[发明专利]一种基于片层晶体阵列的高能光子检测装置

说明书

本发明属于晶体探测器领域，并具体公开了一种基于片层晶体阵列的高能光子检测装置，包括片层晶体阵列结构和光电传感器阵列层，片层晶体阵列结构由数个片层晶体阵列层叠而成，相邻的片层晶体阵列之间设置有光反射层，且光反射层上开设有透光窗口；光电传感器阵列层与所述片层晶体阵列结构耦合在一起；检测时，高能光子在片层晶体阵列中发生衰减反应，产生可见光子群，该可见光子群由光反射层反射或通过透光窗口进入相邻片层晶体阵列，最终由光电传感器阵列层接收，从而获得光分布情况，进而得到高能光子的反应位置和反应深度，完成检测。本发明片层晶体阵列之间解码过程互不影响，得到与反应深度相关的光分布信息，解码精度高且结构简单。

技术领域

本发明属于晶体探测器领域，更具体地，涉及一种基于片层晶体阵列的高能光子检测装置。

背景技术

传统正电子发射成像系统中的检测头模块通常由三个模块组成，分别为晶体阵列、光导层、光电传感器阵列。最上层晶体阵列由离散晶体、连续晶体或片层晶体阵列组成，晶体与光电传感器之间设置光导层。正电子湮灭反应发生在晶体阵列中，湮灭反应产生的511keV的高能光子(γ光子)被转换为可见光子群。由于晶体阵列条除底面与光导层、光电传感器阵列耦合面外的五面都被覆盖，可见光子群仅能从晶体阵列的底面射出，并被光电传感器接收，各个传感器单元采集到的可见光信号的大小，用重心算法(Anger Logic)计算出高能光子在晶体阵列中的二维的反应位置，这一过程称为晶体解码。

目前，正电子发射断层成像(Position Emission Tomography，PET)性能已达到很高的水平，PET系统的空间分辨力标准为FOV中心的空间分辨力，可达到0.82mm。但PET的空间分辨力并不相等，FOV中心的空间分辨力最高，随着系统边缘半径的增大，空间分辨力降低，造成该状况原因是反应深度(depth of interaction，DOI)效应。反应深度效应是影响光电探测器在解码过程中对γ光子位置和路径判断的准确性，如图1所示，由于γ光子具有一定的衰减长度，其到达晶体后不会马上发生反应，而是按照一定的衰减函数发生反应，在某一定时间转化为可见光子群，当γ光子在系统非中心位置进入闪烁晶体内，即以一定的角度进入闪烁晶体时，γ光子在发生反应前进入了另一个晶体内，此时计算出的反应位置模拟出的γ光子产生位置和实际产生位置存在一个偏差，称为反应深度效应。

现阶段晶体阵列的反应深度(DOI)测量已用于PET中，常采用软件校正方法或硬件校正方法提高反应深度的信息量、解码分辨率，以提高系统的空间分辨力和灵敏度权益比。软件校正方法基于FBP重建算法或OSEM迭代算法进行，但存在计算成本较高，且迭代次数稳定性欠佳的问题。硬件校正方法包括：(1)多类闪烁晶体集成，但其结构复杂，解码精度较低；(2)多层晶体获取DOI位置，但其工艺上受到晶体表面设计、各层晶体的尺寸与排布方式、机械设计等限制，且由于晶体不连续，不同晶体材料的交界导致光子损失严重，降低系统灵敏度；(3)晶体阵列两端耦合两个光电传感器装置，其采用双端读出晶体，配合光共享方法检索DOI信息，尽管可以得到一个连续的DOI采样数据，但使用的光电传感器数目增加，进而所需传输信号数据的通道数增加，导致采集信号强度减弱和成本的大幅增加。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于片层晶体阵列的高能光子检测装置及装置，其目的在于，将数个片层晶体阵列层叠，且相邻的片层晶体阵列之间设置透光窗口，各片层晶体阵列之间解码过程互不影响，通过光电传感器得到与反应深度相关的光分布信息，解码精度高且装置结构简单。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于片层晶体阵列的高能光子检测装置，包括片层晶体阵列结构和光电传感器阵列层，其中，所述片层晶体阵列结构由数个片层晶体阵列层叠而成，相邻的片层晶体阵列之间设置有光反射层，且光反射层上开设有透光窗口；所述光电传感器阵列层与所述片层晶体阵列结构耦合在一起；