一種pet探測(cè)器模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種PET探測(cè)器模塊，其包括BGO晶體陣列、SiPM陣列和處理電路，并依次連接。本發(fā)明提供的PET探測(cè)器模塊，不僅可以大大減小PET的體積，降低PET的成本。另外，由于用SiPM芯片取代了傳統(tǒng)的光電倍增管，使得PET的使用壽命會(huì)有顯著的延長(zhǎng)；由于SiPM芯片工作在安全電壓以下，大大增加了PET的安全性。
【專利說(shuō)明】—種PET探測(cè)器模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種核醫(yī)學(xué)影像PET設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]正電子發(fā)射斷層掃描儀PET (Positron Emiss1n Tomography)是一種在分子水平上進(jìn)行人體功能顯像的大型醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，代表了核醫(yī)學(xué)最高的技術(shù)水平。PET的基本原理是利用加速器生產(chǎn)的超短半衰期同位素，如18F、13N、150、11C等作為示蹤劑注入人體，參與體內(nèi)的生理生化代謝過(guò)程。這些超短半衰期同位素是組成人體的主要元素，利用它們發(fā)射的正電子與體內(nèi)的負(fù)電子結(jié)合釋放出一對(duì)、射線，被探頭的晶體探測(cè)，經(jīng)過(guò)電路處理形成符合事例即L0R(符合響應(yīng)線)，再經(jīng)過(guò)分揀、校正、濾波、重建、重切得到清晰的斷層圖像。通過(guò)對(duì)圖像的處理，有助于直觀地了解人腦、心、全身其它器官及腫瘤組織的生理和病理的功能及代謝情況。探測(cè)器模塊是構(gòu)成PET中探測(cè)器系統(tǒng)的最重要的部件，它決定了 PET的靈敏度、空間分辨、死時(shí)間特性等諸多重要性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種PET探測(cè)器模塊及相應(yīng)的正電子發(fā)射斷層掃描儀PET。以能實(shí)現(xiàn)探測(cè)150KeV至750KeV的、射線，并能將、射線發(fā)生的時(shí)間、位置、能量等信息通過(guò)電路數(shù)字化輸出。
[0004]本發(fā)明所提供的所述PET探測(cè)器模塊包括BG0晶體陣列、SiPM陣列和處理電路，并依次連接；所述BG0晶體陣列用于探測(cè)、射線，并根據(jù)探測(cè)到的、射線產(chǎn)生光子；所述SiPM陣列用于通過(guò)從所述BG0晶體陣列中獲得的光子產(chǎn)生電脈沖信號(hào)；所述處理電路用于對(duì)從所述SiPM陣列中獲取的脈沖信號(hào)進(jìn)行處理形成數(shù)字信號(hào)輸出。
[0005]所述PET探測(cè)器模塊還包括盒體，所述BG0晶體陣列、所述SiPM陣列和所述處理電路設(shè)置在盒體內(nèi)。
[0006]所述BG0晶體陣列和所述SiPM陣列可以通過(guò)娃油f禹合在一起。
[0007]所述BG0晶體陣列為8*8的BG0晶體陣列。
[0008]形成所述BG0晶體陣列的BG0晶體為六面長(zhǎng)方體，其中四個(gè)側(cè)面和一個(gè)底面涂上反光層，形成反光面，另一個(gè)底面保持光潔形成光面；形成所述BG0陣列的BG0晶體的光面設(shè)置在同一個(gè)面上，形成BG0晶體陣列的光面。所述BG0晶體陣列的光面涂有硅油，并與也涂有硅油的所述SiPM陣列的SiPM芯片的面耦合在一起。
[0009]所述處理電路包括像素生成模塊和陣列生成模塊；所述像素生成模塊用于處理從所述SiPM陣列輸出的像素信號(hào)，所述陣列生成模塊用于處理從所述SiPM陣列輸出的陣列信號(hào)。
[0010]所述處理電路還包括處理芯片，所述處理芯片用于處理像素生成模塊和陣列生成模塊所輸出的信息，并產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)輸出。
[0011]所述SiPM陣列所產(chǎn)生的電脈沖信號(hào)的前沿表示、射線發(fā)生的時(shí)刻；電脈沖信號(hào)的幅度代表、射線的強(qiáng)度；探測(cè)到、射線的BGO晶體陣列中BGO晶體的位置即為、射線的產(chǎn)生位置。
[0012]本發(fā)明還提供了一種使用該P(yáng)ET探測(cè)器模塊進(jìn)行信號(hào)探測(cè)的方法:
[0013]a)BG0晶體陣列中的一個(gè)BG0晶體探測(cè)到進(jìn)入到BG0晶體陣列的、射線，并產(chǎn)生光子;
[0014]b)光子被所述BG0晶體反射至所述BG0晶體的光面而被輸出；
[0015]c)輸出的光子通過(guò)硅油進(jìn)入到SiPM陣列中與所述BG0晶體對(duì)應(yīng)的SiPM芯片，所述SiPM芯片產(chǎn)生電脈沖信號(hào)；
[0016]d)所述電脈沖信號(hào)中的陣列信號(hào)進(jìn)入處理電路的陣列生成模塊，所述電脈沖信號(hào)中的像素信號(hào)進(jìn)入到所述處理電路中的像素生成模塊；
[0017]e)處理模塊中的處理芯片將由所述陣列生成模塊中輸出的信號(hào)生成時(shí)間信息和陣列信息，將由像素生成模塊輸出的信號(hào)生成能量信息和像素信息；
[0018]f)所述處理芯片將產(chǎn)生的時(shí)間信息、陣列信息、能量信息和像素信息進(jìn)行數(shù)字化處理，生成包含位置、時(shí)間、能量信息的數(shù)字信號(hào)，并輸出。
[0019]本發(fā)明提供的PET探測(cè)器模塊，不僅可以大大減小PET的體積，降低PET的成本。另外，由于用SiPM芯片取代了傳統(tǒng)的光電倍增管，使得PET的使用壽命會(huì)有顯著的延長(zhǎng)；由于SiPM芯片工作在安全電壓以下，大大增加了 PET的安全性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明提供的PET探測(cè)模塊的BG0晶體陣列示意圖；
[0021]圖2為圖1的E-E剖面圖；
[0022]圖3為SiPM陣列的設(shè)有連接座203的面的示意圖；
[0023]圖4為SiPM陣列的設(shè)有SiPM芯片201的面的示意圖；
[0024]圖5為SiPM陣列的側(cè)視圖；
[0025]圖6圖示了 PET探測(cè)器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7圖示了 PET探測(cè)器模塊的處理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
:
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0028]本發(fā)明提供了一種PET探測(cè)模塊，包括鍺酸秘(Bismuth germanium oxide)晶體陣列(BGO晶體陣列)，硅油、SiPM陣列和處理電路。其中，形成BG0晶體陣列的每個(gè)晶體為六面長(zhǎng)方體，其中四個(gè)側(cè)面和一個(gè)底面上均涂有反光層形成反光面，另外一個(gè)底面保持光潔，形成光面。當(dāng)BG0晶體形成BG0晶體陣列時(shí)，將所有的BG0晶體的光面設(shè)置在同一個(gè)面上，形成BG0晶體陣列的光面。硅油涂在BG0晶體陣列的光面上。SiPM陣列的芯片一面上也涂有硅油，并和BG0晶體陣列的光面耦合在一起。處理電路與SiPM陣列相連接。
[0029]當(dāng)Y射線打在BG0陣列的其中一條晶體上時(shí)，晶體就會(huì)發(fā)出藍(lán)光，該晶體中產(chǎn)生的大量的光子會(huì)通過(guò)晶體的反光面反射至光面。光子通過(guò)硅油被SiPM陣列中的某一對(duì)應(yīng)的SiPM芯片探測(cè)到，并形成電脈沖信號(hào)。電脈沖信號(hào)的前沿代表、射線發(fā)生的時(shí)刻，信號(hào)的幅度代表、射線的強(qiáng)度。其中，該對(duì)應(yīng)的SiPM芯片的位置代表著、射線的作用位置。該脈沖信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路的處理形成數(shù)字化的信號(hào)輸出。
[0030]PET探測(cè)模塊還可以包括外殼，以使探測(cè)模塊內(nèi)部形成一個(gè)暗箱以避免其它光線對(duì)探測(cè)模塊的干擾。
[0031]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的PET探測(cè)模塊進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0032]圖1為本發(fā)明提供的PET探測(cè)模塊的BG0晶體陣列示意圖。圖2為圖1的E_E剖面圖。其中，BG0晶體陣列包括多個(gè)BG0晶體101。BG0晶體101為六面長(zhǎng)方體。其中每個(gè)BG0晶體101的四個(gè)側(cè)面和一個(gè)底面上均涂有反光層形成反光面103，另外一個(gè)底面保持光潔，形成光面104。所有的BG0晶體的光面104設(shè)置在同一面上，通過(guò)膠帶102固定成型，形成BG0晶體陣列的光面。
[0033]具體形成BG0晶體陣列的方法如下:
[0034]1)將BG0塊切成4mm*4mm*30mm的長(zhǎng)方塊，形成BG0晶體條。當(dāng)然尺寸可以根據(jù)形成PET探測(cè)模塊的需要而設(shè)定；在本實(shí)施例中，BG0晶體條為64根；
[0035]2)將晶體條清洗干凈，風(fēng)干；
[0036]3)將晶體條的四個(gè)側(cè)面和其中一個(gè)底面上反光層，形成反光面，另一個(gè)面保持光潔，形成光面；反光層可以選擇使用二氧化鈦和乳膠的混合物。
[0037]4)將64根晶體條粘合在一起形成8*8的BG0陣列，所有條的光面處于同一個(gè)面。
[0038]5)將BG0陣列的所有反光面用膠帶(可以采用teflon膠帶)均勻纏繞，再用透明膠帶固定成型形成BG0晶體陣列。
[0039]圖3-5圖示了 SiPM陣列。其中圖3為SiPM陣列的設(shè)有連接座203的面的示意圖，圖4為SiPM陣列的設(shè)有SiPM芯片201的面的示意圖。圖5為SiPM陣列的側(cè)視圖。
[0040]圖6圖示了 PET探測(cè)器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，BG0晶體陣列1的光面上涂有硅油3，且SiPM陣列2的SiPM芯片201的面上也涂油硅油3，并將兩個(gè)面耦合在一起。SiPM陣列通過(guò)連接座203與處理電路4的插座相連。處理電路4對(duì)SiPM陣列傳送的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大、比較、成形、ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換電路)、TDC(時(shí)間間隔數(shù)字轉(zhuǎn)換電路)等處理，形成數(shù)字化的信號(hào)并輸出。上述BG0晶體陣列，SiPM陣列和處理電路均設(shè)置在一個(gè)盒體內(nèi)。盒體為具有上蓋的盒體。當(dāng)上述部件設(shè)在盒體內(nèi)后，蓋上上蓋，既可以形成PET探測(cè)模塊。
[0041]形成PET探測(cè)器模塊的具體的方法如下:
[0042]1)將BG0晶體陣列的光面均勻涂上硅油，并保持光面向上放置；
[0043]2)將SiPM陣列的設(shè)有SiPM芯片201的面均勻的涂上硅油，并和BG0晶體陣列的光面耦合在一起；
[0044]3)提供盒體，打開(kāi)盒體上蓋，將耦合在一起的BG0晶體陣列和SiPM陣列放入盒體中，并保持耦合體間適當(dāng)?shù)拈g隙；
[0045]4)將處理電路放入盒體中，處理電路的插座與SiPM陣列的插座連接座203相連；
[0046]5)蓋上盒體,形成PET探測(cè)模塊。
[0047]圖7圖示了 PET探測(cè)器模塊的處理示意圖。
[0048]正電子湮滅時(shí)產(chǎn)生、射線。當(dāng)、射線打在BG0陣列的其中一條晶體上時(shí)，晶體就會(huì)發(fā)出藍(lán)光，晶體中產(chǎn)生的大量的光子會(huì)通過(guò)晶體的反光面反射至光面。光子通過(guò)硅油被SiPM陣列中的某一對(duì)應(yīng)的SiPM芯片探測(cè)到，并形成電脈沖信號(hào)。電脈沖信號(hào)的前沿代表、射線發(fā)生的時(shí)刻，信號(hào)的幅度代表、射線的強(qiáng)度。其中，該對(duì)應(yīng)的SiPM芯片的位置代表著、射線的作用位置。
[0049]電脈沖信號(hào)中的像素信號(hào)進(jìn)入到處理電路中的像素生成模塊中進(jìn)行處理，電脈沖信號(hào)中的陣列信號(hào)進(jìn)入到處理電路中的陣列生成模塊中進(jìn)行處理。其中，由像素生成模塊輸出的信號(hào)生成能量信息和像素信息，并由所述陣列生成模塊中輸出的信號(hào)生成時(shí)間信息和陣列信息。隨后能量信息、像素信息、時(shí)間信息、陣列信息均由處理芯片進(jìn)行數(shù)字化處理，生成包含位置、位置、時(shí)間、能量信息的數(shù)字信號(hào)。產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)被傳輸?shù)捷敵龆丝谳敵?。輸出端口可以為串行端口，?shù)字信號(hào)被串行輸出。
[0050]PET探測(cè)器模塊具體的工作過(guò)程如下:
[0051]1)通過(guò)PET探測(cè)器模塊外置的電纜上電、下載參數(shù)。在上電時(shí)，DAC(數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路)模塊的輸出由EEPR0M (電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)中的參數(shù)確定。DAC模塊的輸出可控制整列、像素的閾值和SiPM陣列的工作電壓；
[0052]2)BG0晶體陣列中的一個(gè)BG0晶體探測(cè)到進(jìn)入到BG0晶體陣列的、射線，該BG0
晶體被激發(fā)產(chǎn)生藍(lán)光，并產(chǎn)生大量的光子；
[0053]3)所產(chǎn)生的光子在該BG0晶體的反射面被反射至該BG0晶體的光面，大多數(shù)光子通過(guò)該BG0晶體的光面輸出；
[0054]4)輸出的光子通過(guò)硅油進(jìn)入SiPM陣列中與該BG0晶體對(duì)應(yīng)的SiPM芯片，產(chǎn)生光電效應(yīng)，形成電脈沖信號(hào)。
[0055]5)產(chǎn)生的電脈沖信號(hào)中的陣列信號(hào)被輸出至處理電路中的陣列生成模塊；電脈沖信號(hào)中的像素信號(hào)進(jìn)入到處理電路中的像素生成模塊；
[0056]6)處理電路中的陣列生成模塊生成時(shí)間信息和陣列信息；同時(shí)，像素生成模塊生成能量信息和像素信息；
[0057]7)上述時(shí)間信息、陣列信息、能量信息和像素信息經(jīng)過(guò)處理電路中的處理芯片進(jìn)行處理，生成含位置、時(shí)間、能量信息的信號(hào)
[0058]8)該生成的信號(hào)通過(guò)串行端口被串行輸出。
[0059]在本發(fā)明中，處理模塊中的處理芯片選用了 FPGA。當(dāng)然處理芯片可以根據(jù)需要選用任何可以實(shí)現(xiàn)上述功能的芯片。
[0060]上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種PET探測(cè)器模塊，其特征在于:所述PET探測(cè)器模塊包括BGO晶體陣列、SiPM陣列和處理電路，并依次連接；所述BGO晶體陣列用于探測(cè)Y射線，并根據(jù)探測(cè)到的Y射線產(chǎn)生光子；所述SiPM陣列用于通過(guò)從所述BGO晶體陣列中獲得的光子產(chǎn)生電脈沖信號(hào)；所述處理電路用于對(duì)從所述SiPM陣列中獲取的脈沖信號(hào)進(jìn)行處理形成數(shù)字信號(hào)輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的PET探測(cè)器模塊，其特征在于:所述PET探測(cè)器模塊還包括盒體，所述BGO晶體陣列、所述SiPM陣列和所述處理電路設(shè)置在盒體內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的PET探測(cè)器模塊，其特征在于:所述BGO晶體陣列和所述SiPM陣列通過(guò)硅油耦合在一起。
4.如權(quán)利要求1所述的PET探測(cè)器模塊，其特征在于:所述BGO晶體陣列為8*8的BGO晶體陣列。
5.如權(quán)利要求4述的PET探測(cè)器模塊，其特征在于:形成所述BGO晶體陣列的BGO晶體為六面長(zhǎng)方體，其中四個(gè)側(cè)面和一個(gè)底面涂上反光層，形成反光面，另一個(gè)底面保持光潔形成光面；形成所述BGO陣列的BGO晶體的光面設(shè)置在同一個(gè)面上，形成BGO晶體陣列的光面。
6.如權(quán)利要求5述的PET探測(cè)器模塊，其特征在于:所述BGO晶體陣列的光面涂有硅油，并與也涂有硅油的所述SiPM陣列的SiPM芯片的面耦合在一起。
7.如權(quán)利要求1述的PET探測(cè)器模塊，其特征在于:所述處理電路包括像素生成模塊和陣列生成模塊；所述像素生成模塊用于處理從所述SiPM陣列輸出的像素信號(hào)，所述陣列生成模塊用于處理從所述SiPM陣列輸出的陣列信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7述的PET探測(cè)器模塊，其特征在于:所述處理電路還包括處理芯片，所述處理芯片用于處理像素生成模塊和陣列生成模塊所輸出的信息，并產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)輸出。
9.如權(quán)利要求1所述的PET探測(cè)器模塊，其特征在于，所述SiPM陣列所產(chǎn)生的電脈沖信號(hào)的前沿表示Y射線發(fā)生的時(shí)刻；電脈沖信號(hào)的幅度代表Y射線的強(qiáng)度；探測(cè)到Y(jié)射線的BGO晶體陣列中BGO晶體的位置即為Y射線的產(chǎn)生位置。
10.一種通過(guò)權(quán)利要求1-9任一所述的PET探測(cè)器模塊進(jìn)行信號(hào)探測(cè)的方法: a)BGO晶體陣列中的一個(gè)BGO晶體探測(cè)到進(jìn)入到BGO晶體陣列的、射線，并產(chǎn)生光子； b)光子被所述BGO晶體反射至所述BGO晶體的光面而被輸出； c)輸出的光子通過(guò)硅油進(jìn)入到SiPM陣列中與所述BGO晶體對(duì)應(yīng)的SiPM芯片，所述SiPM芯片產(chǎn)生電脈沖信號(hào)； d)所述電脈沖信號(hào)中的陣列信號(hào)進(jìn)入處理電路的陣列生成模塊，所述電脈沖信號(hào)中的像素信號(hào)進(jìn)入到所述處理電路中的像素生成模塊； e)處理模塊中的處理芯片將由所述陣列生成模塊中輸出的信號(hào)生成時(shí)間信息和陣列信息，將由像素生成模塊輸出的信號(hào)生成能量信息和像素信息； f)所述處理芯片將產(chǎn)生的時(shí)間信息、陣列信息、能量信息和像素信息進(jìn)行數(shù)字化處理，生成包含位置、時(shí)間、能量信息的數(shù)字信號(hào)，并輸出。
【文檔編號(hào)】G01T1/161GK104252005SQ201310258288
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】劉小平, 孫啟銀, 孫珂珂 申請(qǐng)人:北京大基康明醫(yī)療設(shè)備有限公司