成像探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]以下总体涉及一种成像探测器，并且更具体而言涉及一种具有硅探测器瓦块的成像探测器，所述硅探测器瓦块包括基于光电晶体管的探测器像素以及使用光电晶体管暗电流作为针对电流频率转换器的偏压的电子器件。由所述光电晶体管生成的信号在探测器中被转换成数字信号，结合计算机断层摄影(CT)进行了描述。
【背景技术】
[0002]CT扫描器包括探测器系统，其具有基于光电二极管的探测器像素的阵列以及针对每个探测器像素的具有模数(A/D)的处理电子器件。A/D转换器已被用作电流频率(I/F)转换器，其生成指示入射在探测器像素上的光子的输入的具有脉冲频率的一串脉冲。在 Vrettos 等人于 2001 年 11 月 7 日递交的题为 “Data Acquisit1n for ComputedTomography”的美国专利6671345B2 (通过引用将该专利整体并入本文)以及Luhta等人在Medical Imaging 2006-Physics of Medical Imaging 第 6142 卷第 275-286 页(2006)的“A New 2D_Tiled Detector for Multislice CT” 中描述了这样的转换器的范例。
[0003]图1图示在其中处理电子器件102包括被用作I/F转换器的A/D转换器104的范例。A/D转换器104包括积分器106 (在该范例中为放大器108和积分电容器110)和比较器112。积分器106在每个积分周期对由基于光电二极管的探测器像素116响应于撞击在基于光电二极管的探测器像素116的闪烁体上的辐射118而产生的电流“1”114进行积分。比较器112将积分器106的输出与预设阈值(TH) 120进行比较，并仅在输出满足阈值120时生成脉冲。复位开关122响应于脉冲的生成而对积分器106进行复位。
[0004]在图1中，数字逻辑124控制复位开关122，包括闭合复位开关122以复位积分器106以及打开复位开关122。数字逻辑124还处理比较器112的输出。在一个实例中，这包括对由比较器112输出的脉冲的数目进行计数，并确定从积分周期的第一个脉冲到积分周期的最后一个脉冲的时间。根据该数据，数字逻辑单元124能够生成指示脉冲的频率的输出信号(例如，积分周期/积分周期中的第一个与最后一个脉冲之间的时间内脉冲的数目)，其指示所探测到的辐射的每单位时间的电流或电荷。
[0005]积分器106还在每个积分周期对由偏置电流源126供应到积分器106输入的偏置电流进行积分。需要偏置电流以确保每个积分周期内出现至少一个脉冲(即，在不存在任何探测到的光子以及因此来自探测器像素106的信号时)，使得能够由A/D转换器104确定一频率。然而，电流源120将电子噪声引入到A/D转换器104的输入中，这相对于没有电流源120的配置可能增大本底噪声，因此将针对较低剂量扫描应用的剂量水平的下限提高到得到在本底噪声以上的信号的剂量水平。
[0006]在现有技术的CT探测器中，光电晶体管由于电子噪声以及随温度和累积辐射剂量的变化的暗电流限制而未被使用。
[0007]本文中描述的各方面解决上述问题和/或其他问题。
【发明内容】
[0008]以下描述一种成像探测器，其包括基于光电晶体管的探测器像素和偏压控制，所述偏压控制使用由所述光电晶体管在没有X射线辐射时产生的暗(电)流偏置电流频率(I/F)转换器，所述电流频率转换器将由所述光电晶体管产生的电流信号转换成数字信号。光电晶体管的固有增益改善了信噪比(SNR)，而将所述暗电流用作I/F转换器偏置电流保持电子噪声水平等于使用电流源产生所述偏置电流。这样的成像探测器至少由于所述光电晶体管的固有增益而非常适合低剂量成像应用。额外地，所述光电晶体管能够在与所述探测器的电子器件部分中包含的合适的电路通过接口连接时实现光子计数探测。
[0009]在一个方面中，一种成像探测器，包括硅光电传感器层以及被耦合到所述硅光电传感器层的硅电子器件层，所述光电传感器层包括多个探测器像素，每个探测像素具有光电晶体管，所述硅电子器件层包括针对所述多个光电晶体管中的每个的电流频率转换器和偏压控制。
[0010]在另一方面中，一种方法，包括利用成像探测器的硅光电传感器层的探测器像素的光电晶体管并且在没有X射线辐射时，感测并产生暗电流；利用偏压控制，调节被传输到被耦合到所述硅光电传感器层的硅电子器件层的电流频率转换器的所述暗电流的量；以及利用所述电流频率转换器，转换所述被传输到所述电流频率转换器的所述暗电流的量。
[0011]在另一方面中，一种成像系统，包括发出辐射的辐射源，探测所述辐射并生成数字信号的探测器阵列，以及重建所述数字信号生成体积图像数据的重建器。所述探测器阵列包括多个探测器瓦块，每个探测器瓦块包括具有多个探测器像素的硅光电传感器层以及被耦合到所述硅光电传感器层的硅电子器件层，每个探测器瓦块包括光电晶体管，所述硅电子器件层包括针对所述多个光电晶体管中的每个的电流频率转换器和偏压控制。所述电流频率转换器将来自所述光电晶体管的信号转换成所述数字信号。
【附图说明】
[0012]本发明可以采取各种部件和各部件的布置以及各个步骤和各步骤的安排的形式，附图仅出于图示优选的实施例的目的，并不应被解释为对本发明的限制。
[0013]图1示意性地图示了现有技术的成像探测器，其包括基于光电二极管的探测器像素、具有I/F转换器的处理电子器件，以及生成针对I/F转换器的偏置电流的电流源。
[0014]图2示意性地图示了具有探测器瓦块的范例成像系统，该探测器瓦块包括具有基于光电晶体管的探测器像素的光电晶体管阵列以及处理电子器件，该处理电子器件将光电晶体管的暗电流用于偏置处理电子器件的对应I/F转换器。
[0015]图3示意性地图示了图2的探测器瓦块的范例。
[0016]图4示意性地图示了图3的探测器瓦块的单个探测器像素/处理电子器件对，其具有在硅处理电子器件层中的偏压控制逻辑。
[0017]图5示意性地图示了表示图4的探测器瓦块的光电晶体管的范例电路示图。
[0018]图6示意性地图示了通过迹线电连接的范例半导体，表示图5的光电晶体管。
[0019]图7示意性地图示了被结合或形成在一起的范例半导体，表示图5的光电晶体管。
[0020]图8示意性地图示了在其中图5的光电晶体管为单个半导体元件的范例。
[0021]图9示意性地图示了图3的探测器瓦块的单个探测器像素/处理电子器件对的变型，其包括在硅光电传感器层中的热传感器。
[0022]图10示意性地图示图3的探测器瓦块的单个探测器像素/处理电子器件对的变型，其包括在娃光电传感器层中的福射剂量传感器。
[0023]图11示意性地图示了图3的探测器瓦块的单个探测器像素/处理电子器件对的变型，其中偏压控制逻辑控制光电晶体管的基极电流。
[0024]图12示意性地图示了图3的探测器瓦块的单个探测器像素/处理电子器件对的变型，具有在娃光电传感器中的光电二极管和光电晶体管两者。
[0025]图13图示了根据本文中公开的实施例的范例方法。
【具体实施方式】
[0026]图2图示诸如计算机断层摄影(CT)扫描器的成像系统200。成像系统200包括总体固定机架202和旋转机架204。旋转机架204由固定机架202可旋转地支撑并关于纵轴或z轴绕检查区域206旋转。诸如X射线管的辐射源208由旋转机架204支撑并发出穿过检查区域206的辐射。
[0027]辐射敏感探测器阵列210对向一角度弧，跨检查区域206与辐射源208相对。在所图示的实施例中，辐射敏感探测器阵列210包括相对于彼此沿横向于z轴的方向布置的多个探测器模块214。探测器模块214包括相对于彼此沿z轴布置的多个硅探测器瓦块216。每个硅探测器瓦块216探测穿过检查区域206的辐射并生成指示其的电信号。
[0028]如下文更详细地描述的，每个瓦块216包括:多个基于光电晶体管的探测器像素一一其形成针对每个瓦块的光电晶体管阵列(PTA)，以及处理电子器件，其具有针对每个光电晶体管的电流频率(I/F)转换器(例如，类似于结合图1讨论的I/F转换器)和偏压控制，其中偏压控制将在没有X射线辐射时由光电晶体管产生的暗(电)流用于偏置I/F转换器，从而在每个积分周期内出现至少一个脉冲，从而能够由I/F转换器确定一频率。
[0029]重建器228重建来自硅探测器瓦块216的信号，并生成指示其的体积图像数据。图像处理器等等能够基于图像数据来生成一个或多个图像。计算系统或其他计算机充当操作者控制台230。驻留于控制台230上的软件允许操作者控制系统200的操作。