專(zhuān)利名稱(chēng)：：用于直接光－電子轉(zhuǎn)換探測(cè)器陣列的保護(hù)環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：總體上講，本發(fā)明涉及用于醫(yī)學(xué)成像的探測(cè)器元件，更具體地講，本發(fā)明涉及用于醫(yī)學(xué)成像的直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器陣列。
背景技術(shù)：
：把直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器和探測(cè)器陣列用于醫(yī)學(xué)成像，旨在把X射線(xiàn)光子直接轉(zhuǎn)換成電荷。它們通常由一個(gè)直接生長(zhǎng)在電荷收集器和讀出層(例如室溫半導(dǎo)體)頂部的X射線(xiàn)光導(dǎo)體層構(gòu)成。通常，把這種探測(cè)器用于多探測(cè)器(或瓦狀(tiles))陣列中，以致于可以生成具有改進(jìn)的分辨率的增大的圖像尺寸。對(duì)于許多成像應(yīng)用來(lái)說(shuō)，探測(cè)器的性能，特別是外圍的探測(cè)器元件的性能，可能是至關(guān)重要的。對(duì)于外圍探測(cè)器來(lái)說(shuō)，線(xiàn)性、統(tǒng)一性、穩(wěn)定性、以及一致性，可能尤為重要。對(duì)于許多應(yīng)用，例如乳房X射線(xiàn)照相胸壁死區(qū)，對(duì)成像的要求極為苛刻。對(duì)于用室溫半導(dǎo)體建造的平鋪式(tiled)成像探測(cè)器來(lái)說(shuō)，每一片(tile)的邊緣會(huì)導(dǎo)致明顯的不統(tǒng)一性或可見(jiàn)的偽像(artifact)。人們已經(jīng)知道這一現(xiàn)象的發(fā)生原因在于邊緣附近的過(guò)高的漏電電流和畸變的電場(chǎng)。各個(gè)片邊緣周?chē)膫蜗窨赡苁侨藗儤O不希望的。人們認(rèn)為這些偽像是邊緣像素的惡化的性能所致。對(duì)于那些其中禁止出現(xiàn)行偽像的醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這些偽像成為實(shí)現(xiàn)這些探測(cè)器和探測(cè)器陣列的障礙。人們已經(jīng)知道，可以把一個(gè)保護(hù)環(huán)用于改進(jìn)外圍像素的性能。已知的一些配置把保護(hù)環(huán)制造在探測(cè)器的像素化的(pixellated)一側(cè)的同一表面上，并且施加與其鄰近相同的電位，即接地。因此，取決于保護(hù)環(huán)的大小，邊緣像素的電場(chǎng)畸變減輕或消除了。另外，側(cè)壁漏電電流由保護(hù)環(huán)收集，并且不會(huì)對(duì)邊緣像素產(chǎn)生影響。然而，這些共面的保護(hù)環(huán)生成了一個(gè)具有保護(hù)環(huán)幾何形狀大小的不活躍空間區(qū)域。對(duì)于那些對(duì)不活躍空間可能擁有十分有限容忍度的平鋪式探測(cè)器邊界或探測(cè)器邊緣來(lái)說(shuō)，這是人們所不希望的。因此，現(xiàn)存的保護(hù)環(huán)設(shè)計(jì)也可能不適合那些其中因不活躍空間而使行偽像不可接受的醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用。因此，迫切希望擁有一種具有改進(jìn)的邊緣像素性能的直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器。另外，還迫切希望擁有一種具有減少了偽像和減少了不活躍空間特性的直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器陣列。
發(fā)明內(nèi)容提供了一種用于成像系統(tǒng)的設(shè)備，這種設(shè)備包括一個(gè)直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件，將該元件配置為把X射線(xiàn)光子轉(zhuǎn)換成電流。這一直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件，由陰極表面、擁有多個(gè)陽(yáng)極側(cè)邊緣的陽(yáng)極表面、以及多個(gè)把陰極表面連接于陽(yáng)極表面的探測(cè)器側(cè)表面組成。此多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面的每一個(gè)均具有探測(cè)器深度。該設(shè)備還包括位于陽(yáng)極表面上的像素陣列組件。這一像素陣列組件包括多個(gè)像素側(cè)邊緣。此多個(gè)像素側(cè)邊緣中的每一個(gè)均緊鄰陽(yáng)極側(cè)邊緣之一。在該多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面的周?chē)惭b保護(hù)環(huán)。該保護(hù)環(huán)包括上環(huán)邊緣、下環(huán)邊緣、以及包括保護(hù)環(huán)高度的環(huán)外表面。通過(guò)結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特性將會(huì)變得十分明顯。圖1說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)；圖2說(shuō)明了圖1中所說(shuō)明的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)；圖3說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)探測(cè)器陣列；圖4詳細(xì)說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器陣列；圖5詳細(xì)說(shuō)明了圖4中所說(shuō)明的直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器陣列，詳細(xì)地說(shuō)明了探測(cè)器幾何形狀和電場(chǎng)/電位分布；圖6a為一個(gè)具有零偏壓的模擬的電位分布圖；以及圖6b為一個(gè)具有20V偏壓的模擬的電位分布圖。附圖中標(biāo)記如下1計(jì)算機(jī)斷層造影(CT)成像系統(tǒng)102探測(cè)器組件183掃描器組件124X射線(xiàn)源145X射線(xiàn)束166探測(cè)器組件187直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器陣列198直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件209內(nèi)科病人2210旋轉(zhuǎn)中心2411控制裝置2612X射線(xiàn)控制器2913掃描器電機(jī)控制器3014數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(DAS)3215圖像重構(gòu)器16計(jì)算機(jī)3617海量存儲(chǔ)設(shè)備3818通過(guò)控制臺(tái)操作的操作員4019相關(guān)的顯示器4220平臺(tái)電機(jī)控制器4421機(jī)動(dòng)化的平臺(tái)4622掃描器開(kāi)口4823陰極表面5024陽(yáng)極表面5225多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面5426金屬材料5627像素陣列組件5828多個(gè)像素側(cè)邊緣6029陽(yáng)極側(cè)邊緣6230保護(hù)環(huán)6431保護(hù)環(huán)高度6632探測(cè)器深度6833周邊像素7034上環(huán)邊緣7235下環(huán)邊緣7436模擬場(chǎng)/電位分布7537電壓源76具體實(shí)施例現(xiàn)在參照?qǐng)D1，圖1說(shuō)明了與本發(fā)明的探測(cè)器組件18一起使用的一個(gè)計(jì)算斷層造影(CT)成像系統(tǒng)10。盡管已經(jīng)說(shuō)明了具體的CT成像系統(tǒng)10，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，可以把本發(fā)明的探測(cè)器組件18用于廣泛的、各種各樣的成像系統(tǒng)。CT成像系統(tǒng)10包括掃描器組件12，圖中將其說(shuō)明為門(mén)架(gantry)組件。掃描器12包括X射線(xiàn)源14，用于把一束X射線(xiàn)16向位于X射線(xiàn)源14對(duì)面的探測(cè)器組件18加以投射。探測(cè)器組件18包括直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器陣列19，直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器陣列19由多個(gè)直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件20組成(參照?qǐng)D3)，此多個(gè)直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件20組合在一起，感測(cè)穿過(guò)例如內(nèi)科病人22的物體所投射的X射線(xiàn)光子16。此多個(gè)直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件20中的每一個(gè)均產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，該電信號(hào)代表了照射X射線(xiàn)束的強(qiáng)度，因而當(dāng)光束16穿過(guò)病人22的身體時(shí)，代表了光束16的衰減。通常，在為了獲得X射線(xiàn)投射數(shù)據(jù)而進(jìn)行掃描期間，把掃描器組件12圍繞旋轉(zhuǎn)中心24旋轉(zhuǎn)。較佳的做法是，把直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件20設(shè)置在探測(cè)器陣列19中，以使在掃描期間可以同時(shí)獲取相應(yīng)于多個(gè)平行切片的投射數(shù)據(jù)。較佳的做法是由控制裝置26管理掃描器組件12的旋轉(zhuǎn)和X射線(xiàn)源14的操作。最好是控制裝置26包括X射線(xiàn)控制器29，把能量和計(jì)時(shí)信號(hào)提供給X射線(xiàn)源14，以及掃描器電機(jī)控制器30，控制掃描器組件12的旋轉(zhuǎn)速度和位置?？刂蒲b置26中的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(DAS)32從直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件20取樣模擬數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以用于后續(xù)的處理。圖像重構(gòu)器34從DAS32接收所取樣的、并且已數(shù)字化的X射線(xiàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行高速圖像重構(gòu)。把所重構(gòu)的圖像作為輸入施加于計(jì)算機(jī)36，計(jì)算機(jī)36把圖像存儲(chǔ)在海量存儲(chǔ)設(shè)備38中。計(jì)算機(jī)36也可以經(jīng)由控制臺(tái)40從操作人員那里接收命令和掃描參數(shù)，其中控制臺(tái)40擁有鍵盤(pán)或類(lèi)似的輸入設(shè)備。相關(guān)的顯示器42允許操作人員從計(jì)算機(jī)36觀察所所重構(gòu)的圖像和其它數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)36使用操作人員所提供的命令和參數(shù)把控制信號(hào)和信息提供給DAS32、X射線(xiàn)控制器28、以及掃描器電機(jī)控制器30。另外，計(jì)算機(jī)36操作一個(gè)平臺(tái)(table)電機(jī)控制器44，以把病人22定位在掃描器組件12中，其中，平臺(tái)電機(jī)控制器44控制機(jī)動(dòng)化的平臺(tái)46。具體地講，平臺(tái)46通過(guò)掃描器開(kāi)口48移動(dòng)病人身體的部位。圖4中說(shuō)明了來(lái)自探測(cè)器陣列19的直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件20中的一個(gè)元件的細(xì)節(jié)。較佳的做法是，直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件20是具有陰極表面50、陽(yáng)極表面52、以及多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面54的半導(dǎo)體材料(例如CdTe/CdZnTe)。陰極表面50和陽(yáng)極表面52涂有金屬材料56，以作為電極。把像素陣列組件58涂敷在陽(yáng)極表面52上。向電極表面50、52施加不同的偏壓，以創(chuàng)建一個(gè)跨越直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件20的電場(chǎng)。當(dāng)把負(fù)高電壓施加于陰極表面50以及把陽(yáng)極表面52上的像素陣列組件58接地或接虛擬地時(shí)，可收集/觀察由X射線(xiàn)光子16在直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件20內(nèi)部所生成的電子的移動(dòng)所導(dǎo)致的電信號(hào)。通過(guò)向陽(yáng)極表面52和陰極表面50施加不同的電場(chǎng)電壓，可以收集/觀察空穴。像素陣列組件58包括多個(gè)像素側(cè)邊緣60。最好是像素側(cè)邊緣60緊鄰陽(yáng)極側(cè)邊緣62，以使探測(cè)器陣列19中的死空間最小化。本發(fā)明還包括一個(gè)涂在/沉淀在探測(cè)器側(cè)表面54上的保護(hù)環(huán)64。盡管保護(hù)環(huán)64可以由各種材料構(gòu)成，但在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)想保護(hù)環(huán)64由與電極50、52相同的材料構(gòu)成，例如由Au或Pt構(gòu)成。把保護(hù)環(huán)64電連接于其所覆蓋的探測(cè)器側(cè)表面54。保護(hù)環(huán)64包括小于探測(cè)器深度68的保護(hù)環(huán)高度66。可以沿探測(cè)器深度68把保護(hù)環(huán)64定位在不同的位置上，以?xún)?yōu)化周邊像素70的性能。相類(lèi)似，也可以對(duì)保護(hù)環(huán)高度66加以調(diào)節(jié)，以?xún)?yōu)化周邊像素70的性能。把保護(hù)環(huán)高度66定義在上環(huán)邊緣72和下環(huán)邊緣74之間。在一個(gè)實(shí)施例中，把上環(huán)邊緣72和下環(huán)邊緣74定位在比陰極表面50更靠近陽(yáng)極表面52的位置上。例如，圖5說(shuō)明了直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件20的一個(gè)實(shí)施例。直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件20是一個(gè)0.5×0.5×1mm3個(gè)的像素化的(pixelated)晶體。CdZnTe晶體由一個(gè)具有100um像素間距(pitch)的5×5像素陣列構(gòu)成。把保護(hù)環(huán)64定位在與陽(yáng)極表面52相距0.1mm的位置上，并且有0.01mm的保護(hù)環(huán)高度。向陰極表面50施加-400V的偏壓，并把陽(yáng)極表面52接地(0V)。在探測(cè)器側(cè)表面54上說(shuō)明了模擬的場(chǎng)/電位分布75。還可以把保護(hù)環(huán)64連接于一個(gè)電壓源76，以致于可以把一個(gè)偏壓施加到保護(hù)環(huán)64。這一偏壓可以不同于兩個(gè)電極50，52的偏壓，或者也可以與電極50，52之一的偏壓相同?？梢园央妷涸?6用于調(diào)節(jié)偏壓，以進(jìn)一步優(yōu)化外圍像素70的性能。圖6a和6b是針對(duì)等電位等高線(xiàn)描繪的電位分布。推測(cè)性計(jì)算顯示了為保護(hù)環(huán)64適當(dāng)計(jì)算偏壓的好處。圖6a說(shuō)明了零偏壓，而圖6b說(shuō)明了-20V的偏壓。圖6a中較高的偏壓說(shuō)明了電場(chǎng)統(tǒng)一性的改進(jìn)，但增大了保護(hù)環(huán)64和外圍像素70之間的漏電電壓。使用圖6b中-20V的偏壓，保護(hù)環(huán)64和外周像素70之間的漏電電流得以改進(jìn)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，這些推測(cè)結(jié)果僅為說(shuō)明性的，需要根據(jù)直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件20的幾何形狀和材料特性?xún)?yōu)化保護(hù)環(huán)64的偏壓。盡管已說(shuō)明和描述了本發(fā)明的具體的實(shí)施例，然而這一
技術(shù)領(lǐng)域：
中的熟練技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到本發(fā)明的各種變體以及可選的實(shí)施例。因此，僅通過(guò)所附權(quán)利要求對(duì)本發(fā)明加以限制。權(quán)利要求1.一種用于成像系統(tǒng)(10)的設(shè)備，包括直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件(20)，用于把X射線(xiàn)光子(16)轉(zhuǎn)換成電流，所述直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件(20)包括陰極表面(50)；陽(yáng)極表面(52)，擁有多個(gè)陽(yáng)極側(cè)邊緣(62)；以及多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面(54)，把所述陰極表面(50)連接于所述陽(yáng)極表面(52)，所述多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面(54)中，每一個(gè)均具有探測(cè)器深度(68)；像素陣列組件(58)，位于所述陽(yáng)極表面(52)上，所述像素陣列組件(58)包括多個(gè)像素側(cè)邊緣(60)，所述多個(gè)像素側(cè)邊緣(60)中的每一個(gè)均緊鄰所述陽(yáng)極側(cè)邊緣(62)之一；保護(hù)環(huán)(64)，安裝在所述多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面(54)的周?chē)?，所述保護(hù)環(huán)(64)包括上環(huán)邊緣(72)、下環(huán)邊緣(74)、以及包括保護(hù)環(huán)高度(66)的環(huán)外表面。2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括電壓源(76)，與所述保護(hù)環(huán)(64)相通信，所述電壓源(76)向所述保護(hù)環(huán)(64)施加偏壓。3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，把所述上環(huán)邊緣(72)和所述下環(huán)邊緣(74)與所述陰極表面(50)和所述陽(yáng)極表面(52)遠(yuǎn)距離地加以定位。4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述環(huán)外表面與所述像素側(cè)邊緣(60)共面。5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，保護(hù)環(huán)高度(66)為所述探測(cè)器深度的50％或50％以下。6.一種成像系統(tǒng)(10)，包括X射線(xiàn)源(14)；探測(cè)器陣列(19)，包括多個(gè)直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件(20)，用于把X射線(xiàn)光子(16)轉(zhuǎn)換成電流，所述多個(gè)直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件(20)的每一個(gè)包括陰極表面(50)；陽(yáng)極表面(52)，擁有多個(gè)陽(yáng)極側(cè)邊緣(62)；以及多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面(54)，把所述陰極表面(50)連接于所述陽(yáng)極表面(52)，所述多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面(54)中每一個(gè)均具有探測(cè)器深度(68)；像素陣列組件(58)，位于所述陽(yáng)極表面(52)上，所述像素陣列組件(58)包括多個(gè)像素側(cè)邊緣(60)；保護(hù)環(huán)(64)，安裝在所述多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面(54)的周?chē)霰Ｗo(hù)環(huán)(64)包括上環(huán)邊緣(72)、下環(huán)邊緣(74)、以及一個(gè)包括保護(hù)環(huán)高度(66)的環(huán)外表面，所述環(huán)外表面定位為與所述像素側(cè)邊緣(60)共面。7.如權(quán)利要求6所述的成像系統(tǒng)，其中，把所述保護(hù)環(huán)(64)涂敷在所述多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面(54)上，以使所述保護(hù)環(huán)(64)與所述多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面(54)基本共面。8.一種改進(jìn)外圍像素元件(58)性能的方法，該外圍像素元件(58)定位在直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件(20)的陽(yáng)極表面(52)上，直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件(20)擁有陰極表面(50)和多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面(54)，包括圍繞所述多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面(54)放置保護(hù)環(huán)(64)，把所述保護(hù)環(huán)(64)與所述外圍像素元件(70)共面放置。9.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括向所述保護(hù)環(huán)(64)施加偏壓。全文摘要提供了一種用于成像系統(tǒng)的設(shè)備，這種設(shè)備包括一個(gè)直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件，其配置是為了把X射線(xiàn)光子轉(zhuǎn)換成電流。這一直接轉(zhuǎn)換探測(cè)器元件，由陰極表面、擁有多個(gè)陽(yáng)極側(cè)邊緣的陽(yáng)極表面、以及多個(gè)把陰極表面連接于陽(yáng)極表面的探測(cè)器側(cè)表面。此多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面中每一個(gè)均具有探測(cè)器深度。該設(shè)備還包括位于陽(yáng)極表面上的像素陣列組件。該像素陣列組件包括多個(gè)像素側(cè)邊緣。此多個(gè)像素側(cè)邊緣中的每一個(gè)均緊鄰陽(yáng)極側(cè)邊緣之一。在此多個(gè)探測(cè)器側(cè)表面的周?chē)惭b保護(hù)環(huán)。該保護(hù)環(huán)包括上環(huán)邊緣、下環(huán)邊緣、以及包括保護(hù)環(huán)高度的環(huán)外表面。文檔編號(hào)H04N5/32GK1579328SQ20041005566公開(kāi)日2005年2月16日申請(qǐng)日期2004年8月2日優(yōu)先權(quán)日2003年8月1日發(fā)明者李文,趙建國(guó)申請(qǐng)人:Ge醫(yī)藥系統(tǒng)環(huán)球科技公司