CN101669041B - 具有部分透明闪烁体衬底的探测器 - Google Patents

Abstract

根据本发明的示范性实施例，提供了一种平板探测器，其中在透明衬底和CsI闪烁体之间设置不透明层。通过利用例如脉冲激光在不透明层中打开很多小孔使该层部分透明。这样能够通过不透明层向平板探测器前端内部施加光。

Description

具有部分透明闪烁体衬底的探测器

本发明涉及医学成像领域。具体而言，本发明涉及一种用于检验感兴趣的对象的探测器，涉及一种检验设备和涉及一种生产这种探测器的方法。 

在当前的基于a-Si(a-硅)的平板x射线探测器中，常常使用刷新光对传感器阵列的光电二极管照明。刷新光是经由a-Si阵列的背部施加的，经由像素矩阵中的开口区域通过阵列。 

在将紫外(UV)光用作刷新光时，也可以减轻CsI(铯-碘)的亮光以改善三维重构图像质量。 

在新型平板x射线探测器中，传感器阵列的衬底可能对于期望的刷新光的波长而言是不透明的。在例如将单晶硅用作感测由闪烁体产生的光的传感器矩阵时，衬底对光是完全不透明的。 

希望有一种具有不透明衬底的探测器，其中该探测器具有改善的时间行为。 

本发明提供了一种具有根据独立权利要求所述特征的探测器、一种检验设备和一种用于生产这种探测器的方法。 

应当指出，以下描述的本发明示范性实施例也适用于生产探测器和检验设备的方法。 

根据本发明的第一方面，提供了一种用于利用检验设备检验感兴趣的对象的探测器，所述探测器包括：衬底和反射层，其中所述反射层适于向传感器阵列反射闪烁体中产生的一部分光，并且其中所述反射层包括多个孔，所述多个孔对刷新光的波长透明，使得所述反射层对刷新光的波长和来自闪烁体的光的波长部分透明。 

应当指出，在本发明的语境中，“衬底”是指“闪烁体衬底”或“传感器阵列衬底”。如果“衬底”是指闪烁体衬底(选项1)，可以在闪烁体衬底上生长探测器的闪烁体并随后粘贴到传感器阵列上。如果“衬底”是指传感器阵列衬底(选项2)，可以直接在传感器阵列(其已经生长于传感器阵列衬底上)上生长闪烁体。在这种情况下，不必有闪烁体衬底。 

换言之，提供了一种探测器，其能够从探测器前端的外侧(例如从闪烁体衬底后方)向探测器前端的内侧施加光。这种刷新光可以是例如紫外光，通过反射层穿过多个孔。于是，刷新光可以改善闪烁体的亮光。 

闪烁体衬底例如是半透明的，使得可以将闪烁体的光输出和调制转换函数(MTF)保持在需要的水平。这可以通过对光透明的闪烁体衬底实现，这种闪烁体衬底在衬底和闪烁体之间具有不透明且例如光反射层。通过在不透明层中打开很多小孔使该层部分透明。 

于是，根据本发明的另一示范性实施例，所述反射层包括对刷新光的波长不透明的材料。 

换言之，所述反射层可以适于反射由闪烁体产生的光，于是改善了探测器的输出。 

根据本发明的另一示范性实施例，传感器阵列衬底适于作为根据单晶硅技术生产的单晶硅衬底。 

根据本发明的另一示范性实施例，所述传感器阵列包括多个像素，其中所述闪烁体衬底的反射层中的每个孔的尺寸小于所述传感器阵列的像素的像素尺寸的大约10％。 

根据本发明的另一示范性实施例，所述反射层具有表面，其中所述反射层的表面一部分对所述刷新光的波长透明，并且其中所述反射层的表面中对所述刷新光的波长透明的一部分少于所述反射层表面的30％。 

因此，可以经由孔引入闪烁器材料中的光量可以大到足以进行闪烁体和/或传感元件所需的改变。同时，将通过衬底中的孔和衬底从探测器前端损失的光的比例保持在设计好的小值，使得探测器和灵敏度仅被影响到设计的水平。 

根据本发明的另一示范性实施例，基于激光烧蚀工艺或剥离工艺生产反射层中的多个孔。 

不过，应当指出，可以使用其他种类的工艺来生产孔，例如干法蚀刻技术。 

根据本发明的另一示范性实施例，所述反射层和所述闪烁体衬底适于仅散射或吸收初级辐射的少部分。 

于是，大部分进入探测器的辐射穿过反射层和闪烁体衬底而未被散射 或吸收。 

作为反射层的材料，可以使用铝或银。闪烁体衬底可以包括铝或无定形碳。 

根据本发明的另一示范性实施例，所述闪烁体衬底为玻璃衬底，其中所述探测器包括所述闪烁体衬底和所述传感器阵列之间的硬密封；并且其中所述硬密封适于密封所述探测器的前端，使其从环境隔开。 

于是，由于玻璃衬底和传感器阵列(例如玻璃或硅)具有类似的热膨胀系数，可以在闪烁体衬底和传感器阵列之间制造硬密封。 

根据本发明的另一示范性实施例，所述探测器是适于探测x射线辐射的平板探测器。 

根据本发明的又一示范性实施例，提供了一种用于检验感兴趣的对象的检验设备，所述检验设备包括具有衬底和反射层的探测器；其中所述反射层适于向传感器阵列反射闪烁体中产生的一部分光；并且其中所述反射层包括多个对刷新光的波长透明的孔，使得所述反射层对所述刷新光的波长是部分透明的。 

由于根据本发明的探测器可以具有改善的和更稳定的灵敏度，因此这种探测器尤其可以用于绕患者(待分析的对象)旋转X射线源/探测器装置并同时拍摄很多图像的成像应用中。然后将这些图像用于计算患者/对象的3-D图像。例如在图4中示出了这种成像设备。 

此外，根据本发明的另一示范性实施例，所述检验设备适于用作用于心脏成像、血管成像或通用辐射照像和荧光成像(URF成像)的二维x射线成像设备、计算层析x射线摄影(CT)设备、相干散射计算层析x射线摄影(CSCT)设备和x射线检验设备之一。 

本发明的应用领域可以是医学成像或行礼检查或无损探伤。 

根据本发明的另一示范性实施例，一种用于为利用检验设备检验感兴趣的对象的探测器生产部分透明的衬底-反射层组合的方法，所述方法包括如下步骤：提供闪烁体衬底；在所述闪烁体衬底上沉积反射层；以及在所述反射层中提供多个孔，其中所述孔适于对刷新光的波长是透明的，并且其中所述反射层适于向传感器阵列反射闪烁体中产生的一部分光。 

反射层中的孔适于使得衬底和反射层的组合对刷新光的波长是部分透 明的。 

根据本发明的另一示范性实施例，该方法还包括如下步骤：在将生长闪烁体的一侧改变所述闪烁体衬底的表面结构，导致表面粗糙度，以防止在使用探测器期间所述闪烁体从衬底脱落。 

根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种用于为利用检验设备检验感兴趣的对象的探测器生产部分透明衬底-反射层组合的方法，所述方法包括如下步骤：提供传感器阵列衬底，在所述传感器阵列衬底上沉积传感器阵列，在所述传感器阵列上沉积闪烁体；以及在所述闪烁体上提供反射层。 

根据本发明的另一示范性实施例，所述反射层适于作为镜片或具有小孔的白色漆层之一。 

所述闪烁体例如可以由CsI构成。 

可以将以下特征视为本发明示范性实施例的要点：提供了一种探测器，其在闪烁体的衬底上包括不透明反射层，使其对刷新光部分透明，而不会减少闪烁体层的光输出和MTF。通过利用例如脉冲激光在不透明层中打开很多小孔使反射层部分透明。孔的尺寸与传感器像素尺寸相比是小的，开口的相对面积是总面积的一小部分，在几个百分比到大约30％的范围内。 

参考下文所述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显见且得到阐述。 

现在将在下文中参考以下附图描述本发明的示范性实施例。 

图1示出了根据本发明示范性实施例的探测器。 

图2示出了根据本发明示范性实施例的探测器前端。 

图3示出了用于生产根据本发明示范性实施例的部分透明衬底的方法流程图。 

图4示出了根据本发明示范性实施例的二维x射线成像设备的图示。 

图5示出了根据本发明另一示范性实施例的检验设备的示意图。 

附图中的图示是示意性的。在不同附图中，类似或相同的元件拥有相同的附图标记。 

图1示出了探测器前端连同相应电子线路的示意图。如从图1可看出的，闪烁体衬底213、CsI闪烁体201(其间设置图2所示的部分透明、不透明/反射层206(但在图1中未示出))和传感器阵列205放置于例如由铅制成的辐射屏蔽层301上。 

附图标记302、304表示电子线路外壳。探测器的电子线路设置于外壳302、304之中且包括印刷电路板303，对应的电子元件，例如元件305设置于印刷电路板上。 

探测器前端213、201、205经由连接216连接到电子线路。应当指出，图1所示的图仅为示意性的，不是详细或成比例的图示。 

此外，提供对x射线透明的探测器盖214，探测器盖214连同后盖或接地板215一起为探测器提供了机壳。 

图2示出了探测器前端200的示意图。如从图2可看出的，前端200包括闪烁体层201、包括探测元件或像素202、203、204的传感器阵列205，探测元件或像素适于探测x射线在闪烁体中产生的电磁辐射。 

此外，前端200包括反射层206，其包括多个小孔207、208、209、210、211和212。 

反射层206设置于闪烁体衬底213顶部。 

不同的层201、202、206可以被保护层或探测器盖214覆盖。此外，可以在传感器阵列衬底205和闪烁体衬底213之间提供硬密封，以保护闪烁体201、反射层206和探测层205、202、203、204、205(图2中未示出)。 

此外，图2中未示出电子线路。 

用于x射线平板探测器中的闪烁体的闪烁体衬底(或衬底-反射层组合)可以对可见辐射和UF不透明。这是将x射线产生的光保持在转换层中的要求，这样使其能够被玻璃上的a-Si共同形成的传感器矩阵读出。 

传感器阵列和其衬底上的x射线转换层(可以由CsI形成)的组合通常是形成平板探测器前端的密封单元。 

当向x射线平板探测器的这一前端施加光以改变a-Si光电二极管或CsI闪烁体性质时，可以通过从a-Si玻璃板后方施加光来实现这一点。刷新光经由像素矩阵中的开口区域穿过阵列。 

在其他类型的平板x射线探测器中，传感器阵列的衬底可能对于期望 的刷新光的波长而言是不透明的。在那种情况下，可以通过能够将闪烁体的光输出和MTF保持在所需水平的方式利用半透明的闪烁体衬底施加刷新光。 

在图2中利用附图标记206、213描绘了这种半透明闪烁体衬底。 

闪烁体衬底206、213的功能是： 

-衬底，在受控生长工艺期间向其上沉积闪烁体材料，使其获得其需要的性质。 

-衬底的表面性质对于所沉积闪烁体层的结构而言很重要。 

-此外，在闪烁体层是探测器前端的一部分时，闪烁体衬底206和213必需要为闪烁体层提供承载板。 

-再者，必需要避免在后处理之后或平板探测器使用寿命期间内，在沉积工艺之后闪烁体从衬底剥落。衬底的性质和制备对这一能力很重要。 

-此外，衬底必需要提供反射器，从反射器向传感器阵列反射所产生光和闪烁体的设计部分。 

-此外，衬底材料应当仅吸收或散射主要x射线的小部分。 

可以使用的衬底材料可以由铝和/或无定形碳或银构成或包括这些材料。这些层对光不透明。 

图2所示的衬底213(CsI层生长于其上)对用于“刷新”或改变/改善CsI行为的光是透明的。 

部分透明、不透明/反射层206形成CsI的基底层，即CsI的衬底。 

附图标记202、203、204表示传感器阵列205的像素。 

图3示出了根据本发明示范性实施例的方法流程图。该方法从步骤1开始，在这一步骤中，将玻璃板用作起始材料。不同类型的玻璃都是可能的。与a-Si衬底所用的材料相同的材料，例如硅酸硼玻璃可能尤其适用。 

在步骤2中，通过化学蚀刻或喷砂或任何适当方法改变将要生长CsI(碘化铯)的玻璃衬底一侧的表面结构，以便给表面带来一定的粗糙度，使得需要生长于其上的CsI层不会在后续处理期间或探测器寿命期间脱落。这种表面结构应当也适于促进闪烁体层的柱形生长。 

在步骤3中，在粗糙的玻璃表面上，例如借助于蒸镀或化学气相沉积工艺，沉积反射层(例如铝或银)。这一层在玻璃和CsI层之间形成不透明 且反射或不反射的分隔。 

然后，在步骤4中，例如通过激光烧蚀在反射层中制造大量的小孔。可以一个孔接一个孔地执行这项操作，或者利用具有大量孔的掩模，可以用其同时处理衬底的一部分。 

或者，例如，利用剥离技术制造所需的孔。 

孔比将要向其上使用闪烁体的传感器的像素尺寸小得多(优选孔直径小于像素尺寸的5到10％)。像素尺寸将取决于应用和探测器的设计。对于高分辨率探测器而言，可以在例如20μm到ca 200μm范围内，对于例如计算层析x射线摄影中使用的探测器的像素而言，在200μm到2mm的范围内。 

表面中对光透明的比例(即被烧蚀的反射器区域的相对表面密度)介于小百分比和大约30％之间，例如2％和20％之间。在这些条件下，可以经由孔引入闪烁器材料中的光量可能大到足以进行闪烁体和/或传感元件所需的改变。同时，将通过衬底中的孔从探测器前端损失的光的比例保持在设计好的小值，使得探测器灵敏度仅被影响到设计的水平。 

当光通过形成于CsI衬底上的不透明层时，这些光中的一些将在玻璃板和/或用于引入刷新光的光学系统中被反射。这些由闪烁体产生的光可以通过不透明层中的孔部分再次进入探测器前端并损坏探测器的MTF。同样因为这种原因，由激光烧蚀打开的表面比例应当小，使得闪烁体层的MTF没有显著减小。可以如上所述，通过选择衬底上发光区域的尺寸和数量来获得这种条件。 

使用玻璃作为闪烁体的衬底的另一优点是可以使热膨胀率与传感器阵列(例如玻璃或硅)的相匹配。在这些条件下，可以在闪烁体衬底和传感器阵列之间生成硬密封，以密封探测器的前端，使其从环境隔开。 

作为用于闪烁体衬底的玻璃的备选，可以使用另一种(可用于)对刷新传感器阵列和/或改变闪烁体行为所需的辐射(例如用于改变闪烁体时间行为和光输出的紫外光)透明的材料。 

本发明可用于在x射线平板探测器前端中引入刷新光，而不会对具有这种前端的探测器的灵敏度和MTF带来不利影响。这种刷新光例如可以用于改变/改善探测器在其信号随时间滞后方面的行为和/或减小/改善闪烁体的灵敏度在x射线曝光(亮光)之后的变化。 

图4示出了根据本发明示范性实施例的二维x射线成像设备的图示。成像设备400包括具有x射线电源440的源组件430、x射线管432、包括两个监视器436、437的装置435以及准直器434。 

源432产生的x射线的焦点在位置433处。源432产生的x射线束438具有束角度439，并穿过放置在台子490上的待成像对象491。 

束438穿过抗散射栅454并由形成接收机组件450一部分的探测器452探测到。探测器452是根据本发明的探测器。 

源432和探测器452设置于台架422上，台架422可以可旋转地安装到台架基部401。此外，提供径向调节部件456，以径向方式调节探测器452。 

台架基部401经由链路462与计算机系统460连接，以便能够控制源组件并向计算机系统460发送探测器数据。 

图5示出了根据本发明示范性实施例的计算层析x射线摄影扫描机系统的示范性实施例。 

图5所示的计算机层析摄影设备100为锥形束CT扫描机。不过，也可以利用扇形束几何形状执行本发明。为了产生基本扇形束，可以将孔径系统105配置为隙准直器。图5所示的CT扫描机包括台架101，台架101能够绕旋转轴102旋转。借助电动机103驱动台架101。附图标记104表示诸如X射线源的辐射源，根据本发明的一方面，辐射源发射多色或单色辐射。 

附图标记105表示孔径系统，孔径系统将辐射源发射的辐射束形成为锥形辐射束106。引导锥形束106，使其穿透设置于台架101中央，即CT扫描机的检查区域中的感兴趣的对象107，并入射到探测器108上。如从图5可看到的，探测器108设置于台架101上与辐射源104相对，使得探测器108的表面被锥形束106覆盖。图5所示的探测器108包括多个探测器元件123，每个探测器元件都能够探测由感兴趣的对象107散射或穿过感兴趣的对象107的X射线。 

在扫描感兴趣的对象107期间，在箭头116表示的方向上沿着台架101旋转辐射源104、孔径系统105和探测器108。为了旋转带有辐射源104、孔径系统105和探测器108的台架101，将电动机103连接到电动机控制单元117，电动机控制单元连接到重构单元118(也可以将其表示为计算或判断单元)。 

在图5中，感兴趣的对象107是设置于上操作台119上的人。在扫描例如人107的心脏130期间，在台架101绕着人107旋转的同时，操作台119使人沿着平行于台架101的旋转轴102的方向移动。通过这样做，沿着螺旋扫描路径扫描心脏130。在扫描期间也可以将操作台119停止，由此测量信号切片。应当指出，在所有描述的情况下，也可以进行圆形扫描，其中，没有沿平行于旋转轴102的方向上的位移，而仅有绕着旋转轴102的台架101的旋转。 

此外，可以提供心电图装置135，在探测器108探测因通过心脏130而衰减的X射线的同时，心电图装置测量人107的心脏130的心电图。将与测得的心电图相关的数据发送到重构单元118。 

探测器108连接到重构单元118。重构单元118接收来自探测器108的探测器元件123的探测结果，即读出，并基于这些读出判断扫描结果。此外，重构单元118与电动机控制单元117通信，以便使台架101的运动与电动机103和120，与操作台119协调。 

重构单元118可以适于从探测器108的读出重构图像。可以将重构单元118产生的重构图像经接口122输出到显示器(图5中未示出)。 

可以由数据处理器实现重构单元118，以处理来自探测器108的探测器元件123的读出。 

探测器108包括衬底和衬底上的反射层，其中反射层适于向传感器阵列反射闪烁体中产生的一部分光，并且其中反射层包括多个孔，所述多个孔对刷新光的波长透明，使得衬底和反射层的组合对刷新光的波长部分透明。探测器108还可以包括大量独立的像素元件。在这种情况下，这些像素的每一个都具有至少一个由部分透明反射材料制成的其外壁，使得刷新光可以被引入像素元件中。然后施加刷新光，以改善像素元件的时间行为和/或改善像素元件的灵敏度随时间和/或暴露于辐射之后的稳定性。 

重构单元118处理测量数据，即心脏的计算机层析摄影数据和心电图数据，可以经由图形用户界面(GUI)140进一步控制重构单元118.这种回顾性分析可以基于利用回顾性ECG选通的螺旋心脏锥形束重构方案。不过，应当指出，本发明不限于这种具体的数据采集和重构。 

应当指出，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，“一”并不排除多 个。而且可以组合结合不同实施例描述的元件。 

还应当指出，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。 

Claims (16)

1.一种用于检验感兴趣的对象的探测器，所述探测器包括：

衬底和反射层；

其中，所述反射层适于向传感器阵列反射闪烁体中产生的一部分光；并且

其中，所述反射层包括多个对刷新光的波长透明的孔，使得所述反射层对所述刷新光的波长是部分透明的。

2.根据权利要求1所述的探测器，

其中，所述反射层包括对所述刷新光的波长和所述闪烁体中产生的光的波长不透明的材料。

3.根据权利要求1所述的探测器，

其中，所述衬底为闪烁体衬底，并且其中所述反射层设置于所述闪烁体衬底上。

4.根据权利要求1所述的探测器，

其中，所述传感器阵列包括多个像素；并且

其中，所述反射层中的每个孔的尺寸小于所述传感器阵列的像素的像素尺寸的10％。

5.根据权利要求1所述的探测器，

其中，所述反射层具有表面；

其中，所述反射层的表面一部分对所述刷新光的波长透明；并且

其中，所述反射层的表面中对所述刷新光的波长透明的所述一部分少于所述反射层表面的30％。

6.根据权利要求1所述的探测器，

其中，所述反射层中的所述多个孔是基于激光烧蚀工艺或剥离工艺产生的。

7.根据权利要求1所述的探测器，

其中，所述反射层和所述衬底适于仅散射或吸收初级辐射的小部分。

8.根据权利要求3所述的探测器，

其中，所述闪烁体衬底为玻璃衬底；并且

其中，所述探测器包括所述闪烁体衬底和所述传感器阵列之间的硬密封；并且

其中，所述硬密封适于密封所述探测器的前端，使其从环境隔开。

9.根据权利要求1所述的探测器，

其中，所述探测器是适于探测x射线辐射的平板探测器。

10.一种用于检验感兴趣的对象的检验设备，所述检验设备包括：

具有衬底和反射层的探测器；

其中，所述反射层适于向传感器阵列反射闪烁体中产生的一部分光；并且

其中，所述反射层包括多个对刷新光的波长透明的孔，使得所述反射层对所述刷新光的波长是部分透明的。

11.根据权利要求10所述的检验设备，适于用作用于心脏成像、血管成像或通用辐射照相和荧光成像的二维x射线成像设备、计算机层析摄影设备和x射线检验设备之一。

12.根据权利要求10所述的检验设备，适于用作相干散射计算机层析摄影设备。

13.一种用于为检验感兴趣的对象的探测器生产部分透明的闪烁体衬底-反射层组合的方法，所述方法包括如下步骤：

提供闪烁体衬底；

在所述闪烁体衬底上沉积反射层；以及

在所述反射层中提供多个孔，所述孔适于对刷新光的波长是透明的，使得闪烁体衬底和反射层的所述组合对所述刷新光的波长是部分透明的；

其中，所述反射层适于向传感器阵列反射闪烁体中产生的一部分光。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括如下步骤：

在将要生长闪烁体的一侧改变所述闪烁体衬底的表面结构，造成一定的表面粗糙度，以防止在使用所述探测器期间所述闪烁体衬底脱落。

15.一种用于为检验感兴趣的对象的探测器生产部分透明衬底-反射层组合的方法，所述方法包括如下步骤：

提供传感器阵列衬底；

在所述传感器阵列衬底上沉积传感器阵列；

在所述传感器阵列上沉积闪烁体；

在所述闪烁体上提供反射层；以及

在所述反射层中提供多个孔，所述孔适于对刷新光的波长是透明的，使得衬底和反射层的所述组合对所述刷新光的波长是部分透明的。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述反射层适于作为镜片或具有小孔的白色漆层之一。

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