[发明专利]一种基于闪烁光纤的辐射成像装置及其实现方法

说明书

本发明公开了一种基于闪烁光纤的辐射成像装置及其实现方法，该装置包括准直放射源、水平方向和垂直方向栅格式并列放置的闪烁光纤阵列、光纤耦合器、多模光纤、光电转换器、数据处理模块和计算机等。水平方向和垂直方向栅格式并列放置的闪烁光纤组成辐射敏感区域，在放射源发出的准直射线照射下，沿水平方向和垂直方向受照射的闪烁光纤分别传输闪烁光，经过光纤耦合器由多模光纤传输至光电转换器，转换后的电信号通过数据处理模块处理分析，传输至计算机获得受照射位置的图像信息。本发明可通过调节栅格式并列放置的闪烁光纤的间距控制成像区域的大小和空间分辨率，具有结构简易、成像区域自由可调、可远程操控等优点。

技术领域

本发明涉及辐射成像领域，特别是将光纤传感技术应用于辐射成像。本发明结合闪烁光纤的辐射敏感特性，设计一种敏感区域可调的栅格式辐射成像装置，可用于医学成像、地质探测等领域。

背景技术

闪烁光纤是一类特种光纤，一般采用磷光体、闪烁晶体等发光材料掺杂制作而成，具有快速反应和增加空间分辨能力等特性。在辐射场中，闪烁光纤兼具辐射传感与光信号传输的双重作用。即当有高能粒子或X射线、γ射线入射到闪烁光纤，掺杂体与高能射线作用发生能级跃迁，进而激发出光子，满足全反射条件的光子经过闪烁光纤的传输到达光电转换器件。闪烁光纤具有结构紧凑、有效提高探测效率、抗辐射损伤性能好等优点，被广泛应用于高能粒子和射线探测以及成像领域，也是目前研究较为火热的一种特种光纤。

辐射成像是辐射探测领域的重要分支，传统的辐射成像装置采用闪烁晶体块与荧光板构成辐射传感与感光单元。一般而言，闪烁晶体块价格不菲，医学辐射成像和地质探测等领域通常需要较大体积的闪烁晶体块，因而辐射成像的尺寸严重受限。进一步的，此类装置在实际使用中面临闪烁晶体易潮解的问题，而且闪烁晶体需要和光电转换器紧密封装在一起，容易受到电磁干扰，难以保证长时间工作的稳定性。

另一种常见的辐射成像装置，采用闪烁体-光纤组合式辐射探测。闪烁光通过光纤传输至光电倍增管，解决了传统的辐射成像装置受电磁干扰的问题，然而由于闪烁体发出的闪烁光朝空间各个方向发散，可认为各向同性，闪烁光信号的耦合效率非常低，从而大大降低辐射成像系统的效率。

发明内容

本发明的目的是将闪烁光纤应用于辐射成像领域，实现一种成像区域自由可调、减少器件辐射损伤的基于闪烁光纤的辐射成像装置，同时提供了该成像装置的实现方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于闪烁光纤的辐射成像装置，该装置包括准直放射源、水平方向和垂直方向栅格式并列放置的闪烁光纤阵列、光纤耦合器、多模光纤、光电转换器、数据处理模块和计算机等。用于产生闪烁光的每根闪烁光纤侧面和一端镀高反射膜，未镀高反射膜的一端通过光纤耦合器和多模光纤连接，多模光纤的另一端连接到光电转换器，光电转换器将光信号转换为电信号传输至数据处理模块以及计算机。

所述闪烁光纤沿水平方向和垂直方向栅格式放置，水平方向和垂直方向紧邻放置，并列放置的闪烁光纤间隔均匀且间距在1～10mm，改变间距可以调节成像区域面积和成像区域的空间分辨率。

所述闪烁光纤不连接光纤耦合器的一端以及光纤侧面镀有高反射膜，以减少光纤之间的串扰。

所述光纤耦合器对闪烁光纤以及多模光纤具有较低的插入损耗。

所述多模光纤在闪烁光波长范围具有较低的传输损耗，多模光纤的纤芯直径大于或等于闪烁光纤的纤芯直径，多模光纤具有较大的数值孔径。

所述光电转换器为多通道光电倍增管或光电倍增管阵列。

一种基于闪烁光纤的辐射成像装置的实现方法，包括以下步骤：

(1)准直放射源发出的射线照射到水平闪烁光纤和垂直闪烁光纤的交点位置，在闪烁光纤当中产生闪烁光；