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专利名称：校准x射线探测器的装置和方法、校准设备和x射线设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于能量地校准光子计数的χ射线探测器的一种装置以及一种方法。此外，本发明涉及具有这种装置的一种校准设备以及一种X射线设备。
背景技术：
用于X射线辐射的光子计数的探测器通常是具有像素的、由直接转换的半导体材料组成的X射线探测器，通过规定与像素相对应的能量阈值，该X射线探测器能够能量分辨地计数或探测各个击中X射线探测器的像素的X射线光子。在X射线光子击中像素的情况下或者在侵入X射线探测器的半导体材料的情况下，出现光子与半导体材料相互作用，其中产生自由电子，通过电场分离出的这些自由电子在像素的电极上产生对应于光子能量的电荷脉冲。通过例如包括前置放大器的信号处理电子器件将该电荷脉冲转换为测量电压， 将该测量电压与代表不同能级的阈电压相比较。通过这种方式可以将特定的能量对应于探测的光子并且能够相应地计数光子。为了能够以提到的方式能量分辨地计数击中这种X射线探测器的X射线光子，必须事先能量地校准探测器。需要对每个具有像素和信号处理电子器件的探测器的测量信道进行校准。在此，对每个测量信道确定特征变量(KenngroBe ),该特征变量描述了探测器材料和信号处理电子器件的特殊特性。对于达到探测器的均勻响应特性以及由此例如在计算机断层造影中应用探测器时对于获得尽可能无伪影和无偏移的CT图像关键的是，尽可能精确地设置阈电压。在校准时，通常将相应于X射线光子能量的、已知大小的电荷脉冲注入像素中并且分析具有相应像素的测量信道的响应特性。根据该分析对每个测量信道得出所注入的、 特定电荷大小的脉冲和测量电压的值之间的关系，从而能够对不同电荷脉冲大小的各个测量信道或对X射线光子能量分别规定阈电压。校准可以电子地进行或在使用X射线的情况下进行。在电子校准时，例如利用时钟电源或通过电容的快速再充电来产生电荷脉冲。为此，用于产生电荷脉冲的源本身必须首先被校准。此外，在电子校准时，对探测器材料的特殊特性的考虑在电荷收集时是有问题的。对于在使用X射线的情况下进行校准存在不同的方案。根据第一方案基于测量或确定不同X射线谱的光子的特定的终点能量对探测器进行校准。然而利用X射线探测器分别探测用于校准的不同X射线谱的终点，在实践中证实这是难的或成本高的。另一种可能性是使用放射源，该放射源发出具有明确定义的能量的X射线光子。 然而关于处理、射线屏蔽、可用能量和产生的X射线光子流，使用放射源是有问题的，后者因为源随着逐渐老化变得微弱。为了校准理论上也能使用同步加速器，但由于高技术的开销和极其有限的可用性这在实践中被排除。

发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于，提供本文开头提到类型的用于能量地校准光子计数的X射线探测器的装置和方法以及校准设备和X射线设备，其中，将X射线荧光辐射(Rontgenfluoreszenzstrahlung )用于校准。根据本发明，上述技术问题通过一种借助X射线荧光辐射用于能量地校准光子计数的X射线探测器的装置来解决，该装置包括多种有针对性地选择的化学元素，其中的每个元素在利用电子或高能射线(优选多色X射线)进行照射时发射具有至少一个特定或特有能量的X射线荧光辐射的光子，可以将该具有至少一个特定或特有能量的X射线荧光辐射的光子用于能量地校准光子计数的X射线探测器。X射线荧光被理解为化学元素的X射线所特有的次级或荧光的光子的发射，为了发射这些化学元素通过利用电子或高能射线(例如多色X射线)进行照射而被激励。由于电子或高能射线的能量，最内壳层Gchale)、即K壳层的电子从化学元素的原子脱离。形成的空穴直接通过来自于更高壳层的电子来填充，其中以X射线荧光辐射的形式释放出能量差。因为K壳层的能级或化学元素的K边缘(K-Kante)的能量位置是不同的，所以产生的 X射线荧光辐射对于每个化学元素来说都是特有的。因此，为了简化光子计数的X射线探测器的校准，发明人建议有针对性地选择多种化学元素并且将它们在装置中作为用于校准光子计数的X射线探测器的单元或构件而准备好。如果优选地利用多色X射线来照射该装置，则该装置的化学元素仅发射特定能量的X射线荧光辐射的光子，该能量取决于所选择的化学元素的K边缘的不同能量位置并且可以用于校准。该装置提供的优点是其操作简单，也就是说，为了校准所使用的化学元素不必单独并依次地被激励以便发射X射线荧光辐射，而是这可以通过已知的元素的选择与其已知的特定能量的X射线荧光辐射的光子的发射同时进行。根据本发明的方案，这样选择装置的不同元素，使得从不同元素中发射的X射线荧光辐射的光子的不同的特定或特有的能量能被明显相互区别。特别地，这样做出选择，即使得χ射线探测器的能量分辨率能够分开计数不同能量的光子。原则上几乎元素周期表中在铬和铅之间的所有化学元素都可以用于校准，但是如已经提到的那样，应当有针对性地根据其K边缘的位置并且因此为了能量地区别来选择它们。例如，如下的化学元素的选择对于该装置来说已经证实是合适的，其给出其根据元素周期表的缩写以及其K边缘的完整能量-钼(Mo，K 20keV)-锡(Sn，K ^keV)-碘(I，K 33keV)-轧(Gd,K 50keV)禾口-钨(Wo，K 70keV)例如，可以从如下网络链接中找出包含其K边缘位置的化学元素列表http:// physics.nist.gov/cgi-bin/XrayTrans/search.pl ？ download = tab&trans = KedRe&lower = 5000&upper = lOOOOO&units = eV。根据本发明的实施方式，该装置的有针对性地选择的化学元素以粉末状和/或作为颗粒出现。粉末状或颗粒例如可以通过磨碎来产生。
根据本发明的另一种实施方式，该装置的有针对性地选择的化学元素(特别是当其以粉末状和/或作为颗粒出现时)被相互混合。优选地，通过按照本发明的方案进行压制(例如热压制)，由有针对性地选择的化学元素组成的混合物机械稳定。替换地，该混合物也可以根据机械稳定性布置在载体材料(Tragermaterial)之中或之上，其中，有针对性地选择的化学元素中的一种本身也可以用做载体材料。根据本发明的实施方式，有针对性地选择的化学元素优选形成牢固的合金。相应地，该装置是有针对性地选择的化学元素的合金。按照本发明的替换的实施方式，有针对性地选择的化学元素被上下重叠地按层布置。相应地，该装置可以具有多层排列的薄层，其中每个层都由有针对性地选择的化学元素构成。这种层例如可以通过阳极氧化、湿法沉积、溅镀和/或通过喷涂产生。要考虑的是， 层厚度被这样产生，使得各个层的有针对性地选择的化学元素通过电子或高能射线被激励以便发射并且使得产生的X射线荧光辐射的光子能向外，也就是从该装置透出来。但是，也能将有针对性地选择的化学元素例如以矩阵形、梳子形和/或曲折形并排布置在载体材料上。优选地，该装置被构造为平板形或长方体形状。本发明上述要解决的技术问题，也通过用于能量地校准光子计数的X射线探测器的校准设备来解决，该校准设备具有电子或高能射线源(例如X射线管)和上面描述的装置。此外，本发明上述要解决的技术问题，通过X射线设备来解决，其具有多色X射线源、光子计数的X射线探测器以及上面描述的装置。该X射线设备可以是X射线设备或特别是计算机断层造影设备，该设备具有作为多色X射线源的至少一个X射线管。布置在X 射线设备中的用于能量地校准光子计数的X射线探测器的装置总是能够在需要时，例如在维护间隔期间，校准光子计数的X射线探测器，而无需取下X射线设备的探测器。该装置优选地被这样布置在χ射线设备中，使得其能够可选地布置在X射线管的辐射路径中，从而可以产生期望的用于校准的X射线荧光辐射。此外，本发明上述要解决的技术问题，通过在应用上面描述的装置的情况下用于能量地校准光子计数的X射线探测器的方法来解决，其中，该装置被置入电子或高能射线源的辐射路径中，并且其中，从该装置发出的X射线荧光辐射以具有特定或特有能量的X射线荧光辐射的所发射的光子的形式用于能量地校准光子计数的X射线探测器。


本发明的实施例在所附的示意图中示出。附图中图1示出了校准设备，图2至图5示出了用于能量地校准光子计数的探测器的不同装置，图6示出了计算机断层造影设备。
具体实施例方式图1中示出了校准设备1，其被用于能量地校准具有像素的按照本发明的光子计数的X射线探测器2，在本发明的该实施例的情况下该校准设备具有作为高能射线源的X射线管3，该X射线管3能发射多色X射线4。此外，校准设备1包括装置5，用于借助X射线荧光辐射6用于能量地校准光子计数的X射线探测器2。在本发明的该实施例的情况下，装置5被构造为平板形并且具有多种有针对性地选择的化学元素，其中各个元素在利用X射线管3的多色X射线4进行照射时发射具有至少一个特定或特有能量的X射线荧光辐射6的光子，这些光子可用于对光子计数的X射线探测器2进行能量地校准。在本发明的实施例的情况下，装置5具有化学元素钼(Mo，K 20keV)Ji (Sn，K 29keV)、碘(I，K 33keV)、钆(Gd, K 50keV)和钨(Wo, K 70keV)。这些元素可以以不同的形式将装置5结合为平板形的构件5。如果所提到的有针对性地选择的化学元素Mo、Sn、I、Gd和Wo以粉末状和/或作为颗粒出现，则将它们相互均勻混合并且然后为了机械稳定优选地被共同压制(例如热压制)和/或布置在载体材料(例如塑料、环氧树脂或铝)之中或之上，以便形成装置5。载体材料优选地是在利用多色X射线进行照射时在待校准的能量范围中本身不发射X射线荧光辐射的材料。如已经提到的那样，载体材料例如可以是塑料或塑料平板，在其上或其中为了机械的或附加的机械的稳定布置被共同压制的所选择的化学元素。但是，载体材料例如也可以是由塑料组成的外罩(Behausimg)或壳体的形式，在其中布置所选择的化学元素， 其中所选择的化学元素在这种情况下不必被共同压制。原则上还可以将有针对性地选择的化学元素中的一种本身用做载体材料。替换地，也可以通过将有针对性地选择的化学元素Mo、Sn、I、Gd和Wo形成优选为牢固的均勻的合金，来获得机械稳定的装置5。获得机械稳定的装置5的另一种替换方案在于，将有针对性地选择的化学元素 Mo、Sn、I、Gd和Wo以大约5至500 μ m厚度或强度的薄层上下重叠地布置，如其在图2中以装置5的侧视图示意性示出的那样。在本发明的该实施例的情况下，这些层被布置在例如仍可以由塑料、环氧树脂或铝构造的载体平板7上。这些层可以依据每个所选择的化学元素通过阳极氧化、湿法沉积、溅镀和/或通过喷涂来产生或形成。有针对性地选择的化学元素的各个层以这样的厚度或强度来产生，使得各个层的有针对性地选择的化学元素通过多色X射线4来激励以用于发射X射线荧光辐射6并且使得产生的X射线荧光辐射6的光子能向外、也就是从装置5透出来。在此，薄层的化学元素尤其应当利用多色X射线4同时进行照射，并且将X射线荧光辐射6沿着光子计数的探测器2的方向发射。图3至图5以俯视图示出了对于构造装置5的其它替换方案。将有针对性地选择的化学元素Mo、Sn、I、Gd和Wo分别以按照图3的矩阵形、按照图4的梳子形以及按照图5 的曲折形布置在附图中未示出的载体材料上。在此，将化学元素紧密二维地相对彼此布置， 其中矩阵的方形(Quadrat)具有大约1至IOmm2的面积或者其中梳子线9或曲折线10具有大约0. 1至IOmm的宽度。与按照何种形式构造具有有针对性地选择的化学元素Mo、Sn、I、Gd和Wo的装置 5无关，不论通过混合或通过相对彼此空间上的布置，总是将化学元素尽可能均勻地布置在装置5上，由此在通过多色X射线4进行激励时尽可能通过整个装置5从装置5向待校准的X射线探测器2的方向上发射具有特定的特有的能量(也就是能量为 20keV(Mo)、 29keV (Sn)、 3!3keV (I)、 50keV (Gd)和 70keV (Wo))的X射线荧光辐射6的光子。按照这种方式，完全通过X射线荧光辐射6的光子来照射待校准的光子计数的X射线探测器2，也就是说，为了校准，分别提供能量为 20keV(Mo)、 ^keV(Sn)、 33keV(I)、 50keV(Gd) 和 70keV (Wo)的X射线荧光辐射6的光子击中X射线探测器2的每个像素或每个包括像素和在后放置的信号处理的电子器件的测量信道。此外，为了形成装置5，这样有针对性地选择化学元素Mo、Sn、I、Gd和Wo，使得由化学元素Mo、Sn、I、Gd和Wo发射的、用于校准的X射线荧光辐射6的光子的不同的特定或特有的能量 20keV(Mo)、 ^keV(Sn)、 33keV(I)、 50keV(Gd)和 70keV(Wo)能够被明显相互区别。但是，装置5不必一定具有全部五个所描述的化学元素。例如可以取消元素碘(I)或锡(Sn)中的一个，因为其K边缘的能量彼此相当接近。为了校准X射线探测器2，将其布置在校准设备1中。装置5被这样布置在由X射线源3发出的多色X射线4的辐射路径中，使得多色X射线优选地照射整个装置5，也就是说，优选地将整个装置5施加多色X射线。通过多色X射线4进行激励，化学元素Mo、Sn、
1,Gd和Wo发射特有的能量分别为 20keV(Mo)、 ^keV(Sn)、 33keV(I)、 50keV(Gd) 和 70keV(Wo)的X射线荧光辐射6的光子，其用于能量地校准光子计数的X射线探测器
2。在本发明的实施例的情况下，为X射线探测器2配备了屏蔽11，以便特别是屏蔽由于康普顿散射而散射的光子。通过离散地呈现能量，可以校准X射线探测器2的各个测量信道，其中，将在测量信道中测量出的不同电压与已知的能量联系起来，从而对于各个测量信道能够规定阈电压并且能够利用通过这种方式校准的X射线探测器2来能量分辨地测量。校准可以按照有利的方式在一个过程中实现，因为发射各个X射线荧光辐射的元素基本上被同时激励而不是依次地被激励以便发射。相应地，不需要对单个的X射线荧光辐射器、也就是仅包含一种化学元素(该化学元素发射具有特有能量的X射线荧光辐射的光子)的结构进行更换。由此节约了时间。此外，校准可以是自动化的。图6以计算机断层造影设备21的形式示出了一种X射线设备，该X射线设备具有用于能量地校准光子计数的X射线探测器的装置5。此外，计算机断层造影设备21包括用于放置待检查的患者P的患者卧榻22以及具有可围绕系统轴25旋转的管探测器系统的机架M。管探测器系统具有彼此相对布置的 X射线管26和光子计数的X射线探测器27。在运行中从X射线管沈向探测器27的方向上发出多色X射线观，并且利用该探测器进行采集。患者卧榻22具有卧榻基座四，在其上布置用于实际放置患者P的患者支撑板30。 患者支撑板30相对于卧榻基座四可以这样调节，使得患者支撑板30能与患者P —起驶入机架M的开口 23，以便对患者P (例如用螺旋扫描)拍摄二维X射线投影。利用X射线计算机断层造影设备21的示意性示出的图像计算机31对二维X射线投影进行计算的处理和 /或基于二维X射线投影重建患者P的身体区域的体积数据组。将装置5这样地配备给可旋转支撑的管探测器系统，使得装置5可以选择性地布置在从X射线管沈发出多色X射线观的辐射路径中。通过布置在计算机断层造影设备21 中的装置5，光子计数的X射线探测器27例如可以在计算机断层造影设备21上例行要进行的维护中借助X射线荧光辐射重新进行能量地校准，而不必将探测器27拆卸下来并且例如在校准设备1中进行校准。为此，计算机断层造影设备21的控制和计算单元32可以具有实现校准方法的软件33，使得可以在维护期间自动化地或半自动化地对探测器27进行能量地校准。与图1所示的本发明的实施例不同，也可以提供另一高能射线源或电子源，来代替X射线管3。只要利用电子或利用高能射线进行辐射或照射以及发射X射线荧光辐射是具有优势的，就可以将装置5构造为长方体形状、立方体形状、圆形或其它形状。装置5也可以具有与上述描述不同的化学元素。
权利要求
1.一种用于借助X射线荧光辐射(6)能量地校准光子计数的X射线探测器0，27)的装置(5)，所述装置( 包括多种有针对性地选择的化学元素，其中的每个元素在利用电子或利用高能射线G，28)进行照射时发射具有至少一个特定或特有能量的X射线荧光辐射 (6)的光子，所述具有至少一个特定或特有能量的X射线荧光辐射(6)的光子能够被用于能量地校准所述光子计数的X射线探测器(2，27)。
2.根据权利要求1所述的装置(5)，其中，不同的元素被这样选择，使得从所述不同元素中发射的X射线荧光辐射(6)的光子的不同的特定或特有的能量能够被明显地相互区别。
3.根据权利要求1或2所述的装置(5)，其中，所述元素以粉末状和/或作为颗粒出现。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(5)，其中，所述元素被相互混合。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置(5)，其中，所述元素被被共同压制和/或被布置在载体材料之中或之上，
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置(5)，其中，所述元素形成合金。
7.根据权利要求1至3或5中任一项所述的装置(5)，其中，所述元素被上下重叠地按层布置。
8.根据权利要求1至3或5中任一项所述的装置(5)，其中，所述元素以矩阵形、梳子形和/或曲折形并排布置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置(5)，其中，所述装置被构造为平板形或长方体形状。
10.一种校准设备(1)，用于能量地校准光子计数的X射线探测器O)，所述校准设备具有电子或高能射线的源(3)以及根据权利要求1至9中任一项所述的装置(5)。
11.一种X射线设备(21)，其具有多色X射线08)的源( )、光子计数的X射线探测器(XT)以及根据权利要求1至9中任一项所述的装置(5)，所述装置( 用于能量地校准所述光子计数的X射线探测器(XT)。
12.一种用于在应用根据权利要求1至9中任一项所述的装置(5)的情况下能量地校准光子计数的X射线探测器0，27)的方法，其中，所述装置( 被置入电子或高能射线的源(3，26)的辐射路径中，并且其中，将从所述装置( 发出的X射线荧光辐射(6)以所发射的具有特定或特有能量的X射线荧光辐射(6)的光子的形式，用于能量地校准所述光子计数的X射线探测器0，27)。
全文摘要
本发明涉及用于借助X射线荧光辐射(6)能量地校准光子计数的X射线探测器(2，27)的一种装置(5)以及一种方法。所述装置(5)包括多种有针对性地选择的化学元素，其中的每个元素在利用电子或利用高能射线(4，28)进行照射时发射具有至少一个特定或特有能量的X射线荧光辐射(6)的光子，所述具有至少一个特定或特有能量的X射线荧光辐射(6)的光子被用于能量地校准光子计数的X射线探测器(2，27)。本发明还涉及具有这种装置(5)的一种校准设备(1)以及一种X射线设备(21)。
文档编号G01T1/40GK102478661SQ20111036514
公开日2012年5月30日 申请日期2011年11月17日 优先权日2010年11月19日
发明者B.克里斯勒, E.克拉夫特 申请人:西门子公司