CN114190959A - 一种探测模块及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种探测模块及装置，该探测模块包括依次设置的第一光信号生成部、光电转换组件及第二光信号生成部，第一光信号生成部的远离光电转换组件的表面被配置为X射线与γ射线的入射面。由此X射线直接从第一光信号生成部的入射面进入至第一光信号生成部内，无需穿过光电转换组件，并且第一光信号生成部的入射表面没有设置金属元器件，避免了金属元器件对X射线的能量造成的衰减，从而提高了生成相应的光信号的强度，进而提高了成像质量，也降低了对患者重新进行扫描的几率，这样不仅降低患者所受的辐射量，而且降低了扫描时间，提高扫描效率；另外也避免了在重建图像形成严重伪影的情况，提高重建图像的清晰度。
Description
技术领域
本发明涉及医疗扫描技术领域，具体而言涉及一种探测模块及装置。
背景技术
PET/CT(Positron Emission Tomography/Computed Tomography，正电子辐射断层显像/计算机断层扫描)是将PET与CT融合为一体的扫描成像技术。PET/CT有效地融合了PET与CT两项检查的优势，既能够通过CT影像进行病灶精准定位，同时又能从PET影像得到病灶代谢能力和功能信息，实现了功能影像和解剖影像信息的互补。
为了提高检查速度以及图像融合的准确性，在现有技术中将PET探测装置和CT探测装置集成在一起，具体地，如图1所示，沿射线的入射方向依次设有第一光电转换部1121、第一光信号生成部111、第二光信号生成部113及第二光电转换部1123，在对患者进行扫描时，CT成像的X射线以及患者体内放射性药物发出的γ射线由第一光电转换部1121的表面进入至第一光信号生成部111，然后X射线经由第一光信号生成部111处理后产生光信号，再将光信号传送给第一光电转换部1121，第一光电转换部1121将该光信号转换为电信号，而γ射线穿过第一光信号生成部111到达第二光信号生成部113，第二光信号生成部113对γ射线处理后产生光信号，再将光信号传送给第二光电转换部1123，第二光电转换部1123将该光信号转换为电信号，之后上述两种电信号均传送给数据处理器进行处理分析，最终得到融合图像。
但是，第一光电转换部1121的光线入射表面设置有PCB板，PCB板上集成大量由金属材料制成的电子元件，这样易对X射线的能量造成衰减，从而易导致生成的光信号的减弱，进而影响成像的准确性，甚至需要对患者重新进行扫描，这样不仅使患者受到更多的辐射，而且增加了扫描时间，降低扫描效率；并且电子元件在PCB板上分布不均，也会造成在重建图像形成严重的伪影，导致成像不清晰。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种探测模块及装置，以解决相关技术中存在的部分或所有问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种探测模块，包括依次设置的第一光信号生成部、光电转换组件及第二光信号生成部，所述第一光信号生成部的远离所述光电转换组件的表面被配置为X射线与γ射线的入射面；
其中，所述第一光信号生成部用于将所述X射线及部分γ射线转换为第一光信号；
所述第二光信号生成部用于将所述γ射线转换为第二光信号；
所述光电转换组件用于将所述第一光信号转换为第一电信号，所述第二光信号用于将所述第二光信号转换为第二电信号。
可选地，所述光电转换组件包括依次设置的第一光电转换部、电路板及第二光电转换部，且所述电路板分别与所述第二光电转换部及所述第一光电转换部电连接；
所述第二光电转换部与所述第二光信号生成部接合，所述第一光电转换部与所述第一光信号生成部接合。
可选地，所述第二光电转换部包括多个间隔排列的第二光电转换单元，所述电路板的信号传输端口设有第一连接部，所述第一连接部经所述第一光电转换单元间的间隙穿出。
可选地，所述第二光信号生成部包括由多个第二晶体像素组成的第二晶体阵列，相邻的两个所述第二晶体像素之间设有第一光反射部；
所述第一光反射部对应于各第一连接部的位置设有对应的信号传输部，每个所述第一连接部与对应的信号传输部的靠近所述第一连接部的一端电连接。
可选地，所述第二光电转换单元的数量与所述第二晶体像素的数量相同且一一对应。
可选地，所述第二光电转换单元的数量与所述第二晶体像素的数量按照第一预设比值设置，且第一预设数量的第二光电转换单元与第二预设数量的第二晶体像素对应设置；
其中，所述第一预设数量与所述第二预设数量的比值与所述第一预设比值相同，且所述第一预设比值小于1。
可选地，所述探测模块还包括用于处理所述第一电信号及所述第二电信号的数据处理部；
所述数据处理部设置在所述第二光信号生成部的远离所述光电转换组件的表面上，且每个所述信号传输部的远离所述第一连接部的一端均与所述数据处理部电连接。
可选地，所述信号传输部为导电丝，每个所述导电丝的两端均延伸至所述第二晶体阵列的外部。
可选地，所述第一光电转换部包括多个间隔排列的第一光电转换单元，第一光信号生成部包括由多个第一晶体像素组成的第一晶体阵列，相邻的两个所述第一晶体像素之间设有第二光反射部。
可选地，所述第一光电转换单元的数量与所述第一晶体像素的数量相同且一一对应。
可选地，所述第一光电转换单元的数量与所述第一晶体像素的数量按照第二预设比值设置，且第三预设数量的第一光电转换单元与第四预设数量的第一晶体像素对应设置；
其中，所述第三预设数量与所述第四预设数量的比值与所述第二预设比值相同，且所述第二预设比值小于1。
可选地，所述电路板包括第一子电路板及第二子电路板；
所述第一子电路板与所述第一光电转换部电连接，所述第二子电路板与所述第二光电转换部电连接；
所述第一子电路板与所述第二子电路板一体成型，或者所述第一子电路板与所述第二子电路板之间设有第二连接部，所述第一子电路板通过所述第二连接部与所述第二子电路板连接。
可选地，所述第二连接部为多个接插件，每个所述接插件的一端与所述第一电路板连接，另一端与所述第二电路板连接；
所述第一电路板之间与所述第二电路板之间设有间隙，且所述第一电路板的靠近所述第二电路板的表面上设有第一电信号处理芯片。
可选地，所述第二电路板的靠近所述第一电路板的表面上设有第二电信号处理芯片。
可选地，在所述第一光信号生成部的入射面仅接收到X射线的情况下，所述第一光电转换部开始工作，所述第二光电转换部停止工作。
可选地，在所述第一光信号生成部的入射面接收到γ射线的情况下，所述第一光电转换部与所述第二光电转换部同时开始工作。
第一方面，本发明实施例提供一种探测装置，包括多个上述任一方案的探测模块，所述探测模块围成中部镂空的环形结构。
可选地，所述探测装置还包括X射线源，所述X射线源位于所述环形结构内，所述X射线源所发出的X射线能够完全覆盖所述环形结构中部的扫描区域。
可选地，所述X射线源包括冷阴极X射线管，所述冷阴极X射线管由碳纳米管制成。
根据本发明实施例所提供的一种探测模块及装置，X射线直接从第一光信号生成部的入射面进入至第一光信号生成部内，无需穿过光电转换组件，并且第一光信号生成部的入射表面没有设置金属元器件，避免了金属元器件对X射线的能量造成的衰减，从而提高了生成相应的光信号的强度，进而提高了成像质量，也降低了对患者重新进行扫描的几率，这样不仅降低患者所受的辐射量，而且降低了扫描时间，提高扫描效率；另外也避免了在重建图像形成严重伪影的情况，提高重建图像的清晰度。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明实施例的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为现有技术中PET/CT探测装置的结构图；
图2为根据本发明的一个可选实施例的探测装置的应用场景图；
图3为根据本发明的一个可选实施例的探测模块的结构图；
图4为根据本发明的一个可选实施例的光电转换组件的结构图；
图5为图3的俯视图；
图6为图3的仰视图；
图7为根据本发明的一个可选实施例的第二光信号生成部的结构图；。
图8为图7的仰视图；
图9为根据本发明的另一个可选实施例的探测模块的结构图；
图10为根据本发明的另一个可选实施例的光电转换组件的结构图；
图11为140keV的x射线在第一晶体阵列内的作用深度(晶体内沉积深度)仿真图；
图12为探测模块接收射线的散点图。
附图标记说明：
1-探测装置，11-探测模块，111-第一光信号生成部，1111-第一晶体像素，112-光电转换组件，1121-第一光电转换部，11211-第一光电转换单元，1122-电路板，11221-第一子电路板，11222-第二子电路板，11223-接插件,11224-第一电信号处理芯片，1123-第二光电转换部，11231-第二光电转换单元，11232-第一连接部，113-第二光信号生成部，1131-第二晶体像素，1132-导电丝，114-数据处理部，2-X射线源，3-扫描对象，4-承载台。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。
X线计算机体层成像(Computed Tomography，CT)技术是利用X射线束对人体横断面进行扫描，由CT探测装置接收穿过人体的X射线。X射线在穿过人体时，不同的组织对X射线具有不同的衰减系数或吸收系数，经过计算机的重建就得到人体横断面的断层图像。
正电子发射断层显像(Positron Emission Tomography，PET)技术的原理是：放射性元素在衰变的过程中会释放出正电子，正电子在遇到电子后发生湮灭，从而在相反的方向上产生一对能量为511KeV的光子，即γ射线，由PET探测装置探测到γ后经过计算机处理后可以得到正电子与电子湮灭发生的位置。在人体代谢中必需的物质中用半衰期较短的同位素进行标记，注入人体后，通过检测该物质在人体内的聚集情况，来反映代谢活动的情况，从而达到诊断的目的。通过观察代谢物的聚集情况能够发现早期癌症等病变。
正电子发射断层显像/X线计算机体层成像(Positron Emission Tomography/Computedtomography，PET/CT)设备是PET和CT的组合体，将PET和CT设计为一体，由一个工作站控制。单PET进行核医学显像时，有其它诊断设备无法比拟的早期发现及灵敏性高等优越特性，但因药物及其原理所限，其定位精度不够，将PET和CT设计为一体，扫描时根据需求同时进行PET显像和CT显像，并将两种图像融合在一起，以达到更好的鉴别和定位。
为了便于理解本申请，先介绍一下复合式PET/CT设备，即设置有本申请的探测装置1的探测设备，具体结构如下：
如图2所示，PET/CT设备包括但不限于X射线源2、探测装置1、承载台4。探测装置1形成有开口，承载台4用于放置扫描对象3(患者)并且能够将扫描对象3经由开口输送至探测装置1内。
患者在进行扫描前先注射放射性药物，在对患者进行扫描时，探测装置1能够同时探测到经过扫描对象3衰减后的X射线及以及患者体内放射性药物发出的γ射线，并将X射线及γ射线转换为相应的光信号，再将光信号转换为电信号，并对电信号进行放大、去噪及模数转换等处理。由此，该PET/CT设备相对于分开独立设置PET探测装置和CT探测装置的设备，结构更加紧凑，并且降低了成本。并且相对于现有技术中分开独立设置PET探测装置和CT探测装置的设备需要对患者进行PET扫描和CT扫描，也就是对患者进行两次扫描，本实施例中的PET/CT设备对患者进行一次扫描就能够实现X射线及γ射线的探测，从而减小了扫描次数，降低了扫描时间，并且也降低了患者所受辐射的时间，另外，也避免了在两次扫描中，由于患者的移动而导致CT图像及PET图像对准度降低的问题。
如图2所示，探测装置1包括多个探测装模块，现针对探测装模块的结构进行详细描述，而探测装置1的结构后续进行介绍。
如图3和9所示，探测模块11包括依次设置的第一光信号生成部111、光电转换组件112及第二光信号生成部113，第一光信号生成部111的远离光电转换组件112的表面被配置为X射线与γ射线的入射面；其中，第一光信号生成部111用于将X射线及部分γ射线转换为第一光信号；第二光信号生成部113用于将γ射线转换为第二光信号；光电转换组件112用于将第一光信号转换为第一电信号，第二光信号用于将第二光信号转换为第二电信号。
在具体应用中，第一光信号生成部111、光电转换组件112及第二光信号生成部113形成一个细长的长方体结构，以便于对PET/CT探测模块进行排布。
本实施例的工作原理为：经过扫描对象3衰减后的X射线及以及患者体内放射性药物发出的γ射线由第一光信号生成部111的入射面进入至第一光信号生成部111内，第一光信号生成部111将X射线及部分γ射线转换为第一光信号，再将第一光信号传送给光电转换组件112，光电转换组件112将第一光信号转换为第一电信号，而γ射线具有较高能量，因此，大部分γ射线能够穿过第一光信号生成部111及光电转换组件112到达至第二光信号生成部113，第二光信号生成部113再将γ射线转换为第二光信号，然后再将第二光信号传送给光电转换组件112，光电转换组件112将第二光信号转换为第二电信号，从实现同时对X射线及γ射线的探测。
其中，一少部分γ射线也会被第一光信号生成部111吸收，形成第一光信号，并由光电转换组件112转换成第一电信号，然后通过后续的电子学系统或上位机将经由第一光信号生成部111吸收γ射线并进行转换得到第一电信号识别出来，作为γ射线的电信号，从而作为PET成像的数据使用。
在本实施例中，X射线直接从X光信号生成部的入射面进入至第一光信号生111成部内，无需穿过光电转换组件112，而且第一光信号生成部111的入射表面没有设置有金属元器件，避免了金属元器件对X射线的能量造成的衰减，从而提高了生成相应的光信号的强度，进而提高了成像质量，也降低了对患者重新进行扫描的几率，这样不仅降低患者所受的辐射量，而且降低了扫描时间，提高扫描效率；另外也避免了在重建图像形成严重伪影的情况，提高重建图像的清晰度。
具体地，如图4所示，光电转换组件112包括依次设置的第一光电转换部1121、电路板1122及第二光电转换部1123，且电路板1122分别与第二光电转换部1123及第一光电转换部1121电连接；第二光电转换部1123与第二光信号生成部113接合，第一光电转换部1121与第一光信号生成部111接合。
其中，第一光电转换部1121贴附在电路板1122的一表面上，第二光电转换部1123贴附在电路板1122的另一表面上，电路板1122不仅起到传输第一电信号及第二电信号的作用，而且也起到连接第一光电转换部1121及第二光电转换部1123的作用，从而使第一光电转换部1121、电路板1122及第二光电转换部1123形成一个整体，以便于光电转换组件112与其他部件的组装。
第一光电转换部1121与第一光信号生成部111接合，从而能够将第一光信号以最短的传输路径传送到第一光电转换部1121，以减小第一光信号的损失，同样地，将第二光电转换部1123与第二光信号生成部113接合，从而能够使第二光信号以最短的路径传送至第二光电转换部1123，以减小第二光信号的损失。在具体应用中，第一光信号生成部111通过光学粘结剂(例如胶膜、液态粘接剂或者耦合剂等)贴附于第一光电转换部1121上，同样地，第二光信号生成部113通过光学粘结剂(例如胶膜、液态粘接剂或者耦合剂等)贴附于第二光电转换部1123上。
如4、图6和图10所示，第二光电转换部1123包括多个间隔排列的第二光电转换单元11231，电路板1122的信号传输端口设有第一连接部11232，第一连接部11232经第一光电转换单元11211间的间隙穿出。
第一连接部11232可为焊球、焊接插针、球焊金丝或者金属引线等结构，当然第一连接部11232还可以采用其他能够传送信号的结构，本申请不做严格限定。
第二光电转换单元11231可采用硅光电倍增管(Silicon photomultiplier，SiPM)，其具有增益高、灵敏度高、偏置电压低、对磁场不敏感及结构紧凑等优点。当然，第二光电转换单元11231还可以采用其他能够实现将γ射线的光信号转换为电信号的光电转换器件，本申请不做严格限定。
在本实施例中，第一连接部11232经各第二光电转换单元11231之间形成的间隙穿出，这样使第一连接部11232在光电转换组件112内部走线，相比于现有技术中从光电转换部的外侧进行走线，降低了第一连接部11232的占用空间，使结构更加紧凑，并且也不会改变光电转换组件112的外部形状，也就不影响探测模块11的外部形状，进而在对探测模块11进行排布时，使各探测模块能够紧密排列，以避免因外部的走线而导致探测模块排布不紧密，降低探测灵敏度的情况发生。
如图3、图7、图8及图9所示，第二光信号生成部113包括由多个第二晶体像素1131组成的第二晶体阵列，相邻的两个第二晶体像素1131之间设有第一光反射部；第一光反射部对应于各第一连接部11232的位置设有对应的信号传输部，每个第一连接部11232与对应的信号传输部的靠近第一连接部11232的一端电连接。
其中，第二晶体像素1131可采用闪烁晶体，具体地，闪烁晶体的材料可以是但不限于包括硅酸钇镥(LYSO)、硅酸钆(GSO)、硅酸钇(YSO)、镥精细硅酸盐(LFS)、锗酸铋(BGO)、硅酸镥(LSO)、氟化钡(BaF2)、碘化铯(CsI)、碘化钠(NaI)、溴化镧(LaBr3)、石榴石晶体中的一种或多种。在具体应用中，第二晶体像素1131的厚度一般为20mm左右，最长不超过50mm。
第二晶体阵列为有多个第二晶体像素1131组成p行q列s层的阵列，其中，p、q及s为大于或等于1的正整数，其具体数值，可由工作人员根据实际需求进行设置，本申请不做严格限定。在采用多层第二晶体阵列的情况下，可更精确的提到γ射线作用深度信息(Depthof Interaction，DOI)。
第一光发射部可采用氧化镁、氧化铝、二氧化钛及硫酸钡等物质，还可以采用具有良好透光效果且与第二晶体像素1131折射率不同的光学粘接剂，例如胶膜、液态粘接剂或者耦合剂，还可以为空气。
在第二晶体像素1131接收到γ射线时，γ光子撞击闪烁晶体而产生可见光，即第二光信号。而第一反射部能够将一个第二晶体像素1131内投射至侧壁的第二光信号反射回该第二晶体像素1131内，由此，第二光信号不会穿过一个第二晶体像素1131后经过第一光反射部进入与该PET相邻的另一个第二晶体像素1131，有效地避免了邻近的第二晶体像素1131的第二光信号相互干扰而导致视差串扰信号的问题，从而降低了图像的噪声，提高了图像的质量。
在实际应用中，第一光发射部采用氧化镁、氧化铝、二氧化钛及硫酸钡等物质，或者采用具有良好透光效果且与第二晶体像素1131折射率不同的光学粘接剂，这样不仅能够起到避免第二光信号串扰的作用，还能够使各第二晶体像素1131粘接在一起而形成一个整体，提高第二光信号生成部113结构的稳定性。
信号传输部可以是金、银、铜、锡或导电性能优良的纤细合金材料所制成的导电细丝，也可以是电镀在PET晶体侧壁面上的导电材料所形成的导电结构，也可以是涂抹在PET晶体侧壁面上的导电胶所形成的导电结构。第一连接部11232与信号传输部的靠近第一连接部11232的一端可采用焊接的方式进行连接。
信号传输部设置在第一反光部内，以使传输部在第二光信号生成部113内走线，相比于现有技术中从第二光信号生成部113的外侧进行走线，降低了信号传输线的占用空间，使结构更加紧凑，并且也不会改变第二光信号生成部113的外部形状，也就不影响探测模块11的外部形状，进而在对探测模块11进行排布时，使各探测模块能够紧密排列，以避免因外部的走线而导致探测模块排布不紧密，降低探测灵敏度的情况发生。另外，信号传输部与第一连接部11232一一对应，也便于完成信号传输部与第一连接部11232之间的连接操作。
值得注意的是，在设计信号传输部的位置时，也需考虑相邻两个信号传输部的距离，以保证相邻两个信号传输部之间具有良好的间距距离，从而保证良好的电气隔离性。
在具体应用中，第二光电转换单元11231与第二晶体像素1131之间可采用多种形式的对应关系，具体如下：
第一种对应关系：如图3和图9所示，第二光电转换单元11231的数量与第二晶体像素1131的数量相同且一一对应。
其中，第二光电转换单元11231的靠近第二晶体像素1131的端面的尺寸与第二晶体像素1131的靠近第二光电转换单元11231的端面的尺寸相同，从而可以保证第二光电转换单元11231的侧壁面与第二晶体像素1131的侧壁面齐平。
可以理解的是，这里所指的一一对应是每个第二晶体像素1131均正对着一个第二光电转换单元11231，也就是说第二光电转换单元11231能够接收绝大部分由与其正对的第二晶体像素1131输出的第二光信号。
在该种实现方式中，在后续数据处理过程中，通过第二光电转换单元11231的位置就可以确定发出第二光信号的第二晶体像素1131的位置，从而提高了定位的准确性，也避免了使用复杂的算法。
第二种对应关系：第二光电转换单元11231的数量与第二晶体像素1131的数量按照第一预设比值设置，且第一预设数量的第二光电转换单元11231与第二预设数量的第二晶体像素1131对应设置；其中，第一预设数量与第二预设数量的比值与第一预设比值相同，且第一预设比值小于1。
在该种实现方式中，工作人员通过设置第一预设比值，从而使第二光电转换单元11231与第二晶体像素1131形成多对多或者一对多的对应关系，从而降低第二光电转换单元11231的数量，降低成本。示例性的，第一预设比值为2/3，也就是说每两个第二光电转换单元11231与每三个第二晶体像素1131相对应，即每两个第二光电转换单元11231接收每三个第二晶体像素1131发出的第二光信号，这样在后续确定发出第二信号的第二晶体像素1131的位置时，需要根据第二光电转换单元11231的位置及接收第二光信号的强度，才能确定发出第二信号的第二晶体像素1131的位置。
如图4、图5及图10所示，第一光电转换部1121包括多个间隔排列的第一光电转换单元11211，第一光信号生成部111包括由多个第一晶体像素1111组成的第一晶体阵列，相邻的两个第一晶体像素1111之间设有第二光反射部。
其中，第一光电转换单元11211可采用硅光电倍增管(Silicon photomultiplier，SiPM)或者雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode，APD)。当然，第二光电转换单元11231还可以采用其他能够实现将γ射线的光信号转换为电信号的光电转换器件，本申请不做严格限定。
第一晶体像素1111可采用闪烁晶体，具体地，闪烁晶体的材料可以是但不限于包括硅酸钇镥(LYSO)、硅酸钆(GSO)、硅酸钇(YSO)、镥精细硅酸盐(LFS)、锗酸铋(BGO)、硅酸镥(LSO)、氟化钡(BaF2)、碘化铯(CsI)、碘化钠(NaI)、溴化镧(LaBr3)、石榴石晶体中的一种或多种。在具体应用中，第一晶体像素1111的厚度一般为20mm左右，最长不超过50mm。另外，第一晶体像素1111的横截面的尺寸尽可量的小，以满足CT检测图像较高的空间分辨率及精度的需求，一般横截面尺寸为1mm*1mm。
第一晶体阵列为有多个第一晶体像素1111组成p行q列s层的阵列，其中，p、q及s为大于或等于1的正整数，其具体数值，可由工作人员根据实际需求进行设置，本申请不做严格限定。在采用多层第一晶体阵列的情况下，可更精确的提到X射线作用深度信息(Depthof Interaction，DOI)。
可以理解的是，第一晶体像素1111与第二晶体像素1131可采用同样的材料制成，也可采用不同的材料制成，在此不做限定。
第一光发射部可采用氧化镁、氧化铝、二氧化钛及硫酸钡等物质，还可以采用具有良好透光效果且与第一晶体像素1111折射率不同的光学粘接剂，例如胶膜、液态粘接剂或者耦合剂，还可以为空气。
在第一晶体像素1111接收到X射线时，X光子及部分γ光子撞击闪烁晶体而产生可见光，即第一光信号。而第二反射部能够将一个第一晶体像素1111内投射至侧壁的第二光信号反射回该第一晶体像素1111内，由此，第二光信号不会穿过一个第一晶体像素1111后经过第一光反射部进入与该CT相邻的另一个第一晶体像素1131，有效地避免了邻近的第一晶体像素1111的第一光信号相互干扰而导致视差串扰信号的问题，从而降低了图像的噪声，提高了图像的质量。
在实际应用中，第二发射部采用氧化镁、氧化铝、二氧化钛及硫酸钡等物质，或者采用具有良好透光效果且与第一晶体像素1111折射率不同的光学粘接剂，这样不仅能够起到避免第二光信号串扰的作用，还能够使各第一晶体像素1131粘接在一起而形成一个整体，提高第一光信号生成部111结构的稳定性。
在具体应用中，第一光电转换单元11211与第一晶体像素1111之间可采用多种形式的对应关系，具体如下：
第一种对应关系：如图3和图9所示，第一光电转换单元11211的数量与第一晶体像素1111的数量相同且一一对应。
其中，第一光电转换单元11211的靠近第一晶体像素1111的端面的尺寸与第一晶体像素1111的靠近第一光电转换单元11211的端面的尺寸相同，从而可以保证第一光电转换单元11211的侧壁面与第一晶体像素1111的侧壁面齐平。
可以理解的是，这里所指的一一对应是每个第一晶体像素1111均正对着一个第一光电转换单元11211，也就是说第一光电转换单元11211能够接收绝大部分由与其正对的第一晶体像素1111输出的第一光信号。
在该种实现方式中，在后续数据处理过程中，通过第一光电转换单元11211的位置就可以确定发出第一光信号的第一晶体像素1111的位置，从而提高了定位的准确性，也避免了使用复杂的算法。
第二种对应关系：第一光电转换单元11211的数量与第一晶体像素1111的数量按照第二预设比值设置，且第三预设数量的第一光电转换单元11211与第四预设数量的第一晶体像素1111对应设置；其中，第三预设数量与第四预设数量的比值与第二预设比值相同，且第二预设比值小于1。
在该种实现方式中，工作人员通过设置第二预设比值，从而使第一光电转换单元11211与第一晶体像素1111形成多对多或者一对多的对应关系，从而降低第一光电转换单元11211的数量，降低成本。示例性的，第二预设比值为2/3，也就是说每两个第一光电转换单元11211与每三个第一晶体像素1111相对应，即每两个第一光电转换单元11211接收每三个第一晶体像素1111发出的第一光信号，这样在后续确定发出第二信号的第一晶体像素1111的位置时，需要根据第一光电转换单元11211的位置及接收第一光信号的强度，才能确定发出第二信号的第一晶体像素1111的位置。
如图3和图9所示，探测模块11还包括用于处理第一电信号及第二电信号的数据处理部114；数据处理部114设置在第二光信号生成部113的远离光电转换组件112的表面上，且每个信号传输部的远离第一连接部11232的一端均与数据处理部114电连接。
数据处理部114也可采用PCB板，上面设置处理器及相关的外围电路，处理器用来接收由第一连接部11232及信号传输传送的第一电信号及第二电信号，然后对第一电信号及第二电信号进行放大、去噪及模数转换的处理，以利于后续对处理后的信号进行分析，提高分析的准确性。
信号传输部的远离第一连接部11232的第一端均与数据处理部114进行焊接贴片，如采用回流焊工艺。值得注意的是，信号传输部与第一连接部11232之间的焊接温度大于信号传输部与数据处理部114的焊接温度，从而提高信号传输部与第一连接部11232之间的连接稳固性，以避免在焊接信号传输部与数据处理部114时的温度而导致信号传输部第一连接部11232的焊接处熔开，造成光电转换组件112与第二光信号生成部113分离的情况发生。
进一步地，在第二光电转换部1123与数据处理部114之间进行胶粘及灌封等处理，从而提高第二光信号生成部113与数据处理部114之间连接的稳固性。
如图7所示，信号传输部为导电丝1132，每个导电丝1132的两端均延伸至第二晶体阵列的外部。
导电丝1132可采用具有良好导电性的金属材料制成，例如金、银、铜等。导电丝1132的两端延伸至第二晶体阵列的外部，以便于与第一连接部11232及数据处理部114的焊接操作。
如图9和图10所示，电路板1122包括第一子电路板11221及第二子电路板11222；第一子电路板11221与第一光电转换部1121电连接，第二子电路板11222与第二光电转换部1123电连接；第一子电路板11221与第二子电路板11222一体成型，或者第一子电路板11221与第二子电路板11222之间设有第二连接部，第一子电路板11221通过第二连接部与第二子电路板11222连接。
其中，第一子电路板11221与第二子电路板11222可采用PCB电路板1122。第一子电路板11221及第二子电路板11222可采用两种连接方式，其中一种是第一子电路板11221与第二子电路板11222一体成型，也就是形成一个双面PCB板，这样无需对第一子电路板11221及第二子电路板11222进行组装，简化了制作工序。另一种是第一子电路板11221与第二子电路板11222通过第二连接部连接，其中，第二连接部包括但不限于粘胶、接插件11223等。
在一些可能的实现方式中，第二连接部为多个接插件11223，每个接插件11223的一端与第一电路板1122连接，另一端与第二电路板1122连接；第一电路板1122之间与第二电路板1122之间设有间隙，且第一电路板1122的靠近第二电路板1122的表面上设有第一电信号处理芯片11224。
第一电路板1122与第二电路板1122之间的间隙可用来作为增设的第一电信号处理芯片11224的空间，CT处理器芯片可将第一电信号进行模数转换，从而得到相应的数字信号，数字信号可进行编码或压缩，并且可通过并行或串行的方式进行传输，这样就能够减小信号通道数量，也就是减小第一连接部11232的数量，相应的，也减小了信号传输部的数量，从而简化了走线的布设及制作难度。
同样地，第二电路板1122的靠近第一电路板1122的表面上设有第二电信号处理芯片。
第一电路板1122与第二电路板1122之间的间隙还可用来作为增设的第二电信号处理芯片的空间，PET处理器芯片可将第二电信号进行模数转换，从而得到相应的数字信号，数字信号可进行编码或压缩，并且可通过并行或串行的方式进行传输，这样就能够减小信号通道数量，也就是进一步减小第一连接部11232的数量，相应的，也进一步减小了信号传输部的数量，从而进一步简化了走线的布设及制作难度。
在具体应用中，本申请的探测模块11，不仅可同时进行PET及CT探测，也可单独进行CT探测或者单独进行PET探测。
在单独进行CT探测时，也就是在第一光信号生成部111的入射面仅接收到X射线的情况下，第一光电转换部1121开始工作，第二光电转换部1123停止工作，从而减小探测模块的功耗，节约能源。
而在单独进行PET探测或者同时进行PET及CT探测时，也就是在第一光信号生成部111的入射面接收到γ射线的情况下，第一光电转换部1121与第二光电转换部1123同时开始工作，也就是说只要在在第一光信号生成部111的入射面接收到γ射线的情况下，第一光电转换部1121与第二光电转换部1123同时开始工作。
在同时进行PET及CT探测时，第一光电转换部1121处理第一光信号，PET光电转换处理第二光信号。而在单独进行PET探测时，除了利用第二光信号生成部113及第二光电转换部1123探测γ射线外，CT光电生成部及第一光电转换部1121仍然可通过分光的比例被识别成PET事件，从而提高了探测模块11的利用率。
在一些实施例中，第一晶体阵列采用横截面尺寸为1mm*1mm，厚度为5mm的LYSO晶体组成15行15列的单层晶体阵列，相应的，CT光学转换部采用横截面积为1mm*1mm的SiPM组成15行15列的阵列，第二晶体阵列采用横截面积为4mm*4mm，厚度为20mm的LYSO晶体组成4行4列的单层晶体阵列，相应的，PET光学转换部采用横截面积为1mm*1mm的SiPM组成4行4列的阵列，第一反光部及第二反光布均采用硫酸钡作为反射材料和电气绝缘介质。然后分别垂直入射140keV(模拟CT的x射线)和511keV(模拟PET的γ射线)的射线。从图11所示的140keV射线在第一晶体阵列内的作用深度(晶体内沉积深度)仿真结果来看，5mm厚度的LYSO可以拦截几乎全部140keV的射线，达到CT探测功能。
图12为探测模块11接收射线的散点图，其中左侧为第一晶体阵列的γ射线响应图，右侧为第二晶体阵列的γ射线响应图，由图12可以获取到每个晶体像素的γ响应，对于PET探测而言，不仅可以获取γ射线，又可以得知γ射线是由第一晶体阵列接收到的，还是由第二晶体阵列接收到的，从而获得γ射线的作用深度信息。
可以理解的是，上述实施例中的光电转换组件112可以为PET/CT光电转换组件；第一光信号生成部111可以为CT光电转换部，第一光电转换单元11211可以为CT光电转换单元，第一晶体像素1111可以为CT晶体像素，第一晶体阵列为CT晶体阵列；第二光信号生成部113可以为PET光电转换部，第二光电转换单元11231可以为PET光电转换单元，第二晶体像素1131可以为PET晶体像素，第二晶体阵列为PET晶体阵列。
综上，该探测模块11完成了同一结构下，分别满足CT和PET应用场景下的探测工作。
在另一方面，如图2所示，本发明实施例提供一种探测装置1，包括多个上述任一方案的探测模块11，探测模块11围成中部镂空的环形结构。
中部镂空的区域就是承载台4能够进入的区域，在承载台4承载患者进入至中空部镂空区域后，利用X射线源2对患者进行照射，然后再利用探测模块11进行PET和/或CT探测，具体探测原理可采用参见上述实施例，在此不再赘述。
在一些较优的实现方式中，如图2所示，探测装置1还包括X射线源2，X射线源2位于环形结构内，X射线源2所发出的X射线能够完全覆盖环形结构中部的扫描区域。
在具体应用中，为了完全覆盖环形结构中部的扫描区域，X射线源2通常采用多个，并均匀的分布在环形结构的圆周上。示例性的，X射线源2的数量为三个，并均匀的分布在环形结构的圆周上。
相比于现有技术中旋转一个X射线源2照射扫描区域，以达到完全覆盖扫描区域的面积，在该实现方式中，无需旋转X射线源2，简化了探测操作，便于使用。
进一步地，X射线源2包括冷阴极X射线管，冷阴极X射线管由碳纳米管制成。
具体地，冷阴极X射线管可以穿插在探测模块11之间，从而使探测装置1的结构更加紧凑。
在本实施例中，由碳纳米管制成的冷阴极X射线管具有体积小、功耗低、可形成阵列，不需要庞大的外围高压及散热等辅助系统。冷阴极X射线管可以集成多个阴极发射电子束，形成区域扇形X射线束，通过开关控制的方式，控制射线束在不同角度发出，以适应不同的照射需求。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (19)
1.一种探测模块，其特征在于，包括依次设置的第一光信号生成部、光电转换组件及第二光信号生成部，所述第一光信号生成部的远离所述光电转换组件的表面被配置为X射线与γ射线的入射面；
其中，所述第一光信号生成部用于将所述X射线及部分γ射线转换为第一光信号；
所述第二光信号生成部用于将所述γ射线转换为第二光信号；
所述光电转换组件用于将所述第一光信号转换为第一电信号，所述第二光信号用于将所述第二光信号转换为第二电信号。
2.根据权利要求1所述的探测模块，其特征在于，所述光电转换组件包括依次设置的第一光电转换部、电路板及第二光电转换部，且所述电路板分别与所述第二光电转换部及所述第一光电转换部电连接；
所述第二光电转换部与所述第二光信号生成部接合，所述第一光电转换部与所述第一光信号生成部接合。
3.根据权利要求2所述的探测模块，其特征在于，所述第二光电转换部包括多个间隔排列的第二光电转换单元，所述电路板的信号传输端口设有第一连接部，所述第一连接部经所述第一光电转换单元间的间隙穿出。
4.根据权利要求3所述的探测模块，其特征在于，所述第二光信号生成部包括由多个第二晶体像素组成的第二晶体阵列，相邻的两个所述第二晶体像素之间设有第一光反射部；
所述第一光反射部对应于各第一连接部的位置设有对应的信号传输部，每个所述第一连接部与对应的信号传输部的靠近所述第一连接部的一端电连接。
5.根据权利要求4所述的探测模块，其特征在于，所述第二光电转换单元的数量与所述第二晶体像素的数量相同且一一对应。
6.根据权利要求4所述的探测模块，其特征在于，所述第二光电转换单元的数量与所述第二晶体像素的数量按照第一预设比值设置，且第一预设数量的第二光电转换单元与第二预设数量的第二晶体像素对应设置；
其中，所述第一预设数量与所述第二预设数量的比值与所述第一预设比值相同，且所述第一预设比值小于1。
7.根据权利要求4所述的探测模块，其特征在于，所述探测模块还包括用于处理所述第一电信号及所述第二电信号的数据处理部；
所述数据处理部设置在所述第二光信号生成部的远离所述光电转换组件的表面上，且每个所述信号传输部的远离所述第一连接部的一端均与所述数据处理部电连接。
8.根据权利要求7所述的探测模块，其特征在于，所述信号传输部为导电丝，每个所述导电丝的两端均延伸至所述第二晶体阵列的外部。
9.根据权利要求2所述的探测模块，其特征在于，所述第一光电转换部包括多个间隔排列的第一光电转换单元，第一光信号生成部包括由多个第一晶体像素组成的第一晶体阵列，相邻的两个所述第一晶体像素之间设有第二光反射部。
10.根据权利要求9所述的探测模块，其特征在于，所述第一光电转换单元的数量与所述第一晶体像素的数量相同且一一对应。
11.根据权利要求9所述的探测模块，其特征在于，所述第一光电转换单元的数量与所述第一晶体像素的数量按照第二预设比值设置，且第三预设数量的第一光电转换单元与第四预设数量的第一晶体像素对应设置；
其中，所述第三预设数量与所述第四预设数量的比值与所述第二预设比值相同，且所述第二预设比值小于1。
12.根据权利要求2所述的探测模块，其特征在于，所述电路板包括第一子电路板及第二子电路板；
所述第一子电路板与所述第一光电转换部电连接，所述第二子电路板与所述第二光电转换部电连接；
所述第一子电路板与所述第二子电路板一体成型，或者所述第一子电路板与所述第二子电路板之间设有第二连接部，所述第一子电路板通过所述第二连接部与所述第二子电路板连接。
13.根据权利要求12所述的探测模块，其特征在于，所述第二连接部为多个接插件，每个所述接插件的一端与所述第一电路板连接，另一端与所述第二电路板连接；
所述第一电路板之间与所述第二电路板之间设有间隙，且所述第一电路板的靠近所述第二电路板的表面上设有第一电信号处理芯片。
14.根据权利要求13所述的探测模块，其特征在于，所述第二电路板的靠近所述第一电路板的表面上设有第二电信号处理芯片。
15.根据权利要求2所述的探测模块，其特征在于，在所述第一光信号生成部的入射面仅接收到X射线的情况下，所述第一光电转换部开始工作，所述第二光电转换部停止工作。
16.根据权利要求15所述的探测模块，其特征在于，在所述第一光信号生成部的入射面接收到γ射线的情况下，所述第一光电转换部与所述第二光电转换部同时开始工作。
17.一种探测装置，其特征在于，包括多个权利要求1-16任一项所述的探测模块，所述探测模块围成中部镂空的环形结构。
18.根据权利要求17所述的探测装置，其特征在于，所述探测装置还包括X射线源，所述X射线源位于所述环形结构内，所述X射线源所发出的X射线能够完全覆盖所述环形结构中部的扫描区域。
19.根据权利要求18所述的探测装置，其特征在于，所述X射线源包括冷阴极X射线管，所述冷阴极X射线管由碳纳米管制成。
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|---|---|---|---|
| CN202111332983.5A CN114190959A (zh) | 2021-11-11 | 2021-11-11 | 一种探测模块及装置 |
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| CN202111332983.5A CN114190959A (zh) | 2021-11-11 | 2021-11-11 | 一种探测模块及装置 |
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| CN114190959A true CN114190959A (zh) | 2022-03-18 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202111332983.5A Pending CN114190959A (zh) | 2021-11-11 | 2021-11-11 | 一种探测模块及装置 |
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