基于晶体侧面耦合SiPM的PET探测器及其读出方法技术

本发明专利技术属于医学影像设备技术领域，具体涉及基于晶体侧面耦合SiPM的PET探测器及其读出方法。包括晶体阵列、SiPM侧面耦合阵列、前端读出电路和数据获取系统；晶体阵列用于接收伽马射线，并使伽马射线在晶体阵列中能量沉积产生可见光；SiPM侧面耦合阵列用于将可见光转换为电信号；前端读出电路用于将SiPM侧面耦合阵列输出的电信号经过放大成形、甄别、模数转换处理，得到时间和能量信息；数据获取系统用于将前端读出电路得到的信号数字化信息进行计算，得到最终的能量、时间和位置信息。本发明专利技术具有能够减小光子在晶体中的渡越时间，提高时间分辨率性能和光收集效率的特点。辨率性能和光收集效率的特点。辨率性能和光收集效率的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于晶体侧面耦合SiPM的PET探测器及其读出方法


[0001]本专利技术属于医学影像设备
，具体涉及基于晶体侧面耦合SiPM的PET探测器及其读出方法。

技术介绍

[0002]目前，基于硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)探测器件由于其良好的能量和时间分辨率以及磁兼容性能，越来越多地应用在正电子发射计算机断层显像(Positron Emission Tomography，PET)系统中。其原理是利用探测器晶体模块捕获的高能Gamma光子转化成的低能可见光信号，然后通过SiPM转换为电信号，再利用能量测量装置和时间测量装置(Time
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Digital Converter,TDC)得到该电信号的能量和达到时间信息。然后利用后端的符合判选等方法筛选出有效信号，进而通过图像重建算法得到光子产生的精准位置。基于飞行时间(Time
‑
of
‑
Flight，TOF)的重建方案能够实现放射源更加准确的定位，进一步提高图像质量。TOF技术的实现依赖于高精度的时间测量分辨率。
[0003]然而，在目前主流的TOF
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PET中，因受技术限制，时间分辨难以进一步提高。现有传统的端面耦合方案，时间测量性能较低，难以满足高精度的时间测量分辨率。
[0004]因此，设计一种能够减小光子在晶体中的渡越时间，提高时间分辨率性能和光收集效率的PET探测器，就显得十分必要。
[0005]例如，申请号为CN201510343766.4的中国专利技术专利所述的一种基于SiPM的PET系统的延时测算方法，通过在PET系统的像素化PET探测器环的视野中心设置校正棒源，并在不改变校正棒源位置的前提下，通过一次数据采集，获得所有PET探测器的响应线数据，进而得到不同的像素化探测器的通道之间的时间谱，经过1对1读出方式分析像素化PET探测器环的每一层(i+1)个像素之间的时间延迟及j层i号像素之间的时间延迟，获得整个像素化PET探测器环的i*j个像素化探测器之间的时间延迟数据。虽然只需将时间延迟数据反馈到硬件中，即可实现整个基于SiPM的PET系统的所有像素化探测器通道之间的时间校准，有效提高PET系统的时间分辨率，从而达到提高PET系统图像质量目的，但是其缺点在于，由于还是采用端面耦合方案，提高的时间分辨率有限，不利于TOF技术的实现，难以实现放射源更加准确的定位，进而提高图像质量。

技术实现思路

[0006]本专利技术是为了克服现有技术中，传统的PET探测器采用端面耦合方案，造成PET系统的时间测量性能较低，难以满足高精度的时间测量分辨率的问题，提供了一种能够减小光子在晶体中的渡越时间，提高时间分辨率性能和光收集效率的基于晶体侧面耦合SiPM的PET探测器及其读出方法。
[0007]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]基于晶体侧面耦合SiPM的PET探测器，包括晶体阵列、SiPM侧面耦合阵列、前端读出电路和数据获取系统；所述晶体阵列的其中一个侧面通过光学胶质与SiPM侧面耦合阵列
耦合；所述晶体阵列用于接收伽马射线，并使伽马射线在晶体阵列中能量沉积产生可见光；所述SiPM侧面耦合阵列用于将可见光转换为电信号；所述前端读出电路用于将SiPM侧面耦合阵列输出的电信号经过放大成形、甄别、模数转换处理，得到所述电信号的时间和能量信息；所述数据获取系统用于将所述前端读出电路得到的信号数字化信息进行计算，得到最终的能量、时间和位置信息。
[0009]作为优选，所述晶体阵列由8
×
8个LYSO晶体组成，各个LYSO晶体之间通过反射层耦合。
[0010]作为优选，所述晶体阵列的两个端面和三个侧面均通过反射膜包裹。
[0011]作为优选，所述晶体阵列表面均通过抛光处理。
[0012]作为优选，所述SiPM侧面耦合阵列是由3片4mm
×
4mm的SenSL
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J系列SiPM组成；所述SiPM侧面耦合阵列耦合在所述LYSO晶体的侧面。
[0013]作为优选，所述前端读出电路包括能量检出电路和时间检出电路；所述能量检出电路包括第一加法器和模数转换器，所述第一加法器和模数转换器电连接；所述时间检出电路包括第二加法器和比较器，所述第二加法器和比较器电连接。
[0014]作为优选，所述第一加法器和第二加法器均与SiPM侧面耦合阵列通信连接；所述模数转换器和比较器均与数据获取系统连接。
[0015]作为优选，所述数据获取系统包括可编程器件；所述可编程器件内置有数据处理单元。
[0016]本专利技术还提供了基于晶体侧面耦合SiPM的PET探测器的读出方法，包括以下步骤：
[0017]S1，输入伽马射线，所述晶体阵列的端面接收伽马射线，所述伽马射线在晶体阵列中能量沉积产生可见光；
[0018]S2，步骤S1中产生的可见光进入SiPM侧面耦合阵列，所述SiPM侧面耦合阵列将可见光转换为电信号；
[0019]S3，将所述SiPM侧面耦合阵列输出的电信号经过放大成形、甄别、模数转换处理，得到所述电信号的时间和能量信息；
[0020]S4，将所述前端读出电路得到的信号数字化信息进行计算，得到最终的能量、时间和位置信息。
[0021]作为优选，步骤S3包括如下步骤：
[0022]S31，针对能量信号，将所述SiPM侧面耦合阵列输出的模拟信号加和，并通过模数转换器转换为数字信号，最终送入后端的数据获取系统中；
[0023]S32，针对时间信号，将晶体阵列中每行晶体和SiPM侧面耦合阵列产生的信号加和，通过比较器进行前沿定时，再将晶体阵列中每行产生的数字脉冲信号通过或运算处理后送入后端的数据获取系统进行时间计算，最终获得电信号的到达时间信息。
[0024]本专利技术与现有技术相比，有益效果是：(1)本专利技术提出晶体侧面耦合SiPM的探测器的读出方法，能够减小光子在晶体中的渡越时间，提高时间分辨率性能和光收集效率；(2)本专利技术相比传统的端面耦合方案，能够大幅提高探测器的时间测量性能，能够好于100ps，同时大幅提高光收集效率，能够好于95％。
附图说明
[0025]图1为本专利技术中基于晶体侧面耦合SiPM的PET探测器的一种结构示意图；
[0026]图2为本专利技术中LYSO晶体与SiPM的一种耦合示意图；
[0027]图3为本专利技术中前端读出电路的一种结构示意图；
[0028]图4为本专利技术中前端读出电路的一种电路图；
[0029]图5为传统耦合方式和本专利技术耦合方式的光收集效率仿真后的一种效果图；
[0030]图6为传统耦合方式和本专利技术耦合方式的时间分辨率仿真后的一种效果图。
[0031]图中：晶体阵列1、SiPM侧面耦合阵列2、前端读出电路3、数据获取系统4、LYSO晶体5、AMP放大器6。
具体实施方式
[0032]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于晶体侧面耦合SiPM的PET探测器，其特征在于，包括晶体阵列、SiPM侧面耦合阵列、前端读出电路和数据获取系统；所述晶体阵列的其中一个侧面通过光学胶质与SiPM侧面耦合阵列耦合；所述晶体阵列用于接收伽马射线，并使伽马射线在晶体阵列中能量沉积产生可见光；所述SiPM侧面耦合阵列用于将可见光转换为电信号；所述前端读出电路用于将SiPM侧面耦合阵列输出的电信号经过放大成形、甄别、模数转换处理，得到所述电信号的时间和能量信息；所述数据获取系统用于将所述前端读出电路得到的信号数字化信息进行计算，得到最终的能量、时间和位置信息。2.根据权利要求1所述的基于晶体侧面耦合SiPM的PET探测器，其特征在于，所述晶体阵列由8
×
8个LYSO晶体组成，各个LYSO晶体之间通过反射层耦合。3.根据权利要求2所述的基于晶体侧面耦合SiPM的PET探测器，其特征在于，所述晶体阵列的两个端面和三个侧面均通过反射膜包裹。4.根据权利要求3所述的基于晶体侧面耦合SiPM的PET探测器，其特征在于，所述晶体阵列表面均通过抛光处理。5.根据权利要求2所述的基于晶体侧面耦合SiPM的PET探测器，其特征在于，所述SiPM侧面耦合阵列是由3片4mm
×
4mm的SenSL
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J系列SiPM组成；所述SiPM侧面耦合阵列耦合在所述LYSO晶体的侧面。6.根据权利要求1所述的基于晶体侧面耦合SiPM的PET探测器，其特征在于，所述前端读出电路包括能量检出电路和时间检出电路；所述能量检出电路包括第一加法器和模数转换器，所述第一加法器...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢磊，钱华，黄振强，吴国城，马聪，
申请(专利权)人：明峰医疗系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：