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CN111684311A - 用于x射线成像的探测器 - Google Patents

用于x射线成像的探测器 Download PDF

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CN111684311A
CN111684311A CN201880088526.6A CN201880088526A CN111684311A CN 111684311 A CN111684311 A CN 111684311A CN 201880088526 A CN201880088526 A CN 201880088526A CN 111684311 A CN111684311 A CN 111684311A
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scintillator
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detector
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CN201880088526.6A
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P·G·范德哈尔
W·吕腾
H·施泰因豪泽
H·斯特格胡伊斯
O·J·维默斯
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Koninklijke Philips NV
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Koninklijke Philips NV
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Abstract

本发明涉及一种用于X射线成像的系统。系统被解释为将X射线探测器(10)相对于X射线源进行定位(210)，使得X射线源与X射线探测器之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域。由处理单元控制(220)X射线源和X射线探测器，以便：在第一成像操作模式中操作(230)；在第二成像操作模式中操作(240)；或者在第一成像模式和第二成像模式中操作(250)；或者在第三成像操作模式中操作(260)。探测器包括第一闪烁体(20)、第二闪烁体(30)、第一传感器阵列(40)以及第二传感器阵列(50)。第一传感器阵列与第一闪烁体相关联。第一传感器阵列包括被配置为探测在第一闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列。第二传感器阵列与第二闪烁体相关联。第二传感器阵列包括被配置为探测在第二闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列。第一闪烁体被设置在第二闪烁体上方，使得从X射线源发射的X射线首先遇到第一闪烁体，然后遇到第二闪烁体。第一闪烁体的厚度等于或大于0.6mm。第二闪烁体的厚度等于或大于1.1mm。在第一成像操作模式中，第一闪烁体和第一传感器阵列被配置为提供能用于生成低能量X射线图像的数据。在第二成像操作模式中，第二闪烁体和第二传感器阵列被配置为提供能用于生成高能量X射线图像的数据。在第三成像操作模式中，第一闪烁体、第一传感器阵列、第二闪烁体以及第二传感器阵列被配置为提供能用于生成组合的能量X射线图像的数据。

Description

用于X射线成像的探测器
技术领域
本发明涉及用于X射线成像的探测器、用于X射线成像的系统以及用于X射线成像的方法。
背景技术
不同的X射线成像模态需要利用不同的X射线探测器技术。例如，用于2D高分辨率成像的X射线探测器能够采用吸收X射线光子以生成由传感器阵列探测到的光子的闪烁体。为了提供高空间分辨率，闪烁体相对较薄，以便使侧向光扩散不会太大。这意味着在闪烁体中仅吸收了能量相对较低的X射线光子。相反，用于3D成像目的而需要高对比度的X射线探测器试图比这样的2D探测器吸收更多的X射线光子，并且闪烁体被做得更厚，但其代价是牺牲了空间分辨率。此外，诸如双能量采集之类的成像模态需要双源，快速kVp切换或双层探测器配置。
EP 2640270 A1描述了具有环绕检查区域的第一探测器层和第二探测器层的辐射探测器。第一层的探测器包括闪烁体和光探测器，例如，雪崩式光电二极管。第二探测器层的探测器包括闪烁体和光学探测器。第一层的闪烁体的横截面比第二层的闪烁体的横截面更小。一组(例如九个)第一层闪烁体覆盖每个第二组闪烁体。在CT模式中，第一层的探测器探测透射辐射以生成具有相对较高的分辨率的CT图像，而第二层的探测器探测PET或SPECT辐射以生成用于重建成较低分辨率的发射图像的核数据。由于第一层和第二层的探测器是对准的，因此透射图像和发射图像是固有地对准的。
WO 2008/067846 A1描述了用于低能量辐射量子与高能量辐射量子的组合探测的辐射探测器，该辐射探测器具有多层结构，该多层结构包括：后闪烁体层，其被配置为响应于后闪烁体层正在吸收高能量辐射量子而发射闪烁光子束；后光电传感器层，其被附接到后闪烁体层的背侧，所述后光电传感器层被配置为探测在后闪烁体层中生成的闪烁光子；前闪烁体层，其被布置在与后光电传感器层相对的后闪烁体层的前面，所述前闪烁体层被配置为响应于前闪烁体层正在吸收低能量辐射量子而发射闪烁光子束；以及前光传感器层，其被附接到与后闪烁体层相对的前闪烁体层的前侧，所述前光传感器层被配置为探测在前闪烁体层中生成的闪烁光子，其中，高能量辐射量子是γ射线，并且低能量辐射量子是X射线。
US 2008/315106A1描述了至少包括第一闪烁体和第二闪烁体的辐射探测器，第一闪烁体吸收辐射并生成第一波长的光，并且第二闪烁体吸收辐射并生成第二波长的光。探测器还至少包括第一光探测器和第二光探测器。第一光探测器对由第二闪烁体生成的波长的光基本上没有响应。也可以实施具有三个或更多个闪烁体和光探测器的探测器。
需要提供改进的用于X射线成像的探测器。
发明内容
具有改进的用于X射线成像的探测器，用于X射线成像的系统和用于X射线成像的方法将是有利的。
本发明的目的通过独立权利要求的主题得以解决，其中，在从属权利要求中包括了其他实施例。应当注意，本发明的以下描述的方面和示例也适用于用于X射线成像的探测器、用于X射线成像的系统以及用于X射线成像的方法。根据第一方面，提供了一种用于X射线成像的探测器，包括：
第一闪烁体；
第二闪烁体；
第一传感器阵列；以及
第二传感器阵列。
所述第一传感器阵列与所述第一闪烁体相关联。所述第一传感器阵列包括被配置为探测在所述第一闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列。所述第二传感器阵列与所述第二闪烁体相关联。所述第二传感器阵列包括被配置为探测在所述第二闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列。所述第一闪烁体被设置在所述第二闪烁体上方，使得从X射线源发射的X射线首先遇到所述第一闪烁体，然后遇到所述第二闪烁体。所述第一闪烁体的厚度等于或大于0.6mm。所述第二闪烁体的厚度等于或大于1.1mm。在第一成像操作模式中，所述第一闪烁体和所述第一传感器阵列被配置为提供能用于生成低能量X射线图像的数据。在第二成像操作模式中，所述第二闪烁体和所述第二传感器阵列被配置为提供能用于生成高能量X射线图像的数据。在第三成像操作模式中，所述第一闪烁体、所述第一传感器阵列、所述第二闪烁体以及所述第二传感器阵列被配置为提供能用于生成组合的能量X射线图像的数据。
以这种方式，薄的第一闪烁体在第一操作模式中提供了高分辨率的2D成像。另外，通过将较厚的闪烁体放置在探测较高能量的X射线的较薄闪烁体下方，通过在第一模式和第二模式中操作并单独处理数据来提供双能量成像。此外，通过组合来自处于第三模式中的两个闪烁体的数据，提供了非常高的对比度成像，这实际上还提供了提高的探测量子效率DQE(0)，该非常高的对比度成像例如适合于C臂系统中的3D成像系统。此外，还能够使用更高的kVp(例如，用140kVp代替120kVp)：与第一模式相比，第三模式的增加的闪烁体厚度确保了吸收格外高能量的X射线量子。140kVp的优点在于：1)较高能量的X射线具有足够的能量用于在肥胖患者中传输，并且2)它提高了谱性能。
利用探测器的另一示例是：如果底层具有较大的对比度(但较低的空间分辨率)，而顶层具有较高的空间分辨率(但较低的对比度)，则能够应用“超分辨率”算法基于来自第一层的信息来内插到较高的分辨率。
在第一方面中，所述第一闪烁体的厚度小于1mm。
在示例中，所述第一闪烁体是CsI闪烁体。
在示例中，所述第一闪烁体包括针结构。
因此，第一闪烁体通过利用针结构向形成闪烁体的部分的光学图像传感器提供向下的波导来提供更高的分辨率能力。
例如，能够使用热蒸发工艺来沉积具有针结构的闪烁体材料。因此，能够(通过使用到基板上的尽可能小的入射角)对通过热蒸发沉积的任何闪烁体材料给予针结构。
在示例中，所述第二闪烁体是CsI闪烁体。
在示例中，所述第二闪烁体包括针结构。
此外，通过为第二闪烁体提供针状结构，在提供高X射线吸收的同时，还提供了更高的分辨率。
因此，具有针结构的闪烁体的波导功能意味着即使不进行合并，也能够使用较厚的材料层(与使用不具有针结构的闪烁体的情况相比)而不会损害分辨率。
在示例中，所述第二闪烁体是硫氧化钆闪烁体。在示例中，第二闪烁体是(类似CT的)像素化硫氧化钆闪烁体。第二闪烁体能够由类似于GOS的其他材料形成。在示例中，闪烁体能够由以下材料形成：Gd2O2S:Tb、Gd2Q2S:Eu、Gd2O3:Eu、La2O2S:Tb、La2O2S、Y2O2S:Tb、CsI:Tl、CsI:Na、CsBr:Tl、NaI:Tl、CaWO4、CaWO4:Tb、BaFBr:Eu、BaFCl:Eu、BaSO4:Eu、BaSrSO4、BaPbSO4、BaAl12O19:Mn、BaMgAl10O17:Eu、Zn2SiO4:Mn、(Zn,Cd)S:Ag、LaOBr、LaOBr:Tm、Lu2O2S:Eu、Lu2O2S:Tb、LuTaO4、HfO2:Ti、HfGeO4:Ti、YTaO4、YTaO4:Gd、YTaO4:Nb、Y2O3:Eu、YBO3:Eu、YBO3:Tb或(Y,Gd)BO3:Eu或其组合。
在示例中，所述第一成像模式中的操作包括用于组合来自所述第一传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程。
换句话说，合并能够用于以分辨率降低为代价而提高信噪比并提高读出速度。这也使得低能量X射线区域中的图像能够具有与高能量X射线区域中的分辨率相同的分辨率。
合并还使得作为CsI(或其他材料)闪烁体的闪烁体具有大于0.8mm的厚度并且以更快的模式操作。因此，对于厚度大于0.8mm的CsI闪烁体，分辨率的损失会随着厚度的增加而增加，这是因为在闪烁体中生成的可见光子会扩散到越来越多的相邻像素。因此，当闪烁体的厚度大于0.8mm时，相邻像素的合并并不一定会导致分辨率的损失，但是一定会提高操作速度。与闪烁体相关联的传感器阵列能够具有更大的像素大小，以匹配不断增加的闪烁体厚度，然而，通过合并，具有固定像素大小的标准传感器阵列能够用于所有闪烁体厚度，其中，使用的合并过程与闪烁体厚度的固有分辨率相一致。因此，闪烁体的厚度能够使得信号在标准传感器阵列的一个以上的像素上延伸，这例如可以针对较薄的闪烁体进行优化。然后，合并能够用于提高操作速度，而实际上不会导致针对这样的标准传感器阵列的分辨率降低。然而，合并也能够用于将分辨率进一步降低到低于与闪烁体的固有厚度有关的分辨率，进一步提高速度，提高信噪比，并且进一步提供具有与来自较厚的第二闪烁体的分辨率相匹配的分辨率的图像数据，其中，这样的匹配能够帮助进行双能量分析并且在提供组合图像时帮助组合来自第一传感器阵列和第二传感器阵列的输出。
在第一方面中，所述第二成像模式中的操作包括用于组合来自所述第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程。
以这种方式，能够提高第二成像模式的操作速度。而且，如上面关于第一闪烁体所讨论的，合并过程使得能够使用标准传感器阵列(其中，由于闪烁体的厚度，从与一个像素相关联的X射线生成的可见光子会扩散到相邻像素)来提高速度，而实际上不会降低返回的图像数据的固有分辨率，但却实现了速度的提高。
在示例中，所述第三成像模式中的操作包括用于组合来自所述第一传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的第一合并过程，并且包括用于组合来自所述第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的第二合并过程。
在示例中，所述第一传感器阵列的传感器元件的像素大小与所述第二传感器阵列的传感器元件的像素大小相同。
在示例中，所述第一传感器阵列的传感器元件的像素大小小于所述第二传感器阵列的传感器元件的像素大小。
因此，例如能够关于第一闪烁体使用合并以提供与针对能够在没有合并过程的情况下操作的第二闪烁体的情况相同的有效像素大小，但是能够有效组合来自这两个闪烁体的数据以提供适合用于(例如在锥束计算机断层摄影CBCT系统中的)3D成像的高对比度图像。
根据第二方面，提供了一种用于利用GOS闪烁体进行X射线成像的探测器，所述探测器包括：
第一闪烁体；
第二闪烁体；
第一传感器阵列；以及
第二传感器阵列。
所述第一传感器阵列与所述第一闪烁体相关联。所述第一传感器阵列包括被配置为探测在所述第一闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列。所述第二传感器阵列与所述第二闪烁体相关联。所述第二传感器阵列包括被配置为探测在所述第二闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列。所述第一闪烁体被设置在所述第二闪烁体上方，使得从X射线源发射的X射线首先遇到所述第一闪烁体，然后遇到所述第二闪烁体。所述第一闪烁体的厚度等于或大于0.6mm。所述第二闪烁体的厚度等于或大于0.6mm。所述第二闪烁体是硫氧化钆闪烁体。在第一成像操作模式中，所述第一闪烁体和所述第一传感器阵列被配置为提供能用于生成低能量X射线图像的数据。在第二成像操作模式中，所述第二闪烁体和所述第二传感器阵列被配置为提供能用于生成高能量X射线图像的数据。在第三成像操作模式中，所述第一闪烁体、所述第一传感器阵列、所述第二闪烁体以及所述第二传感器阵列被配置为提供能用于生成组合的能量X射线图像的数据。
在第二方面中，所述第一闪烁体的厚度小于1mm。
在第二方面中，所述第二成像模式中的操作包括用于组合来自所述第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程。
以这种方式，使用GOS闪烁体能够减少余辉并减少重影，如果GOS掺杂有Pr(而不是Tb)，则是这种情况。余辉(或滞后)是关于加性时间效应所使用的术语，重影(或亮灼)是关于乘性时间效应所使用的术语。这两种效应都存在于闪烁体中，并且能够在X射线探测器图像中给出伪影，然而，使用GOS闪烁体能够减轻这样的效应(或者对类似CT的成像至少减少这样的效应)。
如果要使用不具有针结构的闪烁体，则GOS闪烁体(例如，GdOS:Tb)将具有优点。
根据第三方面，提供了一种X射线成像系统，包括：
X射线源；
根据第一方面或第二方面的X射线探测器；以及
处理单元。
所述X射线探测器相对于所述X射线源进行定位，使得所述X射线源与所述X射线探测器之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域。所述处理单元被配置为控制所述X射线源和所述X射线探测器以进行以下操作：在所述第一成像操作模式中操作；在所述第二成像操作模式中操作；并且在所述第三成像操作模式中操作。
根据第四方面，提供了一种用于X射线成像的方法，包括：
a)将X射线探测器相对于X射线源进行定位，使得所述X射线源与所述X射线探测器之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域；
b)由处理单元控制所述X射线源和所述X射线探测器，并且：
c)在第一成像操作模式中操作；或者
d)在第二成像操作模式中操作；或者
e)在所述第一成像模式和所述第二成像模式中操作；或者
f)在第三成像操作模式中操作；
其中，所述探测器包括第一闪烁体、第二闪烁体、第一传感器阵列以及第二传感器阵列。所述第一传感器阵列与所述第一闪烁体相关联。所述第一传感器阵列包括被配置为探测在所述第一闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列。所述第二传感器阵列与所述第二闪烁体相关联。所述第二传感器阵列包括被配置为探测在所述第二闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列。所述第一闪烁体被设置在所述第二闪烁体上方，使得从X射线源发射的X射线首先遇到所述第一闪烁体，然后遇到所述第二闪烁体。所述第一闪烁体的厚度等于或大于0.6mm。所述第二闪烁体的厚度等于或大于1.1mm。在所述第一成像操作模式中，所述第一闪烁体和所述第一传感器阵列被配置为提供能用于生成低能量X射线图像的数据。在所述第二成像操作模式中，所述第二闪烁体和所述第二传感器阵列被配置为提供能用于生成高能量X射线图像的数据。在所述第三成像操作模式中，所述第一闪烁体、所述第一传感器阵列、所述第二闪烁体以及所述第二传感器阵列被配置为提供能用于生成组合的能量X射线图像的数据。
在第四方面中，所述第一闪烁体的厚度小于1mm。
在第四方面中，所述第二成像模式中的操作包括用于组合来自所述第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程。
根据另一方面，提供了一种控制如前所述的装置的计算机程序单元，所述计算机程序单元在由处理单元运行时适于执行如前所述的方法的步骤。
根据另一方面，提供了一种计算机可读介质，其存储有如前所述的计算机元件。
有利地，由以上任何方面提供的益处等同地适用于所有其他方面，反之亦然。
通过参考下文描述的实施例，上述方面和示例将变得显而易见并且得到阐明。
附图说明
下面将参考以下附图来描述示例性实施例：
图1示出了用于X射线成像的探测器的示例的示意性设置；
图2示出了用于X射线成像的系统的示例的示意性设置；
图3示出了用于X射线成像的方法的示例；
图4示出了常规的用于2D成像和3D成像的探测器的示例；
图5示出了关于图1描述的用于X射线成像的探测器的详细示例；
图6示出了关于图1描述的用于X射线成像的探测器的详细示例；并且
图7示出了关于图1描述的具有两个CsI闪烁体的探测器的总X射线吸收，该总X射线吸收是处于140kV下的总CsI厚度的函数。
具体实施方式
图1示出了用于X射线成像的探测器10的示例。探测器10包括第一闪烁体20、第二闪烁体30、第一传感器阵列40以及第二传感器阵列50。第一传感器阵列40与第一闪烁体20相关联。第一传感器阵列40包括被配置为探测在第一闪烁体20中生成的光学光子的传感器元件阵列。第二传感器阵列50与第二闪烁体30相关联。第二传感器阵列50包括被配置为探测在第二闪烁体30中生成的光学光子的传感器元件阵列。第一闪烁体20被设置在第二闪烁体30上方，使得从X射线源发射的X射线首先遇到第一闪烁体20，然后遇到第二闪烁体30。第一闪烁体20的厚度等于或大于0.6mm。第二闪烁体30的厚度等于或大于1.1mm。在第一成像操作模式中，第一闪烁体20和第一传感器阵列40被配置为提供能用于生成低能量X射线图像的数据。在第二成像操作模式中，第二闪烁体30和第二传感器阵列50被配置为提供能用于生成高能量X射线图像的数据。在第三成像操作模式中，第一闪烁体20、第一传感器阵列40、第二闪烁体30以及第二传感器阵列50被配置为提供能用于生成组合的能量X射线图像的数据。
根据示例，第一闪烁体的厚度小于1mm。
在示例中，第一闪烁体的厚度小于或等于0.8mm。以这种方式，当不进行合并时，该最大厚度可以避免针对CsI闪烁体的MTF(空间分辨率或清晰度)降低过多。
在示例中，第二闪烁体的厚度小于1.8mm。
在示例中，第二闪烁体的厚度大于或等于1.2mm。在示例中，第二闪烁体的厚度大于或等于1.3mm。在示例中，第二闪烁体的厚度大于或等于1.4mm。在示例中，第二闪烁体的厚度大于或等于1.5mm。在示例中，第二闪烁体的厚度大于或等于1.6mm。在示例中，第二闪烁体的厚度大于或等于1.7mm。以这种方式，当不进行合并时，当需要从第二闪烁体返回高分辨率数据时，该最大厚度可以避免针对CsI闪烁体的MTF(清晰度)降低过多。
根据示例，第一闪烁体是CsI闪烁体。
根据示例，第一闪烁体包括针结构。
根据示例，第二闪烁体是CsI闪烁体。
在示例中，除了T1之外，CsI还具有其他共掺杂，以例如减少时间效应。
根据示例，其中，第二闪烁体包括针结构。
根据示例，第二闪烁体是硫氧化钆闪烁体。
根据示例，第一成像模式中的操作包括用于组合来自第一传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程。
根据示例，第二成像模式中的操作包括用于组合来自第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程。
根据示例，第三成像模式中的操作包括用于组合来自第一传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的第一合并过程，并且包括用于组合来自第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的第二合并过程。
在示例中，第一合并过程与第二合并过程相同。
因此，合并过程本身能够用作组合低能量数据与高能量数据以生成组合图像的过程的部分。
在示例中，其信号被组合的第一传感器阵列的相邻传感器元件的空间范围与其信号被组合的第二传感器阵列的相邻传感器元件的空间范围相同。
根据示例，第一传感器阵列的传感器元件的像素大小与第二传感器阵列的传感器元件的像素大小相同。
根据示例，第一传感器阵列的传感器元件的像素大小小于第二传感器阵列的传感器元件的像素大小。
在示例中，第一闪烁体的传感器元件的像素大小是150μm。
图1还能够表示不同的用于X射线成像的探测器10a。该探测器10a利用GOS闪烁体并且包括第一闪烁体20、第二闪烁体30a、第一传感器阵列40以及第二传感器阵列50。第一传感器阵列40与第一闪烁体20相关联。第一传感器阵列40包括被配置为探测在第一闪烁体20中生成的光学光子的传感器元件阵列。第二传感器阵列50与第二闪烁体30a相关联。第二传感器阵列50包括被配置为探测在第二闪烁体30a中生成的光学光子的传感器元件阵列。第一闪烁体20被设置在第二闪烁体30a上方，使得从X射线源发射的X射线首先遇到第一闪烁体20，然后遇到第二闪烁体30a。第一闪烁体20的厚度等于或大于0.6mm。第二闪烁体30a的厚度等于或大于0.6mm。第二闪烁体30a是硫氧化钆闪烁体。在第一成像操作模式中，第一闪烁体20和第一传感器阵列40被配置为提供能用于生成低能量X射线图像的数据。在第二成像操作模式中，第二闪烁体30a和第二传感器阵列50被配置为提供能用于生成高能量X射线图像的数据。在第三成像操作模式中，第一闪烁体20、第一传感器阵列40、第二闪烁体30a以及第二传感器阵列50被配置为提供能用于生成组合的能量X射线图像的数据。
在示例中，第二闪烁体的厚度等于或大于0.8mm。在示例中，第二闪烁体的厚度等于或大于1.0mm。在示例中，第二闪烁体的厚度等于或大于1.2mm。在示例中，第二闪烁体的厚度等于或大于1.3mm。
在示例中，第一闪烁体的厚度小于1mm。在示例中，第一闪烁体是CsI闪烁体。在示例中，第一闪烁体包括针结构。
在示例中，第一成像模式中的操作包括用于组合来自第一传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程。
在示例中，第二成像模式中的操作包括用于组合来自第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程。
在示例中，第三成像模式中的操作包括用于组合来自第一传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程，并且包括用于组合来自第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程。
在示例中，第一传感器阵列的传感器元件的像素大小与第二传感器阵列的传感器元件的像素大小相同。
在示例中，第一传感器阵列的传感器元件的像素大小小于第二传感器阵列的传感器元件的像素大小。
图2示出了X射线成像系统100的示例。系统100包括关于图1描述的X射线源110、X射线探测器10或X射线探测器10a。系统100还包括处理单元120。X射线探测器10、10a相对于X射线源110进行定位，使得X射线源110与X射线探测器10、10a之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域。处理单元120被配置为控制X射线源110和X射线探测器10、10a以进行以下操作：在第一成像操作模式中操作；在第二成像操作模式中操作；并且在第三成像操作模式中操作。
图3示出了用于X射线成像的方法200的基本步骤。方法200包括：
在定位步骤210(也被称为步骤a))中，将X射线探测器相对于X射线源进行定位，使得在X射线源与X射线探测器之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域；
在控制步骤220(也被称为步骤b))中，由处理单元控制X射线源和X射线探测器，并且：
在操作步骤230(也被称为步骤c))中，在第一成像操作模式中操作；或者
在操作步骤240(也被称为步骤d))中，在第二成像操作模式中操作；或者
在操作步骤250(也被称为步骤e))中，在第一成像模式和第二成像模式中操作；或者
在操作步骤260(也被称为步骤f))中，在第三成像操作模式中操作；
其中，探测器包括第一闪烁体、第二闪烁体、第一传感器阵列以及第二传感器阵列。
第一传感器阵列与第一闪烁体相关联。第一传感器阵列包括被配置为探测在第一闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列。第二传感器阵列与第二闪烁体相关联。第二传感器阵列包括被配置为探测在第二闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列。第一闪烁体被设置在第二闪烁体上方，使得从X射线源发射的X射线首先遇到第一闪烁体，然后遇到第二闪烁体。第一闪烁体的厚度等于或大于0.6mm。第二闪烁体的厚度等于或大于1.1mm。在第一成像操作模式中，第一闪烁体和第一传感器阵列被配置为提供能用于生成低能量X射线图像的数据。在第二成像操作模式中，第二闪烁体和第二传感器阵列被配置为提供能用于生成高能量X射线图像的数据。在第三成像操作模式中，第一闪烁体、第一传感器阵列、第二闪烁体以及第二传感器阵列被配置为提供能用于生成组合的能量X射线图像的数据。
在示例中，第一闪烁体的厚度小于1mm。在示例中，第一闪烁体是CsI闪烁体。在示例中，第一闪烁体包括针结构。
在示例中，第二闪烁体是CsI闪烁体。在示例中，第二闪烁体包括针结构。在示例中，第二闪烁体是硫氧化钆闪烁体。
在示例中，第一成像模式中的操作包括用于组合来自第一传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程。
在示例中，第二成像模式中的操作包括用于组合来自第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程。
在示例中，第三成像模式中的操作包括用于组合来自第一传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的第一合并过程，并且包括用于组合来自第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的第二合并过程。
在示例中，第一传感器阵列的传感器元件的像素大小与第二传感器阵列的传感器元件的像素大小相同。
在示例中，第一传感器阵列的传感器元件的像素大小小于第二传感器阵列的传感器元件的像素大小。
在示例中，还提供了一种用于X射线成像的方法，包括：
在定位步骤(也被称为步骤a))中，将X射线探测器相对于X射线源进行定位，使得X射线源与X射线探测器之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域；
在控制步骤(也被称为步骤b))中，由处理单元控制X射线源和X射线探测器，并且：
在操作步骤(也被称为步骤c))中，在第一成像操作模式中操作；或者
在操作步骤(也被称为步骤d))中，在第二成像操作模式中操作；或者
在操作步骤(也被称为步骤e))中，在第一成像模式和第二成像模式中操作；或者
在操作步骤(也被称为步骤f))中，在第三成像操作模式中操作；
其中，探测器利用GOS闪烁体并且包括第一闪烁体、第二闪烁体、第一传感器阵列以及第二传感器阵列。
第一传感器阵列与第一闪烁体相关联。第一传感器阵列包括被配置为探测在第一闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列。第二传感器阵列与第二闪烁体相关联。第二传感器阵列包括被配置为探测在第二闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列。第一闪烁体被设置在第二闪烁体上方，使得从X射线源发射的X射线首先遇到第一闪烁体，然后遇到第二闪烁体。第一闪烁体的厚度等于或大于0.6mm。第二闪烁体的厚度等于或大于0.6mm。第二闪烁体是硫氧化钆闪烁体。在第一成像操作模式中，第一闪烁体和第一传感器阵列被配置为提供能用于生成低能量X射线图像的数据。在第二成像操作模式中，第二闪烁体和第二传感器阵列被配置为提供能用于生成高能量X射线图像的数据。在第三成像操作模式中，第一闪烁体、第一传感器阵列、第二闪烁体以及第二传感器阵列被配置为提供能用于生成组合的能量X射线图像的数据。
在示例中，第二闪烁体的厚度等于或大于0.8mm。在示例中，第二闪烁体的厚度等于或大于1.0mm。在示例中，第二闪烁体的厚度等于或大于1.2mm。在示例中，第二闪烁体的厚度等于或大于1.3mm。
在示例中，第一闪烁体的厚度小于1mm。在示例中，第一闪烁体是CsI闪烁体。在示例中，第一闪烁体包括针结构。
在示例中，第一成像模式中的操作包括用于组合来自第一传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程。
在示例中，第二成像模式中的操作包括用于组合来自第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程。
在示例中，第三成像模式中的操作包括用于组合来自第一传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的第一合并过程，并且包括用于组合来自第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的第二合并过程。
在示例中，第一传感器阵列的传感器元件的像素大小与第二传感器阵列的传感器元件的像素大小相同。
在示例中，第一传感器阵列的传感器元件的像素大小小于第二传感器阵列的传感器元件的像素大小。
图4示出了常规的用于X射线成像的2D探测器和3D探测器。图4的左侧图像描绘了常规的X射线探测器，其被设计用于介入套件中的最优2D图像引导。通过小的像素大小(例如150μm)并通过限制由闪烁体生成的可见光的扩散来实现高空间分辨率。例如，CsI闪烁体的厚度有限(＜800μm)，并且CsI的针结构实现了向下到达光学图像传感器的光学波导。因此，这样的探测器用于最优处置和最优空间分辨率。图4的右侧图像示出了常规的用于3D成像的CT探测器，其具有大得多的像素大小(最大可达1mm)并且针对高X射线吸收进行了优化(大约1.5mm厚的像素化闪烁体)，使得结合最小化散射可以获得高对比度图像以用于诊断。因此，这样的探测器用于最优诊断和最优X射线吸收。
现在将关于图5-7来更详细地描述关于图1-3所描述的用于X射线成像的探测器、系统和方法。
图5示出了用于X射线成像的探测器的详细示例。该探测器是双层X射线探测器，其提供了最优的空间分辨率和增强的X射线吸收。第一层具有反射器，在反射器之后是闪烁体，在闪烁体下面是光学辐射探测器阵列。闪烁体由CsI制成并且具有将辐射向下引导到探测阵列的针结构。在闪烁体中吸收低能量X射线，并且探测器阵列的读出使得能够进行图像采集和显示。使第一层保持非常薄，以便实现高分辨率的X射线成像。第二层位于第一层下方。第二层具有反射器，在反射器之后是第二闪烁体，在第二闪烁体下面是第二光学辐射探测器阵列。第二闪烁体由CsI制成并且也具有将辐射向下引导到探测阵列的针结构。与在第一闪烁体中吸收的X射线相比，在第二闪烁体中吸收的更高能量的X射线，并且探测器阵列的读出使得能够进行图像采集和显示。第二层足够厚，使得实现了增加的X射线吸收。对从第一探测器阵列的读出与从第二探测器阵列的读出进行组合以提供在低能带和高能带这两者上延伸的组合图像。由于第二闪烁体比第一闪烁体厚，因此该图像的空间分辨率比仅根据第一层的操作实现的分辨率要低，但是可以提供与在3D影像利用第二闪烁体的情况相称的高对比度影像。如果有必要，能够将来自第一探测器阵列的读出结果合并，以便匹配从第二层返回的空间分辨率。这也加快了读出速度。也能够将来自第二探测器阵列的读出结果合并以加快读出速度。合并过程组合来自一个或多个相邻像素的信号。另外，由于从第一层读出的结果涉及低能量X射线，而从高能量X射线读出的结果与高能量X射线有关，因此这两个读出结果能够用作双能量探测系统的部分。第一闪烁体能够具有相关联的传感器阵列，该相关联的传感器阵列具有与针对该厚度的分辨率固有匹配的像素大小，然后使用合并来加快操作速度。第一闪烁体能够具有增加的厚度，并且以标准(因此具有成本效益的)传感器阵列一起操作，该标准传感器阵列的像素大小小于在该厚度下的固有分辨率。然后能够使用合并过程来组合来自相邻像素的信号，而不会降低分辨率，而会使读出速度提高。类似地，第二闪烁体也能够具有相关联的传感器阵列，该传感器阵列的像素大小与固有分辨率相匹配，然后使用合并来提高速度。然而，也能够使用标准传感器阵列，该标准传感器阵列可以与用于第一闪烁体的阵列相同，并且信号可以被散布在一个以上的像素上，并且再次地，合并不会导致分辨率损失，而会使速度提高。合并过程还能够用于第一闪烁体以匹配从第二闪烁体返回的分辨率，而不管是否以合并模式进行操作。闪烁体的厚度能够使得X射线剂量在低能量图像数据与高能量图像数据之间均匀分布。
图6示出了作为关于图1描述的探测器的两个详细版本的探测器。左图是关于图5描述的探测器，而在右图中，针对底部闪烁体已经使用了类似快速CT的材料(例如，GOS)，从而提供了在介入X射线成像应用中产生非常少的重影的探测器。因此，这些探测器是混合式X射线探测器，其提供最优处置和最优诊断，为2D提供最优空间分辨率，并且为3D提供增强的X射线吸收。
然而，对于这两种版本，对于高分辨率2D成像，探测器都被提供有适当厚度的顶部闪烁体，并且来自该探测器的图像(图像1)能够单独用于所有2D应用。该顶部闪烁体的厚度能够与常规的X射线探测器的厚度相同。该探测器的顶部闪烁体也能够用于非合并的3D应用，在这种情况下，能够确保最优图像质量用于图像引导(和高分辨率3D应用)。然而，通过使用图像1与图像2的组合，能够生成组合图像以用于3D成像(其中能够应用合并)。为此，能够使底部闪烁体比顶部闪烁体更厚。最终实现的总X射线吸收(主要是针对高kVp设置(例如，120kVp或140kVp))对于X射线探测器来说非常高，达到了类似CT的成像，其中，图7提供了关于总X射线吸收的详细信息，该总X射线吸收是当两个闪烁体由CsI制成并在140kV下操作(并且其中，Cu为0.4mm，H2O为300mm，75％CsI堆积密度)时针对这两个闪烁体的总闪烁体厚度的函数。右图中的底部闪烁体示出了3D的4×4合并的示例。
能够对图像1和图像2应用高级图像处理。以这种方式，能够实现超分辨率，使得能够使用图像2(更好的对比度)来改善图像1(更好的空间分辨率)，反之亦然。在这种情况下，图像2能够用于2D应用。而且，通过利用以不同散射信息采集两个图像这一事实，能够改善散射校正。而且，如所讨论的，由于图像1和图像2涉及不同能量X射线的采集，因此探测器也被提供用于双能量图像采集。
像素合并
像素合并是指对来自多个相邻像素的信号进行求和或求平均。这样的合并通常是在像素的矩形布置或正方形布置上完成的，但是布置的形状不限于这些形状。能够通过以下操作来进行合并过程：
通过使用专用合并开关将像素直接彼此连接，
(同时)读出相邻行，其中，在读出的列上对信号进行求和(“垂直合并”)，
在读出期间交叉连接读出列，由此对相邻列的信号进行求和或求平均(“水平合并”)，
对来自探测器面板的边缘的读出ASIC中的相邻读出列的信号进行求和或求平均(“水平合并”)，
在读出个体(或一维合并的)像素之后，对数字域中的信号进行求和或求平均，或者
上述过程的组合。
在另一示例性实施例中，提供了计算机程序或计算机程序单元，其特征在于被配置为在适当的系统上运行根据前述实施例中的一个实施例的方法的方法步骤。
因此，计算机程序单元可以被存储在计算机单元中，该计算机程序单元也可以是实施例的部分。该计算单元可以被配置为执行或引起对上述方法的步骤的执行。此外，该计算单元可以被配置为操作上述装置和/或系统的部件。该计算单元能够被配置为自动操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。因此，可以装备数据处理器来执行前述实施例中的任一个的方法。
本发明的该示例性实施例覆盖从一开始就使用本发明的计算机程序，以及借助于将现有程序更新转换为使用本发明的程序的计算机程序二者。
另外，计算机程序单元可以能够提供所有必要步骤以完成如上所述的方法的示例性实施例的流程。
根据本发明的另外的示例性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如，CD-ROM，其中，该计算机可读介质具有被存储于所述计算机可读介质上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前面的章节所描述。
计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质，例如，与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如，经由互联网或其他有线或无线的电信系统分布。
然而，计算机程序也可以存在于网络(如万维网)上，并且能够从这样的网络被下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另外的示例性实施例，提供了用于使计算机程序单元可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的先前描述的实施例中的一个实施例的方法。
必须指出，本发明的实施例是参考不同主题来描述的。特别地，一些实施例是参考方法型权利要求来描述的，而其他实施例是参考装置型权利要求来描述的。然而，除非另有说明，本领域技术人员将从以上和以下的描述中推断出，除属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为在本申请中得到公开。然而，所有的特征都能够被组合来提供多于特征的简单加合的协同效应。
虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (13)

1.一种用于X射线成像的探测器(10)，包括：
第一闪烁体(20)；
第二闪烁体(30)；
第一传感器阵列(40)；以及
第二传感器阵列(50)；并且
其中，所述第一传感器阵列与所述第一闪烁体相关联，并且其中，所述第一传感器阵列包括被配置为探测在所述第一闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列；
其中，所述第二传感器阵列与所述第二闪烁体相关联，并且其中，所述第二传感器阵列包括被配置为探测在所述第二闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列；
其中，所述第一闪烁体被设置在所述第二闪烁体上方，使得从X射线源发射的X射线首先遇到所述第一闪烁体，然后遇到所述第二闪烁体；
其中，所述第一闪烁体的厚度等于或大于0.6mm，并且其中，所述第一闪烁体的厚度小于1mm；
其中，所述第二闪烁体的厚度等于或大于1.1mm；
其中，在第一成像操作模式中，所述第一闪烁体和所述第一传感器阵列被配置为提供能用于生成低能量X射线图像的数据；
其中，在第二成像操作模式中，所述第二闪烁体和所述第二传感器阵列被配置为提供能用于生成高能量X射线图像的数据，其中，所述第二成像模式中的操作包括用于组合来自所述第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程；
其中，在第三成像操作模式中，所述第一闪烁体、所述第一传感器阵列、所述第二闪烁体以及所述第二传感器阵列被配置为提供能用于生成组合的能量X射线图像的数据。
2.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述第一闪烁体是CsI闪烁体。
3.根据权利要求1-2中的任一项所述的探测器，其中，所述第一闪烁体包括针结构。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的探测器，其中，所述第二闪烁体是CsI闪烁体。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的探测器，其中，所述第二闪烁体包括针结构。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的探测器，其中，所述第二闪烁体是硫氧化钆闪烁体。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的探测器，其中，所述第一成像模式中的操作包括用于组合来自所述第一传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的探测器，其中，所述第三成像模式中的操作包括用于组合来自所述第一传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的第一合并过程，并且包括用于组合来自所述第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的第二合并过程。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的探测器，其中，所述第一传感器阵列的传感器元件的像素大小与所述第二传感器阵列的传感器元件的像素大小相同。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的探测器，其中，所述第一传感器阵列的传感器元件的像素大小小于所述第二传感器阵列的传感器元件的像素大小。
11.一种用于利用GOS闪烁体进行X射线成像的探测器(10a)，所述探测器包括：
第一闪烁体(20)；
第二闪烁体(30a)；
第一传感器阵列(40)；以及
第二传感器阵列(50)；并且
其中，所述第一传感器阵列与所述第一闪烁体相关联，并且其中，所述第一传感器阵列包括被配置为探测在所述第一闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列；
其中，所述第二传感器阵列与所述第二闪烁体相关联，并且其中，所述第二传感器阵列包括被配置为探测在所述第二闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列；
其中，所述第一闪烁体被设置在所述第二闪烁体上方，使得从X射线源发射的X射线首先遇到所述第一闪烁体，然后遇到所述第二闪烁体；
其中，所述第一闪烁体的厚度等于或大于0.6mm，并且其中，所述第一闪烁体的厚度小于1mm；
其中，所述第二闪烁体的厚度等于或大于0.6mm；
其中，所述第二闪烁体是硫氧化钆闪烁体；
其中，在第一成像操作模式中，所述第一闪烁体和所述第一传感器阵列被配置为提供能用于生成低能量X射线图像的数据；
其中，在第二成像操作模式中，所述第二闪烁体和所述第二传感器阵列被配置为提供能用于生成高能量X射线图像的数据，其中，所述第二成像模式中的操作包括用于组合来自所述第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程；
其中，在第三成像操作模式中，所述第一闪烁体、所述第一传感器阵列、所述第二闪烁体以及所述第二传感器阵列被配置为提供能用于生成组合的能量X射线图像的数据。
12.一种X射线成像系统(100)，包括：
X射线源(110)；
根据前述权利要求中的任一项所述的X射线探测器(10、10a)；以及
处理单元(120)；
其中，所述X射线探测器相对于所述X射线源进行定位，使得所述X射线源与所述X射线探测器之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域；
其中，所述处理单元被配置为控制所述X射线源和所述X射线探测器以进行以下操作：
在所述第一成像操作模式中操作；
在所述第二成像操作模式中操作；并且
在所述第三成像操作模式中操作。
13.一种用于X射线成像的方法(200)，包括：
a)将X射线探测器相对于X射线源进行定位(210)，使得所述X射线源与所述X射线探测器之间的区域的至少部分是用于容纳对象的检查区域；
b)由处理单元控制(220)所述X射线探测器和所述X射线源，以便使所述方法包括：
c)在第一成像操作模式中操作(230)；或者
d)在第二成像操作模式中操作(240)，其中，在所述第二成像模式中的操作包括用于组合来自所述第二传感器阵列的多个相邻传感器元件的信号的合并过程；
e)在所述第一成像模式和所述第二成像模式中操作(250)；或者
f)在第三成像操作模式中操作(260)；
其中，所述探测器包括：
第一闪烁体；
第二闪烁体；
第一传感器阵列；以及
第二传感器阵列；并且
其中，所述第一传感器阵列与所述第一闪烁体相关联，并且其中，所述第一传感器阵列包括被配置为探测在所述第一闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列；
其中，所述第二传感器阵列与所述第二闪烁体相关联，并且其中，所述第二传感器阵列包括被配置为探测在所述第二闪烁体中生成的光学光子的传感器元件阵列；
其中，所述第一闪烁体被设置在所述第二闪烁体上方，使得从X射线源发射的X射线首先遇到所述第一闪烁体，然后遇到所述第二闪烁体；
其中，所述第一闪烁体的厚度等于或大于0.6mm，并且其中，所述第一闪烁体的厚度小于1mm；
其中，所述第二闪烁体的厚度等于或大于1.1mm；
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