專利名稱：X射線檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測X輻射的X射線檢測器，其配備有閃爍器元件和光敏器件。尤其，對于計算機層析X射線攝影(CT)系統(tǒng)，要求這種類型的X射線檢測器。
背景技術(shù)：
在計算機層析X射線攝影法中，如同在其他的圖像生成X射線技術(shù)中，根據(jù)組織和骨頭的密度和化學(xué)成分，衰減對接受檢查的病人施加其作用的X輻射。將被檢測的X輻射的光子初始地由于閃爍器材料而在X射線檢測器中被吸收，這反過來重新發(fā)射可見光或紫外光范圍中的光子。如此生成的光落在光敏器件上，該光敏器件通常包含許多單獨的檢測器元件，這些檢測器元件也被指定通道。因此，X射線檢測器可以由幾千到幾百萬像素組成，其中各個像素的大小可以在0.03到30mm2的范圍內(nèi)，尤其在1到2mm2的范圍內(nèi)。CMOS芯片上的光電二極管因而通常用于光檢測。
X射線檢測器的分辨能力自然隨著像素的數(shù)量一起增加。然而，分辨率主要受串?dāng)_消極影響，其中散射輻射獲得與所提供的檢測器元件相鄰的檢測器元件的接觸(access)。為了減少此串?dāng)_，X輻射能穿過聚焦在輻射源的焦點上的反散射格柵(grid)。另外，吸收傾斜入射散射輻射并從而阻止其到達(dá)相鄰的檢測器元件的吸收器板可以位于各個閃爍器晶體之間。
除了將入射光轉(zhuǎn)換為電信號的光電二極管之外，還需要在其他的電子元件的獨立檢測器元件上存在特別地用于處理信號的晶體管。因而出現(xiàn)問題，即，如果光電二極管只形成檢測器元件的表面的一部分，則只部分地利用像素的入射光表面。因而，降低DQE(DetectionQuantum Efficiency檢測量子效率)。另一方面，如果光電二極管相對檢測器元件的總表面被增加，可用于處理信號的其他電子元件的表面相應(yīng)地被減少。因此，需要折衷，并且這些在任何一個方面都不可能是最優(yōu)的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，從現(xiàn)有技術(shù)開始，創(chuàng)建一種X射線檢測器，其中每一個像素的入射光表面實際上被全部利用，并且其中依然足夠的可用區(qū)域可用于每個檢測器元件表面上的其他電子元件。另外，將進(jìn)一步減少串?dāng)_的問題。
根據(jù)本發(fā)明利用具有光敏器件和閃爍器元件的X射線檢測器實現(xiàn)此目的，其中在光敏器件和閃爍器元件之間布置有微透鏡，這些微透鏡將離開閃爍器元件的光線聚焦在光敏器件的特定區(qū)域或部分上。本發(fā)明進(jìn)一步涉及具有根據(jù)本發(fā)明的X射線檢測器的計算機層析X射線攝影法。
利用位于閃爍材料和光敏器件(該光敏器件將入射光轉(zhuǎn)換為電信號)之間的微透鏡，X輻射由于借助于閃爍器元件的轉(zhuǎn)換結(jié)果而引起的光的聚焦顯著減少上述串?dāng)_，因為微透鏡能橫向折射與檢測器元件的敏感區(qū)域相鄰的入射輻射，并因此能夠阻止此輻射進(jìn)入相鄰檢測器元件。此外，像素的邊界區(qū)域中的光實際上也能夠以此方式得到充分利用而沒有此光將進(jìn)入相鄰檢測器元件的風(fēng)險，因此能夠顯著改善總體量子效率。
本發(fā)明在光敏器件包含單獨的檢測器元件時能夠特別有利地被應(yīng)用，這對于X射線檢測器是典型的。這種類型的檢測器元件的矩陣可以包含高達(dá)幾百萬的單獨元件。通過在檢測器元件和相關(guān)的閃爍器元件之間布置微透鏡，光能夠相應(yīng)地被聚焦在檢測器元件的特定區(qū)域上。光電二極管有利地用于檢測光，其中每個檢測器元件有用地包括至少一個光電二極管。然而，借助于雪崩二極管或光電倍增管，也能完美地進(jìn)行檢測。
特別地，本發(fā)明特別地可使檢測器元件表面的大部分區(qū)域用于其他的電子元件，諸如預(yù)處理電子設(shè)備。相應(yīng)地，光電二極管本身只構(gòu)成表面的一部分。然而，未垂直定位于光電二極管之上的入射光表面的部分不一定被省去，因為此區(qū)域中的光被微透鏡聚焦在光電二極管上。結(jié)果，盡管相對大的有用區(qū)域用于其他電子元件，但實際上DQE未被減小，這意味著在這方面不需要折衷。
檢測器元件上光電二極管的定位基本上取決于微透鏡的設(shè)計。然而，微透鏡在設(shè)計上實用地是對稱的，于是落在檢測器元件上的光能被聚焦在檢測器元件的中央。因此，光電二極管也應(yīng)布置在檢測器元件的中央。
以檢測器元件區(qū)域內(nèi)的入射光精確地聚焦在檢測器元件的光電二極管的表面上的方式，微透鏡相對于其焦距便利地進(jìn)行選擇并且相對于其與檢測器元件之間的距離進(jìn)行定位。在這種情況下，雖然光電二極管只形成檢測器元件表面的一部分，但實際上100％的入射光表面都被使用。
典型地，為了將落在檢測器元件上的光只聚焦在屬于檢測器元件的光電二極管上，給每個檢測器元件分配一個微透鏡。因此，落在相鄰檢測器元件的光電二極管上的入射光實際上被排除。另外，微透鏡還可具有這樣的設(shè)計，使得橫向入射光被折射到光電二極管外部的檢測器元件的區(qū)域上。
至于根據(jù)本發(fā)明的X射線檢測器的效率，具有微透鏡的方形基區(qū)(square base area)的方形透鏡結(jié)構(gòu)證實是特別有利的。通過與方形透鏡結(jié)構(gòu)組合提供方形像素，也能夠以特別簡單的方式最完全可能利用入射光表面。
至于微透鏡的表面幾何，各種選擇是想得到的。特別地，微透鏡面向閃爍器元件一側(cè)的表面也可以與閃爍器元件的這個表面相匹配，并且微透鏡可以直接鄰接閃爍器元件。微透鏡相對于閃爍器元件以及反散射格柵(如果可應(yīng)用的話)的正確定位也以這種方式來實現(xiàn)。因此有可能將相應(yīng)的微透鏡表面設(shè)計成平面的，并相對閃爍器元件平坦耦合它，而且在相關(guān)的閃爍器元件具有相應(yīng)凹形時將微透鏡表面設(shè)計為凸形的。例如，在利用單獨閃爍器顆粒制成的閃爍器元件的晶體壓縮結(jié)構(gòu)中，可以制成這種類型的凹形。特別地，如果微透鏡的表面與閃爍器元件的相應(yīng)表面相匹配，由于拱形的微透鏡形狀而可以相對于檢測器元件的矩陣進(jìn)行閃爍器元件或反散射格柵結(jié)構(gòu)的自對準(zhǔn)。
除了光電二極管優(yōu)選定位于檢測器元件的中間之外，還有可能在檢測器元件上容納附加的散射二極管，用于特別檢測散射輻射。特別地，由相鄰像素的串?dāng)_引起此散射輻射，并且利用微透鏡合適的幾何結(jié)構(gòu)，將此散射輻射折射到實際的光電二極管外部的檢測器元件的區(qū)域。提供這些附加的散射二極管使之有可能進(jìn)行有關(guān)垂直入射的直接輻射及橫向入射的輻射的進(jìn)一步幾何陳述。另外，串?dāng)_能夠以這種方式來監(jiān)測。
當(dāng)然，有可能利用諸如在閃爍器結(jié)構(gòu)中并入的濾光器、聚焦在輻射源的焦點上的散射輻射格柵或X射線吸收屏蔽(隔板)的現(xiàn)有技術(shù)中公知的附加特性提供根據(jù)本發(fā)明的X射線檢測器。用于提供檢測器元件的CMOS芯片的使用已證明是特別有利的。
不必說，即使根據(jù)本發(fā)明的X射線檢測器預(yù)定主要用于計算機層析X射線攝影法中，但其在諸如非破壞性材料測試的其他領(lǐng)域中的使用也是可能的。


本發(fā)明將結(jié)合附圖中所示的實施例的示例來進(jìn)一步描述，然而本發(fā)明并不限于此。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的X射線檢測器的側(cè)視圖。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的X射線檢測器的檢測器元件的俯視圖。
具體實施例方式
圖1示意性顯示了屬于根據(jù)本發(fā)明的X射線檢測器的像素的結(jié)構(gòu)，這包括檢測器元件1，其整體利用標(biāo)號1來提供，并且中央定位于光電二極管4的表面上。微透鏡3定位在檢測器元件1之上，其聚焦離開閃爍器元件2的光7。為了其部分，閃爍器元件2將落在閃爍器元件2上的X射線光6轉(zhuǎn)換為可見光或紫外光7。通過微透鏡3聚焦的光8落在光電二極管4上，其又將入射的光轉(zhuǎn)換為電信號。光電二極管4因而只覆蓋檢測器元件1的一小部分，而用于進(jìn)一步處理電信號的各個電子元件5位于光電二極管4之外部。然而，由于微透鏡3聚焦光7，實際上利用從閃爍器元件2始發(fā)的全部入射光表面，因為垂直落在微透鏡3上的光7實際上被全部聚焦在光電二極管4上。同時，微透鏡3能將橫向入射的光折射到光電二極管4外部的檢測器元件1的區(qū)域上。因此，本發(fā)明組合用于其他的電子元件5的大的有用區(qū)域以及入射光的廣泛利用和相關(guān)的高量子效率(DQE)。
圖2以平面視圖將檢測器元件1表示為根據(jù)本發(fā)明的X射線檢測器的一部分。檢測器元件1在此設(shè)計為方形，其中光電二極管4位于檢測器元件1的中央，在光電二極管4的外部，電子元件5再次定位在檢測器元件1上。微透鏡3將入射光聚焦在光電二極管4上。
權(quán)利要求
1.一種X射線檢測器，具有光敏器件和閃爍器元件(2)，其特征在于，微透鏡(3)布置在光敏器件和閃爍器元件(2)之間，用于將從閃爍器元件(2)發(fā)出的光聚焦在光敏器件的部分上。
2.如權(quán)利要求1的X射線檢測器，其特征在于，光敏器件包括單獨的檢測器元件(1)的矩陣。
3.如權(quán)利要求1的X射線檢測器，其特征在于，檢測器元件(1)至少包含一個光電二極管(4)。
4.如權(quán)利要求3的X射線檢測器，其特征在于，光電二極管(4)只形成檢測器元件(1)的表面的一部分。
5.如權(quán)利要求3或4的X射線檢測器，其特征在于，光電二極管(4)布置在檢測器元件(1)的中央。
6.如權(quán)利要求4或5的X射線檢測器，其特征在于，其他的電子元件(5)位于光電二極管(4)的區(qū)域外部的檢測器元件(1)中。
7.如權(quán)利要求3-6之中任何一項權(quán)利要求的X射線檢測器，其特征在于，微透鏡(3)具有焦距并離開檢測器元件(1)一個距離，以使檢測器元件(1)的區(qū)域中的入射光(7)被聚焦在檢測器元件(1)的光電二極管(4)的表面上。
8.如權(quán)利要求2-7之中任何一項權(quán)利要求的X射線檢測器，其特征在于，給每一個檢測器元件(1)分配一個微透鏡(3)。
9.如權(quán)利要求1-8之中任何一項權(quán)利要求的X射線檢測器，其特征在于，微透鏡(3)具有方形基區(qū)。
10.如權(quán)利要求1-9之中任何一項權(quán)利要求的X射線檢測器，其特征在于，微透鏡(3)直接鄰接閃爍器元件(2)。
11.如權(quán)利要求10的X射線檢測器，其特征在于，微透鏡(3)面向閃爍器元件(2)側(cè)的表面與閃爍器元件(2)的表面相匹配。
12.如權(quán)利要求11的X射線檢測器，其特征在于，微透鏡(3)面向閃爍器元件(2)側(cè)的表面是平面的，并且相對閃爍器元件(2)平臥。
13.如權(quán)利要求11的X射線檢測器，其特征在于，微透鏡(3)面向閃爍器元件(2)側(cè)的表面是凸形的，并且與閃爍器元件(2)的相應(yīng)凹面形狀相匹配。
14.如權(quán)利要求5-13之中任何一項權(quán)利要求的X射線檢測器，其特征在于，除了中央布置的光電二極管(4)之外，檢測器元件(1)還包括附加的散射二極管。
15.如權(quán)利要求1-14之中任何一項權(quán)利要求的X射線檢測器，其特征在于，X射線檢測器包括濾光器。
16.如權(quán)利要求2-15之中任何一項權(quán)利要求的X射線檢測器，其特征在于，檢測器元件(1)是CMOS芯片的組件。
17.一種計算機層析X射線攝影方法，利用如權(quán)利要求1-16之中任何一項權(quán)利要求的X射線檢測器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于檢測X輻射的X射線檢測器，特別地用于計算機層析X射線攝影(CT)系統(tǒng)中。根據(jù)本發(fā)明的X射線檢測器由光敏器件組成，包括獨立的檢測器元件(1)，在這些檢測器元件上布置閃爍器元件(2)。這些將入射X射線光(6)轉(zhuǎn)換成利用位于檢測器元件上的光電二極管(4)檢測的可見光或UV光(7)。根據(jù)本發(fā)明，在閃爍器元件(2)和檢測器元件(1)之間布置微透鏡(3)，其將離開閃爍器元件(2)的光(7)聚焦在光電二極管(4)上。以這樣的方式，有可能將檢測器元件的大區(qū)域用于光電二極管(4)外部的其他電子元件(5)，并且同時保證高DQE(檢測量子效率)，即，實際上充分利用離開閃爍器元件(2)的光(7)。同時，有效地阻止來自相鄰檢測器元件的散射輻射的串?dāng)_。
文檔編號G01T1/20GK1742212SQ200480002950
公開日2006年3月1日 申請日期2004年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月28日
發(fā)明者G·福格特邁爾, F·莫拉萊斯塞爾拉諾, R·斯特德曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司