用于成像设备的闪烁体、闪烁体模块、带有这种闪烁体的成像设备和制造闪烁体的方法

专利名称：用于成像设备的闪烁体、闪烁体模块、带有这种闪烁体的成像设备和制造闪烁体的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于成像设备的闪烁体、一种闪烁体模块、一种带有这种闪烁体 的成像设备，以及一种制造闪烁体的方法。
背景技术：
射线照相成像设备(或射线照相成像器)通常用于对对象作X光照相或形成辐射 源的图像。因此应用于无损控制、对对象或放射源作X光照相及断层照相、Y照相、中子束 照相，以及应用于任何采用电离放射线X、0、Y、质子、中子等成像的技术。这些设备可以 满足多种需要，从医疗领域至天文学，以及运输包裹的安检。下文中将用放射(射线)(法文rayormement (rayon)) —词来表示所有可以形成 图像的电离放射X、0、Y、质子、中子等。同样，不论涉及哪种放射类型，都将使用放射成 像这一术语。通常，对对象进行放射照相时要将对象放在放射源和放射成像器之间。而对于放 射源成像来说，要将一个准直仪放在源与放射成像器之间才能实现。准直仪可以简化为一 个小尺寸的孔，从而源的图像形成在成像器上；准直仪也可以更加复杂(例如对多孔编码 光圈、孔隙等情况，或对半影成像的情况)，并且，为了重建源图像可能需要对获得的图像进 行数字处理。从不同角度采集源(或对象)的放射图像，再将从不同视角的数据进行数字合并 (称为断层照相技术)，即可重建源(或对象)的三维图像。例如单光子发射计算机断层成 像(法语 TEMP，或英语 SPECT，S卩“Single Photon Emission Computed Tomography”)就是 这种情况。自从发现X射线以来，射线成像已经有了显著的发展。在早期，射线胶片与增强屏 耦合，增强屏的功能是将射线转化成光，以便于记录在胶片上。逐渐地，胶片由感光的电子 传感器(例如CCD (英文“Charge Coupled Device”，意思是“电荷耦合器件”)、光电二极 管，等等)取代，增强屏由闪烁体取代。闪烁体与电子传感器之间的光耦合通常由透镜组或 光纤实现，并伴随图像尺寸的缩小和/或可能的光的放大。例如，专利US 6，031，892和US 6，285，739描述了一些采用闪烁体晶体、CCD传感
器和光耦合器的设备。对这类射线成像设备而言，图像的质量主要取决于闪烁体、光耦合器、图像传感器 整体的空间分辨率和产生信号的光子流的级别。事实上，电离放射线向闪烁体输入能量，闪 烁体再以光的形式释放这些能量，这些能量然后被电子图像传感器检测到。因此，图像中的 噪声水平(以及因此的信噪比)主要取决于闪烁体的密度、构成闪烁体的材料的有效截面 (对涉及的电离放射线的类型和能量而言)、对于进入材料中的单位剂量的射线闪烁体发 射的光子数量(发光效率)、闪烁体对于其自己的光线的透明度、闪烁体与传感器之间的光 耦合、传感器自身的性能。
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空间分辨率则直接与闪烁体的厚度相关。事实上，信号在闪烁体中的空间释放表 明了入射射线在其中的能量沉积的展开(射线与闪烁体相互作用产生的次级电子和光子 的漫射现象)。闪烁体越厚，能量沉积就展开越多。闪烁体厚度的增加会提高灵敏度及信噪 比，同时会降低空间分辨率。因此，难以制成灵敏度和分辨率同时都高的设备。对于穿透力 强的射线而言则更加困难，因为需要增加闪烁体厚度以便集取足够比例的入射射线和获得 良好的探测量子效率(DQE)。闪烁体可以分为两个主要系列有机或塑性闪烁体(例如磷屏)和闪烁体晶体 Csl、Nal、锗酸铋(通常称为BG0)、硅酸镥(LSO、LYS0)，等等。闪烁体晶体相对于有机闪烁体更具优势，因为在多数情况下，其密度和与射线相 互作用的有效截面都更大。为了获得给定的探测效率而需要的厚度就大大降低，空间分辨 率也就提高了。此外，有些晶体具有对放射成像非常有用的属性极短时的光线发射允许快 速重复的记录、极高的发光效率允许光耦合中的损耗。例如，专利申请FR 2 874021和EP 1 754 981描述了一些高性能的晶体。目前，这些高性能晶体(高密度、高发光效率，例如BG0、LS0、LYS0)的制造技术不 能生产尺寸满足通常应用的板(典型需求为300X300mm2，甚至400X400mm2)。例如，目前LYS0 和BG0分别可以制成尺寸达约60X60mm2和80X160mm2的(厚度达30甚至40mm)、发光效率 一致的、无重大缺陷的板。为了制作大尺寸的闪烁体(大于lOOXlOOmm2)，可以采用Csl或Nal晶体，Csl和 Nal晶体分别可以制成200X200mm2和400X400mm2的典型尺寸。然而，这种尺寸的Csl和Nal 晶体仍然存在许多缺陷，并且这些晶体或多或少都有些吸湿。此外，基于前述理由，采用Csl 或Nal晶体的成像设备比采用密度更高的晶体(例如BG0、LS0、LYS0)的成像设备的性能要
差一些。专利US 7，057，187和专利申请FR 2625332描述了一些放射成像系统，这些放射 成像系统采用的闪烁体晶体(最好是Csl材料的)通过光学系统与CCD传感器耦合，用于 能量为1至lOOkeV的X射线。晶体的厚度分别为50 ym和1mm。限制闪烁体的厚度是为了 保持良好的空间分辨率，牺牲灵敏度。这种策略要么导致射线图像质量降低，要么导致曝光 时间增加以获得足够的探测统计值，要么导致源功率的增加。举例而言，这种策略对医疗应 用不利，在医疗应用中患者受到的剂量应该严格降至必要水平。这种策略还对包裹检查不 利，因为静止时间对系统的运行是决定性因素。Samant等作者在文献“基于高量子效率原型视频的射野影像系统(A high quantum efficiency prototype video based portal imagingsystem,见〈〈X 身寸线禾斗学技 术杂志》(Journal of X-ray Science andTechnology) 14(2006, pp. 161-175))” 中给出了 一个厚度12mm、表面积170X170mm2的Csl闪烁体实例，该闪烁体通过一个照相机镜头与(XD 耦合。该设备受到闪烁体可用尺寸的限制。此外，生产整块的、大尺寸的、没有任何瑕疵的 闪烁体晶体很困难。在所引用的实例中，晶体有20至30个瑕疵(气泡)，随机分布在闪烁 体块中。这些缺陷会使闪烁体产生的光线发生漫射，并在最终图像上产生(不利的)强度 尖峰。不过，对于生产小尺寸的和/或薄的闪烁器而言，可以选择没有任何缺陷的部分，从 上面切割晶体。为了制作大尺寸的闪烁体，现有的另一个方案是采用分割技术，通过该技术可以
5得到良好的空间分辨率，同时在高能射线成像设备中保持足够的灵敏度。该技术通常用于 BGO、LSO、LYSO、BaF2等类型的闪烁器。根据该技术，接收射线的闪烁体的面被分成多个光学上相互隔离的小单元50(图 9)，因此每个小单元50都传输在其内部产生的光线(光子，通常在可见光范围内)。每个单 元形成一个光路，所有单元通过机械方法组装在一起形成闪烁体52(图8)。在实践中，各小单元50由不透明的壁分开，以便阻止每个单元内产生的光线到达 相邻单元。有时候，借助对闪烁体单元的侧面56 (与其它相似单元相邻的面)的处理，光线 被导向闪烁体的输出面54。这种处理通常能得到镜面反射(还要通过对各部分的侧面抛 光)，以便优化发光效率。事实上，图像采集(i^prise)机构通常与闪烁体接触，光耦合是在 宽数字光圈上实现的(例如，在闪烁体与光纤块或亮度放大器耦合的情况下)。不过，对于 在更小数字光圈上的光耦合(采用CCD和照相机镜头的情况)，则更适合(并低成本)利 于从各部分的侧面的漫射，以便增加沿各部分的轴向的发光效率(例如可以参阅Quillin Medy的文章《用于高能闪光放射照相的像素化BGO闪烁体阵列》(“Apixelated BGO scintillator array for high energy flash radiography，，，“t亥fijfi寸Hi己i，，(Nuclear Symposium Conference Record), IEEE2004, Vol.2pp.974-797)。背面58 (与光线采集相反的面)经常要被处理(可以采用金属沉积或简单地涂上 白漆)以便反射光，增强向探测器的光流。在某些情况下，在闪烁体各单元50之间加入侧壁60 (图10)以便减少次级粒子 (例如电子、光子)的漫射。这些壁通常由金属(铝、钢、钨)构成。专利和专利申请US 3，344，276、GB 2167279、GB 2034148、US 5，773，829、US 5，329，124、US 6，344，649、US 2005/0104000、US7, 238，945 描述了各种根据此原则制成的 分割型闪烁体。分割型闪烁体射线成像器的主要弊病在于成本，因为需要仔细组装大量单元，因 为像素尺寸应该接近要求的空间分辨率。此外，要实现完全规则的、各部分之间的灵敏度差 别不大的组装也很困难。而对这些缺陷的校正则需要对图像进行比较细致的后期数字化处 理，从而额外地损害最终图像质量(信噪比和实际分辨率)。最后，提出了一些构件用于优化闪烁体和传感器的光耦合，其思路在于限制来自 闪烁体的一部分光线的散射，将其导向探测器。专利us 6，881，960和US 7，112，797提 出了单块闪烁体的解决方案，这种单块闪烁体在其厚度的一部分上进行半分割。专利US 5，753，918描述了一些进行了反光或漫射光学处理的曲线闪烁体单元。专利US6，737，103 提出关联一组微透镜矩阵，以便引导闪烁体中产生的光线。这些解决方案增加了闪烁体的 成本却没有解决大尺寸闪烁体的问题。此外，正如分割型闪烁体一样，所述构件使射线图像 产生令人不舒服的缺陷。

发明内容
本发明的目的是提出一种基于大尺寸闪烁体模块的射线成像设备。为实现此目的，提出了一种用于成像设备的闪烁体，该闪烁体包括一个由第一种 材料制成的(第一)板，该第一种材料能够根据入射辐射发射光子，所述闪烁体的特征在 于包括至少一个由第二种材料制成的块(必要时做成第二个板的形式)，该第二种材料能
6够根据入射辐射发射光子；和在于所述板和所述块由连接装置在所述板的侧面组装在一 起，所述连接装置能吸收所述板和所述块发射的全部或部分光子(在所述连接装置接收到 的光子中)。此处所涉及的光子是发光光子，其光谱对应于闪烁体材料再次发射出的光的波长 范围，通常在可见光谱范围内。因此，将包括至少一个板的多个闪烁晶体板或块组装在一起就构成了闪烁体模 块。根据所提出的解决方案制作出的射线成像设备的尺寸大于基本无缺陷闪烁体晶体的制 造尺寸极限。该解决方案还提供了分割型探测器的便宜替代方案，在必要的时候还允许制 作高阻止能力和高空间分辨度的射线成像系统。根据定义，板在一个方向上具有较小的尺寸(板的厚度)，总是比板的另两个方向 的尺寸小；在实践中，厚度通常小于另外两个方向的尺寸中小者的一半(因此也就比另两 个方向的尺寸中任一个的一半都要小)。根据定义，每个板的侧面对应于板的沿厚度方向， 即垂直于板的最大两个面(光学面)取向的面。所述板或块通常是平行六面体的，但也可以采用不同的形状(例如六棱柱)。还可 以通过组装带有一定弧形的板或块制成曲线闪烁体(例如圆柱体形状的)。使用能吸收相关光子(即闪烁体材料再次发射的光)的组装(或连接)装置避免 了组装对设备产生的图像的任何不利影响(与接合面的存在相关)。在连接厚度上，即沿与 组装板侧面基本垂直的方向，针对由闪烁体发射的光子的吸收系数在实践中至少为50%。在所述连接的厚度上，连接装置甚至还可以具有90%的吸收系数，从而可以大幅 度地减少光线在接合面上的漫射。通常，可以根据涉及的应用调整吸收百分比，以便在接合部位产生希望的信号水 平，例如可以通过选择连接装置的成分，如下文所述。另外还可以在接合部位获得与闪烁器 整体产生的平均信号接近的信号水平。在实践中通常让第二种材料与第一种材料相同，尽管在某些应用中可以采用两种 不同的材料。根据一种可以考虑的实施方式，第一种材料是晶体，其再次发射性能良好，如前所 述。在这种情况下，可能涉及到密度大于5g/cm3的材料。事实上这种晶体有很强的阻止能 力，因此对本文所研究的应用有良好的效果。作为变型，可能涉及到有机或塑性材料。在下文所提出并描述的实施方式中，连接装置包括吸收至少一部分可见光的胶。 例如，这种有吸收能力的胶包括着色添加剂，例如胶体碳粉。本发明还提出一种闪烁体模块，该闪烁体模块包括刚才提到的闪烁体和一个结构 件(较硬)，该结构件与所述(第一)板的两个大面之一(最好是输入面)基本平行，并至 少要组装到所述(第一)板的所述面及所述块的一个面上。以这种方式就制成了适用于实 际应用的足够硬的模块。本发明还提出一种包括前文提到的闪烁体的闪烁体模块，或一种刚才提到的闪烁 体模块，以及一个紧围所述闪烁体(或者必要时，上文所提到的闪烁体模块)的结构框架， 所述结构框架的作用是定位及加强闪烁体。因此所述框架起到了机械界面的作用。因此，本发明提出一种成像设备，该成像设备包括上述闪烁体、图像传感器、一些 将闪烁体与传感器耦合的光学装置。在所述设备中，所述(第一)板和所述块(有时是以
7第二个板的形式出现)都能形成所述传感器可用的图像(包括多个像素)。例如规定所述板和所述块的沿板延展面取向的尺寸(即平行于板的两个最大 面，或垂直于板的厚度方向)大于成像设备在闪烁体平面上的分辨率的10倍，即每个板或 块在每一维尺寸上为传感器形成包含多于10个像素的图像。在实践中，每个板或块在每一 维经常对应于多于50个传感器像素。因此光学装置可以收集基本垂直于所述(第一)板延展面方向发射的光子。闪烁体与传感器之间的光耦合可以由一个小的物数字光圈实现，即通常小于20 度半角的光圈。物数字光圈甚至可以小于5度半角。最后，本发明还提出一种制造闪烁体的方法，其特征在于包括如下步骤■用第一种材料制作一个(第一)板，该第一种材料能根据入射辐射发射光子；用 第二种材料制作一个块(必要时做成第二个板的形式)，该第二种材料能根据入射辐射发 射光子；通过插入有吸收能力的连接装置，在所述(第一)板的侧面处将所述(第一)板 和所述块(必要时，也就是第二个板)组装在一起。还可以考虑连接装置是可压缩的，所述方法包括一个施加压力的步骤，施加压力 的方向与所述(第一)板延展平面平行。如前所述，还可以考虑一个组装一个结构件的步骤，该结构件基本平行于所述板 的两个大面之一，与该大面及所述块的一个面组装在一起。


阅读下面参照附图的描述以后，本发明的其它特征和优点将更明显。附图如下图1表示制作根据本发明的射线成像设备的原理示意图；图2表示针对图1的设备的可考虑的实施方式，该方式采用了硬质框架；图3表示针对图1的设备的薄闪烁体模块的可考虑的实施方式；图4表示图1的设备的光学部分中的核心部件；图5比较了两个不同折射率的闪烁体；图6表示了实现图1的设备的一个实例的总示意图；图7是图6的实例中具体使用的各部件的爆炸视图；图8至10展示了现有的分割型闪烁体技术。已经对该技术进行过描述。
具体实施例方式现在参照图1描述组装晶体以制作闪烁体模块2的方法。此处描述的实施方式包 括如下步骤-从同一块晶体切割(或来自同一生产批次)作为基本单元的板(或块)4、5，以 便具有相同的发光效率，并允许制造出整个表面具有一致灵敏度的成像器。所述作为基本 单元的板(或块)在各表面上进行光学抛光，并具有相同的厚度，以便限制制成的模块中的 光线漫射源。尤其要注意抛光各板的如下所述要相互粘合的面(侧面)，尤其注意在抛光时 不要将这些面的边损坏/倒棱，否则会在组装后的模块中形成太大的明显厚度。-根据闪烁体材料选择适当的胶这种胶应该能良好粘合在所选的材料上，同时
8还要有足够的流动性以便允许在对作为基本单元的板(或块)加压时粘合，以便将胶粘接 合的厚度(因此也就是板间或块间界面)降至最小。例如:LOCTTTE 326可能合适。-通常，市场上的胶不具备吸收能力。所选用的胶还要与着色添加剂混合，着色添 加剂的作用就是吸收闪烁体产生的光子。添加剂例如可以是细的胶体碳粉(与用于复印机 或打印机的墨粉的同类型)，以使得胶有足够的吸收能力，而又不因此而过分改变其粘合性 能。根据体积加入几个百分比的碳粉通常足以使胶获得希望的光学属性。-产生吸收能力的胶被涂在要组装的板4的侧面。-在压力下进行粘合组装(施加轻度压力，仅仅是为了最大限度地挤出胶，将接合 面的厚度降至最小)，并在聚合之前清除多余的胶。对于在10至15cm的长度(并且一至几 个厘米的厚度)上组装晶体，例如可以进行厚度100至200 ym的胶粘接合。可以注意到，尽管上文所述的构成模块的闪烁体晶体是同一性质的(具有所述的 优点)，作为变型，也可以制作由不同性质晶体构成的闪烁体模块。现在参照图1至3描述一种可以考虑的处理，该处理是针对所述模块的后面8和 侧面10的，目的是优化所述闪烁体模块的分辨率和发光一致性(均勻的发光效率)。对于模块2的侧面10而言，为了在边缘也保持图像的良好一致性(通过空间发光 效率的一致性实现)，提出使边缘具备吸收能力、减少漫射性、不透明，以便限制边缘效应。 这一结果是通过对侧面10的光学抛光得到的，在侧面10上还涂上一层亚光黑漆(或任何 其它有吸收能力的、不透明的涂层)。对于工业产品而言，通常需要将所述模块粘合在一个硬质座/框架12(塑料或金 属的)内，如图2所示，所述硬质座/框架12必要时也能起到与图像采集系统16连接的作 用。因此，在必要的情况下需要改变所采用的胶(或弹性材料)的光学属性，采用与前述粘 合晶体相同的方法，向胶(或弹性材料)中混入胶体碳粉。胶粘(或弹性材料)接合部位14 的厚度不必在侧面10上很薄，甚至可以采用厚而柔软的胶粘接合14，以便消除可能传递到 晶体的冲击和振动的耦合。尤其要说明的是，如果模块2是要用于剧烈冲击和振动环境的 (例如航空或航天应用)，必要时可以考虑不抛光组件的外表面(保留锯后的毛坯状态)，以 利于胶的附着和强度。尽管边缘的粗糙会引起光线漫射，而且胶粘接合部位14显得比晶体 更明亮，这一缺陷对于如下应用是可接受的有用图像位于探测器中部、很少有用信息位于 图像的边缘的应用。有一种改进这一方法的可能性，就是在胶粘以后重新抛光闪烁体的输入和输出面 (与接合面垂直)，以便减小靠近表面的胶厚度。因为，由于所述板和块的边上存在残余微 小倒棱或微小碎片，胶厚度倾向于增大。最后，如图1所示，模块的背面8(位于与电子图像传感器相反的一侧)一方面应 该不透明，以便传感器探测不到穿过晶体的可观测环境光源；另一方面应该具有吸收能力， 以便不降低系统的分辨率(通过将光线反射向探测光学系统)。一个有效的解决方案就是 放置一个黑色亚光屏(例如一片黑色亚光纸板，其黑色和粗糙表面可以有效地发挥作用)。 也可以往闪烁体的背面8上涂一层亚光黑漆，但效果差些因为晶体是经过光学抛光的(为 了保证所生成的图像有良好的一致性，光学抛光是必要的)，所述漆涂层实际上会极其光 滑，因此会留下一个明亮的表面，从而限制了希望的吸收能力。为了制作大尺寸的薄闪烁体模块(厚度通常小于3_4mm)，在此还提出采用一种结
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构件20(例如其形状为板)，该结构件使闪烁体材料板整体保持良好的刚度。因此，例如，闪 烁体的背面应该粘合在结构件20上，如图3所示，该结构件20不会过多干扰系统的性能， 当然其材料应该根据涉及的电离放射线而选择。例如，对于X或、射线，要避免金属材料， 因为金属材料会减弱放射线(对于更低能量的放射线而言，会减弱很多)，并在放射线的作 用下产生电子，这些电子与闪烁体相互作用，部分降低系统的空间分辨率。密度小、在放射 线作用下不发光的材料会更加合适(例如Delrin ，一种聚甲醛)。因为需要将组装后的 晶体粘合在结构件板20上(因而在这种情况下不可能使用黑色亚光屏)，最好用不透明、有 吸收能力的胶或弹性材料22来粘合，如前文针对将组件的外部面粘合在金属框架上所述。现在描述一个实例，涉及将这种闪烁体集成到采用传感器(XD的成像设备中。通常，当闪烁体模块30通过小数字光圈(例如通过(XD传感器15和照相机镜头 17,34)与图像传感器耦合时(如图1所示，以及如图4更详细地显示)，使用厚模块(多厘 米)可以增加系统的探测量子效率，而不会因此致命地降低系统的分辨率(仍保持在1毫 米至几毫米)。多个因素构成对这种设备的系统分辨率的限制，两个尤其主要的因素是闪 烁体中能量沉积的散射和体素32 (—个CCD像素36所观测到的基本体积)的大小。体素 32的尺寸取决于闪烁体的光折射率n和厚度、镜头34的物数字光圈a (及其分辨率)，以 及CCD像素36的大小，如图4所示。体素32在晶体输入面和输出面上的径向尺寸随晶体 光折射率的增大而减小。图5表示的是对于一个固定的物数字光圈a，将一个给定的光 学系统与几个晶体耦合，这几个晶体厚度相同，但折射率ni和n2不同。为了尽可能缩小一个CCD像素36所观测到的体素的尺寸，从而生成分辨率高的图 像，该闪烁体模块应该与这样的图像传感器(例如CCD)耦合该图像传感器(例如CCD)所 带的光学采集(reprise)系统通过小的物数字光圈收集所述模块发射的光，对于数厘米厚 的模块而言，所述物数字光圈通常大约为5度的半角(在图4和图5上记作a )。这类耦合例如可以通过市场上照相机镜头(其光圈直径通常小于8cm)来轻松实 现，将所述镜头以及CCD传感器放在距闪烁体模块足够远的位置(例如，对于光圈直径为 8cm的镜头，应该将镜头放在远于45cm的距离，以便通过小于5度半角的数字光圈观测所述 模块)。不过，这种耦合配置减少了到达(XD传感器的光子数量。因此，对于给定的应用， 可以考虑将闪烁体模块与耦合光学系统之间的距离限制在对希望的分辨率而言可以接受 的最小值，并且在选择CCD传感器时要考虑其灵敏度能弥补这一低的光收集效率。如果待 探测的放射线很弱，甚至可能需要选择配备有亮度放大器的传感器，或需要采用冷却或放 大的传感器。亮度放大器对于其快速阻塞(obturation)功能是必要的，但其存在会导致系 统分辨率显著降低。前文提到的高密度(因此有高阻止能力)、高发光效率的晶体也非常适 合探测弱放射线。为了优化系统整体的分辨率，镜头34的物平面(焦平面F)应该位于闪烁体模块 的内部。最佳位置取决于多个参数闪烁体晶体折射率、镜头的物数字光圈(图4中的参数 a )、像素36的大小、镜头34的放大率和分辨率、闪烁体中能量沉积的展开(对于所涉及的 电离射线而言)，等等。在实践中，如果晶体的厚度适合于所涉及的射线(也就是说厚度足 以阻止足够百分比的电离粒子而对于限制设备的分辨率损失而言又不过分厚)，那么最优 的配置就是恰当设计系统的尺寸使得镜头聚焦于闪烁体模块体积的正中间(见图4)。
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光学采集系统的放大率(通过镜头焦距选定)应该可以尽可能地减小构成闪烁体 的各板之间的吸收性胶所形成的接合面的影响，这通过将所述接合面投影到少量像素上来 实现例如，市场上的标准照相机镜头可以将所观测到的景物缩小数倍，然后将其投影到一 个适合24x36mm胶片的范围内。一个大众型(XD的像素的典型大小为lOym左右，而胶粘 接合部位的尺寸大约为100至200i!m。例如一个5倍缩小率就可以将接合面的影响减小到 (XD传感器上2至4个像素的范围内。如前所述，所述系统允许实现采用大尺寸闪烁体模块的射线成像设备，所述闪烁 体模块由多个闪烁体晶体板(或块)组装在一起构成，并限制所组装的各晶体之间的界面 对最终射线图像的影响。利用上文描述的制造方法获得的闪烁体可以最大限度地减少来自胶粘接合部位 的光量(即胶粘接合部位的信号)。如果需要使获得的射线图像中不(或几乎不)显示胶 粘接合部位，通常可以选择胶体碳粉与胶之间的适当比例，以使得在接合部位产生的信号 水平与晶体产生的平均信号水平相同。事实上可以注意到，混合比例取决于整个系统的最 终光学配置，尤其取决于晶体的厚度、性质，以及光学系统和传感器的分辨率。为了确定所 述比例，例如可以在小晶体样品(其厚度代表组件最终的厚度)上进行各种胶粘试验，并用 最终使用条件下(例如根据选定的镜头和传感器)的放射源来表征其特性。为了在这一试 验中节省时间，最好进行碳粉和胶的混合试验，并在试验之前用视觉观察其透明度。半透明 的混合状态是好的开端。可以注意到，通常最好在闪烁体模块与光学系统(镜头或(XD)之间使用至少一面 反射镜，以便将CCD(也包括镜头的光学元件，这些光学元件对于某些辐射类型和能量会由 于Cerenkov效应而发射光线)置于辐射流之外。此外，将射线照相系统全部部件封装并定 位的机械结构应该相对于外界光线密封，其内壁应该涂黑色亚光漆以便减弱任何向CCD方 向的干扰反射光线。对刚才描述的对象，现在参照图6和7描述一个实施实例，它由如下部件构成一个10mm厚、165x 165mm2的BG0闪烁体，由根据上文所述方法组装起来的两个 82. 5x 165x 10mm3 的板构成。一个 CCD 照相机 40，型号 LN/CCD-2048SB/2，由 ROPERSCIENTIFIC 公司制造，装备 有边长49mm的SiTe S1-424A矩阵，由2048x 2048个边长24 y m的像素组成。这一薄矩阵 是从背面照射的(因此将其可见光灵敏度增加至2倍)，并用液氮冷却。一个图像采集镜头42，由七个透镜组成，其参考号码为XCRL162，由美国公司 LINOS制造(由Schneeberger在法国经销)。两个反射镜44、46，可以使(XD在离子流之外。一个输入孔，其中放置着闪烁体模块48，该输入孔由铝合金(AS7G)罩50保护，该 罩50在照相机整个有效范围内的厚度为7mm。所述(XD照相机的主要性能指标如下量子效率大于65%，在400至600nm之 间；整个动态范围的线性误差小于；运行标称温度-100°C ；暗电流12e-/像素/小 时，-100°C ；读取噪音6. 6e-，50kHz ；对S/B = 1的动态范围为9280，对S/B = 10的动态 范围为6500 ；CCD矩阵读取频率50kHz ；矩阵读取时间(50kHz时)84秒；电子转换因子 1.24e-/LSB。
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所述镜头的主要性能指标如下规定使用范围波长420nm至600nm ；物视场直 径270mm ；焦距162mm ；物距840mm ；像距19mm ；放大倍率-0. 258 ；有效光圈数(CCD 侧)1.79;对于步距为4pl/mm的测试图反差为86% ；畸变小于0.1% ；490nm波长传递 86% ；镜头长度392mm ；镜头外直径190mm ；波长420与560nm之间防反射处理；输入透镜 有效直径(闪烁体侧):122mm。上述各实施方式只是用于实施本发明的可考虑的、非限制性的实例。
权利要求
一种用于成像设备的闪烁体(2)，包括由能够根据入射辐射(R)发射光子(Φ)的第一种材料制成的板(4)，所述闪烁体的特征在于包括至少一个由能够根据入射辐射(R)发射光子(Φ)的第二种材料制成的块(5)，板(4)和块(5)由用于吸收所述板和块(4，5)发射的全部或部分光子(Φ)的连接装置(6)在该板的侧面处组装在一起。
2.根据权利要求1的闪烁体，其中所述板的厚度小于所述板另外两个尺寸中每一个的 一半。
3.根据权利要求1或2的闪烁体，其中第二种材料与第一种材料相同。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的闪烁体，其中第一种材料是晶体。
5.根据权利要求4的闪烁体，其中第一种材料是一种密度大于5g/cm3的材料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的闪烁体，其中连接装置在所述连接的厚度上具 有至少50%的吸收系数。
7.根据权利要求6的闪烁体，其中连接装置在所述连接的厚度上具有至少90%的吸收 系数。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的闪烁体，其中连接装置包含一种在至少一部分 可见光谱中具备吸收能力的胶。
9.根据权利要求8的闪烁体，其中具备吸收能力的胶包含一种着色添加剂。
10.根据权利要求9的闪烁体，其中添加剂是胶体碳粉。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的闪烁体，其中所述块被制作成板的形状。
12.—种闪烁体模块，包括根据权利要求1至11中任一项所述的闪烁体和结构件，该结 构件与所述板的两个大面之一基本平行，并与所述板的该大面以及所述块的一个面组装在一起。
13.一种闪烁体模块，包括根据权利要求1至11中任一项所述的闪烁体或根据权利要 求12所述的模块，和紧围所述闪烁体或所述模块的结构框架。
14.一种成像设备，包括根据权利要求1至11中任一项所述的闪烁体、图像传感器和将 闪烁体和传感器相耦合的光学装置，所述板和所述块各自都能形成供传感器之用的图像。
15.根据权利要求14的成像设备，其中所述板的尺寸和所述块的垂直于所述板的侧面 的尺寸大于所述成像设备在闪烁体平面上的空间分辨率的10倍。
16.根据权利要求14或15的成像设备，其中光学装置收集沿基本垂直于所述板的延展 平面的方向发射的光子。
17.根据权利要求14至16之一的成像设备，其中闪烁体和传感器之间的光学耦合由小 的物数字光圈实现。
18.根据权利要求17的成像设备，其中物数字光圈具有小于5度的半角。
19.一种制造闪烁体的方法，其特征在于包括如下步骤用能够根据入射辐射发射光子的第一种材料制作板；用能够根据入射辐射发射光子的 第二种材料制作块；通过插入有吸收能力的连接装置在所述板的侧面处将所述板和所述块组装在一起。
20.根据权利要求19的方法，其中连接装置是可压缩的，所述方法包括沿平行于所述 板的延展平面的方向施加压力的步骤。
21.根据权利要求19或20的制造方法，包括将与所述板的两个大面之一基本平行的结构件和所述板的该大面以及所述块的一个面组装在一起的步骤。
全文摘要
一种用于成像设备的闪烁体(2)，包括一个由第一种材料制成的板(4)，该第一种材料能根据入射辐射(R)发射光子(Ф)。所述闪烁体包括至少一个由第二种材料制成的块(5)，该第二种材料能根据入射辐射(R)发射光子(Ф)。板(4)和块(5)由连接装置(6)在该板的侧面处组装，所述连接装置(6)能吸收所述板和块(4，5)发射的全部或部分光子(Ф)。此外还提出了具有这种闪烁体的模块和成像设备，以及一种制造闪烁体的方法。
文档编号G01T1/20GK101855576SQ200880115638
公开日2010年10月6日 申请日期2008年10月8日 优先权日2007年10月10日
发明者D·帕尔图什-塞邦, I·亚伯拉罕 申请人:原子能及能源替代委员会