[發明專利]使用光學探測器像素陣列和像素元觸發狀態感測電路來對輻射量子的探測

有效

• 申請號: 201480023147.0
• 申請日: 2014-04-03
• 公開（公告）號: CN105143921B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: M·U·沙貝
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: G01T1/20
• 分類號: G01T1/20;G01T1/208;G01T1/24
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 李光穎;王英

本發明涉及一種用于對光脈沖中的可見光子的數目進行積分的輻射探測設備。還公開了一種系統、方法以及計算機程序產品。所述輻射探測設備包括：光學探測器像素陣列，其具有能夠被可見光子觸發的多個像素元；多個像素元觸發狀態感測電路；以及求和單元。每個像素元觸發狀態感測電路生成具有指示受觸發的像素元的第一預定幅度的數字信號或指示未受觸發的像素元的第二預定幅度的數字信號。所述求和單元生成模擬信號，所述模擬信號的幅度對應于受觸發的像素元的數目，并且所述求和單元從而執行期望的積分。所述模擬信號還可以使得計時單元在預定累積可見光子計數條件得到滿足時生成時間戳。

技術領域

本發明涉及對輻射量子的探測，并且應用于高能粒子物理學應用和顯微鏡檢查。這樣的應用涵蓋對熒光顯微鏡檢查中和來自切連科夫輻射的可見光子(optical photon)形式的輻射量子的直接探測，以及借助于由閃爍體元件產生的可見光子來對輻射量子的間接探測。本發明具體應用于PET成像系統和熒光壽命成像顯微鏡檢查(FLIM)，并且更具體地，本發明能夠被使用在飛行時間(TOF)PET成像系統中。

背景技術

在PET成像中，在將諸如患者或動物的對象定位在PET成像區域中之前向其施予放射示蹤劑。放射示蹤劑優選被對象中的區域吸收，并且跟隨攝入周期對其分布進行成像。隨后，臨床醫生解讀圖像中的特定區域中的相對攝入，并且可以對對象執行診斷。放射示蹤劑經歷放射性衰變，這導致正電子的產生。每個衰變事件產生一個在人類組織中最多行進幾毫米的正電子，隨后所述正電子在所述人體組織中與電子在湮滅事件中相互作用，所述湮滅事件產生兩個相反方向的伽瑪光子。所述兩個伽瑪光子每個都具有511keV的能量，并且隨后所述兩個伽瑪光子被圍繞PET成像區域徑向設置的伽瑪光子探測器探測到，所述伽瑪光子探測器的每個在被入射伽瑪光子撞擊時產生電信號。在本文中被定義為包括與光學探測器光學通信的閃爍體元件的伽瑪光子探測器中，閃爍體元件將高能伽瑪光子轉換成包括許多可見光子的閃爍光脈沖，并且由光學探測器產生電信號。由時間戳加注單元向每個電信號頒發時間戳，并且將所述時間戳與重合確定單元中的其他時間戳進行比較。如果兩個伽瑪光子的時間戳發生在對彼此窄的時間間隔之內，通常如果它們在+/-3ns之內，則它們被識別為重合。接收重合伽瑪光子的兩個探測器的位置定義了在空間中沿其發生湮滅事件的直線，所述直線被稱為響應線(LOR)。隨后，重建這樣的LOR以產生指示放射示蹤劑在成像區域之內的分布的圖像。

在這樣的系統中，常常由積分單元進一步支持將伽瑪光子對識別為重合事件。積分單元通過對每個閃爍光脈沖中存在的可見光子的總數進行積分來計算每個入射伽瑪光子的能量。如果在時間上重合的伽瑪光子中的每個的能量在具有伽瑪光子的特性的預定范圍之內，則將在時間上重合的閃爍光脈沖作為重合事件來處理。然而，如果伽瑪光子中的一個或兩者的能量處于預定范圍之外，則拒絕該對在時間上重合的事件。這樣的被拒絕的事件可以是伽瑪光子散射的結果；所述散射的現象改變伽瑪光子軌跡及其能量并且因此導致錯誤的LOR。

以大致相同的方式執行諸如顯微鏡檢查和切連科夫輻射探測的應用中的根據直接探測到的輻射量子進行對光脈沖的積分和計時。在例如熒光顯微鏡檢查中，直接探測可見光子，因此不存在閃爍體元件。同樣地，在不存在閃爍體元件的情況下因此直接探測切連科夫輻射，可見光子是由電介質生成的。

因此，對光脈沖的積分和計時是這樣的成像系統的共同特征。兩種因素均影響由這樣的系統生成的圖像的圖像分辨率。常規地，使用光學探測器的陣列來探測這樣的光脈沖。所述閃爍光脈沖是跨陣列中的探測器而分布的，所述探測器中的每個通常能夠區分出對個體可見光子的探測，并且由單獨的積分與計時單元分析來自探測器的信號。就這方面而言，硅光電倍增管(SiPM)陣列和單光子雪崩二極管(SPAD)陣列都已經被使用過。模擬和數字SiPM以及SPAD兩者都已經被使用過，其中，模擬設備響應于對可見光子的探測而生成雪崩電流脈沖，并且數字設備包括額外的電子電路，所述額外的電子電路使得輸出信號在兩個電壓電平之間轉變。