射线探测器制造技术

本公开提供了一种射线探测器，涉及射线探测技术领域，该射线探测器，包括至少一功能层组；每一功能层组包括：闪烁窗层，用于基于粒子在闪烁窗层中运动产生闪烁光；光阴极，叠设于闪烁窗层出光面，用于接收闪烁光并在闪烁光的激发下产生光电子；电子倍增器，叠设于光阴极并与光阴极耦合，用于接收光电子并产生增殖光电子；以及读出电路，叠设于电子倍增器并与电子倍增器耦合，用于收集增殖光电子，并读出基于增殖光电子产生的电信号。本公开所提供的射线探测器，提高了现有技术中闪烁光的光电转换效率，从而提高了时间测量及能量测量精度。

Ray detector

The present disclosure provides a ray detector, which relates to the field of ray detection technology, comprising at least one functional layer group; each functional layer group comprises a flickering window layer for generating flickering light based on the movement of particles in the flickering window layer; a photocathode, which is overlapped on the emerging surface of the flickering window layer, for receiving the flickering light and Photoelectrons are produced under the excitation of flickering light; electron multipliers are superimposed on photocathodes and coupled with photocathodes to receive photoelectrons and produce proliferating photoelectrons; and readout circuits are superimposed on electron multipliers and coupled with electron multipliers to collect proliferating photoelectrons and read out electricity generated based on proliferating photoelectrons Signal. The ray detector provided in the present disclosure improves the photoelectric conversion efficiency of scintillation light in the prior art, thereby improving the accuracy of time measurement and energy measurement.

【技术实现步骤摘要】
射线探测器
本公开涉及射线探测
，具体而言，涉及一种射线探测器。
技术介绍
探测粒子并提取其基本性质是人类深入微观世界的一种主要途径与手段，通过对粒子的探测识别可以获得粒子的强度、能量、位置、方向等信息。闪烁探测器是一种常用的射线探测器，在很多领域都有着广泛的应用，由于对伽玛射线的高探测器效率，闪烁探测器常常作为首选，比如正电子断层成像探测器PET(PositronEmissionTomography)。近年来，PET技术发展非常迅速，传统的PET正在逐渐被具有飞行时间功能的探测器TOF-PET(TimeofFlight-PositronEmissionTomography)取代。TOF-PET的时间分辨越好，则系统信噪比越高，病人需要注射的放射性药物量越少，扫描时间也更短。而对于一个闪烁探测器来说，影响时间分辨的主要因素除了闪烁体本身的发光特性以外，还包括闪烁光转化成光电子的效率以及电子倍增器件的时间特性。因此，在已经选定了闪烁体的情况下，要想使TOF-PET在时间性能上有所突破，可以通过提高闪烁光的光电转换效率以及使用时间特性更好的电子倍增器件来实现。因此，有必要研究一种射线探测器，提高闪烁光转化成光电子的效率，并且使用响应更快的光探测器件，从而使得TOF-PET的时间性能得到突破。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开的目的在于提供一种射线探测器，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。根据本公开的一个方面，提供一种射线探测器，包括至少一功能层组；每一所述功能层组包括：闪烁窗层，用于基于粒子在所述闪烁窗层中运动产生闪烁光；光阴极，叠设于所述闪烁窗层出光面，用于接收所述闪烁光并在所述闪烁光的激发下产生光电子；电子倍增器，叠设于所述光阴极并与所述光阴极耦合，用于接收所述光电子并产生增殖光电子；以及，读出电路，叠设于所述电子倍增器并与所述电子倍增器耦合，用于收集所述增殖光电子，并读出基于所述增殖光电子产生的电信号。在本公开的一种示例性实施例中，所述闪烁窗层包括闪烁体材料。在本公开的一种示例性实施例中，所述闪烁体材料包括无机晶体、有机晶体以及塑料闪烁体中的一种或者多种。在本公开的一种示例性实施例中，所述闪烁窗层包括切伦科夫转换体。在本公开的一种示例性实施例中，所述粒子包括电子、质子、离子、光子以及中子中的一种或者多种。在本公开的一种示例性实施例中，所述光阴极覆盖在所述闪烁窗层的出光面的全部表面，所述闪烁窗层除所述出光面的所有表面覆盖有反光材料。在本公开的一种示例性实施例中，所述光阴极等同厚度的蒸镀在所述闪烁窗层出光面。在本公开的一种示例性实施例中，所述电子倍增器包括微通道板。在本公开的一种示例性实施例中，所述射线探测器包括多个所述功能层组，多个所述功能层组层叠设置。在本公开的一种示例性实施例中，所述射线探测器还包括：粒子径迹还原模块，用于基于各所述功能层组输出的所述电信号计算出产生所述粒子的多个运动位置，并根据所述多个运动位置拟合出粒子径迹。本公开提供的一种射线探测器，提供至少一功能层组；每一功能层组包括：粒子在其中运动产生闪烁光的闪烁窗层，接收闪烁光并在闪烁光的激发下产生光电子的光阴极，接收光电子并产生增殖光电子的电子倍增器，收集增殖光电子并读出基于增殖光电子产生的电信号的读出电路。在本公开中，一方面使用闪烁体材料作为窗材料不需要在外面耦合闪烁体，直接通过窗材料将伽玛射线或其他射线转换成闪烁光，闪烁光直接在闪烁窗材料内产生，入射到镀在闪烁窗上的光阴极材料上即可转换为光电子，这样做的好处是避免了传统方式中的反射损失和界面损失，进而大大提高闪烁光转换成光电子的比例；另一方面采用多层功能层组结构的射线探测器还可以获得射线的作用深度信息，提高重建图像质量，此外本公开在高能物理领域还能用于直接还原带电粒子径迹。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示意性示出一种具有一功能层组的射线探测器的结构示意图。图2示意性示出一种具有多个功能层组的射线探测器的结构示意图。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。相关技术中采用的TOF-PET的系统符合时间分辨最好能做到320ps左右，而两根3mm×3mm×20mm硅酸镥晶体LSO闪烁体的符合时间分辨最好能做到大约150ps。在选定了闪烁体材料的情况下，要想再改进时间分辨，可以从如下方面入手：1、提高闪烁光转化为光电子的比例；2、选用时间性能更好的光探测器件。对于第1点，通常的设置都是采用闪烁体与光探测器件通过硅脂或胶水耦合的方式，由于闪烁体、胶水、光探测器件接收面之间的折射率差异，导致有一部分闪烁光在耦合界面处反射回闪烁体内，并且在多次反射后损失掉，所以真正转化为光电子的比例有限；对于第2点，目前使用的微通道板MCP(MicrochannelPlate)光电倍增管PMT(PhotomultiplierTube)的时间性能要显著好于常规的光电倍增管PMT或硅光电倍增管SiPM(SiliconPhotomultiplier)，所以使用MCP有希望进一步改进时间分辨。基于以上两点改进时间分辨的考虑，一方面本公开提供的示例性实施例中可以将光探测器件的入射玻璃窗换成闪烁体材料，然后在出光面镀上光阴极材料，则可以避免耦合界面上的光反射造成的光损失，从而提高闪烁光转化为光电子的比例，从而进一步改进时间分辨，同时还可以改进能量分辨。另一方面本公开提供的示例性实施例中还可以采用微通道板-光电倍增管MCP-PMT(MicrochannelPlate-PhotomultiplierTube)，并将上述的MCP-PMT的入射玻璃窗材料同时换成闪烁体材料，光阴极材料则可直接镀在闪烁窗的出光面，且在另外的示例性实施例中还可以采用多层叠加的设计。下面，将对本示例实施方式中的射线探测器进行详细的说明。本示例实施方式中首先提供了一种射线探测器，参照图1所示，该射线探测器，包括至少一功能层组；每一功能层组可以包括：闪烁窗层10、光阴极20、电子倍增器30以及读出电路40。其中闪烁窗层10可以用于基于粒子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种射线探测器，其特征在于，包括至少一功能层组；每一所述功能层组包括：闪烁窗层，用于基于粒子在所述闪烁窗层中运动产生闪烁光；光阴极，叠设于所述闪烁窗层出光面，用于接收所述闪烁光并在所述闪烁光的激发下产生光电子；电子倍增器，叠设于所述光阴极并与所述光阴极耦合，用于接收所述光电子并产生增殖光电子；以及，读出电路，叠设于所述电子倍增器并与所述电子倍增器耦合，用于收集所述增殖光电子，并读出基于所述增殖光电子产生的电信号。

【技术特征摘要】
1.一种射线探测器，其特征在于，包括至少一功能层组；每一所述功能层组包括：闪烁窗层，用于基于粒子在所述闪烁窗层中运动产生闪烁光；光阴极，叠设于所述闪烁窗层出光面，用于接收所述闪烁光并在所述闪烁光的激发下产生光电子；电子倍增器，叠设于所述光阴极并与所述光阴极耦合，用于接收所述光电子并产生增殖光电子；以及，读出电路，叠设于所述电子倍增器并与所述电子倍增器耦合，用于收集所述增殖光电子，并读出基于所述增殖光电子产生的电信号。2.根据权利要求1所述的射线探测器，其特征在于，所述闪烁窗层包括闪烁体材料。3.根据权利要求1所述的射线探测器，其特征在于，所述闪烁体材料包括无机晶体、有机晶体以及塑料闪烁体中的一种或者多种。4.根据权利要求1所述的射线探测器，其特征在于，所述闪烁窗层包括切伦科夫转换体。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐浩辉，章志明，李道武，王英杰，柴培，丰宝桐，王培林，刘双全，魏龙，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11