CN104749604B - 多技术融合闪烁探测器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背散射闪烁探测器装置，包括：闪烁晶体探测器；设置在闪烁晶体探测器前端的X射线增感屏，来自被探测对象的背散射X射线与X射线增感屏作用之后，至少部分入射到闪烁晶体探测器上；以及设置在闪烁晶体探测器后端的光电倍增管，其用于收集来自闪烁晶体探测器的光信号，并将其转化成电信号。通过采用上述优选实施方式，其将X射线增感屏、闪烁晶体探测器、光导、移波等技术融合在一体组成新颖的闪烁探测器，使X射线背散射探测器等更加有效探测射线、使光信号更加有效传导和转换成电信号输出，从而简化了设备的结构和成本，同时极大提高了设备的探测效率和检测精度。

Description

多技术融合闪烁探测器装置

技术领域

本发明涉及一种闪烁探测器装置，特别是一种应用于人体、车辆等安检领域的多技术融合应用的背散射闪烁探测器装置。

背景技术

X射线背散射成像技术是人体、车辆等安检领域的主要技术之一。通过X射线扫描人体、车辆等，同时使用大面积背散射探测器接收X射线背散射信号，经过数据收集和图像处理后即可得到被散射物的背散射图像。

在背散射安检技术中，背散射探测器装置的性能指标直接关系到图像质量和被检测物的检测率。目前常见背散射探测器往往采用一种类型的探测器技术，例如或采用闪烁探测器、或采用气体探测器，对X射线探测效率、光收集转换效率均感不足，是背散射检测装置性能提升的瓶颈。

为了使背散射探测器的性能指标得到提升，使背散射技术在安检领域发挥更好作用，有必要提出一种新型的背散射闪烁探测器装置背散射闪烁探测器装置，其至少能够有效减轻或消除前述技术问题的至少一个方面。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

本发明的目的之一在于提供一种能够对X射线中的高能部分和低能部分能够进行探测的背散射闪烁探测器装置。

本发明的另一目的在于提供一种能够更加有效探测射线、使光信号更加有效传导和转换成电信号输出的背散射闪烁探测器装置。

根据本发明的一个方面，其提供一种背散射闪烁探测器装置，包括：闪烁晶体探测器；设置在闪烁晶体探测器前端的X射线增感屏，来自被探测对象的背散射X射线与所述X射线增感屏作用之后，至少部分入射到所述闪烁晶体探测器上；以及设置在所述闪烁晶体探测器后端的光电倍增管，其用于收集来自闪烁晶体探测器的光信号，并将其转化成电信号。

优选地，背散射闪烁探测器装置还包括：设置于所述X射线增感屏前端的反光层，其用于反射来自X射线增感屏的光信号。

进一步地，背散射闪烁探测器装置还包括：设置于所述反光层前端的避光层，其用于阻挡来自背散射闪烁探测器装置外部的可见光进入到所述背散射闪烁探测器装置内部。

进一步地，背散射闪烁探测器装置还包括：设置于所述闪烁晶体探测器和所述光电倍增管之间的光电耦合介质，用于耦合闪烁晶体探测器和光电倍增管之间的光信号。

具体地，所述X射线增感屏为：金属增感屏、荧光增感屏或金属荧光复合增感屏。

在上述具体实施方式中，所述金属增感屏的金属材质为铅、钨、钽、钼、铜或铁。

在上述具体实施方式中，所述荧光增感屏的材料为钨酸钙或氟氯化钡。

具体地，所述X射线增感屏为硫氧化钆稀土增感屏。

更具体地，所述稀土增感屏由硫氧化钆材料构成。

在一种具体实施方式中，所述闪烁晶体探测器由有机闪烁晶体聚苯乙烯制成。

进一步地，所述有机闪烁晶体聚苯乙烯中掺杂有移波物质，用于使增感屏所产生的高能光子移波到光电倍增管敏感的频谱波段。

优选地，所述反光层由铝箔材料构成。

优选地，所述避光层由黑色包装物材料构成。

优选地，所述光耦合物质采用工业透明硅脂。

优选地，所述移波物质为Bis-MSB(化学名称：1，4-双(乙-甲基苯乙烯基)苯，分子式C₂₄H₂₂，分子量310.44)。

在上述实施方式中，所述至少部分直接入射到所述闪烁晶体探测器上的X射线与所述闪烁晶体探测器中的闪烁晶体作用，以转化成光信号。

在上述实施方式中，来自被探测对象的背散射X射线的一部分与所述X射线增感屏作用，转化成光信号，经过所述闪烁晶体探测器中的闪烁晶体光导作用之后，进入到所述光电倍增管中并由其收集。

在上述实施方式中，来自被探测对象的背散射X射线的一部分与所述X射线增感屏作用之后逃逸出来的X射线与所述闪烁晶体探测器中的闪烁晶体作用，以转化成光信号。

可选地，所述光电倍增管耦合至所述闪烁晶体探测器的背面或侧面。

具体地，所述黑色包装物为黑色PET膜。

由于本发明采用了上述技术方案，本发明的至少一个方面具有如下有益效果：

在本发明的一种具体实施方式中，通过采用X射线增感屏，可以结合闪烁晶体探测器来有效探测来自背散射检测对象的低能射线，同时利用闪烁晶体补充探测经过X射线增感屏的剩余射线，提高了探测效率和检测精度；

在本发明的一种具体实施方式中，闪烁晶体探测器中的闪烁晶体一方面可以与X射线与作用，以转化成光信号；另一方面，其可以用作光导，以收集和传递X射线增感屏所产生的光信号，提高了设备的利用效率，简化了设备的结构，降低了产品的成本；

在本发明的另外一种具体实施方式中，其利用移波技术，在闪烁晶体中针对性地加入一些移波体，将增感屏所产生的高能光子移波到光敏器件敏感频谱段的技术，从而充分提高了设备的探测效率和检测精度；

通过采用上述优选实施方式，其将X射线增感屏、闪烁晶体探测器、光导、移波等技术融合在一体组成新颖的闪烁探测器，使X射线背散射探测器等更加有效探测射线、使光信号更加有效传导和转换成电信号输出，从而简化了设备的结构和成本，同时极大提高了设备的探测效率和检测精度。

附图说明

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述，其中：

图1是根据本发明的一种具体实施方式中的多技术融合背散射闪烁探测器；

图2是显示图1中的X射线在X射线增感屏、闪烁晶体探测器内部作用过程的示意图。

具体实施例

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

参见图1，其示出了一种根据本发明一种具体实施方式中的背散射闪烁探测器装置100，包括：闪烁晶体探测器2；设置在闪烁晶体探测器2前端的X射线增感屏1，来自被探测对象的背散射X射线与X射线增感屏1作用之后，至少部分入射到闪烁晶体探测器2上；以及设置在闪烁晶体探测器2后端的光电倍增管4，其用于收集来自闪烁晶体探测器2的光信号，并将其转化成电信号。优选地，背散射闪烁探测器装置100还包括：设置于X射线增感屏1前端的反光层5，其用于反射来自X射线增感屏1的光信号；以及优选地设置于反光层5前端的避光层6，其用于阻挡来自背散射闪烁探测器装置100外部的可见光进入到背散射闪烁探测器装置100内部。在此的术语前端和后端是相对于背散射X射线的光路方向来说的，前端指背散射X射线的光路近端方向，后端是指背散射X射线的光路远端方向。

X射线增感屏常用于医学、工业X射线透视成像领域，一般将制剂均匀涂抹在纸质或胶质薄片上，材料可以从金属材料、荧光物质或金属荧光复合物质中选择。在上述实施方式中，X射线增感屏1可以为金属增感屏、荧光增感屏或金属荧光复合增感屏。具体地，金属增感屏的金属材质可以选自铅、钨、钽、钼、铜和铁。荧光增感屏可以选自钨酸钙或氟氯化钡型荧光增感屏。在本发明的优选实施例中，荧光增感屏为氟氯化钡型荧光增感屏。可替代地，也可以选择稀土增感屏，例如由硫氧化钆材料构成的稀土增感屏。

参见图1，背散射闪烁探测器装置100还包括：设置于闪烁晶体探测器2和光电倍增管4之间的光电耦合介质3，用于耦合闪烁晶体探测器2和光电倍增管4之间的光信号。

在一种具体实施方式中，闪烁晶体探测器2由有机闪烁晶体聚苯乙烯制成。对本领域的普通技术人员来说，本发明并不仅限于此，任何其他类型的闪烁晶体探测器，例如半导体闪烁晶体探测器都可以应用于此。进一步地，有机闪烁晶体聚苯乙烯中掺杂有移波物质，例如Bis-MSB移波物质，(化学名称：1，4-双(乙-甲基苯乙烯基)苯，分子式C₂₄H₂₂，分子量310.44)，用于使有机闪烁晶体或增感屏所产生的高能光子移波到光电倍增管敏感的频谱波段。

另外，反光层5优选由铝箔材料构成。避光层6优选由黑色包装物材料构成，例如黑色PET膜。该反光层5和避光层6由对X射线透明的材料构成。光耦合物质3优选采用工业透明硅脂，例如BC-600型工业透明硅脂(圣戈班生产)。

下面，结合附图2对根据本发明的具体实施方式中的闪烁晶体探测器装置的工作原理进行说明。

来自背散射检测对象的散射X射线，例如X射线1和X射线2入射到闪烁晶体探测器装置100上。在此实施例中，X射线1表示能量高一些的X射线，X射线2表示能量低一些的X射线。如图2所示，来自背散射检测对象的散射X射线1沿光路11直接穿透避光层6、反光层5和X射线增感屏1，直接入射到闪烁晶体探测器2上，并与闪烁晶体探测器2中的有机闪烁晶体聚苯乙烯作用，以产生光信号，其沿光路12传输并进一步由光电倍增管4收集并转化成电信号。光电倍增管4进行光电转换将光信号转换成电信号，放大后输出给后级电子学电路。

另外，来自背散射检测对象的另外一部分散射X射线2沿光路21直接穿透避光层6、反光层5，入射到X射线增感屏1上，在此，该部分射线与X射线增感屏1作用，例如可能产生高能光子、普通光子并逃逸出X射线。

参见图2，产生的普通光子转化成光信号，经过闪烁晶体探测器2中的闪烁晶体光导作用之后，沿光路22传输并进一步由光电倍增管4收集并转化成电信号。

参见图2，产生的高能光子沿光路22进一步进入闪烁晶体探测器2中的闪烁晶体后，经移波体作用，转化成普通能量光子，经过闪烁晶体探测器2中的闪烁晶体光导作用之后，沿光路23传输并进一步由光电倍增管4收集并转化成电信号。

另外，入射到X射线增感屏1并与闪烁晶体探测器2中的闪烁晶体2作用的转化成光信号的一部分，例如普通光子沿光路24传输，其由反光层5反射后沿光路25进入到闪烁晶体探测器2，并经过闪烁晶体探测器2光导作用之后，进一步由光电倍增管4收集并转化成电信号。

再次参见图2，在上述实施方式中，来自被探测对象的背散射X射线的一部分与X射线增感屏1作用之后逃逸出来的X射线进一步沿光路26传输，与闪烁晶体探测器2中的闪烁晶体作用，以产生普通光子并转化成光信号。如图2所示，该光线沿光路27传输，例如可以经增感屏1和闪烁晶体探测器2之间的界面的反射之后沿光路28传输并进一步由光电倍增管4收集并转化成电信号。

在一种优选实施方式中，在有机闪烁晶体聚苯乙烯中掺杂有移波物质例如Bis-MSB移波物质，(化学名称：1，4-双(乙-甲基苯乙烯基)苯，分子式C₂₄H₂₂，分子量310.44)，这样，其可以对用于使有机闪烁晶体或增感屏1所产生的高能光子，例如沿光路22传输或者来自光路12的高能光子，移波到光电倍增管4敏感的频谱波段。

参见图2，为防止外部可见光进入到闪烁晶体探测器装置100中，在闪烁晶体探测器装置100中的外部设置有避光层6，以防止外部可见光线，例如31进入到闪烁晶体探测器装置100内部。

虽然在上述实施方式中，光电倍增管4耦合至闪烁晶体探测器2的背面，但是本发明并不仅限于此，其也可以耦合到闪烁晶体探测器2的侧面。

X射线增感屏对低能X射线灵敏、光产额高、谱线丰富、价格低、易于制成大面积产品，在本发明中，将其应用于大面积背散射探测器是非常适合。在本发明中，将闪烁晶体作为光导介质，有效收集和传递增感屏1所产生的光信号；同时，闪烁晶体探测器2中的闪烁晶体对X射线灵敏，射线在闪烁晶体内部作用并产生光信号，因此，部分未被增感屏1吸收的X射线信号，会被闪烁晶体探测器2中的闪烁晶体吸收产生光信号，使整体光信号得到进一步增强。

通常光敏器件，例如光电倍增管4中的光敏元件，都存在一定光谱灵敏区间，对高于或低于该区间频段的光信号，光电转换的效率较低，而增感屏1产生的光信号光谱较丰富，使许多高能光子信号不能有效转换成电信号。本发明中，利用光谱移波技术，在闪烁晶体探测器2中的闪烁晶体中针对性地加入移波体，将增感屏1所产生的高能光子移波到光敏元件灵敏的频段中，从而使总体信号输出质量得到增强。

虽然本发明结合大型背散射探测器进行了说明，但是本发明并不仅限于此，其同样可以应用于其他类型的闪烁探测器，例如小尺寸闪烁探测器。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (20)

1.一种闪烁探测器装置，包括：

闪烁晶体探测器，由作为光导介质的闪烁晶体制成；

设置在闪烁晶体探测器前端且与所述闪烁晶体探测器直接邻接的X射线增感屏，来自被探测对象的背散射X射线与所述X射线增感屏作用之后，至少部分入射到所述闪烁晶体探测器上；以及

设置在所述闪烁晶体探测器后端的光电倍增管，其用于收集经闪烁晶体探测器的光导作用而传输的光信号，并将其转化成电信号。

2.根据权利要求1所述的闪烁探测器装置，其还包括：

设置于所述X射线增感屏前端的反光层，其用于反射来自X射线增感屏的光信号。

3.根据权利要求2所述的闪烁探测器装置，其还包括：

设置于所述反光层前端的避光层，其用于阻挡来自闪烁探测器装置外部的可见光进入到所述闪烁探测器装置内部。

4.根据权利要求3所述的闪烁探测器装置，其还包括：

设置于所述闪烁晶体探测器和所述光电倍增管之间的光电耦合介质，用于耦合闪烁晶体探测器和光电倍增管之间的光信号。

5.根据权利要求3所述的闪烁探测器装置，其特征在于：

所述X射线增感屏为：金属增感屏、荧光增感屏或金属荧光复合增感屏。

6.根据权利要求5所述的闪烁探测器装置，其特征在于：

所述金属增感屏的金属材质为铅、钨、钽、钼、铜或铁。

7.根据权利要求5所述的闪烁探测器装置，其特征在于：

所述荧光增感屏的材料为钨酸钙或氟氯化钡。

8.根据权利要求3所述的闪烁探测器装置，其特征在于：

所述X射线增感屏为稀土增感屏。

9.根据权利要求8所述的闪烁探测器装置，其特征在于：

所述稀土增感屏由硫氧化钆材料构成。

10.根据权利要求5-9中任何一项所述的闪烁探测器装置，其特征在于：所述闪烁晶体探测器由有机闪烁晶体聚苯乙烯制成。

11.根据权利要求10所述的闪烁探测器装置，其特征在于：所述有机闪烁晶体聚苯乙烯中掺杂有移波物质，用于使有机闪烁晶体或增感屏所产生的高能光子移波到光电倍增管敏感的频谱波段。

12.根据权利要求11所述的闪烁探测器装置，其特征在于：所述反光层由铝箔材料构成。

13.根据权利要求11所述的闪烁探测器装置，其特征在于：所述避光层由黑色包装物材料构成。

14.根据权利要求4所述的闪烁探测器装置，其特征在于：

所述光电耦合介质采用工业透明硅脂。

15.根据权利要求11所述的闪烁探测器装置，其特征在于：所述移波物质为Bis-MSB。

16.根据权利要求11所述的闪烁探测器装置，其特征在于：

所述至少部分直接入射到所述闪烁晶体探测器上的X射线与所述闪烁晶体探测器中的闪烁晶体作用，以转化成光信号。

17.根据权利要求11所述的闪烁探测器装置，其特征在于：

来自被探测对象的背散射X射线的一部分与所述X射线增感屏作用，转化成光信号，经过所述闪烁晶体探测器中的闪烁晶体光导作用之后，进入到所述光电倍增管中并由其收集。

18.根据权利要求1所述的闪烁探测器装置，其特征在于：

来自被探测对象的背散射X射线的一部分与所述X射线增感屏作用之后逃逸出来的X射线与所述闪烁晶体探测器中的闪烁晶体作用，以转化成光信号。

19.根据权利要求17所述的闪烁探测器装置，其特征在于：

所述光电倍增管耦合至所述闪烁晶体探测器的背面或侧面。

20.根据权利要求13所述的闪烁探测器装置，其特征在于：

所述黑色包装物为黑色PET膜。