專(zhuān)利名稱(chēng)：用于pet應(yīng)用中的單獨(dú)閃爍體讀出的高密度比例模式apd陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療成像系統(tǒng)；更具體地，本發(fā)明涉及用于在使用正電子發(fā)射斷層成像(PET)的成像系統(tǒng)中利用的檢測(cè)器中的閃爍晶體讀出的高密度、高度集成的APD光電傳感器(雪崩光電二極管)陣列。
背景技術(shù)：
核醫(yī)學(xué)是獨(dú)特的醫(yī)療專(zhuān)業(yè)，其中，使用輻射來(lái)獲取示出身體的器官、骨骼或組織的功能和解剖的圖像。放射性藥劑通過(guò)注射或攝食而被引入到身體中，并且被吸引到所關(guān)注的特定器官、骨骼或組織。這樣的放射性藥劑產(chǎn)生伽馬光子發(fā)射，該伽馬光子發(fā)射從身體發(fā)出并且被閃爍晶體捕獲，光子與該閃爍晶體相互作用以產(chǎn)生光的閃爍或“事件”。由光電檢測(cè)器(諸如光電倍增管)的陣列檢測(cè)事件，并且計(jì)算且存儲(chǔ)它們的空間定位或位置。以此方式，從對(duì)身體中的放射性同位素的分布的檢測(cè)來(lái)產(chǎn)生處于研究中的器官或組織的圖像。一種特定的核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)稱(chēng)為正電子發(fā)射斷層成像或PET。PET用于產(chǎn)生用于診斷特定器官、腫瘤或其它代謝活性部位的生化機(jī)能或生理機(jī)能的圖像。對(duì)正電子發(fā)射放射性核素的組織濃度的測(cè)量基于由正電子湮沒(méi)產(chǎn)生的兩個(gè)伽馬光子的重合檢測(cè)。當(dāng)正電子被電子湮沒(méi)時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)511keV的伽馬光子，并且這兩個(gè)511keV的伽馬光子在大致相反的方向上行進(jìn)。由湮沒(méi)事件產(chǎn)生的伽馬光子可以由一對(duì)相反布置的輻射檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)， 該輻射檢測(cè)器能夠響應(yīng)于伽馬光子與閃爍晶體的相互作用而產(chǎn)生信號(hào)。湮沒(méi)事件通常由在兩個(gè)相反布置的檢測(cè)器中的兩個(gè)511keV的伽馬光子的檢測(cè)之間的時(shí)間重合來(lái)識(shí)別，即，伽馬光子發(fā)射實(shí)質(zhì)上同時(shí)由每個(gè)檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)。當(dāng)兩個(gè)相反布置的伽馬光子中的每一個(gè)都撞擊相反布置的檢測(cè)器從而產(chǎn)生時(shí)間重合事件時(shí)，它們還識(shí)別響應(yīng)線或L0R，湮沒(méi)事件伴隨其而發(fā)生。在美國(guó)專(zhuān)利No. 6，858，847中描述了 PET方法和設(shè)備的示例，該專(zhuān)利的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用而合并于此。在被分類(lèi)成平行投射之后，由重合事件定義的LOR用于對(duì)患者內(nèi)的正電子發(fā)射放射性核素的三維分布進(jìn)行重構(gòu)。PET在獲得揭示生物過(guò)程(例如，諸如心臟、大腦、肺等的身體器官的機(jī)能)以及身體組織和結(jié)構(gòu)(諸如循環(huán)系統(tǒng))的圖像方面特別有用。為了使得患者最小地暴露于輻射，PET成像系統(tǒng)中所利用的檢測(cè)器必須能夠檢測(cè)入射光量子或致電離粒子的低電平。在這樣的成像裝置中，通常有利的是，采用具有內(nèi)部增益的輻射檢測(cè)裝置；雪崩光電二極管(APD)通常用在這樣的裝置中以提供期望的檢測(cè)靈敏度。APD是在擊穿區(qū)域附近被偏置的半導(dǎo)體器件，以使得由于入射光子的吸收而生成的電荷在APD本身中由于級(jí)聯(lián)效果而被放大，這是由于電荷被施加于器件的p-n結(jié)上的高偏置電勢(shì)加速而產(chǎn)生的。在這樣的成像裝置中，期望APD展示出低噪聲和高增益。諸如醫(yī)療成像器(例如，使用伽馬輻射)的某些裝置還要求高質(zhì)量低噪聲APD的相對(duì)大陣列(例如，大約 5cm. sup. 2或者更大)。利用APD陣列的PET成像系統(tǒng)中的一種檢測(cè)器配置是以一對(duì)一耦合配置來(lái)配置的，其中一個(gè)APD耦合到一個(gè)閃爍晶體。為了收集來(lái)自閃爍體的最大光量，APD必須具有與其所耦合的閃爍體晶體相同的表面積。這會(huì)導(dǎo)致大表面積的APD，這增大了 APD噪聲和電容。APD的噪聲和電容與其表面積成正例。隨著APD的噪聲和電容增大，其精確地確定事件的適當(dāng)能量和定時(shí)的能力下降。這導(dǎo)致差的PET檢測(cè)器性能并且是APD通常沒(méi)有用作PET 成像系統(tǒng)中的檢測(cè)器中的光電傳感器的主要原因。存在對(duì)光電傳感器陣列配置的需要，所述光電傳感器陣列配置可以利用由在陣列中使用APD而產(chǎn)生的高增益，而且同時(shí)減小了由于用在光電傳感器中時(shí)增大了 APD的大小而導(dǎo)致的噪聲和電容。利用耦合到單個(gè)閃爍體的高密度光電傳感器讀出的概念的一種檢測(cè)器是SiPM(硅光電倍增器)。SiPM使用蓋革(Geiger)模式APD的非常密集的陣列，這些蓋革模式APD通常電阻性地并聯(lián)連接以提供單個(gè)讀出通道。這種類(lèi)型的檢測(cè)器的顯著缺點(diǎn)是SiPM APD單元中的每個(gè)由于它們工作在蓋革模式而是非線性的。在每個(gè)單元中利用SiPM蓋革模式APD 的檢測(cè)器以二進(jìn)制模式工作。因此，SiPM APD單元的相應(yīng)輸出僅可以是零或一。這是基本問(wèn)題，因?yàn)槊總€(gè)SiPM APD單元僅能夠?qū)σ粋€(gè)光子進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且無(wú)法指示已接收到多于一個(gè)光子。例如，如果兩個(gè)光子在大致相同的時(shí)間到達(dá)同一 SiPM APD單元，則無(wú)法知道SiPM APD單元接收到兩個(gè)光子。為了增加SiPM的線性度，必須增大SiPM單元密度。然而，增加 SiPM的單元密度引起裝置的填充因數(shù)減小。對(duì)于大部分SiPM裝置，在線性度與填充因數(shù)之間存在折衷。存在對(duì)克服了這種限制的APD陣列的配置的需要，其中，APD單元的陣列以比例模式工作并且是線性的。工業(yè)中的一些開(kāi)發(fā)者已研究了對(duì)于CT成像使SiPM在比例模式中工作在擊穿電壓以下，以克服裝置的固有非線性。然而，所提出的檢測(cè)器仍然使用總計(jì)SiPM單元的公共讀出。存在對(duì)一種有利于包括APD陣列的單元的單獨(dú)單元讀出的系統(tǒng)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
與本發(fā)明的實(shí)施例相一致，本發(fā)明包括改進(jìn)的光電檢測(cè)器，該光電檢測(cè)器包括改進(jìn)的光電傳感器，該光電傳感器被配置為用于讀出單個(gè)閃爍體的小型(亞毫米)高密度雪崩光電二極管單元的陣列。每個(gè)光電傳感器包括以(nXn)陣列(其中η>1)布置的、耦合到單個(gè)閃爍晶體的多個(gè)雪崩光電二極管單元。光電傳感器的總體(nXn)陣列面積與閃爍體的面(face )的面積基本上相同，并且每個(gè)雪崩光電二極管單元具有不大于一平方毫米的表面積。光電傳感器陣列還配置有有利于分開(kāi)讀取陣列中的每個(gè)雪崩光電二極管單元的輸出的電路。應(yīng)理解，本發(fā)明的以上概述和以下詳細(xì)描述二者僅是示例性的和說(shuō)明性的，并且不應(yīng)該認(rèn)為限制如所描述的和要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍。此外，除了這里闡述特征和/或變型的之外還可以提供特征和/或變型。


并入本公開(kāi)并且構(gòu)成本公開(kāi)的一部分的附示了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例和方面。 在附圖中
圖Ia是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中、耦合到單個(gè)閃爍體晶體的亞毫米2X2 APD陣列的側(cè)視圖；圖Ib是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中、耦合到單個(gè)閃爍體晶體的亞毫米2X2 APD陣列的頂視圖加是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中、配置有獨(dú)立偏置電路的亞毫米IOX 10 APD陣列的側(cè)視圖2b是本發(fā)明的、配置有公共偏置電路的亞毫米10X10 APD陣列的側(cè)視圖； 圖3是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中、圖2b所圖示的APD陣列的偏置電路和信號(hào)輸出連接的實(shí)施例的示意示例；
圖如是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中、連接到前端APD-ASIC的亞毫米APD陣列的封裝配置的側(cè)視圖4b是在圖示更小的ASIC管芯的本發(fā)明的第二實(shí)施例中、連接到前端APD-ASIC的亞毫米APD陣列的封裝配置的側(cè)視圖5是從偏置電路到APD ASIC的能量和定時(shí)輸出的單個(gè)APD讀出電路的示意框圖的實(shí)施例；以及
圖6是可以用于確定每個(gè)PET事件的能量、位置和定時(shí)的本發(fā)明的APD ASIC內(nèi)的后端電路或系統(tǒng)處理電子器件的實(shí)施例的圖示。
具體實(shí)施例方式與實(shí)施例相一致，本發(fā)明是被配置用于PET成像系統(tǒng)中使用的改進(jìn)的光電檢測(cè)器，其中，改進(jìn)的光電檢測(cè)器應(yīng)包括至少一個(gè)閃爍體晶體和耦合到至少一個(gè)閃爍體晶體的 APD光電傳感器陣列。APD光電傳感器陣列的大小被確定為使得其表面積基本上等于閃爍體晶體的面的表面積。APD光電傳感器陣列包括以包括支持電路的單元的nXn陣列布置的多個(gè)雪崩光電二極管。每個(gè)APD單元具有用于定位于其上的雪崩光電二極管的單獨(dú)輸出端，以使得可以獨(dú)立地讀取每個(gè)雪崩光電二極管。每個(gè)APD單元被定義為亞毫米，這是因?yàn)槊總€(gè)APD單元的表面積為<1.0 mm X<1.0 mm。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)APD單元的表面積應(yīng)該為0.05 mm-1. 0 mmXO. 05 mm-1. O mm。通過(guò)獨(dú)立地讀取來(lái)自每個(gè)小型亞毫米APD單元的輸出，噪聲和電容被最小化，并且從而提供了能量和定時(shí)的更精確確定。以下詳細(xì)描述參照附圖。在任何可能的地方，在附圖和以下描述中使用相同的參考標(biāo)記來(lái)提及相同的或相似的部分。盡管此處描述了本發(fā)明的若干個(gè)實(shí)施例和特征，但是在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，修改、適配和其它實(shí)現(xiàn)方式是可能的。更確切地， 提供這些實(shí)施例以使得本公開(kāi)將是完整的并且將完全把本發(fā)明傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。例如，可以對(duì)圖中所圖示的部件進(jìn)行替換、增加或修改，并且可以通過(guò)對(duì)所公開(kāi)的方法進(jìn)行替換、重排序或者增加步驟來(lái)修改此處所描述的方法。因此，以下詳細(xì)描述不限制本發(fā)明。相反，本發(fā)明的適當(dāng)范圍由所附權(quán)利要求來(lái)限定。本發(fā)明包括使用高密度、高度集成的APD (雪崩光電二極管)陣列，以讀出在PET成像應(yīng)用中使用的光電檢測(cè)器內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)閃爍晶體。在圖IA和IB中示出的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例圖示了塊檢測(cè)器100，其利用高密度、高度集成的APD陣列120來(lái)以讀取閃爍晶體的陣列102內(nèi)的每個(gè)閃爍晶體112、114、116、118。與利用晶體到光電傳感器的一對(duì)一配置的PET成像系統(tǒng)中的典型檢測(cè)器、或者其中光電傳感器的數(shù)目小于配置中的晶體的數(shù)目的塊檢測(cè)器不同，本發(fā)明中實(shí)施的檢測(cè)器利用其中光電傳感器APD的數(shù)目總是大于晶體的數(shù)目的配置。在圖IA和IB所圖示的示例實(shí)施例中，對(duì)于每個(gè)閃爍晶體存在二十五個(gè)光電傳感器。在所圖示的實(shí)施例中，閃爍晶體的 2X2陣列102耦合到光電傳感器單元的10X10陣列120，其中每個(gè)單元包括APD。如所圖示的那樣，每個(gè)閃爍晶體112、114、116、118耦合到APD光電傳感器單元的5 X 5陣列，該APD 光電傳感器單元的5X5陣列被定位用于分別讀出每個(gè)閃爍晶體112、114、116、118。如圖IB 所圖示的那樣，晶體1 112耦合到APD光電傳感器12h-122y的第一陣列；晶體2 114耦合 APD光電傳感器的第二陣列；晶體3 116耦合到APD光電傳感器126a_U6y的第三陣列；并且晶體4 118耦合到APD光電傳感器U8a-128y的第四陣列。如圖IB所圖示的那樣，將閃爍晶體1 112、閃爍晶體2 114、閃爍晶體3 116和閃爍晶體4 118組合成陣列示出使用本發(fā)明生成的類(lèi)型的光電檢測(cè)器100可以是較大陣列檢測(cè)器的子集。通過(guò)到高度集成ASIC 136的球柵陣列(BGA)連接獨(dú)立地讀出讀取來(lái)自閃爍晶體 112、114、116和118的塊的光的APD陣列120中的每個(gè)APD，以提供精確的能量和定時(shí)信息。 圖IA圖示出了將APD單元122a-12&連接到ASIC 136的BGA 132a_132e以及將APD單元
連接到ASIC 136的BGA 134a-134e0 (存在將其余APD單元連接到ASIC 136的類(lèi)似BGA，但是圖IA中未示出)。并入包括本發(fā)明的塊檢測(cè)器100中的APD光電傳感器陣列120是亞毫米APD的單片或裝配的陣列。圖2A和2B中圖示出了圖IA和IB所圖示的APD光電傳感器陣列120 的實(shí)施例的頂視圖。在所圖示的實(shí)施例中，示出了 APD光電傳感器的10X10陣列或者APD 光電傳感器的5X5陣列。應(yīng)理解，圖1B、2A和2B所圖示的APD光電傳感器的具體陣列僅是為了說(shuō)明目的并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。APD光電傳感器的陣列的尺度可以是根據(jù)本發(fā)明裝配的任意nXn陣列配置。一般地，可以根據(jù)閃爍體晶體的大小和檢測(cè)器的總體期望大小來(lái)確定APD光電傳感器陣列的尺度。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)期APD光電傳感器的陣列 320,420中的每個(gè)APD光電傳感器單元應(yīng)該每側(cè)為大約1. 0毫米(mm)或者更小(每個(gè)單元具有<1.0 mmX<1.0 mm的面積)，并且每個(gè)APD光電傳感器單元獨(dú)立地工作。在一些實(shí)施例中，APD光電傳感器的陣列320、420中的每個(gè)APD光電傳感器單元可以具有<0. 05 -1. 0 mmX<0. 05 -1.0 mm的面積。如圖2A和圖2B所示的實(shí)施例所圖示出的那樣，APD光電傳感器的陣列302、402中的每個(gè)APD光電傳感器單元連接到公共偏置電路，以有利于高壓偏置和信號(hào)讀出。公共偏置提供了更容易的集成和更高的填充因數(shù)。盡管圖中未示出，但是在另一實(shí)施例中預(yù)期，APD光電傳感器的陣列320中的每個(gè)APD光電傳感器單元可以具有獨(dú)立的偏置電路。在圖2A和2B所圖示的兩個(gè)實(shí)施例之中，圖2B所圖示的實(shí)施例是優(yōu)選的，這是由于圖2A所圖示的實(shí)施例制造更加困難且成本更高。圖2A所圖示的設(shè)計(jì)的問(wèn)題是高壓線 312和低壓線314太接近。配置在標(biāo)準(zhǔn)印刷電路板材料上的這樣緊密接近的電線(諸如線 312和314)無(wú)法適當(dāng)?shù)仄鹱饔?。由于高壓線312和低壓線316之間存在很大差別，因此將在高壓線和低壓線之間產(chǎn)生電弧，除非APD光電傳感器的陣列所包括的基本材料是諸如陶瓷或特氟綸之類(lèi)的材料。因此，使用諸如FR4的便宜基本材料來(lái)產(chǎn)生APD光電傳感器的陣列是不可行的，這是由于基本材料的物理性質(zhì)不能支持緊密接近的不同電壓的電壓線。然而，當(dāng)使用諸如特氟綸或陶瓷之類(lèi)的基本材料來(lái)制造諸如圖2A所圖示的設(shè)計(jì)時(shí)，可以克服由于芯片上兩條緊密接近的電壓線而產(chǎn)生的問(wèn)題。盡管預(yù)期可以根據(jù)圖2A中所闡述的設(shè)計(jì)來(lái)制造本發(fā)明的實(shí)施例，但是當(dāng)使用諸如陶瓷和特氟綸之類(lèi)的基本材料時(shí)，制造這樣的設(shè)計(jì)大大添加了工藝的花費(fèi)。圖2B所圖示的備選實(shí)施例允許通過(guò)經(jīng)過(guò)增加高壓線442、446、450、妨4、458、462 與低壓線444、448、452、456、460之間的距離消除電弧產(chǎn)生問(wèn)題，來(lái)使用諸如FR4的便宜下層基本材料。如圖2B所圖示的那樣，這通過(guò)使得陣列內(nèi)的APD光電傳感器單元中的兩個(gè)相鄰的APD的陽(yáng)極和陰極共享高壓線和低壓線來(lái)實(shí)現(xiàn)。如所示出的，APD單元42 通過(guò)連接 404連接到高壓線442。APD單元42 和424j 二者通過(guò)連接406和408都連接到低壓線 444，并且APD單元424 j和424ο 二者通過(guò)連接410和412都連接到高壓線446。應(yīng)理解，在本發(fā)明中，APD的陽(yáng)極或陰極是否是連接到高壓還是低壓的APD單元是無(wú)關(guān)的。重點(diǎn)在于 APD的陽(yáng)極與陰極之間具有電壓差。在一個(gè)實(shí)施例中，陽(yáng)極可以連接到地，而陰極連接到正高壓。在備選實(shí)施例中，陰極可以連接到地，而陽(yáng)極連接到負(fù)高壓。參照?qǐng)D3，該圖呈現(xiàn)了 APD光電傳感器的陣列140的公共偏置電路和信號(hào)輸出連接的示例的示意圖的圖示，該APD光電傳感器的陣列140包括十個(gè)APD光電傳感器單元 142a-142j0該圖示是圖2B所圖示的APD光電傳感器陣列302的陣列的一部分的更詳細(xì)示意圖。如所圖示出的那樣，所圖示出的APD光電傳感器的陣列140包括APD光電傳感器單元的5X2陣列140。如所圖示出的那樣，十個(gè)APD光電傳感器單元14h_142j中的每個(gè)都包括相同的部件和電路并且以相同的方式連接到地和公共高壓線。因此，在十個(gè)APD光電傳感器單元142a-142j之中，將對(duì)單元14 進(jìn)行解釋以說(shuō)明陣列140中的每個(gè)APD光電傳感器單元的操作。APD光電傳感器單元14 的輸入端連接到高壓線144，其中APD 150a的陰極通過(guò)電阻器146a連接到高壓線144。APD 150a的陰極還連接到電容器148a和地158a。 APD 150a的陽(yáng)極通過(guò)電阻器15 連接到地158a，并且通過(guò)經(jīng)過(guò)電容器15 的凸塊接合 (bump-bond)連接156a而將APD單元14 的輸出端連接到ASIC (未示出)。高壓電容器 148a用于對(duì)來(lái)自高壓線的噪聲去耦；常規(guī)低壓電容器15 將APD信號(hào)AC耦合到隨后的信號(hào)鏈。如果期望DC耦合的信號(hào)路徑，則可以消除電容器15如。節(jié)點(diǎn)156a D11、子序列CFA、 電容器156a以及地平面158a還形成用于信號(hào)高頻分量的低阻抗電流回路，從而有利于事件定時(shí)檢測(cè)。圖4A和4B是通過(guò)凸塊接合連接168和178連接的、亞毫米APD光電傳感器陣列 160和170以及相應(yīng)前端APD-ASIC 166和176的封裝配置的兩個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。如圖4B 所圖示的那樣，所示出的實(shí)施例還包括夾在APD光電傳感器陣列170與前端APD-ASIC 176 之間的印刷電路板，從而允許APD-ASIC 176的大小被相當(dāng)大地減小。當(dāng)光進(jìn)入光電傳感器時(shí)，期望知道兩條信息，即光電傳感器何時(shí)接收到光子(定時(shí))和所接收的信號(hào)多大(在時(shí)間上的給定時(shí)刻處接收的光子的數(shù)目或能量數(shù)量)。該配置有利于如下能力確定接收光子的定時(shí)，以及通過(guò)有利于確定每個(gè)APD在時(shí)間上的時(shí)刻處所接收的能量數(shù)量的能力來(lái)確定所接收的光子的數(shù)目，從而使得實(shí)施例線性化。圖5圖示出了 APD單元184和APD ASIC 180內(nèi)用于確定PET成像應(yīng)用中所需的定時(shí)和能量信息的電路。如所圖示出的那樣，使其輸出端196連接到電荷靈敏前置放大器(CSPM02的亞毫米 APD單元184被定位于APD ASIC 180上。CSP 202有利于收集來(lái)自APD 190的電荷。接下來(lái)，CSP 202的輸出信號(hào)被分離到通道，慢通道204和快通道206。CSP 202輸出的信號(hào)具有高頻分量和低頻分量。接收由CSP 202輸出的信號(hào)的快通道206對(duì)所接收的信號(hào)執(zhí)行濾波或整形，以強(qiáng)調(diào)高頻分量?？焱ǖ?06的輸出由觸發(fā)器208以及恒比定時(shí)甄別器(CFD)或上升沿(LE)觸發(fā)器210接收。接收CSP 202輸出的信號(hào)的慢通道204對(duì)所接收的信號(hào)執(zhí)行濾波或整形，以強(qiáng)調(diào)低頻分量。來(lái)自慢通道204的輸出表示APD單元184接收的能量，并且與APD單元184接收的光子的數(shù)目成比例。圖6是APD ASIC內(nèi)的電路的圖示，包括來(lái)自圖5的180a_180d處的電路，其中亞毫米APD單元的各級(jí)中的每一個(gè)都連接到定位于APD ASIC上的CSP并且連接到提供能量輸出212a-212d和定時(shí)輸出210a_210d的慢通道和快通道。每個(gè)能量輸出212a_212d由能量多路調(diào)制器222和單元位置2M部分(查找表)接收。每個(gè)定時(shí)輸出由定時(shí)多路調(diào)制器 2 接收。定時(shí)多路調(diào)制器226的輸出由定時(shí)數(shù)字轉(zhuǎn)換器236接收。能量多路調(diào)制器222 的輸出由模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器232接收。單元位置的輸出由查找表234接收，以執(zhí)行事件精細(xì)定位。離開(kāi)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器232、查找表234和定時(shí)數(shù)字轉(zhuǎn)換器的所有信號(hào)已被數(shù)字化，并且然后由處理器238來(lái)處理，處理器238是市場(chǎng)上商業(yè)可用的芯片。如圖6所圖示的那樣，預(yù)期的是，除APD單元和處理器之外所示出的電路在APD ASIC上。然而，應(yīng)理解，預(yù)期的是，圖6所圖示的電路不需要通過(guò)APD ASIC來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且在各個(gè)實(shí)施例中可以在其它印刷電路板上來(lái)實(shí)現(xiàn)。以上說(shuō)明書(shū)、示例和數(shù)據(jù)提供了本發(fā)明的制造和使用的描述。由于可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的許多實(shí)施例，因此本發(fā)明屬于下文所附權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種光電檢測(cè)器，包括至少一個(gè)閃爍體和與所述至少一個(gè)閃爍體接近定位的至少一個(gè)光電傳感器，其中，所述至少一個(gè)光電傳感器具有基本上等于所述至少一個(gè)閃爍體的面的表面積的表面積，其中，所述光電傳感器包括以nXn陣列布置的多個(gè)雪崩光電二極管單元，其中η>1，并且其中，每個(gè)雪崩光電二極管單元具有不大于一平方毫米的表面積和用于定位于其上的雪崩光電二極管的單獨(dú)輸出端，其中，所述至少一個(gè)光電傳感器被配置成有利于讀取所述單元上的所述雪崩光電二極管的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電檢測(cè)器，其中，每個(gè)雪崩光電二極管單元的尺度具有在 0.05 mm-1.0 mm之間的范圍內(nèi)變化的四個(gè)側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電檢測(cè)器，其中，所述至少一個(gè)閃爍體包括閃爍體晶體的陣列，其中，所述陣列中的每個(gè)閃爍體晶體都具有與其接近定位的光電傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電檢測(cè)器，其中，所述單元的陣列中的每個(gè)雪崩光電二極管都電連接到所述至少一個(gè)公共偏置電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電檢測(cè)器，其中，所述光電傳感器內(nèi)的每個(gè)雪崩光電二極管都電連接到獨(dú)立偏置電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電檢測(cè)器，其中，所述光電傳感器內(nèi)的兩個(gè)相鄰的雪崩光電二極管被連接，以使得所述兩個(gè)相鄰的雪崩光電二極管的陽(yáng)極共享第一公共電壓線，并且所述兩個(gè)相鄰的雪崩光電二極管的陰極共享第二公共電壓線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電檢測(cè)器，其中，所述兩個(gè)相鄰的雪崩光電二極管中的第一雪崩光電二極管在第一行中，且所述兩個(gè)相鄰的雪崩光電二極管中的第二雪崩光電二極管在第二行中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電檢測(cè)器，其中，所述兩個(gè)相鄰的雪崩光電二極管中的第一雪崩光電二極管在第一列中，且所述兩個(gè)相鄰的雪崩光電二極管中的第二雪崩光電二極管在第二列中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電檢測(cè)器，包括以有利于讀取來(lái)自所述陣列中的每個(gè)雪崩光電二極管的輸出的方式來(lái)配置的專(zhuān)用集成電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光電檢測(cè)器，其中，所述專(zhuān)用集成電路包括以有利于讀取所述陣列中的每個(gè)雪崩光電二極管的輸出的方式連接的多個(gè)感測(cè)電路，其中，每個(gè)感測(cè)電路響應(yīng)于所接收的雪崩光電二極管單元輸出信號(hào)來(lái)生成表示每個(gè)PET事件的能量、位置和定時(shí)的信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光電檢測(cè)器，還包括印刷電路板，所述印刷電路板夾在所述專(zhuān)用集成電路與所述光電二極管陣列之間并且電連接到所述專(zhuān)用集成電路和所述光電二極管陣列，其中，所述印刷電路板以有利于將來(lái)自所述陣列中的每個(gè)雪崩光電二極管的輸出傳送到所述專(zhuān)用集成電路的方式來(lái)配置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光電檢測(cè)器，其中，所述印刷電路板的表面積的大小被確定為基本上等于所述光電傳感器的面的表面積，并且所述專(zhuān)用集成電路的面的表面積基本上較小。
13.一種光電檢測(cè)器，包括至少一個(gè)閃爍體和與所述至少一個(gè)閃爍體接近定位的光電二極管陣列，其中，所述光電二極管陣列具有基本上等于所述閃爍體的面的表面積的表面積，其中，所述光電二極管陣列包括以陣列布置的多個(gè)雪崩光電二極管，其中，所述陣列中的每個(gè)雪崩光電二極管被定位于表面積不大于一平方毫米的單元上，并且其中，所述陣列中的每個(gè)雪崩光電二極管具有單獨(dú)的輸出端以有利于分開(kāi)讀出每個(gè)雪崩光電二極管。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光電檢測(cè)器，其中，每個(gè)雪崩光電二極管的輸出由多個(gè)感測(cè)電路中的一個(gè)接收，其中每個(gè)感測(cè)電路響應(yīng)于所接收的信號(hào)來(lái)生成表示每個(gè)PET事件的能量、位置和定時(shí)的輸出信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光電檢測(cè)器，其中，所述光電傳感器內(nèi)的每個(gè)雪崩光電二極管都連接到共享的高壓線。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光電檢測(cè)器，其中，所述光電傳感器內(nèi)的兩個(gè)相鄰的雪崩光電二極管被連接，以使得所述兩個(gè)相鄰的雪崩光電二極管的陽(yáng)極共享第一公共電壓線， 并且所述兩個(gè)相鄰的雪崩光電二極管的陰極共享第二公共電壓線。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光電檢測(cè)器，包括以有利于讀取來(lái)自所述陣列中的每個(gè)雪崩光電二極管的輸出的方式配置的專(zhuān)用集成電路，其中，所述專(zhuān)用集成電路包括以有利于讀取所述陣列中的每個(gè)雪崩光電二極管的輸出的方式連接的多個(gè)感測(cè)電路，其中，每個(gè)感測(cè)電路響應(yīng)于從雪崩光電二極管接收的輸出信號(hào)來(lái)生成表示每個(gè)PET事件的能量、位置和定時(shí)的信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光電檢測(cè)器，其中，每個(gè)單元的尺度具有在0.05mm-1.0 mm之間的范圍內(nèi)變化的四個(gè)側(cè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電檢測(cè)器，其中，所述至少一個(gè)閃爍體包括閃爍體晶體的陣列，其中，所述陣列中的每個(gè)閃爍體晶體都具有與其接近定位的光電傳感器陣列。
20.一種光電傳感器的多個(gè)光電檢測(cè)器單元中的方法，其中，每個(gè)單元都包括雪崩光電二極管，并且其中每個(gè)光電檢測(cè)器單元都具有不大于一平方毫米的表面積，其中所述方法包括讀取來(lái)自每個(gè)雪崩光電二極管的輸出信號(hào)；對(duì)來(lái)自各雪崩光電二極管中的每一個(gè)的每個(gè)輸出信號(hào)進(jìn)行處理，以確定每個(gè)PET事件的能量、位置和定時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于PET應(yīng)用中的單獨(dú)閃爍體讀出的高密度比例模式APD陣列。本發(fā)明是包括改進(jìn)的光電傳感器的光電檢測(cè)器，該改進(jìn)的光電傳感器由用于讀出單個(gè)閃爍體的小型(亞毫米)高密度雪崩光電二極管單元的陣列配置。每個(gè)光電傳感器包括以雪崩光電二極管單元的(n×n)陣列(其中n>1)布置的耦合到單個(gè)閃爍晶體的多個(gè)雪崩光電二極管單元。作為光電傳感器的總體(n×n)陣列面積與閃爍體的面的面積相同且每個(gè)雪崩光電二極管單元具有不大于一平方毫米的表面積。光電傳感器還被配置成有利于讀取陣列中的每個(gè)雪崩光電二極管單元的輸出。通過(guò)獨(dú)立地讀出每個(gè)小型雪崩光電二極管單元，噪聲和電容被最小化并從而提供了能量和定時(shí)的更精確確定。
文檔編號(hào)G01T1/164GK102565836SQ20111035451
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者D.亨澤勒, M.J.施曼德, R.格拉齊奧索, 張南 申請(qǐng)人:美國(guó)西門(mén)子醫(yī)療解決公司, 西門(mén)子公司