專利名稱：用于計(jì)算體層照相系統(tǒng)的多層閃爍器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及計(jì)算體層照相(CT)成像，更具體地說(shuō)，涉及CT成像中x射線檢測(cè)用的閃爍器。
至少在一些CT成像系統(tǒng)的配置中，x射線源投射一股扇形的射線束，后者經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直，使之處于一般稱作”成像平面”的卡笛爾坐標(biāo)系的x-y平面上。x-射線束穿過(guò)被成像的對(duì)象，諸如病人。該射線束被對(duì)象衰減后，投射在射線檢測(cè)器陣列上。在該檢測(cè)器陣列上接收的衰減后的射線束強(qiáng)度取決于對(duì)象對(duì)x-射線的衰減。該陣列的每一個(gè)檢測(cè)器元件產(chǎn)生作為所述檢測(cè)器位置上射線束衰減測(cè)量值的單獨(dú)的電信號(hào)。分別采集來(lái)自所有檢測(cè)器的衰減測(cè)量值，以產(chǎn)生透射分布圖。
在已知的第三代CT系統(tǒng)中，x-射線源和檢測(cè)器陣列放在一個(gè)機(jī)架上，在成像平面內(nèi)繞準(zhǔn)備成像的對(duì)象旋轉(zhuǎn)，使得x-射線束與對(duì)象的交角不斷變化。x-射線源一般包括在焦點(diǎn)處發(fā)射x-射線束的x-射線管。x-射線檢測(cè)器一般包括對(duì)在檢測(cè)器處接收的x-射線束進(jìn)行準(zhǔn)直用的準(zhǔn)直器、與準(zhǔn)直器相鄰的閃爍器和與閃爍器相鄰的多個(gè)光敏二極管。
已知的閃爍器是由各種閃爍材料制成的。這些閃爍材料分成專門的幾類，每一類各有優(yōu)、缺點(diǎn)。例如，某些閃爍材料速度快但有光的輸出低，輻射變質(zhì)率高或透明度低、導(dǎo)致Z軸不均勻的缺點(diǎn)。盡管最好利用快速的閃爍材料，但是權(quán)衡之下有時(shí)又不能使用這樣的材料。
因此，最好提供一種在速度、輸出信號(hào)幅度和其他閃爍器特性方面有合理的權(quán)衡的閃爍器。最好還提供一種對(duì)側(cè)向光透射具有自準(zhǔn)直作用的閃爍器，以便不再需要單獨(dú)的準(zhǔn)直器。
采用一種包括多層閃爍材料的閃爍器可以達(dá)到這些及其他目標(biāo)。這樣構(gòu)成所述閃爍器，使得x-射線束信號(hào)投射在高速閃爍材料的第一層上，然后穿過(guò)第一層，穿行到透明度較高的第二層閃爍材料。穿過(guò)第二層之后，該信號(hào)由光敏二極管接收，后者把來(lái)自閃爍器元件的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。
在一個(gè)實(shí)施例中，閃爍器是通過(guò)使用光學(xué)粘結(jié)劑把第一層閃爍材料粘結(jié)到第二層閃爍材料上而制成的。具體地說(shuō)，選擇第一層和第二層閃爍材料并切割成適當(dāng)?shù)某叽绾秃穸?。然后把第一和第二層放在相鄰的位置上并粘結(jié)在一起。選擇各種材料類型和厚度的組合，使閃爍器能夠產(chǎn)生特定的結(jié)果。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，多層之中的一層是由多根耐輻射光學(xué)纖維形成的，使閃爍器具有自準(zhǔn)直作用。
上述閃爍器在速度、輸出信號(hào)幅度和其他閃爍器特性之間提供了合理的權(quán)衡。這種閃爍器對(duì)側(cè)向的光透射具有自準(zhǔn)直作用。


圖1是CT成像系統(tǒng)圖；圖2是圖1中舉例說(shuō)明的系統(tǒng)的示意的方框圖；圖3是各層耦合之前按照本發(fā)明的多層閃爍器的示意的說(shuō)明；圖4是各閃爍層粘結(jié)之后圖3中所示的多層閃爍器的示意的說(shuō)明；圖5是圖3所示閃爍器的替代的實(shí)施例的示意的說(shuō)明；圖6是圖5所示光學(xué)纖維閃爍器的透視圖。
參照?qǐng)D1和圖2，以包括代表”第三代”CT掃描器的機(jī)架12的形式示出CT(計(jì)算體層照相)成像系統(tǒng)10。機(jī)架12具有x-射線源14，后者向機(jī)架12對(duì)面?zhèn)鹊臋z測(cè)器陣列18投射x-射線束16。檢測(cè)器陣列18是由各檢測(cè)器元件20形成的，后者一起檢測(cè)穿過(guò)病人而照射過(guò)來(lái)的x-射線。每一個(gè)檢測(cè)器元件產(chǎn)生代表照射的x-射線束強(qiáng)度，因而代表射線束穿過(guò)病人22時(shí)的衰減的電信號(hào)。在掃描以采集x-射線投射數(shù)據(jù)期間，機(jī)架12和裝于其上的部件繞旋轉(zhuǎn)中心24旋轉(zhuǎn)。
機(jī)架12的旋轉(zhuǎn)和x-射線源的動(dòng)作由CT系統(tǒng)10的控制機(jī)構(gòu)26控制?？刂茩C(jī)構(gòu)26包括向x-射線源14提供電源和定時(shí)信號(hào)的x-射線控制器28和控制機(jī)架12旋轉(zhuǎn)速度和位置用的機(jī)架馬達(dá)控制器30。控制機(jī)構(gòu)26中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)32對(duì)來(lái)自檢測(cè)器元件20的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以便進(jìn)一步處理。圖象重建器34從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)32接收所采樣的和數(shù)字化后的x-射線數(shù)據(jù)，并進(jìn)行高速的圖象重建。重建的圖象作為輸入加在計(jì)算機(jī)36上，后者把圖象儲(chǔ)存在海量存儲(chǔ)器裝置38上。
計(jì)算機(jī)36還接收操作者通過(guò)具有鍵盤的操作臺(tái)40發(fā)來(lái)的命令和掃描參數(shù)。相關(guān)的陰極射線管顯示器42使操作者可以觀察重建的圖象和來(lái)自計(jì)算機(jī)36的其他數(shù)據(jù)。操作者所提供的命令和參數(shù)由計(jì)算機(jī)36用來(lái)向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)32、x-射線控制器28和機(jī)架馬達(dá)控制器30提供控制信號(hào)和信息。另外，計(jì)算機(jī)36操作臺(tái)架馬達(dá)控制器44，后者控制由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的臺(tái)架46，把病人22定位在機(jī)架12上。具體地說(shuō)，臺(tái)架46移動(dòng)病人22各部分穿過(guò)機(jī)架12的開孔48。
正如上面所解釋的，陣列18的每一個(gè)檢測(cè)器元件20產(chǎn)生作為所述檢測(cè)器位置上射線束衰減的測(cè)量值的單獨(dú)的電信號(hào)。具體地說(shuō)，每一個(gè)x-射線檢測(cè)器元件20一般都包括閃爍器元件，并且相鄰的閃爍器元件由非閃爍狹縫(未示出)隔開。光敏二極管放在與閃爍器相鄰的位置上，并產(chǎn)生代表閃爍器元件光輸出的電信號(hào)(未示出)。分別采集來(lái)自所有檢測(cè)器元件18的衰減測(cè)量值，以產(chǎn)生透射分布圖。
當(dāng)前的閃爍材料(未示出)可以分成幾大類一類是光輸出低而輻射變質(zhì)率高的快速檢測(cè)器，而第二類是透明度低從而導(dǎo)致Z軸不均勻的快速檢測(cè)器。
一般說(shuō)來(lái)，就下面將要描述的并按照本發(fā)明構(gòu)造的閃爍器而言，這樣構(gòu)造所述閃爍器、使得它至少包括兩層閃爍材料。通過(guò)提供至少兩個(gè)單獨(dú)的材料層，可以達(dá)到特性的最優(yōu)配合。
更具體地說(shuō)，圖3是檢測(cè)器80的一部分的示意的說(shuō)明，它包括光敏二極管90和具有相鄰的第一和第二層閃爍材料104和108的閃爍器100。這樣構(gòu)造閃爍器100、使得x-射線束16(圖3中未示出)照射在第一層104上。第二層108位于第一層104與光敏二極管90之間。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一層104具有快速閃爍特性，例如，GOS(Gd2O3S)，厚度T1，例如，約0.5mm。第二層108具有厚度T2，而其透明度特性高于第一層104。第二層是，例如，厚度T2約為1.5至2.0mm的Lumex(YG d)2O3材料。閃爍器100非?？焖?，具有非常高的輸出水平，以及經(jīng)過(guò)改進(jìn)的Z軸均勻性。
為第一和第二層104和108選擇的材料可以包括其他閃爍材料。例如，第一層材料104可以從高光輸出材料選擇，而第二層108可以是較第一層104輻射變質(zhì)系數(shù)低的或均勻性系數(shù)高的閃爍材料。所選擇的特定閃爍材料取決于閃爍器100和檢測(cè)器80希望具有的特定特性。
在一個(gè)替代的實(shí)施例中，第一層104和第二層108從兩種以上的閃爍材料的各種各樣的材料中選擇，例如，包括一個(gè)閃爍材料層和一個(gè)X-射線吸收光導(dǎo)層，或者一個(gè)薄膜濾光材料層和閃爍層，或者一個(gè)薄膜濾光材料層和一個(gè)X-射線吸收層(未示出)。例如，光吸收層起光導(dǎo)管的作用，并保護(hù)光敏二極管免受X-射線16作用。另外，第一和第二層104和108可以是其他材料，例如，閃爍層和閃爍的或非閃爍的致密玻璃。
制造閃爍器100時(shí)，選擇第一層104和第二層108用的材料，并把它切割成適當(dāng)?shù)某叽绾秃穸取５谝粚?04和第二層108可以以各種各樣的方法耦合在一起，包括，例如，粘結(jié)、燒結(jié)、光學(xué)粘結(jié)劑、光學(xué)液、或在彼此上直接生長(zhǎng)。如果，例如，選擇光學(xué)粘結(jié)劑116來(lái)粘結(jié)第一層和第二層104和108，則在把第一層104放在與第二層108相鄰接的位置之前，把光學(xué)粘結(jié)劑116涂在第二層108的上表面上。粘結(jié)劑116特定成分的選擇隨著第一層和第二層104和108的選擇和閃爍器要求的特性而變化。第一和第二層104和108耦合之后，把閃爍器以現(xiàn)有技術(shù)已知的方法處理成檢測(cè)器(未示出)。
在圖5所示的一個(gè)替代的實(shí)施例中，閃爍器200包括閃爍材料的第一層204和由多根輻射發(fā)光光學(xué)纖維212形成的第二層208。耐輻射光學(xué)纖維212每一根都具有輸入端216和輸出端220。閃爍材料的第一層204如上所述地耦合到第二層208，或者直接在輸入端216摻雜。例如，纖維212的小直徑和光反射特性使閃爍器200能夠?qū)?cè)向光透射進(jìn)行自準(zhǔn)直。這種自準(zhǔn)直使整個(gè)閃爍器200能維持側(cè)向空間分辨率。
在閃爍器200的一個(gè)特定的實(shí)施例中，參見圖6，光學(xué)纖維212排列成纖維束308。纖維束308具有輸入端312和輸出端316。x-射線閃爍材料320的第一層在光學(xué)上與輸入端312耦合。第一層320可以制作為覆蓋整個(gè)纖維束308單一層(未示出)，或者制作成覆蓋各個(gè)輸入端312的幾片，例如，用x-射線閃爍材料320摻雜輸入端312。
上述閃爍器包括多個(gè)閃爍材料層，以便優(yōu)化器件的特定特性。所述閃爍器可以這樣制造，使得把幾種不同類型的材料的特定優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。另外，閃爍器可以對(duì)側(cè)向光透射進(jìn)行準(zhǔn)直。
從本發(fā)明上述不同實(shí)施例的描述中可知，顯然可以達(dá)到本發(fā)明的目的。盡管對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)的描述和舉例說(shuō)明，但是，顯然，所作的描述和說(shuō)明僅僅是為了作為說(shuō)明和例子，而不打算作為限制。具體地說(shuō)，盡管上述只有兩層，但對(duì)層數(shù)并無(wú)限制，可以把任何層數(shù)加以耦合，以達(dá)到想要的特定的結(jié)果。因此，本發(fā)明的精神和范圍只受后附的權(quán)利要求書的各項(xiàng)權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1．一種用于計(jì)算體層照相(CT)機(jī)的閃爍器，其特征在于所述閃爍器包括具有快速閃爍特性的第一材料層；以及具有較所述第一層高的透明度特性的第二材料層。
2．按照權(quán)利要求1的閃爍器，其特征在于所述第一材料層包括GOS(Gd2O3S)。
3．按照權(quán)利要求2的閃爍器，其特征在于所述第一材料層具有約0.5mm的厚度。
4．按照權(quán)利要求1的閃爍器，其特征在于所述第二材料層包括(YGd)2O3。
5．按照權(quán)利要求1的閃爍器，其特征在于這樣構(gòu)造所述閃爍器，使得x射線束照射在所述第一材料層上。
6．按照權(quán)利要求1的閃爍器，其特征在于所述第一材料層粘結(jié)在第二材料層上。
7．按照權(quán)利要求1的閃爍器，其特征在于所述第一材料層燒結(jié)在第二材料層上。
8．按照權(quán)利要求1的閃爍器，其特征在于所述第二材料層是x射線吸收光導(dǎo)材料。
9．按照權(quán)利要求1的閃爍器，其特征在于所述第二材料層是非閃爍材料。
10．按照權(quán)利要求1的閃爍器，其特征在于所述第一材料層是薄膜濾光材料。
11．按照權(quán)利要求1的閃爍器，其特征在于所述第二層包括輻射發(fā)光纖維光學(xué)材料。
12．按照權(quán)利要求11的閃爍器，其特征在于所述纖維光學(xué)材料包括多根耐輻射光學(xué)纖維。
13．按照權(quán)利要求12的閃爍器，其特征在于所述光學(xué)纖維是用閃爍元素?fù)诫s的。
14．按照權(quán)利要求1的閃爍器，其特征在于所述第一層是直接在所述第二層頂上生長(zhǎng)的。
15．一種用于計(jì)算體層照相(CT)機(jī)的閃爍器，其特征在于所述閃爍器包括一束光學(xué)纖維，所述纖維束具有輸入端和輸出端，這樣構(gòu)造所述纖維束的輸入端、使得x射線束照射在其上，所述光學(xué)纖維中至少有一些是用x射線閃爍材料摻雜的。
16．按照權(quán)利要求15的閃爍器，其特征在于還包括與所述纖維束的所述輸入端相鄰的一層閃爍材料。
17．按照權(quán)利要求15的閃爍器，其特征在于還包括在光學(xué)上耦合到所述纖維束的所述輸入端的多個(gè)閃爍器。
18一種用于計(jì)算體層照相(CT)機(jī)的閃爍器，其特征在于所述閃爍器包括具有快速閃爍特性的第一材料層；以及包括多根光學(xué)纖維的第二材料層。
19．按照權(quán)利要求18的閃爍器，其特征在于所述光學(xué)纖維排列成一束。
20．按照權(quán)利要求19的閃爍器，其特征在于所述纖維束包括輸入端和輸出端，所述纖維束的輸入端在光學(xué)上耦合到所述第一材料層。
21．按照權(quán)利要求20的閃爍器，其特征在于所述第一材料層是直接在所述第二層的輸入端上淀積的。
22．按照權(quán)利要求18的閃爍器，其特征在于所述第二材料層具有較第一材料層高的透明度特性。
23．按照權(quán)利要求18的閃爍器，其特征在于所述第二材料層包括多根耐輻射光學(xué)纖維。
24．一種用于計(jì)算體層照相(CT)機(jī)的閃爍器，其特征在于所述閃爍器包括多層材料，所述各層中至少一層包括具有快速閃爍特性的材料和具有高透明特性的材料中的至少一種材料。
25．按照權(quán)利要求24的閃爍器，其特征在于第一材料層具有快速閃爍特性，而第二材料層具有較所述第一材料層高的透明度特性。
26．按照權(quán)利要求24的閃爍器，其特征在于所述閃爍器包括一束光學(xué)纖維，所述纖維束具有輸入端和輸出端。
27．按照權(quán)利要求26的閃爍器，其特征在于還包括所述纖維束的所述輸入端處的閃爍材料層。
全文摘要
具有第一和第二閃爍材料層的多層閃爍器。在一個(gè)實(shí)施例中,閃爍器的第一層具有快速閃爍特性,而第二層具有較第一層高的透明度特性。所述兩閃爍層粘結(jié)在一起,使得光信號(hào)從第一層傳遞到第二層,并從第二層傳遞到與第二層相鄰的光敏二極管。選擇特定的閃爍材料,以便達(dá)到要求的閃爍器特性。
文檔編號(hào)G01N23/04GK1217906SQ9811942
公開日1999年6月2日 申請(qǐng)日期1998年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月26日
發(fā)明者D·M·霍夫曼, H·D·赫 申請(qǐng)人:通用電氣公司