X射线辐射探测器、计算机断层成像系统和为此的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于探测X射线辐射的直接转换的X射线辐射探测器，该X射线 辐射探测器至少具有用于探测X射线辐射的半导体材料、至少一个准直器和以附加辐射辐 照半导体材料的至少一个辐射源，和一种具有X射线辐射探测器的CT系统。本发明还涉及 一种用于借助直接转换的X射线辐射探测器探测入射的X射线辐射的方法。
【背景技术】
[0002] 为了尤其在CT、双能CT、SPECT和PET系统中探测伽马和X射线辐射尤其使用基 于诸如 CdTe、CdZnTe、CdZnTeSe、CdTeSe、CdMnTe、InP、TMr2、取12的半导体材料的直接转 换的探测器。然而，在这些材料情况下尤其在对于CT设备所需的高辐射流密度中出现极化 效应。
[0003] 极化指的是在高的光子或辐射流的情况下所探测到的计数率的减小。该极化是通 过载流子、尤其缺电子处或者说空穴的非常小的移动性以及通过半导体中固有的晶格缺陷 (St6rstellen)的浓度造成的。即，通过电场由于与晶格缺陷关联的、位置固定的电荷而变 小来形成极化，所述电荷起通过X射线辐射产生的载流子的俘获和复合中心的作用。由此 造成载流子寿命和运动性减小，其又导致在高辐射流密度时探测到的计数率的减小。
[0004] 半导体材料的极化在测量过程中变化。电场的该变化又引起所测量的脉冲高度的 变化和由此也影响半导体探测器的计数率，也称作漂移。由此，通过极化而限制了直接转换 器的最大可探测的辐射流。尤其在对于CT设备所需的高辐射流密度中极化效应加强地出 现。出于该原因而至今不能将如其尤其在计算机断层成像应用中存在的高辐射密度直接转 换为电脉冲。探测信号不能再直接与待测量对象的衰减相关联。
[0005] 该问题至今未完全解决。一个解决方案在于，通过以附加的X射线辐射辐照探测 器而大部分地去除半导体材料的极化，方法是在测量过程之前直接执行该附加的辐照。然 而，该方法不适用于患者工作，因为患者将经受附加的剂量。通过测量过程之前的附加的X 射线辐照而设置了探测器的预载荷状态，半导体材料于是被有意识地极化，从而不仅可以 执行校准测量还可以执行实际的测量过程。
[0006] 另一解决方案在于，以探测器的恒定的通电值执行测量过程。由此可以将准费米 能级保持恒定。这例如通过在待探测的X射线辐射入射之前已经在半导体材料中生成附加 的载流子来实现。如果开始实际的X射线辐射，晶格缺陷已经被载流子占据，如这对应于X 射线辐射下的平衡状态。半导体材料的极化被补偿。由此电场在测量过程期间保持恒定并 且可以建立在通过所检查的对象引起的衰减与探测器的计数率之间的明确关联。
[0007] 在另一解决方案中，以红外辐射辐照半导体材料。该辐照引起对探测器的、与以X 射线辐射辐照类似的调节，其中IR辐射可以简单操作并且对于患者无害。至今已知的是， 通过成面的阴极辐照半导体材料。然而直接辐照半导体材料是困难的，因为到半导体材料 上的直接辐射路径通过散射辐射格栅而受限。为了均匀的辐照于是在散射辐射格栅下侧和 半导体上侧之间仅保留窄缝隙。该问题的解决方案至今未知。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是，实现一种直接转换的X射线辐射探测器，其中可以 均匀辐照用于探测的半导体材料并且于是阻止半导体材料的极化或者说探测器的漂移，以 及一种用于运行这种X射线辐射探测器的方法。
[0009] 上述技术问题通过独立权利要求的特征来解决。本发明的有利改进方案是从属权 利要求的内容。
[0010] 发明人已经认识到，通过直接辐照X射线辐射探测器，可以实现对该X射线辐射探 测器中的半导体材料的均匀辐照。为此在准直器与半导体材料之间的缝隙中，在准直器的 与半导体材料对置的侧上施加涂层，其将附加辐射均匀地反射到半导体上。半导体材料于 是被间接地辐照。这具有的优点是，辐射不仅能够通过在准直器与半导体材料之间的小缝 隙向半导体入射，而且可以借助在涂层上的反射来进行均匀且大面积地辐照。相应地，于是 该反射层可以由布置在准直器与半导体材料之间的缝隙外部的光源来辐照，其中反射层将 辐射反射到半导体材料上。
[0011] 该辐射穿过施加在半导体材料上的、至少部分透明的电极，并且在半导体材料中 接近表面处产生附加的载流子。在此，也可以在半导体材料上的电极与反射层之间进行多 次反射。通过附加辐射的反射而将半导体在其整个表面上均匀辐照。相应地，进行均匀的 载流子产生，其中，附加的载流子占据半导体晶体中的晶格缺陷，即，形成位置固定的电荷， 其抵抗半导体的由X射线辐射引起的极化。由此阻止极化。
[0012] 作为光源，即作为用于附加辐射的光源，例如发光二极管是合适的。辐射的能量例 如处于红外区域，简称IR辐射。反射层和准直器被实施为，使得支持在半导体材料整个表 面上的尽可能均匀的辐照和由此均匀的载流子生成。首先，反射层为此具有尽可能高的反 射率并且另一方面反射层对于待探测的X射线辐射是尽可能透明的。适于作为反射材料的 例如反射漆，其具有高反射性并且具有对于X射线辐射的不敏感性。还合适的材料为诸如 以金属箔或金属蒸镀表面形式的金属，尤其是轻金属；塑料，尤其是涂层的塑料；化合物如 金属合金或半导体。准直器的以反射层进行的涂层可以借助常用的沉积方法如蒸镀、溅射、 化学或物理沉积来进行。
[0013] 反射层的不同实施方式是可能的，其中与各自的实施方式无关地，借助在侧面入 射到缝隙中的、在半导体材料与准直器之间的IR辐射的反射（也称为多次反射）实现半导 体材料的均匀的、间接的辐照。相应地，准直器上的反射层例如可以是平坦的（即，具有一 致的厚度）、弯曲的和/或结构化的。此外，反射层为了均匀辐照半导体而在准直器的整个 侦U上延伸。
[0014] 弯曲的反射层具有凹形的弯曲部。即，反射层的一侧相对于该反射层的另一侧朝 着半导体材料升高或者说增厚或增强地构造。在此，准直器的朝着半导体的一侧弯曲，在其 上然后施加均匀厚度的反射层，和/或反射层自身弯曲，其中准直器平坦或者至少弯曲较 小地构造。弯曲部的高度在此通过缝隙的宽度、即准直器与半导体之间的距离受到限制。
[0015] 反射层和/或准直器的弯曲部在此被构造为，使得实现半导体的尽可能均匀的辐 照。为此，弯曲部尤其可以与光源的辐射特性以及光源至反射层和至半导体材料的距离、即 整个光路调谐，并且在多次反射的情况下与在准直器上每次反射时的辐射损耗调谐。
[0016] 在从多侧辐照反射层的情况下，弯曲部的形状可以具有合适的对称。如果例如从 两个对置的侧辐照半导体材料，则反射层可以被构造为，使得弯曲部由两个尽可能镜像对 称的侧组成，其半径分别根据单个的光源来设计。如果由接近矩形半导体面的角的四个光 源辐照反射层，则反射层的弯曲部由四个对称的、弯曲的四分之一圆组成。此外，反射层的 弯曲部也可以与多个不同的光源和其辐射特性调谐。
[0017] 在平坦的反射层的情况下，该反射层可以为了支持以反射的辐射均匀辐照半导体 材料而结构化地构造。为此，反射层具有不同的反射特性，其中，反射层的反射性向着辐射 源减小。这例如可以通过如下实现，方法是反射层或者具有空隙或者部分地将附加的非反 射性掩膜施加到反射层上，或者方法是反射层的材料例如通过不同的化学组分而具有不同 的固有反射率。在此，当辐射源从z方向向反射层辐射时，修改过的位置的密度或尺寸可以 沿该z方向，即朝着大的z值变