CN103158203B - 晶体面阵的制作方法以及晶体探测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶体面阵的制作方法，用以减少晶体面阵制作过程中去除的晶体量。该制作方法包括以下步骤：首先将多个晶体单元拼接成晶体面阵，其中沿晶体面阵的第一方向排列的多个晶体单元的高度预先根据一倾斜面规划，从而使多个晶体单元中至少有部分晶体单元之间的高度不相等。之后对晶体面阵进行去除加工，以形成所述倾斜面。

Description

晶体面阵的制作方法以及晶体探测器

技术领域

本发明涉及晶体探测器，更具体地说，是涉及晶体探测器中使用的晶体面阵的制作方法。

背景技术

目前，大多数医疗和科研机构使用的CT(Computed Tomography,计算机断层扫描技术)、PET(Positron Emission Computed Tomography,正电子发射断层扫描技术)和SPECT(Single-Photon Emission Computed Tomography,单光子发射计算机断层成像术)等技术的探测器大多采用的是晶体面阵式。晶体探测器实际上是由数千甚至上万根晶体，通过光学耦合剂、涂料、粘贴剂、反光剂进行晶体间处理，从而拼接在一起，例如中国专利申请公布号CN101856272A所公开的那样。图1A和图1B示出将多个晶体条11拼接成晶体面阵10的拼接过程。在拼接初步成型后，晶体面阵10一般为规则的长方或立方形状。

为增加探测的立体角，如图1C所示，在拼接后还通过研磨加工达成预定设计角度，将晶体面阵磨削为具有倾斜面，例如图1C所示的包括倾斜面的楔形面12。倾斜面12由晶体探测器和光放大装置(未显示)的位置关系确定。最后，探测器中的光学放大器具通过各种不同的方式耦合在这个研磨加工形成的楔形平面上。

这种磨削加工的过程存在的问题是，磨削掉的部分无法再度利用，造成大量材料浪费，同时也提高了对晶体材料的尺寸要求。其次，晶体属于易碎材料，加工过程速度慢、时间长，发生断裂、崩边的几率大，加工风险大。再者，需要大量的人力和耗材，不适合进行大规模生产。

晶体面阵的另一种制作方式是通过光学胶水修补。即把奇数个晶体单元21组合而成的阶梯状分布的晶体面阵20，如图2A所示。然后通过光学胶水22填充，固化成一定角度，其截面为图2B所示的楔形平面。这种方法仍然存在问题，例如光学胶水在使用中对环境、温度、湿度以及固化等环节技术要求特别高，在生产中需要大量的人力和物力，这种方法不适合大规模生产。其次，由于大量的使用光学胶水，增加了光在传输过程中的损耗，大幅度降低此类晶体面阵的效率。另外，这一方法仅适用于由奇数个晶体条拼接而成的晶体面阵，有相当应用局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种晶体面阵的制作方法，以克服现有方法中的一个或多个缺点。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种晶体面阵的制作方法，包括以下步骤：首先将多个晶体单元拼接成晶体面阵，其中沿晶体面阵的第一方向排列的多个晶体单元的高度预先根据一倾斜面规划，从而使多个晶体单元中至少有部分晶体单元之间的高度不相等。之后对晶体面阵进行去除加工，以形成所述倾斜面。

在本发明的一实施例中，将多个晶体单元拼接成晶体面阵的步骤可以包括：提供多个晶体条，其中沿上述的第一方向排列的多个晶体条之间的高度预先根据上述的倾斜面规划，从而使多个晶体条中至少有部分晶体条之间的高度不相等，并且沿垂直于该第一方向的第二方向排列的多个晶体条之间的高度相等；之后沿第一方向和第二方向将多个晶体条拼接成晶体面阵。

在本发明的一实施例中，将多个晶体单元拼接成晶体面阵的步骤可以包括：提供多个第一晶体片，其中沿上述的第一方向排列的多个第一晶体片的高度是预先根据上述的倾斜面规划，从而使多个晶体片中至少有部分晶体片之间的高度不相等；接着，从第一方向将多个第一晶体片拼接成初步的晶体面阵；之后，沿第一方向对初步的晶体面阵进行切割以获得多个第二晶体片，该第二晶体片包括多个晶体条；再从第二方向拼接第二晶体片以获得最终的晶体面阵。

在本发明的一实施例中，对上述的晶体面阵进行去除加工的步骤是在沿第一方向对初步的晶体面阵进行切割以获得多个第二晶体片的步骤之前完成。

在本发明的一实施例中，对上述晶体面阵进行去除加工的步骤是在从第二方向拼接第二晶体片以获得最终的晶体面阵之后完成。

在本发明的一实施例中，沿第一方向排列的两相邻晶体单元之间的高度差由倾斜面相对于沿第一方向的基准线的角度和晶体单元沿所述第一方向的宽度确定。

在本发明的一实施例中，沿第一方向排列的两相邻晶体单元之间形成的阶梯转折点相连接形成的直线相对于沿第一方向的基准线的角度，与倾斜面相对于所述基准线的角度相等。

在本发明的一实施例中，去除加工包括磨削、切割以及/或者切削。

本发明还提出一种晶体探测器，包括依据上述的制作方法制作的晶体面阵。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，可以大幅度减少加工去除的晶体量，提高晶体利用率。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1A-1C是一种现有晶体面阵的制作方法流程。

图2A-2B是另一种现有晶体面阵的制作方法流程。

图3示出本发明一实施例的预先规划的晶体面阵的纵截面的整体示意图。

图4示出本发明一实施例的预先规划的晶体面阵沿X方向的晶体单元分割示意图。

图5示出本发明一实施例的晶体面阵的制作方法流程图。

图6A-6C是本发明一实施例的晶体面阵的制作方法的简要过程示意图。

图7A-7C是本发明第一实施例的晶体面阵的制作过程示意图。

图8A-8E是本发明第二实施例的晶体面的制作过程示意图。

图9A-9E是本发明第三实施例的晶体面阵的制作过程示意图。

图10示出图6B中晶体单元所形成的阶梯转折点。

图11示出图6C的多个晶体条经研磨后所形成的局部表面。

图12示出根据本发明实施例的晶体面阵的制作方法的晶体条磨削量。

图13示出现有晶体面阵的制作方法的晶体条磨削量。

具体实施方式

本发明下面的实施例将要描述PET探测器中的晶体面阵的制作过程，尤其是制作过程中的拼接、去除加工方法。在本发明的一些实施例中，晶体面阵的各部分是由闪烁晶体，例如LYSO(硅酸钇镥晶体)，LSO(硅酸镥晶体)，NaI(碘化钠晶体)，CsI(碘化铯晶体)，BGO(锗酸铋晶体)制成。在本发明的其他实施例中，晶体面阵可以选择其他晶体材料。

本发明的实施例针对需要在晶体面阵上进行去除加工形成诸如楔形面这样的倾斜面的场合。一般而言，晶体面阵的主体呈棱柱，例如四棱柱。晶体面阵在一个端部具有一倾斜面。倾斜面由晶体探测器和光放大装置(未显示)的位置关系确定。也就是说，倾斜面是预先确定的。图3示出具有倾斜面32的晶体面阵30的纵截面。与传统的直接在晶体面阵的平整面上磨削或者切割倾斜面的方法不同的是，本发明的实施例是在已经形成了高度差的不平整面上进行磨削或切割等加工形成倾斜面。尤其是，组成晶体面阵30的各个晶体单元的高度(即晶体单元在倾斜面侧的顶面相对于水平底面33的长度)预先根据倾斜面32的轮廓来确定。图4示出本发明一实施例的预先根据倾斜面32规划的晶体面阵沿第一方向(图中为X方向)的晶体单元的分割示意图。如图4所示，各个晶体单元31的高度沿着倾斜面32变化。具体地说，对于由同一倾斜面32预先规划的多个晶体单元31，沿第一方向排列的各个晶体单元31的高度不完全相等，也就是说，多个晶体单元31中至少有部分晶体单元31之间的高度不相等。在此，仍然可能有部分晶体单元31之间的高度相等。在此，各晶体单元31的高度是依据所在位置处的晶体面阵30的最大高度而定，这一位置的晶体面阵30的最大高度又由倾斜面32来确定。

例如，位于倾斜面32的最高点的晶体单元31a具有依其所在位置的最大高度而定的高度；相比之下，位于倾斜面32的最低点的晶体单元31b具有其所在位置的最小高度而定的高度。倾斜面32由晶体探测器和光放大装置(未显示)的位置关系确定。相邻的两个晶体单元31间的高度差h是由倾斜面32相对于沿X方向的基准线的角度θ和各晶体单元31的沿X方向的宽度d确定。容易理解，有

h＝d·tgθ   (1)

另外，为了后续制作的方便，各个晶体单元31的长度(垂直于纸面方向)可以相等，且等于晶体面阵30的长度。各个晶体单元31的宽度d也可以均相等，且等于晶体面阵30沿X方向的尺寸除以阵列数。但是，这些仅作为示例而非限制。例如，各个晶体单元31的宽度d可以存在差异。

图5示出本发明一实施例的晶体面阵的制作方法流程图。参照图5所示，此方法包括以下步骤：

首先在步骤51，将多个晶体单元31拼接成晶体面阵30。例如，利用光学耦合剂、涂料、粘贴剂、反光剂进行晶体间处理，从而拼接在一起，拼接的过程如图6A-6B所示。在此，沿着晶体面阵31的X方向排列的多个晶体单元31中，至少有一部分晶体单元31的高度不相等。这些不相等的高度是根据晶体面阵30的倾斜面来预先规划。例如，当如图4所示在晶体面阵30的X方向上分割出多个晶体单元31后，即同时确定了各个晶体单元31的高度和相邻晶体单元31之间的高度差。

图10进一步示出图6B中晶体单元31因高度差而形成的一些阶梯转折点。如图10所示，各阶梯转折点，例如转折点A、B相连接形成的直线相对于沿X方向的基准线x的角度，等于倾斜面32相对于基准线x的角度，均为θ。

然后在步骤52，对整个晶体面阵30进行研磨磨削，以精确形成倾斜面32，如图6C所示。图11示出倾斜面32的局部表面，其表明最终的倾斜面32相对于基准线x的角度为θ。

尽管上述的实施例描述对在晶体面阵30上形成倾斜面32的去除加工的工艺是磨削，但是可以理解，本发明仍可以使用其他的工艺来在晶体面阵30上去除加工形成倾斜面30，例如切割或者切削。

在本发明的实施例中，在步骤51中用来拼接成晶体面阵30的晶体单元31的形状可以有多种。例如，在本发明一实施例中，晶体单元可以是晶体条。晶体条被定义为需要从行和列两个方向拼接成晶体面阵的晶体单元。晶体条由对切割相应的晶体形成的晶体片进行切割形成。在一实施例中，晶体条的长度和宽度基本上相等，尽管这并非作为限制。在这样的实施例中，例如，如图7A-7C所示的本发明第一实施例的晶体面阵70制作过程，其中使用晶体条71来拼接晶体面阵70。如图7A所示，提供多个晶体条71，这些晶体条71中沿第一方向(图中为X方向)排列成一行的多个晶体条71之间倾斜面的高度是预先根据一个倾斜面规划，从而使多个晶体条71中至少有部分晶体条71之间的高度不相等，而沿垂直于第一方向的第二方向(图中为垂直于纸面的Y方向)排列成一列的多个晶体条71之间高度相等。接着如图7B所示，多个晶体条71从X和Y两个方向，拼接成晶体面阵70。最后如图7C所示，对拼接完成的晶体面阵70进行加工，以形成倾斜面72。

晶体单元31还可以是晶体片。在一实施例中，晶体片沿Y方向的长度与最终的晶体面阵在Y方向的尺寸相等。图8A-8E示出本发明第二实施例的晶体面阵制作过程，其中使用晶体片来拼接晶体面阵。如图8A所示，提供多个第一晶体片81(第一晶体片81可以由相应的晶体切割获得)，这些沿X方向排列的多个第一晶体片81的高度预先根据倾斜面规划，从而使多个晶体片81中至少有部分晶体片之间的高度不相等。然后如图8B所示，从X方向将多个第一晶体片81拼接成初步的晶体面阵82。接着，如图8C所示，沿X方向对初步的晶体面阵82进行切割以获得多个第二晶体片83，每一第二晶体片83包括多个晶体条84。之后，如图8D所示，从Y方向拼接多个第二晶体片83以获得最终的晶体面阵80。最后如图8E所示，对拼接完成的晶体面阵80进行加工，以形成倾斜面85。

在使用晶体片拼接晶体面阵的实施例中，对晶体面阵进行研磨加工以形成倾斜面的步骤52可以选择合适执行时机。例如在图8A-8E所示实施例中，步骤52可以在形成最终的晶体面阵80之后进行，在另一实施例中，也可以在形成初步的晶体面阵之后就进行。图9A-9E示出本发明第三实施例的晶体面阵制作过程。如图9A所示，提供多个第一晶体片91，这些沿X方向排列的多个第一晶体片的高度是预先根据倾斜面规划，从而使多个晶体片91中至少有部分晶体片之间的高度不相等。然后如图9B所示，从X方向将多个第一晶体片91拼接成初步的晶体面阵92。之后如图9C所示，对初步的晶体面阵92进行加工，以形成倾斜面95。接着，如图9D所示，沿X方向对初步的晶体面阵92进行切割以获得多个第二晶体片93，每一第二晶体片93包括多个晶体条94。最后，如图9E所示，从Y方向拼接多个第二晶体片93以获得最终的晶体面阵90。

可见在本发明的实施例中，对晶体面阵进行研磨加工以形成倾斜面的步骤52可以插入到使用晶体片拼接晶体面阵的过程中，且最早可以在形成第一次拼接出晶体面阵(例如形成初步的晶体面阵)之后就进行。

图12和图13以对比的方式示出现有磨削加工的晶体面阵制作方法和本发明上述实施例的方法在材料磨削量上的区别。在现有晶体面阵的制作方法中，需要大幅度磨削(如图13所示)以降低部分晶体条的高度，磨削量较大。相比之下，在根据本发明实施例的晶体面阵的制作方法中，只需将每一晶体条或晶体片顶端的三角形部分磨去，如图12所示磨削量显著降低。

本发明的上述实施例根据设计来切割生产不同尺寸晶体条，通过组装不同尺寸的晶体条形成初步成型的晶体面阵，然后通过研磨来微调初步成型的晶体面阵，从而达到满足设计尺寸和形状的要求。相对于已有的制作方法，本发明的实施例有以下优势：

1.使用不同的晶体单元尺寸提高了原材料利用率，降低了对闪烁晶体原材料尺寸要求。

2.组装后已经初步形成设计的角度，大幅减少磨削量，可以节省材料；

3.采取研磨加工来微细调节探测器系统尺寸，减少磨削时间，降低加工风险、提高加工速度。

4.晶体加工的阵列数可以是奇偶任意的。

基于以上优势，本发明可以在大规模生产过程中显著降低成本、提高生产速度。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种晶体面阵的制作方法，包括：

将多个晶体单元拼接成晶体面阵，其中沿所述晶体面阵的第一方向排列的多个晶体单元的高度预先根据倾斜面规划，从而使所述多个晶体单元中至少有部分晶体单元之间的高度不相等；

对所述晶体面阵的晶体单元的顶端进行去除加工，以形成所述倾斜面。

2.如权利要求1所述的晶体面阵的制作方法，其特征在于，将多个晶体单元拼接成晶体面阵的步骤包括：

提供多个晶体条，其中沿所述第一方向排列的多个晶体条之间的高度预先根据所述倾斜面规划，从而使所述多个晶体条中至少有部分晶体条之间的高度不相等，并且沿垂直于所述第一方向的第二方向排列的多个晶体条之间的高度相等；

沿所述第一方向和所述第二方向将多个所述晶体条拼接成所述晶体面阵。

3.如权利要求1所述的晶体面阵的制作方法，其特征在于，将多个晶体单元拼接成晶体面阵的步骤包括：

提供多个第一晶体片，其中沿所述第一方向排列的多个第一晶体片的高度是预先根据所述倾斜面规划，从而使所述多个第一晶体片中至少有部分第一晶体片之间的高度不相等；

从所述第一方向将多个第一晶体片拼接成初步的晶体面阵；

沿所述第一方向对所述初步的晶体面阵进行切割以获得多个第二晶体片，所述第二晶体片包括多个晶体条；以及

从垂直于所述第一方向的第二方向拼接所述第二晶体片以获得最终的晶体面阵。

4.如权利要求3所述的晶体面阵的制作方法，其特征在于，对所述晶体面阵进行去除加工的步骤是在沿所述第一方向对所述初步的晶体面阵进行切割以获得多个第二晶体片的步骤之前完成。

5.如权利要求3所述的晶体面阵的制作方法，其特征在于，对所述晶体面阵进行去除加工的步骤是在从所述第二方向拼接所述第二晶体片以获得最终的晶体面阵之后完成。

6.如权利要求1所述的晶体面阵的制作方法，其特征在于，沿所述第一方向排列的两相邻晶体单元之间的高度差由所述倾斜面相对于沿所述第一方向的基准线的角度和所述晶体单元沿所述第一方向的宽度确定。

7.如权利要求1所述的晶体面阵的制作方法，其特征在于，沿所述第一方向排列的两相邻晶体单元之间形成的阶梯转折点相连接形成的直线相对于沿所述第一方向的基准线的角度，与所述倾斜面相对于所述基准线的角度相等。

8.如权利要求1所述的晶体面阵的制作方法，其特征在于，所述去除加工包括磨削、切割以及/或者切削。

9.一种晶体探测器，包括依据权利要求1-8任一项的制作方法制作的晶体面阵。