专利名称：检测器�？榈闹谱鞣椒�
技术领域：
本发明涉及一种用于CT和/或PET和/或SPECT检查的具有多个测量通道的检测器模块，其中的每个测量通道包括直接转换器，用于直接将入射的测量辐射转换成模拟电信号；与该直接转换器连接的脉冲发生器，用于根据接收到的电信号产生计数脉冲；和计数装置，其在一个可以预定的时间段上对接收的计数脉冲进行计数并输出结果。
背景技术：
在处理医学中各种各样的问题时，借助于计算机断层造影进行检查。在此，计算机断层造影设备包括一个X光源以及一个处在该X光源对面位置上的、具有多个通过单个检测器元件构成的测量通道的检测器模块。为了位置分辩地采集X光辐射，这些检测器元件通常被相邻设置为一行或者多行。从对穿透处于X光源和检测器�？橹涞募觳槎韵蟮腦光辐射的衰减进行的位置分辩的测量，可以了解检查对象内部的物质分布。
为了测定X光辐射，一方面公知具有间接转换器的检测器，该间接转换器由一种闪烁体材料和后接的光电检测器构成。通过该闪烁体将到达的X光辐射转换成光辐射，该光辐射然后由光电检测器采集。在此，每X光量子所产生的光子的数目总体上大致与其光电能量成正比。在该技术中，对通过光电检测器获得的电信号在一个预定的时间段上进行积分。然后，通过将由检测器积分的值除以每X光量子随机确定的平均光电能量，得到所接收的X光辐射的强度。
此外，为了测定X光辐射还公知特定的半导体材料，在这些半导体材料中入射的X光辐射直接产生载流子。在此，在这些直接转换器中每X光量子所产生的载流子总体上大致与其量子能量成正比。
除了对由转换器得到的模拟电信号进行积分之外，对于计算机断层造影还公知一种计数的方法。如，DE 10212638A1给出了一种用于计算机断层造影的检测器�？椋媚？榫哂卸喔鲈谥苯幼黄骰∩喜杉疿光辐射的检测器或测量通道。每个检测器与一个用于根据所接收的电信号产生计数脉冲的脉冲发生器连接。该脉冲发生器将脉冲送至计数装置，该计数装置在一个可以预定的时间段上数出所接收的计数脉冲并输出结果。在该结构中，检测器的电子电路具有比常规的检测器的电子电路明显更少的模拟部件。由此，可以更小、更廉价和更加抗干扰地提供该电子电路。在本文中表示的检测器�？榛拱ㄒ桓鲇啥喔霾⒘谋冉掀鞴钩傻你兄德呒魑龀宸⑸鞯牟考渲校扛霰冉掀鞣峙浼剖爸弥械囊桓黾剖鳎员隳芄幌嗷ザ懒⒌厥霾煌芰康腦光量子。通过这种方式使得既可以就单个X光量子的强度、又可以就其量子能量来采集入射的X光辐射。
在最近几年中，除了计算机断层造影(CT)之外，正电子放射断层造影(PET)在医疗诊断中也越来越流行。计算机断层造影涉及的是解剖图像生成技术，而PET则可以例如对体内的代谢活动进行可视化和量化。正电子放射断层造影尤其利用了正电子放射体和正电子湮灭的特殊性质，以量化地确定器官或细胞区域的功能。其中，患者在检查之前服用相应的正电子放射体。在正电子放射体分解时质子转变为正电子、中子和微中子。不过，该正电子不能被直接测定，因为其作用范围限制在几mm。在患者的组织中该正电子通过散射过程停止在相邻原子的壳层上，并被壳层电子俘获。通过湮灭形成两个相互按相反方向飞行的伽马量子。这两个伽马量子的能量由于能量和脉冲守恒定律的原因分别为511keV。如果这两个伽马量子在一定时间之内由设在对面的检测器元件测量，则可以确定湮灭的地点是在这两个检测器元件之间的连线的一个位置上。这点在PET中被用于图像生成。
由于利用CT和PET得到的不同信息，在很多情况下希望一种利用这两种技术的组合测量。例如，在T.Beyer等的PET/CT-Tomographie mit neuemPET-Detektormaterial fuer ultraschnelle Bildgebung in der klinischen Onkologie，electromedia 70(2002)，167-172页公开了一种组合的PET/CT断层造影设备，利用该设备可以在一次检查中在短时间内采集互补的PET和CT图像。在此，用于计算机断层造影和用于正电子放射断层造影的检测器�？榘沧霸谕桓錾璞钢校沟每梢院廖尬侍獾睾途返丶锹祭昧街旨际醪杉耐枷瘛S 2003/0004405A1也公开了一种组合的PET和X光CT断层造影设备，可以用来直接连续地对检查对象拍摄CT和PET照片。这里，两个检测器�？�(即，用于CT的检测器�？楹陀糜赑ET的检测器�？�)安装在台架(Gantry)内部的一个共用支架上。
上述两篇文献表明，迄今为止CT检测器和PET检测器利用不同的技术实现。用于CT的检测器模块一般基于一体化的检测器，例如利用GdOS或CdWO闪烁体。反之，PET系统利用在BGO和LSO基础上的计数的闪烁体检测器工作。
一下子就可以看出两种系统之间的测量要求极其不同。计算机断层造影必须处理非常大的量子流，其中的时间分辨率处于200μs至600μs的区域中。而PET则利用一致性测量。为此需要较高的时间分辨率，例如，在使用BGO时大约300ns，在使用LSO时大约30-50ns，而量子流比在计算机断层造影中小几个数量级。正电子放射断层造影使用患者体内在功能关键组(例如在肿瘤细胞)上分解的辐射原子核，来取代X光管作为辐射源。如已经解释过的那样，在原子核分解时发射出相反方向上的两个伽马量子。为了测定，在PET中的检测器模块一般覆盖台架弓长的大部分。该检测器�？榛治嘞虺ざ任父鰉m的检测器元件。在本发明申请中称为测量通道的每个检测器元件在检测一个伽马量子时产生一个事件记录，该事件记录给出时间以及测定位置(即相应的检测器元件)。这些信息被传递至一个快速逻辑并被比较。如果在一个最大时间段上两个事件一起出现，则得出这两个对应检测器元件之间的连线上有一个伽马分解过程。然后，如在CT中一样利用断层造影算法进行PET图像的重构，即，所谓的反向投影。
在US 6449331B1中描述了一种组合的PET和CT检测器�？椋媚？楸话沧霸谝桓鲎楹系腜ET和CT设备的台架内部的一个支架上。该检测器�？榈母骷觳馄髟直鸢ㄒ桓龃泻蠼庸獾缂觳馄鞯纳了柑寰�。和正电子放射断层造影中公知的一样，作为闪烁体材料使用LSO。该光电检测器一方面与一个记录所有接收事件的事件采集装置连接，另一方面与一个对接收的信号进行积分的积分单元连接。检测器模块按三种运行模式工作。在第一运行模式中，其作为PET检测器通过事件采集装置给出关于一次接收事件的时间和地点。在第二运行模式中，该检测器�？樽魑曜嫉腃T检测器工作，其中由光电检测器获得的信号通过积分单元被积分。在第三运行模式中按CT运行数出各个事件，以便从中获得CT图像。该第三运行模式由于间接转换器(闪烁体晶体和光电检测器)的延迟时间只能在X光辐射的量子流非常小的条件下使用，因此，在CT中通常的量子流的条件下一般必须在积分单元上转换到第二运行模式。但是，这种检测器�？榈氖迪只故呛馨汗蟮模蛭耸录杉爸弥饣挂笥糜贑T测量的积分单元。
发明内容
从该现有技术出发，本发明要解决的技术问题是，提供一种构造简单并同时适用于CT和PET测量的检测器模块。
本发明的用于CT和/或PET和/或SPECT检查的检测器模，按公知的方式具有以检测器元件形式的多个测量通道，其中的每个测量通道包括直接转换器，用于直接将入射的测量辐射变换成模拟电信号；与该直接转换器连接的脉冲发生器，用于根据接收到的电信号产生计数脉冲；和计数装置，其在一个可以预定的时间段上数出所接收的计数脉冲并输出结果。此外，在计数装置和脉冲发生器之间设置一个可从外部控制的切换单元，通过该切换单元可以在计数装置和另一个设置的事件采集装置之间进行切换，该另一个事件采集装置对于每个所接收的计数脉冲记录并输出时间和对应的测量通道或者与该测量通道对应的位置信息。
在此，直接转换器优选地作为半导体转换器构成。通过可以由操作者控制或者配置的切换单元，本发明的检测器�？榭梢栽谝桓龆约剖龀褰邢嗉右员愕玫紺T测量数据的运行模式和一个记录并输出各事件的位置和时间以便得到PET数据的运行模式之间进行切换。由此，检测器�？槟芄患瓤梢杂τ糜贑T测量又可以应用于PET测量。由此，该检测器�？橛绕淇梢杂τ迷谧楹系腃T/PET设备中。不过，该检测器�？樽匀灰彩屎嫌赟PECT(单光子发射计算断层造影)。由此，本发明的检测器�？橛氡疚目疾糠痔岬降南钟屑际跸啾忍峁┝苏庋挠诺悖矗杂谧楹系腃T/PET测量只需仅仅使用一个检测器�？�。与US 6449331B1的检测器�？橄啾龋渚哂薪峁垢虻サ挠诺悖蛭梢陨崞桓鲇糜贑T测量的附加积分单元。
本发明的检测器�？榛诶迷谟糜贑T检测的直接转换器(特别是计数半导体检测器)基础上的计数检测器。这种检测器�？橥ü痉⒚骶哂幸桓龈郊拥哪Ｊ剑渲校谟隒T图像的一个像素对应的一个测量通道的电子电路中的计数事件不用于一个计数器的增加，而是用于产生具有时间和位置内容的事件信息。可以将该模式通过一个配置值通知检测器�？椋弥道缈梢酝ü谄渲惺褂酶眉觳馄髂？榈纳璞傅耐夹斡没Ы缑媸淙�。
在本发明的检测器�？橹校龀宸⑸饔叛〉匕ㄒ桓鲢兄德呒灰邮盏牡缧藕懦瓒ǖ你兄担蛟诟寐呒幕∩喜桓黾剖龀�。在一个优选的扩展中该阈值逻辑包括多个并联的比较器，其中每个比较器具有一个不同的阈值，并且为每个比较器分配计数装置中的一个单独的计数器。通过这种方式，仅当所接收的测量辐射的辐射量子的量子能量超过某个比较器的阈值时，所分配的各计数器才增加一个单位。通过这种结构可以在CT测量的运行模式中除了各X光量子的量子能量的强度之外，还可以得到关于该量子能量的分布信息。由此，该结构对应于对在DE10212638A1中公开的检测器�？榈睦┱梗蒙昵氲墓谌菝飨缘乇灰氲奖咀ɡ昵胫�。
因为按照费用-利用效率的观点直接转换器用于CT和PET的理想厚度由于30-40keV以及511keV的不同量子能量而极其不同，因此在设定本发明的检测器�？榈牟问北匦虢姓壑�。在此，优选地使用适用于CT测量的直接转换器的尺寸，其例如在采用CdZnTe的条件下仅仅必须具有几个mm的厚度，以便例如实现对于X光辐射大于95％的吸收率。在此，考虑到了在PET中的量子效率要求远非在CT中那样高，使得通过采用这种较薄的直接转换器对于PET也能获得足够的测量结果。自然，也可以采用相应较厚的直接转换器，以便对于PET得到更高的量子效率。
下面对照附图所示的一种实施方式对本发明的检测器�？樽鹘徊降乃得�。其中，图1表示按照本发明的由多个检测器元件构成的检测器�？榈母┦油迹�2示意地表示按照一种实施方式的本发明检测器�？榈闹饕⑶彝�3示意地表示按照本发明检测器�？榈挠叛∈凳┓绞降穆龀宸⑸饕约凹剖爸玫母髟�。
具体实施例方式
图1示出了按照本发明的由多个检测器元件9构成的检测器模块10的一个例子。在该例中按俯视图可以看出构成检测器模块10的测量通道的各检测器元件9。为了清楚起见，在该例中检测器元件9的数目是有限的，而通常是图中示出的数目的许多倍。检测器元件9按公知的方式以光栅形状相邻设置。每个检测器元件9在朝向测量辐射一侧具有一个对测量辐射的接收表面11，该接收表面在该例中由直接转换器的材料(即一种半导体材料)构成。在此，作为半导体材料尤其是CdZnTe(镉锌亚碲酸盐)、CdTe(镉亚碲酸盐)或者HgJ2(碘化汞)。这些材料可以根据所接收的X光量子直接(即不通过光辐射的中介)产生电信号。在此，信号的高度与所接收的辐射量子的量子能量大致成正比。
图2示意地示出了按照本发明一种实施方式的检测器�？榈闹饕渲校诖苏攵缘氖羌觳馄髂？榈囊桓龅ジ龅牟饬客ǖ�。
如从图中右面部分可以看出的那样，检测器�？榈拿扛黾觳馄髟晒乖煳苯幼黄�1并将入射的辐射量子转换为电流脉冲的X光转换器构成，该电流脉冲作为电信号输出。同样如在图中右面部分可以看出的那样，该电信号由脉冲发生器2接收，该脉冲发生器在该例中包括一个阈值逻辑，并根据所接收的电信号(即在接收起源于一个辐射量子的信号时)产生计数脉冲。通常在直接转换器1和脉冲发生器2之间额外设置一个信号放大器。计数脉冲通过切换单元3或者到达计数装置4，或者到达事件采集装置5。切换单元3允许通过外部输入而在与检测器模块的两种运行模式对应的两个开关状态之间进行切换。在第一模式下脉冲发生器2的计数脉冲到达计数装置4，而在第二模式下到达事件采集装置5。
在模块的CT运行中，利用设置在计数装置4中的计数器在一个可以预定的时间段(即测量时间间隔)上数出计数脉冲，也就是说，计数器随着每个计数脉冲增加一个单位。在该时间段结束之后通过接口7输出相应得到的值。如果所采用的检测器�？榈慕峁故嵌悦扛霾饬客ǖ琅浔付喔霰冉掀饕约岸喔黾剖鳎缋缦旅嬉环妓馐偷哪茄蚴涑龅慕峁嵌喔黾剖档囊恢肿楹希�5-3-2-8-5-1，其中，每个值来自于计数器的一个并可以分配给被计数量子的一个特定能量范围。
在该检测器模块用于PET测量的运行中，将脉冲发生器2的计数脉冲传送至事件采集装置5，该事件采集装置为每个计数脉冲产生关于其出现的时间和位置的信息。在此，该时间可以是系统时间或者与一个参考时刻的时间间隔。该位置信息可以包括关于从中获得计数脉冲的测量通道的信息，或者包括由该信息导出的关于检测器�？槟诓康�、在此处检测到伽马量子的位置的信息。由此，事件采集装置5例如在接收到每个计数脉冲时输出有关测量通道的号码以及对应的时间信息(如，#13748/183ns)。该数据也可以通过共用接口7输出。
最后，按照本发明检测器�？榈囊桓鲇叛〉慕峁梗�3示出了如在图2中已解释的脉冲发生器2以及计数装置4的主要元件。在该结构中脉冲发生器2包括一个具有三个并联比较器6.1，6.2和6.3的阈值逻辑6。在此，由直接转换器1获得的信号通过放大器8被送至脉冲发生器2。为每个并联的比较器6.1，6.2和6.3给定一个不同的、可以自由设定的阈值。这些比较器被构造为，将放大器8所接收的电信号与各自的阈值进行比较，并且，如果由放大器8接收的信号高于某个阈值，则输出一个正信号。各比较器分别与一个脉冲逻辑7连接，该脉冲逻辑在从某个比较器得到一个正信号时产生一个计数脉冲。
在该例中为每个比较器6.1，6.2和6.3在计数装置4中分配了一个自己的计数器4.1，4.2和4.3。如果对应的检测器元件接收到了这样一种X光量子，即，其量子能量大于比较器6.2的阈值并因此也大于比较器6.1的阈值，但是低于比较器6.3的阈值，则比较器6.1和比较器6.2都输出一个正的输出信号。结果，计数器4.1和4.2都增加值1。而计数器4.3保持不变。由此，简单地通过相邻阈值比较器的各计数器的计数状态的差别，可以计算出所接收的、其量子能量对应于一个相应阈值范围的X光量子的数目。由此，对于在图3中示例性表示的结构可以将X光量子区分为四个量子能量范围。
这样，利用这种结构可以使用仅仅一个检测器模块部件，不仅同时进行CT拍摄，还同时进行PET或者SPECT拍摄。由此，在CT测量中也可以得到关于所采集的X光量子的频谱信息。
权利要求
1.一种用于CT和/或PET和/或SPECT检查的、具有多个测量通道的检测器�？椋渲械拿扛霾饬客ǖ腊ㄖ苯幼黄�(1)，用于直接将入射的测量辐射转换成模拟电信号；与该直接转换器(1)连接的脉冲发生器(2)，用于根据接收到的电信号产生计数脉冲；和计数装置(4)，该计数装置在一个可以预定的时间段上数出所接收的计数脉冲并输出结果，其特征在于，在所述计数装置(4)和脉冲发生器(2)之间设置一个可从外部控制的切换单元(3)，通过该切换单元可以在该计数装置(4)和一个事件采集装置(5)之间进行切换，该事件采集装置(5)对于每个所接收的计数脉冲记录并输出时间和对应的测量通道或者对应该测量通道的位置信息。
2.根据权利要求1所述的检测器�？椋涮卣髟谟冢鲋苯幼黄�(1)是半导体检测器。
3.根据权利要求2所述的检测器�？椋涮卣髟谟冢霭氲继寮觳馄饔蒆gJ2、CdZnTe、CdTe或者TlBr构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测器�？椋涮卣髟谟冢雎龀宸⑸�(2)包括阈值逻辑电路(6)。
5.根据权利要求4所述的检测器�？椋涮卣髟谟冢鲢兄德呒缏�(6)由多个分别具有一个阈值的、并联的比较器(6.1，6.2，6.3)组成，其中，为每个比较器(6.1，6.2，6.3)分配所述计数装置(4)的一个计数器(4.1，4.2，4.3)，以便仅在所接收的测量辐射的一个辐射量子的量子能量超过一个比较器(6.1，6.2，6.3)的阈值时，才将有关计数器(4.1，4.2，4.3)分别增加一个单位。
全文摘要
本发明涉及一种用于CT和/或PET和/或SPECT检查的、具有多个测量通道检测器模块，其中的每个测量通道包括直接转换器，用于直接将入射的测量辐射转换成模拟电信号；与该直接转换器连接的脉冲发生器，用于根据接收到的电信号产生计数脉冲；和计数装置，其在一个可以预定的时间段上数出所接收的计数脉冲并输出结果。在计数装置和脉冲发生器之间设置一个可从外部控制的切换单元，通过该切换单元可以在计数装置和一个事件采集装置之间进行切换，该事件采集装置对于每个所接收的计数脉冲记录并输出时间和对应的测量通道或者对应该测量通道的位置信息。本发明的检测器�？楣乖旒虻ゲ⑶壹瓤梢杂糜贑T测量又可以用于PET或者SPECT测量。
文档编号G01T1/161GK1614443SQ20041009232
公开日2005年5月11日 申请日期2004年11月8日 优先权日2003年11月7日
发明者比约恩·海斯曼 申请人:西门子公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
