用于检测伽玛辐射的康普顿相机系统和方法技术方案

一种用于检测伽玛辐射的康普顿照相机系统和方法，该系统包括：伽玛辐射源，至少一个快速闪烁体板P1，其至光峰的上升时间小于1ns，具有大于或等于5mm的厚度，配备有分段的光电检测器阵列(5)和专用的快速读取微电子装置。该系统的特征在于，当所述光子在第二点B处吸收之前在第一点A处经历康普顿散射时，通过识别与每个闪烁相互作用对应的未散射光子的圆，它能够在伽玛光子的至少两个连续的位置处测量时空坐标(X，Y，Z，T)和能量E。该系统具有用于估计有效康普顿事件的模块。检测系统具有两个闪烁体板P1和P2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测伽玛辐射的康普顿相机系统和方法
本专利技术涉及伽玛射线源成像。更具体地，本专利技术涉及一种用于检测康普顿相机类型的伽玛射线的系统，在所述光子经历康普顿偏离时，其用于重构伽玛源的图像，精确测量时空坐标及其能量。本专利技术进一步涉及检测系统在尤其为天文学、核工业和医药等领域中的使用。本专利技术进一步涉及在时间相机中康普顿效应的处理。
技术介绍
目前，基于两种技术：PET(positronelectrontomography，正电子电子断层扫描)和SPECT(Single-PhotonEmissionComputerizedTomography，单光子发射计算机化断层显像)，伽玛射线(>30KeV)源成像基本上被执行用于医学诊断目的。SPECT以闪烁扫描法为基础，并且借助于以患者为中心的伽玛相机阵列产生器官及其代谢的三维的图像和重构。SPECT可以使用伽玛射线的若干能量，但知道它们波达方向的铅准直器吸收99％以上。PET使用分段的检测器的环。对于PET，使用放射性药物正电子发射体化合物。这些产生一对511KeV的光子，由于它们在检测器的环上的同时检测，其发射可以被定位。但用于PET的放射性元素寿命短，并且因此成本高昂。第三种技术康普顿相机目前是新兴的。正如SPECT所做的那样，这种技术产生图像而不考虑伽玛的能量，但是与SPECT相反，所有的光子都可以促成(contributeto)图像。但是现在康普顿相机的应用受到其成本、高噪声水平和难以得到精确重构的限制。当闪烁晶体用于产生伽玛辐射源的图像时，伽玛光子/物质相互作用的概率性质被提出。基本上可以看到两种效应：首先，伽玛光子可以在其传播路径上的任意深度被吸收(相互作用深度效应)。第二效应由所有当前的成像系统(像素矩阵或闪烁(Anger)相机)组成，其基于发生最大光发射的地方是已经检测到伽玛光子的地方的前提。由于康普顿偏离，这个前提正好是大量事件的平均。相比之下，在PET类型的扫描仪的情况下，如果单个事件的位置被重构，则位置上的误差可以是几毫米。然后所采用的解决方案是拒绝沉积的能量是不正确的那些事件。这导致拒绝大量的事件。本专利技术的目的是提出一种用于处理新型检测器(相同申请人的法国专利申请号1260596和1454417中描述的“时间相机”)中的康普顿散射的方法，并描述了基于这种类型的“时间相机”检测器的康普顿相机的操作。用于处理康普顿散射的技术迄今已享有有限的成功，因为运行康普顿相机需要至少两个局部事件在两个分开的地方中(例如在至少两个板(板1和板2)上)的精确位置，以及在每个板上的每个地方处沉积的能量的精确测量。为此，迄今为止，所有功能性的康普顿相机都是用半导体制成的。用半导体制造的康普顿相机具有以下问题：首先，半导体晶体的阻止能力低。因此需要大于30mm的相当大的厚度来吸收在511KeV下>80％的辐射。这些晶体必须分段，每个像素被单独读取，并且这增加了系统的成本。第二个问题包含在cm3下使晶体功能化的成本很高(约2000美元/cm3)，这限制了小型系统中的相机。以这种方式制造的康普顿相机的另一个问题是半导体的时间响应慢，超过10ns。然而，在康普顿事件的测量期间，许多寄生事件被测量，这意味着有相当大的噪声。因此，本专利技术的目的是提出一种技术解决方案，其能够在入射光子已经经历康普顿散射的情况下通过使用时间相机的原理来精确确定每个伽玛事件的坐标(X，Y，Z，T，E)。因此，本专利技术提出了康普顿相机类型的检测器，其具有以下优点：-它是一种分光仪和成像器类型的检测器，并且因此它测量伽玛光子的能量和它们的空间分布两者。-与PET技术相比，检测器操作任何能量的伽玛光子。即使如果由于伽玛射线传播方向中的能量沉积的集中而导致能量较高，该概念操作甚至更好。-与SPECT相比，由于缺少准直器，检测器可以使用所有入射伽玛光子。因此，本专利技术的主要目的是提出一种新颖的技术，以-在光子已经经历康普顿效应的情况下，在时间相机类型的检测器中保存每个事件的良好位置；-在光子已经经历康普顿效应的情况下，测量在时间相机类型的检测器中的事件的能量；以及-通过组合一个或更多个时间相机类型的检测器来产生改进的康普顿相机。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于检测伽玛辐射的康普顿相机类型的系统，该系统包括伽玛辐射源，至少一个快速闪烁体板P1，其至光峰的上升时间小于1ns，具有大于或等于5mm的厚度，配备有分段的光电检测器阵列和专用的快速读取微电子设备，该系统特征在于，当所述光子在第二点B处被吸收之前在第一点A处经历康普顿偏离时，通过识别与每个闪烁相互作用对应的未散射光子的圆，它能够在伽玛光子的至少两个连续的位置中测量时空坐标(X，Y，Z，T)和能量E。根据本专利技术，用于检测伽玛辐射的康普顿相机类型的系统特征在于，系统包括具有大于或等于相关晶体中的伽玛射线的平均自由程的厚度的单个闪烁体板P1。此外，用于检测伽玛辐射的康普顿相机类型的系统包括分别设置在所述闪烁体板P1的输入面和输出面上的两个光电检测器阵列。有利地，耦合到光电检测器阵列的闪烁体板的输入面和输出面被抛光，并且所述面和光电检测器阵列之间的耦合由折射率n小于1.5的介质制成，以布置全反射角。在该情况下，实现了相同事件的双重读取，这改善了重构并降低了噪声。此外，未耦合到光电检测器阵列的闪烁体板P1的侧面和输入面是粗糙的，并且所述面被处理为使得入射光子的吸收或光子的漫反射，有最大值。当目的是通过时间方法来测量相互作用的能量时，施加吸收剂处理。如果没有双重读取，并且如果根据时间方法测量能量，则未耦合到光电检测器阵列的板P1的输入面被涂成黑色以限制所述面上的反射。如果目的是通过传统方法测量能量，则未耦合到光电检测器阵列的闪烁体板P1的侧面和输入面涂覆有与板P1具有气隙的白色反射物，使得它们是反射和散射的。该类型的设置被特别地推荐用于测量<250KeV的光子能量。要注意的是，存在用于测量入射光子的能量的两种可能的方法。时间方法只涉及未散射的光子，或10至20％的发射的光子。尤其是如果入射光子的能量>250keV，则该方法起作用。该方法要求非耦合面是散射和吸收的，例如用尽可能高的折射率的涂料涂黑，以避免通过阶跃折射率反射。典型的方法假设所有发射的光子都被捕获。如果要检测的光子的能量<250KeV，则是优选的。该方法要求非耦合面是散射和反射的，例如涂覆有与晶体具有气隙的白色反射物。特别地，检测系统进一步包括用于估计板P1中的有效康普顿事件的模块，所述模块能够通过识别所述板P1内的光的分布中的至少一个第一和一个第二极值来执行该估计，所述第二极值出现在当A处的光子到达时间Ta与B处的光子到达时间Tb之间的差小于板P1中光的传输时间Tt的三倍时，其中Tt＝nH/c，其中H是板的高度。为了验证为康普顿散射，到达时间Ta-Tb之间的差必须小于晶体中光的传输时间的三倍。根据本专利技术的实施例，检测系统特征在于其进一步包括第二闪烁体板P2，在于板P1比第二板P2细密(finer)，在于闪烁体板P1的厚度使得伽玛光子在所述板P1的点A处经历康普顿偏离；第二闪烁体板P2具有用于吸收伽玛辐射的至少50％的能量的厚度，所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测伽玛辐射的康普顿相机类型的系统，所述系统包括伽玛辐射源，至少一个快速闪烁体板P1，该板至光峰的上升时间小于1ns，具有大于或等于5mm的厚度，配备有分段的光电检测器阵列(5)和专用的快速读取微电子设备，所述系统的特征在于，当所述光子在第一点A处经历康普顿偏离随后在第二点B处被吸收时，所述系统通过识别与每个闪烁相互作用对应的未散射光子的圆能够在伽玛光子的至少两个连续的位置中测量时空坐标(X，Y，Z，T)和能量E。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.18 FR 15544351.一种用于检测伽玛辐射的康普顿相机类型的系统，所述系统包括伽玛辐射源，至少一个快速闪烁体板P1，该板至光峰的上升时间小于1ns，具有大于或等于5mm的厚度，配备有分段的光电检测器阵列(5)和专用的快速读取微电子设备，所述系统的特征在于，当所述光子在第一点A处经历康普顿偏离随后在第二点B处被吸收时，所述系统通过识别与每个闪烁相互作用对应的未散射光子的圆能够在伽玛光子的至少两个连续的位置中测量时空坐标(X，Y，Z，T)和能量E。2.根据权利要求1所述的用于检测伽玛辐射的康普顿相机类型的系统，其特征在于，所述系统包括具有大于或等于相关晶体中的伽玛射线的平均自由程的厚度的单个闪烁体板P1。3.根据权利要求2所述的用于检测伽玛辐射的康普顿相机类型的系统，其特征在于，所述系统包括分别设置在所述闪烁体板P1的输入面(1)和输出面(3)上的两个光电检测器阵列，以改善在所述闪烁体板P1中康普顿路径的重构的精度。4.根据权利要求3所述的用于检测伽玛辐射的康普顿相机类型的系统，其中耦合到所述光电检测器阵列(5)的所述闪烁体板(P1)的所述输入面(1)和所述输出面(3)被抛光，并且所述面和所述光电检测器阵列之间的所述耦合由折射率n小于1.5的介质制成，以布置全反射角。5.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，未耦合到光电检测器阵列(5)的所述板P1的侧面和输入面(1)是粗糙的，所述面被处理为使得入射光子的所述吸收或光子的漫反射，存在最大值。6.根据权利要求5所述的检测系统，其中未耦合到光电检测器阵列的所述板P1的所述输入面(1)被涂成黑色以限制所述面上的所述反射。7.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，未耦合到光电检测器阵列(5)的所述板(P1)的侧面和输入面(1)涂覆有与所述板P1具有气隙的白色反射物，使得它们是反射的和散射的。8.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统进一步包括用于估计所述板P1中的有效康普顿事件的模块，所述模块能够通过识别所述板P1内的光的分布中的至少一个第一和一个第二极值来执行该估计，所述第二极值出现在A处的光子到达时间Ta与B处的光子到达时间Tb之间的差小于所述板P1中所述光的传输时间Tt的三倍时，其中Tt＝nH/c，其中H是所述板P1的所述高度。9.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统进一步包括第二闪烁体板P2，其特征在于，所述板P1比所述第二板P2细密，其特征在于，所述闪烁体板P1的所述厚度使得所述伽玛光子在所述板P1的点A处经历康普顿偏离，其特征在于，所述第二闪烁体板P2具有用于吸收所述伽玛辐射的至少50％的所述能量的厚度，所述第二板P2与所述板P1分开至少10mm的距离‘D’，优选地大于最厚板的厚度，并且其特征在于，所述检测系统进一步包括用于估计有效事件的模块，所述模块能够在所述第二板P2上测量在小于所述板P1和P2之间的光的最大传输时间的时间窗口中的重合触发，用于识别所述有效康普顿事件。10.根据前述权利要求中的一项所述的系统，其特征在于，通常通过经由漫反射收集在所述两个板中的至少一个板上发射的光子的最大值，完成所述能量的测量。11.根据前述权利要求中的一项所述的检测系统，其中所述分段的光电检测器阵列(5)是与模拟ASIC相关联的模拟SI-PM类型或数字SI-PM类型。12.根据前述权利要求中的一项所述的检测系统，其特征在于，所述闪烁体板P1和P2是硅酸镥和/或镧系元素卤化物类型。13.一种用于确定已经经历在根据权利要求1至12中的一项所述的系统中执行的康普顿散射的伽玛光子的至少两个连续位置中的时空坐标(X，Y，Z，T)和能量E的过程，包括以下步骤：-检测由第一点...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·伊尔蒂斯，H·斯努西，
申请(专利权)人：A·伊尔蒂斯，
类型：发明
国别省市：法国,FR