專利名稱：一種用于射線位置和能量測(cè)量的閃爍體探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的主要應(yīng)用領(lǐng)域是放射性射線測(cè)量，特別是正電子發(fā)射斷層掃描儀 (PositronEmission Tomography, PET)的探測(cè)器。
背景技術(shù)：
在PET應(yīng)用中，要求對(duì)正電子湮滅后產(chǎn)生的一對(duì)伽馬射線的能量，以及擊中探測(cè) 器的位置進(jìn)行精確的測(cè)量。目前最主要的PET探測(cè)器為閃爍體探測(cè)器加上光電倍增管。射 線擊中閃爍體后產(chǎn)生閃爍熒光被光電倍增管搜集并進(jìn)行放大后，得到電信號(hào)。為了得到射 線擊中的位置，最直觀的方法是采用位置靈敏光電倍增管。但是這種方法的缺點(diǎn)是位置靈 敏光電倍增管價(jià)格極其昂貴，所以目前的主要應(yīng)用在小動(dòng)物PET上。在人體PET探測(cè)器設(shè) 計(jì)上，目前普遍采取的辦法是通過控制探測(cè)器內(nèi)部的光分配，調(diào)節(jié)不同位置的光電倍增管 上接收到的閃爍熒光的比例，從而達(dá)到識(shí)別晶體位置的目的。目前主要的探測(cè)器內(nèi)部光分配方式包括三種1.將整塊的晶體鋸出不同的深度。由于閃爍晶體通常比較脆，因此切割過程中不 可避免的會(huì)產(chǎn)生破碎，導(dǎo)致材料的浪費(fèi)。同時(shí)由于鋸的過程中產(chǎn)生的縫隙較寬，會(huì)導(dǎo)致探測(cè) 效率的下降。2.采用小的晶體條組成晶體陣列，相鄰的晶體條之間加入反光材料。通過調(diào)節(jié)反 光材料的長(zhǎng)度來調(diào)節(jié)光分配比例。這種方法的缺點(diǎn)是，部分反光材料的長(zhǎng)度過短，會(huì)帶來晶 體的傾斜。這種傾斜一方面帶來機(jī)械誤差，影響定位精度，另一方面會(huì)導(dǎo)致探測(cè)器內(nèi)部的應(yīng) 力不均勻，使得探測(cè)器容易在受到震動(dòng)或溫度變化熱脹冷縮時(shí)出現(xiàn)破裂的現(xiàn)象。3.采用小的晶體條組成晶體陣列，但是相鄰的晶體條之間完全用反光材料隔離。 在晶體陣列下方加入光導(dǎo)條，通過調(diào)節(jié)光導(dǎo)條之間的反光材料的長(zhǎng)度來進(jìn)行光分配。但是 完全采用光導(dǎo)進(jìn)行分配時(shí)，為了留下足夠的光分配空間，就需要留下足夠的長(zhǎng)度。這種過長(zhǎng) 的光導(dǎo)會(huì)導(dǎo)致明顯的光損失，影響探測(cè)器的分辨能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種新的閃爍探測(cè)器的設(shè)計(jì)方法。探測(cè)器包含一個(gè)由晶體條組成的晶 體陣列和一個(gè)由光導(dǎo)條組成的光導(dǎo)陣列。兩個(gè)陣列中的晶體條和光導(dǎo)條具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān) 系。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中或者僅采用晶體分光，或者僅采取光導(dǎo)分光。而在本發(fā)明中，我們?cè)诠夥?配的過程中，將晶體和光導(dǎo)作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮。通過調(diào)節(jié)晶體條和光導(dǎo)條之間的反射 介質(zhì)的長(zhǎng)度，達(dá)到光分配的目的。由于在分光中，晶體條本身也參加了光分配，從而縮短了 所需光導(dǎo)條的長(zhǎng)度，降低了光傳輸過程中的光損失。圖1是一個(gè)8x8的探測(cè)器模塊示意圖。該模塊包括一個(gè)由64根閃爍晶體條1組成的晶體陣列2和一個(gè)由64根光導(dǎo)條3組成的光導(dǎo)陣列4。相鄰的光導(dǎo)/晶體條之間加入 了長(zhǎng)度不一的反射介質(zhì)5.探測(cè)器模塊被放置在包括多個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件6的光電轉(zhuǎn)換器件 陣列7上。
當(dāng)射線擊中晶體陣列2后，所發(fā)出的的光經(jīng)過光導(dǎo)陣列4的光分配和調(diào)節(jié)，最終被 光電轉(zhuǎn)換器件陣列7接收。不同位置的晶體條1上所發(fā)的光，在光電轉(zhuǎn)換器件陣列7中不 同位置的光電轉(zhuǎn)換器件6上的分配比例不同。通過計(jì)算光電轉(zhuǎn)換器件陣列7上各光電轉(zhuǎn)換 器件6上所搜集到光的分配比例，即可獲得射線擊中晶體陣列2的位置。通過對(duì)光電轉(zhuǎn)換 器件陣列7上的所有光電轉(zhuǎn)換器件6搜集到的光進(jìn)行求和，即可獲得射線的能量。晶體1可以是任何合適的閃爍晶體，例如硅酸镥(LSO)，硅酸釔镥(LYSO)，鍺酸鉍(BGO)，或其他具有相近光產(chǎn)額的晶體。晶體的表面可以是粗糙面，也可以是拋光面。為了 保持探測(cè)器模塊的發(fā)光一致性，在進(jìn)行探測(cè)器組裝前，應(yīng)該對(duì)晶體1的發(fā)光產(chǎn)額進(jìn)行逐個(gè) 測(cè)試。在組裝探測(cè)器的時(shí)候，選擇光產(chǎn)額接近的晶體進(jìn)行組裝，以保證探測(cè)器的一致性。光導(dǎo)2可以是任何具有良好透光性的光學(xué)材料，例如光學(xué)玻璃和光學(xué)有機(jī)玻璃。 光導(dǎo)條的表面可以是粗糙面，也可以是拋光面。反射介質(zhì)5可以是任何在閃爍熒光光譜范圍內(nèi)具有高反射率、低吸收率的反射材 料，例如頻譜增強(qiáng)型反射膜(Enhanced Spectral Reflector，ESR)，特氟龍(Teflon)薄膜， 或氧化鈦粉末等。光電轉(zhuǎn)換器件6可以是光電倍增管，也可以是半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換器件。如圖2所示，為了保證較高的機(jī)械精度，降低組裝的誤差，一種方法是在切割之 前，即將整塊的晶體塊8和光導(dǎo)塊9通過光學(xué)膠10粘合起來，然后再進(jìn)行切割、研磨和拋光 的處理，得到機(jī)械尺寸一致的晶體/光導(dǎo)條11。在進(jìn)行后續(xù)的組裝時(shí)，晶體/光導(dǎo)條11作 為一個(gè)整體來進(jìn)行。


圖1是一個(gè)8x8的探測(cè)器的結(jié)構(gòu)2是晶體/光導(dǎo)條的切割示意3是一個(gè)采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的10x10的探測(cè)器模塊圖4是10x10探測(cè)器模塊的效果圖具體實(shí)施例子下面結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用。圖3是一個(gè)采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的10x10的探測(cè)器模塊。閃爍晶體材料為硅酸釔镥晶 體，晶體條尺寸為4x4x20mm3。光導(dǎo)材料為K9光學(xué)玻璃，光導(dǎo)條尺寸為4x4x10mm3。晶體和 光導(dǎo)的表面均為粗糙表面。反光材料為頻譜增強(qiáng)型反射膜(ESR)，厚度為38微米。整個(gè)探 測(cè)器模塊的大小為40. 7x40. 7x30mm3。光電轉(zhuǎn)換器件為直徑39mm的光電倍增管。圖4是本探測(cè)器模塊的點(diǎn)陣圖，從中可以清楚的看到所有100個(gè)晶體的點(diǎn)陣。
權(quán)利要求
一種用來測(cè)量射線擊中位置和能量的閃爍體探測(cè)器，其特征在于探測(cè)器包括(1)一個(gè)包含多個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件的光電轉(zhuǎn)換器件陣列；(2)一個(gè)包含多個(gè)閃爍晶體條的閃爍晶體陣列；(3)一個(gè)包含多個(gè)光導(dǎo)條的光導(dǎo)陣列；(4)光導(dǎo)陣列的一個(gè)面耦合在閃爍晶體陣列上，另一個(gè)面耦合在光電轉(zhuǎn)換器件陣列上；(5)相鄰的閃爍晶體條和光導(dǎo)條之間，放有長(zhǎng)度不一的反光介質(zhì)，通過調(diào)節(jié)反光介質(zhì)的面積來調(diào)節(jié)閃爍光的分配；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍體探測(cè)器，其特征在于閃爍晶體陣列包含m乘以n個(gè)晶 體條，其中m可以等于n，也可以不等于n。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍體探測(cè)器，其特征在于光導(dǎo)條陣列中的光導(dǎo)條和閃爍晶 體陣列中的晶體條的個(gè)數(shù)完全相同，位置上一一對(duì)應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍體探測(cè)器，其特征在于閃爍晶體的材料是硅酸釔镥、鍺 酸鉍或者其它具有相近或更多光產(chǎn)額的閃爍晶體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍體探測(cè)器，其特征在于光導(dǎo)條的材料是光學(xué)玻璃，或者 光學(xué)有機(jī)玻璃，或者其它具有較好透光能力的透明光學(xué)材料，光導(dǎo)條的表面或者是粗糙面， 或者是拋光面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍體探測(cè)器，其特征在于反射介質(zhì)是頻譜增強(qiáng)型反射膜， 或者特氟龍薄膜，或者氧化鈦粉末，或者其他在閃爍熒光光譜范圍內(nèi)具有高反射率、低吸收 率的反射材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍體探測(cè)器，其特征在于在進(jìn)行晶體/光導(dǎo)條生產(chǎn)時(shí)，首先 將整塊晶體塊和光導(dǎo)塊通過光學(xué)膠粘合起來，然后進(jìn)行切割、研磨和拋光處理，從而保障晶 體條和光導(dǎo)條的一致性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用來測(cè)量放射性射線擊中位置和能量的閃爍體探測(cè)器。這種探測(cè)器陣列包括一個(gè)閃爍晶體陣列和一個(gè)光導(dǎo)陣列。射線擊中閃爍晶體陣列后，會(huì)發(fā)出閃爍熒光。這些閃爍熒光經(jīng)過光導(dǎo)陣列后，被光電轉(zhuǎn)換器件陣列接收。其中閃爍晶體陣列的晶體條和光導(dǎo)陣列中的光導(dǎo)條具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。相鄰的晶體條和光導(dǎo)條之間具有長(zhǎng)度不同的反光介質(zhì)。通過調(diào)節(jié)反光介質(zhì)的長(zhǎng)度，可以控制閃爍熒光在不同光電轉(zhuǎn)換器件上的分配比例，從而識(shí)別射線擊中的位置。通過將所有光電轉(zhuǎn)換器件上的信號(hào)進(jìn)行相加，可以得到射線的總能量。
文檔編號(hào)G01T1/202GK101833106SQ20101016839
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者劉繼國 申請(qǐng)人:劉繼國