包括用于探测X射线辐射的两个闪烁体的探测装置.pdf

一种用于探测辐射的探测装置。本发明涉及用于探测辐射的探测装置。所述探测装置包括具有不同时间行为的至少两个闪烁体(14、15)，每个在接收到辐射时生成闪烁光，其中，所生成的闪烁光被闪烁光探测单元(16)共同探测到，由此生成共同光探测信号。探测值确定单元通过对所述探测信号应用第一确定过程确定第一探测值并且通过对所述探测信号应用第二确定过程确定第二探测值，所述第二探测过程不同于所述第一确定过程。所述第一确定过程包括对所述探测信号进行频率滤波。由于所述不同闪烁体的所述闪烁光被相同闪烁光探测单元集体地探测到，因而不必须要求用于分别地探测所述不同闪烁体的不同闪烁光的(例如)利用侧视光电二极管的探测布置，由此降低了所述探测装置的技术复杂度。

权利要求书
1.  一种用于探测辐射的探测装置，所述探测装置(6、12)包括：
-辐射接收单元(6)，其包括：
-第一闪烁体(14)，其用于根据所述辐射生成第一闪烁光，其中，所述第一闪烁光具有第一时间行为，
-第二闪烁体(15)，其用于根据所述辐射生成第二闪烁光，其中，所述第二闪烁光具有不同于所述第一时间行为的第二时间行为，
-闪烁光探测单元(16)，其用于探测所述第一闪烁光和所述第二闪烁光，并且用于生成指示所述第一闪烁光和所述第二闪烁光的共同光探测信号，
-探测值确定单元(12)，其用于确定第一探测值和第二探测值，其中，所述探测值确定单元(12)适于：
-通过对所述共同光探测信号应用第一确定过程来确定所述第一探测值，其中，所述第一确定过程包括通过使用第一频率滤波器来对所述共同光探测信号进行频率滤波，由此生成第一滤波共同光探测信号，并且根据所述第一滤波共同光探测信号来确定所述第一探测值，
-通过对所述共同光探测信号应用第二确定过程来确定所述第二探测值，其中，所述第二确定过程不同于所述第一确定过程。

2.  如权利要求1所述的探测装置，其中，所述第一频率滤波器为高通滤波器。

3.  如权利要求1所述的探测装置，其中，所述第一频率滤波器为带通滤波器。

4.  如权利要求1所述的探测装置，其中，所述第一确定过程包括：
-对第一频率滤波共同光探测信号进行方波化处理或整流，
-对经方波化处理或整流的第一频率滤波共同光探测信号进行积分，由此生成第一积分值，并且
-根据所述第一积分值来确定所述第一探测值。

5.  如权利要求1所述的探测装置，其中，所述第二确定过程包括：
-通过使用第二频率滤波器来对所述共同光探测信号进行频率滤波，由此生成第二滤波共同光探测信号，并且
-根据所述第二滤波共同光探测信号来确定所述第二探测值。

6.  如权利要求5所述的探测装置，其中，所述第二频率滤波器为低通滤波器。

7.  如权利要求5所述的探测装置，其中，所述第二确定过程还包括：
-对所述第二滤波共同光探测信号进行积分，由此生成第二积分值，并且
-根据所述第二积分值来确定所述第二探测值。

8.  如权利要求1所述的探测装置，其中，所述第二确定过程包括：
-对所述共同光探测信号进行积分，由此生成第二积分值，并且
-根据所述第二积分值来确定所述第二探测值。

9.  如权利要求1所述的探测装置，其中，所述第一闪烁体的所述时间行为能够通过第一衰减时间常数来表征，其中，所述第二闪烁体的所述时间行为能够通过小于所述第一衰减时间常数的第二衰减时间常数来表征，并且其中，所述第一闪烁体(14)、所述第二闪烁体(15)和所述闪烁光探测单元(16)形成堆叠，使得所述第二闪烁体(15)定位于所述闪烁光探测单元(16)上，并且所述第一闪烁体(14)定位于所述第二闪烁体(14)上。

10.  一种用于对对象进行成像的成像系统，所述成像系统(19)包括：
-如权利要求1所述的探测装置(6、12)，其用于探测受所述对象影响的辐射，
-重建单元(10)，其用于从所述第一探测值和所述第二探测值来重建所述对象的图像。

11.  如权利要求10所述的成像系统，其中，所述成像系统还包括辐射源(2)，所述辐射源用于生成要被所述探测装置(6、12)探测的所述辐射，其中，所述辐射源(2)和所述探测装置(6、12)的所述第一闪烁体(14)和所述第二闪烁体(15)适于使得所述第一闪烁光的强度和所述第二闪烁光的强度相近或相差小于十的因数。

12.  一种用于探测辐射的探测方法，所述探测方法包括：
-通过第一闪烁体(14)来根据所述辐射生成第一闪烁光，其中，所述第一闪烁光具有第一时间行为，
-通过第二闪烁体(15)来根据所述辐射生成第二闪烁光，其中，所述第二闪烁光具有不同于所述第一时间行为的第二时间行为，
-通过闪烁光探测单元(16)来探测所述第一闪烁光和所述第二闪烁光并且生成指示所述第一闪烁光和所述第二闪烁光的共同光探测信号，
-通过探测值确定单元(12)来确定第一探测值和第二探测值，其中，所述探测值确定单元(12)：
-通过对所述共同光探测信号应用第一确定过程来确定所述第一探测值，其中，所述第一确定过程包括通过使用第一频率滤波器来对所述共同光探测信号进行频率滤波，由此生成第一滤波共同光探测信号，并且根据所述第一滤波共同光探测信号来确定所述第一探测值，
-通过对所述共同光探测信号应用第二确定过程来确定所第二探测值，其中，所述第二确定过程不同于所述第一确定过程。

13.  一种用于对对象进行成像的成像方法，所述成像方法包括：
-如权利要求12中所述地探测受所述对象影响的辐射，
-通过重建单元(10)来从所述第一探测值和所述第二探测值重建所述对象的图像。

14.  一种用于探测辐射的探测计算机程序，所述探测计算机程序包括程序代码模块，当所述计算机程序运行于控制如权利要求1所述的探测装置的计算机上时，所述程序代码模块用于令所述探测装置执行如权利要求12所述的探测方法的步骤。

15.  一种用于对对象进行成像的成像计算机程序，所述成像计算机程序包括程序代码模块，当所述计算机程序运行于控制如权利要求10所述的成像系统的计算机上时，所述程序代码模块用于令所述成像系统执行如权利要求13所述的成像方法的步骤。

说明书包括用于探测X射线辐射的两个闪烁体的探测装置
技术领域
本发明涉及用于探测辐射的探测装置、探测方法以及探测计算机程序。本发明还涉及用于对对象进行成像的成像系统、成像方法以及成像计算机程序。
背景技术
S.Kappler等人在IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record(NSS/MIC)，4828至4831页(2008年)的文章“Comparison of dual-kVp and dual-layer CT in simulations and real CT system measurements”公开了一种双能量计算机断层摄影系统，其包括多色X射线源和双层探测器。所述计算机断层摄影系统适于生成穿过要被成像的对象的X射线，而所述X射线源关于所述对象旋转。所述辐射，在已穿过所述对象之后，被双层探测器探测，其中，在第一层(其首先被所述辐射击中)中，第一闪烁体根据探测到的辐射生成第一闪烁光，并且其中，在第二层(其其次被所述辐射击中)中，第二闪烁体根据所述辐射生成第二闪烁光。通过光电二极管探测所述第一闪烁光和所述第二闪烁光(它们对应于所探测的辐射的不同能量)，其中，用于探测所述第一闪烁光的所述光电二极管被布置为邻近所述第一闪烁体的侧表面，即不在(例如)所述第一闪烁体的底表面上。在所述侧表面上的该布置导致技术上相对复杂的探测器构造。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于探测辐射的探测装置、探测方法和探测计算机程序，其允许通过使用技术上较不复杂的探测器构造来探测辐射。本发明另外的目标是提供一种用于对对象进行成像的成像系统、成像方法和成像计算机程序，其可以使用所述技术上较不复杂的探测器构造。
在本发明的第一个方面中，提供一种用于探测辐射的探测装置，其中， 所述探测装置包括：
-辐射接收单元，其包括：
-第一闪烁体，其用于根据所述辐射生成第一闪烁光，其中，所述第一闪烁光具有第一时间行为，
-第二闪烁体，其用于根据所述辐射生成第二闪烁光，其中，所述第二闪烁光具有不同于所述第一时间行为的第二时间行为，
-闪烁光探测单元，其用于探测所述第一闪烁光和所述第二闪烁光，并且用于生成指示所述第一闪烁光和所述第二闪烁光的共同光探测信号，
-探测值确定单元，其用于确定第一探测值和第二探测值，其中，所述探测值确定单元适于：
-通过对所述共同光探测信号应用第一确定过程来确定所述第一探测值，其中，所述第一确定过程包括通过使用第一频率滤波器来对所述共同光探测信号进行频率滤波，由此生成第一滤波共同光探测信号，并且根据所述第一滤波共同光探测信号来确定所述第一探测值，
-通过对所述共同光探测信号应用第二确定过程，来确定所述第二探测值，其中，所述第二确定过程不同于所述第一确定过程。
由于所述闪烁光探测单元(其优选为光电二极管)探测所述第一闪烁光和所述第二闪烁光，并生成指示所述第一闪烁光和所述第二闪烁光的共同光探测信号，其中，所述探测值确定单元通过对所述共同光探测信号应用不同的确定过程，来确定第一探测值和第二探测值，其中，所述确定过程中的至少一个包括频率滤波，所述第一闪烁光和所述第二闪烁光可以集体地被所述相同的闪烁光探测单元探测到，而不需要被布置在所述闪烁体的侧表面的用于分别地探测所述第一闪烁光和所述第二闪烁光的不同闪烁光探测单元，其中，仍可以生成分别不同的探测信号，其可以被用于，例如，能量区分的目的。由于可以通过所述相同的闪烁光探测单元来探测所述第一闪烁光和所述第二闪烁光，因而所述第一闪烁体和所述第二闪烁体可以被堆叠，例如在彼此之上，其中，所得到的堆叠可以被布置在所述闪烁光探测单元上。因此可以用技术上较不复杂的探测器构造来探测所述辐射。
所述闪烁光探测单元优选地适于探测所述第一闪烁光和所述第二闪烁 光的组合强度，并且适于生成指示所探测的组合强度的共同光探测信号。
所述第一确定过程和第二确定过程优选地适于使得对所述共同探测信号应用所述第一确定过程得到频谱上不同于第二信号的第一信号，所述第二信号是通过对所述共同光探测信号应用所述第二确定过程而生成的。所述第一探测值和第二探测值优选地是基于这些频谱上不同的第一信号和第二信号而确定的。
在闪烁体中，相互作用的光子居于具有给定寿命的激发态的电子中。如果所述电子弛豫到基态，则生成闪烁光。该弛豫过程具有一衰减时间常数，各自的闪烁光对应于所述衰减时间常数。到所述基态的单次转变(其对应于单个衰减时间常数)，或到所述基态的几次转变(其对应于几个衰减时间常数)均是可能的。相应地，可以因此通过一个或几个衰减时间常数来定义闪烁光的所述时间行为。
所述第一确定过程和第二确定过程优选地根据所述第一时间行为和第二时间行为。尤其地，所述第一确定过程和第二确定过程可以包括适于所述第一时间行为和第二时间行为的第一频率滤波程序和第二频率滤波程序。
例如，所述第一频率滤波器可以为用于抑制相对低频率的高通滤波器，其可以对应于所述第一闪烁光和第二闪烁光中较慢的一个的(即具有较大的一个或几个衰减时间常数的所述闪烁光的)一个或几个衰减时间常数。这允许生成这样的第一滤波共同光探测信号，其具有来自所述较快闪烁光的较大贡献，即具有较快时间行为(具体而言是较小的衰减时间常数)的所述闪烁光的较大贡献。此外，也可以抑制较高频率，使得所述第一频率滤波器为带通滤波器。这可以降低所述第一滤波共同光探测信号中的噪声。优选地，所述带通滤波器抑制对应于具有较慢时间行为(具体而言是具有较大衰减时间常数)的较慢闪烁光的频率；并且抑制大于对应于所述较快闪烁光的频率的频率，即对应于所述较快时间行为，具体而言是对应于所述较快闪烁光的较小时间常数。
在一个实施例中，使用高通滤波器，抑制小于所述第一闪烁光和第二闪烁光的所述衰减时间常数的逆值(inverse value)的平均值的频率。尤其地，所述高通滤波器可以适于抑制这样的频率，其小于所述第一闪烁光的 第一衰减时间常数的所述逆值与所述第二闪烁光的第二衰减时间常数的所述逆值的几何平均。所述带通滤波器可以适于也抑制小于所述第一衰减时间常数的所述逆值与所述第二衰减时间常数的所述逆值的平均值的频率，并且所述带通滤波器可以适于抑制大于所述逆第二衰减时间常数的十倍的频率，其中，假设所述第二衰减时间常数小于所述第一衰减时间常数。
在一个实施例中，所述第一确定过程包括a)对第一频率滤波共同光探测信号进行方波化处理(squaring)或整流，b)对经方波化处理的或整流的第一频率滤波共同光探测信号进行积分，由此生成第一积分值，并且c)根据所述第一积分值，确定所述第一探测值。这允许以相对简单的方式确定第一探测值，使得很可能所述较快闪烁光对所述第一探测值的贡献大于所述较慢闪烁光。
所述第二确定过程优选地包括a)通过使用第二频率滤波器，来对所述共同光探测信号进行频率滤波，由此生成第二滤波共同光探测信号，并且b)根据所述第二滤波共同光探测信号，来确定所述第二探测值。所述第二频率滤波器优选为低通滤波器，并且所述第二确定过程优选地还包括对所述第二滤波共同光探测信号进行积分，由此生成第二积分值，其中，所述第二探测值是根据所述第二积分值来确定的。所述低通滤波器优选地适于抑制这样的频率，其大于所述第一闪烁光的第一衰减时间常数的逆值与所述第二闪烁光的第二衰减时间常数的逆值的平均值。所述平均值优选为几何平均值。这允许以相对简单的方式确定第二探测值，所述第二探测值包括所述较慢闪烁光增加的贡献，即包括所述较慢闪烁光对所述第二探测值的这样的贡献，所述贡献大于所述较慢闪烁光对所述第一探测值的所述贡献。
在另一个实施例中，所述第二确定过程包括对所述共同光探测信号进行积分，由此生成第二积分值，并且根据所述第二积分值，来确定所述第二探测值，而无需应用第二频率滤波器。这降低了用于确定所述第二探测值的计算成本。
在一个实施例中，所述较快闪烁光的衰减时间常数为约50ns并且所述较慢闪烁光的所述衰减时间常数为约3μs。
所述探测装置优选地适于被计算机断层摄影系统使用，其中，所述计算机断层摄影系统包括辐射源和所述探测装置。所述辐射源和所述探测装 置可关于要被成像的对象旋转，以允许所述计算机断层摄影装置在所述辐射源相对于所述对象的不同位置，采集第一探测值和第二探测值。优选地在时间区间上执行所述积分，所述时间区间对应于所述辐射源在其期间处于对应于投影的某个角度区间中的时间区间。因此，优选地在投影时间上执行所述积分，所述投影时间由所述辐射源在其期间处于某个角度区间中的所述时间区间限定，以针对所述各自投影，确定第一探测值和第二探测值。所述投影时间以及因此所述积分时间可以在50至500μs的范围内。
在一个实施例中，所述第一确定过程适于对所述共同光探测信号进行频率滤波，使得所述第一滤波共同光探测信号为交替水平的共同光探测信号，同时所述第二确定过程适于使得所述第二确定过程对所述共同光探测信号的所述应用产出恒定水平的共同光探测信号。所述第一确定过程可以适于对所述交替水平进行方波化处理或整流，其也可以被视为所述共同光探测信号的AC水平；并且对经方波化处理或整流的交替水平进行积分，用于确定所述第一探测值。而且，所述第二确定过程可以适于对所述恒定水平进行积分，其也可以被视为所述共同光探测信号的DC水平，用于确定所述第二探测值。
优选地，所述第一闪烁体、所述第二闪烁体和所述闪烁光探测单元被光学耦合，使得所述第一闪烁光和所述第二闪烁光两者可以被所述闪烁光探测单元集体探测到。尤其地，所述第一闪烁体、所述第二闪烁体和所述闪烁光探测单元形成堆叠，使得所述第一闪烁体和所述第二闪烁体中的一个定位于所述闪烁光探测单元上，并且所述第一闪烁体和所述第二闪烁体中的另一个定位于所述第一闪烁体和所述第二闪烁体中的所述一个上。所述堆叠优选地被布置为使得要被探测的所述辐射首先使得所述第一闪烁体和所述第二闪烁体中的所述一个，并且然后进入所述第一闪烁体和所述第二闪烁体中的所述另一个。低能量辐射将主要被吸收在首先被穿过的所述闪烁体中，使得所述对应的闪烁光指示所述低能量辐射。其次被穿过的所述另外的闪烁体与低能量辐射相比，更多地被高能量辐射穿过，这是因为所述低能量辐射中的大量已被所述闪烁体吸收，所述闪烁体已被首先穿过。所述对应的闪烁光因此指示所述高能量辐射。(所述第一闪烁光和所述第二闪烁光不同程度地对其做出贡献的)所述第一探测值和第二探测值因此可 以对应于不同的能量。所述第一探测值和第二探测值因此可以被用于获得有关被所述探测装置探测到的所述辐射的能量的信息。
优选地，通过第一衰减时间常数表征所述第一闪烁体的所述时间行为，并且通过所述第二衰减时间常数表征所述第二闪烁体的所述时间行为，所述第二衰减时间常数小于所述第一衰减时间常数，其中，所述第一闪烁体、所述第二闪烁体和所述闪烁光探测单元形成堆叠，使得所述第二闪烁体定位于所述闪烁光探测单元上，并且所述第一闪烁体定位于所述第二闪烁体上。由于上面的第一闪烁体主要探测低能量辐射，所述低能量辐射获得多个相对小的第一闪烁光脉冲，得到的第一闪烁光对应于相对平滑的光探测信号。而且，由于所述较低的第二闪烁体探测更高能量的辐射，所述较低的第二闪烁体生成第二闪烁光，其比所述第一闪烁光波动更大。相对平滑的第一闪烁光和相对波动的第二闪烁光的该作用增强了由所述不同的衰减时间常数引起的作用，这是因为所述不同衰减时间常数也得到比所述波动更大的第二闪烁光更为平滑的第一闪烁光。
可以通过使用光学耦合材料来光学耦合所述第一闪烁体、所述第二闪烁体和所述闪烁光探测单元。所述光学耦合材料优选地为光学透明胶粘物，其中，所述胶粘物至少对所述第一闪烁光和所述第二闪烁光透明。
在本发明的另外一方面中，提供一种用于对对象进行成像的成像系统，其中，所述成像系统包括：
-用于探测辐射的探测装置，其受所述对象影响，如权利要求1所述，
-重建单元，其用于从所述第一探测值和第二探测值重建所述对象的图像。
所述成像系统优选地还包括用于生成所述辐射的辐射源，其中，所述成像系统适于提供所述辐射，使得其在被所述探测装置探测到之前穿过所述对象。辐射源优选地为用于生成多色X射线的多色X射线源，其中，所述探测装置可以适于在所述多色X射线穿过所述对象之后探测所述多色X射线，并且适于根据探测到的多色X射线来生成所述第一探测值和第二探测值。
所述重建单元可以适于将所述第一探测值和第二探测值分解成分量探测值，所述分量探测值对应于不同分量，所述不同分量例如为不同物理效 应和/或不同材料。例如，所述不同分量可以对应于康普顿效应和光电效应，或者所述不同分量可以对应于软组织和骨。所述重建单元可以适于通过对各自的分量探测值应用计算机断层摄影算法，来重建对应于所述不同分量的分量图像。在另一个实施例中，在将所述探测值分解成分量探测值之前，所述重建单元可以将所述第一探测值和第二探测值变换成第一中间探测值和第二中间探测值，其分别对应于所述第一闪烁光和第二闪烁光的强度。因此，可以提供用于量化所述第一闪烁光和第二闪烁光的所述强度的变换，并将其应用于所述第一探测值和第二探测值。可以通过校准测量来确定该变换，并且所述变换优选为线性变换。所述重建单元可以然后适于执行分解程序，用于基于所生成的中间探测值来生成所述分量探测值。
在一个实施例中，也可以没有随后的基于这些探测值的重建，来执行用于将所述第一探测值和第二探测值变换成对应于所述第一闪烁光和第二闪烁光的所述强度的探测值的所述变换。在该情况中，可以例如由可以适于提供这些探测值的所述探测值确定单元和所述探测装置，来执行所述变换。
在一个实施例中，所述辐射源以及所述探测装置的所述第一闪烁体和第二闪烁体适于使得所述第一闪烁体光的强度与所述第二闪烁体光的强度相近或相差小于十的因数。这可以例如通过相应地选择所述闪烁体材料、它们的掺杂、它们的厚度等来达到。这可以确保两个闪烁体均显著贡献于两个探测值，并且例如，探测值不仅由单个闪烁体主导，并且所述另一闪烁体的所述贡献在噪声水平之下，由此提高所述第一探测值和第二探测值的质量。
在本发明的另外一方面中，提供一种用于探测辐射的探测方法，其中，所述探测方法包括：
-通过第一闪烁体根据所述辐射生成第一闪烁光，其中，所述第一闪烁光具有第一时间行为，
-通过第二闪烁体根据所述辐射生成第二闪烁光，其中，所述第二闪烁光具有不同于所述第一时间行为的第二时间行为，
-探测所述第一闪烁光和所述第二闪烁光，并且通过闪烁光探测单元生成指示所述第一闪烁光和所述第二闪烁光的共同光探测信号，
-通过探测值确定单元来确定第一探测值和第二探测值，其中，所述探测值确定单元：
-通过对所述共同光探测信号应用第一确定过程来确定所述第一探测值，其中，所述第一确定过程包括使用第一频率滤波器来对所述共同光探测信号进行频率滤波，由此生成第一滤波共同光探测信号，并且根据所述第一滤波共同光探测信号确定所述第一探测值，
-通过对所述共同光探测信号应用第二确定过程来确定所第二探测值,其中，所述第二确定过程不同于所述第一确定过程。
在本发明的另外一方面中，提供一种用于对对象进行成像的成像方法，其中，所述成像方法包括：
-如权利要求12所述地探测受所述对象影响的辐射，
-通过重建单元，从所述第一探测值和第二探测值重建所述对象的图像。
在本发明的另外一方面中，提供一种用于探测辐射的探测计算机程序，其中，所述探测计算机程序包括程序代码模块，当所述计算机程序运行于控制如权利要求1所述的探测装置的计算机上时，程序代码模块用于在令所述探测装置执行如权利要求12所述的探测方法的步骤。
在本发明的另外一方面中，提供一种用于对对象进行成像的成像计算机程序，其中，所述成像计算机程序包括程序代码模块，当所述计算机程序运行于控制如权利要求11所述的成像系统的计算机上时，所述程序代码模块用于令所述成像系统执行如权利要求13所述的成像方法的步骤。
应理解，如权利要求1所述的探测装置、如权利要求10所述的成像系统、如权利要求12所述的探测方法、如权利要求13所述的成像方法、如权利要求14所述的探测计算机程序以及如权利要求15所述的成像计算机程序具有相近和/或相同的优选实施例，尤其如在从属权利要求中所限定的。
应理解，本发明的优选实施例也可以为从属权利要求与各自的独立权利要求的任意组合。
参考后文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的，并且本发明的这些和其他方面将参考后文描述的实施例而得以阐述。
附图说明
图1示意性且示范性地示出了用于对对象进行成像的成像系统的实施例，
图2示意性且示范性地示出了所述成像系统的辐射接收单元的辐射接收像素的实施例，并且
图3示出的流程图示范性地图示了用于对对象进行成像的成像方法的实施例。
具体实施方式
图1示意性且示范性地示出了用于对感兴趣区域进行成像的成像系统，所述成像系统为计算机断层摄影系统19。所述计算机断层摄影系统包括机架1，其能够关于平行于z轴延伸的旋转轴R旋转。辐射源2(其在该实施例中为X射线管)被安装在机架1上。辐射源2(其生成多色辐射)被提供有准直器3(其在该实施例中从由辐射源2生成的所述辐射形成锥形辐射束4)。所述辐射穿过检查区5(其在该实施例中为圆柱形)中的对象，例如患者。在已穿过检查区5之后，辐射束4入射在辐射接收单元6(其包括二维探测表面)上。辐射接收单元6被安装在机架1上。
计算机断层摄影系统19包括两个电机7、8。由电机7以优选为恒定但可调节的角速度驱动机架1。电机8被提供用于移动所述对象，例如患者，其被布置在检查区5中的患者台上，平行于旋转轴R或所述z轴的方向。这些电机7、8例如受控制单元9控制，使得辐射源2和检查区5(尤其是检查区5内的所述对象)沿螺旋轨迹相对于彼此移动。然而，也有可能不移动所述对象，而是仅旋转辐射源2，即辐射源2沿圆形轨迹相对于检查区5，尤其是相对于所述对象，移动。此外，在另一个实施例中，准直器3可以适于形成另一种束形状，尤其是扇形束，并且辐射接收单元6可以包括探测表面，其对应于另一束形状，尤其对应于所述扇形束成形。
辐射接收单元6包括几个辐射接收像素17，在图2中示意性且示范性地示出了它们中的一个。辐射接收像素17包括用于根据所探测的辐射生成第一闪烁光的第一闪烁体14，和用于根据所探测的辐射生成第二闪烁光的第二闪烁体15，其中，所述第一闪烁光对应于第一衰减时间，所述第一衰减时间大于所述第二闪烁光对应于的第二衰减时间，即第一闪烁光和所述 第二闪烁光具有通过不同衰减时间常数表征的不同时间行为。辐射接收像素17还包括闪烁光探测单元16，其用于探测所述第一闪烁光和所述第二闪烁光以及用于生成指示所述第一闪烁光和所述第二闪烁光的共同光探测信号。第一闪烁体14、第二闪烁体15和闪烁光探测单元16被光学耦合，使得所述第一闪烁光和所述第二闪烁光两者可以被闪烁光探测单元16集体探测到。闪烁光探测单元16优选为适用于探测所述第一闪烁光和所述第二闪烁光的光电二极管。所述光电二极管足够快以对所述相对短的闪烁体光的脉冲进行时间分辨。
第一闪烁体14、第二闪烁体15和第二光探测单元16形成堆叠，使得第二闪烁体15定位于闪烁光探测单元16上，并且第一闪烁体14定位于第二闪烁体15上，其中，通过使用光学耦合材料18光学耦合第一闪烁体14、第二闪烁体15和闪烁光探测单元16，光学耦合材料18在该实施例中为对所述第一闪烁光和所述第二闪烁光透明的光学透明胶粘物。
第一闪烁体14和第二闪烁体15适于使得所述第一闪烁光的和所述第二闪烁光的强度相近或相差小于十的因数。尤其地，所述闪烁材料、它们的掺杂和它们的厚度适于使得满足有关所述第一闪烁光的和所述第二闪烁光的所述强度的该相近度条件，尤其在X射线的典型能量范围内，例如为40至140keV。
在辐射源2与检查区5内的所述对象的相对移动期间，辐射接收单元6集体地探测所述第一闪烁光和所述第二闪烁光，并生成指示所述第一闪烁光和所述第二闪烁光的共同光探测信号。
所生成的共同光探测信号被提供到探测值确定单元12，用于确定第一探测值和第二探测值。探测值确定单元12适于：通过对所述共同光探测信号应用第一确定过程，来确定所述第一探测值，其中，所述第一确定过程包括通过使用第一频率滤波器，来对所述共同光探测信号进行频率滤波，由此生成第一滤波共同光探测信号，并且根据所述第一滤波共同光探测信号来确定所述第一探测值。所述探测值确定单元还适于通过对所述共同光探测信号应用第二确定过程，来确定所述第二探测值，其中，所述第二确定过程不同于所述第一确定过程。在该实施例中，所述第一频率滤波器为高通滤波器或带通滤波器，并且所述第一确定过程包括a)对第一频率滤波 共同光探测信号进行方波化处理或整流，b)对经方波化处理或整流的第一频率滤波共同光探测信号进行积分，由此生成第一积分值，并且c)根据所述第一积分值，确定所述第一探测值。所述第二确定过程包括a)通过使用第二频率滤波器，来对所述共同光探测信号进行频率滤波，由此生成第二滤波共同光探测信号，以及b)根据所述第二滤波共同光探测信号，来确定所述第二探测值，其中，所述第二频率滤波器为低通滤波器。
优选地，使用高通滤波器，抑制小于所述第一闪烁光和第二闪烁光的所述衰减时间常数的逆值的平均值的频率。尤其地，所述高通滤波器可以适于抑制小于所述第一闪烁光的第一衰减时间常数的所述逆值与所述第二闪烁光的第二衰减时间常数的所述逆值的几何平均的频率。所述带通滤波器可以也适于抑制小于所述第一衰减时间常数的所述逆值与所述第二衰减时间常数的所述逆值的平均值的频率，并且所述带通滤波器可以适于抑制比逆第二衰减时间常数更大十倍的频率，其中，假设所述第二衰减时间常数小于所述第一衰减时间常数。低通滤波器优选地适于抑制这样的频率，其大于所述第一闪烁光的第一衰减时间常数的所述逆值与所述第二闪烁光的第二衰减时间常数的所述逆值的平均值。所述平均值优选为几何平均值。
优选地，针对辐射源2相对于检查区5内的所述对象的每个位置，以及针对每个辐射接收像素17，所述探测值确定单元分别地确定第一探测值和第二探测值。
所述第一探测值和第二探测值——其已针对辐射源2相对于检查区5内的所述对象的每个位置以及针对每个辐射接收像素17得以确定——被提供到重建单元10，用于基于所述第一探测值和第二探测值来重建所述对象的图像。由重建单元10重建的所述图像被提供到显示单元11，用于显示所重建的图像。
控制单元9优选地也适于控制辐射源2、辐射接收单元6、探测值确定单元12和重建单元10。由于辐射接收单元6和探测值确定单元12基于入射在所述辐射接收单元的所述探测表面上的所述辐射来生成所述第一探测值和第二探测值，因而所述辐射接收单元和所述探测值确定单元可以被视为用于探测辐射的探测装置。
重建单元10优选地适于将所述第一探测值和第二探测值分解成不同的 分量探测值，所述分量探测值对应于所述对象的不同分量。这些不同分量例如涉及不同的物理作用，例如康普顿效应和光电效应，和/或所述不同分量可以涉及不同材料，例如人类的骨、软组织等。在该实施例中，所述第一探测值和第二探测值被变换成中间探测值，其对应于所述第一闪烁光和第二闪烁光的强度。所述变换优选为线性变换，其可以通过校准测量得以确定。例如，可以通过所述探测装置探测产生已知闪烁光强度的辐射，其中，可以基于所述已知闪烁光强度以及由所述探测装置生成的所述第一探测值和第二探测值来确定所述变换。重建单元10可以适于将R.E.Alvarez等人的文章“Energy-selective reconstructions in X-ray computerized tomography”，Physics in Medicine and Biology，第21卷、第5号，733至744页(1976年)中公开的分解技术应用到所述中间探测值，在此通过引用将其并入。
在一个实施例中，对所述中间探测值的所述分解是根据以下方程执行的，该方程基于对描述所述测量过程的物理模型的反演：
Ci=∫Bi(E)F(E)e-ΣjMAjμj(E)dE,---(1)]]>
其中Ci(i＝1,2)指代第一中间探测值和第二中间探测值，Bi(E)指代分别对应于所述第一中间探测值和第二中间探测值的第i个测量的光谱密度，F(E)指代所述辐射源的光谱，j＝1…M(典型地M＝2)为针对M个不同分量的指数，Aj指代遍及第j个分量的浓度值的线积分，并且μj(E)指代第j个分量的光谱吸收系数。
如果光谱上不同的测量结果的数目至少等于分量的数目，则可以用已知的数值方法求解方程组，其中所述量Bi(E)、F(E)和μj(E)已知，并且求解所述方程组的结果为线积分Aj。辐射的光谱F(E)和光谱密度Bi(E)为所述成像系统的特性，并且根据例如对应的测量结果，读出的性质是已知的。所述分量的光谱吸收μj(E)，例如骨与软组织的光谱吸收根据测量结果和/或根据文献也是已知的。
所分解的探测值在该实施例中为分解投影数据，即所述线积分Aj，其每个均可以被用于重建所述对象的计算机断层摄影图像，使得，例如对于 每个分量，可以重建所述对象的分量图像。例如，可以重建康普顿分量图像和光电分量图像。为了基于所述投影数据重建图像，可以使用已知的重建技术，例如滤波反投影、拉冬反演等等。
在另一个实施例中，所述重建单元可以适于直接分解所述第一探测值和第二探测值，无需执行用于确定所述中间探测值的所述变换。在该情况中，可以根据以下方程来执行所述分解：
Nk=Σl=12∫Pkl(E)Sl(E)F(E)e-Σj=1MAjμj(E)dE---(2)]]>
其中Nk(k＝1,2)分别指代所述第一探测值或第二探测值，Sl(E)指代第l个闪烁体的光谱密度，并且Pkl(E)可以由以下等式定义：
P11＝E2c11，P12＝E2c12(3)以及
P21＝Ec21，P22＝Ec22.(4)
所述第一闪烁体和第二闪烁体的所述不同的时间行为影响系数ckl。可以通过校准测量，通过模拟或分析地，确定这些系数。
由于量Pkl(E)、Sl(E)、F(E)和μj(E)已知，如果光谱不同的测量结果的数目至少等于分量的数目，则可以用已知的数值方法求解所述方程组。求解所述方程组的结果为线积分Aj，其可以被用于如上所述地针对所述对象的每个分量，重建计算机断层摄影图像。
下面将参考在图3中示出的流程图示例性地描述用于对对象进行成像的成像方法的实施例。
在步骤101中，辐射源2生成具有不同能量的光子，同时将辐射源2和所述对象相对于彼此移动，以允许所述辐射在不同方向穿过所述对象。尤其地，沿圆形或螺旋形轨迹绕所述对象移动辐射源2，同时所述第一闪烁体根据所述辐射生成第一闪烁光，并且所述第二闪烁体根据所述辐射生成第二闪烁光。通过所述闪烁光探测单元探测所述第一闪烁光和所述第二闪烁光，并生成指示所述第一闪烁光和所述第二闪烁光的共同光探测信号。而且，第一探测值是通过对所述共同光探测信号应用第一确定过程来确定的，其中，所述第一确定过程包括通过使用第一频率滤波器，对所述共同光探测信号进行频率滤波，由此生成第一滤波共同光探测信号，并根据所 述第一滤波共同光探测信号，来确定所述第一探测值。第二探测值是通过对所述共同光探测信号应用第二确定过程来确定的，其中，所述第二确定过程不同于所述第一确定过程。
在步骤102中，将所述第一探测值和第二探测值——它们已针对所述辐射源相对于所述对象的每个空间位置以及针对每个辐射接收像素得以确定——提供到重建单元，并且通过使用，例如计算机断层摄影重建算法(如滤波反投影算法)，基于所述第一探测值和第二探测值，来重建所述对象的图像。在步骤103中，在所述显示单元上示出所重建的图像。
在步骤101中执行的所述第一闪烁光和第二闪烁光的所述生成、对所述第一闪烁光和所述第二闪烁光的所述探测、所述共同光探测信号的所述生成，以及所述第一探测值和所述第二探测值基于所述共同光探测信号的所述生成，可以被视为是用于探测辐射的探测方法的步骤。
上述探测装置为双层探测器系统，其用单个常规光电二极管操作，并且可以适于允许分离来自前后闪烁体的信号。
所述第一闪烁体为相对慢的闪烁体，其具有例如为约3μs的第一衰减时间，并且所述第二闪烁体为相对快的闪烁体，其具有例如为约50ns或更小的衰减时间。所述第一闪烁体例如为硫氧化钆(GOS)闪烁体，并且所述第二闪烁体例如为石榴石闪烁体。可以将所述第一闪烁体和所述第二闪烁体视为形成被光学耦合的顶闪烁体层和底闪烁体层，其中，由所述顶闪烁体层和底闪烁体层生成的光学信号可以被所述闪烁光探测单元集体地读出，所述闪烁光探测单元优选为快速光电二极管。所述慢闪烁体的所述衰减时间常数可以在200ns至3μs的范围，并且所述快闪烁体的所述衰减时间常数可以在5至100ns的范围。
以上参考图1和图2描述的探测装置克服了所要求的对前后闪烁体的光学解耦的问题，以及对侧视光电二极管的需要。这两方面均通过显著简化所述探测器制作过程，而可以降低探测器成本。
所述光电二极管中的光电流优选地由来自所述快闪烁体的短脉冲以及由来自所述较慢闪烁体的较长脉冲驱动。所述探测装置优选地适于使得所述两个信号贡献中的功率位于充分分离的频率范围中，使得适于所述衰减时间常数的不同带通滤波器允许对源自于所述两个探测器层的闪烁光的量 的量化。所述探测值确定单元优选地适于通过滤波器实现所述信号分离，尤其是在时间频率域中，所述滤波器在复制之后选择所述信号中(即所述共同光探测信号中)的快分量和慢分量，并因此允许单独地对来自所述顶层和底层的光输出的总功率的量化，尽管是在所述单个光电二极管中进行的探测。所述闪烁光探测单元优选地还包括积分器，用于分别对所述低通滤波信号和所述高通滤波信号进行积分。
所述闪烁光探测单元，尤其是所述光电二极管，必须解决两个闪烁体的波动，并因此必须足够快。所述光电二极管例如为硅PIN光电二极管。所述光电二极管优选地适于在直到例如1GHz的带宽操作。
在一个实施例中，所述第一确定过程适于对所述共同光探测信号进行频率滤波，使得所述第一滤波共同光探测信号为交替水平的共同光探测信号，而所述第二确定过程适于使得所述第二确定过程对所述共同光探测信号的应用产出恒定水平的共同光探测信号。所述第一确定过程可以适于对所述交替水平进行方波化处理或整流，其也可以被视作为AC水平的所述共同光探测信号，并且适于对经方波化处理或整流的交替水平进行积分，用于确定所述第一探测值。而且，所述第二确定过程可以适于对所述恒定水平进行积分，其也可以被视作为DC水平的所述共同光探测信号，用于确定所述第二探测值。
所述探测值确定单元可以适于处理最初的模拟共同光探测信号，或适于数字化所述共同光探测信号并且适于处理经数字化的共同光探测信号。
尽管在上述实施例中，所述探测值确定单元(其包括例如低通滤波器和高通滤波器及积分器)没有被布置在机架1上，但在其他实施例中，所述探测值确定单元，尤其是所述滤波器和积分器也可以定位于机架1上，靠近，尤其是邻近所述辐射接收单元。
尽管在上述实施例中，已将所述探测装置描述为适于在计算机断层摄影系统中使用，但在其他实施例中，所述探测装置也可以适于在其他成像系统(例如核成像系统，例如，单光子发射计算机断层摄影或正电子发射断层摄影系统成像系统或X射线C型臂成像系统)中使用。
尽管在上述实施例中，所述辐射接收单元包括两个具有不同衰减时间常数的闪烁体，但在其他实施例中，所述辐射接收单元也可以包括多于两 个具有不同衰减时间常数的闪烁体，其中，所述探测值确定单元可以适于通过对所述共同光探测信号应用多于两个不同的确定过程，来确定几个探测值。例如，可以针对每个闪烁体，使用对应于各自衰减时间常数的带通滤波器，用于对所述共同光探测信号进行滤波，其中，针对每个闪烁体生成滤波信号，所述滤波信号任选地被方波化处理或整流，并且优选地被积分用于生成对应于所述闪烁体的探测值。对应于所述几个闪烁体的所述几个探测值可以然后被用于确定对应于多个两个分量的分量探测值。例如，所述分量可以对应于多于两个物理作用，例如康普顿效应、光电效应和K边缘效应。
本领域技术人员在实践要求保护的本发明时，根据对附图、公开内容及权利要求书的研究，可以理解并实现对所公开实施例的其他变型。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且定语“一”或“一个”不排除复数。
单个单元或设备可以履行权利要求书中记载的几个项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地组合这些措施。
可以由任意其他数目的单元或设备执行操作，例如由一个或几个单元或设备执行滤波操作和积分操作。根据所述成像方法对所述成像系统的这些操作和/或对所述成像系统的控制，和/或根据所述探测方法对所述探测装置的控制可以被实现为计算机程序的程序代码模块和/或专用硬件。
计算机程序可以被存储/发布在与其他硬件一起或作为其他硬件的部分提供的合适的介质上，例如光学存储介质或固态介质，但也可以以其他形式发布，例如经由互联网或其他有线或无线电信系统。
权利要求书中的任意附图标记都不应被解释为对范围的限制。
本发明涉及用于探测辐射的探测装置。所述探测装置包括具有不同时间行为的至少两个闪烁体，每个在接收到辐射时生成闪烁光，其中所生成的闪烁光被闪烁光探测单元共同探测，由此生成共同光探测信号。探测值确定单元通过对所述探测信号应用第一确定过程来确定第一探测值，并且通过对所述探测信号应用不同于所述第一确定过程的第二探测过程来确定第二探测值。所述第一确定过程包括对所述探测信号进行频率滤波。由于 所述不同闪烁体的所述闪烁光被相同闪烁光探测单元集体探测到，因此不必须要求用于分别地探测所述不同闪烁体的所述不同闪烁光的(例如)利用侧视光电二极管的)探测布置，由此降低了所述探测装置的技术复杂度。