专利名称：数据采集的制作方法
数据采集下文总体涉及数据采集，并且尤其应用于计算机断层摄影(CT)。然而，其还适合于其他医学成像应用和非医学成像应用。计算机断层摄影(CT)扫描器包括安装在可旋转扫描架上的X射线管，可旋转扫描架关于纵轴或Z轴绕检查区域旋转。探测器阵列在与X射线管相对的检查区域的对侧延伸一角度弧。探测器阵列探测贯穿检查区域的辐射。探测器阵列包括光学耦合至光传感器阵列的闪烁体阵列，光传感器阵列电耦合至处理电子器件。对于每个数据采集积分期，闪烁体阵列生成指示撞击到其上面的辐射的光，光传感器阵列生成指示所述光的电信号，而处理电子器件基于所述电信号生成指示所探测到的辐射的数字数据。重建器重建所述数字数据并生成体积图像数据，处理所述体积图像数据以生成一幅或多幅图像。遗憾的是，闪烁体阵列和光传感器阵列具有非零并且不同的导热系数。对此，闪烁体阵列和光传感器阵列的响应可能随着温度而变化。因此，可能会向图像数据中引入诸如环状伪影的伪影。一种趋势是对探测器阵列采取严格的温度控制。在一种情况下，这包括使用发热器、风扇、散热片等使探测器阵列维持在预定的温度范围内。然而，这种温度控制成本高，并且如果温度控制不适当依旧会累及成像性能。使成本增加的另一因素是缺乏在装配探测器阵列以及将探测器阵列暴露于X射线和/或光之前测试光传感器通道的能力。此外，通过撞击光子沉积在闪烁体晶体上的电荷以相对长的时间常数(例如，秒级)而衰减，这被称为余辉。因此，来自在第一积分期内撞击到闪烁体晶体上的光子的残余电荷可能添加到由在随后的积分期内撞击闪烁体晶体的光子沉积的电荷。这种残余电荷常常被称为暗电流并且连同来自下一随后周期内的光子的电荷一起被积分，这可以累及成像性能。一种趋势是使用具有低余辉的闪烁材料。然而，具有低余辉的闪烁体通常更为昂贵并且比具有较高余辉的闪烁体更为低效。本申请的各方面解决了上述问题和其他问题。根据一个方面，一种成像系统，包括具有光敏侧和相对的读出侧的光传感器阵列。 闪烁体阵列光学耦合至光传感器阵列的光敏一侧，而处理电子器件电耦合至光传感器阵列的读出侧。光传感器阵列、闪烁体阵列和处理电子器件热连通，并且处理电子器件的导热系数的值大致等于光传感器阵列的导热系数和闪烁体阵列的导热系数的和的负数。在另一实施例中，成像探测器包括光传感器阵列、光学耦合至光传感器阵列的闪烁体阵列、以及电耦合至光传感器阵列的处理电子器件。处理电子器件包括A/D转换器，其将光传感器阵列输出的电荷转换为具有指示所述电荷的频率的数字信号。A/D转换器交替地将与撞击辐射对应的第一电荷转换为第一信号以及将与衰减电荷对应的第二电荷转换为第二信号。逻辑单元基于所述第二信号校正第一信号。在另一实施例中，一种成像探测器，包括光传感器阵列、光学耦合至光传感器阵列的闪烁体阵列、以及电耦合至光传感器阵列的处理电子器件。处理电子器件包括A/D，其将光传感器阵列输出的电荷转换为具有指示所述电荷的频率的数字信号；以及积分器偏置电压信号设置器，其设置针对A/D转换器的积分器偏置电压信号，该信号诱发可以由A/D转换器测量的电流。
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在另一实施例中，一种成像系统，包括生成贯穿检查区域的辐射束的辐射源、探测贯穿检查区域的辐射的探测器阵列、以及重建探测器阵列的输出并生成指示所述输出的图像数据的重建器。探测器阵列包括多个探测器块(tile)，并且探测器块包括光传感器阵列、 光学耦合至光传感器阵列的闪烁体阵列、以及电耦合至光传感器阵列的处理电子器件。光传感器阵列、闪烁体阵列和处理电子器件是热连通的，并且处理电子器件的导热系数的值大致等于光传感器阵列的导热系数和闪烁体阵列的导热系数的和的负数。在另一实施例中，一种方法，包括将成像系统的探测器块的处理电子器件的导热系数的值设置成大致等于探测器块的光传感器阵列和闪烁体阵列的导热系数的和。在另一实施例中，一种方法，包括在成像程序中的至少一个积分期期间脉冲调制辐射发射的开启和关闭、在所述至少一个积分期期间当辐射发射开启时探测第一信号、在所述至少一个积分期期间仅当辐射发射关闭时探测第二信号、以及基于所述第二信号校正所述第一信号。在另一实施例中，一种方法，包括将信号注入到探测器块的A/D转换器的输出内，其中，该信号可以由A/D转换器测量；利用A/D转换器将所述信号转换为数字数据；以及基于所注入的信号和数字数据计算探测器块的光传感器阵列的阻抗。本发明可以具体化为各种部件和部件布置，以及各种步骤和步骤安排。附图仅用于图示说明优选实施例，而不应认为其对本发明构成限制。
图1图示了一种范例成像系统；图2图示了一种范例探测器块；图3图示了一种范例探测器电子器件；图4图示了一种范例导热系数确定器；图5图示了一种范例电压参考确定器；图6图示了一种范例时序图；图7-10图示了一种范例A/D转换器和逻辑；图11-13图示了一种范例A/D转换器和逻辑。图1图示了成像系统100，例如计算机断层摄影(CT)扫描器。成像系统100包括大体固定的扫描架102和旋转扫描架104。旋转扫描架104由固定扫描架102可旋转地支撑，并关于纵轴或ζ轴绕检查区域106旋转。诸如X射线管的辐射源108由旋转扫描架104支撑并发射贯穿检查区域106的辐射。辐射源控制器Iio控制辐射源108。这种控制包括，但不限于，开启和关闭辐射源108， 以及由此开启和关闭辐射发射。这能够通过栅格切换和/或以其他方式实现。在一种情况下，在积分期期间脉冲调制辐射源108，使得辐射在积分期的第一子部分内开启而在积分期的第二子部分内关闭。如下文更为详细地描述，当辐射被关闭时能够测量来自闪烁体余辉的暗电流，并且随后能够将测量结果用于校正与探测到的辐射对应的信号。辐射敏感探测器阵列112跨越检查区域106在辐射源108的对侧延伸一角度弧， 并探测贯穿检查区域106的辐射。在图示的实施例中，辐射敏感探测器阵列112包括沿与 ζ轴横切的方向相对于彼此布置的多个探测器模块114。探测器模块114包括沿ζ轴相对于彼此布置的多个探测器嵌合体或块116。在一种情况下，探测器阵列112基本上类似于和 / 或基于在 2001 年 7 月 18 日提交的题为 “Solid State X-Radiation Detector Modules
7and Mosaics thereof,and an Imaging Method and Apparatus Employing the Same，，的美国专利6510195B1中所描述的探测器阵列，在此通过引用将其全文并入。暂时转到图2，图示了沿图1的线A-A的块116的横截面视图。所图示的块116 包括闪烁体阵列202，闪烁体阵列202物理和光学地耦合至光传感器阵列204，例如耦合至基底206的背侧照射的光电二极管或其他光敏像素的阵列。光传感器阵列204能够凸点结合(如图所示)或以其他方式耦合至基底206。电子器件208物理和电学地耦合至电耦合至光传感器阵列204的基底206的读出区210。闪烁体阵列202、光传感器阵列204和电子器件208实质上是热连通的。诸如连接器引脚或其他电路径的电路径212承载电源和数字 I/O 信号。在 Luhta 等人的“A New 2D_Tiled Detector for Multislice CT", Medical Imaging 2006 =Physics of Medical Imaging，Vol. 6142，pp. 275-286 Q006)—文中描述了这种块的范例。在于2007年3月8日提交的题为“Radiation Detector Array”的序列号为PCT/US2007/063532的国际专利申请中描述了另一种合适的块，在此通过引用将其全文并入。图3图示了一种范例电子器件208，模数(A/D)转换器302包括积分器304和比较器306。所图示的A/D转换器302被配置成电子的电流到频率(I/F)转换器，其将来自光传感器阵列204的电荷转换为具有指示所述电荷的频率的一系列脉冲。逻辑单元308对在积分期期间来自比较器306的若干脉冲进行计数(C)，并确定在积分期内从第一脉冲到最后一脉冲的时间(T)。跟踪这一数据，逻辑单元308能够确定指示输入电荷的频率(例如， C/T)。复位开关300针对每个积分期将积分器304复位。在于2001年11月7日提交的题为 “Data Acquisition for Computed Tomography” 的美国专利 6671345B2 中更详细地描述了这样的电子器件的范例，在此通过引用将其全文并入。在于1975年11月观日提交的题为 “Data Acquisition for Computed ^Tomography” 的美国专利 4052620 中描述了其他合适的电子器件，在此也通过引用将其全文并入。正如下文更为详细描述地，在一个实施例中，A/D转换器302被配置成处理与撞击光子对应的电荷和来自余辉(暗电流)的残余电荷两者。在这一实施例中，如上所述，源控制器110在积分期期间脉冲调制辐射发射，并且当辐射被发射时测量辐射信号，而当辐射被关闭时测量暗电流。根据这种实施例，逻辑单元308被配置成处理针对辐射信号和暗电流信号两者的来自比较器306的输出脉冲，并基于暗电流信号校正或补偿辐射信号。在一种情况下，这允许使用具有更长余辉的闪烁体，其通常不如具有更短余辉的闪烁体那么昂贵。对此，以上校正可以方便降低探测器阵列112和/或总体系统100成本。增益控制器310设置积分器304的增益，并且增益控制电压参考(V·。调整器 312生成增益控制器310的参考电压。导热系数确定器314确定电子器件208的参考电压导热系数。如更为详细描述地，这可以包括基于闪烁体阵列202、光传感器阵列204和/或其他部件的导热系数确定参考电压导热系数。在一种情况下，这允许相对于其中省略了导热系数确定器314的配置而言不那么严格地(或没有)热控制探测器阵列112。由热控制单元316提供这种热控制，其方便在扫描期间将探测器阵列112的温度维持在预定的温度范围内。热控制单元316可以包括发热器、风扇、散热片等图示的电子器件208还包括积分器电压偏置(V^a)确定器318。偏置电压是在积分器输入处以及由此在光传感器阵列204上出现的电压。这种偏置电压结合光传感器阻抗在光传感器中引起漏电流。在一种情况下，积分器V^a确定器318提供第一偏置电压，其降低或基本上抵消在积分器304的输入处的光传感器阵列泄露电流。在另一种情况下，并且正如下文更为详细描述地，积分器Vgia确定器318提供第二偏置电压，其允许测量光传感器阵列泄露电流和/或确定光传感器阵列阻抗。这可以允许识别不正常工作的或不工作的光传感器通道，并且能够在光传感器、块和/或探测器阵列112组装、维护、校准等期间执行。返回到图1，重建器118重建来自探测器阵列112的信号并生成指示所述信号的体积图像数据。图像处理器等能够基于图像数据生成一幅或多幅图像。通用计算系统充当操作员控制台120。驻留在控制台120上的软件允许操作员控制系统100的操作，例如选择脉冲式X射线技术、将扫描器置于扫描模式或光传感器阵列测试模式、设置电子器件导热系数，和/或其他控制。诸如躺椅的患者支撑物122支撑检查区域106中的诸如人类患者的对象或受检者。图4图示了导热系数确定器314的非限制性实施例。在这一范例中，导热系数生成器400基于基准导热系数402和导热系数偏置404生成电子器件208的导热系数。在一种情况下，基准导热系数402被设置成电子器件208的预定值，并且导热系数偏置404被设置成大致等于闪烁体阵列202和光传感器阵列204导热系数的和的负数。能够测量、逼近或以其他方式确定闪烁体阵列202和光传感器阵列204的导热系数。在诸如寄存器的存储元件中存储导热系数402和404中的一个或两者。在图示的范例中，导热系数生成器404 使基准导热系数402和导热系数偏置404相加或对其求和，以生成电子器件的导热系数。通过范例的方式，假设闪烁体阵列202的导热系数大致为-0. 15% /C而光传感器阵列204的导热系数大致为+0. 05% /C，并且闪烁体阵列202和光传感器阵列204的总计导热系数大致为-0. 10%/C0根据这一假定，导热系数确定器314能够被配置成具有在0.0 到-0. 20% /C范围之间，例如大致-0. 10% /C士0. 005% /C的设定点的V参考导热系数，其将处理电子器件的导热系数设置为大致+0. 10% /C(注意到，在电流到频率转换器中，整体 A/D转换器的温度系数是的温度系数的负数，其可以降低或基本上抵消闪烁体阵列202 和光传感器阵列204的导热系数，使块的导热系数呈现为大致0. 00% /C。在表1中图示了以上范例。
权利要求
1.一种成像探测器，包括光传感器阵列004)，其具有光敏侧和相对的读出侧；闪烁体阵列002)，其光学耦合至所述光传感器阵列Q04)的所述光敏侧；以及处理电子器件008)，其电耦合至所述光传感器阵列(204)的所述读出侧，其中，所述光传感器阵列004)、所述闪烁体阵列(20 和所述处理电子器件(208)是热连通的，并且所述处理电子器件(208)的导热系数的值大致等于所述光传感器阵列(204)的导热系数和所述闪烁体阵列(202)的导热系数的和的负数。
2.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述处理电子器件(208)包括电流到频率转换器(302)，其将所述光传感器阵列(204)的电荷输出转换为具有指示所述电荷输出的频率的数字数据。
3.根据权利要求1到2中的任一项所述的探测器，其中，所述处理电子器件(208)的所述导热系数的所述值基本上抵消所述光传感器阵列(204)的所述导热系数和所述闪烁体阵列Q02)的所述导热系数。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的探测器，其中，所述处理电子器件008)、 所述光传感器阵列(204)和所述闪烁体阵列(202)的所述导热系数的净导热系数大致为 0. 00% /摄氏度。
5.根据权利要求1到4中的任一项所述的探测器，还包括导热系数确定器(314)，其基于所述光传感器阵列(204)和所述闪烁体阵列(202)的所述导热系数确定所述处理电子器件O08)的所述导热系数。
6.根据权利要求5所述的探测器，其中，所述导热系数确定器(314)识别所述光传感器阵列(204)、所述闪烁体阵列(20 和所述处理电子器件(208)之间超过了预定失配阈值的导热系数失配，并改变所述处理电子器件O08)的所述导热系数，使得所述处理电子器件(208)的所述导热系数大致等于所述光传感器阵列(208)的导热系数和所述闪烁体阵列 (202)的所述导热系数的和的负数。
7.根据权利要求1到6中的任一项所述的探测器，其中，所述处理电子器件(20 的所述导热系数是可编程控制的。
8.根据权利要求1到7中的任一项所述的探测器，所述处理电子器件(208)包括A/D转换器(30 ，其交替地将与撞击辐射对应的第一电荷信号转换为第一数字信号以及将与衰减闪烁体电荷对应的第二电荷信号转换为第二数字信号；以及逻辑单元(308)，其基于所述第二数字信号校正所述第一数字信号。
9.根据权利要求1到7中的任一项所述的探测器，所述处理电子器件(208)还包括A/D转换器(302)，其将所述光传感器阵列(204)的输出转换为数字信号；积分器偏置电压信号确定器(318)，其为所述A/D转换器(30 提供积分器偏置电压信号，该信号诱发能够由所述A/D转换器(30 测量的电流，以及逻辑单元(308)，其中，所述A/D转换器(30 测量所诱发的电流，并且所述逻辑单元 (308)基于所述积分器参考电压信号和所测量的电流计算所述光传感器阵列(204)的阻抗。
10.一种成像探测器，包括光传感器阵列O04)；闪烁体阵列002)，其光学耦合至所述光传感器阵列Q04)；以及处理电子器件008)，其电耦合至所述光传感器阵列004)，所述处理电子器件(208) 包括A/D转换器(302)，其将由所述光传感器阵列(204)输出的电荷转换为具有指示所述电荷的频率的数字信号，其中，所述A/D转换器(30 交替地将与撞击辐射对应的第一电荷转换为第一信号以及将与衰减电荷对应的第二电荷转换为第二信号；以及逻辑单元(308)，其基于所述第二信号校正所述第一信号。
11.根据权利要求10所述的探测器，其中，所述A/D转换器(30 在积分期的第一部分期间转换所述第一电荷并在所述积分期的第二不同部分期间转换所述第二电荷。
12.根据权利要求11所述的探测器，其中，在所述积分期的所述第二不同部分期间脉冲调制所述撞击辐射的关闭。
13.根据权利要求10到12中的任一项所述的探测器，其中，所述逻辑单元(308)基于来自不同积分期的第二信号的平均值校正所述第一信号。
14.根据权利要求10到13中的任一项所述的探测器，其中，所述处理电子器件(208) 包括用于处理所述第一电荷的第一通道(702、802)以及用于处理所述第二电荷的第二通道(704,804)。
15.根据权利要求10到13中的任一项所述的探测器，其中，所述A/D转换器(302)包括具有至少两个积分电容器(902、904、1002、1004)的积分器(304)，其中所述积分电容器中的一个用于对所述第一电荷信号进行积分，并且所述积分电容器中的至少一个用于对所述第二电荷信号进行积分。
16.根据权利要求10到15中的任一项所述的探测器，其中，所述逻辑单元(308)包括用于处理所述第一电荷的第一子单元(814)和用于处理所述第二电荷的第二子单元 (816)。
17.根据权利要求10到16中的任一项所述的探测器，其中，所述光传感器阵列004)、 所述闪烁体阵列(20 和所述处理电子器件(208)是热连通的，并且所述处理电子器件 (208)的导热系数的值基本上抵消所述光传感器阵列(204)和所述闪烁体阵列O02)的导热系数的和。
18.根据权利要求10到17中的任一项所述的探测器，还包括积分器电压偏置信号确定器(318)，其设置针对所述A/D转换器(30 的积分器偏置电压信号，该信号诱发能够由所述A/D转换器(30 测量的电流。
19.根据权利要求18所述的探测器，其中，所述A/D转换器(30 测量所诱发的电流， 并且所述逻辑单元(308)基于所述积分器电压参考信号和所测量的电流计算所述光传感器阵列(204)的阻抗。
20.一种成像探测器，包括光传感器阵列(204)；闪烁体阵列002)，其光学耦合至所述光传感器阵列(204)；以及处理电子器件008)，其电耦合至所述光传感器阵列004)，所述处理电子器件(208) 包括A/D转换器(302)，其将由所述光传感器阵列(204)输出的电荷转换为具有指示所述电荷的频率的数字信号；以及积分器电压偏置信号确定器(318)，其为所述A/D转换器(30 提供积分器偏置电压信号，该信号诱发能够由所述A/D转换器(30 测量的电流。
21.根据权利要求20所述的探测器，还包括逻辑单元(308)，其中，所述A/D转换器 (302)测量所诱发的电流，并且所述逻辑单元(308)基于所述积分器参考电压信号和所测量的电流计算所述闪烁体阵列O02)的阻抗。
22.根据权利要求21所述的探测器，其中，所述逻辑单元(308)基于所计算的阻抗识别所述光传感器阵列(204)为错误的。
23.—种成像系统，包括辐射源(108)，其生成贯穿检查区域(106)的辐射束； 源控制器(110)，其脉冲调制所述辐射源(108)； 探测器阵列(112)，其探测贯穿所述检查区域(106)的辐射；重建器(118)，其重建所述探测器阵列(11 的输出并生成指示所述输出的成像数据； 其中，所述探测器阵列(106)包括多个探测器块(116)，探测器块(116)包括 光传感器阵列(204)；闪烁体阵列002)，其光耦合至所述光传感器阵列Q04)；以及处理电子器件008)，其电耦合至所述光传感器阵列004)，其中，所述光传感器阵列 004)、所述闪烁体阵列(20 和所述处理电子器件(208)是热连通的，并且所述处理电子器件O08)的导热系数的值基本上抵消所述光传感器阵列(204)和所述闪烁体阵列(202) 的导热系数。
24.根据权利要求23所述的成像系统，所述处理电子器件008)，包括A/D转换器(302)，其将由所述光传感器阵列(204)输出的电荷转换为具有指示所述电荷的频率的数字信号，其中，所述A/D转换器(30 交替地将与撞击辐射对应的第一电荷转换为第一信号以及将与衰减电荷对应的第二电荷转换为第二信号；以及逻辑单元(308)，其基于所述第二信号校正所述第一信号。
25.根据权利要求23所述的成像系统，所述处理电子器件(208)，包括A/D转换器(302)，其将由所述光传感器阵列(204)输出的电荷转换为具有指示所述电荷的频率的数字信号；以及积分器电压偏置信号确定器(318)，其生成针对所述A/D转换器(30 的积分器偏置电压信号，该信号诱发能够由所述A/D转换器(30 测量的电流，其中，所述A/D转换器(30 测量所诱发的电流，并且所述逻辑单元(308)基于所述积分器参考电压信号以及所测量的电流计算所述光传感器阵列O04)的阻抗。
26.一种方法，包括将探测器块(116)的处理电子器件(208)的导热系数的值设置为大致等于所述探测器块(116)的光传感器阵列(204)和闪烁体阵列(202)的导热系数的和。
27.根据权利要求沈所述的方法，其中，所述处理电子器件(208)包括将由所述光传感器阵列(204)输出的电荷转换为具有指示所述电荷的频率的数字信号的A/D转换器(302)。
28.根据权利要求沈到27中的任一项所述的方法，其中，处理电子器件Q08)的所述导热系数的所述值是可编程控制的。
29.一种方法，包括在成像程序的至少一个积分期期间脉冲调制辐射发射的开启和关闭； 在所述至少一个积分期期间当辐射发射被开启时探测第一信号； 在所述至少一个积分期期间仅当辐射发射被关闭时探测第二信号；以及基于所述第二信号校正所述第一信号。
30.根据权利要求四所述的方法，其中，所述第二信号对应于电荷衰减。
31.一种方法，包括将信号注入到探测器块(116)的A/D转换器(30 的输入中，其中，所述信号能够由所述A/D转换器(30 测量；以及利用所述A/D转换器(30 将所述信号转换为数字数据；以及基于所注入的信号和所述数字数据计算所述探测器块(116)的光传感器阵列(204)的阻抗。
全文摘要
一种成像探测器，包括处理电子器件(208)，该电子器件具有大致等于探测器的光传感器阵列(204)和闪烁体阵列(202)的导热系数的和的负数的导热系数。在另一种情况下，所述成像探测器包括A/D转换器(302)，其交替地将与撞击辐射对应的第一电荷转换为第一信号并将与衰减电荷对应的第二电荷转换为第二信号，以及逻辑单元(308)，其基于所述第二信号校正所述第一信号。在另一种情况下，所述成像探测器包括A/D转换器(302)、积分器偏置电压信号确定器(318)和逻辑单元(308)，其中，所述确定器(318)经由偏置电压诱发电流，所述A/D转换器(302)测量所述电流，并且所述逻辑单元(308)基于参考电压和所测量的电流计算所述光传感器阵列(204)的阻抗。
文档编号G01T1/20GK102365562SQ201080013533
公开日2012年2月29日 申请日期2010年2月18日 优先权日2009年3月26日
发明者B·E·哈伍德, C·J·弗列托斯, M·查波, R·P·卢赫塔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司