专利名称：X射线转换元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种X射线转换元件。
背景技术：
这种X射线转换元件是用于射线照相的数字探测器的组成部分，例如 R.F.Schulz发表在"Fortschr.R6ntgenstr.(2001)173，，第1137至1146页，尤其图 片Abb.5中的论文"Digitale Detektorsysteme fiir die Projektionsradiographie"介绍了这种探测器。
在已知的情况下有闪烁体的X射线转换元件与CCD(CCD _ charge coupled device:电荷耦合装置)照相机结合使用。X射线绝大部分在闪烁体(荧 光屏)内被吸收并变换为可见光。照片借助光学成像仪器(例如光学透镜、反 射镜、棱镜等)投影在CCD照相机上，它将照片转换成电信号。电信号进一 步处理并作为数字图像输出。这种探测系统的优点是，它只包括一些能比较容易和便宜地买到的部 件，并因而也能比较经济地生产。因此这种探测系统意味着是一种成本较低 具有数字式探测系统已知优点(无胶巻、图像处理等)的方案。在这种探测系统中需用剂量与传统的胶巻-软片系统的需用剂量类似。 因此，采用这种探测系统不能达到如可通过所谓的平板探测器(flat panel detector)实现的剂量节省。平板探测器例如在M. Spahn等人在"Der Radiologe 43(2003)，，第340至350页发表的论文"Flachbilddetektoren in der R6ntgen-diagnostik"中作了介绍。
X射线照相需用剂量较大的原因是产生所谓的"secondary quantum sinks"。理想X射线探测器(可忽略不计的电子噪声，没有结构噪声)的信噪比取 决于吸收的X射线量子的数量并称为"primary quantum sink"。在平板探测器中吸收的X射线量子转换为例如1000个电子。附加的静 电子噪声由于电子较大的数量因而可以忽略不计。
但是若每个X射线量子产生少于IO个电子，则所述附加的噪声不再能忽略以及恶化图像质量或增加需用剂量。人们称之为"secondary quantum sink"。这一实情在R.M.Gagne等人在"Proc. SPIE Vol.4320(2001)"第156至 162 页所发表的著作"Optically coupled digital radiography: sources of inefficiency"中作了说明。对闪烁体的基本要求是，任何命中闪烁体的X射线量子应在闪烁体中 产生尽可能多的光量子，它们又必须尽可能无损失地变换成电子。对闪烁体的另一个要求是它的机械稳定性。为了安装，闪烁体只在外边 缘固定。比较大的X射线转换元件(例如44cm x 44cm)可能与鼓膜类似地振 动。在工作期间，但更多还在运输期间，X射线探测器例如在栽重汽车运输 或铁路运输过程中局部遭受严重的冲击和振动。为了保证闪烁体不会通过这种振动受损，例如通过URL http: 〃sales.hamamatsu.com/assets/pdf/parts—J/ALS—ACS—FOS.pdf已知可以使用转 换层，在转换层中由CsI:TI组成的闪烁体，或施加在lmm厚的铝载体上， 或施加在2mm厚的无定形碳载体上。为达到足够的机械稳定性，不允许小 于这些层厚。但因为载体沿射线轨迹处于闪烁体之前，所以它起射线过滤器的作用。 因此被载体吸收的能量不再提供用于在闪烁体发光。2mm无定形碳有利于X射线的传输，仅在X射线能量小于30keV时传 输率才略降。采用无定形碳时的缺点是高的价格。反之，铝是一种便宜的材料。但采用lmm铝的缺点是，在X射线能量 小于40keV时传输率较低。发明内容因此，本发明的目的是创造一种能经济地生产尤其用于射线照相的X 射线转换元件，它在有良好的机械稳定性的同时生成优质的X'射线照片。 此目的通过这样一种X射线转换元件来达到，该X射线转换元件包括- 一可穿透X射线和不透湿或防潮的基层，- 一可穿透X射线的与基层连接的载体， -一施加在基层上的闪烁体，-一透光和不透湿或防潮的覆盖闪烁体的防护层。 按本发明采用 一个基层和一个与之连接的载体，取代还起闪烁体基层作 用的单一载体。采用按本发明的方案，即基层与载体复合物，使X射线转换 元件的生产中获得很大的灵活性。载体可选择为在命中的X射线吸收率低的 同时有良好的机械稳定性。对于与载体连接的基层，除了在吸收率同样尽可 能低的同时，应注意对闪烁体生产过程的适应性。按照本发明的X射线转换元件，通常在第一个加工步骤中在可穿透X射线和不透湿的基层上施加闪烁体。接着，闪烁体加上透光和不透湿的防护 层。这些加工步骤在高温下和真空中进行。在真空过程结束后，由基层、闪 烁体和防护层组成的复合物在基层侧与可穿透x射线的载体连接。按一种优选的设计，X射线转换元件可穿透X射线和不透湿的基层用 铝制成，其中，基层有利地有层厚为20pm至600pm,优选300)^m。按另一种有利的实施形式，可穿透X射线的载体用碳纤维增强塑料制 成，其中，优选的层厚为500jim至2500)im,优选lOOOjim。由碳纤维增强 塑料制成的板可比较便宜和以各种形状提供。载体与基层之间的连接优选地借助一种可穿透X射线的粘胶层实现， 它有层厚优选地为10nm至200pm。必须非常均匀和不允许有气泡的粘胶层 可例如通过粘贴片实现。按另一种方案，粘胶层也可借助丝网印刷法施加。 在选择胶粘剂的材料时应当注意，它不因命中X射线而变脆并由此失去其原 始特性。在本发明的范围内X射线转换元件的闪烁体由CsI:TI(掺铊碘化铯)、 CsI:Na(掺钠殃化铯)、NaI:TI(掺铊碘化钠)或类似的含有至少 一种碱性卤化物 的材料制成。在这里闪烁体的层厚优选地为500pm。因此在射线照相时对于 45至150kVp(X射线管最大电压)的范围，人们得到一种高的吸收率。透光和不透湿的防护层可例如有一种按2006年5月11日递交的德国专 利申请(文件登记号102006022138.9)的分层结构。对于所述的防护层也可以 选择一种与2006年5月24日递交的德国专利申请(文件登记号 102006024893.7)相应的设计。
下面借助附图详细说明本发明的两个实施例，但不应受此限制。其中 图1表示X射线转换元件第一种实施形式示意剖视图2表示X射线转换元件第二种实施形式示意剖视图；以及 图3表示不同的基层、载体或由此组合的传输率与X射线能量之间关 系的特征线以及一般射线照相的典型X射线谱。
具体实施方式
在图1和2所示的X射线转换元件中用1表示一个可穿透X射线和不 透湿的基层，它由铝组成以及优选地有层厚为300[im。按本发明，基层1与一个可穿透X射线的载体2连接，后者用碳纤维 增强塑料制成以及优选地有层厚为1000pm。闪烁体3施加在基层1上，它由CsI:TI(掺铊坱化铯)制成，以及有层厚 优选地为500拜。闪烁体3通过透光和不透湿的防护层4保护。在图l和2所示的实施例中，基层分别借助一种可穿透X射线的粘胶 层5与载体2连接。在本发明的范围内，基层1可小于载体2(见图1)或正好与载体2—样 大小(见图2)。因此按图1的实施例在X射线转换元件通过螺钉或夹子固定 时没有力作用在基层1上。在图1和2中用6表示的X射线首先透射可穿透X射线的载体2，以 便接着能穿过粘胶层5和可穿透X射线和不透湿的基层1,并在闪烁体3内 产生可见光。在闪烁体3内产生的可见光通过透光和不透湿的防护层4射出。 以此方式生成的照片借助一个光学成像仪器投影在CCD照相机上，它将照 片转换成电信号。电信号接着进一步处理并作为数字图像输出。图3表示取决于X射线能量的不同传输率。用200表示层厚为lOOOpm 的铝的传输率特征线。用300表示层厚为2000)im的无定形碳的传输率特征 线。用400表示由300jam的铝与lOOOpm的碳纤维增强塑料組成的复合物的 传输率特征线。此外，为了评估不同的基层、载体或组合的传输特性，用IOO表示在X 射线穿过人体后一般射线照相的典型X射线谱特征线，其中，人体通过3mm 的铝和15cm的PMMA(Polymethylmethacrylat:聚曱基丙烯酸曱脂；商标名 "Plexiglas(树脂玻璃)")模拟。多数X射线量子有大于40keV的能量。对于这些X射线能量，由300pm铝与1000pm碳纤维增强塑料组成的复合物的传输率(特征线400)略高于 200(^m无定形碳的传输率(特征线300)。在30与40keV之间的范围内，X射线语有值得重视的量(特征线100)。 因而在此X射线能量区间内的传输特性是重要的。在此X射线能量区间内， 由300pm铝与1000]im碳纤维增强塑料组成的复合物的透射性(特征线400) 明显优于1000pm铝的透射性(特征线200)以及与2000lim无定形碳的透射性 (特征线300)类似。在小于30keV的范围内只存在小份额的X射线能量，也就是说在此范 围内的传输特性具有次要的意义。在此范围内使用2000|im无定形碳(特征线 300)取代由300pm铝与1000pm碳纤维增强塑料组成的复合物(特征线400) 导致略高的传输率。然而对提高图像质量的实际价值不大。按本发明的载体2与基层1组合基本上满足了三个要求。它意味着是一 种理想地适用于闪烁体涂层过程(高温和真空)的基层，并与此同时提供足够 的机械稳定性，以及，在X射线能量的重要范围内射入的X射线只有不明 显的削弱(见图3)。相比之下，按先有技术的方案作为基层和载体采用单一体，它必须满足 全部三个要求。如上面已说明的那样，这并未能特别令人满意地成功做到。
权利要求
1.一种X射线转换元件，包括-一可穿透X射线和不透湿的基层(1)，-一可穿透X射线的与基层(1)连接的载体(2)，-一施加在基层(1)上的闪烁体(3)，-一透光和不透湿的覆盖闪烁体(3)的防护层(4)。
2. 按照权利要求1所述的X射线转换元件，其中，所述基层(l)用铝制成。
3. 按照权利要求1或2所述的X射线转换元件，其中，所述基层(l)有 层厚为20fim至600,，优选300,。
4. 按照权利要求1至3之一所述的X射线转换元件，其中，所述载体 (2)用碳纤维增强塑料制成。
5. 按照权利要求1至4之一所述的X射线转换元件，其中，所述载体 (2)有层厚为500nm至2500pm,优选100(Vm。
6. 按照权利要求1至5之一所述的X射线转换元件，其中，所述载体 (2)与基层(1 )通过一种可穿透X射线的粘胶层(5)连接。
7. 按照权利要求6所述的X射线转换元件，其中，所述粘胶层(5)有层 厚为10pm至200pm。
8. 按照权利要求1所述的X射线转换元件，其中，所述闪烁体(3)由 CsI:TI、 CsI:Na、 NaI:TI或类似的含有至少一种碱性卣化物的材料制成。
9. 按照权利要求1至8之一所述的X射线转换元件，其中，所述闪烁 体(3)有层厚为500pm。
全文摘要
本发明涉及一种X射线转换元件，包括一个可穿透X射线和不透湿的基层(1)、一个可穿透X射线的与基层(1)连接的载体(2)、以及一个施加在基层(1)上的闪烁体(3)和一个透光和不透湿的覆盖着闪烁体(3)的防护层(4)。
文档编号G01T1/29GK101131433SQ200710136670
公开日2008年2月27日 申请日期2007年7月18日 优先权日2006年8月21日
发明者乔格·威特曼, 曼弗雷德·富克斯, 赖纳·F·舒尔茨 申请人:西门子公司