用于提高伽马射线闪烁探测器的能量分辨率的方法、相关联系统、部件和应用技术方案

本发明专利技术涉及一种用于在闪烁事件过程中提高伽马射线探测器的能量分辨率的方法，该伽马射线探测器包括单片闪烁器和分段式光电探测器，其特征在于以下步骤：‑检测第一光子到达所述光电探测器的时间；‑在传递时间(Te)的2与6倍之间的时间段T内对检测到的第一未散射光子的数量和位置进行计数；‑确定由一组第一未散射光子限定的圆盘的直径和位置；‑从所述检测到的第一未散射光子的位置确定闪烁事件的位置(X，Y)；‑在大于该闪烁器的衰减时间(T)的时间段Td内，对在所述圆盘内部的检测到的这些第一未散射光子的数量进行计数；‑定义伽马光子的能量，所述能量与在该圆盘内计数的未散射光子的数量成比例。本发明专利技术还涉及相关联的检测系统、微电子部件和被处理用于PET应用的闪烁器晶体、以及根据本发明专利技术的检测系统在PET和SPECT成像器中的使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过闪烁方法对伽马射线源的能量进行测量。更具体地，本专利技术涉及一种用于基于闪烁器提高伽马射线探测器的能量分辨率的方法。本专利技术还涉及其采取对辐射能量的测量的闪烁探测器的当前应用的集合，如，医学成像、伽马光谱、核物理学。目前，与闪烁晶体联系的大部分应用探索测量入射伽马射线的能量，为了组成入射辐射的光谱并在其中检测特征发射(例如，通过中子激活进行分析)，或者为了验证所检测到的辐射是我们正在寻找的信号而不是背景噪声(核成像：PET、SPECT......)。对于所有这些应用，伽马入射光子的能量的精确知识是探测器性能的最重要点之一。
技术介绍
在目前技术中，为了测量伽马光子的能量，测量在相互作用过程中发射的可见光子的数量。实际上，入射伽马光子的能量与通过闪烁发射的可见光子的数量之间存在关系，该闪烁适用于每一种闪烁晶体。根据所选择的晶体的类型，这种关系或多或少是线性的。就能量分辨率而言的最佳闪烁器目前是镧卤化物，镧卤化物的线性度对于能量＞100KeV较强。能量的测量精确度随着所收集的光子数量以及因此随着入射光子的能量而增长。但目前对于给定能量辐射，若干物理影响(相互作用的深度、堆叠、根据几何形状的不同量子收集......)导致有效检测到的光子数量的波动较强。因此，应该积累伽马光子的若干检测事件，并创建统计数据。用目前的光谱仪测量单个光子的能量不是非常精确。在目前和已知的配置中，根据应用能够具有各种几何形状(板、条、圆柱)的闪烁晶体具有出口面，在该出口面上收集闪烁所发射的光子。在一个时间段内通过光电探测器(光电倍增管、Si-PMT.......)检测这些光子，这取决于闪烁器的发射特性。通常，所发射的光子在等于至少衰减时间τ(闪烁器的光发射的减少时间段)的2到3倍的时间段内被积分。当前的方案提出了若干问题：首先，得到对光子的良好计数统计数据，在相当长时间段内每个事件所发射的辐射必须被积分。如果在这个时间段产生了另一相互作用，该信号被扰动。由于堆叠效果，这降低了测量能量的精确度。第二个问题包括根据晶体的几何形状的所收集的光子的数量。实际上，在晶体的界面上反射期间，一些光子丢失了。有效收集的光子的数量还根据晶体中的相互作用深度而变化。就能量分辨率而言的优化结果通常是针对圆柱测量的。针对板(SPECT)或像素(PET)获得的能量分辨率相对于这个优化结果被降低至通常1/1.5至1/2或更小。除此之外，尤其由于相互作用深度的问题，这种类型的探测器不是特别精确地测量相互作用的时间。由于这些限制，未检测到个体伽马分子的能量。积分了大量的个体事件，并且绘出了示出事件数量作为其能量的函数的图。特征伽马射线(即，511KeV)作为峰值出现在此图上，其宽度限定了探测器的能量分辨率。因此，本专利技术的目的是提出以下技术方案：--通过将其带到接近其理论最大值的值，以提高能量分辨率，该理论最大值由所发射的光子/光子能量的比例数给定-获得能量分辨率的值，该值不依赖于探测器的几何形状-减少堆叠的问题，大部分事件能够单独地测量-以少于闪烁器的理论能量分辨率的二倍的不确定性产生对每个个体事件的能量的估计-高度精确地确定相互作用的瞬间-能够通过电子装置的改变适配现有晶体。而且，本专利技术还描述了两种用于改善时间成像器操作的装置，比如申请PCT/FR2013/052672中所描述的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于在闪烁事件过程中提高伽马辐射探测器的能量分辨率的方法，该伽马辐射探测器包括单片闪烁器和分段式光电探测器，其特征在于以下步骤：-检测第一光子到达所述光电探测器的时间；-在传递时间(Tc)的2与6倍之间的所谓“积分时间”的时间段Ti内，对检测到的第一未散射光子的数量进行计数，并确定其定位；-确定圆盘的直径和位置，一组未散射光子的集合设置在该圆盘内部；-从所述检测到的第一未散射光子的定位确定闪烁事件的位置(X，Y)；-在大于该闪烁器的衰减时间(τ)的所谓“计数时间”段Td内，对设置在所述圆盘内部的未散射光子的数量进行计数；-定义伽马光子的能量，所述能量与在该圆盘内计数的未散射光子的数量成比例。优选地，在等于所述闪烁器的衰减时间的约2到3倍的时间段内对该圆盘内的这些光子进行计数，从而相对于常规方法减小测量每个伽马光子期间的不确定性。传递时间(Tc)指光在闪烁器中的特征传播时间，对于具有折射率n和厚度H的闪烁器。Tc＝H/(n/c)。衰减时间τ被定义为闪烁器的时间的减少或衰退。如果N0是这个闪烁器所发射的光子的总数，在瞬间t所发射的光子的数量遵守定律N＝N0exp(-t/τ)。具体地，根据未散射光子的圆盘的直径估计相互作用的位置Z，所述位置Z是所述相互作用的深度。“最接近的瞬间”指衰减时间(τ)与纳秒之间两个伽马光子碰撞之间的短暂间隙。本专利技术还涉及一种用于检测伽马辐射以便执行上述方法的系统，包括闪烁晶体，该闪烁晶体具有被抛光并通过具有小于1.5的折射率的光学密封件耦合至分段式光电探测器阵列的入口面和出口面，所述光电探测器由微电子部件读取，其特征在于，该系统能够在传递时间(Tc)的约2到6倍的时间段内测量第一光子的到达时间，测量所述第一光子的数量并确定其定位，确定圆盘的直径和位置，一组未散射光子设置在该圆盘内部，所述圆盘的最大直径与所述闪烁晶体的厚度成比例，并且在于，它能够针对每个像素在所述闪烁器的衰减时间(τ)的约2到3倍的时间段内对检测到的光子进行计数，从而以大于给定能量的该闪烁晶体的理论分辨率的二倍的精度测量单个伽马光子的能量。光子的到达时间和在时间段Ti内的计数用于确定未散射光子的位置。在时间段Td内积分用于测量光子的能量。根据本专利技术，该微电子读取部件被整合至数字Si-PM类型的光电探测器中或者在模拟Si-PM的情况下是ASIC类型的单独部件的形式。同样，闪烁晶体具有板、圆柱或条形式的几何形状。进一步，对于大于100KeV的能量辐射，闪烁晶体是镧卤化物或硅酸镥。另外，当有待检测的光子具有大于1MeV的能量时，闪烁晶体是任何类型。有利的是，闪烁晶体在该入口面上和该出口面上耦合至分段式光电探测器阵列，从而提高测量能量分辨率的精确度。本专利技术进一步涉及一种用于读取上述系统的光电探测器的组合ASIC类型的微电子部件。所述部件包括：模拟件，其能够以大约100ps量级的时间精度测量事件，以及数字件。此部件能够测量第一光子的到达时间，在等效于传递时间(Tc)的2到6倍的所谓积分时间的时间段Ti内对针对像素检测的光子数量进行计数，以及在约该闪烁器的衰减时间(τ)的2到3倍量级的时间段Td内对所检测到的光子的数量进行积分。有利地是，当在积分时间Ti期间已经撞击了该探测器的像素的光子负荷超过预定义阈值时，此部件还可以能够发送时间信号。本专利技术进一步涉及一种用于测量PET应用中的光分布的具有多个侧面和一个入口面的单片板形式的闪烁晶体；首先，通过折射率阶跃(indexstep)对所述侧面和该入口面进行处理以避免反射，然后，用黑色吸收剂覆盖，从而抵消所述表面上的反射。本专利技术进一步涉及一种用于在511KeV测量闪烁事件的光分布的具有多个侧面和一个入口面的单片板形式的闪烁晶体；用折射率树脂n＞1.7覆盖所述侧面和该入口面；所述树脂装载有吸收剂粒子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在闪烁事件过程中提高伽马辐射探测器的能量分辨率的方法，该伽马辐射探测器包括单片闪烁器(2)和分段式光电探测器(3)，该方法特征在于以下步骤：‑检测第一光子到达所述光电探测器(3)的每一分段的时间；‑在包括传递时间(Tc)的2倍与6倍之间的所谓“积分时间”的时间段Ti内，对检测到的第一未散射光子的数量进行计数，并确定其定位；‑确定圆盘的直径和位置，第一未散射光子设置在该圆盘内部；‑从所述检测到的第一未散射光子的所述定位确定闪烁事件的位置(X，Y)；‑在大于所述闪烁器的衰减时间(τ)的所谓“计数时间”的时间段Td内，对设置在所述圆盘内部的第一未散射光子的数量进行计数；‑定义伽马光子的能量，所述能量与在所述圆盘内计数的未散射光子的数量成比例。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.16 FR 14544171.一种用于在闪烁事件过程中提高伽马辐射探测器的能量分辨率的方法，该伽马辐射探测器包括单片闪烁器(2)和分段式光电探测器(3)，该方法特征在于以下步骤：-检测第一光子到达所述光电探测器(3)的每一分段的时间；-在包括传递时间(Tc)的2倍与6倍之间的所谓“积分时间”的时间段Ti内，对检测到的第一未散射光子的数量进行计数，并确定其定位；-确定圆盘的直径和位置，第一未散射光子设置在该圆盘内部；-从所述检测到的第一未散射光子的所述定位确定闪烁事件的位置(X，Y)；-在大于所述闪烁器的衰减时间(τ)的所谓“计数时间”的时间段Td内，对设置在所述圆盘内部的第一未散射光子的数量进行计数；-定义伽马光子的能量，所述能量与在所述圆盘内计数的未散射光子的数量成比例。2.根据权利要求1所述的用于提高探测器的能量分辨率的方法，其中，在等于所述闪烁器的衰减时间(τ)的约2倍到3倍的时间段内，对所述圆盘内的光子进行计数，从而减小对每个伽马光子的能量测量的不确定性。3.根据前述权利要求之一所述的用于提高探测器的能量分辨率的方法，其中，根据这些未散射的光子的所述圆盘的直径估计相互作用的位置Z，所述位置Z是所述相互作用的深度。4.一种用于检测伽马辐射以便执行根据权利要求1至3之一所述的方法的系统，包括闪烁晶体(2)，该闪烁晶体具有被抛光并通过光学密封件(4)耦合至分段式光电探测器(3)的入口面(1)和出口面(5)，由微电子部件对所述光电探测器进行读取，其特征在于，该系统能够在传递时间(Tc)的约2倍至6倍的时间段内测量第一光子的到达时间，测量所述第一光子的数量并确定其定位，确定圆盘的直径和位置，一组未散射光子设置在该圆盘内部，所述圆盘的最大直径与所述闪烁晶体的厚度成比例，并且在于，它能够针对每个像素在所述闪烁器的衰减时间(τ)的约2倍到3倍的时间段内对检测到的光子的数量进行计数，从而以大于给定能量的该闪烁晶体的理论分辨率的二倍的精度测量单个伽马光子的能量。5.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于，微电子读取部件被整合至数字S...

【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