具有嵌入在tft平板中的cmos傳感器的x射線成像器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的實施例涉及X射線成像設(shè)備和方法。特別地，描述了具有嵌入在TFT平板中的CMOS傳感器的X射線成像設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，大多數(shù)平板X射線成像器基于非晶硅(a-Si)薄膜晶體管(TFT)傳感器技術(shù)。雖然TFT平板成像器能夠提供大視場(F0V)的圖像，然而它們在分辨率、低劑量性能和讀出速度中具有限制。分辨率通常限制為用于低速乳房X線照相術(shù)應(yīng)用的大約70 μπι以及更通常地限制為用于放射照相術(shù)成像的140 μπι。在動態(tài)應(yīng)用中，為了實現(xiàn)合理的低劑量性能，無論是在全分辨率還是合并(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射線量子限制的劑量在3-10nGy的范圍內(nèi)，由每像素大約1000e的最小電子噪聲來指示?？捎玫淖畲笞x出速度通常在用于全分辨率的每秒15幀(fps)到用于合并分辨率的30fps的范圍內(nèi)，其受到像素中的電荷轉(zhuǎn)移速度以及對于濾除由平板成像器中的大的寄生數(shù)據(jù)線電容生成的電子噪聲的需要的限制。另外，a-Si光電二極管加載有深的陷阱，其可以產(chǎn)生圖像鬼影偽像。
[0003]已經(jīng)開發(fā)了克服分辨率限制、低劑量性能限制和讀取速度限制的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。像素放大器可以增加由X射線光子生成的信號，以將量子限制的劑量相對于a-Si TFT平板減小至少10倍。雖然這樣的放大器的確占據(jù)像素的很大空間，然而可以在這一技術(shù)中很容易實現(xiàn)最低50 μπι的分辨率。由于這一技術(shù)中產(chǎn)生的晶體硅(c-Si)的更高的迀移率以及光電二極管的更低的像素電容，讀出速度不再受到像素中的電荷轉(zhuǎn)移的限制，并且可以使用更大帶寬的放大器而不對電子噪聲進(jìn)行折中。通過CMOS技術(shù)可實現(xiàn)100fps以上的讀出速度。另外，由C-Si制成的光電二極管通常不包含顯著水平的深陷阱，并且因此CMOS傳感器中不存在由于光電二極管而產(chǎn)生的圖像鬼影。
[0004]CMOS圖像傳感器通常用在光學(xué)相機(jī)中并且通常沒有設(shè)計有用于X射線成像器的大的動態(tài)范圍和線性要求。X射線傳感器使用全CMOS晶片(通常直徑為8或12英寸)并且通常平鋪以實現(xiàn)大面積的格式。CMOS傳感器可以克服a-Si TFT平板檢測器的很多技術(shù)缺點，但是由多個CMOS晶片構(gòu)建檢測器的成本被認(rèn)為對于幾乎所有的醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用是過尚的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本公開提供一種X射線成像設(shè)備，其包括有限面積的高性能傳感器，諸如疊加在諸如a-Si TFT圖像傳感器的大面積平板上的CMOS圖像傳感器。這一獨(dú)特的設(shè)計利用從具有a-Si TFT面板的廉價的大面積特性的CMOS傳感器可獲得的高性能特性。例如，在有效檢測區(qū)區(qū)為30x30cm的典型的大TFT平板檢測器中，可以在例如TFT面板檢測器的中間嵌入10x10cm的CMOS傳感器。所得到的“混合”檢測器比完全平鋪的CMOS傳感器廉價很多。
[0006]CMOS傳感器和TFT平板檢測器的分辨率可以被設(shè)計為使得TFT平板檢測器的原始分辨率是CMOS傳感器的分辨率的整數(shù)倍。例如，可以4x4合并50 μm的CMOS傳感器以匹配200 μ m的TFT面板檢測器，或者可以2x2合并70 μ m的CMOS傳感器以匹配140 μ m的TFT面板檢測器?？梢允褂密浖逯祦磙D(zhuǎn)換來自CMOS傳感器的更高分辨率的圖像以匹配TFT平板檢測器的更低的分辨率。
[0007]CMOS傳感器和TFT面板檢測器可以共享可以插入在TFT面板檢測器與CMOS傳感器之間的公共的閃爍體層(諸如Cs1:Tl)。反射涂層或者可拆卸反射器可以在CMOS傳感器外圍覆蓋閃爍體。CMOS傳感器外圍的閃爍體上的光學(xué)涂層可以被選擇為匹配CMOS傳感器的光學(xué)反射特性使得TFT檢測器像素響應(yīng)受到最小影響。提供各種實施例和布置以連接更小的CMOS傳感器以便使得鄰接的TFT面板檢測器能夠正常操作。
[0008]所提供的X射線成像設(shè)備可以用各種方式來使用。對于一般成像，TFT面板檢測器可以自身使用或者使用適當(dāng)?shù)能浖o縫地組合來自兩個成像器的信號而結(jié)合CMOS傳感器像素來使用。當(dāng)用戶希望縮小在感興趣的區(qū)域(R0I)上并且降低到周圍區(qū)域的輻射劑量時，用戶可以將檢測器集中在R0I上，并且然后切換檢測器以便以更高的分辨率水平直到CMOS傳感器的原始分辨率從CMOS傳感器讀取。這可以通過使用可編程準(zhǔn)直儀阻擋R0I外圍的X射線曝光來完成。替選地，可以使用低吸收準(zhǔn)直儀來獲取低劑量外圍圖像，同時以更高的劑量和分辨率來查看中央?yún)^(qū)域。包括R0I和外圍區(qū)域的整個圖像可以通過使用低吸收準(zhǔn)直儀來獲得，低吸收準(zhǔn)直儀可以提供在更高劑量的中央?yún)^(qū)域周圍的減小的劑量。
[0009]提供本“
【發(fā)明內(nèi)容】
”以便以簡化的形式來介紹所選實施例，而非意在表明要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或者重要特性，也并非意在用于幫助確定要求保護(hù)的主題的范圍?！啊揪唧w實施方式】”中描述其他實施例。
【附圖說明】
[0010]在結(jié)合附圖和下面提供的所附權(quán)利要求閱讀下面的詳細(xì)描述時能夠很好地理解所公開的方法和裝置的這些以及其他特征和優(yōu)點，在附圖中:
[0011]圖1是示意性地圖示根據(jù)本公開的一些實施例的成像系統(tǒng)的框圖；
[0012]圖2示意性地圖示根據(jù)本公開的一些實施例的包括TFT面板、閃爍體層和CMOS傳感器的示例性成像設(shè)備；
[0013]圖3示意性地圖示根據(jù)本公開的一些實施例的包括CMOS傳感器、閃爍體層和TFT面板的示例性成像設(shè)備；
[0014]圖4-6示意性地圖示根據(jù)本公開的一些實施例的其中X射線在閃爍體層中傳播之前穿過TFT面板的示例性成像設(shè)備的各種實施例；
[0015]圖7-10示意性地圖示根據(jù)本公開的一些實施例的其中X射線在閃爍體層中傳播之前穿過CMOS傳感器的示例性成像設(shè)備的各種實施例；以及
[0016]圖11是圖示根據(jù)本公開的一些實施例的示例性成像方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]描述X射線成像設(shè)備和成像方法的各種實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本公開不限于這樣描述的特定實施例，這些實施例當(dāng)前可以變化。結(jié)合特定實施例描述的方面不一定限于該實施例，而是可以在任何其他實施例中來實踐。另外，在下面的描述中，可以給出諸如具體材料、尺寸、過程等的示例等具體細(xì)節(jié)以便提供對本公開的透徹理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，實踐本公開的實施例不需要采用這些具體細(xì)節(jié)。在其他情況下，可能沒有詳細(xì)描述眾所周知的部件或過程步驟以免不必要地模糊本公開的實施例。
[0018]可以使用諸如“前”、“后”、“頂”和“底”、“上”、“下”、“上方”、“下方”等各種相對術(shù)語以促進(jìn)對各種實施例的描述。相對術(shù)語關(guān)于結(jié)構(gòu)的常規(guī)方位來限定，而不必表示結(jié)構(gòu)在制造或使用時的實際方位。因此，下面的詳細(xì)描述不應(yīng)當(dāng)在限制意義上來理解。如描述和所附權(quán)利要求中所使用的，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“該”包括復(fù)數(shù)引用，除非上下文另外清楚地指出。因此，例如，對“CMOS傳感器”的引用可以包括一個或多個CMOS傳感器，并且對“TFT晶體管”的引用可以包括本文中所描述的結(jié)構(gòu)的一個或多個TFT晶體管。
[0019]如本文中所使用的，術(shù)語“閃爍體層”是指X射線成像設(shè)備中被配置成將X射線光子轉(zhuǎn)換成可見光的功能層。在操作中，閃爍體層材料與X射線光子交互，以增加閃爍體中的原子的能量。當(dāng)閃爍體中的能量激活的原子回到其基態(tài)時，它們發(fā)出可見光?？梢姽馊缓罂梢酝ㄟ^耦合到閃爍體層的檢測器陣列來檢測。
[0020]如本文中所使用的，術(shù)語“TFT檢測器陣列”是指包括多個檢測像素的檢測器陣列，每個檢測像素包括光敏元件和薄膜晶體管。TFT檢測器陣列可以形成在支承和非導(dǎo)電基板或襯底上，半導(dǎo)體、電介質(zhì)和金屬接觸(TFT晶體管)的薄膜布置在支承和非導(dǎo)電基板或襯底上并且光敏元件形成在支承和非導(dǎo)電基板或襯底上。TFT檢測器陣列和其上形成有TFT檢測器陣列的基板或襯底在本公開中可以統(tǒng)稱為TFT檢測器面板或TFT面板。
[0021]如本文中所使用的，術(shù)語“CMOS檢測器陣列”是指包括多個檢測像素的檢測器陣列，每個檢測像素包括光敏元件和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體電路或多晶硅氧化物半導(dǎo)體電路。CMOS檢測器陣列可以形成在用作CMOS電路的有源半導(dǎo)體的晶片或襯底上。CMOS檢測器陣列和CMOS檢測器陣列形成在其上的半導(dǎo)體晶片在本公開中可以統(tǒng)稱為CMOS傳感器。
[0022]如本文中所使用的，術(shù)語“不同的檢測器”是指具有不同的像素設(shè)計、架構(gòu)或大小和/或具有引起第一和第二檢測器具有不同的分辨率、靈敏度、檢測速度和/或其他特性的任何其他不同特征或結(jié)構(gòu)的第一和第二檢測器。例如，如果第一檢測器包括TFT檢測器陣列并且第二檢測器包括CMOS傳感器，則第一檢測器不同于第二檢測器。如果像素設(shè)計、架構(gòu)和/或大小不同和/或如果第一和第二 TFT檢測器的任何其他特征不同從而引起第一和第二 TFT檢測器的分辨率、靈敏度、檢測速度和/或其他特性不同，則第一 TFT檢測器不同于第二 TFT檢測器。
[0023]本公開中提供了一種X射線成像設(shè)備。X射線成像設(shè)備可以包括被配