CN219126405U - 晶体阵列探测器和发射成像设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种晶体阵列探测器和发射成像设备。该晶体阵列探测器包括晶体阵列、阵列反光层和光传感器层。晶体阵列包括复合晶体层，复合晶体层包括在横向平面内密贴排列的第一类型的多个第一闪烁晶体和第二类型的多个第二闪烁晶体，多个第一闪烁晶体分散在多个第二闪烁晶体中，多个第一闪烁晶体中的每个具有第一闪烁光衰减时间，多个第二闪烁晶体中的每个具有不同于第一闪烁光衰减时间的第二闪烁光衰减时间。由于在使用具有不同闪烁光衰减时间的多个第一闪烁晶体和多个第二闪烁晶体，可以在光传感器层中检测到的能量沉积事件中筛选出在两种类型的闪烁晶体内都发生过能量沉积的ICS事件。通过剔除或矫正ICS事件可以极大提升重建图像的信噪比。

Description

晶体阵列探测器和发射成像设备

技术领域

本实用新型涉及发射成像系统，具体地，涉及一种晶体阵列探测器以及具有该晶体阵列探测器的发射成像设备。

背景技术

发射型计算机断层成像(Emission Computed Tomography，ECT)是一种能显示放射性核素在生物体内各层面的分布及立体分布影像的显像技术，该技术利用放射性核素的示踪原理，通过检测放射性核素衰变发射的射线，经过数据处理形成图像。ECT目前分为两大类，一类用于探测能够发射γ射线的放射性核素在生物体内的分布，称为单光子发射型计算机断层成像(Single Photon Emission Computed Tomography，SPECT)；另一类用于探测能够发射正电子的放射性核素的湮灭辐射，称为正电子发射型计算机断层成像(Positron Emission Computed Tomography，PET)。其中，PET成像已在医学影像学相关领域得到广泛应用。

PET成像探测正电子湮灭时发射的两个方向相反的γ光子，并通过计算机重建正电子示踪剂在生物体内的三维分布。但是，在探测过程中，γ光子撞击闪烁晶体时很可能会发生晶体间散射事件(Inter Crystal Scatter，ICS)，ICS事件的存在会严重降低重建算法的信噪比。

典型地，在生物医学研究中，临床前疾病模型的大部分以小鼠作为动物模型，来模拟人类健康与疾病状态，专用于小动物成像的临床前PET成像技术是分子生物学向临床转化的重要工具。因为小动物的体积和质量比人类小很多，所以为了获取等效于人体PET成像所能得到的图像细节，用于小动物的PET成像需要更高的系统灵敏度和空间分辨率。

小动物PET成像的高分辨率是基于较小的闪烁晶体尺寸实现的，而对于较小尺寸的闪烁晶体，晶体间散射事件(Inter Crystal Scatter，ICS)会向重建图像中引入较大的噪声，降低重建图像的信噪比，影响研究者基于图像作出判断。因此，在PET成像中识别一定数量的ICS事件，并将他们从事件总数中剔除或矫正，可以有效提升重建图像的信噪比，使成像结果更加准确。

现有技术为了从总事件中筛查出ICS事件，往往采用非常规探测器结构设计，并基于采集到的光电信号判断事件类型，进而将ICS事件从总事件中剔除或矫正。现有技术公开了一种用于减少ICS事件的探测器结构，该探测器由闪烁晶体条组成阵列，并以探测器阵列的侧面面向视野中心。通过这样的布置，探测器具有读出单个ICS事件的能力。但是，这样的探测器结构中每片晶体阵列片都需要对该片的光电信号进行单独读出，各个晶体阵列片之间均需要插入光电探测器和读出电路，因此整体探测器的造价非常高。而且所插入的多套光电探测器和读出电路导致探测器的有效探测体积大大减少，导致整体探测器灵敏度非常低。

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面，提供一种晶体阵列探测器，包括：

晶体阵列，晶体阵列包括复合晶体层，复合晶体层包括在横向平面内密贴排列的第一类型的多个第一闪烁晶体和第二类型的多个第二闪烁晶体，多个第一闪烁晶体分散在多个第二闪烁晶体中，多个第一闪烁晶体中的每个具有第一闪烁光衰减时间，多个第二闪烁晶体中的每个具有不同于第一闪烁光衰减时间的第二闪烁光衰减时间，多个第一闪烁晶体和多个第二闪烁晶体中的每个的侧面都覆盖有朝向对应的闪烁晶体的内部反光的层内反光层，沿垂直于横向平面的纵向方向，晶体阵列具有相对的入射面和出射面；

阵列反光层，阵列反光层覆盖在入射面上且朝向晶体阵列的内部反光；以及

光传感器层，光传感器层光耦合至出射面。

在本实用新型提供的晶体阵列探测器中，由于在多个第一闪烁晶体中分散有不同类型的多个第二闪烁晶体，通过使第一闪烁晶体和第二闪烁晶体具有不同的闪烁光衰减时间，可以在光传感器层中检测到的能量沉积事件中筛选出在两种类型的闪烁晶体内都发生过能量沉积的ICS事件。因此，通过有效地检测并剔除或矫正这些ICS事件，剩余散射事件占总事件数的比例大幅下降，这会极大提升重建图像的信噪比。晶体阵列中闪烁晶体的横截面越小，所识别的ICS事件占总事件的份额越大，本实用新型提供的晶体阵列探测器对ICS事件的识别能力对于采用小尺寸闪烁晶体的晶体阵列来说，数据准确度的提升更大。此外，晶体阵列探测器可以采用常规探测器结构设计，整体装置的造价为普通水平，因此也更加实用。

示例性地，沿着横向平面内的第一横向方向，多个第一闪烁晶体和多个第二闪烁晶体中的至少一部分交替排列。具有这样布置的晶体阵列探测器，识别ICS事件的能力更强，整体装置的灵敏度和空间分辨率更高。

示例性地，沿着所述第一横向方向，所述多个第一闪烁晶体和所述多个第二闪烁晶体完全交替排列。

示例性地，沿着横向平面内的第二横向方向，多个第一闪烁晶体和多个第二闪烁晶体中的至少一部分交替排列，其中第二横向方向与第一横向方向之间具有夹角。具有这样布置的晶体阵列探测器，识别ICS事件的灵敏度和分辨率都更好。

示例性地，夹角为90度。这样的晶体阵列探测器，已经能够在探测过程中识别出更大部分的ICS事件。因此，采用该实施例提供的晶体阵列探测器成像时，可以极大地提升重建图像的信噪比，进而提高成像系统的灵敏度和空间分辨率。

示例性地，多个第一闪烁晶体和多个第二闪烁晶体沿着第一横向方向和第二横向方向均完全交替排列。

示例性地，晶体阵列包括多个复合晶体层，其中，相邻的复合晶体层中的第一闪烁晶体错开设置；和/或相邻的复合晶体层中的第二闪烁晶体错开设置。具有这样布置的晶体阵列探测器可以降低γ光子在闪烁晶体内作用深度对空间分辨率的影响，提高了晶体阵列探测器的空间分辨率。闪烁晶体不仅可以在复合晶体层内交错排列，在复合晶体层之间也可以交错排列，这样晶体阵列探测器识别ICS事件的能力更强，特别地，这样晶体阵列探测器还可以识别层间晶体间散射事件(Cross Layer Crystal Scatter，CLCS)，CLCS事件是ICS事件的一种。因此提高了整体装置的灵敏度和空间分辨率。

示例性地，复合晶体层中还包括第三类型的多个第三闪烁晶体，多个第三闪烁晶体分散在多个第一闪烁晶体和多个第二闪烁晶体中且与相邻的闪烁晶体密贴，多个第三闪烁晶体中的每个都具有不同于第一闪烁光衰减时间和第二闪烁光衰减时间的第三闪烁光衰减时间。这样可以识别出更大量的ICS事件，因此具有这种晶体阵列的晶体阵列探测器识别ICS事件的能力也会更强。

示例性地，在复合晶体层中，每种类型的闪烁晶体的顶角都邻接不同类型的闪烁晶体。这样设计的晶体阵列探测器识别的ICS事件更加完整全面，减少了探测中对于ICS事件的疏漏，进而减少了剔除或矫正ICS事件时的遗漏，因此提高了重建算法的信噪比，整体装置具有更好的灵敏度和空间分辨率。

示例性地，在复合晶体层中，每种类型的闪烁晶体的侧面都邻接不同类型的闪烁晶体。这样，整体装置识别ICS事件的能力更强，提升了灵敏度和空间分辨率。

示例性地，在如上文所述的任一种晶体阵列探测器中，晶体阵列为多个且沿着纵向方向依次设置，每个晶体阵列都具有对应的阵列反光层和光传感器层，相邻两个晶体阵列中的一个所对应的光传感器层与相邻两个晶体阵列中的另一个所对应的阵列反光层彼此相对设置。具有这样布置的晶体阵列探测器可以降低γ光子在闪烁晶体内作用深度对空间分辨率的影响，提高了晶体阵列探测器的空间分辨率。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种发射成像设备。发射成像设备包括多个探测器和处理器。多个探测器合围形成检测腔体，检测腔体用于容纳待测对象，多个探测器中的至少一个为如上文中所述的任一种晶体阵列探测器，晶体阵列探测器的晶体阵列的入射面朝向检测腔体。处理器用于根据光传感器采集的光电信号确定混合能量沉积事件，其中，光电信号基于所述第一闪烁光衰减时间和所述第二闪烁光衰减时间生成，混合能量沉积事件为在不同类型的闪烁晶体内都发生能量沉积的事件。

在实用新型内容中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本实用新型的优点和特征。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施方式及其描述，用来解释本实用新型的原理。在附图中，

图1为根据本实用新型的第一示例性实施例的晶体阵列探测器的剖视图；

图2为图1所示的晶体阵列探测器的晶体阵列的俯视图；

图3为根据本实用新型的第二示例性实施例的晶体阵列探测器的晶体阵列的俯视图；

图4为根据本实用新型的第三示例性实施例的晶体阵列探测器的晶体阵列的俯视图；

图5为根据本实用新型的第四示例性实施例的晶体阵列探测器的晶体阵列的俯视图；

图6为根据本实用新型的第五示例性实施例的晶体阵列探测器的剖视图；

图7为根据本实用新型的第六示例性实施例的晶体阵列探测器的剖视图；

图8为根据本实用新型的第七示例性实施例的晶体阵列探测器的晶体阵列的俯视图；

图9为根据本实用新型的第八示例性实施例的晶体阵列探测器的晶体阵列的俯视图；

图10为根据本实用新型的第九示例性实施例的晶体阵列探测器的剖视图；以及

图11为发射成像设备的一种数据处理方法的QDC-TOT示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本实用新型的实施例并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

本实用新型提供一种晶体阵列探测器10，如图1所示。晶体阵列探测器10可以包括晶体阵列100、阵列反光层200和光传感器层300。

晶体阵列100可以包括复合晶体层，复合晶体层可以包括在横向平面内密贴排列的第一类型的多个第一闪烁晶体101和第二类型的多个第二闪烁晶体102。闪烁晶体指的是在γ光子的撞击下，能将高能粒子的能量转化为光能的晶体。第一闪烁晶体101可以是硅酸钇镥闪烁晶体(LYSO晶体)、锗酸铋闪烁晶体(BGO晶体)、掺铈硅酸镥闪烁晶体(LSO晶体)、硅酸钆闪烁晶体(GSO晶体)、碘化钠闪烁晶体(NaI晶体)或其他多种材料的晶体。第二闪烁晶体102可以是LYSO晶体、BGO晶体、LSO晶体、GSO晶体、NaI晶体或其他多种材料的晶体。多个第一闪烁晶体101中的每个可以具有第一闪烁光衰减时间，多个第二闪烁晶体102中的每个可以具有不同于第一闪烁光衰减时间的第二闪烁光衰减时间。通过选择不同的材料可以使第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102的闪烁光衰减时间不同。闪烁光衰减时间为闪烁晶体激发后发射闪烁光子的数量从最大下降到初始值的1/e时所需的时间。闪烁光衰减时间已经为本领域技术人员所熟知，本文不在进一步详述。LYSO晶体的闪烁光衰减时间为40ns，LSO晶体的闪烁光衰减时间为40ns，GSO晶体的闪烁光衰减时间为50ns、BGO晶体的闪烁光衰减时间为300ns，NaI晶体的闪烁光衰减时间为250ns。

示例性地，不同类型的闪烁晶体的闪烁光衰减时间之差可以大于或等于10ns。较佳地，不同类型的闪烁晶体的闪烁光衰减时间之差可以大于或等于40ns。更佳地，不同类型的闪烁晶体的闪烁光衰减时间之差可以大于或等于100ns。不同类型的闪烁晶体的闪烁光衰减时间之差越大，对下文将提到的ICS事件的识别能力越强。

例如，第一闪烁晶体101可以是晶体材料为LYSO的闪烁晶体，而第二闪烁晶体102可以是晶体材料为BGO的闪烁晶体。优选地，第一闪烁光衰减时间和第二闪烁光衰减时间差别越大越好。第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102可以呈棱柱形、圆柱形或其他多种形状。第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102可以具有相同的尺寸、形状，也可以分别具有不同的尺寸、形状。如图1-2所示的实施例中，第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102均为四棱柱。在图4-5所示的实施例中，第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102均为三棱柱。在图9所示的实施例中，第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102均为六棱柱。在未示出的其他实施例中，第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102中的一个可以为三棱柱而另一个为四棱柱，这样在每两个四棱柱之间夹设两个三棱柱且这两个三棱柱能够拼合成四棱柱，由此可以使得第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102密贴排列。

返回参见图2，多个第一闪烁晶体101和多个第二闪烁晶体102在横向平面(例如XY平面)内密贴排列。横向平面垂直于晶体阵列100、阵列反光层200和光传感器层300的堆叠方向，堆叠方向为图1中所示的纵向方向Z-Z。多个第一闪烁晶体101可以分散在多个第二闪烁晶体102中，如图1所示，在相邻的第一闪烁晶体101之间可以设置有第二闪烁晶体102，相邻的第二闪烁晶体102之间可以设置有第一闪烁晶体101。但是并不意味着，任意相邻的第一闪烁晶体101之间均设置有第二闪烁晶体102，任意相邻的第二闪烁晶体102之间可以设置有第一闪烁晶体101。如图2所示，从Y方向上看，相邻的第一闪烁晶体101之间和相邻的第二闪烁晶体102之间未设置有其他类型的闪烁晶体。而且，虽然图中沿着X方向，第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102交替排列，在未示出的其他实施例中，在相邻的第一闪烁晶体101之间可以设置有多个第二闪烁晶体102，相邻的第二闪烁晶体102之间可以设置有多个第一闪烁晶体101。也就是说，第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102可以以任意规则排列，也可以无规则地排列。

如图1所示，多个第一闪烁晶体101和多个第二闪烁晶体102中的每个的侧面都可以覆盖有朝向对应的闪烁晶体的内部反光的层内反光层(未示出)。沿垂直于横向平面的纵向方向Z-Z，晶体阵列可以具有相对的入射面(图1中的上表面)和出射面(图1中的下表面)。设置层内反光层可以防止闪烁晶体受到γ光子撞击时产生的闪烁光对相邻闪烁晶体造成影响。对单个闪烁晶体的闪烁光进行探测时，层内反光层可以提高探测的准确性。

阵列反光层200可以覆盖在入射面上且朝向晶体阵列的内部反光。阵列反光层200可以防止闪烁晶体在受到γ光子撞击时产生的闪烁光从闪烁晶体的入射面射出。上文所说的层内反光层和阵列反光层200可以采用喷涂、镀膜(例如喷涂或镀银膜)或粘贴反光材料(例如ESR反光片)形成的。作为高效反光片，ESR(Enhanced Specular Reflector)在整个可见光光谱范围内的反射率都在98％以上，高于目前其他种类的反射片。ESR本身由高分子薄膜层组成，是更加绿色环保的反射片材料。ESR反光片的厚度在40微米左右，例如38微米。

光传感器层300可以光耦合至出射面。光传感器层300可以包括一个或多个光传感器，光传感器可以为现有的或者未来可能出现的各种类型，例如光电倍增管(PMT)、硅光电倍增管(SiPM)等等。光耦合指的是闪烁光信号可以经过出射面在光传感器层与闪烁晶体之间传递。阵列反光层200可以和层内反光层配合，使闪烁晶体受到γ光子撞击而产生的闪烁光只能从出射层射出，进而使闪烁光只能经过出射层传递向光传感器层300。光传感器层300可以接收经过出射面传递出的闪烁光信号，进而可以将闪烁光信号转换为电信号，电信号可以用于后端的处理器进行数据处理，经过数据处理可以得到直观图像。

对于分散在多个第二闪烁晶体102中的多个第一闪烁晶体101而言，当这些第一闪烁晶体101受到γ光子撞击时，如果这次撞击发生散射，散射产生的粒子和次级粒子可以在相邻的第二闪烁晶体102内沉积能量而被光传感器层300检测到，由此可以认定发生了ICS事件。第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102在受到γ光子的撞击时，因具有不同的闪烁光衰减时间，根据光传感器层300采集到的光电信号可以确定ICS事件。

示例性地，可以基于QDC-TOT光电信息图确定ICS事件。在QDC-TOT光电信息图上不同类型的闪烁晶体内发生的能量沉积时间会位于光电信息图上的不同区域，如图11所示。QDC(Coulomb digitial convert)又被葡萄牙厂家称为charge integration，意为电荷数字转换，是电荷积分和。TOT(time over threshold)为过阈值时间，单位是皮秒(ps)。不同材料有着不同闪烁光衰减时间。例如，LYSO晶体和BGO晶体的闪烁光衰减时间分别为42ns和300ns。当第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102分别选用LYSO晶体和BGO晶体时，利用两种类型的闪烁晶体的闪烁光衰减时间的较大差异，光传感器层300检测到的事件可被初步识别为LYSO事件、BGO事件、或ICS事件。在QDC-TOT光电信息图上，LYSO事件集中在第一区域I内，BGO事件集中在第二区域II内，ICS事件集中在第三区域III内。由此，基于QDC-TOT光电信息图可以确定ICS事件。可以根据需要删除或矫正已确定的ICS事件，从而向重建算法提供更加精确的位置信息。

需要说明的是，基于QDC-TOT光电信息图来确定ICS事件，仅作为本实用新型提供的晶体阵列探测器10识别ICS事件的方法的示例，本领域的技术人员还可以采用现有的或者未来可能出现的各种方法基于光传感器层300采集到的光电信号来确定ICS事件。因此，确定ICS事件并不限于通过QDC-TOT光电信息图来实现。例如还可以采用延迟脉冲电荷积分法(Delayed charge integration,DCI)基于光传感器层300采集到的光电信号来确定ICS事件。

由此可见，在本实用新型提供的晶体阵列探测器10中，由于在多个第一闪烁晶体101中分散有不同类型的多个第二闪烁晶体102，通过使第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102具有不同的闪烁光衰减时间，可以在光传感器层300中检测到的能量沉积事件中筛选出在两种类型的闪烁晶体内都发生过能量沉积的ICS事件。因此，通过有效地检测这些ICS事件，剩余散射事件占总事件数的比例大幅下降，这会极大提升重建图像的信噪比。晶体阵列中闪烁晶体的横截面越小，所识别的ICS事件占总事件的份额越大，本实用新型提供的晶体阵列探测器10对ICS事件的识别能力对于采用小尺寸闪烁晶体的晶体阵列来说，数据准确度的提升更大。此外，晶体阵列探测器10可以采用常规探测器结构设计，整体装置的造价为普通水平，因此也更加实用。

需要说明的是，晶体阵列100与光传感器层300可以通过光学胶水直接耦合，也可以在两者之间设置光导层。光导层可以由光导材料构成，光导材料包括但不限于树脂光导、透光玻璃、液体光导或其他多种材料。

示例性地，如图1-2所示，沿着横向平面内的第一横向方向X-X，多个第一闪烁晶体101和多个第二闪烁晶体102中的至少一部分可以交替排列。这样的布置，使得晶体阵列探测器10在第一横向方向X-X上对于探测ICS事件可以具有更高的灵敏度，从而可以具有更好地识别ICS事件的能力。如图2所示的是多个第一闪烁晶体101和多个第二闪烁晶体102在第一横向方向X-X上全都交替排列的一个示例性实施例，具有这样布置的晶体阵列探测器10，识别ICS事件的能力更强，整体装置的灵敏度和空间分辨率更高。

示例性地，如图3所示，沿着横向平面内的第二横向方向Y-Y，多个第一闪烁晶体101和多个第二闪烁晶体102中的至少一部分可以交替排列，其中第二方向与第一方向之间具有夹角。这样的布置，使得晶体阵列探测器10在第二横向方向Y-Y上也可以具有更好的识别ICS事件的能力。如图3所示的是多个第一闪烁晶体101和多个第二闪烁晶体102在第二横向方向Y-Y上全部都交替排列的一个示例性实施例。具有这样布置的晶体阵列探测器10，识别ICS事件的灵敏度和分辨率都更好。

较佳地，沿着第一横向方向X-X和第二横向方向Y-Y，多个第一闪烁晶体101和多个第二闪烁晶体102全部都交替排列。具有这样布置的晶体阵列探测器10，识别ICS事件的灵敏度和分辨率最佳。

示例性地，第一横向方向X-X与第二横向方向Y-Y的夹角可以为90度。如图3所示的是第一横向方向X-X与第二横向方向Y-Y的夹角为90度，而且多个第一闪烁晶体101和多个第二闪烁晶体102在第一横向方向X-X和第二横向方向Y-Y上全部都交替排列的一个示例性实施例。这时，第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102交错排列，每个第一闪烁晶体101都被第二闪烁晶体102包围，同样，每个第二闪烁晶体102都被第一闪烁晶体101包围。这样，以γ光子撞击到第一闪烁晶体101上为例，散射产生的次级粒子很大概率将进入到与该第一闪烁晶体101相邻的第二闪烁晶体102(如图3中的箭头A所示)，进而在该第一闪烁晶体101和相邻的第二闪烁晶体102内都沉积能量，基于第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102的闪烁光衰减时间不同，因此能够基于光传感器层300采集的光电信号确定这类ICS事件。也就是说，这类ICS事件是可以被识别出来的。当然，散射产生的次级粒子也有可能进入到与该第一闪烁晶体101对角线相邻的另一个第一闪烁晶体101中，如图3中的箭头B所示，进而在沿对角线相邻的两个第一闪烁晶体101中都沉积能量，由于该类ICS事件发生在同种闪烁晶体之间，因此无法通过QDC-TOT光电信息图被识别出来。但是这类ICS事件相比于箭头A所示的ICS事件发生的概率要少很多，因此较理想地，在每个闪烁晶体周围，无论是垂直于闪烁晶体的边的方向还是对角线方向都期望与不同类型的闪烁晶体相邻，后文还将针对该思路提供一种示例性的实施方式。但是可以理解的是，对于每个闪烁晶体，其周围相邻的同类型闪烁晶体越少，对于ICS事件的识别能力越强。具有图3所示的晶体阵列100的晶体阵列探测器10，已经能够在探测过程中识别出更大部分的ICS事件。因此，采用该实施例提供的晶体阵列探测器10成像时，可以极大地提升重建图像的信噪比，进而提高成像系统的灵敏度和空间分辨率。

图4示出了根据本申请的又一实施例。在该实施例中，第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102的横截面都呈等腰直角三角形。且针对每个等腰直角三角形的一个边，都与不同类型的闪烁晶体相邻，只有顶角的位置处与同种类型的闪烁晶体相邻。在此情况下，第一横向方向X-X与第二横向方向Y-Y的夹角非90度。在该实施例中，第一横向方向X-X与第二横向方向Y-Y的夹角为45度。当然，在纸面内且垂直于第一横向方向X-X的方向上，第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102也是交替排列的。也就是说，在该实施例中，第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102能够沿更多个方向交替排列。在采用该晶体阵列100的晶体阵列探测器10中，也能够识别出较大部分的ICS事件。图5示出了第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102的横截面都呈等腰直角三角形的另一种实施例。在该实施例中，可以认为第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102沿着相互垂直的第一横向方向X-X与第二横向方向Y-Y交替排列。

需要说明的是，图4仅示出了第一横向方向X-X与第二横向方向Y-Y的夹角非90度的一个实施例，通过改变第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102的形状或者允许在第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102之间出现间隙，第一横向方向X-X与第二横向方向Y-Y的夹角还可以能有其他值。

示例性地，晶体阵列100可以包括多个复合晶体层。如图6所示，该晶体阵列100包括两层复合晶体层，每层复合晶体层中都包括交替排列的第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102。第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102在这两层复合晶体层中的排布方式是相同的。当然，在未示出的其他实施例中，两层复合晶体层中的闪烁晶体的排布方式也可以不同。在图6所示的实施例中，相邻的复合晶体层中的第一闪烁晶体101是错开的，且相邻的复合晶体层中的第二闪烁晶体102也是错开的。具有这样布置的晶体阵列探测器10可以降低γ光子在闪烁晶体内作用深度对空间分辨率的影响，提高了晶体阵列探测器10的空间分辨率。闪烁晶体不仅可以在复合晶体层内交错排列，在复合晶体层之间也可以交错排列，这样晶体阵列探测器10识别ICS事件的能力更强，特别地，这样晶体阵列探测器10还可以识别层间晶体间散射事件，CLCS事件是ICS事件的一种。因此提高了整体装置的灵敏度和空间分辨率。但是在未示出的其他实施例中，相邻的复合晶体层中可以仅一种类型的闪烁晶体是错开设置的。在此情况下，其他类型(例如第二类型和第三类型)的闪烁晶体在相邻的复合晶体层之间可以是不完全错开的。

如图7所示，示例性地，除了上文提到的具有两种类型的闪烁晶体的复合晶体层之外，晶体阵列100中还可以包括单一晶体层。具体地，在该晶体阵列100中的上层为复合晶体层，下层为单一晶体层，单一晶体层可以仅包括一种类型的闪烁晶体104。闪烁晶体104可以是晶体阵列，也可以是连续晶体，该连续晶体指的是一整块闪烁晶体。闪烁晶体104可以与第一闪烁晶体101的类型相同，或者与第二闪烁晶体102的类型相同，或者与第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102的类型都不同。在这种晶体阵列中，发生在上层的一部分ICS事件能够别识别出来，但是下层的ICS事件可能无法被识别，但是无论如何，仍然能够提升重建图像的信噪比。需要说明的是，在其他未示出的实施例中，本实用新型提供的晶体阵列探测器可以包括两层或两层以上的晶体阵列，只要其中的至少一层是复合晶体层就都涵盖在本申请的保护范围之内。而且，复合晶体层在整个探测器中的位置也可以不做限定，例如可以位于靠近光传感器层300的最下层、和/或远离光传感器层300的最上层、和/或它们之间的中间层。

示例性地，如图8所示，复合晶体层中还可以包括第三类型的多个第三闪烁晶体103，多个第三闪烁晶体103可以分散在多个第一闪烁晶体101和多个第二闪烁晶体102中且可以与相邻的闪烁晶体密贴。第三闪烁晶体103可以具有不同于第一闪烁光衰减时间和第二闪烁光衰减时间的第三闪烁光衰减时间。第一闪烁光衰减时间、第二闪烁光衰减时间和第三闪烁光衰减时间之间彼此的差距越大越好。第三闪烁晶体103可以采用与第一闪烁晶体101、第二闪烁晶体102不同的闪烁晶体材料制成。光传感器层300在一次γ光子射向晶体阵列探测器的事件中在两种不同类型的闪烁晶体中发生能量沉积的事件可能有三种情况，这三种情况分别对应于在第一闪烁晶体101和第二闪烁晶体102之间发生的ICS事件、在第一闪烁晶体101和第三闪烁晶体103之间的ICS事件、在第二闪烁晶体102和第三闪烁晶体103之间的ICS事件。当然，也可能在第一闪烁晶体101、第二闪烁晶体102和第三闪烁晶体103之间发生ICS事件。对于每个闪烁晶体而言，其周围的，尤其是对角线相邻的同种闪烁晶体的数量更少了，在图中的排布方式下，每个闪烁晶体仅具有两个对角相邻的同种闪烁晶体。因此，可以识别出更大量的ICS事件，因此具有这种晶体阵列100的晶体阵列探测器10识别ICS事件的能力也会更强。需要说明的是，上述附图展示了作为本申请的参考的实施例，但并不意味着本申请只能以这样的形式实现，在其他未示出的实施例中，本申请还可以具有各种其他相似的形式，在此不作赘述。

图9示出了根据本申请的另一种实施例的晶体阵列的排布方式。在该晶体阵列100中，包括不同类型的第一闪烁晶体101、第二闪烁晶体102和第三闪烁晶体103，第一闪烁晶体101、第二闪烁晶体102和第三闪烁晶体103的横截面都呈正六边形。并且，每个正六边形的边和顶角都可以邻接不同类型的闪烁晶体。具有这种布置的晶体阵列探测器10，每个闪烁晶体都被不同类型的闪烁晶体所包围。为方便描述，以一次γ光子射向晶体阵列探测器的事件中，γ光子首次撞击在第一闪烁晶体101上为例，γ光子产生的次级粒子可能会进入周围的一个或多个闪烁晶体，由于周围的这个或者这些闪烁晶体的闪烁光衰减时间与第一闪烁晶体101的闪烁光衰减时间不同，进而这些ICS事件都可以被识别出来。这样设计的晶体阵列探测器10识别的ICS事件更加完整全面，减少了探测中对于ICS事件的疏漏，进而减少了识别出ICS事件时的遗漏，因此提高了重建算法的信噪比，整体装置具有更好的灵敏度和空间分辨率。

需要说明的是，除了三角形、四边形和六边形之外，闪烁晶体还可以具有其他各种可能的形状，这适用于复合晶体层包括两种类型的闪烁晶体的情况，同时也适用于更多类型的闪烁晶体的情况。此外，不同类型的闪烁晶体可以具有相同的形状，也可以具有不同的情况。

图10示出了根据本申请的又一实施例。如图10所示，晶体阵列100为多个且沿着纵向方向依次设置，每个晶体阵列都具有对应的阵列反光层200和光传感器层300。图10中示出的晶体阵列100为两个，在未示出的其他实施例中，晶体阵列100可以为更多个。相邻两个晶体阵列100中的一个所对应的光传感器层300与相邻两个晶体阵列100中的另一个所对应的阵列反光层200彼此相对设置。也就是说，上层的晶体阵列100所耦合的光传感器层300与下层的晶体阵列100上所覆盖的阵列反光层200彼此相对。在图示实施例中，上层的晶体阵列100所耦合的光传感器层300与下层的晶体阵列100上所覆盖的阵列反光层200彼此贴合，在未示出的其他实施例中，它们也可以是间隔开的。在此情况下，可以在间隔处放置上层光传感器的信号读出电路。如果将阵列反光层200、晶体阵列100和光传感器层300认为是一个重复单元的话，晶体阵列探测器10可以包括一个或多个这些的重复单元。具有这样布置的晶体阵列探测器10可以降低γ光子在闪烁晶体内作用深度对空间分辨率的影响，提高了晶体阵列探测器10的空间分辨率。需要说明的是，图10中所提到的晶体阵列100可以为上文中所提到的任意一种。

示例性地，相邻两个晶体阵列中的闪烁晶体可以具有相同的排布。相邻两个晶体阵列分别连接两个光传感器层300，两个光传感器层300分别单独检测两个晶体阵列中是否发生能量沉积，因此可以认为两个光传感器层300都从大量的能量沉积事件中识别出ICS事件。当然，相邻两个晶体阵列中的闪烁晶体也可以具有不相同的排布。在如图6所示的两个晶体阵列连接一个光传感器层300实施例中，相邻两个晶体阵列中的一个晶体阵列中的多个第一闪烁晶体与相邻两个晶体阵列中的另一个晶体阵列中的多个第一闪烁晶体错开。但是在图10所示的每个晶体阵列都连接光传感器层的实施例中，相邻两个晶体阵列中的一个晶体阵列中的多个第一闪烁晶体101与相邻两个晶体阵列中的另一个晶体阵列中的多个第一闪烁晶体101错开，也可以对准。类似地，这两个晶体阵列中的第二闪烁晶体102可以错开，也可以是对准的。

进一步地，本实用新型还提供一种发射成像设备。发射成像设备可以包括多个探测器，多个探测器可以合围形成检测腔体，检测腔体可以用于容纳待测对象。这些探测器中的至少一部分可以为如上文中所述的任一种晶体阵列探测器10。晶体阵列探测器10的晶体阵列100的入射面可以朝向检测腔体。这样，多个探测器的数据相组合，可以得到待测对象更全面完整的三维信息。在这些探测器中的一部分采用晶体阵列探测器10的情况下，其他探测器可以为PET成像中常用的普通探测器。普通探测器和晶体阵列探测器10可以以任何合适的方式排布。

示例性地，检测腔体可以呈筒状。晶体阵列探测器10在检测腔体的外围排列成圆环。待测对象可以平躺进入到检测腔体内。筒状检测腔体结构也更加简单，易于实现。在未示出的其他实施例中，检测腔体也可以具有其他的形状，例如扁圆柱状、长方体状。

示例性地，发射成像设备还可以包括处理器，处理器可以用于根据光传感器层300采集的光电信号确定混合能量沉积事件，混合能量沉积事件为在不同类型的闪烁晶体内都发生能量沉积的事件。通过上文的描述可知，混合能量沉积事件就是能够被识别的ICS事件。前文已经对确定ICS事件的方法进行了描述，这里不再赘述。

本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (12)

1.一种晶体阵列探测器，其特征在于，包括：

晶体阵列，所述晶体阵列包括复合晶体层，所述复合晶体层包括在横向平面内密贴排列的第一类型的多个第一闪烁晶体和第二类型的多个第二闪烁晶体，所述多个第一闪烁晶体分散在所述多个第二闪烁晶体中，所述多个第一闪烁晶体中的每个具有第一闪烁光衰减时间，所述多个第二闪烁晶体中的每个具有不同于所述第一闪烁光衰减时间的第二闪烁光衰减时间，所述多个第一闪烁晶体和所述多个第二闪烁晶体中的每个的侧面都覆盖有朝向对应的闪烁晶体的内部反光的层内反光层，沿垂直于所述横向平面的纵向方向，所述晶体阵列具有相对的入射面和出射面；

阵列反光层，所述阵列反光层覆盖在所述入射面上且朝向所述晶体阵列的内部反光；以及

光传感器层，所述光传感器层光耦合至所述出射面。

2.如权利要求1所述的晶体阵列探测器，其特征在于，沿着所述横向平面内的第一横向方向，所述多个第一闪烁晶体和所述多个第二闪烁晶体中的至少一部分交替排列。

3.如权利要求2所述的晶体阵列探测器，其特征在于，沿着所述第一横向方向，所述多个第一闪烁晶体和所述多个第二闪烁晶体完全交替排列。

4.如权利要求2所述的晶体阵列探测器，其特征在于，沿着所述横向平面内的第二横向方向，所述多个第一闪烁晶体和所述多个第二闪烁晶体中的至少一部分交替排列，其中所述第二横向方向与所述第一横向方向之间具有夹角。

5.如权利要求4所述的晶体阵列探测器，其特征在于，所述夹角为90度。

6.如权利要求4所述的晶体阵列探测器，其特征在于，所述多个第一闪烁晶体和所述多个第二闪烁晶体沿着所述第一横向方向和所述第二横向方向均完全交替排列。

7.如权利要求1所述的晶体阵列探测器，其特征在于，所述晶体阵列包括多个所述复合晶体层，其中，相邻的复合晶体层中的第一闪烁晶体错开设置；和/或相邻的复合晶体层中的第二闪烁晶体错开设置。

8.如权利要求1所述的晶体阵列探测器，其特征在于，所述复合晶体层中还包括第三类型的多个第三闪烁晶体，所述多个第三闪烁晶体分散在所述多个第一闪烁晶体和所述多个第二闪烁晶体中且与相邻的闪烁晶体密贴，所述多个第三闪烁晶体中的每个都具有不同于所述第一闪烁光衰减时间和所述第二闪烁光衰减时间的第三闪烁光衰减时间。

9.如权利要求8所述的晶体阵列探测器，其特征在于，在所述复合晶体层中，每种类型的闪烁晶体的顶角都邻接不同类型的闪烁晶体。

10.如权利要求1-7中任一项所述的晶体阵列探测器，其特征在于，在所述复合晶体层中，每种类型的闪烁晶体的侧面都邻接不同类型的闪烁晶体。

11.如权利要求1-9中任一项所述的晶体阵列探测器，其特征在于，所述晶体阵列为多个且沿着所述纵向方向依次设置，每个晶体阵列都具有对应的阵列反光层和光传感器层，

相邻两个晶体阵列中的一个所对应的光传感器层与所述相邻两个晶体阵列中的另一个所对应的阵列反光层彼此相对设置。

12.一种发射成像设备，其特征在于，包括：

多个探测器，所述多个探测器合围形成检测腔体，所述检测腔体用于容纳待测对象，所述多个探测器中的至少一部分为如权利要求1-11中任一项所述的晶体阵列探测器，所述晶体阵列探测器的所述晶体阵列的入射面朝向所述检测腔体；以及

处理器，所述处理器用于根据所述光传感器层采集的光电信号确定混合能量沉积事件，其中，所述光电信号基于所述第一闪烁光衰减时间和所述第二闪烁光衰减时间生成，所述混合能量沉积事件为在不同类型的闪烁晶体内都发生能量沉积的事件。

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