能量分辨探测系统和成像系统技术方案

本发明专利技术涉及用于探测辐射（４）的能量分辨探测系统。所述能量分辨探测系统包括：第一层（２１），其用于吸收所述辐射（４）的一部分的；以及辐射量子计数单元，其包括用于对所述辐射（４）的辐射量子进行计数的第二层（２６）。读出单元（２９）与所述辐射量子计数单元相耦合以便读出所述辐射量子计数单元。对所述第一层（２１）和所述第二层（２６）进行布置，从而使得入射在所述探测系统上并且到达所述第二层（２６）的所述辐射（４）通过所述第一层（２１）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于探测辐射的能量分辨探测系统、 一种包括该能量 分辨探测系统的成像系统，以及一种用于产生能量分辨探测系统的方法。
技术介绍
能量分辨探测系统可以例如用于谱计算机断层摄影(谱CT),其中， 利用辐射谱(具体而言是X射线輻射谱)照射必须进行重建的对象，并且 其中，适于能量分辨地探测辐射的能量分辨探测系统探测通过所述对象之 后的辐射。V.B. Cajipe 等人在 l她 Intl. Workshop on Room-Temperature Semiconductor X-Ray and Gamma-Ray Detectors, Rome, Italy, 2004年10月 18-22日的"Multi-Energy X-ray Imaging with Linear CZT Pixel Arrays and Integrated Electronics"中公开了一种能量分辨探测系统，其使用碲锌镉 (CZT)作为直接地将入射辐射转换成电信号的直接转换材料，并使用专 用集成电路(ASIC)作为用于读出所述CZT中生成的电信号的读出单元。 这一已知的能量分辨探测系统所具有的缺点为它只能应对有限范围的辐 射强度。如果强度(计数率)高于某一强度值时，则这一能量分辨探测系 统不能区分不同的辐射量子，具体而言为不能区分撞击在所述能量分辨探 测系统上的X射线光子，即，探测信号为若干辐射量子的叠加信号，结果 得到了错误的能量测量，从而导致所述能量分辨探测系统的能量分辨率下 降。CT系统中所使用的X射线强度远高于所述的某一强度值，以至于不 能以光子计数模式操作探测系统，并且由能量分辨探测系统生成的探测信 号为不能提供任何能量分辨率的叠加信号。探测信号的这一下降的或不存 的能量分辨率引起已由谱CT系统重建的图像中的伪影
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于提供一种具有改进的能量分辨率的能量 分辨探测系统。本专利技术的另一目的在于提供一种相应的成像系统。在本专利技术的一方面，提出了一种用于探测辐射的能量分辨探测系统， 其包括-第一层，其用于吸收所述辐射的一部分，-辐射量子计数单元，其包括用于对所述辐射的辐射量子进行计数的第 二层，-读出单元，其与辐射量子计数单元相耦合以便读出所述辐射量子计数 单元，其中，对所述第一层和所述第二层进行布置，从而使得入射在所述探 测系统上并且到达所述第二层的所述辐射已经通过所述第一层。本专利技术基于如下思想由于到达所述第二层的辐射通过所述第一层时 已经被部分地吸收，因此到达所述第二层的辐射的强度下降，从而削弱了 若干辐射量子的叠加效应，因此增加了所述能量分辨探测系统的能量分辨 率。所述第一层优选地包括吸收材料。例如，吸收材料为将辐射转换成光 学光子的转换材料，如闪烁材料。优选地，所述第二层包括用于将辐射转换成电信号的直接转换材料， 并且读出单元与所述第二层相耦合以便通过读出所述第二层的电信号来读 出所述第二层。这允许以可靠的方式对辐射量子进行计数。所述直接转换材料优选地与所述读出单元的计数信道相耦合。所述读 出单元优选地适于将每一个辐射量子分配给预定的能量窗，其中，对每一 个能量窗的辐射量子进行计数。优选地，所述读出单元提供至少两个能量优选地，所述第一层包括闪烁体材料，并且所述能量分析探测系统还 包括用于探测在所述第一层中生成的光(具体而言为光学光子)的光探测 单元。这还允许探测已经被所述第一层吸收的辐射，其中，能量分辨探测 系统使用所有入射在能量分辨探测系统上的辐射来增大信噪比。所述闪烁体材料例如为尤其是掺杂有例如镨(Pr)的氧硫化钆(GOS)， 并且光探测单元优选地为光电二极管。进一歩优选地，将所述光探测单元布置为在垂直于所述辐射的入射方 向的方向上探测在所述第一层中生成的光。这减少了光探测单元中的直接 转换，其中，从旁侧感测闪烁光子。进一歩优选地，通过屏蔽体对所述光探测单元进行屏蔽以减少光探测单元对入射在探测系统上的辐射的直接探测。优选地通过由高z金属制成 的屏蔽体对所述光探测单元进行屏蔽，所述高z金属材料即具有大到可以 屏蔽所述光探测单元免于入射辐射的原子序数z的金属材料。优选地，所述原子序数大于30。进一步优选地，所述原子序数大于40。优选地使用钨、 铅和钼中的至少一个来对所述光探测单元进行屏蔽。所述屏蔽体优选地位 于布置在入射辐射的方向上的光探测单元的旁侧上。在一实施例中，所述能量分辨探测单元包括电压单元，其与所述第二 层面向所述第一层的第一表面相耦合，以便将第二层的第一表面设置为负 电压。为了将第二光层面向第一层的表面与电压单元相耦合，优选地使用 金属电极。另外，这一金属电极优选地防止第一层的光子(具体而言为光 学光子以及K荧光光子)在第二层中误导地发生反应。对电极的金属优选 地进行选择，从而使其适用于接触直接转换材料。所述电极可以包括一种 或多种金属。优选地，所述电极包括铂、铟和金中的至少一个，特别是当 所述直接转换材料为CdZnTe (也被称为CZT)或另一 CdTe类型的材料时。 例如，CdTe类型的材料包括镉、碲，并优选地包括其他元素。CdTe类型的 材料例如为CdTe或CdMnTe。同样，其他II-VI半导体和III-V半导体可用 作第二层的转换材料。金属电极优选地为薄的，即，其厚度优选地小于 lOnm，进一步优选地小于lMm，进一步优选地小于500nm，并且优选地， 金属电极具有100nm的厚度。同样优选地，金属电极包括一层金属铂、铟 和金中之一，其中，这一层的厚度优选地小于lOprn,进一步优选地小于1^m， 进一步优选地小于500nm，并且进一步优选地，这一层的厚度为100nm。 第二层面向第一层的表面上的负电压迫使在第二层中生成的电子在与读出 单元相耦合的方向上，以改进第二层的电信号的读出。在另一实施例中，能量分辨探测系统可以包括电压单元，其与第二层 面向第一层的第一表面相耦合，以便将第二层的第一表面设置为正电压， 尤其是当第二层包括硅时。第二层面向第一层的表面上的正电压迫使在第二层中生成的空穴在与读出单元相耦合的方向上，以改进第二层的电信号 的读出。进一步优选地，将与第二层面向第一层的第一表面相对的第二层的第 二表面耦合至多个电极，其中，每一个电极与读出单元相耦合，从而使得 可以彼此独立地读出电极。由于可以彼此独立地读出电极，因此可以提高 能量分辨探测系统的空间分辨率。另外，相对于覆盖第二层的整个第二表 面的电极的计数率而言，每一个电极的计数率得以下降，从而允许使用经 济有效的现有技术的计数电极。另外，这种使用多个电极来与第二层的第二表面相耦合(尤其是相接 触)的情况允许了子像素化，其中，可以调整第二层的纵横比(厚度与像 素尺寸之比)，从而使得可以有利地使用所谓的"小像素效应"来改进能量 分辨探测系统的性能。与第二层的第二表面相耦合的电极优选地连接至读出单元，所述读出单元优选地为专用集成电路(ASIC)，所述连接优选地通 过凸点键合或通过内插器-PCB (印刷电路板)或通过在其上结合了读出单 元的导电橡胶箔而实现。进一步优选地，在耦合至第二层的第二表面的电极之间，在第二层的 第二表面上提供凹穴、凹槽和缝隙。这减少了可能发生的电串扰。进一步优选地，读出单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于探测辐射（４）的能量分辨探测系统，所述探测系统包括：　－第一层（２１；４２１），其用于吸收所述辐射（４）的一部分，　－辐射量子计数单元（２６；４２６；４３７），其包括用于对所述辐射（４）的辐射量子进行计数的第二层（２６； ４２６），　－读出单元（２９；４２９），其与所述辐射量子计数单元（２６；４２６；４３７）相耦合以便读出所述辐射量子计数单元（２６；４２６；４３７），　其中，对所述第一层（２１；４２１）以及所述第二层（２６；４２６）进行布置，从而 使得入射在所述探测系统上并到达所述第二层（２６；４２６）的所述辐射（４）已经通过所述第一层（２１；４２１）。

【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：C博伊默，G蔡特勒，C赫尔曼，R斯特德曼布克，KJ恩格尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]