CN116184476A - Pet探测器和pet设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种PET探测器和PET设备，PET探测器包括光电转换阵列，光电转换阵列包括多个阵列排布的光电转换器；读出电路组件，读出电路组件包括绝缘基底，设置于绝缘基底一侧的薄膜电极，以及设置于绝缘基底另一侧的敷铜层；读出电路组件设置于光电转换阵列上，薄膜电极与光电转换阵列电接触；薄膜电极的四个角均设置有电流输出端，敷铜层设置有信号输出端；光电转换阵列的电流流入薄膜电极时，通过敷铜层的信号输出端获取时间信息。本申请PET探测器能够准确获取PET信号的位置信息和时间信息。
Description
技术领域
本申请一般涉及电子信息技术领域。更具体地，本申请涉及一种PET探测器和PET设备。
背景技术
正电子断层扫描(Positron Emission Tomography,PET)设备是一种先进的核医学成像设备，其主要是将光信号转化为电信号，并对电信号进行记录处理，其中主要记录的物理量是光信号的时间信息和能量信息。为了读取这两个信息，当前主要的读取方法有单独通道读出，电阻网络读出，行列读出。
单独通道读出方法是最直观的读出方法，原则上能最好的保留所需要的时间和能量信息。但是在输出通道数目过多，对工程实现和成本都是巨大的挑战。
电阻网络读出法可以实现读出通道数量压缩，但是每个单独的SiPM像素经过通道压缩电路后，精确时间信息丢失，不能保留原始时间信息。
行列读出法可以实现通道的压缩，一行或一列读出，时间信息相比于电阻网读出法可以得到一定的保留，但是仍然有较大的丢失。
发明内容
本申请提供一种PET探测器和PET设备，以解决现有PET设备中信息探测容易丢失的问题。
为解决上述技术问题，本申请提出一种PET探测器，其包括：光电转换阵列，所述光电转换阵列包括多个阵列排布的光电转换器；读出电路组件，所述读出电路组件包括绝缘基底，设置于所述绝缘基底一侧的薄膜电极，以及设置于所述绝缘基底另一侧的敷铜层；所述读出电路组件设置于所述光电转换阵列上，所述薄膜电极与所述光电转换阵列电接触；所述薄膜电极的四个角均设置有电流输出端，所述敷铜层设置有信号输出端；所述光电转换阵列的电流流入所述薄膜电极时，通过所述敷铜层的信号输出端获取时间信息。
在一个实施例中，所述薄膜电极上设置有阵列排布的多个焊接点，所述焊接点与所述光电转换器对应，所述光电转换器通过所述焊接点与所述薄膜电极连接。
在一个实施例中，所述光电转化器为硅光电倍增管。
在一个实施例中，所述薄膜电极和所述敷铜层的尺寸相同，且对应设置。
在一个实施例中，所述信号输出端位于所述敷铜层的中心位置。
在一个实施例中，所述敷铜层由至少一块完整铜层构成，所述铜层为方形或蜂窝形。
在一个实施例中，所述绝缘基底为氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷。
在一个实施例中，所述薄膜电极和所述敷铜层通过蒸发或溅射工艺形成在所述绝缘基底上。
在一个实施例中，所述读出电路组件还包括低噪声放大器和高速比较器，所述敷铜层的信号输出端连接所述低噪声放大器，所述低噪声放大器连接所述高速比较器。
为解决上述技术问题，本申请提出一种PET设备，所述PET设备包括上述PET探测器。
与现有技术不同，本申请PET探测器包括光电转换阵列，光电转换阵列包括多个阵列排布的光电转换器；读出电路组件，读出电路组件包括绝缘基底，设置于绝缘基底一侧的薄膜电极，以及设置于绝缘基底另一侧的敷铜层；读出电路组件设置于光电转换阵列上，薄膜电极与光电转换阵列电接触；薄膜电极的四个角均设置有电流输出端，敷铜层设置有信号输出端；光电转换阵列的电流流入薄膜电极时，通过所述敷铜层的信号输出端获取时间信息。本申请PET探测器利用薄膜电极的四个电流输出端准确获取PET信号的位置信息，利用敷铜层确定时间信息。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是本申请PET探测器的结构示意图；
图2是本申请PET探测器信号读取的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域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，都属于本公开保护的范围。
下面结合附图来详细描述本公开的具体实施方式。请参阅图1，图1是本申请PET探测器的结构示意图，PET探测器是PET、PET/CT等分子成像设备的重要组成部分。PET探测器的材料组合、结构设计和性能直接影响PET、PET/CT等分子成像设备在临床和科研中应用，探测器的优劣直接决定着PET系统的好坏。
本实施例PET探测器100包括晶体、光电转换阵列11和读出电路组件12。
晶体用于将γ光子转化为可见光，具体为闪烁晶体。主要有BGO、LYSO、LSO和LBS等四种。其中LYSO、LSO以及LBS这类晶体由于含有金属镥(Lutetium)，因此余辉时间明显减少。一般认为晶体余辉时间小于80ns(纳秒)就可以实现飞行时间(Time of Flight,TOF)技术。当然，含镥晶体(LSO、LYSO)也有其不足，就是含有自身本底放射性，有效原子序数偏小，会导致射线探测效率降低。所以，一般讲LYSO、LSO和LBS这类晶体在PET探测器中其最佳长度为20mm左右-。所以，如果选择LYSO、LSO或LBS这一类晶体，那么就必须具有TOF技术来弥补或克服其探测效率低的固有缺陷。
光电转换阵列11用于将伽玛射线与晶体作用产生的可见光(荧光)转变为电信号。本实施例中的光电转换阵列11可以采用光电倍增管(PMT)、硅光电倍增管(Siliconphotomultiplier,SiPM)和数字光子计数(Digital Photon Counting，DPC)三类。
具体来说，本实施例中光电转换阵列11包括多个阵列排布的光电转换器111，为SiPM阵列，具有M×N个通道。如图1所示的实施例中，为4×4的阵列。
读出电路组件12用于获取光电转换阵列11输出的信号，即设置在光电转换阵列11上，用于获取M×N个通道的信号。其主要包括绝缘基底121、薄膜电极122和敷铜层123。
绝缘基底121作为薄膜电极122和敷铜层123的承载基底，保证了两者的强度，且用于将两者间隔，避免两者之间相互干扰。其具体可采用氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷。
薄膜电极122和敷铜层123分别设置在绝缘基底121的两侧，具体采用覆膜工艺，即蒸发或溅射等工艺形成在绝缘基底121上，薄膜电极122可以是锗。采用覆膜工艺相较于电容电阻等分离元件，产品的一致性和可扩展性更好。
薄膜电极122与光电转换阵列11电接触，用于接收光电转换阵列11的电流信号，从而获知电流信号的能量信息和位置信息。能量信息即电流信号的大小，位置信息即具体由那个光电转换器111发出。
具体来说，在薄膜电极122上设置有阵列排布的多个焊接点1222，焊接点1222与光电转换器111对应设置，焊接点1222的数量与光电转换器111数量相同，且位置对应，光电转换器111均通过焊接点1222与薄膜电极122连接。光电转换器111的电流信号通过直接进入到薄膜电极122，并在薄膜电极122中扩散。
在薄膜电极122的四个角均设置有电流输出端1221，通过四个角的电流输出端1221所收集的电流即可推算出电流信号进入薄膜的位置，继而可确定电流信号的位置信息及能量信息。
本实施例中4个电流输出端1221的设置即将光电转换阵列11中M×N个通道压缩成4个通道，减小了读取电路组件12的负担。通过4个电流输出端1221可以确定电流信号的位置信息，但由于每个光电转换器到电流输出端1221的路径不同，利用电流输出端1221不能获知最初电流信号的时间信息。因而本实施例中还利用敷铜层123的信号输出端1231来探测时间信息。
敷铜层123上则设置有信号输出端1231，当电流信号进入到薄膜电极122，在其中扩散时，在敷铜层123扩感应到感应信号，通过信号输出端1231将感应信号引出，从而获得电流信号的时间信息，时间信息表示光电转换器产生电流信号的时间，通过敷铜层123的感应即可以很快的确定时间。
敷铜层123与薄膜电极122的大小尺寸均相同，且对应设置，从而保证对薄膜电极122中所扩散电流的感应。信号输出端1231具体设置在敷铜层123的中心位置，中心位置到不同感应位置的路径均较小，因而对时间的确定影响不大。
敷铜层123还可以由至少一块铜层构成，铜层可以是方形或蜂窝形。例如可以是一层完整的铜层，有一个信号输出端；还可以是两个或多个铜层拼接，每个铜层之间相互独立，均设置有信号输出端，同样用来感应薄膜电极122中的扩散电流，将铜层设置为方形或蜂窝形，可以保证拼接时不会产生较大间隙，以能够覆盖薄膜电极122。
在敷铜层123的信号输出端1231还可设置信号处理元件，读出电路组件12还包括低噪声放大器和高速比较器，信号输出端1231连接低噪声放大器，低噪声放大器连接高速比较器。低噪声放大器先对信号进行放大，然后高速比较器进行定时甄别，生成标准脉冲，从而得到高精度的时间信息。
本申请PET探测器可以同时实现读出电路组件的通道压缩、能量信息获取和时间信息获取。
如图2，图2是本申请PET探测器信号读取的流程示意图。本申请PET探测器的信号读取过程，具体包括以下步骤。
S11：光电转换阵列将光信号转换为电信号。
S12：薄膜电极获取电信号，并由四个电流输出端输出信号，以确定电信号的能量信息和位置信息。
S13：敷铜层感应薄膜电极中的电流，产生感应信号由信号输出端输出，以确定电信号的时间信息。
本申请还提出一种PET设备，PET设备包括多个上述PET探测器，可用于医疗临床和科研中。
在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“中心”、“纵向”、“横向”、“顺时针”或“逆时针”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本申请的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本申请方案的限制。
另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。
虽然本说明书已经示出和描述了本申请的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本申请思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本申请的过程中，可以采用对本文所描述的本申请实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本申请的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。
Claims (10)
1.一种PET探测器，其特征在于，所述PET探测器包括：
光电转换阵列，所述光电转换阵列包括多个阵列排布的光电转换器；
读出电路组件，所述读出电路组件包括绝缘基底，设置于所述绝缘基底一侧的薄膜电极，以及设置于所述绝缘基底另一侧的敷铜层；
所述读出电路组件设置于所述光电转换阵列上，所述薄膜电极与所述光电转换阵列电接触；
所述薄膜电极的四个角均设置有电流输出端，所述敷铜层设置有信号输出端；所述光电转换阵列的电流流入所述薄膜电极时，通过所述敷铜层的信号输出端获取时间信息。
2.根据权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，所述薄膜电极上设置有阵列排布的多个焊接点，所述焊接点与所述光电转换器对应，所述光电转换器通过所述焊接点与所述薄膜电极连接。
3.根据权利要求2所述的PET探测器，其特征在于，所述光电转化器为硅光电倍增管。
4.根据权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，所述薄膜电极和所述敷铜层的尺寸相同，且对应设置。
5.根据权利要求4所述的PET探测器，其特征在于，所述信号输出端位于所述敷铜层的中心位置。
6.根据权利要求4所述的PET探测器，其特征在于，所述敷铜层由至少一块铜层构成，所述铜层为方形或蜂窝形。
7.根据权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，所述绝缘基底为氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷。
8.根据权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，所述薄膜电极和所述敷铜层通过蒸发或溅射工艺形成在所述绝缘基底上。
9.根据权利要求1所述的PET探测器，其特征在于，所述读出电路组件还包括低噪声放大器和高速比较器，所述敷铜层的信号输出端连接所述低噪声放大器，所述低噪声放大器连接所述高速比较器。
10.一种PET设备，其特征在于，所述PET设备包括多个权利要求1-9中任一项所述的PET探测器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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