复合探测装置的制作方法

本申请涉及辐射探测领域，特别涉及一种复合探测装置。

背景技术：

本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

辐射探测器可以广泛地应用于核医学、安检、天体物理学、放射自显影等领域。目前，在放射自显影领域，现有的辐射探测器主要包括以下几种类型：

(1)使用塑料闪烁体和电荷耦合器件(ccd)的辐射探测器，该辐射探测器主要使用β射线的放射性同位素核素(例如，¹⁴c、³⁵s、³²p等)等来作为放射性示踪剂，其空间分辨率可达到数十微米，但该辐射探测器的动态探测范围较小，灵敏度较低，无法对能量超过30kev的γ射线进行检测，其不适用于对具有较高能量的γ射线进行探测，并且成本较高。

(2)使用荧光磷屏技术的辐射探测器，该辐射探测器主要进行β射线和较低能量(例如，511kev以下)的γ射线探测，但该辐射探测器也不适用于对具有较高能量(例如，高于511kev)的γ射线进行探测。

技术实现要素：

本申请实施例的目的是提供一种复合探测装置，以实现同时对β射线和高能量(即，高于511kev的能量)的γ射线进行探测的目的。

为了实现上述目的，本申请实施例提供了一种复合探测装置，其包括：

探测单元，其包括依次设置的塑料闪烁体、无机闪烁晶体阵列和光电转换器阵列，所述塑料闪烁体用于接收从目标样品发出的放射性射线并产生对应的第一可见光信号，所述无机闪烁晶体阵列用于接收从所述目标样品发出的放射性射线并产生对应的第二可见光信号，所述光电转换器阵列用于将所述第一可见光信号和所述第二可见光信号分别转换为第一电信号和第二电信号，其中，所述塑料闪烁体与所述无机闪烁晶体阵列通过第一结构连接，所述无机闪烁晶体阵列与所述光电转换器阵列通过第二结构连接；

信号处理单元，其用于对所述光电转换器阵列产生的所述第一电信号和所述第二电信号进行处理以确定所述放射性射线的类型，所述放射性射线的类型包括β射线和γ射线；以及成像单元，其用于根据所述信号处理单元的信号处理结果对所述目标样品进行成像。

优选地，所述塑料闪烁体的厚度为0.01mm～5mm，其长度和宽度均为5mm～50mm。

优选地，当所述目标样品的厚度为20μm～100μm时，位于所述目标样品两侧的相对的两个所述塑料闪烁体之间的间距为1mm～10mm。

优选地，所述无机闪烁晶体阵列中相邻的两个无机闪烁晶体之间的间隙为0.05mm～0.9mm，并且每个所述无机闪烁晶体的厚度均为0.01mm～10mm。

优选地，所述无机闪烁晶体阵列中的与所述塑料闪烁体和所述光电转换器阵列接触的两个表面中的至少一个表面被抛光。

优选地，所述光电转换器阵列包括硅光电倍增器、光电倍增管、电荷耦合器件和/或雪崩光电二极管。

优选地，所述第一结构和所述第二结构均包括粘接结构或者承接结构与粘接结构的组合。

优选地，所述粘接结构由光学胶水、硅胶、ab胶和/或uv胶组成，所述承接结构包括光学光导、光学玻璃或光纤。

优选地，所述承接结构被部分切割或全切割，并且所述承接结构的切割缝隙的宽度均为0.1mm～0.5mm。

优选地，所述承接结构为单层结构或者为小于10层的多层结构，并且所述承接结构的总厚度为0.1mm～10mm。

优选地，所述探测单元还包括：信号复用电路，其用于对所述光电转换器阵列产生的所述第一电信号和所述第二电信号进行信号复用处理并将处理后的所述第一电信号和所述第二电信号发送给所述信号处理单元。

优选地，所述信号处理单元包括：

采样子单元，其用于根据预设电压阈值对所述第一电信号和所述第二电信号进行采样，以记录所述第一电信号和所述第二电信号的下降沿衰减时间；

确定子单元，其用于根据所述第一电信号和所述第二电信号的下降沿衰减时间来确定所述放射性射线的类型。

优选地，所述信号处理单元包括：

第一子单元，其用于将所述第一电信号分为第一路电信号a和第二路电信号a，将所述第二电信号分为第一路电信号b和第二路电信号b，并且对所述第一路电信号a和所述第一路电信号b的时间进行延迟处理，对所述第二路电信号a和所述第二路电信号b的幅度进行衰减处理；

第二子单元，其用于对比所述第一路电信号a的幅度与所述第二路电信号a的幅度并记录所述第一路电信号a的幅度与所述第二路电信号a的幅度相等时的第一时间点，以及对比所述第一路电信号b的幅度与所述第二路电信号b的幅度并记录所述第一路电信号b的幅度与所述第二路电信号b的幅度相等时的第二时间点；

第三子单元，其用于根据所述第一时间点和所述第二时间点来确定所述放射性射线的类型。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例通过利用塑料闪烁体和无机闪烁晶体阵列的组合来探测从目标样品发出的放射性射线，这可以实现同时对β射线和高能量(例如，高达1000kev)的γ射线进行探测的目的，从而扩大了其动态探测范围，也扩大了复合探测装置的应用范围，还提高了成像的空间分辨率。另外，通过利用信号处理单元来确定所探测到的放射性射线的类型，可以准确地确定出目标样品中所产生的衰变事件，从而可以更好地辅助医学研究。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种复合探测装置的结构示意图；

图2是探测单元的框架示意图；

图3是探测单元的结构示意图；

图4是探测单元的另一种结构示意图；

图5是利用mvt采样方法确定探测到放射性射线的对象的示意图；

图6是利用cfd方法确定探测到放射性射线的对象的示意图；

图7是目标样品为大鼠脑部组织时所获得的图像；

图8是传输单元的框架示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是用于解释说明本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，并不希望限制本申请的范围或权利要求书。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置在”另一个元件上，它可以直接设置在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当元件被称为“连接/耦合”至另一个元件，它可以是直接连接/耦合至另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“连接/耦合”可以包括电气和/或机械物理连接/耦合。本文所使用的术语“包括/包含”指特征、步骤或元件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、步骤或元件的存在或添加。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意的和所有的组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，而并不是旨在限制本申请。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的实施例中，目标样品可以是指注入有放射性化合物(即，其上标记有放射性核素的化合物)的组织切片、生物体整体切片和/或细胞涂片等，但不限于此。放射性射线可以是指中子射线、x射线、γ射线、β射线和/或α射线等。电信号可以是指电脉冲信号、连续电信号或离散电信号等。

下面结合附图对本申请实施例所提供的复合探测装置进行详细说明。

如图1-图3所示，本申请实施例提供了一种复合探测装置，其可以包括：

探测单元110，其可以用于探测从目标样品发出的放射性射线并产生对应的电信号，并且包括依次设置的塑料闪烁体111、无机闪烁晶体阵列112和光电转换器阵列113，其中，塑料闪烁体111和无机闪烁晶体阵列112通过第一结构114连接，无机闪烁晶体阵列112与光电转换器阵列113通过第二结构115连接；

信号处理单元120，其用于对探测单元110产生的电信号进行处理，并且根据电信号的下降沿衰减时间来确定探测单元110所探测到的放射性射线的类型；以及

成像单元130，其用于根据信号处理单元120的信号处理结果进行成像。具体地：

塑料闪烁体111可以用于接收从目标样品发出的放射性射线(例如，β射线)、产生对应的第一可见光信号并通过无机闪烁晶体阵列112将第一可见光信号发送给光电转换器阵列113，还可以将从目标样品发出的其它放射性射线传输给无机闪烁晶体阵列112。塑料闪烁体111可以由多个闪烁体单元组成，并且其可以是通过对聚苯乙烯进行加工而获得的，也可以是通过对聚乙烯基甲苯进行加工而获得的，但不限于于此。塑料闪烁体111的厚度可以为0.01mm～5mm，优选地，可以为0.25mm。相应地，塑料闪烁体111的长度和宽度可以均为5mm～50mm，优选地，可以为16mm、18mm或者25mm等。此外，当塑料闪烁体111的数量为多个时，位于目标样品两侧的相对的两个塑料闪烁体111在长度或厚度方向上的间距可以根据目标样品的厚度来确定。例如，当目标样品(例如，冰冻切片)的厚度为20μm～100μm时，相对的两个塑料闪烁体111之间的间距d可以为1mm～10mm，优选地为5mm，这有利于提高后续成像的空间分辨率。

无机闪烁晶体阵列112可以用于接收从目标样品发出的放射性射线(例如，γ射线)、产生对应的第二可见光信号，并且将其产生的第二可见光信号和塑料闪烁体111发送的第一可见光信号发送给光电转换器阵列113。无机闪烁晶体阵列112的数量可以是单个，也可以是多个。每个无机闪烁晶体阵列112均可以由单个无机闪烁晶体组成，也可以由多个具有相同尺寸或不同尺寸的无机闪烁晶体组成。无机闪烁晶体可以是连续的晶体块，也可以是部分切割或全部切割的晶体条。而且，在无机闪烁晶体阵列112中，相邻的两个无机闪烁晶体之间的间隙可以为0.05mm～0.2mm、0.05mm～0.10mm、0.05mm～0.5mm、0.5mm～0.9mm或者0.05～0.9mm，优选地，可以为0.05mm、0.1mm、0.15mm或者0.5mm等；每个无机闪烁晶体的厚度可以为0.01mm～10mm，并且无机闪烁晶体阵列112的总厚度可以小于400mm，其长度和宽度可以与塑料闪烁体111相同或不同。另外，无机闪烁晶体阵列112中的无机闪烁晶体可以包括硅酸钇(yso)晶体、硅酸钇镥(lyso)晶体、硅酸镥(lso)晶体、锗酸铋(bgo)晶体、氟化钡(baf2)晶体、溴化镧(labr3)晶体、铝酸钇(yap)晶体、铝酸镥(luap)晶体、碘化钠(nai)晶体、碘化铯(csi)晶体等中的一种或多种，但不限于此。

另外，无机闪烁晶体阵列112中的与塑料闪烁体111和光电转换器阵列113接触的两个表面中的至少一个表面可以被抛光，这可以提高传输第一可见光信号和第二可见光信号的数量，减少光损失，从而可以提高后续成像质量。

光电转换器阵列113可以用于将塑料闪烁体111产生的第一可见光信号和无机闪烁晶体阵列112产生的第二可见光信号分别转换为第一电信号和第二电信号，并将所产生的第一电信号和第二电信号发送给信号处理单元120。光电转换器阵列113可以包括一个或多个相同或不同的光电转换器，其中，每个光电转换器均可以对应一个或多个无机闪烁晶体。另外，光电转换器阵列113的总尺寸可以与无机闪烁晶体阵列112的尺寸相同，也可以不同。每个光电转换器的尺寸可以根据对应的无机闪烁晶体的尺寸来确定或者与无机闪烁晶体的尺寸相匹配，例如，当无机闪烁晶体阵列112包括40×40个无机闪烁晶体时，其总尺寸可以为16mm×16mm×3mm(长度×宽度×厚度)，5×5个无机闪烁晶体对应一个光电转换器，此时，光电转换器阵列113可以包括8×8个光电转换器，其总尺寸可以为16mm×16mm×1.5mm，单个光电转换器的尺寸可以为2mm×2mm×1.5mm。此外，光电转换器阵列113中所包括的光电转换器可以为硅光电倍增器(sipm)、光电倍增管(apd)(例如，位置敏感型光电倍增管(pspmt))、电荷耦合器件(ccd)或雪崩光电二极管(apd)(例如，位置敏感型雪崩光电二极管(psapd))中的一种或多种，但不限于此。

另外，光电转换器阵列113的数量可以与塑料闪烁体111和无机闪烁晶体阵列112的数量对应，其数量均可以是一个或多个。例如，图4示出了两个塑料闪烁体111、两个无机闪烁晶体阵列112和两个光电转换器阵列113，其构成了一对平板，其中，目标样品位于两个塑料闪烁体111之间。

第一结构114和第二结构115可以均包括粘接结构或者承接结构与粘接结构的组合，其中，粘接结构可以是由光学胶水、硅胶、ab胶和/或uv胶组成，承接结构可以是透光率大于90％的固态光导，例如，光学光导(例如，亚克力片)、光学玻璃或光纤等，也可以是透光率大于90％的导光板，但不限于此。承接结构通过粘接结构与塑料闪烁体111、无机闪烁晶体阵列112和光电转换器阵列113接触。而且，承接结构可以是部分切割(例如，半切割)，也可以是全切割的，具体切割方式可以根据实际需要来确定。另外，承接结构的切割缝隙可以与无机闪烁晶体阵列112最外侧的多个(例如，2-3个)无机闪烁晶体对应，其宽度可以为0.1mm～0.5mm、0.1mm～0.2mm、0.2mm～0.3mm、0.1mm～0.3mm、0.1mm～0.4mm、0.2mm～0.4mm、0.3mm～0.4mm、0.3mm～0.5mm或者0.4mm～0.5mm，优选地为0.2mm、0.3mm或者0.4mm。此外，承接结构可以为单层或多层结构，例如，其可以包括1～10层，每一层的厚度可以相同，也可以不同。承接结构的总厚度可以根据实际需要来进行设计，例如，可以约为0.1mm～10mm，优选地可以为1.5mm～2mm，但不限于此。另外，承接结构的剖面形状可以为长方形或梯形，也可以是其它形状。通过利用承接结构对塑料闪烁体111、无机闪烁晶体阵列112和光电转换器阵列113进行承接，这可以有效地探测从塑料闪烁体111的边缘区域发出的第一可见光信号和从无机闪烁晶体阵列112的边缘区域发出的第二可见光信号，从而可以提高探测结果的准确性。

在本申请的另一实施例中，探测单元110还可以包括信号复用电路116，其可以用于对光电转换器阵列113产生的第一电信号和第二电信号进行信号复用处理并将处理后的第一电信号和第二电信号发送给信号处理单元120。具体地，信号复用电路116可以包括以下电路中的至少一种：电阻网络复用电路、电容网络复用电路、传输线复用电路、十字交叉复用电路和射频线圈复用电路。其中，电阻网络复用电路主要是将从光电转换器阵列113输出的x×y(其中，x和y均为大于等于2的正整数)路电信号转换成x+y路电信号，然后可以通过利用现有技术中的anger-logic算法等以将x+y路电信号转换为4路角信号(x+、x-、y+和y-)和1路时间信号。例如，针对光电转换器阵列为8×8个sipm阵列的情况，通过利用电阻网络复用电路以及anger-logic算法可以使64路的电信号减少到5路，这可以大大减少后续的数据计算量。关于其它复用电路，可以参照现有技术中的相关描述，在此不再赘叙。通过利用信号复用电路116，可以减少后续的数据计算量，从而可以提高数据处理速度。

信号处理单元120可以利用多电压阈值采样方法、数字化的模数转换(adc)采样方法以及模拟的恒比定时确定(cfd)方法等方法来对光电转换器阵列113产生的第一电信号和第二电信号或者经过信号复用电路116复用后的第一电信号和第二电信号进行处理。例如，针对利用多电压阈值采样方法，信号处理单元120可以包括(图中未示出)：采样子单元，其可以用于根据预设电压阈值(例如，4个)对第一电信号和第二电信号进行采样，记录第一电信号和第二电信号的幅度达到预设电压阈值的时间以及第一电信号和第二电信号的下降沿衰减时间；确定子单元，其可以用于根据所记录的第一电信号和第二电信号的下降沿衰减时间来确定探测单元110所探测到的放射性射线的类型。例如，当第一电信号的下降沿衰减时间约为3ns～5ns时，则可以确定塑料闪烁体111探测到了β射线；当第二电信号的下降沿衰减时间约为40ns时，则可以确定无机闪烁晶体阵列112探测到了γ射线，如图5所示。信号处理单元120还可以包括计算子单元，其可以用于根据采样子单元所记录的电压幅度来计算第一电信号和第二电信号的能量信息，并且根据所得到的能量信息来计算探测到β射线的塑料闪烁体111中的闪烁体单元的位置和探测到γ射线的无机闪烁晶体阵列112中的无机闪烁晶体的位置。再例如，针对利用cfd方法，信号处理单元120可以包括：第一子单元，其可以用于将第一电信号和第二电信号分别分为两路电信号，即将第一电信号分为第一路电信号a和第二路电信号a并且将第二电信号分为第一路电信号b和第二路电信号b，并且可以用于对第一路电信号a和第一路电信号b的时间进行延迟处理，对第二路电信号a和第二路电信号b的幅度进行衰减处理(关于延迟处理和衰减处理的具体方式可以参照现有技术，在此不再赘叙)；第二子单元，其可以用于对比第一路电信号a的幅度与第二路电信号a的幅度并记录第一路电信号a的幅度与所述第二路电信号a的幅度相等时的第一时间点，以及对比第一路电信号b的幅度与第二路电信号b的幅度并记录第一路电信号b的幅度与第二路电信号b的幅度相等时的第二时间点，所述第一时间点和所述第二时间点可以称为过零时间点；第三子单元，其可以用于根据第一时间点和第二时间点来确定放射性射线的类型。具体地，如果第一电信号中的两路电信号到达第一时间点的时间为3～10ns，则可以确定塑料闪烁体111探测到了β射线；如果第二电信号中的两路电信号到达第二时间点的时间为30～50ns，则可以确定无机闪烁晶体阵列112探测到了γ射线，如图6所示，从而可以确定探测单元110探测到了β射线和γ射线。关于上述采样方法的原理可以参照现有技术，在此不再赘叙。

通过确定探测单元110所探测到的放射性射线的类型，可以确定出目标样品所产生的衰变事件，从而可以确定出放射性核素所在部位，这可以对放射性核素进行准确地定位，从而可以辅助对目标样品进行医学研究。

成像单元130可以根据信号处理单元120的信号处理结果对目标样品进行成像。例如，对于探测单元110仅包含一对塑料闪烁体、无机闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列的情况，成像单元130可以直接根据信号处理结果中的塑料闪烁体和无机闪烁晶体阵列的位置信息以及电信号的能量信息来对目标样品进行成像；对于探测单元110包含多对(例如，两对)塑料闪烁体、无机闪烁晶体阵列和光电转换器件阵列(如图3所示)的情况，成像单元130可以根据信号处理结果中的电信号的时间信息进一步做符合事件处理，确认出所产生的每一个符合事件，然后可以根据所得到的符合事件的信息，利用解析类算法(例如，滤波反投影(fbp)算法)对电信号进行图像重建，也可以利用迭代类算法(例如，有序子集期望最大化(osem)算法和最大后验概率(map))进行图像重建，但不限于此。当目标样品为大鼠脑部组织时，所得到的目标样品的图像可以如图7所示。另外，根据所得到的图像可以获知该复合探测装置的空间分辨率。例如，针对光电探测器阵列采用senslf30035系列的sipm阵列以及放射性示踪剂为18f-fdg的情况，其空间分辨率可以达到200μm。

另外，信号处理单元120和成像单元130可以独立设置，也可以集成于一体，例如，二者都可以集成设置在计算机中。

在本申请的另一实施例中，该复合探测装置还可以包括传输单元140，其可以集成于现场可编程门阵列(fpga)芯片上，如图8所示。传输单元140可以按照先进先出(fifo)机制通过媒体访问控制(mac)模块将信号处理单元120的信号处理结果和/或成像单元130获得的图像传输到外部装置(例如，上位机)。另外，传输单元140也可以响应于外部装置的请求而回复相应的数据，例如，电压阈值、光电探测器阵列112的供电电压等。此外，传输单元140也可以将其通过mac模块接收的信息存储于闪存(flash)中。

通过上述描述可以看出，本申请实施例通过利用包括能够探测β射线的塑料闪烁体和能够探测高能量的γ射线的无机闪烁晶体阵列的组合来探测从目标样品发出的放射性射线、利用信号处理单元确定出探测到的放射性射线是β射线还是γ射线、并且利用成像单元根据信号处理单元的信号处理结果对目标样品进行成像，从而可以得到目标样品的图像，这可以实现同时对β射线和高能量的γ射线进行探测的目的，从而扩大了其探测动态范围，也扩大了复合探测装置的应用范围。另外，该复合探测装置中的信号处理单元采用多电压阈值采样方法对电信号进行采样处理，这可以减少后续成像的时间(一般仅需要2～10分钟)，可以达到实时成像的效果，并且还可以提高图像的空间分辨率。

虽然本申请提供了如上述实施例或附图所述的复合探测装置，但基于常规或者无需创造性的劳动在本申请提供的复合探测装置中可以包括更多或者更少的部件。

上述实施例阐明的装置、单元、模块等，具体可以由芯片和/或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种部件分别描述。当然，在实施本申请时可以把各部件的功能在同一个或多个芯片和/或实体中实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

上述实施例是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和使用本申请而描述的。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本申请不限于上述实施例，本领域技术人员根据本申请的揭示，不脱离本申请范畴所做出的改进和修改都应该在本申请的保护范围之内。