[发明专利]辐射监测设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于剂量确定的辐射监测设备的领域，并且更具体地涉及使用单光子计数像素检测器的设备及方法。

背景技术

像素化的半导体检测器被用于X射线成像中并且可以用于有源个人剂量确定中。辐射监测设备能够使用Medipix2芯片来构造。在“X.Llopart，M.Campbell，R.Dinapoli，D.San Segundo and E.Pernigotti，MediPix2，a 64k pixel read-out with 55μm square elementsworking in single photon counting mode，IEEE Trans.Nucl.Sci.49(2002)2279-2283”中描述了Medipix2芯片及其使用。在Medipix2中，当光子或带电粒子在检测器材料中相互作用时，它使向着收集电极漂移的电荷沉积(deposit)。然后，该电荷被放大并与形成能量窗的两个不同模拟阈值相比较。如果所检测的电荷落在该能量窗内，则数字计数器递增(increment)。Medipix2检测器包括以55μm的像素间距进行像素化的传感器层以及每个像素内的读出芯片。传感器的电极经由凸块(bump)接合而与读出芯片逐像素地(pixel-per-pixel)连接。每个像素电子器件中都存在一个计数器。例如，Medipix2检测器被用作X射线成像中的成像检测器像素阵列。在每个像素电子器件中对在测量阶段期间在像素敏感体积内已经引起了可调整阈值之上的能量沉积或者已经引起了上阈值与下阈值之间的能量沉积的事件数量进行计数。能够确定某个能量范围内的已经透射通过辐照对象的光子数量。X射线成像中的Medipix2检测器的缺点是只存在一个下阈值。因此，在一次采集中只有一个能量范围内的粒子能够被计数。如果要获得不同能量范围的粒子的透射图像，则必须对所有像素以不同的鉴别器阈值相继取得几个图像。这会引起测量时间增加并且引起对待成像对象曝光的剂量增加。这些对不同能量的粒子透射的测量能够被用来提高对象的组合透射图像中的对比度。它们还能够被用来找回关于对象的材料组成的信息。

用于剂量确定的检测器阵列及计数器电路的使用可从WO2005/008286中了解。每个检测器像素设置有单对的低能量阈值和高能量阈值。因此，为了测量高动态范围，则需要许多检测器像素。

Timepix芯片直接由Medipix发展而来。与Medipix2检测器一样，Timepix检测器是像素间距为55μm的混合的、计数的、像素化的半导体检测器。像素电子器件的输入信号在ASIC的像素电子器件中的模拟电路中进行处理并且然后与鉴别器中的可调整阈值进行比较。在Timepix的一种工作模式中，每个像素测量鉴别器的输入脉冲的强度高于鉴别器的阈值的时间长度。该时间区间通过计数器中的时钟脉冲的计数来测量。这种方法被称作过阈值时间(Time-Over-Threshold，TOT)法。每个像素只包含一个计数器。在计数器中测量的时间在测量阶段结束时被传输到Timepix的读出单元中。然后，该时间被传输到ASIC的外围。Timepix被设计为用于在不使用辐射敏感的传感器层的情况下的粒子物理实验中的气体追踪室中。Timepix在其过阈值时间模式用于X射线成像中的情况下具有一些缺点。在每个像素中只有一个阈值可用。在一个X射线成像期间，在每个像素的计数器中对传感器中的所有反应粒子的总的过阈值时间进行计数。在读出之后，没有关于粒子的个体能量的信息可用。因为在常见的X射线成像期间光子的通量是很高的，所以要具有如此高频率下的帧速率以便能够确定每个粒子的过阈值时间是不可能的。

文献WO2006/099003公开了一种辐射检测系统，其中一个或多个像素化的(pixilitated)检测器1分别与单信道鉴别器10关联。辐射事件由单信道鉴别器10变换成与所述辐射事件的能量相关的计数值24。与像素1及单信道鉴别器10分离的数字信号处理器DSP 5与所述鉴别器一起使用。DSP能够被编程为对从不同像素中接收到的计数值进行排序。但是，根据像素化检测器的像素数量、阈值数量(即辐射检测器的能量分辨率及范围)、以及入射辐射事件的速率，DSP 5可能不能处理输入数据。