專利名稱：基于具有輻射記憶功能的輻射光致發(fā)光圖像板的輻射成像系統(tǒng)的制作方法
基于具有輻射記憶功能的輻射光致發(fā)光圖像板的輻射成像系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于輻射測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于具有輻射記憶功能的輻射光 致發(fā)光圖像板的輻射成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科可以通過分析放射性核素在人體器官內(nèi)的分布圖像，診斷病人心 腦血管疾病、腫瘤等各種器官疾病。用于X射線或者伽瑪射線的射線源分布測量的輻射 成像測量系統(tǒng)，通常叫做伽瑪相機，首先在核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展起來。
目前為止已經(jīng)有很多醫(yī)療器械公司開發(fā)出了用于人體X射線或者伽瑪射線分布 測量的伽瑪相機系統(tǒng)。這些伽瑪相機主要由準直器，閃爍晶體板，以及位置靈敏光探測 器件組成。
準直器的材料一般為原子序數(shù)很大，對X射線或者伽瑪射線阻擋效果非常好的 金屬材料，比如鉛，鎢等。準直器種類主要有平行孔準直器，針孔準直器，發(fā)散型準直 器，匯聚型準直器；用于限制進入伽瑪相機視野的入射射線的方向以及范圍。
射線經(jīng)過準直器后到達閃爍晶體板。閃爍晶體的材料主要為NaI(Tl)晶體，也 可以是CsI或BGO等。射線在閃爍晶體中發(fā)生能量沉積，沉積的能量又以熒光的方式在 能量沉積的位置釋放出來。
閃爍晶體板后面的位置靈敏光探測器件，可以測量出熒光釋放的位置以及強 度，從而達到成像的目的。位置靈敏光探測器件可以是單個的位置靈敏光電倍增管，或 者位置靈敏光電倍增管陣列。位置靈敏光電倍增管的入射窗通過光導(dǎo)貼近閃爍晶體板， 達到測量目的。位置靈敏光探測器件也可以是電荷耦合器件(CCD)或者CMOS。
目前發(fā)展起來的這類伽瑪相機系統(tǒng)，可以用于X射線輻射場或者伽瑪輻射場的 實時成像測量。核醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，由于人體內(nèi)的放射性水平通常較高，可以利用這類伽瑪 相機系統(tǒng)方便的得到核素在體內(nèi)靜態(tài)以及動態(tài)連續(xù)的分布圖像。但是，將這類伽瑪相機 系統(tǒng)用于核工業(yè)領(lǐng)域的放射性分布測量，比如某個場所的放射性污染分布圖像測量時， 則經(jīng)常會遇到困難。比如待測量場所或者對象的輻射水平很低，低于現(xiàn)有的這類伽瑪 相機系統(tǒng)的最低探測下限時，那么，將測量不到放射源的分布圖像。在現(xiàn)有的這類系 統(tǒng)下，通過延長測量時間的方法，也不會有明顯的效用，因為這并不能提高測量的信噪 比。發(fā)明內(nèi)容
(一)發(fā)明目的
本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中伽馬相機系統(tǒng)無法探測微弱輻射信號的問題。
(二)技術(shù)方案
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案
一種基于具有輻射記憶功能的輻射光致發(fā)光圖像板的輻射成像系統(tǒng)，包括遮光 框體、針孔準直器、位置靈敏光探測模塊、控制和圖像處理模塊，所述針孔準直器位于 遮光框體前端，位置靈敏光探測模塊置于遮光框體后端并且其光探測面正對針孔準直 器，控制和圖像處理模塊與位置靈敏光探測模塊相連，其關(guān)鍵在于在所述針孔準直器 和位置靈敏光探測模塊之間還置有由輻射光致發(fā)光材料制成的圖像板；在所述遮光框體 的后端置有與所述輻射光致發(fā)光材料相對應(yīng)的激發(fā)光源；在所述遮光框體后端還置有快 門。
所述針孔準直器的針孔處還置有遮光片，所述遮光片由易于透過X射線和伽瑪 射線的材料制成。
所述針孔準直器和圖像板之間置有加熱絲，所述加熱絲為螺旋狀結(jié)構(gòu)。
制作圖像板所用的輻射光致發(fā)光材料是銀離子活化的磷酸鹽玻璃，或者其它具 有輻射記憶功能的輻射光致發(fā)光材料。
所述圖像板靠近針孔準直器的一側(cè)覆蓋有一層鋁箔。
所述激發(fā)光源呈圓狀均勻分布在位置靈敏光探測模塊的周圍。
所述加熱絲和圖像板可以在遮光框體內(nèi)沿著輻射測量系統(tǒng)中心軸方向前后移 動。
所述位置靈敏光探測模塊包括遮光外壁和置于其中的光電探測器，面向圖像板 的一端置有能夠過濾激發(fā)光的濾光片，其靠近控制和圖像處理模塊的一端置有電源接口 和數(shù)據(jù)接口。所述光電探測器是位置靈敏光電倍增管、CCD或者CMOS。
當所述光電探測器是位置靈敏光電倍增管時，將圖像板貼近激發(fā)光濾光片，可 以測量得到輻射光致發(fā)光材料發(fā)出的熒光信號的位置和強度信息。
當所述光電探測器是CCD或者CMOS時，在所述濾光片和CCD或者CMOS之 間置有錐形光纖成像束。
當所述光電探測器是CCD或者CMOS時，在所述濾光片和CCD或者CMOS之間置有成像透鏡組，并且所述CCD或者CMOS的感光芯片位于成像透鏡組的像平面上。
(三)有益效果
由于所述輻射光致發(fā)光材料做成的圖像板可以將入射X射線或者伽瑪射線的沉 積能量存儲為熒光中心進行長時間的累積，該信號累積的過程中，由于位置靈敏光探測 模塊處于關(guān)閉狀態(tài)，不會增加電子學(xué)噪聲，是一個可以顯著提高信噪比的過程，因此本 發(fā)明所提供的輻射成像系統(tǒng)能夠?qū)姸葮O低的X射線或者伽瑪射線進行測量，可以廣泛 應(yīng)用于低輻射場所的輻射強度與輻射成像測量。


圖1為基于具有輻射記憶功能的輻射光致發(fā)光圖像板的輻射成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖2為圖1中A-A方向的剖面圖3為圖1中位置靈敏光測量器件的第一具體實例；
圖4為圖1中位置靈敏光測量器件的第二具體實例；
圖5為圖1中位置靈敏光測量器件的第三具體實例；4
圖6為位置靈敏光測量器件進行數(shù)據(jù)讀取時的系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造圖7為消除信號加熱絲加熱圖像板時的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步說明。
實施例一
本實施例提供的基于具有輻射記憶功能的輻射光致發(fā)光圖像板的輻射成像系 統(tǒng)，如圖1所示，包括遮光框體5、針孔準直器1、位置靈敏光探測模塊2、控制和圖像處 理模塊9等。所述針孔準直器1位于遮光框體5前端，位置靈敏光探測模塊2置于遮光 框體5后端并且其光探測面正對針孔準直器1，控制和圖像處理模塊9與位置靈敏光探測 模塊2相連，關(guān)鍵在于，在所述針孔準直器1和位置靈敏光探測模塊2之間還置有由輻射 光致發(fā)光材料做成的圖像板7 ；在所述遮光框體5的后端置有與所述輻射光致發(fā)光材料相 對應(yīng)的激發(fā)光源3 ；在所述遮光框體5后端還置有快門4。
被測量的X射線或者伽瑪射線放射源發(fā)出的射線，通過針孔準直器1的針孔，進 入測量系統(tǒng)。所述針孔準直器1具有視野大、成像小的特點，針孔準直器1采用可以屏 蔽輻射的原子序數(shù)很大的金屬材料制成，如鉛、鎢等。針孔準直器1的針孔處還置有很 薄的遮光片，所述遮光片由易于透過X射線和伽瑪射線的材料制成，比如鋁箔等。
從針孔準直器1的針孔入射的X射線或者伽瑪射線由圖像板7進行記錄，圖像板 7由固定架6安裝在遮光框體5內(nèi)。所述圖像板7由能夠把入射X射線或者伽瑪射線轉(zhuǎn) 換成熒光信號的輻射光致發(fā)光(Radiophotoluminescence，RPL)材料制成，上述材料組分 優(yōu)選為銀離子活化的磷酸鹽玻璃，或者也可以選擇其它具有輻射記憶功能的輻射光致發(fā) 光材料。上述具有輻射記憶功能的輻射輻射光致發(fā)光材料能在入射點處將入射X射線或 者伽瑪射線的沉積能量轉(zhuǎn)換成熒光中心進行累積，沉積能量越大，產(chǎn)生的熒光中心就越 多。在輻射水平很低的場合下，可以增大該輻射成像測量系統(tǒng)的測量時間，使輻射光致 發(fā)光材料中沉積足夠多的能量，存儲足夠多的熒光中心，以準備之后用位置靈敏光探測 模塊2讀取。
所述針孔準直器1和圖像板7之間置有加熱絲11，其作用是在一次測量完成之 后通過加熱圖像板7而將其上存儲的熒光信號完全消除。加熱絲11的結(jié)構(gòu)如圖2所示， 是一盤粗細均勻的螺旋狀加熱電阻絲，安裝于針孔準直器1與圖像板7之間。加熱絲11 和圖像板7均可以由步進電機或者伺服電機控制而在遮光框體5內(nèi)前后移動。當不需要 消除輻射光致發(fā)光材料中存儲的信號時，加熱絲11緊貼在靠近針孔準直器1的一側(cè)，不 影響針孔成像；當輻射成像測量完成后，如果需要消除輻射光致發(fā)光材料中已存儲的信 號，準備進行下一次測量時，則需要將該加熱絲11沿著輻射測量系統(tǒng)中心軸方向貼近圖 像板7，加熱圖像板7到400°C左右并持續(xù)一段時間，達到消除原來信號的目的。
在圖像板7上靠近針孔準直器1的一側(cè)覆蓋有一層鋁箔。鋁箔首先可以遮光， 因為該輻射光致發(fā)光材料本身是透明的，而圖像板7后面的位置靈敏光探測模塊2使用的 位置靈敏光電探測器需要遮光；其次，鋁箔是熱得良導(dǎo)體，為了消除輻射光致發(fā)光材料 存儲的信號而對其進行加熱時，有助于使輻射光致發(fā)光材料做成的圖像板7均勻受熱。
激發(fā)光源3置于遮光框體5的后端，呈圓狀均勻分布在位置靈敏光探測模塊2的周圍。針對本實施例中制作圖像板7所采用的銀離子活化的磷酸鹽玻璃，采用波長為 370nm左右的發(fā)光二極管陣列作為激發(fā)光源。在圖像板7被電離輻射曝光一定時間后，開 啟該發(fā)光二極管，對圖像板7上存儲的熒光中心進行激發(fā)，使圖像板7產(chǎn)生波長為600nm 至700nm之間的熒光，被位置靈敏光探測模塊2讀取。通過調(diào)整發(fā)光二極管陣列中發(fā)光 二極管發(fā)光的強度分布，以及周圍的反射條件，可以保證照射到圖像板7表面的光是均 勻分布的。
所述位置靈敏光探測模塊2包括遮光外壁、電源接口 15、數(shù)據(jù)接口 16和光電探 測器，面向圖像板7的一端置有能夠過濾激發(fā)光的濾光片8，其靠近控制和圖像處理模塊 9的一端置有電源接口 15和數(shù)據(jù)接口 16。本實施例中所采用的光電探測器是位置靈敏光 電倍增管14，如圖3所示，利用位置靈敏光電倍增管14測量圖像板7上的退激熒光信號 時，將圖像板7盡量貼近激發(fā)光濾光片8進行測量。用于過濾激發(fā)光的濾光片8位于圖 像板7與位置靈敏光電倍增管14之間并緊貼位置靈敏光電倍增管14的探測面。針對波 長為370nm左右的激發(fā)光源3和熒光波長范圍在600nm至700nm的圖像板7，本實施例 中所采用的濾光片8是截止波長為450nm的長波通濾光片，只允許輻射光致發(fā)光材料退 激時發(fā)出的熒光透過，而使激發(fā)光源3發(fā)出的激發(fā)光無法到達位置靈敏光電倍增管14。
位置靈敏光探測模塊2與遮光框體5的接口處、電源接口 15和數(shù)據(jù)接口 16處均 進行密閉遮光處理。針孔準直器1、遮光框體5和圖像板7上覆蓋的鋁箔一起實現(xiàn)對整個 測量系統(tǒng)的避光。
控制模塊主要用于對輻射成像測量系統(tǒng)內(nèi)部一些機械機構(gòu)，以及開關(guān)電路的控 制?？刂颇K負責對激發(fā)光源開關(guān)的控制?？刂颇K還控制輻射光致發(fā)光材料圖像板沿 輻射成像測量系統(tǒng)軸方向的位移，達到控制測量視野，以及將圖像板盡量貼近位置靈敏 光測量器件的目的?？刂颇K同時需要控制消除信號加熱絲沿著中心軸的移動。控制模 塊還需要控制安裝在圖像板和激發(fā)光濾光片之間的遮光快門，在位置靈敏光測量器件沒 有進行讀數(shù)測量時，需要始終將這個遮光快門關(guān)閉，以實現(xiàn)對位置靈敏光測量器件的遮 光狀態(tài)。圖像處理模塊用于分析從位置靈敏光探測單元得到的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)最終的對放射 源分布的成像測量功能。圖像處理模塊通常要和控制模塊聯(lián)合配合運行，以達到最佳成 像效果。
在利用上述輻射成像系統(tǒng)進行X射線或者伽瑪輻射場的輻射成像測量時，首先 根據(jù)需要測量視野的大小，通過控制模塊調(diào)整好固定架6離針孔準直器1的距離，激發(fā)光 源3和快門4均處于關(guān)閉狀態(tài)，消除信號加熱絲11緊貼針孔準直器1的一側(cè)。經(jīng)過一定 的時間照射后，圖像板7通過X射線或者伽瑪射線的沉積能量，存儲了輻射源強度分布的 圖像信息。然后通過控制模塊打開避光門4，并將固定架6向右移動至貼近位置靈敏光探 測模塊2，如圖6所示。此時打開激發(fā)光源3，圖像板7上存儲的熒光中心受激發(fā)射出的 熒光信號被位置靈敏光探測模塊2測量，并通過后面的圖像處理模塊，得到放射源分布 的圖像。輻射成像測量完成后，通過控制模塊關(guān)閉激發(fā)光源3和快門4。如果需要進行 下次測量，則通過控制模塊先將加熱絲11移至貼近圖像板7外側(cè)覆蓋的鋁箔，如圖7所 示，使用加熱絲11加熱一段時間后，關(guān)閉，之后即可進行下一次測量。
本實施例提供的的輻射成像測量系統(tǒng)，可以根據(jù)輻射場的強弱，調(diào)節(jié)單次讀取 輻射光致發(fā)光材料上存儲的分布圖像信號的時間間隔，從而在保證成像質(zhì)量的同時，實現(xiàn)連續(xù)的成像測量。同時，因為輻射光致發(fā)光材料是一種可以重復(fù)讀取的材料，也就是 說在沒有開啟消除信號加熱絲消除圖像板中存儲的信號之前，可以對圖像板反復(fù)讀測， 具有可重復(fù)再現(xiàn)輻射場分布圖像的能力。
實施例二
其他技術(shù)方案不變，與實施例一的區(qū)別在于
本實施例中所采用的光電探測器是電荷耦合器件(CCD)或者CMOS 12，并且在 所述濾光片8和CCD/CMOS 12之間置有錐形光纖成像束10，如圖4所示。圖像板7受 激發(fā)出的熒光信號通過錐形光纖成像束10耦合到CCD/CMOS 12的表面并被測量，同時 保留了位置信息以及強度信息。
實施例三
其他技術(shù)方案不變，與實施例一的區(qū)別在于
本實施例中所采用的光電探測器是電荷耦合器件(CCD)或者CMOS 12，在所述 濾光片8和CCD/CMOS 12之間置有成像透鏡組13，所述CCD/CMOS 12的感光芯片位 于成像透鏡組13的像平面上，如圖5所示。圖像板7受激發(fā)出的熒光信號通過錐形成像 透鏡組13成像到CCD/CMOS 12的表面并被測量，同時保留了位置信息以及強度信息。
以上內(nèi)容是結(jié)合優(yōu)選的實施例對本發(fā)明所做的具體說明，不能認定本發(fā)明的具 體實施方式僅限于這些說明。對本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本 發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演和變換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范 圍。
權(quán)利要求
1.一種基于具有輻射記憶功能的輻射光致發(fā)光圖像板的輻射成像系統(tǒng)，包括遮光框 體(5)、針孔準直器(1)、位置靈敏光探測模塊O)、控制和圖像處理模塊(9)，所述針孔 準直器(1)位于遮光框體( 前端，位置靈敏光探測模塊( 置于遮光框體( 后端并且 其光探測面正對針孔準直器(1)，控制和圖像處理模塊(9)與位置靈敏光探測模塊(2)相 連，其特征在于在所述針孔準直器(1)和位置靈敏光探測模塊( 之間還置有由具有輻 射記憶功能的輻射光致發(fā)光材料制成的圖像板(7)；在所述遮光框體( 的后端置有與所 述輻射光致發(fā)光材料相對應(yīng)的激發(fā)光源(3)；在所述遮光框體( 后端還置有快門G)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于所述針孔準直器(1)的針孔處 還置有遮光片，所述遮光片由易于透過X射線和伽瑪射線的材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于所述針孔準直器(1)和圖像板 (7)之間置有加熱絲(11)，所述加熱絲(11)為螺旋狀結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于制作圖像板(7)所用的具有輻 射記憶功能的輻射光致發(fā)光材料是銀離子活化的磷酸鹽玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于所述圖像板(7)靠近針孔準直 器(1)的一側(cè)覆蓋有一層鋁箔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于所述激發(fā)光源C3)呈圓狀均勻 分布在位置靈敏光探測模塊O)的周圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于所述加熱絲(11)和圖像板(7) 可以在遮光框體(5)內(nèi)沿著輻射測量系統(tǒng)中心軸方向前后移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于所述位置靈敏光探測模 塊(2)包括遮光外壁和置于其中的光電探測器，面向圖像板(7)的一端置有能夠過濾激發(fā) 光的濾光片(8)，其靠近控制和圖像處理模塊(9)的一端置有電源接口(1 和數(shù)據(jù)接口 (16)；所述光電探測器是位置靈敏光電倍增管(14)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 7所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于所述位置靈敏光探測模 塊( 包括遮光外壁和置于其中的光電探測器，面向圖像板(7)的一端置有能夠過濾激 發(fā)光的濾光片(8)，其靠近控制和圖像處理模塊(9)的一端置有電源接口(1 和數(shù)據(jù)接 口(16)；所述光電探測器是CCD或者CMOS (12)，并且在所述濾光片⑶和CCD或者 CMOS (12)之間置有錐形光纖成像束(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 7所述的輻射成像系統(tǒng)，其特征在于所述位置靈敏光探測模 塊( 包括遮光外壁和置于其中的光電探測器，面向圖像板(7)的一端置有能夠過濾激 發(fā)光的濾光片(8)，其靠近控制和圖像處理模塊(9)的一端置有電源接口(1 和數(shù)據(jù)接 口(16)；所述光電探測器是CCD或者CMOS (12)，并且在所述濾光片⑶和CCD或者 CMOS (12)之間置有成像透鏡組(13)，所述CCD或者CMOS (12)的感光芯片位于成像透 鏡組(1 的像平面上。
全文摘要
本發(fā)明屬于輻射測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于具有輻射記憶功能的輻射光致發(fā)光圖像板的輻射成像系統(tǒng)，包括遮光框體、針孔準直器、位置靈敏光探測模塊、控制和圖像處理模塊，所述針孔準直器位于遮光框體前端，位置靈敏光探測模塊置于遮光框體后端并且其光探測面正對針孔準直器，控制和圖像處理模塊與位置靈敏光探測模塊相連。在所述針孔準直器和位置靈敏光探測模塊之間還置有由輻射光致發(fā)光材料制成的圖像板；在所述遮光框體的后端置有與所述輻射光致發(fā)光材料相對應(yīng)的激發(fā)光源；在所述遮光框體后端還置有快門。本發(fā)明所提供的輻射成像系統(tǒng)能夠?qū)姸葮O低的X射線或者伽瑪射線進行測量，可以廣泛應(yīng)用于低輻射場所的輻射強度與輻射成像測量。
文檔編號G01T1/29GK102023308SQ201010281939
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者王瑩, 馬吉增, 駱志平 申請人:中國原子能科學(xué)研究院