CN103323872A - 用于对量子计数的x射线探测器进行能量校准的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对在X射线设备中的量子计数的X射线探测器进行能量校准的方法。在该方法中如下地在第一X射线源(1)和第一X射线探测器(2)之间定位用于产生X射线荧光辐射的标靶(6)并且利用第一X射线源(1)的X射线辐射辐照该标靶：使得通过第一X射线源(1)的X射线辐射产生X射线荧光辐射，该X射线荧光辐射从所述标靶(6)出发击中第二X射线探测器(4)。然后利用所述标靶(6)的X射线荧光辐射实施第二X射线探测器(4)的能量校准。以相同的方式借助第二X射线源(3)的X射线辐射进行第一X射线探测器(2)的能量校准。通过所建议的方法可以在系统接近的条件下以小的开销校准双源CT-X射线设备的X射线探测器。

Description

用于对量子计数的X射线探测器进行能量校准的方法

技术领域

本发明涉及一种用于对在X射线设备中的量子计数的X射线探测器进行能量校准的方法，该X射线设备具有至少两个可围绕旋转中心转动的X射线系统，这些X射线系统在转动方向上相互错开一个角度地布置。这样的X射线设备在计算机断层造影(CT)的领域中被采用，并且在设计方案中也以双源计算机断层造影设备或双源C形臂X射线设备的名称公知。本发明还涉及一种用于产生X射线荧光辐射的标靶，其适用于实施该方法。

背景技术

量子计数的X射线探测器，也称为光子计数的X射线探测器通常具有由一种直接转换的半导体材料组成的多个探测器元件(像素)的布置。被探测到的光量子在各自的探测器元件中产生电荷脉冲，该电荷脉冲被探测器电子器件转换为测量电压，该测量电压在一个或多个比较器中与代表不同能级的阙值电压进行比较。通过这种方式可以将特定的能量与被探测的光子对应并且相应地计数该光子。

由于电荷脉冲的大小或由此产生的测量电压取决于入射的光量子的能量，通过设置电子阙值高度或比较器的阙值可以实现被计数的光量子的光谱的选择。仅计数基于其能量产生超过比较器的阙值的电信号的辐射量子。

为对于入射的X射线量子的按照能量分辨的计数必须对探测器进行能量校准。必须对于每个探测器元件或每个测量通道分开地进行校准，以便分别考虑探测器材料和信号处理的电子器件的特殊性能。相应地，为了探测器的均匀的响应特性的实现以及由此例如在使用探测器的情况下在计算机断层造影中尽可能无伪影且低漂移的CT图像的获得，尽可能精确地设置阙值电压。对于量子计数的X射线探测器的能量校准例如可以采用放射性制剂、同步光源或K荧光辐射源，其发射被定义的谱线或量子。作为能量校准的结果，给比较器的每个阙值的数值分配一个能量阙值。

基于一些适用于校准的源的疑难的操作和低的可用性，通过K荧光辐射器提供了荧光校准的应用，该种K荧光辐射器不具有这样的限制。但是迄今为止的荧光校准尽管已经在实验室中实施，其中X射线探测器仅利用X射线荧光辐射来照射。在此出现的X射线流是极小的并且相应地不与在临床扫描器中的方案相匹配。但是由于探测器(传感器材料或探测器元件和信号处理的电子器件或ASIC)在辐照的条件下取另一个工作点，来自于实验室的校准不是与在X射线设备中应用时的状态最佳地相匹配，从而导致阙值的偏移。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于对在X射线设备中的量子计数的X射线探测器进行能量校准的方法，该X射线设备具有至少两个可围绕旋转中心转动的X射线系统，其避免了上述的阙值偏移的问题。

上述技术问题通过根据按照本发明的方法来解决。本发明的具有优势的设计方案是可以从下面的描述以及实施实例中得悉。

所建议的方法涉及在计算机断层造影的X射线设备中的量子计数的X射线探测器的能量校准，该X射线设备具有至少两个可围绕旋转中心转动的X射线系统，这些X射线系统在转动方向上相互错开一个角度地布置。在设计方案中，这样的X射线设备被称为所谓的双源计算机断层造影设备或称为双源C形臂X射线设备。相互错开一个角度的每个X射线系统在此具有一个X射线管和一个与X射线管相对布置的X射线探测器。在所建议的方法中，荧光校准技术被用于对X射线设备的两个探测器中的至少一个进行能量校准。在此，在两个X射线系统中的一个(下面称为第一X射线系统)的X射线源和X射线探测器之间定位用于产生X射线荧光辐射的标靶，并且利用该X射线系统的X射线源的X射线辐射来辐照以用于发射X射线荧光辐射。在此这样进行标靶的定位，使得所产生的X射线荧光辐射的一部分击中另一个(第二)X射线系统的探测器。然后利用该击中的X射线荧光辐射实施该第二X射线探测器的能量校准。通过两个X射线系统在X射线设备中相互错开避免了，用于产生X射线荧光辐射的X射线辐射同样击中待校准的探测器。在另一方面，由此可以在没有其它开销的情况下仅通过将标靶例如以模体形式引入到两个X射线系统的一个的辐射路径的合适的位置上来实施上述(第二)X射线探测器的能量校准。对于第一X射线探测器的校准，然后可以以相同的方式通过在第二X射线系统的辐射路径中进行标靶的相应定位来实现。在将标靶定位到各个计算机断层扫描设备或C形臂设备的对称中心中的情况下由此可以仅通过在两个X射线管之间进行切换以及，如果需要，通过在对称中心中合适地转动标靶来实施两个探测器的能量校准。

在此，标靶例如由载体材料组成，在该载体材料中嵌入合适的材料以用于在已知的波长中产生期望的X射线荧光辐射。在此，X射线荧光被理解为通过化学元素发射特有的次级的X射线量子，通过利用初级X射线辐射进行辐照来激励该化学元素以用于发射。在此，通过初级X射线辐射的能量使最内层(K层)的电子从化学元素的原子脱离。所形成的空穴直接被来自于更高层的电子替代，其中以X射线荧光辐射的形式释放能量差。由于不同的化学元素的K层的能级或K边缘的能量位置彼此不同，所形成的X射线荧光辐射对于每种化学元素也是特有的。

可以采用例如钼、锡、碘、钆和/或钨作为用于产生X射线荧光辐射的合适的材料或化学元素。同样，其特有的X射线荧光辐射位于对于X射线探测器的能量校准期望的区域内的其它的元素显然也是可能的。在此，各个元素可以混合地或按照彼此分开的区域在标靶中存在。由此，材料例如以粉末形状和/或作为颗粒存在。优选地，由此这种混合是通过机械稳定的，例如合适地压制。为产生X射线荧光所选择的化学元素也可以以合金形式存在。标靶的载体材料也可以由产生X射线荧光的材料构成。在另一种设计方案中，所选择的化学元素按层上下相叠地布置，从而标靶由多层顺序的薄层组成，其中每个层由所选择的化学元素中的一种构成。例如可以通过阳极氧化、湿法沉积、溅射和/或通过喷射积淀产生这样的层。在此必须这样选择各个层的层厚，即通过击中的X射线辐射可以在所有层中激励X射线荧光辐射并且此X射线荧光辐射也可以由标靶离开，即不被其上各层完全吸收。

优选地，标靶被构造为平板形或长方体形状并且可以如模体那样在X射线设备中使用。在一个有利的设计方案中，标靶具有至少两个由不同的材料组成的不同区域，其在俯视图中彼此在标靶上相互隔开。在此，优选这样在标靶中布置该区域，使得通过在X射线源上合适地设置射线光圈每次仅利用X射线辐射辐照区域中的一个，以便由此有针对性地仅激励该区域用于X射线荧光的材料，然后该X射线荧光击中待校准的X射线探测器。然后通过相应地调整射线光圈可以紧接着辐照用于产生X射线荧光的另一个区域。显然，这不限于两个区域。在此优选地，区域(在俯视图中)在标靶中构造为条纹形的，其中条纹在X射线系统中应用时在X射线系统的转动方向(所谓的phi方向)上延伸。

在所建议的方法和附属的标靶的另一种设计方案中，该标靶还具有如下区域：该区域对于X射线设备的X射线源的X射线辐射是高度可穿透的。由此，在X射线探测器的能量校准的情况下可以实施预处理，通过同时运行X射源和产生X射线荧光，该X射线源与待校准的X射线探测器相对布置。在此，该X射线源的X射线辐射可以穿过标靶的相应可穿透的区域击中X射线探测器。在此，这样运行X射线源，使得其发射低能的X射线谱，以便将待校准的X射线探测器带入期望的工作点。

作为上面提及的设计方案的替换，显然也可以这样进行待校准的X射线探测器的预处理，使得在将标靶引入辐射路径之前利用相对布置的X射线源以X射线辐射照射X射线探测器，以便将其带入期望的工作点。然后直接在该X射线源关闭后定位标靶并且运行另一个X射线源以用于产生X射线荧光辐射。

适用于该方法的用于产生X射线荧光辐射的标靶相应地由第一材料组成，在该第一材料中嵌入由一种或多种第二材料组成的一个或多个区域，该第二材料在利用X射线辐射进行激励时发射X射线荧光辐射。在此，第一材料同样可以是适用于产生X射线荧光辐射的材料。但是在优选的设计方案中，该第一材料对于X射线设备的X射线辐射是高度可穿透的。该第一材料例如也可以是水。由此在该情况下标靶如在水模体中那样合适地包住。优选地，第一和第二区域(在标靶上的俯视图中)彼此交替。在此，该区域例如可以被构造为条纹形的。也可以格栅形地构造，其中第一材料构成格栅结构，在其间隙嵌入第二材料。在此，如果需要，第一材料可以形成用于标靶的载体材料，其保证了标靶的机械稳定。

附图说明

下面根据设计方案实例结合附图再次对所建议的方法和附属的标靶作进一步的说明。附图中：

图1示出了在双源计算机断层造影设备中用于实施所建议的方法的标靶的布置的实例，

图2示出了按照俯视图的标靶的构造的第一实例，

图3示出了按照俯视图的标靶的构造的第二实例，

图4示出了按照俯视图的标靶的构造的第三实例。

具体实施方式

图1高度图示化地示出了用于实施所建议的方法的具有合适定位的标靶6的双源计算机断层造影设备的部件。在附图中可以识别出两个X射线系统A、B由A-X射线管1和A-X射线探测器2以及由B-X射线管3和B-X射线探测器4组成，其布置在计算机断层造影设备的机架5上。在此，两个X射线系统在机架的转动方向上相互错开90°角度地布置，如从图1中可知的那样。机架的转动方向用弯曲的箭头来表示。

在当前的实例中，为了能量校准A-X射线探测器2这样在B-X射线管3的X射线束8中布置荧光标靶6，使得其被均匀地照射并且由此产生的X射线荧光辐射9击中待校准的A-X射线探测器2。在此借助B-X射线管3校准A-X射线探测器2，因为必须将荧光辐射从初级辐射中分离。从B-X射线管3发出的X射线束8的初级辐射由于几何布置不会击中A-X射线探测器2。由B-X射线管3的X射线辐射在标靶6中产生的X射线荧光光子被均质地发射并且由此也击中A-X射线探测器2。均匀地照射荧光标靶6导致了，在A-X射线探测器2上存在散射束光栅的情况下由荧光辐射照射每个探测器元件。

利用A-X射线管1能够预处理A-X射线探测器2。这可以相应于应用在校准测量之前实施，以便将A-X射线探测器2带到期望的工作点处。当标靶6从A-X射线管1的辐射路径(X射线束7)中驶出，这一点总是可能的。

这样的预处理可以在使用防散射光栅的情况下仅在phi方向(机架的转动方向)上也通过同步以A-X射线管1的低能量的X射线谱辐照A-X射线探测器2来进行，其中必须匹配荧光和背景之间的比例。该同步辐照导致了，A-X射线探测器置于较高的X射线流(带有较低的能量谱)之中，并且同时一个清楚可识别的签名借助荧光分量或者荧光线在信号中可以被测量。

以相同的方式对B-X射线探测器4进行能量校准，其中为了产生X射线荧光辐射运行A-X射线管1。在此，在合适的设计方案中(荧光材料在两侧)必须不移动荧光标靶6，如由图1所示的那样。

图2示出了可能的标靶6的俯视图，在该标靶中能够同时测量荧光能量并且能够直接地辐照穿过透明的载体材料或水模体。标靶6在该俯视图的区域中具有两个彼此间隔的区域10、12，其由可发射不同的X射线荧光的材料组成。在该两个区域10、12之间构造区域11，其可以由对于X射线辐射可透过的材料或也由水组成。在该附图中勾画的x和z方向相应于其在附图1中的方向。在此，z方向是计算机断层造影设备的已知系统轴的方向。在相应于标靶或模体的厚度方向的未示出的y方向上，在在图2至6中所示的实例中的区域或材料的组成不发生变化。

通过条纹形地构造不同区域10、11、12，能够通过在计算机断层造影设备的X射线管上存在的准直光圈的相应的光圈设置分开地照射不同的区域。由此，在相应地设置该射线光圈时在图2中所示的标靶6中也可以与(从区域10中)测量第一荧光能量分开地(从区域12中)测量至少一个第二荧光能量。

图3示出了不同材料10、11组成的区域在示例性的标靶中的可能的布置的另一个实例。在此，不同区域10、11的不同材料可以是发射X射线荧光辐射的材料或者是在其中至少一个区域11可穿透X射线辐射的构造。除了这样的条纹形的构造还可以例如以格栅形状布置荧光材料或标靶材料，如其在图4中示意性示出的那样。在为区域11使用对于X射线辐射可透过的材料的情况下，可以通过使用分别相对布置的X射线源的X射线光同时直接辐照进行预处理。

所建议的方法实现了在系统相关的辐射条件下利用X射线荧光辐射对X射线探测器进行能量校准。双源CT系统的应用允许利用一个X射线系统的X射线管进行另外一个X射线系统的X射线探测器的校准，因为由此自动地从初级辐射中屏蔽待校准的X射线探测器。

Claims (13)

1.一种用于对在X射线设备中的量子计数的X射线探测器进行能量校准的方法，该X射线设备具有至少两个可围绕旋转中心转动的X射线系统，所述X射线系统在转动方向上相互错开一个角度地布置，并且其中第一X射线系统具有第一X射线源(1)和相对布置的第一X射线探测器(2)而第二X射线系统具有第二X射线源(3)和相对布置的第二X射线探测器(4)，其中

-如下地在第一X射线源(1)和第一X射线探测器(2)之间定位用于产生X射线荧光辐射的标靶(6)并且利用第一X射线源(1)的X射线辐射辐照该标靶：使得通过第一X射线源(1)的X射线辐射产生X射线荧光辐射，该X射线荧光辐射从所述标靶(6)出发击中第二X射线探测器(4)，并且

-利用所述标靶(6)的X射线荧光辐射实施第二X射线探测器(4)的能量校准。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二X射线探测器(4)的校准之前或期间，通过运行第二X射线源(3)来对其进行预处理。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如下地在第一X射线源(1)和第一X射线探测器(2)之间定位所述标靶(6)：使得在校准第二X射线探测器(4)之后在不改变位置和方向的情况下能够利用第二X射线源(3)的X射线辐射对其进行辐照并且由此所产生的X射线荧光击中第一X射线探测器(2)，并且

在校准第二X射线探测器(4)之后利用第二X射线源(4)的X射线辐射辐照所述标靶(6)并且利用所述标靶(6)的由此所产生的X射线荧光辐射进行第一X射线探测器(2)的能量校准。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在校准第二X射线探测器(4)之后如下地在第二X射线源(3)和第二X射线探测器(4)之间定位用于产生X射线荧光辐射的标靶(6)并且利用第二X射线源(4)的X射线辐射辐照该标靶：使得通过第二X射线源(4)的X射线辐射产生X射线荧光辐射，该X射线荧光辐射击中第一X射线探测器(2)，并且利用所述标靶(6)的X射线荧光辐射进行第一X射线探测器(2)的能量校准。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在第一X射线探测器(2)校准之前或期间，通过第一X射线源(1)的运行来对其进行预处理。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，使用如下的标靶(6)来产生X射线荧光辐射：该标靶具有由不同材料组成的至少两个区域(10，11，12)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如下地布置所述至少两个区域(10，11，12)：使得通过在第一X射线源(1)和/或第二X射线源(3)之前设置至少一个射线光圈分别击中第一X射线探测器(2)和/或第二X射线探测器(4)的X射线荧光辐射能够被限于所述区域(10，11，12)中的每一个。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过改变在第一X射线源(1)和/或第二X射线源(3)之前的射线光圈的设置，先后辐照至少两个区域(10，11，12)。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，具有适合产生X射线荧光辐射的材料的区域(10，12)与对于第一X射线源(1)和/或第二X射线源(3)的X射线辐射可穿透的区域(11)交替。

10.一种用于产生X射线荧光辐射的标靶，其适用于实施根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述标靶(6)由第一材料构成，在该第一材料中嵌入由一种或多种第二材料组成的一个或多个区域(10，12)，该第二材料在利用X射线辐射激励时发射X射线荧光辐射。

11.根据权利要求10所述的标靶，其特征在于，所述第一材料对于激励的X射线辐射是可穿透的。

12.根据权利要求10所述的标靶，其特征在于，所述第一材料是水。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的标靶，其特征在于，由一种或多种第二材料组成的区域(10，12)与由第一材料组成的区域(11)交替。

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