[發(fā)明專利]具有增加的動(dòng)態(tài)范圍的數(shù)字X射線檢測(cè)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110306607.9
• 申請(qǐng)日: 2011-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN102539454A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 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(kù)圖爾;D·阿爾巴利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): G01N23/04
• 分類號(hào): G01N23/04;G01V5/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 柯廣華;朱海煜

技術(shù)領(lǐng)域

本文公開的主題涉及數(shù)字成像系統(tǒng)，以及具體地，涉及增加數(shù)字X射線檢測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍。

背景技術(shù)

數(shù)字X射線成像系統(tǒng)越來(lái)越廣泛地用于產(chǎn)生數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其被用于重構(gòu)有用的射線照像圖像。在目前的數(shù)字X射線成像系統(tǒng)中，來(lái)自源的輻射朝向?qū)ο?通常是在醫(yī)療診斷應(yīng)用中的患者)定向。部分輻射通過(guò)患者并影響檢測(cè)器。檢測(cè)器的表面將輻射轉(zhuǎn)化成被感測(cè)的可見光光子。檢測(cè)器被分割為離散像元或像素的矩陣，并基于影響每個(gè)像素區(qū)域的輻射的量或強(qiáng)度對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行編碼。由于輻射強(qiáng)度在輻射通過(guò)患者時(shí)被改變，因此基于輸出信號(hào)重構(gòu)的圖像提供了患者組織的投影，這與通過(guò)傳統(tǒng)的感光膠片技術(shù)可得到的類似。

數(shù)字X射線成像系統(tǒng)由于其收集數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的能力而特別有用，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能重構(gòu)成放射科醫(yī)師和診斷醫(yī)師需要的圖像，以及以數(shù)字形式存儲(chǔ)或直到需要時(shí)才存檔。在傳統(tǒng)的基于膠片的射線照像技術(shù)中，要準(zhǔn)備真實(shí)的膠片、曝光、顯影和存儲(chǔ)以備放射科醫(yī)生使用。雖然膠片提供了優(yōu)秀的診斷工具，尤其是由于它們捕捉有意義的解剖細(xì)節(jié)的能力，它們固有地難于在位置之間傳輸，例如從成像設(shè)備或部門傳輸?shù)蕉鄠€(gè)醫(yī)師位置。另一方面，由直接數(shù)字X射線系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能夠被處理和增強(qiáng)、存儲(chǔ)、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，并用于重構(gòu)圖像，其可以被顯示在位于任何期望位置的監(jiān)視器上或其它軟拷貝顯示器上。將傳統(tǒng)的射線照像圖像從膠片轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字化系統(tǒng)也提供了類似的優(yōu)勢(shì)。

除了數(shù)字X射線系統(tǒng)的捕捉、存儲(chǔ)、和傳輸圖像數(shù)據(jù)的應(yīng)用，它們還戰(zhàn)勝若干挑戰(zhàn)。例如，X射線系統(tǒng)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(qū)別，這兩種類型的成像檢查特征在于用于生成圖像數(shù)據(jù)的顯著不同的輻射水平。具體地，射線照像圖像應(yīng)用比熒光鏡圖像高得多的輻射水平。在若干應(yīng)用中，想要的是順序執(zhí)行兩類成像程序以獲得不同類型的數(shù)據(jù)。然而，當(dāng)前的數(shù)字X射線系統(tǒng)可能在用同一檢測(cè)器執(zhí)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(cè)器被用于若干其他的應(yīng)用和設(shè)定中。例如，除了投影X射線應(yīng)用，數(shù)字X射線檢測(cè)器被用于計(jì)算機(jī)斷層掃描成像和層析成像。此外，這些系統(tǒng)越來(lái)越多地用于郵包和行李檢查、用于安全系統(tǒng)(例如，機(jī)場(chǎng)安全)、篩選系統(tǒng)、工業(yè)部件檢查等等。

具體地，目前的數(shù)字X射線系統(tǒng)使用非晶硅檢測(cè)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(fā)射出可見光光子，其被光電二極管吸收，創(chuàng)造出電子-空穴對(duì)。一開始充有若干伏反向偏壓的二極管因此依據(jù)X射線照明強(qiáng)度按比例放電。然后，與二極管相關(guān)聯(lián)的薄膜晶體管開關(guān)繼而被激活，而二極管通過(guò)電荷靈敏電路重新充電，該過(guò)程所需要的電荷可被測(cè)量。

然而，非晶硅檢測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍(即最小曝光和最大曝光)受限于在某個(gè)曝光水平上各個(gè)像素可以集結(jié)的電荷數(shù)量。在高曝光時(shí)，可能會(huì)發(fā)生飽和，并且獲得的信號(hào)可能不代表影響檢測(cè)器表面的單獨(dú)像素區(qū)域的光子數(shù)量或者輻射強(qiáng)度。結(jié)果，重構(gòu)圖像中可能損失細(xì)節(jié)。如上所述，這些檢測(cè)器中的一些執(zhí)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(cè)器通常需要盡可能高的轉(zhuǎn)換系數(shù)且盡可能低的電子噪聲；然而，這些檢測(cè)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(cè)器一般對(duì)這些成像操作之一進(jìn)行折衷。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，為數(shù)字X射線檢測(cè)器配備了多個(gè)像素區(qū)域。每個(gè)像素區(qū)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(shù)字X射線檢測(cè)器還包括耦合到每個(gè)像素區(qū)域的第一光電二極管和第二光電二極管的啟動(dòng)電路，以能夠讀出第一光電二極管和第二光電二極管。該數(shù)字X射線檢測(cè)器進(jìn)一步包括耦合到每個(gè)像素區(qū)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(shù)據(jù)。

根據(jù)另一實(shí)施例，為數(shù)字X射線檢測(cè)器配備了多個(gè)像素區(qū)域。每個(gè)像素區(qū)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(shù)字X射線檢測(cè)器還包括蓋在每個(gè)像素區(qū)域的第一光電二極管和第二光電二極管之上的屏蔽結(jié)構(gòu)，其中，屏蔽結(jié)構(gòu)相對(duì)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。