專利名稱：高能光子檢測(cè)器的制作方法
高能光子檢測(cè)器本發(fā)明主要涉及典型地超過(guò)O. 5MeV的高能光子的檢測(cè)器。這樣的檢測(cè)器可用于例如用于臨床或生物學(xué)應(yīng)用的正電子發(fā)射斷層掃描術(shù)(PET)中，用于核物理學(xué)研究中，以及更常用于測(cè)量光子能量。PET主要在例如醫(yī)學(xué)和制藥領(lǐng)域中用于檢測(cè)高能光子，即超過(guò)O. 5MeV的光子，在所述應(yīng)用領(lǐng)域中，具體來(lái)說(shuō)，它能夠相對(duì)于特別是人類或動(dòng)物體內(nèi)待獲取的體內(nèi)生物器官或組織進(jìn)行成像。與用于其他核醫(yī)學(xué)檢查的方式相同，執(zhí)行PET檢查需要注射放射性示蹤劑。示蹤劑由分子載體和能夠?qū)λ龇肿釉谏矬w內(nèi)的分布進(jìn)行定位的放射性同位素構(gòu)成。同位素的選擇一方面由決定標(biāo)記概率的化學(xué)性質(zhì)所決定，另一方面由能夠?qū)Πl(fā)射的輻射進(jìn)行外部檢測(cè)的衰減方式所決定。對(duì)于其實(shí)施來(lái)說(shuō)，PET與其他核醫(yī)學(xué)技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)之一，在于它具有多種生物學(xué)重要的化學(xué)元素用于在其部署時(shí)進(jìn)行標(biāo)記。事實(shí)上，在生物系統(tǒng)的四種主要組成成分中，正好有三種確實(shí)具有通過(guò)正電子發(fā)射進(jìn)行衰變的同位素碳11，氮13和氧·15。其臨床開(kāi)發(fā)的獲得是由于容易整合到參與代謝的分子中的氟18 (18F)。因此，PET能夠跟蹤這樣的代謝，特別是能夠檢測(cè)具有高葡萄糖消耗的區(qū)域，例如致癌區(qū)域。因此，參考

圖1，PET是基于研究源102中正電子100的發(fā)射，使得該正電子100被湮滅或衰減，產(chǎn)生兩個(gè)各自具有51 IkeV能量的Y光子104和106，所述兩個(gè)、光子在實(shí)踐中從衰減點(diǎn)108沿著相反方向共線發(fā)射。由于圍繞正電子源102的光子檢測(cè)器110，在將檢測(cè)器110的體積中檢測(cè)光子104和106的兩個(gè)點(diǎn)114和116相連的線段112的支持下，可以確定衰減點(diǎn)108。因此，在實(shí)踐中用放射性產(chǎn)物標(biāo)記的生物學(xué)重要分子例如糖(或多巴胺等)對(duì)患者進(jìn)行注射。比正常細(xì)胞活性更高的癌細(xì)胞將優(yōu)先吸收這種不被細(xì)胞代謝的特殊糖。放射性標(biāo)記物、通常為氟18，通過(guò)發(fā)射正電子(電子的反粒子)進(jìn)行衰變，所述正電子反過(guò)來(lái)與來(lái)自于環(huán)境的電子湮滅，同時(shí)沿著兩個(gè)相反方向發(fā)射兩個(gè)Y光子(具有511keV的確定能量)。然后通過(guò)數(shù)百萬(wàn)線段例如線段112的重構(gòu)，可以通過(guò)對(duì)比度來(lái)表示高光子發(fā)射區(qū)域與弱光子發(fā)射區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)域分別產(chǎn)生存在高濃度同位素的區(qū)域與存在低濃度同位素的區(qū)域。PET儀器的臨床醫(yī)師所需要的結(jié)果與儀器的總體性能有關(guān)(參見(jiàn)下文)，但是也與最終圖像的精密度有關(guān)。在這里，在定義引起待獲得的這種精密度的參數(shù)之前，回想一下PET檢測(cè)器中Y光子檢測(cè)的機(jī)制將是有用的。當(dāng)Y光子穿透到檢測(cè)器中時(shí)，它通過(guò)幾種方式與檢測(cè)介質(zhì)相互作用。最通常情況下，Y光子通過(guò)康普頓效應(yīng)相互作用并在電子上散射而不執(zhí)行其能量的總體轉(zhuǎn)移。有時(shí)使用由康普頓效應(yīng)引起的相互作用，但總體來(lái)說(shuō)，它們是低效率的來(lái)源。被稱為“光電作用”的相互作用傳遞正電子衰減的信號(hào)這種相互作用迅速散逸來(lái)自入射光子的任何能量(51IkeV)。用于比較不同檢測(cè)器的重要參數(shù)之一是“光電比”，即光電吸收橫截面與總橫截面的比率。它取決于檢測(cè)器中使用的介質(zhì)。另一種參數(shù)是Y光子在與介質(zhì)相互作用之前所覆蓋的距離。該距離用“衰減長(zhǎng)度”來(lái)表示，跨越的介質(zhì)越稠密，它越小。在光電相互作用期間產(chǎn)生的光電子一般在短距離內(nèi)被檢測(cè)介質(zhì)吸收。它可能與其中存在的分子反應(yīng)，以-將它們電離并導(dǎo)致“電離電子”的形成，-激發(fā)它們并產(chǎn)生“閃爍光子”。在常規(guī)的PET裝置中，通過(guò)“光探測(cè)器”器件檢測(cè)閃爍光子能夠計(jì)算沉積在無(wú)機(jī)閃爍晶體中的能量并對(duì)檢測(cè)進(jìn)行計(jì)時(shí)。被定義為每MeV沉積的能量所產(chǎn)生的閃爍光子數(shù)量的“閃爍產(chǎn)率”也是一個(gè)重要參數(shù)，因?yàn)閷?duì)于某些PET系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它影響能量分辨率(能夠排除能量不對(duì)應(yīng)于正電子衰減特有的511keV的光子的分辨率)。這種閃爍現(xiàn)象產(chǎn)生的光子具有 由被稱為閃爍衰減時(shí)間常數(shù)的指數(shù)性衰減時(shí)間常數(shù)τ s所描述的時(shí)間分布。發(fā)光閃爍衰減的時(shí)間常數(shù)^和閃爍產(chǎn)率對(duì)“時(shí)間分辨率”具有直接影響，所述時(shí)間分辨率可以被定義為檢測(cè)器檢測(cè)相互作用的時(shí)間的不確定性。由于它決定了允許檢測(cè)器將來(lái)自正電子衰減的閃爍光子的兩次檢測(cè)相關(guān)聯(lián)(“并發(fā)現(xiàn)象(coincidencephenomenon)，，)的時(shí)間窗口的持續(xù)時(shí)間，因此它是重要的參數(shù)。在某些原型檢測(cè)器(液態(tài)氙、CdTe)中，“電離電子”被收集在電荷收集平板(plane)上，以便能夠根據(jù)情況進(jìn)行幾何參照和/或測(cè)量收集的能量。臨床醫(yī)師所需要的結(jié)果不僅與最終圖像的精密度相關(guān)，而且與有效性(即檢測(cè)到的正電子衰減的百分率)相關(guān)，有效性的增加具有減少患者和衛(wèi)生護(hù)理人員的輻射的直接結(jié)果。目前的PET儀器的有效性很少超過(guò)I至2%。這種水平是非常低的，這是因?yàn)橛烧娮影l(fā)出的大部分Y光子在所研究的生物體中(效率在1%至9%之間變化)或檢測(cè)介質(zhì)中(效率通常低于30%)經(jīng)歷康普頓效應(yīng)。提高PET儀器的“檢測(cè)器”部分的效率，是能夠增加PET儀器的總體產(chǎn)率的方式之一?？紤]其運(yùn)行，PET檢測(cè)器固有地依賴于三種分辨率-所執(zhí)行的測(cè)定(線段例如線段112的重構(gòu))的空間分辨率，該空間分辨率受到正電子在被電子湮滅之前在統(tǒng)計(jì)學(xué)上所覆蓋的O. 8mm-l. 5mm量級(jí)上的距離(該值取決于所使用的標(biāo)記物同位素；例如對(duì)氟18來(lái)說(shuō)它是1mm，對(duì)碳11來(lái)說(shuō)是I. 1mm，對(duì)氮13來(lái)說(shuō)是
I.4mm,對(duì)氧15來(lái)說(shuō)是I. 5mm)的限制；-時(shí)間分辨率(如上所定義)，其典型在幾納秒的量級(jí)上；-能量分辨率，其能夠排除能量不對(duì)應(yīng)于正電子衰減所特有的511keV的光子。典型情況下，這種被排除的光子例如通過(guò)康普頓效應(yīng)產(chǎn)生，所述康普頓效應(yīng)產(chǎn)生于光子107在源102上散射而不執(zhí)行其能量的總體轉(zhuǎn)移時(shí)，使得同樣的光子107作為由此偏離的光子軌跡而產(chǎn)生隨后的假性檢測(cè)109。圖2的表顯示了隨著用于檢測(cè)的介質(zhì)的不同，PET檢測(cè)器的不同物理參數(shù)。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，在PET中使用的大部分檢測(cè)器110是基于使用與光探測(cè)器件(例如光電倍增管或雪崩光電二極管ADP)偶聯(lián)，以及可能不久之后與作為“半導(dǎo)體光電倍增管”家族的一部分的多像素光子計(jì)數(shù)器(MPPC)偶聯(lián)的基于晶體的無(wú)機(jī)閃爍劑(例如化學(xué)式為Bi3Ge4O12的BGO或化學(xué)式為L(zhǎng)u2SiO5 = Ce的LS0)。這些晶體特別以高密度為特征，以便增加物質(zhì)與待吸收光子的相互作用機(jī)會(huì)(密度一般大于6，單位為g. cm-3)。這種密度允許低的衰減長(zhǎng)度(對(duì)于LSO來(lái)說(shuō)，在2. 2cm的活性厚度上光電轉(zhuǎn)化率典型為95% )。LSO具有在40ns量級(jí)上的衰減時(shí)間常數(shù)，由于其優(yōu)越的閃爍產(chǎn)率(在每MeV沉積的能量30000個(gè)閃爍光子的級(jí)別上)，能夠達(dá)到I至3納秒的時(shí)間分辨率。在檢測(cè)后，檢測(cè)器在被稱為空載時(shí)間(dead time)的短時(shí)間段內(nèi)不能進(jìn)行第二次檢測(cè)。在這種情況下，LSO晶體表現(xiàn)出短的空載時(shí)間(在IOOns的量級(jí)上，相當(dāng)于衰減時(shí)間常數(shù)τ s的兩或三倍)，其能夠有效地監(jiān)測(cè)PET儀器所需的檢測(cè)頻率(在每cm2幾KHz的量級(jí)上)。然而，LSO類型的基于晶體的無(wú)機(jī)閃爍劑存在某些困難，特別是低的光電比——目前為30%，這導(dǎo)致由康普頓效應(yīng)接收的光子損失70%。此外，由晶體閃爍產(chǎn)率決定的能量分辨率仍然不足，在511keV時(shí)在15%的量級(jí)上。 此外，相互作用的定位與所使用的晶體的尺寸直接關(guān)聯(lián)。一般使用橫向維度在cm量級(jí)上的晶體；使用更小的晶體涉及執(zhí)行晶體沉積物的分級(jí)，引起顯著的成本超支。基于使用半導(dǎo)體例如CdTe的PET檢測(cè)器也是已知的。然而，這樣的檢測(cè)器與晶體檢測(cè)器、特別是LSO檢測(cè)器相比表現(xiàn)出更少的所需特性。因此，CdTe檢測(cè)器需要5cm的活性厚度才能轉(zhuǎn)化95 %的光子，并表現(xiàn)出非常低和甚至抑制性的光電比，其在15 %的量級(jí)上。基于使用液態(tài)氙的PET檢測(cè)器也是已知的；這樣的檢測(cè)器與晶體檢測(cè)器、特別是LSO檢測(cè)器相比也表現(xiàn)出更少的所需特性。因此，液態(tài)氙檢測(cè)器顯示出高的衰減長(zhǎng)度，并需要IOcm量級(jí)上的活性厚度才能轉(zhuǎn)化95 %的光子，光電轉(zhuǎn)化概率在21 %的量級(jí)上；此外，這些檢測(cè)器需要使用難以實(shí)施的具有液體純化系統(tǒng)的復(fù)雜低溫系統(tǒng)。最后應(yīng)該指出，在所有情形中，閃爍劑不能或不能良好地將Y光子的相互作用點(diǎn)在三個(gè)維度上定位，而是只能在兩個(gè)維度上定位。因此，相互作用深度仍然難以獲得，這導(dǎo)致目前在缺省情況下將其視為對(duì)所有事件都是一致的(在檢測(cè)器前部)。這種信息的缺乏正是當(dāng)從斷層掃描圖中心移動(dòng)時(shí)徑向空間分辨率下降的根源。通過(guò)使用小而致密的晶體以便限制它們的活性表面和厚度來(lái)限制誤差，同時(shí)保留合理的檢測(cè)有效性；然而，這樣的檢測(cè)器的成本仍然高(晶體沉積物分級(jí))，并且有效轉(zhuǎn)化光子的活性厚度仍然是無(wú)法降低的技術(shù)限制。在這種情形中，本發(fā)明的目的是通過(guò)提供高能光子檢測(cè)器來(lái)解決前面提到的缺點(diǎn)，所述高能光子檢測(cè)器尤其提供了與現(xiàn)有檢測(cè)器相比明顯改進(jìn)的光電效率、低于10%的令人滿意的能量分辨率、幾納秒量級(jí)上的時(shí)間分辨率和具有良好分辨率的相互作用的三維定位，同時(shí)能夠簡(jiǎn)單地實(shí)施，特別是在醫(yī)院背景下。為此，本發(fā)明提出了高能光子檢測(cè)器，其包含-光探測(cè)器裝置；-檢測(cè)介質(zhì)，其旨在通過(guò)產(chǎn)生電離電子和并伴隨發(fā)光現(xiàn)象的閃爍光子來(lái)吸收高能光子，通過(guò)所述光探測(cè)器裝置來(lái)檢測(cè)；所述檢測(cè)器的特征在于所述檢測(cè)介質(zhì)由存在原子序數(shù)等于或大于72的重原子的分子形成，使得該檢測(cè)介質(zhì)在檢測(cè)器運(yùn)行條件下為液態(tài)，所述檢測(cè)器包含-用于漂移由吸收的光子產(chǎn)生的電離電子的裝置；
-收集電荷的裝置，其用于在對(duì)應(yīng)于通過(guò)所述光探測(cè)器裝置檢測(cè)到發(fā)光現(xiàn)象的觸發(fā)時(shí)間的基礎(chǔ)上，確定所述電子漂移至所述電荷收集裝置的時(shí)間。本發(fā)明源自于在后面詳細(xì)描述的令人吃驚的觀察，即包含高原子序數(shù)原子的液體介質(zhì)表現(xiàn)出檢測(cè)光子的顯著特性。本發(fā)明有利地利用了與已知晶體(或其他材料例如CdTe或液態(tài)氙)相比光電比好得多(在57%的量級(jí)上)這一事實(shí)。還應(yīng)該指出，與被當(dāng)作參比晶體的LSO相比，能量分辨率更精確(低于10% )。閃爍被理解為是指產(chǎn)生由高能光子轉(zhuǎn)化而獲得的電子所產(chǎn)生的光的任何過(guò)程。由于這種檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)，可以在三維上測(cè)量相互作用位置(即閃爍光子的產(chǎn)生)，這是由于電荷收集裝置(典型為置于像素化電荷收集板之前的Frisch柵)提供了對(duì)應(yīng)其 表面區(qū)域的兩個(gè)維度的指示，同時(shí)根據(jù)電離電子從閃爍被光探測(cè)器裝置(典型為光電倍增管或APD)檢測(cè)到至到達(dá)收集裝置所需的漂移時(shí)間，可以確定相互作用在檢測(cè)器厚度上的位置。此外，在一方面，使用優(yōu)選為低極性或非極性的液態(tài)檢測(cè)介質(zhì)，能夠在相對(duì)大的距離上觀察到電子的位移，從而提高檢測(cè)的分辨率，并且在另一方面能夠獲得納秒量級(jí)上的閃爍衰減時(shí)間。因此，本發(fā)明的檢測(cè)器使用下列部件來(lái)操作-檢測(cè)介質(zhì)(在使用條件下為液態(tài))，其包含典型情況下原子序數(shù)等于或大于72的重原子，所述重原子在分子內(nèi)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選高(有利情況下等于或大于20 %，更有利情況下大于50% )。原子序數(shù)等于或大于72的原子以例如絡(luò)合物或聚集體的形式存在于有機(jī)分子中。這種無(wú)放射性的檢測(cè)介質(zhì)能夠使電離電子漂移。有利情況下它是透亮和閃爍的，即使僅僅輕微地。通過(guò)以低質(zhì)量比例摻入閃爍添加劑，可以將其制造成閃爍的。這種檢測(cè)介質(zhì)優(yōu)選是非極性(或輕微極性)和質(zhì)子惰性的，以便能夠更有效地漂移電子；-光探測(cè)器裝置，其參與獲得良好的時(shí)間分辨率和相互作用位置的三維重構(gòu)；-電荷收集裝置，其能夠測(cè)量沉積在檢測(cè)器中的能量和相互作用在二維上的位置。單獨(dú)地或按照所有技術(shù)上可能的組合來(lái)考慮，本發(fā)明的檢測(cè)器也可以存在一種或多種下列特征-所述檢測(cè)介質(zhì)是非極性的；-所述檢測(cè)介質(zhì)是質(zhì)子惰性的；-所述重原子(例如W、Hg、Bi、Pb或Au原子)占據(jù)所述分子的大部分含量；-所述分子由結(jié)合于烷基類型配體的金屬原子形成；-所述分子是三甲基鉍或(CH3)3Bi；-所述檢測(cè)介質(zhì)包含閃爍添加劑；這種添加劑可以由與主要檢測(cè)液體具有相同性質(zhì)的分子形成，以便能夠漂移電荷；-所述閃爍添加劑是烷烴；-所述光探測(cè)器裝置由下列器件之一形成O光電倍增管；ο雪崩光電二極管；ο MMPC或多像素光子計(jì)數(shù)器；-所述電荷收集裝置包含F(xiàn)risch柵；
-所述電荷收集裝置包含平板，其配備有能夠?qū)⑵齐娮釉谒銎桨逯卸ㄎ坏亩鄠€(gè)像素。本發(fā)明的另一個(gè)目的是包含至少一種本發(fā)明的檢測(cè)器的正電子發(fā)射斷層掃描設(shè)備。從下面給出的說(shuō)明性而非限制性目的的描述并參考隨附的圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將清楚地出現(xiàn)，在所述附圖中-圖I已描述過(guò)，其示意顯示了現(xiàn)有技術(shù)的PET的實(shí)施，-圖2已部分描述過(guò)，其顯示了可以在PET檢測(cè)器中使用的不同材料的物理參數(shù)，并且
-圖3示意并部分顯示了符合本發(fā)明的檢測(cè)器。參考圖3，部分顯示了符合本發(fā)明的檢測(cè)器400，其包含形成電離室的外殼411，所述外殼中填充有高能光子403檢測(cè)器介質(zhì)402或檢測(cè)介質(zhì)。這種檢測(cè)介質(zhì)402由液體形成，所述液體優(yōu)選為非極性的(即具有為零的永久偶極矩)，質(zhì)子惰性的(即缺少能夠形成氫鍵的氫原子)，并在有利情況下是電子穩(wěn)定的，即軌道是滿的。優(yōu)選情況下，這種液體主要由包含至少一種原子序數(shù)大于72的原子的分子形成，所述原子典型為金屬原子例如鎢(W，Z = 74)、金(Au，Z = 79)、汞(Hg，Z = 80)、鉛(Pb，Z=82)或優(yōu)選為秘(Z = 83)。因此，在這種實(shí)施方案中，這種原子是鉍，其與三個(gè)甲基配體結(jié)合形成分子Bi (CH3)3，也可以表示成TMBi (三甲基鉍)，所述分子在通常的慣用使用溫度(即-40°C至60°C)下為液態(tài)，并且可以以可工業(yè)化的價(jià)格在市場(chǎng)上獲得。使用的檢測(cè)介質(zhì)402在檢測(cè)器400的運(yùn)行條件下必須是液態(tài)(換句話說(shuō)，可以設(shè)想介質(zhì)在檢測(cè)器運(yùn)行條件之外處于另一種相，例如固相)。使用的液體填滿所有外殼411并必須盡可能純(即氧當(dāng)量污染在O. Ippb的量級(jí))。應(yīng)該指出，TMBi在純液態(tài)介質(zhì)中表現(xiàn)出低密度(2，3)，這導(dǎo)致更加受限的捕獲光子數(shù)(85% )，對(duì)于晶體(圖3)例如LSO來(lái)說(shuō)相應(yīng)值為95%。然而，與已知晶體(或其他材料例如CdTe或液態(tài)氙)相比，光電比(即光電吸收橫截面與總橫截面的比率)似乎好得多(在57%的量級(jí)上，圖3)。應(yīng)該指出，與被當(dāng)作參比晶體的LSO相比，能量分辨率更精確(低于10% )。此外，TMBi表現(xiàn)出短的發(fā)光閃爍衰減時(shí)間常數(shù)τ s (在納秒的量級(jí)上)，減少了并發(fā)時(shí)間窗口，從而擯棄了顯著數(shù)量的隨機(jī)并發(fā)。TMBi以及更通常來(lái)說(shuō)所定義的檢測(cè)介質(zhì)402還表現(xiàn)出在形成的液體中，電荷漂移能夠在150微米量級(jí)上的距離內(nèi)將相互作用定位在電荷收集板中的優(yōu)點(diǎn)。由于這樣的特性，這種介質(zhì)表現(xiàn)出特別顯著的用于檢測(cè)光子的性質(zhì)。事實(shí)上，液體的非極性、質(zhì)子惰性和電子穩(wěn)定性質(zhì)，允許其具有與液體稀有氣體的行為接近的行為，其能夠使電荷漂移并產(chǎn)生電離信號(hào)與特別縮短的閃爍衰減時(shí)間(參見(jiàn)圖2 :對(duì)于氙來(lái)說(shuō)為4ns)的組合。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，除了所使用的吸收劑材料之外，本發(fā)明的檢測(cè)器400與現(xiàn)有檢測(cè)器的區(qū)別還在于它不使用閃爍來(lái)定量檢測(cè)器中沉積的能量或直接確定相互作用的定位，而是對(duì)相互作用計(jì)時(shí)(正如我們將在說(shuō)明書的剩余部分中解釋的)，然后如果需要，在檢測(cè)器的厚度中重構(gòu)相互作用位置。因此，電離室411的檢測(cè)介質(zhì)402位于彼此面對(duì)的兩塊板之間-第一塊是光探測(cè)板404(這塊板404使用例如光電倍增管或雪崩光電二極管APD或 MMPC)；-第二塊板406是位于像素化電路之前的Frisch柵類型的板(像素410典型地具有mm量級(jí)上的尺寸，其定義了相對(duì)于相互作用定位的空間分辨率)。第一塊板的光探測(cè)器裝置404的重要參數(shù)是量子效率、增益和脈沖上升時(shí)間。光電倍增管在增益和上升時(shí)間方面出色，但是體積大并且通常不是非常高效?，F(xiàn)在優(yōu)選使用APD來(lái)檢測(cè)閃爍光子。AdvancedPhotonix 公司銷售具有非常令人關(guān)注的結(jié)果的APD，例如 具有下列參考號(hào)的APD :SD630-70-74-500。電源裝置使得能夠在兩塊板404與406之間施加電勢(shì)差(在這里為-IOkV-OkV)，以便在電離室411內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)。所述電場(chǎng)基本上垂直于板404和406。本發(fā)明的檢測(cè)器400的運(yùn)行原理如下。檢測(cè)介質(zhì)402從正電子湮滅接收Y光子，并基本上通過(guò)光電效應(yīng)將Y光子403的能量轉(zhuǎn)變成光408 (閃爍光子)和電荷(自由離子-電子對(duì)，被稱為電離)。然后第一塊光探測(cè)板404檢測(cè)閃爍光子408，以在檢測(cè)器400中傳遞相互作用的“信號(hào)”(在相互作用后幾納秒)。由此第一塊板404能夠?qū)ο嗷プ饔眠M(jìn)行定時(shí)(觸發(fā)時(shí)間的確定)。由電離輻射釋放的電離電子405在電場(chǎng)作用下向板406漂移，它們?cè)谀抢锉皇占?br> 和定量。因此，在光子403被檢測(cè)介質(zhì)402吸收后形成的電荷(電離電子)，以與它們相對(duì)于像素化電路的距離D成比例的持續(xù)時(shí)間漂移。電離電子在特定像素410上的收集能夠使得在兩個(gè)維度上(即作為板404和406的平面的平面Z-X中)對(duì)相互作用進(jìn)行定位。對(duì)于由第二塊板406形成的電荷收集裝置來(lái)說(shuō)，當(dāng)人們希望通過(guò)測(cè)量收集到的電荷獲得良好的能量分辨率時(shí)，F(xiàn)risch柵是特別有用的。位于Frisch柵后面的電荷收集平板可以被精細(xì)地像素化。如果人們希望讀取稠密像素化的電荷收集平板，可以求助于ASIC技術(shù)。此外，如上所述，從光探測(cè)板404檢測(cè)到閃爍開(kāi)始測(cè)量電離電子405在電離室411中的漂移時(shí)間。因此，知道了電離電子的起始時(shí)間和漂移時(shí)間，可以推導(dǎo)出平行于漂移電場(chǎng)，即在檢測(cè)器400的厚度中(即沿著y軸)的經(jīng)過(guò)的距離D。因此該距離在檢測(cè)器400的厚度中對(duì)相互作用進(jìn)行定位。由于像素410的柵406提供了關(guān)于對(duì)應(yīng)于其表面區(qū)域的兩個(gè)維度(所示標(biāo)志的軸X和y)的指示，同時(shí)可以容易地確定作為電子在已知電場(chǎng)中所需的漂移時(shí)間的函數(shù)的距離D并由此確定在所示y軸上的相互作用的位置，因此檢測(cè)器能夠?qū)ο嗷プ饔梦恢?即閃爍光子的產(chǎn)生)進(jìn)行三維測(cè)量。通過(guò)將上面描述的介質(zhì)和結(jié)構(gòu)相組合，理論評(píng)估確定了光電有效性為57%，能量分辨率為10%，時(shí)間分辨率為幾納秒，在三維上相互作用定位的精度為I毫米。應(yīng)該指出，在例如TMBi的材料中閃爍產(chǎn)率低得多這一事實(shí)在這里并不太重要(閃爍的出現(xiàn)才是重要的)，這是因?yàn)殚W爍僅僅用于確定沿著電場(chǎng)軸的初始電子漂移時(shí)間。還應(yīng)該指出，二維分辨率由像素化分辨率(即位于Frisch柵406后面的電荷收集板上的像素410的尺寸和間隔)提供。因此，符合本發(fā)明的檢測(cè)器表現(xiàn)出比現(xiàn)有檢測(cè)器更高的效率。本發(fā)明能夠進(jìn)行許多改變，特別是在液體中使用的重金屬的種類和數(shù)量方面，盡管已證明鉍是特別有效的候選者。此外，包含重原子的有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)可以改變典型情況下，它對(duì)應(yīng)于與一個(gè)或多個(gè)重原子結(jié)合的有機(jī)配體。配體一般對(duì)應(yīng)于烷基或環(huán)烷基鏈。有利情況下，配體不包含可能誘導(dǎo)分子極化的原子。·此外，這些重原子可以以單核或多核絡(luò)合物或亞微米尺寸粒子的形式使用。此外也已清楚，符合本發(fā)明的檢測(cè)器可以應(yīng)用于不同應(yīng)用，特別是對(duì)于大尺寸生物體(人體PET)、中尺寸生物體(人體的一部分的PET)或小尺寸生物體(“小動(dòng)物” PET)來(lái)說(shuō)，以及以特別有趣的方式，在臨床前和藥理學(xué)研究的背景中執(zhí)行幾個(gè)小動(dòng)物的同時(shí)成像。事實(shí)上，小動(dòng)物PET占PET裝置的90% ;目前，小動(dòng)物PET在逐個(gè)個(gè)體的基礎(chǔ)上執(zhí)行，而符合本發(fā)明的檢測(cè)器通過(guò)有利地使用三維定位，在個(gè)體從斷層掃描圖中心移動(dòng)時(shí)，在徑向空間分辨率降低的源頭處減輕與缺少信息相關(guān)的問(wèn)題，能夠?qū)讉€(gè)個(gè)體同時(shí)進(jìn)行PET。
權(quán)利要求
1.高能光子(403)檢測(cè)器(400)，其包括 -光探測(cè)器裝置(404)； -檢測(cè)介質(zhì)(402)，其旨在通過(guò)產(chǎn)生電離電子(405)和伴隨發(fā)光現(xiàn)象的光子(408)來(lái)吸收高能光子(403)，通過(guò)所述光探測(cè)器裝置(404)來(lái)檢測(cè)； 所述檢測(cè)器(400)的特征在于所述檢測(cè)介質(zhì)(402)由存在原子序數(shù)等于或大于72的重原子(W、Hg、Bi、Pb、Au)的分子形成，使得該檢測(cè)介質(zhì)(402)在檢測(cè)器運(yùn)行條件下為液態(tài)，所述檢測(cè)器(400)包括 -用于漂移由被吸收的光子(403)產(chǎn)生的電離電子(405)的裝置； -收集電荷的裝置(406)，其用于在對(duì)應(yīng)于通過(guò)所述光探測(cè)器裝置(404)檢測(cè)到發(fā)光現(xiàn)象的觸發(fā)時(shí)間的基礎(chǔ)上，確定所述電子(405)漂移至所述電荷收集裝置(406)的時(shí)間。
2.權(quán)利要求I的光子檢測(cè)器(400)，其特征在于所述檢測(cè)介質(zhì)(402)是非極性的。
3.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的光子檢測(cè)器(400)，其特征在于所述檢測(cè)介質(zhì)(402)是質(zhì)子惰性的。
4.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的光子檢測(cè)器(400)，其特征在于所述重原子(W、Hg、Bi、Pb、Au)占所述分子的大部分含量。
5.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的光子檢測(cè)器(400)，其特征在于所述分子由結(jié)合于烷基類型配體的金屬原子(W、Hg、Bi、Pb、Au)形成。
6.權(quán)利要求5的檢測(cè)器(400)，其特征在于所述分子是三甲基鉍或(CH3)3Bi15
7.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的檢測(cè)器(400)，其特征在于所述檢測(cè)介質(zhì)包含閃爍添加劑。
8.權(quán)利要求7的光子檢測(cè)器(400)，其特征在于所述閃爍添加劑是烷烴。
9.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的光子檢測(cè)器(400)，其特征在于所述光探測(cè)器裝置(404)由下列器件之一形成 -光電倍增管； -雪崩光電二極管； -MMPC或多像素光子計(jì)數(shù)器。
10.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的光子檢測(cè)器(400)，其特征在于所述電荷收集裝置(406)包括 Frisch 柵。
11.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的光子檢測(cè)器(400)，其特征在于所述電荷收集裝置(406)包括平板，其配備有能夠?qū)⑵齐娮釉谒銎桨逯卸ㄎ坏亩鄠€(gè)像素。
12.正電子發(fā)射斷層掃描設(shè)備，其包括至少一種權(quán)利要求I至11任一項(xiàng)的檢測(cè)器。
全文摘要
本發(fā)明涉及高能光子(403)的檢測(cè)器(400)，所述檢測(cè)器包括光探測(cè)器裝置(404)和旨在吸收高能光子(403)并產(chǎn)生電離電子(405)和伴隨發(fā)光現(xiàn)象的光子(408)的檢測(cè)介質(zhì)(402)，所述電子和光子通過(guò)所述光探測(cè)器裝置(404)檢測(cè)。所述檢測(cè)介質(zhì)(402)由具有原子序數(shù)大于或等于72的重原子的分子形成，使得所述檢測(cè)介質(zhì)(402)在檢測(cè)器的運(yùn)行條件下為液態(tài)。所述檢測(cè)器(400)還包括用于漂移由被吸收的光子(403)產(chǎn)生的電離電子(405)的裝置，此外還包括收集電荷的裝置(406)，以便在對(duì)應(yīng)于通過(guò)所述光探測(cè)器裝置(404)檢測(cè)到發(fā)光現(xiàn)象的觸發(fā)時(shí)間的基礎(chǔ)上，確定將所述電子(405)漂移至所述電荷收集裝置(406)的時(shí)間。
文檔編號(hào)G01T1/29GK102884446SQ201180015449
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者D·F·M·伊瑪, J·P·雷諾 申請(qǐng)人:法國(guó)原子能及替代能源委員會(huì)