CN110680367A - Pet探测器模块、pet探测器及pet系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种PET探测器模块、PET探测器及PET系统。该PET探测器模块包括多个晶体构成的阵列，所述阵列中，至少一部分相邻的晶体通过高透光率光学胶粘接，光学胶的折射率小于晶体的折射率。由于相邻的晶体通过高透光率光学胶粘接以及高透光率光学胶的折射率小于晶体的折射率，与晶体之间添加高反射材料的方式相比，光能够在晶体和高透光率光学胶层形成的界面发生全反射，全反射无光子损失，而使用高反射层材料，由于其反射率不能达到100％，多次反射后导致的光子损失较多，此外，选用的光学胶的透光率很高，光子穿过光学胶层引起的光损失较少，因此，本申请能够提高光收集，使得更多的光子被探测到。
Description
技术领域
本申请涉及正电子发射断层扫描技术领域，尤其涉及PET探测器模块、PET探测器及PET系统。
背景技术
正电子发射断层扫描(PET)是一种用于观察身体代谢情况的核医学探测器，原理是把具有正电子发射的同位素标记药物(显像剂)注入人体内，这些药物在参与人体的生理代谢过程中发生湮灭效应，生成2个背对背发射的能量为0.511MeV的γ射线。γ在闪烁体中发生相互作用后，放出大量光子，被后端光电探测元件探测，越多的光子被探测，越有利于提升探测器的性能。
目前的PET系统为了精准定位γ入射位置，晶体形状普遍为细长的条形，由多个小像素晶体(LSO/LYSO/BGO/LaBr等)构建成晶体阵列，阵列中各个晶体间添加反射材料，用以减少晶体间的光子串扰。晶体作为主要探测材料，它所形成探测器环的有效探测体积越大，探测器的探测效率越高，晶体间间隙越薄，越有利于提升探测器的有效探测体积；光电检测器接收到的光子数越多，越有利于提升探测器的能量分辨率和时间分辨率。
PET探测器模块的构建对PET探测器的性能起着重要的作用，目前探测器模块主要的结构由LSO/LYSO/BGO/LaBr等固体闪烁体阵列组成，为保证对γ的探测效率和精确的位置定位，多采用多个小晶体排列组合成为阵列，晶体之间通过高反射材料(镜面反射或漫反射)进行分隔，减少晶体间光子串扰，保证光子在发光晶体内传输。通常选用的镜面反射材料有3M Vikuiti ESR膜，漫反射膜有Teflon，还包括众多白色粉末状的反射涂层，如BaSo4，TiO2，MgO等。上述方案的缺点在于：目前使用的反射材料都不可能提供百分之百的反射率，当光子在其表面发生多次反射的过程中，将造成大量的光子被反射层吸收，导致光收集降低。
发明内容
为克服相关技术中存在的部分或者所有问题，本申请提供一种PET探测器模块。该PET探测器模块包括多个晶体构成的阵列，所述阵列中，至少一部分相邻的晶体通过高透光率光学胶粘接，光学胶的折射率小于晶体的折射率。
可选的，所述至少一部分相邻的晶体通过高透光率光学胶粘接包括：所有的晶体通过高透光率光学胶粘接；或者，一部分相邻的晶体通过高透光率光学胶粘接及另一部分晶体构成全空气耦合阵列。
可选的，所述光学胶的折射率与所述晶体的折射率的差值大于0.3。
可选地，所述高透光率光学胶的透光率至少为90％或95％。
可选的，所述高透光率光学胶构成的光学胶层的长度等于相邻的晶体之间的缝隙的长度。
可选地，所述一部分相邻的晶体通过高透光率光学胶部分粘接以使得一部分相邻的晶体之间的缝隙同时形成光学胶层和空气，空气位于由相邻晶体及光学胶层围成的空间内构成气隙。
可选地，所述光学胶层位于晶体的中部；或者，所述阵列包括γ入射面，所述光学胶层位于所述晶体靠近所述γ入射面的端部；或者，所述阵列包括γ入射面及面对所述γ入射面的出光面，所述光学胶层位于该晶体靠近该出光面的端部；或者，所述光学胶层位于晶体的两端。
可选的，所述阵列包括γ入射面和与γ入射面相邻的阵列侧面，所述阵列侧面和所述入射面封装有反射层。
可选的，所述反射层是漫反射层或者镜面反射层。
可选的，所述反射层为聚四氟乙烯、Teflon、MgO、TiO2、BaSo4或ESR。
可选的，所述阵列包括光电探测元件，所述阵列包括γ入射面以及面对所述γ入射面的出光面，所述出光面与所述光电探测元件通过粘接胶粘接。
可选的，所述粘接胶的折射率与所述光电探测元件的入射窗的折射率的差值的绝对值小于0.05或者小于0.03。
本申请另一方面公开一种PET探测器，该探测器包括前述任何一种PET探测器模块。
本发明另一方面提供一种PET系统，该系统包括前述探测器、信号处理装置和重建装置。所述探测器接收γ射线而产生光子，对光子进行探测以得到电信号。所述信号处理装置处理电信号并将符合预设条件的处理结果传输给所述重建装置。所述重建装置对来自信号处理装置的符合预设条件的处理结果进行重建处理，得到重建图像。
本申请的实施方式提供的技术方案至少包括以下有益效果：
由于相邻的晶体间通过高透光率光学胶进行粘接以及高透光率光学胶的折射率小于晶体的折射率，与晶体之间采用高反射材料的方式相比，光能够在晶体和高透光率光学胶层形成的界面发生全反射，全反射无光子损失，而使用高反射材料，由于其反射率不能达到100％，多次反射后导致的光子损失较多，此外，选用的光学胶的透光率很高，光子穿过光学胶层引起的光损失较少，因此，本申请能够提高光收集，使得更多的光子被探测到。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施方式，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是第一种实施方式的PET探测器模块的结构示意图；
图2是图1所示的探测器模块的图谱；
图3是第二种实施方式的PET探测器模块的结构示意图；
图4是图3所示的探测器模块的图谱；
图5是第三种实施方式的PET探测器模块的结构示意图；
图6是图5所示的探测器模块的图谱；
图7是第四种实施方式的PET探测器模块的结构示意图；
图8是图7所示的探测器模块的图谱；
图9是第五种实施方式的PET探测器模块的结构示意图；
图10是图9所示的探测器模块的图谱；
图11是第六种实施方式的PET探测器模块的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施方式进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施方式中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施方式的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个；“多个”表示两个及两个以上的数量。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。
下面结合附图，对本申请示例性实施方式进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互补充或相互组合。
本申请的发明人在研发PET探测器模块的过程中，发现PET模块的晶体之间通过填充高反射材料的方式中，高反射材料构成的反射层不可能提供百分之百的反射率，光子在其表面发生多次反射的过程中，将造成大量的光子被反射层吸收，导致光收集降低。此外，发明人还发现一种全空气耦合阵列(也称之为全空气耦合的晶体阵列)的PET探测器模块。在该模块中，晶体间仅靠摩擦力组合，晶体位置易发生偏移，形成的PET探测器模块的结构强度不够，需要其他的机械结构保证晶体的位置，过多的机械结构将降低探测器的性能。同时，在晶体的表面处理为极其光滑的情况下，晶体和晶体间的气隙(空气位于晶体之间的缝隙，所以，称之为气隙)将极小或缺失，导致晶体区分不开的情况。因此，为了至少解决光收集降低的问题，发明人想到了相邻的晶体间通过高透光率光学胶进行粘接的方式，在这种方式中，高透光率光学胶的折射率小于晶体的折射率，这样，该方案至少具有如下优点：1)与晶体之间添加高反射材料的方式相比，光能够在晶体和高透光率光学胶层形成的界面发生全反射，全反射无光子损失，而使用高反射材料，由于其反射率不能达到100％，多次反射后导致的光子损失较多，此外，选用的光学胶的透光率很高，光子穿过光学胶层引起的光损失较少，因此，本申请能够提高光收集，使得更多的光子被探测到；2)高透光率光学胶的折射率小于晶体的折射率，由于全反射现象还能减弱光线在相邻的晶体之间传播，使得光在相邻的晶体之间不连续(减少了光线在晶体之间发生串扰)，从而，更多的光子在晶体内传输而到达位于入射面对面的光电探测元件；3)高透光率光学胶的厚度小于由高反射材料构成的反射层的厚度，在两种阵列的体积相同的情况下，本申请的阵列中能有更多的晶体，所以，能提高有效探测体积；4)高透光率光学胶在相邻的晶体之间起到粘接作用，能提高探测器模块的机械强度，同时，还能避免空气耦合方式的一些问题，比如，晶体位置容易发生偏移、需要设计其他的机械结构确保晶体的位置或者因为晶体间气隙小导致晶体不容易分开的问题。所述高透光率光学胶的种类不限，比如紫外胶、环氧树脂胶或OCA等，通常选取在晶体的发光波段透光率大于90％的光学胶，更优的是选择透光率大于95％的光学胶。晶体的折射率与光学胶的折射率差值大于0.3，可以是0.32、0.4、0.5、0.515、0.6、0.7或者0.8，光学胶层折射率的选择需根据晶体的折射率进行选择，折射率相差越大越好，折射率差值越大，光子越容易发生全反射，这样，光在相邻的晶体之间越不容易串扰。
请参阅图1，详细说明一种PET探测器模块如下。该种探测器模块包括多个晶体1构成的阵列，所有的晶体1中，相邻的晶体1通过高透光率光学胶粘接而在晶体1之间构成光学胶层2，光学胶的折射率小于晶体1的折射率。图1示意出3.2mm×4.0mm×18mm的LYSO晶体组成的5×4的晶体阵列。在该阵列中，晶体折射率1.82，光学胶的折射率为1.315。所述高透光率光学胶构成的光学胶层的长度等于相邻的晶体1之间的缝隙的长度。技术人员可以理解，本申请的晶体包括目前常用的闪烁体，如LYSO、LSO、BGO、NaI(Tl)、LaBr3、GSO、LGSO和GACC中任意一种。晶体1呈立方体，构成阵列后，该阵列具有γ入射面、与γ入射面相邻的阵列侧面以及面对所述入射面的出光面。所述阵列侧面和所述入射面封装有反射层3。反射层3的反射率为98％，其边长和面积等于该晶体1的相应的侧面的边长和面积，以使得阵列不透光。所述反射层3选择不限，可包括漫反射层或镜面反射层，可为聚四氟乙烯(PTFE)，Teflon、MgO、TiO2、BaSO4、ESR等反射膜中任意一种。所述出光面与所述光电探测元件4通过粘接胶粘接，从而在光电探测元件4与所述出光面之间形成粘接胶层5。所述粘接胶的折射率与所述光电探测元件的入射窗的折射率相近，通常其差值的绝对值小于0.05或者0.03，比如，0.05、0.04、0.03、0.02、0.01，基于相近的原则，差值的绝对值越小越好。光电探测元件比如是光电倍增管(PMT)或其他光电检测器(如siPM)。图1所示的阵列的光电探测元件是尺寸为3.88mm×3.88mm的4×4的siPM。
请参阅图2并结合图1，图2是图1所示阵列的仿真结果，从仿真结果来看，利用折射率小于晶体的折射率的高透光率光学胶粘接晶体，光子收集相对于添加高反射材料的情况可提升近30％，同时可以形成清晰的图谱，从图2的图谱能够清晰的看出，这种方式能够将相邻的晶体1区分出来，晶体1区分的越好，后期重建图像越好。
请参阅图3和图4，第二种实施方式的PET探测器模块与第一实施方式的PET探测器模块相比，主要区别在于：所述光学胶层的位置及长度不同，在该方式中，所述光学胶层2位于该晶体1靠近所述γ入射面的端部，空气位于由相邻晶体1及光学胶层2围成的空间内而构成气隙6。从图4的图谱可以看出，这种方式也能够将相邻的晶体1区分出来，晶体1区分的越好，后期重建图像越好。
请参阅图5和图6，第三种实施方式的PET探测器模块与第一种实施方式的PET探测器模块相比，主要区别在于：所述光学胶层2位于该晶体面对所述γ入射面的端部(也就是位于该晶体1靠近该出光面的端部)，与所述粘接胶层5相邻。空气位于由相邻晶体1及光学胶层2围成的空间内以构成气隙6。从图6的图谱可以看出，这种方式也能够将相邻的晶体1区分出来，晶体1区分的越好，后期重建图像越好。
请参阅图7和图8，第四种实施方式的PET探测器模块与第一种实施方式的探测器模块相比，主要区别在于：所述光学胶层2位于该晶体1的中部。空气位于由相邻晶体1及光学胶层2围成的空间内以构成气隙6。图7示意出2段气隙6。从图8所示的图谱可以看出，这种方式也能够将相邻的晶体1区分出来，晶体1区分的越好，后期重建图像越好。
请参阅图9和图10，该第五种实施方式的PET探测器模块与第一实施方式的PET探测器模块相比，主要区别在于：所述光学胶层2位于晶体1的两端，也就是与γ入射面相邻的端部和与出光面相邻的端部。空气位于由相邻晶体1及光学胶层2围成的空间内以构成气隙6。从图10所示的图谱可以看出，这种方式也能够将相邻的晶体1区分出来，晶体1区分的越好，后期重建图像越好。
请参阅图1、图3、图5、图7和图9所示的实施方式中，所有晶体都通过高透光率光学胶粘接，技术人员根据上述优点可以得知：上述实施方式中，所述光学胶层2的位置、长度以及光学胶层的段数可以变化，只要使得一部分相邻的晶体之间的缝隙填充有高透光率光学胶形成的光学胶层和相邻晶体及光学胶层之间的空气即可，空气构成气隙。
请参阅图11并结合图1、图3、图5、图7和图9，在所述阵列中，一部分相邻的晶体1通过高透光率光学胶粘接而在相邻的晶体1之间形成光学胶层2，另一部分晶体构成全空气耦合阵列。比如，在图11中，第1个晶体和第2个晶体通过光学胶粘接，为方便叙述，称之为粘接阵列，如A部分所示，第3个晶体至第4个晶体构成全空气耦合阵列，如B部分所示。图11仅仅是示意阵列的构成情况，技术人员可以理解，所述PET探测模块的阵列可以包括多个粘接阵列和多个全空气耦合阵列，其组合方式也可以是多样，其阵列之间的连接也可以通所述高透光率光学胶粘接。此外，技术人员也可以得知，空气耦合方式也可以用其他方式替换。
本申请另一方面还公开一种PET探测器，该探测器包括前述任何一种PET探测器模块。至于PET探测器模块如何与其他部件组装以构成该PET探测器，可以采用现有技术，不再赘述。
本申请另一方面还公开一种PET系统，该PET系统包括前述探测器、信号处理装置和重建装置。所述探测器接收γ射线而产生光子，对光子进行探测以得到电信号。所述信号处理装置处理电信号并将符合预设条件的处理结果传输给所述重建装置。所述重建装置对来自信号处理装置的符合预设条件的处理结果进行重建处理，得到重建图像。
以上所述仅是本申请的较佳实施方式而已，并非对本申请做任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施方式揭露如上，然而并非用以限定本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施方式，但凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。
Claims (14)
1.一种PET探测器模块，其特征在于，包括多个晶体构成的阵列，所述阵列中，至少一部分相邻的晶体通过高透光率光学胶粘接，光学胶的折射率小于晶体的折射率。
2.根据权利要求1所述的PET探测器模块，其特征在于，所述至少一部分相邻的晶体通过高透光率光学胶粘接包括：所有的晶体通过高透光率光学胶粘接；
或者，一部分相邻的晶体通过高透光率光学胶粘接及另一部分晶体构成全空气耦合阵列。
3.根据权利要求1所述的PET探测器模块，其特征在于，所述光学胶的折射率与所述晶体的折射率的差值大于0.3。
4.根据权利要求1所述的PET探测器模块，其特征在于，所述高透光率光学胶的透光率至少为90％或至少为95％。
5.根据权利要求1至4任何一项所述的PET探测器模块，其特征在于，所述高透光率光学胶构成的光学胶层的长度等于相邻的晶体之间的缝隙的长度。
6.根据权利要求1至4任何一项所述的PET探测器模块，其特征在于，所述一部分相邻的晶体通过高透光率光学胶部分粘接以使得一部分相邻的晶体之间的缝隙同时形成光学胶层和空气，空气位于由相邻晶体及光学胶层围成的空间内而构成气隙。
7.根据权利要求6所述的PET探测器模块，其特征在于，所述光学胶层位于晶体的中部；
或者，所述阵列包括γ入射面，所述光学胶层位于所述晶体靠近所述γ入射面的端部；
或者，所述阵列包括γ入射面及面对所述γ入射面的出光面，所述光学胶层位于该晶体靠近该出光面的端部；
或者，所述光学胶层位于晶体的两端。
8.根据权利要求1所述的PET探测器模块，其特征在于，所述阵列包括γ入射面和与γ入射面相邻的阵列侧面，所述阵列侧面和所述入射面封装有反射层。
9.根据权利要求8所述的PET探测器模块，其特征在于，所述反射层是漫反射层或者镜面反射层。
10.根据权利要求9所述的PET探测器模块，其特征在于，所述反射层为聚四氟乙烯、Teflon、MgO、TiO2、BaSo4或ESR。
11.根据权利要求1所述的PET探测器模块，其特征在于，所述阵列包括光电探测元件，所述阵列包括γ入射面以及面对所述γ入射面的出光面，所述出光面与所述光电探测元件通过粘接胶粘接。
12.根据权利要求11所述的PET探测器模块，其特征在于，所述粘接胶的折射率与所述光电探测元件的入射窗的折射率的差值的绝对值小于0.05或者小于0.03。
13.PET探测器，其特征在于，包括权利要求1至12任何一项所述的PET探测器模块。
14.PET系统，其特征在于，包括权利要求13所述的PET探测器、信号处理装置和重建装置，其中，
所述探测器接收γ射线而产生光子，对光子进行探测以得到电信号；
所述信号处理装置处理电信号并将符合预设条件的处理结果传输给所述重建装置；
所述重建装置对来自信号处理装置的符合预设条件的处理结果进行重建处理，得到重建图像。
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