閃爍晶體陣列探測(cè)器及采用該探測(cè)器的pet-mr系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種提高可見光的接收效率的閃爍晶體陣列探測(cè)器，用于PET-MR成像系統(tǒng)。該閃爍晶體陣列探測(cè)器包括閃爍晶體陣列和雪崩光電二極管陣列。雪崩光電二極管陣列包括多個(gè)雪崩光電二極管子陣列，每一雪崩光電二極管子陣列包括多個(gè)雪崩光電二極管。閃爍晶體陣列包括多個(gè)閃爍晶體，每一閃爍晶體具有與多個(gè)雪崩光電二極管子陣列中的一個(gè)耦合的耦合面及多個(gè)與耦合面相鄰的相鄰面。閃爍晶體的多個(gè)相鄰面中至少一個(gè)相鄰面與耦合面之間成銳角，可以減少可見光在閃爍晶體內(nèi)反射的次數(shù)，提高可見光的接收效率，進(jìn)而保證PET-MR成像系統(tǒng)在圖像重建時(shí)的圖像質(zhì)量。
【專利說明】閃爍晶體陣列探測(cè)器及采用該探測(cè)器的PET-MR系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于PET (Positron Emission Computed Tomography,正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描)成像系統(tǒng)的閃爍晶體探測(cè)器，尤其涉及一種用于PET-MR成像系統(tǒng)中的閃爍晶體陣列探測(cè)器及采用該閃爍晶體陣列探測(cè)器的PET-MR系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]PET-MR成像系統(tǒng)(正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描-磁共振成像系統(tǒng))是將PET(Positron-Emission Computed Tomography,正電子發(fā)射斷層掃描儀)與 MR(MagneticResonance,核磁共振掃描儀)技術(shù)融合而成的一種分子水平的功能顯像加結(jié)構(gòu)顯像的系統(tǒng)，其是借助于高場(chǎng)超導(dǎo)MR的高分辨率和PET的高靈敏度實(shí)現(xiàn)解剖結(jié)構(gòu)顯像和功能成像的互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)MR的功能成像與PET功能成像的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合與交叉驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)對(duì)一些復(fù)雜疾病的診斷與監(jiān)控。
[0003]目前PET-MR系統(tǒng)發(fā)展有同室布置PET-MR系統(tǒng)、同機(jī)融合PET-MR系統(tǒng)及異室布置PET-MR系統(tǒng)三種技術(shù)狀態(tài)。針對(duì)同室布置PET-MR系統(tǒng)和同機(jī)融合PET-MR系統(tǒng)而言，因目前PET成像系統(tǒng)采用的探測(cè)器大多是由如圖1所示的閃爍晶體陣列模塊11與光電倍增管(Position Sensitive Photomultiplier Tube, PSPMT) 12 f禹合而成的，MR 系統(tǒng)中的靜態(tài)磁場(chǎng)和高頻開關(guān)的梯度場(chǎng)會(huì)對(duì)光電倍增管產(chǎn)生電磁干擾，影響PET系統(tǒng)的圖像質(zhì)量，進(jìn)而影響PET-MR系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。
[0004]在PET-MR成像系統(tǒng)中采用了一種受磁場(chǎng)干擾較小的閃爍晶體陣列探測(cè)器來(lái)減小MR系統(tǒng)對(duì)PET系統(tǒng)的電磁影響。該閃爍晶體陣列探測(cè)器采用位置靈敏雪崩光電二極管(Position Sensitive Avalanche Photodiode,PSAPD)來(lái)適用強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境，如圖 2 所不。該閃爍晶體陣列探測(cè)器包括閃爍晶體陣列21及光耦合至閃爍晶體陣列21上的片狀的雪崩光電二極管陣列22。閃爍晶體陣列21是由多個(gè)閃爍晶體31構(gòu)成的，如圖3A及圖3B所示。每個(gè)閃爍晶體31均具有一個(gè)光入射面31a及一個(gè)與雪崩光電二極管陣列22耦合的耦合面31b、31c。由于閃爍晶體陣列21的閃爍晶體31呈長(zhǎng)方體狀設(shè)置，會(huì)使得由入射Y光在閃爍晶體里誘導(dǎo)產(chǎn)生的特定波段400nm-550nm的熒光在傳輸過程中因光程過長(zhǎng)而耗損掉，進(jìn)而造成閃爍晶體陣列探測(cè)器的光轉(zhuǎn)換率降低，影響圖像質(zhì)量。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的閃爍晶體陣列探測(cè)器及采用該閃爍晶體陣列探測(cè)器的PET-MR成像系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種可提高可見光的接收效率的PET系統(tǒng)用閃爍晶體陣列探測(cè)器及采用該閃爍晶體陣列探測(cè)器的PET-MR成像系統(tǒng)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種閃爍晶體陣列探測(cè)器，用于正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描成像系統(tǒng)中，該閃爍晶體陣列探測(cè)器包括閃爍晶體陣列和雪崩光電二極管陣列，所述雪崩光電二極管陣列包括多個(gè)雪崩光電二極管子陣列，每一雪崩光電二極管子陣列包括多個(gè)雪崩光電二極管，所述閃爍晶體陣列包括多個(gè)閃爍晶體，每一閃爍晶體具有與多個(gè)雪崩光電二極管子陣列中的一個(gè)耦合的耦合面及多個(gè)與耦合面相鄰的相鄰面。其中所述閃爍晶體的多個(gè)相鄰面中至少一個(gè)相鄰面與所述耦合面之間成銳角。
[0008]優(yōu)選地，本發(fā)明進(jìn)一步界定，所述耦合面為所述閃爍晶體的表面中面積最大的面。
[0009]優(yōu)選地，本發(fā)明進(jìn)一步界定，所述閃爍晶體具有頂面、底面及連接頂面與底面的多個(gè)側(cè)面，所述耦合面為閃爍晶體的多個(gè)側(cè)面中的一個(gè)側(cè)面，位于閃爍晶體的側(cè)面的相鄰面與所述耦合面之間形成的角度介于45?84度之間。
[0010]優(yōu)選地，本發(fā)明進(jìn)一步界定，所述閃爍晶體具有頂面、底面及連接頂面與底面的多個(gè)側(cè)面，所述耦合面為所述閃爍晶體的多個(gè)側(cè)面中的一個(gè)側(cè)面，位于閃爍晶體頂面或底面的相鄰面與所述耦合面之間形成的角度介于87?88度之間。
[0011]優(yōu)選地，本發(fā)明進(jìn)一步界定，所述多個(gè)相鄰面中至少一個(gè)面設(shè)有光反射膜。
[0012]優(yōu)選地，本發(fā)明進(jìn)一步界定，所述光反射膜通過粘貼、噴涂、化學(xué)沉積或?yàn)R射鍍膜的方式設(shè)于閃爍晶體的相鄰面。
[0013]優(yōu)選地，本發(fā)明進(jìn)一步界定，所述雪崩光電二極管陣列呈片狀，所述閃爍晶體陣列中位于同一排的多個(gè)閃爍晶體的耦合面位于同一平面。
[0014]本發(fā)明還提出一種包括上述閃爍晶體陣列探測(cè)器的正電子發(fā)射-磁共振成像系統(tǒng)。
[0015]本發(fā)明的閃爍晶體陣列探測(cè)器的閃爍晶體的耦合面與相鄰面之間成銳角設(shè)置，可以減少可見光在閃爍晶體內(nèi)反射的次數(shù)，提高可見光的接收效率，進(jìn)而保證PET-MR成像系統(tǒng)在圖像重建時(shí)的圖像質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說明，其中:
[0017]圖1所示為現(xiàn)有的一種PET成像系統(tǒng)用閃爍晶體陣列探測(cè)器示意性的立體圖。
[0018]圖2所示為現(xiàn)有的一種PET-MR成像系統(tǒng)用的閃爍晶體陣列探測(cè)器的示意性的立體圖。
[0019]圖3A為圖2所示的閃爍晶體陣列探測(cè)器中的一種閃爍晶體的示意性的立體圖。
[0020]圖3B為圖2所示的閃爍晶體陣列探測(cè)器中的另一種閃爍晶體的示意性的立體圖。
[0021]圖4所示為本發(fā)明的閃爍晶體陣列探測(cè)器的示意性的立體圖。
[0022]圖5為本發(fā)明閃爍晶體陣列探測(cè)器的雪崩光電二極管子陣列的示意性的電路圖。
[0023]圖6為圖4所示的閃爍晶體陣列探測(cè)器的閃爍晶體與反射膜的示意性的立體分解圖。
[0024]圖7A為圖6所示的閃爍晶體陣列探測(cè)器的閃爍晶體的示意性的立體圖。
[0025]圖7B為圖7A所示的閃爍晶體陣列探測(cè)器的閃爍晶體的示意性的主視圖，其中閃爍晶體上未設(shè)反射膜。
[0026]圖7C為圖7A所示的閃爍晶體陣列探測(cè)器的閃爍晶體的示意性的俯視圖，其中閃爍晶體上未設(shè)反射膜。
[0027]圖8A為本發(fā)明的閃爍晶體陣列探測(cè)器的閃爍晶體未進(jìn)行倒角加工的示意性的立體圖。
[0028]圖SB為本發(fā)明的閃爍晶體陣列探測(cè)器的閃爍晶體進(jìn)行倒角加工后的示意性的立體圖。
[0029]圖9A、圖9B分別為光在現(xiàn)有的閃爍晶體陣列探測(cè)器的閃爍晶體及本發(fā)明的閃爍晶體陣列探測(cè)器的閃爍晶體中傳輸?shù)氖疽庑缘穆窂綀D。
【具體實(shí)施方式】
[0030]如圖4至圖6所示，本發(fā)明的閃爍晶體陣列探測(cè)器400，用于PET成像系統(tǒng)或PET-MR成像系統(tǒng)，其包括閃爍晶體陣列410及與閃爍晶體陣列410耦合的雪崩光電二極管陣列420。閃爍晶體陣列410由行(圖4中X方向)和列(圖4中y方向)上的多個(gè)閃爍晶體401組成。每一閃爍晶體401均具有頂面、與頂面相對(duì)設(shè)置的底面及若干連接頂面與底面的側(cè)面。雪崩光電二極管陣列420呈片狀，用于和位于同一排的閃爍晶體(如401A-401H)耦合。雪崩光電二極管陣列420可包括多個(gè)如圖5所示的雪崩光電二極管子陣列421。如圖5所示，每一雪崩光電二極管子陣列421具有多個(gè)雪崩光電二極管D。
[0031]如圖5所示，每個(gè)雪崩光電二極管子陣列421包括多個(gè)微電路單元422，每一個(gè)微電路單兀422包括一個(gè)雪崩光電二極管D (如D1，D2,...，Dn)和一個(gè)淬滅電阻R (如R1，R2，...，Rn)，加上反向偏壓后，雪崩光電二極管工作在接近擊穿的狀態(tài)下。當(dāng)有光子打在閃爍晶體陣列探測(cè)器400的探測(cè)面上，雪崩光電二極管D內(nèi)部產(chǎn)生大量電子，輸出一個(gè)電脈沖。這時(shí)為防止雪崩光電二極管被擊穿，其內(nèi)部電阻導(dǎo)通，開始放電，雪崩光電二極管回到初始狀態(tài)，等待下一個(gè)光子打過來(lái)。各個(gè)微電路單元422被并聯(lián)在一起，產(chǎn)生的電脈沖被累加起來(lái)，形成電流輸出，輸出電流的大小能夠反映入射光的強(qiáng)度。另外，經(jīng)過信號(hào)處理可以知道輸出電流電流的來(lái)源，從而獲得其耦合對(duì)應(yīng)的閃爍晶體的信息。
[0032]請(qǐng)重點(diǎn)參閱圖6、圖7A、圖7B及圖7C所示，每一閃爍晶體401均具有一個(gè)與雪崩光電二極管子陣列421耦合的耦合面401a及若干與耦合面401a相鄰的相鄰面401b_401e。排列成同一排的多個(gè)閃爍晶體401 (如401A-401H)的耦合面401a位于同一平面。耦合面401a為閃爍晶體401表面中面積最大的面。當(dāng)將閃爍晶體401按圖7A所示方向放置時(shí)，選定耦合面401a為閃爍晶體401的側(cè)面，閃爍晶體401位于頂面并與耦合面401a相鄰的相鄰面401b為光入射面。當(dāng)Y光從光入射面入射到閃爍晶體401內(nèi)后，將被轉(zhuǎn)換成可見光并在各個(gè)相鄰面401b-401e上反射，并最終射入耦合面401a。為了減少光在射入耦合面401a之前在各個(gè)相鄰面401b-401e間反射的次數(shù)，相鄰面401b、401d與耦合面401a之間夾角α介于45?84度之間。相鄰面401c、401e與耦合面401a之間的夾角β介于87?88度之間。在此，由于相鄰面401c和401e較相鄰面401b和401d具有更大的面積，使其只需具有比90度略小的傾斜角即可。可以理解，上述角度僅為舉例目的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在(0° ,90° )的銳角范圍內(nèi)選取合理的角度。一般而言，過小的角度(更接近O度)會(huì)降低單個(gè)閃爍晶體入射Y光子的作用幾率，而過大的角度(更接近90度)，不能顯著提升探測(cè)器效率。對(duì)不同的閃爍晶體陣列探測(cè)器，合理的角度能夠?qū)μ綔y(cè)效率有10%以上的提升。
[0033]相鄰面401b_401e中的一個(gè)或多個(gè)面上以及與耦合面401a平行的表面401f上設(shè)有光反射膜402，可以大幅度降低在閃爍晶體401內(nèi)由入射Y光子作用產(chǎn)生的可見光的透射損失，進(jìn)而極大地提高閃爍晶體探測(cè)器400的探測(cè)效率。[0034]本發(fā)明中的反射膜402也可由其他具有光反射性能的反射材料替換。為大幅度降低可見光的透射損失，反射材料較佳的是高反射率的膜材料，尤其是對(duì)350nm?550nm的光線有很高的反射率、很低的透射率和吸收率的材料。在一實(shí)施例中，對(duì)垂直入射的可見光，反射膜的反射率最好大于90%。
[0035]下面詳細(xì)介紹閃爍晶體陣列探測(cè)器的閃爍晶體的制造流程。首先提供多個(gè)如圖8A所示的呈長(zhǎng)方體設(shè)置的閃爍晶體901。所述閃爍晶體901的側(cè)面901a、901c、901e、901f均呈矩形，頂面901b和底面901d也為矩形。側(cè)面和頂面(或底面)的長(zhǎng)度比(寬度相同)在5:1以上。
[0036]接著選定閃爍晶體901的側(cè)面901a為耦合面，并對(duì)與耦合面901a相鄰的的一個(gè)或多個(gè)相鄰面901b-901e進(jìn)行加工，以便加工出如圖8B所示的傾斜的相鄰面901g_901j。其中相鄰面901g、901i與耦合面901a之間的夾角α介于45?84度之間、相鄰面901h、901 j與耦合面901a之間的夾角β介于87?88度之間。加工的方法可以是進(jìn)行精細(xì)研磨處理。在研磨過程中，閃爍晶體表面粗糙度在幾個(gè)微米左右。
[0037]接著在每一閃爍晶體901的除了耦合面901a以外的一個(gè)或多個(gè)面901g_901k上覆蓋反射材料。在許多情況下，反射材料的尺寸不一定需要和對(duì)應(yīng)的面完全吻合。也就是說，反射材料可只覆蓋各個(gè)面的局部表面。在本發(fā)明的實(shí)施例中，覆蓋反射材料的方法包括粘貼，噴涂，化學(xué)沉積和濺射鍍膜中的至少一種。
[0038]在單個(gè)閃爍晶體完成加工后，將多個(gè)閃爍晶體排列成一列，使各閃爍晶體的耦合面位于同一平面，并將各雪崩光電二極管子陣列耦合到閃爍晶體的耦合面上。最后，將多個(gè)閃爍晶體組合成閃爍晶體陣列。
[0039]圖9A、9B為本發(fā)明的實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的閃爍晶體的光學(xué)性能的對(duì)比圖。在如圖9A所示的現(xiàn)有閃爍晶體中，閃爍晶體中相同位置產(chǎn)生相同方向的可見光線r，經(jīng)過多次反射后依然不能到達(dá)耦合面1001。而在圖9B所示的本發(fā)明的閃爍晶體中，同樣的可見光線r，經(jīng)過一次反射后，就到達(dá)耦合面1002。
[0040]本發(fā)明的閃爍晶體陣列探測(cè)器400的閃爍晶體401的相鄰面401b、401d與耦合面401a之間的夾角α介于45?84度之間；相鄰面401c、401e與耦合面401a之間的夾角β介于87?88度之間，可減少光在閃爍晶體401內(nèi)的反射次數(shù)，使入射光盡快射至耦合面401a，進(jìn)而提高閃爍晶體陣列探測(cè)器400的光接收效率，減少光能耗散，進(jìn)而盡快通過雪崩光電二極管D將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，進(jìn)而保證PET-MR成像系統(tǒng)在圖像重建時(shí)的圖像質(zhì)量?？捎糜谡娮影l(fā)射-磁共振成像系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)中的探測(cè)器性能。
[0041]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種閃爍晶體陣列探測(cè)器，用于正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描成像系統(tǒng)中，該閃爍晶體陣列探測(cè)器包括閃爍晶體陣列和雪崩光電二極管陣列，所述雪崩光電二極管陣列包括多個(gè)雪崩光電二極管子陣列，每一雪崩光電二極管子陣列包括多個(gè)雪崩光電二極管，所述閃爍晶體陣列包括多個(gè)閃爍晶體，每一閃爍晶體具有與多個(gè)雪崩光電二極管子陣列中的一個(gè)耦合的耦合面及多個(gè)與耦合面相鄰的相鄰面，其特征在于，所述閃爍晶體的多個(gè)相鄰面中至少一個(gè)相鄰面與所述耦合面之間成銳角。
2.如權(quán)利要求1所述的閃爍晶體陣列探測(cè)器，其特征在于，所述耦合面為所述閃爍晶體的表面中面積最大的面。
3.如權(quán)利要求1所述的閃爍晶體陣列探測(cè)器，其特征在于，所述閃爍晶體具有頂面、底面及連接頂面與底面的多個(gè)側(cè)面，所述耦合面為閃爍晶體的多個(gè)側(cè)面中的一個(gè)側(cè)面，位于閃爍晶體的側(cè)面的相鄰面與所述耦合面之間形成的角度介于45?84度之間。
4.如權(quán)利要求1所述的閃爍晶體陣列探測(cè)器，其特征在于，所述閃爍晶體具有頂面、底面及連接頂面與底面的多個(gè)側(cè)面，所述耦合面為所述閃爍晶體的多個(gè)側(cè)面中的一個(gè)側(cè)面，位于閃爍晶體頂面或底面的相鄰面與所述耦合面之間形成的角度介于87?88度之間。
5.如權(quán)利要求1所述的閃爍晶體陣列探測(cè)器，其特征在于，所述多個(gè)相鄰面中至少一個(gè)面設(shè)有光反射膜。
6.如權(quán)利要求5所述的閃爍晶體陣列探測(cè)器，其特征在于，所述光反射膜通過粘貼、噴涂、化學(xué)沉積或?yàn)R射鍍膜的方式設(shè)于閃爍晶體的相鄰面。
7.如權(quán)利要求1所述的閃爍晶體陣列探測(cè)器，其特征在于，所述雪崩光電二極管陣列呈片狀，所述閃爍晶體陣列中位于同一排的多個(gè)閃爍晶體的耦合面位于同一平面。
8.一種包括如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的閃爍晶體陣列探測(cè)器的正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描-磁共振成像系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G01T1/202GK103592671SQ201210290925
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月15日
【發(fā)明者】趙太澤 申請(qǐng)人:上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司