CN1349613A - 带有固体转换器的x射线探测器单元 - Google Patents

带有固体转换器的x射线探测器单元 Download PDF

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Abstract

一种用于来自一个X射线源的进入辐射的两维探测的、主要用在X射线照相中的探测器单元。该单元包括一种有多个通道(6)在其中延伸、且包括表面部分(7)的固体材料结构(2),该表面部分(7)包括一种转换介质。通道的表面部分倾斜,从而进入辐射以锐角碰撞在表面部分上。以这种方式,提高探测器的效率和位置分辨率。

Description

带有固体转换器的X射线探测器单元
本发明涉及一种用于来自一个X射线源的进入辐射的两维探测的探测器单元。本发明也涉及一种用在一个探测器单元中的固体材料结构。它主要打算用在X射线照相中，特别是用于医学成象。
更具体地说，该种类的探测器单元包括：
- 一种固体材料结构，包括一种转换介质，其中进入辐射引起电子至至少一个漂移区域中的发射，
- 阳极和阴极装置，用来在所述至少一个漂移区域中产生一个电场，及
- 一个探测器装置，在与所述固体材料结构相邻的两维中是敏感的，以便响应所述进入辐射探测源于所述至少一个漂移区域的电子。
这样的探测器单元以前是已知的，例如来自US-A-5308987，其中固体材料结构由一个由所述转换介质制成的固体层形成。进入辐射与转换介质相互作用，并且产生借助于电场传送到一个其中布置探测器装置的相邻气体室中的电子。通常，次级电子在气体室中产生，可能在雪崩放大下。探测器装置联接到读出电子电路上。
借助于这样一个探测器单元，能完成辐射的两维探测。然而，效率不是非常高，因为进入辐射的吸收概率较低，并且在转换介质表面附近产生的电子只有一小部分发射到气体室中。
而且，作为低效率的结果，与用于气体中辐射的必要长吸收长度相结合，位置分辨率较低。
本发明的目的在于，改进上述种类的探测器单元的效率和位置分辨率。
根据本发明，该目的对于一种探测器单元实现，其中布置在两维阵列中的多条通道彼此靠近布置，并且在固体材料结构内延伸，所述通道带有包括所述转换介质的表面部分，并且以相对于进入辐射方向的一个角倾斜，由此所述进入辐射将以锐角碰撞在所述表面部分上，并且引起直接来自所述表面部分的电子发射进入所述所述漂移区域中。
通过这样一种结构，电子将从与由进入辐射撞击的那些相同的表面部分发射。碰撞X射线光子的锐角将导致对于从表面逸出的电子的高效率。况且，一些光子将进入在相邻通道之间的固体材料结构，靠近这些通道之一，并且引起从一个相邻表面部分逸出进入一个漂移区域的电子的产生。
发射电子因而将进入在漂移区域中的气体中。这里，次级电子可以由气体中的电子雪崩倍增产生，并且电子的一些也将撞击通道的其他表面部分且产生另外的电子，这些电子的一些将逃回进入漂移区域。因而，大量电子将向探测器装置漂移，探测器装置能紧相邻固体材料结构布置，可能与其成为整体，或离开其一段距离。
因而，探测器装置在两维中是有效力的，并且响应进入X射线光子以高效率和改进的位置分辨率寄存漂移电子。
如果在固体材料结构与探测器装置之间有一个间隙，则可能在雪崩放大下，电子被进一步加速，并且可能与气体分子碰撞，而引起与有关次级电子的离子化。
在任何情况下，位置分辨率都能保持在由固体材料结构中的通道两维阵列确定的非常高的值下。
在一个实施例中，通道由在固体材料整体板中的沟道形成。固体材料可以形成转换材料，或者要不然，在通道的表面部分上涂有这种转换材料。
在一个第二实施例中，固体材料结构由一个有所述通道形成在其之间的两维阵列的列构成，每列从一块支撑板延伸，以便相对于其他列保持在一个固定位置中。支撑板可以布置在固体材料结构的前侧或后侧，前侧是面对着X射线源的侧。
最好，通道从固体材料结构的前侧向其后侧延伸，探测器装置相邻固体材料结构的前或后侧布置。漂移电极然后分别布置在固体材料结构的前和后侧，以便在通道中形成漂移区域。
探测器装置可以由一个采用雪崩放大的微图案气体室探测器和用于探测在所述两维图案中的电子雪崩的读出元件的一种布置构成，例如具有在由相同申请人提出的共同待决瑞典申请No.9704015-8、9901324-5、9901325-2及9901326-0中公开的种类。
也有可能使用一种固体材料的探测器，例如CCD或TFT探测器，例如对于与装有通道的固体材料结构与一块支撑板集成。
参照表明两个最佳实施例的附图现在将更充分地描述本发明。
图1a示意表明根据本发明的一种探测器单元的一个第一实施例、和一个X射线源；
图1b和1c表示图1a的实施例的两种改进；
图2以放大比例表示包括在图1的探测器单元中的一种固体材料结构的一部分；
图3a以与图1对应的视图示意表示一种探测器单元的一个第二实施例、和一个X射线源；
图3b表示从下面看到的在图3a的探测器单元中的一种固体材料结构；
图4a和4b示意表明图3a和3b的实施例的一种第一改进；及
图5a和5b示意表明图3a和3b的实施例的一种第二改进。
在图1a和2中非常粗略表明的探测器单元10包括一个机架或壳体1，其中布置一种固体材料结构2、阴极和阳极电极装置3、4及一个探测器装置5。单元10布置在离开X射线源和一个借助于探测器要检查的物体的一个距离处。源S和单元10可以安装在一个整体设备中，或者彼此相对分离。
根据本发明，固体材料结构2装有最好在两维尺寸中以彼此相等距离布置在两维图案中的多条通道6。在相邻通道之间的典型距离是10-1000μm。每条通道相对于进入X射线光子的方向倾斜，由此光子P将以锐角撞击通道的表面(图2)。
在图1a的实施例中，固体材料结构由一块板形成，这块板例如由KAPTON(商标名)制成，并且具有一个面对着源S的平面前侧2a、和一个平面后侧2b。通道6对于垂直于前侧2a的方向N(图2)以倾斜角延伸的沟道或毛细管6构成。沟道6能以不同方式形成，并且在表明的例子中，制成在与其中要进行检查的希望两维图案相对应的紧密布置位置处彼此平行延伸的孔。
每条沟道6涂有一个具有高次级电子生产率的材料层7，例如CsI。因为最好约1-30°，特别是5-20°，锐倾斜角α(一般，该锐角可以在范围0.1-45°)；和涂有层7的表面部分，进入X射线光子P的大部分与构成转换介质的CsI材料相互作用。
因而，光子与转换介质原子碰撞，并且使电子“e”的产生非常靠近自由表面。角α越小，碰撞越靠近表面，并且产生电子从表面逃离的概率越高。
因而，大量电子“e”将到达层7的表面，并且进入在沟道6内的空间。因此，探测效率较高。
电极3和4在其之间产生一个电场。所以，沟道6将作为漂移区域操作，并且使电子向可能由图1中指示的网格构成的阳极电极4、和向仅在图中示意表明的探测器装置5传播，如有必要，能布置另外的电极装置(未表示)，以便使电子向探测器装置加速。
当电子“e”逃入漂移区域6中时，他们可能与其他的气体分子碰撞，并且产生另外的电子。一些电子可能也撞击表面7的其他部分，并且引起碰撞和逃逸电子。也应该注意到，一些进入光子(见图2中的光子P′)将进入在沟道之间的固体材料结构，但决不会与表面层7相互作用(从“后面”)，并且使电子逃入漂移区域。如果壁2足够薄，则在壁中释放的电子将具有逃入漂移区域6的一定概率。
探测器装置5可以由在两维中敏感的、对应的、或适于通道6的阵列的两维图案的任何适当探测器构成。探测器装置可以是固体材料的微图案探测器或气体探测器，例如具有在由与本申请相同的申请人提出的上述瑞典专利申请中公开的种类。探测装置5联接到读出元件和用于希望检查数据的处理和输出的有关电子电路(未表示)上。
如图1b和1c中表明的那样，通过直接相邻固体材料结构2布置探测器装置而在其之间没有间隙(探测器单元10″，图1c)，或通过在固体材料结构2前面布置探测器装置5(探测器单元10′，图1b)而在其之间有或没有间隙，可以改进探测器单元10。
表示在图3a和3b中的探测器单元20的实施例与第一实施例的主要不同之处在于，在固体材料结构2中的通道6形成在布置在两维图案中的多个倾斜列11之间，如从是从下面看到的结构2的视图的图3b更容易看到的那样。
在该实施例中，列11形成在带有一块上部支撑板12的一件中，其材料最转换介质，象例如CsI、或覆盖有这样一种转换介质。如在第一实施例中那样，进入X射线将碰撞在转换介质的表面上，将产生从相应表面部分(列11的)逃入在相邻列之间的空间中的电子，所述空间在电极3与4之间形成一个漂移区域6(图3a)。因而，如有必要借助于一个另外的电极装置，电子将向探测器装置5漂移。
在表示在图4a和4b中的探测器单元20′的改进实施例中，固体材料结构2的列11从一块下部支撑板12延伸，下部支撑板12与探测器装置5成为一体，并且装有一个用来加速在列11之间在漂移区域6中出现的电子的一个阳极电极的上部涂层4。在这个改进的实施例中，上部电极由一个网格3形成，如在图4b中指示的那样。
表明在图5a和5b中的探测器单元20″的第二种改进与表示在图4a和4b中的非常相似，不同之处在于这样的事实，在支撑板12与探测器装置5之间有一个间隙。而且，上部电极由在列11的上部表面上的一个涂层3形成，并且在与每个通道6相邻的支撑板12中有通孔13，以便允许电子从漂移区域6向探测器装置5通过。
由以上描述，将明白，本发明的一个重要特征在于，固体材料结构应该具有这样一种配置，从而X射线光子将以锐角碰撞在多个表面部分上，以便保证靠近表面碰撞的高概率和电子从表面的逃出。当然，可选择地通过在面对着源S的前侧的所有部分处让X射线以倾斜角撞击固体材料结构、和使通道6垂直于前侧表面定向(在图2中α＝0°)，可以保证这样一个倾斜角。
熟悉本专业的技术人员在由附属权利要求书定义的范围内，能修改固体材料结构的准确配置和探测器单元的其他部分。特别是，探测器装置5可以是任何适当种类的，或者处于固体材料的形式或者包括一个气体室。

Claims (14)

1.一种用于来自一个X射线源的进入辐射的两维探测的探测器单元，包括：
- 一种固体材料结构(2)，包括一种转换介质，其中所述进入辐射引起电子发射至少进入一个漂移区域(6)中，
- 阳极和阴极装置(4、3)，用来在所述至少一个漂移区域中产生一个电场，及
- 一个探测器装置(5)，在与所述固体材料结构相邻的两维中是敏感的，以便响应所述进入辐射探测源于所述至少一个漂移区域的电子，
其特征在于
- 布置在两维阵列中的多条通道(6)彼此靠近布置，并且在固体材料结构内延伸，
- 所述通道带有包括所述转换介质的表面部分(7)，并且以相对于进入辐射方向的一个角倾斜，
- 由此所述进入辐射将以锐角碰撞在所述表面部分上，并且引起直接来自所述表面部分的电子发射进入所述所述漂移区域中。
2.根据权利要求1所述的探测器单元，其特征在于，所述通道相对一个垂直于所述固体材料结构(2)的前侧(2a)的方向(N)以一个0.1-45°的角倾斜。
3.根据权利要求1或2所述的探测器单元，其特征在于，所述倾斜角是1-30°。
4.根据权利要求3所述的探测器单元，其特征在于，所述倾斜角是5-20°。
5.根据权利要求1所述的探测器单元，其特征在于，至少在所述固体材料结构的前侧区域中的所述通道(6)垂直于所述前侧，而所述进入辐射的方向相对于所述通道以0.1-45°的角倾斜。
6.根据权利要求1-5任一项所述的探测器单元，其特征在于，所述通道(6)由形成在一个固体材料整体板(2)中的通道构成。
7.根据权利要求1-5任一项所述的探测器单元，其特征在于，所述通道由在布置在一个两维阵列中的相邻列(11)之间形成的空间构成，所述列与一块支撑板(12)是整体。
8.根据以上权利要求任一项所述的探测器单元，其特征在于，所述通道(6)从所述固体材料结构(2)的一个前侧向一个后侧延伸。
9.根据以上权利要求任一项所述的探测器单元，其特征在于，所述探测器装置(5)相邻固体材料结构的后侧布置。
10.根据权利要求1-8任一项所述的探测器单元，其特征在于，所述探测器装置(5)相邻固体材料结构的前侧布置。
11.根据以上权利要求任一项所述的探测器单元，其特征在于，在固体材料结构(2)与探测器装置(5)之间有一个间隙。
12.根据权利要求1-10任一项所述的探测器单元，其特征在于，所述探测器装置(5)紧相邻所述固体材料结构(2)布置。
13.根据以上权利要求任一项所述的探测器单元，其特征在于，所述阳极和阴极电极(4、3)分别布置在固体材料结构的前后侧，以便在所述通道中建立所述漂移区域。
14.一种用在根据以上权利要求任一项所述的探测器单元中的固体材料结构(2)，其特征在于，布置在两维阵列中的多条通道(6)彼此靠近布置，并且在固体材料结构内延伸，所述通道带有包括一种转换介质的表面部分(7)，该转换介质用来把来自一个X射线源的、以锐角碰撞所述表面部分上进入辐射转换成电子，电子的一些将逃入所述通道中，以便适用于响应所述进入辐射的两维检测。
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