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正电子发射断层成像的检测器模组及其制造方法技术

技术编号:16287302 阅读:43 留言:0更新日期:2017-09-25 11:30
一种正电子发射断层成像(PET)的检测器模组及其制造方法。所述PET检测器的模组包括若干个第一矩形截面晶体块,第一五边形截面晶体块和第二五边形截面晶体块。所述若干个第一矩形截面晶体块位于所述第一、第二五边形截面晶体块之间。

Detector module for positron emission tomography and method of manufacturing the same

A positron emission tomography (PET) detector module and method of making the same. The module of the PET detector comprises a plurality of first rectangular section crystal blocks, a first pentagonal section crystal block and a second pentagonal section crystal block. The plurality of first rectangular cross section crystal blocks are positioned between the first and second pentagonal section crystal blocks.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医学诊断领域,特别涉及一种象限共享的正电子发射断层成像的检测器模组及其制造方法
技术介绍
正电子发射断层成像(Positronemissiontomography,简称PET)可以基于癌组织的生化特性检测活体的肿块。近年来,PET以其在探出分子机能方面的独特能力,在临床应用中被广泛应用于癌症诊断,并被认为是研究活体内癌症机能的重要工具。PET的活体分子成像能力引起了相当大的癌症研究兴趣以及放射性示踪剂的发展,所述放射跟踪用于研究与癌症相关的分子过程,比如:血管再生、细胞凋亡、细胞增殖、组织缺氧、基因表达和血流量。尽管如此,由于高昂的扫描成本以及较低的图像分辨率,时至今日,PET在全身癌症检测领域的潜力仍未被开发出来。到2009年,临床PET照相机具有4.0至6.3毫米的图像分辨率。但是由于其灵敏度低,在实际使用中,其临床分辨率更低,约7至10毫米,这可能导致在实际应用中无法检测出小的或早期的病灶和转移。过去十年中,低成本、超高分辨率的PET技术及照相机成了人们的研究热点。PET照相机的探测器一般是由成千上万个闪烁晶体和数以千计的光传感器构成。光电倍增管(photomultipliertubes,简称PMT)是最常见的应用于临床PET照相机中的光传感器。尽管其它固态的或者半导体光传感器也在研究之中,但是目前这些光传感器都比PMT成本高。PMT用于检测闪烁晶体发出的闪烁信号,并把闪烁信号转换成电信号。在现有技术中,一个阵列或者块状的闪烁晶体元素(像素)耦合于四个或者更多的PMT。这四个PMT检测来自闪烁晶体元素的光线,并解码出该闪烁晶体元素在闪烁晶体块中的位置。来自每个闪烁晶体元素对四个PMT中的每个PMT贡献独特的分光比,每个像素对四个或者多个PMT的独特的分光比相当于每个闪烁晶体元素的识别标识,可以被用来解码每个闪烁晶体元素。图1和图2示出了现有技术的一类典型设计。在PET检测系统中,PMT成本占其成本的主要部分。举例来说,在一个典型的临床PET中,大约需要1200个PMT(例如,GE公司生产的DSTPET-CT),而每个PMT通道需要250-300美元(含高压电路及放大器)。相应地,减少PMT的数量可以降低PET系统的生产成本;而减小闪烁晶体元素的体积可以改善PET照相机的成像分辨率。为了减少所需使用的PMT的数量,以及改善PET照相机的成像分辨率,一种应用光电倍增管象限分享(PhotomultiplierQuadrantSharing,PQS)技术的探测器被开发出来,如图3和4所示(如美国专利5,319,204;5,453,623;6,956,214以及7,238,943所述)。在现有的实施例中,PQS不仅可以使用光电倍增管,还可以使用固态的光传感器。相应地,在本专利技术中,PQS指光传感器象限分享(Photosensor-Quadrant-Sharing)技术。在PQS设计中,PMT的每个象限都与每个检测器阵列/块的一个象限毗邻。在PQS设计中,由于每个PMT都测量来自四个阵列的光线输出,而不是一个阵列的,所以PQS设计可以将所需的PMT的数量减少75%,因此,现在一个PMT可以取代以往的四个PMT。以此类推,如果采用相同大小和数量的PMT,由于检测器像素尺寸会减少75%,这样,照相机的像素数量可以是原来的四倍。由于照相机获得的二维数据用于产生三维的断层图像(tomographyimage),应用PQS设计,照相机的成像单元或者三维像素大小将会减少八倍之多。因此,PQS设计可以用来检测非PQS设计能够检测到的最小癌症病灶的八分之一,而这不增加现有临床PET检测系统的生产成本。通常,有两种方法可以把从晶体阵列/块的某一个晶体像素单元发出的光线分配到所述四个PMT上,以解码出该发光晶体的位置。一种方法是使上述晶体阵列/块耦合到一块具有不同锯割深度的光波导(如图1和图3所示)。所述光波导又被以常规方式(如图1所示)或者PQS方式(如图3所示)耦合到四个PMT。第二种方法是将发光晶体发出的光线通过其块内的相邻的晶体像素单元传输到所述四个PMT(如图2和图4所示)。通常又有两种方式来实现所述第二种方法。例如,GE公司利用具有不同表面光洁度(在四方柱的四个侧面上)的晶体来控制光线从一个晶体传输到下一个晶体的量。然而,由于能被利用的有效的表面光洁度的范围有限,因此能被PMT解码出的晶体的数量也就更加有限。一个晶体阵列/块内的晶体像素单元越少,照相机的图像分辨率就越低。第二种方式,如本专利技术的一些实施例所示,采用在每一个像素单元的每一个面上加上局部反射体(白色涂料或者镜面反射膜),如图5所示。图1示出了现有技术的采用外部光波导将闪烁探测器像素单元的光线传输到具有四个PMT的PET探测器阵列。图2示出了现有技术的采用内部光线分布将光线传输到具有四个PMT的PET探测器阵列。图3示出了采用外部光波导且具有和图1、2相同大小的PMT的PQS阵列。图3的配置能够提供更小的探测器像素(从而具有更高的成像分辨率),或者通过采用具有4倍大小体积的PMT提供相同大小的探测器像素(减少所需PMT的数量)。图4示出了PQS阵列通过内部光线分布来增加图像分辨率或者降低PMT的数量即成本。局部反射体可以用于控制光线扩散至相邻晶体像素的量。图5示出了应用在块内的探测器像素单元的局部反射体(以白色涂料为例)。由于上述局部反射体的大小和形状不限,因此更多的晶体像素单元可以用四个PMT解码出来,从而可以获得更高的图像分辨率。本专利技术的实施例还揭示了一种Slab-Sandwich-Slice制造方法(即SSS方法),以便更加有效和精确地制造可对位置解码的探测器阵列/块。所述局部反射体块状探测器可以以常规方式(如图2所示)或者以PQS方式(如图4所示)耦合到四个PMT。因此,PQS设计可以用来降低核物理成像设备(包括PET照相机在内)的生产成本和/或者改善其图形分辨率。随着PQS探测器内部结构的进一步改进,本专利技术揭示的PQS探测器可以获得四倍于现有技术的或者更高的像素分辨率。本专利技术实施例提供的PQS探测器中的每个光传感器可以解码256个晶体像素,而现有技术中的GE公司提供的PET照相机中的每个光传感器只能解码14个晶体像素。现有技术中的Siemens公司提供的PET照相机中的每个光传感器只能解码42个晶体像素。Philips公司提供的PET照相机中的每个光...

【技术保护点】
一种正电子发射断层成像的检测器模组,其特征在于,包括:多个光传感器;第一闪烁晶体阵列,所述第一闪烁晶体阵列包括多个闪烁晶体,所述晶体与所述光传感器耦合;其中,所述第一闪烁晶体阵列包括第一矩形截面晶体块,第一五边形截面晶体块和第二五边形截面晶体块,且所述第一矩形截面晶体块位于所述第一和第二五边形截面晶体块之间。

【技术特征摘要】
2012.11.20 US 61/728,3271.一种正电子发射断层成像的检测器模组,其特征在于,包括:
多个光传感器;
第一闪烁晶体阵列,所述第一闪烁晶体阵列包括多个闪烁晶体,所述
晶体与所述光传感器耦合;
其中,所述第一闪烁晶体阵列包括第一矩形截面晶体块,第一五边形
截面晶体块和第二五边形截面晶体块,且所述第一矩形截面晶体块位于所
述第一和第二五边形截面晶体块之间。
2.如权利要求1所述的正电子发射断层成像的检测器模组,其特征在于,进
一步包括第二矩形截面晶体块,所述第二矩形截面晶体块位于所述第一和第
二五边形截面晶体块之间。
3.如权利要求2所述的正电子发射断层成像的检测器模组,其特征在于,进
一步包括k个矩形截面晶体块,所述k个矩形截面晶体块位于所述第一和第
二矩形截面晶体块之间,其中,k为大于或等于1的整数。
4.如权利要求3所述的正电子发射断层成像的检测器模组,其特征在于,进
一步包括N个闪烁晶体阵列,所述闪烁晶体阵列中的晶体与所述光传感器耦
合,组成连续的多边形探测器环,其中,N为大于或等于1的整数。
5.如权利要求4所述的正电子发射断层成像的检测器模组,其中,
所述第一五边形截面晶体块包括与所述第一矩形截面晶体块相邻的第一
边,所述第一五边形截面晶体块还包括第二边和第三边,且所述第一边与所
述第二、三边均垂直;
所述第二五边形截面晶体块包括与所述第二矩形截面晶体块相邻的第一
边,所述第二五边形截面晶体块还包括第二边和第三边,且所述第一边与所
述第二、三边均垂直。
6.如权利要求5所述的正电子发射断层成像的检测器模组,其中,
所述第一五边形截面晶体块包括第四边,所述第四边与所述第一五边形截

\t面晶体块第一、二、三边之间具有第一锥度角;
所述第一五边形截面晶体块包括第五边,所述第五边与所述第一五边形截
面晶体块第一、二边之间具有第二锥度角;
所述第一锥度角和所述第二锥度角相等。
7.如权利要求6所述的正电子发射断层成像的检测器模组,其中,所述第一、
二锥度角均等于180°/N。
8.如权利要求6所述的正电子发射断层成像的检测器模组,其中,所述多个
光传感器均为光电倍增管。
9.如权利要求8所述的正电子发射断层成像的检测器模组,其中,第一光电
倍增管和第二光电倍增管相互平行;
所述第一、第二光电倍增管位于第三、第四光电倍增管之间;
所述第三、第四光电倍增管不相互平行;
第三、第四光电倍增管与所述第一、第二光电倍增管均不平行。
10.一种正电子发射断层成像的检测器模组,其特征在于,包括:
多个光电倍增管和多个闪烁晶体阵列,所述多个光电倍增管与所述多
个闪烁晶体阵列耦合形成一个连续的探测器环,其中
每个闪烁晶体阵列包括多个矩形截面晶体块和多个不对称的五边
形截面晶体块;
每个矩形截面的晶体块位于一对不对称的五边形截面晶体块之间。
11.如权利要求10所述的正电子发射断层成像的检测器模组,其特征在于,每
个矩形截面晶体块与一个不对称的五边形截面晶体块和一个矩形截面晶体块
相邻。
12.如权利要求10所述的正电子发射断层成像的检测器模组,其特征在于,一
对矩形截面晶体块位于一对不对称的五边形截面晶体块之间。
13.如权利要求10所述的正电子发射断层成像的检测器模组,其特征在于,三

\t个矩形截面晶体块位于一对不对称的五边形截面晶体块之间。
14.如权利要求10所述的正电子发射断层成像的检测器模组,其特征在于,所
述连续的探测器环包括第一和第二轴向末端,所述第一、二轴向末端包括多
个闪烁晶体阵列,所述闪烁晶体阵列包括多个轴向长度大于周向长度的晶体
块。
15.一种正电子发射断层成像的检测器模组,其特征在于,包括:
多个光电倍增管和多个闪烁晶体阵列,所述多个光电倍增管与所述多个闪
烁晶体阵列形成连续的探测器环,所述探测器环包括轴向和周向,其中
...

【专利技术属性】
技术研发人员:李洪弟王伟海张玉烜
申请(专利权)人:李洪弟王伟海张玉烜
类型:发明
国别省市:美国;US

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