用於多片層計算機層析攝影系統中的閃爍體的製作方法
2023-12-09 09:48:16 2
專利名稱：用於多片層計算機層析攝影系統中的閃爍體的製作方法
一般來說，本發明涉及計算機層析攝影(CT)成象技術，更具體地說，本發明涉及與CT系統結合使用的探測器。
至少在某些計算機層析攝影(CT)成象系統構造中，一個X-射線源發射出扇形射線束，這些射線束經過準直處於卡笛爾坐標系的一個X-Y平面中，該平面通常被稱為「成象平面」。X-射線束穿過被成象的物體，例如一個病人身體。在被該物體吸收之後，射線束照射到一個輻射探測器陣列。在探測器陣列中接收到的經過衰減的輻射束的強度依賴於物體對X-射線束的衰減程度。探測器陣列中的每一個探測器單元都產生一個獨立的電信號，這個信號是在該探測器位置處射線束衰減程度的一種量度。獨立地採集所有探測器的衰減測量結果以生成一個透射分布圖。
在公知的第三代CT系統中，X-射線源和探測器陣列都隨著機架一起在成象平面內圍繞著被成象物體旋轉，使得X-射線束與物體相交角度始終在變化。X-射線源一般包括X-射線管，其發射具有一定焦點的X-射線束。X-射線探測器一般包括用於準直在該探測器位置接收的X-射線束的一個準直管、與該準直管相鄰的一個閃爍體、和與該閃爍體相鄰的光電二極體。
多片層CT系統用於獲得在一次掃描過程中數目不斷增加的片層的數據。已知的多片層系統通常包括一般稱為三維(3-D)探測器的探測器。採用這種3-D探測器，由一組探測器單元組成按行列排列的多條獨立信道。
用於3-D探測器的閃爍體可以由尺寸大約為1×2×3毫米若干閃爍體單元構成，相鄰元件之間的狹窄間隙僅為幾個密耳，例如0.004英寸。由於所使用元件的尺寸小，設置距離近，這種元件的製造難度很大。此外，在使用過程中，照射到一個閃爍體單元上的輻射可能會被非正常地向上反射或反射到相鄰元件中，從而產生串擾和降低解析度。而且，使用這種小的閃爍體單元，所產生的光信號強度也很小，產生的任何光損失都能夠使信號質量顯著地下降。
因此，需要提供一種閃爍體單元，它能夠通過使閃爍體單元產生的光損失量最小而提高輸入光電二極體的光信號強度。還需要提供一種具有提高的空間解析度的閃爍體單元。此外，還需要提供一種包括一個光吸收體以使在相鄰元件之間轉移的光量最小的閃爍體單元。
本發明的這些和其它目的可以利用由排列成一個陣列、並且在相鄰元件之間具有間隙的一組閃爍體單元構成的一種閃爍體來實現。間隙中填充有包含一種反射材料、一種光吸收體、和一種可塑聚合物的一種複合物。在一個實施例中，間隙中填充有包含二氧化鈦和一種可塑環氧樹脂的一種白色的、高漫反射率材料的複合物。這種複合物使反射出元件的光量最小，並且提高了傳輸到位於閃爍體單元附近的光電二極體的信號強度。
在一個實施例中，閃爍體是通過將一疊閃爍體晶片臨時粘結在一起，然後將這些晶片切割成第一次加工條塊。在將這些第一次加工條塊分成單獨的條後，將這些條放置在一個型架中，在各個條之間留有間隙。然後在各個間隙中填充反射材料以構成一個2維陣列。在反射材料固化之後，將一組陣列堆疊起來，並將其切割成一組第二次加工條塊。然後將這些第二次加工條塊分成單獨的第二次加工條，並放置在一個型架中，在第二次加工條之間留有間隙。用反射材料複合物填充這些間隙，構成具有，例如在一個實施例中，256個閃爍體單元的一個3-D閃爍體陣列。
上述的閃爍體由於使從閃爍體單元中損失的光量最小而能夠向光電二極體提供較高強度的信號。此外，所述閃爍體中包含光吸收體以使在相鄰閃爍體單元之間傳輸的光量最小。
圖1為具有一組閃爍體單元的一種閃爍體的透視圖。
圖2為一疊閃爍體晶片的透視圖。
圖3為從圖2所示的晶片切割而成的一疊閃爍體條的透視圖。
圖4為在將條塊分成單獨的條，並在間隙中填充反射材料之後圖3所示條塊的透視圖。
圖5為從圖4所示條塊切割而成的第二次加工條塊的透視圖。
圖6為經過第二次成型之後的閃爍體的透視圖。
圖7為圖1所示閃爍體的另一個實施例的透視圖，其中外部反射體具有不同的成分。
圖1為包括一組閃爍體單元24的一個閃爍體20的透視圖，這些元件排列成具有第一間隙28和第二間隙32的一個陣列。閃爍體單元24用例如多晶陶瓷閃爍體材料或單晶閃爍體材料製成。為了提高空間解析度和傳輸到位於閃爍體單元24之一附近的光電二極體中的信號強度，在間隙28和32中填充有一種反射材料36。間隙28和32的寬度可以為0.5-6密耳。反射材料36填充在閃爍體單元24的相鄰表面之間，使得由元件24產生的光信號中較少發生非正常的反射。在一個實施例中，反射材料選自銀、鋁、或金，以提供一種具有高反射率和低吸光率的反射體。在另一個實施例中，反射材料為一種白色的高漫反射性材料，其中包含例如二氧化鈦(TiO2)和一種可塑聚合物的複合物。反射材料36的成分中包含大約20％至70％重量的二氧化鈦TiO2和可塑環氧樹脂。在又一個實施例中，可以在複合物中加入一種光吸收體，例如氧化鉻(Cr2O3)，以減少閃爍體單元24之間的串擾。
參見附圖2和3，在製造光敏閃爍體20的過程中，將閃爍體薄晶片100磨削或拋光至預定厚度T，例如3毫米。然後將這些晶片用低熔點膠或其它暫時性膠暫時粘結在一起構成一疊晶片104。使用內徑鋸(ID)或鋼絲鋸(未示出)將晶片疊層104切割成第一次加工條塊108。在一個實施例中，第一次加工條塊108是使用一種內徑鋸(未示出)切割的。這種鋸的鋸片具有內周邊切割邊沿，通常用於精確地將第一次加工條塊108切割成大約1毫米寬。在切割成第一次加工條塊之後，將暫時性膠剝開，並將第一次加工條塊108分成單獨的閃爍體條112。
參照圖4和圖5，將單獨的閃爍體條112放置在一個型架(未示出)中，並粘結成一個陣列114，使得閃爍體條112彼此分開，它們之間形成間隙28。在一個實施例中，將16個閃爍體條放置在型架中，各條之間間隙28寬度為4密耳。在用反射材料36填充間隙28，並且在材料36固化在各條112的相鄰表面之後，將陣列114從型架中取出。然後將一組粘結的陣列114堆疊在一起構成例如10個陣列114的第二疊層116。然後按照與第一次加工條塊相似的方法切割第二疊層116，但是垂直於閃爍體條112的長度方向，以形成第二次加工條塊120。在一個實施例中，第二次條塊120為2毫米寬。在將第二次加工條塊120分成單獨的第二次加工閃爍體條122之後，將第二次加工條122放置在一個型架(未示出)中，使得第二次加工條122彼此分開形成間隙32。在圖6所示的一個實施例中，在型架中放置了16個第二次加工條，間隙32的寬度等於間隙28的寬度。在粘結成陣列之後，按照與間隙28相同的方式用可塑反射材料36填充間隙32。在材料36固化和將反射材料36澆鑄在外周邊之後，將已製成的由元件24構成的閃爍體20從型架中取出。
在一個實施例中，晶片100為50毫米見方，厚度至少為3毫米，製成的元件24的尺寸為3毫米高，2毫米長和1毫米寬。當然，各種實施例都是可能的，包括晶片100的厚度為1毫米的情況，從而閃爍體條112為3毫米寬，第二次切割形成2毫米長的第二次加工條122。所得的元件24將具有與上述相同的尺寸。
在圖7所示的另一個實施例中，閃爍體150包括若干閃爍體單元，其中具有8個相鄰元件的閃爍體單元標記為內部元件154，所有其它閃爍體單元標記為邊沿元件158。閃爍體150的製造方法與閃爍體20的製造方法基本相同，不同之處在於在邊沿元件158相鄰外周邊上澆鑄第二種反射材料200。第二種反射材料200的成分中包含比反射材料36少的光吸收體，例如氧化鉻。由於減少了光吸收體含量，反射材料200使得邊沿元件158能夠產生比元件154強的信號。通過補償在閃爍體150邊沿的光損失，較高強度的信號增強了光輸出的均勻性。
上述的裝置和方法生產的閃爍體由於增加了反射到光電二極體中的光量而增強了在外周邊區域輸入光電二極體的信號。因此，所述的閃爍體包含光吸收體以使在相鄰閃爍體單元之間傳輸的光量最小。此外，所述閃爍體補償了外周邊元件的增益變化，提高了閃爍體光輸出的均勻性。
根據本發明上述的各個實施例，顯然實現了本發明的目的。儘管已經詳細介紹和描述了本發明，但是應當理解上述內容僅僅是以示例的方式給出的，而不是限制性的。所以，本發明的構思和範圍僅僅由所附的權利要求書限定。
權利要求
1.用於計算機層析攝影機的一種閃爍體，所說閃爍體包括排列成一個陣列的一組閃爍體單元；和位於相鄰單元之間的反射材料。
2.如權利要求1所述的一種閃爍體，其特徵在於所說反射材料包含銀、鋁和金中至少一種。
3.如權利要求1所述的一種閃爍體，其特徵在於所說反射材料具有較低的吸光率。
4.如權利要求1所述的一種閃爍體，其特徵在於所說反射材料為白色漫反射材料。
5.如權利要求4所述的一種閃爍體，其特徵在於所說白色漫反射材料包含二氧化鈦和一種可塑聚合物的複合物。
6.如權利要求5所述的一種閃爍體，其特徵在於所說複合物中包含二氧化鈦，所說二氧化鈦佔所說複合物重量的20％至70％。
7.如權利要求5所述的一種閃爍體，其特徵在於所說可塑聚合物包含一種光吸收體。
8.如權利要求7所述的一種閃爍體，其特徵在於所說光吸收體包含氧化鉻。
9.如權利要求5所述的一種閃爍體，其特徵在於所說可塑聚合物為環氧樹脂。
10.如權利要求1所述的一種閃爍體，其特徵在於所說反射材料的厚度為0.5至6密耳。
11.製造用於計算機層析攝影系統的閃爍體的一種方法，所說方法包括以下步驟粘結一組閃爍體形成一個疊層；將該疊層切割成一組第一次加工條塊。
12.如權利要求11所述的一種方法，其特徵在於各個閃爍體具有預定的厚度。
13.如權利要求11所述的一種方法，其特徵在於所說預定厚度約為3毫米，其中將疊層切割成一組第一次加工條塊的步驟包括按照大約1毫米間隔切割疊層的步驟。
14.如權利要求11所述的一種方法，其特徵在於所說預定厚度約為1毫米，其中將疊層切割成一組第一次加工條塊的步驟包括按照大約3毫米間隔切割疊層的步驟。
15.如權利要求11所述的一種方法，其特徵在於所說預定厚度約為1毫米，其中將疊層切割成一組第一次加工條塊的步驟包括按照大約2毫米間隔切割疊層的步驟。
16.如權利要求11所述的一種方法，其特徵在於所說預定厚度約為2毫米，其中將疊層切割成一組第一次加工條塊的步驟包括按照大約1毫米間隔切割疊層的步驟。
17.如權利要求11所述的一種方法，其特徵在於所說預定厚度約為3毫米，其中將疊層切割成一組第一次加工條塊的步驟包括按照大約2毫米間隔切割疊層的步驟。
18.如權利要求11所述的一種方法，其特徵在於所說預定厚度約為2毫米，其中將疊層切割成一組第一次加工條塊的步驟包括按照大約3毫米間隔切割疊層的步驟。
19.如權利要求11所述的一種方法，其特徵在於它還包括以下步驟將第一次加工條塊分成單獨的條；將這些條放置在一個型架中，在各個條之間留有間隙；和在這些間隙中澆鑄一種反射材料以構成一個閃爍體條陣列。
20.如權利要求19所述的一種方法，其特徵在於它還包括以下步驟將一組閃爍體條陣列粘結成第二疊層；將第二疊層切割成大約2毫米寬的第二次加工條；將第二次加工條放置在一個型架中，在各個條之間留有間隙；和在這些間隙中和這些第二次加工條的外周邊澆鑄一種反射材料。
21.如權利要求19所述的一種方法，其特徵在於它還包括以下步驟將一組閃爍體條陣列粘結成第二疊層；將第二疊層切割成大約3毫米寬的第二次加工條；將第二次加工條放置在一個型架中，在各個條之間留有間隙；和在這些間隙中和這些第二次加工條的外周邊澆鑄一種反射材料。
22.如權利要求19所述的一種方法，其特徵在於它還包括以下步驟將一組閃爍體條陣列粘結成第二疊層；將第二疊層切割成大約1毫米寬的第二次加工條；將第二次加工條放置在一個型架中，在各個條之間留有間隙；和在這些間隙中和這些第二次加工條的外周邊澆鑄一種反射材料。
23.用於計算機層析攝影機的一種閃爍體，所說閃爍體包括排列成一個陣列的一組閃爍體單元；和位於所說陣列的邊沿單元外周邊鄰接處的一種反射材料。
24.如權利要求23所述的一種閃爍體，其特徵在於它還包括位於相鄰單元之間的反射材料。
25.如權利要求24所述的一種閃爍體，其特徵在於位於所說邊沿單元外周邊鄰接處的所說反射材料和位於相鄰單元之間的所說反射材料包含二氧化鈦、光吸收體、和一種可塑聚合物的複合物，所說光吸收體包含氧化鉻。
26.如權利要求25所述的一種閃爍體，其特徵在於在位於所說邊沿單元外周邊鄰接處的所說反射材料中包含的氧化鉻少於在相鄰單元之間的所說反射材料中包含的氧化鉻。
全文摘要
本申請中記載了製造用於CT系統中的閃爍體的裝置和方法。相鄰的閃爍體單元之間留有間隙，在這些間隙中填充白色漫反射材料、光吸收體、和可塑聚合物的複合物。這種複合物通過使閃爍體單元的光損失量最小而提高了傳輸到光電二極體的信號強度。此外，光吸收體使在相鄰閃爍體單元之間傳輸的光量最小，以限制串擾的產生。另外，閃爍體外邊沿含有較少量的光吸收體以補償周邊的光損失。
文檔編號G01T1/20GK1238936SQ98122588
公開日1999年12月22日 申請日期1998年11月25日 優先權日1997年11月26日
發明者R·J·裡德納, E·O·古爾曼, D·M·霍夫曼, A·O·恩格勒爾特, T·J·斯波雷爾, M·R·謝德勒 申請人:通用電氣公司