探测装置和包括该探测装置的成像系统的制作方法

本实用新型涉及辐射探测应用领域，特别涉及一种探测装置和包括该探测装置的成像系统。

背景技术：

本部分的描述仅提供与本实用新型公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

核医学成像是一种现代医学影像技术，其通过向人体注入标记有能产生γ光子或正电子的放射性核素的示踪剂，并通过在人体外探测放射性核素所产生的射线来获知示踪剂在人体内的分布及变化信息，从而用于疾病的诊断和治疗。核医学成像是典型的分子影像手段，其能够反映人体内的生理、代谢、功能、分子信息，是当前主流医学影像手段之一。

核医学成像技术主要包括正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，简称PET)和单光子发射计算机断层成像(Single Photon Emission Computed Tomography，简称SPECT)这两种技术。其中，PET技术和SPECT技术分别主要是探测标记有发射正电子和单光子的放射性核素的药物在人体内的分布及变化信息。

现有技术中在利用PET装置或SPECT装置等装置来对人体进行探测以辅助疾病诊断时，通常是将放射性核素标记的药物注射到人体，然后利用装置内的探测器围绕人体，从不同角度采集人体内的药物所产生的光信号，将所采集的光信号转换为电信号并且对电信号进行图像重建，从而可以根据所得到的重建图像来确定出人体内的病变部位以及病变类型。例如，可以利用SPECT成像装置对婴儿进行99mTc-二乙基乙酰苯胺亚氨二醋酸(EHIDA)肝胆动态显像，从而可以检测出婴儿是否患有先天性胆道闭锁。

技术实现要素：

在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中的PET装置和SPECT装置至少存在如下问题：

(1)具有射线管、扫描架、大量探测器等器件，这导致其成本较高、体积较大、结构复杂，并且其移动性和可调性较差；

(2)在利用上述装置对人体进行检查时，无法24小时实时监测人体情况，并且无法按需求进行较长时间的时相显像；

(3)由于上述装置的封闭性而不适用于幽闭恐惧、多动症、端坐呼吸、无法平卧的患者等，从而影响了其适用范围；

(4)在采集所有的信号之后需要进行图像重建以得到人体内部的三维分布图像，这使得从上述装置得到具有参考价值的临床数据所需时间较长，无法实时做出诊断；

本实用新型的目的是提供一种探测装置和包括该探测装置的系统，以解决上述至少一个问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种探测装置，其包括：

固定结构；

探测器，其与所述固定结构可拆卸连接，并且通过所述固定结构固定于目标生物体中的目标区域所对应的表面，所述探测器包括闪烁晶体、光电转换器件以及用于耦合所述闪烁晶体和所述光电转换器件的耦合层，其中，所述闪烁晶体相对于所述耦合层和所述光电转换器件距离所述目标生物体更近；

处理器，其与所述光电转换器件连接以通过对所述光电转换器件输出的电信号进行处理来确定出所述目标区域的放射性活度。

优选地，所述闪烁晶体为由多个晶体构成的晶体阵列或整块连续晶体。

优选地，所述光电转换器件包括单光子雪崩二极管、光电倍增管和硅光电倍增器中的一种或多种。

优选地，所述耦合层由光学硅脂或光学玻璃组成。

优选地，所述固定结构包括敷贴和/或固定胶，其中，所述敷贴包覆所述探测器的外表面，并且所述敷贴上设有用于输出所述探测器产生的电信号的开口；所述固定胶粘接在所述闪烁晶体的底部上。

优选地，所述探测装置还包括：

准直器，其设置在所述闪烁晶体与所述固定结构之间，并且通过所述固定结构而固定于所述目标区域所对应的表面，所述准直器至少包覆所述闪烁晶体的两个侧面以及与其接收面相对的另一个表面。

优选地，所述准直器包括一个或多个准直层，每个准直层上设有一个或多个通孔，所述通孔的方向指向所述闪烁晶体的接收面，并且当所述准直器包括多个准直层时，至少有两个准直层之间是错位耦合的。

优选地，所述准直器的长度根据所述目标区域的位置来调节。

优选地，所述探测装置还包括：

第一包裹层，设置于所述闪烁晶体的周围，并且所述第一包裹层包括以下结构中的一种：由硫酸钡、锡纸以及遮光胶带组成的三层结构、由硫酸钡和锡纸组成的两层结构、由特氟龙组成的单层结构、由特氟龙和遮光胶带组成的两层结构、或者由特氟龙和锡纸组成的两层结构，其中，所述硫酸钡或所述特氟龙位于所述第一包裹层的最内层并且贴附于所述闪烁晶体的外表面，所述锡纸用于包裹所述硫酸钡或所述特氟龙，所述遮光胶带位于所述第一包裹层的最外层。

本实用新型还提供了一种成像系统，其包括：上述探测装置以及图像重建装置，所述图像重建装置以及图像重建装置，所述图像重建装置与所述探测器中的所述光电转换器件和/或所述处理器连接。

由本实用新型提供的上述技术方案可见，本实用新型通过利用固定结构将探测器固定于生物体中的目标区域所对应的表面，而不需要扫描架和射线管，并且探测器数量相比现有技术中的PET或SPECT装置明显减少，这可以实现减小体积、降低成本以及简化结构的目的，并且可以提高探测装置的移动性和可调性。而且，还可以提高探测装置的使用便利性，并且可以24小时实时监测生物体情况，按需求进行较长时间的时相显像，还可以适用于幽闭恐惧、多动症、端坐呼吸、无法平卧的患者，这提高了其适用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型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是本实用新型提供的一种探测装置的三维立体拆分结构的示意图；

图2是图1中的探测装置的剖视图；

图3示出了探测器在人体的皮肤表面的示意图；

图4示出了探测器在人体的体腔表面的示意图；

图5为动物实验模型的示意图；

图6示出了图5中的动物实验模型所对应的时间-放射性活度曲线；

图7为错位耦合的两个准直层的示意图；

图8是本实用新型提供的一种包括图1和图2中的探测装置的系统的结构示意图；

图9是本实用新型提供的一种利用图1和图2中的探测装置对生物体进行探测的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，并不希望限制本实用新型的范围或权利要求书。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

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“连接至”、“耦合至”或“接触”另一个元件，它可以是直接连接至、耦合至或接触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”和“接触”可以包括电气和/或机械物理连接、耦合和接触。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实用新型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实用新型。

另外，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的生物，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，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的实施例中，放射性射线可以是指X射线、γ射线、β射线和/或α射线等。目标生物体可以是指注射有放射性药物(其上标记有放射性核素)的生物体，例如，人或动物，也可以是其它需要检测的对象。目标区域可以是指生物体内部出现异常的器官(例如，心脏、肠道、胃部等)所在区域，也可以是目标生物体中需要检测的其它感兴趣区域。目标区域所对应的表面可以是指生物体的皮肤表面或体腔表面。电信号可以是指电脉冲信号、连续电信号或离散电信号等。

下面结合附图对本实用新型所提供的探测装置和包括该探测装置的成像系统进行详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种探测装置100，其可以包括：

探测器110，用于探测从目标生物体发出的放射性射线并响应于放射性射线而产生对应的电信号；

固定结构120，用于将探测器110固定于目标生物体中的目标区域所对应的表面；

处理器130，用于对探测器110产生的电信号进行处理，以确定出目标区域的放射性活度。

在具体实施例中，探测器110可以包括从下到上依次设置的闪烁晶体111、耦合层112以及光电转换器件113。闪烁晶体111可以用于接收入射的放射性射线并在发生光电效应、康普顿效应、瑞利散射和/或电子对效应等效应后而产生对应的光信号(例如，可见光光子)。闪烁晶体111可以包括硅酸钇镥(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)晶体等无机闪烁晶体中的一种或多种。闪烁晶体111可以是完全切割或不完全切割的多个晶体构成的晶体整列，也可以是整块连续晶体。闪烁晶体111的轴向可以与目标区域所对应的表面垂直，并且在探测时其可以与所述表面接触。耦合层112可以用于耦合闪烁晶体111和光电转换器件113，以实现将闪烁晶体111和光电转换器件113联接在一起。耦合层112可以是由硅油稠化而成的膏状物(例如，光学硅脂)组成的，也可以是由光学玻璃组成，还可以是其它光导结构。光电转换器件113可以用于将闪烁晶体111产生的光信号转换为电信号，其可以是单光子雪崩二极管、光电倍增管和硅光电倍增器等中的一种或多种，也可以是其它的具有光电倍增效应的器件。

需要说明的是，虽然附图中仅示出了一个探测器110，但实际上该探测装置可以包括多个探测器110，本文对探测器110的数量并没有限制。

在具体实施例中，在实际操作中确定出目标生物体中的目标区域之后，固定结构120可以用于将探测器110固定在目标生物体中的目标区域所对应的表面(例如，皮肤表面或体腔表面)处，如图3和图4所示。固定结构120可以与探测器110可拆卸连接，并且可以是不影响放射性射线穿透并且具有固定作用的任何结构，例如可以是敷贴121，但不限于此。敷贴121可以包覆探测器110的外表面(具体地，可以是指光电转换器件113的外表面)，并且其四周或部分区域与目标区域所对应的表面或所述表面的外围直接贴合，从而可以保证将探测器110固定在目标生物体中的目标区域所对应的表面。另外，敷贴121上可以设有供探测器110(具体地，光电转换器件113)输出电信号的开口，以向外传输探测器110所产生的电信号。

此外，固定结构120还可以包括固定胶(例如，胶水)122，其可以粘接在探测器110的底部(具体地，可以是指闪烁晶体111的底部，即与光电转换器件113相对的一侧)上，其也可以将探测器110固定在目标生物体中的目标区域所对应的表面，还可以用于填充闪烁晶体111与目标生物体的皮肤表面之间的空隙。在固定结构120包括敷贴121和固定胶122时，可以使得探测器110的固定效果更好。

在具体实施例中，处理器130可以与探测器110中的光电转换器件113连接，从而可以对光电转换器件113输出的电信号进行处理。具体地，处理器130可以记录单位时间内光电转换器件113输出的电信号的数量，从而可以根据以下公式(1)来确定目标生物体中的目标区域的放射性活度：

Ci＝k*Counts(1)

其中，Ci表示放射性活度；Counts表示单位时间内的电信号数量；k为固定的参数值。

而且，可以以时间为横坐标、电信号数量为纵坐标，绘制时间-放射性活度曲线，如图6所示，图6示出的是图5中的动物实验模型所对应的时间-放射性活度曲线。根据所确定的放射性活度或者所绘制的时间-放射性活度曲线，便可以确定出目标区域的代谢规律，从而可以判断目标区域是否病变。通过根据不同位置的探测器的电信号来确定的放射性活度，可以综合判断出病变位置和/或疾病类型等。例如，对于目标区域为人体肠道的情形，正常情况下约15min内放射性活度开始出现，1小时内放射性活度达到峰值并进入整体下降阶段。如果处理器130处理后所得到的时间-放射性活度曲线显示出1小时内放射性活度未达到峰值，则说明该病人可能患有胆道梗阻，并且可以根据放射性活度达到峰值的时间来确定胆道梗阻程度。再例如，对于目标区域为人体心脏的情形，如果处理器130处理后所得到的时间-放射性活度曲线显示出预设时间内放射性活度未达到峰值甚至放射性缺失，则说明该病人可能患有心肌梗死，并且可以根据放射性活度达到峰值的时间来确定梗死严重程度。

在本实用新型的另一实施例中，在记录光电转换器件113输出的电信号的数量之前，处理器130还可以对电信号进行放大、积分、模数转换等处理，以将电信号转换为数字信号，从而便于后续数据处理。

需要说明的是，处理器130可以是计算机中的处理器，也可以是整个计算机，还可以其它计算设备。

在本实用新型的另一实施例中，该探测装置100还可以包括与探测器110匹配设置的准直器140，其可以用于将从目标生物体发出的放射性射线进行准直，并使准直后的放射性射线进入探测器110，这可以保证探测器110接收的放射性射线来自于其所对的直线位置，从而可以避免目标生物体周围及体内其它信号带来的干扰，这可以提高后续探测结果的针对性，进而可以提高后续诊断结果的准确性。

准直器140可以设置在探测器110与固体结构120之间，具体地可以设置在闪烁晶体111与敷贴121之间，并且优选地，其可以垂直于所述目标区域所对应的表面。而且，准直器140可以通过固定结构120而与探测器110一起固定于目标生物体中的目标区域所对应的表面。准直器140与探测器110之间可以是固定的，也可以相对移动。而且，准直器140可以至少包覆闪烁晶体111的两个侧面以及与接收面(即，接收到光子的表面，例如，底面)相对的另一个表面，并且还可以包覆耦合层112以及光电转换晶体113。另外，在固定结构120不包括固定胶122时，探测器110中的闪烁晶体111可以在准直器140的底端处与目标区域所对应的表面直接接触；在固定结构120包括固定胶122时，探测器110中的闪烁晶体111可以通过固定胶122而在准直器140的底端处与目标区域所对应的表面间接接触。

在固定结构包括敷贴121时，准直器140的顶端上可以设有与敷贴121上的开口对应的开口，通过该开口，可以向外输出探测器110所产生的电信号。

准直器140可以包括一个或多个准直层，每个准直层上设有一个或多个通孔，每个通孔的方向指向探测器110中的闪烁晶体111，并且通孔可以是圆形、三角形、多边形等形状。另外，当所述准直层为多个时，其中至少有两个准直层之间是错位耦合的，并且准直层的位置是可调整的，从而可以提高准直器140的性能并且可以满足不同的应用需求。所述错位耦合可以是指两个准直层在串联耦合时两者的通孔的中心线不重合，如图7所示。

准直器140可以由钨钢或包裹后的铅等防辐射材料组成。通过准直器140，可以避免目标生物体周围其它射线的干扰，从而可以进一步提高后续探测结果的准确性，进而有利于对生物体的疾病诊断。

另外，准直器140的长度可以根据目标区域的位置来进行调节，从而可以灵活使用。例如，如果所述目标区域为部分心肌，则准直器140的长度较长，以屏蔽目标生物体周围及体内其他所有信号；如果所述目标区域为整个肠道，则准直器140的长度可以明显小于目标区域为部分心肌时的长度，以提高患者的体验效果。

需要说明的是，虽然图中仅示出了准直器140位于探测器110与敷贴121之间，但实际上准直器140也可以位于探测器110与固体胶122之间。

在另一实施例中，该探测装置100还可以包括第一包裹层150，其可以设置于闪烁晶体111的周围，以反射闪烁晶体111内部产生的可见光光子，保护闪烁晶体111不受外界可见光信号的影响，并且可以与固定胶122粘接以实现对闪烁晶体111的固定。第一包裹层150可以是单层或多层结构，以提高对闪烁晶体111的保护效果。例如，包裹层150可以是由硫酸钡、锡纸以及遮光胶带等组成的三层结构、由硫酸钡和锡纸等组成的两层结构、由特氟龙组成的单层结构、由特氟龙和遮光胶带等组成的两层结构、或者由特氟龙和锡纸等组成的两层结构，其中，硫酸钡和特氟龙可以位于第一包裹层150的最内层，并且贴附于闪烁晶体111的外表面；锡纸可以位于第一包裹层150的中间层，并且可以用于包裹硫酸钡和特氟龙；遮光胶带可以位于第一包裹层150的最外层。

在另一实施例中，该探测装置100还可以包括传输结构160，其与探测器110和处理器130连接，其可以用于将探测器110中的光电转换器件113所产生的电信号传输给处理器130。所述传输结构可以包括有线传输模块和/或无线传输模块，其中，有线传输模块可以是数据传输线或电缆等，所述无线传输模块可以通过无线路由、WiFi协议、紫蜂(Zigbee)协议等方式将电信号传输至处理器130以进行后续处理。通过传输结构160，可以灵活地传输探测器110所产生的电信号，从而可以满足不同的应用需求。

在另一实施例中，该探测装置100还可以包括存储器(图中未示出)，其可以与处理器130连接，以存储处理器130所得到的数据处理结果，并且其还可以与探测器110中的光电转换器件113连接，以存储光电转换器件113所产生的电信号。

在另一实施例中，该探测装置100还可以包括第二包裹层(图中未示出)，其可以用于将探测器110和准直器140等结构包裹在其中，以便于将其固定于体腔表面。所述第二包裹层可以由不影响放射性射线穿透并且可以置于生物体内的材料组成。

通过以上描述可以看出，本实用新型提供的探测装置通过利用固定结构将探测器固定于生物体中的目标区域所对应的表面，而不需要扫描架和射线管，并且探测器数量相比现有技术中的PET或SPECT装置明显减少，这可以实现减小体积、降低成本以及简化结构的目的，并且可以提高探测装置的移动性和可调性。而且，由于探测器固定于生物体上，而不需要扫描架，所以可以随时随地对生物体进行监测，这可以提高探测装置的使用便利性，并且可以24小时实时监测生物体情况，按需求进行较长时间的时相显像，还可以适用于幽闭恐惧、多动症、无法平卧的患者，这提高了其适用范围。另外，在探测器产生电信号之后，可快速记录单位时间内的电信号的数量以确定出目标区域的放射性活度，而不需要进行后续图像重建，这可以减少功耗并且提高数据处理速度。

本实用新型还提供了一种包括上述实施例中描述的探测装置100的成像系统，如图8所示。该成像系统还可以包括图像重建装置200，图像重建装置200可以与探测器110中的光电转换器件113和/或处理器130连接，并且可以用于对根据探测器110所产生的电信号进行图像重建以得到目标生物体内的目标区域的分布图像。根据该分布图像，可以更有利于确定出生物体的代谢规律以便于后续科学研究，也可以有利于医生直观地诊断出生物体内的病变部位及其类型，从而可以对症治疗。

需要说明的是，图像重建装置200可以与处理器130集成于一体或者独立设置。

另外，在另一实施例中，该成像系统也还可以包括辅助装置(图中未示出)，其可以与探测装置100一起配合使用。针对不同的生物体、同一生物体的不同部位以及生物体的当前状况，可以选择使用探测装置110和/或辅助装置，从而可以更进一步保证后续分析或诊断结果的准确性。该辅助装置可以是现有技术中的γ照相机、平板PET、平板SPECT、PET整机或SPECT整机。

本申请实施例还提供了一种利用上述探测装置对生物体进行探测的方法，如图9所示，该方法可以包括以下步骤：

步骤S1：利用固定结构将探测器固定在目标生物体中的目标区域所对应的表面。

在预先确定出目标生物体中的目标区域之后，可以利用固定结构将探测器固定在目标生物体中的目标区域所对应的皮肤表面或体腔表面。

步骤S2：利用探测器探测从目标生物体发出的放射性射线并产生对应的电信号。

在将探测器固定于目标生物体之后，可以利用探测器来探测从目标生物体发出的放射性射线。在探测到放射性射线之后，探测器会产生对应的电信号。

步骤S3：利用处理器对探测器所产生的电信号进行处理以确定出目标区域的放射性活度。

在探测器产生电信号之后，可以利用处理器记录单位时间内探测器所产生的电信号的数量，然后根据上述公式(1)来计算目标区域的放射性活度。而且，可以以时间为横坐标、电信号数量为纵坐标，绘制时间-放射性活度曲线。根据所确定的放射性活度或者所绘制的时间-放射性活度曲线，便可以确定出生物体的代谢规律、病变部位和/或疾病类型等。

在另一实施例中，在步骤S1之前，该方法还可以包括：

步骤S0：利用探测器和处理器确定目标生物体中的目标区域；

在对注射有放射性药物的目标生物体进行探测时，可以根据医生对目标生物体的初步诊断结果或者之前统计的经验数据来初步确定目标生物体中的待探测区域，然后根据待探测区域并利用探测器和处理器来确定目标区域。具体地，

将探测器置于待探测区域所对应的皮肤表面或体腔表面，然后利用探测器探测从生物体内发出的放射性射线并产生对应的电信号并且在待探测区域附近左右移动探测器，利用处理器对探测器所产生的电信号进行处理，以确定出放射性活度最大时所对应的位置，从而将该位置确定为目标区域。

所述探测器的移动可以由人或控制器来控制。所述目标区域可以是指生物体内部出现异常的器官(例如，心脏、肠道、胃部等)所在区域，也可以是目标生物体中需要检测的其它区域。

在另一实施例中，在步骤S0或S2之前，该方法还可以包括：

步骤S4：利用准直器对从目标生物体发出的放射性射线进行准直，并使准直后的放射性射线进入探测器。

在利用探测器探测目标生物体的放射性射线之前，可以利用准直器来对放射性射线进行准直，然后利用探测器探测准直后的放射性射线，以避免目标生物体周围及其体内其它信号带来的干扰。

关于上述步骤S0-S4的详细描述，可以参照上述对探测装置的描述，在此不再赘叙。

通过上述描述可以看出，本实用新型通过利用固定结构将探测器固定于目标生物体中的目标区域所对应的表面，并且利用探测器探测从目标生物体发出的射线以及利用处理器记录探测器所产生的电信号的数量以确定出目标区域的放射性活度，而不需要进行图像重建，这可以减少功耗并且提高数据处理速度。

上述实施例阐明的系统、装置、单元、模块等，具体可以由计算机芯片和/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器件分别描述。当然，在实施本实用新型时可以把各器件的功能在同一个或多个计算机芯片和/或实体中实现。

虽然本申请提供了如上述实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本实用新型提供的执行顺序。

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实用新型而描述的。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，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。