[发明专利]像素化的探测器设备

说明书

本发明涉及一种像素化的探测器，其具有增强的结构以使得即使在晶体边缘具有高的光输出的情况下也能够容易地进行像素识别。闪烁体晶体（50）和探测器像素（12）之间的半像素移位使得能够在串光的情况下通过四个探测器像素（12）而不是九个像素来识别晶体（50）。无任何机械结构的玻璃板可以用作探测器和闪烁体的公共基底（60）。

技术领域

本发明涉及一种用于诸如正电子发射断层摄影（PET）的核成像中的像素化的探测器设备。更具体而言，本发明涉及一种像素化的探测器，在所述像素化的探测器中闪烁体材料的阵列被耦合到光探测器的阵列，例如在PET或单光子发射计算机断层摄影（SPECT）中。

背景技术

在过去的核成像设备中，伽玛辐射探测器采用闪烁体,该闪烁体将入射的伽玛辐射转换成光线，然后该光线由光电倍增管（PMT）探测。闪烁体是表现出闪烁（由电离辐射激发时发光的属性）的材料。由于光电倍增管的几个缺点，有兴趣将其替换为固态光传感器，例如在盖革模式下驱动的雪崩光电二极管，叫做，例如，硅光电倍增管（SiPM）。典型的SiPM比传统的光电倍增管具有更好的时间和能量分辨力。由于飞行时间（time-of-flight）PET（TOF-PET）扫描仪正变得越来越普遍，因而明显优于1纳秒的时间分辨力变得更有价值，但是采用这项新技术存在严重的障碍。

像素化的探测器由高电阻率的半导体芯片构成，所述半导体芯片包括像素化的光电二极管及各自的读出电子设备。该半导体芯片也被称为二极管探测层。为实现高的灵敏度，二极管面积与每个像素的完整面积的比率（称为填充因子）应该要高，通常在50％以上。X射线被吸收到位于二极管探测层的顶部并与其光学地耦合的闪烁体晶体中。在闪烁体晶体中产生的光学光子被二极管探测层中的各个独立像素的二极管探测并被转换为电信号。各像素二极管的信号由半导体芯片上的特定读出电子通道读出。

伽玛照相机（也称为闪烁照相机或安杰照相机）是用于对发射放射性同位素的伽玛辐射进行成像的设备，即被称为闪烁扫描术的技术。闪烁扫描术的应用包括早期药物开发和核医学成像，用于观察和分析人体的图像或医学地注射、吸入或摄入的放射性核素发射的伽玛射线的分布。当前的SPECT探测器和早期的PET探测器是基于这种安杰照相机和连续NaI：Tl晶体构造的。现代PET探测器使用遮挡探测器或用反射材料彼此光学地分离的单独的闪烁体晶体的阵列。用于TOF-PET的一种合适的闪烁体是LYSO（Lu_1.8Y_0.2SiO₅:Ce），可以通过将晶体包裹在聚四氟乙烯层中得到合适的反射层。这一阵列利用中间“光导”层光学耦合到PMT阵列，以将由伽玛量子在单个闪烁体晶体中生成的光线散布到整个PMT阵列，从而能够使用安杰逻辑电路。

新一代的PET探测器使用实现为硅光电倍增管（SiPM）的更小的探测器像素。这一概念大体基于闪烁体晶体和SiPM的一对一耦合。这种想法是仅用一个SiPM探测器测量一个闪烁体像素内所产生的光，以便最大化此探测器上的信号，并最小化数据读出速率和探测器暗计数对信号的影响。暗计数是SiPM技术的固有属性。考虑到到相邻像素的更低串光或康普顿散射，将需要读出至少九个探测器像素，即“直接”探测器像素加上其邻近的八个像素。这种较大的读出面积将需要9倍的读出速率，并且将意味着暗计数对信号的明显更大的贡献。针对闪烁体阵列中的反射器的一个有希望的概念是利用反射片如Vikuiti高反射率反射片（Vikuiti ESR）。这些介质镜提供了高反射率、非常低的串光并且没有光吸收，它们使得实现高填充因子，因为它们的厚度只有65μm。然而，一部分闪烁光被引导到晶体和反射器之间的缝隙中，导致正好沿着该像素的边缘的更高的光输出。来自正好位于晶体和反射器之间的界面的这种增加的光输出可能会导致：尽管界面面积较小，但是来自这一区域的闪烁光贡献总信号的大约10-20％。然而，在典型的一对一耦合中，每个探测器像素的敏感区域在一个闪烁体晶体下方居中，而芯片的不敏感区（读出电子设备等）被放在晶体之间的“缝隙”下面-这意味着，这样的探测器完全错失发生最高光输出的晶体区域的大部分。此外，来自这些“缝隙”的光线可能到达相邻的探测器像素，从而增加了不希望的串光。