專利名稱：直接轉(zhuǎn)換能量鑒別ct檢測(cè)器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及診斷成像，更具體地說，涉及具有改進(jìn)的飽和特性并能提供光子數(shù)量和/或能量數(shù)據(jù)的多層直接轉(zhuǎn)換CT檢測(cè)器。
背景技術(shù)：
通常，在x射線攝影成像系統(tǒng)中，x射線源向?qū)ο蠡驅(qū)ο?，例如患者或行李，發(fā)射x射線。此文中，術(shù)語”對(duì)象”或”對(duì)象”可以互換，用來說明能被成像的任何東西。射束被對(duì)象衰減之后照射到輻射檢測(cè)器陣列上。在檢測(cè)器陣列上接收到的衰減后的射束輻射的強(qiáng)度通常取決于x射線的衰減。檢測(cè)器陣列的各檢測(cè)器元件產(chǎn)生各自的電信號(hào)，指示各檢測(cè)器元件所接收到的衰減射束。將電信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)作分析，最終產(chǎn)生圖像。
在一些計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)成像系統(tǒng)中，x射線源和檢測(cè)器陣列圍繞臺(tái)架在成像平面中旋轉(zhuǎn)并且圍繞對(duì)象旋轉(zhuǎn)。x射線源通常包括X射線管，它發(fā)射x射線束到焦點(diǎn)上。X射線檢測(cè)器通常包括準(zhǔn)直儀，用于對(duì)在檢測(cè)器接收的x射線束進(jìn)行平行校正；閃爍器，用于在準(zhǔn)直儀附近將x射線轉(zhuǎn)換成光能；以及光電二極管，用于接收來自鄰近的閃爍器的光能并從中產(chǎn)生電信號(hào)。通常，閃爍器陣列的每個(gè)閃爍器將x射線轉(zhuǎn)換成光能。每個(gè)光電二極管檢測(cè)光能并產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。然后將光電二極管的輸出發(fā)送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以便進(jìn)行圖像重構(gòu)。
傳統(tǒng)的CT成像系統(tǒng)使用將x射線能量轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)的檢測(cè)器，將所述電流信號(hào)在一個(gè)時(shí)段內(nèi)積分，然后測(cè)量所述電流信號(hào)并最終將其數(shù)字化。這種檢測(cè)器的缺點(diǎn)是它們不能提供關(guān)于所檢測(cè)的光子的數(shù)目和/或能量的數(shù)據(jù)或反饋。就是說，傳統(tǒng)的CT檢測(cè)器具有閃爍器組件和光電二極管組件，其中閃爍器組件在接收到x射線能量時(shí)發(fā)光，而光電二極管檢測(cè)閃爍器組件的照度并提供作為所述照度的函數(shù)的電信號(hào)。雖然一般公認(rèn)，CT成像如果沒有利用傳統(tǒng)的CT檢測(cè)器設(shè)計(jì)所取得的進(jìn)展就不是一個(gè)可行的診斷成像工具，但這些檢測(cè)器的缺點(diǎn)在于它們不能提供能量鑒別數(shù)據(jù)或者對(duì)給定的檢測(cè)器元件或像素實(shí)際接收到的光子進(jìn)行計(jì)數(shù)和/或測(cè)量其能量。于是，最近檢測(cè)器的發(fā)展已包括了能量鑒別和直接轉(zhuǎn)換檢測(cè)器的設(shè)計(jì)，所述直接轉(zhuǎn)換檢測(cè)器可以提供光子計(jì)數(shù)和/或能量鑒別反饋。這樣，就可以使檢測(cè)器工作在每次x射線事件的x射線計(jì)數(shù)方式、能量測(cè)量方式、或二者。
這些能量鑒別和直接轉(zhuǎn)換檢測(cè)器不僅能進(jìn)行x射線計(jì)數(shù)，還能提供每次檢測(cè)的x射線能級(jí)的測(cè)量值。雖然許多材料可以用來構(gòu)造直接轉(zhuǎn)換能量鑒別檢測(cè)器，但已表明半導(dǎo)體是一種優(yōu)選材料。但是，直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體檢測(cè)器的一個(gè)缺點(diǎn)是這些類型的檢測(cè)器不能在傳統(tǒng)的CT系統(tǒng)中通常會(huì)碰到的非常高的x射線光子通量率條件下計(jì)數(shù)。非常高的x射線光子通量率最終導(dǎo)致檢測(cè)器飽和。就是說，這些檢測(cè)器通常會(huì)在較低的x射線通量級(jí)條件下飽和。這種飽和會(huì)發(fā)生在檢測(cè)器和x射線能量源或x射線管之間插有小對(duì)象厚度的檢測(cè)器位置上。業(yè)已表明，這些飽和區(qū)域?qū)?yīng)于投影到檢測(cè)器扇形弧面上的對(duì)象寬度附近或之外的低對(duì)象厚度的通路。在許多實(shí)例中，在對(duì)x射線通量的衰減以及隨后到達(dá)檢測(cè)器的入射強(qiáng)度的影響方面，對(duì)象或多或少是圓形或橢圓形的。在這種情況下，飽和區(qū)域在扇形弧面末端呈現(xiàn)兩個(gè)分開的區(qū)域。在其它較不典型但并不少見的實(shí)例中，飽和發(fā)生在其它位置并且發(fā)生在多于兩個(gè)分開的檢測(cè)器區(qū)域中。如果是橢圓對(duì)象，通過在對(duì)象和x射線源之間放置蝶形(bowtie)濾波器，就可減少扇形弧面邊緣處的飽和。通常，將濾波器構(gòu)造成與對(duì)象的形狀匹配，以便均衡在整個(gè)扇形弧面上(濾波器和對(duì)象)的總衰減。這樣，在整個(gè)扇形弧面上入射到檢測(cè)器的通量就比較均勻，不會(huì)造成飽和。但問題是如果對(duì)象總體很不均勻且形狀不是精確的橢圓，蝶形濾波器可能就不是最佳的。在這種情況下，可能會(huì)發(fā)生一個(gè)或多個(gè)分開的飽和區(qū)域，或相反，會(huì)對(duì)x射線通量過度濾波，而形成非常低通量的區(qū)域。投射的低x射線通量將最終導(dǎo)致對(duì)象重構(gòu)圖像中的噪聲。
已研發(fā)了許多成像技術(shù)來解決檢測(cè)器任何部分的飽和問題。這些技術(shù)包括在檢測(cè)器陣列的整個(gè)寬度上維持低x射線通量，方法是例如使用低x射線管電流或按視圖(per view)調(diào)制的電流。但所述解決方案導(dǎo)致掃描時(shí)間增加。就是說，要付出代價(jià)，即圖像的獲取時(shí)間與獲得符合圖像質(zhì)量要求的一定量的x射線所需的額定通量成比例地增加。其它解決方案包括執(zhí)行一種過量程算法，所述算法用來為飽和數(shù)據(jù)產(chǎn)生替代數(shù)據(jù)。但這些算法不能完美地替代飽和數(shù)據(jù)并會(huì)使CT系統(tǒng)更加復(fù)雜。
所以需要設(shè)計(jì)一種直接轉(zhuǎn)換和能量鑒別的CT檢測(cè)器，它在傳統(tǒng)的CT系統(tǒng)的通常的x射線光子通量率條件下不會(huì)飽和。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)一種多層CT檢測(cè)器，它被用來以非常高的計(jì)數(shù)發(fā)生率運(yùn)行，以克服前述缺點(diǎn)。
公開一種能夠進(jìn)行能量鑒別和直接轉(zhuǎn)換的CT檢測(cè)器。所述檢測(cè)器包括具有在整個(gè)檢測(cè)器中變化的厚度的多個(gè)半導(dǎo)體材料層。在這方面，這樣構(gòu)造所述檢測(cè)器，以便在x射線穿透方向上將其分層，以優(yōu)化計(jì)數(shù)發(fā)生率性能并避免飽和。
所述CT檢測(cè)器不僅支持x射線光子計(jì)數(shù)，也支持能量測(cè)量或標(biāo)記。所以，本發(fā)明支持獲取解剖細(xì)節(jié)和組織特征信息。在這方面，能量鑒別信息或數(shù)據(jù)可用來減少射束硬化等效應(yīng)。而且，這些檢測(cè)器支持獲取組織鑒別數(shù)據(jù)，所以能提供指示疾病或其它病理的診斷信息。例如，可以在視圖中檢測(cè)到斑狀鈣。所述檢測(cè)器也可用來檢測(cè)、測(cè)量以及表征注入對(duì)象中的材料，例如造影劑，或其它專用材料例如靶向顯示劑。造影劑材料例如可以包括注入到血流中的碘以便進(jìn)行更好的顯像。還公開了制造這種檢測(cè)器的方法。
所以，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，直接轉(zhuǎn)換CT檢測(cè)器包括多層直接轉(zhuǎn)換層，它們?cè)O(shè)計(jì)成直接將x射線能量轉(zhuǎn)換成表示能量敏感CT數(shù)據(jù)的電信號(hào)，檢測(cè)器還包括夾在相鄰的直接轉(zhuǎn)換層之間的電信號(hào)收集層。
按照另一方面，本發(fā)明包括一種CT系統(tǒng)，它具有具有設(shè)置在其中心的孔的可旋轉(zhuǎn)的臺(tái)架；工作臺(tái)，它可以通過所述孔前后移動(dòng)并配置成將用于獲取CT數(shù)據(jù)的對(duì)象定位；x射線能量投射源，它設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)架中并配置成向?qū)ο笸渡鋢射線能量。CT系統(tǒng)還包括檢測(cè)器陣列，后者設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)架中并配置成檢測(cè)由投射源投射并經(jīng)過對(duì)象作用的x射線能量。檢測(cè)器還包括多個(gè)檢測(cè)器單元，其中，每個(gè)單元具有在能量投射方向上的半導(dǎo)體層堆疊結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成對(duì)接收x射線能量作出響應(yīng)而提供從對(duì)象獲取的能量敏感數(shù)據(jù)。
按照另一方面，本發(fā)明包括一種CT檢測(cè)器，它具有第一裝置和第二裝置，用于將x射線能量直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。檢測(cè)器還具有用于接收電信號(hào)的裝置，它填隙式地置于用于直接轉(zhuǎn)換的第一裝置和用于直接轉(zhuǎn)換的第二裝置之間。
從以下的詳細(xì)說明和附圖中，本發(fā)明的各種其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)就可一目了然。


附圖示出目前考慮到的用于實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
附圖中圖1是CT成像系統(tǒng)的實(shí)物視圖。
圖2是圖1所示系統(tǒng)的示意方框圖。
圖3是CT系統(tǒng)檢測(cè)器組件一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
圖4是CT檢測(cè)器的透視圖。
圖5示出在四切片方式中圖4檢測(cè)器的各種配置。
圖6是按照本發(fā)明的兩層檢測(cè)器的部分透視圖。
圖7是沿圖6中線7-7截取的圖6的截面圖。
圖8-10示出按照本發(fā)明若干附加實(shí)施例的直接轉(zhuǎn)換檢測(cè)器的截面圖。
圖11是圖10所示檢測(cè)器的截面示意圖，說明在本發(fā)明另一實(shí)施例中建立的信號(hào)饋通。
圖12是用于非侵入性包裹檢驗(yàn)系統(tǒng)的CT系統(tǒng)的實(shí)物視圖。
具體實(shí)施例方式
針對(duì)四切片計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)系統(tǒng)來描述本發(fā)明的工作環(huán)境。但本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明同樣可應(yīng)用于單切片或其它多切片配置。此外，將針對(duì)檢測(cè)和轉(zhuǎn)換x射線來描述本發(fā)明。但是，本專業(yè)的技術(shù)人員也應(yīng)理解本發(fā)明同樣可應(yīng)用于檢測(cè)和轉(zhuǎn)換其它射線能量。
參閱圖1和圖2，圖中示出計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)系統(tǒng)10，它包括代表”第三代”CT掃描器的臺(tái)架12。臺(tái)架12具有x射線源14，后者將x射線束16投向在臺(tái)架12的相反一側(cè)的檢測(cè)器組件18。檢測(cè)器組件18由多個(gè)檢測(cè)器20形成，所述多個(gè)檢測(cè)器20一起檢測(cè)穿透醫(yī)療患者22的投射x射線。每個(gè)檢測(cè)器20產(chǎn)生電信號(hào)，所述電信號(hào)不僅代表照射的x射線束的強(qiáng)度，還能提供光子或x射線計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，從而能夠提供穿過患者22的衰減的射束。在為獲取x射線投射數(shù)據(jù)而進(jìn)行掃描期間，臺(tái)架12和安裝在其上的組件圍繞旋轉(zhuǎn)中心24旋轉(zhuǎn)。
臺(tái)架12的旋轉(zhuǎn)和x射線源14的工作受CT系統(tǒng)10的控制機(jī)構(gòu)26的控制?？刂茩C(jī)構(gòu)26包括x射線控制器28，它向x射線源14提供電源和定時(shí)信號(hào)；以及臺(tái)架馬達(dá)控制器30，它控制臺(tái)架12的旋轉(zhuǎn)速度和位置?？刂茩C(jī)構(gòu)26中的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(DAS)32審核來自檢測(cè)器20的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供以后處理。圖像重構(gòu)器34接收來自DAS 32的抽樣和數(shù)字化的x射線數(shù)據(jù)并進(jìn)行高速重構(gòu)。重構(gòu)圖像作為輸入加到計(jì)算機(jī)36上，計(jì)算機(jī)36將圖像存儲(chǔ)在大容量存儲(chǔ)裝置38中。
計(jì)算機(jī)36還接收操作員通過有鍵盤的控制臺(tái)40發(fā)出的指令和掃描參數(shù)。關(guān)聯(lián)的陰極射線管顯示器42使操作員可以觀察重構(gòu)的圖像以及計(jì)算機(jī)36發(fā)出的其它數(shù)據(jù)。操作員提供的指令和參數(shù)由計(jì)算機(jī)36用來向DAS 32、x射線控制器28和臺(tái)架馬達(dá)控制器30提供控制信號(hào)和信息。此外，計(jì)算機(jī)36使工作臺(tái)馬達(dá)控制器44工作，所述控制器控制裝有馬達(dá)的工作臺(tái)46，以便確定患者22和臺(tái)架12的位置。具體地說，工作臺(tái)46使患者22的一些部位通過臺(tái)架開孔48。
如圖3和圖4所示，檢測(cè)器組件18包括多個(gè)檢測(cè)器20，同時(shí)，每個(gè)檢測(cè)器包括排列成單元陣列的多個(gè)檢測(cè)元件50。準(zhǔn)直器(未示出)設(shè)置成在x射線16照射到檢測(cè)器組件18之前對(duì)其進(jìn)行平行校正。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖3所示，檢測(cè)器組件18包括57個(gè)檢測(cè)器20，每個(gè)檢測(cè)器20具有一個(gè)大小為16×16的陣列。于是，組件18具有16行和912列(16×57個(gè)檢測(cè)器)，它們可以在臺(tái)架12的每次旋轉(zhuǎn)時(shí)同時(shí)收集16個(gè)切片的數(shù)據(jù)。
開關(guān)陣列54和56，見圖4，是多維半導(dǎo)體陣列，后者連接在單元陣列52和DAS 32之間。開關(guān)陣列54和56包括排列成多維陣列的多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)(未示出)，并設(shè)計(jì)成組合多個(gè)單元的輸出，以便數(shù)據(jù)獲取通道的數(shù)量以及關(guān)聯(lián)的成本減至最少。FET陣列包括連接到每一個(gè)相應(yīng)的檢測(cè)器元件50的多條電引線以及通過柔性電接口58電連接到DAS 32的多條輸出引線。具體地說，大約一半檢測(cè)器元件的輸出端電連接到開關(guān)54，同時(shí)，另一半檢測(cè)器元件的輸出端電連接到開關(guān)56。將每個(gè)檢測(cè)器20通過安裝托架62固定到檢測(cè)器框架60上(圖3)。
可以設(shè)想并且一般公認(rèn)，對(duì)于某些應(yīng)用，F(xiàn)ET陣列的計(jì)數(shù)發(fā)生率限制會(huì)使它們不甚理想。在這方面，以下將說明，將每個(gè)檢測(cè)像素或單元連接到電子線路的通道上。
開關(guān)80和82還包括解碼器(未示出)，后者按照所需的切片數(shù)目和每個(gè)切片的切片分辨率來啟動(dòng)、禁止或組合檢測(cè)器元件的輸出。在一個(gè)實(shí)施例中，解碼器是本專業(yè)已知的解碼器芯片或FET控制器。解碼器包括連接到開關(guān)陣列54和56以及DSA 32的多條輸出和控制線。在定義為16切片方式的一個(gè)實(shí)施例中，解碼器啟動(dòng)開關(guān)陣列54和56，使檢測(cè)器組件18的所有行都被啟動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生16個(gè)切片的數(shù)據(jù)供DAS處理。當(dāng)然，許多其它切片組合也是可能的。例如，解碼器可以從其它切片方式中作選擇，包括單切片、兩切片或四切片方式。
如圖5所示，通過發(fā)送適當(dāng)?shù)慕獯a器指令，可以將開關(guān)陣列54和56配置成四切片方式，以便從檢測(cè)器組件18的一行或多行的四個(gè)切片收集數(shù)據(jù)。根據(jù)開關(guān)陣列54和56的具體配置，可以啟動(dòng)、禁止或組合檢測(cè)器20的各種組合，使得切片厚度可以由一、二、三或四行檢測(cè)器元件50構(gòu)成。其它實(shí)例包括單切片方式，包括一個(gè)切片，其切片從1.25mm厚到20mm厚不等；以及二切片方式，包括兩個(gè)切片，其切片從1.25mm厚到10mm厚不等。可以設(shè)想所述的這些切片方式之外的其它方式。
如上所述，將每個(gè)檢測(cè)器20設(shè)計(jì)成直接將x射線能量轉(zhuǎn)換成包含能量鑒別數(shù)據(jù)的電信號(hào)。本發(fā)明設(shè)想用于這些檢測(cè)器的多種配置。盡管這些實(shí)施例各自之間有區(qū)別，但是各檢測(cè)器卻具有兩個(gè)共有的特征。這些特征之一是半導(dǎo)體薄膜或半導(dǎo)體層的多層配置。在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)半導(dǎo)體薄膜都由碲化鎘鋅(CZT)制成。但本專業(yè)的技術(shù)人員很易理解也可使用能直接轉(zhuǎn)換x射線能量的其它材料。各種實(shí)施例的另一共同特征是使用填隙式或介入式的金屬化層來分開半導(dǎo)體層。以下將說明，這些金屬化層用來將電壓加到半導(dǎo)體層上并從半導(dǎo)體層收集電信號(hào)。
眾所周知，半導(dǎo)體的光子計(jì)數(shù)發(fā)生率性能隨檢測(cè)器厚度的平方而變化，而x射線能量吸收過程是指數(shù)型的。CZT檢測(cè)器的計(jì)數(shù)發(fā)生率性能可由下式定義TTR=L2Vμe]]>由此定義，假定厚度L＝0.3cm，電場(chǎng)V為1000V/cm，μe大約為1000，則可得最大計(jì)數(shù)發(fā)生率1.0兆次(Megacounts)。換句話說，3mm厚的CZT半導(dǎo)體層的計(jì)數(shù)發(fā)生率可以具有在1.0兆次(Megacounts)范圍內(nèi)的計(jì)數(shù)發(fā)生率性能。但以下將說明，與較厚的單層相反，利用多層來構(gòu)成直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體檢測(cè)器可以改善計(jì)數(shù)發(fā)生率性能。
參閱圖6，圖中示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的兩層CZT或直接轉(zhuǎn)換檢測(cè)器20a的一部分的透視圖。由第一半導(dǎo)體層62和第二半導(dǎo)體層64形成檢測(cè)器20a。在制造過程中，每個(gè)半導(dǎo)體層62和64都構(gòu)造成具有多個(gè)用電子學(xué)方法像素化的結(jié)構(gòu)或像素以便形成多個(gè)檢測(cè)器元件65。通過在直接轉(zhuǎn)換材料層62和64上涂敷電子觸點(diǎn)65的二維陣列67、69來完成所述電子像素化過程。此外，在優(yōu)選實(shí)施例中，在每個(gè)半導(dǎo)體層62和64的整個(gè)寬度和長(zhǎng)度上以二維的形式限定所述像素化。
檢測(cè)器20a包括分別用于半導(dǎo)體層62和64的鄰接的高壓電極66、68。每個(gè)高壓電極66、68連接到電源(未示出)，用來在x射線或γ射線檢測(cè)過程中向相應(yīng)的半導(dǎo)體層供電。本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)理解每個(gè)高壓連接層應(yīng)較薄，以便降低每層的x射線吸收特性，在優(yōu)選實(shí)施例中，所述高壓連接層的厚度只有幾百。如以下將作詳細(xì)說明的，可以通過金屬化過程把這些高壓電極固定到半導(dǎo)體層上。
參閱圖7，沿圖6中線7-7截取的截面解說明每個(gè)半導(dǎo)體層62、64的相對(duì)厚度。和高壓電極層66、68類似，二維陣列67、69也應(yīng)盡可能少地吸收x射線能量。每個(gè)陣列或信號(hào)收集層設(shè)計(jì)成能提供一種機(jī)構(gòu)，用于將半導(dǎo)體層所形成的電信號(hào)輸出到數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)或其它系統(tǒng)電子部件。本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)理解要使用數(shù)百個(gè)互連(未示出)將每個(gè)觸點(diǎn)連接到CT系統(tǒng)電子部件。
此外，如圖7所示，半導(dǎo)體層62、64的厚度彼此不同。在這方面，與半導(dǎo)體層64中的情況相比，在半導(dǎo)體層62中吸收更多的x射線。例如，假定半導(dǎo)體層62的厚度為1毫米(mm)，半導(dǎo)體層64的厚度為2mm，則可以預(yù)期半導(dǎo)體層62會(huì)吸收大約78％的x射線，而第二半導(dǎo)體層64會(huì)吸收大約22％的x射線。而且，可以預(yù)計(jì)第一半導(dǎo)體層62的最大計(jì)數(shù)發(fā)生率大約會(huì)比3mm厚的單層半導(dǎo)體的計(jì)數(shù)發(fā)生率快9倍。但是，第一半導(dǎo)體層62僅測(cè)量大約78％的總通量，因此，與3mm厚的單層半導(dǎo)體相比，第一半導(dǎo)體層62的有效最大計(jì)數(shù)發(fā)生率性能提高了11.5倍?？梢灶A(yù)計(jì)第二半導(dǎo)體層64的計(jì)數(shù)發(fā)生率會(huì)比3mm厚的單層半導(dǎo)體的計(jì)數(shù)發(fā)生率快2.25倍，但是，第二半導(dǎo)體層64僅測(cè)量大約22％的總通量，因此，可以預(yù)期，與3mm厚的單層半導(dǎo)體相比，第二半導(dǎo)體層64的等效或有效最大計(jì)數(shù)發(fā)生率性能提高了10.2倍。由于相對(duì)于單層半導(dǎo)體材料來說上述分層檢測(cè)器的計(jì)數(shù)發(fā)生率有了改進(jìn)，因此，可以把檢測(cè)器20a構(gòu)造成在計(jì)數(shù)發(fā)生率性能方面提高10倍。
上述尺寸說明利用兩層檢測(cè)器可以在最大計(jì)數(shù)發(fā)生率方面得到的改進(jìn)。但是，可以設(shè)想，可以使用多于兩層來構(gòu)造具有改進(jìn)的計(jì)數(shù)發(fā)生率特性的CT檢測(cè)器。例如，可以預(yù)計(jì)0.43mm的單層吸收大約54％的接收的x射線，因此，其最大計(jì)數(shù)發(fā)生率是3.0mm厚單層半導(dǎo)體的最大計(jì)數(shù)發(fā)生率的大約40倍。但是，0.43mm的單層僅吸收54％的總通量，因此，其提供的等效或有效最大計(jì)數(shù)發(fā)生率大約是3.0mm厚單層半導(dǎo)體的92倍。還可以添加一些附加層，以便提供9200％的總計(jì)數(shù)發(fā)生率的增加。
參閱圖8，圖中示出用于CZT或直接轉(zhuǎn)換檢測(cè)器的另一種可以設(shè)想的設(shè)計(jì)。在所述實(shí)施例中，檢測(cè)器20b也包括一對(duì)半導(dǎo)體層74、76。和前述實(shí)施例不同，檢測(cè)器20b包括單一的共用信號(hào)收集層或二維觸點(diǎn)陣列78。所述單一的但共用的陣列78設(shè)計(jì)成從半導(dǎo)體層74、76二者收集電信號(hào)并將這些電信號(hào)輸出到DAS或其它系統(tǒng)電子部件上。此外，檢測(cè)器20b包括一對(duì)高壓電極80、82。每個(gè)高壓電極有效地起陰極的作用，而二維陣列78的觸點(diǎn)起陽(yáng)極的作用。在這方面，通過高壓連接80、82施加的電壓形成了通過每個(gè)半導(dǎo)體層到達(dá)信號(hào)收集觸點(diǎn)陣列78的電路。
圖9中示出又一個(gè)可以設(shè)想的實(shí)施例。如所述實(shí)施例所示，檢測(cè)器20c包括四個(gè)半導(dǎo)體層84、86、88和90。檢測(cè)器20c還包括兩條導(dǎo)電線或通路92、94，它們電連接到高壓電極87、89、91以及收集觸點(diǎn)陣列93、95。導(dǎo)電通路92接收并轉(zhuǎn)發(fā)來自觸點(diǎn)陣列93、95的電信號(hào)。在這方面，向CT系統(tǒng)的電子部件提供單一數(shù)據(jù)輸出端。和單一信號(hào)收集引線類似，使用單一高壓連接線94通過電極87、89、91向四個(gè)半導(dǎo)體層84-90供電。檢測(cè)器20c僅需要單一的高壓連接線。
參閱圖10，圖中示出本發(fā)明的單片實(shí)施例。和圖7的實(shí)施例類似，檢測(cè)器20d包括四個(gè)半導(dǎo)體層96-102。每個(gè)半導(dǎo)體層96-102連接到一對(duì)導(dǎo)電層。在這方面，一個(gè)導(dǎo)電層用來加電壓，而另一個(gè)導(dǎo)電層用來收集各半導(dǎo)體層產(chǎn)生的電信號(hào)。為減少導(dǎo)電層的數(shù)量，檢測(cè)器20d使用了交替導(dǎo)電層體系結(jié)構(gòu)。就是說，每隔一個(gè)導(dǎo)電層用作高壓連接，同時(shí)其它導(dǎo)電層用作信號(hào)收集。在這方面，導(dǎo)電層104、106和108用來施加較高的電壓，而導(dǎo)電層110和112包括有用于信號(hào)收集的觸點(diǎn)。這樣，高壓集電層104和108分別用于向半導(dǎo)體層96和102施加電壓。高壓連接層106用來向半導(dǎo)體層98和100施加電壓。
如上述，在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)半導(dǎo)體層都用CZT材料構(gòu)造。本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)理解，有許多技術(shù)可以利用來構(gòu)造這種半導(dǎo)體。例如，分子束外延(MBE)是可以用來生長(zhǎng)薄層CZT材料的一種方法。本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)理解，有許多技術(shù)可以用來使半導(dǎo)體層金屬化，以提供本文所述的導(dǎo)電連接。
而且，金屬化也可以用來為圖11所示的收集觸點(diǎn)提供饋通通路。如圖所示，將單層半導(dǎo)體材料114夾在收集觸點(diǎn)陣列116和高壓電極層118之間。在將半導(dǎo)體層114金屬化以便形成收集觸點(diǎn)陣列116和高壓電極層118之前，可以在半導(dǎo)體層114中刻蝕或用其它方法形成孔120。然后將孔120金屬化，以便形成從相應(yīng)的收集觸點(diǎn)124開始的信號(hào)饋通通路。信號(hào)饋通或?qū)щ娡?22構(gòu)造在孔120中，以免與鄰近的高壓電極層118相接觸。在這方面，在整個(gè)檢測(cè)器上，信號(hào)路線可以在垂直方向上或在x射線的接收方向上延伸到總線(未示出)，總線用來將各收集觸點(diǎn)124所發(fā)射的電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到CT系統(tǒng)的電子部件。這樣，就形成了在x射線方向上一系列薄堆疊層的堆疊結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)參閱圖12，包裹/行李檢驗(yàn)系統(tǒng)126包括可旋轉(zhuǎn)臺(tái)架128，其中有開孔130，包裹或行李可從孔130中通過。可旋轉(zhuǎn)臺(tái)架128裝有高頻電磁能量源132以及檢測(cè)器組件134。還配備有傳送帶系統(tǒng)136，傳送帶系統(tǒng)136包括由結(jié)構(gòu)140支撐的傳送帶138，以便使待掃描的包裹或行李142自動(dòng)并連續(xù)地通過開孔130。對(duì)象142由傳送帶138饋送通過開孔130，這樣就可獲得成像數(shù)據(jù)，且傳送帶138以受控和連續(xù)方式將包裹142移出開孔130。這樣，港口的檢查人員、行李處理人員以及其它安檢人員就可以非侵入性地檢查包裹142的內(nèi)容中是否有爆炸物、刀具、槍支、違禁品等。
所以，直接轉(zhuǎn)換CT檢測(cè)器包括多層直接轉(zhuǎn)換層，它們?cè)O(shè)計(jì)成直接將x射線能量轉(zhuǎn)換成表示能量敏感CT數(shù)據(jù)的電信號(hào)。檢測(cè)器還包括夾在相鄰的直接轉(zhuǎn)換層之間的電信號(hào)收集層。
本發(fā)明還包括一種CT系統(tǒng)，它具有具有設(shè)置在其中心的孔的可旋轉(zhuǎn)的臺(tái)架；工作臺(tái)，它可以通過所述孔前后移動(dòng)并配置成將用于獲取CT數(shù)據(jù)的對(duì)象定位；x射線能量投射源，它設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)架中并配置成向?qū)ο笸渡鋢射線能量。CT系統(tǒng)還包括檢測(cè)器陣列，后者設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)架中并配置成檢測(cè)由投射源投射并經(jīng)過對(duì)象作用的x射線能量。檢測(cè)器還包括多個(gè)檢測(cè)器單元，其中，每個(gè)單元具有在能量投射方向上的半導(dǎo)體層堆疊結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成對(duì)接收x射線能量作出響應(yīng)而提供從對(duì)象獲取的能量敏感數(shù)據(jù)。
本發(fā)明還包括一種CT檢測(cè)器，它具有第一裝置和第二裝置，用于將x射線能量直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。檢測(cè)器還具有用于接收電信號(hào)的裝置，它填隙式地置于用于直接轉(zhuǎn)換的第一裝置和用于直接轉(zhuǎn)換的第二裝置之間。
已經(jīng)就優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了說明，應(yīng)理解，除上述明確說明的之外，等效物、替代和修改都是可以的，均在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種直接轉(zhuǎn)換CT檢測(cè)器(20)，它包括多層直接轉(zhuǎn)換層(62，64)，它們?cè)O(shè)計(jì)成直接將x射線能量(16)轉(zhuǎn)換成表示能量敏感CT數(shù)據(jù)的電信號(hào)；以及電信號(hào)收集層(67，69)，它夾在相鄰的直接轉(zhuǎn)換層(62，64)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)器(20)，其中還包括電壓施加層(66，68)，所述電壓施加層(66，68)位于每個(gè)直接轉(zhuǎn)換層(62，64)的表面附近并且與所述電信號(hào)收集層(67，69)相對(duì)。
3.如權(quán)利要求2所述的檢測(cè)器(20)，其中每個(gè)直接轉(zhuǎn)換層(62，64)與電信號(hào)收集層(67，69)和電壓施加層(66，68)相接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)器(20)，其中每個(gè)直接轉(zhuǎn)換層(62，64)都是用半導(dǎo)體材料形成的。
5.如權(quán)利要求4所述的檢測(cè)器(20)，其中所述半導(dǎo)體材料包括碲化鎘鋅，并且其中所述能量敏感數(shù)據(jù)包括材料成份和原子密度數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)器(20)，其中所述多個(gè)直接轉(zhuǎn)換層(62，64)在x射線穿透方向上排列成堆疊，并且其中所述電信號(hào)收集層(67，69)配置成接收來自至少一對(duì)直接轉(zhuǎn)換層(62，64)的電信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的檢測(cè)器(20)，其中所述多個(gè)直接轉(zhuǎn)換層(62，64)由這樣的材料形成，使得與比較遠(yuǎn)離x射線源(14)的直接轉(zhuǎn)換層(64)相比，比較接近x射線源(14)的直接轉(zhuǎn)換層(62)吸收更多的x射線(16)。
8.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)器(20)，其中每個(gè)直接轉(zhuǎn)換層(62，64)具有均勻的厚度。
9.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)器(20)，其中第一直接轉(zhuǎn)換層(62)的厚度不同于第二直接轉(zhuǎn)換層(64)的厚度，并且其中所述直接轉(zhuǎn)換層(62，64)的厚度隨距x射線源(14)的距離而增加。
全文摘要
公開了能進(jìn)行能量鑒別和直接轉(zhuǎn)換的CT檢測(cè)器(20)。檢測(cè)器(20)包括多個(gè)半導(dǎo)體材料層，其中各層具有不同的厚度。檢測(cè)器(20)構(gòu)造成在x射線穿透方向(16)上分層，以便優(yōu)化計(jì)數(shù)發(fā)生率性能并且避免飽和。
文檔編號(hào)A61B6/00GK1698541SQ20051007589
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月19日
發(fā)明者D·M·霍夫曼 申請(qǐng)人:通用電氣公司