本申請涉及醫(yī)療設(shè)備技術(shù)，特別涉及一種PET檢測器及其制作方法。

背景技術(shù)：

PET(Positron Emission Tomograph，正電子發(fā)射計算機斷層掃描)檢測器是用于采集正電子湮滅事件的事件信息的裝置，例如，可以采集獲取事件信息中的γ光子被閃爍晶體接收的位置、時間以及所觸發(fā)的能量。PET檢測器可以包括：閃爍晶體陣列、探測單元和信號處理電路；其中，閃爍晶體陣列用于接收γ光子并產(chǎn)生對應(yīng)的光信號，與閃爍晶體陣列連接的探測單元例如可以是SiPM或者APD等，用于將所述γ光子對應(yīng)的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，與探測單元連接的信號處理電路，用于根據(jù)探測單元產(chǎn)生的電信號識別得到事件信息。

探測單元是一個由很多探測像素組成的陣列結(jié)構(gòu)，每個探測像素與閃爍晶體陣列中的一個閃爍晶體單元一一對應(yīng)相連，閃爍晶體單元產(chǎn)生的光信號可以輸入到探測像素中。但是，相鄰的探測像素之間存在縫隙，現(xiàn)有技術(shù)中，會有很大一部分光信號出射到該縫隙處，造成光信號輸出的損失，而光信號損失將降低檢測器的檢測效率；即使相關(guān)技術(shù)中可以設(shè)置反光面，用以將縫隙處的出光反射到探測像素中，而多次反射后的光信號能量大幅降低，仍然無法有效提高檢測器的檢測效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环NPET檢測器及其制作方法，以提高PET檢測器的檢測效率。

具體地，本申請是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

第一方面，提供一種PET檢測器，所述PET檢測器包括：依次連接的閃爍晶體陣列、探測單元和信號處理電路；

所述閃爍晶體陣列包括多個閃爍晶體單元，所述閃爍晶體單元包括：用于接收γ光子的入光面、用于輸出γ光子觸發(fā)產(chǎn)生的光信號的出光面、以及用于連接入光面和出光面的晶體側(cè)面；所述探測單元包括以陣列式組成的多個探測像素；每一個探測像素與一個閃爍晶體單元對應(yīng)連接，用于將所述閃爍晶體單元輸出的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；與所述探測單元連接的信號處理電路，用于根據(jù)所述電信號識別得到γ光子對應(yīng)的事件信息；

所述閃爍晶體單元的晶體側(cè)面具有傾斜角度，且所述晶體側(cè)面具有用于反射所述閃爍晶體單元產(chǎn)生的光信號的反射層；

所述閃爍晶體單元的出光面，與所述探測像素中用于接收光信號的入光面尺寸相同且對準耦合。

第二方面，提供一種PET檢測器的制作方法，所述方法包括：

制作閃爍晶體單元，所述閃爍晶體單元包括：用于接收γ光子的入光面、用于輸出γ光子觸發(fā)產(chǎn)生的光信號的出光面、以及用于連接入光面和出光面的晶體側(cè)面；所述晶體側(cè)面具有傾斜角度，且設(shè)置閃爍晶體單元的出光面與探測像素的入光面尺寸相同；

在制作得到的閃爍晶體單元的所述晶體側(cè)面，粘貼用于反射所述閃爍晶體單元產(chǎn)生的光信號的反射層；

將多個閃爍晶體單元組成閃爍晶體陣列；

填充探測單元中的各個相鄰的探測像素之間的縫隙；

將所述閃爍晶體單元的出光面，與探測像素中用于接收光信號的入光面對準耦合；

將信號處理電路連接在所述探測單元上。

本申請?zhí)峁┑腜ET檢測器及其制作方法，通過將閃爍晶體單元的出光面設(shè)置為與探測像素的入光面之間的尺寸相同，使得晶體單元輸出的光信號基本上都可以進入到探測像素，不會再出射到探測像素之間的縫隙處；并且，通過將閃爍晶體單元的晶體側(cè)面設(shè)置為傾斜的側(cè)面，并且在該側(cè)面貼設(shè)反射層，能夠有效的快速反射光信號，使得光信號沿晶體軸線方向在晶體內(nèi)部快速的向下傳導(dǎo)，直至進入到探測像素；因此，本申請的PET檢測器可以使得閃爍晶體單元產(chǎn)生的光信號，絕大部分都可以進入到探測像素，進而使得探測像素輸出的脈沖能量較大，提高檢測效率。

附圖說明

圖1是本申請一示例性實施例示出的一種PET檢測器的組成結(jié)構(gòu)；

圖2是本申請一示例性實施例示出的一種探測單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本申請一示例性實施例示出的一種閃爍晶體陣列與探測單元之間的連接結(jié)構(gòu)；

圖4是本申請一示例性實施例示出的一種光信號的反射路線圖；

圖5是本申請一示例性實施例示出的一種晶體側(cè)面的傾斜角度確定原理圖；

圖6是本申請一示例性實施例示出的一種阻擋部件設(shè)置示意圖；

圖7是本申請一示例性實施例示出的另一種阻擋部件設(shè)置示意圖；

圖8是本申請一示例性實施例示出的一種PET檢測器的制作流程；

圖9是按照圖8的流程形成的PET檢測器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是PET檢測器的工作原理示意圖。

具體實施方式

這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本申請相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本申請的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

圖1示出了PET檢測器所包括的三個組成部分：閃爍晶體陣列11、探測單元12和信號處理電路13。

其中，閃爍晶體陣列11包括以陣列形式排列的多個閃爍晶體單元，每一個閃爍晶體單元用于接收正電子湮滅事件產(chǎn)生的γ光子，并在該γ光子的觸發(fā)下發(fā)生電離，激發(fā)出光信號。而與閃爍晶體陣列11連接的探測單元，用于收集該光信號，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號即脈沖；對于閃爍晶體單元輸出的光信號，并不一定能夠全部被探測單元接收，部分光信號可能丟失，而探測單元產(chǎn)生的電信號的能量大小與其接收到的光信號的多少有關(guān)，接收的光信號越多，產(chǎn)生的電信號能量越大。與探測單元連接的信號處理電路，可以通過識別所述電信號的能量，來確定該電信號的產(chǎn)生是否表明已經(jīng)接收到正電子湮滅事件產(chǎn)生的γ光子。

簡單舉例來說，假設(shè)一個γ光子撞擊到閃爍晶體單元后，該晶體單元產(chǎn)生出3000個可見光光子，并且如果這些可見光光子全部被探測單元接收后，探測單元根據(jù)可見光光子轉(zhuǎn)換成的電脈沖的能量足夠高，信號處理電路通過識別該能量的大小即可確定接收到了γ光子；而如果損失了很大一部分可見光光子，只有1000個可見光光子被探測單元接收，那探測單元產(chǎn)生的電脈沖的能量較低，信號處理電路識別到該電脈沖的能量小而判定為未接收到γ光子?？梢?，閃爍晶體陣列與探測單元之間的光信號的可靠傳輸非常重要，直接影響到是否能夠快速準確的檢測到正電子湮滅事件的發(fā)生，如果能夠保證足夠多的光信號傳輸至探測單元，則可以有助于PET檢測器快速準確的檢測到γ光子，即提高檢測效率。

本申請中的探測單元12的結(jié)構(gòu)可以參見圖2所示，該探測單元12可以包括以陣列式組成的多個探測像素，例如，圖2中的探測像素121、探測像素122等。每一個探測像素包括一個有效受光面123，閃爍晶體單元輸出的光信號可以由該有效受光面123進入到探測像素中，用于轉(zhuǎn)換為電信號。相鄰的探測像素的有效受光面之間，可以稱為探測像素間的縫隙124，該縫隙124不能接收光信號，可以使用具有一定粘接性和流動性的膠填充到該縫隙處。

示例性的，本申請的探測單元可以為：由多個SiPM像素組成的SiPM陣列。

圖3示例了閃爍晶體陣列與探測單元之間的連接結(jié)構(gòu)，如圖3所示，閃爍晶體陣列的閃爍晶體單元、與探測單元的探測像素之間，采用一一對應(yīng)連接的結(jié)構(gòu)。例如，閃爍晶體單元31與探測像素32之間對應(yīng)連接，閃爍晶體單元33與探測像素34之間對應(yīng)連接。

每一個閃爍晶體單元可以包括：入光面35、出光面36和用于連接入光面和出光面的晶體側(cè)面37，其中，入光面35用于接收γ光子，出光面36用于輸出γ光子觸發(fā)產(chǎn)生的光信號，本例子中，晶體側(cè)面37具有傾斜角度，例如圖3示例的，晶體側(cè)面與閃爍晶體單元的入光面35的夾角成銳角，與閃爍晶體單元的出光面36的夾角成鈍角。并且，晶體側(cè)面37可以貼設(shè)有反射層38，該反射層38可以用于反射閃爍晶體單元產(chǎn)生的光信號。

此外，由圖3還可以看到，閃爍晶體單元的出光面輸出的光信號，由探測像素的入光面進入像素，該探測像素的入光面與閃爍晶體單元的出光面的尺寸相同且對準耦合。例如，圖3示例的閃爍晶體單元33的出光面39，與探測像素34的入光面40之間的尺寸相同且對準。

利用上述圖3所示的結(jié)構(gòu)，當閃爍晶體單元接收到γ光子時，對于晶體單元激發(fā)出的光信號，可以有效的傳導(dǎo)至對應(yīng)連接的探測像素。例如，以圖4中的閃爍晶體單元33與探測像素34為例，利用閃爍晶體單元33的晶體側(cè)面貼附的反射層38，可以快速的將晶體單元激發(fā)的光信號反射到出光面處，并由探測像素的入光面輸入到像素中。

本例子的PET檢測器結(jié)構(gòu)，一方面，由于閃爍晶體單元33的出光面與探測像素34的入光面之間的尺寸相同，所以晶體單元輸出的光信號基本上都可以進入到探測像素，不會再出射到探測像素之間的縫隙處；另一方面，通過將閃爍晶體單元的晶體側(cè)面設(shè)置為傾斜的側(cè)面，并且在該側(cè)面貼設(shè)反射層，能夠有效的快速反射光信號，使得光信號沿晶體軸線方向在晶體內(nèi)部快速的向下傳導(dǎo)，直至進入到探測像素。上述兩點，相對于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，可以使得閃爍晶體單元產(chǎn)生的光信號，絕大部分都可以進入到探測像素，進而使得探測像素輸出的脈沖能量較大，提高檢測效率。

為了減少光信號由閃爍晶體單元的晶體側(cè)面透射所造成的損失，可以將晶體側(cè)面設(shè)置的反射層的反射系數(shù)大于98％，這樣可以有效保證絕大部分的光信號都在閃爍晶體單元內(nèi)被反射，直至由晶體單元的出光面出射，減少透射。

此外，閃爍晶體單元的晶體側(cè)面的傾斜角度，本實施例不做限制，比如，兩個晶體側(cè)面的傾斜角度可以相同，或者也可以不同。以晶體側(cè)面與閃爍晶體單元的入光面成銳角，與閃爍晶體單元的出光面成鈍角為例，結(jié)合圖5來說明晶體側(cè)面的傾角設(shè)計：假設(shè)閃爍晶體單元的入光面尺寸是4.13mm，出光面尺寸是3mm，與探測像素的入光面(即有效受光面)尺寸相同，均是3mm，閃爍晶體單元的高度是20mm。還設(shè)置閃爍晶體單元的兩個晶體側(cè)面的傾斜角度一致，比如圖5的示例，閃爍晶體單元的入光面與兩個晶體側(cè)面之間的夾角都是a。根據(jù)上述的尺寸，可以計算晶體側(cè)面的傾角：tan a＝20mm/[(4.13-3)mm/2]，據(jù)此得到a的數(shù)值，而閃爍晶體單元的出光面與兩個晶體側(cè)面之間的夾角b＝90-a+90。例如，經(jīng)過上述計算可以確定，角度a為86.8度，角度b為93.2度。

在另一個例子中，當發(fā)生正電子湮滅事件時，如果事件產(chǎn)生的γ光子斜著射入閃爍晶體單元，可能在閃爍晶體單元之間發(fā)生串擾，如圖6所示，本來γ光子實際上是由閃爍晶體單元31接收，可是該γ光子穿越到相鄰的閃爍晶體單元33，激發(fā)閃爍晶體單元33產(chǎn)生對應(yīng)的光信號，這樣在后續(xù)信號處理電路識別時，就可能識別為閃爍晶體單元33接收到γ光子。為了盡量避免上述的晶體間串擾現(xiàn)象，本例子在PET檢測器中，于閃爍晶體陣列的相鄰閃爍晶體單元之間，還設(shè)置了用于防止γ光子在晶體間串擾的阻擋部件，該阻擋部件具有較高的對于γ光子的吸收能力，當γ光子要穿越到鄰近的晶體單元時，就會被設(shè)置在晶體間的該阻擋部件所吸收，從而有效防止晶體串擾。

請繼續(xù)參見圖6，阻擋部件可以是一個薄層擋片61，該薄層擋片61例如可以是鎢擋片、或者鉛擋片等材料，并且該薄層擋片61的高度可以與閃爍晶體單元的高度一致?；蛘?，阻擋部件還可以設(shè)置成圖7示例的三棱柱62，三棱柱62的形狀以相鄰的閃爍晶體單元的晶體側(cè)面之間的縫隙為準。三棱柱62的材料可以與薄層擋片61的材料相同。

此外，即使會有一小部分γ光子仍然會穿過阻擋部件進入到另一個閃爍晶體單元，由于阻擋部件的阻礙作用，使得進入到另一晶體單元的γ光子的能量快速降低，從而被該另一晶體單元對應(yīng)的信號處理電路通過能量識別而丟棄，也可以避免對于γ光子接收位置的判斷誤差。

本例子的PET檢測器，通過在閃爍晶體單元之間設(shè)置了阻擋部件，可以有效阻礙γ光子穿越到鄰近的晶體單元，從而能夠提高系統(tǒng)的空間分辨率，即可以準確的識別到γ光子的接收位置。另外，由于PET檢測器的檢測效率和空間分辨率都得到提高，使得能夠在更短的時間內(nèi)獲取更高質(zhì)量的重建圖像，減少了患者的掃描時間，提高了患者的流通量。

圖8示例了本申請的PET檢測器的制作流程，以制作SiPM檢測器為例，即本例子中的所述探測單元，包括：由多個SiPM像素組成的SiPM陣列。

在步驟801中，制作閃爍晶體單元，所述閃爍晶體單元包括：用于接收γ光子的入光面、用于輸出γ光子觸發(fā)產(chǎn)生的光信號的出光面、以及用于連接入光面和出光面的晶體側(cè)面；所述晶體側(cè)面具有傾斜角度，且設(shè)置閃爍晶體單元的出光面與探測像素的入光面尺寸相同。

本步驟中，在制作閃爍晶體單元時，使用的閃爍晶體材料可以為：BGO、LSO、LYSO中的一種或幾種?？梢詫⒕w側(cè)面設(shè)置成具有傾斜角度的側(cè)面，例如，可以將晶體側(cè)面與閃爍晶體單元的入光面設(shè)置成銳角，與閃爍晶體單元的出光面設(shè)置成鈍角。并且，將閃爍晶體單元的出光面的尺寸，設(shè)置成與探測像素的入光面尺寸相同，例如，均是3*3的面積。此外，該閃爍晶體單元還包括用于接收γ光子的入光面。

在步驟802中，在制作得到的閃爍晶體單元的晶體側(cè)面，粘貼用于反射所述閃爍晶體單元產(chǎn)生的光信號的反射層。

例如，本步驟所使用的反射層材料，可以包括：BaSo4、或者3M反射膜，并且，可以使用反射系數(shù)較高的材料。

在步驟803中，將多個閃爍晶體單元組成閃爍晶體陣列。

本步驟將多個閃爍晶體單元構(gòu)成閃爍晶體陣列。

在另一個例子中，為了提高空間分辨率，防止γ光子的晶體間串擾，本步驟中還可以在相鄰的閃爍晶體單元之間，設(shè)置用于防止γ光子在晶體間串擾的阻擋部件，本例子以薄層擋片為例，在每兩個閃爍晶體單元之間都設(shè)置一薄層擋片，并且用光學(xué)膠對閃爍晶體單元和薄層擋片做粘接。

在步驟804中，填充探測單元中的各個相鄰的探測像素之間的縫隙。

本步驟進行探測單元的制作，由多個探測像素以陣列形式構(gòu)成；對于相鄰的探測像素之間的縫隙，可以用具有一定粘接性和流動性的膠填充到SiPM的縫隙中，并將SiPM陣列置于平面處，保證膠層的平整度。

在步驟805中，將填充探測像素之間縫隙后的探測單元，進行縫隙處的排泡處理。

例如，可以將填充膠后的SiPM陣列置于排泡裝置中，完成對SiPM陣列縫隙處的排泡，保證膠層中無氣泡，防止因有氣泡而導(dǎo)致可見光的散射損失。

在步驟806中，將閃爍晶體單元的出光面，與探測像素中用于接收光信號的入光面對準耦合。

本步驟可以將閃爍晶體陣列的表面涂抹光學(xué)耦合劑，并與SiPM的入光面耦合，耦合過程中需要借助工裝對準相對基準位置。

本例子中，相對接的閃爍晶體陣列可以是N*M陣列，SiPM陣列可以是m*n陣列，其中的N、M、m、n可以是任意大于1的整數(shù)，且N*M與m*n可以不一致，只要保證探測像素與閃爍晶體單元一一對應(yīng)連接即可。

在步驟807中，將PET檢測器靜置，以待膠層固化。

例如，可以將耦合后的PET檢測器置于帶有溫度和濕度控制的靜置箱中靜置一段時間，待膠層固化。

在步驟808中，將信號處理電路連接在所述探測單元上。

例如，本步驟可以將信號處理電路板焊接在SiPM陣列上，完成PET檢測器的電路焊接。

經(jīng)過圖8所示的流程后，形成的PET檢測器的結(jié)構(gòu)，可以如圖9所示。

上述制作形成的PET檢測器，其工作原理如圖10的示意，與SiPM陣列連接的信號處理電路，可以包括：能量信息讀出電路、時間信息讀出電路以及能量的閾值判定電路；其中，能量信息讀出電路可以通過對SiPM所輸出的電信號進行能量的采集，閾值判定電路可以通過閾值對能量進行識別，如果能量達到閾值，則表明這是有效事件的數(shù)據(jù)，否則，如果電信號的能量較低，則認為是無效事件的數(shù)據(jù)。對于有效事件的數(shù)據(jù)，再結(jié)合時間信息讀出電路標定的事件時間，得到基于TOF的時間信息的事件發(fā)生位置信息?？梢?，通過與探測單元連接的信號處理電路，可以根據(jù)電信號識別得到γ光子對應(yīng)的事件信息，包括能量、時間、位置等信息。

通過本申請?zhí)峁┑腜ET檢測器制作方法，可以得到具有較高的檢測效率的PET檢測器，并且還可以提升系統(tǒng)的空間分辨率，應(yīng)用該PET檢測器時，可以更快的獲取更高質(zhì)量的重建圖像。

以上所述僅為本申請的較佳實施例而已，并不用以限制本申請，凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請保護的范圍之內(nèi)。