[實用新型]閃爍晶體、晶體模塊、檢測器及正電子發射成像設備

有效

• 申請號: 201820161843.3
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN207752160U
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 應高陽;黃秋;楊明明;龔政;蘇志宏;彭旗宇
• 申請（專利權）人: 東莞南方醫大松山湖科技園有限公司;廣東順德南方醫大科技園有限公司;廣東影諾數字醫學科技有限公司
• 主分類號: G01T1/202
• 分類號: G01T1/202;G01T1/29
• 代理公司: 北京睿邦知識產權代理事務所(普通合伙) 11481
• 代理人: 徐丁峰;付偉佳

本實用新型提供一種閃爍晶體、晶體模塊、檢測器及正電子發射成像設備。閃爍晶體包括入射面、側面和與光傳感器相耦合的出光面，所述側面上附著有反射膜層，所述閃爍晶體在所述側面位置與所述反射膜層之間耦合有透射膜層，所述透射膜層的折射率n2與所述閃爍晶體的折射率n1之間的關系為：n2＜n1，所述透射膜層與所述反射膜層之間設置有表面微結構。本實用新型的閃爍晶體出光率高，光子到達光探測器的份額相應增加。

技術領域

本實用新型涉及正電子發射成像設備，具體地，涉及閃爍晶體、晶體模塊及檢測器。

背景技術

正電子發射斷層成像掃描(PET)是一種非侵入的成像技術，可以提供活體內放射性示蹤劑分布的斷層圖像。PET探測器一般由閃爍晶體和光探測器兩部分組成，放射性核素放出的正電子發生在人體內湮滅反應，發射出一對方向相反、能量相等的伽馬光子，與閃爍晶體反生反應產生可見光子群，被光傳感器接收，然后對伽馬光子進行符合探測，并用分析或統計的方法重建湮滅事件發生的位置。

TOF-PET是PET的擴展，能測量出符合事件的γ光子到達探測器的時間差，利用這個時間差來更好地定位發射正電子的湮滅位置。TOF-PET有下面四項明顯的好處：(1)可以選取更窄的符合時間窗口，從而減少隨機事件計數率，提高尖峰的噪聲等效計數率；(2)在圖像重建中使用TOF信息可以減少噪聲的方差；(3)射出數據和透射數據可以同時得到，從而減少總的掃描時間；(4)軸向的模糊可以減少。如果TOF信息的準確度能夠提高，使得符合時間精度達到一定的標準，可以不通過重建而得到圖像。

對于以TOF技術為基礎的PET系統，必須在一定的符合時間窗內確定放射性核素分布的位置和強度。而傳統的PET僅僅是在符合時間窗內確定真符合是否發生以便獲得臟器或組織結構的投影，所以TOF-PET和傳統PET有本質的區別。由于TOF方法是在符合時間窗內直接確定湮滅符合發生的位置，所以它要求特殊的符合探測系統，又因為TOF符合探測系統的時間分辨率直接影響系統重建圖像的分辨率，所以時間分辨率對于TOF-PET而言至關重要。

TOF-PET的時間分辨率與高能光子的衰減時間、閃爍晶體的出光率、檢測電路的讀取速度均密切相關，提高系統時間分辨率要研究高能光子探測的整個環節。

前端探測器的性能是決定PET整體性能的關鍵，其通常由閃爍晶體陣列和光探測器耦合而成，閃爍晶體通常選擇具有發光強度高、衰減時間短和密度大的晶體，并且晶體的表面處理方式會影響可見光子群的傳輸路徑，從而影響光探測器測量到的光子數，最終影響PET探測器的時間分辨率。

晶體材料的衰減時間、光電傳感器的性能、電子電路性能等都對PET系統的能量分辨率有很大影響。根據Hyman理論，PET系統的時間分辨率可以由下面的公式計算：

其中τ是晶體的衰減時間，N_phs是光電子的個數，ENF是光電傳感器的噪聲因子。晶體材料和傳感器類型一定時，增加晶體的光輸出即光電子的個數，能有效提高時間分辨率。目前常用的增加晶體光輸出的方法有兩種，一是減小晶體的長度，但是為了保證系統有足夠的靈敏度，晶體的長度一般是20mm；二是優化晶體的表面處理方式，一個四棱柱有6個面，其中耦合了SiPM的面與非耦合面的表面處理方式不一定相同，且晶體的表面處理方式有很多，例如拋光處理，特氟龍膠帶、ESR膜包裹等。

研究光子群的傳播路徑影響，改變閃爍晶體的表面處理方式，耦合材料及幾何微結構，盡可能提高伽馬射線和晶體相互作用時產生的光子到達光探測器表面，包括光子群到達探測器的時間及輸出量，對提高探測器的性能尤為重要。目前，有論文提出對閃爍晶體的處理以提高光輸出，主要研究拋光處理與粗糙處理，粗糙處理能夠在一定程度上提高光輸出；也有論文提出對晶體結構直接進行設計，在出光面設計為棱形結構。以上方式能夠一定程度上提高光輸出，但效果不明顯，或增加探測器結構的復雜程度。