[发明专利]混合有源矩阵平板检测器系统和方法

说明书

一种混合辐射成像传感器包括低x射线衰减基底、被布置在所述基底之上的光电导体，以及被布置在光电导体之上的闪烁体。通过组合在光电导体中向电子‑空穴对的直接x射线转换与闪烁体内在光电导体下游的x射线的间接转换，可以通过位于光电导体和闪烁体二者上游的电子读出装置来得到经改善的x射线成像而无需过度的x射线剂量。

背景技术

本发明一般地涉及用于检测电离辐射的装置和方法，并且更具体地涉及用于x射线成像的混合传感器。

x射线成像领域在2000年代早期经历了“数字革命”，其中有数字放射照相术（DR）系统的扩散，所述数字放射照相术（DR）系统基于有源矩阵平板成像器（AMFPI）。自那时起，基于非晶硅（a-Si）有源矩阵技术，已经出现了大面积AMFPI的迅速发展和临床转化。由于其紧凑的大小、迅速的图像读出和优异的图像品质，AMFPI不仅用于传统x射线成像模态、诸如一般的放射照相术和荧光检查法，而且还用在断层成像应用中，包括锥束计算机断层扫描（CBCT）和数字断层融合。

数字x射线系统提供x射线图案的可视表示以用于牙科和医学应用，除了其它之外尤其包括荧光检查法、锥束计算机断层扫描（CBCT）和心脏成像。常规的x射线系统典型地依赖于x射线向电荷载子（例如电子-空穴对）的直接转换，或x射线经由中间状态、诸如光学光子（例如可见光）向电荷载子的间接转换。

参考图1A，直接转换途径典型地使用对x射线灵敏的光电导体12，诸如被布置在固态元件之上的非晶硒（a-Se）层，所述固态元件包括各自耦合到存储电容器18的像素电极14和薄膜晶体管（TFT）或二极管16的阵列。扫描控制系统22和复用器24被配置成积累并且电子地寻址图像数据。

在直接转换检测器10中，x射线11在光电导体12中交互，其中它们被转换成电子空穴对（EHP）并且通过读出电子器件（TFT或CMOS）而被数字化。如在所图示的示例中所示，偏置电极20可以覆在光电导体层12上。

由于光电导体12的固有分辨率，直接转换检测器10受益于高空间分辨率。然而，对于高能量应用、诸如荧光检查法、CBCT和心脏成像，大多数光电导体没有用于使入射x射线完全衰减的足够量子效率。包括例如1000μm厚的a-Se层的光电导体展现受限的量子效率，其导致低信噪比。此外，在这样的厚光电导体层内的拙劣的电荷输送可导致重影、滞后和/或信号损失。尽管可以通过增大所管理的辐射的量来实现充足的信号，但是如将领会到的，合期望的是实现具有足够对比度以及亮度的诊断图像，而同时最小化对于患者的x射线暴露剂量。

作为结果，高能量应用倾向于使用间接检测器，其具有更好的量子效率。参考图1B，间接转换检测器30使用闪烁体或荧光屏32来首先将x射线11转换成光学光子，所述光学光子然后被吸收到光电二极管34中并且通过电子读出被数字化。然而，虽然间接转换检测器30的量子效率典型地超过直接转换检测器10的量子效率，但是闪烁体内的光学模糊可导致相对于利用直接转换检测器可实现的空间分辨率的较低空间分辨率。

间接检测器的灵敏度和最大信噪比（SNR）例如受其光学光子转换效率所限制。低转换效率不仅减小检测器灵敏度，而且还将噪声（例如次级量子噪声）添加到所获取的图像。该噪声可抑制精细细节分辨率。鉴于前述内容，将领会到，基于直接或间接辐射转换的x射线成像技术提供效率和分辨率的不适当的组合。

发明内容

尽管有新近的发展，但是存在对于用于x射线应用的经改善的成像传感器的需要，所述经改善的成像传感器提供例如充足的对比度和亮度，而不需要过度的辐射剂量。

本文中公开的是一种混合检测器、诸如混合有源矩阵平板检测器系统以及用于实现系统的方法，其改善放射学成像、包括荧光检查法和CBCT的x射线检测器性能。各种实施例提供经改善的图像品质，而不需要给予患者的增大的剂量。

根据各种实施例，辐射成像传感器包括低x射线衰减基底、被布置在基底之上的光电导元件，以及被布置在光电导元件之上的闪烁体。光电导元件可以包括例如非晶硒（a-Se）层。