CN105324683A

CN105324683A - 具有嵌入在tft平板中的cmos传感器的x射线成像器

Info

Publication number: CN105324683A
Application number: CN201480036132.8A
Authority: CN
Inventors: R·韦斯菲尔德; R·科尔贝斯; I·莫洛维; A·甘谷利
Original assignee: Varian Medical Systems Inc
Current assignee: Vision Co., Ltd.
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: US9588235B2; DE112014003002T5; CN105324683B; JP2016524152A; US20150003584A1; WO2014209453A1

Abstract

一种x射线成像设备包括：被配置成由x射线来生成光的闪烁体层、用以检测在闪烁体中生成的光的在闪烁体层的第一表面处的TFT检测器阵列、以及用以检测在闪烁体中生成的光的在闪烁体层的第二表面处的CMOS传感器。

Description

具有嵌入在TFT平板中的CMOS传感器的X射线成像器

技术领域

本公开的实施例涉及x射线成像设备和方法。特别地，描述了具有嵌入在TFT平板中的CMOS传感器的x射线成像设备。

背景技术

当前，大多数平板x射线成像器基于非晶硅(a-Si)薄膜晶体管(TFT)传感器技术。虽然TFT平板成像器能够提供大视场(FOV)的图像，然而它们在分辨率、低剂量性能和读出速度中具有限制。分辨率通常限制为用于低速乳房x线照相术应用的大约70μm以及更通常地限制为用于放射照相术成像的140μm。在动态应用中，为了实现合理的低剂量性能，无论是在全分辨率还是合并(bin)操作模式中，使用180μm到400μm的更大的有效像素大小，其中x射线量子限制的剂量在3-10nGy的范围内，由每像素大约1000e的最小电子噪声来指示。可用的最大读出速度通常在用于全分辨率的每秒15帧(fps)到用于合并分辨率的30fps的范围内，其受到像素中的电荷转移速度以及对于滤除由平板成像器中的大的寄生数据线电容生成的电子噪声的需要的限制。另外，a-Si光电二极管加载有深的陷阱，其可以产生图像鬼影伪像。

已经开发了克服分辨率限制、低剂量性能限制和读取速度限制的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。像素放大器可以增加由x射线光子生成的信号，以将量子限制的剂量相对于a-SiTFT平板减小至少10倍。虽然这样的放大器的确占据像素的很大空间，然而可以在这一技术中很容易实现最低50μm的分辨率。由于这一技术中产生的晶体硅(c-Si)的更高的迁移率以及光电二极管的更低的像素电容，读出速度不再受到像素中的电荷转移的限制，并且可以使用更大带宽的放大器而不对电子噪声进行折中。通过CMOS技术可实现100fps以上的读出速度。另外，由c-Si制成的光电二极管通常不包含显著水平的深陷阱，并且因此CMOS传感器中不存在由于光电二极管而产生的图像鬼影。

CMOS图像传感器通常用在光学相机中并且通常没有设计有用于X射线成像器的大的动态范围和线性要求。X射线传感器使用全CMOS晶片(通常直径为8或12英寸)并且通常平铺以实现大面积的格式。CMOS传感器可以克服a-SiTFT平板检测器的很多技术缺点，但是由多个CMOS晶片构建检测器的成本被认为对于几乎所有的医疗设备应用是过高的。

发明内容

本公开提供一种x射线成像设备，其包括有限面积的高性能传感器，诸如叠加在诸如a-SiTFT图像传感器的大面积平板上的CMOS图像传感器。这一独特的设计利用从具有a-SiTFT面板的廉价的大面积特性的CMOS传感器可获得的高性能特性。例如，在有效检测区区为30x30cm的典型的大TFT平板检测器中，可以在例如TFT面板检测器的中间嵌入10x10cm的CMOS传感器。所得到的“混合”检测器比完全平铺的CMOS传感器廉价很多。

CMOS传感器和TFT平板检测器的分辨率可以被设计为使得TFT平板检测器的原始分辨率是CMOS传感器的分辨率的整数倍。例如，可以4x4合并50μm的CMOS传感器以匹配200μm的TFT面板检测器，或者可以2x2合并70μm的CMOS传感器以匹配140μm的TFT面板检测器。可以使用软件插值来转换来自CMOS传感器的更高分辨率的图像以匹配TFT平板检测器的更低的分辨率。

CMOS传感器和TFT面板检测器可以共享可以插入在TFT面板检测器与CMOS传感器之间的公共的闪烁体层(诸如CsI:Tl)。反射涂层或者可拆卸反射器可以在CMOS传感器外围覆盖闪烁体。CMOS传感器外围的闪烁体上的光学涂层可以被选择为匹配CMOS传感器的光学反射特性使得TFT检测器像素响应受到最小影响。提供各种实施例和布置以连接更小的CMOS传感器以便使得邻接的TFT面板检测器能够正常操作。

所提供的x射线成像设备可以用各种方式来使用。对于一般成像，TFT面板检测器可以自身使用或者使用适当的软件无缝地组合来自两个成像器的信号而结合CMOS传感器像素来使用。当用户希望缩小在感兴趣的区域(ROI)上并且降低到周围区域的辐射剂量时，用户可以将检测器集中在ROI上，并且然后切换检测器以便以更高的分辨率水平直到CMOS传感器的原始分辨率从CMOS传感器读取。这可以通过使用可编程准直仪阻挡ROI外围的X射线曝光来完成。替选地，可以使用低吸收准直仪来获取低剂量外围图像，同时以更高的剂量和分辨率来查看中央区域。包括ROI和外围区域的整个图像可以通过使用低吸收准直仪来获得，低吸收准直仪可以提供在更高剂量的中央区域周围的减小的剂量。

提供本“发明内容”以便以简化的形式来介绍所选实施例，而非意在表明要求保护的主题的关键特征或者重要特性，也并非意在用于帮助确定要求保护的主题的范围。“具体实施方式”中描述其他实施例。

附图说明

在结合附图和下面提供的所附权利要求阅读下面的详细描述时能够很好地理解所公开的方法和装置的这些以及其他特征和优点，在附图中：

图1是示意性地图示根据本公开的一些实施例的成像系统的框图；

图2示意性地图示根据本公开的一些实施例的包括TFT面板、闪烁体层和CMOS传感器的示例性成像设备；

图3示意性地图示根据本公开的一些实施例的包括CMOS传感器、闪烁体层和TFT面板的示例性成像设备；

图4-6示意性地图示根据本公开的一些实施例的其中x射线在闪烁体层中传播之前穿过TFT面板的示例性成像设备的各种实施例；

图7-10示意性地图示根据本公开的一些实施例的其中x射线在闪烁体层中传播之前穿过CMOS传感器的示例性成像设备的各种实施例；以及

图11是图示根据本公开的一些实施例的示例性成像方法的流程图。

具体实施方式

描述x射线成像设备和成像方法的各种实施例。应当理解，本公开不限于这样描述的特定实施例，这些实施例当前可以变化。结合特定实施例描述的方面不一定限于该实施例，而是可以在任何其他实施例中来实践。另外，在下面的描述中，可以给出诸如具体材料、尺寸、过程等的示例等具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，本领域普通技术人员应当清楚，实践本公开的实施例不需要采用这些具体细节。在其他情况下，可能没有详细描述众所周知的部件或过程步骤以免不必要地模糊本公开的实施例。

可以使用诸如“前”、“后”、“顶”和“底”、“上”、“下”、“上方”、“下方”等各种相对术语以促进对各种实施例的描述。相对术语关于结构的常规方位来限定，而不必表示结构在制造或使用时的实际方位。因此，下面的详细描述不应当在限制意义上来理解。如描述和所附权利要求中所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另外清楚地指出。因此，例如，对“CMOS传感器”的引用可以包括一个或多个CMOS传感器，并且对“TFT晶体管”的引用可以包括本文中所描述的结构的一个或多个TFT晶体管。

如本文中所使用的，术语“闪烁体层”是指x射线成像设备中被配置成将x射线光子转换成可见光的功能层。在操作中，闪烁体层材料与x射线光子交互，以增加闪烁体中的原子的能量。当闪烁体中的能量激活的原子回到其基态时，它们发出可见光。可见光然后可以通过耦合到闪烁体层的检测器阵列来检测。

如本文中所使用的，术语“TFT检测器阵列”是指包括多个检测像素的检测器阵列，每个检测像素包括光敏元件和薄膜晶体管。TFT检测器阵列可以形成在支承和非导电基板或衬底上，半导体、电介质和金属接触(TFT晶体管)的薄膜布置在支承和非导电基板或衬底上并且光敏元件形成在支承和非导电基板或衬底上。TFT检测器阵列和其上形成有TFT检测器阵列的基板或衬底在本公开中可以统称为TFT检测器面板或TFT面板。

如本文中所使用的，术语“CMOS检测器阵列”是指包括多个检测像素的检测器阵列，每个检测像素包括光敏元件和互补金属氧化物半导体电路或多晶硅氧化物半导体电路。CMOS检测器阵列可以形成在用作CMOS电路的有源半导体的晶片或衬底上。CMOS检测器阵列和CMOS检测器阵列形成在其上的半导体晶片在本公开中可以统称为CMOS传感器。

如本文中所使用的，术语“不同的检测器”是指具有不同的像素设计、架构或大小和/或具有引起第一和第二检测器具有不同的分辨率、灵敏度、检测速度和/或其他特性的任何其他不同特征或结构的第一和第二检测器。例如，如果第一检测器包括TFT检测器阵列并且第二检测器包括CMOS传感器，则第一检测器不同于第二检测器。如果像素设计、架构和/或大小不同和/或如果第一和第二TFT检测器的任何其他特征不同从而引起第一和第二TFT检测器的分辨率、灵敏度、检测速度和/或其他特性不同，则第一TFT检测器不同于第二TFT检测器。

本公开中提供了一种x射线成像设备。x射线成像设备可以包括被配置成由x射线生成可见光并且具有第一表面和第二表面的闪烁体层。x射线成像设备可以包括在第一表面处并且被配置成检测在闪烁体层中生成的光的第一检测器以及在第二表面处并且被配置成检测在闪烁体层中生成的光的第二检测器。第一检测器和第二检测器不同。举例而言，第一检测器和第二检测器可以是不同的TFT检测器。第一检测器可以包括具有第一像素大小的多个第一检测像素，并且第二检测器可以包括可选地具有小于第一像素大小的第二像素大小的多个第二检测像素，或者像素大小可以相同。替选地或者另外地，第一检测器可以包括限定第一有效检测区区的多个第一检测像素，并且第二检测器可以包括限定小于第一有效检测区区的第二有效检测区区的多个第二检测像素。多个第一检测像素可以具有第一灵敏度，并且多个第二检测像素可以具有大于第一灵敏度的第二灵敏度。替选地或者另外地，多个第一检测像素可以具有第一检测速度，并且多个第二检测像素可以具有大于第一速度的第二检测速度。因此，根据本公开，提供了一种x射线成像设备，其包括夹有单个闪烁体层的不同的检测器，其中一个检测器可以被设计用于特定的增强操作，诸如更高分辨率、更高灵敏度和更低剂量、更高速度等。

在一些实施例中，第一检测器可以包括包含多个第一检测像素的TFT检测器阵列。第二检测器可以包括包含多个第二检测像素的CMOS传感器。TFT检测器阵列的第一检测像素具有第一像素大小。CMOS传感器的第二检测像素具有第二像素大小。CMOS传感器的第二像素大小可以小于TFT检测器阵列的第一像素大小。在一些实施例中，TFT检测器阵列的第一像素大小可以是CMOS传感器的第二像素大小的整数倍。

第一检测器提供由TFT检测器阵列的多个第一检测像素限定的第一有效检测区区。第二检测器包括由CMOS传感器的多个第二检测像素限定的第二有效检测区区。由CMOS传感器提供的第二有效检测区区可以小于由TFT检测器阵列提供的第一有效检测区区。

在一些实施例中，由TFT检测器阵列提供的第一有效检测区区可以基本上覆盖闪烁体层的整个第一表面。由CMOS传感器提供的第二有效检测区区可以覆盖闪烁体层的第二表面的部分。在一些实施例中，未由CMOS传感器的第二有效检测区区覆盖的闪烁体层的第二表面的部分可以涂覆有反射涂层。在一些实施例中，可拆卸反射器可以附接到未由第二有效检测区覆盖的闪烁体层的第二表面的部分。在一些实施例中，未由第二有效检测区区覆盖的闪烁体层的第二表面的部分可以涂覆有光学涂层，光学涂层具有基本上与CMOS传感器的反射率相同的反射率。

在一些实施例中，第二检测器可以包括并排平铺的两个或更多个CMOS传感器以提供例如矩形或正方形的更大的有效检测区区。例如，由平铺的CMOS传感器提供的有效检测区区可以基本上覆盖闪烁体层的第二表面的整个宽度和侧部。

x射线成像设备中的闪烁体层、第一检测器和第二检测器可以布置成各种配置。在一些实施例中，闪烁体层、第一检测器和第二检测器可以被布置成使得入射的x射线在闪烁体层中传播之前首先穿过TFT检测器阵列。举例而言，第一检测器可以包括基本上透射x射线的基板以及TFT检测器阵列，并且被布置在闪烁体层的第一表面处使得TFT检测器阵列在基板与闪烁体层之间。这样，x射线在使用时在闪烁体层中传播之前穿过基板以及然后穿过TFT检测器阵列。

第二检测器可以包括CMOS晶片和多个检测像素，并且被布置在闪烁体的第二表面处使得检测像素在闪烁体层与CMOS晶片之间。CMOS晶片可以在外围附近设置有通孔使得诸如弯曲连接器等电接触能够通过通孔耦合到CMOS检测像素。替选地，闪烁体层与CMOS传感器之间可以布置有光纤面板(FOFP)。这样，弯曲连接器可以耦合到CMOS检测像素而不需要在CMOS晶片中有通孔。在一些实施例中，第二检测器可以布置在闪烁体的第二表面处使得CMOS晶片在闪烁体层与CMOS检测像素之间。这样，在闪烁体中生成的光在由CMOS检测像素检测之前穿过CMOS晶片。

在替选实施例中，闪烁体层、第一检测器和第二检测器可以布置成使得x射线在闪烁体层中传播之前首先穿过CMOS传感器。举例而言，第二检测器可以包括CMOS晶片和多个检测像素，并且被布置成使得CMOS检测像素在闪烁体层与CMOS晶片之间。可以在CMOS晶片的外围附近设置通孔以通过通孔实现到CMOS检测像素的电耦合。在替选实施例中，在CMOS检测像素与闪烁体层之间可以布置有闪烁体的另外的薄层使得闪烁体层与CMOS晶片的外围之间设置有空间以使得弯曲连接器能够与CMOS检测像素耦合。在一些实施例中，第二检测器被布置成使得CMOS晶片在闪烁体层与CMOS检测像素之间使得光在被CMOS检测像素检测之前穿过CMOS晶片。

现在将参考附图来描述示例性实施例。应当注意，附图并不一定按比例绘制。附图仅意在促进对具体实施例的描述，而非意在作为穷尽式的描述或者作为对本公开的范围的限制。

图1是示意性地图示根据本公开的一些实施例的示例性成像系统100的框图。成像系统100可以包括x射线成像设备102、控制及处理系统104、用户接口106和显示器108。通过用户接口106，诸如图形用户接口、键盘、鼠标等，控制及处理系统104可以生成用于成像设备102的控制信号，成像设备102反过来提供图像数据信号。控制及处理系统104可以处理图像数据信号，并且提供处理后的图像用于在显示器108上显示，其中处理图像数据信号包括下面更详细地描述的将来自成像设备的TFT面板和CMOS传感器的图像信号组合。

图2示意性地示出根据本公开的一些实施例的示例性成像设备200。成像设备200包括具有第一表面204和第二表面206的闪烁体层202。如图2所示，闪烁体层202的第一表面204可以是面对入射x射线的前表面。包括TFT检测器阵列的第一检测器208可以布置在第一表面204处并且被配置成检测在闪烁体层202中生成的光。包括CMOS检测器阵列的第二检测器210可以布置在第二表面206处并且被配置成检测在闪烁体层202中生成的光。如图2所示，第一检测器208、闪烁体层202和第二检测器210可以被布置成使得x射线在闪烁体层202中传播之前穿过TFT检测器阵列208。

TFT检测器阵列208可以包括限定第一有效检测区区的多个第一检测像素，第一有效检测区区可以基本上覆盖闪烁体层202的整个第一表面204。CMOS检测器210可以包括限定第二有效检测区区的多个第二检测像素，第二有效检测区区可以覆盖闪烁体层202的第二表面206的部分，例如中间或中央部分。未由CMOS检测器210的第二有效检测区区覆盖的闪烁体层202的第二表面206的部分可以涂覆有反射涂层212。替选地，可拆卸反射器可以附接到闪烁体层的第二表面的未覆盖的部分。第二表面的未覆盖的部分上的光学涂层212或可拆卸反射器可以被选择为匹配CMOS检测器210的光学反射特性使得TFT检测器208的像素响应受到最小影响。

图3示意性地示出示例性成像设备300的替选实施例。图3所示的成像设备在很多方面类似于图2所示的成像设备200。例如，成像设备300可以包括具有第一表面204和第二表面206的闪烁体层202、包括布置在第一表面204处的TFT检测器阵列的第一检测器208、以及包括布置在第二表面206处的CMOS检测器阵列的第二检测器210。TFT检测器208可以提供基本上可以覆盖闪烁体层202的整个第一表面204的第一有效检测区区。CMOS检测器210可以提供可以覆盖闪烁体层202的第二表面206的部分(诸如中间或中央部分)的第二有效检测区区。未由CMOS检测器210的第二有效检测区区覆盖的闪烁体层202的第二表面206的部分可以涂覆有反射涂层212。替选地，可拆卸反射器可以附接到闪烁体层202的第二表面206的未覆盖的部分。不同于图2所示的成像设备200，在图3所示的成像设备300中，闪烁体层202的第二表面206是面对入射x射线的前表面。第一检测器208、闪烁体层202和第二检测器210被布置成使得x射线在闪烁体层202中传播之前首先穿过CMOS检测器210。

闪烁体层202可以包括被配置成由x射线生成可见光的任意合适的闪烁体材料。示例性闪烁体材料包括但不限于硫氧化钆(Gd₂O₂S:Tb)、钨酸镉(CdWO₄)、锗酸铋(Bi₄Ge₃O₁₂或BGO)、碘化铯(CsI)、掺铊碘化铯(CsI:Tl)、或其任意组合。闪烁体可以被结构化或像素化。结构化的闪烁体可以包括柱状或针状结构，其可以用作朝着检测像素传送在其内发出的光的光管。像素化的闪烁体矩阵可以通过将闪烁体晶体切成平行六面体来形成，平行六面体然后被涂覆有反射或吸收涂层的层并且重新结合在一起。结构化的或者像素化的闪烁体可以减小闪烁体中的光扩展并且帮助改善分辨率。替选地，闪烁体层可以是非结构化的或非像素化的。清楚或连续的闪烁体或磷光体屏幕的使用可以减小制造成像设备的成本。

TFT检测器208可以包括被配置成响应于在闪烁体层202中产生的光来生成电信号的多个检测像素。TFT检测器阵列的结构及其制作方法在本领域已知，并且因此本文中省略了其详细描述以避免模糊对本公开的实施例的描述。通常，TFT检测器阵列可以通过沉积和图案化半导体、电介质和金属接触的薄层而形成在由诸如玻璃、塑料或其他这样的材料等制成的基板或衬底上。TFT检测器阵列可以包括布置成行和列或其他图案以形成有效检测区区的大量(例如几十万个或者几百万个)检测像素。每个检测像素可以具有从大致70μm到400μm的像素大小。每个检测像素可以包括用于将光转换成电荷的光敏元件以及用于访问电荷的薄膜晶体管。光敏元件可以是光电二极管、光电门、光电晶体管或其他光敏元件。薄膜晶体管可以是非晶硅(a-Si)TFT。检测像素可以由驱动器电路来访问并且电信号可以由读出电路来接收。到检测像素的电耦合或连接可以由例如带式自动键合(TAB)或导线键合来实现。电信号可以被放大，通过模数变换器(ADC)被转换，并且所得到的数字化的信号然后可以被复用、缓冲和传输给控制及处理系统用于进一步的处理(图1)。

CMOS检测器210可以包括被配置成响应于在闪烁体层202中生成的光来生成电信号的多个检测像素。CMOS检测器阵列的结构和制作方法在本领域中已知，并且因此在此省略了其详细描述以免模糊对本公开的实施例的描述。通常，先进的亚微米或深亚微米(0.5μm、0.35μm、0.25μm、0.18μm)CMOS技术可用于在半导体晶片上制造CMOS传感器，其直径通常为8或12英寸。CMOS传感器可以包括被布置成行和列或者其他图案以形成有效检测区区的大量检测像素。CMOS技术使得能够实现用于图像检测器的更小的像素和灵活的读出方案。因此，CMOS成像器可以以更高分辨率记录更小对象。举例而言，每个CMOS像素可以具有在10-100μm的范围内的像素大小。每个检测像素可以包括用于将光转换成电荷的光敏元件(诸如光电二极管)以及一个或多个MOS晶体管。CMOS检测像素可以形成为被动像素架构，其中每个像素包括用于将光子转换成电荷的光电二极管以及用于访问所产生的电荷的晶体管。CMOS检测像素还可以形成为主动像素架构，其中每个像素可以包括光电二极管以及更多晶体管以增加信噪比。像素中可以包括放大器晶体管以增强信号，从而将量子受限的剂量减小为a-SiTFT平板的至少10分之一。像素信号可以由读出电路来访问，并且到CMOS像素的电耦合或连接可以由例如带式自动键合(TAB)、导线键合或其他灵活的连接器来实现。电信号可以被放大，通过模数变换器(ADC)被转换，并且所得到的数字化的信号然后可以被复用、缓冲和传输到控制及处理系统用于进一步的处理(图1)。

在一些实施例中，CMOS传感器210可以被构造成具有耐辐射性或者承受由x射线辐射引起的损伤。使得CMOS传感器耐辐射的方法在本领域中已知，并且本文中省略了其详细描述。通常，CMOS传感器的耐辐射性可以通过使用物理设计技术(包括封闭的几何形状、保护环、以及其他合适的耐辐射布置)来实现。

在本公开的一些实施例中，可以平铺两个或更多个CMOS传感器210以提供更大的有效检测区区。例如，可以并排平铺两个或四个CMOS传感器以提供矩形或正方形或其他合适形状的更大的有效检测区区。组合的检测区可以基本上覆盖闪烁体层202的第二表面206的整个宽度或侧部。

在一些实施例中，CMOS传感器210的检测像素可以具有小于TFT检测器208的检测像素的像素大小的像素大小。在一些实施例中，TFT检测器208的像素大小可以是CMOS传感器210的像素大小的整数倍。举例而言，CMOS传感器210可以具有50μm的像素大小，并且CMOS像素在操作中可以按照4x4合并以匹配TFT检测器208的200μm的像素大小。在另一示例中，CMOS传感器210可以具有70μm的像素大小，并且CMOS像素在操作中可以按照2x2合并以匹配TFT检测器208的140μm的像素大小。可以使用软件插值来转换来自CMOS传感器的更高分辨率的图像以匹配TFT检测器的更低分辨率。

返回图1，控制及处理系统104可以包括被配置成在各种合并模式和缩放水平下无缝地组合来自CMOS和TFT检测器阵列的图像信号的软件程序。软件程序可以被构造成通过在边界处插入像素值并且填充该值以便在两个图像之间进行平滑过渡来处理CMOS和TFT检测器阵列之间的边界。软件程序也可以被构造成匹配来自CMOS和TFT检测器阵列的图像之间的对比度，因为两个单元可以具有不同的x射线灵敏度。在一些实施例中，图1所示的成像系统100还可以包括由x射线过滤材料构造的准直仪(未示出)，并且控制系统104可以被配置成控制准直仪和/或x射线源的操作使得被高分辨率的CMOS检测器阵列覆盖的成像设备102的中央区域可以接收更高剂量用于获取高的信噪比，并且CMOS检测阵列外部的外围区域可以接收更低剂量用于通过TFT检测器阵列来获取更大的整体图像，同时减小给患者的剂量。准直仪可以包括一个或多个可移动的叶片以提供不同水平的x射线衰减。2013年9月26日提交的题为“Real-TimeMovingX-RayCollimatorsMadewithX-RayFilteringMaterial”的美国申请第14/037,763描述了能够结合本公开的成像设备的各种实施例来使用的准直仪的各种实施例。美国申请第14/037,763的公开通过引用整体合并于此。为了使得整个图像上的像素信号水平平坦化，外围图像可以向准直仪控件提供反馈以增加或减小x射线衰减从而获取类似于在高分辨率区域中所期望的更低信号水平的图像信号。

现在参考图4，将描述示例性成像设备400。成像设备400包括TFT平板检测器402、CMOS传感器404、以及在TFT平板402与CMOS传感器404之间的闪烁体层406。TFT平板检测器402、闪烁体层406和CMOS传感器404被布置成使得x射线在闪烁体层406中传播之前穿过TFT平板402。

TFT平板402可以包括由例如玻璃或其他透明材料制成的衬底48、以及可以沉积在衬底408上或者被形成为以任意合适的方式位于衬底408之上的TFT检测器阵列410。CMOS传感器404可以包括晶片412以及在晶片412上制造的CMOS检测器阵列414。CMOS传感器404可以包括采集由x射线直接在CMOS晶片中生成的电荷并且将电荷分流到接地以防止尖刺噪声(sparklenoise)的电路。闪烁体层406可以直接沉积在FTF平板402上，并且CMOS传感器404可以通过例如胶合、按压或者其他合适的方式耦合到闪烁体层406。替选地，闪烁体层406可以沉积在具有窗口的可拆卸板(诸如铝或碳纤维板)上，CMOS传感器404安装在窗口中。闪烁体层406可以蒸镀在包括可拆卸板和CMOS传感器404的组件上，并且然后组件可以通过例如胶合、按压或者其他合适的方式耦合到TFT面板402。TFT面板402可以提供相对较大的有效检测区区，诸如30x30cm或30x40cm。闪烁体层406可以基本上覆盖TFT检测器阵列402的整个有效检测区区。CMOS传感器404可以提供有限的有效检测区区，诸如10x10cm，并且可以集中在闪烁体层406下面。

到TFT面板402的检测像素的接触可以通过带式自动键合(TAB)、导线键合或其他合适的装置416来实现。到CMOS传感器404的检测像素414的接触可以通过合适的柔性连接器418来实现。可以在CMOS传感器404的制造期间在CMOS晶片412中形成通孔以及合适的金属接触以使得弯曲连接器418能够通过CMOS晶片404的背面来访问检测像素414。

仍然参考图4，TFT面板402、闪烁体层406和CMOS传感器404的整个组件可以用防潮层(未示出)(诸如二萘嵌苯等)来密封。可选地，整个组件可以用不同的材料来喷涂以增强在TFT面板的外围的闪烁体的反射率或者使在CMOS传感器的外围周围的区域适当地变黑，使得闪烁体的反射率类似于CMOS传感器的反射率。替选地，可拆卸反射器可以安装在CMOS传感器的外围周围。以这一方式，外围的TFT检测像素的灵敏度可以被增强或者与阵列的中央像素更好地匹配。如图4所示，可以在CMOS传感器404周围施加光学涂层420。

在操作中，x射线通过TFT面板402的背面进入成像设备400，即x射线穿过衬底402并且然后在闪烁体406中传播之前穿过检测器阵列410。在闪烁体406和TFT面板402的界面附近生成的光可以通过大面积的TFT检测器阵列410的来检测。在闪烁体406和CMOS传感器404的界面附近生成的光可以通过CMOS检测像素414以高分辨率来检测。

图5图示示例性成像设备420，其是图4所示的成像设备400的变型。相比较而言，图5所示的成像设备420在很多方面类似于图4所示的成像设备400，并且包括TFT平板检测器402、CMOS传感器404以及在TFT平板402与CMOS传感器404之间的闪烁体层406。TFT平板402、闪烁体层406和CMOS传感器404被布置成使得x射线在闪烁体层406中传播之前穿过TFT平板402。不同于图4所示的成像设备400，图5所示的成像设备420中的CMOS传感器404倒置或者被布置成使得在闪烁体层406中生成的光在被CMOS检测像素414检测之前穿过CMOS晶片412。这一配置是有利的，因为柔性连接器418对CMOS检测像素414的访问可以更容易而不需要在CMOS晶片412中有通孔。背照式CMOS传感器404还可以提供在CMOS传感器404中的光敏元件上方堆叠电子电路的可能性，因此，可以使得用于像素电路中的光电二极管和存储电容器的空间最小化，以便实现用于CMOS传感器的更高的填充因子和动态范围。在一些实施例中，可以在制作背照式传感器时使CMOS晶片412减薄为例如大致10μm。

图6图示示例性成像设备440，其是图4所示的成像设备400的另外的变型。相比较而言，图6所示的成像设备440在很多方面类似于图4所示的成像设备400，并且包括TFT平板检测器402、CMOS传感器404以及在TFT平板402与CMOS传感器404之间的闪烁体层406。TFT平板402、闪烁体层406和CMOS传感器404被布置成使得x射线在闪烁体层406中传播之前穿过TFT平板402。不同于图4所示的成像设备400，图6所示的成像设备440还包括在闪烁体层406与CMOS传感器404之间的光纤面板(FOFP)422。光纤面板422可以直接向面朝上的CMOS传感器404传输在闪烁体406中生成的光子而没有分辨率损失。FOFP422可以包含铅玻璃纤维以防止x射线与CMOS传感器404的直接相互作用，否则其可能引起尖刺噪声。光纤面板422还可以在闪烁体层406与CMOS传感器404外围之间提供空间以使得柔性连接器418能够与CMOS传感器404的顶部上的CMOS检测像素414接触。

参考图7，现在将描述另一示例性成像设备500。成像设备500包括CMOS传感器502、TFT平板检测器504以及在CMOS传感器502与TFT平板504之间的闪烁体层506。CMOS传感器502、闪烁体层506和TFT平板504被布置成使得x射线能够在闪烁体层506中传播之前穿过CMOS传感器504。

CMOS传感器502可以包括晶片508和在晶片508上制造的检测器阵列510。CMOS传感器502可以包括采集由x射线直接在CMOS晶片中生成的电荷并且将电荷分流到接地以防止尖刺噪声的电路。CMOS电路可以被设计和制造成具有足够的耐辐射性以避免CMOS传感器中缺陷的生成。

TFT平板504可以包括由例如玻璃或其他透明材料制成的衬底512以及TFT检测器阵列514。闪烁体层506可以通过例如闪烁体蒸镀工艺直接沉积在TFT面板504上并且位于TFT检测器阵列514之上。晶片508上的CMOS检测器阵列510可以通过例如胶合、按压或其他合适的方式耦合到闪烁体506。替选地，闪烁体506可以沉积在具有窗口的可拆卸板(诸如铝或碳纤维板)上，CMOS传感器502安装在窗口中。闪烁体506可以蒸镀在包括可拆卸板和CMOS传感器的组件上，并且然后组件可以通过例如胶合、按压或者其他合适的方式耦合到TFT面板504。TFT面板504可以提供相对较大的有效检测区区，诸如30x30cm或30x40cm。闪烁体层506可以基本上覆盖TFT面板504的整个有效检测区区。CMOS传感器502可以提供有限的有效检测区区，诸如10x10cm，并且可以集中在闪烁体层下面。

在图7所示的实施例中，TFT面板504面朝上或者被布置成使得TFT检测器阵列514与闪烁体层506接触。CMOS传感器502倒置或者被布置成使得CMOS检测像素510与闪烁体层506接触。CMOS传感器502被示出为在设备的中央；然而，CMOS传感器502也可以位于设备的侧部或其他位置附近。

CMOS传感器502、闪烁体层506和TFT面板504的整个组件可以用防潮层(未示出)(诸如二萘嵌苯等)来密封。可选地，CMOS传感器的外围中的闪烁体可以涂覆有光学涂层520以增强或减小TFT面板504的反射率使得板的中央的TFT像素514的反射率与TFT面板的其余部分更好地匹配。替选地，可拆卸反射器可以安装在CMOS传感器502的外围周围。

在图7中，到CMOS传感器502的检测像素510的电连接可以通过晶片508的背面来制作。例如，可以在CMOS传感器502的制造期间形成晶片508中的通孔以使得柔性连接器516能够与检测像素510连接。柔性连接器516可以被制成为充分薄使得其基本上不会衰减通过其的x射线。可能由弯曲连接器516引起的阴影可以在图像处理期间使用合适的软件来被校正。到TFT面板504的检测像素514的电连接可以通过带式自动键合(TAB)、导线键合或其他合适的装置518来实现。

仍然参考图7，在操作中，x射线通过CMOS传感器502的背面进入成像设备500，即x射线穿过CMOS晶片508并且然后在闪烁体506中传播之前穿过CMOS检测像素510。在闪烁体层506和CMOS传感器510的界面附近生成的光可以通过CMOS检测像素510以高分辨率来检测。在闪烁体506和TFT面板504的界面附近生成的光可以通过大面积的TFT检测器阵列514的来检测。

图8图示作为图7所示的成像设备500的变型的示例性成像设备520。相比较而言，图8所示的成像设备520在很多方面类似于图7所示的成像设备500。例如，图8所示的成像设备520包括CMOS传感器502、TFT平板检测器504以及在CMOS传感器502与TFT平板504之间的闪烁体层506。CMOS传感器502、闪烁体层506和TFT平板504被布置成使得x射线在闪烁体层506中传播之前穿过CMOS传感器502。不同于图7所示的成像设备500，在图8所示的成像设备520中，CMOS传感器502面朝上或者被布置成使得CMOS晶片508与闪烁体层506接触，并且在操作中，在闪烁体506中生成的光在被CMOS检测像素510检测之前穿过CMOS晶片508。与CMOS检测像素510的弯曲连接516可以制作在CMOS传感器502的顶部上。另外，CMOS晶片508可以更薄，例如为大约10μm以减小到下面的闪烁体506的x射线衰减。这一配置可以提供在CMOS传感器502中的光电二极管之上堆叠电子电路的可能性，并且因此，可以使得用于像素电路中的光电二极管和存储电容器的空间最小化，以便实现用于CMOS传感器502的更高的填充因子和动态范围。

图9图示作为图7所示的成像设备500的另外的变型的示例性成像设备540。相比较而言，图9所示的成像设备540在很多方面类似于图7所示的成像设备500。例如，图9所示的成像设备540包括CMOS传感器502、TFT平板检测器504以及在CMOS传感器502与TFT平板504之间的闪烁体层506。CMOS传感器502、闪烁体层506和TFT平板504被布置成使得x射线在闪烁体层506中传播之前穿过CMOS传感器502。不同于图7所示的成像设备500，在图9所示的成像设备540中，可以在CMOS传感器502的检测像素510的顶部上沉积闪烁体材料522的薄层。闪烁体层522的成分可以与闪烁体层506相同或不同。闪烁体层522的厚度可以被选择为使得电连接器516能够与CMOS传感器502的检测像素510连接，但是并非足够大以使得穿过CMOS传感器502进入下面的TFT检测器阵列514的x射线明显衰减。通常，闪烁体层522的厚度可以是25-150μm。到TFT面板504的检测像素514的电连接518可以通过带式自动键合(TAB)、导线键合或其他合适的装置来制作。

图10图示作为图7所示的成像设备500的另外的变型的示例性成像设备560。相比较而言，图10所示的成像设备560在很多方面类似于图7所示的成像设备500，并且包括CMOS传感器502、TFT平板检测器504以及在CMOS传感器502与TFT平板504之间的闪烁体层506。CMOS传感器502、闪烁体层506和TFT平板504被布置成使得x射线在闪烁体层506中传播之前穿过CMOS传感器502。不同于图7所示的成像设备500，图10所示的成像设备560还包括在闪烁体层506与CMOS传感器502之间的光纤面板(FOFP)524。光纤面板524可以直接向面朝下的CMOS传感器502传输在闪烁体506中生成的光子而没有分辨率损失。FOFP524可以是x射线透明的，使得x射线能够穿过其以激发下面的闪烁体506。FOFP524还可以在闪烁体层506与CMOS传感器502外围之间提供空间以使得柔性连接器516能够与CMOS检测像素510接触，从而消除对CMOS晶片508中的通孔的需要。

图11是图示根据本公开的一些实施例的示例性成像方法的流程图。成像设备可以是以上结合图1-10描述的任何成像设备。例如，成像设备可以包括第一检测器阵列(例如CMOS检测器阵列)、第二检测器阵列(例如TFT检测器阵列)以及在第一和第二检测器阵列之间的闪烁体层。第一检测器阵列可以包括限定第一有效检测区区的多个第一检测像素，并且第二检测器可以包括限定大于第一有效检测区区的第二有效检测区区的多个第二检测像素。在方法中，可以相对于要成像的本体部分定位成像设备(602)。然后，可以将x射线束指向本体部分(604)。可以使用第一检测器阵列来获取第一图像信号(606)。可以使用第二检测器阵列来获取第二图像信号(608)。可以使用第一和第二图像信号来计算第三图像(610)。在计算第三图像时，可以使用现有技术中已知的算法对第一图像信号和第二图像信号进行插值。

在一些实施例中，x射线束可以被准直以提供第一光束部分和第二光束部分。第一光束部分可以具有第一剂量水平。第二光束部分可以具有小于第一剂量水平的第二剂量水平。这样，可以使用第一光束部分和第一检测器阵列来获取第一图像信号，并且可以使用第二光束部分和第二检测器阵列来获取第二图像信号。

已经描述了成像设备的示例性实施例。本领域技术人员应当理解，可以在本公开的精神和范围内做出各种修改。所有这些或其他变型和修改都被发明人考虑到并且在本公开的范围内。

Claims

1.一种x射线成像设备，包括：

闪烁体层，被配置成由x射线来生成光，所述闪烁体层包括第一表面和第二表面；

第一检测器，在所述第一表面处并且被配置成检测在所述闪烁体层中生成的光，所述第一检测器包括多个第一检测像素；以及

第二检测器，在所述第二表面处并且被配置成检测在所述闪烁体层中生成的光，所述第二检测器包括多个第二检测像素，其中所述第二检测器不同于所述第一检测器。

2.根据权利要求1所述的x射线成像设备，其中所述第一检测器包括TFT检测器阵列，所述TFT检测器阵列包括具有第一像素大小的所述多个第一检测像素，并且所述第二检测器包括CMOS传感器，所述CMOS传感器包括具有小于所述第一像素大小的第二像素大小的所述多个第二检测像素。

3.根据权利要求2所述的x射线成像设备，其中所述第一像素大小是所述第二像素大小的整数倍。

4.根据权利要求3所述的x射线成像设备，其中所述闪烁体层、所述第一检测器和所述第二检测器被布置成处于使得x射线在所述闪烁体层中传播之前穿过所述TFT检测器的配置。

5.根据权利要求4所述的x射线成像设备，其中所述第一检测器包括基板和所述TFT检测器阵列，并且所述第一检测器被布置成使得所述TFT检测器阵列在所述基板与所述闪烁体层之间。

6.根据权利要求5所述的x射线成像设备，其中所述CMOS传感器包括晶片和所述多个第二检测像素，并且所述CMOS传感器被布置成使得所述多个第二检测像素在所述闪烁体层与所述晶片之间。

7.根据权利要求6所述的x射线成像设备，还包括布置在所述闪烁体层与所述CMOS传感器之间的光纤面板(FOFP)。

8.根据权利要求6所述的x射线成像设备，其中所述CMOS传感器的所述晶片在所述晶片的外围附近具有通孔以实现通过所述通孔到所述第二检测像素的电耦合。

9.根据权利要求5所述的x射线成像设备，其中所述CMOS传感器包括晶片和所述多个第二检测像素，并且所述CMOS传感器被布置成使得所述晶片在所述闪烁体层与所述多个第二检测像素之间，使得由所述第二检测像素检测的光穿过所述晶片。

10.根据权利要求3所述的x射线成像设备，其中所述闪烁体层、所述第一检测器和所述第二检测器被布置成处于使得x射线在所述闪烁体层中传播之前穿过所述CMOS传感器的配置。

11.根据权利要求10所述的x射线成像设备，其中所述第一检测器包括基板和所述TFT检测器阵列，并且所述第一检测器被布置成使得TFT检测器阵列在所述闪烁体层与所述基板之间。

12.根据权利要求11所述的x射线成像设备，其中所述CMOS传感器包括晶片和所述多个第二检测像素，并且所述CMOS传感器被布置成使得所述多个第二检测像素在所述闪烁体层与所述晶片之间。

13.根据权利要求12所述的x射线成像设备，其中所述CMOS传感器的所述晶片在所述晶片的外围附近具有通孔以实现通过所述通孔到所述第二检测像素的电耦合。

14.根据权利要求12所述的x射线成像设备，还包括在所述CMOS传感器与所述闪烁体层之间的另外的闪烁体层，所述另外的闪烁体层与所述闪烁体层接触，以在所述闪烁体层与所述第二检测器阵列的外围之间提供空间，使得电连接器能够与所述第二检测器阵列耦合。

15.根据权利要求12所述的x射线成像设备，其中所述CMOS传感器包括晶片和所述多个第二检测像素，并且所述CMOS传感器被布置成使得所述晶片在所述闪烁体层与所述多个第二检测像素之间，使得由所述第二检测像素检测的光穿过所述晶片。

16.根据权利要求10所述的x射线成像设备，还包括布置在所述闪烁体层与所述CMOS传感器之间的光纤面板(FOFP)。

17.根据权利要求16所述的x射线成像设备，其中所述CMOS传感器包括晶片和所述多个第二检测像素，并且所述CMOS传感器被布置成使得所述多个第二检测像素在所述光纤面板与所述晶片之间。

18.根据权利要求3所述的x射线成像设备，其中所述第一检测器具有由所述TFT检测器阵列的所述多个第一检测像素限定的第一有效检测区区，并且所述第二检测器具有由所述CMOS传感器的所述多个第二检测像素限定的第二有效检测区区，所述第二有效检测区区小于所述第一有效检测区区。

19.根据权利要求18所述的x射线成像设备，其中所述第一检测器的所述第一有效检测区区基本上覆盖所述闪烁体层的整个所述第一表面，并且所述第二检测器的所述第二有效检测区区覆盖所述闪烁体层的所述第二表面的部分。

20.根据权利要求19所述的x射线成像设备，其中未由所述第二有效检测区区覆盖的所述闪烁体层的所述第二表面的至少部分涂覆有反射涂层。

21.根据权利要求19所述的x射线成像设备，还包括至少覆盖未由所述第二有效检测区区覆盖的所述第二表面的部分的可拆卸反射器。

22.根据权利要求19所述的x射线成像设备，其中未由所述第二有效检测区区覆盖的所述闪烁体层的所述第二表面的部分涂覆有光学涂层，所述光学涂层具有与所述CMOS传感器的反射率基本上相同的反射率。

23.根据权利要求2所述的x射线成像设备，其中所述第二检测器包括并排平铺以形成矩形或正方形有效检测区区的两个或更多个CMOS传感器。

24.根据权利要求23所述的x射线成像设备，其中所述矩形或正方形有效检测区区基本上覆盖所述闪烁体层的所述第二表面的整个宽度或侧部。

25.根据权利要求1所述的x射线成像设备，其中所述第一检测像素具有第一像素大小，并且所述第二检测像素具有小于所述第一像素大小的第二像素大小。

26.根据权利要求1所述的x射线成像设备，其中所述第一检测器包括第一TFT检测器阵列，并且所述第二检测器包括第二TFT检测器阵列。

27.根据权利要求1所述的x射线成像设备，其中所述多个第一检测像素限定第一有效检测区区，并且所述多个第二检测像素限定小于所述第一有效检测区区的第二有效检测区区。

28.根据权利要求1所述的x射线成像设备，其中所述多个第一检测像素具有第一灵敏度，并且所述多个第二检测像素具有大于所述第一灵敏度的第二灵敏度。

29.根据权利要求1所述的x射线成像设备，其中所述第一检测器包括具有第一检测速度的多个第一检测像素，并且所述第二检测器包括具有大于所述第一速度的第二检测速度的多个第二检测像素。

30.一种成像方法，包括：

相对于要成像的本体部分来定位成像设备，其中所述成像设备包括：

第一检测器阵列、第二检测器阵列以及在所述第一检测器阵列与所述第二检测器阵列之间的闪烁体层；

所述第一检测器阵列包括限定第一有效检测区区的多个第一检测像素，所述第二检测器阵列包括限定大于所述第一有效检测区区的第二有效检测区区的多个第二检测像素；

将x射线束指向所述本体部分；

使用所述第一检测器阵列来获取第一图像信号；以及

使用所述第二检测器阵列来获取第二图像信号。

31.根据权利要求30所述的成像方法，其中所述x射线光束被准直以提供第一光束部分和第二光束部分，所述第一光束部分具有第一剂量水平并且所述第二光束部分具有小于所述第一剂量水平的第二剂量水平，并且所述第一图像信号使用所述第一光束部分来获取并且所述第二图像信号使用所述第二光束部分和所述第一光束部分来获取。

32.根据权利要求30所述的成像方法，还包括使用所述第一图像信号和所述第二图像信号来计算第三图像的步骤。

33.根据权利要求30所述的成像方法，其中计算所述第三信号的步骤包括对所述第一图像信号与所述第二图像信号进行插值的步骤。

34.根据权利要求30所述的成像方法，其中所述第一检测器阵列是CMOS检测器阵列，并且所述第二检测器阵列是TFT检测器阵列。