專利名稱：：用于直接光－電子轉換探測器陣列的保護環(huán)的制作方法
技術領域：
：總體上講，本發(fā)明涉及用于醫(yī)學成像的探測器元件，更具體地講，本發(fā)明涉及用于醫(yī)學成像的直接轉換探測器陣列。
背景技術：
：把直接轉換探測器和探測器陣列用于醫(yī)學成像，旨在把X射線光子直接轉換成電荷。它們通常由一個直接生長在電荷收集器和讀出層(例如室溫半導體)頂部的X射線光導體層構成。通常，把這種探測器用于多探測器(或瓦狀(tiles))陣列中，以致于可以生成具有改進的分辨率的增大的圖像尺寸。對于許多成像應用來說，探測器的性能，特別是外圍的探測器元件的性能，可能是至關重要的。對于外圍探測器來說，線性、統(tǒng)一性、穩(wěn)定性、以及一致性，可能尤為重要。對于許多應用，例如乳房X射線照相胸壁死區(qū)，對成像的要求極為苛刻。對于用室溫半導體建造的平鋪式(tiled)成像探測器來說，每一片(tile)的邊緣會導致明顯的不統(tǒng)一性或可見的偽像(artifact)。人們已經(jīng)知道這一現(xiàn)象的發(fā)生原因在于邊緣附近的過高的漏電電流和畸變的電場。各個片邊緣周圍的偽像可能是人們極不希望的。人們認為這些偽像是邊緣像素的惡化的性能所致。對于那些其中禁止出現(xiàn)行偽像的醫(yī)學成像應用來說，這些偽像成為實現(xiàn)這些探測器和探測器陣列的障礙。人們已經(jīng)知道，可以把一個保護環(huán)用于改進外圍像素的性能。已知的一些配置把保護環(huán)制造在探測器的像素化的(pixellated)一側的同一表面上，并且施加與其鄰近相同的電位，即接地。因此，取決于保護環(huán)的大小，邊緣像素的電場畸變減輕或消除了。另外，側壁漏電電流由保護環(huán)收集，并且不會對邊緣像素產(chǎn)生影響。然而，這些共面的保護環(huán)生成了一個具有保護環(huán)幾何形狀大小的不活躍空間區(qū)域。對于那些對不活躍空間可能擁有十分有限容忍度的平鋪式探測器邊界或探測器邊緣來說，這是人們所不希望的。因此，現(xiàn)存的保護環(huán)設計也可能不適合那些其中因不活躍空間而使行偽像不可接受的醫(yī)學成像應用。因此，迫切希望擁有一種具有改進的邊緣像素性能的直接轉換探測器。另外，還迫切希望擁有一種具有減少了偽像和減少了不活躍空間特性的直接轉換探測器陣列。
發(fā)明內(nèi)容提供了一種用于成像系統(tǒng)的設備，這種設備包括一個直接轉換探測器元件，將該元件配置為把X射線光子轉換成電流。這一直接轉換探測器元件，由陰極表面、擁有多個陽極側邊緣的陽極表面、以及多個把陰極表面連接于陽極表面的探測器側表面組成。此多個探測器側表面的每一個均具有探測器深度。該設備還包括位于陽極表面上的像素陣列組件。這一像素陣列組件包括多個像素側邊緣。此多個像素側邊緣中的每一個均緊鄰陽極側邊緣之一。在該多個探測器側表面的周圍安裝保護環(huán)。該保護環(huán)包括上環(huán)邊緣、下環(huán)邊緣、以及包括保護環(huán)高度的環(huán)外表面。通過結合附圖和所附權利要求對優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的其它特性將會變得十分明顯。圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的醫(yī)學成像系統(tǒng)；圖2說明了圖1中所說明的醫(yī)學成像系統(tǒng)；圖3說明了根據(jù)本發(fā)明的一個探測器陣列；圖4詳細說明了根據(jù)本發(fā)明的一個直接轉換探測器陣列；圖5詳細說明了圖4中所說明的直接轉換探測器陣列，詳細地說明了探測器幾何形狀和電場/電位分布；圖6a為一個具有零偏壓的模擬的電位分布圖；以及圖6b為一個具有20V偏壓的模擬的電位分布圖。附圖中標記如下1計算機斷層造影(CT)成像系統(tǒng)102探測器組件183掃描器組件124X射線源145X射線束166探測器組件187直接轉換探測器陣列198直接轉換探測器元件209內(nèi)科病人2210旋轉中心2411控制裝置2612X射線控制器2913掃描器電機控制器3014數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(DAS)3215圖像重構器16計算機3617海量存儲設備3818通過控制臺操作的操作員4019相關的顯示器4220平臺電機控制器4421機動化的平臺4622掃描器開口4823陰極表面5024陽極表面5225多個探測器側表面5426金屬材料5627像素陣列組件5828多個像素側邊緣6029陽極側邊緣6230保護環(huán)6431保護環(huán)高度6632探測器深度6833周邊像素7034上環(huán)邊緣7235下環(huán)邊緣7436模擬場/電位分布7537電壓源76具體實施例現(xiàn)在參照圖1，圖1說明了與本發(fā)明的探測器組件18一起使用的一個計算斷層造影(CT)成像系統(tǒng)10。盡管已經(jīng)說明了具體的CT成像系統(tǒng)10，但應該認識到，可以把本發(fā)明的探測器組件18用于廣泛的、各種各樣的成像系統(tǒng)。CT成像系統(tǒng)10包括掃描器組件12，圖中將其說明為門架(gantry)組件。掃描器12包括X射線源14，用于把一束X射線16向位于X射線源14對面的探測器組件18加以投射。探測器組件18包括直接轉換探測器陣列19，直接轉換探測器陣列19由多個直接轉換探測器元件20組成(參照圖3)，此多個直接轉換探測器元件20組合在一起，感測穿過例如內(nèi)科病人22的物體所投射的X射線光子16。此多個直接轉換探測器元件20中的每一個均產(chǎn)生一個電信號，該電信號代表了照射X射線束的強度，因而當光束16穿過病人22的身體時，代表了光束16的衰減。通常，在為了獲得X射線投射數(shù)據(jù)而進行掃描期間，把掃描器組件12圍繞旋轉中心24旋轉。較佳的做法是，把直接轉換探測器元件20設置在探測器陣列19中，以使在掃描期間可以同時獲取相應于多個平行切片的投射數(shù)據(jù)。較佳的做法是由控制裝置26管理掃描器組件12的旋轉和X射線源14的操作。最好是控制裝置26包括X射線控制器29，把能量和計時信號提供給X射線源14，以及掃描器電機控制器30，控制掃描器組件12的旋轉速度和位置?？刂蒲b置26中的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(DAS)32從直接轉換探測器元件20取樣模擬數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字信號，以用于后續(xù)的處理。圖像重構器34從DAS32接收所取樣的、并且已數(shù)字化的X射線數(shù)據(jù)，并進行高速圖像重構。把所重構的圖像作為輸入施加于計算機36，計算機36把圖像存儲在海量存儲設備38中。計算機36也可以經(jīng)由控制臺40從操作人員那里接收命令和掃描參數(shù)，其中控制臺40擁有鍵盤或類似的輸入設備。相關的顯示器42允許操作人員從計算機36觀察所所重構的圖像和其它數(shù)據(jù)。計算機36使用操作人員所提供的命令和參數(shù)把控制信號和信息提供給DAS32、X射線控制器28、以及掃描器電機控制器30。另外，計算機36操作一個平臺(table)電機控制器44，以把病人22定位在掃描器組件12中，其中，平臺電機控制器44控制機動化的平臺46。具體地講，平臺46通過掃描器開口48移動病人身體的部位。圖4中說明了來自探測器陣列19的直接轉換探測器元件20中的一個元件的細節(jié)。較佳的做法是，直接轉換探測器元件20是具有陰極表面50、陽極表面52、以及多個探測器側表面54的半導體材料(例如CdTe/CdZnTe)。陰極表面50和陽極表面52涂有金屬材料56，以作為電極。把像素陣列組件58涂敷在陽極表面52上。向電極表面50、52施加不同的偏壓，以創(chuàng)建一個跨越直接轉換探測器元件20的電場。當把負高電壓施加于陰極表面50以及把陽極表面52上的像素陣列組件58接地或接虛擬地時，可收集/觀察由X射線光子16在直接轉換探測器元件20內(nèi)部所生成的電子的移動所導致的電信號。通過向陽極表面52和陰極表面50施加不同的電場電壓，可以收集/觀察空穴。像素陣列組件58包括多個像素側邊緣60。最好是像素側邊緣60緊鄰陽極側邊緣62，以使探測器陣列19中的死空間最小化。本發(fā)明還包括一個涂在/沉淀在探測器側表面54上的保護環(huán)64。盡管保護環(huán)64可以由各種材料構成，但在一個實施例中，設想保護環(huán)64由與電極50、52相同的材料構成，例如由Au或Pt構成。把保護環(huán)64電連接于其所覆蓋的探測器側表面54。保護環(huán)64包括小于探測器深度68的保護環(huán)高度66?？梢匝靥綔y器深度68把保護環(huán)64定位在不同的位置上，以優(yōu)化周邊像素70的性能。相類似，也可以對保護環(huán)高度66加以調節(jié)，以優(yōu)化周邊像素70的性能。把保護環(huán)高度66定義在上環(huán)邊緣72和下環(huán)邊緣74之間。在一個實施例中，把上環(huán)邊緣72和下環(huán)邊緣74定位在比陰極表面50更靠近陽極表面52的位置上。例如，圖5說明了直接轉換探測器元件20的一個實施例。直接轉換探測器元件20是一個0.5×0.5×1mm3個的像素化的(pixelated)晶體。CdZnTe晶體由一個具有100um像素間距(pitch)的5×5像素陣列構成。把保護環(huán)64定位在與陽極表面52相距0.1mm的位置上，并且有0.01mm的保護環(huán)高度。向陰極表面50施加-400V的偏壓，并把陽極表面52接地(0V)。在探測器側表面54上說明了模擬的場/電位分布75。還可以把保護環(huán)64連接于一個電壓源76，以致于可以把一個偏壓施加到保護環(huán)64。這一偏壓可以不同于兩個電極50，52的偏壓，或者也可以與電極50，52之一的偏壓相同?？梢园央妷涸?6用于調節(jié)偏壓，以進一步優(yōu)化外圍像素70的性能。圖6a和6b是針對等電位等高線描繪的電位分布。推測性計算顯示了為保護環(huán)64適當計算偏壓的好處。圖6a說明了零偏壓，而圖6b說明了-20V的偏壓。圖6a中較高的偏壓說明了電場統(tǒng)一性的改進，但增大了保護環(huán)64和外圍像素70之間的漏電電壓。使用圖6b中-20V的偏壓，保護環(huán)64和外周像素70之間的漏電電流得以改進。應該認識到，這些推測結果僅為說明性的，需要根據(jù)直接轉換探測器元件20的幾何形狀和材料特性優(yōu)化保護環(huán)64的偏壓。盡管已說明和描述了本發(fā)明的具體的實施例，然而這一
技術領域：
中的熟練技術人員將會意識到本發(fā)明的各種變體以及可選的實施例。因此，僅通過所附權利要求對本發(fā)明加以限制。權利要求1.一種用于成像系統(tǒng)(10)的設備，包括直接轉換探測器元件(20)，用于把X射線光子(16)轉換成電流，所述直接轉換探測器元件(20)包括陰極表面(50)；陽極表面(52)，擁有多個陽極側邊緣(62)；以及多個探測器側表面(54)，把所述陰極表面(50)連接于所述陽極表面(52)，所述多個探測器側表面(54)中，每一個均具有探測器深度(68)；像素陣列組件(58)，位于所述陽極表面(52)上，所述像素陣列組件(58)包括多個像素側邊緣(60)，所述多個像素側邊緣(60)中的每一個均緊鄰所述陽極側邊緣(62)之一；保護環(huán)(64)，安裝在所述多個探測器側表面(54)的周圍，所述保護環(huán)(64)包括上環(huán)邊緣(72)、下環(huán)邊緣(74)、以及包括保護環(huán)高度(66)的環(huán)外表面。2.如權利要求1所述的設備，還包括電壓源(76)，與所述保護環(huán)(64)相通信，所述電壓源(76)向所述保護環(huán)(64)施加偏壓。3.如權利要求1所述的設備，其中，把所述上環(huán)邊緣(72)和所述下環(huán)邊緣(74)與所述陰極表面(50)和所述陽極表面(52)遠距離地加以定位。4.如權利要求1所述的設備，其中，所述環(huán)外表面與所述像素側邊緣(60)共面。5.如權利要求1所述的設備，其中，保護環(huán)高度(66)為所述探測器深度的50％或50％以下。6.一種成像系統(tǒng)(10)，包括X射線源(14)；探測器陣列(19)，包括多個直接轉換探測器元件(20)，用于把X射線光子(16)轉換成電流，所述多個直接轉換探測器元件(20)的每一個包括陰極表面(50)；陽極表面(52)，擁有多個陽極側邊緣(62)；以及多個探測器側表面(54)，把所述陰極表面(50)連接于所述陽極表面(52)，所述多個探測器側表面(54)中每一個均具有探測器深度(68)；像素陣列組件(58)，位于所述陽極表面(52)上，所述像素陣列組件(58)包括多個像素側邊緣(60)；保護環(huán)(64)，安裝在所述多個探測器側表面(54)的周圍，所述保護環(huán)(64)包括上環(huán)邊緣(72)、下環(huán)邊緣(74)、以及一個包括保護環(huán)高度(66)的環(huán)外表面，所述環(huán)外表面定位為與所述像素側邊緣(60)共面。7.如權利要求6所述的成像系統(tǒng)，其中，把所述保護環(huán)(64)涂敷在所述多個探測器側表面(54)上，以使所述保護環(huán)(64)與所述多個探測器側表面(54)基本共面。8.一種改進外圍像素元件(58)性能的方法，該外圍像素元件(58)定位在直接轉換探測器元件(20)的陽極表面(52)上，直接轉換探測器元件(20)擁有陰極表面(50)和多個探測器側表面(54)，包括圍繞所述多個探測器側表面(54)放置保護環(huán)(64)，把所述保護環(huán)(64)與所述外圍像素元件(70)共面放置。9.如權利要求7所述的方法，還包括向所述保護環(huán)(64)施加偏壓。全文摘要提供了一種用于成像系統(tǒng)的設備，這種設備包括一個直接轉換探測器元件，其配置是為了把X射線光子轉換成電流。這一直接轉換探測器元件，由陰極表面、擁有多個陽極側邊緣的陽極表面、以及多個把陰極表面連接于陽極表面的探測器側表面。此多個探測器側表面中每一個均具有探測器深度。該設備還包括位于陽極表面上的像素陣列組件。該像素陣列組件包括多個像素側邊緣。此多個像素側邊緣中的每一個均緊鄰陽極側邊緣之一。在此多個探測器側表面的周圍安裝保護環(huán)。該保護環(huán)包括上環(huán)邊緣、下環(huán)邊緣、以及包括保護環(huán)高度的環(huán)外表面。文檔編號H04N5/32GK1579328SQ20041005566公開日2005年2月16日申請日期2004年8月2日優(yōu)先權日2003年8月1日發(fā)明者李文,趙建國申請人:Ge醫(yī)藥系統(tǒng)環(huán)球科技公司