[发明专利]用于光共享检测器的通用读出

说明书

使用本发明的实施例来提高具有光共享(light‑sharing)配置的基于SiPM的PET检测器的定时性能。通用读出设计使用适应性组读出来处理由SiPM器件生成的噪声和慢信号，并借助简化的读出电子装置提供增强的定时能力。

技术领域

本文中公开的主题涉及医学成像，具体地涉及用于具有光共享配置的检测器的读出设计。

背景技术

伽马射线检测器可以用在不同的应用中，诸如在正电子发射断层成像(PET)系统中。PET系统执行核医学成像，其生成人体内功能过程的三维图像。例如，PET系统生成代表正电子发射核素(positron-emitting nuclides)在患者体内的分布图像。当正电子与电子通过湮湮灭(annihilation)相互作用时，正电子-电子对的整个质量转换成两个511keV(即湮灭)光子。沿响应线在相反的方向发射光子。湮灭光子(annihilation photons)能够被沿响应线设置在检测器环上的检测器检测。如图1(现有技术)所示，PET检测器10包括环形布置的多个模块22。每个检测器模块22由多个检测器单元或块24组合而成检测。当湮灭光子到达并同时在检测器块被检测时，这称作符合(coincidence)。然后基于包括湮灭光子检测信息的获取的光子检测数据生成图像。

近来，硅光电倍增管(SiPM)已广泛用于PET。SiPM是高达数万个尺寸通常在约10微米到约100微米的雪崩光电二极管的平铺阵列，并联连接在共同的硅衬底上并对共同负载作用。SiPM器件的输出通常连接至缓冲放大器，缓冲放大器可以被实现为跨阻抗(transimpedance)放大器。与常规的真空光电倍增管(PMT)相比，SiPM具有尺寸紧凑的优点，允许以低可变性和每个光敏感区单元的低成本实现大规模生产。其它优异的特性涉及操作和性能，诸如较高的光子检测效率(PDE)、较低的偏置电压、更好的定时分辨率和对磁场的非灵敏。然而，SiPM相对于PMT具有较高暗计数率、输出脉冲的较慢下降时间的缺点，以及诸如串扰(cross-talk)和后脉冲(after-pulsing)之类的信号相关的杂散效应的缺点。这些效应随连接到PET检测器块中的SiPM器件的数量累积，并随块大小的增大而导致显著的定时分辨率降低。

在检测器块中，晶体光耦连至SiPM。对于闪烁器晶体直接耦连至SiPM器件和1-对-1读出的检测器设计，闪烁器和SiPM之间的光量子的最小损耗和传播以及SiPM器件间的可忽略串扰导致更好的定时性能。然而，检测器需要多个读出通道，并消耗大量的功率以便为每个SiPM引入完整的读出电路。因此实施起来非常复杂、困难和昂贵。

此外，入射511keV湮灭光子的一部分产生多个晶体中的多个相互作用，因此，由于康普顿散射或晶体之间的光量子扩散(光共享)，产生相应SiPM的读出通道。在PET检测器中，为获得具有合理的信-噪比(SNR)的图像，需要高灵敏度是。PET扫描器的灵敏度主要由检测系统(例如晶体厚度和立体角覆盖)的效率决定。需要一种增强的检测系统，可以恢复闪烁块中的康普顿散射事件或光共享事件同时保持良好的定时分辨率。以下公开内容将解决如上文描述的提供改进的定时性能和检测效率的需求。本发明的各方面将处理由SiPM器件生成的噪声和慢信号，并大大地降低电子通道的数目以降低成本，同时提供优异的定时能力，例如对于PET飞行时间(TOF-PET)为次-250每秒(sub-250ps)。

发明内容

通过如下描述的系统的开发，可以克服或缓解上面的和其它缺点或缺陷。

本发明公开了一种具有光共享配置的基于SiPM的检测器的通用读出设计，其提供高的光压缩比以降低SiPM的成本，同时通过高复用和简化的电子装置保持优异的定时性能。与常规的光电倍增管(PM)相比，本发明解决了现有技术中面临的缺陷，以便降低暗噪声和信号相关的杂散效应。

组读出设计提供了来自其它通道的电子噪声、暗噪声和光学串扰贡献降低的定时信息，因此提供极佳的定时分辨率。此外，在一个实施例中，SiPM器件的组复用与晶体光共享配置匹配，并在模拟域中被适应性控制以得出改进的信噪比。