ES2717179T3 - Device to detect high energy photons - Google Patents

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ES2717179T3 ES09815661T ES09815661T ES2717179T3 ES 2717179 T3 ES2717179 T3 ES 2717179T3 ES 09815661 T ES09815661 T ES 09815661T ES 09815661 T ES09815661 T ES 09815661T ES 2717179 T3 ES2717179 T3 ES 2717179T3
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Raad Mokhtar Chmeissani
Pastor José Alvarez
Sanchez Carlos Sanchez
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Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Dispositivo para detectar fotones de alta energíaDevice to detect high energy photons

La presente invención se refiere a un módulo para detectar fotones de alta energía. Más específicamente, la invención se refiere a un módulo que comprende detectores de estado sólido pixelados a temperatura ambiente que detectan fotones de rayos gamma, generados por material radioactivo dentro del cuerpo de un paciente. La invención se refiere, además, a sistemas para detectar fotones de alta energía y a detectores que comprenden tales sistemas.The present invention relates to a module for detecting high energy photons. More specifically, the invention relates to a module comprising pixelized solid state detectors at room temperature that detect gamma ray photons, generated by radioactive material within the body of a patient. The invention also relates to systems for detecting high energy photons and to detectors comprising such systems.

La invención encuentra uso particular en aparatos de diagnóstico médico por imagen.The invention finds particular use in medical diagnostic imaging apparatuses.

ANTECEDENTESBACKGROUND

La tomografía por emisión de positrones (PET) es una técnica de diagnóstico que obtiene imágenes que muestran el metabolismo y el funcionamiento de tejidos y órganos (por ejemplo, el sistema nervioso central).Positron emission tomography (PET) is a diagnostic technique that produces images that show the metabolism and function of tissues and organs (for example, the central nervous system).

Al igual que otras técnicas de diagnóstico en Medicina Nuclear, la PET se basa en detectar y analizar la distribución dentro del cuerpo de radioisótopos que han sido administrados previamente a un paciente. Los radioisótopos pueden tomarse por vía oral, pueden inhalarse como gas o pueden administrarse a través de una inyección.Like other diagnostic techniques in Nuclear Medicine, PET is based on detecting and analyzing the distribution within the body of radioisotopes that have been previously administered to a patient. Radioisotopes can be taken orally, can be inhaled as gas or can be given through an injection.

Se conocen varios radioisótopos emisores de positrones para uso médico. El más utilizado es el flúor-18, que es capaz de unirse a un marcador de glucosa para obtener 18-fluoro-desoxi-glucosa (18F-FDG). De esta manera, se obtiene glucosa que es detectable por la emisión de una señal radioactiva.Several positron-emitting radioisotopes are known for medical use. The most commonly used is fluorine-18, which is capable of binding to a glucose marker to obtain 18-fluoro-deoxy-glucose (18F-FDG). In this way, glucose is obtained which is detectable by the emission of a radioactive signal.

Después de la administración de los radioisótopos, los radioisótopos se extienden por toda el área del cuerpo que se va a examinar y tienden a ser captados, por ejemplo, por células cancerígenas. Cuando el radioisótopo se descompone, éste emite un positrón que, después de unos pocos milímetros, se aniquila con un electrón. Esto produce un par de fotones de rayos gamma que se mueven en sentido contrario, presentando cada fotón una energía de 511 keV. Este par de fotones de rayos gamma puede detectarse utilizando el llamado escáner de PET. Utilizando la posición de detección de ambos fotones de rayos gamma, puede reconstruirse la Línea de Respuesta (LOR) (que es la línea que conecta las dos posiciones de detección de los fotones gamma). Este procedimiento se ilustra esquemáticamente en la figura 14.After the administration of the radioisotopes, the radioisotopes extend throughout the area of the body to be examined and tend to be picked up, for example, by cancer cells. When the radioisotope decomposes, it emits a positron that, after a few millimeters, is annihilated with an electron. This produces a pair of gamma ray photons that move in the opposite direction, each photon presenting an energy of 511 keV. This pair of gamma ray photons can be detected using the so-called PET scanner. Using the detection position of both gamma-ray photons, the Response Line (LOR) (which is the line connecting the two detection positions of the gamma photons) can be reconstructed. This procedure is illustrated schematically in Figure 14.

La figura 14 muestra un escáner de PET convencional 1, en el cual se dispone una plataforma 3. Sobre esta plataforma se ha indicado esquemáticamente un cuerpo 2 de un humano o un animal. Alrededor de la circunferencia del escáner de PET, se dispone una pluralidad de detectores 4. El detector 4a y el detector 4b detectan respectivamente los fotones de rayos gamma que se mueven en sentido contrario. Utilizando esta detección, puede reconstruirse la LOR.Figure 14 shows a conventional PET scanner 1, in which a platform 3 is disposed. On this platform a body 2 of a human or an animal has been schematically indicated. Around the circumference of the PET scanner, a plurality of detectors 4 are arranged. The detector 4a and the detector 4b respectively detect the gamma ray photons moving in the opposite direction. Using this detection, the LOR can be reconstructed.

Después de recopilar varios de estos eventos, pueden determinarse los puntos donde se intersectan múltiples LORs. Estos puntos indican una concentración del radioisótopo y, por lo tanto, la posible presencia de células cancerosas. El escáner de PET está conectado a un ordenador, que es responsable de medir la cantidad de radioisótopos absorbidos por el cuerpo y determinar la LOR. De esta manera, es posible obtener imágenes que proporcionan detalles de la estructura y función de los órganos internos y otras partes del cuerpo.After collecting several of these events, the points where multiple LORs intersect can be determined. These points indicate a concentration of the radioisotope and, therefore, the possible presence of cancer cells. The PET scanner is connected to a computer, which is responsible for measuring the amount of radioisotopes absorbed by the body and determining the LOR. In this way, it is possible to obtain images that provide details of the structure and function of internal organs and other parts of the body.

En un protocolo de PET típico, al paciente se le inyecta entre 300 y 500 MBq de 18F-FDG (Fluorodeoxiglucosa). Después de dejar que pase entre una y una hora y media, el paciente se coloca en el escáner para la exploración. Una exploración PET típica en un escáner de PET convencional requiere alrededor de 30 minutos de tiempo de exploración.In a typical PET protocol, the patient is injected with between 300 and 500 MBq of 18F-FDG (Fluorodeoxyglucose). After allowing it to pass between one and one and a half hours, the patient is placed on the scanner for exploration. A typical PET scan in a conventional PET scanner requires about 30 minutes of scanning time.

La PET juega un papel importante en el diagnóstico de tumores. Su precisión supera la de los sistemas de diagnóstico por imagen convencionales, tal como puede apreciarse en la siguiente tabla (de Journal of Nuclear Medicine Supplement, volumen 42, número 5, mayo de 2001 y UCLA):PET plays an important role in the diagnosis of tumors. Its accuracy exceeds that of conventional diagnostic imaging systems, as can be seen in the following table (from Journal of Nuclear Medicine Supplement, volume 42, number 5, May 2001 and UCLA):

Precisión diagnósticaDiagnostic precision

Tipo de cáncer Representación Convencional PETType of cancer Representation Conventional PET

Pecho 67% 89%Chest 67% 89%

Colorrectal 80% 94%Colorectal 80% 94%

Gastroesofágico 68% 83%Gastroesophageal 68% 83%

Cabeza y cuello 65% 87%Head and neck 65% 87%

(continúa) (keep going)

Tipo de cáncer Representación Convencional PETType of cancer Representation Conventional PET

Hígado 81% 93%Liver 81% 93%

Pulmón 68% 82%Lung 68% 82%

Linfoma 64% 88%Lymphoma 64% 88%

Melanoma 80% 91%Melanoma 80% 91%

Pancreático 65% 81%Pancreatic 65% 81%

Testicular 68% 92%Testicular 68% 92%

Uterino/cervical 43% 87%Uterine / cervical 43% 87%

Un escáner de PET comprende una pluralidad de detectores. Hoy en día, el mejor detector actual para la PET está basado en cristales de lSo (oxiortosilicato de lutecio) con un tamaño típico de 4 mm x 4 mm x 10 mm. Los cristales emiten destellos de luz cuando son alcanzados por los fotones gamma. Estos destellos de luz pueden detectarse utilizando un tubo fotomultiplicador (PMT) que está conectado al cristal. Esto también se ha indicado esquemáticamente en la figura 14. El detector 4c comprende un cristal segmentado 5 y una pluralidad de PMT's 6. Para el experto en la materia, quedará claro que la pluralidad de PMT's 6 también puede reemplazarse por un único fotomultiplicador sensible a la posición (PSPMT).A PET scanner comprises a plurality of detectors. Today, the best current detector for PET is based on lSO crystals (lutetium oxorthosilicate) with a typical size of 4 mm x 4 mm x 10 mm. The crystals emit flashes of light when they are reached by gamma photons. These flashes of light can be detected using a photomultiplier tube (PMT) that is connected to the crystal. This has also been indicated schematically in Figure 14. The detector 4c comprises a segmented glass 5 and a plurality of PMT's 6. For the person skilled in the art, it will be clear that the plurality of PMT's 6 can also be replaced by a single sensitive photomultiplier. the position (PSPMT).

El rendimiento lumínico de los cristales de LSO para rayos gamma de 511keV es de aproximadamente 4000 phe. El ancho total a la mitad del máximo (FWHM) que puede obtenerse con cristales de LSO a 511 kV es alrededor de un 10%. Esta limitada resolución de energía reducirá la capacidad para eliminar eventos dispersos, que son un tipo de ruido en la imagen reconstruida. La longitud típica del cristal de LSO (en dirección radial, cuando se utiliza en un escáner de PET) es de aproximadamente 10 mm, lo que implica que la incertidumbre intrínseca del detector del punto de incidencia en la dirección radial es de aproximadamente 3 mm, lo cual provocará un error en la proyección de la línea de respuesta. Esto puede entenderse fácilmente mirando la figura 14. El PMT que registra un evento proporciona esencialmente una coordenada bidimensional. La posición radial donde el fotón gamma incide el cristal se pierde. Esta pérdida de información da lugar a un efecto de paralaje, que puede dar lugar a un error en la proyección de la LOR. Este error deteriora naturalmente la calidad de la imagen reconstruida.The light output of LSO crystals for 511keV gamma rays is approximately 4000 phe. The total width at half the maximum (FWHM) that can be obtained with LSO crystals at 511 kV is around 10%. This limited resolution of energy will reduce the ability to eliminate scattered events, which are a type of noise in the reconstructed image. The typical length of the LSO crystal (in the radial direction, when used in a PET scanner) is approximately 10 mm, which implies that the intrinsic uncertainty of the detector of the point of incidence in the radial direction is approximately 3 mm, which will cause an error in the projection of the response line. This can easily be understood by looking at Figure 14. The PMT that records an event essentially provides a two-dimensional coordinate. The radial position where the gamma photon hits the crystal is lost. This loss of information results in a parallax effect, which can lead to an error in the LOR projection. This error naturally deteriorates the quality of the reconstructed image.

Otro inconveniente es la forma de los cristales del detector, que es un paralelepípedo rectangular y cuando presenta una forma cilíndrica a partir de dichos componentes (por ejemplo, para un escáner de PET), es inevitable que presente grietas en los puntos de contacto de los cristales.Another drawback is the shape of the crystals of the detector, which is a rectangular parallelepiped and when it has a cylindrical shape from said components (for example, for a PET scanner), it is inevitable that it presents cracks at the contact points of the crystals.

Otro ejemplo de aparato de diagnóstico médico por imagen es una cámara gamma. Las cámaras gamma también se utilizan ampliamente en medicina nuclear. Consiste en un plano detector único, formado por una pluralidad de cristales brillantes, y un colimador delante del mismo. Al detector sólo inciden fotones en un pequeño rango angular a través de los orificios del colimador; los otros son absorbidos por el colimador. Por lo tanto, el plano del detector registra una proyección bidimensional de la distribución de la fuente.Another example of a medical imaging device is a gamma camera. Gamma cameras are also widely used in nuclear medicine. It consists of a single detector plane, formed by a plurality of bright crystals, and a collimator in front of it. Only photons in a small angular range through the holes of the collimator strike the detector; the others are absorbed by the collimator. Therefore, the plane of the detector records a two-dimensional projection of the source distribution.

La tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT) es una técnica de imágenes tomográficas de medicina nuclear que utiliza una cámara gamma. La representación por SPECT se realiza utilizando la cámara gamma para adquirir múltiples imágenes bidimensionales en diferentes ángulos. Después se utiliza un ordenador para aplicar un algoritmo de reconstrucción tomográfica a las múltiples proyecciones, lo que produce una imagen tridimensional.Single photon emission computed tomography (SPECT) is a nuclear medicine tomographic imaging technique that uses a gamma camera. SPECT representation is done using the gamma camera to acquire multiple two-dimensional images at different angles. Then a computer is used to apply a tomographic reconstruction algorithm to the multiple projections, which produces a three-dimensional image.

Las cámaras Compton son otro ejemplo de aparatos de diagnóstico médico por imagen. Las cámaras Compton se utilizan para reconstruir distribuciones de radioisótopos que emiten rayos gamma. La gama de aplicaciones es amplia: además del diagnóstico en medicina nuclear, también pueden utilizarse para controlar el desmantelamiento de plantas nucleares y también para seguridad nacional (por ejemplo, para escanear contenedores de transporte para detectar material radioactivo).Compton cameras are another example of medical diagnostic imaging devices. Compton cameras are used to reconstruct distributions of radioisotopes that emit gamma rays. The range of applications is wide: in addition to the diagnosis in nuclear medicine, they can also be used to control the dismantling of nuclear plants and also for national security (for example, to scan transport containers to detect radioactive material).

Una cámara Compton tiene dos planos de detección. Los fotones emitidos desde la fuente se dispersan en el primer plano (dispersión de Compton) y se absorben en el segundo plano (efecto fotoeléctrico). En ambos planos se mide la posición de la interacción y la energía depositada. El primer plano suele estar realizado en un material semiconductor y el segundo plano en cristales brillantes. Los detectores funcionan en coincidencia, de modo que sólo se registran fotones que interactúan con ambos detectores y depositan una energía total dentro de una ventana determinada. Utilizando la posición de detección y la energía del fotón, puede calcularse el punto de origen del fotón, utilizando la llamada fórmula de Compton.A Compton camera has two detection planes. The photons emitted from the source are scattered in the foreground (Compton dispersion) and absorbed in the second plane (photoelectric effect). In both planes the position of the interaction and the deposited energy are measured. The foreground is usually made in a semiconductor material and the second plane in bright crystals. The detectors work in coincidence, so that only photons are recorded that interact with both detectors and deposit a total energy within a certain window. Using the detection position and the energy of the photon, the point of origin of the photon can be calculated, using the so-called Compton formula.

En resumen, en representaciones médicas nucleares se conocen varias técnicas y aparatos (PET, SPECT, cámara gamma, cámara Compton) que convencionalmente utilizan detectores basados en cristales brillantes.In summary, several techniques and devices (PET, SPECT, gamma camera, Compton camera) that conventionally use detectors based on bright crystals are known in nuclear medical representations.

Los detectores basados en cristales brillantes presentan varios inconvenientes: en los escáneres de PET, hay grietas presentes inherentemente en los puntos de contacto de los cristales paralelepipédicos adyacentes. Tal como se ha descrito anteriormente para los escáneres PET, puede producirse un efecto de paralaje. Los cristales utilizados en los escáneres de PET, cámaras gamma o cámaras Compton tienen un tamaño de 4 mm x 4 mm x 10 mm, y esto determina el error intrínseco (y la resolución espacial intrínseca) que presentan. No es posible ver nada más pequeño que 4-5 mm en el caso de exploración p Et . Para SPECT, esto es del orden de 15-20 mm. La resolución espacial incluso será considerablemente peor, ya que los detectores no funcionan con una eficiencia del 100%.Detectors based on bright crystals have several drawbacks: in PET scanners, there are cracks inherently present at the contact points of the adjacent parallelepiped crystals. Such as described above for PET scanners, a parallax effect can occur. The crystals used in PET scanners, gamma cameras or Compton cameras have a size of 4 mm x 4 mm x 10 mm, and this determines the intrinsic error (and intrinsic spatial resolution) they present. It is not possible to see anything smaller than 4-5 mm in the case of scanning p E t . For SPECT, this is of the order of 15-20 mm. The spatial resolution will even be considerably worse, since the detectors do not work with an efficiency of 100%.

Otro problema con los cristales brillantes es que la eficiencia cuántica de detección (DQE) de los cristales brillantes es bastante pobre. Para mejorar esta DQE, se tendría que aumentar la longitud del cristal para aumentar la probabilidad de capturar los fotones gamma. Sin embargo, añadir más material no necesariamente mejoraría la calidad de la señal, ya que una parte de la luz producida en los cristales en una posición que se encuentre relativamente lejos del fotomultiplicador se atenuaría antes de alcanzar el PMT. Un fotón gamma capturado por el cristal cercano al PMT producirá más fotones que un fotón gamma capturado más lejos del PMT. Por lo tanto, la resolución de energía empeora a costa de detectar más fotones gamma. Por lo tanto, la longitud estándar de los cristales brillantes (10 mm) utilizados en los detectores de rayos gamma es un compromiso para obtener una DQE razonable y, al mismo tiempo, tener una resolución de energía aceptable.Another problem with bright crystals is that the quantum efficiency of detection (DQE) of the bright crystals is quite poor. To improve this DQE, one would have to increase the length of the crystal to increase the probability of capturing the gamma photons. However, adding more material would not necessarily improve the quality of the signal, since a part of the light produced in the crystals in a position that is relatively far from the photomultiplier would be attenuated before reaching the PMT. A gamma photon captured by the crystal near the PMT will produce more photons than a gamma photon captured further away from the PMT. Therefore, the resolution of energy worsens at the expense of detecting more gamma photons. Therefore, the standard length of the bright crystals (10 mm) used in gamma ray detectors is a compromise to obtain a reasonable DQE and, at the same time, have an acceptable energy resolution.

Para superar los inconvenientes de los cristales brillantes mencionados anteriormente, se ha sugerido el uso de detectores de estado sólido pixelados a temperatura ambiente en detectores de PET. Con los detectores de estado sólido pixelados puede lograrse una alta resolución espacial debido al hecho de que el detector puede segmentarse a píxeles submilimétricos (o vóxels).To overcome the drawbacks of the above-mentioned bright crystals, it has been suggested to use pixelized solid state detectors at room temperature in PET detectors. With the pixelated solid state detectors a high spatial resolution can be achieved due to the fact that the detector can be segmented to submillimeter pixels (or voxels).

Uno de los problemas de utilizar detectores de estado sólido en un escáner de PET es que se necesitan detectores gruesos para lograr una alta absorción de rayos gamma. En particular, se necesita un grosor de 4 cm (si se utiliza CdTe) para capturar un 90% de los fotones con una energía de 511 kV. En la literatura, se ha sugerido el uso de sensores muy grandes (por ejemplo, 10 mm x 10 mm x 10 mm) de Cd(Zn)Te en los cuales se conecta un chip de lectura de píxeles a la parte posterior del cristal. Esta solución parece fácil sobre el papel, pero en realidad no lo es. En primer lugar, el coste de detectores de CdTe tan grandes y de buena calidad es muy elevado. En segundo lugar, la recopilación de tiempo de la señal será muy larga y, por lo tanto, no será posible utilizarla en PET como activador. En tercer lugar, con un detector tan grueso (10 mm), la espectroscopia de energía se deteriora significativamente debido a la captura y a la vida útil del orificio de electrones.One of the problems of using solid-state detectors in a PET scanner is that thick detectors are needed to achieve high gamma-ray absorption. In particular, a thickness of 4 cm is needed (if CdTe is used) to capture 90% of the photons with an energy of 511 kV. In the literature, it has been suggested to use very large sensors (for example, 10 mm x 10 mm x 10 mm) of Cd (Zn) Te in which a pixel reading chip is connected to the back of the crystal. This solution seems easy on paper, but in reality it is not. In the first place, the cost of CdTe detectors, which are so large and of good quality, is very high. Secondly, the time collection of the signal will be very long and, therefore, it will not be possible to use it in PET as an activator. Third, with such a thick detector (10 mm), energy spectroscopy deteriorates significantly due to the capture and lifetime of the electron hole.

US 2007/0057191 describe un sistema de formación de imágenes radiológicas que comprende un primer y un segundo aparato de formación de imágenes. Dicho primer aparato de formación de imágenes comprende una serie de detectores de radiación de semiconductores (no pixelados). El conjunto de detectores está conectado a través de cables a ASICs.US 2007/0057191 describes a radiological imaging system comprising a first and a second imaging apparatus. Said first image forming apparatus comprises a series of semiconductor radiation detectors (not pixilated). The set of detectors is connected through cables to ASICs.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION

Un objetivo de la presente invención es un módulo para detectar fotones de alta energía, que supere por lo menos parcialmente los inconvenientes de los detectores de la técnica anterior.An object of the present invention is a module for detecting high energy photons, which at least partially overcomes the drawbacks of the prior art detectors.

Otro objetivo de la presente invención es un módulo para detectar fotones de alta energía con una alta resolución espacial y una alta eficiencia de detección. La alta resolución espacial proporciona la posición exacta (x, y, z) del punto de incidencia del fotón gamma; una alta eficiencia de detección ayuda a reducir las dosis de radiación.Another objective of the present invention is a module for detecting high energy photons with high spatial resolution and high detection efficiency. The high spatial resolution provides the exact position (x, y, z) of the incidence point of the gamma photon; High detection efficiency helps reduce radiation doses.

Otro objetivo de la presente invención es un módulo para detectar fotones de alta energía con una mejor resolución de energía para eliminar una gran fracción de los eventos dispersos y aumentar la relación señal/ruido (SNR). Esto da lugar a una imagen de alto contraste.Another objective of the present invention is a module for detecting high energy photons with a better energy resolution to eliminate a large fraction of the scattered events and increase the signal to noise ratio (SNR). This results in a high contrast image.

Para lograr los objetivos anteriores, la invención presenta un módulo de acuerdo con la reivindicación 1: un módulo para detectar fotones de alta energía que comprende una pluralidad de dispositivos para detectar fotones de alta energía, cada uno de los cuales comprende uno o más detectores de estado sólido pixelados para detectar los fotones de alta energía; medios para proporcionar un alto voltaje para polarizar dichos detectores de estado sólido; por lo menos un elemento de lectura conectado a dichos detectores de estado sólido pixelados; un elemento de entrada/salida conectado a dicho por lo menos un elemento de lectura para entrada y salida de datos; y una capa de base para montar los detectores de estado sólido pixelados, los elementos de lectura y el elemento de entrada/salida. Cada detector de estado sólido pixelado va montado en un elemento de lectura. Los dispositivos están dispuestos uno encima del otro y conectados entre sí para apoyarse entre sí y de manera que los detectores de estado sólido pixelados combinados de los dispositivos puedan proporcionar las coordenadas tridimensionales de puntos de incidencia de fotones de alta energía. To achieve the above objectives, the invention features a module according to claim 1: a module for detecting high energy photons comprising a plurality of devices for detecting high energy photons, each of which comprises one or more high-energy detectors. pixelated solid state to detect high energy photons; means for providing a high voltage for biasing said solid-state detectors; at least one reading element connected to said pixelated solid-state detectors; an input / output element connected to said at least one reading element for data input and output; and a base layer for mounting the pixelated solid-state detectors, the reading elements and the input / output element. Each pixelated solid state detector is mounted on a reading element. The devices are arranged one above the other and connected to each other to support each other and so that the combined pixelated solid state detectors of the devices can provide the three-dimensional coordinates of high energy photon incident points.

En lugar de utilizar un cristal brillante (con sus inconvenientes mencionados), la invención presenta un detector de estado sólido pixelado para detectar fotones de alta energía. Un tamaño de píxel típico puede ser de 1 mm x 1 mm, pero es posible realizar detectores de estado sólido pixelados con tamaños de píxel de, por ejemplo, 10 |jm x 10 |jm. La invención ofrece así un tremendo potencial de precisión espacial. Nunca puede alcanzarse esta precisión utilizando cristales brillantes. Por lo tanto, un dispositivo puede adaptarse a las necesidades específicas en diferentes aplicaciones. Incluso es posible variar el tamaño de píxel dentro de un único detector de estado sólido. Además, no hay áreas muertas entre los píxeles de los detectores. Incluso dos píxeles juntos todavía pueden detectar un evento que se produzca entre dos píxeles.Instead of using a brilliant crystal (with its drawbacks mentioned), the invention features a pixelated solid state detector for detecting high energy photons. A typical pixel size can be 1 mm x 1 mm, but it is possible to perform pixelized solid state detectors with pixel sizes of, for example, 10 | jm x 10 | jm. The invention thus offers a tremendous potential for spatial precision. This precision can never be achieved by using bright crystals. Therefore, a device can be adapted to the specific needs in different applications. It is even possible to vary the pixel size within a single solid state detector. Also, there are no dead areas between the pixels of the detectors. Even two pixels together can still detect an event that occurs between two pixels.

Además, debido a su estructura modular y simple, puede combinarse fácilmente una pluralidad de dispositivos para obtener el tamaño apropiado en tres dimensiones.In addition, due to its modular and simple structure, a plurality of devices can be easily combined to obtain the appropriate size in three dimensions.

Cada dispositivo forma esencialmente un detector bidimensional. Colocando por lo menos un dispositivo encima de otro, se crea un detector tridimensional. Debido a que el detector es tridimensional, puede evitarse un efecto de paralaje (tal como se ha explicado en escáneres PET). Debido a la estructura modular del dispositivo, pueden combinarse tantos dispositivos como se desee para construir un detector de mayor grosor y, por lo tanto, mayor DQE, pero sin comprometer la resolución de energía o la resolución espacial.Each device essentially forms a two-dimensional detector. Placing at least one device on top of another, a three-dimensional detector is created. Because the detector is three-dimensional, a parallax effect (as explained in PET scanners) can be avoided. Due to the modular structure of the device, as many devices as desired can be combined to build a detector of greater thickness and, therefore, higher DQE, but without compromising energy resolution or spatial resolution.

El grosor típico de los detectores de estado sólido utilizados en los dispositivos puede ser de 2 mm (si bien está claro que son posibles otros grosores). Es posible combinar una pluralidad de estos dispositivos a un grosor apropiado sin encontrar problemas relacionados, por ejemplo, con recopilación de tiempo de detectores de estado sólido gruesos convencionales.The typical thickness of the solid-state detectors used in the devices can be 2 mm (although it is clear that other thicknesses are possible). It is possible to combine a plurality of these devices to an appropriate thickness without encountering problems related, for example, with time collection of conventional thick solid state detectors.

Además, la invención presenta un detector que puede utilizarse en campos magnéticos fuertes. Por lo tanto, un detector basado en la invención puede combinarse, por ejemplo, con un escáner de IRM en un único escáner, lo que permite realizar una exploración PET y una exploración de IRM simultáneamente.In addition, the invention features a detector that can be used in strong magnetic fields. Therefore, a detector based on the invention can be combined, for example, with an MRI scanner in a single scanner, which allows performing a PET scan and an MRI scan simultaneously.

En algunas realizaciones, las capas de base de los dispositivos presentan una forma trapezoidal isósceles. Dándole a las capas de base de los dispositivos una forma trapezoidal isósceles y adaptando el tamaño y la forma del elemento o elementos de lectura y los detectores de estado sólido pixelados montados en esta forma trapezoidal, se obtiene un dispositivo que está especialmente adaptado para encajar en un anillo circular. Esto es particularmente útil para aplicaciones en escáneres PET.In some embodiments, the base layers of the devices have an isosceles trapezoidal shape. By giving the base layers of the devices an isosceles trapezoidal shape and adapting the size and shape of the reading element or elements and the pixelated solid state detectors mounted in this trapezoidal shape, a device is obtained which is specially adapted to fit in a circular ring. This is particularly useful for applications in PET scanners.

Opcionalmente, tanto los detectores de estado sólido pixelados como la base presentan una forma trapezoidal isósceles. Los detectores también pueden tener una forma diferente, siempre que estén adaptados a la forma de la capa de base. Sería posible, por ejemplo, una forma trapezoidal utilizando dos detectores separados que tengan formas cuadriláteras. Sin embargo, una opción particularmente interesante es dar a los detectores de estado sólido una forma trapezoidal isósceles correspondiente, para que puedan ajustarse exactamente en las capas de base. Sin embargo, los elementos de lectura normalmente conservan su forma rectangular. En algunas realizaciones de acuerdo con la invención, el dispositivo comprende, además, una capa intermedia montada entre el detector de estado sólido y el elemento de lectura para adaptarse a cualquier desplazamiento entre las almohadillas de píxeles de los detectores y los canales de píxeles correspondientes en los elementos de lectura.Optionally, both the pixelated solid state detectors and the base have an isosceles trapezoidal shape. The detectors may also have a different shape, provided they are adapted to the shape of the base layer. It would be possible, for example, a trapezoidal shape using two separate detectors that have quadrilateral shapes. However, a particularly interesting option is to give the solid-state detectors a corresponding isosceles trapezoidal shape, so that they can fit exactly in the base layers. However, the reading elements usually retain their rectangular shape. In some embodiments according to the invention, the device further comprises an intermediate layer mounted between the solid state detector and the reading element to accommodate any displacement between the pixel pads of the detectors and the corresponding pixel channels in the reading elements.

En el caso de que el detector de estado sólido pixelado tenga una forma trapezoidal isósceles, el tamaño de píxel del detector varía a lo largo de la altura del trapecio para adaptarse al cambio de anchura (con un número constante de píxeles a lo largo de toda la altura del trapecio).In the case that the pixelated solid state detector has an isosceles trapezoidal shape, the pixel size of the detector varies along the height of the trapezoid to accommodate the change in width (with a constant number of pixels throughout the height of the trapeze).

En algunas realizaciones, las capas de base de los dispositivos tienen una forma rectangular. Esta forma es especialmente útil para aplicaciones tales como cámaras gamma y cámaras Compton.In some embodiments, the base layers of the devices have a rectangular shape. This shape is especially useful for applications such as gamma cameras and Compton cameras.

Preferiblemente, en el módulo de acuerdo con la invención, los elementos de entrada/salida de la pluralidad de dispositivos están conectados a una única interfaz. Una forma particularmente ventajosa de construir un módulo es mediante la conexión de los elementos de entrada/salida de señal de la pluralidad de dispositivos a un único elemento de interfaz, que puede ser, por ejemplo, una placa de circuito impreso (PCB). Los datos recopilados por la pluralidad de dispositivos pueden, por lo tanto, recopilarse y transmitirse utilizando la interfaz única.Preferably, in the module according to the invention, the input / output elements of the plurality of devices are connected to a single interface. A particularly advantageous way to build a module is by connecting the signal input / output elements of the plurality of devices to a single interface element, which may be, for example, a printed circuit board (PCB). The data collected by the plurality of devices can, therefore, be collected and transmitted using the unique interface.

Opcionalmente, en el módulo de acuerdo con la invención, por lo menos parte de los detectores de estado sólido de los dispositivos están dispuestos de manera escalonada entre sí. Disponiendo los detectores de estado sólido de manera escalonada se obtiene una estructura más rígida, ya que los detectores de un dispositivo proporcionan apoyo a los otros dispositivos.Optionally, in the module according to the invention, at least part of the solid-state detectors of the devices are arranged in a staggered manner with each other. By arranging the solid state detectors in a stepped manner, a more rigid structure is obtained, since the detectors of one device provide support to the other devices.

Opcionalmente, el módulo comprende unos dispositivos en los que el detector de estado sólido pixelado, el elemento de lectura y el elemento de señal de entrada/salida quedan alojados en una cara superior de la capa base y en el que la cara inferior de la capa de base comprende medios para proporcionar un alto voltaje para polarizar los detectores de estado sólido pixelados en un dispositivo adyacente. En la técnica, se conocen varias formas de proporcionar alto voltaje para polarizar un detector de estado sólido, por ejemplo, a través de cableado adecuado. Aprovechando el hecho de que un módulo está formado a partir de una pluralidad de dispositivos básicos, un dispositivo puede proporcionar los medios para polarizar el detector de estado sólido pixelado de un dispositivo adyacente disponiéndolos en el lado inferior del dispositivo. Sólo un dispositivo en el "borde" de un módulo (probablemente el primero) puede necesitar otros medios, por ejemplo, una capa de kapton adicional.Optionally, the module comprises devices in which the pixelated solid state detector, the reading element and the input / output signal element are housed in an upper face of the base layer and in the that the lower face of the base layer comprises means for providing a high voltage for biasing the pixelated solid state detectors in an adjacent device. In the art, various ways of providing high voltage to polarize a solid state detector are known, for example, through suitable wiring. Taking advantage of the fact that a module is formed from a plurality of basic devices, a device can provide the means for biasing the pixelated solid state detector of an adjacent device by arranging them on the underside of the device. Only one device on the "edge" of a module (probably the first) may need other means, for example, an additional kapton layer.

Opcionalmente, el módulo comprende unos dispositivos en los que los detectores de estado sólido están montados sobre los elementos de lectura. Cada almohadilla de píxeles de un detector de estado sólido puede estar conectada a un canal de píxeles de entrada en el elemento de lectura (no se necesita cableado). En otras realizaciones, los elementos de lectura y el detector de estado sólido pueden estar dispuestos uno al lado del otro (en lugar de uno encima del otro).Optionally, the module comprises devices in which the solid state detectors are mounted on the reading elements. Each pixel pad of a solid-state detector may be connected to a channel of input pixels in the reading element (no wiring is needed). In other embodiments, the reading elements and the solid state detector may be arranged side by side (instead of one on top of the other).

En algunas realizaciones, los dispositivos comprenden, además, una capa intermedia montada entre los detectores de estado sólido y los elementos de lectura para adaptarse a cualquier desplazamiento entre las almohadillas de píxeles de los detectores de estado sólido y los canales de píxeles en los elementos de lectura. En realizaciones en las que el tamaño del detector de estado sólido varía a lo largo de una dirección determinada (por ejemplo, en los dispositivos en los que la capa de base presenta una forma trapezoidal isósceles, que están especialmente adaptadas para ser utilizadas para formar un anillo circular, la forma del detector de estado sólido varía en una dirección radial), el tamaño del píxel varía también a lo largo de esta dirección. Por esta razón, una capa intermedia puede servir de interfaz para ajustar cualquier desplazamiento entre las almohadillas en el detector y canales de entrada en el elemento de lectura. La capa intermedia puede ser una capa de kapton.In some embodiments, the devices further comprise an intermediate layer mounted between the solid state detectors and the reading elements to accommodate any displacement between the pixel pads of the solid state detectors and the pixel channels in the elements of the solid state detectors. reading. In embodiments where the size of the solid state detector varies along a given direction (eg, in devices where the base layer has an isosceles trapezoidal shape, which are specially adapted to be used to form a circular ring, the shape of the solid state detector varies in a radial direction), the pixel size also varies along this direction. For this reason, an intermediate layer can serve as an interface for adjusting any displacement between the pads in the detector and input channels in the reading element. The intermediate layer can be a kapton layer.

En otro aspecto, la invención presenta un sistema para detectar fotones de alta energía de acuerdo con la reivindicación 10, es decir, que comprende una pluralidad de módulos, en los que la pluralidad de interfaces de módulos está conectada a través de conectores adecuados a un bus de interfaz único. El bus de interfaz único puede recopilar los datos de todos los eventos que se producen en los detectores de estado sólido a través de los datos recopilados por los elementos de lectura. También puede proporcionar los voltajes operativos necesarios. Opcionalmente, un sistema comprende únicamente módulos formados de dispositivos que presentan una capa de base de forma trapezoidal (y otros elementos con la forma apropiada). De esta manera, puede construirse un detector en forma de anillo para un escáner de PET.In another aspect, the invention features a system for detecting high energy photons according to claim 10, that is, comprising a plurality of modules, wherein the plurality of module interfaces are connected through suitable connectors to a single interface bus. The single interface bus can collect the data of all the events that occur in the solid state detectors through the data collected by the read elements. It can also provide the necessary operating voltages. Optionally, a system comprises only modules formed of devices having a trapezoidal-shaped base layer (and other elements with the appropriate shape). In this way, a ring-shaped detector can be constructed for a PET scanner.

Opcionalmente, un sistema comprende únicamente módulos formados de dispositivos que presentan una capa de base de forma rectangular (y otros elementos de trabajo con la forma apropiada). De esta manera, puede construirse una cámara gamma o una cámara Compton con un detector con la forma de un prisma rectangular.Optionally, a system comprises only modules formed of devices having a base layer of rectangular shape (and other work elements with the appropriate shape). In this way, a gamma camera or a Compton camera can be constructed with a detector in the shape of a rectangular prism.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

A continuación, se describirán realizaciones de la presente invención, sólo a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:Next, embodiments of the present invention will be described, by way of non-limiting example only, with reference to the accompanying drawings, in which:

La figura 1a es una representación esquemática de un ejemplo preferido del dispositivo para detectar fotones de alta energía que puede utilizarse en un módulo de acuerdo con la invención;Figure 1a is a schematic representation of a preferred example of the device for detecting high energy photons that can be used in a module according to the invention;

La figura 1b es una representación esquemática de otro ejemplo preferido del dispositivo para detectar fotones de alta energía que puede utilizarse en un módulo de acuerdo con la invención;Figure 1b is a schematic representation of another preferred example of the device for detecting high energy photons that can be used in a module according to the invention;

Las figuras 2 a 5 son representaciones esquemáticas de la construcción paso a paso del dispositivo de la figura 1a;Figures 2 to 5 are schematic representations of the step-by-step construction of the device of Figure 1a;

La figura 6a es una representación esquemática del módulo para detectar fotones de alta energía de acuerdo con la invención;Figure 6a is a schematic representation of the module for detecting high energy photons according to the invention;

La figura 6b es una representación esquemática del módulo para detectar fotones de alta energía de la figura 6a con una configuración escalonada;Figure 6b is a schematic representation of the module for detecting high energy photons of Figure 6a with a stepped configuration;

La figura 7 es una representación esquemática del módulo de la figura 6 montado en un soporte para obtener un sistema para detectar fotones de alta energía de acuerdo con la invención;Figure 7 is a schematic representation of the module of Figure 6 mounted on a support to obtain a system for detecting high energy photons according to the invention;

La figura 8 es una representación esquemática del sistema para detectar fotones de alta energía de acuerdo con la invención, que comprende una pluralidad de módulos de la figura 6a;Figure 8 is a schematic representation of the system for detecting high energy photons according to the invention, comprising a plurality of modules of Figure 6a;

Las figuras 9a y 9b son vistas superiores de todavía otro ejemplo del dispositivo que puede utilizarse en un módulo de acuerdo con la presente invención, presentando el dispositivo forma de trapecio isósceles;Figures 9a and 9b are top views of still another example of the device that can be used in a module according to the present invention, the device having an isosceles trapezium shape;

La figura 10 es una representación esquemática de una vista parcial de un detector de rayos gamma que presenta forma de anillo, que comprende una pluralidad de sistemas de la figura 8;Figure 10 is a schematic representation of a partial view of a gamma ray detector having a ring shape, comprising a plurality of systems of Figure 8;

La figura 11 es una representación esquemática de la vista completa del detector de rayos gamma de la figura 10; Figure 11 is a schematic representation of the full view of the gamma ray detector of Figure 10;

La figura 12 es una representación esquemática de un detector de rayos gamma que presenta forma de paralelepípedo, que comprende una pluralidad de sistemas de la figura 8; yFigure 12 is a schematic representation of a gamma ray detector having a parallelepiped shape, comprising a plurality of systems of Figure 8; Y

La figura 13 es una representación esquemática de una cámara Compton, que comprende el detector de figura 12.Figure 13 is a schematic representation of a Compton camera, comprising the detector of figure 12.

La figura 14 muestra una representación esquemática de un escáner de PET convencional.Figure 14 shows a schematic representation of a conventional PET scanner.

DESCRIPCION DE REALIZACIONESDESCRIPTION OF REALIZATIONS

A continuación, se describirá un ejemplo preferido de un dispositivo para detectar fotones de alta energía que puede utilizarse en un módulo de acuerdo con la invención. A continuación, se describirán realizaciones preferidas de un módulo (que comprende una pluralidad de estos dispositivos), un sistema (que comprende una pluralidad de módulos), un escáner de PET, una cámara gamma y una cámara Compton de acuerdo con la invención.Next, a preferred example of a device for detecting high energy photons that can be used in a module according to the invention will be described. Next, preferred embodiments of a module (comprising a plurality of these devices), a system (comprising a plurality of modules), a PET scanner, a gamma camera and a Compton camera according to the invention will be described.

En la figura 1a, se muestra un ejemplo preferido de un dispositivo que puede utilizarse en un módulo de acuerdo con la presente invención. El dispositivo 10 para detectar fotones de alta energía comprende cuatro detectores modulares de estado sólido pixelados a temperatura ambiente 11 en un esquema de mosaico/apilado; cuatro ASICs (circuitos integrados para aplicaciones específicas), uno para cada detector de estado sólido 11, que actúan como elementos de lectura para los mismos; un conector de un elemento de entrada/salida 12 conectado a los ASICs para la entrada y salida de datos (es decir, principalmente para obtener los valores generados por los ASICs a partir de los parámetros capturados por el detector de estado sólido); y una capa de kapton 13 que actúa como capa de base, sobre la cual están montados el detector de estado sólido 11, los ASICs y el elemento de entrada/salida 12. Además, se disponen unos conectores 20 (no visibles en la figura 1a) para conectar cada ASIC 30 individual al elemento de entrada/salida 12. Más específicamente, el plano frontal de la capa de kapton 13 se utiliza para montar los ASICs 30, los conectores 20, los detectores de estado sólido 11, y el elemento de entrada/salida 12; en el plano posterior, la capa de kapton 13 comprende unas conexiones a una fuente de alimentación que puede proporcionar alta tensión para polarizar detectores de estado sólido 11 de un segundo dispositivo adyacente dispuesto junto al lado del dispositivo mostrado. (Esta disposición se mostrará más adelante, por ejemplo, en la figura 6a.)In Figure 1a, a preferred example of a device that can be used in a module according to the present invention is shown. The device 10 for detecting high energy photons comprises four solid-state modular detectors pixelated at room temperature 11 in a mosaic / stacking scheme; four ASICs (integrated circuits for specific applications), one for each solid state detector 11, which act as reading elements for them; a connector of an input / output element 12 connected to the ASICs for the input and output of data (that is, mainly to obtain the values generated by the ASICs from the parameters captured by the solid state detector); and a layer of kapton 13 acting as the base layer, on which the solid state detector 11, the ASICs and the input / output element 12 are mounted. In addition, connectors 20 are provided (not visible in figure 1a) ) to connect each individual ASIC 30 to the input / output element 12. More specifically, the front plane of the kapton layer 13 is used to mount the ASICs 30, the connectors 20, the solid state detectors 11, and the entry / exit 12; in the backplane, the kapton layer 13 comprises connections to a power supply that can provide high voltage for biasing solid state detectors 11 of a second adjacent device disposed next to the side of the device shown. (This arrangement will be shown later, for example, in Figure 6a.)

En un dispositivo, también puede disponerse un número diferente de detectores de estado sólido.In a device, a different number of solid state detectors may also be arranged.

En este ejemplo, se utilizó un detector de estado sólido a temperatura ambiente. Los detectores de estado sólido a temperatura ambiente pueden ser, por ejemplo, de Si, Ge, GaAs, CdTe, CdZnTe o Hgl2. Preferiblemente, se utiliza un semiconductor de estado sólido con un Z elevado (número elevado de protones en el núcleo) y una buena movilidad entre orificio y electrón. Sin embargo, puede utilizarse cualquier detector de estado sólido pixelado.In this example, a solid state detector was used at room temperature. The solid state detectors at room temperature can be, for example, Si, Ge, GaAs, CdTe, CdZnTe or Hgl2. Preferably, a solid state semiconductor with a high Z (high number of protons in the core) and a good mobility between hole and electron is used. However, any pixelated solid state detector can be used.

En un ejemplo actualmente preferido, los detectores de estado sólido pixelados 11 son detectores de CdTe de un tamaño aproximado de 2 cm x 1 cm x 0,2 cm; el tamaño del píxel es aproximadamente de 1 mm x 1 mm. El tamaño de los detectores también puede seleccionarse de manera diferente. Utilizando el dispositivo con un grosor de 0,2 cm, es posible construir un detector de estado sólido grueso combinando una pluralidad de estos dispositivos. Sin embargo, este detector no experimentará problemas tales como la recolección de tiempo en detectores de estado sólido convencionales gruesos.In a currently preferred example, the pixelated solid state detectors 11 are CdTe detectors approximately 2 cm x 1 cm x 0.2 cm in size; The pixel size is approximately 1mm x 1mm. The size of the detectors can also be selected differently. By using the device with a thickness of 0.2 cm, it is possible to build a thick solid state detector by combining a plurality of these devices. However, this detector will not experience problems such as collecting time on thick conventional solid-state detectors.

Además, cada detector de estado sólido 11 va montado en el ASIC correspondiente, de modo que cada almohadilla de píxeles se conecta independientemente a su propio canal.In addition, each solid-state detector 11 is mounted on the corresponding ASIC, so that each pixel pad is independently connected to its own channel.

En la figura 1b, se muestra esquemáticamente un ejemplo alternativo del dispositivo que puede utilizarse en un módulo de acuerdo con la invención. En este caso, se forma un único dispositivo 10 disponiendo dos filas de detectores de estado sólido 11 en un único dispositivo. Los detectores de estado sólido van montados en una capa de base 13. Para cada fila de detectores de estado sólido, se dispone un elemento de entrada/salida 12. Una ventaja de este diseño del dispositivo es que puede hacerse ligeramente más delgado que si se combinan dos dispositivos 10 de acuerdo con la figura 1a.In Fig. 1b, an alternative example of the device that can be used in a module according to the invention is shown schematically. In this case, a single device 10 is formed by arranging two rows of solid state detectors 11 in a single device. The solid-state detectors are mounted on a base layer 13. For each row of solid-state detectors, an input / output element 12 is provided. An advantage of this device design is that it can be made slightly thinner than if it were they combine two devices 10 according to figure 1a.

A continuación, se describirá una construcción paso a paso (ilustrada en las figuras 2-5) del dispositivo 10, que se muestra en la figura 1a.Next, a step-by-step construction (illustrated in Figures 2-5) of the device 10, which is shown in Figure 1a, will be described.

La figura 2 muestra la capa de kapton 13 que, en la parte superior, dispone el elemento de entrada/salida 12 y los conectores 20 para conectar el elemento de entrada/salida 12 a cada ASIC individual.Figure 2 shows the kapton layer 13 which, at the top, disposes the input / output element 12 and the connectors 20 for connecting the input / output element 12 to each individual ASIC.

La figura 3 muestra la misma capa de kapton 13 con un ASIC 30 montado en la misma. Los ASICs se han hecho más delgados hasta un grosor de 50 pm y los conectores de entrada/salida de los ASICs están realizados con vías metalizadas, de modo que es posible conectar el ASIC a la capa de kapton mediante "bump-bond" o un adhesivo conductor. Además, pueden utilizarse otras formas de conexión, por ejemplo, películas conductoras anisotrópicas, tales como las disponibles en el mercado de 3M®. También es posible utilizar unión por cable. La capa 13 mostrada está diseñada para contener cuatro ASICs, pero obviamente el número de ASICs que se conectan puede ser diferente según los requisitos del dispositivo 10.Figure 3 shows the same kapton layer 13 with an ASIC 30 mounted thereon. The ASICs have been made thinner to a thickness of 50 pm and the input / output connectors of the ASICs are made with metalized tracks, so that it is possible to connect the ASIC to the kapton layer by means of "bump-bond" or a conductive adhesive In addition, other forms of connection may be used, for example, anisotropic conductive films, such as those commercially available from 3M®. It is also possible to use a cable connection. Layer 13 shown It is designed to contain four ASICs, but obviously the number of ASICs that connect can be different according to the requirements of the device 10.

La figura 4 muestra la misma capa 13 con los cuatro ASICs 30 montados en la misma. En este ejemplo preferido, después de montar los cuatro ASICs 30, se dispone una capa intermedia (capa de kapton) sobre los ASICs. El objeto de dicha capa intermedia es conectar cada almohadilla de píxeles del correspondiente detector de estado sólido 11 a un canal de píxeles de entrada en el ASIC 30. Dado que el tamaño de los detectores de estado sólido 11 puede variar a lo largo de una dirección determinada, tal como se describirá a continuación para algunos ejemplos (por ejemplo, la figura 9a), la capa de kapton intermedia sirve de interfaz para ajustar cualquier desviación entre las almohadillas en el detector de estado sólido 11 y el canal de entrada del ASIC 30. La capa intermedia no se dispone necesariamente en todos los casos, especialmente si el tamaño de los detectores de estado sólido es constante. La figura 5 muestra los detectores de estado sólido 11 montados en la capa de kapton intermedia. En otros ejemplos, los detectores de estado sólido pueden montarse directamente en el elemento de lectura (por ejemplo, ASIC). El tamaño de píxel en este ejemplo preferido se selecciona para que sea de aproximadamente 1 mm x 1 mm. Con una almohadilla de píxeles de este tamaño, es posible conectar los detectores de estado sólido y la capa de kapton intermedia o los ASICs y la capa de kapton intermedia con un adhesivo conductor y evitar el uso de bolas de soldadura y, por lo, tanto calentar el detector de estado sólido.Figure 4 shows the same layer 13 with the four ASICs 30 mounted thereon. In this preferred example, after assembling the four ASICs 30, an intermediate layer (kapton layer) is arranged over the ASICs. The object of said intermediate layer is to connect each pixel pad of the corresponding solid state detector 11 to an input pixel channel in the ASIC 30. Since the size of the solid state detectors 11 can vary along one direction determined, as will be described below for some examples (eg, Figure 9a), the intermediate kapton layer serves as an interface for adjusting any deviation between the pads in the solid state detector 11 and the input channel of the ASIC 30 The intermediate layer is not necessarily available in all cases, especially if the size of the solid-state detectors is constant. Figure 5 shows the solid state detectors 11 mounted on the intermediate kapton layer. In other examples, the solid state detectors may be mounted directly on the reading element (e.g., ASIC). The pixel size in this preferred example is selected to be approximately 1 mm x 1 mm. With a pixel pad of this size, it is possible to connect the solid state detectors and the intermediate kapton layer or the ASICs and the intermediate kapton layer with a conductive adhesive and avoid the use of solder balls and, therefore, both Heat the solid state detector.

El dispositivo 10 obtenido, en el ejemplo preferido mostrado, presenta un detector de estado sólido con una longitud de 4 cm, una anchura de 2 cm y un grosor de 0,2 cm. El grosor efectivo del dispositivo es de aproximadamente 2,2 mm (que incluye el detector, la(s) capa(s) de kapton y el ASIC de grosor reducido).The device 10 obtained, in the preferred example shown, has a solid state detector with a length of 4 cm, a width of 2 cm and a thickness of 0.2 cm. The effective thickness of the device is approximately 2.2 mm (including the detector, the kapton layer (s) and the reduced thickness ASIC).

El dispositivo 10 obtenido de esta manera, y mostrado en la figura 1a, comprende un cuerpo que tiene dos caras grandes paralelas (el plano frontal y el plano posterior) y unos bordes laterales sustancialmente delgados. El funcionamiento del dispositivo 10 es el siguiente.The device 10 obtained in this manner, and shown in Figure 1a, comprises a body having two large parallel faces (the front plane and the back plane) and substantially thin lateral edges. The operation of device 10 is as follows.

Un rayo gamma (fotón de alta energía) incide en el detector pixelado (11), que está montado en el dispositivo (10), en su lado delgado (tal como se indica esquemáticamente en la figura 1a). En los dispositivos de la técnica anterior que utilizan detectores de estado sólido, éstos suelen estar orientados para capturar rayos gamma que inciden en la cara más grande del detector (es decir, en una dirección del campo eléctrico aplicado al detector de estado sólido). Sin embargo, el dispositivo que puede utilizarse en un módulo de acuerdo con la invención está orientado de manera que puede capturar rayos gamma que inciden en el lado delgado del detector (es decir, en una dirección perpendicular a la dirección del campo eléctrico aplicado al detector).A gamma ray (high energy photon) impinges on the pixelated detector (11), which is mounted on the device (10), on its thin side (as indicated schematically in Figure 1a). In prior art devices using solid-state detectors, these are usually oriented to capture gamma rays that strike the larger face of the detector (i.e., in one direction of the electric field applied to the solid-state detector). However, the device that can be used in a module according to the invention is oriented so that it can capture gamma rays incident on the thin side of the detector (i.e. in a direction perpendicular to the direction of the electric field applied to the detector). ).

En el dispositivo que puede utilizarse en un módulo de acuerdo con la invención, los rayos gamma también pueden incidir en otro lado, pero, tal como se mostrará más adelante, la principal de incidencia dirección será substancialmente en el lado delgado. La probabilidad de que el fotón sea capturado en el detector (11) aumenta con la distancia recorrida por la partícula dentro del material del detector. En el punto de incidencia del fotón capturado, éste experimentará diferentes procesos, y el dominante es el efecto fotoeléctrico. Después de depositar toda la energía en el detector (11), se libera la cantidad equivalente de electrones-orificios (e-h) como respuesta. Se aplica un alto voltaje (HV) al detector para permitir que la e-h derive induciendo una señal en el electrodo de píxel, que después amplifica y procesa el ASIC. El ASIC (30) indicará la posición del punto de incidencia y, por lo tanto, la coordenada del píxel donde se produjo la incidencia. Además, el pulso de la señal proporcionará información acerca de la energía del fotón. Además, puede determinarse el momento de la incidencia respecto a un reloj global a partir del tiempo creciente de la señal producida.In the device that can be used in a module according to the invention, the gamma rays can also impinge on another side, but, as will be shown below, the main incidence direction will be substantially on the thin side. The probability that the photon is captured in the detector (11) increases with the distance traveled by the particle within the detector material. At the point of incidence of the captured photon, it will experience different processes, and the dominant one is the photoelectric effect. After depositing all the energy in the detector (11), the equivalent amount of electron-holes (e-h) is released in response. A high voltage (HV) is applied to the detector to allow the e-h to derive by inducing a signal at the pixel electrode, which then amplifies and processes the ASIC. The ASIC (30) will indicate the position of the point of incidence and, therefore, the coordinate of the pixel where the incident occurred. In addition, the pulse of the signal will provide information about the energy of the photon. In addition, the moment of incidence can be determined with respect to a global clock from the increasing time of the signal produced.

A continuación, se describirá un módulo para detectar fotones de alta energía.Next, a module for detecting high energy photons will be described.

Tal como puede apreciarse en la figura 6a, el módulo 60 comprende una pluralidad de dispositivos 10 para detectar fotones de alta energía (descritos anteriormente) que están conectados a través de sus elementos de entrada/salida 12 a una interfaz, que, en este caso, es una placa de circuito impreso 61 (PCB). Los dispositivos están dispuestos en una fila con sus caras grandes adyacentes entre sí. No importa si todos están dispuestos con los lados frontales de las capas de base dirigidos hacia la misma dirección, o no. Obviamente, debido a la modularidad de los dispositivos 10, el módulo 60 puede ser de cualquier tamaño que prefieran los diseñadores. En el caso de la figura 6a, el módulo comprende treinta dispositivos. Utilizando el tamaño de los dispositivos que se utilizó anteriormente, el módulo obtiene un grosor de aproximadamente 6,6 cm.As can be seen in Figure 6a, the module 60 comprises a plurality of devices 10 for detecting high energy photons (described above) which are connected through their input / output elements 12 to an interface, which in this case , is a printed circuit board 61 (PCB). The devices are arranged in a row with their large faces adjacent to each other. It does not matter if they are all arranged with the front sides of the base layers facing the same direction, or not. Obviously, due to the modularity of the devices 10, the module 60 can be of any size that the designers prefer. In the case of figure 6a, the module comprises thirty devices. Using the size of the devices that were previously used, the module obtains a thickness of approximately 6.6 cm.

La PCB 61 comprende unos conectores 62, por ejemplo, de perfil bajo, para acceder a los ASICs 30, es decir, los conectores 62 de la PCB están conectados a los conectores de señal de entrada/salida 12, que tienen acceso (a través de los conectores 20) a los ASICs. De esta manera, los datos procesados en los ASICs 30 pueden obtenerse en los conectores 62 y leerse desde los mismos. Opcionalmente, dicho módulo comprende unos dispositivos, en los cuales quedan alojados el detector de estado sólido pixelado, el elemento de lectura y el elemento de señal de entrada/salida, en un lado superior de la capa de kapton y en el que el lado inferior de la capa de kapton comprende medios para proporcionar un alto voltaje para polarizar los detectores de estado sólido pixelados en un dispositivo adyacente.The PCB 61 comprises connectors 62, for example, low profile, to access the ASICs 30, that is, the connectors 62 of the PCB are connected to the input / output signal connectors 12, which have access (through from the connectors 20) to the ASICs. In this way, the data processed in the ASICs 30 can be obtained in the connectors 62 and read from them. Optionally, said module comprises devices, in which are housed the pixelated solid-state detector, the reading element and the signal element of input / output, on an upper side of the kapton layer and wherein the lower side of the kapton layer comprises means for providing a high voltage for biasing the pixelized solid state detectors in an adjacent device.

Cada detector de estado sólido pixelado puede proporcionar esencialmente información bidimensional sobre dónde se produjo la incidencia con un rayo gamma, tal como se ha descrito anteriormente. En el módulo, se dispone una pluralidad de dispositivos de manera que se obtiene un detector de estado sólido tridimensional. Cada dispositivo es un detector bidimensional, pero al disponer varios dispositivos uno encima del otro, se obtiene un detector tridimensional. Las dimensiones del módulo 60, utilizando las dimensiones mencionadas anteriormente respecto a la figura 5, son aproximadamente 5 cm x 2 cm x 6,6 cm y contiene 48000 vóxels. Cada vóxel presenta unas dimensiones de 1 mm x 1 mm x 2 mm y está conectado a su propio canal de píxeles independiente en el ASIC 30. Esto equivale a tener aproximadamente 725 canales/cm3.Each pixelated solid state detector can essentially provide two-dimensional information about where the incidence occurred with a gamma ray, as described above. In the module, a plurality of devices are arranged so that a three-dimensional solid-state detector is obtained. Each device is a two-dimensional detector, but by placing several devices on top of each other, a three-dimensional detector is obtained. The dimensions of the module 60, using the dimensions mentioned above with respect to Figure 5, are approximately 5 cm x 2 cm x 6.6 cm and contain 48,000 voxels. Each voxel has dimensions of 1 mm x 1 mm x 2 mm and is connected to its own independent pixel channel in ASIC 30. This is equivalent to having approximately 725 channels / cm3.

El principio de funcionamiento del módulo sigue siendo el mismo. Un rayo gamma incide en un detector pixelado. En el punto de incidencia del fotón capturado, se crean unos electrones-orificios (e-h). Debido a la alta tensión aplicada, la deriva e-h induce una señal en el electrodo de píxel, que luego amplifica y procesa el ASIC. El ASIC indicará la posición del punto de incidencia y, por lo tanto, la coordenada del píxel donde se produjo la incidencia. Además, la interfaz o PCB (61) tiene datos de en qué ASIC se registró el evento. Por lo tanto, la PCB tiene datos sobre la coordenada del vóxel donde se produjo la incidencia.The operating principle of the module remains the same. A gamma ray hits a pixelated detector. At the point of incidence of the captured photon, electrons-holes (e-h) are created. Due to the high applied voltage, the e-h drift induces a signal at the pixel electrode, which then amplifies and processes the ASIC. The ASIC will indicate the position of the point of incidence and, therefore, the coordinate of the pixel where the incident occurred. In addition, the interface or PCB (61) has data on which ASIC the event was registered. Therefore, the PCB has data on the voxel coordinate where the incident occurred.

En algunas realizaciones, tal como se muestra en la figura 6b, para obtener un módulo más resistente, los detectores 11 de los dispositivos 10 comprendidos en el módulo de acuerdo con la invención tienen diferentes tamaños y se disponen en una configuración escalonada. De esta manera, los huecos entre los detectores pixelados 11 de un dispositivo se compensan con los detectores pixelados de los dispositivos adyacentes. En resumen, esta configuración proporciona más resistencia mecánica para que el módulo 60 se sostenga solo. Obviamente, esto no tiene más consecuencias para la funcionalidad del módulo.In some embodiments, as shown in Figure 6b, to obtain a more robust module, the detectors 11 of the devices 10 comprised in the module according to the invention have different sizes and are arranged in a stepped configuration. In this way, the gaps between the pixelated detectors 11 of a device are compensated with the pixelated detectors of the adjacent devices. In summary, this configuration provides more mechanical strength for the module 60 to stand alone. Obviously, this has no further consequences for the functionality of the module.

Cabe señalar que el dispositivo que se muestra en la figura 1b es especialmente adecuado para utilizarse en dicha configuración escalonada. A un único dispositivo se le puede proporcionar una configuración escalonada entre los detectores de estado sólido en un lado del dispositivo y los detectores de estado sólido en el otro lado.It should be noted that the device shown in Figure 1b is especially suitable for use in such stepped configuration. A stepped configuration can be provided to a single device between the solid state detectors on one side of the device and the solid state detectors on the other side.

A continuación, se describirá un sistema para detectar fotones de alta energía.Next, a system for detecting high energy photons will be described.

La figura 7 ilustra un bus de interfaz 70 al cual está conectado un módulo 60. El bus de interfaz en esta realización es una PCB. La PCB 70 comprende una pluralidad de conectores 71, y los conectores 62 de la interfaz 61 están conectados a los conectores 71 de la PCB 70. De esta manera, se obtiene un sistema para detectar fotones de alta energía. Dicho sistema puede comprender uno o más módulos dependiendo de los requisitos (es decir, dependiendo del tamaño a escanear). El bus de interfaz 70 puede suministrar los altos voltajes para los detectores de estado sólido, y proporcionar energía a los ASICs, así como leer desde éstos y escribir sobre los mismos.Figure 7 illustrates an interface bus 70 to which a module 60 is connected. The interface bus in this embodiment is a PCB. The PCB 70 comprises a plurality of connectors 71, and the connectors 62 of the interface 61 are connected to the connectors 71 of the PCB 70. In this way, a system for detecting high energy photons is obtained. Said system may comprise one or more modules depending on the requirements (ie, depending on the size to be scanned). The interface bus 70 can supply the high voltages for the solid state detectors, and provide power to the ASICs, as well as read from them and write on them.

La figura 8 muestra el sistema 80 que comprende una pluralidad de módulos 60. Dichos módulos 60 están dispuestos en una fila, de manera que una cara grande de un dispositivo final de un módulo es adyacente a una cara grande de un dispositivo final del módulo siguiente (los módulos están alineados en la misma dirección del campo eléctrico aplicado dentro de los detectores de estado sólido pixelados).Figure 8 shows the system 80 comprising a plurality of modules 60. Said modules 60 are arranged in a row, so that a large face of an end device of a module is adjacent to a large face of an end device of the next module. (the modules are aligned in the same direction of the applied electric field within the pixelated solid state detectors).

Quedará claro para el experto que también pueden utilizarse muchas otras disposiciones de módulos posibles para formar un sistema.It will be clear to the expert that many other possible module arrangements can also be used to form a system.

A partir del sistema para detectar fotones de alta energía 80 descrito es posible obtener diferentes aparatos médicos de diagnóstico por imagen.From the system for detecting high energy photons 80 described it is possible to obtain different medical diagnostic imaging devices.

La figura 9a ilustra un ejemplo diferente de un dispositivo que puede utilizarse en un módulo de acuerdo con la invención. El dispositivo 10 comprende un cuerpo que tiene dos caras grandes paralelas y unos bordes laterales sustancialmente delgados, presentando las caras grandes forma de trapecio isósceles. Esta forma se ha obtenido dando a la capa base del dispositivo la forma de un trapecio isósceles (y adaptando los otros elementos del dispositivo de manera apropiada). Los detectores de estado sólido 11 utilizados en este ejemplo presentan forma de trapecio isósceles. Los ASICs 30, sin embargo, son rectangulares. En estos ejemplos puede ser necesaria una capa de kapton intermedia que se ha mencionado anteriormente para adaptarse a cualquier desplazamiento entre los píxeles en el detector 11 y los canales de píxeles correspondientes en el ASIC 30. Los ASICs 30 están indicados parcialmente en línea discontinua, ya que se encuentran dispuestos por debajo de los detectores y, por lo tanto, no son del todo visibles. Figure 9a illustrates a different example of a device that can be used in a module according to the invention. The device 10 comprises a body having two large parallel faces and substantially thin lateral edges, the large faces having an isosceles trapezoidal shape. This form has been obtained by giving the base layer of the device the shape of an isosceles trapezoid (and adapting the other elements of the device appropriately). The solid-state detectors 11 used in this example are in the form of an isosceles trapezoid. The ASICs 30, however, are rectangular. In these examples an intermediate kapton layer that has been mentioned above may be necessary to accommodate any displacement between the pixels in the detector 11 and the corresponding pixel channels in the ASIC 30. The ASICs 30 are indicated partially in dotted line, since that are arranged below the detectors and, therefore, are not entirely visible.

La forma elegida del dispositivo permite la construcción de un detector especialmente adecuado para un escáner de PET, ya que pueden instalarse en un anillo sin espacios significativos entre los módulos. En los escáneres de PET, dos fotones deben registrarse en la misma ventana de tiempo (coincidencia) para poder formar la Línea de Respuesta (LOR). En los dispositivos de la técnica anterior, entre los detectores (o módulos) hay presentes huecos en forma de cuña (véase, por ejemplo, en la figura 14). Dado que estos huecos están presentes en cualquier extremo de la LOR, esto da lugar a una reducción de la eficiencia de detección del escáner de PET, que es cuadrática. Esto significa que, si la eficiencia de detección de un solo fotón de 511keV es de un 25%, entonces la probabilidad de detectar dos fotones consecutivos es de (0,25)2= 0,0625, aproximadamente un 6%. Con la forma trapezoidal isósceles de los detectores, los módulos del escáner de PET pueden colocarse en un anillo sustancialmente uniforme sin espacios en forma de cuña entre los módulos adyacentes y, por lo tanto, mantener una buena eficiencia de detección.The chosen form of the device allows the construction of a detector especially suitable for a PET scanner, since they can be installed in a ring without significant spaces between the modules. In PET scanners, two photons must be registered in the same time window (coincidence) in order to form the Response Line (LOR). In the devices of the prior art, wedge-shaped recesses are present between the detectors (or modules) (see, for example, in Figure 14). Since these gaps are present at either end of the LOR, this results in a reduction in the detection efficiency of the PET scanner, which is quadratic. This means that, if the detection efficiency of a single photon of 511keV is 25%, then the probability of detecting two consecutive photons is (0.25) 2 = 0.0625, approximately 6%. With the trapezoidal isosceles shape of the detectors, the PET scanner modules can be placed in a substantially uniform ring without wedge-shaped spaces between the adjacent modules and, therefore, maintain good detection efficiency.

La figura 9b muestra el mismo dispositivo que la figura 9a. En un ejemplo preferido, 120 dispositivos trapezoidales que pueden utilizarse en un módulo de acuerdo con la invención forman juntos un anillo que forma parte de un escáner de PET. La flecha discontinua indica una dirección radial del escáner de PET. Tal como puede apreciarse claramente, el tamaño del detector de estado sólido pixelado varía a lo largo de esta dirección radial. En este ejemplo, para compensar cualquier desplazamiento entre las almohadillas de píxeles de los detectores y los canales de píxeles de los elementos de lectura, se dispone una capa de kapton intermedia.Figure 9b shows the same device as Figure 9a. In a preferred example, 120 trapezoidal devices that can be used in a module according to the invention together form a ring that is part of a PET scanner. The dashed arrow indicates a radial direction of the PET scanner. As can be clearly seen, the size of the pixelated solid state detector varies along this radial direction. In this example, to offset any displacement between the pixel pads of the detectors and the pixel channels of the reading elements, an intermediate kapton layer is arranged.

En este ejemplo, la altura del detector de estado sólido H es igual a 1 cm. La longitud de la base corta (SB) del primer detector es de 19,95 mm y la longitud de la base larga (LB) del primer detector es de 20,47 mm. Estas mediciones se basan en un escáner de PET con un radio de 40 cm, 120 dispositivos a lo largo de su circunferencia y un espacio libre de 100 pm entre dispositivos adyacentes.In this example, the height of the solid state detector H is equal to 1 cm. The length of the short base (SB) of the first detector is 19.95 mm and the length of the long base (LB) of the first detector is 20.47 mm. These measurements are based on a PET scanner with a radius of 40 cm, 120 devices along its circumference and a free space of 100 μm between adjacent devices.

La figura 10 muestra una vista parcial de un detector 100 de un escáner de PET. Dicho detector 100 de un escáner de PET tiene forma de anillo y comprende una pluralidad de sistemas 80 para detectar fotones de alta energía tal como se ha descrito anteriormente. Por lo menos algunos dispositivos de los sistemas comprenden unas capas de base que tienen forma de trapecio isósceles, lo cual permite obtener la forma de un anillo.Figure 10 shows a partial view of a detector 100 of a PET scanner. Said detector 100 of a PET scanner is ring-shaped and comprises a plurality of systems 80 for detecting high energy photons as described above. At least some devices of the systems comprise base layers that are in the shape of an isosceles trapezoid, which makes it possible to obtain the shape of a ring.

Básicamente, los sistemas 80 se apilan para formar el anillo, es decir, la pluralidad de sistemas se dispone formando el anillo con los bordes laterales de los dispositivos 10 adyacentes entre sí.Basically, the systems 80 are stacked to form the ring, that is, the plurality of systems are arranged forming the ring with the lateral edges of the devices 10 adjacent to each other.

De esta manera, la forma de los sistemas define una geometría hermética.In this way, the shape of the systems defines a hermetic geometry.

La figura 11 muestra un anillo completo 100 (es decir, el detector de rayos gamma) para un escáner de PET. En este ejemplo, el detector 100 tiene un campo de visión (FoV) de 66 cm con un pórtico de tamaño estándar de 80 cm. Tiene 4 cm de detector de CdTe 11 en la dirección radial que puede detener con efectividad un 90% de los rayos gamma de 511 keV. Esto significa que la eficiencia de detección para eventos PET con dicho dispositivo es de un 81%.Figure 11 shows a complete ring 100 (ie, the gamma ray detector) for a PET scanner. In this example, the detector 100 has a field of view (FoV) of 66 cm with a standard size gantry of 80 cm. It has 4 cm of CdTe 11 detector in the radial direction that can effectively stop 90% of the 511 keV gamma rays. This means that the detection efficiency for PET events with this device is 81%.

En consecuencia, un escáner de PET comprende el anillo 100 de los sistemas 80 que rodean una plataforma sobre la cual se encuentra el paciente. Cada sistema (puede entenderse como un sector del anillo) comprende por lo menos un módulo 60, y cada módulo comprende una pluralidad de dispositivos 10.Accordingly, a PET scanner comprises the ring 100 of the systems 80 surrounding a platform on which the patient is located. Each system (can be understood as a sector of the ring) comprises at least one module 60, and each module comprises a plurality of devices 10.

El funcionamiento del escáner de PET que comprende los dispositivos 10 de la invención es el siguiente. El detector PET (100) está formado por muchos dispositivos (10). Después de que el nucleido madre se desintegre, se liberan positrones con energía de aproximadamente 1 MeV. Estos positrones viajan en un promedio de aproximadamente 1 mm antes de la aniquilación con los electrones en el cuerpo humano. Este proceso de aniquilación produce 2 fotones gamma que se mueven en sentido contrario, cada uno con una energía de 511 keV (la masa en reposo del par de electrones y positrones). Los dos rayos gamma son registrados por un detector de estado sólido y puede construirse la Línea de Respuesta (LOR). Debido al hecho de que el detector de acuerdo con la invención es tridimensional, puede evitarse el denominado efecto de paralaje. Puede situare un punto de vértice donde hay una acumulación adicional de radionúclido y, por lo tanto, emisores de positrones adicionales, ya que muchas lOr se cruzarán en el "mismo punto". Gracias al detector mejorado, puede mejorarse la reconstrucción de la LOR y también puede mejorarse la calidad de detección de una concentración de radionúclido (que puede indicar la presencia de células cancerosas).The operation of the PET scanner comprising the devices 10 of the invention is as follows. The PET detector (100) is formed by many devices (10). After the mother nuclide disintegrates, positrons are released with energy of approximately 1 MeV. These positrons travel an average of about 1 mm before annihilation with electrons in the human body. This process of annihilation produces 2 gamma photons that move in the opposite direction, each with an energy of 511 keV (the resting mass of the pair of electrons and positrons). The two gamma rays are recorded by a solid-state detector and the Response Line (LOR) can be constructed. Due to the fact that the detector according to the invention is three-dimensional, the so-called parallax effect can be avoided. You can place a vertex point where there is an additional accumulation of radionuclide and, therefore, additional positron emitters, since many lOr will cross at the "same point". Thanks to the improved detector, the reconstruction of the LOR can be improved and the detection quality of a radionuclide concentration (which can indicate the presence of cancer cells) can also be improved.

A partir de la explicación anterior y de las figuras 9 a 11, debe quedar claro que los rayos gamma incidirán principalmente en los detectores de estado sólido en el lado delgado de los detectores, es decir, en una dirección perpendicular al campo eléctrico aplicado al detector.From the above explanation and from Figures 9 to 11, it should be clear that gamma rays will mainly affect the solid state detectors on the thin side of the detectors, that is, in a direction perpendicular to the electric field applied to the detector .

En el caso en que las caras grandes de los dispositivos 10 presenten forma de paralelogramo (por ejemplo, un cuadrado o un rectángulo), es posible obtener un detector de rayos gamma para una cámara gamma. In the case where the large faces of the devices 10 have a parallelogram shape (for example, a square or a rectangle), it is possible to obtain a gamma ray detector for a gamma camera.

Por lo tanto, la figura 12 ilustra un detector de rayos gamma 120 para una cámara gamma. Dicho detector 120 comprende una pluralidad de sistemas 80 tal como se ha descrito anteriormente. La pluralidad de sistemas está dispuesta formando un prisma rectangular con los bordes laterales de los dispositivos adyacentes entre sí. En el caso de la figura 12, el detector de rayos gamma 120 comprende treinta sistemas y esto dará lugar a un detector con dimensiones cercanas a 66 cm x 66 cm. La dimensión del detector puede hacerse más grande sin problema. Esto es posible debido a la modularidad de los dispositivos 10, los módulos 60 y los sistemas 80.Therefore, Figure 12 illustrates a gamma ray detector 120 for a gamma camera. Said detector 120 comprises a plurality of systems 80 as described above. The plurality of systems is arranged to form a rectangular prism with the side edges of the devices adjacent to each other. In the case of Figure 12, the gamma ray detector 120 comprises thirty systems and this will result in a detector with dimensions close to 66 cm x 66 cm. The size of the detector can be made larger without problem. This is possible due to the modularity of the devices 10, the modules 60 and the systems 80.

El funcionamiento de la cámara gamma que comprende los dispositivos 10 de la invención es el siguiente.The operation of the gamma camera comprising the devices 10 of the invention is as follows.

Se espera que la cámara gamma detecte fotones dentro de un rango de energía de entre 140 keV (99Tcm) y 777 keV (82Rb) dependiendo del tipo de radionúclido utilizado. Puede colocarse un colimador adecuado delante del detector para seleccionar la dirección de los fotones que inciden sobre la cámara. Los fotones con energía interactúan con el dispositivo (10) y sólo se utiliza la información sobre la energía depositada y las coordenadas del vóxel. La información de tiempo en esta modalidad no es aplicable.It is expected that the gamma camera will detect photons within a range of energy between 140 keV (99Tcm) and 777 keV (82Rb) depending on the type of radionuclide used. A suitable collimator can be placed in front of the detector to select the direction of the photons that impinge on the camera. Photons with energy interact with the device (10) and only the information about the deposited energy and the voxel coordinates are used. The time information in this mode is not applicable.

En la representación SPECT, se utiliza una cámara gamma y un radionúclido que emite un positrón y sólo un fotón de 511 keV. La imagen de la SPECT normalmente se obtiene tomando múltiples imágenes en diferentes ángulos utilizando la cámara gamma.In the SPECT representation, a gamma camera and a radionuclide that emits a positron and only a 511 keV photon are used. The SPECT image is usually obtained by taking multiple images at different angles using the gamma camera.

La figura 13 muestra un ejemplo de una cámara Compton 130. La dispersión de Compton tiene lugar en un primer plano y el segundo plano es el detector de rayos gamma 120 tal como se ha descrito anteriormente, donde los rayos X se capturan después de dispersarse.Figure 13 shows an example of a Compton 130 camera. The Compton scattering takes place in a close up and the second plane is the gamma ray detector 120 as described above, where the X-rays are captured after dispersing.

Las ventajas de este diseño del detector para la cámara Compton son:The advantages of this detector design for the Compton camera are:

- el detector 120 para los rayos gamma puede hacerse tan grueso como sea necesario para mejorar su eficiencia de absorción para rayos gamma de alta energía;- the detector 120 for gamma rays can be made as thick as necessary to improve its absorption efficiency for high energy gamma rays;

- las dimensiones del detector de rayos gamma 120 pueden hacerse tan grandes como sea necesario;- the dimensions of the gamma ray detector 120 can be made as large as necessary;

- la respuesta del detector 120 es buena para un amplio rango de energía;- the response of detector 120 is good for a wide range of energy;

- el efecto de paralaje en el detector 120 puede evitarse ya que el detector tiene un volumen de vóxel pequeño. En el ejemplo ilustrado, es 1 mm x 1 mm x 2 mm. Podría ser mucho más pequeño si es necesario, ya que esto tiene que ver con el patrón del electrodo de píxel que prácticamente tiene una resolución espacial de 1 pm.- the parallax effect in the detector 120 can be avoided since the detector has a small voxel volume. In the illustrated example, it is 1 mm x 1 mm x 2 mm. It could be much smaller if necessary, since this has to do with the pixel electrode pattern that practically has a spatial resolution of 1 pm.

Otra aplicación ventajosa del módulo, el sistema y los detectores de acuerdo con la presente invención puede ser en la exploración por TC. En la exploración por t C, se coloca una fuente de rayos X en un lado del cuerpo de un paciente y se coloca un detector en el otro lado. La fuente de rayos X y el detector se mueven respecto a un paciente. Los fotones capturados por el detector dan una indicación de la atenuación de los rayos X por parte del tejido de las partes del cuerpo del paciente (órganos, huesos, etc.). Utilizando los diferentes niveles de atenuación de distintos tejidos, puede obtenerse una imagen de un paciente.Another advantageous application of the module, the system and the detectors according to the present invention may be in the CT scan. In the scan t C a X - ray source is placed in a side of the body of a patient and a detector is placed on the other side. The X-ray source and the detector move with respect to a patient. The photons captured by the detector give an indication of the attenuation of the X-rays by the tissue of the patient's body parts (organs, bones, etc.). By using the different levels of attenuation of different tissues, an image of a patient can be obtained.

El sensor utilizado en la exploración por TC típicamente tiene que detectar fotones dentro de un rango de energía de 80 keV - 140 keV. Una de las ventajas de utilizar un detector de estado sólido pixelado en el dispositivo que puede utilizarse en un módulo de acuerdo con la invención es que el tamaño de píxel puede variar dentro del mismo detector (lo cual es imposible con los detectores de la técnica anterior basados en cristales brillantes). En una realización preferida de la invención, un detector para exploración por TC está formado a partir de una pluralidad de módulos o sistemas en los que el tamaño de píxel varía dentro de un único detector. Preferiblemente, el tamaño de píxel en la "parte frontal" del dispositivo (donde el fotón entra en el detector), es reducido, por ejemplo, 100 pm x 100 pm. El tamaño de píxel aumenta gradualmente hacia la "parte posterior" del detector. Por ejemplo, la siguiente fila de píxeles puede ser de 100 pm x 200 pm, la siguiente fila de 100 pm x 300 pm.The sensor used in CT scanning typically has to detect photons within an energy range of 80 keV - 140 keV. One of the advantages of using a pixelated solid state detector in the device that can be used in a module according to the invention is that the pixel size can vary within the same detector (which is impossible with the prior art detectors). based on bright crystals). In a preferred embodiment of the invention, a detector for CT scanning is formed from a plurality of modules or systems in which the pixel size varies within a single detector. Preferably, the pixel size in the "front part" of the device (where the photon enters the detector) is reduced, for example, 100 μm x 100 μm. The pixel size gradually increases towards the "back" of the detector. For example, the next row of pixels can be 100 pm x 200 pm, the next row 100 pm x 300 pm.

Esta configuración tiene la ventaja de que, con un número reducido de canales de píxeles, los fotones con menor energía todavía pueden capturarse con mayor precisión y menor paralaje, mientras que los fotones con mayor energía probablemente se capturen hacia la parte posterior del dispositivo.This configuration has the advantage that, with a reduced number of pixel channels, photons with lower energy can still be captured with greater precision and less parallax, while photons with higher energy are likely to be captured towards the back of the device.

Dado que el rango de energía (80 keV - 140 keV) de los fotones en la exploración por TC es pequeño en comparación con, por ejemplo, la exploración PET (511 keV), la altura (H tal como se define en la figura 9b) del detector también puede ser menor (si se utiliza el mismo material del detector). Tal como se ha descrito anteriormente, todos los dispositivos que se utilizaron para construir el módulo para aplicarse en un escáner de PET estaban provistos cada uno de 4 detectores de estado sólido pixelados (en la configuración que se muestra en la figura 1a; 8 detectores de estado sólido con la configuración de la figura 1b). Cada detector de estado sólido tenía un tamaño de 1 cm x 2 cm x 0,2 cm. La altura total del detector en este caso era de 4 cm. En el caso de un escáner de TC, por ejemplo, sólo tendría que disponerse un detector de CdTe con un tamaño de 0,5 cm x 2 cm x 0,2 cm (utilizando la configuración que se muestra en la figura 1a) para capturar aproximadamente el 100% de los fotones emitidos por la fuente de rayos X del escáner de TC. Claramente, en la configuración mostrada en la figura 1b, se dispondrían dos detectores de este tamaño. Since the energy range (80 keV - 140 keV) of the photons in the CT scan is small compared to, for example, the PET scan (511 keV), the height (H as defined in Figure 9b) ) of the detector may also be smaller (if the same detector material is used). As described above, all the devices that were used to build the module to be applied in a PET scanner were each provided with 4 pixelized solid-state detectors (in the configuration shown in Figure 1a; solid state with the configuration of figure 1b). Each solid state detector had a size of 1 cm x 2 cm x 0.2 cm. The total height of the detector in this case was 4 cm. In the case of a CT scanner, for example, only one CdTe detector with a size of 0.5 cm x 2 cm x 0.2 cm would have to be arranged. (using the configuration shown in Figure 1a) to capture approximately 100% of the photons emitted by the X-ray source of the CT scanner. Clearly, in the configuration shown in Figure 1b, two detectors of this size would be available.

Claims (15)

REIVINDICACIONES 1. Módulo para detectar fotones de alta energía, que comprende1. Module for detecting high energy photons, comprising una pluralidad de dispositivos (10) para detectar fotones de alta energía,a plurality of devices (10) for detecting high energy photons, comprendiendo cada uno de dichos dispositivos uno o más detectores de estado sólido pixelados (11) para detectar fotones de alta energía; medios para proporcionar un alto voltaje para polarizar dichos detectores de estado sólido; por lo menos un elemento de lectura (30) conectado a dichos detectores de estado sólido pixelados (11); un elemento de entrada/salida (12) conectado a dicho por lo menos un elemento de lectura (30) para entrada y salida de datos; y una capa de base (13) para montar los detectores de estado sólido pixelados (11), dicho por lo menos un elemento de lectura (30) y el elemento de entrada/salida (12), en el que cada detector de estado sólido pixelado está montado en un elemento de lectura, yeach of said devices comprising one or more pixelated solid state detectors (11) for detecting high energy photons; means for providing a high voltage for biasing said solid-state detectors; at least one reading element (30) connected to said pixelated solid-state detectors (11); an input / output element (12) connected to said at least one reading element (30) for input and output of data; and a base layer (13) for mounting the pixelated solid state detectors (11), said at least one reading element (30) and the input / output element (12), wherein each solid state detector pixelated is mounted on a reading element, and el quethe one dichos dispositivos están dispuestos uno encima del otro y conectados entre sí para apoyarse entre sí y de tal manera que los detectores de estado sólido pixelados (11) combinados de los dispositivos (10) pueden proporcionar las coordenadas tridimensionales de puntos de incidencia de fotones de alta energía.said devices are arranged one above the other and connected to each other to support each other and in such a way that the combined pixelated solid state detectors (11) of the devices (10) can provide the three-dimensional coordinates of high-photon incident points. Energy. 2. Módulo (60) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las capas de base (13) de los dispositivos presentan una forma trapezoidal isósceles con exactamente un par de lados paralelos.Module (60) according to claim 1, characterized in that the base layers (13) of the devices have an isosceles trapezoidal shape with exactly one pair of parallel sides. 3. Módulo (60) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que por lo menos un detector de estado sólido pixelado (11) presenta una forma trapezoidal isósceles con exactamente un par de lados paralelos. Module (60) according to claim 2, characterized in that at least one pixelated solid state detector (11) has an isosceles trapezoidal shape with exactly one pair of parallel sides. 4. Módulo (60) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las capas de base (13) de los dispositivos presentan una forma rectangular.Module (60) according to claim 1, characterized in that the base layers (13) of the devices have a rectangular shape. 5. Módulo (60) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4, caracterizado por el hecho de que comprende unos dispositivos (10), en los que uno o más detectores de estado sólido pixelados (11), dicho por lo menos un elemento de lectura (30) y el elemento de señal de entrada/salida (12) están alojados en un lado superior de la capa de base (13) y en el que el lado inferior de la capa base (13) comprende medios para proporcionar un alto voltaje para polarizar los detectores de estado sólido pixelados (11) que están montados en un dispositivo adyacente (10).Module (60) according to any one of claims 1-4, characterized in that it comprises devices (10), in which one or more pixelated solid state detectors (11), said at least one reading element (30) and the input / output signal element (12) are housed in an upper side of the base layer (13) and in which the lower side of the base layer (13) comprises means for providing a high voltage for biasing the pixelated solid-state detectors (11) that are mounted on an adjacent device (10). 6. Módulo (60) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 5, caracterizado por el hecho de que los dispositivos (10) comprenden, además, una capa intermedia montada entre los detectores de estado sólido (11) y los elementos de lectura (30) para adaptarse a cualquier desplazamiento entre las almohadillas de píxeles de los detectores de estado sólido (11) y canales de píxeles correspondientes en los elementos de lectura (30).Module (60) according to any of claims 1-5, characterized in that the devices (10) further comprise an intermediate layer mounted between the solid state detectors (11) and the reading elements (30) to adapt to any displacement between the pixel pads of the solid state detectors (11) and corresponding pixel channels in the reading elements (30). 7. Módulo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 6, caracterizado por el hecho de que comprende por lo menos un dispositivo (10) que comprende por lo menos un detector de estado sólido pixelado (11), en el que el tamaño de píxel varía.Module according to any of claims 1-6, characterized in that it comprises at least one device (10) comprising at least one pixelated solid-state detector (11), in which the size of pixel varies. 8. Módulo (60) para detectar fotones de alta energía de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7, caracterizado por el hecho de que los elementos de entrada/salida (12) de la pluralidad de dispositivos (10) están conectados a una única interfaz (61).Module (60) for detecting high energy photons according to any of claims 1-7, characterized in that the input / output elements (12) of the plurality of devices (10) are connected to a only interface (61). 9. Módulo (60) para detectar fotones de alta energía de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que por lo menos parte de los detectores de estado sólido (11) de los dispositivos (10) están dispuestos de manera escalonada uno respecto al otro.Module (60) for detecting high energy photons according to claim 8, characterized in that at least part of the solid state detectors (11) of the devices (10) are arranged in a stepped manner with respect to the other. 10. Sistema (80) para detectar fotones de alta energía que comprende una pluralidad de módulos (60) de acuerdo con la reivindicación 8 o 9, caracterizado por el hecho de que la pluralidad de interfaces (61) de los módulos están conectadas a través de conectores adecuados (62, 71) a un bus de interfaz única (70).10. System (80) for detecting high energy photons comprising a plurality of modules (60) according to claim 8 or 9, characterized in that the plurality of interfaces (61) of the modules are connected through of suitable connectors (62, 71) to a single interface bus (70). 11. Sistema (80) de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que comprende únicamente unos módulos (60) en los que las capas de base (13) de los dispositivos y/o los detectores de estado sólido pixelados (11) presentan una forma trapezoidal isósceles con exactamente un par de lados paralelos.System (80) according to claim 10, characterized in that it comprises only modules (60) in which the base layers (13) of the devices and / or the pixelated solid-state detectors (11) ) have an isosceles trapezoidal shape with exactly one pair of parallel sides. 12. Sistema (80) de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que comprende únicamente unos módulos (60) en los que las capas de base (13) de los dispositivos presentan una forma rectangular. System (80) according to claim 10, characterized in that it comprises only modules (60) in which the base layers (13) of the devices have a rectangular shape. 13. Detector en forma de anillo (100) para un escáner de PET, que comprende una pluralidad de sistemas (80) de acuerdo con la reivindicación 11.13. Ring-shaped detector (100) for a PET scanner, comprising a plurality of systems (80) according to claim 11. 14. Cámara gamma que comprende un detector (120), que comprende una pluralidad de sistemas (80) de acuerdo con la reivindicación 12.14. A gamma camera comprising a detector (120), comprising a plurality of systems (80) according to claim 12. 15. Cámara Compton (130) que comprende un detector (120), que comprende una pluralidad de sistemas (80) de acuerdo con la reivindicación 12. 15. Compton camera (130) comprising a detector (120), comprising a plurality of systems (80) according to claim 12.
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