用于具有晶体间光共享的高分辨率飞行时间正电子发射断层摄影模块的功率高效复用的系统和方法技术方案

为具有带有多个光学传感器的光学传感器阵列的粒子检测系统提供了针对能量和时间信息二者的复用方案。每个光学传感器与多个闪烁体模块相关联。该系统具有包括多个拟柱体段的分段拟柱体光导。每个段与多个光学传感器相关联，其中光学传感器是相邻的。每个闪烁体模块的一端与其相关联的光学传感器接触，并且另一端与其相关联的段接触。多个光学传感器可以分别连接到能量读出通道，使得与同一段相关联的光学传感器不连接到同一能量读出通道。每个能量读出通道具有与之相关联的至少两个时间戳。量读出通道具有与之相关联的至少两个时间戳。量读出通道具有与之相关联的至少两个时间戳。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于具有晶体间光共享的高分辨率飞行时间正电子发射断层摄影模块的功率高效复用的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求提交于2020年10月7目的美国临时申请序列号63/088,718的权益和优先权，其全部内容通过引用结合于此。


[0003]本公开总体上涉及辐射成像的领域，尤其涉及正电子发射断层摄影(PET)。

技术介绍

[0004]用PET成像是一种强大的技术，主要用于癌症和神经精神疾病的诊断、治疗选择、治疗监测和研究。尽管PET具有较高的分子特异性、定量特性和临床可用性，但主要由于其相对较差的空间分辨率，PET尚不能释放其作为可靠的分子成像模式的全部潜力。已尝试了若干尝试来实现高分辨率PET，包括使用闪烁体模块到读出像素的n对一的耦合(其中n>1)(光学传感器)，这使得空间分辨率能够等于闪烁体模块的尺寸，而不增加读出侧(例如，光学传感器、连接器、读出ASIC)的成本。虽然其他尝试包括使用单片闪烁体模块并采用最近邻定位算法，但是n对一的耦合光共享是商业上最可行的选择，因为它们同时具有相互作用深度(DOI)和飞行时间(TOF)读出能力，这是因为在灵敏度和/或能量分辨率方面没有折衷。
[0005]然而，随着空间分辨率的提高，由于体素数量的增加，每次PET扫描的数据量大幅增加。深度编码对于减轻视差和充分获得高分辨率PET的益处来说是必要的，但深度编码还加剧了数据尺寸问题，因为响应线(LOR)的数量作为DOI仓(bin)数量的函数呈指数增长。将高分辨率与TOF读出相结合也促使PET中更大的数据尺寸，因为每个通道每像素读出一个时间戳，即使每个事件通常不使用多个时间戳，也仍然使得该过程计算效率低下。
[0006]随着数据的增加，光学传感器和读出ASIC之间的连接数量增加，在实践中将增加装置产生的热量。
[0007]读出系统通常利用读出像素与通道之间的一对一耦合。然而，这种读出方法效率低下，因为每次事件并不需要读出所有像素。
[0008]为了降低PET的计算成本，提出了信号复用(multiplexing)技术来减小数据尺寸和复杂度，藉由复用技术，将每个事件中由多个光学传感器(像素)读出的信号加在一起。然而，在信号是复用的情况下，解决方案必须仍然能够确定主光学传感器(像素)相互作用、主闪烁体模块相互作用、DOI和TOF。
[0009]在采用复用的一个或多个已知系统中，所使用的检测器模块不具有深度编码能力(因此，复用读出方案尚未显示出与DOI读出一起工作)，而深度编码能力对于实现TOF的系统级的空间分辨率均匀性或高时间分辨率能力是至关重要的。复用方案也可能影响时间分辨率。

技术实现思路

[0010]因此，公开了一种粒子检测系统，其可以包括光学传感器阵列、闪烁体阵列和分段光导。光学传感器阵列可以包括第一多个光学传感器。每个光学传感器可以对应于一个像素。闪烁体阵列可以包括第二多个闪烁体模块。闪烁体模块的数量可以大于光学传感器的数量。多个闪烁体模块可以在相应闪烁体模块的第一端与相应光学传感器接触。分段光导可以包括多个拟柱体段(prismatoid segment)。分段光导可以与第二多个闪烁体模块的第二端接触。每个拟柱体段可以与跟至少两个不同的光学传感器接触的闪烁体模块接触。所述至少两个不同的光学传感器可以是相邻的光学传感器。每个拟柱体段可以被配置成在与相应拟柱体段接触的闪烁体模块之间重定向粒子。
[0011]该系统还可以包括第三多个能量读出通道。多个光学传感器可以分别连接到能量读出通道，使得与同一拟柱体段相关联的光学传感器可以不连接到同一能量读出通道。每个能量读出通道可以具有与之相关联的至少两个时间戳。
[0012]在本公开的一个方面，光学传感器可以被布置成行和列。一行中的相邻光学传感器可以连接到不同的能量读出通道，并且一列中的相邻光学传感器可以连接到不同的能量读出通道。
[0013]在本公开的一个方面，该系统还可以针对每个能量读出通道包括至少两个比较器，所述至少两个比较器连接到同一能量读出通道的多个光学传感器。(同一能量读出通道的)每个比较器可以具有不同的阈值。比较器可以连接到阳极或阴极。
[0014]在本公开的一个方面，能量读出通道可以连接到与时间信息相同或不同的端子。
[0015]在本公开的一个方面，四个光学传感器可以连接到同一能量读出通道。
[0016]在本公开的一个方面，可以有闪烁体模块到光学传感器的不同耦合，诸如四对一耦合或九对一耦合。
[0017]在本公开的一个方面，该系统还可以包括第一处理器，其被配置成在读出期间对第一多个光学传感器加偏压，并经由第三多个能量读出通道接收输出和与每个能量读出通道相关联的至少两个时间戳。
[0018]在本公开的一个方面，该系统还可以包括与第一处理器通信的第二处理器。第二处理器可以被配置成基于接收到的至少两个时间戳来确定事件的时间参数(timing parameter)。
[0019]在本公开的一个方面，时间参数可以是基于所述至少两个时间戳的组合。在一些方面，时间参数可以至少基于最快的时间戳。在一些方面，时间参数可以是基于接收到的至少两个时间戳的线性回归分析。
[0020]在本公开的一个方面，第二处理器还可以被配置成基于时间参数来确定符合(coincident)检测模块之间的飞行时间(TOF)。
[0021]在本公开的一个方面，第二处理器还可以被配置成确定针对事件的主相互作用像素、主相互作用闪烁体模块或相互作用深度中的至少一个。在本公开的一个方面，第二处理器可以选择与所确定的主相互作用像素相关联的至少两个时间戳来确定时间参数。
[0022]在本公开的一个方面，第二处理器可以被配置成使用机器学习模型来确定TOF，所述机器学习模型输入有来自符合检测模块的接收到的至少两个时间戳。
附图说明
[0023]图1A示出了根据本公开的方面的复用方案，根据本公开的方面，对光学传感器的阴极进行复用以提供能量信息，并且对光学传感器的阳极进行复用以提供多个时间戳；
[0024]图1B示出了针对一个能量通道的复用方案和相关联的时间戳，其中，对光学传感器的阳极进行复用以提供能量信息，并且对光学传感器的阴极进行复用以提供时间戳；
[0025]图1C示出了针对一个能量通道的复用方案和相关联的时间戳，其中，对光学传感器的阳极进行复用以提供能量信息和时间戳；
[0026]图2A示出了根据本公开的方面的具有闪烁体模块到光学传感器的四对一耦合的粒子检测装置；
[0027]图2B示出了根据本公开的方面的粒子检测系统，其中存在闪烁体模块到光学传感器的四对一耦合；
[0028]图3A示出了针对闪烁体模块到光学传感器的四对一耦合的分段光导和光学传感器的俯视图，其中分段光导的段有三种不同的设计；
[0029]图3B示出了根据本公开的方面的分段光导的段的3D视图的示例；
[0030]图4示出了根据本公本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种粒子检测系统，包括：光学传感器阵列，其包括第一多个光学传感器，阵列中的每个光学传感器对应于一个像素；闪烁体阵列，其包括第二多个闪烁体模块，第二多个闪烁体模块大于第一多个光学传感器，其中，多个闪烁体模块在相应闪烁体模块的第一端与相应光学传感器接触；以及分段光导，其包括多个拟柱体段，分段光导与第二多个闪烁体模块的第二端接触，每个拟柱体段与跟至少两个不同的光学传感器接触的闪烁体模块接触，所述至少两个不同的光学传感器是相邻的光学传感器，并且其中，每个拟柱体段被配置成在与相应拟柱体段接触的闪烁体模块之间重定向粒子，其中，存在第三多个能量读出通道，其中，多个光学传感器分别连接到能量读出通道，使得与同一拟柱体段相关联的光学传感器不连接到同一能量读出通道，并且其中，每个能量读出通道具有与之相关联的至少两个时间戳。2.根据权利要求1所述的粒子检测系统，其中，所述至少两个时间戳是三个时间戳。3.根据权利要求1或权利要求2所述的粒子检测系统，还针对每个能量读出通道包括至少两个比较器，所述至少两个比较器连接到同一能量读出通道的多个光学传感器，所述至少两个比较器中的每一个具有不同的阈值。4.根据权利要求3所述的粒子检测系统，其中，所述至少两个比较器连接到所述多个光学传感器的每个相应阳极。5.根据权利要求3所述的粒子检测系统，其中，所述至少两个比较器连接到所述多个光学传感器的每个相应阴极。6.根据权利要求3所述的粒子检测系统，其中，第三多个能量读出通道和所述至少两个比较器连接到光学传感器的不同端子。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的粒子检测系统，其中，连接到同一能量读出通道的所述多个光学传感器的数量为4个。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的粒子检测系统，其中，有闪烁体模块到光学传感器的四对一耦合。9.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：纽约州州立大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：