用于輻射成像設備的具有反射器的輻射轉換元件的制作方法

專利名稱：用于輻射成像設備的具有反射器的輻射轉換元件的制作方法
用于輻射成像設備的具有反射器的輻射轉換元件下文涉及輻射成像領域、發射斷層攝影成像領域、輻射探測器領域和相關領域。在輻射成像中，通過環繞對象布置的輻射探測器探測穿過對象透射的輻射(例如，在透射式計算機斷層攝影(CT)中)或者由對象發射的輻射(例如，在正電子發射斷層攝影(PET)成像或單光子發射計算機斷層攝影(SPECT)中)，并應用適當的數據處理來基于所探測到的輻射重建對象的圖像。一種用于探測輻射的典型方案是采用吸收輻射粒子(例如，伽馬(gamma)射線、X射線、阿爾法(alpha)粒子、貝塔(beta)粒子等)并將粒子的能量轉換成猝發光或閃爍光的閃爍體。使諸如光電倍增管、光電二極管或硅光電倍增器(SiPM) 裝置的光學探測器與所述閃爍體光耦合，以探測猝發光。可以根據所探測到的光的累積強度估計輻射粒子的能量。為了提供空間分辨率，可以利用光探測器陣列，并且可以額外地采用Anger邏輯或其他處理對探測事件進一步定位。然而，通過這種方式可實現的空間分辨率是有限的。為了提供更佳的空間分辨率，可以將閃爍體分割成像素。例如，可以采用 4X4X22mm3的閃爍體元件的陣列以提供約為4mm級的空間分辨率(所述22mm的尺度提供了深度，以增大對輻射粒子的吸收的可能性)。可以使閃爍體像素的陣列與光探測器的陣列光耦合，其中，每個光電探測器的尺寸大于一個閃爍體像素的尺寸，并使用Anger邏輯或其他處理對探測事件定位。然而，有利的是，如果使每個閃爍體元件與單個光探測器按照一對一的方式光耦合，從而輻射探測器陣列的像素獨立地工作。為了確保對閃爍光的保持和探測，在閃爍體元件的頂部和側面上設置反射器，從而驅使閃爍光朝向位于閃爍體元件的底部的光探測器傳播。(在本說明書中，“頂部”表示閃爍體元件的輻射入射面，而“底部”表示閃爍體元件的與光探測器接近的相反面)。這一方案還能夠提高時間分辨率。除了收集光以外，反射器的另一用途在于避免相鄰像素之間的光學串擾。當閃爍光的光子從一個閃爍體元件傳播到相鄰的閃爍體元件，從而被相鄰的像素探測到時，就會產生光學串擾。由于光受到損失，因而一般認為這樣的串擾是不利的。另一種類型的串擾是輻射粒子從一個閃爍體元件到相鄰的閃爍體元件的康普頓散射。一般認為這種類型的串擾是可接受的，因為信號處理能夠識別出由兩個像素探測到的光的組合強度對應于單個輻射探測事件。盡管意圖將反射器用于避免光學串擾，但是它們對于實現這一目的的有效性不是很令人滿意。平均來講，對于典型的閃爍體元件而言，閃爍光的光子在抵達光探測器之前大約經歷10-100次反射事件。考慮到這些多次反射(例如，10次反射)，具有99%的反射率的反射器實際上將僅俘獲大約90%的閃爍光。具有95%的較低反射率的反射器將僅俘獲大約60%的閃爍光。現有反射器設計的其他問題涉及制造的復雜性和器件產量。例如，一些方案利用粘合劑將反射器附到閃爍體元件上。然而，粘合劑可能對反射率產生不利影響，將反射器粘合到閃爍體元件的四個側面上的過程提高了制造復雜性，并且對任何粘附的反射器的拆除都將導致像素故障，從而對產量造成不利影響。其他方案涉及將反射器作為薄膜涂覆在閃爍體元件的側面上。然而，其需要復雜的三維沉積過程(例如，在沉積過程中旋轉閃爍體元件，從而對所有的側面進行涂覆)，并且涂層的反射率可能比預期低。其他方案涉及采用聚四氟乙烯帶卷裹閃爍體元件。然而，為了實現適于制造的結構穩定性，通常采用聚四氟乙烯帶對閃爍體元件進行多次纏繞，其提高了厚度，并且對閃爍體元件的陣列的有效面積造成了不利影響。下文提供了新的經改進的設備和方法，其克服了上述問題和其他問題。根據所公開的一個方面，一種設備，包括將輻射轉換成光的多個輻射轉換元件以及環繞所述多個輻射轉換元件設置的反射器層。根據所公開的另一方面，公開了上一段落中所述的設備，其中，所述多個輻射轉換元件包括兩個輻射轉換元件，并且環繞所述兩個輻射轉換元件卷裹所述反射器層，其中，將所述反射器層的末端塞到所述兩個輻射轉換元件之間。根據所公開的另一方面，公開了上一段落中所述的設備，其中，所述反射器層包括在所述反射器層環繞多個輻射轉換元件進行設置時鄰近輻射轉換元件設置的反射率大于90%的光反射層，以及遮光層。根據所公開的另一方面，公開了一種方法，其包括環繞將輻射轉換成光的多個輻射轉換元件卷裹光反射層，以限定探測器陣列閃爍體構建塊。根據所公開的另一方面，一種設備，包括輻射轉換元件，其將輻射轉換成光；以及反射器層，其環繞所述輻射轉換元件設置，所述反射器層包括與所述輻射轉換元件相鄰設置的光反射層和處于所述輻射轉換元件的遠側的遮光層。根據所公開的另一方面，公開了上一段落中所述的設備，其還包括光探測器元件， 所述探測器元件與輻射轉換元件光耦合，以限定輻射探測器陣列的單個像素，所述陣列在輻射轉換元件和光探測器元件之間具有一對一的對應關系，其中，所述輻射轉換元件和環繞所述輻射轉換元件設置的反射器層的組合的截面面積小于或等于與所述輻射轉換元件光耦合的光探測器元件的截面面積。一個優點在于降低了輻射探測器陣列的像素之間的光學串擾。另一優點在于提高了入射到光探測器上的閃爍光的量。另一優點在于提高了輻射事件探測的準確度。另一優點在于提高了閃爍體元件陣列的可制造性。在閱讀并理解以下詳細說明之后，對于本領域普通技術人員而言，進一步地優點將變得顯而易見。

圖1示意性圖示了一種正電子發射斷層攝影(PET)成像系統，其是適于采用具有本文所公開的反射器的輻射轉換元件的輻射成像設備的范例。圖2-4示意性圖示了包括利用反射器層卷裹的一對輻射轉換元件的探測器陣列閃爍體構建塊的制造。圖5示意性圖示了包括光反射層和遮光層的適當反射器層。圖6示意性圖示了輻射探測器陣列的兩個相鄰像素，所述輻射探測器陣列采用了如參考2-4的描述構造的探測器陣列閃爍體構建塊。圖7-8示意性圖示了由如參考圖2-4的描述構建的多個探測器陣列閃爍體構建塊構建的閃爍體陣列。參考圖1，其示出了適當地采用具有本文所公開的反射器的輻射轉換元件的輻射成像設備的說明性范例。該說明性范例是一種混合式PET/CT成像系統10，在圖示的實施例中，是GEMINI PET/CT成像系統(可以從荷蘭艾恩德霍芬的Koninkli jke Philips Electronics N. V.獲得)。所述混合式PET/CT成像系統10包括透射式計算機斷層攝影 (CT)掃描架12，其配置有X射線管或其他X射線源以及被配置成采集CT圖像的X射線探測器陣列(內部部件未示出)。所述混合式PET/CT成像系統10還包括正電子發射斷層攝影(PET)掃描架14，其包含在PET掃描架14內按照環形布置的輻射探測器陣列16(通過 PET掃描架14的局部剖面對其給出了局部示意性圖示)。所述混合式PET/CT成像系統10 是一種“混合”系統，因為將通用的線性對象傳送系統18布置為將成像對象傳送至CT掃描架12或PET掃描架14中的任何一者當中。盡管在圖1中圖示了一種混合式成像系統，但是所公開的輻射轉換元件、輻射探測器等也適于在獨立的輻射成像系統中使用。此外，盡管在下述說明中，采用PET輻射探測器陣列16的閃爍體元件作為說明的范例，但是所公開的輻射轉換元件、輻射探測器等也適于在其他輻射成像系統的輻射探測器中使用，諸如在圖示的CT成像掃描架12或者用于執行單光子發射計算斷層攝影(SPECT)的伽馬照相機(未示出)等當中使用。繼續參考圖1，為了執行PET成像，對對象施予包括放射性同位素的放射性藥劑， 所述放射性同位素發射在電子-正電子湮沒事件中衰變的正電子，每個湮沒事件發射兩個反向的511keV的伽馬粒子。在將對象設置到PET掃描架14中的情況下，環形PET輻射探測器陣列16將探測這些511keV的伽馬粒子作為兩個基本同時發生的511keV的探測事件。 記錄這些基本同時的511keV探測事件的時間、能量和空間位置(例如，所涉及的探測器像素的位置)。已知，作為源頭的電子-正電子湮沒事件發生在兩個基本同時的511keV探測事件的連線上的某處。在一些實施例中，還記錄兩個基本同時的511keV探測事件之間的時間差(或者對于精確地同時發生的探測事件而言不存在這樣的時間差)——將其稱為飛行時間信息，并且所述時間差能夠提供沿兩個基本同時的511keV探測事件的連線對源電子-正電子湮沒事件的定位。例如，如果沒有時間差，那么源電子-正電子湮沒事件可能發生在探測到所述兩個基本同時的511keV探測事件的像素之間的中間位置；然而，如果第一探測事件先于第二探測事件，那么源電子-正電子湮沒事件的發生則可能離探測到第一探測事件的像素相對較近，離探測到第二探測事件的像素相對較遠。由PET圖像重建模塊20對所采集的PET數據(或就TOF-PET實施例而言的 TOF-PET數據)進行處理，例如，所述模塊由圖中所示的計算機22適當地體現(盡管也可以設想其他數字數據處理裝置)，其執行諸如濾波反投影算法、迭代反投影算法等的重建算法，由此將由所采集的PET數據生成重建的PET圖像。可以將重建的PET圖像在計算機22 的顯示器M上顯示、存儲在圖片存檔及通信系統(PACS) 26內或者以其他方式對其進行利用和/或存儲。盡管未示出，但是應當理解，可以通過CT圖像重建處理器(也任選由計算機22體現，或者由另一計算機或其他不同的數字數據處理裝置體現)對CT掃描架12采集的CT成像數據進行類似處理，以生成重建CT圖像，可以將所述重建CT圖像顯示在顯示器對上、存儲在PACS沈中或者以其他方式對其進行利用和/或存儲。有利地，所述混合式PET/CT成像系統10可以對CT和PET成像采用公共的坐標系，從而便于CT和PET圖像的融合或其他組合。
參考圖2-4，描述了一種適當的探測器陣列閃爍體構建塊30的構造方法。(圖4 示出了所構造出的構建塊30)。在圖示的方案中，采用單個反射器層34卷裹兩個輻射轉換元件32，諸如閃爍體元件。在圖2-4中，對閃爍體元件32進行“端部”觀察，從而所看到的截面面積對應于像素面積。閃爍體元件32還具有在圖2-4的端部視圖中進入頁面內的第三尺度，該尺度是像素的深度尺度。通常，像素面積的側面尺度充分小于所述深度尺度。作為一個示范性的具體范例，每個閃爍體元件32可以具有4X 4X 22mm3的尺度，其中，4X 4mm2 的截面面積對應于圖2-4中可見的像素面積，22mm的尺度對應于在圖2-4的端部視圖中“進入頁面”因而不可見的深度尺度。
單個反射器層34具有高反射性側面36和相反的背側面38，所述相反的背側面38 可以是高反射性的，或者可以具有一定的反射性但是反射性不如高反射性側面36，或者其可以是非反射性的。如圖2、3和4中的連續序列所示，環繞兩個輻射轉換元件32卷裹單個反射器層34，并將反射器層的末端40、42塞到兩個輻射轉換元件32之間。因此，將反射器層34設置成環繞兩個輻射轉換元件32的外側的單層，以及在兩個輻射轉換元件之間是包括末端40、42的雙層。在使高反射性側面36鄰接或面對閃爍體元件32以及使背側面38 背離或遠離閃爍體元件32的情況下環繞兩個輻射轉換元件32卷裹反射器層34，從而適當設置高反射性側面的位置，以俘獲閃爍體元件32內的閃爍光。
反射器層34可以由具有必要的高反射性側面36的任何層或薄板構成，并且其能夠按照圖3-4所示發生彎曲，以便將閃爍體元件32卷裹起來。例如，在一些實施例中，反射器層34是或者包括諸如Vikuiti 反射器板(可由3M，St. Paul, Minnesota, USA獲得)的多層聚合物反射器、金屬箔等。應當理解，將高反射性側面36選擇為至少對于閃爍光的光譜而言具有高反射性，閃爍光的光譜繼而又取決于閃爍體材料以及所要探測的輻射粒子的類型和能量。
在一些實施例中，反射器層34在其未經修改的形式下可能無法被充分彎曲，從而像圖3-4所示那樣卷裹起來。例如，典型的Vikuiti 多層聚合物反射器的塑料襯底無法充分彎曲到遵循圖4所示的90°彎折。在這樣的實施例中，在反射器層34的如圖所示的背側面38上，或者在正面36(未示出)上，或者在兩面上適當地形成刻線(僅在圖2中標示出)，以便于銳利的(例如，90° )彎折。
將繼續參考圖2-4，并進一步參考圖5，描述了反射器層34的說明性實施例。在這一實施例中，反射器層34包括在環繞閃爍體元件32設置反射器層34時與閃爍體元件32 鄰近的光反射層50。在一些實施例中，光反射層50具有大于90%的反射率。在一些實施例中，光反射層50具有大于95%的反射率。在一些實施例中，光反射層50具有大約99% 或更高的反射率。在一些實施例中，光反射層50是多層聚合物反射器，例如，Vikuiti 反射器板(可以從 3M，St. Paul, Minnesota, USA 獲得)。
反射器層34任選還包括遮光層52，在環繞閃爍體元件32設置反射器層34時，遮光層52設置在閃爍體元件32的遠側。遮光層52的主要用途是避免相鄰像素之間的光學串擾。為此目的，在一些實施例中，遮光層52所具有的厚度和光學吸收足以使反射器層的設置所環繞的相鄰閃爍體元件32之間的光學串擾降低至少15%。在一些實施例中，遮光層 52所具有的厚度和光學吸收足以使反射器層的設置所環繞的相鄰閃爍體元件32之間的光學串擾降低至少20%。在一些實施例中，遮光層52是具有大約五微米或更大的厚度的鋁層，盡管也可以設想更薄的鋁層。厚度的選擇取決于各種因素，諸如所要阻擋的光的波長或光譜、層沉積技術對于給定襯底的均勻性等，以針對諸如沉積時間和材料成本的制造考慮來進行平衡。通過真空蒸發、濺射、離子氣相沉積(IVD)、物理氣相沉積(PVD)或其他膜沉積技術將鋁層適當地沉積在光反射層50的背側面(例如，Vikuiti 薄板的背側面)。可以任選首先沉積薄粘附層以增強鋁層與光反射層50的附著。
有利地，分離的光反射層50和遮光層52的使用使得每層都能夠針對其預定用途得到優化，并且同時滿足可能由探測器陣列中的像素的預期間隔施加的最大厚度約束條件。例如，盡管能夠使多層聚合物反射器具有高反射性，但是構成聚合物通常由光學透明或半透明材料構成，并且因此所述多層聚合物反射器難以變得完全不透明。通過在多層結構中采用更多的層實現多層聚合物反射器的額外的不透明度，但是其將對厚度造成不利影響。(例如，一些被適當地用作光反射層50的Vikuiti 薄板具有大約65微米的厚度，但是它們仍然不具有充分高的不透明度。)另一方面，鋁層僅在幾微米的厚度上就具有適當的不透明度。然而，鋁是一種具有高度的光吸收的材料，因而采用鋁作為反射器材料可能是不符合要求的，因為其可能引入不可接受的光吸收損耗。
遮光層52的主要用途在于避免任何經過光反射層50的光抵達相鄰的閃爍體元件以及由此造成的光學串擾。一般而言，遮光層52可以具有高反射性，或者具有一定的反射性但是不像高反射層50的反射性那樣高，或者可以不具有反射性。如果遮光層52具有高反射性或者一定的反射性，那么其可以對反射器層34的高反射性側面36的反射率做出貢獻。通常，將作為高反射層50的Vikuiti 薄板與作為遮光層52的涂覆鋁層組合就是這種情況。遮光層52做出的這種反射率貢獻(如果存在的話)是遮光層52的另一好處。
一般而言，存在兩種作用使光滯留在閃爍體元件32內。一種作用是反射器層34 的高反射性側面36的光反射。另一種作用是光在閃爍體元件32的(內)表面上的全內反射(TIR)。一般而言，當斯涅爾定律(Snell' s law)預測“透射的”光參照表面法線的角度等于或大于90°時將發生TIR。將閃爍體材料的折射率表示為\，并將與閃爍體元件32 直接相鄰的材料的折射率表示為na，TIR的條件為θ >arcsin(na/ns)，其中，θ是閃爍體元件32內的光在閃爍體元件32的(內)表面上的入射角，該入射角同樣以表面法線為參照。因而，對于na= 1，I1R最高，對于na> 1，IlR減少，而對于na > ns，IlR徹底消失。
如果反射器緊密附到閃爍體元件上，就像將反射器膠粘或粘附到閃爍體元件上的情況那樣，那么113是反射器材料的折射率或者膠粘劑或粘合劑的折射率，其通常大于空氣的折射率。由此可見，將反射器膠粘或粘附到閃爍體元件上減少乃至消除了 TIR。另一方面，如果反射器與閃爍體元件隔開一定寬度的空氣間隙，并且所述空氣間隙的寬度超過閃爍體/空氣界面的漸逝波貫穿深度，那么~是環境空氣的折射率。有利地，通過如本文參考圖2-4所述采用反射器層34卷裹閃爍體元件32，在閃爍體元件32的表面和反射器層34 之間一般將出現數微米或更大的(其被視為在整個表面面積上取的平均值)空氣間隙。相應地，圖2-4的卷裹方案有利地充分保持了實現光滯留的IlR作用。
為了進一步增強或確保實現光滯留的TIR作用，圖5中所示的反射器層34可以任選包括光反射層50上的突出元件或結構(未示出)，其充當間隔體的作用，以確保反射器層34和閃爍體元件32之間的足以支持TIR的空氣間隙。此外或備選地，可以在環繞閃爍體元件32卷裹反射器層34之前將這樣的間隔體置于閃爍體元件32上。
所設想的另一種變型是使反射器層34包括支撐光反射層50和任選的遮光層52 的結構形成器或支撐物(未示出)。例如，可以將反射層50和任選的遮光層52制造成剛性或半剛性的薄板，沿刻線將所述薄板切割成塊，并將其附到額外的支撐物層上，該層可充分彎曲以遵循圖4所示的90°的彎折。可以在將光反射層50和任選的遮光層52切割成塊之前或之后完成所述額外支撐物層的附著。所述結構形成器或支撐物層(如果采用的話)可以是旋光的，也可以是非旋光的(例如，提供可忽略的反射率和可忽略的光吸收的透明支撐物薄板)。
參考圖6描述了由探測器陣列閃爍體構建塊30構建的一對探測器像素。圖6示出了在利用反射器層34卷裹閃爍體元件32之后的探測器陣列閃爍體構建塊30的透視圖 (因而現在可見到較長的深度尺度)。此外，通過在圖示的實施例中與反射器層34分離的頂部反射器60覆蓋頂面(即，面對入射輻射源，亦即，就PET掃描架14而言面對檢查區域的側面)。或者，所述頂部反射器可以與反射器層34作為整體。通常，頂部反射器60可以為光線滯留貢獻一種反射。(例如，任何“朝上”指向的光從頂部反射器60反射一次，并且之后通過反射器層34和/或TIR “向下”朝向光探測器漏斗傳輸。)因此，頂部反射器60 的反射率不像反射器層34的反射率那樣關鍵，并且例如可以通過膠粘劑或其他粘合劑附著頂部反射器60。
一對光探測器元件62位于探測器陣列閃爍體構建塊30的與具有頂部反射器60 的面相對的“底”面處。使所述兩個光探測器元件62與探測器陣列閃爍體構建塊30的兩個閃爍體元件32中的相應的元件按照一對一的方式光耦合。例如，每個光探測器元件62 可以是觀測對應的閃爍體元件的光電二極管。作為另一個范例，每個光探測器元件62可以是觀測對應的閃爍體元件的硅光電倍增器(SiPM)元件。提供適當的電互連主鏈路64(圖6 給出了示意性圖示)，從而向光探測器元件62提供運行電力，以及讀取光探測器元件62 (的結果)。例如，所述電互連主鏈路64可以包括印刷電路板，其具有被配置成限定光電二極管驅動器和讀出電路的電子部件。
還可以設想交換反射器60和光探測器元件62的位置(未示出互換布置)，從而將光探測器元件62耦合到閃爍體元件32的“頂”面(亦即，朝向輻射粒子源)，將反射器60 耦合到“底”面。只要所述光探測器元件不會引起對輻射粒子的大量吸收或散射，這樣的布置就不會造成不利。
在另一變型實施例(未示出)中，可以使光探測器元件62中的一些耦合到閃爍體元件32的“頂”面上，使光探測器元件62中的一些耦合到“底”面上，同時利用反射器60覆蓋閃爍體元件32的相應的相對側面。如果例如光探測器元件62的尺寸大于閃爍體元件32 的尺寸，那么這樣的布置可能是有利的。
在圖6所示的實施例中，構建塊30 (包括兩個閃爍體元件32和環繞所述兩個閃爍體元件32設置的反射器層34的組合)的截面面積等于與輻射轉換元件光耦合的兩個光探測器元件62的截面面積。更一般而言，在一些實施例中，構建塊(包括閃爍體元件和環繞所述閃爍體元件設置的反射器層的組合)的截面面積等于或小于與所述構建塊的輻射轉換元件光耦合的光探測器元件的截面面積。
這些實施例的基本原理如下。正如已經指出的，一般存在兩種使閃爍光滯留并對其進行收集的作用(i)外部反射器34、60的反射；以及(ii)全內反射(TIR)。在不限于任何特定工作原理的情況下，認為這些機制的組合將產生使閃爍光沿閃爍體元件32和反射器層34之間的空氣間隙波導傳輸的顯著的作用。因此，如果閃爍體元件和環繞閃爍體元件設置的反射器層的組合的截面面積大于與閃爍體元件光耦合的光探測器元件的截面面積， 那么這一受到波導傳輸的外圍閃爍光的相當大的部分可能落到光探測器元件的有效探測器面積之外，從而損失掉。另一方面，通過使閃爍體元件和反射器層的組合的截面面積等于或小于光探測器元件的截面面積，這一受到波導傳輸的外圍閃爍光落到光探測器元件的有效探測器面積之內，并相應地為探測器信號輸出做出貢獻。
參考圖7和圖8，描述了包括按照陣列布置的多個探測器陣列閃爍體構建塊30的輻射轉換元件陣列70(圖8示出了整個陣列)的組裝。所圖示的探測器陣列70是具有16 個元件的二維4X 4陣列，但是可以類似地構建更大數量的元件的陣列，并且可以使平面二維陣列與相鄰的平面陣列按照小的角度以首尾銜接的方式相互組合以形成N邊多邊形，其中，N足夠大，從而近似呈環形，由此構建環形陣列(諸如圖1的PET掃描架14的探測器陣列16)。所述4X4陣列是由八個探測器陣列閃爍體構建塊30構建的，每個構建塊包含兩個元件。圖7和8示出了構建塊30的“端部”視圖(亦即，與圖4中一樣的“端部”視圖)。
每個構建塊30的所有側面均由反射器層34的背側面38包圍。此外，在環繞閃爍體元件32設置反射器層34時，在反射器層34包括設置在閃爍體元件32的遠側的遮光層 52的情況下(如在圖5所示的反射器層34中)，每個構建塊30的所有側面均受到遮光層 52的包圍。因而，不會妨礙采用膠粘劑或粘合劑將相鄰構建塊30接合起來。圖7示出了組裝的中間狀態，其中，通過膠粘劑或粘合劑72將每個構建塊30粘合或附著到另一構建塊 30上，以形成2X2元件子陣列(總計四個2X2元件子陣列)。之后，采用額外的膠粘劑或粘合劑74形成兩個4X2元件子陣列(在圖7中以分解視圖示出，在圖8中以接合后的視圖示出)，之后進一步采用膠粘劑或粘合劑76形成最終的4X 4元件陣列70 (還是在圖7中以分解視圖示出，在圖8中以接合后的視圖示出)。應當認識到，可以按照類似的方式繼續這樣的構建，以形成MXN陣列，其中，M和N為整數。
在圖2-4中，通過實施卷裹，并將反射器層34的末端40、42塞到閃爍體元件32 之間，從而將反射器層34應用于一對閃爍體元件32。這一方案的優點在于創建了 2X 1元件構建塊30，其相對具有結構剛性，并且其所有的四個側面和中間均受到反射器層34的包圍。之后，就可以將這些構建塊30用于構建任意的一維或二維探測器陣列了。然而，也可以設想其他制造過程。例如，在一些實施例中，在將反射器層34的兩個末端40、42塞到閃爍體元件32之間時，在所述兩個末端之間設置少量膠粘劑或粘合劑(未示出)。這能夠使構建塊30更具有結構剛性。也可以設想其他卷裹模式。盡管在具體的范例中，閃爍體元件 32具有4 X 4 X 22mm的尺寸，但是一般而言閃爍體元件可以具有i X j X k的尺寸，其中，一般而言，i、j、k中的每者可以是不同的尺寸(例如，4X6X22mm的尺寸)。更進一步地，還可以設想具有非方形的或者非矩形截面的閃爍體元件。
在一些實施例中，所述陣列可以不是圖7和圖8中所示的矩形。例如，可以使陣列的元件相對于其相鄰元件發生偏移。在一種這樣的布置中，通過膠粘劑或粘合劑72將構建塊30粘合或附著到另一構建塊30上，以形成2X2元件子陣列，其中，使一個構建塊30相對于另一構建塊30偏移一個閃爍體元件32的尺寸的一半。在另一種這樣的布置中，每個2X2元件子陣列可以形成矩形陣列，同時相對于相鄰2X2元件子陣列發生偏移，等等。
參考圖7和圖8，通常選擇構建塊30之間、2X2元件子陣列之間的膠粘劑或粘合劑以及諸如此類的膠粘劑或粘合劑具有薄厚度，從而實現閃爍體陣列的高斂集率。然而，在一些實施例中，選擇相對較大的膠粘劑或粘合劑厚度可能是有利的，使得所得到的閃爍體元件32的陣列70與光探測器元件62的陣列匹配。出于相同的原因，可以在反射器層34 的末端40、42之間引入額外的膠粘劑或粘合劑或者類似的材料，從而在閃爍體元件32之間建立額外的隔離。
參考圖5描述的反射器層34的實施例也是說明性的。例如，光反射層50可以不是作為范例闡述的多層聚合物反射器，而是其他材料或多層結構，諸如聚四氟乙烯帶、白色聚酯纖維反射器材料等。類似地，盡管通過舉例的方式公開了涂覆鋁作為遮光層52，但是也可以采用其他具有適當的光吸收性的材料，諸如其他金屬，并且可以不將遮光層52沉積到光反射層50上，而是通過沖壓或膠粘將遮光層52施加到光反射層50上(例如，采用金屬箔作為沖壓或粘合到光反射層50上遮光層52)。此外，可以設想采用遮光層52作為襯底， 并將光反射層50沉積到遮光層上或者通過其他方式形成到遮光層上。此外，盡管已經指出了采用包括分離的光反射層50和遮光層52的示范性反射器層34的益處，但是也可以設想對反射器層34采用單個層，其中，所述單個層既執行反射功能，又執行光學串擾抑制功能。 例如，所述反射器層可以是如圖3-4中所示的環繞閃爍體元件32卷裹的單層金屬箔。
現在將描述實際執行的圖2-4所示的構建塊制造過程的范例。在這一范例中，反射器層或箔34是不具有單獨的遮光層52的單層Vikuiti 薄板或箔。在第一步驟中，對反射器箔輕劃或輕刻，以形成折疊刻線44。這確保了 Vikuiti 箔的精確折疊，在這一范例中，所述箔為65μπι厚，并且相對較硬。在實際執行的實驗中，采用精細的錐磨工具在通常用于處理原型印刷電路板(PCB)部件的電動χ-y臺上快速完成所述劃刻操作。所述χ-y臺具有大約8 μ m的定位精確度。將所述刻線44切割至大約50 μ m的深度，從而允許容易的折疊。在這一處理過程中，使Vikuiti 箔的高反射率側面(即在劃刻過程中遠離磨銑工具的一側)上保護襯墊留在原位不動。采用同一工具切割反射器層的輪廓。任選地，可以使所述輪廓切割不完全切透Vikuiti 箔的保護襯墊，從而避免必須處理很多小的部分。也可以設想形成刻線44的其他方法，例如，激光劃刻、采用切繪機的劃刻等。
在劃刻和反射器層分離之后，去除Vikuiti 箔的保護襯墊，并沿刻線44將其折疊。在實際執行的實驗中，手動地完成折疊；然而，對于較大規模的生成而言，可以設想采用自動化折疊機器。所述折疊能夠直接使用閃爍體元件，或者可以環繞由金屬、塑料等做成的模型或毛坯完成折疊，并將閃爍體元件插入到所完成的反射器格內。
如果希望具有遮光層52，那么可以通過真空沉積或其他沉積技術采用鋁涂覆 Vikuiti 箔的背側面，由此對上述過程做出適當修改。應當使沉積過程中的Vikuiti 箔的溫度保持足夠低，以避免對Vikuiti 箔造成熱損傷。然后，按照前述說明執行劃刻和卷裹處理。在另一種方案中，在劃刻之前或之后將薄的鋁箔或其他遮光層膠粘或附著到 Vikuiti 箔的背側面。在一些這樣的實施例中，在劃刻之后粘合或附著鋁箔可能是有用的， 其中，所述鋁箔僅附著在刻線之間，從而不會對卷裹造成干擾。
一旦制成了構建塊30，就按照圖7將兩個2X1構建塊膠粘到一起。在實際執行的組裝中，采用薄的雙面粘合箔(光學透明粘合件，可從3M獲得，其具有25 μ m的厚度，并且兩面具有襯墊)完成這一操作。希望采用粘合箔而不是膠粘劑作為粘合件，以便于操縱和提高產量，因為不再會出現在閃爍體元件和反射器之間蠕變(creep)的膠粘劑。采用粘合箔還將促進像素之間的精確分離。然而，也可以設想采用其他粘合件或膠粘劑。通過將 2 X 1構建塊30放到凹槽內容易地完成2 X 1構建塊30相對于彼此的定位，所述凹槽的寬度等于受到反射器層34卷裹的兩個閃爍體元件32的寬度。
實際構建的反射器的測量結果表明光輸出處于采用聚四氟乙烯帶的五到十層卷裹實現的光輸出的95%以內。應當認識到，這樣的多層聚四氟乙烯卷裹將導致不切實際的反射器厚度。所述光輸出顯著高于采用單聚四氟乙烯層獲得的光輸出。進一步的測量表明， 可以將頂部反射器60 (參見圖6)膠粘到晶體上，而不對光輸出造成損失。此外，在不限于任何特定工作原理的情況下，我們認為這是每一光線從頂部反射器60通常受到不只一次反射的結果。認識到這一點，可以設想頂部反射器60是跨越陣列的整個前面的連續膠粘反射器，預計其將為探測器陣列提供相當大的剛度。
作為另一變型，設想利用形成刻線44的劃刻操作額外定義諸如銷(stud)的對準特征從而實現與光電探測器陣列(即光探測器元件62)的容易的對準。
本申請描述了一個或多個優選實施例。在閱讀并理解了前述說明后，其他人可以想到修改和變化。這意味著，應當將本申請推斷為包括所有此類落在權利要求及其等同要件的范圍內的修改和變化。
權利要求
1.一種設備，包括將輻射轉換成光的多個輻射轉換元件(3 ；以及環繞所述多個輻射轉換元件設置的反射器層(34)。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述多個輻射轉換元件包括兩個輻射轉換元件 (32)，并且環繞所述兩個輻射轉換元件卷裹所述反射器層(34)，其中將所述反射器層的末端(40、4幻塞到所述兩個輻射轉換元件之間。
3.根據權利要求1-2中的任一項所述的設備，其中，所述多個輻射轉換元件包括兩個輻射轉換元件(32)，并將所述反射器層(34)設置為環繞所述兩個輻射轉換元件的外側為單層，以及在所述兩個輻射轉換元件之間為雙層。
4.根據權利要求1-3中的任一項所述的設備，其中，環繞所述多個輻射轉換元件(32) 卷裹所述反射器層(34)，其中所述輻射轉換元件和所述反射器層之間不設置粘合劑。
5.根據權利要求1-4中的任一項所述的設備，其中，所述多個輻射轉換元件(3 和環繞所述多個輻射轉換元件設置的所述反射器層(34) —起限定了構建塊(30)，所述設備還包括輻射轉換元件陣列(70)，其包括按照陣列布置的多個所述構建塊(30)。
6.根據權利要求5所述的設備，其中，在所述輻射轉換元件陣列(70)的所述構建塊之間設置粘合劑(72、74、76)。
7.根據權利要求1-6中的任一項所述的設備，其中，環繞所述多個輻射轉換元件(32) 設置的所述反射器層(34)包括在所述反射器層(34)環繞所述多個輻射轉換元件進行設置時鄰近所述輻射轉換元件設置的反射率大于90%的光反射層(50)；以及遮光層(52)。
8.根據權利要求7所述的設備，其中，所述遮光層(5 包括鋁層。
9.根據權利要求7-8中的任一項所述的設備，其中，所述遮光層(5 還對環繞多個輻射轉換元件(3 設置的所述反射器層(34)的反射率存在貢獻。
10.根據權利要求7-9中的任一項所述的設備，其中，所述光反射層(50)包括多層聚合物反射器。
11.根據權利要求7-10中的任一項所述的設備，其中，所述遮光層(5 使所述反射器層(34)的設置所環繞的所述多個輻射轉換元件(3 之間的光學串擾降低至少15%。
12.根據權利要求1-11中的任一項所述的設備，其中，環繞所述多個輻射轉換元件 (32)設置的所述反射器層(34)包括刻線(44)，所述刻線限定了環繞所述多個輻射轉換元件設置的所述反射器層的彎折部。
13.根據權利要求1-12中的任一項所述的設備，其中，所述反射器層(34)包括突出的間隔體元件或結構，其作用在于確保所述反射器層和所述輻射轉換元件(32)之間的空氣間隙足以支持在所述輻射轉換元件的內表面處的全內反射。
14.根據權利要求1-13中的任一項所述的設備，其中，所述多個輻射轉換元件(32)包括多個閃爍體元件，并且所述設備還包括與所述多個輻射轉換元件(3 光耦合的多個光探測器元件(62)。
15.根據權利要求14所述的設備，其中，所述設備包括正電子發射斷層攝影(PET)成像設備(14)，其包括511keV輻射探測器(16)，所述511keV輻射探測器包括所述多個輻射轉換元件(3 以及環繞所述多個輻射轉換元件設置的所述反射器層(34)。
16.根據權利要求14-15中的任一項所述的設備，其中，使所述多個輻射轉換元件中的每個輻射轉換元件(3 與所述多個光探測器元件中的一個光探測器元件(6 光耦合。
17.根據權利要求14-16中的任一項所述的設備，其中，所述多個輻射轉換元件(32)和環繞所述多個輻射轉換元件設置的反射器層(34) —起限定了構建塊(30)，并且所述構建塊的截面面積等于或小于與所述多個輻射轉換元件光耦合的所述多個光探測器元件(32) 的截面面積。
18.根據權利要求17所述的設備，其中，所述構建塊(30)的所述截面面積等于與所述多個輻射轉換元件(3 光耦合的所述多個光探測器元件(6 的所述截面面積。
19.一種方法，包括環繞將輻射轉換成光的多個輻射轉換元件(3 卷裹光反射層(50)，以限定探測器陣列閃爍體構建塊(30)。
20.根據權利要求19所述的方法，還包括重復所述卷裹，以限定多個探測器陣列閃爍體構建塊(30)；以及由所述多個探測器陣列閃爍體構建塊構建探測器陣列閃爍體(70)。
21.根據權利要求19-20中的任一項所述的方法，其中，所述卷裹不包括在所述光反射層(50)和所述多個輻射轉換元件(3 之間設置粘合劑。
22.根據權利要求19-21中的任一項所述的方法，其中，所述卷裹包括環繞兩個輻射轉換元件(3 卷裹所述光反射層(50)，以及將所述光反射層的末端(40、4幻塞到所述兩個輻射轉換元件之間。
23.根據權利要求19-22中的任一項所述的方法，還包括在所述光反射層(50)上設置遮光層(52)，其中，所述卷裹將所述光反射層與所述多個輻射轉換元件(3 相鄰放置。
24.一種設備，包括將輻射轉換成光的輻射轉換元件(3 ；以及環繞所述輻射轉換元件設置的反射器層(34)，所述反射器層包括與所述輻射轉換元件相鄰設置的光反射層(50)以及設置在所述輻射轉換元件的遠側的遮光層(52)。
25.根據權利要求M所述的設備，其中，所述遮光層(5 包括鋁層。
26.根據權利要求M-25中的任一項所述的設備，其中，將所述遮光層(5 作為沉積在所述反射器層的遠側的背側面上的沉積層設置在所述反射器層(34)上。
27.根據權利要求M46中的任一項所述的設備，其中，所述光反射層(50)包括多層聚合物反射器。
28.根據權利要求M-27中的任一項所述的設備，還包括光探測器元件(62)，其與所述輻射轉換元件(3 光耦合以限定輻射探測器陣列(70) 的單個像素，所述輻射探測器陣列在輻射轉換元件和光探測器元件之間具有一對一的對應關系；其中，所述輻射轉換元件(3 和環繞所述輻射轉換元件設置的反射器層(34)的組合 (30)的截面面積等于或小于與所述輻射轉換元件光耦合的所述光探測器元件(6 的截面CN 102549453 A面積。
29.根據權利要求觀所述的設備，其中，所述輻射轉換元件(3 和環繞所述輻射轉換元件設置的所述反射器層(34)的組合(30)的所述截面面積等于與所述輻射轉換元件光耦合的所述光探測器元件(6 的所述截面面積。
30.一種設備，包括輻射轉換元件(32)，其將輻射轉換成光，所述輻射轉換元件具有光反射性側面；以及光探測器元件(62)，其與所述輻射轉換元件(3 光耦合以限定輻射探測器陣列(70) 的單個像素，所述輻射探測器陣列在輻射轉換元件和光探測器元件之間具有一對一的對應關系；其中，具有光反射性側面的所述輻射轉換元件(3 的截面面積等于或小于與所述輻射轉換元件光耦合的所述光探測器元件(6 的截面面積。
31.根據權利要求30所述的設備，其中，具有光反射性側面的所述輻射轉換元件(32) 的所述截面面積等于與所述輻射轉換元件光耦合的所述光探測器元件(6 的所述截面面積。
全文摘要
一種設備包括將輻射轉換成光的多個輻射轉換元件(32)和環繞所述輻射轉換元件設置的反射器層(34)。所述多個輻射轉換元件可以包括兩個輻射轉換元件，環繞所述兩個輻射轉換元件卷裹反射器層，將所述反射器層的末端(40、42)塞到所述兩個輻射轉換元件之間。所述反射器層(34)可以包括在所述反射器層(34)環繞多個輻射轉換元件進行設置時鄰近輻射轉換元件設置的反射率大于90％的光反射層(50)，以及遮光層(52)。
文檔編號G01T1/20GK102549453SQ201080044650
公開日2012年7月4日 申請日期2010年9月16日 優先權日2009年10月6日
發明者A·托恩, S·E·庫克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司