一种闪烁晶体块及其制备方法、闪烁晶体探测器
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域,尤其涉及一种闪烁晶体块及其制备方法,以及包含该闪烁晶体块的闪烁晶体探测器。
背景技术
闪烁晶体探测器主要由闪烁晶体块、光电转换器件和相应的电子仪器三部分组成。闪烁晶体探测器的工作原理如下:当放射线γ粒子入射到闪烁晶体中时,闪烁晶体的原子或分子受激而产生荧光。利用光导使荧光尽量多地传输到光电转换器件的光敏层,击出光电子,光电子在光电转换器件内被倍增、加速,在阳极上形成电流脉冲输出。
闪烁晶体探测器的位置分辨率、灵敏度等技术指标均取决于其所采用的闪烁晶体块的加工封装精度。
因此,如何制备出加工封装精度高的闪烁晶体块是当前闪烁晶体探测器领域较为重要的研究课题。
发明内容
有鉴于此,本发明的第一方面提供了一种闪烁晶体块的制备方法,以提高闪烁晶体块的封装精度。
基于本发明的第一方面,本发明的第二方面提供了一种闪烁晶体块。
基于本发明的第二方面,本发明的第三方面提供了一种闪烁晶体探测器。
为了达到上述发明目的,本发明采用了如下技术方案:
一种闪烁晶体块的制备方法,包括:
将闪烁晶体条嵌入到第一模具的模具孔内,所述模具孔的截面形状和尺寸与所述闪烁晶体条的截面形状和尺寸相同;
向嵌入有闪烁晶体条的模具孔内灌注第一透明胶,以形成与所述闪烁晶体条对接的第一透明体;其中,对接的闪烁晶体条和第一透明体形成加长晶体条;
待所述第一透明胶固化后,将所述加长晶体条从所述第一模具中取出,在所述加长晶体条的侧面上形成反光材料层;
将侧面形成有反光材料层的不同长度的加长晶体条按照预设排列方式紧密排列粘接在一起,形成闪烁晶体块;所述预设排列方式和所述多个不同长度的加长晶体条的长度符合预形成的闪烁晶体块的设计尺寸和遮光位置要求。
一种闪烁晶体块,包括相互粘接在一起的多个不同长度的加长晶体条,所述多个不同长度的加长晶体条按照预设排列方式紧密排列,所述预设排列方式和所述多个不同长度的加长晶体条的长度符合闪烁晶体块的设计尺寸和遮光位置要求;
其中,每个加长晶体条均包括闪烁晶体条、以及与其一底面对接的第一透明体,且每个加长晶体条的侧面上设置有一层反光材料层;所述第一透明体通过向嵌入有闪烁晶体条的模具孔内灌注第一透明胶的方式形成。
一种闪烁晶体探测器,包括:闪烁晶体块,所述闪烁晶体块为上述实施例所述的闪烁晶体块。
相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:
通过以上技术方案可知,本发明提供的闪烁晶体块的制备方法中,通过向第一模具的模具孔内灌注透明胶即可形成与闪烁晶体条对接的第一透明体。第一透明体可以看作是闪烁晶体条的延长部分。因此,本发明借助模具灌胶的方式实现闪烁晶体条与其延长部分的对接。这种实现对接的方式使得闪烁晶体条与其延长部分的对接精度高,固化后粘接强度大。而且在模具孔的限制下,闪烁晶体条和第一透明体之间很难出现对接错位的问题。
所以,通过本发明提供的闪烁晶体块的制备方法形成的闪烁晶体块的封装精度高,有利于提高闪烁晶体探测器的位置分辨率和灵敏度。
附图说明
为了清楚地理解本发明的技术方案,下面将描述本发明的具体实施方式时用到的附图作一简要说明。显而易见地,这些附图仅是本发明的部分实施例,本领域技术人员在不付出创造性劳动的前提下,还可以获得其它附图。
图1是本发明实施例一提供的闪烁晶体块的制备方法流程示意图;
图2A和图2B分别是本发明实施例一提供的第一模具的横截面和纵截面结构示意图;
图3至图7是本发明实施例一提供的闪烁晶体块制备方法的一系列制程对应的结构示意图;
图8是本发明实施例二提供的闪烁晶体块的制备方法流程示意图;
图9是本发明实施例二提供的第二模具的结构示意图;
图10至图13B是本发明实施例二提供的闪烁晶体块制备方法的一系列制程对应的结构示意图;
图14是本发明实施例三提供的闪烁晶体探测器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和效果更加清楚、完整,下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述。
首先介绍本发明实施例用到的技术术语:
闪烁晶体条:即小晶体条,一般呈细长条状。其为闪烁晶体块的最小单元,所以,也可以称为晶体单元。
加长晶体条:在闪烁晶体条的一端对接一定长度的透明体,形成的整体结构即为加长晶体条。对接在闪烁晶体条一端的透明体也可以称为闪烁晶体条的延长部分。
晶体条矩阵:是由加长晶体条按照预形成的闪烁晶体块的尺寸和遮光反光要求紧密排列在一起的多个加长晶体条的组合。
如背景技术部分所示,闪烁晶体块的加工封装精度是影响闪烁晶体探测器位置分辨率、灵敏度等多项技术指标的重要因素。
然而由于闪烁晶体易碎裂,因此在闪烁晶体块的加工制备过程中,容易出现蹦齿、碎裂等缺陷,因而导致加工闪烁晶体块的废品率较高。
传统的闪烁晶体块的加工制备方法有以下几种:
1)将整个闪烁晶体块按行列切割成所需的行列狭缝,然后用反光材料将切割的狭缝填塞。这种制备方法因闪烁晶体易碎裂,导致造成的废品较多,而且切割后的狭缝表面粗糙。
2)用闪烁晶体条(也可以称为小晶体条或晶体单元)与其截面形状尺寸相同的透明体如无机玻璃或有机玻璃进行长度方向的粘接,再用反光材料将粘接在一起的闪烁晶体条和透明体行列组合拼装在一起。该制备方法存在加工繁琐、闪烁晶体条与透明体之间易错位以及容易开裂的缺陷。
为了克服现有技术中制备闪烁晶体块的缺陷,本发明实施例提供了一种闪烁晶体块的制备方法。下面结合附图对本发明实施例提供的闪烁晶体块的制备方法进行详细描述。首先参见实施例一。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的闪烁晶体块的制备方法流程示意图。如图1所示,该方法包括以下步骤:
S101、将闪烁晶体条嵌入到第一模具的模具孔内:
首先详细介绍本发明实施例中用到的第一模具。图2A是本发明实施例提供的第一模具的横截面结构介意图,图2B是本发明实施例提供的第一模具的纵截面结构示意图。如图2A和图2B所示,第一模具I上设置有多个模具孔21,并且每个模具孔21的截面形状和尺寸与闪烁晶体条的截面形状和尺寸相同。具体地说,模具孔21截面的长度与闪烁晶体条截面的长度相等,模具孔21截面的宽度与闪烁晶体条截面的宽度相等。通常情况下,闪烁晶体条的截面形状为正方形,所以,本发明实施例中的第一模具I的模具孔21的截面形状也为正方形,在这种情形下,闪烁晶体条截面的边长与模具孔截面的边长相等。为了方便后续将形成的加长晶体条从模具孔中取出,本发明实施例所述的模具孔21为贯穿第一模具I上下两底面的通孔。
此外,预形成的闪烁晶体块中,由于符合遮光反光的要求,位于不同位置的加长晶体条的长度也不尽相同。为了确保在模具孔21内形成的加长晶体条能够满足预形成的闪烁晶体块对加长晶体条长度的要求,本发明实施例中的模具孔21的深度不小于预形成的闪烁晶体块中的最长长度的加长晶体条的长度。
在本发明实施例中,用于制作第一模具的材料可以为金属材料,也可以为非金属材料。其中,金属材料可以为不锈钢和铝合金中的任意一种,非金属材料可以为聚四氟乙烯、硅胶和乳胶中的任意一种。为了方便后续将形成的加长晶体条从第一模具中取出,用于制作第一模具的材料可选用流动性、弹性及抗撕裂等性能较好的硅胶。
下面介绍步骤S101的具体实现方式。为了提高制作效率,降低时间成本,可以一次尽可能多地制作出预形成的闪烁晶体块所需的加长晶体条,因此,步骤S101可以将多个具有相同高度的闪烁晶体条10分别嵌入到第一模具20的不同模具孔21内。应该理解,一个模具孔21内只能嵌入一个闪烁晶体条10。此外,为了方便操作,嵌入到模具孔21内的闪烁晶体条10的底面可以与第一模具I的底面齐平,如图3所示。
S102、向嵌入有闪烁晶体条的模具孔内灌注第一透明胶,以形成与所述闪烁晶体条对接的第一透明体,其中,对接在一起的闪烁晶体条和第一透明体形成加长晶体条:
由于模具孔21的深度不小于加长晶体条的长度,所以,当将闪烁晶体条嵌入到模具孔21后,闪烁晶体条的上端面到模具孔21的上边缘之间还有一定的空间。因此,在该空间内可以注入一定量的粘接胶。如图4所示,向嵌入有闪烁晶体条10的模具孔21内灌注第一透明胶,固化后的第一透明胶为与闪烁晶体条10对接的第一透明体20。由于第一透明胶具有粘接性,能够粘接闪烁晶体条10,在第一透明胶固化的过程中,第一透明体20与闪烁晶体条10粘接在一起,从而也就形成了由闪烁晶体条10和第一透明体20对接在一起的加长晶体条。其中,第一透明体20可以看作是闪烁晶体条10的延长部分。
需要说明的是,在灌注第一透明胶的过程中,各个模具孔内可以灌注相同量的透明胶,此时各个模具孔内形成的加长晶体条的长度相等,此时,步骤S102形成的加长晶体条的长度不能全部满足预形成的闪烁晶体块对加长晶体条长度的要求,后续需要对加长晶体条的长度进行处理。此外,也可以根据预形成的闪烁晶体块对各个加长晶体条长度的要求,也可以向不同模具孔内灌注不同量的透明胶,从而使得步骤S102形成的各个加长晶体条的长度不需后续处理就能满足预形成的闪烁晶体块对各个加长晶体条长度的要求。
需要说明的是,当采用本发明实施例制成的闪烁晶体块制成闪烁晶体探测器时,本发明实施例形成的闪烁晶体条的延长部分即第一透明体可以作为闪烁晶体探测器的光导。也就是说,入射到闪烁晶体条上的光子通过第一透明体的收集入射到光电转换器件的光敏层上,并击出光电子。所以,本发明实施例采用的第一透明胶应该为流动性较好、高透明的胶体,其折射率、透光率等参数满足闪烁晶体探测器对闪烁晶体块的产品设计要求。作为示例,本发明实施例选用聚氨酯或环氧树脂作为第一透明胶的材料。
S103、待所述第一透明胶固化后,将所述加长晶体条从第一模具中取出;
待所述第一透明胶固化后,将形成在模具孔21内的加长晶体条从第一模具中取出。取出的加长晶体条30如图5所示。其包括闪烁晶体条10和与该闪烁晶体条10对接的第一透明体20。
S104、按照预形成的闪烁晶体块的遮光反光要求,对各个加长晶体条进行长度处理,处理后的各个加长晶体条的长度符合预形成的闪烁晶体块对加长晶体条长度的要求:
需要说明的是,该步骤为可选步骤。如果在步骤S102中形成的各个加长晶体条的长度满足预形成的闪烁晶体块对各个加长晶体条长度的要求时,则可以省略该步骤。如果步骤S102中形成的各个加长晶体条的长度不满足预形成的闪烁晶体块对各个加长晶体条长度的要求时,则执行该步骤。而且,由于步骤S102中形成的加长晶体条的长度不小于预形成的闪烁晶体块对最长加长晶体条长度的要求。所以,本步骤对加长晶体条长度的处理一般为根据预形成的闪烁晶体块对各个加长晶体条长度的要求将步骤S102形成的加长晶体条中的第一透明体的长度缩短。
S105、在每个所述加长晶体条的侧面上形成反光材料层:
为防止入射到不同加长晶体条上的光相互串扰,而且使得入射到闪烁晶体条上的光子完全进入到在闪烁晶体探测器的光电转换器件中,对每个加长晶体条的侧面进行反光处理,如图6所示,即在每个加上晶体条的侧面上形成一层反光材料层40。该反光材料层可以起到遮光反光作用。
作为本步骤的具体实施方式,根据反光材料的种类可以通过浸渍、涂覆、真空溅射或电镀的方式在每个所述加长晶体条的侧面上形成反光材料层40。作为示例,本步骤采用的反光材料可以为二氧化钛、硫酸钡、三氧化二铝、氧化镁、银和铝中的任意一种。
需要说明的是,本发明实施例所述的加长晶体条的侧面为除了加长晶体条的上下两个端面以外的其它四个面。
另外,作为本发明实施例的扩展,也可以先执行步骤S105,再执行步骤S104,也就是说,可以先对加长晶体条的侧面做反光处理,再对反光处理后的加长晶体条的长度进行处理。
S106、将侧面形成有反光材料层的不同长度的加长晶体条按照预设排列方式紧密排列粘接在一起,形成闪烁晶体块,所述预设排列方式和所述多个不同长度的加长晶体条的长度符合预形成的闪烁晶体块的设计尺寸和遮光位置要求:
如图7所示,将侧面形成有反光材料层的不同长度的加长晶体条按照预设排列方式紧密排列粘接在一起,形成闪烁晶体块50。
以上为本发明实施例一提供的闪烁晶体块的制备方法的具体实施方式。
在实施例一所述的闪烁晶体块的制备方法中,借助第一模具,通过向第一模具内灌注第一透明胶的方法闪烁晶体条的延长部分,而且在第一透明胶固化的过程中,就可实现闪烁晶体条与其延长部分的对接。这种对接方式使得闪烁晶体条与其延长部分的对接精度高,固化后粘接强度大,因此闪烁晶体条和其延长部分不容易裂开。而且在模具孔的限制下,闪烁晶体条和第一透明体之间很难出现对接错位的问题。所以,通过本发明提供的闪烁晶体块的制备方法形成的闪烁晶体块的封装精度高,有利于提高闪烁晶体探测器的位置分辨率和灵敏度。而且相较于现有技术中通过粘接剂将闪烁晶体条和其延长部分对接在一起的方法,本发明实施例提供的闪烁晶体体块的制备方法减少了加工工时,降低了制造成本,易于实现批量化生产加工。
另外,通过本发明实施例所述的制备方法制成的闪烁晶体块中,其相邻加长晶体条之间的间隙仅为两层反光材料层的厚度,所以,相邻加长晶体条之间的间隙较小,有利于减少闪烁晶体探测器的晶体探测的盲区面积。
由以上可知,通过本发明实施例一提供的制备方法制成的闪烁晶体块包括:相互粘接在一起的多个不同长度的加长晶体条,所述多个不同长度的加长晶体条按照预设排列方式紧密排列,所述预设排列方式和所述多个不同长度的加长晶体条的长度符合闪烁晶体块的设计尺寸和遮光位置要求;
其中,每个加长晶体条均包括闪烁晶体条和与其一底面对接的第一透明体,且每个加长晶体条的侧面上设置有一层反光材料层;所述第一透明体通过向嵌入有闪烁晶体条的模具孔内灌注第一透明胶的方式形成。
此外,为了使得形成的闪烁晶体块为一个完整的稳定的结构,本发明还提供了另外一种闪烁晶体块的制备方法的具体实施方式,具体参见实施例二。
实施例二
图8是本发明实施例二提供的闪烁晶体块的制备方法流程示意图。如图8所示,该方法包括以下步骤:
S801至步骤S805与实施例一中的步骤S101至步骤S105相同,为了简要起见,在此不再详细描述。详细描述参见实施例一的相关描述。
S806、按照预形成的闪烁晶体块的尺寸和遮光反光位置要求将侧面形成有反光材料层的不同长度的加长晶体条紧密排列在第二模具内,以形成晶体条矩阵:
首先介绍本发明实施例所述的第二模具。如图9所示,第二模具II为一个包括底面的空腔。其内腔的形状和尺寸和所述预形成的闪烁晶体块的形状和尺寸相同。需要说明的是,第二模具II的深度不小于长度最长的加长晶体条的长度。
如图10A和图10B所示,按照预形成的闪烁晶体块的尺寸和遮光反光位置要求将上述形成的侧面覆盖有反光材料层的不同长度的加长晶体条紧密排列在第二模具内。紧密排列在第二模具内的加长晶体条形成晶体条矩阵。其中,图10A为晶体条矩阵在第二模具II排列的剖面结构示意图,图10B为晶体条矩阵在第二模具II排列的立体结构示意图。
需要说明的是,在本发明实施例中,排列在第二模具内的每个加长晶体条,其闪烁晶体条所在的一端朝向第二模具的底部,第一透明体所在的一端朝向第二模具的顶部。
S807、向所述第二模具内灌注第二透明胶,以将所述晶体条矩阵中的各个加长晶体条粘接在一起,粘接在一起的各个加长晶体条形成晶体条矩阵合成块:
从图10A和图10B中可以看出,由于设置于晶体条矩阵不同位置的加长晶体条的长度不一,从晶体条矩阵的顶部到第二模具的上边沿之间存在一定空间的空隙。为了将晶体条矩阵中的各个加长晶体条粘接在一起,形成一个整体结构,如图11所示,向第二模具内灌注第二透明胶60。粘接在一起的各个加长晶体条形成晶体条矩阵合成块。
需要说明的是,由于加长晶体条的第一透明体所在的一端朝向第二模具的顶部,所以,在向第二模具内灌注第二透明胶后,在第二透明胶固化的过程中,第一透明体就会与第二透明胶粘接在一起。并且,由于两者均是粘接胶,其粘接强度较大,从而能够将晶体条矩阵中的各个加长晶体条均粘接在一起,进而使得各个加长晶体条形成一个整体结构。此外,当本发明实施例制成的闪烁晶体块制成闪烁晶体探测器之后,第二透明胶固化后的透明区域,既是各个闪烁晶体条光输出的耦合区或光子传输到光电转换器件内的公共区,亦可称之为闪烁晶体探测器的光导部分。
当采用本发明实施例制成的闪烁晶体块制成闪烁晶体探测器时,第一透明体和由第二透明胶固化形成的第二透明体均为闪烁晶体探测器的光导部分。所以,在本发明实施例中,第二透明胶也应该为流动性较好、高透明的胶体,其折射率、透光率等参数满足闪烁晶体探测器对闪烁晶体块的产品设计要求。作为示例,本发明实施例选用聚氨酯或环氧树脂作为第二透明胶的材料。
此外,作为本发明的具体实施例,第一透明胶和第二透明胶的材料可以相同。
S808、待所述第二透明胶固化后,将所述晶体条矩阵合成块从所述第二模具内取出:
如图12A和图12B所示,待第二透明胶固化后,将上述步骤形成的晶体条矩阵合成块从第二模具中取出。其中,图12A为晶体条矩阵合成块的纵截面示意图,图12B为晶体胶矩阵合成块的三维立体示意图。
S809、对所述晶体条矩阵合成块中的第二透明体的侧面进行反光处理,反光处理后的晶体条矩阵合成块即为所述闪烁晶体块。
由于灌注在第二模具内的第二透明胶形成的第二透明体也作为闪烁晶体探测器的光导部分,所以,为了使得入射到闪烁晶体条上的光子尽可能多地入射到光电转换器件的光敏层上,如图13A和图13B所示,对第二透明体的侧面进行反光处理,即在第二透明体的侧面形成一层反光材料层70。其中,图13A为闪烁晶体块的纵切面示意图,图13B为闪烁晶体块的立体结构示意图。如此,反光处理后的晶体条矩阵合成块即为本发明实施例二制成的闪烁晶体块。
需要说明的是,在本步骤中,对第二透明体的侧面进行反光处理的方法与上述对加长晶体条的侧面进行反光处理的方法可以相同。其采用的反光材料也可以相同。具体地,根据反光材料的种类可以通过浸渍、涂覆、真空溅射或电镀的方式在第二透明体的侧面上形成反光材料层。作为示例,本步骤采用的反光材料可以为二氧化钛、硫酸钡、三氧化二铝、氧化镁、银和铝中的任意一种。
以上为本发明实施例二提供的闪烁晶体块的制备方法。该制备方法除了具有实施例一所述的制备方法的有益效果外,还具有以下新的技术效果:
在该制备方法中,通过第二透明胶将晶体条矩阵中的各个加长晶体条连接成一个稳定的整体结构。由于第二透明体为闪烁晶体探测器的光导部分,所以,通过该方法,闪烁晶体条与光导之间的粘接强度大,解决了光导与闪烁晶体条之间的耦合粘接易开胶的问题。
另外,本发明实施例通过灌注在加长晶体条上端第二透明胶,借助其粘合力从而将各个加长晶体条粘接在一起。如此,各相邻加长晶体条的侧面无需通过粘结剂粘接。因而,该方法能够将各相邻加长晶体条之间的间隙仅为两层反光材料层的厚度,所以,相邻加长晶体条之间的间隙较小,有利于减少闪烁晶体探测器的晶体探测的盲区面积。
由上述可知,通过本发明实施例二提供的闪烁晶体块除了具有实施例一所述的闪烁晶体块的各个结构外,其还可以包括:
形成于多个不同长度的加长晶体条一端的第二透明体,所述第二透明体与所述加长晶体条的第一透明体粘接,所述第二透明体的侧面设置有一层反光材料层,所述第二透明体通过向所述相互粘接在一起的多个不同长度的加长晶体条一端灌注第二透明胶的方式形成。
基于上述实施例一或实施例二所述的闪烁晶体块,本发明实施例还提供了一种闪烁晶体探测器的具体实施方式,具体参见实施例三。
实施例三
图14是本发明实施例三提供的闪烁晶体探测器的结构示意图,如图14所示,该闪烁晶体探测器包括:闪烁晶体块141、光电倍增管PMT142以及相应的电子仪器,如多脉冲分析器143、高压电源144、线性放大器145和单道脉冲分析器146等等。此外,为了收集光子,上述所述的闪烁晶体探测器还包括反射层147。其中,光电倍增管PMT142包括光阴极142A和阳极142B。其中,本发明实施例中,闪烁晶体块141为上述实施例一或实施例二制成的闪烁晶体块。
该闪烁晶体探测器的工作原理如下:当粒子入射到闪烁晶体块中的闪烁晶体条中,闪烁晶体条中的原子或分子受激而产生荧光,通过与该闪烁晶体条对接的第一透明体和第二透明体将该荧光传输到光电倍增管PMT142的光阴极142A上,并在光阴极142上击出光电子,光电子在光电倍增管PMT142内被倍增、加速,从而在阳极142B上形成电流脉冲输出。
由于上述实施例一或实施例二所述的闪烁晶体块的加工封装精度较高,并且本发明实施例中的闪烁晶体探测器采用上述实施例一或实施例二所述的闪烁晶体块,因此,本发明实施例中国的闪烁晶体探测器的晶体位置分辨率和灵敏度等技术指标较好。
需要说明的是,上述实施例三所述的闪烁晶体探测器可以用于核医学领域,具体地,其可以作为PET(中文全称为正电子发射计算机断层显像,英文全称为PositronEmissioncomputedTomigraphy)闪烁晶体探测器。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。