合稱作伽瑪光子檢測器。適當?shù)墓鈱W檢測器的例子包括PMT和固態(tài)半導體光學檢測器。通過進一步減小伽瑪光子檢測器的伽瑪光子接收面積或者它的有效面積，伽瑪光子檢測器變的更加能夠容忍更長衰變時間的閃爍體材料，其中要求更低濃度的鈰和實現(xiàn)更高的光輸出。在下面范圍內(nèi)的這樣的區(qū)域導致對衰變時間的更好的容忍性: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。
[0066]根據(jù)第八實施方式，在前七個實施方式中公開的任何閃爍體材料中的鈰濃度被控制以使得衰變時間是在60ns-300ns的范圍內(nèi)，并且產(chǎn)生的閃爍體材料用于與具有小于5平方厘米的伽瑪光子接收面積或者有效面積的光學檢測器光通信。產(chǎn)生的組合稱作伽瑪光子檢測器。與由閃爍體材料形成的典型的材料假定不同，這樣的衰變時間范圍在小面積的伽瑪光子檢測器例如用于數(shù)字PET中的固態(tài)半導體光學檢測器中是容許的。
[0067]根據(jù)第九實施方式，在前八個實施方式中公開的任何閃爍體材料的鈰濃度被控制以使得在511keV的伽瑪光子能量下，光輸出超過40000光子/MeV。這樣的高的光輸出值表明關于伽瑪光子的高靈敏度并提供敏感的伽瑪光子檢測器。
[0068]根據(jù)第十實施方式，在前九個實施方式中公開的任何閃爍體材料中的鈰濃度被控制以使得光輸出與衰變時間的比率超過600光子/MeV.ns。具有這樣的比率的閃爍體材料特別適用于伽瑪光子檢測，例如飛行時間TOFPET成像，其中良好的時序分辨率是重要的。
[0069]根據(jù)第^^一實施方式，來自前十個實施方式的任一的閃爍體材料用于與具有在450nm-700nm波長范圍下高的光學響應性的光學檢測器組合。由這些材料發(fā)出的閃爍光內(nèi)在地接近于光譜的綠光區(qū)域。因此，當用于與這樣的光學檢測器組合時，更敏感的伽瑪光子檢測器被提供。由具有0.1摩爾％ -1.0摩爾％鈰濃度范圍的陶瓷石榴石組合物(Gd2 7_yLu0 3Cey) (Al2.5Ga2.47Lua(l3)012發(fā)出的閃爍光對應于在大約550nm的綠光發(fā)射。在550nm下，閃爍光可通過利用許多光學檢測器檢測到，包括PMT和固態(tài)半導體光學檢測器例如硅雪崩光電二極管(Si APD)和硅光電倍增管(SiPM)，但是當使用標準的光學檢測器時，檢測效率低下。在采用閃爍體材料的伽瑪光子檢測器中的或者在PET成像系統(tǒng)中的相關光學檢測器的靈敏度可以被優(yōu)化以具有與閃爍體材料的發(fā)射光譜相匹配的峰值靈敏度以為了提高伽瑪光子的靈敏度。對于公開的閃爍體材料，這應當對應450nm-700nm的波長間隔，并且優(yōu)選地在500nm-650nm的范圍。這可以通過利用專門的PMT，例如HamamatsuR9880U-20、R7600U-20實現(xiàn)?；蛘?，可以使用采用Na2KSb = Cs的紅光延伸的PMT?；蛘?，這可以通過利用包括硅檢測器的固態(tài)半導體光學檢測器實現(xiàn)，其中所述硅檢測器具有結構n+-1_p+，其中η+層比p+層更靠近閃爍體材料并因此更靠近伽瑪光子源。優(yōu)選地，有源i層應當具有大于大約1.5微米的厚度。該結構提高在綠光波長下的靈敏度。典型地，藍光敏感的固態(tài)半導體光學檢測器將被制造為具有在頂部從而面對伽瑪光子源的P+層。
[0070]根據(jù)第十二實施方式，在前六個實施方式中公開的任何的閃爍體材料用于與PMT光學檢測器光通信以形成伽瑪光子檢測器，多個這樣的伽瑪光子檢測器用于模擬PET成像系統(tǒng)中，在該模擬PET成像系統(tǒng)中，伽瑪光子讀出面積小于33平方厘米。通過進一步減小伽瑪光子讀出面積，更長的衰變時間被容許，這可以通過利用具有改進的光輸出的優(yōu)點的更低鈰摻雜劑濃度實現(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，增大光輸出的優(yōu)點在整個這個系列中通過使用的更低的鈰濃度來實現(xiàn)。
[0071]根據(jù)第十三實施方式，在前六個實施方式中公開的任何的閃爍體材料用于與固態(tài)半導體光學檢測器光通信以形成伽瑪光子檢測器，多個這樣的伽瑪光子檢測器用于數(shù)字PET成像系統(tǒng)中，在該數(shù)字PET成像系統(tǒng)中，伽瑪光子讀出面積小于10平方厘米。同樣地，通過進一步減小伽瑪光子讀出面積，更長的衰變時間被容許。這可以通過利用具有改進的光輸出的優(yōu)點的更低鈰摻雜劑濃度實現(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，增大光輸出的優(yōu)點在整個這個系列中通過使用的更低的鈰濃度來實現(xiàn)。
[0072]根據(jù)公開的任何實施方式，閃爍體材料組合物可以具有非晶體即陶瓷結構，或者多晶結構或者晶體結構。陶器具有易于制造和成形的優(yōu)點，從而與更有序的結構相比具有更少的后處理。通過從陶瓷到多晶結構以及到最有序的晶體結構來增大結構中的有序性，這用于提高在峰值發(fā)射波長下閃爍體材料的光學透明度。這是理想的，因為它降低閃爍光被再次吸收的概率，從而提高由這樣的閃爍材料制成的伽瑪光子檢測器或者PET成像系統(tǒng)的靈敏度。石榴石組合物的所有的三種結構形態(tài)適用于用于檢測伽瑪光子的閃爍材料。
[0073]總的來說，包括摻雜有鈰的閃爍體主體材料的閃爍體材料的各實施方式公開于此，其中閃爍體主體材料是 i)石植石、ii)CaGa2S4、iii) SrGa2S4N iv) BaGa2S4N v) CaS> vi) SrS中的至少一種，并且鈰摻雜濃度是在0.1摩爾％ -1.0摩爾％的范圍內(nèi)。當鈰濃度是在公開的范圍內(nèi)時，閃爍材料在用作閃爍體材料時具有高光輸出，從而導致高的靈敏度，并且具有在伽瑪光子檢測器中以及采用這樣的伽瑪光子檢測器的PET成像系統(tǒng)中的特定的示例性應用。
[0074]雖然本發(fā)明已經(jīng)在附圖以及前面的描述中詳細地進行了示例和描述，但是，這樣的示例和描述應該被認為是示例性或者例子性的而不是限制性的；本發(fā)明并不限于公開的實施方式，而是可以用于各種形式的伽瑪光子檢測。
【主權項】
1.具有基本上陶瓷結構或者多晶結構的石榴石閃爍體材料(2)，其包含由(Gd3-^yLuxCey) (Al5_zGaz_aLua) 012表示的組合物，其中x是在0-0.6的范圍內(nèi)，y是在0.003-0.03的范圍內(nèi)并對應于在0.1摩爾％ -1.0摩爾％的范圍內(nèi)的鈰含量，z是在1.5-3.5的范圍內(nèi)，a是在0-0.3的范圍內(nèi)。
2.如權利要求1所述的閃爍體材料(2)，其中，閃爍體主體材料是包含由(Gd2 7_yLu0 3Cey) (Ali5Gai47Luaci3)O1^示的組合物的石植石，其中y是在0.003-0.03的范圍內(nèi)并對應于在0.1摩爾％ -1.0摩爾％的范圍內(nèi)的鐘含量。
3.如權利要求2所述的閃爍體材料(2)，其具有小于300ns的衰變時間。
4.如前述權利要求任一項所述的閃爍體材料(2)，其中，所述組合物被控制以使得組合物密度是在5-8g/cm3的范圍內(nèi)。
5.伽瑪光子檢測器(I)，其包含如權利要求1-4任一項所述的閃爍體材料(2)，所述閃爍體材料(2)與光學檢測器(3)光通信。
6.如權利要求5所述的伽瑪光子檢測器(I)，其中所述光學檢測器(3)具有小于5cm2的有效面積。
7.如權利要求5所述的伽瑪光子檢測器(I)，其中，伽瑪光子接收面積小于5cm2。
8.如權利要求5-7任一項所述的伽瑪光子檢測器(1)，其中，所述光學檢測器(3)是光電倍增管(PMT)檢測器。
9.如權利要求8所述的伽瑪光子檢測器(I)，其中，所述PMT檢測器的峰值光學響應率是在450nm-700nm的范圍內(nèi)。
10.如權利要求5-7任一項所述的伽瑪光子檢測器(1)，其中，所述光學檢測器(3)是固態(tài)半導體光學檢測器。
11.如權利要求10所述的伽瑪光子檢測器(I)，其中，所述固態(tài)半導體光學檢測器是具有結構n+-1-p+的硅檢測器，其中，η+層布置為比P+層更靠近具有閃爍體材料的界面。
12.PET成像系統(tǒng)(20)，其具有成像區(qū)域(21)并包括至少兩個如權利要求5-11任一項所述的伽瑪光子檢測器(1，30)，其中，所述伽瑪光子檢測器(1，30)繞成像區(qū)域(21)徑向布置，并配置為從所述成像區(qū)域(21)接收伽瑪光子。
13.根據(jù)權利要求12的飛行時間(TOF)PET成像系統(tǒng)(20)。
14.PET成像系統(tǒng)(20)，其具有成像區(qū)域(21)并包括: 繞成像區(qū)域(21)徑向布置并配置為從所述成像區(qū)域(21)接收伽瑪光子的多個伽瑪光子檢測器(1，30)， 其中，每個伽瑪光子檢測器(1，30)包括與光電倍增管光學檢測器(3)光學通信的根據(jù)權利要求1-4任一項的閃爍體材料(2)， 其中，所述PET成像系統(tǒng)具有小于33cm2的伽瑪光子讀出面積。
15.PET成像系統(tǒng)(20)，其具有成像區(qū)域(21)并包括: 繞成像區(qū)域(21)徑向布置并配置為從所述成像區(qū)域(21)接收伽瑪光子的多個伽瑪光子檢測器(1，30)， 其中，每個伽瑪光子檢測器(1，30)包括與固態(tài)半導體光學檢測器(3)光學通信的根據(jù)權利要求1-4任一項的閃爍體材料(2)， 其中，所述PET成像系統(tǒng)具有小于1cm2的伽瑪光子讀出面積。
16.產(chǎn)生PET圖像的方法，所述PET圖像表征放射示蹤劑在成像區(qū)域(21)中的分布，所述方法包括:將放射示蹤劑給藥到對象；在給藥放射示蹤劑后等待預定的吸收時間；以及通過根據(jù)權利要求12-15任一項所述的PET成像系統(tǒng)(20)對所述對象的至少一部分成像。
17.檢測至少一個伽瑪光子的方法，其包括步驟:通過根據(jù)權利要求1-3任一項所述的閃爍體材料(2)接收至少一個伽瑪光子；通過與所述閃爍體材料(2)光學通信的光學檢測器(3)檢測由所述閃爍體材料(2)產(chǎn)生的閃爍光；和響應于所述至少一個接收到的伽瑪光子從所述光學檢測器(3)產(chǎn)生電輸出。
【專利摘要】本發(fā)明涉及閃爍體材料，其包含摻雜有鈰的閃爍體主體材料。所述閃爍體主體材料是選自：i)石榴石、ii)CaGa2S4、iii)SrGa2S4、iv)BaGa2S4、v)CaS、vi)SrS中的至少一種；鈰的含量被控制在0.1摩爾％至1.0摩爾％的范圍內(nèi)。所述材料可以用于伽瑪光子檢測器中的伽瑪光子檢測，以及用于PET成像系統(tǒng)中。
【IPC分類】C09K11-80
【公開號】CN104797685
【申請?zhí)枴緾N201380059526
【發(fā)明人】C·R·龍達, J·G·博爾里坎普, S·J·M·P·斯普爾, A-M·A·范東恩, H·K·維喬雷克, W·C·科爾
【申請人】皇家飛利浦有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2013年10月31日
【公告號】EP2733189A1, US20150275080, WO2014075929A1