CN101937092A

CN101937092A - 用于辐射成像的探测器设备

Info

Publication number: CN101937092A
Application number: CN2009100886223A
Authority: CN
Inventors: 李元景; 王永强; 张清军; 繆庆文; 代主得; 王钧效; 姚楠
Original assignee: Nuctech Co Ltd
Current assignee: Nuctech Co Ltd
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-05

Abstract

公开了一种用于射线探测和辐射成像的一维位置敏感电离室气体探测器设备，属于核辐射应用技术领域。主要由金属密封外壳、阳极板、多电极条板和电子学电路组件构成；其特征在于，所述阳极板、多电极条板设置在金属密封外壳中；所述电子学电路组件置于金属密封外壳外部；所述金属密封外壳由底座、密封转接电路板、基板、和密封橡胶圈构成；所述阳极板、多电极条板由印刷电路板制成；所述壳外电子学电路组件和壳内多电极条板通过夹在外壳中间的密封转接电路板进行信号连接。本发明探测器具有高分辨率、安调工艺简单、维修方便的优点，可用于带电粒子探测、高能光子探测的科研领域，也适用于小型物品CT、人体扫描透视等安检领域。

Description

用于辐射成像的探测器设备

技术领域

本发明属于核辐射应用技术领域，具体涉及一种用于射线探测和辐射成像的气体电离室探测器设备。

背景技术

高压气体电离室，特别是充入高压惰性气体的电离室在科学实验、工业、医学和安检领域有着很广泛的应用。探测X射线的气体电离室常设计成多单元排列的形式，用于线阵或面阵的辐射成像。

公开号为CN1936498A的专利申请中提到：根据需要，可以将包括高压极和收集极的多个管状电离室组合排列成各种形式的一维或二维X、r射线阵列探测装置。由于需在管壁(兼高压电极)和中央金属细管(兼信号电极)之间加高压电，管壁的直径就受到限制，所以管状电离室不能做的太小，一般来说直径或边长多是大于5mm的，即使外形上可以做到更小，电离室性能稳定性和一致性将无法得到保证。

上世纪的90年代，医用CT仍然普遍采用高压氙气电离室作为X射线探测器，其电离室单元是用高强度薄钨板非常紧凑的分割包围而成，每个单元两侧的钨板分别作为高压电极和信号电极，所有电极板全部排列在充有高压氙气的扇型金属容器中。这样的电离室单元最小宽度一般可以达到1～2mm，比前文中多个单独密封管状电离室阵列间距更窄，位置分辨率更高。不过，CT要求每个单元都严格指向X射线发射点，且钨片需尽可能的薄(0.1～0.2mm)，X射线方向的深度又相当深(50～80mm)，这就对机械设计和加工提出非常高的要求。

文献“Usage of two types of high-pressure xenon chambers for medicalradiography”(Nucl.Instr.and Meth.A 461(2001)430-434)中提到一种称为MIC(multi-strip ionization chamber)的探测器结构，采用一块高压电极电路板和与之相对平行放置的一块多电极条信号电路板，实现了相当于单元宽度为0.4mm的电离室一维阵列，分辨率极大提高。但是，该结构整体设计是将信号收集、放大、转换等电子学电路组件全部放置到高压密闭容器中，安装和维修时，需要将高压惰性气体先行排出容器，再将内部组件全部拆卸才能进行，所以不但造成贵重气体无谓的浪费，也使探测器的安调工艺变得非常复杂，维修时间长。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种用于射线探测和辐射成像的探测器装置。本发明目的是为了提供一种高分辨率、安调工艺简单、维修方便的一维位置敏感电离室气体探测器。

本发明探测器主要由金属密封外壳、阳极板、多电极条板和电子学电路组件构成；电离室内充以高压惰性气体，X射线穿过入射窗口进入电离室，与工作气体的原子作用产生电离，电离成分在高压电场作用下向对应电极漂移，漂移产生的感应电荷正比于X射线束流强度，它们被电子学电路收集、放大、转换，最后输出到计算机。

其特征在于，所述阳极板、多电极条板设置在金属密封外壳中；所述电子学电路组件置于金属密封外壳外部；所述壳外电子学电路组件和壳内多电极条板通过夹在外壳中间的密封转接电路板进行信号连接。

优选的，金属密封外壳由底座、密封转接电路板、基板、和密封橡胶圈构成；它们之间通过多个螺钉进行连接。

优选的，所述阳极板、多电极条板由印刷电路板制成；

优选的，底座和基板组成的金属外壳由铝或低原子序数金属制成。

优选的，密封转接电路板由多层印刷电路板构成，其内层设有导电电路，密封转接电路板结合柔性线路板或导线束将壳外电子学电路组件和壳内多电极条板的信号连接起来。

优选的，射线进入的入射窗采用在底座上开槽的薄窗设计，薄窗与周边结构的采用弧形的过渡构造。

优选的，底座和基板分别设置柱状凸起。阳极板和多电极条板分别用粘接剂粘接到底座柱状凸起和基板柱状凸起上。

优选的，底座侧面设有充排气口，用于抽真空和充入高压气体。

优选的，多电极条电路板上用于收集电荷的电极条阵列呈扇型分布。所有电极条指向射线源。

优选的，金属密封壳内充入高压惰性气体。

从上述描述中，可以看出本发明的优点：气体灵敏区单独密封，不受其他电子学电路信号的干扰；在进行电子学电路组件安调和维修时，不需要打开密封外壳，减少工艺工序，提高工作效率。

本发明位置敏感气体探测器结构可以广泛用于带电粒子探测、高能光子探测的科研领域；也可用于小型物品CT、人体扫描透视等工业或安检领域；经过适当的设计，还可以应用于要求更高的核医学领域。

附图说明

从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述特征和优点将更明显，其中：

图1：本发明探测器主要结构截面示意图。

图2：本发明探测器的整体结构示意图。

图3：多电极条电路板的电极条分布示意图

图4：本发明的实施例(侧视图)。

图5：本发明的实施例(俯视图)。

具体实施方式

下面，参考附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中，虽然示于不同的附图中，但相同的附图标记用于表示相同的或相似的组件。为了清楚和简明，包含在这里的已知的功能和结构的详细描述将被省略。

如图1所示，本发明实施例的探测器设备包括：底座1、密封转接电路板2、基板3、两个密封橡胶圈4、柔性线路板5、电子学电路组件6、多电极条电路板7、阳极高压电路板8等。

图1中，由底座1、密封转接电路板2、基板3、两个密封橡胶圈4构成整个密封体结构；它们之间通过多个沉头螺钉进行连接，连接位置如沉头螺孔B所示；

图1中，底座1和基板3组成的金属外壳由铝或铝合金制成。

图1中，密封转接电路板2由多层印刷电路板构成，其内层覆有导电电路，一方面，密封转接电路板2作为整个密封体的构件之一；另一方面，它结合柔性线路板5将壳外电子学电路组件6和壳内多电极条板7的信号连接起来。

为保持密封，底座1、密封转接电路板2、基板3在与密封橡胶圈4相接触的各个面上的表面粗糙度为3.2或以下。

为保持密封，密封橡胶圈4材质采用气密性好，寿命长，使用模具制造的无胶接面的橡胶。

为了在保证足够的强度的同时减少壳体的重量，底座和基板分别设置柱状凸起(图1C和图1D)。

阳极板和多电极条板分别用粘接剂粘接到底座柱状凸起和基板柱状凸起上。

入射窗A采用的是在底座上开槽的薄窗设计。薄窗与周边结构的采用弧形的过渡构造，可以防止应力过度集中造成损坏。

阳极高压电路板8和多电极条电路板7分别用粘接剂粘接到对应的底座上的柱状凸起D和基板上的柱状凸起C上。

固定螺孔E用于探测器构件和整个辐射扫描系统连接和紧固。

图2是本发明探测器的整体结构示意图。图中F是设计在底座1上充排气口，用于抽真空和充入高压气体。

图3是多电极条电路板的电极条分布示意图。图中G是印刷电路板上的覆铜电极条，电极条数量可以从几百至几千条，电极条的宽度可以是零点几至几个毫米，每条电极条的长度根据入射射线的能量，可以是几十毫米至几百毫米。使用电路软件设计工具，能够很方便的确保各路收集电极准确指向射线源。

为了保证气密性和安全性，在探测器安装完毕后要进行严格的氦质谱检漏和耐压测试。

测试合格后，密封壳内充入高压惰性气体，惰性气体可以是氩气，氙气等，气压可以从0.1Mpa～3Mpa。

图4、图5是本发明的实施例(侧视图和俯视图)。图中9可以是X射线管或r射线源。射线束经过准直缝，穿过被检物10后，通过探测器入射窗口进入探测器。被检物10可以是物品或人体。

当用于透视成像时，被检物作上下方向的直线运动，或者是射线源和探测器同步作上下方向的直线运动，而被检物不动，通过测量沿扫描线上经探测器多电极条电路板输出的各通道的电荷量，得到来自被检物内部射线吸收系数分布图像。

上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

附图标记列表：

1：底座

2：密封转接电路板

3：基板

4：密封橡胶圈

5：柔性线路板或导线束

6：电子学电路组件

7：多电极条电路板

8：阳极高压电路板

9：X射线或r射线源

10：被检物

A：入射窗

B：沉头螺孔

C：基板柱状凸起

D：底座柱状凸起

E：底部固定螺孔

F：充排气口

G：覆铜电极条

Claims

1.用于射线探测和辐射成像的探测器装置，所述探测器装置包括密封外壳、阳极板、多电极条板和电子学电路组件，其中所述阳极板、所述多电极条板设置在密封外壳中，其特征在于，所述密封外壳包括密封转接电路板，所述密封转接电路板夹在底座和基板之间；所述电子学电路组件置于密封外壳外部；所述电子学电路组件和多电极条板通过所述密封转接电路板进行信号连接。

2.根据权利要求1所述的探测器装置，其特征在于，所述密封转接电路板由多层印刷电路板构成，其内层设有导电电路。

3.根据权利要求1或2所述的探测器装置，其特征在于，设置柔性线路板或导线束，其中所述密封转接电路板结合柔性线路板或导线束将电子学电路组件和多电极条板的信号连接起来。

4.根据权利要求1或2所述的探测器装置，其特征在于，所述底座和所述基板分别设置柱状凸起，所述阳极板和所述多电极条板分别用粘接剂粘接到底座柱状凸起和基板柱状凸起上。

5.根据权利要求1或2所述的探测器装置，其特征在于，所述阳极板、多电极条板由印刷电路板制成。

6.根据权利要求1或2所述的探测器装置，其特征在于，所述底座和基板由铝或低原子序数金属制成。

7.根据权利要求1所述的探测器装置，其特征在于，所述密封外壳还包括密封橡胶圈，其中所述底座、密封转接电路板、基板和密封橡胶圈之间通过多个螺钉进行连接。

8.根据权利要求7所述的探测器装置，其特征在于，所述底座、密封转接电路板、基板在与密封橡胶圈相接处的各个面上的表面粗糙度为3.2或以下。

9.根据权利要求7或8所述的探测器装置，其特征在于，所述密封橡胶圈使用模具制造的无胶接面的橡胶。

10.根据权利要求1或2所述的探测器装置，其特征在于，射线进入的入射窗采用在底座上开槽的薄窗设计，薄窗与周边结构的采用弧形的过渡构造。

11.根据权利要求1或2所述的探测器装置，其特征在于，底座侧面设有充排气口，用于抽真空和充入高压气体。

12.根据权利要求1所述的探测器装置，其特征在于，多电极条电路板上用于收集电荷的电极条阵列呈扇型分布，所有电极条指向射线源。

13.根据权利要求12所述的探测器装置，其特征在于，电极条数量可以从几百至几千条，电极条的宽度可以是零点几至几个毫米，电极条的长度可以是几十毫米至几百毫米。

14.根据权利要求1所述的探测器装置，其特征在于，密封外壳内充入高压惰性气体。

15.根据权利要求14所述的探测器装置，其特征在于，惰性气体可以是氩气、氙气。

16.根据权利要求14或15所述的探测器装置，其特征在于，惰性气体的气压可以从0.1Mpa至3Mpa。

17.根据权利要求1所述的探测器装置，其特征在于，射线可以是X射线或γ射线。