專利名稱：用于核成像裝置的閃爍探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于核成像裝置的閃爍探測器，特別涉及一種具有良好的位置分辨能力的位置靈敏型閃爍探測器。
背景技術(shù)：
核成像是以探測放射性射線的位置與能量為基礎(chǔ)，在醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境評價、科學(xué)研究等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。核成像裝置的關(guān)鍵部件之一就是探測器，目前，用于核成像的探測器主要有氣體探測器、閃爍探測器、半導(dǎo)體探測器等，其中閃爍探測器的應(yīng)用尤為廣泛。
閃爍探測器的一般由閃爍體與光電倍增管組成。其工作原理如下閃爍體為接收放射性射線后能發(fā)出閃爍光的材料制成，多為閃爍晶體。閃爍體形狀可為單獨的塊狀閃爍體，或為由多個閃爍體單元組成的能夠給出位置信息的閃爍體陣列。光電倍增管通常由光陰極、若干個打拿極和陽極組成。當(dāng)放射性射線射入閃爍體時，閃爍體發(fā)出的閃爍光被光陰極所接收，由于光電效應(yīng)激發(fā)出一定數(shù)量的光電子，這些光電子受光電倍增管極間電場的加速和聚焦，在打拿極上產(chǎn)生多個二次電子，這些二次電子同樣在電場的作用下，在下一級打拿極上激發(fā)出更多的電子，這樣經(jīng)過多級倍增，最后在光電倍增管陽極上收集到一個強的電流信號。
一般的閃爍探測器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，閃爍體1一般通過光耦合劑與光電倍增管3直接相連，光電倍增管3的下方連接有管座及分壓電路4。此種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于閃爍體1發(fā)出的閃爍光能比較完好地被光電倍增管3的光陰極收集。在成像設(shè)備中，特別是大型的成像設(shè)備中，往往需要幾十個甚至幾百個這樣的探測器組成一個大面積的環(huán)狀或平面型的探測器系統(tǒng)。由于光電倍增管的邊緣不可避免地存在一定面積的探測死區(qū)或者是靈敏度較差的地方，因此這種晶體與光電倍增管直接相連的探測器結(jié)構(gòu)，很難避免各個探測器單元之間的探測死區(qū)的存在，特別是在使用多個探測器單元組成大面積的平面探測器的情況下，探測死區(qū)更是難以避免。
請參考圖2，為了解決上述問題，可以在閃爍體1與光電倍增管3之間加一光導(dǎo)2。同樣，管座及分壓電路4連接在光電倍增管3的下方。如美國洛杉磯加州大學(xué)(UCLA)在設(shè)計小動物正電子斷層掃描儀MicroPETII時，使用了形狀為立方形和平行六面形的光導(dǎo)2，以使三個探測器可以緊密連，構(gòu)成一個基本無探測死區(qū)的探測器模塊(Module)。這樣，多個探測器模塊可以緊密排列成探測器環(huán)。但在某些情況下，如在制造單光電子發(fā)射斷層掃描儀(Single Photon Emission Computer Tomograph，SPECT)和平面型正電子斷層掃描儀(Positron Emission Tomograph)時，需要將多個探測器組合在一起成一個大面積的平面型的探測器。在這種情況下，此種使用直通型光導(dǎo)的探測器就很難使各個模塊之間無間隙。并且，使用這種直通型光導(dǎo)2時，閃爍體1的與光導(dǎo)2相連接端端面(出光面)必須不大于光電倍增管3的有效的光陰極面積。
在中國實用新型專利CN2574603Y中，公開了一種正電子斷層成像裝置的探測器，請參見圖3所示。專利說明書中公開的探測器包括閃爍體1、光導(dǎo)2、以及光電倍增管3。光導(dǎo)2為一橫切面為正方形、縱切面為等腰梯形的錐臺，錐臺的較大一端與形成閃爍體1的晶體連接，較小一端與光電倍增管3連接。專利說明書中申明，此專利可以使用較小面積的光電倍增管3探測較大面積的閃爍體1發(fā)出的閃爍光，可達到減少器件數(shù)量、降低造價的目的。但是由于一般的光導(dǎo)材料在傳輸閃爍光的過程中，閃爍光會有分散，因此入射射線的位置信息被削弱。而且，一般的光電倍增管無位置分辨能力，因此，很難從單個的光電倍增管陽極上得到的信號中提取出入射射線的位置信息。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于核成像裝置的具有良好位置分辨率的閃爍體探測器。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種能夠節(jié)省成本并且無探測死區(qū)的閃爍體探測器。
為達到上述目的，本發(fā)明提供的用于核成像裝置的閃爍探測器包括閃爍體，其用于接收放射性射線并發(fā)出閃爍光；光纖光導(dǎo)，其內(nèi)部具有多個光纖，所述光纖的數(shù)值孔徑大于等于1.0，該光纖光導(dǎo)的第一端連接至該閃爍體，用以接收并傳輸從該閃爍體發(fā)出的閃爍光；光電倍增管，其連接至該光纖光導(dǎo)的第二端，以收集從該光纖光導(dǎo)傳輸來的閃爍光。
優(yōu)選地，所述光纖的單絲芯徑為1～200微米。
優(yōu)選地，各光纖的絲徑相等。
優(yōu)選地，該第一端端面的形狀和尺寸與該閃爍體的出光面的形狀和尺寸相同。
優(yōu)選地，該光纖光導(dǎo)靠近該第一端的上部的形狀為長方體形，其靠近該第二端的下部的形狀為向該第二端不斷收縮的錐臺形，從而該第一端端面的尺寸大于該第二端端面的尺寸。
優(yōu)選地，該第二端端面的形狀與該第一端端面的形狀相同。
優(yōu)選地，該光纖光導(dǎo)的第二端的有效出光面的形狀與該第一端端面的形狀相同。
優(yōu)選地，該光電倍增管為位置靈敏型光電倍增管。
本發(fā)明的有益效果是由于探測器通過使用特殊材料以及特殊形狀的光纖光導(dǎo)將閃爍體發(fā)出的閃爍光傳輸?shù)焦怆姳对龉苌希瑥亩綔y器具有良好位置分辨率，同時能夠使用有效探測面積較小的光電倍增管探測較大面積的閃爍體發(fā)出的閃爍光，達到節(jié)省成本的效果。
本發(fā)明的其它特征、方面和優(yōu)點，在閱讀了下面結(jié)合附圖對具體實施方式
的詳細描述之后，會變得更清楚。


圖1示出了一般的閃爍探測器結(jié)構(gòu)；圖2示出了正電子斷層掃描儀MicroPETII所采用的閃爍探測器結(jié)構(gòu)；圖3示出了中國專利CN2574603Y的閃爍探測器的結(jié)構(gòu)；圖4示出了依據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的閃爍探測器的結(jié)構(gòu)；圖5為依據(jù)本發(fā)明的閃爍探測器的透視圖；
圖6A～圖6D分別示出了依據(jù)本發(fā)明的光纖光導(dǎo)的側(cè)面、第一端端面、第二端端面和縱向剖面的形狀示意圖；圖7為依據(jù)本發(fā)明的多個探測器組成的平面型探測器系統(tǒng)；圖8為依據(jù)本發(fā)明的多個探測器組成的環(huán)狀探測器系統(tǒng)。
具體實施例方式
現(xiàn)將參考附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。用相同的標(biāo)號表示在不同的附圖中出現(xiàn)的相同或相似的元件，并略去其詳細說明。
請參見圖4，其示出了依據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的閃爍探測器的結(jié)構(gòu)。該用于核成像的閃爍探測器由閃爍體1、光纖光導(dǎo)2和光電倍增管3組成，其整體形狀如圖5所示，同樣，管座及分壓電路4連接在光電倍增管3的下方。其中，探測器所使用的閃爍體1可為塊狀晶體，或者是由多個晶體單元組成的晶體陣列。閃爍體的形狀可以根據(jù)使用目的制造成不同的形狀，但以立方形(即橫切面和縱切面都為矩形)為主。
本發(fā)明采用光纖光導(dǎo)作為連接在閃爍體和光電倍增管之間的光導(dǎo)。光纖光導(dǎo)是由很多細小的光纖整齊排列融合在一起，并在高溫下拉制而成的。光纖光導(dǎo)2的兩頭的形狀可以根據(jù)需要制成方形、圓形或六角型。這里，將光纖光導(dǎo)2與閃爍體1相連接的一端設(shè)定為第一端，將光纖光導(dǎo)2與光電倍增管3相連接的一端設(shè)定為第二端。請參見圖6A～圖6D，其分別示出了依據(jù)本發(fā)明的光纖光導(dǎo)的側(cè)面、第一端端面、第二端端面、和縱向剖面的形狀；從圖中可以看出，光纖光導(dǎo)2靠近該第一端的上部為長方體形，靠近該第二端的下部可以以內(nèi)切圓弧的方式縮小，從而形成為錐臺形。該第二端端面可以為圓形，其有效出光面的形狀與該第一端端面相同，也為矩形。因此，如果從該光纖光導(dǎo)端面的中間縱切，縱切面為如圖6D所示的形狀；也可將第二端四周無效的面積切除，僅保留與第一端端面的矩形相同的形狀，但面積比第一端端面小的有效出光面。
光纖光導(dǎo)2的第一端的尺寸大于第二端的尺寸，這樣可以使用面積較小的光電倍增管探測面積較大的閃爍體發(fā)出的閃爍光。圖6B顯示了一種方形的光纖光導(dǎo)2的第一端端面，與此相對應(yīng)，圖6C中光纖光導(dǎo)2的第二端端面中的有效出光面5的形狀也是方形。這里，光纖光導(dǎo)2的第一端端面的形狀和尺寸與閃爍體1出光面的形狀和尺寸相同，這樣能夠更有效地收集閃爍體1發(fā)出的閃爍光；而光纖光導(dǎo)2的第二端的形狀可以根據(jù)需要確定，但有效出光面5的形狀與第一端端面相同，只是面積依探測器的有效探測面積而與第一端端面的面積成一定的比例設(shè)定。制作光纖光導(dǎo)2的光纖單根絲徑可以為幾個微米(μm)至幾百個微米，如1～200微米，但在同一光導(dǎo)中，光纖的絲徑是一致的。光纖的數(shù)值孔徑≥1.0。
本發(fā)明的光纖光導(dǎo)具有特殊的形狀，該特殊形狀具有以下幾個優(yōu)點(1)有利于光線光導(dǎo)的加工。因為光纖光導(dǎo)在拉制、切割加工等過程中必須要固定，該光纖光導(dǎo)的上部分保持直通的長方體形，有利于比較牢固的固定；(2)有利于光透過率的均勻性。由于該光纖光導(dǎo)的上部分保持直通的形狀，可以使光纖光導(dǎo)邊緣的光透過率與中心保持基本一致，因此，有利于光透過率的均勻性。
(3)該光纖光導(dǎo)的上部分保持一段長方體的形狀，有利于閃爍體與光纖光導(dǎo)的連接。
所使用的光電倍增管3為位置靈敏型光電倍增管，其可以具有多陽極結(jié)構(gòu)或十字網(wǎng)狀陽極結(jié)構(gòu)，同時光陰極形狀可以為方形或圓形。這樣，易于從光電倍增管陽極上得到的信號中提取出入射射線的位置信息。
使用光纖這種特殊材料制成的光導(dǎo)，可以將閃爍體發(fā)出的閃爍光傳至光電倍增管，且保留入射射線的位置信息；使用光接收面大于有效光輸出面這種光纖光導(dǎo)的特殊形狀，可以使用小面積的光電倍增管探測大面積的閃爍體發(fā)出的閃爍光，從而可以節(jié)省成本。并且可以使多個探測器單元緊密結(jié)合在一起形成如圖7所示的平面型或形成如圖8所示的環(huán)型的大面積探測器系統(tǒng)，避免探測死區(qū)。
盡管通過上述實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于該實施例。因此，不偏離本發(fā)明精神的各種等效結(jié)構(gòu)，也應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于核成像裝置的閃爍探測器，其特征在于包括閃爍體，其用于接收放射性射線并發(fā)出閃爍光；光纖光導(dǎo)，其內(nèi)部具有多個光纖，所述光纖的數(shù)值孔徑大于等于1.0，該光纖光導(dǎo)的第一端連接至該閃爍體，用以接收并傳輸從該閃爍體發(fā)出的閃爍光；光電倍增管，其連接至該光纖光導(dǎo)的第二端，以收集從該光纖光導(dǎo)傳輸來的閃爍光。
2.如權(quán)利要求1所述的閃爍探測器，其特征在于所述光纖的單絲芯徑為1～200微米。
3.如權(quán)利要求1所述的閃爍探測器，其特征在于所述多個光纖的絲徑相等。
4.如權(quán)利要求1所述的閃爍探測器，其特征在于該第一端端面的形狀和尺寸與該閃爍體的出光面的形狀和尺寸相同。
5.如權(quán)利要求1所述的閃爍探測器，其特征在于該光纖光導(dǎo)靠近該第一端的上部的形狀為長方體形，其靠近該第二端的下部的形狀為向該第二端不斷收縮的錐臺形，從而該第一端端面的尺寸大于該第二端端面的尺寸。
6.如權(quán)利要求5所述的閃爍探測器，其特征在于該第二端端面的形狀與該第一端端面的形狀相同。
7.如權(quán)利要求5所述的閃爍探測器，其特征在于該光纖光導(dǎo)的第二端的有效出光面的形狀與該第一端端面的形狀相同。
8.如以上任意一項權(quán)利要求所述的閃爍探測器，其特征在于該光電倍增管為位置靈敏型光電倍增管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于核成像裝置的閃爍探測器，其包括閃爍體，其用于接收放射性射線并發(fā)出閃爍光；光纖光導(dǎo)，其內(nèi)部具有多個光纖，所述光纖的數(shù)值孔徑大于等于1.0且所述光纖的單絲芯徑為1～200微米，該光纖光導(dǎo)的第一端連接至閃爍體，用以接受并傳輸從該閃爍體發(fā)出的閃爍光；光電倍增管，其連接至該光纖光導(dǎo)的第二端，以收集該光纖光導(dǎo)傳輸來的閃爍光。本發(fā)明提供的用于核成像裝置的閃爍探測器可以保留入射射線的位置信息，具有良好的位置分辨能力，而且可以使多個探測器緊密結(jié)合在一起形成平面型或環(huán)形的大面積位置靈敏型探測器系統(tǒng)，避免探測死區(qū)。
文檔編號G01T1/20GK1740819SQ20051010521
公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月26日
發(fā)明者李道武, 章志明, 單保慈, 馬創(chuàng)新, 張?zhí)毂? 魏龍 申請人:中國科學(xué)院高能物理研究所