伽馬射線成像探測器及具有它的系統的制作方法
【專利摘要】本發明提出一種伽馬射線成像探測器，所述伽馬射線成像探測器包括平行貼合的多個探測器模塊，每個所述探測器模塊包括：電路板；設置在所述電路板上的硅光電倍增管陣列，所述硅光電倍增管陣列包括多個硅光電倍增管；晶體陣列，所述晶體陣列包括多個晶體單元，所述多個晶體單元與所述多個硅光電倍增管耦合，其中所述晶體單元在耦合硅光電倍增管的切面的徑向長度大于所述切面的切向長度。根據本發明實施例的伽馬射線成像探測器具有空間分辨率高、信噪比高、視野大和價格低的優點。本發明還提出了一種伽馬射線成像探測器系統。
【專利說明】伽馬射線成像探測器及具有它的系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及伽馬射線成像【技術領域】，特別涉及一種伽馬射線成像探測器及具有它 的系統。
【背景技術】
[0002] 傳統的伽馬射線成像探測器利用閃爍探測器探測伽馬射線進行成像，在醫學成像 領域中被廣泛應用，如伽馬相機，單光子計算機發射斷層成像和正電子發射斷層成像等。
[0003] 探測器的性能直接影響了伽馬射線成像的質量，最終影響疾病診斷的精確度。傳 統伽馬射線成像探測器通常采用閃爍晶體模塊耦合光電探測器的方式；閃爍晶體面對伽馬 射線的入射方向，光電探測器置于閃爍晶體背面。該探測器通常使用長條型晶體，可以獲得 射線入射在哪個長條型晶體單元中，即可獲得射線在軸向和切向的位置坐標，但是無法獲 得射線在徑向上的位置坐標。該設計對斜入射事件存在視差效應，使得符合響應線的位置 判定誤差較大。
【發明內容】
[0004] 本發明旨在至少解決上述技術問題之一。
[0005] 為此，本發明的目的在于提出一種伽馬射線成像探測器，該伽馬射線成像探測器 具有空間分辨率高、信噪比高、視野大和價格低的優點。
[0006] 為了實現上述目的，本發明的實施例提供了一種伽馬射線成像探測器，所述伽馬 射線成像探測器包括平行貼合的多個探測器模塊，每個所述探測器模塊包括：電路板；設 置在所述電路板上的硅光電倍增管陣列，所述硅光電倍增管陣列包括多個硅光電倍增管； 晶體陣列，所述晶體陣列包括多個晶體單元，所述多個晶體單元與所述多個硅光電倍增管 耦合，其中所述晶體單元在耦合硅光電倍增管的切面的徑向長度大于所述切面的切向長 度。
[0007] 根據本發明實施例的伽馬射線成像探測器，采用較小尺寸的晶體陣列耦合硅光電 倍增管陣列，硅光電倍增管和晶體單元在軸向并排；利用硅光電倍增管陣列的讀出信號，獲 得射線在切向（維度一）和徑向（維度二）坐標，每個硅光電倍增管陣列對應了射線在軸 向的位置坐標（維度三）；晶體單元與硅光電倍增管直接耦合可以獲得較好的時間信息，從 而獲得時間的符合時間差，進而限定事件在符合線上的響應位置范圍（維度四）。
[0008] 本發明的實施例不僅可以獲得精確的作用深度信息和符合時間差，即獲得高的空 間分辨率和較好的信噪比，且晶體單元與硅光電倍增管在軸向上的并列排列方式還可以增 加伽馬射線成像探測器在軸向上的視野，從而可以對大器官實現單個視野的掃描成像，較 好的信噪比又保證系統可以進行動態掃描成像，有助于對生物體的動態功能分析。
[0009] 本發明實施例的伽馬射線成像探測器具有以下優點：
[0010] 1、能夠精確獲得射線作用的深度信息，提高探測器空間分辨率。
[0011] 2、能夠精確獲得射線的符合時間差，用于限定正電子湮滅位置，從而使重建圖像 獲得較好的信噪比；
[0012] 3、晶體陣列與硅光電倍增管在軸向并排，因此，具有更大軸向視野，減少對病人的 掃描床位數，可以進行動態成像。
[0013] 4、晶體陣列在切向和射線作用深度方向采用不同的長度，可以在各個方向獲得較 為一致的空間分辨率，從而降低圖像的畸變。
[0014] 綜上所述，該伽馬射線成像探測器具有空間分辨率高、信噪比高、視野大和價格低 的優點。
[0015] 另外，根據本發明上述實施例的伽馬射線成像探測器還可以具有如下附加的技術 特征：
[0016] 在一些示例中，所述晶體單元為長方形晶體單元，所述晶體單元與對應的娃光電 倍增管的耦合面為所述晶體單元的出光面。
[0017] 在一些示例中，每個所述探測器模塊還包括：光導層，所述光導層設置在所述多個 晶體單元與所述多個硅光電倍增管之間，所述光導層分別與所述多個晶體單元與所述多個 硅光電倍增管耦合。
[0018] 在一些示例中，所述晶體單元的材料包括鍺酸鉍、硅酸镥、硅酸釔镥、硅酸釓镥、硅 酸釓、硅酸釔、氟化鋇、碘化鈉、碘化銫、鎢酸鉛、鋁酸釔、溴化鑭、氯化鑭、鈣鈦镥鋁、焦硅酸 镥、鋁酸镥和碘化镥的一種或多種的組合。
[0019] 在一些示例中，探測器信號由所述硅光電倍增管的側邊輸出。
[0020] 在一些示例中，還包括：A/D轉換器，所述探測器信號經過所述A/D轉換器輸出。
[0021] 在一些示例中，還包括：加權電阻網絡模塊，所述探測器信號經過所述加權電阻網 絡模塊輸出。
[0022] 本發明第二方面的實施例提供了一種伽馬射線成像探測器系統，所述伽馬射線成 像探測器系統包括以預定關系排列的多個所述伽馬射線成像探測器。
[0023] 根據本發明實施例的伽馬射線成像探測器系統具有空間分辨率高、信噪比高、視 野大和價格低的優點。
[0024] 另外根據本發明上述實施例的伽馬射線成像探測器系統還可以具有如下附加的 技術特征：
[0025] 在一些示例中，所述多個所述伽馬射線成像探測器排列成多邊形。
[0026] 本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中 ：
[0028] 圖1是傳統伽馬射線成像探測器所采用的晶體陣列耦合光電倍增管（PMT)的模塊 化設計；
[0029] 圖2是傳統伽馬射線成像探測器所采用長條型晶體陣列耦合硅光電倍增管的模 塊化設計；
[0030] 圖3是根據本發明一個實施例的由多個探測器模塊在軸向排列，閃爍晶體陣列與 硅光電倍增管陣列在軸向的交替排列形成的伽馬射線成像探測器的示意圖；
[0031] 圖4是根據本發明一個實施例的伽馬射線成像探測器的一個探測器模塊，細小閃 爍晶體陣列耦合硅光電倍增管陣列的示意圖；
[0032] 圖5是根據本發明一個實施例的伽馬射線成像探測器的硅光電倍增管陣列焊接 在一個電路板，并從側邊引出信號的示意圖；
[0033] 圖6是根據本發明一個實施例的伽馬射線成像探測器系統的示意圖；
[0034] 圖7是根據本發明一個實施例的伽馬射線成像探測器系統的晶體在切向和作用 深度方向采用不同長度的原理；
[0035] 圖8是根據本發明一個實施例的伽馬射線成像探測器系統利用符合事件時間差 進行正電子響應位置定位的原理；
[0036] 圖9是根據本發明另一個實施例的伽馬射線成像探測器系統；以及
[0037] 圖10是根據本發明再一個實施例的伽馬射線成像探測器系統。
【具體實施方式】
[0038] 下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0039] 在本發明的描述中，需要理解的是，術語"中心"、"縱向"、"橫向"、"上"、"下"、"前"、 "后"、"左"、"右"、"堅直"、"水平"、"頂"、"底"、"內"、"外"等指示的方位或位置關系為基于 附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所 指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發 明的限制。此外，術語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要 性。
[0040] 在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語"安裝"、"相 連"、"連接"應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可 以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是 兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本 發明中的具體含義。
[0041] 參照下面的描述和附圖，將清楚本發明的實施例的這些和其他方面。在這些描述 和附圖中，具體公開了本發明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發明的實施 例的原理的一些方式，但是應當理解，本發明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發明的 實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵范圍內的所有變化、修改和等同物。
[0042] 以下結合附圖描述根據本發明實施例的伽馬射線成像探測器及由伽馬射線成像 探測器組成的伽馬射線成像探測器系統。
[0043] 圖3是根據本發明一個實施例的伽馬射線成像探測器的示意圖。如圖3所示，結 合圖4和圖5,根據本發明一個實施例的伽馬射線成像探測器100,包括平行貼合的多個探 測器模塊110,每個探測器模塊110包括：電路板111、硅光電倍增管陣列和晶體陣列。
[0044] 其中，硅光電倍增管陣列設置在電路板111上，硅光電倍增管陣列包括多個硅光 電倍增管112。晶體陣列包括多個晶體單元113,多個晶體單元113與多個硅光電倍增管 112耦合，其中，晶體單元113在耦合硅光電倍增管112的切面的徑向長度大于切面的切向 長度。
[0045] 另外，構成晶體單元113的一些材料包括但不限于：鍺酸鉍、硅酸镥、硅酸釔镥、硅 酸釓镥、硅酸釓、硅酸釔、氟化鋇、碘化鈉、碘化銫、鎢酸鉛、鋁酸釔、溴化鑭、氯化鑭、鈣鈦镥 鋁、焦硅酸镥、鋁酸镥和碘化镥的一種或多種的組合。
[0046] 具體地說，伽馬射線成像探測器100,包括由小尺寸的閃爍晶體陣列（即多個晶體 單元113構成的晶體陣列）耦合硅光電倍增管陣列構成探測器模塊110,上述閃爍晶體陣 列和硅光電倍增管陣列在探測器軸向并排。上述閃爍晶體陣列的閃爍晶體單元（即晶體單 元113)在耦合硅光電倍增管112的切面徑向長度大于切向長度。硅光電倍增管陣列由側 邊讀出信號，即探測器信號由硅光電倍增管112的側邊輸出。伽馬射線成像探測器100由 硅光電倍增管陣列的信號直接獲得伽馬射線在切向的位置坐標（維度一）以及徑向位置坐 標（維度二）；探測器模塊110的晶體在軸向的尺寸直接決定伽馬射線成像探測器1〇〇在 軸向的分辨率（維度三）。伽馬射線成像探測器100采用小的晶體單元113可以獲得較好 的時間響應，通過符合時間限定事件在符合響應線上的作用位置范圍（維度四）。
[0047] 根據本發明實施例的本發明實施例的伽馬射線成像探測器能夠精確獲得射線作 用的深度信息，提高探測器空間分辨率。能夠精確獲得射線的符合時間差，用于限定正電 子湮滅位置，從而使重建圖像獲得較好的信噪比，晶體陣列與硅光電倍增管在軸向并排，因 此，具有更大軸向視野，減少對病人的掃描床位數，可以進行動態成像；晶體陣列在切向和 射線作用深度方向采用不同的長度，可以在各個方向獲得較為一致的空間分辨率，從而降 低圖像的畸變。
[0048] 如圖5所示，并結合圖4,晶體單元113為長方形晶體單元，晶體單元113與對應的 硅光電倍增管112的耦合面為晶體單元的出光面。即閃爍晶體單元為長方形，表面拋光或 細磨，與硅光電倍增管接觸面作為出光面，其它各面粘貼反光膜或噴涂、浸泡反光材料或鍍 上反光材料。
[0049] 在本發明的一個實施例中，探測器模塊110還包括光導層（圖中未示出），光導層 設置在多個晶體單元113與多個硅光電倍增管112之間，光導層分別與多個晶體單元113 與多個硅光電倍增管112耦合。也就是說，多個晶體單元113與多個硅光電倍增管112可 直接稱合，多個晶體單兀113稱合光導材料（光導層）之后，光導材料（光導層）再與娃光 電倍增管112耦合。
[0050] 在上述示例中，探測器信號由硅光電倍增管112的側邊輸出，當然，在本發明的其 它示例中，還可由多個更小的單元以分光方案耦合硅光電倍增管讀出信號。
[0051] 為了減少后續電子學電路數量，該伽馬射線成像探測器100,還包括：A/D轉換器 (圖中未示出），探測器信號經過A/D轉換器輸出。或者伽馬射線成像探測器100還包括： 加權電阻網絡模塊（圖中未示出），探測器信號經過加權電阻網絡模塊輸出。即探測器信號 可以由集成電路數字化（如A/D轉換器）讀出或由加權電阻網絡讀出，從而有效減少后續 電子學電路數量。
[0052] 圖6是根據本發明一個實施例的伽馬射線成像探測器系統的示意圖，如圖6所示， 結合圖7-10,伽馬射線成像探測器系統包括以預定關系排列的多個伽馬射線成像探測器。 例如：多個所述伽馬射線成像探測器排列成多邊形。即由多個上述伽馬射線成像探測器擴 展為環形、方形或多邊形的伽馬射線成像探測器系統。如圖9示出的四邊形的伽馬射線成 像探測器系統，如圖10示出的六邊形的伽馬射線成像探測器系統。
[0053] 根據本發明實施例的伽馬射線成像探測器系統，采用較小尺寸的晶體陣列耦合硅 光電倍增管陣列，硅光電倍增管和晶體單元在軸向并排；利用硅光電倍增管陣列的讀出信 號，獲得射線在切向（維度一）和徑向（維度二）坐標，每個硅光電倍增管陣列對應了射線 在軸向的位置坐標（維度三）；晶體單元與硅光電倍增管直接耦合可以獲得較好的時間信 息，從而獲得時間的符合時間差，進而限定事件在符合線上的響應位置范圍（維度四）。
[0054] 本發明的實施例不僅可以獲得精確的作用深度信息和符合時間差，即獲得高的空 間分辨率和較好的信噪比，且晶體單元與硅光電倍增管在軸向上的并列排列方式還可以增 加伽馬射線成像探測器在軸向上的視野，從而可以對大器官實現單個視野的掃描成像，較 好的信噪比又保證系統可以進行動態掃描成像，有助于對生物體的動態功能分析。
[0055] 本發明實施例的伽馬射線成像探測器系統具有以下優點：
[0056] 1、能夠精確獲得射線作用的深度信息，提高探測器空間分辨率。
[0057] 2、能夠精確獲得射線的符合時間差，用于限定正電子湮滅位置，從而使重建圖像 獲得較好的信噪比；
[0058] 3、晶體陣列與硅光電倍增管在軸向并排，因此，具有更大軸向視野，減少對病人的 掃描床位數，可以進行動態成像。
[0059] 4、晶體陣列在切向和射線作用深度方向采用不同的長度，可以在各個方向獲得較 為一致的空間分辨率，從而降低圖像的畸變。
[0060] 以下為應用本發明實施例的伽馬射線成像探測器系統實現小動物正電子發射斷 層成像（PET)的實施例：
[0061] 結合圖3-10所示，閃爍晶體模塊尺寸為15. 5mmx37. 8mm，陣列由5x18的硅酸釔镥 LYS0閃爍晶體單元構成，晶體單元113尺寸2mmx2mmx3mm，晶體單元113表面拋光，五面粘 貼反光膜，僅留一面出光面，晶體單元113之間具有0. 1_的縫隙。其中耦合硅光電倍增管 112的面為2_x3mm。硅光電倍增管陣列由5x12的具有快速時間響應的硅光電倍增管單 元構成，單元尺寸3mm X3mm，信號由陣列側邊讀出，硅光電倍增管陣列及電路板111厚度為 1. 5mm，如圖4所示。耦合后的探測器模塊如圖5所示。
[0062] 由10個探測器模塊在軸向排列，使晶體陣列和硅光電倍增管陣列在軸向上交替 排列，形成軸向長度36mm的大模塊，如圖3所示。
[0063] 由上述16個大模塊在環向上拼接成內徑為190mm的探測器環，如圖6所示。
[0064] 根據本發明實施例的伽馬射線成像探測器系統具有空間分辨率高、信噪比高、視 野大和價格低的優點。
[0065] 在本說明書的描述中，參考術語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特 點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不 一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何 的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0066] 盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不 脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本 發明的范圍由權利要求及其等同限定。
【權利要求】
1. 一種伽馬射線成像探測器，其特征在于，所述伽馬射線成像探測器包括平行貼合的 多個探測器模塊，每個所述探測器模塊包括： 電路板； 設置在所述電路板上的硅光電倍增管陣列，所述硅光電倍增管陣列包括多個硅光電倍 增管； 晶體陣列，所述晶體陣列包括多個晶體單元，所述多個晶體單元與所述多個硅光電倍 增管耦合，其中所述晶體單元在耦合硅光電倍增管的切面的徑向長度大于所述切面的切向 長度。
2. 根據權利要求1所述的伽馬射線成像探測器，其特征在于，所述晶體單元為長方形 晶體單元，所述晶體單元與對應的硅光電倍增管的耦合面為所述晶體單元的出光面。
3. 根據權利要求1所述的伽馬射線成像探測器，其特征在于，每個所述探測器模塊還 包括： 光導層，所述光導層設置在所述多個晶體單元與所述多個硅光電倍增管之間，所述光 導層分別與所述多個晶體單元與所述多個硅光電倍增管耦合。
4. 根據權利要求1所述的伽馬射線成像探測器，其特征在于，所述晶體單元的材料包 括鍺酸鉍、硅酸镥、硅酸釔镥、硅酸釓镥、硅酸釓、硅酸釔、氟化鋇、碘化鈉、碘化銫、鎢酸鉛、 鋁酸釔、溴化鑭、氯化鑭、鈣鈦镥鋁、焦硅酸镥、鋁酸镥和碘化镥的一種或多種的組合。
5. 根據權利要求1所述的伽馬射線成像探測器，其特征在于，探測器信號由所述硅光 電倍增管的側邊輸出。
6. 根據權利要求5所述的伽馬射線成像探測器，其特征在于，還包括： A/D轉換器，所述探測器信號經過所述A/D轉換器輸出。
7. 根據權利要求5所述的伽馬射線成像探測器，其特征在于，還包括： 加權電阻網絡模塊，所述探測器信號經過所述加權電阻網絡模塊輸出。
8. -種伽馬射線成像探測器系統，其特征在于，所述伽馬射線成像探測器系統包括以 預定關系排列的多個所述伽馬射線成像探測器。
9. 根據權利要求8所述的伽馬射線成像探測器系統，其特征在于，所述多個所述伽馬 射線成像探測器排列成多邊形。
【文檔編號】G01T1/202GK104155673SQ201410348054
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2014年7月21日
【發明者】劉亞強, 王石, 魏清陽, 馬天予, 江年銘, 劉邁 申請人:北京辛耕普華醫療科技有限公司