技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于发射断层造影扫描仪(emission tomography scanner)的探测器模块。
背景技术
[0002]
核医学是医学专科，其中利用
放射性衰减获取显示身体的器官、骨骼或组织的功能和解剖结构的图像。
放射性药物或者通过注射或者通过
摄食被引入身体，并且在感兴趣的特定器官、骨骼或组织中积聚。这样的放射性药物产生伽
马光子发射，其从身体发出并且被闪烁晶体捕捉，光子与该闪烁晶体相互作用以产生闪光或“事件”。事件由诸如
光电倍增管或光电
二极管的光电探测器的阵列探测，并且其空间
定位或
位置被计算和存储。以这种方式，从对身体中的放射性同位元素的分布的探测中，产生所研究的器官或组织的图像。
[0003] 一种特殊的核医学成像技术公知为发射断层造影。发射断层造影被用来产生用于诊断特定器官、
肿瘤或其它新陈代谢上活动的位置的生化或生理的图像。两种公知的发射断层造影是
正电子发射断层造影(PET)和单光子发射计算机断层造影(SPECT)。例如，在PET中，对正电子发射放射性核的组织积聚的测量基于对从正电子湮灭产生的两个伽马光子的相合探测。当正电子被电子湮灭时，同时产生两个511keV伽马光子并且在近似相反方向上行进。由湮灭事件产生的伽马光子可以通过一对相对设置的能够响应于伽马光子与闪烁晶体的相互作用产生
信号的
辐射探测器来探测。湮灭事件典型地通过在两个相对设置的探测器中在对两个511keV伽马光子的探测之间的时间相合来识别，即，伽马光子发射被虚拟地同时由每个探测器探测。当两个相对排列的伽马光子的每个击中一个相对设置的探测器以产生时间相合事件时，它们还确定一个相合线或响应线(LOR)，湮灭事件沿着该线发生。在被存储到并行投影中之后，由相合事件定义的LOR被用来重建在患者内部的正电子发射放射性核的三维分布。
[0004] 发射断层造影在获取揭示
生物过程(例如身体器官诸如心脏、脑、
肺等和身体组织和结构诸如循环系统的功能)的图像中特别有用。
[0005] 另一方面，
磁共振成像(MRI)主要被用来获得身体的高
质量高
分辨率的解剖和结构图像。MRI基于主要由身体的
原子的氢核在射频范围中的
能量的吸收和发射。MRI成像器的主要组件包括通常为圆柱形的磁体、磁体内的
梯度线圈、在梯度线圈内的RF线圈、以及防止高功率RF脉冲放射到MR成像器外部并且保持外来的RF信号不会由成像器探测到的RF屏蔽器。患者被置于在磁体内的患者卧榻或检查台并且被梯度线圈和RF线圈包围。
[0006] 磁体产生用于成像过程的B0
磁场。梯度线圈在X、Y和Z方向上产生B0场中的梯度。RF线圈产生使核自旋旋转90°或180°所需的B1磁场。RF线圈还探测来自身体内部的自旋的
核磁共振信号。射频源产生期望
频率的
正弦波。
[0007] 将发射断层造影和MR成像模态融合为一个单个设备的概念在
现有技术中普遍公知。然而，
光电二极管要么是体积大的要么对光子的探测具有局限性。
发明内容
[0008] 本发明的实施方式要解决的技术问题是，提供一种具有紧凑设计和对光子的探测具有提高的
精度的发射断层造影探测器模块。
[0009] 上述技术问题是通过按照本发明的发射断层造影探测器模块实现的。
[0010] 具有不同的探测特性的第一种固态光电探测器和第二种固态光电探测器能够具有紧凑设计并且提供对光子的探测的提高的精度。
[0011] 按照一种实施方式，第一种固态光电探测器和第二种固态光电探测器具有不同的频率响应特性。例如，一种固态光电探测器可能具有高的频率响应特性，而另一种可能具有低的频率响应特性。这使得能够提高探测器模块的能量分辨率和计时分辨率(timing resolution)。
[0012] 按照另一种实施方式，第一种固态光电探测器是
雪崩光电二极管。
雪崩光电二极管具有低的频率响应特性并且由此提高了探测器模块的能量分辨率。
[0013] 按照再一种实施方式，第二种固态光电探测器是
硅光电倍增管。硅光电倍增管具有高的频率响应特性并且由此提高了探测器模块的计时分辨率。
[0014] 这两种光电探测器的组合提供具有高能量分辨率和计时分辨率的探测器模块，因为雪崩光电二极管具有高的能量分辨率，而硅光电倍增管具有高的计时分辨率。
[0015] 按照再一种实施方式，将第一种固态光电探测器和第二种固态光电探测器(24)使用光导光学地耦合到闪烁器。光电探测器或者可以被使用光导直接地耦合到闪烁器。光电探测器甚至可以在远离闪烁器块的位置上被间接地光学耦合到闪烁器。
[0016] 按照再一种实施方式，探测器模块可以进一步包括
信号处理单元，该信号处理单元被操作来将第一种固态光电探测器的
输出信号和第二种固态光电探测器的输出信号组合为一个组合的输出信号，该组合的输出信号指示由闪烁器捕捉的光子。该信号处理单元提供指示由闪烁器捕捉的光子的组合的输出。产生组合的输出信号允许产生反应两种探测器的优点的信号，便利了对光子的正确探测。
[0017] 按照再一种实施方式，第一种固态光电探测器的输出信号可以被用来基于光子的能量区分光子。
[0018] 按照再一种实施方式，第二种固态光电探测器的输出信号被用来确定光子的发生时间。
[0019] 按照再一种实施方式，探测器模块可以进一步包括围绕第二种固态光电探测器布置的多个第一种固态光电探测器。这使得可以提供在探测器模块内的Anger模式边定位。闪烁器块17的Anger模式提供了高的空间分辨率并提高了闪烁器块17的整体灵敏度。
[0020] 另一种实施方式包括一个包含了一对发射断层造影探测器模块的发射断层造影扫描仪，其中，每个发射断层造影探测器模块包括：用于捕捉光子的闪烁器，该闪烁器根据对光子的捕捉发射闪烁光；用于探测闪烁光的第一种固态光电探测器；以及用于探测闪烁光的第二种固态光电探测器；其中第一种固态光电探测器和第二种固态光电探测器关于探测特性是不同的。这对探测器模块使得能够探测光子对。
[0021] 按照一种实施方式，发射断层造影扫描仪可以进一步包括用于分析来自这对探测器模块的信号的分析单元，该分析单元适合于探测一对光子的相合事件。相合事件确定一条相合线，因为光子相对布置。该相合线是连接两个探测器模块的线。
[0022] 按照另一种实施方式，分析单元可以适合于确定连接两个探测器模块的相合线上的
片段，其中，使用一个光子对在两个探测器模块上的发生的时间差来确定所述片段。该片段使得能够将相合事件定位在相合线的片段上。使用的探测器允许更好地执行这点，因为其由于第一种固态光电探测器的特性而可以基于光子的能量以好的质量来区别光子，并且因为其由于第二种固态光电探测器的特性而可以精确确定光子事件的时间。
[0023] 另一种实施方式包括组合的发射断层造影和磁共振成像(MRI)设备，该组合的设备包括具有用于产生磁场的磁体系统的MRI扫描仪，该磁场用于在MRI扫描仪的
视野内感应来自待成像的对象的核的核磁共振信号，该组合的设备还包括发射断层造影探测器模块，该发射断层造影探测器模块包括：用于捕捉光子的闪烁器，该闪烁器根据对光子的捕捉发射闪烁光；用于探测闪烁光的第一种固态光电探测器；以及用于探测闪烁光的第二种固态光电探测器，其中第一种固态光电探测器和第二种固态光电探测器关于探测特性是不同的。
附图说明
[0024] 以下借助在附图中示出的
实施例进一步描述本发明的实施方式。附图中，[0025] 图1示出了按照此处的实施例的发射断层造影扫描仪的环，
[0026] 图2示出了按照此处的实施例的用于发射断层造影扫描仪的探测器模块，[0027] 图3示出了按照第二实施方式的探测器模块，
[0028] 图4示出了按照此处的实施例的示例性发射断层造影扫描仪，
[0029] 图5示出了按照此处的实施例的包括发射断层造影扫描仪和MRI扫描仪的设备，并且
[0030] 图6示出了用于实施此处的实施例的代表性
硬件环境。
[0031] 参考附图描述了不同的实施例，其中，相同的参考标记被始终用来表示相同的元件。在以下的描述中，为解释的目的，描述了大量的特别细节以提供对一个或多个实施例的整体理解。明显的是，可以没有这些特别细节来实施这些实施例。
具体实施方式
[0032] 参考图1，按照本发明的一种实施方式的发射断层造影扫描仪10的环5包括多个探测器模块15。在图1中所示的例子中，优选地将多个探测器模块15布置在环5上，因为环5的半径是恒定的。然而，探测器模块15可以按照其它期望的几何结构来布置。
[0033] 现在参考图2，每个探测器模块15包括闪烁器块17，该闪烁器块17包括闪烁器18，后者通过光导19光学地耦合到第一种固态光电探测器21和第二种固态光电探测器24。
在本例中，可以看出，第一种固态光电探测器21和第二种固态光电探测器24被布置在闪烁器块17上。然而，第一种固态光电探测器21和第二种固态光电探测器24可以不是直接布置在闪烁器块17。如果第一种固态光电探测器21和第二种固态光电探测器24不是直接布置在闪烁器块17上，则它们可以通过光导
纤维电缆或其它光学耦合装置光学地耦合到闪烁器18。
[0034] 按照此处的一种实施方式，第一和第二种光电探测器21、24在探测特性上是不同的。例如，第一和第二种光电探测器21、24可以在频率响应特性上是不同的。
[0035] 第一和第二种光电探测器21、24在频率响应特性上不同，这使得能够获得探测器模块的提高的能量分辨率和计时分辨率。例如，第一种光电探测器21可以具有低的频率响应特性而第二种光电探测器24可以具有高的频率响应特性。可替换地，第一种光电探测器21可以具有低的频率响应特性而第二种光电探测器24可以具有高的频率响应特性。因此，具有低的频率响应特性的第一种光电探测器21提供探测器模块15的提高的能量分辨率，而具有高的频率响应特性的第二种光电探测器24提供探测器模块15的提高的计时分辨率。
[0036] 在一种实施方式中，第一种光电探测器可以是雪崩光电二极管。雪崩光电二极管具有低的频率响应特性。第二种光电探测器可以是基于硅的光电探测器，诸如硅光电倍增管等。硅倍增管具有高的频率响应特性。
[0037] 仍然参考图2，第一种固态光电探测器21的输出信号可以被用来基于光子的能量区分光子，因为第一种固态光电探测器具有低的频率响应特性。第二种固态光电探测器24的输出信号可以被用来确定光子的发生时间，因为第二种固态光电探测器具有高的频率响应特性。第一种光电探测器的输出信号被用来基于光子的能量区分光子。
[0038] 在此处的一种实施方式中，第一种固态光电探测器21的输出和第二种固态光电探测器24的输出可以被提供给信号处理单元27。信号处理单元27可以组合第一种固态光电探测器21的输出和第二种固态光电探测器24的输出以产生组合的输出信号。组合的输出信号是对由闪烁器18捕捉到的光子的指示。来自闪烁器块17的组合的输出信号使得能够降低为获得探测器模块15的输出所需的连接的数量。而且，产生组合的输出信号便利了以现存的发射断层造影扫描仪的方式使用探测器模块。附加地，信号处理单元27可以适合于放大并
整理(condition)组合的输出信号。
[0039] 现在参考图3，在一种实施方式中，多个第一种固态光电探测器21可以被布置在闪烁器块17的
角落35、37、39、41处。例如第一种固态光电探测器21可以这样被布置在闪烁器块17上，使得第一种固态光电探测器21基本上围绕第二种固态光电探测器24。然而，不一定需要第一种固态光电探测器21基本上围绕第二种固态光电探测器。在角落35、37、39、41处提供多个第一种固态光电探测器21使得能够获得在闪烁器块17内部的anger模式边定位。闪烁器块17的Anger模式提供高的空间分辨率和闪烁器块17的整个灵敏度上的提高。
[0040] 现在参考图4，示出了按照此处的实施例的示例性发射断层造影扫描仪10。定位于环5上的探测器模块15′、15″的图2的闪烁器块17，探测在相对方向上移动的一对光子。探测器模块15′、15″的输出经由各个信号处理单元27被提供到分析单元43以分析探测器模块15′和15″的输出。分析单元43适合于探测这对光子的相合事件。相合事件可以用于确定在两个相对定位的探测器模块15′、15″之间的相合线。相合线是连接两个探测器模块15′、15″的线。
[0041] 优选地，分析单元43可以确定在相合线上的一个片段，该片段指示这对光子的原点。该片段可以通过光子对在两个探测器模块15′、15″上的发生的时间差来确定。如按照此处描述的实施例，探测器模块15′、15″的提高的计时分辨率使得能够确定光子对的发生的时间差。这使得能够确定光子对的各个光子的飞行时间，并且因此，可以确定在相合线上的该片段。这使得能够将相合事件定位在相合线的该片段上。
[0042] 分析单元43可以
采样完全硬件实施、完全
软件实施或包括硬件和软件元件二者的实施的形式。以软件实施的实施方式包括，但不限于
固件、驻留软件、微代码，等等。
[0043] 此外，分析单元43在此可以采取
计算机程序产品的形式，该计算机程序产品是可从提供用于由或结合计算机或任何指令执行系统使用的程序代码的计算机可用或计算机可读介质获得的。为了该描述的目的，计算机可用或计算机可读介质可以是能够包含、存储、通信、传播或传输用于由或结合指令执行系统、设备或装置使用的程序的任何设备。
[0044] 介质可以是电子、磁、光、电磁、红外或
半导体系统(或装置或设备)或传播介质。计算机可读介质的例子包括半导体或固态
存储器、磁带、可移动计算机盘、
随机存取存储器(RAM)、
只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘。光盘的当前的例子包括压缩盘-只读存储器(CD-ROM)、压缩盘-读/写(CD-R/W)和DVD。
[0045] 图5示出了按照此处的实施例的包括了发射断层造影扫描仪10和MRI扫描仪45的设备。发射断层造影扫描仪10的环5被置于MRI扫描仪45的磁体系统48内。例如，可以这样确定环5的大小，使得环5被容纳于MRI扫描仪45的几何内部。待成像的对象被置于由MRI扫描仪45和发射断层造影扫描仪10定义的空间内。可以对对象执行发射断层造影和MR
数据采集，或者同时地以交织的或交叉的方式执行，或者顺序地执行。如在本例中所示，按照此处描述的实施例的发射断层造影扫描仪10的探测器模块15，可以被布置在磁体系统48的磁场内。图2的第一种固态光电探测器21和图2的第二种固态光电探测器24作为固态光电探测器对磁体系统48的磁场是不敏感的。
[0046] 图6示出了用于实现此处描述的实施例的代表性硬件环境。该示意图示出了按照此处的实施例的信息处理/
计算机系统50的硬件配置。系统50包括至少一个处理器或中央处理单元(CPU)52。CPU 52经由总线54与各种设备诸如存储器56、输入/输出(I/O)
控制器58和用户
接口控制器60相互连接。根据系统50的型号和配置，存储器56可以是易失性(诸如随机存取存储器(RAM)等)、非易失性(只读存储器(ROM)、闪存设备等等)或二者的组合。存储器56被用来存储指令和数据以用于CPU 52的使用。I/O控制器58可以连接到
外围设备，诸如CD
驱动器62和
硬盘驱动器64，或可以由系统读取的其它程序存储设备。典型地，用于计算机系统50的
操作系统以及应用程序被存储在硬盘驱动器64上。操作系统在CPU 52上运行并且被用来协调和提供对系统50内部的各种组件的控制。系统
50可以读取在硬盘驱动器64上的发明指令并且将它们加载到存储器56以用于由CPU 52执行。用户接口控制器60可以将
键盘66、
鼠标68、扬声器70、麦克
风72、显示设备74和/或其它用户接口设备诸如
触摸屏设备(未示出)连接到总线54，以便收集用户输入并且还将系统输出提供到用户。
[0047] 此处描述的实施例提供具有紧凑设计和提高的能量和计时分辨率的发射断层造影探测器模块。提高的能量分辨率使得能够基于光子的能量精确地区分光子。提高的计时分辨率使得能够将相合事件定位到相合线的片段，允许执行所谓的飞行时间(time offlight)重建模式发射断层造影。将相合事件定位到片段便利了从获取的数据中对图像的更好的图像重建。附加地，组合第一种固态光电探测器和第二种固态光电探测器的输出以产生作为由闪烁器捕捉的光子的指示的组合的输出信号，这使得能够降低为获得探测器模块的输出所需的连接数量。
[0048] 虽然参考一些优选实施方式详细描述了本发明，但是可以理解的是，本发明不限于这些精确的实施例。而是在不脱离本发明的范围和精神的条件下，对于本领域技术人员来说，在描述了用于实现本发明的当前最佳模式的本发明公开的范围内，可以有许多
修改和
变形。因此，本发明的范围由所附
权利要求限定，而不是由前面的描述限定。在权利要求的含义和等价范围内的所有的改变、修改和变形都旨在被包括在本发明范围内。
