CN1750786A - X射线探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有多行像素的X射线探测器，其中每一个像素由一个或多个子像素(9)构成，其中每个子像素(9)具有用于将入射的X射线辐射束直接转换为电信号的探测器材料(1)，其中每一个子像素(9)都分配有用于将该电信号转换为对应的数字信号的装置(4)，其中具有用于将该数字信号处理为代表入射到像素上的X射线量子的数量和/或能量的数字和信号的装置。

Description

X射线探测器
技术领域
本发明涉及一种X射线探测器，尤其是涉及一种用于射线照相检查设备的X射线探测器，该射线照相检查设备例如是用于乳腺造影或血管造影的计算机断层造影设备或X射线仪。
背景技术
公知射线照相检查设备的X射线探测器由于不同的测量要求而有所区别。X射线探测器尤其就其空间和时间分辨率来说是与探测器面积、量子效率和读取速率相适应的。即使对于公知X射线探测器的模块化设置，其探测器模块在不同的射线照相检查设备中也是不能更换的。开发、制造和提供与相应测量要求适应的探测器模块需要很高的花费。
EP 0819406A1描述了一种计算机断层造影设备。其中探测器由多个平行探测器行组成，这些探测器行分别由相邻设置的探测器元件构成。探测器行可以分别由多个探测器模块组成。所建议的探测器模块特别地与对计算机断层造影设备的探测器的要求适应。该模块不能通用于制造其它射线照相检查设备。
DE 19935093A1公开了一种具有多行探测器的计算机断层造影设备。每一行都由多个相邻设置的探测器元件组成。每个探测器元件由闪烁器陶瓷和设置在后面的光电二极管组成。为了减小设置在探测器后面的电路的花费，可以将探测器元件成组地与该电路连接和分离。
DE 19502574C2公开了一种计算机断层造影设备，具有包括N行的平面探测器。每一行都由M个相邻设置的探测器元件组成。为了将涉及读取、数据速率和再现的平面探测器的复杂度降低到实用化的程度，将多行探测器元件互连。互连的探测器元件形成一个探测器列。该组合电路使得探测器元件的模拟输出信号相加。相加的输出信号在后面连接的电子电路中被数字化并进一步处理为图像信息。
DE 19600115C1公开了一种具有平面探测器的计算机断层造影设备。该平面探测器由多个子探测器组成，该子探测器又由探测器元件的一个矩阵构成。考虑到后面连接的电子电路的功能，为了优化对平面探测器的读取，建议顺序读取每一个子探测器的探测器元件。
DE 10106221A1描述了一种X射线探测器，其中可以由半导体材料构成设置为矩阵形状的探测器元件。吸收的X射线量子由于其吸收而被直接转换为电载荷信号，其大小大致与吸收的能量成正比。为了优化在一个大动态范围内的测量，建议在连接在探测器元件后的求值单元中并行地对产生的载荷信号执行计数方法和积分方法。两种方法的结果都一起用于数据处理单元，并用于确定对X射线辐射的吸收量的总结果。所建议的探测器虽然可以模块化构造，但该模块一般不能通用于制造不同的射线照相检查设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于解决现有技术的缺陷。尤其是提供一种通用的X射线探测器，其作为部件适合于制造不同的射线照相检查设备。
该技术问题是通过权利要求1的特征解决的。本发明的合适实施方式由权利要求2至8的特征给出。
根据本发明具有一种X射线探测器，具有多行像素，其中每一个像素由一个或多个子像素/n构成，
其中每个子像素具有用于将入射的X射线辐射束直接转换为电信号的探测器材料，
其中每个子像素都分配有用于将电信号转换为对应的数字信号的装置，
其中具有用于将该数字信号处理为代表入射到像素上的X射线量子的数量和/或能量的数字和信号的装置。
所建议的X射线探测器是通用的。通过设置用于处理数字信号的装置可以将像素的大小和必要时将通过相加子像素的数字信号而产生的和信号与相应的测量要求相适应。所建议的X射线探测器同样可以用于X射线计算机断层造影设备和射线照相设备。
在本发明的上下文中，“像素”被理解为一个子像素和一组子像素。每一个子像素构成一个X射线探测器元件。由多个X射线探测器元件提供的数字信号可以借助用于根据预定程序处理为数字和信号的装置进行相加。如果一个像素由一组子像素构成，则可以通过故障子像素识别和校正故障。虽然有一个或多个子像素存在故障还是能获得像素的功能。所建议的X射线探测器特别可靠和持久。
数字和信号是像素的信号并作为像素信号用于在EDV设备的显示屏上产生一个图像点或产生由该EDV设备给出的打印件。
“电信号”尤其被理解为电载荷信号。这种电载荷信号在吸收X射线量子时借助可直接转换的材料(例如GaAs、CdTe、CdZnTe的半导体或Se、PbI2或PbO的光电导体)起作用。
合适的是，用于处理的装置具有用于设置形成一个像素的子像素的数量和/或用于选择每个像素中用于求值的子像素的数量的装置。利用该用于设置的装置可以确定构成一个像素的子像素的大小和/或排列。用于设置的装置可以是预先固定给定的程序。在此，尤其是根据所需要的数据传输率R来设置构成一个像素的子像素的数量和/或排列。下式成立：
R＝b*f*A/(c*d2)，
其中b是位深度(Bittiefe)，f是以图像/秒为单位的拍摄频率，A是射线照相检查面积，c是互连的子像素的数量，d是子像素的横向大小。
值c确定横向大小为d的互连为一个像素的子像素的数量。所建议的X射线探测器既适用于计算机断层造影又适用于射线照相。对于位深度为b＝16、拍摄频率f＝5000幅图像/秒、射线照相检查面积A为500cm2和像素大小(c*d2)为1mm2的计算机断层造影设备的X射线探测器，形成的数据传输率R为4Gb/秒。对于位深度为b＝14、拍摄频率f＝30幅图像/秒、射线照相检查面积A为40cm2和像素大小(c*d2)为100μm2的计算机断层造影设备的X射线探测器，形成的数据传输率R为6.72Gb/秒。这表明，利用本发明的X射线探测器可以满足更大范围的测量要求。
根据另一个实施方式的特征，具有用于校正由于一个或多个子像素发生故障而减小的和信号的校正装置。在此，其可以是对应的可编程的集成电路，该电路将一个像素提供的和信号与预定的和信号进行比较。一旦判定发生了改变，就根据预定的程序促使该像素内的子像素设置发生变化。也可以根据测量的差来校正或标准化减小的和信号。
合适的是，所述校正装置具有比较器，用于将用已知X射线强度辐射时产生的和信号与预定的和信号或另一个像素的和信号的最大值进行比较。为了进行校正，校正装置还可以具有改变对用于测量和信号的子像素的选择的装置。
根据另一个实施方式，探测器材料是碲化镉、碲化镉锌或碘化汞。还可以采用这些物质的混合物或与其它物质的混合物。合适的是，探测器材料的厚度能保证测量目的所需的剂量量子效率(DQE)。在计算断层造影具有一个X射线探测器的情况下，对于厚度为1.4mm的碲化镉所需的DQE可以达到＞90％。合适的是，这样选择探测器材料的厚度，使得探测器元件同样可以用于不同的测量目的。
根据另一个实施方式的特征，将预定数量的像素以及分配给其子像素的用于转换的装置实现为可以更换的探测器模块。这种探测器模块同样适用于制造例如针对X射线计算机断层造影设备和射线照相设备的探测器。优选地，在这种关联中，用于处理的装置和/或校正装置是探测器模块的组件。
附图说明
下面借助附图详细解释本发明。
图1示出第一探测器元件的示意结构，
图2示出第二探测器元件的示意结构，
图3示出第一布置的探测器模块的示意结构，
图4示出根据图3的探测器模块在第二布置下的示意结构，
图5示出具有第一模块的X射线平面探测器，
图6示出具有第二模块的X射线平面探测器。
具体实施方式
图1示意地示出了第一探测器元件。在由一种用于将吸收的X射线量子的能量直接转换为电载荷信号的材料构成的直接转换器层1(例如Cd(Zn)Te)上设置了第一电极2，该电极对着(在此未示出的)辐射源。在直接转换器层1背离辐射源的那一侧上具有构造的第二电极3，该第二电极与CMOS计数电路4连接。该CMOS计数电路4通过焊接触点5与基座6上的导轨(在此未示出)电连接。
在图2中示出的第二探测器元件与图1中的第一探测器元件构造相似。在此，CMOS计数电路4通过弹子格(Ballgrid)触点7与基座6连接。
图3和图4示出了X射线探测器模块8的俯视图，其中给出多个布置变形I，II，III。具有探测器平面或传感器平面A的X射线探测器模块8分别由16个探测器元件组成。每个探测器元件形成一个棱长为d的四方形子像素。在图3中所示的最简单的布置变形I的情况下，每个像素只由一个子像素9构成(组合(Binning)c＝1，16个像素传输的位宽度b＝4)。数字输出用附图标记11表示。在这种情况下，将由每个探测器元件提供的数字信号积分以及进一步处理为该像素的和信号。
用于处理数字信号的装置可以是连接在CMOS单元电路后面的特殊装置。该装置也可以与CMOS单元电路4组合为一个元件。特别有利的是，可以对用于处理数字信号的装置编程。在这种情况下可以按照同一种硬件配置来制造根据本发明的X射线探测器。根据不同的测量要求，可以借助用于处理数字信号的装置相应地配置X射线探测器。用于处理的装置例如可以为了达到较高的分辨率而这样编程，使得每个子像素都形成一个像素。
在图3所示的替代布置变形II中，一个像素由4个互连的子像素9构成(组合c＝4)。在这种情况下，X射线探测器模块8具有4个像素。每个像素传输的位宽度b＝6。借助用于处理数字信号的装置在位宽度b＝6的计数器中将由探测器元件提供的数字信号进行相加并进一步处理为该像素的和信号。如果子像素9出现故障，则将数字信号校正为增益偏差。“组合”在图中分别用点划线标出。
在图4示出的布置变形III中，X射线探测器模块8总共形成一个像素(组合c＝16)。在此，所有16个子像素9互连在一起。只需传输一个像素。在这种情况下传输的位宽度b＝8。
对于适用于X射线计算机断层造影和其他应用的X射线探测器模块8的具体实施方式，设置棱长在50到200μm的范围内、优选为100μm的子像素。为了在棱长为100μm时实现像素面积为1mm2的一个像素，互连100个子像素。X射线探测器模块的总面积例如在棱长为几个厘米的范围内，如为5×2cm2。一个这样的模块包括100000子像素，对应着棱长为1mm的1000个像素。在这种情况下，只要有一个子像素9发生故障，就会引起数量级为1％的增益误差，该增益误差可以在不损害图像质量的条件下得到补偿。
如果CMOS计数电路是可以编程的，则所建议的X射线探测器模块8是特别有利和通用的。在这种情况下，可以借助编程来设置待互连的子像素9的大小和数量。X射线探测器模块8可以非常简单的与各自的测量目的相适应。
图5和图6示出了构成X射线平面探测器的多个模块或者说X射线探测器模块8的排列。在图5示出的实施例中，X射线探测器模块8的接头设置在侧面，尤其是设置在X射线平面探测器最长的一边上，并组合为导线12(功率输入和数据I/O导线)。该导线导向数字控制器10，该数字控制器的数据输出用13表示。
在图6示出的另一个实施例中，X射线探测器模块8在其背面有接头，并借助导线12(功率输入和数据I/O导线)与数字控制器10连接。

Claims (9)

1.一种具有多行像素的X射线探测器，其中每一个像素由一个或多个子像素(9)构成，
其中每个子像素(9)具有探测器材料(1)，用于将入射的X射线辐射束直接转换为电信号，
其中每个子像素(9)都分配有用于将该电信号转换为对应的数字信号的装置，
其中具有用于将该数字信号处理为代表入射到像素上的X射线量子的数量和/或能量的数字和信号的装置。
2.根据权利要求1所述的X射线探测器，其中，所述用于处理的装置具有用于设置形成一个像素的子像素(9)的数量和/或用于选择每个像素中用于求值的子像素(9)的数量的装置。
3.根据权利要求1或2所述的X射线探测器，其中，具有用于校正由于一个或多个子像素(9)发生故障而减小的和信号的校正装置。
4.根据上述权利要求之一所述的X射线探测器，其中，所述校正装置具有比较器，用于将用已知X射线强度辐射时产生的和信号与预定的和信号或另一个像素的和信号的最大值进行比较。
5.根据上述权利要求之一所述的X射线探测器，其中，所述校正装置还可以具有改变对用于测量所述和信号的子像素(9)的选择的装置。
6.根据上述权利要求之一所述的X射线探测器，其中，所述探测器材料是碲化镉、碲化镉锌或碘化汞。
7.根据上述权利要求之一所述的X射线探测器，其中，将预定数量的像素以及分配给其子像素(9)的用于转换的装置(4)实现为可以更换的探测器模块(8)。
8.根据权利要求7所述的X射线探测器，其中，所述用于处理的装置是探测器模块(8)的组件。
9.根据权利要求7或8所述的X射线探测器，其中所述校正装置是探测器模块(8)的组件。
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