X射线辐射的检测和x射线检测器系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于检测X射线辐射的方法、一种X射线检测器、一种X射线检测 器系统和一种具有用于检测X射线辐射的直接转换的半导体检测器元件的计算机断层成 像系统。
【背景技术】
[0002] 为了检测X射线辐射，公知不同的检测器系统。例如为了能够检测在计算机断层 成像领域中出现的X射线辐射的流密度，广泛应用闪烁晶体检测器。闪烁晶体检测器将X 射线辐射首先光化学地转换为光子，所述光子具有合适的能量，以便例如使得能够借助半 导体二极管（光电二极管）检测光子。
[0003] 此外为了计算机断层成像，致力于使用所谓的直接转换的半导体检测元件，其在 没有之前的能量转换的情况下在半导体材料中吸收X射线辐射。在半导体检测器元件中产 生在此所谓的电子空穴对。要强调的是，"直接转换"的概念在本发明的范围中不限制半导 体材料中X射线量子的吸收的方式。尽管该名称具有不同的猜测，但是"直接转换的半导体 检测器元件"既可以实现X射线量子的所谓的直接的也可以实现间接的吸收（光子支持的 吸收）。对于概念"直接转换的半导体材料"主要的是，X射线量子在半导体材料中被吸收， 也就是与闪烁晶体检测器不同，避免了 X射线辐射经过之前的光化学转换的弯路。
[0004] 取决于吸收的X射线辐射的能量，在半导体检测器元件中产生一定量的自由的载 流子。在此半导体的价带的通常被束缚的电子在吸收X射线辐射的情况下获得至少如下多 的能量，使得其可以如提到的那样直接或间接克服使用的半导体材料的能带隙并且在半导 体的导电带中几乎"自由运动地"（专业人员公知在半导体中相应的转移机制）对于电流的 引导作出贡献。在价带中留下电子缺失位置，其也称为空穴，其在价带中也是"运动的"，从 而产生的电子缺失位置也可以对于电流的引导作出贡献。然而，在电子和空穴之间的漂移 或扩散速度可以明显不同。
[0005] 如果将自由运动的载流子，例如通过与半导体检测器元件相连的场电极，带入电 场的影响中，并且通过施加电压，则由于自由运动的载流子的可用性，得到光电流。通过评 估载流子包的脉冲形状（特别是脉冲高度），可以确定吸收的X射线光子或吸收的X射线辐 射的数量和能量。
[0006] 对于半导体中运动的载流子的电荷转移和由此对于脉冲形状是关键性的机 制一一漂移和扩散，通过自由的载流子的运动性（迀移率μ)来描述。特别地，漂移在此还 取决于已经提到的电场。
[0007] 特别地，致力于基于 CdTE, CdZnTe, CDZnTeSe, CdMnTe, InP, TlBr2, Hgl2的直接转换 的半导体检测器元件的使用。然而在这些检测器材料下不利的是，半导体材料中的电场和 由此光电流的脉冲形状可以在其中不期望地改变。在对于X射线辐射的检测来说相关的时 间尺度上，这些材料按照不期望的数量具有位置固定的晶格缺陷（Stdrstelle )，即所谓的 "陷阱"。这些陷阱可以捕获导电带的自由运动的电子或价带的空穴并且将其位置固定地对 于一定的时间结合到晶格缺陷。此外这些晶格缺陷在被占据或未被占据的状态中表示空间 电荷。空间电荷的该形成被称为半导体检测器元件的极化效应，简称极化。
[0008] 所描述的效应的缺陷是，由于阱或载流子陷入引起空间电荷带的形成在时间上取 决于未被占据的或被占据的陷阱的数量改变。半导体材料中的电场和得到的光电流的脉冲 形状由此可以是取决于吸收事件的时间间隔的，从而相同的吸收事件并非以可复制的方式 被评估并且出现所谓的计数率漂移。即，X射线量子的计数率对于时间上恒定的辐射密度 在时间上改变。由此，不可能明确地反算出能量或吸收的X射线量子的数量，从而这些检测 器对于在成像应用、例如计算机断层成像中的可靠应用来说，只能以极大开销被使用。
[0009] 为了缓解提到的极化效应，和衰减在X射线辐射的检测期间特别是极化取决于时 间的改变，可以照射半导体检测器元件。
[0010] 当晶格缺陷被对应的载流子占据时以及当产生未被占据的晶格缺陷时，则极化可 以被改变。为此使用光源，其辐射产生在半导体中的载流子，所述载流子然后经过相对长的 时间段可以结合到晶格缺陷。这样的晶格缺陷也称为饱和的晶格缺陷，其与离子化的晶格 缺陷不同，可以看作是准电荷中性的。由此改变空间电荷带的构造，并且特别地也可以将其 稳定化。可以通过如下调整（konditioniert)半导体检测器元件，即，可以明确地反算出能 量或计数率。
[0011] 为了特别是对于成像应用实现X射线辐射的可靠的、明确的检测，此外需要，同样 明确地进行调整，即，半导体检测器元件具有定义的调整。
【发明内容】
[0012] 本发明要解决的技术问题是，可复制地或者说明确地检测X射线辐射，从而所检 测的X射线辐射的评估例如满足对于X射线成像的要求或改善用于X射线成像的可能性。
[0013] 该技术问题利用按照权利要求1的用于检测X射线辐射的方法、按照权利要求14 的X射线检测器系统、按照权利要求18的X射线检测器和按照权利要求19的计算机断层 成像系统解决。
[0014] 按照本发明，建议一种用于利用X射线检测器检测X射线辐射的方法，所述X射线 检测器具有直接转换的半导体检测器元件，其中借助辐射源将附加的（即除了待检测的X 射线辐射之外的）辐射传送到半导体检测器元件。
[0015] 如开头已经提到的，概念"直接转换"涉及半导体检测器元件，其至少部分地吸收 X射线辐射源的待检测的X射线辐射并且基于所吸收的X射线辐射产生检测信号，即，特别 是检测脉冲。为此半导体检测器元件可以包括多个场电极，其将电场施加到半导体检测器 元件中，并且这样确定一个或多个检测区域，所述检测区域分别形成X射线检测器的一个 像素。
[0016] 按照本发明传送的附加辐射在此用于对半导体检测器元件的开头已经描述的调 整并且优选用于改变在半导体检测器元件中的同样开头描述的极化效应，并且特别优选地 用于改变半导体检测器元件中的电场（和可能载流子的自由的路径长度）。特别地，该附加 福射在以下也可以称为"调整福射（Konditionierungsstrahlung) "。
[0017] 附加辐射或者说调整辐射的传送，或间接来说输出，按照本发明基于预先给出的 额定值被控制或调节。
[0018] 借助按照本发明的额定值，例如可以以可靠的方式预先给出，半导体检测器元件 是如何调整的或优选在将来对于待进行的X射线检测测量应当如何调整半导体检测器元 件。特别地，基于如下知识，即，了解调整，即，特别是极化或极化的补偿，足以实现X射线辐 射的明确的检测。
[0019] 这特别地也意味着，借助额定值，将调整与确定的X射线检测测量的要求进行匹 配。即，额定值对于各种时间上不同的X射线检测测量是可变的或在一个X射线检测测量 期间被改变。例如检测器的通过最大计数率给出的特定灵敏度可以是需要的或足够的。借 助额定值，例如计数率，然后可以预先给出或确定，半导体检测器元件是否相应地调整了， 以实现该最大的计数率。如果否，或如果更小的灵敏度足够，则调整辐射的传送可以相应地 被控制或调节，直到达到期望的新的额定值，例如最大灵敏度。从其中利用当前额定值控制 或调节的状态出发，所力求的新的额定值在以下也可以称为"目标值"。
[0020] 额定值特别地可以是额定测量值，也就是直接测量的或间接从测量中导出的值。
[0021] 例如这可以借助额定值和特别是来自于由以下参量，即时间、特别是持续时间或 调整辐射或X射线辐射的传送时刻、X射线检测器的运行持续时间、特别是调整辐射或X射 线辐射的辐射强度（或者说辐射密度、计数率、剂量）构成的组中的额定测量值来实现。
[0022] 优选地，可以借助额定值进行后面还要详细描述的校准并且基于进行的校准例如 基于多个目标值（即，连续待到来的新的额定值）控制或调节调整辐射的传送。在此要强 调，在最简单的情况下对于X射线成像应用足够的是，基于额定值，而没有用于控制的测量 值的其他反馈，进行控制。即，一次性地预先给出一个或多个额定值或采集额定测量值并且 然后可以在不检查其他测量值的情况下进行控制。
[0023] 借助额定值，然后例如可以这样控制或调节补偿辐射的传送，即，评估半导体检测 器的或辐射源的老化效应或必要时借助按照本发明的控制或调节来补偿该老化效应。优选 地，时间上不变的（即，至少对于待进行的测量序列或X射线检测测量的持续时间）检测器 灵敏度的产生例如借助时间上不变的补偿辐射来努力实现。优选地也可以将空间电荷在半 导体材料中的分布通过借助附加辐射附加产生自由的载流子而在时间上保持恒定。
[0024] 此外，借助额定值也可以关于确定的测量条件，例如半导体检测器系统的温度、湿 度、运行时间、电流消耗，对半导体检测器元件进行调整，从而这些参数同样在调整辐射的 传送的控制或者说调节中被考虑，即，控制和或调节作为这些参数的函数进行或包括于额 定值中。
[0025] 特别优选地，方法包括用于确定或预先给出额定值的步骤，从而额定值是可变的 并且变化特别地可以利用多个目标值进行。如提到的，额定值可以可变地特别是在一个测 量序列或一个X射线检测测量内部（即对于时间上连续的持续时间，在所述持续时间中应 当进行X射线辐射的检测）或对于不同的测量序列或X射线检测测量可变地预先给出。
[0026] 附加辐射或调整辐射的传送的控制或调节在时间上和/或关于辐射密度或辐射 强度或剂量进行。此外，控制或调节也可以关于调整辐射的能量进行。这些参数在控制或 调节参量中反映，例如对于福射源的控制电流。在与相应的控制或调节参量对应的控制和/ 或调节值改变的情况下，调整辐射的传送也改变。例如在控制电流的电流强度下降的情况 下将辐射源调暗，从而传送的调整辐射的强度被减小。
[0027] 即，调整辐射的传送的控制或调节例如也可以包括对辐射源的辐射的输出的调节 或控制。
[0028] 特别优选地，提到的辐射源，关于一个、多个或优选所有上述参数被控制。即，对于 辐射源可以基于控制值或调节值关于这些参数来设置多个运行状态，所述运行状态与辐射 源的单纯开和关不同。在此可以对于控制或调节参量来设置多个不同的值（即，控制或调 节值）。通过考虑这些控制或调节参量的一个或多个，可以的是，如提到的那样，半导体检测 器元件的调整与后面还要详细解释的不同的要求相匹配。
[0029] 在本发明的范围内，相应地建议了一种具有用于采集X射线源的辐射的X射线检 测器的X射线检测器系统。X射线检测器具有直接转换的半导体检测器元件，即，检测器元 件至少部分地吸收X射线辐射源的待检测的X射线辐射并且基于吸收的X射线辐射产生检 测信号。特别地，检测器适合于在X射线成像中的应用，例如在计算机断层成像系统、SPECT 系统或PET系统中。
[0030] 按照本发明的X射线检测器系统包括用于将附加辐射传送到半导体检测器元件 的辐射源和/或用于控制辐射源的控制接口。控制接口于是例如可以用于，直接或间接（经 过其他现有的控制单元）控制在检测器所属于的X射线设备中（特别是计算机断层成像系 统中）已经存在的合适的辐射源来传送调整辐射。例如可以是计算机断层成像系统的已经 存在的X射线源。
[0031] 此外X射线检测器系统具有控制单元，其基于预先给出的额定值控制或调节附加 辐射的传送。在此要强调，概念"控制单元"在以下不仅包括对补偿辐射的传送进行控制的 可能性，而且同样可以包含对补偿辐射的传送进行调节的可能性。
[0032] 如已经提到的，额定值可以是可变的。特别优选地，控制单元由此具有用于预先给 出额定值的输入接口，从而该额定值，可变地借助输入接口，可以分别对于整