[发明专利]具有嵌入在TFT平板中的CMOS传感器的X射线成像器

说明书

一种x射线成像设备包括：被配置成由x射线来生成光的闪烁体层、用以检测在闪烁体中生成的光的在闪烁体层的第一表面处的TFT检测器阵列、以及用以检测在闪烁体中生成的光的在闪烁体层的第二表面处的CMOS传感器。

技术领域

本公开的实施例涉及x射线成像设备和方法。特别地，描述了具有嵌入在TFT平板中的CMOS传感器的x射线成像设备。

背景技术

当前，大多数平板x射线成像器基于非晶硅(a-Si)薄膜晶体管(TFT)传感器技术。虽然TFT平板成像器能够提供大视场(FOV)的图像，然而它们在分辨率、低剂量性能和读出速度中具有限制。分辨率通常限制为用于低速乳房x线照相术应用的大约70μm以及更通常地限制为用于放射照相术成像的140μm。在动态应用中，为了实现合理的低剂量性能，无论是在全分辨率还是合并(bin)操作模式中，使用180μm到400μm的更大的有效像素大小，其中x射线量子限制的剂量在3-10nGy的范围内，由每像素大约1000e的最小电子噪声来指示。可用的最大读出速度通常在用于全分辨率的每秒15帧(fps)到用于合并分辨率的30fps的范围内，其受到像素中的电荷转移速度以及对于滤除由平板成像器中的大的寄生数据线电容生成的电子噪声的需要的限制。另外，a-Si光电二极管加载有深的陷阱，其可以产生图像鬼影伪像。

已经开发了克服分辨率限制、低剂量性能限制和读取速度限制的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。像素放大器可以增加由x射线光子生成的信号，以将量子限制的剂量相对于a-Si TFT平板减小至少10倍。虽然这样的放大器的确占据像素的很大空间，然而可以在这一技术中很容易实现最低50μm的分辨率。由于这一技术中产生的晶体硅(c-Si)的更高的迁移率以及光电二极管的更低的像素电容，读出速度不再受到像素中的电荷转移的限制，并且可以使用更大带宽的放大器而不对电子噪声进行折中。通过CMOS技术可实现100fps以上的读出速度。另外，由c-Si制成的光电二极管通常不包含显著水平的深陷阱，并且因此CMOS传感器中不存在由于光电二极管而产生的图像鬼影。

CMOS图像传感器通常用在光学相机中并且通常没有设计有用于X射线成像器的大的动态范围和线性要求。X射线传感器使用全CMOS晶片(通常直径为8或12英寸)并且通常平铺以实现大面积的格式。CMOS传感器可以克服a-Si TFT平板检测器的很多技术缺点，但是由多个CMOS晶片构建检测器的成本被认为对于几乎所有的医疗设备应用是过高的。

发明内容

本公开提供一种x射线成像设备，其包括有限面积的高性能传感器，诸如叠加在诸如a-Si TFT图像传感器的大面积平板上的CMOS图像传感器。这一独特的设计利用从具有a-Si TFT面板的廉价的大面积特性的CMOS传感器可获得的高性能特性。例如，在有效检测区为30x30cm的典型的大TFT平板检测器中，可以在例如TFT面板检测器的中间嵌入10x10cm的CMOS传感器。所得到的“混合”检测器比完全平铺的CMOS传感器廉价很多。

CMOS传感器和TFT平板检测器的分辨率可以被设计为使得TFT平板检测器的原始分辨率是CMOS传感器的分辨率的整数倍。例如，可以4x4合并50μm的CMOS传感器以匹配200μm的TFT面板检测器，或者可以2x2合并70μm的CMOS传感器以匹配140μm的TFT面板检测器。可以使用软件插值来转换来自CMOS传感器的更高分辨率的图像以匹配TFT平板检测器的更低的分辨率。

CMOS传感器和TFT面板检测器可以共享可以插入在TFT面板检测器与CMOS传感器之间的公共的闪烁体层(诸如CsI:Tl)。反射涂层或者可拆卸反射器可以在CMOS传感器外围覆盖闪烁体。CMOS传感器外围的闪烁体上的光学涂层可以被选择为匹配CMOS传感器的光学反射特性使得TFT检测器像素响应受到最小影响。提供各种实施例和布置以连接更小的CMOS传感器以便使得邻接的TFT面板检测器能够正常操作。