CN110168406A - X射线探测器和x射线成像装置 - Google Patents

X射线探测器和x射线成像装置 Download PDF

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Abstract

提供了一种X射线探测器(100)和具有这样的X射线探测器(100)的X射线成像装置(500)。所述X射线探测器(100)包括：至少三个闪烁体层(102a‑e)，其用于将X射线辐射转换为闪烁体光(110)；以及至少两个传感器阵列(104a、104b)，每个传感器阵列包括被布置在可弯曲基板(106a、106b)上的多个光敏像素(108a、108b)，其用于接收由所述闪烁体层(102a‑e)中的至少一个闪烁体层发射的闪烁体光(110)。其中，所述闪烁体层(102a‑e)的数量大于所述传感器阵列(104a、104b)的数量。所述至少三个闪烁体层(102a‑e)和所述至少两个传感器阵列(104a、104b)被布置在彼此的顶部上；其中，所述传感器阵列(104b)中的至少一个传感器阵列被布置在所述闪烁体层(102a‑e)中的至少两个闪烁体层之间，使得所述至少两个闪烁体层(102a‑e)在所述至少一个传感器阵列(104b)的两个相对侧(103a、103b)被光学地耦合到所述至少一个传感器阵列(104b)。此外，所述至少一个传感器阵列(104b)被配置为接收由所述至少两个闪烁体层(102a‑e)发射的光。

Description

X射线探测器和X射线成像装置
技术领域
本发明总体涉及辐射探测器的领域。更具体地，本发明涉及X射线探测器、包括这样的X射线探测器的X射线成像装置以及用于操作具有这样的X射线探测器的X射线成像装置的方法。
背景技术
谱X射线成像已经成为越来越重要的领域，因为可以从在X射线辐射的不同能量和/或不同能量范围下采集的若干幅X射线图像中获得额外信息。
对于谱X射线成像，已经开发了各种类型的X射线探测器。这样的X射线探测器的一个示例是所谓的双层探测器，也称为夹层探测器，其中，例如具有闪烁体的两个光电探测器被布置在彼此的顶部上。
通常，X射线硬化滤波器被布置在两个光电探测器之间。借助于X射线硬化滤波器，可以增加由两个光电探测器探测到的X射线之间的能量分离，由此增加被辐射物体的不同材料的衰减差异。然而，X射线硬化滤波器还可以吸收一部分进入的X射线，特别是低能量X射线，从而可能不利地影响X射线探测器的剂量效率。
发明内容
本发明的目的可以提供一种具有改善的探测效率的经改进的X射线探测器。
该目的是通过独立权利要求的主题来实现的，其中，在从属权利要求和下文的描述中包含了另外的实施例。
根据本发明的第一方面，提供了一种X射线探测器。所述X射线探测器包括至少三个闪烁体层，所述至少三个闪烁体层用于将X射线辐射转换为闪烁体光，诸如可见光。所述X射线探测器还包括至少两个传感器阵列，其中，所述至少两个传感器阵列中的每个传感器阵列包括多个光敏像素，所述光敏像素用于接收由所述闪烁体层中的至少一个闪烁体层发射的闪烁体光。其中，所述闪烁体层的数量大于所述传感器阵列的数量。所述至少三个闪烁体层和所述至少两个传感器阵列被布置和/或堆叠在彼此的顶部上。此外，所述传感器阵列中的至少一个传感器阵列被布置在所述闪烁体层中的至少两个闪烁体层之间，使得所述至少两个闪烁体层在所述至少一个传感器阵列的两个相对侧处被光学地耦合到所述至少一个传感器阵列上。此外，所述至少一个传感器阵列被配置和/或布置为接收由所述至少两个闪烁体层发射的光。
根据第一方面的示例，所述传感器阵列中的每个传感器阵列的光敏像素被布置在可弯折和/或柔性基板上。特别地，所述传感器阵列中的每个传感器阵列可以被布置在单独的可弯折和/或柔性基板上。然而，所述传感器阵列备选地可以被布置在公共基板上。将传感器阵列和/或所述传感器阵列中的每个传感器阵列的光敏像素布置在可弯折基板上可以特别地允许提供可弯折的、柔性的和/或弯曲的X射线探测器。因此，所述X射线探测器和/或所述闪烁体层中的每个闪烁体层可以是可弯折的和/或柔性的。举例来说，所述可弯折基板可以是可弯折的和/或柔性基板箔。这里和下文中的术语“可弯折的”和/或“柔性的”可以表示基板可以被折叠和/或卷绕至少105次而没有任何劣化、无劣化和/或无磨损。同样地，所述X射线探测器可以被折叠和/或卷绕至少105次而无劣化、没有任何劣化和/或无磨损。
根据本发明的第二方面，提供了一种具有这样的X射线探测器的X射线成像装置。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于操作具有根据第一方面的X射线探测器的X射线成像装置的方法。
应当注意，如上文和下文所描述的X射线探测器的特征、元件、特性和/或功能可以是X射线成像装置的特征、元件、特性和/或功能以及方法的特征、元件、特性和/或步骤。反之亦然，X射线成像装置的特征、元件、特性和/或功能以及如上文和下文所描述的方法的特征、元件、特性和/或步骤可以是X射线探测器的特征、元件、特性和/或步骤。换言之，关于本发明的一个方面描述的所有特征、功能、特性、步骤和/或元件也可以指代本发明的任何其他方面。
这里和下文中，术语“光敏像素”可以指代被配置用于探测由所述闪烁体层中的至少一个闪烁体层发射的电磁辐射的探测元件。因此，术语“闪烁体光”可以指代由所述闪烁体层中的至少一个闪烁体层发射的电磁辐射。光敏像素可以以相应的传感器阵列中的任意图案来布置。
所述多个闪烁体层中的每个闪烁体层可以包括任何闪烁材料，诸如，例如CsI、GOS(氧化钆)、石榴石(例如，LGGAG，叶黄素钆镓铝石榴石)和/或NaI，所述闪烁体材料能够被光子和/或带电粒子激发并且通过发射闪烁体光而去激发。此外，所述闪烁体材料可以是柱状生长的闪烁体材料和/或非柱状生长的闪烁体材料。所述X射线探测器的闪烁体层可以包括相同的闪烁体材料，或者所述多个闪烁体层的至少一部分可以包括不同的闪烁体材料。
此外，术语“光学地耦合”可以指代光学地连接和/或直接耦合，使得由至少一个闪烁体发射的闪烁体光可以被传输到和/或撞击到至少一个传感器阵列上和/或其光敏像素的至少一部分上以便被探测到。因此，光学地耦合可以表示闪烁体光可以到达相应的传感器阵列而没有显著的吸收。
改述本发明的第一方面，所述X射线探测器包括多个闪烁体层和多个传感器阵列。所述闪烁体层和所述传感器阵列沿着X射线探测器的堆叠方向被堆叠在彼此的顶部上。因此，所述X射线探测器可以包括闪烁体层和传感器阵列的夹层结构，其中，所述X射线探测器可以指代双层X射线探测器和/或夹层探测器。此外，所述传感器阵列中的至少一个传感器阵列被布置在所述闪烁体层中的至少两个闪烁体层之间，使得所述至少两个闪烁体层沿着堆叠方向通过所述至少一个传感器阵列分开。因此，所述至少两个闪烁体层可以被布置在所述至少一个传感器阵列的两个相对侧上和/或可以与其接触，其中，所述传感器阵列的两个相对侧可以相对于堆叠方向彼此相对。所述传感器阵列的两个相对侧可以指代所述传感器阵列的相对表面。此外，所述至少一个传感器阵列可以被布置和/或配置为接收和/或收集由被布置在传感器阵列的两个相对侧上的所述至少两个闪烁体层发射的闪烁体光。
本发明可以被认为基于以下发现。使用双层X射线探测器进行双能X射线成像可以表示在X射线探测器中测量到的X射线衰减可以由被布置在彼此的顶部上的至少两个传感器阵列来探测。因此，撞击到X射线探测器上的X射线辐射可以分布在包含于X射线探测器中的闪烁体层之中。举例来说，靠近X射线源布置的第一闪烁体层可以被配置用于将X射线辐射的低能量部分转换成闪烁体光，并且被布置得比所述第一闪烁体层更远离X射线的第二闪烁体层可以被配置用于将X射线辐射的高能量部分转换为闪烁体光。在常规的X射线探测器中，第一传感器阵列可以被布置在两个闪烁体层之间，并且第二传感器阵列可以被布置在第二闪烁体层的下方。这样，可以利用第一传感器阵列来采集低能量X射线图像，第一传感器阵列可以被布置得比第二传感器阵列更靠近X射线源，并且可以利用第二传感器阵列来采集高能量X射线图像。为了增加两个传感器阵列之间的能量分离，第二闪烁体层通常相当厚，特别是比第一闪烁体层更厚，以便尽可能多地吸收高能量X射线量子。然而，较厚的闪烁体层可能使X射线探测器和/或相应的闪烁体层的调制传递函数(MTF)劣化，例如，由于闪烁体光在相应的闪烁体层内的散射和/或散布。此外，常规的X射线探测器可以具有第一X射线图像和第二X射线图像的低探测量子效率(DQE)，其中，第一X射线图像和/或第二X射线图像可以指代低能量X射线图像或高能量X射线图像。
与常规的X射线探测器相比，在根据本发明的X射线探测器中，所述传感器阵列中的至少一个传感器阵列被配置为接收和/或收集由被布置在相应的传感器阵列的两个相对侧上的至少两个闪烁体层发射的闪烁体光。因此，该至少一个传感器阵列可以由来自两个相对侧的闪烁体光来照射。结果，例如，与常规X射线探测器相比，被布置在至少两个传感器阵列之间的闪烁体层可以更薄，由此减少调制传递函数的劣化。例如，与常规的X射线探测器相比，第二闪烁体层可以被分开，并且两个薄的闪烁体层可以被布置在至少一个传感器阵列的两个相对侧上。因此，在被布置在两个相对侧上的闪烁体层中转换和/或吸收的高能量X射线光子和/或X射线量子的数量可以最大化，由此相对于常规X射线探测器来增加、改善和/或优化DQE。此外，相对于常规的X射线探测器，可以改善和/或优化MTF。因此，也可以使用更薄的闪烁体层和/或更快的去激发非柱状生长的闪烁体材料的闪烁体层。总之，可以改善X射线探测器的探测效率。
除此之外，由于可以使用于高能量X射线图像的闪烁体堆叠更厚，所以也能够使低能量闪烁体更厚。这可以进一步改善使用本发明的X射线探测器的谱X射线成像的图像质量。
同样地，由于X射线探测器中的高的总X射线吸收，因此可以改善非谱X射线成像中的图像质量，其中，可以添加利用至少两个传感器阵列所采集的图像。
因此，本发明的X射线探测器可以具有经改善的探测器特性，用于谱X射线成像和非谱X射线成像两者，并且与常规探测器相比可以具有若干优点，如下文所总结的。特别地，本发明的X射线探测器可以在谱X射线成像和非谱X射线成像两者中都具有经改善的DQE。此外，所提出的X射线探测器使得能够增加高能量X射线图像的MTF，与常规的X射线探测器相比，这允许使用更快的闪烁体非柱状生长材料而不损害MTF。
通过使用能够利用闪烁体光从两侧照射的至少一个传感器阵列，可以针对双能量(即，谱)和非谱X射线成像两者来改进DQE。在非谱X射线成像中，个体闪烁体层能够比常规探测器更薄，这可以导致改善的MTF，同时总闪烁体层厚度(即，X射线探测器中所有闪烁体层的厚度之和)能够增加，这可以提高DQE。此外，在谱X射线成像和/或双能X射线成像中，被布置在至少两个传感器阵列之间的闪烁体层可以分成两个更薄的闪烁体层，因此相对于常规的X射线探测器，能够吸收更高能量的X射线量子，同时也能够相对于常规的X射线探测器改善MTF。此外，由于期望利用至少两个传感器阵列采集的两个X射线图像中的X射线量子噪声可比较，所以低能量闪烁体层也可以比常规的X射线探测器更厚。这也导致X射线探测器具有改善的DQE。
根据实施例，至少两个传感器阵列中的每个传感器阵列被布置在所述闪烁体层中的至少两个闪烁体层之间。备选地或另外地，所述传感器阵列中的每个传感器阵列被配置为接收由所述闪烁体层中被布置在相应的传感器阵列的两个相对侧上的至少两个闪烁体层发射的光。举例来说，所述X射线探测器可以包括两个传感器阵列和三个闪烁体层的堆叠，其中，所述传感器阵列和所述闪烁体层被交替地布置在彼此的顶部上，并且其中，所述闪烁体层中的两个闪烁体层被布置在X射线探测器的两个外侧上。这样，可以进一步改善DQE和/或整体探测效率。
根据实施例，所述X射线探测器还包括：至少一个可切换光学滤波器，其中，所述至少一个可切换光学滤波器能在第一状态与第二状态之间切换，其中，在所述第一状态中，所述可切换光学滤波器对于闪烁体光是透明的，在所述第二状态中，所述可切换光学滤波器阻挡闪烁体光。在第一状态中，闪烁体光可以不受阻碍地(即，几乎没有吸收)穿过所述可切换光学滤波器。相反，在第二状态中，闪烁体光可以被所述可切换光学滤波器吸收和/或反射。通常，就允许X射线探测器以各种不同的操作模式来操作而言，这增加了X射线探测器的整体多功能性。
根据实施例，所述可切换光学滤波器是电致变色光学滤波器。所述可切换光学滤波器可以被配置为通过接收例如来自X射线成像装置的控制器和/或来自X射线探测器的控制器的电信号而在第一状态与第二状态之间切换。所述可切换光学滤波器例如可以包含紫罗碱、过渡金属氧化物(诸如三氧化钨)和/或任何其他合适的材料。此外，所述可切换光学滤波器还可以包括一个或多个液晶。
所述可切换光学滤波器可以具有像素结构和/或所述可切换光学滤波器可以是像素化可切换光学滤波器。换言之，所述可切换光学滤波器可以包括可切换光学滤波器元件阵列。所述可切换光学滤波器的像素结构可以与所述传感器阵列中的至少一个传感器阵列的光敏像素的几何布置相关。因此，所述可切换光学滤波器的像素结构可以与所述传感器阵列中的至少一个传感器阵列匹配和/或与所述传感器阵列中的至少一个传感器阵列的光敏像素的几何布置匹配。因此，所述可切换光学滤波器的状态对于所有可切换光学滤波器元件可以是相同的，或者可以按像素方式来控制所述状态，使得所述可切换光学滤波器元件的一部分可以处于第一状态而所述可切换光学滤波器的另一部分处于第二状态。其中，可以独立地控制和/或切换每个可切换光学滤波器元件。举例来说，感兴趣区域可以处于与所述可切换光学滤波器的其余部分不同的另一状态。
除此之外，所述可切换光学滤波器可以基于和/或采用电润湿技术，其中，可以通过向材料施加电压来修改材料的特性。这可以允许例如修改所述可切换光学滤波器中的每个可切换光学滤波器元件的几何延伸。
根据实施例，所述至少一个可切换光学滤波器被布置在至少两个传感器阵列之间。因此，所述至少两个传感器阵列可以沿着X射线探测器的堆叠方向由所述可切换光学滤波器分开。
根据实施例，所述X射线探测器包括被布置在所述至少两个传感器阵列之间的至少一个中心闪烁体层，其中，所述至少一个可切换光学滤波器被布置在所述传感器阵列中的至少一个传感器阵列与至少一个中心闪烁体之间。因此，所述至少两个传感器阵列可以沿着堆叠方向由至少一个可切换光学滤波器和所述至少一个中心闪烁体层分开。所述至少一个可切换光学滤波器可以被布置在相应的传感器阵列之一的侧面上和/或与其接触。当所述可切换光学滤波器处于第二状态时，这允许阻挡来自相应的传感器阵列的该特定侧的闪烁体光。此外，由于所述可切换光学滤波器可以被配置为在第二状态下反射闪烁体光，因此所述闪烁体光可以被反射回另外的传感器阵列。除了增加X射线探测器的多功能性之外，这还允许进一步改善图像质量和/或整体探测效率。
根据实施例，所述X射线探测器包括被布置在所述X射线探测器的第一外侧上的第一外部闪烁体层。所述第一外部闪烁体层可以指代X射线探测器的顶部闪烁体层。此外，所述X射线探测器包括第二外部闪烁体层，所述第二外部闪烁体层被布置在X射线探测器的与第一外侧相对的第二外侧上。所述第二闪烁体层可以指代X射线探测器的底部闪烁体层。此外，所述X射线探测器包括被布置在所述至少两个传感器阵列之间的至少一个中心闪烁体层。其中，至少一个可切换光学滤波器被布置在所述至少两个传感器阵列中的每个传感器阵列与所述至少一个中心闪烁体层之间。因此，通过将相应的可切换光学滤波器切换到可以吸收和/或反射闪烁体光的第二状态，可以阻挡来自所述至少两个传感器阵列中的任一个传感器阵列的由至少一个中心闪烁体层发射的闪烁体光。这进一步增加了操作模式的数量，并且因此增加了X射线探测器的多功能性。这样的操作模式例如可以指代可切换光学滤波器之一被切换到第一状态，而另一可切换光学滤波器被切换到第二状态。这两个可切换光学滤波器也可以被切换到第一状态或第二状态。
根据实施例，另外的中心闪烁体层被布置在所述至少两个传感器阵列之间，其中，至少一个另外的可切换光学滤波器被布置在所述两个中心闪烁体层之间。换言之，所述X射线探测器可以包括三个可切换光学滤波器，其中，所述三个可切换光学滤波器和所述至少两个中心闪烁体层可以被交替地布置在彼此的顶部上以及被布置在至少两个传感器阵列之间。通过在所述至少两个传感器阵列之间提供另外的中心闪烁体层，可以增加至少两个传感器阵列之间的能量分离。
根据实施例，所述X射线探测器还包括：至少一个不透明层，其用于吸收闪烁体光。另外地或备选地，所述X射线探测器可以包括至少一个反射层，其用于反射闪烁体光。所述不透明层和/或所述反射层可以被布置在至少两个传感器阵列之间。所述不透明层和/或所述反射层也可以被布置在X射线探测器的外侧和/或外表面上。通过这样的不透明层和/或这样的反射层，例如，可以在不同的闪烁体层之间消除和/或减少光学串扰。
根据实施例，所述传感器阵列中的每个传感器阵列的光敏像素被布置在基板上。特别地，所述基板可以是薄的和/或超薄的基板。其中，所述基板可以包括玻璃和/或聚合物材料。特别地，对于闪烁体光，所述基板可以是柔性的、可弯折的和/或透明的。举例来说，所述基板可以是包含聚合物材料的基板箔，诸如，例如聚酰胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PEN)和/或其任意组合。所述基板的厚度的范围可以从若干μm到约1mm，特别是从约5μm到500μm，更特别是从约10μm到约100μm。通过将光敏像素布置在这样的薄的和/或透明基板上，相应的传感器阵列的两个相对侧可以被用于探测闪烁体光。同样地，这可以允许提供成本有效的、紧凑的、平坦的、柔性的、弯曲的和/或可弯折的X射线探测器。
此外，所述传感器阵列中的至少一个传感器阵列的电子件(诸如寻址和/或读出电路)也可以是透明的，以使得相应的传感器阵列能够从被布置在相应的传感器阵列的两个相对侧上的两个闪烁体层收集和/或接收闪烁体光。
根据实施例，所述X射线探测器还包括至少一个金属层，其用于对X射线辐射进行滤波。所述至少一个金属层可以被布置在所述至少两个传感器阵列之间，以便增加所述至少两个传感器阵列之间的能量分离。所述金属层可以包括任何合适的高Z材料，其用于吸收X射线光子，诸如，例如Cu、Sn和/或Ag。所述金属层的厚度的范围可以从约10μm至约500μm，特别从约50μm至约200μm。
根据本发明的第二方面，提供了一种X射线成像装置。所述X射线成像装置包括：X射线源布置，其用于发射X射线辐射；以及如上文和下文所描述的X射线探测器，其用于探测由所述X射线源布置发射的X射线辐射。所述X射线源布置可以指代多X射线源或单X射线源。此外，所述X射线成像装置包括用于控制X射线源和/或X射线探测器的控制器。所述X射线源布置和所述X射线探测器可以围绕X射线成像装置的旋转轴旋转，由此允许3D成像。
所述控制器可以指代例如控制电路、控制模块和/或控制单元。所述控制器可以包括各种子模块和/或子电路，诸如，例如用于处理图像数据的图像处理模块和/或图像处理器。
通常，所述X射线成像装置可以指代任何X射线成像装置。特别地，所述X射线成像装置可以被配置用于3D成像。因此，所述X射线成像装置可以指代计算机断层摄影(CT)装置、C型臂系统和/或锥形射束CT(CBCT)装置。
所述X射线探测器可以是平坦的、弯曲的、可弯折的和/或柔性的。所述X射线探测器也可以基本上被布置在整个CT或CBCT机架上。因此，除了用于X射线源布置的一个或多个孔膛之外，所述X射线探测器可以覆盖整个机架。
根据实施例，所述X射线源布置和所述X射线探测器能够围绕X射线成像装置的旋转轴旋转；其中，所述X射线源布置至少包括用于发射第一能量范围的第一X射线射束的第一X射线源以及用于发射与第一能量范围不同的第二能量范围的第二X射线射束的第二X射线源。所述第一X射线射束例如可以指代低能量和/或低kV射束，并且所述第二X射线能量可以指代高能量和/或高kV射束。所述第一X射线射束和所述第二X射线射束可以被有利地用于谱X射线成像。此外，所述控制器被配置用于当所述第一X射线源位于围绕旋转轴的采集位置处时触发所述第一X射线源并且采集第一X射线图像，其中，所述控制器被配置用于当所述第二X射线源位于围绕旋转轴的采集位置处时触发所述第二X射线源并且采集第二X射线图像。
应当注意，所述第一X射线源和/或所述第二X射线源的触发不限于如上文和下文所描述的X射线探测器。换言之，所述第一X射线源和/或所述第二X射线源的触发可以与任何类型的X射线探测器一起使用。因此，所述X射线成像装置可以包括任何类型的X射线探测器。
假设所述X射线探测器包括至少两个传感器阵列，则这些至少两个传感器阵列中的每个传感器阵列可以采集单独的图像。因此，所述第一X射线图像和所述第二X射线图像可以分别指代以特定射束能量利用至少两个传感器阵列捕获的图像对。由于X射线探测器包括至少两个传感器阵列，其中，所述传感器阵列中的每个传感器阵列可以被配置用于测量和/或探测不同能量范围内的X射线，利用不同能量的两条X射线射束照射这样的X射线探测器可以有利地允许在两个不同的射束能量下通过两个传感器阵列采集图像的剂量有效组合，如将参考附图更详细描述的。
通常，在上述实施例中，所述X射线成像装置和/或所述控制器可以被配置为使X射线探测器的旋转速度与X射线曝光同步。换言之，采集频率可以与X射线探测器和/或X射线源布置的旋转频率同步。结果，所述第一X射线图像和所述第二X射线图像可以在空间上一致。同样地，如果例如所述第一X射线源和所述第二X射线源在空间上彼此靠近，则所述第一X射线图像和所述第二X射线图像可以在时间上准同时。
根据实施例，所述X射线源布置包括X射线管，所述X射线管具有用于发射所述第一X射线射束的第一焦斑以及用于发射所述第二X射线射束的第二焦斑。备选地或另外地，所述X射线源布置包括用于发射所述第一X射线射束的第一X射线管以及用于发射所述第二X射线射束的第二X射线管。因此，所述X射线源布置可以包括立体X射线管和/或双焦斑X射线管。
根据第三方面，提供了一种用于操作具有如上文和下文所描述的X射线探测器和X射线源布置的X射线成像装置的方法。所述X射线源布置包括用于发射第一能量范围的第一X射线射束的第一X射线源以及用于发射与所述第一能量范围不同的第二能量范围的第二X射线射束的第二X射线源。所述方法包括以下步骤：
-当所述第一X射线源位于围绕所述X射线成像装置的旋转轴的采集位置处时，利用所述第一X射线源发射所述第一X射线射束；
-当所述第一X射线源位于所述采集位置处时，利用所述X射线探测器采集所述第一X射线图像；
-当所述第二X射线源位于所述采集位置时处，利用所述第二X射线源发射所述第二X射线射束；并且
-当所述第二X射线源位于所述采集位置处时，利用所述X射线探测器采集所述第二X射线图像。
应当注意，上文和下文关于X射线探测器和/或X射线成像装置所描述的任何特征、特性、元件和/或功能可以是方法的特征、特性、元件和/或步骤，反之亦然。
上文所描述的本发明的各方面以及本发明的其他方面将参考下文所描述的实施例而显而易见并得以阐明。
附图说明
下文将参考附图中示出的示例性实施例更详细地解释本发明的主题，在附图中：
图1A至图1D各自示意性示出了根据示例的X射线探测器；
图2示意性示出了根据实施例的X射线探测器；
图3A示意性示出了根据实施例的X射线探测器；
图3B、图3C、图3D各自示意性图示了图3A的X射线探测器的操作模式；
图4A和图4B示意性示出了根据实施例的X射线探测器；
图5A和图5B示意性示出了根据实施例的X射线探测器；
图6示意性示出了根据实施例的X射线探测器；
图7示意性示出了根据实施例的X射线探测器；
图8示意性示出了根据实施例的X射线成像装置；
图9示意性示出了根据实施例的X射线成像装置；
图10示出了图示根据实施例的用于操作X射线成像装置的方法的步骤的流程图。
原则上，相同的、相似的和/或类似的元件在附图中具有相同的附图标记。这些附图并不是按比例的。
具体实施方式
图1A示意性示出了根据示例的X射线探测器100。
图1A的X射线探测器100包括被布置在传感器阵列104的顶部上的闪烁体层102。其中，闪烁体层102沿着X射线探测器100的堆叠方向101被堆叠在传感器阵列104的顶部上。
传感器阵列104包括玻璃基板106，多个光敏像素108布置在所述玻璃基板106上。
X射线辐射可以沿着撞击方向200撞击到X射线探测器100上，其中，撞击方向200可以基本上反平行于堆叠方向101。撞击到闪烁体层102上的X射线光子和/或X射线量子被至少部分地转换为闪烁体光110，闪烁体光110继而由传感器阵列104的光敏像素108的至少一部分来探测。
图1B示意性示出了根据示例的X射线探测器100。如果没有另外说明，则图1B的X射线探测器100包括与图1A的X射线探测器100相同的特征和/或元件。
图1B的X射线探测器100是所谓的双能量X射线探测器100，其包括第一闪烁体层102a、第二闪烁体层102b以及被布置在第一闪烁体层102a与第二闪烁体层102a之间的第一传感器阵列104a。在第二闪烁体层102b下方布置有第二传感器阵列104b。因此，沿着堆叠方向101，第二传感器阵列104b、第二闪烁体层102b、第一传感器阵列104a和第一闪烁体层102a被堆叠在彼此的顶部上。
第一传感器阵列104a包括第一玻璃基板106a，多个光敏像素108a被布置在第一玻璃基板106a上。类似地，第二传感器阵列104b包括第二玻璃基板106b，多个光敏像素108b被布置在该第二玻璃基板106b上。
沿着撞击方向200撞击到X射线探测器100上的X射线辐射通常包括特定能量范围的X射线光子。所述X射线辐射的低能量部分可以在第一闪烁体层102a中被吸收，并且在第一闪烁体层102a中生成闪烁体光110。然后，由第一传感器阵列104a探测在第一闪烁体层102a中生成的该闪烁体光110。因此，第一传感器阵列104a可以被配置用于采集低能量X射线图像。
由于高能量X射线光子的平均自由程长度增加，所以X射线辐射的高能量部分可以穿过第一闪烁体层102a和第一传感器阵列104a，并且在第二闪烁体层102b中生成闪烁体光110。然后，由第二传感器阵列104b探测由高能量X射线光子在第二闪烁体层102b中生成的闪烁体光110。因此，第二传感器阵列104b可以被配置用于采集高能量X射线图像。因此，借助于图1B的X射线探测器100，可以在X射线探测器100的单次曝光中利用X射线辐射采集具有低能量图像和高能量图像的图像对。为了增加在第一传感器阵列104a与第二传感器阵列104b之间的能量分离，第二闪烁体层102b可以比第一闪烁体层102a更厚，其中，可以沿着堆叠方向101来测量闪烁体层102a、b的厚度。
图1C示意性示出了根据示例的X射线探测器100。如果没有另外说明，则图1C的X射线探测器100包括与图1A和图1B的X射线探测器100相同的特征和/或元件。
与图1B的X射线探测器100不同，图1C的X射线探测器100包括具有包含聚合物材料的基板106a的第一传感器阵列104a。基板106a可以是薄的聚合物箔，光敏像素108a被布置在所述薄的聚合物箔上。这样的传感器阵列104a也被称为箔上探测器。
类似地，第二传感器阵列104b的基板106b也是包括聚合物材料的薄的基板箔。这可以允许提供成本有效的、紧凑的、平坦的、弯曲的、可弯折的和/或柔性的X射线探测器100。
与图1B的X射线探测器100类似，图1C的X射线探测器是双能X射线探测器100，其被配置用于采集低能量图像和高能量图像。
图1D示意性示出了根据示例的X射线探测器100。如果没有另外说明，则图1D的X射线探测器100包括与先前图中所示的X射线探测器100相同的特征和/或元件。
与图1C的X射线探测器100相比，图1D的X射线探测器100的第一传感器阵列104a和第二传感器阵列104b被背对背地布置。因此，沿着堆叠方向101，X射线探测器100包括第二闪烁体层102b、第二传感器阵列104b、第一传感器阵列104a和第一闪烁体层102a。
考虑到在每个空间方向上生成和/或发射闪烁体光110的事实，图4D的第二传感器阵列104b还被配置为主要探测X射线辐射的高能量部分。
图2示意性示出了根据实施例的X射线探测器100。如果没有另外说明，则图2的X射线探测器100包括与先前图中所示的X射线探测器100相同的特征和/或元件。
图2的X射线探测器100通常包括多个闪烁体层102a、102b、102c以及多个传感器阵列104a、104b，其中，闪烁体层102a-c的数量大于传感器阵列104a、b的数量，即，X射线探测器100包括比传感器阵列104a、b更多的闪烁体层102a-c。在图2中所示的示例中，X射线探测器100包括总共三个闪烁体层102a-c以及两个传感器阵列104a、b。因此，图2的探测器100可以指代双能量探测器100。然而，X射线探测器100还可以包括多于三个闪烁体层102a-c和/或多于两个传感器阵列104a、b。
更具体地，图2的X射线探测器100包括被布置在X射线探测器100的第一外侧112上的第一外部闪烁体层102a。第一外侧112可以指代X射线探测器100的一侧，在其上X射线辐射可首先沿着撞击方向200撞击。
X射线探测器100还包括被布置在X射线探测器100的第二外侧114上的第二外部闪烁体层102c。X射线探测器100的第一外侧112和第二外侧114彼此相对和/或彼此相对布置。
此外，X射线探测器100包括被布置在第一外部闪烁体层102a与第二外部闪烁体层102c之间的中心闪烁体层102b。
此外，X射线探测器100包括被布置在第一外部闪烁体层102a与中心闪烁体层102b之间的第一传感器阵列104a。第二传感器阵列104b被布置在中心闪烁体层102b与第二外部闪烁体层102c之间。
因此，沿着堆叠方向101，X射线探测器100包括第二外部闪烁体层102c、第二传感器阵列104b、中心闪烁体层102b、第一传感器阵列104a和第一外部闪烁体层102a。除此之外，X射线探测器100相对于X射线探测器100的中心平面105对称和/或对称地布置。其中，中心平面105可以与堆叠方向101正交并且平行于X射线探测器100的第一侧112和/或第二侧114。
第一传感器阵列104a包括第一基板106a，多个光敏像素108a被布置在第一基板106a上。第一基板106a可以被布置在第一传感器阵列104a的面向中心闪烁体层102b的一侧上，或者备选地被布置在第一传感器阵列104a的面向第一外部闪烁体层102a的一侧上。类似地，第二传感器阵列104b包括第二基板106b，多个光敏像素108b被布置在第二基板106b上。第二基板106b可以被布置在第二传感器阵列104b的面向中心闪烁体层102b的一侧上，或者备选地被布置在第二传感器阵列104b的面向第二外部闪烁体层102c的一侧上。第一基板106a和第二基板106b可以是薄的和/或超薄的基板。第一基板106a和第二基板106b可以包括玻璃和/或聚合物材料。举例来说，第一基板106a和第二基板106b可以是包括聚酰胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PEN)和/或其任何组合的基板箔。第一基板106a和第二基板106b中的每个基板的厚度的范围可以从若干μm到约1mm，特别是从约5μm到500μm，更特别地从约10μm到约100μm。第一基板106a和第二基板106b中的每个基板(或者至少一个基板)对于闪烁体光110可以是透明的。
光敏像素108a、108b可以以任意图案被布置在相应的第一基板106a或第二基板106b上。然而，像素108a、108b可以在相应的基板106a、106b中被布置为若干列和/或若干行。除此之外，用于接收来自光敏像素108a、108b的电信号的读出电子件和/或用于对光敏像素108a、108b进行寻址的寻址电子件也可以被布置在相应的第一基板106a和/或第二基板106b上。
第二传感器阵列104b的第一侧103a被光学地耦合到中心闪烁体102b，使得第二传感器阵列104b接收和/或收集由第一侧103a处的中心闪烁体层102b发射的闪烁体光110。第二传感器阵列104b的第二侧103b(第二侧113b与第一侧103a相对和/或第二侧103b与第一侧103a相对布置)被光学地耦合第二外部闪烁体层102c，使得第二传感器阵列104b接收和/或收集由第二侧103b处的第二外部闪烁体层102c发射的闪烁体光110。因此，第二传感器阵列104b从两个闪烁体层102b、102c接收和/或收集闪烁体光110，两个闪烁体层102b、102c被布置在第二传感器阵列104b的两个相对侧103a、103b上，如图2中的环绕区域所示的。通常，这允许将中心闪烁体层102b设计地比例如图1C的示例中所示的第二闪烁体层102b更薄，这继而导致增加的DQE(探测量子效率)和/或优化的MTF(调制传递函数)。
类似于第二传感器阵列104b，第一传感器阵列104a也可以被配置为从第一传感器阵列104a的两个相对侧接收和/或收集闪烁体光110。因此，第一传感器阵列104a可以被光学地耦合到传感器阵列104a的第一侧上的第一外部闪烁体层102a，并且被光学地耦合到传感器阵列104的与第一侧相对的第二侧上的中心闪烁体层102b。
然而，在图2中所示的示例中，可切换光学滤波器116被布置在第一传感器阵列104a与中心闪烁体层102b之间。应当注意，可切换光学滤波器116仅是任选的。可切换光学滤波器116可在第一状态与第二状态之间切换，在第一状态中，可切换光学滤波器116对于闪烁体光110是透明的，在第二状态中，可切换光学滤波器116阻挡闪烁体光110。在第二状态中，闪烁体光110可以被可切换光学滤波器116吸收和/或其可以被可切换光学滤波器116反射。可切换光学滤波器116可以被配置为通过例如从X射线成像装置的控制器(参见图7和8)和/或从X射线探测器100的控制器接收电信号，而在第一状态和第二状态之间切换。可切换光学滤波器116可以包括例如紫罗碱、过渡金属氧化物(例如，三氧化钨)和/或任何其他合适的材料。可切换光学滤波器116可以备选地或另外地包括一个或多个液晶。
第一基板106a可以被布置在第一传感器阵列104a的面向中心闪烁体层102b的一侧上，或者备选地被布置在第一传感器阵列104a的面向第一外部闪烁体层102a的一侧上。在图2所示的实施例中，可切换光学滤波器116与第一基板106a接触。然而，第一传感器阵列104a也可以被布置为使得可切换光学滤波器116可以与光敏像素108a和/或覆盖光敏像素108a的至少一部分的保护层接触。
应当注意，金属层和/或金属滤波器可以被布置在中心平面105处。这样的金属层和/或金属滤波器可以是也用作反射器的金属谱分离滤波器。这可以允许X射线探测器100以至少两种操作模式来操作，其中，对于需要中等谱分离的应用，可切换光学滤波器116在第二状态下可以是不透明的，而对于需要高谱分离的应用，可切换光学滤波器116在第二状态下可以是黑色，由此将闪烁体层102b添加到谱分离滤波器和/或使用闪烁体层102b作为谱分离滤波器。
在图2中所示的示例中，可切换光学滤波器116被切换到第二状态，在第二状态中，闪烁体光110被可切换光学滤波器116反射，如箭头所指示的，描绘了闪烁体光110击中可切换光学滤波器116。结果，第一传感器阵列104a与中心闪烁体层102b光学地去耦合，并且仅接收由第一外部闪烁体层102a发射的闪烁体光110。然而，通过将可切换光学滤波器116切换到第一状态，第一传感器阵列104a可以被光学地耦合到中心闪烁体层102b，使得其从两个相对侧接收闪烁体光110。因此，借助于可切换光学滤波器116，X射线探测器100的通用性增加，因为X射线探测器100可以通过将可切换光学滤波器116切换到第一状态或第二状态而在多个操作模式下操作。在备选实施例中，所述可切换光学滤波器可以由金属滤波器和/或金属层来替代。同样地，除了可切换光学滤波器116之外，X射线探测器100还可以包括金属滤波器和/或金属层。
此外，应当注意，在X射线探测器100的第一侧112上以及在X射线探测器100的第二侧114上的闪烁体光110可以被反射，例如通过在X射线探测器100的相应侧112、114和/或表面上布置反射膜118和/或反射层118。然而，层118也可以是吸收闪烁体光110的不透明层118。
当具有特定能量分布的X射线辐射沿着撞击方向200击中X射线探测器100时，X射线辐射的低能量部分主要转换为第一外部闪烁体层102中的闪烁体光110。当可切换光学滤波器116处于第二状态时，第一传感器阵列104a仅收集由低能量部分生成的闪烁体光110。因此，第一传感器阵列104a仅探测低能量X射线辐射并且采集低能量X射线图像。相反，X射线辐射的高能量部分主要被转换为在中心闪烁体层102b和/或第二外部闪烁体层102c中的闪烁体光110。在第二传感器阵列104b从这两个闪烁体层102b、102c接收闪烁体光110时，第二传感器阵列104b探测高能量部分并且采集具有高探测效率的高能量X射线图像。
此外，应当注意，闪烁体层102a-c中的每个闪烁体层可以包括任何合适的闪烁材料，诸如，例如CsI、GOS(氧硫化钆)、石榴石(例如，LGGAG，叶黄素钆镓铝石榴石)和/或NaI。此外，闪烁体材料可以是柱状生长的闪烁体材料和/或非柱状生长的闪烁体材料。X射线探测器100的闪烁体层102a-c可以包括相同的闪烁体材料，或者闪烁体层102a-c的至少一部分可以包括不同的闪烁体材料。举例来说，有利的是，中心闪烁体层102b包括与第一外部闪烁体层102a和/或第二外部闪烁体层102c的闪烁体材料不同的闪烁体材料，以便优化在第一传感器阵列104a与第二传感器阵列104b之间的能量分离。
此外，闪烁体层102a-2可以各自具有相同的厚度，其沿着堆叠方向101来测量，或者闪烁体层102a-c的至少一部分可以具有不同的厚度。特别地，第一外部闪烁体层102a可以比中心闪烁体层102b和/或第二外部闪烁体层102c更薄。同样地，中心闪烁体层102b和第二外部闪烁体层102c可以具有相同的厚度或不同的厚度。举例来说，第一外部闪烁体层102a可以具有约0.1mm至约1.0mm的厚度，通常约为0.3mm，而中心闪烁体层102b和第二外部闪烁体层102c各自可以具有约0.5mm至约1.5mm的厚度，通常约为0.8mm。
对于能够设计得薄的闪烁体层，诸如第一外部闪烁体层102a，使用不同于CsI的闪烁体材料可能是有利的，这可能更便宜，但是与其他可能更厚的CsI闪烁体层102b、102c相比仍然可以具有类似的MTF。此外，对于优选被用于捕获所发射的X射线谱的低能量部分的第一外部闪烁体层102a，具有比闪烁体层102b、102c(其优选被用于捕获所发射的X射线谱的高能量部分)更低的有效Z值的不同组分是有益的。这可以增加在X射线探测器100的第一传感器阵列104a与第二传感器阵列104b之间捕获的能量谱的差异。
图3A示意性示出了根据实施例的X射线探测器。如果没有另外说明，则图3A的X射线探测器100包括与先前图中所示的X射线探测器100相同的特征和/或元件。图3B、图3C、图3D各自示意性示出了图3A的X射线探测器100的操作模式。
图3A中所示的X射线探测器100特别包括与图2所示的X射线探测器100相同的特征和/或元件。然而，图2的可切换光学滤波器116被描绘为图3A中的第一可切换光学滤波器116a。除了该第一可切换光学滤波器116a之外，图3A的X射线探测器100还包括被布置在第二传感器阵列104b与中心闪烁体层102b之间的第二可切换光学滤波器116b。通过在第一传感器阵列104a与第二传感器阵列104b之间布置第一可切换光学滤波器116a和第二可切换光学滤波器116b，X射线探测器100可以在多个操作模式下操作，如图3B、图3C和图3D中所示的。
应当注意，第一传感器阵列104a的第一基板106a可以被布置在第一传感器阵列104a的面向中心闪烁体层102b的一侧上，或者备选地被布置在第一传感器阵列104a的面向第一外部闪烁体层102a的一侧上。因此，第一可切换光学滤波器116a可以与第一基板106a接触，或者其可以与光敏像素108a和/或覆盖第一传感器阵列104a的光敏像素的保护层接触。此外，第二传感器阵列104b的第二基板106b可以被布置在第二传感器阵列104b的面向中心闪烁体层102b的一侧上，或者备选地被布置在第二传感器阵列104b的面向第二外部闪烁体层102c的一侧上。因此，第二可切换光学滤波器116b可以与第二基板106b接触，或者其可以与光敏像素108b和/或覆盖第二传感器阵列104b的光敏像素的保护层接触。
参考图3B，第一可切换光学滤波器116a被切换到第二状态，在第二状态中，闪烁体光110被第一可切换光学滤波器116a反射。因此，第一传感器阵列104a仅探测主要由第一外部闪烁体层102a中的低能量X射线光子生成的闪烁体光110。
与第一可切换光学滤波器116a相比，第二可切换光学滤波器116b被切换到第一状态，使得第二传感器阵列104b被光学地耦合到中心闪烁体层102b和第二外部闪烁体层102c。因此，第二传感器阵列104b在第二传感器阵列104b的两个相对侧103a、103b处接收来自这两个闪烁体层102b、102c的闪烁体光，如图3B中的环绕区域所示的。换言之，第二传感器阵列104b利用来自第二传感器阵列104b的两个相对侧103a、103b的闪烁体光110来照射。
参考图3C，第一可切换光学滤波器116a被切换到第一状态，并且第二滤波器116b被切换到第二状态。因此，闪烁体光110被第二可切换光学滤波器116b反射，并且第二传感器阵列104b的第一侧103a与中心闪烁体层102b光学地去耦合，使得第二传感器阵列104b仅接收和/或探测来自第二外部闪烁体层102c的闪烁体光110。与此相反，第一传感器阵列104a在一侧被光学地耦合到第一外部闪烁体层102a，并且在相对侧被耦合到中心闪烁体层102b。因此，第一传感器阵列104a从这两个层102a、102b接收和/或探测闪烁体光110，如图3C中的环绕区域所示的。换言之，第一传感器阵列104a通过闪烁体光110从第一传感器阵列104a的两个相对侧来照射。
参考图3D，第一可切换光学滤波器116a和第二可切换光学滤波器116b两者都被切换到第二状态，在第二状态中，闪烁体光110被反射。因此，第一传感器阵列104a仅被光学地耦合到第一外部闪烁体层102a，并且第二传感器阵列104b仅被光学地耦合到第二外部闪烁体层102c。因此，在该操作模式中，中心闪烁体层102b可以被视为“关闭”。尽管如此，中心闪烁体层102b有助于在第一传感器阵列104a与第二传感器阵列104b之间的能量分离。换言之，来自中心闪烁体层102b的闪烁体光110既不贡献于利用第一传感器阵列104捕获的低能量图像，也不贡献于利用第二传感器阵列104b捕获的高能量图像。因此，中心闪烁体层102b可以被视为增加能量分离的额外滤波器。
图4A和图4B示意性示出了根据实施例的X射线探测器100。如果没有另外说明，则图4A和图4B的X射线探测器100可以包括与先前附图中所示的X射线探测器100相同的特征和/或元件。
图4A和图4B的X射线探测器100包括总共四个闪烁体层102a-d。第一外部闪烁体层102a、第二外部闪烁体层102d、第一中心闪烁体层102b和第二中心闪烁体层102c，其中，中心闪烁体层102b、102c被布置在第一传感器阵列104a与第二传感器阵列104b之间。第一外部闪烁体层102a和第一中心闪烁体层102b可以具有相同的厚度，范围从大约0.1mm到大约1.0mm，例如，大约0.3mm。此外，第二中心闪烁体层102b和第二外部闪烁体层102d可以具有相同的厚度，范围从大约0.5mm到大约1.5mm，例如，大约0.8mm。
此外，反射和不可切换层118被布置在第一中心闪烁体层102b与第二中心闪烁体层102c之间。借助于反射层118，来自第一中心闪烁体层102b和第二中心闪烁体层102c两者的闪烁体光110被反射。这可以增加总体探测效率。然而，备选地，反射层可以是不透明层118。层118在两侧可以是反射的和/或不透明的，其与闪烁体层102b、102c接触。同样地，层118的一侧可以是不透明的，而相对侧可以是反射的。
此外，可切换光学滤波器116被布置在第一传感器阵列104a与第一中心闪烁体层102b之间。
应当注意，第一传感器阵列104a的第一基板106a可以被布置在第一传感器阵列104a的面向第一中心闪烁体层102b的一侧上，或者备选地，被布置在第一传感器阵列104a的面向第一外部闪烁体层102a的一侧上。因此，可切换光学滤波器116a可以与第一基板106a接触，或者可以与光敏像素108a和/或覆盖第一传感器阵列104a的光敏像素的保护层接触。
在图4A中，可切换光学滤波器116处于第一状态，而在图4B中，可切换光学滤波器116处于第二状态。因此，在图4A中，第一传感器阵列104a和第二传感器阵列104b从两个相对侧来照射，而在图4B中，仅第二传感器阵列104b从两个相对侧来照射。
如图4A所示的处于第一状态的可切换光学滤波器116可以有利地增加对X射线辐射的整体吸收，这在探测器100的非谱成像模式中可能是有利的。相比之下，在如图4B中所示处于第二状态的切换滤波器116可以有利地增加能量分离，这在谱X射线成像中可能是有利的。
任选地，金属滤波器119可以被布置在闪烁体层102a-d的任意闪烁体层中，这可以增加第一传感器阵列104a与第二传感器阵列104b之间的能量分离。这样的金属滤波器119可以额外地或备选地被布置在反射和/或不透明层118上。
此外，图4A和图4B中所示的实施例可以有利地用于双射束应用中。举例来说，当高能射束被用于成像时，可切换光学滤波器116可以被切换到第二状态，如图4B所示的。这样，可以利用第二传感器阵列104b捕获高能量图像，而第一传感器阵列104a可以以该射束能量捕获低能量图像。此外，当使用低能射束时，所述可切换光学滤波器可以被切换到第一状态，如图4A所示的，因此，第一传感器阵列104a和第二传感器阵列104b两者都可以捕获低能量图像。然后可以添加所有曝光的低能量图像，从而允许增加剂量效率。低能射束的低能量图像可以被用于生成不同平均吸收的X射线能量的超过两幅图像。
图5A和图5B示意性示出了根据实施例的X射线探测器100。如果没有另外说明，则图5A和图5B的X射线探测器100包括与先前图中所示的X射线探测器100相同的特征和/或元件。
所述X射线探测器包括总共五个闪烁体层102a-102e，每个闪烁体层具有相同的厚度，范围为0.1mm至约1.0mm，例如约0.3mm。与图4A和图4B中所示的实施例不同，图5A和图5B的X射线探测器100包括被布置在第二传感器阵列104b与第二外部闪烁体层102e之间的另一闪烁体层102d。在另外的闪烁体层102d与第二外部闪烁体层102e之间，除了第一可切换光学滤波器116a之外，还布置有第二可切换光学滤波器116b，所述第一可切换光学滤波器116a被布置在第一传感器阵列104a与第一中心闪烁体层102b之间。
应当注意，第一传感器阵列104a的第一基板106a可以被布置在第一传感器阵列104a的面向第一中心闪烁体层102b的一侧上，或者备选地，被布置在第一传感器阵列104a的面向第一外部闪烁体层102a的一侧上。因此，第一可切换光学滤波器116a可以与第一基板106a接触，或者其可以与光敏像素108a和/或覆盖第一传感器阵列104a的光敏像素的保护层接触。此外，第二传感器阵列104b可以布置为使得第二基板106b可以与另外的闪烁体层102d接触或者使得第二基板106b可以与第二中心闪烁体层102c接触。
在图5A中，第一可切换光学滤波器116a和第二可切换光学滤波器116b两者都处于第一状态，而在图5B中，第二可切换光学滤波器116b切换到第二状态。当两个可切换光学滤波器116a、116b都如图5A所示处于第一状态时，可以增加X射线辐射的总吸收。该操作模式可以例如在对厚物体(例如，肥胖患者)进行成像时使用。相反，当第二滤波器116b被切换到如图5B所示的第二状态时，可以增加分辨率，这可以例如用于对薄物体(例如，血管)进行成像。
图6示意性示出了根据实施例的X射线探测器100。如果没有另外说明，则图6的X射线探测器100包括与先前图中所示的X射线探测器100相同的特征和/或元件。
图6的X射线探测器100包括总共四个闪烁体层102a-102d。更具体地，探测器100包括第一外部闪烁体层102a、第二外部闪烁体层102d、第一中心闪烁体层102b和第二中心闪烁体层102c，其中，两个中心闪烁体层102b、102c被布置在第一传感器阵列104a与第二传感器阵列104b之间。
在第一传感器阵列104a与第一中心闪烁体层102b之间布置有第一可切换光学滤波器116a。
此外，在第一中心闪烁体层102b与第二闪烁体层102b之间布置有第二可切换光学滤波器116b。
此外，第三可切换光学滤波器116c被布置在第二传感器阵列104b与第二中心闪烁体层102c之间。
通过在X射线探测器100中布置三个可切换光学滤波器116a-116c，可以进一步增加X射线探测器100的操作模式的数量。
应当注意，第一传感器阵列104a的第一基板106a可以被布置在第一传感器阵列104a的面向第一中心闪烁体层102b的一侧上，或者备选地，被布置在第一传感器阵列104a的面向第一外部闪烁体层102a的一侧上。因此，第一可切换光学滤波器116a可以与第一基板106a接触，或者其可以与光敏像素108a和/或覆盖第一传感器阵列104a的光敏像素108a的保护层接触。此外，第二传感器阵列104b的第二基板106b可以被布置在第二传感器阵列104b的面向第二中心闪烁体层102c的一侧上，或者备选地，被布置在第二传感器阵列104b的面向第二外部闪烁体层102d的一侧上。因此，第三可切换光学滤波器116c可以与第二基板106b接触，或者其可以与光敏像素108b和/或覆盖第二传感器阵列104b的光敏像素108b的保护层接触。
图7示意性示出了根据实施例的X射线探测器100。如果没有另外说明，则图7的X射线探测器100包括与先前图中所示的X射线探测器100相同的特征和/或元件。
图7的X射线探测器100包括总共三个闪烁体层102a、102b、102c。更具体地，X射线探测器100包括被布置在X射线探测器100的第一外侧上的外部闪烁体层102a。另外两个闪烁体层102b、102c被布置在第一传感器阵列104a与第二传感器阵列104b之间，使得第一传感器阵列104a和第二传感器阵列104b沿着堆叠方向101被两个闪烁体层102b、102c分开。
此外，可切换光学滤波器116被布置在闪烁体层102b与闪烁体层102c之间，使得两个闪烁体层102b、102c沿着堆叠方向101被可切换光学滤波器116分开。
在图7中所示的实施例中，第二传感器阵列104b被布置在X射线探测器100的与在其上布置有第一外部闪烁体层102a的一侧相对的第二外侧上。因此，第一传感器阵列104a被布置为从两个相对侧(即，至少从闪烁体层102a、102b)收集和/或接收闪烁体光110，而第二传感器阵列104b被布置为仅从一侧110(即，至少从闪烁体层102c)接收和/或收集闪烁体光110。
在图7所示的实施例中，X射线辐射沿着撞击方向200撞击到X射线探测器100上，其中，外部闪烁体层102首先被X射线辐射击中。换言之，外部闪烁体层102a可以朝向X射线源的方向和/或面向X射线源来布置。然而，应当注意，X射线探测器100还可以被布置为使得X射线辐射首先撞击到第二传感器阵列104b和/或第二基板106b上。换言之，第二传感器阵列104b可以朝向X射线源的方向和/或面向X射线源来布置。
第一传感器阵列104a的第一基板106a可以被布置为使得第一基板106a与外部闪烁体层102a接触或者使得其与闪烁体层102b接触。类似地，第二传感器阵列的第二基板106b可以被布置为使得其与闪烁体层102c接触或者使得第二传感器阵列104b的光敏像素108b或覆盖光敏像素108b的保护层与闪烁体层102c接触。
此外，应当注意，在图2至图7所示的实施例的任意实施例中，可切换光学滤波器116、116a、116b、116c可以具有像素结构和/或可切换光学滤波器116、116a、116b、116c可以是像素化可切换光学滤波器。换言之，可切换光学滤波器116、116a、116b、116c可以包括可切换光学滤波器元件的阵列。可切换光学滤波器116、116a、116b、116c的像素结构可以与传感器阵列104a、104b中的至少一个传感器阵列的光敏像素108a、108b的几何布置相关联。因此，可切换光学滤波器116、116a、116b、116c的像素结构可以与传感器阵列104a、104b中的至少一个传感器阵列匹配，和/或与传感器阵列104a、104b的至少一个传感器阵列的光敏像素108a、108b的几何布置匹配。可切换光学滤波器116、116a、116b、116c的状态对于所有可切换光学滤波器元件可以是相同的，或者可以按像素方式来控制所述状态，使得可切换光学滤波器元件的一部分可以处于第一状态，并且可切换光学滤波器元件的另一部分可以处于第二状态。其中，可以独立地控制和/或切换每个可切换光学滤波器元件。同样地，X射线探测器100可以包括至少一个像素化可切换光学滤波器116、116a、116b、116c与多个可切换光学滤波器元件和至少一个非像素化可切换光学滤波器116、116a、116b、116c的任意组合。
图8示意性示出了根据实施例的X射线成像装置500。
X射线成像装置500包括X射线源布置502。所述X射线源布置可以是单X射线源或者包括两个或更多个X射线源的多X射线源。
X射线成像装置500还包括如上以及下文中所描述的X射线探测器100。特别地，X射线探测器100可以是X射线探测器100，如参考图2至图7更详细描述的。然而，应当注意，X射线成像装置500并不限于如先前图中所示的X射线探测器100，而是可以包括任何类型的X射线探测器。
此外，X射线成像装置500包括用于控制X射线源布置502和/或X射线探测器100的控制器504。控制器504可以指代控制电路504、控制模块504和/或控制单元504。控制器504可以具体地被配置为触发X射线射束506的发射，X射线射束506在经过待检查的物体508之后通过X射线探测器100来探测。此外，控制器504可以被配置为切换可切换光学滤波器116，其可以存在于X射线探测器100中，如参考图2至图7所描述的。此外，控制器504可以被配置用于图像处理和/或用于对利用X射线探测器100采集和/或捕获的X射线图像进行数据处理。
X射线成像装置500可以是任何类型的X射线成像装置，诸如，例如CT成像装置、CBCT成像装置、锥形束成像装置或C型臂系统。
图9示意性示出了根据实施例的X射线成像装置500。特别地，图9图示了成像装置500的操作。如果没有另外说明，则图9的X射线成像装置500包括与图8的X射线成像装置500相同的特征和/或元件。为简单起见，控制器504在图9中未示出。
在X射线成像装置500中，X射线探测器100和X射线源布置502可以绕X射线成像装置500的旋转轴510旋转。如图9所指示的，旋转轴510可以平行于z轴。X射线探测器100和X射线源布置502的旋转运动由图9中的箭头512来图示。应当注意，X射线探测器100的旋转半径和X射线源布置502可以彼此不同。
X射线源布置502包括用于发射第一能量范围的第一X射线射束506a的第一X射线源502a以及用于发射与第一能量范围不同的第二能量范围的第二X射线射束506b的第二X射线源502b。
控制器504被配置用于当第一X射线源502a位于围绕旋转轴510的采集位置514处时触发第一X射线源502a并且采集第一X射线图像。此外，控制器504被配置用于当第二X射线源502b位于围绕旋转轴510的采集位置514处时触发第二X射线源502b并且采集第二X射线图像。
因此，当使用包括第一X射线源502a和第二X射线源502b的X射线源布置502时，通过在采集位置514处激活第一X射线源502a来捕获第一X射线图像。在特定时间段之后，第二X射线源502b可以由于旋转运动而到达采集位置514。当第二X射线源502b到达采集位置时，第二X射线图像被捕获。这样，例如，考虑到在第一X射线源502a与第二X射线源502b之间的距离，可以使旋转速度和曝光同步。换言之，采集频率可以与X射线成像装置500的旋转频率同步。这允许第一X射线图像在空间上与第二X射线图像一致。
应当注意，通过使用单X射线源502、502b，能够通过围绕旋转轴510旋转X射线源502a、502b完全360°来实现这种同步。
此外，应当注意，该同步适用于kVp切换方法，其中，第一X射线射束506a和第二X射线射束506b借助于预滤波器来生成。
此外，该同步能适用于立体X射线管和/或双焦斑X射线源布置502。换言之，X射线源布置502可以包括X射线管，其具有用于发射第一X射线射束506a的第一焦斑503a和用于发射第二X射线射束506b的第二焦斑503b。备选地或另外地，X射线源布置502可以包括用于发射第一X射线射束506a的第一X射线管503a和用于发射第二X射线射束506b的第二X射线管503b。
此外，应当注意，使用如参考图2至图7中的至少一个所描述的X射线探测器100，在每次曝光期间，即，当发射第一射束506a或第二射束506b时，第一传感器阵列104a以及第二传感器阵列104b捕获单独的X射线图像。因此，在利用第一射束506a曝光期间所采集的第一X射线图像指代第一图像对。类似地，在利用第二射束506b曝光期间所采集的第二X射线图像指代第二图像对，其中，所述图像对可以在时间和空间上是一致的。因此，采集所述第一X射线图像和所述第二X射线图像总共产生了四幅图像，这能够被有利地组合以便增加X射线成像装置500的剂量效率。
举例来说，第一射束506a可以是低kV射束506a，并且第二射束506b可以是高kV射束506b。当利用低kV射束506a曝光X射线探测器100时，第一传感器阵列104a和第二传感器阵列104b两者都捕获和/或采集低能量图像。相反，当利用高kV射束506b曝光X射线探测器100时，第一传感器阵列104a采集和/或捕获低能量图像，而第二传感器阵列104b捕获和/或采集高能量图像。在这两次曝光期间(即，在利用低kV射束506a和高kV射束506b曝光期间)采集的三幅低能量图像可以被有利地添加和/或组合。这导致剂量有效的低能量总图像。
此外，添加和/或组合所有四幅图像给出了剂量有效的非谱图像。
图10示出了图示根据实施例的用于操作X射线成像装置500的方法的步骤的流程图。如果没有另外说明，则X射线成像装置500包括与图8和图9的X射线成像装置500相同的特征和/或元件。特别地，X射线成像装置500包括如参考图2至图7所描述的X射线探测器100。
X射线成像装置500包括X射线源布置502，其具有用于发射第一能量范围的第一X射线射束506a的第一X射线源502a和用于发射与第一能量范围不同的第二能量范围的第二X射线射束506b的第二X射线源502b。
所述方法包括步骤S1：当第一X射线源502a位于围绕X射线成像装置500的旋转轴510的采集位置514时，利用第一X射线源502a发射第一X射线射束506a。
在步骤S2中，当第一X射线源502a位于采集位置514时，利用X射线探测器100采集和/或捕获第一X射线图像。
在另外的步骤S3中，当第二X射线源502b位于采集位置514时，利用第二X射线源502b发射第二X射线射束506b。此外，在步骤S4中，当第二X射线源502b位于采集位置514时，利用X射线探测器100采集和/或捕获第二X射线图像。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员可以理解和实现所公开实施例的其他变型并实践所要求保护的发明。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。事实上，在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种X射线探测器(100)，包括：
至少三个闪烁体层(102a-e)，其用于将X射线辐射转换为闪烁体光(110)；以及
至少两个传感器阵列(104a、104b)，每个传感器阵列包括多个光敏像素(108a、108b)，所述光敏像素用于接收由所述闪烁体层(102a-e)中的至少一个闪烁体层发射的闪烁体光(110)；
其中，所述传感器阵列(104a、104b)中的每个传感器阵列的所述光敏像素(108a、108b)被布置在可弯曲的基板(106a、106b)上；
其中，所述闪烁体层(102a-e)的数量大于所述传感器阵列(104a、104b)的数量；
其中，所述至少三个闪烁体层(102a-e)和所述至少两个传感器阵列(104a、104b)被布置在彼此的顶部上；
其中，所述传感器阵列(104b)中的至少一个传感器阵列被布置在所述闪烁体层(102a-e)中的至少两个闪烁体层之间，使得所述至少两个闪烁体层(102a-e)在所述至少一个传感器阵列(104b)的两个相对侧(103a、103b)处被光学地耦合到所述至少一个传感器阵列(104b)；并且
其中，所述至少一个传感器阵列(104b)被配置为接收由所述至少两个闪烁体层(102a-e)发射的光。
2.根据权利要求1所述的X射线探测器(100)，
其中，所述至少两个传感器阵列(104a、104b)中的每个传感器阵列被布置在所述闪烁体层(102a-e)中的至少两个闪烁体层之间；并且/或者
其中，所述传感器阵列(104a、104b)中的每个传感器阵列被配置为接收由所述闪烁体层(102a-e)中的被布置在相应的传感器阵列(104a、104b)的两个相对侧(103a、103b)上的至少两个闪烁体层发射的光。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的X射线探测器(100)，还包括：
至少一个可切换光学滤波器(116、116a-c)；
其中，所述至少一个可切换光学滤波器(116、116a-c)能在第一状态与第二状态之间切换，其中，在所述第一状态中，所述可切换光学滤波器(116、116a-c)对于闪烁体光(110)是透明的，而在所述第二状态中，所述可切换光学滤波器(116、116a-c)阻挡闪烁体光(110)。
4.根据权利要求3所述的X射线探测器(100)，
其中，所述可切换光学滤波器(116、116a-c)是电致变色光学滤波器。
5.根据权利要求3或4中的任一项所述的X射线探测器(100)，
其中，所述至少一个可切换光学滤波器(116、116a-c)被布置在所述至少两个传感器阵列(104a、104b)之间。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的X射线探测器(100)，
其中，所述X射线探测器(100)包括被布置在所述至少两个传感器阵列(104a、104b)之间的至少一个中心闪烁体层(102b)；并且
其中，所述至少一个可切换光学滤波器(116、116a-c)被布置在所述传感器阵列(104a、104b)中的至少一个传感器阵列与所述至少一个中心闪烁体(102b)之间。
7.根据权利要求3至6中的任一项所述的X射线探测器(100)，
其中，所述X射线探测器(100)包括被布置在所述X射线探测器(100)的第一外侧(112)上的第一外部闪烁体层(102a)；
其中，所述X射线探测器(100)包括被布置在所述X射线探测器(100)的与所述第一外侧(112)相对的第二外侧(114)上的第二外部闪烁体层(102c)；
其中，所述X射线探测器(100)包括被布置在所述至少两个传感器阵列(104a、104b)之间的至少一个中心闪烁体层(102b)；并且
其中，至少一个可切换光学滤波器(116a、116b)被布置在所述至少两个传感器阵列(104a、104b)中的每个传感器阵列与所述至少一个中心闪烁体层(102b)之间。
8.根据权利要求7所述的X射线探测器(100)，
其中，另外的中心闪烁体层(102c)被布置在所述至少两个传感器阵列(104a、104b)之间；并且
其中，至少一个另外的可切换光学滤波器(116b)被布置在所述两个中心闪烁体层(102b、102c)之间。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的X射线探测器(100)，还包括：
至少一个不透明层(118)，其用于吸收闪烁体光(110)；和/或
至少一个反射层(118)，其用于反射闪烁体光(110)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的X射线探测器(100)，
其中，所述基板(106a、106b)包括玻璃和/或聚合物材料。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的X射线探测器(100)，还包括：
至少一个金属层(119)，其用于对X射线辐射进行滤波。
12.一种X射线成像装置(500)，包括：
X射线源布置(502)，其用于发射X射线辐射；
根据前述权利要求中的任一项所述的X射线探测器(100)；以及
控制器(504)，其用于控制所述X射线源布置(502)和/或所述X射线探测器(100)。
13.根据权利要求12所述的X射线成像装置(500)，
其中，所述X射线源布置(502)和所述X射线探测器(100)能围绕所述X射线成像装置(500)的旋转轴(510)旋转；
其中，所述X射线源布置(502)至少包括用于发射第一能量范围的第一X射线射束(506a)的第一X射线源(502a)以及用于发射与所述第一能量范围不同的第二能量范围的第二X射线射束(506b)的第二X射线源(502b)；
其中，所述控制器(504)被配置用于当所述第一X射线源(502a)位于围绕所述旋转轴(510)的采集位置(514)处时触发所述第一X射线源(502a)并且采集第一X射线图像；并且
其中，所述控制器(504)被配置用于当所述第二X射线源(502b)位于围绕所述旋转轴(510)的所述采集位置(514)处时触发所述第二X射线源(502b)并且采集第二X射线图像。
14.根据权利要求13所述的X射线成像装置(500)，
其中，所述X射线源布置(502)包括X射线管，所述X射线管具有用于发射所述第一X射线射束(506a)的第一焦斑(503a)以及用于发射所述第二X射线射束(506b)的第二焦斑(503b)；并且/或者
其中，所述X射线源布置(502)包括用于发射所述第一X射线射束(506a)的第一X射线管(503a)以及用于发射所述第二X射线射束(506b)的第二X射线管(503b)。
15.一种用于操作X射线成像装置(500)的方法，所述X射线成像装置具有根据权利要求1至11中的任一项所述的X射线探测器(100)以及X射线源布置(502)；
其中，所述X射线源布置(502)包括用于发射第一能量范围的第一X射线射束(506a)的第一X射线源(502a)以及用于发射与所述第一能量范围不同的第二能量范围的第二X射线射束(506b)的第二X射线源(502b)；所述方法包括以下步骤：
当所述第一X射线源(502a)位于围绕所述X射线成像装置(500)的旋转轴(510)的采集位置(514)处时，利用所述第一X射线源(502a)发射(S1)所述第一X射线射束(506a)；
当所述第一X射线源(502a)位于所述采集位置(514)处时，利用所述X射线探测器(100)采集(S2)第一X射线图像；
当所述第二X射线源(502b)位于所述采集位置(514)处时，利用所述第二X射线源(502b)发射(S3)所述第二X射线射束(506b)；并且
当所述第二X射线源(502b)位于所述采集位置(514)处时，利用所述X射线探测器(100)采集(S4)第二X射线图像。
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