專利名稱：校正x射線探測器的探測器數(shù)據(jù)的方法和x射線拍攝系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于校正X射線探測器的探測器數(shù)據(jù)的方法，該X射線探測器具有多個(gè)探測器元件和探測器元件組，其探測器信號(hào)經(jīng)由信道傳輸。本發(fā)明還涉及ー種X射線拍攝系統(tǒng)，特別是在CT系統(tǒng)或C形臂系統(tǒng)中的X射線拍攝系統(tǒng)，該X射線拍攝系統(tǒng)具有探測器，該探測器具有按照組逐信道地讀取的多個(gè)探測器元件，和讀取裝置，該讀取裝置具有計(jì)算機(jī)輔助裝置以用于在將探測器數(shù)據(jù)進(jìn)一歩處理為投影的或斷層造影的圖像之前校正讀取的探測器數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
在計(jì)算機(jī)斷層造影(=CT)和通過電離輻射進(jìn)行的其它成像方法中通常采用固體探測器。普遍公知的是，對(duì)于CT中的這種探測器中關(guān)于靈敏度和線性特性提出極高的要求，因?yàn)樵谥亟ǖ膱D像中很小的偏差就已經(jīng)會(huì)導(dǎo)致極大的偽影。長久以來公知的是，探測器材料由入射的X射線改變并且由此該探測器材料的信號(hào)響應(yīng)依據(jù)所吸收的X射線的歷史而變化。此外長久以來公知的是，這種探測器材料示出了恢復(fù)效應(yīng)，從而在較長的靜止階段之后特性再次接近原始狀態(tài)。所謂的該輻射漂移的性能會(huì)導(dǎo)致CT圖像中的偽影，但該偽影應(yīng)當(dāng)避免，因?yàn)槠鋾?huì)影響醫(yī)療診斷。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中僅采用其輻射漂移足夠小和均勻的探測器材料。由此對(duì)所使用的探測器材料的選擇和品質(zhì)提出極高的要求，這再次導(dǎo)致相應(yīng)探測器的高開銷。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，找到ー種方法以及ー種X射線拍攝系統(tǒng)，其減少了麻煩的選擇方法。發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，如果可以實(shí)現(xiàn)，對(duì)所使用的探測器材料盡可能特定于像素地關(guān)于其施加的射線淀積的歷史和過去發(fā)生的衰減特性進(jìn)行評(píng)估并且從中預(yù)測劑量響應(yīng)特性中的變化，則可以極大地減少該麻煩的選擇方法并且也可以盡可能消除由于迄今為止探測器材料所需的均勻特性而目前存在的關(guān)于所使用的探測器材料的限制。輻射漂移特性一般不僅取決于所吸收的X射線的總量，而且也取決于用來輻照探測器的強(qiáng)度。漂移的原因尤其可以是極化效應(yīng)及其在的直接改變的材料(諸如CdTe或CdZnTe)中的衰減特性。因此建議對(duì)于每個(gè)探測器元件采集入射的X射線的歷史并且借助數(shù)學(xué)模型分別對(duì)于下一次測量這樣校正信號(hào)輸出的特性，使得校正了基本上總是存在的信號(hào)漂移。這樣的校正能夠一方面通過整個(gè)探測器或者小至像素平面實(shí)施。由此通過該校正盡可能避免漂移引起的偽影。原則上漂移特性可以以復(fù)雜的方式取決于大量參數(shù)，在此尤其也應(yīng)當(dāng)考慮時(shí)間的影響，例如通過仿真探測材料的取決于時(shí)間的恢復(fù)特性來考慮。下面為此描述ー種可能的模型按照簡單的模型可以假定漂移通過探測器材料的極化引起。這種極化通過X射線建立并且受到在持續(xù)的強(qiáng)烈的X射線的情況下達(dá)到的最大值的限制。在輻照結(jié)束之后極化又逐漸消除，例如指數(shù)地通過ー個(gè)或多個(gè)時(shí)間常數(shù)來消除。探測器信道的精確特性取決于材料并且必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定。通常在掃描期間漂移D是取決于N個(gè)前面的輻照B (N)的函數(shù)f :D = fB (B (N))如果漂移是已知的，則可以就此校正探測器信號(hào)IkOT = IniessXf11(D)如果不是所有的測量信道都是相似的，則例如對(duì)于每個(gè)信道應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定函數(shù)fB和fD。fB和fD可以取決于一系列輻射參數(shù)，例如取決于-輻照的持續(xù)時(shí)間(DB)；-輻照的強(qiáng)度(IB)；-射線的頻譜組成(SB)； -輻照間歇的持續(xù)時(shí)間(DP)。按照本發(fā)明，探測器測量并存儲(chǔ)入射的X射線，特別是輻照的持續(xù)時(shí)間DB和強(qiáng)度IB。根據(jù)探測器類型也可以由探測器本身測量頻譜組成SB，或者通過其它信息，諸如設(shè)置的加速電壓、X射線管的已知濾波。由此可以不斷地確定輻照歷史B (BD (N)、IB(N)、SB (N) ,DP(N),...)并且借助函數(shù)f(B(N))不斷地確定漂移D。在最簡單的情況下漂移D是ー維地描述材料的漂移狀態(tài)的數(shù)。在較復(fù)雜的情況下漂移狀態(tài)必須通過多個(gè)參數(shù)Dn來描述。這點(diǎn)取決于材料并且可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)來確定。臨床的測量過程看起來是這樣的，即大多為I至40秒執(zhí)行I至5次掃描并且然后插入數(shù)分鐘的掃描間歇，以便在設(shè)備上準(zhǔn)備新的患者。輻射漂移在大部分材料中以秒范圍構(gòu)造；消除延續(xù)幾分鐘至幾小吋。因此輻照時(shí)間以及超過數(shù)小時(shí)的輻照間歇必須要計(jì)入漂移的計(jì)算。在最簡單的情況下為了校正僅須考慮在掃描之前存在的漂移。如果這還不夠，則也可以同樣對(duì)于該掃描本身考慮在掃描期間自身感應(yīng)出的漂移。有利地應(yīng)當(dāng)對(duì)于每個(gè)単獨(dú)的測量信道進(jìn)行校正，因?yàn)槊總€(gè)測量信道具有不同的輻照歷史。同時(shí)根據(jù)當(dāng)前掃描的輻照參數(shù)針對(duì)瞬時(shí)漂移狀態(tài)更新每個(gè)信道的漂移狀態(tài)。相應(yīng)于該上面提到的認(rèn)知，發(fā)明人建議了ー種用于校正X射線探測器的探測器數(shù)據(jù)的方法，其中按照本發(fā)明在當(dāng)前測量中關(guān)于整個(gè)X射線探測器或者關(guān)于X射線探測器的局部區(qū)域，就由此引起的測量靈敏度衰減以及測量靈敏度衰減的恢復(fù)來說，考慮X射線探測器的射線負(fù)荷的歷史，并且通過取決于射線負(fù)荷歷史的校正因數(shù)來校正確定的測量信號(hào)。有利地，校正因數(shù)至少也可以取決于整個(gè)X射線探測器或者X射線探測器的局部區(qū)域的輻照的持續(xù)時(shí)間(DB)和/或輻照的強(qiáng)度(IB)和/或輻照的頻譜組成(SB)和/或輻照間歇的持續(xù)時(shí)間(DP)。此外還可以確定在當(dāng)前掃描期間出現(xiàn)的射線負(fù)荷并且計(jì)入各個(gè)當(dāng)前校正因數(shù)的計(jì)算。最后建議，在計(jì)算校正因數(shù)時(shí)假定探測器材料的就對(duì)X射線信號(hào)的信號(hào)響應(yīng)中的衰減來說的倒數(shù)指數(shù)(reziprok exponentiellen)特性。例如可以依據(jù)各個(gè)應(yīng)用的劑量Dj來描述探測器信號(hào)的衰減A (Dj)，通過
A{D^cx-e +C2 ,其中C1至C3表示實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)并且も表示各個(gè)應(yīng)用的劑量。此外，還可以假定探測器材料的就對(duì)X射線信號(hào)的信號(hào)響應(yīng)隨著時(shí)間的恢復(fù)來說
的指數(shù)特性。這樣的特性例如可以通過恢復(fù)函數(shù)％) = 1_/マ來描述，其中t對(duì)應(yīng)于時(shí)間并Ik1對(duì)應(yīng)于時(shí)間常數(shù)。特別有利的是，探測器材料的就對(duì)X射線信號(hào)的信號(hào)響應(yīng)隨著時(shí)間的
恢復(fù)來說的指數(shù)特性通過至少兩個(gè)具有不同時(shí)間，數(shù)的指數(shù)函數(shù)的和來表達(dá)。相應(yīng)的恢復(fù)函數(shù)例如可以是￡(り=or I-eも+β \-e kl ,其中Ic1和k2是時(shí)間常數(shù)并且α和β表示其和為I的カロ^又因數(shù)I 除了上面描述的方法，發(fā)明人還建議了ー種X射線拍攝系統(tǒng)，特別是在CT系統(tǒng)或C形臂系統(tǒng)中的X射線拍攝系統(tǒng)，該X射線拍攝系統(tǒng)具有探測器和讀取裝置，該探測器具有按照組逐信道地讀取的多個(gè)探測器元件，該讀取裝置具有計(jì)算機(jī)輔助裝置以用于在將探測器數(shù)據(jù)進(jìn)一歩處理為投影的或斷層造影的圖像之前校正讀取的探測器數(shù)據(jù)，其中計(jì)算機(jī)輔助裝置具有在其中存儲(chǔ)了程序代碼的存儲(chǔ)器，該程序代碼在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行按照本發(fā)明的方法。


下面借助附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明，其中僅描述為了理解本發(fā)明必要的特征。使用如下的附圖標(biāo)記1 :在輻照的情況下的漂移曲線；2 :在輻照間歇的情況下的漂移曲線；3 :在將輻照和輻照間歇組合的情況下的漂移曲線；C1 CT系統(tǒng)/C形臂系統(tǒng)；C2 第一 X射線管；C3 :第一探測器；C4 :第二X射線管；C5 :第二探測器；C6 :機(jī)架殼體/驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；C7 C形臂；C8 :患者臥榻；C9 :系統(tǒng)軸；C10 :調(diào)節(jié)和控制單元；Prg1-Prgn :計(jì)算機(jī)程序；S1-S5 重復(fù)的方法步驟iS/X :相對(duì)信號(hào)特性；t :時(shí)間。附圖中圖I示出了在輻照的情況下的漂移曲線；圖2示出了在輻照間歇的情況下的漂移曲線；圖3示出了在將輻照和輻照間歇組合的情況下的漂移曲線；圖4示出了按照本發(fā)明的方法的示意圖；圖5示出了用于執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的CT系統(tǒng)；圖6示出了用于執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的C形臂系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式圖I示出了具有先前劑量負(fù)荷的探測器材料的示意性示出的信號(hào)特性。在橫坐標(biāo)上描繪時(shí)間t，但該時(shí)間在此由于按照相同的間隔以相同的劑量輻照探測器而也與應(yīng)用的齊IJ量成比例。在縱坐標(biāo)上描繪探測器的(對(duì)應(yīng)于漂移的)相對(duì)信號(hào)特性S/4的曲線1，其中S表示對(duì)特定的劑量率的當(dāng)前信號(hào)響應(yīng)，并且Stl表示對(duì)該劑量率的初始信號(hào)響應(yīng)。圖2示出了同一個(gè)探測器的該相對(duì)信號(hào)特性S/\的關(guān)于恢復(fù)時(shí)間t曲線2。此時(shí)先后進(jìn)行輻照和輻照間歇，從而得出探測器的漂移特性，如圖3中通過曲線3示出的那樣。相應(yīng)地，可以在每次測量時(shí)基于探測器的關(guān)于其負(fù)荷和恢復(fù)階段的歷史的知識(shí)分別采用當(dāng)前要應(yīng)用的校正因數(shù)以用于校正測量信號(hào)。圖4中示出了對(duì)于校正流程的簡單的示例。在此關(guān)于探測器的測量信道在兩個(gè)起始步驟SI和S2中基于探測器材料的已知的歷史一方面在步驟SI確定探測器材料的漂移狀態(tài)D (N = η)，其中N表示具有預(yù)定劑量的輻照的數(shù)量并且η表示進(jìn)行輻照的當(dāng)前量。同時(shí)基于在第η次測量之后的當(dāng)前已發(fā)生的輻照間歇DP (N = η)確定恢復(fù)。由此利用經(jīng)驗(yàn)確定的近似函數(shù)在步驟S3計(jì)算出用于下一次測量或探測器輻照N = η+1的特定于測量信道的校正值。由此在步驟S4在存儲(chǔ)了的特定于測量信道的輻照參數(shù)(諸如持續(xù)時(shí)間、射線強(qiáng)度、總劑量、頻譜分布)的條件下進(jìn)行具有編號(hào)N = η+1的當(dāng)前測量以用于在下一次測量中考慮。然后特定于信道地基于前面確定的校正因數(shù)校正測量值，并且在步驟S5將該校正后的值傳輸?shù)綀D像重建。之后重復(fù)該方法，從步驟SI和S2開始，但是其中起始值已經(jīng)通過當(dāng)前進(jìn)行的第η+1次測量以及必要時(shí)出現(xiàn)的第η+1次輻照間歇相應(yīng)改變了。 圖5示例性示出了 CT系統(tǒng)Cl，在該CT系統(tǒng)中可以執(zhí)行按照本發(fā)明的關(guān)于探測器校正的方法。CT系統(tǒng)Cl由機(jī)架殼體C6組成，其中由第一 X射線管C2和相對(duì)布置的第一探測器C3組成的第一管/探測器系統(tǒng)位于機(jī)架上。可選地可以設(shè)置由第二 X射線管C4和相對(duì)布置的第二探測器C5組成的另ー個(gè)管/探測器系統(tǒng)。兩個(gè)管/探測器系統(tǒng)都可以在掃描期間圍繞測量場旋轉(zhuǎn)，該測量場在此通過機(jī)架殼體C6中的開ロ來描述，而位于可移動(dòng)的患者臥榻CS上的患者P沿著系統(tǒng)軸C9移動(dòng)穿過測量場?；颊逷的運(yùn)動(dòng)在此可以既連續(xù)又順序地進(jìn)行。此外，在對(duì)特定的區(qū)域進(jìn)行檢查時(shí)也可以僅將患者的該特定區(qū)域置于測量場，然后其在掃描期間保持靜止。對(duì)CT系統(tǒng)Cl的控制通過調(diào)節(jié)和控制單元ClO進(jìn)行，該調(diào)節(jié)和控制單元具有帶有計(jì)算機(jī)程序Prg1至Prgn的存儲(chǔ)器，在該存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)了用于控制CT系統(tǒng)以及用于分析所接收的包括相應(yīng)于重建的圖像數(shù)據(jù)在內(nèi)的探測器數(shù)據(jù)的必要的方法。按照本發(fā)明的用于校正所接收的探測器數(shù)據(jù)的方法同樣在計(jì)算機(jī)程序中進(jìn)行編碼并且在控制和調(diào)節(jié)單元C10，也就是計(jì)算単元的程序存儲(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)，從而在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)執(zhí)行該方法。圖6同樣示出了構(gòu)造為C形臂系統(tǒng)Cl的CT系統(tǒng)，其具有C形臂C7，在該C形臂的端部存在X射線管C2與相對(duì)布置的探測器C3。該C形臂C7可以借助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)C6旋轉(zhuǎn)地圍繞位于患者臥榻CS上的患者P運(yùn)動(dòng)。由于C形臂系統(tǒng)Cl的構(gòu)造方式，在檢查期間更容易接近患者P。對(duì)C形臂系統(tǒng)Cl的調(diào)節(jié)和控制通過調(diào)節(jié)和控制單元ClO實(shí)施，其具有計(jì)算機(jī)程序Prg1至Prgn，其中在此也可以在該調(diào)節(jié)和控制單元的存儲(chǔ)器中設(shè)置程序代碼，其在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行按照本發(fā)明的方法并且相應(yīng)地校正探測器數(shù)據(jù)?？傊ㄟ^本發(fā)明建議，在借助X射線探測器進(jìn)行當(dāng)前射線測量的情況下，關(guān)于整個(gè)X射線探測器或者關(guān)于X射線探測器的局部區(qū)域，就由此引起的測量靈敏度衰減以及測量靈敏度衰減的恢復(fù)來說，考慮X射線探測器的射線負(fù)荷的歷史，并且通過取決于射線負(fù)荷歷史的因數(shù)來校正確定的測量信號(hào)。可以理解的是，上述提到的本發(fā)明的特征不僅按照分別給出的組合，而且按照其它組合或在単獨(dú)設(shè)置時(shí)也是適用的，而不脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于校正X射線探測器(C3，C5)的探測器數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，在當(dāng)前測量中關(guān)于整個(gè)X射線探測器或者關(guān)于X射線探測器的局部區(qū)域，就由此引起的測量靈敏度衰減以及測量靈敏度衰減的恢復(fù)來說，考慮X射線探測器(C3，C5)的射線負(fù)荷的歷史，并且通過取決于射線負(fù)荷歷史的校正因數(shù)來校正確定的測量信號(hào)。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述校正因數(shù)至少也取決于整個(gè)X射線探測器(C3，C5)或者X射線探測器的局部區(qū)域的輻照的持續(xù)時(shí)間。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求I至2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述校正因數(shù)至少也取決于整個(gè)X射線探測器(C3，C5)或者X射線探測器的局部區(qū)域的輻照的強(qiáng)度。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述校正因數(shù)至少也取決于整個(gè)X射線探測器(C3，C5)或者X射線探測器的局部區(qū)域的輻照的頻譜組成。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述校正因數(shù)至少也取決于整個(gè)X射線探測器(C3，C5)或者X射線探測器的局部區(qū)域的輻照間歇的持續(xù)時(shí)間。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在干，還確定在當(dāng)前掃描期間出現(xiàn)的射線負(fù)荷并且計(jì)入各個(gè)當(dāng)前校正因數(shù)的計(jì)算。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在計(jì)算校正因數(shù)時(shí)假定探測器材料的就對(duì)X射線信號(hào)的信號(hào)響應(yīng)中的衰減來說的倒數(shù)指數(shù)特性。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，假定探測器材料的就對(duì)X射線信號(hào)的信號(hào)響應(yīng)隨著時(shí)間的恢復(fù)來說的指數(shù)特性。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述探測器材料的就對(duì)X射線信號(hào)的信號(hào)響應(yīng)隨著時(shí)間的恢復(fù)來說的指數(shù)特性通過至少兩個(gè)具有不同時(shí)間常數(shù)的指數(shù)函數(shù)的和來表達(dá)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)歷史的采集和校正逐信道地進(jìn)行。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)歷史的采集和校正逐像素地進(jìn)行。
12.—種X射線拍攝系統(tǒng)，特別是在CT系統(tǒng)或C形臂系統(tǒng)(Cl)中的X射線拍攝系統(tǒng)，所述X射線拍攝系統(tǒng)具有探測器(C3，C5)和讀取裝置，該探測器具有按照組逐信道地讀取的多個(gè)探測器元件，該讀取裝置具有計(jì)算機(jī)輔助裝置(ClO)以用于在將探測器數(shù)據(jù)進(jìn)一歩處理為投影的或斷層造影的圖像之前校正讀取的探測器數(shù)據(jù)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)輔助裝置(ClO)具有在其中存儲(chǔ)了程序代碼(Prg1-Prgn)的存儲(chǔ)器，該程序代碼在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于校正X射線探測器(C3，C5)的探測器數(shù)據(jù)的方法，其中在當(dāng)前測量中關(guān)于整個(gè)X射線探測器或者關(guān)于X射線探測器的局部區(qū)域，就由此引起的測量靈敏度衰減以及測量靈敏度衰減的恢復(fù)來說，考慮X射線探測器的射線負(fù)荷的歷史，并通過取決于射線負(fù)荷歷史的校正因數(shù)校正確定的測量信號(hào)。本發(fā)明還涉及特別在CT系統(tǒng)或C形臂系統(tǒng)(C1)中的X射線拍攝系統(tǒng)，具有探測器和讀取裝置，該探測器具有按照組逐信道地讀取的多個(gè)探測器元件，該讀取裝置具有計(jì)算機(jī)輔助裝置(C10)以在將探測器數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理為投影的或斷層造影的圖像之前校正讀取的探測器數(shù)據(jù)，其中計(jì)算機(jī)輔助裝置具有在其中存儲(chǔ)了程序代碼的存儲(chǔ)器，該程序代碼在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行所述方法。
文檔編號(hào)A61B6/02GK102688052SQ20121008217
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者C.施羅特, D.尼德爾洛赫納, E.克拉夫特, J.基普斯, S.卡普勒, T.馮德哈爾, T.雷切爾 申請(qǐng)人:西門子公司