WO2014178758A1 - Сцинтилляционный детектор и способ формирования структурированного сцинтиллятора - Google Patents

Сцинтилляционный детектор и способ формирования структурированного сцинтиллятора Download PDF

Info

Publication number
WO2014178758A1
WO2014178758A1 PCT/RU2014/000308 RU2014000308W WO2014178758A1 WO 2014178758 A1 WO2014178758 A1 WO 2014178758A1 RU 2014000308 W RU2014000308 W RU 2014000308W WO 2014178758 A1 WO2014178758 A1 WO 2014178758A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
photodetector
structural elements
scintillator
scintillation
structural element
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000308
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Дмитрий Александрович СУПОННИКОВ
Андрей Николаевич ПУТИЛИН
Анатолий Рудольфович ДАБАГОВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "МТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "МТ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "МТ"
Priority to KR1020157034167A priority Critical patent/KR101783536B1/ko
Priority to EP14792312.2A priority patent/EP2993492B1/en
Priority to US14/787,625 priority patent/US10107922B2/en
Publication of WO2014178758A1 publication Critical patent/WO2014178758A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2012—Measuring radiation intensity with scintillation detectors using stimulable phosphors, e.g. stimulable phosphor sheets

Definitions

  • the proposed group of inventions relates to methods for applying luminescent coatings to screens by which an image is recorded and / or converted, in particular, to methods for forming a structured scintillator on the surface of a photodetector designed to record x-ray or gamma radiation, hereinafter referred to as registered radiation, as well as devices for obtaining x-ray images or images obtained by registering gamma radiation, in particular, devices A X-ray mammography and tomosynthesis.
  • the so-called “Flat panel” visible image detectors that register a converted x-ray image (“shadow”) of the object under study.
  • Such detectors on flat panels are a full-format spatial (matrix) image sensor with a 1: 1 conversion scale.
  • the photo detector itself is highly sensitive in the wavelength range of visible light (in the range of about 400–700 nm), but is usually insensitive to x-ray radiation. Accordingly, so-called. scintillation screens
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) (scintillators), which are built on the basis of phosphor coatings of various efficiencies and scattering characteristics. Such a screen is physically applied (docked) to the photodetector, forming a stack of the image-electric signal transformation. The signal, in turn, is converted to digital form and transmitted to processing and visualization.
  • a significant problem of the “screen-photodetector” stack is optical scattering, which leads to the illumination of partial image areas (pixels) with light from neighboring areas.
  • the level of such spurious illumination is determined by such factors as:
  • One of the technically complex and technologically time-consuming tasks is the exact combination of the structure of the matrix photodetector with the structure, divided into pixel zones, of the scintillation screen.
  • the equipment necessary for the tasks of such a combination and the cost of its depreciation significantly increase the cost of a product built on structured phosphors.
  • the prior art known detector with a structured scintillator shape and a method of applying the specified scintillator to the surface of the photodetector by silk-screen printing (JP2002-139568, CANON KK, G01T1 / 20, publ. 05.17.02, prototype).
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
  • a disadvantage of the known method is that it requires preliminary fabrication of the grid, consistent with the pixel sizes of the photodetector and, therefore, the precision registration procedure during the application of the phosphor.
  • This invention actually limits the minimum pixel size applied to the photodetector 150-200 microns, corresponding to the limitation of the resolution of the silk-screen process.
  • the printing methods described in the aforementioned patent are so-called. integral, i.e. aimed at obtaining the structural matrix of the scintillator in a single cycle without the possibility of forming each (or one) element of the structure separately.
  • the general objective of the group of inventions and the required technical result achieved when using the group of inventions is the development of a new method for forming a structured scintillator on the surface of a pixelated photodetector and a scintillation detector obtained by this method, as well as improving manufacturability while expanding the scope.
  • the task and the required technical result when using the group of inventions are achieved by the fact that the method (option 1) of forming a structured scintillator on the surface of a pixelated photodetector, in which, according to the invention, at least one structural element is formed directly on the surface of the photodetector, the material of which is applied by means of a two-coordinate or three-coordinate device for discrete application of liquid or heterogeneous substances.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) at least one print head, consistent with the structure of the pixels of the photodetector, each of which has a photosensitive zone.
  • the invention is characterized in that structural elements that are heterogeneous in height are formed during the application process.
  • the invention is characterized in that the material of each of the structural elements is applied in at least one pass of the print head or discrete (that is, allowing the minimum part of the image to be formed separately, but not all) of the printing device.
  • the invention is characterized in that the amount of material to be applied is regulated and scintillation structural elements are formed, preferably on the sensitive area of the pixel, using a material comprising at least one phosphor composition.
  • the invention is characterized in that in the application process a hemispherical, parabolic, cylindrical, truncated pyramid shape and, in general, a piecewise continuous surface of a second or greater order or a combined shape of the elements are formed.
  • the invention is characterized in that a printhead with a nozzle is used in a shape consistent with the pixel structure of the photodetector.
  • the invention is characterized in that structural elements are further formed from at least one material absorbing the detected radiation between the sensitive areas of the pixels.
  • the invention is characterized in that the material absorbing the detected radiation is applied after the formation of scintillation structural elements, or the material of the scintillation structural elements is applied after the formation of the structural elements from the material absorbing the detected radiation, or the material of the scintillation structural elements and the absorbing material are applied alternately registered radiation.
  • each structural element, or at least a portion thereof, is formed separately from the others.
  • the invention is characterized in that the surface of the scintillator, preferably the surface of the scintillation structural elements, is coated with at least one layer of reflective coating.
  • the invention is characterized in that structural elements are formed having locally different optical-physical parameters along the plane of the entire photodetector to compensate for non-linearity and non-uniformity of the sensitivity of the output signal of the photodetector.
  • the scintillation detector (option 1) contains at least one photodetector with a matrix of pixels, each of which has a photosensitive zone, and a scintillator containing at least one structural element made by the proposed method according to 1 embodiment.
  • the invention is characterized in that a hydrophilic material is additionally applied to the sensitive areas of the pixels.
  • the invention is characterized in that the material of the structural element is applied by immersing the photodetector in the specified material or by pouring the surface of the photodetector with the specified material, providing a coordinated landing (sedimentation) of the phosphor material on the surface of the photodetector, or by means of a two-coordinate or three-coordinate devices for discrete application of liquid or heterogeneous substances., while using as the material of the element of the photodetector at least one phosphor composition is used.
  • the invention is characterized in that it further forms structural elements from at least one material absorbing the recorded
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) radiation preferably between the sensitive areas of the pixels, and for their formation using a two-coordinate or three-coordinate device for the discrete deposition of homogeneous liquid or heterogeneous substances containing at least one print head, consistent with the structure of the pixels of the photodetector, each of which has a photosensitive zone.
  • each structural element is formed, or at least a portion thereof is formed separately from the others.
  • the invention is characterized in that the surface of the scintillator, preferably the surface of the scintillation structural elements, is coated with at least one layer of reflective coating.
  • the invention is characterized in that structural elements are formed having locally different optical-physical parameters along the plane of the entire photodetector to compensate for non-linearity and non-uniformity of the sensitivity of the output signal of the photodetector.
  • the scintillation detector (option 2) contains at least one photodetector with a matrix of pixels, each of which has a photosensitive zone, and a scintillator containing at least one structural element made by the proposed method according to option 2.
  • a distinctive feature of the proposed group of inventions is a new method of forming a structured scintillator on the surface of a pixelated photodetector, in
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) which, in particular, use a two-coordinate or three-coordinate device for the discrete deposition of homogeneous liquid or heterogeneous substances to deposit directly on the surface of the photodetector material of at least one element of the structure of the scintillator, which increases the manufacturability of the proposed method, which allows the formation of many different designs of the scintillator , structural elements of various shapes with different heterogeneous structures, as well as applying and combining scintillation structures on and non-periodic or different-sized photodetector arrays, while expanding thereby the scope of its application.
  • the main advantage of the proposed method is the possibility of permanent elimination of the need for precise combination of pixelated scintillating structures with a photodetector array.
  • the combination of the structure of the scintillator and the photodetector matrix is carried out directly during the formation of the scintillation screen, which allows to increase the manufacturability of the formation of a structured scintillator on the surface of the pixelated photodetector.
  • the scintillator obtained by the proposed method is made in the form of a structured set of isolated from each other elements formed on the surface of the photosensitive zone of the photodetector pixel.
  • each scintillation element relative to other scintillation elements ensures their optical separation at the scintillator level, even at small pixels, which in turn avoids light quanta from one sensitive area of the photodetector pixel to another neighboring one, i.e.
  • FIG. 1 - shows a general view of the structure of the scintillator and its orientation with respect to the photodetector and the source of the detected radiation.
  • FIG. 2 - a fragment of the scintillator element and the course of re-reflection of rays inside it are shown.
  • FIG. 3 - shows the process of scintillator structure formation (bottom-up), where A is the formation of the first phosphor layer; In - the beginning of the application of the material of the partitions; C - application of the second layer of the phosphor and the material of the partitions; D - application of the third layer of the phosphor and partitions; E is the final type of structured scintillation coating (cross section).
  • FIG. 4 - shows various options for the form (A) and composition (B) of the scintillator elements.
  • FIG. 5 - shows the movement of the print head above the surface of the photodetector in the process of applying the scintillator material.
  • FIG. 6 - shows a method of forming the phosphor structure by selecting the surface of the matrix photodetector into hydrophobic and hydrophilic zones.
  • FIG. 7 shows a diagram of the formation of a scintillator based on a labeled hydrophobic network.
  • the proposed method according to options 1 and 2 includes the processes of deposition (printing) in a discrete way, which allows to form each element of the scintillator structure (or only one or a group) separately. This method can be denoted as
  • SUBSTITUTE SHEET discrete (or digital], as it does not require pre-production of templates or masks.
  • One of the main advantages of the proposed method according to options 1 and 2, increasing its manufacturability, is the possibility of permanently eliminating the need for precise combination of pixelated scintillating structures with a photodetector matrix. photodetector is carried out directly during the formation of the scintillation screen.
  • FIG. 1 shows a General view of the structure of the scintillator obtained by the proposed method according to option 1 and its orientation with respect to the source 1 of the detected radiation and the pixelated photodetector 2.
  • the scintillator according to embodiment 1 contains a set of scintillation structural elements 3, based on the material representing the phosphor composition 4.
  • Such a detector has an increased contrast of the resulting image due to the absence of the scattering effect between adjacent pixels of the matrix photodetector 2 due to the physical isolation of neighboring pixels (not shown in the drawings ) of the photosensitive zone 5 (Fig. 2) at the level of the scintillation coating, namely, the phosphor 4. Indeed, the light produced by the phosphor 4 will reach only zones "their" pixel, and not fall into the adjacent.
  • the photosensitive zone 5 of the matrix photodetector is located on the substrate 6 (base).
  • the scintillator according to 1 embodiment may contain additional partitions 7 (Fig. 3) made of a material that absorbs the detected radiation and reflects visible light. The presence of partitions 7 will further contribute to the fact that the light produced by the phosphor 4 (Fig. 2) will reach
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) only the “own” pixel zones (not shown in the drawings) and will not fall into the neighboring one, thereby further contributing to an increase in the contrast of the resulting image.
  • partitions 7 when registering X-ray or gamma radiation, partitions 7 will contribute to additional absorption of the corresponding radiation in the inter-pixel spaces, reducing thereby, its scattering at the level of the scintillator as a whole.
  • an industrial high-resolution printer which allows microstructures to be printed with special inks, for example, inks 8 based on the phosphor composition and / or inks 9 based on the material absorbing the detected radiation (Fig. 3].
  • inks are made of a polymeric binder and nanoscale materials that make up the active base of the transducer of the detected radiation into visible, and are enziyu or colloidal solution of a phosphor in the binder.
  • the process of creating a stack according to option 1 consists of several cycles.
  • scintillation structures are formed in a special form, for example, a truncated pyramid 10, a parabolic 11 (Fig. 4A), a conical 12, a hemisphere 13, or a combined shape (not shown in the drawings).
  • a truncated pyramid 10 for example, a parabolic 11 (Fig. 4A), a conical 12, a hemisphere 13, or a combined shape (not shown in the drawings).
  • one or more passes of the print head 14 (Fig. 3) are used above the photosensitive zone 5 of the array photodetector 2.
  • partitions 7 are formed from ink 9 on the basis of a material that absorbs the detected radiation and reflects the visible radiation. Such partitions 7 are also applied by air
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) aerosol, dispersion or inkjet printing or similar known discrete methods. Additional absorption of the detected radiation in the inter-pixel spaces reduces the degree of its scattering on the plane of the scintillation screen as a whole.
  • the first and second cycles i.e. operations of applying scintillation structural elements and partitions, respectively, can be interchanged or performed alternately with layer-by-layer application of the corresponding materials. For example, if the viscosity of the phosphor ink 8 is greater than the viscosity of the ink 9 of the partition material, then first the phosphor based ink 8 is completely applied, and then the partition ink 9 (not shown).
  • a reflective coating is applied, which in turn can be a metal and / or single-layer or multi-layer dielectric (not shown in the drawings). This coating allows you to increase the efficiency of the scintillator by reducing the radiation loss of each scintillating particle, like a Lambert source.
  • Another possibility of performing the indicated variant of the scintillation photodetector according to embodiment 1 is a modification of the discrete application of the phosphor by a specialized printer with a profiled printhead 15 (Fig. 5) having a nozzle nozzle in shape consistent with the pixel structure 16
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) a photodetector for a single-pass formation of a structural element 3 or 7.
  • the head 14 may have a position 15 between the pixels 17 of the sensitive area 5 of the photodetector and a position 18 above the pixel 17 of the sensitive area 5 of the photodetector (Fig. 5).
  • reference numeral 19 represents the application direction of the phosphor material 8.
  • the direction of movement of the head can be two-coordinate 20 or three-coordinate (not shown in the drawings). Two-coordinate movement and, accordingly, the device are used to apply the scintillator to the flat surface of the photodetector. A three-coordinate device is used, respectively, for embossed surfaces.
  • a three-coordinate device can maintain a given distance by adjusting the head position in height in accordance with the surface topography.
  • a printer with a three-coordinate movement of the recording head can be used to more accurately control the moment of contact of the droplet of the applied suspension with the plane of the photodetector, since during the formation and flight of the droplet to the plane of deposition in physic
  • the properties of the substance of the drop may change.
  • the evaporation of the binder (binder), which is part of the phosphor composition leads to a change in the viscosity of the composite and, therefore, the area of spreading of the droplet. Regulation on the third coordinate of the position of the print head, thus
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) leads to greater flexibility in the technological capabilities of the proposed method according to option 1, expanding the scope of applications and devices manufactured by this technology.
  • Fig. 4B containing various phosphor compositions.
  • FIG. 4B depicts three different phosphor compositions.
  • the second option for the formation of the pixelated structure of the phosphor coating is a two- or more step-by-step process, during which the hydrophobic coating material 22 is applied between the zones of individual photosensitive pixels (as described above) to separate the photosensitive zone of the photodetector matrix 5 by the hydrophobic protective strips 23 into pixel ones zone (Fig. 6).
  • the active (photosensitive) zones of the pixels can be coated with a hydrophilic substance (not shown in the drawings).
  • the photodetector is brought into contact with the phosphor material 8 (phosphor solution-suspension), for example, by immersion or in bulk.
  • the component of this solution (phosphor 4) is deposited only on zones that are not treated with a hydrophobic substance.
  • a pixelated structure is formed immediately on the entire surface due to various effects of surface tension (such as the formation of water droplets on oily surfaces), which ensures an increase in manufacturability while expanding the scope.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) It was pointed out above that the possibility of changing the properties of the scintillator along the depth of the 21 phosphor structure, for example, in the surface (in the direction of penetration of x-ray or gamma rays) layers of a structured phosphor, layers with one luminescence spectrum (efficiency) can be deposited, and in the deep with another (Fig. 5 B). It is also possible to apply special layers of the X-ray absorber directly to the photodetector array, followed by the application of luminescent layers.
  • the “scintillator-photodetector” stack created by the method proposed in 1 and 2 variants is encapsulated.
  • the proposed scintillation detector can be connected to electronic processing and control circuits and placed in a housing (not shown in the drawings).
  • the scintillation detector may further comprise at least one power supply unit and / or at least one cooling unit and / or at least one digital control unit and / or at least one block of analog information, or any combination thereof possible.
  • one of the technically difficult tasks is the exact combination of the pixels 17 of the photodetector 2 with the structure of the scintillator.
  • the equipment necessary for the tasks of such a combination and the cost of its depreciation significantly increase the cost of a product built on structured scintillators.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) of the proposed scintillator formation method and the scintillation detector obtained by the proposed method is the permanent elimination of the need to accurately combine the combination of structural elements 3 and 7 with the pixel array 17 of the photodetector 2.
  • the combination of the structural elements 3, 7 and the pixel matrix 17 of the photodetector 1 is carried out directly during the formation of the structural elements 3, 7.
  • the proposed method for the formation of a scintillator according to options 1 and 2 and the scintillation detector according to 1 and 2 options, obtained according to the proposed methods, can be used in mammography (intended for radiation research of the female breast) and radiographic systems, as well as in x-ray and gamma-ray systems defectoscopy, registration systems of high-energy particles in installations intended for scientific research.
  • Using the proposed group of inventions allows to achieve improved contrast of the resulting image and, accordingly, the best diagnostic qualities of the image.
  • a preferred field of application of the group of inventions is mammography. Related areas of application are radiography and fluoroscopy.
  • Example 1 Obtaining according to 1 embodiment of the structure of spherical and pyramidal shapes with an indication of their characteristics.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) To test the possibility of forming structures of a controlled (controlled) form, we can consider an example of printing on silicon, with passivation S.3N4. Printing is carried out using an Aerosoljet 300 printer (Optomeclnc, USA) or another system oriented to application in production using printed electronics technologies.
  • the material (phosphor) deposited on silicon is a composite of rare-earth oxides (Gd203, Y203, Tb407).
  • the specified composite is prepared to a suspension with a binder (binder) of the class of polyvinyl alcohols (PVA).
  • the percentage of the phosphor material in the suspension varies in the range of 40-60%, thereby forming a colloidal solution with a viscosity of 200-300 cP.
  • each element of the structure (for example, hemispherical) is formed with a variable time and the phase of switching on the print head when passing over the zone of structure construction. In the general case, these values, when programming the printer, will look like:
  • ⁇ is the phase of opening the nozzle of the print head
  • ⁇ 0 is the initial print position of one structure that coincides with the edge zone of the pixel
  • ⁇ is the number of passes for which the structure is printed
  • n is the number of passes
  • R is the radius of the formed hemisphere
  • t is the print time
  • V is the speed of movement of the print head.
  • Each pass is preferably further preceded by a short one (units
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) seconds or more) the period of infrared drying of the applied layer, which is necessary for the polymerization of the binder.
  • Example 2 Obtaining 1 variant of a heterogeneous structure of spherical and pyramidal shapes.
  • This example describes the heterogeneous deposition of the structural elements of the phosphor on the surface of the photodetector to provide better coordination of the parameters of the active layers.
  • Obtaining structural elements is carried out in a similar layer-by-layer manner described in example 1.
  • heterogeneity is achieved by changing the composition of the composition or the number of binder in the composition.
  • the physicochemical properties of the structural elements will smoothly change, for example, when the first layers are deposited, substances can be added to the composition to ensure the best adhesion of the composite to the silicon surface with a passivation layer of Si3N4.
  • the deep layers of the composite may contain a phosphor with maximum x-ray absorption, to ensure that the silicon integrated circuit of the photodetector itself is protected from parasitic x-ray irradiation.
  • Example 3 An example of the formation of a scintillator according to option 2 on the basis of a labeled hydrophobic network.
  • the hydrophobic coating is applied using the discrete digital printing method using the printer described in example 1, and no special changes are required compared to the standard printheads of commercial liquid printers, since the hydrophobic coating material itself is a true solution that can contain nanometer particles .
  • FIG. 7 shows a view of a phosphor drop 24a when applied without a hydrophobic coating from which the corresponding structural element 4a is formed (Fig. A), and a view of a drop 24b with boundaries along the hydrophobic coating 23, from which the corresponding structural element 4b is formed (Fig. B).
  • the phosphor is applied in one pass of the print head.
  • the combination of the structure of the scintillator and the photodetector matrix is carried out directly during the formation of the scintillation screen, which increases its manufacturability.
  • the proposed method according to options 1 and 2 allows you to form many different scintillator designs, structural elements of various shapes and various heterogeneous
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) structures, apply and combine scintillation structures on non-periodic or different-sized photodetector arrays, thereby allowing us to simultaneously expand the scope of its application.
  • the scintillation detector according to variants 1 and 2 obtained by the proposed methods, respectively, is a new type of scintillation detectors, the main feature of which is the high contrast of the resulting image due to the structuring of the scintillator applied to the surface of the pixelated photodetector by the method according to 1 or 2 variants.
  • the proposed detector according to options 1 and 2 has an increased contrast of the resulting image due to the absence of a scattering effect between adjacent pixels of the photodetector, provided by the physical isolation of neighboring sensitive areas

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам нанесения люминесцентных покрытий на экраны, с помощью которых регистрируется и/или преобразуется изображение, в частности, к способам формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности фотоприемника, предназначенного для регистрации рентгеновского или гамма-излучения. Сущность изобретения заключается в том, что в способе формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприемника формировуют, по меньше мере, один структурный элемент непосредственно на фоточувствительной зоне поверхности фотоприемника, материал которого наносят посредством двухкоординатного или трехкоординатного устройства дискретного нанесения однородных жидких или гетерогенных веществ. Технический результат - повышение технологичности при одновременном расширении области применения.

Description

СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ
СТРУКТУРИРОВАННОГО СЦИНТИЛЛЯТОРА
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Предлагаемая группа изобретений относится к способам нанесения люминесцентных покрытий на экраны, с помощью которых регистрируется и/или преобразуется изображение, в частности, к способам формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности фотоприёмника, предназначенного для регистрации рентгеновского или гамма-излучения, в дальнейшем именуемые как регистрируемое излучение, а также к устройствам получения рентгеновского изображения или изображения, полученного при регистрации гамма-излучения, в частности, к устройствам для рентгеновской маммографии и томосинтеза.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для построения цифровых рентгеновских детекторов, в том числе в маммографии, применяются т.н. «плоскопанельные» детекторы видимого изображения, которые регистрируют конвертированное рентгеновское изображение («тень») исследуемого объекта. Такие детекторы на плоских панелях, представляют собой полноформатный пространственный (матричный) сенсор изображения с масштабом преобразования 1:1.
Непосредственно фотодетектор обладает высокой чувствительностью в дипазоне длин волн видимого света (в пределах около 400— 700 нм), но к рентгеновскому излучению, как правило, нечувствителен. Соответственно, для конвертирования рентгеновского изображения в видимое применяются т. н. сцинтилляционные экраны
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) (сцинтилляторы), которые строятся на базе люминофорных покрытий различной эффективности и рассеивающих характеристик. Такой экран физически апплицируется (пристыковывается) к фотоприёмнику, образуя стек преобразования «изображение— электрический сигнал». Сигнал, в свою очередь, преобразуется в цифровую форму и передаётся на обработку и визуализацию.
Существенной проблемой стека «экран-фотоприёмник» является оптическое рассеяние, приводящее к засветке частичных зон изображения (пикселов) светом соседних зон. Уровень такой паразитной засветки определяется такими факторами, как:
- характеристики направленности светимости экрана (апертура);
- расстояние между поверхностями экрана и фотоприёмника в стеке. Так же, дополнительное снижение контраста вызывается внутренними переотражениями в сцинтилляторе.
Одной из технически сложных и технологически трудоёмких задач является точное совмещение структуры матричного фотоприёмника со структурой, разбитой на пиксельные зоны, сцинтилляционного экрана. Оборудование, необходимое для задач такого совмещения и стоимость его амортизации, значительно повышают себестоимость продукта, построенного на структурированных люминофорах.
Также, формирование специализированных перегородок в сцинтилляторе является дорогим и крайне высокотехнологичным процессом, требующим использования дорогого оборудования и квалифицированного персонала.
Из уровня техники известен детектор со структурированной формой сцинтиллятора, и способ нанесение указанного сцинтиллятора на поверхность фотоприёмника методом шелкографической печати (JP2002-139568, CANON КК, G01T1/20, опубл. 17.05.02, прототип).
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Недостатком известного способа является то, что он требует предварительного изготовления сетки, согласованной с размерами пикселей фотоприемника и, следовательно, прецизионной процедуры совмещения при процессе нанесения люминофора. Данное изобретение фактически ограничивает минимальный размер пикселя наносимого на фотоприемник 150-200 мкм, соответствующего ограничению разрешению шелкографического процесса. В целом, способы печати, описанные в вышеупомянутом патенте, являются т.н. интегральными, т.е. направленными на получение структурной матрицы сцинтиллятора в едином цикле без возможности формирования каждого (или одного) элемента структуры отдельно.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Общей задачей группы изобретений и требуемым техническим результатом, достигаемым при использовании группы изобретений, является разработка нового способа формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприёмника и сцинтилляционный детектор, полученный данным способом, а также повышение технологичности при одновременном расширении области применения.
Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании группы изобретений достигаются тем, что способ (вариант 1) формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприёмника, в котором, согласно изобретению, формировуют, по меньше мере, один структурный элемент непосредственно на поверхности фотопрйёмника, материал которого наносят посредством двух-координатного или трёх- координатного устройства дискретного нанесения жидких или гетерогенных веществ. При этом используют устройство, содержащее,
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) по меньшей мере, одну печатающую головку, согласованную со строением пикселей фотоприёмника, каждый из которых имеет фоточувствительную зону.
В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что в процессе нанесения формируют гетерогенные по высоте структурные элементы.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что материал каждого из структурных элементов наносят, по меньшей мере, за один проход печатающей головки или дискретного (то есть, позволяющего формировать минимальную часть изображения отдельно, а не всё полностью) печатающего устройства.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что регулируют количество наносимого материала и формируют сцинтилляционные структурные элементы, предпочтительно, на чувствительной зоне пикселя, при этом используют материал, включающий, по меньшей мере, одну люминофорную композицию.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что в процессе нанесения формируют полусферическую, параболическую, цилиндрическую, форму усечённой пирамиды и, в общем случае, кусочно-непрерывную поверхность второго или большего порядка или комбинированную форму элементов.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что используют печатающую головку с соплом по форме согласованной со строением пикселей фотоприёмнйка.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что дополнительно формируют структурные элементы из, по меньшей мере, одного материала, поглощающего регистрируемое излучение, между чувствительными зонами пикселей.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что наносят материал, поглощающий регистрируемое излучение, после формирования сцинтилляционных структурных элементов или наносят материал сцинтиляционных структурных элементов после формирования структурных элементов из материала, поглощающего регистрируемое излучение, или наносят поочерёдно материал сцинтилляционных структурных элементов и материал, поглощающий регистрируемое излучение.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что каждый структурный элемент или, по меньшей мере, их часть формируют отдельно от других.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что поверхность сцинтиллятора, предпочтительно, поверхность сцинтилляционных структурных элементов покрывают, по меньшей мере, одним слоем отражающего покрытия.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что формируют структурные элементы, имеющие локально отличающиеся оптико-физические параметры по плоскости всего фотоприемника для компенсации нелинейности и неоднородности чувствительности выходного сигнала фотоприемника.
Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании группы изобретений также достигаются тем, что сцинтилляционный детектор (вариант 1) содержит, по меньшей мере, один фотоприёмник с матрицей пикселей, каждый из которых имеет фоточувствительную зону, и сцинтиллятор, содержащий, по меньшей мере, один структурный элемент, выполненный предложенным способом по 1 варианту.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании группы изобретений также достигаются тем, что способ • (вариант 2) формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприёмника, в котором, согласно изобретению, формируют, по меньше мере, один структурный элемент непосредственно на поверхности фотоприёмника, предварительно сегментированной гидрофобным изолирующим покрытием, соответствующим межпиксельным нечувствительным зонам, таким образом, что геометрические очертания нанесения материала структурного элемента формируются под действием сил поверхностного натяжения границы гидрофобно-гидрофильного участков поверхности фотоприемника.
В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что дополнительно наносят гидрофильный материал на чувствительные зоны пикселей.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что нанесение материла структурного элемента осуществляют путем погружения фотоприёмника в указанный материал или путём залива поверхности фотоприёмника указанным материалом, обеспечивающих согласованную высадку (седиментацию) люминофорного материала на поверхность фотоприёмника, или посредством двух-координатного или трёх-координатного устройства дискретного нанесения жидких или гетерогенных веществ., при этом в качестве материала элемента фотоприёмника используют, по меньшей мере, одну люминофорную композицию.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что дополнительно формируют структурные элементы из, по меньшей мере, одного материала, поглощающего регистрируемое
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) излучение, предпочтительно между чувствительными зонами пикселей, причём для их формирования используют двух-координатное или трёх- координатное устройство дискретного нанесения однородных жидких или гетерогенных веществ, содержащее, по меньшей мере, одну печатающую головку, согласованную со строением пикселей фотоприёмника, каждый из которых имеет фоточувствительную зону.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что каждый структурный элемент формируют или, по меньшей мере, их часть формируют отдельно от других.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что поверхность сцинтиллятора, предпочтительно, поверхность сцинтилляционных структурных элементов покрывают, по меньшей мере, одним слоем отражающего покрытия.
В ещё одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что формируют структурные элементы, имеющие локально отличающиеся оптико-физические параметры по плоскости всего фотоприемника для компенсации нелинейности и неоднородности чувствительности выходного сигнала фотоприемника.
Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании группы изобретений также достигаются тем, что сцинтилляционный детектор (вариант 2) содержит, по меньшей мере, один фотоприёмник с матрицей пикселей, каждый из которых имеет фоточувствительную зону, и сцинтиллятор, содержащий, по меньшей мере, один структурный элемент, выполненный предложенным способом по 2 варианту.
Отличительной особенностью предлагаемой группы изобретений является новый способ формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприёмника, в
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) котором, в частности, используют двух-координатное или трёх- координатное устройство дискретного нанесения однородных жидких или гетерогенных веществ для нанесение непосредственно на поверхности фотоприёмника материала, по меньшей мере, одного элемента структуры сцинтиллятора, что повышает технологичность предложенного способа, позволяющего формировать множество различных конструкций сцинтиллятора, структурные элементы различной формы с различной гетерогенной структурой, а также наносить и совмещать сцинтилляционные структуры на непериодических или разно-размерных фотоприемных матрицах, одновременно расширяя тем самым область его применения. Основным преимуществом предлагаемого способа является возможность перманентного устранения необходимости точного совмещения пикселированных сцинтиллирующих структур с матрицей фотодетекторов. Совмещение структуры сцинтиллятора и матрицы фотодетектора осуществляется непосредственно во время формирования сцинтилляционного экрана, что позволяет повысить технологичность формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприёмника. Полученный предложенным способом сцинтиллятор выполнен в виде структурированной совокупности изолированных друг от друга элементов, сформированных на поверхности фоточувствительной зоны пиксела фотоприёмника. Локальное и изолированное расположение каждого сцинтилляционного элемента относительно других сцинтилляционных элементов, обеспечивает их оптическое разделение на уровне сцинтиллятора, даже на пикселях малого размера, что в свою очередь позволяет избежать попадания световых квантов из одной чувствительной зоны пиксела фотоприёмника в другой соседний, т. е.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) позволяет устранить эффект рассеивания между соседними пикселами. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 - изображён общий вид структуры сцинтиллятора и её ориентация по отношению к фотоприёмнику и источнику регистрируемого излучения.
На Фиг. 2 - изображён фрагмент элемента сцинтиллятора и ход переотражения лучей внутри него.
На Фиг. 3 - изображен процесс формирования структуры сцинтиллятора (снизу-вверх), где А - формирование первого слоя люминофора; В - начало нанесения материала перегородок; С - нанесение второго слоя люминофора и материала перегородок; D - нанесение третьего слоя люминофора и перегородок; Е - конечный вид структурированного сцинтилляционного покрытия (поперечный разрез).
На Фиг. 4 - изображены различные варианты формы (А) и состава (В) элементов сцинтиллятора.
На Фиг. 5 - изображено перемещение печатающей головки над поверхностью фотоприёмника в процессе нанесения материала сцинтиллятора.
На Фиг. 6 - изображены способ формирования структуры люминофора путём селекции поверхности матричного фотоприёмника на гидрофобные и гидрофильные зоны.
На Фиг. 7 - изображена схема формирования сцинтиллятора на основе, размеченной гидрофобной сеткой.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагаемый способ по 1 и 2 вариантам включает в себя процессы нанесения (печати) дискретным способом, позволяющим формировать каждый элемент структуры сцинтиллятора (или только один или группу) отдельно. Такой способ можно обозначить, как
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) дискретный (или цифровой], как не требующий предварительного изготовления шаблонов или масок. Одним из основных преимуществ предлагаемого способа по 1 и 2 вариантам, повышающим его технологичность, является возможность перманентного устранения необходимости точного совмещения пикселированных сцинтиллирующих структур с матрицей фотодетекторов. Совмещение структуры сцинтиллятора и матрицы фотодетектора осуществляется непосредственно во время формирования сцинтилляционного экрана.
На Фиг. 1 изображён общий вид структуры сцинтиллятора полученной предлагаемым способом по 1 варианту и её ориентация по отношению к источнику 1 регистрируемого излучения и пикселированному фотоприёмнику 2.
Сцинтиллятор по 1 варианту содержит совокупность сцинтилляционных структурных элементов 3, на основе материала представляющего собой люминофорную композицию 4. Такой детектор обладает повышенным контрастом получаемого изображения из-за отсутствия эффекта рассеивания между соседними пикселами матричного фотоприёмника 2 за счёт физической изоляции соседних пикселей (на чертежах не показано) фоточувствительной зоны 5 (Фиг. 2) на уровне сцинтилляционного покрытия, а именно, люминофора 4. Действительно, свет, производимый люминофором 4, будет достигать только зоны «своего» пиксела и не попадёт в соседний. Фоточувствительная зона 5 матричного фотоприёмника расположена на подложке 6 (основе). Сцинтиллятор по 1 варианту может содержать дополнительные перегородки 7 (Фиг. 3), выполненные из материала, поглощающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет. Наличие перегородок 7 будет дополнительно способствовать тому, что свет, производимый люминофором 4, (Фиг. 2) будет достигать
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) только зоны «своего» пиксела (на чертежах не показано] и не попадёт в соседнюю, тем самым дополнительно способствуя повышению контраста получаемого изображения. Например, при регистрации рентгеновского излучения или гамма-излучения перегородки 7 будут способствовать дополнительному поглощению соответствующего излучения в межпиксельных промежутках, уменьшая тем самым его рассеяние на уровне сцинтиллятора в целом.
Для формирования такой структуры стека сцинтиллятора по 1 варианту используется промышленный принтер высокого разрешения, позволяющий печатать микроструктуры специальными чернилами, например, чернилами 8 на основе люминофорной композиции и/или чернилами 9 на основе материала, поглощающего регистрируемое излучение (Фиг. 3]. Такие чернила, как правило, изготавливаются из полимерного связующего вещества и наноразмерных материалов, составляющих активную основу преобразователя регистрируемого излучения в видимое, и представляют собой суспензию или коллоидный раствор люминофора в связующем.
Процесс создания стека по 1 варианту состоит из, нескольких циклов. В первом цикле формируют специальной формы сцинтилляционные структуры, например, усеченной пирамиды 10, параболической 11 (Фиг. 4А), конической 12, полусферы 13 или комбинированной формы (на чертежах не показано). Для данной задачи используется один и более проходов печатающей головки 14 (Фиг. 3) над фоточувствительной зоной 5 матричного фотоприёмника 2.
Во втором цикле между пикселами (на чертежах не показано) формируют перегородки 7 из чернил 9 на основе материала, поглощающего регистрируемое излучение и отражающее видимое излучения. Такие перегородки 7 также наносятся методом воздушно-
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) аэрозольной, дисперсионной или струйной печати или аналогичными известными дискретной методами. Дополнительное поглощение регистрируемого излучения в межпиксельных промежутках уменьшает степень его рассеяния на плоскости сцинтилляционного экрана в целом.
В зависимости от параметров чернил, в частности, их вязкости, и технологических потребностей, первый и второй циклы, т.е. операции нанесения сцинтилляционных структурных элементов и перегородок соответственно, могут меняться местами или производится поочередно при послойном нанесении соответсвующих материалов. Например, если вязкость чернил 8 люминофора больше, чем вязкость чернил 9 материала перегородок, то сначала полностью наносятся чернила 8 на основе люминофора, а затем чернила 9 перегородок (на чертежах не показано). В другом случае, если вязкость чернил 9 выше вязкости чернил 8, наоборот, сначала будут полностью наноситься чернила 9 перегородок, а затем уже чернила 8 сцинтилляционных элементов (на чертежах не показано). При одинаковой вязкости обоих чернил 8 и 9, их нанесение будет чередоваться (Фиг. 3 А-Е).
На дополнительном (опциональном) цикле наносится отражающее покрытие, которое в свою очередь может быть металлическим или/и однослойным или многослойным диэлектрическим (на чертежах не показано). Данное покрытие позволяет увеличить эффективность сцинтиллятора за счёт уменьшения потерь излучения каждой сцинтиллирующей частицы, как Ламбертовского источника.
Другой возможностью выполнения по 1 варианту указанного сцинтилляционного фотодетектора является модификация дискретного нанесения люминофора специализированным принтером с профилированной печатающей головкой 15 (Фиг. 5) , имеющей сопло- фильеру по форме согласованную с пиксельной структурой 16
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) фотоприемника для однопроходного формирования структурного элемента 3 или 7. При этом головка 14 может иметь положение 15 между пикселами 17 чувствительной зоны 5 фотоприёмника и положение 18 над пикселом 17 чувствительной зоны 5 фотоприёмника (Фиг. 5). На Фиг. 5 позиция 19 отображает направление нанесения материала 8 люминофора. Направление перемещения головки может быть двух-координатным 20 или трех-координатным (на чертежах не показано). Двух-координатное перемещение и, соответственно, устройство, используются для нанесения сцинтиллятора на плоскую поверхность фотоприёмника. Трёх-координатное устройство используется, соответственно для рельефных поверхностей. Это связано с тем, что при нанесении сцинтилляционной структуры расстояние между соплом печатающей головки и поверхностью нанесения, предпочтительно, должно быть фиксированным. Соответственно, трёх- координатное устройство может сохранять данное расстояние, регулируя положение головки по высоте в соответствии с рельефом поверхности.
В частности при получении структурных элементов посредством дискретной жидкостной печати по 1 варианту может быть использован принтер с трехкоординатным движением записывающей головки для более точного контроля момента соприкосновения капли наносимой суспензии с плоскостью фотоприемной матрицы, поскольку в процессе образования и полета капли к плоскости нанесения в физико- химических свойствах вещества капли могут происходить изменения. В частности, испарение связующего вещества (биндера), входящего в состав люминофорной композиции, приводит к изменению вязкости композита и, следовательно, области растекания капли. Регулирование по третьей координате положения печатающей головки, таким образом,
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) приводит к большей гибкости в технологических возможностях предлагаемого способа по 1 варианту, расширяя область применения и устройств, изготовленных по данной технологии.
Кроме того путем регулирования степени дозирования материала чернил, вида чернил, их вязкости и скорости истечения из сопла- фильеры достигается нужная конфигурация 21 профиля люминофора по глубине (Фиг. 4В), содержащая разные люминофорные композиции. На Фиг. 4В изображено три различных люминофорных композиции.
Вторым вариантом формирования пикселированной структуры люминофорного покрытия является двух- или более этапный процесс, в ходе которого между зонами отдельных фоточувствительных пикселов, наносят методом дискретной цифровой печати (описанным выше) материал 22 гидрофобного покрытия для разделения фоточувствительной зоны матричного фотоприёмника 5 гидрофобными защитными полосами 23 на пиксельные зоны (Фиг. 6). Активные (фоточувствительные) зоны пикселов могут быть при этом покрыты гидрофильным веществом (на чертежах не показано). После этого фотоприёмник вводится в контакт с материалом 8 люминофора (раствором-суспензией люминофора), например, погружением или наливом. Компонент данного раствора (люминофор 4) осаждается только на зонах, которые не обработаны гидрофобным веществом. В итоге пикселированная структура формируется сразу на всей поверхности за счёт различных эффектов поверхностного натяжения (наподобие образования капель воды на маслянистых поверхностях), что обеспечивает повышение технологичности при одновременном расширении области применения.
Другой важной особенностью данного способа изготовления детекторов проникающего излучения по 2 варианту является, как уже
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) было указано выше, возможность изменения свойств сцинтиллятора по глубине структуры 21 люминофора, например, в поверхностных (по направлению проникновения рентгеновских или гамма лучей) слоях структурированного люминофора могут быть нанесены слои с одним спектром (эффективностью) люминесценции, а в глубинных с другим (рис. 5 В). Возможно также нанесение специальных слоев рентгенопоглотителя непосредственно на фотоприемную матрицу с последующим нанесением люминесцирующих слоев.
В процессе нанесения сцинтилляционной структуры по 2 варианту возможно изменение формы отдельных структурных элементов люминофора для оптимизации световой эффективности и минимизации расхода материала сцинтиллятора в процессе нанесения (рис.5 А).
Созданный предложенным по 1 и 2 вариантам способом стек «сцинтиллятор-фотоприёмник» корпусируется. Предложенный сцинтилляционный детектор может быть соединен с электронными схемами обработки и управления и помещён в корпус (на чертежах не показано). В качестве электронных схем обработки и управления сцинтилляционный детектор дополнительно может содержать, по меньшей мере, один блок питания и/или, по меньшей мере, один блок охлаждения и/или, по меньшей мере, один блок управления и передачи цифровой и/или, по меньшей мере, один блок аналоговой информации или их любую возможную комбинацию.
Как правило, одной из технически сложных задач является точное совмещение пикселей 17 фотоприёмника 2 со структурой сцинтиллятора. Оборудование, необходимое для задач такого совмещения и стоимость его амортизации, значительно повышают себестоимость продукта, построенного на структурированных сцинтилляторах. Одним из основных преимуществ новой конструкции
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) предлагаемого способ формирования сцинтиллятора и полученного предложенным способом сцинтилляционного детектора является возможность перманентного устранения необходимости точного совмещения совокупности структурных элементов 3 и 7 с матрицей пикселей 17 фотоприёмника 2. Совмещение совокупности структурных элементов 3, 7 и матрицы пикселей 17 фотоприёмника 1 осуществляется непосредственно во время формирования структурных элементов 3, 7.
Предлагаемый способ формирования сцинтиллятора по 1 и 2 вариантам и сцинтилляционный детектор по 1 и 2 вариантам, полученный соответственно предложенным способам, могут найти применение в маммографических (предназначенных для лучевого исследования женской молочной железы) и рентгенографических системах, а также в системах рентгеновской и гамма-лучевой дефектоскопии, системах регистрации высокоэнергетических частиц в установках, предназначенных для научных исследований. Использование предложенной группы изобретений позволяет достигать улучшения контраста получаемого изображения и, соответственно, лучших диагностических качеств снимка. Предпочтительной областью применения группы изобретений является маммография. Смежными областями применения рентгенография и флюороскопия.
В приведенных ниже примерах представлено получение различных сцйнтилляционных структур на фоточувствительной поверхности фотоприёмника в соответствии с предложенным в формуле изобретения способом по 1 и 2 вариантам.
Пример 1. Получение по 1 варианту структуры сферической и пирамидальной форм с указанием их характеристик.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Для проверки возможности формирования структур регулируемой (контролируемой) формы мы можем рассмотреть пример печати на кремнии, с пассивацией S.3N4. Печать осуществляется на принтере Aerosoljet 300 (Optomeclnc, USA) или другой системе, ориентированной на применение в производстве по технологиям печатной электроники. Материалом (люминофором), наносимым на кремний, служит композит редкоземельных окислов (Gd203, Y203, ТЬ407). Указанный композит подготавливается до вида суспензии со связующим веществом (биндером) класса поливиниловых спиртов (ПВС). Процентное соотношение материала люминофора в суспензии колеблется в диапазоне 40-60%, образуя тем самым коллоидный раствор вязкостью 200-300 сР. Далее, каждый элемент структуры (например, полусферический), формируется с изменяемым временем и фазой включения печатающей головки при проходе над зоной построения структуры. В общем случае эти значения, при программировании принтера, будут иметь вид:
Figure imgf000019_0001
где φ - фаза открытия сопла печатающей головки, φ0- начальная позиция печати одной структуры, совпадающая с краевой зоной пиксела, Ν-количество проходов, за которое печатается структура, п - номер прохода, R - радиус формируемой полусферы; t - время печати, V- скорость перемещения печатающей головки. Каждый проход , предпочтительно, дополнительно предваряется коротким (единицы
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) секунд и более) периодом инфракрасной сушки нанесённого слоя, что нужно для полимеризации биндера.
Пример 2. Получение по 1 варианту гетерогенной структуры сферической и пирамидальной форм.
В данном примере описано гетерогенное нанесение структурных элементов люминофора на поверхность фотоприемника для обеспечения лучшего согласования параметров активных слоев. Получение структурных элементов осуществляется аналогичным послойным способом описанным в примере 1. При этом гетерогенность достигается сменой состава композиции или количества биндера в составе. Таким образом, от слоя к слою физико-химические свойства структурных элементов будут плавно изменяться, например, при нанесении первых слоев в состав могут быть добавлены вещества обеспечивающие наилучшую адгезию композита к поверхности кремния с пассивационным слоем Si3N4. В другом варианте глубинные слои композита могут содержать люминофор с максимальным поглощением рентгеновского излучения, для обеспечения зашиты собственно кремниевой интегральной схемы фотоприемника от паразитного облучения рентгеновскими лучами.
Пример 3. Пример формирования сцинтиллятора по 2 варианту на основе, размеченной гидрофобной сеткой.
Нанесение гидрофобного покрытия производится посредством способа дискретной цифровой печати с использованием принтера, описанного в примере 1, Причем никаких особенных изменений по сравнению со стандартными печатающими головками коммерческих жидкостных принтеров не требуется, поскольку сам материал гидрофобного покрытия представляет из себя истинный раствор, который может содержать нанометровые частицы. После нанесения
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) рисунка стуктуры разделительных полосок 23 (Фиг. 7) можно приступать к нанесению собственно люминофора, при этом под действием сил поверхностного натяжения краевой угол капли люминофорной жидкой композиции значительно уменьшается. На Фиг. 7 изображен вид капли 24а люминофора при нанесении без гидрофобного покрытия, из которой формируется соответсвующий структурный элемент 4а (Фиг. А), и вид капли 24Ь с границами по гидрофобному покрытию 23, из которой формируется соответсвующий структурный элемент 4Ь (Фиг. В). В результате количество вещества люминофора, способное удерживаться в пределах площади пикселя фотоприемной матрицы значительно возрастает. Это позволяет с одной стороны, увеличить толщину слоя люминофора а с другой, получить более четкое разделение пикселей в структурированном слое люминофора (Фиг. 7, В] В лучшем варианте этого процесса нанесение люминофора производится за один проход печатающей головки.
Нанесение гидрофильного покрытия в областях, где должен находиться люминесцирующий структурный элемент повышает адгезию, и в конечном итоге срок службы предложенного детектора, с другой стороны, нанесение гидрофобного покрытия в областях границы пикселей фоточувствительной зоны 5 (Фиг. 7В) кремниевой фотоприемной матрицы способствует лучшему разделению областей структурированного люминофора.
Таким образом, совмещение структуры сцинтиллятора и матрицы фотодетектора осуществляется непосредственно во время формирования сцинтилляционного экрана, что повышает его технологичность. Предложенный способ по 1 и 2 вариантам позволяет формировать множество различных конструкций сцинтиллятора, структурные элементы различной формы и различной гетерогенной
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) структуры, наносить и совмещать сцинтилляционные структуры на непериодических или разно-размерных фотоприемных матрицах, тем самым позволяя одновременно расширить область его применения.
Сцинтилляционный детектор по 1 и 2 вариантам, полученный предложенными способами соответственно, представляет из себя новый тип сцинтилляционных детекторов, основной чертой которых является высокий контраст получаемого изображения за счёт структурирования сцинтиллятора, наносимого на поверхность пикселированного фотоприёмника способом по 1 или 2 вариантам. Предлагаемый детектор по 1 и 2 вариантам обладает повышенным контрастом получаемого изображения из-за отсутствия эффекта рассеивания между соседними пикселами фотоприёмника, обеспечиваемого физической изоляцией соседних чувствительных зон
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Claims

ФОРМУЛА
1. Способ формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприёмника, отличающийся тем, что формируют, по меньше мере, один структурный элемент непосредственно на поверхности фотоприёмника, материал которого наносят посредством двух-координатного или трёх-координатного устройства дискретного нанесения однородных жидких или гетерогенных веществ.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют устройство, содержащее, по меньшей мере, одну печатающую головку, согласованную со строением пикселей фотоприёмника, каждый из которых имеет фоточувствительную зону.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе нанесения формируют гетерогенные по высоте структурные элементы.
4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что весь материал каждого из структурных элементов наносят за один проход печатающей головки.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулируют количество наносимого материала.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формируют сцинтилляционные структурные элементы, предпочтительно, на чувствительной зоне пикселя.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что используют материал, включающий, по меньшей мере, одну люминофорную композицию.
8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в процессе нанесения формируют полусферическую, параболическую, цилиндрическую, форму усечённой пирамиды и, в общем случае, кусочно-непрерывную
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) поверхность второго или большего порядка или комбинированную форму элементов.
9. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют печатающую головку с соплом по форме согласованной со строением пикселей
5 фотоприёмника.
10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что дополнительно формируют структурные элементы из, по меньшей мере, одного материала, поглощающего регистрируемое излучение, предпочтительно между чувствительными зонами пикселей.
ю 11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что материал, поглощающий регистрируемое излучение, наносят после формирования сцинтилляционных структурных элементов.
12. Способ по п. 10, отличающийся тем, что материал сцинтиляционных структурных элементов наносят после
15 формирования структурных элементов из материала, поглощающего регистрируемое излучение.
13. Способ по п. 10, отличающийся тем, что материал сцинтилляционных структурных элементов и материал, поглощающего регистрируемое излучение, наносят поочерёдно.
20 14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каждый структурный элемент формируют отдельно от других.
15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть структурных элементов формируют отдельно от других.
16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, поверхность 25 сцинтиллятора, предпочтительно, поверхность сцинтилляционных структурных элементов дополнительно покрывают, по меньшей мере, одним слоем отражающего покрытия.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, формируют структурные элементы, имеющие локально отличающиеся оптико-физические параметры по плоскости всего фотоприемника для компенсации нелинейности и неоднородности чувствительности выходного сигнала фотоприемника.
18. Сцинтилляционный детектор, содержащий, по меньшей мере, один фотоприёмник с матрицей пикселей, каждый из которых имеет фоточувствительную зону, и сцинтиллятор, содержащий, по меньшей мере, один структурный элемент, выполненный по любому из пунктов 1-17.
19. Способ формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприёмника, отличающийся тем, что формируют, по меньше мере, один структурный элемент непосредственно на поверхности фотоприёмника, предварительно сегментированной гидрофобным изолирующим покрытием, соответствующим межпиксельным нечувствительным зонам, таким образом, что геометрические очертания нанесения материала структурного элемента формируются под действием сил поверхностного натяжения границы гидрофобно-гидрофильного участков поверхности фотоприемника.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что дополнительно наносят гидрофильный материал на чувствительные зоны пикселей.
21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что в качестве материала структурного элемента фотоприёмника используют, по меньшей мере, одну люминофорную композицию.
22. Способ по п. 19, отличающийся тем, что нанесение материла структурного элемента осуществляют путем погружения фотоприёмника в коллоидный раствор или суспензию указанного
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) материала, обеспечивающего согласованную высадку (седиментацию) люминофорного материала ' на поверхность фотоприёмника.
23. Способ по п. 19, отличающийся тем, что нанесение материала 5 структурного элемента осуществляют путём залива поверхности фотоприёмника указанным материалом, обеспечивающего согласованную высадку (седиментацию] люминофорного материала на поверхность фотоприёмника.
24. Способ по п. 19, отличающийся тем, что нанесение материала ю структурного элемента осуществляют посредством двух- координатного или трёх-координатного устройства дискретного нанесения однородных жидких или гетерогенных веществ.
25. Способ по п. 19, отличающийся тем, что дополнительно формируют структурные элементы из, по меньшей мере, одного
15 материала, поглощающего регистрируемое излучение, предпочтительно между чувствительными зонами пикселей.
26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что для формирования структурных элементов используют двух-координатное или трёх- координатное устройство дискретного нанесения жидких или
20 гетерогенных веществ, содержащее, по меньшей мере, одну печатающую головку, согласованную со строением пикселей фотоприёмника, каждый из которых имеет фоточувствительную зону.
27. Способ по п. 19, отличающийся тем, что каждый структурный 25 элемент формируют отдельно от других.
28. Способ по п. 19, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть структурных элементов формируют отдельно от других.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
29. Способ по п. 19, отличающийся тем, что, поверхность сцинтиллятора, предпочтительно, поверхность сцинтилляционных структурных элементов дополнительно покрывают, по меньшей мере, одним слоем отражающего покрытия.
30. Способ по п. 19, отличающийся тем, что, формируют структурные элементы, имеющие локально отличающиеся оптико-физические параметры по плоскости всего фотоприемника для компенсации нелинейности и неоднородности чувствительности выходного сигнала фотоприемника.
31. Сцинтилляционный детектор, содержащий, по меньшей мере, один фотоприёмник с матрицей пикселей, каждый из которых имеет фоточувствительную зону, и сцинтиллятор, содержащий, по меньшей мере, один структурный элемент, выполненный по любому из пунктов 19-30.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/RU2014/000308 2013-04-29 2014-04-28 Сцинтилляционный детектор и способ формирования структурированного сцинтиллятора WO2014178758A1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020157034167A KR101783536B1 (ko) 2013-04-29 2014-04-28 신틸레이션 검출기 및 구조화된 신틸레이터 구성 방법
EP14792312.2A EP2993492B1 (en) 2013-04-29 2014-04-28 Scintillation detector and method for forming a structured scintillator
US14/787,625 US10107922B2 (en) 2013-04-29 2014-04-28 Scintillation detector and method for forming a structured scintillator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119795/28A RU2532645C1 (ru) 2013-04-29 2013-04-29 Способ формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприемника (варианты) и сцинтилляционный детектор, полученнный данным способом (варианты)
RU2013119795 2013-04-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014178758A1 true WO2014178758A1 (ru) 2014-11-06

Family

ID=51843758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000308 WO2014178758A1 (ru) 2013-04-29 2014-04-28 Сцинтилляционный детектор и способ формирования структурированного сцинтиллятора

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10107922B2 (ru)
EP (1) EP2993492B1 (ru)
KR (1) KR101783536B1 (ru)
RU (1) RU2532645C1 (ru)
WO (1) WO2014178758A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017019686A1 (en) 2015-07-28 2017-02-02 General Electric Company Radiation detector fabrication

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3399344B1 (en) 2017-05-03 2021-06-30 ams International AG Semiconductor device for indirect detection of electromagnetic radiation and method of production
EP3553568A1 (en) * 2018-04-12 2019-10-16 Koninklijke Philips N.V. X-ray detector with focused scintillator structure for uniform imaging
WO2020204747A1 (ru) * 2019-04-01 2020-10-08 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "МТ" Детектор рентгеневского излучения с составным сцинтиллятором
RU197875U1 (ru) * 2019-04-01 2020-06-03 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "МТ" Детектор рентгеновского излучения с составным сцинтиллятором
EP3754382B1 (en) * 2019-06-17 2023-10-25 Detection Technology Oyj Radiation detector and method for manufacturing thereof
RU2757299C1 (ru) * 2020-11-10 2021-10-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки, Институт Ядерной Физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения (ИЯФ СО РАН) Способ создания структурированного рентгеновского экрана

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1140585A1 (ru) * 1983-02-25 1992-04-30 Предприятие П/Я М-5631 Жидкостной сцинтилл ционный счетчик
JP2002139568A (ja) 2000-10-31 2002-05-17 Canon Inc 放射線検出装置、その製造方法及び放射線撮像システム
US20040113088A1 (en) * 2002-09-23 2004-06-17 Christoph Brabec X-ray detector including a scintillator with a photosensor coating, and a production process
US20120225767A1 (en) * 2011-03-04 2012-09-06 Imholt Jiyun C Method of fabricating optical ceramics containing compositionally tailored regions in three dimension

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3752981A (en) * 1972-03-10 1973-08-14 Searle & Co Scintillation camera with improved resolution
US3859531A (en) * 1973-02-23 1975-01-07 Searle & Co Scintillation camera with light pipe inserts for improved linearity
GB2097915B (en) * 1981-04-27 1985-02-27 British Steel Corp Apparatus for measuring profile thickness of strip material
US6171510B1 (en) * 1997-10-30 2001-01-09 Applied Materials Inc. Method for making ink-jet printer nozzles
DE10058810A1 (de) * 2000-11-27 2002-06-06 Philips Corp Intellectual Pty Röntgendetektormodul
US20060033030A1 (en) * 2002-03-28 2006-02-16 Kabushiki Kaisha Toshiba X-ray detector
JP4191459B2 (ja) * 2002-11-26 2008-12-03 浜松ホトニクス株式会社 放射線撮像装置
DE102004056999A1 (de) * 2004-11-25 2006-06-01 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung einer Szintillatorschicht für einen Röntgendetektor und Szintillatorschicht
US7342233B2 (en) * 2005-11-18 2008-03-11 Sectra Mamea Ab Method and arrangement relating to x-ray imaging
US8063379B2 (en) * 2006-06-21 2011-11-22 Avraham Suhami Radiation cameras
KR100869219B1 (ko) * 2007-05-03 2008-11-18 동부일렉트로닉스 주식회사 이미지 센서 및 그 제조방법
US7613274B2 (en) * 2007-11-16 2009-11-03 General Electric Company Method and system of energy integrating and photon counting using layered photon counting detector
US20090314947A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-24 Array Optronix, Inc. Radiation Detector with Isolated Pixels Photosensitive Array for CT and Other Imaging Applications
KR20100079761A (ko) * 2008-12-31 2010-07-08 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 그 제조 방법
CA2765702A1 (en) 2009-06-17 2010-12-23 The Regents Of The University Of Michigan Photodiode and other sensor structures in flat-panel x-ray imagers and method for improving topological uniformity of the photodiode and other sensor structures in flat-panel x-ray imagers based on thin-film electronics
WO2011030240A2 (en) * 2009-09-08 2011-03-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Imaging measurement system with a printed photodetector array
US8698088B2 (en) * 2009-10-07 2014-04-15 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. System and method to detect target radiation
EP2577351B1 (en) * 2010-05-24 2017-06-14 Koninklijke Philips N.V. Ct detector including multi-layer fluorescent tape scintillator with switchable spectral sensitivity
WO2012014538A1 (ja) * 2010-07-26 2012-02-02 富士フイルム株式会社 放射線検出パネル
DE102010043749A1 (de) * 2010-11-11 2012-05-16 Siemens Aktiengesellschaft Hybride organische Fotodiode
US20130009066A1 (en) * 2011-07-06 2013-01-10 Siemens Aktiengesellschaft Block Detector With Variable Microcell Size For Optimal Light Collection
US8884213B2 (en) * 2011-07-06 2014-11-11 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Energy correction for one-to-one coupled radiation detectors having non-linear sensors
KR20150114570A (ko) * 2013-02-04 2015-10-12 "에스티씨-엠티" 엘엘씨 섬광 검출기
US9149988B2 (en) * 2013-03-22 2015-10-06 Markforged, Inc. Three dimensional printing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1140585A1 (ru) * 1983-02-25 1992-04-30 Предприятие П/Я М-5631 Жидкостной сцинтилл ционный счетчик
JP2002139568A (ja) 2000-10-31 2002-05-17 Canon Inc 放射線検出装置、その製造方法及び放射線撮像システム
US20040113088A1 (en) * 2002-09-23 2004-06-17 Christoph Brabec X-ray detector including a scintillator with a photosensor coating, and a production process
US20120225767A1 (en) * 2011-03-04 2012-09-06 Imholt Jiyun C Method of fabricating optical ceramics containing compositionally tailored regions in three dimension

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017019686A1 (en) 2015-07-28 2017-02-02 General Electric Company Radiation detector fabrication
EP3329514A4 (en) * 2015-07-28 2019-10-23 General Electric Company FABRICATION OF RADIATION DETECTOR

Also Published As

Publication number Publication date
EP2993492A1 (en) 2016-03-09
KR101783536B1 (ko) 2017-10-23
EP2993492A4 (en) 2016-07-06
KR20160003224A (ko) 2016-01-08
RU2532645C1 (ru) 2014-11-10
US10107922B2 (en) 2018-10-23
EP2993492B1 (en) 2019-06-19
US20160154120A1 (en) 2016-06-02
RU2013119795A (ru) 2014-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014178758A1 (ru) Сцинтилляционный детектор и способ формирования структурированного сцинтиллятора
EP3356859B1 (en) High dqe imaging device
US6784432B2 (en) X-ray detector module
JP5767512B2 (ja) 放射線検出素子及び放射線検出器
JP2008510960A (ja) 保護層を有するマイクロエレクトロニクスシステム
JP2018529083A5 (ru)
KR102028788B1 (ko) 신틸레이터 패널, 및 방사선 검출기
CN105093259A (zh) 射线探测器
KR102028789B1 (ko) 신틸레이터 패널, 및 방사선 검출기
CN101002108A (zh) 闪烁器和防散射滤线栅结构
US9864070B2 (en) Scintillation detector
WO2013140444A1 (ja) シンチレータ及びその製造方法、並びに放射線検出器及びその製造方法
CN106662660A (zh) 辐射探测器和用于生产辐射探测器的方法
JP6174849B2 (ja) 放射線撮像装置及び放射線撮像システム
US8673217B2 (en) Sensor using plasmon resonance
CN112673285A (zh) 多片式单层辐射探测器
JP2002529712A (ja) 検出素子を有した検出器用散乱防止放射線グリッド
US20210063586A1 (en) Flat panel x-ray imager with scintillating glass substrate
KR101078694B1 (ko) 엑스선 디지털 이미지 센서 장치, 엑스선 디지털 이미지 장치 및 엑스선 디지털 이미지 센서 제조 방법
KR101955994B1 (ko) 신틸레이터 패널과 그 제조 방법
TW201732838A (zh) 放射線檢測裝置之製造方法
US7923693B2 (en) Scintillator-block capable of efficient absorption of X-ray energy
DE102018100728A1 (de) Organische Photorezeptoren
JP2002303674A (ja) 放射線検出装置及びその製造方法
JP2016003928A (ja) 放射線検出装置及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14792312

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014792312

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20157034167

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14787625

Country of ref document: US