[发明专利]X射线探测器的校准方法

说明书

技术领域

本发明领域为光子计数的矩阵X射线探测器。更准确地说，本发明涉及形成探测器的像素矩阵的校准方法。

背景技术

如图1所示，单片半导体X射线探测器包括，由半导体制成的平面衬底1。探测器材料可以来自在室温下为半导体的探测器族。尤其涉及CdTe、CdZnTe、GaAs、TlBr、HgI₂或CdMnTe。

该衬底1的一侧上包括第一正偏压电极矩阵2，并且在相反侧上包括负偏压电极矩阵3。每一个像素则由连接至其处理电子设备的基本阳极组成。限定为电极重复距离的典型像素尺寸，可以在几十微米至几百微米的范围内。

当能量落在从几keV至几百keV的能量带中的光子X穿过半导体像素时，其通过使半导体晶体中的原子电离来产生许多电子空穴对5。这些电荷由像素的电极捕捉，并且在它们的渡越期间在这些电极上产生电脉冲。这些脉冲由ASIC 4计数，其中“ASIC”表示专用集成电路。用于将衬底和ASIC互联的材料6取决于像素尺寸。有利地，将铟或具有低熔点（通常小于150℃）的任何金属用于较小尺寸，或者将导电聚合物粘合材料用于较大尺寸。

对于使用计数原理的辐射探测矩阵，由基本像素发出的脉冲被放大，然后与阈值相比较，以便判定脉冲是否被计数。该阈值的振幅限定了脉冲振幅，因此理论上限定了由入射光子传递至探测器的能量。在多能计数系统中，调整不同的阈值以使它们均与精确的能量对应。从而，对能量带和对应于这些带的图像进行限定。这些图像尤其用在对对比剂或各种组织进行成像的设备中或者在行李检查的情形下对炸药进行探测的设备中。

对于具有几千像素的矩阵，作为该阈值的位置函数的计数系统的响应灵敏度在不同的像素之间可能异常明显地变化，从而导致响应不均匀。一般使用不同的方法来调整这些阈值。

例如，为了补偿计数电子设备中的温度漂移，将校准电荷注入到所有像素中，并且通过扫描它们的阈值来执行调整。然后，对阈值进行调整，以便所有的像素最终仅保留振幅超过被注入信号的振幅的脉冲。该注入可以通过专用电子设备在像素等级上执行。其也可以经由连接至每一个像素的半导体探测器的电容器C来执行。例如，其可以是由铟凸点连接至计数ASIC的CdTe探测器。则半导体探测器由在上侧的偏压电极和在下侧且逐个像素地连接至读出ASIC的许多电极组成。在连接至计数ASIC的放大器的输入端的每一个小电极中，通过将快速电压变化δV施加至公共上电极，来产生振幅为C.δV/δt的电脉冲。图2中示出了一个实施例。位于像素10的输出端的一系列电子设备包括：

-电容器11，其使大量电荷能够被注入放大器信道，以便校准系统；

-第一放大级12，其通过执行电流-电压转换（在附图中的情形下）将来自探测器10的电荷包放大；

-电子装置13，其使信号能够短暂成形；

-电子装置14，其与模/数转换器一起限定由比较器使用的电压阈值；

-电子装置15，其将输入电压与阈值电压相比较，并且当该输入电压大于阈值时发送逻辑信号；以及

-电子装置16，其在给定的时间间隔内对逻辑脉冲进行计数，然后将结果传送至读出总线。

该设备如下进行操作。在像素10的输出端在放大级12的上游处施加持续几纳秒至几十纳秒的几伏电压，从而模拟由探测器中某些能量的光子交互作用所产生的信号。接着，确定由组成像素的读出电子设备的各种装置所发送的信号振幅，从而使振幅与像素上游“注入”的脉冲对应。可以知道，通过对探测器中的所有像素执行该操作，对于每一个像素，振幅与该给定脉冲对应。而该振幅被视为每一个像素的阈值。然后，获得每一个像素均被“阈值化”的探测器，每一个阈值均对应于相同的脉冲，因此对应于储存在探测器中的相同能量。

然而，由于难于建立探测器中所储存的能量与脉冲的宽度和强度之间的相互关系，因此该校准方法具有某些缺点。另外，该方法没有考虑到每一个像素之间的电荷传输和收集的差异。实际上，两个像素可以具有相同的电子容量，而具有完全不同的电荷传输性能。另外，电子电路，尤其读出电路受到热漂移的影响。与给定能量对应的阈值在一定时间之后可能与不同的能量对应。因此，在一段时间后必须重复该相对繁重的操作。