CN102736099A - 数字x射线探测器 - Google Patents

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R.亨里克
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M.希尔德
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Abstract

为了在X射线成像中改善图像质量，本发明提供了一种用于探测X射线辐射的数字X射线探测器，包括：用于将X射线辐射直接或间接转换为电荷的转换器层、在其后布置的由用于存储和读取电荷的像素读取元件组成的有源矩阵、以及在有源矩阵后面布置的背面平板，其中，在所述有源矩阵与所述背面平板之间布置了散射束光栅，用于过滤散射辐射。

Description

数字X射线探测器
技术领域
本发明涉及一种数字X射线探测器。
背景技术
目前，在数字X射线成像中，首先公知能够直接或间接地转换X射线辐射的具有有源读取矩阵的平面图像探测器。这种X射线探测器基于由像素读取元件组成的有源矩阵，该有源矩阵位于X射线转换器层或闪烁器层的前层。在后一种情况下，入射的X射线量子首先在闪烁器层中转换为可见光。有源矩阵分为多个具有光电二极管的像素读取元件，这些光电二极管将光再次转换为电荷并且位置分辨地存储。光电二极管可以或者基于在玻璃基体上布置的非晶形的(amorph)硅，或者基于作为所谓的有源像素传感器(APS)的CMOS技术制造。在所谓的直接转换平面图像探测器中同样使用有源矩阵。但该有源矩阵设置在例如由硒组成的转换器层之前，在该转换器层中入射的X射线量子直接转换为电荷。由此该电荷再次被存储到有源矩阵的像素读取元件中。对于平面图像探测器的技术背景也可以参见M.Spahnet al.的“Flachbilddetektoren in der
Figure BDA0000148566330000011
”，Der Radiologe 43(2003)，340至350页。
一部分X射线量子由于物理原因在X射线转换器层或闪烁器层中不是被吸收，而是穿过整个X射线探测器并且可以在X射线探测器的背面平板上反向散射。由此该反向散射的X射线量子可以再次与X射线转换器层或闪烁器层相互作用并且通常导致成像时的质量损失，因为其通过反向散射关于整个矩阵分布。X射线量子的能量越高(例如＞70kV)，则质量损失越强烈，特别是结合涂覆铅的背面平板。由于辐射防护需要涂覆铅的背面平板，但具有80keV的透射辐射。为了减少反向散射，可以将由具有低散射系数的材料组成的衰减层涂覆到背面平板上，例如铜或钼。但是，关于衰减层的反向散射的X射线光子脱出以及通过X射线转换器层或闪烁器层反应还存在相当高的概率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种数字X射线探测器，其中降低了X射线量子的反向散射的危险以及与之相关的降低图像质量的危险。
上述技术问题通过按照本发明的数字X射线探测器来解决。本发明的优选的实施方式分别是相关的从属权利要求的内容。
本发明的基础是如下的认知，即众所周知布置在检查对象与X射线探测器之间的用于过滤散射的散射束光栅的原理也可以在X射线探测器的内部传输，以便吸收并过滤在X射线探测器背面反向散射的X射线光子。用于探测X射线辐射的按照本发明的数字X射线探测器具有用于将X射线辐射直接或间接转换为电荷的转换器层、在其后布置的由用于存储和读取电荷的像素读取元件组成的有源矩阵、以及在有源矩阵后面布置的背面平板，其中，在有源矩阵与背面平板之间布置了散射束光栅。这样布置的散射束光栅过滤出大部分反向散射的X射线量子，并且仅允许反射了大约180°的X射线量子通过，该反射了大约180°的X射线量子有助于成像并且由此可以改善X射线图像的质量及其对比度。通过这种方式，散射束光栅由此有助于改善图像质量，使得散射的X射线量子可以被过滤并且反射的X射线量子可以沿着从X射线源出发的其原始路径穿过。
根据本发明的一种实施方式，散射束光栅具有多个由吸收X射线辐射的材料组成的薄片，并且在这些薄片之间布置管道介质(Schachtmedium)。这种散射束光栅是公知的并且可以按照简单的方式以及较少的花费来使用和装配。
根据本发明的另一种实施方式，薄片至少部分地由材料铅、铜或钼构成。这些材料具有高的吸收常数并且由此特别良好地适用于构造散射束光栅。
合适地，背面平板至少部分地由铅构成，以便为X射线探测器的环境屏蔽X射线辐射。
公知的X射线探测器基于将X射线辐射或者直接或者间接地转换为电荷的原理。在间接转换的情况下，转换器层由用于将X射线量子转换为光的闪烁器层构成，并且有源矩阵具有用于将光转换为电荷的光电二极管。在直接转换的情况下，转换器层由用于将X射线量子转换为电荷的直接转换器构成。
根据本发明的另一种实施方式，薄片被布置为：在其纵向彼此平行或者基本上彼此平行并且垂直于入射的X射线辐射。也可以设置栅格形或者说二维布置的薄片，也就是多个基本上彼此平行的薄片，其与其它多个基本上彼此平行的薄片垂直布置。
附图说明
下面根据示意性示出的实施例在附图中对本发明以及按照从属权利要求的特征的其它优选的实施方式作进一步的说明，而不会由此将本发明限制到这些实施例。附图中：
图1示出了根据现有技术的X射线探测器的视图，
图2示出了具有散射束光栅的按照本发明的X射线探测器的视图，以及
图3示出了散射束光栅的放大视图。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的X射线探测器11。这种X射线探测器11具有直接转换器18和由像素读取元件组成的矩阵19，并且由壳体围绕。在壳体的背面布置了背面平板(Rückseitenplatte)13，该背面平板例如由铅组成，以便确保辐射防护规定。从X射线源10出发原光子
Figure BDA0000148566330000031
12以一定概率穿过直接转换器和有源矩阵，而不会被吸收。然后，原光子12在背面平板13上或者进行散射，从而产生散射光子15，或者直接反射大约180°，从而产生反射光子16。散射的光子15击中直接转换器或矩阵的任意位置，只要被吸收就可以有助于增强噪声。仅在原光子反射180°的情况下才有助于改善成像。
图2示出了按照本发明的X射线探测器11，其中在由像素读取元件组成的有源矩阵19与背面平板13之间布置散射束光栅17。散射束光栅尤其直接布置在背面平板13的面向X射线辐射的那一面。如果原光子12在前面没有被吸收的情况下穿过直接转换器18和矩阵19，则击中散射束光栅17。X射线探测器可以具有直接转换器18和有源矩阵19，或者基于间接射线变换的原理，也就是以闪烁器和光电二极管来构造。
散射束光栅17如图3所示的那样具有多个薄片20和分别布置在薄片20之间的管道介质21。薄片20在其纵向彼此平行或者基本上彼此平行并且垂直于入射的X射线辐射布置。按照这种方式，一方面，使垂直入射到散射束光栅17的原辐射可以畅通无阻地穿过，而过滤掉倾斜入射的散射。另一方面，如果其基本上被反射了180°，则在背面平板13上由原光子12散射的X射线辐射再次穿过散射束光栅17。也就是，仅仅不吸收反射光子16。以其它角度的散射光子15被散射束光栅17过滤掉了。在此，充分地选择薄片20的高度h，以便过滤出大部分倾斜反射的散射。散射束光栅可以说以“反射”运行，也就是用于过滤反向散射的X射线辐射，反之公知在检查对象与X射线探测器之间布置的散射束光栅以“透射”运行，也就是用于过滤透射的散射。薄片的厚度d优选明显小于管道介质21位于其中的中间空间的厚度D来选择，以便避免在薄片上部的强烈反射。光栅距离、也就是两个厚度的和(d+D)被称为线数(Linienzahl)。对于良好地吸收了反向散射的X射线量子来说，光栅距离(d+D)与X射线探测器的像素读取元件的像素间距相等或具有类似的数量级。由此例如在像素间距为150μm时光栅距离也为150μm。
散射束光栅的薄片20可以在X射线源的X射线焦点上聚焦地对齐。在这种情况下，薄片不是精确地彼此平行而是分别彼此倾斜了极小的角度，其中薄片在光栅中心点c垂直于背面平板，而其余的薄片随着与光栅中心点增大的距离则越来越倾斜。
作为用于薄片的材料优选使用高吸收的材料，诸如铅、铜或钼。同样背面平板13也优选由这样的材料、特别是铅构成，以便没有X射线辐射可以穿过X射线探测器并且由此将人员或工具器械置于高的辐射负荷。管道材料例如可以由纸或其它已知用于散射束光栅的材料构成。散射束光栅也可以构造为栅格形的。散射束光栅也可以被移动。总之，可以使用散射束光栅的每个已知的方式。
通过按照本发明的X射线探测器，在X射线成像时防止了质量损失，因为散射束光栅吸收了大部分反向散射的光子并且仅允许直接以180°或与之轻微偏差的角度的反射光子穿过。与180°的角度偏差越远，散射光子被散射束光栅吸收的越强烈。
可以如下简要概括本发明：
为了在X射线成像中改善的图像质量，本发明提供了一种用于探测X射线辐射的数字X射线探测器，该数字X射线探测器具有用于将X射线辐射直接或间接转换为电荷的转换器层、在其后布置的由用于存储和读取电荷的像素读取元件组成的有源矩阵、以及在有源矩阵后面布置的背面平板，其中，在有源矩阵与背面平板之间布置了散射束光栅，用于过滤散射辐射。

Claims (9)

1.一种用于探测X射线辐射的数字X射线探测器(11)，包括：用于将X射线辐射直接或间接转换为电荷的转换器层；在其后布置的由用于存储和读取电荷的像素读取元件组成的有源矩阵(19)；以及在该有源矩阵(19)后面布置的背面平板(13)，其中，在所述有源矩阵(19)与所述背面平板(13)之间布置了散射束光栅，用于过滤散射辐射。
2.根据权利要求1所述的数字X射线探测器，其中，所述散射束光栅(17)具有多个由吸收X射线辐射的材料组成的薄片(20)，并且在所述薄片(20)之间布置了管道介质(21)。
3.根据权利要求2所述的数字X射线探测器，其中，所述薄片(20)至少部分地由材料铅、铜或钼构成。
4.根据上述权利要求中任一项所述的数字X射线探测器，其中，所述背面平板(13)至少部分地由铅构成。
5.根据上述权利要求中任一项所述的数字X射线探测器，其中，所述转换器层由用于将X射线量子转换为光的闪烁器层构成，并且所述有源矩阵(19)具有用于将光转换为电荷的光电二极管。
6.根据上述权利要求中任一项所述的数字X射线探测器，其中，所述转换器层由用于将X射线转换为电荷的直接转换器(18)构成。
7.根据权利要求2所述的数字X射线探测器，其中，所述薄片(20)被布置为在其纵向彼此平行并且垂直于入射的X射线。
8.根据权利要求2所述的数字X射线探测器，所述薄片(20)被布置为栅格形的。
9.根据上述权利要求中任一项所述的数字X射线探测器，所述散射束光栅(17)的栅格距离与所述X射线探测器(11)的像素读取元件的像素间距基本上相等。
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