專利名稱：用于x射線成像的轉(zhuǎn)換裝置及其制造方法和x射線探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及χ射線成像技術(shù)，特別涉及一種用于χ射線成像的轉(zhuǎn)換裝置及其制造 方法和X射線探測器。
背景技術(shù)：
X射線被廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域，諸如高分辨率的醫(yī)學(xué)成像可以包括數(shù)字式的 血管造影成像、X斷層攝影術(shù)等，特別是骨密度檢測、放射治療射野成像和其它利用X射線 的非破壞性檢測。對(duì)于醫(yī)學(xué)成像，由于X射線對(duì)被檢測者健康的影響，通常采用的X射線強(qiáng) 度較弱，如何在較弱強(qiáng)度的X射線條件下實(shí)現(xiàn)低干擾、高分辨率和快速圖像獲取，是主要的 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。通常，X射線探測器主要包括轉(zhuǎn)換裝置和成像裝置兩部分，如圖1所示?，F(xiàn)有技 術(shù)中，轉(zhuǎn)換裝置由閃爍體構(gòu)成，X射線經(jīng)過被檢測者照射在閃爍體表面，閃爍體吸收X射線 并相應(yīng)產(chǎn)生可見光。成像裝置利用探測到的可見光進(jìn)行成像，該成像裝置可以采用膠片成 像方式、顯示器成像方式或者數(shù)字成像方式等。閃爍體通常由諸如Gd202S、碘化銫(CsI)等稀土金屬氧化物構(gòu)成，由于X射線經(jīng) 過被檢測者后，射入閃爍體的方向各異，即閃爍體會(huì)接收到來自各方向的X射線，由于X射 線的散射和衍射等影響，會(huì)使得X射線的通量較小，且相鄰X射線由于方向不同會(huì)造成成 像后相鄰像素之間產(chǎn)生干擾，造成轉(zhuǎn)換裝置的模量傳遞函數(shù)(MTF，Modulation Transfer Function)和檢出光子效率(DQE，Detective Quantum Efficiency)較低，其中，MTF可以表 征成像的分辨率，DQE可以表征像素之間的干擾程度。為了提高X射線探測器的成像分辨率以及降低像素之間的干擾，目前存在一種方 式，采用一種新的半導(dǎo)體材料作為轉(zhuǎn)換裝置，例如硒化鎘(CdSe)，這種新的半導(dǎo)體材料能夠 直接將X射線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而大大提高了轉(zhuǎn)換裝置的MTF和DQE，但是，由于這種新的半 導(dǎo)體材料具有毒性且成本較高，并不適合于推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于X射線成像的轉(zhuǎn)換裝置和X射線探測器，以便于 提高成像分辨率以及降低像素之間的干擾，且易于推廣應(yīng)用。—種用于X射線成像的轉(zhuǎn)換裝置，該轉(zhuǎn)換裝置包括閃爍體以及光子晶體；所述光子晶體具有二維或者三維空間結(jié)構(gòu)，且覆蓋在所述閃爍體朝向X射線的表 面上。其中，所述光子晶體包括構(gòu)成周期性排列的晶格的第一種材料，以及在該晶格的 空穴中填充的第二種材料；所述第一種材料和第二種材料均具有二維或者三維空間結(jié)構(gòu)，且第一種材料和第 二種材料之間的折射率差值滿足預(yù)設(shè)的差值條件。具體地，所述差值條件為折射率差值在0. 01至2之間。
所述光子晶體的空間結(jié)構(gòu)和能帶隙使得所述光子晶體對(duì)所述閃爍體產(chǎn)生的朝向 光子晶體的可見光進(jìn)行反射，并控制對(duì)可見光的反射方向。其中，所述光子晶體被旋涂在所述閃爍體朝向X射線的表面上，或者，所述光子晶 體被噴涂在所述閃爍體朝向X射線的表面上，或者，所述光子晶體被采用溶液沉積的方式 覆蓋在所述閃爍體朝向X射線的表面上。一種X射線探測器，該X射線探測器包含上述轉(zhuǎn)換裝置以及成像裝置；其中，所述成像裝置用于利用從所述轉(zhuǎn)換裝置傳播來的可見光進(jìn)行成像。所述成像裝置中的傳感器陣列朝向閃爍體的表面上被覆蓋具有柱形結(jié)構(gòu)的熒光 材料。一種用于X射線成像的轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，該方法包括在閃爍體朝向X射線的表面上覆蓋具有二維或者三維空間結(jié)構(gòu)的光子晶體。具體地，采用具有二維或者三維空間結(jié)構(gòu)的第一種材料構(gòu)成周期性排列的晶格， 在所述晶格的空穴中填充具有二維或者三維空間結(jié)構(gòu)的第二種材料，從而構(gòu)成所述光子晶 體；其中，第一種材料和第二種材料之間的折射率差值滿足預(yù)設(shè)的差值條件。較優(yōu)地，所述差值條件為折射率差值在0. 01至2之間。通過控制所述第一種材料的和第二種材料的排列方式和調(diào)整所述光子晶體的能 帶隙，使得所述光子晶體對(duì)所述閃爍體產(chǎn)生的朝向光子晶體的可見光進(jìn)行反射，并控制對(duì) 可見光的反射方向。具體地，可以將所述光子晶體旋涂在所述閃爍體朝向X射線的表面上；或者，將所 述光子晶體噴涂在所述閃爍體朝向X射線的表面上；或者，采用溶液沉積的方式將所述光 子晶體覆蓋在所述閃爍體朝向X射線的表面上。由以上描述可以看出，在閃爍體朝向X射線的表面上覆蓋具有二維或者三維空間 結(jié)構(gòu)的光子晶體，該光子晶體能夠?qū)Τ蚬庾泳w方向的可見光進(jìn)行反射，即將閃爍體產(chǎn) 生的朝向光子晶體方向的可見光反射回來，將閃爍體的可見光輸出強(qiáng)度提高100%以上，從 而提高了成像亮度和成像分辨率。更優(yōu)地，可以通過調(diào)整光子晶體的空間結(jié)構(gòu)和調(diào)控光子晶體的能帶隙，對(duì)閃爍體 產(chǎn)生的朝向光子晶體的可見光進(jìn)行反射之外，還能夠控制對(duì)可見光的反射方向，例如可以 控制對(duì)可見光的反射方向?yàn)榇怪鄙湎虺上裱b置表面，從而增強(qiáng)垂直方向上的可見光，一方 面提高成像分辨率，一定程度上也降低了像素之間的干擾程度，并且，光子晶體的制造方法 和材料成本較低，且無毒性，適合于推廣應(yīng)用。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中X射線探測器的組成示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的轉(zhuǎn)換裝置示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的X射線探測器的組成示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。為了提高X射線探測器中轉(zhuǎn)換裝置的MTF和DQE，事實(shí)上是提高閃爍體發(fā)出可見光 的效率，在本發(fā)明中，可以在閃爍體朝向X射線的表面覆蓋具有至少二維空間結(jié)構(gòu)的光子 晶體。通過調(diào)整光子晶體的空間結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)光子晶體的能帶隙，能夠?qū)﹂W爍體發(fā)出的可見 光進(jìn)行反射，并控制對(duì)可見光的反射方向。例如如果光子晶體具有與閃爍體產(chǎn)生的可見光 頻率相匹配的能帶隙，調(diào)整光子晶體的空間結(jié)構(gòu)使其將朝向光子晶體的可見光反射為垂直 于閃爍體表面的方向。也就是說，對(duì)于閃爍體吸收X射線產(chǎn)生的可見光，朝向光子晶體方向 的可見光能夠被光子晶體反射回來，使得這部分原本傳播不到成像裝置的可見光也能夠被 反射后傳播至成像裝置，從而將閃爍體輸出至成像裝置的可見光強(qiáng)度提高100%以上。圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的轉(zhuǎn)換裝置示意圖，如圖2所示，該轉(zhuǎn)換裝置包括閃爍 體以及覆蓋在該閃爍體朝向X射線的表面上的光子晶體，其中，該光子晶體具有二維或者 三維空間結(jié)構(gòu)，經(jīng)過該光子晶體對(duì)可見光的反射作用，能夠增加傳輸至成像裝置的可見光。

由于光子晶體是具有周期性介電結(jié)構(gòu)的晶體，晶體內(nèi)部原子的周期性排列會(huì)形成 能帶結(jié)構(gòu)，能帶與能帶之間的帶隙稱為能帶隙，落在能帶隙中的電磁波將無法繼續(xù)傳播?；?于這一原理，發(fā)明人想到可以通過具有與閃爍體產(chǎn)生的可見光頻率相匹配的能帶隙的光子 晶體來反射閃爍體發(fā)出的可見光，從而增強(qiáng)閃爍體傳輸至成像裝置的可見光輸出強(qiáng)度。如果光子晶體只在一個(gè)方向上存在周期性結(jié)構(gòu)，那么能帶隙只能出現(xiàn)在這個(gè)方向 上，如果在兩個(gè)甚至三個(gè)方向上都存在周期性結(jié)構(gòu)，那么會(huì)可以在更多方向上出現(xiàn)能帶隙， 從而更加全方位地對(duì)傳輸至光子晶體表面的可見光方向進(jìn)行調(diào)整。具體地，可以采用兩種不同折射率的材料形成具有周期性空間結(jié)構(gòu)的光子晶體。 本發(fā)明提供的光子晶體可以由兩種具有二維或者三維空間結(jié)構(gòu)的材料構(gòu)成，其中，第一種 材料構(gòu)成周期性排列的晶格，在第一種材料所構(gòu)成晶格的空穴中填充第二種材料，第一種 材料和第二種材料的折射率差值滿足預(yù)設(shè)的差值條件，通常選擇折射率相差較大的兩種材 料，例如，預(yù)設(shè)的差值條件可以選擇在0. 01至2之間。另外，通過調(diào)整第二種材料所填充的空穴位置，可以調(diào)整該光子晶體所產(chǎn)生能帶 隙效應(yīng)的頻率范圍，即使該頻率范圍內(nèi)的電磁波在能帶隙中無法繼續(xù)傳輸，在本發(fā)明中需 要調(diào)整該光子晶體的能帶隙與閃爍體產(chǎn)生的可見光頻率匹配，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)可見光的反射。另外，在本發(fā)明中可以通過調(diào)整光子晶體的周期性結(jié)構(gòu)，即調(diào)整兩種折射率不同 的材料的排列方式，來控制對(duì)閃爍體發(fā)出的可見光進(jìn)行反射的方向。最優(yōu)地方式是將朝向 光子晶體的可見光垂直于閃爍體表面反射回來，從而一方面增強(qiáng)可見光的輸出強(qiáng)度，另一 方面，能夠降低X射線之間的干擾，也就是說，降低了成像后相鄰像素之間的干擾。其中，第一種材料和第二種材料可以包括但不限于以下材料諸如二氧化鈦 (TiO2)的鈦氧化物、諸如二氧化硅(SiO2)的硅氧化物、諸如氧化鋅(ZnO)的鋅氧化物，以及 諸如聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等的聚合物。上述光子晶體可以采用溶液沉積的方式覆蓋在閃爍體表面上，或者，可以采用旋 涂的方式將光子晶體覆蓋在閃爍體表面上，或者，可以采用噴涂的方式將光子晶體覆蓋在 閃爍體表面上。在圖2所示的轉(zhuǎn)換裝置中，閃爍體可以采用Gd202S、碘化銫(CsI)等稀土金屬化合 物。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的X射線探測器的組成示意圖，在該X射線探測器中，采 用如圖2所示的轉(zhuǎn)換裝置，其成像裝置可以是采用膠片成像方式、顯示器成像方式或者數(shù) 字式成像方式中的任一種，均可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的方式實(shí)現(xiàn)。數(shù)字式成像由于其具有易于存儲(chǔ)、便于獲取動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)、能夠?qū)崿F(xiàn)快速圖像捕 捉和灰階調(diào)整等優(yōu)勢得到越來越廣泛的應(yīng)用，例如可以廣泛用于血管造影術(shù)和心跳成像 等。下面以數(shù)字式成像方式為例對(duì)成像裝置進(jìn)行簡單描述。

采用數(shù)字式成像方式的成像裝置可以包括傳感陣列和信號(hào)處理單元。其中，傳感 陣列用于獲取閃爍體傳播來的可見光，將該可見光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該轉(zhuǎn)換以陣列為單位，每 一個(gè)陣列可以對(duì)應(yīng)為最終成像的一個(gè)像素。信號(hào)處理單元對(duì)傳感陣列輸出的電信號(hào)進(jìn)行信 號(hào)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理后，最終成為圖像數(shù)據(jù)。該實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)相同，但在本發(fā)明中，可 以在傳感陣列朝向閃爍體的表面覆蓋具有柱形結(jié)構(gòu)的熒光材料，例如銫材料等，從而對(duì)閃 爍體傳播來的可見光產(chǎn)生光柱效應(yīng)，避免可見光在傳感陣列上的散射或反射現(xiàn)象，提高傳 感陣列的感光效率，從而進(jìn)一步提高最終成像的分辨率。該方式在采用顯示器成像的成像 裝置中同樣適用。由以上描述可以看出，本發(fā)明提夠的裝置和方法可以具備以下優(yōu)點(diǎn)1)在閃爍體朝向X射線的表面上覆蓋具有二維或者三維空間結(jié)構(gòu)的光子晶體，該 光子晶體能夠?qū)﹂W光體產(chǎn)生的朝向光子晶體的可見光進(jìn)行反射，將閃爍體的可見光輸出至 成像裝置的強(qiáng)度提高100%，從而提高了成像亮度和成像分辨率。2)可以通過調(diào)整光子晶體的空間結(jié)構(gòu)和調(diào)控光子晶體的能帶隙，對(duì)閃爍體產(chǎn)生的 朝向光子晶體可見光進(jìn)行反射并控制可見光的反射方向，例如實(shí)現(xiàn)將朝向光子晶體的可見 光垂直于閃爍體表面的方向進(jìn)行反射，增強(qiáng)垂直方向上的可見光，一方面提高成像亮度和 分辨率，一定程度上也降低了像素之間的干擾程度，并且，光子晶體的制造方法和材料成本 較低，且無毒性，適合于推廣應(yīng)用。3)在成像裝置的傳感陣列上，本發(fā)明進(jìn)一步覆蓋具有柱形結(jié)構(gòu)的熒光材料，對(duì)閃 爍體傳播來的可見光產(chǎn)生光柱效應(yīng)，避免可見光在傳感陣列上的散射或反射現(xiàn)象，更進(jìn)一 步提高成像分辨率。4)本發(fā)明在現(xiàn)有X射線探測器上原有的裝置幾乎沒有進(jìn)行改動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)，卻能 夠達(dá)到很好的效果。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于X射線成像的轉(zhuǎn)換裝置，該轉(zhuǎn)換裝置包括閃爍體以及光子晶體；所述光子晶體具有二維或者三維空間結(jié)構(gòu)，且覆蓋在所述閃爍體朝向X射線的表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述光子晶體包括構(gòu)成周期性排列 的晶格的第一種材料，以及在該晶格的空穴中填充的第二種材料；其中，所述第一種材料和第二種材料均具有二維或者三維空間結(jié)構(gòu)，且第一種材料和 第二種材料之間的折射率差值滿足預(yù)設(shè)的差值條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述差值條件為折射率差值在0.01 至2之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一權(quán)項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述光子晶體的空間結(jié) 構(gòu)和能帶隙使得所述光子晶體對(duì)所述閃爍體產(chǎn)生的朝向光子晶體的可見光進(jìn)行反射，并控 制對(duì)可見光的反射方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一權(quán)項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述光子晶體被旋涂在 所述閃爍體朝向X射線的表面上，或者，所述光子晶體被噴涂在所述閃爍體朝向X射線的表 面上，或者，所述光子晶體被采用溶液沉積的方式覆蓋在所述閃爍體朝向X射線的表面上。
6.一種X射線探測器，該X射線探測器包含如權(quán)利要求1、2或3所述的轉(zhuǎn)換裝置以及 成像裝置；其中，所述成像裝置用于利用從所述轉(zhuǎn)換裝置傳播來的可見光進(jìn)行成像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的X射線探測器，其特征在于，所述成像裝置中的傳感器陣列朝 向閃爍體的表面上被覆蓋具有柱形結(jié)構(gòu)的熒光材料。
8.一種用于X射線成像的轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，該方法包括在閃爍體朝向X射線的表面上覆蓋具有二維或者三維空間結(jié)構(gòu)的光子晶體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，采用具有二維或者三維空間結(jié)構(gòu)的第一 種材料構(gòu)成周期性排列的晶格，在所述晶格的空穴中填充具有二維或者三維空間結(jié)構(gòu)的第 二種材料，從而構(gòu)成所述光子晶體；其中，第一種材料和第二種材料之間的折射率差值滿足預(yù)設(shè)的差值條件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述差值條件為折射率差值在0.01至 2之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，通過控制所述第一種材料的和第二種材 料的排列方式和調(diào)整所述光子晶體的能帶隙，使得所述光子晶體對(duì)所述閃爍體產(chǎn)生的朝向 光子晶體的可見光進(jìn)行反射，并控制對(duì)可見光的反射方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11任一權(quán)項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所述光子晶體旋涂在所 述閃爍體朝向X射線的表面上；或者，將所述光子晶體噴涂在所述閃爍體朝向X射線的表面 上；或者，采用溶液沉積的方式將所述光子晶體覆蓋在所述閃爍體朝向X射線的表面上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于X射線成像的轉(zhuǎn)換裝置及其制造方法和X射線探測器，在閃爍體朝向X射線的表面上覆蓋具有二維或者三維空間結(jié)構(gòu)的光子晶體，該光子晶體能夠?qū)﹂W爍體產(chǎn)生的朝向光子晶體的可見光進(jìn)行反射，將閃爍體的可見光輸出強(qiáng)度提高100％以上，從而提高了成像亮度和成像分辨率，另外，由于光子晶體可以控制可見光反射的方向，例如使可見光按照垂直于閃爍體表面的方向反射，一定程度上也降低了像素之間的干擾程度，并且，光子晶體的制造方法和材料成本較低，且無毒性，適合于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01T1/202GK102033241SQ200910177248
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者任麗榮, 曹佃松, 曹雷, 杜光偉, 許曉東 申請(qǐng)人:西門子(中國)有限公司