專利名稱：用于輻射探測(cè)器的閃爍體陣列及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及在CT成像及其它輻射成像系統(tǒng)中用于探測(cè)輻射的方法和裝置，更具體地涉及具有增強(qiáng)反射率的閃爍體陣列。
背景技術(shù)：
在至少一些計(jì)算機(jī)斷層(CT)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，x射線源投射出扇形束，扇形束被校準(zhǔn)在笛卡爾坐標(biāo)系的X-Y平面內(nèi)，其通常稱作“成像平面”。X射線束穿過(guò)被成像的物體，比如病人。該束在被該物體衰減后照射在輻射探測(cè)器的陣列上。該探測(cè)器陣列接收的衰減束輻射的強(qiáng)度由病人對(duì)x射線束的衰減決定。陣列的每個(gè)探測(cè)器元件在該探測(cè)器位置處產(chǎn)生單獨(dú)的電信號(hào)，該信號(hào)是在探測(cè)器位置對(duì)束衰減的測(cè)量。分別獲得全部探測(cè)器的衰減的測(cè)量產(chǎn)生了一發(fā)射輪廓。
在一些已知的CT系統(tǒng)中，X射線源和探測(cè)器陣列與臺(tái)架一起在成像平面內(nèi)繞被成像的物體轉(zhuǎn)動(dòng)，因此x射線束與物體交叉處的角度不斷地變化。X射線源通常包括x射線管，其在焦點(diǎn)處發(fā)射x射線束。X射線探測(cè)器通常包括用于校準(zhǔn)在探測(cè)器處接收的x射線束的校準(zhǔn)器，鄰近該校準(zhǔn)器的閃爍體，以及鄰近該閃爍體的光電探測(cè)器。
一行或多行閃爍體單元或閃爍體象元設(shè)置在探測(cè)器陣列中，探測(cè)器陣列被設(shè)置為從重構(gòu)物體的一個(gè)或多個(gè)圖像切片中獲得投影數(shù)據(jù)。一已知的探測(cè)器陣列包括閃爍體單元的二維陣列，每一個(gè)閃爍體單元具有相關(guān)聯(lián)的光電探測(cè)器。為了更容易處理，環(huán)氧材料可用于澆鑄閃爍體單元以使其成為具有規(guī)定尺寸的塊。為使反射率最大化并防止鄰近的探測(cè)器單元之間串?dāng)_，該澆鑄反射器混合物包括具有高折射系數(shù)的材料，比如TiO2。因此，通過(guò)照射x射線在閃爍材料中產(chǎn)生的光被限定于產(chǎn)生光的探測(cè)器單元。然而，該環(huán)氧樹(shù)脂、TiO2不吸收、尤其是它們的混合物也不吸收x射線。因此，該光電探測(cè)器和該澆鑄反射器混合物自身都被保護(hù)免于照射x射線引起的損害。
在一已知的澆鑄反射器混合物中，小量的鉻氧化物摻在該澆鑄反射器混合物中以進(jìn)一步減少單元間的串?dāng)_。然而，由于產(chǎn)生的可見(jiàn)光的被吸收部分從不能通過(guò)光電探測(cè)器檢測(cè)，該材料的摻入減小了該探測(cè)器的效率。通過(guò)吸收經(jīng)過(guò)象素間澆鑄壁透射的光，鉻用于減少串?dāng)_。該摻雜物使反射率從98％顯著地減小到82％，因此，導(dǎo)致很低的光輸出。鉻的引入能減少60％或更高量的光輸出。同時(shí)也限制了減少串?dāng)_的能力。更新的CT應(yīng)用需要越來(lái)越高的清晰度，這意味著新設(shè)計(jì)將需要更小的象素。由于在表面上損失光的相對(duì)機(jī)會(huì)更高，當(dāng)象素尺寸變得更小時(shí)光輸出進(jìn)一步減少。當(dāng)象素尺寸減少50％時(shí)，光輸出將減少20％到25％。由于低信噪比，低光輸出能引起圖象質(zhì)量問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供用于成像系統(tǒng)的輻射探測(cè)器的象素化(pixilated)閃爍體陣列。該閃爍體陣列包括并排排列在陣列中的多個(gè)閃爍體象元。該閃爍體象元與鄰近的閃爍體象元以間隙分開(kāi)。每一個(gè)閃爍體象元包括頂層表面、多個(gè)側(cè)面和覆蓋每個(gè)閃爍體象元的頂層表面和側(cè)面的第一層。該第一層由平滑涂層組成。由反射金屬涂層組成的第二層覆蓋第一層，并且由阻隔涂層組成的第三層覆蓋第二層。
另一方面，一種計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)，其包括旋轉(zhuǎn)臺(tái)架；在該旋轉(zhuǎn)臺(tái)架上的探測(cè)器陣列；和與該探測(cè)器陣列相對(duì)的在旋轉(zhuǎn)臺(tái)架上的輻射源，配置其以將輻射束穿過(guò)物體導(dǎo)向探測(cè)器陣列。該探測(cè)器陣列包括光耦合到多個(gè)二極管的閃爍體陣列。該閃爍體陣列包括并排排列在陣列中的多個(gè)閃爍體象元。該閃爍體象元與鄰近的閃爍體象元以間隙分開(kāi)。每個(gè)閃爍體象元包括頂層表面、多個(gè)側(cè)面和覆蓋每個(gè)閃爍體象元的頂層表面和側(cè)面的第一層。該第一層由平滑涂層組成。由反射金屬涂層組成的第二層覆蓋第一層，并且由阻隔涂層組成的第三層覆蓋第二層。
另一方面，提供了一種制造閃爍體陣列的方法。該方法包括提供象素化閃爍體包裝初成品，該閃爍體包裝初成品包括并排排列在陣列中的以間隙分隔的多個(gè)閃爍體象元，每個(gè)象素具有頂層表面和多個(gè)側(cè)面。該方法還包括把平滑涂層施加到每個(gè)閃爍體象元的頂層表面和側(cè)面以形成平滑層；把反射金屬涂層施加到平滑層頂部以形成反射金屬層；并且把阻隔涂層施加到反射金屬層頂部以形成阻隔層。


圖1是CT成像系統(tǒng)的示意性視圖；圖2是圖1中所示系統(tǒng)的示意方塊圖；圖3是圖2中所示的探測(cè)器陣列的斷面圖解；
圖4是象素化閃爍體包裝初成品的透視圖解；圖5是圖4中所示的閃爍體包裝初成品的閃爍體象元的斷面圖解。
具體實(shí)施例方式
下面將具體描述用于成像系統(tǒng)的輻射探測(cè)器的象素化閃爍體陣列。該閃爍體陣列包括閃爍體陣列的象素頂部和側(cè)面上的聚合物平滑涂層。該平滑涂層具有低于1.5的低折射率，并且可提高淀積在陣列象素的頂部和側(cè)面上的平滑涂層頂部的反射金屬涂層的粘附力和反射系數(shù)。阻隔涂層施加在反射金屬涂層的頂部并且提供對(duì)反射涂層的保護(hù)，其增加了該閃爍體陣列的耐久力。象素化閃爍體陣列的設(shè)計(jì)提供超過(guò)當(dāng)前商用的閃爍體陣列約50％到100％之間的輸出增長(zhǎng)。下面描述關(guān)于計(jì)算機(jī)斷層(CT)成像系統(tǒng)的象素化閃爍體陣列。然而，該象素化閃爍體陣列也能用于其它成像系統(tǒng)，包括使用輻射源而不是x射線源的成像系統(tǒng)，比如，γ射線源。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，參考附圖1和2，計(jì)算機(jī)斷層(CT)成像系統(tǒng)10被示為，其包括代表“第三代”CT掃描器的臺(tái)架12。臺(tái)架12具有朝著臺(tái)架12對(duì)面的探測(cè)器陣列18投射x射線束16的x射線源14。探測(cè)器陣列18由一起檢測(cè)穿過(guò)物體比如病人22的投射x射線的探測(cè)器元件20組成。每個(gè)探測(cè)器元件20產(chǎn)生象征照射x射線束強(qiáng)度的電信號(hào)，并且在光束穿過(guò)物體或病人22時(shí)光束衰減。在掃描獲得x射線投影數(shù)據(jù)期間，臺(tái)架12和其上的元件相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心24旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2中所示，探測(cè)器元件20排成一行以致于在掃描時(shí)獲得對(duì)應(yīng)的單個(gè)圖像切片的投影數(shù)據(jù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，探測(cè)器元件20排成多個(gè)平行行，因此，在掃描時(shí)可同時(shí)獲得對(duì)應(yīng)于多個(gè)平行切片的投影數(shù)據(jù)。
臺(tái)架12的旋轉(zhuǎn)和x射線源14的操作通過(guò)CT系統(tǒng)10的控制機(jī)構(gòu)26管理。控制機(jī)構(gòu)26包括提供電力和時(shí)間信號(hào)給x射線源14的x射線控制器28；臺(tái)架發(fā)動(dòng)機(jī)控制器30，其控制旋轉(zhuǎn)速度和臺(tái)架12的位置。在控制機(jī)構(gòu)26中的數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)(DAS)32從探測(cè)器元件20采樣模擬數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化該數(shù)據(jù)為數(shù)字信號(hào)以用于后序處理。圖象重構(gòu)器34從DAS 32接收采樣的并數(shù)字化的x射線數(shù)據(jù)并且執(zhí)行高速圖象重構(gòu)。該重構(gòu)圖象作為輸出施加到在大容量存儲(chǔ)裝置38中存儲(chǔ)該圖象的計(jì)算機(jī)36。
計(jì)算機(jī)36還通過(guò)具有鍵盤(pán)的控制臺(tái)40從操作者接收命令和掃描參數(shù)。關(guān)聯(lián)的陰極射線管顯示器42允許操作者從計(jì)算機(jī)36觀察該重構(gòu)的圖象和其它數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)36使用操作者提供的命令和參數(shù)提供控制信號(hào)和信息給DAS 32、x射線控制器28和臺(tái)架發(fā)動(dòng)機(jī)控制器30。另外，計(jì)算機(jī)36操作控制機(jī)動(dòng)工作臺(tái)46以定位病人22于臺(tái)架12中的工作臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器44。具體地，工作臺(tái)46移動(dòng)病人22的部分通過(guò)臺(tái)架開(kāi)口48。
如上所述，陣列18的每個(gè)探測(cè)器元件20產(chǎn)生獨(dú)立的為在探測(cè)器位置處光束衰減的測(cè)量的電信號(hào)。具體地，參考附圖3，每個(gè)x射線探測(cè)器元件20包括閃爍體元件50，相鄰的閃爍體元件50的側(cè)面通過(guò)非閃爍間隙52隔開(kāi)。閃爍體元件50在這里還作為閃爍體象元50并排列在陣列53中。另外，盡管圖3描述了經(jīng)由探測(cè)器元件20的行的橫斷面，圖3想代表線性的和二維的(比如矩形的)探測(cè)器元件20的陣列。當(dāng)用x射線透過(guò)時(shí)，閃爍體元件50轉(zhuǎn)化至少x射線能量的一部分為能被位于鄰近閃爍體元件50的光電探測(cè)器54檢測(cè)到的光。光耦合到閃爍體元件50的后部的光電探測(cè)器54(比如光電二極管或光電池)通過(guò)閃爍體元件50產(chǎn)生代表光輸出的電信號(hào)。分別獲得來(lái)自探測(cè)器陣列18中的所有探測(cè)器元件20的衰減測(cè)量以產(chǎn)生透射輪廓。
圖4是象素化閃爍體包裝初成品60的透視圖解。在示例性的實(shí)施例中，閃爍體包裝初產(chǎn)品60是閃爍體象元50的二維陣列。每個(gè)象素50具有頂部表面62和多個(gè)側(cè)面64。初成品60通過(guò)使用幾何切割方法比如OD鋸切割或金屬絲鋸切割工藝來(lái)切割象素50為塊狀閃爍體材料。初成品60也能以其它接近網(wǎng)型的處理比如注射模塑法形成。象素50通過(guò)未切割的閃爍體材料的一部分66臨時(shí)保持在一起。在下面描述的象素涂層處理之后，磨掉該部分66并且耦合象素50到光電探測(cè)器54(圖3中示出)。
同樣參考圖5，每個(gè)閃爍體象元50包括覆蓋閃爍體象元50的頂部表面62和每個(gè)側(cè)面64的平滑層68。平滑層68由平滑涂層材料組成。形成平滑涂層68的涂層材料具有小于1.5的折射系數(shù)。該平滑涂層材料以足夠的數(shù)施加到一個(gè)或多個(gè)涂層，以便在一個(gè)實(shí)施例中，平滑層68的涂層材料的干膜厚度約為0.5微米(μm)到約3.0μm。在另一實(shí)施例中，平滑層68的厚度約為1.0μm到2.0μm。該平滑涂層通過(guò)任何合適的涂敷工藝施加，例如，浸漬涂布和旋涂。合適的平滑涂層材料包括但不限于硅樹(shù)脂硬涂層，包括紫外線可固化硅樹(shù)脂硬涂層，例如，可在市場(chǎng)上從通用電器公司買(mǎi)到的UVHC8558，和苯乙烯丙烯酸脂涂層。
反射金屬涂層70形成在平滑層68頂部。金屬層70通過(guò)在已預(yù)先涂敷形成平滑層68的平滑涂層的頂部表面62和側(cè)面64上淀積金屬涂層來(lái)形成。反射金屬層70具有高反射表面，該高反射表面能反射大于閃爍體象元50產(chǎn)生的從全部入射角度返回以通過(guò)光電探測(cè)器54(圖3中示出)檢測(cè)的光的約95％。任何合適的金屬涂層能使用，比如，銀、金或鋁。在示例性實(shí)施例中，使用銀涂層。在一個(gè)實(shí)施例中，淀積該金屬涂層以產(chǎn)生厚度約0.1μm到3.0μm的金屬層70。在另一個(gè)實(shí)施例中，淀積該金屬涂層以產(chǎn)生厚度約0.5μm到2.0μm的金屬層70。需要約0.1μm的最小厚度以達(dá)到用于低串?dāng)_的0％透射和用于來(lái)自閃爍體象元50的高光輸出的高反射率。該金屬涂層的淀積能通過(guò)任何合適的方法完成，比如，濺射工藝(真空汽相淀積)，化學(xué)汽相淀積(CVD)，等離子體輔助CVD，或無(wú)電涂敷工藝。重要的是在閃爍體象元50的所有表面淀積金屬涂層相同厚度。
為了保護(hù)反射金屬層70，在金屬層70頂部通過(guò)阻隔涂層材料的淀積形成阻隔層72。該阻隔涂層材料以足夠的量施加到一個(gè)或多個(gè)涂層，因此在一個(gè)實(shí)施例中，該阻隔層72的涂層材料的干膜厚度約為0.5μm到15.0μm。在另一實(shí)施例中，阻隔層72的厚度約為2.0μm到10.0μm。該阻隔涂層通過(guò)任何合適的涂敷工藝施加，例如，浸漬涂布和旋涂。合適的阻隔涂層材料包括但不限制硅樹(shù)脂硬涂層，包括可紫外線固化的硅樹(shù)脂硬涂層，例如，可在市場(chǎng)上從通用電器公司買(mǎi)到的UVHC8558，和環(huán)氧樹(shù)脂涂層，例如可在市場(chǎng)上從環(huán)氧技術(shù)有限公司買(mǎi)到的EpoTek301。
在平滑層68、反射層70和阻隔層72已在每個(gè)閃爍體象元50上形成后，粘附材料74(圖3中示出)包含在一個(gè)實(shí)施例中，約15wt％到約60wt％的TiO2投射到包裝初成品60中以充填間隙52。在另一個(gè)實(shí)施例中，粘附材料包含約20wt％到約50wt％的TiO2。應(yīng)當(dāng)理解粘附材料74的填料不限于TiO2，和在其它實(shí)施例中，能包括其它高Z氧化物材料，比如，TiO2，Ta2O5，Bi2O3，WO3，PbO，和HfO2和/或金屬粉末，比如鎢。粘附材料74是能在室溫或更高溫度下固化的低粘性抗輻射的環(huán)氧樹(shù)脂。硬化該環(huán)氧材料后，包裝初成品60被機(jī)械加工成其最終尺寸。
為了制造最終的閃爍體陣列53，清潔象素化閃爍體初成品60，比如用酸性洗滌液，然后烘干。平滑涂層成分施加到閃爍體象元50的頂部表面62和側(cè)面64。硬化該淀積的平滑涂層形成平滑層68。接著反射金屬涂層施加到平滑層68的頂部，覆蓋象素50的全部表面以形成反射金屬層70。然后施加阻隔涂層到金屬層70的頂部并硬化形成阻隔層72。然后澆鑄粘附材料74在初成品60上填充所有的間隙52并覆蓋閃爍體象元50的所有表面。然后硬化粘附材料并機(jī)械加工初成品60為其最終尺寸。
盡管已根據(jù)各種具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，那些熟悉本領(lǐng)域普通技術(shù)的人員將意識(shí)到本發(fā)明能在權(quán)利要求的主旨和范圍內(nèi)做出修改。
部件列表CT成像系統(tǒng)10臺(tái)架12x射線源14x射線束16探測(cè)器陣列18探測(cè)器元件20內(nèi)科病人22旋轉(zhuǎn)中心24控制機(jī)構(gòu)26x射線控制器28臺(tái)架發(fā)動(dòng)機(jī)控制器30數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(DAS)32圖象重構(gòu)器34計(jì)算機(jī)36控制臺(tái)40顯示器42工作臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器44工作臺(tái)46閃爍體元件50間隙52陣列53光電探測(cè)器54閃爍體包裝初成品60頂部表面62側(cè)面64部分66平滑層68反射金屬層70阻隔層72
粘附材料7權(quán)利要求
1.一種用于成像系統(tǒng)(10)的輻射探測(cè)器(18)的象素化閃爍體陣列(53)，其中所述的閃爍體陣列包括多個(gè)閃爍體象元(50)，在陣列中并排排列，所述的閃爍體象元與鄰近的閃爍體象元以間隙(52)隔開(kāi)，每個(gè)所述的閃爍體象元包括頂部表面(62)和多個(gè)側(cè)面(64)；第一層(68)，覆蓋每個(gè)所述閃爍體象元的所述頂部表面和所述側(cè)面，所述第一層由平滑涂層形成；第二層(70)，覆蓋所述第一層，所述第二層由反射金屬涂層形成；及第三層(72)，覆蓋所述第二層，所述第三層由阻隔涂層形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的閃爍體陣列(53)，其中所述的反射金屬涂層包括銀、金和鋁中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的閃爍體陣列(53)，其中所述的平滑涂層具有小于1.5的折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的閃爍體陣列(53)，其中所述第一層(68)厚度為約0.5μm到約3.0μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的閃爍體陣列(53)，其中所述第一層(68)厚度為約1.0μm到約2.0μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的閃爍體陣列(53)，其中所述第二層(70)厚度為約0.1μm到約3.0μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的閃爍體陣列(53)，其中所述第二層(70)厚度為約0.5μm到約2.0μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的閃爍體陣列(53)，其中所述第三層(72)厚度為約0.5μm到約15.0μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的閃爍體陣列(53)，其中所述第三層(72)厚度為約2.0μm到約10.0μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的閃爍體陣列(53)，還包括粘附材料(74)，用于填充所述閃爍體象元(50)之間的所述間隙(52)，所述粘附材料包括約15wt％到約60wt％的填充材料，該填充材料包括TiO2，Ta2O5，Bi2O3，WO3，PbO，HfO2和鎢中的至少一種，該重量百分比以該粘附材料的總重量為基礎(chǔ)。
全文摘要
一種象素化閃爍體陣列(53)，其應(yīng)用于成像系統(tǒng)(10)的輻射探測(cè)器(18)，包括在陣列中并排排列的多個(gè)閃爍體象元(50)。閃爍體象元與鄰近的閃爍體象元以間隙(52)隔開(kāi)。每個(gè)閃爍體象元包括頂部表面(62)，多個(gè)側(cè)面(64)；及覆蓋每個(gè)閃爍體象元的頂部表面和側(cè)面的第一層(68)，第一層由平滑涂層形成；由反射金屬涂層形成的第二層(70)覆蓋第一層，及由阻隔涂層形成的并覆蓋第二層的第三層(72)。
文檔編號(hào)A61B6/03GK1654976SQ20041009549
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2004年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者D·G·姆利納, H·蔣, R·L·哈特, C·魏, J·A·埃切韋里 申請(qǐng)人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司