检测器和具有该检测器的发射成像设备的制作方法

本发明涉及发射成像系统，具体地，涉及一种用于发射成像设备的检测器以及包括该检测器的发射成像设备。

背景技术：

包括正电子发射成像设备的发射成像设备已经被用于医疗诊断。以正电子发射成像设备为例，其利用正电子同位素衰变产生出的正电子与人体内负电子发生泯灭效应的现象，通向人体内注射带有正电子同位素标记的化合物，采用复合探测的方法，利用检测器探测泯灭效应所产生的γ光子。

该检测器主要包括三部分，如图1所示，即由离散的闪烁晶体组成的晶体矩阵110、玻璃光导层120和光电倍增管(pmt)矩阵130。每个闪烁晶体除了面向pmt矩阵130的面(即底面)之外都包覆有光反射材料。泯灭效应产生的511kev的高能光子(即γ光子)在晶体矩阵110内部发生反应，被转换为可见光子群。由于除了底面外都包覆有光反射材料，可见光子群只能从闪烁晶体的底面射出并穿过玻璃光导层120进入pmt矩阵130。通过pmt矩阵130中，各pmt单元采集到的可见光信号的大小，用重心算法(angerlogic)，可以计算出γ光子在晶体矩阵110中的哪一个闪烁晶体内部发生的反应。这一过程称为晶体解码。这样，可以得到人体内同位素的分布信息，由计算机进行重建组合运算，从而得到人体内标记化合物分布的三维断层图像。

如图2a及图2b所示，由于γ光子具有一定的衰减长度，其到达闪烁晶体210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光子在非中心位置进入闪烁晶体210内，即以一定的角度进入闪烁晶体210时，γ光子在发生反应前进入了另一个闪烁晶体210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偏差，称为反应深度(depthofinteraction，doi)效应。图2a-2b分别为现有的平板式和环式正电子发射成像设备的截面图。其中实线代表γ光子的实际飞行路径，虚线代表发射成像设备根据探测的信号生成的响应直线段。由此可见，深度效应极大地影响了光传感器在解码过程中对γ光子产生位置和路径判断的准确性，造成发射成像设备的空间分辨率下降。

现有的降低doi效应的方法主要分为两类，即硬件校正和软件校正。硬件矫正包括闪烁晶体分层和在闪烁晶体阵列两端耦合两个光电转换装置。闪烁晶体分层由于晶体不连续，不同晶体材料的交界导致光子损失严重，降低系统灵敏度。而耦合两个光电转换装置的不利之处在于检测器的通道数量增加，导致采集信号强度减弱。软件校正方法由于自身的局限性，发展受到限制。

因此，有必要提出一种用于发射成像设备的检测器、以及包括该检测器的发射成像设备，以获取闪烁晶体的反应深度信息，提高成像系统的空间分辨率。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供一种用于发射成像设备的检测器，包括闪烁晶体阵列、第一光传感器阵列以及第二光传感器阵列。闪烁晶体阵列具有相对的第一端面和第二端面，所述闪烁晶体阵列包括多个闪烁晶体。第一光传感器阵列耦合至所述闪烁晶体阵列的所述第一端面，所述第一光传感器阵列包括多个光传感器，所述第一光传感器阵列的所述多个光传感器中的至少一个分别耦合有多个所述闪烁晶体。第二光传感器阵列耦合至所述闪烁晶体阵列的所述第二端面，所述第二光传感器阵列包括多个光传感器，所述第二光传感器阵列的所述多个光传感器中的至少一个分别耦合有多个所述闪烁晶体。其中，所述第一光传感器阵列与所述第二光传感器阵列错位排列。

优选地，所述多个闪烁晶体的未与所述光传感器耦合的面均设置有光反射层，且所述面中与相邻的光传感器耦合的闪烁晶体相邻的面的光反射层中设置有透光窗口。

优选地，所述第一光传感器阵列/所述第二光传感器阵列中位于中心区域的m1×m2个光传感器均耦合有n1×n2个闪烁晶体，其中m1、m2为正整数，n1和n2为大于等于2小于等于6的正整数，且n2大于等于n1。

优选地，所述第一光传感器阵列相对所述第二光传感器阵列具有第一错位方向和第二错位方向，所述第一光传感器阵列在所述第一错位方向和所述第二错位方向上相对所述第二光传感器阵列分别错位m个闪烁晶体距离和n个闪烁晶体距离，其中m为小于等于n1/2的正整数，n为小于等于n2/2的正整数。

优选地，所述闪烁晶体阵列的尺寸小于或等于所述第二光传感器阵列的尺寸。

优选地，所述第一光传感器阵列的尺寸小于所述闪烁晶体阵列的尺寸，所述闪烁晶体阵列的尺寸等于所述第二光传感器阵列的尺寸，所述闪烁晶体的尺寸为x×y，所述闪烁晶体阵列大小为a×b，所述第一光传感器阵列的所述光传感器与所述第二光传感器阵列的所述光电传感器的尺寸皆为n2x×n1y，所述第二光传感器阵列大小为c×d，所述第一光传感器阵列大小为(c-1)×(d-1)，其中，c为a/n1的整数,d为b/n2的整数。

优选地，所述第一光传感器阵列的尺寸等于所述闪烁晶体阵列的尺寸，所述闪烁晶体阵列的尺寸小于所述第二光传感器阵列的尺寸，所述闪烁晶体的尺寸为x×y，所述闪烁晶体阵列大小为a×b，所述第一光传感器阵列的所述光传感器与所述第二光传感器阵列的所述光电传感器的尺寸皆为n2x×n1y，所述第二光传感器阵列大小为(c+1)×(d+1)，所述第一光传感器阵列大小为c×d，其中，c为a/n1的整数,d为b/n2的整数。

优选地，所述第一光传感器阵列的尺寸等于所述闪烁晶体阵列的尺寸，所述闪烁晶体阵列的尺寸等于所述第二光传感器阵列的尺寸，所述闪烁晶体的尺寸为x×y，所述闪烁晶体阵列大小为a×b，所述第二光传感器阵列的所述光电传感器的尺寸为n2x×n1y，所述第二光传感器阵列大小为c×d，其中，c为a/n1的整数,d为b/n2的整数，所述第一光传感器阵列中的所述光传感器包括位于中心区域的第一光传感器和位于外围区域的第二光传感器，所述第一光传感器的尺寸为n2x×n1y且构成(c-1)×(d-1)阵列，所述第二光传感器的尺寸为n4x×n3y，其中，n4为小于等于n2/2的正整数，n3为小于等于n1/2的正整数。

优选地，所述多个闪烁晶体包括第一闪烁晶体，所述第一闪烁晶体具有与相邻的光传感器耦合的第一闪烁晶体相邻的两个面，所述透光窗口包括第一透光窗口和第二透光窗口，分别设置在所述第一闪烁晶体的所述两个面的光反射层中，以允许光被相邻的光传感器接收。

优选地，所述多个闪烁晶体包括第二闪烁晶体，所述第二闪烁晶体具有与相邻的光传感器耦合的闪烁晶体相邻的一个面，所述第二闪烁晶体的所述一个面设置有所述透光窗口，以允许光被相邻的光传感器接收。

优选地，所述多个闪烁晶体包括第三闪烁晶体，所述第三闪烁晶体具有耦合唯一性，所述第三闪烁晶体不与相邻的光传感器耦合的闪烁晶体相邻，所述第三闪烁晶体位于所述闪烁晶体阵列的顶角处，和/或位于中间区域的光传感器的中间区域。

根据本发明的另一个方面，还提供一种发射成像设备，所述发射成像设备包括如上所述的任一种检测器。

在本发明提供的检测器中，闪烁晶体阵列的两端分别耦合有第一光传感器阵列和第二光传感器阵列，第一光传感器阵列和第二光传感器阵列中的单个光传感器耦合多个离散晶体，第一光传感器阵列与第二光传感器阵列错位排列可使每个散烁晶体具有光分布唯一性，γ光子衰减产生的可见光子传播到相邻晶体中被不同的光传感器收集到，最终利用光传感器收集到的能量的分布计算光子的反应深度(doi)及位置，相对传统的检测器而言，本发明提供的检测器对离散晶体的解码能力具有较高提升，并具备以下优点：(1)结构简单，不需要光导；(2)具备较高的doi解码精度；(3)具备较高的位置解码能力；(4)具备高性能的时间测量潜力。

在发明内容中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为现有的用于正电子发射成像设备的检测器的示意图；

图2a和2b分别为现有的平板式和环式正电子发射成像设备的截面图；

图3为根据本发明的一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的耦合示意图；

图4a-图4d为图3所示的耦合方式的doi解码的示意图；

图5a-图5c为根据本发明的一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的布局示意图(基于图3的耦合方式)；

图6为根据本发明的又一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的布局示意图(基于图3的耦合方式)；

图7为根据本发明的再一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的布局示意图(基于图3的耦合方式)；

图8a-图8c为根据发明的实施例的不同类型的闪烁晶体的示意图；

图9a-图9b为根据本发明的再一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的耦合示意图；

图10a-图10p为说明图9a、图9b所示的耦合方式的doi解码的示意图；

图11为根据本发明的一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的布局示意图(基于图9a的耦合方式)；

图12为根据本发明的又一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的布局示意图(基于图9a的耦合方式)；

图13为根据本发明的再一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的布局示意图(基于图9a的耦合方式)；

图14为根据本发明的再一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的布局示意图(基于图9a的耦合方式)；

图15a为根据本发明的一实施例的“开窗”闪烁晶体布局示意图；

图15b为根据本发明的又一实施例的“开窗”闪烁晶体布局示意图；

图16a为根据本发明的又一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的布局示意图；

图16b为根据本发明的再一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的布局示意图；

图16c为根据本发明的再一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的布局示意图；

图16d为根据本发明的再一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的布局示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅涉及本发明的较佳实施例，本发明可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

本发明提供一种用于发射成像设备的检测器，其包括闪烁晶体阵列、第一光传感器阵列和第二光传感器阵列。第一光传感器阵列直接耦合至闪烁晶体阵列的顶端，第二光传感器阵列直接耦合至闪烁晶体阵列的底端，第一光传感器阵列、第二光传感器阵列与闪烁晶体阵列之间无需光导层。示例性地，闪烁晶体阵列和第一光传感器阵列/第二光传感器阵列可以通过例如光学胶水的耦合剂、或者通过空气耦合等方式直接耦合在一起。需要说明的是，此处的顶端和底端并不代表物理或绝对的顶与底，仅仅是用来区分闪烁晶体阵列的两端。

闪烁晶体阵列包括多个闪烁晶体，这些闪烁晶体以阵列方式排布。闪烁晶体可以为活性铊碘化钠晶体、锗酸铋晶体、硅酸镥晶体、硅酸镥-钇晶体中的一种。与传统方式类似地，多个闪烁晶体的未与第一光传感器阵列/第二光传感器阵列耦合的面均设置有光反射层。

光反射层可以在闪烁晶体上通过例如涂覆、镀膜(例如喷涂或镀银膜)或粘贴反光材料的方式来形成。反光材料例如是esr(enhancedspecularreflector)反光片、杜邦公司生产的teflon(特氟龙)反光材料、或硫酸钡等。此外，光反射层还可以是设置在相邻的闪烁晶体之间的反光材料。相邻的闪烁晶体公共同一光反射层。

第一光传感器阵列和第二光传感器阵列皆包括多个光传感器，这些光传感器以阵列方式排布。光传感器可以为光电倍增管(pmt)、基于位置灵敏型光电倍增管(ps-pmt)和硅光电倍增管(sipm)的光传感器等中的一种或多种。由于sipm的尺寸较小，并且通常为闪烁晶体的边长的整数倍，因此优选地采用sipm来形成第一光传感器阵列和第二光传感器阵列。第一光传感器阵列/第二光传感器阵列中的光传感器中的一部分或全部对应地耦合多个闪烁晶体。光传感器的尺寸是闪烁晶体的尺寸的整数倍，以便单个光传感器能够耦合n1×n2个闪烁晶体组成的闪烁晶体阵列，其中n1和n2为正整数(本发明中，n1和n2皆为大于等于2小于等于6)，且n2大于等于n1。

本发明提供的检测器，实质是在闪烁晶体阵列两端耦合两个光电转换装置(第一光传感器阵列和第二光传感器阵列)，但不同于传统方式的是，第一光传感器阵列与第二光传感器阵列错位排列，具体错位方式将在后续文中进行描述。

图3示出了本发明的一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的耦合示意图。检测器由单位尺寸为xmm×ymm的闪烁晶体和单位尺寸为2xmm×2ymm光传感器构成，下2×2光传感器阵列，上层为单个传感器，耦合4×4闪烁晶体阵列，即，本实施例中，单个光传感器耦合4个闪烁晶体。需要说明的是：本发明并不限制单个光传感器和闪烁晶体的类型及尺寸，不限制光传感器阵列和闪烁晶体阵列的大小；且并不要求光传感器的边长一定为闪烁晶体边长的2倍，在一定范围内略小于也是可以的，只需要保证组成阵列时，同方向上相邻光传感器的中心距为相邻闪烁晶体中心距的2倍即可。

结合参阅图4a-图4d，闪烁晶体排布在光传感器阵列的不同位置，光传感器410、420、430、440构成第二光传感器阵列，第一光传感器阵列包括光传感器210。光传感器410耦合闪烁晶体1.1、1.2、2.1、2.2下端面；光传感器420耦合闪烁晶体1.3、1.4、2.3、2.4下端面；光传感器430耦合闪烁晶体3.1、3.2、4.1、4.2下端面；光传感器440耦合闪烁晶体3.3、3.4、4.3、4.4下端面。光传感器210耦合闪烁晶体2.2、2.3、3.2、3.3的上端面，且第二光传感器阵列的光传感器410、420、430、440与第一光传感器阵列的光传感器210平行，即，上下两层光传感器平行。为了保证每一个闪烁晶体均具有耦合唯一性，即，对应上下不同的光传感器，第一光传感器阵列与第二光传感器阵列错位排列，第一光传感器阵列相对第二光传感器阵列具有第一错位方向x和第二错位方向y，第一光传感器阵列在第一错位方向和第二错位方向上相对第二光传感器阵列分别错位1个闪烁晶体距离。

按照图3所示的排布方式，每一个闪烁晶体均具有耦合唯一性，即对应上下不同的光传感器。闪烁晶体2.2、2.3、3.2、3.3上端面同时耦合光传感器210，但是下端面分别耦合光传感器410、420、430、440。当γ光子在闪烁晶体内发生衰减产生可见光子群时，可见光子群经反射膜反射，同时向上和向下传播到耦合的sipm中，通过判断sipm是否采集到能量即可对一次事件中γ光子的进行位置解码。

由于镀制的反射层无法100％反射所有光子，闪烁晶体在生长及加工过程中的材料不均匀性等，可见光子群在传播的过程中会有部分光子被吸收，导致传感器接收到的能量低于γ光子衰变所产生可见光子群的总能量。当反射膜的反射率及材料性质确定时，γ光子的反应位置离传感器越远，传播过程中被吸收的能量越多，传感器接收到的能量越少。当采用双端耦合读出的方式时，反应位置靠近闪烁晶体下端时，下层光传感器接收到的能量多，反应位置靠近闪烁晶体上端时，上层光传感器接收到的能量多。根据上下两层传感器接收到能量大小，判断γ光子的反应位置。具体来说：

闪烁晶体2.2：光传感器410、210有信号，根据光传感器410、210信号大小解码反应深度(如图4a)；

闪烁晶体2.3：光传感器420、210有信号，根据光传感器420、210信号大小解码反应深度(如图4b)；

闪烁晶体3.2：光传感器430、210有信号，根据光传感器430、210信号大小解码反应深度(如图4c)；

闪烁晶体3.3：光传感器440、210有信号，根据光传感器440、210信号大小解码反应深度。

由于图3所示布局中包括的相同类的闪烁晶体的doi解码过程类似，因此仅选择性地详细介绍其中几个闪烁晶体的doi解码，闪烁晶体的doi解码也可以参见表1。

表1：

由上可见，高能光子入射到不同位置的闪烁晶体上时，五个光传感器210、410、420、430、440会输出不同编码的信号。通过比较五个光传感器信号的有无和大小，可以准确地算出高能光子入射到闪烁晶体中发生反应的位置。

图5a-图5c示出了本发明的一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的布局示意图(基于图3所示的耦合方式)。检测器由单位尺寸为xmm×ymm的闪烁晶体和单位尺寸为2xmm×2ymm光传感器构成，整体结构为12×12闪烁晶体阵列错位耦合双端光传感器阵列。第二光传感器阵列(也可叫下层光传感器阵列)为6×6阵列，第一光传感器阵列(也可叫上层光传感器阵列)为5×5阵列。第一光传感器阵列200与第二光传感器阵列400错位排列，第一光传感器阵列200在第一错位方向(x方向)和第二错位方向(y方向上)上相对第二光传感器阵列400分别错位1个闪烁晶体距离。闪烁晶体阵列的每一根闪烁晶体都耦合不同的传感器，即，每一个闪烁晶体均具有耦合唯一性。按照同样的方法，可以构建任何尺寸的阵列。

图5a-图5c所示实施例中，仅使用了唯一尺寸的光传感器，闪烁晶体阵列300外圈的闪烁晶体只耦合了第二光传感器阵列400，而并未耦合第一光传感器阵列200。因此，闪烁晶体阵列300外圈的闪烁晶体只具有位置解码功能，无法进行反应深度解码。

虽然图5a-图5c仅仅示出的是12×12闪烁晶体阵列上端耦合5×5第一光传感器阵列、下端耦合6×6第二光传感器阵列的实施例，但同理可延伸至如下检测器：上层光传感器阵列尺寸小于闪烁晶体阵列尺寸，下层光传感器阵列尺寸等于闪烁晶体阵列尺寸。闪烁晶体尺寸为x×y，晶体阵列大小为m×n；光传感器尺寸为2x×2y，下层光传感器阵列大小为(m/2)×(n/2)，上层光传感器阵列大小为(m/2-1)×(n/2-1)。该种结构的检测器由于最外围一层闪烁晶体仅单端耦合，故闪烁晶体阵列中心的闪烁晶体可以同时实现位置解码和深度解码，外围的闪烁晶体仅位置解码。

图6示出了本发明的又一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的布局示意图(基于图3所示的耦合方式)。图6示出的检测器与图5a所示的检测器具有大致相同的结构：仅采用一种尺寸的光传感器。闪烁晶体尺寸为x×y，闪烁晶体阵列大小为m×n；光传感器尺寸为2x×2y。所不同的是，边缘处理方式有区别，体现在：上层光传感器阵列200尺寸等于闪烁晶体阵列尺寸300，下层光传感器阵列400尺寸大于闪烁晶体阵列尺寸300，下层光传感器阵列400大小为(m/2+1)×(n/2+1)，上层光传感器阵列200大小为(m/2)×(n/2)。该实施例中，所有闪烁晶体均能实现位置解码和深度解码。

图7示出了本发明的再一实施例的闪烁晶体阵列与光传感器阵列的布局示意图(基于图3所示的耦合方式)。图7示出的检测器与图5a所示的检测器具有大致相同的结构：下层光传感器阵列400尺寸等于闪烁晶体阵列尺寸300，闪烁晶体尺寸为x×y，闪烁晶体阵列大小为m×n，光传感器尺寸为2x×2y。所不同的是，边缘处理方式有区别，体现在：上层光传感器阵列200采用两种尺寸的光传感器(尺寸为2x×2y的光传感器210和尺寸为x×y的光传感器220)，上层光传感器阵列200尺寸等于闪烁晶体阵列尺寸300，下层光传感器阵列400大小为m/2×n/2，多个尺寸为2x×2y的光传感器210构成大小为(m/2-1)×(n/2-1)的阵列与闪烁晶体阵列中心耦合，尺寸为x×y的光传感器220与闪烁晶体阵列外围的一层闪烁晶体耦合。该实施例中，所有闪烁晶体均能实现位置解码和深度解码。

以上，给出的是单个光传感器耦合4个闪烁晶体的实施例。同样的，当单个光传感器耦合16个闪烁晶体时，通过上下两层光传感器陈列的光传感器的错位排列，可以对γ光子的反应位置及深度进行解码。不同的是：当单个光传感器耦合4个闪烁晶体时，每个晶体上下两端面耦合的光传感器具有唯一性，但是单个光传感器耦合16个闪烁晶体时，每4个晶体耦合同一对传感器(不具有耦合唯一性)，此时，可通过在闪烁晶体镀膜表面开设透光窗口(开设透光窗口的闪烁晶体简称“开窗”闪烁晶体)，引导可见光子传播，从而对单个传感器耦合16个闪烁晶体的检测器结构进行位置解码和深度解码。

为了对单个传感器耦合16个闪烁晶体的检测器结构进行位置解码和深度解码，在闪烁晶体的镀膜表面中、与相邻的光传感器耦合的闪烁晶体相邻的面(即侧面)的光反射层中开设有透光窗口，由此来引导高能光子(例如511kev的伽马光子)在某闪烁晶体中发生作用后产生的能量较低的光子群(例如420nm的光子群)通过透光窗口进入相邻的闪烁晶体，进而被相邻的闪烁晶体所耦合的光传感器采集。这样，针对某个闪烁晶体，通过多个光传感器检测到的光分布就可以计算出高能光子在闪烁晶体阵列中的哪个闪烁晶体中发生了反应(晶体位置解码)，以及在该闪烁晶体中的反应深度(doi解码)。

根据闪烁晶体在阵列中的位置，可以大体上分成三种类型，即第一闪烁晶体、第二闪烁晶体和第三闪烁晶体。这三种闪烁晶体的主要区别在于是否包括透光窗口、以及透光窗口的数量。所述透光窗口均设置在闪烁晶体的与相邻的光传感器耦合的闪烁晶体相邻的面的光反射层中。

图8a示出了第一闪烁晶体i，该类闪烁晶体i在两个相邻的侧面上均设置有透光窗口(由阴影线表示的区域)，即第一透光窗口312和第二透光窗口314。示例性地，如图8a所示，第一透光窗口312可以靠近第一闪烁晶体i的顶端设置，第二透光窗口314可以靠近第一闪烁晶体i的底端设置。但是，本发明并不对第一透光窗口312和第二透光窗口314在高度方向上的位置进行限制。此外，透光窗口的尺寸形状也不受附图所示的限制。第一闪烁晶体i通常设置在它所耦合的第二光传感器阵列的光传感器410的顶角处，并且具有与相邻的光传感器420、430耦合的闪烁晶体相邻的两个面，如图9b所示。图9b示出了2×2的光传感器阵列，其包括光传感器410、420、430和440。上文提到的“光传感器的顶角”是指能够与三个光传感器相邻的位置(如图9a中闪烁晶体2.2、2.3、3.2、3.3所对应地位置)。下文中还将提到光传感器的边缘和中心区域。所述“光传感器的边缘”是指仅能够与一个光传感器相邻的位置(如图9a中闪烁晶体1.2、1.3、2.1、2.4、3.1、3.4、4.2、4.3所对应地位置)。所述“光传感器的中心区域”是指不与任何光传感器相邻的位置(如图9a中闪烁晶体1.1、1.4、4.1、4.4所对应地位置)。

图8b示出了第二闪烁晶体ii，该类闪烁晶体ii在一个面上设置有透光窗口322。透光窗口322可以如图8b所示地靠近第二闪烁晶体ii的顶端设置，也可以设置在靠近底端的位置处，或中间位置处。但是优选地，透光窗口322靠近第二闪烁晶体ii的顶端设置。由于光子群在闪烁晶体中大体自上而下地移动，透光窗口设置在上部可以提高在上部发生反应产生的光子群从透光窗口直接离开的概率，避免无法区分在上部和下部发生反应产生的光子群形成的光斑，以有利于doi解码。第二闪烁晶体ii通常设置在它所耦合的第二光传感器阵列的光传感器的边缘处，如图9b所示。

图8c示出了第三闪烁晶体iii，该类闪烁晶体iii的光反射层中不设置透光窗口。此类闪烁晶体iii通常设置在它所耦合的第二光传感器阵列的光传感器的不与任何光传感器相邻的位置处，如图9b所示。此位置处的闪烁晶体即使设置透光窗口，穿过透光窗口的可见光子也仅仅被该闪烁晶体所耦合的光传感器接收，这种情况进行doi解码的效率较低，因此被本发明的优选方案排除在外。由于第三闪烁晶体iii不具有透光窗口，因此不具备doi解码能力。

闪烁晶体阵列可以包括上述三种类型中的一种或多种。通过与光传感器阵列配合使用，可以获得具备doi解码能力且结构简单(使用了较少的光传感器)的检测器。

下面将参照图10a-图10p介绍图9a及图9b所示布局中的各个闪烁晶体的doi解码，由于此布局中包括的相同类的闪烁晶体的doi解码过程类似，因此仅选择性地详细介绍其中几个闪烁晶体的doi解码，闪烁晶体的doi解码也可以参见表2。

第一行第一列(如图10a所示)采用第三闪烁晶体iii。当γ光子入射到该第三闪烁晶体iii内并发生衰减产生可见光子群时，可见光子群经光反射层反射，传播到该第三闪烁晶体iii耦合的光传感器210、410中，由于该第三闪烁晶体iii并未开设透光窗口，理想中只有光传感器210、410能接受到光信号，其余光传感器420-440无信号，由此可以根据光传感器210、410信号大小解码反应深度。

第一行第二列(如图10b所示)采用第二闪烁晶体ii。第二闪烁晶体ii开设一个透光窗口，因此使用成对的光传感器进行解码。当γ光子在第二闪烁晶体ii内发生反应时，多数的可见光子在该第二闪烁晶体ii中传播被光传感器210、410接受，得到γ光子发生反应的二维位置。少部分可见光子通过透光窗口322(见图8b)射入相邻闪烁晶体中被光传感器420接收，当γ光子的反应位置越靠近透光窗口，光传感器420接收到的可见光子越多，并存在极限值。光传感器410接收到的光信号相对较强，光传感器420接受到的光信号相对较弱，而光传感器430和440无信号。由此可以根据光传感器210、410、420信号大小解码反应深度。

第一行第三列(如图10c所示)采用第二闪烁晶体ii。第二闪烁晶体ii开设一个透光窗口，因此使用成对的光传感器进行解码。当γ光子在第二闪烁晶体ii内发生反应时，多数的可见光子在该第二闪烁晶体ii中传播被光传感器210、420接受，得到γ光子发生反应的二维位置。少部分可见光子通过透光窗口322(见图8b)射入相邻闪烁晶体中被光传感器410接收，当γ光子的反应位置越靠近透光窗口，光传感器410接收到的可见光子越多，并存在极限值。光传感器420接收到的光信号相对较强，光传感器410接受到的光信号相对较弱，而光传感器430和440无信号。由此可以根据光传感器210、410、420信号大小解码反应深度。

第一行第四列(如图10d所示)采用第三闪烁晶体iii。当γ光子入射到该第三闪烁晶体iii内并发生衰减产生可见光子群时，可见光子群经光反射层反射，传播到该第三闪烁晶体iii耦合的光传感器210、420中，由于该第三闪烁晶体iii并未开设透光窗口，理想中只有光传感器210、420能接受到光信号，其余光传感器420-440无信号，由此可以根据光传感器210、420信号大小解码反应深度。

第二行第一列(如图10e所示)采用第二闪烁晶体ii。第二闪烁晶体ii开设一个透光窗口，因此使用成对的光传感器进行解码。当γ光子在第二闪烁晶体ii内发生反应时，多数的可见光子在该第二闪烁晶体ii中传播被光传感器210、410接受，得到γ光子发生反应的二维位置。少部分可见光子通过透光窗口322(见图8b)射入相邻闪烁晶体中被光传感器430接收，当γ光子的反应位置越靠近透光窗口，光传感器430接收到的可见光子越多，并存在极限值。光传感器410接收到的光信号相对较强，光传感器430接受到的光信号相对较弱，而光传感器420和440无信号。由此可以根据光传感器210、410、430信号大小解码反应深度。

第二行第二列(如图10f所示)采用第一闪烁晶体i，其具有与光传感器420相邻的侧面和与光传感器430相邻的侧面，在这两个侧面上分别开设第一透光窗口312和第二透光窗口314(见图8a)，因此采用四个光传感器为一组进行深度解码。具体地，当γ光子在该第一闪烁晶体i内发生反应时，多数的可见光子在该第一闪烁晶体i中传播，被光传感器410、210接受，得到γ光子的二维位置。一部分可见光子通过第一透光窗口312射入到相邻闪烁晶体内，被光传感器420接收；还有一部分可见光子通过第二透光窗口314入射到相邻闪烁晶体内，并被光传感器430接收。γ光子的反应位置越靠近窗口位置，光传感器420和430上接收到的光子能量越多。因此光传感器410接受到的光信号最强，光传感器420和430能够接受到的光信号相对较弱，光传感器440无信号，由此可以根据光传感器210、410、420、430信号大小解码反应深度。

第二行第三列(如图10g所示)采用第一闪烁晶体i，其具有与光传感器410相邻的侧面和与光传感器440相邻的侧面，在这两个侧面上分别开设第一透光窗口312和第二透光窗口314(见图8a)，因此采用四个光传感器为一组进行深度解码。具体地，当γ光子在该第一闪烁晶体i内发生反应时，多数的可见光子在该第一闪烁晶体i中传播，被光传感器420、210接受，得到γ光子的二维位置。一部分可见光子通过第一透光窗口312射入到相邻闪烁晶体内，被光传感器410接收；还有一部分可见光子通过第二透光窗口314入射到相邻闪烁晶体内，并被光传感器440接收。γ光子的反应位置越靠近窗口位置，光传感器410和440上接收到的光子能量越多。因此光传感器420接受到的光信号最强，光传感器410和440能够接受到的光信号相对较弱，光传感器430无信号，由此可以根据光传感器210、410、420、440信号大小解码反应深度。

第二行第四列(如图10h所示)采用第二闪烁晶体ii。第二闪烁晶体ii开设一个透光窗口，因此使用成对的光传感器进行解码。当γ光子在第二闪烁晶体ii内发生反应时，多数的可见光子在该第二闪烁晶体ii中传播被光传感器210、420接受，得到γ光子发生反应的二维位置。少部分可见光子通过透光窗口322(见图8b)射入相邻闪烁晶体中被光传感器440接收，当γ光子的反应位置越靠近透光窗口，光传感器440接收到的可见光子越多，并存在极限值。光传感器420接收到的光信号相对较强，光传感器440接受到的光信号相对较弱，而光传感器410和430无信号。由此可以根据光传感器210、420、440信号大小解码反应深度。

第三行第一列(如图10i所示)采用第二闪烁晶体ii。第二闪烁晶体ii开设一个透光窗口，因此使用成对的光传感器进行解码。当γ光子在第二闪烁晶体ii内发生反应时，多数的可见光子在该第二闪烁晶体ii中传播被光传感器210、430接受，得到γ光子发生反应的二维位置。少部分可见光子通过透光窗口322(见图8b)射入相邻闪烁晶体中被光传感器410接收，当γ光子的反应位置越靠近透光窗口，光传感器410接收到的可见光子越多，并存在极限值。光传感器430接收到的光信号相对较强，光传感器410接受到的光信号相对较弱，而光传感器420和440无信号。由此可以根据光传感器210、410、430信号大小解码反应深度。

第三行第二列(如图10j所示)采用第一闪烁晶体i，其具有与光传感器410相邻的侧面和与光传感器440相邻的侧面，在这两个侧面上分别开设第一透光窗口312和第二透光窗口314(见图8a)，因此采用四个光传感器为一组进行深度解码。具体地，当γ光子在该第一闪烁晶体i内发生反应时，多数的可见光子在该第一闪烁晶体i中传播，被光传感器430、210接受，得到γ光子的二维位置。一部分可见光子通过第一透光窗口312射入到相邻闪烁晶体内，被光传感器410接收；还有一部分可见光子通过第二透光窗口314入射到相邻闪烁晶体内，并被光传感器440接收。γ光子的反应位置越靠近窗口位置，光传感器410和440上接收到的光子能量越多。因此光传感器430接受到的光信号最强，光传感器410和440能够接受到的光信号相对较弱，光传感器420无信号，由此可以根据光传感器210、410、430、440信号大小解码反应深度。

第三行第三列(如图10k所示)采用第一闪烁晶体i，其具有与光传感器420相邻的侧面和与光传感器430相邻的侧面，在这两个侧面上分别开设第一透光窗口312和第二透光窗口314(见图8a)，因此采用四个光传感器为一组进行深度解码。具体地，当γ光子在该第一闪烁晶体i内发生反应时，多数的可见光子在该第一闪烁晶体i中传播，被光传感器440、210接受，得到γ光子的二维位置。一部分可见光子通过第一透光窗口312射入到相邻闪烁晶体内，被光传感器420接收；还有一部分可见光子通过第二透光窗口314入射到相邻闪烁晶体内，并被光传感器430接收。γ光子的反应位置越靠近窗口位置，光传感器420和430上接收到的光子能量越多。因此光传感器440接受到的光信号最强，光传感器420和430能够接受到的光信号相对较弱，光传感器410无信号，由此可以根据光传感器210、420、430、440信号大小解码反应深度。

第三行第四列(如图10l所示)采用第二闪烁晶体ii。第二闪烁晶体ii开设一个透光窗口，因此使用成对的光传感器进行解码。当γ光子在第二闪烁晶体ii内发生反应时，多数的可见光子在该第二闪烁晶体ii中传播被光传感器210、440接受，得到γ光子发生反应的二维位置。少部分可见光子通过透光窗口322(见图8b)射入相邻闪烁晶体中被光传感器420接收，当γ光子的反应位置越靠近透光窗口，光传感器420接收到的可见光子越多，并存在极限值。光传感器440接收到的光信号相对较强，光传感器420接受到的光信号相对较弱，而光传感器410和430无信号。由此可以根据光传感器210、420、440信号大小解码反应深度。

第四行第一列(如图10m所示)采用第三闪烁晶体iii。当γ光子入射到该第三闪烁晶体iii内并发生衰减产生可见光子群时，可见光子群经光反射层反射，传播到该第三闪烁晶体iii耦合的光传感器210、430中，由于该第三闪烁晶体iii并未开设透光窗口，理想中只有光传感器210、430能接受到光信号，其余光传感器410、420、440无信号，由此可以根据光传感器210、430信号大小解码反应深度。

第四行第二列(如图10n所示)采用第二闪烁晶体ii。第二闪烁晶体ii开设一个透光窗口，因此使用成对的光传感器进行解码。当γ光子在第二闪烁晶体ii内发生反应时，多数的可见光子在该第二闪烁晶体ii中传播被光传感器210、430接受，得到γ光子发生反应的二维位置。少部分可见光子通过透光窗口322(见图8b)射入相邻闪烁晶体中被光传感器440接收，当γ光子的反应位置越靠近透光窗口，光传感器440接收到的可见光子越多，并存在极限值。光传感器430接收到的光信号相对较强，光传感器440接受到的光信号相对较弱，而光传感器410和420无信号。由此可以根据光传感器210、430、440信号大小解码反应深度。

第四行第三列(如图10o所示)采用第二闪烁晶体ii。第二闪烁晶体ii开设一个透光窗口，因此使用成对的光传感器进行解码。当γ光子在第二闪烁晶体ii内发生反应时，多数的可见光子在该第二闪烁晶体ii中传播被光传感器210、440接受，得到γ光子发生反应的二维位置。少部分可见光子通过透光窗口322(见图8b)射入相邻闪烁晶体中被光传感器430接收，当γ光子的反应位置越靠近透光窗口，光传感器430接收到的可见光子越多，并存在极限值。光传感器440接收到的光信号相对较强，光传感器430接受到的光信号相对较弱，而光传感器410和420无信号。由此可以根据光传感器210、430、440信号大小解码反应深度。

第四行第四列(如图10p所示)采用第三闪烁晶体iii。当γ光子入射到该第三闪烁晶体iii内并发生衰减产生可见光子群时，可见光子群经光反射层反射，传播到该第三闪烁晶体iii耦合的光传感器210、440中，由于该第三闪烁晶体iii并未开设透光窗口，理想中只有光传感器210、440能接受到光信号，其余光传感器410-430无信号，由此可以根据光传感器210、440信号大小解码反应深度。

由上可见，高能光子入射到不同位置的晶体上时，五个传感器210、410、420、430、440会输出不同编码的信号。通过比较这五个传感器信号的有无和大小，可以准确地算出高能光子入射到晶体中发生反应的位置。

每个闪烁晶体的doi解码均以相邻的光传感器为组，通过比较该组内光传感器接收到的光信号强度进行该闪烁晶体的doi解码。因此，表2中所标示的光信号强度均是针对同一闪烁晶体而言的，本发明不对不同的闪烁晶体之间的光信号强度进行比对和讨论。

表2：

上文给出的是一个光传感器耦合4×4个闪烁晶体的实施例，实际上，一个光传感器耦合4m×4n(m、n为大于等于2的整数)闪烁晶体的结构原理与此类似，在此就不多做赘述。检测器边缘的处理方式与一个传感器耦合4个闪烁晶体的情况类似，有以下几种方案。

如图11所示，上层光传感器阵列200尺寸小于闪烁晶体阵列尺寸300，下层光传感器阵列尺寸400等于闪烁晶体阵列尺寸300。闪烁晶体尺寸为x×y，晶体阵列大小为m×n；光传感器尺寸为4x×4y，下层光传感器阵列大小为(m/4)×(n/4)，上层光传感器阵列大小为(m/4-1)×(n/4-1)。该种结构的检测器由于最外围一层闪烁晶体仅单端耦合，故闪烁晶体阵列中心的闪烁晶体可以同时实现位置解码和深度解码，外围的闪烁晶体仅位置解码。

图12示出的检测器与图11所示的检测器具有大致相同的结构：仅采用一种尺寸的光传感器。闪烁晶体尺寸为x×y，闪烁晶体阵列大小为m×n；光传感器尺寸为4x×4y。所不同的是，边缘处理方式有区别，体现在：上层光传感器阵列200尺寸等于闪烁晶体阵列尺寸300，下层光传感器阵列400尺寸大于闪烁晶体阵列尺寸300，下层光传感器阵列400大小为(m/4+1)×(n/4+1)，上层光传感器阵列200大小为(m/4)×(n/4)。该实施例中，所有闪烁晶体均能实现位置解码和深度解码。

图13示出的检测器与图11所示的检测器具有大致相同的结构：下层光传感器阵列400尺寸等于闪烁晶体阵列尺寸300，闪烁晶体尺寸为x×y，闪烁晶体阵列大小为m×n，光传感器尺寸为4x×4y。所不同的是，边缘处理方式有区别，体现在：上层光传感器阵列200采用两种尺寸的光传感器(尺寸为2x×2y的光传感器和尺寸为4x×4y的光传感器)，上层光传感器阵列200尺寸等于闪烁晶体阵列尺寸300，下层光传感器阵列400大小为m/4×n/4，多个尺寸为4x×4y的光传感器构成大小为(m/4-1)×(n/4-1)的阵列与闪烁晶体阵列中心耦合，尺寸为2x×2y的光传感器与闪烁晶体阵列外围的一层闪烁晶体耦合。该实施例中，所有闪烁晶体均能实现位置解码和深度解码。

图14示出的检测器与图11所示的检测器具有大致相同的结构：下层光传感器阵列400尺寸等于闪烁晶体阵列尺寸300，闪烁晶体尺寸为x×y，闪烁晶体阵列大小为m×n，光传感器尺寸为4x×4y。所不同的是，边缘处理方式有区别，体现在：上层光传感器阵列200采用两种尺寸的光传感器(尺寸为x×y的光传感器和尺寸为4x×4y的光传感器)，上层光传感器阵列200尺寸等于闪烁晶体阵列尺寸300，下层光传感器阵列400大小为m/4×n/4，多个尺寸为4x×4y的光传感器构成大小为(m/4-1)×(n/4-1)的阵列与闪烁晶体阵列中心耦合，尺寸为x×y的光传感器与闪烁晶体阵列外围的一层闪烁晶体耦合。该实施例中，所有闪烁晶体均能实现位置解码和深度解码。

需要说明的是，在图14示出的结构中，当选择的边缘传感器尺寸为x×y(此处的边缘传感器是指与闪烁晶体阵列外围的一层闪烁晶体耦合的光传感器)，边缘传感器与闪烁晶体一对一耦合，通过判断传感器的能量，可直接解码γ光子的反应位置。在图13示出的结构中，当选择的边缘传感器尺寸为2x×2y时，由于边缘单个传感器耦合四个闪烁晶体，则处在边缘的两层晶体阵列同样需要开设透光窗口以获取更精确地位置解码和深度解码。“开窗”闪烁晶体的排布方式并不唯一，保证每个闪烁晶体具有光分布唯一性即可。图15a及图15b示出了两种“开窗”闪烁晶体的排布方式，实际上，还有其他的排布方式也可以达到相近的效果，由于其原理类似，在此就不对其多做赘述。

在上文提供的双端传感器错位排列结合晶体表面开设透光窗口实施例中，一个光传感器耦合4×4个闪烁晶体。实际上，也可以耦合更多的闪烁晶体或者更少的闪烁晶体，例如耦合2×3(6个)，2×4(8个)，2×5(10个)，2×6(12个)，3×3(9个)，3×4(12个)，3×5(15个)，3×6(18个)，4×5(20个)，4×6(24个)，5×5(25个)，5×6(30个)，6×6(36个)闪烁晶体共15种组合方式。

图16a至图16d示出了几个较为典型的组合方式。其中，图16a示出的是单个光传感器耦合2×3(6个)闪烁晶体，闪烁晶体尺寸为x×y，光传感器尺寸为3x×2y，上下两层光传感器阵列在x方向上错位x、在y方向错位y，即，错位一个闪烁晶体距离；图16b示出的是单个光传感器耦合3×3(9个)闪烁晶体，闪烁晶体尺寸为x×y，光传感器尺寸为3x×3y，上下两层光传感器阵列在x方向上错位x、在y方向错位y，即，错位一个闪烁晶体距离；图16c示出的是单个光传感器耦合4×5(20个)闪烁晶体，闪烁晶体尺寸为x×y，光传感器尺寸为5x×4y，上下两层光传感器阵列在x方向上错位2x、在y方向错位2y，即，错位2个闪烁晶体距离；图16d示出的是单个光传感器耦合6×6(36个)闪烁晶体，闪烁晶体尺寸为x×y，光传感器尺寸为6x×6y，上下两层光传感器阵列在x方向上错位3x、在y方向错位3y，即，错位3个闪烁晶体距离。单个光传感器耦合的离散晶体数量不同，透光窗口的排布也不相同。并且，每一种组合方案对应的透光窗口的排布并不是唯一的，图16a至图16b仅是列举了其中的一种。

需要说明的是，无论是何种组合方式，检测器边缘的处理方式与一个传感器耦合4个闪烁晶体的情况皆类似，在此就不一一赘述。

有关上下两层光传感器阵列的错位设置，图16a-图16d分别示出了错位一个闪烁晶体距离，两个闪烁晶体距离和三个闪烁晶体距离的实施例。再一次参阅图12，图12示出的是单个光传感器耦合4×4(16个)闪烁晶体，闪烁晶体尺寸为x×y，光传感器尺寸为4x×4y，上下两层光传感器阵列在x方向上错位2x、在y方向错位2y，即，错位两个闪烁晶体距离。其余检测器上下两层光传感器阵列错位设置情况可参阅表3。

表3

从上述表2可以看出，当单个光传感器耦合n1×n2个闪烁晶体(n1和n2为大于等于2小于等于6的正整数，且n2大于等于n1)时，上下两层光传感器阵列在第一错位方向和第二错位方向上分别错位m个闪烁晶体距离和n个闪烁晶体距离，其中m为小于等于n1/2的正整数，n为小于等于n2/2的正整数。

需要说明的是：文中并不要求光传感器的边长一定为闪烁晶体边长的x倍，在一定范围内略小于也是可以的，只需要保证组成阵列时，同方向上相邻光传感器的中心距为相邻闪烁晶体中心距的x倍即可。同样的，文中提及的上下两层传感器阵列在x方向错位x个闪烁晶体距离，在y方向错位y个闪烁晶体距离，并不要求错位的距离一定为闪烁晶体边长的x倍或y倍，由于相邻闪烁晶体之间有一定间隔用来填充反射材料，故错位的距离略大于闪烁晶体边长的x倍或y倍。

本发明的检测器相对于传统的单端或双端的检测器具有以下优势：

(1)结构简单，不需要光导

传统检测器为了获取更高的位置解码精度，使用尺寸较小的闪烁晶体，光传感器无法与晶体一一对应耦合，因此在光传感器与闪烁晶体间增加一层光导，可见光子穿过光导后被光传感器接收到。而本发明利用光传感器阵列的错位及光学窗口的方法可以达到同样的解码精度，但是不需要额外的光导层，检测器结构基本没有发生改变，减小增加结构的误差影响。

(2)具备较高的doi解码精度

本发明在闪烁晶体镀膜侧面一定高度处开设透光窗口，γ光子的反应深度离透光窗口越近，传输到相邻闪烁晶体的可见光子数越多，通过相邻光传感器接收能量的比值可以精确定位γ光子的反应深度。同时，本发明保留了双端测量反应深度的功能，两种方案相互校正可以得到一个较高的doi解码精度。

(3)具备较高的位置解码能力

本发明最高可扩展到单个光传感器耦合6×6(36个)闪烁晶体，当光传感器的大小为3mm时，相应闪烁晶体尺寸低于0.5mm。因此，检测器可以实现低于0.5mm的位置解码精度，具备较高的位置解码能力。

(4)具备高性能的时间测量潜力

传统的双端读出检测器通过晶体两端传感器接收到能量的差异解码γ光子的反应深度，当晶体表面反射膜的反射率非常高时，可见光子在传播过程中被吸收的较少，最终两端传感器信号差异不大，导致深度解码精度较低。因此，传统双端读出检测器要求晶体侧面镀制的反射膜具有一个合适的反射率，使可见光子在传播的过程中一部分被吸收。这造成了晶体的光输出降低，检测器时间性能较差。本发明的检测器使用光学窗口辅助测量反应深度，大部分光子被传感器接收到，对检测器时间分辨率的提升具有一定的帮助。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。