具有能量识别探测器的计算机断层造影设备制造技术

本发明专利技术涉及一种计算机断层造影设备，具有由多个探测器（１）组成的探测器单元（２），用于探测Ｘ射线（４０），其中，该探测器单元（２）的各探测器（１）用于接收入射的Ｘ射线（４０）的Ｘ射线量子，并采集入射的Ｘ射线（４０）的各Ｘ射线量子的强度和量子能量。此外还公开了一种利用具有由多个探测器（１）组成的探测器单元（２）的计算机断层造影设备来探测Ｘ射线的方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用由多个探测器组成的探测器单元探测X射线的计算机断层造影设备和方法。
技术介绍
在很多医学问题中借助计算机断层造影来进行检查。在机械制造的某些领域，尤其是在材料学和飞机安全的领域中，也将这种检查用于检验目的。其中，采用X射线，因为它可以部分地透过固体，例如非金属体，从而可以了解所观察物体的内部材料分布。采用X射线的缺点在于，X射线超过一定的剂量就可能对生物组织造成损害。因此在医学中将测量所需的放射剂量保持得较少是值得追求的。为了探测X射线，公知可以由特定的闪烁材料来吸收X射线，其中所吸收的X射线量子的能量转换为光。每个X射线量子所产生的光子数一般与X射线量子的量子能量成正比。光电二极管将光转换为电流，并由模拟数字转换器对该电流进行数字化。由于光在闪烁材料中的自吸收减小了光输出，因此对闪烁材料通常会混合使产生的光发生频移的分子，从而减小所产生光的自吸收。此外，为了探测X射线，还公知特定的半导体材料，其中入射的X射线可以产生载流子。每个X射线量子所产生的载流子数一般与X射线量子的量子能量成正比。公知的用于探测X射线的探测器利用了上述效果。在此要注意，对于公知的集成探测器，每次测量只获得一个测量值。因此，由每个测量周期内接收的多个X射线量子产生的闪光或电荷在该测量周期的持续时间内积分。然后，通过将探测器积分的值除以随即获得的每X射线量子的平均量子能量就得到所接收的X射线的强度(每时间单位内所接收的平均量子能量的X射线量子数)。由于在计算机断层造影中为测量目的所获得的测量X射线通常具有多色频谱，因此在这里要考虑硬化效应。在放射源发射的测量X射线穿过测量对象时，根据所穿透的材料和穿过该材料的光束路径长度，X射线的频谱的低能量部分到目前为止被强烈抑制。由此散射光束和所接收的X射线量子的平均量子能量一样，也被推移到频谱的较高能量部分。为了探测二维分布并由此产生入射X射线的图像，公知将多个相同类型的探测器组合为一个探测器单元，用于探测入射的射线并输出相应的图像信息。在此，探测器优选按照光栅的形式在一个平面内相邻设置。其结果是，由于探测器单元的每个探测器的硬化效应取决于所观察的测量对象内的材料分布，对每X射线量子的实际平均量子能量给出不同的值。该实际值只能借助随机方法近似确定。尤其是在所观察的测量对象中不同材料相互毗邻的区域(例如骨骼边缘)，尽管有数值校正，近似确定的每X射线量子的平均量子能量还是存在很大的误差。在借助计算机断层造影测量X射线时的另一个干扰参数是依赖于所观察的测量对象而较强或较弱显现的散射。散射光束可以根据所发射的测量X射线的频谱以及所观察测量对象的类型而占所发射的测量X射线的百分之几十。散射会导致由探测器单元的探测器获得的测量结果产生强烈的对比度恶化。因此，在公知的计算机断层造影设备的探测器单元之前设置散射光栅，只有具有确定方向和能量(以及由此对测量很重要)的X射线量子才能穿过该光栅。散射光栅一般具有按照薄片设置形式的特殊准直仪系统，从而也能吸收发射的测量X射线中落在薄片壁上的X射线量子。但是，设置散射光栅使得为测量目的而发射的测量X射线的百分之几的射线量子被散射光栅吸收，从而无法被探测器采集到。因此，由于散射光栅的存在而必须相应提高为测量目的而发射的射线的强度。在医疗应用中，这将不可避免地导致增大用于患者的剂量。此外，由于散射光栅的存在而通常不能足够好的抑制散射。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种利用由多个探测器组成的探测器单元来探测X射线的计算机断层造影设备和方法，其中简单而又可靠地避免了由散射光束量子或硬化效应导致的对测量结果的干扰。该技术问题是根据独立权利要求解决的。本专利技术的优选方式在从属权利要求中给出。本专利技术的技术问题通过一种计算机断层造影设备解决，该设备具有用于探测X射线的由多个探测器组成的探测器单元，其中探测器单元的各探测器用于接收入射的X射线的X射线量子，并采集所接收的X射线的强度和所接收的X射线的各X射线量子的量子能量。由于计算机断层造影设备探测器单元的探测器根据本专利技术用于接收入射的X射线，并采集所接收的X射线的强度和所接收的X射线的X射线量子的量子能量，因此在探测器单元的探测器的输出端输出频谱来代替每测量周期内的各测量值，该频谱除了有关每测量周期内接收的平均量子能量(强度)的X射线量子数的信息之外，还包括有关所接收的X射线的X射线量子的各量子能量(频谱)的信息。借助这样获得的信息，可在必要时具有的散射光栅之外进一步抑制由散射导致的影响。此外，通过观察所获得的频谱，可以特别可靠地借助平移所接收的X射线的频谱对在所接收的X射线中的硬化效应进行检测，例如在骨骼边缘出现的硬化效应。然后，可以在进一步处理由探测器单元的探测器获得的信息时，相应地考虑并在必要时校正这样检测到的硬化效应。在进一步处理由探测器单元的探测器获得的信息时，有利的是可以利用传统计算机断层造影中公知的方法来定量分析根据本专利技术的计算机断层造影设备获得的频谱数据(例如通过ρ-Z变换)。此外，与传统探测器的电路相比，本专利技术的计算机断层造影设备的探测器电路具有明显较少的模拟部件，因为不需要积分很多由所接收的X射线的X射线量子导致的部分事件(Teil-Ereignissen)。这样，本专利技术计算机断层造影设备的探测器电路可以更小，更为经济，抗干扰能力更强。总之，根据本专利技术可以提供一种具有用于探测X射线的由多个探测器组成的探测器单元的计算机断层造影设备，其中简单而又可靠地避免了由散射射线量子或硬化效应导致的对测量结果的干扰。根据第一优选实施方式，探测器单元的探测器具有多个并联的比较器，每个比较器具有一个额定值，并且每个比较器对应一个计数器，其中当所接收的X射线的X射线量子的量子能量超过各比较器的额定值时，比较器将各自对应的计数器增加一个单位。通过这种探测器结构，可以通过特别简单的方式采集所接收的X射线的强度和频谱。由于所接收的具有一定量子能量的X射线量子数是由具有较低额定值的比较器的所有计数器一起获得的，因此不会放弃任何事件。然后，可以简单地由两个具有相邻额定值的比较器的计数状态差计算出具有额定值区域内量子能量的X射线量子数。在此可利用计数器的计数率的相关性，从而不会增大减法中的统计错误。优选的，比较器的额定值是任意可调的，从而本专利技术的计算机断层造影设备能与不同的待观察测量对象和不同的测量方法匹配。如果探测器单元的探测器具有多个脉冲逻辑电路，则可以特别简单地进一步处理由探测器单元的探测器获得的信息。脉冲逻辑电路对比较器的输出信号进行时间上的标准化。其中，脉冲逻辑电路分别连接在各比较器后面以及各计数器前面。根据特别优选的实施方式，本专利技术的计算机断层造影设备还具有放射源，用于发射具有预定强度和预定频谱的X射线；传输装置，用于向分析装置传送由探测器单元的探测器获得的信息，以及分析装置。在此，分析装置用于借助由探测器单元的探测器获得的信息，在考虑由放射源发射的X射线的强度和频谱的条件下，计算对被X射线穿透的测量对象的测量结果。利用这样的结构，通过将放射源发射的X射线的强度和频谱与本专利技术计算机断层造影设备的探测器单元的探测器获得X射线的强度和所接收的X射线的频谱进行比较，可以特别简单和可靠地计算对所观察本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机断层造影设备，具有用于探测Ｘ射线（４０）的、由多个探测器（１）组成的探测器单元（２），其中，所述探测器单元（２）的各探测器（１）被设计成，用于接收入射的Ｘ射线（４０）的Ｘ射线量子，并采集所接收的Ｘ射线（４０）的各Ｘ射线量子的强度和量子能量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯冯德哈尔，比约恩海斯曼，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]