CN103126708A - 风冷检测器装置和用于冷却检测器装置的方法 - Google Patents

风冷检测器装置和用于冷却检测器装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种成像***的检测致电离辐射的检测器的检测器装置，该检测器装置具有检测器支座、多个固定在所述检测器支座上的检测器模块、沿辐射方向设置在所述检测器模块前方的准直器，其中，所述检测器模块具有设置在待测量的入射辐射侧的测量传感器。在准直器与所述检测器模块的所述测量传感器之间设有至少一个用于使冷却空气导引通过的空隙。此外，本发明涉及一种用于冷却围绕***轴线旋转的检测器的检测器装置的方法，该检测器装置具有多个并排布置的测量传感器和沿辐射方向设置在所述测量传感器前方的准直器，其中，在所述准直器与所述测量传感器之间顺着或逆着***轴线方向输送直接冷却所述测量传感器的表面的冷却空气。

Description

风冷检测器装置和用于冷却检测器装置的方法
技术领域
本发明涉及一种CT***的检测器装置，该检测器装置具有检测器支座、多个固定在检测器支座上的检测器模块和沿辐射方向设置在检测器模块前方的准直器，其中，检测器模块具有设置在待测量的入射辐射侧的测量传感器。此外，本发明还涉及一种用于冷却CT***的围绕***轴线旋转的检测器的检测器装置的方法，该检测器装置具有多个并排布置的测量传感器和沿辐射方向设置在测量传感器前方的准直器。
背景技术
成像***的检测致电离辐射的检测器的风冷检测器装置和这种检测器装置的冷却方法是众所周知的。例如参考公开文本US2005/0117698A1。在该文本中介绍了一种CT***的辐射检测器，其中，环绕的空气流通过主动的冷却元件（例如珀尔帖元件）冷却并且为冷却检测器而导引通过检测器电子设备的间隙。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种改进的、成像***的检测致电离辐射的检测器的风冷检测器装置和一种改进的冷却检测器装置的方法。
CT检测器的测量模块一般具有与温度有关的特性，因此在没有修正措施（如冷却、温度稳定等）的情况下传感器的温度相关性导致在测量辐射强度时出错并因此导致图像伪影。这尤其适用于测量模块，其中，在三明治结构方式中，紧邻在由闪烁体阵列和光电二极管阵列组成的传感器下方设有模拟/数字转换器元件。该A/D转换器产生必须要排走的损耗热。在光子计数的直接转换***中，所谓的“计数的检测器”中传感器的温度相关性仍然更重要，其传感器材料例如基于CdTe并且传感器材料的辐射以及在该处产生的电荷由于所施加的电压的排出本身产生热量。
此外，通过具有设计成ASIC的传感器电子设备的传感器的功能所需的并且也难以避免地热耦合的三明治结构(尽管背面耦合有冷却体或否则必要时对传感器电子设备进行冷却)使不显著并因此对成像不重要的热量输入传感器材料本身。
本发明人已经认识到，当保证冷却空气流直接掠过传感器材料的表面上并因此使它在测量过程中总是保持均匀的温度时，这种检测器，尤其是计数检测器的测量精度得到明显改善。尤其有利的是，在平面结构的检测器中，流动方向选择为，使得它沿由传感器材料构成的面的最短长度导引，以便在掠过传感器面时尽可能不会存在冷却空气重要的加热过程。因此，保证在检测器的整个面上均匀的冷却并且大大减少直至避免尤其是计数检测器的温度有关的漂移。
根据该认识，本发明人建议一种成像***的检测致电离辐射的检测器的检测器装置，该检测器装置具有检测器支座、多个固定在检测器支座上的检测器模块、沿辐射方向设置在检测器模块前方的准直器，其中，检测器模块具有设置在待测量的入射辐射侧的测量传感器，如下地改进，使得在准直器与检测器模块的测量传感器之间设有至少一个用于使冷却空气导引通过的空隙。
所述起通道作用的空隙用于使用于传感器材料的冷却空气直接掠过传感器材料并因此在该处产生的热量持续地并且至少在工作时排出。因此，传感器材料总是保持在一个相同的温度上，以便尽可能避免传感器漂移。
在该检测器装置中，有利的是，在检测器支座上设置多个空气通道，以便将冷却空气输入和输出至少一个空隙。据此，冷却空气流定向为尽可能不产生冷却效率的损失。
当存在这种空气通道时有利的是，空气通道至少部分地设计成进气通道，该进气通道使冷却空气有针对性地输入至少一个测量传感器与准直器之间的空隙。另一方面，空气通道可以至少部分地设计成排气通道，该排气通道使冷却空气有针对性地从该至少一个空隙中排出。总的来说，通过进气和排气通道可实现有针对性的空气导引，以便最优地冷却测量传感器。
在此，特别有利的是，为各检测器模块设计恰好一个空隙并且分别设计进气通道和排气通道。据此，可以有针对性地给各检测器模块配设个性化的气流，该气流必要时也可个别地(例如通过可调节的节流元件)受影响，因此通过控制和调节流量，对于每个检测器模块而言，总体上实现在整个检测器上均匀的温度。
为了空气通道供应冷却空气，例如可以在机架的检测器支座上设置施加过压的、输入冷却空气的压力通道。
作为补充或备选，也可以在检测器支座上设置施加负压的、排出已消耗的冷却空气的吸气通道以便输出冷却空气。
对于设置在围绕z轴旋转的机架上的、具有沿圆周方向更大的长度尺寸的检测器装置的均匀冷却是特别有利的，进气通道或排气通道分别这样设置在检测器模块各自的同一侧，使得平行于z轴地，也即在***轴线方向上产生冷却空气流。由此，避免了在冷却空气沿传感器面的路径中出现重要的加热，并且沿冷却空气在传感器面上的路径的冷却效果在很大程度上保持相同。
在按本发明的检测器装置中，检测器模块可以通过检测器模块支座固定在检测器支座上，并且准直器也由多个模块构成。检测器模块的固定可以在此设计成，使得将检测器模块固定在检测器支座上的固定元件与检测器支座共同地形成进气和排气通道，其中，该通道也通过保持元件，例如螺栓穿过并且在该用于避免阻力的部位处具有围绕保持元件的扩宽部。
除了按本发明设计的测量传感器的冷却装置之外，检测器装置也可以具有用于在此包含的测量电子设备的检测器模块的附加的冷却装置。
此外，测量传感器可以具有将X射线直接转变成电荷的传感器材料，检测器模块可以具有确定入射光子的能量和数量的电路装置。亦即，检测器装置可以设计成计数检测器，尤其是光子计数检测器。
此外，检测器装置主要可以使用在CT***、PET***、SPECT***或前述***的组合中。
除了按本发明的检测器装置外，本发明人也建议一种用于冷却围绕***轴线旋转的检测器的检测器装置的方法，该检测器装置具有多个并排布置的测量传感器和沿辐射方向布置在测量传感器前方的准直器，其中，在准直器与测量传感器之间顺着或逆着***轴线方向输送直接冷却测量传感器的表面的冷却空气。
附图说明
下列根据优选的实施例并且借助附图进一步阐述本发明，其中，为了理解本发明仅描述必要的特点。使用下列的附图标记：C1：CT***；C2：X射线管；C3：检测器；C6：机架外壳；C8：患者卧榻；C9：***轴/z轴；C10：控制和计算单元；1：检测器支座；1a：底板；2：检测器模块；3：准直器；4：进气孔；5a：进气通道；5b：排气通道；6,6a：模块支座；7：空隙；8：测量传感器；P：患者；Prg1-Prgn：计算机程序。附图中详细示出：
图1是具有计数的检测器的CT***，该检测器具有按本发明的风冷装置，
图2从径向外侧示出用于多个检测器模块的检测器支座的3D视图，该检测器支座具有两个例如嵌装的检测器模块，
图3是在所嵌装的图2所示的检测器模块的区域内的细节图以及
图4从径向内侧示出用于多个检测器模块的检测器支座的另一个3D视图，该检测器模块具有两个例如嵌装的检测器模块。
具体实施方式
图1示出用于借助X射线断层拍摄技术成像表示患者P的CT***C1。该CT***由机架外壳C6组成，在该机架外壳中具有未进一步示出的机架，具有按本发明的检测器装置的检测器***C3固定在该机架上。为了扫描患者P，X射线从对置地安设在机架上的X射线管C2发射至检测器C3，并且通过患者衰减的辐射就其强度衰减而言在旋转的机架中从多个投影角度逐像素地测量。在测量并且围绕***轴线或z轴C9旋转时，患者P借助可沿***轴C9移动的患者卧榻C8连续或顺序地移动通过机架外壳C6中的测量区域，以便螺旋或圆形扫描患者。
该过程可以通过在存储器中也具有程序Prg1-Prgn的控制和计算单元C10控制，该程序在工作中分析所接收的检测器数据并且进行X射线断层拍摄的重建。若计数检测器C3能量选择性地工作，那么可以测得能量选择性的X射线断层拍摄的图像数据并因此也可以实施材料分解或ρ/Z分解。但为此，需要用检测器C3进行非常精确的强度测量，以便没有图像伪影干扰结果。
因此，按本发明，检测器与检测器装置相应地构造，如它在图2至图4中所示。
图2从径向外侧示出用于多个检测器模块的检测器支座的3D视图，该检测器支座具有两个例如嵌装的检测器模块2。该结构方案在已安装的所示检测器模块2的区域内的细节图在图3中示出，图4从径向内侧示出检测器支座的3D视图。
检测器在此由检测器支座1组成，在该检测器支座1中弧形地并且在未示出的射线源的焦点(例如图1中X射线管C2的焦点)上定向地安装多个检测器模块2。紧邻检测器模块2的下方并且在检测器支座1的底板1a内部同样弧形地设置一排进气孔4。
这些进气孔4在检测器安装于CT***中的状态下与未示出的补偿通道连接，该补偿通道在工作中由于过压而产生经过检测器内室中的进气孔4的冷却空气流。该空气流在准直器3与检测器模块2之间被直接导引通过测量传感器8的表面。
这由此实现，检测器支座1和检测器模块2在结构上设计为，使得贯通的空隙7存在于测量传感器8或其表面与位于其前方的准直器3之间。
完整的空隙7在此通过下列构件构成：
-沿z方向在测量传感器8的下方：进气孔4和模块支座6,6a或检测器模块2的支承面和下部空气通道5a，其中，下部空气通道5a在此是一个在检测器支座1中的模块支承面上的容积形凹陷；
-在测量传感器8的区域内：测量传感器8的表面和准直器3的出射侧；
-沿z方向在测量传感器8的上方：检测器模块2的支承面和上部的空气通道5b。
因此，在测量传感器8区域内的狭缝7或者说准直器3的出射侧与测量传感器8之间的距离在所示的实施例中这样地实现：桥形的准直器3与现有技术的实施方式相反地不直接安放或粘贴在传感器表面上，而从前方分离地安装在检测器支座1中并因此在传感器面与准直器之间保持一段距离，以便形成一个结构上的狭缝。
作为备选，狭缝7也可以通过不同于该实施例的其他种类设计的结构方案实现。因此，检测器模块2代替检测器支座1也可以在用于形成空气通道的支承面上具有相应的缺口。若准直器3通过间隔保持件与相应的进气孔安装在一起，则桥形的准直器3也可以直接安装在检测器模块2上。该间隔保持件本身也可以是准直器3的一体式组件。
对本发明重要的是，在检测器装置的所示的实施方式中，通过此处示出的结构实施方式存在这种可能性，温度敏感的测量传感器8直接地在其表面上冷却并因此达到比通过下面存在的冷却体明显更好的散热。通过沿模块的z方向的空气流动保证，冷却空气必须经过仅一段在沿z方向设置的传感器元件上的相对短的路径。这可以防止空气经由较长路径大量加热，这在沿
Figure BDA00002480312800061
方向流过时或在冷却空气的流动跨越多个检测器模块2的流动导致很大的温度梯度。
本发明的优点在于，为了直接地冷却测量传感器8，在X射线源与测量传感器8之间除了空气外不需要吸收射线的材料。吸收仅很小的辐射的空气流被导引经过传感器的表面。通过按本发明的通过传感器表面直接的空气冷却可以使温度波动急剧减至最小。
虽然通过优选的实施例进一步详细说明并且描述了本发明，但本发明并不受限于公开的实施例，并且其他的变型可以在不背离本发明的保护范围的情况下由本领域技术人员推导出。

Claims (15)

1.一种成像***的检测致电离辐射的检测器的检测器装置，该检测器装置具有：
1.1.检测器支座(1)，
1.2.多个固定在所述检测器支座上的检测器模块(2)，
1.3.沿辐射方向设置在所述检测器模块(2)前方的准直器(3)，
1.4.其中，所述检测器模块具有设置在待测量的入射辐射侧的测量传感器(8)，其特征在于，
1.5在所述准直器(3)与所述检测器模块(2)的所述测量传感器(8)之间设有至少一个用于使冷却空气导引通过的空隙(7)。
2.按权利要求1所述的检测器装置，其特征在于，在所述检测器支座(1)上设置多个空气通道(5a，5b)，以便使冷却空气输入并且输出所述至少一个空隙(7)。
3.按权利要求2所述的检测器装置，其特征在于，所述空气通道至少部分地设计成进气通道(5a)，该进气通道(5a)使冷却空气有针对性地输入所述至少一个空隙(7)。
4.按权利要求2所述的检测器装置，其特征在于，所述空气通道至少部分地设计成排气通道(5b)，该排气通道(5b)使冷却空气有针对性地从所述至少一个空隙(7)排出。
5.按权利要求1至4之一所述的检测器装置，其特征在于，为各检测器模块(2)设置空隙(7)。
6.按权利要求1至5之一所述的检测器装置，其特征在于，为各检测器模块(2)设置进气通道(5a)和排气通道(5b)。
7.按权利要求1至6之一所述的检测器装置，其特征在于，在所述检测器支座(1)上设置过压导引的、输入冷却空气的压力通道。
8.按权利要求1至7之一所述的检测器装置，其特征在于，在所述检测器支座(1)上设置负压导引的、排出已消耗冷却空气的吸气通道。
9.按权利要求6至8之一所述的检测器装置，其特征在于，所述检测器装置设置在围绕z轴旋转的机架上，具有其沿圆周方向最大的长度尺寸并且所述进气通道(5a)或所述排气通道(5b)分别这样地设置在所述检测器模块(2)的同一侧，使得产生平行于z轴的冷却空气流。
10.按权利要求1至9之一所述的检测器装置，其特征在于，所述检测器模块(2)通过检测器模块支座(6,6a)固定在所述检测器支座(1)上。
11.按权利要求1至10之一所述的检测器装置，其特征在于，所述准直器(3)由多个模块组成。
12.按权利要求1至11之一所述的检测器装置，其特征在于，所述测量传感器(8)具有传感器材料，该传感器材料将X射线直接转换成电荷并且所述检测器模块(2)具有确定入射光子的能量和数量的电路装置。
13.按权利要求1至12之一所述的检测器装置，其特征在于，为在检测器模块(2)中包含的测量电子设备设置所述检测器模块(2)的附加冷却。
14.按权利要求1至13之一所述的检测器装置，其特征在于，所述检测器装置安装在下列***中：
-CT***，
-PET***，
-SPECT***，
-前述***的组合。
15.一种用于冷却围绕***轴线旋转的检测器的检测器装置的方法，该检测器装置具有多个并排布置的测量传感器(8)和沿辐射方向设置在所述测量传感器(8)前方的准直器(3)，其特征在于，在所述准直器(3)与所述测量传感器(8)之间顺着或逆着***轴线方向输送直接冷却所述测量传感器(8)的表面的冷却空气。
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