CN1328597C

CN1328597C - 用于核成像装置的闪烁探测器

Info

Publication number: CN1328597C
Application number: CNB2005101052112A
Authority: CN
Inventors: 李道武; 章志明; 单保慈; 马创新; 张天保; 魏龙
Original assignee: Institute of High Energy Physics of CAS
Current assignee: Institute of High Energy Physics of CAS
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2025-09-26
Also published as: CN1740819A

Abstract

本发明涉及一种用于核成像装置的闪烁探测器，其包括：闪烁体，其用于接收放射性射线并发出闪烁光；光纤光导，其内部具有多个光纤，所述光纤的数值孔径大于等于1.0且所述光纤的单丝芯径为1～200微米，该光纤光导的第一端连接至闪烁体，用以接受并传输从该闪烁体发出的闪烁光；光电倍增管，其连接至该光纤光导的第二端，以收集该光纤光导传输来的闪烁光；其中，该第一端的端面形状和尺寸与该闪烁体的出光面的形状和尺寸相同。本发明提供的用于核成像装置的闪烁探测器可以保留入射射线的位置信息，具有良好的位置分辨能力，而且可以使多个探测器紧密结合在一起形成平面型或环形的大面积位置灵敏型探测器系统，避免探测死区。

Description

用于核成像装置的闪烁探测器

技术领域

本发明涉及一种用于核成像装置的闪烁探测器，特别涉及一种具有良好的位置分辨能力的位置灵敏型闪烁探测器。

背景技术

核成像是以探测放射性射线的位置与能量为基础，在医学诊断、环境评价、科学研究等领域得到了广泛应用。核成像装置的关键部件之一就是探测器，目前，用于核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。

闪烁探测器的一般由闪烁体与光电倍增管组成。其工作原理如下：闪烁体为接收放射性射线后能发出闪烁光的材料制成，多为闪烁晶体。闪烁体形状可为单独的块状闪烁体，或为由多个闪烁体单元组成的能够给出位置信息的闪烁体阵列。光电倍增管通常由光阴极、若干个打拿极和阳极组成。当放射性射线射入闪烁体时，闪烁体发出的闪烁光被光阴极所接收，由于光电效应激发出一定数量的光电子，这些光电子受光电倍增管极间电场的加速和聚焦，在打拿极上产生多个二次电子，这些二次电子同样在电场的作用下，在下一级打拿极上激发出更多的电子，这样经过多级倍增，最后在光电倍增管阳极上收集到一个强的电流信号。

一般的闪烁探测器的结构如图1所示，闪烁体1一般通过光耦合剂与光电倍增管3直接相连，光电倍增管3的下方连接有管座及分压电路4。此种结构的优点在于闪烁体1发出的闪烁光能比较完好地被光电倍增管3的光阴极收集。在成像设备中，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。由于光电倍增管的边缘不可避免地存在一定面积的探测死区或者是灵敏度较差的地方，因此这种晶体与光电倍增管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。

请参考图2，为了解决上述问题，可以在闪烁体1与光电倍增管3之间加一光导2。同样，管座及分压电路4连接在光电倍增管3的下方。如美国洛杉矶加州大学(UCLA)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面形的光导2，以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)。这样，多个探测器模块可以紧密排列成探测器环。但在某些情况下，如在制造单光电子发射断层扫描仪(Single Photon Emission Computer Tomograph，SPECT)和平面型正电子断层扫描仪(Positron Emission Tomograph)时，需要将多个探测器组合在一起成一个大面积的平面型的探测器。在这种情况下，此种使用直通型光导的探测器就很难使各个模块之间无间隙。并且，使用这种直通型光导2时，闪烁体1的与光导2相连接端端面(出光面)必须不大于光电倍增管3的有效的光阴极面积。

在中国实用新型专利CN2574603Y中，公开了一种正电子断层成像装置的探测器，请参见图3所示。专利说明书中公开的探测器包括闪烁体1、光导2、以及光电倍增管3。光导2为一横切面为正方形、纵切面为等腰梯形的锥台，锥台的较大一端与形成闪烁体1的晶体连接，较小一端与光电倍增管3连接。专利说明书中申明，此专利可以使用较小面积的光电倍增管3探测较大面积的闪烁体1发出的闪烁光，可达到减少器件数量、降低造价的目的。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，一般的光电倍增管无位置分辨能力，因此，很难从单个的光电倍增管阳极上得到的信号中提取出入射射线的位置信息。

发明内容

鉴于现有技术中的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于核成像装置的具有良好位置分辨率的闪烁体探测器。

本发明的另一目的在于提供一种能够节省成本并且无探测死区的闪烁体探测器。

为达到上述目的，本发明提供的用于核成像装置的闪烁探测器包括：

闪烁体，其用于接收放射性射线并发出闪烁光；光纤光导，其内部具有多个光纤，所述光纤的数值孔径大于等于1.0，该光纤光导的第一端连接至该闪烁体，用以接收并传输从该闪烁体发出的闪烁光；光电倍增管，其连接至该光纤光导的第二端，以收集从该光纤光导传输来的闪烁光；其中，该第一端的端面形状和尺寸与该闪烁体的出光面的形状和尺寸相同。

优选地，所述光纤的单丝芯径为1～200微米。

优选地，各光纤的丝径相等。

优选地，该光纤光导靠近该第一端的上部的形状为长方体形，其靠近该第二端的下部的形状为向该第二端不断收缩的锥台形，从而该第一端端面的尺寸大于该第二端端面的尺寸。

优选地，该第二端端面的形状与该第一端端面的形状相同。

优选地，该光纤光导的第二端的有效出光面的形状与该第一端端面的形状相同。

优选地，该光电倍增管为位置灵敏型光电倍增管。

本发明的有益效果是由于探测器通过使用特殊材料以及特殊形状的光纤光导将闪烁体发出的闪烁光传输到光电倍增管上，从而探测器具有良好位置分辨率，同时能够使用有效探测面积较小的光电倍增管探测较大面积的闪烁体发出的闪烁光，达到节省成本的效果。

本发明的其它特征、方面和优点，在阅读了下面结合附图对具体实施方式的详细描述之后，会变得更清楚。

附图说明

图1示出了一般的闪烁探测器结构；

图2示出了正电子断层扫描仪MicroPET II所采用的闪烁探测器结构；

图3示出了中国专利CN2574603Y的闪烁探测器的结构；

图4示出了依据本发明一优选实施例的闪烁探测器的结构；

图5为依据本发明的闪烁探测器的透视图；

图6A～图6D分别示出了依据本发明的光纤光导的侧面、第一端端面、第二端端面和纵向剖面的形状示意图；

图7为依据本发明的多个探测器组成的平面型探测器系统；

图8为依据本发明的多个探测器组成的环状探测器系统。

具体实施方式

现将参考附图详细说明本发明的优选实施例。用相同的标号表示在不同的附图中出现的相同或相似的元件，并略去其详细说明。

请参见图4，其示出了依据本发明一优选实施例的闪烁探测器的结构。该用于核成像的闪烁探测器由闪烁体1、光纤光导2和光电倍增管3组成，其整体形状如图5所示，同样，管座及分压电路4连接在光电倍增管3的下方。其中，探测器所使用的闪烁体1可为块状晶体，或者是由多个晶体单元组成的晶体阵列。闪烁体的形状可以根据使用目的制造成不同的形状，但以立方形(即横切面和纵切面都为矩形)为主。

本发明采用光纤光导作为连接在闪烁体和光电倍增管之间的光导。光纤光导是由很多细小的光纤整齐排列融合在一起，并在高温下拉制而成的。光纤光导2的两头的形状可以根据需要制成方形、圆形或六角型。这里，将光纤光导2与闪烁体1相连接的一端设定为第一端，将光纤光导2与光电倍增管3相连接的一端设定为第二端。请参见图6A～图6D，其分别示出了依据本发明的光纤光导的侧面、第一端端面、第二端端面、和纵向剖面的形状；从图中可以看出，光纤光导2靠近该第一端的上部为长方体形，靠近该第二端的下部可以以内切圆弧的方式缩小，从而形成为锥台形。该第二端端面可以为圆形，其有效出光面的形状与该第一端端面相同，也为矩形。因此，如果从该光纤光导端面的中间纵切，纵切面为如图6D所示的形状；也可将第二端四周无效的面积切除，仅保留与第一端端面的矩形相同的形状，但面积比第一端端面小的有效出光面。

光纤光导2的第一端的尺寸大于第二端的尺寸，这样可以使用面积较小的光电倍增管探测面积较大的闪烁体发出的闪烁光。图6B显示了一种方形的光纤光导2的第一端端面，与此相对应，图6C中光纤光导2的第二端端面中的有效出光面5的形状也是方形。这里，光纤光导2的第一端端面的形状和尺寸与闪烁体1出光面的形状和尺寸相同，这样能够更有效地收集闪烁体1发出的闪烁光；而光纤光导2的第二端的形状可以根据需要确定，但有效出光面5的形状与第一端端面相同，只是面积依探测器的有效探测面积而与第一端端面的面积成一定的比例设定。制作光纤光导2的光纤单根丝径可以为几个微米(μm)至几百个微米，如1～200微米，但在同一光导中，光纤的丝径是一致的。光纤的数值孔径≥1.0。

本发明的光纤光导具有特殊的形状，该特殊形状具有以下几个优点：

(1)有利于光纤光导的加工。因为光纤光导在拉制、切割加工等过程中必须要固定，该光纤光导的上部分保持直通的长方体形，有利于比较牢固的固定；

(2)有利于光透过率的均匀性。由于该光纤光导的上部分保持直通的形状，可以使光纤光导边缘的光透过率与中心保持基本一致，因此，有利于光透过率的均匀性。

(3)该光纤光导的上部分保持一段长方体的形状，有利于闪烁体与光纤光导的连接。

所使用的光电倍增管3为位置灵敏型光电倍增管，其可以具有多阳极结构或十字网状阳极结构，同时光阴极形状可以为方形或圆形。这样，易于从光电倍增管阳极上得到的信号中提取出入射射线的位置信息。

使用光纤这种特殊材料制成的光导，可以将闪烁体发出的闪烁光传至光电倍增管，且保留入射射线的位置信息；使用光接收面大于有效光输出面这种光纤光导的特殊形状，可以使用小面积的光电倍增管探测大面积的闪烁体发出的闪烁光，从而可以节省成本。并且可以使多个探测器单元紧密结合在一起形成如图7所示的平面型或形成如图8所示的环型的大面积探测器系统，避免探测死区。

尽管通过上述实施例描述了本发明，但是本发明并不限于该实施例。因此，不偏离本发明精神的各种等效结构，也应包含在本发明的范围内。

Claims

1.一种用于核成像装置的闪烁探测器，其特征在于包括：

闪烁体，其用于接收放射性射线并发出闪烁光；

光纤光导，其内部具有多个光纤，所述光纤的数值孔径大于等于1.0，该光纤光导的第一端连接至该闪烁体，用以接收并传输从该闪烁体发出的闪烁光；

光电倍增管，其连接至该光纤光导的第二端，以收集从该光纤光导传输来的闪烁光；

其中，该第一端的端面形状和尺寸与该闪烁体的出光面的形状和尺寸相同。

2.如权利要求1所述的闪烁探测器，其特征在于所述光纤的单丝芯径为1～200微米。

3.如权利要求1所述的闪烁探测器，其特征在于所述多个光纤的丝径相等。

4.如权利要求1所述的闪烁探测器，其特征在于该光纤光导靠近该第一端的上部的形状为长方体形，其靠近该第二端的下部的形状为向该第二端不断收缩的锥台形，从而该第一端端面的尺寸大于该第二端端面的尺寸。

5.如权利要求4所述的闪烁探测器，其特征在于该第二端端面的形状与该第一端端面的形状相同。

6.如权利要求4所述的闪烁探测器，其特征在于该光纤光导的第二端的有效出光面的形状与该第一端端面的形状相同。

7.如以上任意一项权利要求所述的闪烁探测器，其特征在于该光电倍增管为位置灵敏型光电倍增管。