專利名稱：具有整體的氣隙的ct檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及診斷成像，并尤其涉及一種具有整體的氣隙的CT檢測器。更具體地說，該CT檢測器包括一個具有防反射層的閃爍器陣列(scintillator array)，該閃爍器陣列附連到具有帶紋理的表面的光電二極管陣列上，使得在閃爍器陣列和光電二極管陣列之間存在一個受控的氣隙。
背景技術(shù)：
通常，在計算機(jī)X射線斷層攝像術(shù)(CT)成像系統(tǒng)中，X射線源向?qū)ο蠡蚰繕?biāo)，如病人或一件行李發(fā)射扇形射束，此后，術(shù)語“對象”和“目標(biāo)”應(yīng)包括任何能夠被成像的東西。射束在由對象衰減后入射到輻射檢測器陣列上。在檢測器陣列處接收到的被衰減的射束輻射的強(qiáng)度通常取決于X射線束被對象的衰減程度。檢測器陣列的每個檢測器元件產(chǎn)生表示由每個檢測器元件所接收到的被衰減的射束的獨(dú)立的電信號。電信號發(fā)送到用于分析的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)最終產(chǎn)生一個圖像。
通常，X射線源和檢測器陣列在成像平面內(nèi)圍繞機(jī)架環(huán)對象旋轉(zhuǎn)。X射線源一般包括X射線管，該X射線管在焦點(diǎn)處發(fā)出X射線束。X射線檢測器一般包括一個準(zhǔn)直儀，用來校準(zhǔn)在檢測器處接收到的X射線束；一個閃爍器，用來將X射線轉(zhuǎn)化成準(zhǔn)直儀附近的光能；以及光電二極管，用來接收來自相鄰準(zhǔn)直儀的光能，并由其產(chǎn)生電信號。
通常，閃爍器陣列中的每個閃爍器將X射線轉(zhuǎn)化成光能。每個閃爍器向與其相鄰的光電二極管發(fā)出光能。每個光電二極管檢測光能并產(chǎn)生相對應(yīng)的電信號。然后，光電二極管的輸出被傳送到用于圖像重建的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
公知的CT檢測器利用環(huán)氧樹脂的鄰接層來將光電二極管陣列光耦合到閃爍器陣列上。這個環(huán)氧樹脂層通常稱為“光耦”。光耦必須具有足夠的粘結(jié)能力，以保持在光電二極管陣列和閃爍器陣列之間沿著陣列的寬度和長度的堅實的接合。即，光耦必須由能夠承受在閃爍器和光電二極管陣列中所誘發(fā)的應(yīng)力的合成材料形成，該應(yīng)力是在具有類似的熱膨脹系數(shù)的材料彼此耦合時產(chǎn)生的。
已經(jīng)在光耦的設(shè)計和制造上獲得進(jìn)步，以承受與耦合彼此具有不同熱膨脹特性的材料相關(guān)的應(yīng)力。盡管作出這些進(jìn)步，公知的光耦仍然易于產(chǎn)生閃爍器和/或光電二極管陣列的破裂或斷開。這種過早的破裂或斷開會導(dǎo)致CT檢測器嚴(yán)重故障，由此導(dǎo)致保證期內(nèi)的整個檢測器更換，并且CT系統(tǒng)必須停機(jī)。
因此，需要設(shè)計一種其中光電二極管陣列和閃爍器陣列在沒有鄰接的光耦合環(huán)氧樹脂層情況下彼此耦合的CT檢測器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在一種克服上述缺陷的改進(jìn)的CT檢測器中閃爍器向光電二極管上的光耦合。CT檢測器將光電二極管陣列和閃爍器陣列之間的受控氣隙與閃爍器陣列上的抗反射層一起使用。為了改善在光電二極管處對光線的吸收，光電二極管陣列包括帶紋理的光吸收表面。通過將帶紋理層與光電二極管陣列相結(jié)合，可以改善光電二極管的光收集效率。帶紋理層可以沿著x和/或z軸延伸，并且紋理可以為不同形式。例如，帶紋理層可以包括一系列金字塔形凸起。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，CT檢測器包括一閃爍器陣列，該陣列被構(gòu)造成將所接收到的X射線轉(zhuǎn)變成光線。CT檢測器還包括光檢測元件陣列，這個光檢測元件陣列與閃爍器陣列相關(guān)聯(lián)地工作，并被構(gòu)造成響應(yīng)自閃爍器陣列檢測到的光線輸出電信號。在閃爍器陣列和光檢測元件陣列之間設(shè)置一氣隙。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于成像系統(tǒng)的CT檢測器通過將多個光檢測元件布置成陣列以及通過將多個閃爍器布置成陣列而構(gòu)成。然后，至少一個抗反射層附著于閃爍器陣列上，此時，各陣列彼此耦合使得在它們之間延伸一均勻的氣隙。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，CT系統(tǒng)包括可旋轉(zhuǎn)的機(jī)架，該機(jī)架具有居中設(shè)置的孔；以及一個工作臺，該工作臺可通過所述孔前后移動，并被構(gòu)造成為了獲取CT數(shù)據(jù)而定位對象。高頻電磁能投射源定位在可旋轉(zhuǎn)的機(jī)架之內(nèi)，并構(gòu)造成將高頻電磁能投射向?qū)ο?。CT系統(tǒng)還包括設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)機(jī)架內(nèi)的檢測器陣列，該檢測器陣列被構(gòu)造成檢測由投射源投射并由對象撞擊的高頻電磁能。檢測器陣列包括一個閃爍器陣列，該閃爍器陣列具有耦合于其上的抗反射層；以及一個光電二極管陣列，該光電二極管陣列耦合于閃爍器陣列上，使得在二者之間延伸一均勻的間隙。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，CT檢測器包括一個閃爍器的閃爍器陣列，該閃爍器具有被構(gòu)造成發(fā)射光的光輸出表面，還包括一個光敏元件的光電二極管陣列，該光敏元件被構(gòu)造成檢測由閃爍器陣列發(fā)出的光并輸出表示所檢測到的光線的電信號。光電二極管陣列被構(gòu)造成具有一個非平面的光檢測表面。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，CT檢測器包括用來基于被檢測到的X射線輸出光線的裝置以及用來防止光反射的裝置，防止光反射的裝置耦合到用于輸出的裝置上。CT檢測器還包括用于檢測由用于輸出的裝置所輸出的光線的裝置，并且用于檢測的裝置耦合到用于防止光反射的裝置上，使得在二者之間延伸一均勻的氣隙。
本發(fā)明的各種其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將從下面的詳細(xì)描述和附圖中得以清楚。


附圖示出了目前認(rèn)為是實施本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。
圖中圖1是CT成像系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖1所示的系統(tǒng)的方塊示意圖；圖3是CT系統(tǒng)檢測器陣列的一個實施例的透視圖；圖4是檢測器的一個實施例的透視圖；圖5示出四斷層(four-slice)模式下的圖4的檢測器的各種構(gòu)造；圖6是根據(jù)本發(fā)明的CT檢測器的橫截面圖；圖7是用于非侵入性包裹檢查系統(tǒng)的CT系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
下面相對于四斷層計算機(jī)X射線斷層攝像術(shù)(CT)系統(tǒng)描述本發(fā)明的工作環(huán)境。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解到本發(fā)明同樣可以應(yīng)用于單斷層或其他多斷層結(jié)構(gòu)中。此外，本發(fā)明將相對于X射線的檢測和轉(zhuǎn)變來描述。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將進(jìn)一步理解到本發(fā)明同樣可以應(yīng)用于其他高頻電磁能的檢測和轉(zhuǎn)變中。本發(fā)明將相對于第三代CT掃描機(jī)加以描述，但它同樣可應(yīng)用于其他CT系統(tǒng)中。
參照圖1和2，圖中示出計算機(jī)X射線斷層攝像術(shù)(CT)成像系統(tǒng)10，該系統(tǒng)包括代表第三代CT掃描機(jī)的機(jī)架12。機(jī)架12具有將X射線束16投射向機(jī)架12相對側(cè)上的檢測器陣列18的X射線源14。檢測器陣列18由多個檢測器20形成，它們一同檢測穿過病人的X射線。每個檢測器20產(chǎn)生表示入射X射線束以及隨著X射線束穿過病人22而衰減的該射線束的強(qiáng)度的電信號。在獲得X射線投射數(shù)據(jù)的掃描過程中，機(jī)架12和安裝于其上的各部件圍繞旋轉(zhuǎn)中心24轉(zhuǎn)動。
機(jī)架12的轉(zhuǎn)動和X射線源14的工作由CT系統(tǒng)10的控制機(jī)構(gòu)26支配?？刂茩C(jī)構(gòu)26包括X射線控制器28和機(jī)架電機(jī)控制器30，X射線控制器28向X射線源14提供電源和時鐘信號，而機(jī)架控制器30控制機(jī)架12的轉(zhuǎn)速和位置。在控制機(jī)構(gòu)26中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)32對來自檢測器20的模擬數(shù)據(jù)采樣，并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，以用于后續(xù)處理。圖像重建器34從DAS32接收被采樣和數(shù)字化的X射線數(shù)據(jù)，并進(jìn)行高速重建。被重建的圖像用作對計算機(jī)36的輸出，計算機(jī)36在大容量存儲器38中存儲該圖像。
計算機(jī)36還通過具有鍵盤的控制臺40接收來自操作者的命令和掃描參數(shù)。一個相關(guān)的陰極射線管顯示器42使得操作者可以觀察到來自計算機(jī)36的重建圖像和其他數(shù)據(jù)。操作者提供的命令和參數(shù)被計算機(jī)36用來向DAS32、X射線控制器28和機(jī)架電機(jī)控制器30提供控制信號和信息。另外，計算機(jī)36操縱一個工作臺電機(jī)控制器44，該控制器44控制電動的工作臺46，以便定位病人22和機(jī)架12。尤其是，工作臺46將病人22的各部分移動過機(jī)架開口48。
如圖3和4所示，檢測器陣列18包括多個閃爍器57，該多個閃爍器構(gòu)成閃爍器陣列56。準(zhǔn)直儀(未示出)定位在閃爍器陣列56之上，以便在X射線束照射到閃爍器陣列56上之前校準(zhǔn)該射線束。
在一個實施例中，如圖3所示，檢測器陣列18包括57個檢測器20，每個檢測器20具有16×16的陣列尺寸。結(jié)果，陣列18具有16行和912列(16×57檢測器)，這使得隨著機(jī)架12的每次轉(zhuǎn)動可以收集到16個同時的數(shù)據(jù)斷層。
如圖4所示，開關(guān)陣列80和82是耦合在閃爍器陣列56和DAS32之間的多維半導(dǎo)體陣列。開關(guān)陣列80和82包括多個場效應(yīng)晶體管(FET)(未示出)，它們排布成多維陣列。FET陣列包括多根連接于每個相應(yīng)光電二極管60上的電引線和多根經(jīng)由柔性電接口84電連接到DAS32上的輸出引線。尤其是，大約光電二極管輸出的一半電連接到開關(guān)80上，同時光電二極管輸出的另一半電連接到開關(guān)82上。另外，可以在每個閃爍器57之間置入反射器層(未示出)，以便減弱來自相鄰閃爍器的光散射。每個檢測器20通過安裝托架79固定到檢測器框架77上，如圖3所示。
開關(guān)陣列80和82還包括解碼器(未示出)，該解碼器根據(jù)所需的斷層數(shù)量和對于每個斷層的斷層解析度來使能、禁用或結(jié)合光電二極管輸出。在一個實施例中，解碼器是一個解碼器芯片或FET控制器，如同現(xiàn)有技術(shù)中公知的那樣。解碼器包括連接到開關(guān)陣列80和82以及DAS32上的多條輸出和控制導(dǎo)線。在限定為16斷層模式的一個實施例中，解碼器使能開關(guān)陣列80和82，從而所有行的光電二極管陣列52被激活，產(chǎn)生16個同時的數(shù)據(jù)斷層，用于由DAS32來處理。當(dāng)然，很多其他的斷層組合都是有可能的。例如，解碼器也可以從其他斷層模式，包括一個、兩個和四個斷層模式中加以選擇。
如圖5所示，通過發(fā)送適當(dāng)?shù)慕獯a器指令，開關(guān)陣列80和82可以被構(gòu)造成四斷層模式，從而數(shù)據(jù)從一行或多行光電二極管陣列52中的四個斷層中收集。根據(jù)開關(guān)陣列80和82的特定構(gòu)型，可以使能、禁用或結(jié)合光電二極管60的各種組合，從而斷層厚度可以由一行、兩行、三行或四行閃爍器陣列元件57構(gòu)成。其他的示例包括單斷層模式和二斷層模式，其中單斷層模式包括一個斷層，且斷層厚度在1.25mm到20mm范圍內(nèi)，而二斷層模式包括兩個斷層，斷層厚度在1.25mm到10mm范圍內(nèi)。所描述的之外的其他模式都是可以構(gòu)想到的。
現(xiàn)在參照圖6，示出根據(jù)本發(fā)明的CT檢測器20的示意性橫截面。如前面所描述的，CT檢測器20包括由多個閃爍器57構(gòu)成的閃爍器陣列56。耦合到閃爍器陣列56上的是抗反射層86。抗反射層86可以包括單層或多層抗反射材料，并可以為薄膜、樹脂等的形式?？狗瓷鋵?6作用為利于光從閃爍器陣列發(fā)出，以便改善由光電二極管陣列52的光電二極管60進(jìn)行的光檢測。
光電二極管52包括帶紋理的層88，該層設(shè)計成使對由閃爍器陣列56發(fā)出的光線的吸收最大，并將光線傳輸?shù)焦怆姸O管陣列52。在光電二極管陣列上整合帶紋理的表面88改善了光電二極管60的光收集效率。層或表面88的紋理可以采用多種形式，并且可以根據(jù)多種制造工藝加以制造。例如，如圖6所示，帶紋理層表面88可以切塊、蝕刻、模制、或切割，從而形成一系列金字塔形狀的凸起90。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解到可以形成其他形狀的凸起，并且可以實施其他制造工藝。
CT檢測器20構(gòu)造成氣隙92在附著于閃爍器陣列56上的抗反射層86與附著于光電二極管陣列52上的帶紋理表面之間延伸。該氣隙92是一種受控的氣隙，在于氣隙的深度沿著光電二極管和閃爍器陣列的寬度和長度保持恒定。該氣隙被設(shè)計成允許CT檢測器的各部件在各種熱負(fù)荷在熱膨脹，而不會在任一個陣列上造成應(yīng)力誘發(fā)的破裂。優(yōu)選的是，使氣隙92的深度最小，以便減少相鄰閃爍器和光電二極管之間的串?dāng)_。
CT檢測器20可以根據(jù)多種技術(shù)生產(chǎn)或制造。例如，抗反射層86可以通過噴鍍、蒸氣沉積和其他工藝作為薄膜施加，并使其相對于閃爍器陣列56的光發(fā)射表面密封，或者作為樹脂施加，并使其固化。帶紋理的表面88可以與每個光電二極管60的表面整合，或者作為合成材料單獨(dú)施加，以便改善與其固定的光電二極管60的光收集特性。光電二極管陣列52利用各種連接和耦合機(jī)構(gòu)固定到閃爍器陣列56上，使得在二者之間形成氣隙92。如上所述，優(yōu)選的是，使氣隙92的深度最小，但是氣隙92應(yīng)該足夠深，以保持在閃爍器陣列的抗反射層與光電二極管陣列的帶紋理表面之間的空氣分隔。帶紋理表面可以包含有多種形狀的凸起，包括如圖6所示的金字塔形狀的凸起。這些形狀可以通過切塊、蝕刻、模制或切割一塊合成材料形成或在鑄造過程中形成。
現(xiàn)在參照圖7，包裹/行李檢查系統(tǒng)100包括可轉(zhuǎn)動的機(jī)架102，該機(jī)架102中具有開口104，包裹或各件行李穿過該開口104。可旋轉(zhuǎn)的機(jī)架102容納高頻電磁能源106以及檢測器組件108，該檢測器組件108如同圖3和4所示那樣具有多個檢測器單元。也提供了輸送系統(tǒng)110，該系統(tǒng)110包括有構(gòu)件114支撐的傳送帶112，以便自動且連續(xù)將包裹或行李116穿過開口104，以待掃描。目標(biāo)116由傳送帶112供送通過開口104，然后，獲得圖像數(shù)據(jù)，并且傳送帶112以受控和連續(xù)的方式將包裹116從開口104移開。結(jié)果，郵政檢查員、行李管理者和其他安全人員可以非侵入地檢查包裹116的內(nèi)容物，以用來檢查爆炸物、刀具、槍支、違禁品等。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，CT檢測器包括閃爍器陣列，該閃爍器陣列構(gòu)造成將接收到的X射線轉(zhuǎn)變成光線。CT檢測器還包括光檢測元件陣列，該光檢測元件陣列與閃爍器陣列相關(guān)聯(lián)地工作，并構(gòu)造成響應(yīng)自閃爍器陣列檢測的光線輸出電信號。在閃爍器陣列和光檢測元件陣列之間設(shè)置一氣隙。
根據(jù)本發(fā)明另一實施例，用于成像系統(tǒng)的CT檢測器通過將多個光檢測元件布置成陣列并通過將多個閃爍器布置成陣列而構(gòu)成。然后，至少一個抗反射層附著到閃爍器陣列上，此時，各陣列彼此耦合，使得在二者之間延伸一均勻的氣隙。
根據(jù)本發(fā)明另一實施例，CT系統(tǒng)包括一可旋轉(zhuǎn)的機(jī)架和一工作臺，該機(jī)架具有居中設(shè)置其中的孔，而工作臺可前后移動而通過該孔，并被構(gòu)造成為了獲取CT數(shù)據(jù)而定位對象。高頻電磁能投射源定位在可旋轉(zhuǎn)機(jī)架內(nèi)，并構(gòu)造成向?qū)ο笸渡涓哳l電磁能。CT系統(tǒng)還包括設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)機(jī)架內(nèi)的檢測器陣列，該檢測器陣列構(gòu)造成檢測由投射源所投射并由對象撞擊的高頻電磁能。檢測器陣列包括具有耦合于其上的抗反射層的閃爍器陣列以及耦合于閃爍器陣列上的光電二極管陣列，從而在二者之間延伸一均勻的間隙。
根據(jù)本發(fā)明再一方面，CT檢測器包括閃爍器的閃爍器陣列，該閃爍器具有被構(gòu)造成發(fā)出光線的光輸出表面，CT檢測器還包括光敏元件的光電二極管陣列，其被構(gòu)造成檢測由閃爍器陣列發(fā)出的光線并輸出表示所檢測到的光線的電信號。光電二極管陣列被構(gòu)造成具有非平面的光檢測表面。
根據(jù)本發(fā)明又一方面，CT檢測器包括用來基于被檢測到的X射線輸出光線的裝置以及用來防止光反射的裝置，防止光反射的裝置耦合到用于輸出的裝置上。CT檢測器還包括用于檢測由用于輸出的裝置所輸出的光線的裝置，并且用于檢測的裝置耦合到用于防止光反射的裝置，使得在二者之間延伸一均勻的氣隙。
已經(jīng)參照優(yōu)選實施例對本發(fā)明加以描述，可以認(rèn)識到除在此描述的之外，等價物、替代物和改進(jìn)都是有可能的，并且落入所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種CT檢測器(20)，包括閃爍器陣列(56)，其被構(gòu)造成將接收到的X射線轉(zhuǎn)變成光線；光檢測元件陣列(52)，其與閃爍器陣列(56)相關(guān)聯(lián)工作，以響應(yīng)從閃爍器陣列(56)檢測到的光線輸出電信號；以及氣隙(92)，其設(shè)置在閃爍器陣列(56)和光檢測元件陣列(52)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的CT檢測器(20)，還包括耦合到閃爍器陣列(56)上的抗反射層(86)。
3.如權(quán)利要求1所述的CT檢測器(20)，其中，光檢測元件陣列(52)包括帶紋理的表面(88)，以便接收由閃爍器陣列(56)發(fā)出的光線。
4.如權(quán)利要求3所述的CT檢測器(20)，其中，帶紋理的表面(88)包括一系列沿著光檢測元件陣列(52)的頂面延伸的金字塔形凸起(90)。
5.如權(quán)利要求1所述的CT檢測器(20)，其中，閃爍器陣列(56)是二維排列的。
6.如權(quán)利要求1所述的CT檢測器(20)，其中，光檢測元件陣列(52)是二維排列的。
7.一種結(jié)合到醫(yī)用成像掃描機(jī)(10)中的如權(quán)利要求1所述的CT檢測器(20)。
8.如權(quán)利要求1所述的CT檢測器(20)，其中，光檢測元件陣列(52)包括多個光敏元件(60)，光敏元件布置成陣列(52)，該陣列(52)具有非平面的光檢測表面(88)。
9.如權(quán)利要求9所述的CT檢測器(20)，還包括在耦合到閃爍器陣列(56)上的抗反射層(86)與非平面的光檢測表面(88)之間設(shè)置的均勻的氣隙(92)。
10.如權(quán)利要求8所述的CT檢測器(20)，其中，非平面的光檢測表面(88)包括沿著其整個長度和寬度延伸的一系列金字塔形凸起(90)。
全文摘要
本發(fā)明涉及改善的CT檢測器(20)，其中閃爍器光耦合到光電二極管上。CT檢測器(20)將光電二極管陣列(52)和閃爍器陣列(56)之間的受控氣隙(92)與閃爍器陣列(56)上的抗反射層(86)一同使用。為了改善在光電二極管處對光線的吸收，光電二極管陣列(52)包括帶紋理的光吸收表面(88)。通過將帶紋理層(88)與光電二極管陣列(52)相結(jié)合，可以改善光電二極管(60)的光收集效率。帶紋理層(88)可以沿著x和/或z軸延伸，并且紋理可以為不同形式。例如，帶紋理層(88)可以包括一系列金字塔形凸起(90)。
文檔編號G01T1/00GK1526361SQ20041000522
公開日2004年9月8日 申請日期2004年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月3日
發(fā)明者戴維·M·霍夫曼, 戴維 M 霍夫曼 申請人:Ge醫(yī)藥系統(tǒng)環(huán)球科技公司