具有增加的動態范圍的數字X射線檢測器制造技術

本發明專利技術的名稱為“具有增加的動態范圍的數字X射線檢測器”。在一個實施例中，為數字X射線檢測器(22)配備多個像素區域(54)。每個像素區域(54)包含具有第一面積(116)的第一光電二極管(86)和具有等于或小于第一面積(116)的第二面積(122)的第二光電二極管(88)。數字X射線檢測器(22)還包含屏蔽結構(94)，其蓋在每個像素區域(54)的第一(86)光電二極管和第二(88)光電二極管之上，同時屏蔽結構(94)相對第二光電二極管(88)按比例更少地屏蔽第一光電二極管(86)，以提供具有第一靈敏度的第一光電二極管(86)，以及具有低于第一靈敏度的第二靈敏度的第二光電二極管(88)。

【技術實現步驟摘要】

本文公開的主題涉及數字成像系統，以及具體地，涉及增加數字X射線檢測器的動態范圍。
技術介紹
數字X射線成像系統越來越廣泛地用于產生數字數據，其被用于重構有用的射線照像圖像。在目前的數字X射線成像系統中，來自源的輻射朝向對象(通常是在醫療診斷應用中的患者)定向。部分輻射通過患者并影響檢測器。檢測器的表面將輻射轉化成被感測的可見光光子。檢測器被分割為離散像元或像素的矩陣，并基于影響每個像素區域的輻射的量或強度對輸出信號進行編碼。由于輻射強度在輻射通過患者時被改變，因此基于輸出信號重構的圖像提供了患者組織的投影，這與通過傳統的感光膠片技術可得到的類似。數字X射線成像系統由于其收集數字數據的能力而特別有用，數字數據能重構成放射科醫師和診斷醫師需要的圖像，以及以數字形式存儲或直到需要時才存檔。在傳統的基于膠片的射線照像技術中，要準備真實的膠片、曝光、顯影和存儲以備放射科醫生使用。 雖然膠片提供了優秀的診斷工具，尤其是由于它們捕捉有意義的解剖細節的能力，它們固有地難于在位置之間傳輸，例如從成像設備或部門傳輸到多個醫師位置。另一方面，由直接數字X射線系統產生的數字數據能夠被處理和增強、存儲、通過網絡傳輸，并用于重構圖像，其可以被顯示在位于任何期望位置的監視器上或其它軟拷貝顯示器上。將傳統的射線照像圖像從膠片轉換成數字數據的數字化系統也提供了類似的優勢。除了數字X射線系統的捕捉、存儲、和傳輸圖像數據的應用，它們還戰勝若干挑戰。例如，X射線系統可用于不同類型范圍的檢查，包括射線照像成像和熒光鏡成像。除了其他的區別，這兩種類型的成像檢查特征在于用于生成圖像數據的顯著不同的輻射水平。 具體地，射線照像圖像應用比熒光鏡圖像高得多的輻射水平。在若干應用中，想要的是順序執行兩類成像程序以獲得不同類型的數據。然而，當前的數字X射線系統可能在用同一檢測器執行熒光鏡成像和射線照像成像上遇到困難。需要注意的是，這樣的檢測器被用于若干其他的應用和設定中。例如，除了投影X射線應用，數字X射線檢測器被用于計算機斷層掃描成像和層析成像。此外，這些系統越來越多地用于郵包和行李檢查、用于安全系統(例如，機場安全)、篩選系統、工業部件檢查等等。具體地，目前的數字X射線系統使用非晶硅檢測器，其中光電二極管和薄膜晶體管的陣列位于X射線閃爍器下方。入射X射線與閃爍器交互以發射出可見光光子，其被光電二極管吸收，創造出電子-空穴對。一開始充有若干伏反向偏壓的二極管因此依據X射線照明強度按比例放電。然后，與二極管相關聯的薄膜晶體管開關繼而被激活，而二極管通過電荷靈敏電路重新充電，該過程所需要的電荷可被測量。然而，非晶硅檢測器的動態范圍(即最小曝光和最大曝光)受限于在某個曝光水平上各個像素可以集結的電荷數量。在高曝光時，可能會發生飽和，并且獲得的信號可能不代表影響檢測器表面的單獨像素區域的光子數量或者輻射強度。結果，重構圖像中可能損失細節。如上所述，這些檢測器中的一些執行射線照像成像和熒光鏡成像二者。在熒光鏡中使用的檢測器通常需要盡可能高的轉換系數且盡可能低的電子噪聲；然而，這些檢測器傾向于具有低于射線照像操作期望的曝光水平的最大曝光水平。因此，在射線照像操作和熒光鏡操作都使用的檢測器一般對這些成像操作之一進行折衷。
技術實現思路
根據一個實施例，為數字X射線檢測器配備了多個像素區域。每個像素區域包括具有第一面積和第一靈敏度的第一光電二極管，以及具有等于或小于第一面積的第二面積和低于第一靈敏度的第二靈敏度的第二光電二極管。該數字X射線檢測器還包括耦合到每個像素區域的第一光電二極管和第二光電二極管的啟動電路，以能夠讀出第一光電二極管和第二光電二極管。該數字X射線檢測器進一步包括耦合到每個像素區域的第一光電二極管和第二光電二極管的讀出電路，以從第一光電二極管和第二光電二極管中讀出數據。根據另一實施例，為數字X射線檢測器配備了多個像素區域。每個像素區域包括具有第一面積的第一光電二極管，以及具有等于或小于第一面積的第二面積的第二光電二極管。該數字X射線檢測器還包括蓋在每個像素區域的第一光電二極管和第二光電二極管之上的屏蔽結構，其中，屏蔽結構相對第二光電二極管按比例更少地屏蔽第一光電二極管， 以向第一光電二極管提供第一靈敏度，以及向第二光電二極管提供低于第一靈敏度的第二靈敏度。根據第三實施例，為數字X射線系統配備了 X射線輻射源和配置成在來自源的輻射橫貫感興趣對象之后接收該輻射的數字檢測器。檢測器具有多個像素區域。每個像素區域包括具有第一面積和第一靈敏度的第一光電二極管，以及具有等于或小于第一面積的第二面積和低于第一靈敏度的第二靈敏度的第二光電二極管。附圖說明本專利技術的這些和其他特征、方面、和優勢在參照附圖閱讀下面詳細描述時將被更好地理解，貫穿所有附圖，相似的符號代表相似的部件，在附圖中圖1是根據本技術方面的數字X射線成像系統的圖解概述；圖2是用于在圖1的系統的檢測器中產生圖像數據以產生用于重構的圖像數據的某些功能電路的圖解表示；圖3是說明用于產生圖像數據的檢測器結構的部分截面視圖；圖4是說明圖3的檢測器結構中的像素結構的頂視圖；以及圖5是根據本技術方面的、與曝光水平有關系的多種像素結構的信號電平的圖示化表示。具體實施例方式圖1圖解示出了用于獲取和處理離散像素圖像數據的成像系統10。在示出的實施例中，系統10是設計成根據本技術獲取原始圖像數據以及處理圖像數據用于顯示的數字X 射線系統。然而，貫穿下面的討論，雖然基本信息和背景信息都是基于用在醫療診斷應用中的數字X射線系統而提供的，但是應該銘記本技術的方面也可以應用于包括X射線檢測器的數字檢測器，用于不同的設定(例如，投影X射線、計算機斷層掃描成像、層析成像等)以及用于不同目的(例如，郵包、行李、交通工具和部件檢查等)。在圖1中示出的實施例中，成像系統10包括緊鄰準直器14放置的X射線輻射源 12。準直器14允許輻射流16進入到對象18(例如，人類患者18)放置的區域中。輻射的部分20穿過或在周圍通過對象18，并影響通常以參考數字22表示的數字X射線檢測器。 如下面更全面描述的，檢測器22將其表面上接收到的X射線光子轉換到低能量光子，并隨后轉換到電信號，所述電信號被獲取和處理以重構對象18內的特征的圖像。源12由電源/控制電路M控制，其提供了用于檢查序列的功率和控制信號兩者。 此外，檢測器22耦合到檢測器控制器沈，其命令獲取檢測器中生成的信號。檢測器控制器 26還可執行多種信號處理和濾波功能，例如動態范圍的初始調整、數字圖像數據的交織等等。電源/控制電路M和檢測器控制器26都對來自系統控制器觀的信號做出響應。通常，系統控制器觀命令成像系統的操作，以執行檢查規程以及處理獲取的圖像數據。在本上下文中，系統控制器觀還包括通常基于通用數字計算機或專用數字計算機的信號處理電路、相關聯的存儲電路(用于存儲由計算機執行的程序和例行程序以及配置參數和圖像數據)、接口電路等等。在圖1中示出的實施例中，系統控制器觀鏈接到至少一個輸出設備，例如以參考數字30表示的顯示器或者打印機。輸出設備可包括標準或特殊用途的計算機監視器，以及相關聯的處理電路。一個或多個操作員工作站32可以進一步鏈接在系統中以輸出系統參數、請求檢查、查看圖像等等。通常，本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：P·R·格蘭富爾斯，J·R·蘭伯蒂，R·G·克倫斯，薛平，M·謝普肯斯，A·J·庫圖爾，D·阿爾巴利，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：