渐缩的闪烁体晶体模块及其使用方法

本公开总体上涉及辐射成像的领域，尤其涉及正电子发射断层摄影(pet)。

背景技术：

1、用pet成像是一种强大的技术，主要用于癌症和神经精神疾病的诊断、治疗选择、治疗监测和研究。尽管pet具有较高的分子特异性、定量特性和临床可用性，但主要由于其相对较差的空间分辨率，pet尚不能释放其作为可靠的分子成像模式的全部潜力。在这种空间分辨率下，当前的装置不可能测量与疾病病因学和病理生理学相关的许多人类和啮齿动物大脑区域中以及小结节中的目标密度。

2、用于pet的检测器系统需要厚的、高密度的闪烁体晶体模块，从而可以有效地检测pet中使用的高能(511kev)伽马射线。具有高几何效率(例如，闪烁体晶体模块之间的最小间隙或间距)对于在pet中实现高伽马射线检测灵敏度(以及提高空间分辨率)也是至关重要的。

3、已经开发了深度编码pet检测器模块来减轻长闪烁体晶体的视差误差(响应线的错误定位)。这使得小直径pet环具有降低的每个检测器环的部件成本，用于增加灵敏度的大立体角覆盖范围，以及当使用具有小横截面积的晶体时湮灭伽马射线共线性对空间分辨率的降低贡献。此外，相互作用深度(doi)信息可以用于解卷积长晶体中的光子传输，从而改进时间分辨率和空间分辨率的均匀性。另外，已知的pet系统具有飞行时间(tof)读出能力，其通过准确估计伽马射线源位置来提高信噪比(snr和灵敏度)。

4、然而，在(一个或多个)已知的doi-pet检测器模块中，如具有耦合到闪烁体模块远端(远离光学传感器)的光导的那些模块，在闪烁体模块之间的间距(间隙)和doi/tof性能之间存在折衷。这是因为大多数光子从闪烁体模块的边缘与传感器阵列相互作用。减小相邻的闪烁体模块之间的间距(间隙)会增加临近像素的光泄漏，这可能有损于tof和doi性能。值得注意的是，tof可能与doi相关。然而，由不完全耦合引起的到与主像素相邻的像素的光学光子泄漏(光泄漏)削弱了这种相关性。

5、此外，闪烁体模块的一部分与光学传感器之间的间隙(像素间隙)重叠会导致沿边缘的信号损失。

技术实现思路

1、因此，公开了一种粒子检测装置，其可以包括被布置成二维阵列的光学传感器阵列和多个闪烁体模块。相邻的光学传感器之间可以有第一间隙。每个光学传感器可以对应于一个像素。每个光学传感器可以具有有效面积。至少一个闪烁体模块可以对应于阵列中的相应光学传感器。每个闪烁体模块可以具有第一端和第二端。第一端可以与对应的光学传感器接触。相邻的闪烁体模块之间可以有第二间隙。第二间隙被定义为相邻的闪烁体模块之间的最小间隙。与对应的光学传感器的有效面积的边界相邻的闪烁体模块可以在第一端具有渐缩(tapered)部分，使得当沿着纵轴方向观察时，第一端的第一横截面积与有效面积重叠。第一横截面积被定义为垂直于纵轴。第二间隙可以小于第一间隙。

2、在本公开的一个方面，在第二端的第二横截面积可以大于第一横截面积。第二横截面积被定义为垂直于纵轴。在本公开的一个方面，当沿着纵轴方向观察时，第二端的第二横截面积的至少一部分可以与第一间隙重叠。

3、在本公开的一个方面，第一横截面积的形状可以是大致圆形的。

4、在本公开的一个方面，在闪烁体模块和光学传感器之间可以存在一对一的对应关系(一对一的耦合)。第一横截面积可以是矩形的，并且在第一端的所有四个侧面都可以渐缩。

5、在本公开的其他方面，在闪烁体模块和光学传感器之间可以有四对一的对应关系(四对一的耦合)。在本公开的一个方面，每个闪烁体模块的第一横截面积可以由多个侧面来限定，并且闪烁体模块的面向有效面积的相应边界的至少两个侧面可以在第一端渐缩。在其他方面，可以只有闪烁体模块的面向有效面积的相应边界的侧面在第一端渐缩。

6、在本公开的一个方面，渐缩部分可以具有在平行于纵轴的方向上的渐缩长度，并且所述渐缩长度可以小于在平行于纵轴的方向上距第一端和第二端的长度的三分之一。对于具有渐缩部分的每个闪烁体模块，渐缩长度可以是相同的。

7、在本公开的一个方面，闪烁体模块在纵向上可以是约20mm长。在该方面，渐缩长度可以约为5mm。

8、在本公开的一个方面，第二横截面积可以是约1.5mm x约1.5mm，第一横截面积可以是约1.4mm x约1.4mm。有效面积可以是约3.0mm x 3.0mm。

9、在本公开的一个方面，该装置还可以包括光导。光导可以是分段的。在本公开的一个方面，分段光导可以包括多个拟柱体(prismatoid)。每个拟柱体可以被配置成在闪烁体模块的第二端之间重定向辐射粒子。在本公开的一个方面，光导的段可以与光学传感器偏移，使得与第一光学传感器接触的第一闪烁体模块和与第二光学传感器接触的第二闪烁体模块与同一段接触。

10、在本公开的一个方面，该装置还可以包括反射体。在本公开的一个方面，反射体可以位于光导上。在其他方面，反射体可以位于光导的段之间。在另一方面，反射体可以位于包括在渐缩部分之间的空隙中的每个闪烁体模块与另一闪烁体模块之间。

11、在本公开的一个方面，某些闪烁体模块的第二端可以具有第二渐缩部分。第二渐缩部分的纵向长度可以小于所述渐缩部分的纵向长度。

12、在本公开的一个方面，由于所述段与光学传感器偏移，因此可以在第二端渐缩的闪烁体模块的侧面可以不同于可以在第一端渐缩的闪烁体模块的侧面。

13、还公开了一种粒子检测装置，其可以包括被布置成二维阵列的光学传感器阵列和可以对应于相应光学传感器的多个闪烁体模块。相邻的光学传感器之间可以有第一间隙。每个光学传感器可以对应于一个像素。每个光学传感器可以具有有效面积。每个闪烁体模块可以具有第一端和第二端。第一端可以与其对应的光学传感器接触。相邻的闪烁体模块之间可以有第二间隙。第二间隙被定义为相邻的闪烁体模块之间的最小间隙。对应于相应光学传感器的多个闪烁体模块的至少子集可以在第一端具有渐缩部分。渐缩部分的位置可以取决于闪烁体模块在有效面积内的相对位置和有效面积的相应边界。第二间隙可以小于第一间隙。

14、在本公开的一个方面，该装置还可以包括反射体，其位于包括在渐缩部分之间的空隙中的每个闪烁体模块与另一闪烁体模块之间。

15、在本公开的一个方面，位于有效面积的角落的闪烁体模块可以有至少两个侧面在第一端渐缩，使得当沿着纵轴方向观察时，第一端的第一横截面积与有效面积重叠。第一横截面积被定义为垂直于纵轴。在其他方面，只有位于有效面积的角落的闪烁体模块的两个侧面在第一端渐缩。

16、在本公开的一个方面，位于在有效面积的角落且对准的其他闪烁体模块之间的闪烁体模块可以仅有一个侧面在第一端渐缩，使得当沿着纵轴方向观察时，第一端的第一横截面积与有效面积重叠。所述一个侧面可以面向所述有效面积的边界。

17、在本公开的一个方面，有其他闪烁体模块位于所述闪烁体模块与有效面积的边界之间的闪烁体模块在第一端可以不具有渐缩部分。

技术特征：

1.一种粒子检测装置，包括：

2.根据权利要求1所述的粒子检测装置，其中，在第二端的第二横截面积大于第一横截面积，其中第二横截面积垂直于纵轴。

3.根据权利要求2所述的粒子检测装置，其中，当沿着纵轴方向观察时，第二端的第二横截面积的至少一部分与第一间隙重叠。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的粒子检测装置，其中，第一横截面积的形状是大致圆形的。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的粒子检测装置，其中，所述至少一个闪烁体模块是一个闪烁体模块，使得在闪烁体模块和光学传感器之间存在一对一的对应关系，其中每个闪烁体模块的第一横截面积是矩形的，并且在第一端的所有四个侧面都渐缩。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的粒子检测装置，其中，所述至少一个闪烁体模块包括四个闪烁体模块，使得在闪烁体模块和光学传感器之间有四对一的对应关系，其中每个闪烁体模块的第一横截面积由多个侧面来限定，并且其中闪烁体模块的面向有效面积的相应边界的至少两个侧面在第一端渐缩。

7.根据权利要求6所述的粒子检测装置，其中，只有闪烁体模块的面向有效面积的相应边界的侧面在第一端渐缩。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的粒子检测装置，其中，渐缩部分具有在平行于纵轴的方向上的渐缩长度，其中所述渐缩长度小于在平行于纵轴的方向上距第一端和第二端的长度的三分之一。

9.根据权利要求8所述的粒子检测装置，其中，对于具有渐缩部分的每个闪烁体模块，渐缩长度大致相同。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的粒子检测装置，其中，第一端至第二端的长度约为20mm，并且渐缩长度约为5mm。

11.根据权利要求10所述的粒子检测装置，其中，第二横截面积是约1.5mm x约1.5mm，并且第一横截面积是约1.4mm x约1.4mm。

12.根据权利要求11所述的粒子检测装置，其中，有效面积是约3.0mm_x约3.0mm。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的粒子检测装置，还包括：与每个闪烁体模块的第二端接触的光导。

14.根据权利要求13所述的粒子检测装置，其中，光导是分段的。

15.根据权利要求14所述的粒子检测装置，其中，光导包括多个拟柱体，每个拟柱体被配置成在闪烁体柱的第二端之间重定向辐射粒子。

16.根据权利要求14或权利要求15所述的粒子检测装置，还包括位于光导上以及在光导的段之间的反射体。

17.根据权利要求1至16中的任一项所述的粒子检测装置，还包括位于包括在渐缩部分之间的空隙中的每个闪烁体模块与另一闪烁体模块之间的反射体。

18.根据权利要求14至17中的任一项所述的粒子检测装置，其中，第二端具有第二渐缩部分。

19.根据权利要求18所述的粒子检测装置，其中，第二渐缩部分具有纵向上的渐缩长度，并且所述渐缩长度小于第一渐缩部分在纵向上的渐缩长度。

20.根据权利要求14至19中的任一项所述的粒子检测装置，其中，光导的段与光学传感器偏移，使得与第一光学传感器接触的第一闪烁体模块和与第二光学传感器接触的第二闪烁体模块与同一个段接触。

21.根据权利要求20所述的粒子检测装置，其中，在第二端渐缩的闪烁体模块的侧面不同于在第一端渐缩的闪烁体模块的侧面。

22.一种粒子检测装置，包括：

23.根据权利要求22所述的粒子检测装置，其中，位于有效面积的角落的闪烁体模块有至少两个侧面在第一端渐缩，使得当沿着纵轴方向观察时，第一端的第一横截面积与有效面积重叠，其中第一横截面积垂直于纵轴。

24.根据权利要求23所述的粒子检测装置，其中，只有位于有效面积的角落的闪烁体模块的两个侧面在第一端渐缩。

25.根据权利要求24所述的粒子检测装置，其中，位于在有效面积的角落且对准的其他闪烁体模块之间的闪烁体模块仅有一个侧面在第一端渐缩，使得当沿着纵轴方向观察时，第一端的第一横截面积与有效面积重叠，所述一个侧面面向所述有效面积的边界。

26.根据权利要求25所述的粒子检测装置，其中，有其他闪烁体模块位于所述闪烁体模块与有效面积的边界之间的闪烁体模块在第一端不具有渐缩部分。

27.根据权利要求22至26中的任一项所述的粒子检测装置，还包括位于包括在渐缩部分之间的空隙中的每个闪烁体模块与另一闪烁体模块之间的反射体。

技术总结
提供了渐缩的闪烁体模块和具有渐缩的闪烁体模块的检测装置，所述渐缩的闪烁体模块至少在接触光学传感器的端部渐缩，其中渐缩取决于闪烁体模块在光学传感器的有效面积内的位置。闪烁体模块的渐缩可以靠近光学传感器和模块之间的界面，以最小化界面处到邻近像素的光泄漏，同时，由于远端可以不渐缩，这对于基于光电吸收的比尔‑朗伯定律的伽马射线相互作用具有最高可能性，因此仍然允许检测装置保持高几何效率和对入射伽马射线的灵敏度。

技术研发人员：A·拉贝拉,A·戈尔丹,X·曹,W·赵
受保护的技术使用者：纽约州州立大学研究基金会
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14