[发明专利]用于光学耦合像素化闪烁体和光电二极管阵列的固化装置和固化方法

说明书

技术领域

本发明属于核成像基于闪烁体探测器的封装技术领域，特别涉及一种用于光学耦合像素化闪烁体和光电二极管阵列的固化装置和固化方法。

背景技术

在核成像系统中，基于闪烁体的探测器广泛用于探测湮没光子（伽玛）。在一个典型系统中，一对伽玛光子以近似相反的方向放射，当他们到达探测器时，闪烁体会产生一个脉冲串的光，最终由一个光电二极管探测到。该方法依赖于足够的光收集效率和均一性，以进行准确的能量和时间鉴别。

闪烁体是一种具备闪烁性的材料。当高能粒子撞击闪烁体，其能量被吸收进而以光子的形式放出。光电二极管是利用光电效应将光能转化为电能的装置。在多种类型的光电二极管中，SiPM（Silicon Photomultiplier，硅光电倍增管）已被广泛认为是传统光电倍增管最具潜力的替代者。SiPM只需要较低的运行电压就可获得可靠的性能，并且结构小巧以及兼容核磁共振。闪烁体探测器的性能通常由能量分辨率的半高宽和可实现的低能量阀值来鉴定。这些性能指标高度依赖于光收集效率。基于探测器本身的高灵敏度特质，高光收集率通常需要通过极为复杂的封装过程来实现。此外，如果探测器不具备高度的光收集均一性，高质量的成像很难实现。此特点对于依赖一对一位置识别的系统尤为明显。一对一读位的系统通常使用像素化的闪烁体和SiPM阵列读取信号。像素化结构比非像素化结构可以提供更好的能量和时间分辨率，因为光子可以被拘束在每一个像素之内。然而，这样也带来了需要微米级对准精度和耦合的问题。

基于闪烁体的探测器一般由一个大块或像素化闪烁体块和一个像素化光电二极管阵列（通常使用SiPM）构成。使用传统的封装方法，两者之间的光学耦合需要由一个透明的硅胶盘或光学润滑脂建立。为了保持良好的光学耦合和机械对齐，在外壳上需要用螺钉顶紧的方法或弹簧压盘结构以防止探测器部件滑动或错位，探测器需要多个侧垫或精确加工的外壳。这种封装方法体现了如下几个主要的缺陷：

1. 所需机械结构不可避免地造成了像素间隙。这通常意味着增加了探测器的探测死区，极大地降低了系统灵敏度和成像质量。

2. 探测器光收集效率会被机械误差影响。当系统同时使用大量机械误差差别较大的探测器时会严重影响系统均一性，通常需要复杂的后期校正处理。

3. 依赖机械结构固定的耦合方式不可避免地需要相对较厚的耦合介质。这通常意味着更多的光串扰和更大的光子丢失可能性。

4. 高精度的零件加工公差和装配工艺通常需要很高的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于光学耦合像素化闪烁体和光电二极管阵列的固化装置和固化方法，提高闪烁体探测器的封装高光收集率和高均一性，极大地缩短探测器的封装固化时间，降低耦合介质厚度，从而大幅减小了光学串扰的可能性。

本发明是这样实现的，首先提供一种用于光学耦合像素化闪烁体和光电二极管阵列的固化装置，包括阵列夹持器、像素化光电二极管阵列、四个千分尺推臂组件以及固化组件，像素化光电二极管阵列设置在阵列夹持器的顶面上，待固化的闪烁体放置在像素化光电二极管阵列上，四个千分尺推臂组件对称地设置在阵列夹持器周围；两个千分尺推臂组件包括推臂底座、手动位移台、千分尺和第一推臂，两个千分尺推臂组件包括推臂底座、手动位移台、千分尺和第二推臂，手动位移台设置在推臂底座上，第一推臂和第二推臂设置在手动位移台上，千分尺固定在推臂底座上且可带动手动位移台在推臂底座上往复移动，使得每个第一推臂和第二推臂的前端面可以抵触到待固化的闪烁体的侧表面，固化组件设置在第一推臂上；固化装置至少包括两个成对设置的第一推臂。

进一步地，固化组件倾斜地设置在在第一推臂上。

进一步地，固化组件包括紫外发光二极管和散热器，紫外发光二极管设置在固化组件的底部且直对和抵近所述像素化光电二极管阵列与待固化的闪烁体的耦合处，散热器设置在紫外发光二极管的外表面。

进一步地，阵列夹持器的材质为非粘性材料。

其次，本发明还提供一种利用如上所述的固化装置而用于光学耦合像素化闪烁体和光电二极管阵列的固化方法，包括有如下步骤：

第一步，把待固化的闪烁体放置在固化装置的像素化光电二极管阵列上；

第二步，调节千分尺推臂组件的千分尺，带动第一推臂和第二推臂移动，使其前端面抵触到待固化的闪烁体的侧表面，调节四个千分尺推臂组件的相对位置，从而调节待固化的闪烁体与像素化光电二极管阵列的相互耦合位置；