專利名稱：閃爍探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輻射探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種閃爍探測器。
背景技術(shù)：
閃爍探測器是高能射線探測常用得到探測器之一。閃爍探測器通常利用能夠有效阻擋和吸收電磁波輻射并與電磁波輻射產(chǎn)生發(fā)光作用的閃爍晶體作為探測材料。當(dāng)高能射線入射到閃爍晶體內(nèi)，根據(jù)射線能量、晶體有效原子系數(shù)和密度的不同，與晶體發(fā)生不同比例的光電效應(yīng)、康普頓散射效應(yīng)及電子對效應(yīng)，將能量沉積在閃爍晶體中，被激發(fā)的閃爍晶體退激發(fā)出閃爍光。利用光電探測器如光電倍增管(Photomultiplier Tube, PMT)將位于可見光區(qū)或紫外光區(qū)的閃爍光經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換和倍增，形成脈沖信號。脈沖信號強度反映了高能射線的能量；脈沖信號發(fā)生的時間反映了高能射線的入射時間；脈沖信號在多個光電倍增管中的強度分配反映了高能射線的入射位置等。閃爍探測器具有探測效率高，分辨時間短等特點，被廣泛應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)、安全檢查、高能物理和宇宙射線探測的研究中。圖7是一種傳統(tǒng)閃爍探測器。其中10’為多個晶體單元組成的閃爍晶體陣列，20’ 為多個PMT組成的光電探測陣列。傳統(tǒng)的二維位置解碼探測器是閃爍晶體陣列10’直接耦合光電探測陣列20’。其中PMT的尺寸通常比閃爍晶體陣列的晶體單元尺寸大很多，晶體單元的數(shù)量多于PMT的數(shù)量，利用PMT信號輸出的大小，使用能量加權(quán)算法進行入射位置的定位，實現(xiàn)多晶體單元用少量的PMT讀出并定位。但是采用能量加權(quán)算法不能做到單個晶體單元像素的完全讀出，各個晶體單元的響應(yīng)存在交疊；而且需要對閃爍晶體陣列進行很復(fù)雜的分光設(shè)計，不同的閃爍晶體陣列需要專門設(shè)計不同的分光方案，保證每個晶體單元按不同比例的光分配到PMT陣列中，這種方案需要大量的PMT，分光設(shè)計非常復(fù)雜，探測精度低，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種閃爍探測器，該閃爍探測器晶體單元的分光設(shè)計簡單，探測精度高，成本低，所需的PMT和讀出電路數(shù)量減少。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明實施例提出一種閃爍探測器，包括閃爍晶體陣列，所述閃爍晶體陣列包括M個晶體單元，所述M個晶體單元排列成預(yù)定的陣列且通過光學(xué)膠或硅油相連，所述M個晶體單元之間彼此隔光且每個所述晶體單元具有出光面；光電探測陣列，所述光電探測陣列包括N個光電探測單元，所述N個光電探測單元排列成預(yù)定的探測陣列；光纖組，所述光纖組由PXM根光纖組成，并將PXM根光纖的排列方案記錄作為排列組合查找表，其中每P根光纖為一組，P根所述光纖的第一端與一個所述晶體單元耦合，P根所述光纖的第二端分別與P個光電探測單元耦合，P、N、M均為整數(shù)，1 < P < N < M 且>M ；和解碼模塊，所述解碼模塊設(shè)定一個觸發(fā)閾值，通過對N個光電探測單元信號讀出，并與所述觸發(fā)閾值比較，輸出超過觸發(fā)閾值的光電探測單元編號，并與所述排列組合查找表比對，從而定位射線入射位置。。根據(jù)本發(fā)明實施例的該閃爍探測器，通過采用按照預(yù)定規(guī)則編排的光纖，減少了所需的PMT和讀出電路數(shù)量，且使晶體單元分光設(shè)計簡單，探測精度高，成本低，可以實現(xiàn)了傳統(tǒng)上只有位置靈敏的昂貴探測器才可以實現(xiàn)的晶體單元的像素化讀出，提高探測器的空間分辨率。在本發(fā)明的一個實施例中，所述閃爍晶體陣列為六面體、環(huán)形或弧形。形狀規(guī)則， 便于組裝探測器。在本發(fā)明的一個實施例中，每個所述晶體單元由單個長方體形狀的或梯形六面體形狀的晶體塊形成，或者由多個長方體形狀的或梯形六面體形狀的晶體塊拼接而成。制造和加工方便，成本低，且能夠緊湊排列組成規(guī)則形狀的閃爍晶體陣列。在本發(fā)明的一個實施例中，每個所述晶體單元的外表面上貼有反光膜、或涂上反光材料或鍍有反光膜，且每個所述晶體單元的一個端面露出以作為所述出光面。在本發(fā)明的一個實施例中，所述光纖為導(dǎo)光、不漏光的細(xì)軟管形，橫截面為圓形或多邊形，所述光纖兩端為等截面或不等截面。在本發(fā)明的一個實施例中，所述光電探測單元為光電倍增管、多像素光子計數(shù)器、 硅光電倍增管、血崩二極管、和電子倍增電感耦合器件中的一種。在本發(fā)明的一個實施例中，所述晶體單元由選自下面材料之一或它們的組合構(gòu)成鍺酸鉍、硅酸镥、硅酸釔镥、硅酸釓镥、硅酸釓、硅酸釔、氟化鋇、碘化鈉、碘化銫、鎢酸鉛、 鋁酸釔、溴化鑭、氯化鑭、鈣鈦镥鋁、焦硅酸镥、鋁酸镥和碘化镥。根據(jù)本發(fā)明實施例的閃爍探測器還包括光纖支架，所述光纖支架具有用于容納光纖的中空腔，所述光纖支架具有相對的第一壁和第二壁，所述第一壁上設(shè)有多個第一通孔， 所述第二壁上設(shè)有多個第二通孔，所述光纖的第一和第二端分別從所述第一和第二通孔內(nèi)露出。在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一和第二通孔分別根據(jù)所述光纖的排列方案一一對應(yīng)的編號，且將每根光纖穿過對應(yīng)編號的第一和第二孔并通過膠將所述光纖固定在光纖支架上，然后切除所述光纖從所述光纖支架露出的部分。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的閃爍探測器的示意圖；圖2是圖1所示閃爍探測器的局部的示意圖；圖3是圖1所示閃爍探測器的一個長方體晶體單元的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的閃爍探測器的示意圖；圖5是圖4所示閃爍探測器的光纖支架的示意圖；圖6是本發(fā)明又一實施例的閃爍探測器的實施例示意圖；和圖7是一種傳統(tǒng)閃爍探測器的示意圖。
具體實施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、 “厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作， 因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、 “第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的閃爍探測器。圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的閃爍探測器的示意圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的閃爍探測器包括閃爍晶體陣列1，光電探測陣列2和光纖組3。其中，閃爍晶體陣列1包括M個晶體單元11，M個晶體單元11排列成預(yù)定的陣列且通過光學(xué)膠或硅油相連； 光電探測陣列2包括N個光電探測單元21，N個光電探測單元21排列成預(yù)定的探測陣列； 光纖組3由多根光纖31按預(yù)定方案排列組成。圖2是圖1所示閃爍探測器的局部的示意圖。如圖2所示，其中P根光纖31的第一端與一個晶體單元11耦合，P根光纖31的第二端分別與P個光電探測單元21耦合，P、N、M均為整數(shù)，1 <P <N<M且C= >M。例如，圖1中示出了排列成2X3的6個晶體單元11，示出了 4個光電探測單元21 和12根光纖31。需要說明的是，這里僅僅是示例性的，為了便于描述本發(fā)明的實施例，而不能理解為對本發(fā)明的限制。根據(jù)本發(fā)明實施例的該閃爍探測器，通過采用按照預(yù)定規(guī)則編排的光纖，減少了所需的PMT數(shù)量，且可以是晶體單元分光設(shè)計簡單，探測精度高，成本低，可以實現(xiàn)了傳統(tǒng)上只有位置靈敏的昂貴探測器才可以實現(xiàn)的晶體單元的像素化讀出，提高探測器的空間分辨率。在本發(fā)明的一個實施例中，閃爍晶體陣列1為六面體。形狀規(guī)則，便于組裝探測器。例如，每個晶體單元11由單個長方體形狀的晶體塊形成或多個長方體形狀的晶體塊拼接而成，晶體的制造和加工方便，成本低。閃爍晶體陣列1也可為環(huán)形或弧形，此時晶體單元11可以是為拼接成環(huán)形或弧形的閃爍晶體陣列1而加工成的梯形六面體。在本發(fā)明的一個實施例中，每個晶體單元的外表面上貼有反光膜、或涂上反光材料或鍍有反光膜，形成反光面，且每個晶體單元留有一個端面露出以作為出光面。圖3是圖1所示閃爍探測器的一個長方體晶體單元的示意圖。如圖3所示，晶體單元11具有出光面 1101和反光面1102。因此，對應(yīng)地，在圖1中，M個晶體單元11之間彼此隔光，且閃爍晶體陣列1具有出光面(例如，圖1中的閃爍晶體陣列1的左側(cè)表面)。在本發(fā)明的一個實施例中，光纖為導(dǎo)光、不漏光的細(xì)軟管形，橫截面為圓形或多邊形。光纖兩端為等截面或不等截面。光電探測單元可以為光電倍增管、多像素光子計數(shù)器、 硅光電倍增管、血崩二極管、和電子倍增電感耦合器件中的一種。在本發(fā)明的一個實施例中，晶體單元由選自下面材料之一或它們的組合構(gòu)成鍺酸鉍、硅酸镥、硅酸釔镥、硅酸釓镥、硅酸釓、硅酸釔、氟化鋇、碘化鈉、碘化銫、鎢酸鉛、鋁酸釔、溴化鑭、氯化鑭、鈣鈦镥鋁、焦硅酸镥、鋁酸镥和碘化镥。可選地，在本發(fā)明的一些實施例中，閃爍探測器還包括光纖支架。如圖4所示，閃爍探測器包括光纖支架4，光纖支架4具有中空腔，用于容納光纖組3。如圖5所示，光纖支架4具有相對的第一壁41和第二壁42，第一壁41上設(shè)有多個第一通孔，第二壁42上設(shè)有多個第二通孔，每根光纖31的第一和第二端分別從第一通孔和第二通孔穿出。優(yōu)選地，光纖支架4的第一通孔和第二通孔可以分別根據(jù)光纖的排列方案一一對應(yīng)地編號，且將每根光纖31穿過對應(yīng)編號的第一通孔和第二孔，然后通過膠將光纖31固定在光纖支架4上，然后切除光纖31從光纖支架4露出的部分。根據(jù)本發(fā)明實施例，由于具有光纖支架，從而光纖排列非常方便，排列光纖時整齊有序、封裝后探測器整體整齊美觀。下面通過具體示例描述根據(jù)本發(fā)明實施例的閃爍探測器是如何通過按照預(yù)定規(guī)則排列的光纖來實現(xiàn)靈敏光電檢測效果的。如圖6所示，閃爍探測器包括閃爍晶體陣列1、光電探測陣列2和光纖組3。其中閃爍晶體陣列1由六個晶體單元11組成，排成三行兩列，編號11a、lib、11c、lid、lie和Ilf0 本實施例中晶體單元11為硅酸釔镥閃爍晶體材料，尺寸為2mmX4mmX20mm的長方體，每個晶體單元由兩根直徑為2mm的光纖引出。光電探測陣列2由4個光電探測單元21組成，編號21a、21b、21c和21d。本實施例中光電探測單元為光電倍增管PMT，其橫截面為19mm直徑的圓形。光纖組3中的每根光纖的兩端分別連接閃爍晶體陣列1與光電探測陣列2，其中光纖數(shù)目為6*2 = 12根。接下來對多根光纖進行排布以確定位置定位。根據(jù)排列組合原理，4選2有6種情況，可以實現(xiàn)了用4個PMT定位6個晶體單元。以下是光纖的一種編排方式，該編排方式也可以從圖6中明顯地看出晶體單元Ila通過兩根光纖耦合PMT 21a和PMT 21b ；晶體單元lib通過兩根光纖耦合PMT 21b和PMT 21d ；晶體單元Ilc通過兩根光纖耦合PMT 21c和PMT 21d ；晶體單元Ild通過兩根光纖耦合PMT 21a和PMT 21c ；晶體單元lie通過兩根光纖耦合PMT 21a和PMT 21d ；晶體單元Ilf通過兩根光纖耦合PMT 21b和PMT 21c。擴展地，通過上述方法，當(dāng)P、N、M均為整數(shù)，1 < P < N < M且>M時，利用排列組合原理，將所有晶體單元的P根光導(dǎo)纖維引到P個光電探測單元上，制定一套各個晶體單元對應(yīng)P個光電探測單元的列表作為查找表，就可以通過P個光電探測單元上有信號反過來定位到具體的晶體單元，實現(xiàn)靈敏光電檢測的效果。在本發(fā)明的另一示例中，閃爍探測器為可以應(yīng)用于人體PET (Positron Emission Computed Tomography，正電子發(fā)射計算機斷層掃描)的探測器該探測器由多個探測器平板拼成環(huán)形，所述探測器平板的面積為160mmX 160mm，晶體單元為4mmX4mmX20mm的硅酸釔镥晶體，總共晶體單元數(shù)為1600個。每個晶體單元五面打磨后鍍上反光膜，只留一個 4mmX 4mm的端面拋光。光纖使用直徑為2mm的軟管形，總共光纖6400根，每個晶體單元耦合4根光纖。光電探測單元使用R9779型號的PMT，圓形頭、直徑52mm，總共16個。16根選 4個的總組合數(shù)為1820，大于1600。每個PMT接晶體單元數(shù)/PMT數(shù)=100 1，即平均等效于一個PMT可以解碼100個晶體單元。在本發(fā)明的又一個實施例中，閃爍探測器為可以用于人體SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography，單光子計算機發(fā)射斷層掃描)的探測器。該探測器平板的面積為400mmX400mm，晶體單元為2mmX2mmX IOmm的硅酸釔晶體，六面拋光?？偣簿w單元數(shù)為40000個。每個晶體單元五面打磨后鍍上反光膜，只留一個2mmX2mm的端面拋光。 光纖使用直徑為Imm的軟管形?？偣补饫w160000根。光電探測單元使用R1307型號PMT， 圓形頭、直徑76mm，共40個。40根選4個的總可能數(shù)為91390，大于40000。每個PMT接晶體單元數(shù)/PMT數(shù)=1000 1，即平均等效于一個PMT可以解碼1000個晶體單元。上述實施例僅作為示例，并非為本發(fā)明的限定。從上述實施例可以看出，本發(fā)明提出的具有基于預(yù)定規(guī)則編排的光纖陣列的閃爍探測器，可以通過少量的光電探測單元對多個晶體單元進行定位，減少了晶體陣列的分光方案設(shè)計的復(fù)雜度，實現(xiàn)了只有位置靈敏的昂貴探測器能夠晶體單元的像素化讀出。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種閃爍探測器，其特征在于，包括閃爍晶體陣列，所述閃爍晶體陣列包括M個晶體單元，所述M個晶體單元排列成預(yù)定的陣列且通過光學(xué)膠或硅油相連，所述M個晶體單元之間彼此隔光且每個所述晶體單元具有出光面；光電探測陣列，所述光電探測陣列包括N個光電探測單元，所述N個光電探測單元排列成預(yù)定的探測陣列；光纖組，所述光纖組由PXM根光纖組成，并將PXM根光纖的排列方案記錄作為排列組合查找表，其中每P根光纖為一組，P根所述光纖的第一端與一個所述晶體單元耦合，P根所述光纖的第二端分別與P個光電探測單元耦合，P、N、M均為整數(shù)，1<P<N<M且和解碼模塊，所述解碼模塊設(shè)定一個觸發(fā)閾值，通過對N個光電探測單元信號讀出，并與所述觸發(fā)閾值比較，輸出超過觸發(fā)閾值的光電探測單元編號，并與所述排列組合查找表比對，從而定位射線入射位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍探測器，其特征在于，所述閃爍晶體陣列為六面體、環(huán)形或弧形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閃爍探測器，其特征在于，每個所述晶體單元由單個長方體形狀的或梯形六面體形狀的晶體塊形成，或者由多個長方體形狀的或梯形六面體形狀的晶體塊拼接而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的閃爍探測器，其特征在于，每個所述晶體單元的外表面上貼有反光膜、或涂上反光材料或鍍有反光膜，且每個所述晶體單元的一個端面露出以作為所述出光面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的閃爍探測器，其特征在于，所述光纖為導(dǎo)光、不漏光的細(xì)軟管形，橫截面為圓形或多邊形，所述光纖兩端為等截面或不等截面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的閃爍探測器，其特征在于，所述光電探測單元為光電倍增管、多像素光子計數(shù)器、硅光電倍增管、血崩二極管、和電子倍增電感耦合器件中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的閃爍探測器，其特征在于，所述晶體單元由選自下面材料之一或它們的組合構(gòu)成鍺酸鉍、硅酸镥、硅酸釔镥、硅酸釓镥、硅酸釓、硅酸釔、氟化鋇、碘化鈉、碘化銫、鎢酸鉛、鋁酸釔、溴化鑭、氯化鑭、鈣鈦镥鋁、焦硅酸镥、鋁酸镥和碘化镥。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的閃爍探測器，其特征在于，還包括光纖支架，所述光纖支架具有用于容納光纖的中空腔，所述光纖支架具有相對的第一壁和第二壁，所述第一壁上設(shè)有多個第一通孔，所述第二壁上設(shè)有多個第二通孔，所述光纖的第一和第二端分別從所述第一和第二通孔內(nèi)露出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閃爍探測器，其特征在于，所述第一和第二通孔分別根據(jù)所述光纖的排列方案一一對應(yīng)的編號，且將每根光纖穿過對應(yīng)編號的第一和第二孔并通過膠將所述光纖固定在光纖支架上，然后切除所述光纖從所述光纖支架露出的部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種閃爍探測器，包括閃爍晶體陣列，閃爍晶體陣列包括M個晶體單元，M個晶體單元彼此隔光且每個晶體單元具有出光面；光電探測陣列，光電探測陣列包括N個光電探測單元；光纖組，光纖組由P×M根光纖組成，其中每P根光纖為一組，P根光纖的第一端與一個晶體單元耦合，P根光纖的第二端分別與P個光電探測單元耦合，P、N、M均為整數(shù)，1＜P＜N＜M且和解碼模塊，解碼模塊輸出超過觸發(fā)閾值的光電探測單元編號，定位射線入射位置。該閃爍探測器簡化了閃爍晶體陣列的分光方案設(shè)計，減少了光電探測器數(shù)量和讀出電路，實現(xiàn)了晶體單元的像素化讀出，提高探測器空間分辨率，降低探測器成本。
文檔編號G01T1/202GK102565840SQ20121002541
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月6日
發(fā)明者劉亞強, 吳朝霞, 夏彥, 王石, 馬天予, 魏清陽 申請人:清華大學(xué)