輻射探測(cè)器和醫(yī)學(xué)診斷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有平面地彼此相鄰布置的多個(gè)探測(cè)器元件的輻射探測(cè)器（D），其中為了探測(cè)輻射而存在具有上側(cè)和下側(cè)的半導(dǎo)體層（H），該半導(dǎo)體層（H）在其中一側(cè)具有延伸經(jīng)過多個(gè)探測(cè)器元件地實(shí)施的電極（E1），并且在半導(dǎo)體層（H）的另一側(cè)布置有劃分為單電極（E2）的電極，從而通過在兩側(cè)的電極之間施加電壓能夠產(chǎn)生電場(chǎng)（F），并且為每個(gè)單電極（E2）分配了用于收集所述半導(dǎo)體層（H）中的電荷的有效體積。本發(fā)明的特征在于，單電極（E2）交替地與至少兩個(gè)不同的電壓電勢(shì)（U2.1，U2.2）相連。此外，本發(fā)明還涉及一種具有這樣的輻射探測(cè)器的醫(yī)學(xué)診斷系統(tǒng)（1）。
【專利說明】輻射探測(cè)器和醫(yī)學(xué)診斷系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有平面地彼此相鄰布置的多個(gè)探測(cè)器元件的輻射探測(cè)器，其中，為了探測(cè)輻射而存在具有上側(cè)和下側(cè)的半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層在其中一側(cè)具有延伸經(jīng)過多個(gè)探測(cè)器元件地實(shí)施的電極并且在半導(dǎo)體層的另一側(cè)布置有劃分為單電極的電極，從而通過在兩側(cè)的電極之間施加電壓可以產(chǎn)生電場(chǎng)并且為每個(gè)單電極分配了用于收集半導(dǎo)體層中的電荷的有效體積。此外，本發(fā)明還涉及一種具有這樣的輻射探測(cè)器的CT系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]一般公知用于逐像素地測(cè)量X射線輻射劑量的輻射探測(cè)器，并且應(yīng)用在醫(yī)學(xué)診斷中，特別是在CT、血管造影、SPECT和PET中。在最近的探測(cè)器開發(fā)中通常使用直接轉(zhuǎn)換的材料。典型的代表例如是II1-V族或I1-VI族半導(dǎo)體，諸如碲化鎘或碲化鋅鎘。對(duì)于X射線輻射的探測(cè)，半導(dǎo)體被電極包圍并且在電極之間施加高電壓。通過該穿過半導(dǎo)體的電場(chǎng)將X射線產(chǎn)生的載流子分離并且可以在電極上作為電流來測(cè)量。為了實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的空間分辨，典型地將電極中的一個(gè)像素化，即劃分為子面。
[0003]已經(jīng)表明，這樣構(gòu)造的探測(cè)器不一定線性地工作并且由此在結(jié)果中產(chǎn)生圖像偽影。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，找到一種在輻射探測(cè)器的結(jié)構(gòu)的情況下的導(dǎo)致不期望的圖像偽影的至少一個(gè)方面，并且建議一種輻射探測(cè)器，其在很大程度上克服要解決的問題或者至少減輕其影響。
[0005]發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，通過中斷在半導(dǎo)體的像素化地劃分的側(cè)上的電極必然形成不具有金屬化部并且因此也不與外部電壓相連的區(qū)域。這些區(qū)域?qū)е掳雽?dǎo)體中的無場(chǎng)的體積。到達(dá)該體積中的載流子不再被引出并且因此形成空間電荷區(qū)。通過該空間電荷區(qū)，場(chǎng)線移動(dòng)靠近像素化的電極。通過改變有效像素大小導(dǎo)致了所涉及的像素的響應(yīng)函數(shù)的變化，由此在成像中，特別是結(jié)合斷層成像重建方法產(chǎn)生不可接受的偽影。
[0006]原則上可以試圖將在像素之間的非接觸的面積最小化，以便保持無場(chǎng)的體積盡可能的小。因?yàn)榛谒璧碾娙菪酝笋畋仨毐３窒袼鼗拿娣e的最小距離，所以由此該效果可以最小化，但不能被避免。此外，基于光刻制造過程必須將在像素之間的最小距離保持在幾微米。由此該不期望的效果通過幾何方案不能完全地消除。
[0007]但發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，將不同的電勢(shì)施加到相鄰的子面(像素)導(dǎo)致了這樣的配置，在該配置中，電場(chǎng)被帶入在其中不形成無場(chǎng)的體積。為此，在子面之間的幾伏特的小的差已足夠，而在半導(dǎo)體的兩側(cè)上的電極之間施加高電壓。在此重要的僅是，在各個(gè)子面之間存在電勢(shì)差并且由此在其之間形成電場(chǎng)線并且不形成無場(chǎng)線的空間。由此在半導(dǎo)體層的一側(cè)上的覆蓋整個(gè)平面的電極與在半導(dǎo)體層的另一側(cè)上的子面之間保持最大電勢(shì)差。但是相鄰的子面被設(shè)置為微小不同的電勢(shì)能級(jí)，從而現(xiàn)在在子面之間的邊界區(qū)域中形成引起帶走在那里產(chǎn)生的自由電荷的場(chǎng)線。
[0008]在子面大小相等的情況下各個(gè)像素的不同的電勢(shì)導(dǎo)致不同的有效像素大小。也就是，電有效面積與幾何面積不同，因?yàn)?，由于不同的電?shì)，靠近像素的場(chǎng)線不是如平板電容器那樣平行地延伸，而是在電極之間，甚至與傳感器表面平行地延伸。然而這也可以在相應(yīng)的校準(zhǔn)表中考慮。
[0009]替換地也可以相應(yīng)于施加的電勢(shì)放大或縮小金屬化的面積，以便實(shí)現(xiàn)最終相對(duì)大的有效像素。根據(jù)實(shí)施形式可以找到在抑制無場(chǎng)的體積和技術(shù)開銷之間的折衷。
[0010]通過避免無場(chǎng)的體積，自由載流子始終被引向電極。由此不形成會(huì)引起探測(cè)器響應(yīng)變化的空間電荷。由此可以避免該對(duì)于探測(cè)器漂移的貢獻(xiàn)。通過探測(cè)器的更穩(wěn)定特性可以強(qiáng)烈減小在成像中的偽影。
[0011]相應(yīng)地，發(fā)明人建議了對(duì)輻射探測(cè)器的改進(jìn)方案，其具有平面地彼此相鄰布置的多個(gè)探測(cè)器元件，其中為了探測(cè)輻射而存在具有上側(cè)和下側(cè)的半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層在其中一側(cè)具有延伸經(jīng)過多個(gè)探測(cè)器元件地實(shí)施的電極，而在半導(dǎo)體層的另一側(cè)布置有劃分為單電極的電極，從而通過在兩側(cè)的電極之間施加電壓可以產(chǎn)生電場(chǎng)并且為每個(gè)單電極分配了用于收集半導(dǎo)體層中的電荷的有效體積。改善之處在于，單電極交替地與至少兩個(gè)不同的電壓電勢(shì)相連。
[0012]由此實(shí)現(xiàn)了，不形成無場(chǎng)的體積并且由此也不形成圍繞在那里淀積的載流子的空間電荷區(qū)。
[0013]在第一簡(jiǎn)單的方案中，單電極可以成列地或成行地與不同的電壓電勢(shì)相連。由此消除了大部分否則存在的無場(chǎng)的體積。
[0014]可以如下地實(shí)現(xiàn)一種改善，S卩，對(duì)于單電極設(shè)置三個(gè)或四個(gè)不同的電壓電勢(shì)。
[0015]對(duì)于進(jìn)一步改善建議，單電極棋盤式地布置并且與不同的電壓電勢(shì)相連為使得各個(gè)相鄰的電極區(qū)域總是具有不同的電壓電勢(shì)。由此阻止了在探測(cè)器元件的中間區(qū)域中的無場(chǎng)的體積。
[0016]優(yōu)選地，輻射探測(cè)器還可以由具有六邊形平面的單電極來構(gòu)造，其中，這些單電極以盡可能最緊密封裝地布置并且與不同的電壓電勢(shì)相連為使得各個(gè)相鄰的電極區(qū)域總是具有不同的電壓電勢(shì)。
[0017]補(bǔ)充地，發(fā)明人還建議，這樣不同大小地實(shí)施具有不同的電壓電勢(shì)的單電極的平面，使得每個(gè)探測(cè)器元件與施加的電壓電勢(shì)無關(guān)地通過其場(chǎng)線來采集在半導(dǎo)體層中的相同的有效體積。
[0018]替換地可以設(shè)置用于均衡探測(cè)器元件的不同大小的有效體積的部件，其中，然后通過相應(yīng)的校準(zhǔn)確保，在具有較小的有效體積的探測(cè)器元件上測(cè)量的電荷比在具有較大的有效體積的探測(cè)器元件上測(cè)量的電荷更高地被評(píng)估。
[0019]優(yōu)選地，按照本發(fā)明的輻射探測(cè)器可以被構(gòu)造為計(jì)數(shù)探測(cè)器。此外，按照本發(fā)明的探測(cè)器可以尤其在CT系統(tǒng)中應(yīng)用。
[0020]相應(yīng)地還建議一種醫(yī)學(xué)診斷系統(tǒng)，其被構(gòu)造為具有至少一個(gè)按照本發(fā)明的輻射探測(cè)器。特別地，該醫(yī)學(xué)診斷系統(tǒng)涉及CT系統(tǒng)、C形臂系統(tǒng)、PET系統(tǒng)和SPECT系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】[0021]下面結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施例借助附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其中僅示出為理解本發(fā)明所需的特征。使用如下附圖標(biāo)記:1:CT系統(tǒng)；2:X射線輻射器；3:探測(cè)器；4:X射線輻射器；5:探測(cè)器；6:機(jī)架殼體；7:患者；8 ;患者臥榻；9:系統(tǒng)軸線；10:控制和計(jì)算單兀；D:福射探測(cè)器；E1:電極；E2:電極子面；F:場(chǎng)線；H:半導(dǎo)體層^rg1-Prgn:計(jì)算機(jī)程序；U1,U2 ；U2.1-U2.4:電壓電勢(shì)；V:無場(chǎng)線的體積。
[0022]附圖中:
[0023]圖1示出了通過公知的半導(dǎo)體輻射探測(cè)器的截面，
[0024]圖2示出了在公知的半導(dǎo)體輻射探測(cè)器的子面上的俯視圖，
[0025]圖3示出了通過按照本發(fā)明構(gòu)造的半導(dǎo)體輻射探測(cè)器的截面
[0026]圖4示出了在具有兩個(gè)逐列交替的電壓電勢(shì)的半導(dǎo)體輻射探測(cè)器的子面上的俯視圖，
[0027]圖5示出了在具有兩個(gè)棋盤式交替的電壓電勢(shì)的半導(dǎo)體輻射探測(cè)器的子面上的俯視圖，
[0028]圖6示出了在具有四個(gè)交替的電壓電勢(shì)的半導(dǎo)體輻射探測(cè)器的子面上的俯視圖，
[0029]圖7示出了具有六邊形形狀的、帶有三個(gè)交替的電壓電勢(shì)的子面的半導(dǎo)體輻射探測(cè)器的子面上的俯視圖，和
[0030]圖8示出了具有按照本發(fā)明的探測(cè)器的CT系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1和圖2分別示意性示出了具有對(duì)一個(gè)電極側(cè)的像素化劃分的半導(dǎo)體輻射探測(cè)器D的部分截面。圖1示出了通過具有整面地構(gòu)造的第一電極El的半導(dǎo)體層H的截面，該第一電極處于電壓電勢(shì)Ul上。在半導(dǎo)體層H的另一側(cè)上布置有多個(gè)通過電極子面E2構(gòu)成的單電極。所有子面E2在此處于相同的電勢(shì)U2上。相應(yīng)地形成在半導(dǎo)體層H內(nèi)部的作為箭頭示出的場(chǎng)線F。在半導(dǎo)體層H的下部區(qū)域中，場(chǎng)線F分別向電極子面E2偏轉(zhuǎn)，從而形成無場(chǎng)線的體積V。如果通過入射到該體積V中的輻射產(chǎn)生自由電荷，則形成由于在那里不存在的電場(chǎng)而不被引出的空間電荷云。
[0032]圖2以在子面E2上的俯視圖示出了根據(jù)圖1的探測(cè)器D。子面全部處于相同的電勢(shì)能級(jí)U2上，這通過相同的陰影線表示。因此，在電極子面E2之間的空白區(qū)域中不形成電場(chǎng)，從而在那里產(chǎn)生導(dǎo)致上面描述的問題的無場(chǎng)線的體積。
[0033]但按照本發(fā)明，如下地變換在圖1和圖2中示出的探測(cè)器，使得將至少部分相鄰的電極子面設(shè)置到不同的電壓電勢(shì)，從而在電極子面E2之間構(gòu)造電場(chǎng)線F。
[0034]圖3示出了通過具有半導(dǎo)體層H和整面地構(gòu)造的第一電極El的探測(cè)器D的截面，該第一電極處于電壓電勢(shì)Ul上。在半導(dǎo)體層H的另一側(cè)又布置多個(gè)電極子面E2。但在該探測(cè)器D的按照本發(fā)明的構(gòu)造中，電極子面E2處于不同的電壓電勢(shì)U2.1和U2.2上，其中成立U2.1<U2.2〈〈U1。這樣相應(yīng)地形成在半導(dǎo)體層H內(nèi)部的作為箭頭示出的場(chǎng)線F，使得在下部的不通過電極子面E2覆蓋的區(qū)域中也構(gòu)造電場(chǎng)。由此，通過電極子面的不同電勢(shì)避免了無場(chǎng)線的體積。
[0035]圖4中以棋盤式布置的電極子面E2上的俯視圖示出了根據(jù)圖1的探測(cè)器D，其中電極子面E2相應(yīng)于施加的電壓電勢(shì)U2.1或U2.2分別以陰影表示。如能夠識(shí)別的那樣，在此成行地(從左到右)實(shí)施不同的電勢(shì)而成列地(從上到下)實(shí)施相同的電勢(shì)。通過這種方式在各行的相鄰的電極子面之間避免了無場(chǎng)的體積。但是盡管如此，在列的相鄰的電極子面E2之間仍形成無場(chǎng)的體積，從而相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)雖然改善了可能形成且不被引出的空間電荷云的問題，但該問題沒有完全消除。
[0036]在圖5中示出了探測(cè)器D中的電勢(shì)分布的改善的方案，其中同樣示出在劃分的電極子面E2上的俯視圖。與按照?qǐng)D4的實(shí)施的區(qū)別在于，現(xiàn)在兩個(gè)不同的電壓電勢(shì)的分布相應(yīng)地對(duì)應(yīng)于棋盤的黑和白場(chǎng)的分布。由此無場(chǎng)的體積V急劇減小至所示出的在電極子面遵循相同電勢(shì)的區(qū)域中的面積。
[0037]如下地實(shí)現(xiàn)了更進(jìn)一步的改善，即，在電極子面(以及由此構(gòu)成的探測(cè)器元件)的棋盤式的結(jié)構(gòu)中不是將兩個(gè)而是將四個(gè)不同的電壓電勢(shì)施加到電極子面。這些電壓電勢(shì)U2.1至U2.4在圖6中通過四個(gè)不同取向的陰影線表示。在此處示出的不同電壓電勢(shì)的分布中確保了，具有相同電壓電勢(shì)的電極子面E2在任何位置上都不相鄰。
[0038]圖7中示出了探測(cè)器D的另一種方案。該探測(cè)器具有多個(gè)六邊形構(gòu)造的并且緊密封裝的電極子面E2，其中在該實(shí)施中使用三個(gè)不同的電壓電勢(shì)U2.1至U2.3就已足夠排除具有相同電勢(shì)的相鄰電極子面相遇以及由此排除無場(chǎng)線的體積V。
[0039]在所有在此示出的實(shí)施方案中關(guān)于所使用的電壓電勢(shì)成立:U2.1<U2.2<U2.3<U2.4?U1 或 U2.1>U2.2>U2.3>U2.4>>U1。
[0040]上面描述的描述本發(fā)明的探測(cè)器可以在醫(yī)學(xué)診斷系統(tǒng)，特別是CT、C形臂系統(tǒng)PET或SPECT中應(yīng)用。為此代表性地在圖8中示意性示出了示例性的CT系統(tǒng)I。這樣的CT系統(tǒng)通常具有機(jī)架殼體6 ，在該機(jī)架殼體中存在在此未詳細(xì)示出的機(jī)架，在該機(jī)架上固定了至少一個(gè)具有對(duì)置的探測(cè)器3的X射線輻射器2。在掃描期間并且為了產(chǎn)生投影數(shù)據(jù)，機(jī)架的具有輻射器2和探測(cè)器3的可旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)，而患者7借助可移動(dòng)的患者臥榻8沿著系統(tǒng)軸線9連續(xù)地或順序地移動(dòng)穿過機(jī)架殼體6中測(cè)量場(chǎng)?？蛇x地，也可以將另外的輻射器-探測(cè)器系統(tǒng)4和5角度錯(cuò)開地布置在機(jī)架上，這實(shí)現(xiàn)了同時(shí)采集另外的投影。按照本發(fā)明，這樣實(shí)施探測(cè)器的至少一個(gè)，使得在那里相鄰的電極子面至少部分地保持在不同的電壓電勢(shì)上或者與不同的電壓電勢(shì)相連。
[0041]該CT系統(tǒng)I通過控制和計(jì)算單元10來控制，該控制和計(jì)算單元具有用于相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序Prg1-Prgn的存儲(chǔ)器。利用這樣的計(jì)算機(jī)也可以實(shí)施各個(gè)探測(cè)器元件的按照本發(fā)明的校準(zhǔn)，其中相應(yīng)的程序代碼被存儲(chǔ)在在運(yùn)行按照本發(fā)明的方法時(shí)運(yùn)行的計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中。
[0042]總之，本發(fā)明建議，這樣實(shí)施一種探測(cè)器，即，電極的形成單個(gè)探測(cè)器像素的相鄰子面至少部分地這樣以不同的電壓電勢(shì)錯(cuò)開，使得在子面之間的中間區(qū)域中形成盡量少的無場(chǎng)體積。
[0043]雖然本發(fā)明在細(xì)節(jié)上通過優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)解釋和描述，但本發(fā)明不受所公開的示例限制并且可以由專業(yè)人員從中導(dǎo)出其它方案，而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種輻射探測(cè)器(D)，具有 1.1.平面地彼此相鄰布置的多個(gè)探測(cè)器元件，其中， 1.2.為了探測(cè)輻射而存在具有上側(cè)和下側(cè)的半導(dǎo)體層(H)， 1.3.所述半導(dǎo)體層(H)在其中一側(cè)具有延伸經(jīng)過多個(gè)探測(cè)器元件地實(shí)施的電極(El)，和 1.4.在所述半導(dǎo)體層(H)的另一側(cè)布置有劃分為單電極(E2)的電極，從而通過在兩側(cè)的電極之間施加電壓能夠產(chǎn)生電場(chǎng)(F)并且為每個(gè)單電極(E2)分配有用于收集所述半導(dǎo)體層(H)中的電荷的有效體積， 其特征在于， 1.5.所述單電極(E2)交替地與至少兩個(gè)不同的電壓電勢(shì)(U2.1，U2.2)相連。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求1所述的輻射探測(cè)器(D)，其特征在于，所述單電極(E2)成列地或成行地與不同的電壓電勢(shì)(U2.1，U2.2)相連。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求1所述的輻射探測(cè)器(D)，其特征在于，對(duì)于所述單電極(E2)設(shè)置有三個(gè)不同的電壓電勢(shì)(U2.1-U2.3)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求1所述的輻射探測(cè)器(D)，其特征在于，對(duì)于所述單電極(E2)設(shè)置有四個(gè)不同的電壓電勢(shì)(U2.1-U2.4)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求1所述的輻射探測(cè)器(D)，其特征在于，所述單電極(E2)被棋盤式地布置并且與不同的電壓電勢(shì)(U2.1-U2.4)相連為使得各個(gè)相鄰的電極區(qū)域總是具有不同的電壓電勢(shì)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求3所述的輻射探測(cè)器(D)，其特征在于，所述單電極(E2)被六邊形地構(gòu)造，緊密封裝地布置并且與不同的電壓電勢(shì)(U2.1-U2.3)相連為使得各個(gè)相鄰的電極區(qū)域總是具有不同的電壓電勢(shì)(U2.1-U2.3)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的輻射探測(cè)器(D)，其特征在于，具有不同的電壓電勢(shì)(U2.1-U2.4)的單電極(E2)的面積不同大小地構(gòu)造為使得每個(gè)探測(cè)器元件與所施加的電壓電勢(shì)(U2.1-U2.4)無關(guān)地通過其場(chǎng)線(F)來采集在所述半導(dǎo)體層(H)中的相同的有效體積。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的輻射探測(cè)器(D)，其特征在于，設(shè)置有用于均衡探測(cè)器元件的不同大小的有效體積的部件(Prg1-PrgnX
9.根據(jù)上述權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的輻射探測(cè)器(D)，其特征在于，所述輻射探測(cè)器是計(jì)數(shù)探測(cè)器。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的輻射探測(cè)器(D)，其特征在于，所述輻射探測(cè)器是CT探測(cè)器(3，5)。
11.一種具有至少一個(gè)輻射探測(cè)器(3，5)的醫(yī)學(xué)診斷系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述至少一個(gè)探測(cè)器(3，5)具有上述權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的特征。
【文檔編號(hào)】A61B6/03GK103995275SQ201410047367
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月19日
【發(fā)明者】B.克賴斯勒, C.施羅特 申請(qǐng)人:西門子公司