CN109782328B

CN109782328B - 射线转换器和射线探测平板装置

Info

Publication number: CN109782328B
Application number: CN201910031220.3A
Authority: CN
Inventors: 卓恩宗
Original assignee: HKC Co Ltd
Current assignee: HKC Co Ltd
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2039-01-11
Also published as: US20210247528A1; CN109782328A; WO2020143486A1; US11561309B2

Abstract

本申请公开了一种射线转换器和射线探测平板装置，其中，所述射线转换器包括基板和转换体，所述基板包括介质载体，所述介质载体具有呈阵列分布的介孔结构，所述介孔结构的孔道自所述基板的入射端向出射端延伸；所述转换体填充于所述孔道中。本申请可改善射线探测平板装置的探测效果。

Description

射线转换器和射线探测平板装置

技术领域

本申请涉及射线探测技术领域，尤其涉及一种射线转换器和射线探测平板装置。

背景技术

射线探测平板装置是一种将射线能量转换为便于记录、分析的电信号的装置，在医学等领域内有着广泛的应用。例如，X射线探测平板装置所探测得到的X射线信号的强弱，取决于被辐照部分人体截面内组织的密度：密度高的组织，对应部分所探测到的X射线强度较弱；密度低的组织，对应部分所探测到的X射线强度较强；从而根据探测到的X射线的强度，可以对病灶等进行分析。射线探测平板装置可以分为直接式和非直接式两种。在直接式射线探测平板装置中，通过直接接收射线并转换为电信号，得到射线的强弱分布状况。而在非直接式射线探测平板装置中，不能直接接收射线信号而得到电信号，需要通过射线转换器将直接接收到的射线转换为可以被检测的可见光等出射光，进一步对射线转换器的出射光进行检测，从而反映出射线的强弱。但是，由于射线本身存在一定的发散，以及射线在经过射线转换器的过程中被其中转换体材料等散射，导致转换而得的出射光的强度较低、准直性较差，一方面提高了后续步骤中检测出射光强弱的难度，另一方面也使得所需的射线剂量增强，容易引发安全隐患，综上，目前射线探测平板装置的探测效果较差。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种射线转换器，旨在解决上述射线转换后所得的出射光强度较低、准直性较差的技术问题，改善射线探测平板装置的探测效果。

为实现上述目的，本申请提供一种射线转换器，所述射线转换器包括基板和转换体，所述基板包括介质载体，所述介质载体具有呈阵列分布的介孔结构，所述介孔结构的孔道自所述基板的入射端向出射端延伸；所述转换体填充于所述孔道中。

可选地，所述介孔结构的孔隙率为30％～80％。

可选地，所述介孔结构的孔隙率为60％～80％。

可选地，所述孔道的内径为2nm～10nm。

可选地，所述介质载体的材料折射率为1.45～1.5。

可选地，所述介质载体的材料包括氧化硅、氮化硅和氧化锆中的至少一种。

可选地，所述转换体的材料包括碘化铯和碘化钠中的至少一种。

本申请还提出一种射线转换器，所述射线转换器包括基板和转换体，所述基板包括介质载体，所述介质载体具有呈阵列分布的介孔结构，所述介孔结构的孔道的延伸方向相一致，且所述孔道自所述基板的入射端向出射端延伸，其中，所述介孔结构的孔隙率为60％～80％，所述孔道的内径为2nm～10nm；所述转换体填充于所述孔道中。

为实现上述目的，本申请进一步提出一种射线探测平板装置，所述射线探测平板装置包括射线转换器和光传感器，所述射线转换器包括基板和转换体，所述基板包括介质载体，所述介质载体具有呈阵列分布的介孔结构，所述介孔结构的孔道自所述基板的入射端向出射端延伸；所述转换体填充于所述孔道中；所述光传感器位于所述射线转换器的出射端，以检测所述射线转换器的出射光。

可选地，所述光传感器包括PIN型光电二极管和放大电路，所述PIN型光电二极管的传感面朝向所述射线转换器的出射端设置；所述放大电路与所述PIN型光电二极管电连接，以放大所述PIN型光电二极管的输出电信号。

本申请技术方案中，射线转换器包括基板和转换体，基板包括介质载体，介质载体具有呈阵列分布的介孔结构，介孔结构的孔道自基板的入射端向出射端延伸；转换体填充于孔道中。孔道限制入射至射线转换器上的射线沿其延伸方向传播，并在传播过程中与填充在孔道内的转换体发生相互作用，从而将射线转换为可见光等出射光，以待进一步的探测。通过介质载体上的介孔结构，限制了射线和出射光的传播，从而使得出射光具有较好的准直性。并且，射线与转换体在孔道中充分接触，从而提高了转换效率，使得出射光的强度得到了一定程度的提升。因此，本申请中的射线转换器在提高了出射光强度的同时，改善了其准直性，一方面降低了后续检测出射光强度的难度，有助于降低检测成本，提高检测准确度；另一方面也有助于降低所需射线的剂量，从而提高了射线利用的安全性，特别是在医学领域中，能够有效避免患者所接受的射线辐照，获得较好的探测效果。

附图说明

图1是一范例中射线探测平板装置的结构示意图；

图2是本申请中射线转换器一实施例的结构示意图；

图3是图2中射线转换器的截面结构示意图；

图4是本申请中射线探测平板装置一实施例的结构示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

图1所示是一范例中射线探测平板装置的结构示意图，如图1所示，射线探测平板装置包括射线转换器100’和光传感器，其中，光传感器包括光电二极管210’和处理电路220’，箭头代表包括射线和出射光在内的电磁波的传播方向。在后文中，将以对X射线的探测为例，具体说明射线转换器和射线探测平板装置的结构和工作方式。如图1所示，待探测的X射线从射线转换器100’的入射端照射到其中的转换体120’上，与转换体120’发生相互作用而转换为较低频率、较低能量的可见光等出射光，并从射线转换器100’的出射端出射，照射至光电二极管210’上，在光电二极管210’的作用下转换为电信号。并经处理电路220’的进一步优化和分析，得到能够较好反映出X射线强度的电信号。这里的转换体120’呈颗粒状，然而，颗粒状的转换体120’很容易对射线转换器100’中传播的电磁波造成散射作用，转换后所得的出射光的传播方向各异，准直性很差，相应的，每一方向上的出射光的强度也较低。

本申请提出一种射线转换器，旨在改善出射光的准直性，增强出射光强度，从而改善射线探测平板装置的性能。在本申请的一实施例中，如图2和图3所示，射线转换器100包括基板110和转换体120，基板110包括介质载体，介质载体具有呈阵列分布的介孔结构，介孔结构的孔道自基板110的入射端向出射端延伸；转换体120填充于孔道中。

具体的，如图3所示，介质载体上呈阵列分布的介孔结构形成多个孔道，而转换体120填充在这些孔道中。孔道自基板110的入射端向出射端延伸，X射线在孔道中传播，并在传播过程中与转换体120发生相互作用，从而形成可被直接检测的出射光，通常，出射光的波长范围在450nm～650nm。在图2中，存在三种延伸方向略有区别的介孔结构，这主要是与基板110的形成过程有关，但是这种延伸方向的微小差别对出射光准直性的影响较小，且能够有效降低基板110的制备成本。当然，在更理想的状况下，可以制备延伸方向的一致性更好的介质载体制成基板110，从而进一步改善出射光的准直性。介孔结构作为一种多孔结构，其孔径一般在2nm～50nm之间，并具有极高的比表面积、规则有序的孔道、狭窄的孔径分布和孔径大小可调等特点。将转换体120填充在孔道中，能够很好地增强X射线与转换体120之间的相互作用，从而提高转换效率，也就是提高出射光的强度。其中，具有介孔结构的介质载体可以通过分子模板合成，包括水热合成法、室温合成、微波合成、湿胶焙烧法、相转变法等。在一具体示例中，将构成介质载体的无机材料等溶解在有机溶剂中，在表面活性剂的模板作用下，通过超分子自组装而形成的具有介孔结构的介质载体，再去除掉其中的有机溶剂即可。

在本实施例中，射线转换器100包括基板110和转换体120，基板110包括介质载体，介质载体具有呈阵列分布的介孔结构，介孔结构的孔道自基板110的入射端向出射端延伸；转换体120填充于孔道中。孔道限制入射至射线转换器100上的射线沿其延伸方向传播，并在传播过程中与填充在孔道内的转换体120发生相互作用，从而将射线转换为可见光等出射光，以待进一步的探测。通过介质载体上的介孔结构，限制了射线和出射光的传播，从而使得出射光具有较好的准直性。并且，射线与转换体在孔道中充分接触，从而提高了转换效率，使得出射光的强度得到了一定程度的提升。因此，本申请中的射线转换器100在提高了出射光强度的同时，改善了其准直性，一方面降低了后续检测出射光强度的难度，有助于降低检测成本，提高检测准确度；另一方面也有助于降低所需射线的剂量，从而提高了射线利用的安全性，特别是在医学领域中，能够有效避免患者所接受的射线辐照，获得较好的探测效果。

进一步的，介孔结构的孔隙率为30％～80％。其中，孔隙率是指材料中孔隙体积与总体积的百分比。由于转换体120填充在介质载体的孔道中，因此，介孔结构的孔隙率越大，意味着转换体120相对介质载体的比例越高。介孔结构的孔隙率越高，转换体120越充足，从而有助于提高X射线的转换效率，且转换体120的填充难度通常也会降低。而介孔结构的孔隙率越低，则介质载体的合成难度相应降低，且可以改善对射线和出射光的限制作用，有助于得到较好的准直性。在本申请中，可选的介孔结构的孔隙率为30％～80％。

为了得到更高转换效率的射线转换器，从而降低所需的射线剂量，提高出射光的强度，介孔结构的孔隙率可以为60％～80％。

进一步的，孔道的内径为2nm～10nm。当孔道的内径越小时，单位体积内介质载体的比表面积越大，从而有助于改善射线的转换效率，但相应的，转换体120的填充难度也将增大，若转换体120的量不够，将导致射线的转换效率的下降。因此，选用内径为2nm～10nm的孔道，可以得到较好的转换体填充效果和射线转换效果。

由于射线在介质载体的孔道中传播，且出射光在孔道中生成并传播，因此，可以通过控制介质载体的材料折射率，对电磁波的传播进行调控。具体的，当介质载体的材料折射率大于孔道中空气或转换体的折射率时，有可能形成电磁波的全反射，从而实现高效且准直性好的电磁波传播。在本实施例中，选择材料折射率为1.45～1.5的介质载体，一方面可以改善射线和出射光的传播效果，另一方面其成本也相对合适，避免出现成本过高的情形。

在本申请的上述实施例中，介质载体的材料包括氧化硅、氮化硅和氧化锆中的至少一种。氧化硅、氮化硅和氧化锆等均为半导体工艺中常见的材料，其生长、结晶工艺相对成熟，具有多种晶型，折射率等光学参数符合基本要求，且化学性质稳定。因此可以相对简单方便地根据实际需求得到所需结构的介质载体，形成稳定的介孔结构，从而改善射线转换器的性能。

在本申请的上述实施例中，转换体的材料包括碘化铯和碘化钠中的至少一种。碘化铯和碘化钠等是对光敏感的物质，能够有效地将X射线等转换为易于检测的可见光。当然，在碘化铯和碘化钠中还可以添加少量的铊等激活物质，从而进一步改善转换体的转换效果。

本申请还提出一种射线探测平板装置，如图4所示，射线探测平板装置包括射线转换器100和光传感器，光传感器位于射线转换器100的出射端，以检测射线转换器100的出射光，箭头所示为射线和出射光的传播方向。射线探测平板装置可以呈平板状设置，相应的，射线转换器100呈板状设置，以接收X射线，并将X射线转换为可见光等出射光，以待进一步的检测。由于射线转换器100限制了射线和出射光的传播，因此，出射光的准直性大大提高，从而有利于改善后续的检测效果。其中，射线转换器100的具体结构参照上述各实施例，由于本射线转换器100采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

进一步的，光传感器包括PIN型光电二极管210和放大电路220，PIN型光电二极管210的传感面朝向射线转换器100的出射端设置；放大电路220与PIN型光电二极管210电连接，以放大PIN型光电二极管的输出电信号。其中，PIN型光电二极管210是在PN结的P区与N区之间加入本征半导体层，即I型层形成，通过吸收光辐射而产生光电流，实现对光的检测。PIN型光电二极管中，光电流中的漂移分量占主导地位，其结电容小、渡越时间短、灵敏度高，具有很好的检测效果，因此适用于射线探测平板装置中。进一步的，通过放大电路220对直接产生的光电流进一步放大，有助于提高电流信号的信噪比，从而改善探测效果。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的发明构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。

Claims

1.一种射线转换器，其特征在于，所述射线转换器包括：

基板，所述基板包括介质载体，所述介质载体具有呈阵列分布的介孔结构，所述介孔结构的孔道自所述基板的入射端向出射端延伸；

转换体，所述转换体填充于所述孔道中。

2.如权利要求1所述的射线转换器，其特征在于，所述介孔结构的孔隙率为30％～80％。

3.如权利要求2所述的射线转换器，其特征在于，所述介孔结构的孔隙率为60％～80％。

4.如权利要求1所述的射线转换器，其特征在于，所述孔道的内径为2nm～10nm。

5.如权利要求1所述的射线转换器，其特征在于，所述介质载体的材料折射率为1.45～1.5。

6.如权利要求1至5中任一项所述的射线转换器，其特征在于，所述介质载体的材料包括氧化硅、氮化硅和氧化锆中的至少一种。

7.如权利要求1至5中任一项所述的射线转换器，其特征在于，所述转换体的材料包括碘化铯和碘化钠中的至少一种。

8.一种射线转换器，其特征在于，所述射线转换器包括：

基板，所述基板包括介质载体，所述介质载体具有呈阵列分布的介孔结构，所述介孔结构的孔道的延伸方向相一致，且所述孔道自所述基板的入射端向出射端延伸，其中，所述介孔结构的孔隙率为60％～80％，所述孔道的内径为2nm～10nm；

转换体，所述转换体填充于所述孔道中。

9.一种射线探测平板装置，其特征在于，所述射线探测平板装置包括：

如权利要求1至8中任一项所述的射线转换器；

光传感器，所述光传感器位于所述射线转换器的出射端，以检测所述射线转换器的出射光。

10.如权利要求9所述的射线探测平板装置，其特征在于，所述光传感器包括：

PIN型光电二极管，所述PIN型光电二极管的传感面朝向所述射线转换器的出射端设置；

放大电路，所述放大电路与所述PIN型光电二极管电连接，以放大所述PIN型光电二极管的输出电信号。