CN102364357A - 具有改进的空间采样的双屏射线照相检测器 - Google Patents

Abstract

一种具有改进的空间采样的双屏射线照相检测器。射线照相成像装置和用于操作该成像装置的方法的实施例可以包括第一闪烁器、第二闪烁器、多个第一光敏元件以及多个第二光敏元件。所述多个第一光敏元件接收来自第一闪烁器的光，并且具有选择为与第一闪烁器属性配合的第一光敏元件特性。所述多个第二光敏元件设置成接收来自第二闪烁器的光，并且具有第二光敏元件特性，第二光敏元件特性不同于第一光敏元件特性并且选择为与第二闪烁器属性配合。另外，第一闪烁器可以具有第一闪烁器属性，并且第二闪烁器可以具有不同于第一闪烁器属性的第二闪烁器属性。

Description

具有改进的空间采样的双屏射线照相检测器

技术领域

本发明涉及数字射线照相检测器。更具体地，本发明涉及一种具有两个闪烁屏和改进的空间采样的数字射线照相检测器。

背景技术

数字射线照相成像设备正越来越多地被使用于医疗和工业应用中。传统的射线照相成像设备通常包括形成在基底上的像素阵列。每个像素包括光敏元件和读取元件。传统的已知光敏元件包括p-n结光电二极管、金属-绝缘体-半导体(MIS)光电容器、以及针扎(PIN型)光电二极管，等等。当前最常使用的读取元件是薄膜晶体管(TFT)，尽管其他的读取元件也可以被使用。在使用中，光敏元件将入射光转化成电信号，并且由读取元件读取该电信号。用于每个像素的电信号被读取，并且这些信号被用来通过阵列再生图像。例如，利用适当的处理，电信号能够被显示在显示器或视频监视器上，以显示曝光的图像。

数字辐射检测器通常与X射线图像源一起使用。具体地，诸如人或无生命物体的待成像物体被布置在X射线图像源和射线照相成像设备之间，并且要成像的物体被X射线被曝光。X射线穿过物体，并且在从物体中出现时被射线照相成像设备检测到。X射线可以被检测到，或者可以被闪烁器首先转换成可见光。当提供闪烁屏时，其通常被设置在物体和光敏元件之间，以将X射线转化为可见光谱内的光，用于通过光敏元件转化为电信号。

通常，使用闪烁荧光屏来吸收X射线并产生光的医疗X射线检测器由于荧光屏中的侧向光扩散而遭受空间分辨率损失。为了减少侧向光扩散并保持可接受的空间分辨率，荧光屏必须被制造得足够薄。

成像装置的空间分辨率和X射线检测能力通常分别由调制传递函数(MTF)和X射线吸收效率表征。薄的荧光屏以减少X射线吸收为代价产生更好的MTF。通常，荧光屏的涂覆密度和厚度被使用在空间分辨率和X射线吸收效率之间的设计权衡中。

例如，Lanex细屏和Lanex快回屏是由Eastman Kodak公司制造的两种典型的商用屏，都由Gd₂O₂S(Tb)荧光剂制成。Lanex快回屏较厚，并且更高效地吸收X射线，但是其具有比Lanex细屏更低的分辨率。另一方面，Lanex细屏比Lanex快回屏薄，吸收X射线较为低效，但是具有较高的分辨率。Lanex细屏和Lanex快回屏的涂覆密度分别是34mg/cm²和133mg/cm²。Lanex细屏和Lanex快回屏分别具有24％和63％的X射线吸收效率(对于80kVp，具有钨目标，2.5-mm Al固有过滤，并被0.5-mmCu过滤)和5c/mm下的0.26和0.04的MTF值。通常，X射线闪烁器的信噪比(SNR)随着闪烁器的X射线吸收效率增加而增加。X射线闪烁器的MTF还可以通过MTF等于50％时的空间频率(f_1/2)来评价。随着该空间频率(f_1/2)值增加，闪烁器的MTF也增加。对于上述示例，f_1/2的值对于Lanex细屏为2.6c/mm，对于Lanex快回屏为1.0c/mm。

为了改进X射线吸收并保持空间分辨率，双屏结合双感光乳剂薄膜的使用已经结合在传统的丝网薄膜(screen film，SF)射线照相装置中。类似地，双屏技术同样已经被使用在计算射线照相(CR)中，以改进X射线吸收效率。在数字CR装置中，使用存储荧光屏来代替SF装置中使用的即时发光荧光屏。无需薄膜。在X射线曝光后，存储荧光屏存储呈捕集的电荷的形式的潜在图像，该图像随后被读取，一般是由扫描激光束读取，以产生数字射线照相图像。

公知为双能量减影成像(dual energy subtraction imaging)的另一种成像技术已经被用来减少解剖背景对胸部射线照相和血管照相中的疾病检测的影响。该方法基于骨骼和软组织的不同能量依赖吸收特性。通常，产生两个原始图像。一个是低能量高对比度图像，而另一个是高能量低对比度图像。通过采用这两个图像的非线性组合，能够获得清晰的的骨骼图像和软组织图像。这种成像技术将利用图像提高病理学的诊断和解剖学的描绘。

双能量减影成像方法具有两种通常的方式：双曝光技术和单曝光技术。在双曝光技术中，通过在两个不同的X射线管电压设定下进行两次曝光从检测器获得两个不同的图像。由于病人的双曝光必须被执行，并且X射线管电压的切换必须耗费有限的时间，所以双曝光技术将对病人运动假象以及对两个图像之间的不配准敏感。在能量滤光器被夹设在两个检测器之间以使低能量分量衰减的单曝光技术中，通过仅仅进行病人的一次曝光，同时获得了两个不同的图像。单曝光技术具有减少病人运动不配准假象和减少X射线用量的优点。双能量减影成像已经利用单曝光或双曝光技术在丝网薄膜和计算射线照相装置两者中执行。

尽管数字射线照相已经将X射线成像带入到数字时代，并且已经在该领域实现了若干改进，但是该技术仍没有达到最理想。例如，通过增加每个像素的输出的信噪比，能够获得成像物体的更好表示。还能够通过增大空间频率和调制传递函数来获得更好的图像。然而，如成像设计者和制造商将意识到的，这些增加成像检测器的功效的因素通常彼此矛盾，也就是说，采取提高信噪比的步骤通常导致较差的空间频率或调制传递函数。

因此，在本领域存在对改进的成像装置的需要。具体地，在本领域存在对具有改进的信噪比、空间频率、和/或调制传递函数特性的射线照相成像装置的需要。

发明内容

根据本发明的实施例通过提供一种改进的射线照相成像装置解决了本领域的上述需要，该射线照相成像装置具有第一闪烁器、第二闪烁器、多个第一光敏元件以及多个第二光敏元件。第一闪烁器具有第一闪烁器属性，并且第二闪烁器具有不同于第一闪烁器属性的第二闪烁器属性。所述多个第一光敏元件接收来自第一闪烁器的光，并且具有选择为与第一闪烁器属性配合的第一光敏元件特性。所述多个第二光敏元件被设置成接收来自第二闪烁器的光，并且具有第二光敏元件特性，第二光敏元件特性不同于第一光敏元件特性并且选择为与第二闪烁器属性配合。

在另一方面，本发明提供一种具有多个第一像素、第一闪烁器、多个第二像素、以及第二闪烁器的射线照相成像装置。第一像素中的每一个包括具有第一光敏元件特性的第一光敏元件和第一读取元件。第一闪烁器被布置在所述多个第一光敏元件附近，并且第一像素的第一光敏元件主要对第一闪烁器敏感。所述多个第二像素中的每一个包括第二光敏元件和第二读取元件，第二光敏元件具有不同于第一光敏元件特性的第二光敏元件特性。第二闪烁器被布置在所述多个第二像素附近，并且第二像素的第二光敏元件主要对第二闪烁器敏感。第一和第二光敏元件特性包括光敏元件面积、光敏元件间距、光敏元件灵敏度、和/或光敏元件的总数中的至少一个。

根据本发明的一个或多个目的，公开以下技术方案：

1.一种射线照相成像装置，包括：

第一闪烁器，所述第一闪烁器设置在基底的第一侧上并且具有第一闪烁器属性；

第二闪烁器，所述第二闪烁器设置在与所述第一侧相反的所述基底的第二侧上，并且具有不同于所述第一闪烁器属性的第二闪烁器属性；

多个第一光敏元件，所述多个第一光敏元件接收来自所述第一闪烁器的光，并且具有选择为与所述第一闪烁器属性配合的第一光敏元件特性；以及

多个第二光敏元件，所述多个第二光敏元件设置成接收来自所述第二闪烁器的光，并且具有第二光敏元件特性，所述第二光敏元件特性不同于所述第一光敏元件特性并且选择为与所述第二闪烁器属性配合。

2.如第1技术方案所述的装置，其中，所述第一闪烁器属性和所述第二闪烁器属性包括闪烁器厚度、闪烁器构成、闪烁器分辨率以及闪烁器MTF中的至少一个。

3.如第1技术方案所述的装置，其中，所述第一光敏元件特性和所述第二光敏元件特性包括光敏元件间距、光敏元件面积、光敏元件灵敏度以及光敏元件密度中的至少一个。

4.如第3技术方案所述的装置，其中，所述第一光敏元件的面积或间距比所述第二光敏元件的面积或间距小。

5.如第4技术方案所述的装置，其中，所述第一光敏元件的数量比所述第二光敏元件的数量大。

6.如第4技术方案所述的装置，其中，所述第一闪烁器的分辨率比所述第二闪烁器的分辨率低。

7.如第6技术方案所述的装置，其中，所述第二闪烁器对X射线的灵敏度比所述第一闪烁器对X射线的灵敏度高，并且其中所述第一光敏元件的面积比所述第二光敏元件的面积小。

8.如第1技术方案所述的装置，其中，所述第一光敏元件和所述第二光敏元件设置在所述基底的同一侧上或相反侧上。

9.如第1技术方案所述的装置，其中，所述第一光敏元件相对更靠近所述第一闪烁器设置，并且所述第二光敏元件相对更靠近所述第二闪烁器设置。

10.如第1技术方案所述的装置，其中，所述多个第一光敏元件的表面积的总和不同于所述多个第二光敏元件的表面积的总和。

11.如第1技术方案所述的装置，其中，所述第一闪烁器具有比所述第二闪烁器高的分辨率，所述第一光敏元件具有比所述第二光敏元件高的空间采样频率，所述第二闪烁器具有比所述第一闪烁器高的灵敏度，并且所述第二光敏元件具有比所述第一光敏元件高的灵敏度。

12.如第1技术方案所述的装置，还包括光阻挡层，所述光阻挡层设置在所述多个第一光敏元件中的每一个和所述第二闪烁器之间和/或所述多个第二光敏元件中的每一个和所述第一闪烁器之间。

13.如第1技术方案所述的装置，其中

a.所述第一屏包括第一荧光材料，所述第一荧光材料包括具有第一原子数的元素，

b.所述第二屏包括第二荧光材料，所述第二荧光材料包括具有第二原子数的元素，并且

c.所述第一原子数超过所述第二原子数，使得所述第一荧光材料吸收X射线辐射的较高能量分量。

14.如第1技术方案所述的装置，其中，所述第一光敏元件和所述第二光敏元件以阵列设置，并且其中所述第一光敏元件和所述第二光敏元件具有不同的间距。

15.一种射线照相成像装置，包括：

多个第一像素，每个所述第一像素包括(i)具有第一光敏元件特性的第一光敏元件，和(ii)第一读取元件；

靠近所述多个第一光敏元件的第一闪烁器，所述第一光敏元件主要对所述第一闪烁器敏感；

多个第二像素，每个所述第二像素包括(i)具有第二光敏元件特性的第二光敏元件，所述第二光敏元件特性不同于所述第一光敏元件特性，和(ii)第二读取元件；

靠近所述多个第二像素的第二闪烁器，所述第二光敏元件主要对所述第二闪烁器敏感；并且

其中，所述第一光敏元件特性和所述第二光敏元件特性包括光敏元件面积、光敏元件间距、光敏元件灵敏度以及光敏元件总数中的至少一个。

16.如第15技术方案所述的装置，其中，所述第一光敏元件特性基于所述第一闪烁器的第一属性而选择，并且所述第二光敏元件特性基于所述第二闪烁器的第二属性而选择，并且其中所述第一闪烁器和所述第二闪烁器具有不同的构成和不同的厚度中的至少一个。

17.如第15技术方案所述的装置，其中，所述第一闪烁器比所述第二闪烁器薄，并且所述第一光敏元件具有比所述第二光敏元件短的间距，并且其中所述第二光敏元件具有比所述第一光敏元件大的面积。

18.如第15技术方案所述的装置，还包括设置在所述基底与所述第一光敏元件之间和/或所述基底与所述第二光敏元件之间的滤光器。

19.如第15技术方案所述的装置，其中，所述第一光敏元件设置在第一平面内，并且所述第二光敏元件设置在所述第一平面内或不同于所述第一平面的第二平面内。

20.如第19技术方案所述的装置，其中，所述第一读取元件和所述第二读取元件中的至少一个设置在所述第一平面内或所述第二平面内，或者其中所述第一读取元件和所述第二读取元件设置在不同于所述第一平面的一个或多个平面内。

21.如第15技术方案所述的装置，进一步包括设置在第一和第二闪烁器之间的基底，其中，所述第一光敏元件被设置在所述基底的第一侧上，并且所述第二光敏元件、第一读取元件和第二读取元件被设置在所述基底的第二、相反侧，穿过所述基底形成有将所述第一光敏元件连接到其相应的第一读取元件的电连接。

22.一种操作用于捕捉物体的多个X射线图像的射线照相成像装置的方法，包括：

提供用于第一检测器的包括第一闪烁器属性的第一闪烁器；

提供用于第二检测器的第二闪烁器，所述第二闪烁器包括不同于所述第一闪烁器属性的第二闪烁器属性；

提供与所述第一闪烁器光学耦合的多个第一像素，每个所述第一像素包括(i)具有第一光敏元件特性的第一光敏元件，所述第一光敏元件特性选择为与所述第一闪烁器属性配合，和(ii)第一读取元件；以及

提供与所述第二闪烁器光学耦合的多个第二像素，每个所述第二像素包括(i)具有第二光敏元件特性的第二光敏元件，所述第二光敏元件特性不同于所述第一光敏元件特性并且选择为与所述第二闪烁器属性配合，和(ii)第二读取元件；

其中，所述第一光敏元件特性和所述第二光敏元件特性包括光敏元件面积、光敏元件间距、光敏元件灵敏度以及光敏元件总数中的至少一个，

其中，所述第一光敏元件设置在第一平面内，并且所述第二光敏元件设置在第一层或不同于所述第一层的第二层中，并且其中所述第一读取元件和所述第二读取元件都设置在所述第一层中或者都设置在所述第二层中。

可以参照附带的本发明的详细描述和附图认识到本发明的这些和其他方面、目的和特征，附图描绘并示出了本发明的示例性实施例。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的射线照相成像检测器的一部分的示意性正视图。

图2A和2B分别是图1的射线照相成像检测器的顶部和底部的电路图。

图2C是示出对应于根据本发明示例性实施例的双屏射线照相成像装置的第一检测器和第二检测器的像素和/或采样网格的示例性对准的图。

图3是图1所示的射线照相成像检测器的一部分的详细正视图。

图4是根据本发明另一实施例的射线照相成像检测器的一部分的示意性正视图。

图5是图4所示的射线照相成像检测器的一部分的详细正视图。

图6是图4所示的射线照相成像检测器的一部分的示意性电路图。

图7是根据本发明又一实施例的射线照相成像器的示意性正视图。

图8是包括图7所示的像素的阵列的示意性俯视图。

图9是根据本发明又一实施例的成像感测像素的阵列的示意性俯视图。

图10是根据本发明另一实施例的图像检测像素的阵列的示意性俯视图。

图11是图10所示的阵列的示意性电路图。

具体实施方式

将参照附图描述根据本申请的实施例。

图1示出了双屏射线照相成像装置100的第一实施例。一般而言，双屏射线照相成像装置100包括第一检测器110和第二检测器130。在图1的示例中，第一检测器110和第二检测器130被滤光器102分开，并且被设置在滤光器102的相反侧上。根据其用途，滤光器102可以是X射线滤光器和/或光学滤光器。

第一检测器110包括第一基底112，第一检测器阵列114设置在第一基底112上。第一检测器阵列114优选地包括多个第一像素116，并且每个第一像素116包括第一读取元件118和第一光敏元件120。第一闪烁荧光屏122被设置在在第一检测器阵列114的与第一基底112相反的一侧上。在第一闪烁荧光屏上还设有光管理层124。例如，光管理层124可以是反射层、吸收层等。如图1所示，光管理层124是光吸收层。

第二检测器130具有与第一检测器110的特征相似的特征。例如，第二检测器通常包括第二基底132，第二检测器阵列134形成在第二基底132上。第二检测器阵列134与第一检测器阵列114相似之处在于第二检测器阵列134由多个第二像素136构成(在图1中仅示出了一个第二像素)。第二像素136中的每一个均包括第二读取元件138和第二光敏元件140。第二闪烁荧光屏142被设置在第二检测器阵列134的与第二基底132相反的检测器阵列的一侧上。在第二闪烁荧光屏142上还形成有第二光管理层144。例如，光管理层144可以是反射层、吸收层等。

尽管第一检测器和第二检测器在其构成上相似，但是构成第一检测器阵列114的第一像素116的面积比构成第二检测器阵列134的第二像素136的面积小。在图1的示例中，第一检测器阵列中的两个像素116与第二检测器阵列134中的一个像素136占据相同的直线距离。根据该构造，第一检测器阵列114在每个直线方向上的像素数量是第二检测器阵列134的两倍。第一检测器阵列114的像素间距是第二检测器阵列134的像素间距的一半。另外，第一检测器阵列114和第二检测器阵列134可以被设置成沿x坐标和y坐标中的每一个具有多个像素的矩阵形式。因此，假定像素是正方形的，那么检测器阵列114中的四个第一像素116将与第二检测器阵列134中的一个第二像素136占据相同的表面积。

同样在该实施例中，第一闪烁荧光屏122比第二闪烁荧光屏142薄。第一光敏元件被设置成主要(例如，仅仅)接收来自第一闪烁荧光屏122的光，而第二光敏元件被设置成主要(例如，仅仅)接收来自第二闪烁荧光屏142的光。因此，第一检测器阵列114的较密集的像素布置(具有相对较小的间距)与较薄的屏幕配对，而较疏松的像素布置与相对较厚的屏幕配对。因此，较高分辨率屏幕与较高空间采样频率检测器阵列配对，并且较高灵敏度闪烁荧光屏与较低空间频率但较高灵敏度的检测器阵列配对。

在使用中，X射线在成像装置100的一侧上撞击在射线照相成像装置100上。在撞击的X射线中，一些射线被第一闪烁器122转化为可见光。转化的X射线被第一光敏元件120检测到，其中每个第一光敏元件120产生对应于入射光的量的电信号。第一读取元件118读取该电信号。未被第一闪烁器转化的那些X射线进行到第二闪烁器142，它们在第二闪烁器142处被转化为可见光并被第二光敏元件140检测到。一些X射线可以到达第二闪烁屏142，因为它们具有与第一闪烁屏122所吸收的射线不同的属性，如不同的波长或强度；或者它们可以到达第二闪烁屏，这仅仅是因为第一闪烁器122不是100％高效的。每个光敏元件140产生的电信号被读取元件138读取。第一和第二检测器110、130的读取可以由适当的信号处理来操作，以产生兼具第一和第二检测器两者的特性的复合图像。

根据示例性实施例，第一光传感器阵列可以用来检测第一闪烁荧光屏捕捉的X射线图像的高频分量，并且第二光传感器阵列可以用来检测第二闪烁荧光屏捕捉的相同X射线图像的低频分量。第一闪烁荧光屏具有比第二闪烁荧光屏高的分辨率(和MTF)(例如，这两个屏可以由相同的材料制成，但是第一屏比第二屏薄)。捕捉的图像的高频分量和低频分量可以如下地进行组合。

在一个实施例中，第一光传感器阵列的像素尺寸和像素间距等于或小于第二光传感器阵列的像素尺寸和像素间距。为了匹配或具有正确的配准，低频分量图像被插值，从而根据第一光传感器阵列的网格计算出丢失的像素。可替代地，可以使用第一光传感器的采样。在第二光传感器阵列具有四倍于第一光传感器阵列的像素面积的情况下(如图1所示的实施例)，第二光传感器阵列检测的低频分量图像被插值。存在多种插值方法，如像素复制法(最近的像素)、线性插值法、三次卷积法、三次B样条法以及高斯插值法等等。在这些方法中，线性插值法和三次卷积法由于其适度的计算复杂程度和适度的重建误差而被优选使用。还可以执行附加的图像数据处理。在插值后，高频和低频分量图像分别变为I_H(x，y)和I_L(x，y)，其中x和y是像素坐标。

存在多种将这两个插值分量图像组合成单个图像I(x，y)的方法，包括：

简单的加法：I(x，y)＝I_H(x，y)+I_L(x，y)；

简单的加权加法：I(x，y)＝aI_H(x，y)+(1-a)I_L(x，y)，其中a是加权因子；

多次加权加法，其中等式(2)中的加权因子a变化，以使成像系统在特定的空间频率下的检测量子效率增大或最优化；以及

频域加权加法，其类似于频域中的图像过滤。插值的高频和低频分量图像首先被傅立叶变换成频域

和

然后利用 $\tilde{I}(u,v)=a_{\mathrm{opt}}\left(f\right){\tilde{I}}_H(u,v)+[1-a_{\mathrm{opt}}\left(f\right)]{\tilde{I}}_L(u,v)$ 被叠加，其中

和a_opt是对于频率f的优化加权因子。在叠加后，

被傅立叶变换回到空间域中，以获得叠加的图像I(x，y)，其中 $I(x,y)=\∫\∫\mathrm{dudv}\·e^{2\mathrm{\πi}(\mathrm{ux}+\mathrm{vy})}\tilde{I}(u,v).$

当成像系统被用来执行单曝光双能量成像应用时，第一闪烁荧光屏(例如，更靠近病人)和第一光传感器阵列捕捉低能量图像，并且第二闪烁荧光屏和第二光传感器阵列捕捉高能量图像。通过从插值低能量图像I₂(x，y)中减去插值高能量图像I₁(x，y)能够获得新的图像I(x，y)＝aI₁(x，y)-bI₂(x，y)，其中a和b是加权因子。

由射线照相双屏系统捕捉的两个图像分量的差别化空间采样的使用具有优点。具有较高空间频率响应(MTF)的第一屏捕捉的X射线图像的高频分量被具有较高采样频率的第一光传感器阵列检测。这能够保留X射线图像的细节和/或清晰度。此外，具有较低空间频率响应(MTF)但是具有较高灵敏度(X射线吸收效率)的第二屏捕捉的X射线图像的低频和低噪分量被具有较大光传感器面积和/或较低采样频率的第二光传感器阵列检测。这能够提高成像系统的灵敏度和/或信噪比(S/N)。

根据本发明的实施例能够被认为提供多种互补的像素特性(例如，布局、尺寸)，从而有利地匹配相应的闪烁器特性。另外，示例性实施例能够结合被认为对应于竖直检测器构造和平面检测器构造的互补的像素特性。

图2A和2B分别示出了图1所示的射线照相成像检测器的示意性俯视图和仰视图。图2A和2B还示出了用于驱动第一和第二检测器阵列114、134的示例性像素电路。如图2A和2B所示，第一检测器阵列114和第二检测器阵列134具有基本相同的表面积。然而，第一检测器阵列114包括4x4的像素116矩阵，而第二检测器阵列134仅包括2x2的像素矩阵。从图1中能够注意到，第一检测器阵列中的每个像素116基本上是构成第二检测器阵列134的像素136的一半宽和一半长。通过这种方式，利用与第二阵列134中的4个像素136相同的表面积(或者说，在该表面积上)，在第一阵列114中设有16个像素116。第一检测器阵列114和第二检测器阵列134的像素之间的对准可以包括边缘对准、采样对准、表面积对准等。

图2C是分别示出第一检测器110的像素116和第二检测器130的像素136的代表性布局的图。如图2C所示，像素136占据第二检测器130的较大的相关部分，或者比像素116具有较少的粒状采样网格(grid)。如图2C所示，第二检测器130的采样网格128能够与第一检测器110的采样网格126对齐。第一检测器110和第二检测器130之间的采样网格对齐能够减少对较少的粒状采样网格(例如，采样网格128)的插值采样点的数量，或第一检测器110和第二检测器130或其组合产生的图像之间的插值。另外，尽管采样网格128和采样网格126示出了整数的采样间距比，但是装置100的实施例不应这样限制，因为也可以使用分数形式的采样间距比(例如，1/2、2/3、1/4)。

同样如图1所示，第一闪烁荧光屏122和第二闪烁荧光屏142具有不同的厚度。在优选实施例中，第一闪烁荧光屏122比第二闪烁荧光屏142相对较薄。该较薄的第一闪烁荧光屏122被设置成与第一像素116配合，第一像素116比第二像素136数量更多。如通常所能理解的，闪烁荧光屏越薄，则空间频率越高，并且因此改进了调制传递函数。类似地，这种特性还通过像素的较高密度而被保留或增加，例如通过具有较小的采样间距。

然而，由于其具有相对薄的闪烁屏和较大数量的小像素，所以第一荧光屏122也会具有一些缺点。具体而言，薄屏幕在吸收X射线时效率相对较低，并且因此具有较低的信噪比。因此，包含在第二检测器130中的第二闪烁荧光屏142相对较厚。通过这种方式，闪烁荧光屏142尽管比用作第一闪烁荧光屏122的较薄屏幕具有较低的分辨率，但其能够更高效地吸收X射线，从而提供不同的信号或更好的SNR信号。第二闪烁荧光屏142与第二像素136耦合，以进一步增加或优化检测器或成像装置100的性能。更具体地，包含在第二检测器阵列134中的较大面积的像素由于其较厚的屏幕而具有更好的信噪比，这还是因为利用像素面积改进(例如，线性地)了信噪比。

因此，图1的该实施例使用具有附随的第一荧光屏的第一检测器阵列来提供具有较高空间频率和较高调制传递函数的较高分辨率信号，并且使用伴随较厚的第二荧光屏的相对较少、较大的像素来提供具有较好信噪比的信号。能够从第一像素116和第二像素136捕捉的图像形成复合图像，如上所述，当与第一图像或第二图像单独比较时，该复合图像具有显著或大为改善的图像质量。

如上所述，图2A和2B还示出了用于成像装置100的优选像素电路。图2A示出了第一检测器100的像素电路，而图2B示出了用于第二检测器130的像素电路。检测器110和130中的每一个均包括：多个栅极线146，每个栅极线146与一行、一组或一排像素相关联；以及多个读取或数据线148，每个读取或数据线148与一列、一组或一排像素相关联。还利用偏电线150将偏电压V_BIAS施加到每一排像素。该像素电路是本领域公知的，因此在此将不再更详细地描述。诸如三晶体管、四晶体管和共享晶体管有源像素电路的其他像素电路可以用来形成射线照相成像阵列。

图3示出了图1、2A和2B所示的装置100的示例性实施例。具体地，图3示出了这样的实施例，其中：第一光敏元件120和第二光敏元件140是p-i-n型光传感器，并且第一读取元件118和第二读取元件138是薄膜晶体管(TFT)。因此，每个第一像素116和每个第二像素136包括p-i-n光传感器和TFT。

如图3所示，第一和第二检测器110、130具有基本相同的构造，并且这些检测器通常利用已知的制造方法形成。首先，提供基底112、132，其可以是玻璃基底。在基底112、132上沉积第一金属层152。该第一金属层152优选形成包括上面结合图2A和2B描述的栅极线146和用于每个读取元件118、138(如本实施例中的TFT)的栅极电极的排。在第一金属层152上方形成绝缘层154。在其他功能中，该绝缘层形成TFT的栅极介电。在第一金属层152形成的栅极电极上方在绝缘层上沉积无定形的硅层156。然后，在内在的无定形硅层156上形成n掺杂无定形硅层158，以形成TFT的源极和漏极区域。最后，TFT包括形成在n掺杂无定形硅层158上的第二金属层160。该第二金属层160形成TFT的源极和漏极触点。第二金属层160还优选地用来形成上面关于图2A和2B描述的读取线148。

然后在TFT上形成绝缘层162，以将TFT与光敏元件分开，在本实施例中光敏元件将如下地形成TFF上方。在绝缘层162上并穿过形成于该绝缘层中的孔设置第三金属层164，并且第三金属层164接触第二金属层160。第二和第三金属层160、164之间的这种接触提供了光传感器与TFT之间的电连接。在第三金属层164上接连地形成有n掺杂无定形硅层166、内在的无定形硅层168以及p掺杂无定形硅层170。这些层共同形成p-i-n光电二极管。然后，在p掺杂无定形硅层170上设置第四金属层172。该第四金属层172形成透明的电极，该透明的电极用作用于p-i-n光电二极管的顶部触点。然后，在第四金属层172上形成绝缘层174，以使光电二极管与外部影响绝缘，并且在绝缘层174上方形成第五金属层176。通过贯穿绝缘层174形成的孔，第五金属层176接触第四金属层172，从而提供到第四金属层172的电连接。第五金属层176优选形成偏电线150，同样示出在图2A和2B中。

在本发明的该实施例中，第一检测器阵列和第二检测器阵列相似地构建，因为它们均包括p-i-n光电二极管和TFT。在第一制造方案中，第一检测器阵列114和第二检测器阵列134单独地各自形成在其相应的基底112、132上，并且一旦形成便粘结到滤光器102的相反侧。可替代地，基底中的一个可以在传感器阵列形成于其上之前粘结到滤光器，而基底中的另一个和传感器阵列随后形成在或附接到滤光器102的相反侧上。另外，滤光器102的功能能够通过基底112、132中的一个或两个和/或滤光器102来辅助或执行。

示例性实施例不限于任何一种用于制造附图所示的成像装置的制造过程。本发明同样不限于p-i-n光电二极管作为光敏元件。任何光敏元件都可以使用，包括但不限于MIS光传感器、p-n结型光传感器等。另外，尽管第一实施例的装置示出为光敏元件叠置在读取元件上方，但这不是必须的。可以这样做以增加装置的填充因子，但是光敏元件也可以容易地靠近读取元件设置，如将在后面结合本发明的附加实施例所描述的。本领域普通技术人员还将认识到，除无定形硅以外的半导体材料如多晶硅、有机半导体以及各种合金半导体(如锌氧化物)也可以被用于背板阵列和感测阵列。

图4示出了替代性的双屏射线照相成像装置200。装置200与上面结合图1所示的实施例描述的装置相似，因为其包括第一闪烁荧光屏222和第二闪烁荧光屏242。设有主要对第一闪烁荧光屏222敏感的第一光敏元件220和主要对第二闪烁荧光屏242敏感的第二光敏元件240。

在该实施例中，第一光敏元件220被设置在更靠近第一闪烁荧光屏222的第一平面内，而第二光敏元件被设置在更靠近第二闪烁荧光屏242的第二平面内。第一光敏元件220与第二光敏元件240被光管理层204分开。光管理层204能够管理、反射、阻挡或引导可见光和/或X射线。与上面参照图1-3论述的实施例不同，在该实施例中，与光敏元件220、240中的每一个相关联的读取元件218、238被设置在基本相同的平面上，并且该平面与第二光敏元件240设置在其上的第二平面重合。尽管术语“像素”在图1-3中用来描述光敏元件及其相关联的读取元件，但在该实施例中，“像素”用来描述成像阵列的包括第一光敏元件和第二光敏元件两者及其相关联的读取元件的部分。例如，图5是单个像素的横截面，其包括两个第一光敏元件和一个第二光敏元件及其相关联的读取元件。然而，例如在多于两个第一光敏元件对应于单个第二光敏元件设置或设置在单个第二光敏元件上方的情况下，更多的第一光敏元件可以被包括在像素中。这可以与图1-3的实施例中所示的情况相似，在图1-3的实施例中，四个第一光敏元件与一个第二光敏元件占据基本相同的表面积。

图5示出了图4所示的成像装置200的示例性构造。所示的装置通过首先提供基底212来构建，基底212可以是玻璃或其他的透明基底。在基底上沉积第一金属层252。该第一金属层252形成用于TFT的栅极电极以及与第二光敏元件240相关联的金属层。在第一金属层252上方设置绝缘层254。包括该绝缘层的绝缘体也可以设置在相邻的栅极电极等之间。

(三个)读取元件218、238和第二光敏元件240可以通过在绝缘层254上接连地涂覆内在的无定形硅层256、含有n型掺杂物的无定形硅258、第二金属层260、第二绝缘层262以及第三金属层264而在绝缘层形成。这些层共同形成第二光敏元件240(它们是MIS光传感器)以及所述三个读取元件，即每个像素中的对应于所述两个第一光敏元件220的两个TFT和一个第二光敏元件240。例如，TFT通过第一金属层252(其形成栅极电极和栅极线)、第一绝缘层254(其形成栅极介电)、内在的无定形硅层256(其形成通道)、n掺杂无定形硅层258(其形成源极和漏极电极)、第二金属层260(其形成源极和漏极触点)、以及第三金属层264(其形成TFT与TFT相关联的光敏元件之间的相互连接)形成。这些层还能够形成第二光敏元件的层，如上所述，第二光敏元件是MIS光传感器。

在图5所示的三个TFT中，两个与第一光敏元件220相关联，它们设置在第二光敏元件240上方。中间绝缘层228形成在第二光敏元件和TFT上方，以形成基本平面的表面，第一光敏元件形成在该表面上。可以使用掩膜技术等来将要形成的第一光敏元件220电互连于第三金属层264。每个第一光敏元件220包括形成栅极电极的第四金属层272、形成通道区域的内在无定形硅层268、n掺杂无定形硅层266以及形成透明触点的第五金属层276。还可以在第五金属层276上方和第一光敏元件之间设置绝缘层274(未示出)。

第一闪烁荧光屏222设置在第一光敏元件220上方，并且第二闪烁荧光屏2242设置在基底下方，如图5所示。还可以设置第一和第二光吸收层224和244(图4中所示)。

图6示出了图4和5所公开的实施例的像素电路。如此处所示，2x2的像素阵列成行成列地布置。在该布置中，偏电压V_BIAS沿连接于光传感器的竖直偏电线250施加。栅极线246或行选择开关在图中被水平地设置，并且附接于TFT读取元件的栅极电极。还设有数据线248，其在图6中被竖直地布置，对应于在每个光传感器处检测的图像的信息经由这些数据线输出。

与图1-3所示的实施例一样，图4-6所示的实施例具有第一光敏元件和第二光敏元件，第一光敏元件具有第一表面积，第二光敏元件具有不同于第一表面积的第二表面积。同样与第一实施例相似，较大表面积或较不丰富的光敏元件主要对来自较厚的闪烁荧光屏的光敏感，以提供较高的信噪比。较小表面积但是更为丰富的光敏元件响应于较薄的闪烁荧光屏，以增大或最大化调制传递函数和分辨率。

与第一实施例的阵列的操作相似，图4-6的射线照相检测器装置利用X射线被曝光。X射线的一部分被吸收在第一闪烁荧光屏中，并且X射线的另一部分被吸收在第二闪烁荧光屏中。X射线的吸收导致光从每个屏中发射。在图4所示的示例中，第一闪烁荧光屏可以与第二闪烁荧光屏不同，或者比第二闪烁荧光屏薄，从而导致减少的光散射和较高的MTF。来自第一屏的光的一部分被第一光电二极管感测，从而导致光生电荷存储在光电二极管上。在曝光后，成像阵列的行选择线被扫描，从而将电荷从光电二极管转移到每列中的数据线。电荷被每列端部处的电荷敏感放大器感测。

如本领域普通技术人员应当理解的，另外的用于改进信噪比和/或调制传递频率的方法是已知的。例如，尽管在前述实施例中的每一个中，第一闪烁荧光屏都比第二闪烁荧光屏薄，但这不是必须的。当两个闪烁器屏的构成不同时，具有不同构成的闪烁器屏可以更密切地在厚度上对应。例如，第一和第二闪烁器屏可以由包括具有不同原子数的元素的材料形成。通常，具有较高原子数的元素将吸收X射线辐射的较高能量分量。另外，已知的是一些材料比其他材料对辐射更加敏感。因此，对两个荧光屏的材料选择可以提供与关于前述实施例描述的相对较厚和较薄的屏幕相似的性能。例如，与这些实施例具有特别的相关性的闪烁器属性包括闪烁器厚度、闪烁器构成、闪烁器分辨率以及闪烁器MTF。如上所述，闪烁器分辨率和闪烁器MTF可以由闪烁器的构成和厚度来主导。

类似地，光敏元件的特性可以被改变，以修改或最大化成像装置实施例的性能。尽管前述实施例描述了第一光敏元件比第二光敏元件在数量上更丰富并且具有较小表面积的构造，但这不是必须的。例如，第一和第二光敏元件可以基于间距、面积、灵敏度和/或密度而改变。

还能够想到其他的示例性实施例。例如，尽管前述实施例中的第一和第二光敏元件已经设置在单独的平面内，但是第一和第二光敏元件也可以位于同一平面内。这种布置将提供更紧凑的装置。其示例示出在图7和8中。

如图7所示，替代性的射线照相成像装置300包括：第一光敏元件320，其响应于形成在成像装置300的顶部附近的第一闪烁荧光屏322；和第二光敏元件340，其对设置在成像装置300的底部处的第二闪烁荧光屏342敏感。光敏元件320、340形成在基底312上，相应的读取元件318、338也设置在基底312上。在第一光敏元件320和第二闪烁器342之间以及第二光敏元件340和第一闪烁器322之间分别形成第一光阻挡层326a、326b。光阻挡层减少或防止第一光敏元件320从第二闪烁器342接收光并防止第二光敏元件340从第一闪烁器322接收光。与图1的实施例相似，并且如图8所示，每个第一光敏元件320具有大约为每个第二光敏元件340的尺寸的四分之一的表面积。如该实施例中所示，成像阵列具有第二光敏元件与一组四个第一光敏元件相交替，形成棋盘图案。

根据该实施例的成像装置导致第一光敏元件和第二光敏元件占据大约相同的表面积。然而，这不是必须的。例如，第一光敏元件的表面积和第二光敏元件的表面积可以不同，可以为诸如2∶1、4∶1或者更大的比值。另外，可以使用相互隔开(例如，交替的，2∶1)的棋盘、成行或成列的第一光敏元件(例如，320)和第二光敏元件(例如，340)。

在图9所示的另一个示例性实施例中，第一和第二像素416、436具有大约相同的尺寸，但是在阵列中包括比第二像素436多的第一像素416。可替代地，与第一光敏元件420相比，更多的第二光敏元件440可以被包括在成像阵列中。如图9所示，对于每一个第二光敏元件440，成像装置400包括3个第一光敏元件420。第一光敏元件420对第一闪烁器(未示出)敏感，并且第二光敏元件440对第二闪烁器敏感。也可以设置更多或更少的第一和第二光敏元件，因为需要不同的结果。

在图9的实施例中，第一闪烁器优选选择为具有与第二闪烁器不同的闪烁器属性。这些属性可以包括厚度和材料成分(例如，具有不同原子数的材料)等等。

在图10和11中示出了本发明的又一实施例。在这些图中，检测器装置500包括多个第一像素516和第二像素536。与前述实施例相同，第一像素516中的光敏元件520对第一闪烁器(未示出)敏感，并且第二像素536中的光敏元件540对第二闪烁器(未示出)敏感。在该实施例中，彼此成对角线设置的第一光敏元件被连接。通过这种方式，能够利用同一个栅极线读取第一光敏元件的水平相邻的线，如图11所示。

根据该应用的替代性示例实施例能够使用用于第一检测器和第二检测器的读取电路(例如，栅极线、数据线)来利用第一闪烁器和第二闪烁器的不同特性。因此，用于第一检测器的读取电路可以不同于用于第二检测器的读取构造，以对第一检测器和第二检测器分别获得不同粒度(较细的粒度，减小的粒度)的感测数据。在这种示例性实施例中，读取电路产生的不同粒度特性能够基于第一和第二闪烁器之间的相应不同特性(例如，闪烁器厚度、闪烁器构成、闪烁器分辨率和闪烁器MTF中的一个或多个)来匹配或选择。可替代地，像素构造(和/或读取电路构造)在第一检测器和第二检测器之间可以相同，然而，数据可以电组合(例如，使用一个或多个多路器或逻辑电路；通过组合行和/或列以进入/离开(on/off)像素阵列)以减小第一检测器和第二检测器中的一个的感测图像数据的粒度，从而利用第一和第二闪烁器之间的相应不同特性。例如，在一个实施例中，射线照相成像装置的第一检测器和第二检测器的像素在尺寸、面积或间距上可以相等，但是通过第二检测器的四个像素获得(例如，使用模拟和/或数字电路元件)的数据能够被组合，以利用第一闪烁器122和第二闪烁器142之间的不同特性。

单曝光双能量数字射线照相装置的示例性实施例具有优于现有技术的众多优点。没有这种已知设备所需的X射线管的切换。图像中的不配准假象(例如，病人运动)可以减少。X射线管负载和/或病人的X射线曝光可以更低。此外，空间分辨率和/或信噪比中的较高检测器性能能够产生较高的图像质量和通过双能量成像进行疾病检测或特性描述中的随后改进。另外，双能量成像能够更好地集成到当前的临床工作流程中，从而提供更高的操作效率而无需使薄膜图像数字化(SF装置)、扫描成像板(CR装置)、或病人的双曝光(双曝光DR装置)。

已经关于优选实施例及其变型描述了本发明。对本公开的其他变型对本领域普通技术人员也是显而易见的。本发明意在仅由所附权利要求的范围限定，而不是由本公开或附图限定。另外，适用于一个实施例的特征可以与针对不同的示例性实施例描述的特征组合使用。例如，关于图1针对的实施例描述的特征可以与对应于图7-10针对的实施例中的一个或多个的特征组合使用。

部件列表

100    射线照相成像装置

102    滤光器

110    第一检测器

112    第一基底

114    第一检测器阵列

116    第一像素

118    第一读取元件

120    第一光敏元件

122    第一闪烁荧光屏

124    光管理层

126    采样网格

128    采样网格

130    第二检测器

132    第二基底

134    第二检测器阵列

136    第二像素

138    第二读取元件

140    第二光敏元件

142    第二闪烁荧光屏

144    第二光管理层

146    栅极线

148    读取或数据线

150    偏压线

152    第一金属层

154    绝缘层

156    无定形硅层

158    n掺杂无定形硅层

160    第二金属层

162    绝缘层

164    第三金属层

166    n掺杂无定形硅层

168    内在的无定形硅层

170    p掺杂无定形硅层

172    第四金属层

174    绝缘层

176    第五金属层

200    射线照相成像装置

204    光管理层

212    基底

218    读取元件

220    第一光敏元件

222    第一闪烁荧光屏

224    光吸收层

228    中间绝缘层

238    读取元件

240    第二光敏元件

242    第二闪烁荧光屏

244    光吸收层

246    栅极线

248    数据线

250    偏压线

252    第一金属层

254    绝缘层

256    内在的无定形硅层

258    n掺杂无定形硅层

260    第二金属层

262    第二绝缘层

264    第三金属层

266    n掺杂无定形硅层

268    内在的无定形硅层

272    第四金属层

274    绝缘层

276    第五金属层

300    射线照相成像装置

312    基底

318    读取元件

320    第一光敏元件

322    第一闪烁荧光屏

326a、326b  第一光阻挡层

338    读取元件

340    第二光敏元件

342    第二闪烁荧光屏

400    成像装置

416    第一像素

420    第一光敏元件

436    第二像素

440    第二光敏元件

500    检测器装置

516    第一像素

520    光敏元件

536    第二像素

540    光敏元件

Claims (10)

1.一种射线照相成像装置，包括：

多个第一像素，每个第一像素包括(i)具有第一光敏元件特性的第一光敏元件，和(ii)第一读取元件；

靠近所述多个第一光敏元件的第一闪烁器，所述第一光敏元件主要对所述第一闪烁器敏感；

多个第二像素，每个第二像素包括(i)具有第二光敏元件特性的第二光敏元件，所述第二光敏元件特性不同于所述第一光敏元件特性，和(ii)第二读取元件；

靠近所述多个第二像素的第二闪烁器，所述第二光敏元件主要对所述第二闪烁器敏感；并且

其中，所述第一光敏元件特性和所述第二光敏元件特性包括光敏元件尺寸、有效光敏元件面积、光敏元件间距、光敏元件灵敏度、光敏元件密度或者光敏元件总数中的至少一个。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一光敏元件特性基于所述第一闪烁器的第一属性而选择，并且所述第二光敏元件特性基于所述第二闪烁器的第二属性而选择，第二闪烁器的所述第二属性不同于所述第一闪烁器的所述第一属性，并且其中所述第一闪烁器的所述第一属性和所述第二闪烁器的所述第二属性包括闪烁器厚度、闪烁器构成、闪烁器分辨率和闪烁器MTF中的至少一个。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一闪烁器具有比所述第二闪烁器高的分辨率，所述第一光敏元件具有比所述第二光敏元件高的空间采样频率，所述第二闪烁器具有比所述第一闪烁器高的灵敏度，并且所述第二光敏元件具有比所述第一光敏元件高的灵敏度。

4.如权利要求1所述的装置，还包括：

基底，其中所述第一闪烁器被设置在所述基底的第一侧上，并且所述第二闪烁器被设置在所述基底的第二侧上，其中所述第一光敏元件和所述第二光敏元件被设置在所述基底的同一侧上或相反侧上；以及

滤光器，所述滤光器被设置在所述基底与所述第一光敏元件之间和/或所述基底与所述第二光敏元件之间，其中所述第一光敏元件相对更靠近所述第一闪烁器设置，并且所述第二光敏元件相对更靠近所述第二闪烁器设置。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一光敏元件被设置在第一平面内，并且所述第二光敏元件被设置在所述第一平面内或不同于所述第一平面的第二平面内，并且其中所述第一读取元件和所述第二读取元件中的至少一个被设置在所述第一平面内或所述第二平面内，或者其中所述第一读取元件和所述第二读取元件被设置在不同于所述第一平面的一个或多个平面内。

6.如权利要求1所述的装置，还包括被设置在所述第一闪烁器和所述第二闪烁器之间的基底，其中所述第一光敏元件被设置在所述基底的第一侧上，并且所述第二光敏元件、第一读取元件以及第二读取元件被设置在所述基底的第二、相反侧上，穿过所述基底形成有将所述第一光敏元件连接到其相应的第一读取元件的电连接。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一光敏元件的面积或间距比所述第二光敏元件的面积或间距小，其中所述第一光敏元件的数量比所述第二光敏元件的数量大，其中所述第一闪烁器的分辨率比所述第二闪烁器的分辨率低，其中所述第二闪烁器对X射线的灵敏度比所述第一闪烁器对X射线的灵敏度高，或者其中所述第一闪烁器比所述第二闪烁器吸收更高的X射线辐射能量分量。

8.如权利要求1所述的装置，其中，所述多个第一光敏元件的表面积的总和不同于所述多个第二光敏元件的表面积的总和。

9.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一光敏元件和所述第二光敏元件以阵列设置，并且其中所述第一光敏元件和所述第二光敏元件具有不同的间距。

10.一种操作用于捕捉物体的多个X射线图像的射线照相成像装置的方法，包括：

提供用于第一检测器的包括第一闪烁器属性的第一闪烁器；

提供用于第二检测器的第二闪烁器，所述第二闪烁器包括不同于所述第一闪烁器属性的第二闪烁器属性；

提供与所述第一闪烁器光学耦合的多个第一像素，每个第一像素包括(i)具有第一光敏元件特性的第一光敏元件，所述第一光敏元件特性选择为与所述第一闪烁器属性配合，和(ii)第一读取元件；以及

提供与所述第二闪烁器光学耦合的多个第二像素，每个第二像素包括(i)具有第二光敏元件特性的第二光敏元件，所述第二光敏元件特性不同于所述第一光敏元件特性并且选择为与所述第二闪烁器属性配合，和(ii)第二读取元件；

其中，所述第一光敏元件特性和所述第二光敏元件特性包括有效光敏元件面积、光敏元件间距、光敏元件灵敏度或者光敏元件总数中的至少一个，

其中，所述第一光敏元件被设置在第一层中，并且所述第二光敏元件被设置在所述第一层或不同于所述第一层的第二层中，并且其中所述第一读取元件和所述第二读取元件被设置在不同于所述第一层的至少一个层中。

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