專利名稱：具有高光輸出的高能量分辨率閃爍體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明概括地說涉及成像系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地說涉及用于高能輻射探測器的閃爍體組合物。
背景技術(shù)：
基于高能輻射的成像系統(tǒng)，例如正電子成像術(shù)(PET)，通常采用具有典型地排列成環(huán)狀陣列的大量像素的閃爍體探測器。每一個這樣的像素含有與光電倍增管偶聯(lián)的閃爍體元件。在PET中，具有用于特定器官的理想生物活性或親合性的化學(xué)示蹤劑化合物通過發(fā)射正電子而衰變的放射性同位素進(jìn)行標(biāo)記。隨后，發(fā)射的正電子與電子交互作用發(fā)出兩個511keV的光子(γ射線)。這兩個光子同時發(fā)射并以幾乎完全相反的方向移動，穿透周圍的組織，脫離病人的身體，并被探測器吸收和記錄。通過測量這兩個光子在探測器中兩個點(diǎn)的到時的輕微差別，就能計(jì)算出靶中正電子的位置。這種時差測量的極限高度依賴于閃爍體材料的阻止能力、光輸出和衰減時間。
這種閃爍體的另一個應(yīng)用是在測井工具中。在這種應(yīng)用中，閃爍體探測器通過截留來自周圍地質(zhì)建造中的輻射，并將其轉(zhuǎn)換為光來運(yùn)行。產(chǎn)生的光隨后傳送到光電倍增管。該光脈沖變換為電脈沖。所期望的是，在該測井工具中的閃爍元件能在非常高的溫度，和在苛刻的震動和振動狀態(tài)下運(yùn)行。因此，期望有一種閃爍體材料，其具有上述多種性能的組合，例如，高的光輸出和高的能量分辨率，以及快速的衰變時間。
因此，對能解決上述一個或多個問題的改進(jìn)的閃爍體材料存在需求。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種閃爍體組合物。該閃爍體組合物包括基質(zhì)材料，其中該基質(zhì)材料包括堿土金屬和鑭系元素鹵化物。該閃爍體組合物進(jìn)一步包括激活劑離子，其中該激活劑離子是三價離子。
在另一個實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種含有由A2LnX7表示的基質(zhì)材料的閃爍體組合物，其中A包括堿土金屬，Ln包括鑭系元素離子，以及X包括鹵化物離子。另外，該閃爍體組合物包括激活劑離子，其中該激活劑離子包括鈰，或鉍，或鐠，或其組合。
在再一個實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種含有由ALnX5表示的基質(zhì)材料的閃爍體組合物，其中A包括堿土金屬，Ln包括鑭系元素離子，以及X包括鹵化物離子。另外，該閃爍體組合物包括激活劑離子，其中該激活劑離子包括鈰，或鉍，或鐠，或其組合。
在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種成像系統(tǒng)的探測器元件，其含有本發(fā)明的閃爍體組合物。另外，該探測器元件具有與閃爍體組合物光學(xué)偶聯(lián)的并配置為將光子轉(zhuǎn)變成電信號的光子探測器。
在另一個實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種探測器元件的操作方法。該方法包括傳送輻射通過一個物體，通過閃爍體材料接收該輻射以產(chǎn)生具有該輻射特性的光子，并通過光子探測器檢測該光子，所述光子探測器與該閃爍體材料光學(xué)偶聯(lián)并配置以將該光子轉(zhuǎn)變成電信號。該閃爍體材料包括本發(fā)明的閃爍體組合物。


當(dāng)參考附圖閱讀以下詳述時將更好地理解本發(fā)明的這些和其它的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，附圖中的相同標(biāo)記代表相同的部分，其中圖1是使用本發(fā)明某些實(shí)施方案的閃爍體組合物的示例性的基于輻射的成像系統(tǒng)的圖示。
圖2是使用本發(fā)明某些實(shí)施方案的閃爍體組合物的示例性的正電子成像術(shù)成像系統(tǒng)的圖示。
圖3是按照本發(fā)明的某些實(shí)施方案用在正電子成像術(shù)成像系統(tǒng)的輻射探測器中的閃爍體環(huán)的正視圖。
圖4是按照本發(fā)明的某些實(shí)施方案用在測井工具中的示例性的探測器元件的橫截面圖。
圖5是A2LnX7表示的并含有鈰激活劑離子的閃爍體組合物在X射線激發(fā)下的發(fā)射光譜的圖示。
圖6是ALnX5表示的并含有鈰激活劑離子的閃爍體組合物在X射線激發(fā)下的發(fā)射光譜的圖示。
圖7是舉例說明按照本發(fā)明某些實(shí)施方案的成像系統(tǒng)的探測器元件的示例性操作方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1舉例說明了依照本發(fā)明的某些實(shí)施方案的示例性的基于輻射的成像系統(tǒng)，例如用在正電子成像術(shù)中的核成像探測器。在示例性的實(shí)施方案中，該成像系統(tǒng)10包括輻射源12，其位于使得發(fā)射自輻射源12的輻射14的主要部分穿過靶16的位置，靶16例如是動物，或人，或行李物品，或任何具有內(nèi)部特征或內(nèi)含物的靶。在某些實(shí)施方案中，該輻射14可以包括電磁輻射，例如X射線輻射，或β輻射，或γ輻射。通常稱作衰減輻射18的輻射14的一部分穿過靶16。更準(zhǔn)確地說，靶16的內(nèi)部特征至少部分地減少輻射14的強(qiáng)度。例如，靶16的一個內(nèi)在特征可以通過少于或多于另一個內(nèi)在特征的輻射。
隨后，衰減輻射18撞擊在一個或更多個輻射探測器20上，后者包括一種響應(yīng)衰減輻射在其表面上的撞擊產(chǎn)生可見光子的閃爍體22。在某些實(shí)施方案中，閃爍體22的組合物包括基質(zhì)材料和激活劑離子。在一些實(shí)施方案中，該基質(zhì)材料包括堿土金屬和鑭系元素鹵化物。在這些實(shí)施方案中，該堿土金屬可以包括鋇，或鍶，或鈣，或鎂，或其組合。進(jìn)一步地，該鑭系元素鹵化物可以包括至少一種鑭系元素離子和至少一種鹵化物離子。在這些實(shí)施方案中，該鑭系元素離子可以包括稀土元素，例如鑭，或鈰，或鐠，或釹，或釤，或銪，或釔，或釓，或鋱，或鏑，或鈥，或鉺，或銩，或镥，或鈧，或鐿，或其組合。在一個示例性的實(shí)施方案中，該鑭系元素離子可以包括鑭，或釔，或釓，或镥，或鈧，或其組合。
在這些實(shí)施方案中，依據(jù)不同的應(yīng)用，鹵化物離子可以包括氟，或溴，或氯，或碘，或其組合。例如，為了獲得高光輸出特性需要在閃爍體中含有碘。另外，在一些實(shí)施方案中，基質(zhì)材料中可以出現(xiàn)兩種或更多種鹵素。在這些實(shí)施方案中，基質(zhì)材料可以為兩種或更多種鑭系元素鹵化物的固溶體形式。在此所用的術(shù)語“固溶體”是指固體、結(jié)晶形式的鹵化物的混合物，其可以包括單相或多相?？梢岳斫獾氖?，在其形成后，例如在燒結(jié)或致密化之類的后續(xù)加工步驟后，晶體內(nèi)會發(fā)生相轉(zhuǎn)變。在一個示例性的實(shí)施方案中，鑭系元素鹵化物可以包括氯化镥，或溴化镥，或氯化釔，或溴化釔，或氯化釓，或溴化釓，或氯化鐠，或溴化鐠，或其組合。
進(jìn)一步的，在某些實(shí)施方案中，基質(zhì)材料中的堿土金屬和鑭系元素鹵化物的相對比例可以從約2.2∶1變化到約1.8∶1?？梢岳斫獾氖牵@些比例取決于化學(xué)計(jì)量的考慮，例如化合價、原子量、化學(xué)鍵、配位數(shù)等。
可以理解的是，氧會對閃爍體組合物的發(fā)光產(chǎn)生有害作用。因此，期望基質(zhì)材料中的鑭系元素鹵化物中基本上沒有氧或含氧化合物。在此所用的“基本上沒有”意指含有少于約0.1摩爾％的氧的化合物，優(yōu)選少于約0.01摩爾％的氧的化合物。
進(jìn)一步的，閃爍體組合物包括激活劑離子，其中該激活劑離子為三價離子?？梢岳斫獾氖牵せ顒╇x子是主體基質(zhì)的發(fā)光中心，其通過吸收電子并以希望波長的光子釋放出其激發(fā)能量而產(chǎn)生光。因此，人們期望有一種激活劑離子和閃爍體組合物能相互友好共存的組合。在某些實(shí)施方案中，激活劑離子可以包括三價離子，例如鈰，或鉍，或鐠，或其組合。同樣的，人們也期望激活劑具有促進(jìn)閃爍體組合物閃爍性的用量?？梢岳斫獾氖?，閃爍體組合物中的激活劑離子的用量取決于下述一些因素，如基質(zhì)材料、發(fā)射性能和衰變時間，以及閃爍體將被使用的探測設(shè)備類型。在一些實(shí)施方案中，基質(zhì)材料中的激活劑離子的摩爾百分?jǐn)?shù)可以為約0.1摩爾％到約20摩爾％，或從約0.1摩爾％到約10摩爾％，或從約1摩爾％到約10摩爾％。
在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的閃爍體組合物可以用化學(xué)式A2LnX7表示，其中A包括一種堿土金屬，Ln包括一種鑭系元素離子，以及X包括一種鹵化物離子。可以理解的是，在這些實(shí)施方案中，A或Ln或X可以為兩種或更多種不同離子的組合。進(jìn)一步的，在這些實(shí)施方案中，每一種堿土金屬具有+2的價態(tài)，每一種鑭系元素通常具有+3的價態(tài)，以及每一種鹵素具有-1的價態(tài)以達(dá)到化學(xué)計(jì)量的平衡。在這些實(shí)施方案中，A可以包括鋇，或鍶，或鈣，或鎂，或其組合。另外，在這些實(shí)施方案中Ln可以包括鑭，或鈰，或鐠，或釹，或釤，或銪，或釔，或釓，或鋱，或鏑，或鈥，或鉺，或銩，或镥，或鈧，或鐿，或其組合。最后，在這些實(shí)施方案中X可以包括氟，或氯，或溴，或碘，或其組合。
進(jìn)一步的，在一些實(shí)施方案中，Ln可以包括釔，或釓，或镥，或鑭，或其組合。在這些實(shí)施方案中，X可以包括氯，或溴，或碘，或其組合。在這些實(shí)施方案中以鈰作為激活劑離子的一些方案中，閃爍體組合物可以用化學(xué)式Z2Ln1-mCemX7表示。在這些實(shí)施方案中，m的范圍為約0.02-約1。進(jìn)一步的，在一個示例性的實(shí)施方案中，m的范圍為約0.1-約1。在一個示例性的實(shí)施方案中，含有鈰作為激活劑離子的閃爍體組合物Ba2Y1-mCemCl7可以包括Ba2Y0.98Ce0.02Cl7和Ba2Y0.95Ce0.05Cl7。同樣的，在其它實(shí)施方案中，含有鈰作為激活劑離子的閃爍體組合物Ba2Gd1-mCemCl7可以包括Ba2Gd0.98Ce0.02Cl7、Ba2Gd0.98Ce0.02Cl6.94Br0.06和Ba2Gd0.95Ce0.05Cl7。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，閃爍體組合物可以包括堿土金屬的組合。在這些實(shí)施方案中，閃爍體組合物可以用Ba2-xAxLn1-mCemX7表示，其中A可以為鍶，或鈣，或鎂。在這些實(shí)施方案中，A的比例為足以保持閃爍體組合物的晶體結(jié)構(gòu)。在一個示例性的實(shí)施方案中，當(dāng)存在鈰時，其它的激活劑離子例如鉍，可以置換閃爍體組合物中約0.1摩爾％到約10摩爾％的Ln。
在一些實(shí)施方案中，閃爍體組合物可以用化學(xué)式ALnX5表示，其中A包括一種堿土金屬，Ln包括一種鑭系元素離子，以及X包括一種鹵化物離子。如上所討論的，參考閃爍體組合物A2LnX7，每一種堿土金屬具有+2的價態(tài)，每一種鑭系元素通常具有+3的價態(tài)，以及每一種鹵素具有-1的價態(tài)，以達(dá)到化學(xué)計(jì)量的平衡。在這些實(shí)施方案中，A可以包括鋇，或鍶，或鈣，或鎂，或其組合。另外，在這些實(shí)施方案中，Ln可以包括鑭，或鈰，或鐠，或釹，或釤，或銪，或釔，或釓，或鋱，或鏑，或鈥，或鉺，或銩，或镥，或鈧，或鐿，或其組合。最后，在這些實(shí)施方案中，X可以包括氟，或氯，或溴，或碘，或其組合。
進(jìn)一步的，在一些實(shí)施方案中，Ln可以包括釔，或釓，或镥，或鑭，或其組合。在這些實(shí)施方案中，X可以包括氯，或溴，或碘，或其組合。在這些實(shí)施方案中的一些方案中，閃爍體組合物可以用ALn1-nCenX5表示。在這些實(shí)施方案中，n的范圍為約0.02-約1。進(jìn)一步的，在一個示例性的實(shí)施方案中，n為約0.02-約0.2。在另一個示例性的實(shí)施方案中，n為約0.02-約0.1。在一個示例性的實(shí)施方案中，含有激活劑離子的閃爍體組合物用BaY0.98Ce0.02Cl5或BaGd0.98Ce0.02Cl5表示。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，閃爍體組合物可以包括堿土金屬的組合。在這些實(shí)施方案中，閃爍體組合物可以用Ba1-xAxLn1-mCemX5表示，其中A可以為鍶，或鈣，或鎂。進(jìn)一步的，在這些實(shí)施方案中，A的比例為足以維持母體材料的晶體結(jié)構(gòu)。在一個示例性的實(shí)施方案中，當(dāng)鈰存在時，其它的激活劑離子例如鉍，可以置換閃爍體組合物中約0.1摩爾％到約10摩爾％的Ln。
在某些實(shí)施方案中，閃爍體組合物可以包括一種基本的單晶形式?？梢岳斫獾氖?，單晶閃爍體晶體具有更大的透明度趨勢，因此，尤其適用于高能輻射探測器，例如用于γ射線的那些探測器。但是，根據(jù)最終用途，閃爍體組合物也可以以如粉末狀之類的其它形式使用。同樣的，可以理解的是，閃爍體組合物可以含有少量的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)通常來自原始材料占組合物的少于約0.01wt％。進(jìn)一步的，閃爍體組合物也可以包括用量少于約1體積％的添加劑。通常，致密化時，可以添加添加劑來促進(jìn)閃爍體具有更高的燒結(jié)密度，如下詳述。此外，添加劑可以促進(jìn)晶體場環(huán)境的最佳化以增強(qiáng)閃爍體組合物的閃爍效率和縮短其上升時間和下降時間，從而促進(jìn)每單位時間內(nèi)有效質(zhì)子的產(chǎn)生。因此，具有更高密度的閃爍體導(dǎo)致閃爍體對射入的光子的吸收增加。同樣的，具有更高密度的閃爍體導(dǎo)致閃爍體產(chǎn)生較少的光子散射，由此增強(qiáng)了閃爍體產(chǎn)生的信號。此外，可以在閃爍體組合物中有目地加入少量的其它材料，以增強(qiáng)在閃爍體組合物中的特殊功能。
再次參照圖1，一旦閃爍體22產(chǎn)生光子，它們就通過使用光子探測器或計(jì)數(shù)器24進(jìn)行檢測。在一些實(shí)施方案中，光子計(jì)數(shù)器24包括裝配的將光子轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號的光電二極管。在這些實(shí)施方案的一些方案中，光子計(jì)數(shù)器24與光電倍增管偶聯(lián)以成比例地增強(qiáng)光子計(jì)數(shù)器24產(chǎn)生的信號。成像系統(tǒng)10隨后對這個數(shù)據(jù)進(jìn)行處理來對靶16的內(nèi)部特征進(jìn)行構(gòu)圖。盡管沒有舉例說明，但是，輻射探測器20可以使用準(zhǔn)直儀以使向著輻射探測器20的光束準(zhǔn)直，以及因此而增強(qiáng)輻射探測器20上入射光的吸收百分率。另外，圖1的成像系統(tǒng)10可以包括各種各樣的控制電路和設(shè)備。例如，作為示例，輻射探測器20可以和探測器獲取電路26偶聯(lián)，后者控制輻射探測器20產(chǎn)生的信號的獲取。在某些實(shí)施方案中，成像系統(tǒng)10包括電動子系統(tǒng)(未示出)以促進(jìn)輻射源12和/或探測器20的運(yùn)動。在這些實(shí)施方案中，圖像處理電路28用于完成協(xié)議的檢查和處理從探測器獲取電路26獲得的圖像數(shù)據(jù)。依照本發(fā)明的某些實(shí)施方案，這些和各式各樣的其它控制機(jī)構(gòu)可以并入到成像系統(tǒng)10中。
為了輸出系統(tǒng)參數(shù)、請求檢查、觀看圖像等等，作為成像系統(tǒng)10的界面可以包括一個或更多個操作站30。操作站30被裝配為能使操作者經(jīng)過一個或更多的輸入設(shè)備(鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸板等等)控制成像系統(tǒng)10的一個或更多個組件。示例的操作站30與輸出設(shè)備32，如顯示器或打印機(jī)，相偶聯(lián)，以輸出在成像系統(tǒng)10操作中產(chǎn)生的圖像。大多數(shù)情況下，顯示器、打印機(jī)、操作站和類似的設(shè)備可以在本地或遠(yuǎn)程于成像系統(tǒng)10。例如，這些界面設(shè)備可以置于一所機(jī)構(gòu)或醫(yī)院的一個或多個地點(diǎn)，或置于一個完全不同的地方。因此，界面設(shè)備可以經(jīng)過一個或更多個配置的網(wǎng)絡(luò)，例如因特網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)等等與成像系統(tǒng)10連接。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，這些和其它的輸入/輸出設(shè)備或界面可以并入成像系統(tǒng)10中。
圖2舉例說明根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施方案的一個示例性的正電子成像術(shù)(PET)成像系統(tǒng)34。在該示例的實(shí)施方案中，PET成像系統(tǒng)34包括置于靶內(nèi)的放射性物質(zhì)36。在一個示例性的實(shí)施方案中，靶可以為一個注射入一種放射性同位素的人。典型地，該放射性同位素是通過標(biāo)記后與天然人體化合物例如葡萄糖、氨、水等等一起投入到人體內(nèi)所期望的位置。大多數(shù)情況下，在靶內(nèi)投入放射性同位素的一次劑量后，放射性物質(zhì)在其壽命內(nèi)發(fā)射出輻射探測器40(閃爍體42和光子探測器44)能探測到的輻射38。一旦位于靶(例如人體)中，放射性物質(zhì)36會將放射性定位在探測的生物活性區(qū)域或其它區(qū)域中。在一個示例性的實(shí)施方案中，靶為人或動物時，生物活性區(qū)域可以包括腦或心臟的大部分、阿耳茨海默氏病、帕金森病、癲癇癥、冬眠心肌、癌癥或腫瘤。典型地，放射性物質(zhì)36劑料中含有放射性同位素，該放射性同位素發(fā)射出正電子并以特定功能或特定組織的方式置于靶內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解和將在以下詳述的是，放射性同位素發(fā)射的正電子通過與電子反應(yīng)湮滅并產(chǎn)生能量分別均為511 KeV的兩個光子或兩種γ射線。這些光子隨后穿透出靶并經(jīng)過輻射探測器40，即，PET掃描器探測到。
在舉例說明的實(shí)施方案中，輻射探測器或PET掃描器40包括閃爍體42，后者含有參考圖1中的上述閃爍體組合物。進(jìn)一步的，閃爍體探測器40還包括光子探測器44，例如光電二極管。進(jìn)一步的，PET成像系統(tǒng)34可以包括探測器獲取電路26、圖像處理電路28、操作站30和輸出設(shè)備32，如參考圖1的成像系統(tǒng)10所述的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，在活的靶例如人或動物的情況下，為了避免放射性同位素的任何不利作用，人們期望靶內(nèi)的放射性物質(zhì)36的給藥量為最小量。這種最小量的放射性物質(zhì)36產(chǎn)生的光子量能最好地被相對較高靈敏度的、較高密度的和較高發(fā)光效率的閃爍體探測到。而且，短衰減時間有利于減少在輸入輻射的強(qiáng)度測定期間的積分(integration)時間，以致產(chǎn)生影像和/或投影的成像速率能有效地增加。結(jié)果，出現(xiàn)的人工產(chǎn)物例如陰影圖像減少。此外，因?yàn)槟茉诟痰闹芷跁r間內(nèi)測量到更多的單個圖像，所以病人的檢查時間減少。同樣的，人們期望獲得一種具有有效阻止能力的閃爍體42，因?yàn)樵撻W爍體42的高密度促進(jìn)了相對更大量的光子的吸收，而不會因?yàn)樵陂W爍體中的散射而損失。上面詳述的閃爍體組合物有利地具有部分或全部這些特征。
圖3是按照本發(fā)明某些實(shí)施方案用在PET成像系統(tǒng)34(見圖2)中的輻射探測器40的橫截面圖。在該舉例說明的實(shí)施方案中，輻射探測器40使用了大量排列為圓截面圓桶型結(jié)構(gòu)的探測器元件46，該探測器元件46環(huán)繞著靶目標(biāo)。在這個圓形或圓桶型構(gòu)型中，從靶中穿透出的兩個光子能到達(dá)位于閃爍體環(huán)48上的任何兩個相對的探測器元件46。在一些實(shí)施方案中，閃爍體環(huán)48可以包括一層或更多層閃爍體42，其依次位于含有光子探測器44(未示出)的層上。在另一個實(shí)施方案中，閃爍體42可以為像素陣列的形式，其中每一個獨(dú)立的像素與光子探測器(未示出)的一個像素偶聯(lián)。換句話說，含有閃爍體42像素所形成的陣列的一層或更多層可以位于另一個由光子探測器46像素所形成的陣列構(gòu)成的層上。
在該舉例說明的實(shí)施方案中，含有定位在生物活性區(qū)50內(nèi)的放射性同位素的靶放置在輻射探測器40的閃爍體環(huán)48內(nèi)。如上所述，放射性同位素在衰變時發(fā)射出正電子。在某些實(shí)施方案中，該衰變?yōu)棣滤プ?。該發(fā)射出的正電子以非常高的速度移動，并且通常由于與一個或更多個鄰近原子的碰撞而慢下來。一旦該正電子慢下來，湮滅反應(yīng)將在正電子和鄰近原子之一的一個外殼電子之間發(fā)生。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，湮滅反應(yīng)產(chǎn)生兩個511 KeV的光子或γ射線，其由于能量和動量守恒在幾乎完全相反的方向移動，如箭頭符號54和56所示。更準(zhǔn)確地說，兩個探測點(diǎn)與生物活性位置50內(nèi)的光子起始點(diǎn)52一起形成了一條直線。換句話說，在生物活性位置50內(nèi)的起始點(diǎn)52沿著連接兩個探測器原件62和64的直線存在。例如，在舉例說明的實(shí)施方案中，兩個光子在用箭頭符號54和56所示的方向移動并分別到達(dá)探測器元件62和64，以致點(diǎn)52、62和64位于相同的直線上。因此，在閃爍體環(huán)48上的兩個點(diǎn)處檢測到光子就表示放射性同位素在所期望的位置，如在人體靶內(nèi)的生物活性區(qū)域內(nèi)存在。
圖4是使用偶聯(lián)到工具殼70上的探測器組件68的示例性測井工具66的橫截面圖。在該舉例說明的實(shí)施方案中，探測器組件68使用了通過光學(xué)界面76光學(xué)偶聯(lián)在一起的閃爍體晶體72和感光設(shè)備74(例如，光電倍增管)?？梢岳斫獾氖牵泄庠O(shè)備74將發(fā)射自晶體72的可見光子轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖，其通過如下所述的相關(guān)電子設(shè)備成形和數(shù)字化。在某些實(shí)施方案中，閃爍體晶體72可以使用如上詳述的本發(fā)明的閃爍體組合物。探測器組件68通過截留來自周圍地質(zhì)結(jié)構(gòu)的輻射，并將其轉(zhuǎn)變成光來運(yùn)行。產(chǎn)生的光隨后傳送到感光設(shè)備74。光脈沖變換成電脈沖。在舉例說明的實(shí)施方案中，晶體72、感光設(shè)備74和光學(xué)界面76牢牢密封在探測器殼78中。進(jìn)一步的，光學(xué)界面76包括牢牢密封在探測器殼78中的窗口80。典型的，窗口80促進(jìn)輻射誘導(dǎo)的閃爍光離開探測器殼78，以使其被感光設(shè)備74測量到。可以理解的是，光學(xué)窗口80是由可以傳送閃爍體晶體72發(fā)出的閃爍光的材料制成。另外，在某些實(shí)施方案中，探測器殼78可以由不銹鋼或鋁制成。在舉例說明的實(shí)施方案中，探測器電纜82連接探測器組件68至電源84和數(shù)據(jù)處理電路86。以來自光電倍增管74的脈沖為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)可以“向井上(up-hole)”傳送到分析裝置，例如數(shù)據(jù)處理電路86。作為另一種選擇，數(shù)據(jù)可以井下(downhole)進(jìn)行本地保存。此外，在舉例說明的實(shí)施方案中，數(shù)據(jù)處理單元86可以與操作站88電偶聯(lián)，后者依次與輸出設(shè)備90偶聯(lián)。
有時，數(shù)據(jù)可以在鉆井時獲得并傳送，也就是“測量兼鉆井(measurementswhile drilling)(MWD)”?？梢岳斫獾氖?，測井工具中的閃爍元件被裝配以便在非常高的溫度和在苛刻的震動和振動狀態(tài)下運(yùn)行。因此，閃爍體材料具有許多前述的性能，例如，高的光輸出和高的能量分辨率，以及快速衰減時間。同樣的，在圖4舉例說明的實(shí)施方案中，閃爍體通常小到足以被封裝入適合非常受限的空間的包中。當(dāng)在非常深的位置進(jìn)行鉆井時，可接受性能的闞值已被大幅提高。例如，常規(guī)的閃爍體以高分辨率產(chǎn)生強(qiáng)的光輸出的性能在鉆井深度增加時被嚴(yán)重地?fù)p害。因此，上列詳述的閃爍體材料尤其有利于在圖4中舉例說明的測井工具66。
圖5是以A2LnX7表示并含有鈰作為激活劑離子的閃爍體組合物在X射線激發(fā)下的示例性的發(fā)射光譜92的圖示。在舉例說明的圖形中，橫坐標(biāo)94表示波長值，而縱坐標(biāo)96表示發(fā)射強(qiáng)度。在舉例說明的實(shí)施方案中，發(fā)射光譜92在約350nm波長峰化并表示為峰98。類似的，圖6是以ALnX5表示并含有鈰作為激活劑離子的閃爍體組合物在X射線激發(fā)下的示例性的發(fā)射光譜100的圖示。在舉例說明的實(shí)施方案中，發(fā)射光譜100在約350nm處峰化，如峰102所示。
在某些實(shí)施方案中，閃爍體組合物可以通過多種技術(shù)制備?？梢岳斫獾氖牵W爍體組合物也可以含有這些技術(shù)的各種各樣的反應(yīng)產(chǎn)物。典型的，閃爍體組合物通過混和預(yù)定比例的不同前驅(qū)體粉末，并隨后進(jìn)行諸如煅燒、模壓成形、燒結(jié)、和/或熱各向等壓的操作來制備。在一些實(shí)施方案中，該前驅(qū)體可以包括鹽、氧化物、鹵化物、草酸鹽、碳酸鹽、硝酸鹽、或其組合。在其它的實(shí)施方案中，鑭系元素鹵化物可以以單一反應(yīng)物的形式提供，例如，市購的鑭系元素鹵化物，如氯化鑭。在某些實(shí)施方案中，一種或更多種鑭系元素鹵化物可以與一種或更多種堿金屬鹵化物以所需比例混合。進(jìn)一步的，激活劑前驅(qū)體可以與這種混合物混和。
反應(yīng)物的混和可以通過確保徹底和均勻混和的任何適宜技術(shù)進(jìn)行。例如，混和可以在瑪瑙研缽和搗棒中進(jìn)行。作為另一種選擇，混和可以通過攪拌器或粉碎機(jī)例如球磨機(jī)、碗形磨、錘磨機(jī)或氣流粉碎機(jī)完成。在一些實(shí)施方案中，混合物可以含有多種添加劑，例如助熔劑和粘合劑。取決于相容性和/或溶解性，多種液體例如庚烷或醇如乙醇，有時可以在研磨中用作介質(zhì)?？梢岳斫獾氖?，因?yàn)槲廴灸軌蛴泻Φ赜绊戦W爍體的性能，例如光發(fā)射能力，所以適合的研磨介質(zhì)不能包括不可接受地污染閃爍體組合物的材料。
一旦混和，前驅(qū)體混合物可以在足以使混合物轉(zhuǎn)變?yōu)楣倘荏w的溫度和時間條件下鍛燒。可以理解的是，這些條件部分地取決于所使用的基質(zhì)材料和激活劑的特定類型。在某些實(shí)施方案中，鍛燒可以在溫度為約500℃-約1000℃的爐中進(jìn)行。在這些實(shí)施方案中，燒制時間為約15分鐘到約10小時?？梢岳斫?，所期望的是鍛燒在沒有氧和濕氣的氣氛內(nèi)進(jìn)行。在一個示例性的實(shí)施方案中，鍛燒在真空或在惰性氣體的氣氛，例如氮、氦、氖、氬、氪和氙中進(jìn)行。鍛燒完成之后，所得材料可以被粉碎，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉蹱?。進(jìn)一步的，各種各樣的技術(shù)可以用于將該粉末加工成輻射探測器元件。
圖7是舉例說明一個示例性的探測器元件如輻射探測器20(見圖1)或輻射探測器40(見圖2)的操作過程104或操作方法的流程圖。如所舉例說明的，操作過程104以通過物體傳送輻射(方塊106)為開端。參考圖1描述，在某些實(shí)施方案中，傳送輻射的行為可以涉及將放射性元件置于靶，例如人體內(nèi)。之后傳送的輻射被閃爍體材料接收，并隨后轉(zhuǎn)換成可見的光子(方塊108)。在某些實(shí)施方案中，閃爍體材料可以包括如前詳述的本發(fā)明的閃爍體組合物。在這些實(shí)施方案中，閃爍體可以為像素的形式，其中每一個閃爍體與光子探測器，例如光子探測器24(見圖1)或光子探測器44(見圖2)偶聯(lián)。光子探測器隨后探測該可見的輻射并將其轉(zhuǎn)變成電信號(方塊110)。在某些實(shí)施方案中，光子探測器可以包括光電倍增管或光電二極管。
與核成像探測器，例如PET和測井工具一樣，使用閃爍體的其它設(shè)備的組合物大多取決于閃爍體的性質(zhì)，該性能又與閃爍體組合物直接相關(guān)。通常，對于易感于高能輻射如γ射線和X射線的閃爍體而言，期望有高的光輸出(LO)、短的衰變時間、低余輝、高的“阻止能力”以及合格的能量分辨率。因此，盡管本發(fā)明的閃爍體組合物主要參考PET成像系統(tǒng)和測井工具進(jìn)行描述，但它可以用于其它所需類似性能的應(yīng)用中。
雖然在此僅舉例說明和描述了本發(fā)明的某些特征，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對其進(jìn)行多種修改和變化。因此，能夠理解，所附的權(quán)利要求可以覆蓋所有這樣的修改和變化，只要其符合本發(fā)明的真正宗旨。
零件目錄10成像系統(tǒng)12輻射源14輻射16靶18衰減輻射20輻射探測器22閃爍體24光子探測器26探測器獲取電路28圖像處理電路30操作站32輸出設(shè)備34PET成像系統(tǒng)36含有置于其內(nèi)的放射性同位素的靶38光子40輻射探測器42閃爍體44光子探測器46探測器元件48閃爍體環(huán)50生物活性區(qū)52正電子的起始點(diǎn)54箭頭56箭頭58靶上的第一個點(diǎn)60靶上的第二個點(diǎn)62第一個探測器元件64第二個探測器元件66測井工具
68探測器組件70殼72閃爍體晶體74感光設(shè)備76光學(xué)界面78探測器殼80窗口82探測器電纜84電源86數(shù)據(jù)處理單元88操作站90輸出設(shè)備92發(fā)射光譜圖94橫坐標(biāo)96縱坐標(biāo)98峰100發(fā)射光譜圖108峰104操作方法的流程圖106-110流程圖104中的步驟
權(quán)利要求
1.一種閃爍體組合物，包括基質(zhì)材料，其包括堿土金屬；鑭系元素鹵化物，其中該鑭系元素鹵化物包括至少一種鑭系元素離子和至少一種鹵化物離子；和用于基質(zhì)材料的激活劑離子，其中該激活劑離子包括三價離子。
2.權(quán)利要求1的閃爍體組合物，其中所述堿土金屬包括鋇，或鍶，或鈣，或鎂，或其組合。
3.權(quán)利要求1的閃爍體組合物，其中所述鑭系元素離子包括鑭，或釔，或釓，或镥，或鈧，或其組合。
4.權(quán)利要求1的閃爍體組合物，其中所述鹵化物離子包括氟，或溴，或氯，或碘，或其組合。
5.權(quán)利要求1的閃爍體組合物，其中所述三價離子包括鈰，或鉍，或鐠，或其組合。
6.一種閃爍體組合物，包括由A2LnX7表示的基質(zhì)材料，其中A包括堿土金屬，其中Ln包括鑭系元素離子，以及X包括鹵化物離子；和用于基質(zhì)材料的激活劑離子，其中該激活劑離子包括鈰，或鉍，或鐠，或其組合。
7.權(quán)利要求6的閃爍體組合物，其中A包括鋇，或鍶，或鈣，或鎂，或其組合，其中Ln包括鑭，或釔，或釓，或镥，或鈧，或其組合，以及其中X包括溴，或氯，或碘，或其組合。
8.一種閃爍體組合物，包括由ALnX5表示的基質(zhì)材料，其中A包括堿土金屬，其中Ln包括鑭系元素離子，以及其中X包括鹵化物離子；和用于基質(zhì)材料的激活劑離子，其中該激活劑離子包括鈰，或鉍，或鐠，或其組合。
9.權(quán)利要求8的閃爍體組合物，其中A包括鋇，或鍶，或鈣，或鎂，或其組合，其中Ln包括鑭，或釔，或釓，或镥，或鈧，或其組合，以及其中X包括溴，或氯，或碘，或其組合。
10.一種探測器元件，包括配置為將入射的輻射(14)轉(zhuǎn)變成光子的閃爍體材料，其中該閃爍體材料包括基質(zhì)材料，其包括堿土金屬；鑭系元素鹵化物，其中該鑭系元素鹵化物包括至少一種鑭系元素離子和至少一種鹵化物離子；用于基質(zhì)材料的激活劑離子，其中該激活劑離子包括鈰，或鉍，或鐠，或其組合；和與該閃爍體材料光學(xué)偶聯(lián)并配置為將該光子轉(zhuǎn)變成電信號的光子探測器(24)。
全文摘要
一種閃爍體組合物，包括基質(zhì)材料，其中該基質(zhì)材料包括堿土金屬和鑭系元素鹵化物。該閃爍體組合物進(jìn)一步包括激活劑離子，其中該激活劑離子為三價離子。在一個實(shí)施方案中，該閃爍體組合物包括以A
文檔編號G01T1/20GK1892251SQ20061010604
公開日2007年1月10日 申請日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者A·M·斯里瓦斯塔瓦, S·J·杜克洛斯, L·L·克拉克, H·A·科曼佐, Q·鄧 申請人:通用電氣公司