用于深槽浅切口像素化的系统、方法和设备的制作方法
【专利摘要】成像阵列可以包括形成阵列的多个成像像素，所述阵列具有高能量端、光出射端和轴，并且每个像素具有与所述轴正交的像素宽度PW；多个隔片，所述多个隔片位于所述阵列中，使得在所述成像像素的相邻像素之间有隔片，并且每个所述隔片在轴向方向上具有深度D；高宽比PW：D小于0.2。
【专利说明】用于深槽浅切口像素化的系统、方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及成像阵列，并且具体地涉及使用深槽、浅切口像素化的成像阵列的系统、方法和设备。
【背景技术】
[0002]闪烁检测器通常用来检测不容易被传统的光检测器检测到的高能量发射，诸如高能光子、电子或α粒子。闪烁器或闪烁晶体吸收高能量发射并将能量转换成光脉冲。光可以用光检测器(诸如光电二极管、电荷耦合检测器(CCD)或光电倍增管)转换成电子(即电子流)。闪烁检测器可以用在各行各业和各种应用中，包括医学(例如产生内部器官的图像)、地理(例如测量地球的放射性)、检查(例如非破坏性、非侵入性检验)、研究(例如测量光子和粒子的能量)和保健物理(例如监测环境中影响人类的辐射)。
[0003]闪烁检测器通常包括一个大的晶体或大量的排列成阵列的小晶体。许多扫描仪器包括由闪烁晶体的像素阵列组成的闪烁检测器。阵列可以包括可以排列成行和列的许多闪烁像素。像素可以被定位成彼此平行，并且用粘合剂(诸如环氧基树脂)保持就位。所述阵列可以位于成像装置中，使得阵列的一端(高能量端)接收激发能量，相对的一端(光发射端)向光检测器发射所产生的光。离开出射端的光可以与特定像素的特定闪烁事件相关，这个光可以用来构造冲击阵列的高能量端的激发能量的图案。
[0004]闪烁器阵列中的像素通过分隔物或隔片彼此物理隔开。例如，像素和隔片与中心的X射线轴大致对齐，并平行于中心的X射线轴。这些装置的几何形状通常产生以在边缘的斜角要大于中心的斜角撞击阵列的X射线。由于关于原始X射线的轴向方向的康普顿(Compton)散射，x射线的有角度的轨迹导致更多的能量在像素之间共享。
[0005]可以用薄的圆形碳化物锯条形成像素之间的隔片。刀片厚度约0.3到0.4mm。由于用旋转的锯条形成槽的动态特性，更深的隔片本质上要求更大的宽度。这造成更宽的隔片和更大的像素，降低阵列图像的分辨率。使用刀片的深切割引起摩擦增加，冷却剂在刀片的一侧上拖曳，刀片路径游移。这些因素可以造成断开的或断裂的像素或未对齐的隔片。随着切口深度增大，刀片的更多部分与晶体接触，增大了晶体断裂的风险。因此，成像阵列设计和实现的改进是持续受关注的。
【发明内容】
[0006]用于成像阵列的系统、方法和设备的实施例可以包括形成阵列的多个成像像素，所述阵列具有:高能量端、光出射端和轴，并且每个像素具有与所述轴正交的像素宽度PW ；多个隔片，所述多个隔片位于所述阵列中，使得在所述成像像素的相邻像素之间有隔片，并且每个所述隔片具有轴向方向上的深度D，高宽比PW:0小于0.2。在其它实施例中，机器可以包括:用于发射能量的辐射能量源；包括在本文其它地方描述的实施例的成像阵列；用于显示来自光出射端的图像的输出装置；和耦连到辐射能量源和输出装置的用户界面。
[0007]结合所附权利要求和附图考虑下文的详细描述，这些实施例的前述和其它目的和优点对本领域技术人员是显然的。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]所以为能够更加详细地理解实现这些实施例的特征和优点的方式，可以参照在附图中图示的其实施例的更加具体的描述。然而，附图只图示一些实施例，因此，这些实施例不认为是对范围的限制，原因是可能有其它等同有效的实施例。
[0009]图1是闪烁阵列的实施例的示意等距视图；
[0010]图2是阵列的实施例的截面顶视图；
[0011]图3和图4是在制造过程中阵列的另一实施例的侧面和端部视图。
[0012]在不同图中使用相同的附图标记指示相似或相同的元件。
【具体实施方式】
[0013]闪烁检测器通常用来检测相对高能量的光子、电子或α粒子，其中高能量是IKeV或更高，包括Y射线、α粒子和β粒子。可以认识到这些光子、电子或α粒子不可能容易地由传统的光检测器检测到，光检测器例如可能对波长为200nm或更长(包括200nm到SOOnm)的光子敏感。闪烁器或闪烁晶体、陶瓷或塑料吸收激发波或粒子，并将波或粒子的能量转换成光脉冲。光可以使用光检测器(诸如光电二极管、电荷耦合检测器(CCD)或光电倍增管)转换成电子(即电子电流)。
[0014]如本文中使用的词语“高能量表面”或“高能量端”表示闪烁阵列的表面或高能量光子、电子或α粒子首先进入的像素。“检测光”是可以由光检测器检测的由闪烁器输出的光。检测光具有范围在200到700nm范围的波长。“光检测器”将闪烁晶体发射的检测光转换成电信号。词语“光耦合的”指至少一个耦合元件适于直接地或间接地将光传播到另一率禹合元件。
[0015]词语“闪烁器”指响应于高能量光子、电子或α粒子而发射光(“闪烁光”)的材料，这里，高能量是IKeV或更高(“激发能量”)。此激发能量包括入射到其上的Y射线、α粒子和β粒子。已知的闪烁器包括诸如陶瓷、晶体和聚合物材料的闪烁器。“闪烁晶体”是主要由非有机晶体制成的闪烁器。“闪烁像素”是本领域技术人员已知的，包括分别与一个或更多个光检测器相关联的各个闪烁器。
[0016]多个闪烁像素能够被关联在一起，形成“闪烁阵列”。该阵列可以与一个或更多个光检测器关联。来自每个像素的检测光能够被独立地检测。像素可以彼此隔开，并且通过共同的基底结合。如本文中使用的“粘合剂”是一种可以用来将阵列中的独立像素结合在一起或保持像素之间的间隔的材料。“扩散(diffuse)”反射材料在多个方向上反射特定的可见光射线。“光谱(specular)”反射材料在一个方向上反射可见光的特定射线。如果一种材料允许超过50%的冲击该材料的可见光通过，则该材料对可见光是“透明的”。如果一种材料阻挡80%或更多的冲击该材料的可见光，则该材料是“不透明的”。
[0017]闪烁检测器可以用在各行各业和各种应用中，包括医学(例如产生内部器官的图像)、地理(例如测量地球的放射性)、检查(例如非破坏性、非侵入性检验)、研究(例如测量光子和粒子的能量)和保健物理(例如监测环境中影响人类的辐射)。
[0018]医疗装置可以包括正电子发射断层扫描器、Y摄像机、计算机断层扫描器和放射免疫测定应用。地理装置可以包括测井检测器。检查装置可以包括辐射检测器，诸如热中子激活分析检测器、行李扫描器、厚度计、液面计、或为主动装置或为被动装置的安全与清单核查、或为主动或为被动装置的光谱学装置(放射性同位元素标识装置)、或为主动或为被动的总计数器。研究装置可以包括分光计和热量计。保健物理应用可以包括洗衣房监控和区域监控。
[0019]闪烁阵列通常由以行和列排列以产生阵列的一组闪烁像素组成。闪烁像素可为无机的或有机的。无机闪烁像素的例子可包括晶体，如铊掺杂的碘化钠(NaI(Tl))和铊掺杂的碘化铯(CsI (Tl))。闪烁晶体的另外的例子可包括氟化钡、钸掺杂的氯化镧(LaCl3(Ce))、锗酸铋(Bi4Ge3O12)、钸掺杂的钇铝石榴石(Ce:YAG)、钸掺杂的溴化镧(LaBr3 (Ce))、碘化镥(LuI3)、钨酸钙(CaWO4)、钨酸镉(CdWO4)、钨酸铅(PbWO4)、钨酸锌(ZnWO4)和氧代正娃酸镥(lutetium oxyorthosilicate) (Lu2SiO5),以及钸掺杂的氧代正娃酸f乙镥(LuuYa2SiO5(Ce)) (LYSO)。闪烁体也可包括无机陶瓷，如铽掺杂的硫氧化钆(GOS(Tb))和铕掺杂的氧化镥(Lu2O3(Eu))15另外，有机闪烁体的例子可包括具有存在于PVT中的有机氟石的聚乙烯基甲苯(PVT)，以及其他聚合物材料。例如，一种应用可包括吸水材料，如Nal。
[0020]阵列可以包括任何数目的闪烁像素，像素可以由例如晶体或聚合物材料制成。如图1的示意图所示，成像(例如闪烁)像素101的深度D大于像素101的宽度PW和/或高度H。阵列可以与成像装置关联地设置，使得阵列的高能量端103朝向激发能量源。光出射端105可以与光检测器关联，这样可以检测由闪烁事件引起的光。
[0021]每个单独的像素可以具有一个或多个与其关联的光检测器。像素之间的空间107可以由反射性不透明材料占据，该反射性不透明材料被设计成将光引导到阵列的光出射端105，同时最小化像素之间的串扰。以此方式，在特定的像素中产生的光可以由与该同一像素关联的光检测器或与该像素关联的光检测器的一部分检测。
[0022]图2提供了显示五个像素的位置的闪烁阵列的截面图。如所示，高能量端103在图的上面，光退出窗口 111在底部，不过可见光还可以从高能量端103退出。像素101、101a、IOlb和IOlc包括在将相邻像素隔开的空间107中形成的隔片或反射屏蔽113(图1)。如果激发能量沿与像素的深度平行的路径(方向X1)进入闪烁阵列，则所产生的闪烁事件会发生在像素IOlb中，而与事件发生在像素内的深度无关。然而，如果激发能量以一角度(方向X2)进入阵列，则所产生的闪烁事件可以发生在任一像素101c、101b或IOla中，这取决于闪烁之前激发能量在阵列中穿透多远距离。如果产生的闪烁事件发生在像素IOlb或IOla中，则所产生的光会被检测，如同出现在IOlb或IOla中，而不是出现在像素IOlc中，第一像素被激发能量穿透。这些视差效应可以引起重构图像中的畸变。
[0023]阵列还具有轴中心109和边界115。在一些实施例中，提供输出装置104(诸如光学窗口)以显示来自光出射端111的图像。用户界面106可以耦连到辐射能量源102和输出装置104。在一些实施例中，在获取图像之后可以进行计算，诸如平场处理或断层扫描重构，这是为本领域技术人员所知的。
[0024]在一些实施例中，成像阵列包括形成阵列的多个像素。阵列具有高能量端103、光出射端105和轴109。每个像素具有与轴109正交的像素宽度PW。隔片113位于阵列中，使得在成像像素101的相邻像素之间有隔片。每个隔片113的实施例具有轴向方向的深度D，高宽比PW:D小于0.15。在其它实施例中，高宽比为约0.1到0.067。例如，PW可以为约1mm，包括阵列的圆周边界的像素，或者PW可以为约2mm，包括阵列的圆周边界的像素。
[0025]槽107和隔片113可以在轴向上完全延伸通过像素，并在光出射端105进入光学窗口 111 (图2)中。替代性地，槽107和隔片113中的至少一些并不在轴向上完全延伸通过像素101。例如，参见图4。每个隔片可以具有与轴正交的隔片宽度SW，并为约0.2mm。
[0026]阵列的表面面积在一些实施例中可以在约4cm2到约8cm2的范围内，在其它实施例中，可以为约193cm2到约930cm2或者更多，这取决于用来制造阵列的机器。像素之间的每个隔片的实施例可以具有邻近光出射端的底部，如所示，底部是辐射式的。而且，每个隔片可以具有大约为SW的一半的底部半径。
[0027]下面的表将传统阵列(在空白行中)与阴影行中的阵列的实施例进行了比较。
[0028]
【权利要求】
1.一种成像阵列，包括: 形成阵列的多个成像像素，所述阵列具有高能量端、光出射端和轴，并且每个像素具有与所述轴正交的像素宽度PW ； 多个隔片，所述多个隔片位于所述阵列中，使得在所述成像像素的相邻像素之间有隔片，并且每个所述隔片在轴向方向上具有深度D，使得高宽比定义为PW:D ;其中对于不超过约2mm的PW，所述高宽比小于0.2 ;或对于至少约3mm的PW，所述高宽比小于0.15。
2.根据权利要求1所述的成像阵列，其中，对于不超过约2mm的PW，所述高宽比小于约0.18、小于约0.16、小于约0.14、小于约0.12、小于约0.10、小于约0.09、小于约0.08或者小于约0.07。
3.根据权利要求1所述的成像阵列，其中，对于至少约3mm的PW，所述高宽比小于约0.14、小于约0.13、小于约0.12、小于约0.11、小于约0.10、小于约0.09或者小于约0.08。
4.根据权利要求1所述的成像阵列，其中，所述隔片在轴向上完全延伸通过所述像素并在所述光出射端进入光学窗口中。
5.根据权利要求1所述的成像阵列，其中，所述隔片中的至少一些隔片在轴向上不完全延伸通过所述像素。
6.根据权利要求1所述的成像阵列，其中，每个所述隔片具有基本上正交于所述轴的隔片宽度SW，所述隔片宽度SW在约0.1mm到约0.3mm的范围内。
7.根据权利要求6所述的成像阵列，其中，Sff为约0.2mm。
8.根据权利要求1所述的成像阵列，其中，所述阵列的表面面积在约4cm2到约Scm2的范围内。
9.根据权利要求1所述的成像阵列，其中，PW对于每个像素是相同的，并且在约Imm到约4_，包括在所述阵列的边界的像素。
10.根据权利要求1所述的成像阵列，其中，像素之间的每个隔片具有邻近所述光出射端的底部，并且所述底部形状为圆柱形。
11.根据权利要求1所述的成像阵列，其中，每个所述隔片具有基本上正交于所述轴的隔片宽度SW和基本上为扁平的壁。
12.—种机器,包括: 辐射能量源，所述辐射能量源用于发射能量； 成像阵列，所述成像阵列包括: 形成阵列的多个成像像素，所述阵列具有高能量端、光出射端和轴，并且每个像素具有与所述轴正交的像素宽度PW ； 多个隔片，所述多个隔片位于所述阵列中，使得在所述成像像素的相邻像素之间有隔片，并且每个所述隔片在轴向方向上具有深度D，使得高宽比定义为PW:D ;其中对于不超过约2mm的PW，所述高宽比小于0.2 ;或对于至少约3mm的PW，所述高宽比小于0.15 ； 输出装置，所述输出装置用于显示来自所述光出射端的图像；以及 用户界面，所述用户界面耦连到所述辐射能量源和输出装置。
13.根据权利要求12所述的机器，其中，对于不超过约2mm的PW，所述高宽比小于约. 0.18、小于约0.16、小于约0.14、小于约0.12、小于约0.10、小于约0.09、小于约0.08或者小于约0.07。
14.根据权利要求12所述的机器，其中，对于至少约3mm的PW，所述高宽比小于约0.14、小于约0.13、小于约0.12、小于约0.11、小于约0.10、小于约0.09或者小于约0.08。
15.根据权利要求12所述的机器，其中，所述隔片在轴向上完全延伸通过所述像素并在所述光出射端进入到光学窗口中。
16.根据权利要求12所述的机器，其中，所述隔片中的至少一些隔片在轴向上不完全延伸通过所述像素。
17.根据权利要求12所述的机器，其中，每个所述隔片具有基本上正交于所述轴的隔片宽度SW，所述隔片宽度SW约0.1mm到约0.3mm。
18.根据权利要求17所述的机器，其中，Sff为约0.2mm。
19.根据权利要求12所述的机器，其中，所述阵列的表面面积在约4cm2到约Scm2的范围内。
20.根据权利要求12所述的机器，其中，PW对于每个像素是相同的，并且在约Imm到约4mm,包括在所述阵列的边界的像素。
21.根据权利要求12所述的机器，其中，像素之间的每个所述隔片具有邻近所述光出射端的底部，并且所述底部形状为圆柱形。
22.根据权利要求12所述的机器，其中，每个所述隔片具有基本上正交于所述轴的隔片宽度SW和基本上为扁平的壁。
23.一种位置敏感光传感器(PSPS)，包括: 阵列，所述阵列具有二维光敏元件，所述二维光敏元件被配置成确定光子的χ-y位置；所述阵列包括: 多个成像像素，所述多个成像像素具有高能量端、光出射端和轴，并且每个像素具有与所述轴正交的像素宽度PW; 多个隔片，所述多个隔片位于所述成像像素的相邻像素之间，并且每个所述隔片在轴向方向上具有深度D，使得高宽比定义为PW:D ;其中 对于不超过约2mm的PW，所述高宽比小于0.2 ;或 对于至少约3mm的PW，所述高宽比小于0.15。
24.根据权利要求23所述的PSPS，其中，所述PSPS是硅基光电倍增器(SiPM)。
25.根据权利要求23所述的PSPS，其中，所述PSPS是具有多个阳极的位置敏感光电倍增器(PSPMT)。
26.根据权利要求23所述的PSPS，其中，对于不超过约2mm的PW，所述高宽比小于约0.18、小于约0.16、小于约0.14、小于约0.12、小于约0.10、小于约0.09、小于约0.08或者小于约0.07。
27.根据权利要求23所述的PSPS，其中，其中，对于至少约3mm的PW，所述高宽比小于约0.14、小于约0.13、小于约0.12、小于约0.11、小于约0.10、小于约0.09或者小于约0.08。
28.根据权利要求23所述的PSPS，其中，所述隔片在轴向上完全延伸通过像素并在所述光出射端进入到光学窗口中。
29.根据权利要求23所述的PSPS，其中，所述隔片中的至少一些隔片在轴向上不完全延伸通过所述像素。
30.根据权利要求23所述的PSPS，其中，每个所述隔片具有基本上正交于所述轴的隔片宽度SW，所述隔片宽度SW在约0.1mm到约0.3mm的范围内。
31.根据权利要求30所述的PSPS，其中，Sff为约0.2mm。
32.根据权利要求23所述的PSPS，其中，所述阵列的表面面积在约4cm2到约Scm2的范围内。
33.根据权利要求23所述的PSPS，其中，PW对于每个像素是相同的，并且在约Imm到约4mm，包括在所述阵列的边界的像素。
34.根据权利要求23所述的PSPS，其中，像素之间的每个隔片具有邻近所述光出射端的底部，并且所述底部形状为圆柱形。
35.根据权利要求23所述的PSPS，其中，每个所述隔片具有基本上正交于所述轴的隔片宽度SW和基本 上为扁平的壁。
【文档编号】A61B6/00GK103842848SQ201280048228
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年8月30日 优先权日:2011年8月30日
【发明者】T·A·塞尔夫 申请人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司