X射线装置和用于X射线装置的X射线检测器.pdf

本发明涉及一种X射线装置(1)，包括X射线检测器(4)，该X射线检测器(4)具有多个检测器元件(10)，其中检测器元件(10)分为至少两个分别空间上关联的检测器元件(10)的子组。X射线装置(1)或X射线检测器(4)包括用于提供基本电压(UG)的供电单元(20)。X射线检测器(4)在此具有两个电压变换器(24)，每个电压变换器分别对应配设给两个子组之一，且其中每个电压变换器(24)设置为用于将基本电压(UG)变换为相对于该基本电压(UG)更低的用于检测器元件(10)的检测器工作电压(UD)。

1.  一种X射线装置(1)，该X射线装置带有
-X射线检测器(4)，所述X射线检测器(4)具有多个检测器元件(10)，其 中，所述检测器元件(10)分为至少两个分别空间上关联的检测器元件(10)的 子组，和
-用于提供基本电压(U_G)的供电单元(20)，
其中，所述X射线检测器(4)具有两个电压变换器(24)，每个所述电压变 换器分别对应配设给所述两个子组之一，且每个所述电压变换器(24)设置为 用于将基本电压(U_G)变换为相对于所述基本电压(U_G)更低的用于检测器元件 (10)的检测器工作电压(U_D)。

2.  根据权利要求1所述的X射线装置(1)，其中所述电压变换器(24)各 布置在一个检测器控制单元(14)上，每个所述检测器控制单元(14)分别对应 配设给所述两个子组之一，且所述检测器控制单元(14)布置得比供电单元(20) 在空间上更靠近所述检测器元件(10)。

3.  根据权利要求1或2所述的X射线装置(1)，其中所述电压变换器(24) 包括开关调节器或形成为开关调节器。

4.  根据权利要求1至3中一项所述的X射线装置(1)，其中每个电压变 换器(24)具有用于将所述基本电压(U_G)变换为中间电压的前置调节器和至少 一个用于将所述中间电压变换为检测器工作电压(U_D)的后置调节器。

5.  根据权利要求2至4中一项所述的X射线装置(1)，其中，所述电压 变换器(24)附加地设置为将所述基本电压(U_G)变换为用于各自的检测器控制 单元(14)的工作电压(U_A)。

6.  根据权利要求2至4中一项所述的X射线装置(1)，其中所述X射线 检测器(4)具有两个工作电压变换器，每个所述工作电压变换器布置在所述检 测器控制单元(14)之一上，且所述工作电压变换器设置为将基本电压(U_G)变 换为用于各自的检测器控制单元(14)的工作电压(U_A)。

7.  根据权利要求1至6中一项所述的X射线装置(1)，其中，所述X射 线检测器(4)具有布置在所述供电单元(20)和所述电压变换器(24)之间的中央 通信单元(16)，其中，所述基本电压(U_G)通过所述中央通信单元(16)供给到所 述电压变换器(24)。

8.  根据权利要求7所述的X射线装置(1)，其中所述中央通信单元(16) 具有附加的工作电压变换器(30)以用于将所述基本电压(U_G)变换为用于所述 通信单元(16)的单独的工作电压(U_K)。

9.  一种X射线检测器(4)，该X射线检测器带有
-多个检测器元件(10)，其中所述检测器元件(10)分为至少两个分别空间 上关联的检测器元件(10)的子组，和
-两个电压变换器(24)，每个所述电压变换器(24)分别对应配设给一个子 组，且每个所述电压变换器(24)设置为用于将基本电压(U_G)变换为相对于所 述(U_G)更低的用于所述检测器元件(10)的检测器工作电压(U_D)。

X射线装置和用于X射线装置的X射线检测器
技术领域
本发明涉及一种X射线装置。此外，本发明还涉及一种用于X射线装 置的X射线检测器。
背景技术
常规的X射线装置通常具有X射线源以及X射线检测器。为了X射线 图像拍摄，将测量对象定位在X射线源和X射线检测器之间。在用于医疗 应用的X射线装置中，测量对象通常是患者。然后，从X射线源向测量对 象投射X射线。X射线穿过测量对象且在此(根据测量对象的密度)被不同地 削弱。通过X射线检测器检测(通过对象透射且因此被削弱的)X射线的强度。
间接转换X射线检测器和直接转换X射线检测器不同。为检测发射的 X射线，间接转换X射线检测器具有对于X射线辐射敏感的闪烁器层形式 的传感器层，该传感器层将到达的X射线辐射转换为可见光。然后可见光 通过光电二极管转变为电信号。在直接转换X射线检测器的情况中，传感 器层由半导体材料(例如，碲化镉)形成，其中入射的X射线辐射直接转换为 电信号。
在简单且廉价地制造大面积的X射线检测器的背景下，全部检测器面 经常由更小的单独制造的单元组成，该单元在下文中称为检测器元件。每个 检测器元件在此通常包括多个检测器像素。即每个检测器元件可位置选择地 且平行地检测多个信号，随后由所有信号(所有检测器元件的信号)组成的栅 格图像则分别代表了此栅格图像的图像点。检测器元件自身又通常成行或成 列布置。在检测器元件上此外设有另外的电子部件，该电子部件直接对应配 设给检测器层且设置为用于读取从检测器层所发出的信号——例如光电二 极管、电容器、选择的模拟数字转换器等。由检测器元件所检测到的信号或 每个信号通常通过布置在后方的电子控制单元读取，进一步处理(尤其是数 字处理)且提供用于传递给布置在后方的图像计算单元。
检测器元件通常以比较低的电压(经常小于5V)控制。此电压通常由对 于所有检测器元件共同的(中央)供电单元产生且分配到检测器元件。当然由 于检测器面经常比较大的尺寸和因此所决定的长的电传输行程，典型地沿电 导线出现比较高的功率损失。对于X射线装置是计算机断层成像装置(管的 结构形式，也成为机架结构形式)的情况，单独的检测器元件例如在大致1 米的长度上分布地布置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现用于X射线检测器的能量有效的电 压分布。
此技术问题通过一种X射线装置解决，该X射线装置包括X射线检测 器(简称为检测器)，该检测器具有多个检测器元件。此外，X射线装置包括 用于提供基本电压的供电单元。供电单元在此优选地设置为用于以基本电压 对检测器进行中央供电。因此对于检测器内的所有耗电器提供唯一的中央供 电单元。根据本发明，由中央供电单元提供的基本电压具有比检测器元件所 需的检测器工作电压更大的值。此外，检测器元件分为至少两个分别在空间 上关联的检测器元件的子组。检测器现在具有两个电压变换器(尤其是电压 转换器)，其中每个电压变换器分别与两个子组(功能上以及空间上)关联。电 压变换器在此设置且提供为将基本电压变换为(更低的)检测器工作电压。优 选地，电压变换器此外设置为稳定检测器工作电压，即保持尽可能恒定的电 压值。
在此且在下文中将前述检测器的单元称为检测器元件。检测器元件因此 具有对于X射线辐射敏感的传感器层以将X射线辐射直接地变换为电信号 (在直接变换检测器的情况中)或将X射线辐射变换为可见光(在间接变换检 测器的情况中)。在后者情况中，用于将可见光变换为电信号的传感器层后 置有光电二极管。在两个情况中，检测器元件进一步优选地也具有电容以用 于中间存储电信号。适宜地，检测器元件具有多个检测器像素(且因此尤其 是也具有多个光电二极管和/或电容器)。
电压变换器与所属的检测器元件的子组的“空间关系”在此理解为电压 变换器以距各自的子组的检测器元件的比中央供电单元(尤其是明显的)更小 的距离布置。优选地，电压变换器以距各自的子组的检测器元件最小的距离 布置。在供电单元和电压变换器之间的电导线(在下文中称为供电导线)的长 度在此优选地明显地大于电压变换器和检测器元件之间的电导线(在下文中 称为接入导线)的长度。
通过电压变换器与各自的子组的空间关系，适宜地缩短了低检测器工作 电压的(相对高损失)的传输行程。而通过供电单元和电压变换器之间的比较 长的供电导线，以(与检测器工作电压相比)高的基本电压相对低损失地传输 电功率。
在优选的构造中，中央供电单元提供例如12V的基本电压。而检测器 工作电压尤其具有小于或等于5V的值，例如0.9至3.5V的值。
在优选的构造中，检测器对于每个检测器元件的子组分别具有称为检测 器控制单元的电组件。每个检测器控制单元在此特定地对应配设给各自的子 组的检测器元件。检测器控制单元尤其设置为控制此检测器元件且读取检测 器元件的各自的信号。检测器控制单元在此还适宜地在空间上比供电单元更 靠近其各自的子组的检测器元件布置。在每个此检测器控制单元上尤其分别 设有电压变换器(尤其是电压转换器)。优选地，检测器控制单元在短信号和 电压传输行程的意义上布置为具有距检测器元件尽可能小的距离。此距离取 决于对应配设的检测器元件的数量例如在20cm至30cm之间。检测器控制 单元此外尤其设置和提供为处理由各自的检测器元件输出的信号(优选地对 其进行数字处理)，且将所述信号提供到图像处理单元以用于进一步分析。
在适宜的构造中，检测器具有四个检测器控制单元(带有各自的电压变 换器)。相应地，检测器元件分为四个子组且汇合在各自的检测器控制单元 上。
检测器的所有的单独部分尤其是检测器控制单元可适宜地被单独地更 换。
在适宜的构造中，电压变换器构造为开关调节器或包括至少一个开关调 节器。
为了以相对低的花费保证低噪声的检测器工作电压，在适宜的构造中， 每个电压变换器具有前置调节器以将基本电压变换到中间电压(例如从4至 10V)，且具有至少一个后置调节器以将中间电压变换为(尤其是低于中间电 压的)检测器工作电压。后置调节器或每个后置调节器优选地构造为直线调 节器，该直线调节器设置为从中间电压生成尽可能稳定的尤其是低噪声的电 压值。在本发明的范围内在此可构思，前置调节器形成为开关调节器。
适宜地，电压变换器设置为除检测器工作电压外输出用于各自的检测器 控制单元的工作电压(在下文中称为第二工作电压)。在适宜的构造中，电压 变换器在此情况中具有级联结构，该级联结构带有一个前置调节器和一个或 多个后置调节器。第二工作电压在此在前置调节器和(必要时第一)后置调节 器之间或在必要时多个后置调节器的两个之间量取。
通过由基本电压对于不同的耗电器(尤其对于检测器元件和检测器控制 单元)生成不同的(工作)电压，简化了在检测器内的电压分布。常规的方式中 对于每个耗电器(或至少每组同类型的耗电器)将其各自的工作电压单独地由 中央供电单元提供，而在本情况中，仅从中央供电单元提供唯一的基本电压 用于检测器的所有耗电器，且将此基本电压进行分散的且靠近耗电器的变 换。各工作电压尤其是检测器工作电压和第二工作电压即由直接在各耗电器 上的或与各耗电器间隔很小的空间距离的电压变换器生成。因此，功率消耗 (用于不同的电压的各电导线的数量和长度)可降低。
在替代的构造中，每个检测器控制单元具有各一个附加的(与用于检测 器元件的电压变换器分开的)称为工作电压变换器的电压变换器。此工作电 压变换器设置为将基本电压变换为各自的检测器控制单元所需的第二工作 电压。
优选地，检测器具有中央通信单元，该中央通信单元设置为控制检测器 控制单元，调取由检测器控制单元(预)处理的信号，且将所述信号汇集地传 输到图像计算单元。在优选的构造中，在此基本电压也通过中央通信单元导 引且从中央通信单元分配到各电压变换器。中央通信单元在此适宜地在空间 上布置在供电单元和电压变换器(或必要时检测器控制单元)之间。
在适宜的构造中，中央通信单元包括工作电压变换器，该工作电压变换 器设置且提供为将基本电压变换为中央通信单元的工作电压。
根据本发明的检测器包括前述检测器元件，该检测器元件分为至少两个 优选地四个子组。此外，检测器包括两个(优选地四个)前述类型的电压变换 器，其中每个分别对应配设给检测器元件的子组。在本发明的范围内在此构 思，供电单元构造为与检测器分开(尤其是作为上级的X射线装置的部分， 尤其是X射线装置的主供电装置)。在此情况中，基本电压提供到电压变换 器(必要时提供到通信单元)，即从检测器外部提供。但在优选的构造中，中 央供电单元构造为检测器的部分，即整合在检测器内。
基本上，在本发明的范围内，X射线装置可以是带有大面积的平面的且 尤其在运行中不运动的检测器的X射线装置。优选地，X射线装置当然是计 算机断层成像装置，该计算机断层成像装置通常具有与其宽度相比长条形延 伸的检测器(带有大致1米的长度)。检测器相应地优选地是用于计算机断层 成像装置的检测器。
附图说明
在下文中根据附图详细解释本发明。
图1以示意性剖视图示出了带有X射线源和X射线检测器的X射线装 置。
具体实施方式
在附图中图示了具有计算机断层成像装置(简称为CT1)的形式的X射线 装置。CT1包括未详细图示的保持架以及可旋转地支承在该保持架上的(圆) 环形的旋转圈2。旋转圈2承载了X射线源(简称为X射线源3)以及与X射 线源3对置地布置的X射线检测器(简称为检测器4)。检测器4设置且提供 为检测从X射线源3辐射出的X射线，具体而言，检测所述X射线被布置 在X射线源3和检测器4之间的测量对象所削弱的强度，将其变换为电信号 且将所述电信号输出到图像计算单元6。图像计算单元6静止地布置在旋转 圈2外(即CT1的非旋转的部分内)。图像计算单元6是设立在CT1的保持架 旁的计算机(例如，电脑、图形显示卡等)。
检测器4包括多个(单独的)检测器元件10，该检测器元件10沿环形旋 转圈2的圆弧并排地布置。检测器元件10具有称为传感器层的对于X射线 敏感的陶瓷板(闪烁器陶瓷，未详细图示)，通过该陶瓷板将入射的X射线转 换为可见光。此外，检测器元件10具有各多个直接布置在传感器层后方的 光电二极管。此光电二极管检测——分别作为单独的图像点(像素)——通过 X射线辐射所产生的来自传感器层的各边界区域的光。此光在此被光电二极 管转化为电信号。
检测器4的检测器元件10分为四个大小相等的子组，该子组分别包括 12个检测器元件10。各子组的检测器元件10在此在空间上关联，即并排布 置。每个子组此外分别配有也是检测器4的部分的检测器控制单元14。检 测器控制单元14为此设置且提供为(以未详细图示的方式)从检测器元件10 调取所生成的信号，将其以数字形式进一步处理且然后将其传递到检测器4 的中央通信单元16上。中央通信单元16将四个检测器控制单元14的信号 汇集且将其又汇集地传递到图像计算单元6。
在检测器4运行中，检测器元件10、检测器控制单元14以及通信单元 16需要不同的(工作)电压。为向这些电组件(耗电器)进行供电，检测器4具 有中央供电单元20。供电单元20设置为提供基本电压U_G(12V)。此基本电 压U_G通过供电导线22提供到通信单元16且从其处分配到检测器控制单元 14。基本电压U_G在此高于由通信单元16、检测器控制单元14以及检测器 元件10所需的电压。因此，在每个检测器控制单元14上布置至少一个电压 变换器24，该电压变换器24将基本电压U_G降低到提供用于检测器元件10 的检测器工作电压U_D。检测器工作电压U_D由电压变换器24分别通过与供 电导线22相比短的引入导线26传输到检测器元件10。检测器工作电压U_D在此具有例如2.5V的电压值。通过在短的引入导线26上传输相对低的检测 器工作电压U_D而在更长的供电导线22上传导相对高的基本电压U_G，可总 体上保持特别低的电功率损失。
电压变换器24此外设置为尤其保持低噪声的检测器工作电压U_D。以此， 实现了通过检测器元件10的特别精确的信号检测。此外，电压变换器24设 置为将基本电压U_G生成为其电压值为5V的另外的电压(称为工作电压U_A)， 以用于运行检测器控制单元14。
在通信单元16上设有另外的电压变换器(也成为工作电压变换器30)。 此工作电压变换器30设置为将基本电压U_G降低为用于通信单元16的带有 也为5V的电压值的工作电压U_K。检测器工作电压U_D、工作电压U_A和U_K因此分别局部地(即直接地在各组件上或靠近各组件)由基本电压U_G产生， 使得最小化了用于在<5V的范围内的比较小的电压的传输行程。
虽然本发明的主题特别清楚地从前述实施例中得到。但本发明的主题不 限制于此实施例。本发明的另外的实施形式也可由专业人员从前述描述中推 导出。