用于增加的性能的經(jīng)激光蝕刻的閃爍晶體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請具體應(yīng)用于正電子發(fā)射斷層攝影(PET)成像系統(tǒng)。然而，應(yīng)當(dāng)認識到，所描述的技術(shù)也可以應(yīng)用于單光子發(fā)射計算機斷層攝影(SPECT)和其他診斷系統(tǒng)、其他成像系統(tǒng)或者其他成像技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]PET、SPECT以及其他基于輻射的醫(yī)學(xué)成像模態(tài)共享對緊湊和魯棒的輻射探測器模塊的共同需要。過去，SPECT和PET探測器模塊通常已經(jīng)包括光電倍增管(PMT)的陣列，所述光電倍增管使用中間光導(dǎo)層與閃爍體晶體光學(xué)耦合。閃爍體晶體將所吸收的輻射粒子轉(zhuǎn)換成光迸發(fā)，所述光迸發(fā)由光電倍增管使用Anger邏輯來探測和定位。在一些輻射探測系統(tǒng)中，光電倍增管由產(chǎn)生與光迸發(fā)的強度成比例的模擬信號的光電二極管來代替。光電二極管提供在高光情形下的對光電倍增管的成本高效且低電壓的備選。已經(jīng)開發(fā)出硅光電倍增器(SiPM)探測器，其包括光電倍增管的高增益和穩(wěn)定性以及模擬光電二極管的成本高效且低電壓的性質(zhì)。
[0003 ]當(dāng)前的PET系統(tǒng)是由LYSO (硅酸釔镥)晶體的陣列建立的，所述LYSO晶體被個體地覆蓋有聚四氟乙烯(PTFE)帶，以將光反射回到晶體中并且防止光學(xué)損耗和晶體之間的串?dāng)_。
[0004]已經(jīng)使用不同的表面處置來嘗試增加閃爍晶體的光輸出。已經(jīng)嘗試?yán)盟醽砦g刻晶體，得到不好的結(jié)果。研磨晶體增加光輸出。然而，難以控制晶體的實際粗糙度，這是因為隨著使用相同的砂石或漿體研磨越來越多的晶體，砂石隨著時間改變。LYSO比一些研磨砂石堅固。僅研磨一個側(cè)面是困難的，這是因為用于研磨晶體的機器通常同時研磨兩個相對的側(cè)面。研磨使對晶體的飛行時間(TOF)計時退化。研磨從晶體中移除昂貴的材料，并且降低晶體的靈敏度。存在對增加光輸出的同時維持計時的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)一個實施例，一種用于成像系統(tǒng)的探測器陣列，包括:閃爍體晶體的陣列，其中，每個晶體包括多個側(cè)面，并且在至少一個晶體側(cè)面上被激光蝕刻以將光進行散射；以及光探測器的陣列，其被光學(xué)耦合到閃爍體晶體的陣列。
[0006]根據(jù)本申請的一個優(yōu)選方法，一種方法，包括:對多個拋光的閃爍體晶體中的每個的至少一個側(cè)面進行激光蝕刻;將所述閃爍體晶體布置在陣列中；并且將多個光探測器光學(xué)耦合到所述多個閃爍體晶體。
[0007]根據(jù)另一實施例，一種核掃描器，包括:多個閃爍體晶體，其被耦合到多個光探測器，所述閃爍體晶體具有帶有圖案化標(biāo)記的至少一個表面以將光進行漫射;重建處理器，其用于將來自所述多個光探測器的輸出信號重建成圖像；以及用戶接口，其用于向用戶顯示?目息O
[0008]本申請的一個優(yōu)點在于當(dāng)使用激光蝕刻處理時沒有材料損耗。[0009 ]本申請的另一優(yōu)點在于光輸出被增加。
[0010]本申請的另一優(yōu)點在于對飛行時間的計時被維持。
[0011 ] 一個另外的優(yōu)點在于激光刻蝕處理允許多種圖案被蝕刻到閃爍體晶體中。
[0012]在閱讀和理解了以下描述后，其他優(yōu)點對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將變得明顯。
【附圖說明】
[0013]附圖僅是出于圖示性目的，并且不應(yīng)被解釋為對權(quán)利要求的限制。
[0014]圖1描繪了具有經(jīng)蝕刻的閃爍體晶體的成像系統(tǒng)。
[0015]圖2描繪了一側(cè)被蝕刻有漸進式圖案的閃爍體晶體的三維視圖。
[0016]圖3描繪了針對經(jīng)蝕刻的閃爍體晶體(左側(cè))和未經(jīng)蝕刻的閃爍體晶體(右側(cè))的計時分辨率的并排比較。
[0017]圖4描繪了針對經(jīng)蝕刻的閃爍體晶體(左側(cè))和未經(jīng)蝕刻的閃爍體晶體(右側(cè))的能量分辨率的并排比較。
[0018]圖5描繪了被蝕刻到閃爍體晶體中的交叉線圖案。
[0019]圖6描繪了被蝕刻到閃爍體晶體中的斜紋圖案。
[0020]圖7描繪了被蝕刻到閃爍體晶體中的蜂窩圖案。
[0021]圖8描繪了被蝕刻到閃爍體晶體中的梯度圖案。
[0022]圖9描繪了用于利用經(jīng)激光蝕刻的晶體來構(gòu)建探測器陣列的方法。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明提供了用于經(jīng)激光蝕刻的閃爍體晶體的系統(tǒng)和裝置。當(dāng)閃爍體晶體的所有的側(cè)面為鏡面反射時，光能夠被困住而來回彈跳或在側(cè)壁之間來回彈跳，而不離開閃爍體或在延長的時間上逐漸離開，例如，相對低的幅度、長持續(xù)時間脈沖。例如，當(dāng)采用具有矩形晶體的鏡面反射器時，光能夠被困在結(jié)果得到的反射器結(jié)構(gòu)中。在這樣的情況中，晶體中生成的光子僅部分被發(fā)送到探測器，所述探測器被光學(xué)耦合到閃爍體的未被反射器覆蓋的底表面。光的主要部分可以在晶體的六個表面中的其他五個面之間的螺旋軌跡上“無限”反射，這是由于晶體內(nèi)部的全反射( = 1.82)。該創(chuàng)新主題通過將圖案蝕刻到被使用在PET探測器閃爍晶體陣列中的閃爍體晶體的一個或多個表面上而克服了前述問題。
[0024]圖1圖示了成像系統(tǒng)2。成像系統(tǒng)2包括掃描器4，所述掃描器4用于使用PET、SPECT、多模態(tài)等中的一種來掃描患者。掃描器4包括探測器6，以探測患者的成像輻射事件。成像系統(tǒng)2包括重建處理器8，以將來自探測器6的成像事件重建成患者的圖像。使用成像系統(tǒng)2的用戶接口 10向用戶顯示所重建的圖像。探測器6包括閃爍體晶體12，所述閃爍體晶體12被激光蝕刻有用戶定義的圖案14。
[0025 ]利用激光來蝕刻閃爍體晶體12，所述激光在晶體12的表面的僅下面或僅上面創(chuàng)建一系列微裂縫。當(dāng)光試圖通過一側(cè)逃離晶體時，來自激光的微裂縫能夠以漫射角將光散射回到晶體。在一個實施例中，使用表面下激光雕刻技術(shù)(sub-surface laser engravingtechnique)來蝕刻晶體12，其中，激光被聚焦在晶體表面的下面，以創(chuàng)建在晶體表面下面的微裂縫。
[0026]每個閃爍體晶體12被諸如PTFE的漫反射層16覆蓋。任選地，諸如拋光的金屬箔的光阻擋材料的外層能夠被PTFE層包圍。個體的經(jīng)蝕刻的晶體被光學(xué)耦合到個體的光探測器18，例如，光電二極管、雪崩光電二極管(APD)、硅光電倍增器(SiPM)、光電倍增管等。晶體12和光探測器18組合被布置在陣列晶體/探測器組合中。光探測器18可以被以1:1耦合到閃爍體;也可以被以多個:1、1:多個、多個:多個耦合到閃爍體。陣列記錄晶體中的閃爍事件，并將閃爍事件數(shù)據(jù)發(fā)送到探測器模塊，以進一步發(fā)送到重建處理器8，用于存儲并重建成患者的圖像。在一個實施例中，閃爍體晶體12經(jīng)由光導(dǎo)20與光探測器18光學(xué)耦合。
[0027]當(dāng)諸如伽瑪光子的輻射進入閃爍晶體時，輻射與晶體殼相互作用，并且由晶體的側(cè)壁從內(nèi)部反射或者通過晶體的側(cè)壁逃離。將圖案蝕刻到一個或多個表面(例如，頂部、底部或側(cè)面)上使被困在相對的反射器結(jié)構(gòu)之間的光子減少。盡管具有包圍的反射器的閃爍體晶體的光輸出隨著增加的晶體長度而極大地減小，但是對一側(cè)表面的蝕刻將長(例如，具有近似1.5:1或更大、2.5:1或更大、3.5:1或更大等的縱橫比)晶體的光輸出增加達到可利用短得多的晶體實現(xiàn)的值。更長的晶體具有更大的輻射停止能力，并且尤其有利于高能量，例如在PET中采用的那些能量。
[0028]在一個實施例中，鏡面反射器16包括具有不同折射率的非常薄的聚合物材料的多個層，例如，在一個實施例中為40-100層。當(dāng)利用例如具有在430nm處的峰值光輸出的LYSO晶體進行工作時，鏡面反射器被優(yōu)化為反射在400-550nm范圍內(nèi)的光。在其他實施例中，鏡面反射器被優(yōu)化為反射在涵蓋被采用的特定晶體的峰值光輸出的范圍內(nèi)的光。
[0029]在一個實施例中，鏡面反射器是高反射率鏡式光學(xué)增強膜，其被應(yīng)用在晶體12周圍。在另一實施例中，鏡面反射器包括不同材料的多個交替層，不同材料中的每種具有不同的反射角。在另一實施例中，反射器層優(yōu)化晶體/反射器界面的折射率，以使在晶體中的全內(nèi)反射最大化。
[0030]在圖2的實施例中，漸進式圖案30被蝕刻到閃爍體晶體12的一側(cè)上。漸進式圖案30示出了作為變暗的區(qū)的經(jīng)激光蝕刻的部分，并且晶體的亮部分被保留為拋光狀態(tài)，像其他面一樣。漸進式圖案30不能夠通過研磨或其他方法和處理來容易地實現(xiàn)，這是由于晶體12側(cè)面具有顯著的不接觸的部分。
[0031 ]關(guān)于圖3，呈現(xiàn)了描繪光輸出對時間的圖。呈現(xiàn)了針對漸進式圖案蝕刻的晶體(左側(cè))對未經(jīng)蝕刻的拋光的晶體(右側(cè))的計時分辨率圖的并排比較。從圖中能夠看出，漸進式圖案蝕刻的晶體提供了優(yōu)于拋光的晶體的改進的計時分辨率。左側(cè)的更窄的脈沖反映了優(yōu)于未經(jīng)蝕刻的晶體(右側(cè))3皮秒的計時改進。
[0032]關(guān)于圖4，該圖描繪了大的數(shù)量的接收的511kev伽瑪光子的能量分布。呈現(xiàn)了針對在側(cè)面上具有漸進式圖案的晶體(左側(cè))對未經(jīng)蝕刻的拋光的晶體(右側(cè))的能量分辨率圖的并排比較。從較窄的峰能夠看出，漸進式圖案蝕刻的晶體(左側(cè))提供了優(yōu)于拋光的晶體(右側(cè))的改進的能量分辨率。該圖示出了優(yōu)于未經(jīng)蝕刻的晶體(右側(cè))40%的能量改進。
[0033]各種定義的圖案能夠被蝕刻到閃爍體晶體12中。用戶能夠使用計算機輔助設(shè)計(CAD)軟件來創(chuàng)建圖案。關(guān)于圖5，示出了交叉線圖案，其中，變暗的區(qū)用符號表示晶體表面14的經(jīng)蝕刻的部分。關(guān)于圖6，示出了交替斜紋圖案，其中，經(jīng)蝕刻的斜紋線與未經(jīng)蝕刻的拋光的晶體線交替。關(guān)于圖7，示出了蜂窩圖案。關(guān)于圖8，示出了梯度圖案，其中，蝕刻強度從一端向另一端逐漸減小。激光能夠改變激光束的強度和掃掠速度或停留時間，這影響由經(jīng)蝕刻的側(cè)面漫反射的光的量。應(yīng)當(dāng)認識到，更多的圖案能夠使用CAD程序來設(shè)計，并且被蝕刻到閃爍體晶體12中。
[0034]閃爍體晶體12包括頂部、底部和四個側(cè)面。閃爍體12晶體的一個或多個側(cè)面通過激光蝕刻有圖案。激光蝕刻系統(tǒng)包括用于控制激光的控制器，以及用于蝕刻材料的供能激光。選擇和調(diào)節(jié)用于對晶體進行激光蝕刻的激光，使得激光的功率在晶體中創(chuàng)建微裂縫，而不打破要被蝕刻的晶體。激光提供在激光刻蝕處理上的顯著控制。圖案14通過對設(shè)計程序的使用由激光來實現(xiàn)。用戶使用諸如CorelDraw?等的設(shè)計程序指定要被激光蝕刻在晶體上的圖案。程序創(chuàng)建針對所述圖案的文