本申請(qǐng)涉及醫(yī)療設(shè)備技術(shù)，特別涉及一種PET檢測(cè)器及其制作方法。

背景技術(shù)：

PET(Positron Emission Tomograph，正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描)檢測(cè)器是用于采集正電子湮滅事件的事件信息的裝置，例如，可以采集獲取事件信息中的γ光子被閃爍晶體接收的位置、時(shí)間以及所觸發(fā)的能量。PET檢測(cè)器可以包括：閃爍晶體陣列、探測(cè)單元和信號(hào)處理電路；其中，閃爍晶體陣列用于接收γ光子并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的光信號(hào)，與閃爍晶體陣列連接的探測(cè)單元例如可以是SiPM或者APD等，用于將所述γ光子對(duì)應(yīng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，與探測(cè)單元連接的信號(hào)處理電路，用于根據(jù)探測(cè)單元產(chǎn)生的電信號(hào)識(shí)別得到事件信息。

探測(cè)單元是一個(gè)由很多探測(cè)像素組成的陣列結(jié)構(gòu)，每個(gè)探測(cè)像素與閃爍晶體陣列中的一個(gè)閃爍晶體單元一一對(duì)應(yīng)相連，閃爍晶體單元產(chǎn)生的光信號(hào)可以輸入到探測(cè)像素中。但是，相鄰的探測(cè)像素之間存在縫隙，現(xiàn)有技術(shù)中，會(huì)有很大一部分光信號(hào)出射到該縫隙處，造成光信號(hào)輸出的損失，而光信號(hào)損失將降低檢測(cè)器的檢測(cè)效率；即使相關(guān)技術(shù)中可以設(shè)置反光面，用以將縫隙處的出光反射到探測(cè)像素中，而多次反射后的光信號(hào)能量大幅降低，仍然無(wú)法有效提高檢測(cè)器的檢測(cè)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环NPET檢測(cè)器及其制作方法，以提高PET檢測(cè)器的檢測(cè)效率。

具體地，本申請(qǐng)是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

第一方面，提供一種PET檢測(cè)器，所述PET檢測(cè)器包括：依次連接的閃爍晶體陣列、探測(cè)單元和信號(hào)處理電路；

所述閃爍晶體陣列包括多個(gè)閃爍晶體單元，所述閃爍晶體單元包括：用于接收γ光子的入光面、用于輸出γ光子觸發(fā)產(chǎn)生的光信號(hào)的出光面、以及用于連接入光面和出光面的晶體側(cè)面；所述探測(cè)單元包括以陣列式組成的多個(gè)探測(cè)像素；每一個(gè)探測(cè)像素與一個(gè)閃爍晶體單元對(duì)應(yīng)連接，用于將所述閃爍晶體單元輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；與所述探測(cè)單元連接的信號(hào)處理電路，用于根據(jù)所述電信號(hào)識(shí)別得到γ光子對(duì)應(yīng)的事件信息；

所述閃爍晶體單元的晶體側(cè)面具有傾斜角度，且所述晶體側(cè)面具有用于反射所述閃爍晶體單元產(chǎn)生的光信號(hào)的反射層；

所述閃爍晶體單元的出光面，與所述探測(cè)像素中用于接收光信號(hào)的入光面尺寸相同且對(duì)準(zhǔn)耦合。

第二方面，提供一種PET檢測(cè)器的制作方法，所述方法包括：

制作閃爍晶體單元，所述閃爍晶體單元包括：用于接收γ光子的入光面、用于輸出γ光子觸發(fā)產(chǎn)生的光信號(hào)的出光面、以及用于連接入光面和出光面的晶體側(cè)面；所述晶體側(cè)面具有傾斜角度，且設(shè)置閃爍晶體單元的出光面與探測(cè)像素的入光面尺寸相同；

在制作得到的閃爍晶體單元的所述晶體側(cè)面，粘貼用于反射所述閃爍晶體單元產(chǎn)生的光信號(hào)的反射層；

將多個(gè)閃爍晶體單元組成閃爍晶體陣列；

填充探測(cè)單元中的各個(gè)相鄰的探測(cè)像素之間的縫隙；

將所述閃爍晶體單元的出光面，與探測(cè)像素中用于接收光信號(hào)的入光面對(duì)準(zhǔn)耦合；

將信號(hào)處理電路連接在所述探測(cè)單元上。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑腜ET檢測(cè)器及其制作方法，通過(guò)將閃爍晶體單元的出光面設(shè)置為與探測(cè)像素的入光面之間的尺寸相同，使得晶體單元輸出的光信號(hào)基本上都可以進(jìn)入到探測(cè)像素，不會(huì)再出射到探測(cè)像素之間的縫隙處；并且，通過(guò)將閃爍晶體單元的晶體側(cè)面設(shè)置為傾斜的側(cè)面，并且在該側(cè)面貼設(shè)反射層，能夠有效的快速反射光信號(hào)，使得光信號(hào)沿晶體軸線方向在晶體內(nèi)部快速的向下傳導(dǎo)，直至進(jìn)入到探測(cè)像素；因此，本申請(qǐng)的PET檢測(cè)器可以使得閃爍晶體單元產(chǎn)生的光信號(hào)，絕大部分都可以進(jìn)入到探測(cè)像素，進(jìn)而使得探測(cè)像素輸出的脈沖能量較大，提高檢測(cè)效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本申請(qǐng)一示例性實(shí)施例示出的一種PET檢測(cè)器的組成結(jié)構(gòu)；

圖2是本申請(qǐng)一示例性實(shí)施例示出的一種探測(cè)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本申請(qǐng)一示例性實(shí)施例示出的一種閃爍晶體陣列與探測(cè)單元之間的連接結(jié)構(gòu)；

圖4是本申請(qǐng)一示例性實(shí)施例示出的一種光信號(hào)的反射路線圖；

圖5是本申請(qǐng)一示例性實(shí)施例示出的一種晶體側(cè)面的傾斜角度確定原理圖；

圖6是本申請(qǐng)一示例性實(shí)施例示出的一種阻擋部件設(shè)置示意圖；

圖7是本申請(qǐng)一示例性實(shí)施例示出的另一種阻擋部件設(shè)置示意圖；

圖8是本申請(qǐng)一示例性實(shí)施例示出的一種PET檢測(cè)器的制作流程；

圖9是按照?qǐng)D8的流程形成的PET檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是PET檢測(cè)器的工作原理示意圖。

具體實(shí)施方式

這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本申請(qǐng)相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本申請(qǐng)的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

圖1示出了PET檢測(cè)器所包括的三個(gè)組成部分：閃爍晶體陣列11、探測(cè)單元12和信號(hào)處理電路13。

其中，閃爍晶體陣列11包括以陣列形式排列的多個(gè)閃爍晶體單元，每一個(gè)閃爍晶體單元用于接收正電子湮滅事件產(chǎn)生的γ光子，并在該γ光子的觸發(fā)下發(fā)生電離，激發(fā)出光信號(hào)。而與閃爍晶體陣列11連接的探測(cè)單元，用于收集該光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)即脈沖；對(duì)于閃爍晶體單元輸出的光信號(hào)，并不一定能夠全部被探測(cè)單元接收，部分光信號(hào)可能丟失，而探測(cè)單元產(chǎn)生的電信號(hào)的能量大小與其接收到的光信號(hào)的多少有關(guān)，接收的光信號(hào)越多，產(chǎn)生的電信號(hào)能量越大。與探測(cè)單元連接的信號(hào)處理電路，可以通過(guò)識(shí)別所述電信號(hào)的能量，來(lái)確定該電信號(hào)的產(chǎn)生是否表明已經(jīng)接收到正電子湮滅事件產(chǎn)生的γ光子。

簡(jiǎn)單舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)一個(gè)γ光子撞擊到閃爍晶體單元后，該晶體單元產(chǎn)生出3000個(gè)可見(jiàn)光光子，并且如果這些可見(jiàn)光光子全部被探測(cè)單元接收后，探測(cè)單元根據(jù)可見(jiàn)光光子轉(zhuǎn)換成的電脈沖的能量足夠高，信號(hào)處理電路通過(guò)識(shí)別該能量的大小即可確定接收到了γ光子；而如果損失了很大一部分可見(jiàn)光光子，只有1000個(gè)可見(jiàn)光光子被探測(cè)單元接收，那探測(cè)單元產(chǎn)生的電脈沖的能量較低，信號(hào)處理電路識(shí)別到該電脈沖的能量小而判定為未接收到γ光子?？梢?jiàn)，閃爍晶體陣列與探測(cè)單元之間的光信號(hào)的可靠傳輸非常重要，直接影響到是否能夠快速準(zhǔn)確的檢測(cè)到正電子湮滅事件的發(fā)生，如果能夠保證足夠多的光信號(hào)傳輸至探測(cè)單元，則可以有助于PET檢測(cè)器快速準(zhǔn)確的檢測(cè)到γ光子，即提高檢測(cè)效率。

本申請(qǐng)中的探測(cè)單元12的結(jié)構(gòu)可以參見(jiàn)圖2所示，該探測(cè)單元12可以包括以陣列式組成的多個(gè)探測(cè)像素，例如，圖2中的探測(cè)像素121、探測(cè)像素122等。每一個(gè)探測(cè)像素包括一個(gè)有效受光面123，閃爍晶體單元輸出的光信號(hào)可以由該有效受光面123進(jìn)入到探測(cè)像素中，用于轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。相鄰的探測(cè)像素的有效受光面之間，可以稱為探測(cè)像素間的縫隙124，該縫隙124不能接收光信號(hào)，可以使用具有一定粘接性和流動(dòng)性的膠填充到該縫隙處。

示例性的，本申請(qǐng)的探測(cè)單元可以為：由多個(gè)SiPM像素組成的SiPM陣列。

圖3示例了閃爍晶體陣列與探測(cè)單元之間的連接結(jié)構(gòu)，如圖3所示，閃爍晶體陣列的閃爍晶體單元、與探測(cè)單元的探測(cè)像素之間，采用一一對(duì)應(yīng)連接的結(jié)構(gòu)。例如，閃爍晶體單元31與探測(cè)像素32之間對(duì)應(yīng)連接，閃爍晶體單元33與探測(cè)像素34之間對(duì)應(yīng)連接。

每一個(gè)閃爍晶體單元可以包括：入光面35、出光面36和用于連接入光面和出光面的晶體側(cè)面37，其中，入光面35用于接收γ光子，出光面36用于輸出γ光子觸發(fā)產(chǎn)生的光信號(hào)，本例子中，晶體側(cè)面37具有傾斜角度，例如圖3示例的，晶體側(cè)面與閃爍晶體單元的入光面35的夾角成銳角，與閃爍晶體單元的出光面36的夾角成鈍角。并且，晶體側(cè)面37可以貼設(shè)有反射層38，該反射層38可以用于反射閃爍晶體單元產(chǎn)生的光信號(hào)。

此外，由圖3還可以看到，閃爍晶體單元的出光面輸出的光信號(hào)，由探測(cè)像素的入光面進(jìn)入像素，該探測(cè)像素的入光面與閃爍晶體單元的出光面的尺寸相同且對(duì)準(zhǔn)耦合。例如，圖3示例的閃爍晶體單元33的出光面39，與探測(cè)像素34的入光面40之間的尺寸相同且對(duì)準(zhǔn)。

利用上述圖3所示的結(jié)構(gòu)，當(dāng)閃爍晶體單元接收到γ光子時(shí)，對(duì)于晶體單元激發(fā)出的光信號(hào)，可以有效的傳導(dǎo)至對(duì)應(yīng)連接的探測(cè)像素。例如，以圖4中的閃爍晶體單元33與探測(cè)像素34為例，利用閃爍晶體單元33的晶體側(cè)面貼附的反射層38，可以快速的將晶體單元激發(fā)的光信號(hào)反射到出光面處，并由探測(cè)像素的入光面輸入到像素中。

本例子的PET檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，一方面，由于閃爍晶體單元33的出光面與探測(cè)像素34的入光面之間的尺寸相同，所以晶體單元輸出的光信號(hào)基本上都可以進(jìn)入到探測(cè)像素，不會(huì)再出射到探測(cè)像素之間的縫隙處；另一方面，通過(guò)將閃爍晶體單元的晶體側(cè)面設(shè)置為傾斜的側(cè)面，并且在該側(cè)面貼設(shè)反射層，能夠有效的快速反射光信號(hào)，使得光信號(hào)沿晶體軸線方向在晶體內(nèi)部快速的向下傳導(dǎo)，直至進(jìn)入到探測(cè)像素。上述兩點(diǎn)，相對(duì)于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，可以使得閃爍晶體單元產(chǎn)生的光信號(hào)，絕大部分都可以進(jìn)入到探測(cè)像素，進(jìn)而使得探測(cè)像素輸出的脈沖能量較大，提高檢測(cè)效率。

為了減少光信號(hào)由閃爍晶體單元的晶體側(cè)面透射所造成的損失，可以將晶體側(cè)面設(shè)置的反射層的反射系數(shù)大于98％，這樣可以有效保證絕大部分的光信號(hào)都在閃爍晶體單元內(nèi)被反射，直至由晶體單元的出光面出射，減少透射。

此外，閃爍晶體單元的晶體側(cè)面的傾斜角度，本實(shí)施例不做限制，比如，兩個(gè)晶體側(cè)面的傾斜角度可以相同，或者也可以不同。以晶體側(cè)面與閃爍晶體單元的入光面成銳角，與閃爍晶體單元的出光面成鈍角為例，結(jié)合圖5來(lái)說(shuō)明晶體側(cè)面的傾角設(shè)計(jì)：假設(shè)閃爍晶體單元的入光面尺寸是4.13mm，出光面尺寸是3mm，與探測(cè)像素的入光面(即有效受光面)尺寸相同，均是3mm，閃爍晶體單元的高度是20mm。還設(shè)置閃爍晶體單元的兩個(gè)晶體側(cè)面的傾斜角度一致，比如圖5的示例，閃爍晶體單元的入光面與兩個(gè)晶體側(cè)面之間的夾角都是a。根據(jù)上述的尺寸，可以計(jì)算晶體側(cè)面的傾角：tan a＝20mm/[(4.13-3)mm/2]，據(jù)此得到a的數(shù)值，而閃爍晶體單元的出光面與兩個(gè)晶體側(cè)面之間的夾角b＝90-a+90。例如，經(jīng)過(guò)上述計(jì)算可以確定，角度a為86.8度，角度b為93.2度。

在另一個(gè)例子中，當(dāng)發(fā)生正電子湮滅事件時(shí)，如果事件產(chǎn)生的γ光子斜著射入閃爍晶體單元，可能在閃爍晶體單元之間發(fā)生串?dāng)_，如圖6所示，本來(lái)γ光子實(shí)際上是由閃爍晶體單元31接收，可是該γ光子穿越到相鄰的閃爍晶體單元33，激發(fā)閃爍晶體單元33產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的光信號(hào)，這樣在后續(xù)信號(hào)處理電路識(shí)別時(shí)，就可能識(shí)別為閃爍晶體單元33接收到γ光子。為了盡量避免上述的晶體間串?dāng)_現(xiàn)象，本例子在PET檢測(cè)器中，于閃爍晶體陣列的相鄰閃爍晶體單元之間，還設(shè)置了用于防止γ光子在晶體間串?dāng)_的阻擋部件，該阻擋部件具有較高的對(duì)于γ光子的吸收能力，當(dāng)γ光子要穿越到鄰近的晶體單元時(shí)，就會(huì)被設(shè)置在晶體間的該阻擋部件所吸收，從而有效防止晶體串?dāng)_。

請(qǐng)繼續(xù)參見(jiàn)圖6，阻擋部件可以是一個(gè)薄層擋片61，該薄層擋片61例如可以是鎢擋片、或者鉛擋片等材料，并且該薄層擋片61的高度可以與閃爍晶體單元的高度一致?；蛘?，阻擋部件還可以設(shè)置成圖7示例的三棱柱62，三棱柱62的形狀以相鄰的閃爍晶體單元的晶體側(cè)面之間的縫隙為準(zhǔn)。三棱柱62的材料可以與薄層擋片61的材料相同。

此外，即使會(huì)有一小部分γ光子仍然會(huì)穿過(guò)阻擋部件進(jìn)入到另一個(gè)閃爍晶體單元，由于阻擋部件的阻礙作用，使得進(jìn)入到另一晶體單元的γ光子的能量快速降低，從而被該另一晶體單元對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理電路通過(guò)能量識(shí)別而丟棄，也可以避免對(duì)于γ光子接收位置的判斷誤差。

本例子的PET檢測(cè)器，通過(guò)在閃爍晶體單元之間設(shè)置了阻擋部件，可以有效阻礙γ光子穿越到鄰近的晶體單元，從而能夠提高系統(tǒng)的空間分辨率，即可以準(zhǔn)確的識(shí)別到γ光子的接收位置。另外，由于PET檢測(cè)器的檢測(cè)效率和空間分辨率都得到提高，使得能夠在更短的時(shí)間內(nèi)獲取更高質(zhì)量的重建圖像，減少了患者的掃描時(shí)間，提高了患者的流通量。

圖8示例了本申請(qǐng)的PET檢測(cè)器的制作流程，以制作SiPM檢測(cè)器為例，即本例子中的所述探測(cè)單元，包括：由多個(gè)SiPM像素組成的SiPM陣列。

在步驟801中，制作閃爍晶體單元，所述閃爍晶體單元包括：用于接收γ光子的入光面、用于輸出γ光子觸發(fā)產(chǎn)生的光信號(hào)的出光面、以及用于連接入光面和出光面的晶體側(cè)面；所述晶體側(cè)面具有傾斜角度，且設(shè)置閃爍晶體單元的出光面與探測(cè)像素的入光面尺寸相同。

本步驟中，在制作閃爍晶體單元時(shí)，使用的閃爍晶體材料可以為：BGO、LSO、LYSO中的一種或幾種。可以將晶體側(cè)面設(shè)置成具有傾斜角度的側(cè)面，例如，可以將晶體側(cè)面與閃爍晶體單元的入光面設(shè)置成銳角，與閃爍晶體單元的出光面設(shè)置成鈍角。并且，將閃爍晶體單元的出光面的尺寸，設(shè)置成與探測(cè)像素的入光面尺寸相同，例如，均是3*3的面積。此外，該閃爍晶體單元還包括用于接收γ光子的入光面。

在步驟802中，在制作得到的閃爍晶體單元的晶體側(cè)面，粘貼用于反射所述閃爍晶體單元產(chǎn)生的光信號(hào)的反射層。

例如，本步驟所使用的反射層材料，可以包括：BaSo4、或者3M反射膜，并且，可以使用反射系數(shù)較高的材料。

在步驟803中，將多個(gè)閃爍晶體單元組成閃爍晶體陣列。

本步驟將多個(gè)閃爍晶體單元構(gòu)成閃爍晶體陣列。

在另一個(gè)例子中，為了提高空間分辨率，防止γ光子的晶體間串?dāng)_，本步驟中還可以在相鄰的閃爍晶體單元之間，設(shè)置用于防止γ光子在晶體間串?dāng)_的阻擋部件，本例子以薄層擋片為例，在每?jī)蓚€(gè)閃爍晶體單元之間都設(shè)置一薄層擋片，并且用光學(xué)膠對(duì)閃爍晶體單元和薄層擋片做粘接。

在步驟804中，填充探測(cè)單元中的各個(gè)相鄰的探測(cè)像素之間的縫隙。

本步驟進(jìn)行探測(cè)單元的制作，由多個(gè)探測(cè)像素以陣列形式構(gòu)成；對(duì)于相鄰的探測(cè)像素之間的縫隙，可以用具有一定粘接性和流動(dòng)性的膠填充到SiPM的縫隙中，并將SiPM陣列置于平面處，保證膠層的平整度。

在步驟805中，將填充探測(cè)像素之間縫隙后的探測(cè)單元，進(jìn)行縫隙處的排泡處理。

例如，可以將填充膠后的SiPM陣列置于排泡裝置中，完成對(duì)SiPM陣列縫隙處的排泡，保證膠層中無(wú)氣泡，防止因有氣泡而導(dǎo)致可見(jiàn)光的散射損失。

在步驟806中，將閃爍晶體單元的出光面，與探測(cè)像素中用于接收光信號(hào)的入光面對(duì)準(zhǔn)耦合。

本步驟可以將閃爍晶體陣列的表面涂抹光學(xué)耦合劑，并與SiPM的入光面耦合，耦合過(guò)程中需要借助工裝對(duì)準(zhǔn)相對(duì)基準(zhǔn)位置。

本例子中，相對(duì)接的閃爍晶體陣列可以是N*M陣列，SiPM陣列可以是m*n陣列，其中的N、M、m、n可以是任意大于1的整數(shù)，且N*M與m*n可以不一致，只要保證探測(cè)像素與閃爍晶體單元一一對(duì)應(yīng)連接即可。

在步驟807中，將PET檢測(cè)器靜置，以待膠層固化。

例如，可以將耦合后的PET檢測(cè)器置于帶有溫度和濕度控制的靜置箱中靜置一段時(shí)間，待膠層固化。

在步驟808中，將信號(hào)處理電路連接在所述探測(cè)單元上。

例如，本步驟可以將信號(hào)處理電路板焊接在SiPM陣列上，完成PET檢測(cè)器的電路焊接。

經(jīng)過(guò)圖8所示的流程后，形成的PET檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)，可以如圖9所示。

上述制作形成的PET檢測(cè)器，其工作原理如圖10的示意，與SiPM陣列連接的信號(hào)處理電路，可以包括：能量信息讀出電路、時(shí)間信息讀出電路以及能量的閾值判定電路；其中，能量信息讀出電路可以通過(guò)對(duì)SiPM所輸出的電信號(hào)進(jìn)行能量的采集，閾值判定電路可以通過(guò)閾值對(duì)能量進(jìn)行識(shí)別，如果能量達(dá)到閾值，則表明這是有效事件的數(shù)據(jù)，否則，如果電信號(hào)的能量較低，則認(rèn)為是無(wú)效事件的數(shù)據(jù)。對(duì)于有效事件的數(shù)據(jù)，再結(jié)合時(shí)間信息讀出電路標(biāo)定的事件時(shí)間，得到基于TOF的時(shí)間信息的事件發(fā)生位置信息?？梢?jiàn)，通過(guò)與探測(cè)單元連接的信號(hào)處理電路，可以根據(jù)電信號(hào)識(shí)別得到γ光子對(duì)應(yīng)的事件信息，包括能量、時(shí)間、位置等信息。

通過(guò)本申請(qǐng)?zhí)峁┑腜ET檢測(cè)器制作方法，可以得到具有較高的檢測(cè)效率的PET檢測(cè)器，并且還可以提升系統(tǒng)的空間分辨率，應(yīng)用該P(yáng)ET檢測(cè)器時(shí)，可以更快的獲取更高質(zhì)量的重建圖像。

以上所述僅為本申請(qǐng)的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本申請(qǐng)，凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)保護(hù)的范圍之內(nèi)。