用于具有反射插入件的闪烁体的系统和方法

文档序号:134033 发布日期:2021-10-22 浏览:24次 >En<

阅读说明:本技术 用于具有反射插入件的闪烁体的系统和方法 (Systems and methods for scintillators with reflective inserts ) 是由 金昌良 G·麦克布鲁姆 于 2021-04-01 设计创作,主要内容包括:本发明题为“用于具有反射插入件的闪烁体的系统和方法”。一种闪烁体晶体组件(185)包括晶体阵列(160)和开口反射插入件(190)。该晶体阵列(160)被配置为接收由待成像对象发射的射线并响应于所接收的射线而发射光能。该晶体阵列(160)包括布置成排的多个晶体。每个晶体(162)包括:被配置为接收由该待成像对象发射的射线的接收表面(122),被配置为响应于所接收的射线而发射光能的发射表面(124),以及从该发射表面(124)延伸的多个侧面,该多个侧面与该晶体阵列(160)中的相邻晶体的侧面对准。该开口反射插入件(190)设置在该晶体阵列(160)的相邻排之间,且包括至少一个反射部分和至少一个开口。该至少一个反射部分限定区域,且该至少一个开口定位在该区域内。(The invention provides a system and method for a scintillator with a reflective insert. A scintillator crystal assembly (185) includes a crystal array (160) and an open reflective insert (190). The crystal array (160) is configured to receive radiation emitted by an object to be imaged and to emit optical energy in response to the received radiation. The crystal array (160) includes a plurality of crystals arranged in rows. Each crystal (162) comprises: a receiving surface (122) configured to receive radiation emitted by the object to be imaged, an emitting surface (124) configured to emit optical energy in response to the received radiation, and a plurality of sides extending from the emitting surface (124), the plurality of sides aligned with sides of adjacent crystals in the array of crystals (160). The open reflective insert (190) is disposed between adjacent rows of the crystal array (160) and includes at least one reflective portion and at least one opening. The at least one reflective portion defines an area, and the at least one opening is positioned within the area.)

用于具有反射插入件的闪烁体的系统和方法

背景技术

本文所公开的主题大体涉及成像系统和技术,并且更具体地涉及用于闪烁体中的晶体。

在某些类型的成像设备诸如正电子发射断层显像(PET)扫描仪中,使用检测器元件阵列来检测从患者发出的辐射。例如,在PET扫描仪中,可使用闪烁体晶体阵列来检测在患者体内生成的湮没光子。当从注射到患者体内的放射性药物发射的正电子与导致湮没事件的电子碰撞时,产生湮没光子。闪烁体晶体接收湮没光子并且响应于湮没光子而生成光子,其中光子发射到光传感器,该光传感器被配置为将来自光子的光能转换为电能,该电能用于重建图像。

PET检测器的空间分辨率受到晶体大小的强烈影响。一般来讲,就标识受伽马射线冲击的每个晶体并且将受冲击的晶体与其相邻晶体分离而言,晶体大小越小,所实现的空间分辨率就越好。改进的空间分辨率可提供标识PET中的更小病变并导致对肿瘤的早期检测的能力。然而,标识受影响晶体的能力不仅取决于晶体大小,而且取决于若干其他因素,例如,来自晶体的光输出、晶体和光传感器之间的光共享方案、光传感器的布局、光传感器的大小、光导设计(如果存在光导)、读出电子方案以及电子噪声。

发明内容

根据各种实施方案,提供了一种闪烁体晶体组件,该闪烁体晶体组件包括晶体阵列和开口反射插入件。晶体阵列被配置为接收由待成像对象发射的射线并且响应于所接收的射线而发射光能。晶体阵列包括布置成排的多个晶体。每个晶体包括:被配置为接收由待成像对象发射的射线的接收表面,被配置为响应于所接收的射线而发射光能的发射表面,以及从发射表面延伸的多个侧面,该多个侧面与晶体阵列中的相邻晶体的侧面对准。开口反射插入件设置在晶体阵列的相邻排之间,并且包括至少一个反射部分和至少一个开口。至少一个反射部分限定区域,并且至少一个开口定位在该区域内。

根据各种实施方案,提供了一种用于对对象进行成像的检测器系统,该检测器系统包括闪烁体块、开口反射插入件和光传感器。闪烁体块被配置为接收来自待成像对象的射线并且响应于所接收的射线而发射光能。闪烁体块包括闪烁体晶体阵列,该闪烁体晶体阵列被配置为接收由对象发射的射线并且响应于所接收的射线而发射光能。闪烁体晶体阵列包括多个晶体,每个晶体包括:被配置为接收由待成像对象发射的射线的接收表面,被配置为响应于所接收的射线而发射光能的发射表面,以及从发射表面延伸的多个侧面,其中这些侧面与晶体阵列中的相邻晶体的侧面对准。开口反射插入件设置在晶体阵列的相邻排之间,并且包括至少一个反射部分和至少一个开口。至少一个反射部分限定区域,其中至少一个开口定位在该区域内。光传感器被配置为接收从闪烁体晶体阵列发射的光能。

根据各种实施方案,提供了一种用于提供用于对对象进行成像的闪烁体的方法。该方法包括:提供开口反射插入件,该开口反射插入件包括至少一个反射部分和至少一个开口。至少一个反射部分限定区域,并且至少一个开口定位在该区域内。该方法还包括:将开口反射插入件组装在具有多个晶体的晶体阵列内以形成闪烁体晶体组件。开口反射插入件设置在阵列的相邻排的晶体之间。

附图说明

图1是根据各种实施方案的成像系统的示意图。

图2A提供了使用反射条的晶体块的示意图。

图2B提供了根据各种实施方案的示例性开口反射插入件的示意图。

图3提供了根据各种实施方案的包括间隔开的柱的示例性开口反射插入件的前视图。

图4A提供了图3的示例性开口反射插入件的顶视图。

图4B提供了图3的示例性开口反射插入件的透视图。

图5提供了根据各种实施方案的包括不同地配置的开口反射插入件的示例性闪烁体晶体组件的透视图。

图6是根据各种实施方案的用于形成检测器的方法的流程图。

图7例示了根据各种实施方案的成像系统。

图8是图7的成像系统的示意图。

具体实施方式

当结合附图阅读时,将更好地理解某些实施方案的以下具体实施方式。就附图示出各种实施方案的功能块的图的范围而言,这些功能块不一定表示硬件电路之间的划分。因此,例如,一个或多个功能块(例如,处理器或存储器)可在单件硬件(例如,通用信号处理器或随机存取存储器、硬盘等)或多件硬件中实现。类似地,程序可以是独立程序,可以作为子例程包含在操作系统中,可以是安装的软件包中的功能等。应当理解,各种实施方案不限于附图中所示的布置和工具。

如本文所用,术语“系统”、“单元”和“模块”包括操作以执行一个或多个功能的硬件和/或软件系统。例如,系统、单元或模块可包括电子电路,该电子电路包括和/或耦接到一个或多个计算机处理器、控制器或基于存储在有形且非暂态计算机可读存储介质(诸如计算机存储器)上的指令来执行操作的其他基于逻辑的设备。另选地或除此之外,系统、单元或模块可包括基于设备的硬连线逻辑来执行操作的硬连线设备。附图中示出的各种系统、单元或模块可表示基于软件或硬连线指令操作的硬件、指导硬件执行操作的软件、或它们的组合。“系统”、“单元”或“模块”可以包括或表示执行本文描述的一个或多个操作的硬件和相关指令(例如,存储在有形和非暂态计算机可读存储介质上(诸如计算机硬盘驱动器、ROM、RAM等)的软件)。硬件可包括电子电路,其包括和/或连接到一个或多个基于逻辑的设备,诸如微处理器、处理器、控制器等。这些设备可以是被适当编程或指示以根据本文描述的指令来执行本文描述的操作的现成设备。除此之外或另选地,这些设备中的一个或多个可以与逻辑电路硬连线以执行这些操作。此外,“系统”、“单元”或“模块”可被配置为执行一种或多种算法以执行本文描述的功能或操作。一种或多种算法可包括本文所公开的实施方案的各方面,无论是否在流程图中或作为方法的步骤明确地标识。

如本文所用,以单数形式叙述且以词语“一”或“一个”开头的元件或步骤应被理解为不排除多个所述元件或步骤,除非明确地说明此类排除。此外,对“一个实施方案”的引用并非旨在被解释为排除也包含所叙述的特征的其他实施方案的存在。此外,除非明确地相反说明,否则“包括”或“具有”具有特定性质的元件或多个元件的实施方案可包括不具有该性质的其他此类元件。

而且如本文所用,短语“图像”或类似术语并非旨在排除生成表示图像的数据而非可视图像的实施方案。因此,如本文所用,术语“图像”广义地是指可视图像和表示可视图像的数据两者。然而,某些实施方案生成(或被配置为生成)至少一个可视图像。

各种实施方案提供了用于成像系统的闪烁体(包括开口反射插入件)的晶体阵列。例如,一些实施方案提供具有带门或围栏配置的反射插入件,这些反射插入件具有与阵列的晶体对准的间隔开的柱。各种实施方案允许减少复杂检测器中的零件数量,从而简化组装并且降低组装成本。各种实施方案使用可变柱宽度来提供改进的间距以改进检测器的分光图(floodmap)中的分离峰。各种实施方案有助于仅使用最少量或必要量的反射材料,从而减少光的吸收。

可注意到,对于给定的闪烁体、光传感器布局和电子读出方案,晶体的可实现的最小大小受到晶体之间的光共享限制,光共享可由晶体表面光洁度、晶体之间的光学胶和晶体之间的光反射体插入件控制。随着晶体大小变小,光共享方案可变得更复杂。例如,美国专利第9,864,073号(Systems and Methods for Controlling Optical CouplingBetween Scintillator Crystals)讨论了使用具有各种形状的光学粘合剂膜来控制晶体之间的光共享。作为另一个示例,美国专利第9,279,892号,“Systems and Methods forScintillators Having Polished and Roughened Surfaces”讨论了使用粗糙表面来增强PET检测器的时序分辨率。虽然光学粘合剂膜和表面粗糙度两者都增加了光共享,但抛光表面和反射膜可用于减少光共享。

分光图中良好分离的晶体位置是PET检测器所期望的。在没有良好晶体标识的情况下,可能无法实现晶体大小所赋予的潜在空间分辨率。取决于所需的表面光洁度的变化,晶体块的设计可从不同的晶体表面开始,这可能相对简单。例如,抛光表面可像反射体一样起作用,并且粗糙表面可作用来散射光。然而,当晶体大小变小时,除了不同的晶体表面光洁度之外,光学粘合剂和/或反射膜也可能是必需的,并且可能存在不良的柔性和/或组装困难。各种实施方案提供了相对于多个小反射膜的处理简化检测器组装的新型系统和/或方法。

至少一些实施方案的技术效果提供改进的检测器性能。例如,至少一些实施方案的技术效果包括对晶体之间共享的光和/或闪烁体晶体阵列的光输出的改进的控制。在各种实施方案中,对共享光的改进的控制在分光图中提供改进的晶体分离,这改进响应线的质量,并且因此能够实现晶体大小所允许的空间分辨率的改进。作为另一个示例,至少一些实施方案的技术效果提供闪烁体晶体阵列的改进的时序分辨率。

图1提供了根据各种实施方案的成像系统100的示意图。成像系统100包括检测器110和处理单元150。检测器110包括闪烁体块120和光传感器130。在例示的实施方案中,闪烁体块120和光传感器130形成正电子发射断层显像(PET)检测器。然而,在其他实施方案中,闪烁体块120和光传感器130除此之外或另选地可与一种或多种其他成像模态(诸如例如,计算机断层摄影(CT))一起使用。可注意到,尽管图1的一个或多个各种部件或单元被描绘为物理上分离的单元或部件,但是在各种实施方案中,它们可被配置为多于一个部件或单元和/或与另一个部件或单元组合。例如,光传感器130与处理单元150的一个或多个方面可被配置为单个单元。

一般来讲,在例示的实施方案中,成像系统100可用于提供对象108的图像(例如,PET图像)。对象108例如可以是人类或动物患者的一部分。在例示的实施方案中,对象108由于引入放射性药物而发射湮没光子104。湮没光子104由检测器110感测到并用于重建图像。所发射的射线可以是通过原子核中的跃迁产生的伽马射线。

所描绘的闪烁体块120响应于湮没光子104冲击在闪烁体上而产生可见光子106。来自闪烁体块120的可见光子106撞击光传感器130。光传感器130被配置为响应于来自闪烁体的可见光子106入射在光传感器130的光接收表面134上而产生电荷。响应于光的接收而生成的电荷可(例如,通过处理单元150)测量,并且用于确定入射在光传感器130的给定部分(诸如一个或多个像素)上的光的量。撞击光传感器130的各个部分的光的量可用于标识在闪烁体块120中发生相互作用的湮没光子的位置。撞击光传感器130的光的总量可用于确定湮没光子的能量。

闪烁体块120被配置为接收由对象108发射的湮没光子104,并且响应于接收到湮没光子104而发射可见光子106。可注意到,对于撞击闪烁体块120的每个湮没光子,可产生大量的可见光子。还可注意到,在图1的示意图中,闪烁体块120被示出为与光传感器130相距一定距离;然而,闪烁体块120和光传感器130在各种实施方案中可接合。此外,在一些实施方案中,可提供光导。光导可被配置为闪烁体块120(例如,闪烁体块120的晶体)和光传感器130之间的透明界面,例如其中闪烁体块120和光传感器130的表面积不同。在例示的实施方案中,闪烁体块120包括接收表面122和发射表面124。在例示的示例中,接收表面122朝向对象108定向,并且发射表面124朝向光传感器130定向,使得接收表面122和发射表面124彼此相背地定位。在其他实施方案中,接收表面122和发射表面124可相对于彼此不同地定向。一般来讲,在各种实施方案中,射线(例如,湮没光子)撞击接收表面122,并且进入闪烁体块120。在闪烁体块120中行进一定距离之后,湮没光子与闪烁体120相互作用,从而产生大量的可见光子。这些可见光子106中的一部分从发射表面124的对应部分发射到光传感器130。可注意到,如下面同样所讨论,在各种另选的实施方案中,闪烁体块120的发射表面和接收表面可以不同的方向定向(例如,在一些实施方案中,发射表面和接收表面两者可朝向被成像的对象向上定向)。

光传感器130被配置为接收来自闪烁体块120的可见光子106,并且将所接收可见光子转换为电荷。光能可由光传感器130的接收能量的特定部分(例如,像素)转换和收集,并且所收集电荷用于提供由检测器基于每个像素接收的射线的量度。

在图1的顶部中心可见闪烁体块120的顶视图。所描绘的闪烁体包括单独晶体162的阵列160。闪烁体块120包括反射体构件169。反射体构件169覆盖阵列160的除发射表面124之外的所有表面,并且被配置为将从阵列160的侧面引导的由晶体162生成的光反射回阵列160中。因此,可防止从阵列160生成的光从阵列160的侧面逸出,从而增加从发射表面124朝向光传感器130发射的通过闪烁事件产生的光的比例。在例示的实施方案中,为了便于说明,闪烁体块120被示出为具有单个阵列160;然而,可注意到,多个阵列160可组装在一起以形成闪烁体块120(其中每个阵列160由设置在阵列160的侧面周围的对应反射体构件169围绕),例如以形成闪烁体块120的面板。所描绘的晶体162的阵列160布置成竖排166(如图1中所见竖直地布置)和横排168(如图1中所见水平地布置)。在各种实施方案中,可采用不同数量的竖排和/或横排,或者可采用晶体的不同布置。

如在图1的右手侧上的单独晶体162的透视图中所见,所描绘的单独晶体162包括上表面163和下表面164。上表面163和下表面164彼此相背地设置并且由侧面隔开。在例示的实施方案中,上表面163被配置为形成闪烁体块120的接收表面122的一部分,并且下表面164被配置为形成闪烁体块120的发射表面124的一部分。因此,在例示的实施方案中,上表面163被配置为接收表面,并且下表面164被配置为发射表面。可注意到,在另选的实施方案中可利用其他布置。例如,单个表面(例如,上表面163)可被配置为接收表面和发射表面两者。作为另一个示例,在上表面和下表面之间延伸的一个或多个侧面可被配置为接收表面和/或发射表面。还应当注意,本文中对“上”表面和“下”表面的使用是为了清楚和便于描述和说明由侧面隔开的相背表面而使用的,并且并不旨在暗示任何特定的取向要求。例如,可旋转或以其他方式定位特定晶体或阵列,使得“上”表面向下指向或指向侧面。

晶体162被配置为响应于由晶体162接收的射线(例如,湮没光子)而闪烁或产生光能。在例示的实施方案中,晶体162具有在上表面163和下表面164之间延伸的四个侧面,从而限定大体矩形的横截面。晶体162包括第一侧面170、第二侧面172、第三侧面174(第三侧面174设置为与第一侧面170相背)和第四侧面176(第四侧面176设置为与第二侧面172相背)。作为一个示例,晶体162可由硅酸钇镥(LYSO)制成,或者作为另一个示例,可由锗酸铋(BGO;Bi4Ge3O12)制成。

在各种实施方案中,侧面170、172、174、176中的至少一者包括粗糙侧表面,并且至少一个其他侧面包括平滑或抛光侧表面。因此,在各种实施方案中,闪烁体晶体阵列中的晶体的一个侧面具有与晶体的不同侧面不同的表面光洁度,其中一个表面光洁度相对较粗糙,并且另一个表面光洁度相对较平滑。关于抛光表面和粗糙表面的使用的其他讨论和细节可见于2016年3月8日公布的美国专利第9,279,892号,“Systems and Methods forScintillators Having Polished and Roughened Surfaces”中,其全部内容以引用方式并入本文。

在例示的实施方案中,第一侧面170包括粗糙侧表面180,并且第二侧面172包括抛光侧表面184。在图1中,粗糙侧表面180被描绘为仅覆盖第一侧面170的一部分。例如,粗糙侧表面180可覆盖第一侧面170的约一半。在其他实施方案中,粗糙侧表面180可覆盖第一侧面170的更大或更小比例。例如,在一些实施方案中,粗糙侧表面180可覆盖基本上整个第一侧面170。如本文所用,在一些实施方案中,如果表面光洁度覆盖侧面的95%或更多,则表面光洁度可被理解为基本上覆盖整个侧面。在例示的实施方案中,第二侧面172的基本上整个表面是抛光的,并且由抛光侧表面184覆盖。除此之外或另选地,第三侧面174和第四侧面176可以是抛光的(图1中未示出)。可注意到,在其他实施方案中,可利用其他横截面,诸如除矩形或三角形之外的多边形。

如美国专利第9,279,892号中所讨论,粗糙表面可用于通过朗伯反射减少捕获的闪烁光,并且因此可用于增强光传感器中的光收集。增强的光收集改进能量和时序分辨率两者。抛光表面和粗糙表面还可用于实现示出晶体之间的良好分离的分光图。粗糙表面向相邻晶体传播相对较多的光,而抛光表面则传播相对较少的光。粗糙表面180的量可调整以实现适当的光共享。可注意到,在一些应用中,抛光表面或粗糙表面可能无法单独证实期望的光共享控制量。作为另一个示例,美国专利第9,864,073号讨论了使用光学粘合剂增强光共享以超过可通过粗糙表面实现的极限。进一步可注意到,为了将光共享降低到低于可通过抛光表面实现的极限,可使用光学反射膜。

根据晶体之间的反射膜的大小,可控制光共享的量。图2A示出放置在晶体表面上的三种不同宽度的ESR反射膜条(宽条201、中等条202和窄条203)。所描绘的ESR条被示出为从晶体的顶部到底部具有相同的宽度,以提供与伽马射线冲击位置的位置无关的均匀光共享。一般来讲,ESR条越宽,与相邻晶体的光共享越少。如果ESR条的宽度与晶体的宽度相同,则不存在光共享。如果ESR膜的宽度过窄,则膜可能难以准确地定位或放置。开口反射插入件(例如,本文所讨论的开口反射插入件190)可用于增加刚度,并且因此改进组装期间的晶体堆叠和条处理两者。

此类条可提供对光共享的控制;然而,如果这些反射膜条中的许多反射膜条对于块组装是必要的,则组装可变得复杂且昂贵,因为要在试图保持良好对准的同时将每个片单独地附接到每个晶体。在各种实施方案中,ESR部分利用一个或多个横杆附接(参见例如图3以及图4A和图4B),从而减少片的数量,并且反射部分可插入晶体的排和列之间以简化组装。横杆的数量可为以是一个、或两个、或更多个,这取决于所期望的刚度。可注意到,此类横杆的足够小的宽度对光共享的量可不具有显著的影响。在各种实施方案中,横杆的位置可以是在晶体块的顶部和/或底部,或作为另一个示例,可以是在中间。在各种实施方案中,横杆的位置被选择为使得各种反射部分彼此不干涉以形成用于晶体的疏松蛋格格栅。

此外,在例示的实施方案中,成像系统100(例如,检测器110)包括开口反射插入件190。开口反射插入件190连同晶体阵列160和/或闪烁体块120可被理解为形成或限定闪烁体晶体组件185。一般来讲,开口反射插入件190用于控制在晶体阵列160的相邻晶体162之间传递的光的量。

一般来讲,开口反射插入件190设置在晶体阵列160的相邻排之间。例如,在图1中所描绘的示例中,开口反射插入件190设置在一对相邻竖排166之间。作为另一个示例,开口反射插入件190可设置在一对相邻横排168之间。此外,在各种实施方案中可利用多于一个开口反射插入件190(例如,设置在相邻竖排166的对应对之间的两个或更多个开口反射插入件190和/或设置在相邻横排168的对应对之间的两个或更多个开口反射插入件190)。此外,可注意到,在各种实施方案中,可使用多个相同的开口反射插入件190和/或可使用多个不同地配置的开口反射插入件190。

图2提供了示例性开口反射插入件190的示意图。一般来讲,可结合成像系统100使用的开口反射插入件190包括至少一个反射部分和至少一个开口。如本文所用,反射部分是开口反射插入件190的在相邻晶体之间反射至少一些光(例如,以将光重新引导回到源晶体中,否则光将从该源晶体透射到相邻晶体)的部分,并且如本文所用,开口不抑制相邻晶体之间的光传递。可注意到,在各种实施方案中,开口反射插入件190是整体的。例如,在各种实施方案中,反射部分可由增强型镜面反射体(ESR)膜制成,其中开口由膜内的已(例如,通过冲切工艺)移除材料的开口空间限定。

图2的示例性开口反射插入件190包括反射部分192和至少一个开口194。反射部分192限定区域196,其中至少一个开口194定位在该区域内。例如,示例性开口反射插入件190限定矩形区域196,其中在区域196内移除反射材料的一部分以形成开口194。图2中所描绘的开口反射插入件190具有超过单独晶体162的高度的高度198和超过单独晶体的长度的长度199。因此,开口反射插入件190的反射部分192覆盖多于一个晶体162的部分。此类开口反射插入件的使用改进反射部分和开口相对于晶体阵列的对准,提供了组装的一致性,并且相对于使用单独的完全实心的反射材料条或片提供了简化的组装。在各种实施方案中,开口反射插入件的第一侧面191和第二侧面193两者具有反射部分。(参见图1。)

在各种实施方案中,开口反射插入件190可具有多个开口,诸如在带门或围栏布置中。图3提供了包括间隔开的柱的示例性开口反射插入件190的前视图,并且图4提供了图3的示例性开口反射插入件190的顶视图。一般来讲,图3所描绘的开口反射插入件190包括沿着侧向尺寸312(例如,长度或宽度)延伸的间隔开的柱310。每个柱310被配置为与对应晶体162的侧面对准(参见例如图4),并且被配置为控制在对应晶体和与对应晶体相邻的晶体之间共享的光。(为了清楚和便于说明,在图4中仅在开口反射插入件190的一个侧面上示出晶体。)图3的示例性开口反射插入件190包括2个横杆320,这些横杆彼此间隔开并接合柱,并且跨晶体阵列160侧向延伸。在另选的实施方案中,可使用其他数量的横杆。可选择横杆的数量、大小和位置,例如以有利于组装。可注意到,相对小或窄的横杆对光共享的量可不具有显著的影响。在各种实施方案中使用诸如图3的示例性开口反射插入件的带门或围栏布置相对于将插入件相对于晶体单独地放置而言提供了改进的组装和对准容易性。此类配置有助于减少零件的数量并简化组装过程。

对于图3的示例性开口反射插入件190,柱310和横杆320限定反射部分,并且柱310和横杆320之间的开口330限定开口。如图3中所见,柱310和横杆320两者具有矩形形状。在其他实施方案中可使用其他形状。图3的开口反射插入件190可例如通过冲切反射膜诸如ESR膜来形成。在一些实施方案中,可选择柱310和横杆320的宽度或其他尺寸以提供所期望量的反射率。在其他实施方案中,可选择柱310的宽度或其他尺寸以提供所期望量的反射率,并且可选择横杆320的宽度或其他尺寸以提供足以有利于组装包括开口反射插入件190的晶体组件同时最小化对光透射或反射的影响的刚度。

如以上所讨论,晶体162可具有粗糙侧面和抛光侧面。在各种示例中,柱310(和/或横杆320和/或其他反射部分)设置在晶体162的抛光侧面340之间。(参见图1和图4。)在各种实施方案中结合抛光侧面使用反射表面提供对反射回晶体中的光的量和透射到相邻晶体的光的量的改进的控制。

图3的示例性开口反射插入件190包括具有不同宽度的柱。如图3中所见,示例性开口反射插入件190包括具有第一宽度314的第一组柱310a和具有不同于第一宽度314的第二宽度316的第二柱310b。在例示的示例中,第二宽度316小于第一宽度314。可注意到,第二柱310b可以是一组这样的第二柱310b的一部分。(参见例如图5。)此外,在各种实施方案中,柱310中的至少一些柱具有小于晶体162的晶体宽度318(参见图4)的柱宽度314、316。在一些实施方案中,第一宽度314和第二宽度316两者都小于晶体宽度318。此外,横杆320可具有小于晶体宽度318的横杆宽度322。在各种实施方案中,使用小于晶体宽度的反射部分宽度可改进组装的容易性和/或提供晶体之间增强的光透射。柱和/或横杆的宽度的变化在控制晶体阵列的不同部分的反射光的量和透射光的量方面提供另外的灵活性。

如图3和图4所见,横杆320包括位于横杆320的任一侧上(例如,位于横杆320的侧向边缘324、326处)的端部突片350。端部突片350被配置为与晶体阵列160的外部边缘327协作,以使开口反射插入件190与晶体阵列160对准。此外,在各种实施方案中使用端部接片350减少或消除了使用胶将反射插入件固定在适当位置的需要。在各种实施方案中,端部突片350提供晶体和反射部分之间的自对准,从而允许将每个反射部分放置在每个晶体的中间附近。

在各种实施方案中可组合使用不同地配置的开口反射插入件190。例如,在闪烁体块的不同部分中可能期望不同量的光透射或反射。图5提供了包括不同地配置的开口反射插入件190的示例性闪烁体晶体组件185的透视图。

图5的示例性闪烁体晶体组件185包括开口反射插入件190a、开口反射插入件190b和开口反射插入件190c。在各种实施方案中,开口反射插入件190a、190b、190c可以是大体类似的和/或包含结合图3和图4所讨论的开口反射插入件190的各方面。在图5的例示性示例中,反射插入件190a、190b、190c中的每一者都具有与晶体阵列160的高度相对应的高度(在例示的示例中为29毫米)。反射插入件190a被配置为设置在晶体阵列160的对应的相邻横排168之间,并且反射插入件190b、190c被配置为设置在晶体阵列160的相应的对应的相邻竖排166之间。反射插入件190a的单个横杆低于反射插入件190b、190c的最低横杆,使得可通过以下方式组装闪烁体晶体组件185:首先将反射插入件190a从闪烁体晶体组件185的顶部放置在适当位置,然后将反射插入件190b、190c从闪烁体晶体组件185的顶部放置在适当位置。

所描绘的开口反射插入件190a具有均匀地间隔开并通过单个横杆接合的具有均匀宽度(在例示的示例中为1.5毫米)的柱。所描绘的开口反射插入件190b具有均匀地间隔开并通过两个横杆接合的具有不同宽度(在例示的示例中为2.5毫米和1毫米)的另选的柱。所描绘的开口反射插入件190c具有均匀地间隔开并通过单个横杆接合的具有均匀宽度(在例示的示例中为2毫米)的柱。以举例的方式示出特定配置。应当注意,在另选的实施方案中,可使用其他布置和/或大小。可基于特定应用的特定要求或目标来选择单独开口反射插入件的特定配置以及开口反射插入件的组合,例如以改进用于特定应用的分光图中的峰的分离,从而提供改进的性能。

返回图1,所描绘的处理单元150被配置为从多个检测器110接收信息(例如,信号),并且被配置为使用信息来重建图像。例如,处理单元150可被配置为使用针对光传感器130的每个像素记录的信号来重建图像。

一般来讲,在各种实施方案中,处理单元150(和/或处理单元150的任何子单元或模块)可被理解为处理电路单元,并且可包括存储器以及处理电路,诸如一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、集成电路(IC)或微处理器。

在例示的实施方案中,处理模块150被配置为读取和记录在暴露于由闪烁体块120提供的光之后在光传感器130的每个像素中测量的信号。例如,每个像素可被配置为提供表示冲击该特定像素的能量的量的输出电压。针对每个像素记录的信号可用于重建图像。

图6提供了根据各种实施方案的用于形成检测器的方法600的流程图。检测器例如可被配置用于与PET成像系统一起使用。在其他实施方案中,除此之外或另选地,检测器可被配置用于一种或多种其他成像模态。方法600例如可采用、包括本文所讨论的各种实施方案的结构或方面,或者与本文所讨论的各种实施方案的结构或方面相关。在各种实施方案中,可以省略或添加某些步骤,可以组合某些步骤,可以同时执行某些步骤,可以并行地执行某些步骤,可以将某些步骤分为多个步骤,可能以不同的顺序执行某些步骤,或者可能以迭代方式重新执行某些步骤或一系列步骤。

在602处,提供开口反射插入件(例如,开口反射插入件190)。如本文所讨论,开口反射插入件包括至少一个反射部分和至少一个开口。反射部分限定区域,其中至少一个开口定位在该区域内。在例示的示例中,在604处,从反射膜冲切出开口反射插入件。可注意到,在各种实施方案中可提供多个开口反射插入件。

在606处,将开口反射插入件组装在多个晶体(例如,晶体162)的晶体阵列内以形成闪烁体晶体组件(例如,闪烁体晶体组件185,其继而可用于组装成像系统100)。开口反射插入件设置在阵列的相邻排的晶体之间。在一些实施方案中,开口反射插入件设置在相邻晶体的抛光侧面之间。同样,可注意到,在各种实施方案中可利用多于一个反射插入件。(参见例如图5和相关讨论。)

在一些实施方案中,开口反射插入件包括如本文所讨论的间隔开的柱和至少一个横杆。(参见例如图3和图4和相关讨论。)在例示的示例中,在608处,将开口反射插入件的每个柱与对应晶体的侧面对准,以控制在对应晶体和与对应晶体相邻的晶体之间共享的光。在例示的实施方案的610处,将开口反射插入件的柱定位在晶体的抛光侧面之间(即,紧邻抛光侧面)。

如本文同样所讨论,在各种实施方案中,开口反射插入件的一个或多个横杆包括在横杆的任一侧上的端部突片。在例示的示例中,在612处,定位端部突片以使其与晶体阵列的外部边缘协作,以使开口反射插入件与晶体阵列对准,并且帮助将开口反射插入件在所期望位置和/或取向中固定在适当位置。

图7和图8例示了可与本文描述的各种实施方案一起采用的PET成像系统。在其他实施方案中,如本文所讨论的晶体阵列可以与其他成像系统(例如,被配置用于一种或多种附加或替代模态的成像系统)一起使用。图7例示了PET扫描系统1,其包括机架10,该机架围绕中心开口或孔12支撑检测器环组件11。在例示的实施方案中,检测器环组件11大体是圆形的并且由多个检测器110环组成,这些检测器环沿中心轴线2间隔开以形成圆柱形检测器环组件。在各种实施方案中,检测器环组件11可以包括沿中心轴线2间隔开的5个检测器环。患者台13定位在机架10的前面并且与检测器环组件11的中心轴线2对准。患者台控制器(未示出)响应于通过通信链路16从操作员工作站15接收的命令将台床14移动到孔12中。机架控制器17安装在机架10内,并响应于通过第二通信链路18从操作员工作站15接收的命令来操作机架。

如图8所示,操作员工作站15包括中央处理单元(CPU)50、显示器51和键盘52。操作员可以使用键盘来控制PET扫描仪的校准、PET扫描仪的配置、以及患者台的定位以进行扫描。而且,操作员可以使用由工作站CPU 50执行的程序来控制所得图像在显示器51上的显示和/或执行图像增强功能。

如图8所示,一组采集电路25安装在机架10内以接收来自检测器块20的四个信号。采集电路25使用相对信号强度来确定检测器晶体阵列内的事件坐标。结果被数字化并通过电缆26发送到容纳在单独的机柜28中的事件定位器电路27。每个采集电路25还生成指示发生闪烁事件的确切时刻的事件检测脉冲。

事件定位器电路27形成数据采集处理器30的一部分,该数据采集处理器周期性地对由采集电路25产生的信号进行采样。数据采集处理器30具有采集CPT 29,其控制局域网18和总线31上的通信。事件定位器电路27将关于每个有效事件的信息组合成一组数字值,其指示事件发生的时间和检测到事件的检测器晶体21的标识。例如,事件定位器电路27可以使用检测器位置映射图将一对坐标映射到已检测事件的检测器21。

事件数据分组被传输到重合检测器32,该重合检测器也是数据采集处理器30的一部分。重合检测器32接受来自事件定位器电路27的事件数据分组,并确定它们中的任何两个是否重合。重合由多个因素确定。例如,每个事件数据分组中的时间标记可能被要求在彼此的指定时间段内,例如6纳秒。作为另一个示例,由两个事件数据分组指示的位置可能被要求位于穿过扫描器孔12的视场(FOV)的直线上。丢弃不能配对的事件,但是定位重合事件对并将其记录为通过串行链路33传输到分类器34的重合数据分组。重合数据分组的格式可以是例如三十二位数据流,其除其他项外包括一对数字值,该对数字值精确地标识检测到事件的两个检测器晶体21的位置。

可包括CPU并形成图像重建处理器40的一部分的分类器34从重合检测器32接收重合数据分组。分类器34的功能是接收重合数据分组并且为重合数据的存储分配正弦图(sinogram)存储器。指向相同方向(θ)并且穿过扫描仪视场的这组所有投影射线是完整的投影或“视图”,其形成一组正弦图。特定投影射线和视场中心之间的距离(R)将该投影射线定位在视图内。如图8所示,例如,事件50'沿着投影射线51'发生,该投影射线以投影角度θ和距离R位于视图中。分类器34通过以下方式对在扫描期间在此投影射线(R,θ)上发生的所有事件进行计数分:选出指示位于投影射线上的检测器晶体21处的事件的重合数据分组。在发射扫描期间,重合计数在存储器43中被组织成例如一组二维阵列,每个轴向图像一个二维阵列,并且每个二维阵列具有投影角度θ作为其尺寸之一并且具有距离R作为另一尺寸。测量事件的此θ×R标测图可称为正弦图阵列48。分类器34还可将重合事件组织成其他数据格式。例如,在投影平面格式中,可使用其他变量来限定由非相邻检测器环中的成对检测器晶体21检测到的重合事件。

重合事件随机发生,并且分类器34确定来自每个重合数据分组中的两个晶体地址的θ值和R值,并且使对应正弦图阵列元素的计数递增。在发射扫描完成时,正弦图阵列48存储沿每条射线发生的湮没事件的总数。阵列处理器45根据正弦图阵列48中的数据重建图像。然而,首先,可对所采集的数据进行多次校正以校正测量误差,诸如由患者对湮没光子的衰减、检测器增益不均匀性、随机重合和积分器死区时间引起的那些测量误差。然后由阵列处理器45对校正的正弦图阵列的每一排进行傅里叶变换并将其乘以一维滤波器阵列。然后对滤波的数据进行傅里叶逆变换,并且反投影每个阵列元素以形成图像阵列46。图像CPU42可存储图像阵列数据或者将数据输出到操作员工作站15。

应当注意,各种实施方案可能以硬件、软件或其组合来实现。各种实施方案和/或部件(例如,模块或其中的部件和控制器)也可以被实现为一个或多个计算机或处理器的一部分。计算机或处理器可以包括计算设备、输入设备、显示单元和接口,例如用于访问因特网。计算机或处理器可以包括微处理器。微处理器可以连接到通信总线。计算机或处理器还可以包括存储器。存储器可以包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。计算机或处理器还可包括存储设备,该存储设备可以是硬盘驱动器或可移除存储驱动器,诸如固态驱动器、光驱等。存储设备还可以是用于将计算机程序或其他指令加载到计算机或处理器中的其他类似装置。

如本文所用,术语“计算机”、“控制器”和“模块”各自可包括任何基于处理器或基于微处理器的系统,其包括使用微控制器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路、GPU、FPGA和能够执行本文所描述的功能的任何其他电路的系统。以上示例仅是示例性的,并且因此不旨在以任何方式限制术语“模块”或“计算机”的定义和/或含义。

计算机、模块或处理器执行存储在一个或多个存储元件中的指令集以便处理输入数据。存储元件还可以根据期望或需要存储数据或其他信息。存储元件可以呈处理机内的信息源或物理存储器元件的形式。

指令集可包括指示计算机、模块或处理器作为处理机来执行特定操作(诸如本文描述和/或例示的各种实施方案的方法和过程)的各种命令。指令集可以呈软件程序的形式。软件可以呈各种形式,诸如系统软件或应用软件,并且可以体现为有形和非暂态计算机可读介质。此外,软件可以呈以下形式:分开的程序或模块的集合、较大程序内的程序模块或程序模块的一部分。软件还可以包括呈面向对象编程形式的模块化编程。处理机对输入数据的处理可以响应于操作员命令,或者响应于先前处理的结果,或者响应于另一个处理机做出的请求。

如本文所用,术语“软件”和“固件”是可互换的,并且包括存储在存储器中以供计算机执行的任何计算机程序,该存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。上述存储器类型仅是示例性的,并且因此不限制可用于存储计算机程序的存储器的类型。各种实施方案的单独部件可由云类型计算环境虚拟化和托管,例如以允许动态分配计算能力,而不需要用户考虑计算机系统的位置、配置和/或特定硬件。

应当理解,以上描述旨在是例示性的而非限制性的。例如,上述实施方案(和/或其方面)可以彼此组合使用。另外,在不脱离本发明的范围的情况下,可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的各种实施方案的教导。虽然本文描述的材料的尺寸和类型旨在限定本发明的各种实施方案的参数,但这些实施方案决不是限制性的而是示例性实施方案。在回顾以上描述后,许多其他实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。因此,本发明的各种实施方案的范围应当参考所附权利要求书以及这些权利要求书所赋予的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求书中,术语“包括”和“在…中”用作相应术语“包含”和“其中”的通俗中文等同物。此外,在以下权利要求书中,术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记,而不旨在对其对象施加数字要求。此外,以下权利要求书的限制不是用装置加功能格式书写的,也不旨在基于35U.S.C.§112(f)来解释,并且除非直到这些权利要求书限制明确地使用短语“用于…的装置”,然后是没有其他结构的功能陈述。

该书面描述使用示例来公开本发明的各种实施方案,包括最佳模式,并且还使本领域技术人员能够实践本发明的各种实施方案,包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明的各种实施方案的专利范围由权利要求书限定,并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元素,或者示例包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元素,则此类其他示例旨在落入权利要求书的范围内。

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