一种平板探测器及医学影像探测设备的制作方法

1.本发明涉及数字医疗影像技术领域，特别涉及一种平板探测器及医学影像探测设备。


背景技术：

2.当前在数字医学影像领域广泛使用半导体平板探测器作为光探测传感部件，当前平板探测器主要分为两类：一类间接式探测器，普遍采用非晶硅tft背板技术结合非晶硅pin二极管技术(或者单晶硅cmos结合c-si ppd二极管技术)；第二类是直接式探测器，目前市场上的x射线敏感材料的直接式探测器的吸收层厚度都是固定的，因此对于以较高能量的射线成像应用(如胸部摄影、骨科摄影、牙科摄影等都使用≥70kvp射线)可以兼容低能量的探测，但是低能量应用(如乳腺、软组织摄影使用≤40kvp射线)等探测器是不兼容高能射线探测的，且由于探测器检测信号的过程不区分光子能量，无法做到射线源一次曝光的双能剪影探测，因此，现在亟需一种兼容性好、便于双能剪影探测的探测器。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种平板探测器及医学影像探测设备，该平板探测器中，具有可以吸收不同能量的射线的第一吸收层和第二吸收层，既可以实现高能射线的探测，也可以实现低能射线的探测，兼容性好，且可以在同一次双能射线曝光中实现双能剪影探测，使用方便。
4.为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
5.一种平板探测器，包括衬底基板，所述衬底基板划分有多个探测单元，每个所述探测单元包括：
6.设于所述衬底基板上且层叠设置的第一吸收层和第二吸收层，所述第二吸收层位于所述第一吸收层背离所述衬底基板的一侧，所述第二吸收层所吸收的射线能量等级小于所述第一吸收层所吸收的射线能量等级；
7.用于给所述第一吸收层和所述第二吸收层提供工作电压的供压电极结构；
8.与所述供压电极结构电连接且用于输出所述第一吸收层的第一探测信号和输出所述第二吸收层的第二探测信号的输出电路。
9.上述平板探测器中，需要说明的是，以下高能射线是指能量等级比较高的射线，具体可以是能量较高的x射线，低能射线是指能量等级比较低的射线，具体可以是能量较低的x射线，高能射线的能量等级大于低能射线的能量等级。平板探测器包括衬底基板，衬底基板上划分有多个探测单元，每个探测单元设置有设置在衬底基板上且层叠设置的第一吸收层和第二吸收层，第二吸收层所能吸收的射线的能量等级小于第一吸收层所能吸收的射线的能量等级，也就是第二吸收层所吸收的射线的波长要大于第一吸收层所吸收的射线的波长，第二吸收层位于第一吸收层背离衬底基板的一侧；供压电极结构可以给第一吸收层提供层间工作电压，使第一吸收层吸收射线能量后产生的电子定向移动，以便于形成第一探
测信号，供压电极结构可以给第二吸收层提供层间工作电压，使第二吸收层提供层间工作电压，使第二吸收层吸收射线能量后产生的电子定向移动，以便于形成第二探测信号，输出电路与供压电极结构电连接，可以输出第一吸收层的第一探测信号，输出第二吸收层的第二探测信号；对于上述平板探测器，具有两层吸收层，可以吸收两种不同能量的射线，也就是可以对两种不同能量的射线进行探测，其中，当进行低能探测，也就是用能量比较低的射线(比如，乳腺或者软组织检查常用的25kvp的x射线)进行曝光以进行探测时，给第二吸收层的施加相应的工作电压，可以输出第二探测信号，则根据输出的第二探测信号进行处理后用于形成探测影像；当进行高能探测，也就是用能量较高的射线(比如，拍胸片常用的80kvp的x射线)时，给第一吸收层施加相应的工作电压，可以输出第一探测信号，则根据输出的第一探测信号进行处理后用于形成探测影像；当进行双能剪影探测时，可以用双能射线源进行曝光，在曝光开启的过程中，可以通过控制第一吸收层和第二吸收层各自的工作电压以分别输出第一探测信号和第二探测信号，将第一探测信号和第二探测信号进行算法处理后形成剪影图像信号，可以用于形成剪影图像；所以，本实施例中的平板探测器兼容性高，且可以在一次双能射线曝光过程中实现双能剪影探测，使用方便。
10.因此，上述平板探测器中，具有可以吸收不同能量的射线的第一吸收层和第二吸收层，既可以实现高能射线的探测，也可以实现低能射线的探测，兼容性好，且可以在同一次双能射线曝光中实现双能剪影探测，使用方便。
11.可选地，所述输出电路包括设于所述衬底基板上的tft；
12.所述tft背离所述衬底基板的一侧依次设有层间绝缘层和平坦层；
13.所述供压电极结构包括位于所述平坦层之上背离所述层间绝缘层的一侧且依次层叠设置的底电极、第一供压顶电极和第二供压顶电极；其中，所述第一吸收层位于所述底电极与所述第一供压顶电极之间，所述第二吸收层位于所述第一供压顶电极和所述第二供压顶电极之间；所述底电极与所述tft的源电极电连接。
14.可选地，所述输出电路包括设于所述衬底基板上、且同层设置的第一tft和第二tft；
15.所述第一tft和所述第二tft背离所述衬底基板的一侧依次设有层间绝缘层和第一平坦层；
16.所述供压电极结构包括位于所述第一平坦层背离所述层间绝缘层的一侧且依次层叠设置的第一底电极、第一顶电极、第二底电极和第二顶电极；所述第一顶电极与所述第二底电极之间设有第二平坦层，所述第一吸收层位于所述第一底电极与所述第一顶电极之间，所述第二吸收层位于所述第二底电极与所述第二顶电极之间；所述第一底电极与所述第一tft的源电极电连接，所述第二底电极与所述第二tft的源电极电连接。
17.可选地，所述供压电极结构还包括：与所述第一底电极同层设置的第一连接电极以及与所述第一顶电极同层设置的第二连接电极，所述第一连接电极与所述第二连接电极之间设置有与所述第一吸收层同层设置的第三平坦层；其中，所述第一连接电极通过第一过孔与所述第二tft的源电极电连接，所述第二连接电极通过第二过孔与所述第一连接电极电连接，所述第二底电极通过第三过孔与所述第二连接电极电连接。
18.可选地，所述第一吸收层的材料与所述第二吸收层的材料不同。
19.可选地，所述第一吸收层的材料和所述第二吸收层的材料相同，且所述第一吸收
层的层厚度大于所述第二吸收层的层厚度。
20.可选地，所述第一吸收层的材料包括非晶硒、碘化汞、碲锌镉、碘化铅或钙钛矿；
21.所述第二吸收层的材料包括非晶硒、碘化汞、碲锌镉、碘化铅或钙钛矿。
22.可选地，所述供压电极结构的材料包括金属或者ito。
23.可选地，当所述供压电极结构的材料为金属时，所述供压电极结构包括mo、ti、al或nd的单一金属层，或者，所述供压电极结构包括mo/alnd/mo、ti/al/ti或mtd/cu/mtd的叠层金属层。
24.本发明还提供了一种医学影像探测设备，包括如上述技术方案提供的任意一种平板探测器以及与所述平板探测器信号连接的显示装置。
附图说明
25.图1为本发明实施例提供的一种平板探测器的局部截面示意图；
26.图2为图1中的平板探测器的一个探测单元内的电路等效示意图；
27.图3为本发明实施例提供的一种平板探测器的局部截面示意图；
28.图4为图3中的平板探测器的一个探测单元内的电路等效示意图；
29.图标：1-衬底基板；2-第一吸收层；3-第二吸收层；4-tft；5-平坦层；6-底电极；7-第一供压顶电极；8-第二供压顶电极；9-第一tft；10-第二tft；11-第一平坦层；12-第一底电极；13-第二顶电极；14-第二平坦层；15-第二底电极；16-第二顶电极；17-第一连接电极；18-第二连接电极；19-第三平坦层。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种平板探测器，包括衬底基板1，衬底基板划分有多个探测单元，每个探测单元包括：设于衬底基板1上且层叠设置的第一吸收层2和第二吸收层3，第二吸收层位于第一吸收层背离衬底基板的一侧，第二吸收层所吸收的射线能量等级小于第一吸收层所吸收的射线能量等级；用于给第一吸收层和第二吸收层提供工作电压的供压电极结构；与供压电极结构电连接且用于输出第一吸收层的第一探测信号和输出第二吸收层的第二探测信号的输出电路。
32.上述平板探测器中，需要说明的是，以下高能射线是指能量等级比较高的射线，具体可以是能量较高的x射线，低能射线是指能量等级比较低的射线，具体可以是能量较低的x射线，高能射线的能量等级大于低能射线的能量等级。平板探测器包括衬底基板，衬底基板上划分有多个探测单元，每个探测单元设置有设置在衬底基板上且层叠设置的第一吸收层和第二吸收层，第二吸收层所能吸收的射线的能量等级小于第一吸收层所能吸收的射线的能量等级，也就是第二吸收层所吸收的射线的波长要大于第一吸收层所吸收的射线的波长，第二吸收层位于第一吸收层背离衬底基板的一侧；供压电极结构可以给第一吸收层提供层间工作电压，使第一吸收层吸收射线能量后产生的电子定向移动，以便于形成第一探
测信号，其中，由第一吸收层吸收射线产生的探测信号称为第一探测信号，供压电极结构可以给第二吸收层提供层间工作电压，使第二吸收层提供层间工作电压，使第二吸收层吸收射线能量后产生的电子定向移动，以便于形成第二探测信号，其中，由第一吸收层吸收射线产生的探测信号称为第一探测信号，输出电路与供压电极结构电连接，可以输出第一吸收层的第一探测信号，输出第二吸收层的第二探测信号；对于上述平板探测器，具有两层吸收层，可以吸收两种不同能量的射线，也就是可以对两种不同能量的射线进行探测，其中，当进行低能探测，也就是用能量比较低的射线(比如，乳腺或者软组织检查常用的25kvp的x射线)进行曝光以进行探测时，给第二吸收层的施加相应的工作电压，可以输出第二探测信号，则根据输出的第二探测信号进行处理后用于形成探测影像；当进行高能探测，也就是用能量较高的射线(比如，拍胸片常用的80kvp的x射线)时，给第一吸收层施加相应的工作电压，可以输出第一探测信号，则根据输出的第一探测信号进行处理后用于形成探测影像；当进行双能剪影探测时，可以用双能射线源进行曝光，需要说明的是，双能射线源可以同时出射两种能量不同的射线，双能射线源也可以同时出射一个波段范围内的射线，也就是可以出射多种能量不同的射线，对于双能射线源出射的射线的种类，本实施例不做局限。在曝光开启的过程中，可以通过控制第一吸收层和第二吸收层各自的工作电压以输出第一探测信号和第二探测信号，可以根据第一探测信号和第二探测信号进行算法处理后形成剪影图像信号，可以用于形成剪影图像；所以，本实施例中的平板探测器兼容性高，且可以在一次双能射线曝光过程中实现双能剪影探测，使用方便。
33.因此，上述平板探测器中，具有可以吸收不同能量的射线的第一吸收层和第二吸收层，既可以实现高能射线的探测，也可以实现低能射线的探测，兼容性好，且可以在同一次双能射线曝光中实现双能剪影探测，使用方便。
34.具体地，对于对输出电路以及供压电极结构的设置方式可以有多种选择，如：
35.方式一：
36.如图1和图2所示，其中，图2中的，d端表示tft的漏电极连接端，每个探测单元中，输出电路包括设置在衬底基板上的tft4；tft4背离所述衬底基板的一侧依次设置有层间绝缘层和平坦层5，层间绝缘层设置在tft4之上覆盖tft4，平坦层设置在层间绝缘层之上，起到平坦作用；供压电极结构包括位于平坦层背离层间绝缘层的一侧且依次层叠设置的底电极6、第一供压顶电极7和第二供压顶电极8；其中，第一吸收层2位于底电极6与第一供压顶电极7之间，第二吸收层3位于第一供压顶电极7和第二供压顶电极8之间；底电极6与tft的源电极电连接。每个探测单元中，包括设置在衬底基板上的tft，在tft之上设置层间绝缘层和平坦层，在平坦层上设置底电极，底电极可以通过贯穿层间绝缘层和平坦层的过孔与tft的源电极电连接，在底电极之上设置第一吸收层，在第一吸收层之上设置第一供压顶电极，第一供压顶电极可以与平板探测器中的供压电路电连接，供压电路可以给第一供压顶电极提供电压信号，以给第一吸收层提供工作电压，在第一供压顶电极之上设置第二吸收层，第二吸收层之上设置第二供压顶电极，第二供压顶电极可以与平板探测器中的供压电路电连接，供压电路可以给第二供压顶电极提供电压信号，以给第二吸收层提供工作电压，其中，在方式一中，第一吸收层和第二吸收层为串联连接，且方式一中，如图1和图2所示，平板探测器进行探测试，分别进行高能碳层、低能探测或双能剪影探测时具体如以下：
37.低能探测时，采用低能射线进行曝光，可以是供压电路分别给第一供压顶电极提
供一电压信号v1，给第二供压顶电极提供一电压信号v2，保证第一吸收层在其相应的工作电压下工作，可以导通，以及保证第二吸收层在其相应的工作电压下工作，此时，第二吸收层可以产生第二探测信号，第一吸收层可以产生第一探测信号，开启tft在其栅极gt读取第一吸收层和第二吸收层两者的叠加信号，该叠加信号经处理以形成低能探测信号；需要说明的是，低能射线也会有少量透过第二吸收层，被第一吸收层吸收，第一吸收层也会产生少量电子，第一吸收层也会产生一个探测信号，该探测信号形成补偿探测信号以与第二吸收层产生的第二探测信号形成叠加信号，该叠加信号经处理以形成低能探测信号。
38.高能探测时，采用高能射线进行曝光，使供压电路分别给第一供压顶电极提供一电压信号v1，给第二供压顶电极提供一电压信号v2，保证第一电极层在其相应的工作电压下工作，产生第一探测信号，以及保证第二吸收层在其相应的工作电压下工作，可以产生第二探测该信号，然后开启tft在其栅极gt读取第一吸收层和第二吸收层两者的叠加信号，该叠加信号经处理以形成高能探测信号；或者，也可以仅第一吸收层工作，也就是第一供压顶电极断开，不施加电压信号，给第一供压顶电极施加电压信号v1，仅第一吸收层工作，开启tft在其栅极gt读取第一探测信号，该第一探测信号即形成高能探测信号。需要说明的是，由于第二吸收层对高能射线的吸收量很小，产生的补偿探测信号比较小，对第一探测信号的影响比较小，所以，在高能探测时，可以控制第一吸收层和第二吸收层同时工作以获得高能探测信号，也可以控制仅第一吸收层工作以获得高能探测信号，可以根据实际探测情况选择，本实施例不做局限。
39.双能剪影探测时，采用双能射线源进行曝光，在曝光的过程中，先给第一供压顶电极提供一电压信号v1，第二供压顶电极断开，不施加电压信号，使第一吸收层工作，第二吸收层会把低能射线吸收，但不会产生电信号，开启tft在其栅极gt读取第一探测信号，以形成第一双能探测信号；然后，再接着给第一供压顶电极提供电压信号v1，并且给第二供压顶电极提供一电压信号v2，使第一吸收层和第二吸收层同时工作，第一吸收层产生第一探测信号，第二吸收层产生第二探测信号，开启tft在其栅极gt读取第一吸收层和第二吸收层两者的叠加信号，该叠加信号经处理以形成第二双能探测信号；或者，先同时给第一供压顶电极和第二供压顶电极均施加电压信号，使第一吸收层和第二吸收层均工作，第一吸收层产生第一探测信号，第二吸收层产生第二探测信号，开启tft在其栅极gt读取第一吸收层和第二吸收层两者的叠加信号，该叠加信号经处理以形成第二双能探测信号，然后断开第二供压顶电极的电压信号输入，仅使第一吸收层工作，开启tft在栅极gt读取第一探测信号以形成第一双能探测信号；其中，第一双能探测信号和第二双能探测信号经过计算处理可以形成剪影信号，以输入相应的显示装置形成剪影图像。
40.以上是第一吸收层和第二吸收层串联设置进行的输出电路与供压电极结构的设置以及不同测试情况下的控制，输出电路与供压电极结构在结构上设置简单，控制方式方便，可以实现平板探测器的双能检测，兼容性好，且检测信号精确度较高。
41.方式二：
42.如图3和图4所示，其中，图4中的d端表示第一tft漏电极和第二tft漏电极的连接端。输出电路包括设于衬底基板1上、且同层设置的第一tft9和第二tft10；第一tft9和第二tft10背离衬底基板的一侧依次设有叠置的层间绝缘层和第一平坦层11，层间绝缘层设置在第一tft9和第二tft10之上，覆盖第一tft9和第二tft10，第一平坦层设置在层间绝缘层
读取第一探测信号，以形成第一双能探测信号，第一吸收层和第二吸收层各自单独工作的顺序可以根据实际情况具体设置，本实施例不做局限；其中，获得的第一双能探测信号和第二双能探测信号经过计算处理可以形成剪影信号，以输入相应的显示装置形成剪影图像。
46.以上是第一吸收层和第二吸收层并联设置进行的输出电路与供压电极结构的设置以及不同测试情况下的控制，输出电路与供压电极结构在结构上设置简单，控制方式方便，可以实现平板探测器的双能检测，兼容性好，且检测信号精确度较高。
47.上述方式二中，如图3所示，供压电极结构还包括：与第一底电极12同层设置的第一连接电极17以及与第一顶电极13同层设置的第二连接电极18，第一连接电极17与第一底电极12之间绝缘设置，第二连接电极18与第一顶电极13之间绝缘设置，第一连接电极17与第二连接电极18之间设置有与第一吸收层2同层设置的第三平坦层19；其中，第一连接电极17通过第一过孔与第二tft3的源电极电连接，第二连接电极18通过第二过孔与第一连接电极17电连接，第二底电极通过第三过孔与第二连接电极电连接，第二底电极通过第一连接电极和第二连接电极与第二tft的源电极电连接，连接稳定，可靠性强。
48.具体地，上述平板探测器中，第一吸收层与第二吸收层的材料设置可以为：第一吸收层的材料与第二吸收层的材料不同，由于不同的材料的吸收层对射线的吸收能力不同，将第一吸收层的材料与第二吸收层的材料设置为不同，可以在保证第一吸收层所吸收的射线的能量等级大于第二吸收层所吸收的射线的能量等级的同时，尽量使第一吸收层和第二吸收层的厚度在满足测试的条件内设置的较薄，有利于使平板探测器的整体厚度减小，轻薄化设计。
49.或者，第一吸收层的材料和第二吸收层的材料相同，则设置第一吸收层的层厚度大于第二吸收层的层厚度。
50.具体地，上述平板探测器中，第一吸收层的材料可以为非晶硒、碘化汞、碲锌镉、碘化铅或钙钛矿等光电导体材料；第二吸收层的材料可以为非晶硒、碘化汞、碲锌镉、碘化铅或钙钛矿等光电导体材料。
51.具体地，上述平板探测器中，供压电极结构的材料包括金属或者ito。且当供压电极结构的材料设置为金属时，供压电极结构可以为mo、ti、al或nd的单一金属层，或者，供压电极结构可以为mo/alnd/mo、ti/al/ti或mtd/cu/mtd的叠层金属层，供压电极结构的设置可以根据实际情况具体选择，本实施例不做局限。
52.本发明实施例还提供了一种影像探测设备，包括如上述技术方案提供的任意一种双层平板探测器以及与双层平板探测器信号连接的显示装置。
53.显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种平板探测器，其特征在于，包括衬底基板，所述衬底基板划分有多个探测单元，每个所述探测单元包括：设于所述衬底基板上且层叠设置的第一吸收层和第二吸收层，所述第二吸收层位于所述第一吸收层背离所述衬底基板的一侧，所述第二吸收层所吸收的射线能量等级小于所述第一吸收层所吸收的射线能量等级；用于给所述第一吸收层和所述第二吸收层提供工作电压的供压电极结构；与所述供压电极结构电连接且用于输出所述第一吸收层的第一探测信号和输出所述第二吸收层的第二探测信号的输出电路。2.根据权利要求1所述的平板探测器，其特征在于，所述输出电路包括设于所述衬底基板上的tft；所述tft背离所述衬底基板的一侧依次设有层间绝缘层和平坦层；所述供压电极结构包括位于所述平坦层背离所述层间绝缘层的一侧且依次层叠设置的底电极、第一供压顶电极和第二供压顶电极；其中，所述第一吸收层位于所述底电极与所述第一供压顶电极之间，所述第二吸收层位于所述第一供压顶电极和所述第二供压顶电极之间；所述底电极与所述tft的源电极电连接。3.根据权利要求1所述的平板探测器，其特征在于，所述输出电路包括设于所述衬底基板上、且同层设置的第一tft和第二tft；所述第一tft与所述第二tft背离所述衬底基板的一侧依次设有层间绝缘层和第一平坦层；所述供压电极结构包括位于所述第一平坦层背离所述层间绝缘层的一侧且依次层叠设置的第一底电极、第一顶电极、第二底电极和第二顶电极；所述第一顶电极与所述第二底电极之间设有第二平坦层，所述第一吸收层位于所述第一底电极与所述第一顶电极之间，所述第二吸收层位于所述第二底电极与所述第二顶电极之间；所述第一底电极与所述第一tft的源电极电连接，所述第二底电极与所述第二tft的源电极电连接。4.根据权利要求3所述的平板探测器，其特征在于，所述供压电极结构还包括：与所述第一底电极同层设置的第一连接电极以及与所述第一顶电极同层设置的第二连接电极，所述第一连接电极与所述第二连接电极之间设置有与所述第一吸收层同层设置的第三平坦层；其中，所述第一连接电极通过第一过孔与所述第二tft的源电极电连接，所述第二连接电极通过第二过孔与所述第一连接电极电连接，所述第二底电极通过第三过孔与所述第二连接电极电连接。5.根据权利要求1所述的平板探测器，其特征在于，所述第一吸收层的材料与所述第二吸收层的材料不同。6.根据权利要求1所述的平板探测器，其特征在于，所述第一吸收层的材料和所述第二吸收层的材料相同，且所述第一吸收层的层厚度大于所述第二吸收层的层厚度。7.根据权利要求5或6所述的平板探测器，其特征在于，所述第一吸收层的材料包括非晶硒、碘化汞、碲锌镉、碘化铅或钙钛矿；所述第二吸收层的材料包括非晶硒、碘化汞、碲锌镉、碘化铅或钙钛矿。8.根据权利要求1所述的平板探测器，其特征在于，所述供压电极结构的材料包括金属或者ito。
9.根据权利要求8所述的平板探测器，其特征在于，当所述供压电极结构的材料为金属时，所述供压电极结构包括mo、ti、al或nd的单一金属层，或者，所述供压电极结构包括mo/alnd/mo、ti/al/ti或mtd/cu/mtd的叠层金属层。10.一种医学影像探测设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的平板探测器以及与所述平板探测器信号连接的显示装置。

技术总结
本发明涉及数字医疗影像技术领域，公开了一种平板探测器及医学影像探测设备，该平板探测器包括衬底基板，衬底基板划分有多个探测单元，每个探测单元包括设于衬底基板上且层叠设置的第一吸收层和第二吸收层，第二吸收层位于第一吸收层背离衬底基板的一侧，第二吸收层所吸收的射线能量等级小于第一吸收层所吸收的射线能量等级；供压电极结构；与供压电极结构电连接且用于输出第一吸收层的第一探测信号和输出第二吸收层的第二探测信号的输出电路。该平板探测器中有能吸收不同能量的射线的第一吸收层和第二吸收层，能实现高能射线的探测，也能实现低能射线的探测，兼容性好，且可以在同一次双能射线曝光中实现双能剪影探测，使用方便。用方便。用方便。


技术研发人员：孟凡理 陈江博 李泽源 卢尧 党宁
受保护的技术使用者：京东方科技集团股份有限公司
技术研发日：2020.11.23
技术公布日：2022/5/25