一种自锁结构的PET探测器系统的制作方法

一种自锁结构的pet探测器系统
技术领域
[0001]
本发明涉及电子信息领域，尤其涉及一种自锁结构的pet探测器系统。


背景技术：

[0002]
pet(positron emission tomography，正电子发射型计算机断层显像仪)显像技术是一种利用示踪原理和正电子符合探测的技术，在组织细胞、亚细胞、分子水平显示人体组织器官的功能改变、细胞代谢、分子结合与信息传递等生物学特征和生化代谢过程，可在出现临床症状与体征、组织解剖学形态改变之前发现异常，有利于疾病的早期诊断。pet技术应用于临床，在恶性肿瘤早期诊断与肿瘤分期分级、临床疗效评估与随访监测，良、恶性病变鉴别，协助临床治疗方案决策和放疗生物靶区确定等方面具有极为重要的作用，在脑血管疾病、神经变性性疾病、癫痫等的诊断有独特价值。
[0003]
而在pet成像系统中，闪烁晶体是很重要的一环。闪烁晶体的作用是阻止入射伽马光子并吸收其能量，将看不见的高能光子转换为低能可见光。在传统的晶体阵列中，晶体条都是长方体，晶体条与晶体条之间都是通过光学胶水等粘合剂组合在一起形成阵列，这样虽然固定在一起了，但是晶体条与晶体条之间仍然存在缝隙，从而使得光产额较低，相应系统的空间和时间分辨率较低，这对最后的成像效果有很大的影响。
[0004]
因此，针对以上提到的闪烁晶体中存在的问题有必要对现有晶体结构予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。


技术实现要素：

[0005]
为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种自锁结构的pet探测器系统，解决了现有技术的问题，为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0006]
优选地，一种自锁结构的pet探测器系统，所述结构包括：信号探测模块，前端电子学模块，符合电子学模块，图像重建模块和电源模块四个模块，其特征在于，包括
[0007]
信号探测模块，包括自锁光子接收模块和前端电子学模块，其中自锁光子接收模块，用于对打在晶体上的伽马光子进行能量沉淀并转化为可见光传给前端电子学模块；前端电子学模块，与自锁光子接收模块通过光导耦合连接，对传来的可见光进行光电转换和模数转换，将可见光转换成数字电信号然后传给符合电子学模块；
[0008]
符合电子学模块，用于提取前端电子学模块输出的数字电信号中的时间，能量和位置信息，然后通过以太网和上位机将三种信息传到图像重建模块；
[0009]
图像重建模块，利用时间，能量和位置信息通过图像重建算法将原始图像重建出来；
[0010]
电源模块，负责为电子学模块中的各个器件提供不同电源。
[0011]
优选地，所述自锁光子接收模块由自锁晶体单元111，自锁晶体单元112，自锁晶体单元113，自锁晶体单元114，自锁晶体单元115，自锁晶体单元116，自锁晶体单元117，自锁晶体单元118，自锁晶体单元119组成，每个晶体单元都是由一根晶体去除若干个凹口，其中
[0012]
自锁晶体单位111长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口101长为2个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；凹口102长为1个横截面，宽为0.5个横截面，高为0.5个横截面；
[0013]
自锁晶体单位112长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口201长为0.5个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；凹口202长为0.5个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；凹口203长为1个横截面，宽为0.5个横截面，高为1个横截面；
[0014]
自锁晶体单位113长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口301长为1个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；
[0015]
自锁晶体单位114长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口401长为1个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；凹口402长为0.5个横截面，宽为0.5个横截面，高为1个横截面；
[0016]
自锁晶体单位115长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口501长为1个横截面，宽为0.5个横截面，高为0.5个横截面；凹口502长为1.5个横截面，宽为0.5个横截面，高为1个横截面；凹口503长为0.5个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；
[0017]
自锁晶体单位116长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口601长为1.25个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；凹口602长为0.25个横截面，宽为0.5个横截面，高为0.5个横截面；凹口603长为0.25个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；凹口604长为0.5个横截面，宽为0.5个横截面，高为1个横截面；
[0018]
自锁晶体单位117长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口701长为0.75个横截面，宽为0.5个横截面，高为0.5个横截面；凹口702长为1个横截面，宽为0.5个横截面，高为1个横截面；
[0019]
自锁晶体单位118长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口801长为1个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；凹口802长为0.5个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；
[0020]
自锁晶体单位119长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口901长为1个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面。
[0021]
优选地，所述前端电子学模块由光电转换单元，前置放大单元，增益调节单元和adc单元组成。
[0022]
优选地，所述符合电子学模块由fpga单元，pet信息单元，上位机单元，以太网数据传输单元组成。
[0023]
优选地，所述图像重建模块采用解析法和迭代法。
[0024]
优选地，所述电源模块共需要提供5种不同电源，分别是
±
5v，3.3v，1.8v，1.2v。
[0025]
优选地，所述自锁光子接收模块由9根形状完全各不相同的晶体组成，其组合方式为
[0026]
s1首先自锁晶体单元113和114相邻，其中自锁晶体单元113中的凹口301和自锁晶体单元114中的凹口401相对，形成一个长宽高为皆一个横截面的中空立方体；
[0027]
s2然后自锁晶体单元116的604与113相连，其中自锁晶体单元116中的凹口601与其中自锁晶体单元114中的凹口402相连；
[0028]
s3然后自锁晶体单元118的凹口801与自锁晶体单元114卡住相连；
[0029]
s4然后自锁晶体单元117与113以及116相连；
[0030]
s5然后自锁晶体单元115与116相对，凹口501与自锁晶体单元113、114晶体条相连；
[0031]
s6然后自锁晶体单元111与114相对，同时与自锁晶体单元118的凹口802卡住相连；
[0032]
s7最后自锁晶体单元112的203与自锁晶体单元119的901相连，呈十字架形状插入长宽高为皆一个横截面的中空立方体，形成一个完整的自锁晶体单元。
[0033]
优选地，所述前端电子学模块中的前置放大电路采用电压敏感型电路，电荷敏感型电路和电流敏感型电路。
[0034]
优选地，所述符合电子学模块中的fpga单元控制数模转换芯片实现电路增益调节，同时将adc输出的信号运算得到单事件的时间，能量和位置信息。
[0035]
优选地，自锁结构的pet探测器系统所述系统构造方法如下，
[0036]
s1.首先开启电源模块为电子学模块中的各个器件提供不同电源；
[0037]
s2.然后自锁光子接收模块从外部吸收伽马光子并转换为可见光；
[0038]
s3.然后利用前端电子学模块接收可见光并对光信号进行模数转换得到电信号；
[0039]
s4.然后通过符合电子学模块将电信号中的时间，能量和位置信息提取出来；
[0040]
s5.最后图像重建模块通过电信号中的三种信息将原始图像重建出来。
[0041]
本发明的有益效果为：
[0042]
本发明在保证系统成像效果的前提下，改变自锁光子接收模块中自锁晶体单元的形状结构，减小晶体条与晶体条之间的距离，从而使更多的伽马光子被晶体吸收，增大光产额，从而提高了空间分辨率和位置分辨率，提高了最后的成像质量。此外，晶体条的自锁结构使得晶体阵列允许产生一定的形变，提高了系统的抗外力能力。
附图说明
[0043]
图1为本发明的一个实施例提供的一种自锁结构的pet探测器系统结构示意图。
[0044]
图2为本发明的一个实施例对照实验的成像图。
[0045]
图3为本发明的单个自锁晶体单元结构示意图。
[0046]
图4为本发明的一个实施例提供的两种自锁光子接收模块结构示意图。
具体实施方式
[0047]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0048]
在实施例中，一种自锁结构的pet探测器系统，所述结构包括：信号探测模块，符合电子学模块，图像重建模块和电源模块四个模块，其中：
[0049]
信号探测模块用于探测伽马高能光子，主要由自锁光子接收模块和前端电子学模块组成，其中自锁光子接收模块由闪烁晶体组成，闪烁晶体作为现今高能光子吸收材料行业中的主要材料之一，具有发光强度高、密度大、衰减速度快、相应速度快、随温度变化稳定
性好等优点。在该实施例中，采用的闪烁晶体是lacl3:ce(掺铈的氯化镧)晶体,相比起其他卤素元素的掺铈的镧化晶体，lacl3:ce的密度和对伽马光子的阻截能力更强，综合闪烁性能明显更为优异。同时，在该实施例中，我们通过对照实验，用相等体积但不同组合形状的ab两组lacl3:ce晶体阵列，来说明自锁结构晶体阵列的优势。在a组中，晶体阵列采用自锁结构，即用9个自锁晶体单位组成自锁光子接收模块，具体如下：
[0050]
自锁晶体单位111长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口101长为2个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；凹口102长为1个横截面，宽为0.5个横截面，高为0.5个横截面，其中1个横截面为1厘米，形状为图3中的310；
[0051]
自锁晶体单位112长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口201长为0.5个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；凹口202长为0.5个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；凹口203长为1个横截面，宽为0.5个横截面，高为1个横截面，其中1个横截面为1厘米，形状为图3中的320；
[0052]
自锁晶体单位113长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口301长为1个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面，其中1个横截面为1厘米，形状为图3中的330；
[0053]
自锁晶体单位114长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口401长为1个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；凹口402长为0.5个横截面，宽为0.5个横截面，高为1个横截面，其中1个横截面为1厘米，形状为图3中的340；
[0054]
自锁晶体单位115长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口501长为1个横截面，宽为0.5个横截面，高为0.5个横截面；凹口502长为1.5个横截面，宽为0.5个横截面，高为1个横截面；凹口503长为0.5个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面，其中1个横截面为1厘米，形状为图3中的350；
[0055]
自锁晶体单位116长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口601长为1.25个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；凹口602长为0.25个横截面，宽为0.5个横截面，高为0.5个横截面；凹口603长为0.25个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；凹口604长为0.5个横截面，宽为0.5个横截面，高为1个横截面，其中1个横截面为1厘米，形状为图3中的360；
[0056]
自锁晶体单位117长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口701长为0.75个横截面，宽为0.5个横截面，高为0.5个横截面；凹口702长为1个横截面，宽为0.5个横截面，高为1个横截面，其中1个横截面为1厘米，形状为图3中的370；
[0057]
自锁晶体单位118长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口801长为1个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面；凹口802长为0.5个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面，其中1个横截面为1厘米，形状为图3中的380；
[0058]
自锁晶体单位119长为4个横截面，宽高都为1个横截面，其中凹口901长为1个横截面，宽为1个横截面，高为0.5个横截面，其中1个横截面为1厘米，形状为图3中的390。
[0059]
将上述9个自锁晶体单位按照下面的组合方式组成自锁光子接收模块，
[0060]
s1首先自锁晶体单元113和114相邻，其中自锁晶体单元113中的凹口301和自锁晶体单元114中的凹口401相对，形成一个长宽高为皆一个横截面的中空立方体；
[0061]
s2然后自锁晶体单元116的604与113相连，其中自锁晶体单元116中的凹口601与其中自锁晶体单元114中的凹口402相连；
[0062]
s3然后自锁晶体单元118的凹口801与自锁晶体单元114卡住相连；
[0063]
s4然后自锁晶体单元117与113以及116相连；
[0064]
s5然后自锁晶体单元115与116相对，凹口501与自锁晶体单元113、114晶体条相连；
[0065]
s6然后自锁晶体单元111与114相对，同时与自锁晶体单元118的凹口802卡住相连；
[0066]
s7最后自锁晶体单元112的203与自锁晶体单元119的901相连，呈十字架形状插入长宽高为皆一个横截面的中空立方体，形成一个完整的自锁晶体单元，形状如图4中的4001。
[0067]
而在b组中，自锁光子接收模块由6
×
6的长为1厘米，宽高皆为0.88厘米的立方体晶体条组成，形状如图4中的4002。
[0068]
对于两组的前端电子学模块，符合电子学模块，图像重建模块和电源模块，都采用相同的器材，具体的，
[0069]
两组的前端电子学模块如图1，都先采用光电倍增管对从晶体出来的可见光进行光电转换，然后对转换出来的电信号进行放大，通过运算放大器。因为在信号传输时都是使用差分处理，且运算电路采用电压敏感型电路，电荷敏感型电路和电流敏感型电路，所以上述放大器为差分电压敏感型电路，差分电荷敏感型电路和差分电流敏感型电路。同时由于自锁晶体单元光输出的差异性以及光电倍增管不同位置的增益不一致性，需要在运算放大器后增加一个增益调节单元以提高系统的动态范围和精度，在该实施例中，我们采用数字增益调节的方式，即通过增加内部寄存器的方式进行调节。最后通过adc单元，在该实施例中采用8通道adc。
[0070]
两组的符合电子学模块如图1，都先采用fpga单元实现对数字化后的闪烁脉冲信号中的时间，能量和位置信息进行提取，然后通过pet信息单元对上述三种信息进行配准打包送到以太网数据传输单元230，以太网数据传输单元230采用嵌入式以太网控制芯片实现pet信息单元与上位机单元240之间的信息传输。
[0071]
两组的图像重建模块300如图1，在该实施例中，使用osem(分成有序的子集来求期望值的极大值)算法，通过迭代100次得到最后的成像结果，如图2。
[0072]
两组的电源模块400如图1，在该实施例中，电源模块400共提供5种不同电源，分别是
±
5v，3.3v，1.8v，1.2v。其中给运算放大器提供的是
±
5v，给adc单元中的基准电压源提供的是3.3v，给adc单元中的模数转换adc提供的是1.8v，给fpga提供的是1.2v。
[0073]
根据图2的两张成像图我们可以看出，在其他实验设备相同的条件下，使用a组自锁结构晶体阵列的pet系统成像结果2001效果明显优于b组的2002。
[0074]
最后说明的是，以上仅对本发明具体实施例进行详细描述说明。但本发明并不限制于以上描述具体实施例。本领域的技术人员对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都涵盖在本发明范围内。