CN114699099A - Pet探测器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种PET探测器。所述PET探测器包括：晶体阵列，其包括排列成单层的多个晶体单元，所述晶体单元沿上下方向延伸，并且具有顶面、底面和位于所述顶面和底面之间的侧面；反光膜，其设置在所述多个晶体单元中的至少一个晶体单元的表面上；半导体传感器阵列，其包括多个半导体传感器，所述晶体阵列中的仅部分晶体单元与所述半导体传感器耦接，所述晶体阵列中的晶体单元的数量大于所述半导体传感器阵列中的半导体传感器的数量。通过在晶体单元上设置分光结构，相对于在晶体阵列与半导体传感器之间设置光导片，可以有效缩短光子的传输距离，进而可以避免由于光导片引起的光传输损失，从而可以提高PET探测器的分辨率。
Description
本案是2014年05月28日提交的申请号为2014102314836、发明名称为PET探测器、PET探测器的设置方法及探测方法经一次分案(申请号为2018102450330、发明名称为PET探测器、PET探测器的设置方法及探测方法)后的再次分案申请。
技术领域
本发明涉及光探测技术领域，具体涉及一种PET探测器。
背景技术
正电子发射断层显像(Positron Emission Tomography，PET)探测器，通常设置在各种应用PET技术的大型医疗设备中，例如：设置在正电子发射断层显像-计算机断层成像(Positron Emission Tomography-Computed Tomography，PET-CT)设备或者正电子发射断层显像-磁共振成像(Positron Emission Tomography-Magnetic Resonance Imaging，PET-MRI)设备中。PET探测器用于接收患者体内产生的γ射线，并将接收到的γ射线在探测器上产生光子的位置信息反馈给所述大型医疗设备的其他组成部分，以便所述大型医疗设备的其他组成部分根据所述位置信息进行相应处理。
目前，如图1所示，PET探测器通常包括：晶体阵列102，与所述晶体阵列102耦合连接的雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode，APD)阵列104，以及设置在所述晶体阵列102和所述APD阵列104之间的光导片106。其中，所述晶体阵列102由多个晶体单元按照一定的设计排列而成，所述APD阵列104由多个APD按照一定的设计排列而成。每个APD均与至少一个晶体单元接触。
患者体内产生的γ射线被所述晶体阵列102的某一个晶体单元接收到并进入到所述晶体单元内部，所述γ射线在所述晶体单元内部激发出光子，所述光子在晶体阵列102的各个晶体单元之间传输，最终经光导片106进入APD阵列104，由所述APD阵列接收所述光子。
所述γ射线在晶体单元内部激发出光子时，由于光导片106会引起一定的光传输损失，因此所激发出的光子中只有部分光子可以进入APD阵列104，导致所述PET探测器的分辨率较低。
发明内容
本发明实施例解决的问题是如何提高PET探测器的分辨率。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种PET探测器，所述PET探测器包括：
晶体阵列，其包括阵列式排列的多个晶体单元以及设置在所述晶体单元的表面的分光结构，所述分光结构共同限定出所述晶体阵列的出光面；
相对所述晶体阵列出光面设置且适于从所述出光面接收光子的半导体传感器阵列，所述半导体传感器阵列包括阵列式排列的多个半导体传感器。
可选地，所述晶体阵列中的部分晶体单元与所述半导体传感器阵列中对应的半导体传感器耦接。
可选地，所述半导体传感器阵列中至少一个半导体传感器与所述晶体阵列中对应的晶体单元耦接。
可选地，所述耦接包括所述半导体传感器与所述晶体单元接触或者通过粘合材料接触。
可选地，所述半导体传感器阵列的重心与所述晶体阵列的重心重合。
可选地，所述半导体传感器阵列覆盖所述出光面或者部分覆盖所述出光面。
可选地，所述分光结构为设置在所述晶体单元表面的反光膜或白色反光涂层。
可选地，所述PET探测器还包括：第一放大器，所述第一放大器的输入端与所述半导体传感器阵列中的一预设行的半导体传感器的输出端连接。
可选地，所述PET探测器还包括：第二放大器，所述第二放大器的输入端与所述半导体传感器阵列中一预设列的半导体传感器的输出端连接。
可选地，所述分光结构在晶体单元表面的设置与所述半导体传感器的光接收面积、半导体传感器之间的相对位置、半导体传感器与晶体阵列之间的相对位置相匹配。
可选地，所述半导体传感器的数量及位置与图像上晶体单元的分辨率相关。
本发明实施例还提供了一种上述PET探测器的设置方法，所述方法包括：
调整所述晶体阵列中各个晶体单元上设置的分光结构的面积；
相对所述晶体阵列的出光面设置所述半导体传感器阵列，以获得所述PET探测器。
可选地，所述调整所述晶体阵列中各个晶体单元上设置的分光结构的面积，包括：
调整所述各个晶体单元内出现光子的概率；
当所述晶体单元内出现光子的概率满足图像上晶体单元的分辨率条件时，以所述概率对应的分光结构的面积设置所述晶体单元。
可选地，所述调整所述各个晶体单元内出现光子的概率，包括：
采用以下公式调整所选取的晶体单元内出现光子的概率：
其中，N表示所述晶体阵列中除所选取的晶体单元外的任一晶体单元内产生的光子总数，m表示在所述任一晶体单元内产生的光子总数为N时，出现在所选取的晶体单元内的光子的数量，p表示在所述任一晶体单元内产生1个光子时，所述光子出现在所选取的晶体单元内的概率，P表示所述任一晶体单元内产生的光子总数为N时，出现在所选取的晶体单元内的光子的数量为m的概率。
本发明实施例还提供了一种上述PET探测器的探测方法，所述方法包括：
所述PET探测器的晶体单元接收γ射线；
所述PET探测器的半导体传感器接收所述γ射线在所述晶体单元内激发产生的光子；
根据所述半导体传感器的输出确定所述γ射线在所述晶体单元内部产生光子的位置。
可选地，采用重心读数法确定γ射线在所述晶体单元内部产生光子的位置。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
通过在晶体单元上设置分光结构，相对于在晶体阵列与半导体传感器之间设置光导片，可以有效缩短光子的传输距离，进而可以避免由于光导片引起的光传输损失，从而可以提高PET探测器的分辨率。
通过将晶体阵列中的部分晶体单元与半导体传感器阵列中对应的半导体传感器耦接，或者将至少一个半导体传感器与晶体阵列中对应的晶体单元耦接，而无须将晶体阵列中的每个晶体单元均与对应的半导体传感器耦接，使得半导体传感器数量的设置更加灵活，从而在使用同样数量的晶体单元的情况下，可以使用更少的半导体传感器来满足同样的图像上晶体单元的分辨率的要求，因此可以降低PET探测器的成本。
通过将半导体传感器阵列的重心与晶体阵列的重心重合设置，可以更加方便后续采用重心读数法确定光子的产生位置。
由于半导体传感器阵列既可以完全覆盖晶体阵列的出光面，也可以部分覆盖晶体阵列的出光面，因此可以使得传感器的数量以及位置的设置更加灵活，从而可以在同样数量的晶体单元的情况下，使用更少的半导体传感器来满足同样的图像上晶体单元的分辨率的要求，因此可以降低PET探测器的成本。
通过第一放大器以及第二放大器的设置，在采用重心读数法确定光子的产生位置时，可以直接根据第一放大器以及第二放大器的输出确定光子的产生位置，无须分别读取每个半导体传感器的输出，从而可以减少在确定光子产生的位置时的数据处理量，降低确定光子位置的难度。
通过采用公式
来调整个晶体单元内出现光子的概率，进而来调整各晶体单元上分光结构的面积，可以更加快速地满足对图像上晶体单元的分辨率的要求。
附图说明
图1是现有技术中的PET探测器纵截面结构示意图。
图2是本发明实施例中一种PET探测器纵截面结构示意图。
图3是图2中所述PET探测器的横截面结构示意图。
图4是本发明实施例中另一种PET探测器横截面结构示意图。
图5是本发明实施例中又一种PET探测器横截面结构示意图。
图6是本发明实施例中又一种PET探测器横截面结构示意图。
图7是本发明实施例中又一种PET探测器横截面结构示意图。
图8是本发明实施例中晶体单元上设置分光结构的示意图。
图9是本发明实施例中两个晶体单元之间光子的传输一种示意图。
图10是本发明实施例中两个晶体单元之间光子的传输另一种示意图。
图11是调整前的1*10的晶体阵列中各个晶体单元内部出现光子的概率的分布示意图。
图12是调整后的1*10的晶体阵列中各个晶体单元内部出现光子的概率的分布示意图。
图13是本发明实施例中又一种PET探测器的横截面结构示意图。
图14是图13中所述PET探测器的各个晶体单元内部出现光子的概率分布示意图。
图15是采用图13中的PET进行探测模拟所获得的各个晶体单元位置的二维图像。
图16是本发明实施例中PET探测器的设置方法流程图。
图17是本发明实施例中PET探测器的探测方法流程图。
具体实施方式
目前，在如图1所示的PET探测器结构中，γ射线在晶体单元内激发出光子后，所述光子经光导片106进入到APD阵列104中。其中，所述光导片106的设置，增加了光子传输的距离，引起一定的光传输损失，导致PET探测器的分辨率降低。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例作详细地说明。
参见图2，本发明的实施例提供了一种PET探测器，所述PET探测器可以包括：晶体阵列以及半导体传感器阵列。
其中，所述晶体阵列可以包括阵列式排列的多个晶体单元202，以及设置在所述晶体单元202表面的分光结构204。多个晶体单元202上设置的分光结构204共同限定出所述晶体阵列的出光面206。所述半导体传感器阵列相对于所述晶体阵列的出光面206设置，其包括阵列式排列的多个半导体传感器208。所述半导体传感器阵列集成在驱动板210上，所述驱动板210与半导体传感器208连接，适于驱动对应的半导体传感器208工作。
需要说明的是，在本发明的实施例中，所述出光面206由各个晶体单元202的出光面组成，所述各个晶体单元202的出光面，即：所述光子进入对应的半导体传感器208时最后经过的晶体单元的表面。
其中，所述晶体阵列包括至少三个以上的晶体单元202，所述晶体单元202的数量以及排列不受限制，本领域技术人员可以根据实际需要的PET探测器尺寸进行设定。其中，晶体单元202的数量越多，所述PET探测器的尺寸越大。如图3至图5所示，所述晶体阵列可以是8*8排列、8*9排列、或者8*19排列的晶体单元202等，不同数量的晶体单元对应不同尺寸的PET探测器。
在具体实施中，所述晶体单元202可以由多种材料制作而成。比如，所述晶体单元的材料可以为以下至少一种：锗酸铋、硅酸镥、硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅酸钇、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅、铝酸钇、溴化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸镥、铝酸镥和碘化镥。
γ射线在晶体单元内部激发出光子，所述光子在传输的过程中，遇到分光结构时，会发生反射，进而使得光子的传输路径发生改变，因此，在所述晶体单元内部激发出的光子，可以从所述晶体单元用于限定出光面的一面进入与所述晶体单元对应的半导体传感器，也可以从其他晶体单元用于限定出光面的一面进入与所述其他晶体单元对应的半导体传感器中。其中，所述晶体单元对应的半导体传感器与所述其他晶体单元对应的半导体传感器可以为同一个半导体传感器，也可以为不同的半导体传感器。也就是说，半导体传感器中的一个半导体传感器可以从晶体阵列中的一个晶体单元用于限定出光面的一面接收光子，也可以从多个晶体单元各自用于限定出光面的一面接收光子。
因此，当半导体传感器阵列从晶体单元阵列的出光面接受光子时，所述半导体传感器与晶体单元之间可以存在多种耦接方式。其中，例如，所述半导体传感器与所述晶体单元接触或者可以通过粘合材料接触，以使得所述半导体传感器与对应的晶体单元之间的连接更加稳定。在具体实施中，可以采用硅脂作为粘合材料。
在本发明的一实施例中，采用将所述晶体阵列中的部分晶体单元与所述半导体传感器阵列中对应的半导体传感器耦接的方式，使得所述半导体传感器可以从晶体阵列的出光面接收到光子。其中，所述晶体阵列中的部分晶体单元可以对应一个半导体传感器，也可以对应多个半导体传感器。
如图3所示的PET探测器横截面结构示意图，所述PET探测器的晶体阵列为8*8的阵列，其半导体传感器阵列为2*2的阵列，其中，所述晶体阵列的部分晶体单元202与所述半导体传感器阵列中的4个半导体传感器208分别对应。在所述晶体阵列中未被半导体传感器208覆盖的晶体单元内部，当γ射线激发出光子时，通过所述未被半导体传感器208覆盖的晶体单元表面设置的分光结构，可以使得所述光子传输至被半导体传感器208覆盖的晶体单元内，进而由与所述被半导体传感器208覆盖的晶体单元对应的半导体传感器接收。
在本发明的另一实施例中，采用将所述半导体传感器阵列中至少一个半导体传感器与所述晶体阵列中对应的晶体单元耦接的方式，使得所述半导体传感器可以从晶体阵列的出光面接收到光子。其中，所述半导体传感器阵列中可以是只有一个半导体传感器在晶体阵列中存在对应的晶体单元，也可以是有多个半导体传感器均在晶体阵列中存在对应的晶体单元，只要所述半导体传感器阵列中的一个半导体传感器可以从晶体阵列的出光面接收到光子即可。
如图6所示的PET探测器横截面结构示意图，所述PET探测器的晶体阵列为8*8的阵列，其半导体传感器阵列为2*2的阵列，其中，半导体传感器2081以及半导体传感器2082与晶体阵列中对应的晶体单元202耦接，而半导体传感器2083与半导体传感器2084在晶体阵列中不存在对应的晶体单元202。
在本发明的又一实施例中，采用将所述半导体传感器阵列覆盖所述晶体阵列的出光面或者部分覆盖所述出光面的方式，使得所述半导体传感器可以从所述出光面接收光子。
如图7所示的PET探测器横截面结构示意图，当所述半导体传感器阵列完全覆盖所述晶体阵列的出光面时，晶体阵列中的每个晶体单元均被半导体传感器所覆盖，所述晶体阵列中的晶体单元202均在半导体传感器阵列中存在对应的半导体传感器，所述对应的半导体传感器可以为所述半导体传感器阵列中的部分半导体传感器，也可以为全部的半导体传感器。
当所述半导体传感器阵列部分覆盖所述晶体阵列的出光面时，所述晶体阵列中的部分晶体单元与对应的半导体传感器208耦接。在本发明一实施例中，如图3所示，半导体传感器阵列中每个半导体传感器208均与晶体阵列中的晶体单元耦接，所述半导体传感器阵列覆盖晶体阵列中部分晶体单元的出光面。在本发明另一实施例中，如图6所示，半导体传感器阵列中的部分半导体传感器与所述晶体阵列中的晶体单元耦接，所述半导体传感器阵列仅覆盖晶体阵列中部分晶体单元的出光面。
为了更加方便地根据半导体传感器的输出确定γ射线在晶体单元内部激发出光子的位置，可以将所述半导体传感器阵列的重心与晶体阵列的重心重合设置。当所述半导体传感器阵列的重心与晶体阵列的重心重合设置时，可以采用重心读数法确定光子产生的位置。如图3至图5所示，半导体传感器阵列包括阵列式排列的半导体传感器208，晶体阵列包括阵列式排列的多个晶体单元202，所述半导体传感器阵列的重心与所述晶体阵列的重心重合，因此，可以根据半导体传感器阵列的重心确定所述晶体阵列的重心，从而可以根据所述晶体阵列的重心确定光子的产生位置。
在具体实施中，所述半导体传感器阵列包括至少三个的半导体传感器。所述半导体传感器可以为光敏电阻、光电二极管或光电三极管等器件。其中，所述半导体传感器的数量以及位置与图像上晶体单元的分辨率相关。在具体实施中，本领域技术人员可以根据对图像上晶体单元的分辨率的要求，调整上述实施例中所述半导体传感器的数量及位置。比如，针对图像上晶体单元的分辨率的不同要求，可以设置所述半导体传感器阵列包括4个、5个或者8个半导体传感器，并设置相应的排列方式，如图3至图5中所示。
需要说明的是，所述图像上晶体单元的分辨率，即：在使用所述PET探测器所获得的图像上，对应各个晶体单元的位置的分辨率。所述图像上晶体单元的分辨率越高，所述图像上对应各个晶体单元的位置越清晰，不同的晶体单元的位置之间的界限也就越清晰。
由上述内容可以看出，在本发明的实施例中，对半导体传感器的数量以及位置的限制较小，无须每一个所述半导体传感器均与晶体阵列中的晶体单元对应，因此，在保证像上晶体单元的分辨率的情况下，相对于现有的PET探测器，可以有效减少半导体传感器的使用数量，从而可以降低所述PET探测器的成本。
在本发明实施例中，采用半导体传感器将光信号转换为电信号，其是基于内光电效应，相对于基于外光电效应将光信号转换为电信号的器件，具有体积小、重量轻、工作不受磁场影响等优点。
例如，基于外光电效应将光信号转换为电信号的光电倍增管的直径尺寸通常包括3/4英寸，1英寸以及1.5英寸三种，而半导体传感器的直径尺寸通常为3*3mm或者6*6mm。在与晶体单元接触时，1英寸的光电倍增管可以接触到的晶体单元的面积约为8*8cm，而6*6mm的半导体传感器可以接触到的晶体单元的面积约为2*2cm的面积。接触到的晶体单元面积越大，单位时间内接收到的事例数就越多，PET探测器的探测死时间就越长，信号就越容易发生堆积，PET的探测灵敏度也就越差。通过计算可以获知，1英寸的光电倍增管在单位时间内接收到的事例数约为6*6mm的半导体传感器的16倍。在其他条件相同的情况下，具有半导体传感器的PET探测器的探测死时间约为具有半导体传感器的PET探测器的探测死时间的2-3倍，因此，具有半导体传感器的PET探测器的探测灵敏度也就更高。并且，所述具有半导体传感器的PET探测器的工作不受磁场的影响，可以更加方便用户的使用。
在晶体单元表面设置分光结构时，可以在所述晶体阵列中的部分晶体单元表面设置分光结构，也可以在各个晶体单元表面均设置分光结构。每个晶体单元上设置的分光结构位置以及面积可以相同，也可以不同。
如图8所示，在其中一个晶体单元802表面设置分光结构时，可以在所述晶体单元802的部分面上设置分光结构，也可以在所述晶体单元802的各个面上均设置分光结构。其中，在所述晶体单元802用于限定出光面的一面设置分光结构时，所述分光结构的面积应小于所在面的面积。所述每个晶体表面的各个面上设置的分光结构的面积可以相同，也可以不同。比如，以所述晶体单元802的面03为用于限定出光面的一面为例，可以在晶体单元802的面01设置分光结构01a，在面02上设置分光结构02a，分光结构01a的面积与分光结构02a的面积可以相同，也可以不同。当在面03上设置分光结构时，所述分光结构的面积应小于面03的面积。
当γ射线被晶体单元802接收到时，所述γ射线在所述晶体单元802内部激发出多个光子。其中部分光子经面03进入到对应的半导体传感器中，另一部分光子经面01、面02或者其他面进入其他晶体单元内，所述另一部分光子在所述其他晶体单元之间传输后，最终进入到与所述其他晶体单元对应的半导体传感器中。根据半导体传感器的输出可以解析γ射线在晶体单元内部激发出光子的位置。
在具体实施中，所述分光结构可以为设置在晶体单元表面的反光膜或白色反光涂层。所述分光结构的面积以及在所在面上的位置不同，导致传输至所述分光结构所在面的光子经所在面进入其他晶体单元的数量不同，进而导致各个半导体传感器接收到的光子数不同，最终影响根据半导体传感器的输出对光子的位置进行解析的结果。下面以两个晶体单元为例，对分光结构的设置不同导致所产生的光子进入其他晶体单元的数量的不同进行说明：
如图9及图10所示，晶体单元902与晶体单元904为相邻的晶体单元，且晶体单元904与晶体单元902接触的一面设置有白色反光涂层(见图中阴影部分)。γ射线在晶体单元902内部激发出3个光子。在晶体单元902内部产生的光子传输至所述白色反光涂层时，由于白色反光涂层的作用，使得传输至所述白色反光涂层的光子发生发反射，而无法经所述白色反光涂层进入晶体单元904内。而当所述光子传输至所述接触的一面中非白色反光涂层的部分时，则可以通过所述接触的一面中非白色反光涂层的部分进入晶体单元904中。
如图9所示，由于所述白色反光涂层的面积等于所述接触的一面的面积，因此，此时传输至所述接触的一面的2个光子均没有进入晶体单元904内。如图10所示，由于所述白色反光涂层的面积约为所述接触的一面的面积的一半，因此，此时传输至所述接触的一面的2个光子中有1个光子进入晶体单元904内。
由上述内容可以看出，晶体单元各个面上分光结构的设置不同，导致所产生的光子进入其他晶体单元的数量不同。因此，为了满足图像上晶体单元的分辨率的要求，在设置本发明实施例中的PET探测器时，可以通过调整各个晶体单元内出现光子的概率，来调整各个晶体单元上设置的分光结构的面积。
经大量实践证明，晶体阵列各个晶体单元内出现的光子的概率，满足以下公式：
其中，N表示所述晶体阵列中除所选取的晶体单元外的任一晶体单元内产生的光子总数，m表示在所述任一晶体单元内产生的光子总数为N时，出现在所选取的晶体单元内的光子的数量，p表示在所述任一晶体单元内产生1个光子时，所述光子出现在所选取的晶体单元内的概率，P表示所述任一晶体单元内产生的光子总数为N时，出现在所选取的晶体单元内的光子的数量为m的概率。
在应用公式(1)调整各个晶体单元上设置的分光结构的面积时，所述N、m、以及p的值均可以通过对应的检测设备或者有限次的实验获得。在根据半导体传感器的输出对光子的产生位置进行图像解析时，需要所述图像上晶体单元的分辨率满足一定的要求，才可以根据图像显示结果准确地确定出光子的产生位置。通常情况下，晶体阵列的各个晶体单元内出现光子的数量越多，所述图像上各个晶体单元的分辨率越高。当所选取的晶体单元内出现光子的概率P满足图像上晶体单元的分辨率的条件时，再以所述概率P对应的分光结构的面积设置所述晶体单元。
当所选取的晶体单元内出现光子的概率较高时，可以减小所述晶体单元上分光结构的面积，也可以调整所述晶体单元上分光结构的位置，或者在减小分光结构的面积的同时，调整所述晶体单元上分光结构的位置。反之，则可以增大所述晶体单元上分光结构的面积，也可以调整所述晶体单元上分光结构的位置，或者在增大所述晶体单元上分光结构的面积的同时，调整所述晶体单元上分光结构的位置。
在本发明一实施例中，选择一1*10的晶体阵列，其中，所述晶体阵列包括10个晶体单元，各个晶体单元上均设置有分光结构。下面以所述1*10的晶体阵列组成的PET探测器为例，采用公式(1)对各个晶体单元表面设置的分光结构的调整进行详细说明：
如图11以及图12所示，图11表示调整前所述晶体阵列中各个晶体单元内出现光子概率的分布图，图12表示调整后所述晶体阵列中各个晶体单元内出现光子概率的分布图。其中，图11以及图12横轴表示各个晶体单元的位置，其中相邻两波谷之间的波形表示1个晶体单元内部不同位置处出现光子的概率分布，纵轴表示各个晶体单元内部出现光子的概率值。每一个用于表示晶体单元内部出现光子的概率的波形的波峰与波谷的比值越大，所获得的图像上晶体单元的分辨率也就越高。
将图11与图12进行比对可以看出，在图12中，大部分用于表示晶体单元内部出现光子的概率的波形的波峰与波谷的比值均大于图11中对应的晶体单元内部出现光子的概率的波形的波峰与波谷的比值。也就是说，应用公式(1)对各个晶体单元表面设置的分光结构进行调整后，可以更快速地获得分辨率更高的PET探测器。
在具体实施中，为了更好地满足图像上晶体单元的分辨率的要求，在晶体单元表面设置分光结构时，还可以根据所述半导体传感器的光接收面积、半导体传感器之间的相对位置以及半导体传感器与所述晶体阵列之间的相对位置对晶体单元上的分光结构进行设置。也就是说，所述分光结构在晶体单元表面的设置还需要与所述半导体传感器的光接收面积、半导体传感器之间的相对位置、半导体传感器与晶体阵列之间的相对位置相匹配。
其中，所述半导体传感器的光接收面积在所述半导体传感器出厂时即已设定。比如，常规的半导体传感器的光接收面积通常为3*3mm或者6*6mm。在具体实施中，为了进一步减小PET探测器的尺寸，可以选择光接收面积为3*3mm的半导体传感器。
通常情况下，在半导体传感器的光接收面积、半导体传感器之间的相对位置、半导体传感器与所述晶体阵列之间的相对位置以及各个晶体单元内出现光子的概率等因素中，当其中的一个或一个以上的因素的参数确定以后，可以通过调整其他因素的参数，来使得PET探测器满足图像上晶体单元的分辨率的要求。
比如，在半导体传感器的光接收面积确定的情况下，可以通过调整半导体传感器之间的相对位置、半导体传感器与所述晶体阵列之间的相对位置以及各个晶体单元内出现光子的概率来满足对图像上晶体单元的分辨率的要求。在半导体传感器的光接收面积以及半导体传感器之间的相对位置确定的情况下，可以通过调整半导体传感器与所述晶体阵列之间的相对位置以及各个晶体单元内出现光子的概率来满足对图像上晶体单元的分辨率的要求。在半导体传感器的光接收面积以及各个晶体单元内出现光子的概率确定的情况下，可以通过调整半导体传感器之间的相对位置以及半导体传感器与所述晶体阵列之间的相对位置来满足对图像上晶体单元的分辨率的要求。在半导体传感器的光接收面积、半导体传感器之间的相对位置、半导体传感器与所述晶体阵列之间的相对位置均确定的情况下，则可以通过调整各个晶体单元内出现光子的概率来满足对图像上晶体单元的分辨率的要求。
因此，在设置本发明实施例中的PET探测器时，既可以先调整所述晶体阵列中各个晶体单元上设置的分光结构的面积，再相对所述晶体阵列的出光面设置所述半导体传感器阵列，也可以先相对所述晶体阵列的出光面设置好所述半导体传感器阵列，再去调整所述晶体阵列中各个晶体单元上设置的分光结构的面积。无论二者的顺序如何，只要能够满足图像上晶体单元的分辨率的要求即可。
在应用本发明实施例中的PET探测器探测光子的产生位置时，如上所述，所述晶体阵列的某一晶体单元接收到γ射线，所述γ射线在所述晶体单元内部激发产生光子。所述半导体传感器从所述晶体阵列的出光面接收到所述光子后，可以根据所述半导体传感器的输出确定所述γ射线在所述晶体单元内部产生光子的位置。
在根据半导体传感器的输出采用重心读数法确定光子的产生位置时，需要计算所产生的光子的总能量E、其中一行的半导体传感器接收到的光子的能量X1，以及其中一列的半导体传感器接收到的光子的能量Y1，这样，光子产生位置的所在行的位置x＝X1/E，所在列的位置y＝Y1/E，根据x以及y的值即可确定光子的产生位置。而其中所产生的光子的总能量E的值等于PET探测器的各个半导体传感器接收到的光子的能量之和，其中一行的半导体传感器接收到的光子的能量X1等于所述其中一行的各个半导体传感器接收到的光子的能量之和，其中一列的半导体传感器接收到的光子的能量Y1等于所述其中一列的各个半导体传感器接收到的光子的能量之和。
目前，在确定光子的产生位置时，通用做法是：读取每一个半导体传感器的输出的数据，再根据所读取的数据确定光子的位置。也就是说，采用上述做法时，所读取的数据的个数与所述半导体传感器的数量相同。这样，在所述PET探测器包括多个半导体传感器时，增加了后续确定光子产生位置的数据处理量，也就增加了确定光子产生位置的难度。比如，在应用图5所示的PET探测器确定光子的产生位置时，由于所述PET探测器包括8个半导体传感器，因此，在读取所述半导体传感器的数据时，所读取的数据的个数共8个。在后续处理确定光子的产生位置时，就需要处理8个所述数据才能确定光子的产生位置，增加了确定光子位置的难度。
因此，针对上述情况，本发明的实施例在设置所述PET探测器时，所述PET探测器还可以包括第一放大器，所述第一放大器的输入端与所述半导体传感器阵列中的一预设行的半导体传感器的输出端连接。其中，所述第一放大器的数量可以根据半导体传感器阵列的行数进行设定，所述第一放大器的数量小于等于所述半导体传感器阵列的行数。将所述第一放大器的输入端与所述半导体传感器阵列中一预设行的半导体传感器的输出端连接时，所述第一放大器的输入端分别与所述预设行的半导体传感器的输出端连接，每个所述预设行的半导体传感器的输出数据均是所述第一放大器的一输入数据。这样，在采用重心读数法确定光子的产生位置时，可以直接根据第一放大器的输出确定其中一行的半导体传感器的输出，无须分别读取每个半导体传感器的输出，可以减少后续在确定光子产生的位置时的数据处理量，降低确定光子位置的难度。
同样地，在设置本发明实施例中的所述PET探测器时，还可以包括第二放大器，所述第二放大器的输入端与所述半导体传感器阵列中一预设列的半导体传感器的输出端连接。具体可以参照上述对所述第一放大器的描述，对所述第二放大器进行设置，此处不再赘述。
在具体实施中，所述PET探测器既可以只包括第一放大器，或者只包括第二放大器，也可以同时包括第一放大器以及第二放大器。当所述PET探测器同时包括第一放大器以及第二放大器时，可以进一步减少后续在确定光子产生的位置时的数据处理量，降低确定光子位置的难度。
下面以图13中所示的PET探测器为例，对本发明实施例中PET探测器的设置以及探测进行说明：
如图13所示，所述PET探测器包括：晶体单元202按照8*8阵列排列的晶体阵列，以及半导体传感器2081～2084按照2*2阵列排列的半导体传感器阵列。
在设置所述PET探测器时，在选定具体的半导体传感器以后，可以先确定半导体传感器2081～2084之间的相对位置以及半导体传感器与晶体之间的相对位置，再通过调整各个晶体单元表面设置的分光结构的面积，使得应用PET探测器所获得的图像上的晶体单元的分辨率满足一定的要求。
其中，在调整各个晶体单元表面设置的分光结构的面积时，可以通过调整各个晶体单元202内部出现光子的概率，在所述概率的值满足图像上晶体单元的分辨率的条件时，以所述概率的值对应的分光结构的面积进行设置。比如，可以通过调整各个晶体单元202内部出现光子的概率，使得各个晶体单元202内部出现光子的概率分布达到图14中所示的概率分布。在调整所述各个晶体单元上设置的分光结构的面积以后，将所述半导体传感器阵列相对所述晶体阵列的出光面设置，即可获得所述PET探测器。
为了更加方便后续根据半导体传感器的输出确定光子产生的位置，还可以在获得的PET探测器中设置第一放大器以及第二放大器。在设置所述第一放大器时，可以在半导体传感器2081、2083所在行设置，或者在半导体传感器2082、2084所在行设置，也可以在半导体传感器2081及2083所在行以及半导体传感器2082、2084所在行同时设置。本发明的实施例中，以在半导体传感器2081、2083所在行设置第一放大器1301为例进行说明。同样地，在设置所述第二放大器时，可以在半导体传感器2081、2082所在列设置，或者在半导体传感器2083、2084所在列设置，也可以在半导体传感器2081、2082所在列以及半导体传感器2083、2084所在列同时设置。本发明的实施例中，以在半导体传感器2081、2082所在列设置第二放大器1302，以及半导体传感器2083、2084所在列同时设置第二放大器1303为例进行说明。
其中第一放大器1301的输出为out1，第二放大器1302的输出为out2，第二放大器1303的输出为out3。这样，光子的总能量E＝out2+out3，其中一行的半导体传感器接收到的光子的能量X1＝out1，其中一列的半导体传感器接收到的光子的能量Y1＝out2或者Y1＝out3。需要说明的是，在确定所述其中一行以及所述其中一列以后，即以所述其中一行为x轴，所述其中一列为y轴，在所述x轴以及所述y轴建立的坐标系中确定所述光子产生的位置。以所述其中一列的半导体传感器接收到的光子的能量Y1＝out2为例，根据重心读数法，光子产生的位置的所在行的位置x＝X1/E＝out1/(out2+out3)，y＝Y1/E＝out2/(out2+out3)。这样，根据第一放大器1301、第二放大器1302以及第二放大器1303的输出即可确定光子产生的位置，相对于根据半导体传感器2081、2082、2083以及2084的输出才能确定光子产生的位置，有效减少了确定光子产生位置时的数据处理量。
应用上述PET探测器进行探测模拟，获得的关于各个晶体单元位置的二维图像解析结果如图15所示。其中图15的横坐标表示各个晶体单元所在列的位置，纵坐标各个晶体单元所在行的位置。由图15可以看出，各个晶体单元的位置排列较均匀，且每个晶体单元清晰可见，此时所对应的图像上晶体单元的分辨率较高。应用上述的PET探测器实际探测光子的产生位置时，可以较准确地获得光子的位置。
为了使本领域技术人员更好地理解和实现本发明的实施例，以下对上述PET探测器所对应的方法进行详细描述。
如图16所示，本发明的实施例还提供了一种PET探测器的设置方法，所述方法可以包括：
步骤1602：调整所述晶体阵列中各个晶体单元上设置的分光结构的面积。
其中，在调整所述晶体阵列中各个晶体单元上设置的分光结构的面积时，可以先调整所述各个晶体单元内出现光子的概率，在所述晶体单元内出现光子的概率满足图像上晶体单元的分辨率的条件时，以所述概率对应的分光结构的面积设置所述晶体单元。
在调整所述各个晶体单元内出现光子的概率时，可以采用上述公式(1)调整所选取的晶体单元内出现光子的概率。
步骤1604：相对所述晶体阵列的出光面设置所述半导体传感器阵列，以获得所述PET探测器。
需要说明的是，在具体实施中，步骤1602以及步骤1604的实施顺序不受限制。也就是说，既可以先调整所述晶体阵列中各个晶体单元上设置的分光结构的面积，再相对所述晶体阵列的出光面设置所述半导体传感器阵列，也可以先相对所述晶体阵列的出光面设置所述半导体传感器阵列，再调整所述晶体阵列中各个晶体单元上设置的分光结构的面积，此处不作限定。
在应用本发明实施例中的设置方法设置所述PET探测器时，可以参照上述对PET探测器的实施例中的描述，实施所述设置方法，此处不再赘述。
如图17所示，本发明的实施例还提供了一种PET探测器的探测方法，所述方法可以包括：
步骤1702：所述PET探测器的晶体单元接收γ射线。
步骤1704：所述PET探测器的半导体传感器接收所述γ射线在所述晶体单元内激发产生的光子。
其中步骤1702以及步骤1702可以参照上述对PET探测器的实施例中的描述进行实施。
步骤1706：根据所述半导体传感器的输出确定所述γ射线在所述晶体单元内部产生光子的位置。
在具体实施中，可以采用重心读数法确定γ射线在所述晶体单元内部产生光子的位置，具体可以参照上述对PET探测器的实施例中的描述进行实施。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种PET探测器，其特征在于，包括：
晶体阵列，其包括排列成单层的多个晶体单元，所述晶体单元沿上下方向延伸，并且具有顶面、底面和位于所述顶面和底面之间的侧面；
反光膜，其设置在所述多个晶体单元中的至少一个晶体单元的表面上；
半导体传感器阵列，其包括多个半导体传感器，所述晶体阵列中的仅部分晶体单元与所述半导体传感器耦接，所述晶体阵列中的晶体单元的数量大于所述半导体传感器阵列中的半导体传感器的数量。
2.如权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，设置在所述晶体阵列中的至少两个晶体单元的表面的反光膜的面积不同。
3.如权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，还包括：
所述反光膜在晶体单元的表面的面积是通过调整各个晶体单元内出现光子的概率，来调整各个晶体单元上设置的所述反光膜的面积。
4.如权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，所述晶体阵列包括至少三个以上的所述晶体单元。
5.如权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，在所述晶体单元中用于限定出光面的表面设置所述反光膜时，所述反光膜的面积小于所述限定出光面的表面的面积。
6.如权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，所述半导体传感器阵列中的至少一个半导体传感器与所述晶体阵列中的一个晶体单元耦接。
7.如权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，所述耦接包括所述半导体传感器与所述晶体单元直接接触或者通过粘合材料接触。
8.如权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，还包括：第一放大器，所述第一放大器的输入端与所述半导体传感器阵列中的一预设行的半导体传感器的输出端连接。
9.如权利要求8所述的PET探测器，其特征在于，所述第一放大器的数量小于或等于所述半导体传感器阵列的行数。
10.如权利要求1或8所述的PET探测器，其特征在于，还包括：第二放大器，所述第二放大器的输入端与所述半导体传感器阵列中一预设列的半导体传感器的输出端连接。
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