[发明专利]用于检测高能光子的器件

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测高能光子的器件。尤其是，本发明涉及的器件包括像素化室温固态检测器，它检测由病人体内放射性材料产生的γ射线光子。

本发明在医学诊断成像设备中找到特殊的用途。

背景技术

PET(正电子放射层析射线摄影法)是一种诊断技术，它获得展示组织和器官(例如，中央神经系统)的代谢和机能的图像。

与核医学中其他诊断技术相似，PET是基于放射性同位素在体内分布的检测和分析，这些放射性同位素已经预先向病人给药。这些放射性同位素可以口服，可以作为气体吸入，或可以通过注射给药。

已知用于医疗用途的若干种放射正电子的放射性同位素。最常使用的是氟-18，它能与葡萄糖示踪剂结合，获得¹⁸F-FDG(18氟脱氧葡萄糖)。这样，通过放射性信号的放射可检测的葡萄糖被获得。

在放射性同位素给药之后，这些放射性同位素分散遍及待检查的身体区域并往往会被例如癌细胞吸收。当放射性同位素衰变时，它发射正电子，数毫米后该正电子与电子湮灭。这产生一对沿相反方向运动的γ射线光子，每一光子有511keV的能量。这一对γ射线光子能够用所谓PET扫描器检测。使用这两个γ射线光子的检测位置，响应线(LOR)(这是连接γ(射线)光子的两个检测位置的直线)能够被重构。这一过程在图14中示意画出。

图14画出常用PET扫描器1，其中提供床3。在该床上，人或动物的身体2被示意表示。围绕PET扫描器周围，提供多个检测器4。沿相反方向运动的γ射线光子分别被检测器4a和4b检测。利用该检测，该LOR能够被重构。

在收集若干这类事件后，多条LOR相交的点能够被确定。这些点表示放射性同位素的浓度因而癌细胞的可能存在。PET扫描器被耦联到计算机，该计算机负责测量被身体吸收的放射性同位素的量，并确定这些LOR。这样，获得给出身体内部器官及其他部分的结构及机能两者细节的图像，是可能的。

在典型的PET治疗方案中，病人被注射300到500MBq之间的¹⁸F-FDG。在允许一个至一个半小时吸收之后，病人被放置在扫描器中用于扫描。在常用PET扫描器上的典型PET扫描需要约30分钟的扫描器时间。

在肿瘤诊断中，PET起重要作用。人们能够从下面的表中看到，它的准确性超过常用的诊断成像系统(取自Journal of Nuclear Medicine Supplement，Volume 42，Number 5，May 2001和UCLA)：

诊断准确度

PET扫描器包括多个检测器。现今，目前最好的用于PET的检测器是基于LSO(含氧原硅酸镥(Lutetium Oxyorthosilicate))晶体，典型大小是4mm×4mm×10mm。该种晶体当被γ(射线)光子撞击时发射闪光。这些闪光能够用与该晶体耦联的光电倍增管(PMT)检测。这也已经在图14中示意表示。检测器4c包括分段的晶体5和多个PMT 6。本领域熟练技术人员应当清楚，该多个PMT 6也能够用单个位置敏感光电倍增管(PSPMT)代替。

LSO晶体对511keV的γ(射线)产生的光约4000phe。用LSO晶体在511keV上能够获得的半极大全宽度(FWHM)是约10％。该受限能量分辨率将降低消除被散射事件的能力，该被散射事件是在重构的图像中的一类噪声。LSO晶体的典型长度(当在PET扫描器中使用时，是沿径向方向)是约10mm，而这一点意味着，检测器的撞击点的固有不确定性沿径向方向约为3mm，它将导致响应线的投影中的误差。当考察图14时，这一点能够容易理解。记录事件的PMT实质上给出两维的坐标。γ(射线)光子撞击晶体的地方的径向位置被丢失。该信息的丢失引起的视差效应，能够导致LOR的投影中的误差。该误差自然损害重构的图像的质量。

另一个缺点是检测器晶体的形状，它是直角平行六面体，且当由这种部件形成圆柱形形状时(例如用于PET扫描器)，它不可避免地在晶体的接触点上有裂纹。

医学诊断成像设备的另一个例子，是γ射线照相机。γ射线照相机也广泛被用于核医学。它包含由多个闪烁晶体形成的单个检测器平面和在它前面的准直器。只有在小角度范围中通过准直器中的孔的光子到达检测器；其他的光子被准直器吸收。由此，源分布的两维投影被检测器平面记录。

SPECT(单光子放射计算层析射线摄影法)是使用γ射线照相机的核医学层析射线摄影成像技术。SPECT成像是使用γ射线照相机进行的，用于以不同角度采集多个两维图像。然后，用计算机对该多个投影应用层析射线摄影重构算法，产生三维图像。