CN109524428B - X射线探测单元、探测器及探测系统 - Google Patents

X射线探测单元、探测器及探测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种X射线探测单元、探测器及探测系统，X射线探测单元包括：首尾相接形成闭合区域的转换材料层、光电二极管像素及反射层，转换材料层的面积大于光电二极管像素的面积。若干X射线探测单元一维线阵排布形成X射线探测器。X射线探测器，射线源及传送装置构成X射线探测系统，X射线探测器与射线源相对设置，传送装置设置于X射线探测器及所述射线源之间；通过传送装置的移动，X射线探测器对被检测物进行多次一维检测，进而获得检测物的二维检测图像。本发明将转换材料层及光电二极管像素设置在不同维度，以此避免光电二极管像素面积对转换材料层面积的影响，通过增大转换材料层面积提高转换效率同时提高信噪比。

Description

X射线探测单元、探测器及探测系统
技术领域
本发明涉及一种X射线探测领域，特别是涉及一种X射线探测单元、探测器及探测系统。
背景技术
X射线探测器经历了百年的发展，由传统的胶片式逐渐发展至当今的数字式，这其中又经历了CR探测器、CCD X射线探测器、CCD拼接式X射线探测器以及目前最为主流的X射线平板探测器。X射线平板探测器可以捕获X光，将被测物体的X射线影像转变为数字图像以便于查看、分析、存储以及传播，其被广泛应用于安检、医疗、生物、材料和工业检测等领域。
一维线阵探测器是X射线探测器中的一种，长度通常为数十厘米至数米，像素尺寸通常为零点几至数毫米，像素数目包括数百至千万个。如图1～图2所示，现有的一维探测器结构1包括：基板10；形成于所述基板10上的光电二极管像素11，各光电二极管像素排列成一维线阵；以及位于所述一维线阵上方的转换材料层12。其基本工作原理是，X射线照射到所述转换材料层12上，所述转换材料层12将X射线转换为可见光，可见光照射到所述光电二极管像素11上，光电二极管将可见光转换为光电子，光电子经过放大电路(图中未显示)转化为电压信号并进行模数转换后传至计算机形成数字图像。
为了便于探测，我们需要获得更大的信号量，一种方式是将所述光电二极管像素11的面积增大(像素入射信号量与像素面积成正比)，但与此同时像素面积越大，噪声也越大。在这种像素模型中，噪声的主要来源为光电二极管的电容开关噪声σpd-KTC＝sqrt(2KTCpd)，这不利于提高信噪比。
另外，X射线照射到所述转换材料层12(闪烁体)后，产生可见光，可见光需要穿过所述转换材料层12才能照射到所述光电二极管像素11上。一般闪烁体的厚度，对工业百kV级射线吸收少，闪烁体厚度为0.5mm时对100keV射线吸收仅约60％，信号量小。但如果增加闪烁体厚度以吸收更多X射线，则由于可见光需要穿过更厚的闪烁体，闪烁体本身吸收可见光，导致对转换效率贡献小。
因此，如何提高X射线探测器的信噪比、提高转换效率已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种X射线探测单元，用于解决现有技术中信噪比低、转换效率低等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种X射线探测单元，所述X射线探测单元至少包括：
转换材料层、光电二极管像素及反射层；
其中，所述转换材料层、所述光电二极管像素及所述反射层首尾相接，形成闭合区域，且所述转换材料层的面积大于所述光电二极管像素的面积。
可选地，所述转换材料层的材质为碘化铯或硫氧化钆。
可选地，所述光电二极管像素与所述转换材料层的夹角设定为(0，90°]。
可选地，所述反射层为平面或朝向所述X射线探测单元内部的弧面。
可选地，所述转换材料层的面积不小于所述光电二极管像素的面积的1.5倍。
更可选地，所述反射层朝向于所述X射线探测单元内部的表面为镜面。
更可选地，所述反射层的材质为碘化铯或硫氧化钆。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种X射线探测器，所述X射线探测器至少包括：
一维线阵排布的若干上述X射线探测单元。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种X射线探测系统，所述X射线探测系统至少包括：
上述X射线探测器，射线源及传送装置；
其中，所述X射线探测器与所述射线源相对设置，所述传送装置设置于所述X射线探测器及所述射线源之间；通过所述传送装置的移动，所述X射线探测器对被检测物进行多次一维检测，进而获得所述检测物的二维检测图像。
可选地，所述X射线探测器为L形排布或弧形排布。
如上所述，本发明的X射线探测单元、探测器及探测系统，具有以下有益效果：
本发明的X射线探测单元、探测器及探测系统将转换材料层及光电二极管像素设置在不同维度，以此避免光电二极管像素面积对转换材料层面积的影响，通过增大转换材料层面积提高转换效率同时提高信噪比。
附图说明
图1显示为现有技术中一维线阵探测器的侧视示意图。
图2显示为现有技术中的一维线阵探测器的俯视示意图。
图3显示为本发明的X射线探测单元的一种结构示意图。
图4显示为本发明的X射线探测单元的另一种结构示意图。
图5显示为本发明的X射线探测器的结构示意图。
图6显示为本发明的X射线探测系统的剖视结构示意图。
元件标号说明
1 一维探测器
10 基板
11 光电二极管像素
12 转换材料层
2 X射线探测单元
21 转换材料层
22 光电二极管像素
23 反射层
3 X射线探测器
4 X射线探测系统
5 射线源
6 传送装置
7 被检测物
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图3～图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图3所示，本实施例提供一种X射线探测单元2，所述X射线探测单元包括：
转换材料层21、光电二极管像素22及反射层23。所述转换材料层21、所述光电二极管像素22及所述反射层23首尾相接，形成闭合区域。
如图3所示，所述转换材料层21用于将X射线转化为可见光。
具体地，在本实施例中，所述转换材料层21水平设置，所述转换材料层21的材质包括但不限于碘化铯或硫氧化钆。
需要说明的是，所述转换材料层21的光接收面(接收X射线的面)的面积与入射的X射线的量呈正比，因此，可增大所述转换材料层21的面积，进而增加入射的X射线的量，达到增大转换效率的目的。
如图3所示，所述光电二极管像素22的一端与所述转换材料层21的一端连接，且所述光电二极管像素22与所述转换材料层21在垂直平面内设置于不同方向上，所述光电二极管像素22用于将可见光转换为电信号。
具体地，所述光电二极管像素22与所述转换材料层21在垂直平面内具有一夹角，所述夹角小于180°，可根据空间需要设定夹角的数值；优选为(0，90°]，以此减小所述X射线探测单元占用的面积。在本实施例中，所述夹角设定为90°。所述光电二极管像素22包括光电二极管及与所述光电二极管串联的开关管，任意能实现光检测的结构均适用于本发明，在此不一一赘述。
需要说明的是，所述光电二极管像素22的面积越大，引入噪声也越大，因此可减小所述光电二极管像素22的面积以较小噪声，提高信噪比。在本实施中，所述转换材料层的面积不小于所述光电二极管像素的面积的1.5倍，包括但不限于2倍、2.5倍、3倍、3.5倍、4倍、5倍。
如图3所示，所述反射层23的两端分别连接所述转换材料层21及所述光电二极管像素22的一端，所述转换材料层21、所述光电二极管像素22及所述反射层23形成闭合区域，所述反射层23用于将所述转换材料层21出射的可见光反射到所述光电二极管像素22的光接收面。
具体地，在本实施例中，所述反射层23朝向于所述X射线探测单元2内部的表面为镜面，且所述反射层23朝向于所述X射线探测单元2内部的表面为一平面，通过反射改变所述可见光的传播路径，使所述可见光反射到所述光电二极管像素22的光接收面。
实施例二
本实施例提供一种X射线探测单元2，与实施例一的不同之处在于，将所述反射层23的材质替换为光电转换材料，包括但不限于碘化铯、硫氧化钆。
具体地，未被所述转换材料层21转换的X射线入射到所述反射层23，所述反射层23对X射线转换为可见光，并将所述转换材料层21出射的可见光及所述反射层23转换的可见光反射到所述光电二极管像素22的光接收面，增加了X射线的吸收，进而增加X射线至可见光的转换效率，提高信号量，提高信噪比。
实施例三
如图4所示，本实施例提供一种X射线探测单元2，与实施例一的不同之处在于，所述反射层23朝向于所述X射线探测单元2内部的表面一弧面。
具体地，弧面包括球面(球面上各点的圆心一致且半径一致)的一部分和抛物面(抛物面上各点的圆心不一致或半径不一致)。可根据需要设定弧面的曲率，在此不一一赘述。
实施例四
如图5所示，本发明提供一种X射线探测器3，所述X射线探测器包括：
一维线阵排布的若干所述X射线探测单元2。
具体地，所述X射线探测单元2可以为实施例一～实施例三中任意一种结构。
具体地，各X射线探测单元2以线型排列，在本实施例中，所述X射线探测单元2为直线型，在实际应用中包括但不限于曲线、折线。
实施例五
如图6所示，本实施例提供一种X射线探测系统4，所述X射线探测系统4包括：
所述X射线探测器3，射线源5及传送装置6。
如图6所示，所述X射线探测器3设置于所述X射线探测系统4内，用于实现图像采集。
具体地，在本实施例中，所述X射线探测器3呈L形排布，以此可减小所述X射线探测系统4的体积及X射线的出射角度。在实际使用中，所述X射线探测器3所呈形状包括但不限于弧形或直线型，在此不一一赘述。
如图6所示，所述射线源5与所述X射线探测器3的检测面相对设置，以使所述射线源5出射的X射线能到达所述X射线探测器3的检测面。
具体地，任意可出射X射线的射线源装置均适用于本发明，在此不一一限定。
如图6所示，所述传送装置6设置于所述X射线探测器3及所述射线源5之间，用于传送被检测物7。
具体地，所述传送装置6包括但不限于传送带，所述传送装置6沿所述X射线探测器3中一维线阵的宽度方向运动，所述传送装置6带动所述被检测物7移动，同时所述X射线探测器3不断进行图像检测，每次检测获得所述被检测物7位于检测范围内(X射线照射到X射线探测器3所经过的路径范围为检测范围)的一维图像，每次采集到的一维图像为所述被检测物7的一部分，通过多次移动和采集，得到所述被检测物7的多个一维图像，通过一维图像的拼凑和整合得到所述被检测物7完整的二维图像。
本发明的X射线探测单元、探测器及探测系统将转换材料层及光电二极管像素设置在不同维度，以此避免光电二极管像素面积对转换材料层面积的影响，通过增大转换材料层面积提高转换效率同时提高信噪比。
综上所述，本发明提供一种X射线探测单元、探测器及探测系统，X射线探测单元包括：转换材料层、光电二极管像素及反射层；其中，所述转换材料层、所述光电二极管像素及所述反射层首尾相接，形成闭合区域，且所述转换材料层的面积大于所述光电二极管像素的面积。X射线探测器包括：一维线阵排布的若干所述X射线探测单元。X射线探测系统包括：所述X射线探测器，射线源及传送装置；其中，所述X射线探测器与所述射线源相对设置，所述传送装置设置于所述X射线探测器及所述射线源之间；通过所述传送装置的移动，所述X射线探测器对被检测物进行多次一维检测，进而获得所述检测物的二维检测图像。本发明的X射线探测单元、探测器及探测系统将转换材料层及光电二极管像素设置在不同维度，以此避免光电二极管像素面积对转换材料层面积的影响，通过增大转换材料层面积提高转换效率同时提高信噪比。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种X射线探测单元，其特征在于，所述X射线探测单元至少包括：
转换材料层、光电二极管像素及反射层；
其中，所述转换材料层、所述光电二极管像素及所述反射层首尾相接，形成闭合区域，且所述转换材料层的面积大于所述光电二极管像素的面积。
2.根据权利要求1所述的X射线探测单元，其特征在于：所述转换材料层的材质为碘化铯或硫氧化钆。
3.根据权利要求1所述的X射线探测单元，其特征在于：所述光电二极管像素与所述转换材料层的夹角设定为(0，90°]。
4.根据权利要求1所述的X射线探测单元，其特征在于：所述反射层为平面或所述反射层朝向所述X射线探测单元内部的表面为弧面。
5.根据权利要求1所述的X射线探测单元，其特征在于：所述转换材料层的面积不小于所述光电二极管像素的面积的1.5倍。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的X射线探测单元，其特征在于：所述反射层朝向于所述X射线探测单元内部的表面为镜面。
7.根据权利要求1～5任意一项所述的X射线探测单元，其特征在于：所述反射层的材质为碘化铯或硫氧化钆。
8.一种X射线探测器，其特征在于，所述X射线探测器至少包括：
一维线阵排布的若干如权利要求1～7任意一项所述的X射线探测单元。
9.一种X射线探测系统，其特征在于，所述X射线探测系统至少包括：
如权利要求8所述的X射线探测器，射线源及传送装置；
其中，所述X射线探测器与所述射线源相对设置，所述传送装置设置于所述X射线探测器及所述射线源之间；通过所述传送装置的移动，所述X射线探测器对被检测物进行多次一维检测，进而获得所述检测物的二维检测图像。
10.根据权利要求9所述的X射线探测系统，其特征在于：所述X射线探测器为L形排布或弧形排布。
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