CN1768704A - 用于医疗诊断设备的检测器装置以及医疗成像的诊断方法 - Google Patents

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CN1768704A CNA2005100991664A CN200510099166A CN1768704A CN 1768704 A CN1768704 A CN 1768704A CN A2005100991664 A CNA2005100991664 A CN A2005100991664A CN 200510099166 A CN200510099166 A CN 200510099166A CN 1768704 A CN1768704 A CN 1768704A
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Abstract

利用本发明的检测器装置对击中检测器(2)的辐射量子(12)进行位置分辨的采集和计算。在此，放弃了准直器的使用，使得也可以计算倾斜地到达检测器(2)的辐射量子(12)。为了对辐射量子的起源进行分辨，对检测器(2)的传感器元件(10A，10B)的空间分布进行计算，该传感器元件在辐射量子(12)到达时输出信号。通过这些措施可以明显地提高辐射计算的效率，并且尤其是在核医学方法中可以明显地减小患者的辐射负担。

Description

用于医疗诊断设备的检测器装置以及医疗成像的诊断方法
技术领域
本发明涉及一种用于医疗诊断设备的检测器装置、一种具有这种检测器装置的医疗诊断设备以及一种医疗成像的诊断方法。
背景技术
在医学领域公知不同的成像诊断方法，例如计算机断层造影(CT)，其中，利用X射线对待检查的患者进行透视，并且由检测器采集X射线和对X射线进行计算以便产生图像。
除了这种基于X射线的方法之外，还公开了所谓的核医学方法，例如PET诊断方法(正电子发射断层造影)或SPECT诊断方法(单光子发射计算断层造影)。在这两种方法中，为患者注射放射性的物质，并且将由该物质发出的辐射借助于检测器进行计算并用于图像处理。
为了对有关辐射的出发点进行精确的位置分辨，在检测器之前串联所谓的准直器，该准直器具有多个单个的准直器平板(所谓的Septen)，这些准直器平板这样取向，使得基本上只有垂直于检测器平面的辐射成分被采集。因此，总共只有辐射的一部分被用于图像计算。因此，为了得到足以产生图像的信息，患者必须承受相对高的辐射剂量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，能够在医疗成像方法中改善放射线检测的效率。
根据本发明，上述技术问题是通过按照本发明的一种用于医疗诊断设备的检测器装置解决的。据此，该检测器装置包括检测器，该检测器配备有：对辐射敏感的检测器元件，和分配给该检测器元件的、带有多个矩阵形式设置的传感器元件的传感器场。计算单元与该传感器场连接，用于对该传感器元件的电信号进行位置分辨计算。在此，将所述计算单元这样构成，使得在辐射量子击中所述检测器元件时对涉及该事件的传感器元件进行识别，并且从其空间分布中导出所采集的辐射量子的辐射方向。
与迄今为止使用的、具有在各个检测器之前设置的准直器的检测器装置相比，该检测器装置的特征在于，还允许侧面的或者按照一个角度对准的射线入射在检测器上。为了能够对该辐射的起源进行定位，将辐射方向(即有关辐射量子的入射方向)从所采集的测量值中导出。因此，该检测器装置同样允许在不使用准直器的条件下，进行医疗成像所需的位置分辨。由此实现了以下决定性的优点，即，不需要在前面串联准直器，并且因此决定了对可供使用的辐射的明显更高的成分进行计算并用于成像。尤其是在其中由于核分裂造成辐射分布到整个空间中并且不是对准目标的核医学方法(SPECT，PET)中，这点意味着效率的极大提升，也就是说，将可供使用的辐射高效率地用于成像。反过来这意味着，可以降低给予患者的剂量。因此减小了患者的负担。
此外，通过放弃准直器而实现了设备技术上的显著简化，并且因此显著节省了费用。因为准直器通常是非常复杂和位置敏感的，并因此造价很高。
该不含准直器的实施方式的基本思路在于这样的考虑，即，在X射线或者伽马量子到达检测器元件(例如闪烁体)时，沿着辐射量子的路径(信号轨迹)在闪烁体中产生多个随后被传感器元件采集的光子。辐射量子出现在传感器场上时所建立的光斑的大小，取决于辐射量子相对于检测器元件的平面法线的入射方向。如果辐射接近于平行于该平面法线入射，则仅仅在最近之处产生光子。反之，如果辐射按照一个相对大的角度入射，则在一个大面积的区域中产生光子。因此，根据辐射方向的不同，更多或者更少的传感器元件涉及到该事件。因此，根据入射方向的不同，传感器场的输出信号的传感器元件的空间分布会发生变化。
按照一种适当的扩展，还将计算电子电路这样构成，使得额外地采集由传感器元件传递的单个信号的信号强度和/或信号能量。即，通过这种额外的信息不仅判断出在哪些位置区域产生了信号，而且额外地计算出关于强度和/或能量的信息，从而从辐射量子的轨迹变化中更精确地确定其入射角度。
优选地，还将计算电子电路这样构成，使得对由辐射量子所产生的信号轨迹针对其长度、其起始和结束位置以及针对其强度/能量进行计算。该实施方式基于这样的考虑，即，从在传感器矩阵场上的信号轨迹的二维位置以及取向中在结合针对该信号轨迹所测量的强度/能量的条件下，可以确定辐射方向的三维取向。也就是说，如果辐射量子仅仅按照一个相对于检测器平面法线的小角度入射，则与一个更平坦地入射到检测器上的辐射量子相比该信号轨迹更短。
为了实现足够高的位置分辨率，按照一种适当的扩展，两个相邻的传感器元件之间的中心距离＜1mm。因此，相应传感器元件的大小(孔径)＜1mm。该中心距离特别是处在10μm和500μm之间的范围中。
在此，适当的是，将所述检测器装置构造成用于大约0.01°-0.50°、特别是至少0.15°的角度分辨率。这意味着，将给定角度下相互偏离的辐射计算为来自不同的位置。利用至少0.15°的角度分辨率，在至患者的典型距离为40cm时，可以实现1mm的位置分辨率，也就是说，可以区分开相距1mm的检查体(Unersuchungsvolumen)。
就检测器的特殊实施方式而言，在第一种可选的实施方式中，检测器元件优选地是闪烁体，而所述传感器元件是光传感器元件。
按照第二种可选的实施方式，将检测器元件优选地构成为在其一侧上设置了第一平面电极的所谓直接转换器元件。在此，传感器元件是矩阵形式设置的反电极，该反电极相对于第一电极而设置。该直接转换器元件例如由一个由CdTe、CdZnTe或Hgl组成的系统构成。
优选地，将这种类型的检测器装置用于核医学诊断方法(如PET或SPECT)的医疗诊断设备中。除了在核医学诊断方法中应用之外，也优选地将该检测器装置用于X射线医学诊断方法中、特别是在计算机断层造影设备中。该检测器装置的应用提高了辐射计算的效率，由于放弃了准直器带来了设备的简化，并且额外地特别使核医学诊断方法中的患者承受更小的负担，后者恰恰在医疗领域具有决定性的意义。
根据本发明，上述的技术问题还通过一种医疗成像的诊断方法而解决。就检测器装置给出的优点和优选的实施方式，同样有意义地适用于该方法中。
为了确定入射的辐射量子的辐射方向，按照一种适当的扩展，将采集的测量值与存储在计算单元的存储器中的参考值进行比较，并且从该比较中确定所述辐射方向。该参考值例如通过模拟或者通过利用定义的辐射强度和辐射方向的参考测量而确定。
为了允许尽可能高效率的计算，对按照相对于检测器的平面法线为0°至接近70°的入射角击中该检测器的辐射量子进行采集和计算。
在对于计算机断层造影的应用中，优选地，将按照相对于平面法线的一定角度而击中检测器的辐射成分识别为杂散辐射，并且不用于成像。因此，通过这种方式在没有使用准直器的条件下也去除了干扰的杂散辐射成分。
附图说明
下面对照附图对本发明的实施方式作进一步的说明。附图中分别以示意的和极其简化的图示出了：
图1是按照第一种实施变形的检测器装置，
图2是由检测器采集的强度变化，
图3是检测器装置的另一种实施方式，和
图4是医疗PET诊断设备的粗略的简化图。
图中，作用相同的部件用相同的参考标记示出。
具体实施方式
按照图1和3，检测器装置包括检测器2、计算单元4以及与该计算单元4连接的显示单元6。检测器2又包括检测器元件8A、8B，和设置在检测器元件8A、8B下侧的、带有多个矩阵形式设置的传感器元件10A、10B的传感器场。两个相邻的传感器元件10A、10B的中心距离a，即传感器元件中心点之间的中心距离a处在10μm至500μm之间的范围中。每个矩阵形式设置的传感器元件10A、10B均与计算单元4连接。在图中为了看得更清楚仅仅将几个传感器元件10A、10B与计算单元4连接。
在图1的实施方式中，检测器元件8A作为闪烁体而传感器元件10A作为光传感器元件构成。在此，传感器场尤其是作为由单个半导体传感器组成的矩阵场而构成。
如果此时X射线量子或者伽马量子(下面记为辐射量子12)击中闪烁体8A，则该辐射量子12在闪烁体8A中留下“闪烁轨迹”，并且沿着辐射量子12的路径产生多个光子。在该实施方式中，辐射量子12相对于闪烁体8A的平面法线14倾斜地入射。因为在整个路径段上产生了光子，多个光传感器元件10A对该入射的辐射量子12(事件)作出反应，并向计算单元4输出电信号。有关的传感器元件10A在图1中通过阴影标识出。
输出到计算单元的信号尤其是一种电流信号，其强度取决于每个读出周期击中相应光传感器元件10A的光子的数量。在此，将读出周期理解为，在两个针对相应光传感器元件10A的读出过程之间的时间周期。在该时间间隔内，对出现的光子进行近似求和，因此光传感器元件10A对出现的光子构成一种积分。
为了计算并确定辐射方向，对有关的传感器元件10A、10B进行识别，即，计算单元4根据由有关传感器元件10A、10B传送的信号识别出，哪些传感器元件10A、10B被相应辐射量子12击中。在此，计算电子电路和计算逻辑是这样构成的，即，当每个时间单位上击中的辐射量子12具有期待的数目时对每个这种事件进行采集和计算。在PET检查中该数目约为每秒以及每mm2检测器表面有1000个事件。
通过对相应事件所涉及的传感器元件10A的识别，给出了特定的面积分布，该面积分布与通过光子照射的传感器面积对应。此外，还采集并计算信号强度，即由单个传感器元件10A输出的信号的电流大小。然后，根据该测量值确定三维的强度变化，图2中示出了该三维的强度变化的两维描述。在该图中标出了相对于该传感器元件10A在传感器场的X方向上的位置的强度J。同时还采集在Y方向上的强度分布(在此没有示出)。
在图2中勾画出了在辐射量子12倾斜入射(实线曲线)和垂直入射(虚线曲线)的条件下强度变化的实线和虚线的曲线。在相对于检测器元件8A的平面法线14的入射角α较大的条件下，传感器场大面积地由光子照射，从而构成一种相对宽的空间分布(实线)。反之，如果辐射量子12基本上垂直地入射(即入射角α很小或者为零)，则仅仅在有限的区域中产生光子并且仅仅照射几个检测器元件8A。因此，仅仅形成有关传感器元件10A的紧凑有限的局部分布，以及一种更尖锐的强度分布。
为了确定入射角α，按照第一近似识别有关传感器元件10A和确定传感器场被照射的面积就足够了。因为每个面积大小在统计学上对应于一个确定的入射角α。
优选地，还额外地将信号强度和/或信号能量用于确定入射角α。根据该强度分布允许进行更精确的确定。特别是在非对称的强度分布的条件下，可以导出关于辐射分布的进一步的结论。总体上讲，根据信号宽度可以唯一地分配入射角α。辐射量子12关于X-Y平面的入射方向，可以直接从传感器场的有关传感器元件10A的位置和取向中给出。
在计算单元中从各个测量数据中分别当前地(在线)计算出辐射方向。作为替换或者补充地设置一个在此没有详细示出的存储器元件，在其中存放参考值、特别是参考频谱和参考分布。在此，有关的取向分别属于一个特定的辐射方向，从而通过与这些参考曲线的比较而确定辐射方向。
利用按照图3的检测器装置的计算是按照同样原理实现的。与按照图1的实施方式的不同在于，检测器元件8B是一种直接转换器元件。在其上侧设置了第一电极16，而与之相对设置了多个矩阵形式设置的反电极，这些反电极构成了单个的传感器元件10B。直接转换器元件8B基于这样的原理，即，在辐射量子12击中时在直接转换器元件中的电子被释放，而被释放的电子通过在电极16和8B之间施加的电压被引向反电极8B。由此，可允许如同在按照图1的实施方式一样地进行位置分辨的采集以及位置分辨的强度分布。
结合图4说明了该检测器装置在PET设备17中的使用。这种诊断设备通常具有检查管18，在其内部待检查的患者22位于患者卧榻20上。在检查的准备阶段中为患者注射放射药物。在PET检查中该放射药物为正电子辐射源。所注射的放射药物尤其聚集在新陈代谢较强的区域。在分解中形成直接与电子结合的正电子。在此形成两个按照相反方向的伽马量子。在PET设备中的计算基于一种符合法测量。因此，在PET设备中设置两个相对的检测器2。两者与共同的计算单元4连接，该计算单元又连接到显示元件6。此外，设备17还具有在此没有更详细示出的操作、输入和输出设备。检测器2可以围绕患者22来回转动。作为替代也可以为此设置多个圆形地围绕患者设置的检测器2。
这种医疗诊断设备17由于使用了本发明的检测器装置而表现为在一个大的角度范围上对辐射进行没有准直器的采集。即，由于放弃了准直器，不仅采集平行于平面法线14入射的辐射量子，而且对按照从接近0至70°的倾斜角α的很大范围上击中检测器2的辐射量子进行采集。

Claims (15)

1.一种用于医疗诊断设备的检测器装置，其中设置了检测器(2)，该检测器具有对辐射敏感的检测器元件(8A，8B)，和分配给该检测器元件(8A，8B)的、带有多个矩阵形式设置的传感器元件(10A，10B)的传感器场，所述检测器装置中还设置了与该传感器场连接的、用于对该传感器元件(10A，10B)的电信号进行位置分辨计算的计算单元(4)，其中，将所述计算单元(4)这样构成，使得在辐射量子(12)击中所述检测器元件(8A，8B)时对涉及该事件的传感器元件(10A，10B)进行识别，并且从其空间分布中导出所采集的辐射量子(12)的辐射方向。
2.根据权利要求1所述的检测器装置，其中，将所述计算单元(4)这样构成，使得采集并计算出由所述传感器元件(10A，10B)传递的各个信号的信号强度(J)和/或信号能量。
3.根据权利要求2所述的检测器装置，其中，所述辐射量子(12)通过多个传感器元件(10A，10B)产生出信号轨迹，并且将所述计算单元(4)这样构成，使得对该信号轨迹的长度和信号强度(J)和/或信号能量以及其起始位置和结束位置进行采集，并且从中计算出辐射方向。
4.根据上述权利要求中任一项所述的检测器装置，其中，所述检测器装置是不含准直器的。
5.根据上述权利要求中任一项所述的检测器装置，其中，两个相邻的传感器元件(10A，10B)之间的中心距离(a)小于1mm，特别是处在10μm到500μm之间的范围中。
6.根据上述权利要求中任一项所述的检测器装置，其中，将所述检测器装置构造成用于大约0.01°-0.50°、特别是至少0.15°的角度分辨率。
7.根据上述权利要求中任一项所述的检测器装置，其中，所述检测器元件是闪烁体(8A)，而所述传感器元件是光传感器元件。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的检测器装置，其中，所述检测器元件是在一侧上设置了第一电极(16)的直接转换器元件(8B)，以及其中，所述传感器元件是矩阵形式设置的反电极(8B)，该反电极设置在所述直接转换器元件(8B)的相对一侧上。
9.一种用于如PET或SPECT的核医学诊断方法的医疗诊断设备(17)，其具有根据上述权利要求中任一项所述的检测器装置。
10.一种特别是计算机断层造影设备的医疗诊断设备，用于利用根据上述权利要求中任一项所述的检测器装置进行的X射线医疗诊断方法。
11.一种医疗成像的诊断方法，其中，由具有矩阵形式设置的传感器元件(10A，10B)的检测器(2)对辐射量子(12)进行位置分辨地采集，其中，在辐射量子(12)出现时由计算单元(4)对涉及该事件的传感器元件(10A，10B)进行识别，并且从其空间分布中导出所采集的辐射量子(12)的辐射方向，并且将这样得到的信息用于产生图像。
12.根据权利要求11所述的诊断方法，其中，对由所述传感器元件传递的各个信号的信号强度(J)进行采集，并且从该信号强度(J)和其在有关传感器元件(10A，10B)上的分布中导出所采集的辐射量子(12)的辐射方向。
13.根据权利要求11或12所述的诊断方法，其中，将测量值与存储的参考值进行比较，并且从该比较中确定所述辐射方向。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的诊断方法，其中，对按照相对于所述检测器(2)的平面法线(14)0°至接近70°的入射角(α)而击中该检测器(2)的辐射量子(12)进行采集和计算。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的诊断方法，其中，所述辐射由X射线源产生，并且其中，将按照大于允许的最大角度而击中检测器的辐射成分识别为杂散辐射。
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