[发明专利]带有棱柱光导阵列的高分辨率深度编码PET检测器

说明书

本发明公开了一种粒子检测装置及其制造方法。该粒子检测装置包括有：包括多个闪烁体晶体的闪烁体阵列；设置在闪烁体阵列的底端的多个检测器；设置在闪烁体阵列的顶端的多个棱柱体。多个棱柱体中的棱柱体设置为重定向在闪烁体阵列的晶体的顶端之间的粒子。闪烁体阵列的第一组晶体的底端设置为将粒子引导至多个检测器的第一检测器，并且闪烁体阵列的第二组晶体的底端设置为将粒子引导至与第一检测器大体上相邻的第二检测器。

相关申请的交叉引用

本发明要求分别于2019年2月15日和2019年10月16日向美国专利商标局提出的申请号为62/806,035和62/915,676的美国临时专利申请的优先权，现通过引用将这两份临时专利申请的全部内容并入本文。

政府权利

本发明是在美国国立卫生研究院给予的EB024849号拨款的政府支持下进行的。美国政府对本发明具有一定权利。

技术领域

本发明总体上涉及辐射成像领域，尤其涉及正电子发射断层扫描(PET)。

背景技术

PET分子成像是一种强大的技术，主要用于癌症[1]和神经精神疾病[2]的诊断、治疗选择，治疗监测和研究。尽管PET具有很高的分子特异性、定量性和临床实用性，但是由于其相对较差的空间分辨率，目前约在3-6mm的量级[3,4]，PET作为分子成像的必要方法，仍然无法发挥全部潜力。因为仅具有这种程度的空间分辨率，其不可能在与疾病病因和病理生理相关的小结节以及许多人类和啮齿动物的大脑区域中测量目标密度。

深度编码PET检测器模块已经被研发，以减轻长闪烁体晶体的视差误差(响应线的错位)[5]。当使用小横截面的晶体时，可以实现这样的小直径的PET环：其能够降低每个检测器环的组件成本，提供更大的立体角覆盖范围以提高灵敏度，并减少湮灭伽玛射线的共线性对空间分辨率的贡献[4,6]。另外，相互作用深度(DOI)信息可用于对长晶体中的光子传输进行解卷积，从而提高时间分辨率[7,8]。基于双端读出的深度编码检测器实现了小于2mm的最佳连续DOI分辨率[9,10]。已经通过使用双端DOI读出检测器研发了高分辨率的PET系统，如乳腺X线摄影专用的Clear-PEM，[11]，但是与标准的单端读出PET扫描仪相比，这些系统需要的读出电子数量巨大，因此其商业化成本太高。由于在晶体读出界面上使用玻璃光导，这些检测器的一个最新研发的高分辨率变体显示出了相对较差的能量分辨率和时间分辨率，而这对于实现准确的晶体识别是必需的[12]。已经提出了可替代的单端读出检测器模块用来获得DOI信息，例如多层磷光体[13,14]，用于带有整体式闪烁体的模块的后向反射器[15]和其他定制的反射器设计[16,17]。然而，在所有这些设计中，都需要在深度编码、成本、闪烁体与读出的耦合比、晶体识别精度、能量分辨率和时间分辨率之间进行权衡。为了减少这些权衡，理想的深度编码检测器模块是设有单端读出的模块，其中晶体阵列直接耦合到硅光电倍增器(SiPM)像素，无需任何中间的玻璃光导，以最大程度地减少向下传播的整个闪烁光子在多个像素之间的共享，并保持良好的时间分辨率。此外，向上传播的光子，其对时间信息无贡献，应通过将其路径朝最近的相邻SiPM弯曲180°来将其重定向，以保持良好的能量分辨率和DOI分辨率，并模仿双端深度编码读出检测器的行为。