CN104252005A - 一种pet探测器模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种PET探测器模块，其包括BGO晶体阵列、SiPM阵列和处理电路，并依次连接。本发明提供的PET探测器模块，不仅可以大大减小PET的体积，降低PET的成本。另外，由于用SiPM芯片取代了传统的光电倍增管，使得PET的使用寿命会有显著的延长；由于SiPM芯片工作在安全电压以下，大大增加了PET的安全性。

Description

一种PET探测器模块

技术领域

本发明涉及医学成像技术领域，具体涉及一种核医学影像PET设备。 

背景技术

正电子发射断层扫描仪PET(Positron Emission Tomography)是一种在分子水平上进行人体功能显像的大型医学影像设备，代表了核医学最高的技术水平。PET的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素，如18F、13N、15O、11C等作为示踪剂注入人体，参与体内的生理生化代谢过程。这些超短半衰期同位素是组成人体的主要元素，利用它们发射的正电子与体内的负电子结合释放出一对γ射线，被探头的晶体探测，经过电路处理形成符合事例即LOR(符合响应线)，再经过分拣、校正、滤波、重建、重切得到清晰的断层图像。通过对图像的处理，有助于直观地了解人脑、心、全身其它器官及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况。探测器模块是构成PET中探测器***的最重要的部件，它决定了PET的灵敏度、空间分辨、死时间特性等诸多重要性能。 

发明内容

本发明目的在于提供一种PET探测器模块及相应的正电子发射断层扫描仪PET。以能实现探测150KeV至750KeV的γ射线，并能将γ射线发生的时间、位置、能量等信息通过电路数字化输出。 

本发明所提供的所述PET探测器模块包括BGO晶体阵列、SiPM阵列和处理电路，并依次连接；所述BGO晶体阵列用于探测γ射线，并根据探测到的γ射线产生光子；所述SiPM阵列用于通过从所述BGO晶体阵列中获得的光子产生电脉冲信号；所述处理电路用于对从所述SiPM阵列中获取的脉冲信号进行处理形成数字信号输出。 

所述PET探测器模块还包括盒体，所述BGO晶体阵列、所述SiPM阵列和所述处理电路设置在盒体内。 

所述BGO晶体阵列和所述SiPM阵列可以通过硅油耦合在一起。 

所述BGO晶体阵列为8*8的BGO晶体阵列。 

形成所述BGO晶体阵列的BGO晶体为六面长方体，其中四个侧面和一个底面涂上反光层，形成反光面，另一个底面保持光洁形成光面；形成所述BGO阵列的BGO晶体的光面设置在同一个面上，形成BGO晶体阵列的光面。所述BGO晶体阵列的光面涂有硅油，并与也涂有硅油的所述SiPM阵列的SiPM芯片的面耦合在一起。 

所述处理电路包括像素生成模块和阵列生成模块；所述像素生成模块用于处理从所述SiPM阵列输出的像素信号，所述阵列生成模块用于处理从所述SiPM阵列输出的阵列信号。 

所述处理电路还包括处理芯片，所述处理芯片用于处理像素生成模块和阵列生成模块所输出的信息，并产生数字信号输出。 

所述SiPM阵列所产生的电脉冲信号的前沿表示γ射线发生的时刻；电脉冲信号的幅度代表γ射线的强度；探测到γ射线的BGO晶体阵列中BGO晶体的位置即为γ射线的产生位置。 

本发明还提供了一种使用该PET探测器模块进行信号探测的方法： 

a)BGO晶体阵列中的一个BGO晶体探测到进入到BGO晶体阵列的γ射线，并产生光子； 

b)光子被所述BGO晶体反射至所述BGO晶体的光面而被输出； 

c)输出的光子通过硅油进入到SiPM阵列中与所述BGO晶体对应的SiPM芯片，所述SiPM芯片产生电脉冲信号； 

d)所述电脉冲信号中的阵列信号进入处理电路的阵列生成模块，所述电脉冲信号中的像素信号进入到所述处理电路中的像素生成模块； 

e)处理模块中的处理芯片将由所述阵列生成模块中输出的信号生成时间信息和阵列信息，将由像素生成模块输出的信号生成能量信息和像素信息； 

f)所述处理芯片将产生的时间信息、阵列信息、能量信息和像素信息进行数字化处理，生成包含位置、时间、能量信息的数字信号，并输出。 

本发明提供的PET探测器模块，不仅可以大大减小PET的体积，降低PET的成本。另外，由于用SiPM芯片取代了传统的光电倍增管，使得PET的使用寿命会有显著的延长；由于SiPM芯片工作在安全电 压以下，大大增加了PET的安全性。 

附图说明

图1为本发明提供的PET探测模块的BGO晶体阵列示意图； 

图2为图1的E-E剖面图； 

图3为SiPM阵列的设有连接座203的面的示意图； 

图4为SiPM阵列的设有SiPM芯片201的面的示意图； 

图5为SiPM阵列的侧视图； 

图6图示了PET探测器模块的结构示意图； 

图7图示了PET探测器模块的处理示意图。 

具体实施方式：

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

本发明提供了一种PET探测模块，包括锗酸铋(Bismuth germanium oxide)晶体阵列(BGO晶体阵列)，硅油、SiPM阵列和处理电路。其中，形成BGO晶体阵列的每个晶体为六面长方体，其中四个侧面和一个底面上均涂有反光层形成反光面，另外一个底面保持光洁，形成光面。当BGO晶体形成BGO晶体阵列时，将所有的BGO晶体的光面设置在同一个面上，形成BGO晶体阵列的光面。硅油涂在BGO晶体阵列的光面上。SiPM阵列的芯片一面上也涂有硅 油，并和BGO晶体阵列的光面耦合在一起。处理电路与SiPM阵列相连接。 

当γ射线打在BGO阵列的其中一条晶体上时，晶体就会发出蓝光，该晶体中产生的大量的光子会通过晶体的反光面反射至光面。光子通过硅油被SiPM阵列中的某一对应的SiPM芯片探测到，并形成电脉冲信号。电脉冲信号的前沿代表γ射线发生的时刻，信号的幅度代表γ射线的强度。其中，该对应的SiPM芯片的位置代表着γ射线的作用位置。该脉冲信号通过信号处理电路的处理形成数字化的信号输出。 

PET探测模块还可以包括外壳，以使探测模块内部形成一个暗箱以避免其它光线对探测模块的干扰。 

下面结合附图对本发明提供的PET探测模块进行详细说明： 

图1为本发明提供的PET探测模块的BGO晶体阵列示意图。图2为图1的E-E剖面图。其中，BGO晶体阵列包括多个BGO晶体101。BGO晶体101为六面长方体。其中每个BGO晶体101的四个侧面和一个底面上均涂有反光层形成反光面103，另外一个底面保持光洁，形成光面104。所有的BGO晶体的光面104设置在同一面上，通过胶带102固定成型，形成BGO晶体阵列的光面。 

具体形成BGO晶体阵列的方法如下： 

1)将BGO块切成4mm*4mm*30mm的长方块，形成BGO晶体条。当然尺寸可以根据形成PET探测模块的需要而设定；在本实施例中，BGO晶体条为64根； 

2)将晶体条清洗干净，风干； 

3)将晶体条的四个侧面和其中一个底面上反光层，形成反光面，另一个面保持光洁，形成光面；反光层可以选择使用二氧化钛和乳胶的混合物。 

4)将64根晶体条粘合在一起形成8*8的BGO阵列，所有条的光面处于同一个面。 

5)将BGO阵列的所有反光面用胶带(可以采用teflon胶带)均匀缠绕，再用透明胶带固定成型形成BGO晶体阵列。 

图3-5图示了SiPM阵列。其中图3为SiPM阵列的设有连接座203的面的示意图，图4为SiPM阵列的设有SiPM芯片201的面的示意图。图5为SiPM阵列的侧视图。 

图6图示了PET探测器模块的结构示意图。其中，BGO晶体阵列1的光面上涂有硅油3，且SiPM阵列2的SiPM芯片201的面上也涂油硅油3，并将两个面耦合在一起。SiPM阵列通过连接座203与处理电路4的插座相连。处理电路4对SiPM阵列传送的脉冲信号进行放大、比较、成形、ADC(模数转换电路)、TDC(时间间隔数字转换电路)等处理，形成数字化的信号并输出。上述BGO晶体阵列，SiPM阵列和处理电路均设置在一个盒体内。盒体为具有上盖的盒体。当上述部件设在盒体内后，盖上上盖，既可以形成PET探测模块。 

形成PET探测器模块的具体的方法如下： 

1)将BGO晶体阵列的光面均匀涂上硅油，并保持光面向上放置； 

2)将SiPM阵列的设有SiPM芯片201的面均匀的涂上硅油，并和BGO晶体阵列的光面耦合在一起； 

3)提供盒体，打开盒体上盖，将耦合在一起的BGO晶体阵列和SiPM阵列放入盒体中，并保持耦合体间适当的间隙； 

4)将处理电路放入盒体中，处理电路的插座与SiPM阵列的插座连接座203相连； 

5)盖上盒体，形成PET探测模块。 

图7图示了PET探测器模块的处理示意图。 

正电子湮灭时产生γ射线。当γ射线打在BGO阵列的其中一条晶体上时，晶体就会发出蓝光，晶体中产生的大量的光子会通过晶体的反光面反射至光面。光子通过硅油被SiPM阵列中的某一对应的SiPM芯片探测到，并形成电脉冲信号。电脉冲信号的前沿代表γ射线发生的时刻，信号的幅度代表γ射线的强度。其中，该对应的SiPM芯片的位置代表着γ射线的作用位置。 

电脉冲信号中的像素信号进入到处理电路中的像素生成模块中进行处理，电脉冲信号中的阵列信号进入到处理电路中的阵列生成模块中进行处理。其中，由像素生成模块输出的信号生成能量信息和像素信息，并由所述阵列生成模块中输出的信号生成时间信息和阵列信息。随后能量信息、像素信息、时间信息、阵列信息均由处理芯片进行数字化处理，生成包含位置、位置、时间、能量信息的数字信号。产生的数字信号被传输到输出端口输出。输出端口可以为串行端口，数字信号被串行输出。 

PET探测器模块具体的工作过程如下： 

1)通过PET探测器模块外置的电缆上电、下载参数。在上电时，DAC(数字模拟转换电路)模块的输出由EEPROM(电可擦可编程只读存储器)中的参数确定。DAC模块的输出可控制整列、像素的阈值和SiPM阵列的工作电压； 

2)BGO晶体阵列中的一个BGO晶体探测到进入到BGO晶体阵列的γ射线，该BGO晶体被激发产生蓝光，并产生大量的光子； 

3)所产生的光子在该BGO晶体的反射面被反射至该BGO晶体的光面，大多数光子通过该BGO晶体的光面输出； 

4)输出的光子通过硅油进入SiPM阵列中与该BGO晶体对应的SiPM芯片，产生光电效应，形成电脉冲信号。 

5)产生的电脉冲信号中的阵列信号被输出至处理电路中的阵列生成模块；电脉冲信号中的像素信号进入到处理电路中的像素生成模块； 

6)处理电路中的阵列生成模块生成时间信息和阵列信息；同时，像素生成模块生成能量信息和像素信息； 

7)上述时间信息、阵列信息、能量信息和像素信息经过处理电路中的处理芯片进行处理，生成含位置、时间、能量信息的信号 

8)该生成的信号通过串行端口被串行输出。 

在本发明中，处理模块中的处理芯片选用了FPGA。当然处理芯片可以根据需要选用任何可以实现上述功能的芯片。 

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有 的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。 

Claims (10)

1.一种PET探测器模块，其特征在于：所述PET探测器模块包括BGO晶体阵列、SiPM阵列和处理电路，并依次连接；所述BGO晶体阵列用于探测γ射线，并根据探测到的γ射线产生光子；所述SiPM阵列用于通过从所述BGO晶体阵列中获得的光子产生电脉冲信号；所述处理电路用于对从所述SiPM阵列中获取的脉冲信号进行处理形成数字信号输出。

2.如权利要求1所述的PET探测器模块，其特征在于：所述PET探测器模块还包括盒体，所述BGO晶体阵列、所述SiPM阵列和所述处理电路设置在盒体内。

3.如权利要求1所述的PET探测器模块，其特征在于：所述BGO晶体阵列和所述SiPM阵列通过硅油耦合在一起。

4.如权利要求1所述的PET探测器模块，其特征在于：所述BGO晶体阵列为8*8的BGO晶体阵列。

5.如权利要求4述的PET探测器模块，其特征在于：形成所述BGO晶体阵列的BGO晶体为六面长方体，其中四个侧面和一个底面涂上反光层，形成反光面，另一个底面保持光洁形成光面；形成所述BGO阵列的BGO晶体的光面设置在同一个面上，形成BGO晶体阵列的光面。

6.如权利要求5述的PET探测器模块，其特征在于：所述BGO晶体阵列的光面涂有硅油，并与也涂有硅油的所述SiPM阵列的SiPM芯片的面耦合在一起。

7.如权利要求1述的PET探测器模块，其特征在于：所述处理电路包括像素生成模块和阵列生成模块；所述像素生成模块用于处理从所述SiPM阵列输出的像素信号，所述阵列生成模块用于处理从所述SiPM阵列输出的阵列信号。

8.如权利要求7述的PET探测器模块，其特征在于：所述处理电路还包括处理芯片，所述处理芯片用于处理像素生成模块和阵列生成模块所输出的信息，并产生数字信号输出。

9.如权利要求1所述的PET探测器模块，其特征在于，所述SiPM阵列所产生的电脉冲信号的前沿表示γ射线发生的时刻；电脉冲信号的幅度代表γ射线的强度；探测到γ射线的BGO晶体阵列中BGO晶体的位置即为γ射线的产生位置。

10.一种通过权利要求1-9任一所述的PET探测器模块进行信号探测的方法：

a)BGO晶体阵列中的一个BGO晶体探测到进入到BGO晶体阵列的γ射线，并产生光子；

b)光子被所述BGO晶体反射至所述BGO晶体的光面而被输出；

c)输出的光子通过硅油进入到SiPM阵列中与所述BGO晶体对应的SiPM芯片，所述SiPM芯片产生电脉冲信号；

d)所述电脉冲信号中的阵列信号进入处理电路的阵列生成模块，所述电脉冲信号中的像素信号进入到所述处理电路中的像素生成模块；

e)处理模块中的处理芯片将由所述阵列生成模块中输出的信号生成时间信息和阵列信息，将由像素生成模块输出的信号生成能量信息和像素信息；

f)所述处理芯片将产生的时间信息、阵列信息、能量信息和像素信息进行数字化处理，生成包含位置、时间、能量信息的数字信号，并输出。