Детектор излучения



Детектор излучения
Детектор излучения
Детектор излучения
Детектор излучения
Детектор излучения
Детектор излучения

 


Владельцы патента RU 2482514:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС Н.В. (NL)

Изобретение относится к детектору излучения и использованию светоотражающего материала в детекторе излучения. Детектор излучения содержит матрицу фотодетектирующих элементов, имеющую один или более фотодетектирующих элементов, один или более визуализирующих элементов, смежных с матрицей фотодетектирующих элементов, светоотражающий материал, покрывающий боковые стороны, а также верхнюю(ие) сторону или стороны упомянутых одного или более визуализирующих элементов, причем по меньшей мере часть светоотражающего материала представляет собой полимер с показателем преломления, который составляет менее 1,5, и модулем упругости менее 2 ГПа, а предпочтительно менее 1 ГПа. Технический результат - снижение перекрестных помех между дикселями (пикселями). 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к детектору излучения и использованию светоотражающего материала в детекторе излучения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Детекторы излучения используются, в частности, в сканерах компьютерной томографии (КТ) и будут описываться именно в связи с ними. Однако изобретение также находит применение при получении дифракционных (ДФ) и радиочастотных (РЧ) изображений, рентгеновской флуороскопии, радиографии и других исследовательских системах для медицинских и немедицинских исследований.

При получении изображений компьютерной томографией (КТ) обычно используется источник рентгеновского излучения, который создает пучок рентгеновских лучей, пересекающий обследуемую область. Предмет, расположенный в обследуемой области, взаимодействует с рентгеновскими лучами и поглощает часть проходящих рентгеновских лучей. Напротив источника рентгеновского излучения располагается двумерный детектор излучения, включающий в себя матрицу элементов-детекторов, для детектирования и измерения интенсивностей прошедших рентгеновских лучей.

Как правило, источник рентгеновского излучения и детектор излучения устанавливаются на противоположных сторонах гентри, которая вращается так, чтобы получить проекционные виды предметов в угловом диапазоне. В некоторых конфигурациях источник рентгеновского излучения устанавливается на вращающейся гентри, тогда как детектор излучения устанавливается на стационарной гентри. В любой конфигурации проекционные виды реконструируются с использованием отфильтрованной обратной проекции или другого способа реконструкции, чтобы получить трехмерное изображение предмета или его выбранного участка.

Детектор излучения может включать в себя визуализирующую пластину, состоящую из матрицы визуализирующих элементов, таких как сцинтилляционные кристаллы, которые производят вспышки света, называемые сцинтиляционными событиями, в ответ на рентгеновские лучи. Такие детекторы излучения могут также включать в себя матрицу фотодетекторов, такую как фотодиодная матрица, которая располагается в видимости сцинтилляционных кристаллов и производит аналоговые электрические сигналы, указывающие на пространственное расположение и интенсивность сцинтилляционных событий. Визуализирующие пластины, предназначенные для использования в сканерах КТ и при общих медицинских исследованиях, включают в себя комплект пикселей, независимо откликающихся на падающее рентгеновское излучение и генерирующих электрические сигналы, которые используются для получения цифрового изображения. В некоторых детекторах узел сцинтилляторов включает в себя матрицу отдельных кристаллов, которые собраны вместе или вырезаны из общей пластины сцинтиллятора, например, с помощью скрайбирования или других технологий полупроводникового производства.

В настоящее время большинство производителей КТ делает матрицы детекторов рентгеновского излучения, в которых каждый детектор содержит один или более сцинтилляторов и один или более фотодиодов. Детекторы рентгеновского излучения содержат испускающие свет блоки кристаллического или керамического материала рентгеновского сцинтиллятора, отделенные друг от друга белыми разделителями или сепараторами и приклеенные к передней поверхности кремниевых фотодиодных матриц. Белые сепараторы или разделители, которые выполнены из светоотражающего материала, обычно содержат эпоксидную смолу, подобранную для радиационной стойкости, с наполнителем диоксидом титана, чтобы сделать его белым. Функция светоотражающего материала заключается в отражении света, произведенного при сцинтилляции, когда рентгеновские лучи поглощаются в объеме сцинтиллятора, вниз в чувствительную область фотодетектирующего элемента, для избежания потерь сверху, или рассеяния по сторонам в соседние диксели (пиксели детектора).

Матрица детектора может иметь многие, или даже сотни, детекторных пикселей, или дикселей, и оптически связана с согласованной кремниевой фотодиодной матрицей и наложена на нее. Кремниевая фотодиодная матрица собирает свет, испускаемый сцинтилляторами, и создает электрические заряды, которые электронным образом обрабатываются и используются для отображения характеристик вокселей (элементов объемного изображения) в последующем изображении КТ.

Однако в известных матрицах детекторов рентгеновского излучения имеются проблемы. Поскольку матрицы детекторов рентгеновского излучения увеличиваются в размере, то проблемы согласования теплового расширения между жесткой эпоксидной смолой, имеющей высокий коэффициент теплового расширения (КТР), и хрупкой кремниевой микросхемой, имеющей низкий КТР, могут вызвать расслаивание, особенно когда узел подвергается экстремальным температурам. Это может случиться во время поставки сканера в больницу зимой, когда температуры могут быть ниже -20°C.

Кроме того, белые сепараторы или разделители, выполненные посредством этой известной технологии, должны быть достаточно толстыми. Эффективность белого отражающего слоя на длине волны λ определяется коэффициентом Sλ рассеяния Кубелки-Мунка, который связан с толщиной d слоя и коэффициентом диффузного отражения Rλ хорошо известной формулой

.

Как правило, коэффициенты рассеяния, не намного превосходящие 2000 см-1, могут быть достигнуты с использованием эпоксидных смол, показатель преломления которых обычно превышает 1,5. Это означает, что сепаратор с толщиной 100 мкм будет передавать 5% света как перекрестные помехи. Это особенно важно, если желательно уменьшить размер дикселя для улучшения пространственного разрешения КТ-изображения.

Кроме того, белые покрытия на внешнем краю матрицы, где место для этих покрытий ограничено, также должны быть относительно толстыми. Покрытие, имеющее толщину 50 мкм, будет терять 9% падающего на него света.

Соответственно, изобретение предпочтительно призвано смягчить, облегчить или устранить один или более из вышеупомянутых недостатков, отдельно или в любой комбинации.

ЗАДАЧА И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения заключается в предоставлении альтернативы предшествующему уровню техники. В частности, задача настоящего изобретения заключается в предоставлении детектора излучения, который решает вышеупомянутые проблемы предшествующего уровня техники относительно механических свойств, перекрестных помех между пикселями (их взаимного влияния) и/или потребности в относительно толстом слое светоотражающего материала или сепаратора.

Указанная выше задача и некоторые другие задачи намечены решаться в первом аспекте изобретения предоставлением детектора излучения, содержащего:

- матрицу фотодетектирующих элементов, имеющую один или более фотодетектирующих элементов;

- один или более визуализирующих элементов, смежных с матрицей фотодетектирующих элементов;

- светоотражающий материал, покрывающий боковые стороны, а также верхнюю(ие) сторону или стороны упомянутых одного или более визуализирующих элементов, причем по меньшей мере часть светоотражающего материала содержит жесткий, гибкий полимер.

Гибкость полимера обеспечивает хорошие механические свойства и позволит полимеру изменять свой размер с температурой в соответствии с изменениями в кремниевой микросхеме, не оказывая существенных усилий на эту микросхему. Различное тепловое расширение компонентов детектора оказывается, таким образом, допустимым, не создавая значительных сил расслаивания. Кроме того, гибкость также позволяет собирать эту матрицу на матрице фотодетектирующих элементов, даже когда одна из них не является абсолютно плоской, поскольку они могут быть сжаты вместе для взаимного соответствия.

Матрица фотодетектирующих элементов преимущественно является полупроводниковой матрицей, например, состоящей из кремниевых фотодиодов. Следует отметить, что обычно визуализирующий(ие) элемент или элементы расположен(ы) на соответственных фотодетектирующих элементах на матрице фотодетектирующих элементов и прикреплен(ы) к ним. Термины "боковые стороны" и "верхняя сторона" следует понимать как обозначающие части визуализирующих элементов, когда они используются для детектирования излучения, такого как падающие сверху рентгеновские лучи. Боковые стороны и верхняя сторона вместе образуют периферийные стороны визуализирующих элементов, за исключением частей визуализирующих элементов, обращенных к фотодетектирующим элементам. Термины "боковые стороны" и "верхняя сторона" имеют их обычные значения, если детектор излучения рассматривается со стороны в положении с фотодетектирующим элементом внизу, т.е. верхняя сторона визуализирующего элемента является стороной, обращенной вверх к падающему излучению, например рентгеновскому излучению, а боковые стороны визуализирующего элемента являются сторонами, обращенными к сторонам, то есть обычно к вертикальным сторонам.

Термин "гибкий полимер" следует понимать как обозначающий полимер, который легко изгибается относительно малыми усилиями, в отличие от материалов, например эпоксидной смолы, которые могли бы расколоться при этих условиях. Полимер по изобретению является также жестким полимером в том смысле, что требуется довольно много энергии для разрушения полимера, т.е. полимер имеет относительно высокую энергию разрыва.

Как правило, детектор излучения представляет собой детектор рентгеновского излучения.

В соответствии с одним аспектом изобретения жесткий, гибкий полимер имеет модуль упругости менее 2 ГПа, а предпочтительно менее 1 ГПа. Кроме того, жесткий, гибкий полимер имеет энергию разрыва более 0,6 Дж/м3. Жесткий, гибкий полимер, имеющий такие механические свойства, выгоден тем, что он допускает различное тепловое расширение компонентов детектора, не создавая больших сил расслаивания.

В соответствии с одним аспектом изобретения жесткий, гибкий полимер имеет низкий показатель преломления. Низкий показатель преломления полимера обеспечивает увеличение коэффициента рассеяния ("белизны") и, таким образом, коэффициента отражения светоотражающего материала по сравнению с известными эпоксидными смолами. Тем самым, становится возможным получить светоотражающий материал, имеющий коэффициент рассеяния, превышающий 4000 см-1, что вдвое больше коэффициента рассеяния подобных эпоксидных смол. Это обеспечивает соответствующее снижение оптических перекрестных помех между дикселями матрицы для данной толщины сепаратора, или же данный уровень оптических перекрестных помех может быть достигнут только с половинной толщиной сепаратора. Таким образом, для данного уровня перекрестных помех, толщина сепаратора может быть уменьшена; это уменьшение будет выгодно для пациентов во время облучения, поскольку более тонкие сепараторы уменьшают дозу облучения пациента, например дозу рентгеновского облучения пациента.

Использование полимера с высоким коэффициентом отражения в качестве светоотражающего материала и результирующее возможное уменьшение толщины отражающего материала особенно важно вокруг граней матричных блоков, которые должны быть состыкованы друг с другом настолько близко, насколько это возможно. Допуск на внешние размеры каждого блока должен контролироваться очень тщательно, и снижение толщины внешнего слоя светоотражающего материала, даже на несколько десятков микрон, может быть важным потому, что это может способствовать менее дорогостоящей технологии производства и, таким образом, сделать возможными менее дорогостоящие медицинские исследования.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения светоотражающий элемент имеет низкий показатель преломления менее 1,5, а предпочтительно менее 1,45. Такие низкие значения показателя преломления гарантируют, что описанные выше проблемы предшествующего уровня техники смягчаются, или даже преодолеваются, и что становится возможным получить светоотражающий материал, имеющий коэффициент рассеяния, превышающий 4000 см-1, что вдвое больше коэффициента рассеяния подобных эпоксидных смол. Выгодным оказался полимер, имеющий показатель преломления 1,44.

В соответствии с другим аспектом изобретения упомянутая часть светоотражающего материала, которая содержит гибкий полимер, имеющий низкий показатель преломления, содержит силиконовую смолу или термопластический фторполимер. Примерами подходящей силиконовой смолы могут быть Nu-Sil LS-6143 и Elastosil RT601, а примером подходящего термопластического фторполимера может быть ПВДФ. Эти примерные материалы имеют показатель преломления менее 1,45, а именно 1,43 или 1,42, и оказались подходящими в качестве светоотражающих материалов в детекторах излучения благодаря их жесткости, гибкости и малому показателю преломления.

В соответствии с другим аспектом изобретения светоотражающий материал также содержит частицы материала-наполнителя, диспергированного в силиконовой смоле или термопластическом фторполимере. Частицы материала-наполнителя предпочтительно содержат частицы TiO2. Термин "материал-наполнитель" следует понимать как обозначающий материал, который при добавлении к какому-либо материалу увеличивает его коэффициент рассеяния.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения частицы материала-наполнителя имеют средний размер частицы приблизительно 0,5 мкм. Это обеспечивает соответствующее увеличение коэффициента рассеяния получившегося в результате материала вследствие того, что имеет место рассеяние света от прозрачных частиц TiO2 на границе раздела между частицами и полимером, в котором они диспергированы. Чем больше частиц TiO2 в полимере, и чем больше угол преломления света через их границы раздела с полимером, тем большим становится рассеяние.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения упомянутая часть светоотражающего материала содержит светоотражающий материал, покрывающий верхнюю сторону или стороны упомянутых одного или более визуализирующих элементов. Наибольшее улучшение в отношении выдерживания внешних нагрузок достигается, когда верхняя сторона или стороны выполнена или выполнены только из гибкого полимера, поскольку его упругость уменьшит эти нагрузки. Силы теплового сжатия на верхних сторонах намного больше, чем силы теплового сжатия светоотражающего материала в промежутке между визуализирующими элементами, вследствие существенно большей площади верхней стороны или сторон светоотражающего материала по сравнению со светоотражающим материалом на боковых сторонах визуализирующих элементов и в сепараторах в промежутках между смежными визуализирующими элементами.

Еще в одном аспекте упомянутая часть светоотражающего материала также содержит светоотражающий материал, покрывающий боковые стороны упомянутых одного или более визуализирующих элементов. Если по существу весь светоотражающий материал выполнен из гибкого полимера с низким показателем преломления, то, таким образом, возможно извлечь максимальную пользу из преимуществ использования этого материала.

Изобретение также относится к детектору излучения, содержащему матрицу фотодетектирующих элементов, имеющую один или более фотодетектирующих элементов; один или более визуализирующих элементов, смежных с матрицей фотодетектирующих элементов; светоотражающий материал, покрывающий боковые стороны, а также верхнюю(ие) сторону или стороны упомянутых одного или более визуализирующих элементов, причем по меньшей мере часть светоотражающего материала содержит полимер, имеющий низкий показатель преломления.

Низкий показатель преломления полимера обеспечивает увеличение коэффициента рассеяния ("белизны") и, таким образом, коэффициента отражения светоотражающего материала по сравнению с известными эпоксидными смолами. Тем самым становится возможным получить светоотражающий материал, имеющий коэффициент рассеяния, превышающий 4000 см-1, что вдвое больше коэффициента рассеяния подобных эпоксидных смол. Это обеспечивает соответствующее снижение оптических перекрестных помех между дикселями матрицы для данной толщины сепаратора, или же данный уровень оптических перекрестных помех может быть достигнут только с половинной толщиной сепаратора. Таким образом, для данного уровня перекрестных помех, толщина сепаратора может быть уменьшена; это уменьшение будет выгодно для пациентов во время облучения, поскольку более тонкие сепараторы уменьшают дозу рентгеновского облучения пациента.

Использование полимера с высоким коэффициентом отражения в качестве светоотражающего материала и результирующее возможное уменьшение толщины отражающего материала особенно важно вокруг граней матричных блоков, которые должны быть состыкованы друг с другом настолько близко, насколько это возможно. Допуск на внешние размеры каждого блока должен контролироваться очень тщательно, и снижение толщины внешнего слоя светоотражающего материала, даже на несколько десятков микрон, может быть важным потому, что это может способствовать менее дорогостоящей технологии производства и, таким образом, сделать возможными менее дорогостоящие медицинские исследования.

В соответствии с аспектом изобретения светоотражающий элемент имеет низкий показатель преломления менее 1,5, а предпочтительно менее 1,45. Такие низкие значения показателя преломления гарантируют, что описанные выше проблемы предшествующего уровня техники преодолеваются и что становится возможным получить светоотражающий материал, имеющий коэффициент рассеяния, превышающий 4000 см-1, что вдвое больше коэффициента рассеяния подобных эпоксидных смол. Выгодным оказался полимер, имеющий показатель преломления 1,44.

Наконец, изобретение относится к сканеру КТ, содержащему детектор излучения в соответствии с изобретением.

Следует отметить что термины "сепаратор" и "разделитель" повсюду в данном описании используются синонимично. В других документах термин "разделение" может использоваться в том же самом значении. Сепараторы или разделители обычно содержат светоотражающий материал или выполнены из светоотражающего материала.

Каждый из различных аспектов настоящего изобретения может быть скомбинирован с любым из других аспектов. Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными из описанных ниже вариантов реализации и будет пояснены со ссылкой на эти варианты реализации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Детектор излучения и светоотражающий материал для детектора излучения в соответствии с изобретением будут теперь описаны более подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи. Чертежи показывают один вариант осуществления настоящего изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие другие возможные варианты реализации, находящиеся в пределах объема приложенной формулы изобретения.

Фиг.1 представляет собой вид в перспективе детектора излучения;

Фиг.2a - вид в перспективе детектора излучения с вырезанной для наглядности частью светоотражающего материала;

Фиг.2b - вид детектора излучения в разрезе по линии 2B-2B на Фиг.2a;

Фиг.3a - вид в перспективе альтернативного детектора излучения с вырезанной для наглядности частью светоотражающего материала;

Фиг.3b - вид детектора излучения в разрезе по линии 3B-3B на Фиг.3a; и

Фиг.4 показывает графики коэффициента диффузного отражения полимера с низким показателем преломления и эпоксидной смолы как функции толщины этих полимеров.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ

На Фиг.1 показан вид в перспективе детектора 100 излучения. Детектор 100 излучения представляет собой детектор рентгеновского излучения. Детектор 100 рентгеновского излучения содержит матрицу 120 фотодетектирующих элементов, имеющую один или более фотодетектирующих элементов. Фотодетектирующие элементы могут быть фотодиодами или любым другим материалом, преобразующим свет в электричество. Детектор 100 также содержит визуализирующие элементы в виде сцинтилляционного слоя 150, содержащего один или более элементов-сцинтилляторов. Элементы-сцинтилляторы сцинтилляционного слоя 150 покрыты светоотражающим материалом. На Фиг.1 показано, что сцинтилляционный слой 150 располагается над матрицей 120 фотодетектирующих элементов и прикреплен к ней. Сцинтилляционный слой может быть оптически связан с передней или верхней поверхностью матрицы фотодетекторов с использованием оптического клея. На Фиг.1 компоненты сцинтилляционного слоя, то есть элементы-сцинтилляторы, покрыты и скрыты светоотражающим материалом.

На Фиг.2a показан вид в перспективе детектора 200 излучения с вырезанной для наглядности частью светоотражающего материала, а на Фиг.2b - вид детектора излучения в разрезе, выполненном вертикальной плоскостью по линии 2B-2B на Фиг.2a. Детектор 200 излучения представляет собой пример детектора 100 излучения по Фиг.1; детектор 200 излучения является детектором рентгеновского излучения. На Фиг.2a показана матрица 220 фотодетектирующих элементов, на которой располагается сцинтилляционный слой 250. Сцинтилляционный слой 250 содержит светоотражающий материал 240, а также множество сцинтилляторов 230, например сцинтилляторы из оксисульфида гадолиния (GOS). В примере на Фиг.2a и 2b сцинтилляторы 230 выполнены как коробчатые прямоугольные элементы. Сцинтилляторы 230 могут быть, например, 1 мм шириной и иметь длину до 20 мм. Светоотражающий материал простирается вокруг периферийных сторон сцинтилляторов, то есть их сторон, не обращенных к матрице 220 фотодетектирующих элементов. Светоотражающий материал находится, таким образом, между каждыми двумя смежными сцинтилляторами 230, а также на внешней стороне граней внешних сцинтилляторов и на верхних сторонах всех сцинтилляторов. Внешние поверхности сцинтилляционного слоя являются плоскими, так что светоотражающий материал образует верхнее покрытие 242, а также разделители или сепараторы 241 (см. Фиг.2b). На Фиг.2b показано поперечное сечение, выполненное вертикальной плоскостью по линии 2B-2B на Фиг.2a. На Фиг.2b показан детектор 200 излучения, содержащий матрицу 220 фотодетектирующих элементов, а также сцинтилляционный слой 250 со сцинтилляторами 230 и светоотражающим материалом 240. Верхнее покрытие 242 показано как слой, покрывающий верхние стороны сцинтилляторов 230. Разделители или сепараторы 241 из светоотражающего материала имеются между любыми двумя смежными сцинтилляторами, а также на внешней стороне граней самых крайних сцинтилляторов. Поверхности светоотражающего материала располагаются так, чтобы отражать свет, создаваемый при сцинтилляции, когда рентгеновское излучение поглощается материалом сцинтиллятора, вниз в чувствительную область фотодетектирующего элемента, для избежания потерь вверху, или рассеяния в стороны в соседние диксели. Для упрощения на Фиг.2a и 2b показаны только четыре сцинтиллятора; однако следует отметить, что обычно на каждой матрице фотодетектирующих элементов располагается большее число сцинтилляторов.

Светоотражающий материал представляет собой жесткий, гибкий полимер, имеющий низкий показатель преломления, например силиконовую смолу или термопластический фторполимер, содержащий частицы оксида титана (TiO2). Использование гибкого полимера может быть ограничено материалом, находящимся над верхними гранями (как видно в ориентации на Фиг.2a и 2b) сцинтилляторов, или верхним покрытием 242 из светоотражающего материала, поскольку силы теплового сжатия верхнего покрытия или материала над верхними гранями сцинтилляторов намного больше, чем силы теплового сжатия разделителей или сепараторов 241 из-за намного большей площади верхнего покрытия или материала, покрывающего верхние грани сцинтилляторов, по сравнению с площадью разделителей или сепараторов 241. Когда силиконовая смола или термопластический фторполимер используется только для верхнего покрытия или для материала над верхними гранями сцинтилляторов, оставшаяся часть полимера может быть любым обычным полимером, таким как эпоксидная смола.

На Фиг.3а показан вид в перспективе альтернативного детектора 300 излучения с вырезанной для наглядности частью светоотражающего материала, а на Фиг.3b показан вид детектора излучения в разрезе, выполненном вертикальной плоскостью по линии 3B-3B на Фиг.3a. Детектор 300 излучения представляет собой другой пример детектора 100 излучения по Фиг.1; детектор 300 излучения также является детектором рентгеновского излучения. Если детектор 200 излучения по Фиг.2a и 2b был однокристальным типа КТ, то детектор 300 излучения по Фиг.3a и 3b является многокристальным типа КТ. На Фиг.3a показана матрица 320 фотодетектирующих элементов, на которой располагается визуализирующий слой 350 в виде сцинтилляционного слоя. Сцинтилляционный слой 350 содержит светоотражающий материал 340, а также множество визуализирующих элементов в виде элементов-сцинтилляторов 330, например сцинтилляторов из GOS. В примере по Фиг.3a и 3b сцинтилляторы 330 выполнены как коробчатые или кубические элементы, имеющие плоские боковые стороны и верхнюю и нижнюю стороны. Такие элементы обозначаются также как "диксели". Элементы-сцинтилляторы 330 могут иметь ширину, например, примерно 1 мм и длину примерно 0,5-1,5 мм, или наоборот. Светоотражающий материал простирается вокруг периферийных сторон сцинтилляторов, то есть всех их граней, не обращенных к матрице 320 фотодетектирующих элементов. Светоотражающий материал, таким образом, присутствует между боковыми гранями любых двух смежных сцинтилляторов 330 и на внешней стороне граней самых крайних сцинтилляторов и на верхней стороне сцинтилляторов. Внешние поверхности сцинтилляционного слоя являются плоскими, так что светоотражающий материал образует верхнее покрытие 342, а также разделители или сепараторы 341 (см. Фиг.3b). На Фиг.3b показано поперечное сечение, выполненное по линии 3b-3b на Фиг.3a. На Фиг.3b показан детектор 300 излучения, содержащий матрицу 320 фотодетектирующих элементов, а также сцинтилляционный слой 350 со сцинтилляторами 330 и светоотражающим материалом 340. Верхнее покрытие 342 показано как слой, покрывающий верхние стороны сцинтилляторов 330. Разделители или сепараторы 341 из светоотражающего материала присутствуют между любыми двумя смежными сцинтилляторами, а также на внешней стороне граней самых крайних сцинтилляторов. Для простоты на Фиг.3a и 3b показаны только четыре сцинтиллятора; однако следует отметить, что обычно на каждой матрице фотодетектирующих элементов располагается большее число сцинтилляторов.

Светоотражающий материал представляет собой жесткий, гибкий полимер, имеющий низкий показатель преломления, например силиконовую смолу или термопластический фторполимер, содержащий частицы оксида титана (TiO2). Использование гибкого полимера с низким показателем преломления или без него может быть ограничено материалом над верхними гранями (как видно в ориентации на Фиг.3a и 3b) сцинтилляторов или верхним покрытием 342 из светоотражающего материала, поскольку силы теплового сжатия верхнего покрытия или материала над верхними гранями сцинтилляторов намного больше, чем силы теплового сжатия разделителей или сепараторов 341, из-за намного большей площади верхнего покрытия или материала, покрывающего верхние грани сцинтилляторов, по сравнению с площадью разделителей или сепараторов 341. Если силиконовая смола или термопластический фторполимер используется для верхнего покрытия или для материала над верхними гранями сцинтилляторов, оставшаяся часть полимера может быть любым обычным полимером, таким как эпоксидная смола.

Если гибкий полимер используется для верхних граней сцинтилляторов, то он предпочтительно, но не обязательно, имеет низкий показатель преломления, поскольку ограничение толщины материала менее жесткое на верхней грани.

На Фиг.4 показаны графики коэффициента диффузного отражения полимера с низким показателем преломления и эпоксидной смолы как функции толщины этих полимеров. Нижняя кривая на Фиг.4 показывает коэффициент диффузного отражения света с длиной волны 540 нм у покрытий, сделанных при использовании наполнителя диоксида титана, тонко диспергированного в эпоксидной смоле. Эпоксидная смола имеет номинальный показатель преломления 1,538 и коэффициент рассеяния Sλ

2000 см-1 на длине волны λ 540 нм. В сравнении верхняя кривая на Фиг.4 показывает подобное покрытие, сделанное из полимера ПВДФ, который имеет показатель преломления 1,42. Этот полимер ПВДФ имеет коэффициент рассеяния Sλ 6660 см-1 на длине волны λ 540 нм.

Каждое покрытие выполнено диспергированием тонкого порошка (средний размер частицы примерно 0,5 мкм) в первой части (часть A) полимера до концентрации 70% по весу и деаэрированием перед смешиванием в другой деаэрированной части (часть B) полимера без примешанного порошка. Порошок может быть оксидом титана (TiO2). Графики на Фиг.4 показывают зависимость коэффициента отражения от толщины покрытия и находятся в хорошем соответствии с приведенной выше формулой Кубелки-Мунка. На Фиг.4 показано, что полимер ПВДФ, имеющий низкий показатель преломления, обеспечивает более высокий коэффициент отражения для любой толщины полимера по сравнению с эпоксидной смолой. Таким образом, использование полимера, имеющего низкий показатель преломления, улучшает коэффициент отражения по сравнению с эпоксидными смолами, имеющими показатель преломления примерно 1,58. Тем самым, оптические перекрестные помехи между дикселями матрицы сцинтилляторов могут быть уменьшены для данной толщины покрытия, или же данный уровень перекрестных помех может быть достигнут с уменьшенной толщиной сепаратора.

Белый полимер может быть нанесен между дикселями вырезанной заготовки сцинтиллятора, предпочтительно в вакууме во избежание воздушных пузырей, в течение 30 минут или около того после приготовления. Предпочтительно делать это, когда рабочая деталь горячая, скажем, 45°C, для снижения вязкости полимера. После этого компонент может быть отожжен для отверждения полимера.

Альтернативой полимеру ПВДФ является любая силиконовая смола, имеющая подобный показатель преломления. Примеры смол, которые могут быть использованы с этой целью, включают в себя Nu-Sil LS-6143 и Elastosil RT601, но может быть использована любая жесткая, гибкая силиконовая смола, имеющая низкий показатель преломления.

Используемый порошок TiO2 может быть фирмы Du Pont Ti-pure R-931, который имеет средний размер частиц 0,55 мкм, что близко к длине волны пика эмиссии сцинтиллятора из GOS. Отдельные частицы могут быть покрыты SiO2 для того, чтобы предотвратить оптический контакт между ними при высоких концентрациях и чтобы допустить рассеяние.

Хотя настоящее изобретение было описано в связи с конкретными вариантами реализации, оно не должно рассматриваться как ограниченное представленными примерами. Объем настоящего изобретения определяется приложенной формулой изобретения. В контексте формулы изобретения использование глагола "содержит" и его спряжений не исключает другие возможные элементы или этапы. Использование выражений в единственном числе не должно рассматриваться как исключение множественного числа. Использование ссылочных обозначений в формуле изобретения по отношению к показанным на чертежах элементам также не следует рассматривать как ограничение объема изобретения. Кроме того, отдельные признаки, указанные в различных пунктах формулы изобретения, могут быть скомбинированы выгодным образом, и указание этих признаков в различных пунктах формулы изобретения не исключает того, что комбинация признаков может быть возможной и выгодной.

1. Детектор излучения, содержащий
матрицу фотодетектирующих элементов, имеющую один или более фотодетектирующих элементов;
один или более визуализирующих элементов, смежных с матрицей фотодетектирующих элементов;
светоотражающий материал, покрывающий боковые стороны, а также верхнюю(ие) сторону или стороны упомянутых одного или более визуализирующих элементов, причем по меньшей мере часть светоотражающего материала представляет собой полимер с показателем преломления, который составляет менее 1,5, и модулем упругости менее 2 ГПа, а предпочтительно менее 1 ГПа.

2. Детектор излучения по п.1, причем полимер имеет энергию разрыва более 0,6 Дж/м3.

3. Детектор излучения по п.1, причем упомянутый показатель преломления составляет менее 1,45.

4. Детектор излучения по любому из пп.1-3, причем упомянутая часть светоотражающего материала содержит силиконовую смолу или термопластический фторполимер.

5. Детектор излучения по п.4, причем упомянутая часть светоотражающего материала также содержит частицы материала-наполнителя, диспергированного в силиконовой смоле или термопластическом фторполимере.

6. Детектор излучения по п.5, причем частицы материала-наполнителя содержат частицы TiO2.

7. Детектор излучения по п.5, причем частицы материала-наполнителя имеют средний размер частицы приблизительно 0,5 мкм.

8. Детектор излучения по п.1, причем упомянутая часть светоотражающего материала содержит светоотражающий материал, покрывающий верхнюю(ие) сторону или стороны упомянутых одного или более визуализирующих элементов.

9. Детектор излучения по п.8, причем упомянутая часть светоотражающего материала также содержит светоотражающий материал, покрывающий боковые стороны упомянутых одного или более визуализирующих элементов.

10. Детектор излучения по п.1, причем упомянутые один или более визуализирующих элементов содержат сцинтилляторы.

11. Сканер КТ, содержащий детектор излучения, причем детектор излучения содержит
матрицу фотодетектирующих элементов, имеющую один или более фотодетектирующих элементов;
один или более визуализирующих элементов, смежных с матрицей фотодетектирующих элементов;
светоотражающий материал, покрывающий боковые стороны, а также верхнюю(ие) сторону или стороны упомянутых одного или более визуализирующих элементов, причем по меньшей мере часть светоотражающего материала представляет собой полимер с показателем преломления, который составляет менее 1,5, и модулем упругости менее 2 ГПа, а предпочтительно менее 1 ГПа.

12. Сканер КТ по п.11, причем упомянутый показатель преломления составляет менее 1,45.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиационных детекторов и более конкретно - к радиационному детектору, который содержит сцинтиллятор. .

Изобретение относится к области техники обнаружения электромагнитного излучения, а более конкретно к обнаружению гамма-излучения в ходе сканирования с радионуклидной визуализацией.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к диагностике излучения различных импульсных источников гамма-излучения. .

Изобретение относится к области медицинской рентгенографии, в частности к детектору для обследования представляющего интерес объекта, к аппарату для обследования, и к способу изготовления такого детектора.

Изобретение относится к области дозиметрии рентгеновского и гамма-излучения с помощью термолюминесцентных детекторов при решении задач персональной дозиметрии, особо при определении дозозатрат персонала рентгеновских кабинетов и обслуживающего персонала мобильных комплексов радиационного контроля, задач радиоэкологического мониторинга в зонах с повышенным радиационным фоном, особо на территориях хвостохранилищ отработанных урановых руд или других радиоактивных материалов и отходов.

Изобретение относится к области создания пластмассовых сцинтилляторов с повышенным средним атомным номером. .

Изобретение относится к области «сцинтилляционная техника», прежде всего к эффективным быстродействующим сцинтилляционным детекторам, предназначенным для регистрации гамма и рентгеновских квантов, в приборах для экспресс-диагностики в медицине, промышленности, космической технике, научных исследованиях.

Изобретение относится к области дозиметрии электронного излучения и может быть пригодно для персональной дозиметрии операторов, обслуживающих комплексы радиационного контроля при мониторинге территорий, акваторий и зон захоронения радиоактивных отходов, а также для лиц, работающих с излучением в медицинских радиологических центрах и в лабораториях ускорительной техники.

Изобретение относится к области нейтронных детекторов, а именно сцинтилляционных нейтронных детекторов для дозиметрического контроля поверхностного загрязнения персонала, радиационных портальных мониторов и систем контроля радиационной обстановки

Изобретение относится к сцинтилляционной технике, прежде всего к эффективным, быстродействующим сцинтилляционным детекторам. Описан способ получения прозрачной керамики, заключающийся в том, что предварительно в металлический порошкообразный цинк добавляют металлический порошкообразный магний, далее газофазным методом проводят синтез порошка для получения гранул в форме тетраподов и имеющих трехмерную наноструктуру, содержащую оксид магния в количестве 0,5-2,3 мас.%, затем полученную смесь подвергают горячему прессованию при температуре 1100-1200°C и давлении 100-200 МПа. Технический результат - увеличение светового выхода и уменьшение энергетических потерь. 2 ил., 3 пр.

Использование: для регистрации различных видов ионизирующих излучений, в том числе альфа-частиц, в ядерной физике для контроля доз и спектрометрии указанных излучений, в космической технике, медицине, в устройствах, обеспечивающих контроль, в промышленности. Сущность изобретения заключается в получении сцинтилляционного материала, представляющего собой керамику на основе ZnO с содержанием легирующей примеси в виде Се или LiF. Способ получения прозрачной легированной сцинтилляционной ZnO-керамики включает холодное прессование (брикетирование) исходного порошка при давлении 12-25 МПа, обработку брикета в вакууме при температуре 600-800°С и последующее одноосное горячее прессование при температуре 900-1100°С и давлении 100-200 МПа. Исходный материал имеет в основе ZnO, легированный Се в количестве 0,002-0,08 вес.% или LiF в количестве 0,004-0,1 вес.%. Сцинтиллятор включает рабочее тело, выполненное на основе легированной прозрачной ZnO-керамики в форме пластины, одно из оснований которого служит для приема ионизирующего излучения, а другое - для соединения с фотоприемником, при этом рабочее тело обеспечивает время высвечивания быстрой компоненты не более 100 нс. Технический результат: улучшение характеристик по прозрачности и кинетике люминесценции прозрачной сцинтилляционной керамики на основе ZnO. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение может быть использовано при детектировании ионизирующего излучения и для создания источников белого света на основе нитридных гетеропереходов. Предложена гибкая (самонесущая) поликарбонатная пленка, наполненная неорганическими люминофорами из твердых растворов алюминатов и силикатов редкоземельных элементов. Пленка формируется методом литья из раствора суспензии поликарбоната и люминофора в хлорированных алифатических растворителях и содержит поликарбонат от 10 до 14% массовых, неорганический люминофор со структурой граната 4-8% массовых, пластификатор на основе акрило-нитрил-стирольной композиции 0,08-0,8%, поверхностно-активное вещество полиоксимоноолеат 0,5-2% и растворитель на основе хлорированных алифатических растворителей из группы метиленхлорида и\или хлороформа, дополняя ее состав до 100%. Изобретение обеспечивает возможность создания полимерной люминесцентной гибкой самонесущей поликарбонатной пленки, пригодной для использования в сцинтилляторах, в которых контактирование осуществляется механическим закреплением, а также в полупроводниковых осветительных структурах, в которых осуществляется адгезионное закрепление пленки, имеющей оптический контакт с гетероструктурой. 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 пр.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий радиографическими методами и может быть использовано в производственных и полевых условиях для обнаружения опасных материалов на контрольно-пропускных пунктах, на железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах, а также в научных исследованиях. Техническим результатом изобретения является повышение пространственного разрешения экрана-преобразователя до десятков микрометров, не зависящего от длины экрана-преобразователя и энергии излучения, уменьшение вклада в сцинтилляционный сигнал рассеянного излучения и тем самым увеличение контраста радиографического изображения, и одновременно получение изображений в различных участках спектра. Технический результат достигается тем, что в экране-преобразователе однокоординатные сцинтилляционные детекторы последовательно расположены в направлении распространения просвечивающего излучения, перекрывая сечение просвечивающего пучка, выходы однокоординатных сцинтилляционных детекторов объединены на фотоприемном устройстве так, что повторяют форму перекрываемого сечения, соединены последовательно. 5 ил.

Изобретение относится, в частности, к системам построения ядерных изображений, в особенности, включающим в себя гигроскопические сцинтилляционные кристаллы и т.п. Ядерный детектор для системы построения ядерных изображений включает в себя герметично запечатываемую оболочку (50) детектора, множество сцинтилляционных кристаллов (32), размещенных в оболочке (50) детектора, множество датчиков (34), присоединенных к сцинтилляционным кристаллам (32), уплотнительный слой (51), который герметично запечатывает сцинтилляционные кристаллы (32) и датчики (34) в оболочке (50) детектора, и проводник (60), проходящий от каждого датчика (34), причем проводники (60) подключены к шине, проходящей через уплотнительный слой (51), для передачи собранной информации для обработки. Технический результат - поддержание целостности гигроскопического кристалла. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к спектральной компьютерной визуализации. Система визуализации содержит стационарный гентри, поворотный гентри, установленный на стационарном гентри, рентгеновскую трубку, закрепленную на поворотном гентри, которая поворачивается и испускает полихроматическое излучение, пересекающее область исследования. Излучение имеет среднее напряжение испускания, которое поочередно переключается между, по меньшей мере, двумя разными средними напряжениями испускания в течение процедуры визуализации. Двухслойная детекторная матрица с энергетическим разрешением в режиме счета фотонов регистрирует излучение, пересекающее область исследования., и регистрирует излучение в, по меньшей мере, двух разных диапазонах напряжений. Детекторная матрица выполнена с возможностью формирования выходных сигналов с энергетическим разрешением, в зависимости как от напряжения испускания, так и от диапазона напряжений. Блок реконструкции выполняет спектральную реконструкцию выходных сигналов с энергетическим разрешением. Способ оперирования системой содержит этапы, на которых переключают спектр испускания излучения, в течение процедуры визуализации, устанавливают набор энергетических порогов согласованно с переключением спектра испускания, регистрируют испускаемое излучение и идентифицируют энергию зарегистрированного излучения по набору энергетических порогов. Использование изобретения позволяет расширить арсенал средств компьютерной визуализации. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к детектору спектральной визуализации. Одномерный многоэлементный фотодетектор (120), содержащий матрицу фотодиодов (122), включающую в себя первый верхний ряд фотодиодных пикселей и второй нижний ряд фотодиодных пикселей, при этом матрица фотодиодов (122) является частью фотодетектора (120), причем фотодетектор (120) является двухсторонним; матрица сцинтилляторов (126), включающая в себя первый верхний ряд и второй нижний ряд сцинтилляторных пикселей, причем первый верхний и второй нижний ряды сцинтилляторных пикселей соответственно оптически связаны с первым верхним и вторым нижним рядами фотодиодных пикселей; считывающее электронное устройство (124), при этом считывающее электронное устройство (124) является частью фотодетектора (120), и электрические соединения (512), которые осуществляют взаимосвязь фотодиодных пикселей и считывающего электронного устройства (124). Технический результат - снижение шума в сигналах, идущих между элементами устройства. 13 з.п. ф-лы, 26 ил.
Наверх