CN103777224A - 图像检测器及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特别是用于X射线辐射的图像检测器（2），包括具有多个检测器像素（22）的图像像素（20）的有规律布置，其中一个图像像素（20）的至少两个检测器像素（22）在其敏感性方面相区别。

Description

图像检测器及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种特别是用于X射线辐射的图像检测器，包括具有多个检测器像素的图像像素的有规律布置，以及一种用于运行相应的图像检测器的方法。背景技术

例如为了借助成像方法检查对象或患者而采用的X射线检测器应当具有关于射线功率或X射线剂量的尽可能高的动态范围或对比度范围，因为相关的信息正是对通过击中X射线检测器的X射线的局部强度差的采集而获得的并且由此作为对比度差被采集。

在此，一方面通常存在如下必要性，即采集非常大的强度差，也就是例如在从待检查的对象或者说位于待检查的患者旁边经过的在X射线检测器的方向上传播的X射线辐射和透射穿过待检查的对象或者说待检查的患者的X射线辐射之间的强度差，并且另一方面应当采集非常细微的强度差，以便能够从所述强度差出发区分在待检查的对象的体积内部的不同物质或在待检查的患者的身体中的不同组织类型。

然而，当前的X射线检测器的动态范围典型地不足以以期望的对比度分辨率来成像整个期望的动态范围，也就是期望的对比度值域。现代的数字X射线检测器取而代之通常具有可调节的灵敏度设置，借助该灵敏度设置，操作者可以将提供的检测器动态范围与各自的情形匹配，从而在对象或者说患者的检查中采集至少对于检查来说最重要的动态范围。如果尽管如此却还要采集更大的动态范围，则利用对于曝光的不同的设置先后进行对象或患者的多个拍摄，以便以这种方式利用每个拍摄来采集动态范围的一个子区域。

因为在大多数情况下限制动态范围的因素不是在X射线敏感的传感器元件本身中而是在后面连接的读出电子器件中，所以对于X射线敏感的传感器元件的测量信号的事后处理存在不同的方案，以便以这种方式扩展动态范围或至少有利地规定可供使用的值域。

发明内容

由此出发本发明要解决的技术问题是，实现一种改进的图像检测器以及一种用于运行相应的图像检测器的方法。

涉及检测器的技术问题按照具有本发明技术方案的特征的检测器解决。从属权利要求包含部分有利的和部分对于本身来说是发明性质的本发明扩展。

图像检测器优选配置为用于测量技术地采集X射线辐射并且包括具有多个检测器像素或子像素的图像像素的有规律布置。在此一个图像像素的至少两个检测器像素在其敏感性方面相区别，从而它们例如在相同施加X射线辐射的情况下产生不同的测量信号。一个图像像素的相互不同的检测器像素如此构造为，利用它们来测量技术地采集射线功率的或X射线剂量的所设置的对比度范围或动态范围的不同的子区域并且以这种方式成像。由此可以，利用仅一个拍摄或曝光来成像更大的动态范围，其中随着每个图像像素的不同的检测器像素数量增加，采集的动态范围，也就是采集的对比度区域和/或对比度分辨率增加。图像像素的检测器像素的测量信号在此优选被用来产生图像数据，所述图像数据例如在监视器上借助恰好一个图像点示出。

动态范围一般地理解为在射线功率/强度的最大值和最小值之间的比例。通过关于动态范围来说不同灵敏度的检测器像素的布置由此检测器像素的一个类型构造为特别是用于小的动态范围并且检测器类型的另一个类型构造为用于大的动态范围。

这样构造的X射线检测器优选在图像支持的射线疗法（IGRT：Image GuidedRadiotherapy）领域被采用，因为，在此一方面非常大的动态范围是特别有利的并且因为另一方面在此需要的分辨率在每个显示图像的图像点的意义上对于借助成像方法产生的X射线图像是按比例相当小的。每个面积所需的图像像素的数量相应地（例如与在对于诊断的计算机断层造影情况下的要求相比）明显更小并且具有多个检测器像素或子像素的图像像素的制造在技术上更容易实现。

此外图像检测器的如下构造是优选的，在所述构造中检测器像素作为所谓的间接X射线传感器构造并且由此分别包括光敏半导体传感器和闪烁晶体体积。闪烁晶体体积在此更优选地为了尽可能高的量子产出量而构造，从而击中闪烁晶体体积的尽可能所有X射线量子，在该来自于所谓的可见光的频率范围的光中产生。

按照一种构造变形，通过如下来实现检测器像素的不同灵敏度，即光敏半导体传感器不同地构造。即，通过在制造半导体传感器时在过程控制中的相应的匹配来对于在其灵敏度方面不同的检测器像素制造不同的半导体传感器，其中不同的半导体传感器不同地对于入射的光进行反应。也就是例如当具有相同频率和相同强度的光击中两个不同半导体传感器时，借助相应的半导体传感器却产生不同的电信号。这一点例如可以通过如下来实现，即，用于半导体传感器的半导体材料被不同强度地掺杂。

替换地或补充地，每个具有多个检测器像素的图像像素的至少一个检测器像素为了操纵灵敏度而具有滤波器元件，其中这样的滤波器元件，例如按照两个先后接通的极化滤波器的原理，在到达对应的光敏半导体传感器之前过滤从前面连接的闪烁晶体体积出发的光的预定的分量。替换地，设置滤波器元件，其作为频带分裂的颜色滤波器工作并且相应地过滤来自于特定频率范围的主导光。

在有利的扩展中，为了操纵灵敏度，每个具有多个检测器像素的图像像素的多个检测器像素具有滤波器元件，其中每个具有多个检测器像素的图像像素的至少两个滤波器元件相互不同。在该情况下也就是一个相应的图像像素包括多个检测器像素并且检测器像素具有不同的滤波器元件，它们特别是关于光吸收能力是不同的。

此外滤波器元件优选这样构造，使得其允许通过击中的电磁辐射的、也就是特别是击中的X射线辐射的预先规定的用于测量技术的采集的强度分量。在此可以考虑，其特征已知或者可以通过相应的控制预先规定的相应的图像检测器典型地与射线源一起被使用。相应地，一方面动态范围和另一方面在运行中击中图像检测器的电磁辐射的对比度值域都是已知的，并且相应可以通过滤波器元件的合适构造如下规定，即何种分量通过滤波器元件被吸收并且何种分量通过滤波器元件被传输。如果此时图像检测器例如每个图像像素具有两个检测器像素，其中每个图像像素的一个检测器像素包括一个滤波器元件，则滤波器元件优选这样构造，使得其吸收击中的电磁辐射的射线强度的50%。在该情况下然后动态范围或对比度区域划分为两个相同大小的子区域。

对于击中图像检测器的电磁射线不是单色的情况，滤波器元件优选这样构造，使得其在击中的电磁射线的整体预计频率范围中具有基本上恒定的吸收能力。这就是说，滤波器元件优选刚好不是用于频率选择的滤波，而是用于衰减击中的射线功率或射线强度，从而具有滤波器元件的检测器像素测量技术地采集降低的射线强度或射线功率。

特别是在图像检测器借助闪烁晶体用于采集X射线辐射的情况下，进行滤波器元件的以及优选闪烁晶体的背离X射线辐射源的一侧的定位，并且相应地滤波器元件为了操纵电磁射线而构造在所谓的可见光的频率范围中。

为了有利于相应的图像检测器的尽可能小的制造开销，图像检测器优选具有结构化的并且特别是如此作为层构造的颜色滤波器，使得颜色滤波器的子区域形成滤波器元件。也就是如果例如设置每个图像像素的两个检测器像素在两个正交方向上互相排列，则颜色滤波器至少在检测器像素为正方形构造情况下具有棋盘形状的结构，其中例如该棋盘结构元件的一半对于从闪烁晶体出发的光是透明的，而其他元件过滤该光的，更确切来说是光功率的或光强度的至少一部分。

图像检测器的如下构造是有利的，在所述构造中该图像检测器仅具有相同构造的图像像素，因为由此对于制造的技术开销特别小。替换地，图像检测器由不同构造的图像像素构成，其中例如在图像检测器的中心区域中布置具有多个检测器像素的图像像素，而在图像检测器的周边区域中布置具有仅一个检测器像素的图像像素。按照另一个构造设置，不同的图像像素通过如下相区别，即不同的图像像素的检测器像素在其灵敏度方面是不同的。

每个图像像素的检测器像素的数量合适地与各自的应用目的匹配，对于所述应用目的设置相应的图像检测器。但是尤其是如下构造是优选的，在所述构造中每个图像像素由四个相同大小的检测器像素构成，其中进一步优选图像检测器的所有图像像素是相同构造的。

此外，图像检测器优选包括读出电子器件，其如此构造为，每个检测器像素包括一个读出单元，其中所有读出单元相同构造。借助读出单元产生的电信号然后进一步优选相同地放大，从而检测器像素的不同的灵敏度刚好不是通过读出电子器件的特殊构造并且特别地不是通过个别匹配的信号放大来实现，而是优选单独仅通过在借助检测器像素进行测量信号产生的过程期间有针对地耦合输出或吸收电磁射线。

也就是动态范围的扩展首先仅独自通过如下实现，即通过检测器像素的重新构造来操纵借助读出电子器件读出的测量信号并且不是通过如下，即合适地处理读出的测量信号。然而优选如下附加地进行测量信号的有利的处理，其中在此根据应用目的采用不同的处理可能性。例如设置，每个检测器像素的信号平行地馈入到具有不同信号放大特征的不同的放大级中，以便对于信号的不同值域分别提供特别有利的放大级。替换地可以例如为进一步处理首先将信号电子压缩，方法是将其传输到模拟计算电路中。

但是优选地将借助读出单元读出的测量信号，全部以相同的方式放大、随后数字化并且然后传输到评估单元。相应的评估单元然后为操作者提供不同的处理算法供选择，从所述处理算法中，操作者根据情形选择对于由测量信号组成的各自的数据组来说合适的算法。不同的算法然后例如与其中采用相应的图像检测器的医学装置的不同运行模式匹配。此外传输到评估单元的测量信号的处理不一定强迫在图像数据产生的范围内进行，取而代之也可以在任何时候可以进行测量信号的事后处理。

如果图像检测器例如具有nxm个图像像素并且每个图像像素包括i个具有不同灵敏度的检测器像素或子像素，则在评估单元中每个拍摄提供nxmxi个信号，其然后通过合适的算法互相关联。在此例如首先建立i个单个图像，其分别由个nxm图像点构成，所述图像点代表了具有相同灵敏度i的检测器的信号。这些单个图像然后例如可以在监视器上显示。为了单个图像之间的可比性此外可以对于每个单个图像规定校正系数，利用所述校正系数，单个图像所基于的信号值例如被倍乘。

除了单个图像的单独显示，还进一步设置，将单个图像重叠或将其信息互相组合。最终的图像于是例如表示由单个图像组成的一种拼贴图，其中最终的图像的各个区域反映了一个或多个单个图像的相应区域。也就是例如提供两个单个图像，则最终的图像例如在中央区域显示第一单个图像的中心区域和在周边区域显示另一个单个图像的边缘区域。

在选择建立最终的图像时考虑的检测器像素的测量信号时，优选考虑阈值或信号值域。对于具有不同灵敏度的检测器像素的测量信号在此典型地设置不同的阈值或信号域，其中各个信号域优选重叠。

除了单个图像的拼贴图式的组合之外也设置，为选择提供处理，在该处理中将单个图像的图像点准加权地互相组合。也就是说，将图像像素的检测器像素的测量信号首先加权，也就是例如与系数相乘，并且然后互相关联，即例如相加，以便然后基于和信号显示图像点。

所提出的提供用于运行相应的图像检测器的方法的技术问题按照本发明通过具有本发明特征的方法解决。

本方法用于运行图像检测器并且特别是前面描述的那种图像检测器。在此为了产生图像数据将设置的射线功率动态范围，特别是设置的X射线剂量动态范围，对于图像数据划分为也可能重叠的子区域，并且借助检测器像素的有规律布置而在测量技术上采集每个子区域，其中为了成像设置的动态范围将有规律布置的检测器像素的测量信号互相关联。

此外优选如下进行图像数据产生，使得在X射线检测器的、在其中出现具有高于阈值的射线功率的电磁射线的区域中考虑具有滤波器元件的检测器像素的测量信号，以为图像产生图像点，而在其中出现具有低于该阈值的射线功率的电磁射线的区域中使用没有滤波器元件的检测器像素的测量信号用于图像点的产生。

附图说明

以下借助示意性附图详细解释本发明的实施例。其中，

图1示出X射线检测器的截面图，

图2示出X射线检测器的层的俯视图，

图3示出X射线检测器的层的一部分的放大图。

在所有附图中，互相对应的部分分别具有相同的附图标记。

具体实施方式

以下描述的图像检测器构造为用于测量技术地采集X射线辐射的X射线检测器2，所述X射线辐射借助没有一起示出的X射线管产生并且其用于借助成像方法按照公知方式检查在X射线管和X射线检测器2之间定位的患者。X射线检测器2在此具有在图1中示意性分层的具有五个按照层顺序方向4依次相邻的层以及评估单元6的结构。

作为最上面的层，X射线检测器2具有散射射线准直器8（anti scatter grid，抗散射栅格），其用于吸收散射的X射线辐射。接下来的第二层通过例如由Gd₂O₂S:Tb构成的闪烁晶体10形成，在所述闪烁晶体中通过散射射线准直器8的未散射的X射线辐射产生在所谓的可见光谱范围内，例如550nm的光。根据应用目的的不同，在闪烁晶体10前不是前置散射射线准直器8而是替换地前置金属板，特别是Cu板，作为最上面的层或者完全放弃前置的功能单元。

在层顺序方向4上传播的光然后击中结构化的颜色滤波器12，该颜色滤波器形成X射线检测器2的第三层。与层顺序方向横切地，该结构化的颜色滤波器10按照有规律的布置具有对于来自于闪烁晶体10的光是透明的区域，而同样是均匀分布并且矩阵形状布置的其余区域作为滤波器元件14吸收击中滤波器元件14的光的一部分。

穿过结构化的颜色滤波器12的光然后击中由光敏半导体传感器16构成的第四层并且在那里被用于产生电的测量信号，该测量信号借助在第五层中的读出单元18被读出和放大。

为了产生图像数据和最后产生由图像点构成的图像，X射线检测器2除了在层顺序方向4上的分层结构之外还具有图像像素的矩阵形状布置，也就是与层顺序方向4横切的单元格形状的结构，其中所述图像像素分别在与层顺序方向4横切的两个正交的方向上互相依次排列。图像像素20在此以边长400μm方形地构造，并且每个图像像素20由四个按照2x2布置相对彼此地定位的、边长为200μm的方形检测器像素22构成。

每个检测器像素还包括读出单元18、半导体传感器16、颜色滤波器12的体积元件、闪烁晶体10的体积元件以及散射射线准直器8的体积元件，其中这些功能单元在层顺序方向4上一致地上下重叠布置。

检测器像素22的矩阵形状的布置在图2中示意性示出并且该布置的一个子区域在图3中放大地示出。图像像素20在此通过较粗的线标记，而检测器像素22通过较细的线标出。阴影区域标记了滤波器元件14的位置，也就是颜色滤波器12的区域，其对于击中的光是不透明的，而是吸收光的一部分。

在实施例中也就是每个图像像素20的恰好一个检测器像素22具有一个吸收的滤波器元件14，其完整地平面覆盖相应的检测器像素22，而图像像素20的其余的检测器像素22不具有吸收的滤波器元件14。

借助每个检测器像素22，在X射线辐射击中的情况下产生测量信号，该测量信号与余下的检测器像素22的其余的测量信号一起作为数据包的一部分被传输到评估单元6，在那里其存储在存储器中。对于图像显示，数据包的测量信号借助在评估单元6中存储的算法被处理并且最后作为图像数据组在监视器上被显示。

在最简单的情况下传输到评估单元6的数据组的测量信号的处理这样进行，使得在X射线检测器2的、其中出现具有高于阈值的强度的X射线辐射的区域中，使用具有滤波器元件的检测器像素22的测量信号，以便为图像生成图像点，而在其中出现具有低于该阈值的射线功率的电磁射线的区域中使用不包括吸收的滤波器元件14的检测器像素22的测量信号用于图像点的产生。因为每个图像像素20设置比具有相应的滤波器元件14的检测器像素22更多个不具有吸收的滤波器元件14的检测器像素22，所以最终的图像在具有低于阈值的强度的区域中具有比在具有高于该阈值的强度的区域中更大的、在显示每个面积多个图像点的意义上的分辨率。

本发明不限于前面描述的实施例，而是也可以由专业人员从中导出其他本发明变形，而不脱离本发明的范围。特别地所有结合实施例描述的单特征也可以以其他方式互相组合，而不脱离本发明的范围。

Claims (14)

1.一种特别是用于X射线辐射的图像检测器（2），包括具有多个检测器像素（22）的图像像素（20）的有规律布置，

其特征在于，一个图像像素（20）的至少两个检测器像素（22）在其敏感性方面相区别，从而利用它们来在测量技术上采集射线功率的所设置的动态范围的、特别是X射线剂量的所设置的动态范围的不同的子区域。

2.根据权利要求1所述的图像检测器（2），其特征在于，每个检测器像素（22）包括光敏半导体传感器（16）并且在其灵敏度方面不同的检测器像素（22）具有不同的半导体传感器（16）。

3.根据权利要求1所述的图像检测器（2），其特征在于，为了操纵灵敏度，每个具有多个检测器像素（22）的图像像素（20）的至少一个检测器像素（22）具有滤波器元件（14）。

4.根据权利要求1或3所述的图像检测器（2），其特征在于，为了操纵灵敏度，每个具有多个检测器像素（22）的图像像素（20）的多个检测器像素（22）具有滤波器元件（14），其中每个具有多个检测器像素（22）的图像像素（20）的至少两个滤波器元件（14）不同。

5.根据权利要求3或4所述的图像检测器（2），其特征在于，所述滤波器元件（14）这样构造，使得其允许通过击中的电磁辐射的预定的强度分量用于测量技术采集。

6.根据权利要求5所述的图像检测器（2），其特征在于，所述滤波器元件（14）被这样构造，使得其在击中的电磁射线的全部预计频率范围中具有基本上恒定的吸收能力。

7.根据权利要求3或4所述的图像检测器（2），其特征在于，每个滤波器元件（14）连接在闪烁晶体（10）后面。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的图像检测器（2），其特征在于，其这样具有结构化的颜色滤波器（12），使得颜色滤波器（12）的子区域形成滤波器元件（14）。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的图像检测器（2），其特征在于，其仅具有相同构造的图像像素（20）。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的图像检测器，其特征在于，每个图像像素（20）由四个相同大小的检测器像素（22）组成。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的图像检测器（2），其特征在于，为了形成读出电子器件（18），每个检测器像素（22）包括读出单元（18），其中所有读出单元（18）相同构造。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的图像检测器（2），其特征在于，其包括读出电子器件（18），该读出电子器件这样构造，使得所有检测器像素（22）的信号被相同地放大。

13.一种用于运行图像检测器（2），特别是按照前面的权利要求中任一项所述的图像检测器（2）的方法，其特征在于，为了产生图像数据将设置的射线功率动态范围，特别是设置的X射线剂量动态范围，对于图像数据划分为子区域，使得每个子区域借助检测器像素（22）的有规律布置而在测量技术上被采集，并且为了成像所设置的动态范围将有规律布置的检测器像素（22）的测量信号互相关联。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在X射线检测器（2）的、在其中出现具有高于阈值的射线功率的电磁射线的区域中，使用具有滤波器元件（14）的检测器像素（22）的测量信号，以便产生用于图像的图像点，而在其中出现具有低于该阈值的射线功率的电磁射线的区域中使用没有滤波器元件（14）的检测器像素（22）的测量信号用于图像点的产生。

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