辐射监测设备制造技术

用于测量辐射的一个或多个特征的辐射检测器（１）包括一个或多个检测器像素（３）、时钟脉冲发生器，其中每个检测器像素（３）包括：传感器（２０），响应于所述辐射的撞击所述传感器（２０）的光子或带电粒子的事件产生电信号；适用于接收及处理所述电信号的像素电子器件（２４），包括用于使所述电信号放大及成形并产生成形脉冲的模拟处理单元（６２），所述像素电子器件（２４）包括用于对ＴＯＴ数进行计数的时间确定单元（５１），其中ＴＯＴ数是在所述成形脉冲处于阈值之上的时间区间内出现的时钟脉冲的数量。所述像素电子器件包括多个事件计数器（８２），其中每个事件计数器（８２）对具有在预定范围内的ＴＯＴ数的事件数量进行计数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于剂量确定的辐射监测设备的领域，并且更具体地涉及使用单光子 计数像素检测器的设备及方法。
技术介绍
像素化的半导体检测器被用于X射线成像中并且可以用于有源个人剂量确 定中。辐射监测设备能够使用Medipix2芯片来构造。在“X.Llopart，M. Campbell， R. Dinapoli, D.San Segundo and Ε.Pernigotti, MediPix2, a 64k pixel read-out with 55 μ m square elementsworking in single photon counting mode, IEEE Trans. Nuc1. Sci. 49 (2002) 2279-2283”中描述了 Medipix2芯片及其使用。在Medipix2中，当光子或带 电粒子在检测器材料中相互作用时，它使向着收集电极漂移的电荷沉积(deposit)。然后， 该电荷被放大并与形成能量窗的两个不同模拟阈值相比较。如果所检测的电荷落在该能量 窗内，则数字计数器递增(increment)。Medipix2检测器包括以55 μ m的像素间距进行像 素化的传感器层以及每个像素内的读出芯片。传感器的电极经由凸块(bump)接合而与读 出芯片逐像素地(pixel-per-pixel)连接。每个像素电子器件中都存在一个计数器。例 如，Medipix2检测器被用作X射线成像中的成像检测器像素阵列。在每个像素电子器件中 对在测量阶段期间在像素敏感体积内已经引起了可调整阈值之上的能量沉积或者已经引 起了上阈值与下阈值之间的能量沉积的事件数量进行计数。能够确定某个能量范围内的已 经透射通过辐照对象的光子数量。X射线成像中的MedipiX2检测器的缺点是只存在一个下 阈值。因此，在一次采集中只有一个能量范围内的粒子能够被计数。如果要获得不同能量 范围的粒子的透射图像，则必须对所有像素以不同的鉴别器阈值相继取得几个图像。这会 引起测量时间增加并且引起对待成像对象曝光的剂量增加。这些对不同能量的粒子透射的 测量能够被用来提高对象的组合透射图像中的对比度。它们还能够被用来找回关于对象的 材料组成的信息。用于剂量确定的检测器阵列及计数器电路的使用可从W02005/008286中了解。每 个检测器像素设置有单对的低能量阈值和高能量阈值。因此，为了测量高动态范围，则需要 许多检测器像素。Timepix芯片直接由Medipix发展而来。与Medipix2检测器一样，Timepix检测 器是像素间距为55 μ m的混合的、计数的、像素化的半导体检测器。像素电子器件的输入信 号在ASIC的像素电子器件中的模拟电路中进行处理并且然后与鉴别器中的可调整阈值进 行比较。在Tin^pix的一种工作模式中，每个像素测量鉴别器的输入脉冲的强度高于鉴别 器的阈值的时间长度。该时间区间通过计数器中的时钟脉冲的计数来测量。这种方法被称 作过阈值时间(Time-Over-Threshold，TOT)法。每个像素只包含一个计数器。在计数器 中测量的时间在测量阶段结束时被传输到Timepix的读出单元中。然后，该时间被传输到 ASIC的外围。Timepix被设计为用于在不使用辐射敏感的传感器层的情况下的粒子物理实 验中的气体追踪室中。Tim印ix在其过阈值时间模式用于X射线成像中的情况下具有一些缺点。在每个像素中只有一个阈值可用。在一个X射线成像期间，在每个像素的计数器中 对传感器中的所有反应粒子的总的过阈值时间进行计数。在读出之后，没有关于粒子的个 体能量的信息可用。因为在常见的X射线成像期间光子的通量是很高的，所以要具有如此 高频率下的帧速率以便能够确定每个粒子的过阈值时间是不可能的。文献W02006/099003公开了一种辐射检测系统，其中一个或多个像素化的 (pixilitated)检测器1分别与单信道鉴别器10关联。辐射事件由单信道鉴别器10变换 成与所述辐射事件的能量相关的计数值24。与像素1及单信道鉴别器10分离的数字信号 处理器DSP 5与所述鉴别器一起使用。DSP能够被编程为对从不同像素中接收到的计数值 进行排序。但是，根据像素化检测器的像素数量、阈值数量(即辐射检测器的能量分辨率及 范围)、以及入射辐射事件的速率，DSP 5可能不能处理输入数据。本专利技术的一个目的是提供用于确定辐射的一个或多个特征的方法及装置，其中该 方法及装置在宽的能量范围内、尤其是在放射诊断范围内具有高精度、高灵敏度以及关于 粒子通量密度的大的测量范围，其中该测量是实时进行的。本专利技术的另一目的是提供用于 确定入射辐射的例如能谱或能谱中的最高能量那样的能量信息的方法及装置，由此该测量 能够以很高的粒子通量密度来进行。这种装置能够用于医疗辐射装置(如X射线管)的质 量保证中或者用于确定管电压峰值(kVp测量)的装置中。
技术实现思路
本专利技术涉及用于测量辐射的一个或多个特征的辐射检测器，包括一个或多个检测 器像素、时钟脉冲发生器，其中每个检测器像素包含(i)响应于所述辐射的撞击所述传感 器的光子或带电粒子的事件而产生电信号的传感器；(ii)适用于接收并处理所述电信号 的像素电子器件，包括用于使所述电信号放大及成形并产生成形脉冲的模拟处理单元，所 述像素电子器件包括用于对TOT数进行计数的时间确定单元，该TOT数是在所述成形脉冲 处于阈值之上时的时间区间内出现的时钟脉冲的数量。根据本专利技术，所述像素电子器件包 括多个事件计数器，每个事件计数器对具有在预定范围内的TOT数的事件数量进行计数。在本专利技术的一种实施例中，辐射检测器包括切换单元，所述切换单元包括定义了 一组TOT数范围的一组TOT数的极限值，其中每个TOT数范围与事件计数器关联，用于检测 所测量的TOT数何时在范围之内或之下的装置，以及用于在所测量的TOT数处于关联范围 之内或之下时使所述事件计数器递增的装置。在本专利技术的另一种实施例中，辐射检测器包括复制单元，所述复制单元包括用于 接收TOT数值的装置，一组复制所述TOT数值的输出端口，一组比较单元，每个比较单元包 括定义一组TOT数范围的并且与事件计数器关联的一组TOT数的极限值，以及包括用于检 测所测量的TOT数何时处于范围之内或之下的装置，以及用于在所测量的TOT数处于关联 范围之内或之下时使事件计数器递增的装置。优选地，所述像素电子器件包括用于在所述模拟处理单元的输入处接收标准化的 电信号以校准所述检测器像素的装置。更优选地，所述像素电子器件包括用于在所述模拟处理单元的输出处接收标准化 的成形脉冲以校准所述检测器像素的装置。在本专利技术的一种变体中，辐射检测器包括检测器像素阵列，所述阵列包括多列检测器像素，读出单元，以及用于在只有一列中的计数被禁止时将在所述列中累积的计数值 传输到所述读出单元的装置，每列被连续地传输。在本专利技术的另一种变体中，辐射检测器包括检测器像素阵列，用于将所述阵列的 所述检测器像素的所述TOT数传输至读出单元中的装置，用于对岛(island)中具有非零 TOT数值的像素进行分组的装置；以及用于计算在岛的每个检测器像素中的所沉积的剂量 的总和以获得产生所述岛的所述辐射的光子或带电粒子的能量的装置。在最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量辐射的一个或更多个特征的辐射检测器（１），包括一个或更多个检测器像素（３）、时钟脉冲发生器，每个检测器像素（３）包括－传感器（２０），响应于所述辐射的撞击所述传感器（２０）的光子或带电粒子的事件产生电信号；－被配置为接收并处理所述电信号的像素电子器件（２４），包括用于使所述电信号放大及成形并产生成形脉冲的模拟处理单元（６２），所述像素电子器件（２４）包括用于对ＴＯＴ数进行计数的时间确定单元（５１），其中ＴＯＴ数是在所述成形脉冲处于阈值之上的时间区间期间出现的时钟脉冲的数量；其特征在于所述像素电子器件包括多个事件计数器（８２），每个事件计数器（８２）对ＴＯＴ数处于预定范围内的事件的数量进行计数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M坎贝尔，X洛帕特库迪，L特鲁斯托斯，W泽温旺，R巴拉布里加苏乃，G安东，T米歇尔，M伯内尔，KL施瓦茨，U莫伦豪尔，E弗里奇，
申请(专利权)人：欧洲原子能研究组织，埃朗根纽伦堡弗里德里希亚历山大大学，离子束应用股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]