用于增加的性能的经激光蚀刻的闪烁晶体的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请具体应用于正电子发射断层摄影(PET)成像系统。然而，应当认识到，所描述的技术也可以应用于单光子发射计算机断层摄影(SPECT)和其他诊断系统、其他成像系统或者其他成像技术。
【背景技术】
[0002]PET、SPECT以及其他基于辐射的医学成像模态共享对紧凑和鲁棒的辐射探测器模块的共同需要。过去，SPECT和PET探测器模块通常已经包括光电倍增管(PMT)的阵列，所述光电倍增管使用中间光导层与闪烁体晶体光学耦合。闪烁体晶体将所吸收的辐射粒子转换成光迸发，所述光迸发由光电倍增管使用Anger逻辑来探测和定位。在一些辐射探测系统中，光电倍增管由产生与光迸发的强度成比例的模拟信号的光电二极管来代替。光电二极管提供在高光情形下的对光电倍增管的成本高效且低电压的备选。已经开发出硅光电倍增器(SiPM)探测器，其包括光电倍增管的高增益和稳定性以及模拟光电二极管的成本高效且低电压的性质。
[0003 ]当前的PET系统是由LYSO (硅酸钇镥)晶体的阵列建立的，所述LYSO晶体被个体地覆盖有聚四氟乙烯(PTFE)带，以将光反射回到晶体中并且防止光学损耗和晶体之间的串扰。
[0004]已经使用不同的表面处置来尝试增加闪烁晶体的光输出。已经尝试利用酸来蚀刻晶体，得到不好的结果。研磨晶体增加光输出。然而，难以控制晶体的实际粗糙度，这是因为随着使用相同的砂石或浆体研磨越来越多的晶体，砂石随着时间改变。LYSO比一些研磨砂石坚固。仅研磨一个侧面是困难的，这是因为用于研磨晶体的机器通常同时研磨两个相对的侧面。研磨使对晶体的飞行时间(TOF)计时退化。研磨从晶体中移除昂贵的材料，并且降低晶体的灵敏度。存在对增加光输出的同时维持计时的需要。
【发明内容】
[0005]根据一个实施例，一种用于成像系统的探测器阵列，包括:闪烁体晶体的阵列，其中，每个晶体包括多个侧面，并且在至少一个晶体侧面上被激光蚀刻以将光进行散射；以及光探测器的阵列，其被光学耦合到闪烁体晶体的阵列。
[0006]根据本申请的一个优选方法，一种方法，包括:对多个抛光的闪烁体晶体中的每个的至少一个侧面进行激光蚀刻;将所述闪烁体晶体布置在阵列中；并且将多个光探测器光学耦合到所述多个闪烁体晶体。
[0007]根据另一实施例，一种核扫描器，包括:多个闪烁体晶体，其被耦合到多个光探测器，所述闪烁体晶体具有带有图案化标记的至少一个表面以将光进行漫射;重建处理器，其用于将来自所述多个光探测器的输出信号重建成图像；以及用户接口，其用于向用户显示?目息O
[0008]本申请的一个优点在于当使用激光蚀刻处理时没有材料损耗。[0009 ]本申请的另一优点在于光输出被增加。
[0010]本申请的另一优点在于对飞行时间的计时被维持。
[0011 ] 一个另外的优点在于激光刻蚀处理允许多种图案被蚀刻到闪烁体晶体中。
[0012]在阅读和理解了以下描述后，其他优点对于本领域普通技术人员来说将变得明显。
【附图说明】
[0013]附图仅是出于图示性目的，并且不应被解释为对权利要求的限制。
[0014]图1描绘了具有经蚀刻的闪烁体晶体的成像系统。
[0015]图2描绘了一侧被蚀刻有渐进式图案的闪烁体晶体的三维视图。
[0016]图3描绘了针对经蚀刻的闪烁体晶体(左侧)和未经蚀刻的闪烁体晶体(右侧)的计时分辨率的并排比较。
[0017]图4描绘了针对经蚀刻的闪烁体晶体(左侧)和未经蚀刻的闪烁体晶体(右侧)的能量分辨率的并排比较。
[0018]图5描绘了被蚀刻到闪烁体晶体中的交叉线图案。
[0019]图6描绘了被蚀刻到闪烁体晶体中的斜纹图案。
[0020]图7描绘了被蚀刻到闪烁体晶体中的蜂窝图案。
[0021]图8描绘了被蚀刻到闪烁体晶体中的梯度图案。
[0022]图9描绘了用于利用经激光蚀刻的晶体来构建探测器阵列的方法。
【具体实施方式】
[0023]本发明提供了用于经激光蚀刻的闪烁体晶体的系统和装置。当闪烁体晶体的所有的侧面为镜面反射时，光能够被困住而来回弹跳或在侧壁之间来回弹跳，而不离开闪烁体或在延长的时间上逐渐离开，例如，相对低的幅度、长持续时间脉冲。例如，当采用具有矩形晶体的镜面反射器时，光能够被困在结果得到的反射器结构中。在这样的情况中，晶体中生成的光子仅部分被发送到探测器，所述探测器被光学耦合到闪烁体的未被反射器覆盖的底表面。光的主要部分可以在晶体的六个表面中的其他五个面之间的螺旋轨迹上“无限”反射，这是由于晶体内部的全反射( = 1.82)。该创新主题通过将图案蚀刻到被使用在PET探测器闪烁晶体阵列中的闪烁体晶体的一个或多个表面上而克服了前述问题。
[0024]图1图示了成像系统2。成像系统2包括扫描器4，所述扫描器4用于使用PET、SPECT、多模态等中的一种来扫描患者。扫描器4包括探测器6，以探测患者的成像辐射事件。成像系统2包括重建处理器8，以将来自探测器6的成像事件重建成患者的图像。使用成像系统2的用户接口 10向用户显示所重建的图像。探测器6包括闪烁体晶体12，所述闪烁体晶体12被激光蚀刻有用户定义的图案14。
[0025 ]利用激光来蚀刻闪烁体晶体12，所述激光在晶体12的表面的仅下面或仅上面创建一系列微裂缝。当光试图通过一侧逃离晶体时，来自激光的微裂缝能够以漫射角将光散射回到晶体。在一个实施例中，使用表面下激光雕刻技术(sub-surface laser engravingtechnique)来蚀刻晶体12，其中，激光被聚焦在晶体表面的下面，以创建在晶体表面下面的微裂缝。
[0026]每个闪烁体晶体12被诸如PTFE的漫反射层16覆盖。任选地，诸如抛光的金属箔的光阻挡材料的外层能够被PTFE层包围。个体的经蚀刻的晶体被光学耦合到个体的光探测器18，例如，光电二极管、雪崩光电二极管(APD)、硅光电倍增器(SiPM)、光电倍增管等。晶体12和光探测器18组合被布置在阵列晶体/探测器组合中。光探测器18可以被以1:1耦合到闪烁体;也可以被以多个:1、1:多个、多个:多个耦合到闪烁体。阵列记录晶体中的闪烁事件，并将闪烁事件数据发送到探测器模块，以进一步发送到重建处理器8，用于存储并重建成患者的图像。在一个实施例中，闪烁体晶体12经由光导20与光探测器18光学耦合。
[0027]当诸如伽玛光子的辐射进入闪烁晶体时，辐射与晶体壳相互作用，并且由晶体的侧壁从内部反射或者通过晶体的侧壁逃离。将图案蚀刻到一个或多个表面(例如，顶部、底部或侧面)上使被困在相对的反射器结构之间的光子减少。尽管具有包围的反射器的闪烁体晶体的光输出随着增加的晶体长度而极大地减小，但是对一侧表面的蚀刻将长(例如，具有近似1.5:1或更大、2.5:1或更大、3.5:1或更大等的纵横比)晶体的光输出增加达到可利用短得多的晶体实现的值。更长的晶体具有更大的辐射停止能力，并且尤其有利于高能量，例如在PET中采用的那些能量。
[0028]在一个实施例中，镜面反射器16包括具有不同折射率的非常薄的聚合物材料的多个层，例如，在一个实施例中为40-100层。当利用例如具有在430nm处的峰值光输出的LYSO晶体进行工作时，镜面反射器被优化为反射在400-550nm范围内的光。在其他实施例中，镜面反射器被优化为反射在涵盖被采用的特定晶体的峰值光输出的范围内的光。
[0029]在一个实施例中，镜面反射器是高反射率镜式光学增强膜，其被应用在晶体12周围。在另一实施例中，镜面反射器包括不同材料的多个交替层，不同材料中的每种具有不同的反射角。在另一实施例中，反射器层优化晶体/反射器界面的折射率，以使在晶体中的全内反射最大化。
[0030]在图2的实施例中，渐进式图案30被蚀刻到闪烁体晶体12的一侧上。渐进式图案30示出了作为变暗的区的经激光蚀刻的部分，并且晶体的亮部分被保留为抛光状态，像其他面一样。渐进式图案30不能够通过研磨或其他方法和处理来容易地实现，这是由于晶体12侧面具有显著的不接触的部分。
[0031 ]关于图3，呈现了描绘光输出对时间的图。呈现了针对渐进式图案蚀刻的晶体(左侧)对未经蚀刻的抛光的晶体(右侧)的计时分辨率图的并排比较。从图中能够看出，渐进式图案蚀刻的晶体提供了优于抛光的晶体的改进的计时分辨率。左侧的更窄的脉冲反映了优于未经蚀刻的晶体(右侧)3皮秒的计时改进。
[0032]关于图4，该图描绘了大的数量的接收的511kev伽玛光子的能量分布。呈现了针对在侧面上具有渐进式图案的晶体(左侧)对未经蚀刻的抛光的晶体(右侧)的能量分辨率图的并排比较。从较窄的峰能够看出，渐进式图案蚀刻的晶体(左侧)提供了优于抛光的晶体(右侧)的改进的能量分辨率。该图示出了优于未经蚀刻的晶体(右侧)40%的能量改进。
[0033]各种定义的图案能够被蚀刻到闪烁体晶体12中。用户能够使用计算机辅助设计(CAD)软件来创建图案。关于图5，示出了交叉线图案，其中，变暗的区用符号表示晶体表面14的经蚀刻的部分。关于图6，示出了交替斜纹图案，其中，经蚀刻的斜纹线与未经蚀刻的抛光的晶体线交替。关于图7，示出了蜂窝图案。关于图8，示出了梯度图案，其中，蚀刻强度从一端向另一端逐渐减小。激光能够改变激光束的强度和扫掠速度或停留时间，这影响由经蚀刻的侧面漫反射的光的量。应当认识到，更多的图案能够使用CAD程序来设计，并且被蚀刻到闪烁体晶体12中。
[0034]闪烁体晶体12包括顶部、底部和四个侧面。闪烁体12晶体的一个或多个侧面通过激光蚀刻有图案。激光蚀刻系统包括用于控制激光的控制器，以及用于蚀刻材料的供能激光。选择和调节用于对晶体进行激光蚀刻的激光，使得激光的功率在晶体中创建微裂缝，而不打破要被蚀刻的晶体。激光提供在激光刻蚀处理上的显著控制。图案14通过对设计程序的使用由激光来实现。用户使用诸如CorelDraw?等的设计程序指定要被激光蚀刻在晶体上的图案。程序创建针对所述图案的文