[发明专利]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

说明书

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、γ照相、中子束照相，以及应用于任何采用电离放射线X、β、γ、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rayonnement(rayon))一词来表示所有可以形成图像的电离放射：X、β、γ、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，即“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。

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BGO)、硅酸镥(LSO、LYSO)，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BGO、LSO、LYSO)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LYSO和BGO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。