CN117233823A - 一种伽玛探针及其探测系统和用途 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种伽玛探针及其探测系统和用途，其中，伽玛探针包括：探针本体，由屏蔽材料形成，所述探针本体内设置有针孔；第一伽玛探测器，设置在所述针孔内；第二伽玛探测器，其设置在所述探针本体内且位于所述第一伽玛探测器的后端；所述屏蔽材料为高原子序数材料。通过本申请提供的伽玛探针，当对患者身体发出的伽玛射线进行探测时，将第一伽玛探测器探测第二伽玛探测器配合使用，从而能够判断伽玛射线是否来自于探针正前方，由此，可以准确判断伽玛源的方向，即提高伽玛探针的角度分辨率；另外，也对探针本体的厚度要求较低，从而可以减少探针本体的直径，从而使得探针能靠近放射源所在位置，从而提高位置灵敏度。

Description

一种伽玛探针及其探测系统和用途

技术领域

本申请涉及辐射测量技术领域，尤其涉及一种伽玛探针及其探测系统和用途。

背景技术

伽玛探针是利用核素示踪原理来进行定位的，它将探测到的放射线转化为电信号，并将信号进行放大，在微处理器中完成处理、计数和显示。目前，主要用于放射导向手术。包括放射免疫导向手术，隐秘病灶定位和前哨淋巴结探测等。具有轻便、灵敏度高、空间分辨率好等优点。伽玛探针主要用于胃癌、乳腺癌、甲状腺癌、等多种肿瘤的术中实时探测(定位功能)和体外监测。伽玛探针是一种定积分测量仪器。当γ射线进入探测器晶体时，产生一个强度与入射粒子能量成正比的闪烁光。该闪光经光电倍增管转换成最初的电脉冲信号。这个电脉冲再通过电子线路进一步放大，送入脉冲幅度分析器，落入道宽范围的信号被选送进计算机接口，由计算机记录并进行计算处理，最后输出结果。

目前，常用的伽玛探针分为机械准直的伽玛探针和电子准直的伽玛探针。

如图1所示，为机械准直的伽玛探针，具体为一种针孔型伽玛探针A1，针孔由高Z值的屏蔽材料的侧壁形成，对本底伽玛射线进行抑制，在其针孔内设置有伽玛探测器A2。但是，对侧向(垂直于伽玛探针屏蔽材料的侧壁)和来自探测器A2后方的伽玛射线A4的屏蔽不足。同时，由于伽玛射线的穿透力强，因此需要屏蔽材料形成的侧壁厚，尤其是对于较高能量的放射性核素(如131I，18F等)，则需要更厚的屏蔽材料，导致伽玛探针重且直径大，使伽玛探针难以靠近放射源A3所在位置，从而限制了伽玛探针A1的探测灵敏度。通常伽玛探针的位置分辨均大于15mm。

如图2所示，为一种电子准直的伽玛探针，具体为一种符合型探针B1，通过电子准直器B2对本底伽玛射线进行抑制。其对侧向(垂直与探头屏蔽材料的侧壁)的伽玛射线的屏蔽，以及对探针后方的伽玛射线的屏蔽都有较明显的改善，特别是对350Kev以上的伽玛射线。因结构的改变，使得探测器能靠近放射源所在位置，相较机械准直的伽玛探针，提高了角度灵敏度和位置灵敏度。但是，位置分辨也大于9mm。

临床应用往往要求角度分辨率高、位置灵敏度高。

从图1中可以看出，机械准直的伽玛探针，其角度分辨率(RA)和几何探测效率(εG)是成反比的。提高角度分辨率，就要以牺牲位置灵敏度为代价。提高位置灵敏度，就要以牺牲角度分辨率为代价。因此最终的选择往往是分辨率和灵敏度的折中。

从图2中可以看出，电子准直的，灵敏度有一定问题。在图2的符合探针上发生光电反应损失全部能量的事件不能被记录。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本申请提供一种伽玛探针及其探测系统和用途。本申请技术方案如下：

1、一种伽玛探针，包括：

探针本体，由屏蔽材料形成，所述探针本体内设置有针孔；

第一伽玛探测器，设置在所述针孔内；还包括：

第二伽玛探测器，其设置在所述探针本体内且位于所述第一伽玛探测器的后端；

所述屏蔽材料为高原子序数材料。

2、根据项1所述的伽玛探针，所述第一伽玛探测器为碘化铯探测器、碘化钠探测器或碲锌镉探测器。

3、根据项1所述的伽玛探针，

所述第二探测器是闪烁体探测器，优选为塑料闪烁体探测器；

所述伽玛探针还包括光电转换器，以用于将所述闪烁体探测器产生的光转换为电信号；

优选地，所述伽玛探针还包括光电倍增管以用于增强所述闪烁体探测器产生的光。

4、根据项1所述的伽玛探针，

所述伽玛探针还包括反符合处理模块；

所述第一伽玛探测器、第二伽玛探测器分别将探测的伽玛信号分别输入所述反符合处理模块，所述反符合处理模块将探测的伽玛信号传送给控制系统；

仅在所述反符合处理模块只接收到所述第一伽玛探测器探测到的伽玛信号时，所述控制系统记录探测信号。

5、根据项4所述的伽玛探针，所述反符合处理模块包括：

依次连接的放大电路、延时电路、模数变换电路，所述第一伽玛探测器与所述放大电路电连接，所述模数变换电路与控制系统连接；

还包括反符合电路、甄别电路、放大甄别电路，所述放大电路经过所述甄别电路与所述反符合电路电连接，所述第二伽玛探测器经过所述放大甄别电路与所述反符合电路电连接，所述反符合电路与所述模数变换电路电连接。

6、根据项5所述的伽玛探针，所述伽玛探针还包括连接电缆，所述反符合处理模块通过连接电缆电连接控制系统。

7、根据项6所述的伽玛探针，控制系统能够通过所述连接电缆向所述第一伽玛探测器、所述第二伽玛探测器、所述反符合处理模块供电。

8、根据项4所述的伽玛探针，所述伽玛探针还包括电源、微处理器、无线通信模块；

所述反符合处理模块与所述微处理器电连接，所述微处理器与所述无线通信模块电连接；

所述无线通信模块将探测的伽玛信号传送给所述控制系统。

9、根据项8所述的伽玛探针，所述无线通信模块为蓝牙模块。

10、根据项1所述的伽玛探针，所述针孔的侧壁厚度为1.5mm～3mm。

11、一种探测系统，包括项1～10中任一项所述的伽玛探针。

12、项1～10中任一项所述的伽玛探针在放射导向手术中的用途。

本申请提供了一种伽玛探针，当对患者身体发出的伽玛射线进行探测时，将第一伽玛探测器探测第二伽玛探测器配合使用，从而能够判断伽玛射线是否来自于探针正前方，由此，可以准确判断伽玛源的方向，即提高伽玛探针的角度分辨率；另外，由于本实施例的伽玛探针主要通过第一伽玛探测器、第二伽玛探测器的结合来探测放射源，因此，对探针本体的厚度要求较低，从而可以减少探针本体的直径，从而使得探针能靠近放射源所在位置，从而提高位置灵敏度。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够使得本申请的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本申请的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

图1：现有针孔型伽玛探针的结构示意图；

图2：现有符合探针的结构示意图；

图3：一个实施例中伽玛探测器的结构示意图；

图4：一个实施例中伽玛探测器的电路示意图；

图5：一个实施例中无线伽玛探测器的结构示意图。

附图标记：

A1、针孔型伽玛探针；A2、伽玛探测器；A3、放射源；A4、伽玛射线；

B1、符合型探针；B2、电子准直器；B3、放射源；B4、伽玛射线；

1、第一伽玛探测器；2、第二伽玛探测器；3、光电转换器；4、反符合处理模块；4-1、放大电路；4-2、甄别电路；4-3、放大甄别电路；4-4、反符合电路；4-5、延时电路；4-6、模数变换电路；5、连接电缆；6、控制系统。

具体实施方式

本申请的以下实施方式仅用来说明实现本申请的具体实施方式，这些实施方式不能理解为是对本申请的限制。其他的任何在未背离本申请的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均视为等效的置换方式，落在本申请的保护范围之内。

本实施例提供给了一种伽玛探针，如图3、图4所示，包括：

探针本体，由屏蔽材料形成，所述探针本体内设置有针孔；

第一伽玛探测器1，设置在所述针孔内；

第二伽玛探测器2，其设置在所述探针本体内且位于所述第一伽玛探测器的后端；

本申请中，将使用伽玛探针时，靠近放射源的一端称为“前端”，将远离放射源的一端称为“后端”。

在现有的机械准直的伽玛探针中，具体如图1的技术方案，由于高能伽玛射线具有很强的穿透效应，因此，针孔侧壁需要做的很厚，从而会导致针孔的外周直径大、针孔及整个探针笨重，使得伽玛探针很难靠近放射源而导致位置检测精度低。且为了兼顾位置检测精度，针孔的侧壁不能过厚，因此依然会有伽玛射线穿过侧壁而投射到探测器A2上，从而导致伽玛探针的角度灵敏度不足。

本实施例提供了一种新结构的伽玛探针，为对现有机械准直的伽玛探针的改进。

具体的，本实施例是在第一伽玛探测器1的后端设置第二伽玛探测器2，则第二伽玛探测器2能够接收穿过针孔本体的伽玛射线。

然后，将第一伽玛探测器1、第二伽玛探测器2接收到的信号传送给控制系统6(一般为主控制台，一般包括总电源、采集控制、采集结果显示、采集结果记录等功能)。则，控制系统可以根据第一伽玛探测器1、第二伽玛探测器2的信号，而判断角度、位置。

具体地，对患者身体发出的伽玛射线进行探测时，当第一伽玛探测器1探测到伽玛射线，这些伽玛射线可能来自于探针正前方，也可能来自其他方向(如探针本体的侧壁方向)，当第二伽玛探测器2探测到伽玛射线时，说明伽玛射线来自探针本体的侧壁方向，进一步移动探针，当第一伽玛探测器1探测到伽玛射线而第二伽玛探测器2未探测到伽玛射线时，则说明伽玛射线可能来自于探针正前方。

由此，在放射导向手术中，通过本申请提供的伽玛探针可以准确判断伽玛源的方向，即提高伽玛探针的角度分辨率。

另外，由于本实施例的伽玛探针主要通过第一伽玛探测器1、第二伽玛探测器2的结合来探测放射源，因此，对探针本体的厚度要求较低，从而可以减少探针本体的直径，从而使得探针能靠近放射源所在位置，从而提高位置灵敏度。

在一个实施例中，所述第一伽玛探测器1为碘化铯(CsI)探测器、碘化钠(NaI)探测器或碲锌镉探测器。

其中，碘化铯晶体、碘化钠晶体和碲锌镉晶体均为现有材料，方便分别用于制造/作为现有的碘化铯探测器、碘化钠探测器或碲锌镉探测器。

尤其是，优选为碲锌镉探测器。其中碲锌镉晶体材料原子序数比较大，密度为5.85g/cm3，能够使晶体与伽玛射线更好地发生反应，用碲锌镉晶体制造的碲锌镉探测器，具有禁带宽、分辨率高、探测效率高、体积小、可工作在室温条件下等优点。

在一个实施例中，所述第二伽玛探测器2是闪烁体探测器，优选为塑料闪烁体探测器，将倾斜入射的伽玛射线(损失的能量)转换为许多的可见光光子。此时，配合所述第二伽玛探测器2还设置有光电转换器3，以将光信号转换为电信号。有时也会同时设置有光电倍增管。闪烁体探测器、光电倍增管、光电转换器自远端至近端依次设置。从而闪烁体探测器接收到伽玛射线时发光，光电倍增管对光线进行增强，被增强的光线通过光电转换器转换为电信号(伽玛信号)。

闪烁体探测器是利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测的一种电离辐射探测器。

塑料闪烁体探测器是有机闪烁体的一种，它可用于α、β、γ、快中子、质子、宇宙射线及裂变碎片等的探测。它易于加工成各种形状，具有不潮解、性能稳定、耐辐射、闪烁衰减时间短与价格低廉等优点。

塑料闪烁体探测器其外形结构和大小的制作相对随意，可以做成任意大小和形状；探测效率高，适合于测量不带电粒子，如γ射线、X射线和中子等；且时间特性好，有的探测器(如塑料闪烁体、BaF2)能够实现ns(纳秒)的时间分辨。

在一个实施例中，如图3、图4所示，所述伽玛探针还包括反符合处理模块4；

所述第一伽玛探测器1(作为主伽玛探测器)、第二伽玛探测器2(作为反符合探测器)分别将探测的伽玛信号输入所述反符合处理模块，所述反符合处理模块将探测的伽玛信号传送给系统；

仅在所述反符合处理模块只接收到所述第一伽玛探测器探测到的伽玛信号时，所述控制系统记录探测信号。

在本申请中，反符合处理是指利用电子学的方法在不同探测器的输出脉冲中把有时间关联的时间排除的过程。

本实施例具体通过反符合处理模块来处理第一伽玛探测器1、第二伽玛探测器2，反符合处理模块4接收到来自第一伽玛探测器1的伽玛信号而未接收到第二伽玛探测器2的伽玛信号时，反符合处理模块4将第一伽玛探测器的伽玛信号传送给控制系统6。

在一个实施例中，如图4所示，所述反符合处理模块为：

来自第一伽玛探测器1(主伽玛探测器)的伽玛信号被放大电路4-1放大，之后经过延时电路4-5调整第一伽玛探测器1对应信号的延迟，进入模数变换电路4-6。当模数变换电路4-6收到延时电路4-5的开门信号时开始工作，将延时后的第一伽玛探测器1对应输出进行模拟到数字的变换。

经放大电路4-1放大的伽玛信号经甄别电路4-2筛选符合要求的事件信号，屏蔽噪声和幅度较低的大角度散射信号后，进入反符合电路4-4。

第二伽玛探测器2探测到伽玛射线，经光电转换器3后转变为电信号(伽玛信号)，伽玛信号经放大甄别电路4-3对光电转换器3的信号进行放大，筛选符合要求的事件信号，屏蔽噪声和幅度较低的大角度散射信号后，进入符合反符合电路4-4。

当反符合电路4-4在甄别电路4-2有输出，同时第二伽玛探测器2对应的放大甄别电路4-3有输出时，则对应的伽玛射线来自侧方，系统不进行进一步处理，侧方的伽玛射线不被系统记录；

当反符合电路4-4在甄别电路4-2有输出、同时放大甄别电路4-3没有输出时，对应的伽玛射线来自探针的正前方，反符合电路4-4有输出，产生使能信号，使得控制系统6记录来自第一伽玛探测器1的信息。

从而，通过上述反符合处理模块4，可以实现仅第一伽玛探测器1探测到伽玛射线时记录探测信号，从而实现上述提高角度灵敏度、位置灵敏度的目的。

在一个实施例中，如图4所示，还包括连接电缆5，所述反符合处理模块通过连接电缆电连接所述控制系统6。

本实施例中，伽玛探针为通过连接电缆5与控制系统6通信，同时，所述控制系统6通过连接电缆5对所述伽玛探针供电。

优选地，所述控制系统能够通过所述连接电缆5向所述第一伽玛探测器1、所述第二伽玛探测器2、所述反符合处理模块4供电。

在一个实施例中，如图5所示，上述伽玛探测器还包括电源、微处理器、无线通信模块；所述反符合处理模块与所述微处理器、所述微处理器与所述无线通信模块电连接；所述无线通信模块将探测的伽玛信号传送给所述控制系统。所述无线通信模块为蓝牙模块、wifi模块，优选为蓝牙模块。

所述电源向所述第一伽玛探测器、所述第二伽玛探测器、所述反符合处理模块、微处理器、无线通信模块供电。

当所述反符合处理模块为图4所示反符合处理模块时，具体为模数变换电路4-6与微处理器电连接。

本实施例给出了一种无线伽玛探针方案。在伽玛探针中内置微处理器、无线通信模块，反符合处理模块将信号传送至微处理器，微处理器控制无线通信模块将伽玛信号传送给控制系统6，从而实现对数据的处理以及与控制系统6的通信。同时，内置电源进行供电。内置电源具体可以为充电电池，如锂电池等。从而，通过无线连接，可以使操作者可以更灵活操控伽玛探针，方便进行体外监测。

在一个实施例中，所述屏蔽材料为高原子序数材料。

高原子序数材料是指原子序数较高，相对原子质量较大的材料，本实施例中使用的屏蔽材料为钨，钨对射线屏蔽较好。

所述针孔的侧壁厚度为1.5mm～3mm。

相较于现有的机械准直的伽玛探针，本申请的针孔的侧壁厚度小，从而使探针直径小，从而可以提高位置灵敏度。

在上述实施例提供了伽玛探针的基础上，本领域技术人员知晓将其与控制系统6配合使用，以构成一种探测系统。

尽管以上对本申请的实施方案进行了描述，但本申请并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本申请权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本申请要求保护之列。

Claims (12)

1.一种伽玛探针，包括：

探针本体，由屏蔽材料形成，所述探针本体内设置有针孔；

第一伽玛探测器，设置在所述针孔内；

其特征在于，还包括：

第二伽玛探测器，其设置在所述探针本体内且位于所述第一伽玛探测器的后端；

所述屏蔽材料为高原子序数材料。

2.根据权利要求1所述的伽玛探针，其特征在于，

所述第一伽玛探测器为碘化铯探测器、碘化钠探测器或碲锌镉探测器。

3.根据权利要求1所述的伽玛探针，其特征在于，

所述第二探测器是闪烁体探测器，优选为塑料闪烁体探测器；

所述伽玛探针还包括光电转换器，以用于将所述闪烁体探测器产生的光转换为电信号；

优选地，所述伽玛探针还包括光电倍增管以用于增强所述闪烁体探测器产生的光。

4.根据权利要求1所述的伽玛探针，其特征在于，

所述伽玛探针还包括反符合处理模块；

所述第一伽玛探测器、第二伽玛探测器分别将探测的伽玛信号分别输入所述反符合处理模块，所述反符合处理模块将探测的伽玛信号传送给控制系统；

仅在所述反符合处理模块只接收到所述第一伽玛探测器探测到的伽玛信号时，所述控制系统记录探测信号。

5.根据权利要求4所述的伽玛探针，其特征在于，

所述反符合处理模块包括：

依次连接的放大电路、延时电路、模数变换电路，所述第一伽玛探测器与所述放大电路电连接，所述模数变换电路与控制系统连接；

还包括反符合电路、甄别电路、放大甄别电路，所述放大电路经过所述甄别电路与所述反符合电路电连接，所述第二伽玛探测器经过所述放大甄别电路与所述反符合电路电连接，所述反符合电路与所述模数变换电路电连接。

6.根据权利要求5所述的伽玛探针，其特征在于，

所述伽玛探针还包括连接电缆，所述反符合处理模块通过连接电缆电连接控制系统。

7.根据权利要求6所述的伽玛探针，其特征在于，

控制系统能够通过所述连接电缆向所述第一伽玛探测器、所述第二伽玛探测器、所述反符合处理模块供电。

8.根据权利要求4所述的伽玛探针，其特征在于，

所述伽玛探针还包括电源、微处理器、无线通信模块；

所述反符合处理模块与所述微处理器电连接，所述微处理器与所述无线通信模块电连接；

所述无线通信模块将探测的伽玛信号传送给所述控制系统。

9.根据权利要求8所述的伽玛探针，其特征在于，

所述无线通信模块为蓝牙模块。

10.根据权利要求1所述的伽玛探针，其特征在于，

所述针孔的侧壁厚度为1.5mm～3mm。

11.一种探测系统，其特征在于，

所述探测系统包括权利要求1～10中任一项所述的伽玛探针。

12.权利要求1～10中任一项所述的伽玛探针在放射导向手术中的用途。