非晶硒探测器中斜入射X射线的非稳态模型：I. 点扩散函数

摘要： 目的：先前研究提出了非晶硒（a-Se）探测器中斜入射X射线的点扩散函数（PSF）理论模型。本文旨在建立一个补充模型，包含两个新增特性：首先，在发散X射线束几何条件下，计算每个位置的入射角与射线入射方向性，从而实现对PSF非平稳性的建模；其次，不同于既往未考虑薄膜晶体管（TFT）阵列存在的研究，本文开发了适用于数字系统的框架。方法：通过光线追踪确定探测器各点的入射角与射线入射方向，基于这些计算将现有X射线转换器PSF模型（Med Phys. 1995;22:365-374）推广为非平稳模型。该PSF与模拟TFT阵列采样的两个矩形函数乘积进行卷积，这些矩形函数在二维上匹配探测器单元（del）尺寸。结果：证明PSF可解析求解，该解用于模拟20keV和40keV两种X射线能量下的数字乳腺摄影（DM）系统。根据X射线束发散情况，射线入射方向随位置变化，在该方向上PSF比匹配del尺寸的参考矩形函数更宽，且斜入射角度越大展宽越显著。高能条件下PSF与参考矩形函数的偏离更明显，表明模糊效应更强。此外还沿垂直于射线入射方向的极角计算PSF，该极角下PSF形状取决于射线入射方向是否与探测器边平行——若平行则呈现完美矩形函数（匹配del尺寸），若呈斜角则非矩形。这些结果揭示了PSF的非平稳性。结论：本文证明现有a-Se探测器PSF模型可推广至包含非平稳性与数字化效应，其解析解较数值方法具有计算耗时短的优势，该模型可用于未来虚拟临床试验等工作中模拟a-Se探测器。