用于平板x射线探测器的闪烁玻璃陶瓷、平板x射线探测器和成像系统

关于联邦资助的研究和开发的声明

本发明在由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予的C140151和美国国家科学基金会授予的DMR 1600783下在政府支持下做出。政府拥有本发明的某些权利。

相关申请交叉引用

本申请要求2020年1月24日提交的美国临时申请号62/965,460和美国临时申请号62/965,471的权益，其内容通过引用结合到本文中。

技术领域

本申请主要涉及用于辐射探测器、辐射探测和数字射线摄影术的结构和材料。

背景技术

平板探测器(FPD)已用于数字x射线成像装置。例如，“间接”FPD通过使用闪烁屏幕(即x射线转换层)与2D光传感器阵列组合探测x射线的进入空间分布来形成x射线图像。已知的FPD可以其中进入的x射线首先通过闪烁屏幕的前照射(FI)模式或其中x射线首先通过光传感器阵列的后照射(BI)模式使用单屏幕。然而，大部分入射x射线束通过屏幕未探测到。增加单个闪烁层的厚度不是可行的解决方法，因为图像品质会受到过度空间模糊的影响。

PCT公开WO2019/226859描述了一种双屏幕夹层配置，其中后屏幕为闪烁玻璃，这有用作用于2D光传感器阵列的基板以及还有用作用于通过前屏幕未检测到的那些x射线的x射线转换层的双重目的。

发明内容

公开了一种结构，所述结构包含光传感器阵列和包含闪烁玻璃陶瓷的屏幕。闪烁玻璃陶瓷包括宿有发光中心和光散射中心的玻璃基质。闪烁玻璃陶瓷配置成使入射x射线辐射转换成可见光子。闪烁玻璃陶瓷的表面面向光传感器阵列。光传感器阵列可操作以捕获来自屏幕的至少一部分可见光子，并使捕获的可见光子转换成电信号。

在本公开的方面，闪烁玻璃陶瓷可以为用于光传感器阵列的基板。

在本公开的方面，闪烁玻璃陶瓷可配置成转换入射x射线辐射，所述入射x射线辐射入射到面向光传感器阵列的闪烁玻璃陶瓷的表面和/或与面向光传感器阵列的表面相反的闪烁玻璃陶瓷的表面，使得所述结构可以前照射(FI)模式和/或以后照射(BI)模式操作。

在本公开的方面，光散射中心可包括相同组合物的晶体或具有不同组合物的晶体的组合。在本公开的方面，发光中心可包括相同组合物的晶体或具有不同组合物的晶体的组合。

在本公开的方面，发光中心的晶体可掺杂有活化剂。

在本公开的方面，晶体可以为卤化物晶体。

附加或替代地，发光中心可包括一种或多种选自来自第一和第二行过渡金属、稀土金属、锕系金属和ns

在本公开的方面，发光中心可以为Tb

在本公开的方面，闪烁玻璃陶瓷还可包含增感剂。增感剂可以为一种或多种选自来自ns

在本公开的方面，玻璃基质可以为卤氧化物基质。

在本公开的方面，结构还可包含增强层，增强层位于与面向光传感器阵列的表面相反的闪烁玻璃陶瓷的表面上。增强层可包含选自铜、黄铜、铅和含铅玻璃的材料。在本公开的方面，入射x射线辐射可具有约0.3至约20MeV的能量。

还公开了一种具有两个屏幕的结构。所述结构包括第一闪烁屏幕、光传感器阵列和包含闪烁玻璃陶瓷的第二闪烁屏幕。第一闪烁屏幕使指向结构的入射辐射的吸收部分转换成可见光子。光传感器阵列在第一闪烁屏幕和第二闪烁屏幕之间。闪烁玻璃陶瓷包含宿有发光中心和光散射中心的玻璃基质。闪烁玻璃陶瓷配置成使透射通过第一闪烁屏幕和光传感器阵列的至少一部分入射辐射转换成可见光子。光传感器阵列可操作以捕获来自第一闪烁屏幕和第二闪烁屏幕的至少一部分可见光子，并使捕获的可见光子转换成电信号。

在本公开的方面，第二闪烁屏幕还可包含后衬，其中后衬接触闪烁玻璃陶瓷的另一个表面。与后衬接触的表面为与面向光传感器阵列的表面相反的表面。后衬可具有光学性质，包括吸收或反射可见光子。

在本公开的方面，第二闪烁屏幕的闪烁玻璃陶瓷可以为用于光传感器阵列的基板。

在本公开的方面，第二闪烁屏幕的闪烁玻璃陶瓷可根据应用以及是否用作基板具有不同的厚度。在本公开的方面，闪烁玻璃陶瓷可具有大于约0.5mm的厚度。

在本公开的方面，第二闪烁屏幕的闪烁玻璃陶瓷中的光散射中心可包括相同组合物的晶体或具有不同组合物的晶体的组合。在本公开的方面，第二闪烁屏幕的闪烁玻璃陶瓷中的发光中心可包括相同组合物的晶体或具有不同组合物的晶体的组合。在本公开的方面，第二闪烁屏幕的闪烁玻璃陶瓷中的发光中心的晶体可掺杂有活化剂。在本公开的方面，晶体可以为卤化物晶体。

附加或替代地，第二闪烁屏幕的闪烁玻璃陶瓷中的发光中心可包括一种或多种选自来自第一和第二行过渡金属、稀土金属、锕系金属和ns

在本公开的方面，第二闪烁屏幕的闪烁玻璃陶瓷还可包含增感剂。增感剂可以为一种或多种选自ns

在本公开的方面，用于第二闪烁屏幕的玻璃基质可以为卤氧化物基质。

还公开了一种用于x射线转换的闪烁玻璃陶瓷，所述闪烁玻璃陶瓷包含宿有发光中心、光散射中心和一种或多种高Z元素的玻璃基质。闪烁玻璃陶瓷可用于很多不同的配置和其它成像应用，如MeV成像。

在本公开的方面，光散射中心可具有大于约10nm的尺寸。在本公开的方面，玻璃基质中光散射中心的浓度可使得散射长度大于约1μm。

在本公开的方面，闪烁玻璃陶瓷可具有大于约3.0g

在本公开的方面，光子发射可在约375nm至约650nm的波长范围内。在本公开的方面，光子发射的波长可基于应用和所用光传感器阵列。

在本公开的方面，一种或多种高Z元素可以为增感剂。替代或附加地，闪烁玻璃陶瓷还可包含单独的增感剂，其中增感剂可以为一种或多种选自ns

在本公开的方面，光散射中心可包括相同组合物的晶体或具有不同组合物的晶体的组合。

在本公开的方面，陶瓷的玻璃基质可以为卤氧化物基质。

还公开了另一种具有两个屏幕的结构。所述结构包含第一闪烁屏幕、光传感器阵列和包含闪烁玻璃陶瓷和玻璃基板的第二闪烁屏幕。闪烁玻璃陶瓷可以为玻璃基板上的涂层。光传感器阵列在第一闪烁屏幕和第二闪烁屏幕之间。闪烁玻璃陶瓷包含宿有发光中心和光散射中心的玻璃基质。闪烁玻璃陶瓷配置成使透射通过第一闪烁屏幕和光传感器阵列的至少一部分入射辐射转换成可见光子。光传感器阵列可操作以捕获来自第一闪烁屏幕和第二闪烁屏幕的至少一部分可见光子，并使捕获的可见光子转换成电信号。

在本公开的方面，所述结构还可包括涂覆在闪烁玻璃陶瓷上的玻璃膜。玻璃膜可以为用于光传感器阵列的基板。

在本公开的方面，发光中心和光散射中心可包括晶体。晶体可选自卤化物晶体、硅酸盐晶体、硫化物晶体或其它晶体。在本公开的方面，晶体可经掺杂。

还公开了一种成像系统，所述成像系统包含配置成与上述结构通信的处理器，并且光传感器阵列配置成产生具有多个像素的图像。在此方面，处理器可配置成从结构接收电信号；并使用电信号产生具有多个像素的图像。

附图说明

图1a示出了根据本公开的方面的闪烁玻璃陶瓷的实例的图解；

图1b示出了根据本公开的方面的闪烁玻璃陶瓷的另一个实例的图解；

图1c示出了根据本公开的方面的闪烁玻璃陶瓷的另一个实例的图解；

图1d示出了根据本公开的方面的闪烁玻璃陶瓷的另一个实例的图解；

图2a-d示出了非散射闪烁介质内的闪烁事件的进程，其中图2a示出了入射辐射触发闪烁事件，图2b示出了产生的全向发射，图2c示出了以小于临界角的角度达到非散射闪烁介质和外部介质之间界面的光子可以离开，和图2d示出了以大于临界角的角度达到界面的光子在内部反射且变得被“截获”，并且在非散射闪烁介质的侧面离开；

图3a和3b示出了闪烁介质之间的比较，其中图3a显示了具有散射的介质，和图3b显示了没有散射的透明介质；

图4a示出了具有闪烁玻璃陶瓷的单屏幕结构，所述闪烁玻璃陶瓷根据本公开的方面以前照射(FI)模式在间接平板x射线探测器中用作x射线转换层；

图4b示出了具有闪烁玻璃陶瓷的单屏幕结构，所述闪烁玻璃陶瓷根据本公开的方面以后照射(BI)模式在间接平板x射线探测器中用作x射线转换层；

图5为根据本公开的方面双屏幕结构的示意横截面图，所述双屏幕结构具有闪烁玻璃-陶瓷转换层用于双屏幕夹层探测器配置中；

图6为显示根据本公开的方面的光传感器阵列和某些控制组件的示意图；

图7示出了根据本公开的方面另一种单屏幕结构的示意横截面图，所述另一种单屏幕结构具有闪烁玻璃-陶瓷转换层用于高能光子的探测器中；

图8-15示出了根据本公开的方面的闪烁玻璃陶瓷的测试结果的图表；

图16示出了两种已知光电二极管的量子效率；

图17示出了根据本公开的方面用于在玻璃基板上形成闪烁薄膜的流程图；

图18示出了根据本公开的方面具有闪烁转换层用于双屏幕夹层探测器配置中的结构的示意横截面图，其中闪烁转换层涂覆到玻璃基板上；

图19a示出了闪烁器薄膜的实例的SEM横截面图像，并且图19b示出了闪烁器薄膜的实例的横截面；并且

图20示出了根据本公开的方面涂覆到薄玻璃基板上的闪烁薄膜在可见光和暴露于45keV x射线的实例。

具体实施方式

根据本公开的方面，闪烁玻璃陶瓷1A可包含玻璃基质5，玻璃基质5包含发光中心10和光散射中心15二者。本文所用术语玻璃陶瓷是指包含至少一种非晶相和一种结晶相的复合材料。玻璃基质5宿有发光中心10和光散射中心15二者。玻璃基质5保持稳定，不会经过不希望的失透，同时宿有发光中心10和光散射中心15二者。玻璃基质5在预期的操作条件(包括但不限于在平板成像系统中使用)下也是稳定的。玻璃基质也可具有包含所需前体结晶元素的组合物，所述组合物足够热稳定以沉淀微晶。在图中(例如图1a)，发光中心10用绿色圆圈表示，散射中心15用蓝色六边形表示。然而，描绘的形状和颜色只用于说明目的，并且在玻璃基质5中元素的形状可以不同。图中所示发光中心10和光散射中心15的尺寸也只为说明性。此外，玻璃基质5(浅蓝色)的尺寸和颜色也只用于说明目的。

根据本公开的方面，玻璃基质5在发射波长下具有高透明度，以防止自吸收。优选低声子能量基质以通过减少经由多声子能量转移的非辐射返回来提高闪烁效率。在本公开的一些方面，闪烁玻璃陶瓷1A还可用作FPD电子器件(诸如光传感器阵列600)的基板。根据这个方面，闪烁玻璃陶瓷1A可具有必要的热和机械性质，例如但不限于玻璃化转变温度、结晶温度、熔点、弹性模量、强度、硬度和抗冲击性。玻璃基质5可基于例如卤化物、氧化物、卤氧化物、硼酸盐、碲化物、硫属化物、磷酸盐、锗酸盐、硅酸盐、氟硅酸盐、铝硅酸盐、β-石英、β-磷酸锂辉石(β-spodumenephosphate)、堇青石及其它的系统。

本文所用术语发光中心是指当由适当辐射激发时引起发光的以受控方式加入的材料中的故意缺陷。发光中心在本文中也可称为活化剂(故意加到玻璃基质或晶体)。发光中心10可以为元素、离子或化合物，它们使入射辐射转换成可由FPD容易探测的光(UV、可见和/或红外)。在本公开的一些方面，为了提高效率，发光中心10的发射光谱可匹配感光阵列600的量子效率曲线。图16显示了已知光传感器阵列600的量子效率曲线。

有很多项或项的组合可用作发光中心，包括来自第一和第二行过渡金属(Z=22-30和40-48)、稀土金属(Z=21、39和57-71)、锕系元素(Z=89-103)或ns

如上所述，除了发光中心10外，玻璃基质5还包括光散射中心15。本文所用术语光散射中心是指引起光弹性散射的以受控方式加入的透明材料中的故意缺陷。发明人已经认识到，使用发光中心10和光散射中心15二者提高了成像系统的探测效率以及单屏幕配置和双屏幕配置二者的性能。

发明人已经认识到，玻璃基质5内的光散射中心15是防止成像系统中发射的“光截获”的关键。在由源触发的闪烁事件期间(图2a)，发射的光是全向的(图2b)。因此，显著部分的光将以大于临界角的角度入射到闪烁介质和外部介质之间的界面，从而引起全内反射(TIR)，即光截获。“截获的”光会离开闪烁介质的侧面，或者被自吸收，而不被探测到，这极大降低了闪烁器/探测器系统的效率。临界角由以下公式定义

其中n

然而，根据本公开的方面，玻璃基质5中光散射中心15的存在将导致这种“截获”效应的降低，使效率提高。玻璃基质5中的光散射中心15将重新定向发射，直至它可以逸出闪烁器玻璃陶瓷1A，并由光传感器阵列600探测或在内部或由后衬层吸收，一些光子可以在玻璃基质5内自吸收，这就是为什么需要透明基质的原因。晶体也可以为光散射中心15。

可以在卤氧化物基质或其它玻璃系统内沉淀的晶体的一些实例包括以下PbWO

图3a和3b显示了在散射材料与透明材料中光达到探测器(光传感器阵列600)的量的差异。图3a显示了散射闪烁介质内的光路，而图3b显示了透明非散射闪烁器。较大百分比的发射与散射闪烁器配合输出到探测器。在图中，光路用箭头表示。入射辐射用较长的箭头表示。探测器(光传感器阵列600)在入射辐射的相反侧。

在本公开的另一个方面，闪烁玻璃陶瓷1B还可包含增感剂20，如图1b中所示。本文所用术语增感剂是指能够使其激发能量转移到近的邻活化剂诱导激发态从而产生发光的离子。增感剂的存在可极大提高发光效率。增感剂20在图1b中以红星显示。然而，该描绘只用于说明，并且增感剂20的形状和颜色可以不同。另外，图1b中增感剂20的尺寸只用于说明目的。增感剂20经由能量转移到发光中心10提高闪烁效率。能量转移在图1b中用虚线箭头(红色)显示。在本公开的方面，增感剂20可以为ns

可以使用不同感光项的组合。离子，以它们加到组合物的形式，不应不利于前体玻璃的形成，即，必须允许玻璃形成，并且不会促进不希望的结晶作用，不希望的结晶作用可不利地改变闪烁器的透明度和/或负面影响发光中心的效率。

在本公开的另一个方面，相同的要素可在闪烁玻璃陶瓷1C中用作发光中心10和光散射中心15二者，如图1c中所示。晶体可以为内在或外在闪烁剂材料。例如，卤化物晶体可在x射线转换中所用的陶瓷中用作发光中心10和光散射中心15二者。稀土离子对卤化物阴离子有很强的亲和力，因此它们可很容易地作为活化剂材料混入。卤化物晶体的低声子能量使其成为提高闪烁效率的有效宿体。

发光/散射中心15A在图1c中显示为紫色八边形。然而，该描绘只用于说明，并且发光/散射中心15A的形状和颜色可以不同。另外，图1c中的发光/散射中心15A的尺寸只用于说明目的。发射用绿色箭头表示，散射光用蓝色虚线箭头表示。例如，某些晶体，如上述卤化物晶体，可掺杂或可不掺杂活化剂(例如Eu

增感剂20也可与闪烁玻璃陶瓷1D中的发光/散射中心一起使用，如图1d中所示。

在本公开的方面，闪烁玻璃陶瓷1具有足够的密度(例如约3.0g

图4a显示了平板探测器(FPD)400的实例(结构的实例)，它具有任意的闪烁玻璃陶瓷(在本文中全部使用“1”指代)作为转换层(闪烁玻璃-陶瓷转换层在本文中用“405”指代)。包括光电二极管608(在本文中也称为感光存储元件)和TFT 606(在本文中也称为开关元件)的光传感器阵列600在x射线420的源(未显示)的相反侧。图4a中的FPD 400处于前照射(FI)模式。

感光存储元件608响应可见光子产生电信号(电荷)。光传感器阵列600可与吸收x射线420并产生光的闪烁玻璃-陶瓷转换层405紧密接触放置。

电信号与所有可见光子(从闪烁玻璃陶瓷层405达到各个感光存储元件并在感光元件中被吸收)的总和成比例。感光存储元件608可以为a-Si:H光电二极管、MIS型传感器或在本领域已知的其它传感器类型。开关元件106可以为a-Si:H型、金属氧化物(MOTFT)型或在本领域已知的其它类型的薄膜晶体管(TFT)元件。每个开关元件606对应感光存储元件608。用每个开关元件606从对应的存储元件608读出电信号。

光传感器阵列600还可包括附加层(图中未显示)，例如但不限于偏压金属层和在相反侧上的金属层以及例如光电二极管(和其它介电材料或层)的其它层。

光传感器阵列600(显示于图6中，没有多层)和外围电子器件的实例在图6中显示。图6中的实例显示3x3阵列。因此在实例中有九个像素614。然而，图6中的像素数只作为实例示出，仅用于描述目的；可使用任意数量的列和行的像素。像素的数量可基于FPD 400的特定应用的用途。如图4和6中所示，像素包括感光存储元件608和开关元件606。在实例中，在像素614的角落示出了开关元件606。在本公开的其它方面，开关元件606可以在其它位置。

图6显示用于扫描结构和随后产生图像的成像系统的某些组件。图像具有多个像素614。如所示出，扫描控制单元605经由栅极线622耦合到每行像素。偏压施加到感光存储元件608。透明金属偏压层为用于偏压的组件的实例。开关元件606经由它们各自的栅极线622来控制。当开关元件606接通时，它将电荷传到各自的数据线626。各条数据线连接到多个电荷放大器608。

多个电荷放大器608耦合到多路复用器610。多路复用器610继而耦合到向处理器660提供输入的A/D 615(转换器)。处理器660控制扫描控制单元605以接通/断开开关元件606。处理器660可以将来自存储元件/开关的电信号存储在存储器(在图6中未示出)。可用存储在存储器的数字值产生图像。电荷放大器608通常在定制ASIC芯片中实现。扫描控制单元605通常用可从显示器工业得到的门控制芯片来实现。用多路复用器610减少来自放大器的连接数量，并减少ADC通道的数量。为了快速处理从光传感器阵列600采集的大量数据，通常在处理器660中包括存储器。在本公开的方面，主机650(例如，另一个处理器)经由接口耦合到处理器660。主机650从存储缓冲区接收数字像素信息，并且可以在显示器(未示出)上产生图像的视觉表示。

扫描控制单元605可一次一行地按顺序接通和断开开关元件608。成像系统的其它元件为本领域的技术人员所熟悉。

处理器660通常与平板探测器物理集成，并且可与门控制芯片、放大器芯片、缓冲存储器和到主机650的接口电子集成。芯片通常实现为专用集成电路(ASICs)，其继而可各自处理数百个数据通道。

主机650可以为微控制器或微处理器或任何其它处理硬件，例如CPU或GPU。存储器(未示出)可与处理器分离(作为或在其中集成)。例如，微控制器或微处理器包括至少一个数据存储装置，例如但不限于RAM、ROM和持久存储器。在本公开的方面，处理器可配置成执行计算机可读存储装置中存储的一个或多个程序。

在本公开的方面，光传感器阵列600可以直接沉积在闪烁玻璃-陶瓷转换层405的表面上，则这也将用于代替通常的玻璃基板层。这将继而能够使用BI(后照射)x射线成像，其中x射线将从底部入射，如图4b中所示。这将以与现有技术FI(前照射)系统相同的剂量得到更清晰的图像，或在相同清晰度下的低剂量图像。

图5显示在双屏幕配置中具有任意闪烁玻璃陶瓷1作为转换层405的平板成像器(FPD) 500的实例(结构的另一个实例)。闪烁玻璃-陶瓷转换层405有利地既用作光探测器，又用作光传感器阵列600的基板。这消除了对单独(非闪烁)玻璃基板层的需要，如在已知的FPD中(消除由于光在屏幕和光传感器阵列之间的基板内传播以及其它有害的光管道效应而损失清晰度的来源)。此外，这种布置提高了相同总厚度的单个屏幕上的空间分辨率，因为两个屏幕将光传感器阵列夹在中间，并且从吸收事件到阵列的平均距离减小，从而使光散射的影响最大限度地减小。在保持空间分辨率的同时，也可以使两个屏幕的组合厚度比单个屏幕的厚度更厚，从而使探测器需要更少的剂量。此外，来自闪烁玻璃陶瓷1的更多可见光子将达到光传感器阵列600，因为消除了单独基板层中的任何吸收。

FPD 500可以与上述(图6)相似的方式用于成像系统。FPD 500可包括两个屏幕550、560(前屏幕550和后屏幕560)。以FI模式，前屏幕550可以最靠近两个屏幕的辐射源。光传感器阵列600可布置在前屏幕550和后屏幕560之间。前屏幕550具有面向光传感器阵列600的表面B。后屏幕560具有面向光传感器阵列600的表面C。

前屏幕550可包含闪烁磷光体层580或材料。例如，前屏幕550可包括可捕获入射x射线420并使捕获的x射线转换成可见光子525的磷光体晶体(为了将图简化，只标记了图5中的一种表示)。在一些实例中，屏幕550可以为粉末或颗粒类型(例如，GdO

在本公开的其它方面，前屏幕550可包含结构化闪烁层。例如，前屏幕550可包括可捕获入射x射线420并使捕获的x射线转换成可见光子525的闪烁磷光体针状结构。在一些实例中，前屏幕550可以为由CsI:Tl组成的真空沉积针状结构。在使用CsI:Tl时，前屏幕550可发射在约550nm区域的光。在本公开的其它方面，可使用液体闪烁材料。在一些实例中，可使用不同类型闪烁材料和类型的组合。

屏幕550、560可具有不同的厚度。如图5中所示，后屏幕560比前屏幕550厚。这是为了允许较薄的前屏幕在x射线的入射空间图案中捕获精细细节，而较厚的后屏幕弥补了一些入射x射线通量则未被前屏幕550捕获的事实。前屏幕550越厚，达到后屏幕560的入射x射线420越少。因此，可基于某些性能需求确定每个屏幕的厚度，包括信噪比，并且可基于使用FPD 500的特定应用。

闪烁玻璃-陶瓷转换层405的表面C是平滑的。表面C具有满足电子组件所用基板所需的标准的平滑度。例如，平滑度可以为约1nm RMS。在本公开的其它方面，平滑度可以为约1至约5nm RMS。在本公开的还其它方面，平滑度可以为约5nm至约20nm RMS。屏幕550、560之一或二者可包括任选的后衬层510(对于前屏幕未显示后衬层)。然而，后衬层510可以为前屏幕550的闪烁部分提供支持。另外，后衬层510可以在屏幕中产生的可见光子的波长下具有光学特征，这改善了特定应用(吸收或反射)的成像性能。例如，后衬的光学反射率可以非常高，以最大限度地提高成像信噪比，或者低，以最大限度地提高成像空间分辨率。例如，在本公开的方面，后衬510的漫光学反射率可以非常高(高于约90%)，以最大限度地提高成像信噪比，或者低(低于约10%)，如果目标是最大限度地提高成像空间分辨率。

在一些方面，可从后屏幕560省略后衬层510。如果需要，前屏幕550还可包括保护层505。例如，保护层505可以为塑料膜。

入射x射线420可能不完全由前屏幕550(闪烁前屏幕)捕获，因为材料可能没有足够的厚度来吸收所有入射x射线。未捕获(和未转换)的x射线可穿过前屏幕550和光传感器阵列600，并达到闪烁玻璃-陶瓷转换层405。因此，根据本公开的方面，闪烁玻璃-陶瓷转换层405有助于光传感器阵列600利用从不会或不能由前屏幕550转换的x射线得到的额外光子。在双屏幕配置中，光传感器阵列600配置成使来自两个屏幕550、560的光子转换成电信号。从相应的开关元件606延伸的垂线代表像素的边界。

图7显示具有任意闪烁玻璃陶瓷1作为转换层405的用于高能光子的平板成像器(FPD) 700的实例(结构的另一个实例)。在本公开的这个方面，FPD 700还具有增强层705。光传感器阵列600布置在与入射x射线或γ射线420A相反的闪烁玻璃-陶瓷转换层405的表面上。增强层705布置在邻近入射x射线或γ射线420A的闪烁玻璃-陶瓷转换层405的表面上。

增强层705可通过在其与高能束相互作用时提供向前散射光子和电子710(为了简化图，只标记电子的一种表示)来增加灵敏度。散射的光子和电子710进入闪烁玻璃-陶瓷转换层405，并存储它们的能量，以产生光作为图像信号。在一些方面，增强层705可以为但不限于铜、黄铜、铅或含铅玻璃。

在这里，入射x射线420A可具有在0.3-20MeV范围的能量，作为放射肿瘤学实践中射野影像的特征。有利地，光传感器阵列600可直接沉积在闪烁玻璃-陶瓷转换层405的表面上。

在本公开的一些方面，闪烁玻璃陶瓷1可结合到FPD的屏幕中，用于需要更高能量x射线束的应用，例如锥形束计算断层摄影，其中现有的探测器具有相对差的性能。在其它方面，闪烁玻璃陶瓷1可用于其它临床应用，包括图像引导手术和一般放射。

测试

制造闪烁玻璃陶瓷。陶瓷具有卤氧化物基质、Tb

闪烁玻璃陶瓷通过混合粉末产生，获得以摩尔百分比形式(52-x)B

将粉末加热到1000℃温度，产生熔融玻璃。使熔融玻璃的温度降到975℃，然后在400℃倒入黄铜模具；温度降低到975℃是减少材料中气泡的精细步骤，可能不是必需的，这取决于组合物和其它因素。

随着材料以每分钟约1.5℃的速率冷却到室温，BaCl

粉末在熔融过程之前干燥；然而，根据粉末的吸湿性，可能不需要干燥步骤。使闪烁玻璃陶瓷退火用于减少内部应力，因为它慢慢冷却到室温；退火也可作为一个单独的步骤进行。

闪烁玻璃陶瓷在黄铜模具内形成，最终形状和表面光洁度由材料的切割和抛光确定。存在用于形成闪烁玻璃陶瓷的其它方法，例如轧制和压制。可在这些成形过程之后进行退火，以减轻内部应力。

有用于产生闪烁玻璃陶瓷的替代方法，例如粉末加工。利用粉末加工烧结玻璃料，然后部分结晶。此外，在它们的制造中可采用其它陶瓷加工技术，包括但不限于以下技术：喷射、流延成型(tape-casting)和粉浆浇铸(slip-casting)、等静压或挤出。在其它方面，玻璃陶瓷也可通过溶胶-凝胶途径获得。

原样制备的玻璃和热处理样品(玻璃陶瓷)的x射线衍射测量在Philips X'PertMRD x射线衍射仪(PANalytical Inc., Westborough, MA, USA)上在x轴上在20°至80°(2θ)的2θ范围进行。扫描速率步长为0.05°，时间步长为10或30秒。

x射线衍射(XRD)实验证实在闪烁玻璃陶瓷中存在BaCl

以每分钟10K的速率从300℃至590℃对每个原样制备的样品进行差示扫描量热法(DSC)(Netzsch DSC 200 F3)扫描。如图9中所示，扫描证实，样品(例如闪烁玻璃陶瓷)包含非晶(玻璃)相。这通过所有样品在430和455℃之间存在玻璃化转变温度(扫描弯曲或降低的温度)来证明。图9显示了如上所述制造的闪烁玻璃陶瓷的扫描，具有5种不同百分比的Tb

DSC结果还证明了材料的必要热稳定性，因为在达到玻璃化转变温度之前没有发生热事件；a-Si:H TFT阵列的最高加工温度可低至300℃。在玻璃化转变温度之前，扫描相对平坦。

图10显示了五种不同Tb

样品对给定能量的x射线衰减由它们的密度和x射线质量衰减系数确定。x射线通过材料的透射可以由指数衰减定律来描述

其中I

其中ρ为材料的密度，并且t为其厚度。较大的密度和质量衰减系数值引起增加x射线衰减。

图12显示了基于3.3g cm

在约2mm的厚度，总衰减接近或高于90%。图12证明，陶瓷可以不同厚度用于FPD，同时仍实现高总衰减。厚度可使得FPD紧凑，但同时仍然足够厚，以满足作为光传感器阵列600的基板的机械要求。例如，陶瓷可以为至少约0.5mm。在其它方面，陶瓷可以为至少约0.7mm。厚度可使得信噪比最大化。

用专门改进的x射线平板探测器测量x射线闪烁输出，其中商业间接FPD(AXS-2430FDi, Analogic Canada Corporation)的壳体经过改进，以便可以将闪烁玻璃陶瓷挤压成与感光阵列(TFT和光电二极管阵列层)直接接触。此外，可旋转经改进的x射线平板探测器，使得入射x射线束首先通过闪烁玻璃陶瓷(“前照射”)进入，或首先通过TFT/光电二极管读出器(“后照射”)进入。

将具有组合物50B

闪烁玻璃陶瓷具有取决于组合物的可调性质。如图14中所示，加到组合物的掺杂剂Tb

用定制设置测量x射线激发发射光谱，其中将样品放在76.2mm积分球(Labsphere,Inc.)的输入口，并用钨阳极x射线管照射，产生标准RQA9束品质(120kVp管电压，40mm Al滤光)。将所得x射线发出的光引到CCD型光谱仪(Spectral Products SM242, Putnam, CT)。积分时间为35ms。

图15显示了包含2%Tb

薄膜(涂层)

在本公开的其它方面，闪烁(或闪烁器)薄膜可涂覆到或沉积到玻璃基板上。在本公开的一些方面，闪烁薄膜可由包括发光中心和光散射中心以及玻璃基质作为闪烁玻璃陶瓷的上述相似组分组成。膜也可包含一种或多种增感剂。

薄膜可经由多种薄膜沉积方法合成，包括但不限于化学气相沉积、物理气相沉积、转化涂覆、离子束沉积、喷涂或物理涂覆方法(旋涂和浸涂)。

图17说明根据本公开的方面制造薄膜的方法的实例。在S1700，形成用于沉积的靶。靶包括沉积由发光中心、光散射中心和玻璃基质组成的膜所必需的材料。靶还可包含允许沉积增感剂的材料。发光中心可以为元素、离子或化合物。在一些方面，发光中心可以为晶体，例如卤化物(碘化铯和氯化钡)、硅酸盐(原硅酸钆和氧化原硅酸钇镥(lutetium-yttrium oxyorthosilicate))或硫化物(氧硫化钆)；也可以使用其它结晶材料。这些发光中心可进一步包括一种或多种铕、铯、铽、铊或其它掺杂剂，以提高闪烁性能(其离子)。结晶材料也可用作光散射中心。在其它方面，另外的材料也可用作光散射中心。

在本公开的方面，闪烁(或闪烁器)薄膜1805在TFT沉积所必需的区域热稳定，并且可合成为平坦的连续层。

在S1705，将沉积发光中心、光散射中心和玻璃基质所必需的材料固定到旋转的靶支座上。旋转靶支座放在具有沉积基板(例如玻璃基板)的沉积室中。沉积室保持低于约10

根据本公开的方面，闪烁(或闪烁器)薄膜(作为涂层)的使用提供了利用某些闪烁材料的机会，这些闪烁材料可能不适用于通过传统方法(例如熔融淬火或粉末加工)合成的本体玻璃陶瓷。本体合成方法必须使用与玻璃基质相容的材料，并且可能显著限制闪烁剂:玻璃比。然而，图19a、19b和20中所示的闪烁(或闪烁器)薄膜(作为涂层)证明使用形成烧蚀靶的发光中心和光散射中心材料合成具有高闪烁剂:玻璃比的玻璃-陶瓷膜的能力。脉冲激光沉积(PLD)烧蚀靶材料，并将其引向基板。烧蚀发光中心、光散射中心和玻璃基质材料，并引向基板，以产生物理组合的玻璃陶瓷。

上述薄膜可结合到FPD的屏幕中。当结合到FPD中用于探测x射线时，可增加涂层厚度(膜厚度)，用于增加x射线吸收，并改善闪烁产生。还可增加发光中心:玻璃基质比，以改善闪烁产生。在一些方面，FPD可具有一个屏幕或双屏幕。

图18说明双屏幕配置中FPD 1800的实例(结构的另一个实例)，其中后屏幕560A包括涂覆在玻璃基板1810上的闪烁玻璃-陶瓷转换层(闪烁器薄膜)1805。闪烁器薄膜1805可以图17中所述的方式涂覆在玻璃基板1810上。然而，可使用涂覆闪烁器薄膜的其它方法。图18还描绘了任选的玻璃薄膜1815，它用作光传感器阵列600的基板。这具有可选择薄玻璃基板层的优点，以具有与用于光传感器阵列600的现有电子制造设备相容所必需的物理性质。任选的玻璃薄膜1815可通过在沉积为玻璃的材料上使用激光脉冲来制造。任选的玻璃薄膜1815可以薄，以减少内部的光传播，这增加了空间分辨率。激光的脉冲数和能量可取决于材料和厚度。任选的玻璃薄膜1815在TFT沉积所必需的区域热稳定，并且可合成为平坦的连续层。

在本公开的一些方面，闪烁器薄膜1805可结合到FPD的屏幕中，用于需要较高能量x射线束的应用，例如锥形束计算断层摄影，其中现有的探测器具有相对差的性能。在其它方面，闪烁器薄膜1805可用于其它临床应用，包括图像引导手术和一般放射。

制造实施例

已经开发了原型，它由用作发光和散射中心二者的BaCl

图19a显示了根据以上描述制造的非晶Si基质内BaCl

图20说明暴露于可见光和45keV x射线的非晶硼硅酸盐基质内的BaCl

在描述中，词语“约”表示列出的值可略微改变，只要改变不导致方法或结构与所示公开内容不符。例如，对于某些元素，词语“约”可以指±0.1%的变化，对于其它元素，词语“约”可以指±1%、±10%或±20%或其中任何点的变化。

本文所用专有名词只是为了描述特定实施方案，并不旨在限制本发明。除非上下文另外清楚地指明，否则本文所用单数形式“一”、“一个”和“所述”也旨在包括复数形式。应进一步理解，在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”说明所述特性、整体、步骤、操作、元素和/或组分的存在，但不排除一个或多个其它特性、整体、步骤、操作、元素、组分的存在或加入、和一个或多个其它特性、整体、步骤、操作、元素、组分和/或其组的加入。

所附权利要求中所有方式或步骤和功能元素(如果有的话)的相应结构、材料、作用和等同物旨在包括用于执行与明确要求保护的其它要求保护元素组合的功能的任何结构、材料或作用。展示本发明的描述部分用于示例和描述，而不旨在尽述或以所公开形式限于本发明。在不脱离本发明的范围和精神下很多修改和变化对本领域的普通技术人员显而易见。选择和描述实施方案是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，并使其他本领域的普通技术人员能够用不同的修改理解本发明的各种实施方案，这些修改应适合所设想的具体用途。