[发明专利]探测X射线辐射的方法和直接转换探测器的探测器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用直接转换探测器在医学或材料检查的CT系统的领域中光子计数地探测X射线辐射的方法，其中，依据现有辐射能量产生与其尽可能成比例的电流脉冲和/或电压脉冲，并且在超过预定的电流门限或电压门限的情况下在探测器中对所产生的电流脉冲和/或电压脉冲进行计数。此外，本发明还涉及一种利用直接转换探测器元件按照前面提到的方法光子计数地探测X射线辐射的探测器系统。

背景技术

与开头提到的类型类似的方法和探测器是普遍公知的。在此，通过在探测器材料中对通过电离辐射形成的自由电荷作为电流脉冲或电压脉冲进行测量，对所探测的辐射的剂量率以及能量分布进行测量。在此，这样形成的电荷脉冲的高度大约与分别侵入到探测器材料的X射线量子或光子的能量成比例。在测量这样的事件时通常要注意的是，通过接通在对脉冲进行计数之前必须超过的门限，尽可能地抑制总是强制性地在测量电子器件中出现的噪声。因为在医学或材料检查的CT系统的领域中进行测量的范围内有规律地使用从30keV至大多小于300keV的能量范围中的X射线辐射谱，该门限这样设置，使得其基本上不小于30keV的等效。由此确保了与噪声相距足够的间隔。

已经表明，这样的方法和探测器具有关于其辐射灵敏度相对强烈的漂移，并且由此导致错误的测量结果。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，找到一种利用直接转换探测器在医学或材料检查的CT系统的领域中光子计数地探测X射线辐射的方法以及一种为此使用的探测器系统，其不太易于漂移。

为了探测伽马辐射和X射线辐射，特别是在CT(计算机断层造影)和双能CT中，基于诸如CdTe、CdZnTe、CdZnTeSe、CdTeSe、CdMnTe、InP、TlBr2、HgI2的半导体材料来使用直接转换探测器。在这些探测器中不是计数集成的信号而是计数单个的X射线量子。也就是有助于成像的测量值是计数率。该计数率通过只有X射线量子触发的电流脉冲超过一定的门限才探测事件的电子器件来采集。该门限的高度可以校准到所探测的X射线能量并且由此典型地以keV给出。

对于所提到的材料普遍的是，出现极化，特别是在对于CT设备所需的辐射流密度的情况下。这通过增加占据低于流的晶格缺陷引起并且由此提高了复合。导致了减小每个X射线量子的收集的电荷量，并且由此导致更小的电流脉冲幅度。

因此，在极化的状态下此时一些脉冲低于门限，并且不再触发计数事件。也就是由于极化导致减少测量信号。该现象被称为“探测器漂移”或简称为“漂移”。

探测器的这种漂移结合成像的方法和在此根据探测器数据实施的图像数据的重建导致各种图像伪影，并且几乎不能根据这样重建的图像数据对吸收值进行定量地测量。因此建议，使用尽可能低噪声的电子器件，该电子器件允许在特别低的门限的情况下进行测量。由此，测量门限可以设置为非常低，而另一方面也可以与噪声电平相距足够的间隔。为何该解决方案去除了漂移问题的原因在于，材料固有的漂移在低门限的情况下比在高门限的情况下表现出来的明显更低。在门限能量为20keV，更好为10keV，更好为5keV的情况下实现了足够低的漂移值。

设置的门限的下限代表了放大器的噪声水平。该噪声水平近似地遵循高斯分布，该高斯分布的宽度通过电子噪声来确定并且其绝对高度通过模拟的处理链(Verarbeitungskette)的带宽或最大速率来确定。因此，门限至少设置为这样高，使得噪声产生的计数事件(＝，暗计数率)不负面地影响成像。如果暗计数率比最小待探测的流明显更小，则是这种情况。在计算机断层造影中最大流位于大约1x10⁹量子/(mm²*s)处。动态范围是六个数量级。因此，可以接受最大大约为1x10³量子/(mm²*s)的暗计数率。

也就是，放大器的噪声水平应当这样提供，使得不超出在为漂移最小化设置的门限能量时的暗计数率。该要求部分地与如下的期望相反：可以利用信号处理电子器件处理时间上非常密的脉冲序列。因此对于给出的应用情况，除了谨慎的噪声优化还应当在可实现的速度与最小门限设置之间做出单独地权衡。

为了将信号处理链的噪声最小化，原则上可以使用所有常用的方法。例如特别有利的关键方法(Schlüsselmethode)是：

-减小由于探测器电极及其连接所引起的前置放大器的输入电容；

-将前置放大器的反馈电容调整到探测器输入电容；

-谨慎地优化作为主噪声源的前置放大器；