一种减少硅光电倍增管用量的PET探测器及探测方法技术

一种减少硅光电倍增管用量的PET探测器，其特征在于：探测器包括闪烁晶体阵列单元和硅光电倍增管阵列单元所分别形成的层，闪烁晶体阵列单元和硅光电倍增管阵列单元俯视均为矩形截面，且闪烁晶体阵列单元和硅光电倍增管阵列单元的俯视矩形截面的面积相等；闪烁晶体阵列单元由复数个相互平行并无空隙且侧面相互紧贴的闪烁晶体条组成，闪烁晶体条均是长宽高一致的长方体；硅光电倍增管阵列单元是由M个硅光电倍增管阵列排列而成的俯视截面为矩形的阵列集合体。

【技术实现步骤摘要】
一种减少硅光电倍增管用量的PET探测器及探测方法
本专利技术涉及射线医学影像设备领域，涉及一种减少硅光电倍增管用量的PET探测器及探测方法，该方法可应用在包括PET、SPECT以及类似原理的医学影像设备上。
技术介绍
在PET、SPECT等核医学影像设备中，要求对射线进行位置和能量测量，PET是最典型的采集相对反射的光电子(一般称之为真实符合事件LOR)并对应分析形成图像的医学影像方法。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，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。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，效果比前两种更好，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1-10mm。硅光电倍增管阵列在功能上与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，识别定位能力更强。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。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，利用硅光电倍增管主要是后面捡一种，可以便于利用其信号分别接收和传输的优势。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。现有技术中存在这样的方案(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。但是现有技术中的光导的加入仅仅是用于笼统的辅助光分配，没有进一步具体的启示或指示。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，假设大约每个晶体对应一个像素，则设备需要2000片4x4的硅光电倍增管阵列，即使经过编码之后，模拟信号通道数也达到了8000个，电路规模十分庞大。同时由于数量极大，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使用硅光电倍增管用量极大，成本极高的问题，本专利技术提供一种减少硅光电倍增管用量的PET探测器，其特征在于：该探测器包括闪烁晶体阵列单元和硅光电倍增管阵列单元所分别形成的层，该闪烁晶体阵列单元和硅光电倍增管阵列单元俯视均为矩形截面，且闪烁晶体阵列单元和硅光电倍增管阵列单元的俯视矩形截面的面积相等。这里优选地，每个闪烁晶体条都恰好对应一个像素或者一个像素阵列，这是比较容易进行采集和计算的情形。所述闪烁晶体阵列单元由复数个相互平行的闪烁晶体条组成，所述闪烁晶体条均是长宽高的规格两两一致的长方体；所述闪烁晶体条两两之间均设有反光材料或者闪烁晶体条表面镀有反光材料。所述硅光电倍增管阵列单元是由M个硅光电倍增管阵列排列而成的俯视截面为矩形的阵列集合体。当然，当单元的需求正和一般硅光电倍增管阵列相同时，可以就是一块硅光电倍增管阵列，如4*4/8*8，以及当可以订制加工较大的阵列时，也可以直接给阵列单元安排一块较大的整块阵列。一种常见的形式是正方形的阵列排列成更大的正方形的阵列单元。硅光电倍增管阵列单元中的N块被替换为高反射率材料块，所述高反射率材料块为利用与该硅光电倍增管阵列单元形状适配的模具一体成型或切割而成，该高反射率材料块是全部是均一的高反射率材料或者是面向闪烁晶体阵列单元的一面涂覆有高反射率材料，该高反射率材料块面向闪烁晶体阵列单元的一面的反射率不低于50％。这里高反射率材料是适于反射激发荧光的高反射率材料，且反射率可以高至70％，80％，90％，甚至接近100％，这里的将部分硅光电倍增管阵列用高反材料替代，是基于这样的原理，即现有的PET图像分析并没有也不需要达到HD甚至UHD的图像级别，尤其是在计算时，如果不是就硅光电倍增管的每个像素或者每个阵列单独计算，而是每个单元单独计算，则其实没有必要全部铺设或应用硅光电倍增管，这里只需要将部分阵列用高反射材料替换，对于整个单元用一个电路形成一个信号输出的情况，这里已经足以满足需要，且在满足需要的同时成本也得到了有效控制，如果3*3的情况仅4角保留阵列，则可以节约成本5/9，对于4*4的阵列组成单元的情形，如果只保留四角，则可以节约成本12/16，同时检测效果并没有减小或缺失，原有的激发荧光仍然可以得到有效捕捉。M，N都是大于1的自然数，且M-N≥1。这里的数据设置是指产生了有效的替换，毕竟没有替换的话，也就不产生节约成本的效果。进一步地，所述闪烁晶体阵列单元和硅光电倍增管阵列单元所分别形成的层之间还具备一复数个光导片平铺所形成的层，该复数个光导片为同样形状的长方体，光导片的俯视截面为矩形。设置光导层不仅起到辅助收光的作用，对于替换了高反射材料块的情形还产生了相互作用，这里高反射率材料块反射的荧光由于光导的特性，基本不会再反射回晶体中，而是基本保证了，再一次货多次反射后，都被单元内的其他硅光电倍增管阵列所采集或接收。进一步地，所述反光材料是选自超强级逆反射材料、工程级反光膜、高强级反光膜、增强频谱反射膜、硫酸钡涂层中的一种。增强频谱反射膜ESR和硫酸钡粉末制成的涂层/镀层在实践中效果较好，成本不高，如果需要更高的反射效果，也可以用超强级逆反射材料、工程级反光膜、高强级反光膜，超强级逆反射材料例如棱镜级反射材料。最理想的方式下，所有的闪烁晶体条之间的位置都有反光材料，避免光的掺杂。进一步地，光导片的俯视截面大小或者是与闪烁晶体条相同，在安装时每个光导片与闪烁晶体条在俯视方向上对正；光导片的俯视截面大小或者是与硅光电倍增管阵列相同，在安装时每个硅光电倍增管与闪烁晶体条在俯视方向上对正。这样的设置便于前期的计算和安排，也利于后期的维护和调整。进一步地，所述闪烁晶体阵列单元形成的层和所述复数个光导片平铺所形成的层，其相接触的面上，所有的闪烁晶体阵列单元的表面均是粗糙表面，或者所有光导片的表面都是粗糙表面。所述的粗糙表面均是用打磨或锉制的方式制备，或者在表面涂覆或粘附使表面粗糙但又本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减少硅光电倍增管用量的PET探测器，其特征在于：该探测器包括闪烁晶体阵列单元和硅光电倍增管阵列单元所分别形成的层，该闪烁晶体阵列单元和硅光电倍增管阵列单元俯视均为矩形截面，且闪烁晶体阵列单元和硅光电倍增管阵列单元的俯视矩形截面的面积相等；所述闪烁晶体阵列单元由复数个相互平行的闪烁晶体条组成，所述闪烁晶体条均是长宽高的规格两两一致的长方体；所述闪烁晶体条两两之间均设有反光材料或者闪烁晶体条表面镀有反光材料；所述硅光电倍增管阵列单元是由M个硅光电倍增管阵列排列而成的俯视截面为矩形的阵列集合体；该硅光电倍增管阵列单元中的N块被替换为高反射率材料块，所述高反射率材料块为利用与该硅光电倍增管阵列单元形状适配的模具一体成型或切割而成，该高反射率材料块是全部是均一的高反射率材料或者是面向闪烁晶体阵列单元的一面涂覆有高反射率材料，该高反射率材料块面向闪烁晶体阵列单元的一面的反射率不低于50％；M，N都是大于1的自然数，且M‑N≥1。

【技术特征摘要】
1.一种减少硅光电倍增管用量的PET探测器，其特征在于：该探测器包括闪烁晶体阵列单元和硅光电倍增管阵列单元所分别形成的层，该闪烁晶体阵列单元和硅光电倍增管阵列单元俯视均为矩形截面，且闪烁晶体阵列单元和硅光电倍增管阵列单元的俯视矩形截面的面积相等；所述闪烁晶体阵列单元由复数个相互平行的闪烁晶体条组成，所述闪烁晶体条均是长宽高的规格两两一致的长方体；所述闪烁晶体条两两之间均设有反光材料或者闪烁晶体条表面镀有反光材料；所述硅光电倍增管阵列单元是由M个硅光电倍增管阵列排列而成的俯视截面为矩形的阵列集合体；该硅光电倍增管阵列单元中的N块被替换为高反射率材料块，所述高反射率材料块为利用与该硅光电倍增管阵列单元形状适配的模具一体成型或切割而成，该高反射率材料块是全部是均一的高反射率材料或者是面向闪烁晶体阵列单元的一面涂覆有高反射率材料，该高反射率材料块面向闪烁晶体阵列单元的一面的反射率不低于50％；M，N都是大于1的自然数，且M-N≥1。2.如权利要求1所述的一种减少硅光电倍增管用量的PET探测器，其特征在于：所述闪烁晶体阵列单元和硅光电倍增管阵列单元所分别形成的层之间还具备一复数个光导片平铺所形成的层，该复数个光导片为同样形状的长方体，光导片的俯视截面为矩形；所述反光材料是选自超强级逆反射材料、工程级反光膜、高强级反光膜、增强频谱反射膜、硫酸钡涂层中的一种。3.如权利要求2所述的一种减少硅光电倍增管用量的PET探测器，其特征在于：光导片的俯视截面大小或者是与闪烁晶体条相同，在安装时每个光导片与闪烁晶体条在俯视方向上对正；光导片的俯视截面大小或者是与硅光电倍增管阵列相同，在安装时每个硅光电倍增管与闪烁晶体条在俯视方向上对正。4.如权利要求2或者3之一所述的一种减少硅光电倍增管用量的PET探测器，其特征在于：所述闪烁晶体阵列单元形成的层和所述复数个光导片平铺所形成的...

【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