PET探测器、PET成像系统及伽马射线定位方法技术方案

本发明专利技术提供了一种PET探测器、PET成像系统及伽马射线定位方法，该PET探测器包括探测器单元和读出电子学；探测器单元包括至少一个晶体组以及与晶体组对应的光探测器阵列；每个晶体组包括至少两层晶体阵列，不同层的晶体阵列中的闪烁晶体的光衰减时间不同；晶体组的用于伽马射线入射的一个侧面与各个闪烁晶体的横截面平行；光探测器阵列与相应晶体组底面的一层晶体阵列相互耦合。该PET探测器通过光探测器阵列侧面读出光衰减时间不同的多层晶体阵列，不仅能够同时实现伽马射线与闪烁晶体作用的位置和深度测量，而且降低了PET探测器的成本，可以使长轴向视野的PET成像系统在提高灵敏度的同时，保持高的空间分辨率。保持高的空间分辨率。保持高的空间分辨率。

【技术实现步骤摘要】
PET探测器、PET成像系统及伽马射线定位方法


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，尤其是涉及一种PET探测器、PET成像系统及伽马射线定位方法。

技术介绍

[0002]PET(Positron Emission Tomography，正电子断层扫描成像)是一种活体功能代谢成像技术，具有高灵敏度和高定量精度的优点，在心血管疾病、脑神经疾病和肿瘤早期诊断及治疗的早期评估方面具有广泛的应用；同时，PET也是脑科学研究、新治疗方法研究和新药物研发的重要工具。PET成像系统是通过符合探测特定药物发射的正电子湮灭所产生的伽马(γ)射线实现成像。具体地，特定药物发射的正电子与负电子结合发生湮灭辐射，产生两个具有一定能量、飞行方向相反的伽马射线；这两个伽马射线具有产生时间上的同时性并且几乎以相反的方向飞出，这使得可以在体外使用两个相对放置的探测器，利用符合技术对它们进行探测，现在常用封闭多环型探测器对这些伽马射线进行符合测量。
[0003]PET探测器是PET成像系统的核心组件，用于探测伽马射线发生的位置，通常由闪烁晶体、光探测器阵列及读出电子学组成。其中，闪烁晶体是一种能够有效吸收伽马射线并发出可见光的功能材料，光探测器阵列将伽马射线与闪烁晶体相互作用所产生的光子转变成电流信号，读出电子学对电流信号进行处理并输出所探测到的γ射线信息。
[0004]PET探测器中的闪烁晶体一般由许多截面小的长晶体组成，对于轴向视野超长的PET成像系统来说，虽然灵敏度得到了大幅度提高，但是PET探测器的深度不确定效应对PET成像系统的轴向空间分辨率的影响加重。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种PET探测器、PET成像系统及伽马射线定位方法，以在提高灵敏度的同时，保持高的空间分辨率。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种PET探测器，包括探测器单元和读出电子学；
[0007]所述探测器单元包括至少一个晶体组以及与所述晶体组对应设置的光探测器阵列；每个所述晶体组包括至少两层晶体阵列，不同层的所述晶体阵列中的闪烁晶体的光衰减时间不同；所述晶体组的用于伽马射线入射的一个侧面与各个所述闪烁晶体的横截面平行；所述光探测器阵列与相应晶体组底面的一层晶体阵列相互耦合；
[0008]所述读出电子学与所述探测器单元中的光探测器阵列连接；所述光探测器阵列用于将伽马射线与所述晶体组相互作用所产生的光子转换成电信号；所述读出电子学用于将所述光探测器阵列输出的电信号处理成与位置相关的能量信号，以便后续基于所述能量信号确定伽马射线与所述晶体组发生相互作用的位置和深度。
[0009]进一步地，所述探测器单元包括两个所述晶体组，两个所述晶体组堆叠设置。
[0010]进一步地，所述闪烁晶体的材料包括硅酸钇镥LYSO、硅酸钆GSO、硅酸钇YSO、镥精细硅酸盐LFS、锗酸铋BGO、硅酸镥LSO、氟化钡BaF2、碘化铯CsI、碘化钠NaI、钨酸铅、溴化镧
LaBr3中的至少两种。
[0011]进一步地，不同层的所述晶体阵列中的闪烁晶体的光衰减时间之间的差值大于或等于10ns。
[0012]进一步地，所述光探测器阵列包括以下中的任一种：位置灵敏型光电倍增管阵列、微通道板、雪崩光电二极管阵列、硅光电倍增管阵列、多像素光子计数器和光电倍增管阵列。
[0013]进一步地，每层所述晶体阵列中的各个所述闪烁晶体之间采用反射膜隔开，不同层的所述晶体阵列中的各个所述闪烁晶体之间采用耦合剂耦合，所述耦合剂包括空气或光学胶。
[0014]进一步地，所述PET探测器应用于动物体成像的PET成像系统，单个所述闪烁晶体的横截面的尺寸为1～2mm，单个所述闪烁晶体的长度为10～20mm；或者，所述PET探测器应用于人体成像的PET成像系统，单个所述闪烁晶体的横截面的尺寸为3～6mm，单个所述闪烁晶体的长度为20～30mm。
[0015]进一步地，所述探测器单元为多个，各个所述探测器单元成环形排列。
[0016]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种PET成像系统，包括第一方面所述的PET探测器，还包括与所述PET探测器中的读出电子学连接的数据处理设备；所述数据处理设备用于获取所述读出电子学输出的能量信号，并基于所述能量信号确定伽马射线与所述晶体组发生相互作用的位置和深度。
[0017]第三方面，本专利技术实施例还提供了一种伽马射线定位方法，应用于第二方面所述的PET成像系统中的数据处理设备；所述方法包括：
[0018]获取所述读出电子学输出的能量信号；其中，所述能量信号包括第一能量数据和第二能量数据，所述第一能量数据包括叠加到X方向后X方向不同位置处的能量值，所述第二能量数据包括叠加到Z方向后Z方向不同位置处的能量值，所述X方向为每层所述晶体阵列中的各个所述闪烁晶体的排列方向，所述Z方向为所述闪烁晶体的长度方向；
[0019]采用重心法、能量加权法或位置加权迭代算法，根据所述第一能量数据，确定伽马射线的X方向作用位置；
[0020]根据所述第二能量数据，获取Z方向的输出脉冲波形和Y方向查找数据；通过对所述输出脉冲波形进行脉冲形状甄别，确定与伽马射线发生作用的目标晶体阵列；根据所述Y方向查找数据、所述目标晶体阵列和预先建立的Y坐标查找表，确定伽马射线的Y方向作用位置；其中，所述Y方向查找数据包括所述第二能量数据的标准偏差或所述第二能量数据中的最大值与所述第二能量数据对应的总能量值的比值；
[0021]采用重心法、能量加权法或最大似然法，根据所述第二能量数据，确定伽马射线的作用深度。
[0022]进一步地，通过对所述输出脉冲波形进行脉冲形状甄别，确定与伽马射线发生作用的目标晶体阵列的步骤，包括：
[0023]通过延迟积分法或过阈值脉冲宽度法对所述输出脉冲波形进行脉冲形状甄别，确定与伽马射线发生作用的目标晶体阵列。
[0024]进一步地，采用重心法、能量加权法或最大似然法，根据所述第二能量数据，确定伽马射线的作用深度的步骤，包括：
[0025]根据所述第二能量数据，计算每个事件落到不同Z位置的概率；其中，一个所述事件指伽马射线与所述晶体组发生一次相互作用；
[0026]根据概率最大的Z坐标和预先建立的深度查找表，确定伽马射线的作用深度。
[0027]进一步地，所述方法还包括：
[0028]获取对所述PET探测器中YZ平面上的多个预设位置照射伽马射线时，所述读出电子学输出的与每个所述预设位置对应的第三能量数据；所述第三能量数据包括叠加到Z方向后Z方向不同位置处的能量值；
[0029]计算每个所述预设位置对应的Y方向标准数据，所述Y方向标准数据包括所述第三能量数据的标准偏差或所述第三能量数据中的最大值与所述第三能量数据对应的总能量值的比值；根据各个所述预设位置对应的Y方向标准数据、各个所述预设位置所处的晶体阵列和各个所述预设位置的实际Y坐标，建立所述Y坐标查找表；
[0030]根据所述第三能量数据，计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PET探测器，其特征在于，包括探测器单元和读出电子学；所述探测器单元包括至少一个晶体组以及与所述晶体组对应设置的光探测器阵列；每个所述晶体组包括至少两层晶体阵列，不同层的所述晶体阵列中的闪烁晶体的光衰减时间不同；所述晶体组的用于伽马射线入射的一个侧面与各个所述闪烁晶体的横截面平行；所述光探测器阵列与相应晶体组底面的一层晶体阵列相互耦合；所述读出电子学与所述探测器单元中的光探测器阵列连接；所述光探测器阵列用于将伽马射线与所述晶体组相互作用所产生的光子转换成电信号；所述读出电子学用于将所述光探测器阵列输出的电信号处理成与位置相关的能量信号，以便后续基于所述能量信号确定伽马射线与所述晶体组发生相互作用的位置和深度。2.根据权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，所述探测器单元包括两个所述晶体组，两个所述晶体组堆叠设置。3.根据权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，所述闪烁晶体的材料包括硅酸钇镥LYSO、硅酸钆GSO、硅酸钇YSO、镥精细硅酸盐LFS、锗酸铋BGO、硅酸镥LSO、氟化钡BaF2、碘化铯CsI、碘化钠NaI、钨酸铅、溴化镧LaBr3中的至少两种。4.根据权利要求3所述的PET探测器，其特征在于，不同层的所述晶体阵列中的闪烁晶体的光衰减时间之间的差值大于或等于10ns。5.根据权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，所述光探测器阵列包括以下中的任一种：位置灵敏型光电倍增管阵列、微通道板、雪崩光电二极管阵列、硅光电倍增管阵列、多像素光子计数器和光电倍增管阵列。6.根据权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，每层所述晶体阵列中的各个所述闪烁晶体之间采用反射膜隔开，不同层的所述晶体阵列中的各个所述闪烁晶体之间采用耦合剂耦合，所述耦合剂包括空气或光学胶。7.根据权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，所述PET探测器应用于动物体成像的PET成像系统，单个所述闪烁晶体的横截面的尺寸为1～2mm，单个所述闪烁晶体的长度为10～20mm；或者，所述PET探测器应用于人体成像的PET成像系统，单个所述闪烁晶体的横截面的尺寸为3～6mm，单个所述闪烁晶体的长度为20～30mm。8.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的PET探测器，其特征在于，所述探测器单元为多个，各个所述探测器单元成环形排列。9.一种PET成像系统，其特征在于，包括权利要求1
‑
8中任一项所述的PET探测器，还包括与所述PET探测器中的读出电子学连接的数据处理设备；所述数据处理设备用于获取所述读出电子学输出的能量信号，并基于所述能量信号确定伽马射线与所述晶体组发生相互作用的位置和深度。10.一种伽马射线定位方法，其特征在于，应用于权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵斌清，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：