利用直接转换半导体晶体探测器进行的飞行时间正电子发射断层摄影制造技术

一种飞行时间正电子发射断层摄影(TOF PET)探测器包括：直接转换半导体晶体(例如，CZT)；阴极和阳极，它们被设置在所述晶体的相应的第一面和相对的第二面上；以及定时电路，其被操作性连接以响应于由所述直接转换半导体晶体对511keV的伽马射线的吸收而生成触发信号。所述定时电路生成具有500皮秒或更低的抖动的所述触发信号。阴极和/或阳极中的一者或两者是阻挡电极。在一些实施例中，阴极是单个连续电极，定时电路与阴极操作性连接，阳极包括被设置在直接转换半导体晶体的第二面上的电极像素的阵列，并且感测电路与阳极的电极像素操作性连接。还公开了包括这样的探测器的TOF PET扫描器。PET扫描器。PET扫描器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用直接转换半导体晶体探测器进行的飞行时间正电子发射断层摄影


[0001]下文总体上涉及正电子发射断层摄影(PET)成像技术、时间戳记辐射探测器技术、飞行时间(TOF)PET成像技术、PET图像重建技术以及相关技术。

技术介绍

[0002]在放射学中，探测高能辐射和粒子(例如，X射线、伽马射线等)并且基于探测到的辐射来重建对象的放射学图像。在计算断层摄影(CT)成像中，X射线管和相对的X射线探测器阵列围绕成像对象(例如，医学患者)一致旋转，使得探测器在来自X射线管的X射线通过患者之后接收X射线。基于探测到的X射线强度作为围绕患者的角度位置的函数，能够重建患者的CT图像。其他X射线成像技术也类似地操作，它们具有或不具有X射线管相对于患者的旋转或其他移动。使用静态X射线管来产生患者的二维图像。如果采用固态X射线探测器阵列，则静态技术有时被称为数字放射摄影(DR)。
[0003]单光子发射计算机断层摄影(SPECT)采用具有一个、两个或更多个辐射探测器头的伽马相机，所述一个、两个或更多个辐射探测器头被以机器人方式安装以围绕患者移动。在SPECT中，对患者施用放射性药物，并且探测器头探测由施用的放射性药物发射的放射性粒子。探测器头具有辐射准直器，例如，铅基蜂窝准直器，其确保每个辐射探测事件对应于沿着线或小角度锥形区域的放射性衰减事件。由准直器提供的空间定义允许基于所采集的辐射探测事件进行图像的计算机重建。
[0004]正电子发射断层摄影(PET)采用辐射探测器的一个或多个固定环，并且对患者施用放射性药物，该放射性药物发射正电子，该正电子与相邻电子在电子
‑
正电子湮灭事件中快速组合。PET依赖于这些湮灭事件的特定属性：即，它们通常引起(由于动量的守恒)在相反方向上发射两条511keV的伽玛射线。511keV的伽玛射线发射的这种几何属性使得能够将两个符合的511keV的探测事件与连接这两个探测事件的响应线(LOR)相关联。通过粒子能量过滤探测事件以隔离511keV探测事件，并且符合探测电路与在窄的符合时间窗口内发生的511keV的探测事件的对相关联。每个这样的对具有连接该对的事件的相关联的LOR。由相关联的LOR提供的空间定义使得能够将在时间上符合的511keV的探测事件对重建成患者的PET图像。
[0005]飞行时间(TOF)PET是PET成像技术的变型。在TOF PET中，辐射探测器足够快而能够提供沿着与在时间上符合的511keV的探测事件对相关联的LOR的源自电子
‑
正电子湮灭事件的某种空间定位。这能够通过以下认识来定量构思：如果探测器具有足够的时间分辨率，则靠近电子
‑
正电子湮灭事件的探测器应该生成该对的第一个511keV的探测事件；而远离电子
‑
正电子湮灭事件的探测器应该在稍后的某个时间探测到该对的第二个511keV的探测事件。(如果事件与这两个探测器是等距离的，则这两个探测器应该在时间分辨率内同时探测到该对的事件)。一些现有的TOF PET成像系统采用具有200
‑
300皮秒的定时分辨率的探测器，其对应于沿着6
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9厘米左右的LOR的空间分辨率。与常规的(即，非TOF)PET相比，沿
着LOR的空间定位能够提供显著提高的图像质量。
[0006]用于放射学成像的辐射探测器能够被分类为基于闪烁体的探测器或直接转换探测器。前者采用两种组分：闪烁体晶体，其响应于吸收X射线或伽马射线而生成闪烁(即，闪光)；以及光电探测器，其与闪烁体光学耦合以探测闪烁。另一方面，直接转换探测器吸收X射线或伽马射线并直接产生电脉冲。碲锌镉(CZT)是一种已知的直接转换辐射探测器材料，其能够被电偏置以响应于吸收X射线或伽马射线而生成电流脉冲。然而，由于必需的定时分辨率，在TOF PET中使用CZT探测器或其他直接转换探测器是有问题的，而TOF PET扫描器当前使用具有200
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300皮秒分辨率的基于闪烁体的探测器。
[0007]下文公开了某些改进。

技术实现思路

[0008]在本文公开的一些非限制性说明性实施例中，一种飞行时间正电子发射断层摄影(TOF PET)探测器包括：直接转换半导体晶体；阴极，其被设置在所述直接转换半导体晶体的第一面上；阳极，其被设置在所述直接转换半导体晶体的与所述第一面相对的第二面上；以及定时电路，其被操作性连接以响应于由所述直接转换半导体晶体对511keV的伽马射线的吸收而生成触发信号。所述定时电路生成具有500皮秒或更低的抖动的所述触发信号。在一些实施例中，多个所述直接转换半导体晶体是利用直接转换半导体晶体的每个相邻对来布置的，所述直接转换半导体晶体的所述每个相邻对被定位为具有以下情况中的一种情况：(i)所述直接转换半导体晶体的所述每个相邻对的相应的阴极面向彼此，或(ii)所述直接转换半导体晶体的所述每个相邻对的相应的阳极面向彼此。在一些实施例中，所述阴极和/或所述阳极中的一者或两者包括阻挡电极。在一些实施例中，所述阴极包括至少一个金属层和至少一个介电层，所述至少一个介电层被内插在所述阴极的所述至少一个金属层与所述直接转换半导体晶体的所述第一侧之间，并且/或者，类似地，所述阳极包括至少一个金属层和至少一个介电层，所述至少一个介电层被内插在所述阳极的所述至少一个金属层与所述直接转换半导体晶体的所述第二侧之间。在一些实施例中，所述阴极是单个连续电极，所述定时电路与所述阴极操作性连接，所述阳极包括被设置在所述直接转换半导体晶体的所述第二面上的电极像素的阵列，并且感测电路(其应被理解为涵盖具有多个感测电路的实施例)与所述阳极的所述电极像素操作性连接，以探测由直接转换半导体晶体响应于由直接转换半导体晶体对511keV的伽马射线的吸收而生成的电脉冲。
[0009]在本文公开的一些非限制性说明性实施例中，一种TOF PET扫描器包括：一个或多个PET探测器环，其包括在前一段中所阐述的TOF PET探测器；以及电子处理器，其被编程为生成具有飞行时间定位的TOF PET符合事件，所述飞行时间定位是基于由所述TOF PET探测器的所述定时电路生成的所述触发信号来确定的。所述电子处理器任选地还可以被编程为通过经由直接三维(3D)数据累积来累积所述TOF PET符合事件来生成TOF PET图像而不执行迭代图像重建且不执行反投影。
[0010]在本文公开的一些非限制性说明性实施例中，公开了一种TOF PET探测方法，其包括：使用经由阴极和阳极偏置的直接转换半导体晶体来探测511keV的伽马射线，所述阴极被设置在所述直接转换半导体晶体的第一面上，所述阳极被设置在所述直接转换半导体晶体的与所述第一面相对的第二面上；并且使用与所述直接转换半导体晶体操作性连接的定
时电路来生成与探测到的511keV的伽马射线相对应的具有500皮秒或更低的抖动的触发信号。所述直接转换半导体晶体可以例如是碲化镉(CdTe)晶体或碲锌镉(CZT)晶体。
[0011]在本文公开的一些非限制性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种飞行时间正电子发射断层摄影(TOF PET)探测器，包括：直接转换半导体晶体(20、20a)；阴极(50)，其被设置在所述直接转换半导体晶体的第一面(51)上；阳极(52)，其被设置在所述直接转换半导体晶体的与所述第一面相对的第二面(53)上；以及定时电路(24)，其被操作性连接以响应于由所述直接转换半导体晶体对511keV的伽马射线的吸收而生成触发信号，其中，所述定时电路生成具有500皮秒或更低的抖动的所述触发信号。2.根据权利要求1所述的TOF PET探测器，还包括：TOF PET扫描器壳体(12)，其具有中心膛(14)，其中，所述直接转换半导体晶体(20)还具有在所述第一面(51)与所述第二面(53)之间延伸的辐射接收面(76)，并且所述直接转换半导体晶体被安装在具有所述辐射接收面的所述TOF PET扫描器壳体中，所述辐射接收面被布置为接收从所述中心膛发出的511keV的伽玛射线。3.根据权利要求1
‑
2中的任一项所述的TOF PET探测器，其中：所述直接转换半导体晶体(20)还具有在所述第一面(51)与所述第二面(53)之间延伸的辐射接收面(76)，并且所述第一面和所述第二面是相互平行的，并且每个面具有维度为L
×
H的面积，并且所述辐射接收面具有维度为L
×
W的面积，并且所述第一面与所述辐射接收面在长度L的边缘处相遇；并且所述第二面与所述辐射接收面在长度L的边缘处相遇；并且H比W至少大三倍。4.根据权利要求3所述的TOF PET探测器，其中，所述直接转换半导体晶体(20)是碲锌镉(CZT)，并且H至少为0.8cm。5.根据权利要求1
‑
4中的任一项所述的TOF PET探测器，其中，所述直接转换半导体晶体(20、20a)是维度为L
×
W
×
H的矩形平行六面体。6.根据权利要求1
‑
5中的任一项所述的TOF PET探测器，包括：多个所述直接转换半导体晶体(20)，其是利用直接转换半导体晶体的每个相邻对来布置的，所述直接转换半导体晶体的所述每个相邻对被定位为具有以下情况中的一种情况：(i)所述直接转换半导体晶体的所述每个相邻对的相应的阴极(50)面向彼此，或(ii)所述直接转换半导体晶体的所述每个相邻对的相应的阳极(52)面向彼此。7.根据权利要求1
‑
6中的任一项所述的TOF PET探测器，其中，所述阴极(50)和所述阳极(52)中的至少一个包括阻挡电极。8.根据权利要求1
‑
7中的任一项所述的TOF PET探测器，其中：所述阴极(50)包括至少一个金属层(60)和至少一个介电层(62)，所述至少一个介电层被内插在所述阴极的所述至少一个金属层与所述直接转换半导体晶体(20、20a)的所述第一侧(51)之间；并且所述阳极(52)包括至少一个金属层(70)和至少一个介电层(72)，所述至少一个介电层被内插在所述阳极的所述至少一个金属层与所述直接转换半导体晶体(20、20a)的所述第
二侧(53)之间。9.根据权利要求8所述的TOF PET探测器，其中，所述阴极(50)的所述介电层(62)包括厚度在10nm至1000nm的范围内的氧化物，端点包括在内，并且所述阳极(52)的所述介电层(72)包括厚度在10nm至1000nm的范围内的氧化物，端点包括在内。10.根据权利要求8
‑
9中的任一项所述的TOF PET探测器，其中，所述阴极(50)的所述至少一个介电层(62)具有在107ohm
‑
mm2至10
11
ohm
‑
mm2的范围内的面积电阻，端点包括在内，并且所述阳极(52)的所述至少一个介电层(72)具有在107ohm
‑
mm2至10
11
ohm
‑
mm2的范围内的面积电阻，端点包括在内。11.根据权利要求1
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：I，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：