一种光子计数探测器阵列及其成像方法技术

本发明专利技术提供了一种光子计数探测器阵列及其成像方法。其中，光子计数探测器阵列包括多个探测器模组，每个探测器模组由两个或多个光子计数探测器单元组成；多个探测器模组在一个平面内排列成一个探测器矩阵；其中，在探测器矩阵中，多个光子计数探测器单元在每列等间距排列并在相邻两列错位排列；或者，多个光子计数探测器单元在每行等间距排列并在相邻两行错位排列。通过平移或旋转上述光子计数探测器阵列，获得两幅错开互补的网状图像；然后将两幅网状图像拼接，可以获得有效成像区域的平面无缝拼接图像。本发明专利技术基于三面可拼接光子计数探测器单元形成用于获取平面无缝拼接图像的光子计数探测器阵列，简化了系统设计复杂度，并减小了系统成本。

Photon counting detector array and imaging method thereof

The invention provides a photon counting detector array and an imaging method thereof. The photon counting detector array includes a plurality of detector modules, each detector module consists of two or more photon counting detector unit; a plurality of detector module in a plane arranged in a matrix of the detector in the detector; matrix, multiple photon counting detector unit in each column spacing and arrangement in two adjacent columns are staggered; or a plurality of photon counting detector unit in each row intervals and in two adjacent line dislocation arrangement. Through the translation or rotation of the photon counting detector array, two staggered complementary mesh images are obtained, and then two mesh images are spliced to obtain a planar seamless mosaic image of an effective imaging region. The invention is based on a three side spliced photon counting detector unit to form a photon counting detector array for acquiring planar seamless splicing images, thereby simplifying the design complexity of the system and reducing the system cost.

【技术实现步骤摘要】
一种光子计数探测器阵列及其成像方法
本专利技术涉及一种光子计数探测器阵列，本专利技术同时涉及使用上述光子计数探测器阵列实现的平面无缝拼接图像的成像方法，属于辐射成像

技术介绍
光子计数探测器是一种新型的辐射成像器件，由探测器、读出芯片通过焊球倒装方式组成。每个探测器和读出芯片均包括M×N阵列的像素单元。探测器主要包括硅(Si)、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)、碲锌镉(CdZnTe)等半导体探测器，通过X射线与探测器的光电效应将X光子直接转换为电荷信号。每个探测器像素单元的电荷信号通过倒装焊球耦合到读出芯片的像素单元输入端，依次经过低噪声放大、滤波、比较甄别、计数累加等处理，最终将一定时间内的计数值读出作为对应图像像素的原始数据。光子计数探测器相比传统的积分式探测器无电子学噪声影响，同时具有能量分辨能力，因此具有更低的辐射剂量和更清晰的图像质量。但受限于半导体制造工艺的良率限制，现有的单个光子计数探测器模组尺寸一般小于20mm，难以满足医学影像领域对人体器官或组织的成像需求。为了满足大面积成像需求，通常将多个光子计数探测器模组通过阵列拼接方式构成大面积的成像阵列。如图1所示，单个光子计数探测器单元10由上下四层构成，从上到下依次是探测器11、倒装焊球12、读出芯片13和PCB基板14。该光子计数探测器单元采用两种封装形式：探测器11和读出芯片13通过倒装焊球12实现了像素级信号耦合；探测器11的高压极以及读出芯片13的输出端通过板上芯片(COB，chiponboard)的绑定线15封装引出到PCB基板14上。如图1所示的探测器11的材料为半导体高阻硅，厚度为300um，尺寸为15mm×15mm。整个探测器包含150×150个像素阵列，共22500个像素单元，每个像素单元(P+掺杂区域)的尺寸为80um×80um，像素pitch为100um，像素间距为20um。读出芯片13的尺寸为15mm×16mm，其中像素阵列部分面积为15mm×15mm，像素单元尺寸为100um，外围电路及IO部分面积为15mm×1mm。根据不同成像应用需求，探测器11的材料还可选择砷化镓、碲化镉以及碲锌镉等。由于单个探测器11的高压信号和读出芯片13的输出信号需要在一侧通过绑定线15(bonding)的方式引出到PCB基板14上，因此单个光子计数探测器单元只能做成三面可拼接结构。受限于绑定线侧，现有的光子计数探测器阵列无法实现无缝拼接。目前常用的光子计数探测器阵列的拼接方式为2×N的排列方式，如美国专利US20060071170A1中所述。如图2所示，在这种拼接方式中，光子计数探测器的引线从阵列两侧出线。虽然这种探测器阵列在长度方向可以无限无缝拼接，但其宽度只能是两个读出芯片的宽度，极大的限制了光子计数探测器的拼接面积，应用领域有限。此外，现有技术中，还可通过非平面拼接方法来构成大面积阵列，如公开号为EP1119290B1的欧洲专利中所述的阶梯状拼接方法，这种错位拼接方式虽然能够拼成大面积阵列，但是整个探测平面不在一个水平面，增大了图像重建误差，同时增加了机械结构设计难度。又如公开号为CN103792565A的中国专利中描述了一种柱面拼接的探测器阵列，通过将光子计数探测器阵列的探测面设置为柱面形状，避免了光子计数探测器绑定线影响拼接缝隙的问题。不过这类柱面探测器阵列仅适用于部分特殊场合，无法满足一般成像需求。随着半导体封装工艺的进步，还可以采用硅过孔(TSV)技术将光子计数探测器设计为四面可拼接结构，从而可以进行平面无缝任意拼接。但是这种拼接方法，由于硅过孔仍需占用一定芯片面积，从结构上看实现了无缝拼接，但从图像上看仍然存在拼接缝隙。同时这种封装方式良率低，成本高，不适用于批量产品。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种用于获取平面无缝拼接图像的光子计数探测器阵列。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种使用上述光子计数探测器阵列实现的平面无缝拼接图像的成像方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述技术方案：一种光子计数探测器阵列，包括多个探测器模组，每个探测器模组由两个或两个以上的光子计数探测器单元组成；多个所述探测器模组在一个平面内排列成一个探测器矩阵；其中，在所述探测器矩阵中，多个所述光子计数探测器单元在每列等间距排列，多个所述探测器单元在相邻两列错位排列。一种光子计数探测器阵列，包括多个探测器模组，每个探测器模组由两个或两个以上的光子计数探测器单元组成；多个所述探测器模组在一个平面内排列成一个探测器矩阵；其中，多个所述光子计数探测器单元在每行等间距排列，多个所述探测器单元在相邻两行错位排列。其中较优地，每个探测器模组为两行两列正方形结构，包括错位排列的两个光子计数探测器单元，其中，每个光子计数探测器单元的两侧边缘与所述探测器模组的边缘重合，并且，探测器模组的其余区域为未设置光子计数探测器单元的非探测区域。其中较优地，在所述探测器模组中，每个所述光子计数探测器单元的绑定线从与非探测区域邻接的一侧延伸到基板，并且，两个所述光子计数探测器单元的绑定线分别从不同非探测区域延伸到基板。其中较优地，每个探测器模组包括两块基板，分别为前端信号板和后端处理板，所述前端信号板和所述后端处理板呈90°交叉连接。其中较优地，所述光子计数探测器单元由探测器和读出芯片通过焊球倒装以及绑定线的方式构成，所述探测器的像素极通过倒装焊球连接到所述读出芯片的输入端，所述探测器的公共极以及所述读出芯片的输出端通过绑定线方式引出到基板上。其中较优地，在所述探测器矩阵中，多个光子计数探测器单元在每行和每列均等间距排列并在相邻两行和相邻两列中错位排列；在每行和每列中，相邻两个所述光子计数探测器单元之间的间距与一个所述光子计数探测器单元的宽度相等。一种平面无缝拼接图像的成像方法，包括如下步骤：(1)使用上述光子计数探测器阵列获取第一幅网状图像；(2)将所述光子计数探测器阵列平移或旋转后，获取与第一幅网状图像互补的第二幅网状图像；(3)通过将第一幅网状图像和第二幅网状图像拼接，获得有效成像区域的平面无缝拼接图像。其中较优地，在所述步骤(2)中，将所述光子计数探测器阵列沿横向或纵向平移一个光子计数探测器单元的位置，或者，将所述光子计数探测器阵列沿顺时针或逆时针旋转90°。其中较优地，当有效成像区域的面积等于所述光子计数探测器阵列的面积时，在所述步骤(2)中，将所述光子计数探测器阵列沿顺时针或逆时针旋转90°。其中较优地，当有效成像区域的面积小于所述光子计数探测器阵列的面积时，在所述步骤(2)中，将所述光子计数探测器阵列沿横向或纵向平移一个光子计数探测器单元的位置，或者，将所述光子计数探测器阵列沿顺时针或逆时针旋转90°。本专利技术所提供的光子计数探测器阵列，基于现有的三面可拼接光子计数探测器形成，降低了对光子计数探测器的封装要求，减小了系统封装成本，并且，所需使用的光子计数探测器单元的数量比传统拼接方法减少一半。使用上述光子计数探测器阵列，只需一次简单的机械运动获取两幅错开互补的网状图像，然后通过后期图像拼接处理即可获得一幅大面积的无缝拼接平面图像，简化了系统设计复杂度，降低了系统成本。本专利技术所提供的光子计数探测器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子计数探测器阵列，其特征在于：包括多个探测器模组，每个探测器模组由两个或两个以上的光子计数探测器单元组成；多个所述探测器模组在一个平面内排列成一个探测器矩阵；其中，在所述探测器矩阵中，多个所述光子计数探测器单元在每列等间距排列，多个所述探测器单元在相邻两列错位排列。

【技术特征摘要】
1.一种光子计数探测器阵列，其特征在于：包括多个探测器模组，每个探测器模组由两个或两个以上的光子计数探测器单元组成；多个所述探测器模组在一个平面内排列成一个探测器矩阵；其中，在所述探测器矩阵中，多个所述光子计数探测器单元在每列等间距排列，多个所述探测器单元在相邻两列错位排列。2.一种光子计数探测器阵列，其特征在于：包括多个探测器模组，每个探测器模组由两个或两个以上的光子计数探测器单元组成；多个所述探测器模组在一个平面内排列成一个探测器矩阵；其中，多个所述光子计数探测器单元在每行等间距排列，多个所述探测器单元在相邻两行错位排列。3.如权利要求1或2所述的光子计数探测器阵列，其特征在于：每个探测器模组为两行两列正方形结构，包括错位排列的两个光子计数探测器单元，其中，每个光子计数探测器单元的两侧边缘与所述探测器模组的边缘重合，并且，探测器模组的其余区域为未设置光子计数探测器单元的非探测区域。4.如权利要求3所述的光子计数探测器阵列，其特征在于：在所述探测器模组中，每个所述光子计数探测器单元的绑定线从与非探测区域邻接的一侧延伸到基板，并且，两个所述光子计数探测器单元的绑定线分别从不同非探测区域延伸到基板。5.如权利要求3所述的光子计数探测器阵列，其特征在于：所述光子计数探测器单元由探测器和读出芯片通过倒装以及绑定线的方式构成，所述探测器的像素极通过倒装焊球连接到所述读出芯片的输入端，所述探测器的公共极以及所述读出芯片的输出端通过绑定线方式引出到基板上。6.如权利要求3所述的光子计数探测器阵列，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗杰，康小维，崔志立，李运祥，曹红光，
申请(专利权)人：北京纳米维景科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11