CN107518910B - 具有不透明中间层的x射线检测器 - Google Patents
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Abstract
提供了具有不透明中间层的X射线检测器。本发明涉及一种X射线检测器(1)，该X射线检测器具有直接转换转换器元件(3)、评估单元(15)、以及在直接转换转换器元件(3)与评估单元(15)之间被布置为平坦的中间层(11)，其中，中间层(11)对于可见光、红外光或紫外光不透明。
Description
技术领域
本发明涉及X射线检测器和医疗设备。
背景技术
在X射线成像领域中(例如，在计算机断层摄影术、血管造影术或放射照相术中)，可以利用计数直接转换X射线检测器或整合间接转换X射线检测器。
在直接转换X射线检测器中，X射线辐射或光子可以通过转换器元件的合适的转换器材料转换成电脉冲。作为直接转换转换器材料，例如可以使用以下材料：CdTe、CZT、CdZnTeSe、CdTeSe、CdMnTe、InP、TlBr2、HgI2、GaAs等。电脉冲由评估电子器件(例如由集成电路(专用集成电路(ASIC)))来评估。在计数直接转换X射线检测器中，通过对由转换器材料中X射线光子的吸收触发的电脉冲进行计数，来测量入射X射线辐射。通常，电脉冲数量与所吸收X射线光子的能量成比例。这意味着可以通过将电脉冲数量与阈值进行比较来提取光谱信息。
为了信号稳定的目的，可以用附加的电磁辐射(例如可见光、IR光或UV光)照射例如具有CdZnTe、CdTe、CdHgTe、CMT等的转换器元件。照射导致经由转换器材料流走的电子空穴对的形成，并且可能贡献于偏移信号。通过使用附加的照射，可以实现X射线检测器的改进的短期和长期稳定性。
可见光、红外光、紫外光或者长波长光可以穿过转换器材料，且在转换器元件背离照射源的侧上从转换器元件出现。评估单元通常位于背离照射源的侧上，使得附加照射的光量可以穿透评估单元。光子可以在转换器元件中被吸收，或可以在转换器元件面向照射源的侧上的表面处被反射，使得它们未穿透转换器元件。光子可以在转换器元件背离照射源的侧上的电极中被吸收。光子可以在散射或反射之后直接穿透到评估单元中且与评估单元相互作用。评估单元可以具有放大器结构，该放大器结构通常具有对附加照射非常灵敏地做出反应的小电容。例如，可以在放大二极管结构中直接生成电子空穴对。
从至今未公布的专利申请102015216527.2已知一种X射线检测器，该X射线检测器具有基板，该基板在基板顶侧区域中的读出触头与集成电路有源层中的前置放大器的输入之间具有导电连接。在读出触头与第二导电连接之间提供第一导电连接。基板顶侧处的第一遮光罩的面积大于基板中的由第二遮光罩侧向定界的光学透明区域的面积，使得第一遮光罩的面积覆盖沿着表面法线的第一投影中的光学透明区域的面积。在沿着表面法线的光学透明区域的面积的第二投影内部、且在第二遮光罩下方提供第二导电连接。在第二遮光罩下方提供第二导电连接与前置放大器之间的第三导电连接。
发明内容
本发明的目的是公开X射线检测器和医疗设备，其使得能够针对附加照射的入射来遮蔽评估单元。
该目的根据本发明由如权利要求1要求保护的X射线检测器和如权利要求11要求保护的医疗设备来实现。
本发明涉及一种X射线检测器，该X射线检测器具有直接转换转换器元件、评估单元和/或读出单元、以及在直接转换转换器元件与评估单元和/或读出单元之间被布置为平坦的中间层，其中中间层对于可见光、红外光或紫外光不透明。
转换器元件和评估单元可以在堆叠构造中互连。评估单元可以在基板中具有评估电子器件(例如集成电路)。直接转换转换器元件和评估单元可以至少具有可以以导电方式(例如通过使用焊料连接)互连的一个触头或一个电极。优选地，转换器元件和评估单元可以具有多个触头，该多个触头优选地具有例如在转换器元件和评估单元上具有相同间隔的相同分布或相同图案，使得转换器元件的触头和评估单元的触头可以在堆叠构造中一致地一个位于另一个上方。转换器元件和评估单元可以具有相同量的触头。转换器元件和评估单元可以具有像素状结构。
中间层可以为所谓的欠填充(underfill)。在转换器元件与评估单元的导电互连之后，可以以可流动状态将中间层引入到在转换器元件与评估单元之间形成的空间中。中间层可以在被引入之后固化或硬化。具体地，中间层可以在热处理中硬化。中间层可以具有中间层材料。中间层或中间层材料例如在可流动状态下可以具有在3300mPa·s与65000mPa·s之间的粘度。中间层材料可以在可流动状态下(具体在从50℃到90℃的范围内的温度下)被处理或引入。中间层在转换器元件与评估单元之间被布置为平坦的。转换器元件、中间层以及评估单元可以形成堆叠的构造。中间层的平坦布置可以意指中间层基本上在到评估单元的界面和到转换器元件的界面的整个范围上延伸。中间层可以具有与转换器元件不同和/或与评估单元不同的范围。
转换器元件可以通过附加照射，用可见光、红外光或紫外光来照射。光的波长可以位于600nm与1000nm之间，优选地为850±15nm。
中间层对于来自附加照射的光是不透明的，使得评估单元的电子组件不受附加照射影响。中间层优选地可以对于在850±15nm范围内的波长不透明。中间层在其表面区域上可以为至少部分不透明的。中间层可以均匀地不透明。中间层可以具有均匀的层厚。中间层沿着其整个范围可以为不透明的。中间层优选地可以完全不透明。不透明性优选地可以防止或减少沿堆叠构造朝向评估单元的方向穿过的、来自附加照射的光。中间层可以为光学不透明的，其中中间层可以具体对于来自附加照射的光不透明。基本上没有来自附加照射的光或附加照射的少于10％的光量可以穿过中间层。基本上中间层可以以如下方式为不透明的，使得电子组件(例如，输入电容器)经历很少或不经历来自附加照射的影响。
中间层的不透明性可以通过选择参数(例如，吸收系数和/或反射系数、层厚、中间层材料、可能的填充材料或填充材料的浓度)来预定。有利地，中间层的期望不透明性可以借助于参数的合适组合来预定。不透明性可以通过吸收和/或反射来自附加照射的光来实现。吸收系数可以被指定为光谱吸收系数α(λ)，并且反射系数可以被指定为光谱反射系数ρ(λ)，其中存在对波长λ的依赖。光谱透射率由τ(λ)＝1-ρ(λ)-α(λ)给出。具体地用于在850±15nm范围内的波长的光谱透射率至多可以为0.1，优选地为0.05，特别优选地为0.01，并且具体优选地为0。层厚可以位于从60μm到280μm的范围内。层厚可以取决于焊料连接的尺寸或高度。焊料连接的尺寸或高度可以限定转换器元件与评估单元之间的间隔。层厚可以对应于间隔。例如，层厚可以由转换器元件与评估单元之间的间隔来限定，并且参数吸收系数和/或反射系数可以以中间层不透明的这种方式来选择。有利地，中间层可以通过参数的合适选择来优化，使得中间层满足对例如可流动状态下的粘度提出的要求。与透明中间层相比，中间层有利地可以具有相同或更好的机械、电以及热特性。
发明人认识到在转换器元件与评估单元之间引入光学不透明的中间层可以遮蔽评估单元的敏感结构免受例如在可见、IR或UV范围内的光子。中间层可以递送机械稳定且附加地递送对评价单元的遮蔽以免受附加照射。在这一点上，关于光学或颜色方面，中间层的材料可以被适应为必要光学吸收速率(rate)或期望反射能力。中间层可以借助于添加剂或材料的颜色适应选择来优化或适应，以阻挡或遮蔽特定范围的波长(具体为附加照射的波长)。有利地，具有小注入结构的二极管或精细MOS-FET元件可以被遮蔽，以免受由于入射的附加照射而产生的影响。有利地，可以在评估单元中实现小输入电容。
有利地，可以至少部分地吸收附加照射的光量。有利地，可以遮蔽评估单元中的敏感结构以免受附加照射。发明人认识到，作为不透明中间层的结果，可以有利地保持评估单元中的放大器结构的初始放大器级的小电容，并且评估单元中的电子噪声可以有利地不受中间层影响。有利地，可以避免评估单元的设计变化。可以有利地减少或避免评估单元中的遮蔽金属层。
根据本发明的一个方面，转换器元件和评估单元由至少一个焊料连接来连接，并且至少一个焊料连接被中间层部分地包围。
中间层可以包围转换器元件与评估单元之间的导电连接(具体为焊料连接)。中间层可以包含导电连接。导电连接(具体为焊料连接)可以被配置为完全不透明。焊料连接可以遮蔽附加照射的光，使评估单元免受该光。与没有焊料连接的中间层的主体相比，中间层可以在焊料连接的主体中具有提高的不透明性。在焊料连接到中间层的界面处(具体为靠近转换器元件)，可以散射附加照射的光量。有利地，中间层可以吸收所散射的光量。有利地，中间层可以形成具有焊料连接的连续平坦延伸的层。有利地，中间层和焊料连接可以不透明。有利地，邻近焊料连接之间的体积可以借助于中间层被配置为不透明。
根据本发明的一个方面，X射线检测器此外具有用于用可见光、红外光或紫外光照射转换器元件的照射单元。照射单元例如可以为LED。照射单元例如可以以转换器元件可以从X射线辐射的入射方向被照射的这种方式来配置。有利地，可以具体关于时间来稳定用于X射线检测器的信号。另选地，可以由X射线检测器外部的外部照射单元发出附加照射。
根据本发明的一个方面，中间层遮蔽评估单元以使评估单元免受来自照射单元的、落到中间层上的光量的至少90％。中间层优选地遮蔽评估单元，以使评估单元免受落到中间层上的光量的至少95％(特别优选地为至少99％，并且具体优选地为100％)。有利地，评估单元的电子组件可以被遮蔽以免受附加照射的入射。有利地，可以降低或避免附加照射对评估单元的电子组件的影响。中间层的不透明性可以通过使用中间层的、具体对于可见光、红外光或紫外光的吸收特性和/或反射特性来调节或限定。
根据本发明的一个方面，中间层至少部分地吸收光。有利地，作为吸收的结果，可以避免评估单元或焊料连接处的反射或散射。
根据本发明的一个方面，中间层至少部分地反射落到它上面的光。有利地，光(具体为靠近到转换器元件的界面的光)例如可以以如下方式来反射，使得光朝向转换器元件被再次反射，以使光无法沿评估单元的方向传播更远。有利地，可以选择吸收和反射的组合，以组合优点。
根据本发明的一个方面，中间层具有环氧化合物或预聚物。具体地，中间层或中间层材料可以具有环氧树脂。在中间层被引入到转换器元件与评估单元之间的间隙中的时间，例如具有环氧化合物、环氧树脂或预聚物的中间层的材料可以为液体或可流动。有利地，中间层例如在温度的影响下可以硬化。中间层有利地可以提高堆叠构造的机械稳定性。中间层可以有利地提高关于温度变化的稳定性。
根据本发明的一个方面，中间层具有填充材料。中间层材料可以具有填充材料。填充材料可以具有低的(具体为热)膨胀系数。填充材料例如可以具有Al2O3、SiO2、BN、AlN、TiN、TiO2、PZT(PbZrTiO3)、ZrO2、或YSZ(所谓的氧化钇稳定氧化锆)。填充材料可以对于红外光、可见光或紫外光(例如在600nm与1000nm之间(优选地为850±15nm)范围内的波长)不透明。填充材料有利地可以贡献于堆叠构造的机械稳定性。填充材料有利地可以贡献于中间层的不透明性。填充材料的浓度可以以如下方式来选择，使得中间层材料(例如在可流动状态下)的粘度位于3300mPa·s与65000mPa·s之间。具体地，填充材料的填充材料颗粒的直径或尺寸可以小于转换器元件与评估单元之间的间隔(例如，小于间隔的10％)。
根据本发明的一个方面，中间层具有着色颗粒。中间层材料可以具有着色颗粒。例如，着色颗粒可以具有各种有机/金属复合物中的一个的碳或TiO2。着色颗粒可以为填充材料颗粒。有利地，不透明性可以通过添加着色颗粒来调节。着色颗粒可以对于红外光、可见光或紫外光(例如在600nm与1000nm之间(优选地为850±15nm)范围内的波长)不透明。
根据本发明的一个方面，转换器元件具有镉。转换器元件可以具有CdZnTe、CdTe或CdHgTe。有利地，转换器元件可以适用于医疗X射线成像领域中的X射线束的转换。
本发明还涉及一种具有发明的X射线检测器的医疗设备。有利地，发明的X射线检测器的优点可以转移到医疗设备。有利地，可以提高系统的成像特性(具体为X射线检测器的行为的噪声贡献和稳定性)。
根据本发明的一个方面，医疗设备是计算机断层摄影装置。有利地，在来自X射线检测器的测量数据的帮助下，可以重构层图像和三维或四维体积图像。
附图说明
下面在附图的基础上详细说明本发明的示例性实施例。在这一点上，在附图中：
图1示出了以根据第一实施例的发明的X射线检测器的示意形式的概念；
图2示出了以根据第二实施例的发明的X射线检测器的示意形式的概念；
图3示出了以根据第三实施例的发明的X射线检测器的示意形式的概念；以及
图4示出了以发明的计算机断层摄影装置的示意形式的概念。
具体实施方式
图1示出了根据第一实施例的发明的X射线检测器1的示例性实现。X射线检测器1具有直接转换转换器元件3、评估单元15、以及在直接转换转换器元件3与评估单元15之间被布置为平坦的中间层11，其中中间层11对于可见光、红外光或紫外光不透明。转换器元件3在对应于附图中顶侧的、用于X射线辐射21的入射的侧上具有顶电极5。在与顶电极5相反的侧上，转换器元件3具有触头7。评估单元15在面向转换器元件3的侧上具有触头13。转换器元件3上的触头7和评估单元15上的触头13通过至少一个焊料连接9来连接，并且至少一个焊料连接9由中间层11部分地包围。评估单元15中的放大器结构17位于与触头13的导电连接中。
图2示出了根据第二实施例的发明的X射线检测器1的示例性实现。X射线检测器1此外具有用于用可见光、红外光或紫外光照射转换器元件3的照射单元19。照射单元19可以具有到转换器元件3的机械连接(未示出)。
图3示出了根据第三实施例的发明的X射线检测器1的示例性实现。中间层11具有填充材料12。填充材料12具有低的(具体为热)膨胀系数。填充材料12对于红外光(具体为在850±15nm范围内的波长)不透明。填充材料12的浓度以如下方式来选择，使得：例如可流动状态下的中间层材料的粘度具有在3300mPa·s与65000mPa·s之间的粘度。中间层材料可以在可流动状态下(具体在从50℃到90℃范围内的温度下)被处理或引入。填充材料12的填充材料颗粒的直径或尺寸具体小于转换器元件3与评估单元15之间的间隔(例如，小于间隔的10％)。填充材料12可以具有Al2O3、SiO2、BN、AlN、TiN、TiO2、PZT(PbZrTiO3)、ZrO2、或YSZ(所谓的氧化钇稳定氧化锆)。中间层11或填充材料12可以具有着色颗粒。着色颗粒例如可以具有各种有机/金属复合物中的一个的碳或TiO2。着色颗粒可以为填充材料颗粒。着色颗粒具体对于红外光(具体为在850±15nm范围内的波长)可以不透明，或者吸收或反射这些波长。转换器元件3的平坦区域范围和评估单元15的平坦区域范围可以不同。中间层11可以借助于凹区域侧向定界。
图4示出了具有检测器装置29的发明的计算机断层摄影装置31的示例性实施例。检测器装置29具有发明的X射线检测器1。计算机断层摄影装置31包含具有转子35的台架33。转子35包含X射线源37和发明的检测器装置29。患者39躺下在病床41上，且可以沿着旋转轴线z43移动穿过台架33。为了控制并计算剖面图像的目的，利用算术单元45。输入设施47和输出装置49连接到算术单元45。
尽管通过优选的示例性实施例较详细地说明了本发明，但本发明并不限制于公开的示例，且本领域的技术人员在不脱离本发明保护范围的情况下可以从中导出其它变化。
Claims (11)
1.一种X射线检测器(1)，具有直接转换转换器元件(3)、评估单元(15)以及中间层(11)，所述中间层(11)在所述直接转换转换器元件(3)与所述评估单元(15)之间被布置为是平坦的，其中，其中，所述转换器元件(3)和所述评估单元(15)通过至少一个焊料连接(9)来连接，并且所述至少一个焊料连接(9)由所述中间层(11)部分地包围，其中所述中间层(11)以及所述至少一个焊料连接(9)二者均对于可见光、红外光或紫外光不透明，使得在朝向所述评估单元的方向上，少于10％的来自附加照射的光穿过所述中间层(11)和/或所述至少一个焊料连接(9)。
2.根据权利要求1所述的X射线检测器(1)，还具有照射单元(19)，以用于利用可见、红外或紫外光来照射所述转换器元件(3)。
3.根据权利要求2所述的X射线检测器(1)，其中，所述中间层(11)遮蔽所述评估单元(15)，以使所述评估单元(15)免受来自所述照射单元(19)的落到所述中间层(11)上的光量的至少90％。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的X射线检测器(1)，其中，所述中间层(11)至少部分地吸收所述光。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的X射线检测器(1)，其中，所述中间层(11)至少部分地反射入射光。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的X射线检测器(1)，其中，所述中间层(11)具有环氧化合物或预聚物。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的X射线检测器(1)，其中，所述中间层(11)具有填充材料(12)。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的X射线检测器(1)，其中，所述中间层(11)具有着色颗粒。
9.根据权利要求1-3中的任一项所述的X射线检测器(1)，其中，所述转换器元件(3)具有镉。
10.一种医疗设备，具有根据权利要求1-9中的任一项所述的X射线检测器(1)。
11.根据权利要求10所述的医疗设备，其中，所述医疗设备是计算机断层摄影装置(31)。
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