CN102243317A - 辐射检测器以及用于制造辐射检测器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辐射检测器(1)，包括闪烁器(2)，其带有用于分开彼此并排设置的闪烁器元件(4)的间隔(3)；以及包括准直器(5)，其带有用于构成侧面包围辐射通道的隔板(6)，其中该隔板(6)为了避免相邻闪烁器元件(4)之间的串扰而被设置在间隔(3)内。由此，在同时简单的结构和高的机械稳定性的条件下，极为有效地抑制了相邻的像素之间的通过光或者二次量子引起的串扰，其结果能够提高辐射检测器(1)的位置分别率和量子效率。此外，本发明涉及一种用于制造这样的辐射检测器(1)的方法。

Description

辐射检测器以及用于制造辐射检测器的方法

技术领域

本发明涉及辐射检测器以及用于制造辐射检测器的方法。

背景技术

辐射检测器例如在计算机断层成像设备中用于把X射线变换为电信号，该电信号用作计算要检查的患者的二维或者三维断层图像的基础。通常使用所谓的间接变换的辐射检测器，其中X射线向电信号的变换分两级进行。在第一级内X射线在闪烁器内被吸收，并且被变换为光学上可见的光信号。接着该光信号在第二级中通过一个与闪烁器光学耦合的光电二极管阵列变换为电信号，通过电子读取设备读出并且随后传送到计算单元。

作为闪烁器材料例如可以考虑用激活剂掺杂的材料如Gd₂O₂S:Pr和CsI:T1。在此，为了位置分辨地采集吸收事件，闪烁器以单个闪烁器元件的结构制造，这些闪烁器元件通过间隔彼此分开。通过X射线量子产生的光信号在闪烁器内基本上各向同性地传播，这将导致一部分光信号在相邻设置的闪烁器元件上一定的串扰，从而影响位置分辨率。为了抑制这种侧向的光传播并且实现光信号在闪烁器元件之间良好地分开，基于该理由间隔通常用间隔材料填充，该材料使产生的光信号在闪烁器元件内往回反射或者往回散射一定的部分。作为间隔材料可以考虑这样的结合剂基质，即其混合有高折射率的粉末状材料，例如TiO₂粒子。折回散射的效果以及因此的位置分辨率随在相邻的闪烁器元件之间用作接收反射的材料的间隔的宽度的增加而提高。然而间隔的展宽必然也导致有效的像素面积减小从而导致量子效率减低。由于这一理由在已知的辐射检测器中必须在量子效率和串扰行为之间选择折衷。作为提高量子效率的另一种措施是在闪烁器的辐射入射面上设置一个盖反射器(Deckreflektor)，其应该阻止光射出。

除光学串扰外，另一种串扰如下产生：在X射线量子的首次反应后，在闪烁器材料中通过散射或者通过k逃逸产生二次量子

其到达相邻的闪烁器元件，并且在那里产生光信号。这一效应不能通过迄今使用的间隔材料阻止。尽管采取该措施，但是经常仍然是，产生的光信号的仅约30％由光电二极管为变换而采集，其中，40％通过闪烁器材料中的吸收损失并且约30％通过向相邻的闪烁器元件的串扰损失。

然而，所产生的电信号的位置分辨率和噪声不仅通过刚才说明的X射线辐射在闪烁器材料中的相互作用而变差。从X射线源发出的X射线辐射已经在物体中散射，以致除X射线源的初级射线外杂散射线也入射到相邻的闪烁器元件上。因此，为了减少杂散辐射影响在闪烁器前面连接一个准直器，其使得仅特定的空间方向上的X射线辐射到达闪烁器元件。以这种方式能够减少图像伪影(Bildartefakte)，并且在给定的对比度对噪声比的情况下能够显著地减少在患者身上施加的X射线剂量。准直器通常在把闪烁器与光电二极管阵列组合在一起后才安装。然而在该时点间隔在闪烁器中的位置在视觉上不再能够看到，因为间隔由在辐射入射面上设置的盖反射器覆盖。因此准直器的对准辅助地在引入(Einbezug)关于间隔相对于闪烁器外缘的预先知识的条件下相对于闪烁器的外缘进行。然而间隔在闪烁器内的位置关于外缘具有通过加工容差决定的不精确性。由此准直器对于间隔的相对的位置也具有容差。为了在放置准直器时考虑该容差，必须相应大地选择间隔宽度，由此保证，被准直的辐射每次仅入射到规定的检测器元件，而不溢出到相邻的检测器元件。然而间隔宽度的加大，如上所述，同时与减小闪烁器元件的辐射入射面积相联系。此外，在错误定位准直器的情况下存在通过准直器引起遮蔽辐射入射面的危险。这在两种情况下都会导致减小量子效率。

发明内容

因此本发明的任务在于，改进辐射检测器和用于制造辐射检测器的方法，使得提供为提高有效的发光效率和改善位置分辨率的前提。

该任务通过根据本发明的辐射检测器以及通过根据本发明的用于制造这样的辐射检测器的方法解决。

本发明的辐射检测器包括一个闪烁器，其带有用于分开彼此并排设置的闪烁器元件的间隔，和包括一个准直器，其带有用于构成侧面包围辐射通道的隔板，其中该隔板为了避免相邻闪烁器元件之间的串扰而被设置在间隔内。

术语间隔在该关联中被理解为在相邻的闪烁器元件之间构成的空隙，其通常为通道形。相邻的闪烁器元件之间的串扰意味着，辐射到达相邻设置的闪烁器元件，其中，辐射指通过进入闪烁器元件内的X射线量子的相互作用在直接的或者间接的路径上引起的辐射。辐射相应地可以是所产生的光信号，但是也可以是具有在或者接近X射线辐射的范围内的波长的二次量子。

准直器的隔板根据本发明具有双重功能。一方面它们用于在闪烁器前的区域内以公知的方式遮蔽由初级射线与物体的相互作用而产生的杂散辐射。另外，现在它们还用于在闪烁器内避免相邻的闪烁器元件之间的串扰，该串扰通过在闪烁材料中所产生的二次量子或者通过在闪烁材料中产生的光信号的侧向的光传播引起。亦即准直器的隔板在闪烁器内代替通常在间隔内设置的填充材料。

这具有一系列优点：隔板能够以这种方式非常精确地匹配准直器的各隔板宽度。亦即在设计隔板的宽度时不再必须考虑关于隔板和隔板之间的相对位置的容差，如在通过根据准直器的外缘间接定位准直器进行安装时期望的那样。亦即隔板宽度在本发明的辐射检测器的情况下与已知的情况下相比可以相应选择的较小，使得加大了辐射入射面积，并且从而提高了有效的发光效率。这意味另一种表述，通过在间隔内直接设置隔板提高准直器相对于闪烁器的定位准确度。通过在闪烁器元件之间放入准直器材料特别能够避免通过二次辐射的串扰，因为准直器材料由功能决定对于X射线辐射强烈地吸收。此外也完全抑制光学串扰，因为它也在光学区域内不透明。也就是说通过该措施能够以简单的途径使所产生的光信号更好地分开。由此提高了位置分辨率并且避免了在所产生的电信号中的噪声。

为提高有效的发光效率，隔板的至少在间隔内放入的区域具有涂层，其在由闪烁器产生的光的波长范围内是反射的。以这种方式光信号在侧向向闪烁器元件内传播时被折回反射，并且被引导到光电二极管上，在其上光信号被转变为电信号。在入射在光电二极管上之前，也考虑在闪烁器壁的反射层上的多重反射。

该涂层优选具有氧化钛或者一种金属，尤其是铝或银。这种材料对于由闪烁器产生的光具有高的折射率，容易得到，并且能够使用常规的方法在隔板的至少在间隔内放入的区域上涂敷。例如可以有利地通过在隔板的区域上通过涂敷或者喷涂一种用氧化钛掺杂的复合材料制造涂层。不言而喻这些隔板也可以通过把该隔板浸入该复合材料内相应地润湿。作为对此的替换，可以有利地通过在隔板的区域内蒸镀或者沉积一种金属尤其是铝或银来产生涂层。通过使用电解液的沉积方法特别能够产生非常薄的同时具有高的反射能力的层。

在本发明的一种有利的实施方式中用钼、钽、钨或者这些元素的合金制造准直器的隔板。这种材料由于比较高的原子序数在X射线的波长范围内具有高的吸收系数。因此通过在间隔内放入隔板也极为有效地阻止由闪烁器所产生的二次量子在或者接近X射线的波长范围内的串扰。

间隔内的隔板优选使用复合材料固定。在本发明的一种有利的实施方式中复合材料是一种粘合剂，其具有反射材料，尤其是氧化钛或者铝。由此能够得到辐射检测器的高的机械稳定性。因此准直器的隔板通过放入间隔内不仅在一个平面内与闪烁器在辐射入射面上固定。通过把隔板放入间隔内进行原则上在多个平面内的固定，例如另外在垂直于辐射入射面延伸的平面内固定。这提高了这些部件彼此的机械稳定性。

在本发明的一个优选的实施例中，准直器借助于一种快速制造技术、尤其是借助于选择式激光熔化或者借助于喷铸技术制造。

作为快速制造技术特别考虑选择式激光熔化。由此准直器的隔板无论在它的宽度还是高度和位置上都具有非常高的精度。特别能够实现非常薄的隔板。在此，以这种方式制造的准直器在和z方向都是带有隔板的整块的部件，而不是由多个单个的薄片组成。因此具有特别高的机械强度。

本发明的第二方面涉及一种用于制造具有闪烁器和准直器的辐射检测器的方法，具有下述的方法步骤：

a)制造带有间隔的闪烁器，

b)制造带有隔板的准直器，

c)在间隔内设置粘合剂，

d)把准直器的隔板放入闪烁器的间隔内，

e)固化粘合剂。

根据本发明的一种有利的实施方式，步骤a)另外包括下述步骤：

a1)在载体衬底上提供未结构化的闪烁器层，和

a2)在闪烁器层内在

和z方向上锯开或者切开间隔。间隔可以以这种方式以非常高的精度简单地制造。

优选地，在步骤a1)后执行下述步骤：

a11)在闪烁器层的辐射入射面上设置盖反射器。亦即在这种情况下间隔通过盖反射器被贯通切开，使得能够通过视觉看见间隔的位置，并且能够通过视觉控制以简单的方式把隔板插入间隔内。

在步骤a2)后有利地执行下述步骤：

a3)去除载体衬底，和

a4)研磨和/或抛光闪烁器层的暴露面(freigesetzte Seite)。

此外，步骤b)优选地包括下述方法步骤：

b1）沿

和z方向从辐射吸收材料中通过使用快速制造技术逐层地构成隔板。

在本发明的一种有利的实施方式中，使用选择式激光熔化技术作为快速制造技术，而使用钼、钨、钽或者这些元素的合金作为吸收辐射的材料。

作为对于快速制造技术的替换，可以具有优势地使用按照下述方法步骤的喷铸技术制造准直器：

b1)提供一个用于喷铸技术的模具，其沿

和z方向具有隔板，在该模具内注入掺杂有吸收辐射的材料的复合材料，并且在该模具内固化该复合材料。

优选使用环氧树脂基质(Epoxymatrix)作为复合材料，而使用钼、钨、钽或者这些元素的合金作为吸收辐射的材料。

步骤b)包括具有前面描述的优点的下述方法步骤：

b2)至少在隔板的在间隔内设置的区域内设置一个光学反射涂层。

例如可执行下述两个方法步骤用以产生涂层：在隔板的区域上蒸镀或者沉积一种金属，尤其是铝或银，或者在隔板的区域上涂敷或者喷涂一种掺杂有氧化钛的复合材料。

附图说明

下面根据实施例和附图详细说明本发明。附图中：

图1按照示意图示出了具有本发明的辐射检测器的计算机断层成像设备，

图2按照侧视图示出了本发明的辐射检测器的片段，和

图3示出了用于制造本发明的辐射检测器的方法的流程图。

附图中相同的或者功能相同的元件用相同的附图标记表示。一幅图中重复的元件为了清楚起见分别仅给一个元件提供附图标记。附图中表示是示意性的，并且不一定按照比例，其中附图之间的比例尺可以变化。

具体实施方式

图1示出了计算机断层成像设备12，它包括一个形式为X射线管的辐射源13，X射线辐射扇15从辐射源13的焦点14出发。该X射线辐射扇穿透要检查的物体16或者患者，并且击中辐射检测器1(这里是X射线检测器)。

X射线管13和辐射检测器1彼此相对在机架(这里未图示)上以可在

方向上围绕计算机断层成像设备12的系统轴z(患者轴)转动的方式设置。

方向表示机架的圆周方向，z方向表示要检查的物体16的纵向。

在计算机断层成像设备12运行时X射线管13和辐射检测器1围绕物体16转动，其中从不同的投影方向从物体16获得X射线照片。每一次X射线投影都击中辐射检测器1，于是穿过物体16并且由此减弱了X射线辐射。在此，辐射检测器1产生电信号，其相应于击中的X射线辐射的强度。接着，分析单元17按照公知的方式从用辐射检测器1采集的信号中计算出物体16的一个或者多个二维或者三维图像，这些图像可以在显示单元18上显示。

如在图2的侧视图中所示，辐射检测器1作为重要的组成部分，包括用于减少杂散辐射的准直器5、用于把入射的X射线变换为光的闪烁器2和用于把光信号变换为电信号的光电二极管阵列19。

闪烁器2用一种掺杂有激活剂的材料制造。闪烁器材料通常是闪烁陶瓷，例如Gd₂O₂S:Pr和CsI:Tl，其被沉积在载体衬底上。在闪烁器2的与载体衬底相对的一侧上设置一个盖反射器11。该侧在闪烁器2的符合规定的使用中相应于X射线辐射器的辐射入射面20。盖反射器11在本实施例中是氧化钛层，其通过蒸镀或者喷射形成。原则上所有满足下面的条件的材料都可以考虑，它们在由闪烁器材料产生的光的波长区域内具有高的折射率，并且具有抵抗X射线辐射的高的化学稳定性，以及此外在被涂覆的层厚的情况下在X射线辐射的波长区域内几乎是透明的。在这种情况下在闪烁器材料中产生的光被折回反射，由此提高量子效率。此外，为位置分辨地采集吸收事件，闪烁器2被结构化为单个闪烁器元件4。在此，闪烁器元件4通过间隔3在空间上彼此分开。间隔3通常通过缝隙或者铣削在

和z方向上穿过盖反射器11在闪烁器陶瓷内构成。典型的间隔宽度在50μm到500μm之间的范围内。因此间隔3的位置是视觉可见的。这使得能够在视觉控制下简单地定位准直器5。

光电二极管阵列19相应于闪烁器2的细分被结构化为单个的光电二极管34，并且在闪烁器2的下侧通过粘合剂与其光学地耦合。同样可以考虑，把闪烁器2直接在光电二极管阵列19上沉积和结构化。

准直器5由在

和z方向上延伸的隔板6制造，后者用对于X射线辐射高吸收的材料例如钼、钨、钽或者这些元素的合金制成。这里该制造借助一种选择式激光熔化进行，亦即借助一种快速的制造技术逐层地在使用计算机支持的可读的CAD模型的条件下进行。这种的准直器5能够以非常高的几何精度制造，并且由于整块制造所以具有高的机械稳定性。准直器5的隔板6在本发明的辐射检测器1的情况下被设置在闪烁器2的间隔3中。以这种方式准直器5满足了两种不同的功能：

一方面在辐射方向20上位于闪烁器2之前的隔板6的区域8如通常一样用于遮挡杂散辐射，该杂散辐射通过X射线辐射的散射在被检查的物体16中产生，并且对于各闪烁器元件4具有从X射线管13的焦点14偏离的空间方向。这通过如下实现，隔板6在

和z方向为各闪烁器元件4构成一条辐射通道，它的纵轴对准X射线管13的焦点14，使得来自X射线管13的焦点14偏离的空间方向的射线在隔板6内被吸收。

另一方面隔板6的设置在间隔3内的区域7用于有效地抑制在相邻的闪烁器元件4之间的串扰。这里避免两种不同类型的串扰。第一种串扰涉及由二次量子在相邻的闪烁器元件4上的串扰，它通过入射闪烁器材料的X射线辐射的相互作用过程产生。二次量子具有X射线辐射的波长范围内的能量。适合于准直器5的材料由根据功能必须具有为极为有效地吸收杂散辐射的原子序数，使得在间隔3内设置的隔板6也极为有效地抑制二次量子。也就是说通过隔板6能够阻止二次量子在闪烁器2内部从一个闪烁器元件4到达另一个闪烁器元件4。

第二种串扰涉及在闪烁器材料内所产生的光出现在相邻的闪烁器元件4上的光学串扰。由于为准直器5使用的材料的高的原子序数隔板6也在光的波长范围内并且因此对于闪烁器光是不透过的。因此排除了产生的光在相邻的像素21上的串扰。为了提高量子效率，隔板6在间隔3的区域7内具有带有光学反射材料的涂层9。一种可能性例如在于在隔板6上蒸镀或者沉积一种金属，特别是铝或者银。作为对此的替换，也可以通过蒸镀或者喷射一种掺杂有氧化钛或者其他光学反射材料的复合材料来实现涂层9，这里作为复合材料例如可以考虑环氧树脂基质。侧向传播的光因此被折回反射到像素21，并且因此用于信号变换。

隔板6在间隔3内借助粘合剂10固定。粘合剂10例如可以是UV可固化的塑料组合物。因此准直器5和闪烁器2具有高的硬度，以致即使在高转速的情况下也能保证精确地对准。

图3表示制造本发明的辐射检测器1的方法的流程图。该方法包括下面的方法步骤：

a)22如下地制造带有间隔的闪烁器：

a1)23在载体衬底上提供未进行结构化的闪烁器层，

a11)24在闪烁器层的辐射入射面上涂敷盖反射器，

a2)25在闪烁器层内在

和z方向上锯开或者切开间隔，

a3)26去除载体衬底，

a4)27研磨和/或抛光闪烁器层的暴露面，

b)28如下地制造带有隔板的准直器：

b1)29沿

和z方向从辐射吸收材料中通过使用快速制造技术逐层地构成隔板，

b2)30至少在隔板的被设置在间隔内的区域内涂敷一个光学反射涂层，

c)31在间隔内设置粘合剂，

d)32把准直器的隔板放入闪烁器的间隔内，

e)33固化粘合剂。

在方法步骤b1)内原则上可以使用用于构成2D准直器的任意的制造方法。对于使用快速制造技术的一种替换的方法，例如可以使用按照下面提供的喷铸技术：

b1)提供一个用于喷铸技术的模具，其沿

和z方向具有隔板6，在该模具内注入掺杂有吸收辐射的材料的复合材料，并且在该模具内固化该复合材料。

可以总结如下：

本发明涉及一种辐射检测器1，包括闪烁器2，其带有用于分开彼此并排设置的闪烁器元件4的间隔3；并且包括准直器5，其带有用于构成侧面包围辐射通道的隔板6，该隔板6为避免相邻闪烁器元件4之间的串扰而被设置在间隔3内。由此，在同时简单的结构和高的机械稳定性的条件下，极为有效地抑制了相邻的像素之间的通过光或者二次量子引起的串扰，其结果能够提高辐射检测器1的位置分别率和量子效率。此外，本发明涉及一种用于制造这样的辐射检测器1的方法。

Claims (18)

1.一种辐射检测器(1)，包括闪烁器(2)，其带有用于分开彼此并排设置的闪烁器元件(4)的间隔(3)；和包括准直器(5)，其带有用于构成侧面包围辐射通道的隔板(6)，该隔板(6)为了避免相邻闪烁器元件(4)之间的串扰而被设置在间隔(3)内。

2.根据权利要求1所述的辐射检测器(1)，其中，所述隔板(6)的至少被设置在间隔(3)内的区域(7)具有在由闪烁器(2)产生的光的波长范围内反射的涂层(9)。

3.根据权利要求2所述的辐射检测器(1)，其中，所述涂层(9)具有氧化钛或者一种金属，尤其是铝或银。

4.根据权利要求1至3之一所述的辐射检测器(1)，其中，所述隔板(6)由钼、钽、钨或者这些元素的合金制成。

5.根据权利要求1至4之一所述的辐射检测器(1)，其中，所述隔板(6)被借助复合材料(10)固定在间隔(3)内。

6.根据权利要求5所述的辐射检测器(1)，其中，所述复合材料(10)是具有反射材料，尤其是氧化钛、铝或银的粘合剂。

7.根据权利要求1至6之一所述的辐射检测器(1)，其中，所述准直器(5)是借助于快速制造技术、尤其是借助于选择式激光熔化或者借助于喷铸技术制造的。

8.一种用于制造具有闪烁器(2)和准直器(5)的辐射检测器(1)的方法，具有下述方法步骤：

a)制造带有间隔(3)的闪烁器(2)，

b)制造带有隔板(6)的准直器(5)，

c)在所述间隔(3)内设置粘合剂(10)，

d)把准直器(5)的隔板(6)放入闪烁器(2)的间隔(3)内，

e)固化粘合剂(10)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤a)包括下面的方法步骤：

a1)在载体衬底上提供未进行结构化的闪烁器层，

a2)在所述闪烁器层内在

和z方向上锯开或者切开间隔(3)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，在步骤a1)后执行下述步骤：

a11)在闪烁器层的辐射入射面上涂敷盖反射器(11)。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，在步骤a2)后执行下述步骤：

a3)去除载体衬底，

a4)研磨和/或抛光闪烁器层的暴露面。

12.根据权利要求8至11之一所述的方法，其中，步骤b)包括下述方法步骤：

b1)沿和z方向从辐射吸收材料中通过使用快速制造技术逐层地构成隔板(6)。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，作为快速制造技术使用选择式激光熔化技术，并且作为吸收辐射的材料使用钼、钨、钽或者这些元素的合金。

14.根据权利要求8至11之一所述的方法，其中，步骤b)包括下述方法步骤：

b1)提供一个用于喷铸技术的模具，其沿

和z方向具有隔板(6)，在该模具内注入掺杂有吸收辐射的材料的复合材料，并且在该模具内固化该复合材料。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，作为复合材料使用环氧树脂基质，并且作为吸收辐射的材料使用钼、钨、钽或者这些元素的合金。

16.根据权利要求8至15之一所述的方法，其中，步骤b)包括下述方法步骤：

b2)至少在所述隔板(6)的被设置在所述间隔(3)内的区域(7)内涂敷光学反射涂层(9)。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，步骤b2)包括下述方法步骤：在所述隔板(6)的区域(7)上蒸镀或者沉积一种金属，尤其是铝或银。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，步骤b2)包括下述方法步骤：在所述隔板(6)的区域(7)上涂敷或者喷涂一种掺杂有氧化钛的复合材料。

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