[发明专利]一种新型的γ光子高空间分辨率探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及相机成像领域，具体为一种γ光子探测器。

技术背景

自从anger相机发明以来，由于其拥有较大视野，能够提供观测对象静态或者动态的图像，所以在医疗成像领域得到了广泛的应用。在常见的γ相机、单光子发射计算机断层扫描成像(SPECT)以及正电子发射断层成像(PET)装置中大量使用这种结构。其典型结构如图1所示，其包括四个部分：第一部分，入射γ光子经过准直器4进入闪烁体3；第二部分，在闪烁体3中产生荧光光子；第三部分，荧光光子经过光导层2耦合到光电倍增管(PMT)1；第四部分，经过后面的重心读出电路来重建图像。这种结构中，影响相机分辨率的因素主要有：第一部分准直器4结构的材料，长度，和孔径大小；第二部分闪烁体3的发光效率；第三部分光导层2的均匀性和传输效率；第四部分光电倍增管(PMT)1的尺寸和固体参数的均匀性等。目前来说，受困于光电倍增管(PMT)1的尺寸和固体参数均匀性的影响，γ相机和以γ相机为基础的单光子发射计算机断层扫描成像(SPECT)和正电子发射断层成像(PET)的分辨率只能做到约4mm。

最近几年半导体光电器件——硅光电倍增管SiPM(Silicon Photomultipliers)的发展让困扰anger 相机的分辨率的瓶颈存在被解决的可能。SiPM在不低于PMT增益系数的前提下，可以将荧光探测效率提高到80％左右，并且其紧凑的结构可以使其空间分辨率低到几十个微米量级，因此我们通过使用SiPM替代PMT，并且采用新的读出结构，可以将γ探测器的空间分辨率降低到亚毫米量级。

也有很多公司专门对这样一种替代展示了自己的设想机构，比如专利申请号为200680031135.8的高分辨率医疗成像探测器的发明专利所提到的结构，该专利在SiPM这种器件刚出现的时候申请改造，其思考的方式也非常简单，直接用SiPM代替anger相机中的PMT，构造了如图2中的结构，γ光44通过准直器40 进入闪烁体30变成荧光光子，荧光光子通过光导46直接耦合到的SiPM面阵列20中，经过后面的读出电路来重建图像。SiPM 47直接贴在闪烁体30的侧面上作为记数触发开关。这样一种结构可以很明显的改善γ探测器的空间分辨率，可以达到2mm以下。

然而在这种结构中，为了提高空间分辨率，作为光电转换单元的SiPM的面积必须明显小于PMT光阴极面积，这样大大提高了光电转换元件的数量；另一方面，SiPM之间的拼接必须无缝，这样大大提高了工艺难度。而为了降低相邻单元间的串扰，SiPM单元之间的拼接一般存在毫米量级的缝隙，这就降低了光电转换部分的光子接收效率。上述因素，使得该结构在合理造价范围内，不能有效地将空间分辨提高到毫米以下。

发明内容

本发明为了提升γ探测器的空间分辨率并降低相机造价，采用的技术方案是：一种新型的γ光子高空间分辨率探测装置，包括多个SiPM，以及两表面附着有光导层的闪烁体，还包括二维光纤层，其包括两层或更多层状的光纤层，该二维光纤层的两个维度的光纤层分开，并平铺在闪烁体的两表面上；或者该二维光纤层相互附着在闪烁体的任一表面上；

该二维光纤层的一端分别耦合在与其接触的闪烁体的光导层上，另一端分别耦合在线阵列的SiPM上；

另外的SiPM附着于闪烁体侧面提供光子计数的触发信号。

本发明的使用原理是，γ光子在闪烁体中发生闪烁产生荧光，荧光光子耦合进入二维光纤，二维光纤中的荧光光子经过线阵列SiPM进行光电转换和信号放大；同时，直接贴在闪烁体侧面的SiPM提供计数触发信号，重心读出电路在接到触发信号的时候，开始读出线阵列SiPM的输出信号，再通过模数转换器变成数字信号，最后，进入计算机进行图像重建。

本发明进一步的方案是，所述的二维光纤层为两层状的光纤层，分开平铺在闪烁体的两表面上；

进一步的，所述的二维光纤层为两层状的光纤层，其相互附着在闪烁体的任一表面上；

进一步的，其探测装置还包括一个同样的闪烁体；该两个闪烁体夹持所述的两层状的二维光纤层。

进一步的，其探测装置还包括一个同样的二维光纤层，其相互附着在闪烁体的另一表面。

进一步的，所述的二维光纤层的光纤可以使用普通光纤，也可以使用波移光纤。

进一步的，所述的二维光纤层的两个维度层位置可互换。

进一步的，所述的二维光纤层为X轴光纤层和Y轴光纤层，或者为X轴光纤层和z轴光纤层,或者为y 轴光纤层和z轴光纤层。

进一步的，在所述的闪烁体上，与二维光纤层接触的光导层至少为一层。