[发明专利]闪烁体材料

说明书

技术领域

本发明涉及用于伽玛光子检测中的闪烁体材料，更特别地，涉及用于PET成像领域的伽玛光子检测器中的闪烁体材料。

背景技术

在PET成像中，放射示踪剂在它定位于PET成像系统的成像区域中之前被给药到诸如患者或者动物的对象。该放射示踪剂被对象中的某些区域吸收，并且它的分布在吸收期之后被成像。随后，诊治者解释显示出该放射示踪剂在特定位置的相对吸收的图像，并可以对对象进行诊断。放射示踪剂经历放射性衰变，这导致正电子的产生。每个衰变事件产生一个正电子，该正电子在人体组织中移动数毫米，在那里随后在湮没事件(annihilation event)中它与电子相互作用，所述湮没事件产生两个反向的伽玛光子。两个伽玛光子每个具有511keV的能量，并由径向地绕成像区域布置的伽玛光子检测器检出，每个伽玛光子检测器在被入射的伽玛光子轰击时产生电信号。产生的电信号由重合检测电路处理，该重合检测电路通过检测器的位置确定湮没事件在空间中发生所沿着的路线。在彼此相差正负3ns内接收到的伽玛光子通常被认为是重合的。该路线的终点由检测到重合事件的两个位置限定，并且该路线被标识为响应路线(LOR)。该LOR随后被重建以产生二维或三维图像，该图像示出放射示踪剂在成像区域的分布。

在飞行时间(TOF)PET中，两个检出事件之间的小的时间差被进一步用于定位沿着湮没事件发生所在的LOR的位置，从而更准确地定位导致衰变事件的放射示踪剂的空间位置。在深度效应(depth-of-interaction)(DOI)PET中，位于离成像区域不同的径向距离处的多层检测器进一步检测伽玛光子被吸收的深度。在DOI PET中，该信息被用于通过降低视差而进一步提高检测的空间分辨率。

在PET成像系统中，伽玛光子检测器在此及后被定义为包含闪烁体材料和光学检测器。闪烁体材料在当被伽玛光子轰击时产生闪烁光脉冲，光学耦连到闪烁体材料的光学检测器将闪烁光脉冲转换为电信号。当伽玛光子轰击闪烁体材料时，概率事件确定闪烁光产生的深度，在那个点上，伽玛光子将它的能量传递到闪烁体，产生具有特征波长谱和特征衰变时间的闪烁光脉冲。闪烁体材料进一步的特征在于吸收深度，1/e的比例的接收的伽玛光子在所述吸收深度内被吸收。由于入射的伽玛光子的高能量，致密的闪烁体材料是优选的，以为了将高比例的入射伽玛光子吸收在闪烁体材料的实用深度内。

由于通过重合来确定放射性衰变事件的空间位置的过程，在PET成像系统中伽玛光子检测器必须能够区分各个伽玛光子的入射。表征该能力的关键参数是最大伽玛光子检测率。测量高入射的能力或者计数速率的能力对于在短采集时间内测量具有高信噪比的影像是理想的。短的采集时间在防止影像中由患者运动引起的伪影方面是重要的。最大伽玛光子检测率受到闪烁光衰变的影响。闪烁材料的衰变时间决定相继入射的伽玛光子之间的最小时间间隔，在所述最小时间间隔之后它们的闪烁光不再重叠。这样的重叠事件，称作堆叠(pile-up)，必须防止，因为它们限制计算各个光子的接收的能力。降低PET闪烁体材料中的衰变时间的需求进一步地由TOF-PET中的良好时间分辨率的需求驱动。衰变时间的现有技术的水平是在LaBr₃中目前25ns，现有研究的努力强调了甚至更进一步降低其的需要。

光输出和能量分辨率是表征伽玛光子检测器特别是PET成像系统中的伽玛光子检测器的另两个闪烁体材料参数。来自闪烁体材料的光输出是由入射伽玛光子产生的闪烁光子的量。光输出典型地相对于伽玛光子的能量进行归一化，并表示为每MeV产生的光子的量。高的光输出从而敏感的闪烁材料在提供高信噪比的伽玛光子检测器方面是理想的，因为它提供具有响应于每个入射伽玛光子的强光脉冲的相关光学检测器。具有良好能量分辨率的闪烁体材料提供另一种检验方式，即在窄的时间间隔内检测到的两个光子表明有效的LOR。通过位于预定能量窗之外的拒绝事件，PET成像系统可区别已经被干扰物质改变轨迹并且具有位于窗之外的能量的散射伽玛光子、和表示有效LOR的伽玛光子。提供这样的区分的一个方法是通过积分闪烁光脉冲来确定每个接收的伽玛光子的能量，并且仅在如下条件下，才将所述伽玛光子接受为有效重合事件：如果该伽玛光子在另一伽玛光子的窄的时间间隔内也被检测到并且如果它的能量位于非散射伽玛光子的窄的能量窗之内。良好的能量分辨率通过使用具有有效原子量的大数值的材料而提供。当以这种方式确定伽玛光子的能量时，必须再次避免堆叠，这通过确保闪烁光衰退到它不再干涉来自随后的伽玛光子的闪烁光的水平来实现，这再次要求短的衰变时间。