一种混合式X射线探测器制造技术

本申请的一个实施例公开了一种混合式X射线探测器，该混合式X射线探测器包括：积分型探测器，用于获取被检目标的第一图像数据；计数型探测器，用于获取被检目标的第二图像数据；图像融合单元，用于对所述第一图像数据和所述第二图像数据进行图像融合，从而得到用于显示的图像数据。本申请所述技术方案通过适当增加光子计数式X射线探测器与传统积分型X射线探测器进行搭配，通过数据与图像算法融合，降低了X射线转换材料的使用量使得成本得到控制，进一步，降低了X射线的使用剂量，减少了X射线对公共群体以及个体的影响，提高了图像质量以及对物质或生物组织的分辨能力。及对物质或生物组织的分辨能力。及对物质或生物组织的分辨能力。

【技术实现步骤摘要】
一种混合式X射线探测器


[0001]本申请涉及利用X射线来测试或分析材料
更具体地，涉及一种混合式X射线探测器。

技术介绍

[0002]常见的应用于医疗/安检/工业 X射线检查系统的探测器结构如图1和图2所示。上述射线检测系统中，射线源101和探测器103安装在机架上。射线源1释放的X射线穿透被检目标102后，被探测器103接收。探测器103附近的或者安装于探测器上的准直器201将大多数散射线吸收，携带被检目标信息的X射线被探测器103上的闪烁体阵列202吸收，闪烁体阵列202将X射线转换成光信号，被下方的光电二极管阵列203吸收并转换为电荷信号，电荷信号进而通过电路板204（可以为FR4或者陶瓷基或者其它形式的基板材料）上的电荷处理芯片或者分立元件构成的电路210转换成电压信号或者数字信号并送给数据采集及处理系统，进而通过图像算法对被检目标进行图像重建并最终完成检查任务。在如上应用领域中，多数应用于探测器卡/模块安装时，板卡在X向的中点垂直于射线源101的焦点。被检目标的移动方向垂直于X和Y向组成的平面。如上所述的探测器系统，探测器模块103沿X方向进行级联，拼接成足够覆盖被检目标的长度。闪烁体阵列202常见的材质是：CsI(Tl)，CdWO4，Gd2O2S，GGAG，ZnSe等闪烁体材料。
[0003]另外一种常见于X射线探测器结构如图3所示，探测器模块由双层探测器103构成，两层探测器的差异是靠近射线源的闪烁体202主要吸收低能量射线，远离射线源的闪烁体205主要吸收高能量，通过低能的残余射线以及散射线通过金属滤波片208滤除，材质通常为铜、锡等材料。这样做的目的是：X射线球管产生的X射线具有连续的能量分布，如图4所示，其包含了球管的最高激发电压以下的几乎所有能级，被检测的不同物质对X射线的不同能级的射线吸收不尽相同，主要与物质的密度、厚度、等效原子序数相关。通过设置高低能探测器，可以得到高、低能投影数据并进行双能图像重建，并通过等效原子序数计算对被检查物质进行分类并用不同颜色进行标识。
[0004]图3所述的探测器模块的闪烁体阵列202和光电二极管阵列203在微观上由许多像素301组成，如图5所示，闪烁体阵列202像素与光电二极管阵列203像素在Y向中心重合或接近重合。如上探测器在Z向可以布置为单排或者多排，如只有图5虚线框中的一排，则为单排探测器，随着技术不断发展，在Z向布置的排数越来越多，也允许探测器的被检目标的扫描速度及图像质量有了不断提高。
[0005]图3所述探测器吸收X射线后通过闪烁体阵列202和光电二极管阵列203上的二极管302转换得到的电荷信号通过电路板204上的电路210进行转换，如图6所示，其基本原理是电荷通过与积分器并联的电容303进行积分并形成电压，再通过模数转换芯片转换成对应射线能量的数字信号量。这种探测器又叫做能量沉积积分式探测器。其主要特征是各种能级的X射线被闪烁体吸收并产生对应不同能级的可见光光子数量，可见光又被光电二极管阵列203转换成等比例的电荷数并最终通过电路210进行量化。
[0006]近年来，一种新型的X射线探测器（又称光子计数探测器）104正在被开发，如图7所示。其与如上所述探测器103不同的是，在这种探测器中，传统的闪烁体阵列202和光电二极管阵列203被新型的转换材料206（常见材料为CdTe，CdZnTe，纯Si，化合物半导体等）所替代，其可以将X射线的每一个对应不同能量的X射线光子转换成不同高度的电荷脉冲，这些脉冲在时间方向上随机到达，时间间隔与射线源的强度和转换材料特性、尺寸等相关，如图8所示。
[0007]如图7所述的探测器模块104的X射线转换材料206在微观上由许多像素301组成，如图9所示，探测器在Z向可以布置为单排或者多排，如只有图9虚线框中的一排，则为单排探测器，随着在Z向布置的排数越多，允许探测器的被检目标的扫描速度及图像质量可以不断提高。
[0008]X射线探测器104通过接收X射线，通过转换材料206将射线转换为电荷脉冲如图8，电荷脉冲经过电路板104上的脉冲信号处理电路或者芯片220，如图10所示，对某个时刻到来的电荷脉冲依次进行信号波形调理，并将其按照能量级别（T1、T2、
…
、Tn），分别进行计数或者对脉冲峰值保持后的电压进行模数量化计数，计数的多少代表了这个能量阈值范围内的射线强度，最后通过图像算法分别对不同能量阈值内的数据进行处理并进行图像重建。
[0009]常见的X射线探测器103的优点是成本相对较低，可以使用大面积的像素，能达到40mm2, 通过大像素或者多排像素可以实现较快的扫描速度，能够满足一般的物质或者生物扫描检查，并对无机物/有机物/混合物进行粗分类。传统的积分式的探测器性能提高已经到了一个瓶颈期，比如电子学噪声的提高已经接近极限，同时由于积分式探测器的闪烁体把很多携带被检目标的不同能级的信息通过积分的形式转换为相对单一的波长光进行输出，湮没了很多的物质性质的信息。
[0010]通过设计新型的X射线探测器（又称光子计数探测器）104，可以大幅度的降低系统的电子学系统噪声，提高图像的空间分辨率和对比度噪声比，提高小信号情况下的图像分辨能力，由于对X射线连续能量谱进行了划分并单独进行图像重建，通过不同能级的射线穿过被检目标后携带的不同能级的被检目标的信息，可以提高被检目标物质的识别能力，同时X射线检查设备使用的剂量也可以得到降低，在医疗应用中通过K边缘成像，减少造影剂的需求，提高软组织的对比度。
[0011]然而，X射线探测器104使用的转换材料206存在价格昂贵的问题，技术上同时还存在大的X射线光子通量的情况下的脉冲堆叠问题和极化问题，因此，如何通过设计以及使用新型光子计数探测器的优点来进一步提高X射线检查过程的图像质量及功能性，需要进行研究和革新。

技术实现思路

[0012]有鉴于此，本申请提出了一种混合式X射线探测器来解决以上
技术介绍
部分提到的至少一个问题。
[0013]为达到上述目的，本申请采用下述技术方案：本申请提供一种混合式X射线探测器，该混合式探测器包括：积分型探测器，用于获取被检目标的第一图像数据；计数型探测器，用于获取被检目标的第二图像数据；
图像融合单元，用于对所述第一图像数据和所述第二图像数据进行图像融合，从而得到用于显示的图像数据。
[0014]在一个具体实施例中，所述X射线探测器还包括：基板；设置在所述基板朝向被检目标的第一表面上的X射线转换材料，用于将不同能量的X射线光子转换成不同强度的电荷脉冲；设置在所述基板朝向被检目标的第一表面上的层叠结构，所述层叠结构包括自所述第一表面远离所述基板方向上层叠设置的光电二极管阵列和第一闪烁体阵列，其中所述第一闪烁体阵列将所述X射线转换为可见光，光电二极管阵列将所述可见光转换为第一电信号，所述层叠结构和所述X射线转换材料在被检目标移动方向上并置；设置在所述第一表面上的计数电路，用于将所述电荷脉冲转化为第二电信号从而生成述被检目标的第二图像数据；设置在所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合式X射线探测器，其特征在于，包括：积分型探测器，用于获取被检目标的第一图像数据；计数型探测器，用于获取被检目标的第二图像数据；图像融合单元，用于对所述第一图像数据和所述第二图像数据进行图像融合，从而得到用于显示的图像数据。2.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于，所述X射线探测器还包括：基板；设置在所述基板朝向被检目标的第一表面上的X射线转换材料，用于将不同能量的X射线光子转换成不同强度的电荷脉冲；设置在所述基板朝向被检目标的第一表面上的层叠结构，所述层叠结构包括自所述第一表面远离所述基板方向上层叠设置的光电二极管阵列和第一闪烁体阵列，其中所述第一闪烁体阵列将所述X射线转换为可见光，光电二极管阵列将所述可见光转换为第一电信号，所述层叠结构和所述X射线转换材料在被检目标移动方向上并置；设置在所述第一表面上的计数电路，用于将所述电荷脉冲转化为第二电信号从而生成述被检目标的第二图像数据；设置在所述基板的与第一表面相对的第二表面上的转换电路，用于将所述第一电信号转换为第三电信号，从而生成所述被检目标的第一图像数据，所述第一表面上的计数电路和所述第二表面上的转换电路位置能够互换，其中，所述X射线转换材料和计数电路构成所述计数型探测器，所述层叠结构和转换电路构成所述积分型探测器。3.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于，所述X射线探测器还包括：基板；设置在所述基板朝向被检目标的第一表面上的X射线转换材料，用于将不同能量的X射线光子转换成不同强度的电荷脉冲；设置在所述基板朝向被检目标的第一表面上的层叠结构，所述层叠结构包括自所述第一表面远离所述基板方向上层叠设置的光电二极管阵列和第一闪烁体阵列，其中所述第一闪烁体阵列将所述X射线转换为可见光，光电二极管阵列将所述可见光转换为第一电信号，所述层叠结构和所述X射线转换材料在被检目标移动方向上并置；设置在所述基板的与第一表面相对的第二表面上与所述第一闪烁体阵列对准的第二闪烁体阵列，所述第二闪烁体阵列比第一闪烁体阵列吸收的X射线能量高；设置在所述第一表面上的计数电路，用于将所述电荷脉冲转化为第二电信号从而生成所述被检目标的第二图像数据；设置在所述第二表面上的转换电路，用于将所述第一电信号转换为第三电信号，从而生成所述被检目标的第一图像数据，其中，所述X射线转换材料和计数电路构成所述计数型探测器，所述层叠结构、第二闪烁体阵列和转换电路构成所述积分型探测器。4.根据权利要求3所述的X射线探测器，其特征在于，还包括：设置在所述层叠结构和所述第二闪烁体阵列之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博，王洪波，苏振涛，
申请(专利权)人：同源微北京半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：