数据采集 |
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| 申请号 | CN201080013533.3 | 申请日 | 2010-02-18 | 公开(公告)号 | CN102365562A | 公开(公告)日 | 2012-02-29 |
| 申请人 | 皇家飞利浦电子股份有限公司; | 发明人 | M·查波; R·P·卢赫塔; C·J·弗列托斯; B·E·哈伍德; | ||||
| 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。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种成像探测器，包括： |
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| 说明书全文 | 数据采集[0001] 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。 [0002] 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。 [0003] 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。 [0004] 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。 [0005] 本申请的各方面解决了上述问题和其他问题。 [0006] 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。 [0007] 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。 [0008] 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。 [0009] 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。 [0010] 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。 [0011] 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。 [0012] 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。 [0014] 图1图示了一种范例成像系统； [0015] 图2图示了一种范例探测器块； [0016] 图3图示了一种范例探测器电子器件； [0017] 图4图示了一种范例导热系数确定器； [0018] 图5图示了一种范例电压参考确定器； [0019] 图6图示了一种范例时序图； [0020] 图7-10图示了一种范例A/D转换器和逻辑； [0021] 图11-13图示了一种范例A/D转换器和逻辑。 [0022] 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z轴绕检查区域106旋转。 [0023] 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110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。 [0024] 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z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z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 and 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。 [0025] 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(2006)一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。 [0026] 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28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。 [0027] 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。 [0028] 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参考)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 [0029] 图示的电子器件208还包括积分器电压偏置(V关闭)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关闭确定器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V关闭确定器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。 [0030] 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。 [0031] 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。 [0032] 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％/C。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±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V参考的温度系数的负数，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。 [0033]导热系数 闪烁体阵列 ≈-0.15％/C 光传感器阵列 ≈+0.05％/C 处理电子器件 ≈+0.10％/C(V参考≈-0.10％/C) 块 ≈0.00％/C [0034] [0035] 表1：范例导热系数 [0036] 注意到，通过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，能够省略导热控制单元316(图3)，或者能够采用不那么严格和成本不那么高的导热控制，而不会累及成像性能。此外注意到，+0.10％/C对应于每摄氏度的每百万的+1000部分(ppm/C)。 [0037] 在另一实施例中，以多种导热系数偏置404(例如，从0.00％/C到+0.20％/C以0.01％/C或其他递增量递增)编程控制寄存器或其他存储器。标记等能够用于选择要用作导热系数偏置404的导热系数。在另一种情况下，以多个比例因子编程控制寄存器，该比例因子标定导热系数偏置404。类似地，能够将标记用于选择比例因子，以应用于导热系数偏置404。在又一实施例中，省略导热系数偏置404，并且基于闪烁体阵列202和光传感器阵列204导热系数设置基准导热系数402。 [0038] 在又一种情况下，能够以其他方式确定和/或设置基准导热系数402和/或导热系数偏置404(如果提供了)。在以上范例中，经由带隙参考电压导热系数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。在另一种情况下，通过设置电子器件208的导热系数来降低或大致抵消所述系数，所述设置是经由对多个块116公共的电路和/或以其他方式，通过探测器偏压(bias)调节器在外部进行设置的。 [0039] 在另一非限制性实施例中，导热系数确定器314和/或另一部件能够识别光传感器阵列204、闪烁体阵列202和处理电子器件208之间超出了预定的导热系数失配阈值的导热系数失配，并改变处理电子器件208的导热系数，使得处理电子器件208的导热系数大致等于光传感器阵列204的导热系数和闪烁体阵列202的导热系数的和的负数。这种失配会随着时间而发生。例如，闪烁体阵列202和/或光传感器阵列204的温度系数会由于辐射损伤、长期暴露于辐射，和/或以其他方式而随着时间变化。对此，随后能够将处理电子器件的温度系数调整为补偿闪烁体阵列202和/或光传感器阵列204的温度系数。应当认识到，这能够作为校准或其他程序的部分完成。 [0040] 图5图示了积分器V关闭确定器318的非限制性范例。在这一范例中，光传感器阵列204被表示为二极管506和电阻器508，其中泄露电流(I泄露)添加到积分器304的输入。图示的积分器V关闭确定器318包括两个或更多个偏置电压，偏置电压1(V关闭1)502、...、偏置电压N(V关闭N)504，其中，N为整数。在一种情况下，选择V关闭1502用于扫描受检者或对象，并且选择V关闭N 504用于测试探测器块116的光传感器阵列204。 [0041] 通过范例的方式，在一个实施例中，参考电压中的一个的值，例如V关闭1502，对应于基本上抵消或降低I泄露的值。参考电压中的另一个的值，例如V关闭N 504，对应于在积分器304的输入处诱发可测量的电流的电压。例如，能够根据以下等式基于电阻器508的期望的阻抗和切断(trip)比较器306的电流确定V关闭N 504：V关闭_N＝R期望的_阻抗*I可测量的。在一个范例中，V关闭N 504是-1到-50mV(毫伏特)，诸如-10mV，使得积分器输入电压是1到50mV，高于如果V关闭1502被施加到积分器输入时的电压。 [0042] 以上允许基于V关闭N 504和测量到的电流计算光传感器的阻抗，并且随后识别具有预定范围之外的阻抗的光传感器通道，其可以在光传感器制作、探测器阵列组装、扫描器校准、扫描器维护等期间方便识别不正常工作的或不工作的光传感器通道。在诸如寄存器或其他存储器的存储元件510中的标记等指示要使用哪一参考电压502、...、504。能够经由授权的人员，例如技术人员、工程师、用户和/或其他授权的人员以参考电压502...、504对存储元件510进行编程控制。 [0043] 图6示出了合适的电压源脉冲调制和数据采集时序图，并且图7、8、9和10图示了合适的A/D转换器302和逻辑单元308配置的对应非限制性实施例。如上所述，在一个实施例中，辐射源控制器110脉冲调制辐射源108开启或关闭辐射，电子器件208在辐射被开启时测量沉积的电荷，并且在辐射被关闭时测量暗电流，并且逻辑单元308基于所测量的暗电流校正所探测的辐射信号。 [0044] 首先参考图6，范例电压源脉冲调制时序图602以每个积分期604、606、608大致55％的占空比来脉冲调制辐射源108。对此，在积分期604-608的第一子部分610期间开启辐射，而在积分期604-608的第二子部分612期间关闭辐射。这一图示的占空比用于解释性的目的，并且是非限制性的。例如，在另一实施例中，所述占空比可以大于55％，例如为 90％、95％和99％。所述占空比还可以小于55％。此外，辐射源108在每个积分期内可能不是脉冲调制的和/或所述占空比可以在积分期内变化。 [0045] 光传感器阵列输出曲线614示出了与光传感器输出电流对应的范例。如上所述，沉积在闪烁体阵列202上的电荷以长的时间常数(余辉)衰减。因此，当辐射被关闭时，光传感器阵列204的输出在616处如所示地突然降低，并且随后变平稳到某个较小值，该较小值如618处所示以闪烁体阵列202的长电荷衰减常数下降。数据采集时序图620示出了能够采用电子器件208来处理与辐射被开启时沉积的电荷(X)对应的信号直到如在622处所示的突然的信号降低之后，以及处理一旦如在624处所示衰减电荷稳定并更为缓慢地下降时的暗电流(D)。 [0046] 图7图示了A/D转换器302和逻辑单元308的非限制性实施例。在这一实施例中，积分器304包括两个通道或子积分器，包括用于处理电荷信号的第一积分器702和用于处理暗电流的第二积分器704。第一和第二开关706和708交替地打开和关闭，以将信号从光传感器阵列204分别发送至第一和第二子积分器702和704。在一种情况下，逻辑单元308基于图6的时序图或以其他方式控制开关706和708。比较器306处理来自积分器702和704的信号，并且逻辑单元308处理来自比较器306的信号。逻辑单元308包括基于暗电流信号或在两个或更多个积分期期间暗电流信号的平均值校正电荷信号的校正器710。在这一范例中，校正器710从电荷信号减去暗电流。 [0047] 图8图示了A/D转换器302和逻辑单元308的另一非限制性实施例。在这一实施例中，A/D转换器302包括两个处理通道，包括用于处理电荷信号的第一通道802和用于处理暗电流的第二通道804。第一通道802包括第一积分器806和第一比较器808，而第二通道804包括第二积分器810和第二比较器812。逻辑单元308包括两个子单元，包括用于处理第一通道802的输出的第一子单元814和用于处理第二通道804的输出的第二子单元816，以及校正器710。第一和第二开关818和820分别打开和关闭通道802和804。类似于图8，逻辑单元308基于图6的时序图或以其他方式交替地触发(toggle)开关818和820。逻辑单元308激活复位开关300，从而在积分期的边界上，并且在一些情况下，当触发开关818和820时，使A/D转换器302复位。同样地，校正器710从电荷信号减去暗电流。 [0048] 图9图示了A/D转换器302和逻辑单元308的另一非限制性实施例。在这一实施例中，积分器304包括构造成平行布置的第一和第二积分电容器902和904。第一开关906与第一积分电容器902串联，而第二开关908与第二积分电容器904串联。逻辑单元308包括第一和第二逻辑子单元814和816。第三开关914与逻辑单元308的第一子单元814串联，而第四开关916与逻辑单元308的第二子单元816串联。在这一范例中，第一积分电容器902和第一子单元814处理电荷信号，而第二积分电容器904和第二子单元816处理暗电流信号。逻辑单元308能够基于图6的时序图或以其他方式控制开关906、914、908和916。校正器710从电荷信号减去暗电流。 [0049] 图10图示了A/D转换器302的另一非限制性实施例。图示的积分器304包括第一和第二积分电容器1002和1004。第一积分电容器1002的值比第二积分电容器1004的值大已知因子X。例如，第一积分电容器1002的值可以比第二积分电容器1004的值大2、4、8、1632倍等。逻辑单元308基于图6的采集时序图交替地打开和关闭第一和第二开关 1006和1008。当对电荷信号进行积分时，第一积分电容器1002正常放电。当对暗电流信号进行积分时，第一积分电容器1002比第二积分电容器1004充电快已知因子X。这允许在模拟域中减去暗电流信号。 [0050] 应当认识到，还能够结合智能探测器采用本文描述的实施例及其变型，该智能探测器例如为结合2007年1月4日提交的序列号为12/159861的题为“Smart Radiation Detector Module”的美国专利申请所描述的智能探测器，在此通过引用将其全文并入。在一种情况下，这允许自动和/或动态控制各种功能，例如识别光传感器阵列204、闪烁体阵列202和处理电子器件208之间超过了预定的导热系数失配阈值的导热系数失配以及缓解失配和/或其他功能。 [0051] 图11图示了用于调整探测器导热系数的方法。在1102处，成像系统的探测器块的处理电子器件的导热系数的值被设置为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。 [0052] 图12图示了用于针对暗电流校正探测到的辐射的方法。在1202处，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1204处，在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1206处，在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。在1208处，基于第二信号校正第一信号。 [0053] 图13图示了用于针对暗电流校正探测到的辐射的方法。在1302处，将预定的信号注入到探测器块的A/D转换器的输入中。所述信号可以由A/D转换器测量。在1304处，利用A/D转换器将所述信号转换为数字数据。在1306处，基于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。 |
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