特別用於計算機斷層攝影的探測器裝置的製作方法
2023-12-06 13:36:46
專利名稱：特別用於計算機斷層攝影的探測器裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於檢測和向處理單元傳輸探測器信號的探測器裝置。該探測器裝置特別用於在計算機斷層攝影中檢測X射線並向位於臺架旋轉部分上的中央處理器或緩衝存儲器傳輸探測器信號。本發明還涉及具有這種探測器裝置的計算機斷層攝影。
用於圖像檢測的探測器裝置通常包括多個單獨的探測器元件，這些探測器元件排列成行和列且其數目選擇成與所需要的圖像解析度和所需要的圖像像素數相對應。
目前的製造技術使生產具有更小的探測器元件的探測器裝置成為可能，從而對於相同的探測器面積，可進一步增加探測器元件數目，以提高例如圖像解析度。
此外，製造越來越大的探測器裝置成為趨勢，進而也由於該原因，探測器元件的數目也持續增加，從而待傳輸的數據總量可顯著增加。
具有並行或串行數據傳輸的常規探測器系統很快就顯示其局限性，因為常常不能獲得用於將探測器裝置連接到數據和圖像處理單元的接觸和插入式(plug-in)連接器的所需數目的空間。
因此本發明的目的是由多個單獨的探測器元件生產一種探測器裝置，通過該裝置，採用數目少得多的接觸和插入式連接器，就可向前輸送所檢測的探測器信號以供進一步處理。
此外，將生產一種探測器裝置，通過該探測器裝置，特別在具有較大數目探測器元件情況下，所積累的大量數據可以相對省力地被檢測並尤其可以較少數目的導線傳輸到例如數據處理或圖像處理單元。
該目的如權利要求1所要求的通過一種探測器裝置實現，該探測器裝置包括至少一個具有多個單獨的探測器元件的探測器模塊以及具有用於處理探測器元件的信號並生成光學探測器模塊輸出信號的電光換能器的電氣單元。
由於探測器元件以這種形式結合成位於至少一個探測器模塊上的組，且該模塊具有用於生成光學探測器模塊輸出信號的電氣單元，所以可顯著減少接觸和連接元件的數目。這還能夠顯著節約成本。
該方案的另一個優點是探測器裝置的模塊式結構使單個模塊能夠較容易地更換，或者如果需要可進行補充。
本發明的進一步優點包含在從屬權利要求中。
權利要求2所要求的實施例的主題涉及探測器模塊輸出信號的優選轉換方式。
探測器元件還可用如權利要求3所要求的實施例啟動。
權利要求4包含光學換能器的優選實施方式。
權利要求5包含探測器模塊與纖維光纜的優選光學耦合方式。
權利要求6包含與如權利要求7所要求的電氣單元集成在一起的探測器元件的優選實施方式，其在製造成本方面具有優勢。
權利要求8和9包含探測器模塊的優選結構實施例。
如權利要求10所要求的實施例使探測器模塊不僅能夠以較簡單的方式彼此光學耦合，而且能夠與纖維光學基礎結構(infrastructure)耦合。權利要求11包含這種纖維光學基底結構的優選實施例。
最後，權利要求12和13涉及帶有有利於該目的的創造性探測器裝置實施例的計算機斷層攝影。
本發明的這些和其它方面通過參照此後所描述的實施例，以非限制性實例的方式而變得更加明顯和得到闡明。
附圖中
圖1示意性示出計算機斷層攝影的臺架的基本元件；圖2示出探測器模塊的結構布局；圖3是探測器模塊和用於將該模塊連接到處理單元的不同電氣元件的框圖；和圖4示出具有多個如圖2所示的探測器模塊的探測器裝置的一部分。
圖1示意性示出計算機斷層攝影所採用的臺架1可旋轉單元的基本元件。該旋轉單元可藉助於第一驅動裝置(未示出)繞水平z軸轉動。在可旋轉單元上固定有可產生扇形射射束3的射束源2，例如X射線源。射射束3被引導到探測器裝置10上，探測器裝置10沿直徑與射束源2相對地固定到可旋轉單元上。
在臺架內有被檢查對象4，其可優選由第二驅動裝置(未示出)引導沿水平z軸方向穿過臺架，同時，臺架1的可旋轉單元藉助於第一驅動裝置轉動。
在該過程中，穿過被檢查對象4和/或由被檢查對象4散射的射束照射到探測器裝置10上。
由該射束產生的探測器信號被傳輸到臺架1的旋轉單元上的中央處理單元(緩衝存儲器)Z(示意性示出)。信號優選從那裡通過無線(例如光或電磁)傳輸手段輸送到臺架1外的評估單元並存儲在那裡；評估單元可以是例如數據處理或圖像處理單元，其以已知的方式生成和顯示圖像。
具體地，探測器裝置10包括多個探測器元件，每個探測器元件與所生成圖像的像素相關且其排列成具有至少一行和多列的矩陣形式。探測器行優選沿臺架1的圓周方向延伸，而列與其垂直延伸。
此處的探測器裝置10包括多個探測器模塊，每個探測器模塊包括多個優選排列在至少一個探測器晶片(例如CMOS晶片)上的探測器元件。每個探測器模塊形成一個結構單元，其例如是可替換的且便於探測器裝置10的組裝和在臺架1上的安裝。
圖2示出這種探測器模塊Dx的優選結構布局以及其在三維圖解(A)中和端視圖(B)中的基本部分。
探測器模塊Dx包括模塊載體30，其可滑動地支撐於兩導軌31、32之間，從而使數個探測器模塊能夠彼此對準。兩個導軌31、32中的至少一個可同時與探測器模塊Dx電接觸並可用於為探測器模塊Dx提供一個或兩個電源接線端子。
探測器模塊Dx具有基本上為U形的內部空間33以容納電氣單元331。在該內部空間33下面，在模塊載體30內設有用於一個或多個纖維光纜341的纜道34，單獨的模塊Dx可通過纖維光纜彼此相連以及與相應中央處理單元相連。電導線也可穿過纜道34，例如用於向探測器模塊Dx供電。
內部空間33上面由連接器板35封閉，具有多個探測器元件的探測器晶片(例如，帶有閃爍體37的CMOS晶片36)位於連接器板35上。
在內部空間33內，每個探測器模塊Dx包含用於處理探測器元件信號或者更確切地說是探測器晶片信號的電氣單元331，如圖2(B)所示。該單元331包括至少一個用於生成光學探測器模塊輸出信號的電光換能器，該輸出信號出現在探測器模塊的光學輸出(模塊輸出)。
電氣單元331可額外包含模數轉換器和串並行轉換器，由此可將以並行形式呈現的由探測器晶片36、37檢測到的模擬探測器信號轉換成模塊輸出處的串行數字光學探測器模塊輸出信號。
在模塊輸出處，信號可通過纖維光學耦合器注入在纜道內走線的纖維光纜341，如圖2(B)所示，並被傳送到中央處理單元Z，以從那裡通過無線、光學(或如果適用，也可以是電磁)發射器裝置傳輸到在臺架1的可旋轉單元以外的評估單元或者另一個接收單元。
此外，電氣單元331可包括光電換能器和，如果需要，串並行轉換器，在探測器模塊Dx的模塊輸入處呈現的信號藉此傳送到探測器元件或更確切地說是探測器晶片。這種探測器模塊輸入信號可以是，例如探測器元件或更確切地說是探測器晶片的控制信號。而後，模塊輸入同樣通過纖維光學耦合器與在纜道34內走線的纖維光纜341光學耦合。
電光換能器和光電換能器可包括慣用的光電二極體或LED、雷射二極體或其它半導體元件，且每個元件代表一個通過纖維光學耦合器與纖維光纜341光學耦合的光學發射器或接收器。然而，原則上，可不通過纖維光纜發送和接收信號，而是以電信號的形式通過電纜或無線地發送和接收信號。
光學發射器可以由數字探測器模塊輸出信號的串行高速數據傳輸的輸出級啟動。該輸出極可通過電路工程技術優選與其它電氣單元(如特別是模數轉換器和並串行轉換器)一起集成為探測器晶片36，其在此情況下特別為CMOS晶片。
採用探測器晶片或更確切地說是CMOS晶片，然後也可以直接激勵LED或雷射二極體以分別無線發射探測器模塊輸出信號或將它們饋送到纖維光纜341以激勵光纖接口單元。
相應的雷射發射器或LED發射器以及，如果適用，光電二極體接收器，還可如倒裝技術中一樣直接安裝或接觸於例如面向探測器元件的探測器晶片36的背面。此外，這些單元還可以在探測器晶片設計中實現。
對於發射器和接收器裝置，即模塊輸入和模塊輸出，與纖維光纜341的光學連接，可以採用帶有分束器的常規纖維光學耦合器，採用該耦合器以已知的方式，通過部分反射，向纖維光纜341注入或提取光束。
如果沒有纖維光纜341穿過纜道34，則纜道自身可選擇成為光纖形式。而後，相鄰探測器模塊Dx之間的光學耦合使用例如插入式元件形式的光學模塊連接器實現，其可具有用於纜道34(光纖)的光學連接的透鏡元件。
為將來自探測器裝置10的信號轉送到中央處理單元Z(以及以相反方向轉送)，在臺架1上可設置光纖基礎結構，其拾取臺架1上的探測器模塊Dx或更準確地說是探測器裝置10的固定點處的光學探測器模塊輸出信號，並將它們轉送到中央處理單元Z，或在相反方向上，將來自中央處理單元Z的探測器模塊輸入信號分別發送到探測器模塊Dx或探測器裝置10。
特別為此目的，製造具有光學插頭的模塊連接器，以便當探測器模塊Dx安裝在臺架1上時，在探測器模塊Dx與臺架1上光纖基礎結構的相應輸入和輸出點之間形成光學連接。
取決於固定於臺架1的模塊載體30的設計，模塊連接器還可設有小透鏡，從而使光學調整的容限變得較大。這類透鏡或其它光纖接口元件可機械地固定到模塊載體30上。
特別地，可以以這種方式形成具有透鏡和光纖接口元件的模塊連接器，該模塊連接器集成在模塊載體30中。
以這種方式，探測器模塊Dx上的模塊連接器還可用於探測器模塊Dx的串行相連，或用於分別向多光纖的一個光纖注入數據信號或從中提取數據信號，以便使至少一些探測器模塊(也)並行地相互連接。
優選地，探測器模塊Dx結合成例如4至8個模塊的組並互連以形成鏈(菊花鏈)，由此，探測器模塊輸出信號通過光纖基礎結構以同步序列被饋送到中內處理單元Z。
圖3示意性示出上述探測器模塊Dx之一的優選電路布局以及以上述方式向中央處理單元Z發送探測器信號所需要的基本電氣元件。
具有多個單獨的探測器元件的探測器晶片(例如，帶有閃爍體37的CMOS晶片36)位於探測器模塊Dx的一個表面上。
此外，每個探測器模塊Dx包含設置用於準備或處理檢測到的探測器信號的電氣單元331，從而這些信號可發送到中央處理單元Z。
為此目的，除探測器信號的常規放大器電路外，電氣單元331(模塊電子電路)特別包括，如上所述，模數轉換器A/D，並串行轉換器P/S和電光換能器331a(例如雷射二極體)以生成串行的數字光學探測器信號流。
此外，還圖示出光電換能器331b(例如光電二極體)、串並行轉換器S/P和數模轉換器D/A，由它們處理饋送到探測器模塊Dx的控制信號並將其轉送到探測器晶片36、37或者更確切地說是探測器元件。
設置光纖耦合器332以用於探測器模塊Dx與中央處理單元Z的光學連接，光纖耦合器332的一端與電光換能器331a的輸出以及光電換能器331b的輸入耦合。
光纖耦合器332的另一端連接到光學模塊連接器333，一模塊行的各相鄰探測器模塊Dx可通過連接器333彼此進行光學連接。
探測器裝置10的每個模塊行最後連接到光學底板50，每個模塊行在每種情況下均由多個探測器模塊Dx形成，利用該光學底板收集全部探測器模塊Dx的探測器信號並將其發送到中央處理單元Z。
圖4以平面視圖示意性示出探測器裝置10的一部分，其具有排列成彼此平行的模塊行Mx的多個探測器模塊Dx。探測器模塊Dx優選在兩個相應的導軌31、32之間被引導，如圖2所示。
如上所述，每個探測器模塊Dx通過模塊連接器333彼此光學耦合，以便由每個探測器模塊Dx檢測和處理的探測器信號在每個模塊行Mx內從一個探測器模塊Dx發送到下一個探測器模塊Dx併到達底板50。探測器模塊輸入信號，特別是控制信號也可以在相反方向上從中央處理單元Z經由底板50發送到探測器模塊Dx。
電源所需要的插頭和連接元件可以在探測器模塊Dx處通過常規工程方法來實現，除了導軌31、32用於供應電壓之外。
圖4還示出布置在探測器裝置10邊緣處的底板50；在已知方式中，底板的形成為嵌有光導纖維纜和用於每個模塊行Mx的各相鄰探測器模塊Dx的光學耦合的透鏡的印刷電路板。如果模塊行Mx的導軌31、32適當地固定到底板50上，則底板50還可用作探測器裝置的機械支承。
這種底板50代表臺架1上光纖基礎結構的至少一部分的具體實施例，使用該底板，光學信號可在探測器裝置10和中央處理單元Z之間進行傳送。
在這種連接中，底板50可另外設有常規電氣部件，以用於例如向探測器模塊Dx供電，並設有每個模塊行Mx的各相鄰探測器模塊Dx的相應插頭接觸。
一旦若干個這種底板50或相應印刷電路板可連接，就在它們之間同樣設置了光學結，從而數據的(雙向)傳輸可完全通過光學裝置實現。
除用於向評估單元發送探測器模塊輸出信號的無線發射器外，中央處理單元Z還優選包括無線接收器，通過無線接收器接收探測器模塊輸入信號(例如，控制探測器裝置的信號)，並且如上所述，將該信號轉送到探測器模塊Dx。
在這些情況下，對於電氣部件，也就是位於臺架1旋轉單元上的帶有中央處理單元Z的探測器裝置10，只需要一個連接，也就是說，只需要一個插入式連接器，用於將電源連接到中央處理單元Z和探測器裝置的，其可通過滑環接觸以常規和較簡單的方式實現。
所描述實施例的進一步優點體現在在不斷增大的探測器中積累的大量數據可通過整個路徑從探測器元件光學傳送到中央處理單元Z，從而不需要複雜轉換。在探測器裝置10的安裝和線纜連接中所付出的努力也顯著少於常規系統，且不會產生串擾問題。
權利要求
1.一種探測器裝置，包括至少一個具有多個單獨的探測器元件(36，37)的探測器模塊(Dx)；以及具有用於處理探測器元件(36，37)的信號和用於產生光學探測器模塊輸出信號的光電換能器(331a)的電氣單元(331)。
2.如權利要求1所要求的探測器裝置，其中電氣單元(331)包括用於生成串行數字探測器模塊輸出信號的模數轉換器(A/D)和並串行轉換器(P/S)。
3.如權利要求1所要求的探測器裝置，其中電氣單元(331)包括光電換能器(331b)，使用該光電換能器，探測器模塊輸出信號可提供到探測器元件(36，37)。
4.如權利要求1或3所要求的探測器裝置，其中電光和光電換能器(331a；331b)分別包括光電二極體或LED和/或雷射二極體。
5.如權利要求1所要求的探測器裝置，具有至少一個光纖耦合器(332)，使用至少一個光纖耦合器(332)，所述至少一個探測器模塊(Dx)可光學耦合到光導纖維纜(341)。
6.如權利要求1所要求的探測器裝置，其中所述至少一個探測器模塊(Dx)包括探測器晶片，特別是CMOS晶片(36，37)，探測器元件形成在其上。
7.如權利要求6所要求的探測器裝置，其中電氣單元(331)集成在所述至少一個探測器晶片(36，37)中。
8.如權利要求1所要求的探測器裝置，其中所述至少一個探測器模塊(Dx)包括模塊載體(30)，所述模塊載體(30)具有用於電氣單元(331)的內部空間(33)並具有用於至少一個光導纖維纜(341)的纜道(34)。
9.如權利要求8所要求的探測器裝置，其中所述至少一個探測器模塊(Dx)在兩個導軌(31，32)之間被滑動引導，其中至少一個導軌設置用於將電源接線端連接到該探測器模塊(Dx)。
10.如權利要求1所要求的探測器裝置，其中該探測器模塊(Dx)包括模塊連接器(333)，該模塊連接器(333)用於將該探測器模塊(Dx)光學連接到布置在其相鄰處的另一個探測器模塊(Dx)或光學連接到設置用於將該探測器裝置(10)連接到處理單元或中央處理單元(Z)的光纖接口。
11.根據權利要求10所要求的探測器裝置，其中光纖基礎結構包括底板(50)，該底板(50)的形式為具有多個嵌入光導纖維纜的印刷電路板，所述光導纖維纜用於將探測器裝置(10)光學連接到處理單元或中央處理單元(Z)。
12.一種計算機斷層攝影，其具有臺架(1)，該臺架(1)具有如權利要求1至11中任一個所要求的探測器裝置(10)。
13.如權利要求12所要求的計算機斷層攝影，其中該探測器裝置(10)以及處理單元布置在臺架(1)的旋轉部分上，該處理單元的形式為中央處理單元或緩衝存儲器(Z)，用於向固定的評估單元無線傳輸探測器模塊輸出信號，該探測器裝置(10)通過光纖基礎結構光學連接到中央處理單元或緩衝存儲器(Z)。
全文摘要
描述一種用於檢測並向處理單元傳輸探測器信號的探測器裝置(10)。該探測器裝置特別用於在計算機斷層攝影中進行X射線高解析度探測，該處理單元為形成為位於臺架(1)旋轉部分上的中央處理單元或緩衝存儲器(Z)的形式。為也能在高解析度探測器裝置(10)的情況下用最小數目接觸或插入式連接器傳輸探測器信號，該探測器裝置包括至少一個具有多個單獨的探測器元件的探測器模塊，以及具有用於處理探測器元件信號並用於生成光學探測器模塊輸出信號的電光換能器。
文檔編號G01T1/20GK1886676SQ200480035358
公開日2006年12月27日 申請日期2004年11月19日 優先權日2003年11月28日
發明者G·沃格特梅爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司