DE19838855B4

DE19838855B4 - Verfahren zur Herstellung von Szintillatoren

Info

Publication number: DE19838855B4
Application number: DE19838855A
Authority: DE
Inventors: Robert Joseph Waukesha Riedner; Matthew R. Whitefish Bay Schedler
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2018-08-27
Also published as: IL127117A0; US6245184B1; CN1223848A; JPH11231061A; JP4215320B2; CN1168419C; DE19838855A1; IL127117A

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Szintillatoren (20) für ein Computertomographiesystem unter Verwendung einer Innenlochsäge, wobei die Innenlochsäge ein Blatt mit einer Innenumfangsschneidkante hat, und wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
vorläufiges Verkleben einer Vielzahl von Szintillatoren (100) zur Bildung eines Stapels (104);
Schneiden des Stapels (104) mit der Schneidkante der Innenlochsäge in eine Vielzahl von ersten Balkenstapeln (108);
Lösen der vorläufigen Verklebung nach dem Schneiden und Trennen der ersten Balkenstapel (108) in erste Balken (110),
beabstandetes Platzieren der ersten Balken (110) in einer Spannvorrichtung zu einer Balkengruppierung (112), wobei das beabstandete Platzieren der ersten Balken (110) eine Vielzahl Spalte (28) erzeugt;
Gießen eines Reflektormaterials (114) in die Spalte (28);
Aushärten des Reflektormaterials (114) in den Spalten (28);
Stapeln und Schneiden der Gruppierung (112) mit der Schneidkante der Innenlochäge, um zweite Balkengruppierungen (116) zu erzeugen;
Trennen der zweiten Balkengruppierungen (116) in zweite Balken...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Szintillatoren für die Computertomographie (CT) als Detektoren, die in Verbindung mit CT-Systemen verwendet werden.
Bei einigen Computertomographiesystemkonfigurationen projiziert eine Röntgenquelle einen fächerförmigen Strahl, der parallel gerichtet wird, um innerhalb einer X-Y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems zu liegen, die allgemein als die Bildebene bezeichnet wird. Der Röntgenstrahl passiert das abzubildende Objekt, wie einen Patienten. Nachdem der Strahl durch das Objekt gedämpft wurde, trifft er auf eine Gruppierung von Strahlungsdetektoren auf. Die Intensität der an der Detektorgruppierung empfangenen gedämpften Strahlung hängt von der Dämpfung des Röntgenstrahls durch das Objekt ab. Jedes Detektorelement der Gruppierung erzeugt ein separates elektrisches Signal, welches ein Maßstab der Strahldämpfung an dem Detektorort ist. Die Dämpfungsmessungen von allen Detektoren werden einzeln aufgenommen, um ein Durchlaßprofil zu erstellen.
In bekannten CT-Systemen der dritten Generation werden die Röntgenquelle und die Detektorgruppierung mit einem Rollengerüst innerhalb der Bildebene und um das abzubildende Objekt gedreht, so daß sich der Winkel mit dem der Röntgenstrahl das Objekt schneidet stets ändert.
Röntgenquellen haben normalerweise Röntgenröhren, die die Röntgenstrahlen zu einem Brennpunkt emittieren.
Röntgendetektoren haben üblicherweise einen Kollimator zu parallelen Ausrichtung der an dem Detektor empfangenen Röntgenstrahlen, einen Szintillator neben dem Kollimator und Fotodioden neben dem Szintillator.
Mehrschicht-CT-Systeme werden verwendet, um Daten für eine erhöhte Anzahl von Schnitten oder Schichten während eines Abtastens zu erhalten. Bekannte Mehrschichtsysteme haben typischerweise Detektoren, die als 3D-Detektoren allgemein bekannt sind. In solchen 3D-Detektoren bildet eine Vielzahl von Detektorzellen separate Kanäle, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind.
Ein Szintillator für einen 3D-Detektor kann Szintillatorelemente mit Abmessungen von etwa 1 × 2 × 3 mm haben, wobei schmale Spalte von lediglich einigen Tausendstel Zoll, beispielsweise etwa 0,004 Zoll (ca. 0,1 mm), zwischen benachbarten Elementen ausgebildet sind. Infolge der geringen Größe und der großen Nähe der Elemente zueinander entstehen verschiedene Schwierigkeiten. Beispielsweise kann ein Signal, das auf ein Szintillatorelement auftrifft, unsauber aufwärts oder zu benachbarten Elementen reflektiert werden, was eine Verminderung der Auflösung hervorruft.
Szintillatoren werden typischerweise unter Verwendung von genauen Substratzerteilersägen, durch Ätzen oder durch Laserschneiden geschnitten. Ein solches Schneiden ist erforderlich, um die gewünschten Abmessungen zu schaffen. Die am meisten verbreitete Art ist es, Szintillatoren mit dem Außendurchmesser (CD) einer Diamantsäge zu schneiden. Eine CD-Säge hat eine Diamantbeschichtung am Außenumfang des Blatts, um Materialien wie Keramiken zu schneiden. Um die Blattsteifigkeit für genaue Schnitte aufrechtzuerhalten, werden sehr hohe Geschwindigkeiten verwendet, beispielsweise 10000 bis 30000 U/min. Das Schneiden von Spalten, beispielsweise ein 4 Tausendstel (Zoll)(ca. 0,1 mm) großer Spalt, in einem keramischen Szintillator kann jedoch schwierig sein, wenn das Schlankheitsverhältnis des Spalts größer als etwa 10 ist. Insbesondere produzieren OD-Sägen häufig ungenaue Schnitte bei Szintillatoren mit Schlankheitsverhältnissen größer als 10. Wenn zudem jeweils nur ein Szintillator geschnitten wird, ist eine Vielzahl von Handhabungen für jede dreidimensionale Gruppierung erforderlich. Diese Verfahren sind zeitaufwendig und teuer.
Die JP 01-257293 A zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Szintillatorengruppen indem ein Block, in dem abwechselnd Szintillatorplatten und Trennplatten miteinander fest zusammenlaminiert sind, quer zur Plattenrichtung in einzelne Scheiben zerschnitten wird. Die geschnittenen Scheiben können aufeinandergestapelt werden.
Die DE 691 14 973 T2 und die DE 691 12 903 T2 betreffen beide Verfahren und Vorrichtung zum Abschneiden von Wafern (Siliziumplatten) von einem Einkristallbarren mittels Innenlochsägen; die DE 690 20 103 T2 befasst sich mit dem automatischen Sägevorgang für Wafer unter Verwendung einer Innenlochsäge und die EP 0 535 296 A1 zeigt eine Richtungssteuerung des Sägeblatts, um gerade zu sägen.
Die nachveröffentlichte DE 196 43 644 C1 zeigt die Herstellung von Pixelplatten aus Szintillatormaterial, wobei laminierte Stapel in Scheiben zerschnitten werden, die Scheiben zu einem neuen Stapel zusammenlaminiert und dann der Stapel wieder zerschnitten wird. Die US 5, 227, 633 zeigt eine Szintillatorplatte mit in einem Block gesägten Schlitzen, die den Block nicht vollständig durchgreifen. Mehrere solcher Blöcke sind zusammengesetzt. Die Schlitze sind mit eingeklebtem Teflonband als Reflektor versehen.
Die US 3 041 228 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Leuchtschirmen, bei dem lichtdurchlässige Plastikstreifen mit einem lichtundurchlässigen Material beschichtet werden, die beschichteten Streifen zusammengeklebt und danach quer zur Klebeebene in Verbundstreifen geschnitten werden. Anschließend werden die Verbundstreifen erneut mit dem lichtundurchlässigen Material beschichtet und die beschichteten Verbundstreifen werden zu einem Verbundkörper zusammengeklebt. Schließlich wird der Verbundkörper zu Verbundplatten geschnitten, die jeweils ein Schirmelement des Leuchtschirms bilden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren mit erhöhter Schnittgenauigkeit von Szintillatoren für einen 3D-Detektor zu schaffen, das zudem die Anzahl von Handhabungsvorgängen minimiert, die erforderlich sind, um die Szintillatoren zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Szintillatoren gemäß Patentanspruch 1 gelöst, das den Schritt des genauen Schneidens vieler keramischer Szintillatoren auf einmal umfaßt. Unter Verwendung des vorliegenden Verfahrens können keramische Szintillatoren mit ziemlich hohen Geschwindigkeiten geschnitten werden, sogar wenn die Szintillatoren mehrere Zoll dick sind und Schlankheitsverhältnisse von größer als 10 haben. Die Szintillatorelemente werden unter Verwendung einer Innendurchmesser (ID) Säge geschnitten. Die ID-Säge hat ein Blatt, welches eine Innenumfangsschnittkante mit einer Diamantbeschichtung hat. Weil die Außenfläche des Blatts mit einer hohen Spannung gespannt werden kann, ist das Blatt erheblich steifer als ein OD-Blatt. Diese Spannung ermöglicht genaue Schnitte, sogar wenn das Blatt sehr tiefe Schnitte macht.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein Stapel von Szintillatoren in einer ersten Richtung mit der ID-Diamantsäge geschnitten, um erste Balkenstapel zu erzeugen. Nach der Trennung der ersten Balkenstapel in einzelne erste Balken, werden die ersten Balken mit 4 Tausendstel (Zoll)(ca. 0,1 mm) breiten Spalten zwischen den Balken in einer Spannvorrichtung befestigt. Nachdem die Spalte mit einem gegossenem Reflektormaterial gefüllt sind, werden die vergossenen ersten Balken mit der Innenumfangsschneidkante des ID-Sägeblatts in einer 90°-Richtung relativ zu dem ersten Schnitt geschnitten, um zweite Balkenstapel zu bilden. Nachdem die zweiten Balkenstapel in zweite Balken getrennt sind, werden die zweiten Balken mit Spalten zwischen den zweiten Balken in einer Spannvorrichtung angeordnet, ein gegossenes Reflektormaterial wird in die Spalte eingebracht und die Balken werden auf die Endmaße zu einer fertigen Gruppierung geschliffen.
Das zuvor beschriebene Verfahren vereinfacht die Herstellung von Szintillatoren mit vergrößerter Genauigkeit. Zudem minimiert das Schneiden und Gießen einiger größerer Stücke von Szintillatormaterial die Handhabung kleiner Bildpunkte oder kleiner Gruppierungen, und spart somit Zeit.
Das Verfahren wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht eines Szintillators mit einer Vielzahl von Szintillatorelementen,
2 eine Perspektivansicht eines Stapels von Szintillatorwafern,
3 eine Perspektivansicht eines Balkenstapels des in 2 gezeigten Wafers,
4 eine Perspektivansicht der ersten Balken des in 3 gezeigten Wafers nach der Trennung,
5 eine Perspektivansicht eines Stapels von Gruppierungen, und
6 eine Perspektivansicht einer Gruppierung vor dem letzten Gießen.
1 ist eine Perspektivansicht eines Szintillators 20 mit einer Vielzahl von Szintillatorelementen 24, die in einer Gruppierung angeordnet sind, die erste Spalte 28 und zweite Spalte 32 hat. Die Szintillatorelemente 24 sind aus polykristallinen, keramischen Szintillatoren oder Einkristallszintillationsmaterial erzeugt. Die Szintillatorelemente 24 erzeugen ein Lichtausgangssignal, wenn ein Röntgenstrahl auf sie auftrifft. Der Lichtausgang ist optisch mit einer Fotodiodengruppierung gekoppelt. Jede Fotodiode in der Gruppierung erzeugt ein separates Dämpfungssignal und die Signale von allen Fotodioden werden separat erfaßt, um ein Durchlaßprofil zu erstellen.
Bei der Herstellung des Szintillators 20 und unter Bezugnahme auf 2 und 3 werden Szintillatorwafer 100 unter Verwendung eines niedrig schmelzenden Klebers, eines Lösbaren Klebers oder eines anderen vorübergehenden Klebstoffs (nicht gezeigt) zusammengeklebt, um einen Stapel 104 zu bilden. Der Stapel 104 wird unter Verwendung einer Innenumfangsschneidkante eines Innenumfangs-(ID) Sägeblatts (nicht gezeigt) in erste Balkenstapel 108 geschnitten. ID-Sägen sind beispielweise aus der US 5,413,521 A bekannt. Bisher wurden jedoch solche ID-Sägen nicht bei der Herstellung von Szintillatoren verwendet. Das ID-Sägeblatt kann den Stapel 104 genauer sägen als ein CD-Sägeblatt, weil das Blatt am Außenumfang mit einer hohen Spannung gespannt ist, die das Blatt erheblich steifer macht. Nach dem Schneiden wird die vorübergehende Klebung gelöst und die ersten Balkenstapel 108 werden in erste Balken 110 getrennt.
Gemäß 4 und 5 werden erste Balken 110 in einer Gruppierung 112 angeordnet und in einer Spannvorrichtung (nicht gezeigt) befestigt, so daß die ersten Balken 110 voneinander durch erste Spalte 28 getrennt sind. Die Spalte 28 haben typischerweise eine Breite zwischen 0,5 Tausendstel (Zoll) bis 6 Tausendstel (Zoll)(ca. 0,013 mm bis 0,15 mm). In einem Ausführungsbeispiel sind die Spalte 28 etwa 4 Tausendstel (Zoll)(ca. 0,1 mm) breit und haben ein Höhen/Breitenschlankheitsverhältnis von bis zu 30. Die Spalte 28 werden dann mit einem gegossenen Reflektormaterial 114, beispielsweise aus Titandioxid (TiO₂) und einem gießbaren Polymer, gefüllt. Nach dem Aushärten wird eine Vielzahl von Gruppierungen 112 aufeinander gestapelt und dann unter Verwendung der Innenumfangsschneidkante der ID-Säge senkrecht zu dem ersten Schnitt geschnitten, um zweite Balkenstapel 116 zu erzeugen. Die zweiten Balkenstapel 116 werden dann in zweite Balken 118 getrennt. Die zweiten Balken 118 werden in einer Gruppierung angeordnet und dann in einer Spannvorrichtung (nicht gezeigt) angeordnet, so daß die zweiten Balken 118 unter der Bildung zweiter Spalte 32 voneinander beabstandet sind. In einem Ausführungsbeispiel haben die Spalte 32 die gleiche Breite wie die Spalte 28.
Gemäß 6 werden die Spalte 32 dann mit einem gießbaren Reflektormaterial 114 gleich dem zur Füllung der Spalte 28 verwendeten Material gefüllt. Nach dem Aushärten wird die Gruppierung aus der Spannvorrichtung entfernt und reflektierendes Material 114 wird um den Umfang der Gruppierung gegossen. Nach einem abschließenden Schleifen ist ein fertiger Szintillator 20 mit Elementen 24 mit Abmessungen von etwa 1 × 2 × 3 mm fertiggestellt. In alternativen Ausführungsbeispielen kann die Größe der Elemente von der der oben beschriebenen Elemente abweichen.
Das zuvor beschriebene Verfahren erleichtert die Herstellung dreidimensionaler Szintillatoren. Zusätzlich verbessert das beschriebene Verfahren die Positionsgenauigkeit beim Schneiden der dreidimensionalen Szintillatoren und spart somit Zeit und vermindert Ausschuß.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Szintillatoren (20) für ein Computertomographiesystem unter Verwendung einer Innenlochsäge, wobei die Innenlochsäge ein Blatt mit einer Innenumfangsschneidkante hat, und wobei das Verfahren die Schritte aufweist: vorläufiges Verkleben einer Vielzahl von Szintillatoren (100) zur Bildung eines Stapels (104); Schneiden des Stapels (104) mit der Schneidkante der Innenlochsäge in eine Vielzahl von ersten Balkenstapeln (108); Lösen der vorläufigen Verklebung nach dem Schneiden und Trennen der ersten Balkenstapel (108) in erste Balken (110), beabstandetes Platzieren der ersten Balken (110) in einer Spannvorrichtung zu einer Balkengruppierung (112), wobei das beabstandete Platzieren der ersten Balken (110) eine Vielzahl Spalte (28) erzeugt; Gießen eines Reflektormaterials (114) in die Spalte (28); Aushärten des Reflektormaterials (114) in den Spalten (28); Stapeln und Schneiden der Gruppierung (112) mit der Schneidkante der Innenlochäge, um zweite Balkengruppierungen (116) zu erzeugen; Trennen der zweiten Balkengruppierungen (116) in zweite Balken (118); beabstandetes Platzieren der zweiten Balken (118) in einer Spannvorrichtung zu einer Gruppierung, wobei das beabstandete Platzieren der zweiten Balken (118) eine Vielzahl Spalte (32) erzeugt; Gießen von Reflektormaterial (114) in die Spalte (32); und Aushärten des Reflektormaterials (114) in den Spalten (32).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Szintillatoren (100) unter Verwendung eines niedrig schmelzenden Klebstoffs vorläufig miteinander verklebt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Szintillatoren (100) polykristalline, keramische Szintillatoren sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Szintillatoren (100) Einkristall-Szintillatoren sind.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Gießen eines Reflektormaterials (114) um den Umfang der Gruppierung (112),
Verfahren nach Anspruch 1, wobei einer der Spalte (28, 32) eine Dicke im Bereich von etwa 0,013 mm bis 0,15 mm hat.