[发明专利]一种精确定位伽马光子探测单元及装置

说明书

本公开提供一种精确定位伽马光子探测单元、装置及确定伽马光子位置的方法，其中，所述精确定位伽马光子探测单元包括：闪烁晶体阵列和若干光电器件；所述闪烁晶体阵列包括侧面及侧面两端的两端面，所述两端面分别为光子入射面和出射面，所述光电器件设置在所述闪烁晶体阵列的所述侧面且包围所述侧面。本公开不仅可以精确定位伽马光子在探测单元入射位置，还可以判别伽马光子入射方向，同时避免了伽马光子在入射方向上光子计数的损失，提高伽马光子的探测效率。

技术领域

本公开涉及核技术及其应用技术领域，具体涉及一种精确定位伽马光子的探测单元及装置。

背景技术

在伽马辐射成像系统中，需要利用位置灵敏的伽马辐射探测器实现成像。探测器是成像系统的主要部件，其固有空间分辨率，即：探测器对入射至其中的伽马光子的入射位置测量精度，是影响伽马辐射成像系统的关键因素。

传统的位置灵敏辐射探测器有两类。在临床使用的伽马相机和SPECT中，多采用大块连续的NaI(Tl)闪烁晶体接收伽马射线，在伽马射线入射方向的远端面耦合排列成二维阵列的多个光电倍增管。当一个伽马光子入射到NaI(Tl)闪烁晶体中时，伽马光子能量被闪烁晶体吸收，转变为大量闪烁光子从入射点发出来。闪烁光子可穿过闪烁晶体材料自身，被耦合于远端面的多个光电倍增管接收，距离伽马光子入射点较近的光电倍增管收集到较多闪烁光子，产生较强的电信号；距离较远的光电倍增管收集到较少闪烁光子，产生较弱的电信号。因此，根据光电倍增管阵列的信号强弱组合，可以确定入射点的位置。这种探测器的固有空间分辨率较低，例如伽马相机及SPECT的探测器，一般固有空间分辨率为3～4mm。

在PET中多采用阵列式的闪烁晶体，即将闪烁晶体切割为多个小条。一般在人体PET中切割为2～3mm，因此其固有空间分辨率相比连续晶体的探测器更高。为了确定伽马光子入射在闪烁晶体阵列中的那个小晶体条中，一种方法是将每个小晶体条用对闪烁光子具有全反射能力的反光材料(如：全反射膜、反光涂层材料等)完全包裹起来，并在伽马光子入射面的远端面将每根小晶体条与一个光电器件耦合(如：雪崩型光电二极管、硅光电倍增器件)，根据哪个光电器件上有信号来确定哪个闪烁晶体条内有伽马光子入射。这种方案可以达到理想的固有空间分辨率，即：与闪烁晶体条的切割尺寸相同。但是一对一耦合的方案需要大量的光电器件和后端处理电路。另一种方法是在伽马光子入射面的远端面耦合少量的光电器件，并将闪烁晶体条靠近伽马光子入射面的一部分用反光材料包裹，远离伽马光子入射面的一部分用透光材料粘接。这样，伽马光子入射产生的大量闪烁光子，在运动至远离伽马光子入射面区域时，可以透过其他小晶体条被多个光电器件收集。这样，可以采用与连续晶体探测器类似的方法，根据光电器件阵列的信号强弱组合，来确定入射点的位置。上述方案在人体PET系统中都广泛应用。

以上方案均需要在伽马光子入射方向的远端面上耦合光电器件，并不可避免地需要在光电器件背后布置电子学电路。而有的伽马辐射成像系统需要在沿伽马光子入射的方向上布置两层或两层以上的探测器。例如康普顿相机，需要沿伽马光子入射的方向上布置第一层散射层探测器，使伽马光子在其中发生康普顿散射；并在其后布置第二层吸收探测器，吸收经过康普顿散射的光子。再如PET系统中，在沿伽马光子入射方向上布置多层探测器，根据伽马光子入射到哪一层来确定作用深度(DOI)，从而减少视差效应的影响，提高成像系统的分辨率。但是，某一层探测器后端耦合的光电器件会吸收伽马光子，使在该探测器层之后的其他探测器层的探测效率降低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述问题，本公开主要目的在于提供一种精确定位伽马光子在探测单元的入射位置，以及利用伽马光子探测单元能够判别伽马光子入射方向的装置，以便解决上述问题的至少之一。

(二)技术方案

为了达到上述目的，作为本公开的一个方面，提供一种伽马光子探测单元，用于确定入射伽马光子在探测单元沉积位置，包括：