專利名稱：用于核成像的吸濕閃爍晶體的封裝的制作方法
用于核成像的吸濕閃爍晶體的封裝本創(chuàng)新具體應(yīng)用于核成像系統(tǒng)，特別是涉及吸濕閃爍晶體等。然而，應(yīng)當(dāng)理解，描述的技術(shù)也可以應(yīng)用于其它成像系統(tǒng)、其它閃爍事件探測(cè)技術(shù)等。閃爍晶體具有確定核探測(cè)器的質(zhì)量的各種性質(zhì)，諸如密度、光量、馳豫時(shí)間、顏色等。電子學(xué)、信號(hào)處理、以及重建也對(duì)探測(cè)器的質(zhì)量起作用，但是通過(guò)閃爍材料，伽瑪射線至可見光的轉(zhuǎn)換通常是限制因子。在PET成像中，其中定時(shí)是晶體的主要特性之一，隨著時(shí)間的過(guò)去，已經(jīng)花費(fèi)了大量努力以找到具有高的制動(dòng)能力(stopping power)的快速響應(yīng)晶體材料來(lái)將伽瑪射線轉(zhuǎn)換為光線。已經(jīng)證明找出單種晶體材料中的所有期望的性質(zhì)是挑戰(zhàn)性的。例如，取決于實(shí)際化合物，镥基化合物通常在35至45納秒之間的衰變時(shí)間呈現(xiàn)出好的定時(shí)能力，并具有好的光輸出和好的制動(dòng)能力。鹵化鑭呈現(xiàn)顯著較快的響應(yīng)時(shí)間和更多的光，但是遭受較低密度和較低Z值(例如原子系數(shù))的影響，導(dǎo)致顯著較低的制動(dòng)能力。一些晶體(例如LaBr、NaI)的附加問(wèn)題是它們的吸濕性質(zhì)，這使得它們對(duì)濕度敏感并具有完全毀壞晶體的閃爍性質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。封裝吸濕晶體的企圖包括將晶體放置在氣密地密封的盒子中，氣密地密封的盒子在一側(cè)上具有玻璃并具有探測(cè)穿過(guò)玻璃的射線的大的光電倍增管。在閃爍器與光傳感器之間存在玻璃具有將光擴(kuò)展到大的面積的效果，使得對(duì)于一些較小尺寸的光傳感器來(lái)說(shuō)，信號(hào)密度太低，不能收集足夠的光以形成好的信號(hào)，光傳感器諸如是固態(tài)雪崩光電二極管，其典型地具有2 X 2mm至4 X 4mm的尺寸。諸如LaBr的較輕晶體的另一問(wèn)題是，雖然它們具有好的光輸出和快速的響應(yīng)，但是晶體的低密度和低Z使得與晶體的相互作用的可能性降低，并且當(dāng)發(fā)生相互作用時(shí)，該晶體增大了相互作用是康普頓(散射)的機(jī)會(huì)并僅沉積部分其能量，與所有光子能轉(zhuǎn)換為光的光電相互作用相反。本申請(qǐng)?zhí)峁┬碌暮透倪M(jìn)的系統(tǒng)和方法，其采用具有吸濕閃爍晶體的1 1比率的小的傳感器，這些系統(tǒng)和方法克服了上述問(wèn)題和其它問(wèn)題。根據(jù)一方面，一種用于核成像系統(tǒng)的核探測(cè)器，包括可氣密地密封的探測(cè)器外殼 (50)；設(shè)置于所述探測(cè)器外殼(50)中的多個(gè)閃爍晶體(32)；耦合至所述閃爍晶體(32)的多個(gè)傳感器(34)；以及將所述閃爍晶體(3 和傳感器(34)氣密地密封在所述探測(cè)器外殼 (50)中的密封劑層(51)。根據(jù)另一方面，一種構(gòu)造用于核掃描儀的核探測(cè)器的方法，包括將多個(gè)閃爍晶體 (32)設(shè)置于探測(cè)器外殼(50)中；將傳感器(34)耦合至所述閃爍晶體(3 ；以及使用密封劑層(51)將所述閃爍晶體(3 和傳感器(34)氣密地密封于所述探測(cè)器外殼(50)中。根據(jù)另一方面，一種核掃描儀(12)，優(yōu)選地正電子發(fā)射層析成像(PET)或飛行時(shí)間(TOF)PET掃描儀用，具有多個(gè)探測(cè)器(14)，所述多個(gè)探測(cè)器中的每一個(gè)包括探測(cè)器外殼(50)中的多個(gè)吸濕閃爍晶體(32)；以及多個(gè)硅光電倍增管(SiPM)傳感器(34)，所述多個(gè)硅光電倍增管(SiPM)傳感器(34)中的每一個(gè)耦合至相應(yīng)的晶體(3 。每個(gè)傳感器還包括將每個(gè)傳感器耦合至相應(yīng)的閃爍晶體(3 的透明層(52)，所述透明層的厚度在2微米和10微米之間；以及將所述傳感器(34)和晶體(3 氣密地密封在所述探測(cè)器外殼(50)中的密封劑層(51)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是保持了吸濕晶體的完整性。另一優(yōu)點(diǎn)在于提供1 1比率的傳感器與閃爍晶體。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在閱讀并理解以下詳細(xì)描述后，主題創(chuàng)新的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是明顯的。本創(chuàng)新可以采取各種部件和部件的布置的形式，以及各種步驟和步驟的布置的形式。附圖僅為示例各個(gè)方面的目的，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明。

圖1示例核成像系統(tǒng)，其包括具有多個(gè)核探測(cè)器的核掃描儀，多個(gè)核探測(cè)器圍繞檢查區(qū)域，對(duì)象或患者插入到檢查區(qū)域中患者支架上；圖2示例核探測(cè)器的實(shí)施例，其中使用密封劑層將吸濕閃爍晶體(例如LaBr、NaI 等)密封于探測(cè)器外殼內(nèi)。圖1示例核成像系統(tǒng)10，其包括具有多個(gè)核探測(cè)器14的核掃描儀12，多個(gè)核探測(cè)器14圍繞檢查區(qū)域16，對(duì)象或患者插入到檢查區(qū)域中患者支架18上。在一個(gè)實(shí)施例中，核掃描儀是飛行時(shí)間(time-of-flight)正電子發(fā)射層析成像(TOF-PET)掃描儀，且核探測(cè)器是PET探測(cè)器。在另一實(shí)施例中，核掃描儀是單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)層析成像(SPECT)掃描儀， 且核探測(cè)器是SPECT探測(cè)器。在對(duì)對(duì)象的核掃描期間采集掃描數(shù)據(jù)。對(duì)于探測(cè)器14接收的每個(gè)閃爍事件，其幅度被數(shù)字化，并且由數(shù)字化器部件19生成時(shí)間戳記(例如使用PET和TOF-PET時(shí))，然后將時(shí)間戳記存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器20并通過(guò)重建處理器22重建為PET或其它核圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，采集的掃描數(shù)據(jù)以列表模式(例如加戳記時(shí)間等)存儲(chǔ)，并且分析對(duì)象的相對(duì)側(cè)上的不同探測(cè)器處探測(cè)的閃爍事件(例如通過(guò)一致分析器等)，以確定它們是否來(lái)自相同的湮滅事件(例如對(duì)象中的光子或正電子生成事件)。當(dāng)識(shí)別到一對(duì)對(duì)應(yīng)的閃爍事件時(shí)，執(zhí)行射線追蹤算法以識(shí)別兩個(gè)閃爍事件之間的響應(yīng)線，并且使用飛行時(shí)間信息識(shí)別正電子的起源點(diǎn)。然后在重建對(duì)象的圖像時(shí)采用起源點(diǎn)。重建的3D圖像存儲(chǔ)至圖像體存儲(chǔ)器24，并由圖像處理器沈處理以顯示在用戶接口 28上?？蛇x地，圖像處理器在關(guān)聯(lián)的工作站上的顯示器四上顯示圖像體(volume)。用戶接口容許用戶輸入與期望的掃描參數(shù)、用于呈現(xiàn)或觀察的期望的圖像等相關(guān)的信息，且/ 或容許操控(例如變焦、旋轉(zhuǎn)等)呈現(xiàn)在用戶接口觀和/或顯示器四上的3D圖像體。系統(tǒng)還包括控制處理器30，其執(zhí)行從用戶接口接收的用戶輸入命令，諸如與患者支架進(jìn)入到掃描儀的檢查區(qū)域中或從其中出來(lái)的平移相關(guān)的指令、與特定掃描參數(shù)(例如掃描時(shí)間等)相關(guān)的指令等?？刂铺幚砥髟跀?shù)據(jù)采集期間控制掃描儀。核探測(cè)器14均包括多個(gè)閃爍晶體32，每個(gè)閃爍晶體耦接至探測(cè)其晶體中的光子事件的相應(yīng)的傳感器34。通過(guò)提供一比一的傳感器-晶體比率，描述的探測(cè)器使得能夠相對(duì)于經(jīng)典探測(cè)器大大改進(jìn)采樣。企圖將各種類型的閃爍晶體用于探測(cè)器14中。閃爍材料可以是吸濕的或不吸濕的。當(dāng)采用吸濕閃爍材料時(shí)，其對(duì)于將晶體氣密地密封到探測(cè)器主體中以防止潮濕劣化晶體是有用的。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，閃爍晶體由溴化鑭(LaBr)形成。在另一實(shí)施例中，晶體由碘化鈉(NaI)形成。圖2示例核探測(cè)器14的實(shí)施例，其中，使用密封劑層51(例如灌封(potting)材料、樹脂、凝膠或一些其它合適的材料)將吸濕閃爍晶體32 (例如LaBr、NaI等)密封于探測(cè)器外殼50內(nèi)，密封劑層也用于使得核探測(cè)器氣密和水密。進(jìn)入晶體32的光子或正電子 53.54a.54b引起閃爍事件，由此一個(gè)或多個(gè)伽瑪射線轉(zhuǎn)換為發(fā)射到晶體中的光線，并且由此被內(nèi)反射，直到它們從晶體的遠(yuǎn)端56發(fā)射出。光線于是穿過(guò)薄的耦合層52并且由相對(duì)于晶體32設(shè)置于耦合層52的相對(duì)側(cè)上的傳感器34探測(cè)。耦合層可以為約2微米至約500 微米厚。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器34是硅光電倍增管(SiPM)，由于它們的小的尺寸，其有助于一比一的傳感器-晶體比率的構(gòu)建?；诠饩€的相對(duì)強(qiáng)度或亮度(intensity)以及給定傳感器處的探測(cè)時(shí)間，能夠確定閃爍事件所起源的晶體。一旦已知了探測(cè)器14上的晶體的特性(例如位置或地方)，則在重建發(fā)射光子或正電子的對(duì)象的核圖像(例如使用核追蹤器(tracer))時(shí)，能夠采用采集的掃描數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)晶體32被薄的(例如2-500微米)涂層氣密地密封，該涂層在除耦合至傳感器34的面以外的所有面上是反射的，耦合至傳感器34的面覆蓋有透明涂層。光子53生成的光線示例光電事件，其中光子不能經(jīng)受得住與晶體的碰撞(例如光子完全轉(zhuǎn)換為光線)。由光子M生成的光線示例康普頓相互作用，其中光子至少部分地經(jīng)受得住與晶體的碰撞(例如，不是所有的光子被轉(zhuǎn)換為光線)。從光子5 至光子54b的箭頭表示單個(gè)光子M引起兩個(gè)閃爍事件并且由兩個(gè)不同晶體32探測(cè)到。在該情況下，由事件5 發(fā)出的光的量(幅度)對(duì)應(yīng)于由晶體吸收的能量的量。剩下的用于第二事件的能量的量是康普頓散射角的函數(shù)。第一事件典型地吸收最少的能量。第一事件5 確定探測(cè)的伽瑪射線的軌跡。如果第二事件能夠與第一事件配對(duì)， 例如，基于相互作用的相對(duì)時(shí)間(relative time)、接近度、康普頓角、相對(duì)能量(relative energy)、相互作用的深度等，則第二事件54b可以對(duì)改進(jìn)伽瑪射線能量計(jì)算是有用的。通過(guò)確定閃爍事件的順序，能夠確定光子或正電子的軌跡(例如，使用射線追蹤技術(shù)等)，這識(shí)別事件之一作為時(shí)間上第一的相關(guān)事件。根據(jù)另一范例，其中單個(gè)光子引起三個(gè)閃爍事件，在時(shí)間上，最低能量的事件確定為第一事件，次最高能量事件確定為第二事件，以及最高能量事件確定為最后事件。從三個(gè)事件探測(cè)的能量等于例如PET成像中使用的511keV。另外，能夠根據(jù)探測(cè)器探測(cè)的能量峰的銳度確定相互作用的深度。例如，尖銳的峰表示閃爍事件發(fā)生于傳感器附近，而圓的峰表示閃爍事件發(fā)生得較遠(yuǎn)。追蹤相對(duì)深度 (relative depth)能夠有助于識(shí)別相關(guān)事件和連接軌跡以及康普頓散射的伽瑪射線是否可能在閃爍晶體的陣列內(nèi)具有第二相互作用。在另一實(shí)施例中，小的傳感器34(例如，SiPM傳感器等)直接耦合至它們相應(yīng)的閃爍晶體32的遠(yuǎn)端56，并由密封劑層51 (例如灌封材料、二氧化硅材料等)氣密地密封到探測(cè)器外殼50中。在一個(gè)實(shí)施例中，閃爍器與傳感器之間的耦合層52約為2微米至500微米厚。當(dāng)晶體和傳感器構(gòu)建為單一固態(tài)器件時(shí)，耦合層能夠是玻璃或藍(lán)寶石。當(dāng)光子進(jìn)入相應(yīng)的晶體并產(chǎn)生閃爍事件時(shí)，光線被晶體內(nèi)反射并且在它們離開晶體時(shí)由晶體專用傳感器精確探測(cè)。通過(guò)將傳感器34直接耦合至相應(yīng)的晶體32，光的分布保持為緊密的，散射被最小化。在示例的范例中，來(lái)自相應(yīng)的光子的射線具有區(qū)別的標(biāo)記，該區(qū)別的標(biāo)記容許最佳描述與相應(yīng)晶體的光子相互作用。在一個(gè)實(shí)施例中，電引線60耦合至每個(gè)傳感器34以從其傳輸關(guān)于探測(cè)的閃爍事件的信息。每個(gè)引線延伸通過(guò)密封劑層51。在另一實(shí)施例中，引線60聚集于公共纜線或總線等中，并且纜線在一點(diǎn)穿過(guò)密封劑層以減小密封劑層被穿透的點(diǎn)數(shù)，這反過(guò)來(lái)減小了氣密密封破裂的潛能。以此方式，進(jìn)一步保護(hù)了吸濕晶體免受潮濕的影響。探測(cè)的閃爍事件是加時(shí)間戳記的并且以列表模式存儲(chǔ)于與核掃描儀關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器中，并被分析以識(shí)別對(duì)應(yīng)于公共湮滅事件的閃爍事件對(duì)。例如，能夠分析在對(duì)象的相對(duì)側(cè) (例如分開180° )探測(cè)的閃爍事件，以確定它們的時(shí)間戳記是否表示它們是時(shí)間上靠近地探測(cè)的或并發(fā)的，并且因此對(duì)應(yīng)于單個(gè)湮滅事件。一旦被識(shí)別，則使用對(duì)應(yīng)閃爍事件的對(duì)作為終點(diǎn)計(jì)算響應(yīng)線，并且重建對(duì)象的圖像。應(yīng)當(dāng)理解，雖然圖2的傳感器34示例為在其間具有間隙，但是該間隙的存在是為示出傳感器彼此分開并且每個(gè)晶體具有其自己的專用傳感器。還應(yīng)當(dāng)理解，每個(gè)傳感器的表面積幾乎匹配其相應(yīng)的晶體32的遠(yuǎn)端56的表面積。已經(jīng)參照數(shù)個(gè)實(shí)施例描述了本創(chuàng)新。在閱讀并理解了前述詳細(xì)描述后，其他人可以進(jìn)行修改和改變。其意在將本創(chuàng)新視為包括在所附權(quán)利要求及其等同的范圍內(nèi)的所有的修改和改變的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于核成像系統(tǒng)的核探測(cè)器，包括 可氣密地密封的探測(cè)器外殼(50)；設(shè)置于所述探測(cè)器外殼(50)中的多個(gè)閃爍晶體(32)； 耦合至所述閃爍晶體(3 的多個(gè)傳感器(34)；以及將所述閃爍晶體(3 和傳感器(34)氣密地密封于所述探測(cè)器外殼(50)中的密封劑層(51)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述晶體(32)是吸濕閃爍晶體。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述吸濕閃爍晶體由溴化鑭(LaBr)和碘化鈉 (NaI)的其中之一或更多形成。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器(34)是硅光電倍增管(SiPM)傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括每個(gè)閃爍晶體(32)和對(duì)應(yīng)的傳感器(34)之間的透明耦合層(52)，所述耦合層(5 約2-500微米厚。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括從每個(gè)傳感器(34)延伸的引線(60)，其中，所述引線(60)連接至延伸通過(guò)所述密封劑層(51)的總線以傳輸感測(cè)的信息用于進(jìn)行處理。
7.一種包括至少一個(gè)如權(quán)利要求1所述的探測(cè)器的核掃描儀(12)。
8.—種構(gòu)造用于核掃描儀的核探測(cè)器的方法，包括 將多個(gè)閃爍晶體(32)設(shè)置于探測(cè)器外殼(50)中； 將傳感器(34)耦合至所述閃爍晶體(3 ；以及使用密封劑層(51)將所述閃爍晶體(3 和傳感器(34)氣密地密封于所述探測(cè)器外殼(50)中。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述閃爍晶體(32)是吸濕閃爍晶體。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述吸濕閃爍晶體由溴化鑭(LaBr)和碘化鈉 (NaI)的其中之一或更多形成。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述傳感器(34)是硅光電倍增管(SiPM)傳感器。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括形成從每個(gè)傳感器(34)延伸通過(guò)所述密封劑層 (51)的引線(60)，其中，所述引線(60)傳輸感測(cè)的信息用于進(jìn)行處理。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括形成從所述傳感器(34)到穿過(guò)所述密封劑層(51)且用以傳輸感測(cè)的數(shù)據(jù)的總線的電引線(60)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括 將所述數(shù)據(jù)重建成診斷圖像。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述傳感器(34)以1 1的比率耦合至所述晶體 (32)，使得每個(gè)晶體(3 耦合至專用傳感器(34)。
16.一種使用多個(gè)如權(quán)利要求8中所述的核探測(cè)器生成對(duì)象的核圖像的方法，包括 在第一核探測(cè)器中的第一傳感器處探測(cè)第一閃爍晶體中的第一閃爍事件(53、Ma)；以及在相對(duì)于所述對(duì)象來(lái)說(shuō)與所述第一核探測(cè)器相對(duì)設(shè)置的第二核探測(cè)器中的第二傳感器處探測(cè)第二閃爍晶體中的第二閃爍事件；以及以列表模式存儲(chǔ)與所述第一和第二閃爍事件關(guān)聯(lián)的信息。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括基于與所述第一和第二閃爍事件關(guān)聯(lián)的時(shí)間戳記信息，確定所述第一和第二閃爍事件是否對(duì)應(yīng)于單個(gè)正電子發(fā)射事件；以及在重建所述對(duì)象的圖像時(shí)，確定所述第一和第二閃爍事件之間的響應(yīng)線。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括基于所述第一傳感器探測(cè)的能量峰的銳度，確定正電子與所述第一閃爍晶體的相互作用的相互作用深度，其中所述正電子與所述第一閃爍晶體的相互作用引起所述第一閃爍事件(54a)；在第三傳感器處探測(cè)位于所述第一核探測(cè)器中的第三閃爍晶體中發(fā)生的第三閃爍事件(54b)；以列表模式存儲(chǔ)與所述第三閃爍事件關(guān)聯(lián)的信息；以及基于所述第一和第三閃爍事件的相互作用的相對(duì)時(shí)間、所述第一和第三閃爍事件的接近度、所述第一和第三閃爍事件之間的康普頓角、所述第一和第三閃爍事件的相對(duì)能量、以及所述第一和第三閃爍事件的相互作用深度中的一個(gè)或多個(gè)，確定所述第一和第三閃爍事件是否由單個(gè)正電子發(fā)射事件引起。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括確定所述第一和第三閃爍事件中哪一個(gè)閃爍事件具有較低探測(cè)的能量水平；將具有較低能量值的閃爍事件識(shí)別為時(shí)間上第一發(fā)生；以及使用所識(shí)別的時(shí)間上第一的閃爍事件和所述第二核探測(cè)器中的所述第二傳感器探測(cè)的所述第二閃爍事件執(zhí)行射線追蹤算法，以確定所述時(shí)間上第一的閃爍事件和所述第二閃爍事件之間的響應(yīng)線。
20.一種具有多個(gè)探測(cè)器(14)的正電子發(fā)射層析成像(PET)掃描儀，所述多個(gè)探測(cè)器中的每一個(gè)包括探測(cè)器外殼(50)中的多個(gè)吸濕閃爍晶體(32)；多個(gè)硅光電倍增管(SiPM)傳感器(34)，所述多個(gè)硅光電倍增管(SiPM)傳感器(34)中的每一個(gè)耦合至相應(yīng)的晶體(32)；將每個(gè)傳感器耦合至相應(yīng)的閃爍晶體(3 的透明層(52)，所述透明層的厚度在2微米和10微米之間；以及將所述傳感器(34)和晶體(3 氣密地密封于所述探測(cè)器外殼(50)中的密封劑層 (51)。
全文摘要
當(dāng)在核探測(cè)器(例如PET或SPECT)中采用吸濕閃爍晶體(32)時(shí)，硅光電倍增管(SiPM)傳感器(34)耦合至每個(gè)閃爍晶體(32)以改善閃爍事件探測(cè)并減小散射。使用密封劑層(51)將晶體(32)和傳感器(34)氣密地密封在探測(cè)器外殼(50)中。來(lái)自每個(gè)傳感器(34)的電接觸部(60)延伸通過(guò)密封劑層(51)或一起形成總線使得總線延伸穿過(guò)密封劑層(51)。以此方式，吸濕閃爍晶體(例如LaBr、NaI等)受到保護(hù)免受濕度的影響，并且通過(guò)傳感器(34)和晶體(32)的直接耦合，減小了光散射。
文檔編號(hào)G01T1/20GK102171586SQ200980139506
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者D·加尼翁 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司