專利名稱：X射線轉(zhuǎn)換元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種X射線轉(zhuǎn)換元件。
背景技術(shù)：
這種X射線轉(zhuǎn)換元件是用于射線照相的數(shù)字探測器的組成部分，例如 R.F.Schulz發(fā)表在"Fortschr.R6ntgenstr.(2001)173，，第1137至1146頁，尤其圖 片Abb.5中的論文"Digitale Detektorsysteme fiir die Projektionsradiographie"介紹了這種探測器。
在已知的情況下有閃爍體的X射線轉(zhuǎn)換元件與CCD(CCD _ charge coupled device:電荷耦合裝置)照相機結(jié)合使用。X射線絕大部分在閃爍體(熒 光屏)內(nèi)被吸收并變換為可見光。照片借助光學(xué)成像儀器(例如光學(xué)透鏡、反 射鏡、棱鏡等)投影在CCD照相機上，它將照片轉(zhuǎn)換成電信號。電信號進一 步處理并作為數(shù)字圖像輸出。這種探測系統(tǒng)的優(yōu)點是，它只包括一些能比較容易和便宜地買到的部 件，并因而也能比較經(jīng)濟地生產(chǎn)。因此這種探測系統(tǒng)意味著是一種成本較低 具有數(shù)字式探測系統(tǒng)已知優(yōu)點(無膠巻、圖像處理等)的方案。在這種探測系統(tǒng)中需用劑量與傳統(tǒng)的膠巻-軟片系統(tǒng)的需用劑量類似。 因此，采用這種探測系統(tǒng)不能達到如可通過所謂的平板探測器(flat panel detector)實現(xiàn)的劑量節(jié)省。平板探測器例如在M. Spahn等人在"Der Radiologe 43(2003)，，第340至350頁發(fā)表的論文"Flachbilddetektoren in der R6ntgen-diagnostik"中作了介紹。
X射線照相需用劑量較大的原因是產(chǎn)生所謂的"secondary quantum sinks"。理想X射線探測器(可忽略不計的電子噪聲，沒有結(jié)構(gòu)噪聲)的信噪比取 決于吸收的X射線量子的數(shù)量并稱為"primary quantum sink"。在平板探測器中吸收的X射線量子轉(zhuǎn)換為例如1000個電子。附加的靜 電子噪聲由于電子較大的數(shù)量因而可以忽略不計。
但是若每個X射線量子產(chǎn)生少于IO個電子，則所述附加的噪聲不再能忽略以及惡化圖像質(zhì)量或增加需用劑量。人們稱之為"secondary quantum sink"。這一實情在R.M.Gagne等人在"Proc. SPIE Vol.4320(2001)"第156至 162 頁所發(fā)表的著作"Optically coupled digital radiography: sources of inefficiency"中作了說明。對閃爍體的基本要求是，任何命中閃爍體的X射線量子應(yīng)在閃爍體中 產(chǎn)生盡可能多的光量子，它們又必須盡可能無損失地變換成電子。對閃爍體的另一個要求是它的機械穩(wěn)定性。為了安裝，閃爍體只在外邊 緣固定。比較大的X射線轉(zhuǎn)換元件(例如44cm x 44cm)可能與鼓膜類似地振 動。在工作期間，但更多還在運輸期間，X射線探測器例如在栽重汽車運輸 或鐵路運輸過程中局部遭受嚴(yán)重的沖擊和振動。為了保證閃爍體不會通過這種振動受損，例如通過URL http: 〃sales.hamamatsu.com/assets/pdf/parts—J/ALS—ACS—FOS.pdf已知可以使用轉(zhuǎn) 換層，在轉(zhuǎn)換層中由CsI:TI組成的閃爍體，或施加在lmm厚的鋁載體上， 或施加在2mm厚的無定形碳載體上。為達到足夠的機械穩(wěn)定性，不允許小 于這些層厚。但因為載體沿射線軌跡處于閃爍體之前，所以它起射線過濾器的作用。 因此被載體吸收的能量不再提供用于在閃爍體發(fā)光。2mm無定形碳有利于X射線的傳輸，僅在X射線能量小于30keV時傳 輸率才略降。采用無定形碳時的缺點是高的價格。反之，鋁是一種便宜的材料。但采用lmm鋁的缺點是，在X射線能量 小于40keV時傳輸率較低。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種能經(jīng)濟地生產(chǎn)尤其用于射線照相的X 射線轉(zhuǎn)換元件，它在有良好的機械穩(wěn)定性的同時生成優(yōu)質(zhì)的X'射線照片。 此目的通過這樣一種X射線轉(zhuǎn)換元件來達到，該X射線轉(zhuǎn)換元件包括- 一可穿透X射線和不透濕或防潮的基層，- 一可穿透X射線的與基層連接的載體， -一施加在基層上的閃爍體，-一透光和不透濕或防潮的覆蓋閃爍體的防護層。 按本發(fā)明采用 一個基層和一個與之連接的載體，取代還起閃爍體基層作 用的單一載體。采用按本發(fā)明的方案，即基層與載體復(fù)合物，使X射線轉(zhuǎn)換 元件的生產(chǎn)中獲得很大的靈活性。載體可選擇為在命中的X射線吸收率低的 同時有良好的機械穩(wěn)定性。對于與載體連接的基層，除了在吸收率同樣盡可 能低的同時，應(yīng)注意對閃爍體生產(chǎn)過程的適應(yīng)性。按照本發(fā)明的X射線轉(zhuǎn)換元件，通常在第一個加工步驟中在可穿透X射線和不透濕的基層上施加閃爍體。接著，閃爍體加上透光和不透濕的防護 層。這些加工步驟在高溫下和真空中進行。在真空過程結(jié)束后，由基層、閃 爍體和防護層組成的復(fù)合物在基層側(cè)與可穿透x射線的載體連接。按一種優(yōu)選的設(shè)計，X射線轉(zhuǎn)換元件可穿透X射線和不透濕的基層用 鋁制成，其中，基層有利地有層厚為20pm至600pm,優(yōu)選300)^m。按另一種有利的實施形式，可穿透X射線的載體用碳纖維增強塑料制 成，其中，優(yōu)選的層厚為500jim至2500)im,優(yōu)選lOOOjim。由碳纖維增強 塑料制成的板可比較便宜和以各種形狀提供。載體與基層之間的連接優(yōu)選地借助一種可穿透X射線的粘膠層實現(xiàn)， 它有層厚優(yōu)選地為10nm至200pm。必須非常均勻和不允許有氣泡的粘膠層 可例如通過粘貼片實現(xiàn)。按另一種方案，粘膠層也可借助絲網(wǎng)印刷法施加。 在選擇膠粘劑的材料時應(yīng)當(dāng)注意，它不因命中X射線而變脆并由此失去其原 始特性。在本發(fā)明的范圍內(nèi)X射線轉(zhuǎn)換元件的閃爍體由CsI:TI(摻鉈碘化銫)、 CsI:Na(摻鈉殃化銫)、NaI:TI(摻鉈碘化鈉)或類似的含有至少 一種堿性鹵化物 的材料制成。在這里閃爍體的層厚優(yōu)選地為500pm。因此在射線照相時對于 45至150kVp(X射線管最大電壓)的范圍，人們得到一種高的吸收率。透光和不透濕的防護層可例如有一種按2006年5月11日遞交的德國專 利申請(文件登記號102006022138.9)的分層結(jié)構(gòu)。對于所述的防護層也可以 選擇一種與2006年5月24日遞交的德國專利申請(文件登記號 102006024893.7)相應(yīng)的設(shè)計。


下面借助附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的兩個實施例，但不應(yīng)受此限制。其中 圖1表示X射線轉(zhuǎn)換元件第一種實施形式示意剖視圖2表示X射線轉(zhuǎn)換元件第二種實施形式示意剖視圖；以及 圖3表示不同的基層、載體或由此組合的傳輸率與X射線能量之間關(guān) 系的特征線以及一般射線照相的典型X射線譜。
具體實施方式
在圖1和2所示的X射線轉(zhuǎn)換元件中用1表示一個可穿透X射線和不 透濕的基層，它由鋁組成以及優(yōu)選地有層厚為300[im。按本發(fā)明，基層1與一個可穿透X射線的載體2連接，后者用碳纖維 增強塑料制成以及優(yōu)選地有層厚為1000pm。閃爍體3施加在基層1上，它由CsI:TI(摻鉈坱化銫)制成，以及有層厚 優(yōu)選地為500拜。閃爍體3通過透光和不透濕的防護層4保護。在圖l和2所示的實施例中，基層分別借助一種可穿透X射線的粘膠 層5與載體2連接。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，基層1可小于載體2(見圖1)或正好與載體2—樣 大小(見圖2)。因此按圖1的實施例在X射線轉(zhuǎn)換元件通過螺釘或夾子固定 時沒有力作用在基層1上。在圖1和2中用6表示的X射線首先透射可穿透X射線的載體2，以 便接著能穿過粘膠層5和可穿透X射線和不透濕的基層1,并在閃爍體3內(nèi) 產(chǎn)生可見光。在閃爍體3內(nèi)產(chǎn)生的可見光通過透光和不透濕的防護層4射出。 以此方式生成的照片借助一個光學(xué)成像儀器投影在CCD照相機上，它將照 片轉(zhuǎn)換成電信號。電信號接著進一步處理并作為數(shù)字圖像輸出。圖3表示取決于X射線能量的不同傳輸率。用200表示層厚為lOOOpm 的鋁的傳輸率特征線。用300表示層厚為2000)im的無定形碳的傳輸率特征 線。用400表示由300jam的鋁與lOOOpm的碳纖維增強塑料組成的復(fù)合物的 傳輸率特征線。此外，為了評估不同的基層、載體或組合的傳輸特性，用IOO表示在X 射線穿過人體后一般射線照相的典型X射線譜特征線，其中，人體通過3mm 的鋁和15cm的PMMA(Polymethylmethacrylat:聚曱基丙烯酸曱脂；商標(biāo)名 "Plexiglas(樹脂玻璃)")模擬。多數(shù)X射線量子有大于40keV的能量。對于這些X射線能量，由300pm鋁與1000pm碳纖維增強塑料組成的復(fù)合物的傳輸率(特征線400)略高于 200(^m無定形碳的傳輸率(特征線300)。在30與40keV之間的范圍內(nèi)，X射線語有值得重視的量(特征線100)。 因而在此X射線能量區(qū)間內(nèi)的傳輸特性是重要的。在此X射線能量區(qū)間內(nèi)， 由300pm鋁與1000]im碳纖維增強塑料組成的復(fù)合物的透射性(特征線400) 明顯優(yōu)于1000pm鋁的透射性(特征線200)以及與2000lim無定形碳的透射性 (特征線300)類似。在小于30keV的范圍內(nèi)只存在小份額的X射線能量，也就是說在此范 圍內(nèi)的傳輸特性具有次要的意義。在此范圍內(nèi)使用2000|im無定形碳(特征線 300)取代由300pm鋁與1000pm碳纖維增強塑料組成的復(fù)合物(特征線400) 導(dǎo)致略高的傳輸率。然而對提高圖像質(zhì)量的實際價值不大。按本發(fā)明的載體2與基層1組合基本上滿足了三個要求。它意味著是一 種理想地適用于閃爍體涂層過程(高溫和真空)的基層，并與此同時提供足夠 的機械穩(wěn)定性，以及，在X射線能量的重要范圍內(nèi)射入的X射線只有不明 顯的削弱(見圖3)。相比之下，按先有技術(shù)的方案作為基層和載體采用單一體，它必須滿足 全部三個要求。如上面已說明的那樣，這并未能特別令人滿意地成功做到。
權(quán)利要求
1.一種X射線轉(zhuǎn)換元件，包括-一可穿透X射線和不透濕的基層(1)，-一可穿透X射線的與基層(1)連接的載體(2)，-一施加在基層(1)上的閃爍體(3)，-一透光和不透濕的覆蓋閃爍體(3)的防護層(4)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的X射線轉(zhuǎn)換元件，其中，所述基層(l)用鋁制成。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的X射線轉(zhuǎn)換元件，其中，所述基層(l)有 層厚為20fim至600,，優(yōu)選300,。
4. 按照權(quán)利要求1至3之一所述的X射線轉(zhuǎn)換元件，其中，所述載體 (2)用碳纖維增強塑料制成。
5. 按照權(quán)利要求1至4之一所述的X射線轉(zhuǎn)換元件，其中，所述載體 (2)有層厚為500nm至2500pm,優(yōu)選100(Vm。
6. 按照權(quán)利要求1至5之一所述的X射線轉(zhuǎn)換元件，其中，所述載體 (2)與基層(1 )通過一種可穿透X射線的粘膠層(5)連接。
7. 按照權(quán)利要求6所述的X射線轉(zhuǎn)換元件，其中，所述粘膠層(5)有層 厚為10pm至200pm。
8. 按照權(quán)利要求1所述的X射線轉(zhuǎn)換元件，其中，所述閃爍體(3)由 CsI:TI、 CsI:Na、 NaI:TI或類似的含有至少一種堿性卣化物的材料制成。
9. 按照權(quán)利要求1至8之一所述的X射線轉(zhuǎn)換元件，其中，所述閃爍 體(3)有層厚為500pm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種X射線轉(zhuǎn)換元件，包括一個可穿透X射線和不透濕的基層(1)、一個可穿透X射線的與基層(1)連接的載體(2)、以及一個施加在基層(1)上的閃爍體(3)和一個透光和不透濕的覆蓋著閃爍體(3)的防護層(4)。
文檔編號G01T1/29GK101131433SQ200710136670
公開日2008年2月27日 申請日期2007年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月21日
發(fā)明者喬格·威特曼, 曼弗雷德·富克斯, 賴納·F·舒爾茨 申請人:西門子公司