[发明专利]光子辐射检测装置和此种装置的定制和运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及光子辐射检测装置。这样的检测装置尤其被用于医学成像领域、天文学成像领域、核领域以及工业检查领域。更特别地，根据本发明的检测装置适合于医学成像。可以将这样的装置整合进医学γ照相机中，例如用于与放射性同位素^99mTc相联合的闪烁扫描术的γ照相机中。

背景技术

已知的γ照相机包括基本上由检测器、准直器和信息处理部组组成的检测装置。

检测器可以包括闪烁体材料，诸如碘化铯和例如CsI(TI)、碘化钠和例如NaI(TI)、溴化镧(LaBr₃)或锗酸铋(BGO)，所述闪烁体材料与光检测器相关联，所述光检测器例如是光二极管、尤其是雪崩光二极管的矩阵，CCD矩阵或CMOS传感器相结合。因而称之为闪烁体检测器。闪烁体材料的厚度通常在几个μm至几个mm之间。当光子进入闪烁体材料并与后者交互作用时，产生通常在可见光谱内的具有较少能量的光子。这些光子随后被至少一个与闪烁体材料相连接的光检测器收集，然后转变为可利用的电信号。闪烁体检测器通常包括多个象素，每个象素对应于至少一个光二极管，或对应于CCD或CMOS矩阵的至少一个象素。

备选地，检测器包括至少一种半导体检测器材料，可被阴极或阳极极化，通常将这些电极安排在半导体材料的两个相对的面上。因而称之为半导体检测器。当光子进入半导体材料并与后者交互作用时，全部或部分其能量被转移至半导体材料中的电荷载体。检测器被极化，电荷载体迁移向电极(包括阳极)。然后，它们在电极的接线柱处产生电信号。收集然后处理这些其振幅与在交互作用中由光子所拥有的能量成正比的电信号。根据检测器的性质，仅在阳极(通常的情况)、仅在阴极或在两个电极处收集信号。半导体检测器通常包括多个物理象素，每个象素对应于每电极一电荷收集电路(circuit)。

准直器使得能够选择到达检测器的光子。它由称为隔壁体(septa)的薄壁所界定的管构成。这些管(或更精确地，相应的孔口)可以是圆形、六边形或正方形的截面；它们可以是平行的、发散的或会聚的。

已知的γ照相机可以按平面摄影模式或断层摄影模式来使用。在平面摄影模式中，采集按照单一视角来进行，照相机头在整个检查期间保持固定。投影和因此所重构的图像具有这样的缺点：不整合关于在深度上定位患者体内分布的放射性元素的任何信息。在断层摄影模式中，照相机头——包括检测器和准直器——围绕患者描画圆形或椭圆形的轨道，并且以不同的视角采集多个投影。然后由实践者使用重构技术以实现可解释的图像。断层摄影模式使得能够获得尤其关于在深度上定位患者体内分布的放射性元素的信息。

检测装置的性能通常由一定数目的参数来表征，其中：

-空间分辨率，其对应于两个点状源之间的最小距离，所述点状源可以在平面图像(由以单一视角的投影产生的图像)上和重构图像(从多个投影开始的)上辨别。它们通常以点状的或线状的分散函数(分别通过使点状或线状源成像而获得)的“半高度”宽度给出。空间分辨率由检测器的固有空间分辨率和准直器的几何空间分辨率产生。

-能量分辨率，其表明检测装置根据光子能量准确地选择光子的能力。它以百分数表达并以装置对源的发射能量E(即所使用的放射性同位素)的能量响应的“半高度”宽度ΔE给出。

-敏感度，也称为效率。它可以被定义为，在4π球面度上，被检测的原初光子(在到达检测器之前未经历任何交互作用的光子)的数目与由源发射的光子的总数目的比例。敏感度取决于检测器的效率(检测器材料的中止能力)和准直器的几何效率(其是低的，因为准直器造成(impose)强的空间光子选择，并因此吸收它们中的大部分)。检测装置的敏感度越低，则为了通过所采集的投影获得令人满意的统计，采集时间应当越长。

目前，核医学科室主要使用称为Anger照相机的照相机，其检测器包括闪烁体NaI(TI)并且其准直器由六边形截面(蜂巢)的平行管构成。这样的装置在空间分辨率和敏感度之间不得不采取折中：对于安置在准直器10cm处的140keV源，空间分辨率是10mm，而敏感度，如前面所定义的，为10^-4。空间分辨率尤其被准直器的空间分辨率所限制，其是几个毫米，例如3mm。此外，由于闪烁器的中等的能量分辨率(在140keV下，10％)，图像具有低的对比度。