Измерительная система визуализации с печатной матрицей органических фотодиодов
Изобретение относится к технологиям визуализации и, в частности, к системе измерения данных, пригодной для средств КТ (компьютерной томографической) и другой визуализации. Сущность изобретения заключается в том, что система визуализации содержит источник излучения, который поворачивается вокруг центральной z-оси системы визуализации для выполнения визуализирующих сканирований; матрицу органических фотодиодов, содержащую несколько дискретных органических фотодиодов, расположенных рядами и столбцами на изогнутой подложке таким образом, что каждый ряд органических фотодиодов выровнен вдоль кривой изгиба изогнутой подложки, и каждый столбец органических фотодиодов выровнен параллельно центральной z-оси системы визуализации; и токопроводящие пути, функционально соединяющие каждый из органических фотодиодов с одним или более активными электронными компонентами, расположенными на изогнутой подложке; причем изогнутая подложка состоит более чем из одного слоя, содержащего верхний слой и один или более нижних слоев, причем органические фотодиоды расположены на верхнем слое, и каждый нижний слой содержит верхнюю поверхность, которая является ближней к верхнему слою, и на которой расположен по меньшей мере один из токопроводящих путей. Технический результат - повышение точности формирования детекторной матрицы. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 1 табл., 20 ил.
Настоящая заявка относится, в общем, к технологиям визуализации и, в частности, системе измерения данных, пригодной для средств КТ (компьютерной томографической) и другой визуализации. Упомянутые средства визуализации пригодны во многих областях, например, медицинской визуализации, визуализации, например, сканировании багажа, для контроля безопасности и других областях.
Одна из проблем ранее известных систем КТ визуализации состоит в соединении, как механическом, так и электрическом, рентгеновских детекторов с остальной частью системы. Действительно, значительная часть стоимости известных систем измерения КТ данных приходится на соединители, которые делают детекторную матрицу пригодной для подключения к системе измерения данных и механической установке на упомянутой системе с высокой пространственной и электрической точностью. Для получения высокого качества изображения при КТ визуализации, обычно, требуется, чтобы диксели (элементы разрешения детектора) в каждой матрице были точно смонтированы друг относительно друга, относительно фокального пятна рентгеновской трубки и относительно опоры.
Настоящее изобретение обеспечивает требуемую точность с помощью последовательных узловых сборок, посредством которых сцинтилляторы устанавливают относительно печатной фотодиодной матрицы для формирования детекторной матрицы, с очень высокой точностью, чтобы исключить последовательное накопление допусков. Данная конструкция значительно снижает стоимость и сложность всей системы измерения данных. Предлагаемая система допускает также мультиплицирование слоев для формирования многослойной системы измерения спектральных КТ данных, например, двухслойной системы спектральной КТ. Таким образом, применение матрицы печатных органических фотодиодов для формирования системы измерения данных в КТ или другом визуализирующем устройстве имеет большие преимущества. Настоящее изобретение относится к различным конструкциям и геометриям для применения печатных органических фотодиодов в системе измерения данных КТ сканера или другого визуализирующего сканера.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предлагается система визуализации, содержащая источник излучения, который поворачивается вокруг центральной z-оси системы визуализации для выполнения визуализирующих сканирований, и матрицу печатных органических фотодиодов, содержащую несколько дискретных фотодиодов, выполненных печатным способом в виде рядов и столбцов на подложке, которая изогнута так, что каждый ряд фотодиодов ориентирован вдоль кривой изгиба подложки, и каждый столбец фотодиодов ориентирован параллельно центральной z-оси системы визуализации. Органические фотодиоды могут содержать полимерный материал на основе PCBM (1-(3-метоксикарбонил)пропил-1-фенила-C61). Каждый фотодиод соответствует сцинтиллятору, который может быть композитным сцинтиллятором, для формирования одного из дикселей детекторной матрицы. Детекторная матрица может содержать более чем один слой, каждый из которых содержит матрицу печатных органических фотодиодов и соответствующий слой матриц сцинтилляторов, для использования в качестве системы спектральной КТ визуализации.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается гибкий матричный узел печатных органических фотодиодов для применения в системе визуализации, содержащий гибкую подложку. Гибкая подложка может быть, например, PET (полиэтилентерефталатной) пленкой, полиимидной пленкой, PEEK (полиарилэфирэфиркетоновой) пленкой или нейлоновой пленкой. Матричный узел допускает встраивание в опору таким образом, чтобы каждый фотодиод соответствовал сцинтиллятору для формирования дикселя, в виде системы измерения данных изображения в устройстве визуализации. Детекторная матрица может содержать более чем один слой для использования в виде системы спектральной КТ визуализации. Предлагаются также сопутствующие способы изготовления упомянутых матриц.
Другие многочисленные преимущества и выгоды будут очевидны специалистам со средним уровнем компетенции в данной области техники после прочтения нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления. Изобретение может быть в форме различных компонентов и схем расположения компонентов и в виде различных операций способа и схем расположения операций способа. Чертежи предназначены только для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не подлежат толкованию в смысле ограничения изобретения.
Фигура 1 - изображение устройства 100 КТ визуализации;
Фигуры 2 и 3 - соответственно, вид спереди и вид сбоку матрицы 200 органических фотодиодов;
Фигуры 4 - увеличенное изображение передней поверхности матрицы 200 органических фотодиодов;
Фигуры 5 и 6 - соответственно, вид спереди и вид сбоку матрицы 200, с сцинтилляторами 502, добавленными для формирования детекторной макро-матрицы 250;
Фигура 7 - схематичное трансаксиальное изображение детекторной макро-матрицы 200 органических фотодиодов, со сцинтилляторами 502, добавленными для формирования детекторной макро-матрицы 250, расположенной в устройстве 100 КТ визуализации;
Фигура 8 - схема технологического процесса 800 изготовления и сборки макро-матрицы 200 органических фотодиодов и добавления сцинтилляторов 502 для формирования макромасштабной детекторной матрицы 250;
Фигура 9 - местный вид спереди макро-матрицы 900 органических фотодиодов;
Фигура 10 - боковое сечение макро-матрицы 900 органических фотодиодов, взятое по линии 10-10 на фигуре 11;
Фигура 11 - увеличенное изображение дистальной поверхности макро-матрицы 900 органических фотодиодов;
Фигура 12 - схема технологического процесса 1200 изготовления и сборки детекторной макро-матрицы 950, содержащей фотодиодную матрицу 900 и сцинтилляторы;
Фигура 13 - сечение макро-матрицы 1300 органических фотодиодов, содержащей более чем один слой;
Фигура 14 - схематичное трансаксиальное изображение системы спектральной КТ визуализации;
Фигуры 15 и 16 - соответственно, схематичный вид спереди и схематичный вид сбоку в разрезе устройства 1500 КТ визуализации четвертого поколения;
Фигура 17 - схема технологического процесса 1700 изготовления и сборки детекторной макро-матрицы с использованием композитного сцинтиллятора;
Фигура 18 - схематичное трансаксиальное изображение визуализирующего элемента 1801 секторной формы (в дальнейшем, секторного), использующего макро-матрицу органических фотодиодов;
Фигура 19 - схематичный вид сбоку в разрезе детекторной макро-матрицы 1850, содержащей несколько секторных элементов 1801; и
Фигура 20 - схематичное трансаксиальное изображение секторного визуализирующего элемента 1901, использующего макро-матрицу органических фотодиодов, пригодную для устройства спектральной КТ.
Устройства КТ визуализации
На фигуре 1 представлен пример устройства 100 КТ визуализации для выполнения визуализирующего сканирования. Система 102 сбора данных КТ визуализации содержит гентри 104 и стол 106, который перемещается вдоль z-оси. Пациента или другой объект, подлежащий визуализации, (не показанный) укладывают на стол 106 и перемещают так, чтобы разместить внутри апертуры 108 в гентри 104. После того как пациент или объект установлен в заданное положение, рентгеновский источник 110 испускает проецирующее рентгеновское излучение 112, подлежащее сбору системой 114 измерения рентгеновских данных внутри гентри 104. (На фигуре 1, участок 116 гентри 104 дан в разрезе, чтобы показать рентгеновский источник 110 и систему 114 измерения рентгеновских данных, которые расположены внутри гентри 104). Система 114 измерения данных 114 содержит несколько фотодетекторов, каждый с соответствующим рентгеночувствительным сцинтиллятором (не показанным), расположенным на опоре 118. Рентгеновский источник 110 и система 114 измерения данных одновременно поворачиваются вокруг апертуры 108 для регистрации данных КТ визуализации из разных положений, часто, вместе с линейным перемещением стола 106. Упомянутый поворот возможен потому, что как рентгеновский источник 110, так и опора 118 установлены на общем роторе (не показанном) внутри гентри 104.
Затем, система 102 сбора данных КТ визуализации передает данные КТ визуализации в систему 120 КТ визуализации, обработки и отображения по каналу 101 связи. Хотя системы 102 и 120 известны и в настоящей заявке описаны в виде отдельных систем в целях иллюстрации, упомянутые системы могут, в других вариантах осуществления, быть частью одной системы. Данные КТ визуализации передаются в процессор 122 изображений, который записывает данные в памяти 124. Процессор 122 изображений электронным способом обрабатывает данные КТ визуализации для формирования изображений изображаемого пациента или другого объекта. Процессор 122 изображений может отображать полученные изображения на соответствующем дисплее 126. Для пользователя можно обеспечить пользовательское устройство 128 ввода, например, клавиатуру и/или мышь, для управления процессором 122.
Системы измерения КТ данных (четырехслойные)
Как показано на фигурах 2 и 3, одна система измерения данных, описанная в настоящей заявке, содержит матрицу 200 органических фотодиодов, которая может быть печатной матрицей органических фотодиодов. Матрица 200 составлена из нескольких, предпочтительно, органических фотодиодов 202, печатным способом на передней поверхности 203 подложки 204. Органические фотодиоды 202, как показано на фигуре 2, имеют прямоугольную форму, хотя возможно использование любой формы, и, в предпочтительном варианте, размер фотодиодов составляет, приблизительно, от 0,5 до 5 мм на от 0,5 до 5 мм. Органические фотодиоды 202 расположены группами 206 фотодиодов 202, например, по шестнадцать фотодиодов 202 в каждой группе 206. Хотя на фигурах 2 и 3 не показано, между любыми двумя соседними фотодиодами 202 в данной группе 206, обычно, имеется зазор, что дает, в результате, шаг в каждом направлении, приблизительно, 1,2 мм. Группы 206 расположены, например, в четыре ряда 208 и сорок два столбца 210, хотя на фигуре 2 показаны только три столбца 210, что дает, в сумме, 2688 фотодиода 202 в матрице 200. Таким образом, матрица 200 органических фотодиодов, обычно, будет составлять от 75 до 100 см в длину L, приблизительно, 15 см в ширину W и, приблизительно, 100 мкм по толщине t. Данная матрица 200 пригодна для системы четырехслойной КТ визуализации, в которой каждый из рядов 208 представляет визуализируемый слой. Таким образом, матрица 200 расположена внутри устройства 100 КТ визуализации таким образом, что z-ось ориентирована, как показано на фигуре 2. Данная схема расположения органических фотодиодов 202 в матрице 200 является всего лишь репрезентативной; для удовлетворения требований конкретного применения возможно также применение любой другой схемы расположения.
Каждый фотодиод 202 состоит из печатного материала, предпочтительно, органического материала. В предпочтительном варианте осуществления, в качестве печатного органического фотодиодного материала применяется полимерный материал на основе PCBM. Например, в работе Ramuz et al., «High Sensitivity Organic Photodiodes with Low Dark Currents and Increased Lifetimes», Organic Electronics, vol. 9, no. 3, pp. 369-376 (2008) сообщается об органических фотодиодах, содержащих PCBM/P3HT и другие смеси полимеров. В работе Keivanidis et al., «X-Ray Stability and Response of Polymeric Photodiodes for Imaging Applications», Applied Physics Letters, vol. 92, no. 2 (3 pages) (2008) также сообщается об органических фотодиодах, содержащих полимерные системы на основе PCBM/P3HT, которые устойчивы к рентгеновскому излучению. При применении печатной технологии такого типа, который разработан в компании Nanoident Co., диодные матрицы которой имеют размеры до 160 см, макро-матрица органических фотодиодов будет охватывать всю длину дуги опоры, с матрицами сцинтилляторов, установленными поверх фотодиодной матрицы.
Компания Sigma-Aldrich Company, Milwaukee, шт. Висконсин, предлагает несколько материалов на основе PCBM, которые можно применять для изготовления подходящих органических фотодиодов, например:
| Таблица 1 Свойства отдельных материалов PCBM компании Sigma-Aldrich |
||||
| Материал | [60]PCBM | [70]PCBM | [84]PCBM | [60]ThCBM |
| Номер материала компании Sigma-Aldrich | 684430 | |||
| 684449 | 684465 | 684473 | 688215 | |
| 684457 | ||||
|
Первый восстановительный
E 1/2 (V) |
-1,078 | -1,089 | -0,730 | -1,08 |
| Растворимость (мг/мл): | ||||
| толуол | 10 | 20 | 5 | |
| п-ксилол | 5 | 10 | 5 | |
| хлорбензол | 25 | 40 | 10 | |
| хлороформ | 25 | 30 | 20 | |
| о-дихлорбензол (ODCB) | 30 | 70 | 20 | |
| Молярный показатель поглощения (мол -1 см -1 ) | ||||
| 400 нм | 4900 | 19000 | 28000 | |
| 650 нм | <1000 | 2000 | 4000 |
В предпочтительном варианте, подложка 204 матрицы 200 органических фотодиодов является прочной, но гибкой пластиковой пленкой. Подложка 204 может быть, например, полиэтилентерефталатной (PET) пленкой, полиимидной пленкой, полиарилэфирэфиркетоновой (PEEK) пленкой или нейлоновой пленкой. Несколько опорных отверстий 211 расположены вдоль каждой стороны подложки 204.
Органические фотодиоды 202 можно наносить на подложку 204, например, по печатной технологии. Для матрицы, предназначенной для получения четырех слоев, например, матрицы 200, подходящие печатные технологии содержат ротационную печать, трафаретную печать и печать методом центрифугирования органических фотодиодов 202 с низкой разрешающей способностью на подложке 204. Для нанесения органических фотодиодов 202 на подложку 204 можно также использовать технологию краскоструйной печати. В работе Ludvig Edman et al., «A New Way Could Lead to Cheap and Flexible Electronics», Printed Electronics World (April 13, 2009) описана еще одна возможность, в соответствии с которой тонкую пленку органического материала можно наносить печатанием на намеченную поверхность, чтобы части пленки, экспонированные лазерным светом, оставались в заданном месте после проявления посредством споласкивания раствором для смывания участков пленки, не экспонированных упомянутым способом.
Как показано на фигуре 4, электрические проводники 212 на передней поверхности 203 подложки 204 проходят от каждого органического фотодиода 202 к боковой стороне матрицы 200. На фигуре 2, проводники 212 не показаны для большей понятности данной фигуры. Проводники 212 для органических фотодиодов 202 в двух внутренних рядах 208 могут проходить между двумя соседними фотодиодами 202 в двух внешних рядах 208. Проводники 212 соединяют органические фотодиоды 202 с «активными» электронными компонентами 214, смонтированными с каждой боковой стороны матрицы 200, например, усилителями, аналого-цифровыми преобразователями, мультиплексорами, специализированными интегральными схемами (ASIC) и т.п., вместе с выходными соединителями. Активные электронные компоненты 214 могут быть сформированы на краевых полях шириной, приблизительно, 5 см. При этом, проводники 212 могут подводить питание к каждому органическому фотодиоду 202, а также проводить выходные сигналы из него. Кроме того, один электрод каждого органического фотодиода 202 подсоединен также к общему заземлению, например, через прозрачный проводящий слой, расположенный над фотодиодами 202.
Как показано на фигурах 5 и 6, сцинтиллятор 502 расположен сверху каждого органического фотодиода 202 в матрице 200, при этом каждая комбинация сцинтиллятора 502 и фотодиода 202 формирует диксель 503 рентгеновского детектора 503. При этом, матрица 200 органических фотодиодов 200 содержится в детекторной макро-матрице 250. В ходе работы сцинтилляторы 502 преобразуют входное рентгеновское излучение в видимый свет, который, затем, в свою очередь, может быть измерен органическими фотодиодами 202. Примерные сцинтилляционные материалы содержат оксисульфид гадолиния (GOS) и гадолиний-галлий-алюминиевый гранат (GGAG). Для органического фотодиода 202 с размерами, приблизительно, 1,0 мм на 1,0 мм, каждый сцинтиллятор 502 может иметь размеры площадки, приблизительно, 1,1 мм на 1,1 мм, чтобы сцинтиллятор 502 перекрывал немного большую площадь поверхности, чем находящийся под ним фотодиод 202. Высота сцинтиллятора 502 определяется требуемой способностью задерживать рентгеновское излучение. Для GOS (оксисульфида гадолиния), подходящая высота составляет, приблизительно, 1,5 мм, и для GGAG (гадолиний-галлий-алюминиевого граната), подходящая высота составляет, приблизительно, 2,5 мм. Сцинтиллятор 502 можно, для удобства, скреплять с нижележащим органическим фотодиодом 202 клеем, который обеспечивает оптическую связь между двумя элементами для формирования дикселя 503. Между каждой соседней группой 206 фотодиодов 202 существует зазор 504, чтобы детекторная матрица 250 могла принимать изогнутую конфигурацию, как поясняется ниже.
Сцинтилляторы 502 можно, для удобства, предварительно собирать в виде матриц 505 сцинтилляторов (не показанных на фигурах), при этом каждая матрица 505 сцинтилляторов соответствует, например, конкретному столбцу 210 в детекторной макро-матрице 250. Таким образом, каждая матрица 505 сцинтилляторов содержит, например, четыре ряда сцинтилляторов, например, с шестнадцатью или тридцатью двумя сцинтилляторами в каждом ряду. Промежутки между сцинтилляторами в упомянутых матрицах 505 можно заполнить отражателями. Затем, матрицы 505 сцинтилляторов можно расположить сверху фотодиодов 202 и приклеить в заданном месте, с использованием, например, технологии капиллярного заполнения. Для поддержки технологического процесса сборки, матрицы 505 сцинтилляторов могут дополнительно содержать опорные отверстия, которые надлежащим образом выровнены в линию с опорными отверстиями 211 фотодиодной матрицы 200. При этом обе матрицы 200 и 505 могут быть закреплены на планарном сборочном приспособлении, содержащем опорные штифты, которые продолжаются через оба набора опорных отверстий и, тем самым, надлежащим образом выравнивают весь узел перед тем, как клей наносят для скрепления матрицы и создают возможность его отверждения.
Как показано на фигуре 7, после того, как детекторная макро-матрица 250 собрана с содержанием сцинтилляторов 502 для формирования дикселей 503, упомянутую матрицу можно вставить в опору 118 для использования в качестве системы 114 измерения данных в устройстве КТ визуализации, например, вышеописанном устройстве 100. Таким образом, на фигуре 7 схематично изображено относительное взаимное расположение рентгеновского источника 110, который формирует проецирующее рентгеновское излучение 112, пациента или объекта 702, подлежащего визуализации и лежащего на столе 106, и детекторной макро-матрицы 250. Опора 118 может содержать опорные штифты 704, которые продолжаются через опорные отверстия 211 в подложке 204 матрицы 250, чтобы надлежащим образом совмещать матрицу 250 внутри опоры 118 и, тем самым, внутри всего устройства 100. Штифты 704 можно дополнительно использовать для надлежащего совмещения одной или более противорассеивающей сетки (не показанной) над матрицей 250. В рабочем положении на опоре 118, матрицу 250 можно закреплять дополнительно или только подходящим клеем. Матрица 250 и опора 118 совместно образуют систему 114 измерения данных. На фигуре 7, размер дикселей 503 намного завышен для пояснения, относительно размера других компонентов в устройстве. Как уже упоминалось, в реальной системе 114 измерения данных может быть, приблизительно, сорок две группы 206 дикселей 503, охватывающих длину дуги системы 114 измерения данных, вместо пятнадцати групп 206, показанных на фигуре. По внутренней поверхности дуги матрицы 250 можно разместить слой 706 из белого пластика, например, политетрафторэтилена (PTFE), наполненного TiO2. Данный слой 706 дополнительно увеличивает прочность матрицы 250 и формирует верхний отражатель для всех дикселей 503 в матрице 250.
Детекторную макро-матрицу 250, содержащую сцинтилляторы 502 для формирования дикселей 503, можно изготовить и собрать внутри системы измерения данных в соответствии с технологическим процессом 800, показанным на фигуре 8. Порядок этапов технологического процесса 800, показанного на фигуре 8, можно изменять соответственно потребностям конкретного применения, и некоторые этапы можно добавлять или исключать из примерного технологического процесса 800, представленного и описанного в настоящей заявке.
Органические фотодиоды 202 наносят на этапе 802 на переднюю поверхность 203 подложки 204. Упомянутое нанесение можно обеспечить, например, с помощью технологического процесса печати, в ходе которого органический материал, образующий фотодиоды 202, например, полимерный материал на основе PCBM, печатают на подложке 204. В зависимости от размера и применения фотодиодной матрицы 200, подходящие технологические процессы печати могут содержать ротационную печать, трафаретную печать, печать методом центрифугирования и краскоструйную печать. Органический материал можно также наносить из раствора и подвергать фототравлению для формирования рисунков.
На этапе 804, в подложке 204 формируют опорные отверстия 211.
На этапе 806, на переднюю поверхность 203 подложки 204 наносят электрические проводники 212, по одному проводнику 212, проходящему от каждого органического фотодиода 202 к боковой стороне матрицы 200. Проводники 212, подобно самим фотодиодам 202, можно дополнительно наносить с помощью технологического процесса печати на передней поверхности 203 подложки 204, где находятся фотодиоды 202. Аналогично, один электрод каждого органического фотодиода 202 соединяют с общим заземлением, например, через прозрачный проводящий слой, расположенный над фотодиодами 202. На этапе 808, с каждой боковой стороны матрицы 200 присоединяют соответствующие «активные» электронные компоненты 214, например, усилители, аналого-цифровые преобразователи, мультиплексоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и т.п., вместе с выходными соединителями.
Матрицы 505 сцинтилляторов 502 составляют на этапе 810, с заполнением промежутков между сцинтилляторами 502 в данных матрицах 505 белыми отражателями. Однако верхние поверхности матриц 505 сцинтилляторов можно первоначально оставлять непокрытыми. При использовании технологии автоматизированного монтажа (pick-and-place), матрицы 505 сцинтилляторов устанавливают, на этапе 812, сверху органических фотодиодов 202 в матрице 200 для формирования детекторной макро-матрицы 250. Матрицы 505 сцинтилляторов можно закреплять в рабочем положении подходящим клеем, содержащим оптический клей, помещаемым непосредственно между сцинтилляторами 502 и фотодиодами 202. Между каждой группой соседних дикселей 206 оставлен зазор 504, чтобы вся матрица 250 могла принимать изогнутую конфигурацию.
Детекторную макро-матрицу 250, содержащую сцинтилляторы 502 для формирования дикселей 503 изгибают, на этапе 814, по дуге для согласования по форме с радиусом жесткой опоры 118, с центром на рентгеновском источнике 110. Изогнутую матрицу 250 закрепляют, на этапе 814, к опоре, например, с помощью опорных штифтов 704 и/или клея, или любого другого средства, чтобы обеспечить точную установку в заданное местоположение, необходимое для надлежащей фокусировки фотодиодов 202 на рентгеновском источнике 110.
На этапе 816 выполняют электронные соединения и устанавливают любые дополнительные электронные компоненты, необходимые для окончательного выполнения сборки системы измерения данных. На этапе 818, по внутренней поверхности дуги матрицы 250 можно дополнительно разместить слой 706 из белого пластика, например, политетрафторэтилена (PTFE), наполненного TiO2. Данный слой 706 дополнительно увеличивает прочность матрицы 250 и формирует равномерный верхний отражатель для сцинтилляторов 503 в дикселях 503.
Системы измерения КТ данных (более, чем четырехслойные)
Вышеописанная детекторная макро-матрица 250 пригодна для системы четырехслойной КТ визуализации. Изготовление упомянутой матрицы 250 для системы КТ визуализации большего масштаба, например, от шестнадцатислойной до шестидесятичетырехслойной, может быть трудной задачей. На передней поверхности 203 опоры 204 должно быть достаточно места как для фотодиодов 202 и проводников 212, без чрезмерного уменьшения активных поверхностей фотодиодов 202 и уменьшения их чувствительности. Для решения упомянутых осложнений предложена альтернативная макро-матрица 900 органических фотодиодов, показанная на фигурах 9 и 10, которая более пригодна для систем визуализации с более чем четырьмя слоями. В частности, на фигурах показаны половина данной матрицы 900 с одной стороны средней линии 901. Две половины матрицы 900, одна половина, показанная на фигурах, и другая, не показанная половина, расположены симметрично относительно средней линии 901.
Таким образом, матрица 900 состоит из нескольких органических фотодиодов 902, расположенных на передней поверхности 903 подложки 904. Органические фотодиоды 902, показанные на фигуре 9, имеют прямоугольную форму, однако возможно применение любой формы, и, в предпочтительном варианте, размер фотодиодов составляет, приблизительно, от 0,5 до 5 мм на от 0,5 до 5 мм. Органические фотодиоды 902 можно располагать группами 906 фотодиодов 902, например, по шестнадцать фотодиодов 902 в каждой группе 906. Группы 906 расположены, например, в шестнадцать рядов 908 и сорок два столбца 910, хотя на фигуре 9 показаны только три столбца 910. Таким образом, макро-матрица 900 органических фотодиодов, обычно, будет составлять, приблизительно, от 75 до 100 см в длину L, приблизительно, от 20 до 30 см в ширину W и, приблизительно, 100 мкм по толщине t. Данная матрица 900 шестнадцатислойной КТ визуализации, в которой каждый из шестнадцати рядов 908 представляет визуализируемый слой. Таким образом, матрица 900 расположена внутри устройства 100 КТ визуализации таким образом, что z-ось ориентирована, как показано на фигуре 9. Данная схема расположения органических фотодиодов 902 в матрице 900 является всего лишь репрезентативной; для удовлетворения требований конкретного применения возможно также применение любой другой схемы расположения.
Каждый фотодиод 902 состоит из органического материала, уже описанного выше в связи с фотодиодами 202 матрицы 200. Органические фотодиоды 902 могут быть нанесены на подложку 904, например, с помощью технологического процесса печати. Подходящие технологические процессы печати содержат ротационную печать, трафаретную печать и печать методом центрифугирования органических фотодиодов 902 с низким разрешением на подложке 904. Технологический процесс краскоструйной печати также можно применять для нанесения органических фотодиодов 902 на подложку 904. Органический материал можно также наносить из раствора и подвергать фототравлению для формирования рисунков.
Так же, как в матрице 200, подложка 904 макро-матрицы 900 органических фотодиодов является, предпочтительно, прочной, но гибкой пластиковой пленкой. Подложка 904 может быть, например, полиэтилентерефталатной (PET) пленкой, полиимидной пленкой, полиарилэфирэфиркетоновой (PEEK) пленкой или нейлоновой пленкой. Аналогичным образом, подложка содержит опорные отверстия 911. Однако, в отличие от матрицы 200, проводники 912 матрицы 900 расположены не на передней поверхности 903 подложки 904.
Вместо вышеописанного, как схематично показано на фигурах 10 и 11, проводники 912 расположены на дистальной поверхности 905 подложки 904, противоположной передней поверхности 903 и соединены с соответствующими фотодиодами 902 через отверстия 920 в подложке 904. Данная конструкция полезна из-за пространственных ограничений на передней поверхности 903 подложки 904, обусловленных большим числом фотодиодов 902, расположенных на передней поверхности. Поскольку дистальная поверхность 905 подложки 904 свободна от каких-либо фотодиодов 902, то на данной поверхности имеется намного больше доступного пространства для размещения проводников 912, чем на передней поверхности 903.
Отверстия 920 в подложке 904 можно выполнить с использованием сфокусированного пучка непрерывного или импульсного лазера, например, 10,6-мкм лазера на двуокиси углерода (CO2) или 1,06-мкм Nd-YAG лазера. Если применяют непрерывный лазер, то целесообразно применить защитную азотную атмосферу. Проводник 912, покрывающий соответствующие области дистальной поверхности 905 подложки 904, является, предпочтительно, полированным металлом или другим хорошим отражателем лазерного пучка и блокирует его дальнейшее прохождение. После формирования отверстий 920, их можно наполнить микрокаплями проводящего клея 922 со стороны передней поверхности 903, чтобы выполнить соединение с проводником 912 на дистальной поверхности 905. В предпочтительном варианте, чтобы обеспечить возможность изгибания без повреждения на последующей стадии, используют гибкую полимерную смолу.
Проводники 912 можно формировать на дистальной поверхности 905 подложки 904 (которая может быть непоглощающим глянцевым пластиком) с использованием обычной технологии краскоструйной печати. Типичный пример упомянутой технологии приведен в патенте США № 5,933,168, включенном в настоящую заявку путем отсылки ввиду раскрытия в приведенном патенте технологии краскоструйной печати, по которой создаются капли от 5 до 7 нанограммов. Для применения принципов приведенного патента или другой традиционной технологии краскоструйной печати, желательно выбрать материал в качестве материала фотодиода 902 и/или материала проводника 912 и 922, которые соответствуют гидравлическим параметрам используемой текучей краски. Теоретически, упомянутые параметры содержат отношение плотности к объемной сжимаемости, кинематическую вязкость, угол смачивания и поверхностное натяжение. Рекомендуется выбрать резиновую диафрагму, устойчивую к материалам, наносимым печатью. Считается, что краскоструйная печать может обеспечить промежутки между соседними параллельными проводниками 912 до, приблизительно, 16 мкм, которое соответствует 32-мкм шагу и плотности более, чем 30 проводников на миллиметр.
При этом, как показано на фигурах 10 и 11, отдельные и плотно расположенные электрические проводники 912 проходят от каждого органического фотодиода 902 к боковой стороне матрицы 900. Проводники 912 соединяют, тем самым, органические фотодиоды 902 с «активными» электронными компонентами 914, смонтированными на каждой боковой стороне матрицы 900, например, усилителями, аналого-цифровыми преобразователями, мультиплексорами, специализированными интегральными схемами (ASIC) и т.п., вместе с выходными соединителями. Электронные компоненты 914 могут быть сформированы на краевых полях шириной, приблизительно, 5 см вдоль боковых сторон и могут находиться либо на передней поверхности 903, либо на дистальной поверхности 905 подложки 904. При этом, проводники 912 могут подводить питание к каждому органическому фотодиоду 902, а также выводить выходные сигналы из него. Кроме того, один электрод каждого органического фотодиода 902 подсоединен также к общему заземлению, например, через прозрачный проводящий слой, расположенный над фотодиодами 902.
Детекторная макро-матрица 950 (не показанная на фигурах), подобно детекторной макро-матрице 250, сформирована установкой сцинтилляторов 502 сверху каждого органического фотодиода 902 для дикселей 503. Сцинтилляторы 502 можно, для удобства, предварительно собирать в виде прямоугольных матриц 505 сцинтилляторов, каждая из которых соответствует, например, конкретному столбцу 910 в детекторной макро-матрице 950, как уже пояснялось выше в связи с детекторной макро-матрицей 250.
После того как детекторная макро-матрица 950 собрана, ее можно вставить в опору 118 для применения в качестве системы 114 измерения данных в устройстве КТ визуализации, например, вышеописанном устройстве 100. Данный технологический процесс, по сути, аналогичен процессу, показанному и описанному выше в связи с детекторной макро-матрицей 250, включая использование опорных штифтов 704.
Макро-матрицу 900 органических фотодиодов и соответствующую детекторную макро-матрицу 950 можно изготовить и собрать внутри системы измерения данных в соответствии с технологическим процессом 1200, показанным на фигуре 12. Порядок этапов технологического процесса 1200, показанного на фигуре 12, можно изменять соответственно потребностям конкретного применения, и некоторые этапы можно добавлять или исключать из примерного технологического процесса 1200, представленного и описанного в настоящей заявке.
Органические фотодиоды 902 наносят на этапе 1202 на переднюю поверхность 903 подложки 904. Упомянутое нанесение можно обеспечить, например, с помощью технологического процесса печати, в ходе которого органический материал, образующий фотодиоды 902, например, полимерный материал на основе PCBM, печатают на подложке 904. В зависимости от размера и применения детекторной макро-матрицы 950, подходящие технологические процессы печати могут содержать ротационную печать, трафаретную печать, печать методом центрифугирования и краскоструйную печать. Органический материал можно также наносить из раствора и подвергать фототравлению для формирования рисунка.
На этапе 1204, в подложке 904 формируют опорные отверстия 911.
На этапе 1206, на дистальную поверхность 905 подложки 904 наносят электрические проводники 912, по одному проводнику 912, проходящему от каждого органического фотодиода 902 к боковой стороне детекторной макро-матрицы 950. Проводники 912, подобно самим фотодиодам 902, можно дополнительно наносить с помощью технологического процесса печати. На этапе 1208, в подложке 904 формируют отверстия 920 и, на этапе 1210, заполняют их проводником, например, гибкой эпоксидной смолой 922 для соединения каждого органического фотодиода 902 с соответствующим проводником 912. Один электрод каждого органического фотодиода 902 подсоединяют к общему заземлению, например, через прозрачный проводящий слой, расположенный над фотодиодами 902. На этапе 1212, с каждой боковой стороны детекторной макро-матрицы 950 присоединяют соответствующие «активные» электронные компоненты 914, например, усилители, аналого-цифровые преобразователи, мультиплексоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и т.п., вместе с выходными соединителями.
Матрицы 505 сцинтилляторов 502 (не показанные) составляют на этапе 1214, с заполнением промежутков между сцинтилляторами 502 в данных матрицах 505 белыми отражателями. Однако верхние поверхности матриц 505 сцинтилляторов можно первоначально оставлять непокрытыми. При использовании технологии автоматизированного монтажа (pick-and-place), матрицы 505 сцинтилляторов устанавливают, на этапе 1216, сверху органических фотодиодов 902 для формирования дикселей 503 в детекторной макро-матрице 950. Матрицы 505 сцинтилляторов можно закреплять в рабочем положении подходящим клеем, содержащим оптический клей, помещаемым непосредственно между сцинтилляторами 502 и фотодиодами 902. Между соседними группами 906 дикселей 503 оставлен зазор 504, чтобы вся матрица 950 могла принимать изогнутую конфигурацию.
Детекторную макро-матрицу 950 изгибают по дуге для согласования по форме с радиусом жесткой опоры 118, с центром на рентгеновском источнике 110. Изогнутую матрицу 950 закрепляют, на этапе 1218, к опоре, например, с помощью опорных штифтов 704 и/или клея, или любого другого средства, чтобы обеспечить точную установку в заданное местоположение, необходимое для надлежащей фокусировки фотодиодов 902 на рентгеновском источнике 110.
На этапе 1220 выполняют электронные соединения и устанавливают любые дополнительные электронные компоненты, необходимые для окончательного выполнения сборки системы измерения данных. На этапе 1222, по внутренней поверхности дуги сцинтилляторов 502 в матрице 950 можно дополнительно разместить слой 706 из белого пластика, например, политетрафторэтилена (PTFE), наполненного TiO2. Данный слой 706 дополнительно увеличивает прочность матрицы 950 и формирует верхний отражатель для дикселей 503.
В приведенном примере, детекторная макро-матрица 950 является шестнадцатислойной матрицей, с восемью слоями или рядами 908, находящимися с каждой стороны центральной линии 901 матрицы 950. Считается, существующая технология печати характеризуется верхним пределом плотности шага, обеспечивающей 32 проводника на один миллиметр. При применении верхнего предела в предположении, что шаг дикселей фотодиодов 902 равен 1 мм, конструкцию матрицы 950 можно непосредственно применить для изготовления матрицы на тридцать два слоя с каждой стороны центральной линии 901, в сумме на шестьдесят четыре слоя. Разумеется, если появятся или станут известными способы печати с более плотным шагом, то число доступных слоев будет соответственно увеличиваться. В альтернативном варианте, если допустимо меньшее пространственное разрешение процесса визуализации, то шаг дикселей фотодиода 902 можно уменьшить, что обеспечивает больше места для размещения проводников 912 и, тем самым, увеличения числа слоев.
В еще одном варианте осуществления, показанном на фигуре 13, предлагается способ увеличения числа визуализируемых слоев, создаваемых макро-матрицей 1300 органических фотодиодов и детекторной макро-матрицей 1350. В данном варианте осуществления, подложка 1304 содержит несколько слоев. На фигуре 13 показаны четыре слоя 1341, 1342, 1343 и 1344 в качестве репрезентативного примера. В предпочтительном варианте, каждый из слоев 1341, 1342, 1343 и 1344 является прочной, но гибкой пластиковой пленкой, например, полиэтилентерефталатной (PET) пленкой, полиимидной пленкой, полиарилэфирэфиркетоновой (PEEK) пленкой или нейлоновой пленкой. Толщина t отдельного слоя может быть, приблизительно, от 10 мкм до 100 мкм. Органические фотодиоды 1302 расположены на передней поверхности 1351 верхнего слоя 1341.
Для сборки многослойной макро-матрицы 1300 органических фотодиодов, каждый слой 1341, 1342, 1343 и 1344 наносят методом печати вместе с соответствующей сетью проводников 1312 на соответствующей передней поверхности 1351, 1352, 1353 или 1354 слоя. Слои 1341, 1342, 1343 и 1344 склеивают гибким клеем для формирования подложки 1304. В подложке 1304 формируют отверстия 1320, обеспечивающие канал связи между каждым проводником 1312 и соответствующим органическим фотодиодом 1302 на верхней поверхности 1351. Отверстия 1320 могут быть выполнены в подложке 1304 с использованием сфокусированного пучка непрерывного или импульсного лазера, например, 10,6-мкм лазера на двуокиси углерода (CO2) или 1,06-мкм Nd-YAG лазера. Если применяют непрерывный лазер, то целесообразно применить защитную азотную атмосферу. Проводники 1312 являются, предпочтительно, полированным металлом или другим хорошим отражателем лазерного пучка, чтобы способствовать защите более глубоких слоев в подложке 1304 от повреждения лазерным пучком во время формирования отверстия 1320. Таким образом, проводник 1312 формирует дно каждого отверстия 1320. Управление интенсивностью лазерного пучка и временем экспонирования может обеспечить условие, чтобы лазерный пучок проникал в многослойную подложку 1304 только на глубину отражательного металлического слоя 1312, но не дальше. После того, как формирование отверстий 1320 закончено, отверстия можно заполнить проводящим клеем (не показанным), продолжающимся от поверхности 1351 фотодиода до дна отверстия 1320, чтобы выполнить соединение с каждым проводником 1312.
Таким образом, при обеспечении нескольких слоев токопроводящих путей, доступное пространство в матрице 1300 для закрепления проводников 1312 значительно увеличивается. Данное решение допускает формирование большего числа визуализируемых слоев в матрице, без потери качества изображений, получаемых с использованием матрицы.
Спектральные КТ сканеры
Вышеописанные принципы легко применимы в устройствах спектральной КТ. Система 114 измерения данных для спектральной КТ сочетает две отдельных детекторных макро-матрицы, с двумя матрицами органических фотодетекторов, как показано, например, на фигуре 14, в виде нижней детекторной макро-матрицы 1402 и верхней детекторной макро-матрицы 1404. Верхняя матрица, предпочтительно, обладает чувствительностью к низкоэнергетическому (мягкому) падающему рентгеновскому излучению, отфильтровывает упомянутую матрицу и, тем самым, пропускает только высокоэнергетическое (жесткое) рентгеновское излучение, к которому, предпочтительно, обладает чувствительностью нижняя матрица.
Нижняя детекторная макро-матрица 1402 может быть идентичной детекторной макро-матрицей 250 (для спектрального КТ сканера с числом слоев до четырех), детекторной макро-матрицей 950 (для спектрального КТ сканера с числом слоев до шестидесяти четырех слоев) или детекторной макро-матрицей 1350 (для спектрального КТ сканера с числом слоев больше, чем шестьдесят четыре). Таким образом, нижняя детекторная макро-матрица 1402 содержит сцинтилляторы 502 стандартного размера на основе GOS (оксисульфида гадолиния):Pr,Ce или GGAG (гадолиний-галлий-алюминиевого граната):Ce или аналогичных элементах с высоким атомным номером и со стандартными промежутками между опорными отверстиями 704.
Детекторную макро-матрицу 1404 дополнительно собирают, чтобы обеспечить возможность спектральной КТ визуализации. Существует два принципиальных различия между конструкциями верхней матрицы 1404 и нижней матрицы 1402. Во-первых, верхняя матрица 1404 является низкоэнергетической матрицей, обладающей чувствительностью, предпочтительно, к мягкому рентгеновскому излучению и, следовательно, содержащей, например, сцинтилляторы на основе ZnSe:Tl, вместо сцинтилляторов на основе GOS:Pr,Ce или GGAG:Ce нижней детекторной макро-матрицы 1402. Во-вторых, по сравнению с компонентами нижней детекторной макро-матрицы 1402, сцинтилляторы и фотодиоды верхней детекторной макро-матрицы 1404 имеют немного меньший размер, с немного меньшим разнесением и немного уменьшенными промежутками между опорными отверстиями. Данное построение позволяет устанавливать верхнюю детекторную макро-матрицу 1404 на нижнюю детекторную макро-матрицу 1402 в опоре 118, с сохранением фокусировки на рентгеновском источнике 110, при соответствующем, немного меньшем радиусе. Данное решение позволяет также устанавливать верхнюю детекторную макро-матрицу 1404 внутри системы 114 измерения данных с использованием тех же опорных штифтов 704, которые используют для нижней детекторной макро-матрицы 1402, что повышает точность установки в заданное положение. С каждой детекторной макро-матрицей 1402 и 1404 можно применять отдельные верхние слои.
КТ сканеры четвертого поколения
Технологию, описанную в настоящей заявке, можно также применить в связи с КТ сканерами четвертого поколения, например, устройством 1500, показанным на фигурах 15 и 16. В устройствах КТ визуализации четвертого поколения, система измерения данных содержит полное кольцо рентгеновских детекторов, окружающих область интереса, подлежащую визуализации. Смещенный поворотный рентгеновский источник испускает рентгеновское излучение, которое принимается детекторами, которые остаются неподвижными.
Таким образом, как показано на фигурах 15 и 16, устройство 1500 КТ визуализации четвертого поколения содержит неподвижный гентри 1502 с апертурой 1504 для вмещения стола 1506, который линейно перемещается вдоль z-оси внутрь и из апертуры 1504. Пациента или другой объект, подлежащий визуализации устройством 1500 КТ визуализации четвертого поколения, помещают на верхней поверхности стола 1506. Смещенный рентгеновский источник 1508 поворачивается вокруг области интереса, по кольцевой траектории 1510. По меньшей мере, первое кольцо, расположенное внутри гентри 1502, содержит вышеописанную детекторную макро-матрицу 1512. В частности, элементы 204, 904 и 1304 подложки соответствующих вышеописанных вариантов осуществления могут иметь длину L, равную внутренней длине окружности кольцеобразной опоры (не показанной) внутри гентри 1502. При этом матрицу 250, 950 или 1350, содержащую фотодиоды и соответствующие сцинтилляторы, можно закрепить на внутренней окружности кольцевой опоры, с использованием клея и/или конструкций с опорными отверстиями-штифтами. Другими словами, в устройстве 1500 КТ визуализации четвертого поколения применена неподвижная кольцевая опора вместо вышеописанной поворотной опоры 118 матриц 250, 950 и 1350. Кольцевая опора может иметь форму полного кольца или только сегментов полного кольца.
В устройстве 1500 КТ визуализации четвертого поколения также можно дополнительно обеспечить возможность спектральной КТ посредством установки дополнительно второй кольцеобразной детекторной макро-матрицы 1514 внутри первой кольцеобразной детекторной макро-матрицы 1512. Таким образом, в данном варианте осуществления спектральной КТ, первая кольцеобразная детекторная макро-матрица 1512 содержит высокоэнергетические сцинтилляторы 502, например, на основе GOS:Pr,Ce или GGAG:Ce, а вторая детекторная макро-матрица 1514 является низкоэнергетической матрицей, содержащей, например, сцинтилляторы на основе ZnSe:Tl. По сравнению с компонентами первой детекторной макро-матрицы 1512, сцинтилляторы и фотодиоды второй детекторной макро-матрицы 1514 также имеют немного меньший размер, с немного меньшим разнесением и немного уменьшенными промежутками между опорными отверстиями. Данное построение позволяет устанавливать вторую детекторную макро-матрицу 1514 внутри окружности первой детекторной макро-матрицы 1512 на кольцеобразной опоре 118. Данное построение позволяет также устанавливать вторую детекторную макро-матрицу 1514 с использованием тех же опорных штифтов, которые используют для первой детекторной макро-матрицы 1512, для повышения точности установки в заданное положение. Кроме того, можно применять большее число матричных слоев.
Макро-матрицы органических фотодиодов и соответствующие детекторные макро-матрицы, описанные в настоящей заявке, являются особенно подходящими для устройства 1500 КТ визуализации четвертого поколения. Детекторные макро-матрицы намного дешевле для изготовления и при установке, чем керамические сцинтилляторы и кремниевые фотодиоды, применяемые в современных устройствах КТ визуализации. Существенно снижаются также затраты на межсоединения электроники. Таким образом, возможна значительная экономия затрат при изготовлении достаточного числа детекторов для полного охвата области интереса. Кроме того, в КТ четвертого поколения значительно снижены требования к однородности и стабильности во времени системы измерения данных, так как такие показатели, чувствительность, шумы темнового тока и линейность каждого детектора можно калибровать непосредственно перед каждой экспозицией для визуализации. Наконец, в устройстве 1500 КТ визуализации четвертого поколения требуется поворачивать всего один рентгеновский источник 1508, и поэтому возможно снижение затрат на механическое исполнение гентри, так как снижается требование к механической точности.
Композитные сцинтилляторы
Вышеописанные варианты осуществления содержат встроенные неорганические сцинтилляторы, например, на основе GOS и GGAG. В качестве одной из альтернатив, возможно применение композитных сцинтилляторов, описанных, например, в заявке на патент США № 61/087,195 (поданной 8 августа 2008 г.) и заявке на патент PCT № PCT/IB 2008/055276 (поданной 12 декабря 2008 г. и притязающей на приоритет по заявке на патент США № 61/087,195 поданной 21 декабря 2007 г.). Упомянутые заявки прямо включены в настоящую заявку путем приведенной отсылки, в части их описания композитных сцинтилляторов. Данные композитные сцинтилляторы могут обеспечивать экономию затрат и повышение характеристик термического напряжения.
Таким образом, на фигуре 17 представлен технологический процесс 1700 изготовления и сборки системы измерения данных, содержащей макроматрицу органических фотодиодов с композитными сцинтилляторами. Порядок этапов технологического процесса 1700, показанного на фигуре 17, можно изменять соответственно потребностям конкретного применения, и некоторые этапы можно добавлять или исключать из примерного технологического процесса 1700, представленного и описанного в настоящей заявке.
Органические фотодиоды наносят на этапе 1702 на переднюю поверхность подложки, как изложено выше. Упомянутое нанесение можно обеспечить, например, с помощью технологического процесса печати, в ходе которого органический материал, образующий фотодиоды, например, полимерный материал на основе PCBM, печатают на подложке. В зависимости от размера и применения фотодиодной матрицы, подходящие технологические процессы печати могут содержать ротационную печать, трафаретную печать, печать методом центрифугирования и краскоструйную печать. Органический материал можно также наносить из раствора и подвергать фототравлению для формирования рисунков. Опорные отверстия в подложке формируют на этапе 1704, а также в подложке формируют отверстия для проводников на этапе 1706. На этапе 1708, на дистальную поверхность подложки наносят электрические проводники, по одному проводнику, проходящему от каждого органического фотодиода к боковой стороне матрицы. Проводники, подобно самим фотодиодам, можно дополнительно наносить с помощью технологического процесса печати на подложке. Один электрод каждого органического фотодиода соединяют с общим заземлением, например, через прозрачный проводящий слой, расположенный над фотодиодами.
Затем, блок композитного сцинтиллятора отливают на этапе 1710 поверх передней поверхности подложки и отверждают на этапе 1712. На этапе 1714, в блоке композитного сцинтиллятора вырезают серию параллельных пазов, соответствующих границам между соседними органическими фотодиодами, расположенными под сцинтилляционным блоком. При этом в сцинтилляционном блоке формируются удлиненные слои. Внутри пазов, между слоями и на боковые грани сцинтилляционного блока наносят и отверждают белый отражатель на этапе 1716.
На этапе 1718 выполняют другую серию вырезов в сцинтилляционном блоке, для формирования пазов, перпендикулярных вырезам, сделанным на предыдущем этапе 1714, так что комбинированная структура пазов формирует диксели в сочетании с фотодиодами, расположенными под сцинтилляционным блоком. Внутри новых пазов и на боковые грани сцинтилляционного блока наносят и отверждают белый отражатель на этапе 1720. При необходимости, некоторые из пазов можно расширить на этапе 1722, для формирования модулей, чтобы матрицу можно было легко изогнуть для получения криволинейной конфигурации.
На этапе 1724, в отверстия для проводников в подложке закладывают проводящий клей для электрического соединения органических фотодиодов на передней поверхности подложки с проводниками на дистальной поверхности подложки. На этапе 1726, с каждой боковой стороны матрицы присоединяют соответствующие «активные» электронные компоненты, например, усилители, аналого-цифровые преобразователи, мультиплексоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и т.п., вместе с выходными соединителями. На этапе 1726 можно также дополнительно оборудовать матрицу противорассеивающей сеткой. Затем систему измерения данных изгибают по дуге и устанавливают внутри опоры посредством установки опорных отверстий подложки на опорные штифты в опоре, для надлежащей фокусировки на рентгеновский источник. При использовании соответствующей геометрии, описанный технологический процесс можно применять для систем измерения данных третьего или четвертого поколений.
Печатные пластинчатые элементы визуализации
Еще одна альтернативная конструкция системы 1800 измерения данных представлена на фигурах 18 и 19. Показанная система 1800 выполнена посредством объединения нескольких секторных элементов 1801 в виде стопки друг с другом, при этом каждый элемент 1801 соответствует одному слою визуализации матрицы 1800. Как показано на фигуре 18, каждый пластичатый матричный элемент 1801 содержит несколько органических фотодиодов 1802 и соответствующих сцинтилляторов 1803, нанесенных на первую сторону 1805 подложки 1804, предпочтительно, группами 1806. Для облегчения иллюстрации, на фигуре 18 показаны отдельные фотодиоды 1802 и сцинтилляторы 1803 только одной группы 1806. Органические фотодиоды 1802 и сцинтилляторы 1803, изображенные на данной фигуре, имеют секторную форму, хотя возможно применение любой формы. Размер в сечении в верхней части сцинтилляторов 1803, обращенной к приходящему излучению R, составляет в предпочтительном варианте, приблизительно, от 0,5 до 5 мм и, предпочтительно, является немного больше в основании, чем на конце. Сцинтилляторы имеют предпочтительный размер, приблизительно, от 0,5 до 6 мм, чтобы поглощать все излучение R. В соответствии с изложенным, матрица 1800 расположена внутри устройства 100 КТ визуализации так, что z-ось ориентирована, как показано на фигуре 19. Толщина t каждого пластинчатого элемента 1801 органических фотодиодов вдоль z-оси составляет в предпочтительном варианте, приблизительно, не более 100 мкм, так что в сцинтилляторах 1803 поглощается большая часть рентгеновского излучения R, и геометрическая квантовая эффективность (DQDE) является высокой. В реальном пластинчатом элементе 1801, приблизительно, длину дуги подложки 1804 могут охватывать, например, сорок две группы 1806 с, приблизительно, шестнадцатью фотодиодами 1802 в каждой группе (или, в сумме, шестьсот семьдесят два фотодиода 1802), вместо тринадцати групп 1806, показанных на данной фигуре.
Каждый фотодиод 1802 состоит из органического материала, как уже изложено выше в связи с другими вариантами осуществления, описанными в настоящей заявке. Органические фотодиоды 1802 можно наносить на подложку 1802, например, с помощью технологического процесса печати. Подходящие технологические процессы печати органических фотодиодов 1802 содержат ротационную печать, трафаретную печать и печать методом центрифугирования. Для нанесения органических фотодиодов 1802 на подложку 1804 можно также применить технологический процесс краскоструйной печати. Органический материал можно также наносить из раствора и подвергать фототравлению для формирования рисунков.
Подложка 1804 системы 1800 является, предпочтительно, прочной жесткой пластиковой пленкой. Подложка 1804 может быть, например, полиэтилентерефталатной (PET) пленкой, полиимидной пленкой, полиарилэфирэфиркетоновой (PEEK) пленкой или нейлоновой пленкой. Для обеспечения прочности и жесткости можно обеспечить дополнительную тонкую металлическую подложку (не показанную). Подложка 1804, аналогичным образом, содержит опорные отверстия 1811, подобно другим вариантам осуществления.
Электрические проводники (не показанные на данных фигурах) проходят от каждого органического фотодиода 1802 к «активным» электронным компонентам 1814, установленным на подложке 1804. Упомянутые компоненты могут содержать, например, усилители, аналого-цифровые преобразователи, мультиплексоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и т.п., вместе с выходными соединителями. Проводники могут быть сформированы с использованием традиционной технологии краскоструйной печати. Проводники могут находиться на первой поверхности 1805, которая содержит также фотодиоды 1802. В альтернативном варианте, проводники можно расположить на противоположной поверхности подложки 1804, например, посредством создания сквозных отверстий в подложке 1804, с использованием сфокусированного пучка непрерывного или импульсного лазера, например, 10,6-мкм лазера на двуокиси углерода (CO2) или 1,06-мкм Nd-YAG лазера. Или можно использовать несколько слоев материала подложки 1804, подобно тому, как в варианте осуществления, показанном на фигуре 13, чтобы обеспечить достаточно места для монтажа всех проводников. Один электрод каждого органического фотодиода 1802 подсоединен также к общему заземлению, например, через прозрачный проводящий слой, расположенный над фотодиодами 1802.
После того, как изготовлено несколько пластинчатых элементов 1801, соответствующую матрицу 1800 можно собрать складыванием в набор нескольких пластинчатых элементов 1801. Упомянутый набор изображен на фигуре 19, где использованы четыре элемента 1801, которые соответствуют четырехслойному устройству 100 визуализации. Теоретически пластинчатые элементы 1801 являются слегка сужающимися, более толстыми в основании, чем на верхнем конце, для их «фокусировки» на рентгеновский источник 110. Опорные штифты могут продолжаться сквозь совмещающие опорные отверстия 1811 в каждом пластинчатом элементе 1801, чтобы надлежащим образом устанавливать пластинчатый элемент 1801 в заданное положение внутри матрицы 1800.
На фигуре 20 изображен пластинчатый элемент 2001, пригодный для устройства спектральной КТ визуализации. Соответственно, элемент 2001 соответствует одному визуализируемому слою и, при укладке в набор с другими аналогичными элементами 2001 таким образом, как описано в связи с вариантом осуществления, представленным на фигурах 18 и 19, формирует систему 2000 (не показанную) для визуализации. Пластинчатый элемент 2001 содержит несколько органических фотодиодов 2002 и соответствующих сцинтилляторов 2003, нанесенных на первую сторону 2005 подложки 2004, предпочтительно, группами 2006. Для облегчения пояснения, на фигуре 20 показаны отдельные фотодиоды 2002 и сцуинтилляторы 2003 только одной группы 2006. Органические фотодиоды 2002 и сцинтилляторы 2003, изображенные на данной фигуре, имеют секторную форму, хотя возможно применение любой формы. В предпочтительном варианте, размер в сечении сцинтилляторов 2003 со стороны приходящего излучения R составляет, приблизительно, от 0,5 до 5 мм на от 0,5 до 5 мм. На фигуре 20, размер фотодиодов 2002 намного завышен для пояснения, относительно размера других компонентов в пластинчатом элементе 2001. Например, в реальном пластинчатом элементе 2001, длину дуги подложки 2004 будут охватывать, приблизительно, сорок две группы 2006, вместо тринадцати групп 2006, изображенных на данной фигуре.
Каждая из групп 2006 в первой (удаленной) матрице 2012 фотодиодов 2012 содержит высокоэнергетические сцинтилляторы 2003, например, на основе GOS:Pr,Ce или GGAG:Ce, а вторая (ближе расположенная) матрица 2014 является низкоэнергетической матрицей, содержащей, например, сцинтилляторы 2003 на основе ZnSe:Tl. В сравнении с компонентами первой матрицы 2012, сцинтилляторы и фотодиоды второй матрицы 2014 также имеют немного меньшие размеры, при немного меньших промежутках между ними. Данная конфигурация позволяет устанавливать вторую матрицу 2014 над первой матрицей 2012 и, при этом, все-таки обеспечивать надлежащую фокусировку на источник приходящего излучения R.
Хотя на приведенных фигурах не показано, комбинации пар из фотодиода 2002 и сцинтиллятора, формирующие диксель визуализации в элементе 2001, можно закреплять на тонких несущих листах из тяжелого металла (Mo (молибдена) толщиной от 40 мкм до 80 мкм), расположенных между дикселями и пластинчатыми элементами. Упомянутые листы могут также выполнять функцию ребер противорассеивающего коллиматора для предотвращения попадания рассеянного излучения R на пиксели детекторов и затемнения изображения.
При использовании подходящей геометрии, приведенный технологический процесс можно применять для систем измерения данных третьего или четвертого поколений.
Выше изобретение описано на примере предпочтительных вариантов осуществления. Безусловно, специалистами, после прочтения и изучения вышеприведенного подробного описания, будут разработаны модификации и изменения. Настоящее изобретение следует интерпретировать как содержащее все упомянутые модификации и изменения в той мере, насколько они находятся в пределах объема притязаний прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов. Изобретение может быть выполнено в форме различных компонентов и схем расположения компонентов и различных этапов и схем расположения этапов. Чертежи предназначены только в целях иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не подлежат истолкованию в смысле ограничения изобретения.
1. Система визуализации, содержащая:
источник излучения, который поворачивается вокруг центральной z-оси системы визуализации для выполнения визуализирующих сканирований;
матрицу органических фотодиодов, содержащую несколько дискретных органических фотодиодов, расположенных рядами и столбцами на изогнутой подложке таким образом, что каждый ряд органических фотодиодов выровнен вдоль кривой изгиба изогнутой подложки, и каждый столбец органических фотодиодов выровнен параллельно центральной z-оси системы визуализации; и
токопроводящие пути, функционально соединяющие каждый из органических фотодиодов с одним или более активными электронными компонентами, расположенными на изогнутой подложке;
причем изогнутая подложка состоит более чем из одного слоя, содержащего верхний слой и один или более нижних слоев, причем органические фотодиоды расположены на верхнем слое, и каждый нижний слой содержит верхнюю поверхность, которая является ближней к верхнему слою, и на которой расположен по меньшей мере один из токопроводящих путей.
2. Система визуализации по п.1, в которой органические фотодиоды содержат полимерный материал на основе РСВМ (1-(3- метоксикарбонил) пропил-1-фенила-С61).
3. Система визуализации по п.1, в которой изогнутая подложка содержит гибкую пленку.
4. Система визуализации по п.3, в которой гибкая пленка
содержит РЕТ (полиэтилентерефталатную) пленку, полиимидную пленку, РЕЕК (полиарилэфирэфиркетоновую) пленку или нейлоновую пленку.
5. Система визуализации по п.1, в которой каждый ряд органических фотодиодов соответствует одному визуализируемому слою во время визуализирующих сканирований, выполняемых системой визуализации.
6. Система визуализации по п.1, дополнительно содержащая один или более сцинтилляторов, расположенных между источником излучения и органическими фотодиодами.
7. Система визуализации по п.6, в которой сцинтилляторы сформированы из композитного сцинтилляционного материала.
8. Система визуализации по п.1, в которой органические фотодиоды размещены на изогнутой подложке с помощью процесса печати.
9. Система визуализации по п.1, в которой изогнутая подложка простирается по полной длине окружности вокруг центральной z-оси системы визуализации.
10. Система визуализации по п.1, в которой матрица органических фотодиодов содержит два слоя органических фотодиодов, при этом первый слой соответствует одному или более высокоэнергетическим сцинтилляторам, и второй слой соответствует одному или более низкоэнергетическим сцинтилляторам.
11. Система визуализации, содержащая:
источник излучения, который поворачивается вокруг центральной z-оси системы визуализации для выполнения визуализирующих сканирований; и
матрицу органических фотодиодов, содержащую по меньшей мере два элемента секторной формы в виде стопки друг с другом, причем каждый элемент секторной формы содержит подложку и несколько дискретных органических фотодиодов, расположенных на подложке;
токопроводящие пути, функционально соединяющие каждый из органических фотодиодов с одним или более активными электронными компонентами, расположенными подложке, соответствующими фотодиодам;
причем подложка состоит более чем из одного слоя, содержащего верхний слой и один или более нижних слоев, причем органические фотодиоды расположены на верхнем слое, и каждый нижний слой содержит верхнюю поверхность, которая является ближней к верхнему слою, и на которой расположен по меньшей мере один из токопроводящих путей.
12. Система визуализации по п.11, в которой каждый органический фотодиод имеет секторную форму.
13. Система визуализации по п.11, в которой каждый элемент секторной формы дополнительно содержит по меньшей мере один сцинтиллятор, расположенный на подложке между источником излучения и каждым органическим фотодиодом.
14. Система визуализации по п.13, в которой каждый сцинтиллятор и каждый органический фотодиод имеют секторную форму и сфокусированы на источнике излучения.
15. Система визуализации по п.13, в которой каждый элемент секторной формы содержит внутреннюю низкоэнергетическую матрицу сцинтилляторов и органических фотодиодов, а также наружную высокоэнергетическую матрицу сцинтилляторов и органических фотодиодов.
16. Система визуализации по п.11, в которой толщина каждого элемента секторной формы вдоль оси Z равна приблизительно 100 мкм или менее.
17. Система визуализации по п.11, в которой каждая подложка содержит по меньшей мере одно опорное отверстие, чтобы выравнивать элементы секторной формы в виде стопки.
18. Система визуализации по п.11, в которой каждая подложка содержит устойчивую жесткую пластиковую пленку.
19. Гибкий матричный узел органических фотодиодов для применения в системе визуализации, при этом матрица содержит
гибкую подложку;
несколько дискретных органических фотодиодов, расположенных на подложке;
один или более сцинтилляторов, расположенных над органическими фотодиодами на подложке;
один или более активных электронных компонентов, расположенных на подложке; и
токопроводящие пути, функционально соединяющие каждый из органических фотодиодов с по меньшей мере одним из активных электронных компонентов;
причем подложка состоит более чем из одного слоя, содержащего верхний слой и один или более нижних слоев, причем органические фотодиоды расположены на верхнем слое, и каждый нижний слой содержит верхнюю поверхность, которая является ближней к верхнему слою, и на которой расположен по меньшей мере один из токопроводящих путей.
20. Гибкий матричный узел по п.19, в котором органические фотодиоды расположены рядами и столбцами на гибкой подложке, при этом каждый ряд органических фотодиодов соответствует одному визуализируемому слою во время визуализирующих сканирований, выполняемых системой визуализации, и столбцы выровнены параллельно центральной z-оси системы визуализации.
21. Гибкий матричный узел по п.19, в котором органические фотодиоды содержат полимерный материал на основе РСВМ.
22. Гибкий матричный узел по п.19, в котором гибкая подложка содержит РЕТ (полиэтилентерефталатную) пленку, полиимидную пленку, РЕЕК (полиарилэфирэфиркетоновую) пленку или нейлоновую пленку.
23. Гибкий матричный узел по п.19, в котором сцинтилляторы сформированы из композитного сцинтилляционного материала.
24. Гибкий матричный узел по п.19, в котором узел смонтирован на опоре внутри системы визуализации для формирования системы измерения данных визуализации.
25. Гибкий матричный узел по п.19, в котором органические фотодиоды размещены на подложке с помощью технологического процесса печати.
26. Гибкий матричный узел по п.19, в котором гибкая подложка имеет длину, которая приблизительно равна полной длине окружности, окружающей центральную z-ось системы визуализации, для применения в системе визуализации четвертого поколения.
27. Гибкий матричный узел по п.19, в котором матрица органических фотодиодов содержит два слоя органических фотодиодов, при этом первый слой соответствует одному или более
высокоэнергетическим сцинтилляторам, и второй слой соответствует одному или более низкоэнергетическим сцинтилляторам.
28. Гибкий матричный узел по п.19, в котором сцинтилляторы расположены на гибкой подложке группами, с зазором между любыми двумя соседними группами, который является достаточно широким для облегчения сгибания матричного узла, без помех между сцинтилляторами.
29. Гибкий матричный узел по п.19, дополнительно содержащий одно или более опорных отверстий, расположенных в гибкой подложке.
