具有嵌入在tft平板中的cmos传感器的x射线成像器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开的实施例涉及X射线成像设备和方法。特别地，描述了具有嵌入在TFT平板中的CMOS传感器的X射线成像设备。
【背景技术】
[0002]当前，大多数平板X射线成像器基于非晶硅(a-Si)薄膜晶体管(TFT)传感器技术。虽然TFT平板成像器能够提供大视场(F0V)的图像，然而它们在分辨率、低剂量性能和读出速度中具有限制。分辨率通常限制为用于低速乳房X线照相术应用的大约70 μπι以及更通常地限制为用于放射照相术成像的140 μπι。在动态应用中，为了实现合理的低剂量性能，无论是在全分辨率还是合并(bin)操作模式中，使用180 μ m到400 μ m的更大的有效像素大小，其中X射线量子限制的剂量在3-10nGy的范围内，由每像素大约1000e的最小电子噪声来指示。可用的最大读出速度通常在用于全分辨率的每秒15帧(fps)到用于合并分辨率的30fps的范围内，其受到像素中的电荷转移速度以及对于滤除由平板成像器中的大的寄生数据线电容生成的电子噪声的需要的限制。另外，a-Si光电二极管加载有深的陷阱，其可以产生图像鬼影伪像。
[0003]已经开发了克服分辨率限制、低剂量性能限制和读取速度限制的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。像素放大器可以增加由X射线光子生成的信号，以将量子限制的剂量相对于a-Si TFT平板减小至少10倍。虽然这样的放大器的确占据像素的很大空间，然而可以在这一技术中很容易实现最低50 μπι的分辨率。由于这一技术中产生的晶体硅(c-Si)的更高的迀移率以及光电二极管的更低的像素电容，读出速度不再受到像素中的电荷转移的限制，并且可以使用更大带宽的放大器而不对电子噪声进行折中。通过CMOS技术可实现100fps以上的读出速度。另外，由C-Si制成的光电二极管通常不包含显著水平的深陷阱，并且因此CMOS传感器中不存在由于光电二极管而产生的图像鬼影。
[0004]CMOS图像传感器通常用在光学相机中并且通常没有设计有用于X射线成像器的大的动态范围和线性要求。X射线传感器使用全CMOS晶片(通常直径为8或12英寸)并且通常平铺以实现大面积的格式。CMOS传感器可以克服a-Si TFT平板检测器的很多技术缺点，但是由多个CMOS晶片构建检测器的成本被认为对于几乎所有的医疗设备应用是过尚的。
【发明内容】
[0005]本公开提供一种X射线成像设备，其包括有限面积的高性能传感器，诸如叠加在诸如a-Si TFT图像传感器的大面积平板上的CMOS图像传感器。这一独特的设计利用从具有a-Si TFT面板的廉价的大面积特性的CMOS传感器可获得的高性能特性。例如，在有效检测区区为30x30cm的典型的大TFT平板检测器中，可以在例如TFT面板检测器的中间嵌入10x10cm的CMOS传感器。所得到的“混合”检测器比完全平铺的CMOS传感器廉价很多。
[0006]CMOS传感器和TFT平板检测器的分辨率可以被设计为使得TFT平板检测器的原始分辨率是CMOS传感器的分辨率的整数倍。例如，可以4x4合并50 μm的CMOS传感器以匹配200 μ m的TFT面板检测器，或者可以2x2合并70 μ m的CMOS传感器以匹配140 μ m的TFT面板检测器。可以使用软件插值来转换来自CMOS传感器的更高分辨率的图像以匹配TFT平板检测器的更低的分辨率。
[0007]CMOS传感器和TFT面板检测器可以共享可以插入在TFT面板检测器与CMOS传感器之间的公共的闪烁体层(诸如Cs1:Tl)。反射涂层或者可拆卸反射器可以在CMOS传感器外围覆盖闪烁体。CMOS传感器外围的闪烁体上的光学涂层可以被选择为匹配CMOS传感器的光学反射特性使得TFT检测器像素响应受到最小影响。提供各种实施例和布置以连接更小的CMOS传感器以便使得邻接的TFT面板检测器能够正常操作。
[0008]所提供的X射线成像设备可以用各种方式来使用。对于一般成像，TFT面板检测器可以自身使用或者使用适当的软件无缝地组合来自两个成像器的信号而结合CMOS传感器像素来使用。当用户希望缩小在感兴趣的区域(R0I)上并且降低到周围区域的辐射剂量时，用户可以将检测器集中在R0I上，并且然后切换检测器以便以更高的分辨率水平直到CMOS传感器的原始分辨率从CMOS传感器读取。这可以通过使用可编程准直仪阻挡R0I外围的X射线曝光来完成。替选地，可以使用低吸收准直仪来获取低剂量外围图像，同时以更高的剂量和分辨率来查看中央区域。包括R0I和外围区域的整个图像可以通过使用低吸收准直仪来获得，低吸收准直仪可以提供在更高剂量的中央区域周围的减小的剂量。
[0009]提供本“
【发明内容】
”以便以简化的形式来介绍所选实施例，而非意在表明要求保护的主题的关键特征或者重要特性，也并非意在用于帮助确定要求保护的主题的范围。“【具体实施方式】”中描述其他实施例。
【附图说明】
[0010]在结合附图和下面提供的所附权利要求阅读下面的详细描述时能够很好地理解所公开的方法和装置的这些以及其他特征和优点，在附图中:
[0011]图1是示意性地图示根据本公开的一些实施例的成像系统的框图；
[0012]图2示意性地图示根据本公开的一些实施例的包括TFT面板、闪烁体层和CMOS传感器的示例性成像设备；
[0013]图3示意性地图示根据本公开的一些实施例的包括CMOS传感器、闪烁体层和TFT面板的示例性成像设备；
[0014]图4-6示意性地图示根据本公开的一些实施例的其中X射线在闪烁体层中传播之前穿过TFT面板的示例性成像设备的各种实施例；
[0015]图7-10示意性地图示根据本公开的一些实施例的其中X射线在闪烁体层中传播之前穿过CMOS传感器的示例性成像设备的各种实施例；以及
[0016]图11是图示根据本公开的一些实施例的示例性成像方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017]描述X射线成像设备和成像方法的各种实施例。应当理解，本公开不限于这样描述的特定实施例，这些实施例当前可以变化。结合特定实施例描述的方面不一定限于该实施例，而是可以在任何其他实施例中来实践。另外，在下面的描述中，可以给出诸如具体材料、尺寸、过程等的示例等具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，本领域普通技术人员应当清楚，实践本公开的实施例不需要采用这些具体细节。在其他情况下，可能没有详细描述众所周知的部件或过程步骤以免不必要地模糊本公开的实施例。
[0018]可以使用诸如“前”、“后”、“顶”和“底”、“上”、“下”、“上方”、“下方”等各种相对术语以促进对各种实施例的描述。相对术语关于结构的常规方位来限定，而不必表示结构在制造或使用时的实际方位。因此，下面的详细描述不应当在限制意义上来理解。如描述和所附权利要求中所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另外清楚地指出。因此，例如，对“CMOS传感器”的引用可以包括一个或多个CMOS传感器，并且对“TFT晶体管”的引用可以包括本文中所描述的结构的一个或多个TFT晶体管。
[0019]如本文中所使用的，术语“闪烁体层”是指X射线成像设备中被配置成将X射线光子转换成可见光的功能层。在操作中，闪烁体层材料与X射线光子交互，以增加闪烁体中的原子的能量。当闪烁体中的能量激活的原子回到其基态时，它们发出可见光。可见光然后可以通过耦合到闪烁体层的检测器阵列来检测。
[0020]如本文中所使用的，术语“TFT检测器阵列”是指包括多个检测像素的检测器阵列，每个检测像素包括光敏元件和薄膜晶体管。TFT检测器阵列可以形成在支承和非导电基板或衬底上，半导体、电介质和金属接触(TFT晶体管)的薄膜布置在支承和非导电基板或衬底上并且光敏元件形成在支承和非导电基板或衬底上。TFT检测器阵列和其上形成有TFT检测器阵列的基板或衬底在本公开中可以统称为TFT检测器面板或TFT面板。
[0021]如本文中所使用的，术语“CMOS检测器阵列”是指包括多个检测像素的检测器阵列，每个检测像素包括光敏元件和互补金属氧化物半导体电路或多晶硅氧化物半导体电路。CMOS检测器阵列可以形成在用作CMOS电路的有源半导体的晶片或衬底上。CMOS检测器阵列和CMOS检测器阵列形成在其上的半导体晶片在本公开中可以统称为CMOS传感器。
[0022]如本文中所使用的，术语“不同的检测器”是指具有不同的像素设计、架构或大小和/或具有引起第一和第二检测器具有不同的分辨率、灵敏度、检测速度和/或其他特性的任何其他不同特征或结构的第一和第二检测器。例如，如果第一检测器包括TFT检测器阵列并且第二检测器包括CMOS传感器，则第一检测器不同于第二检测器。如果像素设计、架构和/或大小不同和/或如果第一和第二 TFT检测器的任何其他特征不同从而引起第一和第二 TFT检测器的分辨率、灵敏度、检测速度和/或其他特性不同，则第一 TFT检测器不同于第二 TFT检测器。
[0023]本公开中提供了一种X射线成像设备。X射线成像设备可以包括被配