CN101034163B - 具有光敏二极管阵列的检测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种检测器，特别用于X射线辐射的检测器(5)，其具有光敏二极管阵列(10)，这些光敏二极管就其光敏接收面的尺寸而言相当于一个像素，其中，每个光敏二极管(20)以相同的方式划分成至少两个子光敏二极管(21、22)，以及其中每个光敏二极管(21、22)具有至少一个电开关(23)，使得光敏二极管(20)的仅一个或者所有子光敏二极管(21、22)与分析电路(13)连接。

Description

具有光敏二极管阵列的检测器
技术领域
本发明涉及一种检测器，特别用于X射线辐射的检测器，具有光敏二极管阵列，就它们的光敏接收面的尺寸来说相当于一个像素。
背景技术
在例如采用具有带X射线源和X射线检测器的X射线拍摄系统的X射线计算机断层造影扫描仪这种X射线仪成像时，力求尽可能大地构成可供获取图像的X射线检测器的检测面积，以便例如可以在X射线系统环绕患者的一次旋转中扫描整个器官，如患者的心脏。这种也称为平面检测器的X射线检测器一般情况下由多个彼此二维排列的检测器模块构成。每个检测器模块具有彼此定向的闪烁器元件阵列和光敏二极管阵列。在此闪烁器元件和光敏二极管构成检测器模块的检测器元件。一个检测器元件代表检测器的一个像素。闪烁器元件将射中其上的X射线转换为可见光，再由后置的光敏二极管阵列的光敏二极管转换为电信号。
在某些医学诊断情况下，人们希望利用X射线仪可以产生检查对象的位置分辨率高于通过所使用的X射线检测器的检测器元件的栅格或像素栅格预先给定的位置分辨率的图像。为此DE 101 45 997 A1公开了使用一种高分辨率遮光板，它具有紧密相邻的遮光缝隙并由吸收X射线的材料组成、一般情况下由重金属构成。高分辨率遮光板遮去闪烁器元件阵列中每个像素的一部分，从而仅各闪烁器元件的一部分被X射线触及到，由此实现了更高的位置分辨率。但为达到更高的位置分辨率，只有一部分透射患者的X射线用于成像。
为了除具有与像素的栅格相应的位置分辨率的X射线图像外还可以获得具有更高位置分辨率的X射线图像，一般情况下可用电机使高分辨率遮光板在工作位置与在轴向错开的非工作位置之间移动。因此在X射线拍摄系统上还附加地存在一个移动部件，即高分辨率遮光板，在工作时必须对其进行校正并必须在X射线拍摄系统上提供附加的结构空间，以便在不使用情况下可以容纳拍摄高分辨率遮光板，使其不妨碍利用X射线拍摄系统获取其他图像。此外，该使高分辨率遮光板处于工作设置和非工作设置的方法需要复杂并因此昂贵的机械装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，这样提供一种开头所述类型的检测器，利用该检测器可以进行更高位置分辨率的X射线拍摄，而无须使用高分辨率遮光板。
依据本发明，该技术问题通过一种具有光敏二极管阵列的检测器得以解决，这些光敏二极管就其光敏接收面的尺寸而言分别相当于一个像素，其中，每个光敏二极管以相同的方式划分成至少两个子光敏二极管，而且其中每个光敏二极管具有至少一个电开关，从而可使光敏二极管的仅一个或者所有子光敏二极管与分析电路连接。本发明因此提出，将阵列的每个相当于一个像素的光敏二极管的光敏接收面再次划分为至少两个子光敏二极管，而且为这些光敏二极管设置这样的开关，使其接收高位置分辨率的X射线投影时仅激活一个子光敏二极管而在接收普通位置分辨率的X射线投影时激活所有子光敏二极管，普通位置分辨率的X射线投影相当于光敏二极管的常规运行。按照这种方式可以获得提高了位置分辨率的X射线投影，而无需使用为了获得提高位置分辨率的X射线投影而遮住一部分检测器表面的专用高分辨率遮光板。
依据本发明的一种实施方式，开关为采用CMOS技术的开关，它可以简单的方式整合到光敏二极管中。该开关最好通过分析电路控制地运行，从而根据检测器的运行模式或者激活一个光敏二极管的所有子光敏二极管以有助于该光敏二极管的信号产生，或者分别仅激活一个光敏二极管的一个特定的子光敏二极管，以获得提高位置分辨率的X射线投影。
依据本发明一种优选实施方式，每个光敏二极管划分为一个第一和一个第二子光敏二极管，其中，第一子光敏二极管在其光敏接收面方面基本上正方形或者长方形地构成。依据本发明的一种方案，第二子光敏二极管在其光敏接收面方面基本上L形构成。最好第一子光敏二极管和第二子光敏二极管互补成光敏二极管阵列的一个基本上正方形或者长方形的光敏二极管。按照这种方式，通过将一个常规的光敏二极管仅划分成两个子光敏二极管，可以实现提高位置分辨率的X射线投影的拍摄。用于提高位置分辨率的第一子光敏二极管在此方面具有基本上正方形或者长方形的结构，正像常规光敏二极管本身所具有的那样。
依据本发明的一种实施方式，光敏二极管阵列这样和与该光敏二极管阵列相对定向的闪烁器元件阵列相对应，使其光敏二极管分别对应于一个闪烁器元件。闪烁器元件分别被划分成至少两个子元件。将闪烁器元件划分成子元件在此方面可以与将光敏二极管划分成子光敏二极管相同的方式进行。出于更加简单制造闪烁器元件阵列的原因，闪烁器元件特别是在考虑到第一子光敏二极管正方形或者长方形构成而第二子光敏二极管L形构成的情况下划分成四个子元件。依据本发明的方案，在此闪烁器元件的恰好一个子元件对应于第一子光敏二极管并且闪烁器元件的其余子元件对应于第二子光敏二极管。
依据本发明的实施方式，闪烁器元件以及子元件通过采用反射光的材料填充的缝隙彼此分离，在此，闪烁器元件之间的缝隙宽于子元件之间的缝隙。按照这种方式，达到闪烁器元件阵列与光敏二极管阵列匹配的结构化。
依据本发明的一种实施方式，检测器具有分别带有一个闪烁器元件阵列和一个光敏二极管阵列的多个检测器模块，其中至少一个模块包括一个光敏二极管阵列，其光敏二极管以相同的方式划分成至少两个子光敏二极管。检测器因此不必全部是这种检测器模块，而是也可以包括部分常规结构的检测器模块，对此是指其光敏二极管和闪烁器元件不再继续划分的检测器模块。
该检测器最好用于X射线仪，特别是用于X射线计算机断层造影扫描仪。
附图说明
附图中示出本发明的实施例。其中：
图1示出计算机X射线断层造影扫描仪的局部方框示意图；
图2示出图1中计算机X射线断层造影扫描仪的检测器模块；
图3示出图2中检测器模块的闪烁器元件阵列的俯视图；
图4示出图2的检测器模块的光敏二极管阵列的俯视图；以及
图5和6示出光敏二极管的不同实施方式。
具体实施方式
图1以局部方框示意图示出计算机X射线断层造影扫描仪1。计算机X射线断层造影扫描仪1包括X射线源2，从其焦点F发出X射线束3，该射线束利用图1中未示出但本身公知的遮光板构成为例如扇形或者锥角形。X射线束3透射所要检查的对象4并击中X射线检测器5。X射线源2和X射线检测器5在图1中以未示出的方式彼此相对设置在计算机X射线断层造影扫描仪1的旋转框架上，该旋转框架可在
Figure 10003_0
方向上环绕计算机X射线断层造影扫描仪1的系统轴Z旋转。在计算机X射线断层造影扫描仪1工作时，设置在旋转框架上的X射线源2和X射线检测器5环绕对象4旋转，其中，从不同的投影方向上获得对象4的X射线图像。在此到达X射线检测器5的每个X射线投影的通过透射对象4到达以及通过透射对象4衰减的X射线到达X射线检测器5，其中，X射线检测器5产生与所到达的X射线的强度相应的信号。图像计算机6随后从利用X射线检测器5测定的信号中以本身公知的方式计算对象4的一个或者多个二维或三维图像，其可在可视装置7上显示。
X射线检测器5在本实施例情况下具有多个检测器模块8，它们在
Figure 10003_1
方向上和z方向上并排设置在未详细示出的固定在旋转框架上的检测器臂上，并在本实施例情况下形成平面的X射线检测器5。
图2示例性示出X射线检测器5的检测器模块8。检测器模块8具有垂直结构，其中，闪烁器元件阵列9设置在半导体基础上的光敏二极管阵列10上。闪烁器元件阵列9的上面设置有准直器12，从而使得只有特定空间方向上的X射线辐射能够到达闪烁器元件阵列9。光敏二极管阵列10在本实施例情况下设置在印制电路板11上，在其另一面上是没有详细示出的属于分析电路13的电子技术元件，它们对由光敏二极管阵列10的光敏二极管产生的电信号进行预处理。经预处理后的信号随后以未详细示出的方式例如利用汇流环从旋转框架传送到计算机6，计算机6再现对象4的例如二维截面图像或者三维图像。
为能够利用计算机X射线断层造影扫描仪1产生比通过像素的栅格预先规定的更高的位置分辨率的对象4的图像，闪烁器元件阵列9以图3所示的方式结构化。图3在此方面示出图2中闪烁器元件阵列9的俯视图。如从图3所看到的那样，闪烁器元件阵列9包括多个在
Figure 10003_2
方向上成行和在z方向上成列设置的闪烁器元件14，其中每个元件代表一个像素并在本实施例情况下在其辐射敏感的接收面方面基本上正方形构成。闪烁器元件14在本实施例情况下再次被分别划分为四个同样正方形构成的子元件15、16、17、18。闪烁器元件阵列9在此方面由圆盘形闪烁器陶瓷的结构化产生，其中，借助于锯在闪烁器陶瓷上加工出缝隙30、31、32，以构成闪烁器元件14以及子元件15、16、17、18。缝隙随后利用反射光的材料填充，以便尽可能避免一方面闪烁器元件14与另一方面子元件15、16、17、18之间的光学串扰。如从图3可看到的那样，闪烁器元件阵列9在本实施例情况下可以这样结构化，使也称为间隔的闪烁器元件14之间用反射材料填充的缝隙30在
Figure 10003_3
方向上的宽度大于在z方向上闪烁器元件14之间的间隔31的宽度。
Figure 10003_4
方向上闪烁器元件14之间缝隙30的宽度约为300μm，而z方向上闪烁器元件14之间的缝隙31的宽度约为80μm。在闪烁器元件14的内部，子元件15、16、17、18之间的缝隙32的宽度再次明显变小并处于30和40μm之间。
图4示出与闪烁器元件阵列9相对定向的光敏二极管阵列10的俯视图。光敏二极管阵列10包括多个在
Figure 10003_5
方向上成行和在z方向上成列设置的光敏二极管20，它们的光敏接收面基本上构成为正方形。在此光敏二极管20的光敏接收面的形状和尺寸基本上相当于闪烁器元件14的辐射敏感接收面的形状和尺寸。在此每个闪烁器元件14和与其对应的光敏二极管20形成一个体现X射线检测器5的像素的检测器元件。正如已经提到的那样，为能够利用计算机X射线断层造影扫描仪1获得具有提高了的位置分辨率的图像，在本实施例情况下光敏二极管阵列10这样构成，使每个光敏二极管20以相同的方式划分成至少两个子光敏二极管，这通过对用于制造光敏二极管阵列10的半导体材料的相应掺杂实现。第一子光敏二极管21的光敏接收面基本上构成为正方形的，而第二子光敏二极管22的光敏接收面基本上构成为L形的。如从图4所看到的那样，两个子光敏二极管21和22互补地构成一个基本上为正方形的光敏二极管20。
如图4借助两个光敏二极管20示例性示出的那样，在本实施例情况下光敏二极管阵列10的所有光敏二极管20均具有优选采用CMOS技术实现的开关23。开关23可以使光敏二极管阵列10以两种工作模式运行。在开关接通的第一工作模式中，无论是第一子光敏二极管21还是第二子光敏二极管22均对产生信号作出贡献。在这种情况下，X射线检测器5或者特别是光敏二极管阵列10实际上以常规方式运行，仿佛不存在光敏二极管20的划分。在此位置分辨率相当于由闪烁器元件14的栅格和与其相重合的光敏二极管20的栅格预先给定的位置分辨率。而如果断开光敏二极管20的开关23，那么分别仅有由第一子光敏二极管21和子元件18形成的各第一子像素对产生信号作出贡献。L形的第二子光敏二极管22、对应于所属闪烁器元件14中的其余子元件15、16、17则对成像没有任何帮助。因此在该光敏二极管阵列10的第二工作模式中，可以从对象4获得具有提高的位置分辨率的图像。开关23的接通和断开最好通过分析电路13控制，为此存在未详细示出的相应控制导线。
在本实施例的情况下，闪烁器元件阵列9的闪烁器元件14这样结构化，使光敏二极管阵列10的光敏二极管20这样划分和两个阵列这样彼此相对定向，即使各右下方的子元件18分别对应于第一子光敏二极管21，以及分别使各闪烁器元件14的其余子元件15、16、17对应于第二子光敏二极管22。但应理解，如图4所示的光敏二极管20的划分以及如图3所示的闪烁器元件14的划分只是示例性的。因此光敏二极管20也可以如图5和6中示例性所示的那样，划分为子光敏二极管。例如从图5可看到的那样，第一子光敏二极管可以构成为矩形的，而第二子光敏二极管则构成为L形的。但也可以如从图6可看到的那样，第一子光敏二极管基本上正方形或者矩形地构成，而第二子光敏二极管则构成为框架形的，其中，第二子光敏二极管包围第一子光敏二极管。除了这些划分光敏二极管的附加实施例外，还可以在不脱离本发明思路的情况下设想其他实施例，其中，根据将光敏二极管划分为子光敏二极管的划分，需要时必须使闪烁器元件的结构化与其相应地匹配。
上面以计算机X射线断层造影扫描仪为例对本发明进行了说明。但本发明并不局限于计算机X射线断层造影扫描仪。确切地说，其他X射线仪也可以具有带这样构成的光敏二极管的检测器。
此外，本发明也可以在医疗技术以外的领域使用。
如果有利，还可以使一个光敏二极管具有多个开关，以便例如使两个子光敏二极管可以彼此独立地运行。
此外，一个光敏二极管也可以划分成两个以上的子光敏二极管。

Claims (12)

1.一种用于X射线辐射的检测器，
-具有光敏二极管阵列(10)，这些光敏二极管的光敏接收面的尺寸相当于一个像素，其中，每个光敏二极管(20)以相同的方式划分成至少两个子光敏二极管(21、22)，以及其中每个光敏二极管(20)具有至少一个这样的电开关(23)，使得为了接收提高位置分辨率的X射线投影，所述光敏二极管(20)的仅一个子光敏二极管(21)与分析电路(13)连接，以及
-具有与所述光敏二极管阵列(10)相对应的、并与该光敏二极管阵列(10)相对定向的闪烁器元件阵列(9)，从而各光敏二极管(20)分别与一个闪烁器元件(14)相对应，其中，闪烁器元件(14)分别被划分成至少两个子元件(15，16，17，18)。
2.按权利要求1所述的检测器，其中，所述开关为采用CMOS技术的开关(23)。
3.按权利要求1所述的检测器，其中，每个光敏二极管(20)被划分为第一子光敏二极管(21)和第二子光敏二极管(22)，其中，第一子光敏二极管(21)的光敏接收面基本上构成为正方形或者长方形的。
4.按权利要求3所述的检测器，其中，所述第二子光敏二极管(22)的光敏接收面基本上构成为L形的。
5.按权利要求3所述的检测器，其中，所述闪烁器元件(14)被划分成四个子元件(15，16，17，18)。
6.按权利要求5所述的检测器，其中，所述闪烁器元件(14)的恰好一个子元件(18)与所述第一子光敏二极管(21)相对应。
7.按权利要求6所述的检测器，其中，所述闪烁器元件(14)的其余子元件(15，16，17)与所述第二子光敏二极管(22)相对应。
8.按权利要求5-7之一所述的检测器，其中，所述闪烁器元件(14)以及子元件(15，16，17，18)通过填充有反射光的材料的缝隙(30，31，32)彼此分离。
9.按权利要求8所述的检测器，其中，在所述闪烁器元件(14)之间的缝隙(30，31)宽于子元件(15，16，17，18)之间的缝隙(32)。
10.按权利要求1-7之一所述的检测器，具有多个检测器模块(8)，其中的每个检测器模块都包括一个闪烁器元件阵列和一个光敏二极管阵列，其中，所述多个检测器模块(8)的至少一个检测器模块(8)的光敏二极管阵列(10)具有如下的光敏二极管(20)：其全部以相同的方式被划分成至少两个子光敏二极管(21、22)。
11.按权利要求1-7之一所述的检测器，该检测器用于X射线仪(1)。
12.按权利要求1-7之一所述的检测器，该检测器用于X射线计算机断层造影扫描仪(1)。
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