用于通过伽马辐射探测进行成像的系统和方法

摘要

本发明涉及一种用于通过伽马辐射探测进行成像的系统和方法，其包括至少一个处理单元(5)，该至少一个处理单元分析由安装在框架上的至少一个探测模块(CP、P)组提供的至少一个信号，并且该至少一个探测模块组一方面包括至少一个康普顿相机类型的模块，其具有指向由框架界定的体积的视场(CV)，该至少一个探测模块组另一方面包括至少一对符合探测PET模块，其在所述框架上直径地彼此相对并限定成像轴线(A)，所述处理单元(5)分析从所述康普顿类型的模块导出的信号，以确定所述成像轴线(A)与所述视场(CV)的交点，并且确定框架上的各个探测模块(CP、P)的最佳定向和/或最佳位置，以使成像轴线(A)穿过所述待成像的物体(O)中的所述伽马辐射的源。

说明书

技术领域

本申请涉及成像领域，更具体涉及伽马射线源的成像。具体地，本发明涉及通过将康普顿相机类型的探测和正电子发射断层摄影(PET)类型的符合探测结合来进行伽马射线探测来成像的系统和方法。本发明进一步涉及成像和/或探测系统的用途，特别是在天文学、核工业和医学领域中的用途。

背景技术

当前，出于医学诊断的目的，伽马射线源(其能量通常大于30KeV)的成像主要围绕以下三种技术执行：PET、SPECT和康普顿相机。

SPECT基于闪烁显像技术，并且允许使用围绕患者旋转的一组伽马相机制作器官及其代谢的三维图像和重建。SPECT可以使用若干伽马射线能量，但是允许知道射线轨迹的铅准直仪从中吸收超过99％的能量。

PET通常使用分段探测器环。对于PET，使用发射正电子的放射性药物化合物。这些放射性药物化合物产生一对511KeV光子，由于在该探测器环上同时探测(符合探测)光子对，因此可以定位其发射源。但是，用于PET的放射性元素寿命短，并且因此通常昂贵。PET成像是一种功能性成像，其非常具有吸引力，使用清晰地指示观察到的辐射源所处的位置的图像来指导医学干预。尤其在肿瘤学中，其中射线的发射集中在肿瘤上，并且允许将这些肿瘤与健康组织区分开。另外，PET成像也广泛用于大鼠或小鼠的临床前成像中以观察体内的生物学过程。此外，PET成像是允许针对511KeV的高能伽马辐射来获得当前最准确图像(信噪比和角分辨率)的成像技术。特别地，PET成像中的关键点之一是精确测量511KeV光子自其发射位置的飞行时间。所横穿的闪烁体的厚度越薄，飞行时间的测量越好。然而，在这样的配置中，由于探测的概率随着所横穿的闪烁体厚度的增加而增大，因此无法准确地探测大部分的光子。但是，PET成像仪通常由围绕患者(或任何物体)的完整环组成，直径约80厘米，宽度大于20厘米，并且闪烁体厚度为20毫米。这种环形配置受PET的很小的视场影响。实际上，仅观察两个探测器之间符合中的相互作用，这产生减小的立体角。这种配置使得难以在外科手术的情景下设想它们的使用。此外，由于所需的探测器体积，PET扫描仪非常昂贵(约200万欧元)。另一方面，在扫描仪的尺寸小得多的临床前成像的情景下，注入小鼠体内的放射剂量非常高，这可能破坏希望观察到的生理过程。同样，对于介入成像，将是令人感兴趣的是，能够显著降低待治疗的器官附近的注射剂量(例如小于或等于1MBq的剂量)。

像SPECT一样，康普顿相机可以不管伽马辐射的能量如何来制作图像，但与SPECT不同的是，所有光子都可以对图像做出贡献。然而，特别是由于其成本、高噪声水平以及难以获得准确的重建，康普顿相机的应用今天仍然经常受到限制。更普遍地，在上述所有技术中，当使用闪烁晶体制作伽马辐射源的图像时，将遇到伽马光子/物质相互作用的概率特性。本质上，注意到两个效应。第一效应在于以下事实，伽马光子可以在其传播路径上的任何深度被吸收(“相互作用深度”效应)。第二效应是，所有当前的成像系统(像素阵列或Anger相机)都基于以下假设：发生最大光发射的位置是已探测到伽马光子的位置。由于康普顿偏差，只要考虑大量事件的平均值，该假设就是正确的。另一方面，在PET类型的扫描仪的情况下，如果重构单个事件的位置，则该位置上的误差可以是几毫米。然后所采用的解决方案是拒绝沉积能量不正确的事件。这导致拒绝大量事件。因此，已经开发了称为“时间成像”解决方案的解决方案，如具体在法国专利申请FR2997766和FR3013125中关于PET所描述的。另外，关于康普顿相机的技术，专利申请WO2016185123和WO2017077164描述了既受益于时间成像又受益于康普顿成像和PET成像的结合的系统和方法。因此，本申请提出克服现有技术的一些缺点的解决方案，具体是旨在提供(优选地较低成本的)装置、系统和方法，其用途尽可能多和/或其允许改善所获得的图像的质量。

此外，该领域中的另一个普遍且持续的问题涉及给定像素上的第一光子的到达时间的测量，因为这对于使用由PET扫描仪收集的信号所获得的图像质量以及时间康普顿相机非常重要。具体地，在晶体中所探测到的第一光子允许测量处于511KeV的发射的时间符合，并且因此允许估算光子自源的飞行时间。另外，在时间成像逻辑中，每个像素上的第一光子的到达时间允许确定非散射光子盘位置(从而确定圆锥位置)，这允许改善位置(特别是在“深度”上，也就是说，平行于探测器PET所对准的成像轴线)估计的准确性。

将单片晶体用于PET扫描仪具有多个优点，诸如易于进行深度测量、成本降低以及具有高空间分辨率的潜力，特别是通过使用与事件随时间的分布有关的信息(如上面所提到的“时间成像”)。当今最快的闪烁晶体是卤化镧，诸如CeBr3或LaBr3：其在第一纳秒期间发射的光子是LYSO的4倍。其目前在该领域中经常使用。因此，这些卤化镧是用于时间成像的最佳候选。然而，由于这些晶体对大气条件(特别是水文测验)极为敏感，因此实施起来非常脆弱，这限制其以单片晶体的形式使用。

然而，单片晶体的使用在测量光子到达时间时面临一个矛盾。实际上，先验地，在单片晶体中对第一光子的到达时间的测量应该比在闪烁晶体阵列(即像素阵列)形式的探测器中更准确，特别是由于不存在与发射位置的光学偏差。但是，在“像素化”探测器中，由给定像素探测到的第一光子很可能在被光探测器收集之前已经在晶体的侧面上经历多次反射，并且因此有关实时发射的信息将不准确，甚至完全丢失。另一方面，在单片晶体中，一旦知道相互作用的位置，就有可能确定“非散射光子盘”，其中探测到的大多数光子在源中的其发射点与光探测器中的其收集点之间没有经历任何干扰(例如，反射)。因此，到达时间更准确。然而，当今使用单片晶体测量的时间分辨率低于使用像素阵列测量的时间分辨率。

因此，本申请也提出对该矛盾问题的解决方案。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种伽马射线成像系统来克服现有技术的至少一些缺点，该伽马射线成像系统节省空间并且可以在许多条件下使用，特别是在特定物体或器官的临床前成像或临床成像中使用，甚至用于执行成像引导的活检。

该目的通过一种用于通过伽玛辐射探测进行成像的系统来实现，该系统包括至少一个处理单元，该至少一个处理单元分析由安装在至少一个框架上的至少一个探测模块组提供的至少一个信号，每个模块包括：至少一个闪烁体、至少一个光探测器、至少一个获取装置，该至少一个闪烁体当受到所述伽马辐射的影响时发射光子，该至少一个光探测器响应于由所述闪烁体发射的所述光子生成所述信号，并且该至少一个获取装置收集所述信号以将其传输到所述处理单元，该系统的特征在于：

-所述框架包括沿着两个球形帽的至少一部分分布的多个位置，该两个球形帽彼此面对并在系统内部限定成像体积，所述帽隔开一距离，该距离允许将待成像的物体容纳在所述体积中；

-所述框架在两个帽之间的至少一侧是敞开的，以在所述体积中自由接近所述待成像的物体；

-所述探测模块组包括至少一个康普顿相机类型的模块，其具有指向由所述框架界定的体积的视场，并且其闪烁体包括称为快闪烁体晶体的至少一个闪烁体晶体板，该快闪烁体晶体上升到光峰的时间小于1ns，因此该模块能够通过使用康普顿散射产生图像；

-所述探测模块组包括至少一对符合探测PET模块，该至少一对符合探测PET模块在所述框架上直径地彼此相对，各自在两个帽中的一个上并且限定成像轴线。

-所述处理单元分析从所述康普顿类型的模块导出的信号，以确定所述成像轴线与所述视场的交点，并确定框架的所述帽内的各个探测模块的最佳定向和/或最佳位置，使得成像轴线穿过所述待成像的物体中的所述伽马辐射的源。

根据另一特征，该系统包括至少一个马达，该至少一个马达由所述处理单元驱动并控制所述框架上的所述探测模块和/或在所述体积内待观察的物体中的至少一个的移动性，以获得由所述处理单元定义的所述定向/或所述最佳位置。

根据另一特征，由于称为“混合”模块的第一模块，所述探测模块组中的至少一组实际上仅包括两个模块，第一模块的闪烁体包括称为快闪烁体晶体的至少一个闪烁体晶体板，该快闪烁体晶体上升到光峰的时间小于1ns，所称“混合”模块既能够产生康普顿散射也能够产生对至少一部分伽马辐射的吸收，以在该第一混合模块中的事件和第二探测模块中的事件之间进行符合探测，其中该第一混合模块因此与第二探测模块形成所述一对符合探测PET模块。

根据另一特征，每组中的所述第二探测模块也是混合模块或称为“PET”模块的模块，相比于与第二探测模块一起形成所述一对符合探测PET模块的另一探测模块，所称“PET”模块仅能够产生光电吸收以用于事件的符合探测。

根据另一特征，每组包括面对第一混合模块的若干第二模块，该第一混合模块可被所述马达定向以在所述混合模块和这些第二模块中的任一个之间对准成像轴线。

根据另一特征，所述马达能够至少在所述框架上移动所述第二模块，以将其放置成面对第一混合模块，该第一混合模块被所述马达定向以在第一模块和第二模块之间对准成像轴线。

根据另一特征，第一模块和第二模块两者都是混合模块，第一模块和第二模块中的至少一个是可定向的，并且第一模块和第二模块中的至少一个通过所述马达在框架上可移动。

根据另一特征，所述信号处理单元分析从每个探测模块组导出的信号，并且确定康普顿散射事件和光电吸收事件两者，以获得每个探测模块组之间的体积中的伽玛辐射的三维位置、能量，以及康普顿和光电相互作用的时间序列。

根据另一特征，信号处理单元在从混合模块导出的信号中，在小于混合模块中光在单板内部或板之间的最大传输时间的时间窗口中，测量符合时间阈值，以识别有效康普顿事件。

根据另一特征，处理单元计算PET模块对的两个模块(第一混合模块与第二模块)之间的光子的飞行时间，以测量待成像的物体中的伽马辐射的源的深度。

根据另一特征，处理单元使用康普顿相机类型的至少一个模块对的信号来结合其康普顿成像并进行三角测量，以测量待成像的物体中的伽马辐射的源的深度。

根据另一特征，该系统的特征在于：

-所述闪烁体是单片闪烁体晶体；

-所述光探测器是模拟光探测器，其模拟信号提供代表所述单片闪烁体随时间发射的光子的能量的测量结果；

-所述获取装置被配置用于探测和过滤闪烁事件，这是由于算法允许其测量第一时间和第二时间，然后计算将第一时间和第二时间间隔开的时间段，在第一时间处，所述模拟信号超过代表探测到的第一光子的第一阈值，并且在第二时间处，所述模拟信号超过代表n个探测到的光子的第二阈值。

根据另一特征，所述获取装置在多个像素上收集来自闪烁体的信号，并且比较在i个像素中的每个像素上探测到第一光子的时间，以确定所有像素上的该时间的最小值，并且因此估计由闪烁体发射的第一光子的到达时间。

根据另一特征，所述获取装置计算信号在两个阈值之间的上升斜率，并且消除上升斜率小于确定值的探测到的事件，以消除信号噪声并且仅保留经过验证的闪烁事件。

根据另一特征，所述处理单元从由所述获取装置过滤的事件中建立光子的到达时间的图，以提供闪烁事件和非散射光子盘的位置的第一估计，然后将闪烁体的光子发射定律的至少一个模型与第一光子到达后在不同时间在该盘中探测到的光子数进行比较，以相应地校正该盘的直径，从而改善事件的深度的测量准确度。

根据另一特征，处理单元通过将这些测量值与闪烁体的光子发射定律的至少一个模型进行比较，优选通过考虑第一光子和第n光子到达相邻像素的时间的测量结果，来校正第一光子的到达时间的测量值和实际值之间的可能延迟。

附图说明

通过阅读下面参照附图给出的描述，本发明的其他特征和优点将变得更加清楚，其中：

-图1表示根据一些实施例的成像系统的透视图；

-图2表示根据其他实施例的成像系统的透视图；

-图3A、图3B、图3C和图3D表示各个探测模块的组成的透明示意图，这些探测模块可以配备根据各个实施例的成像系统，而图3E和图3F表示光子探测曲线，其中横坐标上是时间，在纵坐标上是能量；

-图4表示根据一些实施例的成像系统的透视图；

-图5表示根据其他实施例的成像系统的透视图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于通过伽马辐射探测进行成像的系统和方法，其包括至少一个处理单元(5)，该至少一个处理单元分析由安装在框架(1)上的至少一个探测模块(CP、P)组提供的至少一个信号，并且该至少一个探测模块组一方面包括至少一个康普顿相机类型的模块，其具有指向由框架界定的体积的视场(CV)，该至少一个探测模块组另一方面包括至少一对符合探测PET模块，其在所述框架上直径地彼此相对并限定成像轴线(A)，所述处理单元(5)分析从所述康普顿类型的模块导出的信号，以确定所述成像轴线(A)与所述视场(CV)的交点，并且确定框架上的各个探测模块(CP、P)的最佳定向和/或最佳位置，以使成像轴线(A)穿过所述待成像的物体(O)中的所述伽玛辐射的源。因此，可以理解，康普顿相机的宽视场(CV)(通常约为45°的张角)有助于定位伽玛辐射的源(通常角度精度约为5°)，并且此信息用于定位在PET模式下要使用的模块，以获取更准确的图像(在较小的视线/成像内)。以本身已知的方式，探测模块中的每个包括至少一个闪烁体(2)、至少一个光探测器(3)和至少一个获取装置(4)，该至少一个闪烁体当受到所述伽马辐射的影响时发射光子，该至少一个光探测器响应于由所述闪烁体(2)发射的所述光子而生成所述信号(S)，并且该至少一个获取装置(4)收集所述信号以将其传输到所述处理单元(5)。康普顿类型的模块优选地包括闪烁体(2)，该闪烁体包括称为快闪烁体晶体的至少一个闪烁体晶体板(P1)，该快闪烁体晶体上升到光峰的时间小于1ns，因此该模块能够通过使用康普顿散射产生图像。更具体地，所述框架(1)在两个帽(10)之间的至少一侧是敞开的，以在所述体积中自由接近所述待成像的物体(O)。

在一些实施例中，所述框架(1)包括沿着两个球形帽(10)的至少一部分分布的多个位置，该两个球形帽彼此面对并在系统内部限定成像体积，所述帽(10)隔开一距离(D)，该距离允许将待成像的物体(O)容纳在所述体积中。因此，该一对符合探测模块的PET模块直径地彼此相对地被安装在所述框架上，各自安装在两个帽(10)中的一个上。

因此，可以理解，本系统使用康普顿相机在待成像的物体(O)中找到感兴趣的区域(伽马辐射源)，并且处理单元确定PET模块的位置，该位置允许在该感兴趣的区域的两个维度上在PET(符合探测)模式下成像轴线(A)穿过该区域，以制作准确的图像。因此，可以理解，框架在两个帽(或圆弧，甚至是椭圆弧)之间限定体积，并且在框架的至少一侧上具有开口，通过该开口保持物体可接近(并且可以被引入到所述体积中)，并且可以在此体积内限制探测模块所覆盖的场。这样的系统可以有利地用于对特定器官进行临床前成像或临床成像，或者甚至执行成像引导的活检。本申请的物体所针对的目的中的一个还涉及以下事实，即能够对诸如人或大型动物(例如猪、马)的大物体(或对象)进行局部准确成像，并且经由康普顿相机(C、CP)所进行的成像可以提供具有宽视场和中等分辨率的图像。然后，通过移动符合探测器来获得感兴趣的区域的详细信息，以在尺寸更受限制的其视场内获得准确图像。

在本申请中，术语“球形”实际上是指可以略微椭圆形的几何配置，只要可以使模块彼此面对，并且具有适合于PET模式符合探测的公共对称轴线即可。与模块的位置的分布有关的表述“至少一个球形帽部分”当然涵盖一些定义，诸如设置在球(例如球形或椭圆形球)的两个相对的极处的帽或略微偏心的帽，但是具有两两直径地相对的位置或至少彼此面对。另外，该表述“至少一个球形帽部分”不仅涵盖相对的且相同的球形帽(例如，如图1所示)或者涵盖相对的但尺寸不同的帽(例如，如图5所示)，而且在本申请中实际上(通过用词“部分”)还涵盖仅根据彼此面对的弧(圆弧或椭圆弧)的位置的分布(例如图2或图4所示)。的确，框架(1)实际上可以涵盖单个平面或若干平面，并且例如其可以被限制为C形，或者甚至可以只定义两个圆弧来定义所述位置，并通过符合所述距离(D)并提供开口的任何结构来保持彼此隔开，该开口提供对所述待成像的物体(O)的所述自由进入。因此，各个实施例提供了从基本上仅二维的非常简单、轻便和经济的系统开始到涵盖3维的更复杂的系统的广泛产品，由于这些产品的完整配置，从而促进设置成像，有利地由所述处理单元驱动。与探测模块有关的术语“事件”是本领域技术人员公知的，并且表示电离辐射与称为“闪烁”或“闪烁体”材料的材料的相互作用，该材料在粒子与构成其的原子中的一个碰撞时发射至少一个光子。术语“康普顿散射”或“康普顿相机”是本领域技术人员已知的，并且当然涉及对时间上非常靠近并且由单个闪烁体或彼此靠近的两个闪烁体探测到的两个事件的探测，例如，如申请WO2016185123中所述的。术语“PET模块”或“处于PET模式”或“符合探测”也是本领域技术人员已知的，并且当然表示以下事实：测量发生在伽马辐射源周围的两个直径地相对的闪烁体之间时间间隔事件。

在一些实施例中，该系统包括至少一个马达(M)，该至少一个马达由所述处理单元(5)驱动，并控制所述框架上的所述探测模块(CP、P)和/或所述体积内部待观察的物体中的至少一个的移动性，以获得由所述处理单元(5)限定的所述定向和/或所述最佳位置。因此，可以理解，各个实施例提供至少一个马达以能够根据由处理单元确定的探测模块的位置来移动待成像的物体(O)，和/或提供至少一个马达(M)，其还允许控制模块的相对定向和/或相对位移，以使成像轴线与所述体积的至少一部分内部的感兴趣的区域对准。因此，通过移动和/或定向至少一个模块或若干模块，处理单元允许模块与感兴趣的区域对准，优选地由康普顿或混合模块预先靶向。因此，各个实施例提供用于在框架内部的体积的至少一部分中移动物体的装置和/或用于在框架上移动至少一个模块的装置。在本申请中，术语“马达”是根据其一般含义使用的，实际上是指控制移动的功能，而不管所涉及的移动类型如何，这可能涉及绕轴线枢转以定义定向，以及二维或三维的位移，也可以是这两种类型的移动的结合。通过阅读下面提供的定义以及由此得出的各个说明性实施例，本领域技术人员将更容易理解范围。

在一些实施例中，由于称为“混合”模块的第一模块(CP)，所述探测模块(P、CP)组中的至少一组实际上仅包括两个模块，该第一模块的闪烁体(2)包括称为快闪烁晶体的至少一个闪烁晶体板(P1)，该快闪烁晶体上升到光峰的时间小于1ns，所称“混合”模块既能够产生康普顿散射也能够产生对至少一部分伽马辐射的吸收，以在该第一混合模块(CP)中的事件和第二探测模块(CP、P)中的事件之间进行符合探测，其中该第一混合模块(CP)因此与第二探测模块形成所述一对符合探测PET模块。因此，可以理解，在一些实施例中，该系统利用了以下可能性，即，使混合模块既形成康普顿相机又形成一对符合探测器的PET模块中的一个。因此，代替每组中具有三个模块，可以仅具有两个(包括混合模块)，或者具有三模块组和双模块组。另外，当然可以具有至少第一“混合型”康普顿-PET组(具有三个模块或具有两个模块，包括混合模块)，其与至少另一组相结合，该另一组仅包括两个符合探测PET模块的，并且因此受益于第一组的康普顿模块。

在一些实施例中，每组的所述第二探测模块(CP、P)也是混合模块(CP)或称为“PET”模块的模块(P)，相比于与其形成所述一对符合探测PET模块的另一探测模块，所称“PET”模块仅能够产生一个光电吸收以进行事件的符合探测。这些变体的示例在图1、图2、图4和图5中示出。在一些实施例中，每组包括若干第二模块(CP、P)，这些模块可以是固定的(即，不动的)并且被设置成面向第一混合模块(CP)，该第一混合模块通过所述马达(M)可定向以在所述混合模块(CP)与这些第二模块(CP、P)中的任何一个之间对准成像轴线(A)。在图2中示出这种类型的配置的示例。这种类型的配置具有限制待使用的马达装置(M)的成本的优点，但是通常需要增加探测模块的数量。在一些实施例中，所述马达(M)能够至少使所述第二模块(CP、P)在所述框架(1)上移动，以将其放置成面对由所述马达(M)定向的第一混合模块(CP)，以在第一模块和第二模块之间对准成像轴线(A)。在一些实施例中，第一模块和第二模块都是混合模块(CP)，其中的至少一个是可定向的，并且其中的至少一个是在框架(1)上可移动的(例如所述马达(M))。因此，可以将可移动混合模块(配备有位移马达)放置在可定向混合模块的前面，使得根据在视场(CV)中的康普顿成像，PET成像轴线是最佳的。应当注意的是，当提供面对混合模块的若干模块时，例如，如图2所示，因为通过其他模块中的一个可以确定PET中的成像轴线(A)，所以第二混合模块不必可移动。此外，如下面详细描述的，使用两个康普顿模块(无论是否混合以及无论采用任何配置，例如图1、图2或图5)允许三角测量来估计辐射源的深度。

在一些实施例中，所述信号处理单元(5)分析从每个探测模块(CP、P)组导出的信号，并确定康普顿散射事件和光电吸收事件两者，以获得每组的探测模块(CP、P)之间的体积中的伽马辐射的三维位置、能量，以及康普顿和光电相互作用的时间序列。在一些实施例中，信号处理单元(5)在从混合模块(CP)导出的信号中，在小于混合模块中光在单板(P1)内部或板(P1)与(P2)之间的最大传输时间的时间窗口中，测量符合时间阈值，以识别有效的康普顿事件。在申请WO2016185123和WO2017077164中已经描述了这种用途，因此不需要更详细地描述此用途。

在一些实施例中，处理单元计算PET模块对的两个模块(第一混合模块(CP)和第二模块(CP、P))之间的光子的飞行时间，以测量在待成像的物体(O)中的伽马辐射的源沿成像轴线的深度。例如，如Joel S.Karp的专利申请“Time-of-Flight PET”(PET卓越新闻通讯，第3卷，第4期，2006年秋)；SNM推进分子成像和治疗(特别是在第4段中)中所描述的，飞行时间的这种计算实际上允许测量伽马辐射的源的深度。可以在PET模式下在一对模块中的两个模块之间计算该飞行时间，而无论该对模块的模块类型如何，无论是第一混合模块(CP)和第二PET模块(P)还是两个PET模块(P)或甚至两个混合模块(CP)。在一些实施例中，处理单元使用康普顿相机类型的至少一个模块对的信号来结合其康普顿成像并执行三角测量，以测量待成像的物体(O)中的伽马辐射的源的深度。因此，在其中所述探测模块组包括两个PET模块和至少一个康普顿模块的实施例中，例如在图4中，康普顿模块允许与一对PET模块的成像轴线相结合来进行三角测量，以进行第一深度估计，但是该对PET模块由于“飞行时间”而允许指定深度。另外，在一些实施例中，提供具有两个康普顿模块(例如位于物体(O)的同一侧)，具体地，具有如图5所示的示例中的两个混合模块，或者根据各个可替代实施例的具有在混合模块之后并且在PET或康普顿模块的前面的康普顿模块。在具有若干康普顿模块的所有这些各个可替代实施例中，处理单元(5)将因此能够使用康普顿成像信号进行三角测量以测量深度。有利地，通过将至少一对康普顿模块与至少一对PET模块相结合，可以改进深度的测量。从本文所描述的各个变型中可以理解，这些成对的康普顿模块和PET模块实际上可以包括共同的模块(由于至少一个混合模块)。此外，在使用两个混合模块的情况下，飞行时间的测量和康普顿三角测量之间的这种结合可以有利地根据同一对混合模块的信号进行，例如图1中的那些，但优选在一对混合模块的位移之后，以最佳地将它们在PET模式下的信号和在康普顿模式下的信号相结合。

在一些实施例中，信号处理单元从能量不为511keV的事件中执行康普顿成像(特别是为了补偿以下事实，即PET成像没有提供足够的信息)以估计辐射源的深度，并且在两个直径地相对的模块上的符合中仅探测511keV事件。此外，在某些实施例中，可以执行注入若干不同放射性元素以获得差分成像和/或注入生成至少两个不同能量水平的事件的放射性元素(例如Na22，其生成511keV事件和1.3MeV事件)。

在一些实施例中，混合模块(CP)包括单个闪烁体晶体板(Pc，图3B)，其厚度大于或等于伽马射线在所考虑的晶体中的平均自由程，优选地大于5mm。这样的混合模块从现有技术尤其是从申请WO2016185123已知。在其他实施例中，例如，如图3A所示，混合模块(CP)包括厚度小于伽马射线在所考虑的晶体中的平均自由程的第一闪烁体晶体板(P1)和厚度大于或等于伽马射线在所考虑的晶体中的平均自由程的第二闪烁体晶体板(P2)，并且该第二闪烁体晶体板可以吸收至少50％的伽马辐射的能量，所述第二板(P2)与板P1隔开至少为10mm的距离，该距离优选大于最厚板的厚度。在一些实施例中，一对直径地相对的模块由具有这两种类型的板的两个混合模块形成。例如，如申请WO2017077164中所描述的，这样的实施例具有允许在两个相对的薄板之间非常精确的时间测量的优点。实际上，在包括彼此面对的两个混合模块并且这些混合模块包括薄扩散板P1和厚吸收板P2的系统中，由于两个薄扩散板P1之间符合的事件，处理单元受益于通过测量准确的飞行时间而改进的时间分辨率(CRT)。同样地，在一些实施例中，例如，如图3D所示，模块的至少一部分在每个闪烁体(2)的两个相对面的每一个上都包括光探测器(3)，这允许改善时间分辨率并特别有助于通过光电PET成像进行深度测量。在混合模块包括两个板的这些实施例中的一些实施例中，第一板(P1)具有ALnX3：Ce的化学式类型，A是任何类型的碱性元素(优选为接近铯的类型)，Ln是诸如镧或铈的镧系元素，X是诸如氯、氟或溴的氟化物。

在一些实施例中，例如，如图3C所示，所述对中的至少一个模块是“简单”模块(P)，其仅能够通过符合探测进行PET类型的成像。这样的模块然后通常包括闪烁体晶体板(Ps)，该闪烁体晶体板的厚度大于或等于伽马射线在所考虑的晶体中的平均自由程，并且可以吸收至少50％的伽马辐射的能量。还应该注意的是，该板(Ps)的类型可以与双板混合模块(CP)的闪烁体(2)中的第二板(P2)的类型基本相同。

本申请还可以涉及使用至少一个“双阈值”的系统和/或方法的各个实施例。这些各个实施例独立于但不排除其中系统使用如本申请中所描述的框架和/或PET类型的探测器与康普顿类型的探测器相结合的实施例。在这样的实施例中，利用由处理单元在对像素上探测到一定量的能量/光子的时间进行测量时使用双阈值，来克服现有技术的一些缺点，特别是关于单片晶体和模拟光探测器，例如，如本申请的前言中所解释的。因此，各个实施例涉及一种用于通过伽马辐射探测进行成像的系统，该系统包括至少一个处理单元(5)，该至少一个处理单元分析由安装在至少一个框架(1)上的至少一个探测模块(CP、P)组提供的至少一个信号，每个模块包括：至少一个闪烁体(2)，其当受到所述伽马辐射的影响时发射光子；以及至少一个光探测器(3)，其响应于由所述闪烁体(2)发射的所述光子生成所述信号(S)，该系统的特征在于

-所述闪烁体(2)是单片闪烁体晶体；

-所述光探测器(3)是模拟光探测器(3)，其模拟信号提供代表所述单片闪烁体(2)随时间所探测到的光子(即，数量和/或能量)的测量结果；

-所述获取装置(4)被配置用于探测和过滤闪烁事件，这是由于算法允许其测量第一时间(T1)和第二时间(T2)，然后计算将第一时间(T1)和第二时间(T2)间隔开的时间段(ΔT2)，在第一时间处，所述模拟信号超过代表所探测到的第一光子的第一阈值(S1)，在第二时间处，所述模拟信号超过代表n个探测到的光子的第二阈值(S2)。

实践中，光探测器实际包括多个(i个)像素，该多个(i个)像素全部提供模拟信号，获取装置(4)将该模拟信号传输到处理单元(5)。因此，可以理解，获取装置(4)实际上对(i个)像素中的每一个进行计数和滤波计算。

优选地，计算允许事件的探测和过滤的时间段的这种预处理必须由例如以ASIC或FPGA的形式实现的获取装置(4)“即时”完成，因为这些时间段非常快(例如小于10ns)，并且如果必须由处理单元(5)进行滤波，则该滤波很可能无效，该处理单元可以是例如PC或远程服务器。从前述内容可以理解，本申请提出测量信号超过第一阈值的时间，以尝试确定第一光子的到达时间，然后测量信号超过第二阈值的时间，以确定信号将达到足够有效值的时间，该足够有效值用以真正代表闪烁事件，而不代表噪声(例如，电子噪声)。

使用探测阈值对信号进行滤波的方法在现有技术中是已知的，例如在Frach等人的文章“The Digital Silicon Photomultiplier-Principle of Operation andIntrinsic Detector Performance”(IEEE核科学专题讨论会会议记录(第1959-1965页)，2009，N28-5)中。然而，在这些方法中，通常使用在固定持续时间内的信号积分的计算，以简单地确定信号在该持续时间内是否超过确定的能量，而不担心信号的确切时间或形状。相反，在本申请中，提出使用瞬时能量并确定该能量超过阈值的时间。由于有两个阈值(S1、S2)，因此本申请允许计算信号的斜率，这允许将收集的信号与闪烁体晶体的已知发射模型进行比较，并与使用这些模型的光子空间分布的仿真进行比较。

在一些实施例中，获取装置(4)在多个(i个)像素上收集来自闪烁体(2)的信号，并比较在i个像素中的每个像素上所探测到的第一光子的时间(T1)，以确定在所有像素上的该时间的最小值，从而估计由闪烁体中的事件发射的第一光子到达的时间(T0)。因此，可以理解，获取装置(4)针对i个像素中的每个测量该像素的该时间(T1)与所有像素中的该时间(T1)的最小值之间的差(ΔT1)，这允许找到该时间最小的像素，从而估计第一发射光子的到达时间(T0)。

在一些实施例中，所述获取装置(4)计算信号在两个阈值之间的上升斜率，并消除上升斜率小于确定值的探测到的事件，以消除信号的噪声并仅保留经验证的闪烁事件。

在一些实施例中，所述处理单元(5)从由所述获取装置(4)过滤的事件中建立光子到达时间的图，以提供闪烁事件和非散射光子盘的位置的第一估计，然后将闪烁体(2)的光子发射定律的至少一个模型与在第一光子到达后的不同时间在该盘中探测到的光子数进行比较，以相应地校正该盘的直径，从而改善事件深度的测量精度。

在一些实施例中，处理单元通过将这些测量值与闪烁体(2)的光子发射定律的至少一个模型进行比较，优选地，通过考虑对第一光子和第n光子到达相邻像素的时间的测量，来校正第一发射光子的到达时间(T0)的测量值与实际值之间的可能延迟。这种比较可以通过将T0与所有像素的T1进行比较来完成，或者通过比较最快像素上的T0和T2来完成。应当注意，这里所引用的信号获取装置对探测到的事件执行预处理以获得经验证/过滤的事件，然后所引用的处理单元(5)执行更复杂的计算。实践中，获取装置(4)可以是Asic或简单的FPGA以计算阈值并对事件进行过滤，而处理单元(5)将信号矢量化并需要更大的计算能力，例如大尺寸FPGA和/或计算机装置(诸如计算机、服务器或具有足够计算资源的可能任何其他设备)。

发射定律的模型基于对各种类型的闪烁体晶体的发射曲线的知识，这些类型的闪烁体晶体的发射曲线可以在本发明中使用，并且至少一些发射曲线在本申请中描述。这样的曲线在Seifert等人2012JINST 7P09004的文章中已经进行了具体描述。

因此，本发明的一些实施例还可以涉及一种用于在包括至少一个处理单元(5)的系统内通过伽马辐射探测进行成像的方法，该至少一个处理单元(5)分析由安装在至少一个框架(1)上的至少一个探测模块(CP、P)组提供的至少一个信号，模块中的每个包括：至少一个单片闪烁晶体(2)、至少一个模拟光探测器(3)、至少一个获取装置(4)，该至少一个单片闪烁晶体当受到所述伽马辐射的影响时发射光子，该至少一个模拟光探测器的模拟信号提供代表所述单片闪烁体(2)随时间发射的光子的能量的测量值，并且该至少一个获取装置收集所述信号以将其传输到所述处理单元(5)，该方法的特征在于其包括：

-测量第一时间(T1)，在该第一时间处，所述模拟信号超过代表探测到的第一光子的第一阈值(S1)；

-测量第二时间(T2)，在第二时间处，所述模拟信号超过代表n个探测到的光子的第二阈值(S2)；

-计算将第一时间(T1)和第二时间(T2)间隔开的时间段(ΔT2)。

在一些实施例中，该方法包括由获取装置(4)在多个(i个)像素上收集来自闪烁体(2)的信号，然后在i个像素中的每个像素上探测到的第一光子的时间(T1)之间比较(ΔT1)，以确定该像素组的该时间的最小值，从而估计闪烁体发射的第一光子的到达时间(T0)。

在一些实施例中，该方法包括由所述获取装置(4)计算信号在两个阈值之间的上升斜率，并消除其上升斜率小于确定值的探测到的事件，以消除噪声信号，并仅保留经验证的闪烁事件。

在一些实施例中，该方法包括由所述处理单元(5)从由所述获取装置(4)过滤的事件中建立光子到达时间的图，以提供闪烁事件和非散射光子盘的位置的第一估计，然后将闪烁体(2)的光子发射定律的至少一个模型与在第一光子到达后的不同时间在该盘中探测到的光子数进行比较，以相应地校正该盘的直径，从而提高事件深度的测量精度。

在一些实施例中，该方法包括由所述处理单元(5)进行的校正，该处理单元通过将这些测量值与闪烁体(2)的光子发射定律的至少一个模型进行比较，优选地，通过考虑对第一光子和第n光子到达相邻像素的时间的测量，来校正第一发射光子到达的时间(T0)的测量值与实际值之间的可能延迟。

应当注意的是，该方法还可以如下描述，而不被解释为限制本申请的范围。每个像素的第一阈值(S1)设置为尽可能低的1至2个光电子。该阈值用于测量CRT并测量像素照明的相对时间，以识别非散射光子圆和康普顿相互作用。此低阈值强加了必须过滤的高水平噪声。仅必须准确知道探测到的第一像素的准确时间(T0)。仅关注与其他像素的照明时间差(ΔT1)(T1-T0)。第二阈值(S2)主要用于估计每个像素的光子初始密度并过滤相关事件。ΔT2(T1-T2)将用于重建。其也用于对事件进行过滤。第二阈值应该是可调的，可能在5至20个光电子之间，并且取决于晶体的类型和感兴趣的相互作用的能量。调节范围必须很大，因为其允许捕获或关闭光分布的低密度区域。横跨阈值的时间段也必须是可调的：最短为1ns(优选为2.5ns)，并且最长为50ns(优选为20ns)。用以计算能量的光积分时间必须是可调的。如今，例如对于CeBr3，可以设想50ns，100ns或200ns。

事件的过滤：

在每个像素处应用验证时间段的可调时间阈值

如果ΔT2(T2-T1)<阈值＝接受事件

如果ΔT2(T2-T1)>阈值＝拒绝事件

最小时间段的值必须小于50ns(理想值为2.5ns，但优选具有若干可能的值)

在第二阈值处，需要事件验证。如果n个像素已经横跨阈值(如上所述)，则事件有效。(n＝4至60…可调，并且取决于晶体类型)。

T0(探测到的第一像素)与T1(在图块i上的1个Phe处，跨过阈值)之间的时间段对应于事件的时间分布。

T1和T2之间的时间段用作接受/拒绝事件的阈值，还可以用作改善时间重建的时间精度和非散射光子圆的时间精度的阈值(后处理)。

本申请参考附图和/或各个实施例描述了各个技术特征和优点。本领域技术人员将理解，除非明确地提出相反，或者除非显而易见的是这些特征是不兼容的，或者除非结合不提供对本申请中至少提到的技术问题中的一个的解决方案，否则给定实施例的技术特征实际上可以与另一实施例的特征相结合。另外，除非明确地提出相反，否则给定实施例中所描述的技术特征可以与该模式的其他特征隔离。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所要求保护的本发明的应用的范围的情况下，本发明允许许多其他特定形式的实施例。因此，应当通过说明的方式来考虑本实施例，但是可以在由所附权利要求的范围所限定的领域内对本实施例进行修改，并且本发明不应限于以上给出的细节。