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

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種直接轉換的X射線探測器。

【背景技術】
[0002]為了探測伽馬輻射和X射線輻射，例如在CT、雙能量CT、SPECT和PET系統中，主要使用了基于半導體直接轉換材料(例如CdTe、CdZnTe, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP、TIBr2^HgI2)的直接轉換的X射線探測器。然而，在這些材料中，特別是在對于CT設備所需的高的輻射通量密度下會出現極化的效果。
[0003]極化表示在高光子通量或輻射通量下探測到的計數率的下降。通過電荷載體(主要是電子空穴或空穴)的非常低的移動性和通過在半導體中的固有雜質的濃度造成了極化。也就是通過由于與雜質相連的、位置固定的電荷引起的電場降低產生了極化，所述電荷作為對于通過X射線輻射產生的電荷載體的捕獲中心和復合中心起作用。由此導致電荷載體壽命和電荷載體運動性的降低，這又導致在高的輻射通量密度下探測到的計數率的下降。
[0004]半導體直接轉換器材料的極化在測量過程期間發生變化。電場的變化又導致測量到的脈沖高度的變化，由此也作用于探測器的計數率，也稱為漂移。因此，通過極化限制了直接轉換器的最大可探測的輻射通量。特別是在對于CT設備需要的高的輻射通量密度的情況下，極化的效果越強。
[0005]一種解決方案在于，半導體直接轉換器材料的極化通過以附加的X射線輻射照射探測器來大部分地預先去除，方法是直接在測量過程前執行該附加的照射。然而，該方法不適合患者運行，因為患者將要遭受附加的劑量。通過在測量過程前的附加的X射線輻射設定了探測器的預先加載的狀態，即有意識地使半導體直接轉換器材料極化，從而既可以執行校準測量又可以執行實際的測量過程。
[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體直接轉換器材料。該照射與利用X射線的照射所導致的探測器的調整(Kondit1nierung)相似,其中，紅外線福射易于操作并且對患者無傷害。
[0007]例如可以通過平面的陰極直接照射直接轉換器。因為通過散射光柵限制了到直接轉換器上的直接輻射路徑，并且對于均勻的照射，在散射光柵下側與半導體上側之間僅存在細長的間隙，所以也可以設置間接的照射，如在后來公開的具有申請號為DE 10 2012213 409.3的專利申請中描述的那樣。為此，例如在散射光柵/準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換器上，并且被例如在直接轉換器側面布置的輻射源照射。通過為照明所需的相對高的電流，輻射源會強烈升溫，這由于直接鄰近于直接轉換器或X射線探測器的其它電子部件而導致它們的升溫，并且由此導致它們敏感度的不希望的變化。此外，輻射源的升溫還導致發射的光功率改變。


【發明內容】

[0008]本發明要解決的技術問題是，提供一種直接轉換的X射線探測器，其中，可以均勻照射為探測而使用的直接轉換器以便降低關于較長時間段的極化和漂移。
[0009]根據本發明，為探測X射線輻射設置了直接轉換的X射線探測器或X射線探測器模塊，具有:為探測X射線輻射而使用的直接轉換器；至少一個至少部分地在X射線輻射的輻射方向上在直接轉換器前布置的準直器；和至少一個輻射源，其布置在直接轉換器的側面并且以附加的輻射間接照射直接轉換器，其中，所述至少一個準直器在面向直接轉換器的側面具有至少一個反射層，在該反射層處將附加的輻射反射到直接轉換器上，并且具有冷卻裝置，通過它能夠冷卻所述至少一個輻射源。通過冷卻所述至少一個輻射源，能夠以簡單的方式使該輻射源對于更長時間并在變化的照射條件下維持在恒定的溫度。由此也使至少一個輻射源的光功率保持恒定，這又避免使X射線探測器經歷變化的熱輸入，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生。因此，冷卻確保了恒定地降低了X射線探測器的極化效應和計數率漂移，并且得到借助X射線探測器記錄的X射線圖像的更高的圖像質量。
[0010]特別是在直接轉換器與至少一個準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輻射的反射，可以均勻地并大面積地照射直接轉換器。側面地布置有輻射源應當理解為，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；或者半導體。
[0012]為了確保特別均勻的照射，在直接轉換器的兩個側面布置了兩個輻射源。
[0013]按照本發明的一個技術方案，至少部分地由導熱的材料構造準直器，并且至少一個輻射源被集成在至少一個冷卻器中，其與準直器導熱地連接。按照本發明的另一個技術方案，冷卻器是準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直器，提供了包括準直器在內的足夠大的冷卻器，以便確保輻射源的恒定冷卻。通過使用準直器作為冷卻器，幾乎不需要附加的構造費用，并且能夠以簡單并毫不費力的方式提供冷卻。
[0014]在用于特別好的冷卻效果的優選方式中，準直器由金屬構成，并且或者具有金屬薄片或者具有金屬格柵。通過準直器的這樣的金屬構造，使它作為冷卻器特別有效。
[0015]按照本發明的另一個構造，至少一個輻射源被構造為一個或多個發光二極管。發光二極管特別小并且功率強，節省能源并產生相對少的廢熱。
[0016]按照本發明的另一個構造，輻射源被構造為用于發射紅外線輻射。也可以使用其它的輻射類型，例如可見光或者紫外線。
[0017]X射線探測器特別是被構造為用于在CT系統中使用的計算機斷層造影X射線探測器。由于在計算機斷層造影中所需的高的輻射通量密度，根據本發明的X射線探測器在這里具有特別大的益處。但是，X射線探測器也可以用于其它領域，例如血管造影，并且例如可以被構造成平面圖像探測器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]以下借助在附圖中示意性示出的實施例詳細解釋本發明以及根據本發明的特征的優選構造，而不由此將本發明限制在實施例。其中:
[0019]圖1示出了已知的具有X射線探測器的計算機斷層造影系統的視圖，
[0020]圖2示出了已知的具有用于照射直接轉換器的間接的輻射源的X射線探測器的部分圖，
[0021]圖3示出了根據本發明的X射線探測器的實施。

【具體實施方式】
[0022]圖1示出了示例性的計算機斷層造影(CT)系統10。CT系統10包括機架殼體11，這里未詳細示出的機架位于該機架殼體中，在該機架上固定了具有對置的X射線探測器13的X射線管12。(可選地，可以設置具有對置的第二 X射線探測器的第二 X射線管)?；颊?4位于可沿系統軸16的方向移動的患者臥榻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地或順序地沿著系統軸16或按照z方向移動穿過在X射線管12與對應的X射線探測器13之間的測量場。通過計算和控制單元17借助計算機程序Pl至Pn控制該過程。
[0023]X射線探測器13在這里示出的示例性的CT系統10的實施方式中被構造成直接轉換的X射線探測器，其具有至少一個用于探測X射線輻射的以半導體材料形式的直接轉換器、準直器和側面布置的輻射源，該輻射源以附加的輻射照射直接轉換器。適合于計算機斷層造影儀的X射線探測器通常被構造成行探測器，其中，布置了多個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X射線輻射例如在CT系統(圖1)中使用的X射線探測器或X射線探測器模塊(例如當X射線探測器由多個模塊構成時)的直接轉換器I的示意圖。直接轉換器I的材料通常是半導體材料，例如CdTe或CZT。另外示出了準直器2，其間隔并平行于直接轉換器I地布置。在直接轉換器I與準直器2之間構成了間隙5。直接轉換器I在其與準直器2相對的平面具有電極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方向考慮在直接轉換器I的前側，在間隙5之外布置了以發光二極管或LED陣列形式的輻射源6。發光二極管或LED陣列按照z方向照射入間隙5。輻射例如是紅外線輻射。在準直器2的與直接轉換器相對的平面上(即下側)構成了反射層3。由于為照亮所需的相對高的電流，LED或LED陣列會強烈升溫，這由于直接鄰近X射線探測器而導致它升溫，并且由此導致其敏感度的不希望的變化。另外，LED(陣列)的升溫還導致發射的光功率改變。
[0026]在圖3中示出了 X射線探測器模塊20(X射線探測器可以由一個或多個這樣的X射線探測器模塊構成)，其中，設置了用于冷卻第二輻射源6的冷卻裝置并將其布置在X射線探測器模塊處。X射線探測器模塊13具有直接轉換器I (例如半導體材料，例如CdTe或CZT)、準直器2、反射層3、電極4和空氣間隙5，如在圖2中已經示出的。直接轉換器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在福射方向上在準直器2上面設置了入射光圈9 ;另外,層結構被探測器機械結構18包圍。在直接鄰近直接轉換器I的間隙5的例如一個、兩個、三個或四個側面(在X射線探測器模塊的平面構造情況下)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)照射直接轉換器。如所描述地，這例如通過借助反射的間接照射執行。輻射源6例如被構造成LED或LED陣列。也可以僅設置一個輻射源或者設置多個輻射源。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。冷卻器由導熱的材料構成，例如金屬。
[0027]如圖3所示，例如可以如下地構造和布置冷卻器7，使其是準直器的集成組成部分。在這種情況下，如圖所示，準直器由導熱的材料構成；因此可以例如將它構造成一維或二維的金屬格柵(薄片或格柵)。于是，準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的側向。替代地，也可以設置成將輻射源集成在冷卻器(例如獨立的金屬塊)中，并且將冷卻器與由導熱材料制成的準直器傳導地連接。
[0028]通過由直接或間接耦合到準直器的冷卻，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射線探測器模塊的敏感度保持恒定，從而可以執行可靠的高質量的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直器的情況下，在制造準直器時已經可以為輻射源設置相應的容納處，由此可以避免附加的構件以及生產步驟(冷卻器到準直器的導熱粘接)。
[0030]在圖3中示出的X射線探測器模塊可以被(簡單地)構造成X射線探測器，或者可以設置多個這樣的X射線探測器模塊，其構成了更大的X射線探測器。根據本發明的X射線探測器可以被設置成行探測器，例如用于計算機斷層造影，或者設置成面探測器，例如用于血管造影或乳腺造影。
[0031]本發明可以按以下方式簡短總結:為了特別高質量的X射線成像，設置了用于探測X射線輻射的直接轉換的X射線探測器或X射線探測器模塊，其具有:為探測X射線輻射而使用的直接轉換器；至少一個至少部分在X射線輻射的輻射方向上在直接轉換器前布置的準直器；以及至少一個輻射源，其布置在直接轉換器側面并且以附加的輻射間接照射直接轉換器，其中，所述至少一個準直器在面向直接轉換器的側面具有至少一個反射層，在該反射層處將附加的輻射反射到直接轉換器上，并且具有冷卻裝置，通過它能夠冷卻所述至少一個輻射源。
【權利要求】
1.一種用于探測X射線輻射的直接轉換的X射線探測器或X射線探測器模塊，具有:為探測X射線輻射而使用的直接轉換器(I);至少一個至少部分在X射線輻射的輻射方向上在所述直接轉換器(I)前布置的準直器(2);以及至少一個輻射源￠)，其布置在所述直接轉換器(I)側面并且以附加的輻射間接照射所述直接轉換器(I)，其中，所述至少一個準直器(2)在面向所述直接轉換器(I)的側面具有至少一個反射層(3)，在該反射層處將附加的輻射反射到所述直接轉換器(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輻射源(6)。
2.按照權利要求1所述的X射線探測器，其中，所述準直器(2)至少部分地由導熱材料構成，并且所述至少一個輻射源(6)被集成在至少一個冷卻器(7)中，所述冷卻器與所述準直器(2)導熱地連接。
3.按照權利要求1或2所述的X射線探測器，其中，所述準直器(2)至少部分地由導熱材料構成，并且所述至少一個輻射源(6)被集成在至少一個冷卻器(7)中，所述冷卻器是所述準直器(2)的集成組成部分。
4.按照上述權利要求中任一項所述的X射線探測器，其中，所述準直器(2)由金屬構成，并且具有金屬薄片或者金屬格柵。
5.按照上述權利要求中任一項所述的X射線探測器，其中，所述至少一個輻射源(6)被構造成一個或多個發光二極管。
6.按照上述權利要求中任一項所述的X射線探測器，其中，所述輻射源(6)被構造成用于發射紅外線輻射。
7.按照上述權利要求中任一項所述的X射線探測器，其中，在所述直接轉換器(I)的至少兩個側面上布置有至少兩個輻射源(6)。
8.按照上述權利要求中任一項所述的X射線探測器，其中，在所述直接轉換器(I)與所述至少一個準直器(2)之間構造了用于附加的輻射的間隙(5)。
9.按照上述權利要求中任一項所述的X射線探測器，其中，所述X射線探測器被構造成用于在CT系統(10)中使用的計算機斷層造影X射線探測器。
【文檔編號】G01T7/00GK104345330SQ201410360181
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2013年7月26日
【發明者】T.埃爾格勒, A.弗羅因德, B.克賴斯勒, C.施羅特, S.沃思 申請人:西門子公司