专利名称：用于x射线成像的硅检测器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及X射线成像，尤其是涉及用于X射线成像的硅检测器组件。
背景技术：
X射线成像是在医疗成像领域的一个常用方法，用于X射线成像的能量范围通常是10 keV至200 keV，在非损害性试验或者安全筛查中，所用的能量更高。在这个范围内， X射线主要通过康普顿效应和光子效应来与物质发生反应。在第一个例子即康普顿效应的例子中，仅有一部分X射线光子的能量是转移到电子上，而在这次散射之后，X射线持续减少能量。再后面的例子即光子效应的例子中，所有能量都转移到电子上，而X射线完全被吸收。对于X射线检测器的挑战是从所检测的X射线中获取最大量的信息，以提供对一个对象的图像的输入，在该图像中，描述了对象的密度、成分和结构。通过还采用薄膜过滤作为检测器，但目前这些检测器多数提供数码图像。检测器需要将入射的X射线转变成电子，这通常通过光子效应或者通过康普顿相互作用来产生，因此而得到的电子通常产生第二级的可见光，直至它的能量丧失，接着，由光敏材料检测这个光。还由一些不常见的检测器，它们是基于半导体例如非晶硒或者硅，在这个例子中，由X射线所产生的电子是根据电子和空穴对来产生电子改变，通过施加的足够强度的电场来收集电子和空穴对。到目前为止，大部分检测器是在综合模式下操作，在这种情形中，这些检测器整合了来自多数X射线的信号，而该信号仅是推后数字化以找回对于在某个像素的入射X射线的数量的最佳推测。近年来，又称为光子计数检测器在一些应用中已经形成可行的替代物。 目前那些检测器主要在乳房X线照相术中应用。光子计数检测器具有优势，因为在原理上， 对于每束X射线的能量可被测算，这产生关于对象的成分的附加信息，这可被用于增强图像的质量和/或减少辐射的剂量。对于这种检测器的一个非常普通的构造是在美国专利US 7471765“带有平板成像器的锥形束计算机断层成像”中所揭示。该检测器合成了一个512次512阵列的Si:H光电二极管和联接到闪烁器的薄膜晶体管，该检测器可在整合模式下操作。在这个例子中，其应用是优化辐射治疗，但这些检测器也是非常普遍地应用于诊断成像和其他应用。在美国专利US 4785186中，提出了一种用于计数高能微粒(包括X射线)的非晶硅检测器。这个发明不是开发用于X射线成像，可能因为在该应用中的非晶硅材料的问题，也可能由于吸收效率的问题。当在光子计数模式时，来自个别X射线的信号是非常弱的，你需要通过优化从X射线能量到收集对于每个事件的电荷的转换效率来使该信号最大化。这意味着， 在检测器中采用晶体材料通常是可取的。光子计数的优势和缺陷已描述在文献Borje Norlin, "Characterisation and application of photon counting X- ray detector systems" Mid Sweden University Doctoral Thesis 26, ISSN 1652-893X, ISBN978-91-85317-55-4 Electronics Design Division 中，在瑞典松兹瓦尔 SE-851 70 的中瑞典大学的信息计数与传媒系，也描述在Mats Lundqvist Mats Lundqvist Silicon Strip Detectors for Scanned Multi-Slit X-Ray Imaging中。这两篇论文都涉及基于单光子处理的X射线成像系统的特征和发展。人们可通过看X射线的颜色来比较每束X射线的能量的测量结果，类似于在可见光范围内的色彩成像。“彩色” X射线成像打开了在医疗X射线诊断和其他应用中的新观点。对于不同颜色的吸收的差异可被用于辨别在对象中的材料， 在原理上，对象的元素组成可被确定，而不仅仅是灰度。例如，这个信息可被用于识别造影剂，造影剂被用于大量的诊断X射线成像的实验中。Lundqvist和Norlin指出，目前的技术有可能构造可解决约50 μ m水平的光子计数检测器系统。然而，这样小的像素也有复杂性，因为在半导体检测器中，每个吸收的X 射线光子产生一个用于成像的电荷云。对于高光子能量，电荷云的尺寸是可与50 μπι相比较的，并可分布在图像中的几个像素之间。电荷共享是一个关键问题，因为不仅是分辨率降低，而且也损坏了图像中的“彩色”信息。它们也勾画出考虑这个问题的方法，例如在相邻像素之间的电荷总计。在文献 Μ. G. Bisognij A. Del Guerraj N. Lanconellij A. Lauriaj G. Mettivierj Μ. C. Montesi，D. Panettaj R. Panij Μ. G. Quattrocchij P. Randaccioj V. Rosso and P. Russo "Experimental study of beam hardening artifacts in photon counting breast computed tomography^ Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume 581，Issues 1-2，21 October 2007，Pages 94-98 中提出了一种用于乳房成像的计算机断层成像的检测器。这是一个当能量非常低以致硅可被用作检测器仍保持一些检测器效率的例子。该X射线乳房计算机断层成像(CT)系统是在专用于乳房1^-99 成像的单光子发射计算机断层成像系统的构台上执行的。该单光子计数硅像素检测器是 0.3 mm厚、256x256像素，55μπι斜度，凸点键合到Medipix2光子计数读取芯片。由于低的检测效率以及硅像素检测器的电荷共享效应而导致假象。对于低能量的另一种光子计数检测器是在文献V. Rosso, N. Belcari, Μ. G. Bisognij C. Carpentierij A. Del Guerraj P. Deloguj G. Mettivierj Μ. C. Montesij D. Panettaj Μ. Quattrocchij P. Russo and Α. Stefanini "Preliminary study of the advantages of X-ray energy selection in CT imaging" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Volume 572，Issue 1，1 March 2007，Pages 270-273 中提出。这种检测器确保在所用的能量范围(60 kVp)有良好的检测效率(46%)，带有良好的空间分辨率，来自55 ym平方像素。硅作为检测器材料具有许多优势，例如，对于创建电荷载体(电子空穴对)所需的高纯度和低能量，以及对于这些电荷载体的高迁移性，这意味着，该材料能用于高光子数的 X射线。至少它也是可用于大体积的应用。采用硅的主要问题是它的低原子序数和低密度，这意味着，对于较高能量，它必须被制成非�：瘢孕纬捎行У奈瘴�。该低原子序数也意味着康普顿散射的X射线光子的片段在检测器内将占光吸收光子的主要部分，这将产生关于散射光子的问题，因为在该检测器内它们会诱导出其他像素的信号，这会等同于在那些像素的噪声。然而，硅已经被成功地用于较低能量的应用，例如由文献M. Danielsson, H. Bornefalk, B. Cederstr m, V. Chmill, B. Hasegawa, M. Lundqvist, D. Nygren and Τ. Tabar, "Dose-efficient system for digital mammography", Proc. SPIE, Physics of Medical Imaging, vol. 3977，pp. 239-249 San Diego, 2000所提出的例子。一种克服对于硅的低吸收效率的问题的方法是简单地使它非�：瘢枋窃谠�500 μ m厚度的晶片上制造，这些晶片可以是导向的，以致X射线是在入射边缘，而硅的深度可以是与所需要的晶片的直径差不多。另一个方法是将硅制成足够深以获得高效率，例如在Sierwood Parker的1999年名称为“三维结构的固态辐射检测器”的美国专利US 5889313中所揭示，这是一个方法发明，但涉及一些非标准的生产方法，这些方法可以是它不能用于商业化的成像检测器的原因。首次提及在边缘上几何构形的晶体硅条检测器作为X射线检测器的是在文献R. Nowotny: "Application Of Si-Microstrip-Detectors In Medicine And Structural Analysis" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 226 (1984) 34-39 中找到。它总结了 硅可在低能量工作，以致用于乳房成像，但不能用于高能量，例如计算机断层成像，主要是由于康普顿散射的较高片段和与之有关的问题。对于半导体检测器的边缘上几何构形也在Robert Nelson的名称为“用于X射线成像的X射线检测器”(边缘上)的美国专利US 4937453, David Nygren的名称为“高分辨率能量感应数字X射线”的美国专利US M34417以及Robert Nelson的美国专利申请US 2004/0251419中提出。在美国专利申请US 2004/0251419中，边缘上检测器被用于称为康普顿成像，其中，测量康普顿散射的X射线的方向和能量，以便估算原始X射线的能量。康普顿成像的方法已经在文献中广泛讨论很长时间，但主要应用于比应用X射线成像更高能量的应用，例如正电子发射断层成像。康普顿成像不涉及本发明。在论文 S Shoichi Yoshida, Takashi Ohsugi "Application of silicon strip detectors to X-ray computed tomography" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 541 (2005) 412-420中描述了一种边缘上概念的实施方式。在这个实施方式中，薄钨片放置在边缘上硅条检测器之间，减少散射X射线的背景，并改善低剂量的图像对照。这个实施方式是非常类似于在文献R. Nowotny: "Application Of Si-Microstrip-Detectors In Medicine And Structural Analysis" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 226 (1984) 34-39 中提出的方式。已经制造了几种基于高Z材料(例如CdZnTe)的光子计数半导体检测器，也已经以原型检测器获得临床图像。这些材料的缺陷是成本和在生产容量的不足。人们已经相当关注光子计数检测器，尤其是用于医疗成像的检测器，但至今还没有比约40 keV更高的能量的商业化解决方案。这是因为制造检测器的问题，缺乏切实可行的和容易获得的材料；极不稳定的高Z半导体仍是昂贵的和未经证实的。硅可用于较低能量，但不能用于较高能量，康普顿散射的高片段问题已经成为检测器的工作系统组件的一个抑制问题，在几何构形和吸收的高检测效率的合并方面，完成例如目前的CT形态的几何构形需要。
发明内容
本发明的总体目标是提供一种用于X射线成像的硅检测器组件。这个目标是通过由所附的专利权利要求所定义的本发明来实现的。一种基本构思是提供一种X射线成像的硅检测器，该硅检测器是基于多个半导体检测器�？榈模庑┠？榕渲迷谝黄鹨孕纬梢桓稣逄讲馄髑�。每个半导体检测器�？榘ū咴瞪系枷蛉肷鋁射线的晶体硅的X射线传感器，通过光子效应和通过康普顿散射连接到在所述X射线传感器内用于X射线交互作用的配准的集成电路，对于在40 keV至250 keV的X射线能量范围，从这些交互作用中提供空间和能量信息，以使得能对所述对象成像。进一步，反散射�？楸唤淮碚鄣谒霭氲继寮觳馄髂？榈闹辽僖桓鲎幼橹洌员阒辽俨糠值匚湛灯斩偕⑸涞腦射线。优选地，每个反散射�？榘擞上喽灾氐牟牧现瞥傻谋∑宰柚勾蟛糠挚灯斩偕⑸涞腦射线从一个半导体检测器�？榈酱锪硪桓霭氲继寮觳馄髂？�。举例来说，在一个有利的具体实施方式
中，每个所述的半导体检测器�？樽魑嘈酒？�(MCM)来实施，且所述集成电路包括至少两个集成电路块，这些集成电路块是以倒装芯片方式安装的。这应该被认可为一种可行的实施方式，所述的半导体检测�？橹挥幸桓龅ヒ坏募傻缏�。概要地说，本发明将会克服这些问题，可使得光子计数检测器利用较高X射线能量的应用成为现实。本发明可以用于很多不同的应用，包括计算机断层扫描、安全扫描和无损测试。本发明所提供的其他优势和特征将通过阅读下面的本发明的实施例的说明而得以清楚的了解。
本发明以及它的进一步目标和它们的优势，将通过结合附图的下面的描述来得以最好的阐明，在这些附图中
图1是根据一个示例性实施例所述的一个X射线探测器的示意图。图2是根据一个示例性实施例所述的一个半导体探测器�？榈耐冀馐疽馔�。图3是根据另一个示例性实施例所述的半导体检测器�？榈耐冀馐疽馔�。图4是根据一个示例性实施例所述的一个半导体探测器�？橐远嘈酒？槔词凳┑耐冀馐疽馔�。图5是一个示意图，显示了多个半导体检测�？槭侨绾文鼙欢ㄎ晃ハ嗔诮员憬⒁桓鐾暾摩稚湎呒觳馄鞯睦�。图6是一个示意图，显示根据另一个示例性实施例所述的半导体检测器�？榈囊桓隼�。图7是一个示意图，显示了半导体探测器�？槭侨绾味ㄎ晃敕瓷⑸浔∑舜讼嗔诘牟煌樱庑┓瓷⑸浔∑ㄎ辉诎氲继逄讲馄髂？橹�。图8是一个示意图，显示了半导体探测器�？槭侨绾文茉赬射线的入射方向的深处分段的一个例子。图9是一个示意图，显示了半导体探测器�？榈募傻缏肥侨绾文鼙槐；ざ馐艿缋敕涞囊桓隼�。图IOa-C是不同的示意图，显示了在两个水平(B)的半导体探测器�？榈呐渲玫囊桓隼樱允沟冒氲继逄讲馄髂？槟芪薹炱唇�。图10 d显示了用于半导体探测器模块的机械框架的一个例子。图11是一个示意图，显示了一个完整的探测器是如何由两个半检测器无缝组装在一起而构建，以便建立更宽的探测器的一个例子。图12是一个示意图，显示了半导体探测器�？槭侨绾位ハ嘞喽砸浦靡杂呕占浞直媛实睦�。
具体实施例方式一种基本构思是提供一种X射线成像的硅检测器，该硅检测器是基于多个半导体检测器�？榈模庑┠？榕渲迷谝黄鹨孕纬梢桓稣逄讲馄髑颍渲校扛霭氲继寮觳馄髂？榘ū咴瞪系枷蛉肷鋁射线的晶体硅的X射线传感器，通过光子效应和通过康普顿散射连接到在所述X射线传感器内用于X射线交互作用的配准的集成电路，对于在40 keV至 250 keV的X射线能量范围，从这些交互作用中提供空间和能量信息，以使得能对所述对象成像。进一步，反散射�？楸唤淮碚鄣谒霭氲继寮觳馄髂？榈闹辽僖桓鲎幼橹洌员阒辽俨糠值匚湛灯斩偕⑸涞腦射线。如前所述，每个半导体检测模块包括一个X射线传感器，这些半导体检测模块是铺在一起以形成完整的检测器，它以几乎任意的尺寸而带有几乎完美的几何效率，除了在至少一些半导体探测器�？橹湔狭艘桓龇瓷⑸渫�。该χ射线传感器被附着到集成电路，该集成电路同时使用来自传感器中康普顿散射的X射线的信息和通过光子效应作用的 X射线的信息。这些信息被用于特定的成像任务，以优化的对比度重建最终图像。优选地， 每束X射线的能量可以在半导体传感器内所积累的能量与用于该X射线的相互作用的深度的综合信息来推导。反散射网格通常是由较重的材料制成，该网格不仅从对象上阻断康普顿散射的X射线，还可以防止康普顿散射的X射线从一个半导体传感器达到其他的传感器。 否则，这些康普顿散射的X射线会主要地添加到噪声中。优选地，每个反散射模块包含一个相对重的材料的薄片，可以防止大部分康普顿散射的X射线从一个半导体�？榈酱锵嗔诘拇衅髂？�。图1是根据一个示例性实施例所述的一个X射线探测器的示意图。在这个例子中，显示了一个X射线探测器(A)的示意图，它带有发射X射线(C)的X射线源(B)。探测器(D)中的元素都回指向到该X射线源，因此优选地配置为略微弯曲的整体构造。检测器的两种可能的扫描运动(E，F)都被指示。在每种扫描运动中，所述X射线源可以是固定的或移动的，在扫描运动(E)中，X射线源和探测器可以围绕定位在它们之间的一个对象而旋转。在扫描运动(F)中，探测器和X射线源可以相对于对象而被转换，或者该对象可以是移动的，例如，该对象是定位在传送带上。此外，在扫描运动(E)中，该对象可在旋转过程中被转换，因此称为螺旋扫描。在一个优选的实施例中，由晶体硅制成的半导体传感器被用于将X射线转换成电信号。为了吸收χ射线，传感器是在边缘上导向到χ射线的入射方向，并且其深度必须足够能吸收至少大于50%的入射X射线，对于在计算机断层成像的应用中深度必须在30mm左右。半导体传感器的厚度是约0. 5mm,并且优选地被能够再分成像素，例如，每个像素是通过一个可被完全耗尽的反偏置二极管来形成，以致整体容量可用作X射线的传感器。在一种示例性的应用中，像素的宽度可以是约0. 4 mm。在优选的示例性实施例中，每个像素二极管可被再分为深度片段以减少计数率，这些深度片段的长度应该是优选地指数性变化，以确保检测率，随深度而呈指数级下降，使这些深度片段的长度保持大致均勻。图2是根据一个示例性实施例所述的一个半导体探测器�？榈耐冀馐疽馔�。这是一个半导体探测器�？�(A)的例子，带有分成像素(B)的传感器部分，其中每个传感器的像素是通过二极管来构成的。X射线(C)穿过半导体传感器的边缘(D)而射入。图3是根据另一个示例性实施例所述的半导体检测器�？榈耐冀馐疽馔�。在本例中，半导体探测器�？榇衅髁慵�(A)被分成像素(B)，其中每个传感器是由二极管构成的。在这种情况下，半导体传感器零件也在深度方向被分成所谓的深度片段，再假设X射线 (C)穿过边缘(D)射入。半导体传感器也可以被用作所谓的多芯片�？椋簿褪撬担潜挥米骰祝糜诘缏泛陀糜谝欢康奶囟ㄓ猛炯傻缏�(ASICs)。电路可包括从每个像素到ASIC输入的信号的连接，以及从ASIC到外部存储器和/或者数字数据处理的连接。对于ASICs的电能可以是通过类似的电路来提供，考虑在横截面的电路增加，在这些连接需要用于大的电流，但是电能也可以通过分开的连接来提供。ASICs被定位在有源传感器的一侧，这意味着如果吸收的覆盖物被安置在顶面，它可以被保护免受入射的X射线，并且它也能保护放置吸收体的这个方向上免受散射的X射线。这是重要的，因为X射线主要通过在集成电路的氧化层的充电，可短期与长期地损害ASICs并导致错误。在一个优选的示例性实施例中，该ASICs是硅基的，并通过互补金属氧化物半导体(CMOS)技术来制造。图4是根据一个示例性实施例所述的一个半导体探测器�？橐远嘈酒？槔词凳┑耐冀馐疽馔�。这个例子显示了在一个多芯片�？�(MCM)中，半导体传感器是怎样能够具有基体(A)的功能。信号是从像素(C)通向(B)并行处理集成电路(例如ASICs) (D)的输入，该集成电流被定位在有源传感器区域旁边。需要明确的是，术语“特定用途集成电路 (ASIC)”应作宽泛解释为用于和配置用于特定应用的任意的一般集成电路。该ASICs处理从每束X射线产生的电荷并把电荷转换成能够用于评估能量的数字化数据。该ASICs被配置为连接一个数字数据处理电路，以致数字数据可被发送到进一步的数字数据处理器(E) 和位于MCM外面的存储器，并最后将该数据输入到重建的图像。在该ASICs中，测量来自每束X射线的信号，并且估算由每束X射线积累的能量。 所测量的每束X射线的能量将被用于增加在图像中想要元素的对比度。为了获得这个效果，能量信息将被用于从X射线中分离来自在半导体传感器中康普顿散射的X射线以及来自通过光子效应起作用的X射线的电子噪声。这些信息优选地是被一起加权的，以使在对象中的想要的元素和结构的对比度最大化。也会有一些来从X射线相互作用的深度测量的能量信息，它是可执行的，因为它可保持X射线转换的深度片段的踪迹。这对于在探测器内的康普顿散射的X射线是特别重要的，因为对于这些X射线，能量将是不确定的，因为仅有部分的原始能量积累在半导体传感器上。对于较小的像素，需要考虑在像素之间的电荷分享，如果没有校正，将恶化这些事件的信息，否则因为一个事件将会对于低能量的两个事件产生错误。该ASIC电子元件和半导体传感器的组合理想地应具有足够短的非可阻碍的死时间以便保持高流量的X射线并避免所谓的积累，这意味着两个事件将会对于带有这两个起作用的事件的合并能量的一个事件产生错误。该死时间可被校正，以便在图像中不会产生假象，但也意味着会损失图像质量，因而应保持在尽可能低。区别能量超出入射X射线的最大能量的积累事件是可能的，尽管这是实际上不可行的。图5是一个示意图，显示了多个半导体检测�？槭侨绾文鼙欢ㄎ晃ハ嗔诮员憬⒁桓鐾暾腦射线检测器的例子。在这个特例中，根据图4所示的几个多芯片�？� (MCMs) (A)是定位为互相邻近，以便构造整体的X射线探测器。该MCMs是由重元素(例如钨)(B)的薄片交错折叠而成，以便吸收在半导体传感器(C)内康普顿散射的X射线或者在对象(D)中的X射线，否则，这些X射线将造成在图像的噪声。图6是一个示意图，显示根据另一个示例性实施例所述的半导体检测器模块的一个例子。这个例子显示，多芯片�？�(A)为了使输入到ASICs的电容减到最�。映ち� ASICs (B)的传感器面积。电容会增加电子噪声，这可以对图像质量造成不利的冲击。延长ASICs 超出半导体传感器之上，意味着电路长度应当非常短，它与电容是成比例的，它可以是更短的。这个配置的缺点是将ASICs暴露在直接的X射线辐射(C)中，这是有害的，该ASICs将要采取措施，并使非常密集的包装是可行的，除非它们被制成非常薄。甚至可以想象的是， 该ASICs是与大的ASIC合并，覆盖大部分的传感器或者完整的半导体传感器。因此，需要明确的是，它可应用于实践，其中所述的半导体探测器�？橹挥幸桓鑫ㄒ患傻缏�。图7是一个示意图，显示了半导体探测器模块是如何定位为与反散射薄片彼此相邻的不同例子，这些反散射薄片定位在半导体探测器�？橹�。在本例中，显示了几个例如多芯片�？�(A)的探测器�？槭嵌ㄎ辉诒舜烁郊缤�5所示，它们带有由重材料(B)制成的薄片。这些薄片可以如图所示地安置在每个MCM之间的左边，或者如图所示地安置在每三个MCM之间的右边，取决于信号针对噪音水平的优化方案。图8是一个示意图，显示了半导体探测器�？槭侨绾文茉赬射线的入射方向的深处分段的一个例子。这个例子显示了带有防护物(B)并且带有顶面(C)和底面(D)的深度分割片段的半导体探测器�？�(A)。半导体探测器�？榈淖蟊呤窍喽杂诶醋苑湓吹娜肷� X射线对准的。半导体探测器模块的右边是相对于来自辐射源的X射线未对准的。对于长的半导体探测器，机械校准会成为一个问题，并且未对准的情形会在图像中导致假象，因为半导体传感器的部分区域可能被交错折叠的重的材料薄片防护。已被防护(E)的探测器模块的容量显示在右边。通过深度分割半导体探测器�？椋刹饬亢托Ｕ飧鑫侍�。对于任何对象和X射线的成像设置，所检测的X射线在顶面和底部片段的期望率是众所周知的。这方面的知识可被用于使被测量的比率正常化，并且这将有效的降低任意假象。例如，深度片段的长度是精选的，以致与其他片段相比，在该深度片段内计数最大 X射线的计数率是低于因数10，比该深度片段计数X射线光子的中间数更高。深度片段的长度也可以是精选的，以致与其他片段相比，在该深度片段内计数最小X射线的计数率是低于因数10，比该深度片段计数X射线光子的中间数更低。图9是一个示意图，显示了半导体探测器�？榈募傻缏肥侨绾文鼙槐；ざ馐艿缋敕涞囊桓隼�。ASICs可以是对电离辐射敏感的，例如X射线(A)，并且在本例中显示了它们是如何通过在被辐射的体积和所述的ASICs之间增加由例如钨或铜等重的材料(B) 制成的吸收体而非常有效地防护。因此，防护材料将保护ASICs免受来自上面(A)和侧面 (C)的辐射。主要插入重的物质薄片(D)以吸收在半导体探测器内和在对象内散射的X射线，也用作ASICs的辐射防护作用。如前所述，为避免在半导体传感器内康普顿散射的X射线到达其他半导体传感器，X射线吸收材料的薄片交错折叠在至少一些探测器�？橹�。优选地，这些薄片可以诸如钨等高原子序数的重材料来制造。还已经认识到，整体探测器的一个特别有利的实施例涉及半导体检测器�？樵谑考渡系陌才牛檬考妒堑扔诨虼笥�2。该数量级也可指层数，因此，整体探测器的结构是指分层的探测器，在入射X射线的方向设置不同的层。例如，带有两层的半导体探测器�？椋谝蛔樘讲馄髂？樵诒簧柚迷谏喜悖诙樘讲馄髂？楸簧柚迷谙虏�。优选地，其中一层的探测器模块数是相对于另一层的探测器�？榻淮�(移置)的， 以便获得有效的几何覆盖的有源探测器区域和/或有效的分辨率。通常，其中一层的探测器�？楸慌渲梦ざǖ脑谟肴肷鋁射线成直角的方向上具有偏移，相对于另一层探测器�？槎裕允鼓芄徊桓鲇行У挠性刺讲馄髑�。图IOa-C是不同的示意图，显示了在两个层或水平(B)的半导体探测器�？榈呐渲玫囊桓隼樱允沟冒氲继逄讲馄髂？槟芪薹炱唇�。这个例子显示了例如MCMs (A)等探测器模块在两个水平(B)的机械配置以使得半导体探测器�？槟芪薹炱唇�。此外，从两个视图显示了一个放大的视图。在探测器�？�(例如MCMs)之间的空间(C)允许ASICs的有效冷却，这会消耗显著的电能。热膨胀需被考虑，因为每个MCM是分别附着的，且该膨胀并未增加，如果它们是定位为互相并排直接接触的情形。根据附图的机械配置也留有用于数据传输和用于电源的连接的空间。这也便于安装和精确对准。根据图IOa-C所示，半导体探测器模块被设置在一个机械夹具或框架中，包括传感器的每个半导体探测器�？槭潜慌渲糜糜诨刂赶騒射线源，这对于在探测器模块的半导体传感器中的各个像素也是真的。在一个优选的实施例中，交错排列的多个(两个或更多)水平的配置提供了用于夹具或框架的装置，以保持和精确地定位包括有源传感器的每个半导体探测器�？椋褂性刺讲馄髑蚨杂谌肷鋁射线达到最大的几何覆盖面积。而且提供了用于ASICs和读取电子元件的空间。图IOd显示了用于半导体探测器�？榈幕悼蚣艿囊桓隼�。用于每个半导体探测器�？�(包括传感器)的精确对准的特征(图IOd中加点的区域)，优选是动力学类型的，在机械夹具或框架中形成。该半导体探测器�？�(包括传感器)是通过支持装置/特征 (A)来相对于这些对准特征而被支持/固定/锁定的，尤其是弹性的类型。必须强调的是， 在图IOd所示的解决方案仅仅是一种可行的解决方案的例子。无论如何，只要由机械夹具或框架提供了半导体传感器的精确对准，该配置就能确保所有半导体传感器精确地保持在已知的位置，并确保所述的传感器各自容忍不会增加贯穿该结构破坏它们的对准。本发明所提出的这种多水平配置的另一优势是只有在半导体探测器�？樯系淖詈蟮姆腔钤静�(散射防护、发送层、钝化层等)在顶层需要在X射线光束中被定位，因此更能使有源探测器区域的几何覆盖面增加更多。而且，夹具或框架材料自身的热膨胀在这个配置中是不需要与传感器材料(这里采用硅)的膨胀系数相匹配，这意味着它可以用标准的材料例如铝制成，它能被容易地处理为想要的形状，并容易利用。该组件也允许用高效空气来冷却ASICs和MCMs，作为的，当空气通过在MCMs之间的空间被压入/吹入时，在空气和MCMs之间存在用于热传递的大的表面积。MCMs自身可作为散热片。图11是一个示意图，显示了一个完整的探测器是如何由两个半检测器无缝组装在一起而构建，以便建立更宽的探测器的一个例子。这个例子显示一台完整的探测器可以由两个半组件(A)无缝地组装而成，以便构造为一个更宽广的检测器，也如放大的图所示。 这将增加费用，来自对象的的噪音也将增加一定量的散射的辐射。但是仍然值得肯定的是， 因为一台更宽广的探测器缩短图像的采集时间，这对于运动对象例如人的心脏的成像具有非常重要的意义。为了增加空间分辨率，各自的半导体传感器可以相对于彼此在扫描方向的90度的方向上被移置，如图12所示。图12是一个示意图，显示了半导体探测器�？槭侨绾位ハ嘞喽砸浦靡杂呕占浞直媛实睦印Ｎ耸股杼讲馄鞯目占浞直媛首钣呕怪庇谏榉较虻陌氲继逄讲馄鞯幕蹬渲每梢韵喽杂诒舜艘愿冒氲继逄讲馄鞯氖约料袼爻叽�(B)的已知片段(A)来移置。该图显示了这样的两个例子一个例子是每个像素是相对于相邻检测器像素移置1/3 (C)，另一个例子是移置1/5 (D)0更普通的是，可在像素的一半和十分之一之间进行偏移。根据上述而装配的探测器可以被应用在计算机断层扫描术，也可用于为其他成像应用，例如安全筛选和无损性测试。本发明的另一个实施例是在半导体传感器的顶部配置ASICs，这个配置将削减用于MCM所需的面积。而且，更为重要的是，这将削减ASIC的输入电容，可增加性能并且减少噪声，这对于图像质量是有益的。这个配置的主要问题是ASICs将暴露于辐射下，这将会产生短期与长期的故障。然而，可以通过ASIC的特别设计方法来减轻这个问题。另一个问题是在这个结构中，ASICs将遮盖安置在下面的半导体传感器，并且在该ASIC中吸收的X 射线将只能促成剂量的改变，而不能促成图像质量的改变。这种吸收也可以导致在图像中的假象。上面所描述的具体实施例仅是作为本发明的一些示例性例子来被理解。本领域技术人员所应当明确的是，有各种不同的修改、组合和变动可应用到这些实施例中，它们都不会脱离本发明的范围。特别是，在不同实施例中的不同部分的解决方案可以在其他构造中被结合，只要在技术上是可行的。本发明的保护范围是由所附的权利要求来定义的。参考文献
US7471765 "Cone Beam Computed Tomography With A Flat Panel Imager，， (radiotherapy)
US4785186 "Amorphous Silicon Ionizing Particle Detectors，， (Xerox) Borje Norlin, "Characterisation and application of photon counting X-ray detector systems，， Mid Sweden University Doctoral Thesis 26, ISSN 1652-893X, ISBN 978-91-85317-55-4 Electronics Design Division, in the Department of Information Technology and Media Mid Sweden University, SE-851 70 Sundsval1, SwedenM. G. Bisognij A. Del Guerraj N. Lanconellij A. Lauriaj G. Mettivierj Μ. C. Montesij D. Panettaj R. Panij Μ. G. Quattrocchij P. Randaccioj V. Rosso and P. Russo "Experimental study of beam hardening artifacts in photon counting breast computed tomography，， Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume 581， Issues 1-2， 21 October 2007， Pages 94-98
V. Rosso, N. Belcarij M. G. Bisognij C. Carpentierij A. Del Guerraj P. Deloguj G. Mettivierj M. C. Montesi，D. Panettaj M. Quattrocchi，P. Russo and A. Stefanini “Preliminary study of the advantages of X-ray energy selection in CT imaging，， Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Volume 572， Issue 1， 1 March 2007， Pages 270-273
M. Danielssonj H. Bornefalkj B. Cederstromj V. Chmillj B. Hasegawaj M. Lundqvist，D. Nygren and T. Tabarj ”Dose-efficient system for digital mammography”， Proc. SPIEj Physics of Medical Imaging, vol. 3977， pp. 239-249 San Diego, 2000
R. Nowotny ，，Application Of Si-Microstrip-Detectors In Medicine And Structural Analysis，， Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 226 (1984) 34-39
Shoichi Yoshidaj Takashi Ohsugi ” Application of silicon strip detectors to X-ray computed tomography，， Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 541 (2005) 412 - 420
US5889313 Sherwood Parker “Three dimensional architecture for solid state radiation detectors，，1999
US4937453 Robert Nelson "X-ray detector for radiographic imaging，， (edge-on)
US5434417 David Nygren "High resolution energy-sensitive digital X-ray “ US2004/0251419 patent application, Robert Nelson
权利要求
1.一种用于对象的X射线成像的硅检测器，其特征在于所述检测器是基于多个半导体检测器模块，这些�？榕渲迷谝黄鹨孕纬梢桓稣逄讲馄髑颍扛霭氲继寮觳馄髂？榘ū咴瞪系枷蛉肷鋁射线的晶体硅的X射线传感器，通过光子效应和通过康普顿散射连接到在所述X射线传感器内用于X射线交互作用的配准的集成电路，对于在40 keV至250 keV的X射线能量范围，从这些交互作用中提供空间和能量信息，以使得能对所述对象成像，其中，反散射�？楸唤淮碚鄣谒霭氲继寮觳馄髂？榈闹辽僖桓鲎幼橹洌员阒辽俨糠值匚湛灯斩偕⑸涞腦射线。
2.根据权利要求1所述的硅检测器，其特征在于所述反散射�？槭潜慌渲梦铀龆韵笾辽俨糠值匚湛灯斩偕⑸涞腦射线，并至少部分地阻止康普顿散射的X射线从一个半导体检测器�？榈酱锪硪桓霭氲继寮觳馄髂？�。
3.根据权利要求1或2所述的硅检测器，其特征在于每个所述的反散射模块包括由平均原子序数超过25且厚度低于200 μ m的元素成分制成的薄片，以阻止大部分康普顿散射的X射线从一个半导体检测器模块到达另一个半导体检测器�？�。
4.根据权利要求1所述的硅检测器，其特征在于所述反散射模块是被交错折叠在以下�？橹涿扛黾觳馄髂？橹洌扛龅诙觳馄髂？橹洌扛龅谌觳馄髂？橹洌� 或者任意数量的检测器�？橹洌幻扛鼋淮碚鄣谋∑巧儆�10，取决于想要的对于噪声水平的信号。
5.根据权利要求1所述的硅检测器，其特征在于所述集成电路是被构造为使得每束 X射线的能量能基于在相应的X射线检测器的积累能量和X射线的交互作用的深度的合并的信息而被推导。
6.根据权利要求1所述的硅检测器，其特征在于每个所述的半导体检测器�？槭潜皇凳┪嘈酒？�(MCM)，且所述集成电路包括至少两个集成电路块，这些集成电路块是以倒装芯片方式安装的。
7.根据权利要求6所述的硅检测器，其特征在于所述集成电路块被配置为处理从每束X射线产生的电荷，以将该电荷转变为数字数据，而所述集成电路是被配置为用于连接到图像处理电路，以用于重建所述对象的所述图像。
8.根据权利要求1所述的硅检测器，其特征在于所述X射线传感器是被分为在与深度方向成直角的方向上的多个像素，假设X射线穿过所述X射线传感器的边缘而射入。
9.根据权利要求1或8所述的硅检测器，其特征在于所述半导体检测器模块是再被划分为至少两个深度片段，以使它可被用于处理高光子数的入射X射线。
10.根据权利要求9所述的硅检测器，其特征在于所述深度片段的长度是精选的以致与其他片段相比，在该深度片段内计数最大X射线的计数率是低于因数10，比该深度片段计数X射线光子的中间数更高。
11.根据权利要求9所述的硅检测器，其特征在于所述深度片段的长度是精选的以致与其他片段相比，在该深度片段内计数最小X射线的计数率是低于因数10，比该深度片段计数X射线光子的中间数更低。
12.根据权利要求9所述的硅检测器，其特征在于每个所述的深度片段是连接到用于测量对于每束X射线相互作用的能量积累的装置。
13.根据权利要求9所述的硅检测器，其特征在于数据处理电路是被配置用于对任何入射X射线计算改进的能量评估，基于由集成电路所测量的能量的结合，该集成电路带有信息，深度片段在该信息中发生交互作用。
14.根据权利要求9所述的硅检测器，其特征在于所述数据处理电路是被配置用于将在几个深度片段内的事件总计在一起，以获得全面的像素数据。
15.根据权利要求9所述的硅检测器，其特征在于所述数据处理电路是被配置用于比较在上面的深度片段与在下面的深度片段的计数率，获得对于任意X射线能量的期待比率，并采用该结果来校正对准误差。
16.根据权利要求1所述的硅检测器，其特征在于所述半导体检测器�？槭潜慌渲迷谝欢ㄊ康牟阒校闶堑扔诨虼笥�2。
17.根据权利要求16所述的硅检测器，其特征在于所述层是被配置为获得在X射线的入射方向上的分层的硅检测器。
18.根据权利要求16或17所述的硅检测器，其特征在于第一组所述的检测器模块是被配置在上面的层，而第二组所述的检测器�？槭潜慌渲迷谙旅娴牟�。
19.根据权利要求16或17所述的硅检测器，其特征在于所述层的一层内的检测器�？槭怯胨霾愕牧硪徊隳诘募觳馄髂？榻淮淼模阅芄坏玫接行У闹鞫觳馄髑�。
20.根据权利要求19所述的硅检测器，其特征在于所述层的一层内的检测器模块是被配置为在与X射线入射方向成直角的方向上有预定的偏移，相对于所述层的另一层内的检测器�？�。
21.根据权利要求19或20所述的硅检测器，其特征在于个别层内的检测器�？槭潜慌渲梦谙嗷ブ溆屑渚啵栽市砣扰蛘秃屠淙春偷缌�。
22.根据权利要求21所述的硅检测器，其特征在于所述半导体检测器模块是被配置在机械框架内，其中每个半导体检测器�？榘ù衅鳎慌渲糜糜谕刂赶蛟て诘腦射线源；以及精确对准装置，在每个半导体检测器�？榈乃龌悼蚣苣谔峁灾С趾途范ㄎ幻扛霭氲继寮觳馄髂？椋沟枚杂谌肷涞腦射线能激活最大几何覆盖面的主动检测器面积。
23.根据权利要求22所述的硅检测器，其特征在于所述半导体检测器模块是相对于由相应的支持装置所支持的精确对准装置来紧固的。
24.根据权利要求1所述的硅检测器，其特征在于所述半导体检测器�？槭潜慌渲梦哉庋姆绞搅臃阑げ牧希灾滤黾傻缏繁环阑ざ馐苋肷涞腦射线的照射。
25.根据权利要求1所述的硅检测器，其特征在于所述半导体检测器�？槭潜慌渲梦哉庋姆绞搅臃阑げ牧希灾滤黾傻缏繁环阑ざ馐茉谒龉杓觳馄髂谏⑸鋁射线的照射。
26.根据权利要求1所述的硅检测器，其特征在于所述半导体检测器�？槭潜慌渲梦庋姆绞剑灾略市碓谟肴肷涞腦射线成直角的两个方向上以最小死面积铺设检测器�？�。
27.根据权利要求1所述的硅检测器，其特征在于所述硅检测器是被配置用于相对于对象来扫描，所述半导体检测器模块是被配置为这样的方式，以致它们是通过在与所述硅检测器的扫描方向成直角的方向上的像素尺寸的已知片段而互相偏移的。
全文摘要
基于多个半导体检测器�？�(A)的用于X射线成像的硅检测器，这些模块配置在一起以形成一个整体探测器区域，每个半导体检测器模块包括边缘上导向入射X射线的晶体硅的X射线传感器，通过光子效应和通过康普顿散射连接到在所述X射线传感器内用于X射线交互作用的配准的集成电路，对于在40keV至250keV的X射线能量范围，从这些交互作用中提供空间和能量信息，以使得能对所述对象成像，其中，反散射�？�(B)被交错折叠在所述半导体检测器�？榈闹辽僖桓鲎幼橹洌员阒辽俨糠值匚湛灯斩偕⑸涞腦射线。
文档编号G01T1/29GK102224434SQ201080007458
公开日2011年10月19日 申请日期2010年2月1日 优先权日2009年2月11日
发明者斯塔凡·卡尔森, 马特斯·丹尼尔森 申请人:马特斯·丹尼尔森
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
