專利名稱：一種平板式高時(shí)空分辨率射線轉(zhuǎn)換屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及--種平板式高時(shí)空分辯率射線轉(zhuǎn)換屏,屬于輻射成像技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自從倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來(lái),X射線逐漸在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。X光輻射成像探測(cè)技 術(shù)是其中--個(gè)十分重要的發(fā)展方向。在醫(yī)學(xué)成像診斷方面，科馬克1963年首先提出用斷層多方向投影重建斷層圖像 計(jì)算方法。1968年英國(guó)EMI公司中央研究所工程師霍恩斯費(fèi)爾德研制檢查頭顱用的CT 裝置獲得成功并申請(qǐng)了英國(guó)專利。結(jié)合微型計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，醫(yī)用X射線 CT(X-CT)從二維成像發(fā)展到三維成像。在工業(yè)無(wú)損探傷檢測(cè)方面，70年代中期，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室(LLNL)和洛 斯阿拉莫斯科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(LASL)利用CT技術(shù)于閃光X射線照相和中子射線照相中，解決動(dòng) 態(tài)和靜態(tài)無(wú)損探傷的檢測(cè)技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)在80年代已取得一些進(jìn)展。美國(guó)IDM公司于1987 年研制成功無(wú)縫鋼管生產(chǎn)線上的質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)-CT系統(tǒng),取得了明顯經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)的醫(yī) 用X-CT和Z-CT起步均較晚，....t海醫(yī)療機(jī)械廠80年代末研制成功首臺(tái)醫(yī)用X-CT。在X光輻射成像探測(cè)的過(guò)程中，X-Ray穿過(guò)待檢樣品，由于待檢樣品的材質(zhì)、密度 不同，其對(duì)X-Ray的吸收程度也不同，這樣X(jué)-Ray被待檢樣品部分吸收后就攜帶了待檢樣品 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，通過(guò)射線轉(zhuǎn)換屏,將X-Ray圖像轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光圖像,就可以形成樣品部分 內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。除了 X射線源因素外，圖像的質(zhì)量嚴(yán)重依賴于射線接受和轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。評(píng)價(jià)射線接受和轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的最重要指標(biāo)是轉(zhuǎn)換效率和空間分辨率，這與轉(zhuǎn)換材料 種類以及材料的制備形狀密切相關(guān)。當(dāng)前,有四種類型材料比較適合將高能X射線轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光圖像，即膠片、復(fù)合的 無(wú)機(jī)發(fā)光材料(多晶)、由摻Th發(fā)光玻璃制成的光纖和閃爍晶體材料(單晶)。每一種材 料都有其自己的優(yōu)缺點(diǎn)。膠片膠片在低能射線成像時(shí),可以達(dá)到很高的圖像分辨率；但在高能量射線下 存在著諸多問(wèn)題。由于膠片適應(yīng)的動(dòng)態(tài)范圍很窄、圖像非數(shù)字化、響應(yīng)靈敏度不如CCD系 統(tǒng)、需要多層膠片堆疊使用而造成成像模糊，以及底片沖印中依賴人操作，限制其在高能射 線成像領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)膠片是一種銀基技術(shù),僅僅使用一次，另外膠片需要沖洗，既費(fèi)時(shí)。復(fù)合的無(wú)機(jī)發(fā)光材料(多晶)、以及光纖材料制備簡(jiǎn)單，成本較低,光纖材料轉(zhuǎn)換 效率低,抗輻照能力差,無(wú)法滿足高能X射線多幅照相的要求。與膠片、復(fù)合的無(wú)機(jī)發(fā)光材料和光纖等閃爍材料相比，無(wú)機(jī)閃爍晶體具有密度高、 體積小、物化性能和閃爍性能優(yōu)良等顯著特點(diǎn)，從而使它在所有實(shí)用的閃爍材料中占據(jù)了 重要的地位。另外從材料的制備形式來(lái)看，目前有光纖陣列探測(cè)器、單片板狀晶體閃爍轉(zhuǎn)換屏兩種主要形式，但兩種均有各自缺陷。多根光纖可以組成光纖陣列探測(cè)器，但是由于單根光纖的橫截面為圓形,所以多根光纖并束時(shí)填充因子有限(如圖1所示)，空隙部分無(wú)法對(duì)入射的X射線進(jìn)行轉(zhuǎn)換,造成 空間分辨率的下降。另外光纖存在一定的數(shù)值孔徑，僅允許射線以一定角度入射，在實(shí)際應(yīng) 用中缺乏靈活性同樣造成空間分辨率的下降。在板狀晶體閃爍轉(zhuǎn)換屏應(yīng)用中，晶體的厚度對(duì)轉(zhuǎn)換效率和空間分辨率有很大的影 響。太薄的晶體接受厚度無(wú)法達(dá)到需要的轉(zhuǎn)換效率。加大晶體接收厚度可以大幅度提高射 線的吸收效率，有利于提高成像的響應(yīng)度。但是太厚的晶體會(huì)嚴(yán)重影響空間分辨率。如圖 2所示，由于產(chǎn)生的閃爍光是完全發(fā)散的，比如閃爍光原本是在區(qū)域1產(chǎn)生的，由于橫向彌 散,進(jìn)入?yún)^(qū)域3，造成信號(hào)串?dāng)_,降低圖象分辨率。當(dāng)晶體吸收厚度進(jìn)一步增加的時(shí)候，串?dāng)_ 問(wèn)題將更加嚴(yán)重，最終使轉(zhuǎn)換圖象嚴(yán)重失真，以至完全不可用。所以在高能射線下，因?yàn)椤拔?收效率和信號(hào)串?dāng)_”矛盾問(wèn)題，傳統(tǒng)的板狀閃爍轉(zhuǎn)換屏存在著的圖像分辨率極限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及--種平板式高時(shí)空分辯率射線轉(zhuǎn)換屏,該轉(zhuǎn)換屏由大量細(xì)長(zhǎng)方體狀無(wú) 機(jī)閃爍晶體接受元通過(guò)規(guī)則二維陣列密排布方式構(gòu)成。每個(gè)接受元的前表面和側(cè)面拋光 后，分別鍍上不透光的金屬反射膜。另外，還在接受元后表面鍍上閃爍晶體輸出熒光對(duì)應(yīng)波 段的增透膜，降低輸出界面對(duì)熒光的損耗。
本發(fā)明相比于以往的轉(zhuǎn)換接受系統(tǒng)有以下一些優(yōu)點(diǎn)。首先,該轉(zhuǎn)換屏采用閃爍單 晶，對(duì)高能X射線具有較高的轉(zhuǎn)換效率和耐受能力，適應(yīng)于高能X射線多幅照相的場(chǎng)合。其 次，由于每一個(gè)閃爍晶體射線接受元接受射線所發(fā)出的熒光相互完全隔離,可以將每個(gè)接 受元發(fā)出的光作為一個(gè)獨(dú)立的顯像點(diǎn)，避免了閃爍材料各個(gè)部位發(fā)出熒光的互相重疊、干 擾,通過(guò)規(guī)則二維陣列密排布,可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換屏高的空間分辨率。最后,每一個(gè)接受元之間 緊密排列，避免了光纖陣列中空隙的出現(xiàn)，將填充因子從光纖陣列型探測(cè)器的79%提高到 接近100%的水平，極大地提高了空間分辨率。通過(guò)這種射線轉(zhuǎn)換屏可以獲取很高時(shí)空分辯率的圖像，同時(shí)相對(duì)與使用玻璃、塑 料乃至液體閃爍材料制備的轉(zhuǎn)換屏,它具備了無(wú)機(jī)閃爍晶體具有的密度高、穩(wěn)定和性能優(yōu) 良、抗輻照等顯著特點(diǎn)，適合于各類高能射線成像的實(shí)時(shí)探測(cè)，可以作為射線探測(cè)器的部 件，用于在高能物理、核物理、影像核醫(yī)學(xué)診斷、地質(zhì)勘探、天文空間物理學(xué)以及安全稽查等 領(lǐng)域中。


圖1光纖陣列橫截面示意圖；圖2板狀晶體閃爍轉(zhuǎn)換屏。7為晶體加工成 接受器元件的各個(gè)階段示意圖。
具體實(shí)施例方式步驟1加工一塊l(km*10mm * 20mm的硅酸镥閃爍晶體,其中20mm為射線入射和 熒光輸出方向，如圖3所示,六面作光學(xué)拋光；步驟2采用多線切割的方式,沿平行于Cdd1C1面,從Cbb1C1面開(kāi)始切割,切入18mm, 剩余2mm未切透，切割割線直徑0. 1mm，各線間距0. 5mm，如圖4所示；步驟3將晶體沿通光軸方向，旋轉(zhuǎn)90°，如圖5所示；
步驟4采用多線切割的方式,沿平行于abed面,從be cV面開(kāi)始切割,切入18mm, 剩余2mm未切透，切割割線直徑0. Imm,各線間距0. 5mm,如圖6所示；步驟5將晶體放入銀白色膠水中浸泡，直至膠水均勻地滲透到各條切割縫隙中， 或?qū)⒕w放入200°的錫溶液中浸泡,直至錫溶液均勻地滲透到各條切割縫隙中；取出晶 體,在退火爐內(nèi)緩慢退火到室溫；步驟6將晶體addV、be cV面進(jìn)行光學(xué)拋光后，分別鍍上不透光的金屬反射膜 和閃爍晶體輸出熒光對(duì)應(yīng)波段的增透膜，這樣就制備出一塊10mm*10mm * 20mm的接受器元 件,如圖7所示；步驟7由10mm*10mm * 20mm的接受器元件,采用二維陣列膠水拼接的方式,可以 制備出各種大小截面的平板式射線轉(zhuǎn)換屏，轉(zhuǎn)換屏四周利用鋁框固定?？梢愿鶕?jù)不同的適用要求，可以選擇不同的閃爍晶體，以及不同的加工規(guī)格，如不 同尺寸的閃爍晶體接受元、切割割線直徑和各線間距。若各線間距較小，在完成步驟4,采用多線切割時(shí)，晶體容易崩裂,可以在步驟2 后，添加執(zhí)行步驟5，利用油漆、膠水、錫等物質(zhì)填滿切割縫隙，再作另一道切割，可以有效避 免晶體容易崩裂。
權(quán)利要求
一種平板式高時(shí)空分辯率射線轉(zhuǎn)換屏，其特征在于該轉(zhuǎn)換屏由大量細(xì)長(zhǎng)方體狀無(wú)機(jī)閃爍晶體接受元通過(guò)規(guī)則二維陣列密排布方式構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)機(jī)閃爍晶體接受元，其特征在于每個(gè)接受元的前表面和側(cè) 面拋光后，分別鍍上不透光的金屬反射膜。
3.如權(quán)利要求1所述的無(wú)機(jī)閃爍晶體接受元，其特征在于在接受元后表面鍍上閃爍 晶體輸出熒光對(duì)應(yīng)波段的增透膜，降低輸出界面對(duì)熒光的損耗。
4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)機(jī)閃爍晶體接受元，其特征在于可以根據(jù)不同的適用要求， 可以選擇不同的閃爍晶體，以及不同的加工規(guī)格，如不同尺寸的閃爍晶體接受元、切割割線 直徑和各線間距。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種平板式高時(shí)空分辨率射線轉(zhuǎn)換屏。該轉(zhuǎn)換屏由大量細(xì)長(zhǎng)方體狀無(wú)機(jī)閃爍晶體接受元通過(guò)規(guī)則二維陣列密排布方式構(gòu)成。每個(gè)接受元的前表面和側(cè)面拋光后，分別鍍上不透光的金屬反射膜，由于每一個(gè)閃爍晶體射線接受元接受射線所發(fā)出的熒光相互完全隔離，可以將每個(gè)接受元發(fā)出的光作為一個(gè)獨(dú)立的顯像點(diǎn)，避免了閃爍材料各個(gè)部位發(fā)出熒光的互相重疊、干擾，通過(guò)規(guī)則二維陣列密排布，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換屏高的空間分辨率。
文檔編號(hào)G01T1/202GK101833105SQ200910111249
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者吳少凡, 林文雄 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所