用于光谱成像和对比度增强的数字乳房断层合成的双层检测器系统和方法技术方案

描述了可操作来检测辐射的结构和方法。该结构包括双层检测器成像设备，其允许单次拍摄x射线进行双能量成像。在一个实施例中，检测器的前层包括光子计数检测器，并且检测器的后层包括能量积分检测器，该能量积分检测器包括闪烁荧光屏。在另外的实施例中，前检测器层包括直接转换x射线检测器，并且第二后检测器层包括间接转换x射线检测器。成像系统还包括位于x射线辐射源附近的空间分离滤波器，用于吸收x射线辐射，以将辐射分离成用于入射到成像对象上的低能和高能分量。在实施例中，成像对象包括具有特性K边缘原子能带级的造影剂材料，并且分离滤波器吸收K边缘原子能带级附近的X射线辐射。线辐射。线辐射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光谱成像和对比度增强的数字乳房断层合成的双层检测器系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2021年3月1日提交的美国临时申请第63/154，879号的权益，通过引用并入其全部内容。


[0003]本申请总体上涉及辐射检测器和数字射线照相术以及3D数字乳房成像。

技术介绍

[0004]在数字射线照相术中，成像系统可以包括平板检测器(FPD)，该平板检测器包括层的集合，例如吸收辐射并在吸收x射线时产生可见光脉冲的闪烁体屏幕、光电传感器(例如光电二极管)的像素化阵列(其中产生的光被感测)和薄膜晶体管阵列，用于生成电信号。所生成的电信号可以被成像系统用来产生数字图像。在一些示例中，所产生的图像的质量(例如，清晰度、分辨率)可能受到各种现象的影响，例如光散射和/或其他现象。
[0005]光谱x射线成像提取感兴趣体积的特定材料图像。这种技术用于临床射线照相术，以提供关于患者解剖结构的额外诊断信息。通过以下方式来执行光谱成像：采集感兴趣体积的两个或更多个x射线透射图像(即“投影”)，每个图像具有不同的x射线能量；并应用后处理技术通过该体积组成材料的x射线衰减特性的差异来识别该体积的组成材料。实现图像之间能量分离的一种策略是通过时间减影，其中在连续的x射线投影之间改变x射线源kVp(千伏峰值)和/或滤波器
[0006]Alvarez在US4，029,963中描述了通过使用高能和低能投影测量来提高材料选择性x射线图像的对比度或信噪比(SNR)。Brody的US4,445,226公开了一种使用混合能量减影技术从x射线图像中消除软组织或骨骼结构的方法。Baetz的US8,792，617公开了一种使用两次曝光在乳房x线照相术中创建双能x射线图像的方法，其中每次曝光具有不同的kVp和滤波。然而，由于患者在两次曝光之间的运动，这种方法存在问题和伪影。
[0007]图1B描绘了用于双能量减影、造影后注射或造影注射前后的时间减影策略的现有技术方案10，其已经在双拍摄/单检测器光谱乳房x线照相术系统和光谱计算机断层摄影(CT)系统中使用。这种方案使用快速kV切换来产生交替的高能和低能投影。例如，在图1B的双拍摄方法方案中，第一滤波器20位于X射线辐射源15的前方附近，用于仅通过入射到成像对象12上的低能X射线辐射25。诸如x射线光电导体或闪烁屏的单个检测器30接收来自低能X射线辐射25的光子，该光子透射通过对象12并且不被对象12吸收，并且相关电路将这些检测到的光子转换成用于产生对象的第一低能(LE)图像的电信号。随后，在图1B的双拍摄方法方案中，第二滤波器40位于X射线辐射源15的前方附近，用于仅通过入射到成像对象12上的高能X射线辐射25。单个检测器30接收来自高能X射线辐射45的光子，该光子透射通过对象12并且不被对象12吸收，并且相关电路将这些检测到的光子转换成用于产生对象的第一高能(HE)图像的电信号。进行两次曝光的双射方法可以在高能和低能图像之间实现高度的
光谱分离，因为它们允许在采集工作流程中改变x射线源kVp、滤波器和图像接收器。尽管这种灵活性对于实现高对比度光谱成像是所希望的，但是这种方案本质上受到由采集之间的主体运动引起的配准不良伪影的限制。
[0008]可替代地，Karim的US9,526,466公开了一种使用堆叠集成多层检测器在乳房x线照相术中产生双能x射线图像的方法，其中检测器同时在相同的x射线曝光中暴露于x射线束。然而，由于缺少如本公开中的光谱分离滤波器，这种方法受到所产生的低能图像和高能图像之间有限的能量分离的影响，并且导致能量减影图像中对比度和SNR的损失。
[0009]最后，Danielsson的美国专利7,342,233要求保护一种具有光子计数通道阵列的装置，其中每个通道根据脉冲高度将单独的x射线检测事件转换成电脉冲，并且其中两组计数器中的每一组根据脉冲是高于还是低于给定阈值来计数脉冲，以在单次曝光中产生高能和低能图像。

技术实现思路

[0010]因此，公开了提供改进的图像质量和剂量性能的结构、成像系统和检测器。该系统和成像方法包括单层或双层检测器，其允许一次拍摄(单次曝光)x射线用于双能量成像，即单次拍摄能量鉴别。
[0011]在示例实施例中，包括单层或双层检测器的系统包括位于X射线能量源的输出附近的光谱分离滤波器，用于将X射线辐射调制成低能和高能带，以允许一次拍摄X射线用于对象的双能量成像。
[0012]在实施例中，成像对象可以包括具有特性K边缘原子能带级的造影剂材料。分离滤波器由吸收K边缘原子能带级附近X射线辐射的材料制成，以产生两个X射线辐射带：低能(LE)辐射带和高能(HE)辐射带，用于对象的双能量成像。
[0013]该装置还可以包括单层X射线能量图像检测器，该检测器包括前X射线成像光子计数检测器(PCD)，用于接收透射通过光谱分离滤波器和成像对象的入射X射线辐射，并生成能够产生成像对象的第一LE图像的电信号，以及生成能够产生成像对象的第二HE图像的另外的电信号。
[0014]在实施例中，PCD是非晶硒(α
‑
Se)x射线光子计数平板成像器(SWAD)，用于检测较低能和较高能光子二者以形成相应的低能图像和高能图像。
[0015]此外，该装置可以包括光谱分离滤波器和双层X射线能量图像检测器，该检测器包括位于下面的基底上的第一前直接转换x射线成像检测器，用于产生对象的LE和HE图像，以及在基底下面的第二后间接转换x射线成像检测器，用于产生将与对象的HE图像组合的信息。
[0016]在该实施例中，第一前X射线成像检测器可以包括PCD，例如用于检测较低能和较高能光子二者的非晶硒(α
‑
Se)x射线光子计数平板成像器(SWAD)，所述较低能和较高能光子用于形成相应的低能图像和高能图像。第二后X射线成像检测器包括间接转换平板x射线检测器或光子能量积分检测器，并且包括原子序数被选择为有效检测较高能光子以形成用于增强由第一前PCD获得的较高能图像的高能图像的材料。
[0017]在双层X射线成像检测器的又进一步的实施例中，第一前X射线成像检测器和第二后X射线成像检测器二者都包括积分检测器。前积分检测器包括第一像素传感器，用于将透
射通过成像对象的入射辐射的第一能级带光子直接转换成可配置成形成成像对象的低能图像的第一图像信号。形成在基底下方的后积分检测器包括第二像素传感器，用于将透射通过成像对象和前积分检测器以及基底的入射辐射的第二能级带光子转换成可配置成形成成像对象的高能图像的第二图像信号。
[0018]根据本专利技术的第一方面，提供了一种装置，包括：分离滤波器，用于将来自X射线辐射源的辐射光谱分离成用于成像对象上的入射辐射的第一能级带和第二能级带；基底；形成在基底上的x射线光子计数检测器，x射线光子计数检测器包括检测器像素的阵列，每个检测器像素包括传感器，用于检测在固定时间段期间透射通过成像对象的入射辐射的各个x射线光子的相互作用；并且所述阵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，包括：分离滤波器，用于将来自X射线辐射源的辐射光谱分离成用于成像对象上的入射辐射的第一能级带和第二能级带；基底；形成在基底上的x射线光子计数检测器，x射线光子计数检测器包括检测器像素的阵列，每个检测器像素包括传感器，用于检测在固定时间段期间透射通过成像对象的入射辐射的各个x射线光子的相互作用；以及所述阵列的每个检测器像素，其具有相关联的计数电路，所述计数电路可操作来生成第一电信号和第二电信号，第一电信号表示第一能级带的各个x射线光子的检测到的相互作用的数量的相应计数，第二电信号表示第二能级带的各个x射线光子的检测到的相互作用的数量的相应计数，其中来自所述阵列的检测器像素的第一电信号和第二电信号提供成像对象的相应能量光谱图像。2.根据权利要求1所述的装置，其中每个检测器像素传感器生成具有与相互作用的x射线光子的能级相称的高度属性的电脉冲，所述阵列的每个相关联计数电路包括脉冲高度阈值鉴别器电路，用于增加具有处于或高于特定阈值能级的高度属性的个体x射线光子的检测到的相互作用的计数，所述特定阈值能级用于在高能级和低能级之间进行鉴别。3.根据权利要求2所述的装置，其中第一能级带的辐射具有比第二能级带的辐射更大的能量，特定阈值能级对应于与第一能级带相关联的脉冲高度属性。4.根据权利要求1所述的装置，其中成像对象包括具有特性K边缘原子能带级的造影剂材料，分离滤波器吸收K边缘原子能带级附近的X射线辐射。5.根据权利要求4所述的装置，其中造影剂是碘，分离滤波器包括从包括铑、银、钯、铟和锡的组中选择的材料。6.根据权利要求4所述的装置，其中每个检测器像素传感器包括基于非晶硒(a
‑
Se)的场成形多阱雪崩检测器(SWAD)。7.根据权利要求6所述的装置，其中x射线光子计数检测器是形成在基底上的前检测器，所述装置还包括：位于基底下方的后检测器，后检测器包括：闪烁屏，用于将包含透射通过成像对象并透射通过前检测器的第一能级带的x射线光子的入射辐射转换成光线光子；以及设置在闪烁屏和基底之间的光电传感器阵列，光电传感器阵列可操作来捕获来自闪烁屏的光线光子，并将捕获的光线光子转换成另外的电信号，所述另外的电信号可操作来与来自检测器像素阵列的第一电信号组合，以获得成像对象的图像。8.根据权利要求7所述的装置，其中后检测器是积分检测器，闪烁屏的材料与造影剂材料的特性K边缘原子能带级相匹配。9.根据权利要求7所述的装置，其中闪烁屏具有结构化的或柱状的类型，或者具有非结构化的或颗粒的类型。10.根据权利要求7所述的装置，其中后检测器是柱状CsI能量积分检测器。11.根据权利要求7所述的装置，其中闪烁屏还包括背衬，所述背衬包括反射表面或吸收表面之一。
12.根据权利要求7所述的装置，其中光电传感器阵列包括：多个光敏存储元件，用于捕获来自闪烁屏的至少一部分光线光子；以及多个开关元件，其中多个开关元件中的一个开关元件分别对应于多个光敏存储元件中的一个光敏存储元件；透明金属偏置层和透明2D图案化金属层，其中透明2D图案化金属层面向闪烁屏。13.一种装置，包括：分离滤波器，用于将来自X射线辐射源的辐射光谱分离成用于成像对象上的入射辐射的第一能级带和第二能级带；第一基底；形成在第一基底上的x射线光子计数前检测器，x射线光子计数检测器包括检测器像素的阵列，每个检测器像素包括传感器，用于检测在固定时间段期间透射通过成像对象的入射辐射的各个x射线光子的相互作用；所述阵列的每个检测器像素，其具有相关联的计数电路，所述计数电路可操作来生成第一电信号和第二电信号，第一电信号表示第一能级带的各个x射线光子的检测到的相互作用的数量的相应计数，第二电信号表示第二能级带的各个x射线光子的检测到的相互作用的数量的相应计数，其中来自所述阵列的检测器像素的第一电信号和第二电信号提供成像对象的相应低能和高能光谱图像；以及形成在第二基底上并位于所述第一基底下方的后检测器，所述后检测器包括：闪烁屏，用于将包含透射通过成像对象并透射通过所述前检测器的所述第二能级带的x射线光子的入射辐射转换成光线光子；以及设置在所述闪烁屏和用于所述后检测器的第二基底之间的光电传感器阵列，所述光电传感器阵列可操作来捕获来自闪烁屏的光线光子并将捕获的光线光子转换成另外的电信号，所述另外的电信号可操作来与来自所述前检测器像素阵列的所述第二电信号组合以获得所述成像对象的图像。14.根据权利要求13所述的装置，其中每个前检测器像素传感器生成具有与相互作用的x射线光子的能级相称的高度属性的电脉冲，所述阵列的每个相关联计数电路包括脉冲高度阈值鉴别器电路，用于增加具有处于或高于特定阈值能级的高度属性的个体x射线光子的检测到的相互作用的计数。15.根据权利要求14所述的装置，其中第二能级带的辐射具有比第一能级带的辐射更大的能量，特定阈值能级对应于与第一能级带相关联的脉冲高度属性。16.根据权利要求13所述的装置，其中成像对象包括具有特性K边缘原子能带级的造影剂材料，分离滤波器具有x射线吸收边缘，用于吸收K边缘原子能带级附近的X射线辐射。17.根据权利要求16所述的装置，其中造影剂是碘，分离滤波器包括从包括铑、银、钯、铟和锡的组中选择的材料。18.根据权利要求13所述的装置，其中每个前检测器像素传感器包括基于非晶硒(a
‑
Se)的场成形多阱雪崩检测器(SWAD)。19.根据权利要求16所述的装置，其中后检测器是积分检测器，闪烁屏的材料与造影剂材料的特性K边缘原子能带级相匹配。20.根据权利要求19所述的装置，其中闪烁屏具有结构化的或柱状的类型，或者具有非
结构化的或颗粒的类型。21.根据权利要求18所述的装置，其中后检测器是柱状CsI能量积分检测器。22.根据权利要求13所述的装置，其中闪烁屏还包括背衬，所述背衬包括反射表面或吸收表面之一。23.根据权利要求22所述的装置，其中光电传感器阵列包括：多个光敏存储元件，用于捕获来自闪烁屏的至少一部分光线光子；以及多个开关元件，其中多个开关元件中的一个开关元件分别对应于多个光敏存储元件中的一个光敏存储元件；金属偏置层和2D图案化金属层，其中2D图案化金属层面向闪烁屏。24.一种装置，包括：分离滤波器，用于将来自X射线辐射源的辐射光谱分离成用于成像对象上的入射辐射的第一能级带和第二能级带，第二能级带具有大于第一能级带的能量；玻璃基底；形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：纽约州州立大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：