本发明涉及核医学成像技术领域，特别涉及一种基于液冷板结构的探测器及正电子发射断层扫描系统。
背景技术：
在医学影像领域，PET(Positron Emission Tomography，正电子发射断层扫描)系统作为一种功能成像系统正在发挥越来越重要的作用。PET技术是一种成像技术，可以无创伤地显示人体器官功能和代谢。利用PET技术能够实现对肿瘤等疾病的早期诊断。具体地，将生物生命代谢中必须的物质(如：葡萄糖、蛋白质、核酸、脂肪酸)标记上短寿命的放射性核素(如18F，11C等)，并将标记后的物质注入人体。通过PET技术接收代谢物质中放射性核素发出的射线，形成代谢物质在人体内分布情况的图像。同时利用代谢物质在正常组织和病变组织中分布情况的差异，来判断人体组织是否出现病变，进而实现对疾病的诊断。例如，在高代谢的恶性肿瘤组织中葡萄糖代谢旺盛，聚集较多，因此通过PET技术所观察到的葡萄糖分布密集的组织很可能为恶性肿瘤。
PET系统中最为核心的部件是探测器，探测器包括电路板、设置在电路板上的信号放大器件以及覆盖在信号放大器件上的晶体。通过探测器将放射性核素发出的射线转换为电信号，进而形成代谢物质的分布图像。通常，传统的PET系统使用的信号放大器件是PMT(Photomultiplier trube，光电倍增管)，但其需要高压的工作条件，且探测效率较低。随着技术发展，SiPM(Silicon Photomultipliers，固态硅光电倍增管)是一种全新的高灵敏度光信号放大器件。相比传统PMT，SiPM具有探测效率高、低压工作条件、对磁场不敏感等特点，这些特点利于获得更高质量的探测信号，从而提高PET系统所获取的图像质量。因此提供一种具有SiPM的探测器十分重要。
技术实现要素：
为克服相关技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种基于液冷板结构的探测器，该技术方案具体如下：
本发明实施例第一方面提供了一种基于液冷板结构的探测器，所述探测器包括：液冷板)、至少两个固态硅光电倍增管SiPM电路板组件、以及晶体；
所述SiPM电路板组件包括：通过螺钉固定在所述液冷板上的电路板，以及焊接在所述电路板上的SiPM芯片；
在所述电路板相对的边上分别设置有：用于安装所述螺钉的第一固定板和第二固定板；且所述第二固定板具有形状与所述第一固定板相适配的凹槽；
所述晶体覆盖在所述SiPM芯片上；
所述液冷板用于通入冷却液来降低至少两个所述SiPM电路板组件的工作温度。
可选地，所述第一固定板为半圆形固定板，所述第二固定板为具有半圆形凹槽的矩形固定板。
可选地，所述第一固定板为矩形固定板，所述第二固定板包括两个矩形板，所述两个矩形板之间的间隔形成矩形凹槽。
可选地，所述液冷板包括：
用于固定所述SiPM电路板组件的基板，以及，
与所述基板固定的液冷管，所述液冷管包括进液口和出液口。
可选地，所述液冷管包括：依次连接的第一段、第二段以及第三段；所述第一段平行于所述第三段，所述第二段为弯曲段；所述第二段的直径与所述第一段到所述第三段的距离相等。
可选地，所述液冷管采用整体管道弯折工艺制备而成。
可选地，所述液冷板还包括：与所述进液口和所述出液口连接的管道接头。
可选地，所述基板上还设置有通孔，所述SiPM电路板组件还包括：设置在所述电路板与所述SiPM芯片相背一侧上的对外接头，所述对外接头可穿过所述通孔。
可选地，所述探测器还包括：设置在所述基板和电路板之间的导热硅胶垫。
可选地，所述探测器还包括：防护罩，所述防护罩连接所述液冷板，并罩设在所述SiPM电路板组件和所述晶体上。
本发明实施例第二方面提供了一种正电子发射断层扫描系统，所述正电子发射断层扫描系统包括本发明第一方面所提供的探测器。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过采用SiPM作为探测器的信号放大器件，进而提高该探测器的成像质量。并且，通过第一固定板和第二固定板，既满足了在狭小空间内相邻电路板精确定位的要求，也为电路板提供足够的固定空间，因此能够采用现有规格的螺钉将电路板固定在液冷板上，保证了该探测器的结构稳定性，降低电路板的连接成本。同时，通过采用液冷换热方式的液冷板来降低SiPM电路板组件的工作温度，提升SiPM芯片的灵敏度，提升所获取的图像质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的探测器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的探测器的剖视图；
图3是本发明实施例提供的探测器去除外罩后的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的SiPM电路板组件的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的第一种电路板连接结构示意图；
图6是本发明实施例提供的第一种电路板连接结构的局部放大结构示意图；
图7是本发明实施例提供的第二种电路板连接结构示意图；
图8是本发明实施例提供的第三种电路板连接结构示意图；
图9是本发明实施例提供的探测器中液冷板的仰视图；
图10是本发明实施例提供的探测器中液冷板的俯视图。
附图中各个标记分别为：
1、液冷板组件，
11、基板，
111、通孔，
12、液冷管，
121、第一段；
122、第二段；
123、第三段；
13、管道接头；
2、SiPM电路板组件，
21、电路板，
211、第一固定板，
212、第二固定板；
22、SiPM芯片，
23、对外接头；
3、晶体；
4、防护罩；
5、导热硅胶垫。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
信号放大器件是探测器的重要部件，用于将晶体发出的可见光信号转化为电信号。信号放大器件的工作条件、灵敏度等都对探测器的探测效率有重要的影响。现有的探测器采用的信号放大器件是光电倍增管(Photomultiplier trube，PMT)，但是PMT需要在高压条件下工作，并且探测效率较低，从而影响PET系统的成像质量。固态硅光电倍增管(Silicon Photomultipliers，SiPM)是一种全新的高灵敏度光信号放大器件。相比传统PMT，SiPM具有探测效率高、工作电压低、对磁场不敏感等特点，这些特点利于获得更高质量的探测信号，从而提高PET系统所获取的图像质量。
基于上述SiPM的特点，本发明实施例提供了一种以SiPM作为信号放大器件的探测器。
如图1所示，并结合图2、图3、图4，本发明实施例提供了一种以SiPM作为信号放大器件的探测器，该探测器是一种基于液冷板结构的探测器，该探测器包括：液冷板1、至少两个SiPM电路板组件2、以及晶体3。
SiPM电路板组件2包括：通过连接件固定在液冷板1上的电路板21，以及焊接在电路板21上的SiPM芯片22。在电路板21相对的边上分别设置有：用于安装连接件的第一固定板211和第二固定板212；且第二固定板212具有形状与第一固定板211相适配的凹槽。
并且，晶体3覆盖在SiPM芯片22上；液冷板1用于通入冷却液来降低至少两个SiPM电路板组件2的工作温度。
本发明实施例所提供的基于液冷板的探测器的使用原理如下。
通过晶体3将放射性核素发出的γ射线转化为可见光信号，通过SiPM电路板组件2中的SiPM芯片22将晶体3转化的可见光信号转化为电信号。在使用该探测器时，向液冷板1中通入冷却液，且由于SiPM电路板组件2固定在液冷板1上，因此通过液冷板1中冷却液与SiPM电路板组件2以及其周围空间进行热交换，实现SiPM电路板组件2较低温度的工作温度，保证SiPM芯片22的灵敏度。
其中，连接件可以为螺钉、螺栓等，本发明实施例不做具体限定。
进一步地，对于具有SiPM的探测器需要做如下两方面的说明：
一方面，由于SiPM芯片的自身特性，其在较低的工作温度下光输出更灵敏，且工作温度越低其输出信号越灵敏，所形成的图像质量更高。
在相关技术中，采用风冷的散热方式，即采用循环空气来降低SiPM芯片的工作温度。通常PET设备设置在单独的空间内，因此通过风冷所能实现的工作温度受限于设置PET设备的空间的温度。所以，利用风冷难以实现较低的工作温度，进而影响SiPM芯片的灵敏度。
在本发明实施例中，所提供的探测器具有液冷板1，即采用了液冷的换热方式。具体通过向液冷板1中通入冷却液来降低包含有SiPM芯片22的SiPM电路板组件2的工作温度。这种方式所能实现的SiPM组件2的最低工作温度与冷却液的温度相关，一般可在0℃附近。当向冷却液中添加防冻剂，例如：强电解质无机盐类(氯盐类、氯盐阻锈类、无氯盐类)防冻剂、低碳醇类防冻剂、二元醇及酰胺类防冻剂等，在添加防冻剂以后，通过该液冷板1能够实现低于0℃的工作温度。
另一方面，在PET探测器中，相邻SiPM电路板组件2之间最接近的SiPM芯片22的距离是固定的，为3.2mm。换言之，对于相邻SiPM电路板组件2而言，可供两个电路板22使用的固定空间为3.2mm。
在相关现有技术中，相邻电路板21中的两边均预留有宽度为1.6mm的固定部分，该宽度为1.6mm的固定部分内不再焊接SiPM芯片22，而用于设置连接件固定电路板21。但是由于1.6mm的宽度过窄，难以找到适合的连接件，需要进行定制，如此增加了电路板21的连接成本。
在本发明实施例中，基于上述液冷板1的结构，在电路板21的相对边上分别设置了第一固定板211和第二固定板212，并且第二固定板212具有形状与第一固定板211相适配的凹槽，具体参照图3。因此在使用时，在相邻两块电路板21中，一块电路板21的第一固定板211卡入与另一块电路板21的第二固定板212的凹槽中，使得两块相连的电路板21形成一个整体(如图4～图8所示)。此时，由于相邻电路板21采用了第一固定板211与第二固定板212卡接的连接方式，因此每块电路板21均可具有3.2mm的宽度，并且卡接后的第一固定板211与第二固定板212的总宽度同样为3.2mm，即增加了每一块电路板21用于固定的宽度。此时能够采用M1.6mm规格的螺钉(M1.6mm的螺钉头部的直径尺寸为3.0mm)将电路板21固定在液冷板1上，节约了了电路板的连接成本，并且利用螺钉可以保证电路板21与液冷板1的连接稳定性。如此，在本发明实施例所提供的探测器中，改进了电路板22的结构，能够实现在狭小空间内对电路板进行精确、稳定定位。
综上，在本发明实施例中，通过SiPM作为探测器的信号放大器件，提高该探测器的成像质量。并且，通过第一固定板211和第二固定板212，来满足相邻电路板21连接时的间距要求，同时为电路板21提供足够的固定空间，因此能够采用现有规格的螺钉将电路板21固定在液冷板1上，保证了该探测器的结构稳定性，降低了电路板的连接成本。同时，该探测器还采用了液冷换热方式的液冷板1来降低SiPM电路板组件2的工作温度，保证SiPM芯片22的灵敏度，保证所获取的图像质量，为准备判断代谢物质在人体内的分布提供了有力支持。
关于第一固定板211和第二固定板212的具体实现形式，本发明实施例提供如下可选方式。
在一种可选方式中，如图5、图6所示，第一固定板211为半圆形固定板，第二固定板212为具有形状与第一固定板211相适配的凹槽的矩形固定板。
更具体地，参照图6，第一固定板211的半径等于3.2mm；第二固定板212位于凹槽两侧的部分，其宽度为3.2mm，且每一部分的长度均大于或者等于3.2mm，例如4mm、5mm、6mm等。如此，在第一固定板211和第二固定板212上能够固定M1.6mm规格的螺钉。
在另一种可选方式中，如图7所示，第一固定板211为矩形固定板，第二固定板212包括两个矩形板，且这两个矩形板之间的间隔形成形状与第一固定板211相适配的凹槽。在使用时，将第一固定板211卡接在第二固定板212的两个矩形板之间。
更具体地，第一固定板211和第二固定板212的两块矩形板，宽度均为3.2mm，长度大于或者等于3.2mm，例如4mm、5mm、6mm等，以便固定螺钉。
在该可选方式中，需要说明的是，第一固定板211还可以为梯形(如图8所示)、三角形等。相应地，第二固定板212包括两个间隔设置的梯形板，或者两块间隔设置的三角形板。
综上为本发明实施例中关于电路板的结构，下面将具体介绍液冷板1的结构。
如图9所示，液冷板1包括：用于固定SiPM电路板组件2的基板11，以及，与基板11固定的液冷管12，液冷管12包括进液口和出液口；液冷管12采用整体管道弯折工艺制备。
在使用时，将液冷管12的进液冷管连通供液机构的液冷管，将液冷管12的出液口连通排液机构的液冷管。通过液冷管12的进液口通入冷却液，冷却液在液冷管12中与液冷管12周围的空间进行热交换。且由于液冷管12固定在基板11上，SiPM电路板组件2与固定在基板11上，因此通过液冷管12能够降低SiPM电路板组件2的工作温度，保证SiPM芯片22的灵敏度。优选地，液冷管12的长度等于基板1上设置SiPM电路板组件2的长度。如此使得通过该液冷板1能够为探测器中所有的SiPM电路板组件2提供适宜的工作温度。
其中，液冷管12采用铜材制备，优选采用耐腐蚀T2铜材(即通常所成的紫铜)。基板11采用铝板采用铝材制备，铝具有良好的导热性能和可加工性能，且成本相对较低。
进一步地，关于液冷管12的具体结构，液冷管12可以具有多个弯折结构，呈S型、W型等。或者如图10所示，液冷管12呈U型，且液冷管12包括：依次连接的第一段121、第二段122以及第三段123。其中，第一段121平行于第三段123，第二段122为弯曲段。且第二段122的直径与第一段121到第三段123的距离相等。进一步可选地，第一段121未连接第二段122的端部为进液口；第三段123未连接第二段122的端部为出液口。
并且，为了便于将液冷管12的进液口和出液口与其他设备的液冷管连接，在本发明实施例中，该液冷板1还包括：与进液口和出液口连接的管道接头13，管道接头13用于连接其他设备的管道。
进一步地，在本发明实施例中，液冷管12采用整体管道弯折工艺制备。具体来说，液冷管12为一根完整的液冷管，不存在焊缝，其密封性优异，避免出现漏水影响设备的正常使用。
关于SiPM电路板组件2与液冷板1的连接方式，除了采用螺钉将电路板21固定在基板11上之外，在基板11上还设置有通孔111(参见图9、图10)，在电路板21上还设置有对外接头23(参见图4)，该对外接头23设置在与SiPM芯片22相对的一侧上；且对外接头23可插接在通孔111中。
通过将对外接头23插接在通孔111中，实现对SiPM电路板组件2与液冷板1之间的限位，之后进一步设置螺栓，保证探测器的整体稳定。
并且，在本发明实施例中，该探测器还包括：设置在基板11和电路板21之间的导热硅胶垫5。具体地，在导热硅胶垫5的相应位置，设置有与基板11上通孔111尺寸相同的镂空部分，以便对外接头23插接在通孔111中。导热硅胶垫5的主要作用是作为一种导热介质，减少SIPM电路板与液冷板接触面之间产生的接触热阻，从而提高散热效率。
在本发明实施例中，晶体3胶结在SiPM芯片22上。且晶体3需要完全覆盖SiPM芯片22。
进一步地，本发明实施例所提供的探测器还包括：防护罩4，防护罩4连接液冷板1，并罩设在SiPM电路板组件2和晶体3上。通过该防护罩4对整体探测器起到了保护作用，同时也起到了光密封性。关于防护罩4壁厚、材质和制备方法，示例地，防护罩4为通过注塑加工工艺制备的1mm厚的ABS塑料(Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)防护罩；或者，防护罩4为通过模型成型加工工艺制备的碳素纤维材料防护板；再者，防护罩4为通过冲压工艺制备的厚度小于0.4mm的铝质防护板。
本发明实施例提供的基于冷水板结构的探测器，利用SiPM作为信号放大器件，具有成像质量高的特点。并且通过第一固定板211和第二固定板212来满足相邻电路板21连接时的间距要求，同时也为电路板21提供足够的固定空间，保证该探测器的结构稳定性，降低了电路板的连接成本。同时，通过采用液冷换热方式的液冷板1降低SiPM电路板组件2的工作温度，保证SiPM芯片22的灵敏度，保证所获取的图像质量，为准备判断代谢物质在人体内的分布提供了有力支持。
本发明实施例第二方面，提供了一种正电子发射断层扫描系统，该正电子发射断层扫描系统包括本发明实施例第一方面中所提供的探测器。
可以理解的是，该正电子法神断层扫描系统具有与本发明实施例第一方面所提供的探测器相同的技术效果，此处不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。