專利名稱：一種用于探測伽馬射線的具備對作用的能量、位置和時間坐標進行編碼的新型的閃爍體 ...的制作方法
一種用于探測伽馬射線的具備對作用的能量、位置和時間 坐標進行編碼的新型的閃爍體陣列探測器及相關的信號處
理方法
背景技術：
通過探測穿過被測體的、或被測體所發射的伽瑪射線的分布來研究該被測體的組
成和功能的技術和儀器已經廣為人知。這些設備通常被應用在發射型計算機斷層掃描中，
其可以劃分為兩種特定類別單發射光子計算斷層掃描(SPECT)，其使用發射伽瑪射線但 不發射正電子的放射性示蹤劑；正電子發射斷層掃描(PET)，其使用發射正電子的放射性 示蹤劑。這兩種技術之間的基本物理差異在于PET使用的是湮滅符合探測(annihilation coincidence detection)，而SPECT不是。 在將發射正電子的生化類放射性示蹤劑注入活體后，PET能夠在活的有機體內確 定生化功能。正電子與目標體中周圍的電子發生湮滅以生成一對均具有511keV的光子能 量并幾乎反向運動的伽瑪射線。利用兩個相向的伽瑪探測器對這對湮滅伽瑪射線進行測 量，能夠確定該伽瑪射線的反向軌跡所限定的軌跡線的空間中的位置和方向。使用計算機 投影重建技術來將通過使用探測器陣列測量對象所獲得的大量軌跡線疊加在一起，從而對 活體內的放射性示蹤劑的分布進行成像。 發射計算斷層掃描系統采用各種不同幾何構型來構造伽瑪探測器。對構型的選擇
主要由所需的系統性能和造價決定。伽瑪探測器的設計必須能夠提供對伽瑪射線的能量和
位置坐標的精確估計。此外，在PET的情況下，探測器還要能夠提供時間符合間隔。來自這
些探測器的數據讓人們可以重建出活體內的放射性示蹤劑的分布圖像。 大量的伽馬探測器被報道過了。例如，Casey等獲得的美國專利第4750972號，
公開了一種位置編碼器和探測器系統，這種系統含有一個二維的光子計數位置編碼器探測
器。此編碼器/探測器利用閃爍體探測器陣列來提供光子交互作用的截面坐標組成一個模
塊獲得入射光子作用點的橫向信息(即X和Y坐標)；但這種探測器不能提供作用點在受
激閃爍晶體內的縱向位置(即Z坐標)。所以當光子非垂直入射此類探測器相同時，可能會
穿越多個晶體，，這導致了它們軌跡線路的不確定性，從而由于判讀誤差(parallax error)
而使圖像分辨率產生降質。 再如，Wong等獲得的美國專利第5319204號，公開了另一種對入射伽瑪光子作用 點的位置和能量進行解碼的探測器，它令閃爍體探測器陣列組成的模塊之間的邊緣相對于 光敏探測器的邊緣有偏移。每個光敏探測器耦合至四個相鄰的閃爍體探測器陣列模塊，其 中每個閃爍體探測器陣列模塊的四分之一占據光敏區域的四分之一，所以每個光敏探測器 同時探測來自四個相鄰的閃爍體探測器陣列模塊的閃爍光。但是，此專利未提及能否或如 何使用光導以在若干個光敏探測器之間分配閃爍光。 Lecomte在美國專利第4843245號中，公開了一種能夠提供入射光子作用點在閃 爍晶體中的橫向及縱向位置的探測器。它使用了兩種不同熒光衰減時間的閃爍體探測器， 其中一種晶體疊置在另一種晶體上。入射伽瑪光子的作用點位置由脈沖波形甄別技術獲 得。盡管該技術可提供作用點在晶體中的橫向和縱向信息，但如果兩種材料的閃爍體探測器的總厚度維持一定，則可能會導致系統的探測效率降低，即每一層晶體都薄了。另一方 面，如果增加閃爍的晶體厚度以補償系統探測效率，那么系統的分辨率又會變差。
另一種可以獲得作用點橫向和縱向位置信息的探測器系統是Thompson等在美國 專利第5122667號中公開的。與Lecomte的方法不同，它只用一種閃爍晶體，也不用熒光衰 減時間來甄別作用點深度，而是在一根晶體的中間部位采用閃爍光吸收帶，它的凈效果是 把一根晶體分成兩個區域，每個區域的伽瑪光子作用效率基本一致。利用脈沖高度甄別技 術來區分不同區域的伽瑪光子作用事例。此方法的不利效果在于，減少了總的閃爍光收集 量，并且會導致高光輸出閃爍體的康普頓連續統一體疊加到底光輸出閃爍體的光峰區域。 所以，此方法本質上會造成康普頓散射混入光電峰的不確定性。 Rogers在美國專利第5349191號中公開了一種在探測器中獲得作用點橫向和縱 向位置信息的方法。它依據隨著作用點在晶體中的縱向位置變化，所收集到的閃爍光也會 相應地連續變化。要獲悉閃爍光連續變化的規律，所收集的閃爍光連續變化需要對每一個 探測器做繁復的校正，此校正過程用位置已知的經準直的光子束來獲得沿晶體縱軸的光收 集與位置的對應關系。該校正方法很難在大型陣列閃爍晶體上實現。 以上的設計主要是針對正電子發射斷層掃描，其所用的閃爍晶體主要有正硅酸釓 (GS0)、摻鈰正硅酸釔镥(LYS0)、摻鈰正硅酸镥(LS0)、鑭的鹵化物(如氯化鑭、溴化鑭等)、 鍺酸鉍(BGO)，其他的一些閃爍晶體被提出或使用。而單發射光子斷層掃描則主要使用摻鉈 碘化鈉(Nal (Tl))，結構多為連續的片狀整體耦合到連續光導上，且使用Anger邏輯來定位 閃爍事例。 Govaert等在美國專利第4267452號，公開了用于單發射光子斷層掃描的非連續 的片狀整體(分段型)NaI(Tl)的探測器設計。其獨特之處在于SPECT的探測器是有分段 的。分段的NaI(Tl)晶體類似于某些用在正電子發射斷層掃描中的模塊型晶體設計，尤其 是用有源晶體做為光導的設計。Govaert公開的探測器沒有引入離散晶體單元的運用，即每 個晶體單元是獨立的探測器。相反地，這種分段把整塊的NaI(Tl)切割成許多小單元，這些 小單元又組成共同的有源晶體光導，也就是說，對NaI(Tl)的切割是不貫穿的。
在美國專利第6362479號中，Andreaco等公開了一種可以同時提供入射光子的能 量、作用時間以及作用點位置的晶體陣列探測器設計。該探測器具有用于單發射光子斷層 掃描和正電子發射斷層掃描的潛力。此設計披露的實施方式使用一種或多種閃爍晶體，并 利用光導以光學方式把閃爍體耦合至光敏探測器。光導可以是無源的(即無閃爍光產生能 力)和有源的(即具備閃爍光產生能力的)；同時也可以是分段的或不分段的。但是，在所 有的實施方式中，其控制和分配閃爍光的手段要么如Casey等獲得的美國專利第4750972 號介紹的一個閃爍體陣列探測器模塊耦合到相鄰的四個光敏探測器上；要么如Wong等獲 得的美國專利第5319204號介紹的把一個閃爍體陣列探測器模塊耦合到四個光敏探測器 上，每個閃爍體陣列模塊的四分之一占據光敏區域的四分之一。 美國專利第6362479號披露的實施方式與美國專利第4750972號和美國專利第 5319204號的有所不同，表現在第6362479號的實施方式采用光導控制和分配閃爍光，并且 可以采用多種閃爍體。但是，這些專利的實施方式都共享同樣基本原理，那就是，總是單一 地按二維方式進行來控制閃爍光的分配和收集。因此，一旦光敏探測器陣列的增益沒有充 分均衡，那么閃爍體的位置解碼直方圖也會在兩個維度上產生不可預估的畸化，從而無法
4確定哪一些閃爍體的位置解碼直方圖對光敏探測器陣列的增益變化不敏感。進而，如果增 益不均衡性超過一定的范圍，如某些光敏探測器的增益變化超過10%，那么用一個或幾個 閃爍晶體的能譜來快速(如，每天甚至每次診斷掃描的同時)實現增益均衡就是不可能的。
兼具SPECT和PET的功能的SPECT探測器系統設計被稱作混合設備。這類系統通 常通過增加摻鉈碘化鈉(Nal)的長度來提高探測效率，并且增加了時間符合電路和衰減校 正。雖然有了這些變化，但是連續的整塊摻鉈碘化鈉晶體構成的探測器在系統性能方面仍 然比專用的PET探測器設計差。 盡管以上提及的SPECT、 PET、、PET/SPECT混合設備中的探測器都在一定程度上滿 足了其應用需求，然而，更好的SPECT和/或PET探測器系統需求仍然存在，尤其是具備光 敏探測器陣列的增益均衡能力的系統。
發明內容
本發明的一個方面涉及伽瑪射線探測器模塊，根據本發明一個實施方式的伽瑪射
線探測器模塊包括至少一個閃爍體探測器，配置成在點解碼模式中操作；或者至少兩個
閃爍體探測器，配置成在線解碼模式中操作，其中所述至少一個閃爍體探測器中的每個耦
合到單獨的光敏探測器，并且其中所述至少兩個閃爍體探測器耦合到至少兩個基本上排列
在一條線上的光敏探測器；以及，至少四個閃爍體探測器，配置成在面解碼模式中操作，其
中所述至少有四個閃爍體探測器耦合到多個以二維陣列排列的光敏探測器。 本發明的另一方面涉及用于對伽瑪射線源進行成像的方法。根據本發明一個實施
方式的方法包括使用探測器模塊來獲取伽瑪射線測量結果，該模塊包括至少一個閃爍
體探測器，配置成在點解碼模式中操作；或者至少兩個閃爍體探測器，配置成在線解碼模式
中操作，其中所述至少一個閃爍體探測器中的每個耦合到單獨的光敏探測器，并且其中所 述至少兩個閃爍體探測器耦合到至少兩個基本上排列在一條線上的光敏探測器；以及，至
少四個閃爍體探測器，配置成在面解碼模式中操作，其中所述至少有四個閃爍體探測器耦 合到多個以二維陣列排列的光敏探測器；以及，使用由在所述點解碼模式中操作的所述至 少一個閃爍體探測器或在所述線解碼模式中操作的至少兩個閃爍體探測器所獲取的測量 結果來均衡所述探測器模塊中的所述閃爍體探測器的增益。 通過下面的描述和所附權利要求，本發明的其它內容及優勢會更為明確。
圖IA是采用根據本發明一個實施方式的伽瑪射線探測器模塊的醫療儀器示意 圖。 圖IB是根據本發明的一個實施方式的伽瑪射線探測器的模塊組配示意圖。圖1C
是采用根據本發明的另一種實施方式的伽瑪射線探測器的模塊組配示意圖。 圖2是采用根據本發明的一個實施方式的伽瑪探測器模塊的原理，其中圖示了點
解碼模式、線解碼模式和面解碼模式。 圖3A至3K示出了根據本發明實施方式的點解碼模式探測器的各種實施方式。
圖4A至4C示出了根據本發明實施方式的線解碼模式探測器的格式實施方式。
圖5A至5C示出了根據本發明實施方式的面解碼模式探測器的各種實施方式
瑪射線
流程圖
圖6A至6B示出了根據本發明實施方式的具有光導的閃爍體探測器的實施方式。圖7A至圖7B示出了根據本發明一個實施方式的光導。圖8A至圖8C示出了根據本發明另一實施方式的光導。圖9A至圖9P示出了根據本發明實施方式的各種耦合式樣。圖IOA至圖IOC示出了利用常規探測器陣列所獲得的伽瑪射線測量結果。圖IIA至圖IIC示出了利用根據本發明的一個實施方式的探測器陣列所獲得的伽l量結果。
圖12示出了根據本發明一個實施方式的用于在探測器陣列中均衡增益的方法的
圖13A至圖13C示出了根據本發明一個實施方式的探測器陣列。圖14示出了根據本發明一個實施方式的、相同模塊上的點解碼模式、線解碼模式以及面解碼模式探測器的探測器陣列。 圖15示出了使用根據本發明一個實施方式的伽瑪射線探測器模塊來對被測體進行成像的方法。 圖16示出了根據本發明一個實施方式而使用的光敏探測器的不同形狀的伽瑪射線探測器模塊。
具體實施例方式
本發明的各種實施方式涉及可確定伽瑪射線與閃爍體(包括一種或多種閃爍體材料)的相互作用所產生的閃爍光的能量、位置及時間的探測器以及相應的儀器設備。其中一些實施方式涉及到伽瑪射線探測器陣列，該陣列包含耦合到光敏探測器(用于收集和測量閃爍體探測器中產生的閃爍光)的閃爍體探測器(用于與伽瑪射線發生作用并產生閃爍光)。某些閃爍體探測器與光敏探測器通過光導耦合到一起，而光導可以是分段的或不分段的。此外，光導還可以是有源的(具有閃爍光產生能力)或無源的(無閃爍光產生能力的)。在此，"分段"或"不分段"的含義是光導是否具有阻隔物和/或光學介質并由之規定若干槽隙。分段間隙可以在不同深度具有阻光物以控制閃爍光光子的統計分布。
在本發明涉及的伽瑪射線探測器中使用的閃爍體探測器可以是離散的(每個閃爍體探測器與其它探測器是分離的)，也可以是非離散的(每個閃爍體探測器與其它探測器之間存在物質連接)，還可以混合使用以上兩種類型的閃爍體探測器。為簡化制造工藝，可以對整塊較大尺寸的閃爍晶體塊進行切(割)槽來獲得探測器個體。切槽可以貫穿整塊晶體(離散探測器)或者部分貫穿整塊晶體(非離散探測器)。為了闡述的明晰，在下面的說明中或許會用"離散"探測器來描述本發明的實施方式。使用"離散探測器"僅僅是為了陳述的方便而不是限制本發明的適用范圍。本領域技術人員在適當的情況下可以用某些"非離散"的探測器來替代"離散"的探測器，但并未超出本發明的覆蓋范圍。根據本發明的一些實施方式中的光敏探測器通常是光電倍增管或光敏二極管。但是，任何常規的光敏探測器均可用于本發明的實施方式。 在本發明涉及的伽瑪射線探測器陣列可以被應用到任何需要伽瑪射線探測器的儀器中。如圖1A所示，所述探測器陣列可被用于醫學成像設備IO(可以是正電子發射斷層掃描(PET))，這類醫學成像設備通常有一個被檢體承載臺ll和一個包括一個或多個伽瑪
6射線探測器陣列12的探測器環。另外如圖1B所示，探測器環也可以構造成弓(弧)形。再如圖1C所示，一個探測器陣列中含有一個或多個的閃爍體探測器13耦合到一個或多個的光敏探測器14。 依據本發明的一些實施方式，所述的伽瑪射線探測器陣列12被配置成既非弧形也非環形的結構。例如，圖1C揭示由兩個相向的伽瑪射線探測器陣列12構成并探測所述探測器陣列之間的伽瑪射線源。本發明的伽瑪射線探測器陣列也可用于采用任何機構的任何儀器。 自從Anger在美國專利第3011057號中介紹之后，分光原理被廣泛地用在醫學儀器中來準確地測量使用閃爍體的伽瑪射線發射物(如在人體或其它被研究對象體內的放射性示蹤劑)的位置。其基本概念，如同Anger所公開的，是把閃爍光以二維的方式分配到二維排列的光敏探測器陣列上。于是，光敏探測器2D陣列收集到的相對光強便可通過類似解三角的辦法來確定閃爍事例的位置。此概念被充分運用和體現在大多數核醫學儀器。但是，此方法的準確度依賴于二維探測器陣列的相對光強的測量準確度。因此，在各個探測器之間的任何的增益不平衡都會劣化最終結果的準確度。 為了提供增益監測和平衡的簡便途徑，本發明的各種實施方式采用了多種的光學耦合機制來控制閃爍光在各個閃爍體探測器和(或)光導內以及在光敏探測器之間的分配。這些光學耦合機制可以進一步調控各個光敏探測器收集測量的光子數量。根據本發明的一些實施方式，所述的各種光學耦合機制可以按照光的分配和收集模式分為三類，即點解碼模式、線解碼模式和面解碼模式。如稍后詳述，點解碼模式晶體探測器具有對光敏探測器增益不敏感的特性，從而可用于提供一條監測和均衡光敏探測器陣列增益的簡便途徑。
點解碼模式就是令發射自某個閃爍體探測器的閃爍光僅只散布到一組光敏探測器陣列中的一個光敏探測器上并只由這個光敏探測器來采集光。這樣，點解碼模式閃爍體探測器只"照亮"一個光敏探測器(即一個二維陣列中的一個"點")。線解碼模式使得發射自某個閃爍體探測器的閃爍光能夠散布到一組基本上以線性方式(一維)連續排列的兩個或更多的光敏探測器陣列(或其中的部分)上，并由所述的兩個或更多相鄰光敏探測器來采集光。這樣，線解碼模式閃爍體探測器只"照亮"連續排列在一條線上的一組光敏探測器陣列(即一個二維陣列中的一條"線")。根據本發明的一些實施方式，線解碼模式的晶體探測器可以與上述的點解碼模式晶體探測器共用光敏探測器，也可以不共用，既分離的光敏探測器能夠被用于不同的探測模式。 面解碼模式允許發射自某個閃爍體探測器的閃爍光散布到(2D)連續排列(例如并排設置的四個或更多光敏探測器以形成正方形、矩形或其他形狀)的四個或更多相鄰光敏探測器(或其一部分)上，并且被所述的四個或更多相鄰光敏探測器(或其一部分)上所獲取。也即面解碼模式閃爍體探測器"照亮"連續排列在一個"面"上的一組光敏探測器陣列(即一個二維陣列中的一個區域或"面")。根據本發明的一些實施方式，面解碼模式的閃爍體探測器可以與上述的點解碼模式或線解碼模式閃爍體探測器共用光敏探測器，也可以不共用，即，不同的光敏探測器能夠被用于不同的探測模式。利用不同尺寸的光敏探測器及相應的閃爍體探測器，通過組合使用點、線、面這三種分光機制(包括使用和不使用光導)，可以構建基于本發明的實施方式的不同尺寸的伽瑪射線探測器模塊。
圖2揭示了點解碼、線解碼、面解碼這三種分光機制的原理。如圖2所示， 一個或
7更多的反射體30 (如白色涂料、反射膜、特氟隆薄膜帶等)可以用來覆蓋點解碼模式晶體探測器20的、除了以光學方式耦合到光敏探測器50的一個或多個表面外的其它表面。在晶體探測器表面與反射體之間可以保有、也可以不保有間隙。使用反射體(或光學阻隔物)的目的在于最大限度地收集閃爍光；使晶體探測器在功能上不關聯的光敏探測器上產生的光學交擾降到最低(如在點解碼模式中，盡量地控制光收集只在一個光敏探測器上)以實現期望的解碼模式。在圖2中，點解碼模式晶體探測器20中的虛線代表其中閃爍光的徑跡。可見閃爍光被有意地被反射體或光學阻隔物30有效地限制(反射)在點解碼模式晶體探測器內，并被一個光敏探測器50收集探測。同樣是在圖2中，線解碼模式晶體探測器22或面解碼模式晶體探測器24中的虛線代表各自內部閃爍光的徑跡。可見閃爍光被反射體或光學阻隔物30有效地控制在各相應模式晶體探測器內，并被分配到多個光敏探測器50實現收集探測。 注意到，點解碼探測器20與其他的探測器是完全分離的(或足夠充分地接近完全分離)，即對整塊晶體的切割是貫穿的或幾乎貫穿的，由此從該探測器產生的閃爍光會被導入一個獨立的光敏探測器。或者，點解碼模式晶體探測器也可以由分離的晶體單元(如預先切割成所需尺寸的獨立晶體)來和其他晶體探測器組裝在一起構成。注意，如果在點解碼模式晶體探測器與光敏探測器之間使用光導，該光導也應遵從在各個光敏探測器之間分光最少的目標來保證該探測器產生的閃爍光僅被導入一個獨立的光敏探測器。
再次參考圖2，對線解碼探測器22而言，相鄰的晶體之間存在部分分離(在非離散晶體探測器的情形時，可通過部分切割來實現；或者在離散晶體探測器的情形時，則利用圖9所揭示的光學耦合樣式來實現)以令相鄰探測器結合在一起并容許部分分光，即，在一個探測器產生的閃爍光會被分配到一組線性連續排列的光敏探測器上。注意，如果在線解碼模式晶體探測器22與光敏探測器50之間使用光導，則該光導可實現線解碼模式分光機制的部分分光要求。此時，線解碼模式的各個晶體探測器與其相鄰晶體探測器可以是完全分離(或足夠充分地接近完全分離)的。類似地，對面解碼模式晶體探測器24而言，在晶體之間或是光導(如果使用光導的話)之間，也應該實現在一個探測器產生的閃爍光會被分配到一組二維排列的光敏探測器上。 對于點解碼探測器20，閃爍光被有意地由反射體或光學阻隔物30限制在其中并
由一個光敏探測器收集探測。在線解碼模式晶體探測器22和面解碼模式晶體探測器24中，
閃爍光被有意地由反射體或光學阻隔物30有效地控制在各相應模式晶體探測器之內，并
被分配到多個光敏探測器實現收集探測。線解碼模式探測器22和面解碼模式探測器24的
差別在于對于線解碼模式探測器22，反射體或光學阻隔物30的運用形式是被設計成有利
于閃爍光在一組線性排列的光敏探測器上分配；而在面解碼模式中，反射體或光學阻隔物
30的運用形式則被設計成有利于閃爍光在一組二維排列的光敏探測器上分配。 在前面已經提到，點解碼模式的閃爍體探測器包括一種特性，該特性將與不關聯
于點解碼模式的其他光敏探測器之間的分光最小化。此分光最小化特性通常可以通過在探
測器外表面使用反射體實現。此外，現有技術中任何已知的、防止光線共享的任何其他手段
也可以使用，例如高度拋光的外表面，特殊表面處理(例如離子注入)等等。 依據本發明的一些實施方式，點解碼模式的測量可以用來監控和(或)校正光敏
探測器的增益。當各個光敏探測器之間的增益差別沒有被很好的補償時，分光最小化的特性能夠把點解碼模式的離散探測器在位置直方圖上的畸變限制在一個較小的也更可預測的區域內。。而且，即使在光敏探測器的增益不均衡程度已經達到令傳統的非點解碼模式的探測器的位置統計直方圖不可預測地嚴重畸變時，采用點解碼模式的探測器仍然能夠容易地確認。 基于此特性(即最少分光)，用已知的伽瑪射線源(包括正電子源)輻照采用本發明的伽瑪探測器，通過一定的數據采集和分析手段(其流程在稍后詳述)，可以得到任何點解碼模式探測器采集的能譜，而此能譜直接地用于評估并相應地調節該點解碼模式探測器所耦合到的光敏探測器的增益。如何利用已知能量的伽瑪射線源調節光敏探測器的增益是早已廣為專業人士熟知。圖12(見稍后章節)給出了此增益調節流程的一個示例。
依據本發明的實施方式，在伽瑪探測器陣列中，每一個光敏探測器都可以有一個點解碼模式探測器與之相對應，就象一個離散的探測器一樣。如此，該伽瑪探測器中的每一個光敏探測器都可以采用上述的方法來監控和調節其增益。該增益調節方法的一個突出優點是在對病患進行檢查的同時，直接利用注入病患的已知放射性示蹤劑的伽瑪射線可以獲得點解碼模式探測器的能譜，據此可以實時在線進行光敏探測器陣列的增益均衡。
如圖3A至3C所示，點解碼探測器(即閃爍體)31位于一個光敏探測器35 (如光電倍增管、光敏二極管等)之上，并在空間上以光學耦合的方式占用此光敏探測器的部分敏感區域。 一般而言，點解碼模式探測器31位于一個光敏探測器35的中心(如圖3A至3C所示)是最優的配置方式。但是，依據本發明的一些實施方式，點解碼模式探測器31也可以位于偏離光敏探測器35的中心的位置(如圖3D至3E所示)。另外，任何點解碼模式探測器31及其對應光敏探測器35的中心至中心偏移，可以和其它的點解碼模式探測器及其對應光敏探測器的中心至中心偏移相同，也可以不同。點解碼模式探測器(閃爍體)31可以包含一種或多種閃爍材料，還可以是分段或不分段的。而且，點解碼模式探測器可以直接或者通過光導耦合到其對應的光敏探測器35上。如果采用光導，它可以是分段或不分段，光導材料可以是有源的(具有閃爍光產生能力)或無源的(無閃爍光產生能力的)。 一個或更多的反射體(如白色涂料、反射膜、特氟隆薄膜帶等)可以用來覆蓋點解碼模式晶體探測器31的除需要進行光學耦合的外表面。在晶體探測器表面與反射體之間可以留有、也可以不留間隙。使用反射體(或光學阻隔物)的目的在于最大限度地收集閃爍光；使其在功能上不關聯的光敏探測器上產生的光學交擾降到最低，從而有利于點解碼模式的實現。
依據本發明的實施方式，點解碼模式探測器可以包括離散的單個閃爍體，如圖3F所示。此外，通過適當的修改，其它一些未脫離本發明設計思想范圍的點解碼模式探測器構造模式也是可能的。這里給出一些例子，圖3G揭示一種替代的點解碼模式實施方式，其中一塊閃爍體38疊置于一個有源的或無源的光導39之上。圖3H揭示另一種替代的點解碼模式實施方式，其中一塊閃爍體38'疊置于另一塊具有不同衰變時間的閃爍體38"上。此實施方式的閃爍體可以是同種或是不同材料。又如圖31所揭示的一種點解碼模式實施方式，其中兩塊具有不同衰變時間的閃爍體38'和38"疊置于一個無源的光導39之上。此實施方式的閃爍體可以是同種或是不同材料。 依據本發明的部分實施方式，多個光敏探測器(如光電倍增管)可以用于同時探測在一個點解碼模式探測器中產生的閃爍光。例如，圖3J揭示一種實施方式，其中點解碼模式探測器的一個端面耦合到一個光電倍增管50上，而在相對的另一端面則耦合到一個光敏二極管50'上。而圖3K示出了另一種可能的實施方式，點解碼模式探測器的一個端面耦合到一個光電倍增管50上，而其一個或多個側面則耦合到一個光敏二極管50'上。
上面已經提到，在本發明的一些實施方式中，部分的探測器可以配置成線解碼模式。圖4A至4C揭示了一個這樣的實施方式，其中一組線解碼模式探測器41位于兩個或更多相鄰的光敏探測器42、43、44(如光電倍增管)上，并在空間上以光學耦合方式占用這些光敏探測器的部分敏感區域。 一般而言，線解碼模式探測器41沿著與其對應的這些光敏探測器的中心線排列是最優的配置方式。但是，其它一些實施方式也可以采用偏離中心線排列的方式。 與上述的點解碼模式探測器相似，在本發明的一些實施方式中，線解碼模式探測器也可以包含一種或多種閃爍材料，閃爍材料可以是分段的或不分段的，它們可以直接或者通過光導耦合到其對應的光敏探測器上。如果采用光導，它也可以是分段或不分段的，光導材料可以是有源的(具有閃爍光產生能力)或無源的(無閃爍光產生能力的)。而且，在不脫離本發明設計思想范圍的情況下，對閃爍體和光導進行材料和位置上的各種組合變化是可能的。 例如，線解碼模式探測器可以包含由一塊尺寸較大帶有各種深度切槽的閃爍體。另外，線解碼模式探測器可以包含由兩個或更多地離散探測器用光學膠粘結在一起，其間的光學耦合界面樣式經過專門設計從而把閃爍光分配到一組線性連續排列的光敏探測器上。在某些線解碼模式探測器實施方式中，一組線性排列的閃爍體陣列可以疊置到一組線性排列的光導陣列之上。值得注意的是，此處給出的例子只是為了描繪設計思想而非窮盡實例。相關專業人士可以演變出各種可能的設計實例但他們并未脫離本發明設計思想范圍。 在其它一些線解碼模式探測器的實施方式中，可以將一組線性排列的閃爍體疊置在另一組線性排列的閃爍體上，其中一組閃爍體耦合到線性排列光敏探測器上，閃爍體可以有相同或不同的衰變時間，其材料也可以相同或不同。而根據另一些實施方式，上述疊置的線解碼模式探測器陣列可以進一步耦合一組線性排列的有源的(或無源的)的光導陣列上。 此外，部分實施方式可以采用多個光敏探測器同時探測在一個線解碼模式探測器陣列中產生的閃爍光。用于一組線解碼模式探測器。例如，線解碼模式探測器的一個端面可以耦合到一個或更多光敏探測器(如光電倍增管)，而相對的另一個端面可以耦合到一個或更多光敏探測器(參見美國專利第6362479號中的實例描述)。 依據本發明的實施方式，人們可以利用各種光學耦合方式來控制閃爍光在相應線解碼模式的兩個或更多光敏探測器上的統計分配。構造光學耦合模式的技術在相關領域是成熟并廣為知曉的。例如，1)對閃爍體表面做機械和(或)化學處理(如，機械拋光或研磨，化學侵蝕等)；2)在閃爍體和(或)光導上切割各種深度的槽；3)在通過2)形成的槽中或者是在離散的閃爍體和(或)光導之間填充反射體(或光學阻隔物)；4)閃爍體和(或)光導的各個分段之間使用光學耦合材料(如光學水泥、光學膠、光學硅膠等)膠結。 一個或更多的反射體(如白色涂料、反射膜、特氟隆薄膜帶等)可以用來覆蓋線解碼模式探測器的除需要光學耦合到光敏探測器之外的一個或多個表面。在反射體和探測器之間可以有或可以沒有間隙。使用反射體(或光學阻隔物)的目的在于最大限度地收集閃爍光；使其在
10功能上不關聯的光敏探測器上產生的光學交擾降到最低，從而有利于線解碼模式解碼的實現。 如前述所及，在采用本發明的實施方式的一些伽瑪探測器中，部分的探測器可以配置成面解碼模式。圖5揭示了一個這樣的實施方式，其中一組面解碼模式探測器位于四個或更多相鄰的光敏探測器(如光電倍增管)上，并在空間上以光學耦合方式占用這些光敏探測器的部分敏感區域。剩余的部分敏感區域(或其中之一部分)可以用來實現點解碼模式和(或)線解碼模式。通常情況下，面解碼模式探測器對稱地占據與其對應的每個相鄰光敏探測器的敏感區域，如圖5A所示。但是，非對稱地排布方式也可以被采用并體現本發明的面解碼模式設計思想。 與上述的點、線解碼模式探測器相似，根據本發明的實施方式，面解碼模式探測器也可以包含一種或多種閃爍材料，它們可以是分段的或不分段的。閃爍體可以直接或者通過光導耦合到其對應的光敏探測器上。如果采用光導，它也可以是分段或不分段的。光導材料可以是有源的(具有閃爍光產生能力)或無源的(無閃爍光產生能力的)。
如前述所及，可以利用各種光學耦合方式來控制閃爍光在相應面解碼模式的四個或更多光敏探測器上的統計分配。光學耦合方式包括上面在線解碼模式中介紹過的部分或全部，例如，l)對閃爍體表面做機械和(或)化學處理(即機械拋光或研磨，化學侵蝕等)；2)在閃爍體和(或)光導上切割各種深度的槽；3)在通過2)形成的槽中或者是在離散的閃爍體和(或)光導之間填充反射體(或光學阻隔物)；4)閃爍體和(或)光導的各個分段之間使用光學耦合材料(如光學水泥、光學膠、光學硅膠等)膠結。 此外，一個或更多的反射體(如白色涂料、反射膜、特氟隆薄膜帶等)可以用來覆蓋線解碼模式探測器的除光學耦合到光敏探測器的一個或多個外表面。根據本發明的實施方式，在反射體和探測器之間可以有或沒有間隙。使用反射體(或光學阻隔物)的目的在于最大限度地收集閃爍光；使其在功能上不關聯的光敏探測器上產生的光學交擾降到最低。 例如，在部分實施方式中，面解碼模式探測器可以包含一塊尺寸較大的帶有各種深度切槽的閃爍體構成。在另外部分實施方式中，面解碼模式探測器可以包含由兩個或更多地離散探測器用光學膠粘結在一起，其間的光學耦合界面樣式經過專門設計以控制閃爍光在相應光敏探測器上的分配。在其它部分實施方式中，一組面解碼模式探測器閃爍體陣列可以疊置到一組無源光導陣列之上。更進一步，所述這一組面解碼模式探測器閃爍體陣列可以含有一組閃爍體陣列疊置在另一組衰變時間不同的閃爍體陣列上。在此實施方式中閃爍體材料可以相同也可以不同。此外，面解碼模式探測器的實施方式還可以把兩個不同衰變時間面解碼模式探測器閃爍體陣列疊置起來后，再疊置到一組無源光導陣列之上。在此實施方式中閃爍體材料可以相同也可以不同。 而且，本發明的部分實施方式揭示了多個光敏探測器可以用于一組面解碼模式探
測器。例如，面解碼模式探測器的一個端面可以耦合到一個光電倍增管，而相對的另一個端
面可以耦合到一個光敏二極管。 一些實施方式則可能在面解碼模式探測器與光敏探測器之
間包含光導(有源或無源的)。而光導則可按照以上披露的技術手段構造。 圖6A和6B揭示了一個這樣的范例，其中一個薄的連續光導61被置于閃爍體探測
器62和光敏探測器63之間。此連續光導僅作為閃爍體探測器和光敏探測器的光學媒介。根據本發明的實施方式，光導不一定需要連續，也不一定總是薄的。 圖7A至7C揭示了一個這樣的范例，其中一個相對較厚的連續光導71作為光學介面被置于閃爍體探測器和光敏探測器之間。此光導的部分區域可以構造出溝槽來安置點解碼模式和(或)線解碼模式的探測器。 圖8A至8C則是另一個范例，其中一個相對較厚的連續光導81被置于閃爍體探測器和光敏探測器之間，而光導上構造出各種深度的開槽。切槽的區域用于面解碼模式探測器和光敏探測器之間光學介面，而溝槽82則用來安置點解碼模式和(或)線解碼模式的探領lj器。 根據本發明的實施方式，閃爍體和光導之間的光學耦合可以設計成不同的配置方式。圖9揭示了一系列光學耦合樣式的實施范例，這些光學耦合樣式控制閃爍光在線解碼模式的探測器和/或的面解碼模式探測器之間的分配。圖9所示的實施范例包括
圖9 (a)，此模式有兩個部分， 一個是反射體(或光學阻隔物)30， 一個是光學耦合材料32，兩部分交接的邊界平行于探測器和(或)光導的短邊； 圖9 (b)，此模式有三個部分， 一個是反射體(或光學阻隔物)30，兩個是光學耦合材料32，各部分交接的邊界平行于探測器和(或)光導的短邊； 圖9 (c)，此模式有兩個部分， 一個是反射體(或光學阻隔物)30， 一個是光學耦合材料32，兩部分交接的邊界平行于探測器和(或)光導的長邊； 圖9 (d)，此模式有三個部分， 一個是反射體(或光學阻隔物)30，兩個是光學耦合材料32，各部分交的邊界平行于探測器和(或)光導的長邊； 圖9 (e)，此模式有三個部分，兩個是反射體(或光學阻隔物)30， 一個是光學耦合材料32，各部分交接的邊界平行于探測器和(或)光導的短邊； 圖9 (f)，此模式有四個部分，兩個是反射體(或光學阻隔物)30，兩個是光學耦合材料32，各部分交接的邊界平行于探測器和(或)光導的短邊； 圖9 (g)，此模式有五個部分，兩個是反射體(或光學阻隔物)30，三個是光學耦合材料32，各部分交接的邊界平行于探測器和(或)光導的短邊。以此類推，可以有任意數目(n)個部分當(n)是奇數時，(n-l)/2個是反射體(或光學阻隔物)30， (n+l)/2個是光學耦合材料32，或者對調反射體和光學耦合材料的部分；當(n)是偶數時，(n)/2個是反射體(或光學阻隔物)30， (n)/2個是光學耦合材料32。各部分交接的邊界平行于探測器和(或)光導的短邊； 圖9 (h)，此模式有三個部分，兩個是反射體(或光學阻隔物)30， 一個是光學耦合材料32，各部分交的邊界平行于探測器和(或)光導的長邊； 圖9 (i)，此模式有四個部分，兩個是反射體(或光學阻隔物)30，兩個是光學耦合材料32，各部分交接的邊界平行于探測器和(或)光導的長邊。以此類推，可以有任意數目(n)個部分當(n)是奇數時，(n-l)/2個是反射體(或光學阻隔物)30， (n+l)/2個是光學耦合材料32，或者對調反射體和光學耦合材料的部分；當(n)是偶數時，(n)/2個是反射體(或光學阻隔物)30， (n)/2個是光學耦合材料32。各部分交接的邊界平行于探測器和(或)光導的長邊； 圖9 (j)，此模式有兩個部分， 一個是反射體(或光學阻隔物)30， 一個是光學耦合材料32，反射體(或光學阻隔物)30的部分包圍光學耦合材料32的部分；
圖9 (k)，此模式有兩個部分， 一個是反射體(或光學阻隔物)30， 一個是光學耦合材料32，光學耦合材料32的部分包圍反射體(或光學阻隔物)30的部分；
圖9 (1)，此模式有兩個部分， 一個是反射體(或光學阻隔物)30， 一個是光學耦合材料32，兩部分交接的邊界不平行于探測器和(或)光導的任何邊； 圖9 (m)，此模式有三個部分， 一個是反射體(或光學阻隔物)30，兩個是光學耦合材料32，各部分交接的邊界不平行于探測器和(或)光導的任何邊； 圖9 (n)，此模式有五個部分，兩個是反射體(或光學阻隔物)30，三個是光學耦合材料32，各部分交接的邊界不平行于探測器和(或)光導的任何邊。以此類推，可以有任意數目(n)個部分當(n)是奇數時，(n-l)/2個是反射體(或光學阻隔物)30， (n+l)/2個是光學耦合材料32，或者對調反射體和光學耦合材料的部分；當(n)是偶數時，(n)/2個是反射體(或光學阻隔物)30， (n)/2個是光學耦合材料32，各部分交接的邊界不平行于探測器和(或)光導的任何邊； 圖9 (o)，此模式有兩個部分， 一個是反射體(或光學阻隔物)30， 一個是光學耦合材料32，兩部分交接的邊界是一段任意曲線； 圖9 (p)，此模式有若干個部分， 一個或更多是反射體(或光學阻隔物)30，剩下的是光學耦合材料32，各個部分的形狀和大小是任意的。 如前所述，根據本發明的實施方式構建的探測器陣列可采用點解碼_線解碼_面解碼三種模式。其中點解碼模式可以簡便地用于評估和校正探測器陣列的每一個獨立探測
器的增益。與此相反，如美國專利第6362479號中公開的傳統探測器陣列，卻很難實施類似的增益校正，由此在增益不均衡條件下通過傳統探測器陣列獲得的數據會重建出的不準確的圖像。 圖IOA和圖IOB示出了采用傳統二維分光模式的伽瑪射線探測器陣列(即非點-線-面的設計)的二維閃爍體解碼圖(也即閃爍體位置統計直方圖)。圖10A是在伽瑪探測器中的光敏探測器陣列增益均衡的條件下取得的，而圖10B則是在其中一個光敏探測器的增益下降40%的條件下取得的。對比兩圖，畸變十分明顯，圖IOB中角落探測器101完全偏離了其在增益均衡的條件下的解碼位置，因此幾乎無法用自動方法快速地將其確認。圖IOC示出了取自基于增益均衡時角落探測器IOI的同一解碼圖區域的能譜。102是增益均衡的情況，103是一只光敏探測器增益下降40%的情況。與102對比，103降質非常嚴重。 作為對比，圖11A和圖11B示出了采用本發明介紹的伽瑪探測器陣列(點-線-面解碼設計)的二維閃爍體解碼圖(也即閃爍體位置統計直方圖)。圖11A是在伽瑪探測器中的光敏探測器陣列增益均衡的條件下取得的，而圖11B則是在其中一個光敏探測器的增益下降40%的條件下取得的。對比兩圖，采用點解碼模式的角落探測器lll在圖IIA和圖11B中的位置幾乎沒變，在兩種情況下它都可以在預設的坐標范圍內找到。
圖IIC示出了取自基于增益均衡時角落探測器lll(采用點解碼模式)的同一解碼圖區域的能譜。此能譜明確地顯示即使在一只光敏探測器增益下降60%的情況下，依然能夠保持良好的能譜形狀。這一獨特性能可以用于構造自動算法來識別點解碼模式探測器并進而用它們的能譜來實現光敏探測器的增益均衡，增益均衡的步驟如圖12所示。更重要的是，獲取能譜所需的輻射源可以取自注入病患的示蹤劑(如正電子發射斷層掃描中的正電子示蹤劑、單發射光子斷層掃描和伽瑪相機掃描時的伽瑪示蹤劑)。因此，當采用本發明 實施方式的伽瑪射線探測器陣列應用于以上儀器時，光敏探測器陣列的增益均衡可以在進 行檢測的同時，實時地在線自動完成。 圖12示出了一種對根據本發明的實施方式的伽瑪探測器陣列的進行增益均衡的 方法。該方法120始于對伽瑪探測器采用已知的伽瑪射線源輻照(步驟121)。進而對信號 進行記錄以獲得閃爍體位置統計直方圖，此圖用于標識點解碼閃爍體并定義點解碼閃爍體 的邊界(步驟122)。此步驟122通常只在系統有改動時才需要，如首次出廠設置之后、更換 了元部件之后、或者是定期的質保校準時。 識別點解碼模式探測器可通過如下步驟實現。圖IOA、圖IOB、圖IIA、圖11B是伽 瑪探測器陣列的閃爍體位置統計直方圖，這類圖一般以二維亮度(強度)圖像的方式表示。 圖像中的每一個亮斑的代表一個探測器的位置。所以，考察這些圖像與亮斑，可以確定每個 亮斑之間的邊界并把每一個探測器的位置與二維閃爍體解碼圖的某個區域建立對應關系。 在實踐中，此對應關系可以用查找表的形式建立、存儲并實時提供閃爍體探測器確認信息。 如圖11A、圖IIB所示，由于點解碼模式探測器到非對應的光敏探測器的光學交擾被控制在 最低的水平，所以其閃爍體位置統計直方圖中的"位置"(即其所對應的亮斑的區域)，即使 光敏探測器陣列的增益極度不均衡的情況下，也基本上不會改變。由此，預先取得的點解碼 模式探測器與二維閃爍體解碼圖建立的映射關系在很大的增益范圍內都是有效的。
—旦定位了點解碼閃爍體，則通過使用在先前步驟中定義的邊界(即閃爍體位置 統計直方圖中亮斑的邊緣處)來獲取點解碼閃爍體的能譜(步驟123)。接下來，基于根據源 的知識而設定的接受標準來將該能譜與預設的光電峰或譜形狀進行比較(步驟124)。通過 比較(步驟125)，如果每個點解碼閃爍體的能譜不滿足接受標準，則相應地調節光探測器 信號鏈的增益(步驟126)，并且重回步驟123。另一方面，如果每個點解碼閃爍體的能譜滿 足該接受標準，則保持PMT信號鏈的當前增益(步驟127)。如果所有PMT信號鏈的增益被 接受(步驟128)，則PMT增益均衡完成(步驟129)。否則，重回步驟123。這里，光敏探測 器(或光電倍增管)信號鏈的含義是產生于光敏探測器的電信號在沒有與其他信號混合和 失去獨立性之前所經過的途徑。舉例而言，整個途徑可以包含光敏探測器、專用于處理此 光敏探測器所產生的電信號的模擬和(或)數字信號處理電路。信號鏈的總增益等于光敏 探測器增益乘以模擬電路增益再乘以數字電路增益，公式表達為Gt。tal = GPD*Gmal。g*Gdigital， 其中Gt。tal是總增益，GPD是光敏探測器增益，Gmal。g模擬電路增益，Gdigital是數字電路增益。 增益均衡即維持每一個點解碼模式探測器的信號鏈的總增益為常數(或很接近常數的一 個分布)，因此，調節光敏探測器增益Gp。、模擬電路增益G^。g、數字電路增益Gdigital中的一 個或幾個都可實現這一目的。 上例中使用點解碼模式探測器來進行增益監測和校準。根據本發明的一些實施方 式也可以用線解碼模式探測器通過與點解碼模式探測器相似的方法來監測和均衡光敏探 測器增益。如前述所及，線解碼模式探測器具有分光最小化特性(例如光反射涂層)會對 光有所限制使其散布到一條線中的相鄰光敏探測器。這種分光最小化特性令線解碼模式探 測器不易于出現由光敏探測器增益不均衡導致的誤差。。另外，同時利用點、線解碼模式的 探測器進行增益均衡也是以上方法的直接衍生。 圖13介紹了一種含有離散探測器的平面型伽瑪探測器模塊10作為本發明的實現范例。雖然這里示范的是平面型結構，并不是說本發明只能用于平面型伽瑪探測器。根據 本發明的一些實施方式，多個探測器和/或光敏探測器可以被構造成凸面、凹面。 一個包含 一個或多個部件的構件135用于提供對閃爍體和(或)光敏探測器的機械支撐并確定維持 閃爍體與光敏探測器的準確位置。有時也會增加某些特殊的構件，如對背景輻射進行屏蔽 的構件、或者是對環境磁場進行屏蔽的構件等等。 如前述所及，本發明的實施方式中，探測器可以含有工作在點解碼、線解碼、和/ 或面解碼模式的探測器。圖14介紹了一個點_線_面解碼的伽瑪探測器范例作為本發明 的一個實施方式。圖14示出了一個探測器組裝件的原理，它包含有(d)個點解碼模式探 測器20 ; (1)個線解碼模式探測器22 ; (m) X (n)個面解碼模式探測器24 ;以上的探測器以 光學方式耦合到(s) X (t)個光電倍增管，或(p) X (q)個雪崩二極管或PIN光敏二極管上。 其中(d) 、 (1) 、 (m) 、 (n) 、 (s) 、 (t) 、 (p) 、 (q)為獨立變量，它們可以取相同或不同的數值。
點、線、面解碼探測器的截面可以是任意形狀，如矩形、正方形、六邊形、多邊形、或 圓形。同樣的，光敏探測器的敏感區域也可以是任意形狀，它們包括但不限于矩形、正方 形、六邊形、多邊形、或圓形。在一個光敏探測器的整體封裝內，可以包含一個或多個可區分 的的敏感單元。把含有多個敏感單元的光敏探測器中的幾個或全部敏感單元作為一個敏感 單元使用，那么點、線、面解碼的設計思想依然適用于多通道的光敏探測器。
盡管最佳的點解碼探測器設計是讓其所產生的閃爍光僅被其對應的光敏探測器 收集，但是在某些實施方式中，有時在一些無關的光敏探測器產生(可控制或不可控制地) 一定程度的光學交擾是可以接受的，只要點解碼探測器依然能夠被有效確認，點解碼的設 計就是有效的。同樣，盡管最佳的線解碼探測器設計是讓其所產生的的閃爍光僅被相應 的兩個以上光敏探測器收集，但是在某些實施方式中，有時在一些無關的光敏探測器產生 (可控制或不可控制地) 一定程度的光學交擾是可以接受的，只要線解碼探測器依然能夠 被有效確認，線解碼的設計就是有效的。 本發明的某些實施方式與一類設備相關，該類設備能夠收集、處理由光敏探測器 獲取的采用本發明設計的伽瑪探測器與入射伽瑪光子作用產生的含有伽瑪光子能量、以及 作用的位置和時間信息的光信號。根據本發明的某些實施方式，此類設備通常含有前面介 紹過的伽瑪探測器(陣列)，有源電子器件(包含但不限于二極管、三極管、運算放大器、 比較器、模擬數字轉換器、數字模擬轉換器、數字處理單元、可編程器件、專用定制集成電路 等)及輔助的無源電子器件(包含但不限于電阻器、電容器、電感及它們的功能替代器件 等)；以及在上述各個元部件間提供連接的器件(包含但不限于電纜、連接器、印刷線路板 等)。 根據本發明的某些實施方式，信號處理包括對模擬信號進行濾波和放大，通過模 擬數字轉換器把模擬信號轉換成數字信號，利用具有數字處理能力的器件(如專用定制集 成電路、可編程邏輯器件、數字信號處理器、中央處理器等)對數字信號進行處理并獲取入 射伽瑪光子的能量、位置和時間信息。根據預先獲得的系統對伽瑪光子作用的響應(包括 閃爍體、光敏探測器及電子線路的響應)的先驗知識，并結合查找表技術，入射伽瑪光子的 能量、位置和時間信息能夠實時(或者有一點可接受的延遲)地獲得。 盡管本發明的實施方式不限于僅用于醫學成像領域，它們確實在醫學成像中有優 勢，其中獨立的探測器可用在具備或不具備時間符合光子成像能力的單光子發射成像，如
15傳統的伽瑪相機、平面成像、單光子發射斷層掃描(SPECT);以及正電子發射成像如正電子 發射斷層掃描等。這些發射斷層成像系統能夠對人體或其他活體的生化的、病理的變化進 行定性或定量的測量。 更具體地，本發明的一些實施方式可應用于正電子發射斷層掃描儀。參考圖l，采 用本發明設計的正電子發射斷層掃描儀5包含一個病患空間11和一個探測器環12，所述探 測器環12用于探測所述病患空間11內的伽瑪輻射。所述探測器環12含有大量的朝向病 患空間的閃爍體探測器13(參見圖1B)。所述閃爍體探測器13在與入射伽瑪光子作用的時 候會產生閃爍光。 一種或多種的轉換手段(設備)14(如光電倍增管)以光學方式耦合到 所述閃爍體探測器13并將所述閃爍體探測器13產生的閃爍光轉換成電脈沖信號。所述探 測器環12可以是閉合的整環(圖1A)或者是不閉合的部分環(圖1C)。如圖1C所示的不 閉合部分環的探測器組裝件也能夠同時探測到病患空間內反向出射的一對伽瑪光子，這對 伽瑪光子源自一對正電子-電子的湮滅。只含兩個所述探測器的部分環(圖1C)設計有時 對小尺寸對象(包括但不限于頭、胸部、乳房、手、手臂、小腿、大腿等人體部位，以及小動物 等)的成像十分有利。 沿著作用響應線，伽瑪光子到達與之作用的閃爍體探測器的時間取決于從正電 子_電子湮滅點到該作用點的距離。理論上，湮滅點的位置可以通過湮滅產生的伽瑪光子 對到達與閃爍體探測器作用點的時間差來確定。而實際上，由于準確測量伽瑪光子到達時 間的難度非常大。伽瑪光子到達時間測量的不確定會直接導致湮滅點的位置的不確定。但 是，在時間測量的不確定性不是很大(或者說時間分辨率不是很差)時，伽瑪光子對的飛行 時間差可以用于提高信噪比而獲得較好的圖像質量。目前的共識是如果飛行時間差的精 度(在半高全寬FWHM的統計意義下)能夠達到0. 5納秒，具有飛行時間差測量能力的正電 子發射斷層掃描儀可以獲得較明顯的信噪比提升。顯然，飛行時間差的測量精度越高，信噪 比提升越明顯。 高精度的作用時間測量需要具有高光產額的快閃爍體，如正硅酸釓 (GS0， Gadolinium Oxyorthosilicate)、摻鈰正硅酸紀镥(LYS0， Lutetium-Yttrium Oxyorthosilicate)和摻鈰正硅酸镥(LYS0， LutetiumOxyorthosilicate)、鑭的卣化物閃 爍體(如，氯化鑭和溴化鑭等)；和高效的閃爍光收集機制。通常，把閃爍體直接耦合到光 敏探測器上能夠比通過光導耦合收集到更多閃爍光。從而，直接耦合可能比通過光導耦合 獲得更高的時間測量精度。 圖15是所述正電子發射斷層掃描儀的數據獲取與處理流程的示例。在探測區域 內的放射源151湮滅產生一對反向出射伽瑪光子的分別到達環形探測器陣列152。所述伽 瑪光子與所述環形探測器陣列152的閃爍體探測器作用產生閃爍光，閃爍光則被所述環形 探測器陣列152中的光敏探測器收集測量。因此，伽瑪光子與探測器環的作用結果是同時 產生了兩個快前沿的電信號。電信號的前沿越快，系統就可以獲得越好的時間分辨率，進而 無論正電子發射斷層掃描儀有無飛行時間差測量能力，均可以得到更好的信噪比和圖像質 量。如果時間分辨率能夠達到0. 5納秒或更高的水平，具備飛行時間差測量的所述正電子 發射斷層掃描儀可比無飛行時間差測量能力的所述正電子發射斷層掃描儀進一步提升信 噪比和圖像質量。 光敏探測器收集轉換后的信號被送到下一個處理步驟153，在此處理步驟中進行
16模擬濾波、模-數轉換、和(或)時間-數字轉換。之后，預處理后的所述信號會通過步驟 154進一步處理來提取所述伽瑪光子作用的信息，包括能量甄別、作用閃爍體探測器的確 認、到達時間校正、位置校正等。 對所述伽瑪光子作用信息的更進一步的處理(步驟155)可以在時間符合處理之 前或之后進行，它主要實現1)系統測量誤差校正；2)遴選達到由系統設定的標準的伽瑪 作用事例(如，通過設定的能量窗口來判定非散射事例)。基于已獲得的所述伽瑪光子作用 信息可進行時間符合處理，從所述探測器環探測到的大量的所述伽瑪光子作用事例中確認 來自于同一個湮滅事例的一對伽瑪光子。最后在步驟156，通過重建獲得圖像并(或)進一 步做圖像處理。基于經過時間符合處理的所述伽瑪光子作用信息，有很多不同的算法可用 來重建圖像。 需要指出的是，在圖15中的多個獨立的處理器僅僅是為了方便陳述的目的。以上 述及的多個處理步驟可以在相同或不同的具體單元內、亦或是相同或不同的算法中實現。 并且，以上所述處理步驟可藉由模擬電路和(或)數字電路實現。 前面的描述中，使用方形的閃爍體和光敏探測器以便于示出本發明的實施方式。 擁有相關知識的人士可以采用其他形狀的閃爍體和(或)光敏探測器來實現本發明設計思 想。例如，圖16示出的一種常用的伽瑪探測器，其中閃爍體陣列耦合到六邊形排列的光敏 探測器上。該設計以及其改進型設計在核醫學成像儀器(如伽瑪相機、單光子發射斷層掃 描儀、正電子發射斷層掃描儀)中廣為使用。盡管目前這種設計沒有采用點解碼模式，圖16 示范了一種采用點解碼模式的設計，該設計也可以利用點解碼探測器的對光敏探測器增益 不均衡性不明感的特點來實現光敏探測器陣列的增益均衡調節。在此實施方式中，與光敏 探測器同心或偏心的點解碼探測器都可能被用到。 本發明實施方式的優點包括以下的一項或多項。根據本發明的實施方式采用點解 碼、線解碼、面解碼模式的伽瑪探測器陣列。由于擁有點解碼探測器，這類伽瑪探測器陣列 可以方便地評估陣列中的每個光敏探測器的增益并且對他們進行均衡。這種能力使得均衡 伽瑪探測器陣列增益的過程可以實時在線地，甚至在做診斷成像的時候同時進行。根據本 發明的伽瑪探測器陣列可構造成與現有伽瑪探測器相同的尺寸，進而可以十分容易地在現 有的相應核醫學成像儀器中使用。 盡管這里只介紹了本發明的有限數量的具體實施方式
，擁有相關知識的人士利用 本發明的披露的思想和方法，可以構造出其他一些這里未提及的實施方式。因此，本發明所 涵蓋的范圍只受限于以下的權利要求。
權利要求
一種伽瑪射線探測器模塊，包括至少一個閃爍體探測器，配置成在點解碼模式中操作；或者至少兩個閃爍體探測器，配置成在線解碼模式中操作，其中所述至少一個閃爍體探測器中的每個耦合到單獨的光敏探測器，并且其中所述至少兩個閃爍體探測器耦合到至少兩個基本上排列在一條線上的光敏探測器；以及，至少四個閃爍體探測器，配置成在面解碼模式中操作，其中所述至少四個閃爍體探測器耦合到多個以二維陣列排列的光敏探測器。
2. 根據權利要求1所述的伽瑪射線探測器模塊，其中所述伽瑪射線探測器模塊是用于 與醫療設備一起使用的伽瑪射線相機的一部分。
3. 根據權利要求2所述的伽瑪射線探測器模塊，其中所述醫療設備是正電子發射斷層 掃描儀(PET)或者單光子發射計算斷層掃描儀(SPECT)設備。
4. 一種用于對伽瑪射線源進行成像的方法，包括 使用探測器模塊來獲取伽瑪射線測量結果，該模塊包括至少一個閃爍體探測器，配置成在點解碼模式中操作；或者至少兩個閃爍體探測器，配 置成在線解碼模式中操作，其中所述至少一個閃爍體探測器中的每個耦合到單獨的光敏探 測器，并且其中所述至少兩個閃爍體探測器耦合到至少兩個基本上排列在一條線上的光敏 探測器；以及，至少四個閃爍體探測器，配置成在面解碼模式中操作，其中所述至少四個閃爍體探測 器耦合到多個以二維陣列排列的光敏探測器，以及使用由在所述點解碼模式中操作的所述至少一個閃爍體探測器或在所述線解碼模式 中操作的至少兩個閃爍體探測器所獲取的測量結果來均衡所述探測器模塊中的所述閃爍 體探測器的增益。
5. 根據權利要求4所述的方法，進一步包括在均衡所述閃爍體探測器的增益之后，獲 取第二組伽瑪射線測量結果。
6. 根據權利要求5所述的方法，進一步包括使用所述第二組伽瑪射線測量結果來導 出伽瑪射線源的圖像。
全文摘要
一種伽瑪射線探測器模塊，包括至少一個閃爍體探測器，配置成在點解碼模式中操作；或者至少兩個閃爍體探測器，配置成在線解碼模式中操作，其中所述至少一個閃爍體探測器中的每個耦合到單獨的光敏探測器，并且其中所述至少兩個閃爍體探測器耦合到至少兩個基本上排列在一條線上的光敏探測器；以及，至少四個閃爍體探測器，配置成在面解碼模式中操作，其中所述至少有四個閃爍體探測器耦合到多個以二維陣列排列的光敏探測器。
文檔編號G01T1/20GK101772714SQ200880101440
公開日2010年7月7日 申請日期2008年7月30日 優先權日2007年7月31日
發明者王宇 申請人:王宇