射线探测设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于探测离子射线的射线探测设备（１；２１）以及使用所述探测设备的探测方法。设备包括一适于将入射离子射线（５；２７）转化为光的闪烁器（３；２５），一适于依靠所述光释放光电子的光电阴极（７；３１），一适于对所述光电子进行雪崩放大的电子雪崩放大器（９；３５），一适合于检测所述雪崩放大电子的读出装置（１１；３６）。电子雪崩放大器（９；３５）为一气体雪崩放大器，其放大介质为气体或气体的混合物，还包括优选为阵列的放大区域（５９）。有利地，一个保护层（３３）适合于阻止雪崩气体与光电阴极相接触。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及一种用于探测离子射线(尤其是但不限于X射线)的。本专利技术适用于各种领域，如医疗放射学、计算机X射线断层扫描术(CT)、显微术和非破坏性的试验。本专利技术的相关领域和
技术介绍
基于闪烁器的探测系统被广泛应用于伽马和X射线高分辨率成像。这种成像系统使用探测的射线以产生信号，而该信号用来控制一个可视显示器，如阴极射线管。此类成像系统的一个例子是Anger照相机，它通常用于医疗诊断程序。在Anger照相机中，在打到闪烁器层之前，入射射线首先通过准直仪进行准直。入射射线和闪烁器材料之间的相互作用产生光线，然后该光线伸展开来通过一个在下面的光控制器，直到其打到一阵列光电倍增器上。打到各个光电倍增器上的光线的密度变化取决于光电倍增器与作用点之间的距离，在该点处，入射射线与光电倍增器相互作用以产生最初光脉冲(light burst)。电阻网络以电方式确定射线对阵列的作用点，该阵列以光电倍增器阵列的各个电子输出的数值为基础；对电输出信号求和提供了对最初入射射线的能量水平的测量。光控制器的低效率和光电倍增器的低光电效应转化会引起收集光子大的统计波动，这会降低空间和能量水平分辨率。另外，Anger照相机具有相对低的计算速度，因为和闪烁器材料作用的每个入射伽马射线实质上造成整个阵列变成非响应的，直到早期作用产生的光线减小。已知的另一种普通的现有技术装置是一种图像增强器伽马照相机。在这种装置中，闪烁器被构型成紧密耦合至视频图像(view image)增强器管的大视野的透明窗口，该窗口响应于来自闪烁器的光信号相应释放光电子能量包。光电子包被加速和汇聚在一个沉积在光纤输出盘上的阴极发光磷光体上，以产生额外的光子脉冲。多个图像增强器级可以被耦合在一起以对信号进行进一步放大。最后的光电子脉冲会使电阻电荷分压器上产生电荷，由所述分压器使脉冲重力中心重构。图像增强器照相机具有很大的重量、尺寸和费用，这会限制其在许多设备上的实际应用。美国专利No.5144141披露了一种固态射线探测器。在这种探测器中，入射射线穿过准直仪，打到闪烁器上，该闪烁器分为若干个以行和列排列的闪烁器单元。同样分为行和列的若干个内部增益光探测器光学连接到各个闪烁器单元上。每个光探测器电耦合至相互独立的探测保持电路，该电路可以放大并存储由光探测器产生的脉冲；通过一个多路传输转换装置对存储脉冲进行采样，使来自探测存储电路的存储信号得到处理，以产生一个与欲探测的入射射线的能量电平和阵列的位置相对应的数字化的信号。数字化图像信号用来对设备的存储进行显示和对设备的设备进行分析。尤其对于医疗程序中应用的用于使病人受到尽量少离子射线暴露的射线成像器，当成像装置能够排斥背景射线时，其对于低电平的射线比较敏感。固体探测器由于损耗而具有一定限度的放大，这样在某些应用中，它们并不具有足够高的信噪比。改进的空间分辨率需要应用大量光探测器和一个闪烁器系统，该系统仅在闪烁器单元(入射射线在此处被吸收)产生光子。大阵列的大量光探测器的应用和设备分辨率的提高导致设备的复杂程度和费用迅速增加。而且，光探测器对于直接入射X射线的射线十分敏感，因此必须采取有效措施阻止入射射线到达光探测器。另外，固态射线探测器具有有限的速率。这通常需要具有电子学意义上长为微秒级的积分时间，用来捕获大部分信号和控制噪声水平。这会在大多数单光子探测的应用中阻止其使用。另外，固体探测器的噪声电平通常很高，以至于不能对单光子进行探测。专利技术简述因而，本专利技术的一个目的是提供一种探测离子射线(特别是X射线)的设备和方法，它可以提供有效的放大和高信噪比。本专利技术的另一个目的是提供一种探测设备和探测方法，其具有高灵敏度，并可以在非常低的通量下工作。本专利技术的又一个目的是提供这样一种探测设备和方法，其具有的探测元件对离子射线的直接射线不敏感。本专利技术的再一个目的是提供一种探测设备和探测方法，其能够探测到并分辨来自闪烁器的通过单个X射线发射的单个光子。相对于传统积分技术，这可以对X射线能量进行更精确的测定。本专利技术的再一个目的是提供一种有效的、快速的、精密的、可靠的和低成本的探测设备和探测方法。本专利技术的这些和其它目的可以通过所附的权利要求书披露的设备和方法达到。通过对由气体中的探测设备的光电阴极释放的电子采用雪崩放大，可以获得尤其敏感的设备和方法，这可用于非常低剂量射线的实施，同时保持足够高的信号电平，以建立可以显示非常低的噪声水平的二维图像。而且，在不需检验探测中心点就可以获得非常好的空间分辨率。这意味着探测器是高速的，因而可以在非常高的射线通量下工作。本专利技术描述的探测器具有的另一个优点是对磁场不很敏感。本专利技术的再一个优点是使灵敏的大面积探测器的生产和使用具有较低的成本。本专利技术的另外的特点和优点将可从下面对本专利技术优选实施例的具体描述明显看出，所述优选实施例在附图中示出。附图说明根据下面给出的对本专利技术的实施例的说明和结合附图1-2，可以更全面地理解本专利技术，附图只是示意性地示出，因此并不构成对本专利技术的限制。图1示意性地示出了本专利技术描述的探测设备的主要部件。图2以横断面视图的方式示意性示出了本专利技术描述的探测设备的特殊的实施例。优选实施例为了全面理解本专利技术，下面为了解释而非限制目的对具体的细节(如具体的尺寸和材料)进行说明。然而本领域技术人员可以容易地以脱离这些具体细节的其他实施例实现本专利技术。在其他的实例中，省略了对熟知的设备和方法的细节描述，在存在非必要的细节情况下，这并不会造成对本专利技术的描述难以理解。图1是本专利技术描述的探测设备1的主要部件的示意图，下面参考该图对本专利技术的总的构思作一描述。探测设备包括闪烁器装置3，其前表面朝向欲测量的离子射线的方向。射线在闪烁器装置3内经过各种物理作用被转化为光，下面将详细描述。闪烁器为一个固体转化器，其包括液体闪烁物质(如液氙、液氩)或固体闪烁物质。射线的优选是X射线，但对于其他任何能使闪烁器装置具有光转化能力的离子射线，本专利技术都可以使用。而且，光电阴极7位于闪烁器3的后表面，这使得其可以根据到达其上面的光子释放光电子。为了能够释放来自与光子撞击表面相对的表面的电子，阴极应当很薄。电子雪崩放大器装置9贴邻光电阴极。雪崩放大器装置9具有两个电极，即雪崩阴极和雪崩阳极(图1中未示出)，它适合于收集光电阴极释放的电子并对其进行强烈的雪崩放大。在选择电子雪崩放大器装置9的形状和放大材料以及安装雪崩电极时的电势时，应考虑能获得适宜的放大。电子雪崩放大器装置9包括一个位于电极之间的封闭的腔，其内部具有适合于进行电子雪崩放大的气体，比如氙或氙氩组成的混合气体。而且，探测设备1包括一个优选地位于雪崩阳极附近的读出装置11，该装置应适合于探测雪崩电子和/或相应产生的离子感应的脉冲。读出装置11与一个信号处理装置13相连，该信号处理装置13用来对收集到的信号数据进行必要的和/或所需要的后处理。信号显示单元15最终对处理过的信号数据进行显示。通过使用本专利技术的原理，例如，通过将来自于闪烁器的光转化为电子和检测前将其在适宜的气体中进行雪崩放大，代替使用传统的闪烁体探测器，可以获得快速、灵敏的探测器，并可以降低成本。该放大比利用传统的固体探测器更有效。下面通过图2所示的剖面示意图，对本专利技术描述的探测设备21进行说明，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种探测离子射线的设备（１；２１），包括：一闪烁器（３；２５），其适于将入射离子射线转化为光；其特征在于，具有一光电阴极（７；３１），其适于根据所述光释放光电子；以及一电子雪崩放大器（９；３５），其包括一个填充着适于电子雪崩放大的气体或气体混合物的腔，其中放大器适于通过所述气体或气体的混合物的相互作用对所述光电子进行雪崩放大，以及一个读出装置（１１；３６），其适于检测所述雪崩放大电子。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T弗兰克，V佩斯科夫，
申请(专利权)人：爱克斯康特公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]