[发明专利]液体界面闪烁摄影机

说明书

发明领域

本发明涉及一种闪烁摄影机，更确切地说，涉及一种采用液体光学耦合材料以使摄影机的闪烁晶体与其光电倍增器之间面接的摄影机。

发明背景

例如为诊断目的，放射性核素辐射式闪烁摄影机，也称作安格摄影机(Anger camera)，被用来对躯体部位或器官(如脑或胸部)内的γ-射线放射性材料的分布进行成象。向病人引入一可穿透的辐射源，它一般含有标记有γ-射线放射性核素的药物(放射药物)，用以进入及沉积在被诊断检查(例如探测肿瘤)躯体的器官或部位中。该放射药物发出的γ-射线由摄影机接收和探测，确定每次探测射线衰变的位置，并通过公知技术由衰变的累计构成器官或其它躯体部位中放射性分布的图象。

闪烁摄影机一般采用铊放射化了的碘化钠NaI(Tl)光学连续晶体作为γ-射线能量传感器。γ-射线的能量由该晶体吸收，并转换为称作闪烁衰变(scintillation event)的光辐射，每次衰变具有的能量正比于所吸收的γ-射线的能量。在传统摄影机中，光由该晶体通过硅氧烷胶(silicone gel)界面透射至一光学透明的玻璃窗口，该硅氧烷胶界面填充在玻璃窗口和晶体之间的薄间隙中。此光学窗口构成将晶体密封的容器的一部分，使晶体与空气和湿气隔离，否则这些空气和湿气将使该晶体氧化并降低其光学清晰度。一个光电倍增(PM)管的阵列与该玻璃窗口光学耦合，典型地是通过光学耦合润滑脂进行耦合，以便使光传输至位于各光电倍增管的玻璃入射工作面内表面上的光电阴极上。这样，闪烁光衰变必须从NaI(Tl)晶体依次通过硅氧烷胶界面、玻璃窗口、硅氧烷润滑脂(silicone grease)界面，以及光电倍增器玻璃，才能射到光电倍增管内的光电阴极上。该光电阴极用来根据光电效应将光束转换成电子，而且该电子在光电倍增管中得以放大(倍增)。然后通过公知的模拟或数字方法将光电倍增管中在闪烁衰变附近产生的放大信号加以数学组合，以确定晶体中吸收γ-射线的位置及其能量。

闪烁衰变能级和位置的精确判定，需要闪烁光至光电倍增管高的传输效率。而且，由于从闪烁衰变的原点传输至光电倍增管阵列的光分布被用来通过计算确定位置，所以对其分布有负面影响的光散射或偏转会妨碍该位置的确定。例如，如果光从界面反射回来，并且在射到光电阴极之前有可能经过多次反射，则光电倍增管的接收信号中含有的位置信息就有可能受到损害。因此，通过减少其界面数目和尽可能接近地匹配其折射率，并且采用能增强通过界面至接收光电阴极的传输效率的装置来导引光束，从而减小在具有不同折射率的光学耦合材料界面处发生逆反射的几率，这一点是很重要的。

传统闪烁摄影机的设计受到若干光学限制，取决于晶体、玻璃和中间光学耦合材料的平面或弯曲的多层结构的刚性几何尺寸。更有甚者，光传输的最大困难产生在晶体朝向玻璃界面的表面处。晶体具有约1.85的折射率，而且玻璃的折射率一般约为1.54。目前采用折射率约为1.42的硅氧烷胶材料来耦合晶体和玻璃。硅氧烷胶具有良好的机械面接特性和透射率，但对于光通过该界面传输，其折射率与晶体和玻璃匹配较差。亦已采用过折射率更接近玻璃折射率的其它材料，但其机械耦合性能较差。由晶体以大于50度入射角射到硅氧烷胶界面上的光束发生内反射，返回晶体。此内反射在晶体的出射和入射面之间可重复多次，如同在一光导管中，除非晶体表面及其上的内反射充分弥散而改变了这些光线的方向，从而减小其后部分反射的入射角。在此过程中，由于光吸收及其由反射引起的弥散分布，使得透射光的通量减小，从而最终导致能量和位置分辨率的降低。

曲面摄影机，例如环形、弧形或半球形结构的摄影机，其另一方面的问题在于，晶体、硅氧烷胶耦合材料以及玻璃它们不合适的膨胀系数，会使得在温度升高或降低时每种物质膨胀和收缩的方向与其余物质相反。随着温度的升高，压力可能使玻璃和晶体破裂。随着温度下降，硅氧烷胶可能与玻璃或晶体脱离耦合，而且光不能由晶体传输至玻璃。因而，由传统方法制作的曲面摄影机可能会有有限的工作温度范围，例如在大约60°F至80°F之间。船运温度范围也受到限制，从而显著增加了运输成本。

再一个问题是，用于闪烁摄影机的晶体一般必须由单块光学连续晶体材料构成。否则光学不连续性会在不连续界面处引起逆反射，干扰光传输至光电倍增器的方向，使得不可能用一般闪烁照相方法成象。在某些例子中，例如曲面摄影机结构，采用光学连续单块晶体环制作环形晶体系统尤其昂贵。

发明概述

因此，本发明目的之一在于提供一种液体界面的闪烁摄影机。

本发明的另一目的在于提供一种具有改善的光传输特性的液体界面闪烁摄影机。