阵列微台体结构的聚焦型闪烁体光纤面板及其制备方法与流程

本发明涉及闪烁屏生产制作，特别是涉及一种阵列微台体结构的聚焦型闪烁体光纤面板及其制备方法。

背景技术：

1、闪烁体光纤面板作为间接式x射线探测器的核心组成部分，通常由闪烁体薄膜和玻璃基板构成。闪烁体是一种具有吸收高能粒子或射线后能够发光的功能材料，x射线通过闪烁体薄膜被转换为可见光，并随后利用图像传感器进行成像检测。这种技术广泛应用于临床医学成像、安防、工业探伤等领域。

2、然而，间接式x射线探测器通常应用于硬x射线能区。在x射线光源照射闪烁屏时，并非所有x射线都能完全转换为可见光。这就导致大量x射线散射以及主辐射不可避免地会照射到探测器及其他内部组件上，会损害探测器及内部组件，影响设备的性能和寿命。此外，通过闪烁体产生的可见光子在玻璃基板上会引发大量慢散射，从而导致输出的可见光光子在图像传感器相邻的像素中扩散，产生伪影和不均匀背景噪声，降低了成像的细节和空间分辨率，严重恶化成像质量。并且由于闪烁屏的转换效率低，在实际应用中可能需要更长的曝光时间，导致图像质量下降和患者辐射暴露增加。

3、上述影响相互叠加，极大地影响了x射线成像质量和临床应用。

技术实现思路

1、针对闪烁体光纤面板在应用中存在的上述问题，本发明提供一种提高成像质量的阵列微台体结构的聚焦型闪烁体光纤面板及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种阵列微台体结构的聚焦型闪烁体光纤面板的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将第一外围材料、第二外围材料以及纤芯材料组合成光纤预制棒，然后将光纤预制棒通过光纤拉丝机拉制成光纤单丝，其中，所述第一外围材料包围在纤芯材料周围，所述第二外围材料包围在所述第一外围材料周围；

5、(2)在排棒模具中排列多根光纤单丝，形成一次复丝棒，然后通过光纤拉丝机将所述一次复丝棒拉制成一次复丝；

6、(3)在排棒模具中排列多根一次复丝，形成所需结构设计的二次复丝棒，然后通过光纤拉丝机将二次复丝棒拉制成二次复丝；

7、(4)将二次复丝切割为所需长度后，按照一定结构设计在排板模具中进行排列，将排列完成的毛坯板装入热压模具，再放入真空热压炉中进行真空熔合，得到光纤坯板；

8、(5)将光纤坯板置于光纤熔融拉锥设备中，对光纤坯板进行加热软化拉伸，达到拉伸偏角需求后进行降温定型，然后对拉伸后的腰区部分进行切割，得到两个台体光纤坯板；

9、(6)将台体光纤坯板的形变区进行光学冷加工，得到预设厚度和形状，的第一台体光纤面板；

10、(7)将第一台体光纤面板的大端端面使用覆盖材料进行表面覆盖，然后将第一台体光纤面板置于酸液中进行局部酸蚀，形成小端端面带有盲孔的第一台体光纤面板；

11、(8)对带有盲孔的第一台体光纤面板进行表面去除处理，去除大端端面表面覆盖层；

12、(9)采用气相沉积方法或真空熔融填充方式将闪烁体材料填充到小端端面的盲孔中，再对其小端端面进行抛光处理，最终制备得到阵列微台体结构的闪烁体光纤面板。

13、所述的第一外围材料为耐酸碱刻蚀的光学玻璃材料；所述的第二外围材料为耐酸碱刻蚀的高铅当量特种光学玻璃材料；所述的纤芯材料为酸溶性光学玻璃材料。

14、所述的纤芯材料的折射率大于第一外围材料的折射率；

15、所述的第一外围材料、第二外围材料和纤芯材料中任意二者的热膨胀系数的差值百分比应小于或等于30％，任意两者的拉丝温度区间均有重叠；

16、所述的光纤坯板拉伸温度高于第一外围材料、第二外围材料和纤芯材料中任意一材料的玻璃化转变温度(tg)。

17、所述的光纤坯板的拉伸偏角为0-13°；所述光纤坯板的单元阵列周期尺寸为4-100微米。

18、所述第一台体光纤面板的大端端面表面的覆盖材料为具有耐酸碱性、粘附性和易去除的材料；

19、所述的酸液为硝酸，盐酸和氢氟酸中的至少一种；

20、所述酸蚀时，所述酸液的温度为20-60℃；优选为20-40℃，所述酸蚀的时间为1-12小时，优选为2-6小时。

21、所述的闪烁体材料的折射率大于第一外围材料的折射率；

22、所述的闪烁体材料为碘化铯、碘化铯(铊)、碘化钠、碘化钠(铊)、氧化铝、氧硫化钆和氧硫化钆(铽)中的一种。

23、碘化铯(铊)表示碘化铯掺杂铊元素，碘化钠(铊)表示碘化钠掺杂铊元素，氧硫化钆(铽)表示氧硫化钆掺杂铽元素。

24、所述的闪烁体光纤面板的厚度为0.5-10mm；

25、所述闪烁体材料的填充高度小于闪烁体光纤面板的厚度；

26、所述的闪烁体光纤面板的第二外围材料的壁厚大于0.3微米。

27、所述光纤坯板进行加热软化的温度为500-900℃。

28、所述的闪烁体光纤面板的第二外围材料的壁厚为0.3-500微米。

29、所述光纤坯板进行加热软化的温度为760-780℃。

30、所述覆盖材料为耐酸紫外线光固胶或保护涂料。

31、本发明还提供一种阵列微台体结构的聚焦型闪烁体光纤面板，按照上述的制备方法制备得到。

32、本发明又提供一种阵列微台体结构的聚焦型闪烁体光纤面板在医疗ct影像中的应用.

33、借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

34、本发明通过在结构设计中将闪烁体材料填充到光纤面板一端盲孔内，形成光纤结构，当x射线辐照时，经闪烁体转化成的光束在第一光纤结构内发生全反射，实现无损地将闪烁体荧光传输至输出端表面，极大的提高了闪烁体荧光收集效率，为输出端图像传感器提供更精确和高效的成像技术。

35、本发明通过直接内部耦合闪烁体和光纤面板的方式，使得闪烁体在受到射线激发后产生的荧光在第二光纤结构内部进一步全反射输出，形成双重光纤通路，此设计有效的减少了荧光信号的横向波导串扰，提升了荧光信号的传输效率和准确度，具有无图像失真、高成像速度等优点。

36、本发明通过采用高铅当量的第二外围材料设计，高效分离了光路中的x射线和荧光，对过余的x射线主射线、散射线进行吸收，提高输出端探测器的信噪比，阻止被辐照物体的散射光子到达探测器上，也避免x射线直接照射在探测器上造成辐射损伤，有效保证了探测器及被辐照物体使用寿命和稳定性。

37、本发明提供了一种具有微台体结构的闪烁体光纤面板，该设计结构能够增强光信号的传输，同时在表面反射和漫反射之间引入准直更多的光信号，而且还能显著降低谷底效应，提高成像中心和图像边缘之间的光密度和对比度，从而获得更高质量的成像结果。

38、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种阵列微台体结构的聚焦型闪烁体光纤面板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的第一外围材料为耐酸碱刻蚀的光学玻璃材料；所述的第二外围材料为耐酸碱刻蚀的高铅当量特种光学玻璃材料；所述的纤芯材料为酸溶性光学玻璃材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的纤芯材料的折射率大于第一外围材料的折射率；

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的光纤坯板的拉伸偏角为0-13°；所述光纤坯板的单元阵列周期尺寸为4-100微米。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一台体光纤面板的大端端面表面的覆盖材料为具有耐酸碱性、粘附性和易去除的材料；

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述的闪烁体材料的折射率大于第一外围材料的折射率；

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的闪烁体光纤面板的厚度为0.5-10mm；

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的闪烁体光纤面板的第二外围材料的壁厚大于0.3-500微米；

9.一种阵列微台体结构的聚焦型闪烁体光纤面板，其特征在于，按照权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

10.一种权利要求9所述阵列微台体结构的聚焦型闪烁体光纤面板在医疗ct影像中的应用。

技术总结
本发明是关于一种阵列微台体结构的聚焦型闪烁体光纤面板及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：将光纤预制棒拉制成光纤单丝；拉制一次复丝；拉制二次复丝；制备光纤坯板；加热软化拉伸，制备得到两个台体光纤坯板；制备第一台体光纤面板；将第一台体光纤面板的大端端面使用覆盖材料进行表面覆盖，然后将第一台体光纤面板置于酸液中进行酸蚀，形成小端端面带有盲孔的第一台体光纤面板；对第一台体光纤面板进行表面清洗处理，去除大端端面表面覆盖层；采用气相沉积方法或真空熔融填充方式将闪烁体材料填充到小端端面的盲孔中，最终制备得到阵列微台体结构的闪烁体光纤面板。采用本发明的闪烁体光纤面板能够获得更高质量的成像结果。

技术研发人员：马西响,任宏宇,王三昭,石攀,刘启蒙,刘浩然,张月,王梓舟
受保护的技术使用者：中建材光芯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23