CN103584873A - X射线检测器及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种尤其是用于成像医疗设备(2、4)的X射线检测器(2)，包括由壁(14)构建的散射辐射准直器(6)，带有规则布置的测量单元(10)的测量层(8)和分析单元(12)，其中散射辐射准直器(6)覆盖测量层(8)且定向朝向确定的焦点(18)，且其中分析单元(12)设置为根据到达测量层(8)上的X射线辐射的局部强度差异确定X射线辐射源(4)相对于焦点(18)的焦点位置(20)。

Description

X射线检测器及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种尤其是用于成像医疗设备的X射线检测器，包括由壁构建的散射辐射准直器，带有规则布置的测量单元的测量层和分析单元。此外，本发明还涉及一种用于运行此X射线检测器的方法。
背景技术
如果X射线辐射用于成像方法，则此X射线辐射典型地在X射线管中生成且在此从阳极上的相对小的面辐射出，所述面通常可很好地近似视作点状的X射线辐射源，且典型地称为X射线焦点。此外，为执行成像方法，经常使用X射线辐射检测器，所述辐射检测器由规则地布置的检测器单元或检测器像素构成。
在通过包括此X射线辐射源和X射线检测器的结构检查物体或患者时，通常在向着检测器单元的直接路径上检测从X射线辐射源发出的X射线辐射由物体或患者引起的衰减，因此多次附加地使用定位在检测器单元上的所谓的散射辐射准直器(防散射光栅)。
相应的散射辐射准直器通常由多个壁构成，以此实现了蜂窝结构。借助于此蜂窝结构，以简单的方式将不沿X射线焦点和检测器单元之间的直线连接传播的X射线辐射在散射辐射准直器的壁内吸收，而沿X射线焦点和检测器单元之间的直线传播的X射线辐射则到达检测器单元而不受散射辐射准直器的相关的影响。为此，散射辐射准直器的壁且大多情况下还有检测器单元定向朝向X射线焦点。
在此，焦点位置的变化决定了X射线焦点和X射线检测器以及散射辐射准直器的彼此相对定位的变化，这几乎导致X射线辐射源和X射线辐射检测器相互的错误定向且因此导致了以此装置可实现的图像质量的降低。为避免相应的质量损失，可修正X射线辐射源和X射线辐射检测器的相互定向，或借助于修正算法预处理所生成的图像数据。在此，在两个情况中，必须确定X射线焦点相对于X射线检测器的位置且因此相对于散射辐射准直器的位置。
在公开文本US2011/0176663A1中描述了一种设备，借助于此设备可确定相应的X射线焦点位置。在此使用由多个分别相互反转的散射辐射准直器模块构成的散射辐射准直器。各个的散射辐射准直器模块相互间的相对定向是已知的，且通过与最好地相对于X射线焦点定向的散射辐射准直器模块相关的检测器单元的测量信号的分析来确定。
发明内容
基于此，本发明所要解决的技术问题在于给出一种改进的X射线检测器和一种改进的用于运行X射线检测器的方法。
在X射线检测器方面，此技术问题通过一种X射线检测器解决。X射线检测器提供为尤其地用于成像医疗设备，如计算机断层成像设备，且包括由壁构成的散射准直器，带有规则地布置的测量单元的测量层以及分析单元。在此，散射辐射准直器非常近似地完全覆盖了测量层且优选地与测量层一起定向朝向确定的焦点。此外，分析单元设置为，使得根据到达测量层上的X射线辐射的局部强度差异确定X射线辐射源相对于焦点的焦点位置。
根据所确定的焦点位置，然后例如这样地控制X射线辐射源，使得在需要时修正焦点位置，直至实现有利的位置或根据所确定的焦点位置预处理通过测量层所生成的测量信号为止，因此通过所述预处理补偿借助成像方法可实现的图像质量由于不利的焦点位置所导致的降低。
假定X射线检测器在运行中与X射线辐射源相关且在布置中与所述X射线辐射源一起用于成像方法，通过分析单元进行焦点位置的确定。每个X射线辐射源可在此非常近似地视作点状的X射线辐射源，其位置在下文中称为焦点位置。此焦点位置即点状X射线辐射源的位置在X射线检测器运行中被监测或至少在确定的运行状态中被确定。
此外，基于此：根据点状X射线辐射源的位置，即根据焦点位置，将不同大小份额的未散射的X射线辐射通过散射辐射准直器的壁吸收。其原因是通过壁在测量层上导致的阴影形成，其中阴影的长度取决于焦点位置。因此，导致到达测量层上的X射线辐射的局部强度差异，这最后也导致由测量层所生成的测量信号中的局部差异。因此在原理上，使用至少一个壁，以实现一种日晷，以之确定在此近似作用为太阳的点状X射线辐射源的位置。
在最简单的情况中，在此建议为确定焦点位置，确定由单独的测量单元所测得的强度之间的差异。因此，例如将两个相邻的且通过壁分开的测量单元的测量信号相互关联，由此可确定由点状X射线辐射源所辐射出的且未散射的X射线辐射到达此壁的角度。此外，如果例如在计算机断层成像的情况中发现焦点位置仅在圆柱面或球表面上运动而不从其离开，则可由此信息计算出点状X射线辐射源相对于X射线检测器且因此也相对于散射辐射准直器的相对位置，即焦点位置。
在此，焦点用作焦点位置的参考点，所述焦点通过X射线检测器的构造且通过其在包括X射线辐射源和X射线检测器的设备中的位置预先给定。如果点状的X射线辐射源定位在此焦点上，则X射线辐射源和X射线检测器相互定向。在形成为平面的测量层的情况中，例如焦点处在一条延伸通过测量层的表面的面重心且平行于表面法线延伸的直线上。具有带有弯曲表面的测量层的X射线检测器也扩展，其中其焦点对应于直圆锥的顶点，使得测量层的表面通过其点具有距焦点的相同距离的锥截面给出。在如此形成的X射线检测器中，通常散射辐射准直器也具有与X射线检测器匹配的构造，其中壁沿测量层的测量单元之间的边界走向，且此外在焦点的方向上延伸。
根据X射线检测器的优选的构造变体，散射辐射准直器的壁限定了每个测量单元，且因此确定测量单元的有效面积。测量单元在此进一步优选地构造为矩形或方形，且尤其被四个壁包围，其中通过壁的所选择的壁厚确定了通过壁在测量层上覆盖的面积的大小，且因此也确定了每个测量单元的分别被四个壁所包围的且不受约束的面积的大小，所述面积在此用作用于测量技术上测得X射线辐射的有效面积。在此，测量单元通过多个规则地布置的传感器像素形成，或单独的传感器像素形成了单独的传感器单元。
此外，优选地，散射辐射准直器具有第一类型的壁和与之不同地构造的第二类型的壁，其中每个散射辐射准直器进一步优选地主要由第一类型的壁构造且零星地具有第二类型的壁。若不使用测量层的所有测量单元或其测量信号来确定焦点位置，则不同地构造的壁的使用是尤其有利的。在此情况中，壁在测量单元的、其信号用于确定焦点位置的区域内构造为，使得通过其形状有利于到达测量层上的X射线辐射的局部强度差异的出现，而剩余的壁优选地构造为，使得焦点位置与焦点的更小的偏差尽可能不导致借助包括X射线辐射源和X射线检测器的设备可实现的图像质量的降低。因此，优选仅使用少量的测量单元用于确定焦点位置，而所有测量单元都用于在成像方法的范围内生成图像。
在此有利的是，第一类型的壁具有基本壁厚且在与测量层邻接的区域内具有第一基部壁厚，所述第一基部壁厚大于基本壁厚。此外有利的是，第二类型的壁构造为，此壁具有基本壁厚且在与测量层邻接的区域内具有第二基部壁厚，所述第二基部壁厚小于所述第一基部壁厚且进一步优选地等于基本壁厚。
通过第一类型的壁的相对于基本壁厚增加的第一基部壁厚，通过此壁覆盖了测量单元的更大的面积。通过壁厚的增加而附加地被覆盖的区域大致对应于其上在焦点位置的相应的略微变化时形成了阴影的区域。但因为此区域由于增加的第一基部壁厚而被永久地覆盖，且因此对于测量信号生成不起作用，所以焦点位置的相应的更小的变化对于相应的测量单元的测量信号的生成不起到负面影响。在此处所设想的X射线检测器中，正是使用此负面的真正的不希望的影响来确定焦点位置，因此至少在测量层上的单独的部分区域内定位了第二类型的壁，其第二基部壁厚小于第一基部壁厚。
此外，其测量信号用于确定焦点位置的、尤其是相邻的测量单元通过第二类型的壁分离，且进一步优选地，其测量信号用于确定焦点位置的每个测量单元通过不同地构造的散射辐射准直器的壁限定或甚至包围。因此，在最简单的情况中，散射辐射准直器仅具有唯一一个第二类型的壁，所述壁将两个相邻的测量单元相互分离，且仅将这两个测量单元的测量信号取值以用于确定焦点位置。在此变体中只要点状的X射线辐射源沿简单的轨道曲线运动，就可确定焦点位置的变化。若点状的X射线辐射源可进行更复杂的运动，则就形成更多数量的测量单元的测量信号用于确定焦点位置，且散射辐射准直器具有更多数量的第二类型的壁。在此，第二类型的壁优选地并非沿一个方向而是沿两个优选地相互正交地走向的方向布置。
焦点位置的确定可原理上在准直过程中进行，但优选地，焦点位置在每个成像过程期间确定，也就是说在将检查物体或患者定位在X射线辐射源和散射辐射准直器之间期间。正好在此情况中有利的是，每个测量单元通过单独的传感器像素给出，因为在此情况中基于目前典型的1mm×1mm的传感器像素尺寸，可以非常近似地认为到达测量层上的X射线辐射在两个相邻的传感器像素之间的强度差异更少地由于检查物体导致而更多地由于点状的X射线辐射源的位置导致。
此外，所确定的焦点位置优选地与所生成的测量信号共同地被存储或至少被中间存储，以将其例如在测量信号的后处理中考虑。在此，例如建议，根据测量数据产生图像数据且通过算法再处理所述图像数据。
所提出的技术问题，即，给出一种用于运行X射线检测器的改进的方法，根据本发明通过带有权利要求12的特征的方法解决。
方法用于运行X射线检测器，尤其是前述类型的X射线检测器，其中X射线检测器包括由壁构建的散射辐射准直器，带有规则布置的测量单元的测量层和分析单元。在本发明的范围内，根据到达测量层上的X射线辐射的局部强度差异确定X射线辐射源相对于散射辐射准直器所定向朝向的确定的焦点的焦点位置。为此，分析通过测量层所生成的测量信号，所述测量信号优选地在检查物体或患者定位在X射线辐射源和散射辐射准直器之间期间生成。
附图说明
本方面的实施例在下文中根据示意性附图详细解释。各图为：
图1在截面图示中以截面示出了包括X射线辐射源和X射线检测器的设备，
图2在俯视图中示出了X射线检测器的第一部分，
图3在俯视图中示出了X射线检测器的第二部分，
图4在俯视图中示出了第一备选的X射线检测器的部分，
图5在俯视图中示出了第二备选的X射线检测器的部分，
图6在俯视图中示出了第三备选的X射线检测器的部分。
具体实施方式
相互对应的部分在所有附图中分别提供以相同的附图标号。
如下举例描述的X射线检测器2例如也是用于通过成像方法根据已知的原理检查物体或患者的计算机断层成像设备的X射线辐射源4。在此计算机断层成像设备中，如在图1中所示，X射线检测器2和X射线辐射源4相互对置地布置，且为检查物体或患者将其安放在定位于X射线检测器2和X射线辐射源4之间的未图示的检查台上。
X射线辐射的生成通过未描绘的X射线管进行，其中X射线辐射的产生限制在阳极的相对小的区域内，即所谓的焦斑上。此焦斑非常近似作用为在图1中通过焦斑的描绘而表示的点状的X射线辐射源4。从X射线辐射源4发出的X射线辐射锥形地在X射线检测器2的方向上传播，其中至少在待检查的物体或待检查的患者上引入到辐射锥内的此X射线辐射首先到达待检查的物体或患者。X射线辐射的一部分在此在物体或患者内被吸收，而X射线辐射的透射的部分然后到达X射线检查器2上。另外的部分通过与物体或患者的相互作用被散射，其中此部分对于成像方法潜在地被视作是不利的。
由于此原因，X射线检测器2具有散射辐射准直器6，借助于所述散射辐射准直器6将大部分散射的X射线辐射吸收。通过物体或患者透射的、未散射的X射线辐射则基本上不受到散射辐射准直器6的影响到达由规则布置的测量单元10构建的测量层8，且在此处通过测量技术检测。在此，在每个测量单元10内根据到达此测量单元10上的X射线辐射的强度产生测量信号，将所述测量信号输入分析单元12以用于另外的处理。
散射辐射准直器6由两个不同地构造的壁14构建，所述壁14在测量层8的表面法线16的方向上(在弯曲的测量层和弯曲的散射辐射准直器的情况中在焦点的方向上且因此典型地仅近似在表面法线的方向上)定向，且沿测量单元10之间的边界走向。与之相应地，每个在实施例中矩形地构造的测量单元10被四个壁包围。第一类型的壁A在此在测量层8的区域内具有相对于在其余区域内的基本壁厚d扩大的第一基部壁厚D，而第二类型的壁B在沿表面法线16的方向的整个长度上具有保持相同的壁厚，所述壁厚等于基础壁厚d。
X射线检测器2与焦点18相关，在该焦点18上提供有点状的X射线辐射源4以实现在成像方法中与X射线辐射源4和X射线检测器2的尽可能有利的共同作用。此焦点18由于X射线检测器2的构造所导致，其中在此情况中，焦点18处在通过测量层8的表面的面重心的、沿表面法线16走向的直线上。
在带有弯曲的测量层表面的X射线检测器的也典型的构造中，散射辐射准直器的壁相互相对扇状地且分别向共同的点指向，所述点则形成了此X射线检测器的焦点。在测量层表面上的每个点距此焦点具有相同的距离。
此外，X射线检测器2的分析单元12设置为，使得监测点状的X射线辐射源4的相对于焦点18的位置-在后文中称为焦点位置20。焦点位置20的确定在此通过对于布置在测量层8中心且通过第二类型B的壁14相互分开的两个相邻的测量单元10的测量信号的分析实现。在分析时，将通过测量技术测得的到达此两个测量单元10上的X射线辐射的强度相关联，以由此确定局部的强度差异，由所述强度差异根据日晷的原理可推出相对于焦点18的焦点位置20。在此，简单地基于此，X射线辐射源4不在表面法线16的方向上而仅在与之垂直的方向上运动，尤其仅在Phi方向22上运动。
根据图1中的简图，两个通过第二类型B的壁14分开的测量单元10在用来自焦点18的X射线辐射照射时基本上被相同地照亮，而在这两个测量单元10用来自偏离的焦点20的X射线辐射照射时，则由于两个测量单元10之间的壁14导致了二者之一的遮挡，使得到达此测量单元10上的X射线辐射的强度与来自焦点18的辐射的情况相比减少，这导致通过两个相邻的测量单元10测得不同的强度。
因为由于与焦点18偏离的焦点位置20所导致的此类强度差异对于通过设备可实现的图像质量是不利的，所以为X射线检测器2提供带有仅一个第二类型B的壁14的散射辐射准直器6，而剩余的壁14具有第一类型A的构造。第一类型A的壁14在测量层8的区域内提供有带有第一基部厚度D的加厚的壁，使得所述第一类型A的壁14在测量单元10的边缘区域内永久地覆盖测量单元10的一部分最大有效面积-也就是说在不存在散射辐射准直器6的情况下可用于通过测量技术测得X射线辐射的面积，因此被覆盖的区域不被用于通过测量技术测得X射线辐射。在此区域内，在焦点位置20相对于焦点18略微移动时形成了阴影，所述阴影在使用第二类型B的壁14的情况中导致相邻的测量单元10的强度差异。但由于使用了单一类型A的壁14，此区域被永久地覆盖，因此在焦点位置20相对于焦点18略微移动时，在测量单元10内测不到或仅测到很小的强度差异。
在此，其中大多数测量单元10被壁14限定边界的X射线检测器2的构造变体一般是优选的，以此，在测量单元10内由于焦点位置20与焦点18略微的偏差所导致的阴影形成通过借助壁14部分地覆盖测量单元10而得以减弱，且因此测量技术上不被测得，且其中仅使用少量的壁14，这些壁14构造为，使得通过与焦点18偏离的焦点位置20导致明显形成阴影且因此导致对于测量信号的明显的影响。利用少数邻接此壁14的测量单元10来根据其测量信号确定和/或监测焦点位置20，而优选利用所有测量单元10来获得用于产生图像数据的测量信号。.
在图3至图6的描绘中图示了X射线检测器2的不同的备选构造变体，或更确切地说散射辐射准直器6，其中在所有这些情况中，散射辐射准直器6主要由第一类型A的壁14构建，且相应地在大的区域上具有如在图02中所图示的构造。但为确定焦点位置20，在散射辐射准直器6内存在单独的壁，所述壁在测量层8的区域内具有相对于第一基部壁厚D减小的壁厚，如在图3中所示意，或具有在表面法线16的方向上的整个长度上保持不变的壁厚，这如在图1的实施例中相当于基础壁厚d。
在计算机断层成像设备中，经常使用X射线检测器2，其测量单元10一起形成了部分柱形外周面，且在此基于柱坐标，一方面沿Phi方向22且另一方面沿z方向24并排排列。在此情况中，例如建议使得第二类型B的壁14平行于Phi方向22定向，如在图4中所图示，或如在图5中所示意平行于z方向24定向。在两个情况中，可在此两个方向22、24上确定焦点位置20与焦点18的偏差。但如果位置偏差在两个正交的方向22、24上测得，则如在图6中所示，第二类型B的壁14沿两个正交的方向22、24布置。
用于确定焦点位置20的测量单元10的数量优选地限制为很少的数量，其中这些测量单元10不强制地全部都并排排列，而是例如也可布置在空间上相互分开的单独的簇内。
本发明不限制于在此所述的实施例。而是也可由专业人员导出本发明的另外的变体，只要不偏离本发明的主题即可。尤其地，进一步地所有与实施例相结合地描述的单独特征也可以以另外的方式相互组合，只要不偏离本发明的主题即可。

Claims (13)

1.一种X射线检测器(2)，尤其是用于成像医疗设备(2、4)的X射线检测器(2)，包括由壁(14)构建的散射辐射准直器(6)，带有规则布置的测量单元(10)的测量层(8)和分析单元(12)，其特征在于，所述散射辐射准直器(6)覆盖所述测量层(8)且定向朝向确定的焦点(18)，并且所述分析单元(12)设置为根据到达所述测量层(8)上的X射线辐射的局部强度差异确定X射线辐射源(4)相对于所述焦点(18)的焦点位置(20)。
2.根据权利要求1所述的X射线检测器(2)，其特征在于，确定各个测量单元(10)所测得的强度之间的差异以便确定所述焦点位置(20)。
3.根据权利要求1或2所述的X射线检测器(2)，其特征在于，所述散射辐射准直器(6)的壁(14)限定每个测量单元(10)的边界且因此确定有效面积。
4.根据权利要求1至3中一项所述的X射线检测器(2)，其特征在于，所述散射辐射准直器(6)具有第一类型(A)的壁和不同地构造的第二类型(B)的壁。
5.根据权利要求4所述的X射线检测器(2)，其特征在于，所述散射辐射准直器(6)主要由第一类型(A)的壁(14)构建，且零星地具有第二类型(B)的壁。
6.根据权利要求4或5所述的X射线检测器(2)，其特征在于，所述第一类型(A)的壁(14)具有基础壁厚(d)，且在与所述测量层(8)邻接的区域内具有大于基础壁厚(d)的第一基部壁厚(D)。
7.根据权利要求6所述的X射线检测器(2)，其特征在于，所述第二类型(B)的壁具有基础壁厚(d)，且在与所述测量层(8)邻接的区域内具有小于所述第一基部壁厚(D)的第二基部壁厚(d)。
8.根据权利要求7所述的X射线检测器(2)，其特征在于，所述第二基部壁厚(d)等于所述基础壁厚(d)。
9.根据权利要求4至8中一项所述的X射线检测器(2)，其特征在于，其测量信号用于确定所述焦点位置(20)的相邻的测量单元(10)通过所述第二类型(B)的壁(14)分开。
10.根据权利要求1至9中一项所述的X射线检测器(2)，其特征在于，其测量信号用于确定所述焦点位置(20)的每个测量单元(10)通过所述散射辐射准直器(6)的不同地构造的壁(14)限定边界。
11.根据权利要求1至10中一项所述的X射线检测器(2)，其特征在于，所述分析单元(12)设置为，使得根据在检查物体定位在所述X射线辐射源(4)和所述散射辐射准直器(6)之间期间所生成的测量信号确定所述焦点位置(20)。
12.一种用于运行尤其根据前述权利要求中一项所述的X射线检测器(2)的方法，所述X射线检测器包括由壁(14)构建的散射辐射准直器(6)，带有规则布置的测量单元(10)的测量层(8)和分析单元(12)，其特征在于，根据到达所述测量层(8)上的X射线辐射的局部强度差异确定X射线辐射源(4)相对于散射辐射准直器(6)所定向朝向的确定的焦点(18)的焦点位置(20)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在检查物体定位在所述X射线辐射源(4)和所述散射辐射准直器(6)之间期间，确定到达所述测量层(8)上的X射线辐射的局部强度差异。
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