[發明專利]具有嵌入在TFT平板中的CMOS傳感器的X射線成像器

有效

• 申請號: 201480036132.8
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN105324683B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: R·韋斯菲爾德;R·科爾貝斯;I·莫洛維;A·甘谷利
• 申請（專利權）人: 萬睿視影像有限公司
• 主分類號: G01T1/16
• 分類號: G01T1/16;G01T1/20;G01T7/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

一種x射線成像設備包括：被配置成由x射線來生成光的閃爍體層、用以檢測在閃爍體中生成的光的在閃爍體層的第一表面處的TFT檢測器陣列、以及用以檢測在閃爍體中生成的光的在閃爍體層的第二表面處的CMOS傳感器。

技術領域

本公開的實施例涉及x射線成像設備和方法。特別地，描述了具有嵌入在TFT平板中的CMOS傳感器的x射線成像設備。

背景技術

當前，大多數平板x射線成像器基于非晶硅(a-Si)薄膜晶體管(TFT)傳感器技術。雖然TFT平板成像器能夠提供大視場(FOV)的圖像，然而它們在分辨率、低劑量性能和讀出速度中具有限制。分辨率通常限制為用于低速乳房x線照相術應用的大約70μm以及更通常地限制為用于放射照相術成像的140μm。在動態應用中，為了實現合理的低劑量性能，無論是在全分辨率還是合并(bin)操作模式中，使用180μm到400μm的更大的有效像素大小，其中x射線量子限制的劑量在3-10nGy的范圍內，由每像素大約1000e的最小電子噪聲來指示。可用的最大讀出速度通常在用于全分辨率的每秒15幀(fps)到用于合并分辨率的30fps的范圍內，其受到像素中的電荷轉移速度以及對于濾除由平板成像器中的大的寄生數據線電容生成的電子噪聲的需要的限制。另外，a-Si光電二極管加載有深的陷阱，其可以產生圖像鬼影偽像。

已經開發了克服分辨率限制、低劑量性能限制和讀取速度限制的互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器。像素放大器可以增加由x射線光子生成的信號，以將量子限制的劑量相對于a-Si TFT平板減小至少10倍。雖然這樣的放大器的確占據像素的很大空間，然而可以在這一技術中很容易實現最低50μm的分辨率。由于這一技術中產生的晶體硅(c-Si)的更高的遷移率以及光電二極管的更低的像素電容，讀出速度不再受到像素中的電荷轉移的限制，并且可以使用更大帶寬的放大器而不對電子噪聲進行折中。通過CMOS技術可實現100fps以上的讀出速度。另外，由c-Si制成的光電二極管通常不包含顯著水平的深陷阱，并且因此CMOS傳感器中不存在由于光電二極管而產生的圖像鬼影。

CMOS圖像傳感器通常用在光學相機中并且通常沒有設計有用于X射線成像器的大的動態范圍和線性要求。X射線傳感器使用全CMOS晶片(通常直徑為8或12英寸)并且通常平鋪以實現大面積的格式。CMOS傳感器可以克服a-Si TFT平板檢測器的很多技術缺點，但是由多個CMOS晶片構建檢測器的成本被認為對于幾乎所有的醫療設備應用是過高的。

發明內容

本公開提供一種x射線成像設備，其包括有限面積的高性能傳感器，諸如疊加在諸如a-Si TFT圖像傳感器的大面積平板上的CMOS圖像傳感器。這一獨特的設計利用從具有a-Si TFT面板的廉價的大面積特性的CMOS傳感器可獲得的高性能特性。例如，在有效檢測區為30x30cm的典型的大TFT平板檢測器中，可以在例如TFT面板檢測器的中間嵌入10x10cm的CMOS傳感器。所得到的“混合”檢測器比完全平鋪的CMOS傳感器廉價很多。

CMOS傳感器和TFT平板檢測器的分辨率可以被設計為使得TFT平板檢測器的原始分辨率是CMOS傳感器的分辨率的整數倍。例如，可以4x4合并50μm的CMOS傳感器以匹配200μm的TFT面板檢測器，或者可以2x2合并70μm的CMOS傳感器以匹配140μm的TFT面板檢測器。可以使用軟件插值來轉換來自CMOS傳感器的更高分辨率的圖像以匹配TFT平板檢測器的更低的分辨率。

CMOS傳感器和TFT面板檢測器可以共享可以插入在TFT面板檢測器與CMOS傳感器之間的公共的閃爍體層(諸如CsI:Tl)。反射涂層或者可拆卸反射器可以在CMOS傳感器外圍覆蓋閃爍體。CMOS傳感器外圍的閃爍體上的光學涂層可以被選擇為匹配CMOS傳感器的光學反射特性使得TFT檢測器像素響應受到最小影響。提供各種實施例和布置以連接更小的CMOS傳感器以便使得鄰接的TFT面板檢測器能夠正常操作。