CN113167912A - 混合x射线和光学探测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种成像探测器。为了提供具有增强的光学成像能力和简单设计的混合X射线和光学探测器，成像探测器被提供用于捕获光学成像数据和X射线成像数据。所述成像探测器包括基板、光敏传感器、X射线闪烁体和光学部件装置的阵列。所述光敏传感器包括在所述成像探测器上分布的传感器像素。所述X射线闪烁体被配置为将入射X射线辐射的能量转换为光子。每个光学部件装置包括被配置用于朝向所述光敏传感器引导入射光学辐射的至少一个光学部件。所述传感器像素包括光学像素，每个与相应光学部件装置耦合以接收所述入射光学辐射，从而生成所述光学成像数据。所述传感器像素包括X射线像素，其与所述X射线闪烁体耦合以接收转换的光子，从而生成所述X射线成像数据。

Description

混合X射线和光学探测器

技术领域

本发明涉及一种成像探测器，具体而言，本发明涉及一种用于捕获光学成像数据和X射线成像数据的成像探测器、一种成像系统和一种用于制造成像探测器的方法。

背景技术

将光学成像集成在X射线成像系统中可以提供各种医学和非医学应用中的有价值的功能信息。在医学应用中，例如，这样的双成像系统主要被内置在机架中，其中，分离的光学和X射线图像采集信道机械地组合，并且采集的图像共配准并且融合在一起。由于X射线和光学图像不在相同时间和地点采集，因此该成像概念常常导致起因于采集时间和患者移动中的差异的成像不准确度和成像伪影。该问题可以由混合X射线和光学探测器解决。

当前混合X射线和光学探测器可以具有许多光学传感器段之间的有限的光学功能和复杂的互连。

例如，WO 2016/131647 A1描述了一种通过在公共成像区中使许多光学传感器段交错从X射线探测器建立的混合X射线和光学探测器。

发明内容

可能需要提供一种具有增强光学成像能力和简单设计的混合X射线和光学探测器。

本发明的目的由独立权利要求的主题解决，其中，其他实施例被包含在从属权利要求中。应当注意，本发明的以下所描述的方面还适用于成像探测器、成像系统和用于制造成像探测器的方法。

本发明的第一方面涉及一种用于捕获光学成像数据和X射线成像数据的成像探测器。所述成像探测器包括基板、光敏传感器、X射线闪烁体和光学部件装置的阵列。所述光敏传感器包括在所述成像探测器分布上的传感器像素。所述X射线闪烁体被配置为将入射X射线辐射的能量转换为光子。每个光学部件装置包括被配置用于朝向所述光敏传感器引导入射光学辐射的至少一个光学部件。所述传感器像素包括光学像素，每个与相应光学部件装置耦合以接收所述入射光学辐射，从而生成光学成像数据。所述传感器像素包括X射线像素，其与所述X射线闪烁体耦合以接收转换的光子，从而生成所述X射线成像数据。

换句话说，可以使用公共光敏传感器，在其上，要么像素化要么连续的X射线闪烁体和光学部件被布置在其上。跨探测器区的“X射线像素”和“光学像素”的分布和性质可以灵活地选择并且优化用于特定混合成像应用，如在下文中将更详细地解释的。从迅速出现的“microLED”显示技术导出的制造概念可以被用于制造成像探测器。

术语“阵列”可以被理解为一维阵列或二维阵列。

所述X射线闪烁体可以是像素化闪烁体或者连续闪烁体(或非像素化闪烁体)。

所述光学部件装置可以包括被配置用于朝向所述光敏传感器引导入射光学辐射26的一个或多个光学部件。所述光学部件可以包括例如微透镜、光谱滤波器、单向或半透明反射镜、光导、偏振器、衍射光栅、梯度指数透镜、全息部件、如稍长的管或长方体的光学准直器和微棱镜。除可切换的元件(诸如液晶透镜)之外，基于水和油的液晶透镜或者半透半反式液晶反射镜也可以用作光学部件。

所述光敏传感器可以被配置用于预期混合成像应用。传感器的典型范例是：晶圆级硅基板上的CMOS图像传感器、玻璃基板上或聚酰亚胺箔基板上的非晶Si TFT和光电二极管像素的背板阵列，以及聚酰亚胺箔基板上的有机TFT和光电二极管像素的背板阵列。大FOV传感器可以通过将多个较小传感器(例如，CMOS)平铺在一起实现。X射线像素和光学像素(和其光电二极管)的设计应当分别与X射线闪烁体和光学部件的性质匹配。

光学像素可以包括一个或多个光电二极管(未示出)，每个耦合到一个或多个(堆叠的)光学部件，例如微透镜、光导、光学滤波器。至少两个光学像素可以被分配给一个传感器像素，每个光学像素因此形成所述传感器像素的子像素。备选地，至少两个传感器像素被分配给一个光学像素，每个传感器像素因此形成所述光学像素的子像素。这可以对于用于光学成像的动态区分或分辨率的要求是有利的。

X射线像素可以包括一个或多个光电二极管，每个光电二极管耦合到一个或多个(堆叠的)X射线闪烁体元件。至少两个X射线像素可以被分配给一个传感器像素，每个X射线像素因此形成所述传感器像素的子像素。备选地，至少两个传感器像素被分配给一个X射线像素，每个传感器像素因此形成所述X射线像素的子像素。这可以对于用于X射线成像的动态区分或分辨率的要求是有利的。

可以设计任何期望大小和形状的X射线像素和光学像素。而且，像素可以分组以形成探测器视场中的“X射线传感器段”或“光学传感器段”。以这种方式，跨公共的传感器阵列的X射线像素和光学像素的任何最佳分布可以被布置用于特定成像应用。范例是：交错的个体像素、交错的传感器段、交替像素线、交替传感器段条纹、同心圆(或矩形)传感器段、传感器段的检验板和周围传感器段。

根据本发明的实施例，至少一个光学部件装置包括用于使入射光学辐射聚焦或者变窄到所述光敏传感器上的光会聚部件。所述光会聚部件是选自微透镜和光学准直器中的至少一个。

如本文所使用的术语“光学准直器”可以被描述为使光束聚焦或者变窄以在不同方向上对准或者减少其截面的光学部件。例如，所述光学准直器可以是限制所述光学像素的接受角的光学像素之上的稍长管或长方体。

任选地与光导、光学滤波器和/或光源组合的光会聚部件(诸如微透镜或光学准直器)的使用有利地使能期望光学成像能力的实现。范例是：大视场查看、自动立体成像、三维光场成像、飞行时间成像、三维光探测和测距(LIDAR)成像、高光谱成像和光学断层摄影。

根据本发明的实施例，所述X射线闪烁体是包括闪烁体元件的阵列的像素化闪烁体。所述光学部件装置的阵列和所述闪烁体元件的阵列相对于彼此定位以用于将所述入射光学辐射引导到所述闪烁体元件之间的间隙内的传感器像素，从而形成分离的光学和X射线像素。备选地，所述光学部件装置的阵列和所述闪烁体元件的阵列相对于彼此定位以用于将所述入射光学辐射引导到与所述X射线闪烁体耦合的传感器像素，从而形成公共的光学和X射线像素。

因此，本发明可以提供设计用于光学和X射线图像的分离的传感器像素的选项并且因此可以在没有用于照明或快门移动或图像校正的特殊要求的情况下同时递送这两幅图像以消除光学图像与X射线图像之间的串扰。

本发明可以提供设计用于光学和X射线图像的公共或者共享的传感器像素的备选选项。该选项可以适合于优化用于时间交错的X射线和光学成像的混合探测器的性质。光学开关，诸如液晶模块，可以适用于与时间交错的X射线和光学成像同步切换其光学性质。

根据本发明的实施例，至少一个部件装置包括被布置在所述闪烁体元件之间的间隙内部的光导。所述光导与相应光会聚部件耦合以朝向所述闪烁体元件之间的间隙内的传感器像素引导所述入射光学辐射。

根据本发明的实施例，所述光会聚部件是微透镜。所述微透镜具有以下形状和位置中的至少一项：

i)相对于相应光导的对称位置中的对称形状微透镜，

ii)相对于相应光导的非对称位置中的对称形状微透镜，以及

iii)非对称形状微透镜。这将在图2A至2C的实施例的文本中更详细地解释。

根据本发明的实施例，所述微透镜是复合微透镜。所述复合微透镜的位置是以下各项中的至少一项：

i)在闪烁体元件之间的间隙内部，

ii)在梯形闪烁体元件之间的间隙内部，以及

iii)在梯形闪烁体元件之间的间隙之上。这将在图3A至3C的实施例的文本中更详细地解释。

根据本发明的实施例，所述光学部件装置的阵列和所述闪烁体元件的阵列被布置在所述光敏传感器的相对侧。所述光敏传感器在两侧是光敏的。每个光学部件装置被配置为朝向与相应闪烁体元件耦合的一个或多个X射线像素引导所述入射光学辐射。备选地，所述光学部件装置的阵列和所述闪烁体元件的阵列被布置在光敏传感器的相同侧。每个光学部件装置被配置为朝向一个或多个X射线像素引导穿过相应闪烁体元件的入射光学辐射。备选地，至少一个闪烁体元件具有以这样的方式配置的表面形状：至少一个闪烁体元件自身充当用于光学成像的微透镜。

根据本发明的实施例，所述闪烁体元件的阵列包括具有以下各项的闪烁体元件：

i)不同厚度，

ii)闪烁体元件之间的不同大小，

iii)与所述传感器像素的大小相比较不同的大小，

iv)不同距离间隙，v)非均匀分布，

vi)不同的辐射转换材料，和/或

vii)辐射转换材料的不同组成。所述辐射转换材料的组成至少在以下各项之一中是不同的：

所述辐射转换材料的掺杂水平、掺杂材料以及掺杂材料的组合。

在范例中，所述成像探测器的中心区域可以具有更厚的闪烁体元件，而所述成像探测器的非中心(例如，外围)区域可以具有更薄的闪烁体元件。

在范例中，闪烁体元件的大小可以从中心朝向外围增加，从而导致中心的高空间分辨率和外围的低分辨率，同时节省电子设备的材料成本。

在范例中，至少两个闪烁体元件被分配给一个传感器像素。每个闪烁体元件与光电二极管耦合并且形成一个传感器像素的X射线子像素。所述辐射材料的组成和/或所述辐射材料的厚度可以在分配给一个传感器像素的至少两个X射线子像素之间变化。这可以使用在如具有材料X射线吸收特性中的非常大差异的对象的医学组织的高对比度图像的应用中。

在范例中，至少两个传感器像素被分配给一个闪烁体元件。换句话说，所述闪烁体元件具有比所述传感器像素的大小更大的大小。

在范例中，所述成像探测器的中心区域可以具有高质量的昂贵的辐射转换材料，诸如CsI，而所述成像探测器的非中心(例如，外围)区域可以具有低质量的便宜的辐射转换材料，例如GOS。

在范例中，所述闪烁体元件的阵列的非均匀分布是所述闪烁体元件的辐射转换材料的组成和/或厚度的非均匀分布。

在范例中，所述闪烁体元件的阵列的非均匀分布可以由像素分箱水平的非均匀分布提供，例如从中心区域朝向所述探测器的外围的1x1、2x2、3x3至4x4分箱，或者通常具有增加的n、m的n x m分箱。

在范例中，所述成像探测器的中心区域可以具有较小的距离间隙，而所述探测器的非中心(例如，外围)区域可以具有更大的距离间隙，从而导致中心的高空间分辨率和外围的低分辨率，同时节省电子器件的材料成本。

根据本发明的实施例，所述X射线闪烁体是包括辐射转换材料的连续闪烁体。

根据本发明的实施例，至少一个微透镜被配置为用于选择性地透射具有不同波长的光的光学滤波器。

换句话说，所述微透镜自身也可以充当光学滤波器。例如，复合微透镜包括嵌入式光学滤波器。这可以在用于由荧光染料着色的组织的实时可视化的荧光图像引导式手术中是有用的，诸如FDA批准的吲哚菁绿(ICG)。外科医师可以然后在正常室内光条件中工作，而所述微透镜中的窄带宽光谱滤波器主要阻挡所述室内光并且主要透射由染料发射的光。以相同方式，光导也可以充当光学滤波器。

根据本发明的实施例，提供了半透半反式光学反射镜。所述半透半反式光学反射镜被提供为滤光器的阵列，每个滤光器被配置用于阻挡一个或多个X射线像素接收所述入射光学辐射。备选地或者额外地，所述半透半反式光学反射镜被提供为光学开关的阵列，每个光学开关被配置用于使得由一个或多个X射线像素接收的入射光学辐射能够与时间交错的X射线和光学成像同步地选择性地接通和关断。

在范例中，所述半透半反式光学反射镜是半透半反式光学涂层。

作为光学开关的半透半反式光学反射镜的使用可以有利地解决与常规光学快门相关联的问题，诸如关于仅光图像的校正以检索X射线图像，当采集X射线图像时关断灯(包括室内灯)或者闭合(大)光学快门。

这可以有利地使能实时医学(例如，在外科手术室(OR)/混合或介入室中)和实时非医学成像应用。

根据本发明的实施例，所述光学部件装置的阵列包括具有以下各项的微透镜：

i)不同焦距，

ii)不同距离间隙；

iii)非均匀分布；

iv)微透镜之间的不同大小，和/或

v)与所述传感器像素的大小相比较不同的大小。

所述微透镜的阵列的非均匀分布可以是所述微透镜的焦距或大小的非分布。

在范例中，微透镜的非均匀分布可以由像素分箱水平的非均匀分布提供，例如来自从中心区域朝向所述探测器的外围的1x1、2x2、3x3或4x4像素分箱。

在范例中，至少两个微透镜被分配给一个传感器像素，每个形成光学子像素。焦距和/或大小可以在分配给一个传感器像素的至少两个光学子像素之间变化。

在另一范例中，至少两个传感器像素被分配给一个微透镜。

在范例中，所述微透镜具有从中心朝向边缘的增加的大小。

在范例中，所述微透镜具有从中心朝向边缘的增加的距离间隙。

根据本发明的实施例，所述基板包括平坦或基本上平坦或弯曲形状。所述基板包括硅、玻璃或聚合物箔。

术语“基本上平坦”可以被理解为包括多达1cm的最小弯曲半径的平坦性。

本发明的第二方面涉及一种成像系统。成像系统包括根据上文和下文所描述的实施例中的任一个的成像探测器、X射线源和光源。所述X射线源被配置为提供X射线辐射。所述光源被配置为提供光学辐射。所述成像探测器被配置为探测X射线辐射以生成X射线成像数据，并且探测光学辐射以生成光学成像数据。

本发明的第三方面涉及一种用于制造成像探测器的方法。所述方法包括以下步骤：a)形成基板，b)在所述基板上形成光敏传感器，并且c)通过拾取和放置组件传递过程将X射线闪烁体和/或光学部件装置的阵列布置在所述光敏传感器上和/或在所述基板层上，并且其中，所述光敏传感器包括在所述成像探测器上分布的传感器像素。所述X射线闪烁体被配置为将入射X射线辐射的能量转换为光子。每个光学部件装置包括被配置用于朝向所述光敏传感器引导入射光学辐射的至少一个光学部件。所述传感器像素包括光学像素，每个与相应光学部件装置耦合以接收所述入射光学辐射，从而生成所述光学成像数据。所述传感器像素包括X射线像素，其与所述X射线闪烁体耦合以接收转换的光子，从而生成所述X射线成像数据。

探测器组件过程可以开始于像素化“供体阵列”的分离的制造，即，将散装闪烁体基板处理为闪烁体片块的阵列，并且将基板上的光学微结构制造和切割为光学成像部件的阵列(例如，晶圆上的微透镜、箔上的光学滤波器)。随后，这些供体阵列针对将个体片块拾取并且传递到“受体阵列”保持平衡。这是将所有X射线和光学成像部件异构集成到混合探测器发生的公共的光敏传感器。

根据本发明的方面，提供了一种用于捕获X射线成像数据和光学成像数据的成像探测器。所述成像探测器出于捕获和处理产生于对X射线辐射和/或光学辐射的暴露的图像的目的由包括多个光敏像素和电子电路的公共的光敏传感器表征。所述光学辐射可以是紫外线(UV)、可见光(VIS)、红外光(IR)、或近红外光(NIR)。这可以消除针对光学传感器部件的互连问题。其还可以提供增强的光学成像能力，并且其可以减少所述探测器的成本价格。该更简单的、更灵活并且便宜的混合探测器设计的实现可以由迅速出现的MicroLED显示器的制造组件概念使能。

本发明的这些和其他方面将参考在下文中所描述的实施例而变得显而易见并得到阐述。

附图说明

发明的更完整的理解和其伴随优点将通过未按比例绘制的以下示意图更清楚地理解，其中：

图1示出了根据本发明的实施例的成像探测器的示意图。

图2A至2D示出了根据本发明的实施例的成像探测器的示意图。

图3A至3C示出了根据本发明的其他实施例的成像探测器的示意图。

图4示出了根据本发明的另一实施例的成像探测器的示意图。

图5A至5C示出了根据本发明的其他实施例的成像探测器的示意图。

图6A和6B示出了根据本发明的另一实施例的成像探测器的示意图。

图7A和7B示出了根据本发明的其他实施例的成像探测器的示意图。

图8示出了根据本发明的实施例的成像系统的示意图。

图9示出了根据本发明的实施例的用于制造成像探测器的方法的示意图。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的并且不按比例。在不同的附图中，相似或者相同元件被提供有相同附图标记。

通常，相同部件、单元、实体或步骤在附图中被提供有相同附图标记。

在附图中，每个实施例示意性地示出了六个X射线像素和三至六个光学像素，但是这些像素不必是相邻的。其可以以跨成像探测器的任何期望配置分布。

图1示出了根据本发明的实施例的成像探测器10的示意图。成像探测器10包括基板12、光敏传感器14、X射线闪烁体16和光学部件装置18的阵列。光敏传感器14包括在成像探测器10上分布的传感器像素20。X射线闪烁体16被配置为将入射X射线辐射22的能量转换为光子。每个光学部件装置18包括被配置用于朝向光敏传感器14引导入射光学辐射26的至少一个光学部件24。传感器像素20包括光学像素28，每个与相应光学部件装置18耦合以接收入射光学辐射26，从而生成光学成像数据。传感器像素20包括X射线像素30，所述X射线像素与X射线闪烁体16耦合以接收转换的光子，从而生成X射线成像数据。

在范例中，基板12包括平坦或基本上平坦形状。在另一范例中，基板12包括弯曲形状。弯曲探测器可以在各种情况下是有用的，例如，紧凑X射线、计算机断层摄影(CT)或锥形束计算机断层摄影(CBCT)成像系统或成像弯曲身体部分的设计。范例是胸部成像或(部分地)覆盖患者和/或与患者接触的柔性探测器毯。弯曲探测器还可以对于工业管线(气体、油、水)的检查(NDT)是有用的。基板12可以包括硅、玻璃或聚合物箔。具有聚合物箔的基板可以例如由箔上传感器(sensor-on-foil)技术启用。

X射线闪烁体16可以是像素化闪烁体或连续闪烁体。在范例中，如图1至5和7A所示，X射线闪烁体16是像素化闪烁体。在范例中，如图6和7B所示，X射线闪烁体16是连续闪烁体。

在范例中，至少一个光学部件装置包括光会聚部件31(图2至7所示的)，其用于使入射光学辐射26聚焦或变窄到光敏传感器14上。光会聚部件31是选自微透镜32和光学准直器(未示出)中的至少一个。为简单起见，图2至7中的光会聚部件31被例示并且图示为微透镜32。将意识到，在一些实施方式中，光会聚元件31可以是光学准直器，诸如稍长管或长方体。例如，代替于或者补充图2至7中的微透镜32，也可以应用光学准直器。

在范例中，如图1至4和图7A所示，X射线闪烁体16是包括闪烁体元件34的阵列的像素化闪烁体。光学部件装置18的阵列和闪烁体元件34的阵列相对于彼此定位以将入射光学辐射26引导到闪烁体元件34之间的间隙36内的传感器像素20，从而形成分离的光学和X射线像素。

在范例中，作为备选概念，光学部件装置18的阵列和闪烁体元件34的阵列相对于彼此定位以将入射光学辐射26引导到与X射线闪烁体16耦合的传感器像素20，从而形成公共的光学和X射线像素。图5A至图5C中示出了该概念。

图2A至2D示出了根据本发明的实施例的成像探测器10的示意图。在图2A至2D中，至少一个部件装置18包括布置在闪烁体元件34之间的间隙36内部的光导38。光导38与相应光会聚部件31耦合以用于朝向闪烁体元件34之间的间隙36内的传感器像素20引导入射光学辐射26。为简单起见，入射光学辐射26和入射X射线辐射22被图示为一个箭头。光会聚部件31可以是微透镜32。

在范例中，如图2A所示，微透镜32是相对于相应光导38的对称位置中的对称形状微透镜。

在范例中，如图2B所示，微透镜32是相对于相应光导38的非对称位置中的对称形状微透镜。在该范例中，对称微透镜相对于光导和下层光电二极管的位置可以针对传感器区上的每个位置优化以确保针对每个视角的入射光的最大集合。

在范例中，如图2C所示，微透镜32是非对称形状微透镜。在该范例中，非对称微透镜相对于光导和下层光电二极管的形状可以针对传感器区上的每个位置优化以确保针对每个视角的入射光的最大集合。

任选地，光学滤波器和/或光源可以被提供以有利地使能期望光学成像能力的实现。

在范例中，如图2D所示，提供了滤光器40。相邻光学像素中的不同滤波器的应用可以有利地使能组织的高光谱成像。肿瘤学手术流程中的肿瘤组织的可见性可以通过使用特定波长带中的光学图像的不同对比度增强。可以在不同的位置处应用滤光器40。滤光器40也可以应用在层中，在微透镜32或光导38下面或上面。

任选地，至少一个微透镜32被配置为用于选择性地透射具有不同波长的光的光学滤波器。换句话说，微透镜自身也可以充当光学滤波器。例如，图3A至3C中的复合微透镜可以包括嵌入式光学滤波器。任选地，光导38被配置为用于选择性地透射具有不同波长的光的光学滤波器。

在范例中，如图2D所示，光源42被提供在X射线闪烁体16的外围中和/或间隙36中。X射线闪烁体的外围处和/或间隙内部的小光源的应用(诸如microLED或垂直腔面发射激光器(VCSEL))可以有利地使能混合探测器的三维或多光谱成像能力。例如，光源可以被配置为以与患者的脉冲X射线曝光同步的不同波长发射光脉冲以便使能时间交错的混合成像。这意指连续的光图像和X射线图像在彼此之后迅速地采集。光源可以被用于通过使用飞行时间(ToF)或LIDAR技术将高级三维感测功能(诸如防碰撞系统)添加到探测器。来自消费电子器件(例如，Kinect运动感测、IphoneX三维光相机、ToF接近度传感器等)也可以使用在混合探测器中。光源可以被用于独立于成像或感测实现专用照明功能。针对手术室(OR)环境中的外科医师的有用范例可以是无阴影照明的生成和患者上的相关信息的投影(例如，用于手术针的插入的入口点)。

任选地与光学部件组合以聚焦光的大表面(探测器)之上的多个光源的组合使能具有极好的阴影稀释性质的手术光。这使能在手术流程期间在诸如混合OR的手术设置中使用探测器。

图3A至3C示出了根据本发明的其他实施例的成像探测器10的示意图。在图3A至3C中，微透镜32是包括透镜的集合的复合微透镜。鉴于从100μm到1000μm的范围内的X射线闪烁体厚度，复合微透镜可以有用于防止归因于相邻闪烁体元件之间的间隙中的反射/吸收现象的光损失。

在范例中，如图3A所示，复合微透镜的位置在闪烁体元件34之间的间隙36内部。

在范例中，如图3B所示，复合微透镜的位置在梯形闪烁体元件34之间的间隙36内部。这可以有利地使能与图3A中的范例相比较的光学视角和光学灵敏度的增加。微透镜需要具有对称形状并且可以朝向传感器的边界倾斜以最佳校正光束的倾斜入射。

在范例中，如图3C所示，复合微透镜的位置在梯形闪烁体元件34之间的间隙36之上。这可以有利地使能X射线灵敏度的增加，同时仍然维持与图3A中的范例相比较的合理的视角和光学灵敏度。这可以通过使用闪烁体层上面的微透镜(例如，在六边形像素结构中)的提升设计来实现。

图4示出了根据本发明的另一实施例的成像探测器10的示意图。在图4中，光学部件阵列18和闪烁体元件34的阵列被布置在光敏传感器14的相对侧。光敏传感器14在两侧是光敏的。光学部件装置18的阵列和闪烁体元件34的阵列相对于彼此定位以用于将入射光学辐射26引导到闪烁体元件34之间的间隙36内的光学像素28。在该范例中，传感器具有专用传感器像素以用于X射线成像和光学成像，即，分离的X射线像素30和光学像素28。该实施例可以有利地增加光学部件的选择中的灵活性并且促进制造组件过程。

图5A至5C示出了根据本发明的其他实施例的成像探测器10的示意图。

在范例中，如图5A所示，光学部件装置18的阵列和闪烁体元件34的阵列被布置在光敏传感器14的相对侧。光敏传感器14在两侧是光敏的。每个光学部件装置18被配置为朝向与相应闪烁体元件34耦合的一个或多个传感器像素20引导入射光学辐射26。这可以适合于优化用于时间交错的X射线和光学成像的混合探测器的性质。

在范例中，如图5B所示，光学部件装置18的阵列和闪烁体元件34的阵列被布置在光敏传感器的相同侧。每个光学部件装置18被配置为朝向一个或多个传感器像素20引导穿过相应闪烁体元件34的入射光学辐射26。这可以适合于优化用于时间交错的X射线和光学成像的混合探测器的性质。

在范例中，如图5C所示，至少一个闪烁体元件34具有以这样的方式配置的表面形状：至少一个闪烁体元件34自身充当用于光学成像的微透镜。经调节的闪烁体表面形状可以对像素的X射线吸收差异具有小的影响。这些将通过X射线图像的标准增益校正来考虑。

在范例(未示出)中，图1至5中的实施例的闪烁体元件34的阵列包括具有以下各项的闪烁体元件34：i)不同厚度，ii)闪烁体元件之间的不同大小，iii)与传感器像素的大小相比较不同的大小，iv)不同距离间隙，v)非均匀分布，vi)不同的辐射转换材料，和/或vii)辐射转换材料的不同组成。辐射转换材料的组成至少在以下各项之一中是不同的：辐射转换材料的掺杂水平、掺杂材料以及掺杂材料的组合。这可以有利地使能用于X射线或CT探测器的动态区分或分辨率。

例如，具有跨连续闪烁体的不同专用闪烁体材料的大的变化的成像探测器可以使用在如组织区分、材料检测和分离、CT成像系统的X射线管的X射线管特性(例如，X射线光斑大小或X射线谱)的测量的应用中。

例如，具有一个传感器像素内的小和大X射线闪烁体元件的组合的成像探测器可以使用在如具有材料X射线吸收特性中的非常大的差异的医学组织或对象的高对比度图像的应用中。

图6示出了根据本发明的另一实施例的具有连续闪烁体的成像探测器10的示意图。连续闪烁体包括辐射转换材料。

在范例中，如图6A和6B所示，提供了半透半反式光学反射镜44。

在范例中，如图6A所示，半透半反式光学反射镜44被提供为滤光器46a的阵列。每个滤光器46a被配置用于阻挡一个或多个X射线像素接收入射光学辐射26。因此，这些X射线像素可以仅接收X射线并且专用于生成X射线成像数据。

在另一范例中，如图6B所示，半透半反式光学反射镜44被提供为光学开关(46b)的阵列。光学开关46b可以布置在微透镜与X射线闪烁体之间或被集成为微透镜模块。在范例中，如图6B所示，光学开关46b可以布置在所有微透镜32下面。这可以对于用于采集仅X射线图像和室内光条件下的光学图像的实际使用是有益的。在另一范例(未示出)中，光学开关46b可以被布置在微透镜的部分下面。每个光学开关46b被配置用于使得由一个或多个X射线像素接收的入射光学辐射能够与时间交错的X射线和光学成像选择性地接通和关断。例如，半透半反式光学反射镜44可以是液晶模块、半透半反式液晶反射镜或液晶透镜。半透半反式光学反射镜44也可以采取半透半反式光学涂层的形式。这可以有利地启用实时成像应用(例如，手术、OR/混合或介入室中的医学成像应用)。当采集X射线图像时，不需要关断灯(包括室内灯)或闭合光学快门。

半透半反式光学反射镜44也可以适用于图5A至5C中的实施例。

在范例中，光学部件装置的阵列包括具有以下各项的微透镜：i)不同焦距，ii)不同距离间隙，iii)非均匀分布，iv)微透镜之间的不同大小，和/或v)与传感器像素的大小相比较不同的大小。这可以有利地创建用于光学成像的动态区分或分辨率。

图7A和7B示出了根据本发明的其他实施例的成像探测器10的示意图。

在范例中，如图7A所示，微透镜具有不同焦距以优化光学成像性能。具有不同焦距的微透镜的阵列可以有利地使得成像探测器能够保持聚焦于一系列焦距上。因此，成像探测器具有例如从最小焦点距离到无限远焦点距离的范围内的一系列焦点距离。这可以有利地用于要求检查整个房间的应用。

在范例中，如图7B所示，微透镜具有比传感器像素的大小更大的大小。

在范例(未示出)中，微透镜的大小从中心朝向外围增加，从而导致中心的高空间分辨率和外围的低分辨率。

图8示出了根据本发明的实施例的成像系统100的示意图。成像系统100包括上文所描述的实施例之一的成像探测器10、X射线源48和光源50。X射线源48被配置为提供X射线辐射。光源被配置为提供光学辐射。成像探测器10被配置为探测X射线辐射以生成X射线成像数据，并且探测光学辐射以生成光学成像数据。

在范例中，如图8所示，成像系统100是医学成像系统。患者支架52可以被提供以承载用于医学成像的患者。成像系统100的另外的医学应用可以包括：运动补偿、患者定位、荧光图像引导式手术、手术肿瘤学中的高光谱成像、仪器跟踪等。成像系统100还可以被用于非医学应用，诸如非破坏性试验(NDT)、食品检查和安全控制。

图9示出了根据本发明的实施例的用于制造成像探测器的方法200的示意图。方法包括以下步骤：在第一步210中，形成基板。在第二步212中，基板上的光敏传感器。在第三步213中，X射线闪烁体和/或光学部件装置的阵列通过拾取和放置组件传递过程被布置在光敏传感器上和/或在基板层上。

必须指出，参考不同的主题描述本发明的实施例。特别地，参考方法类型权利要求描述了一些实施例，而参考设备类型权利要求描述了其他实施例。然而，本领域的技术人员将从以上和以下描述理解到，除非另外通知，否则除属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，与不同的主题有关的特征之间的任何组合还被认为是利用本申请公开。然而，所有特征可以被提供以提供超过特征的简单加和的协同效应。

尽管已经在附图和前述描述中详细图示和描述本发明，但是这样的图示和描述将被认为是说明性或示范性而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和从属权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或者其他单元可以履行权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指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对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于捕获光学成像数据和X射线成像数据的成像探测器(10)，包括：

-基板(12)；

-光敏传感器(14)；

-X射线闪烁体(16)；以及

-光学部件装置(18)的阵列；

其中，所述光敏传感器包括在所述成像探测器上分布的传感器像素(20)；

其中，所述X射线闪烁体被配置为将入射X射线辐射(22)的能量转换为光子；

其中，每个光学部件装置包括被配置用于朝向所述光敏传感器引导入射光学辐射(26)的至少一个光学部件(24)；

其中，所述传感器像素包括光学像素(28)，每个光学像素与相应光学部件装置耦合以接收所述入射光学辐射，从而生成所述光学成像数据；并且

其中，所述传感器像素包括X射线像素(30)，所述X射线像素与所述X射线闪烁体耦合以接收转换的光子，从而生成所述X射线成像数据。

2.根据权利要求1所述的成像探测器，

其中，至少一个光学部件装置包括光会聚部件(31)，所述光会聚部件用于使所述入射光学辐射聚焦或者变窄到所述光敏传感器上；并且

其中，所述光会聚部件是从微透镜(32)和光学准直器中选择的至少一个。

3.根据权利要求1或2所述的成像探测器，

其中，所述X射线闪烁体是包括闪烁体元件(34)的阵列的像素化闪烁体；并且

其中，所述光学部件装置的阵列和所述闪烁体元件的阵列相对于彼此被定位以用于将所述入射光学辐射：

i)引导到在所述闪烁体元件之间的间隙(36)内的所述传感器像素，从而形成分离的光学像素和X射线像素；或者

ii)引导到与所述X射线闪烁体耦合的所述传感器像素，从而形成公共的光学像素和X射线像素。

4.根据权利要求3所述的成像探测器，

其中，至少一个部件装置包括被布置在所述闪烁体元件之间的所述间隙内部的光导(38)，所述光导任选地与滤光器(40)和/或光源(42)组合；并且

其中，所述光导与相应光会聚部件耦合以朝向在所述闪烁体元件之间的所述间隙内的所述传感器像素引导所述入射光学辐射。

5.根据权利要求4所述的成像探测器，

其中，所述光会聚部件是微透镜；并且

其中，所述微透镜具有以下形状和位置中的至少一项：

i)相对于相应光导的对称位置中的对称形状微透镜；

ii)相对于相应光导的非对称位置中的对称形状微透镜；以及

iii)非对称形状微透镜。

6.根据权利要求3所述的成像探测器，

其中，所述微透镜是复合微透镜；并且

其中，所述复合微透镜的位置是以下各项中的至少一项：

i)在闪烁体元件之间的间隙内部；

ii)在梯形闪烁体元件之间的间隙内部；以及

iii)在梯形闪烁体元件之间的间隙之上。

7.根据权利要求3所述的成像探测器，

其中，所述光学部件装置的阵列和所述闪烁体元件的阵列被布置在所述光敏传感器的相对侧；其中，所述光敏传感器在这两侧是光敏的；并且其中，每个光学部件装置被配置为朝向与相应闪烁体元件耦合的一个或多个X射线像素引导所述入射光学辐射；或者

其中，所述光学部件装置的阵列和所述闪烁体元件的阵列被布置在光敏传感器的相同侧；其中，每个光学部件装置被配置为朝向一个或多个X射线像素引导穿过相应闪烁体元件的所述入射光学辐射；或者

其中，至少一个闪烁体元件具有以这样的方式配置的表面形状：所述至少一个闪烁体元件自身充当用于光学成像的微透镜。

8.根据权利要求3至7中的任一项所述的成像探测器，

其中，所述闪烁体元件的阵列包括具有以下各项的闪烁体元件：

i)不同厚度；

ii)闪烁体元件之间的不同大小；

iii)与所述传感器像素的大小相比较不同的大小；

iv)不同距离间隙；

v)非均匀分布；

vi)不同的辐射转换材料；和/或

vii)辐射转换材料的不同组成；并且

其中，所述辐射转换材料的所述组成至少在以下各项中的一项中是不同的：

-所述辐射转换材料的掺杂水平；

-掺杂材料；以及

-掺杂材料的组合。

9.根据权利要求1或2所述的成像探测器，

其中，所述X射线闪烁体是包括辐射转换材料的连续闪烁体。

10.根据权利要求2至9中的任一项所述的图像探测器；

其中，至少一个微透镜被配置为用于选择性地透射具有不同波长的光的光学滤波器；和/或

其中，所述光导被配置为用于选择性地透射具有不同波长的光的光学滤波器。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的成像探测器，

其中，半透半反式光学反射镜(44)被提供；

其中，所述半透半反式光学反射镜被提供为滤光器(46a)的阵列，每个滤光器被配置用于阻挡一个或多个X射线像素接收所述入射光学辐射；和/或

其中，所述半透半反式光学反射镜被提供为光学开关(46b)的阵列，每个光学开关被配置用于使得由一个或多个X射线像素接收的所述入射光学辐射能够与时间交错的X射线成像和光学成像同步地选择性地被接通和关断。

12.根据权利要求2至11中的任一项所述的成像探测器，

其中，所述光学部件装置的阵列包括具有以下各项的微透镜：

i)不同焦距；

ii)不同距离间隙；

iii)非均匀分布；

iv)微透镜之间的不同大小；和/或

v)与所述传感器像素的大小相比较不同的大小。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的成像探测器，

其中，所述基板包括平坦或基本上平坦或弯曲的形状；并且

其中，所述基板包括硅、玻璃或聚合物箔。

14.一种成像系统(100)，包括：

-根据权利要求1所述的成像探测器；

-X射线源(48)；以及

-光源(50)；

其中，所述X射线源被配置为提供X射线辐射；

其中，所述光源被配置为提供光学辐射；并且

其中，所述成像探测器被配置为探测所述X射线辐射以生成X射线成像数据，并且探测所述光学辐射以生成光学成像数据。

15.一种用于制造成像探测器的方法(200)，包括以下步骤：

a)形成(210)基板；

b)在所述基板上形成(212)光敏传感器；并且

c)通过拾取和放置组件传递过程将X射线闪烁体和/或光学部件装置的阵列布置(214)在所述光敏传感器上和/或在所述基板层上；

其中，所述光敏传感器包括在所述成像探测器上分布的传感器像素(20)；

其中，所述X射线闪烁体被配置为将入射X射线辐射(22)的能量转换为光子；

其中，每个光学部件装置包括被配置用于朝向所述光敏传感器引导入射光学辐射(26)的至少一个光学部件(24)；

其中，所述传感器像素包括光学像素(28)，每个光学像素与相应光学部件装置耦合以接收所述入射光学辐射，从而生成所述光学成像数据；并且

其中，所述传感器像素包括X射线像素(30)，所述X射线像素与所述X射线闪烁体耦合以接收转换的光子，从而生成所述X射线成像数据。

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