專利名稱:一種產(chǎn)生圖像和/或投影的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種通過成像方法產(chǎn)生圖像和/或投影的設(shè)備,這個(gè)設(shè)備包括一種用于探測輸入輻射的設(shè)備,探測輸入輻射的設(shè)備又包括至少一種捕獲元件,這個(gè)捕獲元件包含一個(gè)用于轉(zhuǎn)換輸入輻射的傳感器和一個(gè)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電二極管。本發(fā)明還涉及一種探測輸入輻射的設(shè)備。
層析攝影法是一種用于醫(yī)學(xué)X-射線診斷領(lǐng)域的切片成像方法。依據(jù)本方法,當(dāng)患者保持靜止時(shí),管和薄膜的合成運(yùn)動(dòng)在相對(duì)的方向發(fā)生。一個(gè)給定的、選出的深度區(qū)域清晰地成像在薄膜上,同時(shí),因?yàn)檫B續(xù)地變化投影,被放置在較高或較深處的物體局部被模糊。
在X射線的層析攝影法中,所給定的患者身體切片的X射線的衰變由在不同投影方向的一組探測儀測量。在末端,窄的X射線射束(扇形射束)由X射線管和光闌形成。射束穿越相應(yīng)的身體部分,并被身體內(nèi)的不同結(jié)構(gòu)(例如,皮膚、脂肪、肌肉、器官、骨頭)減弱到不同的程度。
在X射線管的精確相對(duì)方向,安排了多個(gè)探測儀,它接收減弱的信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行電子加工以便傳播給計(jì)算機(jī)來評(píng)估。隨后,X射線管和相對(duì)方向放置的探測儀進(jìn)一步圍繞著患者輕微旋轉(zhuǎn)。
然后,重復(fù)所描述的程序。相同切片的各種視圖(投影)產(chǎn)生了,并轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)灰度圖像。這種圖像可以在顯示屏上和X射線薄膜上觀察和評(píng)估。這種技術(shù)生產(chǎn)的圖像比普通的X射線技術(shù)產(chǎn)生的圖像含有更豐富的對(duì)比。
一種基于層析x射線攝影法原理的進(jìn)一步的方法稱作發(fā)射計(jì)算機(jī)層析攝影,它是以放射性核素(閃爍掃描法)測量臨時(shí)切片為基礎(chǔ)的。從二氧化碳的15O或68Ge的正離子發(fā)射(正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)層析攝影或正電子X射線層析術(shù)PET)或從99mTc或123I的光子(單電子發(fā)射計(jì)算機(jī)層析術(shù)SPECT)被測量。這樣的核醫(yī)學(xué)層析攝影法具有這樣的優(yōu)勢,它們向?qū)游鰯z影所產(chǎn)生的圖像的觀察者呈現(xiàn)出了具有超出純形態(tài)、并可反映生理事件的信息。
在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)層析攝影法中,有兩種基本的輻射探測儀直接轉(zhuǎn)換器(如,氙氣探測儀)和閃爍探測儀。固體狀態(tài)的探測儀,由一種閃爍材料(閃爍物)構(gòu)成,在激發(fā)后發(fā)射的可見光被光電二極管收集。X射線計(jì)算機(jī)層析攝影的固體狀態(tài)探測儀包含鎢酸鎘(CdWO4)或基于稀土元素的材料。經(jīng)常使用的閃爍物是Ce3+摻雜材料,如Lu2SiO5:Ce或Gd2SiO5:Ce。在PET法或SPECT法中,經(jīng)常使用的閃爍物是NaI:TI或鍺酸鉍(Bi4Ge3O12(BGO))。具有以Ce3+摻雜材料形式的閃爍物的探測儀是公知的,如歐洲專利EP1004899。
閃爍物必須滿足一些條件。例如,閃爍物必須具有高密度、高發(fā)光效率和短激發(fā)和衰變時(shí)間。
NaI:TI的衰變時(shí)間τ為250ns,BGO的衰變時(shí)間為300ns,Lu2SiO5:Ce的衰變時(shí)間為40ns,Gd2SiO5:Ce的衰變時(shí)間為56ns。為了一些用途,使用更短的衰變時(shí)間的閃爍物是合適的。
因此,本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于層析攝影的設(shè)備,它包括一種具有更短的衰變時(shí)間τ的閃爍物。
這個(gè)目的由一種產(chǎn)生圖像和/或產(chǎn)生成像方法的投影的設(shè)備而實(shí)現(xiàn)。這個(gè)設(shè)備包括一種用于探測輸入輻射的設(shè)備,所述探測輸入輻射的設(shè)備又包括至少一種捕獲元件,這個(gè)捕獲元件包含帶有Pr3+活化閃爍物的傳感器,用于把輸入輻射轉(zhuǎn)換為UV輻射,還包含一個(gè)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電二極管。
Pr3+活化閃爍物具有短的衰變時(shí)間τ,范圍低于25ns,因此,它短于Ce3+活化閃爍物的衰變時(shí)間。
由于短的衰變時(shí)間τ,測定輸入輻射強(qiáng)度過程中,積分時(shí)間可以減少,因此產(chǎn)生圖像和/或投影的成像率可以大大增加。由于成像率增加,偽像的發(fā)生,如投影像被減少了。另外,因?yàn)楦嗟膯蝹€(gè)圖像可以在較短的時(shí)間內(nèi)測定,患者的檢查時(shí)間減少了。
與權(quán)利要求2一致的,優(yōu)先選擇的Pr3+活化閃爍物具有短的激發(fā)時(shí)間和短的衰變時(shí)間τ。另外,響應(yīng)用x射線和γ量子進(jìn)行的激發(fā),它們發(fā)射出UV輻射。
對(duì)于與權(quán)利要求3到5一致的,優(yōu)先選擇的成像方法,其中重要的是閃爍物具有短的衰變,因此能夠具有高的成像率。對(duì)于PET方法,時(shí)間窗是非常重要的,在設(shè)備中使用具有較短衰變時(shí)間的閃爍物來測定輸入輻射是非常有優(yōu)勢的。
與權(quán)利要求6到8一致的優(yōu)先實(shí)施方案使采用輸入輻射的更大部分用于圖像分析成為可能。發(fā)光物質(zhì)可以被紫外輻射激發(fā),吸收閃爍物發(fā)射的紫外輻射,并轉(zhuǎn)換成為適應(yīng)于光電二極管的光譜靈敏度的長波輻射。結(jié)果是,閃爍物的發(fā)射光譜和光電二極管的敏感光譜的重疊最大,光電二極管可以達(dá)到最大的量子效率。
本發(fā)明還涉及一種探測輸入輻射的設(shè)備,它包括至少一個(gè)捕獲元件,這個(gè)捕獲元件包含帶有Pr3+活化閃爍物的傳感器,把輸入輻射轉(zhuǎn)換為紫外輻射,還包含一個(gè)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電二極管。
發(fā)明的實(shí)施例將在下文中參考相應(yīng)的圖來詳細(xì)的描述。
圖1表示通過PET方法用于產(chǎn)生圖像和/或投影的設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
圖2表示CaLi2SiO4:Pr,Na的激發(fā)和發(fā)射光譜。
圖3表示LuPO4:Pr的激發(fā)和發(fā)射光譜。
圖4表示Lu2SiO5:Pr的激發(fā)和發(fā)射光譜。
圖5表示LaPO4:Pr的激發(fā)和發(fā)射光譜。
用于產(chǎn)生圖像和/或投影的設(shè)備可以以各種成像方法操作。優(yōu)選地,該設(shè)備實(shí)施PET方法或SPECT方法作為成像方法,或通過X射線實(shí)施成像方法。
與PET方法一致,標(biāo)記了給定的不穩(wěn)定核素的代謝標(biāo)本被注入患者體內(nèi);這個(gè)標(biāo)本以組織特殊或功能特殊的方式被吸收。使用的放射核素衰變,在不同的后續(xù)程序中,在衰變位置的邊緣產(chǎn)生出兩個(gè)γ量子;這兩個(gè)量子以恰好相反的方向飛出,并離開患者以便被傳感器探測,在探測輸入輻射的設(shè)備中,傳感器繞患者以環(huán)形放置。在它們從初始的位置到從患者中顯露出來的位置的旅程中,γ量子穿越了患者的更多的組織;組織可以吸收γ量子,吸收多或少取決于組織類型。通常來講,γ量子以組織特殊方式被衰變。形成來自于切片圖像或體積圖像的一組圖像投影的所有檢測到的γ量子一起在隨后的重構(gòu)操作中以公知的方式被重構(gòu)。PET方法生產(chǎn)物體的功能圖像。
兩個(gè)γ量子具有相同的511keV的能量。探測γ量子由探測輸入輻射設(shè)備的傳感器中的閃爍物實(shí)施。
圖1是通過PET方法形成切片圖像的設(shè)備的圖例。患者或權(quán)利要求1中的物體,被安排在探測輸入輻射的環(huán)形設(shè)備2中,它由單獨(dú)的探測或捕獲元件3組成。由環(huán)形確定的面橫截物體1,如在橫截面4上。所述的衰變過程發(fā)生在位置5,在這里,兩個(gè)γ量子以相對(duì)方向沿雙箭頭6離開物體1。探測輸入輻射設(shè)備2的單獨(dú)傳感器元件3由導(dǎo)線7連接到數(shù)據(jù)處理單元8,它評(píng)估來自于探測元件3的信號(hào)。形成的切片圖像隨后顯示在顯示設(shè)備8上。
對(duì)于PET方法,瞬時(shí)清晰度非常重要,因?yàn)閺陌l(fā)射正電子到探測γ量子的整個(gè)過程發(fā)生在若干納秒內(nèi)。因?yàn)樗プ儠r(shí)間τ短,測定輸入輻射強(qiáng)度的積分時(shí)間可以被減少,這樣,成像率可以顯著增加。作為成像率增加的結(jié)果,更大劑量的核素可以被施用于患者以減少全部的檢查時(shí)間。
另外,對(duì)于PET方法,測定γ量子的能量以確信它們?cè)谏⑸溥^程中沒有離開它們?cè)瓉淼能壍酪彩呛苤匾?。這種的γ量子具有低于511keV的能量值。γ量子的能量值由檢測到的信號(hào)水平確定。在這一方面,閃爍物又在正常狀態(tài),而不是仍在激發(fā)態(tài)是很重要的,否則,盡管γ量子被散射并具有較低的能量值,511keV的能量值將被不正常地測定。
SPECT方法也是一種核醫(yī)學(xué)檢查方法。SPECT方法使用的核素來自于自然衰變和發(fā)射的具有在159keV(123I)的141keV(99mTc)能量的γ量子。象在PET方法中一樣,發(fā)射的量子被探測輸入輻射的設(shè)備探測,并且它們的信號(hào)被放大。然而,準(zhǔn)直器被放置在每一個(gè)探測元件的前面。準(zhǔn)直器作為一個(gè)物鏡,由具有平行安置或收斂方式的孔的鉛盤組成。以一定角度入射的γ量子被準(zhǔn)直器吸收,然后產(chǎn)生3維圖像。
在X射線計(jì)算機(jī)層析攝影中,產(chǎn)生圖像或投影的設(shè)備包括一個(gè)X射線管,它發(fā)射精確的、通常扇形的射束,并繞檢查物體的縱軸以圓周移動(dòng)。在穿越物體后,物體組織發(fā)射的X射線又被探測輸入輻射的相對(duì)放置的設(shè)備捕獲。對(duì)于大約1.5×1.5mm格式的小區(qū)域,計(jì)算機(jī)計(jì)算發(fā)射能量和接收的X射線射束強(qiáng)度之間的區(qū)別,并由區(qū)別值形成顯示在顯示設(shè)備上的灰度圖像?;叶戎蹬c組織的分別相對(duì)密度相應(yīng)。
與PET方法一樣,依據(jù)后面的兩個(gè)方法,在測定輸入輻射強(qiáng)度過程中的積分時(shí)間可以由于短的衰變時(shí)間τ而被減少,這樣產(chǎn)生圖像和/或投影的成像率可以被顯著增加。由于成像率的增加,偽像的發(fā)生,如陰影圖像減少了,實(shí)施成像方法所要求的時(shí)間也減少了。
探測輸入輻射的設(shè)備可以由多個(gè)捕獲元件構(gòu)成,每個(gè)捕獲元件包括傳感器,用于把輸入輻射轉(zhuǎn)換為UV輻射,還包括光電二極管。每個(gè)捕獲元件包括一列光電二極管是非常有好處的。傳感器和光電二極管列通常被形成為分別的層,并被結(jié)合以形成層系統(tǒng)。
傳感器層組成了輸入輻射的進(jìn)入屏幕,所述輸入輻射優(yōu)選由x射線或γ射線形成。在傳感器層下面安置有光電二極管層。電接點(diǎn)引線從光電二極管層延伸至電子讀出線路。
傳感器的基本元件由Pr3+活化閃爍物層形成,閃爍物把輸入輻射轉(zhuǎn)換為UV輻射。傳感器包含LaPO4:Pr,LuF3:Pr,LuCl3:Pr,LuBr3:Pr,(Lu1-xYx)PO4:Pr,其中0≤x≤1,(Lu1-xYx)SiO5:Pr,其中0≤x≤1,(Lu1-xYx)Si2O7:Pr,其中0≤x≤1,(Lu1-xYx)BO3:Pr,其中0≤x≤1,或者Ca1-2yLi2SiO4:PryNay,其中0.001≤y≤0.2的層是有優(yōu)勢的。這樣的Pr3+活化材料在激發(fā)后發(fā)射UV輻射,并具有短的衰變時(shí)間。
表1選定的Pr3+活化和Ce3+活化閃爍物的發(fā)射帶寬和衰變時(shí)間
Pr3+活化閃爍物的較短衰變時(shí)間與相應(yīng)的Ce3+活化閃爍物相比,可以從τ≈1/λmax2比值得到。5d能級(jí)的自由Pr3+陽離子超出4f能級(jí)約62000cm-1,然而,自由Ce3+陽離子,能量區(qū)別值只有50000cm-1。這個(gè)較大的能量區(qū)別也使Pr3+活化閃爍物從5d-4f躍遷的發(fā)射帶寬比相應(yīng)的Ce3+活化閃爍物的發(fā)射帶寬的能量高。因此,依據(jù)本發(fā)明Pr3+活化閃爍物的主要發(fā)射帶寬在220到350nm的范圍內(nèi),這樣在UV輻射的范圍內(nèi),而Ce3+活化閃爍物的發(fā)射帶寬卻是更長的波長。
有Pr3+活化閃爍物的傳感器通常壓擠形成。Pr3+活化閃爍物粉末首先形成,這些粉末隨后通過擠壓方法,如高壓冷壓或高溫等靜壓制被轉(zhuǎn)換成晶體層。這樣擠壓的晶體尺寸在幾毫米到幾厘米的范圍內(nèi)。這種傳感器層被連結(jié)到光電二極管層上。
粉末閃爍物材料可以從初始化合物的固體狀態(tài)反應(yīng)或在水溶液或含水酒精溶液中反應(yīng)而形成。在后者的反應(yīng)中,相關(guān)的金屬鹽和/或金屬氧化物與閃爍物的陰離子化合物被溶解或懸浮在水或水-醇混合物中以便發(fā)生反應(yīng)。
在光電二極管中,UV輻射被轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)。因?yàn)榘l(fā)射在UV輻射范圍內(nèi),只有UV-敏感光電二極管才能被應(yīng)用于探測輸入輻射的設(shè)備中。例如,帶有Cs3Sb的光電陰極、雙堿光電陰極、或多堿光電陰極的光電二極管可以使用。另外,還可以使用基于Si、GaN或者AlGaN制成的光電二極管。
為了擴(kuò)大合適的光電二極管的選擇,可以在傳感器層和光電二極管層之間放置把UV輻射轉(zhuǎn)換為較長波長輻射的色彩轉(zhuǎn)換器。在末端,色彩轉(zhuǎn)換器包含一種可以被UV輻射激發(fā)的發(fā)光物質(zhì)。這樣色彩轉(zhuǎn)換器把傳感器發(fā)射的UV輻射轉(zhuǎn)換為與使用的光電二極管光譜敏感最大值相應(yīng)的波長范圍的輻射。較長波長的輻射可以包括彩色光或紅外輻射。
發(fā)光物質(zhì)尤其可以由具有高光致發(fā)光量子效率和短的衰變時(shí)間τ的有機(jī)發(fā)光物質(zhì)制成。特別具有吸引力的發(fā)光物質(zhì)是香豆素,如香豆素1(λmax=430nm)或香豆素120(αmax=442nm)或路瑪近染料,如路瑪近F紫570,由BASF市售。這些發(fā)光物質(zhì)的衰變時(shí)間τ少于10ns。
色彩轉(zhuǎn)換器可以包含,如沉積了發(fā)光物質(zhì)的聚合物光導(dǎo)管。聚合物光導(dǎo)管可以包含,如聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚酰亞胺或聚氯乙烯?;蛘撸兽D(zhuǎn)換器可以包含兩個(gè)組件,聚合物光導(dǎo)管和帶有發(fā)光物質(zhì)的分離的層。在這個(gè)實(shí)施例中,聚合物光導(dǎo)管鄰接捕獲元件的的傳感器層;有發(fā)光物質(zhì)的分離層鄰接聚合物光導(dǎo)管,并與光電二極管層鄰接。
實(shí)施例1為了生產(chǎn)Ca0.98Li2SiO4:Pr0.01,Na0.01,25.0g(278mmol)Li2SiO3、147mg(1.39278mmol)NaCO3,27.3g(272mmol)CaCO3,和1.21g(2.78mmol)Pr(NO3)3·6H2O被混合并懸浮在軟化水中。蒸餾除去水分,得到的殘留物被干燥。隨后,反應(yīng)產(chǎn)物在700℃的空氣中退火一次,持續(xù)2個(gè)小時(shí),在850℃的CO氣體中退火兩次,每次持續(xù)12個(gè)小時(shí)。閃爍物粉末用水和乙醇漂洗若干次、干燥、滾筒設(shè)備研磨幾個(gè)小時(shí)。所得到的閃爍物粉末的平均顆粒尺寸為3μm。圖2表示了這種閃爍物的激發(fā)和發(fā)射光譜。Ca0.98Li2SiO4:Pr0.01,Na0.01的衰變時(shí)間τ是16ns。
實(shí)施例240.0g(101mmol)Lu2O3和883mg(2.03mmol)Pr(NO3)3·6H2O被懸浮在200ml乙醇中以生產(chǎn)LuPO4:Pr。邊攪拌邊緩慢加入25.8g(223mmol)85%的磷酸。懸浮液被攪拌24小時(shí),然后在旋轉(zhuǎn)式蒸發(fā)器中濃縮。殘留物在100℃干燥,研磨并與500mgNH4Cl混合。隨后,閃爍物粉末在1250℃的CO氣體中煅燒兩次,持續(xù)2個(gè)小時(shí),然后,每次再研磨。最后,閃爍物粉末在1250℃的空氣中再一次煅燒一個(gè)小時(shí)。圖3表示了這種閃爍物的激發(fā)和發(fā)射光譜。LuPO4:Pr的衰變時(shí)間τ是9ns。
實(shí)施例310.0g(25.1mmol)Lu2O3、1.51g(25.1mmol)和86.0mg(84.1μmol)Pr6O11被懸浮在200ml乙醇中以生產(chǎn)Lu2SiO5:Pr。懸浮液在超聲波浴中處理10分鐘,隨后在旋轉(zhuǎn)式蒸發(fā)器中濃縮。殘留物在100℃干燥,研磨并與500mgCsF混合。然后,在1350℃的CO氣體中煅燒6個(gè)小時(shí),然后研磨得到的閃爍物粉末。最后,閃爍物粉末用500ml水漂洗2個(gè)小時(shí),在100℃吸干和干燥。圖5表示了這種閃爍物的激發(fā)和發(fā)射光譜。Lu2SiO5:Pr的衰變時(shí)間τ是16ns。
實(shí)施例491.4g(282mmol)La2O3和883mg(2.4 8mmol)PrCl3.6H2O被懸浮在200ml水中以生產(chǎn)LaPO4:Pr。邊攪拌邊緩慢加入69.0g(598mmol)85%的磷酸。懸浮液被攪拌24小時(shí),然后在旋轉(zhuǎn)式蒸發(fā)器中濃縮。殘留物在100℃干燥,研磨并與1.2 gLiF混合。閃爍物粉末在1000℃的氮?dú)怏w中煅燒2個(gè)小時(shí)。所得到的閃爍物粉末在稀釋的HNO3中、在60℃漂洗6個(gè)小時(shí)。最后,閃爍物被吸干、用水漂洗掉酸,并在100℃干燥。圖5表示了這種閃爍物的激發(fā)和發(fā)射光譜。LaPO4:Pr的衰變時(shí)間τ是11ns。
權(quán)利要求
1.一種通過成像方法用于產(chǎn)生圖像和/或投影的設(shè)備,這種設(shè)備包括探測輸入輻射的設(shè)備,所述探測輸入輻射設(shè)備包括至少一個(gè)捕獲元件,該捕獲元件包括帶有Pr3+活化閃爍物的傳感器,用于把輸入輻射轉(zhuǎn)換為UV輻射,還包括把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電二極管。
2.如權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生圖像和/或投影的設(shè)備,其特征在于Pr3+活化閃爍物選自LaPO4:Pr,LuF3:Pr,LuCl3:Pr,LuBr3:Pr,(Lu1-xYx)PO4:Pr,其中0≤x≤1,(Lu1-xYx)SiO5:Pr,其中0≤x≤1,(Lu1-xYx)Si2O7:Pr,其中0≤x≤1,(Lu1-xYx)BO3:Pr,其中0≤x≤1,和Ca1-2yLi2SiO4:PryNay,其中0.001≤y≤0.2中挑選。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于產(chǎn)生圖像和/或投影的設(shè)備,其特征在于設(shè)備被安排實(shí)施PET方法作為成像方法。
4.如權(quán)利要求1或2所述的用于產(chǎn)生圖像和/或投影的設(shè)備,其特征在于設(shè)備被安排實(shí)施SPECT方法作為成像方法。
5.如權(quán)利要求1或2所述的用于產(chǎn)生圖像和/或投影的設(shè)備,其特征在于設(shè)備被安排以X射線方式實(shí)施成像方法。
6.如權(quán)利要求1到5所述的用于產(chǎn)生圖像和/或投影的設(shè)備,其特征在于色彩轉(zhuǎn)換器被安置在探測輸入輻射設(shè)備中的傳感器和光電二極管之間,該色彩轉(zhuǎn)換器包含可以被UV激發(fā)的發(fā)光物質(zhì)。
7.如權(quán)利要求6所述的用于產(chǎn)生圖像和/或投影的設(shè)備,其特征在于色彩轉(zhuǎn)換器包括聚合體光導(dǎo)管,其摻雜了可以被UV輻射激發(fā)的發(fā)光物質(zhì)。
8.如權(quán)利要求6所述的用于產(chǎn)生圖像和/或投影的設(shè)備,其特征在于色彩轉(zhuǎn)換器包括聚合物光導(dǎo)和具有可以被UV輻射激發(fā)的發(fā)光物質(zhì)的分離的層。
9.探測輸入輻射的設(shè)備,其包括至少一個(gè)捕獲元件,該捕獲元件包括有Pr3+活化閃爍物的傳感器,用于把輸入輻射轉(zhuǎn)換為UV輻射,還包括把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生圖像和/或投影的設(shè)備,這種設(shè)備包括探測輸入輻射的設(shè)備。所述探測輸入輻射的設(shè)備包括有Pr
文檔編號(hào)G01T1/161GK1678924SQ03819936
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2003年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月22日
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