JP4401771B2 - 放射線イメージングシステム - Google Patents

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Description

本発明は、一般に電離放射線イメージングシステムに関し、より具体的には、シンチレータを光撮像装置に結合するシステム及び方法に関する。
一般的な1つのイメージングシステム構成において、X線源はX線ビームを投射し、該X線ビームは、航空機エンジン部品のような撮像する対象物を透過する。ビームは、対象物により減衰した後、検出器素子アレイを有する検出器に入射する。検出器で受信された放射線ビーム強度は、対象物によるX線ビームの減衰に依存する。アレイの各検出器素子は、該検出器位置におけるビームの減衰を表す電気信号を個別に発生する。全ての検出器からの減衰測定値が個別に収集されて画像を形成する。例えば、連続する回転によって同一の対象物の複数の画像を取得し、この画像セットを処理して該対象物のX線減衰の断面画像を形成することができる。
放射線イメージングシステムは、一般にシンチレータに結合された光撮像装置(例えば、光センサアレイ)を含む。光センサアレイは、複数のピクセルを含み、各ピクセルは光ダイオードのような感光素子を有し、これらのピクセルは、例えば約1000個の行列といった、複数の行と幾つかの列からなるマトリックスで構成される。シンチレータは、撮像装置アレイの上に位置付けられたシンチレーション材料を含む。以下で説明するように、シンチレータは、低エネルギー(約100keVより低い放射線)検出で使用する場合には、撮像装置アレイと一体とすることができ、高エネルギー放射線(約100keVを超える放射線)検出で使用する場合には、シンチレータは撮像装置アレイ上に配置された別個のプレートとすることができる。接触パッドが、撮像装置アレイの周縁部に隣接して該撮像装置アレイに結合されるか、又は撮像装置アレイ上に形成され、撮像装置アレイ内のそれぞれの行及び列と関連付けられる。具体的には、接触パッドは、外部回路に対する電気的接触を可能にすることにより、感光素子アレイの各行列からの情報にアクセスすることが容易になる。
上述のシステムは、コンピュータ断層撮影(CT)システムと呼ばれる場合もある。本発明は、CTシステムの状況において説明される場合もあるが、本発明はCTシステムと関係する用途に限定されるものではなく、放射線画像X線システムのような他の放射線ベースのイメージングシステムで利用することができる。
スキャン中、X線がX線源から検出器の方向へ放出され、シンチレータと相互作用する各X線は、シンチレータのゲインに基づいて可視フォトンに変換される。例えば、ゲイン1000を有するシンチレータは、X線源からの各X線を、平均して1000のフォトンに変換する。これらのフォトンは、光センサによって検出され、該光センサは、検知されたフォトンに対応する電気信号(例えば、光ダイオード上における電荷蓄積)を発生する。アレイ内の光センサに蓄積されたこの電気信号は、接触パッドを介してアクセスされ、読み出し用電子装置により放射線事象の推定位置を提供するのに使用される。追加のデジタル処理は、光センサアレイの全ての素子からの信号、及び1回より多いスキャンが行われる場合には複数画像からの信号を統合して、収集された画像を形成するのに使用される。
低エネルギー放射線において、光撮像装置上に直接配置されたシンチレータを使用することができる。高エネルギー放射線(即ち、約100keVを超える放射線)においては、実際的な堆積厚さ限度(1mm程度)に起因して、シンチレータは通常、その表面がイメージングプレートと隣接するように該イメージングプレートに結合された別個のプレートである。
小形電離放射線撮像装置においては、一般に別個のシンチレータプレートを利用すると満足な結果が得られる。しかしながら、別個のシンチレータプレートを使用する結果、より大きな2次元の、すなわち大面積の電離放射線撮像装置において画像品質の低下を招く。例えば、大きな(例えば、100cm2より大きな)シンチレータを大きな(例えば、100cm2より大きな)シンチレータに直接結合した場合には、光撮像装置はシンチレータと光撮像装置間のエアギャップの変化に起因する応答変動を受ける。更に、光撮像装置に結合されたシンチレータを利用するイメージングシステムは過飽和を生じる可能性が高い。例えば、X線源が画像を生成するために約300,000のX線を放出した場合、シンチレータは、約300,000,000のフォトンを発生する。このフォトンレベルは、感光素子の読取り時間及び荷電容量に依存する(すなわち共通の電圧バイアス及び各素子の面積に依存する)光撮像装置回路の容量を超過する恐れがある。典型的な共通バイアスは、約10ボルト(V)であり、典型的な素子サイズは、約0.01乃至1.0mm2である。過飽和を回避する1つの方法は、多重読出しを行うことである。しかしながら、多重読出しを行う結果、撮像する部分に対する全読出し時間が過度に長くなり、単一画像当たりのノイズが増大する。これまでのところ、過飽和を防止するために、X線束又は各入射X線に対してシンチレータ内で発生するフォトンの数を低減している。しかしながら、X線束を減らすことは、システムの信号対ノイズ比を低下させ、これは望ましいものではない。
大形の撮像装置を備えた高エネルギーイメージングシステムにおいて、改善された光学品質を提供することが望ましい。光学品質は、2つの定量測定値を用いて評価することができる。第1の定量測定値は、光の拡散度を表す変調伝達関数(MTF)である。第2の定量測定値は、MTFとノイズ項の両方を含む検出量子効率であり、従って検出量子効率は、画像検出能の信号対ノイズ比を反映するものである。信号対ノイズ比を大きく低減することなく、又は読出し時間を増大させることなく、システムの過飽和の可能性を低減することはまた、望ましいことであろう。更に、そのような改善された検出器を製造する簡単な方法を提供することも望ましいことであろう。
シンチレータと、撮像装置アレイと、ラミネーション層とを含む放射線イメージングシステムが提供される。ラミネーション層は、シンチレータを撮像装置アレイに接合し光学的に結合する。ラミネーション層は、実質的に空隙のないラミネーション材料から構成される。
ラミネーション層を光撮像装置とシンチレータとの間に配置して部分組立体を形成する段階を含む、放射線イメージングシステムの製造方法が提供される。光撮像装置は、撮像装置アレイとイメージングプレート面と複数の接触パッドとを含む。追加の段階は、部分組立体を真空に曝す段階と、部分組立体を接合温度まで加熱する段階と、接合力を部分組立体に加える段階と、光撮像装置がシンチレータに接合され、ラミネーション層が実質的に空隙のないラミネーション材料から構成されるまで、真空と接合温度と接合力とを維持する段階とを含む。
図1の放射線イメージングシステム20は、図1のシンチレータ26と、図1の撮像装置アレイ30と、図1のラミネーション層22とを含む。ラミネーション層22は、シンチレータ26を撮像装置アレイ30に接合し且つ光学的に結合する。ラミネーション層22は、実質的に空隙のないラミネーション材料を含む。
図1の光撮像装置24は、撮像装置基板28と、図1のイメージングプレート面34と、撮像装置アレイ30と、図1の複数の接触パッド32(フィンガとも呼ばれ、図1には、限定ではなく例示のために接触パッド32が2つだけ示されている)。接触パッド32は、イメージングプレート面34の周縁部38に形成される(撮像装置アレイ30の光センサの横列及び縦列に対する接触パッド32の電気接続線は図示せず)。撮像装置アレイ30は、イメージングプレート面34の中央部分36(図1の)上に形成され、行と列とに配列された、例えば非結晶シリコン型光ダイオードである光センサ素子のマトリックスを含む。中間イメージングプレート面35は、接触パッド32と撮像装置アレイ30との間のイメージングプレート面34から構成される。
本発明の別の実施形態において、撮像装置アレイ30は更にパッシベーション層を含む。ラミネーション層22は、パッシベーション層(図1には示されていない)と密着して配置される。パッシベーション層は、典型的には、限定ではなく例示のためであるが、窒化シリコン又は酸化シリコンのいずれかである。
本発明の別の実施形態において、光撮像装置24はシリコン基板上に形成される。シリコン基板型光撮像装置の特定の実施例には、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)カメラ又は電荷結合素子(CCD)カメラが含まれる。
本発明の一実施形態において、シンチレータ26は、プレート(限定ではなく例示のためであるが、約500ミクロン乃至約25000ミクロン範囲の厚さを有する)を備え、該プレートは図1のシンチレータの第1の側面40と図1のシンチレータの第2の面42とを含む。別の実施形態においては、シンチレータ26は、シンチレータの第1の側面40に垂直に配置された光ファイバガラスシンチレータ柱で形成された光ファイバ型シンチレータ(FOS)を含む。FOSは、シンチレータ26内における光の横方向への散乱を低減するために、通常は光ファイバ柱の周りに配置された内部吸光物質を更に含む。或いは、シンチレータ26は、ガドリニウム硫酸化物などのシンチレータ材料の連続シートを含む。ガドリニウム硫酸化物のシンチレータ材料の連続シートを含むシンチレータは、例えばコネチカット州キャンベル所在のCollimated Holes,Incから商業的に入手可能である。
シンチレータの第2の面42は、典型的には実質的に光反射性(シンチレータ26内で発生したフォトンを撮像装置アレイ30へ戻るように反射する)である。シンチレータの第2の面42の反射率が約90%より大きい場合、シンチレータ26は実質的に光反射性であると見なされる。
本発明の別の実施形態においては、シンチレータ26は、実質的に柱状構造を有する。
ラミネーション層22は、撮像装置アレイ30とシンチレータの第1の側面40とを接合し且つ光学的に結合させる。ラミネーション層22は、典型的には約5ミクロン乃至約25ミクロンの範囲の厚さを有する。ラミネーション層が薄い程、光学的クロストークが減少する。しかしながら、実質的に空隙のないラミネーション層を形成することは、それが薄くなるほど難しくなる。ここで使用されるラミネーション層構成とは、シンチレータの第1の側面40と撮像装置アレイ30の上表面との間の、ラミネーション材料で充填された容積をいう。
本発明の一実施形態においては、ラミネーション層22は、該ラミネーション層が少なくとも約90%のラミネーション材料から構成されている場合に、実質的に空隙がないと考えられる(即ち、ラミネーション層22中に約10%を超える空隙がない)。
本発明の別の実施形態において、ラミネーション層22は、該ラミネーション層が少なくとも約95%のラミネーション材料から構成されている場合に、実質的に空隙がないと考えられる(即ち、ラミネーション層22中に約5%を超える空隙はない)。
本発明の別の実施形態においては、ラミネーション層22は、該ラミネーション層が少なくとも約99%のラミネーション材料から構成されている場合に、実質的に空隙がないと考えられる(即ち、ラミネーション層22中に約1%を超える空隙はない)。
本発明の別の実施形態においては、ラミネーション層22は撮像装置アレイ30上に配置され、シンチレータ26は、該シンチレータ26が撮像装置アレイ30の上で整列するようにラミネーション層22上に配置される。
ラミネーション層22内のラミネーション材料は、指定された接合温度まで加熱された時に撮像装置アレイ30とシンチレータの第1の側面40の両方に接合するように接着剤を含む。図5、図6、及び図9に示すような部分組立体150は、シンチレータ26とラミネーション層22と光撮像装置24とから構成される。図2は、部分組立体150を支持する接合取付具500の側面図である。
図1のカバープレート44は、シンチレータの第2の面42の近傍に配置され(約25ミクロン乃至約50ミクロン)、或いはシンチレータの第2の面42に接して配置される。カバープレート44は、図1の接着リング46により中間イメージングプレート面35に結合され、該接着リング46は典型的にはエポキシで作られ、図1の気密シール80を形成する。気密シール80は、シンチレータ、ラミネーション層、及び撮像装置アレイを周囲湿度から保護するために配置される。カバープレート44は、例えば炭素を基材とした複合材料又はアルミニウムを含む。接着リング46は、一般に約100℃より低い温度で硬化する熱硬化性エポキシを含む。接着リング46に使用されるエポキシは、典型的には不透明である。
接合後に残るラミネーション層22内の過度な空隙は、放射線イメージングシステムの性能に悪影響を及ぼすことになる。シンチレータ26、ラミネーション層22、及び撮像装置アレイ30の組み立て中における空隙の形成を低減するための接合温度、圧力、及び持続時間の要件が、図3で与えられる表の欄4で指定されており、これにより本明細書に概説されているような所望のラミネーション層特性が得られるようにする。
非結晶シリコン型光撮像装置の場合、非結晶シリコン感光素子の性能低下を回避するため、典型的な接合温度は約250℃に制限される。
ラミネーション層22の製造に好適な材料は、図3で与えられる表の欄1で規定される。この表は、ベンゾシクロブタン(BCB)熱硬化性ポリマー類、約180℃より低いガラス転移温度(Tg)を有する可塑化されたポリエーテルイミド熱可塑性ポリマー類(即ち、ポリエーテルイミドとペンタエリスリトールテトラベンゾエートの配合物)、光画定可能なBCB熱硬化性ポリマー類、潜熱触媒を含む熱硬化性ポリマーエポキシ類、熱可塑性ポリエステルポリマー類、及び熱可塑性アクリルポリマー類から成る群から選択されたラミネーション材料を規定している。
本発明の一実施形態において、及び図3に与えられる表の欄1を特に参照すると、図1のラミネーション層22は、溶剤としてメシチレンを使用した熱硬化性ポリマーベンゾシクロブタン(BCB)から作ることができる。次に熱硬化性ポリマーベンゾシクロブタン(BCB)ラミネーション材料は、図3に与えられる表の欄3に規定した温度及び持続時間に従ってソフトベークされ、溶剤が除去される。溶剤としてメシチレンを使用した熱硬化性ポリマーベンゾシクロブタン(BCB)をラミネーション材料として利用する場合には、溶剤を除去する温度と時間は、それぞれ約150℃及び約30分である。
本発明の別の実施形態においては、ラミネーション層22は、約180℃より低いTgを有する可塑化ポリエーテルイミドで作られたフィルムとすることができる。約180℃より低いTgを有する可塑化ポリエーテルイミドの好適な一実施例は、Benzoflex S−552とUltem(商標) 1000の配合物(Ultem(商標)/Benzoflex S−552)である。
Ultem(商標)/Benzoflex S−552は、約5重量%乃至約40重量%の範囲のペンタエリスリトールテトラベンゾエート(Benzoflex S−552としても知られている)と、約60重量%乃至約95重量%の範囲のポリエーテルイミド(Ultem(商標) 1000)とを含む可塑化ポリエーテルイミド配合物である。Benzoflex S−552(イリノイ州ロズモント所在のVelsicol Corporationにより販売されている)は、Ultem(商標) 1000のための可塑剤である。Ultem(商標) 1000は、マサチュセッツ州ピッツフィールド所在のGeneral Electric Companyから商業的に入手可能である。Benzoflex S−552をUltem(商標) 1000に配合すると、Ultem(商標) 1000のTgは、約220℃からUltem(商標)/Benzoflex S−552における約180℃まで低下する。更に溶融粘性及び接合温度は、Ultem(商標) 1000における約300℃からUltem(商標)/Benzoflex S−552における約250℃まで低下する。Ultem(商標)/Benzoflex S−552配合物は、非結晶シリコン型感光素子の性能低下を回避するため、約250℃の接合限界温度に適合させるのに使用された。
更に、別の実施形態において、ラミネーション材料は、溶液として例えばコーティングにより塗布される。このような溶液の1つは、アニソール中に約15重量%乃至約20重量%のUltem(商標)/Benzoflex S−552を配合した物である(図3)。コーティング後、図3の表の欄3に示されるように約150℃で約30分間ソフトベークすることにより溶剤が除去される。
本発明の別の実施形態は、光画定可能なラミネーション材料を使用するものである。このような材料の1つは、図3の表に示した光画定可能なBCB熱可塑性ポリマーである。この場合、ラミネーション材料は撮像され選択的に除去されるから、プラズマエッチング又はエキシマーレーザーアブレーション工程の必要性が排除される。
本発明の別の実施形態は、ラミネーション材料として熱硬化性ポリマーエポキシを利用する。熱硬化性ポリマーエポキシは、熱硬化性接着剤配合物を形成するために、約同量のシロキサンポリイミド(SPI)及びシクロアリファチックエポキシと約1%のオニウム塩触媒の配合物とすることができる。熱硬化性ポリマーエポキシは、シリコン基板上に形成された図1の光撮像装置24に塗布され、約150℃乃至約200℃の範囲でオニウム塩触媒による触媒作用で熱硬化反応が生じる。接合温度が低いことにより、シンチレータ26と光撮像装置24間の熱膨張係数の不一致に起因する放射線イメージングシステム20内の機械的応力が低減されることから、このプロセスは、非結晶シリコン型光撮像装置を組み立てる場合に特に有用である。更に、接合の前に熱硬化性ポリマーエポキシをソフトベークする必要がない。
本発明の別の実施形態は、図3の表に示すようにラミネーション材料としてポリエステル熱可塑性ポリマーを使用するものである。図5のシンチレータ26を超えて延びるポリエステル熱可塑性ポリマーのラミネーション材料の部分は、後でエキシマーレーザー又は酸素(O2)プラズマを利用して除去される。
本発明の別の実施形態は、図3の表に示すようにラミネーション材料としてアクリル熱可塑性ポリマーを使用するものである。図5のシンチレータ26を超えて延びるアクリル熱可塑性ポリマーのラミネーション材料の部分は、後でエキシマーレーザー又はO2プラズマを利用して除去される。
図3に示す表の欄2には、欄1に記載されたそれぞれのラミネーション材料に対して利用される溶剤が示されている。図3に示す表の欄3には溶剤除去の温度及び時間が規定されている。図3に示す表の欄4には接合温度及び時間が規定されている。図3に示す表の欄5には可能なエッチング方法を明らかにしている。図3に示す表の欄6には一般的な注釈が与えられている。
表の欄6は、それぞれのラミネーション材料に関する一般的な注釈が与えられている。例えば、BCBは熱硬化性ポリマー材料であって、1℃当たり約50ppm(ppm/C)の熱膨張係数(TCE)を有する。図1の光撮像装置24及びシンチレータ26は、典型的には10ppm/℃よりも低いTCEを有するので、低いTCEを有するラミネーション材料が望ましい。シンチレータ材料のTCEとラミネーション材料のTCEとをより近接して組み合わせることにより、最終的に組み立てられる放射線イメージングシステム20内の応力が低減される。
本発明の別の実施形態において、ラミネーション層22は更に、シンチレータの光強度及びラミネーション層22を通過するシンチレータ光の横方向拡散を低減するための吸光物質を含む。この吸光物質の添加は、光センサアレイの過飽和の可能性を低減する。この実施形態において、ラミネーション層22は、典型的には約5ミクロン乃至約12.5ミクロンの範囲の厚さを有する。吸光物質は、シンチレータ26からの透過光を典型的には約10%乃至約90%だけ減少させる。吸光物質は、典型的にはジアミノアントラキノン(DAA)又は1−メチルアミノ−4−ジヒドロキシアントラキノン(DHA)といったアントラキノン系染料を含む。吸光物質の最大吸光率は、シンチレータ26の出力を乗算した撮像装置アレイ30の光センサ素子のピーク感度に適度に一致するように、例えば非結晶シリコン光ダイオードにおける波長が約0.6ミクロンとなるように選択される。例えば、ラミネーション層22の厚さが約12.5ミクロンの場合には、ラミネーション層22内のラミネーション材料中に含まれる約0.5重量%乃至約5重量%の染料により、吸光率を約10%から約90%へと変化させる。
更に、ラミネーション層22を吸光性のアントラキノン系染料と関連付けて上述したが、ラミネーション層22は、サブミクロンの炭素粉末及びアゾ系染料類といった他の吸光物質を含むことができる。更に、幾つかの実施形態においては、ラミネーション層22は吸光物質を含まない。
図2の接合取付具500は、図5の部分組立体150の接合を容易にするように設計されている。図2の接合取付具500は、図2の下部基台225上に配置された図2のヒータ220を有し、図2のヒータの第1側面221が下部基台225に接するようにする。図2の真空トレイ210がヒータ220上に配置され、図2の真空トレイの第1側面211が、図2のヒータの第2側面222上に配置されるようにする。真空トレイ210は、図2の少なくとも1つの下部真空連結器230を備えるように構成される。真空トレイ210は、図2の真空トレイの第2側面212に機械工作された図2の複数の真空トレイ通気スリット208を有するように構成される。真空トレイ210は、下部真空連結器230を真空トレイ通気スリット208に接続する内部通路を有するように構成される。約50ミクロン(2ミル)厚の図2のガスケット205が、真空トレイの第2側面212上に配置される。ガスケット205は、真空トレイの第2側面212を覆う。ガスケット205は、真空トレイ210内に機械工作された真空トレイ通気スリット208と連通する、図2の複数のガスケット通気スリット209を有する。図2の固定具カバー200は、2つの連結器を有するように構成される。第1の連結器は、図2の通気連結器260であり、第2の連結器は、図2の上部真空連結器250及び図2の不活性ガス連結器240用の連結器として共同で使用される。利用される典型的な不活性ガスは、窒素又はアルゴンのいずれかである。
接合取付具500の図2の下部チャンバ400内で圧力が確立された時の図2の周縁部シール290からの漏洩の低減を支援するため、図2のブラダ206とガスケット205の両方の材料としてポリイミドフィルムが利用される。ガスケット205に使用されるポリイミドフィルムはまた、部分組立体150が接合の間に真空トレイの第2側面212に付着するのを防止するのに役立つ。図5の部分組立体150が接合され、安全な取り扱い温度まで冷却され、次いで図2の真空トレイ210から取り除かれた後、ガスケット205が部分組立体150から除去される。
本発明の一実施形態において、ブラダ206及びガスケット205の両方の材料として、Kapton(商標)ポリイミドフィルム(19898 デラウエア州ウイルミントン、マーケットストリート 1007所在のE.I.DuPont de Nemours and Companyの商標)が利用される。
本発明の一実施形態において、図1の放射線イメージングシステム20の製造は、部分組立体150を形成するために光撮像装置24とシンチレータ26との間に図5のラミネーション層22を配置する段階を含む。光撮像装置24は、撮像装置アレイ30とイメージングプレート面34と接触パッド32とを含む。次の段階において、部分組立体150を真空に曝した後、該部分組立体150を接合温度まで加熱する。続いて、部分組立体150に接合力を加える。真空、接合温度、及び接合力は、光撮像装置24がシンチレータ26に接合され、ラミネーション層22が実質的に空隙のないラミネーション材料から構成されるようになるまで維持される。
図4、5、6、及び7は、図1の放射線イメージングシステム20を形成する一連の段階を詳細に示している。本発明の一実施形態において、ラミネーション層22は、アニソール中に約15重量%乃至20重量%の量のUltem(商標)/Benzoflex S−552のような溶液から形成される。
図4を参照すると、ラミネーション層22は、撮像装置アレイ30と、イメージングプレート面34の中間イメージングプレート面35と、接触パッド32とを含む光撮像装置24上に配置される。中間イメージングプレート面35は、撮像装置アレイ30と接触パッド32との間のイメージングプレート面34から構成される。一般にラミネーション層22は、例えばスピンコーティング、スプレーコーティング、又はメニスカスコーティング等の方法によって光撮像装置24に処理される。ラミネーション層22を所望の厚さにするために、必要であれば複数の被膜が処理される。
次に、必要に応じて光撮像装置24及びラミネーション層22をソフトベークして、ラミネーション層22から余分な溶剤を除去する。ソフトベーク処理は、図3の表の欄1のそれぞれのラミネーション材料に対して欄3で指定した溶剤除去の温度及び時間に従って実行される。このソフトベーク処理段階は、シンチレータ26をラミネーション層22上に配置する前に完了される。
図5を参照すると、シンチレータ26は、該シンチレータの第1の側面40がラミネーション層22の上に配置されるようにラミネーション層22上に配置される。シンチレータ26は又、撮像装置アレイ30を覆うように位置付けられて図5に示す部分組立体150を形成する。
図6を参照すると、本発明の別の実施形態において、部分組立体150は、中間イメージングプレート面35及び接触パッド32からラミネーション層22を除去することによって形成される。例えば、酸素(又はその他の適当なガス)中でのプラズマエッチング法により中間イメージングプレート面35及び接触パッド32からのラミネーション層22の除去を達成することができる。若しくは、ラミネーション層22は、シンチレータ26をエッチングマスクとして使用してエキシマーレーザーアブレーションにより、中間イメージングプレート面35及び接触パッド32から取り除かれる。図3の表の欄5には、それぞれのラミネーション材料に対する指定のエッチング方法が示されている。
本発明の一実施形態において、中間イメージングプレート面35及び接触パッド32からの図5のラミネーション層22の除去は、部分組立体150を接合する前に達成することができる。
本発明の別の実施形態において、中間イメージングプレート面35及び接触パッド32からのラミネーション層22の除去は、部分組立体150を接合した後に達成することができる。
ガスケット205の図2のガスケット通気スリット209は、真空トレイ通気スリット208と連通するように真空トレイ210上に配置される。
本発明の一実施形態によれば、部分組立体150の第1の側面90は、図2のガスケット205上に配置され、ガスケット通気スリット209及び真空トレイ通気スリット208を覆うようにする。
本発明の別の実施形態によれば、部分組立体150の図2の第1の側面90は、ガスケット205上に配置され、部分組立体150がガスケット通気スリット209及び真空トレイ通気スリット208を覆うようにする。
約50ミクロン(2ミル)厚のブラダ206は、図2に示すように部分組立体150を覆うように配置される。ブラダ206はまた、真空トレイ周縁部213にてガスケット205覆い、該ブラダ206と真空トレイ210との間に下部チャンバ400を形成する。固定具カバーの第1の側面201が真空トレイ周縁部213においてブラダ206と接するように固定具カバー200を位置付けて、該固定具カバーの第1の側面201とブラダ206との間に上部チャンバ100を形成する。
上部基台215が、固定具カバーの第2の側面202と接して配置される。固定具カバーの第1の側面201、ブラダ206、ガスケット205、及び固定具カバーの第2の側面202は、周縁部シール290を含む。
次に、約13kPa(100mmHg)より大きくない下部チャンバの絶対圧力が、下部真空連結器230を介して下部チャンバ400内で確立され維持される。下部チャンバの絶対圧力が確立された後、ヒータ220は、部分組立体150を接合温度まで加熱する。ヒータ220からの熱は、真空トレイ210及びガスケット205を通じて部分組立体150に伝達される。
部分組立体150が、図3の表の欄1のそれぞれのラミネーション材料に対する欄4の接合温度に達すると、不活性ガスが、図2の不活性ガス連結器240を介して導入され、上部チャンバ100内で約170kPa(10psig)と約377kPa(40psig)の間の絶対圧力範囲に加圧及び維持される。上部チャンバ100内の圧力は接合力をもたらす。次に、図5の光撮像装置24がシンチレータ26に接合されるまで、及び、ラミネーション層22が実質的に空隙のないラミネーション材料から構成されるようになるまで、下部チャンバの圧力状態、上部チャンバの圧力状態(接合力)、及び接合温度状態が維持される。図3の表の欄4には、各ラミネーション材料に対する接合持続時間が指定されている。
図2の上部チャンバ100内の圧力は、ほぼ大気圧条件まで戻され、下部チャンバ400内の圧力は、ほぼ大気圧まで戻される。
本発明の一実施形態において、図5の部分組立体150を接合した後、続いて部分組立体150、図2のガスケット205(光撮像装置24の図5の第1の側面90に取り付けられる)、図2の固定具カバー200、及びブラダ206は、約0℃乃至約60℃の安全な取り扱い温度まで冷却される。固定具カバー200及びブラダ206が除去される。次に、図5の部分組立体150及び図2のガスケット205が真空トレイ210から除去される。次いでガスケット205が光撮像装置24の図5の第1の側面90から除去される。
本発明の別の実施形態においては、図6の部分組立体150を接合した後、部分組立体150、図2のガスケット205(光撮像装置24の図6の第1の側面90に取り付けられる、図2の固定具カバー200、及びブラダ206は、約0℃乃至60℃の安全な取り扱い温度まで冷却される。固定具カバー200及びブラダ206が除去される。次に、図5の部分組立体150及び図2のガスケット205が真空トレイ210から除去される。次いで、ガスケット205が光撮像装置24の図6の第1の側面90から除去される。
本発明の一実施形態において、図5に示す部分組立体150は、中間イメージングプレート面35及び接触パッド32をまた覆うラミネーション層22を示す。中間イメージングプレート面35及び接触パッド32を覆うラミネーション層22は、酸素(又は他の適当なガス)内でのプラズマエッチングにより除去される。若しくは、中間イメージングプレート面35及び接触パッド32を覆うラミネーション層22は、シンチレータ26をエッチングマスクとして使用することにより、エキシマーレーザーアブレーションによって除去される。図3の表の欄5には、それぞれのラミネーション材料に対する指定のエッチング方法が示されている。中間イメージングプレート面35及び接触パッド32を覆うラミネーション層22を除去した後に得られる部分組立体150を図6に示す。
図7を参照すると、典型的にはエポキシのビーズが、中間イメージングプレート面35上に配置された接着リング46を形成する。カバープレート44は、接着リング46により中間イメージングプレート面35に結合され、該カバープレート44がシンチレータの第2の面42に近接(約25ミクロン乃至約50ミクロン)するか、又は接触するようにする。
図1の気密シール80は、シンチレータ26、ラミネーション層22、及び撮像装置アレイ30に対して周囲湿度からの保護をもたらす。
図8、9、及び10は、図1の放射線イメージングシステム20を形成するための別の実施形態による一連の段階を示す。本発明の一実施形態において、図8のラミネーション層22は、アニソール中に約15重量%乃至20重量%の量のUltem(商標)/Benzoflex S−552のような溶液から形成される。
図8を参照すると、ラミネーション層22は、例えばスピンコーティング、スプレーコーティング、又はメニスカスコーティングによりシンチレータ26上に配置され、該ラミネーション層がシンチレータの第1の側面40を覆うようにする。
次に、必要に応じてシンチレータ26及びラミネーション層22をソフトベークして、ラミネーション層22から余分な溶剤を除去する。ソフトベーク処理は、図3の表の欄1のそれぞれのラミネーション材料に対して欄3で指定した溶剤除去の温度及び時間に従って実行される。このソフトベーク処理段階は、シンチレータ26及びラミネーション層22を光撮像装置24上に配置する前に完了される。
図9を参照すると、ラミネーション層22は、該シンチレータ26が撮像装置アレイ30を覆うように光撮像装置上に配置される。図9に示すように、部分組立体150は、シンチレータ26とラミネーション層22と光撮像装置24とを含む。
部分組立体150の接合及び光撮像装置24の第1の側面90からのガスケット205の除去は、上述のように行われる。
本発明のこの実施形態は、中間イメージングプレート面35及び接触パッド32を覆うラミネーション層22の除去を必要としない。これにより、中間イメージングプレート面35及び接触パッド32からラミネーション層22を除去する段階を行うことなく、カバープレート44を中間イメージングプレート面35に結合することが可能になる。
図10を参照すると、典型的にはエポキシのビーズが、中間イメージングプレート面35上に配置された接着リング46を形成する。カバープレート44は、接着リング46により中間イメージングプレート面35に結合され、該カバープレート44がシンチレータの第2の面42に近接(約25ミクロン乃至約50ミクロン)するか、又は接触するようにする。
図1の気密シール80は、シンチレータ26、ラミネーション層22、及び撮像装置アレイ30に対して周囲湿度からの保護をもたらす。
更に別の実施形態によれば、ラミネーション層22は、図11の第1のラミネーション層部分61と図11の第2のラミネーション層部分62とを含む。第2のラミネーション層部分62は、例えばスピンコーティング、スプレーコーティング、又はメニスカスコーティングによりシンチレータ26上に配置され、第2のラミネーション層部分62が約5ミクロンの厚さでシンチレータの第1の側面40を覆うようする。第1のラミネーション層部分61は、例えばスピンコーティング、スプレーコーティング、又はメニスカスコーティングにより光撮像装置24の撮像装置アレイ30上に配置され、第1のラミネーション層部分61が約5ミクロンの厚さになるようにする。第2のラミネーション層部分62と一体となったシンチレータ26と第2のラミネーション層部分62と一体となった光撮像装置24の両方は、次いで必要に応じてソフトベークされ、図3の表の欄3に規定された溶剤除去の温度及び時間に従って余分な溶剤が除去される。次に、図11の第2のラミネーション層部分62は、図11の第1の境界面75において第1のラミネーション層部分61上に配置されて、ラミネーション層22を形成し、シンチレータ26が撮像装置アレイ30を覆うようにする。ラミネーション層22は、シンチレータの第1の面40と撮像装置アレイ30との間に配置される。シンチレータ26、ラミネーション層22、及び光撮像装置24は、部分組立体150を構成する。
本発明の一実施形態において、第1のラミネーション層部分61は、上述のように光撮像装置24上に配置され、第1のラミネーション層部分61が強制的に撮像装置アレイ30上にだけ配置されるようにする。
図11を参照すると、典型的にはエポキシのビーズが、中間イメージングプレート面35上に配置された接着リング46を形成する。カバープレート44は、接着リング46により中間イメージングプレート面35に結合され、カバープレート44がシンチレータの第2の面42に近接(約25ミクロン乃至約50ミクロン)するか、又は接触するようにする。
図1の気密シール80は、シンチレータ26、ラミネーション層22、及び撮像装置アレイ30に対して周囲湿度からの保護をもたらす。
本発明の別の実施形態において、ヒータ220が部分組立体150を接合温度まで加熱する前に、下部チャンバ400が真空状態にある時、上部真空連結器250を介して図2の上部チャンバ100を真空状態にすることができる。次に約13kPa(100mmHg)より大きくない絶対圧力が、上部真空連結器250及び下部真空連結器230をそれぞれ介して上部チャンバ100内及び下部チャンバ400内の両方に確立される。下部チャンバ400内の真空が約13kPa(100mmHg)より大きくない絶対圧力に到達すると、ヒータ220は、部分組立体150を加熱する。部分組立体150が接合温度に達すると、上部チャンバ100は、不活性ガス連結器240を介して約170kPa(10psig)と約377kPa(40psig)の間の絶対圧力範囲に加圧される。上部チャンバ100及び下部チャンバ400内の接合圧力及び部分組立体150の接合温度は、図3の表の欄4に指定された持続時間の間維持される。
図1の放射線イメージングシステム20を製造するための上述の方法及び材料は、大形撮像装置、すなわち約100cm2より大きい撮像装置のために改善された光学品質をもたらすと考えられる。この光学品質の改善の一領域は、シンチレータ26と撮像装置アレイ30との間の光学結合の改善である。更に、ラミネーション層22内における吸光物質の存在は、シンチレータ26からの信号を飽和状態よりも小さくし、信号対ノイズ比を改善する。これに加えて、ラミネーション層22は、光の横方向への拡散を低減し、これが画像の品質を更に改善する。
大形撮像装置の改善された光学品質は、2つの定量的な測定値を用いて求められる。第1の定量測定値は、光の拡散度を表す変調伝達関数(MTF)を決定する。第2の定量測定値は、MTFとノイズ項の両方を含む検出量子効率であり、従って該検出量子効率は、画像検出能の信号対ノイズ比を反映したものである。放射線イメージングシステム20は、信号対ノイズ比を低減することなく、及び例えばシンチレータ26がより低いシンチレーション効率を有することを必要とすることなく、システムが過度飽和状態になる可能性を低減すると考えられる。
本発明のラミネーション層22は、低エネルギーと高エネルギーの両方の放射線イメージングシステムでの使用に容易に適合させることができる。本発明の放射線イメージングシステム20はまた、高エネルギーX線撮影システム、又はコンピュータ断層イメージングシステムのいずれかで使用するのに好適である。
本発明の別の利点は、作動中にシンチレータ26及び撮像装置アレイ30を外部で固定することを必要としないことから、機械的な堅牢さが向上することである。
本発明の様々な実施形態に関する以上の説明から、本発明の各目的が達成されたことは明らかである。本発明を詳細に説明し図示してきたが、これは例証及び実施例として意図するものであり、本発明を限定するためと解釈すべきではないことは明確に理解されるべきである。従って、本発明の精神及び範囲は、添付請求項によってのみ限定されるべきである。
本発明の一実施形態による放射線イメージングシステムの側面図。 部分組立体を支持する接合取付具の側面図。 ラミネーション層の代替の材料を示す表。 本発明の一実施形態による図1に示す放射線イメージングシステムを製造する一連の工程。 本発明の一実施形態による図1に示す放射線イメージングシステムを製造する一連の工程。 本発明の一実施形態による図1に示す放射線イメージングシステムを製造する一連の工程。 本発明の一実施形態による図1に示す放射線イメージングシステムを製造する一連の工程。 本発明の別の実施形態による図1に示す放射線イメージングシステムを製造する一連の工程。 本発明の別の実施形態による図1に示す放射線イメージングシステムを製造する一連の工程。 本発明の別の実施形態による図1に示す放射線イメージングシステムを製造する一連の工程。 本発明の更に別の実施形態による、ラミネーション層が第1及び第2のラミネーション層部分を含む放射線イメージングシステムの側面図。
符号の説明
20 放射線イメージングシステム
22 ラミネーション層
24 光撮像装置
26 シンチレータ
28 撮像装置基板
30 撮像装置アレイ
32 接触パッド
44 カバープレート
46 接着リング
80 気密シール
100 上部チャンバ
150 部分組立体
200 固定具カバー
205 ガスケット
206 ブラダ
208 真空トレイ通気スリット
209 ガスケット通気スリット
210 真空トレイ
215 上部基台
220 ヒータ
225 下部基台
230 下部真空連結器
240 不活性ガス連結器
250 上部真空連結器
260 通気連結器
290 周縁部シール
400 下部チャンバ
500 接合取付具

Claims (9)

  1. シンチレータ(26)と、
    撮像装置アレイ(30)と、
    接合及び光学結合を形成するために前記シンチレータ(26)と前記撮像装置アレイ(30)との間に配置され、吸光物質を含む5ミクロン乃至25ミクロンの範囲の厚さを有するラミネーション材料を含むラミネーション層(22)と、
    を備え、
    前記吸光物質は前記ラミネーション材料中に添加され、
    前記ラミネーション材料は、所定の接合温度まで加熱された時に前記撮像装置アレイ(30)と前記シンチレータの第1の面(40)の両方に接合する接着剤を含み、
    前記ラミネーション層(22)が、180℃より低いガラス転移温度(Tg)を有する可塑化されたポリエーテルイミド熱可塑性ポリマー類から成り、
    前記可塑化されたポリエーテルイミド熱可塑性ポリマー類が、ポリエーテルイミドとペンタエリスリトールテトラベンゾエートとの混合物を更に含み、該混合物が、60重量%乃至95重量%の範囲のポリエーテルイミドと5重量%乃至40重量%の範囲のペンタエリスリトールテトラベンゾエートを有することを特徴とする、放射線イメージングシステム(20)。
  2. 前記ラミネーション層(22)が更に前記ラミネーション材料を少なくとも90%含むことを特徴とする請求項1に記載の放射線イメージングシステム(20)。
  3. 前記シンチレータ(26)、前記ラミネーション層(22)、及び前記撮像装置アレイ(30)に対して周囲湿度からの保護をもたらすために配置された気密シール(80)を更に含む請求項1又は2に記載の放射線イメージングシステム(20)。
  4. 前記シンチレータ(26)が、実質的に光学反射性であるシンチレータの第2の面(42)を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の放射線イメージングシステム(20)。
  5. 前記ラミネーション層(22)が、ジアミノアントラキノン(DAA)と1−メチルアミノ−4−ジヒドロキシアントラキノン(DHA)とから成る群から選ばれるアントラキノン系染料、サブミクロンの炭素粉末及びアゾ系染料類から成る群から選択された吸光物質を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の放射線イメージングシステム(20)。
  6. 前記ラミネーション層(22)が、前記ラミネーション材料中に0.5重量%乃至5重量%の吸光物質を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の放射線イメージングシステム(20)。
  7. 前記シンチレータ(26)が、500ミクロンと25000ミクロンの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の放射線イメージングシステム(20)。
  8. 前記シンチレータ(26)が、実質的に柱状構造を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の放射線イメージングシステム(20)。
  9. 前記シンチレータ(26)が、光ファイバ型シンチレータ(FOS)であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の放射線イメージングシステム(20)。
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