CN116368402A - 组合成像探测器和成像系统 - Google Patents

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H·斯特格胡伊斯
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Abstract

本发明涉及一种用于探测伽马量子和X射线量子的组合成像探测器(10、20)，包括集成X射线探测器(11)，所述集成X射线探测器包括：第一闪烁体层(12)和光电探测器阵列(13)；以及第二结构化闪烁体层(14)，任选地作为具有第二光电探测器阵列的第二伽马探测器的部分。所述组合成像探测器可用于X射线和SPECT探测，并且利用现有平面X射线探测器的原理。使用了不同的分辨率：X射线成像的高空间分辨率和SPECT成像的低空间分辨率。

Description

组合成像探测器和成像系统
技术领域
本发明涉及用于探测伽马量子和X射线量子的组合成像探测器以及相应的成像系统。
背景技术
肿瘤干预的最新技术是在C型臂上使用X射线成像，有时与小型伽马探头查组合。在选择性内放射治疗(SIRT)中，血液从肝脏流出进入肺部和胃肠道，必须在治疗前通过血管线圈放置来停止。这些可能的分流通过平面伽马成像进行控制，需要将患者从介入实验室运送到SPECT室。太高的分流可能需要附加线圈放置，即重复更换房间。通过介入实验室C型臂上的X射线/伽马相机组合，可以大大改进此工作流程。为此，过去已经基于X射线探测器和安杰相机(Anger camera)的组合提出了各种概念。
其中一个概念在US 2019/090827 A1中有所描述，其公开了一种用于探测X射线和伽马量子的组合成像探测器。组合成像探测器适用于同时探测伽马量子和X射线量子。组合成像探测器包括X射线防散射栅、X射线闪烁体元件层、第一光电探测器阵列、伽马闪烁体元件层和第二光电探测器阵列，它们沿辐射-接收方向以堆叠配置排列。X射线防散射栅格包括多个隔板，这些隔板定义了多个孔径，这些孔径被配置为准直从辐射接收方向接收到的X射线量子和伽马量子，使得接收到的伽马量子仅通过X射线防散射网格。使用X射线防散射栅格作为接收伽马量子的准直器会导致显著更轻的组合成像探测器，但准直可能不充分。
这种组合探测器概念的主要问题是安杰相机及其铅屏蔽的重量很重，对于40x54cm的有源SPECT探测器区域，通常为100-150kg，加上准直器的重量，至少30kg(低能量通用，LEGP)。假设一个特殊的小尺寸，30x40厘米，类似于X射线探测器，相应的重量对于相机至少为80kg，对于小型准直器至少为17kg。当前的C型臂系统无法处理此重量。其他几何形状，如第二个C型臂上的安杰相机或从地面或天花板上的机器人手臂限制了患者的接触，并且需要附加努力来进行系统控制和图像配准。
US 5376795 A公开了通过针对沿计算的路径长度和通过计算的基础材料的衰减校正发射-传输数据来改进放射性核素发射成像。X射线传输数据用于开发通过对象的衰减图，然后用于基于发射数据重建图像，提供辐射探测电路，其在探测穿过X射线和发射光子时具有不同的操作模式目的。迭代过程用于使用放射性核素投影数据和基于被成像对象的物理特性的衰减图来重建放射性核素分布。
US 2019/310384 A1公开了一种组合探测器，其包括伽马辐射探测器和X射线辐射探测器。伽马辐射探测器包括伽马闪烁体阵列、光调制器和用于探测伽马闪烁体阵列产生的第一闪烁光的第一光电探测器阵列。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的组合成像探测器和相应的成像系统，其具有降低的重量和成本，同时允许足够的患者接近并且避免需要在X射线与SPECT成像之间重新定位患者。
在本发明的第一方面中，提出了一种组合成像探测器，其包括：
集成X射线探测器，其包括：X射线闪烁体元件的第一闪烁体层，其被配置为响应于探测到的X射线量子而生成X射线闪烁光信号，并且响应于探测到的伽马量子而生成第一伽马闪烁光信号；以及
伽马闪烁体元件的第二结构化闪烁体层，其配置为响应于探测到的伽马量子而生成第二伽马闪烁光信号；
其中，所述集成X射线探测器还包括光电探测器阵列，所述光电探测器阵列被布置在所述第一闪烁体层与所述第二闪烁体层之间并且被配置为交替地或相继地将所述X射线闪烁光信号转换为X射线信号以及将所述第一伽马闪烁光信号和第二伽马闪烁光信号转换为第一伽马信号和第二伽马信号，并且
其中，所述第一闪烁体层、所述光电探测器层和所述第二闪烁体层沿辐射接收方向以堆叠配置布置。
在本发明的第二方面中，提出了另一种组合成像探测器，其包括：
集成X射线探测器，其包括：
X射线闪烁体元件的第一闪烁体层，其被配置为响应于探测到的X射线量子生成X射线闪烁光信号，以及
第一光电探测器阵列，其被配置为将所述X射线闪烁光信号转换为X射线信号；以及
集成伽马探测器，其包括：
伽马闪烁体元件的第二结构化闪烁体层，其被配置为响应于探测到的伽马量子而生成伽马闪烁光信号，以及
第二光电探测器阵列，其被配置为将所述伽马闪烁光信号转换为伽马信号，
其中，所述第一闪烁体层、所述第一光电探测器阵列、所述第二闪烁体层以及所述第二光电探测器阵列沿辐射接收方向以堆叠配置布置。
在本发明的另一方面中，提出了一种成像系统，其包括用于发射脉冲X射线辐射的X射线源和用于探测如本文所公开的伽马量子和X射线量子的组合成像探测器。
在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的系统具有与要求保护的成像探测器(特别是如从属权利要求中限定的)类似和/或同样的优选实施例。
本发明基于这样的想法，即利用集成X射线探测器不仅用于X射线探测，而且以类似的方式用于伽马探测。特别地，平面动态X射线探测器，其包括光电探测器阵列，例如基于非晶硅(a-Si:H)的光电探测器面板，在正面具有柱状CsI:Tl晶体薄层，不仅用于高分辨率X射线成像，但也适用于低分辨率伽马成像。第二结构化闪烁体层，例如，像素化闪烁体阵列，要么光学耦合到X射线探测器的背面，要么在箔上与第二光电探测器阵列(例如玻璃板上的基于a-Si:H的探测器)或探测器组合。第二闪烁体层被添加用于更好地吸收伽马辐射并且具有与第一闪烁体层显著不同的空间分辨率，即它被优化用于吸收具有显著高于X射线辐射的能量的伽马辐射。
利用这种组合成像探测器，锥形束CT(CBCT)可以通过C型臂>180°角度的快速旋转以通常的方式测量，优选地，没有准直器。SPECT以缓慢的旋转(例如在5-30分钟的时间范围内)被测量，并且优选地在探测器前面具有准直器，可能使用有限数量的X射线投影用于SPECT现CBCT的回顾性关联。
在实施中，30x40x1 cm CsI层的额外重量为5.4kg，顶部3mm层Pb屏蔽层的额外重量为4.1kg，而30x40 cm准直器约为17kg，总共不到30kg。该重量可由介入系统的标准C型臂处理。
在根据第一方面的组合成像探测器的实施例中，布置在光电探测器阵列与第二闪烁体层之间的电触点和/或衬底层对于伽马闪烁光信号是透明的。这确保了光电探测器阵列可以基于由第二闪烁体层发射的伽马闪烁光信号来安全地探测伽马辐射。因此，完整的伽马信号可以在光电探测器的输出端获得。
在根据第一方面的组合成像探测器的另一个实施例中，光电探测器阵列被配置为通过将在多个相邻探测器像素处探测到的多个第一伽马信号相加成组合的第一伽马信号来生成第一伽马信号。因此，在光电探测器阵列的多个X射线探测器像素中测量的伽马信号相加并且分箱为更大的像素，例如用于SPECT重建。
在根据第一方面的组合成像探测器的又一实施例中，第二闪烁体层包括光学分离的CsI:Tl晶体、结构化CsI:Tl晶体或多晶或陶瓷层的阵列。这些材料已显示可在该成像探测器中提供所需的伽马量子探测。优选在第一闪烁体层和第二闪烁体层中都使用CsI:Tl材料，因为在第一闪烁体层和第二闪烁体层中生成的信号通过设计组合成一个信号，并且两个闪烁体层中的光子增益应该相同以保证信号高度与两个闪烁体层吸收的能量成比例，而与入射X射线或伽马量子的能量无关。
在根据第二方面的组合成像探测器的一个实施例中，所述第一光电探测器阵列被配置为吸收低能量散射伽马辐射。这确保了在第二光电探测器阵列中探测到具有低得多的散射分数的伽马辐射。
在根据第二方面的组合成像探测器的另一个实施例中，其中，第二闪烁体层包括以下中的一项的结构化晶体阵列CsI:Tl、NaI:Tl、Gd2O2S:Tb、Y2O3:Eu或(Lu,Gd)(Al,Ga):Ce或多晶或陶瓷层。这些材料具有必要的高光输出，并且同时强烈吸收X射线和伽马辐射，使得它们将在该成像探测器中提供所需的伽马量子探测。在根据组合成像探测器的这个第二方面中，没有必要在第一闪烁体层与第二闪烁体层中使用相同的化合物，因为在这两个闪烁体层中生成的信号没有组合成一个信号而是彼此独立地处理，使得可以调整两个闪烁体层中的不同光子增益。
优选地，第一闪烁体层包括柱状CsI:Tl晶体的层。这种柱状晶体为X射线成像提供了必要的高空间分辨率。
此外，所述一个或多个光电探测器阵列优选地各自包括Si:H光电二极管阵列或直接转换器，特别是非晶硒或钙钛矿。这些材料的优点是它们可以以薄层的形式沉积在大的探测器区域上。
在另一个实施例中，所述组合成像探测器还包括可移除的准直器，所述准直器被配置为自动移入和移出辐射路径，使得它在伽马量子探测期间位于辐射路径内，而在X射线量子探测期间移出辐射路径。该移动可以例如通过折叠、移位或旋转来实现，这优选地自动完成，但通常也可以手动完成。这有助于避免为替代X射线和SPECT检查重新定位患者的目的。
在一个实施例中，第一闪烁体层具有在300至800μm范围内的厚度。在另一实施例中，第二闪烁体层的厚度在2至40mm的范围内，特别是在5至10mm的范围内。因此，第一闪烁体层比第二闪烁体层薄得多，这确保了第一光电探测器阵列可用于低能伽马辐射和X射线探测。
在另一个实施例中，所述第二闪烁体层被配置为响应于探测到的X射线量子生成附加X射线闪烁光信号，用于生成附加X射线信号以增加总的X射线信号，增加S/N比，获得能谱信息和/或增加图像对比度。这进一步提高了最终再现的X射线图像的准确性。
所公开的X射线成像系统还可以包括控制单元，所述控制单元被配置为控制组合成像探测器在探测X射线量子的X射线脉冲之间的间隔期间探测伽马量子，特别是控制组合成像探测器在比X射线脉冲更长的间隔期间探测伽马量子。因此可以根据需要控制各个间隔的长度。
所公开的X射线成像系统还可以包括散射校正单元，所述散射校正单元被配置为使用成像对象的衰减图来校正散射伽马辐射的伽马信号，特别是使用通过按比例将X射线缩小到伽马辐射能量而根据所述X射线信号获得的衰减图。散射校正可以在SPECT图像的迭代重建期间完成。散射校正甚至可以应用于单个投影(即，不用于SPECT图像)。该实施例提高了重建图像或投影的准确性。
在一种实现方式中，提出了组合成像探测器为具有积分X射线探测器和积分伽马探测器的成像探测器，其中，第一闪烁体层被配置为响应于探测到的伽马量子而产生附加伽马闪烁光信号，其中，所述第一光电探测器阵列被配置为将所述附加闪烁光信号转换为附加伽马信号，并且其中，所述散射校正单元被配置为使用附加伽马信号与伽马信号的比率作为用于散射校正的附加输入。与所述第二光电探测器相比，来自所述第一光电探测器阵列的伽马信号的较高比率表明信号的散射分数较高。基于简单的模型，这可以用于更好的散射校正，特别是对于单伽马投影。
在另一个实施例中，所公开的成像系统还可以包括重建单元，所述重建单元被配置为仅根据从由第二闪烁体层探测到的伽马量子获得的伽马信号或者从由第一闪烁体层和第二闪烁体层探测到的伽马量子获得的伽马信号来重建伽马图像。
附图说明
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐述。在附图中：
图1示出了根据本发明的成像系统1的实施例的示意图。
图2示出了根据本发明的级合成像探测器的第一实施例的横截面图。
图3示出了根据本发明的级合成像探测器的第二实施例的横截面图。
图4示出了800μm CsI层中伽马量子的吸收图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的成像系统1的实施例的示意图。成像系统1包括X射线源2、组合成像探测器3、C型臂4和患者台5。X射线源2连接到C型臂4的第一部分，并且探测器3连接到C型臂4的第二部分。X射线源2和探测器3被定位以测量沿X射线源2与探测器3之间的路径6的X射线传输。图1中的X射线源探测器装置的视场FOV由包含路径6的短虚线表示。组合成像探测器3可用于同时(或随后或相继或交替)探测伽马量子和X射线量子以生成相同感兴趣区域ROI的X射线图像和核图像。
X射线源2可以是标准X射线源，但也可以考虑在该位置使用双能量源。优选地，X射线源发射脉冲X射线辐射，使得可以探测X射线脉冲之间的间隔中的伽马量子。C型臂4可以是通常用于X射线成像的标准C型臂，并且可以安装在固定位置或者任选地被布置用于各种移动，例如，如其支撑件7附近的箭头所示。利用这种成像系统，通常各种扫描模式是可能的。
任选地，提供控制单元8用于控制探测器3在X射线脉冲之间的间隔期间探测伽马量子。控制单元8可以与图中所示的任何实施例组合使用。具体地，控制单元8可以与如下所述的组合成像探测器组合操作。控制单元8可以进一步控制X射线源2，特别是脉冲率和脉冲持续时间。此外，控制单元可以被配置为控制伽马探测器仅在X射线脉冲之间的间隔期间生成伽马探测信号。这可以通过例如监控如上所述的X射线探测信号或X射线源激活信号并在X射线脉冲期间以电子方式禁用伽马探测信号的生成来实现，例如通过选通它们或调整提供到伽马探测器的功率。
此外，可以提供处理单元9，例如工作站或计算机，以处理所采集的数据，即X射线信号和伽马信号，例如，以便重建X射线图像和核图像和/或校正针对散射伽马辐射的伽马信号。处理单元9因此可以用作重建单元和/或散射校正单元。
在一个实施例中，可移除的准直器100被设置在探测器3的前面或作为探测器3的部分，例如，在根据本发明的成像系统的第二方面中的第一和第二探测器之间的位置。准直器100被配置为自动移入和移出辐射路径，即FOV，使得它在伽马量子探测期间处于辐射路径内，并且在X射线量子探测期间移出辐射路径。该移动可以例如通过折叠、移位或旋转来实现，这优选地自动完成(例如通过轨道系统或折叠/移动机构)，但通常也可以手动完成。
图2示出了根据本发明的用于探测伽马量子和X射线量子的组合成像探测器10的第一实施例的截面图。组合成像探测器10可以用作图1所示的成像系统1的实施例中的探测器3。它包括集成X射线探测器11，所述探测器11包括X射线闪烁体元件的第一闪烁体层12，所述第一闪烁体层12被配置为响应于探测到的X射线量子而生成X射线闪烁光信号并且响应于探测到的伽马量子而生成第一伽马闪烁光信号。集成X射线探测器11还包括布置在第一闪烁体层11与伽马闪烁体元件的第二结构化闪烁体层14之间的光电探测器阵列13，其被配置为响应于探测到的伽马量子而生成第二伽马闪烁光信号。光电探测器阵列13被配置为将所述X射线闪烁光信号转换为X射线信号并且将所述第一闪烁光信号和第二伽马闪烁光信号转换为第一伽马信号和第二伽马信号。X射线信号与第一伽马信号和第二伽马信号(或者通过转换所述第一闪烁光信号和第二伽马闪烁光信号获得的组合伽马信号)被交替地或相继地探测。光电探测器阵列13通常能够一次读出一个信号。因此，如果要探测伽马信号，则优选地停止X射线源的X射线发射。
第一闪烁体层12、光电探测器层13和第二闪烁体层14沿着辐射接收方向15以堆叠配置布置，X射线辐射17和伽马辐射18主要沿着辐射接收方向15入射到成像探测器10上。此外，在光电探测器层13与第二闪烁体层14之间设置承载所述层的衬底层16(例如玻璃板)。进一步的，根据具体实施的需要，还可以在光电探测器层13与第二闪烁体层14之间设置透明触点金属层、金属线、薄膜晶体管等。
成像探测器10的第一实施例使用例如具有像素化光电二极管的单个共享光电探测器层13，其可以通过使用具有透明触点的一个X射线探测器11和在其背面的表示第二结构化闪烁体层14的附加像素化CsI:Tl阵列来实现，具有完整伽马信号的优势，其部分(能量为140keV的Tc-99m辐射的大约20-30％)由于在第一闪烁层12中的吸收，其可以实现为薄CsI:Tl层，并且其余部分(约70-80％)来自厚结构化CsI:Tl层14中的吸收。例如在每个探测器像素的存储电容器中直接添加两个伽马信号(即，组合第一伽马信号和第二伽马信号)，导致全伽马信号和低噪声。
来自辐射元素例如来自钇Y-90(150-600keV能量范围)的轫致辐射主要在第二闪烁体层14中被吸收。来自另一辐射元素如钬Ho-166的低能量(例如高达81keV)伽马辐射主要在第一高分辨率闪烁体层12中被吸收。
图3示出了根据本发明的组合成像探测器20的第二实施例的截面图。组合成像探测器20可以用作图1所示的成像系统1的实施例中的探测器3。基本上类似于组合成像探测器10，它包括：集成X射线探测器11，其包括配置为响应于探测到的X射线量子而生成X射线闪烁光信号的X射线闪烁体元件的第一闪烁体层12；以及第一光电探测器阵列13，其被配置为将所述X射线闪烁光信号转换为X射线信号。它还包括：集成伽马探测器21，其包括伽马闪烁体元件的第二结构化闪烁体层22，其被配置为响应于探测到的伽马量子而生成伽马闪烁光信号；以及第二光电探测器阵列23，其被配置为将所述伽马闪烁光信号转换为伽马信号。第一闪烁体层12、第一光电探测器阵列13、第二闪烁体层22和第二光电探测器阵列23沿辐射接收方向15布置成堆叠配置。此外，在第一光电探测器层13与第二闪烁体层14之间布置了承载所述层的第一衬底层16，并且在第二光电探测器层23下方布置了承载所述层的第二衬底层26。
成像探测器20的第二实施例使用两个单独的光电探测器层13、23，可以通过第一薄闪烁体层12和第二厚闪烁体层22来实现。成像探测器20的优点是大部分低能量散射被第一探测器11吸收并且在第二探测器21中看到具有低得多的散射分数的伽马信号。
图4示出了800μm CsI层中伽马量子的吸收图。其示出几乎所有低于60keV的散射都在800μmCsI层中被吸收，而70％的光峰值信号(对于锝Tc-99m约为140keV)被透射。如果仅使用来自第二光电探测器23的伽马信号重建伽马图像，则光峰值信号将较低，但散射校正将更容易。替代地，两个光电探测器13、23中的伽马信号的比率可以用作SPECT重建中散射校正的附加输入。
因此，本发明组合了两种不同的成像模态：
对于精确解剖成像所需的具有高空间分辨率的X射线成像；以及
低空间分辨率的伽马成像，其很好地适应低信噪比的低剂量功能成像需求；出于信噪比和图像质量的原因，大的探测器像素可用于获得足够数量的伽马光子。
在第一实施例(成像探测器10)中，高分辨率X射线探测器11也用于伽马成像。在多个X射线探测器像素(例如，在148-154μm大小的范围内)中测量的信号被加起来并合并为更大的像素以用于SPECT重建(通常为1-5毫米，优选2-4毫米大小)。例如，尺寸为154μm的20x20方形X射线探测器像素可以合并为3.08x3.08 mm2方形像素以用于SPECT成像。对于具有100μm像素尺寸的未来高分辨率X射线探测器，30x30探测器像素可以例如分箱到3.0x3.0mm SPECT探测器像素中。与双层探测器相比，第一实施例的优点是探测到所有伽马量子，而不仅仅是70-80％，导致更好的S/N比和图像质量。
在第二实施例(成像探测器20)中，第一探测器11仅用于高分辨率X射线成像并且第二探测器21仅用于低分辨率伽马成像，如上所述。伽马成像的优点是大部分散射的伽马量子被第一探测器11吸收，使得SPECT图像的散射校正变得更容易。
从探测器制造的角度来看，即为了保持探测器BOM(材料清单)成本低，相同的光电探测器面板可以用于第一光电探测器13(X射线单元)和第二光电探测器23(SPECT单元)。用于第二光电探测器23的不同传感器设计可能成本高，并且通过将高分辨率像素合并为用于SPECT成像的较大像素，这可以避免。最好使用与未来双层NEXIS(下一代X射线成像系统)X射线探测器相同的30x40 cm2光子探测器面板。
传统上，伽马量子通常以高能量分辨率的计数模式进行探测，以将具有完整能量的量子与已经在患者体内散射的具有较低能量的量子分开。这些低能量子将在探测器的某个位置被探测到，所述位置与患者体内的发射点不对应。电荷积分X射线或伽马探测器无法区分全能量和低能量量子，因此可能需要通过软件来校正散射。散射校正将应用于伽马信号，在第一实施例中源自第一闪烁体层和第二闪烁体层12、22或在第二实施例中源自第二探测器21。
如根据本发明在处理单元9中执行的这样的散射校正(任选地包括衰减校正和分辨率恢复)被用于迭代SPECT重建，其中它被用于估计光子峰值能量窗口内的散射的量。该算法不使用任何会导致噪声增加的信号减法，而是迭代地接近真实的示踪剂分布，这甚至允许分辨率恢复并导致噪声水平大大降低。作为附加输入，所述算法可以使用对象的衰减图。X射线衰减直接从X射线投影的锥形束重建中获得。测量的X射线衰减按比例缩小以获得相关伽马能量的伽马衰减图，例如，对于Tc-99m为140keV。这也用于SPECT/CT和PET/CT成像。
在H.Botterweck,R.Bippus,A.Goedicke,A.Salomon,H.Wieczorek,QuantitativeSimultaneous Multiple Isotope SPECT Imaging with Iterative Monte-CarloReconstruction,Proc.of the 9th Fully 3DImage Reconstruction Meeting,Lindau,221-224(2007)中给出了用于SPECT重建的基于蒙特卡罗算法的描述。这篇论文表明，即使是双同位素成像，即，两个相邻发射峰分离，也可以通过这种算法实现。根据本公开，可能存在比标准SPECT中更大量的散射，但可能仅需要区分光子峰值计数和任何较低能量的散射。这种分类比峰的分离更容易。
还有其他算法可用于散射校正，例如，针对锥形束CT开发的算法，可以以类似的方式应用于SPECT中的散射校正。示例论文是JJ.Wiegert,M.Bertram,G.Rose,T.Aach,Modelbased scatter correction for cone-beam computed tomography,Proc.Vol.5745,Medical Imaging 2005:Physics of Medical Imaging。
根据进一步的实施例，可以有许多修改，它们可以单独地或组合地应用。
在一个实施例中，代替CsI:Tl，其他闪烁体材料可以用于第二成像探测器20中的SPECT探测器21。因此材料包括例如NaI:Tl、Gd2O2S:Tb、Y2O3:Eu或(Lu,Gd)(Al,Ga):Ce石榴石。优选地，使用具有高的光输出的闪烁体，但是BGO(氧化锗或锗酸铋)也可用于Y-90成像，这是因为其对高能伽马量子的强烈吸收。对滞后或余辉没有严格的要求。
在第一成像探测器10中，两个闪烁体层12、14的闪烁体材料可以优选地相同，因为它们的信号优选地相加。
结构化闪烁体层14或22的厚度应在2-40mm范围内，优选地5-10mm，最优选地6-10mm。
第二闪烁体层14、22可以被配置为多晶或陶瓷闪烁体层。它可以是透明的或光散射的。
在第一成像探测器10中，代替具有a-Si:H光电二极管的标准平面光电探测器13，直接转换器(例如非晶硒、钙钛矿)可以用于X射线探测。在该闪烁体层14内产生的光子随后被直接转换层吸收。该探测器布置可以倒置使用，其玻璃基板朝向入射的X射线束并且厚的结构化闪烁体层14位于用于伽马探测的光电探测器13的顶部。这也降低了最低能量散射量子的数量。
在一个实施例中，快速帧用于X射线成像(通常为40ms)，而长帧(高达数十秒)用于伽马成像。两个140keV的伽马量子在信号上相当于X射线探测器的噪声等效剂量。因此，必须吸收大量量子，并在读出之前对它们的电荷信号进行积分，以保持低的噪声水平。
在一个实施例中，可以使用相对粗糙的X射线反散射网格(ASG)和两个相互垂直的ASG来帮助减少SPECT成像中的散射伽马量子的量。可以使用此类ASG来代替SPECT准直器。进一步的，本实施例可以应用软件进行散射校正。
在另一个实施例中，此类ASG可进一步用作X射线成像的标准，并且准直器可另外用于SPECT成像。
在另一个实施例中，第一和第二闪烁体信号的组合可以用于伽玛重建。例如，它们的比率可以如上所述用于散射校正并且它们的和可以用于更好的SNR。
在一个实施例中，薄的CsI:Tl层可以用作闪烁体层。对于更高的X射线能量，高达120keV而不是70keV，在第二闪烁体层12、22中吸收的X射线辐射的百分比有限。该额外信息可用于增加信号(第一和第二信号之和)和信噪比，以获得光谱X射线信息并增加图像对比度。
在一个实施例中，可以应用平面伽马图像的散射校正来代替或附加于重建的图像。Wiegert等人的上述方法在这种情况下可用于散射校正。
所公开的成像系统可用于在两个单独的旋转中测量X射线和伽马量子，快速旋转用于X射线(锥束CT)，并且慢旋转用于伽马断层摄影(SPECT)。对于SPECT旋转，准直器可以被布置在探测器前侧。所公开的概念适用于不同的同位素，例如Tc-99m(例如用于预扫描)和Y-90或Ho-166(例如，用于治疗)。(一个或多个)探测器可以被构建为箔上的探测器。
在选择性内放射治疗(SIRT)中，需要在干预期间进行原位放射性示踪剂监测，以改进工作流程。所公开的双功能X射线探测器确保探测器成本低、重量轻、体积小。这提供了多种临床价值：降低成本和提高效率的一站式服务(无需在IR和SPECT室之间转移患者，在一次治疗中进行测试和治疗注射)，以及改善患者结果(立即控制到其他器官的分流，介入期间的3D剂量测定，以提高治疗剂对肿瘤的覆盖率，以及在外科肿瘤学、淋巴结切除、肺肿瘤靶向方面的其他潜在应用)。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践请求保护的本发明时能够理解并且实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求书中所记载的若干个项目的功能。尽管特定措施是在互不相同的从属权利要求中记载的，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的集合。
权利要求书中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于探测伽马量子和X射线量子的组合成像探测器(10)，所述组合成像探测器包括：
集成X射线探测器(11)，其包括：X射线闪烁体元件的第一闪烁体层(2)，其被配置为：响应于探测到的X射线量子而生成X射线闪烁光信号，并且响应于探测到的伽马量子而生成第一伽马闪烁光信号；以及
伽马闪烁体元件的第二结构化闪烁体层(14)，其被配置为响应于探测到的伽马量子而生成第二伽马闪烁光信号；
其中，所述集成X射线探测器(11)还包括光电探测器阵列(13)，所述光电探测器阵列被布置在所述第一闪烁体层(12)与所述第二闪烁体层(14)之间并且被配置为交替地或相继地将所述X射线闪烁光信号转换为X射线信号以及将所述第一伽马闪烁光信号和所述第二伽马闪烁光信号转换为第一伽马信号和第二伽马信号，并且
其中，所述第一闪烁体层(12)、所述光电探测器层(13)和所述第二闪烁体层(14)沿辐射接收方向(15)以堆叠配置布置。
2.根据权利要求1所述的组合成像探测器，
其中，布置在所述光电探测器阵列(13)与所述第二闪烁体层(14)之间的电触点和/或衬底层(16)对于伽马闪烁光信号是透明的。
3.根据权利要求1或2所述的组合成像探测器，
其中，所述光电探测器阵列(13)被配置为通过将在多个相邻探测器像素处探测到的多个第一伽马信号相加为组合的第一伽马信号来生成所述第一伽马信号。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的组合成像探测器，
其中，所述第二闪烁体层(14)包括在光学上分离的CsI:Tl晶体、结构化CsI:Tl晶体、或多晶或陶瓷层的阵列。
5.一种用于探测伽马量子和X射线量子的组合成像探测器(20)，所述组合成像探测器包括：
集成X射线探测器(11)，其包括：
X射线闪烁体元件的第一闪烁体层(12)，其被配置为响应于探测到的X射线量子而生成X射线闪烁光信号，以及
第一光电探测器阵列(13)，其被配置为将所述X射线闪烁光信号转换为X射线信号；以及
集成伽马探测器(21)，其包括：
伽马闪烁体元件的第二结构化闪烁体层(22)，其被配置为响应于探测到的伽马量子而生成伽马闪烁光信号，以及
第二光电探测器阵列(23)，其被配置为将所述伽马闪烁光信号转换为伽马信号，
其中，所述第一闪烁体层(12)、所述第一光电探测器阵列(13)、所述第二闪烁体层(14)以及所述第二光电探测器阵列(23)沿辐射接收方向(15)以堆叠配置布置。
6.根据权利要求5所述的组合成像探测器，
其中，所述第一光电探测器阵列(13)被配置为吸收低能量散射伽马辐射。
7.根据权利要求5或6所述的组合成像探测器，
其中，所述第二闪烁体层(22)包括以下中的一项的结构化晶体阵列：CsI:Tl、NaI:Tl、Gd2O2S:Tb、Y2O3:Eu或(Lu,Gd)(Al,Ga):Ce或多晶或陶瓷层。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的组合成像探测器，
其中，所述第一闪烁体层(12)包括柱状CsI:Tl晶体的层，并且/或者
其中，所述一个或多个光电探测器阵列(13、23)各自包括Si:H光电二极管阵列或直接转换器，特别是非晶硒或钙钛矿。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的组合成像探测器，还包括：
可移除的准直器(100)，其被配置为自动移入和移出辐射路径，特别是通过折叠、移位或旋转来自动移入和移出辐射路径，使得所述可移除的准直器在探测伽马量子期间位于所述辐射路径内并且在探测X射线量子期间移出所述辐射路径。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的组合成像探测器，
其中，所述第一闪烁体层(12)的厚度在300至800μm的范围内，并且/或者所述第二闪烁体层(14、22)的厚度在2至40mm的范围内，特别是在5至10mm的范围内。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的组合成像探测器，
其中，所述第二闪烁体层(14、22)被配置为响应于探测到的X射线量子而生成额外的X射线闪烁光信号，用于生成额外的X射线信号，从而增加总的X射线信号，提高S/N比，获得能谱信息和/或提高图像对比度。
12.一种成像系统(1)，包括：
用于发射脉冲X射线辐射的X射线源(2)，以及
根据前述权利要求中的任一项所述的用于探测伽马量子和X射线量子的组合成像探测器(3、10、20)。
13.根据权利要求12所述的成像系统，还包括：
控制单元(8)，其被配置为控制所述组合成像探测器在探测X射线量子的X射线脉冲之间的间隔期间探测伽马量子，特别是控制所述组合成像探测器在比X射线脉冲更长的间隔期间探测伽马量子。
14.根据权利要求12或13中的任一项所述的成像系统，
还包括散射校正单元(9)，所述散射校正单元被配置为使用成像对象的衰减图来校正散射伽马辐射的伽马信号，特别是使用通过按比例将X射线衰减缩小到伽马辐射的能量而根据所述X射线信号获得的衰减图。
15.根据权利要求12或13所述的成像系统，
其中，所述组合成像探测器是根据权利要求5至7中的任一项所述的成像探测器(20)，
其中，所述第一闪烁体层(12)被配置为响应于探测到的伽马量子而生成附加伽马闪烁光信号，
其中，所述第一光电探测器阵列(13)被配置为将所述附加闪烁光信号转换为附加伽马信号，并且
其中，所述散射校正单元(9)被配置为使用所述附加伽马信号与所述伽马信号的比率作为用于所述散射校正的附加输入。
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