Vysoce energetická rentgenová zobrazovací technologie - High energy X-ray imaging technology

Spolupráce HEXITEC

Vysoce energetická rentgenová zobrazovací technologie (HEXITEC) je rodina spektroskopického počítání jednotlivých fotonů, pixelové detektory vyvinutý pro vysokou energii Rentgenová a Ύ-rentgenová spektroskopie aplikace.[1][2]

Konsorcium HEXITEC vzniklo v roce 2006 a bylo financováno z Rada pro výzkum ve strojírenství a fyzikálních vědách ve Velké Británii.[3][4] Konsorcium vede University of Manchester; mezi další členy patří Rada pro vědecká a technologická zařízení, University of Surrey, Durham University a University of London, Birkbeck. V roce 2010 se konsorcium rozšířilo o Okresní nemocnice Royal Surrey a University College v Londýně. Vizí konsorcia bylo „vyvinout ve Velké Británii schopnost vysokoenergetické rentgenové zobrazovací technologie“. To je teď k dispozici komerčně prostřednictvím Kvantové detektory.

Vysoce energetická rentgenová zobrazovací technologie

Rentgenová spektroskopie je výkonná experimentální technika, která poskytuje kvalitativní informace o složení prvků a vnitřních napětích a přetvoření ve vzorku. Vysokoenergetické rentgenové paprsky mají schopnost proniknout hluboko do materiálů, což umožňuje zkoumání hustých předmětů, jako jsou svary v oceli, geologické části jádra nesoucí ropu nebo plyn, nebo pro vnitřní pozorování chemických reakcí uvnitř těžkého závodu nebo strojů. Různé experimentální techniky, jako je Rentgenová fluorescence zobrazovací a Rentgenové difrakční zobrazování vyžadují rentgenové detektory, které jsou citlivé na širokou škálu energií. Založeno polovodičový detektor technologie založená na křemík a germanium mají vynikající energetické rozlišení při rentgenových energiích pod 30 keV, ale nad tímto, kvůli redukci materiálu koeficient útlumu hmoty, účinnost detekce je dramaticky snížena. K detekci vysokoenergetických rentgenových paprsků jsou zapotřebí detektory vyrobené z materiálů s vyšší hustotou.

Složené polovodiče s vysokou hustotou, jako např telurid kademnatý (CdTe), telurid kadmia a zinku (CdZnTe), galium arsenid (GaAs), jodid rtuťnatý nebo thalium bromid byly předmětem rozsáhlého výzkumu pro použití v rentgenové detekci s vysokou energií. Díky příznivým vlastnostem přenosu náboje a vysokému elektrickému odporu CdTe a CdZnTe jsou ideální pro aplikace vyžadující spektroskopii při vyšších rentgenových energiích. Zobrazovací aplikace, jako např SPECT, vyžadují detektory s pixely elektroda které umožňují zobrazování objektů ve 2D a 3D. Každý pixel detektoru vyžaduje svůj vlastní řetězec odečítací elektroniky a pro vysoce pixelovaný detektor to vyžaduje použití vysoké citlivosti aplikačně specifický integrovaný obvod.

HEXITEC ASIC

HEXITEC integrovaný obvod specifický pro aplikaci (ASIC) vyvinula pro konsorcium Rada pro vědecká a technologická zařízení Laboratoř Rutherford Appleton. Původní prototyp sestával z pole 20 x 20 pixelů na rozteči 250 μm vyrobeného pomocí 0,35 μm CMOS proces;[5] druhá generace ASIC rozšířila velikost pole na 80 x 80 pixelů (4 cm2). Každý pixel ASIC obsahuje a nabíjecí zesilovač, tvarovací zesilovač CR-RC a špičkový obvod track-and-hold. ASIC zaznamenává polohu a celkový náboj uložený pro každou detekovanou rentgenovou událost.

PIXIE ASIC

Typické rentgenové / gama spektrum zachycené detektorem HEXITEC

PIXIE ASIC je ASIC pro výzkum a vývoj vyvinutý společností Rada pro vědecká a technologická zařízení Laboratoř Rutherford Appleton pro konsorcium. ASIC se používá ke zkoumání indukce náboje a efektu malých pixelů v polovodičových detektorech, jak je popsáno v Shockley-Ramova věta.[6] ASIC se skládá ze tří samostatných polí 3 x 3 pixely na rozteči 250 μm a jednoho pole 3 x 3 obrazových bodů na rozteči 500 μm. Každý pixel obsahuje a nabíjecí zesilovač a výstupní vyrovnávací paměť umožňující záznam indukovaných nábojových pulzů každého pixelu.

Detektory HEXITEC

HEXITEC ASIC jsou flip-chip vázané na přímou konverzi polovodič detektor s použitím nízkoteplotní (~ 100 ° C) vytvrzující stříbrné epoxidové a zlaté cvočkové techniky v hybridním uspořádání detektoru. Vrstva rentgenového detektoru je obvykle polovodičová telurid kademnatý (CdTe) nebo telurid kadmia a zinku (CdZnTe), o tloušťce 1 - 3 mm. Detektory se skládají z rovinné katody a pixelované anody a jsou provozovány pod záporným předpětím. Rentgenové a Ύ paprsky interagující ve vrstvě detektoru tvoří nábojová mračna páry elektron-díra které driftují z katody na anodové pixely. Náboj pohybující se přes detektory indukuje náboj na pixelech ASIC, jak je popsáno v Shockley-Ramova věta které tvoří detekovaný signál. Detektory jsou schopné měřit rentgenový / Ύ-rentgenový fotopík FWHM řádu 1 keV v energetickém rozsahu 3 - 200 keV.[7]

Aplikace

Detektory HEXITEC se používají v mnoha různých aplikačních oblastech, včetně:věda o materiálech,[8] lékařské zobrazování,[9][10] detekce nedovoleného materiálu,[11]a Rentgenová astronomie.[12]

Reference

  1. ^ „3D koroze, rakovina a kontrastní páska barevných rentgenových paprsků“. Photonics.com. 09.01.2013.
  2. ^ „Fotoaparát pořizuje 3D barevné rentgenové fotografie téměř v reálném čase“. theengineer.co.uk. 07.01.2013.
  3. ^ „Nové materiály pro vysoce energetické barevné rentgenové zobrazování“. EPSRC. 2006-06-01.
  4. ^ „Grant na překlad HEXITEC. Aplikace barevného rentgenového zobrazování“. EPSRC. 04.01.2011.
  5. ^ Jones, Lawrence; Prodávající, Paul; Wilson, Matthew; Hardie, Alec (červen 2009). „HEXITEC ASIC - pixelový odečítací čip pro detektory CZT“. Jaderné přístroje a metody ve výzkumu fyziky Sekce A. 604 (1–2): 34–37. doi:10.1016 / j.nima.2009.01.046.
  6. ^ Veale, Matthew; Bell, Steven J .; Jones, Lawrence L .; Prodávající, Paul; Wilson, Matthew D .; Allwork, Christopher; Kitou, Dimitris; Sellin, Paul J .; et al. (Říjen 2011). „ASIC pro studium efektů sdílení náboje v rentgenových detektorech CdZnTe s malými pixely“. Transakce IEEE v jaderné vědě. 58 (5): 2357. doi:10.1109 / TNS.2011.2162746.
  7. ^ Prodávající, Paul; Bell, S; Cernik, RJ; Christodoulou, C; Egan, CK; Gaskin, JA; Jacques, S; Pani, S; et al. (Prosinec 2011). „Vysokoenergetický rentgenový přístroj Pixellated Cd (Zn) Te“. Journal of Instrumentation. 6 (12): C12009. doi:10.1088 / 1748-0221 / 6/12 / C12009. PMC  3378031. PMID  22737179.
  8. ^ Jacques, Simon; Egan, Christopher K .; Wilson, Matthew D .; Veale, Matthew C .; Prodávající, Paul; Cernik, Robert J. (listopad 2012). "Laboratorní systém pro elementární hyperspektrální rentgenové zobrazování". Analytik. 138 (3): 755–9. doi:10.1039 / c2an36157d. PMID  23145429.
  9. ^ Scuffham, James; Wilson, MD; Prodávající, P; Veale, M C; Sellin, PJ; Jacques, SDM; Cernik, R J (srpen 2012). "Detektor CdTe pro hyperspektrální zobrazování SPECT". Journal of Instrumentation. 7 (8): P08027. doi:10.1088 / 1748-0221 / 7/08 / P08027.
  10. ^ Alkhateeb, Shyma; Abdelkader, Mohamed H .; Bradley, David A .; Prodávající, Paul; Veale, Matthew C .; Wilson, Matt D .; Pani, Silvia (únor 2013). Nishikawa, Robert M; Whiting, Bruce R (eds.). „Energeticky disperzní rentgenová difrakce počítačová tomografie fantomů simulujících prsa a vzorek tkáně“ (PDF). SPIE Medical Imaging. Medical Imaging 2013: Physics of Medical Imaging. 8668: 86684G. doi:10.1117/12.2007710.
  11. ^ O'Flynn, Daniel; Desai, Hemant; Reid, Caroline B; Christodoulou, Christiana; Wilson, Matthew D; Veale, Matthew C; Prodávající, Paul; Hills, Daniel; Wong, Ben; Speller, Robert D (červenec 2013). "Identifikace simulantů pro výbušniny pomocí pixelové rentgenové difrakce". Věda o trestné činnosti. 2: 4. doi:10.1186/2193-7680-2-4.
  12. ^ „Vysokoenergetická replikovaná optika - HERO“. NASA. Citováno 19. července 2013.