辐射检测设备和辐射断层成像设备的制作方法

本发明涉及用于在辐射断层成像设备中使用的辐射检测设备的结构的技术。

背景技术：

在辐射断层成像设备中的常规辐射检测设备中，准直器和检测器元件阵列通常作为个别组件彼此附接（例如，参阅专利文档1中的摘要及诸如此类）。然而，由于近年来，在切片方向上的覆盖被延伸，并且面向辐射源以弓形的方式布置的准直器可引起对图像质量降级的更佳控制，使准直器与检测器元件阵列集成的构造正变成主流。在此种构造中，准直器和检测器元件阵列通常通过粘合剂以胶粘的方式固定。

技术实现要素：

然而，准直器采用诸如钨的重金属构建，并且因此，在扫描期间，它通过旋转经历大离心力。此外，准直器和检测器元件具有显著不同的线性膨胀系数，使得其胶层经受由于环境温度中的变化造成的应力。这些现象可诱发胶层随着时间的过去而失效，这促使准直器脱落。

鉴于此类情形，存在对于用于防止准直器从辐射检测设备脱落，即使当在准直器中发生胶粘接合失效时的技术的需要。

本发明在其第一方面中提供一种供在辐射断层成像设备中使用的辐射检测设备，所述辐射检测设备包括：

检测器元件阵列，其中多个检测器元件基本上布置在辐射的扇角方向上和锥角方向上；

准直器，以胶粘的方式粘合到所述检测器元件阵列的辐射撞击的一侧，并且在逐渐变细(tapered)以与来自辐射源的发射的方向对齐的锥角方向上在两侧上具有外端表面；以及

一对块，设置成在锥角方向上将所述准直器夹在中间，并且在逐渐变细以与所述发射的方向对齐的锥角方向上在两侧上具有内端表面。

本发明在其第二方面中提供在上面提及的第一方面中的辐射检测设备，其中：在任一侧上的所述准直器中的所述外端表面紧靠任一侧上的所述块对中的所述内端表面，并且由空间分开。

本发明在其第三方面中提供在上面提及的第一方面中的辐射检测设备，其中：在任一侧上的所述准直器中的所述外端表面与任一侧上的所述块对中的所述内端表面相邻，其中在其之间插入弹性材料。

本发明在其第四方面中提供在上面提及的第一到第三方面的任何一个中的辐射检测设备，其中：

所述准直器包括布置在扇角方向上的多个准直器模块，以及

所述多个准直器模块的每个在逐渐变细以与所述发射的方向对齐的锥角方向上具有两个端表面。

本发明在其第五方面中提供在上面提及的第一到第四方面的任何一个中的辐射检测设备，其中：

所述准直器包括布置在锥角方向上的多个准直器模块，以及

所述多个准直器模块的每个在逐渐变细以与所述发射的方向对齐的锥角方向上具有两个端表面。

本发明在其第六方面中提供一种供在辐射断层成像设备中使用的辐射检测设备，所述辐射检测设备包括：

检测器元件阵列，其中多个检测器元件基本上布置在辐射的扇角方向上和锥角方向上；

准直器，以胶粘的方式粘合到所述检测器元件阵列的辐射撞击的一侧，并且在逐渐变细以与来自辐射源的发射的方向对齐的扇角方向上在两侧上具有外端表面；以及

一对块，设置成在扇角方向上将所述准直器夹在中间，并且在逐渐变细以与所述发射的方向对齐的扇角方向上在两侧上具有内端表面。

本发明在其第七方面中提供在上面提及的第六方面中的辐射检测设备，其中：在任一侧上的所述准直器中的所述外端表面紧靠任一侧上的所述块对中的所述内端表面，并且由空间分开。

本发明在其第八方面中提供在上面提及的第六方面中的辐射检测设备，其中：在任一侧上的所述准直器中的所述外端表面与任一侧上的所述块对中的所述内端表面相邻，其中在其之间插入弹性材料。

本发明在其第九方面中提供在上面提及的第六到第八方面的任何一个中的辐射检测设备，其中：

所述准直器包括布置在扇角方向上的多个准直器模块，以及

所述多个准直器模块的每个在逐渐变细以与所述发射的方向对齐的扇角方向上具有两个端表面。

本发明在其第十方面中提供在上面提及的第一到第九方面的任何一个中的辐射检测设备，其中：所述块对包含在用于直接或间接支撑所述检测器元件阵列的支撑部分中。

本发明在其第十一方面中提供包括在上面提及的第一到第十方面的任何一个中的辐射检测设备的辐射断层成像设备。

根据本发明，在上述方面中，辐射检测设备包括：在逐渐变细的指定方向上在两侧上具有外端表面的准直器，该方向是扇角方向或锥角方向；以及一对块，设置成在上面提及的指定方向上将上面提及的准直器夹在中间，并且在逐渐变细的上面提及的指定方向上在两侧上具有内端表面；因此，即使在在准直器与检测器元件阵列之间发生粘合剂脱层(adhesive delamination)的情况下，也能够通过所谓的楔效应来防止准直器脱落到上面提及的块的外侧。

附图说明

图1是根据第一实施例，示意地示出X射线CT设备的配置的简图；

图2是根据第一实施例，示出X射线检测器的配置的简图；

图3是示出第一检测器模块的配置的简图；

图4是垂直横截面视图，其表示垂直于根据第一实施例的X射线检测器的扇角方向的横截面；

图5是根据第一实施例的X射线检测器的垂直横截面的部分放大视图；

图6是根据第二实施例，示出X射线检测器的配置的简图；

图7是示出第二检测器模块的配置的简图；

图8是垂直横截面视图，其表示垂直于根据第二实施例的X射线检测器的锥角方向的横截面；

图9是垂直横截面视图，其表示垂直于根据第二实施例的X射线检测器的扇角方向的横截面；以及

图10是根据第二实施例的X射线检测器的垂直横截面视图的部分放大视图。

具体实施方式

图1是根据第一实施例，示意地示出X射线CT（计算机断层成像）设备（辐射断层成像设备）的配置的简图。

如图1所示，X射线CT设备100包括操作控制台1、成像工作台10和扫描机架20。

操作控制台1包括用于接受来自操作员41的输入的输入装置2、用于控制若干部分用于进行受检者（要成像的对象）40的成像，并且应用数据处理用于产生图像等的数据处理设备3、用于收集在扫描机架20中采集的数据的数据收集缓冲器5、用于显示图像的监测器6以及用于在其中存储程序、数据及诸如此类的存储装置7。

成像工作台10包括用于在其上放置受检者40以将受检者40携带到扫描机架20中的膛B中的托架12。托架12通过成像工作台10中包含的马达垂直和水平平移。如本文中使用的，受检者40的体轴方向(即，托架12的水平平移的方向)将称为z轴方向，垂直方向称为y轴方向，以及垂直于z和y轴方向的水平方向称为x轴方向。

扫描机架20包括可旋转支撑的旋转部分15。旋转部分15提供有X射线管21、用于控制X射线管21的X射线控制器22、用于将从X射线管21生成的X射线81成形为扇形波束或锥形波束的孔径23、用于检测通过受检者40的X射线81的X射线检测器（辐射检测设备）24、用于将来自X射线检测器24的输出信号收集为数据的DAS 25以及用于控制X射线控制器22和孔径23的旋转部分控制器26。扫描机架20的主体包括用于与操作控制台1和成像工作台10传递控制信号和诸如此类的主控制器29。扫描机架20的主体和旋转部分15通过滑环30彼此电连接。

X射线管21和X射线检测器24在其中放置受检者40的成像体积（即扫描机架20的膛B）的任一侧上彼此面对地放置。旋转部分15的旋转促使X射线管21和X射线检测器24在保持其位置关系的同时绕受检者40旋转。以从X射线管21发射并且通过孔径23成形的扇形或锥形波束形式的X射线81通过受检者40，并且撞击在X射线检测器24的检测表面上。

如本文中使用的，受检者40的体轴方向(即，也定义为旋转部分15的旋转的轴的方向的水平方向)将称为z轴方向，垂直方向称为y轴方向，以及与y和z轴方向正交的水平方向称为x轴方向。此外，从X射线管21的焦点f以扇形发射的X射线81的弧的宽度的方向将称为扇角方向(FAN)，X射线81的弧的厚度的方向称为锥角方向(CONE)，以及其中从X射线管21的焦点f发射的X射线81的直线的方向称为发射的方向(E)。扇角方向和/或扇角的正切方向也称为通道方向(CH)，并且z轴方向和/或锥角方向称为切片方向(SL)。

图2是根据第一实施例，示出X射线检测器24的配置的简图。

X射线检测器24主要包括由第一轨道51A和第二轨道51B组成的一对轨道（块）、由第一隔离片52A和第二隔离片52B组成的一对隔离片及多个第一检测器模块53。

第一和第二轨道51A、51B具有相互类似的形状，并且通常每个在扇角方向上以弓形的方式弯曲。第一轨道51A和第二轨道51B在z轴方向上以特定距离彼此平行定位。

第一和第二隔离片52A、52B具有相互类似的形状，并且通常每个具有在z轴方向上延伸的圆柱形。第一隔离片52A和第二隔离片52B在扇角方向(FAN)上以特定距离彼此平行定位。第一隔离片52A在扇角方向(FAN)上在一侧上连接该对轨道51A、51B的相应端。第二隔离片52B在扇角方向(FAN)上在另一侧上连接该对轨道51A、51B的相应端。连接通过例如螺丝接合（未示出）实现。

多个第一检测器模块53每个具有通常相同的形状，其具有其在z轴方向上的长边方向。多个第一检测器模块53在扇角方向(FAN)上紧密布置。多个第一检测器模块53每个具有在z轴方向上附接到第一轨道51A的其两个端中的一个和附接到第二轨道51B的另一个。此附接通过例如螺丝接合（未示出）实现。实际上，多个第一检测器模块53的每个与此处在图形中忽略的用于将检测到的信号传送到DAS 25的电缆或电路系统连接。

图3是示出第一检测器模块53的配置的简图。

第一检测器模块53主要包括衬底531、光电二极管阵列532、闪烁体阵列533和准直器模块534。

衬底531是板状矩形，其具有其在发射的方向(E)上的板厚度方向，并且其在z轴方向上的长边方向。衬底531例如由陶瓷构建。

衬底531具有在X射线撞击的一侧上在衬底531的板表面上形成的光电二极管阵列532，并且闪烁体阵列533覆盖光电二极管阵列532。光电二极管阵列532具有在通道方向(CH)和切片方向(SL)上以矩阵形式的多个光电二极管元件532A。闪烁体阵列533具有在通道方向(CH)和切片方向(SL)上以矩阵形式的多个闪烁体元件533A。闪烁体元件533A和光电二极管元件532A的位置在发射的方向(E)上相互对应。具体而言，彼此对应的单个闪烁体元件533A和单个光电二极管元件532A形成单个检测器元件53A，并且闪烁体阵列533和光电二极管阵列532形成检测器元件阵列538。每单个检测器模块的检测器元件的数量例如为32(CH)×64(SL)，并且单个检测器元件的大小大约为例如1平方毫米。在参照的图形中，绘制了少于检测器元件的实际数量的多个检测器元件用于帮助理解结构。

检测器元件阵列538具有通过粘合剂（未示出）在X射线撞击的一侧上以胶粘的方式固定在检测器元件阵列538的表面上，即，在闪烁体阵列533上方的准直器模块534。准直器模块534由诸如例如钨或钼的重金属构建。此外，准直器模块534通过例如称为DMLM（直接材料激光熔融）的技术来制作，该技术涉及沉淀使用激光熔融的此种重金属的粉末层以形成所预期形状。

准直器模块534形成有网格状的壁，壁在通道方向(CH)和切片方向(SL)上二维分隔个别的检测器元件53A。网格状的壁的表面每个被形成以与发射的方向(E)对齐。因此，准直器模块534在扇角方向(FAN)上在两侧上具有外端表面并且在逐渐变细以与发射的方向对齐的锥角方向(CONE)上也有。

图4是垂直横截面视图，其表示垂直于根据第一实施例的X射线检测器24的扇角方向(FAN)的横截面。

检测器模块53每个通过在z轴方向上将其衬底531的两端螺丝接合到轨道而固定到该对轨道51A、51B。

该对轨道51A、51B设置成在锥角方向(CONE)上将每个个别检测器模块53中的准直器模块534夹在中间。在z轴方向上在两侧上该对轨道51A、51B的内端表面逐渐变细以与发射的方向(E)对齐。通过此种配置，在准直器模块534与该对轨道51A、51B之间产生所谓的楔效应。相应地，即使当在准直器模块534与检测器元件阵列538之间的粘合剂裂开以促使准直器模块534从检测器元件阵列538脱层时，防止准直器模块534脱落到该对轨道51A、51B的外侧。

在任一侧上的该对轨道51A、51B中的内端表面和在任一侧上的准直器模块534中的外端表面彼此紧靠，彼此由小间隙d分隔。间隙d具有例如大约10-30的大小。通过此种配置，即使当准直器模块534和/或该对轨道51A、51B热膨胀时，防止任一侧上的准直器模块534中的外端表面接触任一侧上的该对轨道51A、51B中的内端表面，因此防止准直器模块534中的应力。

图5是根据第一实施例的X射线检测器24的垂直横截面的部分放大视图。诸如橡胶或泡沫材料的弹性材料g可插入在任一侧上的该对轨道51A、51B中的内端表面与在任一侧上的准直器模块534中的外端表面之间，如图5所示。通过此种配置，即使当准直器模块534脱落时，防止其在该对轨道51A、51B的内侧中发生碰撞，这提升了安全。

在此实施例中，设置成在锥角方向(CONE)上将准直器模块534夹在中间的组件形成检测器模块53附接到该对轨道51A、51B的一部分。相应地，此组件无需单独提供，这使设计和装配变得容易，并且允许低成本实现。

（第二实施例）

a. 图6是根据第二实施例，示出X射线检测器24'的配置的简图。

X射线检测器24'主要包括由第三轨道61A和第四轨道61B组成的一对轨道（块）、由第三隔离片62A和第四隔离片62B组成的一对隔离片（块）、多个检测器模块63及以及基底64。

第三和第四轨道61A、61B具有相互类似的形状，并且通常每个在扇角方向(FAN)上以弓形的方式弯曲。第三轨道61A和第四轨道61B在z轴方向上以特定距离彼此平行定位。

第三和第四隔离片62A、62B具有相互类似的形状，并且通常每个具有在z轴方向上延伸的圆柱形。第三隔离片62A和第四隔离片62B在扇角方向(FAN)上以特定距离彼此平行定位。第三隔离片62A在扇角方向(FAN)上在一侧上连接该对轨道61A、61B的相应端。第四隔离片62B在扇角方向(FAN)上在另一侧上连接该对轨道61A、61B的相应端。

基底64是具有在扇角方向(FAN)和锥角方向(CONE)上以弓形方式弯曲表面的组件，并且具有通常矩形的形状，其具有其在如从X射线管21的焦点f观察的扇角方向(FAN)上的长边方向。基底64提供有在X射线撞击的一侧上放置在基底64的弯曲表面上的多个第二检测器模块63，并且第二检测器模块63布置在扇角方向(FAN)和锥角方向(CONE)上。由于多个第二检测器模块63布置在其上，基底64从X射线退出的一侧连接到该对轨道61A、61B和该对隔离片62A、62B。

多个第二检测器模块63每个通常具有相对于扇角方向(FAN)和锥角方向(CONE)对称的相同形状。多个第二检测器模块63在由该对轨道61A、61B和该对隔离片62A、62B围绕的区域中紧密布置在扇角方向(FAN)和锥角方向(CONE)上。

图7是示出第二检测器模块63的配置的简图。

第二检测器模块63主要包括衬底631、光电二极管阵列632、闪烁体阵列633和准直器模块634。

衬底631是板状矩形(其具有其在发射的方向上的板厚度方向(E))并且具有方形板表面(其具有其在通道方向(CH)和切片方向(SL)上的等边)。衬底631例如由陶瓷构建。

衬底631具有在X射线撞击的一侧上在其板表面上形成的光电二极管阵列632，并且闪烁体阵列633覆盖光电二极管阵列632。光电二极管阵列632具有在通道方向(CH)和切片方向(SL)上以矩阵形式的多个光电二极管元件632a。闪烁体阵列633具有在通道方向(CH)和切片方向(SL)上以矩阵形式的多个闪烁体元件633a。闪烁体元件633a和光电二极管元件(632A)的位置在发射的方向(E)相互对应。具体而言，彼此对应的单个闪烁体元件633A和单个光电二极管元件(632A)形成单个检测器元件63A，并且闪烁体阵列633和光电二极管阵列632形成检测器元件阵列638。每单个检测器模块的检测器元件的数量例如为16(CH)×16(SL)，并且单个检测器元件的大小大约为例如1平方毫米。在参照的图形中，绘制了少于检测器元件的实际数量的多个检测器元件用于帮助理解结构。

检测器元件阵列638具有通过粘合剂（未示出）在X射线撞击的一侧上以胶粘的方式固定在其表面上，即，在闪烁体阵列633上方的准直器模块634。准直器模块634由诸如例如钨或钼的重金属构建。

准直器模块634形成有网格状的壁，壁在通道方向(CH)和切片方向(SL)上二维分隔个别的检测器元件63A。网格状的壁的表面每个被形成以与发射的方向(E)对齐。因此，准直器模块634在扇角方向(FAN)上在两侧上具有外端表面和在逐渐变细以与发射的方向对齐的锥角方向(CONE)上也有。

图8是垂直横截面视图，其表示垂直于根据第二实施例的X射线检测器24'的锥角方向(CONE)的横截面。图9是垂直横截面视图，其表示垂直于根据第二实施例的X射线检测器24'的扇角方向(FAN)的横截面。

个别的第二检测器模块63使其衬底631以胶粘的方式固定到X射线撞击的基底64的一侧。

该对轨道61A、61B设置成在锥角方向(CONE)上将布置在锥角方向(CONE)上的第二检测器模块63中的准直器模块634夹在中间。在锥角方向(CONE)上在两侧上的该对轨道61A、61B中的内端表面逐渐变细以与发射的方向(E)对齐。此外，该对隔离片62A、62B设置成在扇角方向(FAN)上将布置在扇角方向(FAN)上的第二检测器模块63中的准直器模块634夹在中间。在扇角方向(FAN)上在两侧上的该对隔离片62A、62B中的内端表面逐渐变细以与发射的方向(E)对齐。

通过此种配置，在锥角方向(CONE)上布置的多个准直器模块634与该对轨道61A、61B之间产生所谓的楔效应。在扇角方向(FAN)上布置的多个准直器模块634与该对隔离片62A、62B之间也产生楔效应。相应地，即使当在准直器模块634与检测器元件阵列638之间的粘合剂裂开以促使准直器模块634从检测器元件阵列638脱层时，防止准直器模块634脱落到该对轨道61A、61B和该对隔离片62A、62B的外侧。

在锥角方向(CONE)上在任一侧上的该对轨道61A、61B中的内端表面和在锥角方向(CONE)上在任一侧上的在锥角方向(CONE)上布置的整个准直器模块634中的外端表面彼此紧靠，彼此由小间隙d分隔。此外，在扇角方向(FAN)上在任一侧上的该对隔离片62A、62B中的内端表面和在扇角方向(FAN)上在任一侧上的在扇角方向(FAN)上布置的整个准直器模块634中的外端表面也彼此紧靠，彼此由小间隙d分隔。这些间隙d每个具有例如大约10-30的大小。通过此种配置，即使当准直器模块634、该对轨道61A、61B和/或该对隔离片62A、62B热膨胀时，防止任一侧上的准直器模块634中的外端表面接触该对轨道61A、61B和/或该对隔离片62A、62B，因此防止准直器模块634中的应力。

图10是根据第二实施例的X射线检测器24'的垂直横截面的部分放大视图。在本实施例中，诸如橡胶或泡沫材料的弹性材料g可插入在在扇角方向(FAN)上在任一侧上的该对隔离片62A、62B中的内端表面与在扇角方向(FAN)上在任一侧上的在扇角方向(FAN)上布置的多个准直器模块634中的外端表面之间，如图10所示。同样地，诸如橡胶或泡沫材料的弹性材料g可插入在在锥角方向(CONE)上在任一侧上的该对轨道61A、61B中的内端表面与在锥角方向(CONE)上在任一侧上的在锥角方向(CONE)上布置的多个准直器模块634中的外端表面之间。通过此种配置，即使当准直器模块634脱落时，防止其在该对轨道61A、61B和该对隔离片62A、62B的内侧中碰撞，这提升了安全。

此外，第二检测器模块63可具有某个配置，其中多个准直器模块与单个检测器元件阵列638组合。通过此种配置，在X射线检测器24'的制作或装配中的过程步骤的减少和准确度的增强可以是可能的。

根据上述实施例，X射线检测器包括：在逐渐变细的指定方向上在两侧上具有外端表面的准直器，该方向是锥角方向(CONE)或扇角方向(FAN)；以及一对块，设置成在上面提及的指定方向上将上面提及的准直器夹在中间，并且在逐渐变细的上面提及的指定方向上在两侧上具有内端表面；因此，即使在在准直器与检测器元件阵列之间发生粘合剂脱层的情况下，也能够通过所谓的楔效应来防止准直器从上面提及的X射线检测器脱落。

本发明并不限于上述实施例，并且若干修改可进行而不脱离本发明的精神和范围。

例如，虽然上述实施例涉及X射线CT设备，但本发明可应用到其中X射线CT设备与PET或SPECT组合的PET-CT或SPECT-CT设备。