這甚至進一步提高它的光學透明度，從而提高由這樣的閃爍材料制成的PET成像系統(tǒng)或者伽瑪光子檢測器的靈敏度。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，閃爍體材料組合物的化學計量比被控制從而提高它的光學透明度。高的光學透明度提高光提取效率，從而提高閃爍體材料的靈敏度。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開的閃爍體材料組的組合物被控制以使得它的密度位于5-8克/立方厘米的范圍內(nèi)。閃爍體材料中的高密度的該范圍特別有用，因為它導致減小的伽瑪光子停止距離。當用于伽瑪光子檢測器時，這降低閃爍體的厚度和成本。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，利用本發(fā)明的閃爍體材料的伽瑪光子檢測器中的光學檢測器的光學響應性在公開的閃爍體材料組的光學發(fā)射光譜的近綠光波長處得以提高。這實現(xiàn)對伽瑪光子的靈敏度提高。優(yōu)選地，光學檢測器具有高的光學響應性，或者在450nm-700nm的波長范圍內(nèi)的峰值光學響應率，并且甚至優(yōu)選在500nm_650nm的波長范圍內(nèi)的峰值光學響應率。
[0022]給所公開的主體材料組摻雜鈰所產(chǎn)生的閃爍光發(fā)射光譜固有地接近于在大約550nm的綠區(qū)光譜，從而從通常與短衰變時間相關(guān)的藍光發(fā)射波長很好地移開。這些摻雜鈰的主體材料的發(fā)射光譜因此傳統(tǒng)地被認為不太可能產(chǎn)生適于用在PET成像中的閃爍體材料。事實上，當控制在該范圍時，鈰摻雜劑實現(xiàn)在60-300ns范圍的相對長的衰變時間，從而與傳統(tǒng)地致力用于現(xiàn)有的PET成像系統(tǒng)中的短的衰變時間區(qū)別。如上所述，用在伽瑪光子檢測器中的閃爍體材料的衰變時間影響它的最大計數(shù)速率。如果衰變時間太長，則會發(fā)生堆疊，從而妨礙各個伽瑪光子之間的準確區(qū)分。這樣，在公開的摻雜有鈰的主體材料組中發(fā)射光譜和測量的衰變時間二者都表明其不適合用作伽瑪光子檢測器和用在PET成像系統(tǒng)中的閃爍體材料。但是，在伽瑪光子檢測器中，尤其是PET成像系統(tǒng)中的伽瑪光子檢測器中，在伽瑪光子接收面積和閃爍體衰變時間之間存在折衷，其中，當伽瑪光子接收面積減小時，對于給定的伽瑪光子通量密度，可以容忍更長的閃爍體衰變時間。該折衷可以被利用以為了使得本發(fā)明的相對較長衰變時間的閃爍體材料適用于伽瑪光子檢測器中以及PET成像系統(tǒng)中，而傳統(tǒng)的偏見是由于太長的衰變時間而將對它們的使用排除在外。
[0023]所述折衷是，所有其他因素相同的情況下，在伽瑪光子檢測器中，最大的可檢測伽瑪光子通量密度(伽瑪光子/cm2, s)與伽瑪光子接收面積和閃爍體衰變時間的乘積成比例。結(jié)果，可以通過減小伽瑪光子接收面積而避免堆疊。
[0024]作為一個例子，如果最大伽瑪光子通量密度？工可以在具有伽瑪光子接收面積AjP衰變時間taUl的第一伽瑪光子檢測器中檢測到，則相同的最大伽瑪光子通量密度P1可以在具有伽瑪光子接收面積0.SA1和衰變時間2tau i的第二伽瑪光子檢測器中檢測到。這是由于這樣的事實:對于固定的伽瑪光子通量密度，降低伽瑪光子接收面積會成比例地降低在給定時間段內(nèi)接收到的伽瑪光子量。
[0025]現(xiàn)參照伽瑪光子檢測器以及采用該伽瑪光子檢測器的模擬和數(shù)字PET成像系統(tǒng)描述這種折衷的各實施方式。本發(fā)明的這些方面的優(yōu)點是，它們允許使用本發(fā)明的高的光輸出閃爍體材料，該閃爍體材料由于它們長的衰變時間原本被認為是不適合的。使用這些閃爍體材料的進一步的優(yōu)點是，它們固有的近綠光發(fā)射是在如下的光譜區(qū)中:在該光譜區(qū)中，可以產(chǎn)生更敏感的光學檢測器，從而產(chǎn)生更為敏感的伽瑪光子檢測器。當用于固態(tài)半導體光學檢測器時情況更是如此，因為諸如硅光電倍增管(SiPM)和雪崩光電二極管(APD)檢測器的檢測器可以適配為在這些波長處具有高的光譜響應性。注意到，伽瑪光子接收面積的減小需要選擇非標準尺寸的光學檢測器以及重新配置成像系統(tǒng)的時序線路以為了發(fā)出額外的時間戳(timestamps)。
[0026]伽瑪光子檢測器可以形成為不同的構(gòu)型。如上所述，伽瑪光子檢測器包含閃爍體材料和光學檢測器。伽瑪光子檢測器的伽瑪光子接收面積是產(chǎn)生由它的光學檢測器收集的閃爍光的區(qū)域。為了避免疑問，光學檢測器具有明顯的電輸出。光學檢測器因此對應典型的模擬PET成像系統(tǒng)中的單一 PMT檢測器，以及對應于數(shù)字PET成像系統(tǒng)中的單一像素。典型地，伽瑪光子接收面積是與光學檢測器的有效面積相同的，因此，伽瑪光子檢測器的伽瑪光子接收面積的減小伴隨著光學檢測器的有效面積的減小。當超過一個這樣的伽瑪光子檢測器被組合以形成模塊時，該模塊具有模塊伽瑪光子接收面積。在這樣的模塊中，可以通過將模塊伽瑪光子接收面積分為更多數(shù)量的更小的伽瑪光子接收面積并利用本發(fā)明的具有更長衰變時間閃爍體材料的更多數(shù)量的光學檢測器而實施本發(fā)明。對于單一伽瑪光子檢測器，模塊中每個伽瑪光子檢測器的伽瑪光子接收面積的減小可以伴隨著光學檢測器的有效面積的減小。
[0027]利用LaBrJt為具有25ns衰變時間的基準閃爍體材料，從LaBr 3中的25ns到由本發(fā)明的閃爍體材料組中的60ns或者更多的衰變時間要求的顯著放松可以通過將伽瑪光子接收面積從典型地使用的伽瑪光子接收面積降低至少60/25 = 2.4倍而實現(xiàn)。這可以伴隨著相同倍數(shù)的光學檢測器有效面積的減小。
[0028]PMT光學檢測器廣泛用于伽瑪光子檢測器中。用于PET成像系統(tǒng)中的放射示蹤劑FDG的檢測中的典型PMT具有1.5”的直徑從而具有11.4平方厘米的有效面積。在模擬PET中，七個這樣的個體檢測器典型地組合為從大約80平方厘米的區(qū)域接收伽瑪光子的模塊；該七個檢測器的輸出利用Anger logic同時被讀出，所述Anger logic識別接收伽瑪光子的個體檢測器。在這個例子中，每個PMT檢測器收集來自閃爍體元件的閃爍光，所述閃爍體元件具有與光學檢測器的有效面積相同的總的橫截面積；這樣，每個伽瑪光子檢測器具有11.4平方厘米的伽瑪光子接收面積。通過降低伽瑪光子接收面積到(11.4/2.4 =
4.75平方厘米)即大約5平方厘米，本發(fā)明的閃爍體材料因此可以用于給出與目前使用的短衰變時間材料相同的計數(shù)速率性能。目前可商購的最小的單一元件PMT光學檢測器是具有0.5平方厘米有效面積的Hamamatsu R9880U。如果該更小的PMT光學檢測器被使用，而不是使用上面提及的PMT，則閃爍體衰變時間可以降級至少(11.4/0.5 = 22.8)倍，即降級至25ns X 22.8 = 570ns。當在具有PMT光學檢測器的伽瑪光子檢測器中實施本發(fā)明的這方面時，這對減小伽瑪光子接收面積以及減小相應的光學檢測器有效面積展現(xiàn)出相當?shù)淖杂啥取?br>[0029]但是，固態(tài)半導體光學檢測器會比PMT更大程度地小型化。因此，當本發(fā)明的閃爍體材料用于其中光學檢測器是固態(tài)半導體檢測器的伽瑪光子檢測器中以及因此用于數(shù)字PET成像系統(tǒng)中時，可以更好地開發(fā)利用本發(fā)明。一種示例性固態(tài)半導體光學檢測器是Hamamatsu SI 1064系列，其包括16個像素，每個像素具有0.09平方厘米的有效區(qū)域以及1.5平方厘米的組合有效區(qū)域。伽瑪光子接收面積從上面的PMT例子中的11.4平方厘米降低到該數(shù)字光學檢測器中的0.09平方厘米，從而允許衰變時間從LaBr3中的25ns增大到25nsX (11.4/0.09) = 3170ns，其再次顯示出在這個方面利用根據(jù)本發(fā)明的材料的相當大的自由度。
[0030]總的來說，當伽瑪光子接收面積是在下面的范圍:小于5平方厘米、小于2.5平方厘米、小于I平方厘米、小于0.5平方厘米、小于0.2平方厘米、小于0.1平方厘米時，本發(fā)明的高的光輸出閃爍體材料可以用于提供更敏感的伽瑪光子檢測器。在這樣的伽瑪光子檢測器中的光學檢測器的有效面積也可以是在相同的范圍內(nèi)并帶來相同的優(yōu)點。該伽瑪光子檢測器可進一步用于PET成像系統(tǒng)中。在該范圍的整個系列中，伽瑪光子接收面積的減小允許使用更長衰變時間的閃爍體材料。在本發(fā)明的材料中，因為鈰濃度降低，所以光輸出增大且衰變時間增大。結(jié)果，在整個系列中伽瑪光子接收面積的減小帶來更高的光輸出以及因此更敏感的伽瑪光子檢測器。
[0031]減小PET成像系統(tǒng)中的伽瑪光子接收面積的兩個后果是:i)電信號的總量增大到必須發(fā)出時間戳的量；和ii)PET成像系統(tǒng)的空間分辨率的提高。為了使得PET成像系統(tǒng)容忍本發(fā)明的更長衰變時間的閃爍體材料并同時滿足與FDG測量相關(guān)的期望的計數(shù)速率，PET成像系統(tǒng)必須能夠以足夠的速率發(fā)出時間戳到由光學檢測器輸出的電信號表示的每個檢出事件。在實踐中，光學檢測器輸出的增加量以及伽瑪光子接收面積的減小需要更為復雜的電子時序線路。如果系統(tǒng)不能滿足這些時序限制，則如上限定的伽瑪光子接收面積的折衷會給能夠測量到的最大伽瑪光子通量密度帶來新的更低的限值。以這種方式，本發(fā)明的這一方面并不限于特定的最小伽瑪光子接收面積，或者特定的最小光學檢測器區(qū)域。本發(fā)明因此可以利用于具有小至例如I平方微米或者更小的伽瑪光子接收面積或像素尺寸的伽瑪光子檢測器中的PET成像領(lǐng)域。
[0032]實用的PET成像系統(tǒng)還可歸類為具有特定的伽瑪光子讀出面積。所述讀出面積是接收由PET成像系統(tǒng)在接收伽瑪光子后讀出的伽瑪光子的總面積，讀出過程實現(xiàn)接收伽瑪光子的讀出面積內(nèi)的空間位置的識別。讀出過程是依賴于構(gòu)型的。在典型的模擬PET例子中，目前的一種實施方式具有大約80平方厘米的讀出面積，其中七個PMT的輸出，每個具有
I1.4平方厘米的光學檢測器面積，在接收伽瑪光子后被讀出。Anger logic隨后用于確定七個檢測器中的接收伽瑪光子的特定那個。在數(shù)字PET中，一種示例性實施方式是具有大約10平方厘米的讀出面積的Philips數(shù)字光子計數(shù)器(PDPC)瓷片。在此，同樣地，在該讀出面積內(nèi)任何地方的伽瑪光子接收觸發(fā)讀出過程，該讀出過程實現(xiàn)對接收伽瑪光子的光學檢測器的識別。在兩個例子中，伽瑪光子的接收使得接收伽瑪光子的伽瑪光子讀出面積在一段時間內(nèi)不能檢測另一事件，所述一段時間成為“停歇時間”，在該時間內(nèi)發(fā)生讀出。該停歇時間受到閃爍體衰變時間的影響，因為如前所述，閃爍光必須落到個體伽瑪光子之間的極低水平以為了防止來自一個事件的光被錯誤理解為源自時間上相鄰的另一事件。典型地，伽瑪光子讀出面積在大約1X閃爍體衰變時間的時間段內(nèi)不應接收另一伽瑪光子。結(jié)果，上面關(guān)于伽瑪光子接收面積詳述的衰變時間折衷也可以根據(jù)伽瑪光子讀出面積進行描述:在PET成像系統(tǒng)中，最大可檢測伽瑪光子通量密度(伽瑪光子數(shù)/cm2, s)與伽瑪光子讀出面積和閃爍體衰變時間的乘積成比例。與伽瑪光子接收面積一樣，減小伽瑪光子讀出面積允許成比例地增大衰變時間，從而允許利用被認為具有太長衰變時間的閃爍體材料。這是源于在任何給定時間段內(nèi)檢出事件數(shù)量的減少以及讀出面積的減小。
[0033]現(xiàn)通過實際的例子示出應用本發(fā)明的這方面到PET成像系統(tǒng)的優(yōu)點。在模擬PET中，大約80平方厘米的典型伽瑪光子讀出面積為如上所述的。將LaBi^t為具有25ns衰變時間的基準閃爍體材料，由LaBr3中的25ns到在本發(fā)明提出的閃爍體材料組中的60ns或更大的衰變時間要求的顯著放松可以通過將典型使用的伽瑪光子讀出面積降低至少60/25=2.4倍來實現(xiàn)。為了清楚，本發(fā)明公開的材料