CN102525536B - 堆叠平板x射线探测器部件及其制作方法 - Google Patents

堆叠平板x射线探测器部件及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种x射线探测器部件(84)包括第一平板数字投影探测器(86)和第二平板数字投影探测器(90)。该x射线探测器部件(84)还包括：第一探测器安装结构(88)，配置成将第一平板数字投影探测器(86)对齐为第一位置，以便阻止第二平板数字投影探测器(90)接收沿x射线穿透方向从x射线源(74)朝向第二平板数字投影探测器(90)发射的x射线。

Description

堆叠平板x射线探测器部件及其制作方法
技术领域
本申请是2006年9月19日提交的序号11/523359的美国非临时申请的部分继续申请并且要求其优先权益，通过引用将其公开结合到本文中。
一般来说，本发明的实施例涉及诊断成像方法和设备，更具体来说，涉及制造堆叠平板x射线探测器部件的设备和方法。
背景技术
通常，在CT成像系统中，x射线源将扇形束朝向受检体或对象如患者或行李件发射。下文中，术语“受检体”和“对象”将包括能够被成像的任何物体。一般来说，x射线源和探测器部件围绕成像平面中的扫描架以及围绕受检体旋转。x射线源通常包括x射线管，x射线管在焦点处发射x射线束。射束经受检体衰减之后照射到辐射探测器阵列上。
探测器部件通常由多个探测器模块组成。在一扫描架角度范围上收集表示在每个探测器元件处的所接收x射线束的强度的数据。在探测器阵列所接收的经衰减射束辐射的强度通常取决于x射线被受检体衰减的程度。探测器阵列的各探测器元件产生指示由各探测器元件接收的经衰减射束的独立电信号。将电信号传送给数据处理系统供分析，这最终产生图像。
常规CT系统发射具有多色谱的x射线。受检体中各材料的x射线衰减取决于所发射x射线的能量。如果CT投影数据在多个x射线能级或能谱来获取，则该数据包含常规CT图像中没有包含的有关被成像受检体或对象的附加信息。例如，能谱CT数据能够用于产生具有相当于所选单色能量的x射线衰减系数的新图像。这种单色图像包括图像数据，其中指配体素(voxel)的强度值，如同CT图像通过采用单色x射线束从受检体收集投影数据来创建一样。能谱CT数据便于更好地区别组织，从而使得更易于区分诸如包含钙和碘的组织之类的材料。
能量敏感扫描的一个主要目标是得到诊断CT图像，诊断CT图像通过利用在不同色彩能量状态的两个或更多扫描来增强图像中的信息(对比度分离(contrast separation)、材料特异性等等)。高频发生器使得有可能在交替视图上切换高频电磁能量投影源的kVp电位。因此，两个或更多能量敏感扫描的数据可通过时间交织方式(temporally interleaved fashion)来得到，而不是如先前CT技术通常发生的间隔数秒进行的两个独立扫描的方式。还可记录交织投影数据，以使得相同路径长度在各能级使用例如某种形式的插值来定义。
常规曲线探测器阵列包括设置在探测器阵列上的大量单独探测器元件。探测器元件是以二维模块设置的闪烁器(scintillator)/光电二极管单元，它们然后被结合为二维探测器面阵。探测器阵列的覆盖面积通过每个2D模块中的探测器元件的数量以及结合为形成探测器部件的2D模块的数量来定义。
虽然包括常规曲线探测器阵列的已知系统和方法能够用于在多个x射线能级或能谱来获取投影数据并且显示，但是扫描的覆盖面积通过探测器阵列的大小来定义。由于每个单独探测器元件具有其自己的元件特定的读出通道，所以，探测器部件越大，则成像系统变得成本越高并且越复杂。
对于诸如心脏扫描之类的各种成像应用，有利的是在扫描架的单次旋转中获取被成像对象的所有图像数据。这种图像数据获取技术具有许多有益效果，例如包括使运动伪影为最小。但是，探测器部件的覆盖面积必须基于被成像对象在探测器阵列上的投影的大小来确定大小。例如，设计有足够大的覆盖面积以对心脏成像的曲线探测器部件会是极为复杂并且价格极高的。
因此，希望设计一种克服了上述缺点的x射线探测器部件。
发明内容
按照本发明的一个方面，x射线探测器部件包括第一平板数字投影探测器和第二平板数字投影探测器。x射线探测器部件还包括：第一探测器安装结构，配置成将第一平板数字投影探测器对齐为第一位置，以便阻止第二平板数字投影探测器接收沿x射线穿透方向从x射线源朝向第二平板数字投影探测器发射的x射线。
按照本发明的另一方面，一种制造探测器部件的方法包括下列步骤：提供包括配置成面向x射线源的顶面的第一平板探测器，第一平板探测器具有沿层面方向在第一平板探测器的第一侧与第二侧之间定义的宽度以及沿通道方向在第一平板探测器的第三侧与第四侧之间定义的长度。该方法还包括下列步骤：提供包括配置成面向x射线源的顶面的第二平板探测器，第二平板探测器具有沿层面方向在第二平板探测器的第一侧与第二侧之间定义的宽度以及沿通道方向在第二平板探测器的第三侧与第四侧之间定义的长度。此外，该方法包括下列步骤：将第一平板探测器耦合到具有阻挡位置的安装部件，其中阻挡位置配置成沿x射线穿透方向对齐第二平板探测器的顶面上方的第一平板探测器，使得第一平板探测器沿层面和通道方向与第二平板探测器基本对齐。
按照本发明的另一方面，一种CT系统包括：可旋转扫描架，其中具有用于接纳待扫描对象的开口；台架，定位在可旋转扫描架的开口中，并且沿z方向可移动通过开口；以及x射线源，耦合到可旋转扫描架，并且配置成将x射线束投射到待扫描对象。该CT系统还包括定位成从x射线源接收x射线束的探测器部件。探测器部件包括第一平板数字探测器和第二平板数字探测器。第一平板数字探测器设置在第二平板数字探测器与x射线源之间，使得从x射线源朝向第二平板数字探测器投射的第一组多个x射线由第一平板数字探测器来吸收。
通过以下详细描述和附图，将会使各种其它特征和优点显而易见。
附图说明
附图示出当前考虑用于执行本发明的优选实施例。
其中：
图1是CT成像系统的示图。
图2是图1所示系统的示意框图。
图3是CT系统探测器阵列的一个实施例的透视图。
图4是探测器的一个实施例的透视图。
图5是具有按照本发明的一实施例的探测器部件的成像系统的一部分的截面图。
图6是按照本发明的一实施例的图5的探测器部件的透视图。
图7是示出处于第一位置的平板探测器的图5的探测器部件的示意框图。
图8是示出处于第二位置的平板探测器的图5的探测器部件的另一示意框图。
图9是具有按照本发明的一实施例的探测器部件的成像系统的一部分的截面图。
图10是与非损伤包裹检查系统配合使用的CT系统的示图。
具体实施方式
针对64层面计算机断层照相(CT)系统来描述本发明的操作环境。但是，本领域的技术人员会理解，本发明同样可适合与其它多层面配置配合使用。此外，将针对x射线的探测和转换来描述本发明。但是，本领域的技术人员还会理解，本发明同样可适用于其它高频电磁能量的探测和转换。针对“第三代”CT扫描仪来描述本发明，但是本发明同样可适用于其它CT系统。
另外，例如，本发明的某些实施例提供用于获取诸如双能量数据之类的多能量数据的系统、方法和计算机指令。例如，某些多能量数据能够用于能谱成像系统如光子计数系统中。作为一种类型的多能量数据的双能量数据能够包含在单色图像、材料密度图像和/或有效Z(effective-Z)图像中。虽然结合双能量数据来论述本文所述的许多实施例，但是实施例并不局限于双能量数据，而是能够与其它类型的多能量数据结合使用，如同本领域的技术人员将会理解的。
参照图1，CT成像系统10示为包括表示“第三代”CT扫描仪的扫描架12。扫描架12具有x射线源14，x射线源14将x射线束朝向扫描架12的对侧的探测器部件或准直仪16投射。现在参照图2，探测器部件16由多个探测器或探测器模块18和数据获取系统(DAS)20来形成。多个探测器18感测经过内科病人24的所投射x射线22，并且DAS 20将数据转换成数字信号供后续处理。各探测器18产生模拟电信号，模拟电信号表示照射的x射线束的强度并且因而表示经过患者24时的经衰减射束。在获取x射线投影数据的扫描期间，扫描架12和其上安装的组件绕旋转中心26旋转。
扫描架12的旋转和x射线源14的操作由CT系统10的控制机构28来管理。控制机构28包括：x射线控制器30，向x射线源14提供电力和定时信号；以及扫描架电动机控制器32，控制扫描架12的转速和位置。图像重构器34从DAS 20接收经采样和数字化的x射线数据，并且执行高速重构。将重构图像作为输入应用于计算机36，计算机36将图像存储在大容量存储装置38中。
计算机36还经由控制台40接收来自操作员的命令和扫描参数，控制台40具有诸如键盘、鼠标、语音激活控制器或者任何其它适当输入设备之类的某种形式的操作员接口。关联显示器42允许操作员观测来自计算机36的重构图像和其它数据。操作员供应的命令和参数由计算机36用于向DAS 20、x射线控制器30和扫描架电动机控制器32提供控制信号和信息。另外，计算机36操作台架电动机控制器44，台架电动机控制器44控制电动化台架46以定位患者24和扫描架12。具体来说，台架46移动患者24整体或部分通过图1的扫描架开口48。
如图3所示，探测器部件16包括轨道50，其中轨道50之间设置了准直片或板52。板52定位成在x射线22照射到例如定位在探测器部件16上的图4的探测器18之前对这类射束进行准直。在一个实施例中探测器部件16包括57个探测器18，各探测器18具有64×16像素元件54的阵列大小。因此，探测器部件16具有64行和912列(16×57个探测器)，这允许随扫描架12的每次旋转而收集64个并发的数据层面。
参照图4，探测器18包括DAS 20，其中各探测器18包括设置在封装56中的多个探测器元件54。探测器18包括相对于探测器元件54定位在封装56中的引脚58。封装56定位在具有多个二极管62的背光二极管阵列60上。背光二极管阵列60又定位在多层衬底64上。隔离件66定位在多层衬底64上。探测器元件54光耦合到背光二极管(backlit diode)阵列60，并且背光二极管阵列60又电耦合到多层衬底64。挠性电路68附连到多层衬底64的面70以及DAS 20。探测器18通过使用引脚58定位在探测器部件16中。
在一个实施例的操作中，照射在探测器元件54中的x射线生成光子，光子横向穿过(traverse)封装56，由此生成在背光二极管阵列60中的二极管上探测的模拟信号。所生成的模拟信号通过多层衬底64、通过挠性电路68传递给DAS 20，在DAS 20中将模拟信号转换成数字信号。
图5示出例如诸如图1的成像系统26之类的成像系统72的一部分的侧视图。成像系统72包括x射线源74，x射线源74配置成绕可旋转扫描架78的旋转中心76旋转。当从x射线源74发射的高速电子碰撞x射线源74的靶部分(未示出)的表面时，产生x射线束80。x射线束80经过患者82，并且照射到探测器部件84上。
现在参照图5和图6，探测器部件84包括耦合到第一安装支架88的第一平板数字投影射线照相探测器(flat panel digital projectionradiographic detector)86以及耦合到第二安装支架92的第二平板数字投影射线照相探测器90。平板探测器86、90是固态数字投影射线照相探测器，例如通常用于导管成像(catheter imaging)的数字透视面板(fluoroscopy panel)。各平板探测器86、90包括以行和列设置的像素94的阵列。例如与CT成像系统中通常使用并且具有曲线探测器部件的各探测器模块的单独读出通道的诸如探测器部件16(图3)之类的常规曲线探测器部件不同，平板探测器86、90的像素94与扫描线96和读线98的矩阵关联，如图6所示。各平板探测器86、90在每个读线98包括单个读出通道100。在一个实施例中，平板探测器86、90是可向General Electric Company的GE Healthcare business购买的RevolutionTM XR/d探测器。
按照各个实施例，平板探测器86、90可构造成具有不同衰减特性。例如，平板探测器86、90的闪烁器可具有不同厚度(沿y方向102测量的)或者采用不同闪烁器材料制成，使得第一平板探测器86吸收低能量x射线，而第二平板探测器90吸收高能量x射线。
探测器部件84与x射线源74对齐，使得x射线束80经过患者82，并且最初照射到与患者82的所关心区域104对齐的第一平板探测器86。如图5所示，第一平板探测器86沿x射线穿透方向106定位在x射线源74与第二平板探测器90之间。因此，在经过患者82之后，x射线束80照射到第一平板探测器86的顶面108上。x射线束80的一部分由第一平板探测器86来吸收，以及x射线束80的一部分经过第一平板探测器86并且照射到第二平板探测器90的顶面110。第一平板探测器86具有沿x方向112(通道方向)在第一侧114与第二侧116之间测量的宽度以及沿z方向118(层面方向)在第三侧120与第四侧122之间测量的长度。同样，第二平板探测器90具有沿x方向112在相应的第一和第二侧124、126之间测量的宽度以及沿z方向118在相应的第三和第四侧128、130之间测量的长度。
第一平板探测器86的覆盖面积至少等于第一平板探测器86的顶面108上的所关心区域104的完全投影132的大小。因此，按照各个实施例，第一平板探测器86可以是诸如心脏、肝或肺之类的所投射的所关心器官的大小。在一个实施例中，第一平板探测器86具有大约沿x方向112的20cm沿z方向118测量的20cm的覆盖面积。
按照各个实施例，所关心区域104对应于被成像器官，例如心脏、肺或肝。因此，对于其中所关心区域104定义为心脏的心脏扫描应用，在可旋转扫描架78的单次旋转期间可扫描成人的整个心脏，因为第一平板探测器86的覆盖面积大于第一平板探测器86上的心脏的投影132。
可选地，平板准直仪部件或平板准直仪部件或光栅134、136(以虚线示出)可沿x射线穿透方向106定位在相应的第一和第二平板探测器86、90前面，用于对在第一和第二平板探测器86、90接收的x射线束进行准直。
在一个实施例中，第一安装部件或支架88是安装在可旋转扫描架78中的固定支架，使得第一平板探测器86在第二平板探测器90上方基本居中。备选地，第一安装支架88包括一对活动导轨，它们允许第一平板探测器86移入和移出与第二平板探测器90对齐的状态，并且移入和移出x射线束80，如针对图7和图8更详细描述。
图7是处于第一位置的探测器部件84的第一平板探测器86的示意框图，其中第一平板探测器86定位在第二平板探测器90的上方并且与其基本重叠。当第一平板探测器86处于第一位置时，沿x射线穿透方向104朝向探测器部件84发射的x射线80的一部分由第一平板探测器86吸收，而x射线82的另一部分经过第一平板探测器86并且照射第二平板探测器90。
图8是处于第二位置的第一平板探测器86的示意框图，其中第一平板探测器86沿z方向118偏离第二平板探测器90。因此，当第一平板探测器86处于第二位置时，沿x射线穿透方向104定向到探测器部件84的x射线80照射第二平板探测器90，而没有首先经过第一平板探测器86。
现在参照图9，示出按照一备选实施例的成像系统140。成像系统140按照与针对图5的成像系统72所述的相似方式来配置，因为成像系统140包括定位成将x射线束80定向到探测器部件84的x射线源74，其中探测器部件84包括定位在第二平板探测器90上方的第一平板探测器86。除了成像系统72(图5)中包含的组件之外，成像系统140还包括沿x射线穿透方向104定位在第一与第二平板探测器86、90之间的陷波滤波器(notch filter)142，供能量鉴别计算机断层照相(EDCT)应用中使用。陷波滤波器142由x射线衰减材料来构成，它提供从x射线源74发射的x射线80的波段中的高能量x射线与低能量x射线之间的更大能量分隔带(separation band)或陷波。按照各个实施例，陷波滤波器142可由单个材料或者合成材料来构成，以便扩大经滤波x射线的陷波的宽度。此外，成像系统140可包括具有能够基于给定扫描的规范来选择的不同滤波性质的多个可互换陷波滤波器142。陷波滤波器142可按照与以上针对第一平板探测器86所述的相似方式刚性地或滑动地安装在导轨144上。本领域的技术人员会认识到，按照一备选实施例，成像系统可包括与探测器86、90相似的一对平板探测器，而没有陷波滤波器。此外，陷波滤波器142可定位在患者82与第一平板探测器86之间。
与可选准直部件平板准直仪部件或光栅134、136(图5)相似，成像系统140还可包括定位在各平板探测器86、90前面的准直部件或光栅(未示出)。
通过组合两个平板探测器86、90，所产生的探测器部件84减轻将平板探测器用于CT成像应用中固有的不利方面。例如，包括具有不同衰减特性的两个堆叠探测器的探测器部件具有优于单个平板探测器的改进的动态范围。此外，平板探测器技术在CT成像系统中的使用具有优于常规曲线探测器部件的许多优点。由于平板探测器的制造比具有相似覆盖面积的曲线探测器更节省成本，所以平板探测器的使用降低探测器部件的总成本，同时允许沿z方向118(即，沿患者轴线)的增加覆盖。因此，探测器部件84特别有利于在心脏CT成像应用中的使用，因为平板探测器86、90提供心脏成像所需的分辨率和覆盖。
现在参照图10，包裹/行李检查系统146包括可旋转扫描架148，其中具有开口150，包裹或行李件可通过其中。可旋转扫描架148包含高频电磁能量源152以及具有由闪烁器单元组成的闪烁器阵列的探测器部件或准直仪154，与图3或图4所示相似。还提供传送系统156，它包括传送带158，由结构160支承以自动且连续地使包裹或行李件162通过开口150，以便进行扫描。对象162由传送带158馈送通过开口150，然后获取成像数据，并且传送带158以受控且连续的方式从开口150取下包裹162。因此，邮政检查人员、行李处理人员和其它安全人员可非损伤地检查包裹162的内含物中的爆炸物、刀、枪支、违禁品等。
本领域的技术人员会理解，本发明的实施例可与其上存储了计算机程序的计算机可读存储介质进行接口并且由其控制。计算机可读存储介质包括多个组件，例如一个或更多电子组件、硬件组件和/或计算机软件组件。这些组件可包括一个或更多计算机可读存储介质，它一般存储诸如软件、固件和/或汇编语言之类的指令，用于执行序列的一个或更多实现或实施例的一个或更多部分。这些计算机可读存储介质一般是非暂时和/或有形的。这种计算机可读存储介质的示例包括计算机和/或存储装置的可记录数据存储介质。计算机可读存储介质可采用例如磁、电、光、生物和/或原子数据存储介质的一个或更多。此外，这类介质可采取例如软盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、硬盘驱动器和/或电子存储器的形式。未列出的其它形式的非暂时和/或有形计算机可读存储介质可与本发明的实施例配合使用。
在系统的一实现中，可组合或分离多个这类组件。此外，这类组件可以包括采用多种编程语言的任一种来编写或实现的一组和/或一系列计算机指令，这是本领域的技术人员会理解的。另外，例如载波等的其它形式的计算机可读介质可用于体现表示指令序列的计算机数据信号，指令序列在由一个或更多计算机运行时使一个或更多计算机执行序列的一个或更多实现或实施例的一个或更多部分。
因此，按照一个实施例，x射线探测器部件包括第一平板数字投影探测器和第二平板数字投影探测器。x射线探测器部件还包括：第一探测器安装结构，配置成将第一平板数字投影探测器对齐为第一位置，以便阻止第二平板数字投影探测器接收沿x射线穿透方向从x射线源朝向第二平板数字投影探测器发射的x射线。
按照另一个实施例，一种制造探测器部件的方法包括下列步骤：提供包括配置成面向x射线源的顶面的第一平板探测器，第一平板探测器具有沿层面方向在第一平板探测器的第一侧与第二侧之间定义的宽度以及沿通道方向在第一平板探测器的第三侧与第四侧之间定义的长度。该方法还包括下列步骤：提供包括配置成面向x射线源的顶面的第二平板探测器，第二平板探测器具有沿层面方向在第二平板探测器的第一侧与第二侧之间定义的宽度以及沿通道方向在第二平板探测器的第三侧与第四侧之间定义的长度。此外，该方法包括下列步骤：将第一平板探测器耦合到具有阻挡位置的安装部件，其中阻挡位置配置成沿x射线穿透方向对齐第二平板探测器的顶面上方的第一平板探测器，使得第一平板探测器沿层面和通道方向与第二平板探测器基本对齐。
按照又一个实施例，一种CT系统包括：可旋转扫描架，其中具有用于接纳待扫描对象的开口；台架，定位在可旋转扫描架的开口中，并且沿z方向可移动通过开口；以及x射线源，耦合到可旋转扫描架，并且配置成将x射线束朝向待扫描对象投射。该CT系统还包括定位成从x射线源接收x射线束的探测器部件。探测器部件包括第一平板数字探测器和第二平板数字探测器。第一平板数字探测器设置在第二平板数字探测器与x射线源之间，使得从x射线源朝向第二平板数字探测器投射的第一组多个x射线由第一平板数字探测器来吸收。
本书面描述使用示例来公开本发明，其中包括最佳模式，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它示例具有与权利要求的文字语言相同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则它们意在落入权利要求的范围之内。

Claims (9)

1.一种x射线探测器部件(84)，包括：
第一平板数字投影探测器(86)；
第二平板数字投影探测器(90)；以及
第一探测器安装结构(88)，配置成将所述第一平板数字投影探测器(86)对齐为第一位置，以便阻止所述第二平板数字投影探测器(90)接收沿x射线穿透方向从x射线源(74)朝向所述第二平板数字投影探测器(90)发射的x射线；
其中，所述第一探测器安装结构(88)包括导轨，所述导轨配置成允许所述第一平板数字投影探测器(86)在所述第一位置与第二位置之间移动；以及
当处于所述第二位置时，所述第一平板数字投影探测器(86)与所述第二平板数字投影探测器(90)未对齐，使得沿所述x射线穿透方向从所述x射线源(74)发射的x射线照射到所述第二平板数字投影探测器(90)上，而没有经过所述第一平板数字投影探测器(86)。
2.如权利要求1所述的x射线探测器部件(84)，其中，所述第一和第二平板数字投影探测器(86、90)包括所具有覆盖面积的大小至少等于平均成人心脏的完整投影的数字投影射线照相探测器。
3.如权利要求1所述的x射线探测器部件(84)，还包括陷波滤波器(142)，所述陷波滤波器(142)中包括选择成过滤给定能带中的x射线的x射线衰减材料。
4.如权利要求3所述的x射线探测器部件(84)，其中，所述陷波滤波器(142)定位在所述第一与第二平板数字投影探测器(86、90)之间。
5.如权利要求3所述的x射线探测器部件(84)，其中，所述陷波滤波器(142)定位在所述第一平板数字投影探测器与所述x射线源(74)之间。
6.如权利要求1所述的x射线探测器部件(84)，其中，所述第一平板数字投影探测器(86)配置成吸收低能量x射线；以及
所述第二平板数字投影探测器(90)配置成吸收高能量x射线。
7.如权利要求6所述的x射线探测器部件(84)，其中，所述第一平板数字投影探测器(86)沿所述x射线穿透方向具有比所述第二平板数字投影探测器(90)的厚度要小的厚度。
8.如权利要求6所述的x射线探测器部件(84)，其中，所述第一平板数字投影探测器(86)包括配置成吸收高能量x射线的第一闪烁材料；以及
所述第二平板数字投影探测器(90)包括配置成吸收低能量x射线的第二闪烁材料。
9.如权利要求1所述的x射线探测器部件(84)，其中，所述第一和第二平板数字投影探测器(86、90)沿通道方向具有大约20cm的宽度。
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