專利名稱：液體界面閃爍攝影機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種閃爍攝影機，更確切地說，涉及一種采用液體光學耦合材料以使攝影機的閃爍晶體與其光電倍增器之間面接的攝影機。
背景技術：
例如為診斷目的，放射性核素輻射式閃爍攝影機，也稱作安格攝影機(Anger camera)，被用來對軀體部位或器官(如腦或胸部)內的γ-射線放射性材料的分布進行成象。向病人引入一可穿透的輻射源，它一般含有標記有γ-射線放射性核素的藥物(放射藥物)，用以進入及沉積在被診斷檢查(例如探測腫瘤)軀體的器官或部位中。該放射藥物發出的γ-射線由攝影機接收和探測，確定每次探測射線衰變的位置，并通過公知技術由衰變的累計構成器官或其它軀體部位中放射性分布的圖象。
閃爍攝影機一般采用鉈放射化了的碘化鈉NaI(Tl)光學連續晶體作為γ-射線能量傳感器。γ-射線的能量由該晶體吸收，并轉換為稱作閃爍衰變(scintillation event)的光輻射，每次衰變具有的能量正比于所吸收的γ-射線的能量。在傳統攝影機中，光由該晶體通過硅氧烷膠(silicone gel)界面透射至一光學透明的玻璃窗口，該硅氧烷膠界面填充在玻璃窗口和晶體之間的薄間隙中。此光學窗口構成將晶體密封的容器的一部分，使晶體與空氣和濕氣隔離，否則這些空氣和濕氣將使該晶體氧化并降低其光學清晰度。一個光電倍增(PM)管的陣列與該玻璃窗口光學耦合，典型地是通過光學耦合潤滑脂進行耦合，以便使光傳輸至位于各光電倍增管的玻璃入射工作面內表面上的光電陰極上。這樣，閃爍光衰變必須從NaI(Tl)晶體依次通過硅氧烷膠界面、玻璃窗口、硅氧烷潤滑脂(silicone grease)界面，以及光電倍增器玻璃，才能射到光電倍增管內的光電陰極上。該光電陰極用來根據光電效應將光束轉換成電子，而且該電子在光電倍增管中得以放大(倍增)。然后通過公知的模擬或數字方法將光電倍增管中在閃爍衰變附近產生的放大信號加以數學組合，以確定晶體中吸收γ-射線的位置及其能量。
閃爍衰變能級和位置的精確判定，需要閃爍光至光電倍增管高的傳輸效率。而且，由于從閃爍衰變的原點傳輸至光電倍增管陣列的光分布被用來通過計算確定位置，所以對其分布有負面影響的光散射或偏轉會妨礙該位置的確定。例如，如果光從界面反射回來，并且在射到光電陰極之前有可能經過多次反射，則光電倍增管的接收信號中含有的位置信息就有可能受到損害。因此，通過減少其界面數目和盡可能接近地匹配其折射率，并且采用能增強通過界面至接收光電陰極的傳輸效率的裝置來導引光束，從而減小在具有不同折射率的光學耦合材料界面處發生逆反射的幾率，這一點是很重要的。
傳統閃爍攝影機的設計受到若干光學限制，取決于晶體、玻璃和中間光學耦合材料的平面或彎曲的多層結構的剛性幾何尺寸。更有甚者，光傳輸的最大困難產生在晶體朝向玻璃界面的表面處。晶體具有約1.85的折射率，而且玻璃的折射率一般約為1.54。目前采用折射率約為1.42的硅氧烷膠材料來耦合晶體和玻璃。硅氧烷膠具有良好的機械面接特性和透射率，但對于光通過該界面傳輸，其折射率與晶體和玻璃匹配較差。亦已采用過折射率更接近玻璃折射率的其它材料，但其機械耦合性能較差。由晶體以大于50度入射角射到硅氧烷膠界面上的光束發生內反射，返回晶體。此內反射在晶體的出射和入射面之間可重復多次，如同在一光導管中，除非晶體表面及其上的內反射充分彌散而改變了這些光線的方向，從而減小其后部分反射的入射角。在此過程中，由于光吸收及其由反射引起的彌散分布，使得透射光的通量減小，從而最終導致能量和位置分辨率的降低。
曲面攝影機，例如環形、弧形或半球形結構的攝影機，其另一方面的問題在于，晶體、硅氧烷膠耦合材料以及玻璃它們不合適的膨脹系數，會使得在溫度升高或降低時每種物質膨脹和收縮的方向與其余物質相反。隨著溫度的升高，壓力可能使玻璃和晶體破裂。隨著溫度下降，硅氧烷膠可能與玻璃或晶體脫離耦合，而且光不能由晶體傳輸至玻璃。因而，由傳統方法制作的曲面攝影機可能會有有限的工作溫度范圍，例如在大約60°F至80°F之間。船運溫度范圍也受到限制，從而顯著增加了運輸成本。
再一個問題是，用于閃爍攝影機的晶體一般必須由單塊光學連續晶體材料構成。否則光學不連續性會在不連續界面處引起逆反射，干擾光傳輸至光電倍增器的方向，使得不可能用一般閃爍照相方法成象。在某些例子中，例如曲面攝影機結構，采用光學連續單塊晶體環制作環形晶體系統尤其昂貴。
發明概述因此，本發明目的之一在于提供一種液體界面的閃爍攝影機。
本發明的另一目的在于提供一種具有改善的光傳輸特性的液體界面閃爍攝影機。
本發明的另一目的在于提供一種具有改進的光采集效率和分布的液體界面閃爍攝影機。
本發明的另一目的在于提供一種具有改進的位置和能量分辨率的液體界面閃爍攝影機。
本發明的另一目的在于提供一種改進的液體界面閃爍攝影機，它消除了與傳統閃爍攝影機有關的兩個反射和折射邊界。
本發明的另一目的在于提供一種改進的液體界面閃爍攝影機，其閃爍晶體中產生的光線在完全內反射之前傳輸的入射角大于傳統閃爍攝影機。
本發明的另一目的在于提供一種改進的液體界面環形閃爍攝影機，與傳統環形閃爍攝影機相比，其溫度敏感性低得多，因而更加耐用，并能在一個更大溫度范圍內使用。
本發明的另一目的在于提供一種改進的具有多塊閃爍晶體的液體界面環形閃爍攝影機。
本發明的另一目的在于提供一種改進的液體界面閃爍攝影機，其光電倍增器響應函數可通過光學反射板加以調節，以導引光的傳輸。
本發明的另一目的在于提供一種液體界面閃爍攝影機，其視場延伸至接近該閃爍攝影機的邊緣。
本發明的另一目的在于提供這樣一種液體界面閃爍攝影機，可靠近軀體(例如在檢測懸垂乳房中的乳房腫瘤時的胸壁)進行層析X射線攝影成象。
本發明的另一目的在于提供這樣一種液體界面閃爍攝影機，由于其改進的視場、分辨率和靈敏度，使得可以及早檢測出小尺寸腫瘤。
本發明的另一目的在于提供這樣一種液體界面閃爍攝影機，其具有液體光學耦合，因而不管在制造時還是長期使用都不會分離。
一個真正的高精確度且具有高的能量和空間分辨率的多用途閃爍攝影機，可以通過在閃爍晶體和光電倍增管之間用液體界面介質作為唯一的光學耦合取代傳統閃爍攝影機中的玻璃窗和所有中間界面來實現，從而構成本發明。
本發明特征在于一種用于探測由源發出的輻射的攝影機。這種攝影機包括輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；還包括光感受裝置，對該輻射探測裝置起響應，以響應于該發射光而產生輸出。還包括液體界面介質，用于將該發射光從輻射探測裝置光學耦合到光感受裝置。
在一最佳實施例中，輻射探測裝置可以包括閃爍晶體。該閃爍晶體可以是平面型、環形的、弧形的或者半球形的。該閃爍晶體可以是單塊的光學連續的閃爍晶體，也可以是分塊的光學不連續的閃爍晶體。此外還可包括一隔離部件插在該閃爍晶體和液體界面介質之間，其限定含有該液體界面介質的第一腔室，以及含有閃爍晶體和一第二液體界面介質的第二腔室。該液體界面介質具有一第一折射率，而且第二液體界面介質具有不同于此第一折射率的第二折射率。該閃爍晶體可由NaI(Tl)制成。光感受裝置可以包括至少一個光電倍增器。光感受裝置可包括一光電倍增器陣列。此陣列可以是平面型、環形的或者六邊形的。在輻射探測裝置和光感受裝置之間還可以包括一個密封的腔室，用于容納該液體界面介質。該液體界面介質的折射率可介于光感受裝置和輻射探測裝置的折射率之間，即大約介于1.52和1.67之間。該液體界面介質可以把光直接從輻射探測裝置耦合到光感受裝置。此處還可以包括一擴展區域，用來容納液體界面介質膨脹出來的部分。在鄰近光感受裝置的地方還可以包括多個光學反射面，該光學反射面延伸進液體界面介質，用來把輻射探測裝置發射的光導引至光感受裝置。這些光學反射面可以是彎曲的。每個反射面的寬度可以在延伸進液體界面介質時逐漸展寬。每個反射面的寬度可以在延伸進液體界面介質時逐漸展寬直到一預定點，然后從該預定點到末端逐漸減小。每個反射面可以包括大致為平面的末端，也可以包括帶溝槽部分的末端。光學反射面還可以包括相對于光感受裝置的縱軸以不同角度定向的第一和第二部分。光感受裝置可以包括一光電倍增器陣列，而且光學反射面可以包括位于光電倍增器外圍并靠近各光電倍增器邊緣的外圍反射板。光感受裝置可以包括一光電倍增器陣列，光學反射面可包括跨過光電倍增器表面延伸的表面反射板。光感受裝置可以包括一光電倍增器陣列，而且光學反射面可以包括位于光電倍增器周圍且靠近各光電倍增器邊緣的外圍反射板和跨過光電倍增器表面延伸的表面反射板。表面反射板可以比外圍反射板更長地延伸進液體界面介質中。光學反射面相對于光感受裝置的縱軸被設置成銳角。光感受裝置可包括具有多組光電倍增器的光電倍增器陣列，其中至少有一組含有的光電倍增器寬度比其它各組光電倍增器的寬度要小。此外，鄰接輻射探測裝置還可以包括準直裝置，用來對輻射源發出的輻射進行限制和準直。該準直裝置可以包括多個準直元件。
本發明特征還在于一種用于探測輻射源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機。該攝影機包括輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；以及光電倍增器陣列，對所述輻射探測裝置起響應，以響應于該發射光而產生電輸出。還有液體界面介質，用來把發射光從輻射探測裝置光學耦合到感光電倍增器陣列。具有多個位于光電倍增器外圍并靠近每個光電倍增器邊緣的外圍反射板。
本發明附加特征在于一種用于探測由輻射源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機。該攝影機包括輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光，以及光電倍增器陣列，對該輻射探測裝置起響應，以響應于該發射光而產生電輸出。還有液體界面介質，用來把發射光從輻射探測裝置光學耦合至光電倍增器陣列。具有多個跨過光電倍增器表面延伸的表面反射板。
本發明進一步特征在于一種用于探測由輻射源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機。該攝影機包括輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；以及光電倍增器陣列，對該輻射探測裝置起響應，以響應于該發射光而產生電輸出。還有液體界面介質，用來把發射光從輻射探測裝置光學耦合到光電倍增器陣列。具有多個光學反射表面，包括位于光電倍增器外圍并靠近每個光電倍增器邊緣的外圍反射板，和跨過光電倍增器表面延伸的表面反射板。
本發明特征還在于一種用于探測由輻射源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機。該攝影機包括一閃爍晶體，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；以及光電倍增器陣列，對該閃爍晶體起響應，以響應于該發射光而產生電輸出。還有液體界面介質，用來把發射光從該閃爍晶體老學耦合到光電倍增器陣列。
本發明特征還在于一種用于探測由輻射源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，其包括輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光。并且具有光感受裝置，對所述輻射探測裝置起響應，以響應于該發射光而產生輸出。具有液體界面介質用來將該發射光從輻射探測裝置光學耦合到光感受裝置。在靠近光感受裝置處有多個反射面，這些反射面延伸進液體界面介質，以將發射光由輻射探測裝置導引至光感受裝置。這些光學反射面相對于光感受裝置的縱軸成銳角定向。
本發明進一步特征在于一種用于探測由輻射源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，具有輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光。具有光感受裝置，對該輻射探測裝置起響應，以響應于該發射光而產生輸出。具有液體界面介質，用于透射來自輻射探測裝置的發射光。在液體界面介質和光感受裝置之間插入有透明元件，以把透射光由液體界面介質耦合到光感受裝置。
在一最佳實施例中，此透明元件可以是玻璃基板，而且玻璃基板可以是分塊的。最佳實施例公開從下面對最佳實施例的描述以及附圖中，本領域技術熟練人員將會想到其它的目的、特征和優點，其中
圖1A是現有技術的帶有光學連續晶體的二維閃爍攝影機的剖面圖；圖1B是圖1A中現有技術攝影機的光電倍增器響應曲線圖；圖2A是根據本發明的一種帶有光學連續晶體的二維平面液體界面閃爍攝影機的剖面圖，圖中表示出反射板對于從閃爍晶體至光電倍增管的光傳輸的作用；圖2B是圖2A中的攝影機在有和沒有中心反射板時的光電倍增器的響應曲線圖；圖3A是根據本發明的一種帶有分離的光學不連續晶體塊的二維平面液體界面閃爍攝影機的剖面圖，圖中表示出在這些不連續晶體塊的界面處的光反射效果；圖3B是圖3中攝影機沿著線3B-3B的頂視圖，表明光電倍增器和各個晶體塊的位置；圖4是圖2A和3A中閃爍攝影機的光電倍增管和反射板結構的三維視圖；圖5是現有技術的環形閃爍攝影機的頂視圖；圖6是圖5中環形閃爍攝影機沿線6-6所取的剖面圖；圖7是根據本發明的環形液體界面閃爍攝影機的頂視平面圖；圖7A是具有分塊晶體的環形液體界面閃爍攝影機的頂視平面圖；圖8是圖7中環形攝影機沿線8-8所取的剖面圖；圖9是圖7中攝影機的光電倍增管和反射板結構的三維視圖；圖10是根據本發明的包括準直元件的環形液體界面閃爍攝影機另一實施例的頂部平面圖；圖11A是圖10中的攝影機沿線11A-11A所取的剖面圖；圖11B為圖10中攝影機的光電倍增器響應曲線圖；圖12A為圖7中環形液體界面閃爍攝影機的詳細三維視圖；圖12B是圖12A中攝影機一端密封裝置的詳圖；圖12C是圖12A中攝影機另一端密封裝置的詳圖；圖12D是圖12A中攝影機的外圍密封裝置之一的詳圖；圖13是一個帶有外圍反射板的二維液體界面閃爍攝影機的剖面圖，該攝影機通過在光電倍增器和液體界面之間增加一層玻璃界面得到改進；圖14是具有不同形狀的外圍反射板插入其間的光電倍增管的剖面圖；圖15是一種替代的弧形晶體的三維視圖；圖16是一種替代的半球形晶體的三維視圖17是六邊形光電倍增管陣列的底平面圖。
圖1A是傳統平面閃爍攝影機10的剖視圖，在玻璃窗18之上有一光電倍增管12-16的矩形陣列。包括一層硅氧烷潤滑脂20，作為光電倍增管和玻璃窗18表面之間的光學耦合劑。在玻璃窗18的相反表面上是一層透明的硅氧烷膠材料22，作為玻璃窗18和閃爍晶體24之間的光學耦合劑或者光學耦合界面。具有代表性的晶體是鉈放射化了的碘化鈉(NaI(Tl))晶體。晶體24封裝在一氣密容器26中，其中區域28內充滿干燥氣體。容器26的端部29和30可以鍍覆光吸收材料，或者可使其做成反射的。這些部件裝在攝影機殼體32中，該攝影機殼體32包括一不透明的γ-射線入射窗34，它允許由Xi點的源37放射出的由箭頭36標注的γ-射線通過并由閃爍晶體24接收。入射窗34一般是鋁窗并且制成高度內反射，但任何對γ-射線同樣透明的材料都可以做成該入射窗。
由源37發出的γ-射線可以由閃爍晶體24在吸收點轉換成閃爍發射光38，其中一部分閃爍光通過玻璃窗18并被兩個或更多個光電倍增器12-16接收。光電倍增器把接收的光轉換成電信號。超過預定閾值的那些信號隨后通過公知技術加以數學組合，便可確定其閃爍衰變在該晶體中的γ射線吸收位置。大量閃爍衰變的成象便可由公知技術完成。
因而這種傳統攝影機的結構在晶體和光電倍增器之間有四層反射和折射界面，即晶體24和硅氧烷膠22之間、硅氧烷膠22和玻璃窗18之間、玻璃窗18和硅氧烷潤滑脂20之間，以及硅氧烷潤滑脂20和光電倍增器12-16之間的界面。一般來說，光電倍增管12-16、光學耦合潤滑脂20和玻璃窗18的折射率在范圍1.46到1.53之間匹配得很好。但折射率為1.85的晶體24同折射率約為1.42的硅氧烷膠22和折射率約為1.53的玻璃窗18相比則匹配得很差。由晶體24上的閃爍衰變38入射到硅氧烷膠22表面的入射角φ大于50度時，就象反射光線40表明的那樣，光會完全內反射回來，而且光線會沿著晶體路程不停地反射，直到一次或幾次反射以后，由于入射面或硅氧烷界面上的散射使光線產生有利的偏轉而降低了入射角為止。內部反射使閃爍衰變38來的光信號散射，通常會降低到達光電倍增器12-16的光分布，由此引起位置確定和圖像分辨力的降低。
每一個光電倍增器12-16通過硅氧烷膠22、玻璃18和耦合潤滑脂20從閃爍衰變38接收的光的總量，要受到界面傳輸特性、光電倍增器相對閃爍衰變的位置以及晶體24、玻璃窗18和硅氧烷膠界面22尺寸大小的約束。在攝影機設計中，光電倍增器12-16直接從閃爍發射衰變38接收的光的立體角是重要的參數，它和來自晶體24的底面更大散射的未被耦合進硅氧烷膠22的逆反射一起，基本上確定了光電倍增器的響應函數。在傳統設計中，這些角度光的立體角是由玻璃、硅氧烷膠和晶體的幾何結構確定的，不改變結構便無法改變這些角度，于是響應函數的性質在不改變攝影機結構的情況下無法更改。
圖1B中的曲線12a-16a分別為光電倍增管12-16的響應曲線。這些曲線表示沿著X軸方向對于由垂直射向晶體的窄束輻射源引起的閃爍，作為輻射源沿X軸位置(cm)函數的平均響應(脈沖電荷)。光電倍增管中心間距離為5cm。光電倍增器中產生于閃爍光脈沖的電信號與接收到的光的總量成正比。對于同一入射點上的逐個衰變具有廣泛的統計值。響應曲線的縱坐標表示與大量衰變引起的光電倍增器信號的平均電荷量成正比的數值，橫坐標為閃爍衰變的X位置。曲線12a-16a是圖1A中具有可反射光的晶體端面29和30的攝影機的響應曲線。
光電倍增管12和16的響應曲線在每個管的中心線附近達到最大值或者飽和，比如分別在X＝2.5cm和X＝22.5cm附近。42區和44區，一般稍大于管的半寬度，被看作是無效區域。在這些區域不可能利用響應函數來確定閃爍衰變的位置，因為在這些位置光電倍增器響應函數的斜率太小會導致不可接受的大的位置確定誤差。這些無效區域使物體靠近閃爍攝影機10邊緣的部分不能成象。
光電倍增器響應曲線12a-16a長提升的曲線尾部46a-f，主要產生于多重內部反射(例如圖1A中光線40在晶體24中的反射)和容器26中端面29和30的逆反射。當光被內反射和由端面29和30反射時，其中大部分通過晶體散射掉了，從而使由光電倍增器響應函數確定位置的能力降低。
圖2A為根據本發明的平面型液體閃爍攝影機50剖面圖，去掉了圖1A中攝影機的玻璃窗18，相應地，成排(組)的光電倍增器52-56直接通過液體界面介質60同閃爍晶體58耦合，介質60則包容在密封腔室62內。腔室62被位于閃爍晶體58兩端的透明的硅橡膠密封裝置63和64密封，以允許光透過并從殼體66的內壁65反射。密封裝置67-72位于光電倍增器52-56之間。攝影機50還包括腔室74，一般內充干燥氣體并位于閃爍晶體58和γ-射線入射窗75之間，而且入射窗75一般是鋁制的，因為鋁對γ-射線透明，比如對位于Xi處的輻射源78發出的由箭頭76標明的射線透明。這些單元都包含在攝影機外殼66內。外殼66的內壁做成反射的。腔室74也可以充以液體介質，而且它的折射率不必和腔室62內包含的界面液體的的折射率相同。
液體界面介質60可以是任何折射率的任何液體，只要它對閃爍光透明并且不同NaI(Tl)晶體和攝影機的其它單元起化學反應。當介質60的折射率介于1.53和1.85之間時，可以得到優良的性能。優選的液體是有機硅氧烷化合物，其折射率在1.53和1.61之間，對閃爍光的傳輸特性總體來說優于玻璃。這其中的任何一種液體，都比圖1A中現有技術的閃爍攝影機10中用的低折射率界面物質更適合耦合晶體和光電倍增器。其它液體，例如一些含碘或溴的有機化合物，具有接近1.80的折射率，但其傳輸特性不理想。例如一種含有溴萘的脂族烴，具有接近1.71的折射率，但是透光性約為玻璃的一半。這些化合物可用于只需用很薄一層耦合物質的場合，此時傳輸特性已不很重要了，比如用在很接近的兩或多塊晶體塊之間的耦合或者鋁入射窗75和晶體58之間很薄的腔室74中。
就象上面提到的那樣，傳統的閃爍攝影機一般使用折射率為1.42的硅氧烷膠作為耦合介質。在這種折射率下，發射的光入射到晶體內表面上的角度約大于50度時就會內部全反射，然而根據本發明，例如用折射率為1.61的介質，內部全反射只有到超過約60度時才發生。這表示可入射的立體角增加40％，因而在第一次入射時可由晶體透過的光子數提高40％，于是相比現有技術的攝影機就提高了位置分辨的精確度。而且在散射反射造成的出射以前，光在前進過程中內反射的次數顯著減少，因為該散射光可被傳輸的入射角增大了。第二個影響還使響應曲線更加銳利，因而提高攝影機50的整體的位置分辨精確度。
攝影機50對外圍反射板82-85可選可不選，該反射板一般由薄金屬制成，具有通常為散射的光學反射面，而且與光電倍增管82-85的工作面垂直并延伸出管外而將光電倍增管光學分離開。這些反射板限制了每個管接收閃爍衰變發出的光的角度，它允許光電倍增管可上升或下降而不改變每個管接收光的角度；或者上升或下降反射板來改變每個光電倍增管接收光的角度，于是可改變其響應函數。攝影機50對表面反射板86-90也是可選可不選，在本例中，它們垂直于光電倍增管的表面伸展并通過管的中心而將管均分。這些表面反射板通常延伸進液體界面介質而且比外圍反射板更靠近晶體58。但是表面反射板通常延伸和靠近晶體的程度可以調整，以改變光電倍增管的響應函數。就象下面將討論的一樣，表面反射板不必一定垂直于光電倍增管的表面，也不必一定通過管的中心緩伸展。而且，可以使用任何數量的表面反射板。
光電倍增器54從靠近光電倍增器54中心軸處的發光點92接收光的角度被外圍反射板限制為Ω1，如圖2A中所示。圖中還表示從晶體沿光電倍增器55方向發射并照射到管的中心反射板89上的光的投影角Ω2。其中的一部分光通常通過散射反射被反射回管54，因此增加了管54接收光的總量，因而提高了光電倍增管54中心區響應函數的幅度。照射到光電倍增器53的反射板87上的光，具有同樣的反饋機理。通過這種反饋機理，調整反射板87和89的長度，可以改變導向光電倍增器54的光總量。
攝影機50的響應作為X的函數簡要表示于圖2B中，光電倍增管在X軸方向上的中心距為5cm。曲線52a-56a分別對應于攝影機50未使用表面反射板86-90時光電倍增器52-56的響應。這些響應曲線比圖1A中的傳統閃爍攝影機10的響應曲線12a-16a高而且銳利，因為通過使用本發明的液體界面介質而改善了光的傳輸。因此，通過用液體介質取代玻璃窗和中間耦合材料，攝影機50的總體位置和能量分辨率得到提高。圖中以虛線表示的響應曲線52a’-56a’，分別為圖2A中攝影機50有表面反射板86-90時的響應曲線。有表面反射板時，響應變的更加銳利。即其曲線在其中心比如曲線54a’的點94處更高，并且曲線的尾部比如96和98迅速下降，因為它們同不使用表面反射板的響應曲線54a相比具有更陡的斜率。陡峭的響應曲線使攝影機50確定γ射線源位置的能力提高，因為響應曲線的斜率更高。也就是說，對于更陡峭的斜率，光電倍增器信號的一個給定的統計上可分辨的逐漸增長的變化，可被用來解決小距離問題。
圖3A中另外一種平面攝影機100，其結構同圖2A中的攝影機50類似，它用光學不連續的晶體塊102-107代替圖2A中攝影機50的光學連續的二維閃爍晶體58。塊間的連接108-112沿光電倍增器52b1-56b1的軸線位于其二維的X、Y陣列上。因此，在圖3A的剖視圖中，該連接被表示為沿光電倍增器52b-56b的中心線的一維線段108-112。
圖3B是圖3A中攝影機100沿截面3B-3B的頂視圖，表示光電倍增器和各塊晶體的位置。光電倍增器53b1和53b2的縱向軸線53b1’和53b2’與晶體連接續線109相交；同樣，光電倍增器54b1、54b2和55b1、55b2的縱向軸線54b1’、52b2’和55b1’、55b2’分別同110和111相交。分割晶體的線109、110和111與攝影機100的Y軸平行。然而也可以沿著平行于X軸的方向分割，盡管這不是本實施例的必須限定條件。晶體可以在一個方向上連續而在另一個方向上不連續，或者兩個方向都不連續。在圖3A所示本實施例中，晶體塊間薄的間斷點108-112和兩個腔室62b和74b都充有相同的液體光學介質60b。
在界面液體折射率為1.61時，入射到晶體界面上的光線入射角大于60°會逆反射。例如圖3A中光線120以60度或更大的角度入射到界面連接109上時全部內反射回去，以30°或更小的角度入射便會通過晶體104而折射進液體介質60b，然后照射到如果沒有分斷109它也會照射到的光電倍增器53b1上。這樣，就光電倍增器信號而論，其響應函數不會因為晶體塊109的有無而改變。同樣，光線122以60°角入射在界面接續線109上也全內反射，然后以30°角入射到γ-射線入射窗75b的內反射表面上，被逆反射到晶體的前面再次折射進液體介質60b照射到光電倍增器53b1上。對于這個應用來說，連接表面108-112和在連接處的鋁反射窗75b表面最好都應拋光，以減少使光散射的漫射和傳輸反射。設計正確的晶體和液體介質的厚度大小以及光電倍增器工作面寬度和反射面特性，實質上是使所有在界面上108-112內反射的所有光線都可以照射到中心在其上的光電倍增器上，從而為由公知技術分析X和Y位置提供正確的光電倍增器信號。這樣，當在晶體周圍使用同種液體界面材料時，光電倍增器的X響應函數(Y響應函數同樣)將等于圖2B中光學連續晶體的響應函數。
在甚至需要更高的折射率來耦合玻璃單元的應用中，例如晶體塊102-107做得很厚或者光電倍增器和晶體間的距離顯著增加時，一種透不過的隔離件124(以虛線表示，例如由聚乙烯或MYLAR或者其它一些材料如玻璃制成的膜板)可以插在晶體102-107和液體60b之間，位置在朝向光電倍增器的晶體界面之上或者相距很近，以將液體腔室62b與74b隔離。這樣，具有高反射率的液體126可被用來耦合各塊晶體并填充腔室74b。在這種應用中，高反射率和低透過性的材料可被容許，因為這種結構中只有很短的傳輸距離。此隔離膜板被保持定位，是靠保持腔室62b內的液體60b對隔板的壓力比腔室74b內的液體126大。但是，對分塊晶體攝影機中使用隔離膜板124帶來的優點，必須同光從高折射率液體120穿過低折射率的隔板的損失相權衡，如同對傳統攝影機權衡一樣。
在傳統的攝影機系統設計中，不連續的晶體一般由空氣(折射率為1.00)隔離，結果是在晶體不連續點產生全內反射的入射角對晶體表面約為33°或更大一點。以這些反射角從晶體連接處108-112反射回來的光線散射進更遠的光電倍增器，總起來可破壞連接界面附近的位置信息。即使用凝膠填充晶體間斷面，約為1.42的折射率也太低，不能有效地減少光散射以彌補由于連接處光學不連續性導致的性能下降。另外，利用凝膠制成薄而牢固的連接非常困難，很多情況下不實用。
圖4所示為圖2A的二維攝影機50(圖3A的100)的光電倍增管和反射板的三維結構圖。在本圖中，第二列光電倍增管中只有光電倍增量52之一可見。本圖還畫有表面反射板130和132，它們被配置在分別垂直于光電倍增器管52、53、54、55和56以及第二列的光電倍增管并從它們的中心延伸出來，而且分別垂直于表面反射板86-89。還有一外反射板134，被定位在兩列光電倍增管之間，其與表面反射板130和132平行，并且垂直于表面反射板86-90定向。
圖5所示的傳統環形閃爍攝影機150，同圖1A所示的傳統平面閃爍攝影機10的光學結構方式一樣。攝影機150包括一光電倍增器陣列152，它通過玻璃窗156光學耦合到環形閃爍晶體154上。在陣列152的玻璃和玻璃窗156之間是一層硅氧烷潤滑脂158，而且在玻璃窗156和晶體154之間是一層硅氧烷膠160。還包括一個充有氣體的腔室162，被定位在緊靠晶體鄰接硅氧烷膠160面的另一面。還有一個入射窗164，一般由鋁制成。這些單元都被裝在攝影機外殼166內。被成象的物體放于園柱形成象室168。圖6所示為沿著線6-6所取的環形攝影機150的剖視圖。
圖7中的液體界面環形攝影機170，包括一光電倍增器陣列171，它分三圈(組)裝置在環形攝影機周圍(圖8)。第一圈的光電倍增管172-180為在該圖中僅能看到的幾個。光電倍增器陣列171的玻璃通過腔室188內的液體界面介質186耦合到光學連續閃爍晶體182上。還有一內充干燥氣體的腔室190與閃爍晶體182鄰接，而閃爍晶體182的另一表面與腔室188鄰接。與腔室190鄰接的還有鋁窗192。這些單元都位于攝影機外殼194內。被成象的物體放于園柱形成象室196內。在液體介質腔室188內有外圍反射板200-208，它們沿著光電倍增管邊緣安裝并將之分開。與光電倍增管180關聯的外圍反射板208在圖7中沒有畫出，但在圖9畫出。除有外圍反射板外，還包括表面反射板210-218。與光電倍增管180關聯的表面反射板218，圖7中沒有畫出，但在圖9畫出。
圖7中攝影機170的晶體可以被分塊的弧形晶體220-229替代，形成圖7A中的攝影機170a。在此實施例中，液體介質186a充滿腔室188a和190a。平面切割的塊(未畫出)可以替代弧形切割的塊220-229。在這種情況下，平面塊形成的多面體結構將取代攝影機170a的環形晶體結構。分塊的環形或多面體晶體探測器結構，比光學連續環形晶體探測器結構制作起來容易而且便宜。
圖8所示為沿圖7中的線8-8所取的環形攝影機170的剖視圖。在本圖中，第一列的光電倍增管173和組成管的陣列171的另外兩套管的173’和173”一同畫出。此外還畫出了圖7同樣看不見的光電倍增管230、230’和230”。在本圖中還畫出了密封裝置232和234，它們密封了閃爍晶體182的兩端而使液體室188和氣體室190分離。外圍反射板235和236同表面反射板237，238和239一樣可見。圖9是光電倍增器陣列171和反射板結構的局部三維視圖。
圖10為環形閃爍攝影機250，根據本發明這是圖7所示環形攝影機的改進型號，它包括晶體251、總起來標志為252的反射板結構和光電倍增器陣列254，其包括延伸進容納于腔室258中的液體界面介質256的外圍和表面反射板。標注光電倍增管253以作參考。此外，在本實施例中無論如何還應包括一個準直系統，該系統包括三個平行的多孔準直塊260a、260b和260c，限制來自輻射源的輻射并使之準直。每一個準直塊包括多個相等孔徑的通道262，由多個導向薄板263隔開。準直系統可由任何已知方法構成，例如授予本申請人的名稱為“Multifeild Collimator System andMethod and Radionuclide Emission Tomography Camera Using Same”(“多區域準直系統和方法及使用此技術的放射性核素放射的層析X射線射影機”)的美國專利No.4,782,233所描述的方法，此專利在此全部引入作為參考。
圖11A為沿圖10中環形攝影機250中線11A-11A的所取剖視圖，其與攝影機250的Z軸264橫斷。圖中只表示光電倍增管陣列254的第一圈(組)中253和其它兩圈(組)管中253a和253b。晶體251的兩端被光學透明密封裝置266和267密封。兩個密封裝置的外邊緣是具反射的，并且密封裝置266成一定角度，使它上面的入射光優先反射到光電倍增器253b。此外，在這個優選實施例中，還畫出了傾斜的表面和外圍反射板，它們一起由268標出，其包括外圍反射板269和274以及位于外圍反射板269和274之間的四個內表面反射板270-273。還有四個內表面反射板275-278，位于外圍反射板274和殼體282的內壁280之間。這些傾斜的反射板與光電倍增管的縱軸成銳角定向。圖10并沒有表示出反射板是傾斜的。該實施例中的內表面反射板可以跨過光電倍增器表面在不同位置上伸出，而不只是象上面描寫的那樣通過中心線伸出。
盡管不是本公開的必要條件，所有的反射板都被畫得等距離，而且除反射板278外都是等長的。反射板278延伸至靠近晶體251表面處。而且，在此最佳實施例中，包含光電倍增管253的那圈(組)光電倍增管的寬度只有包含管253a和253b的另外兩圈(或組)光電倍增管的一半。比如，如果光電倍增管253a和253b的光電陰極面大小為5×5cm，那么光電倍增器253的光電陰極面尺寸為2.5×5cm。可以有一組以上的光電倍增器具有減小的寬度。
環形攝影機250被設計為能對與管253的外邊緣相對應的晶體251的外邊緣很近的物體成象，這主要是通過使用前緣較薄的光電倍增器253和具有傾斜的反射板完成的。
圖11B為光電倍增管253、253a和253b的響應曲線，它們被標為253’、253a’和253b’。管253和253a的響應曲線交于Zi位置的點284，大約與外圍反射板269延伸的端點一致。因此，如果反射板269的角度做得小一點，則交點Zi就向Z增加的方向移動，反之亦然。響應函數253’的斜率在交點處最大，并且隨Z趨近零點(晶體端面)逐漸減小。通過傾斜的反射板269、管253的狹窄和前內表面279與外圍反射板269形成的夾角(它沿光電倍增器253的方向偏斜)提供的降低Zi的曲線交點，可提高低Z值時的斜率。因為這種偏斜，從這些散射面反射回來的光線就被優先導向管253。因此，通過將響應函數延伸到接近晶體的邊緣，攝影機前緣上的無效空間286同圖1B中傳統攝影機的無效空間42相比，可以做得更小。但是無效空間288相比圖1B的無效空間44并沒有減小。
大量的內部反射板用來平滑響應曲線253a’和253b’，否則便會由于反射板的不連續性和反射板傾斜而使它們突然受到不對稱干擾。反射板278延伸得很靠近晶體251。因此，從角形端密封267反射回來的大部分光，將被長反射板278截獲在出口上，以將光優先導向光電倍增器253b，使其響應函數253b’在靠近晶體的端密封267附近提高，并減小其它響應曲線的尾部。
圖12A-12D為本發明的環形攝影機更細致的描述。圖12A中，病人的頭部300位于成象室196中，于是可以完成對大腦的成象，比如為了檢查局部血液循環。攝影機170包括一個外罩194，內裝殼體195、光電倍增器陣列171、閃爍晶體182和準直塊302。還有腔室188，內含液體界面介質186。閃爍晶體182和腔室188被端部密封裝置232和234所密封，圖12B和12C分別表示該密封裝置232和234的細節。還包括一個外圍的密封裝置304用來提供陣列171中光電倍增管之間的密封。圖12D更詳細地表示密封裝置304。為清楚起見，外圍和中心反射板沒有畫出。
還包括一個與膨脹室308相連的填充口306和排放口310。液體界面介質186通過位于腔室188最低點的填充口306提供給腔室188，以使膨脹室308被部分充滿。
膨脹室308允許液體界面介質186膨脹和收縮，并且在固定其上的光電倍增管之間提供密封。膨脹室可緩解對于晶體182和陣列171中光電倍增管正常施加的壓力。
圖12B中的端部密封232包括光學端面密封環314和316。還包括一個O形圈318。圖12C中的端部密封234包括光學端面密封環320和窗密封環322，還包括一個O形圈324。圖12D所示為外圍密封304的一部分。光電倍增器陣列171中的光電倍增器被壓緊螺母326固定在其安裝支架328上。還有一個壓力套墊330，其包括兩個O形圈332和334。還包括安裝支架328和殼體195之間的密封墊336。
在某些情況下，例如結構方面的原因，在液體界面介質和光電倍增器之間在基本上不影響系統的光學特性的情況下插入一層透明介質是可行的。圖13即為本用途設計的平面攝影機400的剖視圖。在光電倍增器管402-406和腔室409中的液體界面介質408之間插入一層玻璃結構410，它通過耦合材料412耦合到管402-406上。該玻璃結構可以包括玻璃塊414-418，由固體結構的反射材料420-423比如白環氧樹脂連接，以便在其連接處反射光。這種玻璃結構410還可被用來密封腔室409以容納液體介質408。這種結構使光電倍增管的移動更容易，例如比圖2A中的攝影機50容易得多。此外，外圍反射板425-428被用來將光導向玻璃與液體界面430，以使進入這個界面的光被傳送到光電倍增器的光電陰極上。于是反射玻璃的連接面420-423就相當于反射板425-428的延伸。通過結構玻璃、光電倍增器玻璃和耦合材料412的折射率匹配，光從結構玻璃傳到光電倍增器玻璃得以簡化，在這種情況下，該組合光學上起的作用就象帶有厚玻璃入射面的光電倍增器。
攝影機400還表示有改變成各種形狀的外圍反射板425-428，其中一或幾種可被替代用于攝影機中。反射板425-426中每個的形狀在向晶體延伸的過程中寬度逐漸變大。反射板427沿晶體方向從開始到預定點逐漸展寬，然后從預定點到終端又逐漸變窄。反射板425終端是鈍的，反射板426的終端具有凹槽，而且反射板427的終端是銳利的或尖頂的。反射板425-427中每個反射板形狀的好處是用來使到達反射板兩側的光434以很小的入射角反射向光電倍增管，從而提高光從液體408通過玻璃塊414-418最后到達光電倍增管402-406的可能性，于是可提高其總體的響應函數。然而它們的不利影響是，其終端較寬會使光436彌散返回晶體434，從而可減小其鄰近光電倍增管的響應函數的斜率，使反射板附近的空間分辨率降低。具有直而窄的側面的薄的反射板428也畫出來作為比較。盡管反射板428從它銳利的端面不會將光散射回晶體，但是對反射板428的入射角很小的光線438，再入射到液體-玻璃界面上時的入射角可能會超過傳播進入玻璃的臨界角，于是被逆反射回晶體。盡管對光電倍增器可用一種以上形狀的反射板來改變攝影機不同區域的響應，然而一般來說，對所有光電倍增管均使用同種形狀的反射板。
其它形狀的反射板也可以使用，例如圖14所示的位于光電倍增管452和454之間的雙彎折反射板450。它包括兩個與光電倍增管的縱軸以不同角度定向的表面451和453。圖中還畫出了位于光電倍增管454和458之間的曲面反射板456和位于光電倍增管458和462之間的雙彎曲反射板460。
需要指出的是，盡管只描述了平面攝影機使用方形陣列和環形攝影機使用環形陣列的光電倍增器，然而本發明適用于各種形狀的晶體、光電倍增器和/或光電倍增器陣列。例如，可以采用圖15所示的弧形晶體470，圖16所示的半球形晶體472，甚或地盤形(geodiscal)晶體。而且，可以使用各種結構的光電倍增器陣列，例如弧形晶體的弧形陣列或者圖17中所示的六邊形光電倍增器陣列474。
盡管只有本發明的專有特征在圖中表示出來，而其它的特征沒有在圖中表示出來，但這僅為了每個專有特征可以方便的同本發明的其它所有特征相結合。
其它實施例對于本領域技術人員可以想到，并且在下列權利要求的保護范圍內。
權利要求書按照條約第19條的修改1.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；光感受裝置，對上述輻射探測裝置起響應，以響應于上述出射光而產生輸出；一個腔室，其中由所述光感受裝置限定一第一側并且由所述輻射探測裝置限定與所述第一側相對的一第二側，和一液體界面介質，充滿所述腔室，并且將所述輻射探測裝置和所述光感受裝置進行直接光學耦合。
2.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述輻射探測裝置包括一閃爍晶體。
3.如權利要求2所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述閃爍晶體為平面型。
4.如權利要求2所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述閃爍晶體為環形的。
5.如權利要求2所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述閃爍晶體為弧形的。
6.如權利要求2所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述閃爍晶體為半球形的。
7.如權利要求2所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述閃爍晶體是單塊的光學連續閃爍晶體。
8.如權利要求2所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述閃爍晶體是分塊的光學不連續閃爍晶體。
11.如權利要求2所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述閃爍晶體由NaI(Tl)制成。
12.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光感受裝置包括至少一個光電倍增器。
13.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光感受裝置包括一光電倍增器陣列。
14.如權利要求13所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光電倍增器陣列為平面型。
15.如權利要求13所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光電倍增器陣列為環形的。
16.如權利要求13所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光電倍增器陣列為六邊形的。
17.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，還包括一個密封的腔室，位于所述輻射探測裝置與所述光感受裝置之間，用于容納所述液體界面介質。
18.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述液體界面介質具有的折射率介于所述光感受裝置與所述輻射探測裝置的折射率之間。
19.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述液體界面介質具有的折射率在大約1.52和1.67之間。
21.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，還包括一擴展區域，用于容納所述液體界面介質膨脹出來的部分。
22.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，在貼近所述光感受裝置處還包括多個光學反射板，它們伸入所述液體界面介質，用于將來自所述輻射探測裝置的所述發射光導引至所述光感受裝置。
23.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光學反射板是彎曲的。
24.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中每個所述光學反射板隨著其向所述液體界面介質中的延伸逐漸展寬。
25.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中每個所述光學反射板隨著其向所述液體界面介質中的延伸逐漸展寬直至一預定點，然后從所述預定點到其末端逐漸減小。
26.如權利要求24所述的液體界面閃爍攝影機，其中每個所述光學反射板包括一大致為平面的末端。
27.如權利要求24所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述每個光學反射板包括一具有溝槽部分的末端。
28.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光學反射板包括相對于所述光感受裝置縱軸以不同角度定向的第一部分和第二部分。
29.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光感受裝置包括光電倍增器陣列，而且所述光學反射板包括位于所述光電倍增器外圍并靠近各所述光電倍增器邊緣的外圍反射板。
30.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光感受裝置包括光電倍增器陣列，而且所述光學反射板包括跨過所述光電倍增器表面延伸的表面反射板。
31.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光感受裝置包括光電倍增器陣列，而且所述光學反射板包括位于所述光電倍增器外圍并靠近所述各光電倍增器邊緣的外圍反射板，和跨過所述光電倍增器表面延伸的表面反射板。
32.如權利要求31所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述表面反射板比所述外圍反射板更長地延伸入所述液體界面介質中。
33.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光學反射面相對于所述光感受裝置的縱軸設置為成銳角。
34.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光感受裝置包括具有多組光電倍增器的一個光電倍增器陣列，其中至少有一組含有的光電倍增器寬度比其它各組光電倍增器的寬度要小。
35.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，還包括位于與所述輻射探測裝置鄰接的準直裝置，用于對所述輻射源發出的輻射進行限制和準直。
36.如權利要求35所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述準直裝置包括多個準直元件。
38.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；光電倍增器陣列，對所述輻射探測裝置起響應，以響應于所述發射光而產生電輸出；一個腔室，其中由所述光感受裝置限定一第一側，并且由所述輻射探測裝置限定與所述第一側相對的一第二側；一液體界面介質，充滿所述腔室，并且將所述輻射探測裝置和所述光感受裝置進行直接光學耦合，和多個表面反射板，跨過所述光電倍增器的表面延伸并延伸入所述液體界面介質趨于所述輻射探測裝置末端處，以調節由所述光電倍增器接收的所述發射光的大小。
39.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；光電倍增器陣列，對所述輻射探測裝置起響應，以響應于所述發射光而產生電輸出；一個腔室，其中由所述光感受裝置限定一第一側，并且由所述輻射探測裝置限定與所述第一側相對的一第二側；一液體界面介質，充滿所述腔室，并且將所述輻射探測裝置和所述光感受裝置進行直接光學耦合，和多個光學反射板，包括位于所述光電倍增器外圍并靠近所述各光電倍增器邊緣的外圍反射板，和跨過所述光電倍增器表面延伸的表面反射板，所述外圍反射板和所述表面反射板延伸入所述液體界面介質趨于所述輻射探測裝置末端處，以調節由所述光電倍增器接收的所述發射光的大小。
40.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括一閃爍晶體，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；光電倍增器陣列，對所述發射光起響應；一個腔室，其中由所述光電倍增器陣列限定一第一側，并且由所述閃爍晶體限定與所述第一側相對的一第二側，和一液體界面介質，充滿所述腔室，并且將所述光電倍增器和所述閃爍晶體進行直接光學耦合。
41.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；光感受裝置，對上述輻射探測裝置起響應，以響應于上述發射光而產生輸出；一液體界面介質，用于將該發射光從所述輻射探測裝置光學耦合至所述光感受裝置，和多個光學反射面，靠近所述光感受裝置并延伸入所述液體界面介質，用于將所述發射光從所述輻射探測裝置導引至所述光感受裝置；所述光學反射面相對于所述光感受裝置縱軸成銳角定向。
43.如權利要求45所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述透明元件是一玻璃基板。
44.如權利要求43所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述玻璃基板是分塊的。
45.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括多個閃爍晶體塊，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光，所述這些閃爍晶體塊是鄰接的；光電倍增器陣列，對上述晶體塊起響應，以響應于上述發射光而產生輸出，所述每個光電倍增器大致以由鄰接晶體塊形成的不連續接點為中心；一個第一腔室，其中由所述光電倍增器陣列限定一第一側，并且由一插入的隔離部件限定與所述第一側相對的一第二側；一第一液體界面介質，充滿所述第一腔室，并且將所述光電倍增器和所述插入隔離部件進行直接光學耦合；一個第二腔室，與上述第一腔室相鄰，其中由一入射窗口限定一第一側，并且由所述多個閃爍晶體塊限定與所述第一側相對的一第二側，所述多個閃爍晶體塊與所述插入隔離部件相鄰，和一第二液體界面介質，充滿所述第二腔室以及所述不連續接點。
46.如權利要求45所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第一液體界面介質具有第一折射率，而且所述第二液體界面介質具有不同于所述第一折射率的第二折射率。
47.如權利要求45所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第一液體界面介質和所述第二液體界面介質具有相同的折射率。
48.如權利要求38所述的液體界面閃爍攝影機，還包括多個外圍反射板，位于所述光電倍增器外圍并靠近所述各光電倍增器邊緣，并且延伸入所述液體界面介質趨于所述輻射探測裝置末端處。
49.如權利要求48所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述表面反射板比所述外圍反射板更長地延伸入所述液體界面介質中。
50.如權利要求48所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述外圍反射板是彎曲的。
51.如權利要求48所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述每個外圍反射板隨著其向所述液體界面介質中的延伸逐漸展寬。
52.如權利要求48所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述每個外圍反射板隨著其向所述液體界面介質中的延伸逐漸展寬直至一預定點，然后從所述預定點到其末端逐漸減小。
53.如權利要求48所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述每個外圍反射板包括一大致為平面的末端。
54.如權利要求48所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述每個外圍反射板包括一具有溝槽部分的末端。
55.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括一連續的環形輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；光電倍增器陣列，對所述輻射探測裝置起響應，以響應于所述發射光而產生輸出；一個環形腔室，其中由所述連續的環形輻射探測裝置限定一第一側并且由所述光電倍增器限定與所述第一側相對的一第二側，和一液體界面介質，充滿所述腔室，并且將所述連續的環形輻射探測裝置和所述光電倍增器進行直接光學耦合。
56.如權利要求55所述的液體界面閃爍攝影機，還包括多個表面反射板，跨過所述光電倍增器的表面延伸，并且延伸入所述液體界面介質趨于所述輻射探測裝置末端處，以調節由所述光電倍增器接收的所述發射光的大小。
57.如權利要求56所述的液體界面閃爍攝影機，還包括多個外圍反射板，位于所述光電倍增器外圍并靠近所述各光電倍增器邊緣，并且延伸入所述液體界面介質中。
58.如權利要求57所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述表面反射板比所述外圍反射板更長地延伸入所述液體界面介質中。
59.如權利要求57所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述外圍反射板是彎曲的。
60.如權利要求57所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述每個外圍反射板隨著其向所述液體界面介質中的延伸逐漸展寬。
61.如權利要求57所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述每個外圍反射板隨著其向所述液體界面介質中的延伸逐漸展寬直至一預定點，然后從所述預定點到其末端逐漸減小。
62.如權利要求57所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述每個外圍反射板包括一大致為平面的末端。
63.如權利要求57所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述每個外圍反射板包括一具有溝槽部分的末端。
64.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，還包括一個第二腔室，與上述腔室相鄰，其中由一入射窗口限定一第一側，并且由所述輻射探測裝置限定與所述第一側相對的一第二側。
65.如權利要求64所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第二腔室充以氣體。
66.如權利要求64所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第二腔室充以第二液體界面。
67.如權利要求38所述的液體界面閃爍攝影機，還包括一個第二腔室，與上述腔室相鄰，其中由一入射窗口限定一第一側，并且由所述輻射探測裝置限定與所述第一側相對的一第二側。
68.如權利要求67所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第二腔室充以氣體。
69.如權利要求67所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第二腔室充以第二液體界面。
70.如權利要求69所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第一液體界面介質具有第一折射率，而且所述第二液體界面介質具有不同于所述第一折射率的第二折射率。
71.如權利要求69所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第一液體界面介質和所述第二液體界面介質具有相同的折射率。
72.如權利要求39所述的液體界面閃爍攝影機，還包括一個第二腔室，與上述腔室相鄰，其中由一入射窗口限定一第一側并且由所述輻射探測裝置限定與所述第一側相對的一第二側。
73.如權利要求72所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第二腔室充以氣體。
74.如權利要求72所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第二腔室充以第二液體界面。
75.如權利要求40所述的液體界面閃爍攝影機，還包括一個第二腔室，與上述腔室相鄰，其中由一入射窗口限定一第一側并且由所述閃爍晶體限定與所述第一側相對的一第二側。
76.如權利要求75所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第二腔室充以氣體。
77.如權利要求75所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第二腔室充以第二液體界面。
78.如權利要求77所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第一液體界面介質具有第一折射率，而且所述第二液體界面介質具有不同于所述第一折射率的第二折射率。
79.如權利要求77所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第一液體界面介質和所述第二液體界面介質具有相同的折射率。
80.如權利要求45所述的液體界面閃爍攝影機，其中多個表面反射板跨過所述光電倍增器表面延伸，并且多個外圍反射板位于所述光電倍增器外圍并靠近所述各光電倍增器邊緣，所述外圍反射板和所述表面反射板延伸入所述液體界面介質趨于所述閃爍晶體塊末端處，以調節由所述光電倍增器接收的所述發射光的大小。
81.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括多個閃爍晶體塊，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光，所述這些閃爍晶體塊是鄰接的；光電倍增器陣列，對上述晶體塊起響應，以響應于上述發射光而產生輸出，所述每個光電倍增器大致以由鄰接昌體塊形成的不連續接點為中心；一個第一腔室，其中由所述光電倍增器陣列限定一第一側，并且由所述多個閃爍晶體塊限定與所述第一側相對的一第二側；一液體界面介質，充滿所述第一腔室，用于將所述光電倍增器和所述晶體塊進行直接光學耦合，和一個第二腔室，與上述第一腔室相鄰，其中由一入射窗口限定一第一側，并且由所述多個閃爍晶體塊限定與所述第一側相對的一第二側，所述液體界面介質充滿所述第二腔室以及所述不連續接點。
82.如權利要求81所述的液體界面閃爍攝影機，其中多個表面反射板跨過所述光電倍增器表面延伸，并且多個外圍反射板位于所述光電倍增器外圍并靠近所述各光電倍增器邊緣，所述外圍反射板和所述表面反射板延伸入所述液體界面介質趨于所述閃爍晶體塊末端處，以調節由所述光電倍增器接收的所述發射光的大小。
83.如權利要求81或82所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述多個閃爍晶體塊形成一環形結構。
84.如權利要求55所述的液體界面閃爍攝影機，還包括一個第二腔室，與所述環形腔室相鄰，其中由一入射窗口限定一第一側，并且由所述環形輻射探測裝置限定與所述第一側相對的一第二側。
85.如權利要求84所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第二腔室充以氣體。
86.如權利要求84所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第二腔室充以第二液體界面。
87.如權利要求86所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第一液體界面介質具有第一折射率，而且所述第二液體界面介質具有不同于所述第一折射率的第二折射率。
88.如權利要求86所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述第一液體界面介質和所述第二液體界面介質具有相同的折射率。
89.如權利要求45或80所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述多個閃爍晶體塊形成一環形結構。
權利要求
1.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；光感受裝置，對上述輻射探測裝置起響應，以響應于上述發射光而產生輸出；以及一液體界面介質，用于將該發射光從所述輻射探測裝置光學耦合至所述光感受裝置。
2.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述輻射探測裝置包括一閃爍晶體。
3.如權利要求2所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述閃爍晶體為平面型。
4.如權利要求2所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述閃爍晶體為環形的。
5.如權利要求2所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述閃爍晶體為弧形的。
6.如權利要求2所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述閃爍晶體為半球形的。
7.如權利要求2所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述閃爍晶體是單塊的光學連續閃爍晶體。
8.如權利要求2所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述閃爍晶體是分塊的光學不連續閃爍晶體。
9.如權利要求8所述的液體界面閃爍攝影機，還包括插在上述閃爍晶體和上述液體界面介質之間的一隔離部件，它限定一含有上述液體界面介質的第一腔室，和一含有上述閃爍晶體和一種第二液體界面介質的第二腔室。
10.如權利要求9所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述液體界面介質具有第一折射率，而且所述第二液體界面介質具有不同于所述第一折射率的第二折射率。
11.如權利要求2所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述閃爍晶體由NaI(Tl)制成。
12.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光感受裝置包括至少一個光電倍增器。
13.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光感受裝置包括一個光電倍增器陣列。
14.如權利要求13所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光電倍增器陣列為平面型。
15.如權利要求13所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光電倍增器陣列為環形的。
16.如權利要求13所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光電倍增器陣列為六邊形的。
17.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，還包括一個密封的腔室，位于所述輻射探測裝置與所述光感受裝置之間，用于容納所述液體界面介質。
18.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述液體界面介質具有的折射率介于所述光感受裝置與所述輻射探測裝置的折射率之間。
19.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述液體界面介質具有的折射率在大約1.52和1.67之間。
20.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述液體界面介質將發射光從所述輻射探測裝置直接耦合至所述光感受裝置。
21.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，還包括一擴展區域，用于容納所述液體界面介質膨脹出來的部分。
22.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，在貼近所述光感受裝置處還包括多個光學反射面，它們延伸入所述液體界面介質，用于將來自所述輻射探測裝置的所述發射光導引至所述光感受裝置。
23.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光學反射面是彎曲的。
24.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述每個光學反射面隨著其向所述液體界面介質中的延伸逐漸展寬。
25.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述每個光學反射面隨著其向所述液體界面介質中的延伸逐漸展寬直至一預定點，然后從所述預定點到其末端逐漸減小。
26.如權利要求24所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述每個光學反射面包括一大致為平面的末端。
27.如權利要求24所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述每個光學反射面包括一具有溝槽部分的末端。
28.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光學反射面包括相對于所述光感受裝置縱軸以不同角度定向的第一部分和第二部分。
29.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光感受裝置包括光電倍增器陣列，而且所述光學反射面包括位于所述光電倍增器外圍并靠近各所述光電倍增器邊緣的外圍反射板。
30.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光感受裝置包括光電倍增器陣列，而且所述光學反射面包括跨過所述光電倍增器表面延伸的表面反射板。
31.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光感受裝置包括光電倍增器陣列，而且所述光學反射面包括位于所述光電倍增器外圍并靠近各所述光電倍增器邊緣的外圍反射板，和跨過所述光電倍增器表面延伸的表面反射板。
32.如權利要求31所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述表面反射板比所述外圍反射板更長地延伸入所述液體界面介質中。
33.如權利要求22所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光學反射面相對于所述光感受裝置的縱軸設置為成銳角。
34.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述光感受裝置包括具有多組光電倍增器的一個光電倍增器陣列，其中至少有一組含有的光電倍增器寬度比其它各組光電倍增器的寬度要小。
35.如權利要求1所述的液體界面閃爍攝影機，還包括位于與所述輻射探測裝置鄰接的準直裝置，用于對所述輻射源發出的輻射進行限制和準直。
36.如權利要求35所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述準直裝置包括多個準直元件。
37.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；光電倍增器陣列，對所述輻射探測裝置響應，以響應于所述發射光而產生電輸出；一液體界面介質，用于將該發射光從所述輻射探測裝置光學耦合至上述光電倍增器陣列，和多個外圍反射板，位于所述光電倍增器外圍并靠近所述各光電倍增器邊緣。
38.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；光電倍增器陣列，對所述輻射探測裝置響應，以響應于所述發射光而產生電輸出；一液體界面介質，用于將該發射光從所述輻射探測裝置光學耦合至上述光電倍增器陣列，和多個表面反射板，跨過所述光電倍增器的表面延伸。
39.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括輻射探測裝置，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；光電倍增器陣列，對所述輻射探測裝置起響應，以響應于所述發射光而產生電輸出；一液體界面介質，用于將該發射光從所述輻射探測裝置光學耦合至上述光電倍增器陣列，和多個光學反射面，包括位于所述光電倍增器外圍并靠近所述各光電倍增器邊緣的外圍反射板，和跨過所述光電倍增器的表面延伸的表面反射板。
40.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括一閃爍晶體，用來響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；光電倍增器陣列，對所述閃爍晶體起響應，以響應于所述發射光而產生電輸出，和一液體界面介質，用于將該發射光從所述閃爍晶體光學耦合至上述光電倍增器陣列。
41.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括輻射探測裝置，用于響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；光感受裝置，對上述輻射探測裝置起響應，以響應于上述發射光而產生輸出；一液體界面介質，用于將該發射光從所述輻射探測裝置光學耦合至所述光感受裝置，和多個光學反射面，靠近所述光感受裝置并延伸入所述液體界面介質，用于將所述發射光從所述輻射探測裝置導引至所述光感受裝置；所述光學反射面相對于所述光感受裝置縱軸成銳角定向。
42.一種用于探測由源發出的輻射的液體界面閃爍攝影機，包括輻射探測裝置，用于響應于從該輻射源吸收的輻射而發射出光；光感受裝置，對所述輻射探測裝置起響應，以響應于所述發射光而產生輸出；一液體界面介質，用于透射來自所述輻射探測裝置的發射光，和一透明元件，插在所述液體界面介質和所述光感受裝置之間，以將所述透射光從所述液體界面介質耦合至所述光感受裝置。
43.如權利要求42所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述透明元件是一玻璃基板。
44.如權利要求43所述的液體界面閃爍攝影機，其中所述玻璃基板是分塊的。
全文摘要
一種用于探測由源(78)發出的輻射(76)的液體界面閃爍攝影機(50),包括:一個響應于從源(78)吸收的輻射而發射光(92)的輻射探測裝置(58);響應于該輻射探測裝置(58)以響應于發射光(92)而產生輸出的光敏器件(52—56);和一液體界面介質(60),用于將發射光(92)從輻射探測裝置(58)光學耦合至光敏器件(52—56)。
文檔編號G01T1/202GK1202251SQ96198296
公開日1998年12月16日 申請日期1996年10月18日 優先權日1995年10月19日
發明者薩巴斯蒂安·金納 申請人:數字閃爍圖象公司