Сцинтилляционный детектор

Полезная модель относится к устройствам получения рентгеновского изображения или изображения, полученного при регистрации гамма-излучения, в частности, к устройствам для рентгеновской маммографии и томосинтеза. Сцинтилляционный детектор, содержит, по меньшей мере, один фотоприемник с матрицей ячеек, каждая из которых имеет фоточувствительную зону, и сцинтиллятор, выполненный в виде структурированной совокупности изолированных друг от друга элементов, расположенных на поверхности фотоприемника. Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в повышении контраста, получаемого изображения. 1 з.п. ф-лы, 12 н.п. ф-лы, 4 фиг.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ

Полезная модель относится к устройствам получения рентгеновского изображения или изображения, полученного при регистрации гамма-излучения, в частности, к устройствам для рентгеновской маммографии и томосинтеза.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для построения цифровых рентгеновских детекторов, в том числе в маммографии, применяются т.н. «плоскопанельные» детекторы видимого изображения, которые регистрируют конвертированное рентгеновское изображение («тень») исследуемого объекта. Такие детекторы на плоских панелях, представляют собой полноформатный пространственный (матричный) сенсор изображения с масштабом преобразования 1:1.

Непосредственно фотодетектор обладает высокой чувствительностью в зоне длин волн видимого света (400-700 нм), но к рентгеновскому излучению, как правило, нечувствителен. Соответственно, для конвертирования рентгеновского изображения в видимое применяются т.н. сцинтилляционные экраны (сцинтилляторы), которые строятся на базе люминофорных покрытий различной эффективности и рассеивающих характеристик. Такой экран физически апплицируется к фотоприемнику, образуя стек преобразования «рентгеновское изображение - электрический сигнал». Сигнал, в свою очередь, преобразуется в цифровую форму и передается на обработку и визуализацию. Аналогичной конструкции экраны используются в детекторах для регистрации гамма-излучения.

Из уровня техники известен сцинтилляционный экран на основе кремниевой структуры, получаемой методом анизотропного плазменного травления, заполненной люминофором класса оксисульфид гадолиния (Pixel-structured scintillators for digital x-ray imaging, S M Yun, С H Lim, T W Kim, H К Kim).

В качестве ближайшего аналога выбран сцинтилляционный детектор известный из патента США 5418377, опубл. 23.05.1995, МПК А61В 6/00, G21K 4/00, H01J 9/227. Сцинтилляционный детектор представляет собой люминофорный слой на подложке, в верхней части которого сформированы углубления шириной не более 5 микрон, образующие на поверхности люминофорного слоя массив пикселированных люминофорных элементов. Указанные зазоры сформированы на основе литографического метода формирования защитных анти-рассеивающих зазоров на люминофорном покрытии.

Недостатком известного сцинтилляционного детектора является низкий контраст получаемого изображения из-за оптического рассеяния, приводящего к засветке частичных пикселов (зон изображения) светом соседних пикселов (зон). Причина возникновения оптического рассеяние обусловлена конструкцией сцинтилляционного экрана, а именно люминофорного слоя. Несмотря на то, что верхняя его часть пикселирована, нижняя часть представляет собой сплошной слой, в котором и происходит рассеивание. Кроме того в указанном сплошном слое могут возникать внутренние переотражения, которые будут приводить к дополнительному снижению контраста. Дополнительным недостатком известной конструкции является сложная технология ее изготовления, связанная, во-первых, с необходимостью выравнивания сетки углублений относительно матрицы фоточувствительных ячеек, а, во-вторых, со сложностью обработки существующих люминофорных покрытий для получения пикселированных люминофорных элементов.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Задача на решение, которой направлена полезная модель, заключается в создании нового сцинтилляционного детектора, обеспечивающего высокий контраст получаемого изображения.

Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в повышении контраста, получаемого изображения.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата предложен новый сцинтилляционный детектор, содержащий, по меньшей мере, один фотоприемник с матрицей ячеек, каждая из которых имеет фоточувствительную зону, и сцинтиллятор. От прототипа предложенный сцинтилляционный детектор отличается тем, что сцинтиллятор выполнен в виде структурированной совокупности изолированных друг от друга элементов, расположенных на поверхности фотоприемника.

Расположение сцинтилляционных элементов пространственно согласовано с матрицей ячеек фотоприемника таким образом, что каждый из сцинтилляционных элементов расположен на одной из фоточувствительных зон ячейки фотоприемника.

Каждый из сцинтилляционных элементов имеет рассчитанную для оптимального согласования светового выхода объемную форму, основание которой направлено к одной из фоточувствительных зон ячейки фотоприемника, предпочтительно каждый из сцинтилляционных элементов имеет полусферическую, параболическую или комбинированную форму, при этом края основания сцинтилляционного элемента не выходят за пределы площади поверхности фоточувствительной зоны.

Сцинтиллятор дополнительно содержит перегородки, расположенные между сцинтилляционными элементами, причем указанные перегородки выполнены из материала, поглощающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет, или из материала, пропускающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет.

По меньшей мере, часть перегородок выполнена из материала, поглощающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет, и, по меньшей мере, часть перегородок выполнена из материала, пропускающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет.

Поверхность сцинтиллятора, предпочтительно поверхность сцинтилляционных элементов, дополнительно покрыта светоотражающим материалом.

Сцинтилляционный детектор дополнительно содержит адгезионный слой, расположенный между сцинтиллятором и фотоприемником.

Сцинтилляционный детектор дополнительно содержит, по меньшей мере, один блок питания и/или, по меньшей мере, один блок охлаждения и/или, по меньшей мере, один блок управления и передачи цифровой и/или, по меньшей мере, один блок аналоговой информации или их любую возможную комбинацию.

Существенным отличием сцинтилляционного детектор является новое конструктивное исполнение сцинтиллятора в виде структурированной совокупности изолированных друг от друга элементов, сформированных на поверхности фоточувствительной зоны ячеек фотоприемника. Локальное и изолированное расположение каждого сцинтилляционного элемента относительно других сцинтилляционных элементов, обеспечивает их оптическое разделение на уровне сцинтиллятора, что в свою очередь позволяет избежать попадания световых квантов из одной чувствительной зоны ячейки фотоприемника в другую соседнюю, т.е. позволяет устранить эффект рассеивания между соседними ячейками, тем самым обеспечивая достижение заявленного технического результата.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг.1 - изображен вид сверху конструкции сцинтилляционного детектора.

На Фиг.2 - схематически изображен разрез в вертикальной плоскости конструкции сцинтилляционного детектора с перегородками, выполненными из материала, поглощающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет.

На Фиг.3 - схематически изображен разрез в вертикальной плоскости конструкции сцинтилляционного детектора с перегородками, выполненными из материала, пропускающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет.

На Фиг.4 - схематически изображен разрез в вертикальной плоскости конструкции сцинтилляционного детектора с перегородками, выполненными из материала, поглощающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет, и адгезионным слоем.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Сцинтилляционный детектор состоит из, по меньшей мере, одного фотоприемника 1 с матрицей ячеек 2 и сцинтиллятора в виде структурированной совокупности изолированных друг от друга элементов 3 (Фиг.1). Каждая из ячеек 2 имеет фоточувствительную зону 4 и зону 5 слабой чувствительности или нечувствительности. Между ячейками расположены электрические контакты 6, закрытые прозрачным диэлектриком (на чертежах не показано). Площадь чувствительной зоны 4, как правило, намного больше (является максимальной) площади зоны 5 слабой чувствительности.

Сцинтилляционные элементы 3 сформированы на поверхности фотоприемника 1 с использованием, по меньшей мере, одной нанокомпозиции на основе люминофора, соответствующего диапазону регистрируемого излучения, например, рентгеновского излучения или гамма-излучения. В качестве нанокопозиций могут быть применены любые известные в уровне техники нанокопозиции на основе люминофоров эффективных для регистрации соответствующего излучения.

Расположение сцинтилляционных элементов 3 пространственно согласовано с матрицей ячеек 2 фотоприемника 1, где каждый из сцинтилляционных элементов 3 расположен на одной из фоточувствительных зон 4 ячейки 2 фотоприемника 1 (Фиг.1, Фиг.2), что обеспечивает физическую изоляцию соседних чувствительных зон 4 на уровне сцинтиллятора. Действительно, свет, производимый отдельным сцинтилляционным элементом 3, будет достигать только чувствительной зоны 4 «своей» ячейки 2, тем самым обеспечивая повышение контрастности получаемого изображения.

Каждый из сцинтилляционных элементов 3 предпочтительно имеет рассчитанную для оптимального согласования светового выхода объемную форму, например, полусферическую (Фиг.1-4) или параболическую (на чертежах не показано) или различные комбинации указанных форм (на чертежах не показано). Причем края основания сцинтилляционного элемента 3 предпочтительно не выходят за пределы площади чувствительной зоны 4 (Фиг.1) для достижения наиболее полной и точной регистрации излучения, а также дополнительного повышения контраста получаемого изображения. Так как форма сцинтилляционных элементов влияет на световую эффективность детектора, следует отметить, что указанные формы являются предпочтительными, так как дополнительно повышают световую эффективность сцинтилляционного детектора, ввиду того, что большое количество световых фотонов достигает поверхности фотоприемника.

Между сцинтилляционными элементами 3 предпочтительно расположены перегородки 7 (Фиг.2), выполненные из материала, поглощающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет, или перегородки 8, выполненные из материала, пропускающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет (Фиг.3).

Наличие перегородок 7 будет дополнительно способствовать тому, что свет, производимый элементом 3, будет достигать только зоны 4 «своей» ячейки 2 и не попадет в соседнюю, тем самым дополнительно способствуя повышению контраста получаемого изображения. Например, при регистрации рентгеновского излучения или гамма-излучения перегородки 7 будут способствовать дополнительному поглощению соответствующего излучения в межячеечных промежутках, уменьшая тем самым его рассеяние на уровне сцинтиллятора в целом.

Наличие перегородок 8 обеспечивает механическую защиту сцинтилляционных элементов 3 и одновременно их световую изоляцию.

Следует отметить, что сцинтиллятор может содержать любую возможную комбинацию из указанных перегородок, т.е. по меньшей мере, часть перегородок может быть выполнена из материала, поглощающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет, и, по меньшей мере, часть перегородок может быть выполнена из материала, пропускающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет (на чертежах не показано).

Поверхность сцинтиллятора, предпочтительно поверхность сцинтилляционных элементов 3 дополнительно покрыта светоотражающим материалом (на чертежах не показано). Данное покрытие позволяет увеличить эффективность каждого из сцинтилляционных элементов 3 за счет уменьшения потерь излучения каждой сцинтиллирующей частицы, как Ламбертовского источника.

Сцинтилляционный детектор предпочтительно содержит адгезионный слой 9 на поверхности фотоприемника для лучшей адгезии сцинтилляционных элементов 3, а также перегородок 7 (Фиг.4) и 8 (на чертежах не показано) с поверхностью фотоприемника 1.

Предложенный сцинтилляционный детектор может быть соединен с электронными схемами обработки и управления и помещен в корпус (на чертежах не показано). В качестве электронных схем обработки и управления сцинтилляционный детектор дополнительно может содержать, по меньшей мере, один блок питания и/или, по меньшей мере, один блок охлаждения и/или, по меньшей мере, один блок управления и передачи цифровой и/или, по меньшей мере, один блок аналоговой информации или их любую возможную комбинацию.

Как правило, одной из технически сложных задач является точное совмещение матрицы ячеек фотоприемника со структурой сцинтиллятора. Оборудование, необходимое для задач такого совмещения и стоимость его амортизации, значительно повышают себестоимость продукта, построенного на структурированных сцинтилляторах. Одним из основных преимуществ новой конструкции предлагаемого детектора является возможность перманентного устранения необходимости точного совмещения совокупности структурированных сцинтилляционных элементов 3 с матрицей ячеек 2 фотоприемника 1. Совмещение совокупности сцинтилляционных элементов 3 и матрицы ячеек 2 фотоприемника 1 осуществляется непосредственно во время формирования сцинтилляционных элементов 3.

Предлагаемый сцинтилляционный детектор может найти применение в маммографических (предназначенных для лучевого исследования женской молочной железы) и рентгенографических системах. Использование данного типа детектора позволяет достигать улучшения контраста получаемого изображения и, соответственно, лучших диагностических качеств снимка. Предпочтительной областью применения данного детектора является маммография. Смежными областями применения данного детектора является рентгенография и флюороскопия.

Таким образом полезная модель представляет из себя новый тип сцинтилляционного детектора, основной чертой которого является высокий контраст получаемого изображения за счет структурирования сцинтиллятора, наносимого на поверхность матричного фотоприемника. Предлагаемый детектор обладает повышенным контрастом получаемого изображения за счет отсутствия эффекта рассеивания между соседними ячейками матричного фотоприемника. Данный результат достигается за счет физической изоляции соседних чувствительных зон на уровне сцинтиллятора таким образом, что свет, производимый сцинтилляционным элементом, будет достигать только зоны «своей» ячейки и не попадет в соседнюю.

1. Сцинтилляционный детектор, содержащий, по меньшей мере, один фотоприемник с матрицей ячеек, каждая из которых имеет фоточувствительную зону, и сцинтиллятор, отличающийся тем, что сцинтиллятор выполнен в виде структурированной совокупности изолированных друг от друга элементов, расположенных на поверхности фотоприемника.

2. Сцинтилляционный детектор по п.1, отличающийся тем, что расположение сцинтилляционных элементов пространственно согласовано с матрицей ячеек фотоприемника.

3. Сцинтилляционный детектор по п.2, отличающийся тем, что каждый из сцинтилляционных элементов расположен на одной из фоточувствительных зон ячейки фотоприемника.

4. Сцинтилляционный детектор по п.1, отличающийся тем, что каждый из сцинтилляционных элементов имеет рассчитанную для оптимального согласования светового выхода объемную форму, основание которой направлено к одной из фоточувствительных зон ячейки фотоприемника.

5. Сцинтилляционный детектор по п.4, отличающийся тем, что каждый из сцинтилляционных элементов имеет полусферическую, параболическую или комбинированную форму.

6. Сцинтилляционный детектор по п.4, отличающийся тем, что края основания сцинтилляционного элемента не выходят за пределы площади поверхности фоточувствительной зоны.

7. Сцинтилляционный детектор по п.1, отличающийся тем, что сцинтиллятор дополнительно содержит перегородки, расположенные между сцинтилляционными элементами.

8. Сцинтилляционный детектор по п.7, отличающийся тем, что перегородки выполнены из материала, поглощающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет.

9. Сцинтилляционный детектор по п.7, отличающийся тем, что перегородки выполнены из материала, пропускающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет.

10. Сцинтилляционный детектор по п.7, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть перегородок выполнена из материала, поглощающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет, и, по меньшей мере, часть перегородок выполнена из материала, пропускающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет.

11. Сцинтилляционный детектор по п.1, отличающийся тем, что поверхность сцинтиллятора, предпочтительно поверхность сцинтилляционных элементов, дополнительно покрыта светоотражающим материалом.

12. Сцинтилляционный детектор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит адгезионный слой, расположенный между сцинтиллятором и фотоприемником.

13. Сцинтилляционный детектор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит, по меньшей мере, один блок питания и/или, по меньшей мере, один блок охлаждения, и/или, по меньшей мере, один блок управления и передачи цифровой информации и/или, по меньшей мере, один блок аналоговой информации, или их любую возможную комбинацию.