专利名称：一种产生图像和/或投影的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过成像方法产生图像和/或投影的设备，这个设备包括一种用于探测输入辐射的设备，探测输入辐射的设备又包括至少一种捕获元件，这个捕获元件包含一个用于转换输入辐射的传感器和一个把光信号转换为电信号的光电二极管。本发明还涉及一种探测输入辐射的设备。
层析摄影法是一种用于医学X-射线诊断领域的切片成像方法。依据本方法，当患者保持静止时，管和薄膜的合成运动在相对的方向发生。一个给定的、选出的深度区域清晰地成像在薄膜上，同时，因为连续地变化投影，被放置在较高或较深处的物体局部被�：�。
在X射线的层析摄影法中，所给定的患者身体切片的X射线的衰变由在不同投影方向的一组探测仪测量。在末端，窄的X射线射束(扇形射束)由X射线管和光阑形成。射束穿越相应的身体部分，并被身体内的不同结构(例如，皮肤、脂肪、肌肉、器官、骨头)减弱到不同的程度。
在X射线管的精确相对方向，安排了多个探测仪，它接收减弱的信号并对其进行电子加工以便传播给计算机来评估。随后，X射线管和相对方向放置的探测仪进一步围绕着患者轻微旋转。
然后，重复所描述的程序。相同切片的各种视图(投影)产生了，并转变为计算机灰度图像。这种图像可以在显示屏上和X射线薄膜上观察和评估。这种技术生产的图像比普通的X射线技术产生的图像含有更丰富的对比。
一种基于层析x射线摄影法原理的进一步的方法称作发射计算机层析摄影，它是以放射性核素(闪烁扫描法)测量临时切片为基础的。从二氧化碳的15O或68Ge的正离子发射(正电子发射计算机层析摄影或正电子X射线层析术PET)或从99mTc或123I的光子(单电子发射计算机层析术SPECT)被测量。这样的核医学层析摄影法具有这样的优势，它们向层析摄影所产生的图像的观察者呈现出了具有超出纯形态、并可反映生理事件的信息。
在现代计算机层析摄影法中，有两种基本的辐射探测仪直接转换器(如，氙气探测仪)和闪烁探测仪。固体状态的探测仪，由一种闪烁材料(闪烁物)构成，在激发后发射的可见光被光电二极管收集。X射线计算机层析摄影的固体状态探测仪包含钨酸镉(CdWO4)或基于稀土元素的材料。经常使用的闪烁物是Ce3+掺杂材料，如Lu2SiO5:Ce或Gd2SiO5:Ce。在PET法或SPECT法中，经常使用的闪烁物是NaI:TI或锗酸铋(Bi4Ge3O12(BGO))。具有以Ce3+掺杂材料形式的闪烁物的探测仪是公知的，如欧洲专利EP1004899。
闪烁物必须满足一些条件。例如，闪烁物必须具有高密度、高发光效率和短激发和衰变时间。
NaI:TI的衰变时间τ为250ns，BGO的衰变时间为300ns，Lu2SiO5:Ce的衰变时间为40ns，Gd2SiO5:Ce的衰变时间为56ns。为了一些用途，使用更短的衰变时间的闪烁物是合适的。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于层析摄影的设备，它包括一种具有更短的衰变时间τ的闪烁物。
这个目的由一种产生图像和/或产生成像方法的投影的设备而实现。这个设备包括一种用于探测输入辐射的设备，所述探测输入辐射的设备又包括至少一种捕获元件，这个捕获元件包含带有Pr3+活化闪烁物的传感器，用于把输入辐射转换为UV辐射，还包含一个把光信号转换为电信号的光电二极管。
Pr3+活化闪烁物具有短的衰变时间τ，范围低于25ns，因此，它短于Ce3+活化闪烁物的衰变时间。
由于短的衰变时间τ，测定输入辐射强度过程中，积分时间可以减少，因此产生图像和/或投影的成像率可以大大增加。由于成像率增加，伪像的发生，如投影像被减少了。另外，因为更多的单个图像可以在较短的时间内测定，患者的检查时间减少了。
与权利要求2一致的，优先选择的Pr3+活化闪烁物具有短的激发时间和短的衰变时间τ。另外，响应用x射线和γ量子进行的激发，它们发射出UV辐射。
对于与权利要求3到5一致的，优先选择的成像方法，其中重要的是闪烁物具有短的衰变，因此能够具有高的成像率。对于PET方法，时间窗是非常重要的，在设备中使用具有较短衰变时间的闪烁物来测定输入辐射是非常有优势的。
与权利要求6到8一致的优先实施方案使采用输入辐射的更大部分用于图像分析成为可能。发光物质可以被紫外辐射激发，吸收闪烁物发射的紫外辐射，并转换成为适应于光电二极管的光谱灵敏度的长波辐射。结果是，闪烁物的发射光谱和光电二极管的敏感光谱的重叠最大，光电二极管可以达到最大的量子效率。
本发明还涉及一种探测输入辐射的设备，它包括至少一个捕获元件，这个捕获元件包含带有Pr3+活化闪烁物的传感器，把输入辐射转换为紫外辐射，还包含一个把光信号转换为电信号的光电二极管。
发明的实施例将在下文中参考相应的图来详细的描述。
图1表示通过PET方法用于产生图像和/或投影的设备的结构。
图2表示CaLi2SiO4:Pr，Na的激发和发射光谱。
图3表示LuPO4:Pr的激发和发射光谱。
图4表示Lu2SiO5:Pr的激发和发射光谱。
图5表示LaPO4:Pr的激发和发射光谱。
用于产生图像和/或投影的设备可以以各种成像方法操作。优选地，该设备实施PET方法或SPECT方法作为成像方法，或通过X射线实施成像方法。
与PET方法一致，标记了给定的不稳定核素的代谢标本被注入患者体内；这个标本以组织特殊或功能特殊的方式被吸收。使用的放射核素衰变，在不同的后续程序中，在衰变位置的边缘产生出两个γ量子；这两个量子以恰好相反的方向飞出，并离开患者以便被传感器探测，在探测输入辐射的设备中，传感器绕患者以环形放置。在它们从初始的位置到从患者中显露出来的位置的旅程中，γ量子穿越了患者的更多的组织；组织可以吸收γ量子，吸收多或少取决于组织类型。通常来讲，γ量子以组织特殊方式被衰变。形成来自于切片图像或体积图像的一组图像投影的所有检测到的γ量子一起在随后的重构操作中以公知的方式被重构。PET方法生产物体的功能图像。
两个γ量子具有相同的511keV的能量。探测γ量子由探测输入辐射设备的传感器中的闪烁物实施。
图1是通过PET方法形成切片图像的设备的图例。患者或权利要求1中的物体，被安排在探测输入辐射的环形设备2中，它由单独的探测或捕获元件3组成。由环形确定的面横截物体1，如在横截面4上。所述的衰变过程发生在位置5，在这里，两个γ量子以相对方向沿双箭头6离开物体1。探测输入辐射设备2的单独传感器元件3由导线7连接到数据处理单元8，它评估来自于探测元件3的信号。形成的切片图像随后显示在显示设备8上。
对于PET方法，瞬时清晰度非常重要，因为从发射正电子到探测γ量子的整个过程发生在若干纳秒内。因为衰变时间τ短，测定输入辐射强度的积分时间可以被减少，这样，成像率可以显著增加。作为成像率增加的结果，更大剂量的核素可以被施用于患者以减少全部的检查时间。
另外，对于PET方法，测定γ量子的能量以确信它们在散射过程中没有离开它们原来的轨道也是很重要的。这种的γ量子具有低于511keV的能量值。γ量子的能量值由检测到的信号水平确定。在这一方面，闪烁物又在正常状态，而不是仍在激发态是很重要的，否则，尽管γ量子被散射并具有较低的能量值，511keV的能量值将被不正常地测定。
SPECT方法也是一种核医学检查方法。SPECT方法使用的核素来自于自然衰变和发射的具有在159keV(123I)的141keV(99mTc)能量的γ量子。象在PET方法中一样，发射的量子被探测输入辐射的设备探测，并且它们的信号被放大。然而，准直器被放置在每一个探测元件的前面。准直器作为一个物镜，由具有平行安置或收敛方式的孔的铅盘组成。以一定角度入射的γ量子被准直器吸收，然后产生3维图像。
在X射线计算机层析摄影中，产生图像或投影的设备包括一个X射线管，它发射精确的、通常扇形的射束，并绕检查物体的纵轴以圆周移动。在穿越物体后，物体组织发射的X射线又被探测输入辐射的相对放置的设备捕获。对于大约1.5×1.5mm格式的小区域，计算机计算发射能量和接收的X射线射束强度之间的区别，并由区别值形成显示在显示设备上的灰度图像。灰度值与组织的分别相对密度相应。
与PET方法一样，依据后面的两个方法，在测定输入辐射强度过程中的积分时间可以由于短的衰变时间τ而被减少，这样产生图像和/或投影的成像率可以被显著增加。由于成像率的增加，伪像的发生，如阴影图像减少了，实施成像方法所要求的时间也减少了。
探测输入辐射的设备可以由多个捕获元件构成，每个捕获元件包括传感器，用于把输入辐射转换为UV辐射，还包括光电二极管。每个捕获元件包括一列光电二极管是非常有好处的。传感器和光电二极管列通常被形成为分别的层，并被结合以形成层系统。
传感器层组成了输入辐射的进入屏幕，所述输入辐射优选由x射线或γ射线形成。在传感器层下面安置有光电二极管层。电接点引线从光电二极管层延伸至电子读出线路。
传感器的基本元件由Pr3+活化闪烁物层形成，闪烁物把输入辐射转换为UV辐射。传感器包含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的层是有优势的。这样的Pr3+活化材料在激发后发射UV辐射，并具有短的衰变时间。
表1选定的Pr3+活化和Ce3+活化闪烁物的发射带宽和衰变时间
Pr3+活化闪烁物的较短衰变时间与相应的Ce3+活化闪烁物相比，可以从τ≈1/λmax2比值得到。5d能级的自由Pr3+阳离子超出4f能级约62000cm-1，然而，自由Ce3+阳离子，能量区别值只有50000cm-1。这个较大的能量区别也使Pr3+活化闪烁物从5d-4f跃迁的发射带宽比相应的Ce3+活化闪烁物的发射带宽的能量高。因此，依据本发明Pr3+活化闪烁物的主要发射带宽在220到350nm的范围内，这样在UV辐射的范围内，而Ce3+活化闪烁物的发射带宽却是更长的波长。
有Pr3+活化闪烁物的传感器通常压挤形成。Pr3+活化闪烁物粉末首先形成，这些粉末随后通过挤压方法，如高压冷压或高温等静压制被转换成晶体层。这样挤压的晶体尺寸在几毫米到几厘米的范围内。这种传感器层被连结到光电二极管层上。
粉末闪烁物材料可以从初始化合物的固体状态反应或在水溶液或含水酒精溶液中反应而形成。在后者的反应中，相关的金属盐和/或金属氧化物与闪烁物的阴离子化合物被溶解或悬浮在水或水-醇混合物中以便发生反应。
在光电二极管中，UV辐射被转换为电子信号。因为发射在UV辐射范围内，只有UV-敏感光电二极管才能被应用于探测输入辐射的设备中。例如，带有Cs3Sb的光电阴极、双碱光电阴极、或多碱光电阴极的光电二极管可以使用。另外，还可以使用基于Si、GaN或者AlGaN制成的光电二极管。
为了扩大合适的光电二极管的选择，可以在传感器层和光电二极管层之间放置把UV辐射转换为较长波长辐射的色彩转换器。在末端，色彩转换器包含一种可以被UV辐射激发的发光物质。这样色彩转换器把传感器发射的UV辐射转换为与使用的光电二极管光谱敏感最大值相应的波长范围的辐射。较长波长的辐射可以包括彩色光或红外辐射。
发光物质尤其可以由具有高光致发光量子效率和短的衰变时间τ的有机发光物质制成。特别具有吸引力的发光物质是香豆素，如香豆素1(λmax＝430nm)或香豆素120(αmax＝442nm)或路玛近染料，如路玛近F紫570，由BASF市售。这些发光物质的衰变时间τ少于10ns。
色彩转换器可以包含，如沉积了发光物质的聚合物光导管。聚合物光导管可以包含，如聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺或聚氯乙烯。或者，色彩转换器可以包含两个组件，聚合物光导管和带有发光物质的分离的层。在这个实施例中，聚合物光导管邻接捕获元件的的传感器层；有发光物质的分离层邻接聚合物光导管，并与光电二极管层邻接。
实施例1为了生产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被混合并悬浮在软化水中。蒸馏除去水分，得到的残留物被干燥。随后，反应产物在700℃的空气中退火一次，持续2个小时，在850℃的CO气体中退火两次，每次持续12个小时。闪烁物粉末用水和乙醇漂洗若干次、干燥、滚筒设备研磨几个小时。所得到的闪烁物粉末的平均颗粒尺寸为3μm。图2表示了这种闪烁物的激发和发射光谱。Ca0.98Li2SiO4:Pr0.01，Na0.01的衰变时间τ是16ns。
实施例240.0g(101mmol)Lu2O3和883mg(2.03mmol)Pr(NO3)3·6H2O被悬浮在200ml乙醇中以生产LuPO4:Pr。边搅拌边缓慢加入25.8g(223mmol)85％的磷酸。悬浮液被搅拌24小时，然后在旋转式蒸发器中浓缩。残留物在100℃干燥，研磨并与500mgNH4Cl混合。随后，闪烁物粉末在1250℃的CO气体中煅烧两次，持续2个小时，然后，每次再研磨。最后，闪烁物粉末在1250℃的空气中再一次煅烧一个小时。图3表示了这种闪烁物的激发和发射光谱。LuPO4:Pr的衰变时间τ是9ns。
实施例310.0g(25.1mmol)Lu2O3、1.51g(25.1mmol)和86.0mg(84.1μmol)Pr6O11被悬浮在200ml乙醇中以生产Lu2SiO5:Pr。悬浮液在超声波浴中处理10分钟，随后在旋转式蒸发器中浓缩。残留物在100℃干燥，研磨并与500mgCsF混合。然后，在1350℃的CO气体中煅烧6个小时，然后研磨得到的闪烁物粉末。最后，闪烁物粉末用500ml水漂洗2个小时，在100℃吸干和干燥。图5表示了这种闪烁物的激发和发射光谱。Lu2SiO5:Pr的衰变时间τ是16ns。
实施例491.4g(282mmol)La2O3和883mg(2.4 8mmol)PrCl3.6H2O被悬浮在200ml水中以生产LaPO4:Pr。边搅拌边缓慢加入69.0g(598mmol)85％的磷酸。悬浮液被搅拌24小时，然后在旋转式蒸发器中浓缩。残留物在100℃干燥，研磨并与1.2 gLiF混合。闪烁物粉末在1000℃的氮气体中煅烧2个小时。所得到的闪烁物粉末在稀释的HNO3中、在60℃漂洗6个小时。最后，闪烁物被吸干、用水漂洗掉酸，并在100℃干燥。图5表示了这种闪烁物的激发和发射光谱。LaPO4:Pr的衰变时间τ是11ns。
权利要求
1.一种通过成像方法用于产生图像和/或投影的设备，这种设备包括探测输入辐射的设备，所述探测输入辐射设备包括至少一个捕获元件，该捕获元件包括带有Pr3+活化闪烁物的传感器，用于把输入辐射转换为UV辐射，还包括把光信号转换为电信号的光电二极管。
2.如权利要求1所述的用于产生图像和/或投影的设备，其特征在于Pr3+活化闪烁物选自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中挑选。
3.如权利要求1或2所述的用于产生图像和/或投影的设备，其特征在于设备被安排实施PET方法作为成像方法。
4.如权利要求1或2所述的用于产生图像和/或投影的设备，其特征在于设备被安排实施SPECT方法作为成像方法。
5.如权利要求1或2所述的用于产生图像和/或投影的设备，其特征在于设备被安排以X射线方式实施成像方法。
6.如权利要求1到5所述的用于产生图像和/或投影的设备，其特征在于色彩转换器被安置在探测输入辐射设备中的传感器和光电二极管之间，该色彩转换器包含可以被UV激发的发光物质。
7.如权利要求6所述的用于产生图像和/或投影的设备，其特征在于色彩转换器包括聚合体光导管，其掺杂了可以被UV辐射激发的发光物质。
8.如权利要求6所述的用于产生图像和/或投影的设备，其特征在于色彩转换器包括聚合物光导和具有可以被UV辐射激发的发光物质的分离的层。
9.探测输入辐射的设备，其包括至少一个捕获元件，该捕获元件包括有Pr3+活化闪烁物的传感器，用于把输入辐射转换为UV辐射，还包括把光信号转换为电信号的光电二极管。
全文摘要
本发明涉及一种用于产生图像和/或投影的设备，这种设备包括探测输入辐射的设备。所述探测输入辐射的设备包括有Pr
文档编号G01T1/161GK1678924SQ03819936
公开日2005年10月5日 申请日期2003年8月14日 优先权日2002年8月22日
发明者T·于斯特尔, W·迈尔, H·K·维措雷克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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