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1. CN105769230 - 探测器模块及医学成像装置

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探测器模块及医学成像装置


技术领域
本发明主要涉及医学成像技术领域,尤其涉及一种探测器模块及配置有该探测器模块的医学成像装置。
背景技术
在医学影像学技术领域,根据成像原理,主要可分为放射学成像——即X射线计算机断层成像(XCT,X-rayComputedTomography)、磁共振成像(MRI,MagneticResonanceImaging)、超声成像(USG,Ultrasonography)和放射性核素成像——包括γ相机、单光子发射断层成像(SPECT,SinglePhotonEmissionComputedTomography)、正电子发射断层成像(PET,PositronEmissionTomography)。
其中正电子发射断层成像(PET)成像的核心器件是探测器,探测器根据探测到的符合事件来判断人体内放射性核素的湮灭位置和强度,通过大量的统计学运算以及一定的算法,重建出放射性同位素在人体器官中的分布图像。
PET探测器通常成环状分布,如图1所示,现有的探测环通常是由多个探测器模块1沿圆周分布形成的闭合多边形环,各探测器模块1中,闪烁晶体、分光元件和光电倍增管依次连接。多边形环朝向圆心的面是探测器的射线直接接收器件,由闪烁晶体制造而成。闪烁晶体形成多边形,表面要求贴合紧密,这也就决定了实际封装可利用的空间非常小,给实际的结构封装带来困难。
发明内容
本发明要解决的问题是如何提高探测器模块的安装可靠性,实现探测器模块中闪烁晶体与光电探测器之间良好的耦合。
为了解决上述问题,本发明提供了一种探测器模块,包括闪烁晶体阵列、光电探测器阵列和读出电路板,所述闪烁晶体阵列与光电探测器阵列连接,所述光电探测器阵列通过读出电路板将采集的信号输出,所述探测器模块还包括:位于所述闪烁晶体阵列端部的支撑块,以及位于所述光电探测器阵列和读出电路板之间的支撑板,所述支撑块通过所述支撑板连接,所述端块和支撑板限定容纳所述闪烁晶体阵列和光电探测器阵列的空间。
优选地,所述探测器模块还包括一个屏蔽壳体,所述闪烁晶体阵列、光电探测器阵列、支撑板和读出电路板位于该屏蔽壳体内。
优选地,所述支撑板位于所述屏蔽罩内,并将所述屏蔽罩内部划分为第一腔室和第二腔室,所述闪烁晶体阵列和所述光电探测器阵列位于所述第一腔室内,所述读出电路板位于所述第二腔室内。
优选地,所述支撑板上设置有用于输送冷却介质的冷却通道。
优选地,所述探测器模块还包括:位于所述支撑板和光电探测器阵列之间的一个或多个间隔设置的第一弹性部件。
优选地,所述探测器模块还包括:位于所述支撑板和读出电路板之间的一个或多个间隔设置的第二弹性部件。
优选地,所述第一弹性部件和/或第二弹性部件为弹簧、弹性垫或弹性板。
优选地,所述第一弹性部件和/或第二弹性部件具有导热性。
本发明还提供了一种医学成像装置,一种医学成像装置,其特征在于包括若干个探测器模块围成的环状结构,所述环状结构包括前端面及后端面,所述探测器模块包括沿环状结构的径向依次布置的闪烁晶体阵列、光电探测器阵列、支撑板及读出电路板,所述闪烁晶体阵列在前端面及后端面之间连续排列,所述支撑板与环状结构的轴线的距离小于所述读出电路板与环状结构的轴线之间的距离。
优选地,所述闪烁晶体阵列、光电探测器阵列和读出电路板及支撑板被封装于一个屏蔽壳体中。
本发明的探测器模块中,闪烁晶体以探测器模块为单位封装,位于闪烁晶体阵列端部的支撑块通过支撑板连接,加紧并对齐闪烁晶体;在支撑板和光电探测器阵列之间还设置有弹性部件,弹性按压保证光电探测器与闪烁晶体良好耦合。
附图说明
图1为PET探测器环的组成示意图;
图2为本发明一实施例中探测器模块的结构示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
图2为本发明一实施例中探测器模块的结构示意图。本实施例以PET装置为例进行说明,本实施例的PET装置,若干个探测器模块1围成的环状结构,所述环状结构包括前端面及后端面,所述探测器模块1包括沿环状结构的径向依次布置的闪烁晶体阵列11、光电探测器阵列12、支撑板15及读出电路板13,所述闪烁晶体阵列11在前端面及后端面之间连续排列,所述支撑板15与环状结构的轴线的距离小于所述读出电路板13与环状结构的轴线之间的距离。闪烁晶体阵列11与光电探测器阵列12连接,光电探测器阵列12通过读出电路板13将采集的信号输出至主控计算机(图中未示出)。
本发明中闪烁晶体以探测器模块为单元封装,所有闪烁晶体沿第一方向和第二方向规则排列形成一个具有M行和N列的闪烁晶体阵列11。位于闪烁晶体阵列11的每一行两端的各晶体块的外端面相互连接形成第一端面和第二端面,该第一端面和第二端面沿第一方向延伸;位于闪烁晶体阵列11的每一列两端的各晶体块的外端面相互连接形成第三端面和第四端面,该第三端面和第四端面沿第二方向延伸。
闪烁晶体阵列11被光学地耦合到光电探测器阵列12中。光电探测器阵列12可以被固定安装在一块印刷电路(PCB)板上。光电探测器可以为硅光电倍增管(SiPM)探测器,也可以为镉锌碲(CZT)或其他探测器类型。闪烁晶体阵列11、PCB板和读出电路板13沿第三方向依次排列。
探测器模块1还包括支撑块14a、14b,其相对设置于闪烁晶体阵列11中各行晶体的端部,并沿第一方向延伸。闪烁晶体阵列11与支撑块14a、14b之间通过胶粘接在一起。支撑块14a、14b通过支撑板15连接,支撑板15为沿第一方向和第二方向延伸的平板,具有第一表面和与其相对的第二表面。支撑板15位于光电探测器阵列12和读出电路板13之间,其第一表面朝向光电探测器阵列12,第二表面朝向读出电路板13。支撑板15具有一定的硬度,支撑块14a、14b与支撑板固定连接,一起限定容纳闪烁晶体阵列11和光电探测器阵列12的空间。支撑块14a、14b分别接合闪烁晶体阵列11的第一端面和第二端面,通过与支撑板15固定连接,压紧并对齐晶体,为闪烁晶体阵列11提供支撑。进一步地,端块14a、14b或支撑板15上还设有第一定位结构,通过该第一定位结构将光电探测器阵列12定位到闪烁晶体阵列11上。进一步地,端块14a、14b或支撑板15上还设有第二定位结构,通过该第二定位结构将探测器固定在机架上。
探测器模块1还包括一个屏蔽罩壳体,闪烁晶体阵列11、光电探测器阵列12和读出电路板13及支撑板15被封装于该屏蔽壳体内。该屏蔽壳体可以由多个屏蔽板相互连接组成。该屏蔽壳体也可以由多个屏蔽板与支撑块14a、14b连接组成(图中仅示出了部分屏蔽板16a、16b)。屏蔽壳体可以由薄铝或不明显阻碍辐射事件进入闪烁晶体的其他材料制成。屏蔽板16b的两端固定安装在支撑块14a、14b上,其接合闪烁晶体阵列11的一个端面,与支撑块14a、14b一起为闪烁晶体阵列11提供支撑。优选地,屏蔽板16b为碳纤维板,通过胶水、螺钉等方式固定在支撑块14a、14b上,起到结构加强和避光的作用。
支撑板将屏蔽壳体内的空间间隔成在径向分布的两部分。具体为支撑板15将屏蔽壳体内部划分为第一腔室和第二腔室,闪烁晶体阵列11和光电探测器阵列12位于第一腔室内,读出电路板13位于第二腔室内。在一种实施例中,读出电路板13固定安装在支撑板15上。在另一种实施例中,读出电路板13固定安装在屏蔽壳体上。
在本实施例中,第一腔室内还具有供冷却介质流动的第一空间,第二腔室内具有供冷却介质流动的第二空间。该第一空间具体为光电探测器阵列12和支撑板15之间的空间;该第二空间具体为读出电路板13与支撑板15和/或屏蔽壳体之间的空间。在本发明的其他实施例中,第一空间还包括闪烁晶体阵列11和屏蔽壳体之间的空间。上述第一空间和第二空间之间通过通风孔实现连通,所述通风孔可以设置在支撑板15上,也可以设置在两侧的端块14a、14b上。可以预期,PET装置还包括制冷装置,为探测器模块提供冷却介质。冷却介质进入探测器模块后,流经第一空间、通风孔、第二空间后从探测器模块排出,实现对光电探测器阵列12和读出电路板13的冷却。
探测器模块1还包括夹置于支撑板15和所述光电探测器阵列12之间的第一弹性部件17。例如,位于支撑板15和光电探测器阵列12之间的一个或多个间隔设置的第一弹性部件17,第一弹性部件17可以为弹簧或弹性垫。第一弹性部件17的一端安装在支撑板15上,另一端安装在PCB板上,通过第一弹性部件17,支撑板15对闪烁晶体阵列11施加一个压力,进一步对齐和压紧闪烁晶体阵列11。端块14a、14b、支撑板15和屏蔽板16b一起形成力封闭结构,对齐和压紧晶体,结构强度高。
在本发明的另一实施例中,PET探测器模块的冷却方式不同,支撑板15上设置有用于输送冷却介质的冷却通道。支撑板15由导热材料支撑,光电探测器阵列12和读出电路板13与支撑板15紧密接触,制冷装置提供的冷却介质循环流过支撑板15上的冷却通道,带走光电探测器阵列12和读出电路板13产生的热量。支撑板15和光电探测器阵列12之间还设置有第一弹性部件,支撑板和读出电路板之间还设置有第二弹性部件,第一弹性部件和第二弹性部件可以为具有导热性的弹性板。一方面,可以实现支撑块14a、14b、支撑板15和屏蔽板16b一起形成力封闭结构,对齐和压紧晶体。另一方面,具有导热性的弹性板可以实现支撑板15上的冷却通道与光电探测器阵列12和读出电路板13之间的热传导。
上述以PET装置为例对本发明的探测器模块以及配置有该探测器模块的医学成像装置进行了说明,但是本发明技术方案同样适用于X射线计算机断层成像(XCT,X-rayComputedTomography)、正电子发射断层成像(PET,PositronEmissionTomography)、单光子发射断层成像(SPECT,SinglePhotonEmissionComputedTomography)等多种放射线检查的医学成像装置。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述,但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换,因此,只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。