專利名稱：用于醫學df和rf成像以及ct中的gos陶瓷閃爍纖維光學x射線成像板的制作方法
技術領域：
本申請涉及大成像板的使用。本申請主題發現計算機層析X射線攝影(CT)掃描儀的特定用途并利用對其的特定參考來描述。然而，本發明發現結合DF和RF成像、x射線熒光透視法、射線攝影法、和其它用于醫學和非醫學檢查的檢查系統的用途。
背景技術：
計算機層析X射線攝影(CT)成像一般采用x射線源，其產生橫穿過檢查區域的x射線的扇形束、楔形束、或錐形束。設置在檢查區域中的對象與部分橫穿過的x射線相互作用并對其吸收。包括探測器元件陣列的二維輻射探測器設置成與x射線源相對以探測和測量發射的x射線的強度。
一般，x射線源和輻射探測器被安裝在旋轉臺架的相對側使得該臺架被旋轉以獲得該對象的投影圖的角范圍。在一些構造中，x射線源安裝在旋轉臺架上而輻射探測器安裝在固定臺架上。在任一種構造中，投影圖使用濾波的反投影(backprojection)或另一種重構方法來重構以產生該對象或其所選部分的三維圖像表示。
輻射探測器一般包括由閃爍晶體的陣列構成的成像板，其響應于x射線產生光猝發，稱為閃爍事件。光電探測器陣列例如光電二極管陣列被設置用于觀察閃爍晶體并產生表示閃爍事件的空間位置和強度的模擬電信號。大成像板，供在CT掃描儀和普通醫學檢查中的使用，包括獨立地響應于入射的x射線并產生用于產生數字圖像的電信號的像素組件。在一些探測器中，閃爍器組件包括獨立晶體的陣列，獨立晶體被組裝在一起或者例如通過光刻蝕或其它半導體制造技術從公共閃爍器板切下。為了改善一些大面積成像板的分辨率，閃爍晶體是非常小直徑的堿鹵化物針狀晶體。針狀晶體被生長成適當的長度以保證x射線的充分吸收以將好的光學圖像傳遞到下面的光電二極管陣列。這樣生長的針狀晶體的束俘獲x射線并將較高分辨率的光學圖像傳遞到下面的光電二極管陣列。
堿性針狀晶體的主要缺點是潮解性。這些晶體必須通過氣密封接保護以不受環境濕氣影響。
本發明設想了克服上述問題和其它問題的改善的方法和裝置。
發明內容
根據本申請的一個方面，公開了一種輻射探測器。該輻射探測器包括不潮解的陶瓷閃爍纖維或薄片的二維陣列，該陣列觀察輻射事件并將輻射事件轉變成可見光。
根據本申請的另一方面，公開了一種制造輻射探測器的方法。制造了不潮解的陶瓷閃爍纖維或薄片的二維閃爍陣列。該陣列將接收的輻射事件轉變成可見光。
本申請的一個優點在于給探測器陣列定形和定標的能力。
另一個優點在于沒有潮解性。
再一個優點在于輻射穩定性。
在閱讀下面的優選實施例的詳細描述之后，多個另外的優點和益處將對本領域普通的技術人員變得明顯。
本發明可以采取多種部件和部件配置的形式，以及多種工藝操作和工藝操作的配置的形式。附圖僅用于說明優選實施例并且不應被解釋為限制本發明。
圖1是成像系統的圖示；圖2示意性地示出輻射探測器；圖3示意性地示出垂直壓力燒結GOS粉末；圖4A和4B示意性地示出GOS盤；圖5示意性地示出一起堆疊成塊的GOS盤；圖6A示意性地示出堆疊的GOS盤沿第一方向被鋸切割；圖6B示意性地示出通過切割GOS盤的堆疊塊獲得的板中的一個；圖7示意性地示出切割的板被堆疊在一起形成第二塊并沿第二方向被鋸切割；圖8A和8B示意性地示出位于襯底上的光電二極管；
圖9示意性地示出輻射探測器的一部分的側視圖；圖10示意性地示出GOS盤被切割成光導；以及圖11示意性地示出在陶瓷纖維壁內部傳播的光。
具體實施例方式
參考圖1，計算機層析X射線攝影(CT)成像裝置或CT掃描儀10包括臺架12。x射線源14和源準直儀16配合產生被引導到檢查區域18中的扇形、錐形、楔形、或其它形狀的x射線束，檢查區域18包含設置在對象支撐物20上的對象(未示出)，例如患者。對象支撐物20可沿Z方向線性移動，而旋轉臺架22上的x射線源14圍繞Z軸旋轉。
優選地，旋轉臺架22與對象支撐物20的線性前進同時旋轉以產生x射線源14和準直儀16圍繞檢查區域18的通常為螺旋狀的軌跡。然而，也可以采用其它成像模式，例如單片層或多片層成像模式，其中臺架22在對象支撐物20保持固定時旋轉以產生x射線源14的通常為圓形的軌跡，在x射線源14上方獲取軸向圖像。在獲取軸向圖像之后，對象支撐物任選地沿Z方向步進預定距離，并且重復軸向圖像獲取以便沿Z方向以離散步長獲取容積數據。
輻射探測器或探測器陣列24被設置在x射線源14對面的臺架22上。輻射探測器24包括陶瓷閃爍針狀物的閃爍層或陣列26，并橫越所選的角范圍，其優選地與x射線束的扇形角一致。輻射探測器24也沿Z方向延伸。探測器30在臺架22旋轉時獲取一系列投影圖。還設想將輻射探測器設置在環繞旋轉臺架的臺架固定部分上使得x射線在源旋轉期間連續地撞擊在輻射探測器的連續移動部分上。優選地，掃描儀10的空間分辨率受格柵28控制，例如反散射格柵，其被設置在閃爍針狀物的陣列26的輻射接收面上。該格柵28具有限定每條輻射射線的有效截面的孔徑30，輻射線限定各圖的像素。光電二極管或其它光電探測器34的陣列32被設置在閃爍體針狀物陣列26的相對側上。二極管34被定尺寸并被設置以對應于格柵28中的孔徑30。可替換地，可以不存在格柵，在這種情況下空間分辨率是光電二極管陣列的函數。
繼續參考圖1，臺架22和對象支撐物20配合來獲得沿x射線源14相對于對象的螺旋狀軌跡或其它軌跡的對象的所選投影圖。x射線源14的路徑優選為所關注的成像區的每個體素(voxel)提供相當大的角覆蓋以消除圖像假象。由輻射探測器24收集的投影數據被傳送到數字數據存儲器40以便存儲。
重構處理器42使用過濾的反投影、n-PI重構方法或其它重構方法來重構獲取的投影數據，以產生對象或其所選部分的三維圖像表示，其存儲在圖像存儲器44中。該圖像表示由視頻處理器46來表現或者處理以產生人們可觀看的圖像，其顯示在用戶界面48或另一顯示裝置、打印裝置等上用于被操作者觀看。
優選地，用戶界面48被另外編程以使操作人員與CT掃描儀12界面連接以允許操作者初始化、執行和控制CT成像對話。用戶界面48可選地與通信網絡界面連接，例如醫院或門診信息網絡，通過這些信息網絡圖像重構被發送給醫務人員，訪問患者信息數據庫等。
參考圖2，光電二極管34的光電探測器陣列32，例如硅光電二極管、非晶硅、電荷耦合器件、CMOS、或其它半導體光電探測器與閃爍層26進行光學通信。閃爍層26包括獨立閃爍條、薄片、或纖維52的閃爍陣列50，其由在x射線輻射入射到閃爍層26上時發射可見光的材料形成。閃爍層26由陶瓷閃爍體制造，優選是釓硫氧化物(GOS)材料。閃爍陣列50的纖維52優選具有矩形截面，然而也可考慮其它閉合包裝的幾何形狀。纖維優選在0.2mm厚以下，更優選截面尺寸為大約0.05mm到大約1.0mm×0.1mm。盡管可以引入其中截面沿一個截面尺寸明顯大于其它條或薄片的實施例，但是這里使用“纖維”來表示具有基本相等的截面尺寸的條以及具有明顯不同的截面尺寸的條或薄片。從閃爍纖維陣列50發射的光的空間強度圖案與橫斷檢查區域18的x射線輻射的空間強度圖案成比例。閃爍陣列50的頂表面被上涂料或者被光反射涂層或層54覆蓋。閃爍陣列50的底表面保持敞開以將光發送到光電二極管陣列32。
參考圖3和4A-B，垂直燒結壓力機60通過在約1250℃和100-200MPa的壓力下適當地燒結一個或多個GOS粉末層64來產生GOS盤或晶片62。更具體地說，GOS粉末層64被壓在砧66和活塞68之間。GOS粉末層64優選是精確分開的層，且起始厚度h1是大約0.14mm以使得圓形GOS盤62的直徑d1等于25-125mm。當然，也可考慮GOS盤62可以是正方形的，且每個邊d1等于25-125mm。每個盤62的最終的厚度h2優選是0.1-0.3mm。在一個實施例中，壓力機60通過將隔離物70插入GOS粉末層64中間來同時產生該多個GOS盤62。用于隔離物70的材料包括但不限于，鉬、鉬合金、和其它這類眾所周知的耐高溫的難熔材料。隔離物70的厚度h3優選等于或超過20mm。在一個實施例中，隔離物70是難熔金屬盤，優選30μm厚。這種薄的隔離物允許可在工業上易于得到的30cm高垂直燒結壓力機60來在單個周期中制造超過1,000個GOS盤，每個0.1mm厚。當然，還可以考慮GOS盤62可以通過適當地調節GOS粉末層64的厚度h1而被制造成具有不同的厚度。
優選地，隔離物70被涂有隔離物涂層72以便在燒結之后易于釋放GOS盤62。例如氮化硼等用于隔離物涂層72的材料產生導致免除進一步拋光的平滑有光澤的光學表面。優選地，每個盤62的上面和下面80、82被擦過(skim)以除去任何有缺陷的表面并被拋光。
參考圖5，平滑(拋光的)盤62被堆疊成高度h4等于大約25-50mm的第一塊84。更具體地，盤62的上面和下面80、82被涂有厚度h5等于大約0.005-0.01mm的第一低折射率反射層86。優選地，第一層86由具有約1.31的反射率的聚偏二氟乙烯(PVDF)形成，因為使用具有非常低的反射率的涂敷材料是有利的。然而，其它適當的材料，包括低折射率的清潔粘接劑材料、環氧樹脂、和其它低折射率反射材料，也可以被考慮用作涂層86。
參考圖6A-B，第一塊84被多線鋸90沿第一方向W切割成板92，每個板具有所選厚度d2，等于大約0.1mm，即目前所示實施例中的h2。在薄片實施例中，大約1mm的d2尺寸是優選的。優選地，板92被拋光以獲得平滑的光學表面。
再次參考圖2并且更進一步地參考圖7，板92一起被堆疊或被膠合成第二塊94至等于大約25mm的厚度h6。更具體地，板92被涂有厚度h7等于大約0.005-0.01mm的第二層或涂敷材料96。第二涂敷材料96優選是與用于第一涂層86相同的低折射率反射材料，例如聚偏二氟乙烯(PVDF)、環氧樹脂、清潔粘接劑材料、或其它低折射率反射材料。第二塊94沿與第一方向W正交的第二方向X用多線鋸90切片以形成厚度h8等于大約1.4-2mm的陶瓷纖維光學閃爍薄片50，精確高度根據將要接收的輻射的能量來選擇。陶瓷纖維薄片50的閃爍纖維52具有等于優選0.1mm×0.1mm-1mm的截面h2×d2并且借助第一和第二反射涂層86、96被保持在一起。
在一個實施例中，100-200μ厚的盤62被涂有第一層86并一起被堆疊成第一塊84。第一塊84被多線鋸90沿第一方向W切割成板92，每一個板具有厚度d2，等于大約1-1.04mm。板92被涂有第二層96并被一起堆疊成第二塊94。第二塊94沿與第一方向W正交的第二方向X被多線鋸90切片以形成厚度h8等于大約1.4mm的陶瓷纖維光學閃爍條50。
繼續參考圖2并且進一步參考圖8A-B，光電探測器32被安裝在襯底98上。如果使用格柵的話，各個光電二極管34優選在尺寸和位置上對應于格柵28的孔徑30。每個光電二極管34具有等于或大于閃爍纖維層26的相應的晶體纖維52的截面的截面以形成探測器陣列24。優選地，光電二極管陣列32和閃爍層26借助例如光學耦合粘合劑等的透光粘接劑層100被保持在原位。
在一個實施例中，光電二極管陣列32包括BIP或背照明的二極管34并且是具有形成在其上的功能集成電路的單個單片半導體襯底。該功能集成電路包括形成在光接收側上的光敏元件或“像素”、優選光電二極管的矩陣。陣列32的集成電路通常由硅或其它半導體晶片使用已建立的集成電路制造工藝來制造，例如掩蔽、蒸發、刻蝕、和擴散工藝等。
參考圖9，光譜CT掃描儀的閃爍陣列50和光電探測器陣列32被組裝成探測器陣列24用于每個CT片層。探測器陣列24包括多個探測器元件或dixel。已經通過檢測區域18的X射線在該光譜實施例中沿方向U撞擊在探測器陣列24上。在x射線入口側的纖維52的下層102將已經通過檢查區域18的光束中最軟的或最低能量的x射線轉變成光。逐漸地，需要更多的能量到達每個連讀的中間層。由此，每個連續的中間層104逐漸將更硬的x射線轉變成光。頂層或最后一層106接收最硬的x射線。來自每層102、104、106的dixel的光信號由光電二極管陣列32的相應光電二極管34來探測。然后來自每層102-106的dixel的信號被加權并被組合以形成光譜加權的圖像數據。該加權可以包括將dixel層的一個或多個調零。通過在dixel中選擇不同的相對加權，產生加重和削弱能譜的所選部分的圖像數據，能譜所選的部分即所選的x射線能量吸收范圍。通過適當地選擇加權，CT圖像由特定所選的x射線能量吸收范圍重構以強調組織，而其它所選組織在重構圖像中被替代或基本清除。例如，乳房組織中的鈣、和對比介質中的碘可以通過減去加權以強調相應吸收線的任一側的圖像而被加重。在該實施例中陶瓷閃爍陣列的使用使得用戶能夠通過以適當的方式耦接相應的光電二極管來選擇產生最佳診斷圖像的能量組合。
參考圖10，在一個實施例中，盤62被單獨地分成矩形光導108。每個光導108具有優選等于大約0.1mm×0.1mm-1mm的截面h2×d2和等于高達100mm的長度d3。盤62可以用剪刀、光精密剪斷機、剪切機(sheared)等來切斷。類似長度的光導108被一起捆扎成2-100mm厚的束并且使用例如PVDF、環氧樹脂、清潔粘接劑等的低折射率反射材料中的一個粘在一起。優選地，根據所需的x射線吸收，這些束被形成為25mm×25mm的閃爍薄片50并且被切片成1mm到2mm厚的厚片。這些束可以用于制造x射線成像板，大面積CT閃爍陣列等成像裝置。
參考圖11，盡管低矩陣折射率，熒光以較高角度穿透陶瓷光學壁以產生雜光。如果涂層由PVDF材料形成，則涂層86、96中的GOS桿的臨界角是大約59度。在一個實施例中，涂層86、96富含吸收材料，例如碳黑，以防止雜光。這種混合的涂敷材料將吸收每一種顏色，包括產生質量圖像所需的光。必須平衡吸收染料的使用以阻擋雜光和對通過的可見光的需要。可替換地，代替將染料混合到涂敷材料中，將另外的吸收劑涂層置于層86、96外部以禁止光從反射層逃逸。優選地，該吸收劑涂層僅與低折射率涂層接觸，而不與GOS陶瓷光學部件接觸以防止其中相當大的光吸收。
已經參考優選實施例描述了本申請。顯然，當閱讀和理解前面的詳細描述時修改和變型將被他人想到。本申請旨在被理解為包括所有這些修改和變型，只要它們在所附權利要求或其等價物的范圍內。
權利要求
1.一種輻射探測器(24)，包括不潮解的陶瓷閃爍纖維或薄片(52)的二維陣列(50)，其觀察輻射事件并將輻射事件轉變成可見光。
2.如權利要求1所述的探測器，其中閃爍纖維或薄片(52)包括釓硫氧化物(GOS)陶瓷材料。
3.如權利要求1所述的探測器，其中每個閃爍纖維或薄片(52)具有至少為10比1的高度(h8)與截面尺寸(d2，h2)的比率。
4.如權利要求1所述的探測器，其中每個閃爍纖維或薄片(52)具有在0.1mm和0.2mm之間的寬度(d2)，在0.1mm和1mm之間的長度(h2)以及在1mm和2mm之間的高度(h8)。
5.如權利要求1所述的探測器，其中閃爍纖維或薄片(52)被至少一個涂層(86，96)保持在一起。
6.如權利要求5所述的探測器，其中該涂層(86，96)包括低折射率反射材料。
7.如權利要求5所述的探測器，其中該涂層(86，96)包括聚偏二氟乙烯和環氧樹脂中的一個。
8.如權利要求1所述的探測器，進一步包括光敏元件(34)的二維陣列(32)，其與閃爍纖維或薄片(52)相鄰并光學連通以觀察可見光并將該可見光轉變成電信號。
9.如權利要求8所述的探測器，其中每個光敏元件(34)的截面大于閃爍纖維或薄片(52)的截面。
10.如權利要求8所述的探測器，進一步包括具有對應于光敏元件(34)的孔徑(30)的格柵(28)。
11.一種與權利要求1的輻射探測器一起使用的計算機層析X射線攝影掃描儀。
12.一種診斷成像裝置，包括x射線源(14)；和被安裝以從該源接收輻射的權利要求1的輻射探測器。
13.一種制造輻射探測器的方法，包括制造不潮解的陶瓷閃爍纖維或薄片(52)的二維閃爍陣列(50)，該陣列將接收的輻射事件轉變成可見光。
14.如權利要求13所述的方法，其中閃爍纖維或薄片包括釓硫氧化物(GOS)材料。
15.如權利要求14所述的方法，進一步包括在垂直燒結壓力機中燒結GOS粉末層以制造GOS盤(62)。
16.如權利要求15所述的方法，進一步包括在垂直燒結壓力機中將隔離物插入GOS粉末層中間。
17.如權利要求15所述的方法，其中每個盤(62)具有在0.1mm和1mm之間的厚度(h2)。
18.如權利要求15所述的方法，進一步包括利用第一低折射率反射材料涂敷每個盤的上表面和下表面；以及將這些盤一起粘貼成第一塊。
19.如權利要求18所述的方法，其中低折射率材料是聚偏二氟乙烯和環氧樹脂中的一種。
20.如權利要求18所述的方法，其中涂敷步驟包括下述之一在涂敷步驟之前利用吸收劑材料補充低折射率材料，以及在將盤粘貼在一起的步驟之前利用吸收劑涂層覆蓋反射材料。
21.如權利要求18所述的方法，進一步包括沿第一方向(W)將所述塊切片成板(92)，每個板具有在0.1mm和1mm之間的厚度(d2)。
22.如權利要求21所述的方法，進一步包括利用第二低折射率反射材料涂敷每個板的上表面和下表面；以及將這些板一起粘貼成第二塊，其中第二低折射率反射材料與第一低折射率反射材料相同。
23.如權利要求22所述的方法，進一步包括沿與第一方向(W)正交的第二方向(X)將第二塊切片形成閃爍陣列(50)。
24.如權利要求13所述的方法，其中每個閃爍纖維或薄片(52)具有在0.1mm和1mm之間的寬度(d2)，在0.1mm和2mm之間的長度(h2)，以及在1mm和2mm之間的長度(h8)。
25.如權利要求13所述的方法，其中每個閃爍纖維或薄片(52)具有至少為10比1的高度(h8)與截面尺寸(h2，d2)的比率。
26.一種借助權利要求13的方法制造的輻射探測器。
全文摘要
一種用于成像系統的輻射探測器(24)，包括不潮解的陶瓷閃爍纖維或薄片(52)的二維陣列(50)。閃爍纖維(52)由GOS陶瓷材料制造。每個閃爍纖維(52)具有在0.1mm和1mm之間的寬度(d2)，在0.1mm和2mm之間的長度(h2)以及在1mm和2mm之間的高度(h8)。這種閃爍纖維(52)具有大約為10比1的高度(h8)與截面尺寸(d2，h2)的比率。閃爍纖維(52)借助低折射率涂敷材料的層(86，96)被結合在一起。光電二極管(34)的二維陣列(32)設置得與閃爍纖維(52)相鄰并光學連通以將可見光轉變成電信號。借助閃爍陣列(50)設置格柵(28)。格柵(28)具有對應于光電二極管(34)的截面并決定成像系統的空間分辨率的孔徑(30)。
文檔編號G01N23/02GK101052895SQ200580037538
公開日2007年10月10日 申請日期2005年10月12日 優先權日2004年10月29日
發明者S·利維恩, R·A·馬特森, A·阿爾特曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
