X射線輻射探測器、計算機斷層成像系統(tǒng)和為此的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于探測X射線輻射的直接轉(zhuǎn)換的X射線輻射探測器，該X射線 輻射探測器至少具有用于探測X射線輻射的半導體材料、至少一個準直器和以附加輻射輻 照半導體材料的至少一個輻射源，和一種具有X射線輻射探測器的CT系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及 一種用于借助直接轉(zhuǎn)換的X射線輻射探測器探測入射的X射線輻射的方法。
【背景技術】
[0002] 為了尤其在CT、雙能CT、SPECT和PET系統(tǒng)中探測伽馬和X射線輻射尤其使用基 于諸如 CdTe、CdZnTe、CdZnTeSe、CdTeSe、CdMnTe、InP、TMr2、取12的半導體材料的直接轉(zhuǎn) 換的探測器。然而，在這些材料情況下尤其在對于CT設備所需的高輻射流密度中出現(xiàn)極化 效應。
[0003] 極化指的是在高的光子或輻射流的情況下所探測到的計數(shù)率的減小。該極化是通 過載流子、尤其缺電子處或者說空穴的非常小的移動性以及通過半導體中固有的晶格缺陷 (St6rstellen)的濃度造成的。即，通過電場由于與晶格缺陷關聯(lián)的、位置固定的電荷而變 小來形成極化，所述電荷起通過X射線輻射產(chǎn)生的載流子的俘獲和復合中心的作用。由此 造成載流子壽命和運動性減小，其又導致在高輻射流密度時探測到的計數(shù)率的減小。
[0004] 半導體材料的極化在測量過程中變化。電場的該變化又引起所測量的脈沖高度的 變化和由此也影響半導體探測器的計數(shù)率，也稱作漂移。由此，通過極化而限制了直接轉(zhuǎn)換 器的最大可探測的輻射流。尤其在對于CT設備所需的高輻射流密度中極化效應加強地出 現(xiàn)。出于該原因而至今不能將如其尤其在計算機斷層成像應用中存在的高輻射密度直接轉(zhuǎn) 換為電脈沖。探測信號不能再直接與待測量對象的衰減相關聯(lián)。
[0005] 該問題至今未完全解決。一個解決方案在于，通過以附加的X射線輻射輻照探測 器而大部分地去除半導體材料的極化，方法是在測量過程之前直接執(zhí)行該附加的輻照。然 而，該方法不適用于患者工作，因為患者將經(jīng)受附加的劑量。通過測量過程之前的附加的X 射線輻照而設置了探測器的預載荷狀態(tài)，半導體材料于是被有意識地極化，從而不僅可以 執(zhí)行校準測量還可以執(zhí)行實際的測量過程。
[0006] 另一解決方案在于，以探測器的恒定的通電值執(zhí)行測量過程。由此可以將準費米 能級保持恒定。這例如通過在待探測的X射線輻射入射之前已經(jīng)在半導體材料中生成附加 的載流子來實現(xiàn)。如果開始實際的X射線輻射，晶格缺陷已經(jīng)被載流子占據(jù)，如這對應于X 射線輻射下的平衡狀態(tài)。半導體材料的極化被補償。由此電場在測量過程期間保持恒定并 且可以建立在通過所檢查的對象引起的衰減與探測器的計數(shù)率之間的明確關聯(lián)。
[0007] 在另一解決方案中，以紅外輻射輻照半導體材料。該輻照引起對探測器的、與以X 射線輻射輻照類似的調(diào)節(jié)，其中IR輻射可以簡單操作并且對于患者無害。至今已知的是， 通過成面的陰極輻照半導體材料。然而直接輻照半導體材料是困難的，因為到半導體材料 上的直接輻射路徑通過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 半導體上側(cè)之間僅保留窄縫隙。該問題的解決方案至今未知。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術問題是，實現(xiàn)一種直接轉(zhuǎn)換的X射線輻射探測器，其中可以 均勻輻照用于探測的半導體材料并且于是阻止半導體材料的極化或者說探測器的漂移，以 及一種用于運行這種X射線輻射探測器的方法。
[0009] 上述技術問題通過獨立權利要求的特征來解決。本發(fā)明的有利改進方案是從屬權 利要求的內(nèi)容。
[0010] 發(fā)明人已經(jīng)認識到，通過直接輻照X射線輻射探測器，可以實現(xiàn)對該X射線輻射探 測器中的半導體材料的均勻輻照。為此在準直器與半導體材料之間的縫隙中，在準直器的 與半導體材料對置的側(cè)上施加涂層，其將附加輻射均勻地反射到半導體上。半導體材料于 是被間接地輻照。這具有的優(yōu)點是，輻射不僅能夠通過在準直器與半導體材料之間的小縫 隙向半導體入射，而且可以借助在涂層上的反射來進行均勻且大面積地輻照。相應地，于是 該反射層可以由布置在準直器與半導體材料之間的縫隙外部的光源來輻照，其中反射層將 輻射反射到半導體材料上。
[0011] 該輻射穿過施加在半導體材料上的、至少部分透明的電極，并且在半導體材料中 接近表面處產(chǎn)生附加的載流子。在此，也可以在半導體材料上的電極與反射層之間進行多 次反射。通過附加輻射的反射而將半導體在其整個表面上均勻輻照。相應地，進行均勻的 載流子產(chǎn)生，其中，附加的載流子占據(jù)半導體晶體中的晶格缺陷，即，形成位置固定的電荷， 其抵抗半導體的由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，簡稱IR輻射。反射層和準直器被實施為，使得支持在半導體材料整個表 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于待探測的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 金屬合金或半導體。準直器的以反射層進行的涂層可以借助常用的沉積方法如蒸鍍、濺射、 化學或物理沉積來進行。
[0013] 反射層的不同實施方式是可能的，其中與各自的實施方式無關地，借助在側(cè)面入 射到縫隙中的、在半導體材料與準直器之間的IR輻射的反射（也稱為多次反射）實現(xiàn)半導 體材料的均勻的、間接的輻照。相應地，準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)構化的。此外，反射層為了均勻輻照半導體而在準直器的整個 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)相對于該反射層的另一側(cè)朝 著半導體材料升高或者說增厚或增強地構造。在此，準直器的朝著半導體的一側(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，其中準直器平坦或者至少彎曲較 小地構造。彎曲部的高度在此通過縫隙的寬度、即準直器與半導體之間的距離受到限制。
[0015] 反射層和/或準直器的彎曲部在此被構造為，使得實現(xiàn)半導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體材料的距離、即 整個光路調(diào)諧，并且在多次反射的情況下與在準直器上每次反射時的輻射損耗調(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稱。如果例如從 兩個對置的側(cè)輻照半導體材料，則反射層可以被構造為，使得彎曲部由兩個盡可能鏡像對 稱的側(cè)組成，其半徑分別根據(jù)單個的光源來設計。如果由接近矩形半導體面的角的四個光 源輻照反射層，則反射層的彎曲部由四個對稱的、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體 材料而結(jié)構化地構造。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。這例如可以通過如下實現(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不同的化學組分而具有不同 的固有反射率。在此，當輻射源從z方向向反射層輻射時，修改過的位置的密度或尺寸可以 沿該z方向，即朝著大的z值變