用于监测代谢活动的系统和方法及用于检测光子的检测器与流程

本公开涉及用于检测光子、特别是高能光子的检测器。本公开还涉及用于监视代谢活动的系统和方法。特别地，本公开提供了用于基本上实时地确定且显示示出增加的代谢活动的区域的方法和系统的实例。本公开还提供了适用于这些方法的检测器的实例。

本文公开的系统和方法的实例可以提供真正的4d(x,y,z,t)pet扫描而不使用诸如mri的其他成像模态，这对于更好地理解神经科学可能具有重要价值。

背景技术：

一种用于测量或确定大脑活动的已知方法使用脑电图(eeg)，其依赖于沿着头皮放置的电极。eeg测量由脑神经元内的离子电流引起的电压波动。

在一些情况下，已知使用侵入性方法，其中将针状探针插入动物的脑内以检测信号。

其他已知方法包括如pet扫描和fmri。功能性磁共振成像或功能性mri(fmri)是使用mri技术的功能性神经成像程序，其通过检测与血流相关的变化来测量大脑活动。这种技术依赖于脑血流和神经元激活联接的事实。当使用大脑区域时，到该区域的血流也会增加。

脑正电子发射断层扫描(pet)扫描是一种成像测试，可让医生了解患者的大脑是如何运作的。在放射性“示踪剂”被吸收到血流中之后，扫描捕获大脑活动的图像。这些示踪剂与如葡萄糖(糖)的化合物“相连”。葡萄糖是大脑的主要燃料。

大脑的活动区将以比非活动区更高的速率利用葡萄糖。放射性示踪剂的核衰变可以使用pet扫描精确定位到大脑的特定区域。

与核医学中的其他诊断技术一样，pet基于检测并分析先前已经施用给患者的放射性同位素的体内分布。放射性同位素可以是如被注射至患者的血液中。

已知数种用于医疗用途的正电子发射放射性同位素。最常用的是氟-18，它能够连接葡萄糖示踪剂以获得18-氟-脱氧-葡萄糖(18f-fdg)。以这种方式，获得了通过放射性信号发射可检测的葡萄糖。

施用放射性同位素后，放射性同位素扩散到整个待检查的身体区域，并倾向于被如癌细胞吸收。然而，示踪剂也集中在大脑中葡萄糖消耗量相对高的区域。本公开的系统和方法基于后一种现象。

当放射性同位素衰变时，它会发射正电子，在数毫米之后或甚至不到1毫米之后，与电子湮灭。这产生一对沿相反方向移动的伽马射线光子，每个光子具有511kev的能量。可以使用所谓的pet扫描仪检测这对伽马射线光子。使用两种伽马射线光子的检测位置，可以重建响应线(lor)(其是连接伽马光子的两个检测位置的线)。该程序在图1中示意性地示出。

图1示出了传统的pet扫描仪1，其中提供了床3。在该床上，示意性地指出了人或动物的身体2。沿着pet扫描仪的周边，提供多个检测器4。通过检测器4a和检测器4b分别检测在相反方向上移动的伽马射线光子。使用该检测，可以重建lor。对于身体部分如大脑的扫描，这样的身体部分，如受试者的头部可以被稳定并固定在预定位置以确保受试者保持静止。然而，从单个事件中无法确定精确原点(放射性衰变的位置)：原点可能位于沿着lor的任何位置。

在收集数百万或1亿个这样的事件并使用专用的pet图像处理软件之后，获得3d图像，其显示放射性同位素的浓度并因此显示脑活动的区域。pet扫描仪通常连接至计算机，所述计算机负责测量身体吸收的放射性同位素的量并确定lor。然后可以在图像中(如屏幕或印刷品上)显示事件的原点，即放射性衰变发生的位置以及因此假定大脑更活跃的位置。如果成像可以基本上实时地发生并且具有良好的空间分辨率和能量分辨率以便实时观察代谢过程，那么在许多不同类型的pet成像中将是有益的。

每种放射性同位素在半衰期和其辐射方面具有特征性衰变，如正电子、具有特定能级的伽马射线或甚至正电子和伽马射线。当例如怀疑是一种特定类型的癌症时，医生可能会施用已知特别好地附着在那种癌细胞上的放射性同位素。为了更好地了解癌症的类型，可以同时施用各种同位素。

根据要检查的身体部分，并且在某些情况下，根据患者的尺寸，可以使用pet扫描仪和/或康普顿相机。康普顿相机有两个检测平面。从来源发射的光子散射在第一平面(康普顿散射)并在第二平面上被吸收(光电效应)。在两个平面中，测量相互作用的位置和沉积的能量。检测器一致操作，因此只记录与检测器两者相互作用并在给定时间窗内沉积总能量的光子。利用检测位置和光子能量，可以使用所谓的康普顿公式计算光子的原点。

在(大脑或其他身体部分或器官)的核医学成像中，检测到所有或大多数或许多事件是有益的。如果检测到更多的事件，则必须施用较少量的同位素。因此，患者将受到来自辐射的可能副作用的较少。当然，如果可以检测到衰变的精确位置，即高空间分辨率，则是重要的。或者，如果使用相同的正常剂量，则可以在更短的时间内获取图像，并从而减少与患者运动相关的可能的图像模糊。

使用eeg监测大脑活动的一个优点是它可以实时显示大脑活动。相反，pet和fmri的时间分辨率在数秒到数分钟之间。特别地，在pet扫描中，因为许多事件同时发生并且需要将伽马射线的两个分开的冲击与同一事件联系起来，所以需要图像重建算法来重建所研究的身体中的活动的图像。

eeg的其他优点包括受试者不暴露于放射性同位素或强磁场的事实。此外，与fmri相比，eeg是静默的，这对于如测量对听觉刺激的响应是有用的。另一方面，eeg的空间分辨率明显低于用其他方法可获得的空间分辨率。

fmri具有一个重要的缺点，即噪声很大并且可体验幽闭恐怖症。

本公开的一个目的是提供用于基于pet技术监测大脑活动的系统和方法的实例，其避免或显著减少之前提到的pet的主要缺点之一，即较差的时间分辨率。本公开的另一个目的是提供基于pet技术的基本上实时地监测代谢活动的系统和方法的实例。

本文中基本上实时意指可以在衰变发生时监视(并显示)代谢活动给研究人员。可以将各个衰变事件的位置可视化为代谢活动变化的指示。

例如，对于监测大脑活动，这意味着大脑活动可以在与此类研究中使用的刺激相同的时间尺度上显示。因此，研究人员将能够将大脑活动的可能变化与特定刺激联系起来。

us6,484,051公开了用于生成三维图像的康普顿成像仪和方法。康普顿成像仪检测由放射性核素产生的同时或几乎同时发射的伽马射线的康普顿散射。每个放射性核素衰变的可能位置由对应于检测到的伽马射线的康普顿方向锥的交叉点限定。通过叠加单独的放射性衰变位置的各个位置来生成三维图像。

本公开的另一个目的是提供用于检测光子的检测器的实例，其具有高空间分辨率和高能量分辨率。

本公开的另一个目的是提供改进的康普顿相机、康普顿成像和康普顿-pet成像的实例。

本公开的另一个目的是提供使施用给患者的放射性同位素剂量降低的方法和系统的实例。

发明概述

在第一方面，提供了用于检测光子的检测器。检测器包括形成前检测器和后检测器的多个检测器模块。检测器模块包括多个检测器装置和交界部，所述检测器装置具有从前端延伸到后端的基板，并且承载多个像素化半导体检测器板，并且被布置为前端比后端更靠近光子的来源。半导体检测器板被布置在读出电路上，并且检测器装置在基板的后端处或附近具有输入/输出元件。经布置靠近基板前端的半导体检测器板中的一个或多个的前组件由被配置用于促进光子散射的半导体材料制成并形成前检测器，并且经布置比前组件更靠近基板的第二端的半导体检测器板中的一个或多个的后组件由被配置用于促进光子吸收的半导体材料制成并形成后检测器。

前检测器和后检测器的布置使得检测器适用于康普顿成像。利用根据第一方面的检测器，前检测器板和后检测器板布置在共同的基板上，其中读出电路直接布置在半导体板下方。读出电路可以经由结合或胶合或其他方式附着至半导体。输入/输出元件提供于基板后端处或附近，使得在前检测器和后检测器之间不布置寄生元件或电子器件。

在一些实例中，基板可以是卡普顿层，特别是薄的卡普顿印刷电路板。

在一些实例中，前检测器的最靠后检测器板与后检测器的最靠前检测器板之间的距离可以大于前检测器的检测器板之间的距离且比后检测器的检测器板之间的距离。前和后检测器之间的距离增加可以提高康普顿锥计算的准确性，并导致更好的空间分辨率。

在一些实例中，前检测器的最靠后检测器板与后检测器的最靠前检测器板之间的距离为10至30厘米，尤其是10至20厘米。

在一些实例中，前检测器的检测器板可由硅制成。一般而言，低z半导体材料适用于促进光子散射，而高z半导体材料适用于促进光子吸收。因此，高z半导体材料更适用于外检测器。在一些实例中，外检测器的检测器板可以由cdte或cdznte制成。其他合适的半导体可包括gaas、tlbr、pbs、catio3或hgi2。

化学元素的原子数或质子数(符号z)是在原子核中发现的质子数。它与核的电荷数相同。在整个本公开中，低z半导体材料可视为z低于20的半导体。高z半导体材料在本文中可以视为z高于20的半导体。

在一些实例中，前检测器和后检测器具有基本上圆形截面，并且检测器装置的基板具有等腰梯形的形状。在该方面，可以提供特别有益的pet检测器。因此，前检测器和后检测器可以排列为同心环形检测器，前检测器是内检测器环，且后检测器是外检测器环。

在另一方面，提供了使用环形的内环和外环检测器(即pet检测器布置)对受试者中的代谢活动进行实时可视化的方法。该受试者已被预先施用放射性示踪剂并定位成使得受试者的身体的一部分至少部分地提供于光子检测器视场(fov)内。该方法包括检测光子检测器内的示踪剂的放射性衰变、计算放射性衰变的原点的位置并基本上实时地显示放射性衰变的原点的位置。放射性示踪剂包括在衰变中发射正电子和单独的伽马射线的放射性同位素，并且光子检测器包括内环检测器和外环检测器。可以检测到光子在内环和外环检测器中的冲击属于同一放射性衰变事件，其中在内环和外环检测器中检测到单独的伽马射线。并且将与属于同一放射性衰变事件的冲击关联的响应线计算和基于来自内环检测器的康普顿散射的康普顿锥计算用于计算事件的原点。

在该方面，通过利用在衰变中发射正电子和另外的伽马射线的特定放射性同位素(如²²na、⁴⁴sc、⁴⁸v)使代谢活动的实时可视化成为可能。正电子很快就会被电子湮灭，以产生朝两个相反方向移动的背对背伽马射线。这些背对背伽马射线的响应线可以以“经典”方式计算。在本方法中，另外的伽马射线可以提供的附加信息用于更快地确定放射性衰变的原点(即同位素的位置，其可以指示代谢活动增加的区域)。在任何两条背对背伽马射线的经典方式中，沿着响应线存在冲击可以来源的无限数量的位置。只有通过组合数千条响应线，才能确定衰变的原点。在本文提供的方法中，另外的伽马射线可以为单个事件提供确定沿着响应线的点的信息，所述点是衰变原点。

根据这个方面，也可以排除基于随机重合的事件(即，同时检测到两条单独的伽马射线但实际上不属于同一事件：在这种情况下lor计算会产生错误的结果)。康普顿散射中测得的角度不能与表观lor相协调。因此，康普顿散射的额外信息可用于丢弃此类随机事件。

在一些实例中，可以选择符合能量沉积的特定规则的特定事件并将其联系在一起。例如，可以选择其中在外环或后检测器中检测到两条背对背伽马射线以及分开的伽马射线散射在内或前检测器中且在内/前和外/后检测器中被检测到的事件，并将其与其他事件分开。这些特定事件的计算包括用于背对背伽马射线的lor计算，以及用于单独伽马射线的康普顿锥计算。康普顿锥与lor的交叉点确定了原点。

在一些实例中，计算放射性衰变的原点的位置还可以包括确定至少四个冲击的能量沉积。能量沉积可用于确定属于同一事件的冲击。例如，单独的伽马射线的能量对于特定的同位素是已知的，例如，对于²²na是1274.5kev。如果单独的伽马射线在内检测器中散射并且在内和外检测器中被检测到，则这些冲击的光子必须具有对应于大约1274.5kev的总能量。因此，还根据已登记冲击的时间戳，可以将单独的冲击与同一事件联系起来。类似地，仅在外检测器中检测到的背对背伽马射线各自必须具有大约511kev的能量沉积以符合相同的事件。类似地，如果背对背伽马射线中的一条被内和外检测器散射和检测，则能量沉积必须具有大约511kev的总和，以便被识别为源自相同的事件。

然而，这种放射性同位素的使用仅仅是使用如本文所述的检测器的一个实例。在另一方面，提供了使用前/内和后/外检测器对受试者中的代谢活动进行实时可视化的方法。该受试者已被预先施用放射性示踪剂，其在衰变中发射三条单独的伽马射线，并且受试者被定位成使得受试者身体的一部分至少部分地提供于光子检测器视场(fov)内。该方法包括检测光子检测器内示踪剂的放射性衰变，计算放射性衰变的原点位置，和准实时地、逐事件地显示放射性衰变的原点位置。光子检测器包括内环/前检测器和外环/后检测器。可以检测分别属于同一放射性衰变事件的内/前和外/后检测器中的光子的散射和吸收。并且康普顿锥计算(基于来自内环/前检测器的康普顿散射和外环/后检测器中的吸收)与属于同一针对三条伽马射线的放射性衰变的事件的冲击关联用于计算事件的原点。

在该方面，通过利用在衰变中发射三条伽马射线的特定的放射性同位素如⁹⁴tc，使代谢活动的实时可视化成为可能。衰变中的⁹⁴tc在701kev、849kev和871kev下发射三条伽马射线。然而，94tc仅是可用于该方面的放射性同位素的一个实例。

在一些情况下，三条单独的伽马射线可以在前/内检测器中散射并且在后/外检测器中被吸收。可以基于单独的检测器中的能量沉积将关联至相同伽马射线的前/内检测器和后/外检测器中的事件关联在一起。对于三条伽马射线中的每一条，通过康普顿锥计算可以立即确定衰变的原点。三个康普顿锥将在一个点交叉，这是核衰变的原点。同样，与“经典”pet扫描仪或“经典”康普顿相机相比，使用如本文提供的检测器避免了将许多事件组合在一起以确定衰变原点的需要。

然而，应该清楚的是，如本文提供的检测器可以与具有不同衰减特性的许多不同放射性同位素组合使用。

在另一方面，提供了用于实时监测受试者大脑中的活动的方法。该受试者先前已经施用了放射性示踪剂，并且该方法包括将受试者定位成使得受试者的大脑至少部分地提供在光子检测器内，向受试者提供刺激并提供根据之前各方面实施例的用于实时可视化的方法。

在该方面，研究人员可以为受试者提供不同种类的刺激。由于放射性衰变的位置可以基本上实时地、逐事件地计算和可视化，因此研究人员可以看到或监视大脑的不同区域，这些区域响应于刺激而基本上实时地变得活跃。对于这种类型的成像，甚至可以使用相对低的活动。响应于向研究人员显示的内容，他/她可以实时地调整刺激(可以是如触觉、视觉、听觉或其组合)以进一步研究。pet扫描仪的空间分辨率可以与对如eeg时间分辨率组合。

在另一方面，提供了用于实时可视化被预先施用放射性示踪剂的受试者中的代谢活动的系统。该系统包括根据本文公开的任何实例的检测器，以及用于确定光子在前/内和后/外检测器中的冲击的计算系统以用于计算放射性衰变的原点的位置。与冲击关联的响应线计算和/或基于来自前/内检测器的康普顿散射的康普顿锥计算，和用于生成反映放射性衰变的原点的视频信号，以及能够接收视频信号并在屏幕上再现视频信号的装置。

在另一方面，提供了用于实时可视化受试者中的代谢活动的系统。该受试者之前已经施用了放射性示踪剂。该系统包括光子检测器(其包括内环检测器和外环检测器)，以及用于以下目的的计算系统：用于确定光子在内和外环检测器中的至少四个冲击、用于使用与至少四次冲击关联的响应线计算和基于来自第一检测器的康普顿散射的康普顿锥计算()来计算放射性衰变的原点的位置，并用于生成反映放射性衰变原点的视频信号。或者，在如前所述的具有三条单独的伽马射线的衰变的情况下，可以针对三条单独的伽马射线进行康普顿计算。该系统还包括能够接收视频信号并在屏幕上再现视频信号的装置。

在一些实例中，屏幕可以在受试者目标体积中显示3d散射图(该目标体积可以是大脑作为实例)，其中每个点代表衰变事件。每个点可以持续几分之一秒，以使人眼能够记录这样的信号。人们还可以使用计算机算法来感知小信号并将其可视化，这是肉眼无法检测到的。此类算法可以基于统计显著性的变化，如，超过标称条件的5个标准偏差或在目标区域上的差异变化。

在一些实例中，屏幕可以结合所述身体部分的表示来显示衰变事件(例如在散点图中)。这种表示可能先前已在ct或mri扫描中获得。

在一些实例中，与内和外环检测器连接的数字信号处理器可以用于计算放射性衰变的原点，即大脑活动增加的区域。数字信号处理器(dsp)可以被配置用于特定任务并且非常快速地执行该任务。计算响应性和/或康普顿锥和它们之间的交叉点由相对简单的数学方程涵盖。因此，dsp可以提供能够实时监控大脑活动所需的计算速度。

在一些实例中，外环检测器的内缘(或外环检测器的最内检测部分)与内环检测器的外缘(或内环检测器的最外检测部分)之间的距离至少为5cm，并优选10cm或更多。由于体素大小，增加内和外检测器之间的距离减少了限定康普顿锥的角度的误差。这样可以提高成像分辨率，因为这将同时减少lor和康普顿锥的交叉点的不确定性或误差。

附图简述

下面将参考附图描述本公开的非限制性实例，其中：

图1示意性地示出了如pet扫描仪中使用的背靠背伽马射线的响应线的计算；

图2a示意性地示出了光子检测器，其可以用于代谢活动的实时可视化的方法和系统的实例中；

图2b示意性地示出了组合lor计算和康普顿锥计算的核衰变来源的计算；

图3a-图3d示意性地示出了构建检测器的装置和模块的细节以及具有内和外环检测器的检测器的实例；

图3e示意性地示出了可以在本文公开的检测器系统的实例中使用的替代检测器装置，并且图3f示意性地示出了由这种检测器装置构建的pet检测器；

图3g-图3k示意性地示出了根据本公开的实例，将装置构建为模块，以及将模块构建为检测系统和检测器；

图4a示意性地示出了用于实时可视化代谢活动的系统的实例；

图4b示意性地示出了可以在图4a的系统的实例中的数字信号处理器中使用的过程；

图4c示意性地示出了可以用于在本公开的实例中计算放射性衰变的原点的过程；

图4d示意性地示出了可用于在本公开的实例中计算放射性衰变的原点的替代过程；

图5a和图5b示意性地示出了涉及多个检测器的检测器布置；和

图6a-图6c示意性地示出了检测器装置的另一实例，其可用于构建检测器并且可用于本文公开的方法中。

实施例详述

先前已讨论图1。

图2a示意性地示出了光子检测器，其可以用于实时可视化大脑活动的方法和系统的实例中。在图2a中，光子检测器包括内环检测器和周向地布置在内环检测器外部的外环检测器。

空间分辨率与半导体检测器的像素/体素大小有关。如在pct/ep2009/061633中(公布为wo2010/034619)描述了这种检测器的实例。本文提供的检测器基于检测器装置和模块的使用，其某些方面与本文件中公开的检测器装置和模块相同。

图2a中显示的是在外检测器中检测到由正电子-电子湮灭产生的背对背伽马射线的事件。相应的附加伽马射线在内检测器中被散射，并在内和外检测器中被检测到。内检测器有效地用作康普顿相机散射仪。特定的放射性同位素在衰变时表现出这种行为。

图2b示意性地示出了组合lor计算和康普顿锥计算的核衰变的原点的计算。对于图2a中显示的特定类型的事件，可以针对背对背伽马射线计算响应线。可以针对从康普顿散射检测到的光子计算康普顿锥。在图2b中可以看出，康普顿锥可以与响应线在多于一个点处交叉。然而，这些点中只有一个实际上可以是放射性衰变的原点，即内环检测器内部的点。

图3a示意性地示出了检测器装置的实例，其可以有利地用于构建光子检测器，如组合内和/或外环检测器，如图2a和图2b所示。图3g-图3i示出了检测器装置的构建的更多细节，而图3j和图3k分别示出了检测器模块和检测器系统的构建。

用于检测高能光子的装置10可包括平铺/堆叠方案中的多个模块像素化室温半导体检测器板11、21。装置10包括承载半导体检测器板的等腰梯形基板13。基板具有第一前端13a和第二后端13b。检测器装置被配置成相对于受试者定位，使得前端13a更靠近受试者。

在该实例的装置中，示出了六个像素化检测器板。更靠近后端13b(即，并因此进一步远离受试者)的四个检测器板21被组合在一起以最终形成后检测器(并且在图2的情况下，外检测器环)。更靠近前端13a的两个检测器板11被组合在一起以最终形成前检测器(并且在图2的情况下，内检测器环)。

在图3a的实例中，前检测器的最靠后检测器板(当从前端13a朝向后端13b看时，第二检测器板)与后检测器的最靠前检测器板(当从前端13a朝向后端13b看时，第三检测器板)之间的距离大于前检测器的检测器板之间的距离，并且也大于后检测器的检测器板之间的距离。

前检测器的最靠后检测器板与后检测器的最靠前检测器板之间的距离可以是大约10至30厘米，尤其是10至20厘米。可以通过增加内检测器和外检测器(即前检测器和后检测器)之间的距离来改进如先前参考图2b所示的康普顿锥的计算。

前/内检测器的连续检测器板之间的距离可以是0.5至2厘米。在图3的实例中，半导体板11在从前端到后端的方向上的长度可以是1cm。并且连续检测器板之间的距离可以是大约0.5cm。在图3a的实例中，前/内检测器与后/外检测器之间的距离可以是大约10-15cm。

前检测器板11由被配置为促进光子散射的半导体材料制成。低z半导体材料(即z值低于20)促进散射而不是吸收。外检测器板21由被配置为促进吸收光子的半导体材料制成。高z(z高于20)半导体材料被配置为促进吸收。

室温半导体检测器可以是如si、gaas、cdte、cdznte、tlbr、pbs、catio3或hgi2。内检测器板11尤其可以由硅制成。图3a的实例中的外检测器板可以如由cdte或cdznte制成。

可以使用像素化检测器板。对于最靠外/最靠后的检测器板21，近似尺寸可以是2cm×1cm×0.2cm；像素尺寸可以约为1mm×1mm。由于装置10的形状是梯形的，因此检测器板的尺寸可以在同一装置内变化。可以不同地选择检测器的大小也。使用厚度为0.2cm的装置，可能通过组合这些装置中的多个来构建厚的固态检测器。然而，该检测器将不会遇到诸如传统厚半导体检测器中的时间收集的问题。

检测器装置的梯形形状意味着基板在第一端的宽度小于基板在第二端的宽度。

六个asic(专用集成电路)，其中用于各个半导体检测器板11、21的一个可以用作它们的读出元件。在其他实例中，可能使用多于一个asic来用作单个板的读出元件。asic和(像素化的)半导体板可以通过凸点键合或导电胶附着，使得每个像素焊盘可以独立地连接到其自己的前端读出通道。

在元件10的后端处的输入/输出元件连接器12连接到asic以用于数据输入和输出(即，主要用于从半导体检测器捕获的参数获得由asic生成的值)，并且可为卡普顿pcb的卡普顿层13用作基座层，在其上安装半导体检测器板11、21、asic和输入/输出元件12。

参考图3g-图3i，可以提供引线键合焊盘20，用于将每个单独的asic30连接到卡普顿层13，然后连接到输入/输出元件12。更具体地，卡普顿层13的顶平面在该实例中用于安装asic30、引线键合20、半导体检测器板11和输入/输出元件12。在底部平面中，卡普顿层13可以包括至电源供应器的连接，所述电源供应器可以提供高电压以使布置在所示装置旁边的相邻第二装置的半导体检测器板11极化。板可以堆叠在彼此的顶部和一个元件10的背侧上，该背侧提供高电压并且可以经由双粘合导电薄带连接到元件10下方的板中的板顶部。

图3b和图3j示意性地示出了包括多个用于检测高能光子的检测器装置10的模块60(如图3a所示)，其通过它们的输入/输出元件12连接到交界部，在这种情况下所述交界部可以是印刷电路板61(pcb)。该装置布置成一排，其大面彼此相邻。

pcb61可以包括例如具有低轮廓的连接器(如插头)62用于访问asic30，也就是说，pcb的连接器与输入/输出信号连接器12连接，输入/输出信号连接器12具有至asic的访问(通过卡普顿和引线键合)。这样，可以在连接器中获得asic30中的处理数据并从中读取。

每个像素化半导体检测器板基本上可以给出关于伽马射线发生冲击的位置的二维信息，因为它们是像素化的。在模块中，多个装置以这样的方式布置，使得获得三维半导体检测器。每个装置都是二维检测器，但是通过在彼此的顶部提供多个装置，获得了三维检测器。

模块60的工作原理如下：伽马射线冲击像素化检测器。在捕获的光子的冲击点处，产生电子空穴(e-h)。由于施加的高电压，e-h漂移在像素电极上引起信号，该信号随后由asic放大和处理。asic将指示冲击点的位置，并因此指示发生冲击的像素的坐标。另外，asic可以为事件提供相对于全球时钟的能量和时间戳。交界部数据总线或pcb61具有在其上登记事件的asic的数据。因此，pcb具有关于发生冲击的体素的坐标的数据。

在这种意义上，冲击可以是散射或吸收。是否存在散射或吸收可以从沉积的能量确定。通过检查能量沉积的总和，在重合时间窗口内是否累加到从发射的辐射预期的能量的量，可以将散射事件彼此关联。

在一些实例中，不同检测器装置之间的空间可以填充有对辐射透明的轻质材料。特别地，可以存在于前检测器的最靠后半导体板和后检测器的最靠前半导体板之间的空间可以填充有这种材料。

在一个实例中，纸板蜂窝材料可以插入检测器装置之间以增加模块的刚度。在另一个实例中，可以使用气凝胶代替。

从多个模块，可以制造检测器系统80，如图3j和图3k所示。检测器系统80包括多个模块60。每个模块的交界部61与连接器连接到交界部总线70。交界部总线70可以具有用于模块的连接器/插头的合适的接收器/插座。

图3c示出了包括内环检测器和外环检测器两者的检测器100的局部视图。检测器100包括多个用于检测高能光子的系统80。这些系统中的每一个包括在图3b中示意性地示出的轴向地一个接一个地布置的多个模块60。该系统的至少一些装置包括具有等腰梯形形状的基座层，其允许获得环形形状。

基本上，检测器系统80堆叠形成环，即多个系统布置成形成外环检测器和内环检测器，其中装置10的侧边缘彼此相邻。这样，该系统的形状形成密封几何形状。检测器系统80通过支撑结构保持在一起，所述支撑结构包括沿轴向方向将装置/模块夹紧在一起的前和后板90。该板由支撑杆95保持。支撑杆可以悬挂在合适的支撑结构中。

结果是形成检测器，其中内检测器环和外检测器环之间的空间基本上由卡普顿层(或半导体检测器板11、21的替代合适的基板)形成。在该实例中，在内和外检测器之间存在最少的钝化材料，以便不改变散射光子的能量和方向。

图3d示意性地示出了相同检测器的正视图。

图3e示出了检测器装置10a的另一个实例，其可以用于构建模块和系统以及最终如图3b-3d所示的检测器。与图3a中所示的相反，在这种情况下，检测器11、21在基板上均匀地间隔开。在图3a中，最终形成内检测器的检测器组件和最终形成外检测器的检测器组件更紧密地间隔在一起。

在图3e的实例中，三个内检测器板11最终将形成内环检测器400并且由促进散射的低z半导体材料制成。三个外检测器板21最终将形成外环检测器300，并由促进吸收的高z半导体材料制成。清楚的是，可以选择不同数量的检测器板，并且它们也可以不同地组合在一起。

图3f示出了从图3e中所示的检测器装置构建的pet检测器100的另一视图。图3f示出了半导体板11如何一起形成内检测器，而外半导体板21如何一起形成外检测器。可以将数个检测器装置组合在一起以形成模块。交界部70从数个模块收集数据。

图4a示意性地示出了用于实时可视化大脑活动的系统的实例。在图4a的系统中，检测器包括内环检测器400和外环检测器300。外环检测器300围绕内环检测器400周向布置。包括内环400和外环300的组合检测器可以根据图3a-图3f所示的实例制成。

受试者可以将他/她的身体的一部分(如他/她的头部)至少部分地定位在内环检测器400中。受试者可以之前已经施用包含具有特定衰变的放射性同位素的放射性示踪剂，其中发射正电子和另外的伽马射线。正电子几乎立即被电子湮灭，以产生两条背对背的伽马射线。因此，总共存在三条伽马射线，其中两条在相反的方向上移动。

研究人员可以将受试者暴露于不同的刺激，所述刺激可以包括视觉、听觉和触觉刺激或其组合。响应于不同的刺激，大脑的不同部分或区域可能更活跃，从而吸引葡萄糖。放射性示踪剂包含葡萄糖，因此放射性示踪剂集中在大脑活动增加的区域中。然而，相同的系统和方法可用于其他pet成像应用，如肿瘤学或药代动力学。

如图3c所示的每个系统80可以连接到数字信号处理器500。当使用根据图3a-图3i的实例的检测器的构建时，需要dsp和内检测器之间没有单独的连接。所有信号在基板13的第二端13b处传输。

信号可以包括关于在哪个体素中检测到冲击的信息。dsp500可以根据该信息计算放射性衰变的原点并将该信息发送到显示器600。可以基本上实时地连续再现lor和康普顿锥之间的交叉点的3d散点图。

由于从另外的伽马射线获得的附加信息，可以使用dsp更快速地计算增加的放射性衰变的原点(并因此增加的大脑活动的面积)并且在显示器600上基本上实时地可视化。

因此，研究人员可以调整刺激以进一步研究。在现有技术系统中，由于图像重建算法中涉及的延迟，有价值的信息在研究人员正在研究时是不可用的。

在一些实例中，用户可以定义其中累积数据且然后实时显示的时间窗口的显示器。为了使人眼看到从一帧到另一帧的实时变化，累积时段可以是大约20msec或50hz。

图4b示意性地示出了可以在图4a的系统的实例中的数字信号处理器中使用的过程。在框510处，可以从内和外检测器接收信号。这些信号包括关于每个检测器内的哪个体素已检测到事件和相应的时间戳的信息。这些信号还可以包括关于每个冲击的能量沉积的信息。在框520处，可以计算冲击点的几何位置(这可以实现为如将每个体素与特定几何位置相关联的查找表)以及相应的能量沉积。

在框530处，可以计算特定事件的衰变原点。将参考图4b解释这样做的实例。在框540，可以生成反映这些事件的衰变原点的视频信号。然后可以在框550将该视频信号发送到能够再现视频信号的装置，如计算机屏幕。

图4c示意性地示出了可以用于在框530处计算放射性衰变的原点的过程，也在图4b中示出。在框531处，由内和外检测器检测到的光子可以通过考虑能量沉积和时间重合而彼此相关联。例如，背对背伽马射线各自具有511kev的能量。散射在内检测器中并由内和外检测器检测的伽马射线将在内和外检测器之间分配其能量。因此，如果伽马射线对应于背对背伽马射线之一，则能量沉积的总和必须是511kev。另一方面，如果伽马射线对应于另外伽马射线作为衰变的直接结果，则其总能量将取决于所使用的同位素。例如，同位素²²na具有另外的高能光子，能量为1274.5kev，对于同位素⁴⁴sc，这是1157kev，并且对于⁴⁸v，这是1312.1kev。很明显，可能会使用其他同位素，并且所选同位素的相应能量将是已知的。由于放射性示踪剂的组成是已知的，因此可以将总计达正确量的事件关联在一起。例如，在²²na的情况下，内检测器和外测量器中的能量沉积总和达到1274.5kev的事件可以关联在一起。

在框533处，在彼此的短时间跨度(即相同的时间窗口)内检测到并且满足相应的能量方程的光子可以彼此关联并关联到相同的事件。

没有必要为每单个事件计算放射性衰变的原点。在一个实例中，选择只有其中另外单独伽马射线散射在内检测器中并且背对背伽马射线不被散射并仅在外检测器中被检测到的事件。尤其选择这些事件是有利的，因为已知在内和外测量器中检测到的光子必须满足康普顿散射的方程，而背对背伽马射线满足控制响应线的方程。但是

在框537处计算的康普顿锥与在536处计算的响应线的交叉点对应于放射性衰变的原点的位置。因此可以在框539处计算该位置。

交叉点的计算细节可以在“usingtriplegammacoincidenceswithapixelatedsemiconductorcompton-petscanner:asimulationstudy”,m.kolstein和m.chmeissani,17^thinternationalworkshoponradiationimagingdetectors中找到。

在其他实例中，(另外)可以选择其他事件。也可以选择在内环和外环中检测到两个背对背伽马射线中的一个或两个的事件。来自这些事件的信息也可用于大脑活动的可视化。

在其他实例中，可以(另外)选择其他事件。每种类型的事件可以满足不同的能量要求和不同的几何方程以用于计算放射性衰变的原点。

图4d示意性地示出了放射性衰变的可视化的另一实例，其中示出了具有不同类型衰变的放射性同位素。在该实例中使用的检测器可以是前检测器和后检测器，或者如前实例中的内和外检测器。

在图4d的实例中，受试者可能已被预先施用放射性同位素，其在衰变中发射三条单独的伽马射线。三条伽马射线可能具有不同的能量。如果伽马射线在前检测器中散射并在后检测器中被吸收，则在框523处通过检查能量沉积可以将同一时间窗口中的事件关联在一起。因此，可以在框533处确定属于同一事件的光子。

在框536处，可以选择其中所有三条伽马射线在前检测器中散射并且在后检测器中被吸收的事件。对于三条伽马射线中的每一条，可以在块537处执行针对三条伽马射线中的每一条的康普顿锥计算。在框538处，属于单个衰变事件的三条伽马射线可以被组合以计算三个康普顿锥的交叉点。三个锥体的交叉点给出了单个衰变事件的原点。随着衰变的发生，事件可以被可视化。

图5a和图5b示意性地示出了检测器布置的实例。图5a提供了等距视图，而图5b提供了侧视图。在图5a中，一些连续线和一些间断线用于表示单独的检测器装置、检测器模块和检测器系统，其实际上不一定以这种方式可见。

图5a的检测器布置包括顶部检测器1000、底部检测器1100和侧面检测器1200。应注意，即使这里组合使用多个检测器以提供更稳健的角度覆盖，这些检测器中的单个可以用作独立的康普顿相机。

在图5a的实例布置中，要对其执行成像的受试者或受试者的一部分将被定位在检测器100、1100和1200之间的空间中。图5a的视图中的左侧是开放的以便更容易地引入用于成像的受试者的身体(部分)。在替代实例中，第四检测器可以被布置为提供检测器，所述检测器的横截面基本上是封闭的。

检测器1000、1100和1200中的每一个包括内检测器400和外检测器，所述内部检测器布置得更靠近受试者。内检测器400和外检测器300由检测器装置的半导体板形成，其类似于参考图3a所示的检测器装置。在图5a的实例中，检测器装置是基本上矩形的，而不是梯形的。或者，同样在这种布置中，可以使用梯形检测器装置。当使用梯形检测器装置时，检测器1000将采用中空圆柱扇形形状。

一组更靠近受试者的半导体板11(即更接近基板的第一端13a)形成内检测器400。这些半导体板可以由硅制成。进一步远离受试者的一组半导体板21形成外检测器300。

检测器1000、1100和1200中的每一个以类似的方式构造。包括半导体板11、21和输入/输出元件12的多个装置10布置在基板上，一起形成具有单个交界部的模块60。许多模块60可以组合在一起以形成共享交界部总线的系统80，其可以是印刷电路板(pcb)。

图6a-图6c示意性地示出了检测器装置10’的另一实例，其可用于构建检测器并且可用于本文公开的方法中。图6a提供了等距视图，图6b是侧视图，并且图6c是俯视图。

与图3中所示的检测器装置相反，该实例的检测器装置10b具有基板13，并且半导体板被提供在顶侧18和底侧19上。在这种情况下通过在单个装置上提供两排固态检测器11、21形成单个检测器装置10b。半导体检测器安装在基座层13上。对于每排半导体检测器，提供输入/输出元件12。该装置的这种设计的优点在于，与组合根据3a的两个装置10相比，板11可以制造得更薄以便更好地进行电荷收集。

更靠近第一端13a的半导体板11一起形成内检测器400，并且更靠近第二端的半导体板21一起形成外选择器300。图6c示意性地示出了可由多个装置10b共享的交界部61。

为了完整起见，本公开的各个方面在以下编号的条款中列出：

条款1.用于实时可视化受试者中的代谢活动的方法，其中所述受试者被预先施用放射性示踪剂并经定位使得所述受试者身体的一部分至少部分地提供于光子检测器中，所述方法包括：

检测所述光子检测器fov内的所述示踪剂的放射性衰变；

计算所述放射性衰变的原点的位置；和

基本上实时显示所述放射性衰变的原点的位置，其中

所述放射性示踪剂包括在衰变中发射正电子和单独的伽马射线的放射性同位素，和

所述光子检测器包括内环检测器和外环检测器，

用所述光子检测器进行检测包括在所述内环检测器和所述外环检测器中检测来源于由正电子-电子湮没产生的两条背对背伽马射线和所述单独的伽马射线的光子，和

计算所述放射性衰变的原点的位置包括

确定属于同一放射性衰变事件的所述内环检测器和外环检测器中的光子的冲击，其中在所述内环检测器和外环检测器两者中检测到所述单独的伽马射线，和

与属于同一放射性衰变事件的冲击关联使用响应线计算和基于来自所述内环检测器的康普顿散射的康普顿锥计算。

条款2.如条款1所述的方法，其中所述放射性同位素是以下中的一种或多种：²²na、⁴⁴sc、⁴⁸v。

条款3.如条款1或2所述的方法，其中所述计算所述放射性衰变的原点的位置还包括确定属于所述同一事件的冲击的能量沉积。

条款4.如条款3所述的方法，其中所述使用康普顿锥计算包括

确定所述内环检测器中第一光子的能量沉积和所述外环检测器中第二光子的能量沉积，和

将所述第一光子和第二光子与伽马射线相关联。

条款5.如条款4所述的方法，其还包括选择其中在所述外环中检测到背对背伽马射线并且所述单独的伽马射线散射在所述内检测器中并且在所述内检测器和所述外检测器两者中检测到的事件。

条款6.如条款4或5所述的方法，其还包括选择其中在所述内环检测器和所述外环检测器两者中检测到两条背对背伽马射线中的至少一条并且所述内环检测器和所述外环检测器中的能量沉积的总和为511kev的事件。

条款7.如条款1-6中任一项所述的方法，其中所述内环检测器和所述外环检测器是半导体检测器，尤其是像素化半导体检测器。

条款8.如条款7所述的方法，其中所述内环检测器和所述外环检测器是体素化半导体检测器。

条款9.用于实时监测已被预先施用放射性示踪剂的受试者大脑中的活动的方法，所述方法包括：

定位所述受试者使得所述受试者的大脑至少部分提供于光子检测器内；

向所述受试者提供刺激；和

如条款1-8中任一项所述的用于实时可视化的方法。

条款10.如条款9所述的方法，其中所述刺激包括触觉、视觉、和听觉刺激中的一种或多种。

条款11.用于实时可视化已被预先施用放射性示踪剂的受试者中的代谢活动的系统，其包括：

光子检测器，其包括内环检测器和外环检测器，

计算系统，其用于确定所述内和外环检测器中的光子的冲击，用于使用与至少四个冲击关联的响应线计算和/或基于来自第一检测器的康普顿散射的康普顿锥计算来计算所述放射性衰变原点的位置，和用于生成反映所述放射性衰变的原点的视频信号，和

装置，其能够接收所述视频信号并在屏幕上再现所述视频信号。

条款12.如条款11所述的系统，其中所述内环检测器和所述外环检测器是像素化半导体检测器。

条款13.如条款11或条款12所述的系统，其中所述计算系统是与内和外环检测器连接的数字信号处理器。

条款14.如条款11-13中任一项所述的系统，其还包括用于相对于所述光子检测器牢固地固定所述受试者头部的头部支撑物。

条款15.如条款11-14中任一项所述的系统，其中所述外环检测器的内缘与所述内环检测器的外缘之间的距离为至少5cm，并优选10cm或更多。

条款16.检测器，其包括：

内环检测器，和外环检测器，

所述内环检测器和所述外环检测器通过被布置为形成基本上环形形状的多个检测器模块形成，

其中所述检测器模块包括一个或多个检测器装置，所述检测器装置具有基板，在所述基板上方布置有多个半导体检测器板，

其中所述内环检测器包括所述半导体检测器板中的一个或多个，并且所述外环检测器包括所述半导体检测器板中的其余的一个或多个。

条款17.如条款16所述的检测器，其中所述基板是卡普顿层。

条款18.如条款16或条款17所述的检测器，其中所述检测器装置包括用于各个检测器板的读出电路，所述读出电路被布置在所述基板上，并且所述检测器板被布置在所述读出电路上。

条款19.如条款18所述的检测器，其中所述读出电路是asic。

条款20.如条款16-19中任一项所述的检测器，其中所述内检测器的检测器板由硅制成，并且所述外检测器的检测器板由cdte制成。

条款21.如条款16-19中任一项所述的检测器，其中所述内检测器的检测器板和所述外检测器的检测器板由相同的材料制成。

条款22.用于检测光子的检测器，其包括：

多个形成前检测器和后外检测器的检测器模块，

所述检测器模块包括多个检测器装置以及交界部，

所述检测器装置具有从前端延伸至后端的基板，并且承载多个像素化半导体检测器板，并且被布置为所述前端比所述后端更靠近所述光子的来源，

所述半导体检测器板被布置在读出电路上，并且所述检测器装置在所述基板的后端处或附近具有输入/输出元件，

其中经布置靠近所述基板前端的所述半导体检测器板中的一个或多个的前组件由被配置用于促进光子散射的半导体材料制成，并形成所述前检测器，

其中经布置比所述前组件更靠近所述基板后端的所述半导体检测器板中的一个或多个的后组件由被配置用于促进光子吸收的半导体材料制成，并形成所述后检测器。

条款23.如条款22所述的检测器，其中所述基板是卡普顿层，并且其中任选地所述读出电路是asic。

条款24.如条款21或22所述的检测器，其中所述前检测器的最靠后检测器板和所述后检测器的最靠前检测器板之间的距离大于所述前检测器的检测器板之间的距离且大于所述后检测器的检测器板之间的距离。

条款25.如条款24所述的检测器，其中所述前检测器的最靠后检测器板和所述后检测器的最靠前检测器板之间的距离为5至30厘米，尤其是10至20厘米。

条款26.如条款22-25中任一项所述的检测器，其中所述前检测器的检测器板之间的距离是0.5至2厘米。

条款27.如条款22-27中任一项所述的检测器，其中所述后检测器的检测器板之间的距离是0.5至2厘米。

条款28.如条款22-27中任一项所述的检测器，其中所述前检测器的检测器板由硅制成。

条款29.如条款22-28中任一项所述的检测器，其中所述后检测器的检测器板由cdte、cdznte、hgi2、tibr、gaas、pbs或catio3制成。

条款30.如条款22-29中任一项所述的检测器，其是pet检测器，其中所述前检测器和后检测器具有基本上圆形截面，并且其中所述基板具有等腰梯形形状。

条款31.如条款22-29中任一项所述的检测器，其中所述基板具有基本上矩形形状。

条款32.康普顿相机，其包括条款31所述的检测器。

条款33.用于实时可视化已被预先施用放射性示踪剂的受试者中的代谢活动的系统，其包括：

如条款22-32中任一项所述的检测器，

计算系统，其用于确定前和后检测器中的光子的冲击，用于使用与所述冲击关联的响应线计算和/或基于来自所述前检测器的康普顿散射的康普顿锥计算来计算放射性衰变原点的位置，和用于生成反映所述放射性衰变的原点的视频信号，和

装置，其能够接收所述视频信号并在屏幕上再现所述视频信号。

条款34.如条款33所述的系统，其中所述计算系统是与检测器模块的交界部连接的数字信号处理器。

条款35.用于检测光子的检测器，其包括：

多个形成前检测器和后检测器的检测器模块，

所述检测器模块包括多个检测器装置以及交界部，

所述检测器装置具有从前端延伸至后端的基板，并且承载多个像素化半导体检测器板，并且被布置为所述前端比所述后端更靠近所述光子的来源，

所述半导体检测器板被布置在读出电路上，并且所述检测器装置在所述基板的后端处或附近具有输入/输出元件，

其中经布置靠近所述基板前端的所述半导体检测器板中的一个或多个的前组件形成所述前检测器，

其中经布置比所述前组件更靠近所述基板后端的所述半导体检测器板中的一个或多个的后组件形成所述后检测器，和其中

所述内检测器的最靠后检测器板和所述后检测器的最靠前检测器板之间的距离大于所述前检测器的检测器板之间的距离且大于所述后检测器的检测器板之间的距离。

条款36.如条款35所述的检测器，其中所述前检测器的最靠后检测器板和所述后检测器的最靠前检测器板之间的距离为5至30厘米，尤其是10至20厘米。

条款37.如条款35-36中任一项所述的检测器，其中经布置靠近所述基板前端的所述半导体检测器板中的一个或多个的前组件由被配置用于促进光子散射的半导体材料制成，和

其中经布置比所述前组件更靠近所述基板后端的所述半导体检测器板中的一个或多个的后组件由被配置用于促进光子吸收的半导体材料制成。

条款38.如条款35-37中任一项所述的检测器，其中所述前检测器的检测器板之间的距离是0.5至2厘米。

条款39.如条款35-38中任一项所述的检测器，其中所述后检测器的检测器板之间的距离是0.5至2厘米。

条款40.如条款35-39中任一项所述的检测器，其中所述前检测器的检测器板由硅制成。

条款41.如条款35-40中任一项所述的检测器，其中所述后检测器的检测器板由gaas、cdte、cdznte、tlbr、pbs、catio3或hgi2中的任一种制成。

条款42.如条款35-41中任一项所述的检测器，其中所述读出电路是asic。

条款43.如条款35-42中任一项所述的检测器，其中所述前检测器和后检测器具有基本上圆形截面，并且其中所述基板具有等腰梯形形状。

条款44.如条款35-42中任一项所述的检测器，其中所述基板具有基本上矩形形状。

尽管本文仅公开了许多实例，但是其他替换、修改、使用和/或其等同物也是可能的。此外，还涵盖了所述实例的所有可能组合。因此，本公开的范围不应受特定实例的限制，而应仅通过公平阅读所附权利要求来确定。