X射线探测阵列像素单元、制造工艺和双层能谱CT探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种X射线探测阵列像素单元、双层闪烁体阵列的制造工艺以及基于该像素单元的双层能谱CT探测器，像素单元包括顶层闪烁体像素、底层闪烁体像素、薄膜光过滤层和光敏阵列等，顶层和底层闪烁体阵列的子像素采用发射不同光谱的闪烁体材料加工而成，薄膜光过滤层对应每个闪烁体像素的光输出面，光敏阵列的像素分为两个独立的子像素区域，其输出信号分别对应顶层闪烁体像素和底层闪烁体像素的X光响应，可以有效地获得入射X射线的能谱信息。本发明专利技术的双层闪烁体阵列采用二维阵列加工工艺，探测器子模块的整合工艺采用与常规CT探测器相同的叠加装配工艺，不影响探测器的灵敏面积，能够有效保持成像的剂量效率以及控制探测器的成本。器的成本。器的成本。

【技术实现步骤摘要】
X射线探测阵列像素单元、制造工艺和双层能谱CT探测器


[0001]本专利技术涉及半导体光电探测器领域，具体涉及一种X射线探测阵列像素单元、双层闪烁体阵列制造工艺和双层能谱CT探测器。

技术介绍

[0002]常规CT中采集的X光响应信号，正比于探测器探测到的所有不同能量的X射线的能量积分，其中不包含X射线的任何能谱信息。近年来得到快速发展的能谱CT，通过采集区分不同能量X射线的响应信号，来获取比常规CT更多的影像信息，为影像按能量权重进行密度分辨优化以及实现成像物体的物质分辨提供了可能性，使影像质量、剂量效率以及临床诊断的准确率都在常规CT的基础上得到显著提升。能谱CT的技术和应用研究已成为CT医学影像技术的一个重要发展方向。
[0003]一种较为成熟的在CT应用中获取能谱数据的方法，是使用双层闪烁体的X射线探测器来替代常规CT中的单层闪烁体X射线探测器。常规CT中的探测器阵列通常由多个探测器模块沿X方向拼接而成，每个探测器模块通过加工成弧形的探测器导轨来精确定位，保证每个模块和球管焦点的距离相同，如图1所示。其中探测器模块一般由多个探测器最小子模块沿垂直于XY平面的Z方向排列而成，探测器最小子模块的一种结构如图2所示，由包括准直器阵列、闪烁体阵列、光敏阵列、模数转换芯片以及用于精确装配定位的安装块等组件构成。其中闪烁体阵列和光敏阵列为信号转换的主要器件，由二维像素阵列组成。一个传统CT探测器信号转换像素单元的结构如图3所示，其中闪烁体像素将入射的X射线转变为可见光，光敏阵列像素将闪烁体像素产生的可见光转变为电信号，通过基板的信号连接传送给后续的模数转换电路。传统CT探测器采用单层闪烁体阵列以及积分式信号采集方式，不能分辨入射X射线的能谱信息。和传统CT探测器的结构相比，现有的双层能谱CT探测器的差别主要在于更复杂的信号转换像素结构，如图4所示，每个信号转换像素由两个叠层的闪烁体子像素和两个侧面耦合的光敏阵列子像素组成，顶层和底层闪烁体子像素之间由光反射层连接并实现光信号的隔离。顶层闪烁体子像素主要探测入射X射线中的低能部分，底层闪烁体子像素主要探测入射X射线中的高能部分，通过同时读出两个子像素的信号，可以在成像过程中得到对应入射X射线高能和低能部分的能谱信息。
[0004]现有的双层能谱CT探测器采用闪烁体子像素和光敏阵列子像素之间的侧面耦合设计，决定了其无法回避的两个主要缺点：（1）探测器单元必须使用物理分割的闪烁体像素和光敏阵列像素经过三维精密整合装配而成，其复杂的加工装配工艺不利于探测器的批量生产和成本控制；（2）在X射线入射方向，光敏阵列像素会占用一定的探测器灵敏面积，从而影响到成像的剂量效率。

技术实现思路

[0005]技术目的：针对现有技术中存在的不足，本专利技术公开了一种X射线探测阵列像素单元和双层能谱CT探测器，具有新颖的信号转换像素结构设计，使用双层闪烁体阵列的二维
阵列加工工艺，以及常规CT探测器使用的二维面积闪烁体阵列和光敏阵列叠加装配工艺，来实现双层探测器的能谱信号读出，从而有效地规避了现有的双层能谱CT探测器的主要缺点。
[0006]技术方案：为实现上述技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种X射线探测阵列像素单元，其特征在于：包括在光线入射方向上顺序设置的顶层闪烁体像素、底层闪烁体像素、薄膜光过滤层和光敏阵列像素；所述顶层闪烁体像素和底层闪烁体像素构成双层闪烁体阵列，采用发光光谱明显不同并可以明确区分的闪烁体材料制成，用于将入射的X射线转变为可见光；顶层闪烁体像素发出的光信号经接触面进入底层闪烁体像素，底层闪烁体像素的底面为光输出面；顶层闪烁体像素和底层闪烁体像素的外部设有光反射层；薄膜光过滤层包括同层设置的两个过滤区，即薄膜光过滤层第一过滤区和薄膜光过滤层第二过滤区，分别与顶层和底层闪烁体的发光光谱对应；所述光敏阵列像素用于将闪烁体像素产生的可见光转变为电信号，每个光敏阵列像素包括对应薄膜光过滤层第一过滤区的第一光敏子像素、对应薄膜光过滤层第二过滤区的第二光敏子像素，第一光敏子像素和第二光敏子像素的输出信号分别为对应顶层闪烁体和底层闪烁体的X光响应。
[0007]优选地，所述薄膜光过滤层第一过滤区和第一光敏阵列子像素的大小相等，第二过滤区和第二光敏阵列子像素的大小相等。
[0008]优选地，所述顶层闪烁体像素和底层闪烁体像素之间采用直接光耦合的方式连接，保证顶层闪烁体像素的发光可以进入底层闪烁体像素。
[0009]优选地，所述顶层闪烁体像素和底层闪烁体像素的组合采用ZnSe/GOS、BaF2/GOS、BaF2/CdWO4、ZnSe/YAG中的任一种。
[0010]优选地，所述顶层闪烁体像素和底层闪烁体像素的组合采用ZnSe/GOS，顶层闪烁体像素和顶层闪烁体像素的厚度分别为0.5mm和1.0mm。
[0011]优选地，所述薄膜光过滤层第一过滤区为短通滤光层，仅允许波长大于或等于550nm的光子通过，薄膜光过滤层第二过滤区为长通滤光层，仅允许波长大于550nm的光子通过。
[0012]优选地，所述薄膜光过滤层第一过滤区和薄膜光过滤层第二过滤区的面积比例为1：1。
[0013]一种双层闪烁体阵列的制造工艺，其特征在于：顺序执行以下步骤：（1）采用顶层闪烁体晶片和底层闪烁体晶片作为原材料，分别抛光后，将顶层闪烁体和底层闪烁体晶片通过光耦合胶粘结，获得一体化的双层闪烁体晶片；（2）从双层闪烁体晶片的顶层闪烁体晶片的一端切割出若干二维分隔槽，二维分隔槽的深度大于双层闪烁体阵列的设计厚度而小于双层闪烁体晶片的实际厚度，二维分隔槽分隔出的相邻像素的间距等于所需的双层闪烁体阵列像素的大小；（3）从双层闪烁体晶片的顶层闪烁体晶片的一端填充光反射层材料并固化，形成覆盖顶层闪烁体晶片以及分隔相邻闪烁体像素的光反射层；（4）将完成光反射层工艺的双层闪烁体晶片从底层闪烁体晶片一端进行磨薄加工，直到底层闪烁体晶片的厚度减至预设厚度，然后从底层闪烁体晶片的一端进行抛光，形
成和薄膜光过滤层的耦合面；沿二维分隔槽切割，得到所需的双层闪烁体。
[0014]优选地，所述步骤（1）中顶层闪烁体晶片和底层闪烁体晶片的面积由晶片原材料和生产工艺确定；步骤（2）中顶层闪烁体晶片的设计厚度为顶层闪烁体像素的设计厚度，底层闪烁体晶片的厚度大于底层闪烁体像素的设计厚度；步骤（4）中顶层闪烁体晶片的顶端、二维分隔槽由光反射层覆盖和填充，底层闪烁体晶片的底面为像素的光输出面。
[0015]一种双层能谱CT探测器，其特征在于：包括多个双层能谱CT探测器最小子模块，每个最小子模块包括多个所述的X射线探测阵列像素单元，顶层闪烁体阵列像素作为X射线的入射端。
[0016]有益效果：本专利技术的信号转换像素结构及双层CT能谱探测器，相对于现有的双层CT能谱探测器技术，具有如下技术特点及效果：（1）使用的双层闪烁体阵列采用两种不同的闪烁体材料加工而成，在X射线照射下，这两种闪烁体材料具有可以明显区分的不同发光光谱，可以用颜色过滤的方法进行分辨；顶层和底层闪烁体子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种X射线探测阵列像素单元，其特征在于：在光线入射方向上顺序设置顶层闪烁体像素、底层闪烁体像素、薄膜光过滤层和光敏阵列像素；所述顶层闪烁体像素和底层闪烁体像素构成双层闪烁体阵列，采用发光光谱不同的闪烁体材料制成，用于将入射的X射线转变为可见光；顶层闪烁体像素和底层闪烁体像素的外部设有光反射层；薄膜光过滤层包括同层设置的两个过滤区，即薄膜光过滤层第一过滤区和薄膜光过滤层第二过滤区，分别对应顶层闪烁体像素和底层闪烁体像素的发光光谱区域；所述光敏阵列像素用于将闪烁体像素产生的可见光转变为电信号，每个光敏阵列像素包括对应薄膜光过滤层第一过滤区的第一光敏子像素、对应薄膜光过滤层第二过滤区的第二光敏子像素，第一光敏子像素和第二光敏子像素的输出信号分别对应顶层闪烁体和底层闪烁体的X光响应。2.根据权利要求1所述的X射线探测阵列像素单元，其特征在于：所述薄膜光过滤层第一过滤区和第一光敏阵列子像素的大小相等，薄膜光过滤层第二过滤区和第二光敏阵列子像素的大小相等。3.根据权利要求1所述的X射线探测阵列像素单元，其特征在于：所述顶层闪烁体像素和底层闪烁体像素之间采用直接光耦合的方式连接。4.根据权利要求1所述的X射线探测阵列像素单元，其特征在于：所述顶层闪烁体像素和底层闪烁体像素的组合采用ZnSe/GOS、BaF2/GOS、BaF2/CdWO4、ZnSe/YAG中的任一种。5.根据权利要求1所述的X射线探测阵列像素单元，其特征在于：所述顶层闪烁体像素和底层闪烁体像素的组合采用ZnSe/GOS，顶层闪烁体像素和顶层闪烁体像素的厚度分别为0.5mm和1.0mm。6.根据权利要求5所述的X射线探测阵列像素单元，其特征在于：所述薄膜光过滤层第一过滤区为短通滤光层，仅允许波长大于或等于550nm的光子通过，薄膜光过滤层第二过滤区为长...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文，黄海波，吴小页，
申请(专利权)人：南京安科医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：