CN106646581A - 包括具有不同反射器层的闪烁晶体阵列的设备和相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括具有不同反射器层的闪烁晶体阵列的设备和相关方法。诸如用于PET扫描仪的辐射检测器可以包括：闪烁晶体阵列，其中，每个闪烁晶体具有抛光端、与所述抛光端相对的粗糙端、在所述抛光端和所述粗糙端之间延伸的抛光面。所述检测器还可以包括：镜面反射器层，其在所述闪烁晶体阵列中的相邻闪烁晶体的相邻抛光面之间；以及漫反射器层，其与所述闪烁晶体阵列的所述粗糙端相邻。所述检测器还可以包括与所述闪烁晶体阵列的所述抛光端相邻的至少一个光电检测器。

Description

包括具有不同反射器层的闪烁晶体阵列的设备和相关方法
技术领域
本发明涉及辐射检测器的领域，更特别地，涉及基于闪烁晶体的这种检测器和相关方法。
背景技术
正电子发射层析成像(PET)是三种主要现代医疗诊断方法中的一种，被用作检测肿瘤或身体的其他异常状况的非侵入式工具。现代PET扫描仪通常可以使用非常大量的闪烁晶体作为具有相对小的x-y尺寸和长z尺寸的伽玛射线检测器。通常，在PET扫描仪检测器环中使用大约20,000至20,000个这样的闪烁晶体采集来自各正负电子湮灭事件的两个发射的伽马射线，从而以高精度定位位置。可以追溯发射位置，因而相应地重构肿瘤图像。
闪烁是采集伽玛射线并且将它转换成进而可以用光电检测器(诸如，光电倍增管(PMT)、光电二极管、或更先进的硅光电倍增器(SiPM))来检测的可见光的处理。当然，为了进行有效检测，期望每次伽玛射线采集事件生成更多的可见光子。
因为期望用于检测各种高能量粒子的高能物理学，过去一个世纪大范围寻觅每次伽玛线采集生成更多光子的更有效闪烁晶体。对于PET扫描仪，不仅期望采集伽马射线，而且期望知道采集的位置，以进行准确的图像重构。为了这样做，一般将闪烁晶体切割成堆叠成二维阵列块的细长矩形杆。这些阵列块被安装在PET扫描仪中，形成不同大小的检测器环。根据特定应用，将扫描患者或动物，以检测它们身体内的肿瘤。
检测器阵列块的配置对于PET扫描仪的性能而言是重要的。期望选择具有高光产率和优良阻止本领(stopping power)的闪烁晶体，以有效采集伽马射线。由于有大量的晶体堆叠在一起，因此期望晶体在机械上是坚固的，使得它们可以被切割并且抛光成这些细小杆。根据特定应用，这些晶体的典型物理大小的剖面尺寸变化为从6mm下至0.5mm并且其长度变化为从30mm下至5mm。阵列块的尺寸也将根据所使用的光电检测器的种类、光电检测器的特定尺寸和几何形状和最终的特定检测方案而有所不同。
在使用PMT检测器的伽玛射线检测的传统方式中，根据PMT布置，闪烁晶体块通常均被构建成12х12、13х13、14х14或甚至更大的阵列。每个个体晶体用高反射膜彼此光学隔离，高反射膜覆盖晶体表面的五个面，除了将发射要到达PMT的闪烁光的一端外。例如，14х14阵列块将包含只共享四个PMT的196个晶体像素。为了使所发射的闪烁光到达所有四个PMT，可以在阵列块和PMT之间使用特别设计的导光件。用于定位发射晶体精确位置的原理是基于用这四个PMT来计算分布式光共享分率。由于PMT是相对价格高的检测器，因此为了控制典型PET扫描仪的总成本，期望使用尽可能较少的PMT，但同时还期望能够准确地定位闪烁光源的位置。目前，14х14阵列恰好达到了大约PMT的检测极限。在这种情况下，每个PMT将共享四十九个晶体。所以，对于实际大小的扫描仪环，制造商会将所使用的PMT的总数量限于少于600个单元，以控制成本，但仍然具有足够高的图像分辨率。
为了能够准确计算发射像素位置，所有这四个PMT应该能够检测同一时间帧(timeframe)的足够量的发射光子。这意味着，闪烁晶体应该期望地在每次采集射入伽玛射线时发射尽可能多的可见光子。这就是要进行大量研究努力来找寻最佳闪烁晶体的原因。然而，关于如何能在如此多的光发射情况下找到此晶体是存在限制的。即使是优良的光发射，能够将闪烁光导向晶体的端部使得它可到达PMT也是可以同等重要的。因此，还要努力选择最佳反射膜，使得充足的光可以从晶体的一端反射出来。
为了能够从患者身体采集尽可能多的发射的伽玛射线，期望将检测器环与最大体积的闪烁晶体堆叠。这意味着，将减小反射材料的体积量。所以，反射膜应该薄且有效。这些年来，存在已经被选择作为反射器的多种材料。这里列出了已经使用的熟知反射器中的一些：由MgO、TiO2或BaSO4制成的液体白色涂料；MgO或TiO2的固体粉末；诸如Teflon带、Lumirror膜或3M Vikuiti增强型镜面反射器(ESR)膜的反射膜。这些材料应该也适于简便制造，尤其是对于批量生产而言。在传统的基于PMT检测器的阵列块中，选择反射膜是相对宽泛的，因为闪烁晶体的尺寸通常不那么小。
多个专利公开了用于制备闪烁晶体和用于制造这些晶体阵列的各种反射材料的方法。例如，美国专利No.5610401；No.8481952；No.9012854和No.8426823均公开了各种晶体和封装配置。
仍然期望更好的尤其是用于辐射检测器(诸如，PET扫描仪)的闪烁晶体性能。
发明内容
一种设备(诸如PET扫描仪)可以包括闪烁晶体的阵列，每个闪烁晶体具有抛光端、与所述抛光端相对的粗糙端、在所述抛光端和所述粗糙端之间延伸的多个抛光面。镜面反射器层可以位于所述闪烁晶体阵列中的相邻晶体的相邻抛光面，并且漫反射层与所述闪烁晶体阵列的粗糙端相邻。
实施例将不同类型的反射材料用于闪烁晶体阵列，以增大阵列一端的光输出，减小相邻晶体之间的反射材料的体积分率，和/或简化用于批量生产的组装过程。
例如，所述镜面反射器层可以包括VikuitiTM增强型镜面反射器(ESR)层。另外，例如，所述漫反射层可以包括聚四氟乙烯(PTFE)，或者MgO、TiO2和BaSO4中的至少一个。每个闪烁晶体可以包括LYSO、LSO、BGO、NaI(T1)、LaBr3、GSO、LGSO和GAGG中的一个。
每个闪烁晶体的所述粗糙端可以是基于用600目磨粒研磨料进行的研磨的，但还料想到其他方案。
在一些实施例中，闪烁晶体可以具有相应的范围在0.4至6.3mm内的x尺寸和y尺寸。并且，每个闪烁晶体可以具有范围在5至30mm内的z尺寸。另外，所述粗糙端和所述抛光端中的每个可以具有正方形形状。
所述设备还可以包括与所述闪烁晶体阵列的抛光端相邻的至少一个光电检测器。所述设备还可以包括处理器和与所述处理器关联的存储器，所述处理器和所述存储器耦接到所述至少一个光电检测器，所述光电处理器用于处理信号以生成例如诸如用于PET扫描的图像。在一些实施例中，所述设备还可以包括耦接到所述处理器的至少一个其他成像扫描仪。
所述至少一个光电检测器可以包括多个光电倍增管。在其他实施例中，所述至少一个光电检测器可以包括多个固态光电检测器。
一种方法方面是用于制作辐射检测器。所述方法可以包括形成多个闪烁晶体，使得每个闪烁晶体具有抛光端、与所述抛光端相对的粗糙端、在所述抛光端和所述粗糙端之间延伸的多个抛光面。所述方法还可以包括将所述多个闪烁晶体布置成阵列，且镜面发射器层位于所述闪烁晶体阵列中的相邻闪烁晶体的相邻抛光面之间；以及设置与所述闪烁晶体阵列的所述粗糙端相邻的漫反射器层。
附图说明
图1是根据本发明的PET/CT扫描仪的示意图。
图2是如图1的扫描仪中的辐射检测器的分解透视图。
图3是图1的扫描仪中可以使用的辐射检测器的一部分的示意性侧视图。
图4是图2的14×14闪烁晶体阵列的顶部平面图。
图5是沿着5-5线截取的图4的剖视图。
图6是根据图4和图5的14×14阵列的照片。
图7是根据本发明的16×16闪烁晶阵列的另一个实施例的透视图。
图8是图7的14х14闪烁晶体阵列的顶部平面图。
图9是沿着9-9线截取的图8的剖视图。
图10是根据图7至图9的14х14阵列的照片。
图11是示例1的光输出数据的曲线图。
图12是示例2的光输出数据的曲线图。
图13是示例4的光输出数据的曲线图。
图14是示例6的光输出数据的曲线图。
图15是示例7的光输出数据的曲线图。
图16是示例8的光输出数据的曲线图。
图17是示例9的光输出数据的曲线图。
具体实施方式
现在，在下文中将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出本发明的优选实施例。然而，本发明可用许多不同形式实施并且不应该被理解为局限于本文中阐述的实施例。确切地，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完全的，并且将把本发明的范围充分传达给本领域的技术人员。类似的标号始终表示类似的元件，并且使用首位符号来指示替代实施例中的类似元件。
初始地，参照图1和图2，组合PET/CT扫描仪20形式的设备现在被描述为包括具有改进的光输出的闪烁晶体30，如以下更详细描述的。PET/CT扫描仪20包括圆柱形传感器环21和与其关联的患者承载平台22。PET/CT扫描仪20可以包括传统CT组件，可用这些CT组件生成CT图像，如本领域的技术人员应该理解的。如本领域的技术人员也应该理解的，闪烁晶体30可以用于PET扫描仪或SPECT扫描仪。另外，在其他实施例中，闪烁晶体30可与多模PET/MRI扫描仪一起使用。
PET/CT扫描仪20还可以包括处理器和相关存储器23，所述处理器和相关存储器23在显示器24上生成组合的PET和CT图像，如本领域的技术人员应该理解的。闪烁晶体30可以用在用于动物或人体部分的PET扫描仪中，该PET扫描仪通常比图1中示出的实际大小的PEC/CT扫描仪20小。闪烁晶体30可以用在诸如(例如)用于检查物品/容器的其他辐射检测应用中，如本领域的技术人员应该理解的。
PET/CT扫描仪20包括由多个阵列块35制成的闪烁晶体30的阵列，在图2中示出单个14х14阵列块。每个闪烁晶体30具有抛光端30a、与抛光端相对的粗糙端30b以及在抛光端和粗糙端之间延伸的多个抛光面30c。如图1的分解放大部分中示出的，镜面反射器层31被例示地设置在闪烁晶体30的阵列中的相邻闪烁晶体的相邻抛光面(为了清晰起见，只示出其中一个)之间，并且漫反射层32与闪烁晶体阵列的粗糙端相邻地设置。
这些实施例将不同类型的反射材料用于闪烁晶体30的阵列，以增大阵列30a一端的光输出，减小相邻晶体之间的反射材料的体积分率，并且简化用于批量生产的组装过程。
例如，镜面反射器层可以包括从3M Electronic Display Lighting OpticalDivision(St.Paul Minnesota)可获得的VikuitiTM增强型镜面反射器(ESR)层。
另外，漫反射层32可以包括聚四氟乙烯(PTFE)。可供选择地，漫反射层32可以包含例如MgO、TiO2和BaSO4中的至少一个。每个闪烁晶体可以包括LYSO、LSO、BGO、NaI(T1)、LaBr3、GSO、LGSO和GAGG中的一个，如本领域的技术人员应该理解的。
每个闪烁晶体30的粗糙端30b可以是基于用600目磨粒研磨料进行研磨的，尽管也料想到其他方法。例如，粗糙端30b可以通过其他研磨料或表面处理形成，并且可以通过初始用锯子切割晶体形成。
在一些实施例中，闪烁晶体30可以具有相应的范围在0.4mm至6.3mm内的x和y尺寸。并且，每个闪烁晶体可以具有范围在5mm至30mm内的z尺寸。另外，粗糙端30b和抛光端30a中的每个可以具有正方形形状。当然，在其他实施例中，端30a、30b可以是具有不同x和y尺寸的矩形。例如，一些晶体可以具有6.28х4.18mm的矩形形状和25mm的长度。另外，较小晶体可以具有0.5mm节距(pitch)和0.43mm的实际宽度。
PET/CT扫描仪20包括与闪烁晶体30的阵列的抛光端30a相邻的至少一个光电检测器。更特别地，如图2中所示，四个光电倍增管36和中间导光件37被设置成检测来自阵列块35的光。在另外参照图3描述的另一个实施例中，可通过多个固态光电检测器(诸如，SiPM)来设置光电检测器，如本领域的技术人员应该理解的。
一个方法方面是用于制作辐射检测器。该方法可以包括形成多个闪烁晶体30，使得每个闪烁晶体具有抛光端30a、与抛光端相对的粗糙端30b、在抛光端和粗糙端之间延伸的多个抛光面30c。该方法还可以包括将多个闪烁晶体布置成阵列，且镜面反射器层31位于闪烁晶体30的阵列中的相邻闪烁晶体的相邻抛光面之间并且设置与闪烁晶体的阵列的粗糙端相邻的漫反射层32。
传统方案已经将最高反射材料用于晶体之间的薄膜并且还使用相同材料来覆盖阵列块的外面。这样将留下一个端面敞开，让闪烁光出去以到达光电检测器。
如本文中公开的，使用不同反射材料和不同晶体表面的组合来增加可以从细长晶体的敞开端反射出去的闪烁光的分率。镜面材料和漫反射材料二者与被抛光以将光引导出去的匹配晶体表面协作。实际效率也将取决于闪烁晶体的物理大小和长宽的纵横比(aspect ratio)。镜面反射材料(诸如，ESR)用于长晶体30的高度抛光面30c和漫反射材料(诸如，与光出射面30a相对的一个端面30b处的Teflon带(PTFE)或BaSO4膏体)。通过经精细研磨的漫射端30b进一步增强此漫射性。粗糙端30b的漫射表面将把闪烁光分散到许多方向，以实现对于面30c的低入射角，使得光可以以反射次数减少或最少进而反射损失减少或最少来反射出。理论上(而申请人并不认为局限于此)减少晶体30内的内反射的总次数是重要方面，因为没有反射是100％且没有损失的。即使是每次反射有百分之几的损失，大量反射可以通过面30c吸收光中的大部分，留下极少的光在抛光端30a出射。对于具有高的长宽纵横比的细长晶体，尤其会这样。
可惜，随着推进所有固态光电检测器的更高图像分辨率和改变，总体趋势是减小了晶体像素的宽度而没有减小晶体长度，因为晶体长度需要具有采集射入的伽玛线的足够的阻止本领。本文中公开的实施例尤其适合高长宽比的细长晶体30制成的阵列。
过去，几乎所有的努力都是集中在寻觅最佳反射材料。已经尝试了镜面型反射器(诸如，金属箔和薄金属涂层)，结果非常差。漫射型反射器(诸如白色涂料或膏体材料)已经表现出好得多的结果。已经使用了诸如MgO、TiO2和BaSO4的白色颜料。目前，BaSO4涂料或膏体似乎提供了更好结果。然而，在阵列块中的晶体之间施用0.1mm厚的BaSO4涂料或膏体的均匀的薄厚度层是非常缓慢且困难的处理。出于实际目的，涂料厚度限于大约0.2mm或更厚。如果晶体宽度相对大(>3mm)，则是令人满意的。但是，这对于具有较小宽度(<2mm)的晶体的阵列，将变成更重要的问题，因为反射器材料的体积分率将变得值得注意。
对于较薄的漫反射材料，Teflon带是带来良好结果的最常用材料。到目前为止，Teflon带似乎是用于所有类型的闪烁应用的最佳且最灵活的反射器材料，无论它是否是单块晶体还是阵列块。可惜，它还是存在局限性。首先，安装Teflon带反射器一直是非常劳动密集型处理，因为该处理仅仅是用手进行的。其次，即使Teflon带厚度可以是薄至0.07mm，也似乎仍然只有对于大(>3mm)尺寸晶体才表现良好。随着晶体变薄，Teflon带性能将变差，并且卷绕宽度小于2mm的晶体也将变得不切实际。性能劣化的原因也是由于每次反射时漫射光的过量反射和吸收导致的。
如果晶体像素长宽比小于6，则卷绕Teflon的晶体可以表现良好。例如，4×4mm晶体不应该具有大于24mm(优选地，下至20mm)的长度。这是因为，内反射的总次数将较少。对于近似长度(诸如，尺寸是2×2×20mm大小，纵横比是10)的较薄晶体，由于过量内反射，导致光输出将变得差得多。
新ESR膜是完全不同种类的反射材料。它是由塑料膜的多个薄层制成的片材，片材的厚度将满足光谱的可见区域中的全反射方程d＝mλ/2n。ESR膜也非常薄，平均厚度是0.065mm。事实上，阵列块已经由带来相对良好结果的ESR膜反射器制成。ESR膜的优点是每次反射时的反射损失低。然而，ESR膜没有遭遇过于镜面而不足够漫射的问题。在许多其他应用中具有良好性能，但是对于闪烁阵列块，并不完美。相比于漫射型反射器，ESR膜对于较小尺寸像素(<2mm)而言表现相当好，而对于较大尺寸像素(>3mm)而言没有表现那么好。这是基于由所有表面被抛光的晶体制成的阵列块。结果似乎是相对于BaSO4膏体和Teflo带的结果相反。
本文中公开的实施例涉及具有混合反射器的阵列块35，这些混合反射器将利用每种类型的反射器材料的优点来匹配正确晶体表面，以增大光输出或者使光输出最大。这些实施例还可以适于具有大宽度和小宽度的晶体二者的许多尺寸的阵列块。
混合反射器阵列块35是基于以下设计特征。镜面ESR反射器层31用于晶体30的四个面30c。晶体30的四个面将被抛光。期望的是，使四个面30c上的每次反射的损失减少或最少。另一方面，可能不期望的是，使晶体30内的光只发生镜面反射。高角度的镜面反射将用四个面30c捕获晶体30内的光，不能在抛光端30a射出。可以期望的是，将闪烁处理所生成的光分成许多方向上的漫反射。因此，可以期望的是，使漫反射表面和经精细研磨的或粗糙端30b与漫反射器32的组合有助于光从长晶体30的敞口抛光端30a射出。
由于ESR膜或镜面反射器层31非常薄(0.065mm)，因此这样减小了反射材料的体积分率并且产生闪烁晶体30的相对高的堆积密度(packing density)来提高伽玛射线采集的机会。对于小宽度尺寸的晶体，尤其如此。
由于如果反射膜变得太厚，则闪烁材料体积的分率减小，因此反射膜的厚度是重要的。例如，对于晶体横截面是4х4mm厚度是0.1mm的反射器，反射器膜的体积分率将是4.8％。当晶体横截面减小下至1х1mm时，那么对于相同厚度是0.1mm的反射器膜，反射器体积分率将增至17.4％。如果反射器膜厚度高于0.1mm，则其体积分率将甚至更高。对于晶体是4х4mm厚度是0.2mm的反射器，反射器的体积分率将增大至9.3％。例如，对于现代高端PET扫描仪，这种类型的高体积分率不可接受的。
PET检测器环通常包含具有许多晶体30的大量阵列块35。期望的是，简化用于批量生产的组装处理。用固体ESR膜，能够容易以高精度将晶体30和镜面层31堆叠在一起。对于较小尺寸的晶体30，尤其如此。对于使用所有固态光电检测器40'(图3)的现代阵列块35'，阵列块的高精度节距对于设计而言可以是重要的，并且本文中描述的实施例尤其有助于实现这个目标。
图4至图6示出大14х14阵列块35的配置。它通常与如图2中所示的作为光电检测器的PMT 36匹配。对于现代PET扫描仪，例如，所使用的最常见的闪烁晶体是BGO、LSO和LYSO。本文中公开的实施例对于所有这些晶体而言将表现良好并且本领域的技术人员还应该理解其他可能性。
图7至图10示出小16х16阵列块35'的配置。小尺寸阵列块35'总体上与SiPM型、固态光电检测器40'(图3)匹配。
示例1：14х14阵列块由所有表面被抛光的3.86х19mm尺寸的LYSO晶体构建。LYSO晶体具有19/3.86＝5.0的纵横比。使用ESR膜作为在晶体之间的镜面反射器层，且ESR膜还完全围绕阵列块的五个外表面(除了出射闪烁光的底面)。块的面向下，使敞开面放置在密封盒中的Hamamatsu R877PMT的顶部上，而没有任何外部光漏到其中。将Na-22辐射源放置在阵列块上方的小距离上。这用于基于正负电子湮灭处理来生成511KeV伽玛射线辐射。在采集511KeV伽玛射线之后通过LYSO晶体生成闪烁光。通过Canberra Genie 2000光谱仪记录闪烁辐射的强度。用设置强度为100的BGO晶体标准对光谱仪进行预校准，因此可以直接比较所有测得的闪烁光强度。用由所有ESR发射器层构建的这个块，记录到光强度为414。在图11中示出光输出数据，在图11中，曲线51是各通道中的实际计数的数据，曲线52是基于实际计数的平滑曲线，曲线53是表示光峰的基线的线段，曲线54是表示光峰的FWHM的线段，曲线54是光峰光谱的斜率。
示例2：使用如示例1中描述的精确设置来测量所有后续示例中的闪烁光强度。同样，对光谱仪进行预校准，使得可直接比较所有示例中记录的闪烁光强度。这里，使用去除了顶部ESR反射器层并且用Teflon带反射器层取代的与示例1相同的14х14阵列块。测量光强度为上440，光输出略微提高。在图12中示出光输出数据，在图12中，曲线61是各通道中的实际计数的数据，曲线62是基于实际计数的平滑曲线，曲线63是表示光峰的基线的线段，曲线64是表示光峰的FWHM的线段，曲线65是光峰光谱的斜率。这个示例展现了相比于镜面反射层用漫射端层对光出射进行改进。
示例3：使用示例2中描述的相同块，但去除了顶部的Teflon带反射器层。然后，用600目研磨料将阵列块的顶端打磨粗糙。彻底清洁该块并在此后进行干燥。然后，将ESR反射器附接到顶部精细研磨表面。用相同的设置，测量光强度为534。这是指光输出的显著改进。清楚的是，即使用ESR镜面端面反射器层，晶体的精细研磨端面也能够将光分成漫反射，因此有助于在阵列块的敞口端的出射。
示例4：取与示例3中相同的块并且去除顶部的ESR反射器层。然后，用Teflon带反射器层取代ESR反射器层。用相同的设置，测量光强度为595。在图13中示出光输出数据，在图13中，曲线71是各通道中的实际计数的数据，曲线72是基于实际计数的平滑曲线，曲线73是表示光峰的基线的线段，曲线74是表示光峰的FWHM的线段，曲线75是光峰光谱的斜率。这是四个近似示例中的最佳结果。相比于示例1，观察到光输出强度增加了44％。漫射Teflon带和晶体的精细研磨(粗糙)漫射端以及其面完全被抛光的镜面ESR反射器膜提供了将闪烁光导出到晶体之外的最有效方式。
这四个先前示例展现了混合阵列块表现良好，其中，阵列块由相对大尺寸晶体制成。另一方面，对于具有大晶体和小长宽纵横比的阵列块，可发现，漫反射器设计还可实现在阵列块的端部非常好地出射光。
示例5：不同的14х14阵列块由3.61х3.61х19mm尺寸的LYSO晶体构建，该晶体的五个表面被抛光并且一端3.61mmх3.61mm面被用600目研磨料精细进行研磨。LYSO像素具有19/3.61＝5.26的纵横比。使用Teflon带作为晶体之间的反射器层，并且Teflon带还完全围绕阵列块的五个外表面(除了出射闪烁光的底端)。用相同的设置，测量光强度为570。结果接近示例4的混合实施例。
同样，漫反射有助于阵列块的端部的光出射。晶体像素的小纵横比对于实现这个高性能而言可以是重要的。所以，即使用全漫反射，晶体的短纵横比也可使内反射的总数最少并且使光出射最大。
然而，Teflon带可仅仅适于具有大且宽的晶体的大阵列块。这是因为，需要进行密集型劳力工作以用Teflon带缠绕晶体。此外，相比于ESR膜，Teflon带的体积分率也高。至于具有较小尺寸和宽度的晶体的小尺寸阵列块，其性能下降迅速并且制作阵列块的难度迅速增加。
示例6：小16×16阵列块由1.52×1.52×12mm尺寸的LYSO晶体构建，该晶体的所有表面被抛光。LYSO像素具有12/1.52＝7.9的纵横比。使用ESR膜作为晶体之间的反射器，并且ESR膜还完全围绕阵列块的五个外表面(除了出射闪烁光的底端)。用相同的闪烁检测***的设置，测量光强度为399。在图14中示出光输出数据，在图14中，曲线81是各通道中的实际计数的数据，曲线82是基于实际计数的平滑曲线，曲线83是表示光峰的基线的线段，曲线84是表示光峰的FWHM的线段，曲线85是光峰光谱的斜率。
示例7：这里，使用与示例6相同的16×16阵列块，其中，顶部ESR反射器覆盖件被Teflon带漫反射器层取代。所以，用相同的测量设置，测量光强度为459。在图15中示出光输出数据，在图15中，曲线91是各通道中的实际计数的数据，曲线92是基于实际计数的平滑曲线，曲线93是表示光峰的基线的线段，曲线94是表示光峰的FWHM的线段，曲线95是光峰光谱的斜率。
这个示例同样展现了相比于小尺寸阵列块中的镜面端，用漫射端进行光出射的改进。通过将这个示例与具有从414到440的光改进的示例1和2的相对结果进行比较，可得出以下结论：用晶体的抛光端，相比于对于较大宽度晶体块而言，漫反射器层对于较小宽度晶体块而言表现更好。
示例8：这个示例是得自1.52×1.52×12mm尺寸的LYSO晶体的小16×16阵列块，该晶体的五个表面被抛光并且一端面被用600目研磨料进行精细掩模(即，打磨粗糙)。LYSO像素也具有12/1.52＝7.9的纵横比。使用ESR膜作为晶体之间和还环绕阵列块的五个外面(除了出射闪烁光的底端)的镜面反射器。用闪烁检测***的相同设置，测量光强度为518。在图16中示出光输出数据，在图16中，曲线101是各通道中的实际计数的数据，曲线102是基于实际计数的平滑曲线，曲线103是表示光峰的基线的线段，曲线104是表示光峰的FWHM的线段，曲线105是光峰光谱的斜率。将此与示例6的结果进行比较，改进从399提高至518，十分显著，增加了30％。
示例9：这是与示例8相同的16×16阵列块，其中，顶部ESR反射器层被Teflon带漫反射器层取代。所以，用相同的测量设置，测量光强度为521。在图17中示出光输出数据，在图17中，曲线111是各通道中的实际计数的数据，曲线112是基于实际计数的平滑曲线，曲线113是表示光峰的基线的线段，曲线114是表示光峰的FWHM的线段，曲线115是光峰光谱的斜率。同样，这是小晶体阵列块的四个示例之中的最佳结果。将此与示例6的结果进行比较，改进从399提高至521，十分显著，增加了30.6％。
在以下的表1中总结了这些示例。
表1
基于示例8和9的比较，可明白，对于具有大的长宽纵横比的小宽度晶体的小尺寸阵列，用600目研磨料研磨端面将提供更大的光输出提高(分别地，30％和30.6％)。但是，用Teflon带取代ESR反射器层表现出小幅提高(仅仅0.6％)。
申请人推论(而不期望限于此)，因用600目研磨料将端部打磨粗糙而形成的漫射性会足以到达接近光出射的最大值。对于如示例3和4中示出的较大宽度的晶体阵列块，仅仅用600目研磨料将端面与ESR反射器层一起打磨粗糙可能不足以达到所期望光漫射的最大值—用Teflon带反射器取代ESR层提供了另外11.5％的提高。
将分别为534和595的示例3和4的光输出与分别为518和521的示例8和9的光输出进行比较，可明白晶体像素宽度(3.86mm与1.52mm)和另外纵横比(5.0与7.9)对阵列块的光输出的影响。所有这些块都由具有大约650的光输出平均值的LYSO晶体制成。
这些示例表明，相比于传统制成的检测器阵列，示例4和9的混合实施例可显著提高从敞口端输出的光。对于由大宽度晶体制成的阵列和由小宽度晶体制成的阵列二者，这些实施例都起作用。可以期望根据晶体的宽度以及纵横比进行进一步优化。这些示例展现了可以从分别小和大尺寸阵列块的敞口端出射闪烁光中的79％和90％。
所有这些示例展现了具有高反射率的镜面反射器实际上对于将光引导出长晶体端部之外并不理想。原因是因为可能有太多的高角度内反射。这多个反射将造成光中的大部分被壁吸收，而没有任何机会出射。端部的漫反射器将把光分到许多方向。低入射角的光将被晶体的镜面侧表面反射。光以最小反射量因而最小损失出射晶体端部容易得多。当像素长宽纵横比变高时，可以更真实。用具有越来越薄的晶体的现代所有固态SiPM检测器，从晶体端部出射的有效光已经变成用于确定扫描仪性能的重要问题。本文中公开的混合实施例提供了增加从阵列块端面出射的光的有效方法。
得益于以上说明书和相关附图中提出的教导，本领域的技术人员将想到本发明的许多修改形式和其他实施例。因此，要理解，本发明不限于所公开的具体实施例，并且修改形式和实施例旨在被包括在随附权利要求书的范围内。

Claims (29)

1.一种设备，所述设备包括：
闪烁晶体阵列，每个闪烁晶体具有抛光端、与所述抛光端相对的粗糙端、在所述抛光端和所述粗糙端之间延伸的多个抛光面；
镜面反射器层，其位于所述闪烁晶体阵列中的相邻闪烁晶体的相邻抛光面之间；以及
漫反射器层，其与所述闪烁晶体阵列的所述粗糙端相邻。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述镜面反射器层包括VikuitiTM增强型镜面反射器(ESR)层。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述漫反射层包括聚四氟乙烯(PTFE)。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述漫反射层包括MgO、TiO2和BaSO4中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，每个闪烁晶体包括LYSO、LSO、BGO、NaI(T1)、LaBr3、GSO、LGSO和GAGG中的一个。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述粗糙端是基于用600目磨粒研磨料进行的研磨的。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，每个闪烁晶体具有相应的范围在0.4至6.3mm内的x尺寸和y尺寸。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，每个闪烁晶体具有范围在5至30mm内的z尺寸。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述粗糙端和所述抛光端中的每个具有正方形形状。
10.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括与所述闪烁晶体阵列的抛光端相邻的至少一个光电检测器。
11.根据权利要求10所述的设备，所述设备还包括处理器和与所述处理器关联的存储器，所述处理器和所述存储器耦接到所述至少一个光电检测器。
12.根据权利要求10所述的设备，所述设备还包括：
至少一个其他成像扫描仪；以及
处理器和关联的存储器，所述处理器和所述存储器耦接到所述至少一个其他成像扫描仪和所述闪烁晶体阵列。
13.根据权利要求10所述的设备，其中，所述至少一个光电检测器包括多个光电倍增管。
14.根据权利要求10所述的设备，其中，所述至少一个光电检测器包括多个固态光电检测器。
15.一种设备，所述设备包括：
闪烁晶体阵列，每个闪烁晶体具有抛光端、与所述抛光端相对的粗糙端、在所述抛光端和所述粗糙端之间延伸的多个抛光面，所述粗糙端是基于用600目磨粒研磨料进行的研磨的；
镜面反射器层，其位于所述闪烁晶体阵列中的相邻闪烁晶体的相邻抛光面之间；
漫反射器层，其与所述闪烁晶体阵列的所述粗糙端相邻；
至少一个光电检测器，其与所述闪烁晶体阵列的所述抛光端相邻；以及
处理器和与所述处理器关联的存储器，所述处理器和所述存储器耦接到所述至少一个光电检测器。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述镜面反射器层包括VikuitiTM增强型镜面反射器(ESR)层。
17.根据权利要求15所述的设备，其中，所述漫反射层包括聚四氟乙烯(PTFE)。
18.根据权利要求15所述的设备，其中，所述漫反射层包括MgO、TiO2和BaSO4中的至少一个。
19.根据权利要求15所述的设备，其中，每个闪烁晶体包括LYSO、LSO、BGO、NaI(T1)、LaBr3、GSO、LGSO和GAGG中的一个。
20.根据权利要求15所述的设备，其中，每个闪烁晶体具有相应的范围在1至4mm内的x尺寸和y尺寸和范围在5至30mm内的z尺寸。
21.根据权利要求1所述的设备，还包括处理器和与所述处理器关联的存储器，所述处理器和所述存储器耦接到所述至少一个光电检测器。
22.一种制作辐射检测器的方法，所述方法包括：
形成多个闪烁晶体，使得每个闪烁晶体具有抛光端、与所述抛光端相对的粗糙端、在所述抛光端和所述粗糙端之间延伸的多个抛光面；
将所述多个闪烁晶体布置成阵列，且镜面反射器层在所述闪烁晶体阵列中的相邻闪烁晶体的相邻抛光面之间；以及
设置与所述闪烁晶体阵列的所述粗糙端相邻的漫反射器层。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述镜面反射器层包括VikuitiTM增强型镜面反射器(ESR)层。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述漫反射层包括聚四氟乙烯(PTFE)。
25.根据权利要求22所述的方法，其中，所述漫反射层包括MgO、TiO2和BaSO4中的至少一个。
26.根据权利要求22所述的方法，其中，每个闪烁晶体包括LYSO、LSO、BGO、NaI(T1)、LaBr3、GSO、LGSO和GAGG中的一个。
27.根据权利要求22所述的方法，其中，所述粗糙端是基于用600目磨粒研磨料进行的研磨的。
28.根据权利要求22所述的方法，其中，每个闪烁晶体具有相应的范围在1至4mm内的x尺寸和y尺寸和范围在5至30mm内的z尺寸。
29.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括设置与所述闪烁晶体阵列的所述抛光端相邻的至少一个光电检测器。
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