CN102783961B - 用于正电子发射断层显像的复合型探测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于正电子发射断层显像的复合型探测器，其包括：闪烁晶体、和所述闪烁晶体耦合的多个光电转换元件、以及和所述多个光电转换元件连接的处理电路，其中，所述多个光电转换元件包括：4个两两相邻的光电倍增管、及夹于所述4个光电倍增管之间的半导体光电转换器件，由此可有效提高对闪烁晶体发出的闪烁光的吸收，从而提高定位的精确性，并能提升所获得的图像的质量。

Description

用于正电子发射断层显像的复合型探测器

技术领域

本发明涉及一种用于正电子发射断层显像的探测器，特别涉及一种用于正电子发射断层显像的复合型探测器。

背景技术

正电子发射断层显像(Positron Emission Tomography，PET)，是核医学领域比较先进的临床检查影像技术，其核心是伽玛光子探测器(也就是PET探测器)，典型的探测器结构由闪烁晶体、光电转换元件(一般是光电倍增管(Photomultiplier Tube，PMT))及相关处理电路组成。当高能伽玛射线入射到闪烁晶体内部后，会产生不同比例的光电效应、康普顿散射效应和电子对效应，射线自身能量最终会被闪烁晶体吸收，同时释放出极其微弱的闪烁光，所释放出的闪烁光被光电转换元件进行光电转换成为电信号后，再由处理电路处理后即可获得伽玛射线的能量、时间、以及位置信息。根据这些信息，可以计算出示踪剂在人体内的分布，帮助医生诊断治疗。

如图1所示，其为传统的PET探测器结构。入射伽玛光子在闪烁晶体内能量沉积后发出的闪烁光，耦合在闪烁晶体上的4个PMT将闪烁光转换为电信号，根据4个PMT上得到的闪烁光的权重来计算入射光子的位置。如图2所示，其为4个PMT排列所形成的形状，由图可见，由于PMT呈圆形，故4个PMT两两相邻排列后，在中心会形成盲区，即处于中心位置的闪烁晶体所发出的闪烁光不能被PMT接收到，由此导致这种结构在闪烁晶体中心的位置分辨不高。

最近几年，半导体光电探测器(雪崩二极管(Avalanche Photo Diode：APD)、硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier：SiPM)等)技术有了较大的发展。相对于传统的光电倍增管，半导体探测器具有灵敏度高、偏置电压低、对磁场不敏感、结构紧凑、功耗较高等特点。然而，由于半导体光电探测器件的性能会随着器件的发热而降低，因此，目前占据市场主流的产品仍为PMT探测器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高集成度的用于正电子发射断层显像的复合型探测器。

为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的用于正电子发射断层显像的复合型探测器，其包括：闪烁晶体、和所述闪烁晶体耦合的多个光电转换元件、以及和所述多个光电转换元件连接的处理电路，其中，所述多个光电转换元件包括4个两两相邻的光电倍增管、及夹于所述4个光电倍增管之间的半导体光电转换器件。

作为一种优选，所述半导体光电转换器件呈四方形；更为优选的，所述半导体光电转换器件的四条边分别与1个光电倍增管相切。

作为另一种优选，所述半导体光电转换器件包括多个光电转换单元，优选的，包括9个光电转换单元。

其中，所述处理电路按照以下公式来输出的高能射线的空间位置X，Y和能量E：

E＝4个光电倍增管各自产生的电压强度之和+所述9个光电转换单元各自所产生的电压强度之和；

X＝(所有X方向的光电倍增管所产生的电压强度之和+不处于四边形对角线且X方向的光电转换单元所产生的电压强度之和+0.5*(处于四边形对角线且X方向的光电转换单元所产生的电压强度之和))/E；

Y＝(所有Y方向的光电倍增管所产生的电压强度之和+不处于四边形对角线且Y方向的光电转换单元所产生的电压强度之和+0.5*(处于四边形对角线且Y方向的光电转换单元所产生的电压强度之和))/E。

综上所述，本发明的用于正电子发射断层显像的复合型探测器通过在4个光电倍增管围绕成的中央盲区设置半导体光电转换器件，可有效增加对闪烁晶体发出的闪烁光的吸收，并且由于半导体光电转换器件具有多个独立光电转换单元，从而提高定位的精确性，并能提升所获得的图像的质量。

附图说明

图1为现有探测器的部分结构示意图。

图2为现有探测器的光电倍增管排列形成的形状示意图。

图3为本发明的用于正电子发射断层显像的复合型探测器的光电探测元件排列形成的形状示意图。

具体实施方式

以下将结合附图来对本发明的用于正电子发射断层显像的复合型探测器进行详细阐述。

请参阅图3，本发明的用于正电子发射断层显像的复合型探测器至少包括：闪烁晶体、和所述闪烁晶体耦合的多个光电转换元件、以及和所述多个光电转换元件连接的处理电路，其中，所述多个光电转换元件包括4个两两相邻的光电倍增管(即光电倍增管1-4)和四方形半导体光电转换器件5，光电倍增管1-4围绕成一圈，将半导体光电转换器件5夹在中间。

优选的，所述半导体光电转换器件5呈四边形；更为优选的，所述半导体光电转换器件5的四条边分别与1个光电倍增管相切。

优选的，所述四方形半导体光电转换器件包含多个光电转换单元，例如，如图3所示，具有3X3排列共9个独立光电转换单元，即光电转换单元a、b、c、d、e、f、g、h、i。此外，为增加吸收闪烁晶体发出的闪烁光。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述所示并非对本发明的限定，事实上，所述半导体光电转换器件也可为其他形状，例如，圆形等等。

此外，如图3所示，如果4个光电倍增管产生的电压信号强度分别为V1、V2、V3、V4，中间的9个光电转换单元产生的电压信号强度分别为Va、Vb、Vc、Vd、Ve、Vf、Vg、Vh、Vi，则处理电路输出的高能射线的空间位置X，Y和能量E分别为：

$X=\frac{V_2+V_4++V_d+V_h+V_g+0.5\×(V_a+V_e+V_i)}{V_1+V_2{+V}_3+V_4+V_a+V_b+V_c+V_d+V_e+V_f+V_g+V_h+V_i}$

$Y=\frac{V_1+V_2++V_a+V_b+V_d+0.5\×(V_c+V_e+V_g)}{V_1+V_2{+V}_3+V_4+V_a+V_b+V_c+V_d+V_e+V_f+V_g+V_h+V_i}$

E＝V₁+V₂+V₃+V₄+V_a+V_b+V_c+V_d+V_e+V_f+V_g+V_h+V_i。

综上所述，本发明的用于正电子发射断层显像的复合型探测器通过在4个光电倍增管围成的中央盲区设置半导体光电转换器件，可有效提高对闪烁晶体的闪烁光的吸收，而且，由于半导体光电转换器件仅设置在中心区域，器件的尺寸较小，故其产生的热能也较小，从而能避免半导体器件因产生的热能过高而影响其性能的问题；此外，所述半导体光电转换器件包含多个独立的光电转换单元，能更为有效地提高定位的精确性，进而提高所获得的图像的清晰度。此外，半导体光电转换器件也能提高器件的集成度。

上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (5)

1.一种用于正电子发射断层显像的复合型探测器，其包括：闪烁晶体、和所述闪烁晶体耦合的多个光电转换元件、以及和所述多个光电转换元件连接的处理电路，其特征在于：所述多个光电转换元件包括：4个两两相邻的光电倍增管、及夹于所述4个光电倍增管之间的半导体光电转换器件，其中，所述半导体光电转换器件包括9个光电转换单元，所述处理电路按照以下公式来输出的高能射线的空间位置X，Y和能量E：

E=4个光电倍增管各自产生的电压强度之和+所述9个光电转换单元各自所产生的电压强度之和；

X=（所有X方向的光电倍增管所产生的电压强度之和+不处于四边形对角线且X方向的光电转换单元所产生的电压强度之和+0.5*（处于四边形对角线且X方向的光电转换单元所产生的电压强度之和））/E；

Y=（所有Y方向的光电倍增管所产生的电压强度之和+不处于四边形对角线且Y方向的光电转换单元所产生的电压强度之和+0.5*（处于四边形对角线且Y方向的光电转换单元所产生的电压强度之和））/E。

2.如权利要求1所述的用于正电子发射断层显像的复合型探测器，其特征在于：所述半导体光电转换器件呈四边形。

3.如权利要求2所述的用于正电子发射断层显像的复合型探测器，其特征在于：所述半导体光电转换器件的四条边分别与1个光电倍增管相切。

4.如权利要求1至3中任一所述的用于正电子发射断层显像的复合型探测器，其特征在于：所述的半导体光电转换器件为硅光电倍增管、雪崩二极管中的任何一种。

5.如权利要求1所述的用于正电子发射断层显像的复合型探测器，其特征在于：所述的闪烁晶体的材料为锗酸铋、硅酸镥、硅酸钇镥、硅酸钆、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅或铝酸钇中的任何一种。

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