一种放射自显影系统及其探测器和成像方法技术方案

本发明专利技术涉及一种放射自显影系统及其探测器和成像方法，所述探测器包括自下而上依次设置的晶体、光导以及光电转换器，所述晶体采用镓酸铝钆晶体，所述光电转换器采用SiPM阵列，本发明专利技术通过采用镓酸铝钆晶体耦合SiPM阵列，结合PET中成熟的电子学系统，利用CFD、数字化甄别方法甄别α粒子和β粒子脉冲衰变时间的数量级差异，能够使得放射自显影系统的发明专利技术位置分辨率逼近或达到闪烁晶体耦合光电转换器类型探测器的物理极限，以此本发明专利技术提供了一种具有高灵敏度和高分辨率的，可以进行能量测量、光子计数、实时显示以及脉冲形状甄别，且探测器不需要制冷的，适合于α粒子，β粒子和低能γ探测成像的探测器和放射自显影系统。γ探测成像的探测器和放射自显影系统。γ探测成像的探测器和放射自显影系统。

【技术实现步骤摘要】
一种放射自显影系统及其探测器和成像方法


[0001]本专利技术涉及医疗设备
，特别是涉及一种放射自显影系统及其探测器和成像方法。

技术介绍

[0002]传统放射自显影(autoradiography，简称AR)是一种利用放射性核素发射的放射线，使乳胶中的卤化银感光而形成潜影，经显影和定影，形成核素分布图像的技术。借助感光银颗粒所在的部位和强度，通过影像分析，能准确地判断放射性示踪剂的分布部位和强度，从而研究生物体内活性物质的代谢，特异性抗原、受体、DNA片段等的分布。AR是一种测量由放射性标记的样品中放射性分布的非活体成像技术，常用的放射性示踪剂是β
‑
发射同位素(例如3H，
14
C，
35
S，
32
P，
33
P)和β
+
发射同位素(例如，
18
F，
11
C，
15
O和
13
N)，可以量化由放射性同位素标记的药物在生物组织和器官中的分布。如图1和图2所示，由于放射自显影技术是一种对冰冻固定后的切片进行成像的2D影像，扫描期间不存在生理活动如呼吸、心跳、放射标记物等在活体内的代谢变化，可以通过增加扫描时间，从而得到更高信噪比的图像，达到高分辨率和高定量精度。AR的空间分辨率可达50
‑
300μm。高分辨率的AR技术仍然是小动物功能性神经成像的关键参考工具，在验证新的分子影像造影剂和检验PET研究的定位和定量精度等方面也发挥较大作用。在小动物脑部正电子发射断层扫描成像(Positron Emission Tomography,PET)成像研究中，正电子AR更是被称为评价PET成像定量结果的“金标准”。高分辨率小动物PET已广泛应用于各种临床前生物医学研究研究，为了验证小动物PET研究的定量和定位精度，经常采用具有更高分辨率和更高定量精度的正电子AR作为小动物PET扫描的检验和补充。
[0003]在放射自显影领域，上个世纪五六十年代便开始了传统的手工胶片自显影技术，其中包括示踪剂的引入、标本制备、自显影制备及曝光处理、照片处理等多个步骤。此后，薄膜塑料闪烁体结合电荷耦合器件(charge
‑
coupled device，简称CCD)以及雪崩电离室结合CCD探测器的开始使用，进一步提高了AR的分辨率。基于荧光磷屏技术的数字AR比传统方法具有更高的灵敏度和更快的成像时间。首先磷屏存贮由放射性引起的辐射电离，然后采用激光激励磷屏，产生正比于辐射电离的可见光，从而获得高分辨率和高定量精度图像。
[0004]高密度无机闪烁晶体和光电转换器件结合的探测器对高能γ光子具有高的探测效率，是PET成像最常用的探测器。受正电子射程和γ光子非共线性(noncollinearity)等物理效应的限制，现有全身PET成像仪器的空间分辨率为3
‑
5mm。而小动物PET成像系统由于探测器环直径较小，可以达到更高的空间分辨率，现有商用小动物PET成像系统的空间分辨率为1
‑
2mm。
[0005]在传统胶片放射自显影中，其实验成像时间较长，手工操作，较为繁琐，成像时间较长，经常可达数天甚至数月。使用塑料晶体耦合器件CCD的放射自显影仪器在使用β
‑
电子的放射性同位素核素(如
14
C，
35
S，
32
P等)的放射性自显影实验中可得到的空间分辨率进一步提高，该类仪器采用塑料晶体耦合CCD的技术方式对电子进行探测，但该探测器的动态范围
较小，灵敏度较低。磷屏需要高温进行清理，多次清理后会导致成像质量下降等问题，影响仪器的性能。目前已经研发的高分辨率小动物PET探测器中，最好已经可以分辨0.5mm的晶体单元，然而，虽然小动物PET成像系统的空间分辨率物理极限是0.5mm，但是距离AR能达到的分辨率还有一定的距离。也就是说，目前的AR探测器的灵敏度和分辨率较低，其分辨率并无法做到逼近或达到AR探测器的物理极限。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一目的是，提供一种专利技术位置分辨率能够逼近或达到闪烁晶体耦合光电转换器类型探测器的物理极限的，具有高灵敏度的，可以进行能量测量、光子计数、实时显示以及脉冲形状甄别，且探测器不需要制冷的，适合于α粒子，β粒子和低能γ探测成像的探测器和放射自显影系统。
[0007]本专利技术在一方面提供了一种探测器，包括自下而上依次设置的晶体、光导以及光电转换器，所述晶体采用镓酸铝钆晶体，所述光电转换器采用硅光电倍增管阵列，其中所述晶体用于与放射性射线作用而产生荧光，所述光导用于将所述荧光导向至所述光电转换器，所述光电转换器用于将所述荧光转换为电信号，并采用信号读出电路将所述电信号传输至电子学系统。
[0008]在本专利技术的一实施例中，所述晶体为连续晶体或分割晶体阵列，所述连续晶体和所述分割晶体阵列的厚度为1～5mm，所述分割晶体阵列的单个晶体的宽度为0.1～0.3mm。
[0009]在本专利技术的一实施例中，所述晶体的厚度为1mm，所述硅光电倍增管阵列由多个面积为(1～3)
×
(1～3)mm2的硅光电倍增管组成，所述硅光电倍增管阵列的厚度为1mm。
[0010]在本专利技术的一实施例中，所述连续晶体的尺寸为9.6
×
9.6
×
1mm3，所述分割晶体阵列包括晶体大小为0.11
×
0.11
×
1mm3的60
×
60阵列，晶体大小为0.19
×
0.19
×
1mm3的40
×
40阵列以及晶体大小为0.27
×
0.27
×
1mm3的24
×
24阵列，所述分割晶体阵列的晶体间采用厚度为50μm的硫酸钡反射膜。
[0011]在本专利技术的一实施例中，所述晶体的表面进行不抛光处理、两面抛光处理或者全抛光处理。
[0012]在本专利技术的一实施例中，所述晶体和所述光导之间采用硅油或光学胶形成耦合，所述光电转换器和所述光导之间采用硅油或光学胶形成耦合。
[0013]在本专利技术的一实施例中，所述光导为石英玻璃、有机玻璃、亚克力、光纤中的任一种；所述光导的厚度为0.1～10mm，层数为1～10层，硬度为2～6H。
[0014]在本专利技术的一实施例中，所述光导的厚度为1mm，层数为1层，硬度为3H。
[0015]在本专利技术的一实施例中，所述信号读出电路为电阻网络读出电路，所述电阻网络读出电路用于将读出通道数从64将为4。
[0016]本专利技术在另一方面还提供了一种放射自显影系统，包括所述探测器、电连接于所述探测器的电子学系统、电连接于所述电子学系统的数据采集模块以及用于基于所述数据采集模块所采集的数据成像的图像显示模块。
[0017]在本专利技术的一实施例中，所述电子学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种探测器，其特征在于，包括自下而上依次设置的晶体、光导以及光电转换器，所述晶体采用镓酸铝钆晶体，所述光电转换器采用硅光电倍增管阵列，其中所述晶体用于与放射性射线作用而产生荧光，所述光导用于将所述荧光导向至所述光电转换器，所述光电转换器用于将所述荧光转换为电信号，并采用信号读出电路将所述电信号传输至电子学系统。2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述晶体为连续晶体或分割晶体阵列，所述连续晶体和所述分割晶体阵列的厚度为1～5mm，所述分割晶体阵列的单个晶体的宽度为0.1～0.3mm。3.根据权利要求2所述的探测器，其特征在于，所述晶体的厚度为1mm，所述硅光电倍增管阵列由多个面积为(1～3)
×
(1～3)mm2的硅光电倍增管组成，所述硅光电倍增管阵列的厚度为1mm。4.根据权利要求2所述的探测器，其特征在于，所述连续晶体的尺寸为9.6
×
9.6
×
1mm3，所述分割晶体阵列包括晶体大小为0.11
×
0.11
×
1mm3的60
×
60阵列，晶体大小为0.19
×
0.19
×
1mm3的40
×
40阵列以及晶体大小为0.27
×
0.27
×
1mm3的24
×
24阵列，所述分割晶体阵列的晶体间采用厚度为50μm的硫酸钡反射膜。5.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述晶体的表...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛明，杨永峰，邝忠华，柳正，王晓辉，桑子儒，任宁，吴三，丛龙瀚，孙涛，胡战利，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：