X射线辐射的检测的制作方法

X射线辐射的检测的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种X射线检测器(100)，具有检测单元(10)，其产生对于击中检测单元(10)的X射线辐射(XR)的检测信号，和信号分析模块(30)，其基于检测信号和预定的信号分析参数(P1，P2)确定一组计数率(R1，R2，R1'，R2')，切换控制单元(40)，用于在第一(P1)和第二信号分析参数(P2)之间的切换，从而基于第一信号分析参数产生对于第一时间段(Δt1)的第一组计数率(R1，R1')和基于第二信号分析参数产生对于第二时间段(Δt2)的第二组计数率(R2，R2')。本发明还涉及一种具有这样的检测器的X射线成像系统以及一种用于使用这样的检测器确定对于X射线辐射的计数率的方法，和一种用于使用这样的检测器校准信号分析参数的方法。
【专利说明】X射线辐射的检测

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于检测X射线辐射的X射线检测器，具有产生对于击中检测单元的X射线辐射的检测信号的检测单元，和信号分析模块，其基于检测信号和对于X射线辐射的预定的信号分析参数确定对于击中检测单元的X射线辐射的一组计数率。此外，本发明涉及一种用于利用这样的X射线检测器确定对于X射线辐射的计数率的方法，以及一种具有这样的X射线检测器的X射线成像系统。

【背景技术】
[0002]借助现代成像方法通常产生二维或三维图像数据，其可以用于成像检查对象的可视化和此外还可以用于其他应用。
[0003]通常成像方法基于X射线辐射的采集，其中产生所谓的投影测量数据。例如可以借助计算机断层成像系统(CT系统)获取投影测量数据。在CT系统中通常在机架上布置的由X射线源和对置的X射线检测器组成的组合围绕测量空间运转，检查对象(在以下描述中一般地称为患者)处于所述测量空间中。旋转中心(也称为“对称中心”)在此与所谓的系统轴Z重合。在一个或多个运转中，利用X射线源的X射线辐射透射患者，其中借助对置的X射线检测器采集投影测量数据或X射线投影数据。
[0004]产生的投影测量数据特别地取决于X射线检测器的结构。X射线检测器通常具有多个检测单元，其通常以规则的像素阵列形式布置。检测单元分别产生对于击中检测单元的X射线辐射的检测信号，其在确定的时刻关于X射线辐射的强度和谱分布被分析，以获得对检查对象的结论和产生投影测量数据。
[0005]确定的时刻在此分别对应于X射线源围绕对称中心旋转的确定角度，即所谓的投影角。与在确定的时刻或确定的时间段的确定的投影角对应的投影测量数据典型地称为所谓的“投影”，并且与确定的投影角对应的时间段或时刻在以下称为“帧时间(Framezeit) ”。
[0006]借助目前通常的CT系统采集用于重建一组截面图像或体积数据组的投影测量数据。对于每个单个截面图像，使用几百个至数千个投影。一个投影的拍摄时间(也称为“帧”)典型地为几百毫秒(通常在100 μ S和Ims之间)。帧时间通常通过机架的旋转速度和其中应当产生对于体积数据组的投影测量数据的旋转角范围确定。
[0007]在所谓的量子计数或光子计数的X射线检测器中关于X射线辐射的强度和谱分布以计数率形式分析对于X射线辐射的检测信号。计数率作为分别对应于一个检测单元的所谓的检测通道的输出数据提供。在具有多个能量门限的量子或光子计数的检测器中每个检测器通道基于检测单元的各自的检测信号对于每个投影通常产生一组计数率。该组计数率在此可以包括对于多个不同的、特别是同时检查的能量门限的计数率。能量门限值和分别与能量门限值对应的能量门限的数量，通常作为用于采集投影的信号分析参数预先给出。
[0008]在此对于一个检测器通道的同时检查的能量门限的数量的上限通过如下给出，即，对于在检测器通道中每个检查的能量门限应当分别存在本身的信号比较器和计数器元件。出于成本和空间位置原因，由此能量门限的数量不能上升到无穷，并且关于分析的能量门限的数量的折衷由此是必然的。在此清楚的是，信号分析参数最后确定X射线辐射的分析的品质和由此确定产生的投影测量数据的品质。产生的投影测量数据的品质在此通过检测信号中两个X射线量子的分离等影响，所述分离在称为“单脉冲分离”的时间间隔中是可能的。此外投影测量数据的品质还可以由相应的间隔影响，在所述间隔中两个X射线量子(其通常作为在信号中的电压距离表示)的分离是可能的。
[0009]然而，总体上难以事先合适地确定这些信号分析参数，从而可以产生高质量的投影测量数据。本发明在此实现补救。


【发明内容】

[0010]本发明要解决的技术问题是，关于X射线能量确定和/或强度确定改善投影测量数据并且提供一种可以总体上改善X射线成像的方法。
[0011]该技术问题通过按照本发明的X射线检测器、根据本发明的用于确定对于X射线辐射的计数率的方法和根据本发明的用于校准X射线检测器的信号分析参数的方法来解决。
[0012]按照本发明，建议一种具有检测单元的量子计数或光子计数的X射线检测器，其基于击中检测单元的X射线辐射产生检测信号。检测单元特别地包括检测区域，以便例如对于由检测单元吸收的X射线辐射产生电荷脉冲作为检测信号。检测信号和特别是电荷脉冲由此特别适合于确定吸收的X射线辐射的能量。
[0013]检测范围或检测面积可以是直接采集或吸收X射线辐射的半导体材料(直接转换器)。
[0014]也可以考虑，检测区域包括闪烁器材料，其将X射线辐射转换为其他、特别是可见光谱范围中的辐射。转换的辐射可以利用在辐射路径中在闪烁器后面布置的和通常也在检测单元中包括的半导体检测器，例如光电二极管或硅光电倍增管，来采集。光电二极管、硅光电倍增管或者说半导体检测器于是产生检测信号，其同样可以关于由闪烁器采集的X射线福射的谱分布和强度被分析。
[0015]此外，按照本发明的X射线检测器具有信号分析模块，其基于检测信号和对于X射线辐射的预先给出的信号分析参数、特别是以量子或光子计数的方式，确定对于击中检测单元的或由检测单元至少部分地吸收的X射线福射的一组计数率。该组计数率在此如开头提到的通常包括同时对于单个检测通道、优选对于单个投影被确定的多个计数率。同时对于单个检测通道、特别是对于多个能量门限被确定的计数率，利用分别对应的互相不同的能量门限值来确定。
[0016]信号分析模块特别地可以集成在所谓的ASIC(特定于应用的集成电路，Applicat1n Specific Integrated Circuit)中或按照ASIC的结构形式实现。特别地检测单元和信号分析模块的至少部分可以包括在开头提到的检测通道中。
[0017]以下利用概念“信号分析参数”既表示参数值，诸如能量门限值，也表示参数本身，诸如能量门限，只要在两种情况之间没有明确区分。
[0018]信号分析参数例如可以是能量门限值或也可以是对应的能量门限的数量，其由此确定或改变该组计数率的确定。信号分析参数例如可以存储在ASIC的所谓的配置寄存器中。
[0019]此外，按照本发明的X射线检测器具有用于在第一信号分析参数和第二信号分析参数之间切换的切换控制单元，从而在确定的、也就是相同的击中检测单元的X射线辐射的情况下基于第一信号分析参数产生对于在第一时刻开始的第一时间段的第一组计数率，并且在与预先给出的第一信号分析参数不同的预先给出的第二信号分析参数的情况下产生对于在第二时刻开始的第二时间段的(优选与第一组不同的)第二组计数率。
[0020]借助切换单元由此可以快速、特别是在一个帧时间之后，在不同的信号分析参数之间切换。即，第一信号分析参数在切换之前包括在被用于分析检测信号的第一组信号分析参数中，而第二信号分析参数只有在切换之后才包括在被用于分析检测信号的(然后的第二)组信号分析参数中。特别地，第二信号分析参数可以在信号分析参数的使用的组中代替第一信号分析参数。在此第一和第二信号分析参数分别也可以是单个值或参数。例如第一信号分析参数包括第一能量门限值并且第二信号分析参数包括至少部分与第一能量门限值不同的第二能量门限值。通过在第一和第二能量门限值之间快速、特别是循环切换，特别地可以将优选对于一个投影检查过的能量门限的数量提高超过例如通过在检测器通道中对于能量门限的存在的比较器的量所限制的数量。投影测量数据的分辨率由此可以关于采集的X射线辐射的能量以简单方式提高。在此明确提出，按照本发明的切换至少在第一和第二信号分析参数之间进行。此外还可以使用第三、第四或更多个组的信号分析参数用于切换，从而产生第三、第四或更多组的计数率。
[0021 ] 按照本发明，此外建议一种X射线成像系统，特别是CT系统，具有用于发送X射线辐射的X射线源和按照本发明的X射线检测器，用于检测由X射线源发送的X射线辐射。
[0022]本发明此外还涉及一种用于利用这样的X射线检测器确定对于X射线辐射的计数率的方法，其中利用信号分析模块，在使用、即基于第一信号分析参数的条件下产生对于击中检测单元的X射线辐射的第一组计数率，并且在接下来的步骤中进行信号分析模块到与第一信号分析参数不同的第二信号分析参数的切换，优选用于采集一个、特别是直接跟随的投影。
[0023]在方法中信号分析模块基于、即在使用第二信号分析参数的条件下确定对于击中检测单元的X射线辐射的第二组计数率，其优选对于相同构造的击中检测单元的X射线辐射与第一组计数率不同。
[0024]此外，本发明还涉及一种用于校准X射线检测器的方法，其中基于第一至第二信号分析参数的切换产生对于检测单元的第一和第二组计数率。X射线检测器的校准的概念特别地涉及校准数据的获取，所述校准数据在X射线测量或图像重建的过程中被使用。例如可以是用于数据预处理或图像重建的校准参数，诸如用于线性校正、平场校正、辐射硬化校正等。
[0025]如已经提到的，由此在校准方法中特别地对于投影被检查过的能量门限的数量被提高超过对于能量门限的存在的比较器的数量，从而可以特别快速找到校准参数或校准数据。校准方法由此总体上被加速。
[0026]本发明的其他、特别是有利构造和扩展从从属权利要求以及以下描述中得到，其中一类权利要求的从属权利要求也可以类似于另一类权利要求的从属权利要求来扩展。
[0027]在本发明的扩展中，第一时间段的开始，也就是第一时刻，和第二时间段的开始，也就是第二时刻，在时间上互相间隔100μ s和1ms，也就是优选处于一个帧时间。
[0028]如果例如采用具有机架的高的旋转速度的X射线投影方法，例如Flash方法，则特别有意义的可以是，第一信号分析参数用于分析第一投影的X射线辐射，并且在切换之后，第二信号分析参数用于在时间上直接跟随地采集的投影或帧，从而两个时间上直接先后采集的投影的X射线辐射利用不同的信号分析参数来分析。
[0029]特别地，切换单元可以被构造为用于在第一信号分析参数和第二信号分析参数之间的循环的、优选交替的切换。在此切换按照周期性的时间间隔进行，即，在该扩展中建议为分析检测信号而使用的信号分析参数在时间上的“交错”。
[0030]此外切换单元也可以被构造为用于所谓的随机切换，S卩，在非规则切换的意义上。例如切换也可以随机地，或伪随机地，即，没有固定循环地进行。当多于两组信号分析参数被处理时，这一点是特别有利的。
[0031]为此，X射线检测器例如可以具有用于同时存储第一信号分析参数和第二信号分析参数的存储单元。由此对于一个传输通道的能量门限可以存储或提供分别对于一个传输通道的信号分析参数的多组信号分析参数，即，特别是不同的能量门限值。在此清楚的是，信号分析参数的组的数量不必限于两个。优选地可以在存储单元中同时存储信号分析参数的直至16个不同的组。
[0032]在ASIC中典型地具有一个或多个不同的配置寄存器，其提供对于所述信号分析参数的存储空间。在此可以区分配置寄存器的不同类型。第一类型的配置寄存器例如对于全局的信号分析参数而设置，即，对于这样的参数，所述参数对于检测器的所有检测单元成立。另一种类型的配置寄存器对于局部的信号分析参数提供，所述局部的信号分析参数是对于每个检测单元分离地被确定的。后者通常包括例如在确定的时刻对于确定的检测单元设置的能量门限或能量门限值。
[0033]明确强调的是，对于每个信号分析参数优选地提供多个存储空间，其中优选地每个在确定的时刻使用的全局的和特别是局部的信号分析参数分别多次和至少部分地不同地存储在存储空间或配置寄存器中。
[0034]在此还要指出，这是与ASIC的重新配置的区别，在所述重新配置中信号分析参数在每个切换时必须通过接口被读入到ASIC中。典型地，检测单元连续地采集投影测量数据。即，ASIC的再配置或重新配置必须在该测量期间进行。为了避免由于ASIC的高的电活动引起的信号失真，对于分别一个信号分析参数在X射线检测器中具有多个专用的存储空间的扩展是特别有利的。相对于重新配置的另一个优点在于，在两组信号分析参数之间的切换可以非常快地，也就是特别地比对于重新配置的通常在3ms至4ms之间的持续时间明显更快地进行。即，切换在此可以比一个帧时间更快地进行。
[0035]存储单元特别地可以与接口相连，以便将提到的信号分析参数至少部分地读入到X射线检测器或存储单元中。由此是可变的信号分析参数或信号分析参数的组。
[0036]如提到的，信号分析参数的切换可以周期地进行，特别优选按照最大16个循环。即，具有最大16组计数率或信号分析参数组，其如提到的那样可以同时存储在存储单元中。特别优选地，切换交替地进行，从而X射线投影数据的采集不会通过切换方法而明显延长，并且例如机架的旋转速度几乎可以保持不变。
[0037]此外，切换单元可以具有触发接口，用于接收用于触发切换的触发信号。例如在X射线成像中公知具有时间上的交错的不同概念，其为了提高X射线检测器的位置分辨率而被使用。借助触发接口可以将这些建议与按照本发明的用于提高能量或强度分辨率的概念组合。用于提高位置分辨率的建议涉及在不同的位置之间X射线源的焦点的周期变化。该方法例如作为“Flying Focus Spot，飞行的焦点”公知。借助触发接口可以进行在焦点的周期变化和使用的信号分析参数的周期切换之间的同步，从而两个概念互相统一。
[0038]用于提高X射线检测器的能量分辨率的另一个建议涉及所谓的“快速kV切换”。在此进行在一个X射线源的X射线辐射的不同谱之间的周期切换。X射线谱的该切换也可以借助触发接口在时间上与在信号分析参数的不同组之间的切换、即在第一和第二信号分析参数之间的切换同步。
[0039]此外，可以借助触发接口采集机架角度或取决于投影角度的触发信号。同样可以考虑，触发信号由例如如提到的那样可以伪随机地工作的外部的时间发生器产生。此外，可以考虑已经存在的信号，特别有利的是定义了帧时间的信号，用于触发切换。
[0040]如提到的，信号分析参数可以涉及能量门限值或使用的能量门限的数量。此外还可以考虑，所谓的“信号形状参数”诸如“成形时间(Shaping-Zeit) ”、所谓的“负脉冲信号(Undershoot) ”或所谓的“增益(Gain) ”包括在信号分析参数中。
[0041]“成形时间”(也称为“尖峰时间”)是如下时间，在所述时间期间在检测器中产生的载流子能够提供用于单个检测脉冲的脉冲形状的份额。如提到的，检测信号典型地是借助分析模块被转换为电压脉冲的电荷或电流脉冲。“成形时间”即涉及时间段，在该时间段中为了产生单个电压脉冲，电荷在检测器面积上累积并形成电压脉冲。典型地，“成形时间”处于5ns和I μ s之间的范围中，即成形时间比帧时间小很多。
[0042]所谓的“负脉冲信号”是电压值，产生的电压信号在其返回到其平衡电平之前降落到该电压值。负脉冲信号可以特别地被用于改善时间上短地先后跟随的不同的电压脉冲的信号分离。
[0043]所谓的放大系数或“增益”确定在收集的电荷或输入电流强度和相应的电压脉冲的高度之间的比例。其也就是确定在电流脉冲的放大时达到的最大输出信号高度，即，例如在放大器的输出端上。
[0044]借助描述的信号形状参数特别地可以在对精确的电荷测量的偏好或对X射线量子的精确分离的偏好之间进行选择。如果例如选择长的成形时间，则可以进行精确的电荷测量并且由此进行精确的能量确定。即，在该情况中偏好于X射线谱的精确确定。对于必须几乎同时分析大数量的X射线量子的情况，即，所谓的“高流量情况”，在长的成形时间的情况下不是总能够分离对于时间上先后紧随的X射线量子的得到的脉冲。提到所谓的“堆积(pile-up)事件”，其中直接先后吸收的X射线量子的产生的电压脉冲不再互相分离。即，特别地关于提到的成形时间可以调节“堆积事件”的数量。如果例如通过对于高流量情况的短的“成形时间”降低“堆积事件”的数量，然而这可以减小具有产生的电压脉冲的电荷测量的精度。提到所谓的“弹道亏损(Ballistischen Defizit) ”。确定的“成形时间”的选择由此总是在可实现的电荷分离、即X射线强度的测量和电荷确定的精度、即X射线辐射的谱分布的测量之间的折衷。
[0045]超出确定的折衷的规定的可能性，成形时间的切换允许匹配于对于吸收的X射线辐射的不同情况，从而在不同的时刻(第一和第二时刻)可以将折衷从最优的电荷确定随后移动到最优的信号分离。由此可以，对于一帧，将精确的电荷测量与精确的信号分离(即，仅少数的堆积事件)相连。不同的对比度信息和由此不同的图像特征由此可以被“准同时地”调节和产生。
[0046]此外，信号分析参数可以包括检测信号组合参数，诸如X射线检测器的所谓的“电荷相加模式(charge summing mode)”。在此将多个检测单元的检测信号互相组合,从而对于组合的检测信号确定计数率的一个共同的组。典型地，X射线量子的吸收是级联过程，在所述级联过程中释放一个或多个荧光光子，其例如可以被散射到相邻像素或相邻检测单元中。这特别地符合所谓的子像素化的检测器，其可能不具有在相邻的子像素的检测区域之间的隔片(散射射线格栅)。在某种情况下可以通过多个像素(或子像素)的信号的组合获得电荷确定的更精确的结果。例如可以组合相邻的检测单元的四个一组的和信号，并且以检测单元的模拟信号(电荷脉冲)的形式输出。以和信号的形式呈现的检测信号，然后如描述的由分析模块借助信号分析参数、诸如信号形状参数或能量门限值，以计数率的形式分析并且作为计数率的组输出。
[0047]借助对于信号分析参数的有针对性的匹配，如解释的，可以实现关于X射线成像的质量或X射线辐射的分析的不同的优化目标。本发明特别地允许几乎同时追踪多个不同的优化目标。第一信号分析参数特别地可以匹配于期望的第一类型图像特征并且第二信号分析参数可以匹配于与之不同的第二类型图像特征。图像特征特别地可以是X射线投影数据的对比度、清晰度以及位置分辨率。由此例如可以的是，第一信号分析参数匹配于期望的碘对比度、即特别地可以合适地选择能量门限值，并且第二信号分析参数匹配于期望的组织对比度，例如对于心脏组织。
[0048]由此例如可以的是，除了硬件决定的预先给出的能量门限的数量之外还将附加的对比度和也就是特别是附加的清晰度添加到X射线投影数据中并且导出合适的图像信息。

【专利附图】

【附图说明】
[0049]以下结合所附的附图借助实施例再次详细描述本发明。在此在不同的附图中相同的组件具有相同的附图标记。附图中:
[0050]图1示出了具有X射线源和按照本发明的X射线检测器的实施例的X射线成像系统的实施例，
[0051]图2示出了用于确定计数率的方法，
[0052]图3示出了在第一信号分析参数和第二信号分析参数之间切换的多个变化的时间图，
[0053]图4示出了产生的电压信号的时间曲线，所述电压信号是在使用多个信号分析参数的条件下产生的，和
[0054]图5示出了对于“电荷相加模式”的激活和解除激活的实施例。

【具体实施方式】
[0055]图1示出了具有X射线源RS的计算机断层成像系统1，所述X射线源发送X射线辐射XR，所述X射线辐射由与X射线源RS对置的X射线检测器100采集。在X射线源RS和X射线检测器100之间布置检查对象0，其在以下简称为患者O。患者O被X射线辐射XR透射，从而X射线检测器100的投影测量数据可以被用于检查对象的图像数据的重建。按照本发明的X射线检测器100包括多个检测单元10，其互相相邻地布置在平面的阵列中并且其分别与信号分析模块30、30’相连。检测单元10在以下简称为像素。信号分析模块30、30’被综合在特定于应用的电路(ASIC) 20中。
[0056]示例性地在以下仅讨论信号分析模块30。然而信号分析模块30’原则上可以具有与信号分析模块30相同的结构和工作方式，从而可以省去对于信号分析模块30’的详细描述。
[0057]在本情况中通过直接转换的半导体元件、例如基于Cd(Zn)Te的元件形成的检测单元10在施加于检测单元10的电极11之间的高压HV的影响的条件下产生对于X射线辐射XR的吸收的X射线量子的电流脉冲，其作为检测信号被提供给信号分析模块30。在此提至IJ，通常背面的电极对于所有检测单元10作为共同的电极11构造。该检测信号在使用分别在确定的时刻h对于确定的时间段At1有效的信号分析参数P1的组的条件下被分析。在此由分析模块30将电流脉冲转换为电压脉冲，其对应于吸收的X射线量子的能量。这借助前置放大器PA在考虑信号分析参数P1的条件下进行。产生的电压脉冲借助多个比较器K1^K2,K3和分别对应的计数器CpCyC3转为为一组计数率K。每个比较器K1、K2、K3在此对应于分别具有作为信号分析参数P1中的一个的能量门限值的特别的能量门限。基于第一信号分析参数P1，借助比较器产生第一组计数率R1，其对于每个比较器K1、K2、K3分别包括一个计数率Zn、Z12, Z13,其与检测单元10相连。
[0058]在第二时刻h进行到第二信号分析参数P2或第二组信号分析参数的切换，其在切换之后第一次包括第二信号分析参数P2，其又对于第二时间段At2是有效的。在该时间段中分析的X射线量子或检测信号基于第二信号分析参数P2被评估。在第一信号分析参数P1和第二信号分析参数P2之间的切换可以借助同时存储第一信号分析参数P1和第二信号分析参数P2的存储单元50进行。在切换时由此可以快速从在该实施例中集成在信号分析模块30中的存储单元50中被传输到信号分析模块30的相应的计算单元或前置放大器和/或比较器1、K2、K3,从而其可以基于第二信号分析参数P2工作。在此强调，存储单元50也可以附加地存储其他组信号分析参数P3，…，Pn，在它们之间如所述的可以根据需要切换。
[0059]对于第二时间段Λ t2，由此产生第二组计数率R2，其又对于每个与检测单元10对应的比较器Kp K2, K3包括一个计数率Z21、Z22, Z23O第一和第二信号分析参数Pp P2例如可以在待进行的X射线测量的开始之前经过AISC 20的配置接口 22被传输到存储单元50。
[0060]其他分别与另外的检测单元10对应的信号分析模块30'，如仅示意性示出的，附加地与信号分析模块30协调地同样以不同的第一和第二信号分析参数运行，即，在另外的信号分析模块30’的情况下进行在第一和第二信号分析参数之间的时间上协调的切换。如同样示意性表示的，其他信号分析模块30’在第一时间段At1中在使用第一信号分析参数的条件下产生第一组计数率R/并且在第二时间段At2中在使用与第一信号分析参数不同的第二信号分析参数的条件下产生第二组计数率R2’，其又分别对于信号分析单元30’的每个比较器包括一个计数率。
[0061]在示出的实施例中计算机断层成像系统I被构造为，执行所谓的“kV切换方法”。在此在X射线源RS中包括的电子源EG的加速电压被周期地切换，从而X射线源RS的谱性能通过在多个X射线谱之间的切换而相对于以连续的加速电压的运行被明显提高。在此在每个切换的情况下产生一个触发信号T。
[0062]此外，计算机断层成像系统I还被构造为，应用根据所谓的“飞行的焦点”概念的方法。在此，在空间上改变在旋转的冠状齿轮CW上的X射线焦点F的位置，如示意性通过箭头表示。在每个变化的情况下同样产生一个触发信号T。在该变化中改变X射线焦点至X射线检测器100的表面的距离，从而根据焦点位置产生对于产生的X射线辐射XR的不同入射角，以改善检测器的位置分辨率。两种方法都使用X射线源的控制参数的、诸如焦点位置或加速电压的周期切换。该周期切换例如可以借助触发信号T而与信号分析参数的切换同步。
[0063]经过ASIC 20的控制接口 25可以将触发信号T为此例如传输到切换控制单元40的触发接口 45。切换控制单元40被构造为，指示存储单元，将第一信号分析参数？1或第二信号分析参数P2传输到信号分析模块30的评估单元。切换可以按照周期的或循环的时间间隔进行或基于触发信号T进行。
[0064]周期切换的步骤的精确顺序例如在按照图2的方法中详细描述。在开始步骤I中将第一信号分析参数P1和第二信号分析参数P2读入到存储单元中，从而其同时存储在存储单元中。这允许在第一信号分析参数P1和第二信号分析参数P2之间的选择或切换。在下一个步骤II中使用第一信号分析参数P1,以分析对于击中检测单元的X射线辐射XR的检测信号。对于击中的X射线辐射XR在使用第一信号分析参数P1的条件下在第一对应的时间段中确定第一组计数率％。在下一个步骤III中进行至第二信号分析参数P2的切换。对于击中相同检测单元的X射线辐射XR(对于其确定了第一组计数率R1)，在切换之后在使用第二信号分析参数P2的条件下在步骤IV中确定第二组计数率R2。在第一信号分析参数P1和第二信号分析参数P2之间的该切换可以如提到的那样周期地进行。在第一和第二信号分析参数P1、P2之间的切换例如可以在第一投影角下采集第一投影之后和在另一个第二投影角下直接跟随地采集第二投影之前进行。也就是切换在第一帧时间和第二帧时间之间进行。
[0065]以步骤II (在重新切换到第一组信号分析参数P1之后)开始的方法的重复然后在又是另外的第三投影角的情况下开始在另一个帧时间之后进行。也就是可以取消第一和第二信号分析参数P1、P2到存储单元中的重新加载，因为其总是还在存储单元中存在，从而在产生第二组计数率R2之后又利用第一信号分析参数P1评估击中检测单元的X射线辐射XR并且重新产生第一组计数率R1，然而是对于在第三投影角下采集的投影。
[0066]在重复中，方法至少前进到直至步骤IV并且可以一直进行重复，直到例如采集了对于期望的截面图像或体积数据组的重建所需的所有的投影。这样产生的投影测量数据可以在步骤V中然后被用于重建图像数据。替换地也可以考虑，在步骤V中例如利用这样产生的投影测量数据进行X射线检测器的校准。例如X射线辐射可以是定义的预先给出的X射线辐射，而没有检查对象位于X射线源和检测单元之间。由此可以在步骤V中基于投影测量数据例如确定校准数据，其在接下来的图像数据重建中被使用。由此对于第一和第二信号分析参数PpP2包括多个不同的能量门限的情况，可以特别快速地确定校准参数。
[0067]第一时间段和第二时间段在为了采集一帧或一幅图像所需的总时间段中如何布置，在图3中示出。在图3中示出了多个变化Vp V2，对于其分别建立了各自组计数率的第一时间段At1和第二时间段At2或第三时间段At3在时间上关于各个投影的采集可以如何排列。在每个时间段中可以如所述的那样使用另一组信号分析参数。
[0068]图3为此详细地示出了分别与一个帧时间相应的多个角投影时间Atwl、Atw2和Atw3。在第一变化中VI，第一时间段At1相应于第一角投影时间Atwl并且第二时间段At2相应于其中采集第二投影的第二角投影时间Atw2。时间段Atwl和At1分别与在另一个投影角下新的投影的采集同步地进行，即，在不同的信号分析参数P1和P2之间的切换分别与新的投影的采集同步进行。
[0069]如在第二变化V2中可以看出的，切换不限于仅在第一信号分析参数P1或第二信号分析参数P2之间的交替。例如可以替换按照变化Vl或V2的交替的切换，切换也可以利用三个或多个周期和三个或多个组的不同的信号分析参数的大的数量进行。
[0070]第二变化V2在此相应于变化Vl的修改。第三时间段Λ t3在此可以对应于第三信号分析参数，即，信号分析模块在时间段At3中以第三信号分析参数工作。第二变化V2由此与第一变化Vl仅通过如下区别，S卩，其中进行切换的周期的数量不限于两个，而是在该情况中使用三个周期。
[0071]为了避免，确定的信号分析参数Pp P2对应的时间段Atl、At2相对于CT拍摄的总扫描持续时间可能太小，或替换地，可能导致所需的总扫描持续时间的明显提高，检测器可以限于在最大16个周期，S卩，最大16个不同组信号分析参数之间的切换。
[0072]图4详细示出几个可能的为切换而选择的信号分析参数。在此示出由信号分析单元从电荷脉冲产生的以用于检测X射线量子的电压脉冲形式的信号。在纵轴以任意单位(a.u.)示出借助由检测单元产生的电流脉冲的积分或卷积确定的放大的信号电压，即，输出信号高度。在横轴上(以任意单位_a.u.)示出该电压信号的时间曲线。信号分析参数例如包括所谓的增益G，其确定关于正常信号的最大信号高度。此外信号分析参数可以包括所谓的成形时间ST，其在该情况中假定是电压脉冲的半值宽度。此外以电压脉冲的形式按照X射线量子的信号技术的图示可以设置所谓的负脉冲信号U，S卩，信号降落的或负的电压的大小，利用其可以确定多个X射线量子的时间上的信号分离。此外信号分析参数还包括数量N个能量门限，其中N典型地在两个和八个之间，其分别对应于能量门限值ESI, ES2,…，ESN，对于其产生在该组计数率中的本身的计数率值。
[0073]在图5中此外还示出了另外的可能的信号分析参数，其可以包括在切换的第一和/或第二信号分析参数中。图5示出具有矩阵形互相邻接布置的相邻的检测单元10，即所谓的像素的X射线检测器。在X射线辐射的吸收时由于诸如荧光射线的二次效应，发生X射线量子不仅在单个检测单元10中，而且在多个相邻的检测单元10中施加电荷脉冲。在检测单元10中产生的电荷由此不相应于X射线量子的X射线能量。为了在计数率的确定中抑制该效果，例如可以借助激活信号KS激活所谓的电荷相加模式。为此将多个相邻的检测单元10的检测信号4、4、^、?在信号组合单元21中组合为一个共同的信号AC。该信号作为组合信号AC被传输到信号分析模块30，其在正常运行中对应于在该情况中对电荷相加(Chargesumming)信号提供最大份额的那个像素。与信号组合单元21相连的另外的信号分析模块30’，在该情况下不获得信号AC。示例性地，信号AC，在该实施例中被传输到信号分析模块30。同样可以考虑，以上述方式选择每另一个信号分析模块30、30’用于通过信号组合单元21接收信号AC。这样的信号组合单元21通常对于多个像素的每个交叉点设置。由此与确定的像素对应的每个信号分析单元30、30’具有相应的组合输入端，向该组合输入端传输借助分别一个信号组合单元21在像素的边缘(每个角)上分别在一个交叉点上产生的多个信号。电荷相加模式的典型工作方式例如在杂志IEEE Trans.Nucl.Sc1.NS-54(2007) 1824:“The Medipix3 Prototype, a Pixel Readout Chip Working in SinglePhoton Counting Mode With Improved Spectrometric Performance，，by Ballabriga,R.,Campbell, M., Hei jne, E.H.M., Llopart, X., and Tlustos, L.中描述。信号组合单兀 21 可以作为单个组件例如包括在关于图1描述的ASIC (图1，20)中，然而也可以布置在一个或多个检测单元10内。此外也可以考虑，信号组合单元21包括在信号分析模块30、30’中。在示出的实施例中作为暂时使用的信号分析参数由此也可以改变，所述电荷相加模式是接通还是断开，也就是激活信号KS的值。
[0074]优选地，第一或第二信号分析参数的组例如包括关于谱分辨率优化的参数组和关于高流量情况优化的其他参数组。
[0075]优化特别地可以关于影响的信号的固有的脉宽在结合图1提到的、检测单元的检测X射线辐射的电极处进行。该固有的脉宽典型地是检测单元的常数并且通过检测单元或电极的结构方式固定预先给出。通常固有的脉宽处于2ns至70ns的范围中。
[0076]此外优化可以关于提到的增益进行，其确定X射线光子的数量，其累积的检测信号同时在提到的前置放大器中无失真地可以被放大。该数量通过放大器的动力学范围和对于该数量预先给出的光子能量以及增益G来确定。对于数量η成立:
[0077]n = Max(动力学范围)/G.光子能量
[0078]关于谱分辨率优化的第一或第二信号分析参数的组可以如下确定:
[0079]-例如大于固有脉宽的十倍的长的成形时间(半值宽度)，
[0080]-无负脉冲信号(负脉冲信号=0V)，
[0081]-激活电荷相加模式，
[0082]-高的增益，
[0083]在高的增益G的情况下(单位mV/keV)n小于或等于3。预先给出的光子能量例如可以是发送的X射线辐射的最大能量，或也可以通过其他因素例如期望的对比度来定义。关于动力学范围此外要掌握，在此仅考虑为了采集动态信号而提供的动力学范围，并且例如在检测单元中出现的几乎恒定放大的漏电流可以确定该提供的动力学范围的边界。
[0084]-例如25、30、60、80keV的优化到低流量对比度的能量门限。
[0085]关于强度确定优化的第一及第二信号分析参数的组可以如下确定:
[0086]-例如比关于长的成形时间提到的固有的脉宽小三倍的短的成形时间，
[0087]-比对应的产生的检测脉冲(V)的最大值的5%大的突出的负脉冲信号，
[0088]-解除激活电荷相加模式，
[0089]-例如大于η= 10 (比较定义“高增益”)的小的增益，
[0090]-优化的能量门限，对于堆积情况包括能量门限，其大于由X射线源在检测时刻产生的X射线量子的最大能量，例如25、30、60、80keV。
[0091]优选地，一个或多个能量门限对于高流量情况和低流量情况相同。由此可以借助该相同的能量门限确定X射线谱由于堆积事件的变形。
[0092]在第一和第二组信号分析参数的情况下可以关于确定的对比度的采集优化能量门限。例如为了采集对于碘、骨、软组织的对比度信息或对于不同的物质基础诸如&0、1、⑶、AU等的多能量对比度。
[0093]在不同组的信号分析参数之间的切换允许在不同类型的图像特征之间的时间上的切换，即，如提到的例如在测量数据中不同的对比度再现。如提到的，在此特别地，谱分辨率或者采集的X射线辐射的强度测量可以被改善。由此可以通过优化的投影测量数据总体上改善X射线成像。
[0094]在此指出，全部实施例的特征或在附图中公开的扩展可以以任意组合使用。最后同样要指出，前面详细描述的X射线检测器、成像系统、用于确定计数率的方法以及用于校准信号分析参数的方法仅是实施例，专业人员可以按照不同的方式修改，而不脱离本发明的范围。例如X射线检测器也可以被构造为环形检测器，其完整地在一个方向上包围成像系统的测量空间。此外不定冠词“一”或“一个”的使用不排除，涉及的特征也可以多次存在。
【权利要求】
1.一种X射线检测器(100)，具有 -检测单元(10)，其产生对于击中检测单元(10)的X射线辐射(XR)的检测信号，和-信号分析模块(30)，其基于所述检测信号和对于X射线辐射的预定的信号分析参数(P1, P2)确定对于击中检测单元的X射线辐射的一组计数率(R1, R2, R1'，R2’)， -切换控制单元(40)，用于在至少第一信号分析参数(P1)和第二信号分析参数(P2)之间的切换，从而在预先给出的、击中检测模块的X射线辐射(XR)的情况下: 基于第一信号分析参数(P1)产生对于第一时间段(At1)的第一组计数率(R1, R1')并且 基于与所述第一信号分析参数(P1)不同的第二信号分析参数(P2)产生对于第二时间段(Λ t2)的第二组计数率(R2，R；)。
2.根据权利要求1所述的X射线检测器(100)，其中，第一时间段(At1)的开始(tj和第二时间段(At2)的开始U1)在时间上互相隔开在100μ s和Ims之间。
3.根据权利要求1或2所述的X射线检测器(100)，其中，所述切换单元(40)被构造为用于在第一信号分析参数(P1)和第二信号分析参数(P2)之间的周期的、优选交替的切换。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的X射线检测器(100)，其中，所述X射线检测器具有用于同时存储第一信号分析参数(P1)和第二信号分析参数(P2)的存储单元(50)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的X射线检测器(100)，其中，所述切换单元(40)具有触发接口(45)，用于接收用于触发切换的触发信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的X射线检测器，其中，所述信号分析参数从 -能量门限值， -信号形状参数， -检测信号组合参数 的组中选择。
7.—种X射线成像系统(I)，特别是CT系统，具有X射线源(RS)和按照权利要求1至6中任一项所述的X射线检测器(100)。
8.一种用于利用X射线检测器(100)确定对于X射线辐射(XR)的计数率(R17R1' ,R2,R2')的方法，所述X射线检测器包括用于产生对于击中检测单元(10)的X射线辐射(XR)的检测信号的检测单元(10)，其中 -信号分析模块(30，30’)基于第一信号分析参数(P1)产生对于击中检测单元(10)的X射线辐射(XR)的第一组计数率(R1, R1')， -进行信号分析模块(30)到与所述第一信号分析参数(P1)不同的第二信号分析参数(P2)的切换， -信号分析模块(30)基于所述第二信号分析参数(P2)确定对于击中检测单元(10)的X射线辐射(XR)的第二组计数率(R2，R2')。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述切换周期地、特别优选以最大十六个周期地，特别是交替地进行。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述切换与X射线源(RS)的X射线谱的切换同步地进行和/或与X射线源(RS)的焦点位置(F)的切换同步地进行。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，所述第一信号分析参数(P1)匹配于第一类型的期望的图像特征并且所述第二信号分析参数(P2)匹配于与之不同的第二类型的期望的图像特征。
12.一种用于校准X射线检测器的方法，其中，基于第一和第二信号分析参数(P1, P2)产生第一和第二组(R1, R2)计数率。
【文档编号】G01T1/164GK104459756SQ201410478754
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】E.戈德尔, S.卡普勒 申请人:西门子公司