專利名稱：模塊化應(yīng)用于組合的傳輸/發(fā)射斷層造影設(shè)備的檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模塊化應(yīng)用于組合的傳輸/發(fā)送斷層造影設(shè)備、優(yōu)選為CT/PET/SPECT設(shè)備的檢測裝置，以測量檢測器內(nèi)的傳輸X射線輻射和發(fā)射γ輻射，優(yōu)選在40keV到1MeV的范圍內(nèi)，其中該檢測裝置至少具有三個(gè)在輻射方向上疊加設(shè)置的、不同厚度的吸收層，用于檢測吸收情況。
背景技術(shù)：
通常，將CT(計(jì)算斷層造影)方法理解為一種傳輸斷層造影設(shè)備，該設(shè)備借助X射線輻射或γ輻射來從多個(gè)方向透視檢查對象，其中由所測量的對該輻射的劑量吸收計(jì)算出檢查對象的吸收特性的截面圖像。在PET(正電子發(fā)射斷層造影)方法中，在檢查對象體內(nèi)注入一種能發(fā)射正電子的物質(zhì)，其中正電子和殼層電子一起形成兩個(gè)具有511keV的相反取向的γ量子，它們可以同時(shí)被測量。在SPECT方法(單光子發(fā)射計(jì)算斷層造影)中，在檢查對象體內(nèi)注入單光子發(fā)射器，通過相應(yīng)的檢測器可以獲知其分解。在PET和SPECT中都可以由測量結(jié)果計(jì)算出檢查對象的截面圖像。
與本發(fā)明類似的檢測裝置公開在專利文獻(xiàn)US6448559B1中。其中展示了一種適合于檢測PET、SPECT和CT信號的檢測裝置。在此示出的檢測裝置由多個(gè)吸收層組成，其中第一個(gè)薄層用于測量低能量的伽馬和X射線，第二層用于測量較高能量的伽馬輻射，第三層用于測量高能量的511keV事件。不同的吸收層由不同的材料構(gòu)成，其中第一層由薄的CsI(TI)閃爍體構(gòu)成，下面的層是LSO/GSO閃爍體。在此展示的用于組合測量CT/PET和SPECT信號的檢測裝置是昂貴的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，找到一種改進(jìn)的檢測裝置來模塊化地用于組合的傳輸/發(fā)射斷層造影設(shè)備。
本發(fā)明的技術(shù)問題通過一種模塊化地用于組合的傳輸/發(fā)送斷層造影設(shè)備的檢測裝置來解決，其用于測量在檢測器內(nèi)的傳輸X射線輻射和發(fā)射γ輻射，其中該檢測裝置至少具有3個(gè)在輻射方向上疊加設(shè)置的、不同厚度的吸收層，用于檢測吸收事件，其中，所有至少3個(gè)吸收層都由一種材料構(gòu)成，每個(gè)吸收層連接到可以向一個(gè)共用的分析單元傳送所檢測的吸收事件的測量值位置x、時(shí)間t和能量E的測量芯片，該分析單元可以從所傳送的吸收事件的測量值中分辨出CT、SPECT和PET信號，以及所述吸收層被分為多個(gè)檢測單元。
本發(fā)明人已經(jīng)了解，如果檢測裝置的所有吸收層都由同一種材料構(gòu)造，優(yōu)選除了物理上需要的層厚差異和必要時(shí)吸收層的不同分布之外對整個(gè)檢測裝置都采用一種盡可能相同的結(jié)構(gòu)，則本發(fā)明的組合式檢測裝置的制造和操作都明顯更為有利。這例如可以通過將檢測裝置的所有層都由基于直接轉(zhuǎn)換器或閃爍體的CMOS檢測器組成來實(shí)現(xiàn)。在第一種情況下，檢測器針對每個(gè)像素都具有一個(gè)電流靈敏的輸入端和一個(gè)數(shù)字輸出端，而在第二種情況下采用一個(gè)光電傳感器輸入端和一個(gè)數(shù)字輸出端。在此，對所有吸收層都優(yōu)選采用相同的測量芯片，該芯片根據(jù)吸收層的柵格輸出測量值所檢測到的吸收事件的位置、時(shí)間和能量。也就是說，在測量CT輻射時(shí)也不測量所出現(xiàn)的劑量功率并在此作為成正比的信號強(qiáng)度傳送出去，而是在此測量吸收事件，將其按照測量單位的能量和數(shù)量換算成劑量功率。也就是說，每個(gè)質(zhì)量單位的能量對劑量的積分不是在測量時(shí)進(jìn)行，而是在測量之后計(jì)算出來。
根據(jù)這一基本思想，本發(fā)明人建議這樣改善一種模塊化地用于組合的傳輸/發(fā)送斷層造影設(shè)備的檢測裝置，該檢測裝置用于測量檢測器內(nèi)的傳輸X射線輻射和發(fā)射γ輻射，優(yōu)選在40keV到1MeV的范圍內(nèi)，其中該檢測裝置至少具有三個(gè)在輻射方向上疊加設(shè)置的、不同厚度的吸收層，用于檢測吸收事件，其中所有至少三個(gè)吸收層都由一種材料構(gòu)成，每個(gè)吸收層連接到可以向一個(gè)共用的分析單元傳送所檢測的吸收事件的測量值位置x、時(shí)間t和能量E的測量芯片，該分析單元可以從所傳送的吸收事件的測量值中分辨出CT、SPECT和PET信號的分布，并且吸收層分為多個(gè)檢測單元。這種結(jié)構(gòu)使得能廉價(jià)地制造檢測裝置，因?yàn)椴捎梅浅Ｏ嗨频牟考?br> 特別有利的是，對于不同的吸收層都采用相同的測量芯片。由此再次極大減少了制造和開發(fā)費(fèi)用。
優(yōu)選地，作為吸收層的共同和唯一的材料，可以采用半導(dǎo)體材料，優(yōu)選為CdZnTe或CdTe。
關(guān)于測量芯片，特別有利的是，將這些測量芯片構(gòu)造為硅-CMOS芯片，其中優(yōu)選CMOS芯片具有不同的模式設(shè)置，由此可以毫無問題地將運(yùn)行模式與待測量的能量區(qū)域相匹配。
吸收層的層厚優(yōu)選可以位于0.5mm到3cm的范圍內(nèi)，其中在上面的吸收層應(yīng)當(dāng)具有至少主要檢測在CT檢查中采用的小于100keV的低能量X射線輻射的層厚。中間的吸收層應(yīng)當(dāng)這樣構(gòu)成，其主要檢測用于CT檢查和/或核醫(yī)學(xué)檢查的、位于100keV到300keV范圍內(nèi)的X射線輻射或γ輻射。最后，至少一個(gè)下面的吸收層具有超過1cm的層厚，并且主要檢測超過500keV的γ輻射，尤其是在正電子發(fā)射時(shí)出現(xiàn)的一致具有511keV的γ量子。
需要指出，在本申請的表達(dá)中，位于上面的吸收層表示朝向輻射并被射線作為第一層穿透的吸收層。由此位于下面的吸收層表示作為最后一層被射線穿透的吸收層，其在輻射方向上看過去沒有隨后的其它吸收層。中間吸收層是設(shè)置在上面吸收層和下面吸收層之間的吸收層。
根據(jù)該發(fā)明思想，可以特別是為了改善對高能量輻射的檢測而疊加地設(shè)置至少5個(gè)吸收層，其中在下面的區(qū)域例如可以設(shè)置3個(gè)相同的相對厚的吸收層。
根據(jù)本發(fā)明檢測裝置的特殊實(shí)施變形，可以這樣設(shè)置至少3個(gè)厚度不同的吸收層，使得在輻射方向上的層厚連續(xù)增大。
優(yōu)選地，所有檢測單元都這樣構(gòu)成，使得它們只是具有附加吸收事件的能量分辨率的、對事件計(jì)數(shù)的檢測器。
除了將所有吸收層實(shí)施為具有同樣分布為單個(gè)矩陣單元的相同橫截面之外，還可以使吸收層具有不同的分布。優(yōu)選地，較薄的吸收層具有包含較小矩陣單元的較大分布，而較厚的吸收層具有包含較大矩陣單元的較小分布。根據(jù)吸收層的不同分布，用較大的分辨率對采用檢測裝置的第一層或必要時(shí)還采用第二層的CT拍攝進(jìn)行測量，而用較小但足夠的分辨率對正電子發(fā)射進(jìn)行測量。
此外在本發(fā)明中，還產(chǎn)生具有上述檢測裝置的檢測器模塊，在此本發(fā)明同樣提供由多個(gè)這種檢測器模塊構(gòu)成的檢測裝置。
在此，每個(gè)檢測器模塊都具有多個(gè)檢測單元，它們互聯(lián)地形成斷層造影設(shè)備的公知為矩陣形式的檢測器行和列。
同樣，本發(fā)明中還包括組合了PET和/或SPECT設(shè)備的CT，其具有這樣的檢測器。


下面參照附圖由對優(yōu)選實(shí)施例的描述得出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其中在附圖中只顯示重要的、理解本發(fā)明所需的特征。
下面借助附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明，其中采用下面的附圖標(biāo)記1檢測器模塊；2分析單元；2.1顯示器；2.2鍵盤；3外殼；4檢測器5焦點(diǎn)；6射線束；7患者；8數(shù)據(jù)導(dǎo)線；9控制導(dǎo)線；Ax第x個(gè)吸收層；Cx第x個(gè)CMOS測量芯片；Dx從第x個(gè)測量芯片到分析單元的數(shù)據(jù)導(dǎo)線；Sx第x個(gè)基座；Lx第x個(gè)檢測器層；Pn程序。
具體示出圖1示出具有本發(fā)明的檢測裝置的檢測器模塊；圖2示出在檢測器層之間還具有基座層的本發(fā)明的檢測器模塊；圖3示出組合CT/PET/SPECT設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出具有本發(fā)明檢測裝置的檢測器模塊的示意圖。該檢測裝置由3個(gè)在輻射方向上逐漸增厚的吸收層A1、A2和A3組成，其中分別在半導(dǎo)體吸收層下面設(shè)置一個(gè)所屬的用于測量所檢測到的吸收情況的CMOS芯片?；蛘撸摍z測裝置還可以由閃爍體材料構(gòu)成，其中將該測量芯片構(gòu)造為光電傳感器芯片。測量芯片C1至C3及其所屬的吸收層A1至A3在其平面上以矩陣形式分為各個(gè)檢測單元，從而測量芯片C1至C3可以通過數(shù)據(jù)導(dǎo)線D1至D3分別將吸收事件的位置傳送給分析單元2。另外，測量芯片還可以測量時(shí)間，從而將對應(yīng)于一個(gè)吸收事件的時(shí)間同樣也傳送到分析單元，此外還通過所測量的吸收事件的信號大小給出所確定的吸收能量。
然后，在分析單元2中對被告知的吸收事件根據(jù)其能量和必要時(shí)與另一個(gè)吸收事件的一致來判斷，其是PET是事件還是SPECT事件，此外還根據(jù)所傳送的能量和所測量的吸收事件的數(shù)量計(jì)算出所接收的劑量功率，以確定用于計(jì)算CT圖像的輻射吸收量。
這種檢測器模塊的結(jié)構(gòu)在層與層之間非常相似，該檢測器模塊具有相同的測量芯片，從而在此給出成本非常低廉的結(jié)構(gòu)。
圖2同樣示出具有本發(fā)明檢測裝置的檢測器模塊，其中與圖1所示的檢測裝置不同的是，在測量芯片C1至C3的位置下方分別設(shè)置基座(例如陶瓷)位置S1至S3。此外，吸收層A1至A3在平面內(nèi)具有不同的矩陣形式的分布。這種裝置相對于圖1所示裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，測量芯片通過位于下面的基座被機(jī)械地固定，此外還相對于下一個(gè)吸收層電隔離。
根據(jù)本發(fā)明，圖1或圖2舉例示出的檢測器模塊按照矩陣形式組合為一個(gè)完整的檢測器，其中各個(gè)檢測器模塊上的多個(gè)檢測單元構(gòu)成整個(gè)檢測器的行與列。
圖3示出具有外殼3的這樣的組合式CT/PET/SPECT設(shè)備，其中具有一個(gè)在此固定的環(huán)形檢測器。根據(jù)單個(gè)檢測器模塊的結(jié)構(gòu)，在此從內(nèi)到外示出對應(yīng)于本發(fā)明檢測裝置的吸收層A1至A3的向外逐漸變厚的檢測器層L1至L3。在該示意圖中沒有示出具有測量芯片和可選基座層的中間層。
患者7位于檢測器環(huán)內(nèi)，通過產(chǎn)生射線束6的旋轉(zhuǎn)焦點(diǎn)5來掃描該患者，同時(shí)也給予該患者實(shí)現(xiàn)SPECT或PET測量的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的控制由分析單元2通過控制導(dǎo)線9實(shí)施，而所采集的測量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)導(dǎo)線8傳送給分析單元2。分析單元2具有顯示器2.1和鍵盤2.2，用于操作和顯示，其中在分析單元2中運(yùn)行按公知方式進(jìn)行斷層造影分析和設(shè)備控制的計(jì)算機(jī)程序Pn。
需要指出，本發(fā)明不是只限制為圖3所示的具有360°旋轉(zhuǎn)檢測器的斷層造影設(shè)備，而是還涉及檢測器只填滿小于360°的扇形段或者檢測器構(gòu)造為平面的斷層造影設(shè)備。同樣，本發(fā)明還涉及具有多個(gè)、尤其是2或3個(gè)焦點(diǎn)和/或輻射源的斷層造影設(shè)備，尤其是當(dāng)該設(shè)備用于拍攝運(yùn)動(dòng)的對象時(shí)，如心臟拍攝。
總之，通過本發(fā)明介紹了一種用于CT、PET和SPECT信號的非常緊湊的多模塊檢測器，其可以通過吸收層的非常相似的結(jié)構(gòu)，用相同的材料、優(yōu)選用測量芯片的針對所有吸收層都相同的結(jié)構(gòu)以及根據(jù)數(shù)量、位置、能量和時(shí)間來相同采集吸收事件而非常經(jīng)濟(jì)地制造。
應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，本發(fā)明的上述特征不僅可以按照分別給出的組合，還能按照其它組合或單獨(dú)使用。
權(quán)利要求
1.一種模塊化地用于組合的傳輸/發(fā)送斷層造影設(shè)備的檢測裝置，用于測量在檢測器內(nèi)的傳輸X射線輻射和發(fā)射γ輻射，其中該檢測裝置至少具有3個(gè)在輻射方向上疊加設(shè)置的、不同厚度的吸收層(Ax)，用于檢測吸收事件，其特征在于，所有至少3個(gè)吸收層(Ax)都由一種材料構(gòu)成，每個(gè)吸收層(Ax)連接到可以向一個(gè)共用的分析單元傳送所檢測的吸收事件的測量值位置x、時(shí)間t和能量E的測量芯片(Cx)，該分析單元可以從所傳送的吸收事件的測量值中分辨出CT、SPECT和PET信號，以及所述吸收層被分為多個(gè)檢測單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，所有吸收層(Ax)的測量芯片(Cx)的構(gòu)造相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測裝置，其特征在于，作為所述吸收層的共同和唯一的材料采用半導(dǎo)體材料，優(yōu)選為CdZnTe或CdTe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的檢測裝置，其特征在于，將所述測量芯片(Cx)構(gòu)造為硅-CMOS芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的檢測裝置，其特征在于，所述吸收層(Ax)的層厚位于0.5mm到3cm的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的檢測裝置，其特征在于，位于上面的吸收層(Al)具有至少主要檢測在CT檢查中采用的小于150keV、優(yōu)選小于100keV的低能量X射線輻射的層厚。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的檢測裝置，其特征在于，位于中間的吸收層(A2)具有至少主要檢測在CT檢查和/或核醫(yī)學(xué)中采用的、位于100keV到300keV范圍內(nèi)、優(yōu)選位于150keV到300keV范圍內(nèi)的X射線輻射或γ輻射的層厚。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的檢測裝置，其特征在于，至少一個(gè)位于下面的吸收層(A3)具有超過1cm的層厚，并且至少主要檢測超過500keV的γ輻射，優(yōu)選511keV。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的檢測裝置，其特征在于，至少疊加地設(shè)置5個(gè)吸收層(Ax)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的檢測裝置，其特征在于，至少疊加地設(shè)置3個(gè)不同厚度的吸收層，其中層厚優(yōu)選在輻射方向上逐漸增大。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的檢測裝置，其特征在于，所有檢測單元都構(gòu)造為具有附加吸收事件能量分辨率的、對事件計(jì)數(shù)的檢測單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的檢測裝置，其特征在于，至少有兩個(gè)吸收層(Ax)具有不同的分布，優(yōu)選較薄的吸收層比較厚吸收層具有更高的分布。
13.一種用于組合PET設(shè)備和/或SPECT設(shè)備的CT設(shè)備的檢測器模塊，其特征在于，該檢測器模塊包含根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述檢測裝置。
14.一種用于組合PET設(shè)備和/或SPECT設(shè)備的CT設(shè)備的檢測器，其特征在于，該檢測器為模塊化構(gòu)造的，并具有多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求13所述的檢測器模塊(1)，其中每個(gè)檢測器模塊(1)具有多個(gè)檢測單元。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的檢測器，其特征在于，所述檢測單元形成矩陣形式的檢測器行和列。
16.一種組合了PET設(shè)備和/或SPECT設(shè)備的CT設(shè)備，其特征在于，該CT設(shè)備包括具有權(quán)利要求14或15所述特征的檢測器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模塊化地用于組合的傳輸/發(fā)送斷層造影設(shè)備的檢測裝置，用于測量檢測器內(nèi)的傳輸X射線輻射和發(fā)射γ輻射，其中該檢測裝置至少具有3個(gè)在輻射方向上疊加設(shè)置的、不同厚度的吸收層(Ax)，用于檢測吸收事件，其中，所有至少3個(gè)吸收層(Ax)都由一種材料構(gòu)成，每個(gè)吸收層(Ax)連接到可以向一個(gè)共用的分析單元傳送所檢測的吸收事件的測量值位置x、時(shí)間t和能量E的測量芯片(Cx)，該分析單元可以從所傳送的吸收事件的測量值中分辨出CT、SPECT和PET信號，并且吸收層被分為多個(gè)檢測單元。
文檔編號G01T1/161GK1760694SQ200510106788
公開日2006年4月19日 申請日期2005年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月12日
發(fā)明者斯文·弗里茨勒, 比約恩·海斯曼, 喬格·法伊弗 申請人:西門子公司