X射线探测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于X射线计算机断层扫描(CT)系统的探测X射线并将其转换为数字信号的装置。
【背景技术】
[0002]在X射线CT系统中，X射线被用于对一主体的局部或一对象的内部结构和特性进行成像。术语“主体”和“对象”包括任何可以被成像的物体。所述成像由X射线CT系统实现，利用X射线对内部结构和特性成像形成一组薄层平面切片或者对象的一个区域的3D图像。对于医学应用来说，成像对象包括人体。
[0003]X射线CT系统通常包括一提供锥形X射线束的X射线源，以及面对X射线源设置的紧密排列的一组X射线探测器阵列。X射线源和探测器阵列被安装在一环形支架上，使用CT系统成像的病人，通常躺在一合适的支撑垫上，被定位在环形支架内，位于X射线源和探测器阵列之间。所述环形支架和支撑垫可以相对运动，使得X射线源和探测器阵列能够以病人的身体为轴被定位在所需的位置。
[0004]环形支架包括一可称为定子的固定结构，以及一称为转子的转动结构，所述转子被安装在定子上并可绕轴向转动。在第三代CT系统中，X射线源和探测器阵列被安装在转子上。转子相对于轴的角度位置是可控的，从而使X射线源能够被定位到环绕病人身体的所需的角度，即视角。
[0005]为了对病人身体的局部进行一个层的成像，X射线源被设置在该层的轴向位置并绕该层转动以便用X射线从一组不同的视角照射该层。在每个视角，探测器阵列中的探测器产生与从X射线源穿越该层的X射线的强度相关的信号。该信号被处理以确定X射线从X射线源经过不同的路径长度穿越成像的层导致的衰减的数值。利用该X射线衰减的数值，确定该层的材料的X射线吸收系数与该层的位置的函数关系。吸收系数被用来生成该层的图像，确定该层的组织的组成和密度。
[0006]包括在CT系统的探测器阵列中的X射线探测器通常被封装为几个模块，此后称之为CT探测器模块，每一模块包括一组X射线探测元件。现代大部分的CT系统被设计成对病人的多个层同时成像的多层CT系统。在多层CT系统中的每个探测器模块中的X射线探测元件被设置成由行和列构成的矩阵。在一个CT系统中的任意两个CT探测器模块中的X射线探测器矩阵是实质相同的，包括相同行数和相同列数的探测元件。模块被相邻连续布置，各行的探测器相邻的端部互相对准，使得X射线探测元件形成一组长的平行设置的X射线探测元件多行排列。
[0007]多层X射线CT系统通常以其能够同时成像的最多层数命名或表征，例如，8层CT系统是指其能够同时成像最多8个层的系统；16层CT系统能够同时成像至多16个层。
[0008]探测阵列中每一长行的X射线探测元件设置在以CT系统的X射线源的焦点为圆心的一圆弧上，这些探测元件和探测器模块的设计依赖于圆的半径，此后将该半径称为聚焦距离。因此，设置在根据一个CT系统的聚焦距离设计的圆弧上的X射线探测器模块不能被应用于另一个不同聚焦距离的CT系统。
[0009]在一闪烁体阵列中的每一探测元件包括一使用X射线直接转换材料的限定的敏感区域，用于探测X射线光子，并产生第二能量光子或者电子。探测元件被非敏感区域包围，该非敏感区域此后称为沟槽，其对X射线光子不产生响应。
[0010]典型的X射线探测器阵列包括具有多个反散射板的一反散射准直器，用以对每一探测元件接收到的X射线束进行准直处理，与准直器相邻设置的用以将X射线转换成光能的闪烁体，以及用于从耦合的闪烁体接收光能并由此产生电子的光电二极管。
[0011 ] 然后，由探测器阵列产生的电子被输入到模数转换(ADC)集成电路(ICs)以生成数字信号，用于处理并重构被扫描对象的断层图像。
[0012]附图1所示为一种现有技术的多层X射线CT系统100的原理示意图。典型的多层CT系统包括一 X射线源110，其产生一锥形X射线束140。X射线束140穿过设置在病人前的准直器130，该准直器使X射线束仅照射目标区域，遮挡不需要的区域的X射线。病人通常躺在扫描系统的扫描视场(FOV) 150内，被X射线束140照射。X射线探测系统120接收X射线光子并转换成与X射线光子能量成比例的模拟信号。X射线CT系统100还包括一环形机架160，其包括一转动部分162和一固定部分164。X射线源110，准直器130和探测系统120被安装在环形机架160的转动部分162上。转动部分162绕旋转中心C 170旋转。
[0013]X射线源110的焦点S (有时也被指代为X射线源的位置)与旋转中心C (也称为iso-中心)之间的距离182，此后被表示为Rse;X射线源110的焦点S与探测器系统D之间的距离180，此后被表示为聚焦距离Rsd。不同的CT系统可以有不同的Rsc，Rsd，和/或扫描FOV0
[0014]从旋转中心指向X射线源的焦点的方向此后以Y轴表示，与成像平面或旋转平面垂直的方向此后以Z轴表示，在旋转平面内垂直于Y轴的方向此后以X轴表示。
[0015]附图2所示为现有技术中X射线CT系统中使用的探测器模块的示意图。附图3所示为图2中的探测器模块的俯视图。CT探测器系统包括相邻布置在一弧形支撑结构(未画出)上的很多个探测器模块200。每一探测器模块包括一闪烁体阵列210，一光电二极管模块220，一光电二极管基板230，以及多个模数转换(ADC)芯片240。探测器模块200被设置在如前面所定义的X-Y-Z坐标系统中:X射线束(未画出)来自Y轴的正方向，而探测器模块被布置在X-Z平面中以接收来自Y轴正方向的X射线束。
[0016]参见附图2和附图3，闪烁体阵列210被分成以具有行和列的矩阵形式组成的单个的闪烁体元件212。行方向沿Z轴方向，列方向沿X轴方向。两个相邻元件的中心间的距离被称为节距。沿X轴方向的节距被称为X节距，而沿Z轴的节距被称为Z节距。每个闪烁体元件201接收X射线光子并将其转换为第二能量光子。单个的闪烁体元件201被沟槽分隔，所述沟槽为不探测射线的区域。沟槽中通常用不像单个闪烁体元件那样衰减X射线的材料来填充。
[0017]再参见附图2和附图3，闪烁体阵列210被安装在光电二极管模块220的顶端，其中术语“顶端”被定义为一个对象相比另一个对象位于更处于Y轴正方向的位置。光电二极管模块也被分为光电二极管元件矩阵，与闪烁体阵列具有相同的X节距和Z节距。由每个单个的闪烁体元件生成的第二光子，典型的是可见光光子，被每个单个的光电二极管元件接收并转换成电子。
[0018]再参见附图2和附图3，由每个单个的光电二极管元件生成的电子经过光电二极管基板230上的导体，例如走线和过孔(未画出)，被传输给模数转换(ADC)芯片240并转换成数字信号。
[0019]模数转换芯片对X射线敏感，因此不能直接设置在图2和图3中闪烁体阵列的下方。由于闪烁器阵列的沟槽并不能吸收足够的X射线光子，而单个闪烁体元件衰减后也仍有X射线光子存在，因此模数转换芯片被设置在探测器模块200的端部。术语“下方”被定义为一个对象相比另一个对象在Y轴方向上处于负的位置。术语“端部”是指沿Z轴方向的任一端或两端。
[0020]将模数转换芯片设置在探测器模块的端部导致探测器模块不能被沿四个方向相邻平铺设置。附图2和附图3中的探测器模块200能够沿X轴方向相邻平铺，但是不能沿Z轴方向相邻平铺以形成一用于探测器系统的较大的2D矩阵以便接收Z轴方向的连续的X射线束。宽度上连续的X射线束会到达布置在每个探测器模块Z轴端部的模数转换芯片，影响模数转换芯片的性能，甚至损坏模数转换芯片。
[0021]图4所示为现有技术中用于X射线CT系统的探测器模块300。为了克服图2和图3中描述的探测器模块不能平铺的限制，图4所示的探测器模块300使用一柔性印刷电路板350将光电二极管模块(未画出)的输出通过光电二极管基板330电连接至模数转换板360，该模数转换板上焊接有模数转换芯片340。模数转换板360和模数转换芯片340通常被垂直或接近垂直于光电二极管基板330设置，以尽量减小模数转换芯片接收X射线光子的面积。如前所述，模数转换芯片对X射线敏感，过度暴露于X射线中会导致性能下降甚至损坏模数转换芯片。柔性印刷电路板350和模数转换板360可以用刚挠结合板组合，然而，目前为止，柔性印刷电路板或者刚挠结合板的设计和加工仍然是高成本的。
【发明内容】
[0022]本发明的发明目的是提供一种用于X射线计算机断层扫描系统的X射线探测装置，以避免X射线对模数转换芯片