專利名稱：在成像設(shè)備中減少極化的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及使用像素化探測(cè)器的成像系統(tǒng)，更具體地涉及成像系統(tǒng)中的像素化半導(dǎo)體探測(cè)器。
背景技術(shù)：
成像設(shè)備，例如伽馬照相機(jī)和計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)成像系統(tǒng)，在醫(yī)療領(lǐng)域中分別用于檢測(cè)諸如從對(duì)象(例如患者)發(fā)射的范圍在140keV的伽馬射線的放射性發(fā)射事件和檢測(cè)未被對(duì)象衰減的透射x射線。根據(jù)這些檢測(cè)形成輸出，該輸出通常以圖像的形式圖形地圖解對(duì)象內(nèi)發(fā)射源的分布和/或?qū)ο蟮乃p分布。成像設(shè)備可以有一個(gè)或更多探測(cè)器探測(cè)發(fā)射的數(shù)量，可以有一個(gè)或更多探測(cè)器檢測(cè)穿過(guò)對(duì)象的x射線。每個(gè)檢測(cè)到的發(fā)射和x射線稱為一個(gè)“計(jì)數(shù)”，但是檢測(cè)到的發(fā)射也可以合計(jì)為“信號(hào)電流”。探測(cè)器還確定在不同空間位置處接收到的計(jì)數(shù)數(shù)量。然后成像器利用該位置相關(guān)的計(jì)數(shù)點(diǎn)數(shù)來(lái)確定伽馬源和x射線衰減器的分布，通常以具有代表處理后的計(jì)數(shù)點(diǎn)數(shù)的不同顏色或陰影的圖形圖像的形式。
像素化半導(dǎo)體探測(cè)器，例如，用鎘鋅碲化物(CZT)制成的探測(cè)器，可以提供一種檢測(cè)伽馬射線和x射線的經(jīng)濟(jì)的方法。具體的，至少一種已知的成像系統(tǒng)包括室溫半導(dǎo)體輻射探測(cè)器(RTD)，其用于產(chǎn)生圖像質(zhì)量更高的圖像。在工作過(guò)程中，RTD利用光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、和/或電子-電子散射中的至少一種將輻射光子轉(zhuǎn)換為電荷(Q)。將光子直接轉(zhuǎn)換為電荷有利于消除發(fā)生在已知的閃爍體技術(shù)中的光產(chǎn)生和光探測(cè)步驟以及與它們相應(yīng)的低效率。然而，為了在室溫下進(jìn)行工作，RTD的材料必須具有足夠大的帶隙能量(BG)以便減少材料中自由載荷子的數(shù)量(N)并允許施加更高偏置電壓(偏置高壓HV)。這允許在不產(chǎn)生背景電流的情況下檢測(cè)信號(hào)脈沖，該背景電流在此稱為暗電流(Id)。在工作期間，當(dāng)測(cè)量信號(hào)電荷(Q)時(shí)暗電流可能使讀出電子裝置飽和，和/或降低信噪比(SNR)。為了測(cè)量信號(hào)電荷(Q)，將檢測(cè)電極和電子裝置施加到RTD的表面。倘若電荷遷移率(μ)和載流子復(fù)合壽命(τ)足夠高，則偏置高壓導(dǎo)致在電極和電子裝置上檢測(cè)電荷(Q)。
然而，已知的用鎘鋅碲化物(CZT)材料制成的探測(cè)器具有不能被更大的帶隙充分控制的暗電流(Id)。因此，至少一些已知的成像系統(tǒng)包括冷卻系統(tǒng)以便有利于減少自由載荷子(N)和/或減小暗電流(Id)。例如，至少一個(gè)已知的成像系統(tǒng)包括采用液氮的冷卻系統(tǒng)，以便有利于減少自由載荷子(N)和/或減小暗電流(Id)。然而，在商業(yè)成像系統(tǒng)中使用液氮系統(tǒng)通常是不可行的。另一個(gè)已知的系統(tǒng)使用循環(huán)冷卻水控制CTZ和電子裝置溫度，但是這在工程設(shè)計(jì)和安全方面也有非常大的成本。此外，至少一個(gè)已知的成像系統(tǒng)使用珀耳帖元件促進(jìn)減少自由載荷子(N)和/或減小暗電流(Id)，減少自由載荷子(N)和/或減小暗電流(Id)有利于避免由于附近的對(duì)象(例如電子裝置)的熱量可能產(chǎn)生的暗電流(Id)的不利增長(zhǎng)。
因此，雖然已知的冷卻系統(tǒng)在減小暗電流(Id)方面有積極的效果，但該冷卻系統(tǒng)在電荷遷移率(μ)和載流子復(fù)合壽命(τ)方面有不利的影響。例如，當(dāng)本征半導(dǎo)體器件中的雜質(zhì)和能帶邊緣態(tài)的數(shù)量增加時(shí)，即，降低等級(jí)的探測(cè)器和/或摻雜半導(dǎo)體器件，冷卻通過(guò)增加電荷(Q)與這些局域態(tài)(稱為淺和深陷阱)的交互作用，可以降低電荷遷移率(μ)和載流子復(fù)合壽命(τ)。更具體地，當(dāng)用鎘鋅碲化物(CZT)材料(其中電荷遷移率(μ)和載流子復(fù)合壽命(τ)的乘積是臨界的)制造半導(dǎo)體器件時(shí)，這種陷阱是一個(gè)限制因素。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，提供了一種在圖像檢測(cè)裝置中減少極化的方法。該方法包括耦合至少一個(gè)阻擋接觸到圖像檢測(cè)裝置，并加熱圖像檢測(cè)裝置以便有利于在圖像檢測(cè)裝置中減少極化。
在另一個(gè)方面，提供了一種圖像檢測(cè)裝置。該圖像檢測(cè)裝置包括襯底，耦合到襯底的阻擋接觸(blocking contact)，和構(gòu)造成增加襯底的溫度以有利于減少該圖像檢測(cè)裝置中極化的熱源。
在進(jìn)一步的方面，提供了一種成像系統(tǒng)。該成像系統(tǒng)包括構(gòu)造成發(fā)射光子流的放射源，構(gòu)造成接收該光子流并基于該光子流產(chǎn)生響應(yīng)的圖像檢測(cè)裝置，其中圖像檢測(cè)裝置包括用鎘鋅碲化物(CZT)制造的襯底、耦合到襯底的阻擋接觸和熱源，該熱源構(gòu)造成增加襯底溫度以便有利于減少該圖像檢測(cè)裝置中的極化。


圖1是CT成像系統(tǒng)的繪畫(huà)視圖。
圖2是圖1所示系統(tǒng)的方框示意圖；圖3是具有多個(gè)像素化半導(dǎo)體探測(cè)器元件的示例性輻射探測(cè)器的橫截面視圖；和圖4是示出了在圖1所示的探測(cè)器中減少極化的示例性方法的流程圖；圖5是圖1所示的輻射探測(cè)器的橫截面視圖，其包括示例性的加熱源和示例性的阻擋接觸；圖6是圖3所示的輻射探測(cè)器的透視圖，其包括示例性的絕緣蓋層；圖7是圖4所示的輻射探測(cè)器的頂視圖；圖8是圖3所示的探測(cè)器在正常工作期間的曲線圖；圖9是已知的探測(cè)器在正常工作期間的曲線圖；和圖10是圖4所示的探測(cè)器在正常工作期間的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
圖1和2示意了一個(gè)示例性的成像系統(tǒng)，例如，計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)成像系統(tǒng)。系統(tǒng)10以包括代表“第三代”CT成像系統(tǒng)的臺(tái)架12的形式示出。臺(tái)架12具有向位于臺(tái)架12的相對(duì)側(cè)上的探測(cè)器陣列18投射x射線束16的x射線管14(在此也稱為x射線源14)。探測(cè)器陣列18由包括多個(gè)探測(cè)器元件20的多排探測(cè)器(未示出)構(gòu)成，該多個(gè)探測(cè)器元件20共同感測(cè)穿過(guò)對(duì)象(例如介于陣列18和源14之間的醫(yī)療患者22)的投射x射線。每個(gè)探測(cè)器元件20產(chǎn)生表示撞擊x射線束強(qiáng)度的電信號(hào)，因此能夠用于評(píng)估當(dāng)射線束穿過(guò)對(duì)象或患者22時(shí)射線束的衰減。在采集x射線投影數(shù)據(jù)的掃描期間，臺(tái)架12和安裝在其內(nèi)的部件圍繞旋轉(zhuǎn)中心24旋轉(zhuǎn)。圖2僅示出單獨(dú)一排探測(cè)器元件20(即一個(gè)探測(cè)器排)。然而，多層探測(cè)器陣列18包括探測(cè)器元件20的多個(gè)平行探測(cè)器排，以便能夠在一個(gè)掃描期間同時(shí)采集對(duì)應(yīng)于多個(gè)準(zhǔn)平行或平行切片的投影數(shù)據(jù)。
臺(tái)架12上部件的旋轉(zhuǎn)和x射線源14的工作由CT系統(tǒng)10的控制機(jī)構(gòu)26控制。控制機(jī)構(gòu)26包括向x射線源14提供電源和定時(shí)信號(hào)的x射線控制器28和控制臺(tái)架12上部件的旋轉(zhuǎn)速度和位置的臺(tái)架電機(jī)控制器30。控制機(jī)構(gòu)26中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)32從探測(cè)器元件20采樣模擬數(shù)據(jù)，并把該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以便隨后處理。圖象重建器34從DAS 32中接收采樣的且數(shù)字化的x射線數(shù)據(jù)并進(jìn)行高速圖象重建。重建的圖象作為輸入提供給計(jì)算機(jī)36，計(jì)算機(jī)36把該圖象存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置38中。圖象重建器34可以是專門的硬件或在計(jì)算機(jī)36上執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序。
計(jì)算機(jī)36還通過(guò)具有鍵盤的控制臺(tái)40從操作者接收命令和掃描參數(shù)。相關(guān)聯(lián)的顯示器42，例如陰極射線管或其他適合的顯示設(shè)備，允許操作者觀察來(lái)自計(jì)算機(jī)36的重建圖象和其他數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)36利用操作者提供的命令和參數(shù)向DAS32、x射線控制器28、和臺(tái)架電機(jī)控制器30提供控制信號(hào)和信息。另外，計(jì)算機(jī)36操作平臺(tái)電機(jī)控制器44，其控制電動(dòng)平臺(tái)46將患者22定位在臺(tái)架12內(nèi)。具體地，平臺(tái)46移動(dòng)患者22的一些部分通過(guò)臺(tái)架開(kāi)口48。
在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)36包括指令讀取或接收裝置50，例如，軟盤驅(qū)動(dòng)器、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、DVD驅(qū)動(dòng)器、磁光盤(MOD)驅(qū)動(dòng)器、或任何其他數(shù)字裝置(包括網(wǎng)絡(luò)連接裝置，例如以太網(wǎng)裝置)，用于從計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)52讀取指令和/或數(shù)據(jù)，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)52為例如軟盤、CD-ROM、DVD或例如網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)的另一數(shù)字源、以及將要開(kāi)發(fā)的數(shù)字裝置。在另一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)36執(zhí)行存儲(chǔ)在固件(未示出)中的指令。對(duì)計(jì)算機(jī)36進(jìn)行編程以執(zhí)行在此所述的功能，在此使用的術(shù)語(yǔ)計(jì)算機(jī)不僅僅局限于那些在本領(lǐng)域中稱為計(jì)算機(jī)的集成電路，而是廣泛地指計(jì)算機(jī)、處理器、微控制器、微型計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器、專用集成電路、和其他可編程的電路，并且這些術(shù)語(yǔ)在此可交換使用。雖然上述特定的實(shí)施例提到第三代CT系統(tǒng)，在此描述的方法同樣可應(yīng)用于第四代CT系統(tǒng)(固定探測(cè)器-旋轉(zhuǎn)x射線源)和第五代CT系統(tǒng)(固定探測(cè)器和x射線源)。另外，可以預(yù)期的是，本發(fā)明的益處可發(fā)生在除CT之外的成像形式中。另外，雖然在此描述的方法和裝置描述成在計(jì)算機(jī)斷層攝影成像系統(tǒng)中，可以預(yù)期的是，本發(fā)明的益處可發(fā)生在其他醫(yī)學(xué)和非醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)中，例如伽馬照相機(jī)、和/或那些通常在工業(yè)場(chǎng)合或運(yùn)輸場(chǎng)合用于非破壞性檢查的系統(tǒng)，例如，但不局限于，用于機(jī)場(chǎng)或其他運(yùn)輸中心的行李掃描系統(tǒng)。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性成像設(shè)備探測(cè)器100的橫截面正視圖，其可用于成像系統(tǒng)10，并包括多個(gè)像素化半導(dǎo)體探測(cè)器元件102和探測(cè)器襯底104，所述探測(cè)器元件12可與例如定位探測(cè)器內(nèi)的輻射相互作用事件結(jié)合使用。探測(cè)器100可由輻射響應(yīng)半導(dǎo)體材料形成，例如，鎘鋅碲化物(CZT)晶體。通過(guò)像素化耦合到探測(cè)器襯底104的第一表面110(以下表面的方式示出)的相應(yīng)多個(gè)像素電極108，在襯底104上形成探測(cè)器元件102，像素電極在此也稱為陽(yáng)極。像素電極108的橫截面尺寸和形狀以及每個(gè)像素電極108之間的間距有利于確定每個(gè)像素化探測(cè)器元件102的位置和尺寸。具體地，使每個(gè)像素化探測(cè)器元件102靠近探測(cè)器襯底104的第二表面112(以上表面的方式示出)放置，基本上與相應(yīng)的像素電極108的縱軸114對(duì)準(zhǔn)。探測(cè)器100的固有空間分辨率可由每個(gè)像素化探測(cè)器元件102的尺寸和它們之間的間距限定。
此外，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，第二表面112可以基本上被一個(gè)陰極電極154覆蓋。第一表面110具有小的(例如約1平方毫米(mm2)至約10mm2)、大致正方形并設(shè)置為陽(yáng)極的像素電極108的矩形(或六邊形或其他形狀)陣列。在工作期間施加在像素電極108與陰極154之間的電壓差在襯底104內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)(探測(cè)器場(chǎng))。該探測(cè)器場(chǎng)可以是，例如，約1kv/cm到3kv/cm。雖然在本示例性實(shí)施例中像素電極108描述為大致正方形，這個(gè)形狀不應(yīng)理解為是限制性的，其他形狀的像素電極108也是可以想到，尤其是圓形或區(qū)域填充形狀。
在工作中，將來(lái)自源140的例如發(fā)射的伽馬射線和透射x射線144的未準(zhǔn)直光子流144引導(dǎo)向第二表面112。當(dāng)一個(gè)光子入射到襯底104上時(shí)，通過(guò)吸收以及隨后的電離，它通常在襯底104內(nèi)失去全部能量并在襯底104的小局部區(qū)域內(nèi)留下成對(duì)的運(yùn)動(dòng)電子156和空穴158。由于探測(cè)器場(chǎng)，空穴158向陰極154漂移而電子156向像素電極108漂移，因此在像素電極108和陰極154上的感應(yīng)電荷。例如使用讀出電子裝置160檢測(cè)像素電極108上的感應(yīng)電荷，以及確定檢測(cè)到光子的時(shí)間、檢測(cè)到的光子沉積在襯底104內(nèi)的能量有多少、以及光子相互作用發(fā)生在襯底104內(nèi)何處。此外，讀出電子裝置160也可以利用154上的感應(yīng)電荷，來(lái)確定時(shí)序和能量信息。
在一個(gè)可選擇的實(shí)施例中，成像設(shè)備包括準(zhǔn)直器(未示出)，該準(zhǔn)直器包括多個(gè)穿過(guò)該準(zhǔn)直器限定的孔。在工作期間，將來(lái)自源140的光子，例如發(fā)射伽馬射線和透射的x射線，引導(dǎo)向和/或通過(guò)準(zhǔn)直器。利用準(zhǔn)直器準(zhǔn)直光子，以便將準(zhǔn)直的光子流引導(dǎo)向表面112。
圖4是示出了有利于在探測(cè)器100中減少極化的示例性方法200的流程圖。如在此使用的，極化定義為發(fā)生在探測(cè)器100內(nèi)的電荷集結(jié)。因此，方法200有利于減少和/或消除導(dǎo)致極化的條件，即電荷俘獲。
在該示例性實(shí)施例中，方法200包括耦合202至少一個(gè)阻擋接觸到圖像檢測(cè)裝置，和加熱204圖像檢測(cè)裝置以便有利于增加成像設(shè)備的工作溫度。
圖5是包括至少一個(gè)阻擋接觸300的示例性探測(cè)器100的橫截面視圖。如在此使用的，阻擋接觸(電極)是這樣一種接觸，對(duì)于該接觸，載荷子被阻止從該接觸進(jìn)入半導(dǎo)體材料，即使所施加的電壓迫使它們這樣。例如，可以用金和/或鉑層制作阻擋接觸300，所述層作為陰極施加到半導(dǎo)體探測(cè)器表面上并為載流子的運(yùn)動(dòng)提供勢(shì)能階。因此如在肖特基勢(shì)壘結(jié)中一樣，載流子的運(yùn)動(dòng)在釋放能量的方向上得到促進(jìn)，并在吸收能量的方向受到阻止?？梢杂闷渌姆绞街苽湫ぬ鼗Y(jié)和阻擋接觸，例如通過(guò)堆疊摻雜半導(dǎo)體層或通過(guò)結(jié)合介電材料(例如氧化物)中間層以及其它手段。并非所有的金屬電極都是阻擋接觸。例如銦陰極不是電子載流子的阻擋接觸。在此描述的阻擋接觸的獨(dú)特特性是光電流隨著探測(cè)器溫度的降低而增加。對(duì)于電子具有較高遷移率的情況，在限制暗電流方面有用的阻擋層在陰極側(cè)，對(duì)于空穴或正載流子具有較高遷移率的情況，其位于陽(yáng)極側(cè)。在CZT中電子具有更高的遷移率。因此，將阻擋接觸300應(yīng)用到探測(cè)器100的表面。
在該示例性實(shí)施例中，探測(cè)器100還包括外部熱源310，該外部熱源構(gòu)造成增加探測(cè)器100的工作溫度。例如，在正常的工作期間，探測(cè)器100內(nèi)的溫度將會(huì)基于提供給連接到探測(cè)器100的電子裝置的電能和/或探測(cè)器100工作的外部環(huán)境溫度，或者增加和/或者降低。例如，在檢查室內(nèi)的周圍空氣溫度可以或者增加和/或者降低，從而或者增加和/或者降低探測(cè)器100的工作溫度。因此，如在此使用的，術(shù)語(yǔ)探測(cè)器100的工作溫度用于定義在已知的探測(cè)器工作環(huán)境中的典型條件下的探測(cè)器100的工作溫度。
因此，在該示例性實(shí)施例中，探測(cè)器100還包括外部熱源310，該外部熱源構(gòu)造成將探測(cè)器100的工作溫度增加到高于典型工作溫度的溫度。例如，在該示例性實(shí)施例中，熱源310包括位于阻擋接觸300的頂上的加熱裝置312。在該示例性實(shí)施例中，加熱裝置312包括第一電絕緣層314、第二電絕緣層316，和位于第一314與第二層316之間的電加熱元件314，第一314和第二層316分別由這樣的材料制成，該材料優(yōu)選地構(gòu)造成將加熱元件318產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)到探測(cè)器100，從而增加探測(cè)器100的工作溫度。在該示例性實(shí)施例中，第一314和第二層316例如由相對(duì)薄的塑料聚合物材料制成。
在工作過(guò)程中，啟動(dòng)加熱元件318以便增加加熱元件318的溫度。加熱元件318溫度的增加有利于傳導(dǎo)地加熱第一314和第二層316，從而加熱探測(cè)器100的外表面。在該示例性實(shí)施例中，向加熱元件318施加電壓以便激勵(lì)加熱元件318。具體地，當(dāng)施加到加熱元件318的電壓增加時(shí)，探測(cè)器100的工作溫度也增加。因此，可以自動(dòng)地改變和控制電壓以便探測(cè)器100在需要的溫度下工作。
在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，熱源310包括鄰近探測(cè)器100安置的加熱裝置320。在該示例性實(shí)施例中，加熱裝置320包括電扇組件322和生熱裝置324。在一個(gè)實(shí)施例中，生熱裝置324是輻射器，該輻射器例如具有相對(duì)溫暖的加熱流體流過(guò)其中。在另一個(gè)實(shí)施例中，生熱裝置324是電加熱元件，所述電加熱元件包括多個(gè)延伸通過(guò)其的開(kāi)口。
在工作過(guò)程中，啟動(dòng)扇組件322以便將至少一部分由扇組件322產(chǎn)生的氣流引導(dǎo)通過(guò)生熱裝置324以促使氣流的溫度增加。然后受熱的空氣被引導(dǎo)至探測(cè)器100的外表面，從而加熱探測(cè)器100的外表面。在該示例性實(shí)施例中，探測(cè)器100內(nèi)的溫度根據(jù)其它的材料因素保持在大約10℃到大約100℃。
圖6是探測(cè)器100的透視圖，其包括至少部分地環(huán)繞探測(cè)器裝置100的絕緣層400。圖7是圖6所示的輻射探測(cè)器100的頂視圖。更具體的，探測(cè)器100包括底面402、第一側(cè)面404、第二側(cè)面406、與第一側(cè)面404相對(duì)的第三側(cè)面408、和與第二側(cè)面406相對(duì)的第四側(cè)面410。探測(cè)器100還包括上表面412。在該示例性實(shí)施例中，探測(cè)器上表面412至少部分地被如上所述的阻擋接觸300覆蓋。在該示例性實(shí)施例中，加熱裝置312安置在阻擋接觸300頂上以便利于增加探測(cè)器100內(nèi)的溫度。此外，在該示例性實(shí)施例中，探測(cè)器100還包括絕緣層400以便利于探測(cè)器100保持用加熱裝置312產(chǎn)生的熱量。更具體地，底面402、第一側(cè)面404、第二側(cè)面406、第三側(cè)面408、和第四側(cè)面410中的至少一面可以，或者可以不，至少部分地用絕緣層400覆蓋，以便利于保持探測(cè)器100內(nèi)的熱量。在該示例性實(shí)施例中，底面402、第一側(cè)面404、第二側(cè)面406、第三側(cè)面408、和/或第四側(cè)面410中每一個(gè)都基本上用絕緣層400覆蓋以便利于保持探測(cè)器100內(nèi)的熱量。在另一個(gè)實(shí)施例中，底面402、第一側(cè)面404、第二側(cè)面406、第三側(cè)面408、第四側(cè)面410和加熱裝置312，即探測(cè)器100的上表面，被絕緣層400覆蓋以便利于保持探測(cè)器100內(nèi)的熱量，即探測(cè)器100和/或多探測(cè)器組件完全地共同或分別包圍在絕緣層400之內(nèi)。在該示例性實(shí)施例中，如果絕緣層400用于至少部分地覆蓋入射輻射的表面，例如，探測(cè)器100的陰極側(cè)，那么絕緣層400由對(duì)輻射基本上透明的材料制成，例如，絕緣層的厚度為大約2毫米到大約5毫米，并由例如泡沫橡膠制成。
在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣層400是泡沫絕緣，可選擇使該泡沫絕緣的尺寸至少部分地密封探測(cè)器100。在另一個(gè)實(shí)施例中，絕緣層400是例如用纖維絕熱材料制成的絕緣涂層，其圍繞探測(cè)器100的至少一部分外表面包裹。
使用在此描述的絕緣層400有利于保持探測(cè)器100內(nèi)增加的工作溫度。例如，在工作期間加熱裝置312用于將探測(cè)器100的工作溫度增加到預(yù)定的工作溫度。當(dāng)探測(cè)器的溫度達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，絕緣層400有利于將探測(cè)器保持在預(yù)定的溫度，從而降低了加熱裝置100消耗的電能，由于加熱裝置312不用于補(bǔ)償損失到周圍環(huán)境的熱，因此絕緣層400有利于減少探測(cè)器熱損失，并因此減少包括加熱裝置312的探測(cè)器100消耗的總電能。絕緣材料還將使通過(guò)傳感器和控制電路對(duì)溫度的控制更容易。
圖8是用熱源310(圖5所示)加熱具有阻擋接觸300的探測(cè)器100的測(cè)量數(shù)據(jù)曲線。x軸為以x射線發(fā)生器電流控制參數(shù)的形式測(cè)量的入射輻射通量的大小。y軸為在探測(cè)器內(nèi)測(cè)得的計(jì)數(shù)率。圖示出若干個(gè)像素102、108和160的響應(yīng)曲線。在相對(duì)低的溫度，大約為26℃，在相對(duì)高的通量處測(cè)得的計(jì)數(shù)率(kcps)下降到大約0，反之在相對(duì)高的溫度(大約60℃)，測(cè)得的計(jì)數(shù)率作為入射通量(Ix)的函數(shù)持續(xù)增加。
圖9是已知探測(cè)器在正常工作期間光電流的曲線。光電流是信號(hào)電流與暗電流的組合，該信號(hào)電流是由于從吸收的x射線或伽馬射線光子產(chǎn)生的電荷流而產(chǎn)生的。在業(yè)界稱為“歐姆”的探測(cè)器中，暗電流隨通量增加，有時(shí)叫做光電導(dǎo)增益的現(xiàn)象。這種暗電流對(duì)光電流的貢獻(xiàn)導(dǎo)致對(duì)暗電流自身同樣的上述放大器過(guò)載、依賴信號(hào)的加熱問(wèn)題。圖10是利用在此描述的方法和裝置獲得的探測(cè)器100的測(cè)量曲線，示出了在高通量和持續(xù)工作的條件下實(shí)現(xiàn)的減小的光電流。更具體的，圖9示出了沿Y軸所測(cè)量的CZT的102、108和160的每像素暗電流。如圖所示，對(duì)于利用非阻塞、或例如歐姆接觸制造的CZT樣品，暗電流(Id)隨著通量和溫度而增加。圖10示出了雖然使用阻擋接觸300光電流(Id)仍然隨著通量增加，但是用熱源310加熱探測(cè)器基本上消除了與通量相當(dāng)?shù)脑黾印Ｔ诓迦肟騼?nèi)的計(jì)算顯示光電流只等于信號(hào)電流，且沒(méi)有由光電導(dǎo)增益產(chǎn)生的暗電流的明顯影響。因此，在低溫度下，電流隨著通量增加并且信號(hào)隨通量消失。認(rèn)為這種現(xiàn)象有可能是由導(dǎo)致從陰極流出的電流增加和探測(cè)器體內(nèi)E場(chǎng)降低的極化電荷引起的。因此，同時(shí)使用阻擋接觸300和熱源310有利于在探測(cè)器100內(nèi)同時(shí)減小暗電流和減少極化。減少極化則會(huì)減少?gòu)年帢O流出的暗電流，而且同時(shí)甚至在高通量情況下保持基體內(nèi)E場(chǎng)，并因此保持探測(cè)器工作。
上述成像設(shè)備探測(cè)器提供了用于減少成像探測(cè)器內(nèi)極化的有成本效益的和可靠的手段。更具體的，該成像探測(cè)器包括共同工作的阻擋接觸和熱源以減小探測(cè)器100內(nèi)的電流和極化。
所示的探測(cè)器部件不局限于在此描述的特定實(shí)施例，而且，探測(cè)器的部件可以與在此描述的其它部件獨(dú)立地和分別地或重復(fù)地使用。例如，上述探測(cè)器部件也可以與不同成像系統(tǒng)結(jié)合使用。在此描述的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例的技術(shù)效果包括通過(guò)耦合至少一個(gè)阻擋接觸到探測(cè)器、并將探測(cè)器加熱到高于已知探測(cè)器的典型工作溫度的溫度，在用CZT材料制造的探測(cè)器內(nèi)改進(jìn)探測(cè)器性能，即高通量、暗電流和光譜改進(jìn)。
此外，加熱探測(cè)器與使用阻擋接觸的組合主要提供降低的暗電流與更高電荷遷移率和壽命的獨(dú)特組合。這則允許NM和CT應(yīng)用的能量譜和高速操作得到重要改進(jìn)。另外，當(dāng)增加有用的通量極限時(shí)，加熱探測(cè)器與使用阻擋接觸的組合有利于阻止高通量靈敏度降低、依賴于信號(hào)的不穩(wěn)定、和能量響應(yīng)退化。此外，減小暗電流允許探測(cè)器直接地耦合到讀出電子裝置。直接耦合的電子裝置顯著地簡(jiǎn)化，以便構(gòu)造并允許減小的輸入電容。輸入電容減小使得能夠降低噪聲和增加信號(hào)。低暗電流阻止了半導(dǎo)體內(nèi)的依賴于信號(hào)的加熱，該加熱是增益和計(jì)數(shù)率不穩(wěn)定的源。依賴于信號(hào)的不穩(wěn)定非常重要并且不能校準(zhǔn)去除，從而可能阻止在醫(yī)學(xué)成像的重要應(yīng)用中使用半導(dǎo)體探測(cè)器。因而，使用在此描述的方法和裝置改進(jìn)高通量和低通量下的探測(cè)器響應(yīng)，有利于制造者使用較低和/或相對(duì)較少昂貴等級(jí)的CZT材料制造探測(cè)器。從而，在此描述的探測(cè)器能夠在透射醫(yī)學(xué)成像中實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)，由此提供光子計(jì)數(shù)技術(shù)期望的信號(hào)噪聲(有時(shí)叫做Swank噪聲)降低。這種噪聲降低能夠?qū)е聢D像質(zhì)量改進(jìn)或患者劑量減小。透射醫(yī)學(xué)成像中的光子計(jì)數(shù)還能夠降低源自電流模式探測(cè)器內(nèi)暗電流的噪聲，所述噪聲影響源自最小探測(cè)器信號(hào)幅度的圖像部分。此外，在此描述的單響應(yīng)、即光譜尾部降低的、半導(dǎo)體輻射探測(cè)器能夠用在諸如同時(shí)雙同位素成像的核醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，該雙同位素成像中兩個(gè)源的能量太靠近而不能通過(guò)已知的探測(cè)器分辨。對(duì)于NM應(yīng)用CZT以降低的尾峰光譜分量的成功工作還允許使當(dāng)前靈敏度/分辨率折衷進(jìn)一步最優(yōu)化。透射成像中改進(jìn)的能量分辨率允許例如在鈣化積分(calcium scoring)應(yīng)用中能夠進(jìn)行能量分辨并因此進(jìn)行物質(zhì)測(cè)定。
雖然以各種具體實(shí)施例的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道的是，在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)本發(fā)明能夠以變型的方式實(shí)施。
部件列表


權(quán)利要求
1.一種圖像檢測(cè)裝置(20)包括襯底；耦合到所述襯底的阻擋接觸(300)；和熱源(310)，其構(gòu)造成增加所述襯底的溫度以便有利于減少該圖像檢測(cè)裝置中的極化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像檢測(cè)裝置(20)，其中所述襯底包括鎘鋅碲化物(CZT)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像檢測(cè)裝置(20)，其中所述阻擋接觸(312)包括金材料和鉑材料中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像檢測(cè)裝置(20)，其中所述熱源(312)包括加熱元件，所述加熱元件耦合到所述阻擋接觸使得所述加熱元件(318)與所述阻擋接觸熱接觸，所述加熱元件構(gòu)造成增加該圖像檢測(cè)裝置的工作溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像檢測(cè)裝置(20)，其中所述圖像檢測(cè)裝置進(jìn)一步包括圍繞所述襯底的至少一部分的絕緣材料(400)，所述絕緣材料構(gòu)造成有利于保持該圖像檢測(cè)裝置內(nèi)增加的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像檢測(cè)裝置(20)，其中所述熱源包括生熱裝置(310)，其相鄰地耦合到所述襯底；和扇組件(322)，其構(gòu)造成引導(dǎo)氣流通過(guò)所述生熱裝置(400)以有利于增加空氣溫度，并將受熱的氣流引導(dǎo)至所述襯底以有利于增加該圖像檢測(cè)裝置的工作溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像檢測(cè)裝置(20)，其中所述熱源(310)構(gòu)造成將所述襯底的內(nèi)部溫度增加至大約10℃到大約100℃。
8.一種成像系統(tǒng)(10)包括構(gòu)造成發(fā)射光子流的輻射源；圖像檢測(cè)裝置(20)，構(gòu)造成接收該光子流并基于該光子流產(chǎn)生響應(yīng)，所述圖像檢測(cè)裝置包括用鎘鋅碲化物(CZT)制造的襯底；耦合到所述襯底的阻擋接觸(300)；和熱源(310)，構(gòu)造成增加所述襯底的溫度以有利于減少所述圖像檢測(cè)裝置中的極化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的成像系統(tǒng)(10)，其中所述阻擋接觸(300)包括金材料和鉑材料中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的成像系統(tǒng)(10)，其中所述熱源(310)包括加熱元件，所述加熱元件耦合到所述阻擋接觸使得所述加熱元件(312)與所述阻擋接觸熱接觸，所述加熱元件構(gòu)造成增加該圖像檢測(cè)裝置的工作溫度。
全文摘要
一種在成像設(shè)備(10)中減少極化的方法包括耦合至少一個(gè)阻擋接觸(300)到圖像檢測(cè)裝置，并加熱圖像檢測(cè)裝置以便有利于在圖像檢測(cè)裝置中減少極化。
文檔編號(hào)G01N23/04GK1895171SQ20061010647
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月22日
發(fā)明者I·布勒維斯 申請(qǐng)人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)以色列有限公司