CN1447131A - 射线检测仪、其制造方法和射线ct装置 - Google Patents
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Abstract
由于辐射，使射线检测仪中的树脂经历了性质变化。这种性质变化包括树脂的光反射率和透光率衰减。树脂性质变化所导致的一种后果是检测器的输出电流降低，并影响了检测仪的操作寿命。提供了一种射线检测仪和CT装置，它们甚至在大量辐射下，检测仪的输出电流衰减很小，并且工作寿命长。使用金红石型氧化钛粉末和聚酯树脂的固化混合物用于覆盖闪烁器的光反射材料。并且，使用聚酯树脂来将闪烁器和半导体光电检测元件结合到一起。
Description
技术领域
本发明涉及一种射线检测仪，具体涉及一种用于计算断层分析(CT)装置的射线检测仪，该装置使用射线，如X-射线，γ-射线，等等。
背景技术
图8显示使用射线检测仪的射线CT装置的示意图。受检体51安置在CT装置的中心。射线源52(例如X-射线管)设置在绕受检体51转动的台架50的外周侧位置，多个射线检测器8安置在与射线源52相对的位置，受检体51在它们之间。从射线源52以扇形发散的射线53穿过受检体51，同时由受检体51的各个部分吸收，并到达射线检测仪8。对于受检体51的各个部分，对射线53的吸收彼此各不相同，因此到达射线检测仪8的射线53的强度依受检体51的各个部分而各不均一。通过射线检测仪8来检测这种不均一的强度，并作为射线检测仪8的输出值输出，因此可得到受检体51的明暗图像。当绕受检体51转动时，射线源52和射线检测仪8执行类似于如上所述的测定。如此得到的测定值经合成和重建，从而可能形成CT图像，该图像是受检体51的截面图。
图1和图6每一副都描述了射线检测仪的结构。图1A和图6A都显示了射线检测仪的透视图，为便于说明切掉部分光反射材料。图1B和图6B分别显示了沿图1A中的1B-1B线的截面图和沿图6A中的6B-6B线的截面图。图1中的射线检测仪100一般称为单阵列，其中在将光转化为电的半导体光电检测元件阵列120上，设置闪烁器130将射线转化为光，闪烁器除其与半导体光电检测元件接触的表面外的表面由光反射材料140覆盖。在图6中所描述的射线检测仪600一般称为多阵列，其中闪烁器430以隔栅的形式设置，该结构是这样的：插入到闪烁器430位置之间的射线屏蔽板550在光反射材料640部分之内。图6所描述的结构，其中射线屏蔽板550只在一个方向上设置，也就是成行或成列，但是也可能成为这种射线屏蔽板以两种方向设置的结构，即同时成行和成列。此外，单阵列型射线检测仪包含或不包含射线屏蔽板，这也可是多阵列型射线检测仪的情况。顺便提及，图1和6中，还有其他图中，同样的部件由同样的附图标记表示。
将射线转化为光的闪烁器130、430由以下物质组成：CdWO4、Bi4Ge3O12、Gd2O2S：Pr(Ce，F)，等等；这些物质在射线入射时发射可见光。这样发射的可见光由固定到闪烁器一个侧表面上的半导体光电检测元件接收，并转换为电信号。在图1和6中，和在其他图中，半导体光电检测元件阵列120作为板层来描述；构成半导体光电监测元件阵列一层板的内部由多个光电检测元件组成，这些元件分别面向结合在其上的多个闪烁器。如果入射在闪烁器上的射线穿过闪烁器，并再次成为邻近闪烁器的入射线，分辨率则下降。关于这一点，如图6所示，由重金属如Mo、W、Pb，等等制成的射线屏蔽板550可以设置在闪烁器之间，以避免射线在闪烁器之间穿过。
而且，由闪烁器130或430产生的可见光在整个立体角内沿所有方向发散，因此必须有效引导可见光进入与闪烁器结合的半导体光电检测元件。因而，除面向半导体光电检测元件阵列的表面之外，闪烁器130或430的外周面分别由高反射率光反射材料140或640覆盖。闪烁器的外周面可以由作为光反射材料的白色涂层材料覆盖，或者由Mo或类似物质制成并由白色涂层材料覆盖的射线屏蔽板可以插入到闪烁器之间。至于白色涂层材料，常常使用通过将环氧树脂与氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铅(PbO)、铅白(ZnS)，等等物质混合或揉和而制成的材料。
当形成CT图像时，在射线源52和射线检测器8环绕受检体51旋转一周的过程中，到射线检测器上的射线量大约为1伦琴。而且，对作为受检体51的人得到的CT图像平均需要40次旋转，因而假设是一周5个工作日，一天测定10个人，到达射线检测器的射量大约为5年500000伦琴。这样，即使射线检测仪暴露于大量射线中，射线检测仪8也需要在执行包括输出等操作中不衰变。
然而，现在所使用的射线检测仪由于被辐射逐渐降低了输出电流，并且对于累计500000伦琴，与起始输出相比，输出电流减少了将近10％。因为输出电流减少了10％或更多，导致射线CT装置的分辨率衰减，因而不能得到良好的CT图像，需要替换射线检测仪，这产生了大量成本。
导致射线检测器输出衰减的因素包括：半导体光电检测元件损耗和闪烁器本身发光强度衰减退；然而，已发现最重要的因素是由辐射引起的在形成于闪烁器表面的光反射材料中光反射率的显著衰减。进一步的详细介绍已披露了构成最重要因素的是：在光反射材料中的反射率衰减和在粘接材料中的透光率衰减，其中粘接材料将闪烁器和半导体检测元件连接在一起。环氧树脂主要用于将闪烁器和半导体光电检测元件连接在一起的粘接材料中，并且也用于光反射材料中，并且产生了环氧树脂由于辐射而损耗的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种射线检测仪，该射线检测仪由于辐射而造成的输出电流衰减小，并且使用寿命长。
本发明的另一目的是提供一种装有射线检测仪的射线CT装置，该射线检测仪的辐射造成的输出衰减小并且使用寿命长。
本发明的射线检测仪的结构为：多个层叠的闪烁器和半导体光电检测元件并排设置，在闪烁器周围有光反射材料(除其面向半导体光电检测元件的表面)，光反射材料由包含聚酯树脂和金红石型氧化钛粉末的混合物制成。
聚酯树脂是透明的，以便于使光线通过，因而不能独自作为光反射材料。这样，必须在其中混合白色金红石型氧化钛粉末。作为聚酯树脂，可以使用饱和聚酯树脂或不饱和聚酯树脂。由于聚酯树脂具有小于100ps的粘度适于与金红石型氧化钛粉末混合，聚酯树脂其不挥发性成份的重量含量为30-60％对本发明是适宜的，而具有更高不挥发物含量的聚酯树脂粘度大于100ps时，导致与金红石型氧化钛的不均均一混合。在常温下为液态的聚酯树脂通过与固化剂(例如甲乙酮过氧化物)和固化助剂(例如，辛烯酸钴和环烷酸钴)混合，并在大约80℃下加热而固化。聚酯树脂的不挥发物含量作为在80℃9个小时得到的固化聚酯与液态聚酯的重量比(％)来测定。优选的，使用容易消泡的聚酯树脂(例如，容易消泡的不饱和聚酯树脂，PolySetNR2172APT，由日立化学有限公司制造，等等)，该树脂在加热和固化时，可以容易地释放含在树脂中的空气。因为在聚合物中，聚酯由于辐射的损耗低，因此使用聚酯。
优选的，本发明的光反射材料含0.25-3重量份的金红石型氧化钛粉末和1重量份的聚酯树脂。
光反射材料中聚酯树脂与金红石型氧化钛之间的重量比需要根据目标反射率而变化；相对含量为1份的聚酯树脂，可以通过使金红石型氧化钛粉末的含量为0.25份或更多，而使得在420-700nm光波长范围中对光的光反射率为93.5％或更多。而且，即使在500000伦琴辐射后，光反射材料的光反射率变化可以小于一个点，其光反射率可以是93％或更高。当光反射金红石型氧化钛粉末的重量比增加时，光反射材料的光放射率可能增加；当重量比超过3时，光反射率饱和，因而通过使金红石型氧化钛粉末的重量比进一步增大，不能得到光反射率的改进效果。而且，当金红石型氧化钛粉末的重量比大于4时，聚酯树脂的粘性衰减，光反射材料从闪烁器和从射线屏蔽板上剥落。这样，优选的混合比为3或更小。在本说明书中，术语“点”指给定百分比数值之间的差，例如，当由于辐射使光反射率从98.5％衰减至96.0％时，称衰减为降低了2.5个点。
至于在本发明的光反射材料中所使用的金红石型氧化钛粉末，优选的，其平均颗粒尺寸范围从0.15μm至1μm。
优选的，金红石型氧化钛的平均颗粒尺寸范围从0.15μm至1μm。小于0.15μm的平均颗粒尺寸是不适宜的，因为具有这种平均颗粒尺寸时，光反射材料的光反射率衰减低至92％。相反，已证实当平均颗粒尺寸大于1μm时，光反射材料的光反射率衰减低至92％。当使用平均颗粒尺寸范围从0.15μm至1μm的金红石型氧化钛时，可能得到93.5％或更大的光反射率。辐射500000伦琴之前和之后的光反射率差为0.5点的量级，甚至可以在500000伦琴照射之后确保获得大于93％的光反射率。
至于用于本发明光反射材料的金红石型氧化钛粉末，金红石型氧化钛粉末的表面覆盖着Al2O3和SiO2中的至少一种；优选的，光反射材料含有Al2O3和SiO2，其总含量相对于氧化钛、Al2O3、SiO2的总量为1-15wt％，该光反射材料所含的氧化钛含量范围为从99至85wt％。
具有上述组成范围之外的组成时，光反射材料所显示的光反射率小于90％。上述组成范围内，在500000伦琴辐射之前和之后，光反射材料的光反射率衰减可压至小于一个点，从而甚至在辐射后光反射率也可以达到93％或更大的值。
聚酯树脂包括分子量各不相同的各种类型，一些是饱和的，而一些是不饱和的。除高起始透光率外，甚至在500000伦琴辐射后也需要保持较高透光率。优选的，选择对波长区域为420-700nm的光的起始透光率高的聚酯树脂，其中对波长区域为420-700nm的光，在至少500000伦琴辐射前后，透光率衰减小于一个点。
使用聚酯树脂作为树脂，适宜地选择：平均颗粒尺寸、混合重量比、对与聚酯树脂混合的金红石型氧化钛的表面处理；这样，在500000伦琴辐射前后射线检测仪输出的差异可以压至小于10％，因此射线检测仪的工作寿命可以延长；从而，可以降低射线检测仪的更换频率，因而意味着降低了维护费用。
优选的，在本发明的射线检测仪中，至少将闪烁器和半导体光电检测元件通过聚酯树脂彼此连接。对于闪烁器和光反射材料之间的结合位部分和对于射线屏蔽板和半导体光电检测元件之间的结合部分，都不必须使用聚酯树脂1，因为即使结合树脂在这些部分中性质上经历改变，这种改变也不会较大影响半导体光电检测元件的输出；然而，为装配射线检测器的目的，也方便地将聚酯树脂用于这些结合部位。
本发明的射线检测仪根据包括以下步骤的方法制成，其步骤为：
提供具有多个半导体光电检测元件的半导体光电检测元件阵列，和闪烁器块；
在闪烁器块上，从闪烁器块的顶面(一面)向闪烁块的底面(与上述一面相对的面)机械加工多个平行的槽，在底面上剩下没有机械加工的闪烁器块厚度部分，形成多个闪烁器，闪烁器由多个槽分割，但通过具有闪烁器块厚度部分的闪烁块的未断开部分彼此连接；
除底面，用揉有金红石型氧化钛粉末的液态聚酯树脂涂覆闪烁器块的外周面(包括上述顶面)，用揉有金红石型氧化钛粉末的液态聚酯树脂充满已形成的多个槽中，并且固化聚酯树脂，以便于在闪烁器的外周面上和闪烁器之间形成光反射材料；
从闪烁器块的底面磨削和/或抛光闪烁器块，以除去上述闪烁块的未断开部分，以便在多个闪烁器和围绕其的光反射材料的同一水平，与上述顶面相对的面上形成表面；和
通过聚酯将具有多个半导体光电检测元件的半导体光电检测元件阵列结合到由多个闪烁器和围绕其的光反射材料在同一水平而形成的表面上，以便于每个半导体光电检测元件面向每一个闪烁器的抛光端面，这些光闪烁器位于在同一水平形成的表面中。
在本发明中，当制造在闪烁器之间具有射线屏蔽板的射线检测仪时，在对上述方法中的闪烁器块的多个槽进行机械加工的步骤后，将射线屏蔽板插入槽中。
当使用含少量不挥发物含量的聚酯树脂时，有时在闪烁块中形成的多个槽不能由光反射材料充满。关于这一点，已模压到白色薄片状(预先揉和氧化钛粉末等物质的聚酯树脂)的薄膜可以与聚酯树脂和氧化钛粉末的混合物一起使用。例如，可以使用双轴延展聚酯膜，可从Toray工业有限公司商业取得，其商品名为Lumirror。将白色聚酯片插入形成于闪烁器块中的槽中，然后通过混合金红石型氧化钛和聚酯树脂而形成的光反射材料填充于闪烁器和白色聚酯片之间，进行固化。白色的聚酯片不会由于热而造成的体积减小，允许光反射材料的可靠的填充。
本发明的射线检测仪也可以通过包括以下步骤的方法制成：
提供具有多个半导体光电检测元件的半导体光电检测元件阵列，和多个闪烁器，每一个闪烁器的厚度大致与在已经制成的半导体光电检测元件阵列中的每一半导体光电检测元件的宽度相同；
用揉和有金红石型氧化钛粉末的液态聚酯树脂，在与厚度方向平行的方向涂覆多个闪烁器的每一个的一个表面，层叠多个闪烁器，并固化聚酯树脂；
机械加工层叠闪烁器的一面，使多个闪烁器和插入到期间的混合物层，具有在同一水平上的表面，其中混合物层由聚酯树脂和金红石型氧化钛粉末组成；
除上述机械加工表面，用揉和有金红石型氧化钛的液态聚酯树脂覆盖层叠闪烁器的外周面，并且固化树脂以形成光反射材料；和
通过聚酯将具有多个半导体光电检测元件的半导体光电检测元件阵列结合到机械加工到同一水平的表面上，因而每一半导体光电检测元件面向闪烁器的每一机械加工端面。
在本发明中，在闪烁器之间具有射线屏蔽板的射线检测仪可以通过包含以下步骤的另一制造方法制造：
提供具有多个半导体光电检测元件的半导体光电检测元件阵列，多个闪烁器，和多个射线屏蔽板，其中每一闪烁器的厚度大致与半导体光电检测元件阵列中每一半导体检测元件的宽度相同；
沿多个闪烁器中每一个的厚度方向，用揉和有金红石型氧化钛粉末的液态聚酯树脂涂覆多个闪烁器的每一个的两个表面，交替层叠闪烁器和射线屏蔽板，并且固化聚酯树脂；
机械加工层叠闪烁器体的一个侧面，使多个闪烁器、插入到其间的射线屏蔽板、和混合物层具有在同一水平上的表面，其中混合物层由聚酯树脂和金红石型氧化钛粉末组成；
除上述机械加工表面，用揉和有金红石型氧化钛的液态聚酯树脂覆盖层叠闪烁器的外周面，并且固化树脂以形成光反射材料；和
通过聚酯树脂将具有多个半导体光电检测元件的半导体光电检测元件阵列结合到在机械加工到同一水平的表面上，因而每一半导体光电检测元件面向闪烁器的每一机械加工端面。
附图简述
图1A是射线检测仪的透视图，为便于说明切掉部分反射材料，图1B是沿图1A中的1B-1B线的射线检测器的截面图；
图2A至2F是描述如图1中所示的射线检测仪的制造过程的图；
图3是用于评价本发明的射线检测仪中所使用的光反射材料的光反射率的试验样本的透视图；
图4A是另一示例的射线检测仪的透视图，为便于描述将光反射材料部分切掉，图4B是沿图4A中的4B-4B线的射线检测仪的截面图；
图5A也是另一示例的射线检测仪的透视图，为便于描述将光反射材料部分切掉，图5B是沿图5A中的5B-5B线的射线检测仪的截面图；
图6A也是另一示例的射线检测仪的透视图，为便于描述将光反射材料部分切掉，图6B是沿图6A中的6B-6B线的射线检测仪的截面图；
图7A到7H是描述如图6中所示的射线检测仪的制造过程的图；和
图8是描述射线CT装置的图。
优选实施例详述
图1显示了根据本发明的射线检测仪的透视图，为便于说明将反射材料部分切掉，图1B是沿图1A中的1B-1B线的射线检测器的截面图。为揭示内部结构，图1A的双点划线部分剥去了光反射材料。在射线检测器100中，多个矩形平面型闪烁器130成行以规则间隔设置在半导体光电检测元件阵列120上，该阵列将光转化为电。在图中，半导体光电检测元件阵列120作为单个物体描述，但其内部实际由多个分别面向多闪烁器的光电元件组成。在图1中，为便于说明，闪烁器的数量假设为4，但实际设置8-24个闪烁器。除面向半导体光电检测元件的闪烁器130表面，闪烁器130的外周面由光反射材料覆盖，该材料由含金红石型氧化钛聚酯树脂组成。
本发明的射线检测仪100的制造下面参照图2描述。闪烁器薄片，也就是闪烁器块110用粘接蜡(在图中未示出)连接到机械加工架105上(参见图2A)。使用周缘切片机(circumference，slicer)，以齿梳形式在闪烁器薄片上从闪烁器薄片的顶面(一个面)向底面(与上述一面相对的另一面)切出多个平行槽，以形成由多个槽隔离的多个闪烁器130(参见图2B)。齿梳形式槽深度为闪烁器薄片厚度的大约90％的量级，闪烁器薄片的部分115，具有大约10％厚度用于将多个闪烁器连接到一起；闪烁器可以完全断开，但在本实施例中，保留结构上的彼此连接。除闪烁薄片的底面(与机械加工架105连接的表面)，揉和金红石型氧化钛的液态聚酯树脂用于涂覆以齿梳形式机械加工的闪烁器薄片的外周面，并将这种聚酯树脂填充到所形成的多个槽中；然后在空气中于80℃将闪烁器薄片加热3小时，以固化树脂，并形成光反射材料140(参见附图2C)。在闪烁器薄片110周围设置保护层，因而揉和金红石型氧化钛的液态聚酯树脂不会流出；保护层在图中未示出。将揉和金红石型氧化钛的液态聚酯树脂涂覆在齿梳形式闪烁薄片的外周面上，并充满其槽。然后，为使液态聚酯树脂固化，将薄片放在由聚氯乙烯制成的坩埚中，将坩埚绕其轴以大约1000rpm旋转，并以大约2000rpm公转，而坩埚的内部达到3×10-3MPa或更小的真空度，这样使聚酯树脂消泡。闪烁器薄片和光反射材料的结合体从机械加工架105上分离(参见图2D)。将齿梳形式闪烁器薄片的连接部分115从其底面向上至2E-2E水平面上进行磨削和抛光以除去闪烁器薄片的非断开部分115，并将闪烁器分成单独的通道；然后，对多个光闪烁器和围绕在其周围的光反射材料140都进行同一水平面的机械加工(参见图2E)。通过聚酯树脂将半导体光电检测元件阵列120结合到同一水平面上，该面在多个闪烁器和围绕其的光反射材料140上形成，以上面所述的同一水平面的方式，使半导体光电检测元件分别面向闪烁器130，这样制造射线检测仪100(参见图2F)。
通过使用如图3中所示的试验样本，评价本发明所使用的光反射材料的光反射率。通过将光反射材料34涂覆到20mm×30mm×1mm(厚度)的钼板32上加热于80℃在空气中进行固化3小时，制备厚度为0.05mm的试验样本30。从试验样本30的光反射材料34所反射的光强度(波长：512nm)与入射到光反射材料34上的光强度之比而得到光反射率。通过改变光反射材料中聚酯树脂和金红石型氧化钛粉末混合比率、所使用的金红石型氧化钛粉末的平均颗粒尺寸、和加入到金红石型氧化钛中的Al2O3和SiO2量，在分光光度计上测定相应于500000伦琴辐射前后它们对光反射率的影响和光反射率差。
首先，在下面解释光反射材料之中聚酯树脂和金红石型氧化钛粉末之间的混合比率。关于试验样本30的光反射材料34，将金红石型氧化钛粉末通过用分别为1wt％的Al2O3和SiO2精细粉末施加于金红石型氧化钛颗粒(平均颗粒尺寸：0.3μm)的表面进行处理，将这种金红石型氧化钛粉末和聚酯树脂混合在一起，金红石型氧化钛与聚酯树脂的混合重量比从0变化至6.0。表1显示在重量上成为一体的金红石型氧化钛与聚酯树脂的重量比率、相应于500000伦琴的辐射前后光反射率及其差、以及钼(Mo)板32与光反射材料34之间的粘附力。当金红石型氧化钛与聚酯树脂的重量比率增加时，辐射前后的光反射率也增加。当金红石型氧化钛的重量比率为0.25或更多时，甚至在相应于500000伦琴辐射后光反射率为93.5％或更多，而且辐射前后的光反射率差为0.6点或更小。然而，当金红石型氧化钛与聚酯树脂的重量比率超过4.0时，粘附特性衰减，光反射材料从钼板上剥落，因此最优的重量比率范围为0.25-3。
表1
| 样品 | 所用树脂 | 氧化钛的重量比(相对于假设重量为1的树脂) | 光反射率(％) | 光反射率差 | 从钼板上剥离 | |
| 辐射前 | 辐射后 | |||||
| 1 | 聚酯树脂 | 0 | 15.0 | 14.2 | 0.8 | 未剥离 |
| 2 | 同上 | 0.1 | 91.1 | 90.4 | 0.7 | 同上 |
| 3 | 同上 | 0.25 | 94.9 | 94.3 | 0.6 | 同上 |
| 4 | 同上 | 0.5 | 97.0 | 96.5 | 0.5 | 同上 |
| 5 | 同上 | 1.0 | 98.6 | 98.1 | 0.5 | 同上 |
| 6 | 同上 | 2.0 | 99.0 | 98.6 | 0.4 | 同上 |
| 7 | 同上 | 3.0 | 98.9 | 98.6 | 0.3 | 同上 |
| 8 | 同上 | 4.0 | 98.8 | 98.6 | 0.2 | 观察到剥离 |
| 9 | 同上 | 5.0 | 99.1 | 98.9 | 0.2 | 同上 |
| 10 | 同上 | 6.0 | 99.0 | 98.9 | 0.1 | 同上 |
下面，改变用于光反射材料的金红石型氧化钛粉末的平均颗粒尺寸，研究光反射率和它们的差异。如表2所示，金红石型氧化钛粉末的平均颗粒尺寸从0.1μm变化至2.0μm。用分别占1wt％的Al2O3和SiO2精细粉末对金红石型氧化钛粉末进行表面涂覆处理。用聚酯树脂和金红石型氧化钛粉末的混合物制备图3中所示的试验样本30，其中该混合物具有固定重量比1。在分光光度计上测定对应于500000伦琴辐射前后，试验样本30的光反射材料的光反射率(波长：512nm)。表2显示了金红石型氧化钛的平均颗粒尺寸、光反射率、和对应于500000伦琴辐射前后光反射率差。在所有样品中(样品11至19)，辐射前后光反射率差为0.5点或更小。而且，当金红石型氧化钛的平均颗粒尺寸范围在0.15μm-1.0μm之间时，甚至在辐射后，光反射率大于93％。从此事实中，发现金红石型氧化钛的最优平均颗粒尺寸落入0.15μm-1μm范围内。
表2
| 样品 | 氧化钛的平均颗粒尺寸(微米) | 光反射率(％) | 光反射差(点) | |
| 辐射前 | 辐射后 | |||
| 11 | 0.1 | 90.4 | 89.9 | 0.5 |
| 12 | 0.15 | 94.2 | 93.8 | 0.4 |
| 13 | 0.2 | 94.5 | 94.2 | 0.3 |
| 14 | 0.25 | 96.3 | 95.8 | 0.5 |
| 15 | 0.35 | 96.6 | 96.4 | 0.2 |
| 16 | 0.5 | 95.5 | 95.0 | 0.5 |
| 17 | 1.0 | 93.6 | 93.3 | 0.3 |
| 18 | 1.5 | 89.5 | 89.0 | 0.5 |
| 19 | 2.0 | 87.3 | 86.9 | 0.4 |
接下来，在下面说明金红石型氧化钛粉末的表面处理。表3中所示的样品20-41，将进行了经Al2O3和SiO2表面涂覆处理的金红石型氧化钛粉末(总含量为0-20wt％)与聚酯树脂揉和在一起制备试验样本30。金红石型氧化钛粉末与聚酯树脂的混合重量比固定为1。在分光光度计上测定对应于500000伦琴辐射前后，试验样本30的光反射材料的光反射率(波长：512nm)。对于如表3所示的样品21-35，辐射后光反射率为93％或更多，辐射前后光反射率差为0.5点或更少。然而，在含总重量为16wt％或更多的Al2O3和SiO2的样品36-41中，光反射率为91％或更小，而在含总重量为20wt％的Al2O3和SiO2的样品39-41中，辐射前后光反射率差相当大。如可从这些结果中所看到的，最优为，Al2O3或SiO2各自的含量为1wt％或更多，并且所含Al2O3和SiO2的总含量为15wt％或更少。
表3
注：在表3中，Al2O3+SiO2的标题项下非零值指Al2O3和SiO2的总含量，它们表示未确定Al2O3和SiO2的各自含量。
| 样品 | 光反射材料组成(wt.％) | 光反射率 | 光反射率差(点) | ||||
| 金红石氧化钛 | Al2O3 | SiO2 | Al2O3+SiO2 | 辐射前 | 辐射后 | ||
| 20 | 100 | 0 | 0 | 0 | 87.5 | 87.0 | 0.5 |
| 21 | 99 | 1 | 0 | 0 | 93.6 | 93.2 | 0.4 |
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| 30 | 90 | 10 | 0 | 0 | 95.5 | 95.3 | 0.2 |
| 31 | 90 | 0 | 10 | 0 | 95.3 | 94.9 | 0.4 |
| 32 | 90 | - | - | 10 | 95.7 | 95.2 | 0.5 |
| 33 | 85 | 15 | 0 | 0 | 93.5 | 93.2 | 0.3 |
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| 36 | 84 | 16 | 0 | 0 | 90.5 | 90.3 | 0.2 |
| 37 | 84 | 0 | 16 | 0 | 90.4 | 90.0 | 0.4 |
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| 39 | 80 | 20 | 0 | 0 | 88.3 | 86.8 | 1.5 |
| 40 | 80 | 0 | 20 | 0 | 88.5 | 87.2 | 1.3 |
| 41 | 80 | - | - | 20 | 88.4 | 87.0 | 1.4 |
在上述试验结果的基础上，本发明如图1所示的射线检测仪使用了光反射材料，该光反射材料由1份重量的聚酯树脂和0.25-3份重量的金红石型氧化钛粉末(平均颗粒尺寸为0.15-1μm)组成，其中氧化钛粉末经总含量为1wt％-15wt％的Al2O3和/或SiO2表面处理。甚至在相应于500000伦琴辐射后，射线检测仪可能的输出差异为10％或更小，因而可以延长射线检测仪的工作寿命。
图4至图6显示了根据本发明另一些实施例的射线检测仪400、500和600。关于图4中所示的射线检测仪400，图4A是去除了部分光反射材料的透视图，图4B是沿图4A中的线4B-4B的射线检测仪的截面图。为揭示内部结构，图4A的双点划线部分剥去了光反射材料。在图4中所示的射线检测仪400中，在半导体光电检测元件阵列120上，纵向和横向都设置了多个近似正方形(平面中)的闪烁器430，并且除面向半导体光电检测元件阵列120外的表面，闪烁器430由光反射材料440覆盖，光反射材料由含有金红石型氧化钛粉末的聚酯树脂组成。在该图中，所示的半导体光电检测元件阵列120作为单个物体；然而实际上半导体光电检测元件阵列120由多个面向各自闪烁器的多个元件组成。由于射线检测器400的制造可以参见图2所述的射线检测仪100的制造方法中看出，此处省略了射线检测器400的制造方法的描述。
关于图5中所示的射线检测仪500，图5A是去除了部分光反射材料的透视图，图5B是沿图5A中的线5B-5B的射线检测仪的截面图。为揭示内部结构，图5A的双点划线部分剥去了光反射材料。在图5所示的射线检测仪500中，半导体光电检测元件阵列120上，横向成行设置了多个矩形(平面中)的闪烁器130，并且除面向半导体光电检测元件阵列120外的表面，闪烁器130由光反射材料540覆盖，光反射材料由含有金红石型氧化钛粉末的聚酯树脂组成。在该图中，所示的半导体光电检测元件阵列120作为单个物体；然而实际上半导体光电检测元件阵列120由多个面向各自闪烁器的多个元件组成。射线屏蔽板550设置在相邻的闪烁器130之间，和闪烁器130的两端的端面上；光反射材料540充满每个射线屏蔽板550和离它最近的相邻闪烁器130之间。由于射线检测器400的制造可以参见图2所述的射线检测仪100的制造方法看出，此处省略了射线检测器500的制造方法的描述。
关于图6中所示的射线检测仪600，图6A是去除了部分光反射材料的透视图，图6B是沿图6A中的线6B-6B的射线检测仪的截面图。为揭示内部结构，图6A的双点划线部分剥去了光反射材料。在图6中所示的射线检测仪600中，半导体光电检测元件阵列120上，纵向和横向都设置了多个近似正方形(平面中)的闪烁器430，并且除面向半导体光电检测元件阵列120外的表面，闪烁器430由光反射材料640覆盖，光反射材料由含有金红石型氧化钛粉末的聚酯树脂组成。在该图中，所示的半导体光电检测元件阵列120作为单个物体；然而实际上半导体光电检测元件阵列120由多个面向各自闪烁器的多个元件组成。射线屏蔽板550设置在相邻的闪烁器430之间，和闪烁器430的两端的端面上；光反射材料640充满每个射线屏蔽板550和相邻闪烁器430之间。
在图6中所示的具有射线屏蔽板550的多阵列型射线检测仪600的制造参照图7在下面描述。闪烁器薄片，也就是闪烁器块610用粘接蜡(在图中未示出)连接到机械加工架605上(参见图7A)。用周缘切片机，以格栅形式在闪烁器薄片上，从闪烁器薄片的顶面(一个面)向底面(与上述一面相对的另一面)切出多个平行的主槽，以形成由多个槽612纵横都隔离的多个闪烁器430，其中槽设置成彼此在纵横方向上都平行(参见图7B)。格栅形式的槽深度为闪烁器薄片厚度的大约90％时量级，闪烁器薄片的部分615具有大约10％厚度用于将多个闪烁器430连接，闪烁器可以完全切断，但在本实施例中，保留结构上的彼此连接。将闪烁器薄片610的端部开槽以为放入射线屏蔽板550提供空间。而且，在以格栅式机械加工的闪烁器薄片上，将用于插入射线屏蔽板550的次级槽614在以一个方向(纵向或横向地)设置的主槽612的底部进行机械加工。使次级槽614的槽宽等于或稍大于将要插入的射线屏蔽板的厚度，从而可固定在次级槽614中，而不会掉落(参见图7C)。射线屏蔽板550插入到次级槽614中(参见图7D)。如果可能容易地从次级槽614中取出射线屏蔽板550，射线屏蔽板可以用速干胶固定到次级槽614中。关于这一点，优选的以如下方式应用速干胶：速干胶不溢出主槽612的底面。除闪烁器薄片的底面(与机械加工架605连接的表面)，使用揉和了金红石型氧化钛粉末的液态聚酯树脂来涂覆闪烁器薄片的外周面，并将这种聚酯树脂充满到所形成的槽中，来涂覆射线屏蔽板；然后，在空气中于80℃将闪烁器薄片加热3小时，以固化树脂，并形成光反射材料640(参见附图7E)。在闪烁器薄片610周围设置保护层，因而揉和金红石型氧化钛的液态聚酯树脂不会流出；保护层在图中未示出。将揉和金红石型氧化钛的液态聚酯树脂涂覆在闪烁器薄片的外周面上，并充满其槽。然后，为使液态聚酯树脂固化，将薄片放在由聚氯乙烯制成的坩埚中，将坩埚绕其轴以大约1000rpm旋转，并以大约2000rpm公转，而坩埚的内部达到3×10-3MPa或更小的真空度，这样使聚酯树脂消泡。闪烁器薄片和光反射材料的结合体从机械加工架605上分离(参见图7F)。将闪烁器薄片与架的连接部分从其底面向上至7G-7G水平面上进行磨削和抛光，以除去闪烁器薄片的非断开部分615，并将闪烁器分成单独的通道；在多个闪烁器、多射线屏蔽片和围绕其的光反射材料上，对同一水平面进行机械加工(参见图7G)。用聚酯树脂将半导体光电检测元件阵列120结合到同一水平面上，该面形成在多个闪烁器、多射线屏蔽板和光反射材料上，用上面所述的同一水平面的方式，使半导体光电检测元件分别面向各自闪烁器。这样制造射线检测仪600(参见图7H)。
如上所述，由于在本发明的射线检测器中，使用揉和了金红石型氧化钛粉末的混合聚酯树脂而制备成的光反射材料，甚至由于强辐射而造成的光反射材料的反射率衰减也很小；而且，由于闪烁器和半导体光电检测元件彼此通过聚酯树脂连接，由于强辐射而造成的树脂的透光率衰减也很小；这样，可以使射线检测仪的输出减少变小，因而可以实现延长射线检测器的操作寿命。从而，意味着延长射线CT装置的操作寿命。
Claims (16)
1.一种射线检测仪，包括：
具有多个半导体光电检测元件的半导体光电检测元件阵列；
多个闪烁器设置并固定到位于半导体光电检测元件阵列上的各自的半导体光电检测元件上；和
光反射材料，该材料由聚酯树脂和金红石型氧化钛粉末的混合物组成，除闪烁器面向半导体光电检测元件阵列的表面外，用该材料覆盖闪烁器的外周面。
2.根据权利要求1所述的射线检测仪，其中光反射材料是含有0.25-3重量份的金红石型氧化钛粉末和1重量份聚酯树脂的混合物。
3.根据权利要求1所述的射线检测仪，其中金红石型氧化钛粉末的平均颗粒尺寸范围为0.15μm-1μm。
4.根据权利要求2所述的射线检测仪，其中金红石型氧化钛粉末的平均颗粒尺寸范围为0.15μm-1μm。
5.根据权利要求3所述的射线检测仪，其中金红石型氧化钛粉末是一种混合物，其中氧化钛粉末的含量为85-99wt％，和总含量为1-15wt％的Al2O3和SiO2粉末中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的射线检测仪，其中金红石型氧化钛粉末是一种混合物，其中氧化钛粉末的含量为85-99wt％，和总含量为1-15wt％的Al2O3和SiO2粉末中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的射线检测仪，其中闪烁器通过聚酯树脂连接到半导体光电检测元件上。
8.根据权利要求6所述的射线检测仪，其中闪烁器通过聚酯树脂连接到半导体光电检测元件上。
9.根据权利要求1所述的射线检测仪，其中500000伦琴辐射前后，光反射材料对于420-700nm波长区的光的反射率差在1个点内。
10.根据权利要求7所述的射线检测仪，其中500000伦琴辐射前后，光反射材料对于420-700nm波长区的光的反射率差在1个点内。
11.根据权利要求8所述的射线检测仪，其中500000伦琴辐射前后，光反射材料对于420-700nm波长区的光的反射率差在1个点内。
12.一种带有射线检测仪的射线CT装置，该射线检测仪包括：
具有多个半导体光电检测元件的半导体光电检测元件阵列；
多个闪烁器设置并通过聚酯树脂结合到半导体光电检测元件阵列的各自的半导体光电检测元件上；和
光反射材料，除闪烁器面向半导体光电检测元件阵列的表面外，该材料覆盖闪烁器的外周面，该材料由1重量份聚酯树脂和0.25-3份氧化钛粉末的混合物组成，氧化钛粉末具有0.15-1μm平均颗粒尺寸范围，并含有含量为85-99wt％的金红石型氧化钛粉末和总含量为1-15wt％的Al2O3和SiO2粉末中的至少一种。
13.制造射线检测仪的方法，包括以下步骤：
提供具有多个半导体光电检测元件的半导体光电检测元件阵列，和闪烁器块；
在闪烁器块上，从闪烁器块的一面向闪烁块的相对面机械加工多个平行的槽，在所述相对面上剩下没有机械加工的闪烁器块厚度一部分，以形成多个闪烁器，多个闪烁器由所述多个槽分割，但通过闪烁块厚度的非断开部分彼此连接；
除所述相对面，用揉有金红石型氧化钛粉末的液态聚酯树脂涂覆闪烁器块的外周面，用液态聚酯树脂充满已形成的多个槽，并且固化聚酯树脂，以便于在闪烁器的外周面上和闪烁器之间形成光反射材料；
从闪烁器块的相对面磨削和/或抛光闪烁器块，以除去闪烁器块的未断开部分，以便在多个闪烁器和围绕其的光反射材料的同一水平上，在与所述一面相对的表面上形成表面；和
通过聚酯树脂将具有多个半导体光电检测元件的半导体光电检测元件阵列结合到在多个闪烁器和围绕其的光反射材料上在同一水平形成的表面上，使得每个半导体光电检测元件面向每一位于在同一水平上形成的表面中的闪烁器抛光端面。
14.根据权利要求13所述的射线检测仪的制造方法，进一步包括该步骤：在机械加工多个闪烁器块上的槽之后，将射线屏蔽板插入到槽中。
15.一种制造射线检测仪的方法，包括以下步骤：
提供具有多个半导体光电检测元件的半导体光电检测元件阵列，和多个闪烁器，每一个闪烁器的厚度大致与在半导体光电检测元件阵列中的每一半导体检测元件的宽度相同；
用揉和有金红石型氧化钛粉末的液态聚酯树脂，在与厚度方向平行的方向上涂覆每一个多个闪烁器的一个表面，层叠该多个闪烁器，并固化聚酯树脂；
机械加工层叠闪烁器的一个侧面，因而多个闪烁器和插入到其间的混合物层，具有在同一水平上的表面，其中混合物层由聚酯树脂和金红石型氧化钛粉末组成；
除机械加工表面，用揉和有金红石型氧化钛的液态聚酯树脂覆盖层叠闪烁器的外周面，并且固化树脂以形成光反射材料；和
通过聚酯树脂将具有多个半导体光电检测元件的半导体光电检测元件阵列结合到在同一水平的机械加工的表面上，使得每一半导体光电检测元件面向闪烁器的每一机械加工端面。
16.一种制造射线检测仪的方法，包括以下步骤：
提供具有多个半导体光电检测元件的半导体光电检测元件阵列，多个闪烁器，和多个射线屏蔽板，其中每一闪烁器的厚度大致与半导体光电检测元件阵列中的每一半导体检测元件的宽度相同；
沿每一个多个闪烁器的厚度方向，用揉和有金红石型氧化钛粉末的液态聚酯树脂涂覆每一个多个闪烁器中的两个表面，交替层叠闪烁器和射线屏蔽板，并且固化聚酯树脂；
机械加工层叠闪烁器的一个侧面，使多个闪烁器、插入到其间的射线屏蔽板、和混合物层具有在同一水平上的表面，其中所述混合物层由聚酯树脂和金红型氧化钛粉末组成；
除机械加工表面，用揉和有金红石型氧化钛粉末的液态聚酯树脂涂覆层叠闪烁器的外周面，并且固化树脂以形成光反射材料；和
通过聚酯树脂将具有多个半导体光电检测元件的半导体光电检测元件阵列结合到在同一水平的经机械加工的表面上，因而每一半导体光电检测元件面向闪烁器的每一机械加工端面。
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| US20030178570A1 (en) | 2003-09-25 |
| EP1348982A2 (en) | 2003-10-01 |
| CN1260579C (zh) | 2006-06-21 |
| EP1348982A3 (en) | 2004-08-18 |
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Legal Events
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Granted publication date: 20060621 Termination date: 20110325 |