基于具有辐射记忆功能的辐射光致发光图像板的辐射成像系统

摘要

本发明属于辐射测量技术领域，具体涉及一种基于具有辐射记忆功能的辐射光致发光图像板的辐射成像系统，包括遮光框体、针孔准直器、位置灵敏光探测模块、控制和图像处理模块，所述针孔准直器位于遮光框体前端，位置灵敏光探测模块置于遮光框体后端并且其光探测面正对针孔准直器，控制和图像处理模块与位置灵敏光探测模块相连。在所述针孔准直器和位置灵敏光探测模块之间还置有由辐射光致发光材料制成的图像板；在所述遮光框体的后端置有与所述辐射光致发光材料相对应的激发光源；在所述遮光框体后端还置有快门。本发明所提供的辐射成像系统能够对强度极低的X射线或者伽玛射线进行测量，可以广泛应用于低辐射场所的辐射强度与辐射成像测量。

说明书

技术领域

本发明属于辐射测量技术领域，具体涉及一种基于具有辐射记忆功能的辐射光致发光图像板的辐射成像系统。

背景技术

医院核医学科可以通过分析放射性核素在人体器官内的分布图像，诊断病人心脑血管疾病、肿瘤等各种器官疾病。用于X射线或者伽玛射线的射线源分布测量的辐射成像测量系统，通常叫做伽玛相机，首先在核医学领域发展起来。

目前为止已经有很多医疗器械公司开发出了用于人体X射线或者伽玛射线分布测量的伽玛相机系统。这些伽玛相机主要由准直器，闪烁晶体板，以及位置灵敏光探测器件组成。

准直器的材料一般为原子序数很大，对X射线或者伽玛射线阻挡效果非常好的金属材料，比如铅，钨等。准直器种类主要有平行孔准直器，针孔准直器，发散型准直器，汇聚型准直器；用于限制进入伽玛相机视野的入射射线的方向以及范围。

射线经过准直器后到达闪烁晶体板。闪烁晶体的材料主要为NaI(Tl)晶体，也可以是CsI或BGO等。射线在闪烁晶体中发生能量沉积，沉积的能量又以荧光的方式在能量沉积的位置释放出来。

闪烁晶体板后面的位置灵敏光探测器件，可以测量出荧光释放的位置以及强度，从而达到成像的目的。位置灵敏光探测器件可以是单个的位置灵敏光电倍增管，或者位置灵敏光电倍增管阵列。位置灵敏光电倍增管的入射窗通过光导贴近闪烁晶体板，达到测量目的。位置灵敏光探测器件也可以是电荷耦合器件(CCD)或者CMOS。

目前发展起来的这类伽玛相机系统，可以用于X射线辐射场或者伽玛辐射场的实时成像测量。核医学应用中，由于人体内的放射性水平通常较高，可以利用这类伽玛相机系统方便的得到核素在体内静态以及动态连续的分布图像。但是，将这类伽玛相机系统用于核工业领域的放射性分布测量，比如某个场所的放射性污染分布图像测量时，则经常会遇到困难。比如待测量场所或者对象的辐射水平很低，低于现有的这类伽玛相机系统的最低探测下限时，那么，将测量不到放射源的分布图像。在现有的这类系统下，通过延长测量时间的方法，也不会有明显的效用，因为这并不能提高测量的信噪比。

发明内容

(一)发明目的

本发明目的在于解决现有技术中伽马相机系统无法探测微弱辐射信号的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于具有辐射记忆功能的辐射光致发光图像板的辐射成像系统，包括遮光框体、针孔准直器、位置灵敏光探测模块、控制和图像处理模块，所述针孔准直器位于遮光框体前端，位置灵敏光探测模块置于遮光框体后端并且其光探测面正对针孔准直器，控制和图像处理模块与位置灵敏光探测模块相连，其关键在于：在所述针孔准直器和位置灵敏光探测模块之间还置有由辐射光致发光材料制成的图像板；在所述遮光框体的后端置有与所述辐射光致发光材料相对应的激发光源；在所述遮光框体后端还置有快门。

所述针孔准直器的针孔处还置有遮光片，所述遮光片由易于透过X射线和伽玛射线的材料制成。

所述针孔准直器和图像板之间置有加热丝，所述加热丝为螺旋状结构。

制作图像板所用的辐射光致发光材料是银离子活化的磷酸盐玻璃，或者其它具有辐射记忆功能的辐射光致发光材料。

所述图像板靠近针孔准直器的一侧覆盖有一层铝箔。

所述激发光源呈圆状均匀分布在位置灵敏光探测模块的周围。

所述加热丝和图像板可以在遮光框体内沿着辐射测量系统中心轴方向前后移动。

所述位置灵敏光探测模块包括遮光外壁和置于其中的光电探测器，面向图像板的一端置有能够过滤激发光的滤光片，其靠近控制和图像处理模块的一端置有电源接口和数据接口。所述光电探测器是位置灵敏光电倍增管、CCD或者CMOS。

当所述光电探测器是位置灵敏光电倍增管时，将图像板贴近激发光滤光片，可以测量得到辐射光致发光材料发出的荧光信号的位置和强度信息。

当所述光电探测器是CCD或者CMOS时，在所述滤光片和CCD或者CMOS之间置有锥形光纤成像束。

当所述光电探测器是CCD或者CMOS时，在所述滤光片和CCD或者CMOS之间置有成像透镜组，并且所述CCD或者CMOS的感光芯片位于成像透镜组的像平面上。

(三)有益效果

由于所述辐射光致发光材料做成的图像板可以将入射X射线或者伽玛射线的沉积能量存储为荧光中心进行长时间的累积，该信号累积的过程中，由于位置灵敏光探测模块处于关闭状态，不会增加电子学噪声，是一个可以显著提高信噪比的过程，因此本发明所提供的辐射成像系统能够对强度极低的X射线或者伽玛射线进行测量，可以广泛应用于低辐射场所的辐射强度与辐射成像测量。

附图说明

图1为基于具有辐射记忆功能的辐射光致发光图像板的辐射成像系统的结构图；

图2为图1中A-A方向的剖面图；

图3为图1中位置灵敏光测量器件的第一具体实例；

图4为图1中位置灵敏光测量器件的第二具体实例；

图5为图1中位置灵敏光测量器件的第三具体实例；

图6为位置灵敏光测量器件进行数据读取时的系统内部构造图；

图7为消除信号加热丝加热图像板时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步说明。

实施例一

本实施例提供的基于具有辐射记忆功能的辐射光致发光图像板的辐射成像系统，如图1所示，包括遮光框体5、针孔准直器1、位置灵敏光探测模块2、控制和图像处理模块9等。所述针孔准直器1位于遮光框体5前端，位置灵敏光探测模块2置于遮光框体5后端并且其光探测面正对针孔准直器1，控制和图像处理模块9与位置灵敏光探测模块2相连，关键在于，在所述针孔准直器1和位置灵敏光探测模块2之间还置有由辐射光致发光材料做成的图像板7；在所述遮光框体5的后端置有与所述辐射光致发光材料相对应的激发光源3；在所述遮光框体5后端还置有快门4。

被测量的X射线或者伽玛射线放射源发出的射线，通过针孔准直器1的针孔，进入测量系统。所述针孔准直器1具有视野大、成像小的特点，针孔准直器1采用可以屏蔽辐射的原子序数很大的金属材料制成，如铅、钨等。针孔准直器1的针孔处还置有很薄的遮光片，所述遮光片由易于透过X射线和伽玛射线的材料制成，比如铝箔等。

从针孔准直器1的针孔入射的X射线或者伽玛射线由图像板7进行记录，图像板7由固定架6安装在遮光框体5内。所述图像板7由能够把入射X射线或者伽玛射线转换成荧光信号的辐射光致发光(Radio photoluminescence，RPL)材料制成，上述材料组分优选为银离子活化的磷酸盐玻璃，或者也可以选择其它具有辐射记忆功能的辐射光致发光材料。上述具有辐射记忆功能的辐射辐射光致发光材料能在入射点处将入射X射线或者伽玛射线的沉积能量转换成荧光中心进行累积，沉积能量越大，产生的荧光中心就越多。在辐射水平很低的场合下，可以增大该辐射成像测量系统的测量时间，使辐射光致发光材料中沉积足够多的能量，存储足够多的荧光中心，以准备之后用位置灵敏光探测模块2读取。

所述针孔准直器1和图像板7之间置有加热丝11，其作用是在一次测量完成之后通过加热图像板7而将其上存储的荧光信号完全消除。加热丝11的结构如图2所示，是一盘粗细均匀的螺旋状加热电阻丝，安装于针孔准直器1与图像板7之间。加热丝11和图像板7均可以由步进电机或者伺服电机控制而在遮光框体5内前后移动。当不需要消除辐射光致发光材料中存储的信号时，加热丝11紧贴在靠近针孔准直器1的一侧，不影响针孔成像；当辐射成像测量完成后，如果需要消除辐射光致发光材料中已存储的信号，准备进行下一次测量时，则需要将该加热丝11沿着辐射测量系统中心轴方向贴近图像板7，加热图像板7到400℃左右并持续一段时间，达到消除原来信号的目的。

在图像板7上靠近针孔准直器1的一侧覆盖有一层铝箔。铝箔首先可以遮光，因为该辐射光致发光材料本身是透明的，而图像板7后面的位置灵敏光探测模块2使用的位置灵敏光电探测器需要遮光；其次，铝箔是热得良导体，为了消除辐射光致发光材料存储的信号而对其进行加热时，有助于使辐射光致发光材料做成的图像板7均匀受热。

激发光源3置于遮光框体5的后端，呈圆状均匀分布在位置灵敏光探测模块2的周围。针对本实施例中制作图像板7所采用的银离子活化的磷酸盐玻璃，采用波长为370nm左右的发光二极管阵列作为激发光源。在图像板7被电离辐射曝光一定时间后，开启该发光二极管，对图像板7上存储的荧光中心进行激发，使图像板7产生波长为600nm至700nm之间的荧光，被位置灵敏光探测模块2读取。通过调整发光二极管阵列中发光二极管发光的强度分布，以及周围的反射条件，可以保证照射到图像板7表面的光是均匀分布的。

所述位置灵敏光探测模块2包括遮光外壁、电源接口15、数据接口16和光电探测器，面向图像板7的一端置有能够过滤激发光的滤光片8，其靠近控制和图像处理模块9的一端置有电源接口15和数据接口16。本实施例中所采用的光电探测器是位置灵敏光电倍增管14，如图3所示，利用位置灵敏光电倍增管14测量图像板7上的退激荧光信号时，将图像板7尽量贴近激发光滤光片8进行测量。用于过滤激发光的滤光片8位于图像板7与位置灵敏光电倍增管14之间并紧贴位置灵敏光电倍增管14的探测面。针对波长为370nm左右的激发光源3和荧光波长范围在600nm至700nm的图像板7，本实施例中所采用的滤光片8是截止波长为450nm的长波通滤光片，只允许辐射光致发光材料退激时发出的荧光透过，而使激发光源3发出的激发光无法到达位置灵敏光电倍增管14。

位置灵敏光探测模块2与遮光框体5的接口处、电源接口15和数据接口16处均进行密闭遮光处理。针孔准直器1、遮光框体5和图像板7上覆盖的铝箔一起实现对整个测量系统的避光。

控制模块主要用于对辐射成像测量系统内部一些机械机构，以及开关电路的控制。控制模块负责对激发光源开关的控制。控制模块还控制辐射光致发光材料图像板沿辐射成像测量系统轴方向的位移，达到控制测量视野，以及将图像板尽量贴近位置灵敏光测量器件的目的。控制模块同时需要控制消除信号加热丝沿着中心轴的移动。控制模块还需要控制安装在图像板和激发光滤光片之间的遮光快门，在位置灵敏光测量器件没有进行读数测量时，需要始终将这个遮光快门关闭，以实现对位置灵敏光测量器件的遮光状态。图像处理模块用于分析从位置灵敏光探测单元得到的数据，实现最终的对放射源分布的成像测量功能。图像处理模块通常要和控制模块联合配合运行，以达到最佳成像效果。

在利用上述辐射成像系统进行X射线或者伽玛辐射场的辐射成像测量时，首先根据需要测量视野的大小，通过控制模块调整好固定架6离针孔准直器1的距离，激发光源3和快门4均处于关闭状态，消除信号加热丝11紧贴针孔准直器1的一侧。经过一定的时间照射后，图像板7通过X射线或者伽玛射线的沉积能量，存储了辐射源强度分布的图像信息。然后通过控制模块打开避光门4，并将固定架6向右移动至贴近位置灵敏光探测模块2，如图6所示。此时打开激发光源3，图像板7上存储的荧光中心受激发射出的荧光信号被位置灵敏光探测模块2测量，并通过后面的图像处理模块，得到放射源分布的图像。辐射成像测量完成后，通过控制模块关闭激发光源3和快门4。如果需要进行下次测量，则通过控制模块先将加热丝11移至贴近图像板7外侧覆盖的铝箔，如图7所示，使用加热丝11加热一段时间后，关闭，之后即可进行下一次测量。

本实施例提供的的辐射成像测量系统，可以根据辐射场的强弱，调节单次读取辐射光致发光材料上存储的分布图像信号的时间间隔，从而在保证成像质量的同时，实现连续的成像测量。同时，因为辐射光致发光材料是一种可以重复读取的材料，也就是说在没有开启消除信号加热丝消除图像板中存储的信号之前，可以对图像板反复读测，具有可重复再现辐射场分布图像的能力。

实施例二

其他技术方案不变，与实施例一的区别在于：

本实施例中所采用的光电探测器是电荷耦合器件(CCD)或者CMOS 12，并且在所述滤光片8和CCD/CMOS 12之间置有锥形光纤成像束10，如图4所示。图像板7受激发出的荧光信号通过锥形光纤成像束10耦合到CCD/CMOS 12的表面并被测量，同时保留了位置信息以及强度信息。

实施例三

其他技术方案不变，与实施例一的区别在于：

本实施例中所采用的光电探测器是电荷耦合器件(CCD)或者CMOS 12，在所述滤光片8和CCD/CMOS 12之间置有成像透镜组13，所述CCD/CMOS 12的感光芯片位于成像透镜组13的像平面上，如图5所示。图像板7受激发出的荧光信号通过锥形成像透镜组13成像到CCD/CMOS 12的表面并被测量，同时保留了位置信息以及强度信息。

以上内容是结合优选的实施例对本发明所做的具体说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明的保护范围。