專利名稱：用于射線探測器的晶體模塊及其制造方法和射線探測器的制作方法
技術領域：
本發明涉及射線探測領域，尤其是涉及用于射線探測器的晶體模塊的設計 及其制造方法、和具有所述晶體模塊的射線探測器。
背景技術：
射線成像是利用射線束通過被測對象(例如不同形狀的工件、人體的器官 等)投影在探測器陣列上，通過電子器件的處理和讀出和計算機數據采集和分 析系統，使被測對象的內部結構的圖像重現在計算機屏幕等上的 一項技術。
射線成像，既可以對被測對象進行射線的外照射，圍繞其掃描得到的大量 射線吸收數據來重建其斷層圖像的裝置，也可以先讓生物體接受某種放射性藥 物，這些藥物聚集在某個部位中或參與體內某種代謝過程，再對生物體中的放 射性核素的濃度分布和代謝進行成像。
無論利用哪種工作原理，射線探測器均是射線成像系統中必需的組成部分
之一。目前，公知的進行Y射線探測的多邊形或環形等晶體探測器設計，為提 高探測效率或者使之與其他機械、電子等模塊進行空間接合，射線探測器的晶 體模塊需要進行切割形成斜面，即構成晶體模塊的每一個晶體子模塊均要切割 為規則的五邊形截面。
如圖1所示為現有技術示中晶體子模塊的示意圖。從圖1中可以看到，為 達到晶體模塊間或晶體模塊和機械、電子模塊的無縫或微縫匹配，傳統的斜面
設計需要將晶體模塊1的截面切割成如圖1所示的五邊形，與光放大裝置2 使用光學耦合劑3填充縫隙進行耦合。在這樣的技術方案中，需要對晶體模塊 的每一個晶體條4進行符合特定角度的切割和研磨，以使得研磨后的各晶體條 4的頂面與光放大裝置進行匹配，從而滿足射線探測的要求。
但是，從如上所述的晶體模塊的形成過程可見，主要存在如下所述的缺陷 第一，晶體條會有不可避免的切割損傷率、切割錯誤率和角料比例，導致的 一定比例的晶體條報廢，尤其是作為探測器設計主要成本的探測器晶體條，
如常用的BGO、 LSO、 LYSO等，都比較脆，切割過程中容易受到損傷。這就 提高了晶體探測器的設計成本。
第二，切割斜面的過程涉及到大部分(部分方案是全部)晶體，切割過程 復雜而耗時，對機械加工的角度精確度要求較高，提高了尋找可配合的機加工 的門檻和成本，延長了設計周期。
綜上所述，現有技術中晶體條的切割工藝要求高，切割量大，設計成本高， 制造時間長。
發明內容
因此，本發明需要提供一種用于射線探測器的晶體模塊，盡量減少或者避 免晶體模塊的切割，從而達到節約成本和省時的目的。
本發明的另 一 目的在于提供一種所述晶體模塊的制造方法。 本發明的再一目的在于提供一種射線探測器，所述射線探測器具有上述的 晶體模塊。
為了解決上述中的至少 一個技術問題，提供了 一種用于射線探測器的晶體 模塊，所述晶體模塊包括多層疊置的晶體子模塊，所述晶體子模塊由多個晶體 條沿著晶體條的寬度方向排列而成，其中多個晶體條中包括中心晶體條和在所 述中心晶體條兩側的側晶體條，且位于所述中心晶體條的兩側的側晶體條對
稱，所述中心晶體條的長度大于所述側晶體條的長度，且所述相鄰的側晶體條 的內側晶體條的長度大于位于外側的晶體條的長度；所述中心晶體條沿著垂直 于所述晶體子模塊的疊置方向的截面為等腰梯形，位于所述中心晶體條的頂面 的、所述等腰梯形邊的長度大于位于所述中心晶體條的底面的、所述等腰梯形 邊的長度；所述側晶體條具有長方體形狀，且所述側晶體條頂面與所述中心晶 體條頂面的相應側邊位于同 一斜面上。
由此，該晶體模塊組裝后其外形表面不平行，無論射線探測器設計是多邊 形、環形，還是任意需要晶體模塊外表面不平行的探測器設計，在同樣的幾何 條件下都大大減少了的晶體模塊的所需的切割量，并且保證了晶體模塊和光放 大裝置探測表面間是平面耦合，最大的減少了耦合空隙。根據本發明的一方面，所述各側晶體條底面的、沿著所述晶體子模塊的疊 置方向的兩條邊中的、遠離所述中心晶體條的一邊與所述中心晶體條底面位于 同一平面上。
根據本發明的一方面，所述晶體條為BGO晶體、LSO晶體或者LYSO晶體。
根據本發明的另一方面，所述構成晶體子模塊的各側晶體條具有相同的寬 度，且由大于1的奇數個晶體條形成所述晶體子模塊。
根據本發明的另一方面，所述晶體模塊具有7、 9、 11層晶體子模塊，所 述晶體子模塊分別由7、 9、 ll個晶體條構成。
本發明進一 步提供了 一種制造用于射線探測器的晶體模塊的方法，包括如 下步驟A、將長方體晶體條研磨成這樣的中心晶體條，所述中心晶體條的截 面沿著垂直于將被疊置的方向呈等腰梯形，其中位于所述中心晶體條的頂面 的、所述等腰梯形邊的長度大于位于所述中心晶體條的底面的、所述等腰梯形 邊的長度；B、將多個長方體形的側晶體條依次連接至中心晶體條的兩側，并 沿著晶體條的寬度方向排列，以形成晶體子模塊，其中位于所述中心晶體條的 兩側的側晶體條被對稱排列，所述中心晶體條的長度形成為大于所述側晶體條 的長度，且所述相鄰的側晶體條的內側晶體條的長度形成為大于位于外側的晶 體條的長度，其中所述側晶體條頂面與所述中心晶體條頂面的相應側邊位于同 一斜面上；C、根據步驟A、 B形成多個晶體子模塊；以及D、將所述晶體子 模塊沿著所述疊置方向進行疊置，以形成所述晶體模塊。
根據本發明的一方面，上述制造方法的步驟B進一步包括將所述各側 晶體條的長度選擇成使得所述各側晶體條底面的、沿著所述晶體子模塊的疊置 方向的兩條邊中的、遠離所述中心晶體條的一邊與所述中心晶體條底面位于同 一平面上。
根據本發明的 一方面，所述制造用于射線探測器的晶體模塊的方法中使用 的晶體條為BGO晶體、LSO晶體或者LYSO晶體。
根據本發明的另 一方面，所述構成晶體子模塊的各側晶體條具有相同的寬 度，且由大于1的奇數個晶體條形成所述晶體子模塊。
本發明還進一步提供了一種射線探測器，包括多個上述的晶體模塊，所述晶體模塊的底面彼此鄰接布置成環形或者多邊形；以及多個光放大裝置，所 述光放大裝置圍繞所述晶體模塊組成的環形或者多邊形的外緣彼此相鄰排列， 其中每個晶體模塊的側晶體條的頂面所在的斜面分別與光放大裝置的光收集
面相對平行設置；其中所述晶體模塊和所述光放大裝置之間填充有光學耦合劑。
根據本發明的一個實施方式，所述晶體模塊和所述光放大裝置在進行空間 排布時，可進一步放置為兩者之間具有相同的或差別較小的寬度尺寸，并以半 個所述寬度的錯位交錯放置。
本發明中使用的光學耦合劑，具有和晶體條相同或者相近的光折射率，呈 凝膠狀，光損失小，例如光脂或者其他能夠達到同樣技術效果的化學物質。通 過填充光學耦合劑，可使得光信號在晶體模塊與光放大裝置光收集面之間的接 口處不會產生空氣縫隙，防止空氣對光的全反射，保證光良好傳播。
根據本發明的一方面，相鄰接的兩個所述晶體模塊的側晶體條的頂面所在 的斜面位于同一平面上，每個所述光放大裝置的光收集面和兩個相鄰接的晶體 模塊構成的所述平面平行地相對設置。光放大裝置的光收集面與晶體模塊的側 晶體條的頂面所在的斜面的平行度越好，則光耦合劑的填充量越少，使得制造 和后期維護都比較容易。
本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描 述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
本發明的上述和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中
將變得明顯和容易理解，其中
圖1顯示了現有的晶體模塊和光放大裝置的結構示意圖2a顯示了射線探測器的晶體模塊和光放大裝置的結構示意圖，圖2b顯
示了圖2a中的部分A的力文大示意圖3顯示了根據本發明的一個實施例的晶體模塊和光放大裝置的布置示
意圖4顯示了根據本發明的一個實施例的晶體模塊的立體結構示意圖。圖中符號含義如下: 1晶體模塊 2光放大裝置 3光學耦合劑 4晶體條 41中心晶體條 42側晶體條
具體實施例方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自
件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能 解釋為對本發明的限制。
此說明性實施方式的描述應與相應的圖例相結合，，圖示應作為完 整的說明書的一部分。此處實施例的描述，有關方向和方位的任何參 考，均僅是為了便于描述，而不能理解為對本發明保護范圍的任何限 制。相關術語，如"頂部"、"底部"、"內側"、"外側"、"頂面"、"底面"、 "上"、"下"等均應被解釋為說明中描述或圖中顯示的討論對象的指代 方位。這些相關術語僅僅為了方便描述，而不應認為是對儀器設備的 解釋或者在特定方位上的具體操作。部分術語含義如下"外側"，指 晶體子模塊上距中心晶體條較遠的方向；"內側"指晶體子模塊上距離 中心晶體條較近的方向；"頂面"指晶體模塊上其與光放大裝置光收集 面相鄰的面；"底面"指晶體模塊上與"頂面"相對的面。
為了克服由形狀匹配需求而進行晶體模塊切割所帶來的經濟成本和時間 耗費上的浪費，也為了避免晶體模塊和光放大裝置探測平面間的非平面耦合， 本發明提供了 一種用于射線探測器的晶體模塊、該模塊的組裝方法以及包含該 模塊的射線探測器。
下面將結合附圖來描述根據本發明的晶體模塊和具有所述晶體模塊的射 線探測器的詳細結構，且下面將以BGO晶體作為所迷晶體模塊的示例來進行如，普通技術人員在閱讀了下述技術方案的詳細說明之后，可以很容易地將其
應用到諸如LSO和LYSO晶體的晶體模塊中。
如圖2a中所示，提供了一種環形射線探測器，包括多個晶體模塊1， 晶體模塊的底面彼此鄰接布置成環形；多個光放大裝置2，光放大裝置2圍繞 晶體模塊1組成的環形外緣彼此相鄰排列，其中每個晶體模塊1的側晶體條的 頂面所在的斜面分別與光放大裝置2的光收集面相對平行設置；其中晶體模塊 1和光放大裝置2之間填充有光學耦合劑3,如圖2b所示。通過填充光學耦合 劑，可使得射線信號在晶體模塊與光放大裝置光收集面之間的接口處的能量損 失達到最低。根據本發明的一個實施例，該多個晶體模塊1還可以彼此鄰接布 置成任意多邊形，例如八邊形、十邊形等。
如圖2所示，晶體模塊1和光放大裝置2的空間排布，可以呈如下情況 相鄰接的兩個晶體模塊1的側晶體條的頂面所在的斜面位于同一平面上，每個 光放大裝置2的光收集面和兩個相鄰接的晶體模塊1構成的平面平行地相對設 置。光放大裝置2的光收集面與晶體模塊1的側晶體條的頂面所在的斜面的平 行度越好，則光耦合劑的填充量越少，使得制造和后期維護都比較容易。
本發明中使用的光學耦合劑，具有和晶體條相同或者相近的光折射率，呈 凝膠狀，光損失小，例如光脂或者其他能夠達到同樣技術效果的化學物質。通 過填充光學耦合劑，可使得光信號在晶體模塊與光放大裝置光收集面之間的接 口處不會產生空氣縫隙，防止空氣對光的全反射，保證光良好傳播性能。
下面將參照圖3來詳細描述根據本發明的一個實施例的晶體模塊。該晶體 模塊包括多層疊置的晶體子模塊。晶體子模塊由多個晶體條4沿著晶體條的寬 度方向排列而成，其中多個晶體條中包括中心晶體條41和在中心晶體條兩側 的側晶體條42，且位于中心晶體條的兩側的側晶體條42對稱排列。中心晶體 條41的長度大于側晶體條42的長度，且相鄰的側晶體條42的內側晶體條的 長度大于位于外側的晶體條的長度。中心晶體條41沿著垂直于晶體子模塊的 疊置方向的截面為等腰梯形，位于中心晶體條41頂面的、等腰梯形邊的長度 大于位于中心晶體條41底面的、等腰梯形邊的長度，即，如圖3中所示，該 等腰梯形是倒置的。側晶體條42具有長方體形狀，且側晶體條頂面與中心晶體條41頂面的相應側邊位于同一斜面上。
本發明所提供的晶體模塊，構成其的各側晶體條可以為具有相同的寬度， 且由大于1的奇數個晶體條形成晶體子模塊。普通技術人員顯然可以理解，具 有不同寬度的側晶體條也可以用于形成所述晶體模塊，只要所述側晶體條頂面 與中心晶體條41頂面的相應側邊位于同一斜面上，由此上述只是出于示例的 目的而不是為了限定本發明的保護范圍。
按照所設計的晶體探測器最終的多邊形或者環形的形狀需求，可以進行幾 何計算來獲得各晶體條4的準確長度，這些晶體條的長度應該是不相同的，以 滿足最終形成的探測器晶體模塊的形狀需求。此外，晶體模塊l兩側面的設計 角度，也可以根據數學公式計算出來，從而得出中心晶體條41側面的切割角 度，也就是說確定中心晶體條41沿著垂直于晶體子模塊疊置方向的截面所形 成的等腰梯形的具體形狀。
下面將參照圖2a、圖3和圖4來進一步詳細描述上述的晶體模塊。當所 設計為射線探測器的36個晶體模塊1被布置成環形(如圖2a所示)，從圓 心到晶體模塊頂面的半徑為160mm。晶體模塊由7層子模塊構成，每一個子 模塊又由7個晶體條沿著晶體條的寬度方向排列組成。各晶體條的原始形狀為 長方體形，底面為2.00x2.00mm的正方形，中心晶體條的高度i殳計為10.00mm。
按照如上設計要求，進行中心晶體條的切割角度的計算和各個側晶體條的 長度計算。其中，中心晶體條41沿著垂直于晶體子模塊的疊置方向的截面為 等腰梯形，其梯形的高按照設計要求為10.00mm，可計算出等腰梯形頂角的角 度為85。，底角的角度為95。，且此梯形截面的頂部邊長按照設計為2.00mm, 則可計算出底部邊長應為0.25mm。兩側的側晶體條42，位于中心晶體條41 的兩側對稱排列，在中心晶體條每一側，相鄰的側晶體條42頂面要位于同一 斜面上，此斜面與中心晶體條41相接于中心晶體條41的頂面側邊，且各側晶 體條42底面的、平行于所述晶體子模塊的疊置方向的兩條邊中的、遠離中心 晶體條41的一邊與中心晶體條41的底面位于同一平面上，為達到上述要求， 這些側晶體條42的內側晶體條的長度應大于位于外側的晶體條的長度，其長 度由高到低分別為9.87mm， 9.69mm, 9.52mm。
圖4所示是本發明提供的晶體模塊的立體示意圖，圖中可以看到，晶體模塊的各側晶體條的頂面最終形成斜面，以滿足與光放大裝置(圖4中未示出)
的空間耦合；而晶體模塊的底面，為階梯狀。
上述設計而成的晶體模塊，其外形表面不平行，可適用于射線探測器設計 是多邊形、環形以及任意需要晶體模塊外表面不平行的探測器設計。且加工過 程中僅需要對中心晶體條的兩側面進行研磨，與傳統的斜面切割要切割所有晶 體條相比，在同樣的幾何條件下大大減少了的晶體模塊的所需的切割量，并且 保證了晶體模塊和光放大裝置探測表面間是平面耦合，最大地減少了耦合空 隙，減少了晶體組裝、維護的麻煩，提高了晶體模塊的組裝容易度和穩定性。
下面將描述根據本發明的晶體模塊的制造方法，其中所述制造方法包括下 述步驟A、 將底面為2.00x2.00mm的正方形、高度為10.00mm的長方體晶體條 研磨成如下中心晶體條41:其截面沿著垂直于將被疊置的方向呈梯形，其中 位于中心晶體條41的頂面的、等腰梯形邊的長度大于位于中心晶體條41的底 面的、等腰梯形邊的長度，兩者長度分別為2.00mm和0.25mm;
B、 將具有上述尺寸的長方體形的側晶體條42由高到低分別加工為 9.87mm, 9.69mm, 9.52mm。依次連接加工后的側晶體條至中心晶體條41的 兩側，并沿著晶體條4的寬度方向排列，以形成晶體子模塊，其中位于中心晶 體條41的兩側的側晶體條42被對稱排列，中心晶體條41的長度形成為大于 各側晶體條42的長度，且相鄰的側晶體條42的內側晶體條的長度形成為大于 位于外側的晶體條的長度，其中側晶體條42頂面與中心晶體條41頂面的相應 側邊位于同一斜面上；
C、 根據步驟A、 B形成7個晶體子模塊；以及
D、 將晶體子模塊沿著疊置方向進行疊置，以形成晶體模塊l。 上述晶體模塊還可以根據射線探測器的其他具體設計要求和晶體條的規
格加工而成，以根據實際的設計要求來形成所述晶體模塊。
上述實施例僅僅是示意性的，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解 在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修 改、替換和變型，例如探測器形狀、探測器模塊含有的子模塊數目，子模塊含 有的晶體條數目，晶體條的具體尺寸等，本發明的范圍由所附權利要求及其等同物限定。 一切滿足實際多邊形或環形射線探測器設計要求的晶體模塊的外形 和構成要求，均可以通過上述方法計算得出，均應視為對本發明內容的等同替 換，仍屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1、一種用于射線探測器的晶體模塊，所述晶體模塊包括多層疊置的晶體子模塊，所述晶體子模塊由多個晶體條(4)沿著晶體條的寬度方向排列而成，其中多個晶體條中包括中心晶體條(41)和在所述中心晶體條兩側的側晶體條(42)，且位于所述中心晶體條的兩側的側晶體條(42)對稱，所述中心晶體條(41)的長度大于所述側晶體條(42)的長度，且所述相鄰的側晶體條(42)的內側晶體條的長度大于位于外側的晶體條的長度；所述中心晶體條(41)沿著垂直于所述晶體子模塊的疊置方向的截面為等腰梯形，位于所述中心晶體條(41)的頂面的、所述等腰梯形邊的長度大于位于所述中心晶體條(41)的底面的、所述等腰梯形邊的長度；所述側晶體條(42)具有長方體形狀，且所述側晶體條頂面與所述中心晶體條(41)頂面的相應側邊位于同一斜面上。
2、 根據權利要求1所述的晶體模塊，其中，所述各側晶體條底面的、沿著所述晶體子模塊的疊置方向的兩條邊中的、遠離所述中心晶體條的一邊與所 述中心晶體條底面位于同一平面上。
3、 根據權利要求1所述的晶體模塊，其中，所述晶體條為BGO晶體條、 LSO晶體條或者LYSO晶體條。
4、 根據權利要求1所述的晶體模塊，其中，所述構成晶體子模塊的各側 晶體條具有相同的寬度，且由大于1的奇數個晶體條形成所述晶體子模塊。
5、 根據權利要求4所述的晶體模塊，其中，所述晶體模塊具有7、 9、 11 層晶體子模塊，所述晶體子模塊分別由7、 9、 ll個晶體條構成。
6、 一種制造用于射線探測器的晶體模塊的方法，包括如下步驟A、 將長方體晶體條研磨成這樣的中心晶體條，所述中心晶體條的截面沿 著垂直于將被疊置的方向呈等腰梯形，其中位于所述中心晶體條(41 )的頂面 的、所述等腰梯形邊的長度大于位于所述中心晶體條(41 )的底面的、所述等 腰梯形邊的長度；B、 將多個長方體形的側晶體條依次連接至中心晶體條的兩側，并沿著晶 體條的寬度方向排列，以形成晶體子模塊，其中位于所述中心晶體條的兩側的 側晶體條被對稱排列，所述中心晶體條的長度形成為大于所述側晶體條的長度，且所述相鄰的側晶體條的內側晶體條的長度形成為大于位于外側的晶體條 的長度，其中所述側晶體條頂面與所述中心晶體條頂面的相應側邊位于同 一斜面上；C、 根據步驟A、 B形成多個晶體子模塊；以及D、 將所述晶體子模塊沿著所述疊置方向進行疊置，以形成所述晶體模塊。
7、 根據權利要求6所述的方法，其中，所述步驟B進一步包括 將所述各側晶體條的長度選擇成使得所述各側晶體條底面的、沿著所述晶體子模塊的疊置方向的兩條邊中的、遠離所述中心晶體條的一邊與所述中心晶 體條底面位于同一平面上。
8、 根據權利要求6所述射線探測器晶體模塊的制造方法，其中，所述晶 體條為BGO晶體、LSO晶體或者LYSO晶體。
9、 根據權利要求6所述射線探測器晶體模塊的制造方法，其中，構成晶 體子模塊的所述各側晶體條具有相同的寬度，且由大于1的奇數個晶體條形成 所述晶體子模塊。
10、 一種射線探測器，包括多個如權利要求1所述的晶體模塊(1 )，所述晶體模塊的底面彼此鄰接布 置成環形或者多邊形;以及多個光放大裝置(2)，所述光放大裝置圍繞所述晶體模塊(1)組成的環 形或者多邊形的外緣彼此相鄰排列，其中每個晶體模塊(1)的側晶體條的頂 面所在的斜面分別與光放大裝置(2)的光收集面相對平行設置；其中所述晶體模塊(1 )和所述光放大裝置(2 )之間填充有光學耦合劑(3 )。
11、 根據如權利要求10所述的射線探測器，其中相鄰接的兩個所述晶體 模塊(1)的側晶體條的頂面所在的斜面位于同一平面上，每個所述光放大裝 置(2)的光收集面和兩個相鄰接的晶體模塊(1 )構成的所述平面平行地相對 設置。
全文摘要
本發明提供了一種用于射線探測器晶體模塊，包括多層疊置的晶體子模塊，晶體子模塊由多個晶體條沿著晶體條的寬度方向排列而成，其中多個晶體條中包括中心晶體條和在中心晶體條兩側的側晶體條，相鄰的側晶體條的內側晶體條的長度大于位于外側的晶體條的長度；中心晶體條沿著垂直于晶體子模塊的疊置方向的截面為等腰梯形，位于中心晶體條的頂面的、等腰梯形邊的長度大于位于中心晶體條的底面的、等腰梯形邊的長度；側晶體條具有長方體形狀，且側晶體條頂面與中心晶體條頂面的相應側邊位于同一斜面上。該模塊可以降低晶體條的研磨量，節約成本和減少研磨時間，提高成品率。本發明進一步提供了制造用于射線探測器的晶體模塊的方法以及具有所述晶體模塊的射線探測器。
文檔編號G01T1/202GK101561506SQ200910085370
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月21日 優先權日2009年5月21日
發明者劉亞強, 吳朝霞, 彥 夏, 石 王 申請人:清華大學