DE10301284A1 - Metallic support for an image transducer, especially a needle image plate (NIP) for use in mammography and radiography, comprises a substrate with a highly reflective inert surface that has very low diffuse reflectivity - Google Patents

Metallic support for an image transducer, especially a needle image plate (NIP) for use in mammography and radiography, comprises a substrate with a highly reflective inert surface that has very low diffuse reflectivity Download PDF

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    • G21K4/00Conversion screens for the conversion of the spatial distribution of X-rays or particle radiation into visible images, e.g. fluoroscopic screens

Abstract

Metallic support for an image transducer with a needle-shaped fluorescent layer. The support comprises a substrate (5) with a highly reflective and inert surface that has very low diffuse reflectivity.

Description

Die Erfindung betrifft einen metallischen Träger für Bildwandler mit einer nadelförmigen Leuchtstoffschicht. Derartige Bildwandler werden üblicherweise Needle Image Plates (NIP) genannt und dienen mit Speicherleuchtstoffschichten in der Mammographie und Radiographie zur Erfassung von Röntgenbildern, die in der Speicherleuchtstoffschicht latent gespeichert und zur Auslesung beispielsweise durch Laserlicht angeregt werden und dabei Licht emittieren, das durch einen Detektor erfasst wird.The invention relates to a metallic carrier for imagers with an acicular Phosphor layer. Such image converters are commonly used Needle Image Plates (NIP) and serve with storage phosphor layers in mammography and radiography for the acquisition of X-rays, the latent stored in the storage phosphor layer and for Readout, for example, can be excited by laser light and thereby Emit light that is detected by a detector.

Bei der Bedampfung von Needle Image Plates (NIP) für die Anwendung in der Mammographie und Radiographie wird die Quanteneffizienz (DQE – Detective Quantum Efficiency) von der Modulationstransferfunktion (MTF), dem Noise Power Spetrum (NPS) und der Lichtausbeute bestimmt.When steaming Needle Image Plates (NIP) for the application in mammography and radiography becomes quantum efficiency (DQE - Detective Quantum Efficiency) from the Modulation Transfer Function (MTF), the Noise Power Spetrum (NPS) and the luminous efficacy determined.

Als Substrate kommen Glassubstrate, wie sie beispielsweise aus der DE 199 46 743 C1 bekannt sind, oder eloxierte Aluminiumsubstrate zum Einsatz. Bei Messungen der MTF von NIP's auf eloxierten Aluminiumsubstraten hat sich gezeigt, dass bei gleicher Leuchtstoffschichtdicke die MTF deutlich schlechter ist, als bei NIP's auf Glassubstraten, wie dies die Kurve 1 für Glas und die Kurve 2 für Aluminium in 1 zeigen. Dies liegt in erster Linie an der Rauhigkeit des Substratmaterials: je höher die Rauhigkeit ist, desto niedriger ist die MTF. Durch die Rauhigkeit der eloxierten Aluminiumoberfläche von beispielsweise Ra = 340 nm werden sowohl das Stimulationslicht, als auch das Emissionslicht stark diffus reflektiert. Der Glanzgrad solcher Oberflächen liegt typischerweise bei ca. 75–85 nach ASTM E-430 (American Society for Testing and Materials – Standard Test Methods for Measurement of Gloss of High-Gloss Surfaces by Goniophotometry). In 2 ist die Oberfläche einer herkömmlich eloxierten Aluminiumoberfläche dargestellt. Floatglas besitzt dagegen eine typische Rauhigkeit von Ra = 50 nm.Glass substrates, such as those from the DE 199 46 743 C1 are known, or anodized aluminum substrates are used. Measurements of the MTF of NIP's on anodized aluminum substrates have shown that with the same phosphor layer thickness the MTF is significantly worse than that of NIP's on glass substrates, as shown in the curve 1 for glass and the curve 2 for aluminum in 1 demonstrate. This is primarily due to the roughness of the substrate material: the higher the roughness, the lower the MTF. Due to the roughness of the anodized aluminum surface of, for example, R a = 340 nm, both the stimulation light and the emission light are strongly diffusely reflected. The degree of gloss of such surfaces is typically around 75-85 according to ASTM E-430 (American Society for Testing and Materials - Standard Test Methods for Measurement of Gloss of High-Gloss Surfaces by Goniophotometry). In 2 the surface of a conventional anodized aluminum surface is shown. In contrast, float glass has a typical roughness of R a = 50 nm.

Bei der DQE zeigt sich jedoch ein anderes Bild, wie dies 3 zeigt. NIP's auf Glas (Kurve 3) weisen wegen der fehlenden Reflexion von der Unterlage eine deutlich geringere Lichtausbeute und somit eine niedrigere DQE als NIP's aus Aluminium auf (Kurve 4). Die beste Bildqualität (DQE) ist also mit einem hochreflektierenden Substrat mit geringer Rauhigkeit zu erreichen.DQE shows a different picture, however, like this 3 shows. NIP's on glass (curve 3 ) have a significantly lower luminous efficacy due to the lack of reflection from the substrate and thus a lower DQE than NIPs made of aluminum (curve 4 ). The best image quality (DQE) can therefore be achieved with a highly reflective substrate with low roughness.

Eine Möglichkeit ist, eine Reflexionsschicht, beispielsweise aus Aluminium, auf Glas aufzudampfen. Eine andere Variante besteht darin, hochglanzgewalztes Aluminiumblech als Substrat einzusetzen. Nachteile dieser Varianten sind jedoch, dass die Leuchtstoffschicht, beispielsweise aus CsBr:Eu, zusammen mit der Luftfeuchtigkeit bereits nach wenigen Tagen die Aluminiumoberfläche angreift und lokal oxidiert, wie dies die in 4 dargestellte 10-fache Vergrößerung einer korrodierten Aluminiumoberfläche eines hochglanzgewalzten Al-Substrates zeigt. Die NIP wurde 7 Tagen an Luft bei ca. 40% r.F. gelagert, anschließend die Leuchtstoffschicht abgewaschen und das Substrat getrocknet. Diese Oxidation führt zu einem Strukturrauschen, welches bei hoher Röntgendosis die DQE erniedrigt.One possibility is to evaporate a reflection layer, for example made of aluminum, onto glass. Another variant is to use high-gloss rolled aluminum sheet as the substrate. Disadvantages of these variants are, however, that the phosphor layer, for example made of CsBr: Eu, together with the air humidity attacks the aluminum surface after a few days and locally oxidizes it, as is the case in 4 shown 10 times magnification of a corroded aluminum surface of a high-gloss rolled Al substrate. The NIP was stored in air at approx. 40% RH for 7 days, then the phosphor layer was washed off and the substrate was dried. This oxidation leads to structural noise, which lowers the DQE at high X-ray doses.

Die NIP's, bei denen Aluminium im direkten Kontakt mit der Leuchtstoffschicht steht, können also nicht an Luft gelagert werden, bzw. erst nach dem Aufbringen einer Schutzschicht wie geklebte PET-Folie bzw. Parylene C.The NIP's where aluminum is in direct contact with the phosphor layer, can not be stored in air be, or only after applying a protective layer such as glued PET film or Parylene C.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Träger der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass die Bildqualität des Bildwandlers im Hinblick auf MTF und DQE dauerhaft erhöht wird und keine Lagerungsprobleme auftreten.The invention is based on the task out, a carrier of the type mentioned at the outset in such a way that the image quality of the image converter with regard to MTF and DQE is permanently increased and no storage problems occur.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Träger aus einem Substrat besteht, das mit einer hochreflektiven und inerten Oberfläche mit geringer diffuser Reflexion versehen ist. Dadurch verbessert sich die Bildqualität von Needle Image Plates (NIP's).The object is achieved in that the carrier consists of a substrate with a highly reflective and inert Surface with low diffuse reflection is provided. This improves the image quality by Needle Image Plates (NIP's).

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Substrat eloxiert und mit einer reflexionsverstärkenden Oberflächenbeschichtung versehen ist und gegebenenfalls vor dem Eloxieren elektrolytisch geglänzt wird. Das Substrat kann erfindungsgemäß ein Aluminiumsubstrat sein.It has proven to be beneficial if the substrate is anodized and with a reflection enhancing surface coating is provided and, if necessary, electrolytically before anodizing shone becomes. According to the invention, the substrate can be an aluminum substrate.

In vorteilhafter Weise kann auf einer Seite des eloxierten Substrats wenigstens eine PVD-Schicht aufgetragen sein.Advantageously, on a Side of the anodized substrate applied at least one PVD layer his.

Ein besonders vorteilhafter Träger für Bildwandler mit einer nadelförmigen Leuchtstoffschicht ergibt sich, wenn das Substrat ein Aluminiumsubstrat ist, das beidseitig mit Eloxalschichten abgedeckt ist, und wenn auf einer Seite eine erste PVD-Schicht aufgetragen ist, auf der sich eine niedrigbrechende PVD-Schicht befindet, auf die eine hochbrechende PVD-Schicht aufgebracht ist.A particularly advantageous carrier for image converters with an acicular Phosphor layer results if the substrate is an aluminum substrate, that is covered on both sides with anodized layers, and if on one A first PVD layer is applied, on which a low-index PVD layer, on which a high-index PVD layer is applied is.

Erfindungsgemäß kann die erste PVD-Schicht aus Aluminium bestehen.According to the invention, the first PVD layer are made of aluminum.

Vorteilhafte Materialien für die niedrigbrechende PVD-Schicht sind Magnesiumfluorid (MgF2) und/oder Siliziumoxid (SiO2).Advantageous materials for the low refractive index PVD layer are magnesium fluoride (MgF 2 ) and / or silicon oxide (SiO 2 ).

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die hochbrechende PVD-Schicht aus Titanoxid (TiO2) und/oder Diamant besteht.It has proven to be advantageous if the high-index PVD layer consists of titanium oxide (TiO 2 ) and / or diamond.

In vorteilhafter Weise kann wenigstens eine der PVD-Schichten eine Dicke von einem Viertel der Zentralwellenlänge, beispielsweise eine Dicke von 137,5 nm und/oder von 110 nm aufweisen.Advantageously, at least one of the PVD layers has a thickness of a quarter of the central wavelength, for example have a thickness of 137.5 nm and / or 110 nm.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on of exemplary embodiments illustrated in the drawing. It demonstrate:

1 MTF-Kurven von NIP's auf unterschiedlichen Substratmaterialien, 1 MTF curves of NIP's on different substrate materials,

2 eine typische Oberfläche eines eloxierten Aluminiumsubstrates, 2 a typical surface of an anodized aluminum substrate,

3 DQE-Kurven von NIP's auf unterschiedlichen Substratmaterialien, 3 DQE curves of NIP's on different substrate materials,

4 eine korrodierte Oberfläche eines hochglanzgewalzten Aluminiumsubstrates in 10-facher Vergrößerung, 4 a corroded surface of a high gloss rolled aluminum substrate in 10-fa enlargement,

5 Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Träger und 5 Cross section through a carrier according to the invention and

6 eine Oberfläche eines erfindungsgemäßen Trägers. 6 a surface of a carrier according to the invention.

In der 5 ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen eloxierten Aluminiumträgers für Bildwandler mit nadelförmigen Speicherleuchtstoffschichten dargestellt. Das Aluminiumsubstrat 5, das elektrolytisch geglänzt worden ist, ist beidseitig von Eloxalschichten 6 und 7 abgedeckt. Auf einer Seite ist eine erste PVD-Schicht 8 aus Aluminium mittels Aufdampfen, Sputtern oder Ionenplattieren aufgetragen. Auf diese als Spiegel wirkende erste PVD-Schicht 8 ist zuerst eine niedrigbrechende PVD-Schicht 9 und dann eine hochbrechende PVD-Schicht 10 beispielsweise aufgedampft.In the 5 the structure of an anodized aluminum support according to the invention for image converters with needle-shaped storage phosphor layers is shown. The aluminum substrate 5 , which has been electrolytically polished, is coated on both sides with anodized layers 6 and 7 covered. On one side is a first PVD layer 8th made of aluminum by vapor deposition, sputtering or ion plating. On this first PVD layer acting as a mirror 8th is first a low refractive index PVD layer 9 and then a high-index PVD layer 10 for example evaporated.

Durch die Verwendung eines neuartigen eloxierten Aluminiumsubstrates mit reflexionsverstärkender Oberflächenbeschichtung an Stelle eines herkömmlich eloxierten Aluminiumsubstrates wird die MTF und die Lichtausbeute der NIP's, also auch die DQE, verbessert. Solche Aluminiumspezialbleche werden vor dem Eloxieren elektrolytisch geglänzt. Durch diesen Vorbe handlungsschritt wird auch die Rauheit der Substratoberfläche insbesondere dann verbessert, wenn sehr reines Aluminium verwendet wird, wie dies in 6 dargestellt ist. Diese Oberfläche weist eine Rauhigkeit von beispielsweise Ra = 40 nm auf und ist somit besser als Floatglas.By using a new anodized aluminum substrate with a reflection-enhancing surface coating instead of a conventional anodized aluminum substrate, the MTF and the luminous efficacy of the NIPs, including the DQE, are improved. Such special aluminum sheets are electrolytically polished before anodizing. This pre-treatment step also improves the roughness of the substrate surface, in particular if very pure aluminum is used, as is shown in 6 is shown. This surface has a roughness of, for example, R a = 40 nm and is therefore better than float glass.

Danach wird ein dünner Aluminiumspiegel (erste PVD-Schicht 8) und Magnesiumfluorid (MgF2) und/oder Siliziumoxid (SiO2) als niedrigbrechendes (PVD-Schicht 9) und Titanoxid (TiO2) als hochbrechendes Material (PVD-Schicht 10) mittels PVD-Verfahren wie Aufdampfen, Sputtern, Ionenplattieren etc. aufgebracht. Die Schichtdicken für die reflexionserhöhenden Schichten kann dabei so gewählt werden, dass für eine bestimmte Lichtwellenlänge die Reflexion erhöht wird. Aus der Optik ist bekannt, dass die Schichten je ¼ der Zentralwellenlänge dick sein müssen, so ergibt sich beispielsweise für eine Wellenlänge von 550 nm eine Schichtdicke von 137,5 nm. Die Gesamtreflexion steigt von 87 auf 95% an und der diffuse Reflexionsanteil verringert sich beispielsweise auf < 5%. Die verbesserte gerichtete Reflexion zeigt sich auch in der Zunahme des Glanzgrades auf über 90 nach ASTM E-430. Es kann aber auch eine Färbung der Substratoberfläche (Interferenzfarbe) erreicht werden, so dass man beispielsweise eine blaue Oberfläche zur Absorption des Stimulationslichtes (rot) erhält. Die hochbrechende PVD-Schicht 10 aus TiO2 muss dann für eine Wellenlänge von 440 nm 110 nm dick sein.Then a thin aluminum mirror (first PVD layer 8th ) and magnesium fluoride (MgF 2 ) and / or silicon oxide (SiO 2 ) as a low refractive index (PVD layer 9 ) and titanium oxide (TiO 2 ) as a high-index material (PVD layer 10 ) applied by means of PVD processes such as evaporation, sputtering, ion plating etc. The layer thicknesses for the reflection-increasing layers can be selected so that the reflection is increased for a specific light wavelength. From optics it is known that the layers have to be ¼ of the central wavelength thick, for example for a wavelength of 550 nm a layer thickness of 137.5 nm results. The total reflection increases from 87 to 95% and the diffuse reflection component decreases for example to <5%. The improved specular reflection is also evident in the increase in the degree of gloss to over 90 according to ASTM E-430. However, a coloring of the substrate surface (interference color) can also be achieved, so that, for example, a blue surface for absorbing the stimulation light (red) is obtained. The high-index PVD layer 10 TiO 2 must then be 110 nm thick for a wavelength of 440 nm.

Anstelle von MgF2 und/oder SiO2 als niedrigbrechendes Material für die PVD-Schicht 9 lassen sich auch Rubidiumfluorid (RbF), Kalium-Siliziumfluorid (K2SiF6) und/oder Kaliumfluorid (KF) verwenden. Anstelle von TiO2 als hochbrechendes Material für die PVD-Schicht 10 kann auch Chromoxid (Cr2O3), Kupferoxid (Cu2O), Calciumoxid (CaS), Thaliumiodid (TlI) und/oder Magnesiumsulfid (MgS) eingesetzt werden.Instead of MgF 2 and / or SiO 2 as a low-index material for the PVD layer 9 rubidium fluoride (RbF), potassium silicon fluoride (K 2 SiF 6 ) and / or potassium fluoride (KF) can also be used. Instead of TiO 2 as a high-index material for the PVD layer 10 Chromium oxide (Cr 2 O 3 ), copper oxide (Cu 2 O), calcium oxide (CaS), thalium iodide (TlI) and / or magnesium sulfide (MgS) can also be used.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Substrats werden die Gesamtreflexion und somit die Lichtausbeute erhöht. Die MTF wird durch Verminderung des diffus reflektierten Anteils verbessert. Werden die Schichtdicken so eingestellt, dass eine blaue Interferenzfarbe entsteht, kann die MTF durch Absorption des roten Stimulationslichtes nochmals verbessert werden. Weil der Al-Reflektor (erste PVD-Schicht 8) durch die niedrig- bzw. hochbrechende Schicht 9 und 10 von der darauf aufgetragenen Leuchtstoffschicht getrennt ist, kann bei Lagerung an Luft auch ohne Schutzschicht keine Korrosion einsetzen.The inventive design of the substrate increases the overall reflection and thus the light yield. The MTF is improved by reducing the diffusely reflected portion. If the layer thicknesses are set so that a blue interference color arises, the MTF can be further improved by absorbing the red stimulation light. Because the Al reflector (first PVD layer 8th ) due to the low or high refractive index layer 9 and 10 separated from the fluorescent layer applied to it, no corrosion can occur when stored in air even without a protective layer.

Claims (12)

Metallischer Träger für Bildwandler mit einer nadelförmigen Leuchtstoffschicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger aus einem Substrat (5) besteht, das mit einer hochreflektiven und inerten Oberfläche mit geringer diffuser Reflexion versehen ist.Metallic support for image converters with a needle-shaped phosphor layer, characterized in that the support consists of a substrate ( 5 ), which is provided with a highly reflective and inert surface with little diffuse reflection. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) eloxiert und mit einer reflexionsverstärkenden Oberflächenbeschichtung versehen ist.Carrier according to claim 1, characterized in that the substrate ( 5 ) anodized and provided with a reflection-enhancing surface coating. Träger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) vor dem Eloxieren elektrolytisch geglänzt wird.Carrier according to claim 1 or 2, characterized in that the substrate ( 5 ) is electrolytically polished before anodizing. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Aluminiumsubstrat (5) ist.Carrier according to one of claims 1 to 3, characterized in that the substrate is an aluminum substrate ( 5 ) is. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite des eloxierten Substrats (5) wenigstens eine PVD-Schicht (8 bis 10) aufgetragen ist.Carrier according to one of claims 1 to 4, characterized in that on one side of the anodized substrate ( 5 ) at least one PVD layer ( 8th to 10 ) is applied. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Aluminiumsubstrat (5) ist, das beidseitig mit Eloxalschichten (6, 7) abgedeckt ist, und dass auf einer Seite eine erste PVD-Schicht (8) aufgetragen ist, auf der sich eine niedrigbrechende PVD-Schicht (9) befindet, auf die eine hochbrechende PVD-Schicht (10) aufgebracht ist.Carrier according to one of claims 1 to 5, characterized in that the substrate is an aluminum substrate ( 5 ) that is coated on both sides with anodized layers ( 6 . 7 ) is covered, and that on one side a first PVD layer ( 8th ) is applied, on which a low refractive index PVD layer ( 9 ) on which a high-index PVD layer ( 10 ) is applied. Träger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste PVD-Schicht (8) aus Aluminium besteht.Carrier according to claim 6, characterized in that the first PVD layer ( 8th ) is made of aluminum. Träger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrigbrechende PVD-Schicht (9) aus Magnesiumfluorid (MgF2) und/oder Siliziumoxid (SiO2) besteht.Carrier according to claim 6 or 7, characterized in that the low-index PVD layer ( 9 ) consists of magnesium fluoride (MgF 2 ) and / or silicon oxide (SiO 2 ). Träger nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hochbrechende PVD-Schicht (10) aus Titanoxid (TiO2) und/oder Diamant besteht.Support according to one of claims 6 to 8, characterized in that the high-index PVD layer ( 10 ) consists of titanium oxide (TiO 2 ) and / or diamond. Träger nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der PVD-Schichten (8 bis 10) eine Dicke von einem Viertel der Zentralwellenlänge aufweist.Carrier according to one of claims 6 to 9, characterized in that at least one of the PVD layers ( 8th to 10 ) has a thickness of a quarter of the central wavelength. Träger nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der PVD-Schichten (8 bis 10) eine Dicke von 137,5 nm aufweist.Carrier according to one of claims 6 to 10, characterized in that at least one of the PVD layers ( 8th to 10 ) has a thickness of 137.5 nm. Träger nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der PVD-Schichten (8 bis 10) eine Dicke von 110 nm aufweist.Carrier according to one of claims 6 to 11, characterized in that at least one of the PVD layers ( 8th to 10 ) has a thickness of 110 nm.
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