伽马射线成像探测器和具有其的伽马射线成像探测器系统

摘要

本发明公开了一种伽马射线成像探测器和具有其的伽马射线成像探测器系统，所述伽马射线成像探测器包括：闪烁晶体阵列和光电探测器，所述闪烁晶体阵列包括连续晶体单元和多个离散晶体单元，所述多个离散晶体单元依次相连，所述多个离散晶体单元设在所述连续晶体单元的外侧，所述光电探测器设在所述闪烁晶体阵列的一侧，且所述光电探测器与所述闪烁晶体阵列耦合。根据本发明的伽马射线成像探测器，通过在连续晶体单元的外侧设置多个离散晶体单元，从而提高了伽马射线成像探测器的空间分辨率和视野。

说明书

技术领域

本发明涉及伽马射线成像技术领域，尤其是涉及一种伽马射线成像探测器和具有其的 伽马射线成像探测器系统。

背景技术

相关技术中指出，闪烁探测器被广泛应用于伽马射线探测领域，其原理是利用射线与 闪烁晶体作用沉积能量，晶体退激产生可见光子，可见光子以一定的分布和路径传播，从 而被光电探测器探测，进而转化为电信号，以用于对射线进行能量甄别和位置定位。

为了提高探测器的空间分辨率，相关技术中的闪烁探测器常采用小尺寸离散晶体单元 拼接成闪烁晶体阵列的方式，然而随着位置灵敏光电探测器的出现，相关技术中的闪烁探 测器也可以采用连续大闪烁晶体阵列耦合小单元光电器阵列的方式，并采用多通道信号读 出的方法，根据光分布模型进行估计射线的作用位置，以获得事件的三维位置信息，但是， 光子在连续晶体的侧边界反射回来的现象将导致分布改变，致使探测器的边界分辨率较差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种伽 马射线成像探测器，所述伽马射线成像探测器的空间分辨率高。

本发明还提出一种具有上述伽马射线成像探测器的伽马射线成像探测器系统。

根据本发明第一方面的伽马射线成像探测器，包括：闪烁晶体阵列，所述闪烁晶体阵 列包括连续晶体单元和多个离散晶体单元，所述多个离散晶体单元依次相连，所述多个离 散晶体单元设在所述连续晶体单元的外侧；和光电探测器，所述光电探测器设在所述闪烁 晶体阵列的一侧，且所述光电探测器与所述闪烁晶体阵列耦合。

根据本发明的伽马射线成像探测器，通过在连续晶体单元的外侧设置多个离散晶体单 元，从而提高了伽马射线成像探测器的空间分辨率和视野。

具体地，所述多个离散晶体单元依次首尾相连且环绕所述连续晶体单元的外侧设置。

可选地，所述多个离散晶体单元包括在垂直于所述光电探测器的一侧表面的方向上的 多排。

可选地，所述多个离散晶体单元包括在从邻近所述连续晶体单元的中心朝向远离所述 连续晶体单元的中心的方向上的多层。

可选地，每相邻的两排或两层所述离散晶体单元交错布置，且所述多个离散晶体单元 的材料均相同。

可选地，每相邻的两排或两层所述离散晶体单元对应布置，且所述多个离散晶体单元 的材料不相同。

具体地，所述连续晶体单元和每个所述离散晶体单元的材料分别包括锗酸铋、硅酸镥、 硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅酸钇、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅、铝酸钇、溴 化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸镥、铝酸镥、碘化镥以及GAGG中的至少一个。

具体地，每相邻的两个所述离散晶体单元之间通过光学胶耦合固定，所述离散晶体单 元通过光学胶与所述连续晶体单元耦合固定。

进一步地，相邻的两个所述离散晶体单元之间设有反光材料件。

可选地，所述连续晶体单元形成为长方体形形状。

可选地，每个所述离散晶体单元形成为长方体形形状。

根据本发明第二方面的伽马射线成像探测器系统，包括根据本发明第一方面的伽马射 线成像探测器。

根据本发明的伽马射线成像探测器系统，通过设置上述第一方面的伽马射线成像探测 器，从而提高了伽马射线成像探测器系统的整体性能。

可选地，所述多个伽马射线成像探测器环绕成圆环状或者多边环状。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明 显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的伽马射线成像探测器的示意图；

图2是图1中所示的伽马射线成像探测器的工作原理示意图；

图3是图1中所示的伽马射线成像探测器的另一个工作原理示意图；

图4是图1中所示的伽马射线成像探测器的再一个工作原理示意图；

图5是根据本发明另一个实施例的伽马射线成像探测器的示意图；

图6是根据本发明再一个实施例的伽马射线成像探测器的示意图；

图7是根据本发明一个实施例的伽马射线成像探测器系统的示意图；

图8是根据本发明另一个实施例的伽马射线成像探测器系统的示意图。

附图标记：

1000：伽马射线成像探测器系统；

100：伽马射线成像探测器；1：连续晶体单元；2：离散晶体单元；3：光电探测器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同 或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本 发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目 的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复 是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外， 本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他 工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

下面参考图1-图6描述根据本发明第一方面实施例的伽马射线成像探测器100。

如图1所示，根据本发明第一方面实施例的伽马射线成像探测器100，包括：闪烁晶体 阵列和光电探测器3。当然，可以理解的是，伽马射线成像探测器100还可以包括：读出 电路(图未示出)、位置解码模块(图未示出)以及时间校正模块(图未示出)等。

具体地，闪烁晶体阵列包括连续晶体单元1和多个离散晶体单元2，多个离散晶体单元 2依次相连，多个离散晶体单元2设在连续晶体单元1的外侧。如图1所示，所有离散晶 体单元2都设在连续晶体单元1的外侧，其中，每相邻的两个离散晶体单元2之间可以通 过光学胶耦合固定，与连续晶体单元1直接相连的离散晶体单元2也可以通过光学胶与连 续晶体单元1耦合固定。这里，需要说明的是，“外”可以理解为远离连续晶体单元1中心 的方向，其相反方向被定义为“内”，即朝向连续晶体单元1中心的方向。另外，需要说明 的是，“耦合固定”的含义为伽马射线成像技术领域技术人员所熟知，这里不再详述。当然， 本领域技术人员还可以理解的是，还可以采用光学胶以外的粘性物质对闪烁晶体阵列中的 连续晶体单元1和离散晶体单元2进行耦合固定。

光电探测器3设在闪烁晶体阵列的一侧，且光电探测器3与闪烁晶体阵列耦合。为了 便于描述，类似于圆柱体的周向、径向和轴向的定义，下面定义连续晶体单元1的周向、 径向和轴向，首先将连续晶体单元1的设有离散晶体单元2的外壁面定义为连续晶体单元 1的周壁面，从而环绕周壁面的方向为连续晶体单元1的周向(例如图1中所示的沿着顺 时针A₁→A₂→A₃→A₄→A₁的闭合环的方向)，连续晶体单元1周向的中心轴线的延伸方向 为连续晶体单元1的轴向(例如图1中所示的B₁→B₂方向)，从连续晶体单元1的周向中 心轴线起向垂直于连续晶体单元1周壁面的方向为连续晶体单元1的径向(例如图1中所 示的C₁→C₂、C₃→C₄、C₅→C₆、C₇→C₈方向等)。由此，在图1的示例中，光电探测器3 设在连续晶体单元1轴向上的一侧。

其中，闪烁晶体阵列与光电探测器3耦合，例如闪烁晶体阵列可以通过光学胶与光电 探测器3耦合，具体地，光电探测器3可以为位置敏感的探测器，其可以包括多通道位置 灵敏光电倍增管、雪崩二极管阵列以及硅光电倍增管增列等。光电探测器3由读出电路读 出信号，其中，读出电路与光电探测器3相连，且读出电路采用多路读出方式，即读出电 路为多通道读出电路，多通道读出电路以专用集成芯片进行处理和读出信号。

位置解码模块与多通道读出电路相连，多通道读出电路读出的信号由位置解码模块进 行解码，其中，位置解码模块可以利用查找表、迭代算法以及重心法等对事件位置进行三 维定位，具体而言，位置解码模块可以对连续晶体单元1和离散晶体单元2分别采用不同 的算法进行位置定位，参照图2，位置解码模块对连续晶体单元1可以采用最大似然估计 算法进行三维位置定位，或者使用查找表进行模板匹配以实现位置定位，位置解码模块对 离散晶体单元2可以采用重心法进行定位，如图3所示，由于大部分光在边界离散晶体单 元2中发生全反射，因此光子主要是被最边上的光电探测器3收集，从而可以采用重心法 进行位置定位。由此，闪烁晶体阵列在连续晶体单元1边界设置离散晶体单元2后，边界 定位得到有效地改善。

参照图4，时间校正模块是利用事件的三维位置信息对光子到达光电探测器3的时间进 行校正的模块，具体地，时间校正模块可以与位置解码模块相连，时间校正模块可以利用 射线作用深度信息对事件发生时间进行校正，以用于飞行时间的符合成像，时间矫正为扣 除可见光在晶体内部传播时间Δt与伽马光子作用深度d的关系，即Δt＝d/c，其中c为光在 晶体中的传播速度。这里，需要说明的是，光电探测器3、读出电路、位置解码模块以及 时间校正模块等技术为本领域技术人员所熟知，这里不再详述。

根据本发明实施例的伽马射线成像探测器100，通过在连续晶体单元1的外侧设置多个 离散晶体单元2，从而提高了伽马射线成像探测器100的空间分辨率、信噪比以及视野， 且伽马射线成像探测器100的时间分辨率好、空间分辨率一致性高。

在本发明的一个实施例中，多个离散晶体单元2依次首尾相连且环绕连续晶体单元1 的外侧设置。也就是说，多个离散晶体单元2可以环绕连续晶体单元1至少一周。例如在 图1的示例中，连续晶体单元1形成为长方体形形状，每个离散晶体单元2形成为长方体 形形状，连续晶体单元1置于中心，长条形离散晶体单元2围绕连续晶体拼接成方形阵列。 当然，本发明不限于此，连续晶体单元1还可以形成为多边形柱体形状，且每个离散晶体 单元2也可以形成为多边形柱体形状。

可选地，多个离散晶体单元2包括在垂直于光电探测器3的一侧表面的方向上的多排。 也就是说，在连续晶体单元1的轴向上，离散晶体单元2可以设置多排，每排离散晶体单 元2由在连续晶体单元1周向上依次相连的多个离散晶体单元2组成。

其中，每相邻的两排离散晶体单元2可以交错布置或者对应布置。也就是说，相邻的 两排离散晶体单元2中的多个离散晶体单元2在连续晶体单元1的轴向上可以一一相对， 相邻的两排离散晶体单元2中的多个离散晶体单元2在连续晶体单元1的轴向上还可以交 错布置，如图5所示。

如图6所示，当相邻的两排离散晶体单元2中的多个离散晶体单元2在连续晶体单元1 的轴向上一一相对时，多个离散晶体单元2的材料可以均不相同。这样，在位置定位的过 程中，可以通过甄别不同晶体的发光衰减时间信息获得作用深度信息，也就是说，边上的 离散晶体单元2可以采用多层不同发光衰减常数的离散晶体单元2的组合获得边上的DOI 信息。

参照图5，当相邻的两排离散晶体单元2中的多个离散晶体单元2在连续晶体单元1 的轴向上交错设置时，多个离散晶体单元2的材料可以完全相同。这样，在位置定位的过 程中，可以通过分光进行深度定位，也就是说，可以利用分光获得DOI信息。

具体地，多个离散晶体单元2包括在从邻近连续晶体单元1的中心朝向远离连续晶体 单元1的中心的方向上的多层。也就是说，在连续晶体单元1的径向上，离散晶体单元2 可以设置多层，每层离散晶体单元2由在连续晶体单元1周向上相连的多个离散晶体单元 2组成。

其中，每相邻的两层离散晶体单元2可以交错布置或者对应布置。也就是说，相邻的 两层离散晶体单元2中的多个离散晶体单元2在连续晶体单元1的径向上可以一一相对， 相邻的两层离散晶体单元2中的多个离散晶体单元2在连续晶体单元1的径向上还可以交 错布置。

当相邻的两层离散晶体单元2中的多个离散晶体单元2在连续晶体单元1的径向上一 一相对时，多个离散晶体单元2的材料可以均不相同。这样，在位置定位的过程中，可以 通过甄别不同晶体的发光衰减时间信息获得作用深度信息。

当相邻的两层离散晶体单元2中的多个离散晶体单元2在连续晶体单元1的径向上交 错设置时，多个离散晶体单元2的材料可以完全相同。这样，在位置定位的过程中，可以 通过分光进行深度定位。

当然，本发明不限于此，在本发明的另一些可选实施例中，多个离散晶体单元2还可 以既包括在垂直于光电探测器3的一侧表面的方向上的多排，又包括在从邻近连续晶体单 元1的中心朝向远离连续晶体单元1的中心的方向上的多层。

连续晶体单元1的材料包括锗酸铋、硅酸镥、硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅酸钇、 氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅、铝酸钇、溴化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸镥、铝 酸镥、碘化镥以及GAGG中的至少一个。也就是说，连续晶体单元1可以由锗酸铋、硅酸 镥、硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅酸钇、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅、铝酸钇、 溴化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸镥、铝酸镥、碘化镥以及GAGG中的一种材料或者多 种材料组成。

每个离散晶体单元2的材料包括锗酸铋、硅酸镥、硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅 酸钇、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸铅、铝酸钇、溴化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸 镥、铝酸镥、碘化镥以及GAGG中的至少一个。也就是说，每个离散晶体单元2可以由锗 酸铋、硅酸镥、硅酸钇镥、硅酸钆镥、硅酸钆、硅酸钇、氟化钡、碘化钠、碘化铯、钨酸 铅、铝酸钇、溴化镧、氯化镧、钙钛镥铝、焦硅酸镥、铝酸镥、碘化镥以及GAGG中的一 种材料或者多种材料组成。

在本发明的一个具体实施例中，根据光电探测器3的结构特征和设置位置，相邻的两 个离散晶体单元2之间可选择性地设置反光材料件(例如反光膜等)，当光电探测器3与离 散晶体单元2一一对应时，相邻的两个离散晶体单元2之间可以不设有反光材料，当光电 探测器3与离散晶体单元2并非一一对应时，相邻的两个离散晶体单元2之间可以设有反 光材料件。

其中，反光材料件可以将两个离散晶体单元2之间的间隙填充满，也就是说，相邻的 这两个离散晶体单元2相对的表面完全被反光材料件隔离开，此时，夹设有反光材料件的 两个离散晶体单元2之间完全没有可以相互流通的光路，反光材料件还可以将两个离散晶 体单元2之间的间隙填充一部分，也就是说，相邻的这两个离散晶体单元2相对的表面并 未完全被反光材料件隔离开，即相邻的这两个离散晶体单元2还可以具有部分彼此相对的 表面，此时，夹设有反光材料件的两个离散晶体单元2之间有部分可以相互流通的光路。

下面参考图7和图8描述根据本发明第二方面实施例的伽马射线成像探测器系统1000。

根据本发明第二方面实施例的伽马射线成像探测器系统1000，包括根据本发明上述第 一方面实施例的伽马射线成像探测器100。

可选地，伽马射线成像探测器系统1000可以包括多个以预定关系排列的伽马射线成像 探测器100，优选地，多个伽马射线成像探测器100可以在伽马射线成像探测器系统1000 的周向上和轴向上分别均匀排布，此时，如图7所示，多个伽马射线成像探测器100可以 环绕、拼接成圆环状伽马射线成像探测器系统1000，如图8所示，多个伽马射线成像探测 器100可以环绕、拼接成多边环状伽马射线成像探测器系统1000。当然，本发明不限于此， 伽马射线成像探测器系统1000还可以形成为其他形状。

根据本发明实施例的伽马射线成像探测器系统1000的其他构成以及操作对于本领域普 通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

根据本发明实施例的伽马射线成像探测器系统1000，通过设置上述第一方面实施例的 伽马射线成像探测器100，从而提高了伽马射线成像探测器系统1000的空间分辨率、信噪 比以及视野，降低了伽马射线成像探测器系统1000的成本。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、 “宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、 “水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的 方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因 此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要 性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以 明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个 或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固 定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可 以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介 间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技 术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以 是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征 在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或 仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下 面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二 特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具 体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材 料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意 性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特 点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下， 本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特 征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离 本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发 明的范围由权利要求及其等同物限定。