直接轉(zhuǎn)換的x 射線探測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于探測(cè)X射線輻射的直接轉(zhuǎn)換的X射線探測(cè)器，具有：為探測(cè)X射線輻射而使用的直接轉(zhuǎn)換器；至少一個(gè)至少部分在X射線輻射的輻射方向上在直接轉(zhuǎn)換器前布置的準(zhǔn)直器；以及至少一個(gè)輻射源，其布置在直接轉(zhuǎn)換器側(cè)面并且以附加的輻射間接照射直接轉(zhuǎn)換器，其中，所述至少一個(gè)準(zhǔn)直器在面向直接轉(zhuǎn)換器的側(cè)面具有至少一個(gè)反射層，在該反射層處將附加的輻射反射到直接轉(zhuǎn)換器上，并且具有冷卻裝置，通過它能夠冷卻所述至少一個(gè)輻射源。
【專利說明】直接轉(zhuǎn)換的X射線探測(cè)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直接轉(zhuǎn)換的X射線探測(cè)器。

【背景技術(shù)】
[0002]為了探測(cè)伽馬輻射和X射線輻射，例如在CT、雙能量CT、SPECT和PET系統(tǒng)中，主要使用了基于半導(dǎo)體直接轉(zhuǎn)換材料(例如CdTe、CdZnTe, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP、TIBr2^HgI2)的直接轉(zhuǎn)換的X射線探測(cè)器。然而，在這些材料中，特別是在對(duì)于CT設(shè)備所需的高的輻射通量密度下會(huì)出現(xiàn)極化的效果。
[0003]極化表示在高光子通量或輻射通量下探測(cè)到的計(jì)數(shù)率的下降。通過電荷載體(主要是電子空穴或空穴)的非常低的移動(dòng)性和通過在半導(dǎo)體中的固有雜質(zhì)的濃度造成了極化。也就是通過由于與雜質(zhì)相連的、位置固定的電荷引起的電場(chǎng)降低產(chǎn)生了極化，所述電荷作為對(duì)于通過X射線輻射產(chǎn)生的電荷載體的捕獲中心和復(fù)合中心起作用。由此導(dǎo)致電荷載體壽命和電荷載體運(yùn)動(dòng)性的降低，這又導(dǎo)致在高的輻射通量密度下探測(cè)到的計(jì)數(shù)率的下降。
[0004]半導(dǎo)體直接轉(zhuǎn)換器材料的極化在測(cè)量過程期間發(fā)生變化。電場(chǎng)的變化又導(dǎo)致測(cè)量到的脈沖高度的變化，由此也作用于探測(cè)器的計(jì)數(shù)率，也稱為漂移。因此，通過極化限制了直接轉(zhuǎn)換器的最大可探測(cè)的輻射通量。特別是在對(duì)于CT設(shè)備需要的高的輻射通量密度的情況下，極化的效果越強(qiáng)。
[0005]一種解決方案在于，半導(dǎo)體直接轉(zhuǎn)換器材料的極化通過以附加的X射線輻射照射探測(cè)器來大部分地預(yù)先去除，方法是直接在測(cè)量過程前執(zhí)行該附加的照射。然而，該方法不適合患者運(yùn)行，因?yàn)榛颊邔⒁馐芨郊拥膭┝?。通過在測(cè)量過程前的附加的X射線輻射設(shè)定了探測(cè)器的預(yù)先加載的狀態(tài)，即有意識(shí)地使半導(dǎo)體直接轉(zhuǎn)換器材料極化，從而既可以執(zhí)行校準(zhǔn)測(cè)量又可以執(zhí)行實(shí)際的測(cè)量過程。
[0006]在另一種解決方案中，例如利用可見光輻射、紅外線輻射或紫外線輻射直接或間接照射半導(dǎo)體直接轉(zhuǎn)換器材料。該照射與利用X射線的照射所導(dǎo)致的探測(cè)器的調(diào)整(Kondit1nierung)相似,其中，紅外線福射易于操作并且對(duì)患者無傷害。
[0007]例如可以通過平面的陰極直接照射直接轉(zhuǎn)換器。因?yàn)橥ㄟ^散射光柵限制了到直接轉(zhuǎn)換器上的直接輻射路徑，并且對(duì)于均勻的照射，在散射光柵下側(cè)與半導(dǎo)體上側(cè)之間僅存在細(xì)長的間隙，所以也可以設(shè)置間接的照射，如在后來公開的具有申請(qǐng)?zhí)枮镈E 10 2012213 409.3的專利申請(qǐng)中描述的那樣。為此，例如在散射光柵/準(zhǔn)直器處布置了反射層，其均勻地將附加的輻射反射到直接轉(zhuǎn)換器上，并且被例如在直接轉(zhuǎn)換器側(cè)面布置的輻射源照射。通過為照明所需的相對(duì)高的電流，輻射源會(huì)強(qiáng)烈升溫，這由于直接鄰近于直接轉(zhuǎn)換器或X射線探測(cè)器的其它電子部件而導(dǎo)致它們的升溫，并且由此導(dǎo)致它們敏感度的不希望的變化。此外，輻射源的升溫還導(dǎo)致發(fā)射的光功率改變。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種直接轉(zhuǎn)換的X射線探測(cè)器，其中，可以均勻照射為探測(cè)而使用的直接轉(zhuǎn)換器以便降低關(guān)于較長時(shí)間段的極化和漂移。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，為探測(cè)X射線輻射設(shè)置了直接轉(zhuǎn)換的X射線探測(cè)器或X射線探測(cè)器模塊，具有:為探測(cè)X射線輻射而使用的直接轉(zhuǎn)換器；至少一個(gè)至少部分地在X射線輻射的輻射方向上在直接轉(zhuǎn)換器前布置的準(zhǔn)直器；和至少一個(gè)輻射源，其布置在直接轉(zhuǎn)換器的側(cè)面并且以附加的輻射間接照射直接轉(zhuǎn)換器，其中，所述至少一個(gè)準(zhǔn)直器在面向直接轉(zhuǎn)換器的側(cè)面具有至少一個(gè)反射層，在該反射層處將附加的輻射反射到直接轉(zhuǎn)換器上，并且具有冷卻裝置，通過它能夠冷卻所述至少一個(gè)輻射源。通過冷卻所述至少一個(gè)輻射源，能夠以簡(jiǎn)單的方式使該輻射源對(duì)于更長時(shí)間并在變化的照射條件下維持在恒定的溫度。由此也使至少一個(gè)輻射源的光功率保持恒定，這又避免使X射線探測(cè)器經(jīng)歷變化的熱輸入，通過所述變化的熱輸入可能影響敏感度并引起圖像偽影的產(chǎn)生。因此，冷卻確保了恒定地降低了X射線探測(cè)器的極化效應(yīng)和計(jì)數(shù)率漂移，并且得到借助X射線探測(cè)器記錄的X射線圖像的更高的圖像質(zhì)量。
[0010]特別是在直接轉(zhuǎn)換器與至少一個(gè)準(zhǔn)直器之間存在用于附加的輻射的間隙。通過間接照射和在反射層處對(duì)輻射的反射，可以均勻地并大面積地照射直接轉(zhuǎn)換器。側(cè)面地布置有輻射源應(yīng)當(dāng)理解為，它布置在間隙外部并且在X射線輻射通常的輻射路徑外部，主要在直接轉(zhuǎn)換器附近或者在間隙附近。
[0011]適合作為反射材料的例如是具有高反射率并對(duì)于X射線照射不靈敏的反射漆。另夕卜，適合的材料如:以金屬薄膜或鍍金屬的平面形式的金屬，特別是輕金屬；塑料，特別是涂層的塑料；化合物，如金屬合金；或者半導(dǎo)體。
[0012]為了確保特別均勻的照射，在直接轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)側(cè)面布置了兩個(gè)輻射源。
[0013]按照本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案，至少部分地由導(dǎo)熱的材料構(gòu)造準(zhǔn)直器，并且至少一個(gè)輻射源被集成在至少一個(gè)冷卻器中，其與準(zhǔn)直器導(dǎo)熱地連接。按照本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案，冷卻器是準(zhǔn)直器的附加集成的組成部分。通過直接或間接地將輻射源的冷卻耦合到準(zhǔn)直器，提供了包括準(zhǔn)直器在內(nèi)的足夠大的冷卻器，以便確保輻射源的恒定冷卻。通過使用準(zhǔn)直器作為冷卻器，幾乎不需要附加的構(gòu)造費(fèi)用，并且能夠以簡(jiǎn)單并毫不費(fèi)力的方式提供冷卻。
[0014]在用于特別好的冷卻效果的優(yōu)選方式中，準(zhǔn)直器由金屬構(gòu)成，并且或者具有金屬薄片或者具有金屬格柵。通過準(zhǔn)直器的這樣的金屬構(gòu)造，使它作為冷卻器特別有效。
[0015]按照本發(fā)明的另一個(gè)構(gòu)造，至少一個(gè)輻射源被構(gòu)造為一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管。發(fā)光二極管特別小并且功率強(qiáng)，節(jié)省能源并產(chǎn)生相對(duì)少的廢熱。
[0016]按照本發(fā)明的另一個(gè)構(gòu)造，輻射源被構(gòu)造為用于發(fā)射紅外線輻射。也可以使用其它的輻射類型，例如可見光或者紫外線。
[0017]X射線探測(cè)器特別是被構(gòu)造為用于在CT系統(tǒng)中使用的計(jì)算機(jī)斷層造影X射線探測(cè)器。由于在計(jì)算機(jī)斷層造影中所需的高的輻射通量密度，根據(jù)本發(fā)明的X射線探測(cè)器在這里具有特別大的益處。但是，X射線探測(cè)器也可以用于其它領(lǐng)域，例如血管造影，并且例如可以被構(gòu)造成平面圖像探測(cè)器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]以下借助在附圖中示意性示出的實(shí)施例詳細(xì)解釋本發(fā)明以及根據(jù)本發(fā)明的特征的優(yōu)選構(gòu)造，而不由此將本發(fā)明限制在實(shí)施例。其中:
[0019]圖1示出了已知的具有X射線探測(cè)器的計(jì)算機(jī)斷層造影系統(tǒng)的視圖，
[0020]圖2示出了已知的具有用于照射直接轉(zhuǎn)換器的間接的輻射源的X射線探測(cè)器的部分圖，
[0021]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的X射線探測(cè)器的實(shí)施。

【具體實(shí)施方式】
[0022]圖1示出了示例性的計(jì)算機(jī)斷層造影(CT)系統(tǒng)10。CT系統(tǒng)10包括機(jī)架殼體11，這里未詳細(xì)示出的機(jī)架位于該機(jī)架殼體中，在該機(jī)架上固定了具有對(duì)置的X射線探測(cè)器13的X射線管12。(可選地，可以設(shè)置具有對(duì)置的第二 X射線探測(cè)器的第二 X射線管)?；颊?4位于可沿系統(tǒng)軸16的方向移動(dòng)的患者臥榻15上，利用患者臥榻可以在借助X射線輻射采樣期間使患者連續(xù)地或順序地沿著系統(tǒng)軸16或按照z方向移動(dòng)穿過在X射線管12與對(duì)應(yīng)的X射線探測(cè)器13之間的測(cè)量場(chǎng)。通過計(jì)算和控制單元17借助計(jì)算機(jī)程序Pl至Pn控制該過程。
[0023]X射線探測(cè)器13在這里示出的示例性的CT系統(tǒng)10的實(shí)施方式中被構(gòu)造成直接轉(zhuǎn)換的X射線探測(cè)器，其具有至少一個(gè)用于探測(cè)X射線輻射的以半導(dǎo)體材料形式的直接轉(zhuǎn)換器、準(zhǔn)直器和側(cè)面布置的輻射源，該輻射源以附加的輻射照射直接轉(zhuǎn)換器。適合于計(jì)算機(jī)斷層造影儀的X射線探測(cè)器通常被構(gòu)造成行探測(cè)器，其中，布置了多個(gè)像素元件作為長的行，但總共僅有很少的行(例如兩行)。
[0024]在圖2中示出了為探測(cè)X射線輻射例如在CT系統(tǒng)(圖1)中使用的X射線探測(cè)器或X射線探測(cè)器模塊(例如當(dāng)X射線探測(cè)器由多個(gè)模塊構(gòu)成時(shí))的直接轉(zhuǎn)換器I的示意圖。直接轉(zhuǎn)換器I的材料通常是半導(dǎo)體材料，例如CdTe或CZT。另外示出了準(zhǔn)直器2，其間隔并平行于直接轉(zhuǎn)換器I地布置。在直接轉(zhuǎn)換器I與準(zhǔn)直器2之間構(gòu)成了間隙5。直接轉(zhuǎn)換器I在其與準(zhǔn)直器2相對(duì)的平面具有電極4,其具有確定的傳輸率(Transmiss1nsgrad)。
[0025]電極4例如與CT系統(tǒng)的電子器件相連，但是為了清晰性起見未示出該電子器件。在按照z方向考慮在直接轉(zhuǎn)換器I的前側(cè)，在間隙5之外布置了以發(fā)光二極管或LED陣列形式的輻射源6。發(fā)光二極管或LED陣列按照z方向照射入間隙5。輻射例如是紅外線輻射。在準(zhǔn)直器2的與直接轉(zhuǎn)換器相對(duì)的平面上(即下側(cè))構(gòu)成了反射層3。由于為照亮所需的相對(duì)高的電流，LED或LED陣列會(huì)強(qiáng)烈升溫，這由于直接鄰近X射線探測(cè)器而導(dǎo)致它升溫，并且由此導(dǎo)致其敏感度的不希望的變化。另外，LED(陣列)的升溫還導(dǎo)致發(fā)射的光功率改變。
[0026]在圖3中示出了 X射線探測(cè)器模塊20(X射線探測(cè)器可以由一個(gè)或多個(gè)這樣的X射線探測(cè)器模塊構(gòu)成)，其中，設(shè)置了用于冷卻第二輻射源6的冷卻裝置并將其布置在X射線探測(cè)器模塊處。X射線探測(cè)器模塊13具有直接轉(zhuǎn)換器I (例如半導(dǎo)體材料，例如CdTe或CZT)、準(zhǔn)直器2、反射層3、電極4和空氣間隙5，如在圖2中已經(jīng)示出的。直接轉(zhuǎn)換器I被布置在模塊載體8上，并且在輻射方向上在模塊載體下面還布置了模塊底板(Modulruckwandplatine) 190在福射方向上在準(zhǔn)直器2上面設(shè)置了入射光圈9 ;另外,層結(jié)構(gòu)被探測(cè)器機(jī)械結(jié)構(gòu)18包圍。在直接鄰近直接轉(zhuǎn)換器I的間隙5的例如一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)側(cè)面(在X射線探測(cè)器模塊的平面構(gòu)造情況下)上布置有輻射源6。輻射源例如借助紅外線(或其它輻射頻率)照射直接轉(zhuǎn)換器。如所描述地，這例如通過借助反射的間接照射執(zhí)行。輻射源6例如被構(gòu)造成LED或LED陣列。也可以僅設(shè)置一個(gè)輻射源或者設(shè)置多個(gè)輻射源。為了避免輻射源6升溫，如下地布置冷卻器7，使輻射源與冷卻器接觸以便熱交換，或者使輻射源部分地或完全地集成在冷卻器中以便冷卻。冷卻器由導(dǎo)熱的材料構(gòu)成，例如金屬。
[0027]如圖3所示，例如可以如下地構(gòu)造和布置冷卻器7，使其是準(zhǔn)直器的集成組成部分。在這種情況下，如圖所示，準(zhǔn)直器由導(dǎo)熱的材料構(gòu)成；因此可以例如將它構(gòu)造成一維或二維的金屬格柵(薄片或格柵)。于是，準(zhǔn)直器的一部分作為冷卻器圍繞輻射源6延伸，即例如在間隙5的側(cè)向。替代地，也可以設(shè)置成將輻射源集成在冷卻器(例如獨(dú)立的金屬塊)中，并且將冷卻器與由導(dǎo)熱材料制成的準(zhǔn)直器傳導(dǎo)地連接。
[0028]通過由直接或間接耦合到準(zhǔn)直器的冷卻，在變化的照射條件下也可以將輻射源保持在恒定的溫度。由此，一方面使X射線探測(cè)器模塊的敏感度保持恒定，從而可以執(zhí)行可靠的高質(zhì)量的X射線成像。另一方面，通過冷卻使輻射源(例如LED/LED陣列)具有恒定的光功率。
[0029]在將冷卻器集成到準(zhǔn)直器的情況下，在制造準(zhǔn)直器時(shí)已經(jīng)可以為輻射源設(shè)置相應(yīng)的容納處，由此可以避免附加的構(gòu)件以及生產(chǎn)步驟(冷卻器到準(zhǔn)直器的導(dǎo)熱粘接)。
[0030]在圖3中示出的X射線探測(cè)器模塊可以被(簡(jiǎn)單地)構(gòu)造成X射線探測(cè)器，或者可以設(shè)置多個(gè)這樣的X射線探測(cè)器模塊，其構(gòu)成了更大的X射線探測(cè)器。根據(jù)本發(fā)明的X射線探測(cè)器可以被設(shè)置成行探測(cè)器，例如用于計(jì)算機(jī)斷層造影，或者設(shè)置成面探測(cè)器，例如用于血管造影或乳腺造影。
[0031]本發(fā)明可以按以下方式簡(jiǎn)短總結(jié):為了特別高質(zhì)量的X射線成像，設(shè)置了用于探測(cè)X射線輻射的直接轉(zhuǎn)換的X射線探測(cè)器或X射線探測(cè)器模塊，其具有:為探測(cè)X射線輻射而使用的直接轉(zhuǎn)換器；至少一個(gè)至少部分在X射線輻射的輻射方向上在直接轉(zhuǎn)換器前布置的準(zhǔn)直器；以及至少一個(gè)輻射源，其布置在直接轉(zhuǎn)換器側(cè)面并且以附加的輻射間接照射直接轉(zhuǎn)換器，其中，所述至少一個(gè)準(zhǔn)直器在面向直接轉(zhuǎn)換器的側(cè)面具有至少一個(gè)反射層，在該反射層處將附加的輻射反射到直接轉(zhuǎn)換器上，并且具有冷卻裝置，通過它能夠冷卻所述至少一個(gè)輻射源。
【權(quán)利要求】
1.一種用于探測(cè)X射線輻射的直接轉(zhuǎn)換的X射線探測(cè)器或X射線探測(cè)器模塊，具有:為探測(cè)X射線輻射而使用的直接轉(zhuǎn)換器(I);至少一個(gè)至少部分在X射線輻射的輻射方向上在所述直接轉(zhuǎn)換器(I)前布置的準(zhǔn)直器(2);以及至少一個(gè)輻射源￠)，其布置在所述直接轉(zhuǎn)換器(I)側(cè)面并且以附加的輻射間接照射所述直接轉(zhuǎn)換器(I)，其中，所述至少一個(gè)準(zhǔn)直器(2)在面向所述直接轉(zhuǎn)換器(I)的側(cè)面具有至少一個(gè)反射層(3)，在該反射層處將附加的輻射反射到所述直接轉(zhuǎn)換器(I)上，并且具有冷卻裝置(7)，通過該冷卻裝置能夠冷卻所述至少一個(gè)輻射源(6)。
2.按照權(quán)利要求1所述的X射線探測(cè)器，其中，所述準(zhǔn)直器(2)至少部分地由導(dǎo)熱材料構(gòu)成，并且所述至少一個(gè)輻射源(6)被集成在至少一個(gè)冷卻器(7)中，所述冷卻器與所述準(zhǔn)直器(2)導(dǎo)熱地連接。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的X射線探測(cè)器，其中，所述準(zhǔn)直器(2)至少部分地由導(dǎo)熱材料構(gòu)成，并且所述至少一個(gè)輻射源(6)被集成在至少一個(gè)冷卻器(7)中，所述冷卻器是所述準(zhǔn)直器(2)的集成組成部分。
4.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的X射線探測(cè)器，其中，所述準(zhǔn)直器(2)由金屬構(gòu)成，并且具有金屬薄片或者金屬格柵。
5.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的X射線探測(cè)器，其中，所述至少一個(gè)輻射源(6)被構(gòu)造成一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管。
6.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的X射線探測(cè)器，其中，所述輻射源(6)被構(gòu)造成用于發(fā)射紅外線輻射。
7.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的X射線探測(cè)器，其中，在所述直接轉(zhuǎn)換器(I)的至少兩個(gè)側(cè)面上布置有至少兩個(gè)輻射源(6)。
8.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的X射線探測(cè)器，其中，在所述直接轉(zhuǎn)換器(I)與所述至少一個(gè)準(zhǔn)直器(2)之間構(gòu)造了用于附加的輻射的間隙(5)。
9.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的X射線探測(cè)器，其中，所述X射線探測(cè)器被構(gòu)造成用于在CT系統(tǒng)(10)中使用的計(jì)算機(jī)斷層造影X射線探測(cè)器。
【文檔編號(hào)】G01T7/00GK104345330SQ201410360181
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】T.埃爾格勒, A.弗羅因德, B.克賴斯勒, C.施羅特, S.沃思 申請(qǐng)人:西門子公司