专利名称：X射线检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测X辐射的X射线检测器，其配备有闪烁器元件和光敏器件。尤其，对于计算机层析X射线摄影(CT)系统，要求这种类型的X射线检测器。
背景技术：
在计算机层析X射线摄影法中，如同在其他的图像生成X射线技术中，根据组织和骨头的密度和化学成分，衰减对接受检查的病人施加其作用的X辐射。将被检测的X辐射的光子初始地由于闪烁器材料而在X射线检测器中被吸收，这反过来重新发射可见光或紫外光范围中的光子。如此生成的光落在光敏器件上，该光敏器件通常包含许多单独的检测器元件，这些检测器元件也被指定通道。因此，X射线检测器可以由几千到几百万像素组成，其中各个像素的大小可以在0.03到30mm2的范围内，尤其在1到2mm2的范围内。CMOS芯片上的光电二极管因而通常用于光检测。
X射线检测器的分辨能力自然随着像素的数量一起增加。然而，分辨率主要受串扰消极影响，其中散射辐射获得与所提供的检测器元件相邻的检测器元件的接触(access)。为了减少此串扰，X辐射能穿过聚焦在辐射源的焦点上的反散射格栅(grid)。另外，吸收倾斜入射散射辐射并从而阻止其到达相邻的检测器元件的吸收器板可以位于各个闪烁器晶体之间。
除了将入射光转换为电信号的光电二极管之外，还需要在其他的电子元件的独立检测器元件上存在特别地用于处理信号的晶体管。因而出现问题，即，如果光电二极管只形成检测器元件的表面的一部分，则只部分地利用像素的入射光表面。因而，降低DQE(DetectionQuantum Efficiency检测量子效率)。另一方面，如果光电二极管相对检测器元件的总表面被增加，可用于处理信号的其他电子元件的表面相应地被减少。因此，需要折衷，并且这些在任何一个方面都不可能是最优的。
发明内容
因此，本发明的目的在于，从现有技术开始，创建一种X射线检测器，其中每一个像素的入射光表面实际上被全部利用，并且其中依然足够的可用区域可用于每个检测器元件表面上的其他电子元件。另外，将进一步减少串扰的问题。
根据本发明利用具有光敏器件和闪烁器元件的X射线检测器实现此目的，其中在光敏器件和闪烁器元件之间布置有微透镜，这些微透镜将离开闪烁器元件的光线聚焦在光敏器件的特定区域或部分上。本发明进一步涉及具有根据本发明的X射线检测器的计算机层析X射线摄影法。
利用位于闪烁材料和光敏器件(该光敏器件将入射光转换为电信号)之间的微透镜，X辐射由于借助于闪烁器元件的转换结果而引起的光的聚焦显著减少上述串扰，因为微透镜能横向折射与检测器元件的敏感区域相邻的入射辐射，并因此能够阻止此辐射进入相邻检测器元件。此外，像素的边界区域中的光实际上也能够以此方式得到充分利用而没有此光将进入相邻检测器元件的风险，因此能够显著改善总体量子效率。
本发明在光敏器件包含单独的检测器元件时能够特别有利地被应用，这对于X射线检测器是典型的。这种类型的检测器元件的矩阵可以包含高达几百万的单独元件。通过在检测器元件和相关的闪烁器元件之间布置微透镜，光能够相应地被聚焦在检测器元件的特定区域上。光电二极管有利地用于检测光，其中每个检测器元件有用地包括至少一个光电二极管。然而，借助于雪崩二极管或光电倍增管，也能完美地进行检测。
特别地，本发明特别地可使检测器元件表面的大部分区域用于其他的电子元件，诸如预处理电子设备。相应地，光电二极管本身只构成表面的一部分。然而，未垂直定位于光电二极管之上的入射光表面的部分不一定被省去，因为此区域中的光被微透镜聚焦在光电二极管上。结果，尽管相对大的有用区域用于其他电子元件，但实际上DQE未被减小，这意味着在这方面不需要折衷。
检测器元件上光电二极管的定位基本上取决于微透镜的设计。然而，微透镜在设计上实用地是对称的，于是落在检测器元件上的光能被聚焦在检测器元件的中央。因此，光电二极管也应布置在检测器元件的中央。
以检测器元件区域内的入射光精确地聚焦在检测器元件的光电二极管的表面上的方式，微透镜相对于其焦距便利地进行选择并且相对于其与检测器元件之间的距离进行定位。在这种情况下，虽然光电二极管只形成检测器元件表面的一部分，但实际上100％的入射光表面都被使用。
典型地，为了将落在检测器元件上的光只聚焦在属于检测器元件的光电二极管上，给每个检测器元件分配一个微透镜。因此，落在相邻检测器元件的光电二极管上的入射光实际上被排除。另外，微透镜还可具有这样的设计，使得横向入射光被折射到光电二极管外部的检测器元件的区域上。
至于根据本发明的X射线检测器的效率，具有微透镜的方形基区(square base area)的方形透镜结构证实是特别有利的。通过与方形透镜结构组合提供方形像素，也能够以特别简单的方式最完全可能利用入射光表面。
至于微透镜的表面几何，各种选择是想得到的。特别地，微透镜面向闪烁器元件一侧的表面也可以与闪烁器元件的这个表面相匹配，并且微透镜可以直接邻接闪烁器元件。微透镜相对于闪烁器元件以及反散射格栅(如果可应用的话)的正确定位也以这种方式来实现。因此有可能将相应的微透镜表面设计成平面的，并相对闪烁器元件平坦耦合它，而且在相关的闪烁器元件具有相应凹形时将微透镜表面设计为凸形的。例如，在利用单独闪烁器颗粒制成的闪烁器元件的晶体压缩结构中，可以制成这种类型的凹形。特别地，如果微透镜的表面与闪烁器元件的相应表面相匹配，由于拱形的微透镜形状而可以相对于检测器元件的矩阵进行闪烁器元件或反散射格栅结构的自对准。
除了光电二极管优选定位于检测器元件的中间之外，还有可能在检测器元件上容纳附加的散射二极管，用于特别检测散射辐射。特别地，由相邻像素的串扰引起此散射辐射，并且利用微透镜合适的几何结构，将此散射辐射折射到实际的光电二极管外部的检测器元件的区域。提供这些附加的散射二极管使之有可能进行有关垂直入射的直接辐射及横向入射的辐射的进一步几何陈述。另外，串扰能够以这种方式来监测。
当然，有可能利用诸如在闪烁器结构中并入的滤光器、聚焦在辐射源的焦点上的散射辐射格栅或X射线吸收屏蔽(隔板)的现有技术中公知的附加特性提供根据本发明的X射线检测器。用于提供检测器元件的CMOS芯片的使用已证明是特别有利的。
不必说，即使根据本发明的X射线检测器预定主要用于计算机层析X射线摄影法中，但其在诸如非破坏性材料测试的其他领域中的使用也是可能的。
本发明将结合附图中所示的实施例的示例来进一步描述，然而本发明并不限于此。
图1表示根据本发明的X射线检测器的侧视图。
图2表示根据本发明的X射线检测器的检测器元件的俯视图。
具体实施例方式
图1示意性显示了属于根据本发明的X射线检测器的像素的结构，这包括检测器元件1，其整体利用标号1来提供，并且中央定位于光电二极管4的表面上。微透镜3定位在检测器元件1之上，其聚焦离开闪烁器元件2的光7。为了其部分，闪烁器元件2将落在闪烁器元件2上的X射线光6转换为可见光或紫外光7。通过微透镜3聚焦的光8落在光电二极管4上，其又将入射的光转换为电信号。光电二极管4因而只覆盖检测器元件1的一小部分，而用于进一步处理电信号的各个电子元件5位于光电二极管4之外部。然而，由于微透镜3聚焦光7，实际上利用从闪烁器元件2始发的全部入射光表面，因为垂直落在微透镜3上的光7实际上被全部聚焦在光电二极管4上。同时，微透镜3能将横向入射的光折射到光电二极管4外部的检测器元件1的区域上。因此，本发明组合用于其他的电子元件5的大的有用区域以及入射光的广泛利用和相关的高量子效率(DQE)。
图2以平面视图将检测器元件1表示为根据本发明的X射线检测器的一部分。检测器元件1在此设计为方形，其中光电二极管4位于检测器元件1的中央，在光电二极管4的外部，电子元件5再次定位在检测器元件1上。微透镜3将入射光聚焦在光电二极管4上。
权利要求
1.一种X射线检测器，具有光敏器件和闪烁器元件(2)，其特征在于，微透镜(3)布置在光敏器件和闪烁器元件(2)之间，用于将从闪烁器元件(2)发出的光聚焦在光敏器件的部分上。
2.如权利要求1的X射线检测器，其特征在于，光敏器件包括单独的检测器元件(1)的矩阵。
3.如权利要求1的X射线检测器，其特征在于，检测器元件(1)至少包含一个光电二极管(4)。
4.如权利要求3的X射线检测器，其特征在于，光电二极管(4)只形成检测器元件(1)的表面的一部分。
5.如权利要求3或4的X射线检测器，其特征在于，光电二极管(4)布置在检测器元件(1)的中央。
6.如权利要求4或5的X射线检测器，其特征在于，其他的电子元件(5)位于光电二极管(4)的区域外部的检测器元件(1)中。
7.如权利要求3-6之中任何一项权利要求的X射线检测器，其特征在于，微透镜(3)具有焦距并离开检测器元件(1)一个距离，以使检测器元件(1)的区域中的入射光(7)被聚焦在检测器元件(1)的光电二极管(4)的表面上。
8.如权利要求2-7之中任何一项权利要求的X射线检测器，其特征在于，给每一个检测器元件(1)分配一个微透镜(3)。
9.如权利要求1-8之中任何一项权利要求的X射线检测器，其特征在于，微透镜(3)具有方形基区。
10.如权利要求1-9之中任何一项权利要求的X射线检测器，其特征在于，微透镜(3)直接邻接闪烁器元件(2)。
11.如权利要求10的X射线检测器，其特征在于，微透镜(3)面向闪烁器元件(2)侧的表面与闪烁器元件(2)的表面相匹配。
12.如权利要求11的X射线检测器，其特征在于，微透镜(3)面向闪烁器元件(2)侧的表面是平面的，并且相对闪烁器元件(2)平卧。
13.如权利要求11的X射线检测器，其特征在于，微透镜(3)面向闪烁器元件(2)侧的表面是凸形的，并且与闪烁器元件(2)的相应凹面形状相匹配。
14.如权利要求5-13之中任何一项权利要求的X射线检测器，其特征在于，除了中央布置的光电二极管(4)之外，检测器元件(1)还包括附加的散射二极管。
15.如权利要求1-14之中任何一项权利要求的X射线检测器，其特征在于，X射线检测器包括滤光器。
16.如权利要求2-15之中任何一项权利要求的X射线检测器，其特征在于，检测器元件(1)是CMOS芯片的组件。
17.一种计算机层析X射线摄影方法，利用如权利要求1-16之中任何一项权利要求的X射线检测器。
全文摘要
本发明涉及用于检测X辐射的X射线检测器，特别地用于计算机层析X射线摄影(CT)系统中。根据本发明的X射线检测器由光敏器件组成，包括独立的检测器元件(1)，在这些检测器元件上布置闪烁器元件(2)。这些将入射X射线光(6)转换成利用位于检测器元件上的光电二极管(4)检测的可见光或UV光(7)。根据本发明，在闪烁器元件(2)和检测器元件(1)之间布置微透镜(3)，其将离开闪烁器元件(2)的光(7)聚焦在光电二极管(4)上。以这样的方式，有可能将检测器元件的大区域用于光电二极管(4)外部的其他电子元件(5)，并且同时保证高DQE(检测量子效率)，即，实际上充分利用离开闪烁器元件(2)的光(7)。同时，有效地阻止来自相邻检测器元件的散射辐射的串扰。
文档编号G01T1/20GK1742212SQ200480002950
公开日2006年3月1日 申请日期2004年1月22日 优先权日2003年1月28日
发明者G·福格特迈尔, F·莫拉莱斯塞尔拉诺, R·斯特德曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司