[实用新型]伽马光子探测单元、PET探测模块和PET系统

说明书

本申请涉及一种伽马光子探测单元、PET探测模块和PET系统，其中，该伽马光子探测单元包括：一个数字化的硅光电倍增管芯片dSiPM和闪烁晶体阵列；其中，dSiPM包括硅光电倍增管SiPM和读出电路，SiPM与读出电路电性连接；闪烁晶体阵列包括多根闪烁晶体，闪烁晶体阵列与dSiPM耦合连接。通过本申请，解决了相关技术中的γ光子探测器存在着灵敏度低的问题，提升了γ光子探测器的灵敏度。

技术领域

本申请涉及正电子发射断层成像技术领域，特别是涉及伽马光子探测单元、PET探测模块和PET系统。

背景技术

PET(Position Emission Tomography，正电子发射断层成像)探测器是一种用于探测伽马(γ)光子的设备，其成像原理如下：正电子核素衰变时发射的一个正电子与人体组织中的自由电子相互结合并湮灭，转化为两个方向相反、能量各为511KeV的γ光子。如果角度合适，这两个γ光子都会打到PET探测器的晶体上产生可见光信号，经过光电器件将光信号转换为电信号，经过放大、模数转换、能量和时间甄别后进行符合判断。

近年来，SiPM(Silicon Photomultiplier，硅光电倍增管)凭借其增益高、磁场兼容性好、易于数字化、体积小等特点，已逐渐成为PET探测器设计应用的一个主导趋势。而基于SiPM的PET探测器由于信号通道数量巨大，读出电路需要采用ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)。其中，Philips公司更是将SiPM与读出电路集成在一块芯片上，推出完全数字化的SiPM芯片((Digital Photon Counting SiPM)，简称DPC，并应用于其PET/CT(Computed Tomography，计算机断层扫描)产品。

这其中，PET探测器读出电路用于将可见光信号经光电转换器转化为电信号，并进行放大、模数转换或者时间数字转换。值得注意的是，由于穿过闪烁晶体达到光电转换器件的光子数量非常少，可能只有几百到上千个，所以最初的电信号非常微弱，可能只有几十到几百毫伏，极易受到噪声影响。因此，缩短前端模拟链路对于保证信号质量，进而提高系统性能尤为重要。

目前，主流厂商的基于SiPM的PET探测器前端读出架构设计，一般有三种。

第一种是使用SiPM或SiPM阵列板与Block(块状)结构的闪烁晶体耦合，然后配合分离器件组成多通道读出电路。由于从SiPM到读出电路部分，仍然有一段模拟链路，可能会引入信号噪声，从而给系统性能带来不利影响，尤其是分离器件电路，模拟链路更长，引入噪声的可能性更大。图1是根据相关技术的一种PET探测器读出架构设计一的示意图，如图1所示，这是目前比较常用的一种PET探测器读出架构设计，其中，ReadOut代表读出电路，Analog Signal代表模拟信号，Crystal代表闪烁晶体，Crystal A、Crystal B以及CrystalC分别代表3根闪烁晶体。该种架构使用基于SiPM的光电转换器阵列与晶体阵列进行耦合，进行可见光信号的采集，然后配合前端读出电路进行模拟信号向数字信号的转换。这种读出架构设计，由于模拟信号传输路径的存在，仍然会受到电子学噪声的影响。

第二种是使用ASIC替代分离器件电路板，以缩短前端模拟链路长度，从而尽可能降低链路噪声、提高通道数量，以达到提升系统性能的目的。

第三种即Philips公司推出的DPC方案，将SiPM与读出电路高度集成化后，再与闪烁晶体阵列进行耦合，对可见光信号进行数字化处理。

将SiPM与ASIC集成在一起，的确可以有效缩短模拟链路。但是目前Philips公司采用的DPC与晶体一对一耦合的结构，在系统灵敏度方面会有一定的劣势，原因如下：