CN112987072B - 一种基于深硅探测器模块的ct探测器模组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于深硅探测器模块的CT探测器模组，包括至少两个深硅探测器模块；每个模块包括一片主探测器芯片和至少一片从探测器芯片；主从芯片均设有受光侧，各芯片层叠设置，且相邻芯片呈角度设置；同一模块中各受光侧设置在同一弧面；主从芯片上均设有集成芯片和光电单元；光电单元设置在受光侧，形成光电阵列，每个光电单元与集成芯片的输入管脚连接；同一模块中受光侧的光电单元形成受光面；每个主芯片设有主输出侧，主输出侧与受光侧相对设置；主输出侧设置有读出PCB板，读出PCB板读出焊盘与集成芯片输出管脚连接；各模块层叠且呈角度设置；各模块的受光面设置在同一弧面，形成受光阵列面；相邻芯片间设置有避光层和绝缘层。
Description
技术领域
本发明属于探测器技术领域，具体涉及一种基于深硅探测器模块的CT探测器模组。
背景技术
目前CT上使用探测器为闪烁体探测器，闪烁体探测器接收透过检测层面的X射线，转变为可见光，由光电二极管阵列接收光信号转换变为电信号，再经AD转换转为数字信号，经计算机处理后形成最终的医学影像。而传统采用闪烁体探测器的CT，成像清晰度低，无法提供彩色图像，设备体积大，重量大；且受探测器像元尺寸限制，空间分辨率有限。
新一代CT采用半导体探测光子计数器，组成CT的探测单元，探测器采用碲化镉、碲锌镉、硅等半导体探测器作为读出探测材料，采用X射线直读的方式，并通过多阈值设定给出分能段图像实现X彩色成像的一种新型CT技术。但是采用碲锌镉、碲化镉化合物半导体材料的半导体探测器纯度不够，其晶体结构不完善，存在缺陷，信号收集较慢，在达到传统CT检查10％左右计数率时，造成“信号堆集”；其次，碲锌镉及碲化镉半导体材料存在极化现象，在持续工作时，探测器收集到的信号幅度会持续下降，稳定性不好；再者，碲锌镉、碲化镉及材料成本高，不利于批量生产应用。而现有采用硅基的探测器，受探测器芯片限制，分前后两层，占用空间大；其次，读出电路分布于两侧，造成探测器体积大；再者，前后两层接受的X射线存在光程差，接受X射线不一致，对成像的清晰度略有影响；两层交错分布，不利于安装。
此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种基于深硅探测器模块的CT探测器模组，是非常有必要的。
发明内容
针对现有技术的上述传统CT无法提供彩色图像及空间分辨率有限，而新一代CT受碲锌镉、碲化镉半导体材料限制计数率低，稳定性不好，成本过高，采用深硅的新一代CT采用上下两层错位排列，占用空间大的缺陷，本发明提供一种基于深硅探测器模块的CT探测器模组，以解决上述技术问题。
本发明提供一种基于深硅探测器模块的CT探测器模组，包括至少两个深硅探测器模块；
每个深硅探测器模块包括至少两片探测器芯片；
每个探测器芯片均设有受光侧，同一深硅探测器模块的探测器芯片层叠设置，且相邻探测器芯片呈角度设置；同一深硅探测器模块的各受光侧设置在同一弧面，且相邻受光侧的间距小于设定阈值；
每个探测器芯片上均设有ASIC芯片和若干硅微条；硅微条与受光侧垂直，每个硅微条纵向分为若干段，每一段为一个光电单元，形成光电阵列，每个光电单元与同一探测器芯片上的ASIC芯片的一个输入管脚连接；同一深硅探测器模块中设置在各探测器芯片受光侧的光电单元形成受光面；
同一深硅探测器模块中探测器芯片分为主探测器芯片和从探测器芯片，主探测器芯片数量为一片，主探测器芯片设有主输出侧，主输出侧设置在受光侧相对一侧；
主输出侧设有主输出焊盘，从探测器芯片的ASIC芯片的输出管脚跨层引至主探测器芯片，主探测器芯片及从探测器芯片的ASIC芯片的输出管脚连接主输出焊盘；
主输出侧设置有读出PCB板，读出PCB板上设置有读出焊盘，读出焊盘与主输出焊盘通过键合铝丝连接；
各深硅探测器模块层叠设置，相邻深硅探测器模块呈角度设置；各深硅探测器模块的受光面设置在同一弧面，形成受光阵列面，且相邻受光面的间距小于设定阈值；
同一深硅探测器模块内及各深硅探测器模块之间的相邻探测器芯片间设置有避光层，避光层覆盖相邻的光电阵列。
进一步地，各深硅探测器模块的结构相同；
同一深硅探测器模块中各探测器芯片受光侧的光电单元形成的受光面，为同一弧面，各探测器芯片呈弧形排成一列，实现单层排列，避免不同探测器芯片间光程差；
各深硅探测器模块的受光面形成的受光阵列面为同一弧面或者圆环面，各探测器模块呈弧形或环形排成一列，实现单层排列，避免不同探测器模块间光程差。
进一步地，每个硅微条的分段自受光侧开始，沿着X射线入射方向依次增长，即同一硅微条上的光电单元自受光侧开始依次增大；
各探测器芯片的光电阵列分布相同，各探测器芯片上与X射线光源距离相等的光电单元位于同一弧面，且分段长度相等，X射线依次穿过同一硅微条的各光电单元；
硅微条的分段数量及分段长度根据X射线强度及ASIC芯片的输入管脚数量设置。
进一步地，从探测器芯片的ASIC芯片的输出管脚通过键合铝丝跨层引至从探测器芯片。
进一步地，主探测器芯片及从探测器芯片的ASIC芯片的输出管脚通过金属栅线连接主输出焊盘。
进一步地，根据CT探测器模组精度需求，选择深硅探测器模块数量；
各深硅探测器模块排列呈弧形或圆环状。
进一步地，每个深硅探测器模块的ASIC芯片输出管脚数量与该深硅探测器模块的主输出焊盘及对应读出焊盘数量相等。
进一步地，各避光层尺寸与光电阵列尺寸相同；
避光层采用钨、镍及钛中单一金属材质，或其中两种及三种金属合金材质。
进一步地，相邻深硅探测器模块的两受光面的间距与同一深硅探测器模块内相邻受光侧的间距相等。
进一步地，各深硅探测器模块的受光面与X射线垂直，相邻深硅探测器模块的夹角根据X射线光源位置设置。
本发明的有益效果在于，
本发明提供的基于深硅探测器模块的CT探测器模组，由若干深硅探测器模块组成，每个深硅探测器模块由多片探测器芯片组成，各深硅探测器模块受光面组成的受光阵列面接收X射线，实现同样像素的CT探测器模组，采用的深硅探测器模块数量更少，利于装配；本发明的CT探测器模组的受光阵列面处于以X射线光源为圆心的同一个弧面上，X射线到各光电单元作为像素的距离相等，不存在光程差，成像更清晰；本发明的深硅探测器模块采用单层密集排列，体积更小；本发明的金属片避光层直接贴到探测器模块，更利于装配；本发明所用深硅探测器模块内各探测器芯片间密集排列，且各深硅探测器模块间密集排列，空间分辨力更高；本发明采用了微硅条单元素分段计数，然后叠加的读出方式，计数率更高，避免信号堆集。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明基于深硅探测器模块的CT探测器模组一个实施例的结构示意图；
图2是本发明基于深硅探测器模块的CT探测器模组一个实施例的深硅探测器模块的侧面结构示意图；
图3是本发明基于深硅探测器模块的CT探测器模组一个实施例的深硅探测器模块的正面结构示意图；
图4是本发明基于深硅探测器模块的CT探测器模组的应用示意图；
图中，1-受光侧；2-ASIC芯片；3-光电单元；4.1-主探测器芯片；4.2-从探测器芯片；5-主输出侧；6-读出PCB板；7-键合铝丝；8-X射线光源。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供一种基于深硅探测器模块的CT探测器模组，包括至少两个深硅探测器模块；
每个深硅探测器模块包括至少两片探测器芯片；
每个探测器芯片均设有受光侧，同一深硅探测器模块的探测器芯片层叠设置，且相邻探测器芯片呈角度设置；同一深硅探测器模块的各受光侧设置在同一弧面，且相邻受光侧的间距小于设定阈值；
每个探测器芯片上均设有ASIC芯片和若干光电单元；光电单元设置在探测器芯片的受光侧，同一探测器芯片的光电单元形成光电阵列，并沿着受光侧边缘向探测器芯片内侧分布；每个光电单元与同一探测器芯片上的ASIC芯片的一个输入管脚连接；同一深硅探测器模块中设置在各探测器芯片受光侧的光电单元形成受光面；
同一深硅探测器模块中探测器芯片分为主探测器芯片和从探测器芯片，主探测器芯片数量为一片，主探测器芯片设有主输出侧，主输出侧设置在受光侧相对一侧；
主输出侧设有主输出焊盘，从探测器芯片的ASIC芯片的输出管脚跨层引至主探测器芯片，主探测器芯片及从探测器芯片的ASIC芯片的输出管脚连接主输出焊盘；
主输出侧设置有读出PCB板，读出PCB板上设置有读出焊盘，读出焊盘与主输出焊盘通过键合铝丝连接；
各深硅探测器模块层叠设置，相邻深硅探测器模块呈角度设置；各深硅探测器模块的受光面设置在同一弧面，形成受光阵列面，且相邻受光面的间距小于设定阈值；
同一深硅探测器模块内及各深硅探测器模块之间的相邻探测器芯片间设置有避光层，避光层覆盖相邻的光电阵列。
实施例2：
如图1、图2及图3所示，本发明提供一种基于深硅探测器模块的CT探测器模组，包括五个深硅探测器模块；
每个深硅探测器模块包括三片探测器芯片；
每个探测器芯片均设有受光侧1，同一深硅探测器模块的探测器芯片层叠设置，且相邻探测器芯片呈角度设置；同一深硅探测器模块的各受光侧1设置在同一弧面，且相邻受光侧1的间距小于设定阈值；
每个探测器芯片上均设有ASIC芯片2和若干光电单元3；光电单元3设置在探测器芯片的受光侧1，同一探测器芯片的光电单元3形成光电阵列，并沿着受光侧1边缘向探测器芯片内侧分布；每个光电单元3与同一探测器芯片上的ASIC芯片2的一个输入管脚连接；同一深硅探测器模块中设置在各探测器芯片受光侧1的光电单3元形成受光面；
每个探测器芯片上设置有若干硅微条，硅微条与受光侧1垂直，每个硅微条纵向分为若干段，每一分段即为一个光电单元3；
每个硅微条的分段自受光侧1开始，沿着X射线入射方向依次增长，即同一硅微条上的光电单元3自受光侧1开始依次增大；
各探测器芯片的光电阵列分布相同，各探测器芯片上与X射线光源距离8相等的光电单元3位于同一弧面，且分段长度相等，X射线依次穿过同一硅微条的各光电单元3；
硅微条的分段数量及分段长度根据X射线强度及ASIC芯片2的输入管脚数量设置；
同一深硅探测器模块中探测器芯片分为主探测器芯片4.1和从探测器芯片4.2，主探测器芯片4.1数量为一片，主探测器芯片4.1设有主输出侧5，主输出侧5设置在受光侧1相对一侧；
主输出侧5设有主输出焊盘，从探测器芯片4.2的ASIC芯片2的输出管脚通过键合铝丝跨层引至主探测器芯片4.1，主探测器芯片4.1及从探测器芯片4.2的ASIC芯片2的输出管脚通过金属栅线连接主输出焊盘；
主输出侧5设置有读出PCB板6，读出PCB板6上设置有读出焊盘，读出焊盘与主输出焊盘通过键合铝丝7连接；每个深硅探测器模块的ASIC芯片2输出管脚数量与该深硅探测器模块的主输出焊盘及对应读出焊盘数量相等；
五个深硅探测器模块层叠设置，相邻深硅探测器模块呈角度设置；五个深硅探测器模块的受光面设置在同一弧面，形成受光阵列面，且相邻受光面的间距小于设定阈值；相邻深硅探测器模块的两受光面的间距与同一深硅探测器模块内相邻受光侧1的间距相等；
五个深硅探测器模块的结构相同；同一深硅探测器模块中三片探测器芯片受光侧的光电单元形成的受光面，为同一弧面，三片探测器芯片呈弧形排成一列，实现单层排列，避免不同探测器芯片间光程差；
五个深硅探测器模块的受光面形成的受光阵列面为同一弧面，五个探测器模块呈弧形排成一列，实现单层排列，避免不同探测器模块间光程差；同一深硅探测器模块内及各深硅探测器模块之间的相邻探测器芯片间设置有避光层，避光层覆盖相邻的光电阵列；各避光层尺寸与光电阵列尺寸相同；
避光层采用钨、镍及钛中单一金属材质，或其中两种及三种金属合金材质。
在某些实施例中，如图4所示，根据CT探测器模组精度需求，选择深硅探测器模块数量为29；
各深硅探测器模块排列呈弧形，而深硅探测器模块数量选择的足够多，CT探测器模块可排列呈圆环状；
相邻深硅探测器模块的夹角根据X射线光源8位置设置，保证各深硅探测器模块的受光面与X射线垂直。
本发明同样适用于PET探测器。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于深硅探测器模块的CT探测器模组，其特征在于，包括至少两个深硅探测器模块；
每个深硅探测器模块包括至少两片探测器芯片；
每个探测器芯片均设有受光侧，同一深硅探测器模块的探测器芯片层叠设置，且相邻探测器芯片呈角度设置；同一深硅探测器模块的各受光侧设置在同一弧面，且相邻受光侧的间距小于设定阈值；
每个探测器芯片上均设有ASIC芯片和若干光电单元；光电单元设置在探测器芯片的受光侧，同一探测器芯片的光电单元形成光电阵列，并沿着受光侧边缘向探测器芯片内侧分布；每个光电单元与同一探测器芯片上的ASIC芯片的一个输入管脚连接；同一深硅探测器模块中设置在各探测器芯片受光侧的光电单元形成受光面；
同一深硅探测器模块中探测器芯片分为主探测器芯片和从探测器芯片，主探测器芯片数量为一片，主探测器芯片设有主输出侧，主输出侧设置在受光侧相对一侧；
主输出侧设有主输出焊盘，从探测器芯片的ASIC芯片的输出管脚跨层引至主探测器芯片，主探测器芯片及从探测器芯片的ASIC芯片的输出管脚连接主输出焊盘；
主输出侧设置有读出PCB板，读出PCB板上设置有读出焊盘，读出焊盘与主输出焊盘通过键合铝丝连接；
各深硅探测器模块层叠设置，相邻深硅探测器模块呈角度设置；各深硅探测器模块的受光面设置在同一弧面，形成受光阵列面，且相邻受光面的间距小于设定阈值；
同一深硅探测器模块内及各深硅探测器模块之间的相邻探测器芯片间设置有避光层，避光层覆盖相邻的光电阵列；
每个探测器芯片上设置有若干硅微条，硅微条与受光侧垂直，每个硅微条纵向分为若干段，每一分段即为一个光电单元。
2.如权利要求1所述的基于深硅探测器模块的CT探测器模组，其特征在于，各深硅探测器模块的结构相同；
同一深硅探测器模块中各探测器芯片受光侧的光电单元形成的受光面，为同一弧面，各探测器芯片呈弧形排成一列，实现单层排列，避免不同探测器芯片间光程差；
各深硅探测器模块的受光面形成的受光阵列面为同一弧面或者圆环面，各探测器模块呈弧形或环形排成一列，实现单层排列，避免不同探测器模块间光程差。
3.如权利要求1所述的基于深硅探测器模块的CT探测器模组，其特征在于，每个硅微条的分段自受光侧开始，沿着X射线入射方向依次增长，即同一硅微条上的光电单元自受光侧开始依次增大；
各探测器芯片的光电阵列分布相同，各探测器芯片上与X射线光源距离相等的光电单元位于同一弧面，且分段长度相等，X射线依次穿过同一硅微条的各光电单元；
硅微条的分段数量及分段长度根据X射线强度及ASIC芯片的输入管脚数量设置。
4.如权利要求1所述的基于深硅探测器模块的CT探测器模组，其特征在于，每个深硅探测器模块中从探测器芯片的ASIC芯片的输出管脚通过键合铝丝跨层引至主探测器芯片。
5.如权利要求1所述的基于深硅探测器模块的CT探测器模组，其特征在于，主探测器芯片及从探测器芯片的ASIC芯片的输出管脚通过金属栅线连接主输出焊盘。
6.如权利要求1所述的基于深硅探测器模块的CT探测器模组，其特征在于，根据CT探测器模组精度需求，选择深硅探测器模块数量；
各深硅探测器模块排列呈弧形或圆环状。
7.如权利要求1所述的基于深硅探测器模块的CT探测器模组，其特征在于，每个深硅探测器模块的ASIC芯片输出管脚数量与该深硅探测器模块的主输出焊盘及对应读出焊盘数量相等。
8.如权利要求1所述的基于深硅探测器模块的CT探测器模组，其特征在于，各避光层尺寸与光电阵列尺寸相同；
避光层采用钨、镍及钛中单一金属材质，或其中两种及三种金属合金材质。
9.如权利要求1所述的基于深硅探测器模块的CT探测器模组，其特征在于，相邻深硅探测器模块的两受光面的间距与同一深硅探测器模块内相邻受光侧的间距相等。
10.如权利要求1所述的基于深硅探测器模块的CT探测器模组，其特征在于，各深硅探测器模块的受光面与X射线垂直，相邻深硅探测器模块的夹角根据X射线光源位置设置。
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