CN201775635U

CN201775635U - 一种用于正电子发射断层成像设备的探测装置

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Publication number: CN201775635U
Application number: CN2010202988751U
Authority: CN
Inventors: 江炜; 孟庆旭; 应关荣; 周忠辉; 丁春荣; 谢舒平
Original assignee: SHANGHAI BIOMEDICAL ENGINEERING RESEARCH CENTER
Current assignee: SHANGHAI BIOMEDICAL ENGINEERING RESEARCH CENTER
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2020-08-19

Abstract

本实用新型公开了一种用于正电子发射断层成像设备的探测装置，该探测装置包括底座、PMT支架、盖板、高压供电板、前端电路处理板；底座用以存放晶体阵列；PMT支架底部与底座紧密相连，内部存放PMT模块，用以保持PMT模块垂直且与晶体阵列紧密贴合；盖板与所述PMT支架的顶部紧密相连，用以固定PMT模块以及保证所述探测装置密闭不透光；高压供电板设置于所述盖板的正上方，用以给PMT模块供电；前端电路处理板设置于所述高压供电板的正上方，用以获得射线进入所述PMT模块的时间信息、位置信息、能量信息。由于本实用新型中增加了中间的PMT，提高了有效的探测面积、探测效率、和空间分辨；每个模块可独立调试，易于闪烁探测器的校准，检测、装配、运输和维修。

Description

一种用于正电子发射断层成像设备的探测装置

技术领域

本实用新型属于辐射探测成像技术领域，涉及一种用于正电子发射断层成像设备的探测装置。

背景技术

高能射线探测技术通常采用一种能够有效阻挡辐射射线并吸收其能量而发光的闪烁晶体作为探测材料，再用高增益的光电倍增器件对此微弱的光信号进行光电转换和放大，产生电脉冲信号，通过采集这些脉冲信号来获得高能射线的能量、时间及空间位置等信息，这类固体探测器通称为闪烁探测器。正电子发射断层成像设备所采用的探测装置即属于闪烁探测器。

正电子发射断层成像设备在核成像中使用γ(伽马)射线源，其原理是通过标记参与人体代谢的某些化合物的元素。例如碳、氟、氧和氮等同位素(11C，18F，15O，13N)中的一种或两种注入人体后成为稳定的化合物，在活体内参与细胞代谢。用这种正电子发射体取代正常的稳定元素，即形成了此类元素的化合物，此类化合物也是半衰期适合的天然化合物，当此类化合物的正电子与人体内的电子结合时，发生湮灭效应，产生两个能量为0.511MeV、彼此运动相反的γ射线。根据人体不同部位吸收标记化合物能力的不同，该同位素在人体内各部位的浓聚程度也不同，湮灭反应产生光子的强度也不同。用环绕人体的γ射线检测器环列，以符合探测的方法能探测到随位置变化的符合计数，再经过符合计数技术，即可判定这一对γ光子辐射的轨迹线，该线经过湮灭源按照一定规律被计算机采集下来，然后通过软件上的重建算法使其成像。实现上述成像方法的最基本单元就是闪烁探测器。

传统的闪烁探测器主要有如下几种：1.利用4个圆形的PMT来探测；其缺陷是探测效率低下且不均匀，探测分辨率低；2.利用4个方形的PMT来探测；其缺陷是方形PMT价格昂贵，成本高；3.利用N个圆形的PMT排成平板来探测，其缺陷为探测效率低下且不均匀，探测分辨率低。且以上3种探测器都没有将处理电路集成在一个模块内，故而不利于其进行测试，组装，运输，维修等。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种可以提高有效探测面积的用于正电子发射断层成像设备的探测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。

一种用于正电子发射断层成像设备的探测装置包括底座、PMT(photomultiplier tube，光电倍增管)支架、盖板、高压供电板、前端电路处理板；所述底座用以存放晶体阵列；所述PMT支架底部与底座紧密相连，内部存放PMT模块，用以保持PMT模块垂直且与晶体阵列紧密贴合；所述盖板与所述PMT支架的顶部紧密相连，用以固定PMT模块以及保证所述探测装置密闭不透光；所述高压供电板设置于所述盖板的正上方，用以给PMT模块供电；所述前端电路处理板设置于所述高压供电板的正上方，用以获得射线进入所述PMT模块的时间信息、位置信息、和能量信息。

作为本实用新型的一种优选方案，所述PMT模块包括5管PMT，所述5管PMT分别为位于中间位置处的PMT1和位于PMT1四周的PMT2、PMT3、PMT4、PMT5。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述前端电路处理板包括模拟单元、模数转换器、数字单元；所述模拟单元与所述PMT模块相连，用以对所述PMT模块供电后输出的脉冲信号进行处理，获得代表x坐标的能量Ex、y坐标的能量Ey、坐标位置的总能量Ea、以及能谱的能量Es等模拟信号；所述模数转换器与模拟单元相连，用以将模拟单元输出的模拟信号转换成数字信号；所述数字单元与模数转换器相连，用以对所述数字信号进行运算，获得捕获每一次脉冲事例所对应的晶体在晶体阵列上的空间二维坐标X和Y，和能量E，以及对所述模拟单元的控制信号。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型采用5管PMT模块，由于增加了中间的PMT，提高了有效的探测面积，提高了探测器的效率，提高了空间分辨；由于本实用新型所述的测探装置包括完整的处理电路，每个模块以数字信号方式输出并可独立调试，易于闪烁探测器的检测、装配、运输、以及维修。

附图说明

图1为本实用新型所述的用于正电子发射断层成像设备的探测装置的结构示意图；

图2为底座的结构示意图；

图3为PMT支架及PMT模块的结构示意图；

图4为盖板的结构示意图；

图5为前端电路处理板的电路图。

主要组件符号说明：

1、底座； 2、PMT支架；

3、盖板； 4、高压供电板；

5、前端电路处理板； 11、晶体阵列；

21、PMT模块； 211、PMT1；

212、PMT2； 213、PMT3；

214、PMT4； 215、PMT5。

具体实施方式

本实用新型所述的用于正电子发射断层成像设备的探测装置中的晶体受到γ射线照射后发光，光电倍增管将光信号转换成电信号，电信号通过前端电路处理板的处理得到每次γ射线进入PMT模块的时间，位置信息，以及能量信息。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例一

本实施例提供一种用于正电子发射断层成像设备的探测装置，如图1所示，该装置包括底座1、PMT支架2、盖板3、高压供电板4、前端电路处理板5。

【底座】

如图2所示，所述底座1用以存放和固定晶体阵列11。

【PMT支架】

如图3所示，所述PMT支架2底部与底座1紧密相连，内部存放PMT模块21，用以固定PMT模块21，使之保持垂直且与晶体阵列紧密贴合；而且还要保证能够屏蔽掉所有可见光。所述PMT模块包括5管PMT，所述5管PMT分别为位于中间位置处的PMT1 211和位于PMT1四周的PMT2 212、PMT3 213、PMT4 214、PMT5 215。

【盖板】

如图4所示，所述盖板3与所述PMT支架2的顶部紧密相连，用以固定PMT模块以及保证所述探测装置密闭不透光。

【高压供电板】

所述高压供电板4设置于所述盖板的正上方，用以给PMT模块供电。

【前端电路处理板】

如图5所示，所述前端电路处理板5设置于所述高压供电板4的正上方，用以获得射线进入所述PMT模块的时间信息、位置信息、和能量信息。所述前端电路处理板包括模拟单元、模数转换器、数字单元；所述模拟单元与所述PMT模块相连，用以对所述PMT模块供电后输出的脉冲信号进行处理，获得模拟的x坐标的能量Ex、y坐标的能量Ey、坐标位置的总能量Ea、以及能谱的能量Es；如图3所示：假设PMT1 211的归一化后能量为E1，PMT2 212归一化后的能量为E2，PMT3 213归一化后的能量为E 3，PMT3 214归一化后的能量为E4，PMT5215归一化后的能量为E5，那么当选取PMT3 213为坐标原点时，其计算公式如下：

Ex＝E4+E5+0.5γE1

Ey＝E2+E5+0.5γE1

Ea＝γE1+E2+E3+E4+E5

Es＝E1+E2+E3+E4+E5

其中γ为可调量，γ的取值要根据所述探测装置不同的晶体点阵的二维成像图(flood map)来调整。由于模块归一化的差别及晶体点阵分光的不均匀，故而探测出来的晶体二维成像图也不均匀，这时就可以利用γ来调整。在理想情况下，假设每个PMT通道得到的能量值E是完全归一化的，且晶体点阵分光也是均匀的，那么γ取1。

所述模数转换器与模拟单元相连，用以将模拟单元输出的模拟信号转换成数字信号；所述数字单元与模数转换器相连，用以对所述数字信号进行运算，获得捕获每一次脉冲事例所对应的晶体在晶体阵列上的空间二维坐标X和Y，和能量E，以及对所述模拟单元的控制信号。坐标X和Y，和能量E的公式分别如下：

X＝Ex/Ea

Y＝Ey/Ea

E＝Es

前端电路处理板的处理流程如图5所示，PMT经过高压供电板供电后，输出脉冲信号；所述脉冲信号通过前端放大器放大(简称前放)，放大后的信号经过积分，得到每个脉冲信号的能量；积分后的信号经过加法电路后，得到模拟的x坐标的能量Ex、y坐标的能量Ey、坐标位置的总能量Ea、以及能谱的能量Es；然后Ex、Ey、Ea、Es四个模拟信号经过模数转换器后，得到数字信号，数字信号进入FPGA(可编程逻辑门阵列)中运算得到捕获每一次脉冲事例所对应的晶体在晶体阵列上的空间二维坐标X和Y，以及能量E，FPGA同时产生模拟电路的控制信号。

前放放大的信号经过求和后，得到5个PMT能量的和Et，然后通过比较后，得到时间触发T。

电路中另一个的关键之处在于，将计算位置坐标的能量Ea和统计能谱的能量Es分开，这样就可以利用PMT1信号的权重来调整晶体点阵图像的疏密，而不改变归一化后能谱。从上面的公式可以看出，通过调整γ值来改变X和Y(即改变晶体点阵成像的疏密)，而不改变归一化后的能谱(即Es的值不变)。

本实用新型采用5管PMT模块，由于增加了中间的PMT，提高了有效的探测面积，提高了探测器的效率，提高了空间分辨。

由于本实用新型所述的测探装置包括完整的处理电路，每个模块可独立调试；由于探测装置的独立性，所以易于探测器的装配、运输(可以单独模块的运输，也可装配成探测环运输)，同时也易于维修。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。

Claims

1.一种用于正电子发射断层成像设备的探测装置，其特征在于，所述探测装置包括：

底座，用以存放晶体阵列；

PMT支架，底部与底座紧密相连，内部存放PMT模块，用以保持PMT模块垂直且与晶体阵列紧密贴合；

盖板，与所述PMT支架的顶部紧密相连，用以固定PMT模块以及保证所述探测装置密闭不透光；

高压供电板，设置于所述盖板的正上方，用以给PMT模块供电；

前端电路处理板，设置于所述高压供电板的正上方，用以获得射线进入所述PMT模块的时间信息、位置信息、和能量信息。

2.根据权利要求1所述的用于正电子发射断层成像设备的探测装置，其特征在于：所述PMT模块包括5管PMT，所述5管PMT分别为位于中间位置处的PMT1和位于PMT1四周的PMT2、PMT3、PMT4、PMT5。

3.根据权利要求2所述的用于正电子发射断层成像设备的探测装置，其特征在于，所述前端电路处理板包括：

模拟单元，与所述PMT模块相连，用以对所述PMT模块供电后输出的脉冲信号进行处理，获得模拟的x坐标的能量Ex、y坐标的能量Ey、坐标位置的总能量Ea、以及能谱的能量Es；

模数转换器，与模拟单元相连，用以将模拟单元输出的模拟信号转换成数字信号；

数字单元，与模数转换器相连，用以对所述数字信号进行运算，获得数字的捕获每一次脉冲事例所对应的晶体在晶体阵列上的空间二维坐标X和Y，和能量E，以及对所述模拟单元的控制信号。