CN102890285A - 一种采用特殊光传导器的辐射成像闪烁探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用特殊光传导器的辐射成像的闪烁探测装置，包括闪烁体阵列（1）光探测器（2）以及光传导器组件（3），其中闪烁体阵列（1）包含多个闪烁体单元（11），其用于接收放射性射线并发出闪烁光；光传导器组件（3）内部具有多个光传输通道，该光传导器组件（3）的第一端连接至该闪烁体阵列，用以接收并传输从闪烁体单元发出的闪烁光；光探测器连接至该光传导器件的第二端，以收集从该光传导器件传输来的闪烁光，其中的光传导器组件（3）是由光传导元件（31）阵列组成，每一所述光传导元件（31）形成独立的光传输通道。

Description

一种采用特殊光传导器的辐射成像闪烁探测装置

技术领域

本发明涉及一种探测器。尤其是涉及一种辐射成像闪烁探测装置。

背景技术

现有技术中的辐射成像是以探测放射性射线的位置、能量和时间信息为基础，在医学诊断、环境评价、科学研究等领域都有着广泛应用。辐射成像装置的关键部件之一就是探测器，目前，用于辐射成像的探测器主要有气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器等，其中闪烁探测器的应用尤为广泛。

一般的闪烁探测器由闪烁体1与光电转换器件2组成。闪烁体1用来接收射线并转化为闪烁光，光电转换器件2用来将闪烁光信号转化为电信号，通过对此电信号的识别来得知射入闪烁体1并发生作用的射线的能量、位置以及时间信息，从而进行图像重建。构成闪烁探测器的最直接的方法是，将闪烁体1通过光耦合剂与光探测器件2的光接收面直接相连（见图1）。然而，特别是大型的成像设备中，往往需要几十个甚至几百个这样的探测器组成一个大面积的环状或平面型的探测器系统。由于光探测器2的边缘总是有探测死区或者是灵敏度较差的地方，因此这种闪烁体1与光电倍增管2直接相连的探测器结构，很难避免各个探测器单元之间的探测死区的存在，特别是在使用多个探测器单元组成大面积的平面探测器的情况下，探测死区更是难以避免。

现有技术中也有在闪烁体1与探测器2之间加一光导3的设计，如在设计小动物正电子断层扫描仪MicroPETII时，使用了形状为立方形和平行六边形的光导，使三个探测器可以紧密相连，构成一个基本无探测死区的探测器模块（Module）（见图2），或者如中国实用新型专利CN2574603Y中的正电子断层成像装置的探测器（如图3），但是由于一般的光导材料在传输闪烁光的过程中，闪烁光会有分散，因此入射射线的位置信息被削弱。而且，一般的光探测器无位置分辨能力，因此，很难从光探测器阳极上得到的信号中提取出入射射线的位置信息。现有技术中也有使用光纤光导将闪烁光引入到光探测器，此光纤光导一般由玻璃纤维束拉制而成，如中国发明专利ZL200510105211.2中公开的一种用于核成像装置的位置灵敏闪烁探测器，然而此方案由于光纤光导拉制工艺的限制，决定了闪烁体阵列的面积与光探测器的有效面积不能相差过大，因为相差太大的话，光导的透光率会下降很多，射线的位置分辨会变差，而且光导边缘的透光率会比中间低很多，这样处于闪烁体阵列边缘的闪烁体更是难以分辨。另外，此方案的成本较高。

由此，一种能够有效降低探测死区、结构简单的探测装置成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种用于辐射成像的闪烁探测装置，包括：

闪烁体阵列（1），所述闪烁体阵列（1）包含多个闪烁体单元（11），其用于接收放射性射线并发出闪烁光；

光传导器组件（3），所述的光传导器组件（3）的第一端连接至该闪烁体阵列（1），用以接收并传输从所述闪烁体单元（11）发出的闪烁光；

光探测器件（2），其连接至该光传导器组件（3）的第二端，以收集从该光传导器组件（3）传输来的闪烁光；

其中，所述光传导器组件（3）是由光传导元件（31）阵列组成，每一所述光传导元件（31）独立形成一个所述光传输通道；

光传导器组件（3）中的多个光传导元件（31）与闪烁体阵列（1）中的多个闪烁体单元（11）非一一对应，并且光传导器组件（3）中的光传导元件（31）的数量少于闪烁体阵列（1）中的闪烁体单元（11）的数量。

本发明采用简单结构实现大面积的闪烁体阵列与小有效面积的光探测器件的耦合，有效防止大面积闪烁体阵列在探测时形成探测死区的缺陷；并采用少于闪烁体单元数量的光传输通道传输所有闪烁体单元发出的闪烁光，有效保留了其能量、位置和时间信息，从而在保留传统技术优点的基础上大幅度降低成本。通过上述结构，闪烁体阵列的面积可以比光探测器件的有效面积大很多，并且探测器具有易于制造，成本低廉的特点。

附图说明

图1为现有技术的闪烁探测装置结构示意图；

图2为现有技术的闪烁探测装置的又一结构示意图；

图3为现有技术的闪烁探测装置的另一结构示意图；

图4为本发明的闪烁探测装置的结构示意图；

图5a为本发明的闪烁探测装置的光传导器组件光传导元件在第一端的平面示意图；

图5b为本发明的闪烁探测装置的闪烁体阵列的闪烁体单元平面示意图；

图5c为本发明的闪烁探测装置的闪烁体单元与光传导元件的位置示意图；

图6为本发明的闪烁探测装置的又一实施方式的光传导元件的端面图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的用于辐射成像的闪烁探测装置的结构及原理进行说明。

如图4所示，作为本发明的一优选实施例，本实施方式中以6*6的闪烁体阵列为例。本发明的用于辐射成像的闪烁探测装置包括：6*6的闪烁体阵列1、光探测器2以及光传导器组件3。闪烁体阵列1包含多个闪烁体单元11，其所有闪烁体单元尺寸一致，闪烁体阵列的下端与光传导器组件3的上端面相连。本发明的光传导器组件3是由4*4的光传导元件31阵列组成的光传输通道，所有光传导元件的上端面（与闪烁体相连的端面）均大于下端面，上端面的总面积与闪烁体阵列的总面积相同，下端面的尺寸小于上端面，并且小于或等于光电转换器件2的有效面积，每一光传输通道由一个光传导元件31独立形成。光传导元件31由光传导性能良好的材料构成，或者由反光性能良好的空心材料构建而成。光传导器组件3与闪烁体阵列1耦合的第一端的光传导元件31的光传输通道排列成均匀的4*4的格子。

其中，光传导器组件3中的多个光传导元件31与闪烁体阵列1中的多个闪烁体单元11非一一对应，并且光传导器组件3中的光传导元件31的数量少于闪烁体阵列1中的闪烁体单元11的数量。

图5a为本发明的闪烁探测装置的光传导器组件光传导元件在第一端的平面示意图，其中的粗实线32则代表光传输通道的界限，每一个界限内的方格表示一个光传导元件31，每一光传导元件31独立构成一光传输通道。本实施例中的光传导器组件3为由4*4的光传导元件31组成的阵列。

图5b所示为本发明的闪烁探测装置的闪烁体阵列的闪烁体单元平面示意图，图示中的虚线12为闪烁体阵列1中闪烁体单元11的边界，边界内的方格表示一个光闪烁单元11。本实施例中的闪烁体阵列1为有6*6的尺寸一致的闪烁体单元组成的阵列。

图5c所示为本发明的闪烁探测装置的闪烁体阵列1与光传导器组件3耦合后，闪烁体阵列1的下端闪烁体单元11与光传导器件3中光传导元件31的的耦合位置示意图。在该第一端的光传导器组件3为4*4的光传导元件31阵列。与其相耦合的闪烁体阵列1为6*6的闪烁体单元阵列。由于光传导元件31与闪烁体单元均为均匀分布，由此使得每3*3个闪烁体单元的闪烁光通过2*2个光传输通道传输到光探测器件上，如图5a-c的区域A所示。由此形成本发明的具有36个闪烁体单元11的闪烁体阵列1以及具有16个光传导元件31的光传导器组件3的闪烁探测装置。本实施例中，闪烁体单元11的数量与光传输通道的数量比例为36:16（9：4），即每9个闪烁体单元的闪烁光通过4个光通道传输，使光传导组件数量大大少于闪烁体单元数量，简化了光传导器件的加工，节约了成本并提高了光传导器件的稳定性。光传导器组件3的第二端与光探测器2耦合，

作为上一实施例的改进，该闪烁探测装置的光传导元件31之间的缝隙里置有反光材料，以增强每一光传输通道的光传输效率，也可以在光传导元件31之间的缝隙里填充空气或其他类似的低折射率物质。

本发明的光传导器组件3在几何上形成一个棱台形的整体，上一实施例中的光传导器组件3的光传输通道在第一端及第二端的分布是均匀的，图5a所示。本发明的闪烁探测装置的光传导器组件3的第二端该光传导元件31形成光传输通道的大小可以根据所使用的光电转换器件的情况而定，比如使用位置灵敏光探测器的情况，光探测器2边缘的增益一般会比中间低，所以需要增加光传导器件第一端和/或第二端处于边缘的光传输通道口33的大小来提高边缘光传输通道的光传输效率，从而弥补光探测器边缘光探测效率和转换效率的不足。因此，作为本发明的另一实施方式，光传导器组件3的光传输通道在第一端和/或第二端的分布也可以是非均匀的，如图6所示。通过增加光传导器组件3处于边缘的光传导元件31的大小来改变相应的光传输通道33，以提高探测器2边缘的增益，从而提高边缘光传输通道的光传输效率，从而弥补光探测器边缘增益低的不足。本实施例中的光传导器组件3同样为4*4的光传导元件31组成，区域A中的2*2的光传导元件31与图5b中的光闪烁体阵列1中的3*3的光闪烁体单元相配合，该另一实施例中的其他原理与上一实施方式的原理及构造皆相同，本领域技术人员在上一实施例的基础上结合该另一实施例的上述原理，当可明了实现该另一实施方式的所有手段，就此不再赘述。

作为本发明的其他实施方式，为实现能够分辨闪烁体阵列的每一根闪烁体位置的闪烁探测装置，闪烁探测装置的光传导器件可以使用与闪烁体单元数量一样多的光传输通道，也就是让一根闪烁体单元对应一个光传输通道，这样对闪烁体的位置分辨更为有利，但是，在闪烁体阵列的规模较大的场合，就需要较多的光传输通道，这样带来两个弊病，一是光传导器件的加工成本增加，二是在闪烁体较细的情况下光传输通道的狭窄会使光传输过程中反射损失增加，不利于闪烁光的收集。

本发明提供了一种采用光传导器阵列形成光传导器组件的结构，能够改善传统光传导器无法克服光探测器边缘增益不同而导致的光探测器边缘增益不足的缺陷，同时通过设计光传导器组件中的光传导元件的两个断面的分积分布，将光传输通道减小到闪烁体单元数的一半以下，既降低了光传导器件的制作成本，又提高了闪烁光的收集效率，同时保留了足够的位置分辨能力。由此实现通过较少的光传输通道（闪烁体数量的九分之四）耦合大面积的闪烁体阵列和小有效面积的光探测器件，且能够通过调节光传输通道的几何尺寸来调节光传输效率，可以补偿光探测器件的增益非均匀性，而且花在光导上的成本较低。

本发明的探测器组装方便，性能优秀，因此可在辐射成像探测器中得到广泛的应用。

以上所述，仅为本发明较佳具体实施例的详细说明与图式，本发明的特征并不局限于此，本发明的所有范围应以下述的范围为准，凡符合于本发明权利要求保护范围的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何熟悉该项技艺者在本发明的领域内，可轻易思及的变化或调整皆可涵盖在以下本发明的权利要求保护范围。

Claims (6)

1.一种用于辐射成像的闪烁探测装置，包括：

闪烁体阵列（1），所述闪烁体阵列（1）包含多个闪烁体单元（11），其用于接收放射性射线并发出闪烁光；

光传导器组件（3），所述的光传导器组件（3）的第一端连接至该闪烁体阵列（1），用以接收并传输从所述闪烁体单元（11）发出的闪烁光；

光探测器件（2），其连接至该光传导器组件（3）的第二端，以收集从该光传导器组件（3）传输来的闪烁光；

其中，所述光传导器组件（3）是由光传导元件（31）阵列组成，每一所述光传导元件（31）独立形成一个所述光传输通道；

光传导器组件（3）中的多个光传导元件（31）与闪烁体阵列（1）中的多个闪烁体单元（11）非一一对应，并且光传导器组件（3）中的光传导元件（31）的数量少于闪烁体阵列（1）中的闪烁体单元（11）的数量。

2.如权利要求1所述的闪烁探测装置，其特征在于，所述光传导器组件（3）在几何上形成一个棱台形的整体。

3.如权利要求1所述的闪烁探测装置，其特征在于，所述光传导元件（31）由光传导性的材料构成或者由反光性的材料空心构建而成。

4.如权利要求1所述的闪烁探测装置，其特征在于，所述光传导元件（31）之间的缝隙里置有反光材料。

5.如权利要求1所述的闪烁探测装置，其特征在于，所述光传导元件（31）之间的缝隙里填充空气。

6.如权利要求1所述的闪烁探测装置，其特征在于，所述光探测器为位置灵敏型光探测器件。

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