在這樣的系統(tǒng)中的使用由于它們長的衰變時間原本被認為是不適當?shù)?。但是，通過在模擬PET中減小伽瑪光子讀出面積到80平方厘米/2.4 = 33.3平方厘米或者更小，本發(fā)明的這方面現(xiàn)在使得這些閃爍體材料是適當?shù)?。在實踐中，這進一步要求選擇非標準尺寸的光學檢測器以及重構(gòu)成像系統(tǒng)的時序線路以為了發(fā)出額外的時間戳。
[0034]這樣的對相對較長衰變時間的閃爍體材料的使用偏見同樣存在于數(shù)字PET領(lǐng)域中。但是，已經(jīng)意識到的是，相比于模擬PET而言，與數(shù)字PET相關(guān)的伽瑪光子讀出面積的降低同樣使得本發(fā)明適用于此。因為伽瑪光子讀出面積大約為模擬PET中的1/8(80平方厘米/10平方厘米)，本發(fā)明的閃爍體材料克服了關(guān)于衰變時間的偏見，能夠工作于數(shù)字PET中的大約?ο平方厘米的現(xiàn)有rope讀出面積。如在模擬pet中使用的例子中，本發(fā)明的閃爍體材料還將通過降低伽瑪光子讀出面積到小于數(shù)字PET中的10平方厘米而工作，例如通過將其降低相同的倍數(shù)2.4倍到10平方厘米/2.4 = 4.2平方厘米或者更低。減小伽瑪光子讀出面積到小于4.2平方厘米的進一步的優(yōu)點是這樣的PET成像系統(tǒng)變得對甚至更長的衰變時間具有容忍性，并且在本發(fā)明的材料中，衰變時間的增大伴隨著光輸出的增大，因此可以提供更敏感的閃爍體。再者，如在模擬PET中，數(shù)字PET中的伽瑪光子讀出面積的減小進一步要求選擇非標準尺寸的光學檢測器以及重構(gòu)成像系統(tǒng)的時序線路以為了發(fā)出額外的時間戳。
[0035]伽瑪光子讀出面積減小的后果是，發(fā)出關(guān)于額外信號的時間戳的需求要求更為復雜和小型化的電子線路以精確計時每個伽瑪光子的接收。具體地，它需要更多數(shù)量的時序電路，該時序電路在測量固定伽瑪光子通量密度中使用的較不頻繁。數(shù)字時序線路的使用允許這樣的要求的實際實施。以這種方法，可以被使用的最小伽瑪光子讀出面積由伽瑪光子檢測器中可以產(chǎn)生的最小像素尺寸限制，所述最小像素尺寸可以小至例如I平方微米或者更小。
[0036]總的來說，在模擬和數(shù)字PET成像系統(tǒng)中，在伽瑪光子讀出面積和閃爍體衰變時間之間存在折衷，可以利用這種折衷來通過利用本發(fā)明的高的光輸出的閃爍體材料而形成更敏感的伽瑪光子檢測器，其中本發(fā)明的前述高的光輸出的閃爍體材料由于它們長的衰變時間而原本認為是不適當?shù)摹Ｔ谀MPET中，這可以通過利用在具有小于33平方厘米的伽瑪光子讀出面積的PET成像系統(tǒng)中的本發(fā)明的材料來實現(xiàn)。通過進一步減小伽瑪光子讀出面積，可以允許更長的衰變時間，這可以通過利用具有增大的光輸出優(yōu)點的更低的鈰摻雜劑濃度來實現(xiàn)。這樣，在模擬PET中，在下面范圍的伽瑪光子讀出面積是適當?shù)?小于33平方厘米、小于15平方厘米、小于10平方厘米、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，其具有在整個系列中通過可以使用的更低的鈰濃度實現(xiàn)更高的光輸出的優(yōu)點。
[0037]在數(shù)字PET中，本發(fā)明的高的光輸出可以用于通過利用小于10平方厘米的伽瑪光子讀出面積提供更敏感的伽瑪光子檢測器。再者，通過進一步減小伽瑪光子讀出面積，可以容許更長的衰變時間。這可以通過利用具有更高的光輸出優(yōu)點的更低的鈰摻雜劑濃度來實現(xiàn)。這樣，在數(shù)字PET中，在下面范圍的伽瑪光子讀出面積是適當?shù)?小于10平方厘米、小于5平方厘米、小于4平方厘米、小于2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，在整個系列中，增大的光輸出的優(yōu)點可以通過可使用更低的鈰濃度而實現(xiàn)。
[0038]進一步的折衷存在于伽瑪光子檢測器中，因此也存在于采用這樣的伽瑪光子檢測器的PET成像系統(tǒng)中，其中伽瑪光子檢測器的時序分辨率與光輸出與衰變時間的比率成比例。根據(jù)該關(guān)系，當在成比例地增大光輸出的情形下，閃爍體衰變時間增大時，固定時序分辨率可以在伽瑪光子檢測器中實現(xiàn)。這樣，如果光輸出足夠高以補償衰變時間的話，則在實踐中可以使用由于長的衰變時間而被認為具有不足的時序分辨率的閃爍體材料，如在公開的閃爍體材料組的情形中那樣。
[0039]伽瑪光子檢測器的時序分辨率由接收伽瑪光子后產(chǎn)生的電脈沖的前邊緣能夠被確定的精度確定，并且在飛行時間PET成像系統(tǒng)中特別重要。而在標準PET中，優(yōu)于3ns的時序分辨率典型地是可接受的，在TOF PET中，期望地低于1ns，更優(yōu)選地低于500ps。確定該邊緣的時間的精度依賴于它的振幅，并且通過增大響應(yīng)于伽瑪光子產(chǎn)生的閃爍光子的量而提高，因此它通過光輸出提高。而且，該上升邊緣的振幅與光輸出與衰變時間的比率成比例。因此，在恒定的衰變時間下，閃爍體材料中光輸出的增大將使得由伽瑪光子檢測器產(chǎn)生的電信號的振幅增大。在TOF PET成像系統(tǒng)中，期望提高檢測每個伽瑪光子的接收時間的精度，因為這提高重合衰變事件的空間位置的定位精度。這提高源于TOF PET成像系統(tǒng)的影像的分辨率。
[0040]利用LYSO作為基準閃爍體材料，其中典型地實現(xiàn)33000光子/MeV的光輸出和44ns的衰變時間；這導致750光子/MeV.ns的光輸出與衰變時間比率。在本發(fā)明公開的閃爍體材料組中，60000光子/MeV的峰值光輸出通過利用如用于測量LYSO基準的相同的光學檢測器進行測量。但是，在此公開的閃爍體材料的測量中使用的光學檢測器的靈敏度關(guān)于LYSO發(fā)出的藍光波長進行優(yōu)化，并且在由在此公開的閃爍體材料產(chǎn)生的綠光發(fā)射波長處具有較低的響應(yīng)性。當與LYSO相比時，在此公開的閃爍體材料具有70170光子/MeV的峰值等效光輸出以及102ns的相應(yīng)衰變時間，因而具有688光子/MeV.ns的光輸出與衰變時間比率。因此，盡管所公開的閃爍體材料組與LYSO基準相比的更長的衰變時間，但是在TOFPET成像中，衰變時間通過它們的高光輸出進行補償，并且公開的材料組具有用于TOF PET成像的可接受的時序分辨率。在這些材料中，光輸出與衰變時間的比率在0.1摩爾％ -1.0摩爾%的鈰濃度范圍內(nèi)是高的。在這個范圍內(nèi)，超過40000光子/MeV的光輸出和衰變時間同樣適于TOF PET成像。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過控制鈰濃度在0.1摩爾％-1.0摩爾％范圍內(nèi)，光輸出與衰變時間的比率超過大約600光子/MeV.ns，這表明所述材料特別適用于TOF PET成像系統(tǒng)中。時序分辨率的進一步的提高可以在0.15摩爾％-1.0摩爾％的更窄的鈰濃度范圍內(nèi)實現(xiàn)，甚至更好的時序分辨率可以在0.15摩爾％ -0.4摩爾％的鈰濃度范圍內(nèi)實現(xiàn)。因此，通過控制本發(fā)明的閃爍體材料中的鈰濃度，光輸出和衰變時間二者都可以得以調(diào)節(jié)，以為了提高伽瑪光子檢測器的時序分辨率。
【附圖說明】
[0041]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的某些方面的示例性伽瑪光子檢測器。
[0042]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的某些方面的示例性PET成像系統(tǒng)。
[0043]圖3不出在陶瓷石植石組合物(Gd2.7_yLuQ.3Cey) (Al2.5Ga2.47LuQ.Q3)012中隨著鐘慘雜劑濃度在0.1摩爾％ -3.0摩爾％的范圍內(nèi)相對于LYSO的等效光輸出的變化，其中y = 0.03對應(yīng)1.0摩爾％的鈰濃度。
[0044]圖4不出在陶瓷石植石組合物(Gd2.7_yLuQ.3Cey) (Al2.5Ga2.47LuQ.Q3)012中隨著鐘慘雜劑濃度在0.05摩爾％ -3.0摩爾％的范圍內(nèi)，衰變時間的變化，其中y = 0.03對應(yīng)1.0摩爾％的鈰濃度。
[0045]圖5不出在陶瓷石植石組合物(Gd2.7_yLuQ.3Cey) (Al2.5Ga2.47LuQ.Q3)012中隨著鐘慘雜劑濃度在0.1摩爾％ -3.0摩爾％的范圍內(nèi)，光輸出與衰變時間的比率的變化，其中y =0.03對應(yīng)1.0摩爾％的鈰濃度。
[0046]圖6不出在陶瓷石植石組合物(Gd2.7_yLuQ.3Cey) (Al2.5Ga2.47LuQ.Q3)012中隨著鐘慘雜劑濃度在0.1摩爾％ -3.0摩爾％的范圍內(nèi)，組合物密度的變化，其中y = 0.03對應(yīng)1.0摩爾％的鈰濃度。
[0047]圖7示出陶瓷石榴石組合物(Gd2.688Lux+aCe0.012) (Al2.5Gaz_a) 012在650nm的波長處的光的透射率的變化，其中X = 0.3且z = 2.5。
【具體實施方式】
[0048]為了提供用于具有改進的靈敏度的伽瑪光子檢測的閃爍體材料，閃爍體材料的各實施方式在PET成像的示例性應(yīng)用中對其予以描述，所述閃爍體材料包括摻雜有鈰的閃爍體主體材料，其中閃爍體主體材料為i)石植石、ii)CaGa2S4、iii) SrGa2S4> iv)BaGa2S4> v)CaS、vi)SrS中的至少一種，其中鈰含量是在0.1摩爾％ -1.0摩爾％范圍內(nèi)。
[0049]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的某些方面的示例性伽瑪光子檢測器。在圖1中，包括閃爍體材料2的伽瑪光子檢測器I和光學檢測器3光通信。當使用時，由閃爍體材料2接收伽瑪光子4導致產(chǎn)生閃爍光5，所述閃爍光5包括具有對應(yīng)于閃爍體材料2的閃爍波長的特征范圍的頻率的多個光子。典型地，包括閃爍光的光子的能量比俘獲的伽瑪光子4的能量小得多，因此閃爍光可包括從UV到可見光到紅外線區(qū)域的波長。隨后，一部分閃爍光被光學檢測器3俘獲，從而產(chǎn)生表示俘獲了伽瑪光子4的電信號9，該信號隨后可以由電路處理。伽瑪光子4可以是一對伽瑪光子4，6中的一個，其中伽瑪光子6是與4反向的伽瑪光子。由于放射性衰變之后的煙沒事件，可以形成一對伽瑪光子，其中放射性衰變產(chǎn)生正電子7并且被電子8煙沒。放射性衰變源可以是例如放射示蹤劑。光學涂層10例如反射層可以用在除了與光學檢測器光通信的面之外的面上以為了保持閃爍光5，從而增加俘獲在光學檢測器3上的閃爍光的部分。布置在閃爍體材料2和光學檢測器3之間的界面涂層11，例如抗反射涂層或者折射率匹配涂層，也可以用于改善由光學檢測器3俘獲的閃爍光5的部分。
[0050]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的某些方面的示例性PET成像系統(tǒng)。圖1的示例性光子檢測器可以例如用于如圖2所示的系統(tǒng)中。在圖2中，PET成像系統(tǒng)20包括繞成像區(qū)域21徑向布置的兩個或多個伽瑪光子檢測器1，30。兩個或多個伽瑪光子檢測器1，30每個產(chǎn)生表征俘獲的伽瑪光子的電信號23，24，所述電信號與重合確定單元22電通信。重合確定單元22分配至少包括入射時間的值到每個電信號23，24。重合確定單元22進一步分析與每個俘獲的光子相關(guān)的時間，并且如果這些在窄的時間間隔，典型地正負3ns內(nèi)發(fā)生，則將俘獲的光子視為重合。重合確定單元可以進一步分析每個俘獲的光子的能量，并且如果兩個光子在窄的時間間隔內(nèi)發(fā)生并且具有在窄的能量窗內(nèi)的能量，典型地具有正負10%的峰值伽瑪光子能量，則將這兩個光子認定為重合。重合確定單元22與重建處理器25通信，所述處理器25對于被認為重合的每對俘獲的光子構(gòu)造響應(yīng)線，并進一步處理多個這樣的響應(yīng)線，以為了重建代表圖像的數(shù)據(jù)，所述圖像包括被重合確定單元認為重合的俘獲光子的開始位置。重建處理器25進一步地與圖像處理單元26通信，所述圖像處理單元26配置為將代表重合光子的開始位置的數(shù)據(jù)處理為適于在輸出裝置上呈現(xiàn)