CN113805218A - X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏及其应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏及其应用，该闪烁屏包括至少两层闪烁体；所述闪烁体的组分为：(M1xM2yM3zRE1‑x‑y‑z)2O3；其中：0≤x,y,z＜1；M代表Lu、Gd、Y、La或Sc；RE代表Eu、Tb、Pr、Tm或Dy。本发明通过倍半氧化物混晶组分的调节，优化对不同能量X射线的吸收效率，得到双层双色或多层多色的透明陶瓷闪烁屏，有利于提高双能或多能X射线探测的成像效果，且大面积制备相对容易。
Description
技术领域
本申请涉及X射线成像领域，特别是涉及一种X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏及其应用。
背景技术
闪烁屏是X射线成像探测器的核心部件，传统X射线断层扫描成像(CT)技术采用单一能谱X射线、单层闪烁屏对物体进行成像，重建结果仅为衰减系数成像，有时会导致两种不同材料的成像完全相同，而双能或多能CT利用不同能谱X射线进行成像，可以获取物体的原子序数等信息，从而成为CT技术发展的一个重要方向。
层状闪烁屏是其中一种双能或多能CT的一种成像方式，其基本做法是采用多层结构，如双层结构中的上层闪烁屏密度较低，主要吸收低能X射线，下层闪烁屏密度较高，主要吸收高能X射线，再经由计算机进行图像重建，提高成像质量，实现对物质成分的鉴别。要求不同层的闪烁体吸收尽量多的特定能量范围的X射线，而减少对其他能量范围的射线的吸收，如上层闪烁体尽量吸收低能X射线，而透过高能X射线，下层闪烁体尽量多的吸收高能X射线。
目前层状闪烁屏的构建方式是从现有的闪烁材料中选取材料，如上层采用ZnSe或CsI，下层采用Gd2O2S:Tb或LYSO:Ce，这种方式的局限在于只能从有限的闪烁体中进行选择，可选取范围较小。另一方面，由于可选择的闪烁体有限，也一定程度上限制了对X射线源能量的选择。
发明内容
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。
根据本申请的一个方面，本发明针对目前双能或多能X射线成像***中闪烁体的选择有限，无法精确优化对不同能量X射线吸收的问题，提供了一种X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏，包括至少两层闪烁体；
所述闪烁体的组分为：(M1xM2yM3zRE1-x-y-z)2O3；
其中：0≤x,y,z＜1；
M代表Lu、Gd、Y、La或Sc；
RE代表Eu、Tb、Pr、Tm或Dy。
可选地，还包括设置在两层闪烁体之间的分割层，所述分割层为YSZ；所述YSZ代表钇稳定氧化锆。
可选地，所述闪烁体为两层，结构表述为：
(M1xM2yM3zRE1-x-y-z)2O3/YSZ/(M1′aM2′bM3′cRE′1-a-b-c)2O3；
其中：0≤a,b,c＜1；
RE’代表Eu、Tb、Pr、Tm或Dy。
可选地，所述闪烁体为三层，结构表述为：
(M1xM2yM3zRE1-x-y-z)2O3/YSZ/(M1′aM2′bM3′cRE′1-a-b-c)2O3/YSZ/M1″uM2″vM3″wRE″1-u-v-w)2O3；
其中：0≤u,v,w＜1；
RE”代表Eu、Tb、Pr、Tm或Dy。
可选地，每一层闪烁体的RE、RE’和RE”选用相同的元素或各不相同的元素，用于进行颜色的调控。
可选地，采用透明陶瓷工艺，按照结构一次性成型制备透明陶瓷闪烁屏，或，分别采用闪烁体材料制备每一层闪烁体，然后再将每一层闪烁体按照结构组合成透明陶瓷闪烁屏。
可选地，所述分割层的厚度为0～1mm。
可选地，每一层闪烁体的厚度范围为1μm～5cm。
可选地，其闪烁体截面积不低于1×1mm2。
本申请的另一个方面，提供一种X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏在医学成像、工业无损检测的X射线双能或多能探测领域的应用。
以Lu2O3基和Sc2O3基为代表的倍半氧化物闪烁体具有密度范围大(Lu2O3:9.7g/cm3，Sc2O3:3.9g/cm3)、光产额高(Lu2O3:Eu97000ph/MeV,Sc2O3:Eu为Lu2O3:Eu的54％左右)的特点，而倍半氧化物之间的离子半径比较接近(如
)可以根据不同的能谱的特点，设计最优化的混晶组分，实现对不同能量的X射线选择吸收的优化。
本发明通过倍半氧化物混晶组分的调节，优化对不同能量X射线的吸收效率，得到双层双色或多层多色的透明陶瓷闪烁屏，有利于提高双能或多能X射线探测的成像效果，且大面积制备相对容易。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种双能或多能X射线成像探测器用透明陶瓷闪烁屏的组分结构设计示意图。
具体实施方式
参见图1，为本发明的透明陶瓷闪烁屏的结构示意图，具体结构为依次设置(M1xM2yM3zRE1-x-y-z)2O3101/YSZ102/(M1′aM2′bM3′cRE′1-a-b-c)2O3103/YSZ102/M1″uM2″vM3″wRE″1-u-v-w)2O3104…。其中：0≤x,y,z(a,b,c,u,v,w)＜1。M代表Lu、Gd、Y、La或Sc，RE(RE’,RE”)代表Eu、Tb、Pr、Tm或Dy，YSZ代表钇稳定氧化锆。
本发明提供一种X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏，包括至少两层闪烁体；
所述闪烁体的组分为：(M1xM2yM3zRE1-x-y-z)2O3；
其中：0≤x,y,z＜1；
M代表Lu、Gd、Y、La或Sc；
RE代表Eu、Tb、Pr、Tm或Dy。
本发明的透明陶瓷闪烁体具有浓度掺杂均匀、易大尺寸化和更优异的机械性能等优点，且制备成本相对较低，是X射线成像用闪烁屏的一种重要形式。且其材料设计灵活，可以较方便实现多层复合，实现多层闪烁屏的设计与制备。
可选地，还包括设置在两层闪烁体之间的分割层，所述分割层为YSZ；所述YSZ代表钇稳定氧化锆。
YSZ分割层的可以增加对下层闪烁体的射线硬化程度，增加能量差异。通过对YSZ厚度的调控，即可实现对下层闪烁体射线硬化程度和与上层闪烁体能量差异的调控。
优选地，所述闪烁体为两层，结构表述为：
(M1xM2yM3zRE1-x-y-z)2O3/YSZ/(M1′aM2′bM3′cRE′1-a-b-c)2O3；
其中：0≤a,b,c＜1；
RE’代表Eu、Tb、Pr、Tm或Dy。
可选地，所述闪烁体为三层，结构表述为：
(M1xM2yM3zRE1-x-y-z)2O3/YSZ/(M1′aM2′bM3′cRE′1-a-b-c)2O3/YSZ/M1″uM2″vM3″wRE″1-u-v-w)2O3；
其中：0≤u,v,w＜1；
RE”代表Eu、Tb、Pr、Tm或Dy。
采用本发明的结构，通过倍半氧化物混晶组分的选取调节，能够优化对不同能量X射线吸收的问题。
可选地，每一层闪烁体的RE、RE’和RE”选用相同的元素或各不相同的元素，用于进行颜色的调控。
本发明的闪烁发光颜色可以通过RE(RE’,RE”)离子(Eu、Tb、Pr、Tm或Dy等)的一种或多种的选择进行调控，每层闪烁体的发光颜色可以相同，也可以不同。
可选地，采用透明陶瓷工艺，按照结构一次性成型制备透明陶瓷闪烁屏，或，分别采用闪烁体材料制备每一层闪烁体，然后再将每一层闪烁体按照结构组合成透明陶瓷闪烁屏。
可选地，所述分割层的厚度为0～1mm。
可选地，每一层闪烁体的厚度1μm～5cm。可以通过调节每层闪烁体的厚度来调控对X射线能量的吸收，当采用纯几何放大的方式成像时，每一层的厚度需要根据空间分辨率要求来确定；当采用几何+光学放大的成像方式时，闪烁屏各层的厚度还要考虑与物镜景深的匹配。因此根据具体需要，每一层的厚度可以相同，也可以不同。
可选地，其闪烁体截面积1×1mm2～50×50cm2。具体面积根据物镜的视场大小来确定。闪烁体也就是成像屏的截面积不低于1×1mm2，优选在1×1mm2～50×50cm2之间。
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1：
(Gd0.2Y0.75Tb0.05)2O3(200μm)/YSZ(200μm)/(Lu0.85La0.1Eu0.05)2O3(600μm)闪烁屏
上层闪烁体为200μm厚的(Gd0.2Y0.75Tb0.05)2O3，分割层为200μm的YSZ，下层闪烁体为600μm的(Lu0.85La0.1Eu0.05)2O3，横截面为100×100mm2，采用透明陶瓷工艺一体成型。
采用显微物镜NikonCFIPlanFluor，NumericalAperture数值孔径NA＝0.13，X射线源为W靶(160KeV)，对本实施例的闪烁瓶进行测试，其***空间分辨率达到10μm。以上成像***进行密度接近的金属材料金(Z＝79)、铅(Z＝82)混合材料的CT成像，可以较好的区分二者材料。
实施例2：
(Lu0.1Gd0.1Sc0.75Tb0.05)2O3(1mm)/(Lu0.85Gd0.1Eu0.05)2O3(2mm)闪烁屏
上层闪烁体为1mm厚的(Lu0.1Gd0.1Sc0.75Tb0.05)2O3，没有分割层，下层闪烁体为2mm厚的(Lu0.85Gd0.1Eu0.05)2O3，横截面为100×100mm2，上层闪烁体和下层闪烁体采用透明陶瓷工艺分别成型，然后再组合制备。
实施例3：
(Lu0.1Gd0.1Y0.75Tm0.05)2O3(1mm)/YSZ(400μm)(Lu0.5La0.35Gd0.1Tb0.05)2O3(2mm)/YSZ(400μm)/(Lu0.8La0.05Sc0.1Eu0.05)2O3(2.5mm)
第一层闪烁体为1mm厚的(Lu0.1Gd0.1Y0.75Tm0.05)2O3，第一层分割层为400μm厚的YSZ，第二层闪烁体为2mm厚的(Lu0.5La0.35Gd0.1Tb0.05)2O3，第二层分割层为400μm厚的YSZ，第三层闪烁体为2.5mm厚的(Lu0.8La0.05Sc0.1Eu0.05)2O3横截面为3000×3000mm2，采用透明陶瓷工艺一体成型制备。
实施例4：
(Y0.95Eu0.05)2O3(2mm)/(Lu0.95Tb0.05)2O3(2mm)
第一层闪烁体为2mm厚的(Y0.95Eu0.05)2O3，没有分割层，第二层闪烁体为2mm厚的(Lu0.95Tb0.05)2O3，横截面为100×100mm2，采用透明陶瓷工艺一体成型制备。
实施例5：
(Y0.85Tm0.05)2O3(1mm)/(Lu0.5La0.45Tb0.05)2O3(2mm)/(Lu0.85Sc0.1Eu0.05)2O3(2.5mm)
第一层闪烁体为1mm厚的(Y0.85Tm0.05)2O3，第二层闪烁体为2mm厚的(Lu0.5La0.45Tb0.05)2O3(2mm)，第三层闪烁体为2.5mm厚的(Lu0.85Sc0.1Eu0.05)2O3，横截面为200×200mm2，采用透明陶瓷工艺分别制备再组合。
实施例6：
(Gd0.2Sc0.75Pr0.05)2O3(20μm)/YSZ(10μm)/(Lu0.85La0.1Dy0.05)2O3(30μm)闪烁屏
上层闪烁体为50μm厚的(Gd0.2Sc0.75Pr0.05)2O3，分割层为10μm的YSZ，下层闪烁体为50μm的(Lu0.85La0.1Dy0.05)2O3，横截面为10×10mm2，采用透明陶瓷工艺一体成型。
实施例7：
(Y0.85Tb0.05)2O3(5cm)/(Lu0.5La0.45Eu0.05)2O3(5cm)
第一层闪烁体为5cm厚的(Y0.85Tb0.05)2O3，第二层闪烁体为5cm厚的(Lu0.5La0.45Eu0.05)2O3，没有分割层，横截面为500×500mm2，采用透明陶瓷工艺分别制备再组合。
使用本发明实施例2-7的闪烁屏进行双能CT或X射线成像，其空间分辨率可以达到2微米，成像效果好。成像***对于密度接近的固体材料，也能很好的区分。
当分别制备单层闪烁屏时，各单层闪烁层可以采用单晶或薄膜的形式。这些都属于本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏，其特征在于，包括至少两层闪烁体；
所述闪烁体的组分为：(M1xM2yM3zRE1-x-y-z)2O3；
其中：0≤x，y，z＜1；
M代表Lu、Gd、Y、La或Sc；
RE代表Eu、Tb、Pr、Tm或Dy。
2.根据权利要求1所述的X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏，其特征在于，还包括设置在两层闪烁体之间的分割层，所述分割层为YSZ；所述YSZ代表钇稳定氧化锆。
3.根据权利要求2所述的X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏，其特征在于，所述闪烁体为两层，结构表述为：
(M1xM2yM3zRE1-x-y-z)2O3/YSZ/(M1′aM2′bM3′cRE′1-a-b-c)2O3；
其中：0≤a，b，c＜1；
RE’代表Eu、Tb、Pr、Tm或Dy。
4.根据权利要求3所述的X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏，其特征在于，所述闪烁体为三层，结构表述为：
(M1xM2yM3zRE1-x-y-z)2O3/YSZ/(M1′aM2′bM3′cRE′1-a-b-c)2O3/YSZ/M1″uM2″vM3″wRE″1-u-v-w)2O3；
其中：0≤u，v，w＜1；
RE”代表Eu、Tb、Pr、Tm或Dy。
5.根据权利要求4所述的X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏，其特征在于，每一层闪烁体的RE、RE’和RE”选用相同的元素或各不相同的元素，用于进行发光波长的调控。
6.根据权利要求4所述的X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏，其特征在于，采用透明陶瓷工艺，按照结构一次性成型制备透明陶瓷闪烁屏，或，分别采用闪烁体材料制备每一层闪烁体，然后再将每一层闪烁体按照结构组合成透明陶瓷闪烁屏。
7.根据权利要求4所述的X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏，其特征在于，所述分割层的厚度为0～1mm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏，其特征在于，每一层闪烁体的厚度1μm～5cm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏，其特征在于，每一层闪烁体的截面积1×1mm2～50×50cm2。
10.一种X射线成像探测器用倍半氧化物透明陶瓷闪烁屏在医学成像、工业无损检测的X射线双能或多能探测领域的应用。
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