具有可调电压源的X射线探测器单元及其运行方法与流程

文档编号:30623484
研发日期:2022/7/2

具有可调电压源的x射线探测器单元及其运行方法
技术领域
1.本发明涉及一种具有可调电压源的x射线探测器单元、一种x射线探测器、一种相关的医疗成像设备以及一种相关的用于运行x射线探测器单元的方法。


背景技术:

2.x射线探测器用于许多成像应用。由此,x射线探测器例如用于医疗成像中的计算机断层扫描,以生成患者检查区域的断层扫描x射线图像数据集。例如,在计算机断层扫描设备(ct设备)中,x射线源和与其相互作用的探测器装置围绕旋转轴线和待检查的检查对象(例如患者)旋转,以用于记录空间三维图像数据。在旋转运动期间,从不同的投影角度记录测量数据。(投影)测量数据涉及多个投影,其包含关于检查对象从不同投影角度对辐射的衰减的信息。从这些投影中可计算出检查对象的一个或多个二维切片图像或三维体积图像,例如借助于所谓的滤波反投影或其他合适的重建方法,例如迭代重建算法。
3.在x射线成像中,可使用直接转换的计数x射线探测器或间接转换的积分x射线探测器。x射线或光子可在直接转换x射线探测器中通过使用合适的转换器材料被转换为电脉冲。作为转换器材料例如可使用cdte、czt、cdzntese、cdtese、cdmnte、inp、tlbr2、hgi2、gaas等。电脉冲可由评估单元的电子电路评估,其例如呈集成电路(专用集成电路,asic)的形式。在计数x射线探测器中,可通过对由x射线光子在转换器材料中的吸收而触发的电脉冲进行计数来测量入射的x射线辐射。此外,电脉冲的高度通常与所吸收的x射线光子的能量成比例。这样,可通过将电脉冲的高度与阈值进行比较来提取光谱信息。x射线或光子可在间接转换x射线探测器中通过合适的转换器材料被转换成光,并且借助于光耦合光电二极管被转换成电脉冲。作为转换器材料通常使用闪烁体,例如gos(gd2o2s)、csj、ygo或lutag。所产生的电信号继续通过具有电子电路的评估单元被进一步处理。闪烁体特别是用于能量范围高达1mev的医疗x射线成像。
4.为进一步处理在x射线探测器中产生的电信号而设置的评估单元由电压源供给电压以用于x射线探测器的运行。在此重要的是避免施加过低或过高的电压值,以防止在配置和运行中出现损坏或出现问题。在此,不同的评估单元可能需要不同的电压值。


技术实现要素:

5.本发明的目的在于,提供一种改进的x射线探测器单元,其更好地确保x射线探测器单元的可靠运行。
6.该目的通过独立权利要求的特征实现。在从属权利要求和以下说明中阐述了本发明的其他有利的和部分创造性的实施方式和改进方案。
7.本发明涉及一种x射线探测器单元,其包括至少一个被设计用于处理由耦连的转换器单元馈入的电信号的评估单元,并且其可利用工作电压运行。此外,x射线探测器单元包括与至少一个评估单元耦连的可调电压源,其被设计用于提供可调的电源电压。此外,x射线探测器单元还包括分配给至少一个评估单元的识别单元,其被设计用于以可读取的方
式提供关于至少一个评估单元的识别信息。根据本发明的x射线探测器单元还包括与可调电压源耦连的通信单元,其被设计为读取识别单元的、所提供的识别信息,并且在此基础上将可调电压源调节为使得所提供的电源电压相应于至少一个评估单元的工作电压。也就是说,所提供的电源电压能以可调节的方式被提供,并且通信单元被设计为将可调电压源调节为使得可由可调电压源提供的电源电压适配于工作电压并且被提供用于评估单元的运行。
8.这特别是还包括:至少一个评估单元可利用不止一个工作电压运行,并且与至少一个评估单元耦连的可调电压源被设计用于提供一个以上的可调电源电压。与可调电压源耦连的通信单元则特别能被设计为读取识别单元的、所提供的识别信息,并且在此基础上将可调电压源调节为使得相应调节的、所提供的电源电压相应于至少一个评估单元的相应工作电压。
9.评估单元例如可被设计为集成电路。评估单元特别是可被设计为专用集成电路(asic)。评估单元可包括大量像素电子器件,其中大量像素电子器件中的相应像素电子器件被设计为将馈入的电信号处理成数字像素测量信号。大量的像素电子器件允许对从转换器单元馈入的电信号进行空间分辨和并行的处理。评估单元可特别是被设计为进一步处理由耦连的转换器单元馈入的电信号,特别是将其数字化,例如借助于a/d转换器(模数转换器)。此外,评估单元还可具有其他开关元件,例如信号放大器或比较器。特别地,评估单元所包括的大量像素电子器件的每个像素电子器件可以包括信号放大器、比较器或用于数字化的开关元件。
10.耦连的转换器单元可以特别被设计用于将入射的x射线辐射转换成电信号。在此,与评估单元耦连的转换器单元可以被设计为直接转换的转换器单元,其包括直接转换的转换器材料。转换器单元也可被设计为间接转换的转换器单元。在这种情况下,转换器单元例如可包括闪烁体材料和与其耦连的多个光电二极管。
11.识别单元以可读取的方式提供关于至少一个评估单元的识别信息。识别信息可以包括关于其为何种类型评估单元的信息。识别信息可以包括与评估单元的设置参数相关的信息或者从中能导出评估单元的设置参数的信息。特别地,设置参数可以是为运行至少一个评估单元而待设置的、即待施加到评估单元的工作电压。
12.为此,识别单元可包括存储单元,特别是非易失性的、即永久性存储单元,其上以可调取的方式存储有识别信息。存储单元例如可包括闪存、ssd(“固态硬盘”)或只读存储器(rom)。识别单元可具有允许读取、即调取在存储单元上存储的识别信息的接口。接口可为硬件接口(例如pci总线、usb或火线接口)。
13.通信单元也能被称为智能通信单元,其能与识别单元和可调电压源进行通信,并且处理从识别单元调取的信息。通信单元特别地能从识别单元读取并处理识别信息,并且基于此来调节可调电压源。识别信息的处理可以包括基于识别单元导出用于可调电压源的适配参数、即设置参数,使得由可调电压源提供的电源电压相应于至少一个评估单元的工作电压。该处理可以相应于将所读取的识别信息转换成用于可调电压源的适配参数。例如,导出的适配参数可以通过合适的接口、例如i2c接口(“内部集成电路”接口的英文首字母缩写词)传送到可调电压源。通信单元例如可为计算机、微控制器或集成电路。通信单元可具有硬件元件或软件元件,例如微处理器或所谓的fpga(“现场可编程门阵列”的英文首字母
缩写词)。
14.可调电压源可以特别通过如下方式可调节,即其可以基于输入电压根据设置而输出、即提供不同的输出电压作为电源电压。可调电压源例如可以通过一个或多个电压转换器将直流输入电压转换成特别是可调节的直流输出电压。例如,几百伏范围内的输入电压可借助可调电压源被向下转换和调整到小于7v的输出电压,优选小于6v,例如在2v和6v之间,特别是约2.5v。输入电压可以例如在200v-500v的范围内,特别是例如为360v。输入电压向输出电压的转换可在可调电压源中以多个步骤进行。例如,可以设置将输入电压转换为中间电压的预转换器,以及将中间电压调节为输出电压的一个或多个后调节器。此外,电压源优选地被设置为使所提供的电源电压稳定,即保持在尽可能恒定的、优选为低噪声的电压值。例如,可能期望稳定在额定输出值的+/-3%。由此使得可以通过评估单元进行特别精确的信号检测。
15.所使用的电压转换器可以被设计为dc-dc/ac-dc转换器或变压器。特别是后调节器能被优选地实施为线性调节器,其特别是被设置用于从中间电压产生尽可能稳定的、特别是低噪声的电压值作为输出电压。电压转换器、特别是预转换器例如也可被设计为开关调节器。
16.可调电压源特别是能被设计为可通过如下方式设置,即可调电压源中的至少一个电压转换器被可设置地设计。然后可借助于通信单元调整至少一个电压转换器的设置。
17.根据本发明的x射线探测器单元有利地允许由电压源提供的电源电压的适配,特别是自动适配,该电源电压相应于至少一个评估单元的工作电压。在此,通过识别信息可清楚地调取或导出评估单元的类型及其工作电压。可有利地避免错误的设置,进而能实现x射线探测器单元的可靠运行。此外,具有不同类型评估单元的x射线探测器单元可以有利地在不必改变或更换电压源或通信单元的情况下运行。例如,在对评估单元设计的新研发中,能使用与电压源相关的现有系统。由此,可以有利地降低开发、物流和/或存储成本。在此,即使在有这种变化的情况下,通过所使用的评估单元的识别和所提供的电压的自动适配始终能更好地确保可靠运行。
18.在一个优选设计中,可借助可调电压源提供在1v和7v之间的电源电压。例如,可调电压源至少能被调整为2v到6v之间的电压值。这有利地相应于能在x射线探测器单元中使用的评估单元的常规工作电压。
19.根据x射线探测器单元的一个改进方案,通信单元被设计为基于识别信息和对存储在通信单元的存储单元中的换算表(查找表,lut)的查询来导出用于调整可调电压源的适配参数。存储单元例如可以包括非永久性随机存取存储器(简称为ram)或闪存、ssd(“固态硬盘”)或只读存储器(rom)。存储单元可以优选地至少在x射线探测器装置的运行之外被写入,从而易于更新换算表。这允许更新或扩展换算表以包括新的评估单元类型。这有利地相应于特别简单的换算,即,将所使用的评估单元和关于工作电压的必要设置转换为可调电压源的适配参数,并且使得可调电压源可适配于所使用的相应评估单元。
20.在根据本发明的x射线探测器单元的一个改进方案中,通信单元还被设计为在由可调电压源提供的电源电压已适配于至少一个评估单元的工作电压之后激活该至少一个评估单元。
21.在该设计变型方案中,通信单元特别是在信号技术上与至少一个评估单元耦连。
激活信号特别是能被传送到至少一个评估单元。控制单元被设计为当评估单元所需的工作电压已被设置并且可被提供时才激活、即接通至少一个评估单元,由此可有利地实现评估单元的安全启动(booten)和最佳硬件配置。过低的电压值例如可能会导致电子设备配置出现问题。此外,过高的电压值会导致损坏。只要运行条件是最佳的,就能有利地自动激活评估单元。
22.此外,可调电压源也可被设计用于提供与至少一个评估单元的工作电压不同的、用于运行通信单元的第二电压。
23.能借助可调电压源产生不同的(工作)电压,由此简化了x射线探测器单元内的电压分布,从而可提供单一的基本电压来为x射线探测器单元的所有用电器供电。由此,特别是在包括一个或多个x射线探测器单元的较复杂系统中,可以实现例如由中央电压供应单元仅提供单一的基本电压,以用于向系统中的所有用电器供电,并以分散和靠近负载的方式通过可调电压源针对相应x射线探测器单元中的用电器进行转换。通过这种方式,能避免为不同的用电器单独馈电。此外,相应的工作电压、特别是评估单元的工作电压和第二工作电压则也可以由可调电压源直接在相应的用电器上产生或在与其相距很小的空间距离处产生。由此,可减少线路费用(用于不同电压的相应电线的数量和长度)。
24.例如,如上所述,可调电压源包括用于电压转换的级联结构,其具有预转换器以及一个或多个后调节器。然后可以在前调节器和(可能是第一)后调节器之间、或在可能的多个后调节器中的两个之间分接第二工作电压。
25.在根据本发明的x射线探测器单元的一个改进方案中,x射线探测器单元包括多个可利用工作电压运行的评估单元,其中可调电压源被设计为提供用于多个评估单元的工作电压。可调电压源通过线路则与多个评估单元中的每一个耦连,使得所提供的且适配于相应评估单元的工作电压的电源电压能被提供用于评估单元中的每一个。在此,多个评估单元优选地包括以相同工作电压运行的相同类型的评估单元。识别单元优选地与多个相同类型的评估单元链接。可有利地在减少待设置电压源数量的情况下实现大规模的x射线探测器单元。
26.此外,本发明还涉及一种x射线探测器,其包括至少两个根据前述权利要求之一所述的x射线探测器单元,其中两个x射线探测器单元中的第一x射线探测器单元的可调电压源提供适配于第一x射线探测器单元的至少一个评估单元的工作电压的第一电源电压,并且两个x射线探测器单元中的第二x射线探测器单元的可调电压源提供适配于第二x射线探测器单元的至少一个评估单元的工作电压的第二电源电压。
27.第一x射线探测器单元和第二x射线探测器单元优选地包括相同类型的评估单元,其可利用相同的工作电压运行。然而也可考虑使用不同的评估单元,从而由两个x射线探测器单元中的第一x射线探测器单元的可调电压源提供的电源电压不同于由两个x射线探测器单元中的第二x射线探测器单元的可调电压源提供的电源电压。有利地可实现灵活的x射线探测器,特别是也可以实现x射线探测器的x射线探测器单元的灵活互换性,然而其中也可以使用与电压源相关的、类似且可能已经存在的组件。同时确保了可靠运行。此外,通过为每个x射线探测器单元提供可调电压源,可有利地实现靠近用电器的转换,该x射线探测器单元可包括多个评估单元。
28.此外,本发明还涉及一种医疗成像设备,其包括至少一个根据上述变型方案之一
的x射线探测器单元或上述x射线探测器以及与之对置的x射线源,其被设计为使x射线探测器单元或x射线探测器暴露于x射线。
29.上面结合根据本发明的x射线探测器单元所述的所有设计变型方案也能相应地实施在x射线探测器中。关于x射线探测器单元所进行的说明和上述评估单元的优点也可相应地适用于x射线探测器。
30.为了借助于医疗成像设备记录x射线图像数据集,能将待成像的对象置于x射线源与x射线探测器单元或x射线探测器之间,并通x射线源进行透射。
31.医疗成像设备特别能被设计为计算机断层扫描设备。医疗成像设备也能被设计为spect系统或pet系统。然而其也能被设计为例如c型臂x射线设备和/或dyna-ct或者以其他方式被设计。
32.上面结合根据本发明的x射线探测器单元或根据本发明的x射线探测器所述的所有设计变型方案也可以相应地被实施在包括至少一个根据本发明的x射线探测器单元、或根据本发明的x射线探测器的医疗成像设备中。关于至少一个根据本发明的x射线探测器单元或根据本发明的x射线探测器所进行的说明以及上述特征和优点也可以相应地适用于根据本发明的医疗成像设备。
33.此外,本发明还涉及一种用于运行根据上述变型方案之一的x射线探测器单元的方法。该方法包括提供、读取、自动调整和运行的步骤。在提供步骤中,借助于分配给至少一个评估单元的识别单元提供关于至少一个评估单元的识别信息。在读取步骤中,借助于通信单元从识别单元读取识别信息。在自动调整步骤中,基于所提供的识别信息借助于通信单元自动调整与至少一个评估单元耦连的可调电压源的可提供的电源电压,使得所提供的电源电压相应于至少一个评估单元的工作电压。在运行至少一个评估单元的步骤中,在使用由可调电压源提供的电源电压的情况下运行至少一个评估单元。
34.在此,关于根据本发明的方法,可参考根据本发明的x射线探测器单元的说明。所提出的方法的优点基本上相应于所提出的x射线探测器单元的优点。在此提到的特征、优点或替代实施方式也可适用于方法,反之亦然。
35.此外,通信单元能被设计用于激活至少一个评估单元。该方法则可以包括,仅在所提供的电源电压已适配于至少一个评估单元的工作电压之后才借助于通信单元激活至少一个评估单元。
36.此外,在本发明的范畴内,关于本发明的不同实施方式和/或不同权利要求类别(方法、用途、装置、系统、布置等)所述的特征也可组合成本发明的其他实施方式。例如,与装置相关的权利要求也可以阔展为具有结合方法所说明或要求保护的特征,反之亦然。在此,方法的功能特征可以例如通过相应设计的具体组件来实施。除了本技术中明确说明的本发明的实施方式之外,本领域的技术人员在不脱离由权利要求限定的本发明范围的情况下可想到本发明的各种其他实施方式。
37.不定冠词“一个”或“一种”的使用不排除相关特征也可多次出现的可能性。特别是当提到至少一个评估单元的工作电压或可调电源电压的以可调节方式可提供的电源电压时,则可存在或可提供至少一个工作电压,即也可为多个工作电压,以及至少一个以可调节方式可提供的电源电压,即也可为多个电源电压,并且其可分别适配于工作电压。词语“具有”的使用不排除通过词语“具有”所连接的术语可能是相同的。例如,医疗成像装置具有医
疗成像装置。词语“单元”的使用不排除词语“单元”所涉及的对象可能具有在空间上彼此分开的多个组件。
38.在本技术的上下文中,词语“基于”特别是可理解为词语“通过使用”的意义。基于第二特征产生(或者确定、决定等)第一特征的表述特别是并不排除可基于第三特征产生(或者确定、决定等)第一特征。
附图说明
39.在下文中将参考附图借助于示例性实施方式解释本发明。附图中的图示是示意性的、大大简化的并且不一定按比例绘制。在不同的附图中,对于相同的特征使用相同的附图标记。其中:
40.图1示出了根据本发明的x射线探测器单元的示意图,
41.图2示出了根据本发明的用于运行x射线探测器单元的方法的示意图,并且
42.图3示出了医疗成像设备的示例性实施方式的示意图。
具体实施方式
43.图1示出了根据本发明的x射线探测器单元的示意图。
44.根据本发明,x射线探测器单元包括至少一个评估单元1,其被设计用于处理由所耦连的转换器单元馈入的电信号,并且可利用至少一个工作电压运行。在示例性示出的设计变型方案中,x射线探测器单元包括多个评估单元1。所耦连的转换器单元可以特别是被设计用于将入射的x射线转换成电信号,并且可以被设计为包括适合的直接转换转换器材料的直接转换的转换器单元、或者可被设计为间接转换的转换器单元。
45.在此所示的设计变型方案的评估单元1特别是至少在如下方面被设计为相同类型,即其可借助于相同的工作电压运行。评估单元1例如可以被设计为专用集成电路(asic)。
46.此外,x射线探测器单元还包括可调电压源3,其与至少一个评估单元1耦连、在此与多个评估单元1耦连,并且被设计为提供至少一个可调电源电压。
47.此外,x射线探测器单元还包括识别单元7,其被分配给至少一个评估单元1、在此为多个评估单元1,识别单元被设计用于以可读取的方式提供关于至少一个评估单元1、在此为多个评估单元1的识别信息。
48.识别单元可以与一个或多个评估单元1一起被设计为一个组件或者可连接成一个模块。例如,在所示的实施方式中,评估单元1与读取单元2耦连,识别单元也置于读取单元2上。读取单元2能例如用于将来自评估单元1的数据合并和传输到下游单元。此外,读取单元2例如可以包括用于向评估单元1传导电源电压的线路11。
49.可调电压源3通过线路11与相应的评估单元1耦连,以便为评估单元1提供电压。
50.此外,x射线探测器单元还包括与可调电压源3耦连的通信单元5,其被设计为通过信号技术上的耦连15读取由识别单元7提供的识别信息。通信单元5进一步被设计为基于识别信息通过信号技术上的耦连9调整可调电源电压,使得至少一个所提供的电源电压相应于评估单元1的至少一个工作电压。
51.可调电压源3特别是可如下调节,即,其可以基于通过线路17提供的输入电压来输
出、即提供所设置的输出电压作为电源电压,即特别是根据设置提供不同的输出电压。可调电压源3例如可以借助于一个或多个电压转换器将直流输入电压下转换成特别是可设置的直流输出电压。例如,300v-400v范围内的输入电压可借助于可调电压源3被降低为小于7v的输出电压,例如在2v和6v之间。具体而言,例如可通过馈电线17提供360v的输入电压,其在可调电压源3的第一设置中被下转换到例如2.5v,并且作为电源电压输出。在可调电压源3的适配之后,可以将输入电压转换为不同于2.5v的其他值并输出。例如,在可调电压源3的第二设置中,通过线路17提供的输入电压被转换为5.5v并作为电源电压输出。根据本发明,通信单元5被设计用于调整可调电压源3。可调电压源3特别是被调整为使得至少一个由可调电压源3提供的电源电压相应于评估单元1的至少一个工作电压。
52.在此,输入电压向输出电压的转换可以在可调电压源3中以多个步骤进行。例如,可以设置将输入电压转换为中间电压的预转换器以及将中间电压调节为输出电压的一个或多个后调节器。特别是通过将至少一个电压转换器可设置地设计、并且该设置可通过通信单元5进行适配,可调电压源3被可设置地设计。
53.借助于可调电压源3可提供的电源电压优选地可在1v和7v之间被提供。例如可设置在2v和6v之间的电压值。
54.根据一个变型方案,通信单元5可以被设计为基于识别信息和对存储在通信单元5的存储单元中的换算表的查询来导出用于调整可调电压源3的适配参数。
55.此外,根据一个有利的设计变型方案,通信单元5还可被设计为:在由可调电压源3提供的电源电压已适配于评估单元1的工作电压之后,通过信号技术线路13特别是自动地激活至少一个评估单元1、在此特别是多个评估单元1。
56.此外,可调电压源3还可以被设计为通过线路19提供不同于评估单元1的工作电压的用于运行通信单元5的第二电压。例如,可调电压源3包括用于电压转换的级联结构,其具有预转换器以及一个或多个后调节器。然后,可以在预转换器与(可能是第一)后调节器之间、或者在可能的多个后调节器中的两个之间分接第二电压,即通信单元5的工作电压。例如,借助于可调电压源3可以为通信单元提供10v至50v范围内的工作电压,特别是例如24v。
57.图2示出了根据本发明的用于运行根据上述设计变型方案之一的x射线探测器单元的方法的示意图。下面将关于包括至少一个评估单元1的x射线探测器单元来说明该方法。然而,该方法也可容易地适用于如图1中示例性所示的多个评估单元1或x射线探测器单元。
58.在步骤s1中,借助于分配给至少一个评估单元1的识别单元7提供关于至少一个评估单元1的识别信息。
59.在步骤s2中,借助于通信单元5从识别单元7读取识别信息。
60.在步骤s3中,基于所提供的识别信息借助于通信单元5自动地调节与至少一个评估单元1耦连的可调电压源3的至少一个可提供电源电压,使得至少一个所提供的电源电压相应于至少一个评估单元1的至少一个工作电压。
61.在步骤s4中,使至少一个评估单元1通过使用至少一个由可调电压源3提供的电源电压作为工作电压来运行。
62.通信单元5特别是可以被设计用于激活至少一个评估单元1。至少一个评估单元1优选地仅在所提供的电源电压已适配于至少一个评估单元1的工作电压之后才在步骤s4中
借助通信单元5被激活。
63.图3示出了医疗成像设备32的示例性实施方式,其具有包括至少一个根据本发明的x射线探测器单元的探测单元36以及与探测单元36、进而与x射线探测器单元对置的x射线源37。x射线源37被设计为将探测单元36、进而与所包括的至少一个x射线探测器单元的至少一个评估单元1耦连的转换器单元3暴露于x射线。
64.所示的医疗成像设备32特别是被设计为计算机断层扫描设备。在其他设计变型方案中,根据本发明的医疗成像设备例如也可被设计为spect或pet系统、c型臂x射线设备或dyna-ct。
65.计算机断层扫描设备包括具有转子35的机架33。转子35包括x射线源37和探测单元36。转子35可围绕旋转轴线43旋转。在此为患者的检查对象39被支承在患者卧榻41上并且可沿着旋转轴线43移动穿过机架33。通常,对象39可例如包括动物患者和/或人类患者。
66.探测单元36还可包括具有至少两个如上所述的x射线探测器单元的x射线探测器,其中两个x射线探测器单元中的第一x射线探测器单元的可调电压源3提供适配于第一x射线探测器单元的至少一个评估单元1的至少一个工作电压的第一电源电压,并且两个x射线探测器单元中的第二x射线探测器单元的可调电压源3提供适配于第二x射线探测器单元的至少一个评估单元1的至少一个工作电压的第二电源电压。
67.运算单元45被设置用于基于由探测单元36处理的、基于射入的x射线的电信号来控制医疗成像设备和/或生成x射线图像数据集。在计算机断层扫描设备的情况中,借助于探测单元36通常从多个角度方向记录对象的(原始)x射线图像数据集,其基于评估单元1的已处理的像素测量电信号。然后,基于(原始)x射线图像数据集,可以借助于例如包括滤波反投影或迭代重建方法的数学方法重建最终的x射线图像数据集。
68.此外,输入设备47和输出设备49与运算单元45连接。输入设备和输出设备例如可实现交互,例如用户对x射线探测器单元的手动配置、用户对方法步骤的确认或触发。
当前第1页1 2 
猜你喜欢
网友询问留言