CN102749640B - 用于混合pet-mr系统的热稳定的pet探测器 - Google Patents

Abstract

在混合PET-MR系统中，在孔径（14）中增加PET探测器元件（30）使其与梯度线圈（16）相靠近。供应流体冷却剂以传递来自PET探测器元件（30）的热量。绝热体（80）使流体冷却剂和PET探测器元件（30）与梯度线圈（16）绝热。在一些实施例中，第一冷却剂路径（90）与电子器件热连通，第二冷却剂路径（92）与光探测器热连通，而热障（94，96）被布置于第一和第二冷却剂路径之间，使得第一和第二冷却剂路径可以处于不同温度（T_e，T_d）。在一些实施例中，密封的热管（110）与热沉热连通，使得热管中的工作流体经历蒸发/凝结循环以从探测器元件向热沉传递热量。

Description

用于混合PET-MR系统的热稳定的PET探测器

本申请是申请日为2008年6月23日、申请号为200880023164.9、发明名称为“用于混合PET-MR系统的热稳定的PET探测器”的中国专利申请的分案申请。

本申请涉及诊断成像技术领域。本发明尤其适用于混合正电子发射断层摄影-磁共振（PET-MR）系统，其中PET探测器元件与MR系统的发热元件靠得很近，并且将要具体参考这样的混合PET-MR系统来对本发明进行描述。由于PET探测器元件自身也产生热量，因此本申请不限于混合系统，而是可以用于独立的PET系统、PET/CT（计算断层摄影）系统或者除了PET之外的核医学系统，例如单光子发射计算断层摄影（SPECT）系统。

在孔径型MRI系统中，大螺线管主磁体沿着孔径的轴产生磁场。通常，主磁体越靠近成像区域，设计的成本效率越高。从主磁体向里通常是梯度线圈、匀场线圈（有时内置入梯度线圈组件中）、射频（RF）屏蔽和RF线圈。这些线圈，或MR孔径部件占据更多空间。因此，即使在将PET探测器系统引入MR系统的孔径中之前，空间也非常珍贵。PET探测器必须要靠近MR孔径部件。也可以利用垂直场开放式MR系统构建PET-MR系统。同样的空间限制也适用于这种系统。

梯度线圈尤其会产生大量的热。在MR扫描期间，梯度线圈平均消耗大约15kW，峰值水平更高。这可能会导致梯度线圈温度升高，可以使用水冷却来将梯度线圈的温度限制到大约70°C。RF线圈也会发热。在受脉冲作用时，RF线圈和梯度线圈还会产生杂散场，这种时变的杂散场可能与PET探测器的诸如为特定目的建造的RF屏蔽的金属部件交互作用，并且产生额外的热量。

自己发热的PET探测器元件通常用空气冷却。由于光探测器对热敏感（温度每升高10°C，暗噪声就加倍），将光探测器冷却到与之如此靠近的梯度线圈的工作温度以下的温度限制了暗噪声。不过，由于空间非常宝贵，因此PET-MR混合系统中冷却成为一个问题。主磁体内部发热元件的密度非常高，而可用于冷却系统的空间则极小。

本申请提供了一种克服上述问题和其他问题的用于MR设备孔径内的PET元件的新型改进冷却系统。

根据一个方面，提供了一种诊断成像设备。磁共振部分包括主磁线圈、梯度线圈组件和RF线圈组件。主磁线圈在该设备的成像区域中产生主磁场。梯度线圈组件在主磁场上叠加梯度磁场。匀场线圈可以位于梯度线圈组件之内和/或附近。匀场线圈叠加校正磁场以改善主磁场的均匀性，包括受检者体内的主磁场扰动。RF线圈组件至少向成像区域中发射RF信号。正电子发射断层摄影部分包括流体冷却的探测器阵列，其用于探测指示核衰变事件的辐射。探测器阵列在温度上接近梯度线圈组件并通过对流体冷却的探测器阵列的流体冷却而将该探测器阵列维持在比热接近的梯度线圈组件更低的温度。至少一个重建处理器从源于成像区域的探测信号产生图像表示。显示器显示重建图像表示。

根据另一方面，提供了一种诊断成像方法。在成像区域中产生主磁场。在主磁场上叠加梯度场。还可以叠加额外的匀场场。在成像区域中的受检者体内诱发磁共振。探测磁共振。一般在诊断成像扫描之前的某一时候向受检者体内引入放射药剂。利用探测器阵列探测指示放射性衰变事件的辐射。利用流体冷却剂冷却探测器阵列。将探测到的磁共振和辐射中的至少一个重建成受检者的图像表示。显示图像表示。应当领会到的是，这些步骤的其他顺序同样可行并且已经预见到有这些步骤的其他顺序。

根据另一方面，公开了一种成像系统，其包括：正电子发射断层摄影部分；磁共振部分；冷却系统，所述冷却系统共享用于冷却所述正电子发射断层摄影部分和所述磁共振部分的至少一个部件。

根据另一方面，公开了一种辐射探测器，其包括：闪烁体；被布置成探测在闪烁体中通过与感兴趣辐射交互作用而产生的闪烁的光探测器；被配置成接收并处理从光探测器接收的指示感兴趣辐射的电信号的电子器件；与电子器件热连通并被配置成传输流动的冷却剂流体的第一冷却剂路径；与光探测器热连通并被配置成传输流动的冷却剂流体的第二冷却剂路径；以及布置于第一和第二冷却剂路径之间使得第一和第二冷却剂路径可以处于不同温度的热障。

根据另一方面，公开了一种成像系统，其包括：第一模态成像系统，其界定孔径并被配置成从孔径内部采集第一模态成像数据；以及正电子发射断层摄影（PET）成像系统，其包括与第一模态成像系统的孔径共轴布置的根据紧前方段落所述的大致环状的辐射探测器阵列。

根据另一方面，公开了一种辐射探测器，其包括：闪烁体；被布置成探测在闪烁体中通过与感兴趣辐射交互作用而产生的闪烁的光探测器；被配置成接收并处理从光探测器接收的指示感兴趣辐射的电信号的电子器件；热沉；以及与热沉和光探测器热连通的密封的热管。密封的热管包含工作流体和芯吸材料或结构，配置该热管使得工作流体在密封热管内经历蒸发/凝结循环以从光探测器向热沉传递热量。

根据另一方面，公开了一种成像系统，其包括：磁共振扫描器，其界定孔径并被配置成从孔径内部采集磁共振数据；以及正电子发射断层摄影（PET）成像系统，其包括与所述孔径共轴布置的根据紧前方段落所述的大致环状的辐射探测器阵列，以从孔径内部采集PET数据。

一个优点在于PET探测器元件的冷却机制得到改善。

另一个优点在于探测器元件的冷却机制紧凑。

另一个优点在于梯度线圈和PET探测器元件有独立的冷却系统。

在阅读并理解说明书的基础上，本领域的普通技术人员将会理解本发明的其他优点。

本发明可以具体化成各种的部件和部件的布置，并且可以具体化成各种的步骤和步骤的安排。附图仅用于举例说明优选实施例，不应视为限制本发明。

图1是根据本申请的组合PET/MR扫描器的示意图；

图2是图1的扫描器孔径的截面图，其具体示出了梯度元件和RF元件之间的探测器阵列；

图3是图1的扫描器孔径的截面图，其具体示出了分离式梯度元件的各部分之间的探测器阵列；

图4是示出了通过平行流道的冷却液流动方向的示意图；

图5是示出了为电子器件和光探测器提供差异冷却的探测器冷却配置的示意图；

图6是示出了采用热管的探测器冷却配置的示意图；

图7是示出了图6的探测器冷却配置的热管阵列以及与流体冷却的热沉的连接的平面图的示意图；

图8是示出了类似于图6但在热管两端包括通往热沉的热耦合的探测器冷却配置的示意图。

参照图1，描绘出组合或混合的磁共振（MR）和PET数据采集系统10的实施例。该组合或混合系统10能够例如从至少部分交迭（如图所示）或空间上相邻的MR和PET空间区域采集MR数据和PET数据这两者。应当理解的是，多模态系统对于图像在时间和空间上进行对齐或配准是理想的；还可预见到的是由相距很远或置于空间上很远的不同扫描器来拍摄图像，采用类似的方式拍摄图像也是可行的。图示的扫描器10为集成系统，但是其他扫描器倾向同样是看似可行的，例如并排式系统、插入式系统等。所示的磁共振扫描器包括环状磁体12，所述环状磁体包括多个导体线圈绕组（图1中用带有交叉线的方框示意性地描绘出），所述线圈绕组在成像区域14之内产生静磁场B₀。磁体12可以是超导性质的或电阻性质的；在前一种情况下，磁体12通常置于低温杜瓦或其他冷却系统（未示出）中。图示的磁体12为螺线管磁体，其具有通过成像区域14的相对水平的B₀场。尽管将B₀场的极性示为从右到左，但是相反极性也是适当的。在其他实施例中，磁体12可以具有C形形态或者其取向用以产生垂直或其他取向的静磁场的其他形态。

磁共振扫描器还包括磁场梯度组件，在图1的例示性实施例中，磁场梯度组件包括梯度线圈绕组16，梯度线圈绕组16响应于对选定梯度线圈绕组16的选择性励磁，协同在静磁场B₀上叠加磁场梯度。任选地，磁场梯度线圈、磁体或两者可以包括未示出的用于形成、稳定和动态调节磁场的其他特征，例如被动铁磁匀场、主动匀场线圈等。磁共振扫描器还包括射频激励和接收系统18。该射频系统包括至少一个可以以适当的射频进行励磁从而在置于成像区域14中的受检者体内激励磁共振的部件，例如图示的全身射频线圈18。线圈18还可以充当用以接收或探测RF激励之后从成像区域14发出的磁共振的射频接收机。在一些实施例中，可以将不同线圈用于激励和接收操作。例如，可以使用内置线圈18激励磁共振，可以在成像区域14中的受检者上方、身上或附近定位不同的局部线圈或专用接收线圈（未示出）以探测磁共振。可以预见到利用内置线圈、局部线圈或两者的不同组合以不同方式配置同一磁共振扫描器。

在磁共振采样存储器20中存储接收到的磁共振样本。磁共振重建处理器22应用适当的重建算法以重建磁共振样本，进而形成重建图像，并将重建图像存储于磁共振图像存储器24中。重建处理器22应用与产生磁共振数据时采用的选定空间编码相称的重建算法。例如，傅里叶变换重建算法可能适于重建笛卡儿编码的磁共振数据。任选地，在数据存储和完成重建之前，可以在线（in-line）进行MR重建的一部分。

继续参照图1，图示的组合或混合MR和PET数据采集系统10还包括用于进行PET数据采集的辐射探测器。在图1的例示性范例中，环状阵列的辐射探测器30包围着混合系统的孔径。如下文所述，图示的阵列30包括闪烁体层和一层基于电子倍增管的光子探测器，不过，可以预见到其他探测器配置，例如设置于成像区域14附近的平面探测器阵列。还预见到固态辐射探测器和固态光学探测器。辐射探测器阵列30被配置为探测由正电子-电子湮灭事件发射的511keV的伽马射线。在PET数据采集中，假设有两个基本同时的511keV伽马射线探测事件源于同一正电子-电子湮灭事件，该正电子-电子湮灭事件位于沿着连接两个基本同时的511keV伽马射线探测事件的“响应线”（LOR）的某处。有时也将这条响应线称为投影或射线，将搜集的PET数据称为投影数据。

在常规PET中，将基本同时的511keV伽马射线探测事件定义为彼此发生在选定短时间窗口之内，例如四纳秒之内的两个511keV伽马射线探测事件。未发生在视场（FOV）中心的任何正电子湮灭都将具有到达相对探测器元件的小时差，该时差正比于伽马射线的行进时间差，在FOV的边缘处大约为四纳秒。相关技术，即所谓的飞行时间PET或TOF-PET，利用这种小时差，以亚纳秒精度进一步沿着LOR定位正电子-电子湮灭事件。

混合系统10的辐射探测器阵列30用于采集PET或TOF-PET数据。由PET数字化单元32和单粒子（singles）处理单元34处理伽马射线探测事件，其中，PET数字化单元32对探测事件进行时间到数字转换（TDC）和模数转换（ADC），单粒子处理单元34进行聚合、能量估计、时间标记和定位。单粒子处理单元34任选地滤除掉针对预期的511keV伽马射线能量的选择能量窗口之外的探测。在一些实施例中，辐射探测器是像素化的。在其他实施例中，由诸如Anger逻辑等的块读出算法应用聚合以提供定义投影的伽马射线探测事件的进一步空间局限化约束。符合探测处理器36采用时间加窗来识别基本同时发生并因此可能对应于共同的正电子电子湮灭事件（并因此定义投影或响应线）的伽马射线探测事件。

对于TOF处理而言，使用识别出的基本同时或符合的探测事件之间的时间差沿着响应线在空间上估计正电子电子湮灭事件。

在PET数据存储器38中存储所得的PET或TOFPET数据。应当理解的是，可以在符合确定之前或之后存储PET数据。PET重建处理器40利用适当的重建算法处理投影或局域化投影数据以产生重建图像，并将重建图像存储于PET图像存储器42中。例如，可以采用最大似然期望最大化（ML-EM）、除ML-EM之外的滤波反投影算法或迭代重建算法。图1的系统包括用于PET的连续辐射探测器阵列30，其完全包围了受检者。环绕不完全可能导致由于“缺失”投影或响应线造成的成像伪影。例如，可能会丢失某些投影，从而无法得到正常由这种投影提供的关于相关位置的信息。有利地，如果采集并重建飞行时间PET数据，那么即使在环绕不完全的情况下，飞行时间局限化也提供了补偿所损失信息的附加信息。然而，还有其他补偿不完全环绕的方式，本申请中当然也预见到其他探测器配置。

任选地，同时进行MR和PET采集。替换地或附加地，可以顺序地（例如先是MR随后是PET，或反之）或可以交织地进行MR和PET采集。图像配准处理器50在空间上配准重建的MR和PET图像，并且任选地在时间上配准重建的MR和PET图像。如果创建出共同配准的图像，就把这些图像存储在共同配准图像存储器52中。在显示装置54上适当显示这样配准的图像，利用适当的二维或三维绘制软件进行绘制，或以其他方式处理。

提供第一冷却系统56以在梯度线圈16工作在最大平均功率水平时将该梯度线圈冷却到大约70°C或更低。探测器阵列30热接近梯度线圈16，这是因为梯度线圈与探测器阵列30充分靠近，足以使热量从梯度线圈传导到探测器阵列30。提供第二冷却系统58以将探测器阵列30冷却到大约30°C或更低，更希望冷却到大约20°C，尽管其与梯度线圈16热接近。

现在参照图2，提供了成像孔径的放大图。如前所述，在一个实施例中，探测器阵列30绕着成像孔径的纵轴延伸360°。可以说对于RF线圈18、梯度线圈16和主磁体12是同样情况。在图2的实施例中，探测器阵列30位于梯度线圈16和用于RF线圈18的RF屏蔽60之间。在分离式梯度线圈实施例中，如图3所示，探测器阵列30可以位于梯度线圈16的各部分之间。还预见到有探测器阵列30的其他位置，例如根据需要插入孔径并从中移除的可移除系统。

在图2和3的实施例中的任一个中，探测器阵列30与梯度线圈16靠得很近。主动冷却使得探测器阵列30保持不与梯度线圈16达到热平衡。为了使探测器阵列30保持在可接受的工作温度，如图4所示，为探测器阵列30提供闭路流体冷却系统58。图4是探测器阵列30的截面特写图。探测器阵列30主要包括闪烁层62、光探测器元件64和相关联的电子器件66。探测器阵列30全部封装在RF屏蔽壳68之内。屏蔽壳68防止来自RF线圈18的激励脉冲和来自成像区域14的磁共振信号在探测器阵列30中产生假信号。而且，RF屏蔽防止由PET探测器产生的无关信号被MRRF线圈感测到。如前所述，所有孔径部件，包括探测器阵列30，都绕着孔径延伸360°。

梯度线圈的温度范围从不运行时的室温或稍冷直到运行期间的70°C。周围的孔径空间同样地升高温度。此外，PET探测器的电子器件66会产生热量。沉积在周围的RF屏蔽材料中的来自脉冲MR场的杂散场能量还产生额外的热量。于是，为了防止所有这些热源对探测器阵列的运行产生不利影响，向PET探测器阵列30应用流体冷却系统58。让探测器的至少一个表面进行冷却。在一个实施例中，对最靠近电子器件和梯度线圈的表面进行流体冷却，并使探测器的端部绝热。在另一个实施例中，对周向表面和端面都进行流体冷却。在又一个实施例中，如图4所示，对探测器所有可触及的侧面进行流体冷却。通过传导通道70引导冷却流体。通道70由高导热非铁材料，例如铜、铝或不锈钢制造。由于探测器阵列30本身是被封住的，因此从探测器向外传导热量的通道70也被RF屏蔽材料68封住。可以在RF屏蔽68之外使用不同的磁性惰性材料。具体而言，输送通道72可以由绝热材料制造或包封，使得冷却流体不会从探测器阵列30上游的部件带走热量，那样会在从探测器阵列30本身去除热量方面变得效率不高。在一个实施例中，输送通道在RF屏60和梯度线圈16之间延伸。

冷却系统被配置成为PET探测器30提供高效冷却，同时节省空间。为此目的，冷却通道70优选是焊接或以其他方式直接热连接到电路系统66的细扁通道。还优选增加通道70而不会增加全体组件的体积，例如以互补方式布置通道70，使得面对的电路板可以配合在一起，同时几乎不浪费它们之间的空间。

以避免产生会耦合到梯度场的闭合传导路径这样的方式配置探测器阵列30周围的冷却通道70。在一个实施例中，这是通过主要沿着跨越电子器件承载电路系统66的轴向方向以曲曲折折的方式延伸通道来实现的。在冷却侧面时，冷却通道可以放射状地延伸。避免环状通道减少了涡电流的产生。为入口路径72和出口路径74在RF壳68中制造孔。可以利用波导实现这些孔。可以提供冷却线路中的电介质断路器76以阻断通道传导路径。换热器单元78向冷却流体提供流动和温度控制。换热器78还能够使冷却流体降温到低于室温，以更有效地从探测器阵列30去除热量。可以在成像室或相邻房间之内对换热器78自身进行空气冷却。另一个选择是使换热器78与更大的冷却系统（例如楼宇的总冷却系统）接口连接。可以将来自冷却剂的热量转移到另一流体道并排到屋顶空调压缩机外等。

在一个实施例中，冷却流体是具有期望的热运移特性且导电性最小的纯水或去离子水。冷却剂的流速正比于电子器件总功耗，反比于出口-入口温度差。流动路径可以包括并联路径，以使每次循环累积的温升最小并实现总体的压降。单个路径可能容纳较低体积和流动能力，而压降增大，但探测器阵列30在流动路径末端处的部分以及在流动路径开始处的部分可能得不到冷却，这意味着更下游的探测器部件可能无法被冷却到与上游部件相同的温度。这可能会主要导致不均匀的图像伪影。局部措施，例如热沉，能够提供从电子器件66离开到达流体通道70的导热路径。或者，可以将其他冷却剂流体，例如致冷剂、液态氮、强制通风等用作通道70中的流体冷却剂，应当理解的是，本申请中使用的“流体”包括所有这些。在使用比室温更冷的冷却剂时，可以通过孔径提供空气流以辅助防止凝结。

在另一实施例中，可以将导热介电油用作冷却剂。在该实施例中，介电冷却剂可以与电子器件66和探测器元件直接接触，而不是通过通道壁间接接触。在这种浸没冷却实施例中，整个探测器阵列30都包封在流体密封的封闭室中，例如柱形或椭圆形轮廓的包壳中。这种方法会省掉很多流体通道和热沉。封闭室中可以包括挡扳以降低不均匀流速和热点的可能。

在又一实施例中，使用珀耳帖冷却来冷却探测器阵列30。可以将此用作独立方法，或可以使用选择性珀耳帖冷却，作为上述一种或多种其他方法的补充来冷却故障点。在图3的分离式梯度线圈配置中，有利的是，布置冷却器56和相关联的梯度冷却线路以从内到外，即从临近分离式梯度线圈的间隙的区域到分离式梯度线圈的外部末段来冷却分离式梯度线圈。这是有利的，因为梯度线圈将是最冷的，在临近探测器阵列30的间隙附近具有最稳定的温度。任选地，冷却线路还在间隙附近集中，以进一步提高最靠近探测器阵列30的梯度线圈冷却效率。

在又一实施例中，使用公共流体冷却系统来冷却梯度线圈16和探测器阵列30这两者。该实施例的一个优点是既节约成本又节省空间。然而，缺点在于探测器阵列30的温度会受到梯度线圈16温度的影响。冷却流体可以将探测器阵列冷却到更低温度，冷却流体离开探测器阵列去冷却或帮助冷却梯度线圈16。也可以利用分立的电路，使得仅有换热器78的一部分被共享。在双冷却系统环境中，可以使用绝热体80至少部分地将梯度线圈16与探测器阵列30隔热开。通过这种方式，可以为每个冷却系统设置单独的基准。利用组合冷却系统，可以将梯度线圈16冷却到探测器阵列30的期望工作温度，由于梯度线圈16的热质量更大，这将要耗费大得多的精确冷却。另一选项是让组合冷却系统针对PET探测器阵列和其他需要冷却的元件具有独立的换热器。

参照图5，示出了为电子器件66和光探测器64提供差异冷却的探测器冷却配置。电子器件例如可以包括时间到数字转换器（TDC）元件、模数转换器（ADC）元件、现场可编程门阵列（FPGA）或其他逻辑元件、低漏失（LDO）稳压器等。这些部件产生大量要被去除的热量，但只要电子器件66维持在图5中示为T_e的适当低工作温度，电子器件66的性能一般与温度没有强烈相关性。于是，靠近并冷却电子器件66的第一冷却路径90用于提供图5中示为F_e的较高冷却剂流体流速，以实现高的热传递。

诸如硅光电倍增器（SiPM）元件或光电倍增管的光探测器64具有强烈依赖于温度的工作特性。例如，对于一些SiPM探测器而言，温度每升高1°C，增益增大大约5-10%。然而，光探测器64一般输出比电子器件66少很多的热量。于是，靠近并冷却光探测器64的第二冷却路径92用于提供图5中示为F_d的较低流量，所述第二冷却路径将光探测器66维持在基本不随时间变化的精确温度T_d。

一方面布置电子器件66和关联的冷却路径90，另一方面布置光探测器64和关联的冷却路径92，使得其彼此基本隔热。这可以通过一方面设置于电子器件66和关联的冷却路径90之间，另一方面设置于光探测器64和关联的冷却路径92之间的被动绝热材料94，例如绝热介电材料或空气间隙实现。附加地或替代地，这可以通过由隔离冷却路径96提供的主动隔热来实现，隔离冷却路径96中有以流量F_i流动的冷却剂流体。

闪烁体62一般不需要冷却。然而，闪烁体62被布置得非常靠近光探测器64，而光探测器必需要保持在稳定温度。因此，在图5的实施例中，在闪烁体62周围设置附加的被动绝热材料98，使得被动绝热体94、98大致包含包括光探测器64的稳定温度区域。探测器温度管理系统作为整体被适当地包含在围绕探测器模块的外部容器100中，其一侧具有将冷却剂流体流F_e、F_d、F_i分配到冷却路径90、92、96中的冷却剂流体入口102，而在相对的一侧具有从探测器模块排出冷却剂流体流F_e、F_d、F_i的冷却剂流体出口104。用冷却路径90、92、96的流体流阻（或等价地，流体流导）适当地定义相应的冷却剂流体流F_e、F_d、F_i的不同相对流速。任选地，设置一个或多个温度传感器106以测量光探测器64的温度，控制流入入口102（或者，流出出口104），以将温度传感器106维持在期望的温度读数。或者，可以将温度传感器布置成测量冷却光探测器64的冷却剂流体路径92的温度T_d，因为该温度T_d应当接近光探测器64的温度。基于探测器温度（或大致地基于温度T_d）控制冷却剂流体流是有利的，因为这是应当维持稳定的关键温度。

尽管未图示出，但还可以预见到提供主动阀门控制，例如可以从外部控制的或温度反馈控制的阀门控制，来调节进入冷却路径90、92、96的相对流速F_e、F_d、F_i。此外，尽管未图示出，但可以预见到提供围绕电子器件66和关联的流动路径90的被动绝热材料。

在可预见到的另一变型中，针对每个单个平面利用逆流设置以降低模块之内的温度梯度，从而修改图5中所示的模块的冷却。这可以通过将入口102和出口104放置在探测器模块的同一侧来实现。预计使用逆流设置将把热梯度降低1-2个数量级，可以预计这会改善温度稳定性。或者，可以将冷却级联起来，因为估计由光探测器64实际产生的热量比电子器件66产生的热量低100倍。在逆流或级联设计的任一种中，有利的是首先冷却光探测器64然后冷却电子器件66，例如，首先使冷却剂流经靠近光探测器64的冷却路径92，然后流经靠近电子器件66的冷却路径90。冷却剂流体流的这种布置促进靠近光探测器64的温度T_d与靠近电子器件66的温度T_e相比更精确且更低。电子器件66的温度T_e是由于大部分热量的耗散，但电子器件的温度不必一定是精确的，其可以由流经光探测器64附近之后的冷却剂流体冷却。

作为图5设计的另一变型，参考图5所示的插图II，微型珀耳帖元件108能够在冷却路径92和光探测器64之间提供主动可控热阻。例如，标准的珀耳帖元件适当地基于碲化铋（Bi₂Te₃）和硒化铋（Bi₂Se₃）。可以使用类似于用于利用基于硅的珀耳帖元件冷却半导体的布置（例如在Mathews等人的美国专利No.6800933中所述，该专利文献以引用方式并入本文中），其中微型珀耳帖装置设置于光探测器64中使用的绝缘体上半导体（SOI）衬底顶部的不敏感区中。也可以在光探测器64背上安装的独立装置中实现这些结构。在这种方式中，可以调谐局部温度梯度并将其控制在大约0.1°C或更小之内，以便确保每个光探测器元件有精确恒定的温度。在这些实施例中，冷却介质的温度不必一定与光探测器的温度一样低，从而消除了凝结且无需成本高昂地将介质冷却到室温以下。

图5的辐射探测器系统采用了冷却剂流体。冷却剂流体例如可以是去离子水、强制通风、致冷剂等。在这种实施例中，例如，利用诸如焊接连接的永久连接或诸如螺纹耦合或快速断开连接的可拆除连接器将入口102和出口104适当地与外部供应和返回线路（例如图4的线路72、74）连接。

参照图6和7，在另一个实施例中，使用一个或多个热管，例如图示的平行线性阵列的热管110，来提供从辐射探测器模块的各部件到一个或多个由诸如导热陶瓷、氧化铝、氮化铝等导热材料制成的热沉112的热传递。还可以为热沉112使用诸如铜的导热金属，但应当将其层压或以其他方式配置，以抑制涡电流的形成。任选地，冷却流体道114通过热沉112，以去除热管110传输到热沉112中的热量。

每个热管110包括密封的内部体积120，该内部体积包含至少一种工作流体，例如水、像酒精的溶剂等，或者包含工作流体的混合物。在内部体积120的内表面上设置芯吸材料或结构122或另一种支持毛细现象或毛细作用的材料或结构，芯吸材料或结构由表面上形成有槽的多孔性材料构成。

在工作中，工作流体在靠近热管110远离热沉112的末端124处或在沿着热管110的其他“热点”处蒸发。从热点向蒸发的工作流体传递汽化热，以箭头126示意性示出了这一点。由于蒸汽浓度梯度的原因，蒸发的工作流体126向热沉112移动。蒸发的工作流体126在靠近热管110临近热沉112的末端128处凝结。工作流体在近端128凝结从凝结工作流体向热沉112转移了凝结热。通过与芯吸材料或结构122相关联的毛细现象或毛细作用向热管110的远端向回抽吸凝结的工作流体。当工作流体再次在热点蒸发时，完成传热循环。有利地，芯吸材料或结构122中的毛细力导致的凝结液体回流与热管110的空间位置无关。

为了用在包括MR部件的混合系统中，热管110优选由非磁性且不导电材料制成，例如高热导率陶瓷，例如氮化铝或氧化铝。如果使用金属或其他导电材料，则应当将它们进行层压，从而在不导电基质材料中布置成复合材料，或者以其他方式配置成抑制涡电流的形成。如图6和7所示，该阵列的热管110大致是平坦的，并设置于光探测器64和相关联的电子器件66之间，以冷却这两者。由于蒸发的工作流体126被迅速转移，因此在较热的电子器件66和较冷的光探测器64之间存在固有的温度隔离。

有利地，热管110和热沉112之间的连接可以通过导热表面接触130实现，任选地由压力配合、螺纹连接等加以增强，不必在热沉112和热管110之间有冷却流体流动，因此其间不包括流体连接。有利地，热管110是永久密封单元，在安装或拆卸辐射探测器模块时不打开热管110。

另一个优点在于，热管110外部的温度基本受到工作流体蒸发温度的控制且沿着热管110基本恒定。蒸发温度是一种或多种冷却介质的函数。

参照图8，为了进一步降低热梯度，应当预见到使每个热管110都与一个以上的热沉112进行热连通，例如如图8所示在热管110的两端都具有热沉112。还应当预见到布置交叉线性阵列的热管，或使用大致平坦的热管，或采用其他热管几何形状以增强热量去除和温度稳定性。

图8的实施例还包括集成为单层的光探测器64和电子器件66，例如单片集成在硅衬底材料的单个公共层上或中。例如参见WO2006/111883A2（2006年10月26日公开，该专利文献以引用方式并入本文），其涉及一种用于飞行时间PET的数字硅光电倍增管（SiPM），其中数字SiPM包括单片方式形成于公共硅衬底中或上的探测器阵列层和浸没式（buried）CMOS数字处理电路层。在图8的实施例中，热管110在内部体积120远离和靠近被冷却元件64、66处的内表面上都设置有芯吸材料或结构122。然而，由于在图8的实施例中，被冷却元件64、66一起设置于热管110一侧，因此可以预见到仅在靠近被冷却元件64、66的内表面上设置该芯吸材料或结构。

作为另一种变型，尽管在图6-8所示的实施例中，热管110与被冷却元件64、66直接接触或靠得很近，在其他实施例中，热管可以设置于一块导热陶瓷材料或不导电合成材料中，该材料又与被冷却元件64、66密切热接触。

尽管在合并有磁共振成像的混合成像系统的举例说明性上下文中进行了描述，但是应当领会到，还可以预见到将参考图4-8公开的辐射探测器模块冷却配置用在采用辐射探测器的其他成像系统中，例如用在独立的PET成像系统、PET/CT（计算断层摄影）成像系统、伽马照相机等中。

已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读并理解说明书的基础上，他人可以想到各种修改和变更。只要所有这些修改和变更属于权利要求书或其等价情形的范围内，那么本发明意在被理解为包括所有这种修改和变更。

Claims (5)

1.一种辐射探测器，包括：

闪烁体(62)；

被布置成探测在所述闪烁体中通过与感兴趣辐射交互作用而产生的闪烁的光探测器(64)；

被配置成接收并处理从所述光探测器接收的指示感兴趣辐射的电信号的电子器件(66)；

与所述电子器件热连通并被配置成传输流动的冷却剂流体的第一冷却剂路径(90)；

与所述光探测器热连通并被配置成传输流动的冷却剂流体的第二冷却剂路径(92)；以及

布置于所述第一冷却剂路径(90)和所述第二冷却剂路径(92)之间使得所述第一和第二冷却剂路径可以处于不同温度(T_e，T_d)的热障(94，96)。

2.根据权利要求1所述的辐射探测器，其中，所述热障包括(i)被动绝热材料(94)和(ii)流有冷却剂流体的隔离冷却路径(96)中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的辐射探测器，其中，所述第二冷却剂路径(92)被维持在基本稳定的较低温度(T_d)，而所述第一冷却剂路径(90)被维持在相对较高温度(T_e)。

4.根据权利要求1所述的辐射探测器，还包括：

设置于所述第二冷却剂路径(92)和所述光探测器(64)之间的微型珀耳帖元件(108)。

5.一种成像系统，包括：

第一模态成像系统(10)，其界定孔径(14)并被配置成从所述孔径内部采集第一模态成像数据；以及

正电子发射断层摄影(PET)成像系统，其包括与所述第一模态成像系统的所述孔径共轴布置的根据权利要求1所述的辐射探测器的大致环状的阵列。