專利名稱：雙屏數(shù)字x射線照相的成像檢測器陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及數(shù)字x射線照相，具體來說，涉及在數(shù)字x射線照相平板成像檢測器陣列中使用雙屏、非對稱熒光屏來提高圖像質(zhì)量。
背景技術(shù)：
通常，由于熒光屏的橫向光漫射，采用閃爍熒光屏來吸收x射線和產(chǎn)生光的醫(yī)用x射線偵測器會遭受到空間分辨率損失。為了減少橫向
光漫射和保持可接受的空間分辨率，必須將熒光屏制作得足夠薄。成
像裝置的空間分辨率和X射線檢測能力往往分別以調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)和X射線吸收效率為特征的。薄熒光屏以降低X射線吸收為代價產(chǎn)生較好的MTF。通常，熒光屏的涂層密度和厚度用于空間分辨率和X射線吸收效率兩者之間的折衷設(shè)計。
為了提高X射線吸收并保持空間分辨率，已經(jīng)知道結(jié)合數(shù)字計算機X射線照相(CR)使用雙屏來提高X射線吸收效益。在這樣的CR裝置中，采用存儲體熒光屏來替代傳統(tǒng)的屏蔽膠片裝置中使用的即時發(fā)光熒光屏。對于CR來說不需要任何膠片。 一旦經(jīng)過X射線啄光，存儲體熒光屏以受到俘獲的電荷形式存儲潛像，其隨后通常由掃描激光束讀出以生成數(shù)字X射線圖像。
近來，基于有源矩陣薄膜電子元器件的數(shù)字平板成像檢測器陣列已經(jīng)對諸如診斷放射學(xué)和數(shù)字乳房X射線照相術(shù)的應(yīng)用有希望。有兩種用于數(shù)字X射線照相(DR)的X射線能量變換方法，即直接方法和間接方法。在直接方法中，光電導(dǎo)體中吸收的X射線直接轉(zhuǎn)換為電荷信號，存儲于有源矩陣陣列(AMA)的各像素電極，并用薄膜晶體管(TFT)讀出以便生成數(shù)字圖像。通常采用非晶硒(a-Se)作為光電導(dǎo)體。對于直接方法來說不需要任何熒光屏。在間接方法中，采用熒光屏來吸收X射線，由在每個像素具有單一光電二極管(PD)和TFT開關(guān)的AMA檢鄉(xiāng)該焚光屏所發(fā)出的光子。該光電二極管正比于所吸收的X射線能量吸收熒光材料所發(fā)出的光。然后，如同直接方法那樣，用TFT開關(guān)讀出所存儲的電荷?；诒∧ぞw管的若干種類成像陣列可用于圖像檢測。上述成像陣列包括具有非晶硅TFT開關(guān)的加氫的非晶硅(a-Si:H)光電檢測器、具有低溫多晶硅(LTPS)的非晶硅光電檢測器、以及具有有機TFT (OTFT)開關(guān)的有機光電檢測器。
圖1示出典型類型的公知的包括傳感器陣列12的平板成像體10其電路的框圖?；赼-Si的傳感器陣列包括m條數(shù)據(jù)線14和n條行選擇或柵極線16。每個l象素包括與TFT20連接的a-Si光電二極管18。每個光電二極管18與公共偏壓線22和其相關(guān)聯(lián)的TFT的漏極24連接。柵極線16與柵極驅(qū)動26連接。偏壓線22帶有加到光電二極管18和TFT20上的偏置電壓。TFT 20由其相關(guān)聯(lián)的柵極線26控制，在被尋址時將所存儲的電荷傳送給數(shù)據(jù)線14。讀出期間，柵極線被導(dǎo)通有限時間(大約10至100微秒)，允許該行的TFT 20有足夠時間將其像素電荷傳送給全部m條數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)線14與并行工作的電荷放大器28連接。 一般地，電荷放大器28被分為若干組，每一組通常具有32、64、或128個電荷放大器。每一組中相關(guān)聯(lián)的電荷放大器檢測圖像信號，并按照時鐘將各信號送至多路復(fù)用器30，由此上述各信號經(jīng)過多路復(fù)用，隨后由模擬數(shù)字變換器32數(shù)字化。接著將數(shù)字圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過耦合傳送至存儲器。某些設(shè)計中，相關(guān)雙采樣(CDS)電路34可以設(shè)置于每一電荷放大器28和多路復(fù)用器30之間以減小電子噪聲。柵極線16被順序?qū)ǎ瑢σ獟呙璧恼麄€幀需要大約若干秒。由計算機36執(zhí)行另外的圖像修正和圖像處理，所生成的圖像在顯示器38上顯示或由打印機40打印。
圖2示出單個典型種類的公知成像像素50的剖面(未按比例)，其中例如該公知的成傳 像素50用于其中圖像檢測元件為PIN光電二極管的常規(guī)的基于a-Si的平板成像體。每個成像像素50具有基底56上形成的PIN光電二極管52和TFT開關(guān)54。有一層X射線變換體(例如閃爍熒光屏58)與光電二極管TFT陣列耦合。TFT開關(guān)54包括下列各層形成TFT柵極電極和行選擇線的第一金屬層60;形成用于TFT的柵極絕緣體的絕緣層62;形成TFT所用的溝道區(qū)的內(nèi)在非晶硅層64;形成TFT所用的源極和漏極的組成n型摻雜層66的非晶硅；形成TFT源極觸點和漏極觸點以及數(shù)據(jù)線的第二金屬層68;以及絕緣層70。 PIN光電二極管52包括下列各層形成PIN光電二極管的背面觸點以及TFT和PIN光電二極管兩者間互連的第三金屬層72;包含p型摻雜的非晶硅膜74;內(nèi)在非晶硅膜76;包含p型摻雜的非晶硅膜78;諸如銦錫氧化物的透明接觸電極80;絕緣層81，以及形成PIN光電二極管的最上面的觸點的第四金屬層82。圖2中也示出有X射線光子路徑84和可見光光子路徑86。當(dāng)單個X射線由屏58吸收時，各向同性地發(fā)出大量的光子。只有一部分的發(fā)出光到達光電二極管并被檢測。本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解這種具有a-Si PIN電極的基于a-Si的像素的工作。
圖3示出另一種類的公知的圖像傳感器陣列92的兩個相鄰像素90的剖面。該結(jié)構(gòu)中，光電二極管94是以垂直方式在TFT開關(guān)96上面結(jié)合的，而非圖2中所示的并排配置。該垂直方式結(jié)合的傳感器陣列包括基底98;形成TFT柵極電極和行選擇線的第一金屬層100;形成TFT的柵極絕緣體的絕緣層102;形成TFT溝道的內(nèi)在(即未摻雜的)非晶硅層104;形成TFT源極區(qū)和漏極區(qū)的n摻雜非晶硅膜106;以及經(jīng)過圖案形成來形成源極觸點和漏極觸點以及數(shù)據(jù)線的第二金屬層108。絕緣層110用于將TFT平面112從PIN光電二極管平面114分開。PIN光電二極管包括形成背面接觸電極的第三金屬層116;順序沉積的非晶硅的n摻雜層118;非晶硅的p摻雜層122和內(nèi)在非晶硅層120;以及接著的透明接觸電極124。光電二極管層經(jīng)過圖案形成來形成各自的感光元件。絕緣層126和形成偏壓線的第五金屬層128完成該像素。垂直方式結(jié)合的配置與并排的配置相比，由于感光面積相對于像素面積的較高比例(稱為占空因數(shù))，提供改善的感光能力。
圖4示出了在現(xiàn)有技術(shù)的基于a-Si的平板成像體中另一種類型的公知的成像像素140的剖面(未按比例)，其中圖像檢測元件為金屬絕緣半導(dǎo)體(MIS)光電傳感器142。每個成像像素140包括在基底146上形成的MIS光電傳感器142和TFT開關(guān)144。 TFT開關(guān)144包括下列各層形成TFT槺極電極和行選擇線的第一金屬層148;形成TFT的柵極絕緣體的絕緣層150;形成TFT的溝道區(qū)的內(nèi)在非晶硅層152;形成TFT源極和漏極的包含n型摻雜層154的非晶硅；絕緣層156;以及形成TFT源極觸點和漏極觸點以及數(shù)據(jù)線的第二金屬層158。MIS光電二極管142包括下列各層形成MIS光電傳感器柵極電極的第一金屬層148;形成柵極絕緣體的絕緣層150;形成溝道區(qū)的非晶硅膜層152;形成漏極的非晶硅膜154;與n型層154相接觸的透明電極160;絕緣層156;以及形成最上面觸點的第二金屬層158。本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解這種具有MIS光電傳感器的基于a-Si的非直接平板成像體的工作。
本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到，諸如連續(xù)PIN光電二極管、連續(xù)MIS光電傳感器、光電晶體管、以及光電導(dǎo)體這類的其他類型的光電傳感器可由多種材料實現(xiàn)，其中該多種材料包括非晶硅半導(dǎo)體、多晶硅半導(dǎo)體、或單晶硅半導(dǎo)體、以及非硅半導(dǎo)體。而且本領(lǐng)域技術(shù)人員也會認識到，可使用諸如三晶體管工作像素電路、四晶體管工作像素電路、以及共用晶體管工作像素電路這類的其他像素電路來形成X射線照相成像陣列。
本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到，許多其他的讀出陣列結(jié)構(gòu)被普遍地使用。而且本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到，可將諸如多晶硅半導(dǎo)體、有機半導(dǎo)體的非晶硅以外的半導(dǎo)體材料和諸如鋅氧化物的不同的合金半導(dǎo)體
用于背部平面陣列和檢測陣列.近來，已經(jīng)在撓性基底(由塑料、金屬箔、或其他合適的有機材料和無機材料制成)而不是在常規(guī)的非撓性易碎玻璃基底上制作薄膜晶體管陣列。撓性基底上的TFT陣列與撓性透射反射顯示用的液晶相組合，與用于發(fā)射顯示的發(fā)射裝置組合，與用于可視光成像和X射線照相成〗象應(yīng)用的光電感應(yīng)器組合。
參照共同受讓、待審查的(a) VanMetter等人于2007年12月6日提交的名稱為"雙能量成像用的心跳式控制(CARDIAC GATINGFOR DUAL-ENERGY IMAGING)"的美國專利申請No.ll/951，483;
(b ) VanMetter于2007年2月6日提交的名稱為"雙能量分解重歸一化(DUAL ENERGY DECOMPOSITION RENORMALIZATION )"的美國專利申請No.60/889，356;以及(c) Dhanantwari等人于2007年3月22日提交的名稱為"雙能量投影用的套準方法
(REGISTRATION METHOD FOR PROJECTIONS IN DUALENERGY)"的美國專利申請No.60/896，322。上述申請所關(guān)注的發(fā)明關(guān)于稱為雙能量消減成像的另一種成像技術(shù)，該成像技術(shù)可用于在數(shù)字胸腔X射線照相及血管成像(angiography)中減小解剖背景對疾病檢檢測的影響。該技術(shù)基于骨骼和軟組織具有不同能量依存的吸收特性。 一般來說，產(chǎn)生兩幅原數(shù)字圖像。 一幅為低能量高對比度圖像，
7另一幅為高能量低對比度圖像。通過對上述兩幅圖像采取非線性組合，便可獲得純粹的骨骼圖像和軟組織圖像。這種成像技術(shù)會改善采用圖像的解剖圖解和病理診斷。
美國專利申請No.l 1/487,539中，公開了若干雙數(shù)字X射線照相陣列，分別成像各自的熒光屏。在一個實施例中，傳導(dǎo)X射線通過目標至數(shù)字X射線照相成像體來形成圖像。為了形成圖像，數(shù)字X射線照相成像體使用兩個平板(正平板和背平板)來捕捉和處理X射線。較為理想的是，背平板的閃爍熒光層的厚度大于或等于前面板的閃爍熒光層的厚度。有一濾光器放置于正平板和背平板兩者間來使得某一屏中所發(fā)出的光至另一屏的光穿透(crossover)最小。每個平板具有第一陣列的信號檢測元件和讀出器件以及第二陣列的信號檢測元件和讀出器件。另外，有一第一鈍化層設(shè)置于第一陣列的信號檢測元件和讀出器件，有一第二鈍化層設(shè)置于第二陣列的信號檢測元件和讀出器件。正平板和背平板同時暴露于X射線的曝光。第一閃爍熒光層響應(yīng)通過目標的X射線，產(chǎn)生照射第一陣列的信號檢測元件中的信號檢測元件和讀出器件的光，以提供表示第一 X射線圖像的信號。第二閃爍熒光層響應(yīng)通過目標和正平板的X射線，產(chǎn)生照射第二陣列的信號檢測元件中的信號檢測元件和讀出器件的光，以提供表示第二 X射線圖像的信號。組合第一和第二 X射線圖像的信號產(chǎn)生一具有較高質(zhì)量的合成的X射線圖像。
在美國專利申請No.l 1/487,539公開的另 一 實施例中，在基底兩側(cè)中的每一側(cè)制作各自的平板成像體來形成數(shù)字X射線照相成像陣列。第 一成像體主要是對臨近該第 一成像體放置的第 一熒光屏所發(fā)出的光敏感。第二成像體主要對臨近該第二成像體放置的第二熒光屏所發(fā)出的光敏感。不同于使用兩平板即板和背平板來捕捉X射線照相圖像，數(shù)字X射線照相成像體采用單個基底，在該基底的正面?zhèn)雀采w有第一熒光層，而在該基底的背面?zhèn)雀采w有第二熒光層。該實施例的某一方面中，第二閃爍熒光層的厚度可以大于或等于第一閃爍熒光層的厚度?；椎拿恳粋?cè)使用NIP光電二極管?；椎拿恳粋?cè)覆蓋有一光阻擋層或穿透減小層來使得基底某一側(cè)的熒光屏所發(fā)出的光至基底另一側(cè)的光電二極管的光穿透為最小。第一和第二閃爍熒光層同時暴露于X射線的曝光，基底正面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)鹊墓怆姸O管分別檢測正面圖像和背面圖像。
需要將雙閃爍屏(閃爍熒光層)的應(yīng)用延伸至間接數(shù)字x射線照
相(DR)裝置。而且，需要將雙閃爍屏的應(yīng)用延伸至用于單曝光雙能量消減成像的間接DR裝置中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進的雙屏數(shù)字X射線照相成像裝置。
本發(fā)明的優(yōu)點在于允許進行DR成像，以便將經(jīng)過對調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)優(yōu)化的第一圖像與經(jīng)過對靈敏度優(yōu)化的第二圖像相組合，從而在DR成像系統(tǒng)中得到具有較高質(zhì)量的X射線圖像。
本發(fā)明一個實施例中，X射線照相成像裝置包括具有第一厚度的第一閃爍熒光屏；具有第二厚度的第二閃爍熒光屏；設(shè)置于第一屏和第二屏之間的基底，該基底相對于用于該裝置的X射線基本上透明；以及設(shè)置于基底的第一側(cè)面和一個屏之間的成像陣列，其中該一個屏為第一屏和第二屏中的一個，該成像陣列包括多個像素，每個像素包
括至少一個光電傳感器和至少一個讀出元件。該讀出元件可以為在該基底一側(cè)形成的薄膜晶體管。如說明書中所用的那樣，"基本上透明"是指X射線以足以由光電傳感器檢測以產(chǎn)生X射線照相圖像的量或相當(dāng)量通過該基底。
另一實施例中，X射線照相成像裝置包括相對于用于該裝置的X射線基本上透明的基底；設(shè)置于基底第一側(cè)的具有第一厚度的第一閃爍熒光屏；設(shè)置于基底第二側(cè)的具有第二厚度的第二閃爍熒光屏，從而該基底處于第 一和第二閃爍熒光屏兩者間；該基底相對于第 一屏和第二屏所發(fā)出的光透明；以及形成于該基底一側(cè)的成像陣列，該成像陣列包括主要對第一屏所發(fā)出的光敏感的第一組光電傳感器；以及主要對第二屏所發(fā)出的光敏感的第二組光電傳感器。
本發(fā)明的非對稱雙屏數(shù)字X射線照相裝置相對于單屏數(shù)字X射線照相裝置具有種種優(yōu)點。本發(fā)明裝置的更高的空間頻率響應(yīng)或者MTF產(chǎn)生的更明銳圖像。X射線吸收越高，產(chǎn)生的檢測速度越高。本發(fā)明示范性裝置的噪聲水平越低，給出的量子斑紋效應(yīng)越小。本發(fā)明各實施例的檢測量子效益(DQE)越高，所提供的總體圖像質(zhì)量越高。此外，在非直接DR裝置中使用一對非對稱屏明顯地化解了 X射線熒光屏設(shè)計中同時保持較好水平的X射線吸收(通常需要所具有的厚度有所增加的屏)和較高的空間分辨率(通常需要所具有的厚度有所減小的屏)的沖突。而且，對于平板成像裝置使用撓性基底(例如金屬箔、塑料紙張、或者其組合)使得裝置的機械強度和物理耐久性能有所提高，因為該基底X射線吸收損耗有所降低。
本發(fā)明全部上述實施例中，使用單個成像陣列來檢測兩屏。每個像素內(nèi)用 一個或多個光電二極管來使第一屏成像，并用 一個或多個光電二極管來使第二屏成像。使用單個讀出陣列保證兩屏圖像的精確配準(registration)，并且與使用多平板的情形相比提供更薄和更為健全的平板組件，需要更少的支持電子器件，尤其是需要較少的行驅(qū)動器和列放大器和數(shù)字轉(zhuǎn)換器，
優(yōu)選地，在上述X射線照相成像裝置中，該第一屏的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)超過該第二屏的MTF，使得對于該第一屏MTF為50%的空間頻率(fm)高于該第二屏的空間頻率至少0.5c/mm;該第一屏設(shè)置于該基底的第二側(cè)，其中該基底的第二側(cè)與該基底的該第一側(cè)相反。
優(yōu)選地，在上述X射線照相成像裝置中，該第二屏的X射線吸收效率超過該第一屏的X射線吸收效率至少10%。
優(yōu)選地，在上述X射線照相成像裝置中，其中該第一屏比該第二屏薄，使用過程中，該裝置其方向朝向接收第一屏側(cè)面方向所入射的X射線的曝光。
優(yōu)選地，在上述X射線照相成像裝置中，進一步包括分開該第一組和該第二組光電傳感器的不透明材料。
優(yōu)選地，在上述X射線照相成像裝置中，該第一組和該第二組光電傳感器其中一組的厚度超過電磁光譜其中至少一部分的光吸收長度。
優(yōu)選地，在上述X射線照相成像裝置中，進一步包括與該第一組和該第二組光電傳感器連通的讀出元件陣列。
優(yōu)選地，在上述X射線照相成像裝置中，其中該讀出元件陣列制作于第一平面中，該第一組光電傳感器制作于該第一平面中，該第二組光電傳感器設(shè)置于與該第一平面平行并處于該第一平面以外的第二平面中。優(yōu)選地，在上述x射線照相成像裝置中，其中該第一組和該第二組
光電傳感器彼此堆疊于頂部，其中該讀出元件設(shè)置于與該堆疊的光電傳感器相鄰的位置。
優(yōu)選地，在上述x射線照相成像裝置中，其中該第一組和該第二
組光電傳感器和該讀出元件形成于相同平面中。
優(yōu)選地，在上述x射線照相成像裝置中，其中該第一組和該第二
組光電傳感器形成于第一平面中，該讀出元件則形成于處于該第一平面以外的第二平面中。
優(yōu)選地，在上述X射線照相成像裝置中，其中該基底形成于該第
二閃爍熒光屏上。
優(yōu)選地，在上述x射線照相成像裝置中，進一步包括在基底中本
質(zhì)上均勻擴散以減少沿著該基底的光散射的光吸收著色劑或光散射粒子。
優(yōu)選地，在上述x射線照相成像裝置中，進一步包括加到該基底
表面上以減少沿著該基底的光散射的光吸收著色劑層。
優(yōu)選地，在上述x射線照相成像裝置中，進一步包括擴散到該基底
表面層中以減少沿著該基底的光散射的光吸收著色劑。
通過閱讀下面的具體說明并結(jié)合顯示和描述本發(fā)明若干示范性實施例的附圖，本發(fā)明的上述和其他目的、特征、以及優(yōu)點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說會變得清楚。


說明書以具體給出和明確限定本發(fā)明主體的權(quán)利要求結(jié)束時，相信本發(fā)明通過下面說明并結(jié)合附圖會變得更好理解。圖l是平板成像體中所用的現(xiàn)有成像平板的示意圖。
圖2是包含PIN光電二極管的 一種公知類型的成像像素的剖視圖。
圖3是另一類型的公知的成像像素的剖視圖，其中在TFT開關(guān)上垂直結(jié)合有PIN光電二極管。
圖4是另一類型的公知的成像像素的剖視圖，其中MIS光電傳感器與TFT開關(guān)按平面形成、并排配置。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的成像像素的一個實施例的示意性剖視圖。
圖6示出圖5中本發(fā)明成像像素的具體剖視圖。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的成像像素的另 一個實施例的示意性剖視圖，其中某些光電傳感器對來自組件一側(cè)的光敏感而其他光電傳感器對來自組件另一側(cè)的光敏感。
圖8是與圖7類似的本發(fā)明的另一實施例的示意性剖視圖，但是其中提供光遮蔽組件來使得光傳導(dǎo)至光電傳感器。
圖9示出圖8的創(chuàng)造性的成像像素的具體剖視圖。
圖IO示出按照圖8的兩個并列像素的示意性剖視圖并說明光散射如何可以發(fā)生在透明基底中。
圖11示出如同圖10的示意性剖視圖，但在透明基底中包括用于減少光散射的特征。
圖12示出本發(fā)明的另一實施例的示意性剖視圖，其中成像裝置的光電傳感器配置在兩個分開的平板或者層內(nèi)，光阻擋層在平板之間。
圖13示出圖12中創(chuàng)造性的成像像素的具體剖視圖。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明用于各成像裝置的電路的示意圖。
圖15示出圖8的實施例的示意性剖視圖，其中光吸收著色劑通過透明基底擴散以減少光散射。
圖16示出圖8的實施例的示意性剖視圖，其中光吸收著色劑應(yīng)用到透明基底表面以減少光散射。
圖17示出圖8的實施例的示意性剖視圖，其中光吸收著色劑擴散到透明基底表面處的層中以減少光散射。
具體實施例方式
參照共同受讓、待審查的(a) Yorkston等人于2006年7月14日提交的名稱為"非對稱雙屏數(shù)字X射線照相裝置(APPARATUS FORASYMMETRIC DUAL SCREEN DIGITAL RADIOGRAPHY)"的美國專利申請No.ll/487，539;以及(b ) Tredwell于2008年2月4日提交的名稱為"數(shù)字X射線照相成像裝置(DIGITAL RADIOGRAPHICIMAGING APPARATUS )"的美國專利申請No.12/025,086。
本說明尤其是針對形成一部分本發(fā)明裝置的元件或與其更為直接協(xié)同工作的元件。應(yīng)理解為未特別圖示或說明的各元件可以采取本領(lǐng)
域技術(shù)人員公知的種種形式。下面的說明中，諸如"上方"或"上部"這類術(shù)語和用語均以較寬意義使用，以給出各層彼此相對的配置。當(dāng)然可以將X射線成像盤以任何方位取向曝光，其中堆疊的各層通常在
水平、垂直、或傾斜方向上延伸。
圖5至圖17示出根據(jù)本發(fā)明各種數(shù)字成像裝置的示意圖。圖5中示出本發(fā)明第一示范性實施例的示意性剖面。X射線照相成像裝置170包括第一閃爍熒光屏組件172、第二閃爍熒光屏組件174、以及成像陣列176。第一閃爍熒光屏組件172包括具有厚度tl的第一閃爍體178和光控制包層180，并配置于成像陣列176的第一側(cè)。第二閃爍熒光屏組件174包括具有厚度t2的第二閃爍體182和光控制包層或光控制層180，并配置于成像陣列176的第二側(cè)。根據(jù)屏功能優(yōu)化，光控制包層或光控制層可以為光吸收性或光反射性。光吸收層會通過吸收要不然會相對于相鄰像素散射的光以靈敏度為代價對高空間分辨率進行優(yōu)化。相反，光反射層會以空間分辨率為代價對高靈敏度進行優(yōu)化。成像陣列176包括在其上形成有像素188的薄的透明基底186,每個像素包括讀出元件190 (舉例來說，諸如TFT)和光電傳感器192。
該實施例中，光電傳感器192對來自閃爍熒光屏組件172、 174兩者的光均敏感。X射線194在第二熒光屏組件174中吸收并接著發(fā)出光196之后，所發(fā)出光196的其中一部分被在光電傳感器192中吸收。同樣，X射線198在熒光屏172中吸收并接著發(fā)出光200之后，所發(fā)出光200的其中一部分被在光電傳感器192中吸收。如所公知的那樣，在光電傳感器中對光的吸收產(chǎn)生稱為光電生成的電荷的電子空穴對，其可存儲于光電傳感器上，隨后通過讀出元件190讀出。第一實施例不區(qū)分正面屏和背面屏。將檢測器夾于兩屏間與單一厚屏相比允許較高的總體靈敏度和分辨率。
光電傳感器192可以為若干種類器件中的某些。舉例來說，某一實施例中，光電傳感器192為金屬絕緣半導(dǎo)體(MIS)光電二極管、光電導(dǎo)體或光電晶體管。讀出元件190也可以由若干種類器件中的某些形成。舉例來說，讀出元件190可以由非晶硅薄膜晶體管、多晶硅薄膜晶體管、有機薄膜晶體管、或晶體硅薄膜晶體管的任一個形成。透明基底186可以選擇性地為包含有機層和/或無機層的塑料、玻璃、陶瓷、或者多層膜，諸如包覆有氮化硅薄膜的塑料。
圖6示出圖5中X射線照相成像陣列的特定實施例的具體剖視圖，其中光電傳感器為非晶硅MIS光電二極管、讀出元件為非晶硅TFT。圖6中，X射線照相成像裝置210包括第一閃爍萸光屏組件212、第二
閃爍熒光屏組件214、以及成像陣列216。第一閃爍熒光屏組件212包括第 一 閃爍熒光體218和第 一光吸收層220。第二閃爍熒光屏組件214
包括第二閃爍熒光體222和第二光吸收層224。成像陣列216包括在較薄的透明基底230上形成的MIS光電傳感器226和TFT讀出元件228。TFT 228包括形成柵極電極并形成4于地址用的柵極線的第一金屬層232;形成柵極絕緣體的絕緣層234;形成TFT溝道的內(nèi)在非晶硅層236;形成源極和漏極區(qū)域的具有n型摻雜的非晶硅層238;絕緣層240;以及形成與源極和漏極的觸點和與光電傳感器互連的第四金屬層242。光電傳感器226包括相對于第一熒光屏組件212所發(fā)出的光透明的第二金屬層244;形成柵極絕緣體的絕緣層246;形成溝道區(qū)域的內(nèi)在非晶硅層248;形成漏極區(qū)域的n摻雜的非晶硅層250;形成與n摻雜區(qū)域的透明電極觸點的第三金屬層252;絕緣層254;以及接觸透明電極252并形成偏壓線的第四金屬層256。透明金屬的例子包括銦錫氧化物
(ITO)、鋅氧化物(ZO)、以及銦鋅氧化物(IZO) 。 TFT28通常通過采用不透明金屬相對于熒光屏遮光，其中該不透明金屬例如為Al、Al:Nd、 Cr、 Mo或第一和第二金屬層232、 234所用的多層膜。上述遮光層也可通過采用具有較高光反射率以便提高收集效率的金屬來實現(xiàn)。
本發(fā)明第二示范性實施例的示意性剖面示于圖7。該實施例中，光電傳感器的一部分對第一閃爍熒光屏所發(fā)出的光敏感，光電傳感器的另一部分對第二閃爍熒光屏所發(fā)出的光敏感。如圖7所示，X射線照相成像裝置270包括第一閃爍熒光屏組件272、第二閃爍熒光屏組件274、以及成像陣列276。第一熒光屏組件272包括具有第一厚度Tl的閃爍熒光屏278和第一光吸收層或光反射層280。第二熒光屏組件274包括具有厚度T2的第二閃爍熒光屏282和第二光吸收層或光反射層284。光吸收層可以用于通過吸收該熒光體內(nèi)散射的光以總體光收集效率為代價提高空間分辨率(MTF)，從而防止光散射進入到相鄰的成像元件中。光反射層可以用于以空間分辨率為代價提高總體光收集效率。如果圖7的第一熒光屏組件272對于高信號噪聲比(SNR)進行了優(yōu)化，而第二熒光屏組件274對于高空間分辨率進行了優(yōu)化的話，厚度Tl會大于厚度T2，第一光吸收層或光反射層280會只是光反射性，第二光吸收層或光反射層284會只是光吸收性。本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到，第一和第二熒光屏也可以通過優(yōu)化非厚度因素來對諸如變換效率和MTF這類特定成像特性進行優(yōu)化，其中該非厚度因素諸如為材料選擇和屏的材料結(jié)構(gòu)。
繼續(xù)參考圖7，成像陣列276包括薄的透明基底286、主要對第一熒光屏278所發(fā)出的光敏感的第一光電檢測元件288、以及主要對第二焚光屏282所發(fā)出的光敏感的第二光電檢測元件290。第一光電檢測元件288包括第一光敏感元件292、第一讀出元件294、以及配置為降低光從第二熒光屏282透射至第一光敏感元件292的第一光阻擋層296。同樣，第二光電檢測元件290包括第二光敏感元件298、第二光阻擋層300、以及第二讀出元件302。第一和第二光敏感元件292、 298的例子包括PIN光電二極管、MIS光電傳感器、光電晶體管、光電導(dǎo)體、垂直和橫向p-n結(jié)光電二極管、光電電容、pin結(jié)構(gòu)的光電二極管、以及雪崩光電二極管。光敏感元件292、 298可以由諸如非晶硅、多晶硅、以及晶體硅這類非晶、多晶或晶體形式在無機半導(dǎo)體中實現(xiàn)，光敏感元件292、 298也可以按有機半導(dǎo)體或有機/無機組合實現(xiàn)。本領(lǐng)域4支術(shù)人員公知的讀出元件294、 302的例子包括1晶體管無源像素電路、2晶體管無源像素電路、3晶體管有源像素電路、4晶體管有源像素電路、共用晶體管有源像素電路、光子計數(shù)像素電路、以及電荷耦合器件。
圖7實施例的替代結(jié)構(gòu)示于圖8。該實施例中，成像裝置318進一步包括第一光屏蔽組件320，該第一光屏蔽組件320具有允許光從第一熒光屏組件272傳導(dǎo)至第一光敏感元件292的第一透過孔322;以及第二光屏蔽組件324，該第二光屏蔽組件324具有允許光從第二熒光屏組件274傳導(dǎo)至第二光敏感元件298的第二透過孔326。各光屏蔽層可以在各孔322、 326以外吸收或反射，可以由諸如金屬這類無機材料、或諸如有機結(jié)合劑中的吸收染料這類有機材料、或諸如有機結(jié)合劑中所含的顏料或碳這類組合所形成。
第一屏蔽組件320包括具有第一透過孔322的第一光阻擋層328以及絕緣層330。同樣，第二屏蔽組件324包括具有第二透過孔326的光阻擋層332以及絕緣層334。本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到，絕緣層330、340可以在諸如屏蔽層328、 332本身為絕緣這類成〗象裝置318的某些實施方案中不需要，而在其他實施方案中則可需要第二絕緣層以防止電氣短路或阻擋諸如鈉這類雜質(zhì)從較薄的透明基底擴散進入到成像陣
列。屏蔽組件320、 324可以是吸收或反射性的。吸收方式的屏蔽組件降低來自閃爍熒光屏的光散射，由此以總體光收集效率降低為代價減少附近光電檢測元件間的光色度亮度干擾(crosstalk)。吸收方式的屏蔽組件由此以信號噪聲比為代價對高空間頻率響應(yīng)優(yōu)化總體性能。對于第一屏蔽組件320，反射屏蔽組件使得入射到組件上的光反射回到較薄的透明基底。反射進入到基底中的光的其中一部分可以在通過屏蔽組件中的某一個第一孔322傳導(dǎo)之前經(jīng)過反復(fù)的內(nèi)反射，另一部分可以從透明基底被傳導(dǎo)進入到第一熒光屏組件272,其可以在此部位被吸收或散射進入到屏蔽組件中的某一孔322中。反射方式的屏蔽組件由此以空間頻率響應(yīng)為代價對信號噪聲比進行優(yōu)化。
圖9示出圖8中所示的成像裝置318的特定實施方案，其中光敏感元件使用MIS光電傳感器。如上所述，成像裝置318包括第一熒光屏組件272、第二熒光屏組件274、以及成像陣列276。成像陣列276包括薄的透明基底286、主要對第一熒光屏278所發(fā)出的光敏感的第一光電檢測元件288、以及主要對第二熒光屏284所發(fā)出的光敏感的第二光電檢測元件290。第二光電檢測元件290包括第二 MIS光電傳感器344和第二TFT讀出元件346，其中該MIS光電傳感器主要對來自第二熒光屏282的光敏感。第一光電檢測元件342包括第一MIS光電傳感器348和第一 TFT讀出元件350。第一 MIS光電傳感器主要對來自第一熒光屏278的光敏感。
繼續(xù)參考圖9，每個TFT讀出元件346、 350包括形成TFT柵極電極和柵極線的第一金屬層352;形成柵極絕緣體的絕緣層354;形成TFT溝道的內(nèi)在非晶硅膜356;形成TFT源極和漏極區(qū)域的包含n型摻雜的非晶硅膜358;形成源極和漏極觸點的第三金屬層360;絕緣層362;以及形成數(shù)據(jù)線和TFT346、 350與光電檢測元件344、 348兩者間互連的第四金屬層364。
第一 MIS光電傳感器348包括形成透明柵極電極的第二金屬層366、形成柵極絕緣體的絕緣層368、內(nèi)在的非晶珪膜370、 n摻雜的非晶硅膜372、形成與n摻雜的非晶硅膜的觸點的第三金屬層374、絕緣層376、以及形成偏壓線的第四金屬層378。第二金屬層366可以形成有諸如ITO或IZO這類透明導(dǎo)體。第一 MIS光電傳感器348中的第四金屬層378形成圖案以便在MIS光電傳感器的光電檢測區(qū)域上留有金 屬，由此阻擋來自第二焚光屏282的光傳導(dǎo)進入到光電傳感器中。由 此第一 MIS光電傳感器348主要是響應(yīng)來自第一熒光屏278的光，其 可通過較薄的透明基底286和透明柵極電極366傳導(dǎo)。
第二MIS光電傳感器344其構(gòu)成與第一MIS光電傳感器348類似， 包括形成柵極電極的第二金屬層382、形成柵極絕緣體的絕緣層384、 內(nèi)在非晶硅膜386、 n摻雜的非晶硅膜388、形成與n摻雜的非晶硅膜 388的觸點的第三金屬層390、絕緣層392、以及形成偏壓線的第四金 屬層394。第三金屬層390為透明的，允許來自第二熒光屏282的光傳 導(dǎo)進入到第二MIS光電傳感器344中，而第二金屬層382是不透明的， 由此防止來自第一熒光屏278的光被傳導(dǎo)至第二 MIS光電傳感器344。 由此第二 MIS光電傳感器344主要是對第二焚光屏282敏感。
圖IO示出圖8中所示的成像裝置的擴展實施例，并圖示所發(fā)出的 光如何能夠沿著基底286散射。X射線400在第一熒光屏278中吸收， 由此所發(fā)出的光402通過第一孔322來到達與吸收X射線400的部位 相對應(yīng)的第一光敏感元件292。但一些所發(fā)出的光404在最終通過各第 一孔322中某一相鄰孔之前經(jīng)過沿著基底286的多重內(nèi)反射和散射。 這種光散射由于所吸收的光與非對應(yīng)部位所吸收的X射線相對應(yīng)，因 而可能造成相鄰的光敏感元件292有錯誤信號產(chǎn)生。圖ll示出一種用 于降低這種光散射的技術(shù)。在基底286中提供光阻擋區(qū)域410的圖案。 光阻擋區(qū)域410可以通過光吸收著色劑從基底表面某一表面或兩表面 熱擴散進入到較薄的透明基底中來形成。美國專利4,621,271描述了一 種著色劑從含著色劑的施主薄板(donor sheet)進入到基底中的帶圖案 的熱傳遞方法。美國專利4,772,582; 4,973,572以及5,578,416描述了著 色劑利用圖案形式的激光曝光所產(chǎn)生的熱量從施主薄板經(jīng)過帶圖案的 激光轉(zhuǎn)印轉(zhuǎn)移至受主薄板所用的方法。作為替代，如美國專利4,399,209; 4,416,966;以及4,440,846所描述的那樣，光吸收基底可以包含當(dāng)經(jīng)過 圖案形式的熱曝光或光曝光對釋放著色劑或漂白預(yù)先存在的著色劑的 光電有效成分。作為替代，基底可以由諸如可形成光電圖案的聚酰亞 胺這類可形成光電圖案的聚合物所形成，其接著通過化學(xué)顯影來形成 可隨后填有光吸收材料或光反射材料(諸如含著色劑的聚合物)、或 填有反射粒子或散射粒子、或填有沉積金屬或鍍層金屬的溝道。作為替代，可以通過從帶有圖案的金屬籽層起進行金屬電鍍來形成限定光 阻擋區(qū)域的金屬格柵。帶圖案的格柵層可以接著包覆諸如聚酰亞胺這 類基本上透明的材料。
如圖10中的情形，X射線412在第一熒光屏278中吸收，由此所 發(fā)出的光414通過一個第一孔322到達與吸收X射線400的位置相對 應(yīng)的第一光敏感元件292。但是如果任何所發(fā)出的光416沿著基底286 經(jīng)過多重內(nèi)反射和散射的話，這種經(jīng)過散射的光遇到光阻擋區(qū)域410 ， 其防止散射的光到達各第一孔322的相鄰孔。由于光散射的降低，因 而準確性有所提高。
圖12中示出一替代的成像裝置420。與圖5中的實施例相同的特 征由相同的參考標號標注。該實施例中，成像陣列22所具有的各光電 傳感器按分開的基本上平行的平面配置。具體來說，第一平面428具 有主要對笫一熒光屏178所發(fā)出的光敏感的第一光敏感元件(光電傳 感器)424,第二平面432具有的配置于第一平面428之上的主要對第 二熒光屏182所發(fā)出的光敏感的第二光敏感元件(光電傳感器)426。 成像陣列422包括薄的透明基底186、基底186與第一熒光屏178的 相反側(cè)設(shè)置有第一光敏感元件424的第一平面428、設(shè)置于第一平面 428上的光阻擋層430、光阻擋層430與光敏感元件424的相反側(cè)設(shè)置 有第二敏感元件426的第二平面432、以及分別用于第一和第二光敏感 元件424、 426的第一和第二讀出元件434、 436。成像裝置420中，讀 出元件434、 436與第一光敏感元件424 —起設(shè)置于第一平面428中。 讀出元件可作為替代處于第二平面432中或未圖示的第三平面中。第 一光敏感元件424主要對來自第一熒光屏178的光敏感，而第二光敏 感元件426主要對來自第二熒光屏182的光敏感。如果光敏感元件424、 426足以對來自其各自熒光屏的光進行光吸收的話，則可以不需要光阻 擋層430,因而只有小部分的來自第一萸光屏178的光通過第一光敏感 元件424傳導(dǎo)至第二光敏感元件426，以及只有小部分的來自笫二熒光 屏182的光通過第二光敏感元件426傳導(dǎo)至第一光敏感元件424。
圖13示出圖12中所示的實施例的特定實施方案的部分分解剖視 圖。成像陣列422包括透明基底186;第一平面428，該第一平面428 包括設(shè)置于基底186與第一熒光屏178的相反的側(cè)的第一光敏感元件 424 (附圖下面由括號標注)；光阻擋層430;第二平面432，該第二平面432包括設(shè)置于光阻擋層430與第 一光敏感元件424的相反的側(cè)的 的第二光敏感元件426 (附圖上面由括號標注)；以及分別用于光敏感 元件424、 426的讀出元件434、 436 (附圖下面由括號標注)。
繼續(xù)參考圖13，讀出元件434、 436優(yōu)選為為TFT,光敏感元件 424、 426為MIS光電傳感器。每個TFT包括形成柵極電極和柵極 線的第一金屬層438;形成柵極絕緣體的絕緣層440;形成溝道的內(nèi)在 非晶硅膜442;形成源極和漏極區(qū)域的包含n型摻雜的非晶硅層444; 形成源極觸點和漏極觸點的第三金屬層446;絕緣層448;以及形成TFT 至其各自的MIS光電傳感器424、 426的互連并形成數(shù)據(jù)線的第四金屬 層450。主要是對來自第一熒光屏178的光敏感的第一 MIS光電傳感 器424包括相對于第一屏178所發(fā)出的光透明的第二金屬層452;形 成柵極絕緣體的絕緣層454;形成溝道區(qū)域的內(nèi)在非晶硅層456;形成 漏極區(qū)域的含n型摻雜的非晶硅層458;形成漏極觸點的第三金屬層 460; —部分絕緣層448;形成TFT 436至MIS光電傳感器424的互連 并形成數(shù)據(jù)線的第四金屬層450。絕緣層462形成于讀出元件和MIS 光電傳感器上。第二MIS光電傳感器426包括形成柵極電極的第五 金屬層464;形成溝道區(qū)域的內(nèi)在非晶硅膜466;含n型摻雜的非晶硅 膜468;形成與第二MIS光電傳感器426的透明觸點的第六金屬層470; 以及絕緣層472。在圖13所示的實施例中，層464至472在成〗象陣列 的整個成像表面延展，由此允許幾乎整個表面光電敏感。
圖14示出適合讀出圖7至圖13所示的成像陣列的成像陣列電路 480的例子。每個成像陣列包括按行484、 486和列488、 490配置的 像素482 (由虛線框所示)；用于順序掃描行的電壓源492、 494;以 及用于檢測電荷的讀出電路496。每個像素482包括第一光敏感元件 498和用以根據(jù)第一柵極線504的控制將光敏感元件與數(shù)據(jù)線502連接 的相對應(yīng)的TFT開關(guān)500;以及第二光敏感元件506和用以根據(jù)第二 柵極線510的控制將光敏感元件與數(shù)據(jù)線502連接的相對應(yīng)的TFT開 關(guān)508。各行的第一和第二柵極線分別用電壓源492、 494來偏壓。光 敏感元件曝先所產(chǎn)生的電荷由每條數(shù)據(jù)線上的讀出電路496來檢測。 讀出電路496優(yōu)選地包括運算放大器514、反饋電容516、以及開關(guān)518。 X射線曝光期間，對柵極線提供的偏壓保持為負電壓以使全部TFT開 關(guān)截止。曝光之后，通過將偏壓切換為正值，在TFT源極和漏極兩者間產(chǎn)生導(dǎo)通路徑，由此將每列端部的電荷放大器與所選定的圖像檢測 元件連接，來對柵極線順序?qū)ぶ?。電荷放大器檢測光敏感元件上的電 荷，隨后柵極線返回至負值，由此使之截止?？梢允闺姾煞糯笃鞯妮?出經(jīng)過數(shù)字化處理并得到存儲。掃描全部柵極線之后，可將表示第一 和第二光敏感元件的圖像平面組合來生成圖像。
圖7至圖13的實施例中的閃爍熒光屏可以為常規(guī)的X射線像增強 屏。增強屏具有發(fā)光層，其中即時發(fā)光的熒光體在聚合物矩陣中作為 顆粒散布，并具有諸如支持層、保護外層、以及保持體這類的附加層。 合適的即時發(fā)光熒光體是眾所周知的，舉例來說為摻雜有稀土活化劑
的稀土硫氧化物，例如Gd202S:Tb、鎢酸鈣、氧化釔、氟卣化鋇(barium fluorohalide) 、 Hf02:Ti、 HfGe04:Ti、 LuTa04、 Gd203:Eu、 La202S、 LaOBr、 CsI:Tl、 YTa04、 Y202S:Tb、 CaW04、 BaFBr:Eu、 LaOBr:Tm、 或者其組合。也可使用不同熒光體的混合物。所使用中值粒子尺寸
(median particle size)通常在大約0.5微米和大約40微米之間。1微 米和大約20微米之間的中值粒子尺寸，對于便于配方以及諸如速度、 明銳度、和噪聲這類特性的優(yōu)化來說較為理想。本發(fā)明實施例所用的 閃爍熒光屏可采用常規(guī)的涂層技術(shù)制備，其中焚光粉與樹脂粘合劑材 料溶液混合，利用諸如刮片涂層這類方法涂覆到基底上。粘合劑可從 對于X射線、激發(fā)、以及發(fā)光均透明的公知多種的有機聚合物當(dāng)中選 擇。本領(lǐng)域中常用的粘合劑包括聚乙烯醇的鄰磺基苯曱酸縮醛鈉 (sodium o-sulfobenzaldehyde acetal of poly(vinyl alcohol》；氯碌化聚乙 歸(chloro-sulfonated poly(ethylene));大分子雙酴聚碳酸酯 (macromolecular bisphenol poly(carbonates))與包含雙酚碳酸酉旨和聚亞 烷基氧的共聚物(copolymers comprising bisphenol 'carbonates and poly(alkylene oxides))的混合物)；可溶于含水乙醇的尼龍(aqueous ethanol soluble nylons);聚(丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯)以 及聚(丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯與丙烯酸和甲基丙烯酸)的 共聚物(poly(alkyl acrylates and methacrylates) and copolymers of poly(alkyl acrylates and methacrylates with acrylic and methacrylic acid));聚乙烯醇縮丁醛(polyvinyl butyral));和聚氨酯彈性體 (poly(urethane) elastomers)。但可采用任何常規(guī)熒光體與粘合劑之比。 一般來說，采用較高的熒光體與粘合劑之重量比時實現(xiàn)較薄的熒光層和較明銳的圖像。萸光體與粘合劑之比處于大約7: l至25: l范圍內(nèi) 較為理想。增強屏不限于使用晶體熒光體用于X射線至光的變換。舉 例來說，可使用閃爍玻璃或有機閃爍體。
本發(fā)明若干實施例在DR成像裝置中采用多重閃爍體層，從而使得 提高的信號噪聲比(SNR)和提高的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)多少有些 沖突的要求為最大。舉例來說，圖12實施例中，熒光屏182具有比熒 光屏178的厚度tl薄的厚度t2。由于本身具有較低的散射，熒光屏182 對分辨率和MTF進行了優(yōu)化，而較厚的熒光屏178則對SNR進行了 優(yōu)化。舉例來說，焚光屏182其厚度可以為97微米(具有Gd202S:Tb 達45.3毫克/厘米2的覆蓋重量)，而熒光屏178其厚度可以為186微 米(具有Gd202S:Tb達82.7亳克/厘米2的覆蓋重量)。熒光屏182可 以具有黑色、吸收材料的光控制層184,而熒光屏178可以具有黑色吸 收材料的光控制覆蓋層180。采用通常X射線照相技術(shù)所用的典型X 射線束，MTF會等于50。/。的空間頻率(f^)對于熒光屏182和熒光屏 178來說分別為3.8c/mm和2.4c/mm。同時，熒光屏178其X射線吸收 效率為47%，而焚光屏182為29%。實際設(shè)計中，焚光屏178的MTF 會超過萸光屏182的MTF，使得熒光屏178其MTF為50%的空間頻 率(fi/2)高于熒光屏182情形至少0.5c/mm。另外，熒光屏182的X 射線吸收效率會超過熒光屏178情形至少10%。成像陣列422能夠讀 出各熒光屏178、 182所生成的圖像，從而合成圖像所能提供的質(zhì)量高 于具有單一熒光屏的現(xiàn)有DR系統(tǒng)可提供的。
用于本發(fā)明各實施例中的熒光屏其材料組分可包括Gd202S:Tb、 Gd202S:Eu、 Gd203:Eu、 La202S:Tb、 La202S、 Y202S:Tb、 CsI:Tl、 CsI:Na、 CsBr:Tl、 NaI:Tl、 CaW04 、 CaW04:Tb 、 BaFBr:Eu 、 BaFCl:Eu 、 BaS04:Eu、 BaSrS04、 BaPbS04、 BaAl12019:Mn、 BaMgAl10O17:Eu、 Zn2Si04:Mn、 (Zn ， Cd)S:Ag、 LaOBr 、 LaOBr:Tm 、 Lu202S:Eu 、 Lu202S:Tb、 LuTa04、 Hf02:Ti、 HfGe04:Ti、 YTa04、 YTa04:Gd、 YTa04:Nb、 Y203:Eu、 YB03:Eu、 YB03:Tb、或(Y、 Gd)B03:Eu，其 中一種或多種或者其組合。舉例來說，熒光屏178和182可以有相同 或不同的材料組分。例如，熒光屏178和182可以具有相同的熒光體 材料但具有不同的粒子大小分布。熒光屏182上的熒光材料其粒子大 小的中值可以為大約1微米至大約5微米范圍，而熒光屏178上的熒光材^;其粒子大小的中值可以為大約6微米至大約15微米范圍。舉例 來說，用于本發(fā)明各實施例中的熒光屏其重元素的原子數(shù)可以有所不
同。例如，對于較高的X射線能量吸收來說，熒光屏182所具有的組 分中具有的元素其原子數(shù)可以高于熒光屏178所具有的組分中具有的 元素其原子數(shù)。舉例來說，熒光屏182可以包含Gd202S:Tb，而熒光 屏178則可以包含Y202S:Tb。釓(Gd)原子數(shù)為64,而釔(Y)原子 數(shù)為39。
而且，用于本發(fā)明各實施例的熒光屏其空間頻率可以與按不同結(jié) 構(gòu)使用不同熒光材料的情形有所不同。舉例來說，熒光屏182可以包 括諸如CsI:Tl的柱狀結(jié)構(gòu)的焚光體，而焚光屏178則可以包括諸如 Gd202S:Tb的粉末熒光體。當(dāng)在合適條件下蒸發(fā)時，將有一層Csl以 較高的填充密度按針狀、緊密填充的晶體形式凝聚。這種柱狀或針狀 熒光體在本^支術(shù)領(lǐng)域中是公知的。舉例來說，參照ALN Stevels等人的 "氣相沉積CsI:Na層應(yīng)用于X射線成像器件的屏幕(Vapor Deposited CsI:Na Layers: Screens for Application in X國Ray Imaging Devices )"飛 利浦研究報告(Philips Research Reports)29: 353-362(1974);以及T. Jing 等人"利用基底圖案形成的Csl層中的增強柱狀結(jié)構(gòu)(Enhanced Columnar Structure in Csl Layers by Substrate Patterning" IEEE核科 學(xué)導(dǎo)報(1￡￡￡1>3118.]\11(:1.8(±)39: 1195-1198(1992)。按照此形式，空間 頻率響應(yīng)(或分辨率)相對于相同厚度的粉末熒光屏來說有所提高， 可能是因為與粉末熒光屏相比柱狀晶體使得光的正面散射有所增強。 上述柱可以認為是起到將使得入射X射線的吸收所產(chǎn)生的光子導(dǎo)向至 柱的另一端的這種光纖光導(dǎo)作用。與粉末屏類似，使用反射背村來通 過使得光子重新傳導(dǎo)至出射面來最大化層的光收集能力。舉例來說， 熒光屏182可以具有厚度為89微米的CsI:Tl層，而熒光屏178則可以 具有厚度為93微米的Gd202S:Tb層。熒光屏182的空間頻率響應(yīng)可以 高于熒光屏178的空間頻率響應(yīng)。MTF等于50%的空間頻率數(shù)值(&/2) 對于熒光屏182和178來說分別為4.7c/mm和3.3c/mm。通常，按照本 發(fā)明X射線輻射入射到成4象器件170、 210、 270、 318、 420或者其他 的這一側(cè)，該側(cè)具有較薄的熒光屏，其較為靠近X射線源使得較薄屏 的MTF得到優(yōu)化。X射線輻照也可以選擇地入射到熒光屏的較厚側(cè)， 使得較厚屏的SNR得到優(yōu)化。圖5至圖10、圖12、以及圖13的實施例的潛在的問題涉及在較薄 的透明基底186、 230、 286內(nèi)的光散射。熒光屏往往具有1.6或以上的 光學(xué)折射率，而諸如塑料這類透明基底具有通常在1.46至1.59范圍內(nèi) 的較低折射率，非晶硅具有通常在2.9至3.7范圍內(nèi)的折射率。結(jié)果是 如同對圖10和圖11簡要說明的那樣，從熒光屏進入較薄的透明基底 的光在基底內(nèi)經(jīng)歷多重內(nèi)部反射，造成相鄰像素之間的光交擾。由于 熒光屏通常為擴散反射器，因而反射角可能不等于屏-基底界面處的入 射角。
該問題的一個解決方案在圖11的實施例中有所披露。另一個解決 方案示于圖15的實施例中，其中較薄的透明基底286由包含相當(dāng)均勻 密度的著色劑或光散射粒子的材料所形成。舉例來說，基底材料可以 為聚酰亞胺，著色劑材料可以為炭粒子，或者光散射粒子可以為二氧 化鈦。著色劑舉例來說可在基底制造過程中添加。染料密度較好地是 選擇為獲得低吸收用于在閃爍體和光電傳感器兩者間直接跨基底進行 傳導(dǎo)的光，同時獲得所需程度的對經(jīng)歷全內(nèi)部反射，由此從某一像素 行進至相鄰像素的光的交擾抑制。這至少是部分可行，因為基底通常 比像素間距薄。作為替代，可以使用光散射材料(諸如折射率不同于 透明基底的玻璃珠或聚合物珠)來替代著色劑來減小基底中的橫向光 通路。作為替代，可以在基底中或基底上分散包含著色劑的微珠而非 均勻的著色劑濃度。如圖15所示，與就圖10圖示和說明的散射體相 比，光散射體404會有所減少。
圖16中所示的另一個解決方案中，通過使用例如染料按圖案加到 基底某一側(cè)或兩側(cè)在基底286上形成光吸收表面邊界530、 532。染料 濃度較好是調(diào)整為抑制光橫向透射通過邊界區(qū)域，因而光散射體404 有所減少。施主薄板至受主薄板的熱染料轉(zhuǎn)印為一個可用于獲得圖案 形式的吸收區(qū)域的工藝例子。舉例來說，廣泛用于數(shù)字打印校樣和數(shù) 字打印版的應(yīng)用的激光熱染料轉(zhuǎn)印，可獲得10微米或以下的線寬。著 色劑的承接層例子包括聚碳酸酯、聚氨酯、聚酯、聚氯乙烯、或其混 合物。作為替代，可在諸如聚(醚砜)(poly(ether sulfone))或聚酰 亞胺這類底襯的一側(cè)或兩側(cè)包覆上述的著色劑承接材料。通過熱能從 施主薄板轉(zhuǎn)印的圖案形式的著色劑可為可升華染料或無機著色劑?？?升華染料的例子包括諸如KTB黑146 ( Nippon Kayaku有限公司產(chǎn)品)的蒽醌染料、諸如Sumickaron Diazo黑5G ( Sumitomo化學(xué)有限公司 產(chǎn)品)的偶氮染料。無機著色劑的例子則可為炭粒子。
圖17所示的另一個解決方案中，著色劑分散進入到基底286的一 個或者兩個表面形成分散層534、 536。該實施例中，經(jīng)歷多重內(nèi)部反 射的光形成通過各分散層534、 536的多重通路，而從熒光屏278直接 通過基底286透射至光電傳感器292的光則僅形成一條通路。該方式 中，可在不至于對靈敏度造成不良影響的情況下降低各像素間的光散 射。舉例來說，可以通過對與著色劑承接層相接觸的含著色劑液體當(dāng) 中的著色劑的空間均勻性轉(zhuǎn)印或者通過從施主薄板熱轉(zhuǎn)印至承接層來 形成基底中的著色劑圖案。承接層、著色劑、以及染料的例子如前一 段落所述。作為替代，可利用包含諸如炭粒子的著色劑或諸如上面所 述的染料在內(nèi)的諸如聚酰亞胺的結(jié)合劑在一個表面或兩個表面上包覆 諸如聚酰亞胺的基本上光透明的基底材料。
本發(fā)明是具體參照其某些優(yōu)選實施例而得到詳細說明的，但會理 解為對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說可在不背離本發(fā)明范圍的情況下在
化和修改。因而，所提供的是使用雙閃爍熒光屏的平板數(shù)字成像裝置 和方法。
權(quán)利要求
1.一種X射線照相成像裝置，包括具有第一厚度的第一閃爍熒光屏；具有第二厚度的第二閃爍熒光屏；設(shè)置于該第一屏和該第二屏之間的基底，該基底相對于用于該裝置的X射線基本上透明；以及設(shè)置于該基底的第一側(cè)面和該第一屏和第二屏中的一個之間的成像陣列，該成像陣列包括多個像素，每個像素包括至少一個光電傳感器和至少一個讀出元件。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，該第一厚度和該第二 厚度相同。
3. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，該基底具有小于該成 像陣列的兩個像素間距的厚度，以減小該基底中的輻射散射和光管路 透射。
4. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，每個像素包括至少第 一光電傳感器和第二光電傳感器，該第一光電傳感器對來自該第一屏 的光敏感，該第二光電傳感器對來自該第二屏的光敏感。
5. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，該基底對來自該第一 屏和該第二屏其中之一或兩者的光透明。
6. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，該至少一個讀出元件 包括形成在該基底一側(cè)上的薄膜晶體管。
7. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，其中 該多個像素的至少一些光電傳感器對來自該第一屏的光敏感，其他光電傳感器對來自該第二屏的光敏感；該第一屏包括具有第一原子數(shù)的元素的第一熒光材料； 該第二屏包括具有第二原子數(shù)的元素的第二熒光材料； 該第一原子數(shù)超過該第二原子數(shù)，使得該第一熒光材料吸收X射線輻射的較高能量分量。
8. —種X射線照相成像裝置，包括 對用于該裝置的X射線透明的基底； 設(shè)置于該基底第一側(cè)的具有第一厚度的第一閃爍熒光屏； 設(shè)置于該基底第二側(cè)的具有第二厚度的第二閃爍熒光屏;該基底對來自該第一屏和該第二屏的光基本上透明；以及形成于該基底一側(cè)的成像陣列，該成像陣列包括主要對該第一屏所發(fā)出的光敏感的第一組光電傳感器；以及 主要對該第二屏所發(fā)出的光敏感的第二組光電傳感器。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，其中該第二組光電傳感器和該第一組光電傳感器形成于分開的平面中。
10. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，其中該第一組和該第二組光電傳感器形成于相同平面中。
全文摘要
一種X射線照相成像裝置包括具有第一厚度的第一閃爍熒光屏和具有第二厚度的第二閃爍熒光屏。在第一屏和第二屏之間設(shè)置透明基底?；滓粋?cè)上形成的成像陣列包括多個光電傳感器和讀出元件陣列。
文檔編號G01T1/20GK101561505SQ20091013501
公開日2009年10月21日 申請日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月14日
發(fā)明者J·約克斯頓, K·-L·葉, R·S·克爾, R·W·庫爾平斯基, T·J·沃奇克, T·J·特雷威爾 申請人:卡爾斯特里姆保健公司