[发明专利]探测器阵列和系统

说明书

技术领域

本发明通常涉及用于成像技术的探测器阵列，尤其涉及一种 信号探测能力得以改善的探测器阵列以及引入该探测器阵列的计算断 层摄影(computed tomography，CT)X射线系统。

背景技术

许多医学诊断、手术以及介入性程序依靠成像工具来提供描 述视觉感知到的表征患者的局部或器官的状况的信息。部分是由于医疗 器械通常日益精密，尤其是成像设备，因此各种类型的成像设备适合于 应用在医疗诊断和医疗程序环境中。

在许多情况下，能够提供器官或组织的图像的医疗器械具有 很大效用，并已适用于为各种医疗需要提供便利。这些应用导致了全部 范围内的专业成像工具的发展，包括X射线、CT和荧光检查 (fluoroscopic)可视化辅助设备和许多不同类型的光学成像设备。

在许多成像应用中，越来越多地使用像素化的探测器来实现 图像数据的电子数字表征。一些类型的系统使用闪烁单元阵列和由片状 的半导电材料形成的光电二极管关联阵列，其中在每个单元中所述闪烁 材料将入射的X光辐射转换成可见光子，适于被用作光耦合至那个单元 的所述阵列中的一个二极管所检测。那些降低来自所述二极管阵列的信 号质量的机制可引起设备间数据的不稳定、降低测量或成像的再现性， 并且当使用它来形成一可视图像时，可引起导致成像缺陷的数据失真， 如结果数据中的环状伪影、条或污迹，或在组织的自动化特性方面产生 不精确和/或降低的可再现性。

其次，数字技术提供了很大的成像灵活性，例如，不同时间 的视图和不同方面的可以迅速重叠或直接比较。例如，在手术室情况下， 为了与反应同一组织当前状况的图像进行比较，可以实时获得手术前的 图像。现在还可实现许多其它类型专用目的的增强。在某些情况下，向 对象或患者体内引入成像辅助设备，如对比增强剂以辅助增加从成像技 术或所利用的技术所获得的数据内容。

然而，随着管理改革，日益复杂的测量需要和其它因素组合 起来对用于计算断层摄影应用及其它应用的像素化探测器提出了新的 要求。近来希望甚至进一步减小输送至所述对象的X光辐射的总剂量， 减小基于每个光子的X射线的能量以及获得更多结果图像的对比参数， 共同要求应用在这种显像工具中的光电探测器阵列具有更大的线性度 和灵敏度，并具有更少的图像噪声和各种类型的伪影。

由于光电探测器阵列自身所引起的信号伪影也可对整体的系 统性能施加一些基本限制。公知的潜在地引起串扰伪影的机制的实例包 括：(i)一个二极管中产生的电荷载流子经由载流子扩散和/或二极管 间电容，会在另一二极管中导致信号；(ii)将X射线从一个闪烁体单 元散射到相邻闪烁体单元，随后转换成光子，并通过耦合到所述相邻单 元的二极管探测那个光子；(iii)从闪烁体单元向与另一闪烁体单元相 关的光电二极管漏光；以及(iv)将在目标闪烁体单元中产生的光子通 过单元间的隔片散射到相邻闪烁体单元中，进而到与所述相邻单元相关 联的光电二极管中。在许多情况下，光电二极管被共同制造在公共衬底 上，载流子从一个光电二极管到另一光电二极管的扩散对二极管间串扰 贡献主要部分。

依次地，这些不同的伪影表现出随着X射线的流量和工作参 数呈线性和非线性变化的特性。此外，实现闪烁体单元阵列与光电二极 管阵列对准在制造时存在困难，在那个过程中由于剩余的不精确性，将 出现与之相关联的不期望的信号特性或伪影。

由于上述原因及下面将要讨论的其它原因，对于本领域技术 人员而言，在阅读和理解本发明的基础上，将变得显而易见的是：本领 域中存在提供改进的光电二极管/闪烁体光电探测器的需要，以支持例如 医学成像等环境中日益严格和精密的性能和经济标准。

发明内容

这里提出了上面提到的缺点、不利条件和问题，通过阅读和 学习如下发明将会理解。

一个方面，一种计算断层摄影探测器系统包括光电二极管阵 列，其由多个棋盘格状芯片(die)形成，其中每一个都具有形成于其上 的多个光电二极管，以及闪烁体阵列，其由多个被隔片分开的闪烁单元 构成。所述多个闪烁单元中的每一个与多个光电二极管中的对应的一个 相关联以构成探测器元件。光学掩模插入在所述光电二极管阵列和闪烁 体阵列之间，在空间上不同程度地改变着从多个单元中的每一个到多个 光电二极管中对应相关联的一个的光传输。所述光学掩模在每个芯片的 边界处与在芯片的中心部分对探测器元件提供不同的光传输改变。