KR20110065369A - 디지털 방사선 검출기 및 디지털 방사선 검출기 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
디지털 방사선 검출기는 접합제 조성물내에 분산된 미립자 형광체를 갖는 신틸레이터 요소를 구비하며, 접합제 조성물은 감압성 접착제이며, 미립자 형광체는 입사하는 방사선의 레벨에 대응하는 광을 방출한다. 광센서의 어레이가 제공되며, 이 어레이내의 각 광센서는 수신된 방출 광의 레벨을 표시하는 출력 신호를 제공하도록 에너자이징 가능하다. 신틸레이터 요소는, 광센서의 어레이, 또는 광센서의 어레이로 광을 안내하는 광섬유의 어레이와 직접 그리고 광학 접촉으로 접착된다. 하나의 장치에서, 신틸레이터 요소는 방사선 감지 요소이며, 미립자 물질은, 제 1 에너지 레벨의 방사선 수신시에, 동시에, 또는 제 3 에너지 레벨의 자극 에너지에 응답하여 제 2 에너지 레벨의 방사선을 방출하도록 여기 가능하다. 광센서의 어레이가 제공되며, 이 어레이내의 각 광센서는 수신된 제 2 에너지 레벨의 방출된 방사선의 레벨을 표시하는 출력 신호를 제공하도록 에너자이징 가능하다.
Description
본 발명은 일반적으로 디지털 방사선의 분야에 관한 것이며, 특히 광센서 어레이에 결합된 신틸레이터/방사선 감지 요소 층을 갖는 개선된 디지털 방사선 검출기에 관한 것이다.
간접 타입의 전형적인 디지털 방사선촬영에서, 형광체 층 또는 신틸레이터라고 하는 방사선 감지 물질은 입사하는 x-레이를 가시 광선으로 변환하며, 다음에 이 가시 광선은 광 강도 정보를 대응하는 전자 이미지 신호로 변환하는 광센서 어레이에 의해 검출된다. 중간 광섬유 요소는 형광체 층으로부터 광센서 어레이까지 광을 보내는데 사용될 수 있다.
도 1의 사시도는 간접 타입의 디지털 방사선(digital radiography : DR) 검출기(10)의 작은 에지 부분의 부분 절단도이다. 신틸레이팅 물질로 형성된 형광체 층(12)은 가시 광선을 생성함으로써 입사하는 x-레이 방사선에 응답하고, 이것은 다음에 검출기 어레이(20)에 의해 검출된다. 선택적인 광섬유 어레이는 형광체 층(12)으로부터의 광을 검출기 어레이(20)쪽으로 지향시키기 위해 제공될 수 있다. 검출기 어레이(20)는 수천개의 방사선 감지 픽셀(24)을 갖는 2차원 어레이를 구비하며, 상기 픽셀은 열 및 행의 매트릭스로 배치되며, 판독 요소(25)에 연결되어 있다. 확대부(E)로 도시된 바와 같이, 각 픽셀(24)은 하나 또는 그 이상의 광센서(22)를 구비하며, 몇몇 타입의 관련 스위치 요소(26)를 포함한다. 패널로부터의 이미지 정보를 판독하기 위해서, 픽셀(24)의 각 열은 순차적으로 선택되며, 각 행내의 대응하는 픽셀은 충전 증폭기(도시하지 않음)에 그 턴에서 연결되어 있다. 다음에, 각 행으로부터의 충전 증폭기의 출력은 디지털화 이미지 정보를 생성하는 다른 회로로 보내지고, 다음에 결과적인 저장 및 디스플레이를 위한 필요에 따라 저장 및 적당히 처리된다.
도 1에 도시된 바와 같이 배치된 부품을 이용하는 간접 DR 이미징은 높은 레벨의 이미지 품질을 갖는 개선된 진단 이미징 성능을 제공하는 가능성을 나타낸다. 그러나, 몇몇 단점이 있다. 신틸레이팅 형광체 층 물질이 넓은 범위의 각도에 걸쳐서 광을 방출함으로써 입사하는 x-레이 방사선에 응답하기 때문에, 간접 검출 프로세스에서 몇몇의 고유 양의 분산이 있다. 형광체로부터 방출된 가시 광선이 그 본래의 점으로부터 분산될 때, 이미지 선명도는 악화된다. 광센서에 의해 검출되기 전에 방출된 광이 더욱 분산되면 될수록, 광선 및 선명도의 손실은 더욱 크게 된다. 형광체 층과 그 대응하는 광검출기 어레이 사이의 임의의 갭 타입은 광이 분산되게 하며, 그 결과 이미지 품질의 손실을 야기시킨다. 이러한 이유 때문에, 형광체 층(12)을 광검출기(검출기 어레이(20))에 가능한 한 근접시켜서 위치시키는 것이 바람직할 수 있다.
퍼짐 및 산란으로부터의 손실에 추가해서, 몇몇 광의 다른 손실은 회절로 인해 발생될 수 있는데, 예를 들면 광이 보다 낮은 굴절률을 갖는 물질로 인터페이스를 횡단한다. 형광체 층을 향해 리턴되는 반사된 광은 다시 형광체에 의해 반사될 수 있으며, 그 원점으로부터 더 먼 위치에서 광센서로 이동될 수 있으며, 그에 따라 이미지의 선명도가 더 악화된다. 이러한 형태의 효과는 광의 손실, 신호 혼선 및 관련 영향으로 인해서 이미지 형성의 전체 광학 효율을 감소시키며, 이미지 품질을 악화시키는 경향이 있다.
방사선촬영에서 x-레이를 가시 광선으로 변환하기 위해 사용된 형광체 층은 2개의 방법중 하나에 의해 통상적으로 제조된다. 하나의 방법은 접합제로 형광체의 미립자를 혼합시키고 그리고 통상적으로 혼합물을 캐리어 필름상에 코팅함으로써 이러한 혼합물을 시트로 형성하는 것이다. 다른 방법은 형광체를 시트 기판상으로 증발시켜서, 니들형 구조체를 형성하는 것이다. 양 방법에서, 형광체 층은 물리적 및 화학적 손상을 방지하도록 보호 코팅으로 커버되어 있다.
도 2의 측단면도는 종래의 디지털 검출기(10)의 층형 배치를 도시하는 것이며, 접착제가 통상적으로 사용되는 것을 도시하고 있다. 전형적으로, 형광체 층(12)은 기판(14)상에 마련되며, 선택적으로 광섬유 어레이(52)에 고정되며, 상기 광섬유 어레이(52)는 검출기 어레이(20)에 고정 그리고 선택적으로 커플링된다. 접착제 층(28)은 검출기 어레이(20)와 광섬유 어레이(52) 사이에 그리고 광섬유 어레이(52)와 형광체 층(12) 사이에 마련된다. 종래의 실시에 있어서, 또한 기판(14)은 도시된 바와 같이 추가의 부품을 지지할 수 있으며, 누설 광을 흡수하기 위한 카본-착색된 블랙 층과, 산란된 광의 일부분을 형광체 층(12)을 통해 다시 반사키기 위한 착색된 화이트 층을 포함한다.
신틸레이터 스크린과 검출기 사이의 광적 커플링을 개선하기 위해 사용된 방법중에는 하기와 같은 것이 있으며, 도 3a 내지 도 3f에 개략적으로 도시되어 있다.
(ⅰ) 형광체 층과 검출기 어레이 사이에 연속적으로 압력을 가하며, 이에 의해 이들 조립체 사이에 물리적인 접촉을 유지한다. 도 3a에 화살표로 도시된 이러한 형태의 해결책은 검출기의 전체 표면을 가로질러 유지하는 것이 어려울 수 있다. 또한, 기계적인 클램핑 또는 억제 장치가 이용되어 형광체 층과 형광체 어레이 사이에 광학 접촉을 유지한다면, 디지털 방사선 센서를 얇게 만드는 것이 어렵다. 광학 접촉의 균일성이 필수적이다. 공기 갭이 발생되는 경우, 광 투과 및 공간 해상도(MTF)는 상당히 악화된다.
(ⅱ) 형광체 물질을 검출기 어레이(20)의 포토다이오드 어레이상에 직접 부착한다. 도 3b는 신틸레이터 어레이(20)를 형성하기 위한 부착 장치(50)를 도시하는 것이다. 이러한 방법은 물리적인 접촉을 보장하며, 그에 따라 양호한 광학 접촉을 보장한다. 그러나, 이러한 타입의 처리는 복잡할 수 있으며, 포토다이오드 어레이에 손상의 위험이 있으며, 매우 고가일 수 있다. 검출기 어레이(20)는 비싼 장치이며, 물질의 부착 또는 코팅을 위한 "기판"으로서 사용하기에는 비실용적이다. 또한, 부착의 균일성이 방해되며, 이러한 타입의 해결책은 바람직하지 못하다.
(ⅲ) 도 3c에 도시된 바와 같이 검출기 어레이(20)와 형광체 층(12) 사이에 광섬유 플레이트 또는 타일이라고도 하는 광섬유 어레이(52)를 사용하는 것이다. 어레이(52)는, 각각 직경이 몇 마이크로미터이며 서로 나란하게 접착된 수천개의 광학 유리 섬유(54)로 구성되는 광학 장치이다. 각 광섬유는 광 통로로서 작용한다. 방사선 이미지로부터의 광은 각 섬유(54)를 통해서 형광체 층(12)으로부터 검출기 어레이(20)의 포토다이오드 어레이로 전달된다. 전형적인 광섬유 어레이는 두께가 약 3㎜이다. 형광체 층(12)은 광섬유 어레이(52)의 하나의 표면상에 배치되며, 광섬유 어레이(52)의 다른 표면은 검출기 어레이(20)에 대해서 가압된다. 광섬유 어레이는 고해상도 이미지를 제공하며, Complimentary Metal-Oxide Semiconductor(CMOS) 및 Charged-Coupled Device(CCD) 광센서 장치의 몇몇 타입은 높은 방사선 레벨로부터 광센서의 보호의 수단을 제공하는데 유용할 수 있다. 그러나, 이것은 광 손실(약 37%)의 희생이 있다. 광섬유 어레이 투과율은 0.55㎛의 파장에서 램버시안 광(Lambertian light)에 대해서 약 63%이다. 또한, 공기 갭(44)은 광섬유 어레이(52)의 양 표면상에 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 해결책은 (ⅰ)에 설명되고 도 3a에 도시된 문제점이 발생된다.
(ⅳ) 광섬유 면판상에 형광체 층을 직접 부착시킨다. 도 3d는 이러한 하이브리드 해결책을 도시한 것이다. 이러한 해결책은 형광체 층(12)과 광섬유 어레이(52) 사이의 공기 갭(44)을 감소 또는 제거하지만; 광섬유 어레이(52)의 다른 표면에서 공기 갭 문제가 여전히 남아 있다. 또한, 이러한 해결책은 (ⅲ)에서와 같이 보다 낮은 투과도가 야기된다.
(ⅴ) 도 3e에 도시된 바와 같이, (ⅳ)에서와 같이 광섬유 면판상에 형광체 층을 직접 부착시키고, 코팅된 광섬유 어레이(52)와 검출기 어레이(20) 사이에 광학 접착제(56)를 도포한다. 방법 (ⅲ) 및 (ⅳ)에서와 같이, 이러한 방법은 광섬유 면판, 광섬유 어레이(52)에 의해 야기되는 고유의 보다 낮은 투과도가 야기된다.
(ⅵ) 도 3f에서와 같이, 형광체 층(12)과 검출기 어레이(20) 사이에 종래의 광학적으로 투명한 중합체 층(58)을 삽입한다. 이러한 목적을 위해 사용된 이러한 광학 중합체 물질은 유체, 겔, 열가소성 물질 또는 접착제의 형태일 수 있다. 이들 광학 중합체 각각은 수반되는 문제점을 갖고 있다. 광학 유체는 도포하기가 가장 편리하다. 그러나, 적용되는 유체는 봉쇄가 요구되거나, 밀봉되지 않는다면 광학 인터페이스로부터 달리 유출되는 경향이 있다. 광학 겔은 이동되지 않으며, 봉쇄 시일이 요구되지 않는다. 그러나, 이들은 치수적 강성을 제공하기에는 너무 연하며, 오랜기간 노출시 또는 높은 온도에서 팽창될 것이다.
광학 열가소성 물질(예를 들면 엘라스토머 및 수지)은, 경화될 때 몇몇 치수적 강성을 제공하는 연한 플라스틱을 포함한다. 그러나, 경화시키기 위한 추가의 열적 또는 방사선 처리가 일반적으로 요구되며, 이러한 처리는 검출기 어레이(20)의 전자 부품에 위험할 수 있다. 광학 접착제는 광학 겔과 유사한 문제점을 나타낸다. 또한, 형광체 층과 검출기 어레이 사이에 균일한 두께의 접착제를 도포하는 것이 어렵다. 발명의 명칭이 "방사선 검출 장치 및 그 제조 방법"인 요시다 등의 미국 특허 제 5,506,409 호에 제안된 이러한 문제점의 하나의 해결책은 적당한 접착제 두께를 보장하도록 구형 스페이서를 사용하는 것이다. 그러나, 이것은 불규칙한 스페이서 분포의 일부 복잡성 및 위험성과 함께 적절한 접착을 위한 많은 수의 추가 단계를 필요로 한다.
디지털 방사선 검출기를 구성하는 다른 방법은 광섬유 요소 또는 광센서에 형광체 층을 직접 고정시키는 것이다. 이러한 경우에, 형광체 층과 광섬유 어레이 또는 광센서 사이에 접착제의 개재하는 층이 있다. 따라서, 형광체는 광섬유 요소에 또는 광센서에 선택적으로 결합될 수 있으며, 그에 따라 스크린 표면에서 반사 및 굴절된 광의 양을 감소시킨다. 이러한 방법은 예를 들면 발명의 명칭이 "신틸레이터와 스크린 사이의 광학 커플링을 위한 감압성 접착제를 갖는 디지털 방사선 패널 및 제조 방법"이며, 미국 특허 공개 제 US 2009/0261259 호로서 공개된 입(Yip)의 미국 특허 출원 제 12/104,780 호에 제안되어 있다. 반사로 인한 손실의 경향을 감소시키기 위해서, 미국 특허 출원 제 12/104,780 호의 개시내용은 형광체 층과 광센서 사이에 중간 감압성 접착제 물질을 이용하고 그리고 감압성 물질의 굴절률을 형광체 층의 굴절률 및 광센서 어레이의 굴절률과 일치시키는 것이다. 이러한 방법은, 상대적으로 큰 이미징 영역을 가지며 광섬유 어레이가 사용되지 않는 장점이 있는 강성 편판 패널 검출기를 개선하는 수단을 제공할 수 있다. 그러나, 이러한 방법은, 낮은 프로파일 검출기가 가장 바람직하고 그리고 높은 이마지 선명도가 필요한 치과 이미징을 위한 이미지 검출기의 조건에는 적합하지 않다. 또한, 광 경로에서 중간 물질을 사용하는 것은 보다 가요성의 검출기 물질이 보다 바람직한 분야에서는 바람직하지 않을 수 있다. 또한, 굴절률이 인터페이스에서 물질에 근접하게 부합할 때조차도, 임의의 개재 접착제 층은, 광이 그 위에 분산되는 형광체 층대 검출기 거리를 증가시킨다. 따라서, 선명도 악화는 이러한 해결책에서 더욱 야기된다.
따라서, 인트라 오랄 이미징에 적합하며 형광체 어레이와 형광체 층 사이에 광학 커플링을 제공하는 디지털 방사선 검출기가 요구되고 있다.
본 발명은 디지털 방사선 검출기를 제공하며, (a) 접합제 조성물내에 분산된 미립자 물질을 포함하는 신틸레이터 요소로서, 상기 접합체 조성물은 감압성 접착제를 포함하며, 미립자 형광체는 입사하는 방사선의 레벨에 대응하는 광을 방출하는, 상기 신틸레이터 요소와; (b) 광센서의 어레이로서, 상기 어레이내의 각 광센서는 수신된 방출된 광의 레벨을 표시하는 출력 신호를 제공하도록 에너자이징 가능한, 상기 광센서의 어레이를 포함하며; 상기 신틸레이터 요소는, 상기 광센서의 어레이나, 또는 광을 광센서의 어레이로 안내하는 광섬유의 어레이에 직접 그리고 광학 접촉으로 접착된다.
본 발명의 특징은, 감압성 접착제의 층내에 매립 또는 떠도는 미립자 형광체 물질을 이용하고, 그에 따라 디지털 방사선 검출기의 신틸레이터 요소와 그 광섬유 어레이, 또는 광섬유 어레이가 사용되지 않는 경우 그 광센서 사이에 광학 접촉을 제공할 수 있다는 것이다.
본 발명의 장점은 광 방사와 광 감지 부품 사이에 개선된 광학 커플링을 제공하고, 별개로 도포된 접착제 층의 필요성을 제거한다는 것이다.
이들 목적은 단지 설명의 예이며, 이러한 목적은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예의 예시일 수 있다. 본 발명에 의해 본래 성취된 다른 바람직한 목적 및 장점은 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 이뤄질 수 있으며 명료하다. 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의해 규정된다.
도 1은 디지털 방사선 검출기 장치의 일부분을 도시하는 부분 절단 사시도,
도 2는 접착식으로 고정된 층의 배치를 도시하는 것으로 종래의 검출기 장치의 단면도,
도 3a 내지 도 3f는 디지털 방사선 센서에서 형광체 층과 광센서 어레이 사이의 광학 커플링을 개선하기 위해 시도되었던 다양한 방법을 도시하는 개략적인 단면도,
도 4는 일 실시예에 따른 결합된 형광체 층을 갖는 디지털 검출기 장치의 단면도,
도 5는 변형 실시예에 따른 광섬유 어레이에 결합된 형광체 층을 갖는 디지털 검출기 장치의 단면도,
도 6은 종래의 검출기대 본 발명에 따라 형성된 검출기의 제형을 비교하는 표,
도 7은 본 발명의 디지털 방사선 검출기를 이용하는 인트라 오랄 검출기를 도시하는 분해 사시도,
도 8은 본 발명의 디지털 방사선 검출기를 이용하는 조립된 인트라 오랄 검출기를 도시하는 사시도.
도 2는 접착식으로 고정된 층의 배치를 도시하는 것으로 종래의 검출기 장치의 단면도,
도 3a 내지 도 3f는 디지털 방사선 센서에서 형광체 층과 광센서 어레이 사이의 광학 커플링을 개선하기 위해 시도되었던 다양한 방법을 도시하는 개략적인 단면도,
도 4는 일 실시예에 따른 결합된 형광체 층을 갖는 디지털 검출기 장치의 단면도,
도 5는 변형 실시예에 따른 광섬유 어레이에 결합된 형광체 층을 갖는 디지털 검출기 장치의 단면도,
도 6은 종래의 검출기대 본 발명에 따라 형성된 검출기의 제형을 비교하는 표,
도 7은 본 발명의 디지털 방사선 검출기를 이용하는 인트라 오랄 검출기를 도시하는 분해 사시도,
도 8은 본 발명의 디지털 방사선 검출기를 이용하는 조립된 인트라 오랄 검출기를 도시하는 사시도.
본 발명의 상술한 목적 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면에 도시된 본 발명의 실시예의 하기 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이다. 도면의 구성요소는 반드시 서로 상대적인 크기로 되어 있는 것은 아니다.
동일한 도면부호는 몇몇 도면의 각각에서 구조체의 동일한 요소를 가리키고 있는 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 하기에 기술된다.
본 발명의 설명에 있어서, 용어 "광학 접촉(optical contact)"은 광학 기술분야에 숙련된 자들이 이해할 수 있는 바와 같은 종래의 의미를 갖고 있다. 광 경로를 따른 2개의 표면 사이의 광학 접촉은 2개의 표면 사이에서의 "기밀(airtight)" 물리적 및 광학 접촉으로 되는 것으로 간주된다. 종래의 비접착식 광학 접촉에서, 2개의 표면은 개재하는 시멘트 또는 접착제가 없는 친밀한 물리적 접촉하고 있다.
본 발명의 설명에 있어서, 용어 "신틸레이터(scintillator)", "신틸레이터 층(scintillator layer)", "신틸레이터 요소(scintillator element)", 및 "형광체 층(phosphor layer)"은 서로 교환가능하며, 각각 디지털 방사선 검출기의 부품을 가리키며, 이 디지털 방사선 검출기는, 소정 레벨의 방사선을 수신할 시에, 광센서 어레이에 의해 수신되고 그리고 디지털 이미지 데이터를 형성하도록 사용되는 대응하는 레벨의 가시 광선을 방출한다.
본 발명의 장치 및 방법은 광섬유 층에 또는 검출기 어레이에 직접 형광체 층을 접착하는 개재하는 접착체 층을 제거함으로써 개선된 디지털 방사선 검출기를 제공한다. 본 발명의 방법을 이용하면, 형광체 층은 그 인접한 표면에 직접 접착되어, 광학 접촉을 제공하고 그리고 광의 산란 또는 퍼짐을 감소시키고, 그에 따라 픽셀 사이의 결과적인 혼선을 감소시킨다.
덴탈 이미징 및 관련 분야에서 사용하기 위해서, 상대적으로 높은 해상도 이미징이 요구된다. 이것을 성취하기 위해서, 형광체 물질의 상대적으로 얇은 층이 이용되며, 각 검출기와의 양호한 광학 커플링이 필요하다. 이러한 장치는 광센서 회로의 방사선 손상의 경향을 감소시키는데 이점이 있기 때문에, 광섬유 어레이 요소가 일반적으로 사용된다.
신틸레이터 요소로서, 본 발명의 실시예는 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이 간섭하는 접착제 층이 필요없이 광센서 층에 또는 선택적으로 광섬유 어레이에 직접 접착시키기 위해 제형 형광체 층을 이용한다. 도 4를 참조하면, 디지털 방사선 검출기(100)는 검출기 어레이(20)에 직접 접착된 형광체 층 또는 신틸레이터 요소(30)를 구비하며, 검출기 어레이(20)에서 광센서와 광학 접촉되어 있다.
또한, 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에서 기판(14)의 일부분으로서 고려될 수 있는 예시적인 지지 층을 도시한 것이다. 베이스 플레이트(32)는 광 누출을 흡수하고 그리고 산란 효과를 감소시키기 위한 카본-착색한 블랙 층을 위한 지지하는 표면을 제공한다. 블랙 층(34)은 착색한 화이트 층(36)상에 중첩된다. 화이트 층(36)은 신틸레이터 요소(30)를 통해 산란 광의 일부분을 다시 반사한다. 도 5의 변형 실시예에서, 신틸레이터 요소(30)는 광섬유 어레이(52)에 직접 접착되고, 광섬유 어레이(52)의 표면과 광학 접촉되어 있다.
신틸레이터 요소(30)는 접착제내에 분산된 미립자 형광체를 포함한다. 형광체 자체는 일 실시예에서 가돌리늄 옥사이드 형광체(gadolinium oxide phosphor) GOS:Tb이다. 일반적으로, 사용된 형광체는, 이미징 작업에 적합한 에너지의 X-레이를 검출기 어레이(20)의 광센서에 의해 감지하고 그리고 선택적으로 광섬유 요소에 의해 검출기 어레이(20)로 전달하기에 적합한 에너지의 가시 광선으로 변환하는 임의의 미립자 물질일 수 있다. 신틸레이터(30)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 선택적인 캐리어 또는 배킹 층으로서 작용하는 지지하는 물질(14)을 구비할 수 있다.
신틸레이터 요소(30)는, 형광체 미립자, 접착제 및 솔벤트의 디스퍼션(dispersion)을 제조하는 단계와, 이러한 디스퍼션을 임의의 적당한 코팅 방법에 의해 기판(14)의 캐리어 층에 균일한 두께의 층으로 도포하는 단계와, 도포된 디스퍼션을 건조시키는 단계에 의해 형성될 수 있다. 기판(14)에 형성된 후에 형광체 층의 표면에 임시 보호 필름이 도포되어 형광체 층이 오염되지 않게 할 수 있다. 다음에, 이러한 임시 필름은 광센서 어레이에 신틸레이터 요소(30)를 접착시키기 전에 제거된다.
비교 예
도 6에 도시된 표는 종래의 형광체:접합제 조성물(예 A, B, C, D)을 본 발명(예 E)에 사용된 제형을 비교하는 것으로 다수의 상이한 DR 검출기 실시예에 대한 제형 및 결과를 도시하는 것이다.
예들에 대한 형광체 층은 하기와 같이 제조된다. 예 A 내지 D는 전형적으로 약 27:1인 종래의 접합제:미립자 비율로 전형적인 폴리우레탄 접합제내에 GOS:Tb 형광체 입자를 분산시킴으로써 제조된다. 이러한 혼합물은 3.2g/dm2의 코팅 중량으로 캐리어 필름상에 나이프 블레이드에 의해 코팅된다. 추가로, 13㎛ 두께의 보호 층(13)은 예 B 및 D에 있어서 형광체 층상에 코팅된다. 예 A 및 B에 있어서, 형광체 층과 광검출기 층 사이에 접촉을 유지하도록 압력이 가해지지만, 광학 접촉은 이뤄지지 않는다. 예 C 및 D에 있어서, 광을 광검출기 어레이로 지향시키기 위해 형광체 시트와 광섬유 어레이 사이에 접착제가 도포된다. 이러한 방법에 의해 상대적으로 양호한 광학 커플링이 이뤄지지만, 상술한 바와 같이 광학 접촉은 이뤄지지 않는다.
예 E는 본 발명에 따라 제조되며, 9:1(명목상)의 접합제:미립자 비율로 접합제로서 감압성 접착제를 이용한다. 예 E의 형광체 층은 접착되기 전에 접착제가 없는 코팅으로 광섬유 요소에 직접 접착된다. 보호 층은 사용되지 않는다.
표 6의 표의 가장 우측 2개 칼럼은 이들 예에서 사용된 각 제형 방법에 대한 성능 결과를 나타낸 것이다. ㎜당 라인 쌍(line pairs : lp)으로 표시된 제한 해상도는, 예 E의 본 발명 실시예가 종래의 제형보다 현저하게 더 나은 결과를 내는 것을 나타낸다. 또한, 예 E의 본 발명 실시예는 예 A의 종래의 검출기의 성능에 대하여 표준화된 상대적인 검출기 응답에 대해서 개선된 성능을 나타낸다.
도 7 및 도 8은 각기 본 발명의 디지털 방사선 검출기를 이용하여 분해된 형태와 조립된 형태로 인트라 오랄 검출기(60)를 도시하는 사시도이다. 디지털 방사선 검출기(100)는 하부 커버(62)와 상부 커버(66) 사이에 지지되며, 케이블(64)로부터의 이미지 데이터를 구하기 위한 접속부를 제공한다. 선택적으로, 무선 인터페이스(도시하지 않음)가 제공될 수 있다. 도시된 와이어형 버전에서, 케이블(64)은 케이블 접속을 보호하기 위해 커넥터(68) 및 시일(70)을 구비한다.
물질 및 제조
다시 도 4를 참조하면, 디지털 방사선 검출기(100)의 기판(14) 및 신틸레이터 요소(30)는 다중 부품을 포함할 수 있다. 베이스 플레이트(32)의 베이스 지지 물질은, 회절이 없이 x-레이를 통과시키고 그리고 사전에 세정될 수 있는 임의의 적당한 물질일 수 있다. 이러한 목적을 위해 사용된 전형적인 물질은 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 또는 유사한 폴리에스터 지지물을 포함한다. 적당한 물질은 약 10밀(mils) 또는 일 인치(0.254밀리미터)의 1/100의 두께의 투명한 폴리에스터이다.
카본-착색된 블랙 층(34)은 광의 통과를 차단하는 균일한 광-흡수 층을 제공하는 임의의 적당한 물질로 형성된다. 일반적으로, 층은 캐스팅 및 층 형성을 위해 카본 블랙과 소량의 중합체로 구성된다. 일 실시예에서, 이러한 중합체는 셀룰로오스 아세테이트이며; 다른 적당한 중합체가 사용될 수 있다. 화이트 층(36)은 형광체로부터의 광을 반사 및 증진시키는 임의의 적당한 물질로 형성된다. 바람직하게, 화이트 층(36)은 이산화티탄, TiO2 염료, 및 셀룰로오스 아세테이트와 같은 중합체로 이루어진 캐스트를 포함한다. 또한, 이산화티탄 입자 둘레에 미소공을 형성하도록 신장된 시중에서 입수가능한 이산화티탄-함유 폴리프로필렌 필름과 같은 가능한 한 미소공을 갖는 이산화티탄을 함유한 필름이 적당할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 신틸레이터용으로 사용된 형광체 층은 입사하는 x-레이에 응답하여 광을 방출하는 공지된 형광체 물질로부터 선택된 접착제 물질의 접합제를 갖는 층으로 형성된 형광체 입자를 포함한다. 적당한 형광체 물질은 예를 들면 루테늄 산황화물 및 가돌리늄 산황화물을 포함한다. 바람직한 물질은 쉽게 입수 가능하고 비용을 고려하여 바람직한 Gd2S2O:Tb를 포함한 테르븀 및 가돌리늄 옥사이드 형광체를 포함한다.
여기에서 사용된 용어 "접합제(binder)"는 형광체 자체가 아닌 신틸레이터 요소(30)의 형광체 층내의 물질을 의미한다. 적당한 양의 접합제가 요구된다. 이러한 접착제 재료가 너무 많으면 구부러지거나 적층될 때 코팅된 층의 폐색을 야기하는 반면에, 너무 적으면 감압성 접착제 밀봉 특성을 감소시켜서 이에 고정되는 표면으로부터 형광체 층의 박리를 야기시킬 수 있다. 접합제는 형광체 입자를 캡슐화하고, 검출기 어레이(20)(도 4)에 또는 선택적으로 광섬유 어레이(52)(도 5)에 적당한 접착을 제공한다. 접합제는 이들 요구조건을 만족해야 한다.
(ⅰ) 가해진 열 및 압력에 밀봉될 수 있지만, 실온에서 접촉시에 끈적이지 않고 그리고 구부러지거나 적층될 때 폐색되지 않는 감압성;
(ⅱ) 선택적으로 투명 및 무색;
(ⅲ) 형광체 입자에 민감성이 없음;
(ⅳ) 코팅 도포를 위해 적어도 적당한 점성; 및
(ⅴ) 대략 -38℉ 근방의 낮은 유리 전이 온도.
형광체 층용 접합제는 폴리에스터 또는 폴리에테르일 수 있다. 바람직하게, 접합제 조성물은 접착제 및 라텍스와 함께 사용하기 위해 공지된 솔벤트에서 100 전체 부분에 의거하여, 아크릴 접착제 라텍스의 약 38 내지 46 부분의 고형물을 포함한다.
본 발명의 바람직한 접합제는 비-교차결합 아크릴 중합체 접착제를 포함하며, 이 접착제는, 그 솔벤트의 증발시에, 형광체 입자 둘레 그리고 형광체 입자 사이에 매트릭스 물질을 형성한다. 적당한 특성을 갖는 하나의 예시적인 아크릴 접착제는 롬 앤드 하스/다우 케미칼, 인크로부터 입수가능한 "Morstik"이다. 다음에, 형광체 입자 및 비-교차결합 접착제의 이러한 층은 적당한 열 및 밀봉 압력하에서 영구 접착을 형성하도록 작동된다.
신틸레이터 요소(30)는 캐스팅이 가능하도록 솔벤트 물질이 제공된 접합제의 혼합물로부터 캐스트된다. 형광체 층을 캐스팅하기 위한 솔벤트는 에틸 아세테이트, 메틸 아세테이트, 아세톤 및 이소프로필 알콜을 포함할 수 있다. 솔벤트는 증발되어 층을 형성한다. 일반적으로, 명목적 9:1의 미립자대 접합제 비율을 제공하도록, 신틸레이터 요소(30)는 형광체의 중량으로 85%와 95% 사이를 함유한다. 임의의 필러를 포함하는 접합제는 건조후에 중량으로 5%와 15% 사이이다. 층에 양호한 접착 특성을 제공할 뿐만 아니라 개선된 이미징을 위해 많은 양의 형광체를 제공할 때, 바람직한 양은 접합제의 중량으로 약 8%와 12% 사이이다.
광섬유 어레이(52)를 위한 광섬유 면판의 제형 및 조립체는 광학 부품 제조 기술분야에 숙련된 자들에게 공지되어 있다. 바람직하게, 광섬유 면판은 1인치(대략 2밀리미터)의 대략 8분의 1의 두께를 갖고 있다. 섬유 직경은 대체로 약 6㎛이다.
광섬유 요소와 접촉되어 있는 광센서 어레이의 조성은 공지되어 있다. 수신된 광에 응답하여 출력 신호를 제공하도록 에너자이징 가능한 광학 센서의 타입은 매트릭스로 배치된 복수의 센서 사이트 도는 포토사이트로 구성된다. 센서 자체는 예를 들면 Charged-Coupled Device(CCD) 또는 Complimentary Metal-Oxide Semiconductor(CMOS) 검출기 또는 몇몇 다른 형태의 광감지 장치일 수 있다. 이러한 하부 회로용의 보호 커버의 몇몇 타입이 전형적으로 제공된다.
일 실시예에서, 디지털 방사선 검출기(100)는 접착제가 없는 광학 접촉을 위해 열 및 압력을 이용하여, 광섬유 어레이(52)에 또는 검출기 어레이(20)에 신틸레이터 요소(30)를 직접 접촉시킴으로써 제조된다. 공기 포켓 또는 보이드를 최소화하기 위해서, 이러한 프로세스는 진공하에서 실시되는 것이 바람직하다.
방사선 감지 요소
다른 장치에서, 신틸레이터 요소는 방사선 감지 요소이다.
이러한 장치에서, 접합제 조성물내에 분산된 미립자 물질을 포함하는 방사선 감지 요소로서, 접합제 조성물은 감압성 접착제를 포함하며, 제 1 에너지 레벨의 방사선을 수신할 시에, 미립자 물질은 동시에 또는 제 3 에너지 레벨의 자극적인 에너지에 응답하여 제 2 에너지 레벨의 방사선을 방출하도록 자극 반응할 수 있는, 상기 방사선 감지 요소와; 광센서의 어레이로서, 어레이내의 각 광센서는 수신된 제 2 레벨의 방출된 방사선의 레벨을 나타내는 출력 신호를 제공하도록 에너자이징 가능한, 상기 광센서의 어레이를 포함하며; 방사선 감지 요소는, 광센서의 어레이 또는 광센서의 어레이로 광을 안내하는 광섬유의 어레이로 직접 또는 이와 광학 접촉으로 접착된다.
본 발명의 특징은 감압성 접착제의 층내에 매립 또는 떠도는 미립자 방사선 감지 물질을 이용하고, 그에 따라 디지털 방사선 검출기의 발광 요소와 그 광섬유 어레이, 또는 광섬유가 사용되지 않는 경우 광센서 사이에 광학 접촉을 제공할 수 있다는 것이다.
본 발명의 설명에 있어서, 용어 "방사선 감지 물질", "신틸레이터", "신틸레이터 층", "신틸레이터 요소" 및 "형광체 층"은 서로 교환가능하며, 각각 디지털 방사선 검출기의 부품을 가리키며, 이 디지털 방사선 검출기는, 소정 레벨의 방사선을 수신할 시에, 보다 낮은 에너지의 대응 방사선을 방출하도록 에너자이징 가능한 방사선 감지 요소로서 작용하며, 상기 보다 낮은 에너지의 강도는 입사 방사선의 강도에 비례한다. 방출된 방사선은 동시에, 또는 광학적, 열적 또는 전기적 에너지에 의한 자극시와 같은 자극시에 방출할 수 있다.
여기에서 사용된 용어 "접합제(binder)"는 형광체 자체가 아닌 방사선 감지 요소(30)의 형광체 층내의 물질을 의미한다.
본 발명의 설명에 있어서, 용어 "디지털 방사선 검출기"는 간접 타입의 디지털 방사선(DR) 검출기 또는 컴퓨터화 방사선(CR) 검출기 양자를 모두 포함하는 것으로 고려되며, 이들 검출기는 외부 여기 또는 자극 에너지의 수신시에 수신된 x-레이 방사선 에너지의 양에 대응하는 광 에너지를 방출하는, 방사선 감지 층에 접착된 광센서의 어레이를 포함한다.
신틸레이터 또는 방사선 감지 요소로서 작용하기 위해서, 본 발명의 실시예는 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이 간섭하는 접착제 층의 필요성이 없이 광센서 어레이에 또는 선택적으로 광섬유 어레이에 직접 접착하도록 제형된 미립자 물질을 포함하는 형광체 층을 이용한다. 도 4를 참조하면, 디지털 방사선 검출기(100)는 형광체 층 또는 신틸레이터 요소와, 방사선 감지 요소(30)를 구비하며, 상기 방사선 감지 요소는 검출기 어레이(20)에 직접 접착되고, 검출기 어레이(20)내의 광센서와 광학 접촉되어 있다.
또한, 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에서 기판(14)의 일부분으로서 고려될 수 있는 예시적인 지지 층을 도시한 것이다. 베이스 플레이트(32)는 광 누설을 흡수하고 그리고 산란 효과를 감소시키기 위해서 카본-착색된 블랙 층을 위한 지지 표면을 제공한다. 블랙 층(34)은 착색된 화이트 층(36)상에 중첩된다. 화이트 층(36)은 산란된 광의 일부분을 방사선 감지 요소(30)를 통해서 다시 반사한다. 도 5의 변형 실시예에서, 방사선 감지 요소(309)는 광섬유 어레이(52)에 직접 접착되며, 광섬유 어레이(52)의 표면과 광학 접촉되어 있다.
방사선 감지 요소(30)는 접착제내에 분산된 미립자 형광체 또는 다른 적당한 무기 방사선 감지 물질을 포함한다. 형광체 자체는 일 실시예에서 가돌리늄 옥사이드 형광체 GOS:Tb이다. 일반적으로, 사용된 형광체는, 이미징 작업에 적합한 에너지의 X-레이를 검출기 어레이(20)의 광센서에 의해 감지하고 그리고 선택적으로 광섬유 요소에 의해 검출기 어레이(20)로 전달하기에 적합한 에너지의 가시 광선으로 변환하는 임의의 미립자 물질일 수 있다. 보다 높은 에너지 x-레이 광을 보다 낮은 에너지 (가시 또는 다른)광으로의 변형은 동시에, 또는 광학적, 열적, 전기적 또는 다른 형태의 제 3 에너지 레벨을 가할 수 있는 외부 공급원으로부터의 자극 에너지에 응답할 수 있다. 방사선 감지 요소(30)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 선택적인 캐리어 또는 배킹 층으로서 작용하는 지지하는 물질(14)을 구비할 수 있다.
방사선 감지 요소(30)는, 형광체 미립자, 접착제 및 솔벤트의 디스퍼션(dispersion)을 제조하는 단계와, 이러한 디스퍼션을 임의의 적당한 코팅 방법에 의해 기판(14)의 캐리어 층에 균일한 두께의 층으로 도포하는 단계와, 도포된 디스퍼션을 건조시키는 단계에 의해 형성될 수 있다. 기판(14)에 형성된 후에 형광체 층의 표면에 임시 보호 필름이 도포되어 형광체 층이 오염되지 않게 할 수 있다. 다음에, 이러한 임시 필름은 광센서 어레이에 방사선 감지 요소(30)를 접착시키기 전에 제거된다.
본 발명은 현재 바람직한 실시예를 특히 참조하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 정신 및 영역을 벗어남이 없이 변경 및 변형이 실행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 현재 개시된 실시예는 설명하고자 하는 모든 실시형태로 고려되며, 제한하는 것이 아니다. 본 발명의 영역은 첨부된 특허청구범위에 표시되어 있으며, 특허청구범위 및 그 등가물의 범위내에 있는 모든 수정은 본 발명의 범위내에 있는 것으로 간주된다.
1 : DR 검출기 2 : 형광체 층
14 : 기판 20 : 검출기 어레이
22 : 광센서 24 : 픽셀
26 : 판독 요소 28 : 접착제 층
30 : 신틸레이터 요소 또는 방사선 감지 요소
32 : 베이스 플레이트 34 : 블랙 층
36 : 화이트 층 40 : 공기 갭
50 : 부착 장치 52 : 광섬유 어레이
54 : 광섬유 56 : 광학 접착제
58 : 중합체 층 60 : 인트라 오랄 검출기
62 : 하부 커버 64 : 케이블
66 : 상부 커버 68 : 커넥터
70 : 시일 100 : 디지털 방사선 검출기
14 : 기판 20 : 검출기 어레이
22 : 광센서 24 : 픽셀
26 : 판독 요소 28 : 접착제 층
30 : 신틸레이터 요소 또는 방사선 감지 요소
32 : 베이스 플레이트 34 : 블랙 층
36 : 화이트 층 40 : 공기 갭
50 : 부착 장치 52 : 광섬유 어레이
54 : 광섬유 56 : 광학 접착제
58 : 중합체 층 60 : 인트라 오랄 검출기
62 : 하부 커버 64 : 케이블
66 : 상부 커버 68 : 커넥터
70 : 시일 100 : 디지털 방사선 검출기
Claims (10)
- 디지털 방사선 검출기에 있어서,
접합제 조성물내에 분산된 미립자 물질을 포함하는 신틸레이터 요소로서, 상기 접합체 조성물은 감압성 접착제를 포함하며, 상기 미립자 물질은 광을 방출하는, 상기 신틸레이터 요소와;
광센서의 어레이로서, 상기 어레이내의 각 광센서는 수신된 방출된 광의 레벨을 표시하는 출력 신호를 제공하도록 에너자이징 가능한, 상기 광센서의 어레이를 포함하며;
상기 신틸레이터 요소는, 상기 광센서의 어레이나, 또는 광을 광센서의 어레이중 하나로 안내하는 광섬유의 어레이에 직접 그리고 광학 접촉으로 접합되는
디지털 방사선 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 미립자 물질은 입사하는 방사선의 레벨에 대응하는 광을 방출하는 미립자 형광체인
디지털 방사선 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 신틸레이터 요소는 방사선 감지 요소이며,
상기 미립자 물질은, 제 1 에너지 레벨의 방사선을 수신할 시에, 동시에 또는 제 3 에너지 레벨의 자극 에너지에 응답하여 제 2 에너지의 방사선을 방출하도록 여기 가능하며,
상기 출력 신호는 수신된 제 2 에너지 레벨의 방출된 방사선의 레벨을 표시하는
디지털 방사선 검출기. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합제는 아크릴 중합체를 포함하는
디지털 방사선 검출기. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신틸레이터 요소는 기판을 더 포함하는
디지털 방사선 검출기. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미립자 형광체는 루테늄 산황화물, 가돌리늄 산황화물, 테르븀 및 가돌리늄 옥사이드 형광체, 및 Gd2S2O:Tb로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
디지털 방사선 검출기. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신틸레이터 요소는 열 및 압력의 조합을 이용하여 광센서의 어레이에 또는 광섬유의 어레이에 접착되는
디지털 방사선 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 광센서는 Charged-Coupled Device(CCD) 또는 Complimentary Metal-Oxide Semiconductor(CMOS) 센서로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
디지털 방사선 검출기. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신틸레이터 요소로부터 방출된 광을 광센서의 어레이내의 광센서를 향해 안내하도록 배치된 광섬유의 어레이를 더 포함하는
디지털 방사선 검출기. - 디지털 방사선 검출기를 형성하는 방법에 있어서,
감압성 접합제내에 형광체 미립자를 현탁시키고 그리고 현탁액을 베이스 지지물상에 도포함으로써 신틸레이터 요소를 형성하는 단계와;
열 및 압력을 이용하고 그리고 접착제가 없이 광섬유의 어레이의 제 1 표면에 상기 신틸레이터 요소를 직접 접착시키는 단계와;
광섬유의 어레이의 제 2 표면과 광센서 어레이 사이에 광학 접촉을 제공하는 단계를 포함하는
디지털 방사선 검출기 형성 방법.
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