一种基于部分连续晶体的PET探测器及PET成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于部分连续晶体的PET探测器及PET成像系统。本发明专利技术的PET探测器包括闪烁晶体阵列和单端读出的光电探测器阵列；其中，所述闪烁晶体阵列为多个复合晶体层沿X方向排列构成的阵列，相邻复合晶体层之间设有第一高反射率材料层；每个所述复合晶体层包含一块晶体阵列和一块连续晶体片，所述晶体阵列与所述连续晶体片之间为光学透明耦合；所述晶体阵列包括多根沿Y方向排列的晶体条，相邻晶体条之间设有第二高反射率材料层；各所述复合晶体层沿Z方向的两端面分别作为所述闪烁晶体阵列的输入端、输出端；X方向、Y方向和Z方向两两相互垂直；所述闪烁晶体阵列的输出端与所述光电探测器阵列的输入端面耦合。电探测器阵列的输入端面耦合。电探测器阵列的输入端面耦合。

【技术实现步骤摘要】
一种基于部分连续晶体的PET探测器及PET成像系统


[0001]本专利技术属于伽玛射线成像探测器领域，涉及一种具有深度分辨能力的PET探测器，尤其涉及一种基于部分连续晶体的PET探测器及PET成像系统。

技术介绍

[0002]正电子发射断层成像(positron emission tomography,PET)利用带正电子放射性核素标记的示踪剂在生物体内发生衰变、湮灭，产生一对背对背发射的511keV伽玛射线，通过符合探测与重建算法，能够在生物体正常的生理状态下，原位、无创地对示踪剂的分布进行定量的成像。PET最核心的部分是伽玛射线探测器，一般由闪烁晶体、光导、光电探测器件以及读出电子学构成。闪烁晶体将511keV的高能伽玛射线转化为大量可见光光子，可见光光子通过光导传播到光电器件上，并在光电器件内通过光电效应和电子倍增转化成大量电子，最终被读出电子学处理。探测器的作用是准确的记录伽玛射线在闪烁晶体内的发生作用位置、沉积能量和发生作用时间点。长期以来，Anger重心法都被用来计算二维的发生作用位置，该方法简单有效，但无法得到发生作用位置在深度方向的分辨。如果探测器缺乏作用深度(Depth of interaction,DOI)方向的分辨，会导致成像系统的图像分辨率恶化，尤其是对于斜入射的伽玛射线，该问题也被称为视差误差(Parallax error)。在PET探测器研究领域，当前已有多种具备DOI分辨的探测器设计出现，主要包括有：叠层闪烁体设计(Phoswich)、偏移结构(Offset structure)、双端读出(Dual ended readout)以及连续晶体结构(Monolithic crystal)，参考文献：MOHAMMADI I,CASTRO I F C,CORREIA P M M,et al.Minimization of parallax error in positron emission tomography using depth of interaction capable detectors:methods and apparatus[J].Biomedical Physics&Engineering Express,2019,5(6):062001。
[0003]叠层闪烁体是应用最为广泛的方法之一，它利用两种或多种具有不同发光特性的闪烁体材料上下堆叠而成；通过波形甄别方法能够对发生在不同层的伽玛作用事件进行区分。优势在于简单、可靠，其劣势在于DOI分辨受限于闪烁体材料的种类。
[0004]偏移结构方法是指不同层的晶体阵列之间偏移半个晶体像素，顶层晶体靠底层晶体的分光效果，在一张散点图上即可得到不同层的晶体像素编号。该方法的优势在于无需额外的电子学，解码方法简单；劣势在于，同一张散点图上得到不同DOI层，导致分层数较为受限(通常是两层)。
[0005]双端读出是指在晶体阵列的两个端面上耦合光电探测器件，配合晶体间的漫反射材料特性，利用两个端面的信号比值得到高精度的DOI分辨。目前为止，双端读出的方法可以得到最好的DOI分辨率；但其不足之处在于需要双倍的光电探测器件和电子学通道。
[0006]连续晶体是指一整块晶体耦合光电探测器件，其利用不同作用位置发出的闪烁光在光电探测平面的光分布不同，实现DOI的分辨。它的优势在于：具有高精度DOI分辨能力，不需要切割晶体和封装像素反射层，使得成本大为降低的同时探测效率进一步提高；但是其缺点也很明显：一方面，晶体变厚带来二维位置分辨和DOI分辨精度的显著下降；另一方
in monolithic scintillator PET detectors."Physics in Medicine and Biology 56(13):4135
‑
4145.；等等。
[0012]该探测器方案结合了晶体阵列和连续晶体的各自的优势，即使随着晶体厚度增加，分辨率也不会迅速下降，边缘分辨由于晶体阵列的存在而得到改善，并且在XY两个方向上的探测器标定简单可靠。
[0013]本专利技术的技术方案为：
[0014]一种基于部分连续晶体的PET探测器，其特征在于，包括闪烁晶体阵列和单端读出的光电探测器阵列；其中，
[0015]所述闪烁晶体阵列为多个复合晶体层1沿X方向排列构成的阵列，相邻复合晶体层之间设有第一高反射率材料层5；每个所述复合晶体层包含一块晶体阵列2和一块连续晶体片3，所述晶体阵列2与所述连续晶体片3之间为光学透明耦合；所述晶体阵列2包括多根沿Y方向排列的晶体条，相邻晶体条之间设有第二高反射率材料层4；各所述复合晶体层沿Z方向的两端面分别作为所述闪烁晶体阵列的输入端、输出端；X方向、Y方向和Z方向两两相互垂直；
[0016]所述闪烁晶体阵列的输出端与所述光电探测器阵列的输入端面耦合。
[0017]进一步的，所述复合晶体层中的晶体阵列2与连续晶体片3通过光学透明胶水粘合在一起。
[0018]进一步的，通过对一连续晶体片的一侧进行多次周期性的切槽，并用高反射率材料填充所述切槽，得到所述复合晶体层。
[0019]进一步的，所述连续晶体片3则是一整片晶体。
[0020]进一步的，所述第一高反射率材料层5的材料为硫酸钡、ESR或者二氧化钛；所述复合晶体层与所述第一高反射率材料层5之间用光学透明胶水粘合。
[0021]进一步的，所述闪烁晶体阵列为长方体；所述复合晶体层在Z方向的厚度为8
‑
30mm。
[0022]进一步的，所述闪烁晶体阵列除输出端之外封装有高反射率材料层。
[0023]进一步的，所述光电探测器阵列中的光电探测器为硅光电倍增管、位置灵敏型光电倍增管、微通道板、雪崩光电二极管或光电倍增管阵列。
[0024]进一步的，所述闪烁晶体阵列的输出端与所述光电探测器阵列的输入端面的耦合材料为光学透明材料。
[0025]本专利技术还提供一种PET成像系统，其特征在于，包括上述PET探测器。
[0026]本专利技术的优点如下：
[0027]相比叠层闪烁体和偏移结构方案，本专利技术方案能够获得更加高精度的DOI分辨率，这是由连续晶体片带来的优势；相比双端读出方案，本专利技术方案只采用了单端读出，大大减小了光电探测器件及相应的电子学成本；最重要的，相比连续晶体方案，本专利技术方案在继承了高精度DOI分辨率的同时，能够解决在连续晶体方案中随厚度增加带来的分辨率下降、边缘分辨率恶化和标定复杂的不足，是一种实用性强的、能够同时达到高探测器效率和高三维位置分辨的方案。如图1说明了该探测器的技术效果：该探测器复合层宽度为1.5mm，切槽深度为1mm。在Y方向，晶体阵列的像素大小为1.5mm；用重心法得到的该探测器的二维位置解码图，晶体条清晰可分；图1为该探测器的DOI方向的分辨结果，结果显示最优的DOI分辨
可达3.1mm。
附图说明
[0028]图1是本专利技术的效果图。
[0029]图2为本专利技术的部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于部分连续晶体的PET探测器，其特征在于，包括闪烁晶体阵列和单端读出的光电探测器阵列；其中，所述闪烁晶体阵列为多个复合晶体层(1)沿X方向排列构成的阵列，相邻复合晶体层之间设有第一高反射率材料层(5)；每个所述复合晶体层包含一块晶体阵列(2)和一块连续晶体片(3)，所述晶体阵列(2)与所述连续晶体片(3)之间为光学透明耦合；所述晶体阵列(2)包括多根沿Y方向排列的晶体条，相邻晶体条之间设有第二高反射率材料层(4)；各所述复合晶体层沿Z方向的两端面分别作为所述闪烁晶体阵列的输入端、输出端；X方向、Y方向和Z方向两两相互垂直；所述闪烁晶体阵列的输出端与所述光电探测器阵列的输入端面耦合。2.根据权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，所述复合晶体层中的晶体阵列(2)与连续晶体片(3)通过光学透明胶水粘合在一起。3.根据权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，通过对一连续晶体片的一侧进行多次周期性的切槽，并用高反射率材料填充所述切槽，得到所述复合晶体层。4.根据权利要求1或2或3所述的PET...

【专利技术属性】
技术研发人员：何文，顾峥，赵阳洋，赵鑫，黄文杰，张志在，
申请(专利权)人：深圳湾实验室，
类型：发明
国别省市：