CN117308773A - 三维位置灵敏闪烁探测器和闪烁成像探测器 - Google Patents

三维位置灵敏闪烁探测器和闪烁成像探测器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种三维位置灵敏闪烁探测器和闪烁成像探测器，每个所述单位元件均包括：闪烁晶体和两个分别耦合于所述闪烁晶体相对的两端的一维位置灵敏硅光电倍增器，且两个所述一维位置灵敏硅光电倍增器上的受光面相对设置且分别与所述闪烁晶体的两端相接；各个所述受光面上均设有电极结构，且每个所述电极结构均包含有互相平行的多个正面电极；两个所述一维位置灵敏硅光电倍增器的受光面上的电极结构之间相互垂直。本发明能够在制造大面积阵列的闪烁成像探测器的同时，大幅减少三维位置灵敏闪烁探测器的读出通道数量，降低读出电子学成本；且能够保证各个位置的空间分辨率均匀，从而提升成像效果。

Description

三维位置灵敏闪烁探测器和闪烁成像探测器
技术领域
本发明涉及探测器技术领域，尤其涉及三维位置灵敏闪烁探测器和闪烁成像探测器。
背景技术
有闪烁晶体阵列和光电转换元件组成的闪烁成像探测器由于其在时间响应、位置分辨率、探测效率等性能上有效出色的表现，被广泛的应用在不同场合。目前常规的设计方案是由闪烁晶体阵列与硅光电倍增器(SiPM)阵列耦合，进而得到以制造大面积阵列的闪烁成像探测器，例如Seiichi Yamamoto等人2013年在《Nuclear Instruments and Methodsin Physics Research Section A：Accelerators，Spectrometers，Detectors andAssociated Equipment》(期刊《物理学研究中的核仪器与核方法A节：加速器、光谱仪、探测器和相关设备》)中发表的Development of ultrahigh resolution Si-PM-based PETsystem using 0.32mm pixel scintillators(用于0.32mm像素闪烁体的超高分辨率硅光电倍增管正电子发射扫描系统的研制)论文，但是其中的SiPM的尺寸却限制了闪烁成像深测器的空间分辨率，大量的读出通道使得读出电子学成本增高，降低了可靠性。
为了解决读出通道多的问题，有人提出了光导和编码电路与来实现位置分辨率功能，例如Ch.W.Lerche等人2003年在Nuclear Science Symposium(核科学研讨会)的会议记录中的Depth of interaction measurement in gamma ray imaging detectors withcontinuous scintillation crystals(具有连续闪烁晶体的伽马射线成像探测器中相互作用深度的测量)记载所示，虽达到了设计目标，但位置分辨率降低，后期解码难度增加，时间特性变差。在实际应用中为了有效的阻止射线穿透晶体以提高灵敏度，要求闪烁晶体需要由一定的厚度，这便带来了弊端。其中的正电子发射断层扫描仪(Position EmissionTomography，PET)的成像会引入视差效应(Parallax Effect)，导致图像分辨率降低以及分辨率不均匀。
发明内容
鉴于此，本发明实施例提供了一种三维位置灵敏闪烁探测器和闪烁成像探测器，以消除或改善现有技术中存在的一个或多个缺陷。
本发明的一个方面提供了一种三维位置灵敏闪烁探测器，包括：单位元件；
每个所述单位元件均包括：闪烁晶体和两个分别耦合于所述闪烁晶体相对的两端的一维位置灵敏硅光电倍增器，且两个所述一维位置灵敏硅光电倍增器上的受光面相对设置且分别与所述闪烁晶体的两端相接；各个所述受光面上均设有电极结构，且每个所述电极结构均包含有互相平行的多个正面电极；两个所述一维位置灵敏硅光电倍增器的受光面上的电极结构之间相互垂直。
在本发明的一些实施例中，所述单位元件有多个，且各个所述单位元件之间依次排列以组成三维位置灵敏闪烁探测器阵列。
在本发明的一些实施例中，各个所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器上的电极结构之间依次平行排列。
在本发明的一些实施例中，各个所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器上的正面电极的设置结构相同；且每一行所述单位元件按照同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器上的正面电极并排拼接。
在本发明的一些实施例中，每一行所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器中并排拼接的所述正面电极并联，引入所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列的同一个读出通道。
在本发明的一些实施例中，相邻的两行所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器中相邻的正面电极共同引入所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列的同一个读出通道。
在本发明的一些实施例中，所述正面电极包括金属块引出电极和与该金属块引出电极相接的金属条。
在本发明的一些实施例中，所述闪烁晶体为条状闪烁晶体、片状闪烁晶体或块状闪烁晶体。
在本发明的一些实施例中，所述单位元件的三维位置包括：垂直于所述一维位置灵敏硅光电倍增器的方向的位置；以及，在平行于所述一维位置灵敏硅光电倍增器的平面中，分别垂直于两个所述一维位置灵敏硅光电中电极结构的方向的位置。
本发明的另一方面提供了一种闪烁成像探测器，包括上述三维位置灵敏闪烁探测器，以及连接于所述一维位置灵敏硅光电倍增器的成像单元；所述成像单元用于根据所述三维位置灵敏闪烁探测器测得的三维位置信息进行成像。
本发明的三维位置灵敏闪烁探测器和闪烁成像探测器，通过耦合于闪烁晶体相对的两端的正面电极平行设置的一维位置灵敏硅光电倍增器，能够在制造大面积阵列的闪烁成像探测器的同时，大幅减少三维位置灵敏闪烁探测器的读出通道数量，降低读出电子学成本；且能够保证各个位置的空间分辨率均匀，从而提升成像效果。
本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
图1为三维位置灵敏闪烁探测器结构图。
图2为本发明一实施例中具有互相平行的两个正面电极的一维位置灵敏硅光电倍增探测器结构图。
图3为本发明一实施例中具有互相平行的两个正面电极的一维位置灵敏硅光电倍增探测器的位置测量示意图。
图4为本发明一实施例中选用块状闪烁晶体的单位元件结构图。
图5为本发明另一实施例中选用片状闪烁晶体的单位元件结构图。
图6为本发明另一实施例中选用条状状闪烁晶体的单位元件结构图。
图7为本发明一实施例中一维位置硅光电倍增探测元件阵列的拼接示意图。
图8为本发明另一实施例中一维位置硅光电倍增探测元件阵列的拼接示意图。
图9为本发明一实施例中一维位置灵敏硅光电倍增探测元件剖面图。
图中，1-闪烁晶体，2-一维位置灵敏硅光电倍增器，21-金属块引出电极，22-金属条，23-减反射膜，24-二氧化硅，25-P型重掺杂区，26-N型重掺杂区(高电场区)，27-N型外延层，28-N型低阻衬底材料，29-背面电极。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素或组件的存在或附加。
在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
现有技术中采用双端读出法测量反映深度，在闪烁晶体的两端耦合光传感器，用于接收晶体发出的荧光，荧光在晶体中产生的可见光光子的传输方向是各向同性的，光子在晶体的传输过程中，会被闪烁晶体吸收或从晶体侧面逃出，通过晶体两端光传感器探测到的信号差异确定光子在晶体中的反映深度，同时利用闪烁晶体两端耦合的光电传感器测量X\Y的坐标，从而达到三维位置信息的成像。其中，所述光电传感器可选用硅光电倍增管(SiPM)阵列或拥有本征位置分辨能力的二维位置灵敏硅光电倍增器(2D-PS-SiPM)。
采用SiPM阵列作为光电传感器的情况下，采用SiPM和闪烁晶体以一对一耦合方式作为单个位置探测器件时，是以单个器件作为像素点，当追求高分辨率时，像素点尺寸成为限制因素。当需要制作大面积探测器时，像素点较小，读出通道过多，大量后端读出电路使整个系统可靠性下降，成本增加，会导致限制制作大面积探测器。根据Du J等人2019年在《Physics in Medicine and Biology》(《医学与生物学中的物理学》)中发表的Performance comparison of depth-encoding detectors based on dual-endedreadout and different SiPMs for high-resolution PET applications(用于高分辨率正电子发射扫描系统的基于双端读出和不同硅光电倍增管的深度编码探测器的性能比较)论文所示，采用电阻网络编码读出方式时，虽然解决了读出通道多的问题，但是分辨率限制因素由像素点尺寸变为编码电路的复杂程度，当采用简单电路时，会使晶体分辨率不均匀，边缘晶体的分辨率能力下降；采用复杂电路时，虽会改善上述现象，但后期解码处理难度增大，由于加入电阻或电容，还会导致探测器的时间特性变差，以及通道之间的串扰，从而影响分辨率。
采用2D-PS-SiPM作为光电传感器的情况下，若是小面积的双端读出探测器，其读出通道共有8个，尚在可接受范围内。若需要大面积探测器时，使用N*N阵列，双端读出的读出通道为8N2，此时采用单个通道独立输出的方式时，也面临着读出通道过多，电子学成本过高的问题；而使用电容网络复用通道的读出方式时，根据现有研究，如Du J等人在2019年在《IEEE Transactions on Nuclear Science》(核科学汇刊)中发表的ASimpleCapacitive Charge-Division Readout for Position-Sensitive Solid-StatePhotomultiplier Arrays(一种用于位置敏感固态光电倍增管阵列的简单电容电荷分割读出)论文，使用容值较小的电容，使脉冲高度下降，在高计数模式下会减小脉冲堆积，也可以使脉冲的上升时间与下降时间减小，但是需要高放大倍数的放大电路；而使用容值较大的电容脉冲高度会提升，但会造成脉冲堆叠，从而影响位置分辨率。这种读出方式目前只在小阵列实现，大阵列尚未有相关研究。
在上述针对现有技术的分析结构的基础上，针对光电传感器与闪烁晶体一对一耦合方式中，光电传感器阵列的分辨率受像素尺寸限制、读出通道多、读出电子学复杂；电阻网络编码的读出方式中，分辨率受编码电路复杂程度影响，解码方式复杂，通道串扰造成分辨率下降；以及二维位置灵敏硅光电倍增器不利于制成大面积探测器等问题。本发明提供了一种三维位置灵敏闪烁探测器，包括，单位元件，如图1所示；每个所述单位元件均包括：闪烁晶体1和两个分别耦合于所述闪烁晶体相对的两端的一维位置灵敏硅光电倍增器2，且两个所述一维位置灵敏硅光电倍增器2上的受光面相对设置且分别与所述闪烁晶体1的两端相接；各个所述受光面上均设有电极结构，且每个所述电极结构均包含有互相平行的正面电极；两个所述一维位置灵敏硅光电倍增器2的受光面上的电极结构之间相互垂直。
上述三维位置灵敏闪烁探测器中单位元件的三维位置包括：垂直于所述一维位置灵敏硅光电倍增器的方向的位置；以及，在平行于所述一维位置灵敏硅光电倍增器的平面中，分别垂直于两个所述一维位置灵敏硅光电中的电极结构的方向的位置。
上述三维位置灵敏闪烁探测器中单位元件的工作原理为：X射线或伽马射线射向所述闪烁晶体1中除耦合有一维位置灵敏硅光电倍增器2之外的其他位置；利用耦合于所述闪烁晶体1的相对的两端的一维位置灵敏硅光电倍增器2，通过双端读出法的原理得出X射线或伽马射线在所述闪烁晶体1中在垂直于所述一维位置灵敏硅光电倍增器2的方向的位置信息(后续将垂直于一维位置灵敏硅光电倍增器的方向作为Z方向)；利用电极结构相互垂直的两个一维位置灵敏硅光电倍增器2分别测量垂直于各自一维位置灵敏硅光电倍增器2中电极结构的方向的位置信息(后续将垂直于各自一维位置灵敏硅光电倍增器中的电极结构的方向分别称为X方向和Y方向)。
本申请的一个或多个实施例中，所述三维位置灵敏闪烁探测器中单位元件的正面电极结构如图2所示，所述光电转换器的受光面上的电极结构中设有两条相互平行的正面电极。该单位元件的工作过程中X方向的位置信息计算原理示意图如图3所示，其中，坐标值为(x，y)的点表示入射光子位置，一维位置灵敏硅光电倍增器2工作在击穿电压上，入射光子触发雪崩电荷将通过连续的P++电阻层在阴极1和阴极2之间分配，以光电传感器件2中心为原点，获得触发的该光电传感器件2的重心位置或入射光子在X方向的重心位置；一个实施例中按电阻分流的原理公式计算入射光子在X方向的重心位置，所述电阻分流的原理公式为：
其中，L为一维位置灵敏硅光电倍增器中两个正面电极之间的距离长度，Q1、Q2分别为阴极1和阴极2输出脉冲的高度或面积，K为优化系数，用于反映负载及方框金属电极的影响，其值可以由定标得到。
另一个实施例中按照类似于飞行时间的方法计算入射光子在X方向的中心位置：根据已知条件：一维位置灵敏硅光电倍增器2中两个正面电极之间的距离长度L、入射光子的产生时刻T0，以及根据入射光子产生的脉冲信号到达阴极1和阴极2的时间点T1、T2，可以计算入射光子在X方向的重心位置：
其中，V表示脉冲信号的有效传输速度，通过测量多个不同已知x坐标的入射点的T1与T2，经过线性拟合得到。
入射光子在Y方向的重心位置，利用所述闪烁晶体1另一端的一维位置灵敏硅光电倍增器采用同X方向相同的计算方法得到。
入射光子在Z方向的重心位置，可以按两个一维位置灵敏硅光电倍增器2输出的总脉冲幅度或总面积计算得到：
其中，S1表示闪烁晶体一端的一维位置灵敏硅光电倍增器输出的总脉冲幅度或总面积；S2表示闪烁晶体另一端的一维位置灵敏硅光电倍增器输出的总脉冲幅度或总面积。
入射光子在Z方向的重心位置，也可使用飞行时间法，当入射光子打在闪烁晶体1某一点，该点产生一个发光中心，通过闪烁晶体1两端的一维位置灵敏硅光电倍增器2产生的脉冲信号到达阴极1和阴极2的时间差(T2-T1)，确定Z轴坐标：
其中，c为光速，n为闪烁体折射率。
本申请的一个或多个实施例中，将2D PS-SiPM一个方向的两个正面电极相互串联，作为拥有本征位置分辨能力的一维位置灵敏硅光电倍增探测器来使用。
本申请的一个或多个实施例中，所述闪烁晶体1可以选用条状闪烁晶体、片状闪烁晶体或块状闪烁晶体。其中，选用块状闪烁晶体作为闪烁晶体1时，所述单位元件的结构如图4所示，所述一维位置灵敏硅光电倍增器的受光面与与其相接的块状闪烁晶体一端的面积和形状相同。选用片状闪烁晶体作为闪烁晶体1时，所述单位元件的结构如图5所示，包括多块并排相接的片状闪烁晶体，使得所述一维位置灵敏硅光电倍增器的受光面与与其相接的并排的片状闪烁晶体一端的面积和形状相同。选用条状闪烁晶体作为闪烁晶体1时，所述单位元件的结构如图6所示，包括多块并排相接的条状闪烁晶体，所述一维位置灵敏硅光电倍增器的受光面与与其相接的并排的条状闪烁晶体一端的面积和形状相同。
本申请的一个或多个实施例中，根据实际应用中的分辨率需求，每个所述电极结构均包含有互相平行的多个正面电极；通过增加每个电极结构中正面电极的数量提高该三维位置灵敏闪烁探测器的分辨率。
本申请的一个或多个实施例中，所述一维位置灵敏硅光电倍增器封装于封装基板中，并将所述光电转换器中的正面电极和背面电极均在所述一维位置灵敏硅光电倍增器的背光面从封装基板引出；其封装方式包括穿过硅片通道(TSV)封装技术、引线键合技术，倒装芯片技术或窄死边技术等多种封装方式。利用上述三维位置灵敏闪烁探测器制造大面积阵列的三维位置灵敏闪烁探测器时，本申请的一个或多个实施例中，所述单位元件有多个，且各个所述单位元件之间依次排列以组成三维位置灵敏闪烁探测器阵列。所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列中各个所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器2上的电极结构之间依次平行排列，使得所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列中同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器2的正面电极方向相同；且每一行所述单位元件按照同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器2上的正面电极并排拼接；各个所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器2上的正面电极的设置结构相同，所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列的同一端的每一个所述一维位置灵敏硅光电倍增器2上的正面电极的数量，以及，每一个所述一维位置灵敏硅光电倍增器2上的各正面电极在该一维位置灵敏硅光电倍增器2上的设置位置均相同。
本申请的一个或多个实施例中，所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列中的读出通道的引出方式为：每一行所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器2中并排拼接的所述正面电极并联，引入所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列的同一个读出通道。如图7所示，该三维位置灵敏闪烁探测器阵列的单位元件中的每个一维位置灵敏硅光电倍增器2均设有两个相互平行的正面电极，且所述正面电极设于所述一维位置灵敏硅光电倍增器2相对侧的边缘位置。该单位元件拼接排列组成的三维位置灵敏闪烁探测器阵列中，每一行所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器2中并排拼接的所述正面电极并联，共同引入同一个读出通道。该三维位置灵敏闪烁探测器阵列中每一行所述单位元件的同一端引出2条读出通道；上述读出通道的引出方式应用于并排有N行单位元件的三维位置灵敏闪烁探测器阵列时，该三维位置灵敏闪烁探测器阵列两端的读出通道共有4N条。
本申请的一个或多个实施例中，所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列中的读出通道的引出方式为：每一行所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器2中并排拼接的所述正面电极并联，引出所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列的同一个读出通道；同时相邻的两行所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器2中相邻的正面电极共同引入所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列的同一个读出通道。如图8所示，该三维位置灵敏闪烁探测器阵列的单位元件中的每个一维位置灵敏硅光电倍增器2均设有两个相互平行的正面电极，且所述正面电极设于所述一维位置灵敏硅光电倍增器2相对侧的边缘位置。该单位元件拼接排列组成的三维位置灵敏闪烁探测器阵列中，每一行所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器2中并排拼接的所述正面电极并联，共同引入同一个读出通道；同时相邻的两行所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器2中相邻的正面电极共同引入同一个读出通道。上述读出通道的引出方式应用于并排有N行单位元件的三维位置灵敏闪烁探测器阵列时，该三维位置灵敏闪烁探测器阵列两端的读出通道共有(2N+1)条。
本申请的一个或多个实施例中，上述三维位置灵敏闪烁探测器阵列中读出通道的引出结构为：根据实际需求制备用于所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列拼接的PCB(印制电路板)底板，封装后的一维位置灵敏硅光电倍增器焊接于所述PCB底板中，通过所述PCB底板中的走线实现相应的光电传感器中的正面电极和背面电极的连接，构成所述维位置灵敏闪烁探测器阵列的读出通道。
本申请的一个或多个实施例中，三维位置灵敏闪烁探测器阵列的单位元件中的每个一维位置灵敏硅光电倍增器2均设有三个相互平行的正面电极，其中两个相互平行的所述正面电极设于所述一维位置灵敏硅光电倍增器2相对侧的边缘位置，另一个所述正面电极设置于两个边缘位置的正面电极之间；且各一维位置灵敏硅光电倍增器2中位于中间位置的正面电极距离各自的两个边缘位置的正面电极的距离均相同。该单位元件拼接排列组成的三维位置灵敏闪烁探测器阵列中，边缘位置的正面电极引出至读出通道的方式与上述实施例相同，故在此不再赘述；同一行单位元件同一端的一维位置灵敏硅光电倍增器2中的中间位置的正面电极并联，引出至所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列的同一个读出通道。应用于并排有N行单位元件的三维位置灵敏闪烁探测器阵列时，该三维位置灵敏闪烁探测器阵列两端的读出通道共有6N条或(4N+2)条。
需要说明的，本申请的三维位置灵敏闪烁探测器阵列中每个所述一维位置灵敏硅光电倍增器中设置的相互平行的正面电极的数量并不限于上述实施例中的数量范围，亦可按照实际应用中的分辨率要求设置每一个所述一维位置灵敏硅光电倍增器中相互平行的正面电极的数量。所述三维位置灵敏闪烁探测器中每个所述一维位置灵敏硅光电倍增器中的正面电极的数量越多，对应的所述三维位置灵敏闪烁探测器的分辨率越高。本申请通过设置三维位置灵敏闪烁探测器阵列中单位元件的排列方式和各单位元件中的一维位置灵敏硅光电倍增器中的正面电极的数量和结构，能够使得该三维位置灵敏闪烁探测器阵列达到亚毫米量级的空间分辨率。
本申请的一个或多个实施例中，所述正面电极包括金属块引出电极21和与该金属块引出电极21相接的金属条22。对应的，本申请的一个或多个实施例中，所述一维位置灵敏硅光电倍增探测器的结构如图9所示，N型低阻硅衬底材料28(如单面抛光、晶向硅衬底9)上通过外延生长形成有N型外延层27(或称外延片)，N型外延层27上通过掺杂工艺形成有多个N型重掺杂区26(高电场区)阵列，N型重掺杂区26阵列上方形成有P型重掺杂层25，该P型重掺杂层25作为连接所有雪崩光电二极管表面的均匀连续的重掺杂硅电阻层，该均匀连续的重掺杂硅电阻层可用作一维位置灵敏硅光电倍增探测器的分流电阻。所述N型重掺杂区26阵列和P型重掺杂层25邻接形成PN结阵列，对应形成多个雪崩光电二极管，每个雪崩光电二极管之间由所围绕的PN结的较深耗尽区所隔离；P型重掺杂层25上表面的对应雪崩光电二极管阵列的区域形成有起保护和增透作用的减反射膜23，P型重掺杂层25边缘部分的表面上围绕减反射膜23形成与P型重掺杂层25接触的正面电极，所述正面电极包括金属块引出电极21和与该金属块引出电极21相接的金属条22，所述金属条22的多个预定位置设有金属引出电极21，所述金属条22与所述P型重掺杂层25相接触；所述正面电极和N型外延层27之间为起隔离作用的二氧化硅24层；背面电极29位于所述一维位置灵敏硅光电倍增探测器主体背面硅衬底的外表面。所述正面电极可用来与前置放大器或模数转换器(ADC)芯片的引出电极电气连接，背面电极29作为所有雪崩光电二极管的电压偏置公共端和总的输出信号电流的引出端。
上述实施例中，由多个单位元件排列组成三维位置灵敏闪烁探测器阵列时，通过所述金属段引出电极，将相应的正面电极引出至同一个输出通道中。其中，引出至同一个输出通道中的正面电极的选择方式上述实施例中已经给出，在此不再赘述。
本申请中包括多个单位元件的三维位置灵敏闪烁探测器阵列的三维位置生成原理为：按照所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列中的读出通道的引出结构，对各个所述单位元件的三维位置进行排列，得到三维位置灵敏闪烁探测器阵列的三维位置。
当前的三维位置灵敏闪烁探测器中已经存在针对多个单位元件排列组成的三维位置灵敏闪烁探测器阵列的三维位置生成方法，尽管采用本申请所述的单位元件组成的三维位置灵敏闪烁探测器阵列相较于现有技术中的三维位置灵敏闪烁探测器阵列面积和规模更大，但是两者的计算原理和计算方法是相同的，又由于本申请的技术重点在于三维位置灵敏闪烁探测器的结构，具体的计算方法可以在现有技术的基础上结合本申请的结构得出，故在此不再赘述关于本申请中三维位置灵敏闪烁探测器阵列的三维位置计算过程。
综上所述，本申请所述的三维位置灵敏闪烁探测器，通过耦合于闪烁晶体相对的两端的正面电极平行设置的一维位置灵敏硅光电倍增器，能够在制造大面积阵列的闪烁成像探测器的同时，大幅减少三维位置灵敏闪烁探测器的读出通道数量，降低读出电子学成本；且能够保证各个位置的空间分辨率均匀，从而提升成像效果。解决了像素型探测器位置分辨率受光电探测器尺寸的限制，有效减轻了视差效应对长晶体探测器在空间分辨率上的影响，使各个位置具有均匀的空间分辨率，有效提升了成像效果。
与上述三维位置灵敏闪烁探测器对应的，本申请还提供了一种闪烁成像探测器，包括上述的三维位置灵敏闪烁探测器，以及连接于所述一维位置灵敏硅光电倍增器的成像单元；所述成像单元用于根据所述三维位置灵敏闪烁探测器测得的三维位置信息进行成像。所述成像单元分别连接所述三维位置灵敏闪烁探测器中每一端的一维位置灵敏硅光电倍增器2中的读出通道和背面电极，将所述三维位置灵敏闪烁探测器测得的入射光子的三维位置信息引入所述成像单元中，由所述成像单元根据测得的三维位置信息进行成像。由于本申请中闪烁成像探测器中的三维位置灵敏闪烁探测器和成像单元的连接结构与现有技术中并无差别，故在此不再赘述。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和结构。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，做出各种改变、修改和添加。
本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维位置灵敏闪烁探测器，其特征在于，包括：单位元件；
每个所述单位元件均包括：闪烁晶体和两个分别耦合于所述闪烁晶体相对的两端的一维位置灵敏硅光电倍增器，且两个所述一维位置灵敏硅光电倍增器上的受光面相对设置且分别与所述闪烁晶体的两端相接；
各个所述受光面上均设有电极结构，且每个所述电极结构均包含有互相平行的正面电极；两个所述一维位置灵敏硅光电倍增器的受光面上的电极结构之间相互垂直。
2.根据权利要求1所述的三维位置灵敏闪烁探测器，其特征在于，所述单位元件有多个，且各个所述单位元件之间依次排列以组成三维位置灵敏闪烁探测器阵列。
3.根据权利要求2所述的三维位置灵敏闪烁探测器，其特征在于，各个所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器上的电极结构之间依次平行排列。
4.根据权利要求2所述的三维位置灵敏闪烁探测器，其特征在于，各个所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器上的正面电极的设置结构相同；且每一行所述单位元件按照同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器上的正面电极并排拼接。
5.根据权利要求4所述的三维位置灵敏闪烁探测器，其特征在于，每一行所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器中并排拼接的所述正面电极并联，引入所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列的同一个读出通道。
6.根据权利要求5所述的三维位置灵敏闪烁探测器，其特征在于，相邻的两行所述单位元件同一端的所述一维位置灵敏硅光电倍增器中相邻的正面电极共同引入所述三维位置灵敏闪烁探测器阵列的同一个读出通道。
7.根据权利要求1所述的三维位置灵敏闪烁探测器，其特征在于，所述正面电极包括金属块引出电极和与该金属块引出电极相接的金属条。
8.根据权利要求1所述的三维位置灵敏闪烁探测器，其特征在于，所述闪烁晶体为条状闪烁晶体、片状闪烁晶体或块状闪烁晶体。
9.根据权利要求1所述的三维位置灵敏闪烁探测器，其特征在于，所述单位元件的三维位置包括：
垂直于所述一维位置灵敏硅光电倍增器的方向的位置；
以及，在平行于所述一维位置灵敏硅光电倍增器的平面中，分别垂直于两个所述一维位置灵敏硅光电中电极结构的方向的位置。
10.一种闪烁成像探测器，其特征在于，包括如权利要求1到9任一项所述的三维位置灵敏闪烁探测器，以及连接于所述一维位置灵敏硅光电倍增器的成像单元；
所述成像单元用于根据所述三维位置灵敏闪烁探测器测得的三维位置信息成像。
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