[发明专利]计数X射线量子的电路装置以及特定用途集成电路和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于计数X射线CT系统的辐射器-检测器系统中检测器的检测器元件内的X射线辐射的X射线量子的电路装置，其中，X射线辐射包括多个可具有最大能量的X射线量子，并且每个检测器元件所采集的X射线量子生成带有与X射线量子的能量相关的不同高度的电压脉冲的信号历程，所述信号历程可能重叠，本发明还涉及一种特定用途集成电路和一种辐射器-检测器系统。

背景技术

常规的X射线系统一般地已知。其例如用于在医疗中对患者进行X射线检查。在此，根据待检查的身体部分或待检查的组织需要不同的X射线辐射能量，以便穿透不同密度的组织，例如脂肪组织或骨骼。对于X射线辐射的能量，在此决定性的是驱动用于生成辐射的X射线管的加速电压。根据希望的图像说明(Bildaussage)可选择不同的管电压。在低能量时，大量辐射被组织吸收，以此即使细微的组织区别在X射线胶片上也可见。而高能量的辐射明显更容易地穿透组织和物质，使得对比度区别明显减少。

待成像的物体在常规设备中被X射线源透射，并且在不同的X射线胶片或检测器上成像。这导致了体积在平面上的投影。在该投影中，关于被透射体的第三个维度的信息丢失。

X射线系统的改进是X射线计算机断层成像系统。使用所述X射线计算机断层成像系统可从不同的方向生成物体的多个X射线图像，并且然后由该多个图像重建体积信息。通常，该3D重建包括横向于物体延伸的单独截面。按照这种方式，可对于物体的每个体积元素确定密度。

因为在计算机断层成像中在短时间内进行大量的X射线拍摄，所以要求特别的检测器，所述检测器可将X射线图像直接以数字形式提供到数据处理单元。为此，通常可使用电子检测器。为空间分辨X射线图像，这些检测器通常包括布置为像素状的单独的检测器元件。

迄今为止，在计算机断层成像中主要使用集成的检测器，其中入射的X射线辐射通过激励电子并且转化为光子而间接地被探测。

检测X射线辐射的另外的可能性在于使用量子计数检测器。该量子计数检测器在原理上实现了X射线量子的能量特定的采集，使得可实现对比度图示的升高。进一步地，该可能性提供了多谱方法的使用，其中此外实现了对于被透射的组织的密度的判断，即对于物质区别的判断。

在X射线量子射入到这种计数检测器上时生成了电压脉冲，该电压脉冲的脉冲高度表征了X射线量子的能量。为计数入射的X射线量子，该脉冲可然后在所连接的数据处理装置内被计数电路(触发器电路)采集。通过检测器元件的像素状布置，因此原理上实现了每个单独入射的X射线量子的位置和能量分辨。

为此，简单的方法在于给出能量阈值，其中在脉冲超过此能量阈值时输出计数信号。这对应于单脉冲计数(单脉冲触发)。对于常规的成像，该能量阈值例如选择在15keV至35keV之间，即在X射线量子的最大能量以下。对于双能量成像，提供例如在50keV至80keV的范围内的另外的阈值。

当然，可能由于多个在每个时间单元上出现在检测器上的X射线量子(即高的量子流量或高的量子流速，在下文中简称为流速)而形成很高的计数率，其中单独的脉冲随流速增加可能增加地重叠。在此，关键点是到达典型地作为直接转换检测器的例如由CdTe或CdZnTe制成的检测器上的信号的最终脉宽大约为10ns(半值宽度)。与必要的电脉冲形成相关地，由此导致大约30ns量级的脉冲长度，其在理想情况下被单独记录。

在时间上等距地到达的脉冲的情况下，仅此即将最大可测量的X射线量子的流量限制为大约33MHz每像素，这在边长例如大约200μm的实际像素尺寸中对应于大约825MHz/mm²的最大流量。但因为脉冲的时间到达实际上经历泊松统计，所以在平均为33百万X射线量子每像素秒的情况下，脉冲与一个或多个另外的脉冲至少部分地重叠的概率已超过60％。在计算机断层成像设备中目前最大出现的大约2GHz/mm²的流速中，该概率甚至升高到超过90％。

这暗含着，尽管在射线入口使用例如形状滤波器，但是仅接收小量吸收的X射线辐射或甚至不吸收的X射线辐射的检测器元件不再能分辨单脉冲，因为到达的X射线量子的脉冲实际上甚至可能多重重叠。