放射线平板影像探测器及其直接数字化成像系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种放射线平板影像探测器及其直接数字化成像系统。本实用新型专利技术的探测器由四层顺序构成，第一层是顶部电极；第二层为碘化汞晶体光导体层；第三层为由大量的单个薄膜晶体管构成的薄膜晶体管阵列及其地址记录器、多路开关数据传输器、放大电路、行扫描控制线和列为数据线；第四层为玻璃或塑胶基板。本实用新型专利技术的成像系统，由放射线平板影像探测器、通信接口、计算机和存储在有计算机内的影像处理软件组成。本实用新型专利技术利用碘化汞晶体对于放射线的光电特性，通过计算机对影像探测器的控制与影像处理，形成了直接数字化的放射线影像；除了单次曝光产生的单幅静止影像之外，能够透过连续高速摄影实现实时动态数字透视影像。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字化成像系统，特别是一种放射线直接数字化成像系统。
技术介绍
薄膜晶体管阵列具有反应快的优点，目前以薄膜晶体管阵列为主的平板式影像探测器可分为直接和间接两类。间接数字化平板式影像探测器的结构主要是由闪烁体或荧光体层具有光电二极管作用的非晶硅层再加薄膜晶体管阵列构成的平板检测器。此类平板的闪烁体或荧光体层经X射线曝光后，可以将X射线光子转换为可见光，而后由具有光电二极管作用的非晶硅层变为图像电信号，经过薄膜晶体管阵列其后的过程则与直接平板影像探测器相似，最后获得数字图像。间接式影像探测器由于有可见光的转换过程，因为光有散射问题，而影响图像的品质与分辨率。目前闪烁体材料主要采用碘化铯(CsI)晶体。目前的直接数字化成像方式有两种，一种以平板式影像探测器将X射线直接转化为电子数字信号的直接数字化X射线摄影，另一种是前苏联科学院西伯利亚核物理研究所开发研制的多丝正比室扫描投影X射线机；即通过各金属丝输出的信号正比于该处的X线辐射强度，使信号经前置放大及模拟/数字转换(下文称ADC)、缓存入中央处理器而形成数字影像，数字化深度达到16位，图像清晰度较高。但由于该机型造价贵、成像时间长，是目前开发中存在的最大障碍。目前大面积的直接数字化平板式影像探测器，主要结构是由非晶硒层与薄膜晶体管阵列构成的平板检测器。由于非晶硒是一种光电导材料，因此经X射线曝光后由于电导率的改变就形成图像电信号，通过薄膜晶体管检测阵列及ADC处理获得数字化图像在显示器上显示。直接数字化平板式影像探测器的具有非常高的量子转换效率和极为宽广的动态范围等优点。此外，由于是直接产生数字信号，没有中间转换可见光的过程，可以避免光线反射所产生的散射效应，对于所产生影像的分辨力、鉴别率或辨认被摄物体纤微细节的能力等的指标均较其它非直接数字成像为佳。一般也公认图像质量好于目前的屏胶系统。碘化汞是II-VII族化合物半导体，其特色包括禁带宽度大，体暗电阻大，组成元素原子序高(汞原子序为80，碘为53)，密度大，可在室温下操作，具有高量子效率且能量分辨率亦较佳，并且于导电状态在电场作用下电子迁移速度快，灵敏度高等优点。是适于制作室温放射线直接数字化成像与高速连续摄影影像探测器的极佳材料。
技术实现思路
本专利技术的所要解决的技术问题是，提供一种能直接数字化的放射线平板影像探测器。本专利技术的所要解决的另一技术问题是，提供一种放射线平板影像直接数字化成像系统。为解决上述技术问题是，本专利技术的放射线平板影像探测器由四层顺序构成，第一层是顶部电极，顶部电极为能让入射放射线透过的透明导电膜，用于施加工作电压；第二层为碘化汞晶体光导体层，包括保护碘化汞晶体光导体的半导体绝缘层及电介质层，电介质层作为光控调阻器用于调制光阀并改变激光波束的反射率；第三层为由大量的单个薄膜晶体管构成的薄膜晶体管阵列及其地址记录器、多路开关数据传输器、放大电路、行扫描控制线和列为数据线；第四层为玻璃基板；所述地址记录器和多路开关数据传输器用于逐点逐行地将每个薄膜晶体管内储存的电荷由放大电路放大后经模数转换成为数字量并输出。所述薄膜晶体管阵列中的每个薄膜晶体管单元为n沟道金属氧化物半导体场效晶体管器件，器件中的栅极介质由两层二氧化硅材料及夹在两层二氧化硅材料之间的一层氮化物构成。所述薄膜晶体管阵列中，每行的行扫描控制线与该行全部薄膜晶体管的控制端G相连；每列的列数据线与该列全部薄膜晶体管的数据端S相连；每个薄膜晶体管有一个电荷汇集电极，一端与薄膜晶体管的D端相连，另一端连接着一个电荷存储电容，其中的电荷在计算机控制下，通过数据线由地址记录器和多路复用信号传输器，按扫描的顺序读出。所述薄膜晶体管阵列的放大电路组件为高输入阻抗的电荷放大器，电荷放大电路的输入端与薄膜晶体管数据线相连，放大电路的输出端与多路复用信号传输器的开关输入端相连。所述碘化汞晶体光导体层的厚度在150至500微米之间。所述膜晶体管的基板是塑胶材料。所述薄膜晶体管阵列面积为43×43或20×20平方厘米；每个薄膜晶体管所对应的像素尺寸大小为127微米。为解决上述技术问题是，本专利技术的放射线平板影像直接数字化成像系统，由放射线平板影像探测器、通信接、有计算机和存储在有计算机内的影像处理软件组成。所述通信接口是IEEE 1394标准接口。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果(一)利用碘化汞晶体对于放射线的光电特性，并将其沉积于薄膜晶体管阵列构成的平板式放射线影像探测器。通过计算机对影像探测器控制与处理电荷信号的传递，形成了直接数字化的放射线影像；(二)除了单次曝光产生的单幅静止影像之外，可以透过连续高速摄影实现实时动态数字透视影像。附图说明图1是现有技术中的平板检测器；图2是本专利技术放射线平板影像直接数字化成像系统；图3是本专利技术的探测单元的剖面结构示意图；图4是图3所示探测单元的等效电路；图5是二维排列的MOSFET构成的光传感器阵列布置示意图；图6是本专利技术中多路开关数据传输器控制线切换第M行高电平的示意图。具体实施方式以下结合了附图对本专利技术作详细说明。如图1所示，本专利技术的放射线平板影像探测器，它由四层顺序构成一层为塑胶或玻璃基板32；一层为大量完全相同的单个薄膜晶体管构成的薄膜晶体管阵列22及其相关的地址记录器、多路开关数据传输器和放大电路；一层为碘化汞晶体光导体12；一层为金属氧化物偏置电极13。其基本原理是利用碘化汞晶体半导体作为光导体，碘化汞晶体光导体吸收X光光子能量后产生电子一空穴对，在碘化汞晶体光导体中通过金属偏置电极外加一个偏置电场，电子、空穴在外加偏置电场中运动，电子流向金属偏置电极，空穴汇集在每个薄膜晶体管的储存电容内，通过地址记录器和多路开关数据传输器逐点逐行地将每个薄膜晶体管内储存的电荷由放大电路放大后经模数转换成为数字量，输入计算机后形成数字图像。薄膜晶体管组成的薄膜晶体管阵列采用氢化的非晶硅(a-SiH)或镉的硒化物(CdSe)材料进行制备，由像素PIX(N，M)的二维排列的薄膜晶体管组成，每个薄膜晶体管对应为一个象素，其中对应于在第M行、第N列的薄膜晶体管构成的探测单元20用符号以PIX(N，M)表示。行为扫描控制线35，它与该行全部薄膜晶体管的控制端(G端)相连；列为数据线36(或称读出线)，它与该列全部薄膜晶体管的数据端(S端)相连；每个薄膜晶体管有一个电荷汇集电极，一端与薄膜晶体管的D端相连，另一端连接着一个电荷存储电容C(N，M)，其中的电荷存储电容37能够在计算机软件、地址记录器和多路开关数据传输器的控制下顺序地读出当第M行控制线处于高电平时，该行全部的薄膜晶体管处于开启状态的开态，如图6为多路开关数据传输器控制线切换第M行高电平的情形。此时其它行的控制线均处于低电平，这些行的全部薄膜晶体管均处于关闭状态，通过多路开关数据传输器，按照数据线N＝1，N的顺序，第M行全部薄膜晶体管的存储电荷经放大电路放大后，电荷信号被依次读出，通过ADC转换成为数字量存入计算机。在计算机软件、多路开关数据传输器和地址记录器的控制下，按照行扫描的顺序进行控制，逐点逐行读出每个象素的电荷量，获得一幅完整的二维数字图像。薄膜晶体管阵列的工作方式由地址记录器和多路开关数据传输器来控制。薄膜晶体管阵列的放大电路的核本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放射线平板影像探测器，其特征是，所述的平板影像探测器由四层顺序构成，第一层是顶部电极，顶部电极为低电阻并且能让放射线穿透的透明导电膜，用于施加工作电压；第二层为碘化汞晶体光导体层，包括保护碘化汞晶体光导体的半导体绝缘层及电介质层，电介质层作为光控调阻器用于调制光阀并改变激光波束的反射率；第三层为由大量的单个薄膜晶体管构成的薄膜晶体管阵列及其地址记录器、多路开关数据传输器、放大电路、行扫描控制线和列为数据线；第四层为塑胶基板；所述地址记录器和多路开关数据传输器用于逐点逐行地将每个薄膜晶体管内储存的电荷由放大电路放大后经模数转换成为数字量并输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤英，冯强，施广益，
申请(专利权)人：天津精英机电设备有限公司，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]