专利名称：X射线ct固态探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及到X射线CT固态探测器，更确切地说是涉及到这样一种X射线固态探测器，它安排成借助于排列成阵列形式的多个辐射探测器，通过准直器件而探测通过被测对象透射的扇形X射线。
为
图15通常所示，现有技术的X射线CT设备包括一个X射线CT固态探测器(它含有一个X射线管71、一个准直器件72和一个探测区73)，并安排成使由X射线管71辐射到被测对象上的扇形X射线束75而得到的透射X射线通过准直器件72被引导到探测区73并被探测区73所探测。
在每个探测区73中，使辐射转换成光的闪烁器与使光转换成电信号的光电转换元件的组合，在衬底上以一维阵列的形式被平行地排列。在每个区73中，一般在衬底上排列8-30个闪烁器与光电转换元件的组合。这种探测区73在预定圆周上以多边形形式连续排列并与准直器件72结合，从而组成X射线CT固态探测器74。
在这种X射线CT固态探测器中，为图16所示，准直器件72和各个探测区73被固定于安装板80上。准直器件72包含多个安放在箱式支持体(图16中未示出)中的准直板72a。每个准直板72a通过支持体被固定于安装板80上，使各准直板72a指向X射线产生点。在各个探测区73中，闪烁器阵列73a和光电二极管阵列73b的装置被固定于支持座81。每个探测区73被固定于安装板80，使各探测区73和准直器件72形成一个单一结构。每个准直板72a要求置于相邻闪烁器元件之间的各个边界B上。因而在安装板80上排列有定位销。借助于将销82固定在探测区73支持座81中制作的固定孔中，准直器件72与各探测区73被彼此相对定位。
在这种现有技术的固态探测器中，准直器件72与探测区73之间的相对位置关系只决定于定位销82。这就不利地造成难以改善定位精度。更具体地说，准直板72a由支持体固定，而闪烁器阵列73a由支持座81固定，且支持体与支持座81通过安装板80和销82连接。这样，在准直板72a和闪烁器阵列73a之间就插有大量元件。这就不利地使得难以改善准直板72a与闪烁器阵列73a之间的最重要的定位精度。
本发明的目的是提供一种装置相对简单而经济的能使准直板与探测区始终高精度定位的X射线CT固态探测器。
为了达到上述目的，本发明提供了一种配备有多个探测区的X射线CT固态探测器，每个探测区带有一个衬底、一个固定在此衬底上的光电二极管阵列以及一个固定在此光电二极管阵列上的闪烁器阵列，此探测器还配备有一个带有多个固定于支持体的准直板的准直器件，并安排成使由X射线光源辐射到被测对象上的扇形X射线束而得到的透射X射线通过准直器件被引志到探测区。每个衬底固定有一个槽板，此槽板在预定位置处有一个安装准直板的槽。闪烁器和光电二极管阵列以闪烁器和光电二极管阵列与槽板之间维持的预定位置关系被固定于各个衬底。每个探测区和准直器件被彼此固定，其准直板固定于槽板的槽中。
各槽的各个横向壁的厚度要不影响与固定在槽中的准直板相邻。
根据具有上述安排的X射线CT固态探测器，每个探测区的闪烁器和光电二极管阵列以相对于槽板维持的预定位置关系被固定于衬底。而且以固定于槽板的槽中的准直板，每个探测区和准直器件被固定成单一结构。根据上述安排，准直板直接相对于槽板定位，而闪烁器和光电二极管阵列以相对于槽板维持的预定位置关系被固定于衬底。因此，比起现有技术安排(其中的闪烁元件用排列的设计位置处的销，通过诸如支持二极管、固定板之类的许多元件而定位)来说，能够改善闪烁器元件与准直板的相互定位精度。
根据本发明的一个最佳实施例，每个槽板是一个宽度等于各衬底的宽度的矩形，且制作在其表面上，沿其宽度方向延伸有一伸出部分，且此伸出部分在其中央处有一个凸部，在凸部的顶端制作一个槽，槽沿将槽板宽度分成二个相等部分的中心线延伸，槽的宽度与深度使准直板可固定在槽中。
作为变通，各个槽板也可以带有槽的截面为L形的并被排列在其上安装有槽板闪烁器和光电二极管阵列的各个衬底的表面上并与这些阵列相邻。各槽板也可以是带有槽并排列在闪烁器和光电二极管阵列附近的槽板。
根据本发明，X射线CT固态探测器可安排成每个衬底在其预定位置处配备有一个安装准直板的槽，以致每个衬底固定有其中心线与槽中心线对准的闪烁器和光电二极管阵列，以致被安装在槽中的准直板的形状跨过闪烁器和光电二极管阵列，并使准直板安装于槽中。
根据上述安排，准直板直接相对于槽板被定位，且闪烁器和光电二极管阵列以其相对于槽板维持的预定位置关系被固定于衬底。这就改善了闪烁器元件相对于准直板的定位精度。
根据上述安排，可以采用在其预定位置处带有一对固定于其上的一对探测区的各个衬底，每个探测区有一个安装准直板的槽。根据此安排，槽不直接制作在衬底中，而是制作在固定于衬底的探测区中。这就增大了探测区材料选取、衬底槽高度等等设计中的自由度，使探测区能制成最佳形状。
图1是垂直剖面图，示出了本发明一个实施例的安排；图2是图1中探测区1的分解透视图；图3是图1中准直器件2的主要部分的透视图；图4是垂直剖面图，示出了本发明另一实施例的安排；图5是垂直剖面图，示出了本发明又一实施例的安排；图6是垂直剖面图，示出了本发明再一实施例的安排；图7是图6中探测区1的分解透视图；图8(a)是用于图6中准直器件2中的常用准直板的透视图；图8(b)是用于图6中准直器件2中的且带有待安装于制作在衬底中的槽中的安装部位的准直板的透视图；图9是图6中的探测区1和准直器件2的分解透视图；图10透视图示出了本发明又一实施例的探测区1的衬底15；图11是本发明所用的安装固态探测器方法中所用的夹具61的透视图；图12是固定于准直器件2的夹具61沿准直板21厚度方向平面的剖面图；图13是固定于准直器件2的夹具61沿延伸于准直板21表面的平面的剖面图；图14是垂直剖面图，示出了用图13所示方法定位的探测区1如何固定到准直器件2；图15示出了普通X射线CT设备的安排；图16示出了用于X射线CT设备中的现有技术固态探测器的安排。
下面参照附图来讨论本发明的最佳实施例。
图1是垂直剖面图，示出本发明一个实施例的安排，图2是图1中探测区1的分解透视图，而图3是准直器件2的主要部分的透视图。
如图2所示，每个探测区1包含(i)一个衬底10，其上连接有一个接于下面要讨论的光电二极管12a的信号线电缆10a，(ii)一个闪烁器阵列11，其上以一维阵列形式排列有多个闪烁器元件11a，以及(iii)一个光电二极管阵列12，其上也以一维阵列形式排列有数目与闪烁器元件11a相等的光电二极管12a，此光电二极管和闪烁器阵列12和11安装在衬底10上。在此实施例中，在槽板13固定于衬底10的下侧的条件下，这些阵列11和12被固定于衬底10。衬底10在其一个端侧配备有一个通孔10b，用它将衬底10通过槽板13而固定于准直器件2。
槽板13由宽度等于衬底10的宽度的矩形板构成，并在其表面上配备有一个沿板的宽度方向延伸的伸出部分13a。伸出部分13a在其中央处配备有一个凸部，并在凸部的顶部制作了一个槽13b。槽13b制作在将槽板13的宽度分成二个相等部分的中心线C上。槽13b的宽度和深度使准直器件2的准直板21可安装在其中。更具体地说，槽的宽度约为100-300μm而深度约为1-1.5mm。槽13b的各个侧壁设定成不影响与槽13b中所安装的准直板相邻的准直板。例如，用线割电火花机、切割锯之类来制作槽13b。槽板13在其二端配备有通孔13c和13d，用它们使槽板13固定于准直器件2。
在本实施例中，闪烁阵列11和光电二极管阵列12根据下列手续以相对于槽13b维持的预定位置关系被固定到衬底10。
更具体地说，以光电二极管阵列12的中心轴C12与衬底10的中心轴C10对准，用粘合剂之类将光电二极管阵列12固定到衬底10，并以闪烁器阵列11的中心轴C11与光电二极管阵列12的中心轴C12对准，用粘合剂之类将闪烁器阵列11固定到光电二极管阵列12。更具体地说，当各个闪烁器阵列11和光电二极管阵列12具有偶数数目的元件且衬底10的宽度等于各个闪烁器阵列11和光电二极管阵列12的宽度时，衬底10、闪烁器阵列11和光电二极管阵列12可由位于同一平面上的衬底10、闪烁器阵列11和光电二极管阵列12的一个侧面而相互连接。另一方面，衬底10和槽板13可用粘合剂之类以位于同一平面上的衬底10和槽板13的一个侧面而相互连接并以衬底10的一个纵向端与伸出部分13a的一个侧面相接触。用这种装配方法，闪烁器阵列11和光电二极管阵列12以相对于槽板13维持的预定位置关系被彼此固定；亦即，以各个阵列11和12的中央线与槽板13的中心线C对准。在这种装配中，各个阵列11和12具有偶数数目的元件且槽13b制作在槽板13的中心线上。因此，各个阵列11和12的中心处的元件边界B处于槽板13的槽13b的中心。
如图3所示，准直器件2包含多个由支持件22a和22b固定于其二端的准直板21，且支持件22a在其侧面被固定于主箱体30。准直器件2被置于X射线设备中，其每个准直板21指向点状X射线源。各个准直板21由对X射线有很高屏蔽能力且其原子序数很高的诸如钨、钼之类的薄板制成。准直板21的安装间距与各个闪烁器阵列11和光电二极管阵列12的元件间距相等。为下所述，准直器件2和探测区1被彼此固定成使每个准直板21位于每个阵列11和12的各个元件边界B上。
更具体地说，为使探测区1能够连接于准直器件2，准直器件2的支持件22a和22b的各个下侧由一组多个正如常规所做的那样排列在圆周所分成的区域中的平坦接触面23组成，由这些接触面23所组成的多边形接近于圆。每对接触面23有对应于衬底10的通孔10b和槽板13的通孔13c和13d的内螺纹29。每个探测区1被固定于每对接触面23。
各探测区1如下所述地被固定于准直器件2。为图1所示，准直器件2的预定值直板21被安装在探测区1槽板13的槽13b中，使探测区1和准直器件2沿元件安排方向定位，且槽板13的一个端面排列成与主箱体30的侧面接触，使探测区1和准直器件2沿与上述元件安排方向成直角的方向定位。然后在衬底10的通孔10b中和槽板13的通孔13c和13d中插入螺栓(未示出)，再拧入内螺纹29，致使探测区1固定于准直器件2。在这种固定情况下，槽13b位于各个闪烁器阵列11和光电二极管阵列12的中心处的元件边界B上。因此，各个准直板21准确地位于探测区1的各个闪烁元件边界B上。
各个探测区1和准直器件2只在准直板21安装于探测区1的槽13b的位置处彼此固定。但各个探测区1被定位成与支持体22a和22b的接触面23以及与主箱体30的表面相接触。因此，当探测区1和准直器件2被定位之后固紧螺栓时，虽然定位之后螺栓被旋入内螺纹，探测区1也决不会由于摩擦而移动。为了改善定位精度，与各槽板13相接触的主箱体30的表面最好改善平面精度。
图4是垂直剖面图，示出了本发明另一实施例的安排。在图4的实施例中，槽板43的剖面大体是L形，等效于图2中槽13b的槽43b被固定在各个衬底10的其上安装有闪烁器阵列11和光电二极管阵列12的表面上，槽板43排列在阵列11和12附近。在图4的实施例中，当各个探测区1和准直器件2彼此固定时，准直板21被安装在槽板43的槽43b中，且槽板43被固定在衬底10与准直器件2的一个支持件22a之间。
图5是垂直剖面图，示出了本发明又一实施例的安排。在图5的实施例中，带有等效于图2中槽13b的槽53b的棒状槽板53被固定在各个衬底10的其上安装在闪烁器阵列11和光电二极管阵列12的表面，槽板43排列在阵列11和12附近。在图5的实施例中，当各个探测区1和准直器件2被彼此固定时，准直板21被安装在槽板53的槽53b中，且槽板53与直器件2的一个支持件22a的侧表面相接触。
图6是垂直剖面图，示出了本发明另一实施例的安排。图7是图6中探测区1的分解透视图。图8(A)和图8(B)是用于图6准直器件2中的准直板的透视图。图9是图6中探测区1准直器件2的分解透视图。
衬底15在将衬底15的宽度分成二等分的中心线C上有一个槽15a。以光电二极管阵列12的中心轴C12与衬底10的中心线C相对准而将光电二极管阵列12连接于衬底15，并以闪烁器阵列11的中心轴C11与光电二极管阵列12的中心轴C12相对准而将闪烁器阵列11连接于光电二极管阵列12。准直器件2包含多个图3所示的准直板21。但图6的这一实施例与上述各实施例的不同之处在于，此准直板包含二种类型的准直板，亦即图8(A)所示的常用准直板21和图8(B)所示的带有安装部位24a的准直板24。有相邻准直板的距离以及准直板的数目方面，图6的这一实施例与早先所述的各个实施例是相同的。例如，当各个探测区1有N个闪烁元件时，每N个准直板插入一个带有安装部位24a的准直板24，并排列成位于对应于各探测区1的各准直器件区的中心。更具体地说，各探测区为准直器件2的每对接触面23排列。各准直器件区中心处的准直板由带有安装部位24a的准直板24组成，而其它的准直板由通常准直板21组成。借助于将准直板24的安装部位24a安装于各衬底15的槽15a中，各个探测区1和准直器件2彼此相对定位。于是，准直器件2与各个探测区1之间的相对位置关系就借助于将准直板24的安装部位24a安装于探测区1的中心处的槽15a中而被确定，而探测区1用形成在衬底15中的箱体固紧孔27以螺丝固定于准直器件2。于是，常用的准直板21被排列在各个带有安装部位24a的准直板24附近且定位于闪烁器阵列的元件边界位置。
图10是本发明又一实施例中每探测区1的衬底15的透视图。在图10的这一实施例中，各个衬底15不直接配备槽，而是有连于其上的块28。每个块28有一个槽28a。于是，图8(B)所示的准直板24被安装于槽28a中。这些块28由可机加工的陶瓷、金属、玻璃之类制成并用粘合剂、螺钉之类固定于衬底15。这些块28在衬底15的中心部位以及在下一步骤中要连接于箱体的那些衬底15的端部之外的其它部位处被连接于衬底15。
根据图10中的实施例的安排，在各衬底15上不直接制作槽，而是在固定于各衬底15的各个块28中制作槽。这就增大了选取块28材料、衬底中各槽的高度等的设计自由度、使各个块28可制成最佳形状。通常，可机加工的陶瓷或金属比起用来制作电路的印刷电路板来说可提高机加工精度。这使各槽的宽度之类得以精确加工。而且，各槽的位于高于衬底15的表面。这就不一定要求带有特别伸出的安装部位的准直板，普通准直板也可采用(以其端部用作安装部位)。
根据本发明的概念，准直板被固定于槽中，使探测区、准直器件的准直板以及探测区的闪烁元件彼此恰当地定位。此概念也可用于装配X射线CT固态探测器的方法。下面的描述将讨论这一方法的一个例子。
图11是用于上述装配方法的夹具61的透视图。图12是固定于准直器件24夹具61沿准直板21厚度方向平面的剖面图。图13是固定于准直器件2的夹具61沿延伸于准直板21的表面的平面的剖面图。在此例子中，准直器件2的安排等价于图3所示的安排，而各个探测区1的安排除了在图1和2中不包括槽板13之外都与图1和图2所示的安排相同。
夹具61在其一个表面上配备有多个各安装一个准直板的槽61a。在61a的二侧处，夹具61带有通孔61b，用它将夹具61固定于准直器件2的支持件22a和22b。槽61a的排列间距和角度与准直器件2的准直板21的相等。当夹具61被安装于准直器件2时，一个准直板21被安装在各个槽61a中。夹具61的二个端表面61c和61d被倾斜成分别沿位于夹肯61的二端处的准直板21的中心部Cc和Cd延伸。如稍后要讨论的那样，这些表面61c和61d用作各个探测区1据以固定于准直器件2的参考接触表面。夹肯61表面61c和61d的上端之间的距离等于各探测区1的宽度(沿各闪烁器阵列11和光电二极管阵列12的元件被排列的方向的距离)。
根据采用带上述安排的夹具61的装配方法，如下所述可连续定位并安装三个探测区。
用图12所示的安装于各个槽61a中的准直板21，夹具61通过图13所示的通孔61b用螺栓(未示出)待被固定于准直器件2的支持件22a和22b。更具体地说，根据设计的参考接触表面，夹具(未示出)被安排成使探测区1a，1b的侧面与设计的参考接触表面相接触，然后将准直板21固定于这些夹具(未示出)。再将这些夹具(未示出)移走。然后，图12中实线所示的夹具61被安装，且准直板21被固定于此夹具61。用这一安装的夹具61，探测区1a和1b被排列在此夹具61的二侧并固定于夹具(未示出)已从其中移走了的准直板。然后，为图14剖面图所示，用螺栓(未示出)将探测区1a和1b固定于准直器件2的支持件22a和22b。再移走夹具61，探测区1就根据探测区1a和1b排列。于是，当探测区1a和1b被定位且固定于夹具61的二侧然后移走夹具61时，夹具61已被移走的空间就保持在此空间二侧处的这二个探测区1a和1b之间。因此，可定位并固定另一个探测区1，以其二个横侧面与探测区1a和1b的横侧面相接触。于是，就连续地将三个探测区1a、1b和1定位并固定于准直器件2。重复这一操作，就可连续地将多个探测区定位并固定于准直器件2。
根据上述的装配方法，各个探测区1的安排可加以简化。而且，各探测区1可根据准直板21而相对于准直器件2恰当地定位。比起图16所示的现有技术的安排来说，这就大大地改善了闪烁元件相对于准直板的定位精度。
权利要求
1.一种配备有多个探测区的X射线CT固态探测器，各探测区带有一个衬底、一个固定于此衬底的光电二极管阵列以及一个固定于此光电二极管阵列的闪烁器阵列，此探测器还配备有一个带有多个固定于支持体上的准直板的准直器件，并安排成使得自X射线光源辐射到被测对象上的扇形X射线束的透射的X射线通过准直器件被引到探测区，其特征是每个衬底固定有一个槽板，此槽板在预定位置处有一个其中安装准直板的槽；闪烁器阵列和光电二极管阵列以上述闪烁器和光电二极管阵列与上述槽板之间维持的预定的位置关系被固定于各个衬底；且每个探测区与上述准直器件以一个准直板固定于上述槽板的上述槽中而彼此固定。
2.根据权利要求1的X射线CT固态探测器，其中每个上述槽板是一个宽度等于每个上述衬底的宽度的矩形板并制作成在其表面上带有一个沿其宽度方向延伸的伸出部分，上述伸出部分制作在其带有凸部的中央处，及沿将上述槽板的宽度分成二个相等部分的中心线，在上述凸部的顶部制作槽，并且其宽度和深度使准直板可安装在其中。
3.根据权利要求1和2中任何一个的X射线CT固态探测器，其中截面基本上为L形的槽板固定于其上安装有闪烁器阵列和光电二极管阵列的每个上述衬底的表面，上述槽板被排列成邻接于上述阵列并在预定位置处有一个安装准直板的槽。
4.根据权利要求1和2中任何一个的X射线CT固态探测器，其中一个棒状槽板被固定于其上安装有闪烁器阵列和光电二极管阵列的每个上述衬底的表面，上述槽板被排列成邻接于上述阵列并在预定位置处有一个安装准直板的槽。
5.一种配备有多个探测区的X射线CT固态探测器，务探测器带有一个衬底、一个固定于此衬底的光电二极管阵列以及一个固定于此光电二极管阵列的闪烁器阵列，此探测器还配备有一个带有多个固定于支持体的准直板的准直器件，并安排成使得自X射线光源辐射到被测对象的扇形X射线束的透射的X射线通过准直器件被引到探测区，其特征是每个衬底在其预定位置提供有其中安装准直板的槽；每个衬底固定有闪烁器与光电二极管阵列，其中心轴与上述槽的中心轴对准；待要安装在上述槽中的准直板的形状使得能跨过上述闪烁器阵列和上述光电二极管阵列；且上述准直板固定在上述槽中。
6.根据权利要求5的X射线CT固态探测器，其中一对各带有一个安装上述准直板的槽的探测区被固定于每个衬底的预定位置处。
全文摘要
一种X射线CT固态探测器配备有多个探测区,每个探测区带有一个衬底、一个固定于此衬底的光电二极管阵列以及一个固定于此光电二极管阵列的闪烁器阵列,此探测器还配备有一个带有多个固定于支持体的准直板的准直器件,并安排成使由X射线光源辐射到被测对象上的扇形X射线束而得到的透射的X射线通过准直器件被引到探测区。提高了闪烁器元件相对于准直板的定位精度。
文档编号H01L31/09GK1171556SQ9711352
公开日1998年1月28日 申请日期1997年6月27日 优先权日1996年6月28日
发明者户波宽道, 大井淳一, 和田干生, 泽田良一 申请人:株式会社岛津制作所