專利名稱：一種用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于輻射探測成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備 的探測裝置。
背景技術(shù)：
高能射線探測技術(shù)通常采用一種能夠有效阻擋輻射射線并吸收其能量而發(fā)光的 閃爍晶體作為探測材料，再用高增益的光電倍增器件對此微弱的光信號進行光電轉(zhuǎn)換和放 大，產(chǎn)生電脈沖信號，通過采集這些脈沖信號來獲得高能射線的能量、時間及空間位置等信 息，這類固體探測器通稱為閃爍探測器。正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備所采用的探測裝置即屬 于閃爍探測器。正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備在核成像中使用Y (伽馬)射線源，其原理是通過標(biāo)記 參與人體代謝的某些化合物的元素。例如碳、氟、氧和氮等同位素(11C，18F，150，13N)中 的一種或兩種注入人體后成為穩(wěn)定的化合物，在活體內(nèi)參與細(xì)胞代謝。用這種正電子發(fā)射 體取代正常的穩(wěn)定元素，即形成了此類元素的化合物，此類化合物也是半衰期適合的天然 化合物，當(dāng)此類化合物的正電子與人體內(nèi)的電子結(jié)合時，發(fā)生湮滅效應(yīng)，產(chǎn)生兩個能量為 0.511MeV、彼此運動相反的γ射線。根據(jù)人體不同部位吸收標(biāo)記化合物能力的不同，該同 位素在人體內(nèi)各部位的濃聚程度也不同，湮滅反應(yīng)產(chǎn)生光子的強度也不同。用環(huán)繞人體的 Y射線檢測器環(huán)列，以符合探測的方法能探測到隨位置變化的符合計數(shù)，再經(jīng)過符合計數(shù) 技術(shù)，即可判定這一對Y光子輻射的軌跡線，該線經(jīng)過湮滅源按照一定規(guī)律被計算機采集 下來，然后通過軟件上的重建算法使其成像。實現(xiàn)上述成像方法的最基本單元就是閃爍探 測器。傳統(tǒng)的閃爍探測器主要有如下幾種1.利用4個圓形的PMT來探測；其缺陷是探 測效率低下且不均勻，探測分辨率低；2.利用4個方形的PMT來探測；其缺陷是方形PMT價 格昂貴，成本高；3.利用N個圓形的PMT排成平板來探測，其缺陷為探測效率低下且不均 勻，探測分辨率低。且以上3種探測器都沒有將處理電路集成在一個模塊內(nèi)，故而不利于其 進行測試，組裝，運輸，維修等。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種可以提高有效探測面積的用于正電 子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案。一種用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測裝置包括底座、PMT(photomultiplier tube，光電倍增管)支架、蓋板、高壓供電板、前端電路處理板；所述底座用以存放晶體陣 列；所述PMT支架底部與底座緊密相連，內(nèi)部存放PMT模塊，用以保持PMT模塊垂直且與晶 體陣列緊密貼合；所述蓋板與所述PMT支架的頂部緊密相連，用以固定PMT模塊以及保證所 述探測裝置密閉不透光；所述高壓供電板設(shè)置于所述蓋板的正上方，用以給PMT模塊供電；所述前端電路處理板設(shè)置于所述高壓供電板的正上方，用以獲得射線進入所述PMT模塊的 時間信息、位置信息、和能量信息。作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述PMT模塊包括5管PMT，所述5管PMT分別 為位于中間位置處的PMTl和位于PMTl四周的PMT2、PMT3、PMT4、PMT5。作為本實用新型的另一種優(yōu)選方案，所述前端電路處理板包括模擬單元、模數(shù)轉(zhuǎn) 換器、數(shù)字單元；所述模擬單元與所述PMT模塊相連，用以對所述PMT模塊供電后輸出的脈 沖信號進行處理，獲得代表χ坐標(biāo)的能量Ex、y坐標(biāo)的能量Ey、坐標(biāo)位置的總能量Ea、以及 能譜的能量Es等模擬信號；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與模擬單元相連，用以將模擬單元輸出的模擬 信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；所述數(shù)字單元與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，用以對所述數(shù)字信號進行運算，獲 得捕獲每一次脈沖事例所對應(yīng)的晶體在晶體陣列上的空間二維坐標(biāo)X和Y，和能量E，以及 對所述模擬單元的控制信號。本實用新型的有益效果在于本實用新型采用5管PMT模塊，由于增加了中間的 PMT，提高了有效的探測面積，提高了探測器的效率，提高了空間分辨；由于本實用新型所述 的測探裝置包括完整的處理電路，每個模塊以數(shù)字信號方式輸出并可獨立調(diào)試，易于閃爍 探測器的檢測、裝配、運輸、以及維修。


圖1為本實用新型所述的用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測裝置的結(jié)構(gòu)示意
圖2為底座的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為PMT支架及PMT模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為前端電路處理板的電路圖。 主要組件符號說明 1、底座； 3、蓋板；
5、前端電路處理板 21、PMT 模塊； 212、PMT2 ； 214、PMT4 ；
2、PMT支架； 4、高壓供電板 11、晶體陣列； 211、PMTl ； 213、PMT3 ； 215、PMT5。
具體實施方式
本實用新型所述的用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測裝置中的晶體受到Y(jié)射 線照射后發(fā)光，光電倍增管將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，電信號通過前端電路處理板的處理得 到每次Y射線進入PMT模塊的時間，位置信息，以及能量信息。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細(xì)說明。實施例一本實施例提供一種用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測裝置，如圖1所示，該裝 置包括底座1、PMT支架2、蓋板3、高壓供電板4、前端電路處理板5。
4[0027]底座如圖2所示，所述底座1用以存放和固定晶體陣列11。PMT支架如圖3所示，所述PMT支架2底部與底座1緊密相連，內(nèi)部存放PMT模塊21，用以 固定PMT模塊21，使之保持垂直且與晶體陣列緊密貼合；而且還要保證能夠屏蔽掉所有可 見光。所述PMT模塊包括5管PMT，所述5管PMT分別為位于中間位置處的PMTl 211和位 于 PMTl 四周的 PMT2 212、PMT3 213、PMT4 214、PMT5 215。蓋板如圖4所示，所述蓋板3與所述PMT支架2的頂部緊密相連，用以固定PMT模塊以 及保證所述探測裝置密閉不透光。高壓供電板所述高壓供電板4設(shè)置于所述蓋板的正上方，用以給PMT模塊供電。前端電路處理板如圖5所示，所述前端電路處理板5設(shè)置于所述高壓供電板4的正上方，用以獲得 射線進入所述PMT模塊的時間信息、位置信息、和能量信息。所述前端電路處理板包括模擬 單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字單元；所述模擬單元與所述PMT模塊相連，用以對所述PMT模塊供電 后輸出的脈沖信號進行處理，獲得模擬的χ坐標(biāo)的能量Ex、y坐標(biāo)的能量Ey、坐標(biāo)位置的總 能量Ea、以及能譜的能量Es ；如圖3所示假設(shè)PMTl 211的歸一化后能量為El，PMT2 212 歸一化后的能量為E2，PMT3 213歸一化后的能量為E 3，PMT3 214歸一化后的能量為E4， PMT5215歸一化后的能量為E5，那么當(dāng)選取PMT3 213為坐標(biāo)原點時，其計算公式如下Ex = E4+E5+0. 5 y ElEy = Ε2+Ε5+0. 5 y ElEa= ΥΕ1+Ε2+Ε3+Ε4+Ε5Es = E1+E2+E3+E4+E5其中Y為可調(diào)量，γ的取值要根據(jù)所述探測裝置不同的晶體點陣的二維成像圖 (flood map)來調(diào)整。由于模塊歸一化的差別及晶體點陣分光的不均勻，故而探測出來的晶 體二維成像圖也不均勻，這時就可以利用Y來調(diào)整。在理想情況下，假設(shè)每個PMT通道得 到的能量值E是完全歸一化的，且晶體點陣分光也是均勻的，那么γ取1。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與模擬單元相連，用以將模擬單元輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號；所述數(shù)字單元與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，用以對所述數(shù)字信號進行運算，獲得捕獲每一次脈沖 事例所對應(yīng)的晶體在晶體陣列上的空間二維坐標(biāo)χ和Y，和能量E，以及對所述模擬單元的 控制信號。坐標(biāo)X和Y，和能量E的公式分別如下X = Ex/EaY = Ey/EaE = Es前端電路處理板的處理流程如圖5所示，PMT經(jīng)過高壓供電板供電后，輸出脈沖信 號；所述脈沖信號通過前端放大器放大(簡稱前放)，放大后的信號經(jīng)過積分，得到每個脈 沖信號的能量；積分后的信號經(jīng)過加法電路后，得到模擬的χ坐標(biāo)的能量Ex、y坐標(biāo)的能量 Ey、坐標(biāo)位置的總能量Ea、以及能譜的能量Es ；然后Ex、Ey、Ea、Es四個模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器后，得到數(shù)字信號，數(shù)字信號進入FPGA (可編程邏輯門陣列)中運算得到捕獲每一次 脈沖事例所對應(yīng)的晶體在晶體陣列上的空間二維坐標(biāo)X和Y，以及能量E，F(xiàn)PGA同時產(chǎn)生模 擬電路的控制信號。前放放大的信號經(jīng)過求和后，得到5個PMT能量的和Et，然后通過比較后，得到時 間觸發(fā)T。電路中另一個的關(guān)鍵之處在于，將計算位置坐標(biāo)的能量Ea和統(tǒng)計能譜的能量Es 分開，這樣就可以利用PMTl信號的權(quán)重來調(diào)整晶體點陣圖像的疏密，而不改變歸一化后能 譜。從上面的公式可以看出，通過調(diào)整Y值來改變X和Y(即改變晶體點陣成像的疏密)， 而不改變歸一化后的能譜(即Es的值不變)。本實用新型采用5管PMT模塊，由于增加了中間的ΡΜΤ，提高了有效的探測面積，提 高了探測器的效率，提高了空間分辨。由于本實用新型所述的測探裝置包括完整的處理電路，每個模塊可獨立調(diào)試；由 于探測裝置的獨立性，所以易于探測器的裝配、運輸(可以單獨模塊的運輸，也可裝配成探 測環(huán)運輸)，同時也易于維修。這里本實用新型的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本實用新型的范圍限制在上 述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫 離本實用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實用新型可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例， 以及用其他元件、材料和部件來實現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測裝置，其特征在于，所述探測裝置包括底座，用以存放晶體陣列；PMT支架，底部與底座緊密相連，內(nèi)部存放PMT模塊，用以保持PMT模塊垂直且與晶體陣 列緊密貼合；蓋板，與所述PMT支架的頂部緊密相連，用以固定PMT模塊以及保證所述探測裝置密閉 不透光；高壓供電板，設(shè)置于所述蓋板的正上方，用以給PMT模塊供電；前端電路處理板，設(shè)置于所述高壓供電板的正上方，用以獲得射線進入所述PMT模塊 的時間信息、位置信息、和能量信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測裝置，其特征在于所 述PMT模塊包括5管PMT，所述5管PMT分別為位于中間位置處的PMTl和位于PMTl四周的 PMT2、PMT3、PMT4、PMT5。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測裝置，其特征在于，所 述前端電路處理板包括模擬單元，與所述PMT模塊相連，用以對所述PMT模塊供電后輸出的脈沖信號進行處 理，獲得模擬的χ坐標(biāo)的能量Ex、y坐標(biāo)的能量Ey、坐標(biāo)位置的總能量Ea、以及能譜的能量 Es ；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，與模擬單元相連，用以將模擬單元輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；數(shù)字單元，與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，用以對所述數(shù)字信號進行運算，獲得數(shù)字的捕獲每一次 脈沖事例所對應(yīng)的晶體在晶體陣列上的空間二維坐標(biāo)X和Y，和能量E，以及對所述模擬單 元的控制信號。
專利摘要本實用新型公開了一種用于正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備的探測裝置，該探測裝置包括底座、PMT支架、蓋板、高壓供電板、前端電路處理板；底座用以存放晶體陣列；PMT支架底部與底座緊密相連，內(nèi)部存放PMT模塊，用以保持PMT模塊垂直且與晶體陣列緊密貼合；蓋板與所述PMT支架的頂部緊密相連，用以固定PMT模塊以及保證所述探測裝置密閉不透光；高壓供電板設(shè)置于所述蓋板的正上方，用以給PMT模塊供電；前端電路處理板設(shè)置于所述高壓供電板的正上方，用以獲得射線進入所述PMT模塊的時間信息、位置信息、能量信息。由于本實用新型中增加了中間的PMT，提高了有效的探測面積、探測效率、和空間分辨；每個模塊可獨立調(diào)試，易于閃爍探測器的校準(zhǔn)，檢測、裝配、運輸和維修。
文檔編號A61B6/00GK201775635SQ20102029887
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者丁春榮, 周忠輝, 孟慶旭, 應(yīng)關(guān)榮, 江煒, 謝舒平 申請人:上海生物醫(yī)學(xué)工程研究中心