专利名称：一种用于探测伽马射线的具备对作用的能量、位置和时间坐标进行编码的新型的闪烁体 ...的制作方法
一种用于探测伽马射线的具备对作用的能量、位置和时间 坐标进行编码的新型的闪烁体阵列探测器及相关的信号处
理方法
背景技术：
通过探测穿过被测体的、或被测体所发射的伽玛射线的分布来研究该被测体的组
成和功能的技术和仪器已经广为人知。这些设备通常被应用在发射型计算机断层扫描中，
其可以划分为两种特定类别单发射光子计算断层扫描(SPECT)，其使用发射伽玛射线但 不发射正电子的放射性示踪剂；正电子发射断层扫描(PET)，其使用发射正电子的放射性 示踪剂。这两种技术之间的基本物理差异在于PET使用的是湮灭符合探测(annihilation coincidence detection)，而SPECT不是。 在将发射正电子的生化类放射性示踪剂注入活体后，PET能够在活的有机体内确 定生化功能。正电子与目标体中周围的电子发生湮灭以生成一对均具有511keV的光子能 量并几乎反向运动的伽玛射线。利用两个相向的伽玛探测器对这对湮灭伽玛射线进行测 量，能够确定该伽玛射线的反向轨迹所限定的轨迹线的空间中的位置和方向。使用计算机 投影重建技术来将通过使用探测器阵列测量对象所获得的大量轨迹线叠加在一起，从而对 活体内的放射性示踪剂的分布进行成像。 发射计算断层扫描系统采用各种不同几何构型来构造伽玛探测器。对构型的选择
主要由所需的系统性能和造价决定。伽玛探测器的设计必须能够提供对伽玛射线的能量和
位置坐标的精确估计。此外，在PET的情况下，探测器还要能够提供时间符合间隔。来自这
些探测器的数据让人们可以重建出活体内的放射性示踪剂的分布图像。 大量的伽马探测器被报道过了。例如，Casey等获得的美国专利第4750972号，
公开了一种位置编码器和探测器系统，这种系统含有一个二维的光子计数位置编码器探测
器。此编码器/探测器利用闪烁体探测器阵列来提供光子交互作用的截面坐标组成一个模
块获得入射光子作用点的横向信息(即X和Y坐标)；但这种探测器不能提供作用点在受
激闪烁晶体内的纵向位置(即Z坐标)。所以当光子非垂直入射此类探测器相同时，可能会
穿越多个晶体，，这导致了它们轨迹线路的不确定性，从而由于判读误差(parallax error)
而使图像分辨率产生降质。 再如，Wong等获得的美国专利第5319204号，公开了另一种对入射伽玛光子作用 点的位置和能量进行解码的探测器，它令闪烁体探测器阵列组成的模块之间的边缘相对于 光敏探测器的边缘有偏移。每个光敏探测器耦合至四个相邻的闪烁体探测器阵列模块，其 中每个闪烁体探测器阵列模块的四分之一占据光敏区域的四分之一，所以每个光敏探测器 同时探测来自四个相邻的闪烁体探测器阵列模块的闪烁光。但是，此专利未提及能否或如 何使用光导以在若干个光敏探测器之间分配闪烁光。 Lecomte在美国专利第4843245号中，公开了一种能够提供入射光子作用点在闪 烁晶体中的横向及纵向位置的探测器。它使用了两种不同荧光衰减时间的闪烁体探测器， 其中一种晶体叠置在另一种晶体上。入射伽玛光子的作用点位置由脉冲波形甄别技术获 得。尽管该技术可提供作用点在晶体中的横向和纵向信息，但如果两种材料的闪烁体探测器的总厚度维持一定，则可能会导致系统的探测效率降低，即每一层晶体都薄了。另一方 面，如果增加闪烁的晶体厚度以补偿系统探测效率，那么系统的分辨率又会变差。
另一种可以获得作用点横向和纵向位置信息的探测器系统是Thompson等在美国 专利第5122667号中公开的。与Lecomte的方法不同，它只用一种闪烁晶体，也不用荧光衰 减时间来甄别作用点深度，而是在一根晶体的中间部位采用闪烁光吸收带，它的净效果是 把一根晶体分成两个区域，每个区域的伽玛光子作用效率基本一致。利用脉冲高度甄别技 术来区分不同区域的伽玛光子作用事例。此方法的不利效果在于，减少了总的闪烁光收集 量，并且会导致高光输出闪烁体的康普顿连续统一体叠加到底光输出闪烁体的光峰区域。 所以，此方法本质上会造成康普顿散射混入光电峰的不确定性。 Rogers在美国专利第5349191号中公开了一种在探测器中获得作用点横向和纵 向位置信息的方法。它依据随着作用点在晶体中的纵向位置变化，所收集到的闪烁光也会 相应地连续变化。要获悉闪烁光连续变化的规律，所收集的闪烁光连续变化需要对每一个 探测器做繁复的校正，此校正过程用位置已知的经准直的光子束来获得沿晶体纵轴的光收 集与位置的对应关系。该校正方法很难在大型阵列闪烁晶体上实现。 以上的设计主要是针对正电子发射断层扫描，其所用的闪烁晶体主要有正硅酸钆 (GS0)、掺铈正硅酸钇镥(LYS0)、掺铈正硅酸镥(LS0)、镧的卤化物(如氯化镧、溴化镧等)、 锗酸铋(BGO)，其他的一些闪烁晶体被提出或使用。而单发射光子断层扫描则主要使用掺铊 碘化钠(Nal (Tl))，结构多为连续的片状整体耦合到连续光导上，且使用Anger逻辑来定位 闪烁事例。 Govaert等在美国专利第4267452号，公开了用于单发射光子断层扫描的非连续 的片状整体(分段型)NaI(Tl)的探测器设计。其独特之处在于SPECT的探测器是有分段 的。分段的NaI(Tl)晶体类似于某些用在正电子发射断层扫描中的模块型晶体设计，尤其 是用有源晶体做为光导的设计。Govaert公开的探测器没有引入离散晶体单元的运用，即每 个晶体单元是独立的探测器。相反地，这种分段把整块的NaI(Tl)切割成许多小单元，这些 小单元又组成共同的有源晶体光导，也就是说，对NaI(Tl)的切割是不贯穿的。
在美国专利第6362479号中，Andreaco等公开了一种可以同时提供入射光子的能 量、作用时间以及作用点位置的晶体阵列探测器设计。该探测器具有用于单发射光子断层 扫描和正电子发射断层扫描的潜力。此设计披露的实施方式使用一种或多种闪烁晶体，并 利用光导以光学方式把闪烁体耦合至光敏探测器。光导可以是无源的(即无闪烁光产生能 力)和有源的(即具备闪烁光产生能力的)；同时也可以是分段的或不分段的。但是，在所 有的实施方式中，其控制和分配闪烁光的手段要么如Casey等获得的美国专利第4750972 号介绍的一个闪烁体阵列探测器模块耦合到相邻的四个光敏探测器上；要么如Wong等获 得的美国专利第5319204号介绍的把一个闪烁体阵列探测器模块耦合到四个光敏探测器 上，每个闪烁体阵列模块的四分之一占据光敏区域的四分之一。 美国专利第6362479号披露的实施方式与美国专利第4750972号和美国专利第 5319204号的有所不同，表现在第6362479号的实施方式采用光导控制和分配闪烁光，并且 可以采用多种闪烁体。但是，这些专利的实施方式都共享同样基本原理，那就是，总是单一 地按二维方式进行来控制闪烁光的分配和收集。因此，一旦光敏探测器阵列的增益没有充 分均衡，那么闪烁体的位置解码直方图也会在两个维度上产生不可预估的畸化，从而无法
4确定哪一些闪烁体的位置解码直方图对光敏探测器阵列的增益变化不敏感。进而，如果增 益不均衡性超过一定的范围，如某些光敏探测器的增益变化超过10%，那么用一个或几个 闪烁晶体的能谱来快速(如，每天甚至每次诊断扫描的同时)实现增益均衡就是不可能的。
兼具SPECT和PET的功能的SPECT探测器系统设计被称作混合设备。这类系统通 常通过增加掺铊碘化钠(Nal)的长度来提高探测效率，并且增加了时间符合电路和衰减校 正。虽然有了这些变化，但是连续的整块掺铊碘化钠晶体构成的探测器在系统性能方面仍 然比专用的PET探测器设计差。 尽管以上提及的SPECT、 PET、、PET/SPECT混合设备中的探测器都在一定程度上满 足了其应用需求，然而，更好的SPECT和/或PET探测器系统需求仍然存在，尤其是具备光 敏探测器阵列的增益均衡能力的系统。
发明内容
本发明的一个方面涉及伽玛射线探测器模块，根据本发明一个实施方式的伽玛射
线探测器模块包括至少一个闪烁体探测器，配置成在点解码模式中操作；或者至少两个
闪烁体探测器，配置成在线解码模式中操作，其中所述至少一个闪烁体探测器中的每个耦
合到单独的光敏探测器，并且其中所述至少两个闪烁体探测器耦合到至少两个基本上排列
在一条线上的光敏探测器；以及，至少四个闪烁体探测器，配置成在面解码模式中操作，其
中所述至少有四个闪烁体探测器耦合到多个以二维阵列排列的光敏探测器。 本发明的另一方面涉及用于对伽玛射线源进行成像的方法。根据本发明一个实施
方式的方法包括使用探测器模块来获取伽玛射线测量结果，该模块包括至少一个闪烁
体探测器，配置成在点解码模式中操作；或者至少两个闪烁体探测器，配置成在线解码模式
中操作，其中所述至少一个闪烁体探测器中的每个耦合到单独的光敏探测器，并且其中所 述至少两个闪烁体探测器耦合到至少两个基本上排列在一条线上的光敏探测器；以及，至
少四个闪烁体探测器，配置成在面解码模式中操作，其中所述至少有四个闪烁体探测器耦 合到多个以二维阵列排列的光敏探测器；以及，使用由在所述点解码模式中操作的所述至 少一个闪烁体探测器或在所述线解码模式中操作的至少两个闪烁体探测器所获取的测量 结果来均衡所述探测器模块中的所述闪烁体探测器的增益。 通过下面的描述和所附权利要求，本发明的其它内容及优势会更为明确。
图IA是采用根据本发明一个实施方式的伽玛射线探测器模块的医疗仪器示意 图。 图IB是根据本发明的一个实施方式的伽玛射线探测器的模块组配示意图。图1C
是采用根据本发明的另一种实施方式的伽玛射线探测器的模块组配示意图。 图2是采用根据本发明的一个实施方式的伽玛探测器模块的原理，其中图示了点
解码模式、线解码模式和面解码模式。 图3A至3K示出了根据本发明实施方式的点解码模式探测器的各种实施方式。
图4A至4C示出了根据本发明实施方式的线解码模式探测器的格式实施方式。
图5A至5C示出了根据本发明实施方式的面解码模式探测器的各种实施方式
玛射线
流程图
图6A至6B示出了根据本发明实施方式的具有光导的闪烁体探测器的实施方式。图7A至图7B示出了根据本发明一个实施方式的光导。图8A至图8C示出了根据本发明另一实施方式的光导。图9A至图9P示出了根据本发明实施方式的各种耦合式样。图IOA至图IOC示出了利用常规探测器阵列所获得的伽玛射线测量结果。图IIA至图IIC示出了利用根据本发明的一个实施方式的探测器阵列所获得的伽l量结果。
图12示出了根据本发明一个实施方式的用于在探测器阵列中均衡增益的方法的
图13A至图13C示出了根据本发明一个实施方式的探测器阵列。图14示出了根据本发明一个实施方式的、相同模块上的点解码模式、线解码模式以及面解码模式探测器的探测器阵列。 图15示出了使用根据本发明一个实施方式的伽玛射线探测器模块来对被测体进行成像的方法。 图16示出了根据本发明一个实施方式而使用的光敏探测器的不同形状的伽玛射线探测器模块。
具体实施例方式
本发明的各种实施方式涉及可确定伽玛射线与闪烁体(包括一种或多种闪烁体材料)的相互作用所产生的闪烁光的能量、位置及时间的探测器以及相应的仪器设备。其中一些实施方式涉及到伽玛射线探测器阵列，该阵列包含耦合到光敏探测器(用于收集和测量闪烁体探测器中产生的闪烁光)的闪烁体探测器(用于与伽玛射线发生作用并产生闪烁光)。某些闪烁体探测器与光敏探测器通过光导耦合到一起，而光导可以是分段的或不分段的。此外，光导还可以是有源的(具有闪烁光产生能力)或无源的(无闪烁光产生能力的)。在此，"分段"或"不分段"的含义是光导是否具有阻隔物和/或光学介质并由之规定若干槽隙。分段间隙可以在不同深度具有阻光物以控制闪烁光光子的统计分布。
在本发明涉及的伽玛射线探测器中使用的闪烁体探测器可以是离散的(每个闪烁体探测器与其它探测器是分离的)，也可以是非离散的(每个闪烁体探测器与其它探测器之间存在物质连接)，还可以混合使用以上两种类型的闪烁体探测器。为简化制造工艺，可以对整块较大尺寸的闪烁晶体块进行切(割)槽来获得探测器个体。切槽可以贯穿整块晶体(离散探测器)或者部分贯穿整块晶体(非离散探测器)。为了阐述的明晰，在下面的说明中或许会用"离散"探测器来描述本发明的实施方式。使用"离散探测器"仅仅是为了陈述的方便而不是限制本发明的适用范围。本领域技术人员在适当的情况下可以用某些"非离散"的探测器来替代"离散"的探测器，但并未超出本发明的覆盖范围。根据本发明的一些实施方式中的光敏探测器通常是光电倍增管或光敏二极管。但是，任何常规的光敏探测器均可用于本发明的实施方式。 在本发明涉及的伽玛射线探测器阵列可以被应用到任何需要伽玛射线探测器的仪器中。如图1A所示，所述探测器阵列可被用于医学成像设备IO(可以是正电子发射断层扫描(PET))，这类医学成像设备通常有一个被检体承载台ll和一个包括一个或多个伽玛
6射线探测器阵列12的探测器环。另外如图1B所示，探测器环也可以构造成弓(弧)形。再如图1C所示，一个探测器阵列中含有一个或多个的闪烁体探测器13耦合到一个或多个的光敏探测器14。 依据本发明的一些实施方式，所述的伽玛射线探测器阵列12被配置成既非弧形也非环形的结构。例如，图1C揭示由两个相向的伽玛射线探测器阵列12构成并探测所述探测器阵列之间的伽玛射线源。本发明的伽玛射线探测器阵列也可用于采用任何机构的任何仪器。 自从Anger在美国专利第3011057号中介绍之后，分光原理被广泛地用在医学仪器中来准确地测量使用闪烁体的伽玛射线发射物(如在人体或其它被研究对象体内的放射性示踪剂)的位置。其基本概念，如同Anger所公开的，是把闪烁光以二维的方式分配到二维排列的光敏探测器阵列上。于是，光敏探测器2D阵列收集到的相对光强便可通过类似解三角的办法来确定闪烁事例的位置。此概念被充分运用和体现在大多数核医学仪器。但是，此方法的准确度依赖于二维探测器阵列的相对光强的测量准确度。因此，在各个探测器之间的任何的增益不平衡都会劣化最终结果的准确度。 为了提供增益监测和平衡的简便途径，本发明的各种实施方式采用了多种的光学耦合机制来控制闪烁光在各个闪烁体探测器和(或)光导内以及在光敏探测器之间的分配。这些光学耦合机制可以进一步调控各个光敏探测器收集测量的光子数量。根据本发明的一些实施方式，所述的各种光学耦合机制可以按照光的分配和收集模式分为三类，即点解码模式、线解码模式和面解码模式。如稍后详述，点解码模式晶体探测器具有对光敏探测器增益不敏感的特性，从而可用于提供一条监测和均衡光敏探测器阵列增益的简便途径。
点解码模式就是令发射自某个闪烁体探测器的闪烁光仅只散布到一组光敏探测器阵列中的一个光敏探测器上并只由这个光敏探测器来采集光。这样，点解码模式闪烁体探测器只"照亮"一个光敏探测器(即一个二维阵列中的一个"点")。线解码模式使得发射自某个闪烁体探测器的闪烁光能够散布到一组基本上以线性方式(一维)连续排列的两个或更多的光敏探测器阵列(或其中的部分)上，并由所述的两个或更多相邻光敏探测器来采集光。这样，线解码模式闪烁体探测器只"照亮"连续排列在一条线上的一组光敏探测器阵列(即一个二维阵列中的一条"线")。根据本发明的一些实施方式，线解码模式的晶体探测器可以与上述的点解码模式晶体探测器共用光敏探测器，也可以不共用，既分离的光敏探测器能够被用于不同的探测模式。 面解码模式允许发射自某个闪烁体探测器的闪烁光散布到(2D)连续排列(例如并排设置的四个或更多光敏探测器以形成正方形、矩形或其他形状)的四个或更多相邻光敏探测器(或其一部分)上，并且被所述的四个或更多相邻光敏探测器(或其一部分)上所获取。也即面解码模式闪烁体探测器"照亮"连续排列在一个"面"上的一组光敏探测器阵列(即一个二维阵列中的一个区域或"面")。根据本发明的一些实施方式，面解码模式的闪烁体探测器可以与上述的点解码模式或线解码模式闪烁体探测器共用光敏探测器，也可以不共用，即，不同的光敏探测器能够被用于不同的探测模式。利用不同尺寸的光敏探测器及相应的闪烁体探测器，通过组合使用点、线、面这三种分光机制(包括使用和不使用光导)，可以构建基于本发明的实施方式的不同尺寸的伽玛射线探测器模块。
图2揭示了点解码、线解码、面解码这三种分光机制的原理。如图2所示， 一个或
7更多的反射体30 (如白色涂料、反射膜、特氟隆薄膜带等)可以用来覆盖点解码模式晶体探测器20的、除了以光学方式耦合到光敏探测器50的一个或多个表面外的其它表面。在晶体探测器表面与反射体之间可以保有、也可以不保有间隙。使用反射体(或光学阻隔物)的目的在于最大限度地收集闪烁光；使晶体探测器在功能上不关联的光敏探测器上产生的光学交扰降到最低(如在点解码模式中，尽量地控制光收集只在一个光敏探测器上)以实现期望的解码模式。在图2中，点解码模式晶体探测器20中的虚线代表其中闪烁光的径迹。可见闪烁光被有意地被反射体或光学阻隔物30有效地限制(反射)在点解码模式晶体探测器内，并被一个光敏探测器50收集探测。同样是在图2中，线解码模式晶体探测器22或面解码模式晶体探测器24中的虚线代表各自内部闪烁光的径迹。可见闪烁光被反射体或光学阻隔物30有效地控制在各相应模式晶体探测器内，并被分配到多个光敏探测器50实现收集探测。 注意到，点解码探测器20与其他的探测器是完全分离的(或足够充分地接近完全分离)，即对整块晶体的切割是贯穿的或几乎贯穿的，由此从该探测器产生的闪烁光会被导入一个独立的光敏探测器。或者，点解码模式晶体探测器也可以由分离的晶体单元(如预先切割成所需尺寸的独立晶体)来和其他晶体探测器组装在一起构成。注意，如果在点解码模式晶体探测器与光敏探测器之间使用光导，该光导也应遵从在各个光敏探测器之间分光最少的目标来保证该探测器产生的闪烁光仅被导入一个独立的光敏探测器。
再次参考图2，对线解码探测器22而言，相邻的晶体之间存在部分分离(在非离散晶体探测器的情形时，可通过部分切割来实现；或者在离散晶体探测器的情形时，则利用图9所揭示的光学耦合样式来实现)以令相邻探测器结合在一起并容许部分分光，即，在一个探测器产生的闪烁光会被分配到一组线性连续排列的光敏探测器上。注意，如果在线解码模式晶体探测器22与光敏探测器50之间使用光导，则该光导可实现线解码模式分光机制的部分分光要求。此时，线解码模式的各个晶体探测器与其相邻晶体探测器可以是完全分离(或足够充分地接近完全分离)的。类似地，对面解码模式晶体探测器24而言，在晶体之间或是光导(如果使用光导的话)之间，也应该实现在一个探测器产生的闪烁光会被分配到一组二维排列的光敏探测器上。 对于点解码探测器20，闪烁光被有意地由反射体或光学阻隔物30限制在其中并
由一个光敏探测器收集探测。在线解码模式晶体探测器22和面解码模式晶体探测器24中，
闪烁光被有意地由反射体或光学阻隔物30有效地控制在各相应模式晶体探测器之内，并
被分配到多个光敏探测器实现收集探测。线解码模式探测器22和面解码模式探测器24的
差别在于对于线解码模式探测器22，反射体或光学阻隔物30的运用形式是被设计成有利
于闪烁光在一组线性排列的光敏探测器上分配；而在面解码模式中，反射体或光学阻隔物
30的运用形式则被设计成有利于闪烁光在一组二维排列的光敏探测器上分配。 在前面已经提到，点解码模式的闪烁体探测器包括一种特性，该特性将与不关联
于点解码模式的其他光敏探测器之间的分光最小化。此分光最小化特性通常可以通过在探
测器外表面使用反射体实现。此外，现有技术中任何已知的、防止光线共享的任何其他手段
也可以使用，例如高度抛光的外表面，特殊表面处理(例如离子注入)等等。 依据本发明的一些实施方式，点解码模式的测量可以用来监控和(或)校正光敏
探测器的增益。当各个光敏探测器之间的增益差别没有被很好的补偿时，分光最小化的特性能够把点解码模式的离散探测器在位置直方图上的畸变限制在一个较小的也更可预测的区域内。。而且，即使在光敏探测器的增益不均衡程度已经达到令传统的非点解码模式的探测器的位置统计直方图不可预测地严重畸变时，采用点解码模式的探测器仍然能够容易地确认。 基于此特性(即最少分光)，用已知的伽玛射线源(包括正电子源)辐照采用本发明的伽玛探测器，通过一定的数据采集和分析手段(其流程在稍后详述)，可以得到任何点解码模式探测器采集的能谱，而此能谱直接地用于评估并相应地调节该点解码模式探测器所耦合到的光敏探测器的增益。如何利用已知能量的伽玛射线源调节光敏探测器的增益是早已广为专业人士熟知。图12(见稍后章节)给出了此增益调节流程的一个示例。
依据本发明的实施方式，在伽玛探测器阵列中，每一个光敏探测器都可以有一个点解码模式探测器与之相对应，就象一个离散的探测器一样。如此，该伽玛探测器中的每一个光敏探测器都可以采用上述的方法来监控和调节其增益。该增益调节方法的一个突出优点是在对病患进行检查的同时，直接利用注入病患的已知放射性示踪剂的伽玛射线可以获得点解码模式探测器的能谱，据此可以实时在线进行光敏探测器阵列的增益均衡。
如图3A至3C所示，点解码探测器(即闪烁体)31位于一个光敏探测器35 (如光电倍增管、光敏二极管等)之上，并在空间上以光学耦合的方式占用此光敏探测器的部分敏感区域。 一般而言，点解码模式探测器31位于一个光敏探测器35的中心(如图3A至3C所示)是最优的配置方式。但是，依据本发明的一些实施方式，点解码模式探测器31也可以位于偏离光敏探测器35的中心的位置(如图3D至3E所示)。另外，任何点解码模式探测器31及其对应光敏探测器35的中心至中心偏移，可以和其它的点解码模式探测器及其对应光敏探测器的中心至中心偏移相同，也可以不同。点解码模式探测器(闪烁体)31可以包含一种或多种闪烁材料，还可以是分段或不分段的。而且，点解码模式探测器可以直接或者通过光导耦合到其对应的光敏探测器35上。如果采用光导，它可以是分段或不分段，光导材料可以是有源的(具有闪烁光产生能力)或无源的(无闪烁光产生能力的)。 一个或更多的反射体(如白色涂料、反射膜、特氟隆薄膜带等)可以用来覆盖点解码模式晶体探测器31的除需要进行光学耦合的外表面。在晶体探测器表面与反射体之间可以留有、也可以不留间隙。使用反射体(或光学阻隔物)的目的在于最大限度地收集闪烁光；使其在功能上不关联的光敏探测器上产生的光学交扰降到最低，从而有利于点解码模式的实现。
依据本发明的实施方式，点解码模式探测器可以包括离散的单个闪烁体，如图3F所示。此外，通过适当的修改，其它一些未脱离本发明设计思想范围的点解码模式探测器构造模式也是可能的。这里给出一些例子，图3G揭示一种替代的点解码模式实施方式，其中一块闪烁体38叠置于一个有源的或无源的光导39之上。图3H揭示另一种替代的点解码模式实施方式，其中一块闪烁体38'叠置于另一块具有不同衰变时间的闪烁体38"上。此实施方式的闪烁体可以是同种或是不同材料。又如图31所揭示的一种点解码模式实施方式，其中两块具有不同衰变时间的闪烁体38'和38"叠置于一个无源的光导39之上。此实施方式的闪烁体可以是同种或是不同材料。 依据本发明的部分实施方式，多个光敏探测器(如光电倍增管)可以用于同时探测在一个点解码模式探测器中产生的闪烁光。例如，图3J揭示一种实施方式，其中点解码模式探测器的一个端面耦合到一个光电倍增管50上，而在相对的另一端面则耦合到一个光敏二极管50'上。而图3K示出了另一种可能的实施方式，点解码模式探测器的一个端面耦合到一个光电倍增管50上，而其一个或多个侧面则耦合到一个光敏二极管50'上。
上面已经提到，在本发明的一些实施方式中，部分的探测器可以配置成线解码模式。图4A至4C揭示了一个这样的实施方式，其中一组线解码模式探测器41位于两个或更多相邻的光敏探测器42、43、44(如光电倍增管)上，并在空间上以光学耦合方式占用这些光敏探测器的部分敏感区域。 一般而言，线解码模式探测器41沿着与其对应的这些光敏探测器的中心线排列是最优的配置方式。但是，其它一些实施方式也可以采用偏离中心线排列的方式。 与上述的点解码模式探测器相似，在本发明的一些实施方式中，线解码模式探测器也可以包含一种或多种闪烁材料，闪烁材料可以是分段的或不分段的，它们可以直接或者通过光导耦合到其对应的光敏探测器上。如果采用光导，它也可以是分段或不分段的，光导材料可以是有源的(具有闪烁光产生能力)或无源的(无闪烁光产生能力的)。而且，在不脱离本发明设计思想范围的情况下，对闪烁体和光导进行材料和位置上的各种组合变化是可能的。 例如，线解码模式探测器可以包含由一块尺寸较大带有各种深度切槽的闪烁体。另外，线解码模式探测器可以包含由两个或更多地离散探测器用光学胶粘结在一起，其间的光学耦合界面样式经过专门设计从而把闪烁光分配到一组线性连续排列的光敏探测器上。在某些线解码模式探测器实施方式中，一组线性排列的闪烁体阵列可以叠置到一组线性排列的光导阵列之上。值得注意的是，此处给出的例子只是为了描绘设计思想而非穷尽实例。相关专业人士可以演变出各种可能的设计实例但他们并未脱离本发明设计思想范围。 在其它一些线解码模式探测器的实施方式中，可以将一组线性排列的闪烁体叠置在另一组线性排列的闪烁体上，其中一组闪烁体耦合到线性排列光敏探测器上，闪烁体可以有相同或不同的衰变时间，其材料也可以相同或不同。而根据另一些实施方式，上述叠置的线解码模式探测器阵列可以进一步耦合一组线性排列的有源的(或无源的)的光导阵列上。 此外，部分实施方式可以采用多个光敏探测器同时探测在一个线解码模式探测器阵列中产生的闪烁光。用于一组线解码模式探测器。例如，线解码模式探测器的一个端面可以耦合到一个或更多光敏探测器(如光电倍增管)，而相对的另一个端面可以耦合到一个或更多光敏探测器(参见美国专利第6362479号中的实例描述)。 依据本发明的实施方式，人们可以利用各种光学耦合方式来控制闪烁光在相应线解码模式的两个或更多光敏探测器上的统计分配。构造光学耦合模式的技术在相关领域是成熟并广为知晓的。例如，1)对闪烁体表面做机械和(或)化学处理(如，机械抛光或研磨，化学侵蚀等)；2)在闪烁体和(或)光导上切割各种深度的槽；3)在通过2)形成的槽中或者是在离散的闪烁体和(或)光导之间填充反射体(或光学阻隔物)；4)闪烁体和(或)光导的各个分段之间使用光学耦合材料(如光学水泥、光学胶、光学硅胶等)胶结。 一个或更多的反射体(如白色涂料、反射膜、特氟隆薄膜带等)可以用来覆盖线解码模式探测器的除需要光学耦合到光敏探测器之外的一个或多个表面。在反射体和探测器之间可以有或可以没有间隙。使用反射体(或光学阻隔物)的目的在于最大限度地收集闪烁光；使其在
10功能上不关联的光敏探测器上产生的光学交扰降到最低，从而有利于线解码模式解码的实现。 如前述所及，在采用本发明的实施方式的一些伽玛探测器中，部分的探测器可以配置成面解码模式。图5揭示了一个这样的实施方式，其中一组面解码模式探测器位于四个或更多相邻的光敏探测器(如光电倍增管)上，并在空间上以光学耦合方式占用这些光敏探测器的部分敏感区域。剩余的部分敏感区域(或其中之一部分)可以用来实现点解码模式和(或)线解码模式。通常情况下，面解码模式探测器对称地占据与其对应的每个相邻光敏探测器的敏感区域，如图5A所示。但是，非对称地排布方式也可以被采用并体现本发明的面解码模式设计思想。 与上述的点、线解码模式探测器相似，根据本发明的实施方式，面解码模式探测器也可以包含一种或多种闪烁材料，它们可以是分段的或不分段的。闪烁体可以直接或者通过光导耦合到其对应的光敏探测器上。如果采用光导，它也可以是分段或不分段的。光导材料可以是有源的(具有闪烁光产生能力)或无源的(无闪烁光产生能力的)。
如前述所及，可以利用各种光学耦合方式来控制闪烁光在相应面解码模式的四个或更多光敏探测器上的统计分配。光学耦合方式包括上面在线解码模式中介绍过的部分或全部，例如，l)对闪烁体表面做机械和(或)化学处理(即机械抛光或研磨，化学侵蚀等)；2)在闪烁体和(或)光导上切割各种深度的槽；3)在通过2)形成的槽中或者是在离散的闪烁体和(或)光导之间填充反射体(或光学阻隔物)；4)闪烁体和(或)光导的各个分段之间使用光学耦合材料(如光学水泥、光学胶、光学硅胶等)胶结。 此外，一个或更多的反射体(如白色涂料、反射膜、特氟隆薄膜带等)可以用来覆盖线解码模式探测器的除光学耦合到光敏探测器的一个或多个外表面。根据本发明的实施方式，在反射体和探测器之间可以有或没有间隙。使用反射体(或光学阻隔物)的目的在于最大限度地收集闪烁光；使其在功能上不关联的光敏探测器上产生的光学交扰降到最低。 例如，在部分实施方式中，面解码模式探测器可以包含一块尺寸较大的带有各种深度切槽的闪烁体构成。在另外部分实施方式中，面解码模式探测器可以包含由两个或更多地离散探测器用光学胶粘结在一起，其间的光学耦合界面样式经过专门设计以控制闪烁光在相应光敏探测器上的分配。在其它部分实施方式中，一组面解码模式探测器闪烁体阵列可以叠置到一组无源光导阵列之上。更进一步，所述这一组面解码模式探测器闪烁体阵列可以含有一组闪烁体阵列叠置在另一组衰变时间不同的闪烁体阵列上。在此实施方式中闪烁体材料可以相同也可以不同。此外，面解码模式探测器的实施方式还可以把两个不同衰变时间面解码模式探测器闪烁体阵列叠置起来后，再叠置到一组无源光导阵列之上。在此实施方式中闪烁体材料可以相同也可以不同。 而且，本发明的部分实施方式揭示了多个光敏探测器可以用于一组面解码模式探
测器。例如，面解码模式探测器的一个端面可以耦合到一个光电倍增管，而相对的另一个端
面可以耦合到一个光敏二极管。 一些实施方式则可能在面解码模式探测器与光敏探测器之
间包含光导(有源或无源的)。而光导则可按照以上披露的技术手段构造。 图6A和6B揭示了一个这样的范例，其中一个薄的连续光导61被置于闪烁体探测
器62和光敏探测器63之间。此连续光导仅作为闪烁体探测器和光敏探测器的光学媒介。根据本发明的实施方式，光导不一定需要连续，也不一定总是薄的。 图7A至7C揭示了一个这样的范例，其中一个相对较厚的连续光导71作为光学介面被置于闪烁体探测器和光敏探测器之间。此光导的部分区域可以构造出沟槽来安置点解码模式和(或)线解码模式的探测器。 图8A至8C则是另一个范例，其中一个相对较厚的连续光导81被置于闪烁体探测器和光敏探测器之间，而光导上构造出各种深度的开槽。切槽的区域用于面解码模式探测器和光敏探测器之间光学介面，而沟槽82则用来安置点解码模式和(或)线解码模式的探领lj器。 根据本发明的实施方式，闪烁体和光导之间的光学耦合可以设计成不同的配置方式。图9揭示了一系列光学耦合样式的实施范例，这些光学耦合样式控制闪烁光在线解码模式的探测器和/或的面解码模式探测器之间的分配。图9所示的实施范例包括
图9 (a)，此模式有两个部分， 一个是反射体(或光学阻隔物)30， 一个是光学耦合材料32，两部分交接的边界平行于探测器和(或)光导的短边； 图9 (b)，此模式有三个部分， 一个是反射体(或光学阻隔物)30，两个是光学耦合材料32，各部分交接的边界平行于探测器和(或)光导的短边； 图9 (c)，此模式有两个部分， 一个是反射体(或光学阻隔物)30， 一个是光学耦合材料32，两部分交接的边界平行于探测器和(或)光导的长边； 图9 (d)，此模式有三个部分， 一个是反射体(或光学阻隔物)30，两个是光学耦合材料32，各部分交的边界平行于探测器和(或)光导的长边； 图9 (e)，此模式有三个部分，两个是反射体(或光学阻隔物)30， 一个是光学耦合材料32，各部分交接的边界平行于探测器和(或)光导的短边； 图9 (f)，此模式有四个部分，两个是反射体(或光学阻隔物)30，两个是光学耦合材料32，各部分交接的边界平行于探测器和(或)光导的短边； 图9 (g)，此模式有五个部分，两个是反射体(或光学阻隔物)30，三个是光学耦合材料32，各部分交接的边界平行于探测器和(或)光导的短边。以此类推，可以有任意数目(n)个部分当(n)是奇数时，(n-l)/2个是反射体(或光学阻隔物)30， (n+l)/2个是光学耦合材料32，或者对调反射体和光学耦合材料的部分；当(n)是偶数时，(n)/2个是反射体(或光学阻隔物)30， (n)/2个是光学耦合材料32。各部分交接的边界平行于探测器和(或)光导的短边； 图9 (h)，此模式有三个部分，两个是反射体(或光学阻隔物)30， 一个是光学耦合材料32，各部分交的边界平行于探测器和(或)光导的长边； 图9 (i)，此模式有四个部分，两个是反射体(或光学阻隔物)30，两个是光学耦合材料32，各部分交接的边界平行于探测器和(或)光导的长边。以此类推，可以有任意数目(n)个部分当(n)是奇数时，(n-l)/2个是反射体(或光学阻隔物)30， (n+l)/2个是光学耦合材料32，或者对调反射体和光学耦合材料的部分；当(n)是偶数时，(n)/2个是反射体(或光学阻隔物)30， (n)/2个是光学耦合材料32。各部分交接的边界平行于探测器和(或)光导的长边； 图9 (j)，此模式有两个部分， 一个是反射体(或光学阻隔物)30， 一个是光学耦合材料32，反射体(或光学阻隔物)30的部分包围光学耦合材料32的部分；
图9 (k)，此模式有两个部分， 一个是反射体(或光学阻隔物)30， 一个是光学耦合材料32，光学耦合材料32的部分包围反射体(或光学阻隔物)30的部分；
图9 (1)，此模式有两个部分， 一个是反射体(或光学阻隔物)30， 一个是光学耦合材料32，两部分交接的边界不平行于探测器和(或)光导的任何边； 图9 (m)，此模式有三个部分， 一个是反射体(或光学阻隔物)30，两个是光学耦合材料32，各部分交接的边界不平行于探测器和(或)光导的任何边； 图9 (n)，此模式有五个部分，两个是反射体(或光学阻隔物)30，三个是光学耦合材料32，各部分交接的边界不平行于探测器和(或)光导的任何边。以此类推，可以有任意数目(n)个部分当(n)是奇数时，(n-l)/2个是反射体(或光学阻隔物)30， (n+l)/2个是光学耦合材料32，或者对调反射体和光学耦合材料的部分；当(n)是偶数时，(n)/2个是反射体(或光学阻隔物)30， (n)/2个是光学耦合材料32，各部分交接的边界不平行于探测器和(或)光导的任何边； 图9 (o)，此模式有两个部分， 一个是反射体(或光学阻隔物)30， 一个是光学耦合材料32，两部分交接的边界是一段任意曲线； 图9 (p)，此模式有若干个部分， 一个或更多是反射体(或光学阻隔物)30，剩下的是光学耦合材料32，各个部分的形状和大小是任意的。 如前所述，根据本发明的实施方式构建的探测器阵列可采用点解码_线解码_面解码三种模式。其中点解码模式可以简便地用于评估和校正探测器阵列的每一个独立探测
器的增益。与此相反，如美国专利第6362479号中公开的传统探测器阵列，却很难实施类似的增益校正，由此在增益不均衡条件下通过传统探测器阵列获得的数据会重建出的不准确的图像。 图IOA和图IOB示出了采用传统二维分光模式的伽玛射线探测器阵列(即非点-线-面的设计)的二维闪烁体解码图(也即闪烁体位置统计直方图)。图10A是在伽玛探测器中的光敏探测器阵列增益均衡的条件下取得的，而图10B则是在其中一个光敏探测器的增益下降40%的条件下取得的。对比两图，畸变十分明显，图IOB中角落探测器101完全偏离了其在增益均衡的条件下的解码位置，因此几乎无法用自动方法快速地将其确认。图IOC示出了取自基于增益均衡时角落探测器IOI的同一解码图区域的能谱。102是增益均衡的情况，103是一只光敏探测器增益下降40%的情况。与102对比，103降质非常严重。 作为对比，图11A和图11B示出了采用本发明介绍的伽玛探测器阵列(点-线-面解码设计)的二维闪烁体解码图(也即闪烁体位置统计直方图)。图11A是在伽玛探测器中的光敏探测器阵列增益均衡的条件下取得的，而图11B则是在其中一个光敏探测器的增益下降40%的条件下取得的。对比两图，采用点解码模式的角落探测器lll在图IIA和图11B中的位置几乎没变，在两种情况下它都可以在预设的坐标范围内找到。
图IIC示出了取自基于增益均衡时角落探测器lll(采用点解码模式)的同一解码图区域的能谱。此能谱明确地显示即使在一只光敏探测器增益下降60%的情况下，依然能够保持良好的能谱形状。这一独特性能可以用于构造自动算法来识别点解码模式探测器并进而用它们的能谱来实现光敏探测器的增益均衡，增益均衡的步骤如图12所示。更重要的是，获取能谱所需的辐射源可以取自注入病患的示踪剂(如正电子发射断层扫描中的正电子示踪剂、单发射光子断层扫描和伽玛相机扫描时的伽玛示踪剂)。因此，当采用本发明 实施方式的伽玛射线探测器阵列应用于以上仪器时，光敏探测器阵列的增益均衡可以在进 行检测的同时，实时地在线自动完成。 图12示出了一种对根据本发明的实施方式的伽玛探测器阵列的进行增益均衡的 方法。该方法120始于对伽玛探测器采用已知的伽玛射线源辐照(步骤121)。进而对信号 进行记录以获得闪烁体位置统计直方图，此图用于标识点解码闪烁体并定义点解码闪烁体 的边界(步骤122)。此步骤122通常只在系统有改动时才需要，如首次出厂设置之后、更换 了元部件之后、或者是定期的质保校准时。 识别点解码模式探测器可通过如下步骤实现。图IOA、图IOB、图IIA、图11B是伽 玛探测器阵列的闪烁体位置统计直方图，这类图一般以二维亮度(强度)图像的方式表示。 图像中的每一个亮斑的代表一个探测器的位置。所以，考察这些图像与亮斑，可以确定每个 亮斑之间的边界并把每一个探测器的位置与二维闪烁体解码图的某个区域建立对应关系。 在实践中，此对应关系可以用查找表的形式建立、存储并实时提供闪烁体探测器确认信息。 如图11A、图IIB所示，由于点解码模式探测器到非对应的光敏探测器的光学交扰被控制在 最低的水平，所以其闪烁体位置统计直方图中的"位置"(即其所对应的亮斑的区域)，即使 光敏探测器阵列的增益极度不均衡的情况下，也基本上不会改变。由此，预先取得的点解码 模式探测器与二维闪烁体解码图建立的映射关系在很大的增益范围内都是有效的。
—旦定位了点解码闪烁体，则通过使用在先前步骤中定义的边界(即闪烁体位置 统计直方图中亮斑的边缘处)来获取点解码闪烁体的能谱(步骤123)。接下来，基于根据源 的知识而设定的接受标准来将该能谱与预设的光电峰或谱形状进行比较(步骤124)。通过 比较(步骤125)，如果每个点解码闪烁体的能谱不满足接受标准，则相应地调节光探测器 信号链的增益(步骤126)，并且重回步骤123。另一方面，如果每个点解码闪烁体的能谱满 足该接受标准，则保持PMT信号链的当前增益(步骤127)。如果所有PMT信号链的增益被 接受(步骤128)，则PMT增益均衡完成(步骤129)。否则，重回步骤123。这里，光敏探测 器(或光电倍增管)信号链的含义是产生于光敏探测器的电信号在没有与其他信号混合和 失去独立性之前所经过的途径。举例而言，整个途径可以包含光敏探测器、专用于处理此 光敏探测器所产生的电信号的模拟和(或)数字信号处理电路。信号链的总增益等于光敏 探测器增益乘以模拟电路增益再乘以数字电路增益，公式表达为Gt。tal = GPD*Gmal。g*Gdigital， 其中Gt。tal是总增益，GPD是光敏探测器增益，Gmal。g模拟电路增益，Gdigital是数字电路增益。 增益均衡即维持每一个点解码模式探测器的信号链的总增益为常数(或很接近常数的一 个分布)，因此，调节光敏探测器增益Gp。、模拟电路增益G^。g、数字电路增益Gdigital中的一 个或几个都可实现这一目的。 上例中使用点解码模式探测器来进行增益监测和校准。根据本发明的一些实施方 式也可以用线解码模式探测器通过与点解码模式探测器相似的方法来监测和均衡光敏探 测器增益。如前述所及，线解码模式探测器具有分光最小化特性(例如光反射涂层)会对 光有所限制使其散布到一条线中的相邻光敏探测器。这种分光最小化特性令线解码模式探 测器不易于出现由光敏探测器增益不均衡导致的误差。。另外，同时利用点、线解码模式的 探测器进行增益均衡也是以上方法的直接衍生。 图13介绍了一种含有离散探测器的平面型伽玛探测器模块10作为本发明的实现范例。虽然这里示范的是平面型结构，并不是说本发明只能用于平面型伽玛探测器。根据 本发明的一些实施方式，多个探测器和/或光敏探测器可以被构造成凸面、凹面。 一个包含 一个或多个部件的构件135用于提供对闪烁体和(或)光敏探测器的机械支撑并确定维持 闪烁体与光敏探测器的准确位置。有时也会增加某些特殊的构件，如对背景辐射进行屏蔽 的构件、或者是对环境磁场进行屏蔽的构件等等。 如前述所及，本发明的实施方式中，探测器可以含有工作在点解码、线解码、和/ 或面解码模式的探测器。图14介绍了一个点_线_面解码的伽玛探测器范例作为本发明 的一个实施方式。图14示出了一个探测器组装件的原理，它包含有(d)个点解码模式探 测器20 ; (1)个线解码模式探测器22 ; (m) X (n)个面解码模式探测器24 ;以上的探测器以 光学方式耦合到(s) X (t)个光电倍增管，或(p) X (q)个雪崩二极管或PIN光敏二极管上。 其中(d) 、 (1) 、 (m) 、 (n) 、 (s) 、 (t) 、 (p) 、 (q)为独立变量，它们可以取相同或不同的数值。
点、线、面解码探测器的截面可以是任意形状，如矩形、正方形、六边形、多边形、或 圆形。同样的，光敏探测器的敏感区域也可以是任意形状，它们包括但不限于矩形、正方 形、六边形、多边形、或圆形。在一个光敏探测器的整体封装内，可以包含一个或多个可区分 的的敏感单元。把含有多个敏感单元的光敏探测器中的几个或全部敏感单元作为一个敏感 单元使用，那么点、线、面解码的设计思想依然适用于多通道的光敏探测器。
尽管最佳的点解码探测器设计是让其所产生的闪烁光仅被其对应的光敏探测器 收集，但是在某些实施方式中，有时在一些无关的光敏探测器产生(可控制或不可控制地) 一定程度的光学交扰是可以接受的，只要点解码探测器依然能够被有效确认，点解码的设 计就是有效的。同样，尽管最佳的线解码探测器设计是让其所产生的的闪烁光仅被相应 的两个以上光敏探测器收集，但是在某些实施方式中，有时在一些无关的光敏探测器产生 (可控制或不可控制地) 一定程度的光学交扰是可以接受的，只要线解码探测器依然能够 被有效确认，线解码的设计就是有效的。 本发明的某些实施方式与一类设备相关，该类设备能够收集、处理由光敏探测器 获取的采用本发明设计的伽玛探测器与入射伽玛光子作用产生的含有伽玛光子能量、以及 作用的位置和时间信息的光信号。根据本发明的某些实施方式，此类设备通常含有前面介 绍过的伽玛探测器(阵列)，有源电子器件(包含但不限于二极管、三极管、运算放大器、 比较器、模拟数字转换器、数字模拟转换器、数字处理单元、可编程器件、专用定制集成电路 等)及辅助的无源电子器件(包含但不限于电阻器、电容器、电感及它们的功能替代器件 等)；以及在上述各个元部件间提供连接的器件(包含但不限于电缆、连接器、印刷线路板 等)。 根据本发明的某些实施方式，信号处理包括对模拟信号进行滤波和放大，通过模 拟数字转换器把模拟信号转换成数字信号，利用具有数字处理能力的器件(如专用定制集 成电路、可编程逻辑器件、数字信号处理器、中央处理器等)对数字信号进行处理并获取入 射伽玛光子的能量、位置和时间信息。根据预先获得的系统对伽玛光子作用的响应(包括 闪烁体、光敏探测器及电子线路的响应)的先验知识，并结合查找表技术，入射伽玛光子的 能量、位置和时间信息能够实时(或者有一点可接受的延迟)地获得。 尽管本发明的实施方式不限于仅用于医学成像领域，它们确实在医学成像中有优 势，其中独立的探测器可用在具备或不具备时间符合光子成像能力的单光子发射成像，如
15传统的伽玛相机、平面成像、单光子发射断层扫描(SPECT);以及正电子发射成像如正电子 发射断层扫描等。这些发射断层成像系统能够对人体或其他活体的生化的、病理的变化进 行定性或定量的测量。 更具体地，本发明的一些实施方式可应用于正电子发射断层扫描仪。参考图l，采 用本发明设计的正电子发射断层扫描仪5包含一个病患空间11和一个探测器环12，所述探 测器环12用于探测所述病患空间11内的伽玛辐射。所述探测器环12含有大量的朝向病 患空间的闪烁体探测器13(参见图1B)。所述闪烁体探测器13在与入射伽玛光子作用的时 候会产生闪烁光。 一种或多种的转换手段(设备)14(如光电倍增管)以光学方式耦合到 所述闪烁体探测器13并将所述闪烁体探测器13产生的闪烁光转换成电脉冲信号。所述探 测器环12可以是闭合的整环(图1A)或者是不闭合的部分环(图1C)。如图1C所示的不 闭合部分环的探测器组装件也能够同时探测到病患空间内反向出射的一对伽玛光子，这对 伽玛光子源自一对正电子-电子的湮灭。只含两个所述探测器的部分环(图1C)设计有时 对小尺寸对象(包括但不限于头、胸部、乳房、手、手臂、小腿、大腿等人体部位，以及小动物 等)的成像十分有利。 沿着作用响应线，伽玛光子到达与之作用的闪烁体探测器的时间取决于从正电 子_电子湮灭点到该作用点的距离。理论上，湮灭点的位置可以通过湮灭产生的伽玛光子 对到达与闪烁体探测器作用点的时间差来确定。而实际上，由于准确测量伽玛光子到达时 间的难度非常大。伽玛光子到达时间测量的不确定会直接导致湮灭点的位置的不确定。但 是，在时间测量的不确定性不是很大(或者说时间分辨率不是很差)时，伽玛光子对的飞行 时间差可以用于提高信噪比而获得较好的图像质量。目前的共识是如果飞行时间差的精 度(在半高全宽FWHM的统计意义下)能够达到0. 5纳秒，具有飞行时间差测量能力的正电 子发射断层扫描仪可以获得较明显的信噪比提升。显然，飞行时间差的测量精度越高，信噪 比提升越明显。 高精度的作用时间测量需要具有高光产额的快闪烁体，如正硅酸钆 (GS0， Gadolinium Oxyorthosilicate)、掺铈正硅酸紀镥(LYS0， Lutetium-Yttrium Oxyorthosilicate)和掺铈正硅酸镥(LYS0， LutetiumOxyorthosilicate)、镧的卣化物闪 烁体(如，氯化镧和溴化镧等)；和高效的闪烁光收集机制。通常，把闪烁体直接耦合到光 敏探测器上能够比通过光导耦合收集到更多闪烁光。从而，直接耦合可能比通过光导耦合 获得更高的时间测量精度。 图15是所述正电子发射断层扫描仪的数据获取与处理流程的示例。在探测区域 内的放射源151湮灭产生一对反向出射伽玛光子的分别到达环形探测器阵列152。所述伽 玛光子与所述环形探测器阵列152的闪烁体探测器作用产生闪烁光，闪烁光则被所述环形 探测器阵列152中的光敏探测器收集测量。因此，伽玛光子与探测器环的作用结果是同时 产生了两个快前沿的电信号。电信号的前沿越快，系统就可以获得越好的时间分辨率，进而 无论正电子发射断层扫描仪有无飞行时间差测量能力，均可以得到更好的信噪比和图像质 量。如果时间分辨率能够达到0. 5纳秒或更高的水平，具备飞行时间差测量的所述正电子 发射断层扫描仪可比无飞行时间差测量能力的所述正电子发射断层扫描仪进一步提升信 噪比和图像质量。 光敏探测器收集转换后的信号被送到下一个处理步骤153，在此处理步骤中进行
16模拟滤波、模-数转换、和(或)时间-数字转换。之后，预处理后的所述信号会通过步骤 154进一步处理来提取所述伽玛光子作用的信息，包括能量甄别、作用闪烁体探测器的确 认、到达时间校正、位置校正等。 对所述伽玛光子作用信息的更进一步的处理(步骤155)可以在时间符合处理之 前或之后进行，它主要实现1)系统测量误差校正；2)遴选达到由系统设定的标准的伽玛 作用事例(如，通过设定的能量窗口来判定非散射事例)。基于已获得的所述伽玛光子作用 信息可进行时间符合处理，从所述探测器环探测到的大量的所述伽玛光子作用事例中确认 来自于同一个湮灭事例的一对伽玛光子。最后在步骤156，通过重建获得图像并(或)进一 步做图像处理。基于经过时间符合处理的所述伽玛光子作用信息，有很多不同的算法可用 来重建图像。 需要指出的是，在图15中的多个独立的处理器仅仅是为了方便陈述的目的。以上 述及的多个处理步骤可以在相同或不同的具体单元内、亦或是相同或不同的算法中实现。 并且，以上所述处理步骤可藉由模拟电路和(或)数字电路实现。 前面的描述中，使用方形的闪烁体和光敏探测器以便于示出本发明的实施方式。 拥有相关知识的人士可以采用其他形状的闪烁体和(或)光敏探测器来实现本发明设计思 想。例如，图16示出的一种常用的伽玛探测器，其中闪烁体阵列耦合到六边形排列的光敏 探测器上。该设计以及其改进型设计在核医学成像仪器(如伽玛相机、单光子发射断层扫 描仪、正电子发射断层扫描仪)中广为使用。尽管目前这种设计没有采用点解码模式，图16 示范了一种采用点解码模式的设计，该设计也可以利用点解码探测器的对光敏探测器增益 不均衡性不明感的特点来实现光敏探测器阵列的增益均衡调节。在此实施方式中，与光敏 探测器同心或偏心的点解码探测器都可能被用到。 本发明实施方式的优点包括以下的一项或多项。根据本发明的实施方式采用点解 码、线解码、面解码模式的伽玛探测器阵列。由于拥有点解码探测器，这类伽玛探测器阵列 可以方便地评估阵列中的每个光敏探测器的增益并且对他们进行均衡。这种能力使得均衡 伽玛探测器阵列增益的过程可以实时在线地，甚至在做诊断成像的时候同时进行。根据本 发明的伽玛探测器阵列可构造成与现有伽玛探测器相同的尺寸，进而可以十分容易地在现 有的相应核医学成像仪器中使用。 尽管这里只介绍了本发明的有限数量的具体实施方式
，拥有相关知识的人士利用 本发明的披露的思想和方法，可以构造出其他一些这里未提及的实施方式。因此，本发明所 涵盖的范围只受限于以下的权利要求。
权利要求
一种伽玛射线探测器模块，包括至少一个闪烁体探测器，配置成在点解码模式中操作；或者至少两个闪烁体探测器，配置成在线解码模式中操作，其中所述至少一个闪烁体探测器中的每个耦合到单独的光敏探测器，并且其中所述至少两个闪烁体探测器耦合到至少两个基本上排列在一条线上的光敏探测器；以及，至少四个闪烁体探测器，配置成在面解码模式中操作，其中所述至少四个闪烁体探测器耦合到多个以二维阵列排列的光敏探测器。
2. 根据权利要求1所述的伽玛射线探测器模块，其中所述伽玛射线探测器模块是用于 与医疗设备一起使用的伽玛射线相机的一部分。
3. 根据权利要求2所述的伽玛射线探测器模块，其中所述医疗设备是正电子发射断层 扫描仪(PET)或者单光子发射计算断层扫描仪(SPECT)设备。
4. 一种用于对伽玛射线源进行成像的方法，包括 使用探测器模块来获取伽玛射线测量结果，该模块包括至少一个闪烁体探测器，配置成在点解码模式中操作；或者至少两个闪烁体探测器，配 置成在线解码模式中操作，其中所述至少一个闪烁体探测器中的每个耦合到单独的光敏探 测器，并且其中所述至少两个闪烁体探测器耦合到至少两个基本上排列在一条线上的光敏 探测器；以及，至少四个闪烁体探测器，配置成在面解码模式中操作，其中所述至少四个闪烁体探测 器耦合到多个以二维阵列排列的光敏探测器，以及使用由在所述点解码模式中操作的所述至少一个闪烁体探测器或在所述线解码模式 中操作的至少两个闪烁体探测器所获取的测量结果来均衡所述探测器模块中的所述闪烁 体探测器的增益。
5. 根据权利要求4所述的方法，进一步包括在均衡所述闪烁体探测器的增益之后，获 取第二组伽玛射线测量结果。
6. 根据权利要求5所述的方法，进一步包括使用所述第二组伽玛射线测量结果来导 出伽玛射线源的图像。
全文摘要
一种伽玛射线探测器模块，包括至少一个闪烁体探测器，配置成在点解码模式中操作；或者至少两个闪烁体探测器，配置成在线解码模式中操作，其中所述至少一个闪烁体探测器中的每个耦合到单独的光敏探测器，并且其中所述至少两个闪烁体探测器耦合到至少两个基本上排列在一条线上的光敏探测器；以及，至少四个闪烁体探测器，配置成在面解码模式中操作，其中所述至少有四个闪烁体探测器耦合到多个以二维阵列排列的光敏探测器。
文档编号G01T1/20GK101772714SQ200880101440
公开日2010年7月7日 申请日期2008年7月30日 优先权日2007年7月31日
发明者王宇 申请人:王宇