用于探測輻射的探針的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于探測輻射的探針，其包括：延長手柄，其具有第一端和第二端；以及組裝件，其布置在所述手柄的一端以用于探測光子發(fā)射，所述組裝件包括：至少三個鎘-鋅-碲晶體片，其布置為層疊陣列并以并行電路電連接在一起；以及防護(hù)罩，其至少部分地包圍所述晶體片，其中，其中所述層疊陣列提供可比擬厚度大體等同于所述晶體片厚度總和的單塊晶體的光子吸收，其中，所述層疊陣列以小于厚度大體等同于所述晶體片厚度總和的所述單塊晶體所需電壓的電壓進(jìn)行電偏置，且其中，所述層疊陣列以對應(yīng)于厚度比率的電壓進(jìn)行電偏置，所述厚度比率為所述單個晶體片的厚度與具有大體等同于所述晶體片厚度總和的所述單塊晶體的厚度之比。
【專利說明】用于探測輻射的探針
[0001]本申請是申請日為2009年5月14日、發(fā)明名稱為“用于光子發(fā)射探測的層疊晶體陣列”的申請?zhí)枮?00980159656.5專利申請的分案申請。
[0002]本申請要求2009年5月14日提交的第12/465，672號美國專利申請的優(yōu)先權(quán)，該申請的全部內(nèi)容通過弓I用并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明概括地涉及核探測儀器，具體地，涉及使用層疊晶體陣列進(jìn)行Y射線或其它X射線發(fā)射的術(shù)中探測，或者用作正電子發(fā)射斷層照相術(shù)(PET)的輔助儀器。
【背景技術(shù)】
[0004]癌癥的治療過程一般基于腫瘤擴(kuò)散的自然病史，并因此，基于醫(yī)生可利用的外科手術(shù)和非手術(shù)條件。外科手術(shù)條件一般參考術(shù)前、圍手術(shù)期以及術(shù)后的物理鑒定以及腫瘤的手術(shù)縮小程度。但最近以來，還參考癌癥的發(fā)展階段，根據(jù)癌癥可能擴(kuò)散到的組織進(jìn)行鑒定和評估。以協(xié)助醫(yī)生檢查及定位腫瘤組織(作為手術(shù)過程的一部分)為目的，該領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用了各種技術(shù)(出于當(dāng)前目的，“腫瘤組織”通常稱作癌組織，但本領(lǐng)域中也可發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤和惡性腫瘤細(xì)胞的說法。術(shù)語“腫瘤組織”包含以上所有說法)。一般地，醫(yī)生在術(shù)前通過顯像(通過成像機(jī)構(gòu))以及在手術(shù)室中尤其通過觸診(例如腫瘤的觸感與正常組織的相反)可容易找出較大的腫瘤。然而，為提高手術(shù)成功率，醫(yī)生還需要找出“潛隱性”腫瘤，例如無法通過術(shù)前成像或者觀察及觸摸的常規(guī)手術(shù)程序發(fā)現(xiàn)的腫瘤。一般地，不能成功發(fā)現(xiàn)并摘除這種潛隱性腫瘤將導(dǎo)致患者體內(nèi)的癌細(xì)胞繼續(xù)生長，這種情況通常稱作“復(fù)發(fā)性”癌癥。
[0005]通常認(rèn)為，某類型實(shí)體瘤的癌擴(kuò)散是通過腫瘤細(xì)胞從最初的腫瘤向附近淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移(或引流)并且最終經(jīng)由淋巴系統(tǒng)到達(dá)其它致命部位。治療癌癥的醫(yī)生和醫(yī)學(xué)腫瘤專家認(rèn)為確定患者的原發(fā)瘤是否已經(jīng)擴(kuò)散到淋巴結(jié)是患者長期預(yù)后的主要決定因素。根據(jù)病理學(xué)對淋巴結(jié)進(jìn)行檢查，如果有腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)，則證實(shí)癌細(xì)胞擴(kuò)散到患者淋巴結(jié)。如果確定有腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)在淋巴結(jié)，那么患者的患病階段加深或嚴(yán)重程度惡化。醫(yī)生通過在原發(fā)瘤部位注射輻射性示蹤劑來進(jìn)行辨別引流淋巴結(jié)的操作。注射之后，示蹤劑沿腫瘤的引流路徑到達(dá)最近的淋巴結(jié)(被稱為前哨淋巴結(jié))。Y射線探測裝置用于探測示蹤劑的軌跡。由于淋巴結(jié)相連，病理學(xué)家認(rèn)為如果前哨淋巴結(jié)未示出惡性信號，那么在該路徑下游的淋巴結(jié)很可能沒有病變。就其而論，可能沒有必要移除附近其它淋巴結(jié)。因此，快速找出前哨淋巴結(jié)并且進(jìn)行活組織檢查的能力為醫(yī)生確定癌細(xì)胞是否擴(kuò)散或者是否找出原發(fā)瘤部位提供了至關(guān)重要的信息。
[0006]目前，現(xiàn)有技術(shù)使醫(yī)生能夠通過結(jié)合同位素標(biāo)記藥物和手持輻射探測裝置的方式，提供增強(qiáng)的腫瘤擴(kuò)散手術(shù)評估，例如在原發(fā)性與腫瘤相關(guān)的淋巴結(jié)移除過程中。這種手術(shù)用的輻射探測儀器一般具有手持探針，該探針通過柔性電纜，或者最近以來，經(jīng)由無線通信與儀器操作臺進(jìn)行電通信。儀器控制臺布置在手術(shù)室設(shè)施內(nèi)但并非無菌區(qū)域中，而手持探針和其配套電纜的前伸部分布置在無菌區(qū)域內(nèi)。手持輻射探測針相對較小并且與半導(dǎo)體探測器(例如鎘-鋅-碲或者閃爍材料(例如碘化銫))協(xié)同工作?？蓮拿绹鴮＠鸑0.4，782,840中得到示范儀器，該申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。
[0007]不論輻射源產(chǎn)生的能量等級高低，通過使用含有半導(dǎo)體(例如鎘-鋅-碲)或閃爍材料(例如碘化銫)的探測器，輻射源已經(jīng)事先被直接探測到。當(dāng)正到達(dá)的光子與探測器內(nèi)的材料發(fā)生碰撞時產(chǎn)生輸出信號。主輻射源的能量等級越高，就有越多的前進(jìn)光子能夠完全穿過探測器而不與任何材料發(fā)生碰撞，因而探測器無輸出產(chǎn)生。由于該原因，為保證發(fā)生足夠數(shù)量的碰撞為可用探測器提供足夠的靈敏度，高能探測器有必要以相對“厚”(例如橫截面積大)且致密的材料制造。探測器的這種特性通常稱作“制動功率”或“吸收功率”。
[0008]為了更有效地探測高能輻射，通常有必要通過增加探測器晶體厚度來增加探測器吸收。然而，厚晶體存在一定缺點(diǎn)。首先，晶胞體積(crystal volume)中出現(xiàn)缺陷的概率隨著其厚度顯著增加。因此，這種探測器晶體的產(chǎn)出率很低，使得其造價相對昂貴。此外，探測器晶體的電荷收集效率與施加在規(guī)定厚度的探測器的偏置電壓成比例。最終，如果為提高吸收概率將探測器厚度按規(guī)定的量增加，那么必須同樣增加施加于晶體的偏置電壓從而保持相同電荷收集效率。結(jié)果造成操作電壓相對較高，電壓的產(chǎn)生和管理更加困難并在手術(shù)期間可能存在安全隱患。因此，需要經(jīng)濟(jì)有效的方法來制造探測器晶體組件，其具有相對厚單塊晶體的吸收效率并且以相對低的電壓進(jìn)行偏置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，公開了一種用于探測光子發(fā)射的層疊晶體陣列。多個相對薄的晶體片布置成圓柱形且并行電連接。所得晶體陣列產(chǎn)生的光子探測器具有的性能可比擬具有相似總晶體厚度的單塊晶體。由于所述傳感器由多個相對薄的晶體片構(gòu)成，與具有相同總晶體厚度的單塊晶體相比能夠達(dá)到更高的產(chǎn)品合格率。此外，所需要的偏置電壓取決于單個所述晶體片的厚度而非其厚度總和，所以小于具有相同總晶體厚度的單塊晶體需要的偏置電壓。
[0010]本發(fā)明一個示范性實(shí)施方案中，層疊晶體陣列包括多個晶體片和多個互連器。所述互連器具有可導(dǎo)電、間隔開且大體平行的元件，所述元件通過導(dǎo)電間隔器連結(jié)，所述間隔器在所述元件間大體正交地延伸，彼此間以預(yù)設(shè)角度旋轉(zhuǎn)偏置。所述陣列進(jìn)一步包括多個電絕緣體以及具有多個狹槽的電絕緣外殼。將所述晶體片、絕緣體以及互連器形成組裝件，其中所述晶體片以并行電路連接在一起，將所述組裝件插入所述外殼的同時將每個所述間隔器位于所述外殼的相應(yīng)狹槽中。所述組裝件提供可比擬厚度大體等同于所述晶體片厚度總和的單塊晶體的光子吸收。此外，所述組裝件以對應(yīng)于厚度比率的電壓進(jìn)行電偏置，所述厚度比率為所述單個晶體片與具有大體等同于所述晶體片厚度總和的所述單塊晶體的厚
1匕。
[0011]本發(fā)明又一示范性實(shí)施方案中，用于堆疊晶體片的方法包括提供多個晶體片和提供多個互連器的步驟，所述互連器具有可導(dǎo)電、間隔開且大體平行的元件，所述元件通過導(dǎo)電間隔器連結(jié)，所述間隔器在所述元件間大體正交地延伸，彼此以預(yù)設(shè)角度旋轉(zhuǎn)偏置。附加步驟包括提供多個電絕緣體以及提供具有多個狹槽的電絕緣外殼。然后，將所述晶體片、絕緣體以及互連器進(jìn)行裝配從而以并行電路將所述晶體片連接在一起。將最終的裝配形成的組裝件插入到所述外殼使得每個所述間隔器位于述外殼的相應(yīng)狹槽中。所述組裝件提供可比擬厚度等同于所述晶體片厚度總和的單塊晶體的光子吸收。此外，所述組裝件以對應(yīng)于厚度比率的電壓進(jìn)行電偏置，所述厚度比率為所述單個晶體片與具有大體等同于所述晶體片厚度總和的所述單塊晶體的厚度比。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]參照附圖閱讀本發(fā)明說明書及權(quán)利要求書，本領(lǐng)域技術(shù)人員將直觀地了解本發(fā)明實(shí)施方案的進(jìn)一步特征，其中:
[0013]圖1A和IB為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案輻射探測針的側(cè)視圖及腔端(cavity-end)視圖；
[0014]圖2為圖1A和IB中輻射探測針的分解圖；
[0015]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的晶體互連器；
[0016]圖4A和4B為分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案外殼細(xì)節(jié)的剖視圖及端視圖；
[0017]圖5A和5B為分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案接頭細(xì)節(jié)的剖視圖及端視圖；
[0018]圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的外殼截面局部視圖，示出了其中插入有層疊晶體陣列的布置；以及
[0019]圖7為圖6中層疊晶體陣列的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，圖1A、IB及圖2示出了輻射探測針的總體布局。探針10包括手柄12、印制電路組件14、連接器16、活接頭(union)17、探測器接口 18、多個晶體片20、一對晶體互連器22、一對絕緣體24、外殼26、接頭28、防護(hù)罩30以及蓋帽32。
[0021]探測器晶體片20大體呈圓柱狀，并具有相反的、大體呈平坦的端部。晶體片20優(yōu)選地由鎘-鋅-碲(CZT)制成，但可使用任何其它適合于探測光子輻射的半導(dǎo)體材料。
[0022]圖3示出了晶體互連器22的細(xì)節(jié)。晶體互連器22包括三個環(huán)狀、大體平坦、間隔開的元件或“圓環(huán)”34a、34b和34c，所述元件或圓環(huán)彼此大體平行。第一間隔器36a在圓環(huán)34a、34b之間大體正交地延伸，從而保持這些圓環(huán)的方向。同樣地，第二間隔器36b在圓環(huán)34b、34c之間大體正交地延伸，從而保持這些圓環(huán)的方向。本發(fā)明一個實(shí)施方案中，如圖3所示，間隔器36a、36b彼此以約90度的角度Θ i旋轉(zhuǎn)偏置。圓環(huán)34a、34b和34c與間隔器36a、36b彼此之間都電連接。
[0023]晶體互連器22可由任何合適的導(dǎo)電材料制成，例如銅鈹(CuBe)、銅/銅合金、鎳以及不銹鋼。也可根據(jù)需要適當(dāng)采用例如金、鎳、銀和錫的電鍍和涂層。提供上述材料單僅用于示范目的，不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是以任何方式進(jìn)行限制。
[0024]絕緣體24 (圖2)大體呈盤狀并且具有預(yù)設(shè)厚度及相反的、大體平坦的側(cè)面。絕緣體24可由任何合適電絕緣材料形成例如塑料，如特氟綸? (PTFE，杜邦公司的注冊商標(biāo))、乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)以及交聯(lián)聚乙烯。提供上述材料單僅用于示范目的，不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是以任何方式進(jìn)行限制。
[0025]圖4A和4B示出了外殼26的細(xì)節(jié)。外殼26大體呈圓柱狀并具有布置于其中的腔體38。外殼26還包括一組延長狹槽40，該狹槽至少部分地貫穿其中延伸。本發(fā)明一個實(shí)施方案中，如圖4B所示，幾個狹槽40 (該實(shí)施方案中示出延伸至腔體38的整個長度)相互以約90度的角度θ2定向。外殼26可由任何合適的電絕緣材料形成例如塑料，如特氟綸? (PTFE，杜邦公司的注冊商標(biāo))、乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)以及交聯(lián)聚乙烯。提供上述材料單僅用于示范目的，不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是以任何方式進(jìn)行限制。
[0026]圖5A和5B示出了接頭28的細(xì)節(jié)。接頭28包括大體平坦的接觸面部42和柄部44(stem portion)。接頭28可由任何合適的導(dǎo)電材料形成,例如銅鈹(CuBe)、銅/銅合金、鎳和不銹鋼。也可根據(jù)需要適當(dāng)采用例如金、鎳、銀和錫的電鍍和涂層。提供上述材料單僅用于示范目的，不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是以任何方式進(jìn)行限制。
[0027]現(xiàn)在參考圖6，晶體探測器陣列46如圖所示通過將接頭28裝入外殼中來進(jìn)行裝配。一對接頭互連器22以串聯(lián)柱狀方式布置。三個晶體片20 (標(biāo)號為X1、X2和X3)和兩個絕緣體24以所示的方式布置在晶體互連器22之間。然后，這種組裝件裝入外殼26中使得第一互聯(lián)器22的間隔器36a、36b剛好放入外殼的一對狹槽40并且第二互連器的間隔器剛好放入外殼余下的一對狹槽。
[0028]工作中，如圖6所示通過任何簡便方式使接頭28標(biāo)記為“( + )”而探測器陣列46的裸露圓環(huán)34c標(biāo)記為“(_)”，將具有極性的偏置電壓施加于晶體探測器陣列46。圖7示意性地示出了晶體探測陣列46?？梢?，晶體片20 (標(biāo)號為X1、X2和X3)形成并行電路。所得晶體探測器陣列46制造出光子吸收相當(dāng)于單塊晶體的光子探測器，該單塊晶體具有大體等同于晶體片厚度總和的厚度。由于晶體探測器陣列46由相對薄的晶體片20構(gòu)成，晶體片的缺陷概率較低。因此與總厚度相同的單塊晶體相比能夠獲得更高的產(chǎn)品收率，使該陣列造價比單塊晶體低廉。
[0029]由于晶體片20的并行電路布置，探測器陣列46所需的偏置電壓取決于單個晶體片而非其厚度總和。與厚度等同于單個晶體片20厚度總和的單塊晶體相比，該偏置電壓小于單塊晶體所需的偏置電壓。換言之，晶體探測器陣列46優(yōu)選地以對應(yīng)于厚度比率的電壓進(jìn)行電偏置，該厚度比率為單個晶體片20與具有大體等同于晶體片厚度總和的單塊晶體的厚度比。
[0030]作為示范性實(shí)施方案，所述層疊晶體探測器陣列46包括三個晶體片20、兩個晶體互連器22以及兩個絕緣體24。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可以預(yù)見按比例增加或減少這些器件的數(shù)目落入本發(fā)明陣列的各種配置范圍內(nèi)。例如，陣列46可包括多于三個探測器晶體片20，以及為使該探測器晶體片配置到并行電路的合適數(shù)目的晶體互連器22和絕緣體24。
[0031]本文所述的晶體互連器22包括一組具有開敞中心的圓環(huán)狀元件34a、34b和34c，其被認(rèn)為可將任何機(jī)械沖擊力(shock force)分散于晶體片20周圍。然而，應(yīng)當(dāng)理解，元件34a,34b和34c可不受限制地具有在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的其它形態(tài)，不具有開敞中心的環(huán)狀形態(tài)以及任何其它合適的幾何形態(tài)，例如具有或不具有開敞中心的正方形、矩形以及五邊形和八邊形。
[0032]雖然已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做出了展示及描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明權(quán)利要求書范圍的情況下可進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)變化。
【權(quán)利要求】
1.一種用于探測輻射的探針，其包括: 延長手柄，其具有第一端和第二端；以及 組裝件，其布置在所述手柄的一端以用于探測光子發(fā)射，所述組裝件包括: 至少三個鎘-鋅-碲晶體片，其布置為層疊陣列并以并行電路電連接在一起；以及 防護(hù)罩，其至少部分地包圍所述晶體片， 其中，其中所述層疊陣列提供可比擬厚度大體等同于所述晶體片厚度總和的單塊晶體的光子吸收， 其中，所述層疊陣列以小于厚度大體等同于所述晶體片厚度總和的所述單塊晶體所需電壓的電壓進(jìn)行電偏置，且 其中，所述層疊陣列以對應(yīng)于厚度比率的電壓進(jìn)行電偏置，所述厚度比率為所述單個晶體片的厚度與具有大體等同于所述晶體片厚度總和的所述單塊晶體的厚度之比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探針，其還包括多個互連器，所述多個互連器適于以所述并行電路將所述晶體片電連接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的探針，其中，所述互連器具有可導(dǎo)電、間隔開、大體平行的元件，所述元件通過導(dǎo)電間隔器連結(jié)，所述間隔器在所述元件間大體正交地延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的探針，其中，所述間隔器彼此以預(yù)設(shè)角度旋轉(zhuǎn)偏置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的探針，其中，所述互連器由銅鈹、銅、銅合金、鎳和不銹鋼中的至少一種制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的探針，其中，所述互連器覆蓋有金、鎳、銀和錫中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的探針，其中，每一所述互連器包括大體上圓形的環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的探針，其還包括多個絕緣體，所述絕緣體是所述多個互連器的中間相鄰元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的探針，其還包括具有多個保持狹槽的電絕緣外殼，其中每一所述互連器的一部分位于所述外殼的相應(yīng)保持狹槽內(nèi)并由所述外殼的所述相應(yīng)保持狹槽保持。
10.一種用于探測輻射的探針，其包括: 手柄； 用于探測光子發(fā)射的層疊晶體陣列，所述層疊晶體陣列與所述手柄連接并包括: 至少三個晶體片，每一所述晶體片具有第一面和相反地面對的第二面， 第一互連器，其配置為與所述晶體片的所述第一面電連接， 第二互連器，其配置為與所述晶體片的所述第二面電連接， 多個電絕緣體，每一所述絕緣體使所述第一互連器的一部分與所述第二互連器的一部分電隔離，以及 具有多個保持狹槽的電絕緣外殼， 其中，所述晶體片并行地電連接， 其中，每一所述互連器包括至少兩個導(dǎo)電部，所述導(dǎo)電部彼此以大于零的預(yù)設(shè)角度旋轉(zhuǎn)偏置，且 其中，所述互連器的每一可旋轉(zhuǎn)偏置部布置在所述外殼的所述保持狹槽中。
【文檔編號】G01T1/161GK103995276SQ201410126165
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2009年5月14日
【發(fā)明者】約翰·考爾 申請人:德威科爾醫(yī)學(xué)產(chǎn)品公司