CN101796428A - 减小了边缘效应的检测器 - Google Patents

Abstract

提供了一种辐射检测器及其子组件的多个实施方案，它具有一个闪烁体，该闪烁体带有一个面，以及一个反射体，该反射体被构造和安排为将离开该闪烁体的大部分的光以一个角度重新指向，该角度与光离开该面时行进的方向相比是在45度到135度的一个范围之内。在其他实施方案中提供了一种方法，该方法包括：接收进入具有一个面的一个闪烁体的辐射、响应于该辐射用该闪烁体产生光、允许该光的至少一部分离开该面、并且用一个反射体以一个角度反射离开该面的大部分的光，该角度与光离开该面时行进的方向相比是在45度到135度的一个范围之内。其他实施方案是针对一种反射体，该反射体包括多个棱镜，这些棱镜具有一个第一面以及一个第二面，并且在该第一面上带有一个阻挡件。

Description

减小了边缘效应的检测器

技术领域

本申请总体上是针对包括多个闪烁体的辐射检测器。

背景技术

结合了通常处于单晶材料形式的闪烁体的辐射检测器被使用在范围从油井记录到医学成像的多种应用之中。典型地，这类检测器包括一个或者多个闪烁体，该闪烁体被光学联接到能够将光转换为电的一个或多个光检测器上。当这样一个检测器经受一个辐射事件时，该闪烁体响应于该辐射而产生光，并且这些光检测器可以将光转换为电，而电被用来电子地记录该事件。

一些辐射检测器(如在医学成像中)能够根据多个辐射事件来成像。医学成像通常是通过注射、摄取、吸入、或其他适当的手段在一个患者体内引入一种放射性药学物质来实现的。该放射性药物的一种放射性同位素选择性地移动到有待检查的组织中并且从中放出γ辐射。该辐射可以被感测到并且被用来产生该组织的一个图像，以便为适当的治疗提供诊断信息。

对来自生物组织的辐射的感测典型地是通过一个检测器来完成，通常称之为γ相机。这样一个相机可以使用在PET(正电子放射断层摄影术)或SPECT(单光子放射计算的断层摄影术)模态中并且可能以一个检测器头为特征，该检测器头包括一个圆形或矩形的相机板，该相机板被光学联接到一个对应的二维阵列的位置传感光检测器(典型为光电倍增管(PMT))上。该阵列的光检测器可以具有相机板的视野，该相机板的主要尺寸典型地约为30厘米或更大。重达数百磅的检测器头被用来制作二维图像，有时以一种静态模式而有时以一种扫描模式。它们还可以通过从不同角度对同一个目标摄取多个视图并且使用计算机逻辑图像重建技术来制作三维图像。这可能包括或不包括使用飞行时间的测量。

所谓的“γ相机板”是用于将辐射转换为光的一种大面积的装置并且最常见地是以一种晶体切片(如掺杂有用于活化的铊的碘化钠)形式的一个闪烁体的组件，该组件被气密地密封在一个壳体中。该壳体由一种浅的铝盘“后盖”构成，该铝盘后盖覆盖有围绕该后盖周长粘合到其上的一个光学窗口。在晶体与窗口之间典型地提供一个光学界面以便改进该联接。

在运行中，来自目标的辐射从相机板的后盖辐射入口侧进入晶体。辐射与闪烁体相互作用从而在其内部引发闪烁光。该光经过该光学窗口从该板中穿出并且进入一个PMT阵列之中，该阵列被联接到其外表面上以便将光转换为电信号。这些电信号被送到一个数字处理器中用于以图形形式构建图像信息。该处理器的软件可以有能力对于在晶体内部在其产生点与其从窗口进入这些光电倍增管中出口之间的播散在某种程度上进行计算。这种播散导致了重建图像分辨率的某些损失而在此方面是令人不希望的，但是它同时在某种程度上对于通过比较几个邻近的光电倍增管对同一闪烁事件的信号响应来确定位置信息也是必要的。

在成像应用中，辐射检测器继续受制于在该检测器的边缘处较低的分辨率(“边缘效应”)，这可能减小闪烁体的有用的面积。这种效应是由发生在该闪烁体的一个边缘附近的辐射事件引起的，这些辐射事件从该边缘被反射从而使之更难以准确地确定这类事件的位置。在实践中，并不总是有可能将检测器放在感兴趣的区域的中心，这使得边缘分辨率潜在地很重要。已经提出了对边缘效应的不同解决方案，包括使用扩散反射器(例如，见授予Pergrale等人的美国专利号4,284,891)、以及在闪烁体的一个周边区域或靠近一个边缘的光学窗口中提供的一个或多个光导(例如，见授予Juni的美国专利号7,138,638)。

发明内容

在一个实施方案中提供了具有一个闪烁体的一个组件，该闪烁体包括一个面以及一个反射体，该反射体被构造并且安排为将离开该闪烁体的面的大部分的光以一个角度重新指向，该角度与光在离开该面时行进的方向相比是在45度到135度的一个范围之内。

在另一个实施方案中提供了检测辐射的一种方法。该方法包括：接收进入具有一个面的一个闪烁体中的辐射、响应于该辐射用该闪烁体产生光、允许该光的至少一部分离开该面、并且用一个反射体以一个角度反射离开该面的大部分的光，该角度与光在离开该面时行进的方向相比是在45度到135度的一个范围之内。

在另一个实施方案中，提供了包括多个棱镜的一个反射体，这些棱镜具有一个第一面以及一个第二面并且进一步包括在该第一面上的一个阻挡件。

附图说明

通过参见附图可以更好的理解本披露，并且使其众多特征和优点对于本领域的普通技术人员而言变得清楚。

图1A是根据一个实施方案的一个检测器的侧视图。

图1B是图1A的检测器的一个顶部示意性视图。

图2是根据一个实施方案的多个闪烁事件的一个图案。

图3A是根据一个实施方案的事件定位的模型。

图3B是根据一个实施方案的一个图像输出的模型。

图4A是根据一个实施方案的事件定位的模型。

图4B是根据一个实施方案的图像输出的模型。

图5是根据一个实施方案的一个反射体的侧视图。

图6是根据一个实施方案的一个反射体的侧视图。

图7是在现有技术检测器中的光行进的图示。

图8是在现有技术检测器中的光行进的图示。

图9是根据一个实施方案穿过一个反射体的光行进的图示。

图10是根据一个实施方案在一个检测器中光行进的图示。

在不同附图中使用相同的参考符号表示相似的或相同的事项。

具体实施方式

参见图1A与图1B，一个实施方案包括一个组件50(该组件可能是处于一种辐射检测器的形式)，该组件具有一个闪烁体10，该闪烁体包括一个面8以及一个反射体20，该反射体被构造和安排为将离开该闪烁体的面的大部分光以一个角度重新指向，该角度与光离开该面行进时的光的方向相比是在45度到135度的一个范围之内。在某些实施方案中，该组件可以进一步包括多个光检测器30、一个窗口40、和/或一种耦合剂60。尽管在此展示的整个检测器是圆形的，应该认识到可以根据应用以及其他因素来选择不同的其他规则的以及不规则的形状。

如在此使用的，一个闪烁体是能够将辐射转换为光的任何装置。在此提及的“辐射”是针对任何电离辐射，但典型地是γ辐射。所产生的光可以包括能够由该反射体反射以及由一个光检测器检测的任何波长，并且不必包括所有的、或任何可见光。

根据某些实施方案，特定的材料被用于闪烁体的构造，这些材料对于一种特定辐射检测应用具有令人希望的多种特性。在选择闪烁体时可能考虑的多种特性包括：辐射停止能力、光输出、衰减时间、以及类似特性。在一个实施方案中，该闪烁体是一种无机材料，该无机材料是一种本征闪烁体或者非本征闪烁体加上一种适当的掺杂剂。这样一种材料可以是单晶体或一种陶瓷，只要它具有足够的透明度以便对给定的应用提供希望水平的光输出，单晶体典型地展现出优秀的透明度。无机闪烁体可以包括：稀土硅酸盐类(如，镥钇氧化原硅酸盐)、稀土卤化物(如，氯化镧或溴化镧)、碱金属卤化物(如，碘化钠)、以及类似物。所选择的具体的晶体可以根据应用而改变。一般而言，对于SPECT相机，具有良好能量分辨率的相对高的光输出的晶体(例如，NaI，碘化钠)优于具有短的衰减时间的相对密集的晶体(例如，LYSO，BGO)，因为亮度以及能量分辨率可能比密度以及速度更加影响空间分辨率。在PET中，总体上相反的情况是成立的，因为在γ能量更高的地方，密度可能是更令人希望的。此外，衰减时间对于符合定时(coincident timing)可能是重要的。在另一个实施方案中，该闪烁体可以是一种有机材料，如一种塑料，而在多个具体的实施方案中可以是带有π轨道电子结构的环状化合物。有机闪烁体的特定实例包括：结晶蒽、聚乙烯基甲苯、以及萘掺杂的丙烯酸。与典型地使用在医学扫描中的这些γ射线相比，此类有机闪烁体可能更适合于测量中子和质子，以用于货物扫描或材料科学。

闪烁体的实施方案取决于其应用可以改变尺寸和形状。再次参见图1A以及图1B，在大多数实施方案中，闪烁体包括相反的面4、6，这些面对应地朝向和背离这些光检测器，以及至少一个额外的面8，该面可以被认为是闪烁体的边缘。例如，在闪烁体是矩形时可能具有四个这样的边缘面，而一个圆形的闪烁体可能仅具有一个边缘面。

闪烁体的多个具体实施方案可以包括一个单个的片或多个更小的片(如，多个像素)。在图1A以及图1B中所展示的实例实施方案包括一个、单个的晶体闪烁体。例如，具有多个像素形式的多个闪烁体的一个实施方案可以包括多个像素，这些像素测量横跨该面指向光检测器的1毫米、2毫米、或几毫米。此类像素可能与它们的宽度相比是更深的以便为具体实施方案提供的一个希望水平的停止能力。

在另一个实施方案中，一个闪烁体(例如，在一个γ相机内)可以包括一个单晶体，该单晶体横跨指朝向光检测器的一个面可以是10厘米或更小至25、50、75、100或更多厘米宽，但与其宽度相比是相对较浅的，如对于具体实施方案是在一厘米或二厘米厚的级别上。相对较大的单晶体闪烁体(如典型地使用在γ相机中的那些)可能特别适合于使用在多个实施方案中，这是因为缺少用来帮助限定光源的多个分离的像素并且因为在闪烁体的边缘区域与非边缘区域之间的光行为中的潜在更为突出的差别。虽然如此，多个实施方案仍可以改进像素化闪烁体中的分辨率，特别是那些存在的光检测器少于像素并且希望进行某种形式的定位的情况。

一个反射体可以包括多种实施方案，这些实施方案适合于被构造和安排为将离开该闪烁体的面的大部分的光以一个角度重新指向，该角度与光离开该面时行进的方向相比是在45度到135度的一个范围之内。这与扩散反射体的一种现有技术安排是相反的，该扩散反射体与朝向这个反射体的闪烁体的面大致平行并且与朝向这个或这些光检测器的闪烁体的面大致垂直。这样一种反射体(如果完美地进行扩散)将仅反射以一个角度离开该反射体的面的一半的光，该角度与光离开该面时行进的方向相比是在45度到135度的一个范围之内并且实际上将在此范围内反射实质性地更少的量。在多个具体实施方案中，该反射体可以被构造和安排为将离开一个闪烁体的面的大部分的光以一个角度重新指向，该角度与光离开该面时行进的方向相比是在50度到130度、60度到120度、或75度到105度的一个范围之内。

在多个具体的实施方案中，该反射体包括一个反射性的面，该反射性的面沿一个第一平面定位，该第一平面与一个第二平面相交，该第二平面沿该闪烁体朝向反射体的面定位。在这个面或这些面不是完美地平整的情况下，一个最佳配合的平面可以被认为沿一个面定位的平面。在一些实施方案中，该第一平面能够以一个角度与该第二平面相交，该角度在15度到165度的一个范围之内。

一个反射体的多个实施方案可以包括一种镜面反射体。这样一种镜面反射体可以被放置为与朝向它的闪烁体的面相比处于一个角度并且可以基于该放置角度使光重新指向。在一个具体实施方案中，其中朝向该反射体的闪烁体的面是与朝向这个或这些光检测器的闪烁体的面处于大约直角，一个镜面反射体可以被放置为与朝向它的面相比处于一个约30度、45度、或60度的角度。

在另一个实施方案中，一个反射体可以包括一个棱镜。该反射体的多个实施方案还可以具有多个周期性的表面特征，如在一个微棱镜膜的情况下。这类特征可以是规则的或不规则的，但是典型地将是在一种微棱镜膜中的多个规则的棱镜。如在图5中所展示，在一个实施方案中，一个微棱镜膜可以包括一材料片，该材料片具有一个光滑的侧面22以及具有一系列的微棱镜26的一个侧面24，这些具有宽度w以及高度h的微棱镜被定位并且成角度以便使光与该膜的这些侧面相比向上和向下偏移。在多个典型的实施方案中，这些表面特征具有一个平均高度，该平均高度明显地大于光的波长，如不小于1μm或更典型地不小于10μm、20μm、或者甚至50μm。对于一种更薄的反射体可以允许更小的特征。可商购的微棱镜膜包括来从St.Paul，Minnesota的3M中可获得的Vikuiti Transmissive RightAngle Film(TRAF)。

当对检测器增加相对较小宽度的反射体被安排为对光进行重新指向时，它们可以是特别令人希望的，因为例如它们可以协助在多个区域(如在空间有限的头部以及心脏)中的医学成像。微棱镜膜是反射体的一个实例，它将典型地对该检测器很少增加宽度，并因此对于某些实施方案是特别可取的。

微棱镜膜可以有益地以光滑侧面亦或带有这些微棱镜膜的侧面朝向该闪烁体来应用，虽然该光滑侧面可能更易于光学性地联接到该闪烁体上并且是在计算机模型中被证明提供了减小边缘效应的多种性能优点。在膜的光滑侧面背离该闪烁体的情况下，它可以被涂覆或以其他方式与一个镜面(类似镜子的)或者扩散反射体相接触。

在多个具体实施方案中，一个反射体的表面特征可以被处理为使得光被指向为仅从该材料的特定的面出来。在图6的示例实施方案中，微棱镜26在一个面上具有一个阻挡件28，该阻挡件限制了光能够被指向的路线，从而潜在地改进了光的采集以及图像的分辨率。在多个具体实施方案中，阻挡件28可以包括一个涂层或者层，如一个扩散或镜面反射体。

如在此使用的，“光学耦联”表示这些被耦联的物体被安排为使得光能够通过一个出来而进入另一之中。典型地，这意味着这些物体的光通过的面是彼此邻接的或彼此接触的。在多个具体实施方案中，额外的物体或材料可以被用来耦联这两个物体，如一个光管、光纤线、光学膏、环氧、有机硅橡胶或者甚至空气或其他气体或相对真空。在有待被光学耦联的这些物体包括一个微棱镜膜以及一个闪烁体的多个实施方案中，该膜可以被涂覆到该闪烁体上或者简单地与它邻接放置，同样可以通过一种耦合剂来进行耦联。在图1A的实施方案中，一种耦合剂60将反射体20光学耦联到闪烁体10上。

再次参见图1A以及图1B，本发明的组件50可以采取一个辐射检测器的形式并且可以包括一个或多个光检测器30。光检测器可以是能够将光从一个闪烁体转换为一种可以被记录的形式的任何装置。为了协助电子记录以及数据的处理，典型地将光转换为一种电信号。常见的光检测器包括PMT以及光电二极管。可以对这个或这些光检测器的尺寸、形状、性质、以及安排进行选择，以便提供对该闪烁体的足够的覆盖并提供有利的分辨率。

这些光检测器能够以任何方法被光学耦联到闪烁体上，这允许对于给定的应用以足够的效率从闪烁体中接受的光。此外，光学耦联可以被安排为使得这些光检测器不是直接与闪烁体邻接，这可以促进闪烁体光的扩散而因此促进定位。此外，该光学耦联可以被安排为使它围绕闪烁体形成一种密封，该密封在该闪烁体可以被它要在其中使用的环境损坏的地方(如，在该闪烁体是一种吸湿晶体的情况下)可以是特别令人希望的。在图1A以及图1B的示例实施方案中，该闪烁体以及这些光检测器使用一个窗口40进行光学耦联。该窗口可以由多种光导材料(如玻璃或塑料)形成。该材料的选择可以根据成本、机加工的容易度(塑料总体上比玻璃更便宜并且更易加工)、密封特性(对于气密密封玻璃优于塑料)、以及类似因素来进行。

在图7以及图8中展示了由典型的现有技术的检测器产生的边缘效应。在图7中，一个辐射事件在点12处产生了光并且光子行进(例如，由多个箭头14所示)。因为点12是背离闪烁体10的侧面8，光以它们对于点12的接近度成比例的量射到多个光检测器30上，从而允许该点的位置被识别出。在这个实例中，边缘效应是不显著的。现在转向图8，在此展示了在闪烁体10的面8附近的一个点12处触发光的一个辐射事件。如由多个箭头14所示，在这种情况下，不是光以它们对于点12的接近度成比例的量射在这些光检测器30上，而是光被闪烁体的面散射。在这个实例中，边缘效应是显著的。

现在转向图10中所展示的实施方案，一个检测器被安排为类似于在图7以及图8中所展示的那些，但是在这种情况下，处于微棱镜膜形式的一个反射体20被光学耦联到闪烁体10的边缘上。当在该实施方案的面8附近的一个点12处产生光时，离开该闪烁体的面的一部分光被重新指向到邻近的光检测器上，而不是被反射回到闪烁体中。这减小了边缘效应。图9更确切地展示了由多个箭头14代表的光是如何被称角的反射体20重新指向。

实例

产生了一个计算机模型并且运行它以便将一个常规检测器与根据一个实施方案的检测器的边缘效应进行比较。在该模拟中使用的检测器被展示在图1A与图1B中。为此目的，该闪烁体是作为一个60mm直径、10mm厚的碘化钠单晶体来建模，该单晶体被光学耦联到多个光检测器上，这些光检测器处于带有10mm厚的玻璃窗口的PMT形式。该闪烁输入以作为“点幻影(dot phantom)”而为人所知的一种图案来来建模，该点幻影包括处于5mm间隔并且被展示在图2中的多个闪烁事件18。

首先，该模型是以该闪烁体的边缘表现如同在现有技术中使用的常规的

PTFE扩散反射体的情况来运行。该模型产生了在图3A中展示的光输出(也被称为“事件定位”)，在此类系统(加权矢量代数)中由传统的图像分析软件对它进行解释，以给出在图3B中示出的输出。波形82是通过每个像素多个事件的图像中线的一个截面。每个峰值越高并且越窄，则图像就分辨得越好。注意，事件位置80是两个闪烁事件的组合，并且在该闪烁体边缘附近产生的其他事件记录也是模糊的。换言之，该图像由于边缘效应被分辨得相对不良。

其次，该模型是以该闪烁体的边缘表现如同是如果以具有50微米宽的棱镜的一个微棱镜膜的形式被耦联到一个成角度的反射体上的情况来运行。该模型产生了在图4A中所展示的光输出，再次对其进行解释以便给出在图4B中示出的输出。注意，一个或多个事件位置80示出了两个明晰的闪烁事件，并且在该闪烁体边缘附近产生的其他事件记录也比图3A以及图3B中的更清楚。换言之，由于减小的边缘效应该图像具有相对良好的分辨率。

以上实例表明在此所说明的辐射检测器的具体实施方案可以具有减小的边缘效应。该实例还表明根据具体实施方案使用反射体来使闪烁光重新指向而从一个闪烁体的侧面进入附近的多个光检测器，这与现有技术的这些扩散反射体以及光导向件相比可以改进这些检测器的效率以及分辨率。

以上披露的主题应被认为是说明性的、而非限制性的，并且所附的权利要求是旨在覆盖落入本发明的真正范围之内的所有此类改变、增进以及其他实施方案。因此，在法律所允许的最大程度上，本发明的范围应由对以下权利要求和它们的等效物可允许的最宽解释来确定，并且不应受以上详细说明的约束或限制。

Claims (22)

1.一种组件，包括：

一个闪烁体，该闪烁体包括一个面；以及

一个反射体，该反射体被构造并且安排为将离开该闪烁体的面的大部分的光以一个角度重新指向，该角度与光离开该面时行进的方向相比是在45度到135度的一个范围之内。

2.如权利要求1所述的组件，其中该闪烁体包括一个单晶体。

3.如权利要求2所述的组件，其中该单晶体选自下组，其构成为：稀土氧化原硅酸盐类、稀土卤化物类、以及碱金属卤化物类。

4.如权利要求1所述的组件，进一步包括被光学性地耦联到该闪烁体上的一个光检测器。

5.如权利要求4所述的组件，进一步包括一个窗口，该窗口将该光检测器光学性地耦联到该闪烁体上。

6.如权利要求5所述的组件，其中，该闪烁体包括一种吸湿性材料并且该窗口形成了围绕该闪烁体的一个密封件的一部分。

7.如权利要求4所述的组件，其中该光检测器包括一个光电倍增管。

8.如权利要求1所述的组件，其中，该反射体包括一个反射性的面，该反射性的面沿一个第一平面定位，该第一平面与沿该闪烁体的面定位的一个第二平面相交。

9.如权利要求8所述的组件，其中，该第一平面以一个角度与该第二平面相交，该角度是在15度到165度的一个范围之内。

10.如权利要求8所述的组件，其中，该反射体包括一个棱镜。

11.如权利要求8所述的组件，其中，该反射体具有周期性的表面特征。

12.如权利要求11所述的组件，其中，这些表面特征具有不小于10μm的一个平均高度。

13.如权利要求12所述的组件，其中，该反射体包括一个微棱镜膜。

14.如权利要求13所述的组件，其中，该微棱镜膜包括一个第一侧面，该第一侧面包括处于棱镜形式的多个表面特征，以及一个基本上没有棱镜的第二侧面，该第二侧面定向为朝向该闪烁体。

15.如权利要求13所述的组件，其中，该微棱镜膜包括多个表面特征，这些表面特征包括多个棱镜并且在该多个棱镜的至少一个面上具有一个阻挡件。

16.如权利要求15所述的组件，其中，该阻挡件包括一个镜面式反射体。

17.如权利要求1所述的组件，其中，该组件包括一个辐射检测器的一部分。

18.如权利要求17所述的组件，其中，该检测器被构造和安排为用于医学成像。

19.如权利要求17所述的组件，其中，该检测器被构造和安排为一个γ照相机。

20.一种探测辐射的方法，包括：

接收进入包括一个面的一个闪烁体的辐射；

响应于该辐射用该闪烁体产生光；

允许该光的至少一部分离开该面；并且

用一个反射体以一个角度反射该光的大部分，该角度与该光离开该面时行进的方向相比是在45度到135度的一个范围之内。

21.一个反射体，包括具有一个第一面以及一个第二面的多个棱镜，并且进一步包括在该第一面上的一个阻挡件。

22.如权利要求21所述的反射体，其中，该反射体包括一个微棱镜膜。

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