用於計算體層照相系統的多層閃爍器的製作方法
2023-08-02 14:10:01 1
專利名稱：用於計算體層照相系統的多層閃爍器的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及計算體層照相(CT)成像，更具體地說，涉及CT成像中x射線檢測用的閃爍器。
至少在一些CT成像系統的配置中，x射線源投射一股扇形的射線束，後者經過準直，使之處於一般稱作」成像平面」的卡笛爾坐標系的x-y平面上。x-射線束穿過被成像的對象，諸如病人。該射線束被對象衰減後，投射在射線檢測器陣列上。在該檢測器陣列上接收的衰減後的射線束強度取決於對象對x-射線的衰減。該陣列的每一個檢測器元件產生作為所述檢測器位置上射線束衰減測量值的單獨的電信號。分別採集來自所有檢測器的衰減測量值，以產生透射分布圖。
在已知的第三代CT系統中，x-射線源和檢測器陣列放在一個機架上，在成像平面內繞準備成像的對象旋轉，使得x-射線束與對象的交角不斷變化。x-射線源一般包括在焦點處發射x-射線束的x-射線管。x-射線檢測器一般包括對在檢測器處接收的x-射線束進行準直用的準直器、與準直器相鄰的閃爍器和與閃爍器相鄰的多個光敏二極體。
已知的閃爍器是由各種閃爍材料製成的。這些閃爍材料分成專門的幾類，每一類各有優、缺點。例如，某些閃爍材料速度快但有光的輸出低，輻射變質率高或透明度低、導致Z軸不均勻的缺點。儘管最好利用快速的閃爍材料，但是權衡之下有時又不能使用這樣的材料。
因此，最好提供一種在速度、輸出信號幅度和其他閃爍器特性方面有合理的權衡的閃爍器。最好還提供一種對側向光透射具有自準直作用的閃爍器，以便不再需要單獨的準直器。
採用一種包括多層閃爍材料的閃爍器可以達到這些及其他目標。這樣構成所述閃爍器，使得x-射線束信號投射在高速閃爍材料的第一層上，然後穿過第一層，穿行到透明度較高的第二層閃爍材料。穿過第二層之後，該信號由光敏二極體接收，後者把來自閃爍器元件的光信號轉變成電信號。
在一個實施例中，閃爍器是通過使用光學粘結劑把第一層閃爍材料粘結到第二層閃爍材料上而製成的。具體地說，選擇第一層和第二層閃爍材料並切割成適當的尺寸和厚度。然後把第一和第二層放在相鄰的位置上並粘結在一起。選擇各種材料類型和厚度的組合，使閃爍器能夠產生特定的結果。在一個特定的實施例中，多層之中的一層是由多根耐輻射光學纖維形成的，使閃爍器具有自準直作用。
上述閃爍器在速度、輸出信號幅度和其他閃爍器特性之間提供了合理的權衡。這種閃爍器對側向的光透射具有自準直作用。
圖1是CT成像系統圖；圖2是圖1中舉例說明的系統的示意的方框圖；圖3是各層耦合之前按照本發明的多層閃爍器的示意的說明；圖4是各閃爍層粘結之後圖3中所示的多層閃爍器的示意的說明；圖5是圖3所示閃爍器的替代的實施例的示意的說明；圖6是圖5所示光學纖維閃爍器的透視圖。
參照圖1和圖2，以包括代表」第三代」CT掃描器的機架12的形式示出CT(計算體層照相)成像系統10。機架12具有x-射線源14，後者向機架12對面側的檢測器陣列18投射x-射線束16。檢測器陣列18是由各檢測器元件20形成的，後者一起檢測穿過病人而照射過來的x-射線。每一個檢測器元件產生代表照射的x-射線束強度，因而代表射線束穿過病人22時的衰減的電信號。在掃描以採集x-射線投射數據期間，機架12和裝於其上的部件繞旋轉中心24旋轉。
機架12的旋轉和x-射線源的動作由CT系統10的控制機構26控制。控制機構26包括向x-射線源14提供電源和定時信號的x-射線控制器28和控制機架12旋轉速度和位置用的機架馬達控制器30。控制機構26中的數據採集系統(DAS)32對來自檢測器元件20的模擬數據進行採樣，並將該數據轉換成數位訊號，以便進一步處理。圖象重建器34從數據採集系統32接收所採樣的和數位化後的x-射線數據，並進行高速的圖象重建。重建的圖象作為輸入加在計算機36上，後者把圖象儲存在海量存儲器裝置38上。
計算機36還接收操作者通過具有鍵盤的操作臺40發來的命令和掃描參數。相關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自計算機36的其他數據。操作者所提供的命令和參數由計算機36用來向數據採集系統32、x-射線控制器28和機架馬達控制器30提供控制信號和信息。另外，計算機36操作臺架馬達控制器44，後者控制由馬達驅動的臺架46，把病人22定位在機架12上。具體地說，臺架46移動病人22各部分穿過機架12的開孔48。
正如上面所解釋的，陣列18的每一個檢測器元件20產生作為所述檢測器位置上射線束衰減的測量值的單獨的電信號。具體地說，每一個x-射線檢測器元件20一般都包括閃爍器元件，並且相鄰的閃爍器元件由非閃爍狹縫(未示出)隔開。光敏二極體放在與閃爍器相鄰的位置上，並產生代表閃爍器元件光輸出的電信號(未示出)。分別採集來自所有檢測器元件18的衰減測量值，以產生透射分布圖。
當前的閃爍材料(未示出)可以分成幾大類一類是光輸出低而輻射變質率高的快速檢測器，而第二類是透明度低從而導致Z軸不均勻的快速檢測器。
一般說來，就下面將要描述的並按照本發明構造的閃爍器而言，這樣構造所述閃爍器、使得它至少包括兩層閃爍材料。通過提供至少兩個單獨的材料層，可以達到特性的最優配合。
更具體地說，圖3是檢測器80的一部分的示意的說明，它包括光敏二極體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位於第一層104與光敏二極體90之間。
在一個實施例中，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，而其透明度特性高於第一層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非常快速，具有非常高的輸出水平，以及經過改進的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輻射變質係數低的或均勻性係數高的閃爍材料。所選擇的特定閃爍材料取決於閃爍器100和檢測器80希望具有的特定特性。
在一個替代的實施例中，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，包括一個閃爍材料層和一個X-射線吸收光導層，或者一個薄膜濾光材料層和閃爍層，或者一個薄膜濾光材料層和一個X-射線吸收層(未示出)。例如，光吸收層起光導管的作用，並保護光敏二極體免受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緻密玻璃。
製造閃爍器100時，選擇第一層104和第二層108用的材料，並把它切割成適當的尺寸和厚度。第一層104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、燒結、光學粘結劑、光學液、或在彼此上直接生長。如果，例如，選擇光學粘結劑116來粘結第一層和第二層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，把光學粘結劑116塗在第二層108的上表面上。粘結劑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耦合之後，把閃爍器以現有技術已知的方法處理成檢測器(未示出)。
在圖5所示的一個替代的實施例中，閃爍器200包括閃爍材料的第一層204和由多根輻射發光光學纖維212形成的第二層208。耐輻射光學纖維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能夠對側向光透射進行自準直。這種自準直使整個閃爍器200能維持側向空間解析度。
在閃爍器200的一個特定的實施例中，參見圖6，光學纖維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的第一層在光學上與輸入端312耦合。第一層320可以製作為覆蓋整個纖維束308單一層(未示出)，或者製作成覆蓋各個輸入端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閃爍材料層，以便優化器件的特定特性。所述閃爍器可以這樣製造，使得把幾種不同類型的材料的特定優點結合起來。另外，閃爍器可以對側向光透射進行準直。
從本發明上述不同實施例的描述中可知，顯然可以達到本發明的目的。儘管對本發明作了詳細的描述和舉例說明，但是，顯然，所作的描述和說明僅僅是為了作為說明和例子，而不打算作為限制。具體地說，儘管上述只有兩層，但對層數並無限制，可以把任何層數加以耦合，以達到想要的特定的結果。因此，本發明的精神和範圍只受後附的權利要求書的各項權利要求的限制。
權利要求
1．一種用於計算體層照相(CT)機的閃爍器，其特徵在於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．按照權利要求1的閃爍器，其特徵在於所述第一材料層包括GOS(Gd2O3S)。
3．按照權利要求2的閃爍器，其特徵在於所述第一材料層具有約0.5mm的厚度。
4．按照權利要求1的閃爍器，其特徵在於所述第二材料層包括(YGd)2O3。
5．按照權利要求1的閃爍器，其特徵在於這樣構造所述閃爍器，使得x射線束照射在所述第一材料層上。
6．按照權利要求1的閃爍器，其特徵在於所述第一材料層粘結在第二材料層上。
7．按照權利要求1的閃爍器，其特徵在於所述第一材料層燒結在第二材料層上。
8．按照權利要求1的閃爍器，其特徵在於所述第二材料層是x射線吸收光導材料。
9．按照權利要求1的閃爍器，其特徵在於所述第二材料層是非閃爍材料。
10．按照權利要求1的閃爍器，其特徵在於所述第一材料層是薄膜濾光材料。
11．按照權利要求1的閃爍器，其特徵在於所述第二層包括輻射發光纖維光學材料。
12．按照權利要求11的閃爍器，其特徵在於所述纖維光學材料包括多根耐輻射光學纖維。
13．按照權利要求12的閃爍器，其特徵在於所述光學纖維是用閃爍元素摻雜的。
14．按照權利要求1的閃爍器，其特徵在於所述第一層是直接在所述第二層頂上生長的。
15．一種用於計算體層照相(CT)機的閃爍器，其特徵在於所述閃爍器包括一束光學纖維，所述纖維束具有輸入端和輸出端，這樣構造所述纖維束的輸入端、使得x射線束照射在其上，所述光學纖維中至少有一些是用x射線閃爍材料摻雜的。
16．按照權利要求15的閃爍器，其特徵在於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．按照權利要求15的閃爍器，其特徵在於還包括在光學上耦合到所述纖維束的所述輸入端的多個閃爍器。
18一種用於計算體層照相(CT)機的閃爍器，其特徵在於所述閃爍器包括具有快速閃爍特性的第一材料層；以及包括多根光學纖維的第二材料層。
19．按照權利要求18的閃爍器，其特徵在於所述光學纖維排列成一束。
20．按照權利要求19的閃爍器，其特徵在於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上耦合到所述第一材料層。
21．按照權利要求20的閃爍器，其特徵在於所述第一材料層是直接在所述第二層的輸入端上澱積的。
22．按照權利要求18的閃爍器，其特徵在於所述第二材料層具有較第一材料層高的透明度特性。
23．按照權利要求18的閃爍器，其特徵在於所述第二材料層包括多根耐輻射光學纖維。
24．一種用於計算體層照相(CT)機的閃爍器，其特徵在於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．按照權利要求24的閃爍器，其特徵在於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．按照權利要求24的閃爍器，其特徵在於所述閃爍器包括一束光學纖維，所述纖維束具有輸入端和輸出端。
27．按照權利要求26的閃爍器，其特徵在於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。在一個實施例中,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。所述兩閃爍層粘結在一起,使得光信號從第一層傳遞到第二層,並從第二層傳遞到與第二層相鄰的光敏二極體。選擇特定的閃爍材料,以便達到要求的閃爍器特性。
文檔編號G01N23/04GK1217906SQ9811942
公開日1999年6月2日 申請日期1998年9月25日 優先權日1997年11月26日
發明者D·M·霍夫曼, H·D·赫 申請人:通用電氣公司