DE69927228T2

DE69927228T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen eines Szintillationsmaterials auf eine Strahlungs-Bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE69927228T2
Application number: DE69927228T
Authority: DE
Inventors: Reinhold Franz Ballston Spa Wirth
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2019-11-20
Also published as: CA2288468C; DE69927228D1; EP1003226A3; CA2288468A1; EP1003226B1; EP1003226A2; US6146489A; JP2000180556A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Festkörper-Strahlungs-Bildgebungsvorrichtungen und insbesondere die Anlagerung eines Szintillatormaterials auf Röntgen-Detektorarrays.
Festkörper-Strahlungs-Bildgebungsvorrichtungen enthalten gewöhnlich ein Array Photosensoren, die mit einem Szintillator gekoppelt sind. Auf dem Szintillator auftreffende Strahlung wird absorbiert, wodurch die Erzeugung optischer Photonen herbeigeführt wird, die wiederum durch das Photosensorarray detektiert werden, um ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen. Ein Hauptfaktor in dem Verhalten einer Bildgebungsvorrichtung betrifft die effektive Anordnung und Verbindung des Szintillators an bzw. mit dem Photosensorarray.
Ein übliches Szintillatormaterial in Strahlungs-Bildgebungsarrays ist Cäsiumjodid (CsI). Das Cäsiumjodid wird über dem aktiven Abschnitt des Detektorarrays, d.h. dem Bereich, in dem auftreffende Röntgenstrahlen absorbiert und detektiert werden, angeordnet. Gewöhnlich ist über dem elektrischen Kontaktabschnitt des Arrays eine Abdeckplatte angeordnet, um zu verhindern, dass Röntgenstrahlen auf elektrische Leiter außerhalb des aktiven Bereichs des Arrays auftreffen. Die Abdeckplatte ist gewöhnlich an dem Detektorarray mittels eines Klebers gesichert, der zwischen dem aktiven Abschnitt des Arrays und dem elektrischen Kontaktabschnitt aufgebracht wird.
Falls die elektrischen Leiter mit CsI überzogen sind, kann ein derartiger Überzug die Bilderzeugung nachteilig beeinflussen. Insbesondere können die charakteristischen elektrischen Eigenschaften der Leiter durch den Überzug beeinträchtigt werden, so dass die von den mit einem Überzug versehenen Leitern die Charakteristika eines abgeschwächten Röntgenstrahls, der auf den aktiven Abschnitt des Arrays auftrifft, nicht genau wiedergeben. Außerdem kann, falls CsI auf die Fläche des Detektorarrays, die den Kleber aufnehmen soll, d.h. auf die Verbindungsstelle zwischen dem aktiven Abschnitt und den elektrischen Leitern, aufgebracht wird, ein derartiges CsI die Integrität der Haftverbindung zwischen dem Kleber und dem Detektorarray beeinträchtigen.
In einem Versuch, die CsI-Beschichtung lediglich auf den aktiven Abschnitt des Detektorarrays anzuwenden, werden gewöhnlich Schattenmasken eingesetzt. Die Schattenmaske ist dazu vorgesehen, eine Beschichtung des gesamten aktiven Abschnitts des Arrays mit CsI zu erleichtern, während sie gleichzeitig eine Migration von CsI in den inaktiven Abschnitt des Arrays, d.h. den Abschnitt des Arrays, der den Kleber aufnehmen soll, und den elektrischen Kontaktabschnitt, verhindert.
Schattenmasken sind gewöhnlich rahmenartige Elemente mit einem Innenumfang, der die gleichen oder geringfügig größeren Dimensionen wie der Außenumfang des aktiven Arrayabschnitts aufweist. Das Rahmenelement überdeckt den inaktiven Abschnitt des Arrays.
Vor der Beschichtung des aktiven Abschnitts des Detektors wird die Schattenmaske über dem Detektorarray derart angeordnet, dass ein Innenumfang des Rahmenelementes mit einem Außenumfang des aktiven Arrayabschnitts im Wesentlichen ausgerichtet ist. Die Maske deckt sowohl den elektri schen Kontaktabschnitt als auch den Bereich, der dazu vorgesehen ist, den Kleber aufzunehmen, d.h. den inaktiven Abschnitt des Arrays, ab. Die Maske und die Detektorarrayanordnung werden anschließend in einem Verdampfer platziert, wobei CsI auf der Anordnung angelagert wird.
FR-A-2 758 630, JP-A-092 97 181 und EP-A-0 637 084 beschreiben Festkörper-Strahlungsdetektoren.
Momentan eingesetzte Systeme stellen keine zwangsläufige Registrierung oder Positionierung der Schattenmaske auf dem Array bereit, so dass eine genaue Anordnung der Maske von den Fähigkeiten der Bedienperson stark abhängig ist. Selbst bei Verwendung der Schattenmaske kann, falls das Substrat nicht präzise angeordnet ist, CsI auf dem inaktiven Abschnitt des Detektorarrays abgeschieden werden, beispielsweise kann das CsI in den inaktiven Abschnitt migrieren. In ähnlicher Weise kann eine Fehlausrichtung zwischen der Schattenmaske und dem Array dazu führen, dass ein Bereich des aktiven Abschnitts des Detektorarrays nicht mit CsI überzogen wird, was ebenfalls unerwünscht ist.
Es ist erwünscht, ein Verfahren und eine Anordnung zur Erleichterung der Anlagerung von CsI an lediglich dem aktiven Abschnitt eines Detektorarrays und zur Verhinderung der Anlagerung von CsI an dem inaktiven Abschnitt des Arrays zu schaffen. Es ist ferner erwünscht, dass ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung einfach zu realisieren und zu verwenden sind.
Das Verfahren und die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen angegeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Anordnung zur Anlagerung oder Abscheidung eines Szintillatormaterials auf einem Detektorarray eine Abdeckmaske, die konfiguriert ist, um auf einem Detektorarray zwangsläufig oder formschlüssig positioniert zu werden (was auch als „registriert“ bezeichnet wird), um eine ordnungsgemäße Ausrichtung der Maske mit dem Array sicherzustellen, so dass ein gesamter aktiver Abschnitt des Detektorarrays mit dem Szintillatormaterial überzogen werden kann, ohne irgendein Szintillatormaterial auf dem Kleber und dem elektrischen Kontaktabschnitt des Detektorarrays zu haben. Außerdem verhindert ein Kleber- oder Epoxidkranz oder -rand auf dem Array und zwischen dem aktiven Arrayabschnitt und den elektrischen Leitern im Wesentlichen eine Migration des Szintillatormaterials von dem aktiven Abschnitt zu den elektrischen Leitern.
Die Abdeckmaske enthält eine Maske und einen Klemmrahmen, der dazu eingerichtet ist, mit einem Träger verbunden zu werden. Die Maske ist in dem Klemmrahmen im Wesentlichen zentriert angeordnet, und ein Innenumfang der Maske weist im Wesentlichen die gleichen Dimensionen wie der Außenumfang des aktiven Abschnitts des Detektorarrays auf. Der Klemmrahmen und die Maske weisen präzise Ausrichtungsöffnungen auf, die sich durch diese hindurch erstrecken, und die Ausrichtungsöffnungen sind mit Zapfen an einem Träger im Wesentlichen ausgerichtet. Der Träger weist eine Aussparung auf, die derart bemessen ist, um zu den Dimensionen des aktiven Arrayabschnitts und dem Kleberrand oder -kranz, der auf dem Substrat angeordnet ist, zu passen.
Gemäß der Erfindung ist ferner ein Verfahren geschaffen, das dazu dient, Szintillatormaterial auf dem Detektor- das Detektorarray einen aktiven Bereich enthält, wobei das Verfahren die Schritte beinhaltet, dass ein Kleberrand oder -kranz an dem Detektorarray ausgebildet wird; die Maske über dem Detektorarray derart positioniert wird, dass der Kleberkranz wenigstens teilweise innerhalb der Maske angeordnet ist; und das Szintillatormaterial auf dem Array angelagert oder abgeschieden wird.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist nun zu Beispielszwecken mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt eine Perspektivansicht eines Detektorarrays gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts des Detektorarrays, der in 1 durch einen Kreis A umschrieben ist.
3 zeigt eine Perspektivansicht eines Klemmrahmens und einer Schattenmaske entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Explosionsansicht des in 1 veranschaulichten Detektorarrays, wobei die Schattenmaske mit dem Klemmrahmen, wie sie in 3 veranschaulicht sind, mit einem Träger ausgerichtet ist.
Die vorliegende Erfindung ist nachstehend im Zusammenhang mit einem Arraypanel für eine Festkörper-Strahlungs-Bildgebungsvorrichtung beschrieben (d.h. die auftreffende Strahlung wird schließlich durch eine Festkörpervorrichtung erfasst, die ein elektrisches Signal erzeugt, das für die auf das Array auftreffende Strahlung kennzeichnend ist). Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit Detektoren eingesetzt werden, die in vielfältigen Anwendungen, beispielsweise bei der Röntgen-Signaldetektion für Computertomographie, Radiographie, Fluoroskopie oder dergleichen, zur Verwendung in medizinischen, Forschungs- oder Industrieanwendungen verwendet werden.
Zur Erzeugung hoch auflösender, rauscharmer Bilder ist es erforderlich, dass die in den Festkörper-Strahlungs-Bildgebungsvorrichtungen eingesetzten Detektorpanels effiziente Sammeleinrichtungen für die auftreffende Energie bilden. Die Detektorpanels sind somit dazu konstruiert und hergestellt, den Umfang bestimmter möglicher Quellen für elektrisches Rauschen, die in dem Detektorpanel selbst oder in den Verbindungen zwischen dem Panel und der Ausleseelektronik eingeführt werden können, zu reduzieren. Aus diesem Grund ist die Anlagerung oder Abscheidung von Materialien, beispielsweise eines Szintillatormaterials, über dem Detektorarray für das Verhalten der Bildgebungsvorrichtung von großer Wichtigkeit. Weitere Komponenten, wie beispielsweise eine Abdeckplatte, die über dem Detektorpanel angeordnet ist, sind in ähnlicher Weise wichtig, um das Panel zu schützen und externe elektrische Rauschquellen zu minimieren.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Schattenmaske verwendet, um die Beschichtung des gesamten aktiven Abschnitts eines Detektorarrays ohne einen Überzug des inaktiven Abschnitts des Arrays, d.h. des Klebers und des elektrischen Kontaktabschnitts des Detektorarrays zu unterstützen. Wie in 1 veranschaulicht, ent hält ein Detektorpanel 50 ein Substrat 52, das eine Oberfläche bereitstellt, auf der ein aktiver Arrayabschnitt 54 und ein inaktiver Abschnitt 56 angeordnet sind. Der aktive Arrayabschnitt 54 enthält mehrere Detektorpixel, die zur Erzeugung elektrischer Signale verwendet werden, die ein Muster einer auf den Detektor auftreffenden Strahlung kennzeichnen. Gewöhnlich weist der aktive Bereich des Detektorpanels eine Matrixanordnung von Photosensorpixeln auf, wobei jedes Pixel einen Photosensor, beispielsweise eine Photodiode, und ein zugehöriges Schaltelement aufweist, um das Pixel an die Ausleseelektronik anzukoppeln, die außerhalb des Panels angeordnet ist.
Der inaktive Abschnitt 56 auf dem Detektorpanel 50 weist mehrere elektrische Leiter auf, die eine elektrische Verbindung zwischen Adressleitungen, die mit dem aktiven Abschnitt des Arrays verbunden sind, und einer Steuerungs- und Ausleseelektronik, die außerhalb des Panels 50 angeordnet ist, schaffen. Der inaktive Abschnitt 56 enthält ferner einen erhöhten Kleberrand oder -kranz 58, der auf der Oberfläche 52 des Detektorarrays derart angeordnet ist, um den aktiven Abschnitt 54 des Arrays zu umgeben. Insbesondere erstreckt sich der Kranz 58 von einer Grenzstelle 60 zwischen dem aktiven Abschnitt 54 und den elektrischen Leitern aus und dient somit dazu, den aktiven Abschnitt 54 von den elektrischen Leitern zu trennen. Der Kleberrand 58 ist an der Substratoberfläche 52 angeklebt, um eine Abdichtung zu schaffen, um eine Leckage oder Migration eines Szintillatormaterials, das angelagert oder abgeschieden wird, von dem aktiven Bereich des Arrays zu dem inaktiven Bereich des Arrays zu verhindern.
Der Kleberkranz 58 wird gewöhnlich mit einem Wulst oder einer Spur eines Klebemittels oder Epoxidharzes gebildet, das auf die Substratoberfläche 52 aufgebracht wird. Die Spur des Klebemittels (oder Epoxidmittels) wird üblicherweise mit einer durch einen Computer gesteuerten Dosiervorrichtung aufgebracht und mit einer Planiereinrichtung geebnet und härten gelassen. Der aufgebrachte Kleber ist gewöhnlich derart gestaltet, dass er die Dimensionen von ungefähr 10 Mils (0,01 Zoll oder 0,025 mm) Höhe (über der Paneloberfläche, auf der er angeordnet ist), mit einer flach gestalteten (planierten) Oberfläche, und eine Weite in dem Bereich zwischen ungefähr 120 Mils und ungefähr 150 Mils (0,12 Zoll (3,05 mm) bis 0,15 Zoll (3.81 mm)) aufweist. Der Kranz 58 weist gewöhnlich ein kommerziell erhältliches Epoxidharz, beispielsweise das Epoxidhart der Art Armstrong 661, auf.
2 veranschaulicht eine vergrößerte Ansicht eines durch einen Kreis A in 3 umrissenen Abschnitts des Detektorpanels 50. Wie in 4 veranschaulicht, umgibt der Kleberkranz 58 den aktiven Abschnitt 54 des Detektorarrays und weist eine ebene Oberfläche 62 auf (die gewöhnlich innerhalb plus oder minus 0,001 Zoll (0,025 mm) flach ist). Der Kranz 58 enthält ferner im Wesentlichen glatte Seitenflächen 64, was bedeutet, dass diese Oberflächen keine Löcher, Blasen oder sonstige ähnliche Unregelmäßigkeiten in der Oberflächenstruktur aufweisen.
Wie in 3 veranschaulicht, enthält ein Klemmrahmen und eine Maske 66 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Klemmrahmen 68 sowie eine Maske 70. Die Maske 70 ist innerhalb des Klemmrahmens 68 zentriert angeordnet, wobei ein Innenumfang 72 der Platte 70 im Wesentlichen die gleichen Abmessungen (d.h. die Länge und die Weite) wie der Außenumfang des aktiven Abschnitts 54 des Detektorarrays aufweist. Der Klemmrahmen 68 und die Maske 70 weisen genaue Ausrichtungsöffnungen 74 auf, die sich durch diese hindurch erstrecken, wobei die Ausrichtungsöffnungen 74 mit Zapfen an einem Träger im Wesentlichen ausgerichtet sind, wie dies nachstehend in größeren Einzelheiten beschrieben ist. Die Maske 70 ist gewöhnlich beispielsweise aus Aluminium, aus Legierungen, die mit einer Nickelplattierung beschichtet sind (z.B. Eisen-Nickel-Kobald-Legierungen, die durch den Markennamen „Kovar" bezeichnet werden), oder aus Tetrafluorethylen (TFE, das auch unter der Marke Teflon bekannt ist) gefertigt. Der Rahmen 68 und die Platte 70 können einstückig (d.h. aus einem Stück eines Materials gebildet) oder alternativ gesondert gefertigt und anschließend zusammengebaut sein.
Zur Vorbereitung der Anlagerung eines Szintillatormaterials auf dem Detektorarray wird die Maske 66 mit dem Detektorarray 50 derart ausgerichtet, dass der Innenumfang der Maskenplatte mit dem Außenumfang des aktiven Arrayabschnitts 54 (wie dies beispielsweise in 2 veranschaulicht ist) im Wesentlichen ausgerichtet ist (d.h. innerhalb etwa ± 0,005 Zoll oder 0,127 mm). Der Kleberrand 58 ist wenigstens teilweise (d.h. innerhalb ± 0,030 Zoll oder 0,762 mm) innerhalb der Maske 70 angeordnet. In der Trägertasche angeordnetes Substrat 52 (mit dem Kleberrand 58) sorgt für eine Registrierung mit der Masken- und Klemmrahmenanordnung 66. Diese zwangsläufige oder formschlüssige Ausrichtung hilft sicherzustellen, dass die Maske 70 den inaktiven Abschnitt 56 des Detektors bedeckt, während der aktive Abschnitt 54 derart freigegeben ist, dass das Szintillatormaterial lediglich über dem aktiven Abschnitt abgeschieden und nicht auf dem inaktiven Abschnitt 56 angelagert wird. Der aktive Abschnitt 56 des Detektorarrays ist durch die Maske 66 nicht bedeckt.
Die Masken- und Klemmrahmenanordnung 66 und das Detektorarray 50 werden anschließend an einer Trägerpalette 80 gesichert. Insbesondere enthält die Trägerpalette 80 eine Tasche 82, die derart bemessen ist, dass, wenn das Detektorarray 50 in der Tasche 82 positioniert ist, das Detektorarray 50 mit einer oberen Fläche 84 des Trägers 80 im Wesentlichen auf gleicher Höhe liegt (d.h. bei ungefähr plus 0,003 Zoll (0,076 mm) und minus 0,00 Zoll). Die Tasche sorgt auch für eine genaue Anordnung (z.B. innerhalb von ± 0,005 Zoll (0,127 mm)) des Arrays innerhalb der Tasche entsprechend der Linie des Kleberkranzes. Eine äußere Begrenzung 86 der Trägertasche 82 liegt üblicherweise in einer Linie mit einem Material 88, beispielsweise TFE (Markenname Teflon), um die CsI-Anlagerung durch Aufrechterhaltung der Substratposition zu unterstützen. Zusätzlich ergibt die bündige Passung zwischen dem Träger und dem Kleberkranz des Arrays eine Dichtung, die eine Leckage des Szintillatormaterials, das auf dem aktiven Arrayabschnitt angelagert wird, zu dem inaktiven Abschnitt des Arrays zu verhindern. Der Träger 80 enthält ferner Zapfen 90, die, wenn die Anordnung 66 ausgerichtet und auf dem Träger 80 positioniert ist, sich durch die Ausrichtungsöffnungen 74 in der Anordnung 66 erstrecken. Der Träger 80, die Anordnung 66 und das Detektorarray 50 werden anschließend in einem Verdampfer angeordnet, und ein Szintillatormaterial (beispielsweise Cäsiumjodid, Selen oder dergleichen) wird auf dem aktiven Abschnitt 56 angelagert.

Claims

Verfahren zum Abscheiden von CsI auf einem Festkörper-Strahlungsdetektorarray (50) unter Verwendung einer Abdeckmaskenanordnung (66), wobei das Detektorarray einen aktiven Abschnitt (54) und einen inaktiven Abschnitt (56) sowie eine Trägeranordnung (80) mit einer Aussparung darin enthält, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Ausbilden eines Kleberkranzes (58) auf dem Detektorarray (50); Positionieren einer Abdeckmaskenanordnung (66) mit einem den Abmessungen des inaktiven Abschnittes des Arrays entsprechenden Aufbau über dem Detektorarray, so dass der Kleberkranz innerhalb der Maske durch Überdeckung zu der Trägervorrichtung ausgerichtet ist; und Abscheiden von Szintillatormaterial auf dem Array.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausbilden eines Kleberkranzes auf dem Detektorarray die Schritte des Aufbringens einer Klebespur auf das Array, der Formung des Kranzes und der Härtung des Klebers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt der Befestigung des Detektorarrays und der Abdeckmaske an dem Träger.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Szintillatormaterial aus einem Material besteht, das aus der Cäsiumjodid und Selen umfassenden Gruppe ausgewählt wird.
Anordnung zur Herstellung eines Festkörper-Strahlungsdetektors, mit: einem Festkörper-Strahlungsdetektorarray (50) mit einem aktiven Abschnitt (54) und einem inaktiven Abschnitt; wobei das Array ferner einen Kleberkranz (58) aufweist, der auf dem inaktiven Abschnitt das Array so angeordnet ist, dass er den aktiven Abschnitt der Anordnung umgibt; gekennzeichnet durch: eine Abdeckmaskenanordnung mit einem den Abmessungen des inaktiven Abschnittes des Arrays entsprechenden Aufbau, und eine Trägeranordnung (80), die für eine Verbindung mit der Abdeckmaskenanordnung und für die Aufnahme des Arrays so angepasst ist, dass das Array in dem Träger zu dem Kleberkranz entsprechend ausgerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 5, wobei der aktive Abschnitt des Detektorarrays mehrere Strahlungsdetektionspixel aufweist und wobei der inaktive Abschnitt mehrere elektrisch mit entsprechenden Pixeln verbundene elektrische Leiter aufweist.
Anordnung nach Anspruch 5, wobei die Abdeckmaskenanordnung einen Klemmrahmen (68) und eine Schattenmaske (70) aufweist, wobei die Maske im wesentlichen innerhalb des Klemmrahmens zentriert ist, während ein Innenumfang der Maske im Wesentlichen dieselben Abmessungen wie ein Außenumfang des aktiven Abschnittes des Detektorarrays besitzt.
Anordnung nach Anspruch 7, wobei die Trägeranordnung (80) das Array so aufnimmt, dass sie genau die Position des Arrays in Zusammenwirken mit dem Kleberkranz einhält.
Anordnung nach Anspruch 8, wobei der Kleberkranz (58) wenigstens teilweise innerhalb der Schattenmaske angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 8, wobei die Oberseite des Kleberkranzes (58) auf dem Array so angeordnet ist, dass er im Wesentlichen bündig mit einer Oberseite der Trägeranordnung ist, um so eine Dichtung auszubilden, um eine Leckage zwischen dem Kleberkranz und der Trägeranordnung des Szintillatormaterials, das über der Matrix abgeschieden ist, zu verhindern.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Träger (80) mehrere Ausrichtungsstifte (90) aufweist und die Abdeckmaske mehrere Ausrichtungsöffnungen aufweist, wobei sich die Ausrichtungsstifte in die Ausrichtungsöffnungen erstrecken.
Anordnung nach Anspruch 5, wobei die Abdeckmaske (20) aus einem Material besteht, das aus der Aluminium und Metalllegierungsmaterial umfassenden Gruppe ausgewählt wird.
Anordnung nach Anspruch 5, wobei der Kleberkranz (58) mit einer Trägeroberfläche verbunden ist, auf welcher das Array angeordnet ist, um so eine Dichtung zu schaffen, um eine Leckage zwischen dem Kleberkranz und dem Substrat des über dem Array abgeschiedenen Szintillatormaterials zu verhindern.