[发明专利]用于光子发射探测的层叠晶体阵列

说明书

本申请要求2009年5月14日提交的第12/465,672号美国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明概括地涉及核探测仪器，具体地，涉及使用层叠晶体阵列进行γ射线或其它X射线发射的术中探测，或者用作正电子发射断层照相术(PET)的辅助仪器。

背景技术

癌症的治疗过程一般基于肿瘤扩散的自然病史，并因此，基于医生可利用的外科手术和非手术条件。外科手术条件一般参考术前、围手术期以及术后的物理鉴定以及肿瘤的手术缩小程度。但最近以来，还参考癌症的发展阶段，根据癌症可能扩散到的组织进行鉴定和评估。以协助医生检查及定位肿瘤组织(作为手术过程的一部分)为目的，该领域已经应用了各种技术(出于当前目的，“肿瘤组织”通常称作癌组织，但本领域中也可发现恶性肿瘤和恶性肿瘤细胞的说法。术语“肿瘤组织”包含以上所有说法)。一般地，医生在术前通过显像(通过成像机构)以及在手术室中尤其通过触诊(例如肿瘤的触感与正常组织的相反)可容易找出较大的肿瘤。然而，为提高手术成功率，医生还需要找出“潜隐性”肿瘤，例如无法通过术前成像或者观察及触摸的常规手术程序发现的肿瘤。一般地，不能成功发现并摘除这种潜隐性肿瘤将导致患者体内的癌细胞继续生长，这种情况通常称作“复发性”癌症。

通常认为，某类型实体瘤的癌扩散是通过肿瘤细胞从最初的肿瘤向附近淋巴结转移(或引流)并且最终经由淋巴系统到达其它致命部位。治疗癌症的医生和医学肿瘤专家认为确定患者的原发瘤是否已经扩散到淋巴结是患者长期预后的主要决定因素。根据病理学对淋巴结进行检查，如果有肿瘤细胞出现，则证实癌细胞扩散到患者淋巴结。如果确定有肿瘤细胞出现在淋巴结，那么患者的患病阶段加深或严重程度恶化。医生通过在原发瘤部位注射辐射性示踪剂来进行辨别引流淋巴结的操作。注射之后，示踪剂沿肿瘤的引流路径到达最近的淋巴结(被称为前哨淋巴结)。γ射线探测装置用于探测示踪剂的轨迹。由于淋巴结相连，病理学家认为如果前哨淋巴结未示出恶性信号，那么在该路径下游的淋巴结很可能没有病变。就其而论，可能没有必要移除附近其它淋巴结。因此，快速找出前哨淋巴结并且进行活组织检查的能力为医生确定癌细胞是否扩散或者是否找出原发瘤部位提供了至关重要的信息。

目前，现有技术使医生能够通过结合同位素标记药物和手持辐射探测装置的方式，提供增强的肿瘤扩散手术评估，例如在原发性与肿瘤相关的淋巴结移除过程中。这种手术用的辐射探测仪器一般具有手持探针，该探针通过柔性电缆，或者最近以来，经由无线通信与仪器操作台进行电通信。仪器控制台布置在手术室设施内但并非无菌区域中，而手持探针和其配套电缆的前伸部分布置在无菌区域内。手持辐射探测针相对较小并且与半导体探测器(例如镉-锌-碲或者闪烁材料(例如碘化铯))协同工作。可从美国专利No.4,782,840中得到示范仪器，该申请的全部内容通过引用并入本文。

不论辐射源产生的能量等级高低，通过使用含有半导体(例如镉-锌-碲)或闪烁材料(例如碘化铯)的探测器，辐射源已经事先被直接探测到。当正到达的光子与探测器内的材料发生碰撞时产生输出信号。主辐射源的能量等级越高，就有越多的前进光子能够完全穿过探测器而不与任何材料发生碰撞，因而探测器无输出产生。由于该原因，为保证发生足够数量的碰撞为可用探测器提供足够的灵敏度，高能探测器有必要以相对“厚”(例如横截面积大)且致密的材料制造。探测器的这种特性通常称作“制动功率”或“吸收功率”。

为了更有效地探测高能辐射，通常有必要通过增加探测器晶体厚度来增加探测器吸收。然而，厚晶体存在一定缺点。首先，晶胞体积(crystal volume)中出现缺陷的概率随着其厚度显著增加。因此，这种探测器晶体的产出率很低，使得其造价相对昂贵。此外，探测器晶体的电荷收集效率与施加在规定厚度的探测器的偏置电压成比例。最终，如果为提高吸收概率将探测器厚度按规定的量增加，那么必须同样增加施加于晶体的偏置电压从而保持相同电荷收集效率。结果造成操作电压相对较高，电压的产生和管理更加困难并在手术期间可能存在安全隐患。因此，需要经济有效的方法来制造探测器晶体组件，其具有相对厚单块晶体的吸收效率并且以相对低的电压进行偏置。

发明内容