CN100577105C - 用于多片层计算机层析摄影系统中的闪烁体 - Google Patents

用于多片层计算机层析摄影系统中的闪烁体 Download PDF

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Abstract

本申请中记载了制造用于CT系统中的闪烁体的装置和方法。相邻的闪烁体单元之间留有间隙，在这些间隙中填充白色漫反射材料、光吸收体、和可塑聚合物的复合物。这种复合物通过使闪烁体单元的光损失量最小而提高了传输到光电二极管的信号强度。此外，光吸收体使在相邻闪烁体单元之间传输的光量最小，以限制串扰的产生。另外，闪烁体外边沿含有较少量的光吸收体以补偿周边的光损失。

Description

用于多片层计算机层析摄影系统中的闪烁体
一般来说，本发明涉及计算机层析摄影(CT)成象技术，更具体地说，本发明涉及与CT系统结合使用的探测器。
至少在某些计算机层析摄影(CT)成象系统构造中，一个X-射线源发射出扇形射线束，这些射线束经过准直处于卡笛尔坐标系的一个X-Y平面中，该平面通常被称为“成象平面”。X-射线束穿过被成象的物体，例如一个病人身体。在被该物体吸收之后，射线束照射到一个辐射探测器阵列。在探测器阵列中接收到的经过衰减的辐射束的强度依赖于物体对X-射线束的衰减程度。探测器阵列中的每一个探测器单元都产生一个独立的电信号，这个信号是在该探测器位置处射线束衰减程度的一种量度。独立地采集所有探测器的衰减测量结果以生成一个透射分布图。
在公知的第三代CT系统中，X-射线源和探测器阵列都随着机架一起在成象平面内围绕着被成象物体旋转，使得X-射线束与物体相交角度始终在变化。X-射线源一般包括X-射线管，其发射具有一定焦点的X-射线束。X-射线探测器一般包括用于准直在该探测器位置接收的X-射线束的一个准直管、与该准直管相邻的一个闪烁体、和与该闪烁体相邻的光电二极管。
多片层CT系统用于获得在一次扫描过程中数目不断增加的片层的数据。已知的多片层系统通常包括一般称为三维(3-D)探测器的探测器。采用这种3-D探测器，由一组探测器单元组成按行列排列的多条独立信道。
用于3-D探测器的闪烁体可以由尺寸大约为1×2×3毫米若干闪烁体单元构成，相邻元件之间的狭窄间隙仅为几个密耳，例如0.004英寸。由于所使用元件的尺寸小，设置距离近，这种元件的制造难度很大。此外，在使用过程中，照射到一个闪烁体单元上的辐射可能会被非正常地向上反射或反射到相邻元件中，从而产生串扰和降低分辨率。而且，使用这种小的闪烁体单元，所产生的光信号强度也很小，产生的任何光损失都能够使信号质量显著地下降。
因此，需要提供一种闪烁体单元，它能够通过使闪烁体单元产生的光损失量最小而提高输入光电二极管的光信号强度。还需要提供一种具有提高的空间分辨率的闪烁体单元。此外，还需要提供一种包括一个光吸收体以使在相邻元件之间转移的光量最小的闪烁体单元。
本发明的这些和其它目的可以利用由排列成一个阵列、并且在相邻元件之间具有间隙的一组闪烁体单元构成的一种闪烁体来实现。间隙中填充有包含一种反射材料、一种光吸收体、和一种可塑聚合物的一种复合物。在一个实施例中，间隙中填充有包含二氧化钛和一种可塑环氧树脂的一种白色的、高漫反射率材料的复合物。这种复合物使反射出元件的光量最小，并且提高了传输到位于闪烁体单元附近的光电二极管的信号强度。
在一个实施例中，闪烁体是通过将一叠闪烁体晶片临时粘结在一起，然后将这些晶片切割成第一次加工条块。在将这些第一次加工条块分成单独的条后，将这些条放置在一个型架中，在各个条之间留有间隙。然后在各个间隙中填充反射材料以构成一个2维阵列。在反射材料固化之后，将一组阵列堆叠起来，并将其切割成一组第二次加工条块。然后将这些第二次加工条块分成单独的第二次加工条，并放置在一个型架中，在第二次加工条之间留有间隙。用反射材料复合物填充这些间隙，构成具有，例如在一个实施例中，256个闪烁体单元的一个3-D闪烁体阵列。
上述的闪烁体由于使从闪烁体单元中损失的光量最小而能够向光电二极管提供较高强度的信号。此外，所述闪烁体中包含光吸收体以使在相邻闪烁体单元之间传输的光量最小。
图1为具有一组闪烁体单元的一种闪烁体的透视图。
图2为一叠闪烁体晶片的透视图。
图3为从图2所示的晶片切割而成的一叠闪烁体条的透视图。
图4为在将条块分成单独的条，并在间隙中填充反射材料之后图3所示条块的透视图。
图5为从图4所示条块切割而成的第二次加工条块的透视图。
图6为经过第二次成型之后的闪烁体的透视图。
图7为图1所示闪烁体的另一个实施例的透视图，其中外部反射体具有不同的成分。
图1为包括一组闪烁体单元24的一个闪烁体20的透视图，这些元件排列成具有第一间隙28和第二间隙32的一个阵列。闪烁体单元24用例如多晶陶瓷闪烁体材料或单晶闪烁体材料制成。为了提高空间分辨率和传输到位于闪烁体单元24之一附近的光电二极管中的信号强度，在间隙28和32中填充有一种反射材料36。间隙28和32的宽度可以为0.5-6密耳。反射材料36填充在闪烁体单元24的相邻表面之间，使得由元件24产生的光信号中较少发生非正常的反射。在一个实施例中，反射材料选自银、铝、或金，以提供一种具有高反射率和低吸光率的反射体。在另一个实施例中，反射材料为一种白色的高漫反射性材料，其中包含例如二氧化钛(TiO2)和一种可塑聚合物的复合物。反射材料36的成分中包含大约20％至70％重量的二氧化钛TiO2和可塑环氧树脂。在又一个实施例中，可以在复合物中加入一种光吸收体，例如氧化铬(Cr2O3)，以减少闪烁体单元24之间的串扰。
参见附图2和3，在制造光敏闪烁体20的过程中，将闪烁体薄晶片100磨削或抛光至预定厚度T，例如3毫米。然后将这些晶片用低熔点胶或其它暂时性胶暂时粘结在一起构成一叠晶片104。使用内径锯(ID)或钢丝锯(未示出)将晶片叠层104切割成第一次加工条块108。在一个实施例中，第一次加工条块108是使用一种内径锯(未示出)切割的。这种锯的锯片具有内周边切割边沿，通常用于精确地将第一次加工条块108切割成大约1毫米宽。在切割成第一次加工条块之后，将暂时性胶剥开，并将第一次加工条块108分成单独的闪烁体条112。
参照图4和图5，将单独的闪烁体条112放置在一个型架(未示出)中，并粘结成一个阵列114，使得闪烁体条112彼此分开，它们之间形成间隙28。在一个实施例中，将16个闪烁体条放置在型架中，各条之间间隙28宽度为4密耳。在用反射材料36填充间隙28，并且在材料36固化在各条112的相邻表面之后，将阵列114从型架中取出。然后将一组粘结的阵列114堆叠在一起构成例如10个阵列114的第二叠层116。然后按照与第一次加工条块相似的方法切割第二叠层116，但是垂直于闪烁体条112的长度方向，以形成第二次加工条块120。在一个实施例中，第二次条块120为2毫米宽。在将第二次加工条块120分成单独的第二次加工闪烁体条122之后，将第二次加工条122放置在一个型架(未示出)中，使得第二次加工条122彼此分开形成间隙32。在图6所示的一个实施例中，在型架中放置了16个第二次加工条，间隙32的宽度等于间隙28的宽度。在粘结成阵列之后，按照与间隙28相同的方式用可塑反射材料36填充间隙32。在材料36固化和将反射材料36浇铸在外周边之后，将已制成的由元件24构成的闪烁体20从型架中取出。
在一个实施例中，晶片100为50毫米见方，厚度至少为3毫米，制成的元件24的尺寸为3毫米高，2毫米长和1毫米宽。当然，各种实施例都是可能的，包括晶片100的厚度为1毫米的情况，从而闪烁体条112为3毫米宽，第二次切割形成2毫米长的第二次加工条122。所得的元件24将具有与上述相同的尺寸。
在图7所示的另一个实施例中，闪烁体150包括若干闪烁体单元，其中具有8个相邻元件的闪烁体单元标记为内部元件154，所有其它闪烁体单元标记为边沿元件158。闪烁体150的制造方法与闪烁体20的制造方法基本相同，不同之处在于在边沿元件158相邻外周边上浇铸第二种反射材料200。第二种反射材料200的成分中包含比反射材料36少的光吸收体，例如氧化铬。由于减少了光吸收体含量，反射材料200使得边沿元件158能够产生比元件154强的信号。通过补偿在闪烁体150边沿的光损失，较高强度的信号增强了光输出的均匀性。
上述的装置和方法生产的闪烁体由于增加了反射到光电二极管中的光量而增强了在外周边区域输入光电二极管的信号。因此，所述的闪烁体包含光吸收体以使在相邻闪烁体单元之间传输的光量最小。此外，所述闪烁体补偿了外周边元件的增益变化，提高了闪烁体光输出的均匀性。
根据本发明上述的各个实施例，显然实现了本发明的目的。尽管已经详细介绍和描述了本发明，但是应当理解上述内容仅仅是以示例的方式给出的，而不是限制性的。所以，本发明的构思和范围仅仅由所附的权利要求书限定。

Claims (6)

1、一种用于计算机层析摄影机的闪烁体，所述闪烁体包括：
排列成一个阵列的一组闪烁体单元；和
填充相邻的闪烁体单元之间的间隙的白色漫反射材料，所述白色漫反射材料是包含二氧化钛、光吸收体和一种可塑聚合物的复合物，所述光吸收体包含氧化铬。
2、如权利要求1所述的闪烁体，其特征在于所述可塑聚合物为环氧树脂。
3、如权利要求1所述的闪烁体，其特征在于所述反射材料的厚度为12.7至152.4微米。
4、如权利要求1所述的闪烁体，其特征在于所述闪烁体的所有闪烁体单元是分开的闪烁体单元，之间具有被填充的间隙。
5、一种用于计算机层析摄影机的闪烁体，所述闪烁体包括：
排列成一个阵列的一组闪烁体单元；和
位于所述阵列的边沿单元外周边邻接处的第一反射材料是包含二氧化钛、光吸收体和一种可塑聚合物的复合物，所述光吸收体包含氧化铬；
其中所述闪烁体的所有闪烁体单元是分开的闪烁体单元，由位于相邻单元之间的第二反射材料连接，所述第二反射材料是包含二氧化钛、光吸收体和一种可塑聚合物的复合物，所述光吸收体包含氧化铬。
6、如权利要求5所述的闪烁体，其特征在于所述第一反射材料中包含的氧化铬少于所述第二反射材料中包含的氧化铬。
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