專利名稱:具有可拼鋪封裝結(jié)構(gòu)的多切片ct探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明的實施例通常涉及用于診斷成像的X射線照相探測器,并且更特別地,涉及計算機斷層掃描(CT)探測器模塊,其具有多個可拼鋪的子模塊,這些子模塊提供增加的切片采集和改善的探測器性能。
背景技術(shù):
通常,在計算機斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)中,X射線源向?qū)ο蠡蚰繕?例如,患者或一件行李)發(fā)射扇形射束。在下文中,術(shù)語“對象”和“目標”應當包括可被成像的任何物體。射束在被對象衰減后,撞擊輻射探測器陣列。在探測器陣列處接收的衰減射束輻射的強度通常依賴于對象對X射線束的衰減。探測器陣列的每個探測器元件產(chǎn)生單獨的電信號,指示由每個探測器元件接收到的衰減的射束。電信號被發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器并且接著被發(fā)送以處理成數(shù)字圖像。 通常,X射線源和探測器陣列在成像平面內(nèi)繞臺架旋轉(zhuǎn)并且繞對象旋轉(zhuǎn)。X射線源通常包括X射線管,其在焦點處發(fā)射X射線束。X射線探測器通常包括用于準直在探測器接收的X射線束以及去除來自患者的散射的準直器、用于將X射線轉(zhuǎn)化為鄰近準直器的光能的閃爍體、以及用于接收來自鄰近閃爍體的光能并由此產(chǎn)生電信號的光電二極管。典型地,閃爍體陣列的每個閃爍體把X射線轉(zhuǎn)化為光能。每個閃爍體釋放光能至鄰近其的光電二極管。每個光電二極管探測光能并生成相應的電信號。光電二極管的輸出然后被傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于圖像重建。在最近的十年,體積或錐形束CT (VCT)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)導致用于CT探測器的切片數(shù)目(Z軸)的快速增長。事實上,通過增大暴露的患者區(qū)域,用于VCT中的探測器實現(xiàn)了患者掃描上越來越多的覆蓋。為了適應這樣的覆蓋,CT探測器的寬度在Z軸(即,患者的長度方向)上增大。當前現(xiàn)有技術(shù)CT系統(tǒng)的X射線探測器由閃爍像素的2D陣列組成,其耦合到硅光電二極管的2D陣列,并且設(shè)定典型陣列的尺寸以使其能夠提供多種不同的切片類型的采集(例如,16個切片、32個切片或64個切片),在ISO方面具有40mm的陣列尺寸以用于64切片配置。然而,最近,對心臟成像的需求變得越來越感興趣,并且在一次旋轉(zhuǎn)中的心臟成像成為需要。為了在一次旋轉(zhuǎn)中使心臟成像,在ISO方面需要的探測器陣列尺寸為 160_,以覆蓋半掃描中所有的器官,這相當于能夠在一次運動中捕獲心臟解剖結(jié)構(gòu)的探測器(例如,在我們的情況中為256個切片)。然而,使Z軸上探測器的覆蓋增加至超過64個切片直到256個切片可能是未解決的。例如,長閃爍陣列和長光電二極管陣列可被用于使探測器在Z軸的覆蓋增大至超過64個切片;然而,利用如此長的閃爍陣列和如此長的光電二極管陣列提出了關(guān)于可制造性的挑戰(zhàn),這種挑戰(zhàn)諸如由于生產(chǎn)、成本、易測性、尺寸精度、和性能的原因。因此,期望的是設(shè)計一種CT探測器,其通過供應足夠覆蓋和像素度(pixilation)的數(shù)據(jù)采集提供VCT心臟成像,以在單次旋轉(zhuǎn)中提供心臟的詳細解剖結(jié)構(gòu)。還期望的是這樣一種具有可拼鋪構(gòu)造的CT探測器,其使探測器的生產(chǎn)、可量測性、早期易測性、適用性、和性能優(yōu)化變得容易。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于CT圖像采集的受控(directed)裝置,其通過改進的探測器性能來提供增加的切片采集。根據(jù)本發(fā)明的一個方面,CT系統(tǒng)包括可旋轉(zhuǎn)的臺架,其具有開口以容納待掃描的目標;χ射線投射源,其定位在可旋轉(zhuǎn)的臺架上,并從X射線投射源的焦點向目標投射X射線錐形束;以及多個探測器模塊,其定位于可旋轉(zhuǎn)的臺架上并且配置成接收通過目標衰減的X射線。多個探測器模塊中的每一個包括其上具有頂面的模塊框架;多個可拼鋪的子模塊,其定位于模塊框架的頂面上并且沿其Z軸排列,以能夠接收由目標衰減的X射線并將X射線轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號;以及電子板,其連接至多個子模塊以接收來自子模塊的數(shù)字信號。探測器模塊上的多個子模塊中的每一個還包括探測器元件陣列,其配置成接收經(jīng)由目標 衰減的X射線并將X射線轉(zhuǎn)化為模擬電信號;電地且機械地耦合至探測器元件陣列的專用集成電路(ASIC)電子封裝,以接收模擬電信號并將模擬電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號;以及柔性電路,其連接至ASIC電子封裝以接收來自該電子封裝的數(shù)字信號并將該數(shù)字信號傳送至探測器模塊的電子板。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,用于在CT掃描過程期間接收由目標衰減的X射線的探測器模塊,包括模塊框架、定位于模塊框架上以接收由目標衰減的X射線的多個可拼鋪的子模塊、以及電子處理板,該電子處理板固定到模塊框架上并電連接至多個子模塊以處理從其接收到的信號。多個子模塊中的每一個還包括探測器像素陣列,其配置成接收經(jīng)由目標而衰減的X射線并將X射線轉(zhuǎn)化為模擬電信號;專用集成電路(ASIC)電子封裝,其電地且機械地耦合至探測器像素陣列,以接收模擬電信號并將模擬電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字數(shù)值;以及數(shù)字柔性電路,其連接至ASIC電子封裝以接收來自電子封裝的數(shù)字數(shù)值并將該數(shù)字數(shù)值傳送至探測器模塊的電子板。根據(jù)本發(fā)明的又一方面,用于在CT掃描過程期間接收由目標衰減的X射線的探測器模塊,包括模塊框架、定位于模塊框架上以接收由目標衰減的X射線的多個可選擇性增加的子模塊、以及電子處理板,該電子處理板固定到模塊框架上并且電連接至多個子模塊以處理從其接收到的信號。多個子模塊中的每一個包括具有多個閃爍體像素的閃爍體陣列,其配置成接收經(jīng)由目標衰減的X射線并生成對其響應的光輸出;以及光電二極管陣列,其光耦合至閃爍體陣列并且包括多個光電二極管,每一個光電二極管配置成探測來自閃爍體陣列的光輸出并生成對其響應的模擬電信號。多個子模塊中的每一個還包括模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器,其電地且機械地耦合至探測器元件陣列,以接收模擬電信號并將模擬電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字數(shù)值;基底層,其定位在與光電二極管相對的A/D轉(zhuǎn)換器的背面以為子模塊提供支撐;以及數(shù)字柔性電路,其連接至A/D轉(zhuǎn)換器以接收來自A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字數(shù)值并將該數(shù)字數(shù)值傳送至探測器模塊的電子板,數(shù)字柔性電路包括位于其上的接口部分,其定位在A/D轉(zhuǎn)換器和基底層之間以形成與A/D轉(zhuǎn)換器的電稱合和機械f禹合。多種其它特征和優(yōu)點將從接下來的詳細描述和附圖中更加顯而易見。
附圖示意了目前所預期的用于執(zhí)行本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在附圖中圖I是CT成像系統(tǒng)的示圖。圖2是圖I中所示意的系統(tǒng)的示意方框圖。圖3是CT系統(tǒng)探測器陣列的一個實施例的透視圖。 圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的探測器模塊的透視圖。圖5和圖6是根據(jù)本發(fā)明的一實施例、與圖4的探測器模塊一起使用的探測器子模塊的視圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的探測器子模塊的雙邊數(shù)字柔性電路的視圖。圖8-10是根據(jù)本發(fā)明的實施例、用于探測器子模塊的ASIC電子封裝的輸入_輸出互連的視圖。圖11是限據(jù)本發(fā)明的一實施例的探測器模塊的透視圖。圖12是與非侵入式封裝檢查系統(tǒng)一起使用的CT系統(tǒng)的示圖。
具體實施例方式本發(fā)明的操作環(huán)境相對于256個切片的計算機斷層掃描(CT)系統(tǒng)來描述。然而,正如下面要詳細解釋的那樣,本發(fā)明同樣適用于與介于64個切片和256個切片之間,以及超過這些,例如高達512個切片的其它多切片配置一起使用。此外,本發(fā)明將相對于X射線的探測和轉(zhuǎn)換來描述。然而,本領(lǐng)域技術(shù)人員還意識到的是,本發(fā)明同樣適用于其它高頻電磁能量的探測和轉(zhuǎn)換。本發(fā)明將相對于“第三代”CT掃描儀來描述,但是同樣適用于其它CT系統(tǒng)。參見圖I和圖2,所示的計算機斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)10包括臺架12,其代表“第三代”CT掃描儀。臺架12具有X射線源14,其從源14的焦點15投射X射線束,并朝向位于臺架12相對側(cè)的探測器組件18?,F(xiàn)參見圖2,探測器組件18由多個探測器模塊20和控制及處理板32 (即,電子板)構(gòu)成。多個探測器模塊20感測穿過醫(yī)學患者22的、投射的X射線16,電子板32在所采集的數(shù)據(jù)上執(zhí)行后續(xù)處理。每個探測器模塊20產(chǎn)生一個輸出,其表示撞擊X射線束以及當它穿過患者22時因此而衰減的波束的強度。在采集X射線投射數(shù)據(jù)的掃描期間,臺架12和位于其上的組件繞旋轉(zhuǎn)軸中心24旋轉(zhuǎn)。臺架12的旋轉(zhuǎn)和X射線源14的操作由CT系統(tǒng)10的控制機構(gòu)26來掌控??刂茩C構(gòu)26包括X射線控制器28,其為X射線源14和臺架電機控制器30提供功率和定時信號,臺架電機控制器30控制臺架12的旋轉(zhuǎn)速度和位置。圖像重建器34從電子板32接收采樣的和數(shù)字化的X射線數(shù)據(jù)并執(zhí)行高速重建。重建后的圖像被用作計算機36的輸入,計算機36在大容量存儲設(shè)備38中存儲圖像。計算機36還通過控制臺40接收來自操作者的命令和掃描參數(shù),控制臺40具有多種形式的操作者界面,例如鍵盤、鼠標、語音激活控制器、或者任何其它適合的輸入裝置。相關(guān)聯(lián)的顯示器42允許操作者觀察來自計算機36的重建圖像以及其它數(shù)據(jù)。計算機36利用操作者提供的命令和參數(shù)為電子板32、X射線控制器28和臺架電機控制器30提供控制信號和信息。另外,計算機36對工作臺電機控制器44進行操作,工作臺電機控制器44控制電動工作臺46以定位患者22和臺架12。特別地,工作臺46使患者22整體或部分地移動通過圖I的臺架開口 48。如圖3中所示,探測器組件18包括軌道17,其具有位于其間的準直葉片或板19。板19被定位以在這些X射線16撞擊諸如圖4中位于探測器組件18上的探測器模塊20之前準直這些射束。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,探測器組件18包括57個探測器模塊20,每個探測器模塊20具有陣列尺寸為256X 16的像素元件,這將在下面進行詳細解釋。因而,探測器組件18具有256行和912列(16X57個探測器),其允許256個同步數(shù)據(jù)切片伴隨著臺架12的每次旋轉(zhuǎn)而被收集。然而,雖然所提出的示例性探測器模塊20具有陣列尺寸為256X16的像素元件,能夠認識到的是,根據(jù)本發(fā)明的實施例,探測器組件18中行和列的數(shù)目可基于探測器模塊20的結(jié)構(gòu)進行有選擇性地控制,以使得同步收集的切片數(shù)目可以在數(shù)量上更少或更多,例如達到512個數(shù)據(jù)切片。參見圖4,示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的探測器模塊20的結(jié)構(gòu)。探測器模塊20包括模塊框架52,其上具有頂面54。根據(jù)本發(fā)明的實施例,頂面54可構(gòu)造為 平面、不跟隨X射線束的弧度的圓弧中形成的近似曲線、或者具有位于其上的多個成角度的面的步進配置,這將在下面進行詳細解釋。如圖4中所示,多個探測器子模塊或“納米模塊”56定位在模塊框架52的頂面上,并且沿Z軸排列,以接收并處理經(jīng)由患者或目標衰減的X射線。根據(jù)本發(fā)明的實施例,在基于CT系統(tǒng)10(圖I)中探測器模塊20的操作需要,在制造的過程期間,可以控制定位在模塊框架56的頂面54上的子模塊56的數(shù)量。也就是,探測器模塊20的子模塊56配置成可拼鋪的子模塊,其中子模塊56可以根據(jù)期望而可選擇性地增加到模塊框架52,以使得包含在探測器模塊20中的子模塊56的數(shù)量可以控制,以用于改變沿Z軸的覆蓋量(S卩,改變/控制獲取的切片的數(shù)目)。因而,例如,根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,探測器模塊20中可以包括六個子模塊56。然而,探測器模塊20的其它實施例可以包括四個、八個、或十二個子模塊56,例如,如圖4中所示的虛線指示的那樣。在每個實施例中,子模塊56沿Z軸關(guān)于探測器模塊的中線58對稱形式定位在頂面54上。因而,基于模塊框架52上的子模塊56的數(shù)量增加(populate)和數(shù)量減少(depopulate),可以認識到,可以形成具有沿Z軸的可控長度/覆蓋的探測器模塊20。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,圖5和圖6中示出了子模塊56的詳細視圖。子模塊56包括探測器元件或像素60的陣列,探測器元件或像素60的陣列配置成接收經(jīng)由目標衰減的X射線并將X射線轉(zhuǎn)化為模擬電信號。根據(jù)一個實施例,探測器元件/像素60由閃爍體-光電二極管對形成。在形成閃爍體-光電二極管對中,對多個閃爍體探測器元件或像素62進行布置以形成閃爍封裝陣列64。例如,閃爍封裝陣列64可以由32X 16陣列的閃爍體探測器元件62構(gòu)成,以使每個閃爍封裝陣列64包括32個切片。閃爍封裝陣列64定位于光電二極管陣列66上,光電二極管陣列66由多個二極管元件或像素(未示出)構(gòu)成,二極管陣列66由32 X 16陣列的二極管構(gòu)成,例如,32 X 16陣列的二極管對應于閃爍體探測器元件62的數(shù)目。如圖5和圖6中所示,閃爍體探測器元件62光耦合至二極管陣列66,并且二極管陣列66接著電耦合至一個或多個專用集成電路(ASIC)電子封裝68。ASIC電子封裝68 (SP,模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器)通過其上(即,在ASIC電子封裝68的前面和背面上)形成的輸入/輸出(I/O)互連70的方式電地且機械地耦合至二極管陣列66。I/O互連70可以形成為例如球柵陣列(BGA)類型的互連,或者將ASIC電子封裝68電地且機械地耦合至二極管陣列66的另一個類似的接合設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的實施例,每個ASIC電子封裝68包括一個或多個單獨的ASIC管芯72,例如四ASIC管芯72,其共同形成封裝68。根據(jù)本發(fā)明的實施例,ASIC電子封裝68配置成部分執(zhí)行對從光電二極管陣列66接收到信號的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換。也就是,ASIC電子封裝68發(fā)揮作用以基于從二極管陣列接收到的信號水平,來將從光電二極管陣列66接收到的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)值。因而,在一個實施例的操作中,X射線撞擊在閃爍體探測器元件62內(nèi)以生成光子,光子穿過封裝陣列64并且在二極管陣列66內(nèi)的光電二極管像素/元件上被探測,由二極管陣列66生成的對其響應的模擬信號由ASIC電子封裝68接收,用于轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號/數(shù)字數(shù)值。進一步如圖5和圖6所示,基底層74 (即,ASIC封裝基底)定位于ASIC電子封裝68下方并且與閃爍封裝陣列64相對?;讓?4由電絕緣材料構(gòu)成并且配置成向子模塊 56提供支撐/剛度。定位于基底層74和ASIC電子封裝68之間的是柔性電路76,其附接至ASIC電子封裝68,并自ASIC電子封裝路由信號至探測器模塊20 (圖4)的控制及處理板32,并且還向/自控制及處理板32傳送控制和功率。柔性電路76為“數(shù)字柔性電路”的形式,其中它發(fā)揮作用以自ASIC電子封裝68傳送數(shù)字信號/數(shù)字數(shù)值。柔性電路76包括配置為與ASIC電子封裝68接口( S卩,與I/O互連70接口)的連接器/可接合區(qū)域78,以及配置為與探測器模塊20 (圖4)的控制/處理板32接口的連接器80。根據(jù)一個實施例,柔性電路76的連接器/電可接合區(qū)域78具有在其中形成的孔(未示出),其與ASIC電子封裝68中的ASIC管芯相對應,以將基底層74 (通過基架)熱接合至ASIC電子封裝68。此外,根據(jù)一個實施例,在ASIC電子封裝68和柔性電路76之間還提供了熱粘合79,以將組件接合在一起,并為子模塊56提供單獨的熱接口。雖然圖5和圖6中示出的柔性電路76為單邊柔性電路,但可以認識到,柔性電路76可以作為備選被構(gòu)造為雙邊柔性電路76,如圖7中所示,柔性電路沿著模塊框架52(圖4)的相對邊中的每一邊向下延伸。還能夠認識到,其它互連選擇同樣可以使用,例如帶狀電纜或板對板連接。圖7中還示出了探測器元件/像素60的陣列可以由32X32陣列的像素構(gòu)成,以使子模塊56可以具有正方形配置。現(xiàn)參見圖8-10,示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的ASIC電子封裝68以及位于其上的I/O互連70的構(gòu)造。如圖8-10中所示,根據(jù)一個實施例,為每個子模塊56提供了兩個ASIC電子封裝68。圖8示出了 ASIC電子封裝68的模擬側(cè),具有連接至光電二極管陣列66 (圖5-6)的I/O互連70。圖9和圖10示出了 ASIC電子封裝68的數(shù)字側(cè),根據(jù)本發(fā)明的實施例,圖9示出了可連接至雙邊柔性電路76 (圖7)的I/O互連70,而圖10示出了可連接至單邊柔性電路76 (圖5-6)的I/O互連70。根據(jù)一示意性實施例,I/O互連70為球柵陣列(BGA)或類似類型連接的形式,其提供了光電二極管陣列和ASIC電子封裝之間的機械連接和電I禹合。如圖8-10中所不,對于每個子模塊56,提供了兩個ASIC電子封裝68以適應對模擬信號的接收/處理以及將那些模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號/數(shù)字數(shù)值。根據(jù)本發(fā)明的實施例,每個ASIC電子封裝68可包括I到4個ASIC管芯72 (圖6),每個ASIC管芯72具有例如64個模擬通道。ASIC管芯72可被布置為H圖樣陣列、單行線性陣列、行對列陣列,或者作為單個封裝。根據(jù)本發(fā)明的一示意性實施例,每個子模塊56包括兩個ASIC電子封裝68,每個ASIC電子封裝68在其內(nèi)具有4個ASIC管芯72,以在每個子模塊56中提供總共8個ASIC 管芯 72?,F(xiàn)再次參見圖5和圖6,可以認識到,與傳統(tǒng)的模擬柔性路由選擇和相關(guān)聯(lián)的互連相比,直接將ASIC電子封裝68耦合至閃爍體和光電二極管對64、66有益地減少電子噪聲,從而提供了更高的信噪比(SNR)。也就是,可以認識到,模擬式發(fā)信號的主要缺點在于噪聲-即,隨機的不希望的變化。當信號被復制及再次復制,或者進行長距離傳輸,例如通過模擬柔性電路傳輸時,這些明顯的隨機變化成為主導,從而導致電噪聲。另外,光電二極管陣列到ASIC(A/D轉(zhuǎn)換器)的緊密耦合減少了功率需求以及生成的相應熱量。因而,由于消除了對模擬信號進行較長距離(即,通過柔性電路)傳送的需要,在子模塊56的ASIC電子封裝68處把由光電二極管陣列66生成的模擬電信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)值(即,在ASIC電子封裝68處的A/D轉(zhuǎn)換)可以減少噪聲并增大SNR。除了改善SNR,通過減少電互連和組件的數(shù)目,特別是關(guān)于傳統(tǒng)探測器模塊中存在的高強度模擬柔性電路,ASIC電子封裝68直接與閃爍體和光電二極管對64、66的耦合還提供了探測器模塊20的改進的可靠性。子模塊56中ASIC電子封裝68的使用還可以通過減少其中包含的組件和接口的數(shù)量,而減少整個探測器模塊20中的每個單位區(qū)域(即,每個像素)的成本?;谧幽K的可控和可變特性,探測器模塊中子模塊56的結(jié)構(gòu)和內(nèi)含物提供了關(guān)于子模塊的可拼鋪性和尺寸的額外優(yōu)勢。也就是,根據(jù)本發(fā)明的實施例,子模塊56的配置可以改變以使其性能和可量測性優(yōu)化。也就是,雖然前面描述的子模塊56為具有32X16陣列的探測器像素/元件(即,32個切片和16個通道),但可以認識到,子模塊56可以基于成本、性能、生產(chǎn)、測試時間可量測性、可靠性,等等而形成優(yōu)化的陣列尺寸,以使其具有NXM中的任一數(shù)目的陣列的像素/元件(例如,N= 16、32或64,M= 16、24或32)。相應地,子模塊56的尺寸可以變化,取決于探測器模塊20的精確配置,子模塊56具有從長度IOmm直到長度40mm的長度(S卩,沿Z軸的尺寸)。此外,雖然圖5和圖6中示出的子模塊56為包括閃爍體陣列64和光電二極管陣列66,但可以認識到,子模塊56中這樣的元件/材料可以替換為直接轉(zhuǎn)換材料,其直接將X射線轉(zhuǎn)換為電信號,例如碲化鎘(CdTe)或碲化鎘鋅(CZT)。現(xiàn)參見圖11,示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的探測器模塊20的構(gòu)造。探測器模塊20包括模塊框架82,其具有頂面84,構(gòu)造為具有步進配置并且因而包括位于其上的多個面86。面86沿Z軸、沿模塊框架82縱向排列,每個面86被設(shè)定大小并配置成適應探測器子模塊56以接收和處理通過患者或目標衰減的X射線。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,在模塊框架82的頂面84上形成8個面86,子模塊56定位在每個面86上,以使每個子模塊56中的每個32X 16陣列的探測器元件的總和使探測器模塊20具有陣列尺寸為256X 16的探測器元件。因此,探測器模塊20在臺架12 (圖I)的每次旋轉(zhuǎn)中提供了待收集的256個同步數(shù)據(jù)切片。如圖11中所示,模塊框架82被配置以使每個面86關(guān)于X射線束焦點15以某一角度定位相應子模塊56以避免視差效應。形成每個面86的角度單獨優(yōu)化處理以使子模塊56的切片最小化地受視差現(xiàn)象的影響(即,使切片間X射線串擾、頻率非線性、切片輪廓退化、和MTF惡化最小化),每個面86相對于焦點15的角度作為期望的性能和待改善的特定、的圖像品質(zhì)參數(shù)的函數(shù)而變化/確定。一般而言,具體面86距離探測器模塊20的中線58越遠,該面86相對于焦點15的角度就會增大。因而,與模塊框架82上鄰近中線58的中間面86相比,模塊框架52上最遠的面86可定向為相對于焦點15更大的角度。接著,子模塊56定位在面86上并固定在其上,以使其以由它們的對應面86形成的期望角度而定位,例如通過粘合劑、螺釘、或任何其他可接受的固定方法?,F(xiàn)參見圖12,示出的包裹/行李檢查系統(tǒng)100包括可旋轉(zhuǎn)的臺架102,其具有位于其中的開口 104,包裹或者多件行李可由此通過??尚D(zhuǎn)的臺架102容納有高頻電磁能量源 106以及探測器組件108,探測器組件108具有類似于圖4、5、11中所示的探測器模塊20。還提供了傳送器系統(tǒng)110并且包括傳送帶112,其由結(jié)構(gòu)114支撐以自動且連續(xù)地使包裹或行李件116通過開口 104以進行掃描。目標116利用傳送帶112饋送通過開口 104,然后采集成像數(shù)據(jù),并且傳送帶112以受控和連續(xù)形式使包裹116從開口 104移開。因此,郵局檢查員、行李操作者、以及其它安全人員可以非侵入式地檢查包裹116內(nèi)容物中的爆炸物、刀具、槍支、違禁品,等等。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,將探測器模塊20(圖4、5、11)結(jié)合到包裹/行李檢查系統(tǒng)100中能夠使包裹116的掃描時間縮短。也就是,由于探測器模塊20能夠采集256個切片,探測器模塊20 (圖4、5、11)允許系統(tǒng)100在臺架102的單次旋轉(zhuǎn)中掃描更大體積的行李。因而,通過將探測器模塊20(圖4、5、11)結(jié)合到系統(tǒng)100中的方式,實現(xiàn)了包裹/行李檢查系統(tǒng)100對包裹116更加有效的掃描。因此,根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,CT系統(tǒng)包括可旋轉(zhuǎn)的臺架,其具有容納待掃描的目標的開口;X射線投射源,其定位于可旋轉(zhuǎn)的臺架上且從X射線投射源的焦點向目標投射X射線錐形束;以及多個探測器模塊,其定位在可旋轉(zhuǎn)的臺架上并且配置成接收由目標衰減的X射線。多個探測器模塊中的每一個包括模塊框架,其具有位于其上的頂面;多個可拼鋪的子模塊,其定位在模塊框架的頂面上并且沿其Z軸排列,以接收由目標衰減的X射線并將X射線轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號;以及電子板,其連接至多個子模塊以接收來自子模塊的數(shù)字信號。探測器模塊上的多個子模塊中的每一個還包括探測器元件陣列,其配置成接收經(jīng)由目標衰減的X射線并將X射線轉(zhuǎn)換為模擬電信號;專用集成電路(ASIC)電子封裝,其電地且機械地耦合至探測器元件陣列以接收模擬電信號并將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號;以及柔性電路,其連接至ASIC電子封裝以接收來自電子封裝的數(shù)字信號并將該數(shù)字信號傳送至探測器模塊的電子板。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例,用于在CT掃描過程期間接收由目標衰減的X射線的探測器模塊,包括模塊框架、定位于模塊框架上以接收由目標衰減的X射線的多個可拼鋪的子模塊、以及電子處理板,該電子處理板固定到模塊框架并且電連接至多個子模塊以處理從其接收到的信號。多個子模塊中的每一個還包括探測器像素陣列,其配置成接收經(jīng)由目標衰減的X射線并將X射線轉(zhuǎn)換為模擬電信號;專用集成電路(ASIC)電子封裝,其電地且機械地耦合至探測器元件陣列,以接收模擬電信號并將模擬電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字數(shù)值;以及數(shù)字柔性電路,其連接至ASIC電子封裝以接收來自電子封裝的數(shù)字數(shù)值并將該數(shù)字數(shù)值傳送至探測器模塊的電子板。根據(jù)本發(fā)明的又一實施例,用于在CT掃描過程期間接收由目標衰減的X射線的探測器模塊,包括模塊框架、定位于模塊框架上以接收由目標衰減的X射線的多個可選擇性增加的子模塊、以及電子處理板,該電子處理板固定到模塊框架并且電連接至多個子模塊以處理從其接收到的信號。多個子模塊中的每一個包括具有多個閃爍體像素的閃爍體陣列,其配置成接收經(jīng)由目標衰減的X射線并生成對其響應的光輸出;以及光電二極管陣列,其光耦合至閃爍體陣列并且包括多個光電二極管,每一個光電二極管配置成探測來自閃爍體陣列的光輸出并生成對其響應的模擬電信號。多個子模塊中的每一個還包括模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器,其電地且機械地耦合至探測器元件陣列,以接收模擬電信號并將模擬電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字數(shù)值;基底層,其定位在與光電二極管相對的A/D轉(zhuǎn)換器的背面以為子模塊提供支撐;以及數(shù)字柔性電路,其連接至A/D轉(zhuǎn)換器以接收來自A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字數(shù)值并將該數(shù)字數(shù)值傳送至探測器模塊的電子板,數(shù)字柔性電路包括位于其上的接口部分,其定位在A/D轉(zhuǎn)換器和基底層之間以形成與A/D轉(zhuǎn)換器的電稱合和機械f禹合。本書面描述使用示例來公開包括最佳模式的本發(fā)明,以及還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能實踐本發(fā)明,包括制作和使用任何設(shè)備或系統(tǒng)及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明可取得專利的范圍由權(quán)利要求定義,且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有與權(quán)利要求字面語言無不同的結(jié)構(gòu)要素,或者如果它們包括與權(quán)利要求字面語言無實質(zhì) 不同的等效結(jié)構(gòu)要素,則它們規(guī)定為在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種CT系統(tǒng)(10),包括 可旋轉(zhuǎn)的臺架(12),其具有容納待掃描的目標的開口(48); X射線投射源(14),其定位在所述可旋轉(zhuǎn)的臺架(12)上,并從所述X射線投射源(14)的焦點(15)向所述目標投射X射線(16)錐形束;以及 多個探測器模塊(20),其定位在所述可旋轉(zhuǎn)的臺架(12)上,并且配置成接收由所述目標衰減的X射線,所述多個探測器模塊(20)中的每一個包括 模塊框架(52),其具有位于其上的頂面(54); 多個可拼鋪的子模塊(56),其定位于所述模塊框架(52)的所述頂面(54)上并沿其Z軸排列,以接收由所述目標衰減的所述X射線并將所述X射線轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號;以及 電子板(32),其連接至所述多個子模塊(56)以接收來自所述子模塊的所述數(shù)字信號;以及 其中,所述多個子模塊(56)中的每一個包括 探測器元件(60)的陣列,其配置成接收經(jīng)由所述目標衰減的X射線并將所述X射線轉(zhuǎn)化為模擬電信號; 專用集成電路(ASIC)電子封裝(68),其電地且機械地耦合至所述探測器元件(60)的陣列以接收所述模擬電信號并將所述模擬電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號;以及 柔性電路(76),其連接至所述ASIC電子封裝(68)以接收來自所述ASIC電子封裝的所述數(shù)字信號,并將所述數(shù)字信號傳送至所述探測器模塊(20)的所述電子板(32)。
2.如權(quán)利要求I所述的CT系統(tǒng)(10),其中,所述探測器元件(60)的陣列包括 閃爍體陣列(64),其具有多個閃爍體像素(62),所述多個閃爍體像素(62)配置成接收經(jīng)由所述目標衰減的X射線并生成對此響應的光輸出;以及 光電二極管陣列(66),其光耦合至所述閃爍體陣列并且包括多個光電二極管,每個所述光電二極管配置成探測來自所述閃爍體陣列(64)的所述光輸出并生成對此響應的所述模擬電信號。
3.如權(quán)利要求I所述的CT系統(tǒng)(10),其中,所述ASIC電子封裝(68)包括輸入-輸出(I/O)互連系統(tǒng)(70),以使所述ASIC電子封裝(68)電地且機械地耦合至所述探測器元件(60)的陣列及所述柔性電路(76)。
4.如權(quán)利要求3所述的CT系統(tǒng)(10),其中,所述I/O互連系統(tǒng)包括在所述ASIC電子封裝(68)的前表面和后表面的每個上形成的球柵陣列(BGA)。
5.如權(quán)利要求I所述的CT系統(tǒng)(10),其中,所述ASIC電子封裝(68)包括多個獨立的ASIC 管芯(72)。
6.如權(quán)利要求I所述的CT系統(tǒng)(10),其中,所述柔性電路(76)包括單邊柔性電路和雙邊柔性電路中的一個,所述單邊柔性電路從所述ASIC電子封裝(68)的一個邊緣向外延伸,而所述雙邊柔性電路從ASIC電子封裝(68)的一對相對邊緣中的每一個向外延伸。
7.如權(quán)利要求I所述的CT系統(tǒng)(10),其中,所述柔性電路(76)包括接口(78),所述接口(78)配置成將所述柔性電路(76)電地且機械地耦合至所述ASIC電子封裝(68)。
8.如權(quán)利要求7所述的CT系統(tǒng)(10),其中,所述多個子模塊(56)中的每一個還包括電絕緣ASIC封裝基底層(74),其定位在與所述探測器元件(60)的陣列相對的所述ASIC電子封裝(68)的背面上,并且其中所述柔性電路的所述接口(78)定位在所述基底層(74)和所述ASIC電子封裝(68)之間。
9.如權(quán)利要求I所述的CT系統(tǒng)(10),其中,所述柔性電路(76)包括可接合區(qū)域(78),其配置成與所述ASIC電子封裝(68)接口,所述可接合區(qū)域(78)包括在其內(nèi)形成的多個孔,以將所述ASIC電子封裝(68)熱接合至所述ASIC封裝基底(74)。
10.如權(quán)利要求I所述的CT系統(tǒng)(10),其中,所述多個可拼鋪的子模塊(56)中的每一個可選擇性增加至所述模塊框架(52),以改變所述探測器模塊(20)沿所述Z軸的覆蓋量,從而提供可控尺寸的陣列,并且確定所述陣列的尺寸以優(yōu)化成本、性能、生產(chǎn)、測試時間可量測性、和可靠性。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“具有可拼鋪封裝結(jié)構(gòu)的多切片CT探測器”。公開了一種CT系統(tǒng)(10),包括探測器模塊(20),其定位在可旋轉(zhuǎn)的臺架(12)上并配置成接收由目標衰減的X射線。每個探測器模塊(20)包括模塊框架(52);模塊框架(52)上多個可拼鋪的子模塊(56),其沿模塊框架(52)的Z軸排列,以接收由目標衰減的X射線并將X射線轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號;以及電子板(32),其連接至多個子模塊(56)以接收數(shù)字信號。每個子模塊(56)還包括探測器元件(60)的陣列,以接收經(jīng)由目標衰減的X射線并將X射線轉(zhuǎn)化為模擬電信號;ASIC電子封裝(68),其耦合至探測器元件(60)的陣列以接收模擬電信號并將模擬電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號;以及柔性電路(76),其連接至ASIC電子封裝(68)以接收數(shù)字信號并將數(shù)字信號傳送至電子板(32)。
文檔編號G01V5/00GK102681020SQ20121009193
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者A·伊克勒夫, B·J·格拉夫斯, B·Z·巴布, G·S·策曼, J·J·萊西, M·古普塔, R·霍加特 申請人:通用電氣公司