专利名称：模块化应用于组合的传输/发射断层造影设备的检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模块化应用于组合的传输/发送断层造影设备、优选为CT/PET/SPECT设备的检测装置，以测量检测器内的传输X射线辐射和发射γ辐射，优选在40keV到1MeV的范围内，其中该检测装置至少具有三个在辐射方向上叠加设置的、不同厚度的吸收层，用于检测吸收情况。
背景技术：
通常，将CT(计算断层造影)方法理解为一种传输断层造影设备，该设备借助X射线辐射或γ辐射来从多个方向透视检查对象，其中由所测量的对该辐射的剂量吸收计算出检查对象的吸收特性的截面图像。在PET(正电子发射断层造影)方法中，在检查对象体内注入一种能发射正电子的物质，其中正电子和壳层电子一起形成两个具有511keV的相反取向的γ量子，它们可以同时被测量。在SPECT方法(单光子发射计算断层造影)中，在检查对象体内注入单光子发射器，通过相应的检测器可以获知其分解。在PET和SPECT中都可以由测量结果计算出检查对象的截面图像。
与本发明类似的检测装置公开在专利文献US6448559B1中。其中展示了一种适合于检测PET、SPECT和CT信号的检测装置。在此示出的检测装置由多个吸收层组成，其中第一个薄层用于测量低能量的伽马和X射线，第二层用于测量较高能量的伽马辐射，第三层用于测量高能量的511keV事件。不同的吸收层由不同的材料构成，其中第一层由薄的CsI(TI)闪烁体构成，下面的层是LSO/GSO闪烁体。在此展示的用于组合测量CT/PET和SPECT信号的检测装置是昂贵的。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题在于，找到一种改进的检测装置来模块化地用于组合的传输/发射断层造影设备。
本发明的技术问题通过一种模块化地用于组合的传输/发送断层造影设备的检测装置来解决，其用于测量在检测器内的传输X射线辐射和发射γ辐射，其中该检测装置至少具有3个在辐射方向上叠加设置的、不同厚度的吸收层，用于检测吸收事件，其中，所有至少3个吸收层都由一种材料构成，每个吸收层连接到可以向一个共用的分析单元传送所检测的吸收事件的测量值位置x、时间t和能量E的测量芯片，该分析单元可以从所传送的吸收事件的测量值中分辨出CT、SPECT和PET信号，以及所述吸收层被分为多个检测单元。
本发明人已经了解，如果检测装置的所有吸收层都由同一种材料构造，优选除了物理上需要的层厚差异和必要时吸收层的不同分布之外对整个检测装置都采用一种尽可能相同的结构，则本发明的组合式检测装置的制造和操作都明显更为有利。这例如可以通过将检测装置的所有层都由基于直接转换器或闪烁体的CMOS检测器组成来实现。在第一种情况下，检测器针对每个像素都具有一个电流灵敏的输入端和一个数字输出端，而在第二种情况下采用一个光电传感器输入端和一个数字输出端。在此，对所有吸收层都优选采用相同的测量芯片，该芯片根据吸收层的栅格输出测量值所检测到的吸收事件的位置、时间和能量。也就是说，在测量CT辐射时也不测量所出现的剂量功率并在此作为成正比的信号强度传送出去，而是在此测量吸收事件，将其按照测量单位的能量和数量换算成剂量功率。也就是说，每个质量单位的能量对剂量的积分不是在测量时进行，而是在测量之后计算出来。
根据这一基本思想，本发明人建议这样改善一种模块化地用于组合的传输/发送断层造影设备的检测装置，该检测装置用于测量检测器内的传输X射线辐射和发射γ辐射，优选在40keV到1MeV的范围内，其中该检测装置至少具有三个在辐射方向上叠加设置的、不同厚度的吸收层，用于检测吸收事件，其中所有至少三个吸收层都由一种材料构成，每个吸收层连接到可以向一个共用的分析单元传送所检测的吸收事件的测量值位置x、时间t和能量E的测量芯片，该分析单元可以从所传送的吸收事件的测量值中分辨出CT、SPECT和PET信号的分布，并且吸收层分为多个检测单元。这种结构使得能廉价地制造检测装置，因为采用非常相似的部件。
特别有利的是，对于不同的吸收层都采用相同的测量芯片。由此再次极大减少了制造和开发费用。
优选地，作为吸收层的共同和唯一的材料，可以采用半导体材料，优选为CdZnTe或CdTe。
关于测量芯片，特别有利的是，将这些测量芯片构造为硅-CMOS芯片，其中优选CMOS芯片具有不同的模式设置，由此可以毫无问题地将运行模式与待测量的能量区域相匹配。
吸收层的层厚优选可以位于0.5mm到3cm的范围内，其中在上面的吸收层应当具有至少主要检测在CT检查中采用的小于100keV的低能量X射线辐射的层厚。中间的吸收层应当这样构成，其主要检测用于CT检查和/或核医学检查的、位于100keV到300keV范围内的X射线辐射或γ辐射。最后，至少一个下面的吸收层具有超过1cm的层厚，并且主要检测超过500keV的γ辐射，尤其是在正电子发射时出现的一致具有511keV的γ量子。
需要指出，在本申请的表达中，位于上面的吸收层表示朝向辐射并被射线作为第一层穿透的吸收层。由此位于下面的吸收层表示作为最后一层被射线穿透的吸收层，其在辐射方向上看过去没有随后的其它吸收层。中间吸收层是设置在上面吸收层和下面吸收层之间的吸收层。
根据该发明思想，可以特别是为了改善对高能量辐射的检测而叠加地设置至少5个吸收层，其中在下面的区域例如可以设置3个相同的相对厚的吸收层。
根据本发明检测装置的特殊实施变形，可以这样设置至少3个厚度不同的吸收层，使得在辐射方向上的层厚连续增大。
优选地，所有检测单元都这样构成，使得它们只是具有附加吸收事件的能量分辨率的、对事件计数的检测器。
除了将所有吸收层实施为具有同样分布为单个矩阵单元的相同横截面之外，还可以使吸收层具有不同的分布。优选地，较薄的吸收层具有包含较小矩阵单元的较大分布，而较厚的吸收层具有包含较大矩阵单元的较小分布。根据吸收层的不同分布，用较大的分辨率对采用检测装置的第一层或必要时还采用第二层的CT拍摄进行测量，而用较小但足够的分辨率对正电子发射进行测量。
此外在本发明中，还产生具有上述检测装置的检测器模块，在此本发明同样提供由多个这种检测器模块构成的检测装置。
在此，每个检测器模块都具有多个检测单元，它们互联地形成断层造影设备的公知为矩阵形式的检测器行和列。
同样，本发明中还包括组合了PET和/或SPECT设备的CT，其具有这样的检测器。
下面参照附图由对优选实施例的描述得出本发明的其它特征和优点，其中在附图中只显示重要的、理解本发明所需的特征。
下面借助附图详细解释本发明，其中采用下面的附图标记1检测器模块；2分析单元；2.1显示器；2.2键盘；3外壳；4检测器5焦点；6射线束；7患者；8数据导线；9控制导线；Ax第x个吸收层；Cx第x个CMOS测量芯片；Dx从第x个测量芯片到分析单元的数据导线；Sx第x个基座；Lx第x个检测器层；Pn程序。
具体示出图1示出具有本发明的检测装置的检测器模块；图2示出在检测器层之间还具有基座层的本发明的检测器模块；图3示出组合CT/PET/SPECT设备的示意图。
具体实施例方式
图1示出具有本发明检测装置的检测器模块的示意图。该检测装置由3个在辐射方向上逐渐增厚的吸收层A1、A2和A3组成，其中分别在半导体吸收层下面设置一个所属的用于测量所检测到的吸收情况的CMOS芯片。或者，该检测装置还可以由闪烁体材料构成，其中将该测量芯片构造为光电传感器芯片。测量芯片C1至C3及其所属的吸收层A1至A3在其平面上以矩阵形式分为各个检测单元，从而测量芯片C1至C3可以通过数据导线D1至D3分别将吸收事件的位置传送给分析单元2。另外，测量芯片还可以测量时间，从而将对应于一个吸收事件的时间同样也传送到分析单元，此外还通过所测量的吸收事件的信号大小给出所确定的吸收能量。
然后，在分析单元2中对被告知的吸收事件根据其能量和必要时与另一个吸收事件的一致来判断，其是PET是事件还是SPECT事件，此外还根据所传送的能量和所测量的吸收事件的数量计算出所接收的剂量功率，以确定用于计算CT图像的辐射吸收量。
这种检测器模块的结构在层与层之间非常相似，该检测器模块具有相同的测量芯片，从而在此给出成本非常低廉的结构。
图2同样示出具有本发明检测装置的检测器模块，其中与图1所示的检测装置不同的是，在测量芯片C1至C3的位置下方分别设置基座(例如陶瓷)位置S1至S3。此外，吸收层A1至A3在平面内具有不同的矩阵形式的分布。这种装置相对于图1所示装置的优点在于，测量芯片通过位于下面的基座被机械地固定，此外还相对于下一个吸收层电隔离。
根据本发明，图1或图2举例示出的检测器模块按照矩阵形式组合为一个完整的检测器，其中各个检测器模块上的多个检测单元构成整个检测器的行与列。
图3示出具有外壳3的这样的组合式CT/PET/SPECT设备，其中具有一个在此固定的环形检测器。根据单个检测器模块的结构，在此从内到外示出对应于本发明检测装置的吸收层A1至A3的向外逐渐变厚的检测器层L1至L3。在该示意图中没有示出具有测量芯片和可选基座层的中间层。
患者7位于检测器环内，通过产生射线束6的旋转焦点5来扫描该患者，同时也给予该患者实现SPECT或PET测量的基础。系统的控制由分析单元2通过控制导线9实施，而所采集的测量数据通过数据导线8传送给分析单元2。分析单元2具有显示器2.1和键盘2.2，用于操作和显示，其中在分析单元2中运行按公知方式进行断层造影分析和设备控制的计算机程序Pn。
需要指出，本发明不是只限制为图3所示的具有360°旋转检测器的断层造影设备，而是还涉及检测器只填满小于360°的扇形段或者检测器构造为平面的断层造影设备。同样，本发明还涉及具有多个、尤其是2或3个焦点和/或辐射源的断层造影设备，尤其是当该设备用于拍摄运动的对象时，如心脏拍摄。
总之，通过本发明介绍了一种用于CT、PET和SPECT信号的非常紧凑的多模块检测器，其可以通过吸收层的非常相似的结构，用相同的材料、优选用测量芯片的针对所有吸收层都相同的结构以及根据数量、位置、能量和时间来相同采集吸收事件而非常经济地制造。
应当理解，在不偏离本发明范围的情况下，本发明的上述特征不仅可以按照分别给出的组合，还能按照其它组合或单独使用。
权利要求
1.一种模块化地用于组合的传输/发送断层造影设备的检测装置，用于测量在检测器内的传输X射线辐射和发射γ辐射，其中该检测装置至少具有3个在辐射方向上叠加设置的、不同厚度的吸收层(Ax)，用于检测吸收事件，其特征在于，所有至少3个吸收层(Ax)都由一种材料构成，每个吸收层(Ax)连接到可以向一个共用的分析单元传送所检测的吸收事件的测量值位置x、时间t和能量E的测量芯片(Cx)，该分析单元可以从所传送的吸收事件的测量值中分辨出CT、SPECT和PET信号，以及所述吸收层被分为多个检测单元。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所有吸收层(Ax)的测量芯片(Cx)的构造相同。
3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，作为所述吸收层的共同和唯一的材料采用半导体材料，优选为CdZnTe或CdTe。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，将所述测量芯片(Cx)构造为硅-CMOS芯片。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述吸收层(Ax)的层厚位于0.5mm到3cm的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的检测装置，其特征在于，位于上面的吸收层(Al)具有至少主要检测在CT检查中采用的小于150keV、优选小于100keV的低能量X射线辐射的层厚。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的检测装置，其特征在于，位于中间的吸收层(A2)具有至少主要检测在CT检查和/或核医学中采用的、位于100keV到300keV范围内、优选位于150keV到300keV范围内的X射线辐射或γ辐射的层厚。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的检测装置，其特征在于，至少一个位于下面的吸收层(A3)具有超过1cm的层厚，并且至少主要检测超过500keV的γ辐射，优选511keV。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的检测装置，其特征在于，至少叠加地设置5个吸收层(Ax)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的检测装置，其特征在于，至少叠加地设置3个不同厚度的吸收层，其中层厚优选在辐射方向上逐渐增大。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的检测装置，其特征在于，所有检测单元都构造为具有附加吸收事件能量分辨率的、对事件计数的检测单元。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的检测装置，其特征在于，至少有两个吸收层(Ax)具有不同的分布，优选较薄的吸收层比较厚吸收层具有更高的分布。
13.一种用于组合PET设备和/或SPECT设备的CT设备的检测器模块，其特征在于，该检测器模块包含根据上述权利要求之一所述检测装置。
14.一种用于组合PET设备和/或SPECT设备的CT设备的检测器，其特征在于，该检测器为模块化构造的，并具有多个根据权利要求13所述的检测器模块(1)，其中每个检测器模块(1)具有多个检测单元。
15.根据权利要求14所述的检测器，其特征在于，所述检测单元形成矩阵形式的检测器行和列。
16.一种组合了PET设备和/或SPECT设备的CT设备，其特征在于，该CT设备包括具有权利要求14或15所述特征的检测器。
全文摘要
本发明涉及一种模块化地用于组合的传输/发送断层造影设备的检测装置，用于测量检测器内的传输X射线辐射和发射γ辐射，其中该检测装置至少具有3个在辐射方向上叠加设置的、不同厚度的吸收层(Ax)，用于检测吸收事件，其中，所有至少3个吸收层(Ax)都由一种材料构成，每个吸收层(Ax)连接到可以向一个共用的分析单元传送所检测的吸收事件的测量值位置x、时间t和能量E的测量芯片(Cx)，该分析单元可以从所传送的吸收事件的测量值中分辨出CT、SPECT和PET信号，并且吸收层被分为多个检测单元。
文档编号G01T1/161GK1760694SQ200510106788
公开日2006年4月19日 申请日期2005年10月12日 优先权日2004年10月12日
发明者斯文·弗里茨勒, 比约恩·海斯曼, 乔格·法伊弗 申请人:西门子公司