CN101833105A

CN101833105A - 一种平板式高时空分辨率射线转换屏

Info

Publication number: CN101833105A
Application number: CN200910111249A
Authority: CN
Inventors: 吴少凡; 林文雄
Original assignee: Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Current assignee: Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2010-09-15

Abstract

本发明涉及一种平板式高时空分辨率射线转换屏。该转换屏由大量细长方体状无机闪烁晶体接受元通过规则二维阵列密排布方式构成。每个接受元的前表面和侧面抛光后，分别镀上不透光的金属反射膜，由于每一个闪烁晶体射线接受元接受射线所发出的荧光相互完全隔离，可以将每个接受元发出的光作为一个独立的显像点，避免了闪烁材料各个部位发出荧光的互相重叠、干扰，通过规则二维阵列密排布，可以实现转换屏高的空间分辨率。

Description

一种平板式高时空分辨率射线转换屏

技术领域：

本发明涉及一种平板式高时空分辩率射线转换屏，属于辐射成像技术领域。

背景技术：

自从伦琴发现X射线以来，X射线逐渐在很多领域得到应用。X光辐射成像探测技术是其中一个十分重要的发展方向。

在医学成像诊断方面，科马克1963年首先提出用断层多方向投影重建断层图像计算方法。1968年英国EMI公司中央研究所工程师霍恩斯费尔德研制检查头颅用的CT装置获得成功并申请了英国专利。结合微型计算机图像处理系统产业发展，医用X射线CT(X-CT)从二维成像发展到三维成像。

在工业无损探伤检测方面，70年代中期，美国劳伦斯利弗莫尔实验室(LLNL)和洛斯阿拉莫斯科学实验室(LASL)利用CT技术于闪光X射线照相和中子射线照相中，解决动态和静态无损探伤的检测技术。这项技术在80年代已取得一些进展。美国IDM公司于1987年研制成功无缝钢管生产线上的质量自动检测-CT系统，取得了明显经济效益。我国的医用X-CT和Z-CT起步均较晚，上海医疗机械厂80年代末研制成功首台医用X-CT。

在X光辐射成像探测的过程中，X-Ray穿过待检样品，由于待检样品的材质、密度不同，其对X-Ray的吸收程度也不同，这样X-Ray被待检样品部分吸收后就携带了待检样品内部结构的信息，通过射线转换屏，将X-Ray图像转换为可见光图像，就可以形成样品部分内部结构示意图。除了X射线源因素外，图像的质量严重依赖于射线接受和转化系统。

评价射线接受和转化系统的最重要指标是转换效率和空间分辨率，这与转换材料种类以及材料的制备形状密切相关。

当前，有四种类型材料比较适合将高能X射线转换为可见光图像，即胶片、复合的无机发光材料(多晶)、由掺Th发光玻璃制成的光纤和闪烁晶体材料(单晶)。每一种材料都有其自己的优缺点。

胶片：胶片在低能射线成像时，可以达到很高的图像分辨率；但在高能量射线下存在着诸多问题。由于胶片适应的动态范围很窄、图像非数字化、响应灵敏度不如CCD系统、需要多层胶片堆叠使用而造成成像模糊，以及底片冲印中依赖人操作，限制其在高能射线成像领域的应用。同时胶片是一种银基技术，仅仅使用一次，另外胶片需要冲洗，既费时。

复合的无机发光材料(多晶)、以及光纤材料制备简单，成本较低，光纤材料转换效率低，抗辐照能力差，无法满足高能X射线多幅照相的要求。

与胶片、复合的无机发光材料和光纤等闪烁材料相比，无机闪烁晶体具有密度高、体积小、物化性能和闪烁性能优良等显著特点，从而使它在所有实用的闪烁材料中占据了重要的地位。

另外从材料的制备形式来看，目前有光纤阵列探测器、单片板状晶体闪烁转换屏两种主要形式，但两种均有各自缺陷。

多根光纤可以组成光纤阵列探测器，但是由于单根光纤的横截面为圆形，所以多根光纤并束时填充因子有限(如图1所示)，空隙部分无法对入射的X射线进行转换，造成空间分辨率的下降。另外光纤存在一定的数值孔径，仅允许射线以一定角度入射，在实际应用中缺乏灵活性同样造成空间分辨率的下降。

在板状晶体闪烁转换屏应用中，晶体的厚度对转换效率和空间分辨率有很大的影响。太薄的晶体接受厚度无法达到需要的转换效率。加大晶体接收厚度可以大幅度提高射线的吸收效率，有利于提高成像的响应度。但是太厚的晶体会严重影响空间分辨率。如图2所示，由于产生的闪烁光是完全发散的，比如闪烁光原本是在区域1产生的，由于横向弥散，进入区域3，造成信号串扰，降低图象分辨率。当晶体吸收厚度进一步增加的时候，串扰问题将更加严重，最终使转换图象严重失真，以至完全不可用。所以在高能射线下，因为“吸收效率和信号串扰”矛盾问题，传统的板状闪烁转换屏存在着的图像分辨率极限。

发明内容

本发明涉及一种平板式高时空分辩率射线转换屏，该转换屏由大量细长方体状无机闪烁晶体接受元通过规则二维阵列密排布方式构成。每个接受元的前表面和侧面抛光后，分别镀上不透光的金属反射膜。另外，还在接受元后表面镀上闪烁晶体输出荧光对应波段的增透膜，降低输出界面对荧光的损耗。

本发明相比于以往的转换接受系统有以下一些优点。首先，该转换屏采用闪烁单晶，对高能X射线具有较高的转换效率和耐受能力，适应于高能X射线多幅照相的场合。其次，由于每一个闪烁晶体射线接受元接受射线所发出的荧光相互完全隔离，可以将每个接受元发出的光作为一个独立的显像点，避免了闪烁材料各个部位发出荧光的互相重叠、干扰，通过规则二维阵列密排布，可以实现转换屏高的空间分辨率。最后，每一个接受元之间紧密排列，避免了光纤阵列中空隙的出现，将填充因子从光纤阵列型探测器的79％提高到接近100％的水平，极大地提高了空间分辨率。

通过这种射线转换屏可以获取很高时空分辩率的图像，同时相对与使用玻璃、塑料乃至液体闪烁材料制备的转换屏，它具备了无机闪烁晶体具有的密度高、稳定和性能优良、抗辐照等显著特点，适合于各类高能射线成像的实时探测，可以作为射线探测器的部件，用于在高能物理、核物理、影像核医学诊断、地质勘探、天文空间物理学以及安全稽查等领域中。

附图说明；

图1光纤阵列横截面示意图；图2板状晶体闪烁转换屏。图3-图7为晶体加工成接受器元件的各个阶段示意图。

具体实施方式：

步骤1加工一块10mm*10mm＊20mm的硅酸镥闪烁晶体，其中20mm为射线入射和荧光输出方向，如图3所示，六面作光学抛光；

步骤2采用多线切割的方式，沿平行于cdd¹c¹面，从cbb¹c¹面开始切割，切入18mm，剩余2mm未切透，切割割线直径0.1mm，各线间距0.5mm，如图4所示；

步骤3将晶体沿通光轴方向，旋转90°，如图5所示；

步骤4采用多线切割的方式，沿平行于abcd面，从bc c¹b¹面开始切割，切入18mm，剩余2mm未切透，切割割线直径0.1mm，各线间距0.5mm，如图6所示；

步骤5将晶体放入银白色胶水中浸泡，直至胶水均匀地渗透到各条切割缝隙中，或将晶体放入200°的锡溶液中浸泡，直至锡溶液均匀地渗透到各条切割缝隙中；取出晶体，在退火炉内缓慢退火到室温；

步骤6将晶体add¹c¹、bc c¹b¹面进行光学抛光后，分别镀上不透光的金属反射膜和闪烁晶体输出荧光对应波段的增透膜，这样就制备出一块10mm*10mm＊20mm的接受器元件，如图7所示；

步骤7由10mm*10mm＊20mm的接受器元件，采用二维阵列胶水拼接的方式，可以制备出各种大小截面的平板式射线转换屏，转换屏四周利用铝框固定。

可以根据不同的适用要求，可以选择不同的闪烁晶体，以及不同的加工规格，如不同尺寸的闪烁晶体接受元、切割割线直径和各线间距。

若各线间距较小，在完成步骤4，采用多线切割时，晶体容易崩裂，可以在步骤2后，添加执行步骤5，利用油漆、胶水、锡等物质填满切割缝隙，再作另一道切割，可以有效避免晶体容易崩裂。

Claims

1.一种平板式高时空分辩率射线转换屏，其特征在于：该转换屏由大量细长方体状无机闪烁晶体接受元通过规则二维阵列密排布方式构成。

2.如权利要求1所述的无机闪烁晶体接受元，其特征在于：每个接受元的前表面和侧面抛光后，分别镀上不透光的金属反射膜。

3.如权利要求1所述的无机闪烁晶体接受元，其特征在于：在接受元后表面镀上闪烁晶体输出荧光对应波段的增透膜，降低输出界面对荧光的损耗。

4.如权利要求1所述的无机闪烁晶体接受元，其特征在于：可以根据不同的适用要求，可以选择不同的闪烁晶体，以及不同的加工规格，如不同尺寸的闪烁晶体接受元、切割割线直径和各线间距。