CN107894605A - 一种新型的高空间分辨率pet探测器模块 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种新型的高空间分辨率PET探测器模块，包括多个两表面附着有光导层的闪烁体，其多个闪烁体相互叠加在一起呈层状结构，其高度不小于30mm,且每个闪烁体的厚度不超过5mm；每个闪烁体的两表面一一对应附着有一个X轴光纤层和一个Y轴光纤层，每个X轴光纤层的两端中至少一端耦合一个线阵列SiPM，每个Y轴光纤层的两端中至少一端耦合一个线阵列SiPM，每个线阵列SiPM连接一个读出电路；对应每个闪烁体的多个读出电路，读出对应闪烁体的闪烁事件在X轴和Y轴的位置信息和幅度信息；γ光子在层状结构闪烁体中发生闪烁的深度，是通过层状结构中所有闪烁体的闪烁事件在X轴信号总和与Y轴信号总和的幅度比值来计算。
Description
技术领域
本发明涉及PET探测器领域，具体为一种新型的高空间分辨率PET探测器模块。
背景技术
正电子发射计算机断层成像(Positron Emission Tomography)，简称PET，是核医学领域先进的临床检查影像技术。PET探测器最基本的结构是一个探测单元，即硬件上能分辨的最小单位，通常指闪烁体晶体切割的最小尺寸，现有PET探测器技术中使用的闪烁体，都是由晶体切割而成，再将闪烁体晶体按最小尺寸一个个切割呈多个小块状再应用。多个探测器单元组成一个PET探测器模块，简称Block。Block的尺寸通常由光电探测器的尺寸决定。如图1所示，多个Block组成环状PET探测器，有的PET探测器是单环结构，有的PET探测器是多环结构。
PET成像的空间分辨率为SR，可以用以下公式来计算：
其中kr为图像重建系数，由重建算法决定；d为闪烁体晶体的切割宽度，一般在2-3mm；s为正电子射程，一般为0.3-3mm；R为PET探测器的半径，一般在400mm左右；b为闪烁体晶体位置解码误差(decoding error)，通过算法改进可以消除；EDOI为作用深度DOI(depthof interaction)不确定引起的误差，一般情况下，在3mm左右。
闪烁体晶体切割宽度一般情况下受工艺和成本所限，不能无限的减小，正电子射程由示踪药剂决定，是一个常数，PET探测器构成的环半径可以缩小来改善PET探测器的空间分辨率，很多厂家也有相关的产品，然而为了保证PET探测器的可用性，临床的PET探测器的环一般不能太小，直径最低的也就做到了300mm，但是EDOI可以通过准确测定晶体中γ光子击中深度而降低，所以减小EDOI是减小SR的主要途径。
我们知道，现在通用PET探测器的Block只提供平面二维位置信息，并不提供γ光子在闪烁体中的深度信息，所以造成如图2所示的情况。由于没有γ光子在闪烁体中的深度信息，而Block又有一定的大小，所以我们就不能准确确定γ光子在Block中的投影路线，从而带来了EDOI，解决这个问题的关键，是将Block中的γ光子入射的深度信息提取出来，从而消除EDOI，改善通用PET的空间分辨率SR。
发明内容
为消除EDOI，本发明所采用的技术方案是：一种新型的高空间分辨率PET探测器模块，包括多个两表面附着有光导层的闪烁体，其多个闪烁体相互叠加在一起呈层状结构，其高度不小于30mm,且每个闪烁体为薄片状、无需再分割且厚度不超过5mm；
还包括多个X轴光纤层、多个Y轴光纤层、多个线阵列SiPM和多个读出电路；
每个闪烁体的两表面一一对应附着有一个X轴光纤层和一个Y轴光纤层，每个X轴光纤层的两端中至少一端耦合一个线阵列SiPM，每个Y轴光纤层的两端中至少一端耦合一个线阵列SiPM，每个线阵列SiPM连接一个读出电路；
对应每个闪烁体的多个读出电路，读出对应闪烁体的闪烁事件在X轴和Y轴的位置信息和幅度信息；
γ光子在层状结构闪烁体中发生闪烁的深度，是通过层状结构中所有闪烁体的闪烁事件在X轴信号总和与Y轴信号总和的幅度比值来计算。
进一步的，所述的γ光子在层状结构闪烁体中发生闪烁的深度，其计算方法为：
设层状结构闪烁体的总厚度为L，所有Y轴光纤层的光纤读出的信号幅度和为A1，所有X轴光纤层的光纤读出的信号幅度和为A2，那么γ光子在层状结构闪烁体中发生闪烁的深度Z为，
进一步的，所述的闪烁体为切割好的硅酸钇镥(LYSO)或者硅酸镥(LSO)或者锗酸铋(BGO)等晶体。
进一步的，所述每个闪烁体的厚度为5mm,层状结构为6层闪烁体叠加，总厚度L为30mm。
进一步的，所述每个闪烁体的厚度为5mm,层状结构为8层闪烁体叠加，总厚度L为40mm。
根据权利要求3所述的一种新型的高空间分辨率PET探测器模块，其特征在于：所述每个闪烁体的厚度为5mm,层状结构为10层闪烁体叠加，总厚度L为50mm。
本发明中，由于闪烁体晶体的传输效率的问题，脉冲幅度比读出法读取深度信息并不能在太厚的晶体中读取，一般来说，超过5mm的厚度的话，读出的数值就会拥有比较大的误差。而如图3所示，对于PET来说常见的闪烁体晶体达到70％以上探测效率的厚度一般都在30mm以上，因此为了保证比较好的深度探测效率，我们设计了这种新型的层状结构闪烁体结构，将总的闪烁体高度达到30mm以上。
这样就可以通过各层闪烁体的读出电路读出的计数来计算γ光子通过了哪一层，通过脉冲幅度比读出法读取同一层闪烁体中γ光子发生闪烁作用的深度，如此，我们就可以通过重建算法得出γ光子的飞行路径，将EDOI降低到可以忽略的范围以内，从而大幅度提高PET探测器的空间分辨率。
因为本发明是通过光纤重心读出的方法来达到位置分辨的目的，所以使用的闪烁体厚度必须薄，而本发明的每个闪烁体由晶体切成薄层，且不用再切割成一个个小块状，这极大的降低了闪烁体晶体处理的工艺成本。
附图说明
图1为多个Block组成环状的PET探测器示意图；
图2为PET探测器的EDOI产生原理示意图；
图3为PET探测器常用闪烁体晶体的γ探测符合效率图；
图4为本发明中单个闪烁体，及其贴合的X轴光纤层和Y轴光纤层、以及连接的SiPM的示意图，也即高分辨γ光子探头示意图；
图5本发明的Block结构示意图。
具体实施方式
图5所示本发明的一种新型高空间分辨率PET探测器模块，由多个高分辨γ光子探头叠加而成，图4为其中一个高分辨γ光子探头。
如图4所示的高分辨γ光子探头，也是我公司申请号201721588090.6专利中提出的高分辨γ光子探头，其包括闪烁体3，其两表面，即出光面附着有光导层(图中未显示)。闪烁体3的上表面附着的是Y轴光纤层1，其光纤两端分别耦合有一个线阵列SiPM2。闪烁体3的下表面附着的是X轴光纤层5，其光纤两端分别耦合有一个线阵列SiPM 4。
两个线阵列SiPM 2和两个线阵列SiPM 4分别连接有一个读出电路(图略)，通过此四个读出电路，读出γ光子在闪烁体3发生闪烁时在X轴和Y轴的位置信息和幅度信息。
闪烁体3可以是切割好的硅酸钇镥(LYSO)、硅酸镥(LSO)或者锗酸铋(BGO)等晶体，也可是切割好的碘化铯、碘化钠、硫化锌、溴化镧、氯化镧、焦硅酸镥、硅酸钆、或者硅酸镥钆等整块状晶体。
将多个如图4所示的单个高分辨γ光子探头叠加，形成层状结构，也即多个闪烁体3叠加呈层状结构。层状结构闪烁体的总厚度应不小于30mm，以保证对511keV湮没γ光子达到70％以上的探测效率，如图3所示。另外，由于闪烁晶体的传输效率的问题，脉冲幅度比读出法读取深度信息并不能在太厚的晶体中读取，一般来说，超过5mm的厚度的话，读出的数值就会有比较大的误差，所以闪烁体3不超过5mm。
图5所示本发明的PET探测器，是采用闪烁体3为5mm厚，8层闪烁体3叠放一起。当然也可以用同样的5mm厚闪烁体3叠成6层、7层、9层或10层等，或者闪烁体3选用其它任意不超过5mm厚度，并多个任意叠加，只要叠加后总高不小于30mm即可。
上述中，层状结构中每个闪烁体3，均通过对应多个读出电路，读出对应闪烁体3的闪烁事件在X轴和Y轴上的位置信息和幅度信息。
γ光子在层状结构闪烁体3中发生闪烁的深度，是通过层状结构中所有闪烁体3的闪烁事件在X轴上信号总和与Y轴上信号总和的幅度比值来计算。
设层状结构闪烁体3总厚度为L，所有Y轴光纤层1的光纤读出的信号幅度和为A1，所有X轴光纤层2的光纤读出的信号幅度和为A2，那么γ光子在层状结构闪烁体3中发生闪烁的深度Z为：
这样就可以通过各层闪烁体3的读出电路读出的计数来计算γ光子通过了哪一层闪烁体3，通过脉冲幅度比读出法读取同一层闪烁体3中γ光子发生闪烁作用的深度，如此，我们就可以通过重建算法得出γ光子的飞行路径，从而将EDOI降低到可以忽略的范围以内，大幅度提高PET的空间分辨率。
上述实施例是对本发明进行的具体描述，只是对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术人员根据上述发明的内容作出一些本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种新型的高空间分辨率PET探测器模块，其特征至于：包括多个两表面附着有光导层的闪烁体，多个闪烁体相互叠加在一起呈层状结构，其高度不小于30mm,且每个闪烁体为薄片状、无需再分割且厚度不超过5mm；
还包括多个X轴光纤层、多个Y轴光纤层、多个线阵列SiPM和多个读出电路；
每个闪烁体的两表面一一对应附着有一个X轴光纤层和一个Y轴光纤层，每个X轴光纤层的两端中至少一端耦合一个线阵列SiPM，每个Y轴光纤层的两端中至少一端耦合一个线阵列SiPM；每个线阵列SiPM连接一个读出电路；
对应每个闪烁体的多个读出电路，读出对应闪烁体的闪烁事件在X轴和Y轴的位置信息和幅度信息；
γ光子在层状结构闪烁体中发生闪烁的深度，是通过层状结构中所有闪烁体的闪烁事件在X轴信号总和与Y轴信号总和的幅度比值来计算。
2.根据权利要求1所述的一种新型的高空间分辨率PET探测器模块，其特征在于：所述的γ光子在层状结构闪烁体中发生闪烁的深度，其计算方法为，
假设层状结构闪烁体的总厚度为L，所有Y轴光纤层的光纤读出的信号幅度和为A1，所有X轴光纤层的光纤读出的信号幅度和为A2，那么γ光子在层状结构闪烁体中发生闪烁的深度Z为，
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3.根据权利要求1或2所述的一种新型的高空间分辨率PET探测器模块，其特征在于：所述的闪烁体为切割好的硅酸钇镥(LYSO)或者硅酸镥(LSO)或者锗酸铋(BGO)等晶体。
4.根据权利要求3所述的一种新型的高空间分辨率PET探测器模块，其特征在于：所述每个闪烁体的厚度为5mm,层状结构为6层闪烁体叠加，总厚度L为30mm。
5.根据权利要求3所述的一种新型的高空间分辨率PET探测器模块，其特征在于：所述每个闪烁体的厚度为5mm,层状结构为8层闪烁体叠加，总厚度L为40mm。
6.根据权利要求3所述的一种新型的高空间分辨率PET探测器模块，其特征在于：所述每个闪烁体的厚度为5mm,层状结构为10层闪烁体叠加，总厚度L为50mm。
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| CN111624645A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-09-04 | 北京卫星环境工程研究所 | 双端读出晶体探测器及其作用深度刻度表快速生成方法 |
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Non-Patent Citations (1)
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| 陈兰莉，等: "大学物理实验", 上海交通大学出版社 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108957517A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-12-07 | 中派科技（深圳）有限责任公司 | 用于正电子发射成像设备的探测器及正电子发射成像设备 |
| CN109459783A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-03-12 | 中派科技（深圳）有限责任公司 | Pet设备、多层晶体pet探测器及其电子读出模块和方法 |
| CN111624645A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-09-04 | 北京卫星环境工程研究所 | 双端读出晶体探测器及其作用深度刻度表快速生成方法 |
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