[發明專利]一種新型的γ光子高空間分辨率探測裝置

在審

• 申請號: 201711188081.2
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107942367A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 沈激;劉偉鵬;華仁軍
• 申請（專利權）人: 合肥吾法自然智能科技有限公司
• 主分類號: G01T1/202
• 分類號: G01T1/202;G01T1/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及相機成像領域，具體為一種γ光子探測器。

技術背景

自從anger相機發明以來，由于其擁有較大視野，能夠提供觀測對象靜態或者動態的圖像，所以在醫療成像領域得到了廣泛的應用。在常見的γ相機、單光子發射計算機斷層掃描成像(SPECT)以及正電子發射斷層成像(PET)裝置中大量使用這種結構。其典型結構如圖1所示，其包括四個部分：第一部分，入射γ光子經過準直器4進入閃爍體3；第二部分，在閃爍體3中產生熒光光子；第三部分，熒光光子經過光導層2耦合到光電倍增管(PMT)1；第四部分，經過后面的重心讀出電路來重建圖像。這種結構中，影響相機分辨率的因素主要有：第一部分準直器4結構的材料，長度，和孔徑大小；第二部分閃爍體3的發光效率；第三部分光導層2的均勻性和傳輸效率；第四部分光電倍增管(PMT)1的尺寸和固體參數的均勻性等。目前來說，受困于光電倍增管(PMT)1的尺寸和固體參數均勻性的影響，γ相機和以γ相機為基礎的單光子發射計算機斷層掃描成像(SPECT)和正電子發射斷層成像(PET)的分辨率只能做到約4mm。

最近幾年半導體光電器件——硅光電倍增管SiPM(Silicon Photomultipliers)的發展讓困擾anger 相機的分辨率的瓶頸存在被解決的可能。SiPM在不低于PMT增益系數的前提下，可以將熒光探測效率提高到80％左右，并且其緊湊的結構可以使其空間分辨率低到幾十個微米量級，因此我們通過使用SiPM替代PMT，并且采用新的讀出結構，可以將γ探測器的空間分辨率降低到亞毫米量級。

也有很多公司專門對這樣一種替代展示了自己的設想機構，比如專利申請號為200680031135.8的高分辨率醫療成像探測器的發明專利所提到的結構，該專利在SiPM這種器件剛出現的時候申請改造，其思考的方式也非常簡單，直接用SiPM代替anger相機中的PMT，構造了如圖2中的結構，γ光44通過準直器40 進入閃爍體30變成熒光光子，熒光光子通過光導46直接耦合到的SiPM面陣列20中，經過后面的讀出電路來重建圖像。SiPM 47直接貼在閃爍體30的側面上作為記數觸發開關。這樣一種結構可以很明顯的改善γ探測器的空間分辨率，可以達到2mm以下。

然而在這種結構中，為了提高空間分辨率，作為光電轉換單元的SiPM的面積必須明顯小于PMT光陰極面積，這樣大大提高了光電轉換元件的數量；另一方面，SiPM之間的拼接必須無縫，這樣大大提高了工藝難度。而為了降低相鄰單元間的串擾，SiPM單元之間的拼接一般存在毫米量級的縫隙，這就降低了光電轉換部分的光子接收效率。上述因素，使得該結構在合理造價范圍內，不能有效地將空間分辨提高到毫米以下。

發明內容

本發明為了提升γ探測器的空間分辨率并降低相機造價，采用的技術方案是：一種新型的γ光子高空間分辨率探測裝置，包括多個SiPM，以及兩表面附著有光導層的閃爍體，還包括二維光纖層，其包括兩層或更多層狀的光纖層，該二維光纖層的兩個維度的光纖層分開，并平鋪在閃爍體的兩表面上；或者該二維光纖層相互附著在閃爍體的任一表面上；

該二維光纖層的一端分別耦合在與其接觸的閃爍體的光導層上，另一端分別耦合在線陣列的SiPM上；

另外的SiPM附著于閃爍體側面提供光子計數的觸發信號。

本發明的使用原理是，γ光子在閃爍體中發生閃爍產生熒光，熒光光子耦合進入二維光纖，二維光纖中的熒光光子經過線陣列SiPM進行光電轉換和信號放大；同時，直接貼在閃爍體側面的SiPM提供計數觸發信號，重心讀出電路在接到觸發信號的時候，開始讀出線陣列SiPM的輸出信號，再通過模數轉換器變成數字信號，最后，進入計算機進行圖像重建。

本發明進一步的方案是，所述的二維光纖層為兩層狀的光纖層，分開平鋪在閃爍體的兩表面上；

進一步的，所述的二維光纖層為兩層狀的光纖層，其相互附著在閃爍體的任一表面上；

進一步的，其探測裝置還包括一個同樣的閃爍體；該兩個閃爍體夾持所述的兩層狀的二維光纖層。

進一步的，其探測裝置還包括一個同樣的二維光纖層，其相互附著在閃爍體的另一表面。

進一步的，所述的二維光纖層的光纖可以使用普通光纖，也可以使用波移光纖。

進一步的，所述的二維光纖層的兩個維度層位置可互換。

進一步的，所述的二維光纖層為X軸光纖層和Y軸光纖層，或者為X軸光纖層和z軸光纖層,或者為y 軸光纖層和z軸光纖層。

進一步的，在所述的閃爍體上，與二維光纖層接觸的光導層至少為一層。