專利名稱：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
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于X射線檢測器的可塑和固化的反射器材料，該X射線檢測器具有將X射線轉(zhuǎn)換成光的檢測器材料，而該檢測器材料被分成多個由反射器材料分開的片段，其中，該反射器材料包括聚合體矩陣(Polymermatrix)。此外，本發(fā)明還涉及一種包含這種材料的X射線檢測器、一種用于制造這種材料的方法以及一種用于制造X射線檢測器的方法。
背景技術(shù)：
在計算機斷層造影儀(CT)中經(jīng)常使用包括作為檢測器材料的硫氧化釓陶瓷(UFC陶瓷)的X射線檢測器。借助于這種材料可以將X射線轉(zhuǎn)換成可見光。然后，從利用耦合的光電二極管形成的電信號中重建出X射線圖像。在建造該檢測器時通過鋸開來構(gòu)造檢測器材料，以便得到由鋸槽相互分開的、單個的、小的相鄰設(shè)置的檢測器片段。這種由多個檢測器片段組成的檢測器模塊與一個光電二極管模塊耦合，該光電二極管模塊由一個包括與單個檢測器片段匹配地相鄰設(shè)置的光電二極管的光電二極管陣列以及一個用于讀出各個光電二極管元件的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)組成。這樣，一個檢測器片段與所屬的光電二極管元件形成一個檢測器通道。檢測器模塊的不朝向光電二極管模塊的外表面覆蓋了一個光學(xué)反射層。同樣，利用一般被稱為“間隔物(Septen)”的光學(xué)反射的分離層分開了鋸槽。由此保證了，可以借助于所連接的光電二極管對在每個檢測器通道中通過出現(xiàn)的X射線量子而產(chǎn)生的光靈敏且分別地做出反應(yīng)，而不會出現(xiàn)向外輻射或輻射到其它通道中的輻射損失。
迄今為止，按照所描述的方式制造一維結(jié)構(gòu)的行檢測器。在外部發(fā)射器通常由填充了TiO2的環(huán)氧樹脂(例如Araldit 2020)組成的同時，在這種檢測器中反射的間隔物通常由用填充了TiO2的聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)涂層的鋁薄膜組成。此外，對于其它結(jié)構(gòu)將填充了BaSO4的Hostaphan薄膜用于外反射器且作為間隔物材料使用。
不過，對于更快的CT設(shè)備需要非一維的、而是在兩個空間方向上構(gòu)造的檢測器，因為該檢測器允許直接地對解剖立體進行成像。為了產(chǎn)生兩維的、矩陣形式的檢測器結(jié)構(gòu)迄今為止經(jīng)常是對行檢測器進行組合。
對于較新的二維結(jié)構(gòu)的檢測器的更為合理的制造來說，明顯更為有利的是，在檢測器材料中就已經(jīng)通過對應(yīng)的交叉鋸開而產(chǎn)生二維的結(jié)構(gòu)。不過，與一維結(jié)構(gòu)的檢測器相比，在二維結(jié)構(gòu)的檢測器中通過在二維結(jié)構(gòu)中設(shè)置薄膜而將各個檢測器通道光學(xué)分離如果不是不可能的話也是非常困難的。因此，優(yōu)選的是，通過用高反射的可澆鑄的固化反射材料填充該結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生間隔物。不過，迄今為止還沒有適當(dāng)?shù)目伤?、固化、盡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的環(huán)氧樹脂組成的外反射器材料作為間隔物材料不是最佳適合的，因為反射率對于干凈地分離各個檢測器來說是不夠的。該反射率也不能通過進一步增加TiO2而改善，因為TiO2的本征反射在填充率超過20-25％時不再繼續(xù)增加。同時，在較高填充度的條件下由于沒有固化的懸浮物的粘度增加使得至窄鋸間隔中的入射惡化。

發(fā)明內(nèi)容
從該現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，在二維結(jié)構(gòu)的情況下也可以干凈地分開各個檢測器通道。
本發(fā)明的發(fā)明者驚奇地發(fā)現(xiàn)如果在反射器材料中加入一種額外的細致分布的氣體和/或另一種光學(xué)反射材料，則可以提高反射器材料的反射率并改善其光密性。
因此，本發(fā)明提供一種用于X射線檢測器的可塑和固化的反射器材料，該X射線檢測器具有將X射線轉(zhuǎn)換成光的檢測器材料，而該檢測器材料被分成多個由反射器材料分開的片段，其中，該反射器材料包括聚合體矩陣，該聚合體矩陣包含第一光學(xué)反射材料以及細致分布的氣體和/或與第一光學(xué)反射材料不同的第二光學(xué)反射材料。
作為檢測器材料特別適合的是已經(jīng)在上面描述的將X射線轉(zhuǎn)換成可見光的UFC陶瓷。
聚合體矩陣優(yōu)選地由合成樹脂(Kunststoffharz)、特別是環(huán)氧樹脂或者PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)構(gòu)成。這種合成樹脂可以從可以與反射材料的其它成分均勻混合的液態(tài)的聚合物成分構(gòu)成，然后在將反射器材料加入到X射線檢測器中之后控制地進行固化。
在按照本發(fā)明的反射器材料中的第一光學(xué)反射材料是從由TiO2，BaSO4，WO3，Gd2O3，Sb2O3，Ta2O5，La2O3，SnO，BaCO3和它們的混合物組成的組中選擇的。
如果除了第一光學(xué)反射材料之外還存在第二光學(xué)反射材料，則第一光學(xué)反射材料優(yōu)選為TiO2，其已經(jīng)在常規(guī)的外反射器中使用、但單獨對于所希望的高反射率是不夠的。
作為第二光學(xué)反射材料優(yōu)選地使用從由BaSO4，WO3，Gd2O3，Ta2O5，La2O3，Sb2O3，SnO，BaCO3和它們的混合物所組成的組中選擇出的一個。這些材料通過其與TiO2相比更高的原子序數(shù)還具有這樣的優(yōu)點避免了或至少顯著地減少了在光電二極管上的起干擾的直接X射線入射。
此外，所述另一種光學(xué)反射材料還導(dǎo)致了與TiO2的反射度獨立的反射加強。
在反射加強通過上述材料充分提高的情況下，該材料也可以作為單獨的光學(xué)反射材料來使用。
氣體尤其是惰性氣體或者惰性氣體的混合物、優(yōu)選為氮氣和/或二氧化碳。優(yōu)選地通過對例如NH4NO2，(NH4)2CO3，NaHCO3的化合物的加熱在反射器材料中就地形成氣體。不過，也可以通過化學(xué)反應(yīng)來釋放氣體。
氣泡的大小對于最佳的反射能力來說優(yōu)選位于0.5-1μm的范圍內(nèi)或者大致在反射微粒的2至5倍平均微粒大小。通過細粒狀的產(chǎn)生氣體的材料的均勻分布，可以實現(xiàn)在聚合體矩陣中最小的氣泡的均勻分布，這種分布同樣會導(dǎo)致反射率的提高。
在另一個方面，本發(fā)明涉及一種帶有檢測器材料的X射線檢測器，該檢測器材料將X射線轉(zhuǎn)換成光、優(yōu)選為可見光，并且被分成多個片段，其中，檢測器材料的各個片段由一種根據(jù)本發(fā)明的反射器材料分開。
為了構(gòu)成用于對解剖立體成像的二維平面檢測器，優(yōu)選將X射線檢測器的片段按照矩陣形式設(shè)置在一個平面內(nèi)。不過，按照本發(fā)明的檢測器材料也可以在迄今常見的一維行檢測器模塊的建造中使用。
按照本發(fā)明的X射線檢測器可以優(yōu)選地用于不同的X射線裝置。
此外，本發(fā)明還涉及一種用于制造反射器材料的方法，該方法包括下列步驟a)在液態(tài)的聚合物混合物中解膠第一光學(xué)反射材料或者其在先物質(zhì)以及一種可以釋放出氣體的化合物，和/或第二光學(xué)反射材料或者其在先物質(zhì)，b)均勻地混合所形成的懸浮液，c)在存在光學(xué)反射材料的在先物質(zhì)的情況下，該在先物質(zhì)轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的光學(xué)反射材料，和/或在存在可以釋放出氣體的化合物的情況下，從該化合物中釋放出氣體，d)與步驟c)同時或者在其之后讓液態(tài)的聚合物混合物固化。
在先物質(zhì)的轉(zhuǎn)變和/或氣體的釋放優(yōu)選地通過加熱和/或化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)。
聚合物混合物的固化同樣優(yōu)選地通過加熱來實現(xiàn)，不過，也可以例如通過照射或者通過其它手段來實現(xiàn)。
優(yōu)選的光學(xué)反射材料和氣體已經(jīng)在上面進行了描述。
液態(tài)的聚合物混合物是由環(huán)氧樹脂的兩種組分(雙酚A以及硬化劑)組成的。
加熱或化學(xué)反應(yīng)優(yōu)選地如下進行在氣體形成中構(gòu)成在反射器材料中均勻分布的細致分布的氣泡。
特別具有優(yōu)勢的是，氣體和/或光學(xué)反射材料是就地形成的。在采用氣體時形成了在固化中穩(wěn)定(利用低壓)填充的氣室。光在聚合體矩陣/氣體/填充物之間的傳送，在相同填充度的條件下導(dǎo)致反射率提高，并由此也改善了光密性。
此外，可以通過摻合一種反射光的材料本身(BaSO4)和/或一種接收所形成氣體的材料(溶解環(huán)氧樹脂的Ba(C2H5)2，固體CaO，BaO)，形成另一種反射光的物質(zhì)以及在氣室中的低壓()。可以通過在固化期間施加外部低壓和/或通過在固化之前的加熱來控制氣室中的該低壓或者氣泡大小。在此，如果折射率躍遷加大，則反射率提高。
此外，優(yōu)選地通過將產(chǎn)生氣體的物質(zhì)按照較薄的層涂敷于反射(TiO2)微粒的表面并且從該位置執(zhí)行氣體形成，也可以產(chǎn)生包括在氣泡中的、由聚合體矩陣分為薄層的(delaminierte)反射(TiO2)微粒，并由此造成折射率躍遷(TiO2/氣體)的最大增加。通過這種方法也可以采用較低強度反射的物質(zhì)，不過該物質(zhì)具有較高的X射線吸收。
金屬有機化合物由于其環(huán)氧樹脂的溶解性而優(yōu)選用來形成光學(xué)反射材料，因為其在混合時不會造成粘度的增加。這樣一種就地化學(xué)反應(yīng)的例子如下。
最后，本發(fā)明涉及一種用于制造X射線檢測器的方法，該方法包括下列步驟a)將檢測器材料分成單個的片段，使得這些片段相鄰設(shè)置并且在這些片段之間存在縫隙，b)利用根據(jù)本發(fā)明的反射器材料來澆鑄這些片段之間的縫隙，以及c)讓反射器材料固化。
這種新的和簡單的方法首次利用本發(fā)明成為可能，該方法包括利用光學(xué)高反射材料來澆鑄結(jié)構(gòu)化的檢測器材料，以便分開各個檢測器通道。
然后可以按照通常的方式利用透明膠將該模塊粘到光電二極管陣列上。


下面參考附圖根據(jù)實施方式對本發(fā)明作進一步的說明。圖中圖1表示用UFC陶瓷制造二維X射線檢測器的圖解，圖2表示穿過本發(fā)明的反射材料一個層的截面圖。
具體實施例方式
圖1中示意地示出了二維X射線檢測器的表示，其可以用于在現(xiàn)代的CT技術(shù)中顯示解剖立體。
在此，首先將一塊UFC陶瓷鋸成均勻的片。
在步驟I中示出了這種UFC陶瓷構(gòu)成的片1。首先利用所謂的反射器涂層(Deckreflektorschicht)2來覆蓋該片1，該反射器涂層優(yōu)選地由與用來填充發(fā)射器片段相同的灌注材料組成。隨后，反射器涂層2朝向到來的X射線量子的方向。然后，在步驟III中從背面、即從背離(wegweisen)反射器涂層2的一面出發(fā)借助于合適的鋸裝置6在UFC陶瓷片1上交叉地鋸出槽3，從而形成帶有相鄰以及重疊設(shè)置的檢測器片段4的矩陣形結(jié)構(gòu)。
在此，可以同時對多個檢測器模塊執(zhí)行工作步驟I至III，其中，采用較大的陶瓷片1然后將該結(jié)構(gòu)化的片細分，以便得到單個的檢測器模塊。
然后，在步驟IV借助于適當(dāng)?shù)墓嘧⒀b置7為槽3澆鑄反射器材料的液態(tài)懸浮液，然后該懸浮液固化。在此要保證，在UFC陶瓷片1的外邊上同樣要由反射器材料形成層5。
然后，在步驟V中在陶瓷的表面上打磨去多余的材料，使得結(jié)構(gòu)化UFC陶瓷片1與反射器涂層2相對的一面上沒有反射材料。由此，完成了實際的檢測器模塊8。然后，在隨后的步驟VI中將該檢測器模塊8與光電二極管模塊9這樣耦合，使得檢測器片段3分別處于光電二極管模塊9的光電二極管陣列的一個光電二極管元件上，從而有關(guān)的光電二極管元件可以采集在各檢測器片段3中產(chǎn)生的光輻射并且轉(zhuǎn)換成電信號。
圖2示出了檢測器片段10和間隔物11之間的邊界層的截面。在間隔物11中的反射材料由環(huán)氧樹脂12組成，該反射材料包含氣泡13和光學(xué)反射材料14(這里是TiO2微粒14)。在氣泡13中優(yōu)選存在介于大約0.01巴和大約0.9巴之間的低壓。
在圖2的左下角示出了一個用于說明在氣泡13和TiO2微粒14之間的光學(xué)過渡的放大圖。
在圖2中還示出了如何在檢測器片段10中從一個X射線量子R產(chǎn)生以強度I0在所有方向上照射的光。該光一部分側(cè)面地擊中在間隔物11中的反射材料，在此特別是也擊中反射的TiO2微粒14。從TiO2微粒14反射回來的強度IR不僅取決于TiO2微粒14的折射率n2、而且取決于由其出發(fā)的光線擊中TiO2微粒14的材料的折射率n1。也就是說，要整體地考慮光學(xué)過渡。在此，對于給出反射強度IR與入射的強度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以及一方面氣體折射率n1≈1而另一方面環(huán)氧樹脂的折射率n1≈1.6的條件下，在由環(huán)氧樹脂12到TiO2微粒14的過渡中形成反射能力R≈0.10，而在由氣泡13到TiO2微粒14的光學(xué)過渡中則可能實現(xiàn)大約R≈0.26的反射能力。這清楚地表明借助于氣泡13可以顯著地提高反射能力R，在此，應(yīng)該優(yōu)選地保證，盡可能多的反射材料微粒14位于氣泡13的邊沿上。
最后，為了更好地理解在下面例子1中描述了一種用于制造按照本發(fā)明的反射材料的可能性。
例子1制造用于計算機斷層造影設(shè)備的復(fù)雜UFC平面檢測器的高反射、吸收X射線的灌注材料。
將25g Ta2O5與0.01至10g、優(yōu)選為0.1至1g磨細的碳酸銨((NH4)2CO3)(微粒大小為0.05至2μm，優(yōu)選為0.2至0.5μm)進行混合，并且在環(huán)氧樹脂的A成分(雙酚A)中解膠。所得到的懸浮液可以一直保存12周。
然后，與對應(yīng)的B成分(硬化劑)的量(在雙酚A部分上計算的)均勻混合。
然后，將與硬化劑混合的帶有較小濃度的懸浮液，在適合于檢測器生產(chǎn)的室溫下進行處理，并且在40℃時回火2.5小時。在此，濃度大概提高到了成倍的值。緊接著加熱到80℃。在此，加入的碳酸銨在形成二氧化碳的條件下分解，并且形成被固定在固化的環(huán)氧物質(zhì)中的細的氣泡。
在該方法中特別優(yōu)選的是，為檢測器構(gòu)造的細致結(jié)構(gòu)的處理提供了低粘度的懸浮液。此外優(yōu)選的是，可以首先在沒有形成氣體的條件下通過預(yù)先硬化來設(shè)置適當(dāng)?shù)臐舛龋纱嗽陔S后的氣體形成中產(chǎn)生在材料中均勻分布的、極其細致的單個氣泡。
權(quán)利要求
1.一種用于X射線檢測器的可塑和固化的反射器材料，該X射線檢測器具有將X射線轉(zhuǎn)換成光的檢測器材料，而該檢測器材料被分成多個由反射器材料分開的片段，其中，該反射器材料包括聚合體矩陣，該聚合體矩陣包含光學(xué)反射材料以及細致分布的氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射器材料，其特征在于，所述聚合體矩陣由合成樹脂構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反射器材料，其特征在于，所述合成樹脂包括環(huán)氧樹脂或者聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的反射器材料，其特征在于，所述光學(xué)反射材料是從由TiO2，BaSO4，WO3，Gd2O3，Ta2O5，La2O3，SnO，Sb2O3，BaCO3和它們的混合物組成的組中選擇的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的反射器材料，其特征在于，所述光學(xué)反射材料包括TiO2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的反射器材料，其特征在于，所述光學(xué)反射材料還包括WO3，Gd2O3，Sb2O3，BaSO4，Ta2O5，La2O3，SnO，BaCO3或者它們的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的反射器材料，其特征在于，所述氣體是惰性氣體或者惰性氣體的混合物、優(yōu)選為氮氣和/或二氧化碳。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的反射器材料，其特征在于，所述氣泡的大小位于0.5-1μm的范圍內(nèi)。
9.一種帶有檢測器材料的X射線檢測器，該檢測器材料將X射線轉(zhuǎn)換成光并且被分成多個片段，其特征在于，所述檢測器材料的各個片段由一種根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的反射器材料分開。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的X射線檢測器，其特征在于，所述片段處于一個平面內(nèi)。
11.一種帶有根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的X射線檢測器的X射線裝置。
12.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射器材料的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟a)在液態(tài)的聚合物混合物中解膠一種光學(xué)反射材料或者該材料的在先物質(zhì)以及一種可以釋放出氣體的化合物，b)均勻地混合所形成的懸浮液，c)在存在光學(xué)反射材料的在先物質(zhì)的情況下，該在先物質(zhì)轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的光學(xué)反射材料，并且從可以釋放出氣體的化合物中釋放出氣體。d)與步驟c)同時或者在其之后讓液態(tài)的聚合物混合物固化。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述液態(tài)的聚合物混合物是由環(huán)氧樹脂或者聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)的兩種成分組成的。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述氣體和/或光學(xué)反射材料是通過加熱和/或化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成的。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項所述的方法，其特征在于，所述氣體和/或光學(xué)反射材料是就地形成的。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任一項所述的方法，其特征在于，通過在固化期間施加外部低壓和/或通過在固化之前的加熱來控制氣泡大小。
17.一種用于制造X射線檢測器的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟a)將檢測器材料分成單個的片段，使得這些片段相鄰設(shè)置并且在這些片段之間存在縫隙，b)利用根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的反射器材料來澆鑄這些片段之間的縫隙，以及c)讓反射器材料固化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于X射線檢測器的可塑和固化的反射器材料，該X射線檢測器具有將X射線轉(zhuǎn)換成光的檢測器材料，而該檢測器材料被分成多個由反射器材料分開的片段，其中，該反射器材料包括聚合體矩陣，該聚合體矩陣包含第一光學(xué)反射材料以及細致分布的氣體和/或與第一光學(xué)反射材料不同的第二光學(xué)反射材料。此外，本發(fā)明還涉及一種包含這種材料的X射線檢測器、一種用于制造這種材料的方法以及一種用于制造X射線檢測器的方法。
文檔編號C08L63/00GK1904641SQ200610110030
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者曼弗雷德·科布希 申請人:西門子公司