專利名稱：用于探測低和高x射線通量的方法和裝置的制作方法
用于探測低和高χ射線通量的方法和裝置本申請一般性地涉及成像領(lǐng)域并且更具體地涉及X射線探測方法和裝置。它至少 應(yīng)用于基于X射線的成像系統(tǒng)，特別是CT和數(shù)字X射線成像系統(tǒng)，并且將特別參考此類系 統(tǒng)進(jìn)行描述。但是，它也可應(yīng)用于PET和SPECT成像以及其他領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)是在很多不同背景下使用的成像模態(tài)，包括用于醫(yī)學(xué)成像。 在CT中，設(shè)置在成像對(duì)象之外的X射線源產(chǎn)生X射線，這些X射線至少部分穿過該對(duì)象并且 由近似設(shè)置在對(duì)象與X射線相對(duì)的側(cè)上的探測器探測。X射線源和X射線探測器經(jīng)常一起 圍繞成像對(duì)象旋轉(zhuǎn)以在圍繞中心軸線的不同位置或投射角處記錄二維或體積X射線圖像。 X射線探測器通常與X射線源所發(fā)射的X射線相互作用以產(chǎn)生表示由探測器接收的X射線 強(qiáng)度和頻譜的電子信號(hào)，其對(duì)應(yīng)于扇形楔狀或錐形幾何結(jié)構(gòu)的X射線投影。然后這些電子 信號(hào)可以被電子處理以產(chǎn)生對(duì)象的CT圖像或其他基于X射線的三維圖像。這種X射線探測器通常包括一個(gè)或多個(gè)單元，通常為像素化陣列中的探測器像 素，每個(gè)探測器像素具有一個(gè)探測動(dòng)態(tài)范圍。也就是說，給定的X射線探測器單元有用于可 靠地測量最小值與最大值之間的X射線通量。在這一背景下，“X射線通量”表示由X射線 探測器單元在給定時(shí)間段內(nèi)探測的X射線光子的數(shù)量或X射線能量的總量。電子噪聲和其 他效應(yīng)使得低于X射線探測器單元的動(dòng)態(tài)范圍的最小值的測量值變得不可靠。在另一端， 高于X射線探測器單元的動(dòng)態(tài)范圍的最大值，該單元變得過度飽和并且不能跟得上被探測 的X射線的量，再次使得測量值不可靠。特定X射線探測器單元的動(dòng)態(tài)范圍例如依賴于閃 爍體、光電探測器、電子電路等。這些因素可以被改變以設(shè)計(jì)具有用于給定應(yīng)用的適當(dāng)動(dòng)態(tài) 范圍的(多個(gè))x射線探測器單元。CT成像中所使用的已知X射線探測器單元具有用于涉及中等X射線通量至高X射 線通量的應(yīng)用的寬有效動(dòng)態(tài)范圍。對(duì)這種已知X射線探測器單元的有效動(dòng)態(tài)范圍的低端限 制是約500平均X射線光子每毫秒(光子/ms)，其中平均X射線光子在此被視為具有70keV 的能量。在此提到的所有光子/ms值均指平均光子。因此，這些已知的X射線探測器單元 通常僅具有非常有限的能力來探測低于約500光子/ms的X射線通量?？赡芷谕麛U(kuò)展在CT 成像或其他基于X射線的成像中使用的X射線探測器單元的有效動(dòng)態(tài)范圍的低端。理論 上，即使讀取時(shí)間段內(nèi)的單個(gè)X射線光子的測量(即單個(gè)局部投影)對(duì)于圖像重建也是有 用的。因此，期望嘗試接近這一限制。X射線探測器單元的動(dòng)態(tài)范圍的最小X射線通量由若干因素確定。兩個(gè)這種因素 是單元內(nèi)的噪聲水平以及單元對(duì)X射線輻射的響應(yīng)的潛在線性丟失。單元內(nèi)的噪聲水平是 到達(dá)該單元的X射線光子的固有泊松噪聲或“量子”噪聲、由閃爍體生成的次級(jí)光子的泊松 噪聲、光電探測器暗電流、系統(tǒng)中部件的電子噪聲以及可能的其他效應(yīng)的組合。為了可靠的 X射線測量，所記錄的X射線值應(yīng)該在該噪聲水平之上，并且優(yōu)選應(yīng)該至少是該噪聲水平的 兩倍。在CT成像中所使用的已知X射線探測器單元中，噪聲水平相當(dāng)于約50至250光子 /ms。關(guān)于潛在的線性丟失，CT成像中所使用的已知電流積分電子電路(例如，低增益光電 二極管和相關(guān)電子電路)在中等至高X射線通量之間的寬動(dòng)態(tài)范圍中具有良好的線性，但 是在低于約500光子/ms的低X射線通量下通常具有非線性響應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種在CT成像中使用的用于探測低和高X射線通量 的方法和裝置。它們也適用于數(shù)字X射線探測器?！獋€(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加了可探測的X射線劑量的范圍，特別是在較低端。根據(jù)相對(duì)低的X 射線劑量生成有用圖像的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的，即對(duì)象被暴露于較少的輻射。這在對(duì)例如以下 對(duì)象進(jìn)行成像時(shí)是特別有用的無癥狀患者、年幼患者、特別大的患者或者對(duì)于正在進(jìn)行的 診斷或處理必須經(jīng)歷若干反復(fù)成像會(huì)話的患者，以及可能的其他種類的患者。這在良好的 低造影分辨率很重要的情況下也是有用的，例如在區(qū)分腦成像中的白質(zhì)和灰質(zhì)或者區(qū)分癌 組織和正常組織的情況下。另外，探測低X射線通量的能力可以減少圖像偽影和圖像噪聲。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過一個(gè)X射線探測器來測量用于CT成像的低X射線劑量以及高 X射線劑量的能力。例如，心臟掃描經(jīng)常需要高X射線通量，這是通過高X射線源管電流實(shí) 現(xiàn)的。另一方面，肺掃描可能通過較低的X射線通量來完成。有利的是能夠通過一個(gè)裝置 來執(zhí)行心臟掃描(以高X射線通量)和肺掃描(以低X射線通量)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀以下詳細(xì)描述的優(yōu)選實(shí)施例后將明顯認(rèn)識(shí)到很多其 他優(yōu)點(diǎn)和益處。本發(fā)明可以體現(xiàn)為各種部件及部件布置，以及各種處理操作和處理操作布 置。附圖僅用于圖示說明優(yōu)選實(shí)施例，并不應(yīng)被解讀為限制本發(fā)明。

圖1是X射線探測器單元100的示意性截面視圖，未按比例繪出；圖2是多個(gè)X射線探測器單元100組合在一起形成陣列200的示意性透視圖，未 按比例繪出；以及圖3是可替代的X射線探測器單元300的示意性截面視圖，未按比例繪出。附圖和書面說明描述了 X射線探測器單元的示例性實(shí)施例。附圖本質(zhì)上是示意性 的，主要意在圖示說明而不是按比例精確描繪所示的元件。因此，圖中所示的給定元件的尺 寸與其他元件的尺寸之間的關(guān)系并不必然反映這種相對(duì)尺寸是在實(shí)際X射線探測器單元 中能夠找到的。例如，在實(shí)際X射線探測器單元中，相對(duì)于閃爍體10的尺寸，反射體材料M 將比圖示的薄得多。圖1圖示說明X射線探測器單元100的第一實(shí)施例。X射線探測器單元100包括 閃爍體10，從圖1的視角可以看出，該閃爍體具有頂面12、底面14和四個(gè)側(cè)面。在圖1的 視圖中僅示出了兩個(gè)側(cè)面16和18。關(guān)系術(shù)語“頂”、“底”和“側(cè)”僅從圖1以及以下描述的 其他附圖的角度是有意義的。它們對(duì)于單元100的操作不具有任何功能意義。因此，在特 定的應(yīng)用中，單元100可能被置于基于X射線的成像系統(tǒng)中，從而使得面12實(shí)際上是底面。X射線探測器單元100的功能是控制碰撞到頂面12上的入射X射線20并產(chǎn)生表 示X射線20的量或總X射線能量的電信號(hào)。這一處理中的第一步是由閃爍體10執(zhí)行的， 該閃爍體通過吸收入射X射線20的能量并將該能量轉(zhuǎn)換成次級(jí)光子22而起到換能器的作 用。因此由閃爍體10產(chǎn)生的次級(jí)光子22的量可以表示在讀取時(shí)間段內(nèi)被吸收的X射線能 量。很多不同的閃爍體在本領(lǐng)域是已知的。代表性的閃爍體包括BGO、CsI, CffO, G0S、 GS0,LaBr3>LSO,LYSO,NaI,ZnSe和LuTAG等等。特定應(yīng)用的需求可能導(dǎo)致一種或多種閃爍 體特別適用于或特別不適用于該應(yīng)用。通過以下描述將理解，單元100中所使用的閃爍體 10的響應(yīng)時(shí)間可能相對(duì)緩慢。例如，響應(yīng)于吸收單個(gè)X射線光子，閃爍體10可以發(fā)射具有 長于約1微秒的主要衰減時(shí)間的次級(jí)光子22。氧硫化釓(GOS)被認(rèn)為是用在X射線探測器單元100和下述其他實(shí)施例中的適當(dāng)閃爍體。根據(jù)出版的文獻(xiàn)，GOS的主要衰減時(shí)間是約3微秒。X射線探測器單元100包括光學(xué)耦合到閃爍體10的底面14的第一光電探測器102 以及光學(xué)耦合到閃爍體10的側(cè)面18a的第二光電探測器104。這種光學(xué)耦合可以通過直接 接觸實(shí)現(xiàn)，或通過例如濾波器、透明或半透明層、透明或半透明粘合劑、光導(dǎo)等的中介元件 來實(shí)現(xiàn)。光電探測器102和104吸收由閃爍體10產(chǎn)生的次級(jí)光子22的能量并且將該能量 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。由光電探測器102和104產(chǎn)生的電信號(hào)表示碰撞到光電探測器102和104 上的次級(jí)光子22的量，并因此也表示X射線通量。如下面進(jìn)一步所述，第一光電探測器102 對(duì)于測量低X射線通量是有用的，而第二光電探測器104對(duì)于測量高X射線通量是有用的。閃爍體10在其外部的除了光電探測器102和104光學(xué)耦合到閃爍體10的區(qū)域之 外的每一部分上覆蓋有反射體材料M。該反射體材料M反射諸如次級(jí)光子22的光學(xué)光 子，但是允許X射線光子20不受影響地穿過。因此，次級(jí)光子22必須通過光電探測器102 和104(除了一些小的丟失)離開閃爍體10 (如果它們完全離開)。一些次級(jí)光子22將在 它們能夠到達(dá)光電探測器102或104之前被閃爍體10自吸收，而一些可能通過或繞過反射 體材料28而逃逸。第一和第二光電探測器102和104分別具有將光電探測器102和104連接到電路 板30的電引線沈和28。電路板30通過這些引線沈和28從光電探測器102和104接收 電信號(hào)并將它們傳遞到信號(hào)處理硬件且進(jìn)一步到圖像處理器32。圖像處理器32處理從若干不同X射線探測器單元100接收的電信號(hào)以根據(jù)(多 個(gè))數(shù)學(xué)算法形成對(duì)象的基于X射線的圖像。該圖像可以被顯示在相關(guān)聯(lián)的顯示器34上。 可以為用戶提供用戶輸入36以控制圖像處理器32。圖像處理器32可以將相關(guān)成像數(shù)據(jù)和 其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器38中。前述功能以及下面描述的其他功能可以被執(zhí)行為軟件邏輯。此處所使用的“邏輯” 包括但不限于硬件、固件、軟件和/或其組合以執(zhí)行(多個(gè))功能或(多個(gè))動(dòng)作，和/或 導(dǎo)致來自其他部件的功能或動(dòng)作。例如，基于期望的應(yīng)用或需要，邏輯可以包括軟件控制的 微處理器、諸如專用集成電路(ASIC)的離散邏輯或者其他編程的邏輯設(shè)備。邏輯也可以完 全體現(xiàn)為軟件。此處所使用的“軟件”包括但不局限于促使計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備以期望的方式 執(zhí)行功能、動(dòng)作和/或行為的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀和/或可執(zhí)行指令。這些指令可以體 現(xiàn)為各種形式，諸如例行程序、算法、模塊或者包括來自動(dòng)態(tài)鏈接庫的分離的應(yīng)用程序或代 碼的程序。軟件也可以實(shí)現(xiàn)為各種形式，諸如獨(dú)立程序、函數(shù)調(diào)用、servletapplet、存儲(chǔ)在 諸如作為操作系統(tǒng)的一部分的存儲(chǔ)器38的存儲(chǔ)器中的指令或者其他類型的可執(zhí)行指令。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到軟件的形式取決于例如期望應(yīng)用的需求、其運(yùn)行的環(huán)境和 /或設(shè)計(jì)者/編程者的期望等等。此處描述的系統(tǒng)和方法可以在各種平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，包括例如網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)和獨(dú)立 控制系統(tǒng)。另外，此處所示和所述的邏輯優(yōu)選駐留于計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)如存儲(chǔ)器38之內(nèi)或 之上。不同計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的示例包括閃存、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、 可編程只讀存儲(chǔ)器(PR0M)、電可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 (EEPROM)、磁盤或磁帶、包括CD-ROM和DVD-ROM的光學(xué)可讀介質(zhì)等等。此外，這里所述的處理和邏輯可以合并成一個(gè)大的處理流程或劃分成多個(gè)子處理流程。這里已經(jīng)描述的處理流 程的排序并不是嚴(yán)格的，而是可以重新布置且同時(shí)仍達(dá)到相同的結(jié)果。事實(shí)上，這里所述的 處理流程可以根據(jù)授權(quán)或期望在它們的實(shí)現(xiàn)方式中被重新布置、整理和/或重新組織。X射線探測器單元100的第一光電探測器102被配置為探測由低X射線通量產(chǎn)生 的次級(jí)光子22。優(yōu)選第一光電探測器102的動(dòng)態(tài)范圍的最小X射線通量低于約250光子 /ms，更優(yōu)選低于約100光子/ms，并且最優(yōu)選低于約50光子/ms。適當(dāng)?shù)牡谝还怆娞綔y器 102的代表性動(dòng)態(tài)范圍是約15至1500光子/ms (具有相當(dāng)于約7光子/ms的暗噪聲)。這 種設(shè)備是已知并且包括例如硅光電倍增管(SiPM)，也被稱為單光子雪崩二極管(SPAD)或 多單元Geiger模式雪崩光電二極管(GAPD)、線性雪崩光電二極管(LAD)、光電倍增管以及 其他光電探測器。在優(yōu)選實(shí)施例中，第一光電探測器102是SiPM。一般地，SiPM包括很多小的并聯(lián) 光敏單元(或子像素)，這些單元被分組成像素。例如，一個(gè)像素可以包括約1000個(gè)單元。 每個(gè)光敏單元以Geiger模式操作，此時(shí)偏置電壓大于擊穿閾值。由于這種單元的高電增 益，由該單元吸收的單個(gè)次級(jí)光子22可以在該單元中生成瞬時(shí)雪崩，導(dǎo)致它將恒定且顯著 的電荷量傳送到讀出電子電路30。因?yàn)閱卧訥eiger模式操作，一個(gè)次級(jí)光子22的吸收 將產(chǎn)生與在該單元由于猝滅(quench)而被重置之前的若干次級(jí)光子22的吸收相同的電荷 量。一種適當(dāng) SiPM 的代表性示例是Hamamatsu Photonics Model MPPC Series S10362-11。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，第一光電探測器102是光電二極管，其具有針對(duì)在約15至 1500光子/ms的范圍內(nèi)的低信號(hào)而優(yōu)化的讀出電子電路。例如，該讀出電子電路可以被配 置為具有高增益，這改善了針對(duì)低信號(hào)的光電探測器響應(yīng)的線性，但是限制了整體動(dòng)態(tài)范 圍的上端。第一光電探測器102可以以信號(hào)積分模式或信號(hào)計(jì)數(shù)模式操作。在信號(hào)積分模式 下，光電探測器102的讀出電子電路30在給定讀取時(shí)間段內(nèi)對(duì)由碰撞到換能器10上的X 射線20產(chǎn)生的能量進(jìn)行積分，并且產(chǎn)生表示該總積分能量的電信號(hào)。CT成像中使用的典型 光電探測器的讀取時(shí)間經(jīng)常在約100至400 μ s范圍內(nèi)，且經(jīng)常為200 μ S。在信號(hào)積分模 式下，光電探測器的電子電路30通常在該讀取時(shí)間段內(nèi)對(duì)變化的電荷、電流或電壓進(jìn)行積 分。相反，在信號(hào)計(jì)數(shù)模式下，光電探測器的電子電路30計(jì)算有多少X射線20碰撞到換能 器10上，并且還確定每個(gè)X射線20的能量。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，信號(hào)計(jì)數(shù)模式是比信號(hào)積分模式 執(zhí)行起來更復(fù)雜和更昂貴的處理。如果第一光電探測器102是以信號(hào)積分模式操作的SiPM，則光電探測器102可以 具有緩慢的時(shí)間響應(yīng)并且被耦合到相對(duì)緩慢的換能器10。以GOS閃爍體作為代表性換能 器10，CT成像中所使用的普通GOS閃爍體針對(duì)每個(gè)受控X射線光子20生成持續(xù)約10至 200 μ s的次級(jí)光子22脈沖。因此，很多X射線光子的閃爍光脈沖重疊，使得難以區(qū)分不同 的X射線光子。在信號(hào)積分模式下，電子電路30在所限定的讀取時(shí)間段——在普通CT中 一般為200 μ s——期間對(duì)所有SiPM單元的脈沖進(jìn)行積分，并且單個(gè)單元的恢復(fù)時(shí)間為約 1 μ S。因此來自換能器的次級(jí)光子脈沖(10至200 μ s)明顯比單獨(dú)SiPM單元脈沖(1 μ S) 更長。因此，SiPM單元不需要具有快速恢復(fù)時(shí)間，因?yàn)镾iPM不被用于區(qū)分不同的X射線光 子。因此SiPM單元可以被被動(dòng)猝滅而不是主動(dòng)猝滅。SiPM單元的被動(dòng)猝滅比主動(dòng)猝滅實(shí) 現(xiàn)起來更不復(fù)雜也更不昂貴。通常，被動(dòng)猝滅可以用單個(gè)電阻器來執(zhí)行，而主動(dòng)猝滅則需要受控的開關(guān)電路。也不需要復(fù)雜且昂貴的光子計(jì)數(shù)電子電路30來讀取來自光電探測器102 的信息。X射線探測器單元100的第二光電探測器104被配置為探測由高X射線通量—— 高于約1500光子/ms——產(chǎn)生的次級(jí)光子22，其具有比第一光電探測器102更寬的動(dòng)態(tài)范 圍。在超過約1500光子/ms的X射線通量下，第一光電探測器102通常由于過多的次級(jí)光 子22而過度飽和，并因此不能提供有用的信息。與第一光電探測器102類似，第二光電探 測器104可以以信號(hào)積分模式或信號(hào)計(jì)數(shù)模式操作。第二光電探測器104可能是例如以信 號(hào)積分模式操作的電流積分PIN光電二極管。再次回到圖1，在閃爍體10中由入射X射線20生成的次級(jí)光子22中的一些將到 達(dá)第一光電探測器102，而其他次級(jí)光子將到達(dá)第二光電探測器104。也就是說，次級(jí)光子 22的總數(shù)量在同時(shí)記錄數(shù)據(jù)的兩個(gè)光電探測器102和104之間劃分。探測器單元100可以 被配置為以任何可能優(yōu)選的比率在光電探測器102和104之間分配次級(jí)光子22。例如，閃 爍體10的高度和寬度可以被改變以便為次級(jí)光子22提供更大或更小的可用表面積以到達(dá) 相應(yīng)的探測器102和104?？梢愿淖兤渌麉?shù)或作出修改以實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的比率。因此，在X射線20被探測的時(shí)間段內(nèi)，兩個(gè)光電探測器102和104同時(shí)記錄數(shù)據(jù)。 該數(shù)據(jù)由電路板30收集并且被傳遞到圖像處理器32。典型地，若干單元100中的每一個(gè)傳 遞信息到圖像處理器32。然后圖像處理器32確定是否使用來自特定單元100的第一光電 探測器102、單元100的第二光電探測器104或單元100的兩個(gè)光電探測器102和104的數(shù) 據(jù)來產(chǎn)生CT圖像。例如，如果特定單元100處的X射線通量特別低，則來自該單元100的第二光電探 測器104的數(shù)據(jù)可能受噪聲支配。在該情況下，來自第二光電探測器104的數(shù)據(jù)可能被忽 略，而代替地使用來自第一光電探測器102的數(shù)據(jù)?；蛘撸绻囟▎卧?00處的X射線通 量特別高，則該單元100的第一光電探測器102可能過度飽和。在該情況下，來自第一光電 探測器102的數(shù)據(jù)可能被忽略，而代替地使用來自第二光電探測器104的數(shù)據(jù)。另一方面， 特定單元100處的X射線通量可能在低于、處于或靠近第一光電探測器的動(dòng)態(tài)范圍的上限 并且高于、處于或靠近第二光電探測器的動(dòng)態(tài)范圍的下限的邊界區(qū)域內(nèi)。在該情況下，來自 單元100的兩個(gè)光電探測器102和104的數(shù)據(jù)可能利用常規(guī)方法一起加權(quán)以獲得兩個(gè)數(shù)據(jù) 集之間的平滑且精確的過渡。轉(zhuǎn)向圖2，若干X射線探測器單元100可以被組合成包括一維陣列200的列或條 以幫助形成X射線探測器。單元100的一些部件一例如反射體材料24——未示出在圖2 中。圖3中示出了三個(gè)閃爍體像素10及其相關(guān)聯(lián)的光電探測器102和104，但是很明顯陣 列200可以具有任何數(shù)量的X射線探測器單元100。為了更簡單地與圖1進(jìn)行比較，在圖2 中標(biāo)示出了一個(gè)閃爍體10的頂面12、底面14和側(cè)面16。還圖示了陣列200相對(duì)于入射X 射線20的取向。形成陣列200的一種常規(guī)方式是將第一光電探測器102安裝到單個(gè)底部電路芯片 202上，并且將第二光電探測器104安裝到單個(gè)側(cè)部電路芯片204上。然后閃爍體10可以 被附接到芯片202和204，從而將閃爍體10光學(xué)耦合到它們各自的光電探測器102和104。 在這種實(shí)施例中，芯片202和204在功能上替換圖1中的電路板30。因此，芯片202和204 從它們各自的光電探測器102和104收集數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)傳遞到圖像處理器32 (圖2中未示出)。為了幫助確保每個(gè)X射線探測器單元100僅對(duì)碰撞到該單元100的頂面12上的 X射線20進(jìn)行計(jì)數(shù)，將X射線屏蔽或反射材料40置于單元100的頂面12之間的空間內(nèi)。 X射線屏蔽材料40——例如鉛或鎢——充分地防止任何X射線穿過屏蔽體40。X射線反射 材料40——例如白色涂料或塑料——充分地反射X射線。如圖1所示，X射線屏蔽或反射 材料40也可以覆蓋耦合到閃爍體10的側(cè)面18的光電探測器104。多個(gè)一維陣列200可以并排放置以形成X射線探測器單元100的二維陣列(未示 出)。當(dāng)然存在將X射線探測器單元100組合成陣列或其他分組以形成X射線探測器的很 多其他方式。圖3圖示說明X射線探測器單元300的第二實(shí)施例。X射線探測器單元300與圖 1的X射線探測器單元100共有很多相同的部件，并且這些部件在兩幅圖中被相同地編號(hào)。 X射線探測器單元300與單元100的不同之處在于第一和第二光電探測器的位置被轉(zhuǎn)換。 也就是說，圖3中的第一光電探測器302被光學(xué)耦合到閃爍體10的側(cè)面18，并且圖3中的 第二光電探測器304被光學(xué)耦合到閃爍體10的底面14。第一光電探測器102和302的結(jié) 構(gòu)和功能是相同的，且第二光電探測器104和304的結(jié)構(gòu)和功能是相同的。此外，X射線探測器單元300合并有在換能器10與第一光電探測器302之間的半 透明/半反射(并因此非吸收)層306。半透明層306將反射一些次級(jí)光子22遠(yuǎn)離第一光 電探測器302，但是也將允許一些次級(jí)光子22通過以進(jìn)入第一光電探測器302。這種層306 可以由例如白色涂料形成。該涂料的厚度可以變化以調(diào)整該層306的透明度/反射率，例 如其可能為約10 μ m至30 μ m。當(dāng)然，半透明層也可以被置于換能器10和第二光電探測器 304之間。在X射線探測器單元300中合并有(多個(gè))這種半透明層可以優(yōu)化到達(dá)相應(yīng)的 探測器302和304的次級(jí)光子22的比率。雖然未示出，(多個(gè))這種半透明層也可以與圖 1中的X射線探測器單元100或其他此類單元結(jié)合使用。例如，如果換能器10的高度顯著大于其寬度，半透明層306可以是有利的。如果 第一光電探測器302是SiPM，則其動(dòng)態(tài)范圍隨著其表面積線性增減，從而其動(dòng)態(tài)范圍有利 地隨著高度的增加而增加。然而，在這種配置中，可能發(fā)生過多次級(jí)光子22進(jìn)入第一光電 探測器302而非第二光電探測器304的情況。半透明層306防止發(fā)生這種不平衡，從而允 許足量的次級(jí)光子22到達(dá)第二光電探測器304，從而它可以生成精確的信號(hào)。以與上面關(guān)于單元100所述的相同方式或以任何其他方式，若干X射線探測器單 元300可以被組合在一起以形成X射線探測器陣列。已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明。很明顯，其他人員在閱讀和理解前面詳細(xì)的 描述之后將容易想到各種修改和變化。意在本發(fā)明被解讀為包括所有這些修改和變化，只 要它們處于隨附權(quán)利要求及其等價(jià)物的范圍內(nèi)。本發(fā)明可以體現(xiàn)為各種部件及部件布置以 及各種步驟和步驟布置。附圖僅用于圖示說明優(yōu)選的實(shí)施例，并不應(yīng)被解讀為限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種輻射00)探測器單元(100，300)，其包括換能器(10)，其將所述輻射00)轉(zhuǎn)換成次級(jí)光子02)；第一光電探測器(102，302)，其光學(xué)耦合到所述換能器(10)，具有有最小輻射通量的 第一探測動(dòng)態(tài)范圍，并且進(jìn)行操作以將所述次級(jí)光子02)中的至少一部分轉(zhuǎn)換成第一電 子信號(hào)；第二光電探測器(104，304)，其光學(xué)耦合到所述換能器(10)，具有有最小輻射通量的 第二探測動(dòng)態(tài)范圍，并且進(jìn)行操作以將所述次級(jí)光子02)中的至少一部分轉(zhuǎn)換成第二電 子信號(hào)；其中，所述第一動(dòng)態(tài)范圍的最小輻射通量小于所述第二動(dòng)態(tài)范圍的最小輻射通量。
2.如權(quán)利要求1所述的輻射探測器單元，其中，所述輻射選自于X射線和伽馬射線的群組。
3.如權(quán)利要求1或2所述的輻射探測器單元，其中，所述換能器(10)是閃爍體。
4.如權(quán)利要求3所述的輻射探測器單元，其中，所述閃爍體包括氧硫化釓(GOS)。
5.如權(quán)利要求3所述的輻射探測器單元，其中，由所述閃爍體(10)響應(yīng)于單個(gè)輻射 (20)光子產(chǎn)生的所述次級(jí)光子02)以大于約1微秒的主要衰減時(shí)間發(fā)射。
6.如權(quán)利要求1所述的輻射探測器單元，其中，所述第一光電探測器(102,30 以信號(hào) 積分模式操作，且所述第二光電探測器(104，304)以信號(hào)積分模式操作。
7.如任一前述權(quán)利要求所述的輻射探測器單元，其中，所述第一光電探測器(102， 302)是多單元Geiger模式雪崩光電二極管或高增益光電二極管。
8.如權(quán)利要求7所述的輻射探測器單元，其中，所述光電二極管包括被動(dòng)猝滅的光電 探測單元。
9.如任一前述權(quán)利要求所述的輻射探測器單元，其還包括通過電引線(沈，28)連接到 所述第一和第二光電探測器的電路板(30)。
10.如權(quán)利要求1所述的輻射探測器單元，其中，所述輻射00)通過所述換能器(10) 的第一面(1 進(jìn)入所述換能器(10)，所述第一光電探測器(10 光學(xué)耦合到所述換能器 (10)的與所述第一面(1 相對(duì)的第二面(14)，且所述第二光電探測器(104)光學(xué)耦合到 所述換能器(10)的不同于所述第一面(1 和所述第二面(14)的第三面(18)。
11.如權(quán)利要求1所述的輻射探測器單元，其中，所述輻射00)通過所述換能器(10) 的第一面(1 進(jìn)入所述換能器(10)，所述第二光電探測器(304)光學(xué)耦合到所述換能器 (10)的與所述第一面(1 相對(duì)的第二面(14)，且所述第一光電探測器(30 光學(xué)耦合到 所述換能器(10)的不同于所述第一面(1 和所述第二面(14)的第三面(18)。
12.如權(quán)利要求1所述的輻射探測器單元，其中，所述第一動(dòng)態(tài)范圍的最小輻射通量等 于或小于約250平均X射線光子每毫秒。
13.如權(quán)利要求12所述的輻射探測器單元，其中，所述第二動(dòng)態(tài)范圍的最小輻射通量 等于或大于約500平均X射線光子每毫秒。
14.如權(quán)利要求1所述的輻射探測器單元，其還包括設(shè)置于所述換能器(10)與所述第 一光電探測器(30 和所述第二光電探測器(304)中的至少一個(gè)之間的半透明層(306)。
15.一種基于X射線的成像系統(tǒng)，其包括包括一個(gè)或多個(gè)X射線探測器單元(100，300)的X射線探測器，所述一個(gè)或多個(gè)X射線探測器單元(100,300)包括換能器(10)，其將X射線(20)轉(zhuǎn)換成次級(jí)光子(22)；第一光電探測器(102，302)，其光學(xué)耦合到所述換能器(10)，具有有最小X射線通量的 第一探測動(dòng)態(tài)范圍，并且進(jìn)行操作以將所述次級(jí)光子02)中的至少一部分轉(zhuǎn)換成第一電 子信號(hào)；第二光電探測器(104，304)，其光學(xué)耦合到所述換能器(10)，具有有最小X射線通量的 第二探測動(dòng)態(tài)范圍，并且進(jìn)行操作以將所述次級(jí)光子02)中的至少一部分轉(zhuǎn)換成第二電 子信號(hào)；并且其中，所述第一動(dòng)態(tài)范圍的最小X射線通量小于所述第二動(dòng)態(tài)范圍的最小X射線通量；以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(32)，其包括邏輯以使用所述一個(gè)或多個(gè)X射線探測器單元的所述第 一和第二電子信號(hào)中的至少一個(gè)來生成基于X射線的圖像。
16.如權(quán)利要求15所述的成像系統(tǒng)，其中，所述換能器(10)是閃爍體。
17.如權(quán)利要求15所述的成像系統(tǒng)，其中，由所述閃爍體(10)響應(yīng)于單個(gè)X射線光子 (20)產(chǎn)生的所述次級(jí)光子02)以大于約1微秒的主要衰減時(shí)間發(fā)射。
18.如權(quán)利要求15所述的成像系統(tǒng)，其中，所述第一光電探測器(102，302)以信號(hào)積分 模式操作，且所述第二光電探測器(104，304)以信號(hào)積分模式操作。
19.如權(quán)利要求15、16、17或18所述的成像系統(tǒng)，其中，所述第一光電探測器(102， 302)是多單元Geiger模式雪崩光電二極管或高增益光電二極管。
20.如權(quán)利要求19所述的成像系統(tǒng)，其中，所述光電二極管包括被動(dòng)猝滅的光電探測 單元。
21.如權(quán)利要求15所述的成像系統(tǒng)，其中，所述X射線00)通過所述換能器(10)的第 一面(1 進(jìn)入所述換能器(10)，所述第一光電探測器(10 光學(xué)耦合到所述換能器(10) 的與所述第一面(1 相對(duì)的第二面(14)，且所述第二光電探測器(104)光學(xué)耦合到所述換 能器(10)的不同于所述第一面(1 和所述第二面(14)的第三面(18)。
22.如權(quán)利要求15所述的成像系統(tǒng)，其中，所述X射線00)通過所述換能器(10)的第 一面(1 進(jìn)入所述換能器(10)，所述第二光電探測器(304)光學(xué)耦合到所述換能器(10) 的與所述第一面(1 相對(duì)的第二面(14)，且所述第一光電探測器(30 光學(xué)耦合到所述換 能器(10)的不同于所述第一面(1 和所述第二面(14)的第三面(18)。
23.如權(quán)利要求15所述的成像系統(tǒng)，其中，所述第一動(dòng)態(tài)范圍的最小X射線通量等于或 小于約250平均X射線光子每毫秒。
24.如權(quán)利要求23所述的成像系統(tǒng)，其中，所述第二動(dòng)態(tài)范圍的最小X射線通量是約 500平均X射線光子每毫秒。
25.如權(quán)利要求15所述的成像系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)X射線探測器單元還包括設(shè) 置于所述換能器(10)與所述第一光電探測器(30 和所述第二光電探測器(304)中的至 少一個(gè)之間的半透明層(306)。
26.如權(quán)利要求25所述的成像系統(tǒng)，其中，第一半透明層(306)被設(shè)置于所述換能器 (10)與所述第一光電探測器(30 之間，且第二半透明層被設(shè)置于所述換能器(10)與所述 第二光電探測器(304)之間。
27.如權(quán)利要求15所述的成像系統(tǒng)，其中，所述基于X射線的成像系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)斷層攝 影成像系統(tǒng)或數(shù)字X射線成像系統(tǒng)。
28.如權(quán)利要求15所述的成像系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(32)還包括邏輯以確 定是否使用每個(gè)所述一個(gè)或多個(gè)X射線探測器單元(100，300)的所述第一電子信號(hào)、所述 第二電子信號(hào)或所述第一和第二電子信號(hào)二者來生成基于X射線的圖像。
29.一種探測X射線輻射00)的方法，該方法包括通過換能器(10)將所述X射線輻射00)轉(zhuǎn)換成次級(jí)光子02)；通過第一光電探測器(102,30 將所述次級(jí)光子0 中的至少一部分轉(zhuǎn)換成第一電 子信號(hào)，所述第一光電探測器(102,30 光學(xué)耦合到所述換能器(10)并具有有最小X射線 通量的第一探測動(dòng)態(tài)范圍，以及通過第二光電探測器(104，304)將所述次級(jí)光子0 中的至少一部分轉(zhuǎn)換成第二電 子信號(hào)，所述第二光電探測器(104，304)光學(xué)耦合到所述換能器(10)并具有有最小X射線 通量的第二探測動(dòng)態(tài)范圍；其中，所述第一動(dòng)態(tài)范圍的最小輻射通量小于所述第二動(dòng)態(tài)范圍的最小輻射通量。
30.一種輻射00)探測器單元(100，300)，其包括換能器(10)，其將所述輻射00)轉(zhuǎn)換成次級(jí)光子02)；第一光電探測器(102，302)，其光學(xué)耦合到所述換能器(10)，具有第一探測動(dòng)態(tài)范圍， 并且進(jìn)行操作以將所述次級(jí)光子0 中的至少一部分轉(zhuǎn)換成第一電子信號(hào)；以及第二光電探測器(104，304)，其光學(xué)耦合到所述換能器(10)，具有不同于所述第一探 測動(dòng)態(tài)范圍的第二探測動(dòng)態(tài)范圍，并且進(jìn)行操作以將所述次級(jí)光子02)中的至少一部分 轉(zhuǎn)換成第二電子信號(hào)；其中，該單元被配置為在所述第一光電探測器與所述第二光電探測器之間分配次級(jí)光 子的量。
31.如權(quán)利要求30所述的輻射探測器單元，其中，所述換能器(10)包括閃爍體，該閃爍 體在光學(xué)耦合到所述第一光電探測器(102,30 的第一面具有第一面積，并且在光學(xué)耦合 到第二光電探測器(104，304)的第二面具有第二面積，其中，所述第一面積和第二面積具 有被選擇以在所述第一光電探測器(102，302)與所述第二光電探測器(104，304)之間分配 次級(jí)光子(2 量的量值。
32.如權(quán)利要求31所述的輻射探測器單元，其中，所述輻射00)通過所述換能器(10) 的進(jìn)入面(1 進(jìn)入所述換能器(10)，所述換能器(10)的所述第一面與所述進(jìn)入面(12)相 對(duì)，且所述換能器(10)的所述第一面不同于所述第二面(18)。
33.如權(quán)利要求30所述的輻射探測器單元，其還包括設(shè)置于所述換能器(10)與所述第 一光電探測器(102,30 和所述第二光電探測器(104，304)中的至少一個(gè)之間的半透明層 (306)。
34.如權(quán)利要求33所述的輻射探測器單元，其中，第一半透明層被設(shè)置于所述換能器 (10)與所述第一光電探測器(102,30 之間，且第二半透明層(306)被設(shè)置于所述換能器 (10)與所述第二光電探測器(104,304)之間。
35.如權(quán)利要求30所述的輻射探測器單元，其中，所述第一探測動(dòng)態(tài)范圍的最小輻射 通量等于或小于約250平均X射線光子每毫秒。
36.如權(quán)利要求35所述的輻射探測器單元，其中，所述第二探測動(dòng)態(tài)范圍的最小X射線 通量等于或大于約500平均X射線光子每毫秒。
37.如權(quán)利要求30所述的輻射探測器單元，其中，所述輻射選自于X射線和伽馬射線的群組。
全文摘要
提供了一種在CT成像中使用的用于探測低和高X射線密度的方法和裝置。兩個(gè)光電探測器被耦合到同一個(gè)換能器上，這兩個(gè)光電探測器中的一個(gè)具有相對(duì)低的動(dòng)態(tài)范圍，而另一個(gè)具有相對(duì)高的動(dòng)態(tài)范圍。第一個(gè)光電探測器例如可以是被動(dòng)猝滅的SiPM。
文檔編號(hào)G01T1/20GK102119342SQ200980131250
公開日2011年7月6日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月13日
發(fā)明者A·利夫內(nèi), R·卡爾米 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司