CN1648687A - 用于检测电离辐射的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种与电离辐射检测器(100)一起使用的光电二极管检测器组件(110)，该组件(110)包括：第一层(200)，其具有第一侧面(202)和第二侧面(204)以及布置在第二侧面(204)上的背光光电二极管(206)的阵列；以及第二层(210)，其接近于并且面对于第一层(200)的第二侧面(204)而布置。该第二层(210)包括通孔(212)。在第一侧面(202)上进入第一层(200)并且在第二侧面(204)上照射背光光电二极管(206)的光线导致在第二层(210)的通孔(212)处的电信号，从而在离背光光电二极管(206)一距离处提供来自背光光电二极管(206)的电输出信号。

Description

用于检测电离辐射的装置
技术领域
本发明总体上涉及一种电离辐射检测器，尤其涉及一种使用背光光电二极管阵列的电离辐射检测器。
背景技术
辐射成像系统广泛地被应用于医学和工业目的、例如X射线计算机断层造影术(CT)。典型的检测系统可包括一个连接到一个光电二极管阵列上的闪烁器元件阵列，该光电二极管阵列被用于检测电离辐射并将其转换为光能，然后转换为表示照射的电离辐射的电信号。为了提高图像质量，需要大量的单独的像素、例如1000至4000数量级的单独的像素，同时一个放大器被用于每个相应的像素。随着单独的像素和放大器的数量增加，提供必要的用于处理的信号连接变得复杂而麻烦。在为解决一些复杂性的努力中，已研究了背光光电二极管阵列，其能够增加光电二极管阵列芯片中的光电二极管检测元件的数量。然而，背光光电二极管阵列芯片对电子串扰敏感，该电子串扰至少部分地是由光电二极管阵列芯片自身的厚度引起的。因此，在现有技术中需要一种克服以上缺点的电离辐射检测器装置。
发明内容
在此披露的实施方式提供了一种用于和电离辐射检测器一起使用的光电二极管检测器组件。该组件包括：具有第一侧面和第二侧面的第一层，和布置在第二侧面上的背光光电二极管阵列，以及布置成接近于并且面对于第一层的第二侧面的第二层。该第二层包括通孔。在第一侧面上进入第一层并且在第二侧面上照射背光光电二极管的光线引起在第二层的通孔处的电信号，从而在离背光光电二极管一距离处提供来自背光光电二极管的电输出信号。
在此公开的实施方式还提供一种具有光电二极管检测器组件和闪烁器的电离辐射检测器。该光电二极管检测器组件包括：具有第一侧面和第二侧面的第一层，和布置在第二侧面上的背光光电二极管阵列，以及布置成接近于并且面对于第一层的第二侧面的第二层，该第二层包括通孔。该闪烁器布置在第一层的第一侧面上并且包括辐射输入面和辐射输出面。该闪烁器响应于输入面上的辐射入射而产生在输出面上出射的光线，在输出面上射出的光线入射到光电二极管检测器组件的第一层的第一侧面上。在第一侧面上进入第一层并且在第二侧面上照射背光光电二极管的光线导致在第二层的通孔处的电信号，从而在离背光光电二极管一定距离处提供来自背光光电二极管的电输出信号。
附图说明
参考示例性的附图，其中附图中相似的部件由相似的附图标记来表示，在附图中：
图1示出了按照本发明实施方式的示例性的多片层式CT X射线检测器模块；
图2示出了一些细节被省略的图1的检测器模块的端视图；
图3说明了从本发明的示例性的实施方式获取的数据。
具体实施方式
本发明的实施方式提供了一种在电离辐射检测器中使用的、非常薄的背光光电二极管检测器组件，例如多片层式计算机断层造影(CT)X射线检测器。虽然这里所述的实施方式描述了X射线以作为示例性的电离辐射，但应理解的是，所公开的发明也可应用于其它高能量的电离辐射、例如γ射线、高能量的电子(β)射线或高能量的带电粒子(诸如在核物理和空间望远镜中所涉及的)。因此，所公开的发明并不局限于X射线检测的实施方式。
图1是多片层式CT X射线检测器100的一个示例性的实施方式，该多片层式CT X射线检测器100具有光电二极管检测器组件110、连接到组件110的一个表面上的闪烁器120、连接到组件110的另一个表面上的印刷电路板(PCB)130、以及经由连接器150、160与PCB130连接的柔性电路140。PCB130可包括处理芯片170。
现同时参考图1和图2，光电二极管检测器组件110包括具有第一侧面202和第二侧面204的第一层200以及接近于并且面对于第一层200的第二侧面204布置的第二层210。被称为背光光电二极管阵列的第一层200包括布置在被称为背面的第二侧面204上的背光二极管206的阵列。第二层210包括用于通过第二层210传送电信号的通孔212。
在一个实施方式中，第一层200在厚度上等于或小于约150微米，在另一个实施方式中，第一层200在厚度上等于或小于约100微米，在又一个实施方式中，第一层200在厚度上等于或小于约50微米，以及在另一个实施方式中，第一层200在厚度上等于或小于约25微米。如图3的测试数据所示，在第一层等于或小于约150微米并且等于或大于约25微米的实施方式中，相邻的背光光电二极管206之间单元与单元的信号串扰等于或小于约4％，以及在第一层等于或小于约100微米并且等于或大于约25微米的实施方式中，相邻的背光光电二极管206之间单元与单元的信号串扰等于或小于约2％。在图3中，数据线300表示在第一层200的硅厚度为约150微米的情况下一个背光光电二极管206和所有与其相邻的8个背光光电二极管206之间总的信号串扰，数据线310表示在第一层200的硅厚度为约100微米的情况下一个背光光电二极管206和所有与其相邻的8个背光光电二极管206之间总的信号串扰。因此，在第一层200的硅厚度为约150微米的情况下任意两个相邻的背光光电二极管206之间的平均信号串扰等于或小于4％，而在第一层200的硅厚度为约100微米的情况下任意两个相邻的背光光电二极管206之间的平均信号串扰等于或小于2％。由图3中数据线300和310表示的信号串扰在约500微米到约900微米的像素间距的范围内示出，其中该间距取自一个像素的前沿到成直线布置的另一个相邻像素的前沿。
在一个实施方式中，第一和第二层200、210由硅制成，并且第一层200以机械方式与第二层210接合并以电的方式与第二层210连接。第一和第二层200、210可以利用焊球、导电的环氧树脂点、金属垫之间的冷熔接部分、或者通过利用任何其它适当的方法或其的任意组合进行连接。
闪烁器120在辐射输入面124上接收由箭头220表示的X射线光子能，并且将光子能220经由闪烁器元件122转换成由箭头230表示的光线，该光线在辐射输出面126上从闪烁器120射出。在第一层200的第一侧面202上被接收的光线230穿过第一层200而传播，并在第二侧面204上照射背光光电二极管206，引起在第二层210的通孔212处的电信号，从而在离第一层200的第二侧面204一定距离处提供来自背光光电二极管206的电输出信号。在一个实施方式中，通孔212从第二层210的正面214延伸至相对的背面216。然而，信号路由变化可在第二层210的硅内进行调整，从而提供正面至背面的信号连通、正面至边缘的信号连通或者其任何组合。
如上所述，光电二极管检测器组件110可具有第三层、即PCB130，其连接到第二层210的背面216上的通孔212上并与其进行信号连通。在一个实施方式中，PCB130包括从第一板表面132延伸至第二板表面134的电连接部分(没有示出)，在第一板表面132上该电连接部分与通孔212连接，而在第二板表面134上它们可与电子元件、例如处理芯片170连接。在PCB130上延伸的(没有示出的)金属布线以电的方式使得处理芯片170和连接器160连接，该连接器160反过来又提供经由连接器150到柔性电路140的信号连通。处理芯片170可包括数据获取电路、例如放大器、模数转换电路和控制逻辑电路，该数据获取电路需以电的方式连接到光电二极管阵列206上并且处理来自光电二极管阵列206的输出信号。在替代的实施方式中，可以采用低密度的输出信号线136来与(没有示出的)其它电子元件连接。在另一个替代的实施方式中，可将多层陶瓷用于PCB130。在一个示例性的实施方式中，光电二极管阵列206可由512个光电二极管组成，每个光电二极管具有约15毫米(mm)×约32mm的尺寸。
背光光电二极管检测组件110的一个示例性的应用是在CT X射线检测器100中，其中期望得到低的电子串扰和高的图像质量。非常薄的具有背光光电二极管206的第一硅层200和具有通孔212的第二硅层210的层状布置提供了低电子串扰和高图像质量，同时保持对于随后组装的材料易处理性。
如上所述，本发明的一些实施方式可包括以下优点中的一些优点：在CT X射线检测器模块组装期间的材料易处理性；CT输出的高图像质量；相邻光电二极管单元之间的低信号串扰；可在光电二极管检测器组件的背面上进行信号连接的输出；能够封装检测器模块的二维阵列以便提高每次CT旋转的病人覆盖范围；以及使用通孔硅层，其可提供与光电二极管阵列硅层、用于平整的机械加强元件、和用于处理的机械支承件相匹配的热膨胀系数。
虽然已参考示例性的实施方式描述了本发明，但本领域的技术人员应理解的是在不偏离本发明的范围的情况下可作出各自改变以及其中的元件可用等同形式来代替。此外，在不偏离本发明的主要范围的情况下可作出许多修改以使特定的情况或材料适应本发明的技术启示。因此，本发明并不局限于作为被考虑用于实施本发明的最佳或唯一方式公开的特定实施方式，但本发明将包括落入所附的权利要求的范围内的所有实施方式。此外，术语“第一”、“第二”等的使用并不表示任何等级或重要性，而是将术语“第一”、“第二”等用于区别元件。此外术语“一个”的使用并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个引用项。
部件列表
100    X射线检测器
110    光电二极管检测器组件
120    闪烁器
122    闪烁器元件
124    辐射输入面
126    辐射输出面
130    印刷电路板(PCB)
132    第一板表面
134    第二板表面
136    输出信号线
140    柔性电路
150    连接器
160    连接器
170    处理芯片
200    第一层
202    第一侧面
204    第二侧面
206    光电二极管
210    第二层
212    通孔
214    正面
216    背面
220    箭头(X射线)
230    箭头(光线)
300    厚度为150微米时的数据
310    厚度为100微米时的数据

Claims (10)

1.一种与电离辐射检测器(100)一起使用的光电二极管检测器组件(110)，该组件(110)包括：
第一层(200)，该第一层包括第一侧面(202)和第二侧面(204)以及布置在第二侧面(204)上的背光光电二极管(206)的阵列；以及
第二层(210)，该第二层设置成接近于并且面对于第一层(200)的第二侧面(204)，该第二层(210)包括通孔(212)；
其中，在第一侧面(202)上进入第一层(200)并且在第二侧面(204)上照射背光光电二极管(206)的光线引起在第二层(210)的通孔(212)处的电信号，从而在离背光光电二极管(206)一距离处提供来自背光光电二极管(206)的电输出信号。
2.如权利要求1所述的组件(110)，其特征在于，该第一层(200)的厚度等于或大于约25微米并且等于或小于约100微米。
3.如权利要求1所述的组件(110)，其特征在于，
第一层(200)以机械方式与第二层(210)接合并以电的方式与第二层(210)连接；
第一层(200)的厚度等于或小于约150微米；以及
第一和第二层(200，210)都包括硅。
4.如权利要求1所述的组件(110)，其特征在于，通孔(212)从第二层(210)的正面(214)延伸至第二层的相对背面(216)。
5.如权利要求1所述的组件(110)，其特征在于，背光光电二极管(206)的阵列包括相邻的背光光电二极管(206)，其具有等于或小于约4％的单元与单元的信号串扰。
6.如权利要求1所述的组件(110)，其特征在于，背光光电二极管(206)的阵列包括相邻的背光光电二极管(206)，其具有等于或小于约2％的单元与单元的信号串扰。
7.一种电离辐射检测器(100)，包括：
光电二极管检测器组件(110)，其包括：
第一层(200)，该第一层包括第一侧面(202)和第二侧面(204)以及布置在第二侧面(204)上的背光光电二极管(206)的阵列；和
第二层(210)，该第二层设置成接近于并且面对于第一层(200)的第二侧面(204)，该第二层(210)包括通孔(212)；和
闪烁器(120)，该闪烁器布置在第一层(200)的第一侧面(202)处，该闪烁器(120)包括：
辐射输入面(124)和辐射输出面(126)，其中该闪烁器(120)响应于输入面(124)上的辐射入射而产生在输出面(126)上射出的光线(230)，在输出面(126)上射出的光线(230)入射到光电二极管检测器组件(110)的第一层(200)的第一侧面(202)上；
其中，在第一侧面(202)上进入第一层(200)并且在第二侧面(204)上照射背光光电二极管(206)的光线引起在第二层(210)的通孔(212)处的电信号，从而在离背光光电二极管(206)一距离处提供来自背光光电二极管(206)的电输出信号。
8.如权利要求7所述的检测器(100)，其特征在于，
第一层(200)的厚度等于或大于约25微米并且等于或小于约150微米；以及
背光光电二极管(206)的阵列包括相邻的背光光电二极管(206)，其具有等于或小于约4％的单元与单元的信号串扰。
9.如权利要求7所述的检测器(100)，其特征在于，
第一层(200)的厚度等于或小于约100微米；以及
背光光电二极管(206)的阵列包括相邻的背光光电二极管(206)，其具有等于或小于约2％的单元与单元的信号串扰。
10.如权利要求7所述的检测器(100)，其特征在于，通孔(212)从第二层(210)的正面(214)延伸至相对的第二层(210)的背面(216)；以及还包括：
包括印刷电路板的第三层(130)，该印刷电路板在第一板表面(132)上具有延伸至第二板表面(134)的电连接部分，该电连接部分在第一板表面(132)上布置成便于与通孔(212)进行信号连通，该电连接部分在第二板表面(134)上布置成便于与至少一个电子元件(170)进行信号连通。
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