用于探测伽玛辐射的系统如伽玛摄像机和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及伽玛射线源成像，更具体地，本发明涉及基于伽玛摄像机探测伽玛辐射的系统和在此系统中实施的图像重构方法。本发明进一步涉及具体在天文学领域和医学领域中探测系统的应用，以及所述系统应用到PET或SPECT类型成像系统。
[0002]目前，出于医学诊断目的，伽玛射线(大于30000电子伏，即大于30KeV)源成像基本上基于两项技术执行:PET和SPECT。
[0003]SPECT (single photon emiss1n computed tomography，单光子发射计算机化断层显像)技术使用发射成像原理。在这种情况下，它试图追踪发射单能伽玛光子的放射性示踪剂在待分析的对象内的分布。光子发射是各向同性的，准直器放置在摄像机前面以选择光子的入射方向。接着，在10至20毫米(mm)厚的闪烁晶体板(如Na1:TI)中，伽玛射线被转换为紫外光子(UV光子)。UV光子被各向同性地发射且随后通过反射到晶体板界面上而被引导。出于这个原因，光强度分布为斑点，其中，强度降低1/R。愤怒逻辑(angerlogic)包括通过光电探测器(具体是光电倍增管类型的光电探测器)确定光斑的几何中心。这推断探测的伽玛辐射的位置。在这种技术中，光电探测器分段低于50_也不提供空间分辨率。
[0004]PET (positron electron tomography，正电子电子断层扫描)技术要求正电子源。反符合(anticoincidence)发射的两个511KeV的伽玛射线通过布置在检测到的源(BG0、LS0、LaBr3)周围的环中的密集闪烁晶体阵列探测。探测系统包括单晶阵列(典型地4*4*25_)，其由多通道光电探测器(光电倍增管或S1-ΡΜΤ)读取，通道尺寸适于晶体尺寸。这之后经常在离散电子设备中进行信号放大和处理阶段。
【背景技术】
[0005]在当前PET技术中，由于康普顿(Compton)散射，真实噪声相互作用通过以下特征分辨:被激发的两个像素在环的对极；相互作用能量等于511KeV ;此外，两个光子基本上同时触动探测器。此技术仅适于闪烁体，其中，到光峰的上升时间是迅速的，如LSO、LaBrf或BGO0
[0006]这个技术的一个缺点是，将晶体分段到像素中是昂贵的，尤其是吸湿性晶体。此夕卜，这种分段降低能量分辨率。最后，这种技术仅适合与非常密集晶体连用以防止康普顿效应(BGO =锗酸铋；LS0或LYSO =硅酸镥)。这包括稀有且昂贵的原始材料(锗、镥等)的使用。
[0007]在SPECT技术中，探测单光子，其中，能量通过闪烁晶体板(Na1、Cs1、LaBr3)根据所用放射性同位素(从10KeV到100KeV)而变化，并被大的光电探测器(PMT)读取。为获取光子入射方向的指示，有必要将准直器放置在晶体前面，其中所述准直器是大型笨重的且其阻止大部分的辐射发射。此外，由于定位相互作用的精度低，SPECT的空间分辨率小于PET的空间分辨率。
[0008]针对SPECT，两个进一步问题有待解决:
[0009]SPECT仅在闪烁体板连续时运行。因此，不可能附接两个小板来构成较大的板。出于这个原因，使用新一代的闪烁体，LaBr3，其中，对于SPECT，晶体相对较小(最大直径100mm)在当前是受限的:
[0010]-当两个伽玛光子与闪烁板在相邻时间(接近300ns)相互作用时，斑点图像和能量测量值完全干扰，因此，事件被排除。在此情况下，所谓的堆挤(pile-up)发生。
[0011]PET基于不同原理运行:放射性元素发射正电子，该正电子被分解成两个以180°发射的511KeV伽玛光子。随后，在定位在患者周围的晶体环上探测到同时到达的两个511KeV光子。如果使用充分迅速的闪烁体，经由渡越时间(在环的两个相对端部处的两个光子的到达时间之间的差)成功提高事件定位精度是可能的。然而，当前系统涉及以下问题:1)闪烁体必须被分段到像素(例如，4*4*30mm)中，这是昂贵的，2)如果像素内的相互作用的位置未知，这可能生成降低图像质量的几何不确定性。这还降低渡越时间测量值的精度，极大地将这种测量值限制在50ps左右。
[0012]已经提出测量PET上的DOI (相互作用的深度)的系统，但是它们没有说服力或非常昂贵(两个探测器层)。
[0013]此外，处理康普顿事件的困难已经导致需要非常密集的闪烁体(通常基于锂)，这是非常昂贵的。
[0014]因此，本发明的主要目的在于提出一种新颖技术，其使得对于SPECT，下列效果成为可能:
[0015]I)提高空间分辨率；
[0016]2)明显增加图像对比；
[0017]3)能够经由合适的去卷积使用两个相邻事件(这将由于堆挤而被排除);
[0018]4)能够在包括结合到一起的小片的板上合适读取事件，且
[0019]5)由于准直器/闪烁晶体/处理电子设备元件的总体积有利地小于电流探测器的体积，能够升级现有SPECT设备基础。
[0020]所述探测系统可以进一步以和PET模式相同的方式运行而不使用准直器。在PET的上下文中，其优势如下:
[0021]I)获得高空间分辨率(小于5_)而不需要闪烁体分段，
[0022]2)测量具有单个光电探测器层的闪烁体内的相互作用深度
[0023]3)通过非常精确的渡越时间校正，提高渡越时间精度
[0024]4)利用相对便宜的闪烁体获得最佳性能。
【发明内容】
[0025]本发明的目的在于提出一种探测伽玛辐射的系统，如伽玛摄像机，所述系统包括伽玛射线源；至少一块快速闪烁体板P1，所述闪烁体到光峰的上升时间小于I纳秒(nm)，所述板Pl具有散射进入表面和抛光退出表面、具有小于或等于10_的厚度、装配有光电探测器和专用读取微电子设备；其特征在于，专用读取微电子设备是ASIC类型，特征在于探测器被分段；特征在于在所述板Pl上，所述探测器的每个分段适于测量第一触发Tl，其对应于通过闪烁发射的第一 UV射线对所述板Pl的作用时间，从而较低的时间分辨率小于100皮秒(ps)，优选小于20ps ;特征在于，探测器适于在大于10ps但小于或等于到闪烁体的光峰的上升时间的时间上测量由探测器上的事件发射的第一相邻光子的空间和时间分布，因此，适于空间定位所述事件“el”使其具有坐标(X1，Y1);并且特征在于，探测器进一步适于处理非散射光子和散射光子之间的空间和时间分布差，以便重构所述闪烁体事件的时空坐标(X，Y，I, Τ) O
[0026]术语触发表示伽玛射线对闪烁体板的作用时间。
[0027]实际上，光电探测器和专用读取电子设备能够以非常高的时间分辨率和小于10ps的时间响应分散/通道来探测第一入射光子，对于每个通道，优选小于20ps。测量事件的第一触发和半径等于板厚度的两倍的相邻通道的触发之间的差。获得延迟的空间分布(X，Y，DT)，其中，使用统计方法计算该空间分布的最小值。事件el定位在该最小值的法线(normal)上。
[0028]实际上，事件的位置位于触发分布的最小值的法线上。
[0029]此外，非散射光子是探测到的第一光子且它们分布在磁盘内，其中，半径取决于相互作用(Z)的深度，且其中中心表示事件的位置(x，Y)。
[0030]此外，探测器适于通过重构探测到的第一十个光子的闪烁体的轨迹，测量相互作用的精确时间Τ。
[0031]根据本发明的一个替代实施例，板Pl是镧系元素卤化物类型，其装配有被分段的光电探测器，其中分段的间隔至少小于板厚度的一半，优选小于4_，并且其中，ASIC类型专用读取微电子设备包括模拟部分，对于小于50ps的触发，该模拟部分的每个通道具有时间分辨率。
[0032]优选地，探测器还适于测量(X’ 1，Y’ I)中的亮度Al的空间分布和能量El的积分，如在常规伽玛摄像机中。
[0033]此外，探测器是S1-PMT或APD类型半导体探测器。
[0034]实际上，探测器(例如S1-ΡΜΤ)内的每个像素的测量通过专用组合的模拟/数字ASIC类型微电子设备元件执行，以便能够高速探测第一光子。
[0035]根据本发明的一个替代实施例，系统包括边对边结合的多个闪烁体板，以便形成大的表面区域且校正边缘效应，所述表面区域可以是用于SPECT应用的平面，或是用于PET应用的环。
[0036]根据一个进一步实施例，探测系统还包括第二闪烁体板Ρ2，其厚度适于吸收至少80%的伽玛射线能量，所述第二板与第一板Pl分离至少1mm的距离‘D’ ；系统还包括估计模块，其用于确定有效事件，用于估计康普顿偏差的模块；系统适于在所述第二板Ρ2上测量第一触发Τ2，触发的空间分布适于将事件“e2”空间定位在(X2，Y2，Z2)中，亮度Α2的空间分布被空间定位在(Χ’2，Υ’2)中以及将事件“e2”期间发射的能量Ε2空间定位在所述板P2中；并且所述第二板P2适于获得与伽玛射线的路径相关的信息，而不排除任何信息。
[0037]有利地，探测系统包括用于计算有效事件的模块，其中，时间分布向量、伽玛射线作用在板上的时间以及空间分布向量是相交的，以提高所述板内的相互作用的定位精度。
[0038]有利地，板(Pl)或(Pl和P2)、光电探测器和电子元件被布置在紧凑外壳内。
[0039]有利地，“板/光电探测器/处理电子设备”的组装件的体积基本上小于基于NaI板的探测器的体积，从而所述组装件可以安装在现有SPECT机器上。
[0040]考虑到探测器和处理电子设备相对于常规摄像机的更紧凑设计，这种系统可以容易代替已知摄像机上的现有设备。
[0041]本发明还涉及在上述系统中实现的图像重构方法，特征在于，该方法包括下述步骤:在伽