相交申請交叉引用

本申請要求于2014年12月30日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/097,650的優(yōu)先權，其全部內容通過引用被并入本文中。

本發(fā)明一般涉及數(shù)字x-射線探測器組件，并且具體地涉及數(shù)字x-射線探測器面板。

背景技術：

關于各種技術應用，數(shù)字放射成像的用途一直是無法估量的。數(shù)字放射成像是醫(yī)療領域的中流砥柱，允許健康衛(wèi)生保健專業(yè)人員快速地識別和診斷其病人的身體內異常情況。另外，其在工業(yè)領域的用途變得日益重要，用于顯現(xiàn)零件、行李、包裹和其它物體的內部組成，并用于顯現(xiàn)物體的結構完整性和其它目的。實際上，數(shù)字x-射線探測器的發(fā)展已經(jīng)提高了放射成像領域的工作流和圖像質量。

一般，放射成像涉及被引導朝向感興趣物體的x-射線的生成。x-射線通過物體并在物體周圍，然后沖擊x-射線膜、x-射線盒或數(shù)字x-射線探測器。在數(shù)字x-射線探測器的背景下，這些x-射線光子穿過閃爍器，閃爍器將x-射線光子轉換成可見光光子或光學光子。光學光子然后與數(shù)字x-射線感受器的光探測器碰撞，轉換成電信號，電信號然后被處理為能夠被容易地查看、存儲和/或電子傳送的數(shù)字圖像。

轉換因數(shù)(cf)是數(shù)字x-射線探測器的質量度量，其一般在工業(yè)上被認可。其定義為對每個入射的x-射線光子，由探測器生成的電子的數(shù)目。cf的值根據(jù)x-射線光子的能量以及x-射線探測器的光效率而變化。

在低劑量應用中，諸如熒光成像中，cf通常比一些其它應用高，以降低電子噪聲的影響。然而，在高劑量應用中，諸如放射攝影成像中，我們需要控制cf以便覆蓋輻射劑量的所需動態(tài)范圍。

考慮對于各種應用的cf的可變性，每種應用需要專用的探測器類型，原因是對于給定的x-射線光子能量，現(xiàn)有的x-射線探測器具有固定的cf。在x-射線系統(tǒng)中，諸如放射攝影和熒光(r&f)系統(tǒng)中，例如，cf的值通常選擇為平衡熒光成像中的低劑量性能和放射攝影成像中的動態(tài)范圍。結果，cf的折中值既對熒光成像不最優(yōu)，也對放射成像不是最優(yōu)。結果，仍存在對能夠根據(jù)需要改變單個探測器中的cf值的技術的需要，以便適應各種數(shù)字放射成像應用。

已經(jīng)確定，通過將光衰減器設置于x-射線閃爍器和x-射線探測器面板的光成像器之間，并在光衰減器的一個或多個電極對兩端施加變化的電壓，cf可以被動態(tài)地控制，允許單個x-射線探測器適應數(shù)字放射成像的多種應用。

還確定了與光纖板(fop)相同或相似的由包層材料包圍的核心(core)材料制成的光衰減器有助于防止可見光子通過光衰減器橫向擴散，因此提高x-射線探測器的空間分辨率。

還確定了通過對光衰減器利用二維(2d)像素陣列，通過局部地一個像素一個像素地改變光衰減器的透光率，能夠控制x-射線探測器的cf，從而保留解剖的皮膚線，消除圖像燒壞(imageburnout)。

技術實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明涉及一種x-射線探測器組件，其具有：閃爍器；光探測器，所述光探測器(photodetector)包括感測表面；以及光衰減器，所述光衰減器具有可控的透光率并位于所述閃爍器和所述光探測器的感測表面之間。

在另一實施例中，一種通過以下步驟改變數(shù)字探測器的光衰減率的方法：(a)將x-射線光子轉換成可見光光子；(b)使所述可見光光子通過電致變色(electro-chromic)層；以及(c)在所述電致變色層兩端施加電壓，其中，改變所述電壓能夠改變通過所述電致變色層的至少一部分可見光的衰減。

一種x-射線探測器組件，其具有：閃爍器；可見光探測器(lightphotodetector)，所述可見光探測器包括感測表面；以及光衰減器，所述光衰減器具有可控的透光率并位于所述閃爍器和所述可見光探測器的感測表面之間，其中，所述光衰減器包括能夠一個像素一個像素地改變透光率的像素陣列。

本發(fā)明通過使通用x-射線探測器可以用在要求不同的動態(tài)cf范圍的多種類型的產(chǎn)品上，提供了制造成本的顯著降低。

本發(fā)明還通過使臨床醫(yī)生實時地或者以別的方式根據(jù)需要針對特定的病人應用調節(jié)cf，從而避免使病人過度暴露于不必要的離子輻射，而提供了病人安全性的提升。

本發(fā)明還通過保留解剖的皮膚線，降低經(jīng)常在x-射線醫(yī)學成像中出現(xiàn)的圖像燒壞，提供了改進的圖像質量。

本發(fā)明還通過使臨床醫(yī)生在對病人拍攝x-射線醫(yī)療圖像時，特別是在使用移動x-射線單元時，避免置換不同類型的探測器，提供了改進的臨床工作流效率。

附圖說明

圖1是根據(jù)示例性實施例的x-射線探測器面板的分解圖。

圖2是圖1的x-射線探測器面板的光衰減器的分解圖。

圖3a是圖解說明具有高透光率的圖2的光衰減器的橫截面圖。

圖3b是圖解說明具有低透光率的圖2的光衰減器的橫截面圖。

圖4是根據(jù)另一示例性實施例的x-射線探測器組件的內部結構的橫截面圖。

圖5是根據(jù)另一示例性實施例的光衰減器的頂視圖。

圖6是根據(jù)另一示例性實施例的x-射線探測器面板的光衰減器的分解圖。

圖7是圖6的光衰減器的一部分的電學框圖。

圖8是圖解說明根據(jù)示例性實施例改變x-射線探測器的光衰減的方法的流程圖。

具體實施方式

在以下詳細描述中，參照形成描述的一部分的附圖進行，附圖中通過示意來示出可以實踐的特定實施例。足夠詳細地描述這些實施例以使得本領域技術人員能夠實踐這些實施例，要理解在不偏離實施例的范圍下可以利用其它實施例，可以進行邏輯、機械、電學和其它變化。因此，以下詳細描述不是在限制意義上進行的。

圖1是根據(jù)示例性實施例的x-射線探測器面板100的分解圖。參照圖1，x-射線探測器面板100包括閃爍器110、光探測器陣列130和設置于光探測器130陣列和閃爍器110之間的光衰減器120。在優(yōu)選實施例中，x-射線探測器面板100優(yōu)選旨在用在數(shù)字x-射線探測器中。

閃爍器110將x-射線光子轉換成可見光光子。在優(yōu)選實施例中，閃爍器110包括離子物質，諸如碘化銫(csi)。不過，在閃爍器110中可以使用其它適當?shù)碾x子物質，例如摻雜鉈的碘化銫晶體(csi：tl)，摻雜鉈的碘化鈉(nai:tl)，摻雜鈉的碘化銫晶體(csi：na)，溴化鑭(labr3)，碘化鈰(cei)，氧硫化釓和氧化镥(lu2o3)。

再參照圖1，光探測器陣列130可以由晶體硅組成，諸如互補金屬氧化物半導體(cmos)晶片、非晶硅或有機材料或前述的組合。在優(yōu)選實施例中，光探測器陣列130包括多個光電二極管，其從閃爍器110吸收可見光光子，將可見光轉換成對應的電信號，然后使用電信號生成x-射線圖像?？梢允褂帽绢I域已知的任何技術從電信號生成x-射線圖像。同樣，在其它實施方式中，可以使用任何其它類型的轉換器將入射的可見光轉換成適當?shù)碾娸敵鲂盘枴?/p>

圖2是圖1的x-射線探測器面板100的光衰減器120的分解圖。現(xiàn)在參照圖2，光衰減器120包括電致變色層122。電致變色層122可以由任何電致變色材料組成，諸如氧化鎢，nio、聚苯胺、紫堿，多鎢酸鹽(polyxoxotngstates)等。在優(yōu)選實施例中，電極層124沉積在電致變色層122的上表面上，電極層126沉積在電致變色層122的下表面上。例如，在優(yōu)選實施例中，如圖2中描繪的，第一電極層124和第二電極層126沉積在電致變色層122的相對的第一和第二(即上和下)表面上。電極層，包括第一電極層124和第二電極層126，可以包括例如氧化銦錫(ito)等等。不過，透光導電、并能夠沉積在電致變色層122的表面上的任何物質可以適合用于電極層。盡管在優(yōu)選實施例中，電極層優(yōu)選施加在電致變色層的兩個表面上，以便在電致變色材料兩端施加電壓，但兩個電極層不一定是相同的。例如，在優(yōu)選實施例中，電極層之一可以包括單個ito，另一電極層可以包括二維像素陣列，以便從一個像素到另一像素施加不同電壓。在另一實施例中，電致變色層122可以包括液晶而不是電致變色材料。光衰減器120可以直接施加在光探測器140、閃爍器110或兩者上。替代性地，光衰減器120可以被施加、并入或嵌入透光物理基板上，諸如玻璃或光纖板(fop)，形成可以組裝在閃爍器110和光探測器140之間的單獨的零件。

圖3a是圖解說明具有高透光率的圖2的光衰減器120的橫截面圖。現(xiàn)在參照圖3a，對具有高透光率的優(yōu)選的光衰減器120進行描繪。通常，可以通過從電源128在電極層124、126兩端施加變化的電壓改變光衰減器120的透光率?？梢杂删哂斜绢I域已知的電壓源的可控和可變電源施加電壓。取決于這種施加，施加在電極層124、126兩端的電壓可以是適于應用在數(shù)字x-射線成像中的任何電壓，數(shù)字x-射線成像包括但不限于熒光成像、放射攝影成像和介入成像。不過，在優(yōu)選實施例中，施加在電極層124、126兩端的電壓不大于10伏dc，更優(yōu)選地，為實現(xiàn)最佳結果，不大于大約5伏dc。當電極層124、126兩端的電壓增大時，光衰減器的透光率通常增大。當光衰減器的透光率增大時，數(shù)字x-射線探測器的cf增大，當光衰減器的透光率減小時，數(shù)字x-射線探測器的cf減小。因此，本發(fā)明允許可變地控制數(shù)字x-探測器的cf，使得單個數(shù)字x-射線探測器適用于寬范圍的數(shù)字x-射線應用，包括熒光、放射攝影和介入成像等。

為了獲得對各種數(shù)字x-射線應用的cf的可變性的認識，在優(yōu)選實施例中使用基于非晶硅的探測器用于熒光應用，cf通常比放射攝影成像應用高，優(yōu)選至少是大約1200電子/光子，但不大于大約1600電子/光子。在優(yōu)選實施例中，使用基于非晶硅的探測器用于放射攝影成像應用，cf優(yōu)選小于1200電子/光子，并優(yōu)選在400電子/光子和800電子/光子之間，為實現(xiàn)最佳結果，最優(yōu)選大約600電子/光子。對于基于cmos的x-射線探測器，cf可以顯著低于前述的示例，原因是基于cmos的x-射線探測器具有相對較低的電子噪聲，這允許cf通常低于基于非晶硅的探測器。

在優(yōu)選實施例中，光衰減器的電致變色層被結構化為防止可見光子在光衰減器的水平軸兩端橫向擴散。

圖3b是圖解說明具有低透光率的圖2的光衰減器120的橫截面圖。現(xiàn)在參照圖3b，對具有低透光率的優(yōu)選的光衰減器120進行描繪。通常，可以通過從電源128在電極層124、126兩端施加變化的電壓，改變光衰減器120的透光率?？梢杂删哂斜绢I域已知的電壓源的可控和變化的電源施加電壓。

圖4是根據(jù)示例性實施例的x-射線探測器組件150的內部結構的橫截面圖。在示例性實施例中，x-射線探測器組件150包括x-射線探測器面板100，其包括閃爍器110、光衰減器120和光探測器陣列130。如參照圖2提到的，光衰減器120包括由任何電致變色材料形成的電致變色層122，第一電極層124沉積在電致變色層122的上表面上，第二電極層126沉積在電致變色層122的下表面上。閃爍器110優(yōu)選沉積在光衰減器120的表面上。在示例性實施例中，閃爍器110用圍住閃爍器110的閃爍器蓋子114和密封環(huán)氧樹脂116密封。在優(yōu)選實施例中，光探測器陣列130可以由晶體硅構成，諸如平鋪到與閃爍器110的表面相對的光衰減器120的表面上的多個互補金屬氧化物半導體(cmos)晶片，cmos晶片的感測表面朝向光衰減器。光探測器陣列130的相對側由面板支柱140支撐，面板支柱140將一些結構提供至x-射線探測器面板100。圖4的圖中沒有顯示電子電路，其優(yōu)選設置在至少一個電路板和包圍x-射線探測器組件150的部件的殼體上。

圖5是根據(jù)另一示例性實施例的光衰減器522的頂視圖。為了防止可見光子橫向擴散，提高空間分辨率，光衰減器522，包括電致變色層524，可以被構造為光纖板(fop)或其它類似結構，其中有被包層528圍繞的由電致變色材料制成的核心526。包層528可以是光折射系數(shù)適合獲得可見光子在核心526內的全內反射的任何材料。在優(yōu)選實施例中，為了優(yōu)化透光率，而不負面地影響x-射線探測器的特定分辨率，核心526的直徑優(yōu)選在大約4μm到大約20μm之間，為實現(xiàn)最佳結果，大約為6μm。核心526的橫截面形狀可以是圓形、六邊形、方形、方圓形等。本領域技術人員可以認識到，核心526的橫截面和包層528的圖案不局限于圖5列出的形狀和圖案，而是可以是防止光子在光衰減器的水平軸上橫向擴散的任何形狀和結構。

圖6是根據(jù)另一示例性實施例的x-射線探測器面板的光衰減器620的分解圖。在優(yōu)選實施例中，光衰減器620的電極層包括電耦連至電致變色層622的一個或多個表面并優(yōu)選是電致變色層622的上表面的像素陣列624。優(yōu)選地，像素陣列624是二維(2d)像素陣列，每個像素包括薄膜晶體管和電荷儲存電容器，以實現(xiàn)在光衰減器620的兩端一個像素一個像素地施加可變電壓，從而允許在個體基礎上的cf控制。光衰減器620還優(yōu)選包括沉積在電致變色層622的下表面上的電極層626。像素陣列624類似于液晶顯示器(lcd)面板，以便局部地控制透光率。逐像素的cf控制的主要好處是降低圖像燒壞的影響。

圖7是圖6的光衰減器620的一部分，具體是像素陣列624，的電學框圖。像素陣列624包括排列成列716和行718的像素720的陣列，允許像素被單獨地訪問。圖7圖解說明訪問每個個別的像素并改變每個個別的像素上的電壓的能力。在優(yōu)選實施例中，一列中的所有像素720連接至通用列數(shù)據(jù)線716，一行中的所有像素耦連至行選擇掃描線718。

優(yōu)選地，每個像素720包括作為開關工作的薄膜晶體管(tft)726和儲存電容器728。電容器728用來在連續(xù)充電之間保持施加到像素720的電壓(即施加的電壓)。一行中的tft726的柵極耦連至行選擇掃描線718。一列中的tft726的源極耦連至通用列數(shù)據(jù)線716。tft726的漏極耦連至電容器728。tft726用來選擇像素陣列624的行718以便訪問。電容器728被設計成在兩個連續(xù)刷新之間保持施加到像素720的電壓。

由行選擇掃描線718和通用列數(shù)據(jù)線716實現(xiàn)個體像素720的可訪問性。通用列數(shù)據(jù)線716連接像素陣列624的相同列中的所有像素720。行選擇掃描線718用來選擇要讀出的像素720的期望行，而通用列數(shù)據(jù)線716用來一次對一列尋址。在由行選擇掃描線718尋址行的周期中，通用列數(shù)據(jù)線716順序地尋址所有列。每個通用列數(shù)據(jù)線716耦連至數(shù)模轉換器714，數(shù)模轉換器714耦連至多路復用器712和數(shù)據(jù)總線710。每個行選擇掃描線718耦連至掃描模塊722。

圖8是圖解說明根據(jù)示例性實施例改變x-射線探測器的光衰減的方法810的流程圖。方法810包括在第一步驟812，通過使x-射線光子通過閃爍器，將x-射線光子轉換成可見光光子。在下一步驟814，使可見光光子通過光衰減器。光衰減器包括第一電極層、電致變色材料的電致變色層和第二電極層。在另一步驟816，電壓施加在光衰減器的第一和第二電極層兩端，在步驟818，改變電壓以改變通過光衰減器的至少一部分可見光的衰減。所述方法還包括最后一個步驟820，將至少一部分可見光光子轉換成電子，形成轉換因數(shù)。轉換因數(shù)可以優(yōu)選在大約1200電子每x-射線光子和1600電子每x-射線光子之間。轉換因數(shù)還可以小于1200電子每x-射線光子。

本書面說明書使用示例來公開本發(fā)明(包括最佳模式)，還使得任意本領域技術人員可實踐本發(fā)明(包括制造和使用任意裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任意結合的方法)。本發(fā)明的專利范圍由權利要求書限定，并且可以包括本領域技術人員想到的其他示例。如果這樣的其他示例具有與權利要求書的文字語言并非不同的結構元件、或者如果這樣的其他示例包括與權利要求書的文字語言具有非實質性區(qū)別的等同結構元件，則這樣的其他示例意欲落入權利要求書的范圍內。在下列權利要求書中陳述本發(fā)明的各個特征。