微创电离辐射检测器

本发明涉及一种用于大于100eV的高能电离辐射的检测器。

本发明的领域是用于医学或工业成像的电离辐射的检测领域，并且更特别地是微创或轻微创或者具有可忽略的创伤足迹的检测器的领域。

背景技术

已知电离辐射检测器包括至少一个光纤和对辐射敏感并且布置在光纤的端部的闪烁体。当经受电离辐射时，闪烁体发射光。这些检测器的目的是捕获该光的一部分，并将所述光的一部分例如通过光纤纤芯导向光电二极管。然而，由于这些检测器的固有灵敏度较低，所述这些检测器仍然体积庞大，实际上，这些检测器尺寸很大，从而增加了整体灵敏度。

本发明的目的是提出一种体积较小的电离辐射检测器。

本发明的另一个目的是通过提出一种在光纤与闪烁体之间的新颖的布置来提高这种检测器的灵敏度。

发明内容

通过大于100eV的高能电离辐射的检测器来实现上述目的中的至少一个，所述检测器包括：

-光纤，其具有被称为光纤直径的小于250微米的外径，并且包括光纤芯、围绕所述光纤芯的被称为有用包层的第一包层和围绕所述有用包层的被称为保护包层的第二包层，以及

-闪烁体层，其被提供用于将所述电离辐射转换成光。

该检测器的特征在于，其包括被称为检测部分的部分，该部分布置在光纤的长度上并且包括形成在保护包层中、有用包层中和/或光纤芯中的凹部；闪烁体层布置在所述凹部中，与所述有用包层和光纤芯接触。

利用根据本发明的检测器，闪烁体层布置为在宽的接触表面上与有用包层和光纤芯直接接触。闪烁体层和光纤之间的光耦合因此得到改善。因此，检测器更灵敏。

也可以设想仅在光纤芯中制造凹部的情况。

根据本发明的检测器的布置允许光纤和闪烁体之间的强耦合，并且因此允许在光纤的输出处的更大的发光信号，以及提高的检测器的灵敏度。这种特殊的结构使得可以使用非常小尺寸的光纤，因此：

-具有在生物介质中不衰减治疗辐射并且不干扰治疗过程(不可见的概念)的传感器，以及

-具有尺寸非常有限的超紧凑型传感器。

本发明使得可以在细光纤上获得超紧凑型检测器，所述细光纤的有效直径能够小于125μm、80μm、或甚至60μm。因此，不管设想的闪烁体和光纤的类型(有机或无机)如何，根据本发明的检测器对于患者的侵入足迹可忽略不计，并且在设想的治疗过程中是不可见的。由于与现有技术的装置相比，根据本发明的检测器的尺寸减小，因此认为该检测器是微创的。因此，其被描述为微创的，因为其在医疗领域中的使用例如需要与现有检测器的使用相比具有非常小尺寸的损伤。

根据本发明的检测器能够被设置成检测能量大于100eV、优选为0.1MeV至500MeV的电离辐射。

在根据本发明的检测器的实施例版本中，闪烁体层完全包含在凹部中并且与保护包层的外表面齐平。

闪烁体层不会增加检测器的尺寸。因此，根据本发明的检测器比现有技术的检测器的体积更小。闪烁体层能够填充凹部并且与有用包层的外表面齐平。

有利地，根据本发明的检测器能够在检测部分中包括围绕闪烁体层的金属层。

金属层能够是足够薄的层，以便电离辐射能够通过，并且来自闪烁体的光被反射并重新定向到光纤。

特别地，金属层能够是铝和/或金的沉积物，厚度小于或等于10微米，特别地小于或等于300nm。

在根据本发明的检测器的特定实施例中，检测部分能够布置在光纤的端部。

优选地，闪烁体层能够在光纤的整个端部上延伸到其横截面上。换句话说，闪烁体布置在变细的光纤的侧面上，并且可能布置在光纤的最末端处的横截面上。

金属层还能够在光纤的端部处围绕闪烁体层延伸。

在根据本发明的检测器的特定实施例中，检测部分能够布置在距光纤的端部非零距离处。

特别地，检测部分能够布置在距光纤的端部0.1cm至1cm的距离处。

特别地，凹部能够在光纤芯的内部延伸，使得闪烁体层与光纤芯的内部直接接触。

在根据本发明的检测器的有利实施例中，凹部能够围绕光纤的转动轴线延伸。

利用在有用包层的整个截面周围产生的这种凹部，闪烁体层与光纤之间的耦合因此被改善，并且在凹部被均匀的闪烁体层覆盖的情况下，检测器变得各向同性。各向同性的特性意味着在光纤沿其转动轴线转动时，在电离束的照射下检测到相同的信号。这个特征在医学领域尤其受到关注。

在根据本发明的检测器的优选实施例中，凹部能够在检测部分中形成圆锥体。

特别地，所述圆锥体能够布置在光纤的端部处并且延伸到有用包层和光纤芯中。这种布置改进了闪烁体层与光纤芯之间的光耦合。因此增加了由闪烁体发射的并且导向光纤的发光。因此，根据本发明的检测器更加灵敏。

此外，该凹部能够在检测部分中形成截头圆锥体部分，该截头圆锥体部分布置在距光纤的端部一定距离处或布置在光纤的端部处。

在根据本发明的检测器的实施例中，凹部能够在检测部分中形成直径小于光纤的直径的圆柱形部分。

圆柱形部分的直径能够小于或等于光纤的直径的80％。

特别地，能够通过从有用包层和/或光纤芯去除材料来产生凹部。

有利地，光纤的直径能够小于或等于250微米，特别地小于或等于95微米，更特别地小于或等于80微米，甚至更特别地小于或等于75微米。

优选地，光纤芯的直径小于或等于110微米，特别地小于或等于70微米。

在有利的实施例中，根据本发明的检测器能够包括连接到光纤的光子计数器。

光子计数器能够连接到光纤的与检测部分相对的端部。

闪烁体层能够由单独直接键合到有用包层和/或光纤芯的闪烁体构成。还可以设想通过对光纤和闪烁体的表面进行静电处理来键合或粘附。

闪烁体层也能够是例如光敏类型的聚合物和无机闪烁体和/或例如粉末形式的有机闪烁体的混合物。

有利地，闪烁体层能够通过键合，特别是通过对发光透明的粘合剂，组装到有用包层。

特别地，检测部分能够具有0.1mm至5mm的长度。

优选地，闪烁体层的厚度能够小于或等于100微米，特别是小于或等于50微米。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于制造根据本发明的高能电离辐射的检测器的方法，该方法至少包括以下步骤：

-通过去除保护包层并在有用包层和/或光纤芯中形成凹部，在检测部分上使光纤变细，以及

-通过光聚合在所述凹部中沉积闪烁体层。

与现有技术的方法相比，通过去除有用包层中和可选地在芯中的材料而使光纤变细，使得可以保持光纤在使用时所必需的的良好刚性。能够在预备步骤下使用与用于在有用包层中和可选地在芯中的凹部的酸不同的酸来去除保护包层。

有利地，沉积闪烁体层的步骤包括用UV或可见光照射光纤的步骤。

特别地，变细步骤能够通过化学蚀刻来执行，并且能够包括以下步骤：

-将光纤在预定长度上浸入被提供用于溶解保护包层的溶液中，

-将未包层的光纤浸入被提供用于溶解有用包层和/或光纤芯的溶液中，

-以预定速度或以连续预定速度竖直移动(沿其转动轴线)光纤。

用于在有用包层和/或纤芯中形成凹部的溶液能够是氢氟酸。

该溶液能够用液膜(油、硅树脂等)覆盖，使得可以将形成凹部的过程稳定在所期望的结构化光纤的尺寸和几何形状上。

预定长度能够等于检测部分的长度。

这种实施例使得可以获得可变的截头圆锥形延伸的圆锥形状，或根据所施加的(固定的或可变的)速度的另一形状，或两者的组合。

为了获得圆柱形(直圆柱体)，将光纤的检测部分在预定的持续时间期间静态地浸入含有所述溶液的槽中。该持续时间取决于要制造的凹部的深度。当光纤芯、特别是在其端部被蚀刻时，较长的持续时间能够获得短的圆锥形状。

在特定实施例中，变细步骤能够通过抛光有用包层以及可选地抛光光纤芯来执行。至少在检测部分上预先去除保护包层。

在特定实施例中，根据本发明的方法还包括在沉积闪烁体层的步骤之后的沉积金属层的至少一个步骤。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于检测高能电离辐射的内窥镜探针，该内窥镜探针包括根据本发明的至少一个检测器。

在一个实施例中，根据本发明的探针能够包括多个检测器，并且所述多个检测器的端部布置在同一个平面中。

在一个实施例中，根据本发明的探针能够包括多个检测器，所述多个检测器的端部内接在以非零距离(502)间隔开的平行平面中。

探针能够包括2至20个检测器。

有利地，根据本发明的探针能够包括与至少一个检测器、特别是所有检测器连接的CMOS摄像机或CCD摄像机。

附图说明和具体实施方式

通过研究非限制性的实施例示例的详细描述并根据附图，其他优点和特征将变得显而易见，在附图中：

图1a是根据本发明的具有第一凹部形状的检测器的第一示例的侧视截面图的示意图；

图1b是根据本发明的具有第二凹部形状的检测器的第二示例的侧视截面图的示意图；

图1c是根据本发明的具有第三凹部形状的检测器的第三示例的侧视截面图的示意图；

图1d是根据本发明的具有第四凹部形状的检测器的第四示例的侧视截面图的示意图；

图1e是根据本发明的具有第五凹部形状的检测器的第五示例的侧视截面图的示意图；

图2是根据本发明的探针的示例的示意图；以及

图3是根据本发明的方法的示例的示意图。

可以理解，下文将描述的实施例绝不是限制性的。能够设想本发明的变型，特别是仅包括与描述的其它特征分离的下文描述的特征的选择，如果特征的这种选择足以赋予技术优点或将本发明与现有技术的状态区分开。该选择包括至少一个优选为功能性的特征，而没有结构细节，或者仅具有部分结构细节，如果该部分单独足以赋予技术优点或者将本发明与现有技术的状态区分开。

图1a、1b、1c和1d是根据本发明的具有几种凹部形状的检测器的示例的侧视截面图的示意图。

图1a中的检测器100被配置成检测具有100eV至500MeV、优选0.1MeV至500MeV的能量的射线。

检测器100包括光纤102，该光纤包括由被称为有用包层的第一包层106和被称为保护包层的第二包层108围绕的光纤芯104，所述保护包层围绕有用包层106。光纤的外径为75微米至250微米、特别等于95微米。光纤102的长度能够大于1m。

光纤102包括布置在其端部的被称为检测部分的部分110。检测部分110在0.1mm至5mm、特别是等于5mm的长度上延伸，并且包括凹部，使得光纤102的端部形成指向外部的圆锥体114。凹部120对应于光纤的已经被去除的部分。通过从保护包层108、从有用包层106和从光纤芯104去除材料来形成圆锥体114。

在前一步骤中去除保护包层108。例如，能够使用硫酸去除该保护包层，硫酸将蚀刻该包层而不会使光纤的其余部分(即芯104和有用包层106)劣化。存在通过化学蚀刻或者通过机械去除的其它解决方案。

检测器100在检测部分110中还包括闪烁体层116，该闪烁体层布置成与有用包层106和光纤芯104接触。闪烁体层116具有20微米至100微米、特别是等于50微米的厚度。

闪烁体层通过完全覆盖光纤芯104的外表面而模制为尖端的圆锥体形状，该外表面通过产生凹部120而露出。闪烁体层还延伸直到其部分覆盖有用包层106的外表面，该外表面通过产生凹部120而露出。

通过在聚合期间将光纤的检测部分浸入聚合物/闪烁体混合物中来形成闪烁体层116。该聚合物使得闪烁体可以聚集并用作粘合剂。

圆锥体114形状的检测部分110一方面在闪烁体层116与有用包层106之间和另一方面在闪烁体层与光纤芯104之间提供大的接触表面。这极大地改善了光耦合。因此，与将闪烁体布置在与转动轴线正交地切割的光纤的端部的设备相比，由闪烁体层116发射并且导向光纤的发光增加。

另外，形成在检测部分110中的圆锥体114使得可以保持光纤的使用所需的良好刚性。

检测器100还包括光子计数器118，该光子计数器连接到光纤102并且被配置为测量由闪烁体层116发射并且通过光纤芯104引导的光的量。

图1b是从侧面看的检测器200的截面的示意图。检测器200包括与图1a中的检测器100相同的元件，但是具有不同的形状。在光纤102的端部的一部分上，去除了保护包层，而使有用包层106裸露。在检测部分110上，有用包层106已经经过化学蚀刻，使得可以形成没有尖端的第一截头圆锥体202。在该位置处，光纤芯没有裸露。然后，在第一截头圆锥体之后形成第二截头圆锥体204，该第二截头圆锥体比第一截头圆锥体长，并且具有小于第一截头圆锥体的立体角的的立体角。因此，有用包层的厚度在以直角切割光纤芯的一端123处被变细为零。因此，通过产生具有从保护包层108延伸到有用包层106的复杂形状的凹部来生成检测部分110。在该布置示例中，闪烁体层覆盖光纤芯的末端并且在其整个径向截面上与该光纤芯的末端直接接触。

闪烁体层116布置在有用包层106周围，与第一截头圆锥体和第二截头圆锥体202和204的外表面接触。闪烁体层与有用包层的未被蚀刻的部分的外表面齐平。

检测器200还包括在闪烁体层106周围产生的薄金属层206。金属层206是厚度小于200nm的铝(Al)或金(Au)的沉积物。金属层206使得可以反射由闪烁体层116发射的光并且将其该光导向光纤芯104。因此，检测器200更灵敏。

图1c描述了使用与图1b中的检测器200相同的配置的检测器，唯一的区别在于，光纤芯的端部不是以直角切割，而是延伸到点124。

图1d是从侧面看的检测器300的截面的示意图。检测器300包括与图1a中的检测器100相同的元件。其不同之处在于，检测器300的检测部分110布置在距光纤102的端部2mm至10cm、特别是等于1cm的距离处。尽管在保护包层108、有用包层106和光纤芯104中产生了凹部并且沉积了闪烁体层，这种布置仍可以保持光纤102的良好刚性。

此外，检测器300中的凹部形成两个头尾彼此相对的截头圆锥体部分302和304，从而在光纤芯中产生凹部。闪烁体层116完全填充所产生的凹部，并且与保护包层108的外表面齐平。

图1e是从侧面看的检测器400的截面的示意图。检测器400包括与图1a中的检测器100相同的元件。其不同之处在于，凹部呈布置在光纤102的端部处并且仅在一个段上的平点402的形状。在检测部分110上，凹部从保护包层108挖空，穿过有用包层106，直到光纤芯的一部分。闪烁体层116完全填充所产生的凹部。

图2是根据本发明的探针的示例的示意图。

探针500包括成束排列的多个检测器100。作为示例，探针500能够包括检测器100、200、300和400中的一个相同类型的检测器或不同类型的检测器的布置。

在图2中，检测器100的端部彼此分开恒定或可变的距离502，该距离为0.5cm至10cm。

当探针500受到电离辐射504时，检测器100的闪烁体层116发射光506。该光506被光纤芯104捕获，并被导向与检测器100连接的摄像机(CCD、CMOS或其它)。

换言之，在照射下，薄的闪烁层116发光，该光通过光纤朝向放置在光纤的另一端处的一定距离处的光学检测器收集和传输。

该实施例能够有利地应用于由检测器100、200、300和400中的相同类型或不同类型的多个检测器构成的探针的情况。

图3是根据本发明的方法的示例的示意图。

方法600是用于制造检测器100、200、300和/或400的方法。

方法600包括通过从保护包层108和/或有用包层106和/或光纤芯102去除材料以便在光纤102中形成凹部来在检测部分之上使光纤102变细的步骤602。

变细步骤602包括至少一个步骤，即将光纤102在其检测部分110上浸入被提供用于溶解保护包层108和/或有用包层106和/或光纤芯102的溶液中。

方法600还包括通过光聚合在所述凹部中沉积闪烁体层116的步骤604。沉积步骤604包括用UV或可见光照射光纤102的步骤。

方法600还能够包括例如通过喷射或蒸发诸如铝或金的金属来沉积金属层206的步骤608。

根据本发明的光纤端部处的结构使得可以收集最大的发光并将其向光纤传输。

光纤的变细的形状(英文为“taper”)促进了发光的收集。这允许：

-闪烁体与光纤的令人满意的附接，

-在由闪烁层覆盖的光纤的整个长度上发光的收集效率的均匀化，因此在给定闪烁体在照射下的发射率较低的情况下的探针的灵敏度的优化。

小型化使得可以获得超紧凑和不可见的体内传感器，即，将生物介质或水等效物中的辐射衰减限制为小于1％。

由于光纤/闪烁体耦合的改进，可以减小光纤的直径。因此，这能够使得可以生产足够窄以特别地与内窥镜检查兼容的多传感器。

本发明有利地应用于由根据本发明的一个或更多个光纤探针构成的传感器的生产，尤其是用于实时电离辐射的体内剂量测定。本发明能够应用于医学治疗领域：外束放射治疗、质子治疗、强子治疗、近距离放射治疗(或Curie治疗)等。

当然，本发明并不限于刚刚描述的示例，并且在不超出本发明的范围的情况下可以对这些示例进行许多修改。