专利名称：具有提高的反射率的可塑和固化的反射器材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于X射线检测器的可塑和固化的反射器材料，该X射线检测器具有将X射线转换成光的检测器材料，而该检测器材料被分成多个由反射器材料分开的片段，其中，该反射器材料包括聚合体矩阵(Polymermatrix)。此外，本发明还涉及一种包含这种材料的X射线检测器、一种用于制造这种材料的方法以及一种用于制造X射线检测器的方法。
背景技术：
在计算机断层造影仪(CT)中经常使用包括作为检测器材料的硫氧化钆陶瓷(UFC陶瓷)的X射线检测器。借助于这种材料可以将X射线转换成可见光。然后，从利用耦合的光电二极管形成的电信号中重建出X射线图像。在建造该检测器时通过锯开来构造检测器材料，以便得到由锯槽相互分开的、单个的、小的相邻设置的检测器片段。这种由多个检测器片段组成的检测器模块与一个光电二极管模块耦合，该光电二极管模块由一个包括与单个检测器片段匹配地相邻设置的光电二极管的光电二极管阵列以及一个用于读出各个光电二极管元件的导体结构组成。这样，一个检测器片段与所属的光电二极管元件形成一个检测器通道。检测器模块的不朝向光电二极管模块的外表面覆盖了一个光学反射层。同样，利用一般被称为“间隔物(Septen)”的光学反射的分离层分开了锯槽。由此保证了，可以借助于所连接的光电二极管对在每个检测器通道中通过出现的X射线量子而产生的光灵敏且分别地做出反应，而不会出现向外辐射或辐射到其它通道中的辐射损失。
迄今为止，按照所描述的方式制造一维结构的行检测器。在外部发射器通常由填充了TiO2的环氧树脂(例如Araldit 2020)组成的同时，在这种检测器中反射的间隔物通常由用填充了TiO2的聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)涂层的铝薄膜组成。此外，对于其它结构将填充了BaSO4的Hostaphan薄膜用于外反射器且作为间隔物材料使用。
不过，对于更快的CT设备需要非一维的、而是在两个空间方向上构造的检测器，因为该检测器允许直接地对解剖立体进行成像。为了产生两维的、矩阵形式的检测器结构迄今为止经常是对行检测器进行组合。
对于较新的二维结构的检测器的更为合理的制造来说，明显更为有利的是，在检测器材料中就已经通过对应的交叉锯开而产生二维的结构。不过，与一维结构的检测器相比，在二维结构的检测器中通过在二维结构中设置薄膜而将各个检测器通道光学分离如果不是不可能的话也是非常困难的。因此，优选的是，通过用高反射的可浇铸的固化反射材料填充该结构而产生间隔物。不过，迄今为止还没有适当的可塑、固化、尽可能光密且高反射的材料可供使用。迄今所使用的由填充了TiO2的环氧树脂组成的外反射器材料作为间隔物材料不是最佳适合的，因为反射率对于干净地分离各个检测器来说是不够的。该反射率也不能通过进一步增加TiO2而改善，因为TiO2的本征反射在填充率超过20-25％时不再继续增加。同时，在较高填充度的条件下由于没有固化的悬浮物的粘度增加使得至窄锯间隔中的入射恶化。
发明内容
从该现有技术出发，本发明要解决的技术问题是，在二维结构的情况下也可以干净地分开各个检测器通道。
本发明的发明者惊奇地发现如果在反射器材料中加入一种额外的细致分布的气体和/或另一种光学反射材料，则可以提高反射器材料的反射率并改善其光密性。
因此，本发明提供一种用于X射线检测器的可塑和固化的反射器材料，该X射线检测器具有将X射线转换成光的检测器材料，而该检测器材料被分成多个由反射器材料分开的片段，其中，该反射器材料包括聚合体矩阵，该聚合体矩阵包含第一光学反射材料以及细致分布的气体和/或与第一光学反射材料不同的第二光学反射材料。
作为检测器材料特别适合的是已经在上面描述的将X射线转换成可见光的UFC陶瓷。
聚合体矩阵优选地由合成树脂(Kunststoffharz)、特别是环氧树脂或者PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)构成。这种合成树脂可以从可以与反射材料的其它成分均匀混合的液态的聚合物成分构成，然后在将反射器材料加入到X射线检测器中之后控制地进行固化。
在按照本发明的反射器材料中的第一光学反射材料是从由TiO2，BaSO4，WO3，Gd2O3，Sb2O3，Ta2O5，La2O3，SnO，BaCO3和它们的混合物组成的组中选择的。
如果除了第一光学反射材料之外还存在第二光学反射材料，则第一光学反射材料优选为TiO2，其已经在常规的外反射器中使用、但单独对于所希望的高反射率是不够的。
作为第二光学反射材料优选地使用从由BaSO4，WO3，Gd2O3，Ta2O5，La2O3，Sb2O3，SnO，BaCO3和它们的混合物所组成的组中选择出的一个。这些材料通过其与TiO2相比更高的原子序数还具有这样的优点避免了或至少显著地减少了在光电二极管上的起干扰的直接X射线入射。
此外，所述另一种光学反射材料还导致了与TiO2的反射度独立的反射加强。
在反射加强通过上述材料充分提高的情况下，该材料也可以作为单独的光学反射材料来使用。
气体尤其是惰性气体或者惰性气体的混合物、优选为氮气和/或二氧化碳。优选地通过对例如NH4NO2，(NH4)2CO3，NaHCO3的化合物的加热在反射器材料中就地形成气体。不过，也可以通过化学反应来释放气体。
气泡的大小对于最佳的反射能力来说优选位于0.5-1μm的范围内或者大致在反射微粒的2至5倍平均微粒大小。通过细粒状的产生气体的材料的均匀分布，可以实现在聚合体矩阵中最小的气泡的均匀分布，这种分布同样会导致反射率的提高。
在另一个方面，本发明涉及一种带有检测器材料的X射线检测器，该检测器材料将X射线转换成光、优选为可见光，并且被分成多个片段，其中，检测器材料的各个片段由一种根据本发明的反射器材料分开。
为了构成用于对解剖立体成像的二维平面检测器，优选将X射线检测器的片段按照矩阵形式设置在一个平面内。不过，按照本发明的检测器材料也可以在迄今常见的一维行检测器模块的建造中使用。
按照本发明的X射线检测器可以优选地用于不同的X射线装置。
此外，本发明还涉及一种用于制造反射器材料的方法，该方法包括下列步骤a)在液态的聚合物混合物中解胶第一光学反射材料或者其在先物质以及一种可以释放出气体的化合物，和/或第二光学反射材料或者其在先物质，b)均匀地混合所形成的悬浮液，c)在存在光学反射材料的在先物质的情况下，该在先物质转变成对应的光学反射材料，和/或在存在可以释放出气体的化合物的情况下，从该化合物中释放出气体，d)与步骤c)同时或者在其之后让液态的聚合物混合物固化。
在先物质的转变和/或气体的释放优选地通过加热和/或化学反应来实现。
聚合物混合物的固化同样优选地通过加热来实现，不过，也可以例如通过照射或者通过其它手段来实现。
优选的光学反射材料和气体已经在上面进行了描述。
液态的聚合物混合物是由环氧树脂的两种组分(双酚A以及硬化剂)组成的。
加热或化学反应优选地如下进行在气体形成中构成在反射器材料中均匀分布的细致分布的气泡。
特别具有优势的是，气体和/或光学反射材料是就地形成的。在采用气体时形成了在固化中稳定(利用低压)填充的气室。光在聚合体矩阵/气体/填充物之间的传送，在相同填充度的条件下导致反射率提高，并由此也改善了光密性。
此外，可以通过掺合一种反射光的材料本身(BaSO4)和/或一种接收所形成气体的材料(溶解环氧树脂的Ba(C2H5)2，固体CaO，BaO)，形成另一种反射光的物质以及在气室中的低压()。可以通过在固化期间施加外部低压和/或通过在固化之前的加热来控制气室中的该低压或者气泡大小。在此，如果折射率跃迁加大，则反射率提高。
此外，优选地通过将产生气体的物质按照较薄的层涂敷于反射(TiO2)微粒的表面并且从该位置执行气体形成，也可以产生包括在气泡中的、由聚合体矩阵分为薄层的(delaminierte)反射(TiO2)微粒，并由此造成折射率跃迁(TiO2/气体)的最大增加。通过这种方法也可以采用较低强度反射的物质，不过该物质具有较高的X射线吸收。
金属有机化合物由于其环氧树脂的溶解性而优选用来形成光学反射材料，因为其在混合时不会造成粘度的增加。这样一种就地化学反应的例子如下。
最后，本发明涉及一种用于制造X射线检测器的方法，该方法包括下列步骤a)将检测器材料分成单个的片段，使得这些片段相邻设置并且在这些片段之间存在缝隙，b)利用根据本发明的反射器材料来浇铸这些片段之间的缝隙，以及c)让反射器材料固化。
这种新的和简单的方法首次利用本发明成为可能，该方法包括利用光学高反射材料来浇铸结构化的检测器材料，以便分开各个检测器通道。
然后可以按照通常的方式利用透明胶将该模块粘到光电二极管阵列上。
下面参考附图根据实施方式对本发明作进一步的说明。图中图1表示用UFC陶瓷制造二维X射线检测器的图解，图2表示穿过本发明的反射材料一个层的截面图。
具体实施例方式
图1中示意地示出了二维X射线检测器的表示，其可以用于在现代的CT技术中显示解剖立体。
在此，首先将一块UFC陶瓷锯成均匀的片。
在步骤I中示出了这种UFC陶瓷构成的片1。首先利用所谓的反射器涂层(Deckreflektorschicht)2来覆盖该片1，该反射器涂层优选地由与用来填充发射器片段相同的灌注材料组成。随后，反射器涂层2朝向到来的X射线量子的方向。然后，在步骤III中从背面、即从背离(wegweisen)反射器涂层2的一面出发借助于合适的锯装置6在UFC陶瓷片1上交叉地锯出槽3，从而形成带有相邻以及重叠设置的检测器片段4的矩阵形结构。
在此，可以同时对多个检测器模块执行工作步骤I至III，其中，采用较大的陶瓷片1然后将该结构化的片细分，以便得到单个的检测器模块。
然后，在步骤IV借助于适当的灌注装置7为槽3浇铸反射器材料的液态悬浮液，然后该悬浮液固化。在此要保证，在UFC陶瓷片1的外边上同样要由反射器材料形成层5。
然后，在步骤V中在陶瓷的表面上打磨去多余的材料，使得结构化UFC陶瓷片1与反射器涂层2相对的一面上没有反射材料。由此，完成了实际的检测器模块8。然后，在随后的步骤VI中将该检测器模块8与光电二极管模块9这样耦合，使得检测器片段3分别处于光电二极管模块9的光电二极管阵列的一个光电二极管元件上，从而有关的光电二极管元件可以采集在各检测器片段3中产生的光辐射并且转换成电信号。
图2示出了检测器片段10和间隔物11之间的边界层的截面。在间隔物11中的反射材料由环氧树脂12组成，该反射材料包含气泡13和光学反射材料14(这里是TiO2微粒14)。在气泡13中优选存在介于大约0.01巴和大约0.9巴之间的低压。
在图2的左下角示出了一个用于说明在气泡13和TiO2微粒14之间的光学过渡的放大图。
在图2中还示出了如何在检测器片段10中从一个X射线量子R产生以强度I0在所有方向上照射的光。该光一部分侧面地击中在间隔物11中的反射材料，在此特别是也击中反射的TiO2微粒14。从TiO2微粒14反射回来的强度IR不仅取决于TiO2微粒14的折射率n2、而且取决于由其出发的光线击中TiO2微粒14的材料的折射率n1。也就是说，要整体地考虑光学过渡。在此，对于给出反射强度IR与入射的强度I0的比值的反射能力R下式成立R=IRI0=(n2-n1)2(n2+n1)2.]]>在TiO2微粒14的折射率n2≈3.1以及一方面气体折射率n1≈1而另一方面环氧树脂的折射率n1≈1.6的条件下，在由环氧树脂12到TiO2微粒14的过渡中形成反射能力R≈0.10，而在由气泡13到TiO2微粒14的光学过渡中则可能实现大约R≈0.26的反射能力。这清楚地表明借助于气泡13可以显著地提高反射能力R，在此，应该优选地保证，尽可能多的反射材料微粒14位于气泡13的边沿上。
最后，为了更好地理解在下面例子1中描述了一种用于制造按照本发明的反射材料的可能性。
例子1制造用于计算机断层造影设备的复杂UFC平面检测器的高反射、吸收X射线的灌注材料。
将25g Ta2O5与0.01至10g、优选为0.1至1g磨细的碳酸铵((NH4)2CO3)(微粒大小为0.05至2μm，优选为0.2至0.5μm)进行混合，并且在环氧树脂的A成分(双酚A)中解胶。所得到的悬浮液可以一直保存12周。
然后，与对应的B成分(硬化剂)的量(在双酚A部分上计算的)均匀混合。
然后，将与硬化剂混合的带有较小浓度的悬浮液，在适合于检测器生产的室温下进行处理，并且在40℃时回火2.5小时。在此，浓度大概提高到了成倍的值。紧接着加热到80℃。在此，加入的碳酸铵在形成二氧化碳的条件下分解，并且形成被固定在固化的环氧物质中的细的气泡。
在该方法中特别优选的是，为检测器构造的细致结构的处理提供了低粘度的悬浮液。此外优选的是，可以首先在没有形成气体的条件下通过预先硬化来设置适当的浓度，由此在随后的气体形成中产生在材料中均匀分布的、极其细致的单个气泡。
权利要求
1.一种用于X射线检测器的可塑和固化的反射器材料，该X射线检测器具有将X射线转换成光的检测器材料，而该检测器材料被分成多个由反射器材料分开的片段，其中，该反射器材料包括聚合体矩阵，该聚合体矩阵包含光学反射材料以及细致分布的气体。
2.根据权利要求1所述的反射器材料，其特征在于，所述聚合体矩阵由合成树脂构成。
3.根据权利要求2所述的反射器材料，其特征在于，所述合成树脂包括环氧树脂或者聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的反射器材料，其特征在于，所述光学反射材料是从由TiO2，BaSO4，WO3，Gd2O3，Ta2O5，La2O3，SnO，Sb2O3，BaCO3和它们的混合物组成的组中选择的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的反射器材料，其特征在于，所述光学反射材料包括TiO2。
6.根据权利要求5所述的反射器材料，其特征在于，所述光学反射材料还包括WO3，Gd2O3，Sb2O3，BaSO4，Ta2O5，La2O3，SnO，BaCO3或者它们的混合物。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的反射器材料，其特征在于，所述气体是惰性气体或者惰性气体的混合物、优选为氮气和/或二氧化碳。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的反射器材料，其特征在于，所述气泡的大小位于0.5-1μm的范围内。
9.一种带有检测器材料的X射线检测器，该检测器材料将X射线转换成光并且被分成多个片段，其特征在于，所述检测器材料的各个片段由一种根据权利要求1至8中任一项所述的反射器材料分开。
10.根据权利要求9所述的X射线检测器，其特征在于，所述片段处于一个平面内。
11.一种带有根据权利要求9或10所述的X射线检测器的X射线装置。
12.一种制造根据权利要求1所述的反射器材料的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤a)在液态的聚合物混合物中解胶一种光学反射材料或者该材料的在先物质以及一种可以释放出气体的化合物，b)均匀地混合所形成的悬浮液，c)在存在光学反射材料的在先物质的情况下，该在先物质转变成对应的光学反射材料，并且从可以释放出气体的化合物中释放出气体。d)与步骤c)同时或者在其之后让液态的聚合物混合物固化。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述液态的聚合物混合物是由环氧树脂或者聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)的两种成分组成的。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述气体和/或光学反射材料是通过加热和/或化学反应构成的。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述气体和/或光学反射材料是就地形成的。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其特征在于，通过在固化期间施加外部低压和/或通过在固化之前的加热来控制气泡大小。
17.一种用于制造X射线检测器的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤a)将检测器材料分成单个的片段，使得这些片段相邻设置并且在这些片段之间存在缝隙，b)利用根据权利要求1至8中任一项所述的反射器材料来浇铸这些片段之间的缝隙，以及c)让反射器材料固化。
全文摘要
本发明涉及一种用于X射线检测器的可塑和固化的反射器材料，该X射线检测器具有将X射线转换成光的检测器材料，而该检测器材料被分成多个由反射器材料分开的片段，其中，该反射器材料包括聚合体矩阵，该聚合体矩阵包含第一光学反射材料以及细致分布的气体和/或与第一光学反射材料不同的第二光学反射材料。此外，本发明还涉及一种包含这种材料的X射线检测器、一种用于制造这种材料的方法以及一种用于制造X射线检测器的方法。
文档编号C08L63/00GK1904641SQ200610110030
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月28日 优先权日2005年7月28日
发明者曼弗雷德·科布希 申请人:西门子公司