CN1303434C - 具有整体的气隙的ct检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及改善的CT检测器(20)，其中闪烁器光耦合到光电二极管上。CT检测器(20)将光电二极管阵列(52)和闪烁器阵列(56)之间的受控气隙(92)与闪烁器阵列(56)上的抗反射层(86)一同使用。为了改善在光电二极管处对光线的吸收，光电二板管阵列(52)包括带纹理的光吸收表面(88)。通过将带纹理层(88)与光电二极管阵列(52)相结合，可以改善光电二极管(60)的光收集效率。带纹理层(88)可以沿着x和/或z轴延伸，并且纹理可以为不同形式。例如，带纹理层(88)可以包括一系列金字塔形凸起(90)。

Description

具有整体的气隙的CT检测器

技术领域

本发明总地涉及诊断成像，并尤其涉及一种具有整体的气隙的CT检测器。更具体地说，该CT检测器包括一个具有防反射层的闪烁器阵列(scintillator array)，该闪烁器阵列附连到具有带纹理的表面的光电二极管阵列上，使得在闪烁器阵列和光电二极管阵列之间存在一个受控的气隙。

背景技术

通常，在计算机X射线断层摄像术(CT)成像系统中，X射线源向对象或目标，如病人或一件行李发射扇形射束，此后，术语“对象”和“目标”应包括任何能够被成像的东西。射束在由对象衰减后入射到辐射检测器阵列上。在检测器阵列处接收到的被衰减的射束辐射的强度通常取决于X射线束被对象的衰减程度。检测器阵列的每个检测器元件产生表示由每个检测器元件所接收到的被衰减的射束的独立的电信号。电信号发送到用于分析的数据处理系统，该系统最终产生一个图像。

通常，X射线源和检测器阵列在成像平面内围绕机架环对象旋转。X射线源一般包括X射线管，该X射线管在焦点处发出X射线束。X射线检测器一般包括：一个准直仪，用来校准在检测器处接收到的X射线束；一个闪烁器，用来将X射线转化成准直仪附近的光能；以及光电二极管，用来接收来自相邻准直仪的光能，并由其产生电信号。

通常，闪烁器阵列中的每个闪烁器将X射线转化成光能。每个闪烁器向与其相邻的光电二极管发出光能。每个光电二极管检测光能并产生相对应的电信号。然后，光电二极管的输出被传送到用于图像重建的数据外理系统。

公知的CT检测器利用环氧树脂的邻接层来将光电二极管阵列光耦合到闪烁器阵列上。这个环氧树脂层通常称为“光耦”。光耦必须具有足够的粘结能力，以保持在光电二极管阵列和闪烁器阵列之间沿着阵列的宽度和长度的坚实的接合。即，光耦必须由能够承受在闪烁器和光电二极管阵列中所诱发的应力的合成材料形成，该应力是在具有类似的热膨胀系数的材料彼此耦合时产生的。

已经在光耦的设计和制造上获得进步，以承受与耦合彼此具有不同热膨胀特性的材料相关的应力。尽管作出这些进步，公知的光耦仍然易于产生闪烁器和/或光电二极管阵列的破裂或断开。这种过早的破裂或断开会导致CT检测器严重故障，由此导致保证期内的整个检测器更换，并且CT系统必须停机。

因此，需要设计一种其中光电二极管阵列和闪烁器阵列在没有邻接的光耦合环氧树脂层情况下彼此耦合的CT检测器。

发明内容

本发明旨在一种克服上述缺陷的改进的CT检测器中闪烁器向光电二极管上的光耦合。CT检测器将光电二极管阵列和闪烁器阵列之间的受控气隙与闪烁器阵列上的抗反射层一起使用。为了改善在光电二极管处对光线的吸收，光电二极管阵列包括带纹理的光吸收表面。通过将带纹理层与光电二极管阵列相结合，可以改善光电二极管的光收集效率。带纹理层可以沿着x和/或z轴延伸，并且纹理可以为不同形式。例如，带纹理层可以包括一系列金字塔形凸起。

因此，根据本发明的一个方面，CT检测器包括一闪烁器阵列，该阵列被构造成将所接收到的X射线转变成光线。CT检测器还包括光检测元件阵列，这个光检测元件阵列与闪烁器阵列相关联地工作，并被构造成响应自闪烁器阵列检测到的光线输出电信号。在闪烁器阵列和光检测元件阵列之间设置一气隙。

根据本发明的另一方面，用于成像系统的CT检测器通过将多个光检测元件布置成阵列以及通过将多个闪烁器布置成阵列而构成。然后，至少一个抗反射层附着于闪烁器阵列上，此时，各阵列彼此耦合使得在它们之间延伸一均匀的气隙。

根据本发明另一方面，CT系统包括：可旋转的机架，该机架具有居中设置的孔；以及一个工作台，该工作台可通过所述孔前后移动，并被构造成为了获取CT数据而定位对象。高频电磁能投射源定位在可旋转的机架之内，并构造成将高频电磁能投射向对象。CT系统还包括设置在可旋转机架内的检测器阵列，该检测器阵列被构造成检测由投射源投射并由对象撞击的高频电磁能。检测器阵列包括：一个闪烁器阵列，该闪烁器阵列具有耦合于其上的抗反射层；以及一个光电二极管阵列，该光电二极管阵列耦合于闪烁器阵列上，使得在二者之间延伸一均匀的间隙。

根据本发明的再一方面，CT检测器包括一个闪烁器的闪烁器阵列，该闪烁器具有被构造成发射光的光输出表面，还包括一个光敏元件的光电二极管阵列，该光敏元件被构造成检测由闪烁器阵列发出的光并输出表示所检测到的光线的电信号。光电二极管阵列被构造成具有一个非平面的光检测表面。

根据本发明的又一方面，CT检测器包括用来基于被检测到的X射线输出光线的装置以及用来防止光反射的装置，防止光反射的装置耦合到用于输出的装置上。CT检测器还包括用于检测由用于输出的装置所输出的光线的装置，并且用于检测的装置耦合到用于防止光反射的装置上，使得在二者之间延伸一均匀的气隙。

本发明的各种其他特征、目的和优点将从下面的详细描述和附图中得以清楚。

附图说明

附图示出了目前认为是实施本发明的一个优选实施例。

图中：

图1是CT成像系统的示意图；

图2是图1所示的系统的方块示意图；

图3是CT系统检测器阵列的一个实施例的透视图；

图4是检测器的一个实施例的透视图；

图5示出四断层(four-slice)模式下的图4的检测器的各种构造；

图6是根据本发明的CT检测器的横截面图；

图7是用于非侵入性包裹检查系统的CT系统的示意图。

具体实施方式

下面相对于四断层计算机X射线断层摄像术(CT)系统描述本发明的工作环境。然而，本领域技术人员应该理解到本发明同样可以应用于单断层或其他多断层结构中。此外，本发明将相对于X射线的检测和转变来描述。然而本领域技术人员将进一步理解到本发明同样可以应用于其他高频电磁能的检测和转变中。本发明将相对于第三代CT扫描机加以描述，但它同样可应用于其他CT系统中。

参照图1和2，图中示出计算机X射线断层摄像术(CT)成像系统10该系统包括代表第三代CT扫描机的机架12。机架12具有将X射线束16投射向机架12相对侧上的检测器阵列18的X射线源14。检测器阵列18由多个检测器20形成，它们一同检测穿过病人的X射线。每个检测器20产生表示入射X射线束以及随着X射线束穿过病人22而衰减的该射线束的强度的电信号。在获得X射线投射数据的扫描过程中，机架12和安装于其上的各部件围绕旋转中心24转动。

机架12的转动和X射线源14的工作由CT系统10的控制机构26支配。控制机构26包括X射线控制器28和机架电机控制器30，X射线控制器28向X射线源14提供电源和时钟信号，而机架控制器30控制机架12的转速和位置。在控制机构26中的数据采集系统(DAS)32对来自检测器20的模拟数据采样，并将该数据转变成数字信号，以用于后续处理图像重建器34从DAS32接收被采样和数字化的X射线数据，并进行高速重建。被重建的图像用作对计算机36的输出，计算机36在大容量存储器38中存储该图像。

计算机36还通过具有键盘的控制台40接收来自操作者的命令和扫描参数。一个相关的阴极射线管显示器42使得操作者可以观察到来自计算机36的重建图像和其他数据。操作者提供的命令和参数被计算机36用来向DAS32、X射线控制器28和机架电机控制器30提供控制信号和信息，另外，计算机36操纵一个工作台电机控制器44，该控制器44控制电动的工作台46，以便定位病人22和机架12。尤其是，工作台46将病人22的各部分移动过机架开口48。

如图3和4所示，检测器阵列18包括多个闪烁器57，该多个闪烁器构成闪烁器阵列56。准直仪(未示出)定位在闪烁器阵列56之上，以便在X射线束照射到闪烁器阵列56上之前校准该射线束。

在一个实施例中，如图3所示，检测器阵列18包括57个检测器20，每个检测器20具有16×16的阵列尺寸。结果，阵列18具有16行和912列(16×57检测器)，这使得随着机架12的每次转动可以收集到16个同时的数据断层。

如图4所示，开关阵列80和82是耦合在闪烁器阵列56和DAS32之间的多维半导体阵列。开关阵列80和82包括多个场效应晶体管(FET)(未示出)，它们排布成多维阵列。FET阵列包括多根连接于每个相应光电二极管60上的电引线和多根经由柔性电接口84电连接到DAS32上的输出引线。尤其是，大约光电二极管输出的一半电连接到开关80上，同时光电二极管输出的另一半电连接到开关82上。另外，可以在每个闪烁器57之间置入反射器层(未示出)，以便减弱来自相邻闪烁器的光散射。每个检测器20通过安装托架79固定到检测器框架77上，如图3所示。

开关阵列80和82还包括解码器(未示出)，该解码器根据所需的断层数量和对于每个断层的断层解析度来使能、禁用或结合光电二极管输出。在一个实施例中，解码器是一个解码器芯片或FET控制器，如同现有技术中公知的那样。解码器包括连接到开关阵列80和82以及DAS32上的多条输出和控制导线。在限定为16断层模式的一个实施例中，解码器使能开关阵列80和82，从而所有行的光电二极管阵列52被激活，产生16个同时的数据断层，用于由DAS32来处理。当然，很多其他的断层组合都是有可能的。例如，解码器也可以从其他断层模式，包括一个、两个和四个断层模式中加以选择。

如图5所示，通过发送适当的解码器指令，开关阵列80和82可以被构造成四断层模式，从而数据从一行或多行光电二极管阵列52中的四个断层中收集。根据开关阵列80和82的特定构型，可以使能、禁用或结合光电二极管60的各种组合，从而断层厚度可以由一行、两行、三行或四行闪烁器阵列元件57构成。其他的示例包括单断层模式和二断层模式，其中单断层模式包括一个断层，且断层厚度在1.25mm到20mm范围内，而二断层模式包括两个断层，断层厚度在1.25mm到10mm范围内。所描述的之外的其他模式都是可以构想到的。

现在参照图6，示出根据本发明的CT检测器20的示意性横截面。如前面所描述的，CT检测器20包括由多个闪烁器57构成的闪烁器阵列56。耦合到闪烁器阵列56上的是抗反射层86。抗反射层86可以包括单层或多层抗反射材料，并可以为薄膜、树脂等的形式。抗反射层86作用为利于光从闪烁器阵列发出，以便改善由光电二极管阵列52的光电二极管60进行的光检测。

光电二极管52包括带纹理的层88，该层设计成使对由闪烁器阵列56发出的光线的吸收最大，并将光线传输到光电二极管阵列52。在光电二极管阵列上整合带纹理的表面88改善了光电二极管60的光收集效率。层或表面88的纹理可以采用多种形式，并且可以根据多种制造工艺加以制造。例如，如图6所示，带纹理层表面88可以切块、蚀刻、模制、或切割，从而形成一系列金字塔形状的凸起90。然而，本领域技术人员可以理解到可以形成其他形状的凸起，并且可以实施其他制造工艺。

CT检测器20构造成气隙92在附着于闪烁器阵列56上的抗反射层86与附着于光电二极管阵列52上的带纹理表面之间延伸。该气隙92是一种受控的气隙，在于气隙的深度沿着光电二极管和闪烁器阵列的宽度和长度保持恒定。该气隙被设计成允许CT检测器的各部件在各种热负荷在热膨胀，而不会在任一个阵列上造成应力诱发的破裂。优选的是，使气隙92的深度最小，以便减少相邻闪烁器和光电二极管之间的串扰。

CT检测器20可以根据多种技术生产或制造。例如，抗反射层86可以通过喷镀、蒸气沉积和其他工艺作为薄膜施加，并使其相对于闪烁器阵列56的光发射表面密封，或者作为树脂施加，并使其固化。带纹理的表面88可以与每个光电二极管60的表面整合，或者作为合成材料单独施加，以便改善与其固定的光电二极管60的光收集特性。光电二极管阵列52利用各种连接和耦合机构固定到闪烁器阵列56上，使得在二者之间形成气隙92。如上所述，优选的是，使气隙92的深度最小，但是气隙92应该足够深，以保持在闪烁器阵列的抗反射层与光电二极管阵列的带纹理表面之间的空气分隔。带纹理表面可以包含有多种形状的凸起，包括如图6所示的金字塔形状的凸起。这些形状可以通过切块、蚀刻、模制或切割块合成材料形成或在铸造过程中形成。

现在参照图7，包裹/行李检查系统100包括可转动的机架102，该机架102中具有开口104，包裹或各件行李穿过该开口104。可旋转的机架102容纳高频电磁能源106以及检测器组件108，该检测器组件108如同图3和4所示那样具有多个检测器单元。也提供了输送系统110，该系统110包括有构件114支撑的传送带112，以便自动且连续将包裹或行李116穿过开口104，以待扫描。目标116由传送带112供送通过开口104，然后，获得图像数据，并且传送带112以受控和连续的方式将包裹116从开口104移开。结果，邮政检查员、行李管理者和其他安全人员可以非侵入地检查包裹116的内容物，以用来检查爆炸物、刀具、枪支、违禁品等。

因此，根据本发明的一个实施例，CT检测器包括闪烁器阵列，该闪烁器阵列构造成将接收到的X射线转变成光线。CT检测器还包括光检测元件阵列，该光检测元件阵列与闪烁器阵列相关联地工作，并构造成响应自闪烁器阵列检测的光线输出电信号。在闪烁器阵列和光检测元件阵列之间设置一气隙。

根据本发明另一实施例，用于成像系统的CT检测器通过将多个光检测元件布置成阵列并通过将多个闪烁器布置成阵列而构成。然后，至少一个抗反射层附着到闪烁器阵列上。此时，各阵列彼此耦合，使得在二者之间延伸一均匀的气隙。

根据本发明另一实施例，CT系统包括一可旋转的机架和一工作台，该机架具有居中设置其中的孔，而工作台可前后移动而通过该孔，并被构造成为了获取CT数据而定位对象。高频电磁能投射源定位在可旋转机架内，并构造成向对象投射高频电磁能。CT系统还包括设置在可旋转机架内的检测器阵列，该检测器阵列构造成检测由投射源所投射并由对象撞击的高频电磁能。检测器阵列包括具有耦合于其上的抗反射层的闪烁器阵列以及耦合于闪烁器阵列上的光电二极管阵列，从而在二者之间延伸一均匀的间隙。

根据本发明再一方面，CT检测器包括闪烁器的闪烁器阵列，该闪烁器具有被构造成发出光线的光输出表面，CT检测器还包括光敏元件的光电二极管阵列，其被构造成检测由闪烁器阵列发出的光线并输出表示所检测到的光线的电信号。光电二极管阵列被构造成具有非平面的光检测表面。

根据本发明又一方面，CT检测器包括用来基于被检测到的X射线输出光线的装置以及用来防止光反射的装置，防止光反射的装置耦合到用于输出的装置上。CT检测器还包括用于检测由用于输出的装置所输出的光线的装置，并且用于检测的装置耦合到用于防止光反射的装置，使得在二者之间延伸一均匀的气隙。

已经参照优选实施例对本发明加以描述，可以认识到除在此描述的之外，等价物、替代物和改进都是有可能的，并且落入所附权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种CT检测器(20)，包括：

闪烁器阵列(56)，其被构造成将接收到的X射线转变成光线；

光检测元件阵列(52)，其与闪烁器阵列(56)相关联工作，以响应从闪烁器阵列(56)检测到的光线输出电信号；光检测元件阵列包括带纹理的表面(88)，以便接收由闪烁器阵列发出的光线，以及

气隙(92)，其设置在闪烁器阵列(56)和光检测元件阵列(52)之间。

2.如权利要求1所述的CT检测器(20)，还包括耦合到闪烁器阵列(56)上的抗反射层(86)。

3.如权利要求1所述的CT检测器(20)，其中，带纹理的表面(88)包括一系列沿着光检测元件阵列(52)的顶面延伸的金字塔形凸起(90)。

4.如权利要求1所述的CT检测器(20)，其中，闪烁器阵列(56)是二维排列的。

5.如权利要求1所述的CT检测器(20)，其中，光检测元件阵列(52)是二维排列的。

6.如权利要求1所述的CT检测器(20)，其中该CT检测器被结合到计算机断层摄像术成像系统(10)中。

7.如权利要求1所述的CT检测器(20)，其中该气隙(92)均匀地设置在耦合到闪烁器阵列(56)上的抗反射层(86)与带纹理的表面(88)之间。

8.如权利要求1所述的CT检测器(20)，其中，带纹理的表面(88)包括沿着其整个长度和宽度延伸的一系列金字塔形凸起(90)。

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