X射线探测器中的光导的制作方法

本发明涉及用于x射线探测器的光导板、x射线探测器、x射线成像系统和用于探测用于医学x射线成像的x射线辐射的方法。

背景技术：

在x射线成像中，相衬和暗场成像越来越令人感兴趣，例如用于肺的2d放射摄影检查。由于将需要相当大的吸收器光栅，所以已经开发了结构化闪烁体，其中，闪烁体自身被提供为仅转换主要来自特定方向范围的入射x射线辐射的光栅。例如，alowcostmethodforhardx-raygratinginterferometry“(yangdu等人，2016年11月；ipopublishing,instituteofphysicsandengineeringinmedicine；phys.med.biol.61(2016)第8266-8275页)描述了一种结构化闪烁体。然而，提供暗场x射线成像中的充分的信号需要的闪烁体部分的高纵横比减小了入射光子的范围(即，入射的且有效的辐射的范围)。

技术实现要素：

因此，可能需要提供闪烁体的聚焦。

本发明的目的由独立权利要求的主题解决；进一步的实施例被包含在从属权利要求中。应当指出，本发明的以下所描述的方面还适于用于x射线探测器的光导板、x射线探测器、x射线成像系统和用于探测用于医学x射线成像的x射线辐射的方法。

根据本发明，提供了一种x射线探测器。所述x射线探测器包括第一层中的闪烁体装置、第二层中的光导装置以及第三层中的光敏传感器装置。所述第二层被提供在所述第一层与所述第三层之间。所述闪烁体装置包括具有被布置为通过光栅结构中的壁元件彼此分离的沟槽的多个闪烁体元件的结构化闪烁体；其中，所述沟槽被配置为从一侧接收x射线辐射，并且其中，所述沟槽被配置为在第二侧发射可见光。所述光敏传感器装置包括探测由所述闪烁体元件生成的光的多个传感器元件。另外，所述光导装置包括用于x射线探测器设备的光导板。所述光导板包括被布置为在所述光导板的第一表面与所述光导板的相反的第二表面之间延伸的多个光导元件。所述第一表面被配置用于由待布置在所述光导板的顶部上的所述闪烁体生成的光的进入；并且其中，所述第二表面被配置用于所述光朝向邻近所述光导板布置的所述光敏传感器装置的离开。所述光导元件被配置为将光从所述第一表面层引导到所述第二表面层。另外，所述第一表面和所述第二表面被提供为相对于彼此至少部分地倾斜。所述沟槽被布置为聚焦于x射线源能布置于其中的公共点。所述光敏传感器装置包括探测由所述闪烁体元件生成的光的多个传感器元件。

通过将两个表面布置为相对于彼此倾斜，提供了将闪烁体聚焦到用于入射光子的期望方向范围。这特别地适合于在其灵敏度上具有隐含方向的结构化闪烁体。

根据范例，所述第二表面被布置为平面，并且所述第一表面被配置为凹面。

凹面装置可以是连续的凹面形状或者可以是具有平面部分的区段的多边形形状。

根据范例，所述第一表面被布置为与焦点对齐。

例如，所述光导结构可以因此被聚焦于x射线源。

根据范例，提供了多个板段，所述多个板段被提供有其第一表面相对于其第二表面的不同的倾斜。

因此，提供了促进的制造和装配。

根据范例，所述光导元件被提供为被配置为在其端部之间引导和传送光的光纤。所述光纤为在所述纤维内从所述第一表面引导到所述第二表面的光线提供沿着所述光纤的外边界的全反射。

根据范例，所述光导板包括光透明基础材料，所述光透明基础材料被布置在为从所述第一表面引导到所述第二表面的光线提供全反射的壁段的网格状图案内。

根据本发明，还提供了一种x射线成像系统。所述x射线成像系统包括x射线源和x射线探测器。所述x射线源被配置为生成能由所述x射线探测器探测的x射线辐射。所述x射线探测器被提供为根据以上范例之一的x射线探测器。

在范例中，所述x射线成像系统是暗场x射线成像系统，所述暗场x射线成像系统被配置用于基于归因于相位步进的x射线的相干小散射的光子计数。

根据本发明，还提供了一种用于探测用于医学x射线成像的x射线辐射的方法。所述方法包括以下步骤：

a)在具有结构化闪烁体的第一层中的闪烁体装置中的第一侧接收x射线辐射，所述结构化闪烁体具有被布置为通过光栅结构中的壁元件彼此分离的沟槽的多个闪烁体元件；其中，所述沟槽被布置为聚焦于x射线源能布置于其中的公共点；其中，所述x射线辐射是通过生成可见光来至少部分地传递的；

b)在第二侧通过所述闪烁体装置发射所述可见光；

c)接收所述可见光并将所述可见光从被配置用于由所述闪烁体生成的光的进入的光导装置的第一表面引导到被配置用于所述光朝向光敏传感器的离开的第二表面；其中，所述第一表面和所述第二表面被提供为相对于彼此至少部分地倾斜；并且

d)通过光敏传感器装置探测由所述闪烁体元件生成的所述光。

根据一方面，光导被提供有允许闪烁体的聚焦的倾斜表面。因此，所述闪烁体可以被布置在各自聚焦于x射线源的离散部分中。所述闪烁体可以利用垂直网格结构来制造，以及光导还可以提供有垂直网格结构。

根据一方面，在暗场x射线成像中，可以实现在2d放射摄影检查期间对肺的相衬和暗场成像。一个选项是使用大尺寸吸收器光栅g2，其覆盖整个x射线探测器，其可以以430mm(毫米)x430mm的大小布置。为了充分地吸收在临床上相关的x射线能量(例如高达125kev)的用于暗场成像的辐射，需要高光栅(即，具有高纵横比)。另一选项是所谓的结构化闪烁体，其中，所述闪烁体实际上是首先转换仅在期望位置处的入射x射线的光栅。关于所述结构化闪烁体与诸如光电二极管阵列(例如cmos传感器)的光传感器之间的光导提供这些结构化闪烁体。所述光导可以被提供为光纤板。作为副作用，在光线板中，能够吸收未吸收在所述闪烁体中的x射线并且因此避免将产生额外噪声和辐射损害的所述光电二极管阵列中的不期望的直接转换。在范例中，结构化闪烁体可以在两个主要步骤中被制造；在第一步骤中，光栅底片使用干蚀刻生产为si晶圆。在第二步骤中，所述光栅的所述沟槽填充有csi。即使所述蚀刻过程提供具有垂直于晶圆表面的光栅壁的光栅，倾斜的光导允许将所述结构化闪烁体聚焦到所述x射线源。所述光导可以被提供为楔形光纤板。在范例中，结构化闪烁体被提供有具有80至100mm的si晶圆。因此，在范例中，所述探测器包括5x5或4x4瓦片。

本发明的这些和其他方面将从在下文中所描述的实施例变得显而易见并且得以阐述。

附图说明

将在下文中参考以下附图描述本发明的示范性实施例：

图1示出了具有倾斜表面的光导板的范例的横截面。

图2示出了具有可以聚焦于公共焦点的凹面的光导板的另一范例的横截面。

图3示出了被布置在平面段中的光导板的范例的横截面。

图4示出了具有结构化闪烁体、光导和传感器的x射线探测器的范例的横截面，其中，光导为结构化闪烁体提供倾斜。

图5示出了结构化闪烁体的细节的横截面。

图6示出了x射线探测器的另一范例的横截面。

图7示出了x射线成像系统的范例的示意性设置。

图8示出了肺部检查的内容中的一些几何关系。

图9示出了用于探测用于医学x射线成像的x射线辐射的方法的范例。

具体实施方式

图1示出了用于x射线探测器的光导板10的范例的横截面。光导板10包括被布置为在光导板10的第一表面14与光导板10的相反的第二表面16之间延伸的多个光导元件12。第一表面14被配置用于由待布置在光导板的顶部上的闪烁体生成的光的进入。光的进入利用第一箭头18指示。第二表面16被配置用于所述光朝向待邻近光导板10布置的光敏传感器的离开。光的离开利用第二箭头20指示。光导元件12被配置为将光从第一表面14层引导到第二表面16。第一表面14和第二表面16被提供为相对于彼此至少部分地倾斜。倾斜利用角21指示。

光导板的第一表面还被称为第一板表面。光导板的第二表面还被称为第二板表面。

在范例中，光导板被提供为用于被布置为网格状结构的暗场x射线闪烁体的暗场x射线光导板。

在图2中指示的范例中，第二表面16被布置为平面，并且第一表面14被配置为凹面。

在图2中所示的范例中，光导板10被提供为连续板22。

作为选项，第一表面14被布置为与焦点23对齐。

在范例中，凹面被形成为部分圆柱面，或者圆柱体的一部分。因此，仅在一个方向上提供凹面。因此，第一表面被聚焦于线性焦线。

例如，第一表面和第二表面具有平行于第二表面布置的中心部分，其中，在圆周或者外部空间中，第一表面在一个方向上被提供为凹面。

在范例中，凹面被布置为聚焦于x射线管能够被定位于其中的公共焦点。

在范例中，第二表面被布置为与传感器表面的轮廓匹配的轮廓剖面。

光导元件还被称为光导。

图3示出了包括多个板段24的光导板的范例，其被提供有其第一表面相对于第二表面的不同的倾斜。在基本版本中，提供了三个板段24。在另一更复杂的版本中，在一个方向上提供超过三个(诸如四个、五个、六个、七个、八个、九个、或十个、或更多个)段。在选项中，在另一方向上提供一个到三个或超过三个(诸如四个、五个、六个、七个、八个、九个、或十个、或更多个)段。

在范例中，提供多个板段，其是楔形的以提供公共聚焦区域上的聚焦；垂线或者第一表面被聚焦到公共区域。

在范例中，光导元件被提供为垂直于第一表面。

在范例中，光导元件被提供为垂直于第二表面。

在范例中，光导元件被提供为线性管状元件。

在范例中，光导元件被提供为彼此平行。

在范例中，光导元件被提供为相对于彼此倾斜，使得其聚焦于x射线源可以被布置于其中的公共区域或公共焦点。

相对于侧和表面的术语“第一”和“第二”通常与主要辐射方向有关。

在未进一步示出的范例中，光导元件被提供被配置为在其端部之间引导和传送光的光纤。光纤为在纤维内从第一表面引导到第二表面的光线提供沿着其外边界的全反射。

在范例中，光纤从第一表面14延伸到第二表面16。光导板还被称为光纤板。

在也未进一步示出的另一范例中，光导板包括光透明基础材料，光透明基础材料被布置在为从第一表面引导到第二表面的光线提供全反射的壁段的网格状图案内。

在范例中，光透明基础材料从第一表面14延伸到第二表面16。光导板还被称为光板。

在范例中，基础材料从第一表面延伸到第二表面。因此，壁段之间的透明基础材料提供光导元件。

图4示出了x射线探测器30的范例。x射线探测器30包括：第一层34中的闪烁体装置32；以及第二层38中的光导装置36；以及第三层42中的光敏传感器装置40。第二层被提供在第一层与第三层之间。

还如图5中所示，闪烁体装置包括具有被布置为通过光栅结构47中的壁元件46彼此分离的沟槽的多个闪烁体元件44的结构化闪烁体。沟槽被配置为从一侧接收x射线辐射并且在第二侧发射可见光。作为范例，光栅结构47具有30μm(微米)的周期p和300μm的高度h。光栅结构47被提供有具有以下值的开启角a：

30μm/300μm＝100mrad(毫弧度)＝5.7°

返回参考图4，光敏传感器装置包括探测由闪烁体元件生成的光的多个传感器元48。在优选的范例中，传感器元件大于附图中所示的纤维。光导装置包括根据上文所提到的范例之一的光导板。

沟槽可以被配置为具有底面的沟槽。沟槽还可以被配置为没有由结构材料提供的底面的网格中的凹槽或者间隙。基础材料可以被不同地成形，只要得到的闪烁体元件是在光生成方面彼此分离的条状元件。

在范例中，光栅结构被提供为具有条的网格状结构，在条之间形成填充有闪烁体材料(即，在利用x射线的辐射后生成可见光的材料，例如csi)的凹槽。

光栅结构可以被提供为si光栅模板。

由闪烁体元件生成的光被引导朝向传感器元件。

在一个范例中，以与光导装置的光导元件的数目对齐的方式提供闪烁体元件的数目。

第一层中的闪烁体装置被布置为邻接第二层中的光导装置；并且第二层中的光导装置被布置为邻接第三层中的光敏传感器装置。

因此，在第一层与第二层之间提供第一过渡层，并且因此，在第二层与第三层之间提供第二过渡层。

第一层中的闪烁体装置的与其中第一层邻接第二层中的光导装置的一侧相反的一侧(即，与第一过渡层相反的一侧)被配置为x射线辐射进入或撞击侧，其被提供为面向x射线源。第一层中的闪烁体装置的其中第一层邻接第二层中的光导装置的一侧(即，与x射线辐射进入侧相反的一侧)被配置为主发光侧。

第二层中的光导装置的邻接第一层中的闪烁体装置的一侧被配置为光进入侧。第二层中的光导装置的邻接第三层中的光敏传感器装置的一侧(即，与光进入侧相反的一侧)被配置为光离开侧或者发光侧。

第三层中的光敏传感器装置的邻接第二层中的光导装置的一侧被配置为光进入侧。

通过将闪烁体布置在倾斜的光导板上，闪烁体网格可以被布置为聚焦于x射线源。

在范例中，提供了430毫米×430毫米的探测器面积。例如，x射线源提供具有大约100毫弧度的扇角的扇形射束。

图6示出了具有闪烁体装置32、光导装置36和光敏传感器装置40的x射线探测器30的范例。闪烁体装置32包括多个段。光导装置36还包括多个段。作为选项，段的数目是匹配的。在另一选项中，闪烁体装置32的段的数目是n倍高，诸如闪烁体的两个段被布置在光导装置36的一个段上。

光敏传感器装置40(即，传感器)可以被布置为一个传感器或者多个传感器段。

在选项中，单独的闪烁体元件的数目与光导元件的数目匹配。

在另一选项中，单独的闪烁体元件的数目是光导元件的数目的n倍。

在另一选项中，单独的光导元件的数目是闪烁体元件的数目的n倍。

在又一选项中，元件的数目不匹配并且不是偶数的n倍。

当闪烁体被布置为涉及光学性质的网格或者至少网格状结构时，提供实现更高需求的对齐。

在范例中，闪烁体的沟槽被布置为聚焦于x射线源能布置于其中的公共点。作为范例，沟槽平行于相应的邻近光导元件来布置。例如，平行于光导板的相应段聚焦到的轴布置沟槽。例如，闪烁体元件被提供为在从闪烁体装置的第一表面到闪烁体装置的第二表面的方向上的线性元件。

闪烁体装置的第一表面还被称为第一闪烁体表面。闪烁体装置的第二表面还被称为第二闪烁体表面。在另一范例中，垂直于闪烁体装置的第一表面布置闪烁体元件。

在范例中，闪烁体装置的第一表面和第二表面彼此平行，并且还垂直于闪烁体装置的第二表面布置闪烁体元件。

图7示出了x射线成像系统50的示意性设置。x射线成像系统50包括x射线源52和x射线探测器54。x射线源52被配置为生成能由x射线探测器54探测的x射线辐射。x射线探测器54被提供为根据以上范例之一的x射线探测器。

x射线探测器被提供为无源或者间接探测器，其中，x射线首先被转换为可见光，并且其中，可见光然后被探测。

在选项中，x射线源的焦斑被布置在光导板的焦点中。

图8示出了用于肺部检查的x射线成像装置的几何设置。x射线源60被提供为跟随有源光栅62(还被称为g0)和第二光栅64(被称为g1)。第三光栅66(即，光栅g2)被布置在探测器平面68的前面。在范例中，以上文所提到的结构化闪烁体的形式提供g2。患者70被布置在g1与g2之间。源60与探测器平面68之间的距离sid被提供为2000mm。探测器可以具有430mm的大小s。得到的系统锥角和扇角于是将是：

430:(2x2000)＝108mrad

图9示出了用于探测用于医学x射线成像的x射线辐射的方法100的范例。方法100包括以下步骤：

在第一步骤102(还被称为步骤a))中，在具有结构化闪烁体的第一层中的闪烁体装置中接收x射线辐射，所述结构化闪烁体具有被布置为通过光栅结构中的壁元件彼此分离的沟槽的多个闪烁体元件。x射线辐射是通过生成可见光来至少部分地传递的。在第二步骤104(还被称为步骤b))中，在第二侧通过闪烁体装置发射可见光。在第三步骤106(还被称为步骤c))中，接收可见光并将可见光从被配置用于由闪烁体生成的光的进入的第一表面引导到被配置用于光朝向光敏传感器的离开的第二表面。第一表面和第二表面被提供为相对于彼此至少部分地倾斜。在第四步骤108(还被称为步骤d))中，通过光敏传感器装置探测由闪烁体元件生成的光。

必须指出，参考不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，参考方法类型权利要求描述了一些实施例，而参考设备类型权利要求描述了其他实施例。然而，本领域的技术人员将从上文和以下描述理解到，除非另外通知，否则除属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，与不同的主题有关的特征之间的任何组合还被认为由本申请所公开。然而，所有特征可以被组合以提供超过特征的简单加和的协同效应。

虽然已经在附图和前述描述中详细说明并描述了本发明，但是这样的说明和描述将被认为是说明性或者示范性而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和从属权利要求，本领域的技术人员在实践所主张的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。

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