CN102549453A - 用于辐射成像设备的具有反射器的辐射转换元件 - Google Patents

Abstract

一种设备包括将辐射转换成光的多个辐射转换元件(32)和环绕所述辐射转换元件设置的反射器层(34)。所述多个辐射转换元件可以包括两个辐射转换元件，环绕所述两个辐射转换元件卷裹反射器层，将所述反射器层的末端(40、42)塞到所述两个辐射转换元件之间。所述反射器层(34)可以包括在所述反射器层(34)环绕多个辐射转换元件进行设置时邻近辐射转换元件设置的反射率大于90％的光反射层(50)，以及遮光层(52)。

Description

用于辐射成像设备的具有反射器的辐射转换元件

下文涉及辐射成像领域、发射断层摄影成像领域、辐射探测器领域和相关领域。

在辐射成像中，通过环绕对象布置的辐射探测器探测穿过对象透射的辐射(例如，在透射式计算机断层摄影(CT)中)或者由对象发射的辐射(例如，在正电子发射断层摄影(PET)成像或单光子发射计算机断层摄影(SPECT)中)，并应用适当的数据处理来基于所探测到的辐射重建对象的图像。一种用于探测辐射的典型方案是采用吸收辐射粒子(例如，伽马(gamma)射线、X射线、阿尔法(alpha)粒子、贝塔(beta)粒子等)并将粒子的能量转换成猝发光或闪烁光的闪烁体。使诸如光电倍增管、光电二极管或硅光电倍增器(SiPM)装置的光学探测器与所述闪烁体光耦合，以探测猝发光。可以根据所探测到的光的累积强度估计辐射粒子的能量。为了提供空间分辨率，可以利用光探测器阵列，并且可以额外地采用Anger逻辑或其他处理对探测事件进一步定位。然而，通过这种方式可实现的空间分辨率是有限的。

为了提供更佳的空间分辨率，可以将闪烁体分割成像素。例如，可以采用4×4×22mm³的闪烁体元件的阵列以提供约为4mm级的空间分辨率(所述22mm的尺度提供了深度，以增大对辐射粒子的吸收的可能性)。可以使闪烁体像素的阵列与光探测器的阵列光耦合，其中，每个光电探测器的尺寸大于一个闪烁体像素的尺寸，并使用Anger逻辑或其他处理对探测事件定位。然而，有利的是，如果使每个闪烁体元件与单个光探测器按照一对一的方式光耦合，从而辐射探测器阵列的像素独立地工作。

为了确保对闪烁光的保持和探测，在闪烁体元件的顶部和侧面上设置反射器，从而驱使闪烁光朝向位于闪烁体元件的底部的光探测器传播。(在本说明书中，“顶部”表示闪烁体元件的辐射入射面，而“底部”表示闪烁体元件的与光探测器接近的相反面)。这一方案还能够提高时间分辨率。

除了收集光以外，反射器的另一用途在于避免相邻像素之间的光学串扰。当闪烁光的光子从一个闪烁体元件传播到相邻的闪烁体元件，从而被相邻的像素探测到时，就会产生光学串扰。由于光受到损失，因而一般认为这样的串扰是不利的。另一种类型的串扰是辐射粒子从一个闪烁体元件到相邻的闪烁体元件的康普顿散射。一般认为这种类型的串扰是可接受的，因为信号处理能够识别出由两个像素探测到的光的组合强度对应于单个辐射探测事件。

尽管意图将反射器用于避免光学串扰，但是它们对于实现这一目的的有效性不是很令人满意。平均来讲，对于典型的闪烁体元件而言，闪烁光的光子在抵达光探测器之前大约经历10-100次反射事件。考虑到这些多次反射(例如，10次反射)，具有99％的反射率的反射器实际上将仅俘获大约90％的闪烁光。具有95％的较低反射率的反射器将仅俘获大约60％的闪烁光。

现有反射器设计的其他问题涉及制造的复杂性和器件产量。例如，一些方案利用粘合剂将反射器附到闪烁体元件上。然而，粘合剂可能对反射率产生不利影响，将反射器粘合到闪烁体元件的四个侧面上的过程提高了制造复杂性，并且对任何粘附的反射器的拆除都将导致像素故障，从而对产量造成不利影响。其他方案涉及将反射器作为薄膜涂覆在闪烁体元件的侧面上。然而，其需要复杂的三维沉积过程(例如，在沉积过程中旋转闪烁体元件，从而对所有的侧面进行涂覆)，并且涂层的反射率可能比预期低。其他方案涉及采用聚四氟乙烯带卷裹闪烁体元件。然而，为了实现适于制造的结构稳定性，通常采用聚四氟乙烯带对闪烁体元件进行多次缠绕，其提高了厚度，并且对闪烁体元件的阵列的有效面积造成了不利影响。

下文提供了新的经改进的设备和方法，其克服了上述问题和其他问题。

根据所公开的一个方面，一种设备，包括将辐射转换成光的多个辐射转换元件以及环绕所述多个辐射转换元件设置的反射器层。

根据所公开的另一方面，公开了上一段落中所述的设备，其中，所述多个辐射转换元件包括两个辐射转换元件，并且环绕所述两个辐射转换元件卷裹所述反射器层，其中，将所述反射器层的末端塞到所述两个辐射转换元件之间。根据所公开的另一方面，公开了上一段落中所述的设备，其中，所述反射器层包括在所述反射器层环绕多个辐射转换元件进行设置时邻近辐射转换元件设置的反射率大于90％的光反射层，以及遮光层。

根据所公开的另一方面，公开了一种方法，其包括环绕将辐射转换成光的多个辐射转换元件卷裹光反射层，以限定探测器阵列闪烁体构建块。

根据所公开的另一方面，一种设备，包括：辐射转换元件，其将辐射转换成光；以及反射器层，其环绕所述辐射转换元件设置，所述反射器层包括与所述辐射转换元件相邻设置的光反射层和处于所述辐射转换元件的远侧的遮光层。

根据所公开的另一方面，公开了上一段落中所述的设备，其还包括光探测器元件，所述探测器元件与辐射转换元件光耦合，以限定辐射探测器阵列的单个像素，所述阵列在辐射转换元件和光探测器元件之间具有一对一的对应关系，其中，所述辐射转换元件和环绕所述辐射转换元件设置的反射器层的组合的截面面积小于或等于与所述辐射转换元件光耦合的光探测器元件的截面面积。

一个优点在于降低了辐射探测器阵列的像素之间的光学串扰。

另一优点在于提高了入射到光探测器上的闪烁光的量。

另一优点在于提高了辐射事件探测的准确度。

另一优点在于提高了闪烁体元件阵列的可制造性。

在阅读并理解以下详细说明之后，对于本领域普通技术人员而言，进一步地优点将变得显而易见。

图1示意性图示了一种正电子发射断层摄影(PET)成像系统，其是适于采用具有本文所公开的反射器的辐射转换元件的辐射成像设备的范例。

图2-4示意性图示了包括利用反射器层卷裹的一对辐射转换元件的探测器阵列闪烁体构建块的制造。

图5示意性图示了包括光反射层和遮光层的适当反射器层。

图6示意性图示了辐射探测器阵列的两个相邻像素，所述辐射探测器阵列采用了如参考2-4的描述构造的探测器阵列闪烁体构建块。

图7-8示意性图示了由如参考图2-4的描述构建的多个探测器阵列闪烁体构建块构建的闪烁体阵列。

参考图1，其示出了适当地采用具有本文所公开的反射器的辐射转换元件的辐射成像设备的说明性范例。该说明性范例是一种混合式PET/CT成像系统10，在图示的实施例中，是GEMINI^TM PET/CT成像系统(可以从荷兰艾恩德霍芬的Koninklijke Philips Electronics N.V.获得)。所述混合式PET/CT成像系统10包括透射式计算机断层摄影(CT)扫描架12，其配置有X射线管或其他X射线源以及被配置成采集CT图像的X射线探测器阵列(内部部件未示出)。所述混合式PET/CT成像系统10还包括正电子发射断层摄影(PET)扫描架14，其包含在PET扫描架14内按照环形布置的辐射探测器阵列16(通过PET扫描架14的局部剖面对其给出了局部示意性图示)。所述混合式PET/CT成像系统10是一种“混合”系统，因为将通用的线性对象传送系统18布置为将成像对象传送至CT扫描架12或PET扫描架14中的任何一者当中。

尽管在图1中图示了一种混合式成像系统，但是所公开的辐射转换元件、辐射探测器等也适于在独立的辐射成像系统中使用。此外，尽管在下述说明中，采用PET辐射探测器阵列16的闪烁体元件作为说明的范例，但是所公开的辐射转换元件、辐射探测器等也适于在其他辐射成像系统的辐射探测器中使用，诸如在图示的CT成像扫描架12或者用于执行单光子发射计算断层摄影(SPECT)的伽马照相机(未示出)等当中使用。

继续参考图1，为了执行PET成像，对对象施予包括放射性同位素的放射性药剂，所述放射性同位素发射在电子-正电子湮没事件中衰变的正电子，每个湮没事件发射两个反向的511keV的伽马粒子。在将对象设置到PET扫描架14中的情况下，环形PET辐射探测器阵列16将探测这些511keV的伽马粒子作为两个基本同时发生的511keV的探测事件。记录这些基本同时的511keV探测事件的时间、能量和空间位置(例如，所涉及的探测器像素的位置)。已知，作为源头的电子-正电子湮没事件发生在两个基本同时的511keV探测事件的连线上的某处。

在一些实施例中，还记录两个基本同时的511keV探测事件之间的时间差(或者对于精确地同时发生的探测事件而言不存在这样的时间差)——将其称为飞行时间信息，并且所述时间差能够提供沿两个基本同时的511keV探测事件的连线对源电子-正电子湮没事件的定位。例如，如果没有时间差，那么源电子-正电子湮没事件可能发生在探测到所述两个基本同时的511keV探测事件的像素之间的中间位置；然而，如果第一探测事件先于第二探测事件，那么源电子-正电子湮没事件的发生则可能离探测到第一探测事件的像素相对较近，离探测到第二探测事件的像素相对较远。

由PET图像重建模块20对所采集的PET数据(或就TOF-PET实施例而言的TOF-PET数据)进行处理，例如，所述模块由图中所示的计算机22适当地体现(尽管也可以设想其他数字数据处理装置)，其执行诸如滤波反投影算法、迭代反投影算法等的重建算法，由此将由所采集的PET数据生成重建的PET图像。可以将重建的PET图像在计算机22的显示器24上显示、存储在图片存档及通信系统(PACS)26内或者以其他方式对其进行利用和/或存储。

尽管未示出，但是应当理解，可以通过CT图像重建处理器(也任选由计算机22体现，或者由另一计算机或其他不同的数字数据处理装置体现)对CT扫描架12采集的CT成像数据进行类似处理，以生成重建CT图像，可以将所述重建CT图像显示在显示器24上、存储在PACS 26中或者以其他方式对其进行利用和/或存储。有利地，所述混合式PET/CT成像系统10可以对CT和PET成像采用公共的坐标系，从而便于CT和PET图像的融合或其他组合。

参考图2-4，描述了一种适当的探测器阵列闪烁体构建块30的构造方法。(图4示出了所构造出的构建块30)。在图示的方案中，采用单个反射器层34卷裹两个辐射转换元件32，诸如闪烁体元件。在图2-4中，对闪烁体元件32进行“端部”观察，从而所看到的截面面积对应于像素面积。闪烁体元件32还具有在图2-4的端部视图中进入页面内的第三尺度，该尺度是像素的深度尺度。通常，像素面积的侧面尺度充分小于所述深度尺度。作为一个示范性的具体范例，每个闪烁体元件32可以具有4×4×22mm³的尺度，其中，4×4mm²的截面面积对应于图2-4中可见的像素面积，22mm的尺度对应于在图2-4的端部视图中“进入页面”因而不可见的深度尺度。

单个反射器层34具有高反射性侧面36和相反的背侧面38，所述相反的背侧面38可以是高反射性的，或者可以具有一定的反射性但是反射性不如高反射性侧面36，或者其可以是非反射性的。如图2、3和4中的连续序列所示，环绕两个辐射转换元件32卷裹单个反射器层34，并将反射器层的末端40、42塞到两个辐射转换元件32之间。因此，将反射器层34设置成环绕两个辐射转换元件32的外侧的单层，以及在两个辐射转换元件之间是包括末端40、42的双层。在使高反射性侧面36邻接或面对闪烁体元件32以及使背侧面38背离或远离闪烁体元件32的情况下环绕两个辐射转换元件32卷裹反射器层34，从而适当设置高反射性侧面的位置，以俘获闪烁体元件32内的闪烁光。

反射器层34可以由具有必要的高反射性侧面36的任何层或薄板构成，并且其能够按照图3-4所示发生弯曲，以便将闪烁体元件32卷裹起来。例如，在一些实施例中，反射器层34是或者包括诸如Vikuiti^TM反射器板(可由3M，St.Paul，Minnesota，USA获得)的多层聚合物反射器、金属箔等。应当理解，将高反射性侧面36选择为至少对于闪烁光的光谱而言具有高反射性，闪烁光的光谱继而又取决于闪烁体材料以及所要探测的辐射粒子的类型和能量。

在一些实施例中，反射器层34在其未经修改的形式下可能无法被充分弯曲，从而像图3-4所示那样卷裹起来。例如，典型的Vikuiti^TM多层聚合物反射器的塑料衬底无法充分弯曲到遵循图4所示的90°弯折。在这样的实施例中，在反射器层34的如图所示的背侧面38上，或者在正面36(未示出)上，或者在两面上适当地形成刻线(仅在图2中标示出)，以便于锐利的(例如，90°)弯折。

将继续参考图2-4，并进一步参考图5，描述了反射器层34的说明性实施例。在这一实施例中，反射器层34包括在环绕闪烁体元件32设置反射器层34时与闪烁体元件32邻近的光反射层50。在一些实施例中，光反射层50具有大于90％的反射率。在一些实施例中，光反射层50具有大于95％的反射率。在一些实施例中，光反射层50具有大约99％或更高的反射率。在一些实施例中，光反射层50是多层聚合物反射器，例如，Vikuiti^TM反射器板(可以从3M，St.Paul，Minnesota，USA获得)。

反射器层34任选还包括遮光层52，在环绕闪烁体元件32设置反射器层34时，遮光层52设置在闪烁体元件32的远侧。遮光层52的主要用途是避免相邻像素之间的光学串扰。为此目的，在一些实施例中，遮光层52所具有的厚度和光学吸收足以使反射器层的设置所环绕的相邻闪烁体元件32之间的光学串扰降低至少15％。在一些实施例中，遮光层52所具有的厚度和光学吸收足以使反射器层的设置所环绕的相邻闪烁体元件32之间的光学串扰降低至少20％。在一些实施例中，遮光层52是具有大约五微米或更大的厚度的铝层，尽管也可以设想更薄的铝层。厚度的选择取决于各种因素，诸如所要阻挡的光的波长或光谱、层沉积技术对于给定衬底的均匀性等，以针对诸如沉积时间和材料成本的制造考虑来进行平衡。通过真空蒸发、溅射、离子气相沉积(IVD)、物理气相沉积(PVD)或其他膜沉积技术将铝层适当地沉积在光反射层50的背侧面(例如，Vikuiti^TM薄板的背侧面)。可以任选首先沉积薄粘附层以增强铝层与光反射层50的附着。

有利地，分离的光反射层50和遮光层52的使用使得每层都能够针对其预定用途得到优化，并且同时满足可能由探测器阵列中的像素的预期间隔施加的最大厚度约束条件。例如，尽管能够使多层聚合物反射器具有高反射性，但是构成聚合物通常由光学透明或半透明材料构成，并且因此所述多层聚合物反射器难以变得完全不透明。通过在多层结构中采用更多的层实现多层聚合物反射器的额外的不透明度，但是其将对厚度造成不利影响。(例如，一些被适当地用作光反射层50的Vikuiti^TM薄板具有大约65微米的厚度，但是它们仍然不具有充分高的不透明度。)另一方面，铝层仅在几微米的厚度上就具有适当的不透明度。然而，铝是一种具有高度的光吸收的材料，因而采用铝作为反射器材料可能是不符合要求的，因为其可能引入不可接受的光吸收损耗。

遮光层52的主要用途在于避免任何经过光反射层50的光抵达相邻的闪烁体元件以及由此造成的光学串扰。一般而言，遮光层52可以具有高反射性，或者具有一定的反射性但是不像高反射层50的反射性那样高，或者可以不具有反射性。如果遮光层52具有高反射性或者一定的反射性，那么其可以对反射器层34的高反射性侧面36的反射率做出贡献。通常，将作为高反射层50的Vikuiti^TM薄板与作为遮光层52的涂覆铝层组合就是这种情况。遮光层52做出的这种反射率贡献(如果存在的话)是遮光层52的另一好处。

一般而言，存在两种作用使光滞留在闪烁体元件32内。一种作用是反射器层34的高反射性侧面36的光反射。另一种作用是光在闪烁体元件32的(内)表面上的全内反射(TIR)。一般而言，当斯涅尔定律(Snell′s law)预测“透射的”光参照表面法线的角度等于或大于90°时将发生TIR。将闪烁体材料的折射率表示为n_s，并将与闪烁体元件32直接相邻的材料的折射率表示为n_a，TIR的条件为θ＞arcsin(n_a/n_s)，其中，θ是闪烁体元件32内的光在闪烁体元件32的(内)表面上的入射角，该入射角同样以表面法线为参照。因而，对于n_a＝1，TIR最高，对于n_a＞1，TIR减少，而对于n_a＞n_s，TIR彻底消失。

如果反射器紧密附到闪烁体元件上，就像将反射器胶粘或粘附到闪烁体元件上的情况那样，那么n_a是反射器材料的折射率或者胶粘剂或粘合剂的折射率，其通常大于空气的折射率。由此可见，将反射器胶粘或粘附到闪烁体元件上减少乃至消除了TIR。另一方面，如果反射器与闪烁体元件隔开一定宽度的空气间隙，并且所述空气间隙的宽度超过闪烁体/空气界面的渐逝波贯穿深度，那么n_a是环境空气的折射率。有利地，通过如本文参考图2-4所述采用反射器层34卷裹闪烁体元件32，在闪烁体元件32的表面和反射器层34之间一般将出现数微米或更大的(其被视为在整个表面面积上取的平均值)空气间隙。相应地，图2-4的卷裹方案有利地充分保持了实现光滞留的TIR作用。

为了进一步增强或确保实现光滞留的TIR作用，图5中所示的反射器层34可以任选包括光反射层50上的突出元件或结构(未示出)，其充当间隔体的作用，以确保反射器层34和闪烁体元件32之间的足以支持TIR的空气间隙。此外或备选地，可以在环绕闪烁体元件32卷裹反射器层34之前将这样的间隔体置于闪烁体元件32上。

所设想的另一种变型是使反射器层34包括支撑光反射层50和任选的遮光层52的结构形成器或支撑物(未示出)。例如，可以将反射层50和任选的遮光层52制造成刚性或半刚性的薄板，沿刻线将所述薄板切割成块，并将其附到额外的支撑物层上，该层可充分弯曲以遵循图4所示的90°的弯折。可以在将光反射层50和任选的遮光层52切割成块之前或之后完成所述额外支撑物层的附着。所述结构形成器或支撑物层(如果采用的话)可以是旋光的，也可以是非旋光的(例如，提供可忽略的反射率和可忽略的光吸收的透明支撑物薄板)。

参考图6描述了由探测器阵列闪烁体构建块30构建的一对探测器像素。图6示出了在利用反射器层34卷裹闪烁体元件32之后的探测器阵列闪烁体构建块30的透视图(因而现在可见到较长的深度尺度)。此外，通过在图示的实施例中与反射器层34分离的顶部反射器60覆盖顶面(即，面对入射辐射源，亦即，就PET扫描架14而言面对检查区域的侧面)。或者，所述顶部反射器可以与反射器层34作为整体。通常，顶部反射器60可以为光线滞留贡献一种反射。(例如，任何“朝上”指向的光从顶部反射器60反射一次，并且之后通过反射器层34和/或TIR“向下”朝向光探测器漏斗传输。)因此，顶部反射器60的反射率不像反射器层34的反射率那样关键，并且例如可以通过胶粘剂或其他粘合剂附着顶部反射器60。

一对光探测器元件62位于探测器阵列闪烁体构建块30的与具有顶部反射器60的面相对的“底”面处。使所述两个光探测器元件62与探测器阵列闪烁体构建块30的两个闪烁体元件32中的相应的元件按照一对一的方式光耦合。例如，每个光探测器元件62可以是观测对应的闪烁体元件的光电二极管。作为另一个范例，每个光探测器元件62可以是观测对应的闪烁体元件的硅光电倍增器(SiPM)元件。提供适当的电互连主链路64(图6给出了示意性图示)，从而向光探测器元件62提供运行电力，以及读取光探测器元件62(的结果)。例如，所述电互连主链路64可以包括印刷电路板，其具有被配置成限定光电二极管驱动器和读出电路的电子部件。

还可以设想交换反射器60和光探测器元件62的位置(未示出互换布置)，从而将光探测器元件62耦合到闪烁体元件32的“顶”面(亦即，朝向辐射粒子源)，将反射器60耦合到“底”面。只要所述光探测器元件不会引起对辐射粒子的大量吸收或散射，这样的布置就不会造成不利。

在另一变型实施例(未示出)中，可以使光探测器元件62中的一些耦合到闪烁体元件32的“顶”面上，使光探测器元件62中的一些耦合到“底”面上，同时利用反射器60覆盖闪烁体元件32的相应的相对侧面。如果例如光探测器元件62的尺寸大于闪烁体元件32的尺寸，那么这样的布置可能是有利的。

在图6所示的实施例中，构建块30(包括两个闪烁体元件32和环绕所述两个闪烁体元件32设置的反射器层34的组合)的截面面积等于与辐射转换元件光耦合的两个光探测器元件62的截面面积。更一般而言，在一些实施例中，构建块(包括闪烁体元件和环绕所述闪烁体元件设置的反射器层的组合)的截面面积等于或小于与所述构建块的辐射转换元件光耦合的光探测器元件的截面面积。

这些实施例的基本原理如下。正如已经指出的，一般存在两种使闪烁光滞留并对其进行收集的作用：(i)外部反射器34、60的反射；以及(ii)全内反射(TIR)。在不限于任何特定工作原理的情况下，认为这些机制的组合将产生使闪烁光沿闪烁体元件32和反射器层34之间的空气间隙波导传输的显著的作用。因此，如果闪烁体元件和环绕闪烁体元件设置的反射器层的组合的截面面积大于与闪烁体元件光耦合的光探测器元件的截面面积，那么这一受到波导传输的外围闪烁光的相当大的部分可能落到光探测器元件的有效探测器面积之外，从而损失掉。另一方面，通过使闪烁体元件和反射器层的组合的截面面积等于或小于光探测器元件的截面面积，这一受到波导传输的外围闪烁光落到光探测器元件的有效探测器面积之内，并相应地为探测器信号输出做出贡献。

参考图7和图8，描述了包括按照阵列布置的多个探测器阵列闪烁体构建块30的辐射转换元件阵列70(图8示出了整个阵列)的组装。所图示的探测器阵列70是具有16个元件的二维4×4阵列，但是可以类似地构建更大数量的元件的阵列，并且可以使平面二维阵列与相邻的平面阵列按照小的角度以首尾衔接的方式相互组合以形成N边多边形，其中，N足够大，从而近似呈环形，由此构建环形阵列(诸如图1的PET扫描架14的探测器阵列16)。所述4×4阵列是由八个探测器阵列闪烁体构建块30构建的，每个构建块包含两个元件。图7和8示出了构建块30的“端部”视图(亦即，与图4中一样的“端部”视图)。

每个构建块30的所有侧面均由反射器层34的背侧面38包围。此外，在环绕闪烁体元件32设置反射器层34时，在反射器层34包括设置在闪烁体元件32的远侧的遮光层52的情况下(如在图5所示的反射器层34中)，每个构建块30的所有侧面均受到遮光层52的包围。因而，不会妨碍采用胶粘剂或粘合剂将相邻构建块30接合起来。图7示出了组装的中间状态，其中，通过胶粘剂或粘合剂72将每个构建块30粘合或附着到另一构建块30上，以形成2×2元件子阵列(总计四个2×2元件子阵列)。之后，采用额外的胶粘剂或粘合剂74形成两个4×2元件子阵列(在图7中以分解视图示出，在图8中以接合后的视图示出)，之后进一步采用胶粘剂或粘合剂76形成最终的4×4元件阵列70(还是在图7中以分解视图示出，在图8中以接合后的视图示出)。应当认识到，可以按照类似的方式继续这样的构建，以形成M×N阵列，其中，M和N为整数。

在图2-4中，通过实施卷裹，并将反射器层34的末端40、42塞到闪烁体元件32之间，从而将反射器层34应用于一对闪烁体元件32。这一方案的优点在于创建了2×1元件构建块30，其相对具有结构刚性，并且其所有的四个侧面和中间均受到反射器层34的包围。之后，就可以将这些构建块30用于构建任意的一维或二维探测器阵列了。然而，也可以设想其他制造过程。例如，在一些实施例中，在将反射器层34的两个末端40、42塞到闪烁体元件32之间时，在所述两个末端之间设置少量胶粘剂或粘合剂(未示出)。这能够使构建块30更具有结构刚性。也可以设想其他卷裹模式。尽管在具体的范例中，闪烁体元件32具有4×4×22mm的尺寸，但是一般而言闪烁体元件可以具有i×j×k的尺寸，其中，一般而言，i、j、k中的每者可以是不同的尺寸(例如，4×6×22mm的尺寸)。更进一步地，还可以设想具有非方形的或者非矩形截面的闪烁体元件。

在一些实施例中，所述阵列可以不是图7和图8中所示的矩形。例如，可以使阵列的元件相对于其相邻元件发生偏移。在一种这样的布置中，通过胶粘剂或粘合剂72将构建块30粘合或附着到另一构建块30上，以形成2×2元件子阵列，其中，使一个构建块30相对于另一构建块30偏移一个闪烁体元件32的尺寸的一半。在另一种这样的布置中，每个2×2元件子阵列可以形成矩形阵列，同时相对于相邻2×2元件子阵列发生偏移，等等。

参考图7和图8，通常选择构建块30之间、2×2元件子阵列之间的胶粘剂或粘合剂以及诸如此类的胶粘剂或粘合剂具有薄厚度，从而实现闪烁体阵列的高敛集率。然而，在一些实施例中，选择相对较大的胶粘剂或粘合剂厚度可能是有利的，使得所得到的闪烁体元件32的阵列70与光探测器元件62的阵列匹配。出于相同的原因，可以在反射器层34的末端40、42之间引入额外的胶粘剂或粘合剂或者类似的材料，从而在闪烁体元件32之间建立额外的隔离。

参考图5描述的反射器层34的实施例也是说明性的。例如，光反射层50可以不是作为范例阐述的多层聚合物反射器，而是其他材料或多层结构，诸如聚四氟乙烯带、白色聚酯纤维反射器材料等。类似地，尽管通过举例的方式公开了涂覆铝作为遮光层52，但是也可以采用其他具有适当的光吸收性的材料，诸如其他金属，并且可以不将遮光层52沉积到光反射层50上，而是通过冲压或胶粘将遮光层52施加到光反射层50上(例如，采用金属箔作为冲压或粘合到光反射层50上遮光层52)。此外，可以设想采用遮光层52作为衬底，并将光反射层50沉积到遮光层上或者通过其他方式形成到遮光层上。此外，尽管已经指出了采用包括分离的光反射层50和遮光层52的示范性反射器层34的益处，但是也可以设想对反射器层34采用单个层，其中，所述单个层既执行反射功能，又执行光学串扰抑制功能。例如，所述反射器层可以是如图3-4中所示的环绕闪烁体元件32卷裹的单层金属箔。

现在将描述实际执行的图2-4所示的构建块制造过程的范例。在这一范例中，反射器层或箔34是不具有单独的遮光层52的单层Vikuiti^TM薄板或箔。在第一步骤中，对反射器箔轻划或轻刻，以形成折叠刻线44。这确保了Vikuiti^TM箔的精确折叠，在这一范例中，所述箔为65μm厚，并且相对较硬。在实际执行的实验中，采用精细的锥磨工具在通常用于处理原型印刷电路板(PCB)部件的电动x-y台上快速完成所述划刻操作。所述x-y台具有大约8μm的定位精确度。将所述刻线44切割至大约50μm的深度，从而允许容易的折叠。在这一处理过程中，使Vikuiti^TM箔的高反射率侧面(即在划刻过程中远离磨铣工具的一侧)上保护衬垫留在原位不动。采用同一工具切割反射器层的轮廓。任选地，可以使所述轮廓切割不完全切透Vikuiti^TM箔的保护衬垫，从而避免必须处理很多小的部分。也可以设想形成刻线44的其他方法，例如，激光划刻、采用切绘机的划刻等。

在划刻和反射器层分离之后，去除Vikuiti^TM箔的保护衬垫，并沿刻线44将其折叠。在实际执行的实验中，手动地完成折叠；然而，对于较大规模的生成而言，可以设想采用自动化折叠机器。所述折叠能够直接使用闪烁体元件，或者可以环绕由金属、塑料等做成的模型或毛坯完成折叠，并将闪烁体元件插入到所完成的反射器格内。

如果希望具有遮光层52，那么可以通过真空沉积或其他沉积技术采用铝涂覆Vikuiti^TM箔的背侧面，由此对上述过程做出适当修改。应当使沉积过程中的Vikuiti^TM箔的温度保持足够低，以避免对Vikuiti^TM箔造成热损伤。然后，按照前述说明执行划刻和卷裹处理。在另一种方案中，在划刻之前或之后将薄的铝箔或其他遮光层胶粘或附着到Vikuiti^TM箔的背侧面。在一些这样的实施例中，在划刻之后粘合或附着铝箔可能是有用的，其中，所述铝箔仅附着在刻线之间，从而不会对卷裹造成干扰。

一旦制成了构建块30，就按照图7将两个2×1构建块胶粘到一起。在实际执行的组装中，采用薄的双面粘合箔(光学透明粘合件，可从3M获得，其具有25μm的厚度，并且两面具有衬垫)完成这一操作。希望采用粘合箔而不是胶粘剂作为粘合件，以便于操纵和提高产量，因为不再会出现在闪烁体元件和反射器之间蠕变(creep)的胶粘剂。采用粘合箔还将促进像素之间的精确分离。然而，也可以设想采用其他粘合件或胶粘剂。通过将2×1构建块30放到凹槽内容易地完成2×1构建块30相对于彼此的定位，所述凹槽的宽度等于受到反射器层34卷裹的两个闪烁体元件32的宽度。

实际构建的反射器的测量结果表明光输出处于采用聚四氟乙烯带的五到十层卷裹实现的光输出的95％以内。应当认识到，这样的多层聚四氟乙烯卷裹将导致不切实际的反射器厚度。所述光输出显著高于采用单聚四氟乙烯层获得的光输出。进一步的测量表明，可以将顶部反射器60(参见图6)胶粘到晶体上，而不对光输出造成损失。此外，在不限于任何特定工作原理的情况下，我们认为这是每一光线从顶部反射器60通常受到不只一次反射的结果。认识到这一点，可以设想顶部反射器60是跨越阵列的整个前面的连续胶粘反射器，预计其将为探测器阵列提供相当大的刚度。

作为另一变型，设想利用形成刻线44的划刻操作额外定义诸如销(stud)的对准特征从而实现与光电探测器阵列(即光探测器元件62)的容易的对准。

本申请描述了一个或多个优选实施例。在阅读并理解了前述说明后，其他人可以想到修改和变化。这意味着，应当将本申请推断为包括所有此类落在权利要求及其等同要件的范围内的修改和变化。

Claims (31)

1.一种设备，包括：

将辐射转换成光的多个辐射转换元件(32)；以及

环绕所述多个辐射转换元件设置的反射器层(34)。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个辐射转换元件包括两个辐射转换元件(32)，并且环绕所述两个辐射转换元件卷裹所述反射器层(34)，其中将所述反射器层的末端(40、42)塞到所述两个辐射转换元件之间。

3.根据权利要求1-2中的任一项所述的设备，其中，所述多个辐射转换元件包括两个辐射转换元件(32)，并将所述反射器层(34)设置为环绕所述两个辐射转换元件的外侧为单层，以及在所述两个辐射转换元件之间为双层。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的设备，其中，环绕所述多个辐射转换元件(32)卷裹所述反射器层(34)，其中所述辐射转换元件和所述反射器层之间不设置粘合剂。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的设备，其中，所述多个辐射转换元件(32)和环绕所述多个辐射转换元件设置的所述反射器层(34)一起限定了构建块(30)，所述设备还包括：

辐射转换元件阵列(70)，其包括按照阵列布置的多个所述构建块(30)。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，在所述辐射转换元件阵列(70)的所述构建块之间设置粘合剂(72、74、76)。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的设备，其中，环绕所述多个辐射转换元件(32)设置的所述反射器层(34)包括：

在所述反射器层(34)环绕所述多个辐射转换元件进行设置时邻近所述辐射转换元件设置的反射率大于90％的光反射层(50)；以及

遮光层(52)。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述遮光层(52)包括铝层。

9.根据权利要求7-8中的任一项所述的设备，其中，所述遮光层(52)还对环绕多个辐射转换元件(32)设置的所述反射器层(34)的反射率存在贡献。

10.根据权利要求7-9中的任一项所述的设备，其中，所述光反射层(50)包括多层聚合物反射器。

11.根据权利要求7-10中的任一项所述的设备，其中，所述遮光层(52)使所述反射器层(34)的设置所环绕的所述多个辐射转换元件(32)之间的光学串扰降低至少15％。

12.根据权利要求1-11中的任一项所述的设备，其中，环绕所述多个辐射转换元件(32)设置的所述反射器层(34)包括刻线(44)，所述刻线限定了环绕所述多个辐射转换元件设置的所述反射器层的弯折部。

13.根据权利要求1-12中的任一项所述的设备，其中，所述反射器层(34)包括突出的间隔体元件或结构，其作用在于确保所述反射器层和所述辐射转换元件(32)之间的空气间隙足以支持在所述辐射转换元件的内表面处的全内反射。

14.根据权利要求1-13中的任一项所述的设备，其中，所述多个辐射转换元件(32)包括多个闪烁体元件，并且所述设备还包括：

与所述多个辐射转换元件(32)光耦合的多个光探测器元件(62)。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述设备包括正电子发射断层摄影(PET)成像设备(14)，其包括511keV辐射探测器(16)，所述511keV辐射探测器包括所述多个辐射转换元件(32)以及环绕所述多个辐射转换元件设置的所述反射器层(34)。

16.根据权利要求14-15中的任一项所述的设备，其中，使所述多个辐射转换元件中的每个辐射转换元件(32)与所述多个光探测器元件中的一个光探测器元件(62)光耦合。

17.根据权利要求14-16中的任一项所述的设备，其中，所述多个辐射转换元件(32)和环绕所述多个辐射转换元件设置的反射器层(34)一起限定了构建块(30)，并且所述构建块的截面面积等于或小于与所述多个辐射转换元件光耦合的所述多个光探测器元件(32)的截面面积。

18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述构建块(30)的所述截面面积等于与所述多个辐射转换元件(32)光耦合的所述多个光探测器元件(62)的所述截面面积。

19.一种方法，包括：

环绕将辐射转换成光的多个辐射转换元件(32)卷裹光反射层(50)，以限定探测器阵列闪烁体构建块(30)。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

重复所述卷裹，以限定多个探测器阵列闪烁体构建块(30)；以及

由所述多个探测器阵列闪烁体构建块构建探测器阵列闪烁体(70)。

21.根据权利要求19-20中的任一项所述的方法，其中，所述卷裹不包括在所述光反射层(50)和所述多个辐射转换元件(32)之间设置粘合剂。

22.根据权利要求19-21中的任一项所述的方法，其中，所述卷裹包括环绕两个辐射转换元件(32)卷裹所述光反射层(50)，以及将所述光反射层的末端(40、42)塞到所述两个辐射转换元件之间。

23.根据权利要求19-22中的任一项所述的方法，还包括：

在所述光反射层(50)上设置遮光层(52)，其中，所述卷裹将所述光反射层与所述多个辐射转换元件(32)相邻放置。

24.一种设备，包括：

将辐射转换成光的辐射转换元件(32)；以及

环绕所述辐射转换元件设置的反射器层(34)，所述反射器层包括与所述辐射转换元件相邻设置的光反射层(50)以及设置在所述辐射转换元件的远侧的遮光层(52)。

25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述遮光层(52)包括铝层。

26.根据权利要求24-25中的任一项所述的设备，其中，将所述遮光层(52)作为沉积在所述反射器层的远侧的背侧面上的沉积层设置在所述反射器层(34)上。

27.根据权利要求24-26中的任一项所述的设备，其中，所述光反射层(50)包括多层聚合物反射器。

28.根据权利要求24-27中的任一项所述的设备，还包括：

光探测器元件(62)，其与所述辐射转换元件(32)光耦合以限定辐射探测器阵列(70)的单个像素，所述辐射探测器阵列在辐射转换元件和光探测器元件之间具有一对一的对应关系；

其中，所述辐射转换元件(32)和环绕所述辐射转换元件设置的反射器层(34)的组合(30)的截面面积等于或小于与所述辐射转换元件光耦合的所述光探测器元件(62)的截面面积。

29.根据权利要求28所述的设备，其中，所述辐射转换元件(32)和环绕所述辐射转换元件设置的所述反射器层(34)的组合(30)的所述截面面积等于与所述辐射转换元件光耦合的所述光探测器元件(62)的所述截面面积。

30.一种设备，包括：

辐射转换元件(32)，其将辐射转换成光，所述辐射转换元件具有光反射性侧面；以及

光探测器元件(62)，其与所述辐射转换元件(32)光耦合以限定辐射探测器阵列(70)的单个像素，所述辐射探测器阵列在辐射转换元件和光探测器元件之间具有一对一的对应关系；

其中，具有光反射性侧面的所述辐射转换元件(32)的截面面积等于或小于与所述辐射转换元件光耦合的所述光探测器元件(62)的截面面积。

31.根据权利要求30所述的设备，其中，具有光反射性侧面的所述辐射转换元件(32)的所述截面面积等于与所述辐射转换元件光耦合的所述光探测器元件(62)的所述截面面积。

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