CN109564294A - 用于在正电子发射乳腺摄影中的无缝块检测器阵列的可拼接块检测器 - Google Patents

用于在正电子发射乳腺摄影中的无缝块检测器阵列的可拼接块检测器 Download PDF

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Abstract

本文中描述的是用于在核医学应用中(诸如在正电子发射断层扫描(“PET”)系统和正电子发射乳腺摄影(“PEM”)系统中)使用的可拼接块检测器。本文中所描述的块检测器是四侧可拼接的，使得可构建块检测器的无缝阵列以用于在PET或PEM系统中使用。当这样排列时，块检测器考虑到全尺寸的无缝检测器，该全尺寸的无缝检测器实现受试者(例如，轻柔固定住的乳房)的全覆盖，改进数据收集，并且使得用比目前其他可用的PEM系统显著低的辐射剂量的高分辨成像成为可能。

Description

用于在正电子发射乳腺摄影中的无缝块检测器阵列的可拼接 块检测器
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年2月26日提交的题为“用于在正电子发射乳腺摄影中无缝块检测器阵列的可拼接块检测器(TILEABLE BLOCK DETECTORS FOR SEAMLESS BLOCK DETECTORARRAYS IN POSITRON EMISSION MAMMOGRAPHY)”的美国临时专利申请序列第62/300,256号的优先权，并且通过引用其整体结合于此。
背景技术
本公开的领域是正电子发射断层扫描(“PET”)。更具体地，本公开涉及用于在PET系统(包括正电子发射乳腺摄影(“PEM”)系统)中使用的辐射检测器阵列。
具有高度致密的乳房组织的女性遭受乳腺癌的较高风险以及乳腺摄影筛选的低灵敏度。PEM提供了针对对有效拍摄具有增加的需求的这些女性的潜在解决方法。如果将放射性示踪剂剂量充分地降低，则PEM可以是有效筛选工具，特别是在具有致密乳房的高风险女性中，乳腺摄影对于这些女性具有不可接受地低灵敏度。目前，氟代脱氧葡萄糖(“FDG”)的370MBq(10mCi)的PEM剂量具有比数字化乳腺摄影大23倍的终身等效的风险，这严重地限制了其临床接受度。
因此，需要提供能够使用施加给受试者的显著降低的剂量来生成图像同时在筛选环境中维持高灵敏度和特异性的系统。
在一些PEM系统中，在受试者的乳房上扫描一个或多个大块检测器。虽然这些系统可能能够在较低剂量下对受试者进行操作，但扫描技术降低了传感器暴露于特定的乳房区域的时间量，从而降低了系统的灵敏度。还可能由于扫描移动而引入其他测量误差。
其他PEM系统使用伽马射线检测器的圆形阵列。在这些系统中，受试者俯卧并且乳房悬挂到阵列环中。该环设计考虑到较高的敏感度和较快的扫描时间，但是与其他系统相比不太能够适应乳房尺寸的差异且具有在胸壁附近的较差的病变成像。
将期望具有使用足够大的以便以轻微的压迫且无需移动检测器就覆盖整个乳房的检测器的PEM系统。这样的静态系统将能够在使用较低的放射性示踪剂剂量的同时收集较多的信号。
发明内容
本公开通过提供用于在正电子发射断层扫描(“PET”)系统中使用的块检测器来解决前述缺陷。块检测器包括：包括多个闪烁体(scintillator)晶体的闪烁体阵列、包括多个光检测器元件的光检测器、以及光学地耦合至闪烁体阵列和光检测器的光导。光检测器具有比闪烁体阵列的表面积小的表面积，使得闪烁体阵列相对于光检测器限定悬伸部。光导具有面向并且光学地耦合至闪烁体阵列的底部表面的第一表面以及面向并且光学地耦合至光检测器的有效表面的第二表面。光导的第一表面具有第一表面积，并且光导的第二表面具有比第一表面积小的第二表面积。
本公开的另一个方面提供用于在PET系统中使用的块检测器的阵列。块检测器的阵列包括多个块检测器，其中，每个块检测器包括：包括多个闪烁体晶体的闪烁体阵列、包括多个光检测器元件的光检测器、以及光学地耦合至闪烁体阵列和光检测器的光导。光检测器具有比闪烁体阵列的表面积小的表面积，使得闪烁体阵列相对于光检测器限定悬伸部。光导具有面向并且光学地耦合至闪烁体阵列的底部表面的第一表面以及面向并且光学地耦合至光检测器的有效表面的第二表面。将多个块检测器安排在阵列中，使得相邻的块检测器中的闪烁体阵列在界面处接触而在它们之间大体上无间隙，并且通过由悬伸部限定的间隙分开相邻的块检测器中的光检测器。
本公开的前述以及其他的方面和优点将根据以下描述而显现。在本说明书中，参考在此构成其一部分的附图，并且在附图中借助图示示出了优选实施例。然而，该实施例并不一定表示本发明的全部范围，并且因此参考权利要求书并在此用于解释本发明的范围。
附图说明
图1是示例四通可拼接块检测器的分解视图。
图2是示例四通可拼接块检测器的侧视图。
图3示出了四通可拼接块检测器的无缝阵列。
图4是图3的四通可拼接块检测器的无缝阵列的截面视图。
具体实施方式
本文中描述的是用于在核医学应用中(诸如在正电子发射断层扫描(“PET”)系统中，以及在一些特定的示例正电子发射乳腺摄影(“PEM”)系统中)使用的可拼接块检测器。可拼接块检测器是在这样的PET或PEM系统中的一个部件。有利地，本文中所描述的块检测器是四侧可拼接的，使得可以构建块检测器的无缝阵列以用于在PET或PEM系统中使用。当这样排列时，块检测器考虑到全尺寸的无缝检测器，该全尺寸的无缝检测器实现受试者(例如，轻柔固定住的乳房)的全覆盖，改进数据收集，以及使得用比目前其他可用的PEM系统显著低的辐射剂量的高分辨成像成为可能。
PET系统通常利用块检测器来检测伽马射线。这些块检测器包括光学地耦合至闪烁体(诸如闪烁晶体)的光检测器(例如光电倍增管(PMT)或固态光检测器)。PET块检测器使用光共享技术来更有效地以及更精确地限定伽马射线与闪烁体互相作用的位置。例如，为了实现更好的空间分辨率，使用闪烁体晶体的阵列(例如，像素化的闪烁晶体)。这样的闪烁体晶体的阵列通过光导光学地耦合至光检测器以向光检测器的阵列散布光。
当将本文中所描述的块检测器被安排成更大的结构(诸如3×3阵列、4×4阵列、3×4阵列等)时，将这些块检测器被设计为消除相邻检测器之间的间隙。当使用固态光检测器的块检测器被排列时，在块检测器中的闪烁体之间具有间隙是常见问题。本文中所描述的块检测器被设计为解决并克服该问题。
图1和2示出了用于在PET系统(包括PEM系统)中使用的可拼接块检测器10。每个块检测器10一般包括闪烁体阵列12、光导14以及光检测器16。优选地，光检测器16是具有光检测器元件或像素的阵列的固态光检测器。示例固态光检测器包括硅光电倍增器(“SiPM”)、雪崩光电二极管(“APD”)以及不具有光导的数字化SiPM。有利地，块检测器10被设计成四通可拼接的检测器，使得可以构建块检测器10的无缝阵列，包括3×3阵列、4×4阵列、3×4阵列等。
通常，构建块检测器10使得闪烁体阵列12具有比光导14、光检测器16以及耦合至光检测器16的前端电子器件32更大的表面积。因此，块检测器10的表面积由使用的闪烁体阵列12的大小来限定。更具体地，闪烁体阵列12的尺寸被设计为在光检测器16上方限定悬伸部34，这允许块检测器10是无缝地可拼接。作为一个示例，悬伸部34可以是大约500-600μm。在一些实施例中，块检测器10的总厚度是大约35mm或更小，这允许将块检测器10放置在非常靠近胸壁处使得可以获取胸部的图像以检测其中的病变。
闪烁体阵列12一般包括闪烁体晶体18的阵列。可以将闪烁体阵列12构建为切块闪烁体或构建为反射器块闪烁体。作为一个示例，闪烁体晶体18可以是LYSO:Ce晶体；然而，也可使用其他的无机晶体，包括CsF、NaI(Tl)、LaCl3(Ce)、BGO、CaF2(Eu)、YAG(Ce)等组成的晶体。在一些实施例中，闪烁体晶体18可以是有机晶体或陶瓷晶体。在又其他实施例中，闪烁体阵列12可包括其他非晶体闪烁体(包括基于有机液体的那些非晶体闪烁体)或荧光发射器的阵列。
闪烁体阵列12从顶部表面20延伸至底部表面22。光导14定位在闪烁体阵列12与光检测器16之间以便将闪烁体阵列12光学地耦合至光检测器16。响应于哪些光(例如可见光)从闪烁体阵列12发射，撞击到闪烁体阵列12的顶部表面20的辐射(例如511keV光子)被闪烁体阵列12吸收。借助光导14将发射的光传输至光检测器16。
光导14具有面向并且光学地耦合至闪烁体阵列12的底部表面22的第一表面24以及面向并且光学地耦合至光检测器16的有效表面28的第二表面26。优选地，光导14的尺寸被设计为使得第一表面24具有与底部表面22相同的表面积并且第二表面26具有与光检测器16的有效表面28相同的表面积。光导14可以是由任何合适的类型的玻璃(例如硼硅酸盐、熔融石英、铅玻璃)以及任何合适的透明塑料(例如丙烯酸、聚碳酸酯、聚苯乙烯)组成，并且可以使用精确的、可重复的抛光或热刻蚀技术来构建光导14以维持光导的高质量。
撞击到光导的第一表面24上的光从闪烁体阵列12中的一个像素(例如，晶体18，光从该晶体18发射)被散布在光检测器16中的许多像素之间。因此使用光导14考虑到较少的电子读出信道且同时产生关于确定入射辐射(例如511keV光子)击中闪烁体阵列12的位置的非常精确的结果。此外，通过保持第一表面24的表面积大，光导14允许块检测器10维持与在闪烁体阵列12与光检测器16之间不存在悬伸部34的情况相同水平的光检测效率。
一般也将光导14成形为其第一表面24具有比光导14的第二表面26的表面积大的表面积。在一些实施例中，光导14的边缘30成斜面以便从光导14的第一表面24向内倾斜至第二表面26。作为其它的示例，光导的边缘30一般可以是突面的或凹面的。优选地，利用反射性化合物涂覆边缘30以防止闪烁光损失并维持高的光收集效率。无论来自正电子湮没的伽马射线何时与在闪烁体阵列12的边缘附近的闪烁体阵列12互相作用，该反射性涂层将大多数光引导至光检测器16。
由闪烁体阵列12发射并借助光导14撞击到光检测器16上的光创建了由前端电子器件32从光检测器16作为数据读出的电信号。将该数据传送至计算机系统以用于图像重建以及其他处理。如上所述，块检测器10通过使用包括闪烁晶体18的阵列的闪烁体阵列12和包括光检测器元件的阵列的光检测器16来提供更好的空间分辨率。在该配置中，光导14将从闪烁体阵列12中的闪烁体晶体18发射的光散布至光检测器元件的阵列。随后可以使用愤怒逻辑(anger logic)数学来确定与闪烁体阵列12相互作用的伽马射线的位置。
在图3中示出了块检测器10的示例阵列36，具有在图4中示出的阵列36的相对应的截面。因为块检测器10可以无缝拼接，所以块检测器阵列36提供具有在块检测器10之间几乎无死区的成像区域。由于在目前其他可用的设备中的块检测器之间存在的间隙，作为该无缝构造的结果，较少的辐射将逸出块检测器阵列36。尽管在图2中图示了3×3阵列，但因为块检测器10是四通可拼接的，可以构建排列的检测器10的任何合适的配置，包括3×4阵列、4×4阵列等。
作为一个示例，每个块检测器10可具有57.66mm乘57.66mm的尺寸(即闪烁体阵列12的尺寸被设计为57.66mm乘57.66mm)，使得块检测器10的3×3矩阵36将具有17.3cm乘17.3cm的成像区域。然而，如本领域技术人员将理解的，也可以构建不同大小的块检测器10。
当排列时，块检测器10的悬伸部34限定在相邻的块检测器10中的光检测器16之间的间隙38，同时允许在相邻的块检测器10中的闪烁体阵列12之间的无缝界面40。有利地，在光检测器16之间的间隙38可以充当允许在光检测器16和前端电子器件32周围的空气流动的对流通道，从而提供块检测器10的这些电子部件的冷却。如上所述，悬伸部34的尺寸一般被设计为大约500-600μm，并且因此在光检测器16之间的间隙38是大约1000-1200μm。
本公开已经描述了一个或多个优选实施例，并且应当理解的是，除明确陈述的以外，许多等价物、备选方案、变化和修改都是可能的并且在本发明的范围之内。

Claims (16)

1.一种用于在正电子发射断层扫描(PET)系统中使用的块检测器，包括：
闪烁体阵列，所述闪烁体阵列包括多个闪烁体晶体；
光检测器，所述光检测器包括多个光检测器元件，并具有比所述闪烁体阵列的表面积小的表面积，使得所述闪烁体阵列相对于所述光检测器限定悬伸部；
光导，所述光导光学地耦合至所述闪烁体阵列和所述光检测器，所述光导具有面向并且光学地耦合至所述闪烁体阵列的底部表面的第一表面以及面向并且光学地耦合至所述光检测器的有效表面的第二表面；以及
其中，所述光导的所述第一表面具有第一表面积，并且所述光导的所述第二表面具有比所述第一表面积小的第二表面积。
2.如权利要求1所述的块检测器，其中，所述光导具有从所述第一表面向内倾斜至所述第二表面的斜面边缘。
3.如权利要求2所述的块检测器，其中，所述斜面边缘涂覆有将在所述光导内部的光反射回所述光导中的反射性材料。
4.如权利要求1所述的块检测器，其中，所述闪烁体阵列的所述底部表面具有与所述光导的所述第一表面相同的大小和形状，并且所述光检测器的所述有效表面具有与所述光导的所述第二表面相同的大小和形状。
5.如权利要求1所述的块检测器，其中，所述悬伸部在大约500微米到大约600微米的范围内。
6.如权利要求1所述的块检测器，进一步包括前端电子器件，所述前端电子器件耦合至所述光检测器，以便从光检测器接收数据作为当光撞击到所述光检测器中的光检测器元件上时生成的电信号，所述前端电子器件具有比所述光导的所述第一表面积小的表面积。
7.如权利要求1所述的块检测器，其中，所述光导的尺寸被设计为将所述闪烁体阵列中的单个闪烁体晶体光学地耦合至所述光检测器中的多个光检测器元件。
8.如权利要求1所述的块检测器，其中，所述光检测器是固态光检测器。
9.如权利要求1所述的块检测器，其中，所述闪烁体晶体是LYSO:Ce晶体。
10.一种用于在正电子发射断层扫描(PET)系统中使用的块检测器的阵列，包括：
多个块检测器，每个块检测器包括：
闪烁体阵列，所述闪烁体阵列包括多个闪烁体晶体；
光检测器，所述光检测器包括多个光检测器元件，并具有比所述闪烁体阵列的表面积小的表面积，使得所述闪烁体阵列相对于所述光检测器限定悬伸部；
光导，所述光导光学地耦合至所述闪烁体阵列和所述光检测器，所述光导具有面向并且光学地耦合至所述闪烁体阵列的底部表面的第一表面以及面向并且光学地耦合至所述光检测器的有效表面的第二表面；以及
其中，所述光导的所述第一表面具有第一表面积，并且所述光导的所述第二表面具有比所述第一表面积小的第二表面积；
其中，将所述多个块检测器安排在阵列中，使得相邻的块检测器中的所述闪烁体阵列在界面处接触而在所述闪烁体阵列之间大体上无间隙，并且通过由所述悬伸部限定的间隙来分开相邻的块检测器中的光检测器。
11.如权利要求10所述的块检测器的阵列，其中，所述悬伸部在大约500微米到大约600微米的范围内，使得所述间隙分别在大约1000微米到大约1200微米的范围内。
12.如权利要求10所述的块检测器的阵列，其中，所述光导具有从所述第一表面向内倾斜至所述第二表面的斜面边缘。
13.如权利要求12所述的块检测器的阵列，其中，所述斜面边缘涂覆有将在所述光导内部的光反射回所述光导中的反射性材料。
14.如权利要求10所述的块检测器的阵列，其中，所述闪烁体阵列的所述底部表面具有与所述光导的所述第一表面相同的大小和形状，并且所述光检测器的所述有效表面具有与所述光导的所述第二表面相同的大小和形状。
15.如权利要求10所述的块检测器的阵列，其中每个块检测器进一步包括前端电子器件，所述前端电子器件耦合至所述光检测器，以便从所述光检测器接收数据作为当光撞击到所述光检测器中的光检测器元件上时生成的电信号，所述前端电子器件具有比所述光导的所述第一表面积小的表面积。
16.如权利要求10所述的块检测器，其中，每个块检测器中的所述光导的尺寸被设计为将所述闪烁体阵列中的单个闪烁体晶体光学地耦合至所述光检测器中的多个光检测器元件。
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