數據採集的製作方法

2023-04-26 15:52:36 4

專利名稱：數據採集的製作方法
數據採集下文總體涉及數據採集，並且尤其應用於計算機斷層攝影(CT)。然而，其還適合於其他醫學成像應用和非醫學成像應用。計算機斷層攝影(CT)掃描器包括安裝在可旋轉掃描架上的X射線管，可旋轉掃描架關於縱軸或Z軸繞檢查區域旋轉。探測器陣列在與X射線管相對的檢查區域的對側延伸一角度弧。探測器陣列探測貫穿檢查區域的輻射。探測器陣列包括光學耦合至光傳感器陣列的閃爍體陣列，光傳感器陣列電耦合至處理電子器件。對於每個數據採集積分期，閃爍體陣列生成指示撞擊到其上面的輻射的光，光傳感器陣列生成指示所述光的電信號，而處理電子器件基於所述電信號生成指示所探測到的輻射的數字數據。重建器重建所述數字數據並生成體積圖像數據，處理所述體積圖像數據以生成一幅或多幅圖像。遺憾的是，閃爍體陣列和光傳感器陣列具有非零並且不同的導熱係數。對此，閃爍體陣列和光傳感器陣列的響應可能隨著溫度而變化。因此，可能會向圖像數據中引入諸如環狀偽影的偽影。一種趨勢是對探測器陣列採取嚴格的溫度控制。在一種情況下，這包括使用發熱器、風扇、散熱片等使探測器陣列維持在預定的溫度範圍內。然而，這種溫度控制成本高，並且如果溫度控制不適當依舊會累及成像性能。使成本增加的另一因素是缺乏在裝配探測器陣列以及將探測器陣列暴露於X射線和/或光之前測試光傳感器通道的能力。此外，通過撞擊光子沉積在閃爍體晶體上的電荷以相對長的時間常數(例如，秒級)而衰減，這被稱為餘輝。因此，來自在第一積分期內撞擊到閃爍體晶體上的光子的殘餘電荷可能添加到由在隨後的積分期內撞擊閃爍體晶體的光子沉積的電荷。這種殘餘電荷常常被稱為暗電流並且連同來自下一隨後周期內的光子的電荷一起被積分，這可以累及成像性能。一種趨勢是使用具有低餘輝的閃爍材料。然而，具有低餘輝的閃爍體通常更為昂貴並且比具有較高餘輝的閃爍體更為低效。本申請的各方面解決了上述問題和其他問題。根據一個方面，一種成像系統，包括具有光敏側和相對的讀出側的光傳感器陣列。 閃爍體陣列光學耦合至光傳感器陣列的光敏一側，而處理電子器件電耦合至光傳感器陣列的讀出側。光傳感器陣列、閃爍體陣列和處理電子器件熱連通，並且處理電子器件的導熱係數的值大致等於光傳感器陣列的導熱係數和閃爍體陣列的導熱係數的和的負數。在另一實施例中，成像探測器包括光傳感器陣列、光學耦合至光傳感器陣列的閃爍體陣列、以及電耦合至光傳感器陣列的處理電子器件。處理電子器件包括A/D轉換器，其將光傳感器陣列輸出的電荷轉換為具有指示所述電荷的頻率的數位訊號。A/D轉換器交替地將與撞擊輻射對應的第一電荷轉換為第一信號以及將與衰減電荷對應的第二電荷轉換為第二信號。邏輯單元基於所述第二信號校正第一信號。在另一實施例中，一種成像探測器，包括光傳感器陣列、光學耦合至光傳感器陣列的閃爍體陣列、以及電耦合至光傳感器陣列的處理電子器件。處理電子器件包括A/D，其將光傳感器陣列輸出的電荷轉換為具有指示所述電荷的頻率的數位訊號；以及積分器偏置電壓信號設置器，其設置針對A/D轉換器的積分器偏置電壓信號，該信號誘發可以由A/D轉換器測量的電流。
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在另一實施例中，一種成像系統，包括生成貫穿檢查區域的輻射束的輻射源、探測貫穿檢查區域的輻射的探測器陣列、以及重建探測器陣列的輸出並生成指示所述輸出的圖像數據的重建器。探測器陣列包括多個探測器塊(tile)，並且探測器塊包括光傳感器陣列、 光學耦合至光傳感器陣列的閃爍體陣列、以及電耦合至光傳感器陣列的處理電子器件。光傳感器陣列、閃爍體陣列和處理電子器件是熱連通的，並且處理電子器件的導熱係數的值大致等於光傳感器陣列的導熱係數和閃爍體陣列的導熱係數的和的負數。在另一實施例中，一種方法，包括將成像系統的探測器塊的處理電子器件的導熱係數的值設置成大致等於探測器塊的光傳感器陣列和閃爍體陣列的導熱係數的和。在另一實施例中，一種方法，包括在成像程序中的至少一個積分期期間脈衝調製輻射發射的開啟和關閉、在所述至少一個積分期期間當輻射發射開啟時探測第一信號、在所述至少一個積分期期間僅當輻射發射關閉時探測第二信號、以及基於所述第二信號校正所述第一信號。在另一實施例中，一種方法，包括將信號注入到探測器塊的A/D轉換器的輸出內，其中，該信號可以由A/D轉換器測量；利用A/D轉換器將所述信號轉換為數字數據；以及基於所注入的信號和數字數據計算探測器塊的光傳感器陣列的阻抗。本發明可以具體化為各種部件和部件布置，以及各種步驟和步驟安排。附圖僅用於圖示說明優選實施例，而不應認為其對本發明構成限制。

圖1圖示了一種範例成像系統；圖2圖示了一種範例探測器塊；圖3圖示了一種範例探測器電子器件；圖4圖示了一種範例導熱係數確定器；圖5圖示了一種範例電壓參考確定器；圖6圖示了一種範例時序圖；圖7-10圖示了一種範例A/D轉換器和邏輯；圖11-13圖示了一種範例A/D轉換器和邏輯。圖1圖示了成像系統100，例如計算機斷層攝影(CT)掃描器。成像系統100包括大體固定的掃描架102和旋轉掃描架104。旋轉掃描架104由固定掃描架102可旋轉地支撐，並關於縱軸或ζ軸繞檢查區域106旋轉。諸如X射線管的輻射源108由旋轉掃描架104支撐並發射貫穿檢查區域106的輻射。輻射源控制器Iio控制輻射源108。這種控制包括，但不限於，開啟和關閉輻射源108， 以及由此開啟和關閉輻射發射。這能夠通過柵格切換和/或以其他方式實現。在一種情況下，在積分期期間脈衝調製輻射源108，使得輻射在積分期的第一子部分內開啟而在積分期的第二子部分內關閉。如下文更為詳細地描述，當輻射被關閉時能夠測量來自閃爍體餘輝的暗電流，並且隨後能夠將測量結果用於校正與探測到的輻射對應的信號。輻射敏感探測器陣列112跨越檢查區域106在輻射源108的對側延伸一角度弧， 並探測貫穿檢查區域106的輻射。在圖示的實施例中，輻射敏感探測器陣列112包括沿與 ζ軸橫切的方向相對於彼此布置的多個探測器模塊114。探測器模塊114包括沿ζ軸相對於彼此布置的多個探測器嵌合體或塊116。在一種情況下，探測器陣列112基本上類似於和 / 或基於在 2001 年 7 月 18 日提交的題為 「Solid State X-Radiation Detector Modules
7and Mosaics thereof,and an Imaging Method and Apparatus Employing the Same，，的美國專利6510195B1中所描述的探測器陣列，在此通過引用將其全文併入。暫時轉到圖2，圖示了沿圖1的線A-A的塊116的橫截面視圖。所圖示的塊116 包括閃爍體陣列202，閃爍體陣列202物理和光學地耦合至光傳感器陣列204，例如耦合至基底206的背側照射的光電二極體或其他光敏像素的陣列。光傳感器陣列204能夠凸點結合(如圖所示)或以其他方式耦合至基底206。電子器件208物理和電學地耦合至電耦合至光傳感器陣列204的基底206的讀出區210。閃爍體陣列202、光傳感器陣列204和電子器件208實質上是熱連通的。諸如連接器引腳或其他電路徑的電路徑212承載電源和數字 I/O 信號。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)—文中描述了這種塊的範例。在於2007年3月8日提交的題為「Radiation Detector Array」的序列號為PCT/US2007/063532的國際專利申請中描述了另一種合適的塊，在此通過引用將其全文併入。圖3圖示了一種範例電子器件208，模數(A/D)轉換器302包括積分器304和比較器306。所圖示的A/D轉換器302被配置成電子的電流到頻率(I/F)轉換器，其將來自光傳感器陣列204的電荷轉換為具有指示所述電荷的頻率的一系列脈衝。邏輯單元308對在積分期期間來自比較器306的若干脈衝進行計數(C)，並確定在積分期內從第一脈衝到最後一脈衝的時間(T)。跟蹤這一數據，邏輯單元308能夠確定指示輸入電荷的頻率(例如， C/T)。復位開關300針對每個積分期將積分器304復位。在於2001年11月7日提交的題為 「Data Acquisition for Computed Tomography」 的美國專利 6671345B2 中更詳細地描述了這樣的電子器件的範例，在此通過引用將其全文併入。在於1975年11月觀日提交的題為 「Data Acquisition for Computed ^Tomography」 的美國專利 4052620 中描述了其他合適的電子器件，在此也通過引用將其全文併入。正如下文更為詳細描述地，在一個實施例中，A/D轉換器302被配置成處理與撞擊光子對應的電荷和來自餘輝(暗電流)的殘餘電荷兩者。在這一實施例中，如上所述，源控制器110在積分期期間脈衝調製輻射發射，並且當輻射被發射時測量輻射信號，而當輻射被關閉時測量暗電流。根據這種實施例，邏輯單元308被配置成處理針對輻射信號和暗電流信號兩者的來自比較器306的輸出脈衝，並基於暗電流信號校正或補償輻射信號。在一種情況下，這允許使用具有更長餘輝的閃爍體，其通常不如具有更短餘輝的閃爍體那麼昂貴。對此，以上校正可以方便降低探測器陣列112和/或總體系統100成本。增益控制器310設置積分器304的增益，並且增益控制電壓參考(V·。調整器 312生成增益控制器310的參考電壓。導熱係數確定器314確定電子器件208的參考電壓導熱係數。如更為詳細描述地，這可以包括基於閃爍體陣列202、光傳感器陣列204和/或其他部件的導熱係數確定參考電壓導熱係數。在一種情況下，這允許相對於其中省略了導熱係數確定器314的配置而言不那麼嚴格地(或沒有)熱控制探測器陣列112。由熱控制單元316提供這種熱控制，其方便在掃描期間將探測器陣列112的溫度維持在預定的溫度範圍內。熱控制單元316可以包括發熱器、風扇、散熱片等圖示的電子器件208還包括積分器電壓偏置(V^a)確定器318。偏置電壓是在積分器輸入處以及由此在光傳感器陣列204上出現的電壓。這種偏置電壓結合光傳感器阻抗在光傳感器中引起漏電流。在一種情況下，積分器V^a確定器318提供第一偏置電壓，其降低或基本上抵消在積分器304的輸入處的光傳感器陣列洩露電流。在另一種情況下，並且正如下文更為詳細描述地，積分器Vgia確定器318提供第二偏置電壓，其允許測量光傳感器陣列洩露電流和/或確定光傳感器陣列阻抗。這可以允許識別不正常工作的或不工作的光傳感器通道，並且能夠在光傳感器、塊和/或探測器陣列112組裝、維護、校準等期間執行。返回到圖1，重建器118重建來自探測器陣列112的信號並生成指示所述信號的體積圖像數據。圖像處理器等能夠基於圖像數據生成一幅或多幅圖像。通用計算系統充當操作員控制臺120。駐留在控制臺120上的軟體允許操作員控制系統100的操作，例如選擇脈衝式X射線技術、將掃描器置於掃描模式或光傳感器陣列測試模式、設置電子器件導熱係數，和/或其他控制。諸如躺椅的患者支撐物122支撐檢查區域106中的諸如人類患者的對象或受檢者。圖4圖示了導熱係數確定器314的非限制性實施例。在這一範例中，導熱係數生成器400基於基準導熱係數402和導熱係數偏置404生成電子器件208的導熱係數。在一種情況下，基準導熱係數402被設置成電子器件208的預定值，並且導熱係數偏置404被設置成大致等於閃爍體陣列202和光傳感器陣列204導熱係數的和的負數。能夠測量、逼近或以其他方式確定閃爍體陣列202和光傳感器陣列204的導熱係數。在諸如寄存器的存儲元件中存儲導熱係數402和404中的一個或兩者。在圖示的範例中，導熱係數生成器404 使基準導熱係數402和導熱係數偏置404相加或對其求和，以生成電子器件的導熱係數。通過範例的方式，假設閃爍體陣列202的導熱係數大致為-0. 15% /C而光傳感器陣列204的導熱係數大致為+0. 05% /C，並且閃爍體陣列202和光傳感器陣列204的總計導熱係數大致為-0. 10%/C0根據這一假定，導熱係數確定器314能夠被配置成具有在0.0 到-0. 20% /C範圍之間，例如大致-0. 10% /C士0. 005% /C的設定點的V參考導熱係數，其將處理電子器件的導熱係數設置為大致+0. 10% /C(注意到，在電流到頻率轉換器中，整體 A/D轉換器的溫度係數是的溫度係數的負數，其可以降低或基本上抵消閃爍體陣列202 和光傳感器陣列204的導熱係數，使塊的導熱係數呈現為大致0. 00% /C。在表1中圖示了以上範例。
權利要求
1.一種成像探測器，包括光傳感器陣列004)，其具有光敏側和相對的讀出側；閃爍體陣列002)，其光學耦合至所述光傳感器陣列Q04)的所述光敏側；以及處理電子器件008)，其電耦合至所述光傳感器陣列(204)的所述讀出側，其中，所述光傳感器陣列004)、所述閃爍體陣列(20 和所述處理電子器件(208)是熱連通的，並且所述處理電子器件(208)的導熱係數的值大致等於所述光傳感器陣列(204)的導熱係數和所述閃爍體陣列(202)的導熱係數的和的負數。
2.根據權利要求1所述的探測器，其中，所述處理電子器件(208)包括電流到頻率轉換器(302)，其將所述光傳感器陣列(204)的電荷輸出轉換為具有指示所述電荷輸出的頻率的數字數據。
3.根據權利要求1到2中的任一項所述的探測器，其中，所述處理電子器件(208)的所述導熱係數的所述值基本上抵消所述光傳感器陣列(204)的所述導熱係數和所述閃爍體陣列Q02)的所述導熱係數。
4.根據權利要求1到3中的任一項所述的探測器，其中，所述處理電子器件008)、 所述光傳感器陣列(204)和所述閃爍體陣列(202)的所述導熱係數的淨導熱係數大致為 0. 00% /攝氏度。
5.根據權利要求1到4中的任一項所述的探測器，還包括導熱係數確定器(314)，其基於所述光傳感器陣列(204)和所述閃爍體陣列(202)的所述導熱係數確定所述處理電子器件O08)的所述導熱係數。
6.根據權利要求5所述的探測器，其中，所述導熱係數確定器(314)識別所述光傳感器陣列(204)、所述閃爍體陣列(20 和所述處理電子器件(208)之間超過了預定失配閾值的導熱係數失配，並改變所述處理電子器件O08)的所述導熱係數，使得所述處理電子器件(208)的所述導熱係數大致等於所述光傳感器陣列(208)的導熱係數和所述閃爍體陣列 (202)的所述導熱係數的和的負數。
7.根據權利要求1到6中的任一項所述的探測器，其中，所述處理電子器件(20 的所述導熱係數是可編程控制的。
8.根據權利要求1到7中的任一項所述的探測器，所述處理電子器件(208)包括A/D轉換器(30 ，其交替地將與撞擊輻射對應的第一電荷信號轉換為第一數位訊號以及將與衰減閃爍體電荷對應的第二電荷信號轉換為第二數位訊號；以及邏輯單元(308)，其基於所述第二數位訊號校正所述第一數位訊號。
9.根據權利要求1到7中的任一項所述的探測器，所述處理電子器件(208)還包括A/D轉換器(302)，其將所述光傳感器陣列(204)的輸出轉換為數位訊號；積分器偏置電壓信號確定器(318)，其為所述A/D轉換器(30 提供積分器偏置電壓信號，該信號誘發能夠由所述A/D轉換器(30 測量的電流，以及邏輯單元(308)，其中，所述A/D轉換器(30 測量所誘發的電流，並且所述邏輯單元 (308)基於所述積分器參考電壓信號和所測量的電流計算所述光傳感器陣列(204)的阻抗。
10.一種成像探測器，包括光傳感器陣列O04)；閃爍體陣列002)，其光學耦合至所述光傳感器陣列Q04)；以及處理電子器件008)，其電耦合至所述光傳感器陣列004)，所述處理電子器件(208) 包括A/D轉換器(302)，其將由所述光傳感器陣列(204)輸出的電荷轉換為具有指示所述電荷的頻率的數位訊號，其中，所述A/D轉換器(30 交替地將與撞擊輻射對應的第一電荷轉換為第一信號以及將與衰減電荷對應的第二電荷轉換為第二信號；以及邏輯單元(308)，其基於所述第二信號校正所述第一信號。
11.根據權利要求10所述的探測器，其中，所述A/D轉換器(30 在積分期的第一部分期間轉換所述第一電荷並在所述積分期的第二不同部分期間轉換所述第二電荷。
12.根據權利要求11所述的探測器，其中，在所述積分期的所述第二不同部分期間脈衝調製所述撞擊輻射的關閉。
13.根據權利要求10到12中的任一項所述的探測器，其中，所述邏輯單元(308)基於來自不同積分期的第二信號的平均值校正所述第一信號。
14.根據權利要求10到13中的任一項所述的探測器，其中，所述處理電子器件(208) 包括用於處理所述第一電荷的第一通道(702、802)以及用於處理所述第二電荷的第二通道(704,804)。
15.根據權利要求10到13中的任一項所述的探測器，其中，所述A/D轉換器(302)包括具有至少兩個積分電容器(902、904、1002、1004)的積分器(304)，其中所述積分電容器中的一個用於對所述第一電荷信號進行積分，並且所述積分電容器中的至少一個用於對所述第二電荷信號進行積分。
16.根據權利要求10到15中的任一項所述的探測器，其中，所述邏輯單元(308)包括用於處理所述第一電荷的第一子單元(814)和用於處理所述第二電荷的第二子單元 (816)。
17.根據權利要求10到16中的任一項所述的探測器，其中，所述光傳感器陣列004)、 所述閃爍體陣列(20 和所述處理電子器件(208)是熱連通的，並且所述處理電子器件 (208)的導熱係數的值基本上抵消所述光傳感器陣列(204)和所述閃爍體陣列O02)的導熱係數的和。
18.根據權利要求10到17中的任一項所述的探測器，還包括積分器電壓偏置信號確定器(318)，其設置針對所述A/D轉換器(30 的積分器偏置電壓信號，該信號誘發能夠由所述A/D轉換器(30 測量的電流。
19.根據權利要求18所述的探測器，其中，所述A/D轉換器(30 測量所誘發的電流， 並且所述邏輯單元(308)基於所述積分器電壓參考信號和所測量的電流計算所述光傳感器陣列(204)的阻抗。
20.一種成像探測器，包括光傳感器陣列(204)；閃爍體陣列002)，其光學耦合至所述光傳感器陣列(204)；以及處理電子器件008)，其電耦合至所述光傳感器陣列004)，所述處理電子器件(208) 包括A/D轉換器(302)，其將由所述光傳感器陣列(204)輸出的電荷轉換為具有指示所述電荷的頻率的數位訊號；以及積分器電壓偏置信號確定器(318)，其為所述A/D轉換器(30 提供積分器偏置電壓信號，該信號誘發能夠由所述A/D轉換器(30 測量的電流。
21.根據權利要求20所述的探測器，還包括邏輯單元(308)，其中，所述A/D轉換器 (302)測量所誘發的電流，並且所述邏輯單元(308)基於所述積分器參考電壓信號和所測量的電流計算所述閃爍體陣列O02)的阻抗。
22.根據權利要求21所述的探測器，其中，所述邏輯單元(308)基於所計算的阻抗識別所述光傳感器陣列(204)為錯誤的。
23.—種成像系統，包括輻射源(108)，其生成貫穿檢查區域(106)的輻射束； 源控制器(110)，其脈衝調製所述輻射源(108)； 探測器陣列(112)，其探測貫穿所述檢查區域(106)的輻射；重建器(118)，其重建所述探測器陣列(11 的輸出並生成指示所述輸出的成像數據； 其中，所述探測器陣列(106)包括多個探測器塊(116)，探測器塊(116)包括 光傳感器陣列(204)；閃爍體陣列002)，其光耦合至所述光傳感器陣列Q04)；以及處理電子器件008)，其電耦合至所述光傳感器陣列004)，其中，所述光傳感器陣列 004)、所述閃爍體陣列(20 和所述處理電子器件(208)是熱連通的，並且所述處理電子器件O08)的導熱係數的值基本上抵消所述光傳感器陣列(204)和所述閃爍體陣列(202) 的導熱係數。
24.根據權利要求23所述的成像系統，所述處理電子器件008)，包括A/D轉換器(302)，其將由所述光傳感器陣列(204)輸出的電荷轉換為具有指示所述電荷的頻率的數位訊號，其中，所述A/D轉換器(30 交替地將與撞擊輻射對應的第一電荷轉換為第一信號以及將與衰減電荷對應的第二電荷轉換為第二信號；以及邏輯單元(308)，其基於所述第二信號校正所述第一信號。
25.根據權利要求23所述的成像系統，所述處理電子器件(208)，包括A/D轉換器(302)，其將由所述光傳感器陣列(204)輸出的電荷轉換為具有指示所述電荷的頻率的數位訊號；以及積分器電壓偏置信號確定器(318)，其生成針對所述A/D轉換器(30 的積分器偏置電壓信號，該信號誘發能夠由所述A/D轉換器(30 測量的電流，其中，所述A/D轉換器(30 測量所誘發的電流，並且所述邏輯單元(308)基於所述積分器參考電壓信號以及所測量的電流計算所述光傳感器陣列O04)的阻抗。
26.一種方法，包括將探測器塊(116)的處理電子器件(208)的導熱係數的值設置為大致等於所述探測器塊(116)的光傳感器陣列(204)和閃爍體陣列(202)的導熱係數的和。
27.根據權利要求沈所述的方法，其中，所述處理電子器件(208)包括將由所述光傳感器陣列(204)輸出的電荷轉換為具有指示所述電荷的頻率的數位訊號的A/D轉換器(302)。
28.根據權利要求沈到27中的任一項所述的方法，其中，處理電子器件Q08)的所述導熱係數的所述值是可編程控制的。
29.一種方法，包括在成像程序的至少一個積分期期間脈衝調製輻射發射的開啟和關閉； 在所述至少一個積分期期間當輻射發射被開啟時探測第一信號； 在所述至少一個積分期期間僅當輻射發射被關閉時探測第二信號；以及基於所述第二信號校正所述第一信號。
30.根據權利要求四所述的方法，其中，所述第二信號對應於電荷衰減。
31.一種方法，包括將信號注入到探測器塊(116)的A/D轉換器(30 的輸入中，其中，所述信號能夠由所述A/D轉換器(30 測量；以及利用所述A/D轉換器(30 將所述信號轉換為數字數據；以及基於所注入的信號和所述數字數據計算所述探測器塊(116)的光傳感器陣列(204)的阻抗。
全文摘要
一種成像探測器，包括處理電子器件(208)，該電子器件具有大致等於探測器的光傳感器陣列(204)和閃爍體陣列(202)的導熱係數的和的負數的導熱係數。在另一種情況下，所述成像探測器包括A/D轉換器(302)，其交替地將與撞擊輻射對應的第一電荷轉換為第一信號並將與衰減電荷對應的第二電荷轉換為第二信號，以及邏輯單元(308)，其基於所述第二信號校正所述第一信號。在另一種情況下，所述成像探測器包括A/D轉換器(302)、積分器偏置電壓信號確定器(318)和邏輯單元(308)，其中，所述確定器(318)經由偏置電壓誘發電流，所述A/D轉換器(302)測量所述電流，並且所述邏輯單元(308)基於參考電壓和所測量的電流計算所述光傳感器陣列(204)的阻抗。
文檔編號G01T1/20GK102365562SQ201080013533
公開日2012年2月29日 申請日期2010年2月18日 優先權日2009年3月26日
發明者B·E·哈伍德, C·J·弗列託斯, M·查波, R·P·盧赫塔 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司