專利名稱：多排線陣列x射線探測器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種X射線數(shù)字化攝影用的多排線陣列X射線探測器，具體地說， 是涉及一種具有較高的空間分辨率、較高的信噪比和較大的穿透能力，對入射X射線的強 度要求較低，并且沒有信號盲區(qū)的多排線陣列X射線探測器。
背景技術(shù)：
常用的線陣列X射線攝影系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)參照圖1所示在機械支撐及防護系統(tǒng) (11)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的上方安裝X射線源(1)，包含高壓發(fā)生器和X射線發(fā)生器；下方安裝線陣列 X射線探測器(9)用來接收X射線；中間的皮帶傳動裝置(10)帶動被掃描物體(3)沿著垂 直于X射線扇束(2)所在平面的方向做水平直線運動，進行直線掃描。圖2是常用的線陣列X射線攝影系統(tǒng)的工作原理示意圖X射線源(1)產(chǎn)生X射線 扇束0)，X射線穿透被掃描物體(3)后覆蓋探測器(9)上的直線形狹縫區(qū)域，照射到探測 器內(nèi)的線陣列X射線傳感器(4)上的閃爍體上，X射線信號被轉(zhuǎn)換成可見光信號，再被閃爍 體上耦合的光電轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換成電信號。電信號經(jīng)前置放大電路( 放大，再被模擬/數(shù) 字轉(zhuǎn)換電路(6)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；數(shù)字信號經(jīng)接口電路(7)輸入計算機，由配套計算機軟件 (8)處理。軟件把設定行數(shù)L (L為自然數(shù))的M組信號數(shù)據(jù)拼合成二維矩陣；傳感器上某個 像元接收到的X射線信號強度越高，對應點的灰度值就越高，從而形成二維灰度圖像，圖像 的總像元數(shù)量=M*L。在傳感器吸收同等強度的X射線時，單位面積和有效寬度內(nèi)的像元數(shù)量越多、即 像元密度越大，相應的空間分辨率就越高。不過，現(xiàn)有的單排線陣列探測器中的像元尺寸受到當前制造工藝等因素限制，像 元尺寸越小則制造難度越大；而且像元面積越小，探測器對X射線的響應就越低，在探測被 掃描物體較高密度或較厚的區(qū)域時，需要較強的X射線才能產(chǎn)生足夠強的信號；但是，過強 的X射線穿透同一被掃描物體較低密度或較薄的區(qū)域時，又容易使響應信號飽和，系統(tǒng)信 噪比偏低。另外，單排X射線傳感器內(nèi)相鄰像元有效區(qū)之間的分隔區(qū)形成信號盲區(qū)(G)，容易 漏過被掃描物體內(nèi)平行于掃描運動方向Y的微小結(jié)構(gòu)信息。參照圖3所示，一種單排傳感器 在Y方向上像元高度(H)是0. 4mm，在像元排列方向Z上的像元間距(P)是0. 4mm，像元的有 效寬度(W)是0.3mm，像元間隔是0. 1mm，則單排傳感器的信號盲區(qū)(G)的寬度是0. 1mm。可見，現(xiàn)有的單排線陣列X射線探測器存在上述缺陷，需要改進。本實用新型有效 地彌補了上述缺陷。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對上述現(xiàn)有單排線陣列X射線探測器的缺陷，提出了相應的改進方 案，提供了一種能兼顧信號強度和像元密度、又能消除信號盲區(qū)的新型探測器。[0010]本實用新型為解決上述技術(shù)問題而采取的技術(shù)方案為一種多排線陣列X射線探 測器，由多排X射線傳感器、前置放大電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、接口電路和配套計算機軟 件等主要部分組成。所述多排X射線傳感器由N個單排線陣列X射線傳感器并排錯位拼接組成，每排 傳感器包含M個像元。其中N、M是大于1的自然數(shù)。輸出的圖像中每行線的像元數(shù)量= N*M。各個像元分別連接到前置放大器上，輸出的模擬信號按照串行方式輸入到模擬/數(shù)字 轉(zhuǎn)換電路并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過接口電路輸入到計算機，由軟件產(chǎn)生二維灰度圖像。當 圖像設定為L行時，圖像的總像元數(shù)量是N*M*L。本實用新型所述多排線陣列X射線傳感器，其中的N是2到20之間的自然數(shù)，M是 16到16384之間的自然數(shù)。所述接口電路包含控制接口、數(shù)據(jù)接口及電源接口。所述接口電路和軟件對多排傳感器像元對應的信號進行選通、排序和時間匹配。所述多排X射線傳感器是由閃爍體層和光電轉(zhuǎn)換器件耦合而成的傳感器，其中的 閃爍體層把X射線信號轉(zhuǎn)換成可見光信號。本實用新型一方面采用像元面積較大的X射線傳感器，可以接收到足夠多的入射 X射線光子，使系統(tǒng)具有較高的信噪比和較大的穿透能力，降低對入射X射線的強度要求； 另一方面采用并排錯位的拼接方式，能夠成倍提高系統(tǒng)的空間分辨率，并且消除單排線陣 列系統(tǒng)固有的信號盲區(qū)。

圖1為常用的單排線陣列X射線攝影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為常用的單排線陣列X射線探測器的工作原理示意圖。圖3為單排線陣列傳感器平面示意圖。圖4為本實用新型所述多排線陣列X射線探測器的工作原理示意圖。圖5為四排線陣列傳感器排列布局平面示意圖，即N等于四的示例。
具體實施方式
參照圖4所示，本實用新型由以下五個主要部分組成多排X射線傳感器(4)、前 置放大電路(5)、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(6)、接口電路(7)和配套計算機軟件(8)。所述多排X射線傳感器由N個單排線陣列X射線傳感器并排錯位拼接組成，每排 傳感器包含M個像元。其中N、M是大于1的自然數(shù)。輸出的圖像中每行線的像元數(shù)量= N*M。各個像元分別連接到前置放大器上，輸出的模擬信號按照串行方式輸入到模擬/數(shù)字 轉(zhuǎn)換電路并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過接口電路輸入到計算機，由軟件產(chǎn)生二維灰度圖像。當 圖像設定為L行時，圖像的總像元數(shù)量是N*M*L。本實用新型所述多排線陣列X射線傳感器，其中的N是2到20之間的自然數(shù)，M是 16到16384之間的自然數(shù)。所述接口電路包含控制接口、數(shù)據(jù)接口及電源接口。所述接口電路和軟件對多排傳感器像元對應的信號進行選通、排序和時間匹配。所述多排X射線傳感器是由閃爍體層和光電轉(zhuǎn)換器件耦合而成的傳感器，其中的
4閃爍體層把X射線信號轉(zhuǎn)換成可見光信號。參照圖4所示，以N = 4，即四排線陣列為例，把四個單排線陣列平行放置在垂直于 X射線照射中心線的同一個平面上。并且使X射線照射方向X、掃描運動方向Y和每排像元 排列方向Z之間相互垂直。以第一排陣列首個像元的位置為基準點，第二排陣列首個像元的擺放位置沿著Z 方向錯位，距離相當于1/4像元間距P，即1/4x0. 4mm = 0. Imm ；第三排陣列錯位2個1/4像 元間距，即2/4x0. 4mm = 0. 2mm ；第四排陣列錯位3個1/4像元間距，即3/4x0. 4mm = 0. 3mm。另外，在Y方向上物體的運動速度與探測器設定的掃描速度需要互相匹配，即在 每個掃描時間單元τ期間，物體運動的距離等于一個像元間距，即0. 4mm。但是由于各排陣 列的像元并不處于同一條直線上，而各排輸出的數(shù)據(jù)又要反映物體上同一位置的信息，因 此需要對各排輸出信號進行選通和重新排序。在掃描運動方向Y上，使任意相鄰兩排陣列的排間距都相同。為方便做時間上的 匹配，可以設計排間距等于像元間距(P)的整數(shù)倍。參照圖5所示，一種0.4mm像元間距的 探測器，像元有效區(qū)高度(H)為0.4mm，加上基座邊緣，陣列實際高度是0.5mm。為避免兩 排陣列在在X射線下重疊，選擇排間距=2P = 0. 8mm。在第一個掃描時間單元T1內(nèi)，第一個陣列A接收到物體前緣的X射線并產(chǎn)生信號， 依次為T1A1，T1A^T1Am, M是每排陣列的像元數(shù)量；在第二個時間單元T2內(nèi)，物體前緣移動到第一陣列與第二陣列之間的空隙處；在第三個時間T3單元內(nèi)，物體前緣移動到第二個陣列B的對應位置，第二陣列接 收物體前緣的信號T3B1，T3B2-T3Bmo在Z方向上，1 相對第一陣列的T1Am錯位1/4個像 兀，艮口 0. Imm0以此類推，到第七個時間單元T7時，四排陣列依次接收到了物體前緣的信號。通 過接口電路和軟件把這四個信號進行選通、重新排列，作為同一行像元處理，對應圖像上的 同一條線，數(shù)據(jù)依次為 T1A1, T3B1, T5C1，T7D1 ；T1A2, T3B2，T5C2，T7D2……T1Am, T3Bm, T5Cm, T7Dm ；即 實現(xiàn)了像元點的硬插值。物體前緣對應的像元密度是單排傳感器的4倍，系統(tǒng)空間分辨率 接近單排的4倍，即0. 1mm。按照同樣方法，把X射線穿透物體的信號逐線處理，得到圖像的總像元數(shù)量是
N氺M氺L。由于采用錯位排列方式，任何一排線陣列像元的信號盲區(qū)(G)都被其余三排的有 效區(qū)域所覆蓋，即多排線陣列傳感器無信號盲區(qū)。另外，0. 4mm像元探測器單個像元的有效面積是0. Imm像元探測器的6倍以上，相 應地，信號強度、信噪比和穿透能力都比較高。本實用新型是基于現(xiàn)有通用的探測器所做的改進，自然受到當前階段器件性能的 限制；但是這也同時從側(cè)面反映了本實用新型的實用性，也就是說，只要出現(xiàn)某種單排線陣 列探測器，就可以按照本實用新型所描述的方法升級為多排線陣列探測器。另外，隨著通用 器件性能的不斷提升，本實用新型仍然可以應用，并且總是突破目前探測器的性能極限，因 此又具有時間上的通用性。本實用新型所描述的四排線陣列以及0. 4mm像元等具體數(shù)據(jù)僅作為實施范例，以 方便技術(shù)人員理解其實施方法及核心原理；具體排數(shù)、像元大小等參數(shù)按照系統(tǒng)設計來確定，在實際應用中并不限于四排和0. 4mm。本說明書的內(nèi)容不應該理解為是對本實用新型在 應用范圍和具體實施辦法等方面的任何限制。所有未脫離本實用新型方案內(nèi)容，根據(jù)本實 用新型的核心原理及方法所作的任何修改、變更或等效變化，都屬于本實用新型的范圍。
權(quán)利要求1.一種多排線陣列X射線探測器，其特征為探測器由N個單排線陣列X射線傳感器 并排錯位拼接組成的多排X射線傳感器、前置放大電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、包含控制接 口、數(shù)據(jù)接口及電源接口的接口電路和軟件組成。
2.如權(quán)利要求1描述的多排線陣列X射線探測器，其特征為所述多排X射線傳感器由 N個單排線陣列X射線傳感器并排錯位拼接組成，每排線陣列包含M個像素單元，其中N、M 是大于1的自然數(shù)，輸出的圖像中每行線的像元數(shù)量=N*M。
3.如權(quán)利要求2描述的多排線陣列X射線探測器，其特征為其中的N是2到20之間 的自然數(shù)，M是16到16384之間的自然數(shù)。
4.如權(quán)利要求1描述的多排線陣列X射線探測器，其特征為接口電路包含控制接口、數(shù) 據(jù)接口及電源接口。
5.如權(quán)利要求1描述的多排線陣列X射線探測器，其特征為所述傳感器是由閃爍體層 和光電轉(zhuǎn)換器件耦合而成的傳感器，其中的閃爍體層把X射線信號轉(zhuǎn)換成可見光信號。
專利摘要本實用新型涉及一種X射線數(shù)字化攝影用的多排線陣列X射線探測器，由多排X射線傳感器、前置放大電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、接口電路和軟件等主要部分組成。所述接口電路包含控制接口、數(shù)據(jù)接口及電源接口。所述多排X射線傳感器由N個單排線陣列X射線傳感器并排錯位拼接組成，每排線陣列包含M個像素單元。其中N、M是大于1的自然數(shù)。輸出的圖像中每行線的像元數(shù)量＝N*M。較大有效面積的像元可以接收到足夠多的入射X射線光子，使系統(tǒng)具有較高的信噪比和較大的穿透厚度，降低對入射X射線的強度要求；并排錯位的拼接方式能夠成倍提高系統(tǒng)的空間分辨率，并且消除單排線陣列系統(tǒng)固有的信號盲區(qū)。
文檔編號G01T1/20GK201892745SQ201020263729
公開日2011年7月6日 申請日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者高占軍 申請人:高占軍