CN104345330A - 直接转换的x 射线探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于探测X射线辐射的直接转换的X射线探测器，具有：为探测X射线辐射而使用的直接转换器；至少一个至少部分在X射线辐射的辐射方向上在直接转换器前布置的准直器；以及至少一个辐射源，其布置在直接转换器侧面并且以附加的辐射间接照射直接转换器，其中，所述至少一个准直器在面向直接转换器的侧面具有至少一个反射层，在该反射层处将附加的辐射反射到直接转换器上，并且具有冷却装置，通过它能够冷却所述至少一个辐射源。
Description
技术领域
本发明涉及一种直接转换的X射线探测器。
背景技术
为了探测伽马辐射和X射线辐射，例如在CT、双能量CT、SPECT和PET系统中，主要使用了基于半导体直接转换材料(例如CdTe、CdZnTe、CdZnTeSe、CdTeSe、CdMnTe、InP、TIBr2、HgI2)的直接转换的X射线探测器。然而，在这些材料中，特别是在对于CT设备所需的高的辐射通量密度下会出现极化的效果。
极化表示在高光子通量或辐射通量下探测到的计数率的下降。通过电荷载体(主要是电子空穴或空穴)的非常低的移动性和通过在半导体中的固有杂质的浓度造成了极化。也就是通过由于与杂质相连的、位置固定的电荷引起的电场降低产生了极化，所述电荷作为对于通过X射线辐射产生的电荷载体的捕获中心和复合中心起作用。由此导致电荷载体寿命和电荷载体运动性的降低，这又导致在高的辐射通量密度下探测到的计数率的下降。
半导体直接转换器材料的极化在测量过程期间发生变化。电场的变化又导致测量到的脉冲高度的变化，由此也作用于探测器的计数率，也称为漂移。因此，通过极化限制了直接转换器的最大可探测的辐射通量。特别是在对于CT设备需要的高的辐射通量密度的情况下，极化的效果越强。
一种解决方案在于，半导体直接转换器材料的极化通过以附加的X射线辐射照射探测器来大部分地预先去除，方法是直接在测量过程前执行该附加的照射。然而，该方法不适合患者运行，因为患者将要遭受附加的剂量。通过在测量过程前的附加的X射线辐射设定了探测器的预先加载的状态，即有意识地使半导体直接转换器材料极化，从而既可以执行校准测量又可以执行实际的测量过程。
在另一种解决方案中，例如利用可见光辐射、红外线辐射或紫外线辐射直接或间接照射半导体直接转换器材料。该照射与利用X射线的照射所导致的探测器的调整(Konditionierung)相似，其中，红外线辐射易于操作并且对患者无伤害。
例如可以通过平面的阴极直接照射直接转换器。因为通过散射光栅限制了到直接转换器上的直接辐射路径，并且对于均匀的照射，在散射光栅下侧与半导体上侧之间仅存在细长的间隙，所以也可以设置间接的照射，如在后来公开的具有申请号为DE 10 2012 213 409.3的专利申请中描述的那样。为此，例如在散射光栅/准直器处布置了反射层，其均匀地将附加的辐射反射到直接转换器上，并且被例如在直接转换器侧面布置的辐射源照射。通过为照明所需的相对高的电流，辐射源会强烈升温，这由于直接邻近于直接转换器或X射线探测器的其它电子部件而导致它们的升温，并且由此导致它们敏感度的不希望的变化。此外，辐射源的升温还导致发射的光功率改变。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种直接转换的X射线探测器，其中，可以均匀照射为探测而使用的直接转换器以便降低关于较长时间段的极化和漂移。
根据本发明，为探测X射线辐射设置了直接转换的X射线探测器或X射线探测器模块，具有：为探测X射线辐射而使用的直接转换器；至少一个至少部分地在X射线辐射的辐射方向上在直接转换器前布置的准直器；和至少一个辐射源，其布置在直接转换器的侧面并且以附加的辐射间接照射直接转换器，其中，所述至少一个准直器在面向直接转换器的侧面具有至少一个反射层，在该反射层处将附加的辐射反射到直接转换器上，并且具有冷却装置，通过它能够冷却所述至少一个辐射源。通过冷却所述至少一个辐射源，能够以简单的方式使该辐射源对于更长时间并在变化的照射条件下维持在恒定的温度。由此也使至少一个辐射源的光功率保持恒定，这又避免使X射线探测器经历变化的热输入，通过所述变化的热输入可能影响敏感度并引起图像伪影的产生。因此，冷却确保了恒定地降低了X射线探测器的极化效应和计数率漂移，并且得到借助X射线探测器记录的X射线图像的更高的图像质量。
特别是在直接转换器与至少一个准直器之间存在用于附加的辐射的间隙。通过间接照射和在反射层处对辐射的反射，可以均匀地并大面积地照射直接转换器。侧面地布置有辐射源应当理解为，它布置在间隙外部并且在X射线辐射通常的辐射路径外部，主要在直接转换器附近或者在间隙附近。
适合作为反射材料的例如是具有高反射率并对于X射线照射不灵敏的反射漆。另外，适合的材料如：以金属薄膜或镀金属的平面形式的金属，特别是轻金属；塑料，特别是涂层的塑料；化合物，如金属合金；或者半导体。
为了确保特别均匀的照射，在直接转换器的两个侧面布置了两个辐射源。
按照本发明的一个技术方案，至少部分地由导热的材料构造准直器，并且至少一个辐射源被集成在至少一个冷却器中，其与准直器导热地连接。按照本发明的另一个技术方案，冷却器是准直器的附加集成的组成部分。通过直接或间接地将辐射源的冷却耦合到准直器，提供了包括准直器在内的足够大的冷却器，以便确保辐射源的恒定冷却。通过使用准直器作为冷却器，几乎不需要附加的构造费用，并且能够以简单并毫不费力的方式提供冷却。
在用于特别好的冷却效果的优选方式中，准直器由金属构成，并且或者具有金属薄片或者具有金属格栅。通过准直器的这样的金属构造，使它作为冷却器特别有效。
按照本发明的另一个构造，至少一个辐射源被构造为一个或多个发光二极管。发光二极管特别小并且功率强，节省能源并产生相对少的废热。
按照本发明的另一个构造，辐射源被构造为用于发射红外线辐射。也可以使用其它的辐射类型，例如可见光或者紫外线。
X射线探测器特别是被构造为用于在CT系统中使用的计算机断层造影X射线探测器。由于在计算机断层造影中所需的高的辐射通量密度，根据本发明的X射线探测器在这里具有特别大的益处。但是，X射线探测器也可以用于其它领域，例如血管造影，并且例如可以被构造成平面图像探测器。
附图说明
以下借助在附图中示意性示出的实施例详细解释本发明以及根据本发明的特征的优选构造，而不由此将本发明限制在实施例。其中：
图1示出了已知的具有X射线探测器的计算机断层造影系统的视图，
图2示出了已知的具有用于照射直接转换器的间接的辐射源的X射线探测器的部分图，
图3示出了根据本发明的X射线探测器的实施。
具体实施方式
图1示出了示例性的计算机断层造影(CT)系统10。CT系统10包括机架壳体11，这里未详细示出的机架位于该机架壳体中，在该机架上固定了具有对置的X射线探测器13的X射线管12。(可选地，可以设置具有对置的第二X射线探测器的第二X射线管)。患者14位于可沿系统轴16的方向移动的患者卧榻15上，利用患者卧榻可以在借助X射线辐射采样期间使患者连续地或顺序地沿着系统轴16或按照z方向移动穿过在X射线管12与对应的X射线探测器13之间的测量场。通过计算和控制单元17借助计算机程序P1至Pn控制该过程。
X射线探测器13在这里示出的示例性的CT系统10的实施方式中被构造成直接转换的X射线探测器，其具有至少一个用于探测X射线辐射的以半导体材料形式的直接转换器、准直器和侧面布置的辐射源，该辐射源以附加的辐射照射直接转换器。适合于计算机断层造影仪的X射线探测器通常被构造成行探测器，其中，布置了多个像素元件作为长的行，但总共仅有很少的行(例如两行)。
在图2中示出了为探测X射线辐射例如在CT系统(图1)中使用的X射线探测器或X射线探测器模块(例如当X射线探测器由多个模块构成时)的直接转换器1的示意图。直接转换器1的材料通常是半导体材料，例如CdTe或CZT。另外示出了准直器2，其间隔并平行于直接转换器1地布置。在直接转换器1与准直器2之间构成了间隙5。直接转换器1在其与准直器2相对的平面具有电极4，其具有确定的传输率(Transmissionsgrad)。
电极4例如与CT系统的电子器件相连，但是为了清晰性起见未示出该电子器件。在按照z方向考虑在直接转换器1的前侧，在间隙5之外布置了以发光二极管或LED阵列形式的辐射源6。发光二极管或LED阵列按照z方向照射入间隙5。辐射例如是红外线辐射。在准直器2的与直接转换器相对的平面上(即下侧)构成了反射层3。由于为照亮所需的相对高的电流，LED或LED阵列会强烈升温，这由于直接邻近X射线探测器而导致它升温，并且由此导致其敏感度的不希望的变化。另外，LED(阵列)的升温还导致发射的光功率改变。
在图3中示出了X射线探测器模块20(X射线探测器可以由一个或多个这样的X射线探测器模块构成)，其中，设置了用于冷却第二辐射源6的冷却装置并将其布置在X射线探测器模块处。X射线探测器模块13具有直接转换器1(例如半导体材料，例如CdTe或CZT)、准直器2、反射层3、电极4和空气间隙5，如在图2中已经示出的。直接转换器1被布置在模块载体8上，并且在辐射方向上在模块载体下面还布置了模块底板(Modulrückwandplatine)19。在辐射方向上在准直器2上面设置了入射光圈9；另外，层结构被探测器机械结构18包围。在直接邻近直接转换器1的间隙5的例如一个、两个、三个或四个侧面(在X射线探测器模块的平面构造情况下)上布置有辐射源6。辐射源例如借助红外线(或其它辐射频率)照射直接转换器。如所描述地，这例如通过借助反射的间接照射执行。辐射源6例如被构造成LED或LED阵列。也可以仅设置一个辐射源或者设置多个辐射源。为了避免辐射源6升温，如下地布置冷却器7，使辐射源与冷却器接触以便热交换，或者使辐射源部分地或完全地集成在冷却器中以便冷却。冷却器由导热的材料构成，例如金属。
如图3所示，例如可以如下地构造和布置冷却器7，使其是准直器的集成组成部分。在这种情况下，如图所示，准直器由导热的材料构成；因此可以例如将它构造成一维或二维的金属格栅(薄片或格栅)。于是，准直器的一部分作为冷却器围绕辐射源6延伸，即例如在间隙5的侧向。替代地，也可以设置成将辐射源集成在冷却器(例如独立的金属块)中，并且将冷却器与由导热材料制成的准直器传导地连接。
通过由直接或间接耦合到准直器的冷却，在变化的照射条件下也可以将辐射源保持在恒定的温度。由此，一方面使X射线探测器模块的敏感度保持恒定，从而可以执行可靠的高质量的X射线成像。另一方面，通过冷却使辐射源(例如LED/LED阵列)具有恒定的光功率。
在将冷却器集成到准直器的情况下，在制造准直器时已经可以为辐射源设置相应的容纳处，由此可以避免附加的构件以及生产步骤(冷却器到准直器的导热粘接)。
在图3中示出的X射线探测器模块可以被(简单地)构造成X射线探测器，或者可以设置多个这样的X射线探测器模块，其构成了更大的X射线探测器。根据本发明的X射线探测器可以被设置成行探测器，例如用于计算机断层造影，或者设置成面探测器，例如用于血管造影或乳腺造影。
本发明可以按以下方式简短总结：为了特别高质量的X射线成像，设置了用于探测X射线辐射的直接转换的X射线探测器或X射线探测器模块，其具有：为探测X射线辐射而使用的直接转换器；至少一个至少部分在X射线辐射的辐射方向上在直接转换器前布置的准直器；以及至少一个辐射源，其布置在直接转换器侧面并且以附加的辐射间接照射直接转换器，其中，所述至少一个准直器在面向直接转换器的侧面具有至少一个反射层，在该反射层处将附加的辐射反射到直接转换器上，并且具有冷却装置，通过它能够冷却所述至少一个辐射源。
Claims (9)
1.一种用于探测X射线辐射的直接转换的X射线探测器或X射线探测器模块，具有：为探测X射线辐射而使用的直接转换器(1)；至少一个至少部分在X射线辐射的辐射方向上在所述直接转换器(1)前布置的准直器(2)；以及至少一个辐射源(6)，其布置在所述直接转换器(1)侧面并且以附加的辐射间接照射所述直接转换器(1)，其中，所述至少一个准直器(2)在面向所述直接转换器(1)的侧面具有至少一个反射层(3)，在该反射层处将附加的辐射反射到所述直接转换器(1)上，并且具有冷却装置(7)，通过该冷却装置能够冷却所述至少一个辐射源(6)。
2.按照权利要求1所述的X射线探测器，其中，所述准直器(2)至少部分地由导热材料构成，并且所述至少一个辐射源(6)被集成在至少一个冷却器(7)中，所述冷却器与所述准直器(2)导热地连接。
3.按照权利要求1或2所述的X射线探测器，其中，所述准直器(2)至少部分地由导热材料构成，并且所述至少一个辐射源(6)被集成在至少一个冷却器(7)中，所述冷却器是所述准直器(2)的集成组成部分。
4.按照上述权利要求中任一项所述的X射线探测器，其中，所述准直器(2)由金属构成，并且具有金属薄片或者金属格栅。
5.按照上述权利要求中任一项所述的X射线探测器，其中，所述至少一个辐射源(6)被构造成一个或多个发光二极管。
6.按照上述权利要求中任一项所述的X射线探测器，其中，所述辐射源(6)被构造成用于发射红外线辐射。
7.按照上述权利要求中任一项所述的X射线探测器，其中，在所述直接转换器(1)的至少两个侧面上布置有至少两个辐射源(6)。
8.按照上述权利要求中任一项所述的X射线探测器，其中，在所述直接转换器(1)与所述至少一个准直器(2)之间构造了用于附加的辐射的间隙(5)。
9.按照上述权利要求中任一项所述的X射线探测器，其中，所述X射线探测器被构造成用于在CT系统(10)中使用的计算机断层造影X射线探测器。
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