西门子与CEA-Leti合作开发光子计数CT检测器模块

法国技术研究所CEA-Leti开发了一种新颖的X射线光子计数检测器模块(PCDM)，已显示出改善CT扫描的希望。

PCDM集成在Siemens Healthineers的CT扫描仪原型中用于临床试验，被发现可以提高空间分辨率，减少对患者的X射线照射，减少图像噪声和伪影，从而获得更好的图像质量，并使多种造影剂彼此区分。

CEA-Leti研究人员，成像系统技术业务开发经理Loick Verger告诉HCB：“ CT扫描仪在空间分辨率，量子效率，计数率，功耗，线性和可靠性方面需要非常高性能的探测器。” “通过考虑CT的系统架构，探测器的性能是材料性能，探测器的最佳几何形状以及特定的电子读数和PCB的结果。挑战是巨大的，目前没有可用的探测器。我们从刮。”

西门子医疗工程师与CEA-Leti接触，设计，集成，制造和测试新一代PCDM，由于它们在成像方面的优势，它们已经足够成熟，可以集成到X射线CT扫描仪原型中。

基于碲化镉(CdTe)的X射线PCDM允许同时获取高空间分辨率和多能量图像。通过使用小像素尺寸检测器，更高的空间分辨率可转化为更高的图像质量和更清晰的图像，以识别非常精细的结构，例如肺中的小气道，骨骼中的小梁和冠状动脉支架中的细线。扫描仪技术。

与常规检测器的灰度图像相比，多能量功能使图像可以着色，并且可以精确确定人体中存在的化学元素的原子数。

CT依靠计算机处理的，以不同角度进行的许多X射线测量的组合来创建扫描对象的横截面图像，并且目前使用能量积分检测器来生成图像，该过程基于间接转换技术。相比之下，PCDM将X射线光子直接转换为具有更高转换率的电子信号。

而且，尽管EID在记录固定时间段内沉积在像素中的总能量时不能区分低能量和高能量光子，但PCDM会对每个光子进行计数，从而提高了图像的对比度噪声比。它还允许将检测到的光子的能量分类用于产生彩色图像，该彩色图像可以显示任何化学元素的原子序数的精确确定，并区分体内存在的多种造影剂。

美国梅奥诊所的研究人员已将Siemens Healthineers的PCDM应用于人体模型，尸体，动物和人类，并生成了300多名患者的图像，他们说，这些图像不断表明该技术在临床上必须提供的理论利益。

“我们的研究团队发表的论文显示，空间分辨率得到了改善，降低了辐射或碘对比剂量的要求，并且降低了图像噪声和伪影的水平，”梅奥诊所的医学物理和生物医学工程教授辛西娅·麦克科洛夫在一份声明中说。 “此外，有望同时获取多个150微米分辨率的数据集(每个数据集代表不同的能谱)的能力将引导新的临床应用。”

CEA-Leti通过开发基于CdTe的能量分辨PCDM来集中精力提高PCDM的效率，该PCDM用于通过两个能量阈值计数器检测单个X射线光子。

Verger说：“尽管取得了令人鼓舞的结果，但PCDM的响应频谱质量仍远未达到最佳状态，仍然需要克服技术难题，例如电荷共享，电荷感应和堆积。” 解决这些问题将是新一代基于PCDM的CT的下一步。”

为此，该公司开发了一种校正后的光子计数检测器(CPCD)，该检测器在对信号进行数字化处理之前，在像素内部具有“实时清除的光谱”。它基于CdTe层与新型CMOS读出集成电路的混合，其中每个像素都集成了片上电荷共享校正，电荷感应和堆积抑制以及接口存储器，从而可以缓解偏离芯片后处理约束。

Verger说：“下一个挑战将是设计一种具有25 Mcps /像素输出计数率和低功耗(几mW /像素)，像素间距为0.5mm的低功耗新芯片，” Verger说。“最终的CPCD应该能够测量所需的通量为2.108计数/秒/mm²，以实现基于医疗PCDM的CT的最佳响应。