CN100492053C - X射线线阵探测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线线阵探测器，通过在闪烁体出射面和光敏器件阵列入射面之间设置有光导纤维束，所述光导纤维束至少有一个弯曲，或入射方向和出射方向不在同一条直线上，能够使透射闪烁体的X射线无法照射到光敏器件及其后面的集成电路上，避免了长期使用或大剂量X射线照射给探测器带来的损害，因此延长了线阵探测器的使用寿命，此外，通过在闪烁体出射面和光敏器件阵列入射面之间设置屏蔽物，又进一步隔离了X射线对光敏器件及其集成电路的干扰，很好地保护了光敏器件及其集成电路，使探测器的抗辐射性能大大加强，使用寿命也得到了成倍增加。

Description

X射线线阵探测器

技术领域

本发明涉及一种X射线线阵探测器。

背景技术

线阵探测器线扫描采集图像的原理是：通过机械扫描装置带动X射线源和探测器同步运动，对待检者(物)进行X射线扫描，机械扫描装置每移动单位距离(如0.2mm)的距离，探测器就采集一行X射线图像数据，若机械扫描装置连续均匀移动40cm的距离，探测器同时相应的采集2000行X射线的图像数据，由计算机进行处理则可形成一帧约40cm X 40cm的机械扫描过的物品的X光图像。

现有线阵探测器的结构如图1中所示，由X射线探头、信号采集电路和低压电源组合构成。其中X射线探头和信号采集电路一起被封装在一个长方体的铝合金盒内，而低压电源组合(图中未标示)则单独被封装在一个具有良好散热功能的金属方盒中。其中，所述X射线探头包括准直器101、闪烁体102、光敏器件阵列103和移位放大器104四部分，信号采集电路100则包括模拟信号处理器105、模拟/数字转换器106和接口电路107。采集一行X射线信号的物理过程为：X射线透过待检者(物)投照到探测器的准直器101上，经准直后的X射线到达闪烁体102上，闪烁体102将X射线转换为可见光，再由光敏器件103接收变为电信号，电信号由后端的信号采集电路100采集，依次经模拟信号处理器及前置放大器105和A/D转换器106转换为数字信号后存入缓存，再由通信接口电路107把缓存中的图像数据发送给计算机，当计算机接收足够多行的X射线图像信息后，就可以对图像数据进行数据重建，形成完整的图像数据，存入硬盘。

现有线阵探测器中，由于闪烁体102、光敏器件阵列103、移位放大器104紧密结合形成一体，这种结构的一个重大缺陷就是：透射过闪烁体的X射线将直接照射光敏器件103及其后面的集成电路上，X射线对集成电路具有刻蚀损害，由于这个原因，在使用一段时间或当受到大的X射线剂量照射后，容易对光敏器件及其后面的集成电路造成损坏。

发明内容

本发明克服了上述缺点，提供了一种使用寿命长、图像灵敏度高的X射线线阵探测器。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种X射线线阵探测器，包括X射线探头，所述X射线探头包括闪烁体和光敏器件阵列，所述闪烁体出射面和光敏器件阵列入射面之间设置有光导纤维束，所述光导纤维束至少有一个弯曲，或入射方向和出射方向不在同一条直线上。

所述光导纤维束可为U形。

所述光导纤维束的入射面和出射面中的至少一个面可为斜面。

所述斜面与光导纤维束方向的夹角可小于45度。

所述闪烁体出射面和光敏器件阵列入射面之间可设置屏蔽物。

所述屏蔽物可由金属材料制成。

所述光敏器件阵列可为单线阵或多线阵光敏器件构成。

所述光敏器件阵列可由光电耦合器件或非晶硅光敏二极管构成。

所述光导纤维束的入射面和出射面可通过耦合介质分别与所述闪烁体的出射面和光敏器件阵列的入射面粘结。

所述U形光导纤维束是通过光导纤维在长方体屏蔽物上缠绕多层，将光导纤维和屏蔽物沿长方体的长轴方向劈开制成，所述光导纤维之间、光导纤维与屏蔽物之间通过复合胶粘结。

本发明通过在所述闪烁体出射面和光敏器件阵列入射面之间设置有光导纤维束，所述光导纤维束至少有一个弯曲，或入射方向和出射方向不在同一条直线上，能够使透射闪烁体的X射线无法照射到光敏器件及其后面的集成电路上，避免了长期使用或大剂量X射线照射给探测器带来的损害，因此延长了线阵探测器的使用寿命，此外，通过在闪烁体出射面和光敏器件阵列入射面之间设置屏蔽物，又进一步隔离了X射线对光敏器件及其集成电路的干扰，很好地保护了光敏器件及其集成电路，使探测器的抗辐射性能大大加强，使用寿命也得到了成倍增加。

附图说明

图1为现有技术中线阵探测器的结构示意图；

图2为本发明实施例一的立体结构示意图；

图3为图2中射线探头的侧视图；

图4为所述光敏器件阵列的结构示意图

图5为本发明实施例一光导纤维束的制造流程示意图；

图6为本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例由X射线探头、信号采集电路和低压电源组合构成。

如图2、3中所示，所述X射线探头是一个封闭的铝合金腔室，包括准直器201、闪烁体202、光敏器件阵列203和移位放大器204，前面板是具有屏蔽作用的铅锑合金材料，其偏上部是一条形准直器201，长410mm宽1.6mm，准直器上有铝膜密封作为X射线入射窗，准直器下方为闪烁体202，它将入射的X射线能量转换为200～1000μm波长的光能量，一个U形光导纤维束208设置在闪烁体202的出射面和光敏器件阵列203的入射面之间，使透射闪烁体202的X射线无法照射到光敏器件及其集成电路上，很好地保护了光敏器件，延长了探测器的使用寿命。所述光导纤维束208的入射面和出射面通过耦合介质分别与所述闪烁体的出射面和光敏器件阵列的入射面粘结起来。这样，在闪烁体202的出射面到光敏器件阵列203入射面之间的图像传输就不会有较多的光能损耗和散射光干扰。所述耦合介质应具有足够的化学稳定性，可长期保持性能不变，材料本身充分透明，折射率处于光导纤维与闪烁体之间，一般可选择硅油或低粘度光学树脂等。在耦合介质具体的涂敷时，应避免油膜过薄或过厚，以及避免气泡的产生。通过所述光导纤维束208后的可见光再照射到所述光敏器件阵列203上，将光能量同比转换为电信号。所述光敏器件阵列203长41cm，可由16段128个光敏器件线阵拼接而成，每段128个光敏器件线阵的信号引出线分别连接到所述移位放大器204上，进行信号读取，读出的模拟信号经所述信号采集电路200中的前置放大器205放大，送入A/D转换电路206变为数字信号，再由行存储器接口电路207将图像信号送入计算机。

在所述闪烁体202出射面和光敏器件阵列203入射面之间还设置有屏蔽物209。所述屏蔽物209可以为铜、铁、铝等金属，进一步隔离了X射线对光敏器件及其集成电路的干扰，很好地保护了光敏器件及其内部和后面的集成电路，使探测器的抗辐射性能大大加强，同时使用寿命也得到了成倍增加。

所述探头中的主要部件就是由16段128个光敏器件单元组成的光敏器件阵列203，其中每个光敏器件的信号，作为图像的一个像素，用两个字节来表示其灰度值，每个光敏器件单元的灵敏面积约为0.17mm×0.17mm大小，每两个相邻二极管单元中心距离d为0.2mm，所以探测器的空间分辨率为2.5Lp/mm。一条2048个光敏器件单元阵列的数据采集输出的时间由信号采集电路控制可调，例如一帧采集时间2秒的大小为40cm X 40cm的图像，一条阵列的数据采集输出时间为1ms，这样要求机械扫描速度为(0.2mm÷1ms＝)200mm/s。由于单个光敏器件单元的积分面积小，每行积分时间仅1毫秒，导致探测器的计数低，为了弥补这个缺陷，可以使用8条并排的这种2048通道线阵探测器的组合，如图4中所示，即每点的图像信息是由8个线阵中的光敏器件在该点的信号叠加形成的，这样就增强了探测器的探测灵敏度，可增加为单线阵的8倍，降低了对X射线球管和高压发生器的条件要求，当然也提高了图像的信噪比，增强了图像质量。同时，8条并排的2048通道线阵探测器的组合应用，增加了对扫描系统和图像采集系统的技术要求，即扫描速度要精确的与探测器数据采集时间相匹配，因此，信号采集电路200对数据采集输出的时间控制要准确和稳定。采用多线阵的线阵探测器，如8条线阵，克服了单线阵探测器对X射线响应低的缺点，既可以提高探测器的工作效率，又可以降低X射线测量中的X射线源的强度要求。而且，在单线阵的探测器若出现损坏的光敏器件是采用数学的方法解决，即用损坏的光敏器件两侧(或单侧)的数据来求出一个特定的值作为损坏的光敏器件的测量数据，这个数据是一个推理值，具有很大的不正确性；而多线阵的探测器若出现坏的探测单元则该单元的测量数据采用其余线阵中的同位置探测单元的值来替代即可，这个值是一个真实的测量值，因此多线阵探测器对损坏的光敏器件的修补具有重大的意义。其中所述光敏器件阵列203所采用的器件可为光电耦合器件(CCD)、非晶硅光敏二极管(TFD)等，

信号采集电路200也设置在X射线探头所在的铝合金盒中，由模拟信号处理器及前置放大器205、16位模/数转换器206和接口电路207组成，对光敏器件采集到的电信号进行采集、处理和输出。所述模拟信号处理电路及前置放大器205用来读出信号和积分信号。模/数变换器206用来把模拟信号转换为数字代码，以便写入适配器的行存储器中。所述接口电路207可包括三个接口，分别为

①低压电源接口：连接低压供电电源；

②E-THERNET接口：将图像数据通过网络系统传送计算机；

③RS485接口：必要时，连接外部控制器。

为了保证通过U形光导纤维束208传输的闪烁图像不发生弥散，影响光敏器件所接收的图像质量，光导纤维必须是束状的，一个光敏器件接收面对应一个或数个光导纤维的端面。

图5中所示为本实施例中的U形光导纤维束208的制造过程示意图。先制备一块形状为长方体的屏蔽物209，长方体屏蔽物209的棱边应导角，使棱圆滑，然后沿长方体的长轴方向将屏蔽物209劈成相同的两半，将两半按原来位置拼放好。再用光导纤维在其外表面进行缠绕光导纤维束208，缠绕要求密且尽量与长方体的横断面平行，光导纤维缠绕多层，缠绕层厚度D由闪烁体202的宽度决定，光导纤维之间、光导纤维与屏蔽物209之间涂抹均匀的复合胶进行粘结，待胶干以后，沿屏蔽物209劈开的位置，即平面S处再将光导纤维束208劈开，这样，劈开的两半分别为一个U形的光导纤维束208，最后还要将光导纤维束劈开处的截面进行抛光。

实施例二：

本实施例如图6中所示，结构与实施例一的大部分相同，区别仅在于：所述光导纤维束308的入射面为斜面，X射线穿过准直器301后通过闪烁体302转换为可见光，通过所述光导纤维束308倾斜的入射面后，在出射面照射到所述光敏器件阵列303上，将光能量同比转换为电信号。从而也能够使透射闪烁体302的X射线无法照射到光敏器件及其集成电路上，更好地保护了光敏器件，延长了探测器的使用寿命。所述光导纤维束308的入射面和出射面也通过耦合介质分别与所述闪烁体302的出射面和光敏器件阵列303的入射面粘结起来。在所述闪烁体302出射面和光敏器件阵列303入射面之间还设置有屏蔽物309。

为了尽量减小探测器的厚度，所述斜面与光导纤维束方向的夹角θ一般要小于45度。所述光敏器件阵列203所采用的器件可为光电耦合器件(CCD)、非晶硅光敏二极管(TFD)等，光敏器件阵列也不局限于单线阵或多线阵和通道数目。

本发明通过在闪烁体出射面和光敏器件阵列入射面之间设置光导纤维束，能够获得如下有益的技术效果：

1.彻底解决了电子学电路受X射线照射而受到损坏的问题，避免了X射线的辐射损伤，实现了长寿命。

2.由于光敏器件不受X射线影响，扩大了线阵探测器的检测范围，可以应用到大辐射剂量环境下的X射线测量。

3.避免了射线对电子器件的直接照射，减少了由此产生的电磁干扰，提高了探测器的电磁兼容性。

4、采用光导纤维束保证了闪烁图像在传输过程中不发生弥散，造成图像模糊，降低图像的空间分辨率。同时光导纤维束的使用也满足了以后探测光敏器件阵列面积进一步减小的趋势。

5.采用不含铅的光导纤维束，既节约了材料成本，又减小了铅对环境的危害，具有较大的环境保护意义。

需要说明的是，为了直观的说明各层间信号流(X射线、可见光、模拟信号、数字信号)的变化情况，本发明的结构图中各层之间适当拉开了距离，但实际上各层之间是紧密相连的。所述闪烁体、光导纤维束、光敏器件阵列接收面之间，应确保处于半软的连接状态，既有足够的压力保证紧密连接，又不能压力过大，避免对器件造成损坏。

以上对本发明所提供的X射线线阵探测器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种X射线线阵探测器，包括X射线探头，所述X射线探头包括闪烁体和光敏器件阵列，其特征在于：所述闪烁体出射面和光敏器件阵列入射面之间设置有光导纤维束，所述光导纤维束至少有一个弯曲，或入射方向和出射方向不在同一条直线上。

2.根据权利要求1所述的X射线线阵探测器，其特征在于：所述光导纤维束为U形。

3.根据权利要求1所述的X射线线阵探测器，其特征在于：所述光导纤维束的入射面和出射面中的至少一个面为斜面。

4.根据权利要求3所述的X射线线阵探测器，其特征在于：所述斜面与光导纤维束方向的夹角小于45度。

5.根据权利要求1所述的X射线线阵探测器，其特征在于：所述闪烁体出射面和光敏器件阵列入射面之间设置屏蔽物。

6.根据权利要求5所述的X射线线阵探测器，其特征在于：所述屏蔽物由金属材料制成。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的X射线线阵探测器，其特征在于：所述光敏器件阵列为单线阵或多线阵光敏器件构成。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的X射线线阵探测器，其特征在于：所述光敏器件阵列由光电耦合器件或非晶硅光敏二极管构成。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的X射线线阵探测器，其特征在于：所述光导纤维束的入射面和出射面通过耦合介质分别与所述闪烁体的出射面和光敏器件阵列的入射面粘结。

10.根据权利要求5所述的X射线线阵探测器，其特征在于：所述U形光导纤维束是通过光导纤维在长方体屏蔽物上缠绕多层，将光导纤维和屏蔽物沿长方体的长轴方向劈开制成，所述光导纤维之间、光导纤维与屏蔽物之间通过复合胶粘结。

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