фиг.3.

Фиг.3 показывает распределение n импульсов сигналов обнаружения по высотам V импульсов сигналов обнаружения. Пороги высоты импульса сигнала обнаружения для соответствующего энергетического диапазона обозначены T₁ и T₂. Все импульсы сигналов обнаружения, имеющие высоты импульсов сигнала обнаружения между порогами высоты импульса сигнала обнаружения T₁ и T₂, должны быть присвоены соответствующему энергетическому диапазону. Однако из-за смещения пороги T₁ и T₂ сдвигаются к порогам T_B1 и T_B2. Нескорректированная частота, которая была первоначально присвоена соответствующему энергетическому диапазону, таким образом, соответствует импульсам сигналов обнаружения, имеющим высоты сигналов обнаружения между смещенными порогами T_B1 и T_B2. Чтобы скорректировать частоту сигналов импульсов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, из первоначально присвоенной частоты должна быть вычтена частота между порогами T_B1 и T₁, и частота между порогами T_B2 и T₂ должна быть добавлена к первоначально присвоенной частоте. Эта коррекция отражена уравнениями (6) и (7).

В другом варианте осуществления блок формирования значений обнаружения также может быть выполнен с возможностью формировать значения обнаружения с разложением на энергетические составляющие посредством a) коррекции импульсов сигналов обнаружения на основе смещения, b) сравнения импульсов сигналов обнаружения с порогами высоты импульса сигнала обнаружения, задающими энергетические диапазоны, чтобы распределить импульсы сигналов обнаружения по энергетическим диапазонам, и c) формирования для каждого энергетического диапазона значения обнаружения, являющегося показателем частоты импульсов сигналов обнаружения соответствующего энергетического диапазона. В частности, перед распределением импульсов сигналов обнаружения по энергетическим диапазонам смещение может быть вычтено из высот импульсов сигналов обнаружения.

Блок 9 управления может быть выполнен с возможностью управлять источником 2 фотонов и устройством 6 обнаружения таким образом, что импульсы искусственных сигналов формируются и принимаются блоком 16 формирования значений обнаружения только тогда, когда блок 14 обнаружения не обнаруживает фотоны. В частности, источник 2 фотонов может представлять собой рентгеновскую трубку с электродом переключателя решетки, причем переключатель решетки может использоваться для блокирования потока фотонов от рентгеновской трубки для измерения смещения, то есть для определения смещения. Эти измерения смещения могут быть вставлены в последовательность формирования изображений для отслеживания дрейфа отклонения, то есть смещения. Например, непосредственно перед периодом излучения, непосредственно после периода излучения или между двумя периодами излучения, в которых обнаружены фотоны, которые прошли через объект, может быть выполнено измерение смещения. В другом варианте осуществления вместо рентгеновской трубки с электродом переключателя решетки может использоваться другой механизм для временного выключения источника фотонов. Например, источник фотонов может представлять собой стандартную рентгеновскую трубку, которая может быть включена и выключена. Или перед источником фотонов может использоваться затвор, который позволяет временно блокировать поток фотонов для выполнения измерения смещения. Если поток фотонов может быть остановлен, чтобы выполнить измерение смещения, никакой дополнительный пороговый блок не требуется для выполнения измерения смещения, но регулярная пара порог/счетчик, которая используется для определения энергетических диапазонов, по которым распределяются импульсы сигналов обнаружения, может быть перепрограммирована для выполнения измерения смещения. Могут использоваться несколько пар для расширения диапазона измерения смещения и/или увеличения точности.

В другом варианте осуществления блок формирования значений обнаружения просто распределяет импульсы сигналов обнаружения по энергетическим диапазонам без коррекции этого распределения относительно смещения. Вместо этого блок 10 воссоздания выполнен с возможностью учитывать сдвинутые пороги высоты импульса сигнала обнаружения, которые могут рассматриваться как сдвинутые на определенную величину смещение, при воссоздании изображения объекта на основе нескорректированных значений обнаружения с разложением на энергетические составляющие. Например, блок 10 воссоздания может быть выполнен с возможностью выполнять декомпозицию значений обнаружения на разные компонентные значения обнаружения, которые соответствуют разным компонентам объекта. Эти разные компоненты, например, связаны с разными физическими эффектами, такими как эффект Комптона, фотоэлектрический эффект и K-краевой эффект, и/или разные компоненты могут быть связаны с разными материалами, такими как костные, мягкие ткани человека и так далее. Например, блок воссоздания может использовать метод декомпозиции, раскрытый в статье "K-Edge imaging in x-ray computed tomography using multi-bin photon counting detectors" by E. Roessl and R. Proksa, Physics in Medicine and Biology, Volume 52, pages 4679 to 4696 (2007), которая включена в настоящий документ по ссылке.

В варианте осуществления декомпозиция выполняется в соответствии со следующим уравнением, которое основано на инверсии физической модели, описывающей процесс измерения:

где C_i обозначает нескорректированную частоту импульсов сигналов обнаружения в i-ом энергетическом диапазоне, B_i(E) обозначает спектральную чувствительность i-го энергетического диапазона, F(E) обозначает спектр источника фотонов, j - индекс для M_j разных компонентов, A_j обозначает линейный интеграл значений поглощения по j-му компоненту, и P_j(E) обозначает спектральное поглощение j-го компонента. Пороги TE_i и TE_i+1 определяют i-й энергетический диапазон и сдвинуты в соответствии с определенным смещением, то есть определенное смещение высот импульсов сигналов обнаружения соответствует сдвигу энергетических порогов, определяющих энергетический диапазон. Если этот определенный энергетический сдвиг составляет ΔE, и если без учета сдвига пороги равны TW_i и TW_i+1, соответственно, то сдвинутые пороги могут быть определены как TE_i = TW_i - ΔE и TE_i+1 = TW_i+1 - ΔE. Поскольку модель может быть применена к каждому измерению индивидуально, для каждого измерения может использоваться индивидуальное смещение.

Если количество энергетических диапазонов по меньшей мере равно количеству компонентов, система уравнений может быть решена с помощью известных численных методов, причем величины B_i(E), F(E) и P_j(E) известны, и результатами решения системы уравнений являются линейные интегралы A_j. Спектр излучения F(E) и спектральная чувствительность B_i(E) представляют собой характеристики системы формирования изображений и известны, например, из соответствующих измерений. Спектральное поглощение P_j(E) компонентов, например, спектральное поглощение костной и мягкой тканей также известно из измерений и/или из литературы.

Подвергнутые декомпозиции значения обнаружения в этом варианте осуществления представляют собой подвергнутые декомпозиции данные проекции, то есть линейные интегралы A_j, каждый из которых может использоваться для воссоздания компьютерного томографического изображения объекта, таким образом, например, для каждого компонента может быть воссоздано компонентное изображение объекта. Например, могут быть воссозданы комптоновское компонентное изображение, фотоэлектрическое компонентное изображение и/или K-краевое компонентное изображение. Для воссоздания изображения на основе данных проекции могут использоваться известные методики воссоздания, такие как обратная проекция с фильтрацией, обратное преобразование Радона и так далее.

Далее будет иллюстративно описан вариант осуществления способа формирования изображений для формирования изображения объекта со ссылкой на блок-схему последовательности операций, показанную на фиг.4.

На этапе 101 источник 2 фотонов формирует фотоны, имеющие различные энергии, в то время как источник 2 фотонов и объект перемещаются относительно друг друга, чтобы дать возможность фотонам пройти через объект в различных направлениях. В частности, источник 2 фотонов перемещается вдоль круговой или спиральной траектории вокруг объекта, в то время как блок 14 обнаружения обнаруживает фотоны, которые прошли через объект.

На этапе 102 блок 14 обнаружения формирует импульсы сигналов обнаружения, имеющие высоту импульсов сигналов обнаружения, являющуюся показателем энергии соответствующего обнаруженного фотона. Например, материал с прямым преобразованием может использоваться для преобразования соответствующего фотона в импульс сигнала обнаружения, имеющий высоту импульса сигнала обнаружения, являющуюся показателем энергии соответствующего обнаруженного фотона. Перед формированием, во время формирования или после формирования импульсов сигналов обнаружения на этапе 103 блок 15 формирования импульсов сигналов формирует импульсы искусственных сигналов, имеющие предопределенную высоту импульса искусственного сигнала и предопределенную сформированную частоту, причем сформированные импульсы искусственных сигналов выдаются блоку 16 формирования значений обнаружения. Также импульсы сигналов обнаружения выдаются блоку 16 формирования значений обнаружения.

На этапе 104 блок 16 формирования значений обнаружения формирует значения обнаружения с разложением на энергетические составляющие в зависимости от принятых импульсов сигналов обнаружения. В частности, высоты импульсов сигналов обнаружения сравниваются с порогами высоты импульса сигнала обнаружения, задающими энергетические диапазоны, чтобы распределить импульсы сигналов обнаружения по энергетическим диапазонам. Поскольку импульсы сигнала обнаружения, вероятно, будут искажены посредством смещения, которое может быть вызвано незатухающими токами, при сравнении высот импульсов сигналов обнаружения с порогами высоты импульса сигнала обнаружения качество распределения импульсов сигнала обнаружения по энергетическим диапазонам и, таким образом, сформированных значений обнаружения с разложением на энергетические составляющие может снизиться.

На этапе 105 блок 16 формирования значений обнаружения определяет наблюдаемую частоту, являющуюся частотой принятых импульсов искусственных сигналов, имеющих высоту импульса искусственного сигнала, которая больше предопределенного порога высоты искусственного сигнала, причем порог высоты искусственного сигнала является таким же или больше, чем предопределенная высота импульса искусственного сигнала. Кроме того, в этом варианте осуществления предопределенная высота импульса искусственного сигнала больше самой большой ожидаемой высоты импульса сигнала обнаружения, заданной максимальной возможной энергией фотонов, сформированных источником фотонов в соответствии с фактическими рабочими настройками источника фотонов. Затем блок формирования значений обнаружения определяет смещение высот импульсов сигналов обнаружения в зависимости от определенной наблюдаемой частоты импульсов искусственных сигналов.

На этапе 106 распределение импульсов сигналов обнаружения по энергетическим диапазонам корректируется посредством использования определенного смещения для формирования скорректированных значений обнаружения с разложением на энергетические составляющие. На этапе 107 блок 10 воссоздания воссоздает изображение объекта на основе скорректированных значений обнаружения с разложением на энергетические составляющие, например, посредством использования алгоритмов воссоздания компьютерной томографии, таких как алгоритм обратной проекции с фильтрацией, причем на этапе 108 изображение показывается на блоке 11 отображения.

Этапы 102-106 могут рассматриваться как этапы способа обнаружения для обнаружения фотонов.

Хотя в варианте осуществления способа формирования изображений, описанного выше со ссылкой на фиг.4, способ формирования изображений содержит некоторую последовательность этапов, в других вариантах осуществления последовательность этапов может быть другой. В частности, в других вариантах осуществления последовательность может содержать другие этапы. Например, формирование импульсов искусственных сигналов и определение смещения на основе импульсов искусственных сигналов могут быть выполнены, пока блок обнаружения не обнаруживает фотоны. Кроме того, в варианте осуществления значения обнаружения не корректируются на основе смещения, но блок воссоздания учитывает смещение посредством выполнения воссоздания со сдвинутыми порогами высоты импульса сигнала обнаружения на основе сформированных значений обнаружения, причем сдвиг вызван смещением.

Счетчик фотонов может иметь омические контакты и страдать от изменения незатухающих токов. Несколько физических эффектов в материале с прямым преобразованием, таком как CdCe или CZT, могут вызвать изменение этого очень низкочастотного тока. В электронике устройства обнаружения этот ток имеет эффект и может быть смоделирован как отклонение или смещение постоянного тока (DC). Смещение DC фактически может рассматриваться как сдвиг порогов для энергетических диапазонов и может вызвать серьезное искажение полученной информации. Поэтому устройство формирования изображений, в частности, устройство обнаружения предпочтительно выполнено с возможностью измерять компонент отклонения, относящийся к незатухающему току, то есть смещение, для измерения чувствительности, то есть потенциального воздействия, к компоненту смещения, и выполнять коррекцию полученных данных, то есть коррекцию распределения импульсов сигналов обнаружения по энергетическим диапазонам.

Устройство обнаружения предпочтительно имеет средство добавления электронных импульсов, то есть блок формирования импульсов сигналов для формирования импульсов искусственных сигналов с четко определенным зарядом и частотой повторения для ввода во внешнюю электронику, для ввода в блок формирования значений обнаружения. Эффективная энергия этих электронных импульсов предпочтительно выше максимальной энергии фотонов, обеспечиваемой источником фотонов в соответствующей процедуре формирования изображений. Пара порог/счетчик может использоваться для подсчета этих электронных импульсов. Порог предпочтительно выбирается так, что он выше эффективной энергии электронных импульсов, то есть предопределенной высоты импульса сформированного искусственного сигнала. Без смещения в сигнале счетчик не подсчитал бы или подсчитал бы очень мало импульсов сигнала, то есть если только шум поверх импульса достаточно высок, чтобы достигнуть соответствующего порога. С увеличением смещения все больше импульсов достигнет порога и сформирует подсчеты. Таким образом, количество зарегистрированных подсчетов может рассматриваться как показатель смещения. На основе калибровки или из теоретических соображений смещение может быть оценено для заданных зарегистрированных подсчетов в этой паре порог/счетчик. Возможное влияние наложения с импульсами сигнала обнаружения, сформированными материалом с прямым преобразованием блока обнаружения, может быть проигнорировано, скорректировано на основе модели наложения, или поток фотонов может быть остановлен во время измерения, чтобы избежать эффекта наложения.

Знание смещения может непосредственно привести к этапу коррекции, но также может быть выгодно измерить чувствительность энергетического диапазона к смещению. Снова ссылаясь на фиг.3, которая иллюстративно показывает спектр и один энергетический диапазон, ограниченный порогами T₁ и T₂, смещение может фактически сместить эти пороги к порогам T_B1 и T_B2. Этот сдвиг может вызвать ситуацию, в которой фотоны в интервале [T_Β1, Τ₁] могут быть ошибочно подсчитаны, в то время как фотоны в интервале [T_Β2, Τ₂] не подсчитываются. Эти дополнительные подсчеты и потери могут быть оценены, например, если известны частота импульсов вокруг T₁ и T₂ и смещение. Хорошая оценка плотности частоты импульсов вблизи порога может быть получена из дополнительного измерения с помощью пары порог/счетчик, для которой порог находится близко к T₁ или T₂, соответственно. В частности, плотность частоты импульсов на пороге T_i может быть оценена в соответствии с уравнением (9).

В варианте осуществления устройство обнаружения основано на счетчике фотонов, описанном в упомянутой выше статье X. Llopart и др., причем дополнительный генератор импульсов сигналов для формирования импульсов искусственных сигналов вводит импульсы искусственных сигналов на вход электроники детектора, который сравнивает сигналы с порогами и подсчитывает сигналы для формирования значений обнаружения, и который может, таким образом, рассматриваться как по меньшей мере часть блока формирования значений обнаружения. Блок формирования значений обнаружения может дополнительно содержать вычислительный блок, такой как микроконтроллер, для управления устройством обнаружения и/или для выполнения вычислений, в частности, в соответствии с описанными выше уравнениями.

Другие изменения раскрытых вариантов осуществления могут быть понятны специалистам в данной области техники и реализованы ими при осуществлении заявленного изобретения на основании изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения.

В формуле изобретения слово ″содержащий″ не исключает другие элементы или этапы, а использование единственного числа не исключает множества.

Один блок или устройство может выполнять функции нескольких элементов, изложенных в формуле изобретения. Сам факт того, что некоторые меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может использоваться для достижения преимущества.

Операции, такие как операции сравнения, определение смещения, коррекция значений обнаружения, то есть распределение импульсов сигнала обнаружения по энергетическим диапазонам, операции восстановления и так далее, выполняемые одним или несколькими блоками или устройствами, могут быть выполнены любым другим количеством блоков или устройств. Эти операции и/или управляющие действия устройства формирования изображений в соответствии со способом формирования изображений и/или управляющие действия устройства обнаружения в соответствии со способом обнаружения могут быть реализованы как средство программного кода компьютерной программы и/или как специализированные аппаратные средства.

Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель данных или полупроводниковый носитель, представленный вместе с другими аппаратными средствами или как их часть, но также может распространяться в другой форме, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные системы связи.

Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничение объема.

Изобретение имеет отношение к устройству обнаружения для обнаружения фотонов. Блок обнаружения формирует импульсы сигналов обнаружения, имеющие высоту импульса сигнала обнаружения, являющуюся показателем энергии обнаруженных фотонов, причем блок формирования значений обнаружения формирует значения обнаружения с разложением на энергетические составляющие в зависимости от импульсов сигналов обнаружения. Блок формирования импульсов сигналов формирует импульсы искусственных сигналов, имеющие предопределенную высоту импульса искусственного сигнала и предопределенную сформированную частоту. Блок формирования значений обнаружения определяет наблюдаемую частоту, представляющую собой частоту импульсов искусственных сигналов, имеющих высоту импульса искусственного сигнала, которая больше предопределенного порога, наблюдаемых посредством блока формирования значений обнаружения, и определяет смещение импульсов сигналов обнаружения в зависимости от определенной наблюдаемой частоты. Это позволяет надежно определять смещение импульсов сигналов обнаружения, которое может использоваться для коррекции окончательно сформированных значений обнаружения.

Изобретение относится к устройству обнаружения для обнаружения фотонов, использующемуся в радиографических системах формирования изображений. Блок обнаружения формирует импульсы сигналов обнаружения, имеющие высоту импульса сигнала обнаружения, являющуюся показателем энергии обнаруженных фотонов, причем блок формирования значений обнаружения формирует значения обнаружения с разложением на энергетические составляющие в зависимости от импульсов сигналов обнаружения. Блок формирования импульсов сигналов формирует импульсы искусственных сигналов, имеющие предопределенную высоту импульса искусственного сигнала и предопределенную сформированную частоту. Блок формирования значений обнаружения определяет наблюдаемую частоту, представляющую собой частоту импульсов искусственных сигналов, имеющих высоту импульса искусственного сигнала, которая больше предопределенного порога, наблюдаемых блоком формирования значений обнаружения, и определяет смещение импульсов сигналов обнаружения в зависимости от определенной наблюдаемой частоты. Технический результат - повышение надежности определения смещения импульсов сигналов обнаружения. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство обнаружения для обнаружения фотонов, причем устройство (6) обнаружения содержит:
блок (14) обнаружения для обнаружения фотонов, причем блок (14) обнаружения выполнен с возможностью формировать импульсы сигналов обнаружения, имеющие высоту импульса сигнала обнаружения, являющуюся показателем энергии соответствующего обнаруженного фотона (13),
блок (16) формирования значений обнаружения для формирования значений обнаружения с разложением на энергетические составляющие в зависимости от импульсов сигналов обнаружения,
блок (15) формирования импульсов сигналов для формирования импульсов искусственных сигналов, имеющих предопределенную высоту импульса искусственного сигнала и предопределенную сформированную частоту, и для выдачи сформированных импульсов искусственных сигналов блоку (16) формирования значений обнаружения,
отличающееся тем, что блок (16) формирования значений обнаружения выполнен с возможностью а) принимать импульсы искусственных сигналов, b) определять наблюдаемую частоту, представляющую собой частоту принятых импульсов искусственных сигналов, имеющих высоту импульса искусственного сигнала, которая больше предопределенного первого порога, причем предопределенный первый порог больше предопределенной высоты импульса искусственного сигнала, и с) определять смещение импульсов сигналов обнаружения в зависимости от определенной наблюдаемой частоты импульсов искусственных сигналов.

2. Устройство обнаружения по п. 1, в котором высоты импульсов сигналов обнаружения меньше предопределенной максимальной высоты импульса сигнала обнаружения, и причем предопределенный первый порог больше максимальной высоты импульса сигнала обнаружения.

3. Устройство обнаружения по п. 1, в котором блок (16) формирования значений обнаружения содержит соответствия между наблюдаемыми частотами и смещениями, причем блок формирования значений обнаружения выполнен с возможностью определять смещение на основе соответствий и фактической наблюдаемой частоты.

4. Устройство обнаружения по п. 1, в котором блок (16) формирования значений обнаружения выполнен с возможностью:
- обеспечивать модель, моделирующую наблюдаемую частоту как произведение а) сформированной частоты импульсов искусственных сигналов и b) вероятности шума, определяющей вероятность того, что шум в импульсах искусственных сигналах больше предопределенного первого порога минус сформированная искусственная высота импульса и минус смещение,
- модифицировать смещение, которое должно быть определено, чтобы отклонения между смоделированной наблюдаемой частотой и фактической наблюдаемой частотой уменьшались, и тем самым определять смещение.

5. Устройство обнаружения по п. 1, в котором блок (16) формирования значений обнаружения выполнен с возможностью формировать значения обнаружения с разложением на энергетические составляющие посредством сравнения импульсов сигналов обнаружения с порогами высоты импульса сигнала обнаружения, задающими энергетические диапазоны, чтобы распределить импульсы сигналов обнаружения по энергетическим диапазонам, и корректировать распределение импульсов сигналов обнаружения на основе смещения, тем самым формируя для каждого энергетического диапазона скорректированное значение обнаружения, являющееся показателем частоты импульсов сигналов обнаружения соответствующего энергетического диапазона.

6. Устройство обнаружения по п. 5, в котором блок (16) формирования значений обнаружения выполнен с возможностью определять чувствительность частоты импульсов сигнала обнаружения, присвоенных первому энергетическому диапазону из упомянутых энергетических диапазонов, к смещению и корректировать частоту импульсов сигнала обнаружения, присвоенных первому энергетическому диапазону, на основе смещения и определенной чувствительности.

7. Устройство обнаружения по п. 6, в котором первый энергетический диапазон задан двумя порогами импульса сигнала обнаружения, первым порогом сигнала обнаружения и вторым порогом сигнала обнаружения, причем блок (16) формирования значений обнаружения выполнен с возможностью:
- определять частоту импульсов сигналов обнаружения энергетического диапазона как разность между а) первой частотой, представляющей собой частоту импульсов сигналов обнаружения, имеющих высоты импульсов сигналов обнаружения, которые больше первого порога сигнала обнаружения и b) второй частотой, представляющей собой частоту импульсов сигналов обнаружения, имеющих высоты импульсов сигналов обнаружения, которые больше второго порога сигнала обнаружения,
- определять третью частоту, представляющую собой частоту импульсов сигналов обнаружения, имеющих высоту импульса сигналов обнаружения, которая больше первого порога сигнала для чувствительности, который меньше первого порога сигнала обнаружения,
- определять четвертую частоту, представляющую собой частоту импульсов сигналов обнаружения, имеющих высоты импульсов сигнала обнаружения, которые больше второго порога сигнала для чувствительности, который меньше второго порога сигнала обнаружения,
- определять чувствительность частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных первому энергетическому диапазону, к смещению в зависимости от разности между первой и третьей частотой и разности между второй и четвертой частотой.

8. Устройство обнаружения по п. 6, в котором блок (16) формирования значений обнаружения выполнен с возможностью определять чувствительность частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону из энергетических диапазонов, к смещению на основе среднего значения а) отношения частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных соответствующему энергетическому диапазону, к ширине соответствующего энергетического диапазона и b) отношения частоты импульсов сигналов обнаружения, присвоенных смежному энергетическому диапазону, к ширине смежного энергетического диапазона.

9. Устройство формирования изображений для формирования изображения объекта, причем устройство (12) формирования изображений содержит:
- источник (2) фотонов для формирования фотонов, имеющих разные энергии для прохождения через объект,
- устройство (6) обнаружения для обнаружения фотонов, прошедших через объект, и для формирования значений обнаружения с разложением на энергетические составляющие по п. 1.

10. Устройство формирования изображений по п. 9, причем устройство (12) формирования изображений дополнительно содержит блок (9) управления для управления источником (2) фотонов и устройством (6) обнаружения, причем источником (2) фотонов и устройством (6) обнаружения управляют таким образом, что импульсы искусственных сигналов формируются и принимаются блоком формирования значений обнаружения, когда блок обнаружения не обнаруживает фотоны.

11. Устройство формирования изображений по п. 9, причем устройство (12) формирования изображений дополнительно содержит блок (10) воссоздания для воссоздания изображения объекта на основе значений обнаружения с разложением на энергетические составляющие и смещения.

12. Способ обнаружения для обнаружения фотонов, причем способ обнаружения содержит этапы, на которых:
- обнаруживают фотоны блоком обнаружения, причем формируются импульсы сигналов обнаружения, имеющие высоту импульса сигнала обнаружения, являющуюся показателем энергии соответствующего обнаруженного фотона,
- формируют значения обнаружения с разложением на энергетические составляющие в зависимости от импульсов сигналов обнаружения посредством блока формирования значений обнаружения,
- формируют импульсы искусственных сигналов, имеющие предопределенную высоту импульса искусственного сигнала и предопределенную сформированную частоту, посредством блока формирования импульсов сигналов и выдают сформированные импульсы искусственных сигналов блоку формирования значений обнаружения,
отличающийся тем, что блок формирования значений обнаружения а) принимает импульсы искусственных сигналов, b) определяет наблюдаемую частоту, представляющую собой частоту принятых импульсов искусственных сигналов, имеющих высоту импульса искусственного сигнала, которая больше предопределенного первого порога, причем предопределенный первый порог больше предопределенной высоты импульса искусственного сигнала, и с) определяет смещение импульсов сигналов обнаружения в зависимости от определенной наблюдаемой частоты импульсов искусственных сигналов.

13. Способ формирования изображений для формирования изображения объекта, причем способ формирования изображений содержит этапы, на которых:
- формируют фотоны, имеющие разные энергии, для прохождения через объект посредством источника фотонов,
- обнаруживают фотоны для формирования значений обнаружения с разложением на энергетические составляющие и определяют смещение по п. 12.