專利名稱：多層直接轉(zhuǎn)換計算機斷層攝影檢測模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于診斷成像的射線照相檢測器，尤其涉及用于采用光子計數(shù)和能量鑒別進行高通量率成像的多層直接轉(zhuǎn)換計算機斷層攝影(CT)檢測器。
背景技術(shù)：
射線照相成像系統(tǒng)，如X線和計算機斷層攝影(CT)，已用于實時觀察物體的內(nèi)部情況。通常，該成像系統(tǒng)包括用于向感興趣物體，如患者或一件行李，發(fā)射X線的X線源。檢測裝置，如射線檢測器陣列，位于該物體的另一邊并用于檢測發(fā)射穿過物體的X線。如將會意識到的，在檢測器陣列處接收的衰減射線束的強度通常依賴于物體對X線的衰減。檢測器陣列的每個檢測器元件用于產(chǎn)生表示由各檢測器元件接收的衰減束的獨立電信號。而后將這些電信號發(fā)射到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行分析和圖像生成。
常規(guī)CT成像系統(tǒng)采用將射線照相能量轉(zhuǎn)換成電流信號的檢測器，所述電流信號在一定時間段上進行積分，而后經(jīng)測量并最終數(shù)字化。然而這種檢測器的缺點是它們不能提供關(guān)于檢測到的光子的數(shù)目和/或能量的數(shù)據(jù)或反饋。如本領(lǐng)域技術(shù)人將意識到的，通常，常規(guī)CT檢測器具有閃爍器元件和光電二極管元件。當受到射線照相能量輻射時，閃爍器元件閃爍發(fā)光。此外，光電二極管檢測閃爍器元件的發(fā)光并提供作為發(fā)光強度函數(shù)的電信號。這些能量鑒別、直接轉(zhuǎn)換檢測器不僅能夠進行X線計數(shù)，而且能夠提供所檢測到的每個X線的能量水平測量。通常，在直接轉(zhuǎn)換能量鑒別檢測器的構(gòu)建中已采用半導(dǎo)體材料，然而在這些檢測器的構(gòu)建中也可采用其它材料。
但是，這些直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體檢測器的缺點是這類檢測器不能對常規(guī)CT系統(tǒng)通常所遇到的X線光子通量率進行計數(shù)。此外，已知極高的X線光子通量率會引起堆積和極化，從而最終導(dǎo)致檢測器飽和。換句話說，這些檢測器通常在相對較低的X線通量水平閾值處飽和。超過這些閾值，檢測器響應(yīng)是不可預(yù)測或具有下降的劑量利用率。
進一步地，如將所意識到的，檢測器飽和導(dǎo)致成像信息丟失并繼而導(dǎo)致X線投影和CT圖像中的偽影。此外，滯后和其它非線性效應(yīng)會發(fā)生在檢測器飽和附近的通量水平處以及超過檢測器飽和能量水平處。如前所述，直接轉(zhuǎn)換檢測器還易于受到被稱作是“極化”現(xiàn)象的影響，在“極化”現(xiàn)象中，材料內(nèi)部的電荷捕捉改變了局部電場，使檢測器計數(shù)和能量響應(yīng)以不可預(yù)測的方式變化，并導(dǎo)致其響應(yīng)被以前的曝光歷史改變的滯后。特別地，光子計數(shù)、直接轉(zhuǎn)換檢測器由于與每個X線光子事件相關(guān)的固有電荷收集時間(即停滯時間)而飽和。當每個像素的X線光子吸收速度大約為該電荷收集時間的倒數(shù)時，由于脈沖堆積就會發(fā)生飽和。該電荷收集時間大約與固定電場的直接轉(zhuǎn)換層厚度或陽極接觸尺寸中的較小者成正比；因此，如果直接轉(zhuǎn)換層較薄，就可能增加飽和率。然而，要阻止幾乎全部X線并從而使劑量利用率最佳化，就需要足夠的厚度。X線的不完全收集會導(dǎo)致降低的圖像質(zhì)量，即噪聲圖像。
此外，測量X線光子計數(shù)速率和能量的檢測器受到計數(shù)速率飽和的限制。該限制與用于越過檢測器厚度進行傳送的電荷收集時間有關(guān)。薄檢測器能夠進行快速電荷收集，但當X線沿薄的方向入射時，這種檢測器沒有足夠的阻止能力來有效捕獲X線。因此，在常規(guī)的檢測器中，采用具有較大厚度的單層(例如，大于1mm)來實現(xiàn)高效率。然而，這會導(dǎo)致較長的電荷收集時間以及相關(guān)的低通量率飽和限制。厚層檢測器的另一個缺點是電荷捕捉在傳送通過厚層期間更為容易。所捕捉的電荷改變了內(nèi)部電場并繼而改變檢測器增益和頻譜響應(yīng)。越過厚層的傳送還與像素之間的電荷共享有關(guān)。在兩個像素之間的邊界附近收集的X線在這些像素之間共享，從而導(dǎo)致入射光子數(shù)目的錯誤計數(shù)，或者光子能量的不正確記錄。厚層還難于由沉積技術(shù)形成。
按常規(guī)，直接轉(zhuǎn)換檢測器通常由單層制成。通過向該層表面上的觸點施加電壓來向該層的整個厚度施加電場。該層取向為以X線作為其表面的法向方向。電荷傳送發(fā)生在層的整個厚度上。在該電荷傳送期間，發(fā)生串擾和電荷捕捉，而且電荷的不完全收集引起檢測器響應(yīng)的變化。然而，如果像素接觸尺寸相對于該厚度比較小(例如小于厚度的一半)，則電荷收集時間對于層厚度的不敏感，而是作為“小像素”效果的結(jié)果，更多地代替為像素接觸尺寸的函數(shù)。然而這種小像素效果不能改善極化；在傳送通過檢測器層的整個厚度期間，電荷捕捉仍易于發(fā)生。此外，小像素會經(jīng)歷像素之間更大的電荷共享。
以前設(shè)想的在高X線通量率時能夠進行光子計數(shù)的解決方案包括采用亞毫米的像素尺寸以達到較低的每像素計數(shù)速率和/或采用堆疊層壓多層檢測器來從每個檢測器層獲得較低的計數(shù)速率。然而，對于采用亞毫米的像素尺寸的光子計數(shù)、直接轉(zhuǎn)換檢測器，由于電荷共享導(dǎo)致的檢測器量子效率(DQE)損失將會不利地較大。此外，如果檢測器工作在能量鑒別模式下以對來自進行材料分解的兩個能量倉的X線進行計數(shù)，由亞毫米的像素尺寸引起的增加的電荷共享更易引起從高能量窗口到低能量窗口的計數(shù)溢出，從而降低了材料分解性能。此外，采用堆疊多層檢測器會由于檢測器內(nèi)的X線指數(shù)衰減且衰減系數(shù)是X線能量的強函數(shù)而導(dǎo)致不同檢測器層內(nèi)的非均勻X線共享。
另外，較小像素或檢測器元件具有較大的周長與面積比，不利地導(dǎo)致串擾電平的升高。周界是電荷在兩個或多個像素之間的共享的區(qū)域。這種電荷共享由于讀出電子裝置未能結(jié)合相鄰像素同時產(chǎn)生的信號而導(dǎo)致不完全能量信息和/或X線光子的誤計數(shù)。對于采用像素尺寸小于0.1mm的薄、光子計數(shù)、直接轉(zhuǎn)換硅層，可能有極高的通量率，但不利的是，這些薄層不具有足夠地阻止能力來阻止X線。
此外，電子和空穴的運動對由室溫直接轉(zhuǎn)換檢測器產(chǎn)生的信號產(chǎn)生貢獻。空穴的較低運動性和強捕捉性是導(dǎo)致檢測器性能降低的一個原因。這種檢測器性能降低包括作為X線吸收深度函數(shù)的非均勻檢測器響應(yīng)、極化以及不可預(yù)測和不穩(wěn)定的電荷收集。因此，需要設(shè)置像素化檢測器的幾何形狀以通過杠桿調(diào)節(jié)小像素效果來削弱空穴對檢測器響應(yīng)的貢獻。在像素化檢測器中，需要使像素接觸尺寸與檢測器厚度的比保持較小以達到良好的小像素效果。這樣，在這種情形下，來自陽極像素的信號僅與到達陽極的電子數(shù)目成正比，且不依賴于X線的相互作用深度，從而獲得均勻的檢測器響應(yīng)和提高的能量分辨率。較好的小像素效果的另一個優(yōu)點是較短的檢測器停滯時間，這是由于信號電流脈沖寬度由跨越像素尺寸的距離而非檢測器厚度距離的電子漂移時間來確定的。然而，對于具有多個薄層的疊層檢測器結(jié)構(gòu)，如果像素接觸尺寸與檢測器厚度相當或大于檢測器厚度，采用常規(guī)簡單的像素化陽極不再能夠達到良好的小像素效果。從而，檢測器的能量分辨率可較大地降低。另外，檢測器停滯時間可能不是最佳化的。
因此需要研制一種直接轉(zhuǎn)換、能量鑒別CT檢測器，其不會像通常在常規(guī)CT系統(tǒng)所發(fā)現(xiàn)的那樣在X線光子通量率上發(fā)生飽和。還需要研制一種直接轉(zhuǎn)換、能量鑒別CT檢測器，其有利地使檢測器停滯時間變短且使檢測器響應(yīng)基本上均勻和穩(wěn)定，從而避開了當前技術(shù)的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
簡而言之，根據(jù)本技術(shù)的一些方面，提出一種計算機斷層攝影檢測器模塊。該檢測器模塊包括具有頂面和底面的基底。另外，該檢測器模塊包括沿基本上垂直于基底的方向上布置在基底頂面上的多個檢測器層，其中多個檢測器層的每一個包括用于吸收射線的直接轉(zhuǎn)換材料，且其中多個檢測器層的每一個包括第一面和第二面。此外，該檢測器模塊包括布置在多個檢測器層的每一個的第一面上的多個像素化陽極觸點。而且，該檢測器模塊包括布置在多個檢測器層的每一個的第二面上的共用陰極觸點。
根據(jù)本技術(shù)的另一方面，提出一種計算機斷層攝影檢測器模塊。該檢測器模塊包括具有頂面和底面的基底。此外，該檢測器模塊包括沿基本上垂直于基底的方向上布置在基底頂面上的多個檢測器層，其中多個檢測器層的每一個包括用于吸收射線的直接轉(zhuǎn)換材料，且其中多個檢測器層的每一個包括第一面和第二面。該檢測器模塊還包括布置在多個檢測器層的每一個的第一面上的多個像素化陽極觸點，其中多個像素化陽極觸點包括基本相等尺寸的陽極觸點。另外，該檢測器模塊包括布置在多個檢測器層的每一個的第二面上的共用陰極觸點。該檢測器模塊還包括布置在多個像素化陽極觸點的每一個之間的非收集性控制柵極結(jié)構(gòu)，其中該控制柵極結(jié)構(gòu)用于促進電子在多個像素化陽極觸點處的收集。
根據(jù)本技術(shù)的又一些方面，提出一種計算機斷層攝影檢測器模塊。該檢測器模塊包括具有頂面和底面的基底。另外，該檢測器模塊包括布置在基底頂面上并用于吸收射線的多個檢測器層，其中多個檢測器層的每一個包括直接轉(zhuǎn)換材料，且其中多個檢測器層的每一個包括第一面和第二面。該檢測器模塊還包括布置在多個檢測器層的每一個的第一面上的多個像素化陽極觸點，其中多個像素化陽極觸點包括不同尺寸的陽極觸點，且其中像素化陽極觸點的尺寸在射線方向上是逐漸增加的。此外，該檢測器模塊包括布置在多個檢測器層的每一個的第二面上的共用陰極觸點。而且，該檢測器模塊包括布置在多個檢測器層的相鄰層之間的電互連層，其中該電互連層用于將布置在多個檢測器層的每一個上的多個像素化陽極觸點連接到讀出電子裝置。
根據(jù)本技術(shù)的又一些方面，提出一種計算機斷層攝影檢測器模塊。該檢測器模塊包括具有頂面和底面的基底。該檢測器模塊還包括布置在基底頂面上并用于吸收射線的多個檢測器層，其中多個檢測器層的每一個取向為與射線方向成一定角度，且其中多個檢測器層的每一個包括直接轉(zhuǎn)換材料，且其中多個檢測器層的每一個包括第一面和第二面。此外，該檢測器模塊包括布置在多個檢測器層的每一個的第一面上的多個像素化陽極觸點。另外，該檢測器模塊包括布置在多個檢測器層的每一個的第二面上的共用陰極觸點。而且，該檢測器模塊包括布置在多個檢測器層的相鄰層之間的電互連層，其中該電互連層用于將布置在多個檢測器層的每一個上的多個像素化陽極觸點連接到讀出電子裝置。
根據(jù)本技術(shù)的又一些方面，提出一種計算機斷層攝影成像(CT)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于發(fā)射射線流的射線源。此外，該CT成像系統(tǒng)包括用于檢測該射線流并生成響應(yīng)于射線流的一個或多個信號的檢測器組件，其中該檢測器組件包括多個檢測器，且其中多個檢測器的每一個包括布置在基底頂面上的多個檢測器層，且其中多個檢測器層的每一個包括直接轉(zhuǎn)換材料，且其中多檢測器層的每一個包括第一面和第二面，且其中多個檢測器層的每一個用于吸收射線。另外，該CT成像系統(tǒng)包括用于旋轉(zhuǎn)射線源和檢測器組件并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從多個檢測器采集一個或多個投影數(shù)據(jù)組的系統(tǒng)控制器。該CT成像系統(tǒng)還包括連接到射線源和檢測器組件的計算機系統(tǒng)，其中該計算機系統(tǒng)用于接收一個或多個投影數(shù)據(jù)組。


當參照附圖閱讀下列詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將會變得更好理解，其中全部附圖中相同的附圖標記表示相同的部件，其中圖1是根據(jù)本技術(shù)一些方面的用于生成經(jīng)處理的圖像的CT成像系統(tǒng)形式的示范性成像系統(tǒng)的框圖；圖2是圖1中CT系統(tǒng)的物理實施框圖；圖3是根據(jù)本技術(shù)一些方面的示范性多層直接轉(zhuǎn)換CT檢測器的透視圖；圖4是根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖3中示范性CT檢測器層中的一列的放大視圖；圖5是根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖3中CT檢測器層上的示范性陽極觸點排列的前視圖；圖6是根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖5中檢測器層的側(cè)視圖；圖7是根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖3中CT檢測器層上的另一種示范性陽極觸點排列的前視圖；圖8是根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖7中檢測器層的側(cè)視圖；圖9是根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖3中CT檢測器層上的又一種示范性陽極觸點排列的前視圖；圖10是根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖3中CT檢測器層上的另一種示范性陽極觸點排列的前視圖；圖11是根據(jù)本技術(shù)一些方面的另一個示范性多層直接轉(zhuǎn)換CT檢測器的透視圖；圖12是根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖11中示范性CT檢測器層中的一列的放大視圖；圖13是根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖11中CT檢測器層上的示范性陽極觸點排列的前視圖；圖14是根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖11中CT檢測器層上的另一種示范性陽極觸點排列的前視圖；圖15是根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖11中CT檢測器層上的又一種示范性陽極觸點排列的前視圖；圖16是根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖11中CT檢測器層上的另一個示范性陽極觸點排列的前視圖；圖17是根據(jù)本技術(shù)一些方面的又一個示范性多層直接轉(zhuǎn)換CT檢測器的透視圖；圖18是根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖17中檢測器層的側(cè)視圖；圖19是根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖17中CT檢測器的示范性檢測器層排列的前視圖。
具體實施例方式
常規(guī)CT成像系統(tǒng)采用將射線照相能量轉(zhuǎn)換成電流信號的檢測器，所述電流信號在一定時間段上進行積分，而后經(jīng)測量并最終數(shù)字化。然而這種檢測器的缺點是它們不能提供關(guān)于檢測到的光子的數(shù)目和/或能量的數(shù)據(jù)或反饋。此外，能量鑒別、直接轉(zhuǎn)換檢測器不僅能夠進行X線計數(shù)，而且能夠提供所檢測到的每個X線的能量水平測量。然而這些直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體檢測器的缺點是這些類檢測器不能對常規(guī)CT系統(tǒng)通常所遇到X線光子通量率進行計數(shù)。此外，已知極高的X線光子通量率會引起堆積和極化，從而最終導(dǎo)致檢測器飽和。換句話說，這些檢測器通常在相對較低的X線通量水平閾值處飽和。因此需要研制一種直接轉(zhuǎn)換、能量鑒別CT檢測器，其不會像通常在常規(guī)CT系統(tǒng)所發(fā)現(xiàn)的那樣在X線光子通量率上發(fā)生飽和。還需要研制一種直接轉(zhuǎn)換、能量鑒別CT檢測器，其有利地使檢測器停滯時間變短且使檢測器響應(yīng)基本上均勻和穩(wěn)定，從而避開了當前技術(shù)的局限性。
圖1是示出根據(jù)本技術(shù)的用于采集和處理圖像數(shù)據(jù)的成像系統(tǒng)10的框圖。在所示出的實施例中，系統(tǒng)10是一種計算機斷層攝影(CT)系統(tǒng)，根據(jù)本技術(shù)，該系統(tǒng)用于采集X線投影數(shù)據(jù)，將投影數(shù)據(jù)重建成圖像，并且處理該圖像數(shù)據(jù)以供顯示和分析。在圖1所示的實施例中，成像系統(tǒng)10包括X線射線源12。在一個示范性實施例中，該X線射線源12是X線管。X線射線源12包括對準陽極以產(chǎn)生X線的熱電子或固態(tài)電子發(fā)射器，或者甚至是任何其它能夠產(chǎn)生具有用于對所需物體成像的光譜和能量的X線的發(fā)射器。適合的電子發(fā)射器的實例包括鎢絲、鎢板、場發(fā)射器、熱場發(fā)射器、儲備式陰極、熱電子陰極、光發(fā)射器和鐵電陰極。
射線源12可放置在準直器14的附近，準直器14可用于使由射線源12發(fā)射的射線流16成形。射線流16穿過容納待成像的物體，如患者18的成像體積。射線流16通常為扇形或錐形，這取決于將在下面討論的檢測器陣列的結(jié)構(gòu)以及所需的數(shù)據(jù)采集方法。射線的一部分20穿過或繞過對象并撞擊到通常以附圖標記22表示的檢測器陣列上。檢測器陣列元件產(chǎn)生表示入射X線束的強度的電信號。采集和處理這些信號來重建對象內(nèi)部特征的圖像。
射線源12由系統(tǒng)控制器24控制，系統(tǒng)控制器24為CT檢查序列提供電源和控制信號。此外，檢測器22連接到系統(tǒng)控制器24，系統(tǒng)控制器24控制檢測器22內(nèi)所產(chǎn)生信號的采集。系統(tǒng)控制器24還可執(zhí)行各種信號處理和濾波功能，如動態(tài)范圍的初始調(diào)整，數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的交錯等等。一般而言，系統(tǒng)控制器24控制成像系統(tǒng)的操作以執(zhí)行檢查方案并處理所采集的數(shù)據(jù)。在本文中，系統(tǒng)控制器24還包括信號處理電路、通?；谕ㄓ没?qū)Ｓ玫臄?shù)字計算機、用于存儲由計算機執(zhí)行的程序和例行程序以及結(jié)構(gòu)參數(shù)和圖像數(shù)據(jù)的相關(guān)存儲電路，和接口電路等。
在圖1所示的實施例中，系統(tǒng)控制器24通過電機控制器32連接到旋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)26上和線性定位子系統(tǒng)28上。在一個實施例中，旋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)26使X線源12、準直器14和檢測器22繞患者18旋轉(zhuǎn)一圈或多圈。在另一實施例中，旋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)26可以只旋轉(zhuǎn)源12或檢測器22中的一個或者可以差動激勵各種固定電子發(fā)射器以產(chǎn)生X線射線和/或布置在圍繞成像體積的環(huán)狀體內(nèi)的檢測器元件。在源12和/或檢測器22旋轉(zhuǎn)的實施例中，可旋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)26可包括臺架。因此，可利用系統(tǒng)控制器24操作臺架。線性定位子系統(tǒng)28使患者18，或更具體地使患者檢查臺線性移位。這樣，患者檢查臺可以在臺架內(nèi)線性移動以產(chǎn)生患者18特定區(qū)域的圖像。
另外，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到的，射線源12可由設(shè)置在系統(tǒng)控制器24內(nèi)的X線控制器30控制。特別地，X線控制器30用于向X線源12提供電源和定時信號。
此外，系統(tǒng)控制器24還示出為包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)34。在該示范性實施例中，檢測器22耦合到系統(tǒng)控制器24，尤其耦合到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)34。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)34接收由檢測器22的讀出電子裝置收集的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)34通常從檢測器22接收采樣的模擬信號并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以供計算機36進行后續(xù)處理。
計算機36通常耦合到或結(jié)合系統(tǒng)控制器24。由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)34收集的數(shù)據(jù)可發(fā)送到計算機36以進行后續(xù)處理和重建。計算機36可包括或與存儲器38通信，存儲器38可存儲計算機36處理后的數(shù)據(jù)或待由計算機處理的數(shù)據(jù)。應(yīng)當理解，這種示范性系統(tǒng)10可采用用于存儲大量數(shù)據(jù)的任何類型存儲器。此外，存儲器38可以位于采集系統(tǒng)內(nèi)或可包括遠程部件，如網(wǎng)絡(luò)訪問存儲介質(zhì)，用于存儲數(shù)據(jù)、處理參數(shù)和/或下面描述的實施該技術(shù)的程序。
計算機36還可適于控制如掃描操作和數(shù)據(jù)采集一類可由系統(tǒng)控制器24啟動的特性。此外，計算機36可用于通過通常裝備有鍵盤和其它輸入設(shè)備(未示出)的操作者工作站40從操作者接收命令和掃描參數(shù)。操作者從而可通過輸入設(shè)備控制系統(tǒng)10。這樣，操作者可從計算機36觀察重建的圖像和與系統(tǒng)有關(guān)的其它數(shù)據(jù)以及開始成像等。
可利用耦合到操作者工作站40的顯示器42觀察重建的圖像。另外，掃描圖像還可由耦合到操作者工作站40的打印機44打印。顯示器42和打印機44還可直接或通過操作者工作站40連接到計算機36。操作者工作站40可以耦合到圖片存檔和通信系統(tǒng)(PACS)46。應(yīng)當注意到，PACS 46可耦合到遠程系統(tǒng)48，如放射科信息系統(tǒng)(RIS)、醫(yī)院信息信號(HIS)或耦合到內(nèi)部或外部網(wǎng)絡(luò)，從而位于不同位置的其他人員可以訪問該圖像數(shù)據(jù)。
還應(yīng)當注意，計算機36和操作者工作站40可以耦合到其它輸出設(shè)備，這些輸出設(shè)備中包括標準或?qū)Ｓ糜嬎銠C監(jiān)視器及相關(guān)處理電路。在系統(tǒng)中還可鏈接一個或多個操作者工作站40以用于輸出系統(tǒng)參數(shù)、請求檢查和觀察圖像等。一般而言，系統(tǒng)內(nèi)所提供的顯示器、打印機、工作站和類似設(shè)備可以在數(shù)據(jù)采集部件本地處，或距離這些部件較遠，如在學院或醫(yī)院內(nèi)的任何地方，或在完全不同的位置處，通過一個或多個可配置網(wǎng)絡(luò)鏈接到圖像采集系統(tǒng)，如因特網(wǎng)或虛擬私人網(wǎng)絡(luò)等。
如上所述，在本實施例中所采用的示范性成像系統(tǒng)可以是CT掃描系統(tǒng)50，如在圖2中所更詳細描述的。CT掃描系統(tǒng)50可以是多切片CT(MSCT)系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供寬陣列軸向覆蓋、臺架的高轉(zhuǎn)速和高空間分辨率?？蛇x擇地，CT掃描系統(tǒng)50可以是體積測量CT(VCT)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用錐形束幾何形狀和區(qū)域檢測器以在高或低臺架旋轉(zhuǎn)速度時對一個體積，如對象的整個內(nèi)部器官進行成像。CT掃描系統(tǒng)50示出為具有框架52和臺架54，臺架54具有患者可移動穿過其中的開孔56?；颊邫z查臺58可以放置在框架52和臺架54的開孔56內(nèi)以促進通常通過由線性定位子系統(tǒng)28產(chǎn)生的檢查臺58線性移位而導(dǎo)致的患者18的移動(參見圖1)。臺架54示出為帶有射線源12，如從焦點62發(fā)射X線射線的X線管。對于心臟成像，射線流指向患者18包括心臟的橫截面。
在典型操作中，X線源12從焦點62向檢測器陣列22投射X線束。準直器14(見圖1)，如鉛或鎢擋板，通常限定自X線源12顯現(xiàn)的X線束的尺寸和形狀。檢測器22通常由多個檢測器元件形成，其檢測穿過和繞過感興趣對象，如心臟或胸部的X線。每個檢測器元件生成表示在X線束撞擊檢測器時間期間該元件位置處X線束的強度的電信號。臺架54繞感興趣對象旋轉(zhuǎn)，從而可由計算機36收集多個放射照相視圖。
這樣，隨著X線源12和檢測器22的旋轉(zhuǎn)，檢測器22收集與衰減的X線束相關(guān)的數(shù)據(jù)。而后從檢測器22收集的數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理和校準以使該數(shù)據(jù)表示被掃描物體的衰減系數(shù)的線積分。常被稱為投影的經(jīng)處理的數(shù)據(jù)而后可經(jīng)過濾波和背投以表達被掃描區(qū)域的圖像。所表達的圖像在一定模式中可包括臺架54旋轉(zhuǎn)小于或大于360度的投影數(shù)據(jù)。
一旦重建，由圖1和2中的系統(tǒng)所生成的圖像就揭示出患者18的內(nèi)部特征66。在診斷疾病狀態(tài)的傳統(tǒng)方法中，以及在更廣義的醫(yī)療條件或事件診斷的傳統(tǒng)方法中，放射師或內(nèi)科醫(yī)生會仔細查看重建的圖像64以辨別出特有的感興趣特征。在心臟成像中，這種特征66包括感興趣的冠狀動脈或狹窄病變以及其它基于各個執(zhí)業(yè)醫(yī)生的技術(shù)和知識在圖像中可辨別出的特征。其它分析可依賴于各種CAD算法的能力。
動態(tài)運動組織的圖像64的重建可引起特別的關(guān)注。包括在心動周期不同相位處采集的數(shù)據(jù)點的投影數(shù)據(jù)組可導(dǎo)致重建圖像或者包括有一序列相鄰圖像的再現(xiàn)體積內(nèi)的不連續(xù)性或與運動相關(guān)的偽影。因此，在心臟成像的情況下，通常需要從共同的心臟相位采集或選擇投影數(shù)據(jù)，如在運動最小化的相位期間，也就是在心臟舒張相位期間。
圖3示出多層直接轉(zhuǎn)換CT檢測器模塊68的示范性實施例的透視圖。對于具有光子計數(shù)和能量鑒別的高通量率X線成像可采用該CT檢測器模塊68。如本領(lǐng)域技術(shù)人將意識到的，這些附圖只是為了解釋說明目的的，未按比例繪制。該示范性CT檢測器模塊68可通過將多個直接轉(zhuǎn)換材料切片疊壓而成，在材料切片之間插入電互連層，如將在下面進行描述的。
在當前所考慮的結(jié)構(gòu)中，CT檢測器模塊68示出為包括具有頂面和底面的基底70。在一個實施例中，基底70中包括電機械基底，如印刷電路板(PCB)。然而，如將意識到的，基底70還可包括其它材料，如但不限于，玻璃、硅或塑料或多層陶瓷。
在所示出的實施例中，CT檢測器模塊68被示出為具有布置在基底70上的多個檢測器層72。多個檢測器層72的每一個分別具有第一面和第二面。此外，多個檢測器層72可沿基本上垂直于基底70的方向布置在基底70的頂面。多個檢測器層72可以以范圍從約零度至約五度的角度布置在基底70上。在一個實施例中，多個檢測器層72沿與基底70垂直的方向(例如零度角)布置。另外，多個檢測器層72的每一個可包括直接轉(zhuǎn)換材料。如將會意識到的，直接轉(zhuǎn)換材料可用于吸收射線。而且，可從晶體或陶瓷塊切割出直接轉(zhuǎn)換材料的切片?？蛇x擇地，直接轉(zhuǎn)換材料的切片可以沉積或絲網(wǎng)印刷到互連層上。而且，附圖標記74表示多個檢測器層72內(nèi)的各個檢測器層。
如前所述，多個檢測器層72的每一個包括第一面和第二面。在當前考慮的結(jié)構(gòu)中，在多個檢測器層72的每個第一面上可布置多個像素化陽極觸點76，在一個實施例中，多個像素化陽極觸點76可以按二維陣列排列。進一步地，在當前考慮的結(jié)構(gòu)中，多個像素化陽極觸點76的每一個具有基本相同的尺寸。而且，多個像素化陽極觸點76的每一個可采用金、鉑或其它的材料組合的沉積層來形成。另外，在多個檢測器層72的每個第二面上可布置連續(xù)的共用陰極觸點78。在所示出的實施例中，多個檢測器層72的每一個可排列在基底70上，從而多個檢測器層72的每一個的取向為與基底70的方向垂直且沿著射線方向80。共用陰極觸點78可采用金、鉑或其它的材料組合的沉積層來形成。在該實施例中，電荷傳送方向和射線方向是正交的。采用多個檢測器層72在基底70上的這種排列，就可在多個檢測器層72之間共享高通量率X線的檢測，從而有利地避免檢測器層72的任何通量率飽和。進一步地，X線光子沿基本上垂直于基底的方向80傳播。X線優(yōu)先在X線撞擊到檢測器層72的區(qū)域被吸收?？蛇x擇地，在一個實施例中，多個檢測器層72的每一個可排列在基底70上，從而多個檢測器層72的每一個被取向為與射線方向80垂直。
根據(jù)本技術(shù)的示范性方面，CT檢測器模塊68還可以包括布置在多個像素化陽極觸點76的每一個之間的非收集控制柵極結(jié)構(gòu)，如將參照圖7所進行的更詳細描述。
繼續(xù)介紹多個檢測器層72，在一個實施例中，多個檢測器層72的每一個的高度82可以是在約1mm至約5mm的范圍內(nèi)。而且，多個檢測器層72的長度84可以是在約4mm至約32mm的范圍內(nèi)。此外，多個檢測器層72的每一個可設(shè)置得充分薄。例如，多個層72的每一個的厚度86可是在約0.2mm至約2mm的范圍內(nèi)。
根據(jù)本技術(shù)的一些方面，CT檢測器模塊68還可包括布置在多個檢測器層72的每個相鄰層之間的電互連層。如將會意識到的，電互連層可用于將布置在多個檢測器層72的每一個上的多個像素化陽極觸點76和共用陰極觸點78電連接到讀出電子裝置，如專用集成電路(ASIC)。電互連層可包括柔性電路。另外，柔性電路可包括在聚酰亞胺薄膜上形成的銅(Cu)跡線?？蛇x擇地，與像素化陽極觸點76陣列的互連可通過直接布置在多個檢測器層72上的金屬跡線(未示出)來提供。這些金屬跡線可設(shè)置成走線于陽極觸點76至檢測器層72周邊之間，在此它們可通過引線結(jié)合電連接于PCB或基底70。應(yīng)當注意，在該實施例中，需要在多檢測器層72的每一個之間布置絕緣疊層材料以防止相鄰檢測器層72之間的電短路。
在一個實施例中，CT檢測器模塊68可包括在Z方向上延伸并布置在多個檢測器層72的每個相鄰層之間的電互連層88。該互連層88可以包括用于有利于使多個像素化陽極觸點76和共用陰極觸點78通過電互連層88連接到讀出電子裝置的連接器90。CT檢測器模塊68還可包括電互連層92，其與基底70形成J形接觸并布置在多個檢測器層72的每個相鄰層之間。另外，CT檢測器模塊68可包括在負Y方向上延伸并且布置在多個檢測器層72的每個相鄰層之間的電互連層94。電互連層94穿過基底70的延伸可由基底70中的槽或縫隙提供。此外，該互連層94可包括用于有利于將多個像素化陽極觸點76和共用陰極觸點78通過電互連層94連接到讀出電子裝置的連接器96。附圖標記98表示一個檢測器層72上的一列。圖4示出圖3的CT檢測器模塊68的示范性層72的一列98的放大視圖。
現(xiàn)在參見圖5，其示出圖3的各檢測器層74上的多個像素化陽極觸點76的示范性排列的前視圖100。圖6示出圖5的檢測器層74的側(cè)視圖102。
圖7示出圖3的各檢測器層74上像素化陽極觸點76的另一種示范性排列的前視圖104。如前所述，檢測器層74可包括用于吸收撞擊射線的直接轉(zhuǎn)換材料。附圖標記106表示根據(jù)本技術(shù)一些方面的多個像素區(qū)域。另外，附圖標記108表示多個像素化陽極觸點。在該實施例中，像素區(qū)域106的像素節(jié)距基本上類似于像素化陽極觸點76的像素節(jié)距(參見圖5)。而且，像素化陽極觸點108的寬度基本上小于像素區(qū)域106的節(jié)距。例如，像素區(qū)域106的像素節(jié)距可以是在約0.5mm至約3mm范圍內(nèi)，而像素化陽極觸點108的寬度可以是在約0.2mm至約1mm范圍內(nèi)。換句話說，像素化陽極觸點108的尺寸基本上小于圖5中示出的陽極像素化觸點76的尺寸。因此，像素化陽極觸點108的尺寸足夠小以達到良好的小像素效果，并且保持較大像素節(jié)距，該像素節(jié)距與檢測器厚度86相當或大于檢測器厚度86(參見圖3)。
如將會意識到的，電子和空穴的運動對如CT檢測器模塊68這類的室溫直接轉(zhuǎn)換檢測器中產(chǎn)生的信號作出貢獻。進一步地，需要保持像素觸點尺寸與檢測器74的厚度86的比率較小以確保良好的像素效果，其可削弱導(dǎo)致激烈的捕捉和電荷收集不足的空穴貢獻。而且，來自陽極像素的信號與到達陽極的電子數(shù)目成正比，且不依賴于X線相互作用深度，從而可實現(xiàn)均勻的檢測器響應(yīng)和良好的能量分辨率。由于信號電流脈沖寬度由越過像素觸點尺寸而非檢測器厚度的距離的電子漂移時間決定，較好的小像素效果有利地導(dǎo)致較短的檢測器停滯時間。
如前所述，根據(jù)本技術(shù)的示范性方法，在多個檢測器層74的每一個上的多個陽極像素區(qū)域106的每一個區(qū)域之間布置非收集控制柵極結(jié)構(gòu)110(圖3)，其中控制柵極結(jié)構(gòu)110用于促進電子在多個像素化陽極觸點108處的收集。根據(jù)本技術(shù)的一些方面，柵極電極110可用于圍繞在布置在多層直接轉(zhuǎn)換檢測器模塊68的每一個74上的多個陽極像素區(qū)域106的每個區(qū)域周圍，以使每個像素化陽極觸點108的尺寸足夠小以達到良好的小像素效果，而且保持與檢測器厚度86相當或大于檢測器厚度86的較大像素節(jié)距。柵極對電荷收集的輔助性對于陽極觸點尺寸基本上小于像素節(jié)距以及采用柵極和小陽極觸點尺寸的結(jié)合來確保小像素效果的結(jié)構(gòu)是尤其有用的。
柵極電極110可相對于像素化陽極觸點108被負偏置以防止在柵極110對電子的收集。進而，偏置的柵極110有助于使電場集中以及促進電子在像素化陽極觸點108處的收集，從而導(dǎo)致電荷收集性能的提高。結(jié)果，像素化陽極觸點108的寬度可小于像素區(qū)域106的節(jié)距，這可有利地導(dǎo)致頻譜響應(yīng)保真度的提高。換句話說，像素的輸出電荷是輸入X線光子能量的更佳表示。為使該有益效果最大化，可能需要使柵極只占檢測器層74的陽極面上的一小部分面積且具有小面積像素化陽極觸點108。還存在采用多層光刻嵌套幾個柵極環(huán)構(gòu)造的可能性，每個環(huán)的偏壓漸增以使電場聚焦最佳化且確保在陽極觸點上有效地收集電荷。換句話說，在圖7的示范性結(jié)構(gòu)104中，陽極像素區(qū)域106設(shè)置成具有像素化陽極觸點108。在一個實施例中，像素化陽極觸點108可在布置在陽極像素區(qū)域106的中心。從而，像素節(jié)距保持與圖5中的相同。進一步地，柵極結(jié)構(gòu)110的偏壓與像素化陽極觸點108的偏壓不同以提高電荷收集性能。圖8示出圖7的檢測器層的側(cè)視圖112。
應(yīng)當注意，可嵌套多個柵極環(huán)(未示出)以形成圍繞多個陽極像素區(qū)域106的柵極結(jié)構(gòu)。進一步地，可對多個柵極環(huán)的每一個施加相對于彼此的漸增偏壓以確保在像素化陽極觸點108處有效地收集電荷。在一個實施例中，可采用多層光刻制造嵌套的柵極環(huán)。
參見圖3，可橫越多個檢測器層72的每一個施加電場以幫助電荷越過多個檢測器層72的每一個的厚度86從共用陰極78向多個陽極像素76傳輸。例如，可向共用陰極觸點78施加負1000伏的偏壓。而且，可使多個像素化陽極觸點76偏壓成接地，其中每個陽極觸點76與讀出ASIC上的各放大器通道相連?，F(xiàn)在參見圖7，可以向柵極結(jié)構(gòu)110施加與多個像素化陽極觸點108不同的偏壓以有利于操控電子供像素化陽極觸點108收集。柵極電極110的偏壓電壓可以在像素化陽極觸點108與共用陰極觸點78的偏壓之間，從而確保在像素化陽極觸點108處收集電荷。
圖9是根據(jù)本技術(shù)的一些方面的圖3中的CT檢測器模塊68的檢測器層74上像素化陽極觸點108的又一種示范性排列的前視圖114。根據(jù)本技術(shù)的示范性方面，無需完全包圍陽極像素區(qū)域106。因此，在該實施例中，柵極結(jié)構(gòu)形成的圖案為柵極指狀結(jié)構(gòu)116的形式，其中柵極指狀結(jié)構(gòu)116布置在陽極像素區(qū)域106的任一面。
現(xiàn)在參見圖10，其示出根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖3中CT檢測器模塊68的檢測器層74上像素化陽極觸點76的另一種示范性排列的前視圖118。在該示范性實施例中，多個像素化陽極觸點76可被偏移以有利于獲得入射通量輪廓的多個樣本。這種排列由于減少了重疊偽影的數(shù)量而有利地易于獲得更大的空間分辨率。在所示出的實施例中，像素化陽極觸點76排列成使偏移量120為1/2像素。
現(xiàn)在參見圖11，其示出根據(jù)本技術(shù)一些方面的另一個示范性多層直接轉(zhuǎn)換CT檢測器模塊122的透視圖。如前面參照圖3所描述的，圖11中的CT檢測器模塊122包括具有頂面和底面的基底124。進一步地，與圖3相同，多個檢測器層126可布置在基底124的頂面。多個檢測器層126的每一個可包括用于吸收撞擊射線的直接轉(zhuǎn)換材料。而且，多個檢測器層126的每一個可具有各自的第一面和第二面。
進一步地，如前所述，多個像素化陽極觸點可在多個檢測器層126的每個的第一面上排列成陣列。在該實施例中，多個陽極觸點包括不同尺寸的陽極觸點，其中陽極觸點的尺寸沿射線方向136逐漸增加。在本示范性實施例中，多個陽極觸點包括較小的陽極觸點130和較大的陽極觸點132。多個較小的陽極觸點130可布置在多個檢測器層126的每一個上比多個較大陽極觸點132更靠近射線源136的位置處。另外，共用陰極觸點134可布置在多個檢測器層126的每一個的第二面上。而且，附圖標記128表示多個檢測器層126中的各檢測器層。
繼續(xù)參見圖11，多個檢測器層126的每一個可排列在基底124上，從而多個檢測器層126的每一個的取向為基本上平行于射線方向136。因此，電荷從共用陰極觸點134橫跨地傳送至多個像素化陽極觸點130、132。換句話說，電荷傳送方向基本上垂直于射線方向136。從而，有效阻止X線所需要的檢測器層128的高度138可以不依賴于電荷收集時間、電荷捕捉和電荷共享現(xiàn)象。因此，檢測器層128的厚度142可以被選擇得足夠薄以達到較少的電荷收集時間和相關(guān)聯(lián)的大飽和通量率限制。進一步地，由于電子和空穴的有效收集，在薄檢測器層中還可減小了極化。
如將會意識到的，X線在多個檢測器層126的每一個內(nèi)的不同深度處被吸收。因此，根據(jù)本技術(shù)的示范性方面，像素化陽極像素130、132的陣列的尺寸和多樣性可制成使CT檢測器模塊122的性能最佳化。具體地，X線優(yōu)先在X線撞擊在檢測器層126層的區(qū)域處被吸收。結(jié)果，多個陽極觸點可設(shè)置成包括不同尺寸的陽極觸點，其中像素化陽極觸點的尺寸在射線方向136是逐漸增加的。因此，在該實施例中，布置在靠近射線撞擊位置處的多個陽極觸點130的尺寸比多個陽極觸點132的尺寸相對較小。例如，較小陽極觸點130的尺寸可以在約0.2×0.2mm2至約1.0×1.0mm2范圍內(nèi)。此外，布置在沿射線方向136更遠處的多個陽極觸點132的尺寸與多個較小陽極觸點130相比相對較大并且形狀為矩形，以在側(cè)向保持與小陽極觸點130相同的節(jié)距。例如，這些較大陽極觸點134的尺寸可以在約0.2×0.5mm2至約1.0×3.0mm2范圍內(nèi)。
繼續(xù)參照多個檢測器層126，如前參照圖3所描述的，在一個實施例中，多個檢測器層126的每一個的高度138可以在約2mm至約5mm范圍內(nèi)。而且，多個檢測器層126的長度140可以在約4mm至約32mm范圍內(nèi)。此外，多個檢測器層126的每一個可設(shè)置得足夠薄。例如，多個檢測器層126的每一個的厚度142可以在約0.2mm至約1mm范圍內(nèi)。
根據(jù)本技術(shù)的一些方面，CT檢測器模塊122還可包括布置在多個檢測器層126的每個相鄰層之間的電互連層。如將會意識到的，電互連層可用于使布置在多個檢測器層126的每一個上的多個像素化陽極觸點130、132和共用觸點134電連接到讀出電子裝置，以將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
在一個實施例中，CT檢測器模塊122可以包括在Z方向上延伸且布置在多個檢測器層126的每個相鄰層之間的電互連層144。該互連層144可包括連接器146，連接器146可用于有利于使多個像素化陽極觸點130、132和共用陽極觸點134通過電互連層144連接到讀出電子裝置。CT檢測器模塊122還可以包括布置在多個檢測器層126的每個相鄰層之間與基底124形成J形接觸的電互連層148。此外，CT檢測器模塊122可以包括向負Y向延伸并布置在多個檢測器層126的每個相鄰層之間的電互連接層150。而且，該互連層150可包括連接器152，連接器152用于有利于使多個像素化陽極觸點130、132和共用陰極觸點134通過電互連層150連接到讀出電子裝置。附圖標記154表示一個檢測器層126上的一列。圖12示出圖11中CT檢測器模塊122的示范性層126的一列154的放大視圖。圖13示出圖11中各檢測器層128上多個像素化陽極觸點130、132的示范性排列的前視圖156。
圖14示出圖11中各檢測器層128上像素化陽極觸點的另一個示范性排列的前視圖158。圖中還示出根據(jù)本技術(shù)一些方面的多個較小陽極像素區(qū)域160和多個較大陽極像素區(qū)域162。在該實施例中，每個陽極像素區(qū)域160的節(jié)距基本上類似于像素化陽極觸點130的節(jié)距(見圖11)。而且多個陽極像素區(qū)域162的每一個的節(jié)距基本上類似于陽極像素132的節(jié)距(見圖11)。然而，由附圖標記164表示的像素化陽極觸點的表面面積基本上小于陽極像素區(qū)域160和162的表面面積。換句話說，像素化陽極觸點164的尺寸基本上小于圖11中所示像素化陽極觸點130和132的尺寸。從而，如前所述，像素化陽極觸點164的尺寸足夠小以在保持與檢測器的厚度142相當或大于檢測器的厚度142的較大像素節(jié)距的同時達到良好的小像素效果(見圖11)。
采用多個檢測器層126的每一個上不同尺寸的像素化陽極觸點的示范性排列，可達到更高的計數(shù)率飽和。而且，該排列能夠在不會產(chǎn)生由于電荷共享而導(dǎo)致的任何退化的情況下允許陽極觸點具有較小像素尺寸。進一步地，由于減少了電荷捕捉現(xiàn)象，CT檢測器模塊122的響應(yīng)可相對更加穩(wěn)定。此外，在多個檢測器層126的每一個之間不會發(fā)生電荷共享。從而，該示范性CT檢測器模塊122可用于測量具有作為入射通量率的函數(shù)的更一致響應(yīng)的入射射線。
如前所述，根據(jù)本技術(shù)的示范性方面，在每個檢測器層128上布置有包圍多陽極像素區(qū)域160、162的每一個的非收集控制柵極結(jié)構(gòu)166(見圖11)。柵極結(jié)構(gòu)166可用于促進電子在多個像素化陽極觸點164處的收集。柵級電極166可用于使每個像素化陽極觸點的尺寸足夠小，以在保持與檢測器厚度142相當或大于檢測器厚度142的大像素節(jié)距的同時達到良好的小像素效果(見圖11)。柵極電極166可被施加相對于像素化陽極觸點164的負向偏壓以防止在柵極166處收集電子。因此，被施加偏壓的柵極166幫助聚焦電場并促進電子在像素化陽極觸點164處的收集，如前所述。
圖15是圖11中CT檢測器模塊122的檢測器層128上陽極像素區(qū)域160、162的又一示范性排列的前視圖，其中柵極結(jié)構(gòu)的圖案為柵極指狀結(jié)構(gòu)170的形式并布置在陽極像素區(qū)域的任一面上。
現(xiàn)在參見圖16，其示出根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖11中CT檢測器模塊122的檢測器層128上的像素化陽極觸點130、132的另一個示范性排列的前視圖172。如前面參照圖10所描述，多個陽極像素130、132可以被偏移174以有利于獲得多個入射通量輪廓的采樣。
現(xiàn)在參見圖17，其示出根據(jù)本技術(shù)一些方面的另一種示范性多層直接轉(zhuǎn)換CT檢測器模塊176的透視圖。如前所述，CT檢測器模塊176可包括基底178?？砂ㄖ苯愚D(zhuǎn)換材料182的多個檢測器層180可以布置在基底178上。不同尺寸的多個像素化陽極觸點184、186可以布置在多個檢測器層180的每個第一面上，而共用陰極觸點188可以布置在多個檢測器層180的每個第二面上。而且，附圖標記182表示多個檢測器層180內(nèi)的各檢測器層。
與圖11一樣，根據(jù)本技術(shù)的示范性方面，多個檢測器層180的每一個的取向為與射線方向190成角度θ192。換句話說，多個檢測器層180的每一個的取向為使各共用陰極188以小入射角度192接收射線。進一步地，多個檢測器層180的每一個可用于起到二維傳感器陣列中的一條線的作用，這是因為檢測器層180沿X線軌跡的投影寬度可基本上等于陽極像素184、186的陣列的像素節(jié)距。對應(yīng)于二維傳感器陣列中的像素的X線通量有利于照亮由于小入射角度192而導(dǎo)致具有增加的檢測面積的檢測器層180的條帶。進一步地，X線通量由該條帶內(nèi)多個讀出像素均勻共享。從而，通過適當?shù)剡x擇傾斜角度192和每個檢測器層180的尺寸，每個檢測器層180處的每單位檢測面積的X線通量率可以有利地減少預(yù)定因數(shù)。在一個實施例中，該預(yù)定因數(shù)可由入射角度192、檢測器層180的尺寸和讀出像素的尺寸確定。隨后，在每個讀出后，可合并多個讀出像素處記錄的計數(shù)以獲得與二維傳感器陣列內(nèi)的像素相關(guān)的數(shù)據(jù)。
繼續(xù)參見圖17，多個檢測器層180的每一個具有各自的高度194、長度196和厚度198。進一步地，在Z方向上延伸的電互連層200可布置在多個檢測器層180的每一個之間，其中互連層200具有連接器202。CT檢測器模塊176還可包括與基底178形成J形接觸的電互連層204。而且，CT檢測器模塊176可包括在負Y方向上延伸的電互連層206，其中電互連層206包括連接器208。圖18示出圖17中檢測器層182的側(cè)視圖210。
圖19示出根據(jù)本技術(shù)一些方面的圖17中CT檢測器模塊176的檢測器層182的示范性排列的前視圖212。如將會意識到的，X射線源12(見圖1)可以是點源。進一步地，在具有基本上較大長度的檢測器層180內(nèi)，X線軌跡214可能不會形成平行束幾何圖形。在某些實施例中，X線軌跡214可形成扇形束幾何圖形。因此，多個陽極觸點的像素化可有利地被重新設(shè)置以覆蓋扇形束來收集能量。根據(jù)本技術(shù)的示范性實施例，可根據(jù)X線軌跡調(diào)整檢測器層216的形狀和多個像素化陽極觸點218的形狀。
以上描述的CT檢測器模塊68、122、176的各種實施例有利于快速、恒定和有效的電荷收集，從而導(dǎo)致在飽和前增加X線光子通量率容量。這樣，CT檢測器模塊68、122、176呈現(xiàn)出增強的能量分辯率和較短檢測器停滯時間。進一步地，采用示范性控制柵極結(jié)構(gòu)有利于采用基本上較小的像素化陽極觸點，從而導(dǎo)致增強的小像素效果。此外，在檢測器層之間不會出現(xiàn)電荷共享。因此，由于在不用付出電荷共享代價下保持較小像素尺寸以及改進的偏移像素化陽極觸點的采樣，CT檢測器模塊68、122、176可呈現(xiàn)出更高的分辯率。而且，通過正確選擇X線入射角度和檢測器層的尺寸，可實現(xiàn)多個讀出像素之間的X線通量均勻共享，同時保持每個檢測器層處的相對大的物理像素尺寸。保持每個檢測器層處的較大物理像素尺寸有助于控制電荷共享和溢出。
此外，由于減少厚度，直接轉(zhuǎn)換材料可以沉積在電互連層或絲網(wǎng)印刷在其上?？刹捎么罅刊B層結(jié)構(gòu)處理，其中將大面積卷繞網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的直接轉(zhuǎn)換材料施加到互連層上。隨后可將這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)展開并切成適合于檢測器結(jié)構(gòu)的尺寸部分。進一步地，自動進行低成本制造的檢測器部分的沉積、切割和疊層。
雖然在此只示出和描述了本發(fā)明的某些特征，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言可進行許多修改和改變。因此，應(yīng)當理解，全部這些修改和改變均由附加的權(quán)利要求書覆蓋，從而落入本發(fā)明的真正精神實質(zhì)內(nèi)。
部件清單10成像系統(tǒng)12源14準直器16射線流18物體/患者20射線部分22檢測器24系統(tǒng)控制器26可旋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)28線性定位子系統(tǒng)30X線控制器32電機控制器34數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)36計算機38存儲器40操作者工作站42顯示器44打印機46圖片存檔和通信系統(tǒng)48遠程系統(tǒng)50CT掃描系統(tǒng)52框架54臺架56開孔58患者檢查臺62焦點64圖像切片66特征
68多層直接轉(zhuǎn)換檢測器模塊的示范性實施例70基底72多個檢測器層74各個檢測器層76像素化陽極觸點78共用陰極觸點80射線方向82檢測器層的高度84檢測器層的長度86檢測器層的厚度88在Z方向上延伸的電互連層90連接器92與基底形成J形接觸的電互連層94在Y方向上延伸的電互連層96連接器98檢測器層上的一列100 沒有控制柵極結(jié)構(gòu)的檢測器層的前視圖102 沒有控制柵極結(jié)構(gòu)的檢測器層的側(cè)視圖104 具有環(huán)狀控制柵極結(jié)構(gòu)的檢測器層的前視圖106 陽極像素區(qū)域108 像素化陽極觸點110 環(huán)狀控制柵極結(jié)構(gòu)112 具有環(huán)狀控制柵極結(jié)構(gòu)的檢測器層的側(cè)視圖114 具有指狀控制柵極結(jié)構(gòu)的檢測器層的前視圖116 指狀控制柵極結(jié)構(gòu)118 具有偏移陽極觸點的檢測器層的前視圖120 陽極觸點的偏移122 多層直接轉(zhuǎn)換檢測器模塊的示范性實施例124 基底126 多個檢測器層
128各個檢測器層130小像素化陽極觸點132大像素化陽極觸點134共用陰極觸點136射線方向138檢測器層的高度140檢測器層的長度142檢測器層的厚度144在Z方向上延伸的電互連層146連接器148與基底形成J形接觸的電互連層150在Y方向上延伸的電互連層152連接器154檢測器層上的一列156沒有控制柵極結(jié)構(gòu)的檢測器層的前視圖158具有環(huán)狀控制柵極結(jié)構(gòu)的檢測器層的前視圖160小像素化陽極觸點162大像素化陽極觸點164陽極觸點電極166環(huán)狀控制柵極結(jié)構(gòu)168具有指狀控制柵極結(jié)構(gòu)的檢測器層的前視圖170指狀控制柵極結(jié)構(gòu)172具有偏移陽極觸點的檢測器層的前視圖174陽極觸點的偏移176多層直接轉(zhuǎn)換檢測器模塊的示范性實施例178基底180多個檢測器層182各個檢測器層184小像素化陽極觸點186大像素化陽極觸點
188共用陰極觸點190射線方向192檢測器層的取向角度194檢測器層的高度196檢測器層的長度198檢測器層的厚度200在Z方向上延伸的電互連層202連接器204與基底形成J形接觸的電互連層206在Y方向上延伸的電互連層208連接器210傾斜的檢測器層的側(cè)視圖212示范性檢測器層的前視圖214射線方向216示范性檢測器層218不同尺寸的像素化陽極觸點
權(quán)利要求
1.一種計算機斷層攝影檢測器模塊(68)，包括具有頂面和底面的基底(70)；沿基本上垂直于基底(70)的方向上布置在基底(70)頂面上的多個檢測器層(72)，其中多個檢測器層(72)的每一個包括用于吸收射線的直接轉(zhuǎn)換材料，且其中多個檢測器層(72)的每一個包括第一面和第二面；布置在多個檢測器層(72)的每一個的第一面上的多個像素化陽極觸點(76)；和布置在多個檢測器層(72)的每一個的第二面上的共用陰極觸點(78)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測器模塊(68)，還包括布置在多個檢測器層(72)的每個相鄰層之間的電互連層(88)，其中電互連接層(88)用于將布置在多個檢測器層(72)的每一個上的多個像素化陽極觸點(76)連接到讀出電子裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測器模塊(68)，還包括布置在多個像素化陽極觸點(108)的每一個之間的非收集性控制柵極結(jié)構(gòu)(110)，其中控制柵極結(jié)構(gòu)(110)用于促進電子在多個像素化陽極觸點(108)處的收集。
4.一種計算機斷層攝影檢測器模塊(68)，包括具有頂面和底面的基底(70)；沿基本上垂直于基底(70)的方向上布置在基底(70)頂面上的多個檢測器層(72)，其中多個檢測器層(72)的每一個包括用于吸收射線的直接轉(zhuǎn)換材料，且其中多個檢測器層(72)的每一個包括第一面和第二面；布置在多個檢測器層(72)的每一個的第一面上的多個像素化陽極觸點(108)，其中多個像素化陽極觸點(108)包括基本相等尺寸的陽極觸點；布置在多個檢測器層(72)的每一個的第二面上的共用陰極觸點(78)；和布置在多個像素化陽極觸點(108)的每一個之間的非收集性控制柵極結(jié)構(gòu)(110)，其中該控制柵極結(jié)構(gòu)(110)用于促進電子在多個像素化陽極觸點(110)處的收集。
5.一種計算機斷層攝影檢測器模塊(122)，包括具有頂面和底面的基底(124)；布置在基底(124)頂面上并用于吸收射線的多個檢測器層(126)，其中多個檢測器層(126)的每一個包括直接轉(zhuǎn)換材料，且其中多個檢測器層(126)的每一個包括第一面和第二面；布置在多個檢測器層(126)的每一個的第一面上的多個像素化陽極觸點(130，132)，其中多個像素化陽極觸點(130，132)包括不同尺寸的陽極觸點，且其中像素化陽極觸點(130，132)的尺寸在射線方向(136)上是逐漸增加的；布置在多個檢測器層(126)的每一個的第二面上的共用陰極觸點(134)；和布置在多個檢測器層(126)的相鄰層之間的電互連層(144)，其中該電互連層(144)用于將布置在多個檢測器層(126)的每一個上的多個像素化陽極觸點(130，132)連接到讀出電子裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測器模塊(122)，其中非收集性控制柵極結(jié)構(gòu)(166)布置在多個像素化陽極觸點(160，162)的每一個之間，其中控制柵極結(jié)構(gòu)(166)用于促進電子在多個像素化陽極觸點(160，162)處的收集。
7.一種計算機斷層攝影檢測器模塊(176)，包括具有頂面和底面的基底(178)；布置在基底(178)頂面上并用于吸收射線的多個檢測器層(180)，其中多個檢測器層(180)的每一個被取向為與射線方向(190)成一定角度(192)，且其中多個檢測器層(180)的每一個包括直接轉(zhuǎn)換材料，且其中多檢測器層(180)的每一個包括第一面和第二面；布置在多個檢測器層(180)的每一個的第一面上的多個像素化陽極觸點(184，186)；布置在多個檢測器層(180)的每一個的第二面上的共用陰極觸點(188)；和布置在多個檢測器層(180)的相鄰層之間的電互連層(200)，其中該電互連層(200)用于將布置在多個檢測器層(180)的每一個上的多個像素化陽極觸點(184，186)連接到讀出電子裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測器模塊(176)，其中角度被選擇(192)成減少每單位檢測面積的射線通量率。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測器模塊(176)，其中非收集性控制柵極結(jié)構(gòu)布置在多個像素化陽極觸點(184，186)的每一個之間，其中控制柵極結(jié)構(gòu)用于促進電子在多個像素化陽極觸點(184，186)處的收集。
10.一種CT成像系統(tǒng)(10)，包括用于發(fā)射射線流(16)的射線源(12)；用于檢測射線流(16)并生成響應(yīng)該射線流(16)的一個或多個信號的檢測器組件，其中該檢測器組件包括多個檢測器(22)，且其中多個檢測器(22)的每一個包括布置在基底(70)頂面上的多個檢測器層(72)，且其中多個檢測器層(72)的每一個包括直接轉(zhuǎn)換材料，且其中多個檢測器層(72)的每一個包括第一面和第二面，且其中多個檢測器層(72)的每一個用于吸收射線；用于旋轉(zhuǎn)射線源(12)和檢測器組件并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(34)從多個檢測器(22)采集一個或多個投影數(shù)據(jù)組的系統(tǒng)控制器(24)；和連接到射線源(12)和檢測器組件的計算機系統(tǒng)(36)，其中該計算機系統(tǒng)(36)用于接收一個或多個投影數(shù)據(jù)組。
全文摘要
提供一種計算機斷層攝影檢測器模塊(68)。檢測器模塊(68)包括具有頂面和底面的基底(70)。此外，檢測器模塊(68)包括沿基本上垂直于基底(70)的方向上布置在基底(70)頂面上的多個檢測器層(72)，其中多個檢測器層(72)的每一個包括用于吸收射線的直接轉(zhuǎn)換材料，且其中多個檢測器層(72)的每一個包括第一面和第二面。進一步地，檢測器模塊(68)包括布置在多個檢測器層(72)的每一個的第一面上的多個像素化陽極觸點(76)。而且，檢測器模塊(68)包括布置在多個檢測器層(72)的每一個的第二面上的共用陰極觸點(78)。
文檔編號G01T1/161GK1891158SQ20061010768
公開日2007年1月10日 申請日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者J·E·特卡茨伊克, J·W·勒布朗, W·李, D·J·沃爾特, Y·杜 申請人:通用電氣公司