一种获取连续doi信息的新型pet探测器模块
阅读说明：本技术 一种获取连续doi信息的新型pet探测器模块 (Novel PET detector module for acquiring continuous DOI information ) 是由 屈春蕾 于 2020-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种获取连续DOI信息的新型PET探测器模块,包括闪烁晶体和设置在闪烁晶体四周的SiPM阵列,SiPM阵列输出信号通过连接器或者线缆连接至后端信号读出单元；闪烁晶体,闪烁晶体为长方体,闪烁晶体上非设置有SiPM阵列侧面的两个相对侧面为反射层；SiPM阵列,包括首尾依次设置的SiPM阵列A、SiPM阵列B、SiPM阵列C和SiPM阵列D形成出光面,每个SiPM阵列A、SiPM阵列B、SiPM阵列C和SiPM阵列D均由上下两路2*N个SiPM组成。本发明仅使用一层较厚的晶体块,加工成本及晶体损耗低,光损失低,光子收集率高。(The invention provides a novel PET detector module for acquiring continuous DOI information, which comprises a scintillation crystal and SiPM arrays arranged around the scintillation crystal, wherein output signals of the SiPM arrays are connected to a rear-end signal reading unit through a connector or a cable; the scintillation crystal is a cuboid, and two opposite side surfaces, which are not provided with SiPM array side surfaces, on the scintillation crystal are reflecting layers; the SiPM arrays comprise SiPM arrays A, SiPM, B, SiPM, C and D which are sequentially arranged from head to tail to form a light-emitting surface, and each SiPM array A, SiPM, B, SiPM, C and D consists of 2 × N SiPMs in an upper path and a lower path. The invention only uses a layer of thicker crystal block, and has low processing cost, low crystal loss, low optical loss and high photon collection rate.)
技术领域
本发明主要涉及PET探测领域，尤其涉及一种获取连续DOI信息的新型PET探测器模块。
背景技术
PET探测器的功能是检测每一个入射到闪烁晶体内部的伽马射线的位置信息，一般探测器只能检测伽马射线发生的平面位置X,Y坐标，特殊的探测器可以检测伽马射线在Z方向上对应的反应深度DOI信息，能量信息(探测到的总光子数)和时间信息(什么时候出现的信号)。
如15mm厚度的探测器，计算DOI深度，多个薄层晶体片叠加方案针对每一层都需要独立计算X,Y坐标，因此需要的模数转换器通道数更多，Z坐标(DOI信息)是离散化的，每一层只有一个DOI深度值；
此外，多个薄层晶体的构造，加工成本、晶体损耗和光损失率高。
已公开中国发明专利，申请号CN201780078918.X，专利名称：闪烁检测器以及相关联的闪烁检测器环和方法，申请日：2017-10-26，本发明涉及光子传感器在基于闪烁晶体的伽马射线检测器上的新颖布置，该伽马射线检测器利用了闪烁光在闪烁检测器衬底内的全内反射。本发明提供了改善的空间分辨率(包括相互作用深度(DOI)分辨率)，同时保留能量分辨率和检测效率，这在小动物或人的正电子发射断层造影术(PET)或依赖于高能量伽马射线检测的其他技术中尤其有用。此外，新的几何结构有助于减少所需的读出信道的总数目，且消除了进行复杂和重复的切割和抛光操作以形成像素化晶体阵列的需要，该需要是当前PET检测器模块中的标准。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种获取连续DOI信息的新型PET探测器模块，包括闪烁晶体1和设置在所述闪烁晶体1四周的SiPM阵列2，所述SiPM阵列2通过读出电路与光电传感器电连接获得读出信号，所述读出信号电连接至后端信号读出单元；
闪烁晶体1，所述闪烁晶体1为长方体，所述闪烁晶体1上非设置有SiPM阵列2侧面的两个相对侧面为反射层；
SiPM阵列2，包括首尾依次设置的SiPM阵列A、SiPM阵列B、SiPM阵列C和SiPM阵列D形成出光面，每个所述SiPM阵列A、SiPM阵列B、SiPM阵列C和SiPM阵列D均由上下两路2*N个SiPM组成。
优选的，后端信号读出单元接收的信号包括SiPM阵列2上下两行每一行求和信号。
优选的，后端信号读出单元包括模数转换器、时间数字转换器和
来自SiPM阵列A内两层的信号强度的求和信号_A；
来自SiPM阵列B内两层的信号强度的求和信号_B；
来自SiPM阵列C内两层的信号强度的求和信号_C；
来自SiPM阵列D内两层的信号强度的求和信号_D；
来自SiPM阵列2内所有第一层的信号强度与来自SiPM阵列2内所有第二层的信号强度合并的总求和信号；
所述求和信号_A、求和信号_B、求和信号_C和求和信号_D分别通过对应的模数转换器数据传输至现场可编程门阵列获得光子团中心在水平面的坐标，所述总求和信号通过间数字转换器数据传输至现场可编程门阵列获得垂直方向上光子团中心的坐标Z。
优选的，每个所述SiPM阵列A、SiPM阵列B、SiPM阵列C和SiPM阵列D的电元件均设置在靠近闪烁晶体1的一侧面。
优选的，每个所述SiPM阵列A、SiPM阵列B、SiPM阵列C和SiPM阵列D的两侧高度与闪烁晶体1厚度一致。
优选的，每个所述SiPM阵列A、SiPM阵列B、SiPM阵列C和SiPM阵列D的上端均设置有定位孔。
优选的，每个所述SiPM阵列A、SiPM阵列B、SiPM阵列C和SiPM阵列D的上部设置有板对板或者板对线接插件。
本发明的有益效果：仅使用一层较厚的晶体块，加工成本及晶体损耗低，光损失低，光子收集率高。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为本发明中关于后端信号读出单元的原理图；
图中，
1、闪烁晶体；2、SiPM阵列。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1-2所示可知，本发明包括有：闪烁晶体1和设置在所述闪烁晶体1四周的SiPM阵列2，所述SiPM阵列2输出信号通过连接器或者线缆连接至后端信号读出单元；
闪烁晶体1，所述闪烁晶体1为长方体，所述闪烁晶体1上非设置有SiPM阵列2侧面的两个相对侧面为反射层；
SiPM阵列2，包括首尾依次设置的SiPM阵列A、SiPM阵列B、SiPM阵列C和SiPM阵列D形成出光面，每个所述SiPM阵列A、SiPM阵列B、SiPM阵列C和SiPM阵列D均由上下两路2*N个SiPM组成。
在本实施中优选的，后端信号读出单元接收的信号包括SiPM阵列2上下两行每一行求和信号。
在本实施中优选的，后端信号读出单元包括模数转换器、时间数字转换器和
来自SiPM阵列A内两层的信号强度的求和信号_A；
来自SiPM阵列B内两层的信号强度的求和信号_B；
来自SiPM阵列C内两层的信号强度的求和信号_C；
来自SiPM阵列D内两层的信号强度的求和信号_D；
来自SiPM阵列2内所有第一层的信号强度与来自SiPM阵列2内所有第二层的信号强度合并的总求和信号；
所述求和信号_A、求和信号_B、求和信号_C和求和信号_D分别通过对应的模数转换器数据传输至现场可编程门阵列获得光子团中心在水平面的坐标，所述总求和信号通过间数字转换器数据传输至现场可编程门阵列获得垂直方向上光子团中心的坐标Z。
在本实施中优选的，每个所述SiPM阵列A、SiPM阵列B、SiPM阵列C和SiPM阵列D的电元件均设置在靠近闪烁晶体1的一侧面。
设置上述结构，SiPM阵列所有器件都在正面排布，背面无任何器件突出，便于模块之间无缝拼接。
在本实施中优选的，每个所述SiPM阵列A、SiPM阵列B、SiPM阵列C和SiPM阵列D的两侧高度与闪烁晶体1厚度一致。
设置上述结构，SiPM阵列两侧较窄部位的宽度均与晶体厚度一致，便于进行遮光胶带的缠绕处理。
在本实施中优选的，每个所述SiPM阵列A、SiPM阵列B、SiPM阵列C和SiPM阵列D的上端均设置有定位孔。
设置上述结构，每个SiPM阵列上部角落都留有定位孔，便于和其他模块进行精准定位及固。
在本实施中优选的，每个所述SiPM阵列A、SiPM阵列B、SiPM阵列C和SiPM阵列D的上部设置有板对板或者板对线接插件。
设置上述结构，SiPM阵列的上部为板对板或者板对线接插件，可以是MIRCRO USB或者TYPE C或者HDMI或者FPC，可以方便地与上部读出电路对接。
在使用中，每个晶体块匹配4个2XN的SiPM阵列，2XN SiPM阵列实际分为上下2路读出，通过上下2路读出信号的差异可以计算得到连续的DOI信息，DOI分辨率更佳；
整个探测器厚度只需要进行一次X,Y坐标的计算，需要的模数转换器通道数更少，Z坐标是通过权重法计算光子团的中心对应的位置，即伽马射线的反应深度信息。
具体的工作流程如下：
S1：首先检测晶体四个出光面对应的2XN SiPM阵列检测到的信号强度，SiPM阵列A检测到两行信号分别是求和信号_A1(SUM_A1)和求和信号_A2(SUM_A2)；
SiPM阵列B检测到两行信号分别是求和信号_B1(SUM_B1)和求和信号_B2(SUM_B2)；
SiPM阵列C检测到两行信号分别是求和信号_C1(SUM_C1)和求和信号_C2(SUM_C2)；
SiPM阵列D检测到两行信号分别是求和信号_D1(SUM_D1)和求和信号_D2(SUM_D2)；
S2：然后通过每一组相对两面的信号强度的差异计算出该坐标轴上的光子团中心在水平面的坐标(X和Y)：
xposition＝(SUM_A1+SUM_A2-SUM_C1-SUM_C2)/(SUM_A1+SUM_A2+SUM_C1+SUM_C2)
yposition＝(SUM_B1+SUM_B2-SUM_D1-SUM_D2)/(SUM_B1+SUM_B2+SUM_D1+SUM_D2)
S3：最后将探测器上部4组1XN个SiPM的信号合并为求和信号_上部(SUM_UP)，下部4组1XN个SiPM的信号合并为求和信号_下部(SUM_DOWN)，通过SUM_UP和SUM_DOWN的差异求出垂直方向上光子团中心的坐标Z：
zposition
＝(SUM_A1+SUM_B1+SUM_C1+SUM_D1-SUM_A2-SUM_B2-SUM_C2-SUM_D2)/(SUM_A1+SUM_B1+SUM_C1+SUM_D1+SUM_A2+SUM_B2+SUM_C2+SUM_D2)。
上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利请的权利要求所涵盖。