[发明专利]多元件X射线辐射探测器、用于其的稀土X射线发光体和用于将多元件闪烁器和探测器形成为整体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及处理能量范围为5keV至200keV的X射线辐射的成像和可视表示的技术的X射线工程以及医学诊断。特别地，本发明可用于控制和监测活体中的病理变化的医学。已知为放射学的医学领域追溯到XX世纪初，德国物理学家C.Rontgen(伦琴)发现了以他命名的穿透辐射。

本发明也能够适用于主要任务为揭示主病理的病人的动态流预防检查。本发明也可以用于牙颌区域的X射线检查的牙科中。本发明可以扮演的另一重要角色是在哺乳动物学领域用于妇女的乳房检查。

除了医学以外，本发明可用于各种机械学领域中的探伤和无损检查系统，例如管道的焊接检查。本发明对于流质量控制可能是唯一途径的技术的全面武装的军需品的质量控制特别重要。

本发明可以用于铁路、航空以及海运中带维度的货物的海关监管。

对于无损质量控制和诊断的需求部分解释了本发明可能用途的广泛范围，并且是包括具有用于信息读取、计算机处理和存档的矩阵型半导体系统的闪烁器的当前技术水平的材料的不平常的组合。毫无疑问，本发明涉及先进的技术。

背景技术

19世纪20年代制造了第一台X射线设备，并且其包括X射线发射源和辐射接收器。从那时起，X射线发射源没有发生大的变化：真空装置的高能加速电子束轰击由钨(W)钼(Mo)或一些时候由铜(Cu)制造的金属对阴极。对形成的冲击X射线辐射进行滤波以使其成为单色的，并且然后通过辐射可穿透型的特殊材料(诸如铍箔)逃逸出该装置。产生的X射线束具有数毫米至数十厘米的直径。将需要检查的不可穿透的结构或物体放入到该束中。

长期以来，对于束中X射线量子密度的变化进行可视成像的唯一方法是通过基于银卤化物的感光乳胶探测器。但是由于探测层的相对较低的密度(2-3g/cm³)和银卤化物对X射线辐射的低灵敏度，该方法需要X射线辐射的高曝光，因此限制了医学用途。

针对显著降低对于X射线检查的病人的曝光剂量的第一种技术方案是X射线增感屏。这些屏允许量子能量的物理偏移。屏基本是暴露于X射线时受辐射的物质-X射线发光材料的薄层。屏通常制造为包括前和后屏以及感光膜的盒的形式。前屏具有X射线发光材料的较薄层，而后屏则致力于几乎完全终止X射线辐射。

长期以来，增感屏中X射线发光材料中的主要材料是钨酸钙(CaWO₄₀，其特征为高重力密度和中等能量转换效率(6.0-8.0％))。这些参数用作X射线发光材料的最佳化合物的参考。对于这些化合物的基本的要求如下：

-平均原子序数N超过40原子单位；

-重力密度超过4.5g/cm³；

-X射线发光材料发射的能效＞6％；

-背辉光(back glow)小于1*10^-3秒；

-辐射的光谱最大值λ＞400nm。

基于X射线辐射与(在医学X射线诊断中的)活组织之间的或者X射线辐射与(X射线探伤中的)复杂系统和结构的部分之间的直接相互作用的放射学允许在光感膜或半透屏中的以下成像特征：

-分辨率1-0.6mm每线对；

-暗或亮场与背景之间的比率的对比度低于30％；

-尺寸为650-800μm的极小细节的成像；

-后辉光周期大约1·10^-3秒。

应当注意，即使对于在(1.0至10伦琴单位每胃肠道的检查)技术水平时的技术来说，病人的辐射应力也是过量的[1]。

在40-70年代的X射线诊断的低特征使基于其它物理原理的诊断的新方法的开发成为必要；因此，在1964年[2]，提出了第一台X射线电光图像转换系统(EOIC)，其控制X射线辐射至可见光的主转换(转导)并且进一步多重增强以及将光信号转换为小画框电视图像[2]。第一EOIC的换能器是基于诸如水可溶的碘酸铯的卤化物发光材料，其使得装备的制造技术显著复杂。

同时，开发了快速X射线光伦琴射线照相术的方法，其涉及通过大孔径透镜系统将在大的半透明发光屏上形成的图像投影至感光胶片上。该方法对于在短时期内需要检查的病人的应用来说比较方便。光伦琴射线照相术仅能发现大的病灶。

从70年代中期开始，稀土X射线发光材料的时代开始了，首先是主氧硫化物(Y₂O₂S:Tb，Gd₂O₂S:Tb)，然后是溴氧化物(LaOBr)。以下总结这个时期的材料和屏发展的主要成就和挑战[5]。