X射線輻射探測(cè)器、計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)和為此的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于探測(cè)X射線輻射的直接轉(zhuǎn)換的X射線輻射探測(cè)器，該X射線 輻射探測(cè)器至少具有用于探測(cè)X射線輻射的半導(dǎo)體材料、至少一個(gè)準(zhǔn)直器和以附加輻射輻 照半導(dǎo)體材料的至少一個(gè)輻射源，和一種具有X射線輻射探測(cè)器的CT系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及 一種用于借助直接轉(zhuǎn)換的X射線輻射探測(cè)器探測(cè)入射的X射線輻射的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了尤其在CT、雙能CT、SPECT和PET系統(tǒng)中探測(cè)伽馬和X射線輻射尤其使用基 于諸如 CdTe、CdZnTe、CdZnTeSe、CdTeSe、CdMnTe、InP、TMr2、取12的半導(dǎo)體材料的直接轉(zhuǎn) 換的探測(cè)器。然而，在這些材料情況下尤其在對(duì)于CT設(shè)備所需的高輻射流密度中出現(xiàn)極化 效應(yīng)。
[0003] 極化指的是在高的光子或輻射流的情況下所探測(cè)到的計(jì)數(shù)率的減小。該極化是通 過(guò)載流子、尤其缺電子處或者說(shuō)空穴的非常小的移動(dòng)性以及通過(guò)半導(dǎo)體中固有的晶格缺陷 (St6rstellen)的濃度造成的。即，通過(guò)電場(chǎng)由于與晶格缺陷關(guān)聯(lián)的、位置固定的電荷而變 小來(lái)形成極化，所述電荷起通過(guò)X射線輻射產(chǎn)生的載流子的俘獲和復(fù)合中心的作用。由此 造成載流子壽命和運(yùn)動(dòng)性減小，其又導(dǎo)致在高輻射流密度時(shí)探測(cè)到的計(jì)數(shù)率的減小。
[0004] 半導(dǎo)體材料的極化在測(cè)量過(guò)程中變化。電場(chǎng)的該變化又引起所測(cè)量的脈沖高度的 變化和由此也影響半導(dǎo)體探測(cè)器的計(jì)數(shù)率，也稱(chēng)作漂移。由此，通過(guò)極化而限制了直接轉(zhuǎn)換 器的最大可探測(cè)的輻射流。尤其在對(duì)于CT設(shè)備所需的高輻射流密度中極化效應(yīng)加強(qiáng)地出 現(xiàn)。出于該原因而至今不能將如其尤其在計(jì)算機(jī)斷層成像應(yīng)用中存在的高輻射密度直接轉(zhuǎn) 換為電脈沖。探測(cè)信號(hào)不能再直接與待測(cè)量對(duì)象的衰減相關(guān)聯(lián)。
[0005] 該問(wèn)題至今未完全解決。一個(gè)解決方案在于，通過(guò)以附加的X射線輻射輻照探測(cè) 器而大部分地去除半導(dǎo)體材料的極化，方法是在測(cè)量過(guò)程之前直接執(zhí)行該附加的輻照。然 而，該方法不適用于患者工作，因?yàn)榛颊邔⒔?jīng)受附加的劑量。通過(guò)測(cè)量過(guò)程之前的附加的X 射線輻照而設(shè)置了探測(cè)器的預(yù)載荷狀態(tài)，半導(dǎo)體材料于是被有意識(shí)地極化，從而不僅可以 執(zhí)行校準(zhǔn)測(cè)量還可以執(zhí)行實(shí)際的測(cè)量過(guò)程。
[0006] 另一解決方案在于，以探測(cè)器的恒定的通電值執(zhí)行測(cè)量過(guò)程。由此可以將準(zhǔn)費(fèi)米 能級(jí)保持恒定。這例如通過(guò)在待探測(cè)的X射線輻射入射之前已經(jīng)在半導(dǎo)體材料中生成附加 的載流子來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果開(kāi)始實(shí)際的X射線輻射，晶格缺陷已經(jīng)被載流子占據(jù)，如這對(duì)應(yīng)于X 射線輻射下的平衡狀態(tài)。半導(dǎo)體材料的極化被補(bǔ)償。由此電場(chǎng)在測(cè)量過(guò)程期間保持恒定并 且可以建立在通過(guò)所檢查的對(duì)象引起的衰減與探測(cè)器的計(jì)數(shù)率之間的明確關(guān)聯(lián)。
[0007] 在另一解決方案中，以紅外輻射輻照半導(dǎo)體材料。該輻照引起對(duì)探測(cè)器的、與以X 射線輻射輻照類(lèi)似的調(diào)節(jié)，其中IR輻射可以簡(jiǎn)單操作并且對(duì)于患者無(wú)害。至今已知的是， 通過(guò)成面的陰極輻照半導(dǎo)體材料。然而直接輻照半導(dǎo)體材料是困難的，因?yàn)榈桨雽?dǎo)體材料 上的直接輻射路徑通過(guò)散射輻射格柵而受限。為了均勻的輻照于是在散射輻射格柵下側(cè)和 半導(dǎo)體上側(cè)之間僅保留窄縫隙。該問(wèn)題的解決方案至今未知。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，實(shí)現(xiàn)一種直接轉(zhuǎn)換的X射線輻射探測(cè)器，其中可以 均勻輻照用于探測(cè)的半導(dǎo)體材料并且于是阻止半導(dǎo)體材料的極化或者說(shuō)探測(cè)器的漂移，以 及一種用于運(yùn)行這種X射線輻射探測(cè)器的方法。
[0009] 上述技術(shù)問(wèn)題通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征來(lái)解決。本發(fā)明的有利改進(jìn)方案是從屬權(quán) 利要求的內(nèi)容。
[0010] 發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，通過(guò)直接輻照X射線輻射探測(cè)器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該X射線輻射探 測(cè)器中的半導(dǎo)體材料的均勻輻照。為此在準(zhǔn)直器與半導(dǎo)體材料之間的縫隙中，在準(zhǔn)直器的 與半導(dǎo)體材料對(duì)置的側(cè)上施加涂層，其將附加輻射均勻地反射到半導(dǎo)體上。半導(dǎo)體材料于 是被間接地輻照。這具有的優(yōu)點(diǎn)是，輻射不僅能夠通過(guò)在準(zhǔn)直器與半導(dǎo)體材料之間的小縫 隙向半導(dǎo)體入射，而且可以借助在涂層上的反射來(lái)進(jìn)行均勻且大面積地輻照。相應(yīng)地，于是 該反射層可以由布置在準(zhǔn)直器與半導(dǎo)體材料之間的縫隙外部的光源來(lái)輻照，其中反射層將 輻射反射到半導(dǎo)體材料上。
[0011] 該輻射穿過(guò)施加在半導(dǎo)體材料上的、至少部分透明的電極，并且在半導(dǎo)體材料中 接近表面處產(chǎn)生附加的載流子。在此，也可以在半導(dǎo)體材料上的電極與反射層之間進(jìn)行多 次反射。通過(guò)附加輻射的反射而將半導(dǎo)體在其整個(gè)表面上均勻輻照。相應(yīng)地，進(jìn)行均勻的 載流子產(chǎn)生，其中，附加的載流子占據(jù)半導(dǎo)體晶體中的晶格缺陷，即，形成位置固定的電荷， 其抵抗半導(dǎo)體的由X射線輻射引起的極化。由此阻止極化。
[0012] 作為光源，即作為用于附加輻射的光源，例如發(fā)光二極管是合適的。輻射的能量例 如處于紅外區(qū)域，簡(jiǎn)稱(chēng)IR輻射。反射層和準(zhǔn)直器被實(shí)施為，使得支持在半導(dǎo)體材料整個(gè)表 面上的盡可能均勻的輻照和由此均勻的載流子生成。首先，反射層為此具有盡可能高的反 射率并且另一方面反射層對(duì)于待探測(cè)的X射線輻射是盡可能透明的。適于作為反射材料的 例如反射漆，其具有高反射性并且具有對(duì)于X射線輻射的不敏感性。還合適的材料為諸如 以金屬箔或金屬蒸鍍表面形式的金屬，尤其是輕金屬；塑料，尤其是涂層的塑料；化合物如 金屬合金或半導(dǎo)體。準(zhǔn)直器的以反射層進(jìn)行的涂層可以借助常用的沉積方法如蒸鍍、濺射、 化學(xué)或物理沉積來(lái)進(jìn)行。
[0013] 反射層的不同實(shí)施方式是可能的，其中與各自的實(shí)施方式無(wú)關(guān)地，借助在側(cè)面入 射到縫隙中的、在半導(dǎo)體材料與準(zhǔn)直器之間的IR輻射的反射（也稱(chēng)為多次反射）實(shí)現(xiàn)半導(dǎo) 體材料的均勻的、間接的輻照。相應(yīng)地，準(zhǔn)直器上的反射層例如可以是平坦的（即，具有一 致的厚度）、彎曲的和/或結(jié)構(gòu)化的。此外，反射層為了均勻輻照半導(dǎo)體而在準(zhǔn)直器的整個(gè) 偵U上延伸。
[0014] 彎曲的反射層具有凹形的彎曲部。即，反射層的一側(cè)相對(duì)于該反射層的另一側(cè)朝 著半導(dǎo)體材料升高或者說(shuō)增厚或增強(qiáng)地構(gòu)造。在此，準(zhǔn)直器的朝著半導(dǎo)體的一側(cè)彎曲，在其 上然后施加均勻厚度的反射層，和/或反射層自身彎曲，其中準(zhǔn)直器平坦或者至少?gòu)澢^ 小地構(gòu)造。彎曲部的高度在此通過(guò)縫隙的寬度、即準(zhǔn)直器與半導(dǎo)體之間的距離受到限制。
[0015] 反射層和/或準(zhǔn)直器的彎曲部在此被構(gòu)造為，使得實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的盡可能均勻的輻 照。為此，彎曲部尤其可以與光源的輻射特性以及光源至反射層和至半導(dǎo)體材料的距離、即 整個(gè)光路調(diào)諧，并且在多次反射的情況下與在準(zhǔn)直器上每次反射時(shí)的輻射損耗調(diào)諧。
[0016] 在從多側(cè)輻照反射層的情況下，彎曲部的形狀可以具有合適的對(duì)稱(chēng)。如果例如從 兩個(gè)對(duì)置的側(cè)輻照半導(dǎo)體材料，則反射層可以被構(gòu)造為，使得彎曲部由兩個(gè)盡可能鏡像對(duì) 稱(chēng)的側(cè)組成，其半徑分別根據(jù)單個(gè)的光源來(lái)設(shè)計(jì)。如果由接近矩形半導(dǎo)體面的角的四個(gè)光 源輻照反射層，則反射層的彎曲部由四個(gè)對(duì)稱(chēng)的、彎曲的四分之一圓組成。此外，反射層的 彎曲部也可以與多個(gè)不同的光源和其輻射特性調(diào)諧。
[0017] 在平坦的反射層的情況下，該反射層可以為了支持以反射的輻射均勻輻照半導(dǎo)體 材料而結(jié)構(gòu)化地構(gòu)造。為此，反射層具有不同的反射特性，其中，反射層的反射性向著輻射 源減小。這例如可以通過(guò)如下實(shí)現(xiàn)，方法是反射層或者具有空隙或者部分地將附加的非反 射性掩膜施加到反射層上，或者方法是反射層的材料例如通過(guò)不同的化學(xué)組分而具有不同 的固有反射率。在此，當(dāng)輻射源從z方向向反射層輻射時(shí)，修改過(guò)的位置的密度或尺寸可以 沿該z方向，即朝著大的z值變