CN102460212A - X射线检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种X射线检测装置(1)，包括：半导电的X射线检测构件(15)，设置有第一和第二电极接头(22、24)；第一和第二电线(16、17)，分别连接至第一和第二电极接头(22、24)；包括组织等效材料的剂量调节元件(10、10a、10b)，其中，剂量调节元件(10、10a、10b)被布置成由组织等效材料围绕检测构件(15)；以及屏蔽构件(6)，配置成为检测构件(15)提供电屏蔽并保护检测构件(15)不暴露于光。本发明的特征在于第一电极接头(22)被定位成与第二电极接头(24)位于检测构件(15)的同一侧面上。
Description
技术领域
本发明涉及一种X射线检测装置。具体地，本发明涉及用于CT剂量分布(dose profile)测量的X射线检测装置。
背景技术
在所有人为产生的X射线源中，医疗放射(radiation，辐射)源向人类提供最大的剂量，并且对于这些放射源，计算断层照相法(CT，计算机断层扫描)产生的占总剂量的70％。CT检查对患者产生的剂量比对应的常规检查产生的剂量多出10-50倍，因此质量控制很重要并且应该定期进行。
患者的吸收剂量是初级放射和周围组织分散放射共同作用的结果。为了保证质量，CT的剂量测量在体模(phantom)中进行以包含体内的内部分散放射。剂量测量典型地是在100mm长的铅笔状电离室中完成。然而，目前已有光束准直高达160mm的CT可用，这会使采用标准离子室不能完全测量初级放射。测量剂量分布可以使用热发光剂量计(TLD)、光致发光(OSL)、或X射线胶片[3]来完成。这些方法的缺点在于它们或价格昂贵、耗时或陈旧过时。
近来，已经提出将半导体检测器二极管用于点剂量测量。半导体X射线检测器同样是公知的，并且通常包括相对扁平的检测部分，在该检测部分的相对侧面上布置有前后电极接头。所提出的半导体检测器是由硅制成，并布置在PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)杆内，而该杆布置在铝制圆筒内。这种检测装置例如很有可能比小的离子室具有更高的灵敏度。
用于点剂量测量的商用固态检测器通常安装在将高原子序数物质(high Z material)用作后接头而导致非对称响应的包装内，非对称响应也是CT剂量分布应用中的主要缺陷。如Herrnsdorf等人所描述(L.Herrnsdorf等人，Nucl.Instr.and Meth.A(2009)，doi：10.1016/j.nima.2009.03.159)，用铝制前后接头代替该高原子序数物质后接头，并将检测器二极管安装为与入射辐射平行，大大改进了该装置的剂量和剂量分布测量。
尽管这种改进的检测装置运作相当良好，但仍然需要改进，例如，期望进一步提高响应的对称性并进一步降低角度依赖性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于剂量测量的X射线检测装置，其展示出比这种类型的已知装置改进的性能。该目的通过独立权利要求1中所包含技术特征限定的装置可以实现。从属权利要求包含本发明的有利实施例、进一步改进和变形。
本发明涉及一种X射线检测装置，其包括：设置有第一和第二电极接头的半导电的X射线检测构件；分别连接至第一和第二电极接头的第一和第二电线；包括组织等效材料(tissue equivalent material)的剂量调节元件，其中，剂量调节元件被布置成由组织等效材料围绕检测构件；以及被配置成为检测构件提供电屏蔽并保护检测构件不暴露于光的屏蔽构件。本发明的特征在于第一电极接头被定位成与第二电极接头位于检测构件的同一侧面上。
通常，电极接头设置在半导电的检测器的相对侧面上，电线沿着相反方向延伸。这是一种相当自然的检测器设计方式，因为它允许大的有效检测容量、大的电极接头并且更容易制造。然而，在此处讨论的这种检测装置中，最方便的是电线沿着相同方向延伸，以便其可以轻易插入体模以及从体模中取出。这只是简单地使一根电线弯曲并让它沿着相反方向延伸即可实现。然而，这意味着弯曲的线必须延伸穿过放射源与检测构件之间的辐射场。用于该目的的线通常是由黄金制成，尽管其直径小，但发现延伸穿过辐射场的线对检测构件所测量的剂量有影响。因此，这样放置的线影响例如CT剂量分布测量中检测构件的旋转响应(绕z轴线旋转)。
本发明X射线检测装置的有利影响在于，它允许进出检测构件的两根电线沿相同方向延伸，但同时避免了将任何一根线置于检测构件周围的辐射场中。
在本发明一个实施例中，在第一和第二电极接头之间设置有不导电的氧化物钝化区。
在本发明另一实施例中，检测构件为具有两个基本平行的主表面的扁平形状，其中第一和第二电极接头被定位在所述主表面之一上。优选地，该装置为细长形状，其中检测构件被布置成使主表面面向(face in)装置的纵向方向(longitudinal direction)。
细长设计有利于装入标准体模的开口内。检测构件的主表面面向纵向方向表示检测构件在其边缘上定位在装置内，并且当这种装置放置在这类体模开口内时，检测构件在正常操作期间位置变成与入射辐射平行定位。因此，不管哪一侧面受辐照，检测构件实现几乎恒定的灵敏度。
在本发明又一实施例中，该装置在靠近检测构件的区域中设置有密度变化。此处所用的这种检测构件通常很小，因此在X射线图像中很难看到。通过为该装置在靠近检测构件的区域中设置密度变化，例如一个区域密度不同于相邻区域的密度并因此能够从X射线图像中看到，则有可能通过利用X射线确定检测构件的位置。例如，当调节装置在体模内的位置时这会引起关注。当控制/调节例如CT设备的检测器的位置时，也能够用这种密度变化。
在本发明再一实施例中，密度变化通过设置围绕检测构件的腔室来实现。
在本发明再一实施例中，其中，装置为细长形状，并且其中扁平的检测构件被布置为其主表面面向装置的纵向方向，该腔室为环形形状并且沿着装置的径向方向围绕检测构件。
该具体设计优势在于降低了检测构件的角度依赖性。随着X射线源朝着检测构件沿着装置纵向方向移动(例如，沿着z轴线)，检测构件的主表面与X射线源之间的角度增大，即，由于几何原因使得检测构件的有效检测器面积变小。在常规装置中，这种变化的影响在于，当X射线源置于相当靠近检测构件(沿z方向)时，检测构件的灵敏度显著降低。当X射线源置于检测构件正上方(或下方或侧面)只有扁平检测构件的薄边面向X射线源时，检测灵敏度到达低点。通过为装置设置沿着该装置径向方向围绕检测构件的环形腔室，可以降低这种灵敏度角度依赖性，因为材料缺乏(允许X射线穿过的材料)补偿了有效检测器面积的缩减。这样，角度依赖性的影响可以从5％左右降低至小于1％。优选地，环形腔室的宽度略微大于检测构件的厚度。换句话说，这表示优选地环形腔室在纵向方向上的伸展范围略微大于检测构件的伸展范围。这样，角度依赖性可以降至最低。
在本发明再一实施例中，剂量调节元件围绕检测构件，其中腔室是由剂量调节元件内的切口形成。
术语“组织等效材料”是规定术语，它不要求材料在放射相互作用方面与组织有完全相同的特性。然而，这些特性要足够相似。
附图说明
下文中所给出的对本发明的描述是参照下列附图作出的，在附图中：
图1示出了发明的X射线检测装置一个优选实施例的透视图，
图2示出了根据图1的实施例的部分截面透视图，
图3示出了发明的X射线检测装置的半导电的X射线检测构件的透视图，以及
图4示出了图3中所示的检测构件的示意性截面图。
具体实施方式
图1示出了发明的X射线检测装置1的一个优选实施例的透视图。如图1所示，装置1的形状为适用于装入标准体模的相当长且窄的圆形柱体。用于调节装置1位置的毫米刻度12标示了装置1的尺寸。半导电的X射线检测构件15(见图2)被定位于装置1内部的刻度12的零标记处。
如图1所示，示例性X射线检测装置1的主要外部件是可更换的补充本体2、形状为铝制圆筒的屏蔽构件6、后本体8、以及包含用于将装置1电连接至外部电子设备(未示出)的电接点(未示出)的尾插头9。
图2示出了根据图1的实施例的部分截面透视图。图2示出该装置还包括由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)制成的剂量调节元件10，该元件包括装配期间同轴地安装在一起(例如胶合在一起)并适于装入屏蔽构件6内的前元件10a和后元件10b。剂量调节元件10围绕半导电的X射线检测构件15，该检测构件被布置在设置于后剂量调节元件10b内的中心圆形腔室20中。图2还示出了用于将检测构件15连接至尾插头9中的电接点的第一和第二电线16、17。
元件10a被示出为透明的，以便清楚地显示检测构件15。
除了图1和2中所示的，此处所描述的发明装置1包括各种螺钉、插头、密封件等。不再进一步对这些部件进行描述，因为有多种方式组装这种装置。
如上所示，用于分析在X射线照射时由检测构件15所产生信号的外部电子设备(未示出)能够连接至尾插头9内的所述电接点。
图2还示出，除了用于接收检测构件15的中心腔室20，后剂量调节元件10b还设置有环形切口21，在装配装置1时该环形切口沿着径向方向围绕检测构件15。后剂量调节元件10b还包括用于容纳线16、17的通道(图2中部分示出)。
屏蔽构件6的主要功能是为检测构件15提供电屏蔽。另一主要功能是保护检测构件15不暴露于光。在此情形中所用的这种铝制圆筒的屏蔽构件6具有上述两种功能。
剂量调节元件10(当两个部分10a和10b互相连接时看作是形成一个单一元件)的主要功能是通过为检测构件15提供与组织类似方式分散(scatter，分散)X射线的环境以改进剂量测量。这通过用组织等效材料(在此情形中为PMMA)制成剂量调节元件10和将剂量调节元件10置于靠近检测构件15邻近区域和围绕该检测构件可以实现。当前后剂量调节元件10a、10b放在一起时，检测构件15完全被组织等效材料围绕并且或多或少地固定在适当位置(见图2)。因此，此处描述的实施例中的剂量调节元件10的另一功能是将检测构件15保持在适当位置中。
从图2中可以看出，检测构件15形状像扁平箱，并且其沿边缘(edgeways)被定位，其中它的较大侧面(即它的两个大体上平行的主表面)面向装置1的轴向方向。
另外，图2示出了沿装置1的径向方向围绕检测构件15的环形切口21。切口21是移除的材料，其在检测构件15附近区域为装置1设置密度变化，该密度变化由X射线放射来进行检测。当在剂量测量中轴向调节装置1时，它有助于了解放置检测构件15的准确位置。此处描述的这种检测构件在X射线下很难“看见”，但是切口21的位置能够被确定并从而允许该装置的定位。
切口或空气-腔室21的另一优势在于它降低了检测构件的角度依赖性。当X射线源沿着装置1的纵向轴线(例如，沿着z轴线)但是与该纵向轴线有一定距离朝着检测构件15移动时，检测构件15的主表面和X射线源之间的角度增大，即，由于几何原因使得检测构件15的有效检测器面积变小。在没有切口21的情况下，当X射线源置于检测构件15正上方(或下方或侧面)只有扁平检测构件15的薄边面向X射线源时，检测构件15的灵敏度会降低并达到最小值。切口21降低该角度依赖性，因为切口21内没有材料，允许穿过其中的X射线比没有任何切口的情况下穿过的X射线有更高强度，这补偿了有效检测器面积的缩减。这样，角度依赖性的影响可以从5％左右降低至小于1％。
优选地，环形腔室21宽度略微大于检测构件15的厚度。换句话说，这表示优选地环形腔室21的纵向方向伸展范围略微大于检测构件15的伸展范围。这样，角度依赖性可以降至最低。切口21的深度，即其在装置1的径向方向上的伸展范围在该情形下为2mm左右，但是可根据具体应用(检测器构件的尺寸、用于剂量调节元件的材料等)进行调节。
图3示出了图2中所示的发明的X射线检测装置的检测构件15的透视图。检测构件15是带有两个主表面(大体上互相平行的前面和背面)的扁平本体。图3略微从上方示出了检测构件15的背面，即相对于图2从右侧看它。在该具体实例中，检测构件15形状为方形板，其中边长为约2mm且厚度为约350μm(这是半导体晶片的典型厚度)。
检测构件15的主体28包括适用于此处所描述这些检测器的低氮掺杂硅衬底。第一电极接头22和第二电极接头24两者布置在检测构件15的背面上。第一电极接头22包括由薄铝层覆盖的高磷掺杂表面。第二电极接头24包括由薄铝层覆盖的高氮掺杂表面。第一和第二电线16、17分别电连接至第一和第二电极接头22、24。不导电的氧化物钝化区26置于两个电极接头22、24之间。
第一电极接头22为矩形形状而第二电极接头24在第一电极接头22外部形成框架。钝化区26在第一和第二电极接头22、24之间形成内框架。
图4示出了图3中所示的检测构件15的示意性截面图。除了参照图3所描述的，图4粗略地指示出了形成检测构件15的一部分主体28的扩散区27。该扩散区27内的X射线相互作用可以检测出来。还指示出了所谓的耗尽区29。图4还示出了设置在检测构件15的前面上的铝制薄层25。
原则上已经获知了检测构件15的各个部分和部件及其生产方法。例如，已经熟知能够用于X射线检测的半导电材料以及如何布置电极接头和氧化物钝化区。然而，复合的检测构件15被认为是新的，至少如应用于此处所关注的检测装置类型。
检测构件15以其边缘安装，以便与入射辐射平行(其被定向成垂直于检测装置1在正常操作期间的纵向轴线)。因此，不管哪一侧面受辐照，检测构件15实现几乎恒定的灵敏度。检测构件15可以显示出由非对称(非圆形)旋转几何形状引起的小幅灵敏度变化，但大多数情形中这种变化不明显(小于1％)。检测构件15的方形形状与旋转对称检测器(即圆形检测构件)相比，既简化了其制造也节省了半导体材料。
电极接头22、24的厚度应尽可能小。安装期间检测器应该在检测器支座内仔细对准，在示出实例中检测器支座为后剂量调节元件10b。
此处所用术语“密度变化”表示一个区域的密度不同于相邻区域的密度。在示出实例中密度沿着装置1的轴向方向变化。
本发明不受上述实施例限制，但是可以在权利要求范围内以各种方式进行修改。例如，剂量调节构件10的组织等效材料围绕检测构件15不一定表示检测构件完全由这种材料围绕，但是组织等效材料围绕检测构件必须足以为检测构件15提供分散X射线的环境，其分散X射线的方式足以对应于组织分散X射线的方式。
此外，屏蔽构件6不必须为铝制圆筒。其屏蔽功能能够由例如布置在剂量调节元件10a、10b周围的导电和光屏蔽膜完成。此外，还有可能用单独部件发挥各个功能，即，一种部件提供电屏蔽而另一种部件保护检测构件15不受光照射。
PMMA是一种被选作此处所描述这种应用中的组织等效材料的常见材料。也可以使用其他塑性材料。普通水是一种合适的组织等效材料，但是可能还需要其他部件来支撑检测构件15。
靠近检测构件15的区域内的密度变化不一定必须通过移除材料来实现，诸如剂量调节元件10内的切口21或屏蔽构件6内的补充或可选切口。可以与移除材料相结合的另一种可能性是添加材料。然而，通常移除材料是有利的，因为额外的材料与X射线互相作用可能影响剂量测量。
Claims (13)
1.X射线检测装置(1)，
包括：
-半导电的X射线检测构件(15)，设置有第一和第二电极接头(22、24)；
-第一和第二电线(16、17)，分别连接至所述第一和第二电极接头(22、24)；
-包括组织等效材料的剂量调节元件(10、10a、10b)，其中，所述剂量调节元件(10、10a、10b)被布置成由组织等效材料围绕所述检测构件(15)；以及
-屏蔽构件(6)，被配置成为所述检测构件(15)提供电屏蔽并保护所述检测构件(15)不暴露于光，
其特征在于，
所述第一电极接头(22)被定位成与所述第二电极接头(24)位于所述检测构件(15)的同一侧面上。
2.根据权利要求1所述的X射线检测装置(1)，
其特征在于，
在所述第一和第二电极接头(22、24)之间设置有不导电的氧化物钝化区(26)。
3.根据权利要求1或2所述的X射线检测装置(1)，
其特征在于，
所述检测构件(15)为具有两个基本平行的主表面的扁平形状，其中，所述第一和第二电极接头(22、24)被定位在所述主表面之一上。
4.根据权利要求3所述的X射线检测装置(1)，
其特征在于，
所述装置(1)为细长形状，其中，所述检测构件(15)被布置成使得所述主表面面向所述装置(1)的纵向方向。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的X射线检测装置(1)，
其特征在于，
所述装置(1)在靠近所述检测构件(15)的区域中具有密度变化(21)。
6.根据权利要求5所述的X射线检测装置(1)，
其特征在于，
所述密度变化是通过设置围绕所述检测构件(15)的腔室(21)来实现。
7.根据权利要求4和6所述的X射线检测装置(1)，
其特征在于，
所述腔室(21)为环形形状并且沿着所述装置(1)的径向方向围绕所述检测构件(15)。
8.根据权利要求6或7所述的X射线检测装置(1)，
其特征在于，
所述剂量调节元件(10、10a、10b)围绕所述检测构件(15)并且所述腔室是由所述剂量调节元件(10、10a、10b)中的切口(21)形成。
9.根据上述权利要求中的任一项所述的X射线检测装置(1)，
其特征在于，
所述检测构件(15)被布置在设置于所述剂量调节元件(10b)中的腔室(20)内。
10.根据上述权利要求中的任一项所述的X射线检测装置(1)，
其特征在于，
所述剂量调节元件(10、10a、10b)由PMMA制成。
11.根据上述权利要求中的任一项所述的X射线检测装置(1)，
其特征在于，
所述屏蔽构件(6)由铝制成。
12.根据权利要求11所述的X射线检测装置(1)，
其特征在于，
所述屏蔽构件(6)为圆筒形状。
13.根据上述权利要求中的任一项所述的X射线检测装置(1)，
其特征在于，
硅衬底形成所述检测构件(15)的主体(28)。
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