[发明专利]用于PET和/或SPECT的虚拟像素化检测器

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于正电子发射断层扫描(PET，positron emission tomography)和/或单光子发射计算机化断层显像(SPECT，single photon emission computed tomography)的检测器。

背景技术

PET和SPECT成像设备是通过检测累积在病人的目标器官或者组织中的放射性药剂发射出的伽马辐射来操作的。通过映像特定伽马源的位置来构造二维或者三维图像。对于特定的PET实验，给病人施加一种选定的放射性药物，该放射性药物可以包括多种生理学上相关的分子中的任一种。放射性药物的适用性部分取决于要被成像的器官或组织。一个特别常用的选择是氟代脱氧葡萄糖(fluorodeoxyglucose，FDG)，它是用18F取代羟基的葡萄糖分子。18F是β+辐射源，这意味着它进行以下核衰变反应：

¹⁸F→¹⁸O+β⁺+v+e-           等式1

其中，β⁺是正电子，v是微中子，e-是电子。正电子以相当大的动能从¹⁸F的原子核中射出，该动能必须在该正电子与电子结合湮灭之前几乎完全耗尽。一般而言，耗散过程可以是与该正电子所经路径中的任何周围物质的弹性或非弹性散射，这些物质包括电子和原子核。统计显示，正电子行进大约1mm才会损失足够的动能以与电子结合并湮灭。当湮灭发生时，产生一对511keV的伽马光子，其能量与湮灭粒子的能量相当，并且彼此以接近180°辐射。在理想情况下，湮灭时正电子和电子都具有零动量，伽马光子将正好以180°出射。偏离180°约+/-0.5°表示湮灭事件在粒子仍有剩余动量时发生。

通常以彼此180°安放一对PET检测器来检测从一次湮灭事件发射的一对伽马光子，并从收集到的数据计算湮灭事件的位置。在有些情况下，两个或更多个PET检测器围绕病人旋转，其他情况下，PET检测器在病人周围形成一个连续环，因此不需要旋转。不论何种情况，各个检测器收集伽马光子，并且部分根据光子是否在大约511keV的可接受范围内以及光子是否是在可接受的时窗内到达来接受数据或丢弃数据以将一个伽马光子与另一个伽马光子相关联。当发现光子之间匹配，也就是判断出它们源自同一个湮灭事件，便能够在检测到该光子的各检测器上的两点之间绘出响应线(line of response，LOR)。因此，湮灭事件的位置必然位于在沿着该LOR的某处。

一些仪器具有足够的时间分辨率以根据一对伽马光子的飞行时间(time of flight，TOF)差计算湮灭事件的位置。在较低分辨率的仪器中，必须使用其它数学方法以基于插值算法和/或外推算法计算湮灭位置。

传统的PET/SPECT检测器包括多个闪烁晶体，这些闪烁晶体以像素化二维阵列排列并且用间隔材料间隔开，该间隔材料限制了相邻晶体之间的光学干涉。该闪烁晶体排列与也以二维排列排列的多个光电转换器进行光通信。通常，一个光电转换器与多个闪烁晶体进行光通信。当闪烁晶体接收到伽马光子时，该光子在最终被吸收之前在该晶体内行进有限的一段距离。该距离被称为作用深度(depth of interaction，DOI)。在伽马光子被吸收的位置处，晶体发射出大量的UV和/或者可见光子，即，该晶体闪烁。光子波前在晶体内部传播并且接触光电转换器。传统上，光电转换器持续累积光子信号，并且根据它们是否达到最小阈值信号强度而被单独读出，之后可以对该数据进行数字化。此时应用质心计算来估计闪烁事件的位置。从该数据能够计算出用于图像重构的参数。例如，然后可以将已知的图像重构算法应用于该数据以产生图像。这种图像重构算法可以包括滤波逆投影成像算法(Filtered Back Proiection)和/或有序子集最大期望值法(Ordered Subset Expectation Maximization)。然后根据已知的图像显示算法如最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)和/或最小密度投影(minimum intensity projection，mIP)显示重构的图像。

需要一种非像素化的平板检测器，它能够更精确地计算重构高分辨率图像所需的作用深度和/或其他参数。本发明的一些实施例克服了现有技术的一个或多个缺陷。

发明内容