石榴石闪烁体组分的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于在对电离辐射的探测中使用的石榴石闪烁体组分。本发明尤其应用于对伽马光子的探测并且可以在PET成像的领域中使用。
【背景技术】
[0002]在对电离辐射的探测中使用的闪烁体组分通过生成闪烁光的脉冲来对高能光子的接收做出响应。高能光子例如可以是X射线或伽马光子，并且所得到的光脉冲通常包括波长在红外到紫外光谱范围中的多个光学光子。闪烁光脉冲通常使用光学探测器来探测，光学探测器在其输出部生成电脉冲，所述电脉冲随后可以由电子电路进行处理。总体上，光学耦合到光学探测器的闪烁体组分可以被配置成接收来自例如PET或SPECT成像系统的成像区域的高能光子，其中光学探测器在本文中被称为电离辐射探测器。在这样的成像系统中，接收到的高能光子提供数据，以供随后重建成指示成像区域中的辐射衰减事件的图像。电离辐射探测器可以类似地用于探测穿过CT成像系统的成像区域的高能光子。
[0003]用于在这样的电离辐射探测器中使用的闪烁体组分的选择受制于由要在其中使用所述探测器的成像系统所强加的各种约束。PET成像系统可以被认为对这样的闪烁体组分强加了一些最为严格的限制，这归因于需要对每个个体伽马光子的接收精确计时并且需要确定其能量。对每个伽马光子的接收的计时在伽马光子的符合对的识别中是重要的，借助在窄时段内对其的探测，伽马光子的符合对被解释为已经由位于沿在其探测器之间的空间中的线(被称为响应线)上的辐射衰减事件生成。通过舍弃其中伽马光子中的一个已经经历能量改变散射的事件对，每个伽马光子的能量还可以被用于确认伽马光子的时间-符合对是否共享沿响应线的公共原点。每个均具有在预定窄范围之内的能量的伽马光子的符合对被解释为单个辐射衰减事件的产物。每个伽马光子的能量通常通过对光脉冲求积分来确定，或者通过对由每个伽马光子产生的闪烁光子的数量进行计数来确定。
[0004]这些要求表明其自身需要闪烁体组分具有高的光输出和短的衰减时间。高的光输出改善在光学探测器的输出部处的信噪比，并且短的衰减时间对于防止积聚是重要的。当来自伽马光子的闪烁光脉冲在时间上与由先前接收的伽马光子生成的闪烁光脉冲交叠时发生积聚。积聚使伽马光子探测器的计时精度以及确定每个伽马光子的能量的能力两者都降低。
[0005]闪烁体组分的光输出，以光子每MeV为单位，是对响应于接收到的高能光子产生的闪烁光子的数量的度量。高的光输出是通过使用具有强的光峰吸收的闪烁体组分来实现的。闪烁体组分的衰减时间通常是通过用两个时间常量来对闪烁光脉冲的衰减进行拟合来确定的。伴随有在初级衰减时段外推到无穷期间发射的总闪烁光的百分比的初级衰减常量对初始衰减进行建模，并且这跟随有次级衰减常量，次级衰减常量类似地伴随有在次级衰减时段外推到无穷期间发射的总闪烁光的百分比。因此，光输出，以及衰减时间，包括其初级和次级分量，是影响闪烁体组分的灵敏度的两个参数。
[0006]PET成像系统通常包括成像区域，围绕所述成像区域设置多个电离辐射探测器，或者更具体地，设置多个伽马辐射探测器，其结合计时电路被配置为对伽马光子的接收进行计时。伽马光子可以跟随在成像区域之内的放射性示踪剂的衰减而产生。在通常相对于彼此+/-3ns的时段内探测到的伽马光子对被认为是符合的，并且被解释为已经沿着在其两个伽马辐射探测器之间的响应线(LOR)生成。随后，多条响应线被用作数据而输入到重建处理器中，所述重建处理器执行重建算法以重建指示成像区域之内的放射性示踪剂分布的图像。
[0007]在PET成像系统中与伽马光子对的探测相关联的计时确定性是通过其符合分辨时间或CRT来确定的。CRT是由不同的伽马光子探测器同时接收到的两个伽马光子必然要被探测到的最窄时段。在PET成像中通常需要小于+/-3ns的符合分辨时间，以便将其探测分配到90cm的L0R。这对应于PET成像系统的近似最大典型孔直径。在具有比+/-3ns更短的CRT的PET成像系统中，对沿响应线的伽马光子对的起始位置的估计还可以基于对两个伽马光子的探测的准确时间来确定。更短的CRT允许在这样的成像系统中的重建处理器来重建在其成像区域之内的放射性示踪剂分布的更为精确的图像。这一原理在飞行时间(TOF)PET成像系统中被采用，其中，小于+/_3ns的CRT是优选的，并且其中，小于+/-1ns的CRT是更为优选的。PET成像系统的CRT受如下因素的影响:闪烁体衰减时间、伽马光子在闪烁体组分之内散射的概率、伽马光子在闪烁体组分之内的相互作用的深度、闪烁体组分的几何结构以及电子计时电路的计时精度。使CRT最小化因此是改善PET成像系统的灵敏度的关键目标，并且这额外地重视使用具有短衰减时间的闪烁体组分。
[0008]在“Luminescence:From Theory to Applicat1ns”，Wiley-VCH，Darmstadt，2007，C.Ronda(Ed.)的公布文献中公开了适于在PET成像系统中使用的一些已知闪烁体组分。这些闪烁体组分包括LYSO(氧正硅酸镥钇)晶体以及LaBr3晶体。LYSO中的闪烁已经被报告在存在44ns的衰减时间的情况下具有33000光子/MeV的光输出。已经报告在存在25ns的衰减时间的情况下在LaBr3中具有更高的光输出。归因于在单晶体组分中发现了停止功率、衰减时间和光输出的最佳组合，几乎完全研究了单晶体组分。
[0009]最近，已经报告石榴石晶体被用作闪烁体组分，如在K.K a m a d a等人在Cryst.Growth Des.，2011，11(10)，第4484-4490页上的公布文献 “Composit1nEngineering in Cerium-Doped(Lu，Gd)3(Ga,Al)50i2Single-Crystal Scintillators”中所公开的。根据这一公布文献，在附图1的表中图示了其适合的结果，当镥被合成到所述组分以形成LuiGd2Ga2Al30i2时，参考单晶体Gd3Ga2Al30i2石植石组分的光输出从45931光子/MeV显著下降到30627光子/MeV。附图1的表中的光输出也能够被视为，当相对的镓对铝含量增加时，从30627光子/MeV下降到18166光子/MeV。这种效应在文献中已知是热退火。
[0010]从文献US6630077B2、DE102013103783A1、US7252789B2、US6793848B2和EP463369A1已知石植石闪烁体组分。
[0011 ]本发明旨在克服对已知闪烁体材料的限制。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是提供一种用于以改善的灵敏度在对电离辐射的探测中使用的闪烁体组分。本发明的另一目的是提供具有减小的衰减时间的闪烁体组分。本发明的另一目的是提供具有改善的光输出的闪烁体组分。本发明的另一目的是提供具有改善的停止功率的闪烁体组分。本发明的另一目的是提供具有改善的灵敏度的伽马光子探测器。本发明的另一目的是提供具有改善的CRT的PET成像系统。
[0013]这些目的是由包括如权利要求1所述的陶瓷或多晶石榴石组分的本发明来实现的。
[0014]根据本发明的一个方面，控制组分中镥与钆的比率的范围。
[0015]根据本发明的另一方面，控制组分中镓与铝的比率的范围。
[0016]根据本发明的另一方面，控制组分中铈含量的范围。在受控制的范围之内，已经发现，铈含量给出了在充分高的光输出与充分短的衰减时间之间的平衡，以供闪烁体组分用作灵敏闪烁体。
[0017]根据本发明的另一方面，所述组分的衰减时间小于或等于55ns。影响镥与钆的比率的参数y的选定范围、影响镓与铝的比率的参数X的范围、以及在组分中的铈的范围，一起使得衰减时间小于或等于55ns并且因此得到灵敏的闪烁体组分。
[0018]根据本发明的另一方面，光输出超过30000光子/MeV。影响镥与钆的比率的参数y的选定范围、影响镓与铝的比率的参数X的范围、以及在组分中的铈的范围，一起使得光输出超过30000光子/MeV，并且因此得到灵敏的闪烁体组分。
[0019]根据本发明的另一方面，提供一种用于电离辐射的探测器。电离辐射探测器包括与光学探测器光学通信的根据权利要求1所述的石榴石组分。在一个范例实施方案中，电离辐射是伽马辐射，并且电离辐射探测器是伽马光子探测器。
[0020]根据本发明的另一方面，提供一种PET成像系统。PET成像系统包括多个前述伽马光子探测器。PET成像系统可以备选的是TOF PET成像系统。
[0021]根据本发明的另一方面，一种PET成像系统，或者TOFPET成像系统，其包括根据权利要求I所述的石榴石闪烁体组分，被提供有小于750ns的