CN1217906A - 用于计算体层照相系统的多层闪烁器 - Google Patents

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Abstract

具有第一和第二闪烁材料层的多层闪烁器。在一个实施例中,闪烁器的第一层具有快速闪烁特性,而第二层具有较第一层高的透明度特性。所述两闪烁层粘结在一起,使得光信号从第一层传递到第二层,并从第二层传递到与第二层相邻的光敏二极管。选择特定的闪烁材料,以便达到要求的闪烁器特性。

Description

用于计算体层照相系统的多层闪烁器
本发明一般地涉及计算体层照相(CT)成像，更具体地说，涉及CT成像中x射线检测用的闪烁器。
至少在一些CT成像系统的配置中，x射线源投射一股扇形的射线束，后者经过准直，使之处于一般称作”成像平面”的卡笛尔坐标系的x-y平面上。x-射线束穿过被成像的对象，诸如病人。该射线束被对象衰减后，投射在射线检测器阵列上。在该检测器阵列上接收的衰减后的射线束强度取决于对象对x-射线的衰减。该阵列的每一个检测器元件产生作为所述检测器位置上射线束衰减测量值的单独的电信号。分别采集来自所有检测器的衰减测量值，以产生透射分布图。
在已知的第三代CT系统中，x-射线源和检测器阵列放在一个机架上，在成像平面内绕准备成像的对象旋转，使得x-射线束与对象的交角不断变化。x-射线源一般包括在焦点处发射x-射线束的x-射线管。x-射线检测器一般包括对在检测器处接收的x-射线束进行准直用的准直器、与准直器相邻的闪烁器和与闪烁器相邻的多个光敏二极管。
已知的闪烁器是由各种闪烁材料制成的。这些闪烁材料分成专门的几类，每一类各有优、缺点。例如，某些闪烁材料速度快但有光的输出低，辐射变质率高或透明度低、导致Z轴不均匀的缺点。尽管最好利用快速的闪烁材料，但是权衡之下有时又不能使用这样的材料。
因此，最好提供一种在速度、输出信号幅度和其他闪烁器特性方面有合理的权衡的闪烁器。最好还提供一种对侧向光透射具有自准直作用的闪烁器，以便不再需要单独的准直器。
采用一种包括多层闪烁材料的闪烁器可以达到这些及其他目标。这样构成所述闪烁器，使得x-射线束信号投射在高速闪烁材料的第一层上，然后穿过第一层，穿行到透明度较高的第二层闪烁材料。穿过第二层之后，该信号由光敏二极管接收，后者把来自闪烁器元件的光信号转变成电信号。
在一个实施例中，闪烁器是通过使用光学粘结剂把第一层闪烁材料粘结到第二层闪烁材料上而制成的。具体地说，选择第一层和第二层闪烁材料并切割成适当的尺寸和厚度。然后把第一和第二层放在相邻的位置上并粘结在一起。选择各种材料类型和厚度的组合，使闪烁器能够产生特定的结果。在一个特定的实施例中，多层之中的一层是由多根耐辐射光学纤维形成的，使闪烁器具有自准直作用。
上述闪烁器在速度、输出信号幅度和其他闪烁器特性之间提供了合理的权衡。这种闪烁器对侧向的光透射具有自准直作用。
图1是CT成像系统图；
图2是图1中举例说明的系统的示意的方框图；
图3是各层耦合之前按照本发明的多层闪烁器的示意的说明；
图4是各闪烁层粘结之后图3中所示的多层闪烁器的示意的说明；
图5是图3所示闪烁器的替代的实施例的示意的说明；
图6是图5所示光学纤维闪烁器的透视图。
参照图1和图2，以包括代表”第三代”CT扫描器的机架12的形式示出CT(计算体层照相)成像系统10。机架12具有x-射线源14，后者向机架12对面侧的检测器阵列18投射x-射线束16。检测器阵列18是由各检测器元件20形成的，后者一起检测穿过病人而照射过来的x-射线。每一个检测器元件产生代表照射的x-射线束强度，因而代表射线束穿过病人22时的衰减的电信号。在扫描以采集x-射线投射数据期间，机架12和装于其上的部件绕旋转中心24旋转。
机架12的旋转和x-射线源的动作由CT系统10的控制机构26控制。控制机构26包括向x-射线源14提供电源和定时信号的x-射线控制器28和控制机架12旋转速度和位置用的机架马达控制器30。控制机构26中的数据采集系统(DAS)32对来自检测器元件20的模拟数据进行采样，并将该数据转换成数字信号，以便进一步处理。图象重建器34从数据采集系统32接收所采样的和数字化后的x-射线数据，并进行高速的图象重建。重建的图象作为输入加在计算机36上，后者把图象储存在海量存储器装置38上。
计算机36还接收操作者通过具有键盘的操作台40发来的命令和扫描参数。相关的阴极射线管显示器42使操作者可以观察重建的图象和来自计算机36的其他数据。操作者所提供的命令和参数由计算机36用来向数据采集系统32、x-射线控制器28和机架马达控制器30提供控制信号和信息。另外，计算机36操作台架马达控制器44，后者控制由马达驱动的台架46，把病人22定位在机架12上。具体地说，台架46移动病人22各部分穿过机架12的开孔48。
正如上面所解释的，阵列18的每一个检测器元件20产生作为所述检测器位置上射线束衰减的测量值的单独的电信号。具体地说，每一个x-射线检测器元件20一般都包括闪烁器元件，并且相邻的闪烁器元件由非闪烁狭缝(未示出)隔开。光敏二极管放在与闪烁器相邻的位置上，并产生代表闪烁器元件光输出的电信号(未示出)。分别采集来自所有检测器元件18的衰减测量值，以产生透射分布图。
当前的闪烁材料(未示出)可以分成几大类：一类是光输出低而辐射变质率高的快速检测器，而第二类是透明度低从而导致Z轴不均匀的快速检测器。
一般说来，就下面将要描述的并按照本发明构造的闪烁器而言，这样构造所述闪烁器、使得它至少包括两层闪烁材料。通过提供至少两个单独的材料层，可以达到特性的最优配合。
更具体地说，图3是检测器80的一部分的示意的说明，它包括光敏二极管90和具有相邻的第一和第二层闪烁材料104和108的闪烁器100。这样构造闪烁器100、使得x-射线束16(图3中未示出)照射在第一层104上。第二层108位于第一层104与光敏二极管90之间。
在一个实施例中，第一层104具有快速闪烁特性，例如，GOS(Gd2O3S)，厚度T1，例如，约0.5mm。第二层108具有厚度T2，而其透明度特性高于第一层104。第二层是，例如，厚度T2约为1.5至2.0mm的Lumex(YG d)2O3材料。闪烁器100非常快速，具有非常高的输出水平，以及经过改进的Z轴均匀性。
为第一和第二层104和108选择的材料可以包括其他闪烁材料。例如，第一层材料104可以从高光输出材料选择，而第二层108可以是较第一层104辐射变质系数低的或均匀性系数高的闪烁材料。所选择的特定闪烁材料取决于闪烁器100和检测器80希望具有的特定特性。
在一个替代的实施例中，第一层104和第二层108从两种以上的闪烁材料的各种各样的材料中选择，例如，包括一个闪烁材料层和一个X-射线吸收光导层，或者一个薄膜滤光材料层和闪烁层，或者一个薄膜滤光材料层和一个X-射线吸收层(未示出)。例如，光吸收层起光导管的作用，并保护光敏二极管免受X-射线16作用。另外，第一和第二层104和108可以是其他材料，例如，闪烁层和闪烁的或非闪烁的致密玻璃。
制造闪烁器100时，选择第一层104和第二层108用的材料，并把它切割成适当的尺寸和厚度。第一层104和第二层108可以以各种各样的方法耦合在一起，包括，例如，粘结、烧结、光学粘结剂、光学液、或在彼此上直接生长。如果，例如，选择光学粘结剂116来粘结第一层和第二层104和108，则在把第一层104放在与第二层108相邻接的位置之前，把光学粘结剂116涂在第二层108的上表面上。粘结剂116特定成分的选择随着第一层和第二层104和108的选择和闪烁器要求的特性而变化。第一和第二层104和108耦合之后，把闪烁器以现有技术已知的方法处理成检测器(未示出)。
在图5所示的一个替代的实施例中，闪烁器200包括闪烁材料的第一层204和由多根辐射发光光学纤维212形成的第二层208。耐辐射光学纤维212每一根都具有输入端216和输出端220。闪烁材料的第一层204如上所述地耦合到第二层208，或者直接在输入端216掺杂。例如，纤维212的小直径和光反射特性使闪烁器200能够对侧向光透射进行自准直。这种自准直使整个闪烁器200能维持侧向空间分辨率。
在闪烁器200的一个特定的实施例中，参见图6，光学纤维212排列成纤维束308。纤维束308具有输入端312和输出端316。x-射线闪烁材料320的第一层在光学上与输入端312耦合。第一层320可以制作为覆盖整个纤维束308单一层(未示出)，或者制作成覆盖各个输入端312的几片，例如，用x-射线闪烁材料320掺杂输入端312。
上述闪烁器包括多个闪烁材料层，以便优化器件的特定特性。所述闪烁器可以这样制造，使得把几种不同类型的材料的特定优点结合起来。另外，闪烁器可以对侧向光透射进行准直。
从本发明上述不同实施例的描述中可知，显然可以达到本发明的目的。尽管对本发明作了详细的描述和举例说明，但是，显然，所作的描述和说明仅仅是为了作为说明和例子，而不打算作为限制。具体地说，尽管上述只有两层，但对层数并无限制，可以把任何层数加以耦合，以达到想要的特定的结果。因此，本发明的精神和范围只受后附的权利要求书的各项权利要求的限制。

Claims (27)

1．一种用于计算体层照相(CT)机的闪烁器，其特征在于所述闪烁器包括：
具有快速闪烁特性的第一材料层；以及
具有较所述第一层高的透明度特性的第二材料层。
2．按照权利要求1的闪烁器，其特征在于：所述第一材料层包括GOS(Gd2O3S)。
3．按照权利要求2的闪烁器，其特征在于：所述第一材料层具有约0.5mm的厚度。
4．按照权利要求1的闪烁器，其特征在于：所述第二材料层包括(YGd)2O3。
5．按照权利要求1的闪烁器，其特征在于：这样构造所述闪烁器，使得x射线束照射在所述第一材料层上。
6．按照权利要求1的闪烁器，其特征在于：所述第一材料层粘结在第二材料层上。
7．按照权利要求1的闪烁器，其特征在于：所述第一材料层烧结在第二材料层上。
8．按照权利要求1的闪烁器，其特征在于：所述第二材料层是x射线吸收光导材料。
9．按照权利要求1的闪烁器，其特征在于：所述第二材料层是非闪烁材料。
10．按照权利要求1的闪烁器，其特征在于：所述第一材料层是薄膜滤光材料。
11．按照权利要求1的闪烁器，其特征在于：所述第二层包括辐射发光纤维光学材料。
12．按照权利要求11的闪烁器，其特征在于：所述纤维光学材料包括多根耐辐射光学纤维。
13．按照权利要求12的闪烁器，其特征在于：所述光学纤维是用闪烁元素掺杂的。
14．按照权利要求1的闪烁器，其特征在于：所述第一层是直接在所述第二层顶上生长的。
15．一种用于计算体层照相(CT)机的闪烁器，其特征在于所述闪烁器包括：
一束光学纤维，所述纤维束具有输入端和输出端，这样构造所述纤维束的输入端、使得x射线束照射在其上，所述光学纤维中至少有一些是用x射线闪烁材料掺杂的。
16．按照权利要求15的闪烁器，其特征在于还包括与所述纤维束的所述输入端相邻的一层闪烁材料。
17．按照权利要求15的闪烁器，其特征在于还包括在光学上耦合到所述纤维束的所述输入端的多个闪烁器。
18一种用于计算体层照相(CT)机的闪烁器，其特征在于所述闪烁器包括：
具有快速闪烁特性的第一材料层；以及
包括多根光学纤维的第二材料层。
19．按照权利要求18的闪烁器，其特征在于：所述光学纤维排列成一束。
20．按照权利要求19的闪烁器，其特征在于：所述纤维束包括输入端和输出端，所述纤维束的输入端在光学上耦合到所述第一材料层。
21．按照权利要求20的闪烁器，其特征在于：所述第一材料层是直接在所述第二层的输入端上淀积的。
22．按照权利要求18的闪烁器，其特征在于：所述第二材料层具有较第一材料层高的透明度特性。
23．按照权利要求18的闪烁器，其特征在于：所述第二材料层包括多根耐辐射光学纤维。
24．一种用于计算体层照相(CT)机的闪烁器，其特征在于：所述闪烁器包括多层材料，所述各层中至少一层包括具有快速闪烁特性的材料和具有高透明特性的材料中的至少一种材料。
25．按照权利要求24的闪烁器，其特征在于：第一材料层具有快速闪烁特性，而第二材料层具有较所述第一材料层高的透明度特性。
26．按照权利要求24的闪烁器，其特征在于：所述闪烁器包括一束光学纤维，所述纤维束具有输入端和输出端。
27．按照权利要求26的闪烁器，其特征在于还包括所述纤维束的所述输入端处的闪烁材料层。
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