伽馬輻射探測(cè)設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種伽馬輻射探測(cè)設(shè)備。本發(fā)明一般應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域。更具體而 言，本發(fā)明應(yīng)用于PET和SPECT成像領(lǐng)域，并且特別參考其來(lái)描述。
【背景技術(shù)】
[0002] 在PET和SPECT成像領(lǐng)域中，放射性示蹤劑被施予給患者，該放射性示蹤劑優(yōu)選地 被身體的特定區(qū)域攝取。放射性示蹤劑引起伽馬光子的發(fā)射，伽馬光子被醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)探 測(cè)到并被用于生成放射性示蹤劑的空間分布的圖像。這樣的圖像可以隨后被醫(yī)師解讀以調(diào) 查生物過(guò)程的機(jī)能。這些圖像的質(zhì)量，尤其是它們的信噪比，合乎期望地被改進(jìn)以輔助臨床 診斷并且部分地取決于伽馬光子被探測(cè)的靈敏度。
[0003] 對(duì)伽馬光子的探測(cè)是由SPECT成像系統(tǒng)中的伽馬相機(jī)執(zhí)行的。伽馬相機(jī)包括一個(gè) 或多個(gè)探測(cè)頭，其被定位為接收來(lái)自成像區(qū)域的伽馬光子。每個(gè)頭包括一個(gè)或多個(gè)伽馬光 子探測(cè)器。與SPECT相對(duì)照，在PET成像系統(tǒng)中，伽馬光子是由被關(guān)于成像區(qū)域徑向設(shè)置的 伽馬光子探測(cè)器的模塊成對(duì)探測(cè)的。伽馬光子探測(cè)器因此是SPECT和PET成像系統(tǒng)兩者中 的共同特征，并且在本文中被定義為包括與光學(xué)探測(cè)器光學(xué)連通的閃爍體元件。光學(xué)探測(cè) 器在本文中被定義為包括光學(xué)傳感器，其接收光學(xué)輻射并響應(yīng)于所述光學(xué)輻射而生成電信 號(hào)。
[0004] 在伽馬光子探測(cè)器中，閃爍體元件在被伽馬光子撞擊時(shí)創(chuàng)建閃爍光的脈沖。相關(guān) 聯(lián)的光學(xué)探測(cè)器隨后將閃爍光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。在尋求最大化它們的圖像質(zhì)量時(shí)，成像系統(tǒng) 合乎期望地使用靈敏的伽馬光子探測(cè)器，靈敏的伽馬光子探測(cè)器有效地將接收到的伽馬光 子的能量轉(zhuǎn)換成電脈沖。最大化該效率因此要求光學(xué)探測(cè)器捕獲盡可能多的由閃爍體元件 產(chǎn)生的原始閃爍光。
[0005] 通過(guò)改善相鄰伽馬光子探測(cè)器之間的光學(xué)隔離，在PET和SPECT成像系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn) 了進(jìn)一步的改進(jìn)。這樣的成像系統(tǒng)通常具有伽馬光子探測(cè)器的密堆積布置，在其中閃爍體 元件之間的光泄漏具有錯(cuò)誤解讀其來(lái)源的風(fēng)險(xiǎn)，由此劣化它們的空間分辨率。
[0006] 用于改進(jìn)由輻射探測(cè)器中的光學(xué)探測(cè)器對(duì)閃爍光的捕獲的已知方法包括，在例如 PTFE帶中對(duì)閃爍體元件進(jìn)行翹曲。PTFE帶與高折射率閃爍體元件的表面之間的小的氣隙 起到使用全內(nèi)反射將以斜的入射角入射到閃爍體元件的表面的閃爍光保持在閃爍體元件 內(nèi)的作用。PTFE帶操作為將閃爍光中的一些（它們?cè)诮咏ㄏ虻娜肷浣堑娜肷湟馕吨浞?則不會(huì)被全內(nèi)反射保持）返回到閃爍體元件。
[0007] 在專利申請(qǐng)US5091650A中公開的另一種方法涉及對(duì)閃爍體元件中除與光學(xué)探測(cè) 器光學(xué)連通的之外的表面應(yīng)用向內(nèi)反射層。這些改善了由光學(xué)探測(cè)器對(duì)閃爍光的捕獲效率 以及相鄰閃爍體元件之間的光學(xué)隔離兩者。
[0008] 在文南犬 Simulating Scintillator Light Collection using Measured Optical Reflectance SCH-TNS-00249-2009. Rl中Janecek等人討論了在預(yù)測(cè)從閃爍晶體的光收集 中對(duì)被應(yīng)用到閃爍體元件的反射層的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確建模的需要，并且還公開了針對(duì)反 射層的模型，例如Luniirror?、ESR膜、T;f^ek?以及TiO涂料。
[0009] 專利申請(qǐng)W02012/153223公開了通過(guò)對(duì)多個(gè)預(yù)先形成的拋光閃爍體晶體的至少 一側(cè)進(jìn)行粗化以減輕閃爍體晶體中的光捕獲，并且進(jìn)一步對(duì)被布置在陣列中的粗化的晶體 應(yīng)用鏡面反射材料。
[0010] 美國(guó)專利US6369390B1公開了在朝向光傳感器延伸的晶體中具有多個(gè)光散射孔 并且與晶體的至少一個(gè)表面連通的閃爍相機(jī)晶體。該晶體由第一材料和孔形成，并且包括 不同于第一材料的第二材料，該第二材料用于響應(yīng)于入射伽馬射線偏轉(zhuǎn)由閃爍晶體生成的 光并且減少所生成的光的展開。
[0011] 在上述伽馬光子探測(cè)器中，盡管向內(nèi)反射層的使用改進(jìn)了光學(xué)探測(cè)器對(duì)閃爍光的 捕獲效率，但閃爍光中的許多仍未被相關(guān)聯(lián)的光學(xué)探測(cè)器捕獲。這劣化了伽馬光子探測(cè)器 的信噪比，并且還劣化了采用這樣的探測(cè)器的SPECT和PET成像系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。因此，存 在著改進(jìn)伽馬光子探測(cè)器的靈敏度的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種具有改進(jìn)的靈敏度的伽馬輻射探測(cè)設(shè)備。
[0013] 該目標(biāo)通過(guò)包括閃爍體元件和光學(xué)探測(cè)器的伽馬輻射探測(cè)設(shè)備得以實(shí)現(xiàn)。所述光 學(xué)探測(cè)器與所述閃爍體元件光學(xué)連通，并且多個(gè)顆?；蚩障侗簧⒉荚谒鲩W爍體元件中。 由所述顆粒或空隙引入的光學(xué)散射改進(jìn)了由所述光學(xué)探測(cè)器探測(cè)的閃爍光的比例，由此改 進(jìn)了所述伽馬輻射探測(cè)設(shè)備的靈敏度。
[0014] 發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，伽馬輻射探測(cè)設(shè)備的靈敏度受閃爍光在有損耗的閃爍體元件內(nèi)的 俘獲限制。閃爍光被閃爍體元件內(nèi)的多重反射俘獲，其因此被吸收在其中，阻止其被相關(guān)聯(lián) 的光學(xué)探測(cè)器探測(cè)到。這樣的閃爍體元件常規(guī)地被空氣介質(zhì)圍繞。在高折射率閃爍體元件 的閃爍體元件-空氣界面處的全內(nèi)反射被用于將斜入射的閃爍光保持在閃爍體元件內(nèi)。然 而，這樣的鏡面反射能夠?qū)е略陂W爍體元件內(nèi)的長(zhǎng)的光程，以及因此在其中的顯著吸收。進(jìn) 行在閃爍體元件內(nèi)的平直螺旋軌跡的光學(xué)光子尤其受這樣的吸收影響。在另一種配置中， 向內(nèi)反射層被應(yīng)用到閃爍體元件的表面，并且氣隙被設(shè)置在向內(nèi)反射層與閃爍體元件的表 面之間。氣隙再次用作通過(guò)全內(nèi)反射保持以斜入射角入射的光，并且向內(nèi)反射層用作保持 以接近法向入射到閃爍體表面的光。向內(nèi)反射層大大改進(jìn)了被保持在閃爍體元件中的光的 比例，然而針對(duì)具有到閃爍體元件的表面的接近發(fā)射入射的光路，發(fā)生在閃爍體元件內(nèi)的 顯著損失。這樣的接近法向入射的光也可能變得被由氣隙以及在反射層之間的閃爍體元件 形成的光腔中的多重反射俘獲，在光腔中再次地，得到的長(zhǎng)路徑長(zhǎng)度導(dǎo)致顯著的吸收。被這 些過(guò)程俘獲的光學(xué)光子已被模擬為在上百或上千次反射后經(jīng)受吸收。
[0015] 在本發(fā)明中，通過(guò)顆?；蚩障队幸獾匾氲墓鈱W(xué)散射起作用為防止這樣的多重反 射發(fā)生。這樣的顆?；蚩障兑话銜?huì)被排除出閃爍體元件，因?yàn)楣鈱W(xué)散射體常規(guī)上被認(rèn)為會(huì) 妨礙閃爍光的傳播并因此優(yōu)選地被避免。即使沒(méi)有任何額外的反射層，由顆?；蚩障兑?的散射隨機(jī)地改變閃爍光的行進(jìn)的方向，防止這樣的損失通過(guò)閃爍體元件中的多重反射的 累積。在額外的反射層存在時(shí)，觀察到還要更大的益處。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明被有意地散布在閃爍體元件中的顆粒不同于可能存在于閃爍體材料 中的摻雜物，不同在于摻雜物是在原子水平上被引入到閃爍體的主基體中的并且因此占據(jù) 晶格位點(diǎn)。相反，所引入的顆粒占據(jù)閃爍體元件中的宏觀空間。常規(guī)地通過(guò)燒結(jié)有意地將 空隙從閃爍體元件去除。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，閃爍體元件中的散射系數(shù)與吸收系數(shù)的比率在0. 5至 1000的范圍內(nèi)。這樣的范圍產(chǎn)生伽馬輻射探測(cè)設(shè)備的靈敏度上的改進(jìn)。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述顆?；蚩障侗淮_定尺寸為使得有效地散射在閃爍體 元件內(nèi)行進(jìn)的閃爍光。有效散射是由具有與閃爍光的波長(zhǎng)相比小的或相當(dāng)?shù)某叽绲念w粒或 空隙提供的。常規(guī)地，閃爍體元件具有接近于可見(jiàn)波長(zhǎng)區(qū)域的特征發(fā)射譜，并且因此針對(duì)在 范圍50納米至1000納米內(nèi)的平均直徑的顆?；蚩障队^察到有用的散射。通過(guò)進(jìn)一步將范 圍窄化到100納米至500納米，觀察到還要更有效的散射，并且因此光學(xué)探測(cè)器的閃爍光捕 獲效率得到還要進(jìn)一步的改進(jìn)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述閃爍體元件具有特征光學(xué)發(fā)射譜，并且在閃爍體元 件的光學(xué)發(fā)射譜內(nèi)的波長(zhǎng)處，閃爍體元件的折射率與顆?；蚩障兜恼凵渎实谋嚷食^(guò)1. 2。 這樣的折射率比率提供了閃爍光的有用散射，并且在該比率增大時(shí)獲得改進(jìn)的散射。根據(jù) 本發(fā)明的另一方面，所述顆粒是以下中的至少一種：Al2O3顆粒、SiO2顆粒、MgO 2顆粒。這樣 的顆?？梢员蝗菀椎夭⑷腴W爍體材料中，并且有利地得到有用的散射。也設(shè)想使用這樣的 顆粒的組合。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述空隙被以下中的一種填充：氣體、空氣、流體。備選 地，所述空隙可以完全是空的并且因此被騰空。以此方式對(duì)所述空隙的填充可以有利地被 用于更改它們的折射率并由此改進(jìn)散射。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述光學(xué)探測(cè)器借助于探測(cè)器光學(xué)接口與所述閃爍體元 件光學(xué)連通，并且所述伽馬輻射探測(cè)設(shè)備還包括至少一個(gè)反射層。所述至少一個(gè)反射層借 助于氣隙與除所述探測(cè)器光學(xué)接口之外的所述閃爍體元件的至少一個(gè)表面的至少一部分 光學(xué)連通。盡管在不存在這樣的反射層時(shí)所述閃爍體元件中的所述顆粒或空隙具有在伽馬 輻射探測(cè)器中具有有益效果；光由高折射率閃爍體元件內(nèi)的全內(nèi)反射引導(dǎo)；具有被設(shè)置在 反射層與閃爍體元件的表面之間的氣隙的至少一個(gè)反射層的增加改進(jìn)了尤其是接近法向 入射的閃爍光的反射。所述反射層起作用為使接近法向入射的光中的一些返回到所述閃爍 體元件，由此改進(jìn)所述光學(xué)探測(cè)器的閃爍光捕獲效率。此外，光逃逸到附近閃爍元件的概率 也得以減小。這降低了閃爍光串?dāng)_到附近閃爍體元件的風(fēng)險(xiǎn)，閃爍光串?dāng)_到附近閃爍體元 件時(shí)，探測(cè)具有對(duì)其來(lái)源的錯(cuò)誤解讀的風(fēng)險(xiǎn)。閃爍光的串?dāng)_的減少在例如PET成像系統(tǒng)中 是尤其有益的，在PET成像系統(tǒng)中，其改進(jìn)了得