一种用于射线位置和能量测量的探测器和信号读出方法技术

本发明专利技术公开了一种用于射线位置和能量测量的探测器和信号读出方法。探测器包括闪烁晶体阵列，由多片硅光电倍增管阵列纵横排列组成的光电转换器件阵列,以及高反光率介质；相邻硅光电倍增管阵列之间留有空隙，并在空隙上填充高反光率材料用以提高闪烁光的搜集效率；通过扩大硅光电倍增管之间的空隙，可以大幅度减少硅光电倍增管阵列的数量，显著降低成本。通过把一片硅光电倍增管阵列的所有输出信号并联成一个输出信号，然后进行数字化，可以大幅度减少信号通道的数量。通过把多片硅光电倍增管阵列的并联输出信号通过预处理电路进行处理，然后再进行数字化，可以进一步减少信号通道的数量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于射线位置和能量测量的探测器和信号读出方法
本专利技术涉及核医学影像设备领域，涉及一种用于射线位置和能量测量的探测器和信号读出方法，该方法可应用在包括PET、SPECT和伽马相机等核医学影像设备上。
技术介绍
在PET、SPECT和伽马相机等核医学影像设备中，要求对伽马射线进行位置和能量测量。目前最主要的PET探测器为闪烁体探测器加上光电转换器件，射线击中闪烁体后产生闪烁荧光被光电转换器件转换为电信号，然后送到电子学系统进行处理。常用的光电转换器件包括光电倍增管、位置灵敏型光电倍增管和硅光电倍增管。光电倍增管是一种真空管，光子击中光阴极后，通过光电效应产生光电子，光电子被光电倍增管内部的多个倍增极放大后，在阳极输出电流信号。位置灵敏型光电倍增管可以视为光电倍增管的升级版本，具有识别光子击中光阴极的位置的能力，但是由于其价格昂贵，在需要大量使用光电转换器件的临床核医学影像设备上的应用很少。硅光电倍增管是近年来开始流行起来的一种半导体光电转换器件，其增益接近光电倍增管。购买时可以是单个像素，也可以是NxN(N≥2)个像素组成的阵列,像素大小一般为1-6mm。硅光电倍增管阵列在功能上位置灵敏型光电倍增管非常类似，但是其信号输出方式是每个像素输出一个信号。硅光电倍增管阵列在功能上和位置灵敏型光电倍增管相似，价格则接近光电倍增管，而作为半导体器件，大批量生产时价格还有更进一步的下降空间。从探测器设计的角度来看，可以把光电转换器件分成两类，一种是非位置灵敏功能的器件，即光电倍增管，一种是位置灵敏型光电转换器件，包括位置灵敏型光电倍增管和硅光电倍增管阵列。基于光电倍增管的PET探测器设计可以分为两种，一种是用4个光电倍增管结合一个闪烁晶体阵列（US4743764,US5453623,US6262479B1,US7238943B2），通过4个光电倍增管上搜集到的晶体发光来计算射线击中探测器的位置；另一种是将光电倍增管按照六角形排列（US6462341B1），用7个光电倍增管搜集到的晶体发光来计算射线击中探测器的位置。光电倍增管的信号读出方法有两种，一种是直接进行数字化，另外一种是通过ANGER电路（US3011057）进行编码处理后再进行数字化。通过ANGER电路处理，可以将一组光电倍增管的输出信号编码成E、X和Y三个模拟信号,从而达到达到降低电路规模的目的。使用位置灵敏光电转换器件的探测器设计相对简单，由于光电转换器件自带位置灵敏功能，因此只需要把晶体和光电转换器件的灵敏区一一对应，即可识别出每一根晶体的位置（CN201220742679.8）。另一种思路（CN201410648328.4）是在晶体阵列和硅光电倍增管阵列之间加上一层光导，通过光导的辅助进行光分配，以期望能够识别比硅光电倍增管像素更小的晶体，提高分辨率。基于硅光电倍增管的信号读出方式也有两种，一种是每个像素单独读出后进行数字化，另一种是用模拟预处理电路（CN201410648328.4）对硅光电倍增管阵列信号进行预处理，通过预处理可以把一个阵列的信号编码成最小4路模拟信号，达到降低电路规模的目的。目前常见的人体PET的晶体数量在3万根以上，最多的可以超过10万根，用到超过3万个硅光电倍增管像素。一般商业上可供购买的硅光电倍增管阵列为2x2、4x4或者8x8，并且以4x4为主。以32000根晶体为例，设备需要2000片4x4的硅光电倍增管阵列，经过编码之后的模拟信号通道数为8000个，电路规模十分庞大。同时，硅光电倍增管阵列虽然比光电倍增管便宜，但是由于数量极大，总的成本仍然很高。如何能够有效控制电路规模、降低设备成本仍然是一个巨大的挑战。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于硅光电倍增管阵列的PET探测器，以及针对这种探测器的硅光电倍增管阵列的信号读出方法，可以有效减少硅光电倍增管阵列的数量和信号通道的数量。本专利技术基于一个事实，即无论是光电倍增管、位置灵敏型光电倍增管还是硅光电倍增管阵列，在电路设计上都可以被视为电流源，因此可以把一个位置灵敏型光电倍增管或者硅光电倍增管阵列的输出信号并联成一个信号，并联后的信号大小等于各个像素的信号之和。虽然并联之后的硅光电倍增管阵列失去了位置灵敏的功能，但是完全可以把它视为普通的光电倍增管来进行探测器设计。本专利技术的一个特征在于提供一种用于射线位置和能量测量的探测器和信号读出方法，其射线位置和能量测量的探测器包括闪烁晶体阵列，由多片硅光电倍增管阵列纵横排列组成的光电转换器件阵列,以及高反光率材料；相邻硅光电倍增管阵列之间留有空隙，并在空隙上填充高反光率材料。本专利技术的另一个特征在于针对上述射线位置和能量测量的探测器提供一种硅光电倍增管阵列的信号读出方法，把每一片硅光电倍增管阵列的所有输出信号并联成一个输出信号，然后对信号进行数字化。本专利技术的另一个特征在于针对上述射线位置和能量测量的探测器提供一种硅光电倍增管阵列的信号读出方法，把一片硅光电倍增管阵列的所有输出信号并联成一个输出信号，然后对多片硅光电倍增管阵列的并联输出信号通过预处理电路进行编码，然后对编码之后的信号进行数字化。本专利技术的有益之处：通过在硅光电倍增管阵列之间填充高反光率材料，扩大硅光电倍增管之间的空隙，可以减少硅光电倍增管阵列的使用量。通过将一片硅光电倍增管阵列的输出信号并联读出，然后再进行数字化，大幅度减少了信号通道的数量，减小电子学系统的规模。通过把多片硅光电倍增管阵列的并联输出信号经过预处理电路进行编码，然后对编码之后的信号进行数字化，还可以进一步减少信号通道的数量，减小电子学系统的规模。附图说明图1、图2是本专利技术的射线探测器，图1是侧视图，图2是俯视图，其中1、闪烁晶体阵列，2、高反光率材料，3-6、硅光电倍增管阵列。图3是一种硅光电倍增管阵列信号并联电路，7、硅光电倍增管阵列上的每个像素的输出信号，8、硅光电倍增管阵列的并联输出信号。图4是本专利技术的硅光电倍增管阵列读出和预处理电路，其中8、硅光电倍增管阵列的并联输出信号，9、下拉电阻，10、能量输入电阻，11、X方向的输入电阻，12、Y方向的输入电阻，13、反馈电阻，14、放大器。具体实施方式图1、图2一种能够对射线位置和能量进行测量的射线探测器，包括闪烁晶体阵列1，高反光率材料2和4片硅光电倍增管阵列3-6，通过相邻4片硅光电倍增管阵列3-6上搜集到的晶体发光，可以计算出射线的能量和射线击中闪烁晶体阵列1的位置。为了减少硅光电倍增管阵列3-6的数量，可以扩大相邻硅光电倍增管阵列3-6之间的距离并间隙里填上高反光率材料2，从而可以保证光搜集效率。通过4片硅光电倍增管阵列3-6上搜集到的晶体发光,可以计算出射线的能量和射线击中晶体的位置。具体计算公式为：（1）（2）（3）其中S3-S6分别代表硅光电倍增管阵列3-6上搜集到的光信号。如公式1-3所示，无论是对射线能量的计算对射线击中位置的计算，均是利用一片硅光电倍增管阵列上所搜集到的晶体发光，而不需要考虑硅光电倍增管阵列上具体某个像素搜集到的晶体发光，因此可以把一片硅光电倍增管阵列上的输出信号当做一个信号读出，而不需要把每一个像素单独读出。从电路设计的角度来看，硅光电倍增管可以被视为电流源，多个硅光电倍增管像素的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于射线位置和能量测量的探测器和信号读出方法，射线位置和能量测量的探测器包括闪烁晶体阵列，由多片硅光电倍增管阵列纵横排列组成的光电转换器件阵列,以及高反光率材料，其特征在于，相邻硅光电倍增管阵列之间留有空隙，并在空隙上填充高反光率材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于射线位置和能量测量的探测器和信号读出方法，射线位置和能量测量的探测器包括闪烁晶体阵列，由多片硅光电倍增管阵列纵横排列组成的光电转换器件阵列,以及高反光率材料，其特征在于，相邻硅光电倍增管阵列之间留有空隙，并在空隙上填充高反光率材料。2.根据权利要求1所述的一种用于射线位置和能量测量的探测器和信号读出方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘继国，
申请(专利权)人：山东麦德盈华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37