КОМБИНАЦИЯ ASG, КАТОДА И ДЕРЖАТЕЛЯ ДЛЯ ДЕТЕКТОРА ФОТОНОВ Российский патент 2014 года по МПК G01T1/29 

Настоящее изобретение относится к детектору фотонов рентгеновского излучения. В частности, настоящее изобретение относится к комбинации отсеивающего растра (ASG, anti-scatter grid), катода и держателя для краевого детектора, предназначенного для подсчета фотонов, который особенно полезен при получении изображений в спектральной компьютерной томографии (КТ). Оно может найти применение также и в других областях применения детекторов.

В системах получения изображений на основе спектральной компьютерной томографии обычно требуются детекторы для подсчета фотонов, обеспечивающие высокую скорость подсчета. Детекторы для подсчета фотонов обычно включают катод, подложку, содержащую структурированные аноды, имеющие электрические соединения со считывающей электроникой, и преобразователь между катодом и анодами. Поступающие фотоны рентгеновского излучения взаимодействуют с преобразователем с созданием облака электронов. Электрическое поле между катодом и анодами ускоряет движение облака электронов в направлении анодов. Электроникой, соединенной с анодами, обнаруживается соответствующий импульс облака электронов и определяются его количественные характеристики. Амплитуда импульса позволяет измерить энергию фотона. Максимальная скорость подсчета детектором фотонов зависит от нескольких свойств системы, таких как средняя длина траектории движения электронов, расстояние между катодом и анодами и толщина преобразователя. Расстояние между катодом и анодами должно быть снижено до минимума, а преобразователь должен иметь достаточную толщину, чтобы обеспечить приемлемое торможение электронов. Такой детектор для подсчета фотонов, имеющий краевую геометрию, описан в заявке PCT № PCT/IB 2007/054577, зарегистрированной 12 ноября 2007 и озаглавленной "Radiation Detector with Multiple Electrodes on a Sensitive Layer" ("Детектор излучения с множеством электронов на чувствительном слое"), которая этим упоминанием включена в текст данного описания.

Настоящее изобретение относится к катоду для краевого детектора, предназначенного для подсчета фотонов и используемого при получении изображений в спектральной компьютерной томографии, который обеспечивает множество преимуществ, таких как, например, работа в качестве ASG и в качестве держателя для элементов детектора. Дополнительные преимущества настоящего изобретения станут очевидными для специалистов обычной квалификации в данной области техники после прочтения и понимания приведенного далее подробного описания. Изобретение может быть воплощено в виде различных элементов и совокупностей элементов, а также в виде различных этапов и совокупностей этапов. Назначением чертежей является только иллюстрация предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения, и они не должны восприниматься как ограничивающие это изобретение.

Фиг.1 - общий вид детектора для подсчета фотонов, имеющего краевую геометрию, который соответствует одному из вариантов реализации настоящего изобретения и в котором катод служит в качестве ASG и держателя для других модулей этого детектора; и

Фиг.2 - вид в разрезе детектора для подсчета фотонов, показанного на фиг.1.

Обратимся к фиг.1 и 2, на которых в качестве примера показан детектор 10 фотонов, соответствующий одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Детектор 10 фотонов включает катод 12, подложку 16 со структурированными анодами 28 и материал 20 преобразователя. Катод 12 детектора 10 фотонов включает проходящие наружу пластины 14, или ламели, и пластину 26 основания. Проходящие наружу пластины 14, установлены таким образом, что они, по существу, параллельны направлению движения поступающих фотонов 90 рентгеновского излучения. Каждая пластина 14 имеет ближний конец 22 и дальний конец 24.

В показанном варианте реализации настоящего изобретения дальние концы 24 проходящих наружу пластин 14 проходят выше подложки 16 и материала 20 преобразователя, входящих в состав детектора 10 фотонов, в направлении поступления фотонов 90 рентгеновского излучения. Дальние концы 24 пластин 14 могут проходить выше подложки 16 и материала 20 преобразователя, входящих в состав детектора 10 фотонов, на расстояние D, равное, например, 25 мм. По сути, пластины 14 катода 12 служат в качестве линейного ASG для детектора 10 фотонов. Хотя это и не показано, специалистам в данной области техники должно быть очевидным, что пластины 14 могут быть расположены под различными углами, в отличие от показанного на фиг.1 и 2, с получением для детектора фотонов ASG со сведением в фокальную точку.

Как показано на фиг.1 и 2, ближние концы 22 пластин 14 проходят ниже подложки 16 и материала 20 преобразователя, входящих в состав детектора 10 фотонов, и прикреплены к пластине 26 основания катода 12. Ближние концы 22 пластин 14 могут быть прикреплены к пластине 26 основания при помощи любого подходящего способа, известного в данной области техники, например, с использованием клея, винта или другого подобного крепежного средства. Кроме того, пластины 14 и пластина 26 основания могут представлять собой цельную конструкцию. Хотя проходящие наружу пластины 14 показаны на фиг.1 и 2 расположенными под прямыми углами к пластине 26 основания, специалистам в данной области техники должно быть очевидным, что пластины могут быть расположены под различными углами относительно пластины основания. Прикрепление пластин 14 к пластине 26 основания ниже других элементов детектора обеспечивает механическую устойчивость детектора 10 фотонов.

Катод 12 может содержать одну или более проходящих наружу пластин 14 и одну или более пластин 26 основания. Пластины 14 и пластина 26 основания могут иметь различные подходящие формы и размеры, известные в данной области техники, например, различную толщину или непрямоугольную форму. Кроме того, пластина 26 основания может быть плоской или изогнутой.

Проходящие наружу пластины 14 и пластина 26 основания катода 12 могут быть изготовлены из любого подходящего материала, обладающего низким электрическим сопротивлением (т.е., проводящего материала) и обеспечивающего механическую опору для элементов детектора 10 фотонов. Кроме того, пластины 14 могут быть изготовлены из любого подходящего материала, обеспечивающего высокую степень ослабления рентгеновского излучения или обладающего высоким поглощением рентгеновского излучения. Например, пластины 14 могут быть изготовлены из комбинации различных металлов и/или сплавов, например, вольфрама и свинца.

Как показано на фиг.1 и 2, материал 20 преобразователя, входящего в состав детектора 10 фотонов, прикреплен, по меньшей мере, к одной стороне проходящей наружу пластины 14 катода. Материал 20 преобразователя может быть прикреплен к пластине 14 при помощи любого подходящего способа, известного в данной области техники, который обеспечит механическое соединение между упомянутыми пластиной и материалом преобразователя, например, с использованием клея. Кроме того, материал 20 преобразователя может включать любой подходящий полупроводниковый материал, способный взаимодействовать с поступающими фотонами 90 рентгеновского излучения с созданием облака электронов, например, теллурид кадмия-цинка (CZT) или теллурид кадмия.

В показанном варианте реализации настоящего изобретения подложка 16 прикреплена к материалу 20 преобразователя с противоположной стороны от проходящей наружу пластины 14 катода 12. Подложка 16 может быть прикреплена к материалу 20 преобразователя при помощи любого подходящего способа, известного в данной области техники, который обеспечит хорошее механическое соединение, а также электрическое соединение с анодами 28. По сути, материал 20 преобразователя зажат между пластиной 14 катода 12 и подложкой 16. Подложка 16 включает структурированные аноды 28 и электрические соединения (не показаны) со считывающей электроникой. Толщина анодов 28, показанных на фиг.2, увеличена в целях иллюстрации. Таким образом, облако электронов, возникшее в результате взаимодействия материала 20 преобразователя и поступающих фотонов 90 рентгеновского излучения, будет двигаться в направлении структурированных анодов 28 в подложке 16. Соответствующий импульс облака электронов обнаруживается и количественно измеряется электроникой, соединенной с анодами 28.

Как показано на фиг.1 и 2, катод 12 служит механическим держателем для элементов детектора 10 фотонов, или его модулей. Другими словами, упомянутая, по меньшей мере, одна пластина 26 основания катода 12 служит опорой упомянутым одной или более проходящим наружу пластинам 14 этого катода. Эти пластины 14, в свою очередь, служат опорой для материала 20 преобразователя и подложки 16, входящих в состав детектора 10. По сути, катод 12 служит держателем для элементов, или модулей, детектора 10 фотонов.

Как показано на фиг.2, проходящие наружу пластины 14 катода 12 также служат в качестве ASG за счет поглощения поступающих рассеянных или наклоненных рентгеновских лучей 92. По сути, исключается взаимодействие этих рассеянных или наклоненных рентгеновских лучей 92 с материалом 20 преобразователя. Вместо этого, с материалом 20 преобразователя, входящего в состав детектора 10, предназначенного для подсчета фотонов, с созданием облака электронов взаимодействуют только, по существу, вертикально поступающие фотоны 90 рентгеновского излучения. Так как материал 20 преобразователя прикреплен к плоским пластинам 14 катода 12, эти пластины лежат в той же плоскости, что и материал 20 преобразователя (т.е., копланарны). По сути, свойством, присущим этой системе, является возможность согласования пластин 14 и материала 20 преобразователя. Кроме того, объединение катода 12 и ASG обеспечивает повышение устойчивости конструкции системы по сравнению с детектором фотонов, имеющим отдельный ASG, который должен быть независимым образом сориентирован относительно элементов детектора.

Изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты его реализации. После прочтения и понимания приведенного выше подробного описания могут стать очевидными различные модификации и изменения. Предполагается, что это изобретение должно восприниматься как включающее все такие модификации и изменения, пока они не выходят за пределы объема пунктов приложенной Формулы изобретения или их эквивалентов.

Изобретение относится к комбинации отсеивающего растра, катода и держателя для детектора фотонов, используемого при получении изображений в спектральной компьютерной томографии. Детектор фотонов содержит катод, имеющий, по меньшей мере, одну проходящую наружу пластину и, по меньшей мере, одну пластину основания, подложку, имеющую, по меньшей мере, один анод, и материал преобразователя, например теллурид кадмия-цинка (CZT) или теллурид кадмия. По меньшей мере, одна проходящая наружу пластина катода может проходить выше других элементов детектора, чтобы служить в качестве отсеивающего растра для детектора. Кроме того, по меньшей мере, одна проходящая наружу пластина катода может проходить ниже других элементов детектора и быть прикрепленной к упомянутой, по меньшей мере, одной пластине основания детектора. Материал преобразователя может быть прикреплен, по меньшей мере, к одной стороне упомянутой, по меньшей мере, одной проходящей наружу пластины катода. Технический результат - повышение устойчивости конструкции системы. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Детектор фотонов для устройства получения изображений, содержащий:
катод, содержащий по меньшей мере одну проходящую наружу пластину и по меньшей мере одну пластину основания;
материал преобразователя, прикрепленный к по меньшей мере одной стороне упомянутой по меньшей мере одной проходящей наружу пластины; и
подложку, содержащую по меньшей мере один анод и прикрепленную к материалу преобразователя,
при этом упомянутая проходящая наружу катодная пластина поддерживает материал преобразователя и подложку так, что упомянутая проходящая наружу катодная пластина действует как держатель детектора фотонов, и упомянутая подложка и упомянутый по меньшей мере один анод не находятся в контакте с упомянутой катодной пластиной основания.

2. Детектор фотонов по п.1, в котором дальний конец упомянутой по меньшей мере одной проходящей наружу катодной пластины проходит выше материала преобразователя в направлении поступающих фотонов.

3. Детектор фотонов по любому из предшествующих пунктов, в котором подложка прикреплена к материалу преобразователя с противоположной стороны от упомянутой по меньшей мере одной проходящей наружу катодной пластины.

4. Детектор фотонов по п.1 или 2, в котором упомянутая по меньшей мере одна проходящая наружу катодная пластина содержит материал, имеющий высокую степень ослабления рентгеновского излучения, и служит в качестве антирассеивающей решетки детектора фотонов.

5. Детектор фотонов по п.1 или 2, в котором упомянутая по меньшей мере одна проходящая наружу катодная пластина содержит материал, имеющий низкое электрическое сопротивление.

6. Детектор фотонов по п.1 или 2, в котором упомянутая по меньшей мере одна проходящая наружу катодная пластина прикреплена к упомянутой по меньшей мере одной пластине основания.

7. Детектор фотонов по п.1 или 2, в котором упомянутая по меньшей мере одна проходящая наружу катодная пластина расположена, по существу, под прямым углом к упомянутой по меньшей мере одной катодной пластине основания.

8. Детектор фотонов по п.1 или 2, в котором материал преобразователя содержит полупроводниковый материал, взаимодействующий с поступающими фотонами для формирования облака электронов.

9. Детектор фотонов по п.1 или 2, в котором материал преобразователя содержит теллурид кадмия-цинка.

10. Детектор фотонов по п.1 или 2, в котором материал преобразователя содержит теллурид кадмия.

11. Детектор фотонов для устройства получения изображений, содержащий:
катод, содержащий множество катодных пластин, каждая из которых проходит наружу от общей катодной пластины основания до дальней части;
подложку, содержащую по меньшей мере один анод, причем между катодом и упомянутым по меньшей мере одним анодом формируется электрическое поле; и
материал преобразователя, расположенный в электрическом поле между упомянутым катодом и упомянутым по меньшей мере одним анодом, причем дальние части упомянутых множества катодных пластин проходят в направлении к поступающим фотонам выше материала преобразователя для поглощения рассеянных фотонов.

12. Детектор фотонов по п.11, в котором упомянутое множество проходящих наружу катодных пластин содержит материал, имеющий высокую степень ослабления рентгеновского излучения, и служит в качестве антирассеивающей решетки детектора фотонов.

13. Детектор фотонов по п.11 или 12, в котором упомянутые одна или более катодных пластин служат опорой для других элементов детектора фотонов, так что катод выполняет функцию держателя для упомянутых других элементов детектора фотонов.

14. Способ подсчета поступающих фотонов в детекторе фотонов, содержащий этапы:
используют материал преобразователя в детекторе фотонов, чтобы накопить энергию поступающих фотонов и сформировать облако электронов, соответствующее энергии поступающих фотонов; формируют электрическое поле между катодом и анодом детектора фотонов, причем материал преобразователя расположен в электрическом поле между катодом и анодом таким образом, чтобы облако электронов перемещалось к аноду для формирования электрического сигнала, соответствующего энергии поступающих фотонов; и
обеспечивают электрическое соединение анода со считывающей электроникой для анализа электрического сигнала, созданного облаком электронов,
причем катод содержит множество катодных пластин, которые проходят наружу от общей катодной пластины основания в направлении к поступающим фотонам до дальней части выше материала преобразователя, для поглощения рассеянных фотонов.