[发明专利]生长氧原硅酸盐的切克拉斯基方法中的热梯度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及闪烁体材料，该材料用于核成像应用，特别是PET(Positron Emission Tomography，正电子发射断层照相术)、TOF PET(Time of Flight Positron Emission Tomography，飞行时间正电子发射断层照相术)和/或DOI PET(Depth of Interaction Positron Emission Tomography，作用深度正电子断层照相术)成像中的离子辐射的检测。本发明特别涉及稀土氧原硅酸盐(oxyorthosilicate)的衰减时间、上升时间和闪烁光输出(light yield)的控制。特定实施方式也涉及稀土氧原硅酸盐的衰减时间、上升时间和闪烁光输出的控制。

背景技术

氧原硅酸镥(LSO)或用铈(Ce³⁺)激活的Lu₂SiO₅是已知的晶体闪烁体材料且广泛用于医学成像，例如正电子断层照相术(PET)中的γ-射线检测以及其它应用。至少部分由于其相对高的光输出和短的衰减时间，LSO被认为是分子成像应用，特别是飞行时间照相术PET(TOF PET)的最适当的材料之一。

LSO闪烁体通常由从熔体中生长的单晶LSO而制成，使用例如切克拉斯基(Czochralski)方法。对于闪烁体的应用来说，通常期望能够生长出具有特定光学性能参数的LSO大单晶。长成的晶体的尺寸和质量能够显著受到生长稳定性的影响。

尽管总体上已经对LSO闪烁体进行了很好的研究，但目前正在努力研制具有改进性能的LSO闪烁体用于特定应用。

发明内容

本发明总体上涉及具有高的光输出和短的衰减时间的LSO闪烁体，以及制造这种闪烁体的方法。在一实施方式中，该方法包括将LSO共掺杂(codope)铈和来自元素周期表的IIA或IIB族中的另一掺杂剂(dopant)。掺杂量可进行选择以在比文献中报导的范围更大的范围(在约～30ns直到约～50ns)内调谐闪烁脉冲的衰减时间，并具有改进的光输出和均匀性，同时保证晶体生长的稳定性。

本发明公开的另一方面涉及具有改进的光学特性，包括在约～30ns到约～50ns之间可调谐的衰减时间的LSO闪烁体。在一构造中，LSO闪烁体包括掺杂有Ce和来自元素周期的IIA或IIB族的另一掺杂剂的LSO，其中熔体中Ce和该另外掺杂剂的浓度范围各自在约0.001％-约10％(除非另外说明，否则整个本发明中都使用了原子百分比；论文和专利引用中使用的术语与不同作者使用的原始文本保持一致)。

附图说明

图1显示了用高浓度Ce和Ca(Ce0.1％和Ca0.05％)生长的LSO晶体，其中，在生长过程中发生了晶体生长稳定性的问题。

图2显示了用适当调节的Ce和Ca浓度(Ce0.025％和Ca0.1％)生长的LSO晶体。晶体生长的条件与用于生长图1中所示晶体的条件是相同的，除了Ce和Ca浓度。晶体生长是稳定的。

具体实施方式

1.概述

本发明涉及闪烁体材料，该材料用于核成像应用，特别是PET(正电子发射断层照相术)、TOF PET(飞行时间正电子发射断层照相术)和/或DOI PET(作用深度正电子断层照相术)成像中的离子辐射的检测，其中PET成像包括专用的PET和混合PET成像形式，例如：PET/CT(Positron Emission Tomography with Computed Tomography capabilities，具有计算机断层照相术能力的正电子发射断层照相术)，PET/MR(Positron Emission Tomography with Magnetic Resonance capabilities，具有磁共振能力的正电子发射断层照相术)和PET/SPECT(Positron Emission Tomography with Single Photon Emission Computed Tomography capabilities，具有单光子发射计算机断层能力的正电子发射断层照相术)。本发明特别涉及稀土原硅酸盐的衰减时间，上升时间和闪烁光输出的控制。

氧原硅酸镥(LSO)或Lu₂SiO₅，由Charles L.Melcher发明并描写在美国专利号4,958,080中，是广泛用于PET中γ射线检测以及其他应用的已知晶体闪烁体材料。