專(zhuān)利名稱(chēng):一種用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型屬于輻射探測(cè)成像技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備 的探測(cè)裝置。
背景技術(shù):
高能射線(xiàn)探測(cè)技術(shù)通常采用一種能夠有效阻擋輻射射線(xiàn)并吸收其能量而發(fā)光的 閃爍晶體作為探測(cè)材料,再用高增益的光電倍增器件對(duì)此微弱的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放 大,產(chǎn)生電脈沖信號(hào),通過(guò)采集這些脈沖信號(hào)來(lái)獲得高能射線(xiàn)的能量、時(shí)間及空間位置等信 息,這類(lèi)固體探測(cè)器通稱(chēng)為閃爍探測(cè)器。正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備所采用的探測(cè)裝置即屬 于閃爍探測(cè)器。正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備在核成像中使用Y (伽馬)射線(xiàn)源,其原理是通過(guò)標(biāo)記 參與人體代謝的某些化合物的元素。例如碳、氟、氧和氮等同位素(11C,18F,150,13N)中 的一種或兩種注入人體后成為穩(wěn)定的化合物,在活體內(nèi)參與細(xì)胞代謝。用這種正電子發(fā)射 體取代正常的穩(wěn)定元素,即形成了此類(lèi)元素的化合物,此類(lèi)化合物也是半衰期適合的天然 化合物,當(dāng)此類(lèi)化合物的正電子與人體內(nèi)的電子結(jié)合時(shí),發(fā)生湮滅效應(yīng),產(chǎn)生兩個(gè)能量為 0.511MeV、彼此運(yùn)動(dòng)相反的γ射線(xiàn)。根據(jù)人體不同部位吸收標(biāo)記化合物能力的不同,該同 位素在人體內(nèi)各部位的濃聚程度也不同,湮滅反應(yīng)產(chǎn)生光子的強(qiáng)度也不同。用環(huán)繞人體的 Y射線(xiàn)檢測(cè)器環(huán)列,以符合探測(cè)的方法能探測(cè)到隨位置變化的符合計(jì)數(shù),再經(jīng)過(guò)符合計(jì)數(shù) 技術(shù),即可判定這一對(duì)Y光子輻射的軌跡線(xiàn),該線(xiàn)經(jīng)過(guò)湮滅源按照一定規(guī)律被計(jì)算機(jī)采集 下來(lái),然后通過(guò)軟件上的重建算法使其成像。實(shí)現(xiàn)上述成像方法的最基本單元就是閃爍探 測(cè)器。傳統(tǒng)的閃爍探測(cè)器主要有如下幾種1.利用4個(gè)圓形的PMT來(lái)探測(cè);其缺陷是探 測(cè)效率低下且不均勻,探測(cè)分辨率低;2.利用4個(gè)方形的PMT來(lái)探測(cè);其缺陷是方形PMT價(jià) 格昂貴,成本高;3.利用N個(gè)圓形的PMT排成平板來(lái)探測(cè),其缺陷為探測(cè)效率低下且不均 勻,探測(cè)分辨率低。且以上3種探測(cè)器都沒(méi)有將處理電路集成在一個(gè)模塊內(nèi),故而不利于其 進(jìn)行測(cè)試,組裝,運(yùn)輸,維修等。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可以提高有效探測(cè)面積的用于正電 子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測(cè)裝置。為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案。一種用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測(cè)裝置包括底座、PMT(photomultiplier tube,光電倍增管)支架、蓋板、高壓供電板、前端電路處理板;所述底座用以存放晶體陣 列;所述PMT支架底部與底座緊密相連,內(nèi)部存放PMT模塊,用以保持PMT模塊垂直且與晶 體陣列緊密貼合;所述蓋板與所述PMT支架的頂部緊密相連,用以固定PMT模塊以及保證所 述探測(cè)裝置密閉不透光;所述高壓供電板設(shè)置于所述蓋板的正上方,用以給PMT模塊供電;所述前端電路處理板設(shè)置于所述高壓供電板的正上方,用以獲得射線(xiàn)進(jìn)入所述PMT模塊的 時(shí)間信息、位置信息、和能量信息。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案,所述PMT模塊包括5管PMT,所述5管PMT分別 為位于中間位置處的PMTl和位于PMTl四周的PMT2、PMT3、PMT4、PMT5。作為本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選方案,所述前端電路處理板包括模擬單元、模數(shù)轉(zhuǎn) 換器、數(shù)字單元;所述模擬單元與所述PMT模塊相連,用以對(duì)所述PMT模塊供電后輸出的脈 沖信號(hào)進(jìn)行處理,獲得代表χ坐標(biāo)的能量Ex、y坐標(biāo)的能量Ey、坐標(biāo)位置的總能量Ea、以及 能譜的能量Es等模擬信號(hào);所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與模擬單元相連,用以將模擬單元輸出的模擬 信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào);所述數(shù)字單元與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連,用以對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算,獲 得捕獲每一次脈沖事例所對(duì)應(yīng)的晶體在晶體陣列上的空間二維坐標(biāo)X和Y,和能量E,以及 對(duì)所述模擬單元的控制信號(hào)。本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型采用5管PMT模塊,由于增加了中間的 PMT,提高了有效的探測(cè)面積,提高了探測(cè)器的效率,提高了空間分辨;由于本實(shí)用新型所述 的測(cè)探裝置包括完整的處理電路,每個(gè)模塊以數(shù)字信號(hào)方式輸出并可獨(dú)立調(diào)試,易于閃爍 探測(cè)器的檢測(cè)、裝配、運(yùn)輸、以及維修。
圖1為本實(shí)用新型所述的用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意
圖2為底座的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖3為PMT支架及PMT模塊的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖4為蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖5為前端電路處理板的電路圖。 主要組件符號(hào)說(shuō)明 1、底座; 3、蓋板;
5、前端電路處理板 21、PMT 模塊; 212、PMT2 ; 214、PMT4 ;
2、PMT支架; 4、高壓供電板 11、晶體陣列; 211、PMTl ; 213、PMT3 ; 215、PMT5。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型所述的用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測(cè)裝置中的晶體受到Y(jié)射 線(xiàn)照射后發(fā)光,光電倍增管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),電信號(hào)通過(guò)前端電路處理板的處理得 到每次Y射線(xiàn)進(jìn)入PMT模塊的時(shí)間,位置信息,以及能量信息。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例一本實(shí)施例提供一種用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測(cè)裝置,如圖1所示,該裝 置包括底座1、PMT支架2、蓋板3、高壓供電板4、前端電路處理板5。
4[0027]底座如圖2所示,所述底座1用以存放和固定晶體陣列11。PMT支架如圖3所示,所述PMT支架2底部與底座1緊密相連,內(nèi)部存放PMT模塊21,用以 固定PMT模塊21,使之保持垂直且與晶體陣列緊密貼合;而且還要保證能夠屏蔽掉所有可 見(jiàn)光。所述PMT模塊包括5管PMT,所述5管PMT分別為位于中間位置處的PMTl 211和位 于 PMTl 四周的 PMT2 212、PMT3 213、PMT4 214、PMT5 215。蓋板如圖4所示,所述蓋板3與所述PMT支架2的頂部緊密相連,用以固定PMT模塊以 及保證所述探測(cè)裝置密閉不透光。高壓供電板所述高壓供電板4設(shè)置于所述蓋板的正上方,用以給PMT模塊供電。前端電路處理板如圖5所示,所述前端電路處理板5設(shè)置于所述高壓供電板4的正上方,用以獲得 射線(xiàn)進(jìn)入所述PMT模塊的時(shí)間信息、位置信息、和能量信息。所述前端電路處理板包括模擬 單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字單元;所述模擬單元與所述PMT模塊相連,用以對(duì)所述PMT模塊供電 后輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行處理,獲得模擬的χ坐標(biāo)的能量Ex、y坐標(biāo)的能量Ey、坐標(biāo)位置的總 能量Ea、以及能譜的能量Es ;如圖3所示假設(shè)PMTl 211的歸一化后能量為El,PMT2 212 歸一化后的能量為E2,PMT3 213歸一化后的能量為E 3,PMT3 214歸一化后的能量為E4, PMT5215歸一化后的能量為E5,那么當(dāng)選取PMT3 213為坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí),其計(jì)算公式如下Ex = E4+E5+0. 5 y ElEy = Ε2+Ε5+0. 5 y ElEa= ΥΕ1+Ε2+Ε3+Ε4+Ε5Es = E1+E2+E3+E4+E5其中Y為可調(diào)量,γ的取值要根據(jù)所述探測(cè)裝置不同的晶體點(diǎn)陣的二維成像圖 (flood map)來(lái)調(diào)整。由于模塊歸一化的差別及晶體點(diǎn)陣分光的不均勻,故而探測(cè)出來(lái)的晶 體二維成像圖也不均勻,這時(shí)就可以利用Y來(lái)調(diào)整。在理想情況下,假設(shè)每個(gè)PMT通道得 到的能量值E是完全歸一化的,且晶體點(diǎn)陣分光也是均勻的,那么γ取1。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與模擬單元相連,用以將模擬單元輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號(hào);所述數(shù)字單元與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連,用以對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算,獲得捕獲每一次脈沖 事例所對(duì)應(yīng)的晶體在晶體陣列上的空間二維坐標(biāo)χ和Y,和能量E,以及對(duì)所述模擬單元的 控制信號(hào)。坐標(biāo)X和Y,和能量E的公式分別如下X = Ex/EaY = Ey/EaE = Es前端電路處理板的處理流程如圖5所示,PMT經(jīng)過(guò)高壓供電板供電后,輸出脈沖信 號(hào);所述脈沖信號(hào)通過(guò)前端放大器放大(簡(jiǎn)稱(chēng)前放),放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)積分,得到每個(gè)脈 沖信號(hào)的能量;積分后的信號(hào)經(jīng)過(guò)加法電路后,得到模擬的χ坐標(biāo)的能量Ex、y坐標(biāo)的能量 Ey、坐標(biāo)位置的總能量Ea、以及能譜的能量Es ;然后Ex、Ey、Ea、Es四個(gè)模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器后,得到數(shù)字信號(hào),數(shù)字信號(hào)進(jìn)入FPGA (可編程邏輯門(mén)陣列)中運(yùn)算得到捕獲每一次 脈沖事例所對(duì)應(yīng)的晶體在晶體陣列上的空間二維坐標(biāo)X和Y,以及能量E,F(xiàn)PGA同時(shí)產(chǎn)生模 擬電路的控制信號(hào)。前放放大的信號(hào)經(jīng)過(guò)求和后,得到5個(gè)PMT能量的和Et,然后通過(guò)比較后,得到時(shí) 間觸發(fā)T。電路中另一個(gè)的關(guān)鍵之處在于,將計(jì)算位置坐標(biāo)的能量Ea和統(tǒng)計(jì)能譜的能量Es 分開(kāi),這樣就可以利用PMTl信號(hào)的權(quán)重來(lái)調(diào)整晶體點(diǎn)陣圖像的疏密,而不改變歸一化后能 譜。從上面的公式可以看出,通過(guò)調(diào)整Y值來(lái)改變X和Y(即改變晶體點(diǎn)陣成像的疏密), 而不改變歸一化后的能譜(即Es的值不變)。本實(shí)用新型采用5管PMT模塊,由于增加了中間的ΡΜΤ,提高了有效的探測(cè)面積,提 高了探測(cè)器的效率,提高了空間分辨。由于本實(shí)用新型所述的測(cè)探裝置包括完整的處理電路,每個(gè)模塊可獨(dú)立調(diào)試;由 于探測(cè)裝置的獨(dú)立性,所以易于探測(cè)器的裝配、運(yùn)輸(可以單獨(dú)模塊的運(yùn)輸,也可裝配成探 測(cè)環(huán)運(yùn)輸),同時(shí)也易于維修。這里本實(shí)用新型的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的,并非想將本實(shí)用新型的范圍限制在上 述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的,對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是,在不脫 離本實(shí)用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下,本實(shí)用新型可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例, 以及用其他元件、材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測(cè)裝置,其特征在于,所述探測(cè)裝置包括底座,用以存放晶體陣列;PMT支架,底部與底座緊密相連,內(nèi)部存放PMT模塊,用以保持PMT模塊垂直且與晶體陣 列緊密貼合;蓋板,與所述PMT支架的頂部緊密相連,用以固定PMT模塊以及保證所述探測(cè)裝置密閉 不透光;高壓供電板,設(shè)置于所述蓋板的正上方,用以給PMT模塊供電;前端電路處理板,設(shè)置于所述高壓供電板的正上方,用以獲得射線(xiàn)進(jìn)入所述PMT模塊 的時(shí)間信息、位置信息、和能量信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測(cè)裝置,其特征在于所 述PMT模塊包括5管PMT,所述5管PMT分別為位于中間位置處的PMTl和位于PMTl四周的 PMT2、PMT3、PMT4、PMT5。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測(cè)裝置,其特征在于,所 述前端電路處理板包括模擬單元,與所述PMT模塊相連,用以對(duì)所述PMT模塊供電后輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行處 理,獲得模擬的χ坐標(biāo)的能量Ex、y坐標(biāo)的能量Ey、坐標(biāo)位置的總能量Ea、以及能譜的能量 Es ;模數(shù)轉(zhuǎn)換器,與模擬單元相連,用以將模擬單元輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào);數(shù)字單元,與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連,用以對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算,獲得數(shù)字的捕獲每一次 脈沖事例所對(duì)應(yīng)的晶體在晶體陣列上的空間二維坐標(biāo)X和Y,和能量E,以及對(duì)所述模擬單 元的控制信號(hào)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測(cè)裝置,該探測(cè)裝置包括底座、PMT支架、蓋板、高壓供電板、前端電路處理板;底座用以存放晶體陣列;PMT支架底部與底座緊密相連,內(nèi)部存放PMT模塊,用以保持PMT模塊垂直且與晶體陣列緊密貼合;蓋板與所述PMT支架的頂部緊密相連,用以固定PMT模塊以及保證所述探測(cè)裝置密閉不透光;高壓供電板設(shè)置于所述蓋板的正上方,用以給PMT模塊供電;前端電路處理板設(shè)置于所述高壓供電板的正上方,用以獲得射線(xiàn)進(jìn)入所述PMT模塊的時(shí)間信息、位置信息、能量信息。由于本實(shí)用新型中增加了中間的PMT,提高了有效的探測(cè)面積、探測(cè)效率、和空間分辨;每個(gè)模塊可獨(dú)立調(diào)試,易于閃爍探測(cè)器的校準(zhǔn),檢測(cè)、裝配、運(yùn)輸和維修。
文檔編號(hào)A61B6/00GK201775635SQ20102029887
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者丁春榮, 周忠輝, 孟慶旭, 應(yīng)關(guān)榮, 江煒, 謝舒平 申請(qǐng)人:上海生物醫(yī)學(xué)工程研究中心