一种减小晶体尺寸提高分辨率的探测器模组及其使用方法技术

本发明专利技术涉及医疗影像领域，具体涉及一种减小晶体尺寸提高分辨率的探测器模组及其使用方法。本发明专利技术探测器模组包括：前端探测器模块，用于将正电子湮灭产生的γ光捕获，并转换成电信号输出到后端多通道读出电子电路系统；后端多通道读出电子电路系统，用于将所述前端探测器输出的电信号进行后端处理；所述前端探测器模块包括闪烁晶体、楔形光导和硅光电倍增管，所述闪烁晶体用于捕获伽马光子，形成可见光；所述楔形光导，用于捕获可见光，并将其分散；所述硅光电倍增管用于将光信号输出为电信号，传入电子系统。本发明专利技术可以实现亚微米级的超高分辨率，为医学影像学的发展提供更进一步的支持。持。持。

【技术实现步骤摘要】
一种减小晶体尺寸提高分辨率的探测器模组及其使用方法


[0001]本专利技术涉及医疗影像领域，具体涉及一种减小晶体尺寸提高分辨率的探测器模组及其使用方法。

技术介绍

[0002]正电子发射型计算机断层显像(Positron Emission Computed Tomography，简称PET)是通过探测放射性核素衰变后产生的γ射线来实现断层成像。PET采用的放射性核素衰变后产生正电子。正电子是电子的反粒子，注射至生物体内的放射性核素衰变后产生的正电子穿过生命体组织时，在很短的距离内(0.5mm左右，不同的正电子核素有着不同的正电子湮灭距离)与组织内的负电子发生湮灭作用，全部的质量转换成能量释放，产生互成近似于180度能量高达511keV的γ光子对。对这对γ光子对沿发射方向进行探测，就能获得该方向上进行衰变的放射性核素分布的线积分值，从而进行断层图像重建。
[0003]PET是唯一可在活体上显示生物分子代谢、受体及神经介质活动的新型影像技术，现已广泛用于多种疾病的诊断与鉴别诊断、病情判断、疗效评价、脏器功能研究和新药开发等方面。
[0004]空间分辨率是PET系统中重要的性能之一，是系统成像质量好坏的重要指标，减小晶体尺寸可提升图像空间分辨率，但晶体尺寸的过度减小会扩大反应深度效应，增加视差，反而可能导致系统空间分辨率的降低。目前医用全身PET系统空间分辨率约在3
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5mm，仅限于呈现对应细胞的活动状态，无法表现出细胞之间的信号传导以及小范围内神经网络的具体活动，只能预测大细胞群或者核团的工作状态，无法精确分析小核团内细胞活动的状态。因此具有高空间分辨率PET探测器的研制极为重要，这种超高分辨率PET探测器可将PET系统的空间分辨率提高到亚毫米级别，可观测细胞之间的信号传导以及小范围内神经网络的具体活动，实现精确分析小核团内细胞活动状态，推动阿尔茨海默症的发病机理研究,而在研制人体PET之前，需要针对白鼠等小动物进行实验研究。
[0005]综述所述，现有技术仍缺乏一种能够提高分辨率实现精确分析的探测器模组。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的空间分辨率的改进方案，本专利技术提供了一种减小晶体尺寸提高分辨率的探测器模组，其中通过对其关键组件前端探测器进行研究和设计，与相应的现有技术相比可显著提高pet分辨率，使得医学领域，实现精确分析小核团内细胞活动状态。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种减小晶体尺寸提高分辨率的探测器模组，包括前端探测器模块和后端多通道读出电子电路系统，所述前端探测器模块用于将正电子湮灭产生的γ光捕获，并转换成电信号输出到后端多通道读出电子电路系统，所述后端多通道读出电子电路系统，用于将所述前端探测器输出的电信号进行后端处理；
[0008]所述前端探测器模块包括闪烁晶体，用于捕获伽马光子，形成可见光；
[0009]所述前端探测器模块包括楔形光导，用于捕获可见光，并将其分散；
[0010]所述前端探测器模块包括硅光电倍增管，用于将光信号输出为电信号，传入后端多通道读出电子电路系统；
[0011]其中，所述闪烁晶体为按照方形阵列排布的若干个晶条组成，所述晶条的形状是长方体，所述晶条的长度和宽度均为0.25mm以下。
[0012]作为优选，所述方形阵列为16*16、18*18和20*20中的一种。
[0013]作为优选，所述晶条的材质为硅酸钇镥闪烁晶体或硅酸铋晶体。
[0014]作为优选，所述晶条之间设置有硫酸钡镀层。
[0015]作为优选，所述硫酸钡镀层的厚度为0.1mm以下。
[0016]作为优选，所述楔形光导由光导材料制成，所述光导材料为亚克力或透明树脂。
[0017]作为优选，所述后端多通道读出电子电路系统包括现场可编程门阵列、电路模拟板，所述电路模拟板用于接受所述硅光电倍增管的电信号并进行积分运算后得到能量数值，然后将能量数值传输至现场可编程门阵列进行后端处理获得数据流。所述现场可编程门阵列为cyclone10。
[0018]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的探测器模组的使用方法，包括以下步骤：
[0019](S1)将组装好的探测器模组，放射源放置在前端探测器模块的正前方5
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10cm处，对后端多通道读出电子电路系统供电，使用计算机连接电子电路系统，完成数据采集；
[0020](S2)对采集的数据进行筛选、分析和解码获得解码图像。
[0021]作为优选，(S2)中解码过程中，采用阈值法的方式进行去底噪，具体为将硅光电倍增管采集到的所有能量信号减去能量值的众数，正值不变，负值变为0，再利用重心法获得清晰解码图像。
[0022]本专利技术的有益效果有：
[0023](1)本专利技术将闪烁晶体的晶条的长度和宽度设置为0.25mm以下，0.25mm具有更高的离散度，清晰解析出每个晶条的反应点位置，能够显著提升分辨率，空间分辨率达到了亚毫米级别。
[0024](2)本专利技术的采用楔形光导，解决了边缘效应问题，从而可采用多对一耦合方式，进而在同样多的晶条，可采取更少的sipm来实现解码需求，有效地降低了设备成本。
[0025](3)本专利技术的晶体结构紧凑，尺寸很小，可以在相同晶条数量需求下，SIPM阵列的数量需求更少，大大降低系统的成本。
[0026](4)本专利技术的前端探测器模块尺寸较小，在组成环形阵列时，离散程度高，可放置更多的前端探测器模块，极大地提高系统的成像效果。
附图说明
[0027]图1是按照本专利技术前端探测器模块构成的示意图；
[0028]图2是按照本专利技术前端探测器模块构成的正视图；
[0029]图3是按照本专利技术前端探测器模块构成的俯视图；
[0030]图4是按照本专利技术实施例1所做的0.25mm尺寸晶体解码图；
[0031]图5是按照本专利技术对比实施例1所做的0.5mm尺寸晶体解码图。
[0032]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：闪烁晶体1、楔
形光导2、硅光电倍增管3、硅光电倍增管阵列4、硫酸钡镀层5、晶条6。
具体实施方式
[0033]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0034]实施例1
[0035]一种减小晶体尺寸提高分辨率的探测器模组，包括前端探测器模块和后端多通道读出电子电路系统。前端探测器模块如图1
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3所示，包括闪烁晶体1、楔形光导2和高灵敏度硅光电倍增管sipm阵列4，硅光电倍增管阵列4由6x6的硅光电倍增管3组成阵列。
[0036]闪烁晶体1由16x16个晶条6组成，每个晶条6的长度和宽度均为0.5mm，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减小晶体尺寸提高分辨率的探测器模组，其特征在于，包括：前端探测器模块和后端多通道读出电子电路系统，所述前端探测器模块用于将正电子湮灭产生的γ光捕获，并转换成电信号输出到后端多通道读出电子电路系统，所述后端多通道读出电子电路系统，用于将所述前端探测器输出的电信号进行后端处理；所述前端探测器模块包括闪烁晶体，用于捕获伽马光子，形成可见光；所述前端探测器模块包括楔形光导，用于捕获可见光，并将其分散；所述前端探测器模块包括硅光电倍增管，用于将光信号输出为电信号，传入后端多通道读出电子电路系统；其中，所述闪烁晶体为按照方形阵列排布的若干个晶条组成，所述晶条的形状是长方体，所述晶条的长度和宽度均为0.25mm以下。2.根据权利要求1所述的探测器模组，其特征在于，所述方形阵列为16*16、18*18和20*20中的一种。3.根据权利要求1或2所述的探测器模组，其特征在于，所述晶条的材质为硅酸钇镥闪烁晶体或硅酸铋晶体。4.根据权利要求3所述的探测器模组，其特征在于，所述晶条之间设置有硫酸钡镀层。5.根据权利要求4所述的探测器模组，其特征在于，所述硫酸钡镀...

【专利技术属性】
技术研发人员：许剑锋，于洪森，张熙，于昕，张恒，谢思维，彭旗宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：