專(zhuān)利名稱(chēng)：X射線(xiàn)探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種X射線(xiàn)探測(cè)器，尤其是涉及一種用于射線(xiàn)照相檢查設(shè)備的X射線(xiàn)探測(cè)器，該射線(xiàn)照相檢查設(shè)備例如是用于乳腺造影或血管造影的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備或X射線(xiàn)儀。
背景技術(shù)：
公知射線(xiàn)照相檢查設(shè)備的X射線(xiàn)探測(cè)器由于不同的測(cè)量要求而有所區(qū)別。X射線(xiàn)探測(cè)器尤其就其空間和時(shí)間分辨率來(lái)說(shuō)是與探測(cè)器面積、量子效率和讀取速率相適應(yīng)的。即使對(duì)于公知X射線(xiàn)探測(cè)器的模塊化設(shè)置，其探測(cè)器模塊在不同的射線(xiàn)照相檢查設(shè)備中也是不能更換的。開(kāi)發(fā)、制造和提供與相應(yīng)測(cè)量要求適應(yīng)的探測(cè)器模塊需要很高的花費(fèi)。
EP 0819406A1描述了一種計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備。其中探測(cè)器由多個(gè)平行探測(cè)器行組成，這些探測(cè)器行分別由相鄰設(shè)置的探測(cè)器元件構(gòu)成。探測(cè)器行可以分別由多個(gè)探測(cè)器模塊組成。所建議的探測(cè)器模塊特別地與對(duì)計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備的探測(cè)器的要求適應(yīng)。該模塊不能通用于制造其它射線(xiàn)照相檢查設(shè)備。
DE 19935093A1公開(kāi)了一種具有多行探測(cè)器的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備。每一行都由多個(gè)相鄰設(shè)置的探測(cè)器元件組成。每個(gè)探測(cè)器元件由閃爍器陶瓷和設(shè)置在后面的光電二極管組成。為了減小設(shè)置在探測(cè)器后面的電路的花費(fèi)，可以將探測(cè)器元件成組地與該電路連接和分離。
DE 19502574C2公開(kāi)了一種計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備，具有包括N行的平面探測(cè)器。每一行都由M個(gè)相鄰設(shè)置的探測(cè)器元件組成。為了將涉及讀取、數(shù)據(jù)速率和再現(xiàn)的平面探測(cè)器的復(fù)雜度降低到實(shí)用化的程度，將多行探測(cè)器元件互連?；ミB的探測(cè)器元件形成一個(gè)探測(cè)器列。該組合電路使得探測(cè)器元件的模擬輸出信號(hào)相加。相加的輸出信號(hào)在后面連接的電子電路中被數(shù)字化并進(jìn)一步處理為圖像信息。
DE 19600115C1公開(kāi)了一種具有平面探測(cè)器的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備。該平面探測(cè)器由多個(gè)子探測(cè)器組成，該子探測(cè)器又由探測(cè)器元件的一個(gè)矩陣構(gòu)成?？紤]到后面連接的電子電路的功能，為了優(yōu)化對(duì)平面探測(cè)器的讀取，建議順序讀取每一個(gè)子探測(cè)器的探測(cè)器元件。
DE 10106221A1描述了一種X射線(xiàn)探測(cè)器，其中可以由半導(dǎo)體材料構(gòu)成設(shè)置為矩陣形狀的探測(cè)器元件。吸收的X射線(xiàn)量子由于其吸收而被直接轉(zhuǎn)換為電載荷信號(hào)，其大小大致與吸收的能量成正比。為了優(yōu)化在一個(gè)大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的測(cè)量，建議在連接在探測(cè)器元件后的求值單元中并行地對(duì)產(chǎn)生的載荷信號(hào)執(zhí)行計(jì)數(shù)方法和積分方法。兩種方法的結(jié)果都一起用于數(shù)據(jù)處理單元，并用于確定對(duì)X射線(xiàn)輻射的吸收量的總結(jié)果。所建議的探測(cè)器雖然可以模塊化構(gòu)造，但該模塊一般不能通用于制造不同的射線(xiàn)照相檢查設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。尤其是提供一種通用的X射線(xiàn)探測(cè)器，其作為部件適合于制造不同的射線(xiàn)照相檢查設(shè)備。
該技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)權(quán)利要求1的特征解決的。本發(fā)明的合適實(shí)施方式由權(quán)利要求2至8的特征給出。
根據(jù)本發(fā)明具有一種X射線(xiàn)探測(cè)器，具有多行像素，其中每一個(gè)像素由一個(gè)或多個(gè)子像素/n構(gòu)成，其中每個(gè)子像素具有用于將入射的X射線(xiàn)輻射束直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的探測(cè)器材料，其中每個(gè)子像素都分配有用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)的裝置，其中具有用于將該數(shù)字信號(hào)處理為代表入射到像素上的X射線(xiàn)量子的數(shù)量和/或能量的數(shù)字和信號(hào)的裝置。
所建議的X射線(xiàn)探測(cè)器是通用的。通過(guò)設(shè)置用于處理數(shù)字信號(hào)的裝置可以將像素的大小和必要時(shí)將通過(guò)相加子像素的數(shù)字信號(hào)而產(chǎn)生的和信號(hào)與相應(yīng)的測(cè)量要求相適應(yīng)。所建議的X射線(xiàn)探測(cè)器同樣可以用于X射線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備和射線(xiàn)照相設(shè)備。
在本發(fā)明的上下文中，“像素”被理解為一個(gè)子像素和一組子像素。每一個(gè)子像素構(gòu)成一個(gè)X射線(xiàn)探測(cè)器元件。由多個(gè)X射線(xiàn)探測(cè)器元件提供的數(shù)字信號(hào)可以借助用于根據(jù)預(yù)定程序處理為數(shù)字和信號(hào)的裝置進(jìn)行相加。如果一個(gè)像素由一組子像素構(gòu)成，則可以通過(guò)故障子像素識(shí)別和校正故障。雖然有一個(gè)或多個(gè)子像素存在故障還是能獲得像素的功能。所建議的X射線(xiàn)探測(cè)器特別可靠和持久。
數(shù)字和信號(hào)是像素的信號(hào)并作為像素信號(hào)用于在EDV設(shè)備的顯示屏上產(chǎn)生一個(gè)圖像點(diǎn)或產(chǎn)生由該EDV設(shè)備給出的打印件。
“電信號(hào)”尤其被理解為電載荷信號(hào)。這種電載荷信號(hào)在吸收X射線(xiàn)量子時(shí)借助可直接轉(zhuǎn)換的材料(例如GaAs、CdTe、CdZnTe的半導(dǎo)體或Se、PbI2或PbO的光電導(dǎo)體)起作用。
合適的是，用于處理的裝置具有用于設(shè)置形成一個(gè)像素的子像素的數(shù)量和/或用于選擇每個(gè)像素中用于求值的子像素的數(shù)量的裝置。利用該用于設(shè)置的裝置可以確定構(gòu)成一個(gè)像素的子像素的大小和/或排列。用于設(shè)置的裝置可以是預(yù)先固定給定的程序。在此，尤其是根據(jù)所需要的數(shù)據(jù)傳輸率R來(lái)設(shè)置構(gòu)成一個(gè)像素的子像素的數(shù)量和/或排列。下式成立R＝b*f*A/(c*d2)，其中b是位深度(Bittiefe)，f是以圖像/秒為單位的拍攝頻率，A是射線(xiàn)照相檢查面積，c是互連的子像素的數(shù)量，d是子像素的橫向大小。
值c確定橫向大小為d的互連為一個(gè)像素的子像素的數(shù)量。所建議的X射線(xiàn)探測(cè)器既適用于計(jì)算機(jī)斷層造影又適用于射線(xiàn)照相。對(duì)于位深度為b＝16、拍攝頻率f＝5000幅圖像/秒、射線(xiàn)照相檢查面積A為500cm2和像素大小(c*d2)為1mm2的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備的X射線(xiàn)探測(cè)器，形成的數(shù)據(jù)傳輸率R為4Gb/秒。對(duì)于位深度為b＝14、拍攝頻率f＝30幅圖像/秒、射線(xiàn)照相檢查面積A為40cm2和像素大小(c*d2)為100μm2的計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備的X射線(xiàn)探測(cè)器，形成的數(shù)據(jù)傳輸率R為6.72Gb/秒。這表明，利用本發(fā)明的X射線(xiàn)探測(cè)器可以滿(mǎn)足更大范圍的測(cè)量要求。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的特征，具有用于校正由于一個(gè)或多個(gè)子像素發(fā)生故障而減小的和信號(hào)的校正裝置。在此，其可以是對(duì)應(yīng)的可編程的集成電路，該電路將一個(gè)像素提供的和信號(hào)與預(yù)定的和信號(hào)進(jìn)行比較。一旦判定發(fā)生了改變，就根據(jù)預(yù)定的程序促使該像素內(nèi)的子像素設(shè)置發(fā)生變化。也可以根據(jù)測(cè)量的差來(lái)校正或標(biāo)準(zhǔn)化減小的和信號(hào)。
合適的是，所述校正裝置具有比較器，用于將用已知X射線(xiàn)強(qiáng)度輻射時(shí)產(chǎn)生的和信號(hào)與預(yù)定的和信號(hào)或另一個(gè)像素的和信號(hào)的最大值進(jìn)行比較。為了進(jìn)行校正，校正裝置還可以具有改變對(duì)用于測(cè)量和信號(hào)的子像素的選擇的裝置。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，探測(cè)器材料是碲化鎘、碲化鎘鋅或碘化汞。還可以采用這些物質(zhì)的混合物或與其它物質(zhì)的混合物。合適的是，探測(cè)器材料的厚度能保證測(cè)量目的所需的劑量量子效率(DQE)。在計(jì)算斷層造影具有一個(gè)X射線(xiàn)探測(cè)器的情況下，對(duì)于厚度為1.4mm的碲化鎘所需的DQE可以達(dá)到＞90％。合適的是，這樣選擇探測(cè)器材料的厚度，使得探測(cè)器元件同樣可以用于不同的測(cè)量目的。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的特征，將預(yù)定數(shù)量的像素以及分配給其子像素的用于轉(zhuǎn)換的裝置實(shí)現(xiàn)為可以更換的探測(cè)器模塊。這種探測(cè)器模塊同樣適用于制造例如針對(duì)X射線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備和射線(xiàn)照相設(shè)備的探測(cè)器。優(yōu)選地，在這種關(guān)聯(lián)中，用于處理的裝置和/或校正裝置是探測(cè)器模塊的組件。


下面借助附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。
圖1示出第一探測(cè)器元件的示意結(jié)構(gòu)，圖2示出第二探測(cè)器元件的示意結(jié)構(gòu)，圖3示出第一布置的探測(cè)器模塊的示意結(jié)構(gòu)，圖4示出根據(jù)圖3的探測(cè)器模塊在第二布置下的示意結(jié)構(gòu)，圖5示出具有第一模塊的X射線(xiàn)平面探測(cè)器，圖6示出具有第二模塊的X射線(xiàn)平面探測(cè)器。
具體實(shí)施例方式
圖1示意地示出了第一探測(cè)器元件。在由一種用于將吸收的X射線(xiàn)量子的能量直接轉(zhuǎn)換為電載荷信號(hào)的材料構(gòu)成的直接轉(zhuǎn)換器層1(例如Cd(Zn)Te)上設(shè)置了第一電極2，該電極對(duì)著(在此未示出的)輻射源。在直接轉(zhuǎn)換器層1背離輻射源的那一側(cè)上具有構(gòu)造的第二電極3，該第二電極與CMOS計(jì)數(shù)電路4連接。該CMOS計(jì)數(shù)電路4通過(guò)焊接觸點(diǎn)5與基座6上的導(dǎo)軌(在此未示出)電連接。
在圖2中示出的第二探測(cè)器元件與圖1中的第一探測(cè)器元件構(gòu)造相似。在此，CMOS計(jì)數(shù)電路4通過(guò)彈子格(Ballgrid)觸點(diǎn)7與基座6連接。
圖3和圖4示出了X射線(xiàn)探測(cè)器模塊8的俯視圖，其中給出多個(gè)布置變形I，II，III。具有探測(cè)器平面或傳感器平面A的X射線(xiàn)探測(cè)器模塊8分別由16個(gè)探測(cè)器元件組成。每個(gè)探測(cè)器元件形成一個(gè)棱長(zhǎng)為d的四方形子像素。在圖3中所示的最簡(jiǎn)單的布置變形I的情況下，每個(gè)像素只由一個(gè)子像素9構(gòu)成(組合(Binning)c＝1，16個(gè)像素傳輸?shù)奈粚挾萣＝4)。數(shù)字輸出用附圖標(biāo)記11表示。在這種情況下，將由每個(gè)探測(cè)器元件提供的數(shù)字信號(hào)積分以及進(jìn)一步處理為該像素的和信號(hào)。
用于處理數(shù)字信號(hào)的裝置可以是連接在CMOS單元電路后面的特殊裝置。該裝置也可以與CMOS單元電路4組合為一個(gè)元件。特別有利的是，可以對(duì)用于處理數(shù)字信號(hào)的裝置編程。在這種情況下可以按照同一種硬件配置來(lái)制造根據(jù)本發(fā)明的X射線(xiàn)探測(cè)器。根據(jù)不同的測(cè)量要求，可以借助用于處理數(shù)字信號(hào)的裝置相應(yīng)地配置X射線(xiàn)探測(cè)器。用于處理的裝置例如可以為了達(dá)到較高的分辨率而這樣編程，使得每個(gè)子像素都形成一個(gè)像素。
在圖3所示的替代布置變形II中，一個(gè)像素由4個(gè)互連的子像素9構(gòu)成(組合c＝4)。在這種情況下，X射線(xiàn)探測(cè)器模塊8具有4個(gè)像素。每個(gè)像素傳輸?shù)奈粚挾萣＝6。借助用于處理數(shù)字信號(hào)的裝置在位寬度b＝6的計(jì)數(shù)器中將由探測(cè)器元件提供的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相加并進(jìn)一步處理為該像素的和信號(hào)。如果子像素9出現(xiàn)故障，則將數(shù)字信號(hào)校正為增益偏差?！敖M合”在圖中分別用點(diǎn)劃線(xiàn)標(biāo)出。
在圖4示出的布置變形III中，X射線(xiàn)探測(cè)器模塊8總共形成一個(gè)像素(組合c＝16)。在此，所有16個(gè)子像素9互連在一起。只需傳輸一個(gè)像素。在這種情況下傳輸?shù)奈粚挾萣＝8。
對(duì)于適用于X射線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層造影和其他應(yīng)用的X射線(xiàn)探測(cè)器模塊8的具體實(shí)施方式
，設(shè)置棱長(zhǎng)在50到200μm的范圍內(nèi)、優(yōu)選為100μm的子像素。為了在棱長(zhǎng)為100μm時(shí)實(shí)現(xiàn)像素面積為1mm2的一個(gè)像素，互連100個(gè)子像素。X射線(xiàn)探測(cè)器模塊的總面積例如在棱長(zhǎng)為幾個(gè)厘米的范圍內(nèi)，如為5×2cm2。一個(gè)這樣的模塊包括100000子像素，對(duì)應(yīng)著棱長(zhǎng)為1mm的1000個(gè)像素。在這種情況下，只要有一個(gè)子像素9發(fā)生故障，就會(huì)引起數(shù)量級(jí)為1％的增益誤差，該增益誤差可以在不損害圖像質(zhì)量的條件下得到補(bǔ)償。
如果CMOS計(jì)數(shù)電路是可以編程的，則所建議的X射線(xiàn)探測(cè)器模塊8是特別有利和通用的。在這種情況下，可以借助編程來(lái)設(shè)置待互連的子像素9的大小和數(shù)量。X射線(xiàn)探測(cè)器模塊8可以非常簡(jiǎn)單的與各自的測(cè)量目的相適應(yīng)。
圖5和圖6示出了構(gòu)成X射線(xiàn)平面探測(cè)器的多個(gè)模塊或者說(shuō)X射線(xiàn)探測(cè)器模塊8的排列。在圖5示出的實(shí)施例中，X射線(xiàn)探測(cè)器模塊8的接頭設(shè)置在側(cè)面，尤其是設(shè)置在X射線(xiàn)平面探測(cè)器最長(zhǎng)的一邊上，并組合為導(dǎo)線(xiàn)12(功率輸入和數(shù)據(jù)I/O導(dǎo)線(xiàn))。該導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)向數(shù)字控制器10，該數(shù)字控制器的數(shù)據(jù)輸出用13表示。
在圖6示出的另一個(gè)實(shí)施例中，X射線(xiàn)探測(cè)器模塊8在其背面有接頭，并借助導(dǎo)線(xiàn)12(功率輸入和數(shù)據(jù)I/O導(dǎo)線(xiàn))與數(shù)字控制器10連接。
權(quán)利要求
1.一種具有多行像素的X射線(xiàn)探測(cè)器，其中每一個(gè)像素由一個(gè)或多個(gè)子像素(9)構(gòu)成，其中每個(gè)子像素(9)具有探測(cè)器材料(1)，用于將入射的X射線(xiàn)輻射束直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其中每個(gè)子像素(9)都分配有用于將該電信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)的裝置，其中具有用于將該數(shù)字信號(hào)處理為代表入射到像素上的X射線(xiàn)量子的數(shù)量和/或能量的數(shù)字和信號(hào)的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線(xiàn)探測(cè)器，其中，所述用于處理的裝置具有用于設(shè)置形成一個(gè)像素的子像素(9)的數(shù)量和/或用于選擇每個(gè)像素中用于求值的子像素(9)的數(shù)量的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的X射線(xiàn)探測(cè)器，其中，具有用于校正由于一個(gè)或多個(gè)子像素(9)發(fā)生故障而減小的和信號(hào)的校正裝置。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的X射線(xiàn)探測(cè)器，其中，所述校正裝置具有比較器，用于將用已知X射線(xiàn)強(qiáng)度輻射時(shí)產(chǎn)生的和信號(hào)與預(yù)定的和信號(hào)或另一個(gè)像素的和信號(hào)的最大值進(jìn)行比較。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的X射線(xiàn)探測(cè)器，其中，所述校正裝置還可以具有改變對(duì)用于測(cè)量所述和信號(hào)的子像素(9)的選擇的裝置。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的X射線(xiàn)探測(cè)器，其中，所述探測(cè)器材料是碲化鎘、碲化鎘鋅或碘化汞。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的X射線(xiàn)探測(cè)器，其中，將預(yù)定數(shù)量的像素以及分配給其子像素(9)的用于轉(zhuǎn)換的裝置(4)實(shí)現(xiàn)為可以更換的探測(cè)器模塊(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的X射線(xiàn)探測(cè)器，其中，所述用于處理的裝置是探測(cè)器模塊(8)的組件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的X射線(xiàn)探測(cè)器，其中所述校正裝置是探測(cè)器模塊(8)的組件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有多行像素的X射線(xiàn)探測(cè)器，其中每一個(gè)像素由一個(gè)或多個(gè)子像素(9)構(gòu)成，其中每個(gè)子像素(9)具有用于將入射的X射線(xiàn)輻射束直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的探測(cè)器材料(1)，其中每一個(gè)子像素(9)都分配有用于將該電信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)的裝置(4)，其中具有用于將該數(shù)字信號(hào)處理為代表入射到像素上的X射線(xiàn)量子的數(shù)量和/或能量的數(shù)字和信號(hào)的裝置。
文檔編號(hào)A61B6/00GK1750786SQ200480004109
公開(kāi)日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2004年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月14日
發(fā)明者比約恩·海斯曼, 托馬斯·馮德哈爾 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司