CN104285162B - 具有设置在至少两个闪烁体阵列层之间的至少一个薄光传感器阵列层的多层水平计算机断层摄影(ct)探测器阵列 - Google Patents
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Abstract
一种成像系统(100)，包括辐射敏感探测器阵列(110)。所述探测器阵列包括至少两个闪烁体阵列层(116)。所述探测器阵列还包括至少两个对应的光传感器阵列层(114)。所述至少两个光传感器阵列层中的至少一个光传感器阵列层在入射辐射的方向上位于所述至少两个闪烁体阵列层之间。所述至少两个光传感器阵列层中的所述至少一个光传感器阵列层具有小于三十微米的厚度。
Description
技术领域
下文总体上涉及多层CT探测器阵列，并且更具体地涉及具有设置在至少两个闪烁体阵列层之间的至少一个薄光传感器阵列层的多层水平CT探测器阵列。
背景技术
典型的CT扫描器包括关于检查区域旋转并且发射穿过检查区域的辐射的辐射源、以及探测穿过该检查区域的辐射的辐射敏感探测器阵列。该探测器阵列已经包括了耦合到光传感器阵列的闪烁体阵列。闪烁体阵列接收辐射并且将该辐射转换为光，然后光传感器阵列接收该光并且产生指示该光的电信号。能够对该信号进行重建以生成体积图像数据。
双能(也被称为双层)探测器阵列包括两对闪烁体/光传感器阵列。通常，闪烁体/光传感器阵列对中的一个闪烁体/光传感器阵列对主要探测较低能量的辐射，并且闪烁体/光传感器阵列对中的另一个闪烁体/光传感器阵列对主要探测较高能量的辐射。在“水平”配置中，光传感器阵列在横向方向上延伸，该横向方向垂直于入射辐射的方向。在“垂直”配置中，光传感器阵列在入射辐射的方向上延伸。
美国专利7968853描述了一种垂直双层探测器。该探测器包括沿z轴延伸并且沿横向方向布置的多个模块。每个模块包括安装到光电二极管阵列条带的两条闪烁体行。第一条具有Z较低的材料并且布置在与第一光电二极管阵列行相连接的条带上，使得第一条离入射辐射较近。第二条具有Z较高的材料并且布置在与第二光电二极管阵列行相连接的条带上，使得第二条离入射辐射较远。
这些条带中的若干依次安装在该模块的基板上并且依次耦合到基板的相对侧上的读出电子器件。遗憾的是，对条带与单个模块的组装需要大量操作，这是冗长且耗时的。“水平”几何结构仅使用分别耦合到两个(2)二维光电二极管阵列的两个(2)二维闪烁体阵列。这样一来，水平的探测器的组装比垂直探测器的组装需要的操作更少、成本更低并且更精确。
然而，针对“水平”几何结构，二维光电二极管阵列中的一个或两个都暴露于大约50％的X射线束通量，其吸收该X射线束通量中的一些。遗憾的是，所吸收的通量能够进行直接转换，从而产生直接转换电流，其可能会将直接转换噪声引入测量数据中。这可能会导致图像质量降低，例如谱分辨率降低。
本文描述的各方面解决了上述问题和/或其他问题。
发明内容
在一个方面中，一种成像系统包括辐射敏感探测器阵列。所述探测器阵列包括至少两个闪烁体阵列层。所述探测器阵列还包括至少两个对应的光传感器阵列层。所述至少两个光传感器阵列层中的至少一个光传感器阵列层在入射辐射的方向上位于所述至少两个闪烁体阵列层之间。所述至少两个光传感器阵列层中的所述至少一个光传感器阵列层具有小于三十微米的厚度。
在另一个方面中，一种方法包括：利用成像系统的多谱水平探测器阵列探测辐射，从而经由所述探测器阵列生成指示所探测的辐射的信号；并且处理所述信号以生成一幅或多幅图像。所述探测器阵列包括至少两个闪烁体阵列层和至少两个对应的光传感器阵列层。所述至少两个光传感器阵列层中的所述至少一个光传感器阵列层具有小于三十微米的厚度。
在另一个方面中，一种辐射敏感探测器阵列包括至少两个闪烁体阵列层以及至少两个对应的光传感器阵列层。所述至少两个光传感器阵列层中的至少一个光传感器阵列层在沿入射辐射的方向上位于所述至少两个闪烁体阵列层之间。所述至少两个光传感器阵列层中的所述至少一个光传感器阵列层具有小于三十微米的厚度。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件布置以及各种步骤和步骤安排的形式。附图仅是为了说明优选实施例而不得被解释为对本发明的限制。
图1示意性图示了包括多谱成像探测器的范例成像系统。
图2图示了其中闪烁体/光传感器对以相同的空间取向布置的多谱成像探测器的范例。
图3图示了其中闪烁体/光传感器对以相反的空间取向布置的多谱成像探测器的范例。
图4示意性图示了用于路由与多谱成像探测器相结合的电信号的备选方法。
图5示意性图示了用于路由与多谱成像探测器相结合的电信号的另一备选方法。
图6示意性图示了用于安装读出电子器件的备选方法。
图7图示了使用多谱成像探测器的方法。
具体实施方式
首先参考图1，图示了诸如计算机断层摄影(CT)扫描器的成像系统100。成像系统100包括大体固定的机架102和旋转机架104，旋转机架104可旋转地由固定机架102支撑。旋转机架104围绕检查区域106关于纵轴或z轴旋转。诸如X射线管的辐射源108由旋转机架104支撑并与旋转机架104一起旋转，并且发射穿过检查区域106的辐射(例如X射线光子)。
辐射敏感探测器阵列110固定到旋转机架104并且在检查区域106的对面以角度弧与辐射源108相对。图示的探测器阵列110是多层水平探测器阵列110，多层水平探测器阵列110具有N个闪烁体阵列层116(其中N是大于1的整数)、M个光传感器阵列层114(其中M是大于1的整数)以及读出电子器件118。如下面更详细的描述，在一个实例中，光传感器阵列层114中的至少一个光传感器阵列层位于闪烁体阵列层116中的至少两个闪烁体阵列层之间。
在图示的实施例中，光传感器阵列层114中的该至少一个光传感器阵列层具有下面的X射线衰减特性：实质上入射在光传感器阵列层114中的该至少一个光传感器阵列层的上的所有X射线光子将穿过光传感器阵列层114中的该至少一个光传感器阵列层，而不会与光传感器阵列层114中的该至少一个光传感器阵列层相互作用而经由直接转换产生大于关于直接转换电流的预定阈值的直接转换电流。例如，预定阈值能够小于百分之十、小于百分之五、小于百分之一、小于百分之零点五和/或小于另一百分比。
光传感器阵列层114中的该至少一个光传感器阵列层的范例是薄材料层，例如具有三十微米(30μ)或更小的厚度的层。光传感器阵列层114中的该至少一个光传感器阵列层的另一个范例是原子序数(Z)较低的材料层，该材料具有等于或小于三十五的Z。光传感器阵列层114中的该至少一个光传感器阵列层的另一个范例是有机光传感器层；这些具有非常低的Z，并且相应地具有低的X射线吸收。例如相对于垂直探测器阵列，这样的光传感器阵列层可以具有更高的探测量子效率(DQE)，这是由于更大的探测表面区域，并且这样允许更低剂量的扫描和/或提高的图像质量。
辐射敏感探测器阵列110响应于探测到X射线光子而生成指示所探测的辐射的信号。读出电子器件118处理该信号并且输出经处理的信号。能够通过处理不同光传感器阵列层输出的信号来获得谱信息，并且能够通过将对应于相同的射线路径的不同光传感器阵列层的输出信号进行求和来获得常规(非谱)信息。
重建器120使用谱重建算法或常规重建算法来重建该信号，并且生成体积图像数据。能够从体积图像数据生成一幅或多幅谱图像或常规图像。诸如床的受试者支撑物122将对象或受试者支撑在检查区域106中。支撑物122可与旋转机架104的旋转协调地沿着x轴、y轴和z轴移动，以促进螺旋、轴向、或其他期望的扫描轨迹。
通用计算系统充当操作者控制台124，其包括人类可读的输出设备(例如显示器和/或打印机)和输入设备(例如键盘和/或鼠标)。控制台124例如，通过允许操作员选择谱扫描协议或常规扫描协议、谱重建算法和/或常规重建算法、初始化扫描等来允许操作者控制系统100的操作。
图2图示了探测器阵列110的部分的范例。出于清楚和示范的目的，N＝M＝2。在该范例中，光传感器层114两者都设置在两个闪烁体阵列层116之间。
第一闪烁体阵列层1161包括第一闪烁体像元(dixel)(也称为闪烁体像素)2021的二维(2D)阵列(沿z轴的维度在图2中不可见)。第一闪烁体像元2021包括原子序数Z较低的材料，例如掺杂钛的硒化锌(ZnSe：Ti)，掺杂铈的钇钆铝石榴石(YGAG：Ce)和/或吸收较低能量的“软”X射线光子并且发射指示该光子的光的其他材料。
第一光传感器阵列层1141包括安装在任选的第一基板2081上的第一光电二极管2061的二维(2D)阵列(沿z轴的维度在图2中不可见)。在省略了第一基板2081的配置中，第二光电二极管2061的二维(2D)阵列可以直接安装在第一电路2101上，这将在下文中更详细地描述。合适材料的范例是其中来自于入射在第一光传感器阵列层1141上的辐射的直接转换电流不超过从闪烁体发射的光在光传感器层中生成的信号电流的0.1％的材料。这样的材料可以具有三十微米(30μm)或更小的厚度和/或包括有机材料或Z＜35的材料。
通过举例的方式，在一个实例中，第一光传感器阵列层1141是具有直接安装在诸如塑料薄板或聚酰亚胺(PI)薄板的薄层上的硅(Si)、砷化镓(GaAs)等光电二极管的薄的绝缘体上半导体(SOI)光电二极管阵列。在另一个实施例中，第一光传感器阵列层1141是印制在柔性塑料薄板上的薄光电二极管阵列(例如铜铟镓(di)硒化物(CIGS)或有机物)。仅具有Z较低的元素(例如H、C6、O等)的有机光电二极管(OPD)能够薄到1μ，从而具有低X射线吸收。
第一闪烁体阵列层1161与第一光传感器阵列层1141耦合到一起，而使每个第一闪烁体像元2021光耦合到第一光电二极管2061中的对应的一个第一光电二极管。第一闪烁体像元2021中的每个第一闪烁体像元的六(6)侧中的五(5)侧被第一反射材料2041围绕，第一反射材料2041将从第一光电二极管2061离开的光重新引导为朝向第一光电二极管2061。
第一电路2101包括第一侧2111和第二侧2112，并且第一侧2111的部分电耦合到第一光电二极管2061。在一个实例中，第一电路2101是薄塑料柔性电路，并且第一光电二极管2061输出的信号被从个体第一光电二极管2061路由到第一光传感器阵列层1141外。
第一闪烁体阵列层1161、第一光传感器阵列层1141和第一电路2101形成第一组件2121。
第二闪烁体阵列层1162包括第二闪烁体像元2022的二维(2D)阵列(沿z轴的维度在图2中不可见)。第二闪烁体像元2022包括原子序数Z较高的材料，例如硫氧化钆(GOS)、镥铝石榴石(LuAG)和/或吸收较高能量的“硬”X射线光子并且发射指示该光子的光的其他材料。第二光传感器阵列层1142包括安装在任选的第二基板2082上的第二光电二极管2062的二维(2D)阵列(沿z轴的维度在图2中不可见)。在省略了第二基板2082的配置中，第二光电二极管2062的二维(2D)阵列可以直接安装在第二电路2102上，这在下文中更详细地描述。
第二光传感器阵列层1142可以类似于第一光传感器阵列层1141，其中，其包括这样的材料，在该材料中，少于在光传感器层中生成的信号电流的0.1％来自从由闪烁体发射的光。然而第二光传感器阵列层1142的厚度和/或材料不必与第一光传感器阵列层1141的厚度和/或材料相同。通过为第一光传感器阵列层1141和第二光传感器阵列层1142都使用相同的厚度和材料，第一光传感器阵列层1141和第二光传感器阵列层1142的特性及响应将大约相同，这将促进对信号的处理，例如信号相减和/或以其他方式组合。
第二闪烁体阵列层1162与第二光传感器阵列层1142耦合到一起，而使每个第二闪烁体像元2022光耦合到第二光电二极管2062中的不同的一个第二光电二极管。第二闪烁体像元2022中的每个第二闪烁体像元的六(6)侧中的五(5)侧被第二反射材料2042围绕，第二反射材料2042将从第二光电二极管2062离开的光重新引导为朝向第二光电二极管2062。
第二电路2102包括第一侧2131和第二侧2132，并且第一侧2131的部分电耦合到第二光电二极管2062。类似地，在一个实例中，第二电路2102是薄塑料柔性电路，并且个体第二光电二极管2062输出的信号被从个体第二光电二极管2062路由到第二光传感器阵列层1142外。
第二闪烁体阵列层1162、第二光传感器阵列层1142和第二电路2102形成第二组件2122。
第一电路2101的第二侧2112与第二电路2102的第一侧2131耦合到一起，从而将第一组件2121与第二组2122耦合到一起。
第一电路2101和第二电路2102的第一导电端2141和2142包绕第二闪烁体阵列层1162的第一侧216并且电耦合到第一读出集成电路2181和2182，第一读出集成电路2181和2182安装到第一辐射屏蔽220，第一辐射屏蔽220固定到第二反射材料2042。第一辐射屏蔽220使第一读出集成电路2181和2182与穿过第二闪烁体阵列层1162的剩余辐射屏蔽。
第一电路2101和第二电路2102的第二导电端2221和2222包绕第二闪烁体阵列层1162的第二相对侧214并且电耦合到第二读出集成电路2261和2262，第二读出集成电路2261和2262安装到第二辐射屏蔽228，第二辐射屏蔽228固定到第二反射材料2042。第二辐射屏蔽228使第二读出集成电路2261和2262与穿过第二闪烁体阵列层1162的剩余辐射屏蔽。
辐射屏蔽220和228可以包括钨、氧化铋复合树脂和/或具有将抑制X射线光子到达电路2181和2182以及电路2261和2262的X射线衰减特性的其他材料。在变型中，读出集成电路2181和2182以及电路2261和2262中的至少一个包括辐射硬化的部件。在该变型中，能够省略辐射屏蔽220和228对应于具有辐射硬化的部件的读出集成电路的部分。
在对上面的变型中，仅使用单个读出集成电路(例如，2181，2261等)与第一光传感器阵列层1141连接，并且使用第一导电端2141或第二导电端2221中的任一个或两个来将信号从第一光传感器阵列层1141路由到该单个读出集成电路。在仅使用第一导电端2141或第二导电端和2221中的一个的情况下，能够省略第一导电端2141或第二导电端和2221中的另一个。
类似地，可以仅使用单个读出集成电路(例如，2182，2262等)与第二光传感器阵列层1142连接，并且使用第一导电端2142或第二导电端2222中的任一个或两个来将信号从第二光传感器阵列层1142路由到该单个读出集成电路。在仅使用第一导电端2142或第二导电端2222中的一个的情况下，能够省略第一导电端2142或第二导电端和2222中的另一个。
在又一个变型中，单个读出集成电路(例如2181、2261、2181、2262等)用于第一光传感器阵列层1141和第二光传感器阵列层1142中的全部两者。在另一个变型中，能够与第一传感器阵列层1141和第二光传感器阵列层1142中的一个或两个一起使用超过两个的读出集成电路。
在图示的配置中，第一光传感器阵列层1141和第二光传感器阵列层1142都位于第一闪烁体阵列层1161和第二闪烁体阵列层1162之间，并且探测器阵列110安装在系统100中，使得第一闪烁体阵列层1161接收入射辐射并且第二闪烁体阵列层1162接收穿过第一闪烁体阵列层1161的辐射。
图3在结构上类似于图2，除了：第二组件2122翻转了一百八十度；第一电路2101的第二侧2112与第二闪烁体阵列层1162耦合；并且第一端2142和第二端2222不包绕第二闪烁体阵列层1162的第一端216和第二端224，而是在中心区域300内折叠和反向缠绕并且引导回读出集成电路2182和2262。
图4和图5在结构上类似于图2，除了：第一光传感器阵列层1141包括导电通路(不可见)，所述导电通路将第一光电二极管2061产生的信号路由到第一基板2081的一个或多个边缘400。此外，第二光传感器阵列层1142是背照式光电二极管(BIP)。此外，经由粘合剂或焊锡通过直接倒装法将第一组件2121和第二组件2122耦合。此外，省略了第一电路2101和第二电路2102，并且第二组件2122耦合到基板400。
在图4中，电气连接体402从基板2081面向第一闪烁体阵列层1161的侧404耦合到导电通路，并包绕第一闪烁体阵列层1161，并且电连接到基板400。在图5中，电气连接体402从基板2081的相对侧500耦合到导电通路(基板2081的相对侧500面向第二闪烁体阵列层1162)，并包绕第一闪烁体阵列层1141，并且电连接到基板400。
在图4和图5中，通过导电触点408和第二光传感器阵列层1142中的导电通孔(不可见)，将个体第二光电二极管2062的输出端电耦合到基板400。通过基板400中的导电通孔(不可见)以及基板400和读出集成电路406的导电垫(不可见)，进一步将来自于光电二极管2061和2062的全部两个集合的输出路由到读出电子器件406。
在该实施例中，读出集成电路406包括辐射硬化的部件。在备选实施例中，类似于图2的辐射屏蔽220或228的辐射屏蔽被设置在基板400与读出集成电路406之间。在这样的实施例中，读出集成电路406可以包括或可以不包括辐射硬化的部件。
图6示出了图5的针对读出集成电路的变型。应当认识到，也能够与图2-4中描述的一个或多个实施例一起使用该变型。在该变型中，第一辐射屏蔽600设置在基板400与用于第二组件2122的第一读出集成电路602之间。第一导电连接604将信号从第二组件2122路由到第一读出集成电路602。
导电连接604还为第二基板606提供支撑物，该支撑物支撑第二辐射屏蔽608，第二辐射屏蔽608设置在第二基板606与用于第一组件2121的第二读出集成电路610之间。电气连接体402将信号从第一组件2121路由到第二基板606，并且第二导电连接612将信号从第二基板606路由到第二读出集成电路610。
图7图示了使用与图1-6结合描述的实施例和/或其变型的方法。
在702，辐射源108发射的辐射照射离检查区域106最近的闪烁体阵列层116的第一闪烁体阵列层。
在704，第一闪烁体阵列层吸收辐射的第一部分并且响应于其发射第一光。
在706，对应的第一光传感器阵列层接收该第一光并产生第一输出信号。
在708，相对于闪烁体阵列层的第一闪烁体阵列层离检查区域106较远的闪烁体阵列层的第二闪烁体阵列层吸收穿过第一闪烁体阵列层和第一光传感器阵列层的辐射的第二部分，并响应于其发射第二光。
在710，对应的第二光传感器阵列层接收该第二光并产生第二输出信号。
在712，第一输出信号和第二输出信号被路由到对应的读出电子器件，该读出电子器件路由第一输出信号和第二输出信号，以进行处理。
应当意识到，上述动作的顺序并不是限制性的。如此，本文预见到其他顺序。此外,可以省略一个或多个动作和/或可以包括一个或多个额外的动作。
已经参考优选实施例描述了本发明，其他人在阅读和理解了上述详细描述后，可以做出修改和变化。本发明旨在被解释为包括所有这些修改和变化，只要它们落入权利要求书或其等价要件的范围内。
Claims (11)
1.一种成像系统(100)，包括：
辐射敏感探测器阵列(110)，其包括：
至少两个闪烁体阵列层(116)；以及
至少两个对应的光传感器阵列层(114)，
其中，所述至少两个光传感器阵列层中的至少一个光传感器阵列层在入射辐射的方向上位于所述至少两个闪烁体阵列层之间，其中，在所述至少两个光传感器阵列层中的所述至少一个光传感器阵列层中，直接转换产生的电流小于在所述至少一个光传感器阵列层中由来自于闪烁体的光产生的电流的预定阈值，其中，所述至少两个光传感器阵列层中的所述至少一个光传感器阵列层包括硅或砷化镓中的至少一种，其中，所述至少两个光传感器阵列层中的所述至少一个光传感器阵列层包括安装在薄层上的薄的绝缘体上半导体光电二极管阵列，并且其中，所述至少两个光传感器阵列层中的所述至少一个光传感器阵列层具有小于三十微米的厚度。
2.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述光传感器阵列层中的至少两个光传感器阵列层位于所述至少两个闪烁体阵列层之间。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的成像系统，其中，所述预定阈值小于百分之十、小于百分之五、小于百分之一、小于百分之零点五或小于百分之一的十分之一。
4.根据权利要求1至2中的任一项所述的成像系统，其中，所述至少两个闪烁体阵列层中离入射辐射较近的第一闪烁体阵列层包括具有第一原子序数的第一材料，并且所述至少两个闪烁体阵列层中离入射辐射较远的第二闪烁体阵列层包括具有第二原子序数材料的第二材料，其中，所述第一原子序数小于所述第二原子序数。
5.根据权利要求4所述的成像系统，其中，所述第一闪烁体阵列层包括掺杂质的硒化锌或掺杂质的钇钆铝石榴石中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的成像系统，其中，所述第二闪烁体阵列层包括硫氧化钆或镥铝石榴石中的至少一种。
7.根据权利要求1至2中的任一项所述的成像系统，还包括：
用于所述至少两个光传感器阵列层的不同读出电子器件，其中，所述不同读出电子器件沿所述入射辐射的所述方向堆叠；以及
对应于所述不同读出电子器件的不同辐射屏蔽，其中，每个辐射屏蔽交错在对应的电子器件上的叠层中。
8.一种方法，包括：
利用成像系统(100)的多谱水平探测器阵列(110)探测辐射，
其中，所述探测器阵列包括至少两个闪烁体阵列层(116)；以及至少两个对应的光传感器阵列层(114)，其中，所述至少两个光传感器阵列层中的至少一个光传感器阵列层在沿入射辐射的方向上位于所述至少两个闪烁体阵列层之间，其中，在所述至少两个光传感器阵列层中的所述至少一个光传感器阵列层中，直接转换产生的电流小于在所述至少一个光传感器阵列层中由来自于闪烁体的光产生的电流的预定阈值，其中，所述至少两个光传感器阵列层中的所述至少一个光传感器阵列层包括硅或砷化镓中的至少一种，其中，所述至少两个光传感器阵列层中的所述至少一个光传感器阵列层包括安装在薄层上的薄的绝缘体上半导体光电二极管阵列，并且所述至少两个光传感器阵列层中的所述至少一个光传感器阵列层具有小于三十微米的厚度；
经由所述探测器阵列生成指示所探测的辐射的信号；并且
处理所述信号以生成一幅或多幅图像。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述至少两个光传感器阵列层中的所述至少一个光传感器阵列层将入射在其上的辐射的不足百分之一转换为直接转换电流。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述光传感器阵列层中的至少两个光传感器阵列层位于所述至少两个闪烁体阵列层之间。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述至少两个闪烁体阵列层中的第一闪烁体阵列层包括掺杂质的硒化锌或掺杂质的钇钆铝石榴石中的至少一种，并且所述至少两个闪烁体阵列层中的第二闪烁体阵列层包括硫氧化钆或镥铝石榴石中的至少一种。
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