CN105989906B - 放射线检测装置、放射线成像系统和制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及放射线检测装置、放射线成像系统和制造方法。一种放射线检测装置包括传感器底座、传感器基板、外周构件以及闪烁体层，传感器基板由传感器底座支承，并且被配置为从多个像素输出信号以供放射线检测，外周构件与传感器基板分开地布置在传感器基板的侧表面的外周上，由传感器底座支承，并且被配置为不输出用于放射线检测的信号，闪烁体层被配置为连续地覆盖传感器基板和外周构件。

Description

放射线检测装置、放射线成像系统和制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于放射线检测的放射线检测装置、放射线成像系统和制造方法。

背景技术

存在包括闪烁体层的放射线检测装置，该闪烁体层具有形成在传感器基板上的柱状晶体。要求这样的放射线检测装置通过在保持成像的锐度的同时高效地吸收发射的放射线来改进使用效率。换句话说，有必要改进放射线检测元件的DQE(检测用量子效率)和MTF(调制传递函数)两者。

日本专利公开No.2002-48870公开了一种放射线检测器，在该放射线检测器中，布置了多个成像基板，每个成像基板具有闪烁体。在日本专利公开No.2002-48870中，闪烁体层形成在每个基板上，以使得当布置复数个成像基板时它一直延伸到相邻基板的边界，并且基板被布置为防止闪烁体的分辨率降低和分离。日本专利No.4447752公开了一种放射线检测器，该放射线检测器被配置为通过形成覆盖多个成像基板的透明膜并且在该透明膜上形成闪烁体来防止结点附近的分辨率降低和分离。

发明内容

本发明提供一种放射线检测装置，该放射线检测装置具有有利于改进MTF和DOE并且防止闪烁体层分离的结构。

本发明的第一方面，本发明提供一种放射线检测装置，该放射线检测装置包括传感器底座、传感器基板、外周构件以及闪烁体层，传感器基板由传感器底座支承，并且被配置为从多个像素输出信号以供放射线检测，外周构件与传感器基板分开地布置在传感器基板的侧表面的外周上，由传感器底座支承，并且被配置为不输出用于放射线检测的信号，闪烁体层被配置为连续地覆盖传感器基板和外周构件。

本发明的第二方面，本发明提供一种放射线成像装置，该放射线成像装置包括放射线源、传感器底座、传感器基板、外周构件以及闪烁体层，放射线源被配置为产生放射线，传感器基板由传感器底座支承，并且被配置为从多个像素输出信号以供放射线检测，外周构件与传感器基板分开地布置在传感器基板的侧表面的外周上，由传感器底座支承，并且被配置为不输出用于放射线检测的信号，闪烁体层被配置为连续地覆盖传感器基板和外周构件。

本发明的第三方面，本发明提供一种制造放射线检测装置的方法，该方法包括：将传感器基板和外周构件放置在传感器底座上，外周构件与传感器基板分开地布置为与传感器基板的侧表面相邻，并且被配置为不输出用于放射线检测的信号；形成闪烁体层，以连续地覆盖传感器基板和外周构件。

从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。

附图说明

图1A和1B分别是根据实施例的放射线检测装置的示意性顶视图和示意性截面图；

图2A和2B是示出根据实施例的外周构件的布置的示意图；

图3是根据实施例的传感器面板的边缘的示意性截面图；

图4A至4D是示出根据实施例的制造传感器面板的方法的示意图；

图5是根据比较例子的传感器面板的示意性截面图；

图6是根据实施例的传感器面板的示意性截面图；

图7是根据实施例的传感器面板的示意性截面图；

图8是根据实施例的传感器面板的示意性截面图；以及

图9是示出根据实施例的放射线成像系统的布置的视图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细地描述根据本发明的实施例的放射线检测装置。该放射线检测装置包括检测放射线的传感器面板。传感器面板是包括传感器基板和闪烁体的器件，传感器基板由按矩阵布置的光电转换元件和开关元件形成，闪烁体将放射线转换为可见光。注意，在本说明书中，放射线不仅包括X射线，而且还包括诸如α射线、β射线和γ射线的电磁波。

<第一实施例>

首先，将参照图1A和1B来描述根据实施例的放射线检测装置。CMOS传感器或使用非晶硅(a-Si)的传感器按矩阵布置在传感器基板101上。图1A和1B例示说明通过布置多个传感器基板101形成宽屏而形成的放射线检测装置。然而，传感器基板101可以包括一个传感器基板。在传感器面板中，多个CMOS传感器按矩阵布置在其上的传感器基板101经由粘合层在传感器底座102上受到支承。每个CMOS传感器包括像素，所述像素包括光电转换元件或MOS晶体管。传感器面板的表面受到由聚酰亚胺制成的5-μm厚的闪烁体保护层的保护。外部布线103连接到在每个传感器基板101的至少一侧提供的外部连接电极。驱动信号、输出信号等经由外部布线103在传感器基板101和电路部分105之间发送/接收。也就是说，来自传感器面板的多个像素的信号经由外部布线103输出。

接着将参照图1B来描述根据该实施例的放射线检测装置的传感器面板沿着图1A中的线A-A’截取的截面图。作为传感器面板的闪烁体层的材料，例如，碘化铯(在下文中将被称为CsI)被使用。少量铊(Tl)、钠(Na)等被作为活化剂添加到CsI。当这些材料被添加少量时，CsI的可见光发射特性得到改进。对于包括多个柱状结构(比如CsI)的闪烁体，可以使用主要含有碱金属卤化物的材料。

外周构件109布置在传感器基板的侧表面的外周上。外周构件109由与CMOS传感器相同的材料(硅)制成。传感器面板包括多个传感器基板101-1、101-2、……。外周构件109被布置为与传感器基板101-1的侧表面相邻。在形成闪烁体层107的步骤中，外周构件109可以抑制由传感器基板101的边缘处的台阶差(step difference)引起的闪烁体层的膜厚度的变化。结果，闪烁体层在传感器基板101的边缘处的膜厚度的变化被抑制，并且放射线检测装置的传感器面板的边缘处的成像信号的输出的减小被抑制。外周构件109不输出用于放射线检测的信号。

作为布置外周构件109的方法，如图2A和2B中所示的方法是可用的。布置外周构件109的方法不限于本说明书中公开的方法，只要闪烁体层在传感器基板101的边缘处的膜厚度的变化可以被抑制即可。示出了外周构件109被布置在传感器基板的除了其设有外部连接电极的短边之外的外周上的例子。图2A示出了外周构件109沿着位于传感器面板的边缘处的传感器基板的长边布置的例子。外周构件109被布置为与传感器基板101-1相邻。如稍后将描述的，为了形成闪烁体层以连续地覆盖传感器基板101-1和外周构件109，外周构件109被布置为与传感器基板101-1接触。可替代地，传感器基板101-1和外周构件109仅需要按如下这样的间隔彼此接触，该间隔防止当形成闪烁体层107时闪烁体层107的边缘处的膜厚度突然变化。外周构件109和传感器基板101-1的边缘之间的间隔仅需为100μm或更小。图2B示出了外周构件109由多个构件形成的例子。在该情况下，划分的外周构件109之间的间隔被设置为100μm或更小以抑制闪烁体层107的边缘处的膜厚度的变化。

如图3所示，在传感器基板101和外周构件109之间存在台阶差Δt。考虑到对输出图像的影响来适当地设置台阶差Δt。如稍后将描述的，如果传感器基板101的在其上形成闪烁体层107的表面比外周构件109的在其上形成闪烁体层107的表面高0μm至70μm(两者都包括在内)的范围内的Δt，则闪烁体层的膜厚度不会发生突然变化。当Δt小于0μm(也就是说，外周构件109的表面高于传感器基板101的表面)时，传感器基板101上不形成闪烁体层的一部分可以依赖于闪烁体层形成方法而产生。由于高度差而不形成晶体的一部分可以依赖于形成晶体的方向而产生。即使晶体被形成，闪烁体层的膜厚度在传感器基板101的与外周构件109相邻的边缘处也可能减小。如果台阶差Δt大于70μm，则闪烁体层107的厚度在传感器基板101的边缘处变化，并且可能使闪烁体分离。

外周构件109需要具有一定宽度以实现防止闪烁体层的膜厚度突然变化的重大效果。为了防止闪烁体层107在传感器基板101的边缘处的膜厚度突然变化，可以将外周构件在垂直于传感器基板101的侧表面的方向上的宽度W设置为在传感器基板的区域中形成的闪烁体层的厚度的1/3或更大。外周构件的宽度W不具有上限。然而，如果外周构件太宽，则传感器面板的框架部分变大。在该实施例中，外周构件109的宽度W被设置为闪烁体层的膜厚度的大约1.5倍。在该实施例中，如图1B所示，闪烁体层的边缘被形成为延伸并接触外周构件109外部的玻璃等制成的传感器底座102的上表面。结果，在传感器面板上，闪烁体层107被形成为一直到传感器基板101的边缘为几乎相同的厚度。因此可以抑制闪烁体层在传感器基板101的边缘处的膜厚度变化。

传感器面板上的闪烁体层107受到闪烁体保护层108的保护。闪烁体保护层108是为了保护闪烁体层107不受由湿度等引起的劣化的目的而放置的。特别地，当诸如CsI：Tl的柱状晶体闪烁体用作闪烁体层时，因为特性由于湿度引起的劣化而降低，所以提供闪烁体保护层108。关于闪烁体保护层的材料，一般的有机密封材料(诸如硅树脂、丙烯酸树脂、或环氧树脂、或基于聚酯、聚烯烃、聚酰亚胺等的热熔树脂)是可用的。在这些材料之中，特别是，具有低透湿性的树脂可以用于该材料。通过CVD(化学汽相沉积)形成的聚对二甲苯的有机膜或者由聚烯烃树脂代表的热熔树脂被使用。

另外，如图1B所示，反射层112覆盖闪烁体保护层108。传感器面板的灵敏度通过反射层112可以得到提高。作为反射层112，诸如Al、Ag或Mg的高反射率材料可以被使用。

为了确认闪烁体层的形状，使用SEM(扫描电子显微镜)来获取在该实施例中形成的传感器面板的截面图像。在该实施例中，当传感器基板101和外周构件109之间的台阶差(图3中所示的Δt)被测量时，Δt＝30μm。在传感器基板和外周构件之间的边界附近没有观察到闪烁体层的大的结构无序，并且确认闪烁体层一直到传感器基板的边缘都是均匀地形成的。对使用传感器面板获取的图像进行评估。结果确认，在整个成像区域中灵敏度没有急剧降低的优良图像被获取。

接着，形成传感器面板，在该传感器面板中，传感器基板和外周构件之间的台阶差Δt为70μm。当通过SEM观察截面时，即使在台阶差为70μm的情况下，闪烁体层也均匀地形成在传感器基板上，尽管在台阶部分处观察到微小的结构变化。如第一实施例中那样进行图像评估。结果确认，在整个成像区域中灵敏度没有急剧降低的优良图像被获取。即使在传感器基板101的在其上形成闪烁体层的表面比外周构件109的在其上形成闪烁体层的表面高70μm的情况下，也确认膜厚度没有发生突然变化。当Δt是0μm时，因为不存在高度差，所以对闪烁体层的厚度的变化没有影响。因此，确认Δt仅需要落在0μm至70μm(两者都包括在内)的范围内。

接着将参照图4A至4D来描述根据实施例的制造放射线检测装置的方法。如图4A所示，首先，粘合层111被形成在由玻璃等制成的传感器底座102上并被配置为支承传感器基板，并且传感器基板101被布置在粘合层111上。在该实施例中，多个矩形传感器基板101被布置在传感器底座102上以形成宽屏传感器面板。接着，如图4B所示，外周构件109被放置在粘合层111上以与位于传感器面板的边缘处的传感器基板101的长边相邻。此后，如图4C所示，闪烁体层107被形成为覆盖传感器基板和外周构件。闪烁体层107被形成为连续地覆盖传感器基板101和外周构件109。作为闪烁体的材料，例如，碘化铯(在下文中将被称为CsI)被使用。少量铊(Tl)、钠(Na)等被作为活化剂添加到CsI。闪烁体层107通过真空沉积铊(Tl)作为活化剂被添加到的碘化铯(CsI)层(在下文中将被称为CsI：Tl)而形成。

然后，如图4D所示，闪烁体保护层108和覆盖闪烁体保护层108的反射层112被形成。作为闪烁体保护层108和反射层112中的每个，Al(铝)片材可以被使用。厚度约为100μm的由聚烯烃树脂制成的热熔树脂被预先形成在Al片材上。闪烁体层107被Al片材覆盖。此时，形成热熔树脂的一侧被布置在闪烁体层侧。热熔树脂通过热压而被熔融，并且被粘合到闪烁体层107。就以上工艺而言，闪烁体保护层108和反射层112形成在闪烁体层107上。反射层112可以是膜，或者作为闪烁体保护层108的有机树脂被涂覆到的复合膜可以被使用。当该复合膜被使用时，闪烁体保护层108和反射层112可以同时(at once)形成，因此，工作负荷预计会减轻。另外，大的防湿效果预计通过作为反射层112的金属膜来实现。板形反射板可以被放置在闪烁体层107上的在其上形成闪烁体保护层108的粘合层上。此时，为了增强防湿效果，用防湿密封树脂将板形反射板的边缘连接到传感器基板。用密封树脂进行该连接以环绕闪烁体层从而使它免受外部环境影响。最后，将外部布线连接到在CMOS传感器的边缘上提供的外部连接电极以将该外部布线连接到电路板，在该电路板上，布置了诸如驱动电路/读取电路的信号处理电路。此后，用壳体等覆盖构件，从而完成放射线检测装置。

接着将描述形成闪烁体保护层和反射层的方法的另一个例子。首先，根据该实施例的方法来执行一直到形成闪烁体层107的过程。此后，作为闪烁体保护层，20μm厚的聚对二甲苯(parylene)膜被形成以覆盖闪烁体层107。为了形成聚对二甲苯，可以使用热CVD。接着，将Al板作为反射层放置在CsI上。此时，Al板通过聚对二甲苯被放置在闪烁体层上的25μm厚的粘合层上。接着，执行密封处理。更具体地说，用基于环氧的密封树脂来连接和密封玻璃底座和Al板。此后，用与如上所述的方法相同的方法来形成放射线检测装置。对使用如此形成的传感器面板获得的图像进行评估。在该情况下，同样地，确认在整个成像区域中灵敏度没有急剧降低的优良图像被获取。

<比较例子>

在该比较例子中，如图5所示，形成不布置外周构件的放射线检测装置。该布置与第一实施例的布置相同，除了外周构件不被布置在CMOS传感器芯片的边缘处。当通过与第一实施例中的方法相同的方法使用SEM获取闪烁体层的边缘的截面图像时，确认如图5所示(501指示的部分)，闪烁体层的膜厚度在芯片边缘处急剧变化。在如第一实施例中那样的放射线检测装置被形成之后，进行图像评估。在闪烁体层的膜厚度急剧变化的区域中，确认灵敏度降低。

<第二实施例>

在根据该实施例的放射线检测装置中，如图6所示，闪烁体层从传感器基板101的上表面连续地形成到外周构件109的上表面。在外周构件109上，闪烁体层107的边缘被终止，厚度变为0。从外周构件109的靠近传感器基板101一侧的边缘到闪烁体层107在其被终止的部分的距离与传感器基板上的闪烁体层的厚度相同。在该实施例中，当如第一实施例中那样通过SEM进行观察时，外周构件109的靠近传感器基板的位置处的闪烁体层的厚度与传感器基板上的厚度相同。如第一实施例中那样执行图像评估。结果确认，在整个成像区域中灵敏度没有急剧降低的优良图像被获取。

<第三实施例>

在根据该实施例的放射线检测装置中，外周构件的高度朝向外周构件的外周部分减小。如图7所示，外周构件在外周侧比在靠近传感器基板的一侧低，并且外周构件的厚度朝向外周部分减小。通过SEM观察如此形成的传感器面板的截面。从传感器基板连续地形成到外周构件的闪烁体层的厚度在传感器基板上是均匀的。闪烁体层的厚度变化也被抑制。如第一实施例中那样执行图像评估。结果确认，在整个成像区域中灵敏度没有急剧降低的优良图像被获取。

<第四实施例>

在根据该实施例的放射线检测装置中，外周构件109与由玻璃基板制成的传感器底座102集成。该布置的其余部分与第一实施例中相同。首先，准备具有如图8所示的凹形部分的传感器底座102。传感器基板101在传感器底座102的凹形部分中的粘合层111上受到支承。在该实施例中，具有凹形部分801的传感器底座102的边缘对应于外周构件。凹形部分801和传感器基板的表面之间的台阶差Δt为Δt＝30μm。根据与第一实施例中相同的方法，从传感器基板到凹形部分801在传感器底座的边缘处的区域连续地形成闪烁体层，形成闪烁体保护层和反射层，并且执行布线连接等。同样地对根据该实施例的放射线检测装置执行图像评估。结果确认，在整个成像区域中灵敏度没有急剧降低的优良图像被获取。

<第五实施例>

在该实施例中，将描述根据本发明的放射线检测装置被应用于放射线成像系统的例子。如图9所示，作为放射线源的X-射线管6050产生的X射线6060透射通过患者或被检体6061的胸部6062，并且进入放射线检测装置6040。已经进入的X射线包括患者6061的内部信息。闪烁体发射与已经进入的X射线对应的光。该光被传感器面板的光电转换元件进行光电转换，从而获得电信息。该信息被转换为数字数据，并且被用作信号处理部件的图像处理器6070处理。该数据可以在控制室里的用作显示部件的显示器6080上被观察。

该信息也可以通过诸如网络6090(诸如电话、LAN或互联网)的传输处理手段而被传送到远程地点。该信息也可以显示在另一个地方的医生室里的显示器6081上，或者被保存在诸如光盘的记录介质中。因此，在远程地点的医生可以进行诊断。该信息也可以被用作记录部件的胶片处理器6100记录在胶片6110中。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被给予最宽泛的解释，以便包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (17)

1.一种放射线检测装置，其特征在于，包括：

传感器底座；

传感器基板，所述传感器基板由传感器底座支承，并且被配置为从多个像素输出信号以供放射线检测，其中用于连接的电极被布置在传感器基板的至少一侧；

外周构件，所述外周构件与传感器基板分开地布置在传感器基板的不布置所述电极的侧表面的外周上，由传感器底座支承，并且被配置为不输出用于放射线检测的信号；以及

闪烁体层，所述闪烁体层被配置为连续地覆盖传感器基板和外周构件。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，多个传感器基板由传感器底座支承。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，传感器基板具有矩形外形，并且不布置所述电极的所述侧是传感器基板的长边。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，由传感器底座支承的所述多个传感器基板被布置为使得长边和长边相邻且短边和短边相邻，以及

布置在沿着短边的方向上的传感器基板的数量大于布置在沿着长边的方向上的传感器基板的数量。

5.根据权利要求3所述的装置，其中，外周构件沿着布置在所述多个传感器基板的端部处的传感器基板的长边布置。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，传感器基板的厚度不小于外周构件的厚度。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，外周构件的第一部分的厚度大于外周构件的第二部分的厚度，外周构件的第一部分比外周构件的第二部分更靠近传感器基板的所述侧表面。

8.根据权利要求6所述的装置，其中，覆盖外周构件的闪烁体层的厚度从闪烁体层的第一部分到闪烁体层的第二部分减小，闪烁体层的第一部分比闪烁体层的第二部分更靠近传感器基板的所述侧表面，闪烁体层的第二部分比闪烁体层的第一部分更靠近外周构件的外周部分。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，闪烁体层包括柱状晶体闪烁体，并且所述柱状晶体闪烁体至少部分与外周构件接触。

10.根据权利要求1所述的装置，还包括被配置为对来自所述像素的信号进行处理的电路，

其中，所述电路和所述电极连接。

11.一种放射线成像装置，其特征在于，包括：

放射线源，所述放射线源被配置为产生放射线；

传感器底座；

传感器基板，所述传感器基板由传感器底座支承，并且被配置为从多个像素输出信号以供放射线检测，其中用于连接的电极被布置在传感器基板的至少一侧；

外周构件，所述外周构件与传感器基板分开地布置在传感器基板的不布置所述电极的侧表面的外周上，由传感器底座支承，并且被配置为不输出用于放射线检测的信号；以及

闪烁体层，所述闪烁体层被配置为连续地覆盖传感器基板和外周构件。

12.一种制造放射线检测装置的方法，其特征在于，包括：

将传感器基板和外周构件放置在传感器底座上，其中用于连接的电极被布置在传感器基板的至少一侧，并且所述外周构件与传感器基板分开地布置为与传感器基板的不布置所述电极的侧表面相邻，并且所述外周构件被配置为不输出用于放射线检测的信号；以及

形成闪烁体层以连续地覆盖传感器基板和外周构件。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，多个传感器基板被放置在传感器底座上。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，传感器基板具有矩形外形，并且不布置所述电极的所述侧是传感器基板的长边。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，由传感器底座支承的所述多个传感器基板被布置为使得长边和长边相邻且短边和短边相邻，以及

布置在沿着短边的方向上的传感器基板的数量大于布置在沿着长边的方向上的传感器基板的数量。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，闪烁体层被形成为使得覆盖外周构件的闪烁体层的厚度从靠近传感器基板的所述侧表面的部分到外周构件的外周部分减小。

17.根据权利要求12所述的方法，其中，闪烁体层包括柱状晶体，并且

通过沉积方法形成闪烁体层，以连续地覆盖传感器基板和外周构件。