CN110477942B - 一种pet探测器以及医学影像设备 - Google Patents

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Abstract

一种PET探测器，包括晶体阵列、光电转换器、后端电路以及基板，所述晶体阵列包括若干晶体单元，以晶体单元光子入射面的垂线为轴向，所述光电转换器直接设置在晶体单元的与轴向平行的至少一个侧面上，并与所述晶体单元进行光电耦合，所述光电转换器在光电耦合区域内分区设置。本发明的PET探测器直接在晶体中间使用光电转换器，而不使用基板进行器件焊接集成，避免以往侧面读出电子学设计会增大系统探测死区的设计弊端；并在光电转换器内部与晶体的光电偶合区进行分区设置，为荧光事件3D定位奠定了基础，同时也最大程度减轻不同器件之间差异性给信号探测带来的影响。

Description

一种PET探测器以及医学影像设备
技术领域
本发明涉及正电子发射断层成像设备领域，尤其涉及一种正电子发射断层成像设备中的探测器以及医学影像设备。
背景技术
正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，简称PET)探测器是PET成像设备中的关键装置，其主要功能为获得PET事件中各γ光子能量沉积时的位置、时间、能量信息。在设计与实现PET成像系统的过程中，为了提高系统成像性能，希望所使用的正电子发射断层成像探测器可以提供沉积深度(Depth of Interaction，DOI)信息、具有高的探测效率、好的时间分辨率以及好的空间分辨率。侧面读出技术是解决PET探测器成像性能的重要技术突破，侧面读出技术可以显著提高闪烁光的收集效率、减小系统读出通道的时间抖动，并可以对荧光事件进行精确的3D定位，因此可以大幅提高系统的时间分辨率和空间分辨率，进而提高系统的整体性能。
目前已有的侧面读出设计，一般是将光电转换器(APD或者SiPM或其它硅基光电转换器)焊接在印制板(包括柔性印制板)上进行侧面读出。如将闪烁晶体块和一组Geiger模式雪崩光电二极管(G-APD)传感器元件光电耦合，其光学耦合到闪烁晶体块的至少一个表面。其中G-APD传感器元件是布置在至少一个细长的G-APD传感器元件条带中，然后将所述G-APD条带耦合到读出电路。另一种侧面读出设计，在晶体阵列之间加入一排半导体光电转换器，对晶体荧光进行侧面读出，可以显著提升系统性能，但是这种设计一方面需要将光电转换器焊接在基板上，然后进行信号读出。将光电转换器焊接在基板上，势必要增加晶体之间的间隙，从而增大了PET探测器环的死区面积，降低了PET探测环的有效探测面积比。
发明内容
本发明解决的是现有PET探测器侧面读出设计所存在的探测死区较大以及不同器件间产生的信号差异性问题。
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种PET探测器，包括晶体阵列、光电转换器、后端电路以及基板，其特征在于，所述晶体阵列包括若干晶体单元，以晶体单元光子入射面的垂线为轴向，所述光电转换器直接设置在晶体单元的与轴向平行的至少一个侧面上，并与所述晶体单元进行光电耦合，所述光电转换器在光电耦合区域内分区设置。
优选地，在上述PET探测器中，所述光电转换器在光电耦合区域内分区进行电信号读出。
优选地，在上述PET探测器中，所述光电转换器采用超薄型硅基光电转换器。
优选地，在上述PET探测器中，所述晶体阵列的与入射面相对的端面设置有读出端子，所述读出端子的一端与光电转换器连接，另一端与后端电路连接。
优选地，在上述PET探测器中，所述晶体单元的与轴向平行的除光电转换器设置面以外的其它面均设置反射膜。
优选地，在上述PET探测器中，所述光电转换器在垂直于轴向方向的延展厚度小于或等于反射膜的厚度。
优选地，在上述PET探测器中，所述后端电路固定或可拆卸地连接于所述基板上，所述基板用于支撑所述探测器。
优选地，在上述PET探测器中，所述晶体阵列外围面设置有屏蔽罩，所述屏蔽罩用于对所述晶体阵列进行避光处理。
优选地，在上述PET探测器中，所述屏蔽罩为碳纤维屏蔽罩。
本发明还提供如下技术方案：
一种医学影像设备，包括机架、扫描床，其特征在于，所述机架内设置上述探测器。
与现有技术相比，本发明提供的一种PET探测器及具有其的医学影像设备，具有如下优点：
本发明采用超薄型硅基光电转换器件直接用于晶体中间，而不使用基板进行器件焊接集成，避免以往侧面读出电子学设计会增大系统探测死区的设计弊端，使得这种设计的所产生的死区厚度能与晶体之间的发射薄膜厚度保持一致。在光电转换器与晶体单元光电耦合区域设置分区，使每个与晶体侧面进行光电耦合的探测器在光电耦合区域的不同分区上独立读出电信号，为荧光事件的精确3D定位奠定了基础，同时也最大程度减小了不同器件之间差异性给信号探测带来的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一实施例的探测器结构示意图；
图2是本发明提供的一实施例的6*6探测器晶体与光电转换器阵列示意图；
图3是本发明提供的一实施例的晶体单元与光电转换器耦合的结构示意图；
图4是本发明提供的一实施例的环形探测器结构示意图；
图5是本发明提供的一实施例的平面圆形或方形探测器结构示意图。
标号说明：
100、探测器晶体与光电转换器阵列；101、读出端子；102、光电转换器；103、晶体单元；104、反射膜；105、光子入射面；200、后端电路；300、基板；400、屏蔽罩；500、荧光事件；600、探测器；601、探测器基本单元。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。
需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1和4所示，本发明提供一种PET探测器600，具体地，所示探测器包括基板300、后端电路200、读出端子101、晶体单元103、光电转换器102，屏蔽罩400。所述基板300作为所述探测器600的底座，为其它探测器部件提供支撑结构和固定空间。所述后端电路200设置在所述基板上，所述读出端子101设置在所述晶体单元103与所述读出端子101之间，并一端与读出端子101连接，另一端与设置在所述晶体单元103之间的所述光电转换器102连接，所述屏蔽罩400设置在所述探测器600的晶体阵列外围。
进一步地，如图2和3所示，所述PET探测器晶体与光电转换器阵列包括读出端子101、光电转换器102、晶体单元103以及反射膜104，晶体单元103与光电转换器102间光电耦合，光电转换器102设置在晶体单元103光子入射面105垂线方向平行的至少一个侧面上，读出端子101设置在与晶体单元103光子入射面105相对的端面上，并与光电转换器102连接，晶体单元103上与光子入射面105垂线方向平行的，除设置光电转换器102以外的其它面均设置反射膜104。
可以理解的是，如图2所示的晶体阵列中晶体单元103之间是不透光的，每个晶体单元103接收伽马光子，伽马光子在晶体单元103中产生荧光事件，在所述晶体单元上与其光电耦合的光电转换器102将荧光事件500的光信号转换成电信号，晶体单元103上的反射膜104将荧光事件500的光信号通过反射手段使其全部被光电转换器102接收，所述光电转换器102产生的电信号通过读出端子101发送到后端电路200，后端电路200接收并将电信号进行初步的处理，比如整流、模数转换等，通过后端电路200再将初步处理的信号发送给下一级处理器进行信号放大、过滤、校正等，从而输出图像。
进一步地，如图3所示，所需光电转换器102与晶体单元103光电耦合的探测区域设置分区，每个分区在接收光信号进行光电转换的电信号分别独立读出，如此，由于荧光事件500在晶体单元103中发生的位置不同，每个光电转换器102的分区所接收的光信号不同，不同的光信号再通过光电转换器102转换为不同的电信号，从而可以获得不同分区电信号产生的时间，强度等信息，根据不同的分区信号对荧光事件500的精确3D位置进行定位，同时由于这些分区都是在同一个光电转换器102上，并不会由于不同器件的差异性，引入额外的信号误差。
可以理解的是，所述光电转换器102的分区方式可以是多种形式，根据光电转换器102与晶体单元103光电耦合区大小、形状的需要，以及为获得不同电信号用于荧光事件500精确定位，所述光电转换器102的分区方式除附图所示的矩形分区外，还可以是其它任何形状的划分方式，比如圆形等。因为每个分区能够独立读出电信号，说明在光电转换器102的器件内部设置了电路进行信号读出，该电路可以是直接在光电转换器102的感光区域中布线，也可以是设置在光电转换器102感光面的背面或其它合适的位置，目的在于尽可能地减小布线电路对光电转换器102的影响。
进一步地，所述光电转换器102设置在晶体单元103光子入射面105垂线方向平行的晶体单元的至少一个侧面上，并且所述光电转换器102没有焊接在电路板上，而是采用超薄型硅基光电转换器直接设置在晶体单元103耦合面上。
可以理解的是，所示光电转换器102根据需要可以设置在晶体单元103的多个面上，并且无需电路板焊接的光电转换器102直接设置在晶体单元103的耦合侧面上，在光电转换器采用超薄型光电转换器时，使得晶体阵列之间的间隙非常小，而由这种间隙产生的探测死区也会非常小，其间隙厚度可以由几百um降低到50～70um的厚度，而这个厚度与一般PET探测器设计中的反射膜104厚度已经相差无几，从而可以与晶体单元103之间的反射膜厚度保持一致。另外，在探测器600的结构设计中，可以将晶体单元103沿光电转换器102展开方向的厚度进行有效的控制，从而避免由于光电转换器102内部信号走线区域的引入导致这部分探测死区的增大。从而在不增加原有系统在方向X上的探测死区基础上可以显著降低系统在Y方向上的探测死区，从而最大程度发挥侧面读出电路的设计优势。
进一步地，如图2所示，所述晶体阵列包括多个晶体单元103，并且每个晶体单元至少与一个光电转换器102耦合，其中晶体阵列的晶体单元103数量不限，也不限定为N×N结构，由基板300、后端电路200、读出端子101、晶体单元103、光电转换器102以及屏蔽罩400组成一个PET探测器600的基本单元601。
在本实施方式中，探测器600的基本单元601由基板300、后端电路200、读出端子101、晶体单元103、光电转换器102以及屏蔽罩400组成，在另一实施例中，基板的骨架支撑功能可以由后端电路200的电路载体来完成，因为后端电路200的电路载体同样具有硬度和体积的特征，可以替代基板300支撑探测器组件的功能。
优选地，本实施例所用基板300为金属材质，在另一实施例中基板300可以采用合适的其它类型材质进行替换。
优选地，在本实施例中，光电转换器102与晶体单元103的耦合，在两者接触面之间可以是直接接触耦合，也可以是采用如光学胶水来进行粘结耦合。
优选地，所述读出端子101与晶体单元103间的接触可以采用光学胶水进行固定连接。
优选地，所述晶体单元103中设置有反射膜104的晶体面与反射膜104之间可以是直接接触，利用晶体单元103之间的挤压来使反射膜104贴合晶体单元103表面，在另一实施例中，晶体单元103面与反射膜104间可以采用光学胶水进行粘合。
进一步地，所述晶体单元103中的反射膜104，可以是薄的高反射率薄膜材料制定，在另一实施例中该反射膜104也可以是一种高反射率的涂层。
优选地，光电转换器102在垂直于轴向方向的延展厚度等于反射膜104的厚度。
优选地，所述探测器中读出端子101与后端电路200间的信号传送可以是柔性电路板连接，还可以是接插件、接插件+线缆组合等结构。
在本实施例中，所述晶体阵列外围设置了屏蔽罩400，所述屏蔽罩400对晶体阵列的外表面进行遮光保护，排除外界光对探测器的干扰。本实施例中，该屏蔽罩400为碳纤维屏蔽罩，在另一实施例中，该屏蔽罩400还可以采用其它合适材料。
进一步地，利用本实施例所述的PET探测器600的基本单元601可以设计多种类型的PET探测器形状，如图4所述的环形探测器，图5所述的平面圆形或方形探测器等，根据实际对探测器600形状设计的需要，可以利用本发明所述的探测器基本结构设计成相对应的探测器形状，并将其用与相应的探测设备中。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种PET探测器，包括晶体阵列、光电转换器、后端电路以及基板，其特征在于，所述晶体阵列包括若干晶体单元，以晶体单元光子入射面的垂线为轴向，所述光电转换器直接设置在晶体单元的与轴向平行的至少一个侧面上，并与所述晶体单元进行光电耦合，所述光电转换器在光电耦合区域内分区设置；所述光电转换器在光电耦合区域内分区进行电信号读出；所述电信号用于对荧光事件的精确三维位置进行定位；
所述晶体单元的与轴向平行的除所述光电转换器设置面以外的其它面均设置反射膜；所述光电转换器在垂直于轴向方向的延展厚度小于或等于反射膜的厚度。
2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述光电转换器采用超薄型硅基光电转换器。
3.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述晶体单元的与光子入射面相对的端面设置有读出端子，所述读出端子的一端与光电转换器连接，另一端与后端电路连接。
4.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述后端电路固定或可拆卸地连接于所述基板上，所述基板用于支撑所述探测器。
5.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述晶体阵列外围面设置有屏蔽罩，所述屏蔽罩用于对所述晶体阵列进行避光处理。
6.根据权利要求5所述的探测器，其特征在于，所述屏蔽罩为碳纤维屏蔽罩。
7.一种医学影像设备，包括机架、扫描床，其特征在于，所述机架内设置如权利要求1-6中任意一项中的所述的探测器。
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