CN104067146A - 用于pet探测器的柔性连接器 - Google Patents

Abstract

一种PET或SPECT辐射探测器模块(50)包括探测器(54、58)阵列和其关联处理电路，所述探测器(54、58)阵列和其关联处理电路通过具有可释放连接器的柔性电缆连接。一种安装和拆卸的方法包括将辐射探测器阵列安装在诊断扫描器中的支撑结构中，将柔性连接器的一端连接到探测器阵列，并且将柔性连接器的另一端连接到其关联电路。

Description

用于PET探测器的柔性连接器

技术领域

本应用涉及诊断成像系统和方法。其具体应用于具有第二成像模态的正电子发射断层摄影(PET)，第二成像模态范例包括计算机断层摄影(CT)、磁共振(MR)成像、或单光子发射计算机断层摄影(SPECT)。以下也适用于PET或SPECT扫描器。

背景技术

固态PET探测器通常由闪烁体体晶体制成，所述闪烁体体晶体被耦合到印刷电路板(PCB)上的探测器二极管阵列。然后该PCB插入相同维度的其他PCB以形成探测器堆叠(stack)。然后将该探测器堆叠，有时称片块(tile)，插入托住多个堆叠的更大PCB。该更大PCB和其伴随的堆叠或片块形成探测器模块。一般地，使用刚性连接器将探测器堆叠插入更大的PCB，其造成若干设计挑战。

由于个体PCB连接和探测器堆叠到更大PCB的连接是刚性的，因而连接器的容差累加并且能够影响PET探测器的定位。多个堆叠到其关联PCB的刚性安装也能够使拆卸探测器变得困难。由于常常将探测器安装在具有多于2x2片块(例如2x3或4x3)的邻接配置中，因而探测器的各侧不是都可访问的。在4x3配置中，有两个没有访问侧的片块。当拆卸具有仅仅一个暴露侧的探测器时，通过仅向一侧施加力，探测器可能受到扭动，引起弯曲并且潜在损坏电路或探测器晶体。

刚性安装也使冷却变得困难，其在于穿过由刚性连接器造成的紧密间隙传送冷却很难，还在于更多体积必须具有穿过它循环的干空气。干空气被用在包含探测器的体积中，以防止探测器被冷却到室温以下时发生冷凝。电路的剩余部分，其不像探测器那样充分被冷却(或许在室温以上运行)，被刚性安装而具有紧密间隙，因此，被封装在与探测器相同的体积中。用干空气冷却全部体积增加了供应的冷却干空气的量。

对于更小膛的PET扫描器，刚性安装也能够增加相互作用深度(DOI)的问题。被安装在相同平面的探测器模块的行越多，不面向垂直于伽玛射线路径的探测器数量就越大，所述伽玛射线一般从膛中心附近辐射。

刚性安装也能够引导振动。如果使用具有第二成像系统，诸如，例如，磁共振成像的PET探测器，在导电板中感应的涡电流能够引起振动，其经由刚性安装机械地被传递到探测器。

发明内容

本申请提出用柔性安装或连接来解决这些问题。根据一个实施例，柔性连接器被用于安装固态片块堆叠。在另一实施例中，与柔性连接器连接的固态PET探测器被安装在提供机械支撑的盖中。

根据一个方面，公开了包括辐射探测器阵列的辐射探测器模块，所述辐射探测器阵列响应于接收到辐射事件而生成信号。关联处理电路处理这些信号。柔性连接器将辐射探测器连接到关联处理电路中的一些。柔性连接器可以具有处于连接器与辐射探测器阵列和/或关联处理电路之间的可释放的连接器。辐射探测器模块可以具有支撑结构，可能是具有冷却通道的板，其支撑探测器阵列并且具有孔径以允许连接器穿过。模块可以在壳体中，所述壳体限定用于在辐射探测器上循环干空气的通路，以便防止冷凝。支撑结构具有机械元件以接合探测器的各侧面，以将探测器元件取向为朝向检查区域。机械元件可以限定接收辐射探测器的井槽。模块也具有支撑部件，其用于将探测器阵列安装到诊断扫描器，使得每个辐射探测器可相对支撑部件移动，并且柔性连接器在辐射探测器阵列的每个辐射探测器和被安装到支撑部件的电子器件之间延伸。

辐射探测器可以是光学地与硅光电倍增器和/或固态辐射探测器连接的闪烁体晶体。探测器模块可以是具有环形支撑结构的PET扫描器的部分。

根据另一实施例，公开了一种安装辐射探测器的方法。所述方法包括安装支撑结构，所述支撑结构将关联处理电路支撑到诊断扫描器，将柔性连接器的第一端连接到探测器阵列，并且将柔性连接器的第二端连接到关联电路。所述方法也可以包括弯曲柔性连接器以定位探测器阵列。所述方法也可以包括将辐射探测器安装在机械结构中，其将探测器固定在扫描器中的某个取向中。机械结构可以限定探测器阵列的每个辐射探测器的单个井槽。所述机械结构也可以被移除，弯曲柔性连接器以提高到辐射探测器的访问，并且从辐射探测器中断开柔性连接器以移除辐射探测器。已经移除辐射探测器之后，可以将替换辐射探测器与柔性连接器连接并且安装在机械结构中。

也可以通过从关联电路中断开柔性连接器，替换电路，并且重新连接替换关联电路与柔性连接器，来替换关联电路。

所述方法还可以包括冷却辐射探测器，以及使干空气通过探测器以防止冷凝。

在另一实施例中，公开了核诊断成像器，其包括多个模块，所述多个模块每个具有电子器件和辐射探测器阵列、围绕成像区域的环形结构、以及安装到环形结构的多个探测器模块。每个探测器模块具有响应于接收到辐射事件而生成信号的辐射探测器阵列、处理信号的关联处理电路、以及处于辐射探测器和关联处理电路中的至少一些之间的柔性连接器。

有利地，柔性安装或连接允许探测器被更精确地(更精确对齐)定位，而能够以更低精度安装电路板，使得连接器中的差异(归因于，例如，焊接)不重要。

本领域的普通技术人员在阅读和理解下面详细描述后将认识到本发明的再其他优点。

本发明可以采取各种部件和各部件布置以及各种步骤和各步骤的安排的形式。附图仅仅是为了图示优选实施例的目的并应被理解为限制本发明。

附图说明

图1图解地图示了具有磁共振(MR)扫描器和正电子发射断层摄影(PET)扫描器的混合式系统的透视图。

图2图示了混合式系统的PET探测器环。

图3图示了单个PET探测器模块。在图3中所示出的取向，往下将指向成像扫描系统的膛的中心。

图4是其中使用柔性连接器连接探测器堆叠的实施例的侧视图。

图5是柔性连接器的透视图。

图6图示了当刚性安装探测器晶体时，相互作用深度的问题。

图7是图示使用柔性连接器安装的探测器晶体和片块以及机械地定位探测器阵列的机械结构的侧视图。

图8是用于安装晶体和其关联电子器件的方法。

具体实施方式

参考图1，混合式PET/MR扫描器30具有大体环形PET探测系统40，PET探测系统40被设置在MR扫描器的梯度线圈和RF线圈中的间隙或凹槽中。大体环形PET探测系统40和MR扫描器被配置为对常见成像区域36进行成像。PET探测系统40由安装部件44独立地支撑，所述安装部件44穿过磁铁壳体34并且在MR组件之间的开口46。

在PET扫描中，在检查区域36中伽玛射线对由正电子湮没事件产生并且在相反方向行进。当伽玛射线撞击探测器时，撞击探测器元件的位置和撞击时间被记录。单一处理单元监控单一伽玛射线事件的记录不与时间上相近事件成对的伽玛射线事件。时间上相近的事件对限定响应线(LOR)，其被重建成PET图像。

受试者支撑体38相对于PET机架40连续或逐步移动，以生成列表模式的PET数据集，所述列表模式的PET数据集包含探测成对的光子的探测器的与其相对应的位置信息相关联的事件。这允许每个探测器在扫描期间覆盖连续的纵向空间位置，其导致纵向或z方向的精细的PET采集采样。也预期在短纵向增量，例如小于纵向探测器间隔的步进。也能够周向连续地或以类似的小步长移动探测器。

图2示出了来自组合PET/MR扫描器或仅仅PET扫描器的PET探测系统40。图示的环包括18个模块(其中三个被标记为50a、50b、和50c)，所述模块被安装在形成环形支撑结构51的一对环形环的外表面。当然，取决于环和成像区域36的直径，可以提供更多或更少的模块。

参考图3和4，示出了探测器模块50。每个探测器模块50包括冷却和支撑板装配52，其由冷却管53冷却。图4是探测器模块的剖视图，示出了在冷却和支撑板装配52下支撑的多个光子探测器阵列54a、54b、54c、54d、和54e。多个闪烁体体晶体阵列58a、58b、58c、58d和58e被光学地耦合到光子探测器阵列以限定多个堆叠或片块，所述多个堆叠或片块由冷却和支撑板装配52支撑。冷却管53以及冷却和支撑板装配52托住在大体恒定冷藏温度的探测器阵列和闪烁体晶体。

柔性连接器62a-62e连接探测器堆叠或片块与在电路板64上支撑的下游处理电子器件，例如单一处理单元(SPU)、模数转换器、放大器和其他关联电子器件65。更具体地说，柔性连接器和探测器阵列每个包括可释放的电子连接器设备，例如插头阵列(其中之一在图5中被标记为66)和插座阵列68。电路板64和柔性连接器包括第二组可释放连接设备，例如针式连接器(其中之一在图5中被标记为70)和插座连接器72。随着连接器被移除，光子探测器阵列和闪烁体体能够在电路板64上独立于电子器件被安装、修复、替换和对齐。随着柔性连接器62的一端连接(附接)到探测器阵列54，以及柔性连接器62的另一端附接到电路板64，不需要准确地控制冷却电路板64和其他关联电子器件被安装从冷却板52偏移。

通过壳体74从其他组件中密封冷却板52、探测器阵列54以及晶体58，所述壳体74提供不透光和不透气的体积76。壳体可以由薄铝或不明显阻碍辐射事件进入探测器晶体的其他材料制成。由于电路板64上的电子器件，其对温度不敏感并且不需要像探测器阵列和闪烁体体晶体阵列那样充分被冷却和具有那样的准确度，被放置在冷却体积76之外，因而减少系统的热负载。仅仅在包含探测器的密封体积76中的空间被准确地冷却到室温以下。干空气通过壳体74循环以防止冷凝。

图5示出了具有连接器66和70的柔性印刷电路板。有利地，图示的柔性PCB在两端具有连接器，但是预期能够制成在一端或两端无可断开连接器的柔性PCB。柔性PCB允许在所有方向移动，使得晶体能够被推入定位不在剩余的电路上施加力，允许尽可能精确地进行探测器晶体的定位以增加图像分辨率。柔性PCB允许探测器堆叠的定位独立于电路板64的定位。

柔性连接器62允许探测器晶体58和光子探测器54独立于关联电子器件55被安装和定位。一旦安装了堆叠，柔性连接器62就被附接在冷却体积之内，并且然后离开壳体74并且连接到位于壳体74之外的关联电子器件65，允许更精确地对齐探测器并且减少热负载。

PET重建算法基于LOR重建图像，所述LOR按它们的端点限定。如果端点不确定或不明确，重建的精确度受影响。图6描绘了相互作用深度的问题，其能够将不确定性引入LOR的端点。当伽玛射线82以进入第二晶体58b或甚至第三晶体58c的显著角度进入一个晶体58a时，伽玛射线能够与这些晶体和闪烁体中的任一个相互作用。每个晶体给出LOR的不同端点。当晶体被安装为使得晶体的表面大体垂直于来自成像区域36的中心84的射线的角度时，DOI问题被缓解。

参考图7，在另一实施例中，柔性连接器(62f、62g)允许晶体58朝成像区域的中心倾斜，使晶体的表面取向为垂直于PET机器的膛半径，其减少了相互作用的深度。在该实施例中，从其关联模块中分离个体地定向每个片块(或一个片块宽度的片块行)。有利地，在探测器堆叠之间具有微小的间隙90，因为能够访问堆叠的两侧，提供工具或手指访问模块的空间，便于堆叠的移除。因为连接器是柔性的，能够暂时地移位堆叠以增加围绕要移除的探测器的间隙90。这在频繁移除堆叠的应用中，诸如在研究环境中尤为有用。在较小膛的机器中，冷却可以比空间更少地被关注，并且可以接受在冷却体积中定位模块PCB86或其他电子器件88。

在一个实施例中，机械支撑结构92支撑并且对齐晶体。在图7示出的实施例中，支撑结构是盖，其为晶体提供支撑，并且独立于其关联电子器件和模块86而对齐晶体。盖可以为晶体提供个体井槽，与冰块盘的外观相似。可以由弹簧(未示出)提供托住在盖中的晶体的力量。弹簧能够被安装到，例如，探测器的冷却板或其他支撑结构。电子器件88仍然可以被刚性地安装到探测器。例如，探测器阵列54优选被安装到晶体58。支撑模块PCB86也由附接至诊断扫描器的支撑结构94支撑。

预期除柔性PCB之外的其他类型的柔性电缆。例如但作为限制，能够使用带状电缆。除与闪烁体晶体耦合的硅光电倍增(SiPM)探测器之外，预期其他类型的探测器。预期镉锌碲(CZT)或其他固态探测器。也预期与光电倍增管耦合的闪烁体晶体阵列。可以像素化探测器或晶体。可以使用Anger逻辑。

安装探测器晶体的方法包括在图8中示出的步骤。在步骤101中，探测器阵列被定位并且安装到成像扫描器中。由于越精确地知晓探测器阵列的定位，成像扫描器的分辨率将越高，因而对齐很重要。例如，当堆叠被安装并且通过井槽定位到图7的机械支撑结构92时，比当通过仅刚性连接器定位堆叠时，定位更加确定。在步骤102中，将柔性连接器的一端附接到探测器阵列。在步骤103中，将柔性连接器的第二端连接到探测器阵列的关联电子器件。关联电子器件可以处于分别于探测器的体积中，允许用干空气冷却具有探测器的体积，而没有来自关联电子器件的增加的热负载。在步骤104中，定位并且安装关联电子器件。关联电子器件的定位一般不像探测器阵列的定位一样敏感。能够以其他顺序执行这些步骤。如果关联电子器件需要修复，则在步骤105中断开柔性连接器并且移除关联电子器件。如果将要替换探测器堆叠或片块，则在步骤106中拆卸探测器并且断开柔性连接器。

已经参考优选实施例描述了本发明。显然，他人在阅读和理解上述详细描述之后将进行修改和变型。目的是，本发明被解释为包括所有这样的修改和变型，只要它们落在权利要求书或其等价方案的范围内。

Claims (20)

1.一种辐射探测器模块(50)，包括：

辐射探测器(54、58)阵列，其响应于接收到辐射事件而生成信号；

关联处理电路(65)，其处理所述信号；以及

柔性连接器(62)，其被连接于所述辐射探测器与所述关联处理电路中的至少一些之间。

2.根据权利要求1所述的模块，还包括：

可释放连接器(66、68、70、72)，其处于所述柔性连接器(62)与所述辐射探测器阵列和所述关联处理电路中的至少一个之间。

3.根据权利要求1和2中的任一项所述的模块，还包括：

支撑结构(52、92、94)，其支撑所述辐射探测器阵列。

4.根据权利要求3所述的模块，其中，所述支撑结构包括板(52)，所述板(52)承载针对冷却流体的通道(53)，所述柔性连接器(62)和所述可释放连接器(66、68)中的至少一个延伸通过所述板中的孔径。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的模块，还包括：

壳体(74)，其限定使干空气在至少所述辐射探测器上循环以防止冷凝的通路。

6.根据权利要求3-5中的任一项所述的模块，其中，所述支撑结构(52、59)包括：

机械元件(55、92)，其接合所述探测器元件阵列的各侧面，这将所述探测器元件取向为朝向检查区域。

7.根据权利要求3-5中的任一项所述的模块，其中，所述支撑结构(92、94)还包括：

支撑构件(94)，其用于将所述探测器(54、58)阵列安装到诊断扫描器，所述柔性连接器(62)在所述辐射探测器阵列的每个辐射探测器与被安装到所述支撑构件上的电子器件(86)之间延伸，使得每个辐射探测器能够相对于所述支撑构件(94)移动。

8.根据权利要求7所述的模块，其中，所述支撑结构(92、94)还包括：

机械元件(55、92)，其接合探测器元件阵列的各侧面，这将所述探测器元件取向为朝向检查区域。

9.根据权利要求6和8中的任一项所述的模块，其中，所述机械元件(92)限定接收所述辐射探测器(54、58)的井槽。

10.根据权利要求1-9中的任一项所述的模块，其中，所述辐射探测器包括以下中的一项：

与硅光电倍增器(54)光学连接的闪烁体晶体(58)，；以及

固态辐射探测器。

11.一种PET扫描器，包括：

环形支撑结构(46)；

多个根据权利要求1-10中的任一项所述的辐射探测器模块。

12.一种安装辐射探测器阵列的方法，包括：

安装支撑结构(52、92、94)，所述支撑结构将关联处理电路支撑到诊断扫描器；

将柔性连接器(62)的第一端连接到探测器阵列(52、54)；

将所述柔性连接器的第二端连接到所述关联电路。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

弯曲所述柔性连接器(62)以定位所述探测器阵列(52、54)。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

将所述辐射探测器(54、58)安装在机械结构(92)中，所述机械结构(92)将所述辐射探测器在诊断扫描器中固定到选定取向。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

移除机械结构(92)；

弯曲要移除的辐射探测器(54、58)的所述柔性连接器以改进访问；

使所述柔性连接器(62)从要被移除的所述辐射探测器中断开。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

将替换辐射探测器与所述柔性连接器进行连接；

将所述辐射探测器安装在所述机械结构(94)中。

17.根据权利要求12-16中的任一项所述的方法，其中，所述机械结构限定针对所述探测器阵列的每个辐射探测器的个体井槽。

18.根据权利要求12-16所述的方法，还包括：

将所述柔性连接器从所述关联电路断开；

替换所述关联电路；并且

将所述柔性连接器重新连接到所述关联电路；

19.根据权利要求12-18中的任一项所述的方法，还包括：

冷却所述辐射探测器；并且

使干空气通过所述探测器以防止冷凝。

20.一种核诊断成像器(30)包括：

多个模块，其每个包括电子器件和辐射探测器(54、58)阵列；

围绕成像区域(36)的环形结构(51)；以及

多个探测器模块，其被安装到所述环形结构，每个模块包括：

辐射探测器(54、58)阵列，其响应于接收到辐射事件而生成信号，所述探测器阵列被包含在壳体(74)中，所述壳体(74)形成围绕所述辐射探测器阵列的冷却体积(76)；

关联处理电路(65)，其处理所述信号，所述关联电路被定位于所述冷却体积之外；以及

柔性连接器(62)，其处于所述辐射探测器与穿过所述壳体中的孔径的所述关联处理电路中的至少一些之间。