一种闪烁晶体阵列探测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种闪烁晶体阵列探测装置，该装置包括：晶体阵列，包括Ｍ×Ｎ个晶体，用于产生荧光光子，Ｍ为行数、Ｎ为列数；Ｍ×Ｎ根光导，每根光导与一个晶体的表面连接，收集该晶体产生的荧光光子并传输；光纤分光单元，用于将每根光导传输的荧光光子均分到两路光纤进行传输，即行传输光纤和列传输光纤；光纤合并单元，用于将同一行晶体所接光导对应的行传输光纤熔接成一根行光纤，将同一列晶体所接光导对应的列传输光纤熔接成一根列光纤；光纤信号读出单元，与行光纤和列光纤连接，用于识别传输荧光光子的行光纤所处行数、列光纤所处列数，进而确定闪烁晶体的位置，探测所接收的荧光光子的总数和能量。本发明专利技术降低了成本和探测器的体积、重量，且位置分辨率和荧光收集效率很高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及Y射线成像系统，尤其涉及该成像系统中测量物体内 的放射性活度的分布的闪烁晶体阵列探测装置。
技术介绍
Y射线成像系统在无创的检查物体内部情况领域的应用很广泛，特别是一些医学成像系统，例如正电子发射断层成像(Positron Emission Computed Tomography, PET)系统和单光子发射断层成像 (Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT)系统。这些系统经常使用平板闪烁晶体或闪烁晶体阵列作为探测器测量物体 内的放射性活度的分布。以砩化钠(Nal)闪烁晶体阵列为例，每当NaI闪烁晶体吸收Y射线时，就会发射数目与Y射线能量成正比的荧 光光子。这种阵列的闪烁晶体探测器，每个闪烁晶体面向光电倍增 管(PMT)的那一表面除外，其它所有表面都用反射层包裹。对于使 用Nal晶体作为探测器的系统而言，假设PMT的光子收集效率为 50。/。和PMT的量子效率(QE)为20%,典型的光子计数效率大约为 10%。最近十几年时间内，利用光纤收集闪烁晶体内产生的光子来探测 Y射线和X射线的成像系统得到了广泛地研究和发展，与普通的直接 用PMT釆集光子的系统相比，这种系统的分辨率和探测效率更好。 由Petroff申请的美国专利号5，391,878的专利里描述了 一种多路光纤 读出系统，结合使用闪烁晶体阵列和可见光光子计数器(VLPC), 组成了整个晶体阵列探测器系统。在该系统中，晶体阵列内独立的 晶体单元用漫反射涂层封包，如氧化钛，除了晶体上、下表面用于 分别连接行光纤和列光纤的两个小孔。对于一行或者一列闪烁晶体而言，只需一根光纤和一片VLPC。采用这种设计思想，与那些单一 晶体需要单一光纤和单一计数单元的探测系统相比，大大地降低了成本。然而，由于只通过在晶体上、下表面开出一个小孔来连接光 纤，只有一部分光子才能通过小孔进入光纤，使得该系统的光子收 集效率降低。另外，分别与晶体上、下表面连接的两根光纤收集的 光子数目依赖于Y光子与晶体的作用深度，不能实现光的等比例分 配。可能会出现一根光纤收集的光子数目较大，而另一根光纤收集 的光子数目较小，这样就增加了噪声对光子收集结果的影响程度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种闪烁晶体阵列探测装置，利用该装置 进行测量物体内的放射性活度的分布时，既降低了成本，降低了探 测装置的体积和重量，且具有好的位置分辨率和高的荧光收集效 率。为实现上述目的，本专利技术釆用如下技术方案一种闪烁晶体阵列探测装置，该装置包括晶体阵列，包括MxN个晶体，所述晶体用于产生荧光光子，其 中M为行数、N为列数；MxN根光导，每根光导与一个晶体的表面连接，用于收集该晶 体产生的荧光光子并进行传输；光纤分光单元，用于将每根光导传输的荧光光子均分到两路光 纤进行传输，分别为行传输光纤和列传输光纤；光纤合并单元，用于将同一行晶体所接光导对应的行传输光纤 熔接成一根行光纤，将同一列晶体所接光导对应的列传输光纤熔接 成一根列光纤；光纤信号读出单元，与所述行光纤和列光纤连接，用于识别传 输荧光光子的行光纤所处行数、列光纤所处列数，进而确定产生荧 光光子的晶体位置，并探测所接收的荧光光子的总数和能量。其中，所述晶体阵列中每个晶体除与光导连接的表面外，其余 表面均被反射层包裹，在接收Y光子后产生荧光光子。其中，所述光纤信号读出单元为位置灵敏光电转换器件或可见 光光子计数器。其中，所述光纤信号读出单元包括两个位置灵敏光电倍增管， 其中一个连接所有行光纤，用于探测每根行光纤传输的荧光光子， 另一个连接所有列光纤，用于探测每根列光纤传输的荧光光子。其中，所述行光纤和列光纤中的每一根通过长光纤接入所述位 置灵敏光电倍增管，所述长光纤为将行光纤、列光纤连接到位置灵 敏光电倍增管接口进行过渡的光纤。其中，所述光导、光纤分光单元、光纤合并单元、行光纤、列 光纤、长光纤均为阶跃型光纤或渐变型光纤。其中，所述长光纤为波移光纤。其中，所述晶体为立方体晶体，所述光导连接晶体的一端为与 晶体表面外形吻合的方形，所述光导的另一端为圆形或方形。其中，所述晶体为NaI (Tl) 、 Csl (Tl) 、 Csl (Na)。其中，所述反射层为全反射材料或漫反射材料。 其中，所述反射层为铝箔或氧化钛。利用本专利技术的探测装置测量物体内的放射性活度的分布时，具 有以下有益效果1) 信号通道数目减少到了原来的(M+N) / (MxN) ， M为晶 体阵列的行数，N为晶体阵列的列数，大大地降低了成本；2) 对于比较大的晶体阵列，只需利用两个位置灵敏的光电倍增 管分别提供的多个通道即可完成光纤的信号读出，降低了信号读出 单元的成本，并且降低了探测器的体积和重量；3) 实现了行光纤和列光纤内光信号的平均分配，均衡了两路信 号的信噪比；4) 由于光导与晶体表面完全耦合，使荧光光子在光纤上的传输效果高，因此荧光光子的收集效果很高；5) 可以由传输荧光光子的行光纤、列光纤唯一确定产生荧光光 子的闪烁晶体的位置，因此位置分辨率高。附图说明图l为实施例1中闪烁晶体阵列探测装置的平面结构图。 图2为 一行闪烁晶体单元的侧视原理图； 图3为光纤分光单元和光纤合并单元连接示意图； 图4为放大的 一块闪烁晶体的剖面图； 图5为光纤的结构侧视图； 图6为光纤的端面正视图； 图7为切割晶体直接连接光纤进行读出的侧视图； 图8为切割晶体直接连接光纤进行读出的俯视图。 图中01、晶体阵列；10、行光纤；11、列光纤；12、反射表 面；13、闪烁晶体；14、长光纤；15、第一位置灵敏光电倍增管； 16、第二位置灵敏光电倍增管；17、光纤分光单元；18、光导； 19、行传输光纤；20、列传输光纤；21、光纤包层；22、光纤覆 层；23、光纤芯体；24、 y光子；26、荧光光子；27、光纤合并单 元；28、可见光光子。具体实施例方式本专利技术提出的闪烁晶体阵列探测装置，结合附图和实施例详细 说明如下。本专利技术采用网格状的基于光学运算的光纤系统连接晶体阵列，用 于探测和确定晶体阵列内Y光子事件的位置和能量。该专利技术可以用 于医学成像系统中，例如正电子发射断层成像(PET)和单光子发射 断层成像(SPECT)。优先地，具有以下实施方式。 实施例1本实施例中的晶体阵列被暴露在注入受检物体内的核素药物产生 的Y射线环境下，晶体阵列中的晶体在接收Y光子后产生荧光光子。本实施例中釆用一套基于光学运算的光纤系统与晶体阵列01连 接，如图1所示为闪烁晶体阵列探测装置的平面结构图，光纤被分布成M行和N列，以使每一行独立的闪烁晶体13连接一根行光纤 10，每一列独立的闪烁晶体13连接一根列光纤11。所有的行光纤IO 都和第一位置灵敏光电倍增管15连接，所有的列光纤ll都和第二位 置灵敏光电倍增管16连接，利用第一位置灵敏光电倍增管15和第二 位置灵敏光电倍增管16,即可实现基于光学运算的光纤系统的信号 读出。本实施例中该探测装置包括晶体阵列01，包括MxN个独立的 闪烁晶体13,闪烁晶体13在吸收Y光子后产生荧光光子，其中M为 行数、N为列数；MxN根光导18，每根光导18与一个独立的闪烁晶 体13的表面连接，用于收集该晶体产生的荧光光子并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种闪烁晶体阵列探测装置，其特征在于，该装置包括：　晶体阵列，包括Ｍ×Ｎ个晶体，所述晶体用于产生荧光光子，其中Ｍ为行数、Ｎ为列数；　Ｍ×Ｎ根光导，每根光导与一个晶体的表面连接，用于收集该晶体产生的荧光光子并进行传输；　光纤分光单元，用 于将每根光导传输的荧光光子均分到两路光纤进行传输，分别为行传输光纤和列传输光纤；　光纤合并单元，用于将同一行晶体所接光导对应的行传输光纤熔接成一根行光纤，将同一列晶体所接光导对应的列传输光纤熔接成一根列光纤；　光纤信号读出单元，与所述行 光纤和列光纤连接，用于识别传输荧光光子的行光纤所处行数、列光纤所处列数，进而确定产生荧光光子的晶体位置，并探测所接收的荧光光子的总数和能量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹文田，凌松云，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[]