一种基于SiPM的新型PET探测器模块的制作方法

本实用新型涉及医学影像设备技术领域，特别涉及一种基于SiPM的新型PET探测器模块。

背景技术：

PET（正电子发射断层成像）是一种核医学成像设备，其应用正电子技术，可获得病变部位的功能代谢情况，对指导肿瘤、心脏、脑部疾病的诊治具有重要作用。其中探测器是PET系统的核心器件，探测器根据探测到的γ光子湮灭符合事件来判断人体内放射性同位素的湮灭位置和强度，从而通过一系列的重建算法得出放射性同位素的分布图像，整个重建过程基于一定的探测器物理模型，在该模型中，每一个探测器单元的空间位置都是理论位置，但在实际的装配过程中，探测器的安装位置存在一定的误差。因此提高装配过程中探测器的安装精度，对于提升PET图像重建质量具有重要意义。

PET探测器单元常成环状分布，构成探测器环。现有的探测器环是由多个探测器单元沿圆周分布，并沿圆周轴向阵列形成闭合的多边形环，通常将探测器单元阵列，及相应的电子信号处理系统封装为一个探测器模块。为使探测器单元的位置接近理论值，在探测器模块内，要求相邻两个闪烁晶体紧密贴合，同时要求相邻两个探测器模块也尽可能贴近，减小模块间的间隙。另一方面，为减小外界光对闪烁晶体的影响，需要对闪烁晶体进行遮蔽，这就导致了探测器模块在实际封装时，可利用的空间极小，给探测器模块的设计带来困难。另外，在多边形环中，闪烁晶体朝向圆心的表面是直接接收γ光子的面，因此要求遮蔽的材料有较小的铝当量，以提高γ光子透过率。

在现有的技术中，常使用胶接剂将遮蔽罩、闪烁晶体粘接至PCB载板构成探测器单元，再将探测器单元挂载至探测器模块主体。闪烁晶体的重量完全由胶层来承受，可靠性欠佳，而使用的遮蔽罩厚度为0.15mm~0.3mm，造成任意两个探测器单元之间，至少有0.3~0.6mm的间隙。此外，SiPM（硅光电倍增管）的能量分辨率和时间分辨率特性具有温度依赖性，在较低的温度下使用SiPM，能够提高这些特性。现有技术当中，往往使用常规的隔热材料或水冷系统来减小电子信号处理系统工作时产生的热量对SiPM的影响，前者的导热系数较大，效果欠佳；后者结构复杂，需设置额外的水循环系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有的探测器模块常使用胶接剂将遮蔽罩、闪烁晶体粘接至PCB载板构成探测器单元，再将探测器单元挂载至探测器模块主体，闪烁晶体的重量完全由胶层来承受，可靠性欠佳；用常规的隔热材料或水冷系统来减小电子信号处理系统工作时产生的热量对SiPM的影响，前者的导热系数较大，效果欠佳；后者结构复杂，需设置额外的水循环系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于SiPM的新型PET探测器模块，所述探测器模块包括探测器盒，所述探测器盒内部设有探测器单元阵列，所述探测器单元阵列包括若干探测器单元，所述探测器盒包括设于探测器单元阵列顶部的顶盖，所述探测器单元阵列的侧面贴合设有遮光胶带，所述探测器单元阵列的左固定端设有固定限位块，所述探测器单元阵列的右固定端设有可调限位块，所述探测器单元阵列的底部设有遮蔽盖板，所述固定限位块和可调限位块分别通过连接件与顶盖和遮蔽盖板连接；所述探测器盒上方设有电子学盒，所述探测器盒和电子学盒间设有隔热板，所述探测器盒和电子学盒配合设置。

优选地，所述顶盖为两侧边带有限位面的“冂”形板，所述顶盖和隔热板上对应设有若干长条形线孔，所述电子学盒的电子信号线缆与所述长条形线孔配合设置。

优选地，所述可调限位块包括活动端和固定端，探测器单元阵列的右固定端、活动端和固定端顺次配合设置；所述活动端朝向固定端设有2条导向轴，所述固定端上设有2个与导向轴相配合的导向孔，所述固定端上还设有1个装配孔，所述装配孔配合设有装配件；所述活动端和探测器单元阵列间设有缓冲垫。

优选地，所述电子学盒包括安装基板，所述安装基板设于隔热板上，所述安装基板上设有电子信号处理系统，所述电子信号处理系统一端的安装基板上设置有风扇安装架，所述电子信号处理系统另一端的安装基板上设置有波导窗安装架，所述电子信号处理系统上设有罩壳安装架，所述电子学盒还包括罩设于电子信号处理系统外侧的“冂”形罩壳，所述罩壳与罩壳安装架配合设置，所述罩壳与风扇安装架、波导窗安装架及安装基板通过连接件成封闭壳体；所述安装基板上设有线孔，所述线孔与电子学盒的电子信号线缆配合设置。

优选地，所述安装基板与所述隔热板贴合的一面上设有内陷槽，所述内陷槽内安装有隔热层。

优选地，所述安装基板两端分别设有定位凸台，所述风扇安装架和波导窗安装架的安装面下方分别设有与所述定位凸台配合的凹槽。

优选地，所述风扇安装架和波导窗安装架朝向罩壳的一侧上设有“冂”形环槽，所述“冂”形环槽与所述罩壳安装架和罩壳配合设置。

优选地，所述罩壳安装架为一平板，所述平板两端设有若干沉头孔，所述沉头孔与所述风扇安装架和波导窗安装架配合设置。

优选地，所述遮蔽盖板包括刚性芯材层，所述刚性芯材层的上表面和下表面贴合设有薄平板；所述隔热板包括刚性芯材层，所述刚性芯材层的上表面和下表面贴合设有隔热层。

优选地，所述探测器单元包括闪烁晶体，所述闪烁晶体上设有硅光电倍增管，所述硅光电倍增管上设有PCB载板；所述探测器盒的顶盖设于PCB载板上方。

本实用新型提出的探测器模块结构，任意相邻两个探测器单元之间的理论最小间隙为0mm，复合材料夹层板作为遮蔽盖有着较小的铝当量，γ光子透过率高；由复合材料夹层板制成的遮蔽盖同时用于支承晶体的重量，即使探测器单元阵列数量较多，遮蔽盖长度较长，也能保持极佳的抗弯刚性；具有可调节行程的压紧机构，无需使用装配工装即可保证探测器单元的装配位置和间隙，提高装配效率；由复合材料夹层板作为隔热板，有着极低的导热系数，隔热效果良好，结构简单可靠；可灵活拆装的框架式结构，易于电子信号处理系统的维护。

附图说明

图1为本实用新型所述的探测器模块剖面结构示意图；

图2为本实用新型所述的探测器盒结构爆炸示意图；

图3为本实用新型所述的可调限位块结构爆炸示意图；

图4为本实用新型所述的遮蔽盖板结构爆炸示意图；

图5为本实用新型所述的电子学盒结构爆炸示意图；

图6为本实用新型所述的安装基板结构爆炸示意图；

图7为本实用新型所述的探测器单元结构示意图；

图8为本实用新型所述的探测器模块结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体说明。

如图1~2所示，本实用新型提供一种基于SiPM的新型PET探测器模块，所述探测器模块包括探测器盒1，所述探测器盒1内部设有探测器单元阵列2，所述探测器单元阵列2包括若干探测器单元3，所述探测器盒1包括设于探测器单元阵列2顶部的顶盖4，所述探测器单元阵列2的侧面贴合设有遮光胶带5，所述探测器单元阵列2的左固定端9设有固定限位块6，所述探测器单元阵列2的右固定端9设有可调限位块7，所述探测器单元阵列2的底部设有遮蔽盖板10，所述固定限位块6和可调限位块7分别通过连接件与顶盖4和遮蔽盖板10连接；所述探测器盒1上方设有电子学盒12，所述探测器盒1和电子学盒12间设有隔热板14，所述探测器盒1和电子学盒12配合设置。

本实用新型中，探测器单元阵列2安装于探测器单元顶盖4，由探测器单元顶盖4侧面的两个限位边和限定探测器单元阵列2在切向的位移，所述探测器单元的电子信号线缆21可通过探测器单元顶盖4底面开设的8个延长槽直接穿过探测器单元顶盖4，所述探测器单元阵列2的侧面贴合设有遮光胶带5，所述探测器单元阵列2的左固定端9设有固定限位块6，所述探测器单元阵列2的右固定端9设有可调限位块7，以限定探测器单元阵列2在探测器环轴向的位移，所述探测器单元阵列2的底部设有遮蔽盖板10，所述固定限位块6和可调限位块7分别通过连接件与顶盖4和遮蔽盖板10连接，遮蔽盖板10面向探测器单元阵列2的一侧设置有聚氨酯橡胶垫11，用于保护探测器单元3并将探测器单元3压紧在探测器单元顶盖4上。

如图3所示，所述可调限位块7包括活动端8和固定端9，探测器单元阵列2的右固定端9、活动端8和固定端9顺次配合设置；所述活动端8朝向固定端9设有2条导向轴81，所述固定端9上设有2个与导向轴81相配合的导向孔91，导向孔91与导向轴81之间使用间隙配合，以实现活动端8相对固定端9的自由移动；所述固定端9上还设有1个装配孔92，所述装配孔92配合设有装配件93，所述装配孔92为螺纹孔24，所述装配件93为紧定螺钉，当紧定螺钉旋紧时，可推动活动端8向前运动，从而实现对探测器单元阵列2的压紧；所述活动端8和探测器单元阵列2间设有缓冲垫82，所述缓冲垫82为聚氨酯海绵垫，用于保护探测器单元阵列2并提供一定的预紧力。

如图4所示，所述遮蔽盖板10包括刚性芯材层27，所述刚性芯材层27的上表面和下表面贴合设有薄平板26，所述薄平板26为厚度1mm的碳纤维板，刚性芯材层27为厚度2mm，密度51 Kg/m³，具有完全闭孔结构的刚性PMI（聚甲基丙烯酰亚胺）泡沫材料。

如图5所示，本实用新型中，所述电子学盒12包括安装基板13，所述安装基板13设于隔热板14上，所述安装基板13上设有电子信号处理系统15，所述电子信号处理系统15一端的安装基板13上设置有风扇安装架16，所述电子信号处理系统15另一端的安装基板13上设置有波导窗安装架17，所述电子信号处理系统15上设有罩壳安装架18，所述电子学盒12还包括罩设于电子信号处理系统15外侧的“冂”形罩壳19，所述罩壳19与罩壳安装架18配合设置，所述罩壳19与风扇安装架16、波导窗安装架17及安装基板13通过连接件成封闭壳体；所述安装基板13上设有线孔20，所述线孔20与电子学盒12的电子信号线缆21配合设置。

本实用新型中，当罩壳19安装后，其两端内表面分别与所述器件安装架面向罩壳19的一面上的“冂”形环槽23搭界嵌合，形成一个密封结构以起到防尘作用。

本实用新型中，所述隔热板14包括刚性芯材层27，所述刚性芯材层27的上表面和下表面贴合设有隔热层132，所述隔热层132为厚度1mm，导热率0.21 W/m•K的PF（酚醛树脂）板，刚性芯材层27为厚度2mm，密度51 Kg/m³，具有完全闭孔结构的刚性PMI（聚甲基丙烯酰亚胺）泡沫材料。

如图6所示，所述安装基板13与所述隔热板14贴合的一面上设有内陷槽131，用于减小所述安装基板13与隔热板14的热接触面积；所述内陷槽131内安装有隔热层132，所述隔热层132为PMI泡沫，以进一步减弱隔热板14和安装基板13间的对流传热。

本实用新型中，所述安装基板13两端分别设有定位凸台133，所述风扇安装架16和波导窗安装架17的安装面下方分别设有与所述定位凸台133配合的凹槽22；所述定位凸台133两侧设有螺纹孔24，所述安装基板13两侧设有开口槽，所述电子信号线缆21可从开口槽穿过与电子信号处理系统15相连。

本实用新型中，所述风扇安装架16和波导窗安装架17朝向罩壳19的一侧上设有“冂”形环槽23，所述“冂”形环槽23与所述罩壳安装架18和罩壳19配合设置，所述“冂”形环槽23顶面设置有2个螺纹孔24，用于安装罩壳安装架18。

本实用新型中，所述风扇安装架16和波导窗安装架17背向罩壳19的一面上设有一内陷槽131，所述内陷槽131外廓尺寸与所述探测器模块所使用的器件外形相匹配，所述内陷槽131深度与所述器件厚度相匹配，所述器件可安装于所述内陷槽131内；所述背向罩壳19的一面下方设有2个沉头孔25，所述沉头孔25的尺寸与螺纹孔24相匹配。

本实用新型中，所述罩壳安装架18为一平板，所述平板两端设有若干沉头孔25，所述沉头孔25与所述风扇安装架16和波导窗安装架17配合设置。

如图7~8所示，所述探测器单元包括闪烁晶体31，所述闪烁晶体31上设有硅光电倍增管32，所述硅光电倍增管32上设有PCB载板33；所述探测器盒1的顶盖4设于PCB载板33上方。

本实用新型中，在探测器模块结构和方法安装探测器单元3时，先将限位块安装至顶盖4上，其次将探测器单元3依次安装至所述顶盖4上构成所述探测器单元阵列2，然后使用内六角扳手调节球头紧定螺钉使活动端8与探测器单元相接触并逐渐压紧，最后安装遮蔽盖板10并用螺钉将遮蔽盖板10固定于限位块上。

本实用新型中，在拆卸电子学盒12时，可以通过罩壳19上预留的4个圆形通孔，用内六角扳手直接卸下用于将罩壳19固定于波导窗安装架17和风扇安装架16的紧固螺钉，将罩壳19和罩壳安装架18作为一个整体取下，亦可用内六角扳手直接卸下用于固定波导窗安装架17和风扇安装架16至安装基板13的紧固螺钉，将波导窗安装架17、风扇安装架16、罩壳安装架18以及罩壳19作为一个整体取下。