用于pet探測器的柔性連接器的制造方法
【專利摘要】一種PET或SPECT輻射探測器模塊(50)包括探測器(54、58)陣列和其關(guān)聯(lián)處理電路，所述探測器(54、58)陣列和其關(guān)聯(lián)處理電路通過具有可釋放連接器的柔性電纜連接。一種安裝和拆卸的方法包括將輻射探測器陣列安裝在診斷掃描器中的支撐結(jié)構(gòu)中，將柔性連接器的一端連接到探測器陣列，并且將柔性連接器的另一端連接到其關(guān)聯(lián)電路。
【專利說明】用于PET探測器的柔性連接器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本應(yīng)用涉及診斷成像系統(tǒng)和方法。其具體應(yīng)用于具有第二成像模態(tài)的正電子發(fā)射 斷層攝影（PET)，第二成像模態(tài)范例包括計算機斷層攝影（CT)、磁共振（MR)成像、或單光子 發(fā)射計算機斷層攝影（SPECT)。以下也適用于PET或SPECT掃描器。

【背景技術(shù)】
[0002] 固態(tài)PET探測器通常由閃爍體體晶體制成，所述閃爍體體晶體被耦合到印刷電路 板（PCB)上的探測器二極管陣列。然后該PCB插入相同維度的其他PCB以形成探測器堆疊 (stack)。然后將該探測器堆疊，有時稱片塊（tile)，插入托住多個堆疊的更大PCB。該更 大PCB和其伴隨的堆疊或片塊形成探測器模塊。一般地，使用剛性連接器將探測器堆疊插 入更大的PCB，其造成若干設(shè)計挑戰(zhàn)。
[0003] 由于個體PCB連接和探測器堆疊到更大PCB的連接是剛性的，因而連接器的容差 累加并且能夠影響PET探測器的定位。多個堆疊到其關(guān)聯(lián)PCB的剛性安裝也能夠使拆卸探 測器變得困難。由于常常將探測器安裝在具有多于2x2片塊（例如2x3或4x3)的鄰接配 置中，因而探測器的各側(cè)不是都可訪問的。在4x3配置中，有兩個沒有訪問側(cè)的片塊。當(dāng)拆 卸具有僅僅一個暴露側(cè)的探測器時，通過僅向一側(cè)施加力，探測器可能受到扭動，引起彎曲 并且潛在損壞電路或探測器晶體。
[0004] 剛性安裝也使冷卻變得困難，其在于穿過由剛性連接器造成的緊密間隙傳送冷卻 很難，還在于更多體積必須具有穿過它循環(huán)的干空氣。干空氣被用在包含探測器的體積中， 以防止探測器被冷卻到室溫以下時發(fā)生冷凝。電路的剩余部分，其不像探測器那樣充分被 冷卻（或許在室溫以上運行），被剛性安裝而具有緊密間隙，因此，被封裝在與探測器相同 的體積中。用干空氣冷卻全部體積增加了供應(yīng)的冷卻干空氣的量。
[0005] 對于更小膛的PET掃描器，剛性安裝也能夠增加相互作用深度（D0I)的問題。被安 裝在相同平面的探測器模塊的行越多，不面向垂直于伽瑪射線路徑的探測器數(shù)量就越大， 所述伽瑪射線一般從膛中心附近輻射。
[0006] 剛性安裝也能夠引導(dǎo)振動。如果使用具有第二成像系統(tǒng)，諸如，例如，磁共振成像 的PET探測器，在導(dǎo)電板中感應(yīng)的渦電流能夠引起振動，其經(jīng)由剛性安裝機械地被傳遞到 探測器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本申請?zhí)岢鲇萌嵝园惭b或連接來解決這些問題。根據(jù)一個實施例，柔性連接器被 用于安裝固態(tài)片塊堆疊。在另一實施例中，與柔性連接器連接的固態(tài)PET探測器被安裝在 提供機械支撐的蓋中。
[0008] 根據(jù)一個方面，公開了包括輻射探測器陣列的輻射探測器模塊，所述輻射探測器 陣列響應(yīng)于接收到輻射事件而生成信號。關(guān)聯(lián)處理電路處理這些信號。柔性連接器將輻射 探測器連接到關(guān)聯(lián)處理電路中的一些。柔性連接器可以具有處于連接器與輻射探測器陣列 和/或關(guān)聯(lián)處理電路之間的可釋放的連接器。輻射探測器模塊可以具有支撐結(jié)構(gòu)，可能是 具有冷卻通道的板，其支撐探測器陣列并且具有孔徑以允許連接器穿過。模塊可以在殼體 中，所述殼體限定用于在輻射探測器上循環(huán)干空氣的通路，以便防止冷凝。支撐結(jié)構(gòu)具有機 械元件以接合探測器的各側(cè)面，以將探測器元件取向為朝向檢查區(qū)域。機械元件可以限定 接收輻射探測器的井槽。模塊也具有支撐部件，其用于將探測器陣列安裝到診斷掃描器，使 得每個輻射探測器可相對支撐部件移動，并且柔性連接器在輻射探測器陣列的每個輻射探 測器和被安裝到支撐部件的電子器件之間延伸。
[0009] 輻射探測器可以是光學(xué)地與硅光電倍增器和/或固態(tài)輻射探測器連接的閃爍體 晶體。探測器模塊可以是具有環(huán)形支撐結(jié)構(gòu)的PET掃描器的部分。
[0010] 根據(jù)另一實施例，公開了一種安裝輻射探測器的方法。所述方法包括安裝支撐結(jié) 構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)將關(guān)聯(lián)處理電路支撐到診斷掃描器，將柔性連接器的第一端連接到探測 器陣列，并且將柔性連接器的第二端連接到關(guān)聯(lián)電路。所述方法也可以包括彎曲柔性連接 器以定位探測器陣列。所述方法也可以包括將輻射探測器安裝在機械結(jié)構(gòu)中，其將探測器 固定在掃描器中的某個取向中。機械結(jié)構(gòu)可以限定探測器陣列的每個輻射探測器的單個井 槽。所述機械結(jié)構(gòu)也可以被移除，彎曲柔性連接器以提高到輻射探測器的訪問，并且從輻射 探測器中斷開柔性連接器以移除輻射探測器。已經(jīng)移除輻射探測器之后，可以將替換輻射 探測器與柔性連接器連接并且安裝在機械結(jié)構(gòu)中。
[0011] 也可以通過從關(guān)聯(lián)電路中斷開柔性連接器，替換電路，并且重新連接替換關(guān)聯(lián)電 路與柔性連接器，來替換關(guān)聯(lián)電路。
[0012] 所述方法還可以包括冷卻輻射探測器，以及使干空氣通過探測器以防止冷凝。
[0013] 在另一實施例中，公開了核診斷成像器，其包括多個模塊，所述多個模塊每個具有 電子器件和輻射探測器陣列、圍繞成像區(qū)域的環(huán)形結(jié)構(gòu)、以及安裝到環(huán)形結(jié)構(gòu)的多個探測 器模塊。每個探測器模塊具有響應(yīng)于接收到輻射事件而生成信號的輻射探測器陣列、處理 信號的關(guān)聯(lián)處理電路、以及處于輻射探測器和關(guān)聯(lián)處理電路中的至少一些之間的柔性連接 器。
[0014] 有利地，柔性安裝或連接允許探測器被更精確地（更精確對齊）定位，而能夠以更 低精度安裝電路板，使得連接器中的差異（歸因于，例如，焊接）不重要。
[0015] 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀和理解下面詳細描述后將認識到本發(fā)明的再其他 優(yōu)點。
[0016] 本發(fā)明可以采取各種部件和各部件布置以及各種步驟和各步驟的安排的形式。附 圖僅僅是為了圖示優(yōu)選實施例的目的并應(yīng)被理解為限制本發(fā)明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1圖解地圖示了具有磁共振（MR)掃描器和正電子發(fā)射斷層攝影（PET)掃描器 的混合式系統(tǒng)的透視圖。
[0018] 圖2圖示了混合式系統(tǒng)的PET探測器環(huán)。
[0019] 圖3圖示了單個PET探測器模塊。在圖3中所示出的取向，往下將指向成像掃描 系統(tǒng)的膛的中心。
[0020] 圖4是其中使用柔性連接器連接探測器堆疊的實施例的側(cè)視圖。
[0021] 圖5是柔性連接器的透視圖。
[0022] 圖6圖示了當(dāng)剛性安裝探測器晶體時，相互作用深度的問題。
[0023] 圖7是圖示使用柔性連接器安裝的探測器晶體和片塊以及機械地定位探測器陣 列的機械結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
[0024] 圖8是用于安裝晶體和其關(guān)聯(lián)電子器件的方法。

【具體實施方式】
[0025] 參考圖1，混合式PET/MR掃描器30具有大體環(huán)形PET探測系統(tǒng)40，PET探測系統(tǒng) 40被設(shè)置在MR掃描器的梯度線圈和RF線圈中的間隙或凹槽中。大體環(huán)形PET探測系統(tǒng) 40和MR掃描器被配置為對常見成像區(qū)域36進行成像。PET探測系統(tǒng)40由安裝部件44獨 立地支撐，所述安裝部件44穿過磁鐵殼體34并且在MR組件之間的開口 46。
[0026] 在PET掃描中，在檢查區(qū)域36中伽瑪射線對由正電子湮沒事件產(chǎn)生并且在相反方 向行進。當(dāng)伽瑪射線撞擊探測器時，撞擊探測器元件的位置和撞擊時間被記錄。單一處理 單元監(jiān)控單一伽瑪射線事件的記錄不與時間上相近事件成對的伽瑪射線事件。時間上相近 的事件對限定響應(yīng)線（L0R)，其被重建成PET圖像。
[0027] 受試者支撐體38相對于PET機架40連續(xù)或逐步移動，以生成列表模式的PET數(shù) 據(jù)集，所述列表模式的PET數(shù)據(jù)集包含探測成對的光子的探測器的與其相對應(yīng)的位置信息 相關(guān)聯(lián)的事件。這允許每個探測器在掃描期間覆蓋連續(xù)的縱向空間位置，其導(dǎo)致縱向或z 方向的精細的PET采集采樣。也預(yù)期在短縱向增量，例如小于縱向探測器間隔的步進。也 能夠周向連續(xù)地或以類似的小步長移動探測器。
[0028] 圖2示出了來自組合PET/MR掃描器或僅僅PET掃描器的PET探測系統(tǒng)40。圖示 的環(huán)包括18個模塊（其中三個被標記為50a、50b、和50c)，所述模塊被安裝在形成環(huán)形支 撐結(jié)構(gòu)51的一對環(huán)形環(huán)的外表面。當(dāng)然，取決于環(huán)和成像區(qū)域36的直徑，可以提供更多或 更少的模塊。
[0029] 參考圖3和4,示出了探測器模塊50。每個探測器模塊50包括冷卻和支撐板裝配 52,其由冷卻管53冷卻。圖4是探測器模塊的剖視圖，示出了在冷卻和支撐板裝配52下支 撐的多個光子探測器陣列54 &、5你、54〇、54(1、和546。多個閃爍體體晶體陣列58&、5813、58(3、 58d和58e被光學(xué)地耦合到光子探測器陣列以限定多個堆疊或片塊，所述多個堆疊或片塊 由冷卻和支撐板裝配52支撐。冷卻管53以及冷卻和支撐板裝配52托住在大體恒定冷藏 溫度的探測器陣列和閃爍體晶體。
[0030] 柔性連接器62a_62e連接探測器堆疊或片塊與在電路板64上支撐的下游處理電 子器件，例如單一處理單元（STO)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、放大器和其他關(guān)聯(lián)電子器件65。更具體地 說，柔性連接器和探測器陣列每個包括可釋放的電子連接器設(shè)備，例如插頭陣列（其中之 一在圖5中被標記為66)和插座陣列68。電路板64和柔性連接器包括第二組可釋放連接 設(shè)備，例如針式連接器（其中之一在圖5中被標記為70)和插座連接器72。隨著連接器被 移除，光子探測器陣列和閃爍體體能夠在電路板64上獨立于電子器件被安裝、修復(fù)、替換 和對齊。隨著柔性連接器62的一端連接（附接）到探測器陣列54,以及柔性連接器62的 另一端附接到電路板64,不需要準確地控制冷卻電路板64和其他關(guān)聯(lián)電子器件被安裝從 冷卻板52偏移。
[0031] 通過殼體74從其他組件中密封冷卻板52、探測器陣列54以及晶體58,所述殼體 74提供不透光和不透氣的體積76。殼體可以由薄鋁或不明顯阻礙輻射事件進入探測器晶 體的其他材料制成。由于電路板64上的電子器件，其對溫度不敏感并且不需要像探測器陣 列和閃爍體體晶體陣列那樣充分被冷卻和具有那樣的準確度，被放置在冷卻體積76之外， 因而減少系統(tǒng)的熱負載。僅僅在包含探測器的密封體積76中的空間被準確地冷卻到室溫 以下。干空氣通過殼體74循環(huán)以防止冷凝。
[0032] 圖5示出了具有連接器66和70的柔性印刷電路板。有利地，圖示的柔性PCB在 兩端具有連接器，但是預(yù)期能夠制成在一端或兩端無可斷開連接器的柔性PCB。柔性PCB允 許在所有方向移動，使得晶體能夠被推入定位不在剩余的電路上施加力，允許盡可能精確 地進行探測器晶體的定位以增加圖像分辨率。柔性PCB允許探測器堆疊的定位獨立于電路 板64的定位。
[0033] 柔性連接器62允許探測器晶體58和光子探測器54獨立于關(guān)聯(lián)電子器件55被安 裝和定位。一旦安裝了堆疊，柔性連接器62就被附接在冷卻體積之內(nèi)，并且然后離開殼體 74并且連接到位于殼體74之外的關(guān)聯(lián)電子器件65,允許更精確地對齊探測器并且減少熱 負載。
[0034] PET重建算法基于L0R重建圖像，所述L0R按它們的端點限定。如果端點不確定 或不明確，重建的精確度受影響。圖6描繪了相互作用深度的問題，其能夠?qū)⒉淮_定性引入 L0R的端點。當(dāng)伽瑪射線82以進入第二晶體58b或甚至第三晶體58c的顯著角度進入一個 晶體58a時，伽瑪射線能夠與這些晶體和閃爍體中的任一個相互作用。每個晶體給出L0R 的不同端點。當(dāng)晶體被安裝為使得晶體的表面大體垂直于來自成像區(qū)域36的中心84的射 線的角度時，D0I問題被緩解。
[0035] 參考圖7,在另一實施例中，柔性連接器（62f、62g)允許晶體58朝成像區(qū)域的中心 傾斜，使晶體的表面取向為垂直于PET機器的膛半徑，其減少了相互作用的深度。在該實施 例中，從其關(guān)聯(lián)模塊中分離個體地定向每個片塊（或一個片塊寬度的片塊行）。有利地，在 探測器堆疊之間具有微小的間隙90,因為能夠訪問堆疊的兩側(cè)，提供工具或手指訪問模塊 的空間，便于堆疊的移除。因為連接器是柔性的，能夠暫時地移位堆疊以增加圍繞要移除的 探測器的間隙90。這在頻繁移除堆疊的應(yīng)用中，諸如在研究環(huán)境中尤為有用。在較小膛的 機器中，冷卻可以比空間更少地被關(guān)注，并且可以接受在冷卻體積中定位模塊PCB86或其 他電子器件88。
[0036] 在一個實施例中，機械支撐結(jié)構(gòu)92支撐并且對齊晶體。在圖7示出的實施例中， 支撐結(jié)構(gòu)是蓋，其為晶體提供支撐，并且獨立于其關(guān)聯(lián)電子器件和模塊86而對齊晶體。蓋 可以為晶體提供個體井槽，與冰塊盤的外觀相似?？梢杂蓮椈桑ㄎ词境觯┨峁┩凶≡谏w中 的晶體的力量。彈簧能夠被安裝到，例如，探測器的冷卻板或其他支撐結(jié)構(gòu)。電子器件88 仍然可以被剛性地安裝到探測器。例如，探測器陣列54優(yōu)選被安裝到晶體58。支撐模塊 PCB86也由附接至診斷掃描器的支撐結(jié)構(gòu)94支撐。
[0037] 預(yù)期除柔性PCB之外的其他類型的柔性電纜。例如但作為限制，能夠使用帶狀電 纜。除與閃爍體晶體耦合的硅光電倍增（SiPM)探測器之外，預(yù)期其他類型的探測器。預(yù)期 鎘鋅碲（CZT)或其他固態(tài)探測器。也預(yù)期與光電倍增管耦合的閃爍體晶體陣列?？梢韵袼?化探測器或晶體。可以使用Anger邏輯。
[0038] 安裝探測器晶體的方法包括在圖8中不出的步驟。在步驟101中，探測器陣列被 定位并且安裝到成像掃描器中。由于越精確地知曉探測器陣列的定位，成像掃描器的分辨 率將越高，因而對齊很重要。例如，當(dāng)堆疊被安裝并且通過井槽定位到圖7的機械支撐結(jié)構(gòu) 92時，比當(dāng)通過僅剛性連接器定位堆疊時，定位更加確定。在步驟102中，將柔性連接器的 一端附接到探測器陣列。在步驟103中，將柔性連接器的第二端連接到探測器陣列的關(guān)聯(lián) 電子器件。關(guān)聯(lián)電子器件可以處于分別于探測器的體積中，允許用干空氣冷卻具有探測器 的體積，而沒有來自關(guān)聯(lián)電子器件的增加的熱負載。在步驟104中，定位并且安裝關(guān)聯(lián)電子 器件。關(guān)聯(lián)電子器件的定位一般不像探測器陣列的定位一樣敏感。能夠以其他順序執(zhí)行這 些步驟。如果關(guān)聯(lián)電子器件需要修復(fù)，則在步驟105中斷開柔性連接器并且移除關(guān)聯(lián)電子 器件。如果將要替換探測器堆疊或片塊，則在步驟106中拆卸探測器并且斷開柔性連接器。
[0039] 已經(jīng)參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。顯然，他人在閱讀和理解上述詳細描述之后 將進行修改和變型。目的是，本發(fā)明被解釋為包括所有這樣的修改和變型，只要它們落在權(quán) 利要求書或其等價方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種福射探測器模塊（50)，包括： 輻射探測器（54、58)陣列，其響應(yīng)于接收到輻射事件而生成信號； 關(guān)聯(lián)處理電路（65)，其處理所述信號；以及 柔性連接器（62)，其被連接于所述輻射探測器與所述關(guān)聯(lián)處理電路中的至少一些之 間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，還包括： 可釋放連接器（66、68、70、72)，其處于所述柔性連接器（62)與所述輻射探測器陣列和 所述關(guān)聯(lián)處理電路中的至少一個之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2中的任一項所述的模塊，還包括： 支撐結(jié)構(gòu)（52、92、94)，其支撐所述輻射探測器陣列。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的模塊，其中，所述支撐結(jié)構(gòu)包括板（52)，所述板（52)承載針 對冷卻流體的通道（53)，所述柔性連接器（62)和所述可釋放連接器（66、68)中的至少一個 延伸通過所述板中的孔徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項所述的模塊，還包括： 殼體（74)，其限定使干空氣在至少所述輻射探測器上循環(huán)以防止冷凝的通路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3-5中的任一項所述的模塊，其中，所述支撐結(jié)構(gòu)（52、59)包括： 機械元件（55、92)，其接合所述探測器元件陣列的各側(cè)面，這將所述探測器元件取向為 朝向檢查區(qū)域。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3-5中的任一項所述的模塊，其中，所述支撐結(jié)構(gòu)（92、94)還包括： 支撐構(gòu)件（94)，其用于將所述探測器（54、58)陣列安裝到診斷掃描器，所述柔性連接 器（62)在所述輻射探測器陣列的每個輻射探測器與被安裝到所述支撐構(gòu)件上的電子器件 (86)之間延伸，使得每個輻射探測器能夠相對于所述支撐構(gòu)件（94)移動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的模塊，其中，所述支撐結(jié)構(gòu)（92、94)還包括： 機械元件（55、92)，其接合探測器元件陣列的各側(cè)面，這將所述探測器元件取向為朝向 檢查區(qū)域。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6和8中的任一項所述的模塊，其中，所述機械元件（92)限定接收所 述輻射探測器（54、58)的井槽。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9中的任一項所述的模塊，其中，所述輻射探測器包括以下中的一 項： 與硅光電倍增器（54)光學(xué)連接的閃爍體晶體（58)，；以及 固態(tài)輻射探測器。
11. 一種PET掃描器，包括： 環(huán)形支撐結(jié)構(gòu)（46); 多個根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任一項所述的輻射探測器模塊。
12. -種安裝輻射探測器陣列的方法，包括： 安裝支撐結(jié)構(gòu)（52、92、94)，所述支撐結(jié)構(gòu)將關(guān)聯(lián)處理電路支撐到診斷掃描器； 將柔性連接器（62)的第一端連接到探測器陣列（52、54); 將所述柔性連接器的第二端連接到所述關(guān)聯(lián)電路。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括： 彎曲所述柔性連接器（62)以定位所述探測器陣列（52、54)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括： 將所述輻射探測器（54、58)安裝在機械結(jié)構(gòu)（92)中，所述機械結(jié)構(gòu)（92)將所述輻射 探測器在診斷掃描器中固定到選定取向。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括： 移除機械結(jié)構(gòu)（92); 彎曲要移除的輻射探測器（54、58)的所述柔性連接器以改進訪問； 使所述柔性連接器（62)從要被移除的所述輻射探測器中斷開。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括： 將替換輻射探測器與所述柔性連接器進行連接； 將所述輻射探測器安裝在所述機械結(jié)構(gòu)（94)中。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12-16中的任一項所述的方法，其中，所述機械結(jié)構(gòu)限定針對所述探 測器陣列的每個輻射探測器的個體井槽。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12-16所述的方法，還包括： 將所述柔性連接器從所述關(guān)聯(lián)電路斷開； 替換所述關(guān)聯(lián)電路；并且 將所述柔性連接器重新連接到所述關(guān)聯(lián)電路；
19. 根據(jù)權(quán)利要求12-18中的任一項所述的方法，還包括： 冷卻所述輻射探測器；并且 使干空氣通過所述探測器以防止冷凝。
20. -種核診斷成像器（30)包括： 多個模塊，其每個包括電子器件和輻射探測器（54、58)陣列； 圍繞成像區(qū)域（36)的環(huán)形結(jié)構(gòu)（51);以及 多個探測器模塊，其被安裝到所述環(huán)形結(jié)構(gòu)，每個模塊包括： 輻射探測器（54、58)陣列，其響應(yīng)于接收到輻射事件而生成信號，所述探測器陣列被 包含在殼體（74)中，所述殼體（74)形成圍繞所述輻射探測器陣列的冷卻體積（76); 關(guān)聯(lián)處理電路（65)，其處理所述信號，所述關(guān)聯(lián)電路被定位于所述冷卻體積之外；以 及 柔性連接器￠2)，其處于所述輻射探測器與穿過所述殼體中的孔徑的所述關(guān)聯(lián)處理電 路中的至少一些之間。
【文檔編號】G01T1/24GK104067146SQ201280064937
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月27日
【發(fā)明者】J·劉, B·魏斯勒, S·R·馬丁, V·舒爾茨, P·K·格布哈特, P·M·J·迪彭貝克, W·倫茨 申請人:皇家飛利浦有限公司