发射成像设备的闪烁晶体的固定装置以及检测设备和方法
【专利摘要】本发明提供一种发射成像设备的闪烁晶体的固定装置以及检测设备和方法。该固定装置包括：主体，其上设置有开口向上的多个凹槽，所述多个凹槽用于分别固定多个闪烁晶体；以及液体容纳空间，其位于所述多个凹槽的上方，用于容纳光导液体，所述液体容纳空间的底部与所述多个凹槽流体连通，且顶部是开放的。凹槽式的固定装置不仅具有安装和拆卸闪烁晶体方便进而能够提高检测效率的优点，而且还可以根据需要在凹槽内设置光反射层，避免对每个闪烁晶体进行逐条包覆。
【专利说明】发射成像设备的闪烁晶体的固定装置以及检测设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发射成像系统内的部件的检测技术，具体地，涉及一种用于发射成像设备的闪烁晶体的固定装置，以及采用该固定装置的检测设备和检测方法。
【背景技术】
[0002]包括正电子发射成像设备的发射成像设备已经被用于医疗诊断。以正电子发射成像设备为例，其利用正电子同位素衰变产生出的正电子与人体内负电子发生泯灭效应的现象，通向人体内注射带有正电子同位素标记的化合物，采用复合探测的方法，利用检测器探测泯灭效应所产生的Y光子，得到人体内同位素的分布信息，由计算机进行重建组合运算，从而得到人体内标记化合物分布的三维断层图像。
[0003]现有的检测器主要包括三部分，如图1所示，即最下层的由离散闪烁晶体组成的晶体矩阵110、玻璃光导层120和光电倍增管(PMT)矩阵130。其中，闪烁晶体的质量对三维断层图像的重建存在不可忽视的、显著的影响，因此需要对闪烁晶体的光输出和能量分辨率等光学参数进行测试，以排除由于闪烁晶体生长以及表面处理等因素导致的不均匀性对闪烁晶体的光学性能的影响。目前对闪烁晶体的检测方式是利用光学胶水等将单个的闪烁晶体耦合至单个的PMT的下表面，并且将耦合后的闪烁晶体和PMT放置的光密箱，然后对该闪烁晶体的性能进行检测。
[0004]然而，对于一个正电子发射成像设备来说，其可能包括上百个或更多的检测器，而每个检测器上大约有150个闪烁晶体，可见每个正电子发射成像设备上的闪烁晶体的数量是庞大的。对一个闪烁晶体进行检测的时间大约为15-20分钟，因此对所生产的所有闪烁晶体进行逐条检测是不可行的，而只能采用抽检的方式。本领域的技术人员可以理解，采用抽检只是一种无奈的选择，其并不是理想的选择。
[0005]因此，有必要提出一种用于发射成像设备的闪烁晶体的固定装置，以及采用该固定装置的检测设备和检测方法，以提高闪烁晶体的检测效率。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一个方面，提供一种用于发射成像设备的闪烁晶体的固定装置，包括:主体，其上设置有开口向上的多个凹槽，所述多个凹槽用于分别固定多个闪烁晶体；以及液体容纳空间，其位于所述多个凹槽的上方，用于容纳光导液体，所述液体容纳空间的底部与所述多个凹槽流体连通，且顶部是开放的。
[0007]优选地，所述多个凹槽包括参考晶体凹槽和多个闪烁晶体凹槽，所述参考晶体凹槽和所述多个闪烁晶体凹槽分别用于固定所述闪烁晶体中的参考闪烁晶体和待测闪烁晶体。
[0008]优选地，所述多个凹槽中的每个的深度都大于或等于所述闪烁晶体的高度。
[0009]优选地，所述多个凹槽中的每个的内壁和底面上都设置有光反射层。
[0010]优选地，所述多个凹槽以矩阵方式排列。
[0011]优选地，所述多个凹槽排列成多行，每行内相邻的两个凹槽之间的间距相等，且相邻的两行内的凹槽错位排列。
[0012]另一个方面，本发明还提供一种用于发射成像设备的闪烁晶体的检测设备，包括:如上所述的任一种固定装置；放射源，其用于产生入射粒子；采集装置，其用于分别采集所述入射粒子经由每个所述闪烁晶体反应产生的出射粒子；可移动装置，所述可移动装置能够带动设置在其上的所述放射源和所述采集装置在所述多个凹槽的上方移动，并使所述采集装置的位于其底面的采集表面能够在所述液体容纳空间内移动；以及可打开的光密壳体，所述光密壳体内至少容纳有所述固定装置、所述放射源和所述采集表面。
[0013]优选地，所述多个凹槽之间的间距构造为使得在所述采集装置的所述采集表面与所述闪烁晶体中的一个成中心对准时仅能覆盖该闪烁晶体。
[0014]优选地，所述多个凹槽之间的间距不大于所述采集装置的所述采集表面的最大尺寸。
[0015]优选地，所述检测设备还包括容纳在所述液体容纳空间内的光导液体。
[0016]优选地，所述可移动装置能够驱动所述放射源和所述采集装置在水平方向和竖直方向上移动。
[0017]优选地，所述可移动装置还包括传感器，所述传感器用于在检测期间感测所述采集装置的所述采集表面相对于所述闪烁晶体的位置。
[0018]再一个方面，本发明还提供一种用于发射成像设备的闪烁晶体的检测方法，所述检测方法采用如上所述的任一种检测设备，所述方法包括:打开所述光密壳体；将多个闪烁晶体分别插入所述多个凹槽；向所述液体容纳空间内注入光导液体，使所述光导液体没过多个所述闪烁晶体；使所述可移动装置带动所述放射源和所述采集装置在多个所述闪烁晶体的上方移动，以对多个所述闪烁晶体进行逐条检测，所述采集装置的所述采集表面在所述检测期间处于所述光导液体的表面之下。
[0019]凹槽式的固定装置不仅具有安装和拆卸闪烁晶体方便进而能够提高检测效率的优点，而且还可以根据需要在凹槽内设置光反射层，避免对每个闪烁晶体进行逐条包覆。
[0020]在
【发明内容】
中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0021]以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
[0023]图1为现有的用于正电子发射成像设备的检测器的示意图；
[0024]图2为根据本发明一个实施例的检测设备的示意图；
[0025]图3为根据本发明一个实施例的凹槽的布置方式的示意图；
[0026]图4A示出了凹槽之间的间距的最小值的示意图；
[0027]图4B示出了凹槽之间的间距的最大值的示意图；以及
[0028]图5为根据本发明另一个实施例的凹槽的布置方式的示意图。
【具体实施方式】
[0029]在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅涉及本发明的较佳实施例，本发明可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0030]本发明提供了在发射成像设备的闪烁晶体的检测过程中所使用的固定装置、以及采用该固定装置的闪烁晶体的检测设备和检测方法。为了提供对本发明的整体了解，以下将首先介绍用于闪烁晶体的检测设备。
[0031]如图2所示，该检测设备包括固定装置210、放射源220、采集装置230、可移动装置240和光密壳体250。固定装置210每次能固定多个闪烁晶体260。可移动装置240能够带动放射源220和采集装置230在闪烁晶体260上方移动。检测期间，在每个闪烁晶体260上方，放射源220发射入射粒子(诸如高能光子，例如511keV的Y光子)，闪烁晶体260捕获该入射粒子并将其转化为出射粒子(诸如低能光子群)，采集装置230采集入射粒子和出射粒子，计算每次事件产生的能量，绘制能量谱图，计算能量分辨率。此外，在存在参考晶体的情况下，还能通过比较待测闪烁晶体和参考闪烁晶体的能量谱图的峰值的位置来计算待测闪烁晶体的光输出。由于绘制能量谱图、计算能量分辨率、计算光输出是现有的，并且不在本发明的保护范围之内，因此本文将不对它们进行更详细地描述。这样，通过移动放射源220和采集装置230，对闪烁晶体260进行逐条检测，可以一次完成多个闪烁晶体的检测，提高检测效率，后文还将针对本发明为提高检测效率所作出的贡献进行更详细的描述。
[0032]基于对整个检测设备的整体性理解，下面将对固定装置210进行详细描述。继续参照图2，该固定装置210包括主体211和液体容纳空间213。主体211上设置有开口向上的多个凹槽212，多个凹槽212用于分别固定多个闪烁晶体260。多个凹槽212可以在水平面内呈一维的线性排列，也可以呈二维排列。本发明不意欲对多个凹槽212的排列方式进行限制。在图2中，为了清楚地示出凹槽212而移除了左侧第一个凹槽中的闪烁晶体。在一个实施例中，为了实现该凹槽212的固定功能，可以使凹槽212的至少一部分在水平方向上具有与闪烁晶体260具有相适配的尺寸。优选地，可以使凹槽212的整体尺寸与闪烁晶体260的整体尺寸相适配。采用凹槽212来固定闪烁晶体260具有以下优势:1、固定操作简单省时，即只需要将闪烁晶体260插入到凹槽212内就可以完成固定操作，而无需采用光学胶水等粘合剂或机械装置；2、根据客户的需要，在期望闪烁晶体反应产生的出射粒子尽量都被采集装置230捕获的情形中，可以在凹槽212的底面和侧壁上形成光反射层，这样可以避免用反光材料逐个包裹闪烁晶体，因此提高了检测效率。
[0033]基于此，在一个实施例中，每个凹槽212的内壁和底面上都可以设置有光反射层。该光反射层可以是采用喷涂、镀膜(例如喷涂银或镀银膜)或粘贴反光材料(例如粘贴ESR反光片)等方式形成的。ESR(Enhanced Specular Reflector)反光片的厚度在40微米左右，例如38微米。作为高效反光片，ESR在整个可见光光谱范围内的反射率都在98%以上，高于目前其他种类的反射片。ESR本身由高分子薄膜层组成，是更加绿色环保的反射片材料。
[0034]下面将介绍固定装置210的液体容纳空间213。该液体容纳空间213位于多个凹槽212的上方，用于容纳光导液体。液体容纳空间213的底部与多个凹槽212流体连通。测试期间，向液体容纳空间213内注入光导液体，并使光导液体(如图2所示的270)没过闪烁晶体260。此外，液体容纳空间213的顶部是开放的。开放的顶部允许采集装置230的采集表面能够在液体容纳空间内移动。作为示例，液体容纳空间213可以呈柱形，该柱形的底面连通每个凹槽，且顶面是开放的，如图2所示。当然，液体容纳空间213还可以具有其他形状，只要能够允许采集表面在液体容纳空间213内对每个闪烁晶体260进行检测即可。在检测期间，采集装置230的采集表面浸入到光导液体213的表面之下，并移动至与待检测的闪烁晶体相对，由于采集表面的面积比闪烁晶体的横截面积大得多，可以理解为采集表面覆盖闪烁晶体，这样从闪烁晶体出来的出射粒子可直接进入光导液体270中，然后被采集表面捕获，避免空气等介质对晶体解码广生的影响。
[0035]需要说明的是，优选的检测条件是使采集装置230的采集表面与闪烁晶体260的出射面(上表面)无限接近，但无作用力，因此本文所述的采集表面“覆盖”闪烁晶体是指两者在水平面上的投影相互重叠。
[0036]光导液体270为常温下的液体材料。光导液体270优选地具有以下性能要求:化学性质稳定，无毒；420nm光衰减低；光导率较高(1.5左右)；粘滞系数低(low viscosity,防止起泡产生)。作为示例，光导液体270可以为满足以上条件的矿物油、Silica(如通用公司的Viscasil系列)等。
[0037]如前所述的，当期望测试闪烁晶体的光输出时，需要提供参考闪烁晶体，因此，在一个实施例中，多个凹槽212可以包括参考晶体凹槽和多个闪烁晶体凹槽。闪烁晶体则包括参考闪烁晶体和待测闪烁晶体。参考晶体凹槽和多个闪烁晶体凹槽分别用于固定参考闪烁晶体和待测闪烁晶体。提供参考晶体凹槽能够通过比较待测闪烁晶体和参考闪烁晶体的能量谱图中峰值的位置来计算待测闪烁晶体的光输出。
[0038]在一个优选实施例中，多个凹槽212中的每个的深度都大于或等于闪烁晶体260的高度，这样可以对闪烁晶体260起到保护作用，以防止采集装置230在移动过程中划伤闪烁晶体260。
[0039]在一个实施例中，多个凹槽212可以以矩阵方式排列，如图3所示。矩阵的行数和列数可以为任意值，本发明不对其进行限制。
[0040]为了提高检测的准确性，避免同时采集两个闪烁晶体的出射粒子，因此，优选地，凹槽212之间的间距构造为使得在采集装置230的采集表面与一个闪烁晶体成中心对准时仅能覆盖该闪烁晶体，如图3所示。作为示例，除了左上角的凹槽212内的闪烁晶体之外，此时由虚线圆表示的采集装置230的采集表面与其他的闪烁晶体在水平面上的投影均不重叠。为了满足该目的，希望相邻的两个凹槽之间的间距的最小值满足:如图4A所示，当采集装置230的采集表面与凹槽212A内的闪烁晶体成中心对准时，相邻的凹槽212B内的闪烁晶体与采集装置230的采集表面外切。实际操作过程中，凹槽212的横向尺寸一般略大于闪烁晶体的尺寸，使得能够轻松地将闪烁晶体插入凹槽212内，且闪烁晶体在检测过程中不会在其内晃动，因此在实际操作过程中考虑相邻的凹槽之间的尺寸问题时，可以忽略凹槽212与闪烁晶体在横向上的尺寸差。也就是说，希望相邻的两个凹槽之间的间距的最小值满足:当采集装置230的采集表面与凹槽212A成中心对准时，相邻的凹槽212B与采集装置230的采集表面外切，如图4A所示，以便降低制造难度。当两个凹槽之间的距离符合该最小值条件时，可以在有限的空间内设置数量尽量多的凹槽，以便一次检测更多的闪烁晶体。但这种情况要保证采集装置230的移动精度。如上所述的，在实际操作过程中由于未考虑凹槽212与闪烁晶体在横向上的尺寸差，因此可以为采集装置230的移动误差提供预量。
[0041]另一方面，在无需过多地考虑空间问题时，可以增大相邻的凹槽212之间的间距，但该间距过大也是没有必要的。如图4B所示，多个凹槽212A和212B之间的间距的最大值可以为采集装置230的采集表面的最大尺寸。目前常用的采集装置例如是光电倍增管(PMT)，其截面形状通常为圆形。在此情况下，凹槽212A和212B之间的间距的最大值可以为采集装置230的采集表面的直径。
[0042]除了上述的通过将凹槽之间的间距缩短到最小值来最大化一次检测的闪烁晶体的数量之外，还可以通过改变凹槽的布置方式来提高一次检测数量。参见图5，其示出了凹槽的一种优选的排布方式。其中，多个凹槽212排列成多行，每行内相邻的两个凹槽212之间的间距相等，且相邻的两行内的凹槽212错位排列。具体地，奇数行的排列方式相同，偶数行的排列方式也相同，但是奇数行和偶数行之间错开。偶数行中的每个凹槽距离相邻的奇数行中的相邻凹槽的间距都相等。
[0043]前文是以一维线性排列的凹槽为例来说明凹槽之间的间距的最大值和最小值。当考虑到凹槽的二维排列时，与矩阵式排列方式相比，该优选的错位排列方式可以缩短相邻的两行之间的间距，因此可以在有限的空间内进一步增大凹槽的数量。
[0044]此外，本发明还提供一种用于发射成像设备的闪烁晶体的检测设备，由于在前文中已经对其包含的各个部分进行描述，因此对于相同的描述部分将仅简单涉及。返回参照图2，本发明提供的检测设备包括前述的任意一种固定装置210、用于产生入射粒子的放射源220和采集装置出射粒子的采集装置230。该出射粒子是由入射粒子在闪烁晶体内反应所产生的。作为示例，在正电子发射成像设备中，入射粒子可以为511keV的高能光子，而出射粒子为该高能光子产生的低能光子群。作为示例，放射源220可以设置在采集装置230的下部但是其不低于采集装置230的采集表面。该检测设备还包括可移动装置240，该可移动装置240能够带动设置在其上的放射源220和采集装置230在多个凹槽212的上方移动，以便对凹槽212内放置的多个闪烁晶体进行逐条检测。此外，该检测设备还包括可打开的光密壳体250，该光密壳体250内至少容纳有固定装置210、放射源220和采集装置230的位于其底面的采集表面。该光密壳体250可以避免采集装置230采集环境中的光而影响检测结果。
[0045]如前所述的，凹槽式的固定装置能够提高检测效率，由于其安装和拆卸闪烁晶体方便的优点。此外，从本发明提供的检测设备的整体来考虑还能进一步提高检测效率。由于现有技术中每次仅能将一个闪烁晶体放入光密箱进行检测，因此每个闪烁晶体的检测所消耗的时间都是全流程所消耗的时间，即将闪烁晶体与PMT耦合、开启光密箱、将耦合后的闪烁晶体和PMT放入光密箱、接通电源待电路稳定后进行检测、开启光密箱取出闪烁晶体、以及将闪烁晶体从PMT上取下所消耗的时间总和。而本发明提供的检测设备由于将多个闪烁晶体一次性放入光密箱，因此节省了多次开启光密箱、多次接通电源等待电路稳定、以及多次开启光密箱取出闪烁晶体所消耗的时间，进一步提高了检测效率。
[0046]在优选实施例中，可移动装置240能够驱动放射源220和采集装置230在水平方向和竖直方向上移动。作为示例，可移动装置240可以包括电机和可移动臂。该可移动臂可以提供沿水平面内的X轴方向延伸的滑轨，并且电机能够驱动放射源220和采集装置230沿着该滑轨移动；该移动臂可以设置为能够沿水平面内的Y轴方向移动，这样可以带动放射源220和采集装置230沿Y轴方向移动；该移动臂还设置为能够沿竖直的Z轴方向移动，这样可以带动放射源220和采集装置230沿Z轴方向移动。该实施例仅为示例性的，因此不构成对本发明的限制。可移动装置240还可以具有其他构造来完成水平方向和竖直方向上的驱动移动。该优选的可移动装置240能够将采集装置230的移动轨迹设置为完成一个闪烁晶体的检测之后，向上抬起后再平移至下一个闪烁晶体，然后向下移动至检测位置完成该下一个闪烁晶体的检测，这样可以避免平移过程中划伤闪烁晶体。
[0047]进一步优选地，该可移动装置240还包括传感器(未示出)，该传感器用于在使用过程中感测采集装置230的采集表面相对于闪烁晶体260的位置。这样可以避免采集装置230在上下移动过程中与闪烁晶体260发生施力接触。作为示例，该传感器可以为压力传感器。该传感器可以设置在采集装置230上靠近采集表面的位置处。
[0048]此外，本发明还提供一种用于发射成像设备的闪烁晶体的检测方法，所述检测方法采用上述任一种检测设备。该方法包括:打开光密壳体；将多个闪烁晶体分别插入多个凹槽；向液体容纳空间内注入光导液体，使光导液体没过多个闪烁晶体；使可移动装置带动放射源和采集装置在多个闪烁晶体的上方移动，以对多个闪烁晶体进行逐条检测，该采集装置的采集表面在检测期间处于光导液体的表面之下。由于通过上文的描述能够理解该检测方法，因此这里将不再赘述。
[0049]本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
【权利要求】
1.一种用于发射成像设备的闪烁晶体的固定装置，其特征在于，包括: 主体，其上设置有开口向上的多个凹槽，所述多个凹槽用于分别固定多个闪烁晶体；以及 液体容纳空间，其位于所述多个凹槽的上方，用于容纳光导液体，所述液体容纳空间的底部与所述多个凹槽流体连通，且顶部是开放的。
2.如权利要求1所述的固定装置，其特征在于，所述多个凹槽包括参考晶体凹槽和多个闪烁晶体凹槽，所述参考晶体凹槽和所述多个闪烁晶体凹槽分别用于固定所述闪烁晶体中的参考闪烁晶体和待测闪烁晶体。
3.如权利要求1所述的固定装置，其特征在于，所述多个凹槽中的每个的深度都大于或等于所述闪烁晶体的高度。
4.如权利要求1所述的固定装置，其特征在于，所述多个凹槽中的每个的内壁和底面上都设置有光反射层。
5.如权利要求1所述的固定装置，其特征在于，所述多个凹槽以矩阵方式排列。
6.如权利要求1所述的固定装置，其特征在于，所述多个凹槽排列成多行，每行内相邻的两个凹槽之间的间距相等，且相邻的两行内的凹槽错位排列。
7.一种用于发射成像设备的闪烁晶体的检测设备，其特征在于，包括: 如权利要求1-6中任一项所述的固定装置； 放射源，其用于产生入射粒子； 采集装置，其用于分别采集所述入射粒子经由每个所述闪烁晶体反应产生的出射粒子; 可移动装置，所述可移动装置能够带动设置在其上的所述放射源和所述采集装置在所述多个凹槽的上方移动，并使所述采集装置的位于其底面的采集表面能够在所述液体容纳空间内移动；以及 可打开的光密壳体，所述光密壳体内至少容纳有所述固定装置、所述放射源和所述采集表面。
8.如权利要求7所述的检测设备，其特征在于，所述多个凹槽之间的间距构造为使得在所述采集装置的所述采集表面与所述闪烁晶体中的一个成中心对准时仅能覆盖该闪烁晶体。
9.如权利要求8所述的检测设备，其特征在于，所述多个凹槽之间的间距不大于所述采集装置的所述采集表面的最大尺寸。
10.如权利要求7所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备还包括容纳在所述液体容纳空间内的光导液体。
11.如权利要求7所述的检测设备，其特征在于，所述可移动装置能够驱动所述放射源和所述采集装置在水平方向和竖直方向上移动。
12.如权利要求11所述的检测设备，其特征在于，所述可移动装置还包括传感器，所述传感器用于在检测期间感测所述采集装置的所述采集表面相对于所述闪烁晶体的位置。
13.一种用于发射成像设备的闪烁晶体的检测方法，所述检测方法采用权利要求7-12中任一项所述的检测设备，所述方法包括: 打开所述光密壳体； 将多个闪烁晶体分别插入所述多个凹槽； 向所述液体容纳空间内注入光导液体，使所述光导液体没过多个所述闪烁晶体； 使所述可移动装置带动所述放射源和所述采集装置在多个所述闪烁晶体的上方移动，以对多个所述闪烁晶体进行逐条检测，所述采集装置的所述采集表面在所述检测期间处于所述光导液体的表面之下。
【文档编号】G01T1/202GK104199079SQ201410342703
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】闫泽武, 石涵, 许剑锋, 黄秋, 彭旗宇 申请人:许剑锋