一种复合晶体阵列的PET探测器及其构建方法
阅读：862发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种复合晶体阵列的PET探测器及其构建方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种复合晶体阵列的PET探测器及其构建方法，所述复合晶体阵列的PET探测器的结构包括：闪烁晶 体模 块 、光电转换装置模块和探测器 电子 学模块，所述闪烁晶体模块用于将伽玛 光子 转换成可见光和软紫外光光子传给光电转换装置模块，所述闪烁晶体模块由A晶体模块和B晶体模块组成AB型混合轻重稀土单晶晶体阵列；A晶体模块为轻稀土单晶，B晶体模块为重稀土单晶；且A和B使用隔断结构的构造形成晶体阵列。本发明中所述的一种复合晶体阵列的PET探测器中的闪烁晶体阵列由AB两种混合轻重稀土晶体组成，在保证PET探测器高性能的前提下，减少PET探测器中的镥含量，降低PET探测器的成本和系统复杂性。，下面是一种复合晶体阵列的PET探测器及其构建方法专利的具体信息内容。
1.一种复合晶体阵列的PET探测器，其特征在于：所述复合晶体阵列的PET探测器的结构包括：闪烁晶体模块、光电转换装置模块和探测器电子学模块，所述闪烁晶体模块用于将伽玛光子转换成可见光和软紫外光光子传给光电转换装置模块，所述闪烁晶体模块由A晶体模块和B晶体模块组成AB型混合轻重稀土单晶晶体阵列；A晶体模块为轻稀土单晶，B晶体模块为重稀土单晶；且A和B使用隔断结构的构造形成晶体阵列。
2.根据权利要求1所述的复合晶体阵列的PET探测器，其特征在于：所述A晶体元素为镧系元素中的镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd8种元素中的任意一种；所述B晶体元素为铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu、钪Sc、钇Y9种元素中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的复合晶体阵列的PET探测器，其特征在于：所述AB型混合轻重稀土单晶晶体阵列中，隔断结构采用包围式隔断，用八根A晶体将一根B晶体包围在中间，形成一个3×3的九宫格型晶体阵列，其中A晶体与B晶体的形状大小相同，都为方形晶体。
4.根据权利要求3所述的复合晶体阵列的PET探测器，其特征在于：以所述九宫格型晶体阵列类推，增加晶体数形成n×n的晶体阵列，所述n×n的晶体阵列以3×3的九宫格型晶体阵列为基础单位形成。
5.根据权利要求1所述的复合晶体阵列的PET探测器，其特征在于：所述AB型混合轻重稀土单晶晶体阵列中，隔断结构采用嵌入式隔断，在A晶体与A晶体之间放置B晶体形成嵌入型晶体阵列，其中A晶体与B晶体的形状大小不同，所述AB型混合轻重稀土单晶在满足化学条件下由任意一种掺铈的轻稀土单晶和任意一种重稀土单晶组合而成。
6.根据权利要求5所述的复合晶体阵列的PET探测器，其特征在于：所述嵌入型晶体阵列是采用嵌入式隔断，在任意相邻两根A晶体中嵌入一层B晶体，并且以此类推增加晶体个数形成n×n的晶体阵列，其中A晶体与B晶体的形状大小不同。
7.根据权利要求1所述的复合晶体阵列的PET探测器，其特征在于：所述A晶体模块和B晶体模块的边角均为直角；所述A晶体模块和B晶体模块组成的探测器封装为矩形探测器；
复合晶体阵列的PET探测器进行封装时上下左右前五个面应在表面有反射材料包裹。
8.根据权利要求7所述的复合晶体阵列的PET探测器，其特征在于：8个封装好的自锁结构的PET探测器分别固定在探测器环上并使得探测器模块沿径向便于抽插的8个限位结构。
9.根据权利要求1所述的复合晶体阵列的PET探测器，其特征在于：光电转换装置模块用来在PET探测器中负责将光信号转化为模拟电信号的装置，用光电倍增管构成，光电倍增管具有对闪烁晶体的发射光谱敏感且提供合适的信号放大倍率和极好的时间响应速度；探测器电子学模块在PET探测器中负责将从模拟的电脉冲信号抽取事件的信息，探测器电子学能提取单脉冲事件的信息和按照单脉冲的信息将其归为成对的符合事件。
10.一种权利要求1-9任一项所述复合晶体阵列的PET探测器的构建方法，其特征在于：
所述方法包括以下信号传递步骤：
步骤S1：伽马光子射入复合晶体阵列中，晶体阵列吸收进行能量沉积并转换为可见光；
步骤S2：可见光进入光电转换模块，由光电倍增管将之转换为模拟电信号；
步骤S3：模拟电信号进入探测器电子学模块，由探测器电子学将之转换为数字电信号并得到其中的时间信息和能量信息；
步骤S4：利用电脑软件将得到的时间信息和能量信息进行数据处理和图像重建，最后得到重建的图像。
一种复合晶体阵列的PET探测器及其构建方法
技术领域
背景技术
[0002] 正电子发射断层成像(Position Emission Tomography，PET)是一种非侵入式的活体造影方法，能无创、定量、动态地评估人体内各种器官的代谢水平、生化反应、功能活动
和灌注，代表了当前医学成像领域的尖端技术，是灵敏度最高的临床功能影像设备。探测器
是整个PET中的主要部分，探测器由闪烁晶体、光电转换装置和读出电子学组成，其中闪烁
晶体性能好坏决定探测器的性能好坏，闪烁晶体探测器是系统的核心。理想的晶体材料应
具有足够高的密度、余辉时间短、光输出量高、能量分辨率好以及生产成本低等特点。高的
密度、高原子序数能有效提高γ射线探测效率；余辉时间短能更好地完善时间匹配，减少随
机计数；光输出量高可使每个光电探测器晶体数目增多；好的能量分辨率能减低图像散射，
使图像更为清晰。而这些性能就探测器晶体而言又是相互制约的。闪烁晶体与光电探测器
相结合，可广泛应用于高能光子和粒子的探测，如高能物理、测井、安全、医学成像等方面。
无机闪烁晶体从诞生至今已有近20年的历史，先后研究了几百种晶体，新型闪烁晶体的诞
生并不意味着传统闪烁晶体的没落，传统晶体生长工艺和质量相对稳定，市场上应用得以
认可，因此需要在性能上进一步改善，而新晶体也需要开发，二者同等重要。从探明储量和
出厂价格上看，各种稀土元素极不平衡，因而稀土的均衡利用成为一个亟待解决的问题。高
端医疗器械PET对重稀土元素镥的用量极大，而原料镥储量少、价格高，进而使高性能PET的
成本很难降低。
和灌注，代表了当前医学成像领域的尖端技术，是灵敏度最高的临床功能影像设备。探测器
是整个PET中的主要部分，探测器由闪烁晶体、光电转换装置和读出电子学组成，其中闪烁
晶体性能好坏决定探测器的性能好坏，闪烁晶体探测器是系统的核心。理想的晶体材料应
具有足够高的密度、余辉时间短、光输出量高、能量分辨率好以及生产成本低等特点。高的
密度、高原子序数能有效提高γ射线探测效率；余辉时间短能更好地完善时间匹配，减少随
机计数；光输出量高可使每个光电探测器晶体数目增多；好的能量分辨率能减低图像散射，
使图像更为清晰。而这些性能就探测器晶体而言又是相互制约的。闪烁晶体与光电探测器
相结合，可广泛应用于高能光子和粒子的探测，如高能物理、测井、安全、医学成像等方面。
无机闪烁晶体从诞生至今已有近20年的历史，先后研究了几百种晶体，新型闪烁晶体的诞
生并不意味着传统闪烁晶体的没落，传统晶体生长工艺和质量相对稳定，市场上应用得以
认可，因此需要在性能上进一步改善，而新晶体也需要开发，二者同等重要。从探明储量和
出厂价格上看，各种稀土元素极不平衡，因而稀土的均衡利用成为一个亟待解决的问题。高
端医疗器械PET对重稀土元素镥的用量极大，而原料镥储量少、价格高，进而使高性能PET的
成本很难降低。
发明内容
[0004] 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复合晶体阵列的PET探测器及其构建方法，解决了现有技术的问题，在保证PET探测器高性能的前提下，
减少PET探测器中的镥含量，降低PET探测器的成本和系统复杂性。
减少PET探测器中的镥含量，降低PET探测器的成本和系统复杂性。
[0005] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 本发明提供的一种复合晶体阵列的PET探测器，其特征在于，所述复合晶体阵列的PET探测器的结构包括：闪烁晶体模块、光电转换装置模块和探测器电子学模块，所述闪烁
晶体模块由A晶体模块和B晶体模块组成AB型混合轻重稀土单晶晶体阵列；A晶体模块为轻
稀土单晶，B晶体模块为重稀土单晶；且A和B使用隔断结构的构造形成晶体阵列。
晶体模块由A晶体模块和B晶体模块组成AB型混合轻重稀土单晶晶体阵列；A晶体模块为轻
稀土单晶，B晶体模块为重稀土单晶；且A和B使用隔断结构的构造形成晶体阵列。
[0007] 作为本方案的进一步改进，所述A晶体元素为镧系元素中的镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd8种元素中的任意一种；所述B晶体元素为铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu、钪Sc、钇Y9种元素中的任意一种。
[0008] 作为本方案的进一步改进，所述晶体阵列中，所述隔断结构采用包围式隔断，用8根A晶体将1根B晶体包围在中间，形成一个3×3的九宫格型晶体阵列，其中A晶体与B晶体的
形状大小相同，都为方形晶体。
形状大小相同，都为方形晶体。
[0009] 作为本方案的进一步改进，以上述九宫格型晶体阵列类推，增加晶体数形成n×n的晶体阵列，所述n×n的晶体阵列以3×3的九宫格型晶体阵列为基础单位形成。
[0010] 作为本方案的进一步改进，所述晶体阵列中，所述隔断结构采用嵌入式隔断，在A晶体与A晶体之间放置B晶体形成嵌入型晶体阵列，其中A晶体与B晶体的形状大小不同。
[0011] 所述嵌入型晶体阵列是采用嵌入式隔断，即在任意相邻两根A晶体中嵌入一层B晶体，并且以此类推增加晶体个数形成n×n的晶体阵列，其中A晶体与B晶体的形状大小不同。
[0012] 作为本方案的进一步改进，所述A晶体模块和B晶体模块的边角均为直角；所述A晶体模块和B晶体模块组成的探测器封装为矩形探测器；复合晶体阵列的PET探测器进行封装
时上下左右前五个面应在表面有反射材料包裹。
时上下左右前五个面应在表面有反射材料包裹。
[0013] 作为本方案的进一步改进，8个封装好的自锁结构的PET探测器分别固定在探测器环上并使得探测器模块沿径向便于抽插的8个限位结构。
[0014] 作为本方案的进一步改进，嵌入式闪烁晶体阵列，所述AB型混合轻重稀土单晶在满足化学条件下由任意一种掺铈的轻稀土单晶和任意一种重稀土单晶组合而成。
[0015] 作为本方案的进一步改进，光电转换装置模块用来在PET探测器中负责将光信号转化为模拟电信号的装置，用光电倍增管构成，光电倍增管具有对闪烁晶体的发射光谱敏
感且提供合适的信号放大倍率和极好的时间响应速度；探测器电子学模块在PET探测器中
负责将从模拟的电脉冲信号抽取事件的信息，探测器电子学能提取单脉冲事件的信息(时
间、能量、位置)和按照单脉冲的信息将其归为成对的符合事件。
感且提供合适的信号放大倍率和极好的时间响应速度；探测器电子学模块在PET探测器中
负责将从模拟的电脉冲信号抽取事件的信息，探测器电子学能提取单脉冲事件的信息(时
间、能量、位置)和按照单脉冲的信息将其归为成对的符合事件。
[0016] 一种前述复合晶体阵列的PET探测器的构建方法，所述方法包括以下信号传递步骤：
[0018] 步骤S2：可见光进入光电转换模块，由光电倍增管将之转换为模拟电信号；
[0019] 步骤S3：模拟电信号进入探测器电子学模块，由探测器电子学将之转换为数字电信号并得到其中的时间信息和能量信息；
[0021] 本发明的有益效果为：
[0022] 本发明中所述的一种复合晶体阵列的PET探测器中的闪烁晶体阵列由AB两种混合轻重稀土晶体组成，在保证PET探测器高性能的前提下，减少PET探测器中的镥含量，降低
PET探测器的成本和系统复杂性。同时因为两种不同材料的闪烁晶体密度不同，密度大的固
体闪烁体对高能粒子的阻挡能力更强，而密度小的液体闪烁体对高能粒子的阻挡能力弱一
些，使得双态结构的辐射传感装置中的闪烁体对于不同的高能粒子具有准直的效果，从而
起到抗散射的作用。
PET探测器的成本和系统复杂性。同时因为两种不同材料的闪烁晶体密度不同，密度大的固
体闪烁体对高能粒子的阻挡能力更强，而密度小的液体闪烁体对高能粒子的阻挡能力弱一
些，使得双态结构的辐射传感装置中的闪烁体对于不同的高能粒子具有准直的效果，从而
起到抗散射的作用。
[0023] 本发明这样不仅降低了系统成本，而且提高了时间分辨率和空间分辨率，为稀土的均衡利用提供了一条新的思路。而且由于PET探测器的成本很大程度上就是取决于内部
闪烁晶体的成本，所以本发明对PET探测器等高端医疗器材的发展和进步也起到推动作用。
闪烁晶体的成本，所以本发明对PET探测器等高端医疗器材的发展和进步也起到推动作用。
[0025] 图1为本发明的一个实施例提供的一种复合晶体阵列的PET探测器的嵌入式闪烁晶体阵列结构示意图。
[0026] 图2为本发明的一个实施例提供的一种复合晶体阵列的PET探测器的包围式闪烁晶体阵列结构示意图。
[0027] 图3为本发明的嵌入式闪烁晶体AB晶体模块结构示意图。
[0028] 图4为本发明的包围式闪烁晶体AB晶体模块结构示意图。
[0029] 图5为本发明的嵌入式闪烁晶体阵列的封装结构图。
[0030] 图6为本发明的包围式闪烁晶体阵列的封装结构图。
[0031] 图7为本发明的探测器中连续晶体模块的几何结构示意图。
[0032] 图8为本发明的探测器整体结构图。
[0033] 图9为本发明的探测器中的信号传递示意图。
[0034] 图中：
[0035] 1、嵌入式晶体阵列 2、包围式晶体阵列 3、A轻稀土单晶 4、B重稀土单晶 7、嵌入式晶体阵列封装 8、包围式晶体阵列封装 9、探测器环 10、光电倍增管 11、探测器电子学
12、图像重建及成像模块
12、图像重建及成像模块
具体实施方式
[0036] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。需要理解的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“长度”、“深度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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
为对本申请的限制。
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
为对本申请的限制。
[0037] 本发明提供一种复合晶体阵列的PET探测器，所述复合晶体阵列的PET探测器的结构包括：闪烁晶体模块、光电转换装置模块和探测器电子学11模块，所述闪烁晶体模块用于
将伽玛光子转换成可见光和软紫外光光子传给光电转换装置模块，所述闪烁晶体模块由A
晶体模块和B晶体模块组成AB型混合轻重稀土单晶晶体阵列；A晶体模块为轻稀土单晶，B晶
体模块为重稀土单晶；且A和B使用隔断结构的构造形成晶体阵列。A晶体模块为A轻稀土单
晶3，B晶体模块为B重稀土单晶4；所述A晶体元素为镧系元素中的镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd8种元素中的任意一种；所述B晶体元素为铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu、钪Sc、钇Y9种元素中的任意一种。
将伽玛光子转换成可见光和软紫外光光子传给光电转换装置模块，所述闪烁晶体模块由A
晶体模块和B晶体模块组成AB型混合轻重稀土单晶晶体阵列；A晶体模块为轻稀土单晶，B晶
体模块为重稀土单晶；且A和B使用隔断结构的构造形成晶体阵列。A晶体模块为A轻稀土单
晶3，B晶体模块为B重稀土单晶4；所述A晶体元素为镧系元素中的镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd8种元素中的任意一种；所述B晶体元素为铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu、钪Sc、钇Y9种元素中的任意一种。
[0038] 稀土晶体是指稀土元素可以完整占据结晶学结构中某一格点的晶体，作为核心工作物质在激光技术与电离辐射探测技术中得到广泛应用。本发明所述混合轻重稀土单晶是
指晶体阵列中不是传统意义中的只使用重稀土一类元素，而是轻重稀土混合使用，其中轻
稀土指的是镧系元素中的镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd8种元素，重稀土指的是镧系元素中的铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu7种元素以及与镧系元素密切相关的两种元素钪Sc和钇Y。
指晶体阵列中不是传统意义中的只使用重稀土一类元素，而是轻重稀土混合使用，其中轻
稀土指的是镧系元素中的镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd8种元素，重稀土指的是镧系元素中的铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu7种元素以及与镧系元素密切相关的两种元素钪Sc和钇Y。
[0039] 所述AB两种晶体模块表面有不同的处理方式。因为当伽马光子在晶体内部沉积能量产生闪烁光子后，闪烁光子会在晶体内部传播，在晶体表面发生反射、折射或者被损耗，
一部分光子最终被晶体底面所耦合的SiPM探测单元阵列探测到，而对伽马光子与晶体作用
位置的定位则主要通过底部SiPM探测阵列输出信号的分布实现。晶体表面处理方式直接决
定了闪烁光子在晶体表面的行为并最终影响SiPM探测阵列输出信号的分布，因此晶体表面
处理方式对探测器模块的三维位置定位性能有着至关重要的影响。不同的闪烁光子输运过
程也可能导致探测器模块不同的光收集效率，因此晶体表面处理方式也可能对探测器模块
的时间分辨率和能量分辨率性能产生影响。综上所述，合适的晶体表面处理方式可能对连
续晶体探测器模块性能提升产生重要作用。晶体表面处理方式主要包括如何处理晶体表面
以及选用何种类型反射膜来包裹晶体。常用晶体表面处理主要包括抛光和金刚砂研磨，而
常用的晶体反射膜主要有ESR反射膜和Teflon反射膜等。本发明这样不仅降低了系统成本，
而且提高了时间分辨率和空间分辨率，为稀土的均衡利用提供了一条新的思路。
一部分光子最终被晶体底面所耦合的SiPM探测单元阵列探测到，而对伽马光子与晶体作用
位置的定位则主要通过底部SiPM探测阵列输出信号的分布实现。晶体表面处理方式直接决
定了闪烁光子在晶体表面的行为并最终影响SiPM探测阵列输出信号的分布，因此晶体表面
处理方式对探测器模块的三维位置定位性能有着至关重要的影响。不同的闪烁光子输运过
程也可能导致探测器模块不同的光收集效率，因此晶体表面处理方式也可能对探测器模块
的时间分辨率和能量分辨率性能产生影响。综上所述，合适的晶体表面处理方式可能对连
续晶体探测器模块性能提升产生重要作用。晶体表面处理方式主要包括如何处理晶体表面
以及选用何种类型反射膜来包裹晶体。常用晶体表面处理主要包括抛光和金刚砂研磨，而
常用的晶体反射膜主要有ESR反射膜和Teflon反射膜等。本发明这样不仅降低了系统成本，
而且提高了时间分辨率和空间分辨率，为稀土的均衡利用提供了一条新的思路。
[0040] 所述一种复合晶体阵列的PET探测器的内部基本原理为：放射性核素发生衰变产生正电子，正电子与负电子结合发生湮灭辐射，产生两个具有511keV、飞行方向相反的γ光
子。这两个光子具有非常重要的性质：产生时间上的同时性及几乎以相反的方向飞出，这使
得可以在体外使用两个相对放置的探测器，利用符合技术对它们进行探测，现在常用封闭
多环型探测器对这些光子进行符合测量。如果在规定的时间窗内(一般为0ns～15ns)，探测
器探测到两个互成180度(士0.25度)的光子时，即为一个符合事件，湮没点就在发生闪光的
两个晶体块之间的连线上，形成LOR(Line Of Reaction)响应线，符合记录在存储器中。由
于两个光子在体内的路径不同，到达各自探测器的时间也有一定差别，由此可计算出湮没
点在符合线上的位置。符合电路系统进行符合测量产生原始数据，通过计算机系统完成数
据采集、系统监控、衰减校正、图像重建。
子。这两个光子具有非常重要的性质：产生时间上的同时性及几乎以相反的方向飞出，这使
得可以在体外使用两个相对放置的探测器，利用符合技术对它们进行探测，现在常用封闭
多环型探测器对这些光子进行符合测量。如果在规定的时间窗内(一般为0ns～15ns)，探测
器探测到两个互成180度(士0.25度)的光子时，即为一个符合事件，湮没点就在发生闪光的
两个晶体块之间的连线上，形成LOR(Line Of Reaction)响应线，符合记录在存储器中。由
于两个光子在体内的路径不同，到达各自探测器的时间也有一定差别，由此可计算出湮没
点在符合线上的位置。符合电路系统进行符合测量产生原始数据，通过计算机系统完成数
据采集、系统监控、衰减校正、图像重建。
[0041] 根据本发明的一个实施例，如图1所示，一种复合晶体阵列的PET探测器及其构建方法的构建方法的方案一，也就是嵌入式闪烁晶体阵列，包括A晶体和B晶体。所述A晶体为
掺铈的轻稀土单晶溴化镧制造而成的晶体，所述B晶体为重稀土单晶硅酸钇镥制造而成的
晶体。在任意相邻两根A晶体中嵌入一层B晶体，并且以此类推增加晶体个数形成n×n的晶
体阵列即为嵌入式闪烁晶体阵列，本例中为所述A晶体和B晶体均是由方形断面的晶体制
作，且形状大小相同。
掺铈的轻稀土单晶溴化镧制造而成的晶体，所述B晶体为重稀土单晶硅酸钇镥制造而成的
晶体。在任意相邻两根A晶体中嵌入一层B晶体，并且以此类推增加晶体个数形成n×n的晶
体阵列即为嵌入式闪烁晶体阵列，本例中为所述A晶体和B晶体均是由方形断面的晶体制
作，且形状大小相同。
[0042] 根据本发明的一个实施例，如图2所示，一种复合晶体阵列的PET探测器及其构建方法中的构建方法的方案二，也就是包围式晶体阵列2，包括A晶体和B晶体。所述A晶体为掺
铈的轻稀土单晶溴化镧制造而成的晶体，所述B晶体为重稀土单晶硅酸钇镥制造而成的晶
体。用八根A晶体将一根B晶体包围在中间，形成一个3×3的九宫格型晶体阵列，并且以此类
推增加九宫格型个数形成n×n的晶体阵列即为包围式闪烁晶体阵列，本例中为所述A晶体
和B晶体均是由方形断面的晶体制作，且形状大小相同。
铈的轻稀土单晶溴化镧制造而成的晶体，所述B晶体为重稀土单晶硅酸钇镥制造而成的晶
体。用八根A晶体将一根B晶体包围在中间，形成一个3×3的九宫格型晶体阵列，并且以此类
推增加九宫格型个数形成n×n的晶体阵列即为包围式闪烁晶体阵列，本例中为所述A晶体
和B晶体均是由方形断面的晶体制作，且形状大小相同。
[0043] 根据本发明的一个实施例，如图3所示，掺铈的轻稀土单晶溴化镧A晶体的长和宽都为1mm,高为3mm,嵌入的重稀土单晶硅酸钇镥B晶体长为1mm，宽为0.2mm，高为3mm。
[0044] 根据本发明的一个实施例，如图4所示，掺铈的轻稀土单晶溴化镧A晶体的长和宽都为1mm,高为3mm,嵌入的重稀土单晶硅酸钇镥B晶体长和宽都为1mm,高为3mm。
[0045] 根据本发明的一个实施例，如图5所示，嵌入式闪烁晶体阵列为6×6阵列，在阵列外表面有一层封装，嵌入式晶体阵列封装7由反射膜、耦合层和SiPM探测单元组成。封装后
外观形状为立方体形。
外观形状为立方体形。
[0046] 根据本发明的一个实施例，如图6所示，包围式闪烁晶体阵列为6×6阵列，在阵列外表面有一层封装，包围式晶体阵列封装8由反射膜、耦合层和SiPM探测单元组成。封装后
外观形状为立方体形。
外观形状为立方体形。
[0047] 根据本发明的一个实施例，图7中晶体表面覆盖有一层反射膜，该反射膜的材料为特氟龙和铝箔包裹，用于防止闪烁光子在闪烁晶体内发生折射和反射，紧贴反射膜的内部
有一层耦合层，该耦合层的作用类似于光导，是防止光子在空气中折射角过大无法直射入
光电倍增管10，在晶体的底部有一层SiPM探测单元，其是光电倍增管10的前端。
有一层耦合层，该耦合层的作用类似于光导，是防止光子在空气中折射角过大无法直射入
光电倍增管10，在晶体的底部有一层SiPM探测单元，其是光电倍增管10的前端。
[0048] 复合晶体阵列的PET探测器进行封装时上下左右前五个面应在表面有反射材料包裹，如特氟龙、BaSO4等，这样做的目的是因为闪烁光子在闪烁晶体内会发生折射和反射，离
开闪烁体进入光导或者硅脂层后也有可能会损失一定的光子。光程的差异会对闪烁脉冲的
时间特征带来影响。在输运过程中光子数的减损会影响闪烁脉冲的能量特征。特别是晶体
的加工方式，会对闪烁光子的反射和折射带来重要的影响。若晶体表面有反射材料包裹，则
出射的光子有一部分会被反射回晶体，继续在晶体内传输。
开闪烁体进入光导或者硅脂层后也有可能会损失一定的光子。光程的差异会对闪烁脉冲的
时间特征带来影响。在输运过程中光子数的减损会影响闪烁脉冲的能量特征。特别是晶体
的加工方式，会对闪烁光子的反射和折射带来重要的影响。若晶体表面有反射材料包裹，则
出射的光子有一部分会被反射回晶体，继续在晶体内传输。
[0049] 根据本发明的一个实施例，如图8所示，本实施例公开的复合晶体阵列的PET探测器，包括：闪烁晶体模块，其中包括多个晶体模块，光电倍增管模块，探测器电子学模块，其
中探测器电子学模块包括第一模块电子学和第二模块电子学。
中探测器电子学模块包括第一模块电子学和第二模块电子学。
[0051] 进一步的，光电倍增管模块包括光电阴极模块，聚焦电极模块，打拿极模块和光电阳极模块，其中光电阴极模块用于将A晶体模块和B晶体模块传来的光子通过光电效应转换
为光电子并传给聚焦电极模块；聚焦电极模块用于将光电子束进行聚焦然后传给打拿极模
块，打拿极模块对光电子束进行二次发射并倍增传到光电阳极模块，光电阳极模块把放大
后的电子用阳极收集作为信号输出给读出电子学模块中的。进一步的，读出电子学模块包
括第一电子学模块和第二电子学模块，而第一电子学模块包括放大器模块和模数转换模
块，第二电子学模块包括MVT模块，FPGA模块和以太网模块。其中放大器模块和MVT模块都从
光电阳极模块接收电信号，然后放大器模块将电信号进行放大后传给模数转换模块，模数
转换模块将放大后的模拟电信号进行模数转换变成数字电信号然后传给FPGA模块，MVT模
块将电信号稀疏量化后也传给FPGA模块，FPGA模块得到信号后进行处理传给以太网模块，
以太网模块得到信号后进行处理后将加工后的电信号传给图像重建及成像模块中的数据
预处理模块；图像重建及成像模块12包括数据预处理模块、图像重建模块和图像后处理及
显示模块，其中从以太网模块得到的数字信号传到数据预处理模块，数据预处理模块对信
号进行预处理后传给图像重建模块，图像重建模块再将处理好的信号传给图像后处理及显
示模块，最后得到重建好的图像。
为光电子并传给聚焦电极模块；聚焦电极模块用于将光电子束进行聚焦然后传给打拿极模
块，打拿极模块对光电子束进行二次发射并倍增传到光电阳极模块，光电阳极模块把放大
后的电子用阳极收集作为信号输出给读出电子学模块中的。进一步的，读出电子学模块包
括第一电子学模块和第二电子学模块，而第一电子学模块包括放大器模块和模数转换模
块，第二电子学模块包括MVT模块，FPGA模块和以太网模块。其中放大器模块和MVT模块都从
光电阳极模块接收电信号，然后放大器模块将电信号进行放大后传给模数转换模块，模数
转换模块将放大后的模拟电信号进行模数转换变成数字电信号然后传给FPGA模块，MVT模
块将电信号稀疏量化后也传给FPGA模块，FPGA模块得到信号后进行处理传给以太网模块，
以太网模块得到信号后进行处理后将加工后的电信号传给图像重建及成像模块中的数据
预处理模块；图像重建及成像模块12包括数据预处理模块、图像重建模块和图像后处理及
显示模块，其中从以太网模块得到的数字信号传到数据预处理模块，数据预处理模块对信
号进行预处理后传给图像重建模块，图像重建模块再将处理好的信号传给图像后处理及显
示模块，最后得到重建好的图像。
[0052] 如图9所示，将单个晶体阵列放入探测器环9中事前设计好的限位结构中，限位结构的大小与单个探测器立方体模块相等。其中探测器是整个正电子发射显像系统中的主要
部分，探测器由闪烁晶体、光电倍增管10以及探测器电子学11组成。闪烁晶体和光电倍增管
10固定在探测器环9上，探测器环9上的晶体将高能光子转换为可见光，与闪烁晶体相接的
光电倍增管10将光信号转换成电信号，电信号再被转换成时间脉冲信号，符合线路对每个
晶体脉冲信号的时间耦合性进行检验判定，排除其它来源射线的干扰，经运算给出正电子
的位置。封闭环形探测器上的每块晶体与对面的一组晶体都有符合关系，形成一组扇形束
的符合线，所有扇形束的交集部分决定了探测器的径向视野(FOV)，凡在此视野内发生的湮
灭辐射所产生的两个光子不能“同时”(在同一时间窗内)射到同一晶体上，这种不要屏蔽型
准直器而是依靠两个光子的特殊方向和符合电路来实现准直的方法，被称为“电子准直”。
PET采用符合探测技术进行电子准直，大大减少了随机符合事件和本底，并且电子准直器具
有非常高的灵敏度(没有铅屏蔽的影响)和分辨率，只有在规定的时间窗内同时被互为180°
的晶体捕获的两个光子才能成为一个符合事件。符合电路确认进入同一时间窗口内的“符
合事件”来自一次湮没，这些“符合事件”按规定投影面储存，然后计算机采用散射、偶然符
合信号校正及光子飞行时间计算等技术，完成图像重建，重建的图像显示了示踪剂在人体
内的分布。
部分，探测器由闪烁晶体、光电倍增管10以及探测器电子学11组成。闪烁晶体和光电倍增管
10固定在探测器环9上，探测器环9上的晶体将高能光子转换为可见光，与闪烁晶体相接的
光电倍增管10将光信号转换成电信号，电信号再被转换成时间脉冲信号，符合线路对每个
晶体脉冲信号的时间耦合性进行检验判定，排除其它来源射线的干扰，经运算给出正电子
的位置。封闭环形探测器上的每块晶体与对面的一组晶体都有符合关系，形成一组扇形束
的符合线，所有扇形束的交集部分决定了探测器的径向视野(FOV)，凡在此视野内发生的湮
灭辐射所产生的两个光子不能“同时”(在同一时间窗内)射到同一晶体上，这种不要屏蔽型
准直器而是依靠两个光子的特殊方向和符合电路来实现准直的方法，被称为“电子准直”。
PET采用符合探测技术进行电子准直，大大减少了随机符合事件和本底，并且电子准直器具
有非常高的灵敏度(没有铅屏蔽的影响)和分辨率，只有在规定的时间窗内同时被互为180°
的晶体捕获的两个光子才能成为一个符合事件。符合电路确认进入同一时间窗口内的“符
合事件”来自一次湮没，这些“符合事件”按规定投影面储存，然后计算机采用散射、偶然符
合信号校正及光子飞行时间计算等技术，完成图像重建，重建的图像显示了示踪剂在人体
内的分布。
[0053] 所述A晶体模块和B晶体模块的边角均为直角；所述A晶体模块和B晶体模块组成的探测器封装为矩形探测器；复合晶体阵列的PET探测器进行封装时上下左右前五个面应在
表面有反射材料包裹。八个封装好的自锁结构的PET探测器分别固定在探测器环9上并使得
探测器模块沿径向便于抽插的八个限位结构。
表面有反射材料包裹。八个封装好的自锁结构的PET探测器分别固定在探测器环9上并使得
探测器模块沿径向便于抽插的八个限位结构。
[0054] 一种前述复合晶体阵列的PET探测器的构建方法，所述方法包括以下信号传递步骤：步骤S1：伽马光子射入复合晶体阵列中，晶体阵列吸收进行能量沉积并转换为可见光；
步骤S2：可见光进入光电转换模块，由光电倍增管将之转换为模拟电信号；步骤S3：模拟电
信号进入探测器电子学模块，由探测器电子学将之转换为数字电信号并得到其中的时间信
息和能量信息；步骤S4：利用电脑软件将得到的时间信息和能量信息进行数据处理和图像
重建，最后得到重建的图像。
步骤S2：可见光进入光电转换模块，由光电倍增管将之转换为模拟电信号；步骤S3：模拟电
信号进入探测器电子学模块，由探测器电子学将之转换为数字电信号并得到其中的时间信
息和能量信息；步骤S4：利用电脑软件将得到的时间信息和能量信息进行数据处理和图像
重建，最后得到重建的图像。
[0055] 正电子湮灭产生的keV伽玛光子击中闪烁探测器中的闪烁晶体，伽玛光子在闪烁晶体中沉积能量，之后转换成众多能量较小的闪烁光子。其中，闪烁晶体是一种能够有效吸
收高能射线(X射线、伽玛射线)或高能粒子并发出紫外和可见光的功能材料。根据本发明的
两个实施例，所述AB两个晶体模块使用的晶体为硅酸钇镥LYSO和掺铈的溴化镧LaBr3的组
合，这两种晶体都为新型晶体，其中硅酸钇镥LYSO属于单斜晶系，空间群为C2/c，熔点高达
2050℃，具有优良的温度特性及物化性能，分辨率高，能更快的响应；掺铈的溴化镧LaBr3属
于六方晶系，各向异性明显，具有光输出高、衰变时间快、能量分辨率高、用途广等优点，是
目前商业上最好的无机闪烁体之一。
收高能射线(X射线、伽玛射线)或高能粒子并发出紫外和可见光的功能材料。根据本发明的
两个实施例，所述AB两个晶体模块使用的晶体为硅酸钇镥LYSO和掺铈的溴化镧LaBr3的组
合，这两种晶体都为新型晶体，其中硅酸钇镥LYSO属于单斜晶系，空间群为C2/c，熔点高达
2050℃，具有优良的温度特性及物化性能，分辨率高，能更快的响应；掺铈的溴化镧LaBr3属
于六方晶系，各向异性明显，具有光输出高、衰变时间快、能量分辨率高、用途广等优点，是
目前商业上最好的无机闪烁体之一。
[0056] 所述一种复合晶体阵列的PET探测器及其构建方法是针对当前各种稀土元素极不平衡且高端医疗器械PET对重稀土元素镥的用量极大，而原料镥储量少、价格高，进而使高
性能PET的成本很难降低的问题而提出的。这种混合轻重稀土单晶的隔断设计是可行的，一
方面，轻重稀土单晶的余辉常数有差别，可以通过引入脉冲形状信息获得较高的空间分辨
率；另一方面，由轻稀土代替重稀土吸收辐射，可以降低系统成本。在PET设计仿真软件GATE
的验证下，隔断方案一，即图1所示的嵌入式晶体阵列1，空间分辨率提升了31.2％，而以最
新稀土行情交易价计算出的成本降低了40.1％。此外，由于掺铈轻稀土单晶LaBr3的应用，
有29.3％的伽马事件，其时间分辨率优化了2.12倍；有50.2％的伽马事件，时间分辨率优化
了1.53倍。隔断方案二，即图2所示的包围型晶体阵列，空间分辨率提升了44.2％，而以最新
稀土行情交易价计算出的成本降低了10.3％。与方案一类似，有17.3％的伽马事件，其时间
分辨率优化了2.19倍，有31.9％的伽马事件，时间分辨率优化了1.43倍。作为初步的探索，
该探测器设计方法为PET中的稀土平衡利用，提供了一条新的思路。
性能PET的成本很难降低的问题而提出的。这种混合轻重稀土单晶的隔断设计是可行的，一
方面，轻重稀土单晶的余辉常数有差别，可以通过引入脉冲形状信息获得较高的空间分辨
率；另一方面，由轻稀土代替重稀土吸收辐射，可以降低系统成本。在PET设计仿真软件GATE
的验证下，隔断方案一，即图1所示的嵌入式晶体阵列1，空间分辨率提升了31.2％，而以最
新稀土行情交易价计算出的成本降低了40.1％。此外，由于掺铈轻稀土单晶LaBr3的应用，
有29.3％的伽马事件，其时间分辨率优化了2.12倍；有50.2％的伽马事件，时间分辨率优化
了1.53倍。隔断方案二，即图2所示的包围型晶体阵列，空间分辨率提升了44.2％，而以最新
稀土行情交易价计算出的成本降低了10.3％。与方案一类似，有17.3％的伽马事件，其时间
分辨率优化了2.19倍，有31.9％的伽马事件，时间分辨率优化了1.43倍。作为初步的探索，
该探测器设计方法为PET中的稀土平衡利用，提供了一条新的思路。
[0057] 本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此
处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护
的范围。
处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护
的范围。
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