能够测量相互作用深度的辐射检测器的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请是于2018年2月6日提交的、申请序列号为15/889,453的美国专利申请的pct，所述美国专利申请的内容通过引用被并入。

本公开内容一般地涉及医学成像，并且更具体地涉及用于医学成像扫描仪的辐射检测器。

背景技术：

正电子发射断层扫描（pet）是用于使用从患者所摄入的或被注入到患者体中的放射性药物所发出的伽玛光子来对新陈代谢过程进行成像的核医学的模态。在多个方向上取得多个pet图像，以生成/重构3维pet图像和/或pet图像的多个切片。在图像重构之前，原始pet数据在投影/正弦图空间中。pet扫描一般提供与身体组织和系统、诸如心血管系统、呼吸系统和/或其它系统的功能状况相关的有用信息。pet扫描对于指示软组织肿瘤的存在或去往身体的某些器官或区域的减小的血流而言是有用的。

具有圆柱形几何结构的pet扫描仪可以具有在径向空间分辨率方面的减小，所述径向空间分辨率随着自扫描仪的视场（fov）的中心的增大的距离而增大。所述损失是由于视差效应所致，所述视差效应进而是由于在确定正电子-电子湮灭事件（“伽玛事件”）关于接合在相互作用中所涉及的闪烁体的响应线（lor）的定位中的不确定性所致。当源相对远离中央轴的时候，在光子对的真实飞行线（lor）与所估计的lor之间的定位方面的差异可能很大。因而，相互作用的深度（doi）测量方面的改善是合期望的。

存在用于获得doi信息的若干方法。许多途径基于pet检测器块的“堆叠几何结构”。提供闪烁体阵列的两个或更多层。来自正电子-电子湮灭事件的伽玛射线被闪烁体之一吸收，并且引起光子的发射。可以通过确定伽玛射线实际被吸收在闪烁体的哪个层中来获得doi信息。

技术实现要素：

在一些实施例中，一种辐射检测器包括：具有第一峰值波长的第一闪烁体，以及被定位在所述第一闪烁体上的第二闪烁体。所述第二闪烁体具有与第一峰值波长不同的第二峰值波长。提供多个光子检测器。所述第一闪烁体被定位在所述多个光子检测器中的每一个之上并且接触所述多个光子检测器中的每一个。所述多个光子检测器包括第一检测器和第二检测器。所述第二检测器在掺杂剖面、pn结深度、或前方相对于背侧的照明几何结构方面不同于第一检测器。与第二峰值波长相比，第一检测器对于第一峰值波长更灵敏。与第一检测器相比，第二检测器对于第二峰值波长更灵敏。

在一些实施例中，正电子发射断层扫描（pet）系统包括pet扫描仪。pet扫描仪具有第一闪烁体和第二闪烁体，所述第一闪烁体具有第一峰值波长，所述第二闪烁体被定位在所述第一闪烁体上。所述第二闪烁体具有与第一峰值波长不同的第二峰值波长。提供多个光子检测器。所述第一闪烁体被定位在所述多个光子检测器中的每一个之上并且接触所述多个光子检测器中的每一个。所述多个光子检测器包括第一检测器和第二检测器。所述第二检测器在掺杂剖面、pn结深度、或前方相对于背侧的照明几何结构方面不同于第一检测器。与第二峰值波长相比，第一检测器对于第一峰值波长更灵敏。与第一检测器相比，第二检测器对于第二峰值波长更灵敏。处理器被配置成确定在第一闪烁体或第二闪烁体中的哪一个中发射光子。处理器被配置成收集并且存储从所述pet扫描仪所接收的三维扫描数据。

在一些实施例中，一种用于测量正电子发射断层扫描数据的方法包括：向主体施予示踪物；使用第一和第二堆叠的闪烁体来检测通过示踪物的衰退所发射的辐射。第一闪烁体在硅光电倍增器（sipm）的阵列上方并且接触所述硅光电倍增器（sipm）的阵列。第二闪烁体在第一闪烁体上。所述阵列具有多个第一sipm以及多个第二sipm，所述第一sipm具有第一峰值波长，所述第二sipm具有与第一峰值波长不同的第二峰值波长。所述第二检测器在掺杂剖面、pn结深度、或前方相对于背侧的照明几何结构方面不同于第一检测器。检测包括：确定响应于检测的第一sipm或第二sipm中的哪一个输出更多能量；以及基于第一sipm或第二sipm中的哪一个输出更多能量而标识辐射的相互作用深度。

附图说明

图1是示例性正电子发射断层扫描（pet）系统的示意图。

图2是来自图1的pet扫描仪的pet块检测器的横截面视图。

图3是图2的光子检测器阵列沿着截面线3-3取得的平面视图。

图4-10示出了图3的光子检测器阵列的变型。

图11示出了包括第三闪烁体的用于图1的pet扫描仪的可替换辐射检测器的横截面视图。

图12a是包括经移位的晶体第三闪烁体的用于图1的pet扫描仪的另一可替换辐射检测器的横截面视图。

图12b是用于图1的pet扫描仪的辐射检测器的横截面视图，其中两个闪烁体具有相同的闪烁材料。

图12c是用于图1的pet扫描仪的辐射检测器的横截面视图，其中sipm具有不同的前方相对于背侧的照明几何结构。

图12d是图12c的放大的细节。

图13是示出了两个sipm对于红光和蓝光的光谱响应的图解。

图14是用于确定针对伽玛事件的相互作用深度的方法的流程图。

具体实施方式

意图示例性实施例的该描述结合附图来被阅读，所述附图将被视为整个所撰写描述的部分。在描述中，诸如“下部”、“上部”、“水平”、“垂直”、“以上”、“以下”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”之类的相对术语以及其派生词（例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等等）应当被解释为指代如所描述的那时或如在讨论中在附图中示出的定向。这些相对术语是为了描述的便利并且不要求以特定的定向来构造或操作装置。涉及附件、耦合等等的术语、诸如“连接的”和“互连的”指代一种关系，其中，结构直接地或间接地通过居间结构、以及可移动或刚性附件或关系二者被紧固或附接到彼此，除非另有明确地描述。

辐射检测器（例如叠层（phoswich）检测器或正电子发射断层扫描（pet）块检测器）可以测量针对每个粒子或伽玛事件的相互作用深度（doi）信息。该附加的doi信息允许更准确地确定针对每个伽玛事件的相应的响应线（lor）正弦图定位。进而，可实现的空间分辨率改善，并且可以解析更精细的结构，其可以对所重构的图像的诊断价值有积极影响。

根据本公开内容的一个方面，一种正电子发射断层扫描（pet）扫描仪包括能够测量相互作用深度（doi）的pet块检测器。所述pet块检测器包括两个或更多闪烁体，其一个在另一个上方地被堆叠，并且相应地具有不同峰值波长和/或发射光谱特性。底部闪烁体被直接定位在诸如硅光电倍增器（sipm）的叠层检测器的二维（2d）阵列上，其中在所述sipm与底部闪烁体之间没有颜色过滤器。2d阵列可以具有相等数目的两种类型的sipm，每个类型具有与另一个不同的光谱响应特性，因此由每个单独类型的所有sipm所收集的总能量的比较指示伽玛事件发生在哪个闪烁体中。由于在sipm与闪烁体之间不存在颜色过滤器，所以避免了由闪烁体发射的光线的衰减，避免了波长移位（以及对应的定时移位），并且减少了正弦图数据的模糊化。

在一些实施例中，辐射检测器包括多个闪烁体。闪烁体中的第一个被定位在所述多个光子检测器中的每一个之上并且接触所述多个光子检测器中的每一个。每个光子检测器能够检测光子在其上的撞击。所述多个光子检测器包括第一检测器和第二检测器。与第二发射光谱相比，第一检测器对于第一发射光谱中的光的分布更灵敏。与第一发射光谱中的光的分布相比，第二检测器对于第二发射光谱中的光的分布更灵敏。与第二峰值波长相比，第一检测器对于第一峰值波长更灵敏。与第一检测器相比，第二检测器对于第二峰值波长更灵敏。在一些实施例中，与第一峰值波长相比，第二检测器对于第二峰值波长更灵敏。

闪烁体的所述两个或更多层可以由具有两个不同的峰值发射波长的两个不同的闪烁体材料制成。在一些实施例中，在闪烁体之间没有反射器。在其它实施例中，闪烁体层具有仅仅覆盖闪烁体的长度（在z方向上）的部分的反射器，使得跨整个检测器块（在x方向和/或y方向上）而共享光。

图1示出了正电子发射断层扫描（pet）系统1的示意图。系统1包括：断层扫描装置2，检查台3，所述检查台3用于可以通过断层扫描装置的开口5而在检查台3上移动的患者4，控制设备6，处理器7和驱动单元8。控制设备6激活断层扫描装置2，并且从断层扫描装置2接收由断层扫描装置2拾取的信号。借助于断层扫描装置2，可以收集正电子发射正弦图数据。还被布置在断层扫描装置2中的是pet检测器块9a、9b（共同被称为9）的环，其用于获取通过pet检测器块9a、9b中的电子和正电子的湮灭所产生的光子。尽管为了易于查看在图1中示出了仅2个检测器块9a、9b，但是断层扫描装置2可以具有围绕断层扫描装置2的周界所布置的许多检测器块9。控制设备6此外可操作以从检测器块9a、9b接收信号，并且能够评估这些信号以用于创建正电子发射断层扫描图像。控制设备6此外激活驱动单元8以便通过断层扫描装置2的开口5、连同患者4一起在方向z上移动检查台3。控制设备6和处理器7可以例如包括计算机系统，所述计算机系统具有屏幕、键盘以及在其上存储电子可读控制信息的数据介质12，所述计算机系统被具体化使得当数据介质12被使用在处理器7和控制设备6中的时候所述计算机系统实施下述方法。

图2是对于伽玛辐射或其它辐射（例如x-射线、阿尔法（alpha）粒子、贝塔（beta）粒子）灵敏的辐射检测器9的横截面图解。pet检测器块9，其表示pet检测器块9a和9b（图1）。检测器块9包括两个或更多层（例如晶体层）92和94。第一闪烁体层92可以具有第一闪烁材料的一个或多个闪烁体91，所述第一闪烁材料具有第一峰值波长和第一发射光谱。第二闪烁体层94被定位在第一闪烁体层92上。第二闪烁体层94具有多个第二闪烁材料的层（例如晶体）93。第二闪烁体具有与第一峰值波长和发射光谱不同的第二峰值波长和第二发射光谱。闪烁体层92可以具有许多晶体91，并且闪烁体层94可以具有许多晶体93。例如，图2示出了一种布置，其具有晶体91的5x5阵列，以及晶体93的5x5阵列。闪烁体层92、94中的晶体91、93的数目可以变化（例如3x3、4x4、4x8等等）。第一闪烁体层92和第二闪烁体层94可以具有与彼此相同数目的晶体。

在一些实施例中，在每个闪烁体层92、94内的晶体91、93之间没有反射器。在其它实施例中，闪烁体层92、94可以包括反射器（未被示出），所述反射器（未被示出）覆盖每个闪烁体的长度的仅部分，使得跨整个闪烁体层而共享光。在其它实施例（未被示出）中，每个闪烁体层92、94包括单个单片晶体（未被示出）。

所述第一和第二闪烁体材料具有与彼此不同的发射特性光谱。所述第一和第二闪烁体材料具有与彼此不同的发射峰值波长，如以下关于图13所讨论的。在一些实施例中，所述第一和第二闪烁体材料发射与彼此不同颜色的光。

再次参考图2，在一些实施例中，第一闪烁体层92包括硅酸钇镥lu2(1-x)y2xsio5（lyso），并且在吸收高能量光子时发射蓝光。第二闪烁体层94可以相对于第一闪烁体层92而绿移。例如，在一些实施例中，第二闪烁体94包括gd3al2ga3o12、(gagg)、bgo或石榴石结构，并且在吸收高能量光子时发射绿光。在其它实施例中，闪烁体层92、94可以包括其它闪烁材料。在一些实施例中，闪烁体层92的第一闪烁材料是nai(ti)，并且闪烁体层94的第二闪烁材料是bgo。在其它实施例中，闪烁体层92的第一闪烁材料是lso，并且闪烁体层94的第二闪烁材料是luyap。这些仅仅是示例，并且不是排他性的。

直接在第一闪烁体层92下面的是光子检测器（诸如sipm202和204）的两个群组的阵列200，所述两个群组相应地被标注为b和g。第一闪烁体层被定位在所述多个光子检测器202、204中的每一个之上并且接触所述多个光子检测器202、204中的每一个。每个光子检测器202、204能够检测单个光子在其上的撞击。所述多个光子检测器包括第一检测器202和第二检测器204，所述第一检测器202对于第一峰值波长和第一发射光谱的光子灵敏，所述第二检测器204对于第二峰值波长和第二发射光谱的光子灵敏。

第一检测器（sipm）202和第二检测器（sipm）204被布置在二维（2d）阵列200中，以用于测量每个撞击光子的2d坐标。sipm202、204可以被布置在棋盘图案中，所述棋盘图案在每个方向上具有交替的颜色，例如，如图3中所示。sipm202、204不包括颜色过滤器，并且在sipm202、204与第一闪烁体层92之间不存在颜色过滤器。该配置避免衰减（其由于通过颜色过滤器的光吸收所致），并且减少撞击在检测器阵列200上的光的模糊化。

在图2和图3的示例中，与在阵列200中存在sipm202、204相比，闪烁体层92、94每层具有更多的晶体91、93。pet检测器块9具有在闪烁体层92、94中的晶体91、93的5x5阵列，以及sipm202、204的4x4阵列200。这是仅一个示例，并且不是限制性的。例如，每个闪烁体层92、94中的晶体91、93的数目可以等于或大于阵列200中的sipm202、204的数目。

可以通过使用基于半导体的光电传感器的固有性质（例如掺杂剖面、pn结深度、或前方相对于背侧的照明几何结构）来实现两种sipm202、204的光谱灵敏性中的差异。例如，第一检测器和第二检测器可以具有不同的掺杂剖面（例如具有不同的倍增区深度或掺杂浓度）或其它微单元特征。

掺杂剖面确定半导体器件中的电场的形状，所述半导体器件诸如在sipm中使用的雪崩光电二极管（apd）。在pn结处，存在强电场，其提供电荷载流子的倍增（雪崩效应）。倍增或雪崩区与具有较低电场的“漂移区”（p掺杂的）相邻。如果光子在漂移区中被吸收，则电子可以漂移到倍增区，在该处它倍增。如果光子在倍增（雪崩）区中被吸收，则它也可以倍增。因此，当入射光子在漂移或倍增区中被吸收的时候，sipm产生可测量的信号。

硅中的光子的吸收长度是波长相关的。如果pn结（以及因此的倍增和漂移区）在硅中更深，则红光将具有被测量的较高概率，因为红色光子可以更深地渗透硅，并且蓝色光子在抵达pn结之前已经被吸收。如果pn结更靠近于表面，则sipm将更蓝敏，因为蓝光在更靠近于表面处被吸收，并且红色光子中的大部分将通过pn结和漂移区而不被吸收。

例如，图13是第一sipm对于蓝光的光谱响应1302以及第二sipm对于红光的光谱响应1304的图解。尽管第一sipm和第二sipm具有不同的峰值，但是存在波长的重叠范围1306，其中第一sipm和第二sipm二者输出非零值。作为结果，sipm可以被优化以用于检测蓝光，并且具有对于红光和绿光的更小的但是非零的响应。

如在图13中定性地被示出的发射光谱中的差异可以通过不同的pn结深度或不同的掺杂剖面（即作为深度的函数的掺杂剂浓度的剖面针对每种类型的sipm是不同的）来被实现。

类似地，可以利用不同的pn结深度来实现更绿敏的apd。sipm可以被优化以用于检测绿光，并且具有对于红光和蓝光的更小的但是非零的响应。因而，具有不同光谱响应的apd可以通过使用在半导体（例如硅）衬底的表面下方的不同pn结深度来被提供。具有与彼此不同的光谱响应的sipm202和204可以通过如下来被产生：在sipm202和204中包括具有相应不同的掺杂剖面、pn结深度、或前方相对于背侧的照明几何结构的apd。

尽管以上描述了示例性的光子检测器202、204，但是能够检测低强度、低能量辐射的任何“叠层”检测器可以被使用。此处，术语“叠层（phoswich）”指代能够执行该检测功能的检测器，并且不被限制到磷光体夹心类型的叠层器件。辐射检测器9可以包括其它叠层检测器，如针对应用而言适当的，包括但不限于对于国土安全的在spect之上的pet。

再次参考图2，sipm204的光谱响应充分不同于sipm202的光谱响应，使得由闪烁体层92和94中的两个闪烁体材料所发射的光可以与彼此区分。在图2和图3中，“b”被用作针对主要蓝敏的sipm的首字母缩略词，并且“g”针对主要绿敏的sipm。然而，这仅仅是非排他性示例，并且所述方法不要求正好在蓝色或绿色区中的响应的窄区。

在一些实施例中，sipm202对于在由第一闪烁体层92所发射的峰值波长处或靠近所述峰值波长的光具有其峰值响应；并且sipm204对于在由第二闪烁体层94所发射的峰值波长处或靠近所述峰值波长的光具有其峰值响应。然而，所述方法不要求sipm202、204在与闪烁体层92、94相同的频率下具有其峰值响应。例如，如果：（a）与如果伽玛事件发生在第二闪烁体层94中相比，如果伽玛事件发生在第一闪烁体层92中，则sipm202输出更多的总电流；并且（b）与如果伽玛事件发生在第一闪烁体层92中相比，如果伽玛事件发生在第二闪烁体层94中，则sipm204输出更多的总电流；则阵列200可以检测伽玛事件发生在哪个闪烁体层92、94中。

每个事件的信号由anger逻辑读出，所述anger逻辑产生x和y定位以标识检测器块9内的伽玛事件的横向定位。anger逻辑是用于获得在闪烁体晶体91或93上光子（在x、y平面中）的入射定位的过程，其涉及将sipm输出连接到电阻性网络以获得仅仅四个输出。利用这些信号，可以获得闪烁形心的定位。

另外，属于第一群组（“b”）的所有sipm202的信号被求和以计算第一能量值。而且，属于第二群组（“g”）的所有sipm204的信号被求和以计算第二能量值。最后，可以基于在第一和第二能量值之间的比来计算doi信息。在两个不同的闪烁体层92、94的能量值之间的阈值比取决于两种类型的闪烁体材料。

光子检测器200的布局仅仅是示例性的并且不是限制性的。在图4-10中示出了多种光子检测器示例。在图4-10的示例中的每一个中，第一和第二闪烁体材料具有与彼此不同的发射特性光谱；第一和第二闪烁体材料具有与彼此不同的发射光谱和不同的峰值波长；并且第一闪烁体层92直接位于sipm上（即接触sipm），而没有居间颜色过滤器。

一些实施例使用两种不同类型的sipm，其中第一类型提供比第二类型更好的灵敏性。一些实施例可以通过如下来利用灵敏性特性：使光子检测器的区域的多数被更灵敏类型的sipm（例如包括lyso的蓝敏sipm）占据，并且使光子检测器的区域的少数被不太灵敏类型（例如绿敏）的sipm或更小的绿敏sipm芯片占据。这可以通过如下来被实现：相比于光子检测器200（图3）而使用更少的第二检测器（例如图4和图5）或更小的第二检测器（例如图6）。这样，更灵敏的sipm的敛集率（packingfraction）增大，并且总体性能（例如定时和能量分辨率）得以改善。图4-6示出了三个不同的布置，其中第一（b）检测器比第二（g）检测器占据更大的区域。

图4示出了光子检测器400的示例，所述光子检测器400在一些实施例中可以替代图2的辐射检测器9中的光子检测器200。在光子检测器400中，相应的第二检测器404（例如绿色）位于2d阵列400的多个拐角中的每一个中，并且所述多个光子检测器的剩余部分包括第一检测器402（例如蓝色）。图4的光子检测器400可以为第一（蓝色）检测器402提供更好的时间分辨率。图4的光子检测器400可以提供在第一检测器402（b）与第二检测器404（g）之间的良好区分，这是由于检测蓝光的高概率。

图5示出了光子检测器500的可替换布局，所述光子检测器400在一些实施例中可以替代图2的辐射检测器9中的光子检测器200。在光子检测器500中，2d阵列500具有多个行和多个列。所述多个行中的每一个包括至少一个第一检测器502（b）和至少一个第二检测器504（g）。所述多个列中的每一个包括至少一个第一检测器502（b）和至少一个第二检测器504（g）。在一些实施例中，如在图5中所示，所述拐角中的每一个具有第一检测器502（b），所述多个行中的每一个包括第二检测器504（g），并且所述多个列中的每一个包括单个第二检测器504（g）。在一些实施例中，每行具有与每个其它行不同的第一和第二检测器布置，并且每列具有与每个其它列不同的第一和第二检测器布置。图5的光子检测器500可以为第一（蓝色）检测器502提供更好的时间分辨率，并且可以提供在第一检测器502（b）与第二检测器504（g）之间的良好区分。

图6示出了光子检测器600的可替换布局，所述光子检测器600在一些实施例中可以替代图2的辐射检测器9中的光子检测器200。在光子检测器600中，第一检测器（sipm）602和第二检测器（sipm）604被布置在二维（2d）阵列600中，以用于测量每个撞击光子的2d坐标。sipm602、604可以被布置成在每个方向上具有交替的颜色。第一检测器602中的每一个具有第一区域，第二检测器604中的每一个具有第二区域，并且所述第一区域大于第二区域。例如，第一检测器602可以与图3的第一检测器202相同。与图3的第二检测器202相比，第二检测器604可以更小（并且因此不太灵敏）。也就是说，一个第一检测器602加上一个第二检测器604的总区域可以小于图3的光子检测器200的第一检测器202加上第二检测器204的总区域。光子检测器600的配置为第一（蓝色）检测器602提供与图3的光子检测器200中的相同的分辨率和性能。光子检测器600的配置还提供在第一检测器602（b）与第二检测器604（g）之间的良好的区分，尽管较小的第二检测器提供比检测器602更低的分辨率。

图7示出了可替换的光子检测器配置700，所述光子检测器配置700在一些实施例中可以替代图2的辐射检测器9中的光子检测器200。光子检测器700能够以较低的总成本包含较少的sipm。第一检测器702和第二检测器704可以与图3的第一检测器202和第二检测器204相同。光子检测器700的平面图被稀疏地填入，包括没有任何sipm的多个空区706。2d阵列700具有多个侧边。所述多个侧边中的每一个具有边界行或与其相邻的边界列。每个边界行具有至少一个第一检测器702和至少一个第二检测器704，并且每个边界列具有至少一个第一检测器702和至少一个第二检测器704。每个边界行和每个边界列具有至少一个没有光子检测器的单元。在一些实施例中，所述多个行中的每一个包括至少一个第一检测器702（b）和至少一个第二检测器704（g）。所述多个列中的每一个包括至少一个第一检测器702（b）和至少一个第二检测器704（g）。该配置为b和g类型的sipm二者提供相同的区分性能，并且因而为第一闪烁体层92和第二闪烁体层94中的伽玛事件提供相同的z方向性能以用于确定doi。

图8示出了光子检测器800的可替换布局，所述光子检测器800在一些实施例中可以替代图2的辐射检测器9中的光子检测器200。光子检测器800可以具有与图7的光子检测器700中的第一检测器702和第二检测器704的布置相同的第一检测器802和第二检测器804布置。另外，光子检测器700的所有空区706被第三检测器808取代（被标注为“s”）。所述多个侧边中的每一个具有边界行或与其相邻的边界列。每个边界行具有至少一个第一检测器802和至少一个第二检测器804，并且每个边界列具有至少一个第一检测器802和至少一个第二检测器804。每个边界行和每个边界列具有至少一个带有第三检测器808的单元。在一些实施例中，阵列具有四个拐角，并且所述四个拐角中的每一个具有第三检测器808。

每个第三检测器808对于至少包括第一峰值波长（例如蓝色）和第二峰值波长（例如绿色）的波长带中的光子是灵敏的。在一些实施例中，第三检测器808是sipm，其被选择以改善定时和能量分辨率。例如，第三检测器808可以是sipm，其具有宽的响应带，并且例如可以捕获蓝光和绿光二者。在其它示例中，第三检测器808可以是“标准”sipm（被标注为“s”），其具有宽的响应带，并且例如可以捕获红光、绿光和蓝光。标准sipm808为每个切片提供x-y平面中的高的定时以及能量分辨率，而第一（例如b）检测器802和第二（例如g）检测器804区分闪烁光的颜色以用于z方向上的doi测量。标准sipm808的宽响应带允许sipm808收集更大量的能量，从而当与窄响应带sipm相比的时候改善分辨率和信噪比（snr）。

图9和图10相应地示出了两个可替换的光子检测器配置900和1000，所述光子检测器配置900和1000在一些实施例中可以替代图2的辐射检测器9中的光子检测器200。在一些实施例中，2d阵列900、1000具有包含至少一个拆分单元910、1010的至少一行或一列，并且拆分单元910、1010中的每一个包括具有第一区域的第一检测器902、1002之一、具有第二区域的第二检测器904、1004之一。剩余的区域906、1008大于所述第一区域并且大于所述第二区域。在图9和图10中，第一检测器902、1002以及第二检测器904、1004是较小的sipm，其被优化以用于区分闪烁光的颜色。

图9示出了光子检测器900。2d阵列900具有多个侧边。所述多个侧边中的每一个具有边界行或与其相邻的边界列。每个边界行具有至少一个第一检测器902和至少一个第二检测器904，并且每个边界列具有至少一个第一检测器902和至少一个第二检测器904。每个边界行和每个边界列具有至少一个没有光子检测器的空区906。在一些实施例中，每行和每列具有至少一个拆分单元910。所述多个行中的每一个包括至少一个第一检测器902（b）、至少一个第二检测器704（g）以及至少一个没有光子检测器的空区906。空区906大于第一检测器902的第一区域以及第二检测器904的第二区域的总和。所述多个列中的每一个具有至少一个第一检测器902（b）、至少一个第二检测器704（g）以及至少一个没有光子检测器的空区906。较小的第一检测器902和第二检测器904可以被用作“二元开关”用以生成信号，所述信号允许在闪烁体的上层94与下层92之间的辨别。光子检测器900使用稀疏的sipm密度以降低成本，而同时提供二元doi信息。

图10示出了光子检测器1000，其具有与图9的布局类似的布局，除了图9中的所有空区906被图10中的第三sipm1008取代之外。2d阵列具有至少一行或一列拆分单元1010，并且拆分单元1010中的每一个包括具有第一区域的第一检测器1002之一、具有第二区域的第二检测器1004之一、以及大于所述第一区域并且大于所述第二区域的剩余区域。剩余的区域包括第三检测器1008，该第三检测器1008可以是sipm。第三检测器1008对于至少包括（第一闪烁体91的）第一峰值波长和（第二闪烁体93的）第二峰值波长的波长带中的光子是灵敏的。在一些实施例中，所述第一峰值波长对应于蓝光，所述第二峰值波长对应于绿光，并且第三检测器响应于绿光和蓝光。

在一些实施例中，第三检测器1008是sipm，其被选择以改善定时和能量分辨率，并且第一检测器1002以及第二检测器1004是较小的sipm，其被优化以用于区分闪烁光的颜色。较小的“b”-和“g”-sipm可以被用作“二元开关”用以生成信号，所述信号允许辨别闪烁光是源自闪烁体的下层92还是上层94。anger定位和定时可以基于来自全部第一、第二和第三检测器1002、1004、1008、或仅仅来自第三检测器1008的信号。在一些实施例中，包含第三检测器1008的剩余区域大于第一检测器1002的第一区域和第二检测器1004的第二区域的总和。

第三传感器1008可以是sipm，其具有宽的响应带，并且例如可以捕获并且检测蓝光和绿光二者。在其它示例中，第三检测器1008可以能够检测红光、绿光和蓝光。标准sipm1008为每个切片提供x-y平面中的高的定时以及能量分辨率，而第一（例如b）检测器1002和第二（例如g）检测器1004区分闪烁光的颜色以用于使用较小区域传感器而在z方向上的doi测量。

在以上示例中，第一和第二检测器是蓝色和绿色的。在其它实施例中，第一和第二检测器是红色和绿色的。在其它实施例中，第一和第二检测器是红色和蓝色的。

图11和图12a示出了两个变型，在其中添加了第三闪烁体层。在图11和图12a的示例中的每一个中，所述第一和第二闪烁体材料具有与彼此不同的发射特性光谱；所述第一和第二闪烁体材料具有与彼此不同的发射峰值波长；并且第一闪烁体层92直接位于sipm上（即接触sipm），而没有居间颜色过滤器。

图11示出了具有三个闪烁体层92、94、96的pet检测块1109的实施例。第一闪烁体层92包括第一闪烁体材料的第一闪烁体91以及第二闪烁体材料的第二闪烁体93，如以上参考图2所描述的。在图11中，辐射检测器1109的第三闪烁体层96可以包括第三闪烁体材料的第三闪烁体95，其在伽玛射线被吸收在第三闪烁体层96中的时候发射红光。直接在第一闪烁体层92下面的是光子检测器（诸如sipm）的三个群组的阵列1100，所述三个群组相应地被标注为r、g和b。第一闪烁体层被定位在所述多个光子检测器r、g和b中的每一个之上并且接触所述多个光子检测器r、g和b中的每一个。每个光子检测器能够检测光子。所述多个光子检测器包括对于第一峰值波长（例如蓝色）光子灵敏的第一检测器、对于第二峰值波长（例如绿色）光子灵敏的第二检测器以及对于第三峰值波长（例如红色）光子灵敏的第三检测器。

第一检测器（sipm）b、第二检测器（sipm）g和第三检测器（sipm）r被布置在二维（2d）阵列1100中，以用于测量每个撞击光子的2d坐标。sipmb、g、r可以被布置成例如在每个方向上具有交替颜色的图案中的轮循（roundrobin）。r、g和bsipm的配置可以根据以上在图4至图10中所述的任何变型而变化。为了简要，不重复这些变型的描述。三个闪烁体层92、94、96和三种类型的sipm准许z方向上的附加分辨率。

图12a示出了用于pet检测块1209的、被称为“交错晶体”的另一布置的实施例。pet检测块1209包括pet检测块9（图2）的第一和第二闪烁体层92、94和检测器阵列200。pet检测块1209的交错晶体配置此外包括第三闪烁体层1294。第三闪烁体层1294在x（或y）方向上自第二闪烁体层94偏移一距离1202，所述距离1202是晶体93的宽度1204的一半。

第一和第二闪烁体层92、94以及光子检测器阵列200的结构和操作与以上关于图2和图3的pet检测块9所描述的相同，为了简要而不重复对其的描述。另外，第三闪烁体层1294的晶体1293可以包括与第二闪烁体层94相同的第二闪烁体材料。从第三闪烁体层1294发射的光可以具有与从第二闪烁体层94发射的光相同的峰值波长和相同的发射光谱。因而，在第三闪烁体层1294中发生的伽玛事件通过第二检测器204来被检测，所述第二检测器204是检测来自第二闪烁体层94的闪烁体93的光的相同类型检测器（例如绿色sipm）。由于在第三闪烁体层1294的晶体1293与第二闪烁体层94的晶体93之间的偏移102，由第三闪烁体层1294发射的光可以基于空间信息来从由第二闪烁体层94发射的光进行辨别。当第三闪烁体层1294中的晶体1293发射光子的时候，峰值强度的位置在晶体1293的形心下方，所述晶体1293的形心自第二闪烁体层94的晶体93所发射的光的形心偏移一距离1202。因而，处理器可以基于由第二（例如绿敏）sipm接收的光的峰值强度的位置来确定光是接收自第二闪烁体层94还是第三闪烁体层1294。

图12b示出了辐射检测器1219的实施例，所述辐射检测器1219包括具有第一发射光谱和第一峰值波长的第一闪烁体92a以及被定位在所述第一闪烁体92a上方的第二闪烁体92b。第二闪烁体92b具有与第一发射光谱和第一峰值波长不同的第二发射光谱和第二峰值波长。第一闪烁体92a被定位在多个光子检测器200中的每一个之上并且接触所述多个光子检测器200中的每一个。所述多个光子检测器200包括第一检测器g和第二检测器b，所述第一检测器g对于第一发射光谱的第一峰值发射波长的光子灵敏，所述第二检测器b对于第二发射光谱的第二峰值发射波长的光子灵敏。第一闪烁体92a包括第一闪烁材料的第一层91，并且第二闪烁体92b包括第一闪烁材料的第二层91。第一闪烁体层92a和第二闪烁体层92b可以包括与彼此相同的闪烁材料。第一闪烁体92a此外在第一闪烁材料的第一层91与第一闪烁材料的第二层91之间包括波长移位器97。因而，添加波长移位器97允许两个闪烁体92a、92b具有与彼此相同的闪烁材料，但是仍向检测器阵列200提供可区分地不同的发射光谱。与第二发射光谱（例如蓝色）相比，第一检测器g对于第一发射光谱（例如绿色）更灵敏。与第一发射光谱（例如绿色）相比，第二检测器b对于第二发射光谱（例如蓝色）更灵敏。

在操作中，当辐射（例如伽玛射线）抵达辐射检测器1219的时候，由第二闪烁体92b发射并且由光电传感器200接收的大部分光通过波长移位器97，在其中它被波长移位。由闪烁体92a（与光电传感器200相邻）发射的光不通过波长移位器97并且具有其原始发射光谱。

波长移位器97可以是一层光电荧光材料，其吸收较高频率光子并且发射较低频率光子。在一些实施例中，波长移位器97包括聚乙烯基甲苯（polyvinyltoluene）聚合物基底。例如，在一些实施例中，波长移位器可以是一层ej-280（绿色）或ej-284（红色）波长移位塑料，其由得克萨斯州甜水的eljentechnology出售。例如，ej-280材料具有以425nm的吸收峰值波长，以及以490nm的发射峰值波长。ej-284材料具有以570nm的吸收峰值波长，以及以610nm的发射峰值波长。

在吸收的光与发射的光之间的波长中的移位足以被所述多个检测器检测到。例如，波长移位器97可以向上移位峰值发射波长，从蓝色到绿色，从绿色到红色，或从红色到红外。波长移位器97还改变由第二闪烁体92b发射的光的光谱。

图12c和图12d示出了辐射检测器1229的另一实施例，其中第二检测器1213在前方相对于背侧的照明几何结构中不同于第一检测器1211。辐射检测器1229可以具有与图2的辐射检测器9相同的闪烁体92a、92b，以及光电检测器的不同阵列1210。辐射检测器1229包括具有第一发射光谱的第一闪烁体92a以及被定位在所述第一闪烁体92a上方的第二闪烁体92b。第一闪烁体92a包括第一闪烁材料的第一层91，并且第二闪烁体92b可以包括第二闪烁材料的层93。第二闪烁体92b具有与第一发射光谱不同的第二发射光谱。第一闪烁体92a被定位在阵列1210之上并且接触阵列1210，所述阵列1210包含多个光电检测器1211、1213。光子检测器的阵列1210包括第一检测器1211和第二检测器1213，所述第一检测器1211对于第一发射光谱的第一峰值发射波长的光子灵敏，所述第二检测器1213对于第二发射光谱的第二峰值发射波长的光子灵敏。第一闪烁体层92a和第二闪烁体层92b可以包括与彼此不同的闪烁材料，以便向检测器阵列1210提供可区分地不同的发射光谱。

图12d是经放大的细节，其示出了第一检测器1211和第二检测器1213。在一些实施例中，第一检测器1211和第二检测器1213可以具有相同类型的光电传感器集成电路1215，但是相应地具有不同的前方相对于背侧照明几何结构。每个光电传感器集成电路1215具有前方（活性）面1217和背侧面1218。光电传感器集成电路1215能够有前方照明和背侧照明。例如，在所示出的配置中，第一检测器1211被前方照明，并且第二检测器1213被背侧照明。由第二（背侧照明的）检测器1213检测的光在撞击在第二检测器1213的光电传感器集成电路1215的前面1217上之前通过附加的半导体层，从而使所检测的光的波长移位。

尽管图12d的第一检测器1211和第二检测器1213包括与彼此相同的光电传感器集成电路1215，但是在其它实施例（未被示出）中，第一检测器和第二检测器可以具有相应地不同的前方相对于背侧照明几何结构，以及相应地不同的光电传感器集成电路。

图14是用于在具有多个闪烁体层的正电子发射断层扫描系统中确定针对伽玛事件的相互作用深度的方法的流程图，其中闪烁体层的底部一个与sipm的阵列直接接触，并且在sipm与底部闪烁体层之间没有任何颜色过滤器。

在步骤1402处，将示踪物施予主体（例如通过注射）。示踪物可以是发射正电子的放射性核素，诸如氟代脱氧葡萄糖（fdg）。

在步骤1404处，使用一对pet检测器块中每一个中的两个或更多堆叠的闪烁体层来检测通过示踪物的衰退所发射的一对伽玛射线。通过自彼此分开近似180度的相应的pet检测器块来检测每个伽玛射线。闪烁体层之一在无过滤器的硅光电倍增器（sipm）的阵列上方并且接触所述阵列。所述阵列具有多个第一sipm以及多个第二sipm，所述多个第一sipm具有第一光谱响应，所述多个第二sipm具有与第一光谱响应不同的第二光谱响应。

步骤1406-1410确定响应于检测的第一sipm或第二sipm中的哪一个输出更多能量。

在步骤1406处，控制设备6计算通过第一sipm的能量输出的第一总和，其指示响应于伽玛事件、由第一闪烁体层92发射的总光能量。

在步骤1408处，控制设备6计算通过第二sipm的能量输出的第二总和，其指示响应于伽玛事件、由第二闪烁体层94发射的总光能量。

在步骤1410处，控制设备6计算所述第二总和与第一总和的比。

在步骤1412处，控制设备6比较所述（第二总和与第一总和的）比与一阈值，并且基于所述比是否超过阈值来标识伽玛射线的相互作用的深度。所述比基于第一sipm或第二sipm中的哪一个每检测器输出更多能量。阈值在实施例中可以是1.0，其中sipm阵列200具有相等数目的第一检测器202和第二检测器204（例如图3）。可替换地，在其中sipm阵列具有不相等数目的第一检测器402、502和第二检测器404、504的情况（例如图4和图5）中，可以对阈值进行归一化。例如，如果存在的第一检测器402是第二检测器404的三倍一样多，则阈值比可以是1/3。类似地，阈值可以被归一化以补偿在第一检测器402与第二检测器404之间的不同的检测器区域和/或不同吸收性。

在步骤1414处，在其中所述比小于或等于阈值的情况中，来自伽玛事件的伽玛射线被标识为已经被吸收在第一闪烁体层92中。因而，doi被标识为在第一闪烁体层92内。

在步骤1416处，在其中所述比超过阈值的情况中，来自伽玛事件的伽玛射线被标识为已经被吸收在第二闪烁体层94中。因而，doi被标识为在第二闪烁体层94内。

本文中描述的方法和系统可以至少部分地以计算机实现的过程和用于实践那些过程的装置的形式来体现。所公开的方法还可以至少部分地以编码有计算机程序代码的有形、非暂时性机器可读存储介质的形式来体现。所述介质可以包括例如ram、rom、cd-rom、dvd-rom、bd-rom、硬盘驱动器、闪速存储器、或任何其它非暂时性机器可读存储介质，其中，当计算机程序代码被加载到计算机中并且由计算机执行的时候，计算机变成用于实践所述方法的装置。所述方法还可以至少部分地以计算机的形式来体现，计算机程序代码被加载到所述计算机中和/或被执行，使得计算机变成用于实践所述方法的专用计算机。当在通用处理器上被实现的时候，计算机程序代码段配置处理器以创建特定逻辑电路。所述方法可以可替换地至少部分地体现在数字信号处理器中，所述数字信号处理器由用于执行所述方法的专用集成电路来形成。

尽管已经就示例性实施例描述了本主题，但是本主题不限于此。相反，所附权利要求应当被宽泛地解释以包括可以由本领域技术人员做出的其它变体和实施例。