专利名称：造影成像设备及用于造影成像设备的探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在造影成像中探测和定位电离X射线或伽玛射线的X射线探测器。本发明进一步涉及造影成像设备，其包括此类X射线探测器，以及操作该造影成像设备的方法。
背景技术：
按惯例，在造影成像中，由射线源射出的X射线束被直接穿过待检查的主体，例如病人的身体。穿过主体传播的X射线束由X射线探测器探测,并且由X射线探测器所提供的结果数据被用于以图像的形式表现主体的内部结构。在检查中，穿过主体的X射线的吸收程度与身体组织的密度或构成物体的物质的密度相关联。然而，在人体造影成像中经常会遇到一个难点，那就是身体对X射线吸收有宽阔的动态范围。图片I中呈现的曲线I示出被2. 5mm的铝过滤后穿过一系列软组织厚度的IOOkV的典型X射线束的传播动态范围。考虑中的软组织范围可非常宽阔，特别是在肥胖者或超重者的情况下。通常，对于身体质量指数(BMI)为46kgm-2的人来说，腹部厚度在46cm左右。在身体中X射线束的动态传播范围可达到30至50，其取决于病人的身体质量指数。在数字造影中，造影图像由像素组成，每个像素对应于一个探测元件或一块探测区。为了形成图像，每个探测像素都具有电子读出器，其能在给定积分时间内使被检测到的X射线的电子信号被读取。用于各探测像素的电子读出器通常包括一个储能电容，其具有预先限定的电荷存储能力。通常，每个储能电容被制成能存储最强电荷信号的尺寸，特别是对应于源自X射线源的X射线束的直接部分(其中，光子被直接从X射线源射至X射线探测器而没有被物体或身体吸收)，该X射线源在高能量(kVp)和高强度(mAs)下被操作。这类操作的X射线放射参数被使用在，例如肥胖身体的造影成像中，其中所检测的骨组织位于身体深层结构中。量子限制探测器(quantum limited detector)的动态范围因此会被输出信号的比率所限定，该输出信号与直接X射线束、电子读出器的噪声相对应。当探测器和读出器出现线性响应时，输出信号是探测器输入信号的线性函数。这意味着具有丰富结构信息的高吸收结构区(例如相当于曝光时间内I至100个光子)例如肌肉骨骼图像的骨结构将在输出图像上以与如皮肤一样的高通量和低结构内容区(anatomical content)的方式被呈现。这对于诊断需求来说明显不理想，并且能导致用于病人的剂量的增加。当造影检查用于微身体肥胖的病人或用于低光子衰减的器官时，X射线放射参数被减小以提供较弱的光束，以便于使病人接收的剂量最小化。在一些情况下，直射X射线束的强度能比用于肥胖者骨组织检查的光束强度最多小200倍。在这些情况下，读出电子器件的储能电容仅接收到它能承受电荷的约1/200，且对电子读出链的信噪比的信号被同样的因数减少。如果探测器或电子读出器是线性的，这导致图像对比度的显著降低，从而降低图像质量。特别是，相比于前述肥胖病人情况，高吸收结构区(例如相当于曝光时间内I至100个光子)将在输出图像中出现更低(低200倍)的灰度级范围。这显然不利于图像质量，并会导致用于病人的剂量的增加。
发明内容
因此，有利的是提供一种无论病人的肥胖度高低都能在高X射线吸收结构区提供改良的图像对比度和质量的造影成像设备。根据本发明的第一方面，提供了一种用于在造影中探测和定位电离X射线或伽玛射线的X射线探测仪器，该仪器包含χ射线探测器，其包括用于将入射X光子束中的入射X射线光子转换为可探测的电荷的转换装置；以及非线性放大装置，其用于在探测器中通过非线性放大增益系数放大电荷；所述非线性放大系数的特征是放大增益的减少量，其响应于入射X射线高通量时入射X射线光子束通量的增长量；以及放大增益调节装置，其被配置以根据X射线源的放射参数和/或根据由X射线源经过成像主体后被探测器接收到的发射束来改变非线性放大装置的非线性放大增益，该X射线源为待执行的造影检查提供入射X射线光子束。在这种方式下，放大增益可以根据放射参数和/或待成像主体来被调整。因此，这使得根据所执行的造影研究来调整X射线探测器内部放大增益成为可能，以便于例如在所获得图像中的最大可获得信号对应于通过读出电子器件读取的最大可接受电荷区域。此夕卜，内部放大增益能被调整以充分发挥非线性放大效应，以便于图像的低强度部分可以被高度放大，该低强度部分对应于由主体造成的高X射线衰减，而图像的高强度部分被较少放大，该高强度部分对应于由主体造成的低X射线衰减。相应的，即使由对应于高衰减的微弱信号产生的图像，该图像对比度也被优化。本发明的第二部分提供了一种造影成像仪器，其包含X射线源，其用于射出X射线光子束，准直器，其用于将X射线光子束形成为平面光子束，以用于穿过待成像物体的传播；以及根据前述权利要求中任一项所述的X射线光子探测装置，其用于探测穿过该物体传播的X射线光子。本发明的第三部分提供了操作用于在造影中探测和定位电离X射线或伽玛射线的X射线探测装置的方法，该方法包含操作X射线源以根据与待执行的造影检查相对应的给定的X射线放射参数将X射线束射至X射线探测器；将X射线探测器中的入射X射线光子转换为可探测的电荷；通过放大增益系数放大探测器中的电荷；以及根据给定的X射线放射参数来调整放大增益。在本发明实施例中-非线性放大增益的特征可以是，当入射X射线光子束通量增加时，探测器输出信号增长率的下降，调节装置被配置以调整非线性放大装置的放大增益，以便于在入射X射线高通量时，X射线探测器的输出响应信号越来越慢地趋于饱和水平。-放大增益调节装置，其可以被配置以根据X射线探测器对直接入射X射线光子束的响应来调整放大增益。-放大增益调节装置，其可以被配置以调整放大增益，以便于被放大电荷基本对应于信号处理器件的最大充电能力，该信号处理器件与X射线探测器配合，用于处理被放大电荷。-放大增益调节装置，其可以被配置以调整放大增益，以便于X射线低通量时的放大增益和X射线高通量时的放大增益之间的差值被最大化。
-放大增益调节装置，其可以被配置以根据所获得的待成像主体的预览图像参数进一步调整放大增益。-X射线探测器可以包含气态雪崩室，其包括气室，其具有用于入射X射线光子束的进入窗口，并包含适于通过电离过程将入射X射线光子转化为电子-离子对的气体；电极装配，其位于气室内，并包含大量被布置成彼此相关的电极，以便于当电场被应用于电极之间时形成漂移区，在该漂移区中电子向其中一个电极漂移，且气态雪崩过程在所述电极附近被激活以用于扩增电子数量，且其特征在于放大增益调节装置被配置以调整被应用于电极之间的电场，以便根据待执行的造影检查来改变放大增益。-电极装配可以包含第一阳极，其包含大量排列在两个平面的阴极之间的拉长的阳极元件，阳极和阴极被配置成彼此之间基本平行，且其中，至少其中一个阴极平面包含大量用于探测由离子所引起的电荷信号的拉长的阴极元件，每个阴极元件配备有用于处理电荷信号的信号处理电子器件。-信号处理电子器件可包括储能电容，其用于存储在给定积分时间内从各阴极元件中收集的一定量的电荷。且其中，放大增益调节装置被配置以调整电场，以便于响应于直射X射线束而收集到的电荷与储能电容最大可存储电荷的大部分相对应。根据本发明的至少部分方法可以由计算机实现。这些方法可以在可编程仪器上的软件中被实现。它们也可以单独在硬件或软件中实现，或以软硬件组合实现。由于本发明的部分能在软件中被实现，本发明能被具体化为计算机可读代码，其用于提供给任何适当载体介质上的可编程仪器。有形的载体介质可以包含存储介质，例如软盘、光盘只读存储器、硬盘驱动器、磁盘设备或者固态存储设备等等。暂时的载体介质可以包括信号，例如电信号、电子信号、光信号、声音信号、磁信号或电磁信号，例如微波或射频(RF)信号。
本发明的实施例将以示例的方式并参照下列附图得以描述，其中图I是表示被2. 5mm的铝过滤后穿过一系列软组织厚度的IOOkV的典型X射线束的传播动态范围的图表；图2是根据本发明实施例的造影成像设备的图解式框图；图3是图2中造影成像设备的局部剖面图；图4是图3中设备沿平行于AA的直线所做的局部剖面图；图5A和5B是根据本发明的实施例，表示探测器对入射X射线通量的非线性响应的不意图；图6是根据本发明的实施例，用于造影成像的X射线探测器的操作方法的步骤流程图。
具体实施例方式根据本发明实施例，造影成像设备将参考图2和图3来详细描述。图2是根据本发明实施例的造影成像设备I的示意图，其包含X射线管T，其用于传播X射线光子束FX以照射待成像主体SU (例如病人的身体或部分病人的身体)，气态雪崩探测器100，其用于探测穿过主体SU传播的X射线，该主体位于X射线管T和探测器100之间。穿过主体SU传播的X射线光子通量FX由探测器100在选择性吸收后被其探测，该吸收取决于主体SU区的密度，该主体被X射线光子束穿过。造影成像设备I进一步包括高电压模块200，其用于为探测器100的电极供应高电压，电子读出模块300，其用于处理由探测器100输出的电信号，以及控制模块400，其用于控制高电压模块200。控制模块400接收由读出电子模块300及对应于X射线管T操作参数的操作数据所输出的电子信号。图3是造影成像设备I的X射线束的平面的正交平面的局部剖面图。可以理解的是，图3不是按比例绘制的。造影成像设备I进一步包括由铅制成的源准直器4，例如，其限定纵向槽F1，该槽沿呈现图3的纸张平面的正交方向延伸。槽Fl形成横断膜，其能使平面扩散的X射线束被提供，用于照射待成像主体SU或部分待成像主体SU。可以理解的是，在本发明可选实施例中，准直器4可以被其它用于形成基本平面X射线束的适当装置所替代，例如X射线衍射镜或X射线透镜等。物体准直器5被选择性地被放置在待成像物体SU和X射线探测器100之间，以助于消除由物体SU所产生的散射辐射，该主体准直器具有与源准直器4的槽Fl对齐的纵向槽F2。气态雪崩探测器100包括带有进入窗口 FE的气室10，通过该窗口被探测的X射线束进入探测器100内。该进入窗口 FE平行对齐于准直器槽Fl和F2，并允许X射线束FX以高水平可透性进入探测器100，同时提供可靠的密封以阻止气体在大气压或更高的操作压力下从气室10中泄露。气室10中的气体，是由能通过X射线光子与气体相互电离作用形成电子-离子对，并允许通过汤森雪崩效应产生电子放大的气体所组成的。出于该目的，该气体可以由具高原子数的例如氙的稀有气体混合物组成，且控制在高压下以使大部分的X射线光子被电离作用转换为电荷；以及一种有机气体，如C2H6，其扮演冷却剂的角色以稳定由雪崩效应产生的放大。探测器100在光束FX方向的深度的尺寸足以使入射X射线束FX的主要部分与气室10内的气体相互作用，以提供电离的电子-离子对。例如该深度可以在5至50cm的范围内。气室10是被配备用以填充和排空气室内气体的常规型气室。气室中的气体可以在大气压或大于大气压的压力下被容纳在气室内。例如,气体可以在I至20巴的压力下被容纳在气室内。由X射线管T、槽F1、槽F2和探测模块100所组成的装配体能以框架的形式被形成一个单元。这使得该装配体可被平移或旋转操作，以保证通过扫描程序对主体SU适当分析。本领域技术人员不需要明白本发明就能详细描述这种装配体的机械实施例，因为相应的元件对本领域技术人员而言是公知的。在一些实施例中，当主体SU为了提供分析而移动适当位移时，X射线管T和探测器模块100能固定不动。参考图3至图4，探测器100的内部将被更加详细地描述。气室10容纳了第一阴极电极11、阳极电极12和第二阴极电极13。这三个电极11、12和13基本是平面的，且彼此平行地被定位。阳极电极12由阳极线120平面组成，且被放置于第一阴极电极11和第二阴极电极13之间。探测器100中的电场是通过高电压模块200由被施加于电极11、12和13的高电压形成的，该电场为由电离过程而形成的电荷提供漂移区，该电离过程发生在入射X射线光子和气体分子之间离阳极线一定距离处，同样还有一个靠近阳极线120的放大区，其中电荷通过气态雪崩过程被放大。应用于阴极电极13和阳极电极12之间的电场El影响气态雪崩过程的放大增益。一般说来，当阴极电极13和阳极电极12之间的电场El增长时，气态雪崩过程的放大增益增长至一点，在该处，空间电荷的建立开始影响放大增益，该增益将在下文得以描述。在气体成分、气体压力和电场的适当配置下，10至IO4的放大增益能被获得。如图4所示，第二阴极电极13由一组彼此被分离地放置在电气绝缘支撑体14上的基础阴极条130组成。每个阴极条130被布置成用以获取由阳离子所引起的电荷信号，该阳离子产生于电离和雪崩过程。该电荷信号能根据传播X射线束FX的捕获电荷的数量把一数值赋于相应重建图像直线上的像素。如图4所示，阴极条130可以被布置在基座14上，以向X射线管T聚集。阴极条130的这种布局有助于消除视差错误，该错误是由于X射线束平面在阴极电极13平面上的投影而产生的。如图4所示，阳极线120被布置成正交于X射线束的主方向，且因此正交于阴极条130。阳极线120被彼此隔离开约几毫米的距离。阳极线的这种布置可在垂直于阴极条130的方向上实现均匀且连续(非离散)的放大操作。这有助于防止所得图像的空间分辨率被两个阳极线120之间的距离所限制。高电压模块200包括偏置电路，其用于为第一阴极电极11提供第一高电压HV1，为阳极电极12提供正相关于HVl的第二高电压HV2，且为第二阴极电极13提供负相关于HV2的第三高电压HV3，以便于产生一个漂移区，在该区，由气体电离过程所引起的电子向阳极电极12漂移，且在阳极电极12附近产生一个放大区，在该区负电荷被雪崩效应放大。例如，如果气室10在大约6巴的压强下容纳有氙气混合物，第一阴极电极11和第二阴极电极13可以接地在0V，且2000V至3000V之间的高电压HV2可被应用于阳极电极12。在本发明的一些实施例中，高电压模块200可以被配置，以仅调整应用于阳极电极12的高电压HV2。在可选实施例中，应用于电极11、12和13的高电压HV1、HV2和HV3的任何结合可以被调整，以改变电极间的电场，以便于改变由雪崩效应所产生的放大增益。如下文将描述的，通过高电压模块200应用于电极11、12和13的高电压HV1、HV2和HV3能根据将被执行的造影检查和/或根据被检查主体SU的肥胖程度来被控制模块400控制。至少可以根据用于特定造影检查的X射线管的操作放射参数，通过调整被应用的高电压HV1、HV2和HV3的方式来部分实现。进一步或可选择的，可以根据电子读出模块300所提供的数据，来改变高电压HV1、HV2或HV3，该模块300响应于由直射X射线束产生的对至少部分探测器100的照射。在X射线探测器100的操作中，通过电离过程，X射线光子与在漂移区的被增压的氙气混合物相互作用，以产生主电子和相应的离子，该X射线光子穿过位于阳极电极12和阴极电极13之间的进入窗口 FE进入气室10。该主电子可沿着它们穿过探测器100的轨迹通过进一步的电离过程继续提供更多的电子-离子对。在电场的影响下，电子朝阳极线120的平面漂移，而正离子朝阴极条130漂移，该电场产生于阴极电极11、13和阳极电极12之间。正电荷的一部分可能朝第一阴极电极11漂移。在强电场内，电子向阳极线120方向加速，且通过雪崩效应方法放大，该强电场在靠近阳极线120的区域内产生，该雪崩效应产生更多电子-离子对。阴极条130捕获由电离作用和雪崩效应所产生的正电荷,该雪崩效应产生相应的电脉冲。该电脉冲过程使相互作用的X射线光子被限定在适当的位置，并且使来源于X射线光子的电荷量被确定。电子读出模块300包括一组电荷放大器30，每个电荷放大器30与一个单独的阴极条130配合,且输出一个对应于电荷的放大电荷信号，该电荷由各阴极条130所收集。每个放大器30的输出能与输出电容或脉冲处理电子器件配合。在本发明的部分实施例中，可使用模数电路，以提供正比于离子数量的数字信号，该离子在给定时间中被探测；或者可使用脉冲计数器，其用于计算超过给定时间周期所产生的电荷的数量。可使用其它用于处理电荷信号的适当信号处理电子器件。每个阴极条130具有电荷电容Cl，其被排列在阴极条130和接地之间，在电荷放大器30的输入处，用于在给定积分时间内存储由对应的阴极条收集的一定量的电荷。在本发明的实施例中，由电容Cl各阴极条130所存储的电荷信号的积分时间被最小化。这有助于使不饱和电子信号的获得超过生成图像各像素的扩大动态范围，同时也能实现高气态放大。气态雪崩探测器通常证实，空间电荷增长至超过确定点时放大增益的减少，该空间电荷在阳极线附近通过雪崩过程在放大区域内产生。这由空间电荷效应产生，其中，由雪崩过程产生的电荷的出现歪曲了接近阳极线的电场，从而使气体放大增益从非当前的空间电荷开始减少。来源于空间电荷效益的放大增益的减少通过响应于入射X射线通量增长的放大增益的下降来呈现。在现有技术的探测器中，增加X射线通量增益保持恒定。此类放大增益的减少导致探测器输出信号的非线性响应是X射线束强度的函数，如图5A(i)所示。此非线性曲线清楚地表示了输出信号放大的增长率，该输出信号响应于X射线通量的变化，该X射线通量在X射线束强度增加时减少。在高通量时，输出响应越来越慢地趋于一个饱和水平。相对比地，曲线(ii)示出了产生于现有技术中固定的放大增益系数的线性响应。图5B示出了探测器输出信号之间的关系，该输出信号响应于探测器中不同内部电场强度的增长X射线通量。在每个电场强度中，都存在一个以曲线形状示出的关联增益区，该电场强度由应用于电极间的高电压所限定。如图5B所示，当产生于电极之间的电场增强时，输出信号中的饱和效应变得更加明显。当应用于产生放大效应的电极之间的高电压增大时，低通量高放大增益与高通量低放大增益之间的差值增大。输出信号中的这种饱和效应可以被应用在本发明实施例中，该输出信号来源于已增加X射线通量时放大增益的变化，以便于延伸X射线通量的动态范围，使该X射线通量能被探测器的读出电子器件300处理。在适当的高电压设置下，即使X射线通量的强度增长，由每个阴极条130所获得的一定量的电荷也不会超过对应储能电容Cl的最大可接受电荷，因为输出信号增益的放大的增长是由放大增益的下降所产生的。每个由饱和效应所产生的像素的被延伸的动态范围可因此覆盖整个人体的动态范围，同时在被成像身体组织厚度的整个范围内提供良好的灵敏度。应用增益饱和能获得的高质量全身造影图像。此外，如图5所示，在低X射线通量时，响应曲线的斜度更陆，且因此在低X射线通量时，响应于X射线通量变化而输出的电荷数量的变化更大，因此可在结果图像中在低X射线通量时提供改进的对比度。参考于图5B，应用的电压越高，则非线性就越显著，因此可增加应用于探测器电极的高电压以利于有更显著的非线性。身体的低肥胖部分传播大部分入射X射线束FX。其结果是，如上文所描述的，通过充分发挥放大增益的减少量，这些区能因此在高空间电荷和减少的放大增益的情况下被成像。该被减少的放大增益能有助于在对该区域成像时缓和X射线束强度的较大变化。相比之下，在身体的高肥胖部分中，例如腹部，入射X射线束FX被大量衰减。因此，通过充分发挥由非线性放大所产生的饱和效应，这些身体部分在低空间电荷和高放大增益的情况下被成像。越高的放大增益能使在这些区内由X射线束发生的衰减的小变化被强化，从而引起图像质量的提闻。其结果是，高电压HV1、HV2和/或HV3可以被调整以利于探测器在饱和模式下的操作，以便于高吸收区可获得改进了对比度和图像质量的造影图像，这些高电压通过高电压模块200应用于探测器100的至少一个相关电极11、12和13。通过高电压模块200被施加至电极11、12和13中的一个或多个的高电压HV1、HV2和/或HV3也可以被调整，以通过雪崩过程在探测器中改变用于电荷放大的放大增益，以致由阴极条130所收集的电荷对应于对应输出电容Cl的最大可接受电荷范围，该阴极条响应于在设定的放射X射线源参数下操作的直射X射线束。这使得无论是何成像场景，读出电子器件的全动态范围都能被充分发挥。其结果是，可提供每个像素的增长的信噪比及改进的图像对比度。相应地，根据本发明实施例，X射线成像设备能通过改变高电压来调整探测器100的放大增益，该高电压被应用于电极11、12和13中的至少一个中，其根据要被执行的造影检查，即根据成像主体或成像身体部位的肥胖度。参考图6来说明X射线成像设备的示例操作。第一步骤SI涉及根据病人的肥胖度或病人被成像区域来设置X射线管的操作放射参数(千伏、毫安、扫描速度)。这些放射参数限定了由X射线管T发射出的X射线的波谱和通量。例如，相比于为儿童的薄组织的成像，为肥胖病人的厚组织成像的射线放射参数将被设置得用以提供更强烈的X射线束。在第二步骤S2中，控制模块400根据设定的X射线管放射参数来调整应用于阳极电极12的高电压，用于获得非线性放大增益和读出电子器件全动态范围的充分发挥，该电极使用算盘数据库(abacus dataset)限定典型电场。因此，例如，相比于为肥胖病人的腹部进行造影检查的情况，在为儿童的高光子吸收区，如腹部，进行造影检查时，被应用于电极12的高电压HV2可能会更高。这由此减小了 X射线光子的通量，因为在对儿童成像时，X射线强度虽被减小，但其被增加的放大增益所补偿，以使读出电子器件的全动态范围被充分发挥。高电压也被设定为将获取的输出响应，其中，在预先设置的X射线管放射参数的X射线高通量时，输出信号因非线性放大增益而慢慢趋于饱和水平。该饱和水平可以基本对应于读出电子器件的最大可接受电荷。高电压也可能在该步骤被调整，以便于X射线低通量的放大增益和X射线高通量的放大增益之间的差值被最大化。在本发明的部分实施例中，要被理解的是，步骤SI和S2可根据预先存储的校准数据而自动进行，该数据对应于特定的造影检查且由在前的校准过程所获得。在本发明的进一步实施例中，在步骤S3中，在对主体开展X射线成像检查之前，通过以设定的X射线放射参数激活X射线管T并通过探测器10获得校准图像，来执行校准获取，该校准图像响应于入射X射线通量FX。然后以这种方式获得的校准图像可以在步骤S4中被分析，以为每个探测元素确定最终的像素数量。使用校准图像和先前计算出的将放大增益定义为所应用电场的函数的增益模型，来计算出待应用于阳极12的用于病人的造影图像校准的高电压HV2。在步骤S5中，高电压HV2被调整，以便于对应于预先设定的X射线参数的非线性放大增益模型可用，并且以便于由对应于直射X射线束的阳极条130所收集的电荷与输出器电子器件各电荷电容Cl的最大可接受充电能力相对应，并且图像像素的强度不会超过电子器件的量子极限。而且，要被理解的是，步骤S3至S5可能在较早实施的校准脉冲中被实施，且操作参数被存储，以用于随后的图像采集。除了步骤S4还有备选于步骤S4的步骤S4’，其中，在使用设定的X射线放射参数和调整的高电压参数下，一初步的造影检查可在主体SU上被执行。根据来自于传播X射线束的探测信号，高电压可以在步骤S5中被进一步精细地调整，以便于根据获得的预览图像精细地优化该增益参数。因此，在步骤S5中，高电压参数可以根据校准图像和/或预览图像被调整。该步骤之后，可以通过使用被调整的高电压参数在主体上执行造影检查，以获得主体的X射线图像一步骤S6。在本发明的部分实施例中，成像过程可能包括预校准阶段，在该阶段中，如上所述的大量校准结果依据算盘被实施，以便设定增益模型的参数。该增益模型接着在预设的有效期内例如一天或者多天被使用在随后的图像采集阶段中，以用于计算特定的执行造影检查所需的高电压。此特定实施例缩小了两个病人成像期之间的时间并且最小化来自于造影成像设备操作者的干扰。由增益模型所执行的校准使高电压被选定用于探测器在非线性增益模型的应用中，且防止图像获取中像素的饱和受到其中该图像由电子器件的量子限制。在本发明的实施例中，根据成像主体密度或肥胖度来调整X射线探测器的放大增益，使得X射线剂量适于成像主体，且在X射线结果图像中获得高水平的对比度，因为该电子器件读出的全动态范围能被充分发挥。放大增益非线性的充分发挥允许利害区(zonesof interest)的对比度对应于X射线低通量，以被进一步优化。从头到脚的整个人体的X射线图像可能通过保持一个动态范围的方式而获得，在此范围内，身体薄的和厚的部分都能以相同水平的方式被呈现出。尽管参考于特定实施例，本发明已经在上文中被描述，但本发明并不被限于特定实施例，且对落于本发明范围内的本领域技术人员而言改进是明显的。例如，尽管本发明的实施例被描述为与气态雪崩探测器的特定配置相关，可以理解的是，X射线探测器的任何配置都可能会被使用，其中，通过调整应用于探测器的电极的高电压，放大增益和这种输出电荷信号放大可以被改变，且其中，由于饱和效应，该放大增益是非线性的，在饱和效应中，当X射线通量增长时，响应于X射线通量的输出信号的增长量变慢。因此，适当的气体探测器可被使用，例如在文献FR 0957243或EP 0678896中描述的，出于参考目的将其全部纳入本文。例如，在欧洲专利申请EP 0678896中描述的探测器示例中，被应用于倍增比例电网(multiplication proportional grid)中的高电压可以被调整，以根据被执行的造影检查而改变探测器的内部放大。可选的是，使用文献EP 0678896中描述的探测器配置。在此示例中，被应用于阳极电极14或阴极电极13的高电压可能被改变，以改变探测器的内部放大。而且，本发明不限于气态雪崩探测器。在本发明的其它实施例中，气态雪崩探测器可以被任何适当的具有可变放大增益的X射线探测器所替代，该增益在输入X射线较高通量时降低。尽管前述实施例被描述为有关于医学造影，但可以理解的是，在医学和工业造影成像及安全扫描应用中均能发现根据本发明实施例的方法的应用。在参考前面说明的实施例后，许多其它改良和变形方式将被本领域熟练的技术人员提出，前述实施例仅以示例的方式被示出且并不旨于将本发明的范围限制在所附权利要求书中所确定的内容。尤其是，不同实施例的不同特征可以在适当处互换。在权利要求书中，单词“包含”并不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一”或“一个”并不排除复数形式。在互不相同的从属权利要求书中列举不同特征，这一纯粹的事实并不表示这些特征的结合不能被有利地应用。权利要求书中的任何附图标记不应该被解释为对本发明范围的限制。
权利要求
1.一种X射线探测仪器，其用于在造影中探测和定位电离X射线或伽玛射线，所述仪器包含 X射线探测器，其包括 转换装置，其用于将入射X射线光子束中的X射线光子转换为电荷；以及 非线性放大装置，其用于在所述探测器内通过非线性放大增益系数放大电荷，所述非线性放大系数的特征是放大增益的减少量，所述放大增益的减少量响应于入射X射线高通量时入射X射线光子束通量的增长量；以及 放大增益调节装置，其被配置以根据X射线源的放射参数和/或根据由X射线源经过成像主体后被所述探测器接收到的发射束来改变所述非线性放大装置的非线性放大增益，所述X射线源为待执行的造影检查提供入射X射线光子束。
2.根据权利要求I所述的仪器，其特征在于，所述非线性放大增益导致当入射X射线光子束通量增加时，所述探测器输出信号的增长率下降，所述调节装置被配置以调整所述非线性放大装置的放大增益，以便于在入射X射线高通量时，所述X射线探测器的输出响应信号越来越慢地趋于饱和水平。
3.根据权利要求I或2所述的仪器，其特征在于，所述调节装置被配置以调整所述非线性放大装置的放大增益，以便于X射线低通量时的放大增益和X射线高通量时的放大增益之间的差值被最大化。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的仪器，其特征在于，所述放大增益调节装置被配置以根据所述X射线探测器对直接入射X射线光子束的响应来调整所述放大增益。
5.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其特征在于，所述放大增益调节装置被配置以调整所述放大增益，以便于被放大电荷基本对应于信号处理电子器件的最大充电能力，所述信号处理电子器件与所述X射线探测器配合，用于处理被放大电荷。
6.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其特征在于，所述放大增益调节装置被配置以根据所获得的待成像主体的预览图像参数进一步调整所述放大增益。
7.根据前述权利要求中任一项所述的仪器，其特征在于，X射线探测器包含气态雪崩室，其包括 气室，其具有用于入射X射线光子束的进入窗口，并包含适于通过电离过程将入射X射线光子转换为电子-离子对的气体； 电极装配，其位于所述气室内，并包含大量被布置成彼此相关的电极，以便于当电场被应用于所述电极之间时形成漂移区，在所述漂移区中电子向其中一个电极漂移，且气态雪崩过程在所述电极附近被激活以用于扩增电子数量；且其特征在于， 所述放大增益调节装置被配置以调整被应用于所述电极间的电场，以便改变所述放大增益；
8.根据权利要求7所述的仪器，其特征在于，所述电极装配包含第一阳极，所述第一阳极包含大量排列在两个平面的阴极电极之间的拉长的阳极元件，所述阳极和所述阴极被配置成彼此之间基本平行，且其中，至少其中一个阴极平面包含大量用于探测由离子所引发的电荷信号的拉长的阴极元件，每个阴极元件配备有用于处理所述电荷信号的信号处理电子器件。
9.根据权利要求8所述的仪器，其特征在于，所述信号处理电子器件包括储能电容，所述储能电容用于存储在给定积分时间内从各所述阴极元件中收集的一定量的电荷，且其中，所述放大增益调节装置被配置以调整所述电场，以便于响应于直射X射线束而收集到的电荷与所述储能电容最大可存储电荷中的大部分相对应。
10.造影成像仪器，其包含 X射线源，其用于射出X射线光子束； 准直器，其用于使所述X射线光子束形成平面光子束，以用于穿过待成像的物体的传播；以及 根据前述权利要求中任一项所述的X射线光子探测装置，其用于探测穿过所述物体传播的X射线光子。
11.操作探测X射线探测仪器的方法，所述探测装置用于在造影中探测和定位电离X射 线或伽玛射线，所述方法包含 操作X射线源以根据与待执行的造影检查相对应的X射线放射参数将X射线束射至X射线探测器； 将所述X射线探测器中的入射X射线光子转换为电荷； 通过非线性放大增益系数放大所述X射线探测器中的所述电荷，所述非线性放大系数的特征是放大增益的减少量，其响应于入射X射线高通量时入射X射线光子束通量的增长量；以及 根据给定的X射线放射参数和/或由X射线源经过成像主体后被所述探测器接收到的传播光子束，来调整所述放大增益。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述非线性放大增益的特征是，当入射X射线光子束通量增加时，所述输出信号的增长率的下降，所述方法进一步包含调整所述非线性放大装置的放大增益，以便于X射线探测器的输出响应信号在最大入射X射线通量区域内越来越慢地趋于饱和水平。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述非线性放大装置的放大增益被调整，以便于所述X射线低通量时的放大增益和X射线高通量时的放大增益之间的差值被最大化。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述X射线源被操作以将X射线光子直接射至所述X射线探测器，所述方法进一步包含从X射线探测器中获得响应于所述直接X射线光子的响应数据；以及 根据所述响应数据调整所述放大装置的放大增益。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述响应数据包含图像，所述方法进一步包含对所述图像像素数量的分析，以用于调整放大增益步骤。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述放大增益被调整，以便于所述被放大电荷基本对应于信号处理电子器件的最大充电能力，所述信号处理电子器件用于处理所述被放大电荷。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述X射线探测器包含气态雪崩室，所述气态雪崩室包括 气室，其具有用于入射X射线光子束的进入窗口，并包含适于通过电离过程将入射X射线光子转换为电子-离子对的气体，及位于所述气室内的电极装配，所述电极装配包含大量电极；该方法包含 在电极之间应用电场，以形成一个漂移区，在所述漂移区中电子向其中一个电极漂移，且气态雪崩过程在所述电极附近被激活以扩增电子数量；以及 调整被应用于电极之间的电场，以便根据待执行的造影检查来改变所述放大增益。
18.根据权利要求17所述的方法进一步包 含为配置电场而产生包括X射线源放射参数和相应的用于形成所述电场的可操作高电压参数的数据组，以便于应用于电极的高电压能根据所述X射线源放射参数自动调整，以用于一个或多个后续X射线成像检查。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述电极装配包含第一阳极，所述第一阳极包含大量排列于两个平面的阴极电极之间的拉长的阳极元件，所述阳极和所述阴极被配置成彼此之间基本平行，且其中，至少其中一个阴极平面包含大量用于探测由离子所引起的电荷信号的拉长的阴极元件，每个阴极元件配备有用于处理电荷信号的信号处理电子器件，所述信号处理器件包括储能电容，所述储能电容用于存储在给定积分期间内从各所述阴极元件中收集到的一定量的电荷,所述方法包括 调整所述电极之间的电场，以便于响应于直接X射线束而收集到的电荷与所述储能电容最大可存储电荷中的大部分相对应。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述放大增益被调整，以便于X射线探测器提供对所述入射X射线光子强度的非线性响应，所述非线性响应的特征是入射X射线光子增长强度时的放大增益的饱和。
全文摘要
用于在造影中探测和定位电离X射线或伽玛射线的X射线探测装置，该装置包含X射线探测器，其包用于将入射X射线光子束中的入射X射线光子转换为可探测的电荷的括转换装置；以及用于在探测器中通过非线性放大增益系数放大电荷的放大装置，该非线性放大增益被描述为在入射X射线光子高通量时放大增益的减小量；以及放大增益调节装置，其被配置以根据X射线源的放射参数改变放大装置中的放大增益，该X射线源提供入射X射线光子束和/或被传播光子束，该入射光子束用于执行造影检查，该被传播光子束由探测器从X射线源通过待成像主体获得。X射线成像设备及操作该射线成像设备的方法也被呈现。
文档编号G01T1/185GK102985844SQ201080067976
公开日2013年3月20日 申请日期2010年5月6日 优先权日2010年5月6日
发明者帕斯卡尔·戴索泰 申请人:Eos成像公司