[实用新型]闪烁晶体、晶体模块、检测器及正电子发射成像设备

说明书

本实用新型提供一种闪烁晶体、晶体模块、检测器及正电子发射成像设备。闪烁晶体包括入射面、侧面和与光传感器相耦合的出光面，所述侧面上附着有反射膜层，所述闪烁晶体在所述侧面位置与所述反射膜层之间耦合有透射膜层，所述透射膜层的折射率n2与所述闪烁晶体的折射率n1之间的关系为：n2＜n1，所述透射膜层与所述反射膜层之间设置有表面微结构。本实用新型的闪烁晶体出光率高，光子到达光探测器的份额相应增加。

技术领域

本实用新型涉及正电子发射成像设备，具体地，涉及闪烁晶体、晶体模块及检测器。

背景技术

正电子发射断层成像扫描(PET)是一种非侵入的成像技术，可以提供活体内放射性示踪剂分布的断层图像。PET探测器一般由闪烁晶体和光探测器两部分组成，放射性核素放出的正电子发生在人体内湮灭反应，发射出一对方向相反、能量相等的伽马光子，与闪烁晶体反生反应产生可见光子群，被光传感器接收，然后对伽马光子进行符合探测，并用分析或统计的方法重建湮灭事件发生的位置。

TOF-PET是PET的扩展，能测量出符合事件的γ光子到达探测器的时间差，利用这个时间差来更好地定位发射正电子的湮灭位置。TOF-PET有下面四项明显的好处：(1)可以选取更窄的符合时间窗口，从而减少随机事件计数率，提高尖峰的噪声等效计数率；(2)在图像重建中使用TOF信息可以减少噪声的方差；(3)射出数据和透射数据可以同时得到，从而减少总的扫描时间；(4)轴向的模糊可以减少。如果TOF信息的准确度能够提高，使得符合时间精度达到一定的标准，可以不通过重建而得到图像。

对于以TOF技术为基础的PET系统，必须在一定的符合时间窗内确定放射性核素分布的位置和强度。而传统的PET仅仅是在符合时间窗内确定真符合是否发生以便获得脏器或组织结构的投影，所以TOF-PET和传统PET有本质的区别。由于TOF方法是在符合时间窗内直接确定湮灭符合发生的位置，所以它要求特殊的符合探测系统，又因为TOF符合探测系统的时间分辨率直接影响系统重建图像的分辨率，所以时间分辨率对于TOF-PET而言至关重要。

TOF-PET的时间分辨率与高能光子的衰减时间、闪烁晶体的出光率、检测电路的读取速度均密切相关，提高系统时间分辨率要研究高能光子探测的整个环节。

前端探测器的性能是决定PET整体性能的关键，其通常由闪烁晶体阵列和光探测器耦合而成，闪烁晶体通常选择具有发光强度高、衰减时间短和密度大的晶体，并且晶体的表面处理方式会影响可见光子群的传输路径，从而影响光探测器测量到的光子数，最终影响PET探测器的时间分辨率。

晶体材料的衰减时间、光电传感器的性能、电子电路性能等都对PET系统的能量分辨率有很大影响。根据Hyman理论，PET系统的时间分辨率可以由下面的公式计算：

其中τ是晶体的衰减时间，N_phs是光电子的个数，ENF是光电传感器的噪声因子。晶体材料和传感器类型一定时，增加晶体的光输出即光电子的个数，能有效提高时间分辨率。目前常用的增加晶体光输出的方法有两种，一是减小晶体的长度，但是为了保证系统有足够的灵敏度，晶体的长度一般是20mm；二是优化晶体的表面处理方式，一个四棱柱有6个面，其中耦合了SiPM的面与非耦合面的表面处理方式不一定相同，且晶体的表面处理方式有很多，例如抛光处理，特氟龙胶带、ESR膜包裹等。

研究光子群的传播路径影响，改变闪烁晶体的表面处理方式，耦合材料及几何微结构，尽可能提高伽马射线和晶体相互作用时产生的光子到达光探测器表面，包括光子群到达探测器的时间及输出量，对提高探测器的性能尤为重要。目前，有论文提出对闪烁晶体的处理以提高光输出，主要研究抛光处理与粗糙处理，粗糙处理能够在一定程度上提高光输出；也有论文提出对晶体结构直接进行设计，在出光面设计为棱形结构。以上方式能够一定程度上提高光输出，但效果不明显，或增加探测器结构的复杂程度。