CN1024594C - 放射线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及放射线检测装置。该装置包括排列在放射线检测面上的许多闪烁器，与这许多闪烁器分别对应配置的光电转换元件，以及由测量这许多光电转换元件的输出信号的许多电子电路集合而成的许多集成电路。按照本发明能获得具有高分辨能力的、高灵敏度的照相装置。

Description

本发明涉及放射线检测装置。

利用X射线或γ射线等的照相装置历来都是先把被拍照的物体成象在对所使用的放射线具有高敏感度“感光”特性的特殊乳胶底片的显象（感光）面上，然后拍摄出物体的影象，这就是广为人们熟知的X射线照相机或γ射线照相机。在照相时，到达显象面上的放射线的强度分布，在感光了的乳胶底片上反映为黑度的变化，但是用测量黑度的方法不可能定量而又精确地求出放射线的强度来。因此在进行照相判断时，不可能详细地得知被拍照的物体的各部分的物理信息。

针对这种情况，也可以采用这样一种方法，即用盖革计数管进行扫描，将放射线的强度转变成电信号，来进行精密的测量。这种方法虽然适合于详细的分析显象面上局部的信息，但要总体地了解从被拍照的整个物体获得的信息，是非常不方便的。因而采用这种“照相”的方法时，还要使用专门的X射线分析装置等。

而且，当来自被拍照物体的各部分的放射线的强度，或者被拍照物体的各部分的形状随时间发生非常快的变化时，上述的任何一种方法都不可能对此作出反应，也就不可能获得信息。因此有人考虑过这样一种照相方法，即把显象面分割成许多个面元，将入射到各个面元上的放射线转变为电信号进行照相的方法。这种方法被用于γ射线照相机，但其结构非常复杂，而且如下面所述，为了实现高灵敏度、高分辨能力的照相，还有许多需要解决的问题。

以医疗上使用的X射线照相装置为例，显象面的尺寸为30厘米 ×30厘米，最好是用1000×1000个以上的面元构成显象面，另外照相过程要在数毫秒以内完成。而且为了以高灵敏度、损失少为前提而获得信息，就必须检测出入射到各面元上的以光子为单位的放射线的强度。因此，例如考虑在显象面上设置一个闪烁器，将放射线相转变成光学相，并用其输入部分有排列成矩阵形的光电元件的光脉冲集成电路，将该光学相作为电信号来显象（在这种情况下，集成电路的输入部分的各光电元件就是面元）。然而，采用现有的这种集成电路时，光电元件的个数为32×32＝1024个，输入部分的采光面积为10毫米²，无论如何也不可能覆盖住30厘米×30厘米大小的显象面，即使在将来也不可能期待实现有这么大采光面积的集成电路。不言而喻，即使使用许多集成电路，由于并列的各集成电路的采光窗框之间的部分会将显象面纵横分割，所以也不实用。本发明的目的就是要解决以上这样的问题，提供具有高灵敏度、高分辨力的放射线检测装置。

在本发明中，为了解决上述问题，在放射线显象面上配置以矩阵形式排列的许多闪烁器，通过这些闪烁器，在放射线相的阶段就将显象面分割成许多面元，并将各闪烁器的光信号传递给接收光信号用的集成电路的信号输入部分的各光电元件。因此，按本发明制造的放射线检测装置的特征是，该装置包括紧密排列在放射线检测面上的许多闪烁器，分别与这许多闪烁器对应的、把各闪烁器的输出光传递给光电转换元件的许多导光通路，以及许多集成电路。而每一个集成电路的信号输入部分包括对应于上述许多导光通路排列的许多光电转换元件，集成电路的另一部分包括测量这许多光电转换元件的输出信号的许多电子电路。

还可以采用另外一种形态，其特征是将许多闪烁器和与其对应的 光电转换元件，以及集成电路沿放射线检测面横向单行紧密排列，同时将一定数量的横向单行排列好的各排沿纵向逐排稍微重叠一些排列成瓦形，使放射线检测面的横排露出正面，上下紧密排列。

因此，由构成面元的各闪烁器输出的光信号，通过例如由光导纤维构成的导光通路，传递给集成电路输入部分的光电元件，并在这里转换成电信号。所转换成的电信号则是与输入光的光子数相对应的脉冲信号（脉冲强度正比于不能辨别其到达输入部分的时刻而被看作是同时到达的光子个数），该脉冲信号经过集成电路中的脉冲幅度分析器（PHA）电路部分及二进制计数器进行处理后，由数据总线输出。

图1是本发明的实施例的结构示意图。

图2是上述实施例中采用的集成电路的光信号输入部分的光电二极管的排列示意图。

图3是将上述实施例中的闪烁器发出的光传递给集成电路的方法及该集成电路内部的结构示意图。

图4表示在本实施例的考虑方案中的放射线传感器单元阵列的排列方法的斜视图。

图5是该实施例中的放射线传感器单元阵列的正视图。

图6是表示该实施例中的放射线传感器阵列的内部结构的方框图。

图7是该实施例中的放射线传感器阵列的排列形式的正视图。

其中

1-闪烁器

2-闪烁器矩阵板

3-光导纤维束

4-集成电路

5-光电二极管

6-集成电路安装板

7-闪烁器1的凸透镜形的端部

8-光导纤维

9-脉冲幅度检测电路

10-二进制计数器

下面根据附图说明本发明的实施例。

图1所示为本发明的实施例的总体结构图。将底面为0.3毫米×0.3毫米的正方形的棱柱体状的固体闪烁器1沿着水平方向紧密地排列例如1024个，再将如此排列好的闪烁器组沿纵向重叠排列1024组，这样就构成了闪烁器矩阵板2，其单侧显象面的面积为3072（＝0.3×1024）平方毫米。在显象面的内侧，各闪烁器端部加工成象凸透镜一样的凸面状（参见图3之7）。闪烁器1发出的光，被对应于各个闪烁器配置的其包层直径为0.14毫米，芯径为0.1毫米的光导纤维8的采光端分别收集起来（参见图3）。这些光导纤维8被捆扎于沿水平方向排列的上述每一组1024个闪烁器上而构成光导纤维束3。各闪烁器发出的光通过光导纤维被传递给以光电二极管为输入元件的集成电路4。在集成电路4的光信号输入窗口上，如图2所示，有32×32＝1024个光电二极管5作为输入元件排列成方形，各闪烁器发出的光分别通过各条光导纤维输入进来。这样一来，一个集成电路与一组水平排列的1024个闪烁器相连接，因此集成电路的总数与这样的闪烁器组沿纵向重叠的排数（1024排）相对应，也就是1024个。为了使这1024个集成电路的安装面积尽可能地小，除光信号输入窗口以外，使其它部分倾斜重合地（如图所示）排列在百叶窗式的32块安装底板6上。而 在每一块底板上，只让光信号输入窗口露出来，安装32个集成电路。按照这样的安装方法，各安装底板上的集成电路的安装间隔为15毫米，1024（＝32×32）个集成电路的安装部分所占的面积约为500毫米×50毫米的范围。

在上述的总体结构中，通过各条光导纤维8，输入到集成电路的光信号输入部分的光电二极管5中的各闪烁器所发出的光，在这里被转换为电脉冲信号。集成电路具有如图3所示的内电路。光电二极管5的输出信号，通过设置在每一个光电二极管上的脉冲幅度检测放大电路部分9和二进制计数器部分10，进行信号处理。在每一个由一个闪烁器构成的照相面的面元上，入射的放射线强度，以与其光子能量相对应的精确度被转换成摄象的电信号。于是就能获得具有高灵敏度、高分辨能力的照相信号。

在上述的实施例中，光导纤维束3（图1）被直接插入集成电路4的光信号输入窗口。各光导纤维的输出光直接输入到所对应的各光电二极管中，但当光导纤维束的横截面与光信号输入窗口的大小不一致时，或者由于某种原因，纤维束的终端与光信号输入窗口有一段距离时（例如真空部分介于两者之间时），可以使每一束光导纤维束通过聚光透镜等光学系统，将光导纤维的输出光输入到光电二极管中，这是不言而喻的。

其次，说明一下闪烁器与光电转换元件等紧密配置的问题。

图6所示为其内部的概略情况，与前面所述相同的部件编号相同。信号处理的方式与上述相同，由闪烁器1至计数器10构成一个放射线相的一个面元的放射线传感器。每一组中装有一排共32个这样的传感器。每一组中都有地址指定电路Adr，它利用来自外部的地址指定信号，指定组内的一个计数器，将其所计得的数据送到输出 线路1，使整体达到集成电路化。另外，图中的A_P是放大器，L是强度选择器。

图5表示一个放射线传感器阵列，由并列成一排的32个闪烁器1构成采光部分中的阵列A。该采光部分的长度为10毫米多点，宽为0.5毫米，占整组面积的比率非常小，大部分是对放射线无反应的面积B。

因此在本发明中如图4所示，将各组横向排列的传感器阵列沿纵向重叠排列成瓦状形式，使每一组中的B部分与其下面的一组重叠。这样排列采光部分就会使放射线相的显象面完整而无间隙。图7所示为如此排列的采光部分的正视图。由于每一组传感器阵列都有边缘，所以显象部分阵列A的两端的外侧无论怎样也会有一定宽度的不显象的部分。因此沿着显象部分的横排，各组之间都有缝隙N。上下两排传感器阵列沿横向稍微错开一些，如图所示，避免使该缝隙沿纵向连接起来。缝隙部分的图象数据可用内插法，由该缝隙的上下左右的显象部分的图象数据运算求得。

由以上说明可知，如果采用本发明，能用许多“采光”面积非常小的闪烁器将显象面分割为小面元。另外，利用光导纤维将各闪烁器发出的光分别传送给光信号集成电路的输入部分。因此利用现有的光信号集成电路，就能以高灵敏度、高分辨能力拍摄出范围任意扩大的放射线相，而且所拍摄的相上无分割线条。

再者，因为放射线相的面元部分的传感器是由放射线光子计数型的传感器构成的，将一定数量的这样的传感器排列成单元阵列，再将单元阵列重叠排列成瓦状，使得各传感器的放射线采光面之间沿纵横方向几乎均无间隙，所以将放射线相投射在如此纵横排列的放射线采光面上，不需要使用机械扫描装置，结构简单，操作容易，能迅速地获得高度灵敏的、图面质量优异的放射线图象。

Claims (3)

1、一种辐射图象检测装置具有辐射图象接收面，由多个带有检测器的电路组排列而形成的二维陈列构成，因而只有线性排列在所述带检测器电路组上从而形成线性检测器组的各单位辐射检测器暴露在外部辐射线下，所述带检测器的电路组包括处理从形成所述线性检测器组的各单位辐射器输出的信号的集成电路，其特征在于：

所述带检测器的电路组在两个方向上排列，一个方向与所述线性检测器组平行，另一个与所述线性检测组垂直，所述带检测器的电路组相对于与所述线性检测器垂直的线彼此错动一些排列成瓦状，并使辐射检测器阵列的横排正面露出来。

2、根据权利要求1的装置，其中每一单位辐射检测器均由一个单一的辐射/电信号转换元件构成。

3、根据权利要求1的装置，其中每一单位辐射检测器均由一个辐射闪烁器和与之耦合的光检测器相结合构成。

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