Устройство (варианты) и способ радиологической визуализации

Устройство (варианты) и способ радиологической визуализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Следующее относится к области радиологической визуализации, области эмиссионной томографической визуализации, области детекторов излучения и связанным областям.

В радиологической визуализации излучение, пропускаемое через субъекта (например, в трансмиссионной компьютерной томографии (КТ)) или испускаемое субъектом (например, в позитронно-эмиссионной томографической (ПЭТ) визуализации или однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ)), обнаруживают посредством детекторов излучения, расположенных вокруг субъекта, и применяют подходящую обработку данных, чтобы реконструировать изображение субъекта на основе обнаруженного излучения. Типичный подход для обнаружения излучения состоит в использовании сцинтиллятора, который поглощает частицу излучения (например, гамма-луч, рентгеновский луч, альфа-частицу, бета-частицу и т.д.) и преобразует энергию частицы во вспышку или сцинтилляционный свет. Оптический детектор, такой как трубка фотоумножителя, фотодиод или кремниевое фотоумножительное (SiPM) устройство, оптически соединен со сцинтиллятором для обнаружения вспышки света. Энергию частицы излучения можно оценивать по интегральной интенсивности обнаруженного света. Для обеспечения пространственного разрешения можно использовать массив фотодетекторов, и дополнительно можно использовать логику Anger или другую обработку, чтобы дополнительно локализовать событие обнаружения. Однако пространственное разрешение, которого можно достигнуть таким способом, ограничено.

Для обеспечения более высокого пространственного разрешения сцинтиллятор можно сегментировать на пиксели. Например, можно использовать массив 4×4×22 мм³ сцинтилляционных элементов, чтобы обеспечить пространственное разрешение порядка 4 мм (размер 22 мм обеспечивает глубину с тем, чтобы повысить вероятность поглощения частицы излучения). Массив сцинтилляционных пикселей может быть оптически соединен с массивом фотодетекторов, в котором размер каждого фотодетектора больше такового у одного сцинтилляционного пикселя, а логику Anger или другую обработку используют, чтобы локализовать событие обнаружения. Однако полезно, если каждый сцинтилляционный элемент оптически соединен с одним фотодетектором по схеме один-к-одному так, чтобы пиксели массива детекторов излучения работали независимо.

Чтобы гарантировать, что сцинтилляционный свет удерживают и обнаруживают, отражатели размещают на верхней и боковых частях сцинтилляционного элемента с тем, чтобы направлять сцинтилляционный свет на фотодетектор, расположенный в нижней части сцинтилляционного элемента. (В этом описании «верхняя часть» обозначает поверхность сцинтилляционного элемента, на которую падает излучение, тогда как «нижняя часть» обозначает противоположную поверхность сцинтилляционного элемента, расположенную близко к фотодетектору). Этот подход также может улучшать разрешение по времени.

В дополнение к сбору света другое назначение отражателей состоит в том, чтобы предотвратить оптические перекрестные помехи между смежными пикселями. Оптические перекрестные помехи возникают, когда фотоны сцинтилляционного света проходят через один сцинтилляционный элемент к смежному сцинтилляционному элементу так, что обнаруживается смежным пикселем. Такие перекрестные помехи, как правило, считают нежелательными, поскольку происходит потеря света. Другой тип перекрестных помех представляет собой комптоновское рассеяние частицы излучения с одного сцинтилляционного элемента на смежный сцинтилляционный элемент. Этот тип перекрестных помех, как правило, считают приемлемым, поскольку при обработке сигнала можно распознать, что объединенная интенсивность света, обнаруженного двумя пикселями, соответствует одному событию обнаружения излучения.

Несмотря на то, что отражатели предназначены для предотвращения оптических перекрестных помех, их эффективность в отношении этой цели может быть менее чем удовлетворительной. В среднем, для типичного сцинтилляционного элемента фотон сцинтилляционного света претерпевает приблизительно 10-100 событий отражения, прежде чем достигнет фотодетектора. Ввиду этих множественных отражений (например, 10 отражений) отражатель, обладающий коэффициентом отражения 99%, фактически будет захватывать только приблизительно 90% сцинтилляционного света. Отражатель, обладающий более низким коэффициентом отражения 95%, будет захватывать только приблизительно 60% сцинтилляционного света.

Другие проблемы существующих конструкций отражателей связаны со сложностью производства и эффективностью устройства. Например, в некоторых подходах используют адгезивы для прикрепления отражателей к сцинтилляционным элементам. Однако адгезив может нежелательно влиять на коэффициент отражения, процесс приклеивания отражателей на четыре стороны сцинтилляционного элемента повышает сложность производства, а открепление любого из приклеенных отражателей ведет к выходу пикселя из строя, таким образом влияя на эффективность. Другие подходы включают нанесение отражателя в виде пленки на стороны сцинтилляционного элемента. Однако это влечет за собой сложный процесс трехмерного нанесения покрытия (например, вращение сцинтилляционного элемента во время нанесения покрытия для того, чтобы покрыть все стороны), а коэффициент отражения покрытия может быть менее желаемого. Другие подходы включают оборачивание сцинтилляционного элемента тефлоновой лентой. Однако чтобы сделать возможной структурную стабильность, подходящую для производства, тефлоновую ленту типично оборачивают вокруг сцинтилляционного элемента несколько раз, что увеличивает толщину и нежелательно влияет на активную область массива сцинтилляционных элементов.

Далее предоставлены новые и усовершенствованные устройства и способы, которые преодолевают указанные выше и другие проблемы.

В соответствии с одним раскрытым аспектом, устройство содержит множество преобразующих излучение элементов, выполненных с возможностью преобразования излучения в свет, и слой отражателя, расположенный вокруг множества преобразующих излучение элементов.

В соответствии с другим раскрытым аспектом, раскрыто устройство по непосредственно предшествующему абзацу, в котором множество преобразующих излучение элементов состоит из двух преобразующих излучение элементов и слой отражателя обернут вокруг двух преобразующих излучение элементов, при этом концы слоя отражателя подогнуты между двумя преобразующими излучение элементами. В соответствии с другим раскрытым аспектом, раскрыто устройство по непосредственно предшествующему абзацу, в котором слой отражателя имеет светоотражающий слой, обладающий коэффициентом отражения более чем 90%, расположенный смежно с преобразующими излучение элементами, когда слой отражателя расположен вокруг множества преобразующих излучение элементов, и препятствующий свету слой.

В соответствии с другим раскрытым аспектом, раскрыт способ, содержащий оборачивание светоотражающего слоя вокруг множества преобразующих излучение элементов, преобразующих излучение в свет, для образования блока построения сцинтиллятора массива детекторов.

В соответствии с другим раскрытым аспектом, устройство содержит: преобразующий излучение элемент, выполненный с возможностью преобразования излучения в свет; и слой отражателя, расположенный вокруг преобразующего излучение элемента, причем слой отражателя содержит светоотражающий слой, расположенный смежно с преобразующим излучение элементом, и препятствующий свету слой, расположенный дистально относительно преобразующего излучение элемента.

В соответствии с другим раскрытым аспектом, раскрыто устройство по непосредственно предшествующему абзацу, дополнительно содержащее элемент оптического детектора, оптически соединенный с преобразующим излучение элементом, для образования одного пикселя массива детекторов излучения, обладающего соответствием один-к-одному между преобразующими излучение элементами и элементами оптического детектора, при этом площадь поперечного сечения сочетания преобразующего излучение элемента и слоя отражателя, расположенного вокруг преобразующего излучение элемента, равна или меньше площади поперечного сечения элемента оптического детектора, оптически соединенного с преобразующим излучение элементом.

Одно преимущество заключается в снижении оптических перекрестных помех между пикселями массива детекторов излучения.

Другое преимущество заключается в увеличенном количестве сцинтилляционного света, падающего на фотодетекторы.

Другое преимущество заключается в повышенной точности обнаружения событий излучения.

Другое преимущество заключается в усовершенствованной возможности производства массива сцинтилляционных элементов.

Дополнительные преимущества станут очевидны специалистам в данной области после прочтения и осмысления следующего подробного описания.

На фиг.1 схематически проиллюстрирована система позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) в качестве примера устройства радиологической визуализации, надлежащим образом использующего преобразующие излучение элементы с отражателями, как описано в настоящем документе.

На фиг.2-4 схематически проиллюстрировано производство блока построения сцинтиллятора массива детекторов, содержащего пару преобразующих излучение элементов, обернутых слоем отражателя.

На фиг.5 схематически проиллюстрирован подходящий слой отражателя, содержащий светоотражающий слой и препятствующий свету слой.

На фиг.6 схематически проиллюстрированы два смежных пикселя массива детекторов излучения, в которых использован блок построения сцинтиллятора массива детекторов, сконструированный, как описано со ссылкой на фиг.2-4.

На фиг.7-8 схематически проиллюстрировано построение массива сцинтилляторов из множества блоков построения сцинтиллятора массива детекторов, сконструированных, как описано со ссылкой на фиг.2-4.

Со ссылкой на фиг.1 приведен иллюстративный пример устройства радиологической визуализации, надлежащим образом использующего преобразующие излучение элементы с отражателями, как описано в настоящем документе. Иллюстративный пример представляет собой гибридную систему 10 ПЭТ/КТ визуализации, которая в проиллюстрированном варианте осуществления представляет собой систему ПЭТ/КТ визуализации GEMINI™ (поставляемую Koninklijke Philips Electronics N.V., Eindhoven, Нидерланды). Гибридная система 10 ПЭТ/КТ визуализации содержит гентри 12 для трансмиссионной компьютерной томографии (КТ) с рентгеновской трубкой или другим источником рентгеновского излучения и массивом детекторов рентгеновского излучения (внутренние компоненты не показаны), выполненными с возможностью получения КТ изображений. Гибридная система 10 ПЭТ/КТ визуализации также содержит гентри 14 позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), который содержит массив 16 детекторов излучения (схематически показан частично посредством частичного выреза ПЭТ гентри 14), расположенный в виде кругового кольца внутри ПЭТ гентри 14. Гибридная система 10 ПЭТ/КТ визуализации представляет собой «гибридную» систему в том отношении, что транспортная система 18 для обычных линейных субъектов выполнена с возможностью транспортировки визуализируемого субъекта в любой из КТ или ПЭТ гентри 12, 14.

Несмотря на то, что на фиг.1 проиллюстрирована гибридная система визуализации, раскрытые преобразующие излучение элементы, детекторы излучения и т.д. также пригодны для использования в обособленных системах радиологической визуализации. Кроме того, несмотря на то, что в следующем описании сцинтилляционные элементы ПЭТ массива 16 детекторов излучения используют в качестве иллюстративного примера, раскрытые преобразующие излучение элементы, детекторы излучения и т.д. также пригодны для использования в детекторах излучения для других систем радиологической визуализации, например в проиллюстрированном гентри 12 КТ визуализации или в гамма-камере (не проиллюстрирована) для использования при осуществлении однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) или т.д.

Также со ссылкой на фиг.1, для осуществления ПЭТ визуализации субъекту вводят радиофармацевтический препарат, который содержит радиоактивный изотоп, который испускает позитроны, которые распадаются в событиях электронно-позитронной аннигиляции, каждое из которых испускает две противоположно направленные гамма-частицы 511 кэВ. Расположив субъекта в ПЭТ гентри 14, эти гамма-частицы 511 кэВ обнаруживаются посредством кольцевого ПЭТ массива 16 детекторов излучения в виде двух по существу одновременных событий обнаружения 511 кэВ. Регистрируют время, энергию и пространственное расположение (например, расположение вовлеченных пикселей детектора) для этих по существу одновременных событий обнаружения 511 кэВ. Известно, что исходное событие электронно-позитронной аннигиляции происходит где-то на линии, соединяющей два по существу одновременных события обнаружения 511 кэВ.

В некоторых вариантах осуществления разницу во времени между двумя по существу одновременными событиями обнаружения 511 кэВ (или отсутствие такой разницы во времени, для точно одновременных событий обнаружения) также регистрируют - это обозначают как информацию о времени пролета, и она может обеспечить установление места исходного события электронно-позитронной аннигиляции вдоль линии, соединяющей два по существу одновременных события обнаружения 511 кэВ. Например, если разница во времени отсутствует, то исходное событие электронно-позитронной аннигиляции, вероятно, произошло приблизительно посередине между пикселями, которые обнаружили два по существу одновременных события обнаружения 511 кэВ; при этом, если первое событие обнаружения предшествует второму событию обнаружения, то исходное событие электронно-позитронной аннигиляции, вероятно, произошло относительно близко к тому пикселю, который обнаружил первое событие обнаружения, и относительно далеко от того пикселя, который обнаружил второе событие обнаружения.

Собранные данные ПЭТ (или данные времяпролетной ПЭТ в случае варианта осуществления с времяпролетной ПЭТ) обрабатывают посредством модуля 20 реконструирования ПЭТ изображения, например надлежащим образом реализованного посредством проиллюстрированного компьютера 22 (хотя также предусмотрены другие цифровые устройства обработки данных), исполняющего алгоритм реконструирования, такой как алгоритм фильтрованного обратного проецирования, алгоритм итерационного обратного проецирования или т.д., который генерирует реконструированное ПЭТ изображение по собранным ПЭТ данным. Реконструированное ПЭТ изображение можно отображать на дисплее 24 компьютера 22, хранить в системе 26 архивирования и передачи изображений (PACS) или иным образом использовать и/или хранить.

Хоть и не проиллюстрировано, следует понимать, что данные КТ визуализации, полученные посредством КТ гентри 12, можно аналогичным образом обрабатывать посредством процессора реконструирования КТ изображений (необязательно также реализованного посредством компьютера 22 или альтернативно реализованного посредством другого компьютера или другого отличающегося цифрового устройства обработки данных) для генерации реконструированного КТ изображения, которое можно отображать на дисплее 24, хранить в PACS 26 или иным образом использовать и/или хранить. Преимущественно в гибридной системе 10 ПЭТ/КТ визуализации можно использовать обычную систему координат для КТ и ПЭТ визуализации, таким образом содействуя слиянию или другому комбинированию КТ и ПЭТ изображений.

Со ссылкой на фиг.2-4 описан подходящий способ конструирования блока 30 построения сцинтиллятора массива детекторов. (На фиг.4 проиллюстрирован сконструированный блок 30 построения) В проиллюстрированном подходе два преобразующих излучение элемента 32, такие как сцинтилляционные элементы, оборачивают одним слоем 34 отражателя. На фиг.2-4 сцинтилляционные элементы 32 показаны «с торца» так, чтобы изображенная площадь поперечного сечения соответствовала площади пикселя. Сцинтилляционные элементы 32 также имеют третье измерение, уходящее в страницу в изображении с торца на фиг.2-4, которое представляет собой измерение пикселей в глубину. Типично размеры сторон площади пикселя по существу меньше, чем размер по глубине. В качестве одного иллюстративного конкретного примера каждый сцинтилляционный элемент 32 может иметь размеры 4×4×22 мм³, в котором площадь поперечного сечения 4×4 мм² соответствует площади пикселя, изображенного на фиг.2-4, а размер 22 мм соответствует измерению по глубине, которое «уходит в страницу» и, таким образом, не видно на изображениях с торца на фиг.2-4.

Один слой 34 отражателя имеет высокоотражающую сторону 36 и противоположную заднюю сторону 38, которая может быть высокоотражающей или может быть слегка отражающей, но не настолько отражающей, как высокоотражающая сторона 36, или может быть неотражающей. Как показано в поэтапной последовательности на фиг.2, 3, и 4, один слой 34 отражателя оборачивают вокруг двух преобразующих излучение элементов 32, и концы 40, 42 слоя отражателя закладывают между двумя преобразующими излучение элементами 32. Как результат, слой 34 отражателя расположен в виде одного слоя вокруг внешней части двух преобразующих излучение элементов 32 и в виде двойного слоя, содержащего концы 40, 42 между двумя преобразующими излучение элементами. Слой 34 отражателя оборачивают вокруг двух преобразующих излучение элементов 32, при этом высокоотражающая сторона 36 расположена смежно или обращена к сцинтилляционным элементам 32, а задняя сторона 38 расположена удаленно или дистально относительно сцинтилляционных элементов 32 так, чтобы надлежащим образом расположить высокоотражающую сторону, чтобы удерживать сцинтилляционный свет внутри сцинтилляционных элементов 32.

Слой 34 отражателя можно выполнить из любого слоя или листа, который имеет необходимую высокоотражающую сторону 36 и который можно сгибать, как показано на фиг.3-4, чтобы оборачивать вокруг сцинтилляционных элементов 32. Например, в некоторых вариантах осуществления слой 34 отражателя представляет собой или содержит многослойный полимерный отражатель, такой как отражающий лист Vikuiti™ (поставляемый 3M, St. Paul, Minnesota, США), металлическая фольга или т.д. Следует понимать, что высокоотражающую сторону 36 выбирают так, чтобы она обладала высокой отражающей способностью по меньшей мере в световом спектре сцинтилляционного света, который в свою очередь зависит от материала сцинтиллятора и типа и энергии обнаруживаемых частиц излучения.

В некоторых вариантах осуществления слой 34 отражателя может быть не достаточно гибким в немодифицированной форме, чтобы его оборачивать, как показано на фиг.3-4. Например, пластмассовая основа типичного многослойного полимерного отражателя Vikuiti™ не достаточно гибка, чтобы повторять изгибы на 90°, изображенные на фиг.4. В таких вариантах осуществления разметочные линии 44 (обозначены только на фиг.2) надлежащим образом формируют на задней стороне 38, как проиллюстрировано, или на передней стороне 36 (не проиллюстрировано), или на обеих сторонах слоя 34 отражателя, чтобы облегчить острые сгибы (например 90°).

Также со ссылкой на фиг.2-4 и дополнительно со ссылкой на фиг.5 описан иллюстративный вариант осуществления слоя 34 отражателя. В этом варианте осуществления слой 34 отражателя содержит светоотражающий слой 50, который расположен смежно со сцинтилляционными элементами 32, когда слой 34 отражателя располагают вокруг сцинтилляционных элементов 32. В некоторых вариантах осуществления светоотражающий слой 50 имеет коэффициент отражения более чем 90%. В некоторых вариантах осуществления светоотражающий слой 50 имеет коэффициент отражения более чем 95%. В некоторых вариантах осуществления светоотражающий слой 50 имеет коэффициент отражения приблизительно 99% или более. В некоторых вариантах осуществления светоотражающий слой 50 представляет собой многослойный полимерный отражатель, такой как отражающий лист Vikuiti™ (поставляемый 3M, St. Paul, Minnesota, США).

Слой 34 отражателя необязательно дополнительно содержит препятствующий свету слой 52, расположенный дистально относительно сцинтилляционных элементов 32, когда слой 34 отражателя расположен вокруг сцинтилляционных элементов 32. Основная задача барьерного препятствующего свету слоя 52 состоит в предотвращении оптических перекрестных помех между смежными пикселями. С этой целью в некоторых вариантах осуществления препятствующий свету слой 52 имеет толщину и оптическое поглощение, достаточные для того, чтобы снизать оптические перекрестные помехи между соседними сцинтилляционными элементами 32, вокруг которых располагают слой отражателя, по меньшей мере на 15%. В некоторых вариантах осуществления препятствующий свету слой 52 имеет толщину и оптическое поглощение, достаточные для того, чтобы снижать оптические перекрестные помехи между соседними сцинтилляционными элементами 32, вокруг которых располагают слой отражателя, по меньшей мере на 20%. В некоторых вариантах осуществления препятствующий свету слой 52 представляет собой слой алюминия, который имеет толщину приблизительно пять микрон или более, хотя также предусмотрены более тонкие слои алюминия. Выбор толщины зависит от факторов, таких как длина волны или спектр света, подлежащего блокированию, равномерность способа нанесения слоя на заданную основу и т.д., сбалансированных с производственными факторами, такими как время нанесения и стоимость материалов. Слой алюминия надлежащим образом наносят на заднюю сторону светоотражающего слоя 50 (например, заднюю сторону листа Vikuiti™) посредством вакуумного испарения, металлизации, ионного вакуумного осаждения (IVD), физического осаждения из газовой фазы (PVD) или другого способа нанесения пленки. Необязательно можно сначала наносить тонкий слой адгезива для того, чтобы увеличить адгезию слоя алюминия к светоотражающему слою 50.

Преимущественно использование отдельного светоотражающего слоя 50 и препятствующего свету слоя 52 позволяет оптимизировать каждый слой для его предполагаемого назначения, при этом одновременно удовлетворяя условиям ограничения любой максимальной толщины, которые могут устанавливаться для желаемого расстояния между пикселями в массиве детекторов. Например, несмотря на то, что многослойный полимерный отражатель можно выполнить высокоотражающим, составляющие полимеры типично состоят из оптически прозрачного или просвечивающего материала, и, как результат, многослойный полимерный отражатель сложно сделать полностью непрозрачным. Дополнительной непрозрачности многослойного полимерного отражателя добиваются посредством использования большего количества слоев в многослойной структуре, но это нежелательно влияет на толщину. (Например, некоторые листы Vikuiti™, надлежащим образом используемые в качестве светоотражающего слоя 50, имеют толщину приблизительно 65 микрон и все еще не являются достаточно не прозрачными). С другой стороны, слой алюминия является достаточно не прозрачным при толщине лишь несколько микрон. Однако алюминий является оптически высокопоглощающим материалом, и, таким образом, использование алюминия в качестве материала отражателя может быть нежелательным, поскольку он может вводить нежелательные потери, связанные с поглощением света.

Основная задача препятствующего свету слоя 52 состоит в предотвращении прохождения какого-либо света, который проник за светоотражающий слой 50, в смежный сцинтилляционный элемент и, таким образом, вносит оптически перекрестные помехи. В целом, препятствующий свету слой 52 может быть высокоотражающим или может быть немного отражающим, но не настолько отражающим, как высокоотражающий слой 50, или может быть не отражающим. Если препятствующий свету слой 52 является высокоотражающим или немного отражающим, то он вносит вклад в отражательную способность высокоотражающей стороны 36 слоя 34 отражателя. Это типично для случая сочетания листа Vikuiti™ в качестве высокоотражающего слоя 50 и нанесенного слоя алюминия в качестве препятствующего свету слоя 52. Такой вклад препятствующего свету слоя 52 в отражательную способность, если присутствует, является дополнительным преимуществом препятствующего свету слоя 52.

В целом, имеют место два вклада в удержание света в сцинтилляционном элементе 32. Один вклад состоит в отражении света высокоотражающей стороной 36 слоя 34 отражателя. Другой вклад состоит в полном внутреннем отражении (ПВО) света на (внутренней) поверхности сцинтилляционного элемента 32. В целом, ПВО происходит, когда закон Снеллиуса предсказывает, что угол «прошедшего» света относительно нормали к поверхности равен или превышает 90°. Обозначив показатель преломления материала сцинтиллятора как n_s и показатель преломления материала, непосредственного смежного со сцинтилляционным элементом 32, как n_a, условие для ПВО представляет собой θ≥arcsin(n_a/n_s), где θ представляет собой угол падения света внутри сцинтилляционного элемента 32 на (внутреннюю) поверхность сцинтилляционного элемента 32, также относительно нормали к поверхности. Таким образом, ПВО выше всего для n_a=1, снижается для n_a>1 и полностью исчезает для n_a>n_s.

Если отражатель непосредственно прикреплен к сцинтилляционному элементу, как в случае отражателя, приклеенного или прикрепленного адгезивом на сцинтилляционный элемент, то n_a представляет собой показатель преломления материала отражателя или клея или адгезива, который обычно выше, чем у воздуха. Из этого следует, что приклеивание или прикрепление адгезивом отражателя на сцинтилляционный элемент снижает или даже устраняет ПВО. С другой стороны, если отражатель удален от сцинтилляционного элемента посредством воздушного зазора шириной более глубины проникновения затухающей волны для границы раздела сцинтиллятор/воздух, то n_a представляет собой показатель преломления окружающего воздуха. Преимущественно оборачивая слой 34 отражателя вокруг сцинтилляционных элементов 32, как описано в настоящем описании со ссылкой на фиг.2-4, воздушный зазор в несколько микрон или более (взят в виде среднего по площади поверхности), как правило, присутствует между поверхностью сцинтилляционных элементов 32 и слоем 34 отражателя. Соответственно, подход с оборачиванием, описанный со ссылкой фиг.2-4, позволяет благоприятным образом по существу сохранить вклад ПВО в удержание света.

Чтобы дополнительно усилить или гарантировать вклад ПВО в удержание света, слой 34 отражателя, показанный на фиг.5, необязательно может содержать выступающие элементы или структуры (не показано) на светоотражающем слое 50, которые выполняют функцию разделителей, чтобы обеспечить воздушный зазор между слоем 34 отражателя и сцинтилляционными элементами 32, которого достаточно, чтобы поддерживать ПВО. Дополнительно или альтернативно, такие разделители можно помещать на сцинтилляционные элементы 32 перед оборачиванием слоя 34 отражателя вокруг них.

Другая предполагаемая вариация состоит в том, чтобы слой 34 отражателя содержал структурный формирователь или опору (не проиллюстрировано), которая поддерживает светоотражающий слой 50 и необязательный препятствующий свету слой 52. Например, отражающий слой 50 и необязательный препятствующий свету слой 52 можно изготавливать в виде жесткого или полужесткого листа, который режут на куски вдоль разметочных линий и прикрепляют к дополнительному опорному слою, который достаточно гибок, чтобы повторять сгибы на 90°, показанные на фиг.4. Прикрепление дополнительного опорного слоя можно выполнять до или после нарезания светоотражающего слоя 50 и необязательного препятствующего свету слоя 52 на куски. Структурный формирователь или опорный слой, если используют, может быть или оптически активным или оптически неактивным (например, прозрачный опорный лист, который обеспечивает незначительный коэффициент отражения и незначительное светопоглощение).

Со ссылкой на фиг.6 описана пара пикселей детектора, сконструированная из блока 30 построения сцинтиллятора массива детекторов. На фиг.6 представлен вид в перспективе блока 30 построения сцинтиллятора массива детекторов (так, что теперь видно более длинное измерение в глубину) после оборачивания сцинтилляционных элементов 32 слоем 34 отражателя. Дополнительно, верхняя сторона (то есть сторона, обращенная к источнику падающего излучения, то есть обращенная к исследуемой области в случае ПЭТ гентри 14) покрыта верхним отражателем 60, который в проиллюстрированном варианте осуществления является отдельным от слоя 34 отражателя. Альтернативно, верхний отражатель может представлять собой единое целое со слоем 34 отражателя. Типично верхний отражатель 60 вносит одно отражение в удержание луча света. (Например, любой направленный «вверх» свет отражается один раз от верхнего отражателя 60 и впоследствии направляется «вниз» посредством слоя 34 отражателя и/или посредством ПВО к фотодетектору). Как результат, отражательная способность верхнего отражателя 60 не настолько критична, как отражательная способность слоя 34 отражателя, и верхний отражатель 60 можно прикреплять, например, посредством клея или другого адгезива.

Пара элементов 62 оптического детектора расположена на «нижней» стороне блока 30 построения сцинтиллятора массива детекторов, противоположной стороне, содержащей верхний отражатель 60. Два элемента 62 оптического детектора оптически соединены один-к-одному с соответствующими двумя сцинтилляционными элементами 32 блока 30 построения сцинтиллятора массива детекторов. Например, каждый элемент 62 оптического детектора может представлять собой фотодиод, который видит соответствующий сцинтилляционный элемент. В качестве другого примера каждый элемент 62 оптического детектора может представлять собой кремниевый фотоумножительный (SiPM) элемент, который видит соответствующий сцинтилляционный элемент. Предусмотрена подходящая электрическая соединительная магистраль 64 (показана схематически на фиг.6), чтобы подавать рабочую электрическую мощность на элементы 62 оптического детектора и считывать элементы 62 оптического детектора. Например, электрическая соединительная магистраль 64 может содержать плату с печатной схемой с электронными компонентами, выполненными с возможностью образования схемы управления и считывания фотодиода.

Также предусмотрена смена положений отражателя 60 и элементов 62 оптического детектора (измененная компоновка не проиллюстрирована) так, что элементы 62 оптического детектора соединены с «верхними» сторонами сцинтилляционных элементов 32 (то есть, к источнику частиц излучения), а отражатель 60 к «нижней» стороне. Пока элементы фотодетектора не вызывают значительного поглощения или рассеивания частиц излучения, такая компоновка не является неблагоприятной.

В другом варианте осуществления (не проиллюстрирован), некоторые элементы 62 оптического детектора могут быть соединены с «верхними» сторонами сцинтилляционных элементов 32, и некоторые элементы 62 оптического детектора с «нижней» стороной, при этом соответствующие противоположные стороны сцинтилляционных элементов 32 покрыты отражателем 60. Такая компоновка может быть благоприятной, например если размер элементов 62 оптического детектора превышает размер сцинтилляционных элементов 32.

В варианте осуществления, представленном на фиг.6, площадь поперечного сечения блока 30 построения (включая сочетание двух сцинтилляционных элементов 32 и слой 34 отражателя, расположенный вокруг двух сцинтилляционных элементов 32) равен площади поперечного сечения двух элементов 62 оптического детектора, которые оптически соединены с преобразующими излучение элементами. В более общем случае в некоторых вариантах осуществления площадь поперечного сечения блока построения (включая сочетание сцинтилляционного элемента и слоя отражателя, расположенного вокруг сцинтилляционного элемента) равна или меньше площади поперечного сечения элемента оптического детектора, который оптически соединен с преобразующими излучение элементами блока построения.

Логическое обоснование этих вариантов осуществления состоит в следующем. Как уже отмечено, в целом существует два вклада в удержание и сбор сцинтилляционного света: (i) отражение внешними отражателями 34, 60; и (ii) полное внутренне отражение (ПВО). Не ограничиваясь каким-либо конкретным принципом работы, полагают, что сочетание этих механизмов ведет к существенному вкладу сцинтилляционного света, направляемого по волноводу вдоль воздушного зазора между сцинтилляционными элементами 32 и слоем 34 отражателя. Как результат, если площадь поперечного сечения сочетания сцинтилляционного элемента и слоя отражателя, который расположен вокруг сцинтилляционного элемента превышает площадь поперечного сечения элемента оптического детектора, который оптически соединен со сцинтилляционным элементом, то значительная часть этого направляемого по волноводу периферического сцинтилляционного света может попадать за пределы активной области детектора элемента оптического детектора и, следовательно, будет потеряна. С другой стороны, делая площадь поперечного сечения сочетания сцинтилляционного элемента и слой отражателя равными или меньше площади поперечного сечения элемента оптического детектора, этот направляемый по волноводу периферический сцинтилляционный свет будет попадать внутрь активной области детектора элемента оптического детектора и соответствующим образом вносить вклад в выходной сигнал детектора.

Со ссылкой на фиг.7 и 8, описана сборка массива 70 преобразующих излучение элементов (выполненный массив представлен на фиг.8), содержащего множество блоков 30 построения сцинтиллятора массива детекторов, расположенных в виде массива. Проиллюстрированный массив 70 детекторов представляет собой двухмерный массив 4×4 с 16 элементами, но массивы из большего числа элементов можно аналогичным образом сконструировать, и кольцевой массив (такой как массив детекторов 16 ПЭТ гентри 14 на фиг.1) можно сконструировать посредством объединения плоского двухмерного массива впритык с соседними плоскими массивами под небольшим углом друг к другу, чтобы сформировать N-сторонний многоугольник, где N достаточно велико, чтобы приблизиться к кругу. Массив 4×4 сконструирован из восьми блоков 30 построения сцинтиллятора массива детекторов, каждый из которых содержит два элемента. На фиг.7 и 8 представлен вид «с торца» блоков 30 построения (то есть такой же вид «с торца», как на фиг.4).

Каждый блок 30 построения окружен со всех сторон задней стороной 38 слоя 34 отражателя. Кроме того, если слой 34 отражателя содержит препятствующий свету слой 52, расположенный дистально относительно сцинтилляционных элементов 32, когда слой 34 отражателя расположен вокруг сцинтилляционных элементов 32 (как в слое 34 отражателя, представленном на фиг.5), каждый блок 30 построения окружен со всех сторон препятствующим свету слоем 52. Таким образом, нет препятствия к использованию клея или адгезива при соединении смежных блоков 30 построения. На фиг.7 представлено промежуточное состояние сборки, в котором каждый блок 30 построения приклеен или прикреплен адгезивом к другому блоку 30 построения посредством клея или адгезива 72 с тем, чтобы сформировать элемент подмассива 2×2 (всего четыре элемента подмассива 2×2). Затем используют дополнительный клей или адгезив 74 для формирования двух элементов подмассива 4×2 (показано в разобранном виде на фиг.7 и в собранном на фиг.8), и кроме того затем используют клей или адгезив 76 для формирования финального элемента массива 4×4 70 (снова показано в разобранном виде на фиг.7 и в собранном на фиг.8). Следует принимать во внимание, что такое конструирование можно продолжать схожим образом для формирования массива M×N, где M и N представляют собой целые числа.

На фиг.2-4 слой 34 отражателя нанесен на пару сцинтилляционных элементов 32 посредством оборачивания и подгибания концов 40, 42 слоя 34 отражателя между сцинтилл