專利名稱：X射線檢測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一個X射線檢測器，該檢測器包含一個轉(zhuǎn)換層，用來將入射的X射線轉(zhuǎn)換成低能量射線。此發(fā)明主要涉及一個X射線圖象增強管，該增強管包含一個用于將X射線束換成電子束的入口部分，還包含一個光陰極和一個將入射的X射線轉(zhuǎn)換成光陰極敏感的低能量射線。
此類型的X射線檢測器見于歐洲專利申請EP0 536 830。
已知的X射線檢測器為一個優(yōu)選用于X射線檢測設備中的X射線圖象增強管。通過用由X射線源發(fā)出的X射線束照射物體，例如待進行放射檢查的病人，來形成物體的一個X射線圖象。X射線增強管從X射線圖象形成一個光學圖象；此光學圖象可通過一個圖象提取設備轉(zhuǎn)換成電子圖象信號。在X射線的入射方向看，入口部分依次包含一個基片，轉(zhuǎn)換層和光陰極。在入口部分入射的X射線在轉(zhuǎn)換層中被轉(zhuǎn)換為低能量射線，例如轉(zhuǎn)換成蘭色光或紫外線。此低能量射線從光陰極釋放電子束。一個電-光系統(tǒng)將光陰極映像到輸出窗口的熒光層上。入射到熒光層的電子在輸出窗口上產(chǎn)生一個光學圖像。光學圖像可用可見光形成，也可用紅外線或紫外線形成。
已知的X射線圖像增強器的入口部分還包含，位于基片和摻有鈉的碘化銫(CsINa)轉(zhuǎn)換層之間，對低能量X射線具有高吸收性的鎢酸鈣層，該低能量X射線即所謂的K-射線，在轉(zhuǎn)換層由入射的X射線產(chǎn)生。鎢酸鈣層將K-射線轉(zhuǎn)換成光陰極敏感的藍色光或紫外線。結果，在CsINa轉(zhuǎn)換層被轉(zhuǎn)換為大約35KeV的K-射線的入射的X射線對于映像沒有損失。
當使X射線沿某個使得其穿過病人需經(jīng)過一段長距離的方向照射病人和/或病人體積較大時形成的X射線圖像，常遇到的問題是，到達X射線圖像增強管的X射線強度無法形成具有足夠信噪比的X射線圖像。這一問題經(jīng)常發(fā)生在用從60到80KeV平均能量密度的X射線對肥胖病人進行心血管透視檢查的時候。到達X射線圖像增強管的X射線強度通過將X射線的平均能量提高到如100到120KeV來加以提高。如果提高X射線的平均能量，或簡要地說將入射的X射線的平均X射線能量，如從60KeV到100KeV的值提高到100KeV至120KeV的值，如前所述，光學圖像的強度提高，直到平均X射線能量到達極限值。已發(fā)現(xiàn)，若繼續(xù)提高X射線的能量，光學圖像的強度又會減小。在包含傳統(tǒng)X射線圖像增強器的X射線檢查設備中，這種現(xiàn)象發(fā)生在X射線超過100KeV，即極限值大約為100KeV。當由于在病人中吸收了過多的X射線而使光學圖像的強度太低時，放射員會試圖將X射線能量超出極限值；但這產(chǎn)生了相反的效果使光學圖像的強度減小更多。因此，在所述的條件下，已知的X射線圖像增強管無法從X射線圖像中提取出具有高信噪比的電子圖像信號。
本發(fā)明的目的是提供一個X射線檢測器，如一個X射線圖像增強管，它的X射線能量極限值比已知的X射線檢測器高。
為了實現(xiàn)這個目的，根據(jù)本發(fā)明的X射線檢測器的特征在于，它包含一個X射線濾波器，用來使轉(zhuǎn)換層免受能量低于閥值的X射線的影響。
轉(zhuǎn)換層將X射線轉(zhuǎn)換為波長大于入射線X射線的射線，即轉(zhuǎn)換為能量低于入射的X射線能量的射線。在本專利申請的上下文中，由轉(zhuǎn)換層形成的此射線稱為低能量射線。此X射線檢測器包括，例如一個傳感器矩陣包含多個光敏感元件。該光敏感元件將低能量射線轉(zhuǎn)換為電荷?？梢宰x取電荷量并在其基礎上形成電子圖像信號。X射線檢測器也可以是一個X射線圖像增強管，它包含一個入口部分，入口部分包括轉(zhuǎn)換層和一個光陰極。從X射線轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生光陰極敏感的低能量射線。該低能量射線從光陰極產(chǎn)生電子束，該電子束通過一個電-光系統(tǒng)，成像在輸出窗口的熒光層上。
X射線濾波器吸收能量低于約100KeV閥值的X射線，但并不把這些射線轉(zhuǎn)換為可從光陰極釋放電子的低能量射線。能量高于該閥值的X射線通過X射線濾波器并到達轉(zhuǎn)換層，在轉(zhuǎn)換層它們大部分轉(zhuǎn)換為低能量射線。
如果X射線檢測器為一個X射線圖像增強管，低能量射線為，例如光陰極敏感的藍色光或紫外線。如果X射線檢測器包含一個傳感器陣列，低能量射線為，例如對光敏感元件敏感綠色光。
由于到達轉(zhuǎn)換層的X射線能量譜至多包含一個強度非常小的能量低于閥值的X射線，當能量譜中的最高能量提高到超出閥值能量范圍時，光學圖像的強度提高。在超出閥值能量的X射線能量范圍內(nèi)，在轉(zhuǎn)換層由X射線產(chǎn)生的低能量射線被轉(zhuǎn)換層的吸收，可通過提高X射線在轉(zhuǎn)換層的穿透深度來提高，從而提高產(chǎn)生的低能量射線。這意味著若到達轉(zhuǎn)換層的X射線能量譜包含更少的低能量分量，極限值將隨之增大。由于低能量射線量的增加，電子束和輸出窗口上的光學圖像的強度也以一個X射線平均能量的函數(shù)增強。
發(fā)生于物體中的散射輻射，例如由于物體中電子的compton散射，具有較低能量并被X射線濾波器截斷到相當程度；因此，根據(jù)本發(fā)明的X射線檢測器管對散射的射線不太敏感。因而X射線濾波器抵消了散射射線造成的光學圖像模糊。
關于能量低于閥值的X射線的使用，X射線濾波器中能量的吸收導致X射線檢測器轉(zhuǎn)換效率降低，降低的轉(zhuǎn)換效率通過提高X射線束的強度來補償，例如提高X射線源中的陽極電流和/或通過增大提取光學圖像的圖像提取設備的光闌孔徑來增大圖像提取設備拾取的光量。轉(zhuǎn)換效率的降低也可通過提高圖像提取設備提供的圖像信號放大倍數(shù)來補償。從而保持了根據(jù)本發(fā)明的X射線檢測器對于較低能量X射線的有效性。
根據(jù)本發(fā)明的X射線圖像增強管的特征在于，入口部分包含一個濾波器層，用來使轉(zhuǎn)換層免受能量低于閥值的X射線的影響，并且轉(zhuǎn)換層位于光陰極和濾波器層之間。
與轉(zhuǎn)換層相關，濾波器層作為一個具有高能量傳輸曲線的X射線濾波器。
根據(jù)本發(fā)明，X射線圖像增強管的優(yōu)選實施方案的特征在于，濾波器層由一個薄的厚度在30μm到100μm之間的不摻雜CsI層。
能量從約100KeV到200KeV的X射線很難被具有如此結構的濾波器層吸收，但大部分可在轉(zhuǎn)換層被轉(zhuǎn)換為低能量射線。濾波器層的厚度應大于30μm，否則很難進行吸收。濾波器層的厚度不應大于100μm，否則使用較低能量的X射線將需要使X射線源的陽極電流提高到不切實際的高值以在輸出窗口形成足夠亮度的光學圖像。當濾波器層厚度為50μm到100μm時，效果最好。
根據(jù)本發(fā)明的X射線圖像增強管的另一個優(yōu)選實施方案的特征在于，入口部分包含一個反射層，位于轉(zhuǎn)換層和濾波器層之間，反射在轉(zhuǎn)換層通過吸收X射線產(chǎn)生的射線。
反射層反射在轉(zhuǎn)換層由入射X射線產(chǎn)生的射線。因此，光陰極敏感的射線除在離開光陰極的方向上發(fā)出的外，不會損失而是被反射層反射到光陰極。結果，在轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生的大部分射線用于在光陰極轉(zhuǎn)換為電子，因而提高了X射線圖像增強管對入射X射線的敏感性。這提供了一個優(yōu)點，為了形成具有足夠診斷質(zhì)量的X射線圖像而必須加在病人身上的X射線劑量得以減少。在濾波器層和轉(zhuǎn)換層之間使用反射層使得可將摻雜的碘化銫層用于濾波器層；優(yōu)選使用用于轉(zhuǎn)換層的相同材料。在濾波器層產(chǎn)生的藍色光或紫外線大部分被反射層反射，不能到達光陰極，因此，到達光陰極的主要為在轉(zhuǎn)換層由入射X射線的高能分量產(chǎn)生的低能射線。
根據(jù)本發(fā)明的X射線圖像增強管的另一個優(yōu)選實施方案的特征在于，反射層為一個薄的鋁層，基本上可全部反射在轉(zhuǎn)換層通過吸收X射線產(chǎn)生的射線。
鋁層作為連續(xù)的金屬層適于放置在濾波器層的發(fā)光材料上。而且，金屬鋁層對在轉(zhuǎn)換層由入射X射線產(chǎn)生的光陰極敏感的低能量射線是一個合適的反射器。
根據(jù)本發(fā)明的X射線圖像增強管的另一個優(yōu)選實施方案的特征在于，轉(zhuǎn)換層和濾波器層為摻雜的碘化銫層。
由于用于濾波器層和轉(zhuǎn)換層的為同一種材料組成，此實施方案可簡單地廉價地制作。
參考后面所述的實施方案，本發(fā)明的這些和其它特點將更加明顯，清楚。
在附圖中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的X射線圖像增強管的圖示，圖2為圖1中所示的X射線圖像增強管實施方案的入口部分的詳細圖示，圖3為圖1中所示的X射線圖像增強管另一個實施方案入口部分的詳細圖示，圖4所示為入射在入口屏幕上的X射線能量譜的簡化實例，和圖5所示為在發(fā)光材料層通過吸收X射線產(chǎn)生并發(fā)出的低能量射線強度的簡化實例。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的X射線圖像增強管的圖示。在真空容器20內(nèi)包含有一個入口部分2、一個電光系統(tǒng)(4、16、17、18)和一個熒光層18。入口部分2包含一個轉(zhuǎn)換層5，它與濾波器層6一起位于基片15上，例如一個鋁箔。接著濾波器層5位于基片15和轉(zhuǎn)換層6之間。在轉(zhuǎn)換層6遠離基片15的一邊有一個光陰極4。轉(zhuǎn)換層6將入射到入口部分的X射線轉(zhuǎn)換為光陰極敏感的射線，例如藍色光或紫外線。一個包括光陰極4，中空陽極16和電極17的電-光系統(tǒng)，將光陰極4電-光映像到位于輸出窗口19上的熒光層18上。入射到熒光層18上的電子束產(chǎn)生光學圖像，例如綠色光圖像，該圖像可通過圖像提取裝置從輸出窗口提取，例如一個攝像機。
圖2為圖1所示的X射線圖像增強管實施方案的入口部分詳細圖示表達。在基片15上相繼為非摻雜發(fā)光材料的濾波器層5，例如厚度超過30μm的碘化銫(CsI)層，優(yōu)選厚度為50μm到100μm，在濾波器層上為摻雜的發(fā)光材料的轉(zhuǎn)換層6，例如摻鈉碘化銫(CsINa)，厚度在300μm到1000μm之間。在轉(zhuǎn)換層6上為包含，如堿金屬飽和銻的光陰極4。濾波器層5中的不摻雜層CsI主要吸收入射能量相對較低的X射線，即能量在60KeV到80KeV之間，因而低于約100KeV的閥值。超過閥值的能量較高的X射線，例如100KeV到120KeV，將到達CsINa轉(zhuǎn)換層6。轉(zhuǎn)換層6將較高能量的X射線大部分轉(zhuǎn)換成低能量射線，如光陰極敏感的藍色光或紫外線。由于能量低于閥值的X射線在濾波器層5被吸收并不產(chǎn)生低能量射線，極限值得以提高，使在約100KeV到120KeV的能量范圍的平均X射線能量低于極限值。在此能量范圍內(nèi)，X射線的穿透深度隨X射線能量的提高而增大，并且在轉(zhuǎn)換層6產(chǎn)生的低能量射線量的增加超出二次射線的吸收。因此，根據(jù)本發(fā)明的X射線圖像增強管中，當X射線的能量在100KeV到120KeV的能量范圍內(nèi)增加時，光學圖像的強度增加。
圖3為圖1所示的X射線圖像增強管另一個實施方案入口部分的詳細圖示表達。在圖3所示的入口部分2中，鋁反射層7(位于轉(zhuǎn)換層6和濾波器層5之間。反射層反射在轉(zhuǎn)換層6由入射的X射線產(chǎn)生的藍色光或紫外線。因此，至少有一部分在轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生的沒有射向光陰極的藍色光或紫外線沒有損失，可用來在光陰極釋放電子。所以，反射層提高了X射線圖像增強管的靈敏度。在圖3所示的實施方案中，濾波器層優(yōu)選用摻雜碘化銫層組成。在這樣的濾波器層中產(chǎn)生的藍色光和/或紫外線被反射層反射，因而無法到達光陰極。
作為高通能量濾波器的濾波器層5的優(yōu)點將在精簡實例的基礎上加以說明。圖4通過實例所示為低能分量在均值(E1)約70KeV的能量帶上，高能分量在均值(Eh)約110KeV的能量帶上的X射線的能量譜。能量譜以射線強度Ix對X射線能量Ex的函數(shù)表示。
圖5所示為在發(fā)光材料層中通過吸收X射線產(chǎn)生并發(fā)出的低能量射線強度的簡化實例。虛線表示，作為平均X射線能量(E)的函數(shù)，由X射線的低能分量產(chǎn)生，由發(fā)光材料層發(fā)出的低能量射線的強度。在X射線能量低的情況下，X射線具有小的穿透深度，只有少量X射線被吸收來產(chǎn)生低能量射線。低能量射線主要產(chǎn)生于X射線入射一邊表面的薄層中；其大部分在離開該層之前再次被發(fā)光材料吸收。隨X射線能量提高，穿透深度增加，并產(chǎn)生更多的低能量射線，然后低能量射線穿過發(fā)光材料一個更短的距離而離開該層；因此，由該層發(fā)出的低能量射線強度隨低能量分量的平均X射線能量增加而增加，直到到達最大值Eth1。如果再增加X射線能量，在發(fā)光材料中的吸收無法通過提高穿透深度來補償，但是X射線通過發(fā)光材料而沒有被吸收。進一步提高X射線的平均能量減小了由發(fā)光材料層發(fā)出的低能量射線強度。低能量射線強度的減小導致當X射線能量超出閥值Eth1時，圖像增強器提取鏈中光學圖像強度的減小。
由于吸收X射線的高能分量由發(fā)光材料層發(fā)出的低能量射線的強度用點劃線表示。開始由于穿透深度的增加低能量射線的強度提高，直到到達最大值Eth2；對于更高能量的X射線發(fā)光材料中低能量射線的吸收超出了增加的穿透深度。
當具有高能和低能分量的X射線入射到發(fā)光材料層，由發(fā)光材料層發(fā)出的低能量射線的強度取決于與圖5中實線一致的平均X射線能量。實線表示高能和低能分量的作用之和，由高能和低能分量的強度加權，與點劃線一致。實線清楚地表示出X射線能量的閥值約為Eth1，超出該閥值，提高X射線能量不再使低能量射線量的強度提高。如果只有X射線的高能分量入射到發(fā)光材料上，發(fā)出的低能量射線強度取決于與點劃線一致的平均X射線能量，極限值量約為Eth2。因此，通過將低能量分量濾出X射線，例如用濾波器層，可實現(xiàn)將極限值從Eth1(約80KeV)提高到Eth2(約120KeV)。
權利要求
1.一個X射線檢測器，包括一個轉(zhuǎn)換層，用來將入射的X射線轉(zhuǎn)換成低能量射線，其特征在于X射線檢測器包括一個X射線濾波器，用來使轉(zhuǎn)換層免受能量低于閥值的X射線的影響。
2.一個X射線圖像增強管，包括一個入口部分，用于將X射線來轉(zhuǎn)換為電子束，并包括一個光陰極和一個轉(zhuǎn)換層，用來將入射的X射線轉(zhuǎn)換成光陰極敏感的低能量射線，其特征在于入口部分包括一個濾波器層，用來使轉(zhuǎn)換層免受能量低于閥值的X射線的影響；還在于轉(zhuǎn)換層位于光陰極和濾波器層之間。
3.權利要求2中的X射線圖像增強管，其特征在于，濾波器層(5)包括一個薄的、不摻雜的CsI層，厚度在30μm到100μm之間。
4.權利要求2中的X射線圖像增強管(1)，其特征在于入口部分(2)包含一個反射層(7)，它位于轉(zhuǎn)換層(6)和濾波器層(5)之間，并反射在轉(zhuǎn)換層(6)通過吸收X射線產(chǎn)生的射線。
5.權利要求4中的X射線圖像增強管，其特征在于，反射層為一個薄鋁層(7)，它基本上可全部反射在轉(zhuǎn)換層通過吸收X射線產(chǎn)生的射線。
6.權利要求5中的X射線圖像增強管，其特征在于，轉(zhuǎn)換層和濾波器層為摻雜的碘化銫層。
全文摘要
X射線圖像增強管(1)包括入口部分(2)，用來將從100KeV到120KeV的高能X射線轉(zhuǎn)換成電子束(10)。入口部分(2)包括一個轉(zhuǎn)換層(3)，帶有一個濾波器層(5)，用來吸收一部分較低能量(從60KeV到80KeV)的X射線，和一個轉(zhuǎn)換層，用來將約100KeV到120KeV的高能X射線轉(zhuǎn)換成光陰極敏感的射線。
文檔編號H01J29/38GK1161103SQ96190884
公開日1997年10月1日 申請日期1996年5月28日 優(yōu)先權日1996年5月28日
發(fā)明者J·K·E·科迪治, P·J·霍恩 申請人:菲利浦電子有限公司