闪烁体材料制造技术

本发明专利技术涉及闪烁体材料，其包含掺杂有铈的闪烁体主体材料。所述闪烁体主体材料是选自：i)石榴石、ii)CaGa2S4、iii)SrGa2S4、iv)BaGa2S4、v)CaS、vi)SrS中的至少一种；铈的含量被控制在0.1摩尔％至1.0摩尔％的范围内。所述材料可以用于伽玛光子检测器中的伽玛光子检测，以及用于PET成像系统中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】闪烁体材料
本专利技术涉及用于伽玛光子检测中的闪烁体材料，更特别地，涉及用于PET成像领域的伽玛光子检测器中的闪烁体材料。
技术介绍
在PET成像中，放射示踪剂在它定位于PET成像系统的成像区域中之前被给药到诸如患者或者动物的对象。该放射示踪剂被对象中的某些区域吸收，并且它的分布在吸收期之后被成像。随后，诊治者解释显示出该放射示踪剂在特定位置的相对吸收的图像，并可以对对象进行诊断。放射示踪剂经历放射性衰变，这导致正电子的产生。每个衰变事件产生一个正电子，该正电子在人体组织中移动数毫米，在那里随后在湮没事件(annihilationevent)中它与电子相互作用，所述湮没事件产生两个反向的伽玛光子。两个伽玛光子每个具有511keV的能量，并由径向地绕成像区域布置的伽玛光子检测器检出，每个伽玛光子检测器在被入射的伽玛光子轰击时产生电信号。产生的电信号由重合检测电路处理，该重合检测电路通过检测器的位置确定湮没事件在空间中发生所沿着的路线。在彼此相差正负3ns内接收到的伽玛光子通常被认为是重合的。该路线的终点由检测到重合事件的两个位置限定，并且该路线被标识为响应路线(LOR)。该LOR随后被重建以产生二维或三维图像，该图像示出放射示踪剂在成像区域的分布。在飞行时间(TOF)PET中，两个检出事件之间的小的时间差被进一步用于定位沿着湮没事件发生所在的LOR的位置，从而更准确地定位导致衰变事件的放射示踪剂的空间位置。在深度效应(depth-of-interaction)(DOI)PET中，位于离成像区域不同的径向距离处的多层检测器进一步检测伽玛光子被吸收的深度。在DOIPET中，该信息被用于通过降低视差而进一步提高检测的空间分辨率。在PET成像系统中，伽玛光子检测器在此及后被定义为包含闪烁体材料和光学检测器。闪烁体材料在当被伽玛光子轰击时产生闪烁光脉冲，光学耦连到闪烁体材料的光学检测器将闪烁光脉冲转换为电信号。当伽玛光子轰击闪烁体材料时，概率事件确定闪烁光产生的深度，在那个点上，伽玛光子将它的能量传递到闪烁体，产生具有特征波长谱和特征衰变时间的闪烁光脉冲。闪烁体材料进一步的特征在于吸收深度，1/e的比例的接收的伽玛光子在所述吸收深度内被吸收。由于入射的伽玛光子的高能量，致密的闪烁体材料是优选的，以为了将高比例的入射伽玛光子吸收在闪烁体材料的实用深度内。由于通过重合来确定放射性衰变事件的空间位置的过程，在PET成像系统中伽玛光子检测器必须能够区分各个伽玛光子的入射。表征该能力的关键参数是最大伽玛光子检测率。测量高入射的能力或者计数速率的能力对于在短采集时间内测量具有高信噪比的影像是理想的。短的采集时间在防止影像中由患者运动引起的伪影方面是重要的。最大伽玛光子检测率受到闪烁光衰变的影响。闪烁材料的衰变时间决定相继入射的伽玛光子之间的最小时间间隔，在所述最小时间间隔之后它们的闪烁光不再重叠。这样的重叠事件，称作堆叠(pile-up)，必须防止，因为它们限制计算各个光子的接收的能力。降低PET闪烁体材料中的衰变时间的需求进一步地由TOF-PET中的良好时间分辨率的需求驱动。衰变时间的现有技术的水平是在LaBr3中目前25ns，现有研究的努力强调了甚至更进一步降低其的需要。光输出和能量分辨率是表征伽玛光子检测器特别是PET成像系统中的伽玛光子检测器的另两个闪烁体材料参数。来自闪烁体材料的光输出是由入射伽玛光子产生的闪烁光子的量。光输出典型地相对于伽玛光子的能量进行归一化，并表示为每MeV产生的光子的量。高的光输出从而敏感的闪烁材料在提供高信噪比的伽玛光子检测器方面是理想的，因为它提供具有响应于每个入射伽玛光子的强光脉冲的相关光学检测器。具有良好能量分辨率的闪烁体材料提供另一种检验方式，即在窄的时间间隔内检测到的两个光子表明有效的LOR。通过位于预定能量窗之外的拒绝事件，PET成像系统可区别已经被干扰物质改变轨迹并且具有位于窗之外的能量的散射伽玛光子、和表示有效LOR的伽玛光子。提供这样的区分的一个方法是通过积分闪烁光脉冲来确定每个接收的伽玛光子的能量，并且仅在如下条件下，才将所述伽玛光子接受为有效重合事件：如果该伽玛光子在另一伽玛光子的窄的时间间隔内也被检测到并且如果它的能量位于非散射伽玛光子的窄的能量窗之内。良好的能量分辨率通过使用具有有效原子量的大数值的材料而提供。当以这种方式确定伽玛光子的能量时，必须再次避免堆叠，这通过确保闪烁光衰退到它不再干涉来自随后的伽玛光子的闪烁光的水平来实现，这再次要求短的衰变时间。总的来说，伽玛光子检测器的设计，特别是用于PET成像系统中的伽玛光子检测器的设计，根本上是由获得高质量影像的需求而驱动的，诊治者通过所述高质量的影像可以对对象进行准确的诊断。高质量影像，或者更具体地高信噪比影像，需要灵敏的伽玛光子检测器，所述伽玛光子检测器也满足与最小化成像过程持续时间相关的快速时序限制(fasttimingconstraints)。这对伽玛光子检测器的闪烁体材料和光学检测器施加了很多限制。这些主要地由对具有短的衰变时间的闪烁体材料的需求而驱动。如果来自闪烁体材料的光输出足够高以给出可接受的的信噪比，则光学检测器随后被优化以使得它的响应性在由闪烁体材料发出的光学波长的范围内得以改善。典型地，光电倍增管(PMT)检测器用作光学检测器，即所谓的模拟PET，并且新近的固态半导体光学检测器，在此被限定为利用半导体中的整体工艺生产的光学检测器，已经被用于提供更加集成的系统，即所谓的数字PET。适用于伽玛光子检测器的闪烁体材料中的最短闪烁体衰变时间传统地发现于发蓝光的闪烁体材料(例如参见：Luminescence:FromTheorytoApplications,Wiley-VCH,Darmstadt,2007,C.Ronda(Ed.))。结果，发蓝光的闪烁体材料是优选的，并且相关的光学检测器，典型地在模拟PET成像系统中的PMT，被优化以提供在大约420nm波长处NaI:Tl的发射峰的高的灵敏度。双碱性光电阴极管典型地被使用，因为它们是可商购的。蓝光敏感的光电倍增管是进一步优选的，因为尽管具有多个碱性光电阴极管的绿光/黄光敏感光电倍增管是可获得的，但是它们较低的量子效率使得它们效率较低。已知的用于PET的闪烁体材料(Luminescence:FromTheorytoApplications,Wiley-VCH,Darmstadt,2007,C.Ronda(Ed.))包括LYSO,LaBr3以及称作石榴石的广泛的材料组(US2006/0219927A1)。已经报导，LYSO中的闪烁具有在44ns的衰变时间下33000光子/MeV的光输出，7.1克/立方厘米的高密度和大约10％的能量分辨率，能量分辨率被定义为能量检测峰值的FWHM与峰值检测能量的比率。在LaBr3中，已经报导，25ns的衰变时间具有3％的改进的能量分辨率和比LYSO更高的光输出。在单晶石榴石Ce:Gd3Al2Ga3O12中，已经报导，具有68ns衰变时间的35000光子/MeV的光输出用于1％铈浓度(K.Kamadaetal:2inchdiametersinglecrystalgrowthandscintillationprope本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有基本上陶瓷结构或者多晶结构的石榴石闪烁体材料(2)，其包含由(Gd3‑x‑yLuxCey)(Al5‑zGaz‑aLua)O12表示的组合物，其中x是在0‑0.6的范围内，y是在0.003‑0.03的范围内并对应于在0.1摩尔％‑1.0摩尔％的范围内的铈含量，z是在1.5‑3.5的范围内，a是在0‑0.3的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.14 EP 12192604.21.具有基本上陶瓷结构或者多晶结构并具有小于300ns的衰变时间的石榴石闪烁体材料(2)，其包含由(Gd3-x-yLuxCey)(Al5-zGaz-aLua)O12表示的组合物，其中x是在0.3-0.6的范围内，y是在0.003-0.03的范围内并对应于在0.1摩尔％-1.0摩尔％的范围内的铈含量，z是在1.5-3.5的范围内，a是在0-0.3的范围内。2.如权利要求1所述的闪烁体材料(2)，其中，闪烁体主体材料是包含由(Gd2.7-yLu0.3Cey)(Al2.5Ga2.47Lu0.03)O12表示的组合物的石榴石，其中y是在0.003-0.03的范围内并对应于在0.1摩尔％-1.0摩尔％的范围内的铈含量。3.如前述权利要求任一项所述的闪烁体材料(2)，其中，所述组合物被控制以使得组合物密度是在5-8g/cm3的范围内。4.伽玛光子检测器(1)，其包含如权利要求1-3任一项所述的闪烁体材料(2)，所述闪烁体材料(2)与光学检测器(3)光通信。5.如权利要求4所述的伽玛光子检测器(1)，其中所述光学检测器(3)具有小于5cm2的有效面积。6.如权利要求4所述的伽玛光子检测器(1)，其中，伽玛光子接收面积小于5cm2。7.如权利要求4-6任一项所述的伽玛光子检测器(1)，其中，所述光学检测器(3)是光电倍增管(PMT)检测器。8.如权利要求7所述的伽玛光子检测器(1)，其中，所述PMT检测器的峰值光学响应率是在450nm-700nm的范围内。9.如权利要求4-6任一项所述的伽玛光子检测器(1)，其中，所述光学检测器(3)是固态半导体光学检测器。10.如权利要求9所述的伽玛光子检测器(1)，其中，所述固态半导体光学检测器是具有结构n+-i-p+的硅检测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·R·龙达，J·G·博尔里坎普，S·J·M·P·斯普尔，AM·A·范东恩，H·K·维乔雷克，W·C·科尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL