Результат интеллектуальной деятельности: КОНСТРУКЦИЯ ИЗ СЦИНТИЛЛЯТОРОВ РЕТ-ДЕТЕКТОРА СО СВЕТОДЕЛЕНИЕМ И ОЦЕНОЧНОЙ ГЛУБИНОЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основном нижеследующее относится к ядерной медицинской визуализации. Оно находит конкретное применение в сочетании с детекторами позитронно-эмиссионной томографии (PET) и локализацией событий позитронной аннигиляции, и будет описано с конкретной ссылкой на это. Однако следует понимать, что оно также находит применение в других сценариях использования и не обязательно ограничено вышеупомянутым применением.

В PET-визуализации субъекту вводят радиофармпрепарат, который адресно доставляется посредством метаболических процессов. Радиофармпрепарат накапливается в ткани-мишени и испускает позитроны, когда радиофармпрепарат распадается. Позитрон взаимодействует с электроном в событии аннигиляции, которое генерирует два гамма-фотона с энергией 511 кэВ, направленных под углом 180° противоположно друг другу. Во время периода распада фармпрепарата субъекта помещают в устройство визуализации или сканер, который включает в себя детекторы, которые детектируют генерируемые гамма-фотоны. Устройство визуализации обычно включает в себя кольца детекторов, которые окружают субъекта по длине.

Детекторы детектируют каждый гамма-фотон в местоположении или пикселе детектора согласно времени и энергетическому уровню. Временные окна и энергетические окна применяют к детектированным фотонам для определения пар совпадающих событий гамма-фотонов, т.е., двух фотонов из одного и того же события аннигиляции. Пары совпадающих событий определяют линии ответа (LOR), которые используются для локализации события аннигиляции. Времяпролетные (TOF) PET-детекторы используют точность в детектировании времени для дополнительной локализации события аннигиляции вдоль LOR.

Детекторы обычно включают в себя сцинтилляционные кристаллы трехмерной прямоугольной формы, которые принимают гамма-фотоны через поверхность кристалла, обращенную к центру кольца детекторов. Гамма-фотон взаимодействует с молекулами в кристалле, который преобразует гамма-фотон или сцинтиллирует с генерацией люминесценции. Генерируемая люминесценция или свет воспринимается оптическим датчиком, расположенным на противоположной поверхности кристалла относительно обращенной к центру поверхности. Кристаллы выдержаны по размеру с достаточным протяжением между обращенной к центру поверхность и обращенной к датчику поверхностью, чтобы сцинтилляция происходила где-нибудь в промежуточном положении между этими поверхностями, определяемом глубиной взаимодействия (DOI). Например, кристаллы являются обычно длинными, прямоугольными стержнями, причем их обращенная к центру меньшая торцевая поверхность принимает гамма-фотон, а противоположная меньшая торцевая поверхность соединена с одним или более оптическими датчиками, которые преобразуют воспринимаемую люминесценцию в значение энергии и значение времени, определяющие принятый гамма-фотон. Сцинтилляция или DOI возникает согласно распределению по глубине или длине между обращенной к центру поверхностью и поверхностью, обращенной к присоединенному оптическому датчику, которое зависит от кристалла. Системы обычно используют фиксированную центральную точку между обращенной к центру поверхностью и спаренной с обращенной друг к другу поверхностью сцинтилляционных кристаллов для каждой конечной точки LOR, что вносит ошибку в LOR, такую как параллактическая ошибка.

КРАТКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один подход для оценки DOI включает в себя конструкцию из расположенных «бок-о-бок» пар кристаллов с участком поверхности между каждым смежным кристаллом, имеющим светоделение, а оставшийся участок является непрозрачным и имеет форму равнобедренного треугольника с основанием на стороне датчика у светоделительной поверхности, и вершиной, простирающейся к обращенной к центру поверхности кристалла. Когда сцинтилляционный кристалл сцинтиллирует свет делится между этим кристаллом и спаренными кристаллами согласно глубине взаимодействия детектированного события. Каждый кристалл оптически связан с оптическим датчиком, который измеряет световой выход. DOI оценивают по соотношению величины света, воспринимаемого от сцинтиллирующего кристалла и суммарной величины света для обоих кристаллов.

Другой подход использует большие массивы кристаллов, например, 14*14, со светоделительными поверхностями между смежными кристаллами, которые также используются для боковой калибровки массива кристаллов при непрерывном измерении DOI. Однако большие массивы с расширенным светоделением влияют на временное разрешение. Временное разрешение основано на воспринимаемом пике светового выхода на полной ширине на полувысоте максимума (FWHM), используемой для определения времени детектирования. Когда светоделение увеличивается, пик расширяется, и временное разрешение расширяется, т.е., уменьшается точность детектированного времени. Кроме того, непрерывное измерение DOI с боковым измерением включает в себя более сложное вычисление, что влияет на производительность системы, и боковое измерение является трудным или даже невозможным в кольце детекторов, расположенных последовательно.

Нижеследующее раскрывает новую и улучшенную конструкцию из сцинтилляторов PET-детектора со светоделением и оценочной глубиной взаимодействия, которая решает вышеупомянутые и другие проблемы.

Согласно одному аспекту детектор фотонов включает в себя массив датчиков из оптических датчиков, расположенных в плоскости, и четыре практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержня. Каждый оптический датчик выполнен с возможностью восприятия люминесценции. Каждый из упомянутых четырех сцинтилляционных кристаллических стержней является прямоугольной призмой с четырьмя боковыми поверхностями и первой и второй торцевыми поверхностями, каждый сцинтилляционный стержень имеет две боковые поверхности, каждая из которых обращена к боковой поверхности другого сцинтилляционного стержня, и каждый сцинтилляционный кристалл генерирует световую сцинтилляцию в ответ на взаимодействие с принятым гамма-фотоном. Первый слой расположен в первой плоскости, расположенной между и смежно с обращенными друг к другу боковыми поверхностями упомянутых четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней со светоделительным участком, смежным с первой торцевой поверхностью, и отражающим участком, смежным со второй торцевой поверхностью. Второй слой расположен во второй плоскости, перпендикулярной первой плоскости и расположенной между и смежно с обращенными друг другу боковыми поверхностями упомянутых четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней со светоделительным участком, смежным со второй торцевой поверхностью, и отражающим участком, смежным с первой торцевой поверхностью.

Согласно другому аспекту способ детектирования фотонов включает в себя сцинтилляцию фотона из-за детектированного события на некоторой глубине в одном из четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней в массиве сцинтилляторов. Каждый из упомянутых четырех сцинтилляционных кристаллических стержней является прямоугольной призмой с четырьмя боковыми поверхностями и первой и второй торцевыми поверхностями. Каждый сцинтилляционный стержень имеет две боковые поверхности, каждая из которых обращена к боковой поверхности другого сцинтилляционного стержня. Каждый сцинтилляционный кристаллический стержень генерирует световую сцинтилляцию в ответ на взаимодействие с принятым гамма-фотоном. Массив сцинтилляторов включает в себя первый слой, расположенный в первой плоскости, расположенной между и смежно с обращенными друг к другу боковыми поверхностями упомянутых четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней со светоделительным участком, смежным с первой торцевой поверхностью, и отражающим участком, смежным со второй торцевой поверхностью, и второй слой, расположенный во второй плоскости, перпендикулярной первой плоскости и расположенной между и смежно с обращенными друг к другу боковыми поверхностями упомянутых четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней со светоделительным участком, смежным со второй торцевой поверхностью, и отражающим участком, смежным с первой торцевой поверхностью. Глубину сцинтилляции гамма-фотона в одном из упомянутых четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней оценивают на основании соотношения воспринимаемой люминесценции двух из упомянутых четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней, расположенных диагонально друг к другу и обращенных к упомянутому одному из четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней, посредством массива датчиков из оптических датчиков, расположенных в плоскости. Каждый оптический датчик выполнен с возможностью восприятия люминесценции.

Согласно другому аспекту система детектирования гамма-фотонов включает в себя детекторы гамма-фотонов, расположенные вокруг области визуализации, выполненной с возможностью приема субъекта, подлежащего визуализации, и один или более процессоров. Каждый детектор включает в себя четыре сцинтилляционных кристалла, каждый из которых частично оптически связан с двумя смежными сцинтилляционными кристаллами. Каждый сцинтилляционный кристалл оптически связан с одним из упомянутых двух смежных сцинтилляционных кристаллов для предпочтительного прохождения света смежно входному торцу и соединен с другим из упомянутых двух смежных сцинтилляционных кристаллов для предпочтительного прохождения света смежно торцу оптического датчика, причем сцинтилляционные кристаллы осуществляют световые сцинтилляции в ответ на взаимодействие с гамма-фотонами, и оптические датчики оптически связаны с торцами оптических датчиков сцинтилляционных кристаллов. Упомянутые один или более процессоров соединены с оптическими датчиками и выполнены с возможностью определения глубины, на которой происходит взаимодействие с гамма-фотоном в сцинтилляционном кристалле, по соотношению выходных сигналов от оптических датчиков, которые оптически связаны с упомянутыми двумя сцинтилляционными кристаллами, которые частично оптически связаны со сцинтиллирующим кристаллом.

Одним преимуществом является конструкция из кристаллов детектора с оценкой DOI для используемых колец детекторов.

Другое преимущество заключается в конструкции из кристаллов детектора с превосходным временным разрешением.

Другое преимущество заключается в превосходном пространственном разрешении.

Другое преимущество заключается в упрощенном вычислении DOI.

Другие дополнительные преимущества станут понятными специалистам в области техники после прочтения и осознания нижеследующего подробного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение может принимать форму различных компонентов и конструкций из компонентов, а также различных этапов и схем расположения этапов. Чертежи приведены только в целях иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны толковаться в качестве ограничения настоящего изобретения.

Фиг. 1 схематично иллюстрирует вариант осуществления конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов со светоделением и глубиной системы оценки взаимодействия.

Фиг. 2А и 2В схематично иллюстрируют вариант осуществления конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов со светоделением и боковой калибровкой.

Фиг. 3А м 3В схематично иллюстрируют различные варианты осуществления конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов и соединения с датчиками.

Фиг. 4А и 4В иллюстрируют примерную конструкцию из сцинтилляторов детектора фотонов и распределение светоделения с фронтальной калибровкой.

Фиг. 5 иллюстрирует примерную конструкцию из сцинтилляторов детектора фотонов с графиком калибровки светоделения.

Фиг. 6 иллюстрирует примерную конструкцию из сцинтилляторов детектора фотонов с распределением светоделения и глубины с графика калибровки взаимодействия.

Фиг. 7 является блок-схемой последовательности операций способа по варианту осуществления конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов со светоделением и оценочной глубиной взаимодействия.

Фиг. 8 является блок-схемой последовательности операций способа по варианту осуществления боковой калибровки конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов со светоделением и оценочной глубиной взаимодействия.

Фиг. 9 является блок-схемой последовательности операций способа по варианту осуществления калибровки в процессе использования конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов со светоделением и оценочной глубиной взаимодействия.

Фиг. 10 является блок-схемой последовательности операций способа по варианту осуществления использования конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов со светоделением и оценочной глубиной взаимодействия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Со ссылкой на фиг. 1 схематично показан один вариант осуществления конструкции 10 из сцинтилляторов детектора фотонов со светоделением и глубиной системы 10 оценки взаимодействия. Система 10 включает в себя сканер позитронно-эмиссионной томографии или устройство 12 визуализации, которое включает в себя одно или более колец 14 детекторов, окружающих область 16 визуализации, показанную в перспективе вместе с подвергаемыми воздействию кольцами 14 детекторов. Область 16 визуализации принимает субъекта, поддерживаемого на опоре 18 субъекта, а субъект, которому ввели радиофармпрепарат, испускает гамма-фотоны, принимаемые кольцами 14 детекторов.

Каждое кольцо 14 детекторов включает в себя плиточные детекторы 20, расположенные по окружности вокруг области 16 визуализации. Каждый плиточный детектор 20 включает в себя двумерную конструкцию из матричных элементов 22, показанных на увеличенном виде со стороны центра. Каждый матричный элемент 22 включает в себя массив 24 сцинтилляторов из четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26, таких как LYSO (оксиортосиликат лютеция-иттрия), оксиортосиликат лютеция (LSO), оксиортосиликат лютеция-гадолиния (LGSO), оксиортосиликат лютеция-гадолиния-иттрия (LGYSO), бромид лантана (LaBr) или германат висмута (BGO), показанный на дополнительном увеличенном местном виде в перспективе. Каждый практически идентичный сцинтилляционный кристаллический стержень 26 соответствует одному пикселу или местоположению детектора.

Массив 24 сцинтилляторов из четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26 соединен с массивом 28 датчиков из оптических датчиков 30, таких как цифровые или аналоговые датчики, например, кремниевые фотоумножители (SiPM), лавинные фотодиоды (APD), фотоэлектронные умножители (PMT) и т.п. В одном варианте осуществления каждый практически идентичный сцинтилляционный кристаллический стержень 26 соединен с одним оптическим датчиком 30, т.е. обеспечено (взаимно-однозначное) соответствие «одного-с-одним». Массив 28 датчиков из оптических датчиков 30 расположен в плоскости. В другом варианте осуществления один практически идентичный сцинтилляционный кристаллический стержень 26 соединен с четырьмя оптическими датчиками 30. Каждый оптический датчик 30 генерирует сигнал, указывающий на воспринимаемую люминесценцию, независимо посредством отдельного входа 32 в блок 34 обработки сигналов. Оптические датчики 30 каждого матричного элемента 20 соединяются с одним преобразователем время-код (TDC) 36 блока 34 обработки сигналов.

Блок обработки сигналов, процессор, схемы или средство 34 принимает сигналы от оптических датчиков 30 и генерирует суммарное значение энергии, значение времени, индикатор местоположения, включающий в себя пиксел или местоположение детектора для каждого детектированного события или сцинтилляции фотона. Значения энергии и индикатор местоположения соответствуют одному из упомянутых четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26. Индикатор местоположения включает в себя оценочную глубину взаимодействия для каждого события. Суммарное значение энергии является суммой воспринимаемой люминесценции, преобразованной в значения энергии, от массива 24 сцинтилляторов из четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26. TDC 36 генерирует значение времени, т.е. временную метку, для каждого фотона сцинтилляции или события, детектированного одним из практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26. Выходной сигнал упомянутых четырех оптических датчиков 30 может быть подвергнут операции «ИЛИ» так, чтобы на каждое событие генерировалась единственная временная метка, указывающая на время первого выходного сигнала от упомянутых четырех оптических датчиков.

Блок 34 обработки сигналов оценивает глубину взаимодействия или сцинтилляции на основании соотношения воспринимаемой люминесценции от двух других из упомянутых четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26, которые расположены диагонально друг к другу и обращены к сцинтиллирующему кристаллу. Блок 34 обработки сигналов использует таблицы преобразования (LUT) 38, хранимые в компьютерной памяти, которые связывают калиброванные соотношения воспринимаемой люминесценции для каждого практически идентичного сцинтилляционного кристаллического стержня 26 с соответствующими дискретными значениями глубины взаимодействия. Вычисленное соотношение и использование LUT 38 обеспечивают быстрое и эффективное преобразование воспринимаемой люминесценции в оценочную глубину взаимодействия.

LUT 38 создаются и/или изменяются блоком калибровки DOI, процессором, устройством или средством 40. Блок 40 калибровки DOI включает в себя электронно-коллимируемый моноэнергетический (511 кэВ) пучок 42 излучения, такой как точечный источник натрия-22. Во время изготовления плиточных детекторов 20 каждый практически идентичный сцинтилляционный кристаллический стержень 26, расположенный в массиве 24 сцинтилляторов, подвергают боковой калибровке с использованием электронно-коллимируемого пучка 42 излучения на разных глубинах. Блок 40 калибровки DOI использует соотношение воспринимаемой люминесценции от упомянутых двух диагональных кристаллов, принимающих разделяемый свет или разделяемую люминесценцию от сцинтиллирующего кристалла на калиброванной глубине, определяемой пучком 42 излучения, направленным от источника на боковую часть сцинтиллирующего кристалла. Блок 40 калибровки DOI вводит калиброванные глубины пучка излучения и распределение калиброванных соотношений и создает LUT 38, которые включают в себя дискретные значения калиброванных соотношений и соответствующие глубины взаимодействия. После изготовления матричные элементы 20, которые оптически изолируют массивы 24 сцинтилляторов, усложняют боковую калибровку, поскольку внутренние кристаллы экранируются внешними кристаллами. Блок 40 калибровки DOI использует фронтальную калибровку для проверки достоверности и/или изменения LUT 38 после изготовления. Например, пучок излучения, направленный на фронтальную внешнюю поверхность сцинтиллирующего кристалла, генерирует соотношения воспринимаемой люминесценции с распределением глубин и соответствующим распределением светоделения между сцинтиллирующим кристаллом и диагональными кристаллами. Распределение фронтальной калибровки соотношений может сравниваться с распределением, представленным LUT 38, и LUT могут быть проверены и/или изменены.

Блок 34 обработки сигналов хранит суммарное значение энергии, значение времени и индикатор местоположения в зависимости от оценочной глубины взаимодействия в хранилище 44 данных списочных режимов, таком как компьютерная память. А именно, для каждого события запоминают местоположение сцинтиллятора, который принял гамма-фотон (определяемое первым датчиком, который воспринял свет), значение времени или временную метку первого детектирования света любым из оптических датчиков 30, суммарную энергию (величину света) от всех присоединенных оптических датчиков массива 24 сцинтилляторов (которая может быть использована для экранирования истинных фотонов излучения), и DOI. Компьютерная память LUT 38 и данные 44 списочных режимов соответствующим образом реализуются посредством невременных компьютерных носителей данных, таких как твердотельное запоминающее устройство, дисковое запоминающее устройство, локальное запоминающее устройство, облачное запоминающее устройство, серверное запоминающее устройство, и т.п.

Блок реконструкции, процессор или средство 46 принимает данные 44 списочных режимов и реконструирует одно или более изображений, которые отображаются на устройстве 48 отображения вычислительного устройства 50, такого как рабочая станция, настольный компьютер, компактный портативный компьютер, планшет, мобильное вычислительное устройство, соединенные с сетью распределенные вычислительные устройства, и т.п. Дополнительно к обработке реконструкции нормальных изображений блок 46 реконструкции настраивает конечные точки каждой LOR и/или значения времени для конечных точек на основании DOI. Вычислительное устройство 50 включает в себя процессор 52 данных, такой как электронный процессор данных, оптический процессор и т.п. и одно или более устройств 54 ввода, таких как мышь, клавиатура, сенсорный экран, микрофон и т.п. Процессоры блока 34 обработки сигналов, блока 40 калибровки DOI и блока 46 реконструкции могут включать в себя невременный носитель данных, хранящий команды (например, программное обеспечение), считываемые процессором 52 данных и исполняемые процессором 52 данных.

Со ссылкой на фиг. 2А один вариант осуществления конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов со светоделением показан в видимом насквозь виде в перспективе. Массив 24 сцинтилляторов из четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26 ориентирован на фиг. 2А так, что один 60 из четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26 находится спереди слева. Каждый из четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26 включает в себя первую боковую поверхность 62 и вторую боковую поверхность 64, перпендикулярную первой боковой поверхности 62, и торцевую поверхность 66 датчика, перпендикулярную первой боковой поверхности 62 и второй боковой поверхности 64 и оптически связанную с массивом 28 оптических датчиков 30. Первая боковая поверхность 62 и вторая боковая поверхность 64 параллельны двум другим 68, 70 из упомянутых четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26 и обращены к ним, т.е., имеется массив сцинтилляторов 2*2. Третья боковая поверхность 72 противоположна второй боковой поверхности 64, а четвертая боковая поверхность 74 противоположна первой боковой поверхности 62. Входная торцевая поверхность 76 или обращенная к центру поверхность противоположна торцевой поверхности 66 датчика и принимает гамма-фотон, который осуществляет сцинтилляцию в глубине между входной торцевой поверхностью 76 и торцевой поверхностью 66 датчика. Каждый из упомянутых четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26 выдержан по размеру по длинной осью между торцевыми поверхностями 66, 76 датчика. Например, с кристаллом 4*4*22 мм то торцевые поверхности ориентированы по поверхностям 4*4 мм при 22 мм между ними.

Массив 24 сцинтилляторов из упомянутых четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26 включает в себя первый слой 80, расположенный в плоскости, расположенной между и смежно с обращенными друг к другу боковыми поверхностями, с участком 82 светоделения, смежным и перпендикулярным торцевой поверхности 66 датчика, и остальным отражающим участком 84. Второй слой 86 расположен в плоскости, перпендикулярной первому слою 80, и расположен между и смежно с обращенными друг к другу боковыми поверхностями, с участком 88 светоделения, смежным и перпендикулярным входной торцевой поверхности 78, и остальным отражающим участком 90. В одном варианте осуществления участок 82 светоделения первого слоя 80 и/или участок 88 светоделения второго слоя 86 повторяются между парами практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26. В другом варианте осуществления участок 82 светоделения первого слоя 80 и участок 88 светоделения второго слоя 86 являются асимметричными и/или разными.

Во время боковой калибровки третья боковая поверхность 72 и четвертая боковая поверхность 74 подвергаются воздействию коллимируемого моноэнергетического фотонного пучка, направленного по центральной линии одного 60 кристалла. Моноэнергетический фотонный пучок может быть сколлимирован электронным образом посредством обеспечения согласования с фотодетектором 92. Свет в одном 60 кристалле делится между этим кристаллом и двумя другими 68, 70 кристаллами посредством участков 82, 88 светоделения и воспринимается соответствующими оптическими датчиками 30 двух других 68, 70 кристаллов.

Со ссылкой на фиг. 2В один вариант осуществления конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов со светоделением показан в разделенном на части виде половины массива 24 сцинтилляторов. Практически идентичный сцинтилляционный кристаллический стержень 26, показанный слева, включает в себя первый слой 80 на первой боковой поверхности 62, который разделен на три сегмента. Участок 82 светоделения ориентирован к торцевой поверхности 66 датчика.

Первый сегмент 100 является светоделительным и включает в себя прямоугольную область между краями 102, простирающуюся на длину, например, 2,0 мм, от торцевой поверхности 66 датчика. Второй сегмент 104 является частично светоделительным и включает в себя отражающую область, например, отражающую пленку, имеющую форму равнобедренного треугольника с вершиной на высоте, равной, например, 6,0 мм, простирающейся к первому сегменту 100, и основанием между краями сегмента 104, простирающимся к третьему сегменту 106. Отражающая область является отражающей с обеих сторон. Остальная область во втором сегменте 104, например, прямоугольные треугольники по обе стороны от равнобедренного треугольника, являются областями светоделения. В других вариантах осуществления предполагаются другие геометрические формы для отражающей области второго сегмента 104, например, полукруг или эллипс, половина многоугольника, трапеция, и т.д. Третий сегмент 106 включает в себя прямоугольную отражающую область между краями 102, простирающуюся на длину, например, равную 14 мм, от основания равнобедренного треугольника к входной торцевой поверхности 76.

Практически идентичный сцинтилляционный кристаллический стержень 26, показанный справа, включает в себя второй слой 86 на второй боковой поверхности 64, который разделен на три сегмента. Участок 88 светоделения ориентирован к входной торцевой поверхности 76.

Первый сегмент 108 является отражающим и включает в себя прямоугольную область между краями 110, простирающуюся на длину, например, равную 14,0 мм, от торцевой поверхности 66 датчика. Второй сегмент 112 включает в себя отражающую область, например, отражающую пленку, имеющую форму равнобедренного треугольника с основанием между краями 110, простирающимся от первого сегмента 108, и вершиной на высоте, равной, например, 6,0 мм, простирающейся к третьему сегменту 114. Отражающая область является отражающей на обеих сторонах. Остальная область во втором сегменте 112, например, прямоугольные треугольники по обе стороны от равнобедренного треугольника, являются областями светоделения. В других вариантах осуществления предполагаются другие геометрические формы для отражающей области второго сегмента 112, например, полукруг или эллипс, половина многоугольника, трапеция, и т.д. Третий сегмент 114 включает в себя прямоугольную область светоделения между краями 102, простирающуюся на длину, например, равную 14 мм, от вершины равнобедренного треугольника к входной торцевой поверхности 76. В других вариантах осуществления длина первого сегмента 100 первой боковой поверхности 62 и длина третьего сегмента 114 второй боковой поверхности 62 являются разными. В других вариантах осуществления высота равнобедренного треугольника или размеры другой геометрической формы и/или геометрической формы второго сегмента 104 первой боковой поверхности 62 отличаются от высоты равнобедренного треугольника, размеров другой геометрической формы и/или геометрической формы, используемых во втором сегменте 112 второй боковой поверхности 64.

Со ссылкой на фиг. 3А один вариант осуществления конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов и соединения с датчиками в плиточном детекторе 120 цифрового детектора для счета фотонов показан в перспективе с увеличенным двумерным видом 122 оптических датчиков 30 одного матричного элемента 122. Плиточный детектор 120 цифрового детектора для счета фотонов показан вместе с подвергаемым воздействию массивом 28 датчиков и вместе с одним массивом 26 сцинтилляторов, причем обеспечено соединение «один-с-одним» между практически идентичным сцинтилляционным кристаллическим стержнем 26 и оптическим датчиком 30. Массив 28 датчиков может быть реализован для каждого плиточного детектора 20. Каждый оптический датчик 30 включает в себя двумерный массив фотодиодов, которые генерируют объединенный сигнал воспринимаемой люминесценции от одного присоединенного практически идентичного сцинтилляционного кристаллического стержня 26. Соединение «один-с-одним» обеспечивает простое определение воспринимаемой люминесценции от каждого практически идентичного сцинтилляционного кристаллического стержня 26.

Массив 24 сцинтилляторов включает в себя третий отражающий слой 124, покрывающий третью боковую поверхность 72 и четвертую боковую поверхность 74 каждого практически идентичного сцинтилляционного кристаллического стержня 26. Третий отражающий слой 124 оптически изолирует каждый массив 24 сцинтилляторов от смежных массивов сцинтилляторов. Конструкция со светоделением из четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26, ограниченная каждым массивом 24 сцинтилляторов, улучшает временное разрешение посредством массивов сцинтилляторов с большим числом кристаллов, т.е., с более узким пиком сигнала воспринимаемой люминесценции.

В увеличенном двумерном виде 122 каждый оптический датчик включает в себя четыре квадранта из четырех подпикселов 126. Соответствующие фотодиоды в каждом подпикселе 126 сгруппированы для ввода в блок 34 обработки сигналов, который использует сгруппированные входные сигналы для запуска и алгоритмов проверки достоверности событий.

Со ссылкой на фиг. 3В один вариант осуществления конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов и соединения с датчиками в плиточном детекторе 130 на кремниевом фотоумножителе (SiPM) показан в перспективе. Массив 24 сцинтилляторов сдвинут относительно оптических датчиков 30 с обеспечением соединения «четырех-с-одним» для всех матричных элементов 22. Меньшие кристаллы и сдвиг дополнительно обеспечивают более точное пространственное позиционирование воспринимаемой люминесценции по сравнению с соединением «один-с-одним», описанным со ссылкой на фиг. 3А.

Со ссылкой на фиг. 4А показана примерная конструкция из сцинтилляторов детектора фотонов и светоделение с фронтальной калибровкой, а соответствующий график распределения показан на фиг. 4В. Источник 140 излучения, такой как источник гамма-излучения 511 кэВ, облучает входную торцевую поверхность 76 или обращенную к центру поверхность одного сцинтилляционного кристалла 60. Когда гамма-фотоны взаимодействуют с кристаллом, кристалл излучает свет. Некоторая часть света проходит через сцинтиллирующий кристалл. Некоторая часть света делится с двумя смежными сцинтилляционными кристаллами 68, 70, которые имеют поверхность, смежную с одним сцинтиллирующим кристаллом 60, и расположены диагонально друг к другу. Свет делится согласно глубине взаимодействия в одном сцинтилляционном кристалле 60 и светоделительному участку 82 первого слоя 80 и светоделительному участку 88 второго слоя 86. Разделяемый свет воспринимается двумя датчиками из оптических датчиков 30, каждый из которых соединен с одним из двух других сцинтилляционных кристаллов 68, 70.

Фотоны из источника излучения экспоненциально затухают (с известным коэффициентом затухания), причем на входной поверхности происходит больше взаимодействий, чем на любой другой глубине. Для каждого сцинтилляционного кристалла кривая распределения DOI будет одной и той же. Каждый детектор может быть откалиброван посредством нахождения соответствия между его распределением DOI при статистически значимом числе гамма-фотонов и известным распределением.

События сортируют с помощью соотношения и группируют согласно тому, сколько событий мы можем ожидать на данной глубине. Соотношение разделяемого света, воспринимаемого от смежных сцинтилляционных кристаллов 68, 70 при повторных сцинтилляциях, показано графически на фиг. 4В и выражено в виде гистограммы 150 фронтальной калибровки. Вертикальная ось является числом сцинтилляций или событий. Горизонтальная ось является соотношением разделяемого света, воспринимаемого от сцинтилляционных кристаллов 68, 70. Таблицы 38 преобразования хранят калиброванные значения для каждого кристалла, что позволяет привести его кривую распределения DOI в соответствие с номинальным распределением DOI.

Со ссылкой на фиг. 5 показана примерная конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов с графиком калибровки светоделения с использованием гистограммам 150-180. Вертикальная ось представляет число сцинтилляций. Горизонтальная ось представляет соотношение разделяемого света, воспринимаемого от сцинтилляционных кристаллов 68, 70. События при фронтальной калибровке сгруппированы с элементами разрешения 2 мм. Линия 150 является неразделенной гистограммой событий, а линии 160-180 являются разделенными гистограммами событий. Перекрытие сгруппированных гистограмм происходит вследствие ошибок построения графика. Блок 40 калибровки DOI сравнивает распределение соотношений из LUT 38 с распределением соотношений из гистограммы фронтальной калибровки для проверки достоверности и/или изменения LUT 38.

В одном варианте осуществления калибровка посредством блока 40 калибровки DOI использует алгоритм оценки по методу максимального правдоподобия. LUT 38 включают в себя средние значения и значения дисперсии на основании

где x является положением сцинтилляции, m является сигналом события, μ является средним значением в положении i, и σ² является суммой дисперсии в i и логарифмической дисперсии.

Со ссылкой на фиг. 6 показана примерная конструкция из сцинтилляторов детектора фотонов с распределением светоделения и глубиной с графика калибровки взаимодействия. Вертикальная ось представляет собой среднее соотношение разделяемого света, воспринимаемого от двух диагональных сцинтилляционных кристаллов 68, 70. Горизонтальная ось представляет собой глубины калибровки исходя из калибровки со стороны входной поверхности с использованием источника 140 излучения. График показывает связь между калиброванными соотношениями и глубиной взаимодействий согласно светоделительным участкам при использовании упомянутых двух диагональных сцинтилляционных кристаллов 68, 70. Средние значения и значения дисперсии калиброванных соотношений представлены в LUT 38 в виде дискретных значений.

Со ссылкой на фиг. 7 показана блок-схема последовательности операций одного способа по варианту создания конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов со светоделением и оценочной глубиной взаимодействия. На этапе 190 подготавливают практически идентичные сцинтилляционные кристаллические стержни 26 и материал слоев, например, отражающую пленку, термопласт, такой как Meltmount^TM, Teflon^TM, и т.п. Очищают практически идентичные сцинтилляционные кристаллические стержни 26. Отражающую пленку обрезают согласно размерам, описанным со ссылкой на фиг. 2А и 2В.

На этапе 192 образуют два массива 1*2 с парами практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26 и первым слоем 80. Отражающую пленку накладывают на поверхность, а затем на термопласт. Термопласт действует в качестве связующего вещества. На этапе 194 два массива 1*2 проверяют на наличие дефектов, таких как пузыри в термопласте, которые влияют на светоделение между парами.

На этапе 196 упомянутые два массива 1*2 соединяют с использованием второго слоя 86. Отражающую пленку накладывают на поверхность, а затем на термопласт. Массив 2*2 очищают и проверяют на наличие дефектов на этапе 198.

На этапе 200 массив 26 сцинтилляторов обертывают отражающим оберточным материалом, таким как политетрафторэтиленовая (PTFE) лента, т.е., зеркальный пленочный материал Teflon^TM, 3MTM и т.п., и соединяют с массивом 28 датчиков.

На этапе 202 или посредством блока калибровки DOI каждый практически идентичный сцинтилляционный кристаллический стержень 26 калибруют со стороны боковой или входной поверхности. Калиброванные соотношения и соответствующие глубины записывают. Этот этап включает в себя создание LUT 38.

Со ссылкой на фиг. 8 показана блок-схема последовательности операций одного способа по варианту осуществления боковой калибровки конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов со светоделением и оценочной глубиной взаимодействия. На этапе 210 электронно-коллимируемый пучок 42 излучения направляют в центр внешней поверхности одного кристалла 60, т.е. по центральной линии третьей боковой поверхности 72 или четвертой боковой поверхности 74, и генерируют местоположение пучка излучения, например, глубину, и значения сигнала воспринимаемой люминесценции.

На этапе 212 или посредством блока 40 калибровки DOI генерируют данные 44 списочных режимов, которые записывают детектированные события или детектированные фотоны. Данные 44 списочных режимов включают в себя значения энергии сигналов от каждого оптического датчика 30, местоположение сцинтиллирующего кристалла или калибруемого одного кристалла 60 и калиброванную глубину.

На этапе 213 идентифицируют «пораженный» кристалл для каждого события. Энергетическое окно применяют для фильтрации событий в данных 44 списочных режимов на этапе 214 или посредством модуля 214. В подходящем подходе энергетическое окно соответствуют гауссову распределению для сигналов, генерируемых оптическими датчиками 30 матричного элемента 22, и обрабатывает события, происходящие в каждом кристалле, независимо для учета различий в сборе света. В общем, другое энергетическое окно события может быть использовано для каждого кристалла (т.е., значения окна будут зависеть от того, в каком кристалле событие имело место, а именно, для каждого события используемое энергетическое окно будет зависеть от «пораженного» кристалла, идентифицированного для события на этапе 213). Такой подход соответствующим образом учитывает изменение сбора света в зависимости от соединения кристалл/датчик, например, вследствие сдвига относительно точного соединения «1-с-1». Утроенное среднеквадратическое отклонение (±3σ) генерируемых сигналов записываемых событий сохраняют, например, фильтруют в виде значений сигналов воспринимаемой люминесценции. В одном варианте осуществления фото-пики и комптоновские граничные значения от опорного фотодетектора 92 дополнительно фильтруют события.

Энергетическое окно применяют для фильтрации сигналов воспринимаемой люминесценции от сцинтиллирующего кристалла в данных 44 списочных режимов на этапе 216 или посредством некоторого модуля, процессора, или схемы 216. Энергетическое окно соответствует гауссову распределению для сигналов, генерируемых датчиком 30 с наибольшим сигналом в массиве. Утроенные среднеквадратические отклонения, ±3σ, значений генерируемых сигналов сохраняют, например, фильтруют в виде значений сигналов воспринимаемой люминесценции, что дополнительно минимизирует комптоновские события в данных 44 списочных режимов.

LUT 38 создают на этапе 218 или посредством процессора, или модуля 218. Среднее значение и дисперсию вычисляют на основании отфильтрованной воспринимаемой люминесценции каждого практически идентичного сцинтилляционного кристаллического стержня 26 посредством калиброванной глубины согласно каждому сцинтиллирующему кристаллу. Калиброванные соотношения вычисляют на основании вычисленных средних значений. В одном варианте осуществления создание LUT 38 дополнительно включает в себя уточнение с использованием интерполяции, сглаживания, и/или фильтрации посредством интегратора с узкополосным фильтром, значений сигналов и/или калиброванных глубин взаимодействия.

LUT 38 могут иметь отношение к отдельным матричным элементам 22 или могут включать в себя множественные матричные элементы в таблице, где матричный элемент 22 и/или массив 24 сцинтилляторов включен в индикатор местоположения, например, в таблице, имеющей отношение к множественным массивам.

Со ссылкой на фиг. 9 показана блок-схема последовательности операций одного способа по варианту осуществления калибровки в процессе эксплуатации конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов со светоделением и оценочной глубиной взаимодействия. Калибровка в процессе эксплуатации детектора фотонов может включать в себя смежные массивы 24 сцинтилляторов, такие как массивы, расположенные в плиточном детекторе 20. На этапе 220, электронно-коллимируемый источник 140 гамма-излучения направляют в центр входной торцевой поверхности 76 одного кристалла 60, например, обращенной к центру поверхности в поле зрения устройства 12 визуализации, и записывают местоположение пучка.

На этапе 222 или посредством блока 40 калибровки DOI генерируют данные 44 списочных режимов, которые записывают детектированные события. Данные 44 списочных режимов включают в себя значения энергии сигналов от каждого оптического датчика 30 и индикатор местоположения сцинтиллирующего кристалла или калибруемого одного кристалла 60.

На этапе 223 идентифицируют «пораженный» кристалл для каждого события. Энергетическое окно применяют для фильтрации событий в данных 44 списочных режимов на этапе 224 или посредством модуля 224. Энергетическое окно соответствуют гауссову распределению для сигналов, генерируемых оптическими датчиками 30 матричного элемента 22, т.е., суммарному сигналу каждого матричного элемента для записываемых событий. Это окно, необязательно, снова калибруют независимо для событий, происходящих в каждом кристалле (на основе «пораженного» кристалла, идентифицированного для события на этапе 223), для учета различий в сборе света. Окно из утроенного среднеквадратического отклонения (±3σ) генерируемых сигналов применяют к генерируемым сигналам записываемых событий, и значения в пределах окна сохраняют, т.е., фильтруют в виде значений сигналов воспринимаемой люминесценции.

Энергетическое окно применяют для фильтрации сигналов воспринимаемой люминесценции от сцинтиллирующего кристалла в данных 44 списочных режимов на этапе 226 или посредством модуля 226. Энергетическое окно соответствует гауссову распределению для сигналов, генерируемых датчиком 30 с наибольшим сигналом. События с сигналами воспринимаемой люминесценции от сцинтиллирующего кристалла, находящимися в пределах утроенного среднеквадратического отклонения (±3σ) значений генерируемых сигналов сцинтиллирующего кристалла, сохраняют для каждого кристалла, что дополнительно минимизирует комптоновские события в данных 44 списочных режимов.

Исходные LUT 38 создают на этапе 227 или посредством модуля 227. На этом этапе отфильтрованные события списочных режимов с этапа 226 сначала монотонно сортируют посредством соотношения соседних кристаллов. Отсортированные события затем назначают для элементов дискредитации по глубине на основании ожидаемого числа событий в каждом элементе дискредитации по глубине. Пример этой сортировки и назначения элементов дискредитации по глубине показан на фиг. 5. Среднее значение и дисперсию сигналов четырех датчиков затем вычисляют для каждого элемента дискредитации по глубине, и этот набор данных образует исходную LUT.

LUT 38, необязательно, изменяют на этапе 228 или посредством модуля 228. В одном варианте осуществления LUT средних значений и дисперсии интерполируют, сглаживают и/или фильтруют с использованием фильтра с интегратором с узкополосным фильтром. В другом варианте осуществления LUT итерируют с помощью алгоритма оценки по методу максимального правдоподобия, который обновляет LUT средних значений и дисперсии на основании оценки максимального правдоподобия DOI событий.

LUT 38 могут иметь отношение к отдельным матричным элементам 22 или могут включать в себя множественные матричные элементы в таблице, где матричный элемент 22 и/или массив 24 сцинтилляторов включен в индикатор местоположения, например, в таблице, имеющей отношение к множественным массивам. Например, индикатор местоположения в LUT включает в себя номер плитки, ссылку на координаты x,y каждого пиксела в плитке и глубину с соответствующим калиброванным соотношением.

Со ссылкой на фиг. 10 показана блок-схема последовательности операций одного способа по варианту осуществления использования конструкции из сцинтилляторов детектора фотонов со светоделением и оценочной глубиной взаимодействия. На этапе 230 один или более массивов 24 сцинтилляторов 2*2 калибруют с использованием фронтальной калибровки, как описано со ссылкой на фиг. 9. На этапе 232 гамма-фотон вызывает сцинтилляцию в одном из четырех практически идентичных сцинтилляционных кристаллических стержней 26 в массиве 24 сцинтилляторов на некоторой DOI. Генерируемая люминесценция делится с двумя смежными сцинтилляционными кристаллами 68, 70 посредством участков светоделения смежных боковых поверхностей согласно глубине сцинтилляции. Люминесценция воспринимается оптическими датчиками 30. В одном варианте осуществления оптические датчики 30 соединены посредством соединения «один-с-одним» с практически идентичными сцинтилляционными кристаллическими стержнями 26. В другом варианте осуществления оптические датчики 30 соединены посредством соединения «четыре-с-одним» датчиков/кристаллов с практически идентичными сцинтилляционными кристаллическими стержнями 26.

На этапе 234 или посредством модуля или схемы 234 определяют суммарную энергию на основании воспринимаемой люминесценции массива 24 сцинтилляторов, т.е., сумму сигналов, генерируемых оптическими датчиками 30, соединенными с массивом 24 сцинтилляторов, детектированного фотона. В одном варианте осуществления эта сумма использует значения, соответствующие соединению между одним массивом 24 сцинтилляторов и одним массивом 28 датчиков.

На этапе 236 или посредством модуля или схемы 236 время детектированной сцинтилляции фотона определяют посредством TDC 36, соединенного с оптическими датчиками 30, соединенными с массивом 24 сцинтилляторов. В одном варианте осуществления TDC 36 соединяется с четырьмя оптическими датчиками 30, которые соединены посредством соединения «один-с-одним» с практически идентичными сцинтилляционными кристаллическими стержнями 26.

Глубину взаимодействия оценивают на этапе 238 или посредством модуля или схемы 238. Глубину взаимодействия определяют посредством соотношения воспринимаемой люминесценции от двух других диагональных сцинтилляционных кристаллов 68, 70, смежных со сцинтиллирующим кристаллом. Это соотношение используют вместе с LUT 38 для оценки глубины взаимодействия.

На этапе 240 или посредством модуля или схемы 240 детектированный фотон записывают в данные 44 списочных режимов. Данные списочных режимов включают в себя суммарную энергию, время, и индикатор местоположения для детектированного фотона. Индикатор местоположения включает в себя местоположение сцинтилляционного кристалла и оценочную глубину взаимодействия.

Следует понимать, что, в связи с конкретными иллюстративными вариантами осуществления, представленными здесь, некоторые структурные и/или функциональные признаки описаны так, как будто они включены в определенные элементы и/или компоненты. Однако предполагается, что эти признаки могут быть также, с обеспечением той же самой или подобной выгоды, включены в другие элементы и/или компоненты, при необходимости. Следует также понимать, что другие аспекты иллюстративных вариантов осуществления могут быть выборочно использованы, при необходимости, для обеспечения других альтернативных вариантов осуществления, подходящих для необходимых применений, причем другие альтернативные варианты осуществления реализуют соответствующие преимущества аспектов, заключенных в них.

Следует также понимать, что конкретные элементы или компоненты, описанные здесь, могут иметь свою функциональность, соответствующим образом реализуемую посредством аппаратных средств, программных средств, аппаратно-программных средств или их комбинации. Дополнительно, следует понимать, что некоторые элементы, описанные здесь таким образом, как будто они объединены вместе, могут быть, при соответствующих обстоятельствах, независимыми элементами, или могут быть разделены иным образом. Подобным образом множественные конкретные функции, описанные таким образом, как будто они выполняются одним конкретным элементом, могут выполняться множеством отдельных элементов, действующих независимо для выполнения отдельных функций, или некоторые отдельные функции могут быть разделены и выполнены множеством отдельных элементов, действующих согласованно. Альтернативно, некоторые элементы и/или компоненты, иным образом описанные и/или показанные здесь таким образом, как будто они являются отдельными друг от друга, могут быть физически или функционально объединены при необходимости.

Короче говоря, описание настоящего изобретения было приведено со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Очевидно, что модификации и изменения могут приходить на ум после прочтения и осознания описания настоящего изобретения. Предполагается, что настоящее изобретение должно толковаться таким образом, как будто оно включает в себя все такие модификации и изменения, если они находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов. А именно, следует понимать, что различные описанные выше и другие признаки и функции, или их альтернативы, могут быть при необходимости объединены во многих других системах или применениях, а также, что впоследствии специалистами в данной области техники могут быть выполнены различные непредвиденные или непредусмотренные в данный момент альтернативы, модификации, изменения или улучшения в этом отношении, которые, как предполагается подобным образом, заключены в нижеследующей формуле изобретения.