[发明专利]多晶结构X射线激发的闪烁体及其制备方法

说明书

本发明大体上与经过改进的、特别用于医学上的X射线照相及其他X射线、Gamma射线、核辐射等探测方面的稀土掺杂陶瓷闪烁体材料有关。更准确地说，本发明是与稀土掺杂多晶氧化钇-氧化钆（y₂O₃-Gd₂O₃）陶瓷闪烁体有关，这种闪烁体已在烧结时或在烧结后进行了处理，以减少在把上述射线转换成显示图象过程中，上述闪烁体材料被曝露于上述高能辐射下时发生的辐射损伤。

固态闪烁体材料长期以来一直被用作辐射探测器，如用于X射线计数器和图象增强器，以探测穿透性的辐射。最近，这种探测器已经在用计算机处理的层析X射线摄影（CT）扫描器、数字X射线照相（DR）和其他X射线、Gamma射线、紫外射线和核辐射等探测应用中起到了重要的作用。当闪烁体材料被X射线或其它高能电磁光子激发时，它将放射可见或近于可见的射线。因此，它被广泛地用作各种工业和医用X射线照相设备的主要部件。在医学应用领域，特别希望闪烁体的输出尽可能大到能使病人受X射线的辐照量最小。被考虑用于CT应用的已知类别的闪烁体材料是象碘化铯（CSI）、锗酸铋（Bi₄Ge₃O₂）、钨酸镉（CdWO₄）、钨酸钙（CaWO₄）和碘化钠（NaI）之类的单晶无机化合物。另一类已知的固态闪烁体材料有铕活化的氟氯化钡（BaFCl∶Eu）、铽活化的溴氧化镧（LaOBr∶Tb）和铥活化的溴氧化镧（LaOBr∶Tm）等多晶无机荧光物质。第3类已知的、用于计算机处理的层析X射线摄影法的固态闪烁体材料包括诸如稀土掺杂氧化钇-氧化钆（y₂O₃-Gd₂O₃）等各种致密烧结多晶陶瓷以及前面提到的BaFCl∶Eu、LaOBr∶TbC_SI∶Tl、CaWO₄、CdWO₄之类的多晶荧光物质。

在与本申请共同转让的未决申请中，揭示了一种把固态闪烁体用作X射线转换工具的CT扫描器。上述多晶陶瓷闪烁体包括大约5到50个克分子百分比的Gd₂O₃，大约0.02到12个克分子百分比的、作为稀土活性氧化物的Eu₂O₃或Nd₂O₃，大约0.003到0.5个克分子百分比的、至少一种选自Pr₂O₃和Tb₂O₃的余辉衰减剂，上述闪烁体成分中的其它物质是y₂O₃。正如在上述共同未决申请中对CT扫描设备进一步叙述的那样，闪烁体材料在受到照射的X射线的激发时，将发生光学波长的能量。在典型的医学或工业应用中，来自闪烁体材料的光输出被用来照射能产生电输出信号的光电响应设备。这些信号的幅值直接与照射的X射线的强度有关。这些电信号可以进行数字化，以供数字计算机处理;计算机则以适合于阴极射线管屏幕或其它永久性介质上显示的形式产生吸收系数。

为了满足这种医用射线照相应用上的特殊要求，所用的闪烁体材料必须是一个有效的X射线向光射线的转换器，而且这些转换后的光射线必须处于能由光电倍增管、光电二极管这类光电探测工具进行最有效探测的电磁能谱范围内。还希望这种闪烁体以避免光抑制的方式有效地传送光射线，以便使闪烁体内部深处发生的光射线放射出来，供位于外界的光电探测装置进行探测。这种闪烁体材料还应具有高的X射线拦阻能力、低滞后作用、光谱直线性和短的余辉或保留时间。高的X射线拦阻能力是为了有效地探测x射线，因为未由闪烁体材料吸收的x射线不能被探测出来。滞后作用是指闪烁体材料的一种对相同X射线激发，而光输出根据闪烁体辐射规律变化的性质。就CT应用而言，由于一系列连续的测定以相当高的速度进行，典型的探测精度大约是千分之一。相应来说，为了对每个闪烁体的光输出提供重复的精确测定，且为了对照射在闪烁体上相同的X射线辐射量提供基本相同的光输出，低滞后作用是必须的。由于照射在闪烁体上的X射线通常具有一系列不同的频率，而闪烁体对辐射的响应对所有这些频率应该大致相同，所以光谱直线性是重要的。余辉即保留时间是在X射线激光结束后一段时间，闪烁体继续发射光射线的趋势。长时间的余辉将导致载有信息的信号随时间变得模糊。