СПЕКТРАЛЬНЫЙ ДЕТЕКТОР ИЗОБРАЖЕНИЯ
SPECTRAL IMAGE DETECTOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Нижеследующее, в целом, относится к формированию спектрального изображения и, более конкретно, к детектору формирования спектрального изображения и описывается применительно к компьютерной томографии (КТ). Однако это также подходит для применения в других средствах формирования изображения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Обычный сканер компьютерной томографии (КТ) включает в себя вращающийся гентри, который установлен с возможностью вращения на, как правило, стационарный гентри. Вращающийся гентри поддерживает рентгеновскую трубку и детекторную матрицу, которая установлена на способном вращаться гентри напротив рентгеновской трубки поперек области обследования. Вращающийся гентри и, таким образом, рентгеновская трубка и детекторная матрица вращаются вокруг области обследования вокруг продольной оси или оси z. Рентгеновская трубка выполнена с возможностью испускать излучение, которое проходит область обследования (и часть субъекта или объекта в области обследования) и освещает детекторную матрицу. Детекторная матрица обнаруживает излучение и генерирует электрические сигналы, указывающие на область обследования и на субъект или объект, расположенный в ней. Реконструктор реконструирует проекционные данные, генерируя данные объемного изображения.
При спектральной КТ сканер может включать в себя детекторную матрицу с разрешением по энергии, такую как двухуровневая детекторная матрица. Например, часть двухуровневой детекторной матрицы 100 представлена на Фиг. 1. Детектор 100 включает в себя множество детекторных модулей 102, выровненных по отношению друг к другу вдоль подложки 104 в направлении x 106. Каждый модуль 102 включает в себя первый и второй ряды 108 и 110 сцинтилляторов, оптически соединенных с соответствующей первой и второй областями 112 и 114 обнаружения подложки 116 фотодиодов. Первый и второй ряды 108 и 110 сцинтилляторов расположены относительно друг друга так, что первый ряд 108 сцинтилляторов находится выше второго сцинтилляционного элемента 110 относительно поступающего излучения 120. Как правило, низкоэнергетические фотоны рентгеновского излучения имеют тенденцию быть поглощенными в верхнем ряду 108 сцинтилляторов, и высокоэнергетические фотоны рентгеновского излучения имеют тенденцию быть поглощенными в нижнем ряду 110 сцинтилляторов. Первый и второй ряды 108 и 110 сцинтилляторов и области 112 и 114 обнаружения простираются вдоль направления 122 оси z, образуя множество рядов детекторных элементов.
Касательно детекторной матрицы 100 на Фиг. 1 разрешение детекторной матрицы 100 в направлении х 106, как правило, ограничено конечной толщиной 124 подложки 116 фотодиодов каждого модуля 102 в направлении х 106, которая имеет порядок от ста (100) микрон до четырехсот (400) микрон. К сожалению, более тонкие подложки фотодиодов являются хрупкими и не очень хорошо подходят для построения детекторных модулей, таких как детекторные модули 102 из детекторной матрицы 100.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящие аспекты данного документа предоставляют новые и/или усовершенствованные способы, которые решают вышеупомянутые и другие проблемы.
В соответствии с одним аспектом способ включает в себя получение подложки фотодатчиков, имеющей две противоположные основные поверхности. Одна из двух противоположных основных поверхностей включает в себя, по меньшей мере, один ряд фотодатчиков, по меньшей мере, из одного фоточувствительного элемента, и полученная подложка фотодатчиков имеет толщину, равную или большую чем сто микрон. Способ дополнительно включает в себя оптическое соединение матрицы сцинтилляторов с подложкой фотодатчиков. Матрица сцинтилляторов включает в себя, по меньшей мере, один дополнительный ряд сцинтилляторов, по меньшей мере, из одного дополнительного сцинтилляционного элемента, и, по меньшей мере, один дополнительный ряд сцинтилляторов оптически соединен, по меньшей мере, с одним рядом фотодатчиков, и, по меньшей мере, один дополнительный сцинтилляционный элемент оптически соединен, по меньшей мере, с одним фоточувствительным элементом. Способ дополнительно включает в себя уменьшение толщины подложки фотодатчиков, оптически соединенной со сцинтиллятором, производя уменьшенную по толщине подложку фотодатчиков, которая оптически соединена со сцинтиллятором и которая имеет толщину порядка менее ста микрон.
Согласно другому аспекту детектор формирования изображения включает в себя, по меньшей мере, один мозаичный детекторный элемент, включающий в себя подложку мозаичного элемента и множество детекторных модулей, расположенных вдоль направления оси x вдоль подложки мозаичного элемента. Детекторный модуль включает в себя матрицу сцинтилляторов, имеющую, по меньшей мере, один ряд сцинтилляторов из сцинтилляционных элементов, простирающихся вдоль направления оси z, соединенный, по меньшей мере, с одним рядом фотодатчиков из фоточувствительных элементов подложки фотодатчиков. Подложка фотодатчиков соединена с матрицей сцинтилляторов и имеет начальную толщину, равную или большую чем сто микрон, и подложка фотодатчиков детектора формирования изображения имеет уменьшенную толщину менее ста микрон.
Согласно другому аспекту способ включает в себя сборку детекторного модуля формирования изображения системы формирования изображения, при этом детекторный модуль формирования изображения включает в себя сцинтиллятор, оптически соединенный с подложкой фотодатчика, которая имеет толщину менее ста микрон.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение может принимать форму в виде различных компонент и компоновок компонент и в виде различных этапов и компоновок этапов. Чертежи служат только для целей иллюстрирования предпочтительных вариантов осуществления и не должны истолковываться как ограничивающие изобретение.
На Фиг. 1 схематично представлен вид в перспективе двухуровневой спектральной детекторной матрицы из уровня техники.
На Фиг. 2 схематично представлена типовая система формирования изображения со спектральной детекторной матрицей, включающей в себя мозаичный детекторный элемент с множеством детекторных модулей.
На Фиг. 3 схематично представлен вид сбоку детекторного модуля в направлении оси z.
На Фиг. 4 - 12 представлен способ сборки детекторного модуля с Фиг. 3.
На Фиг. 13 представлен вариант осуществления, в котором носитель используется для того, чтобы облегчить изготовление отдельных подложек фотодатчиков.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг. 2 схематично представлена система 200 формирования изображения, например сканер компьютерной томографии (КТ). Система 200 формирования изображения включает в себя, как правило, стационарную часть 202 гентри и вращающуюся часть 204 гентри. Вращающаяся часть 204 гентри поддерживается с возможностью вращения, как правило, стационарной частью 202 гентри через направляющую (не показана) или т.п.
Источник 206 излучения, такой как рентгеновская трубка, поддерживается вращающейся частью 204 гентри и вращается вокруг области 208 обследования вокруг продольной оси или оси z 210 по отношению к системе отсчета, показанной в 212. Коллиматор 214 источника коллимирует излучение, испускаемое источником 206 излучения, формируя, как правило, конический, веерообразный, клиновидный пучок или пучок излучения другой формы, который проходит через область 208 обследования.
1
N
1
N
Детекторная матрица 218 с разрешением по энергии охватывает угловую дугу напротив области 208 обследования относительно источника 206 излучения и детектирует излучение, которое проходит через область 208 обследования. Представленная детекторная матрица 218 включает в себя множество мозаичных элементов 220. Каждый мозаичный элемент 220 включает в себя множество детекторных модулей 222 ..., 222 (где N является целым числом), расположенных на подложке 242 мозаичного элемента вдоль направления оси x по отношению друг к другу. Множество детекторных модулей 222, ..., 222 также упоминаются в данном документе как детекторные модули 222.
1
M
1
K
1
K
1
М
1
l
Каждый детекторный модуль 222 включает в себя множество рядов 224, ..., 224 (где М представляет собой целое число, равное или большее единицы, и все вместе обозначаемые как 224) сцинтилляционных элементов 226, ..., 226 и 228,. .., 228 (где к - целое число, и все вместе обозначаемые как 226 и 228), простирающихся вдоль направления оси z. В представленном варианте осуществления M=2 и детекторный модуль является спектральным детекторным модулем. Ряды сцинтилляционных элементов 226 и 228 оптически соединены с соответствующим множеством рядов 230, ..., 230 (далее все вместе обозначаемые как 230) фоточувствительных элементов 232, ..., и 234,... (далее все вместе обозначаемые как 232 и 234) подложки 236 фотодатчиков, простирающихся вдоль направления оси z.
Каждый детекторный модуль 222 также включает в себя электропроводные пути или контакты 238. В случае если детекторный модуль 222 дополнительно включает в себя электронную схему 240 обработки данных, смонтированную на подложку 236 фотодатчиков (как показано), для направления питания и цифровых сигналов от электронной схемы 240 обработки данных на подложку 242 мозаичного элемента используются электропроводные пути или контакты 238. В случае если электронные схемы 240 обработки данных расположены снаружи по отношению к подложке 236 фотодатчиков, для направления сигналов от фоточувствительных элементов 232 и 234 на подложку 242 мозаичного элемента используются электропроводные пути или контакты 238.
Как описано более подробно ниже, подложка 236 фотодатчиков, в одном случае, имеет толщину по оси х менее ста (100) микрон. С такой подложкой фотодатчиков детекторная матрица 218 может включать в себя больше детекторных модулей 222 для данной длины по оси х относительно конфигурации детекторной матрицы с более толстой подложкой фотодатчиков (т.е. большей чем 100 микрон) и таким образом обеспечить более высокое разрешение в направлении оси х. В одном случае такая детекторная матрица может включать в себя на тридцать (30)-шестьдесят (60) процентов больше детекторных модулей 222. Такую детекторную матрицу можно считать детекторной матрицей с высоким разрешением.
Реконструктор 246 реконструирует сигналы, генерируемые детекторной матрицей 218, и генерирует данные объемного изображения, указывающие на область 208 обследования. Как правило, данные от различных рядов 230 фоточувствительных элементов 232 и 234 могут быть отдельно обработаны для спектральной информации и/или объединены (например, путем суммирования выходных сигналов различных элементов по одной траектории луча), чтобы получить обычные неспектральные данные КТ.
Опора 248 для субъекта выполнена с возможностью располагать субъект или объект в х, у и/или z направлениях по отношению к области 208 обследования до, во время и/или после сканирования объекта или субъекта.
Вычислительная система общего назначения служит в качестве консоли 250 оператора и включает в себя устройство вывода, такое как устройство отображения, устройство ввода, такое как клавиатура, мышь и/или т.п., один или более процессоров и машиночитаемый носитель хранения (например, физическая память). Консоль 250 позволяет оператору управлять работой системы 200, например, позволяя оператору выбирать протокол формирования спектрального изображения и/или алгоритм реконструкции формирования спектрального изображения, инициировать сканирование и т.д.
1
2
1
2
На Фиг. 3 схематично представлен вид сбоку детекторного модуля 222 в направлении оси z. В пояснительных целях детекторный модуль 222 показан как имеющий два ряда 224 и 224 сцинтилляторов и два соответствующих ряда 230 и 230 фотодатчиков. Однако, как указано выше, детекторный модуль 222 может иметь один или более каждого из рядов 224 сцинтилляторов и рядов 224 фотодатчиков.
Детекторный модуль 222 включает в себя подложку 236 фотодатчиков. Представленная подложка 236 фотодатчиков имеет толщину 300 порядка пятидесяти (50) микрон (плюс или минус заданный допуск), такую как значение толщины из диапазона от десяти (10) до девяноста (90) микрон, от двадцати пяти (25) до семидесяти пяти (75) микрон, от сорока (40) до шестидесяти (60) микрон и/или другое значение толщины из одного или более других диапазонов. Подходящий материал подложки 236 фотодатчиков включает в себя кремний, но не ограничивается им.
1
2
1
2
Подложка 236 фотодатчиков включает в себя первую основную поверхность 302 с первой областью 304 и второй областью 306 и вторую противоположную основную поверхность 308. Ряды 230 и 230 фотодатчиков находятся в первой области 304 первой основной поверхности 302. Ряд 230 фотодатчиков является верхним рядом, который находится ближе к источнику 206 излучения (Фиг. 1) и, таким образом, к поступающему излучению, и ряд 230 фотодатчиков является нижним рядом, который находится дальше от источника 206 излучения (Фиг. 1) и, таким образом, от поступающего излучения.
1
2
1
1
2
2
Ряд 224 сцинтилляторов является верхним сцинтилляционным элементом, который находится ближе к источнику 206 излучения (Фиг. 1) и, таким образом, к поступающему излучению, и ряд 224 сцинтилляторов является нижним рядом, который находится дальше от источника 206 излучения (Фиг. 1) и, таким образом, от поступающего излучения. Как обсуждалось в данном документе, верхний ряд 224 сцинтилляторов оптически соединен с соответствующим верхним рядом 230 фотодатчиков, и нижний ряд 224 сцинтилляторов оптически соединен с соответствующим нижним рядом 230 фотодатчиков.
1
2
1
2
1
2
1
2
В представленном варианте осуществления верхний и нижний ряды 224и 224сцинтилляторов имеют прямоугольную форму и приблизительно одинаковые размеры. Однако следует понимать, что ряды 224и 224сцинтилляторов других форм и различных размеров предполагаются в данном документе. Кроме того, расстояние между рядами 224и 224сцинтилляторов могут быть меньше или больше. Кроме того, так как глубины (и материал) рядов 224 сцинтилляторов может влиять на разделение по энергии и/или рентгеновские статистические данные глубины, как правило, таковы, что верхний ряд 224сцинтилляторов в первую очередь реагирует на низкоэнергетические фотоны, а нижний ряд 224 сцинтилляторов в первую реагирует на высокоэнергетические фотоны.
Подложка 236 фотодатчиков опционально включает в себя электронную схему 240 обработки данных (для обработки сигналов от фоточувствительных элементов 232 и 234), которая является частью подложки 236 фотодатчиков. Таким образом будет меньше электропроводных путей от подложки 236 фотодатчиков к подложке 242 мозаичного элемента, и ширины по оси z фоточувствительных элементов 232 и 234 могут уменьшаться, увеличивая разрешение детектора в направлении по оси z. Не имеющий ограничительного характера пример подложки фотодатчиков с электронной схемой обработки данных, внедренной в нее, описан в патентной заявке PCT/IB2009/054818, поданной 29 октября 2009 года и озаглавленной «Spectral Imaging Detector» (WO/2010/058309), которая в полном объеме включена в настоящий документ посредством ссылки.
В представленном варианте осуществления стороны рядов 224 сцинтилляторов, не прикрепленные к подложке 236, окружены отражающим материалом 312, который проходит по всей первой основной поверхности 302. Сочетание рядов 224 сцинтилляторов и отражающего материала 312 называется в данном документе матрицей 310 сцинтилляторов. В другом варианте осуществления отражающий материал 312 может быть опущен. В еще другом варианте осуществления отражающий материал 312 может покрывать только первую область 304.
Фиг. 4-12 изображают подход к сборке детекторной матрицы 218.
На этапе 402 получают подложку фотодатчиков, имеющую толщину более чем сто (100) микрон. Например, в одном случае получают подложку 236 фотодатчиков. Пример подложки 236 схематически представлен на Фиг. 5 и включает в себя два ряда 232 и 234 фотодатчиков, область 502 для электронной схемы 240 обработки данных, электропроводные площадки 504 для электрических компонентов и электропроводные площадки 506 для электропроводных контактов 238.
Следует отметить, что на Фиг. 5 ряды 232 и 234 фотодатчиков область 502 и площадки 504 и площадки 506 находятся на одной плоскости 508 поверхности первой основной поверхности 302 подложки 236 фотодатчиков. На Фиг. 6 схематически представлен вариант осуществления, в котором матрица 310 сцинтилляторов, которая крепится к подложке 236 фотодатчиков, включает в себя первую поверхность 602 с углублением 604 и вторую поверхность 606 в углублении 604 для электронной схемы 240 обработки данных, электрических компонентов и электропроводных контактов 238.
На этапе 404 различные электронные схемы крепятся к подложке фотодатчиков. Например, и как схематично показано на Фиг. 7, интегральная схема 702 на кристалле (в том числе электронная схема 240 обработки данных и/или другие компоненты) устанавливается в области 502, электрические компоненты 704 (например, пассивные компоненты) устанавливаются на электропроводящие площадки 504, и электропроводные контакты 238, соединенные с выводной рамкой 708, устанавливаются на электропроводные площадки 506.
На этапе 406 сцинтиллятор прикрепляется к подложке фотодатчиков с установленной электронной схемой, образуя сборку сцинтиллятора и фотодатчиков. Например, на Фиг. 8 схематично представлена подложка 236 фотодатчиков с матрицей 310 сцинтилляторов, прикрепленной к нему посредством оптического клея, образуя сборку 804 сцинтилляторов и фотодатчиков. Следует отметить, что имеются полости 806 между электропроводными контактами 238.
На этапе 408 электрические контакты, установленные ранее на этапе 404, закрепляются в сборке подложки фотодатчиков и сцинтиллятора. Например, на Фиг. 9 схематично представлена сборка 804 сцинтиллятора и фотодатчиков с помощью клея 902 в полостях 806 между электропроводными контактами 238. Следует отметить, что выводная рамка 708 была удалена из сборки 804 сцинтиллятора и фотодатчиков.
На этапе 410 толщина подложки фотодатчиков уменьшается до 50 (пятидесяти) микрон или меньше. Например, на Фиг. 10 схематически представлена сборка 804 сцинтиллятора и фотодатчиков с уменьшенной по толщине подложкой 236 фотодатчиков, имеющей толщину пятьдесят (50) микрон или меньше. В одном случае толщину подложки 236 фотодатчиков можно уменьшить с помощью шлифования. Другие способы уменьшения толщины также предполагаются в данном документе.
На этапе 412 из множества сборок 804 сцинтилляторов и фотодатчиков создается мозаичный детекторный элемент. Например, на Фиг. 11 и 12 представлены соответственно нижний и верхний виды в перспективе, на которых множество сборок 804 сцинтилляторов и фотодатчиков физически и электрически соединяются с подложкой 242 мозаичного элемента с помощью контактов 238, формируя мозаичный элемент 220. Следует отметить, что подложка 242 мозаичного элемента также включает в себя электропроводные контакты 1102 для физического и электрического соединения мозаичного элемента 220 с детекторной матрицей 218.
Следует иметь в виду, что порядок вышеприведенных действий не является ограничивающим. Таким образом, другие порядки предполагаются в данном документе. Кроме того, одно или более действий могут быть опущены, и/или одно или более дополнительных действий могут быть добавлены, и/или одно или более действий могут происходить одновременно.
На Фиг. 13 представлен вариант осуществления, в котором носитель 1302 используется для того, чтобы облегчить изготовление отдельных подложек 236. В одном случае лист 1304 материала, включающего в себя множество подложек 236, обрабатывается и его толщина уменьшается, например, до толщины меньше чем сто микрон. Лист 1304 затем переносится на носитель 1302. Электронная схема 240 обработки данных монтируется на множество подложек 236. Отдельные подложки 236 затем вырезают из листа с помощью лазера, механической пилы и т.д. и оставляют на носителе 1302. После того, как отдельные подложки 236 вырезаны, активируется функция вакуумного схвата носителя. Затем матрицу 310 сцинтилляторов оптически соединяют для склейки с отдельными подложками 236 и отверждают. Полученные в результате сборки данные могут быть дополнительно обработаны, как описано в настоящем документе.
ПРЕДПОЛАГАЮТСЯ ВАРИАНТЫ
В другом варианте осуществления электронная схема 240 обработки данных расположена снаружи относительно подложки 236 фотодатчиков.
В другом варианте осуществления модуль 222 включает в себя один ряд сцинтилляторов, оптически соединенный с одним рядом фотодатчиков.
Дополнительно или альтернативно, в еще одном примере каждый ряд сцинтилляторов и каждый ряд фотодатчиков соответственно включают в себя один сцинтилляционный элемент и один фоточувствительный элемент.
Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. После прочтения и понимания предшествующего подробного описания могут возникнуть другие модификации и изменения. Предполагается, что изобретение было построено как включающее в себя все такие модификации и изменения постольку, поскольку они входят в объем прилагаемой формулы изобретения или их эквивалент.