伽马成像装置及其成像方法

技术领域

本公开涉及辐射成像技术领域，尤其涉及一种伽马成像装置及其成像方法。

背景技术

伽马成像需要探测器单元对来自不同方向的光子有明显的响应差异性，即当光子入射方向变化时，在某一探测器单元内的光子计数(探测效率)也有较大的变化。其中，传统上通常采用机械准直器来实现不同方向的响应差异，但由于机械准直器阻挡了很大一部分光子进入探测器，会导致整体探测效率严重下降，且机械准直器体积和重量大，使整体探测器笨重不轻便，使用场景也较为受限；而现有采用多层探测器单元前后遮挡“自准直”的方式会造成响应差异性，虽避免了效率下降，但是探测器结构复杂，电子学读出通道数多，往往导致成像装置体积较大或成本较高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决现有伽马成像技术中确保光子明显响应差异性所存在的上述技术问题至少之一，本公开提供了一种伽马成像装置及其成像方法。

(二)技术方案

本公开的一个方面提供了一种伽马成像装置，其中，包括探测器，该探测器包括单根晶体条，单根晶体条用于相对于成像视野的移动以探测成像视野的入射伽马光子，实现对入射伽马光子的准直，以用于实现伽马成像，其中，单根晶体条的长宽比大于10∶1。

优选地，单根晶体条靠近成像视野的前端正入射的伽马光子的探测效率小于远离成像视野的其他部分斜入射的伽马光子的探测效率；其中，单根晶体条靠近成像视野的前端端面与成像视野之间的间距小于等于100mm。

优选地，探测器还包括第一光电器件。第一光电器件耦合在单根晶体条的远离成像视野的远端，用于读出单根晶体条中的伽马光子沉积数据。

优选地，单根晶体条的至少一侧表面的表面粗糙度小于等于0.01微米。

优选地，探测器还包括第二光电器件。第二光电器件耦合在单根晶体条的靠近成像视野的前端，用于配合第一光电器件，读出伽马光子沉积数据，用于获取不同伽马光子沉积深度方向上的能谱。

根据本公开的实施例，探测器还包括至少一个第三光电器件。至少一个第三光电器件耦合在单根晶体条的至少一侧表面上。

优选地，所单根晶体条包括多个第一晶体块和多个第二晶体块。多个第二晶体块与多个第一晶体块彼此交错排列构成一晶体条结构。

优选地，第一晶体块和第二晶体块为闪烁体材料；或者第一晶体块为闪烁体材料，第二晶体块为光导材料；其中，闪烁体材料的发射光谱和吸收光谱部分重叠，光导材料的折射率大于等于1.5。

优选地，单根晶体条可以包括侧视图为四边形、菱形、三角形、心形、V形的柱体结构。

优选地，探测器还包括折射层和/或吸收层。折射层覆盖在单根晶体条靠近成像视野的前端端面上，折射层的折射率大于单根晶体条的闪烁体材料的折射率，用于对入射伽马光子产生的闪烁光子进行折射，增大闪烁光子在前端端面上的损失；吸收层覆盖在单根晶体条靠近成像视野的前端端面上，或者覆盖在折射层上，用于对入射伽马光子产生的闪烁光子进行吸收，增大闪烁光子在前端端面上的损失。

优选地，单根晶体条的第一晶体块和第二晶体块的掺杂离子浓度和/或掺杂剂材料不同，掺杂离子浓度为0.01％～0.6％。

优选地，探测器还包括阻挡层。阻挡层耦合在单根晶体条靠近成像视野的前端端面上，以阻挡朝向前端端面正入射的伽马光子。

本公开的另一方面提供了一种伽马成像装置，其中，包括至少一个单根晶体条构成的晶体条阵列和第一电路板。至少一个单根晶体条构成的晶体条阵列用于相对于成像视野的移动以探测成像视野的入射伽马光子，实现对入射伽马光子的准直，以用于实现伽马成像，其中，单根晶体条的长宽比大于10∶1；第一电路板与晶体条阵列远离成像视野的远端相耦合，用于输出晶体条阵列对成像视野的探测数据。

优选地，伽马成像装置还包括第二电路板，第二电路板与晶体条阵列远离成像视野的前端相耦合，用于配合第一电路板，输出晶体条阵列对成像视野的探测数据。

优选地，伽马成像装置还包括闪烁晶体层，闪烁晶体层位于所述第一电路板和所述晶体条阵列的远端端面之间，以接收通过所述晶体条阵列的剩余闪烁光子。

本公开的又一方面提供了一种上述的伽马成像装置的成像方法。

(三)有益效果

本公开提供了一种伽马成像装置及其成像方法，其中，该伽马成像装置包括探测器，该探测器包括单根晶体条，单根晶体条用于相对于成像视野的移动以探测成像视野的入射伽马光子，实现对入射伽马光子的准直，以用于实现伽马成像，其中，单根晶体条的长宽比大于10∶1。因此，基于上述伽马成像装置，建立了一种全新的探测器模式，完全摒弃了现有探测效率低且笨重庞大的外部机械准直器，极大程度上简化了传统的复杂探测器结构和多个电子学结构的限制，且可以同时兼具高灵敏度的极简设计的伽马成像探测装置。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开实施例的伽马成像装置的作为探测器的单根晶体条101和成像视野FOV的组成图；

图2示意性示出了现有伽马成像装置的传统机械准直器201和探测器202相对放射源位置的成像探测原理图及其对应SRF曲线图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的伽马成像装置的作为探测器的单根晶体条301相对放射源位置的成像探测原理图及其对应SRF曲线图；

图4示意性示出了根据本公开实施例的单根晶体条401的旋转探测图；

图5示意性示出了根据本公开实施例的单根晶体条501作为探测器相对成像视野FOV的移动探测原理俯视图；

图6A示意性示出了根据本公开实施例的单根晶体条601的结构立体图；

图6B示意性示出了根据本公开实施例的单根晶体条602的结构立体图；

图7A-图7G示意性示出了根据本公开实施例的单根晶体条701a-701g的结构侧视图；

图8A示意性示出了根据本公开另一实施例的伽马成像装置的晶体条阵列801相对成像视野FOV的成像组成图；

图8B示意性示出了根据本公开另一实施例的伽马成像装置的晶体条阵列802相对成像视野FOV的成像组成图；

图9示意性示出了根据本公开实施例的伽马成像方法中单根晶体条901沿平行于FOV的方向进行二维点阵平移采样的原理图；

图10A示出了根据本公开实施例的伽马成像装置的成像视野FOV满足40mm直径且探测器与FOV距离满足45mm的热圆柱重建图像；

图10B示出了根据本公开实施例的伽马成像装置的成像视野FOV满足100mm直径且探测器与FOV距离满足45mm的热圆柱重建图像；

图11示出了根据本公开实施例的伽马成像装置的实际样机装置对6mm间距的单点源、两点源和四点源的重建图像效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序或是制造方法上的顺序，这些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把他们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把他们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的代替特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

为解决现有伽马成像技术中确保光子明显响应差异性所存在的上述技术问题至少之一，本公开提供了一种伽马成像装置及其成像方法。

如图1所示，本公开的一个方面提供了一种伽马成像装置，其中，包括探测器，该探测器包括单根晶体条，单根晶体条用于相对于成像视野的移动以探测成像视野的入射伽马光子，实现对入射伽马光子的准直，以用于实现伽马成像，其中，单根晶体条的长宽比大于10∶1。

对于伽马成像装置而言，探测器作为成像器和成像视野之间实现伽马光子探测的部分，属于该装置中最为关键的组成内容，能够对伽马光子的探测效率产生明显影响。

普通的探测器一般需要采用机械准直器对进入探测器之前的光子进行准直，实现不同方向上伽马光子在探测器的响应差异。在本公开实施例的伽马成像装置中，则直接摒弃了传统的准直器设计，仅在伽马成像视野(Field of View，简称FOV)和成像器(未示出)之间设置单根晶体条101作为探测器，利用对该单根晶体条相对于成像视野FOV的移动实现对不同伽马光子的差异性响应，从而在保证探测效率的情况下，极大地简化了伽马成像装置的组成结构。其中，单根晶体条的数量可以只有一根。其中，成像视野FOV一般可以为待成像物所处的探测器可探测范围，可以理解为放射源的位置。

在本公开实施例中，可以作为探测器的单根晶体条101的探测效率与它相对放射源(可以理解为成像视野FOV)位置的立体角有关。相对于对伽马光子入射方向变化不够敏感的常规的方形的探测器单元，本公开实施例的单根晶体条101在显著增大其长宽比后，伽马光子正入射于该单根晶体条的前端端面110时所构成的成像立体角最小，此时光子探测效率最低；当光子的入射方向由正入射于该前端端面向该单根晶体条的远端端面120偏转时，光子探测效率会有一个比较明显和快速的提升，从而能够带来比较好的方向定位效果。其中，在同一时刻下，前端端面110为该单根晶体条距离放射源位置较近的一端(即前端)的端面，远端端面120相对于前端端面110为该单根晶体条距离放射源位置较远的一端(即远端)的端面，前端和远端分别构成该单根晶体条的两端。

因此，为确保该单根晶体条能够在探测过程中更具有更为稳定的探测效果，同时兼顾较高的探测效率，在具体的探测过程中，需要对该单根晶体条101设置的探测器进行移动，该移动可以是包括沿空间直线或曲线方向的平移、在空间中以某个固定点或移动点作为圆心的自转动或者围绕转动中的至少之一种。如图5所示，对单根晶体条501在一空间平面内，围绕直径尺寸为D(Diameter of FOV)的成像视野FOV进行单位采样步长Δx(Translation Step)平移，并且结合单位采样角度

进一步地，在本公开实施例中，单根晶体条101的结构细长，且其在长度方向上的结构侧视图形(理解为侧视角度的投影图形)中，该图形长度的尺寸L和最大的宽度尺寸W/G(比如，W＞G，则确定L：W，反之，则确定L：G)的比值要大于等于10：1，即单根晶体条的长宽比大于10∶1。借此，能够保证在该单根晶体条101后续移动探测过程中，该单根晶体条101能够具有更好的成像立体角，光子探测效率差异性增大，带来更好的方向定位效果。换言之，单根晶体条的长宽比越大，晶体对正入射和斜入射的伽马光子的探测效率差别越大，对伽马光子的入射方向更敏感，从而带来更好的方向定位效果。因此，可以使得以该长宽比数值的单根晶体条在单独作为探测器时，可提供同时兼具高灵敏度和极简结构设计的用于伽马成像探测的装置。

因此，基于上述伽马成像装置，建立了一种全新的探测器模式，可以仅采用单根晶体条101作为探测器对入射光子进行准直探测，而完全摒弃了现有探测效率低且笨重庞大不便携的外部机械准直器，极大程度上简化了传统的复杂探测器结构，破除多个电子学结构的传统限制，且可以同时兼具高灵敏度的极简设计的伽马成像探测装置，结构设计极为简单，轻量便携，适合需要移动式便携应用的各类成像场景。

如图2和图3所示，根据本公开的实施例，单根晶体条301靠近成像视野FOV的前端正入射的伽马光子的探测效率小于远离成像视野FOV的其他部分斜入射的伽马光子的探测效率；其中，单根晶体条靠近成像视野的前端端面与成像视野之间的间距小于等于100mm。

由于采用上述单根晶体条301或101单独作为探测器，而直接省去了机械准直器，使得本公开实施例的探测器的晶体响应函数(Scintillator response function，简称SRF，代表了对成像视野FOV不同位置处的伽马光子的探测效率)与常规探测器具有显著性差异。如图2所示，在具有金属机械准直器201配合多个晶体单元所构成的探测器202的常规设计中，在正对探测器202的方向上，光子探测效率最高，其他方向由于屏蔽几乎无探测效率，对应的其放射源位置处于正中位置时，SRF最高。反之，如图3所示，在本公开实施例中不具有金属机械准直器而仅采用单根晶体条301作为探测器的方案中，由于单根细长晶体条301准直在正对前端端面时探测效率最低，SRF最低，其他方向探测效率反而较高且能够维持较高较稳定的水平，即单根晶体条对正入射于近端端面的伽马光子的探测效率小于斜入射于近端端面和其他表面的伽马光子的探测效率。可见，本公开实施例的上述伽马成像装置对除正对前端端面位置之外的其他几乎所有入射光子方向都有很好的响应，且对不同角度入射粒子的探测效率不完全相同，可以通过探测器在不同位置处响应的相对大小判断出不同入射方向的放射源活度分布高低，从而兼顾了所有的位置而非只把灵敏位置限制在准直器开口的一个小角度范围内，这就使得其所具有探测效率和放射源位置的关系与常规设计完全相反。

因此，基于上述探测原理，即可以设计极简放射源计数和定位装置，其中仅由一根细长条形晶体条构成探测器。且该探测器可在4-pi空间内移动探测，其计数最低的位置朝向放射源所在方向。其中，以该探测器的探测效率与单根晶体对放射源位置的立体角正相关，随着晶体与成像视野Field of view(FOV)距离的增加，探测效率损失严重。因此探测器要尽可能靠近成像视野FOV，具体地，探测器的单根晶体条与成像视野FOV之间的间距d(Distance between FOV and Crystal)可以小于等于100mm(如图5所示d＝40mm)，同时面对成像视野FOV端面的元件和工装设置要进行简化。

与金属准直器探测器和自准直探测器只对某几个方向入射的光子有响应的特征不同，单根细长晶体条在对目标位置响应低的同时兼顾了其他位置，灵敏范围大，只需要少数位置的信息组合就能重建出完整的图像，可以大幅减少采样的位置。因此，本公开实施例的伽马成像装置能够在进行放射源成像时具有更为灵活的采样方案，具体可根据探测器计数高低自适应调整采样步长，在不降低成像精度的前提下减少采样次数，降低采样时间。

根据本公开的实施例，探测器还包括第一光电器件402。

第一光电器件402耦合在单根晶体条401的远离成像视野的远端，用于读出单根晶体条401中的伽马光子沉积数据。

对于放射源成像装置，仅由一根细长条形单根晶体条401和一个光电器件402组成。其中，可以通过平移和旋转采样，对成像视野FOV内的放射源分布进行成像。该平移可以是沿空间直线或曲线方向的平移，该旋转可以是在空间中以某个固定点或移动点作为圆心的自转动或者围绕转动，如图4所示，该探测器具有单根晶体条401以及设置在单根晶体条401的远端的光电器件402，其中，以该单根晶体条401长度方向上的中心为圆心，可以在一空间平面内对该探测器执行旋转探测，实现相对于成像视野FOV的0-180°范围的探测效果。

其中，第一光电器件402可以是硅光电倍增管(SiPM)，将该光电器件402耦合在单根晶体条401远离成像视野FOV的远端端面上可以实现单端读出光子沉积数据。此外，该单根晶体条401的靠近成像视野FOV的前端端面可以采用一层较薄的塑料工装进行包覆实现对其的移动保护，以达到紧贴成像视野FOV进行探测的目的。

根据本公开的实施例，单根晶体条的至少一侧表面的表面粗糙度小于等于0.01微米。

对于本公开实施例的单根晶体条而言，其可以为探测用闪烁晶体条，其可以满足闪烁光子在内部的传输要求，且该单根晶体条可以为圆柱体、长方体或者其他形制的长柱体结构，只需要满足其侧视投影图的长宽比大于等于10∶1即可。

此外，在上述基础上，还可以对该单根晶体条的柱体的侧表面进行处理(如抛光)，使得其具有较好光滑度，减小其柱体侧表面的表面粗糙度，使得粗糙度能够小于等于0.01微米，具体可以采用2000目的砂纸进行打磨，从而可以借助于其光滑表面所具有的镜面反射能力，进一步提高闪烁光子在该单根晶体条中的传输效率，从而有效解决闪烁光子在细长晶体条内的传输距离长，光损失严重的问题，能够显著提升光子传输效率，获取更好的探测能谱，从而提高探测效率和方向定位精准度。

基于上述内容，在具体的成像应用中需对成像装置标定传输矩阵，具体步骤为以像素尺寸为步长将成像视野FOV划分出网格点，分别在每个网格点放置点源并用探测器的单根晶体条测量投影数据，将每个位置点源的投影数据组合得到传输矩阵。在这个标定过程中，由于该探测器只由一根单根晶体条组成，没有机械准直器以及晶体间复杂的互相遮挡，其SRF值具有极强的对称性(如图3所示)，因此传输矩阵的标定步骤可以大大简化。具体地，只需要测量作为探测器的单根晶体条在中间位置的投影，再利用对SRF的平移和旋转延展到其他位置，即可以得到完整的传输矩阵，进而使得每个放射源位置所需的测量时间更短，以大大缩短传输矩阵标定时间，加快数据处理速度，提高成像效率。

根据本公开的实施例，探测器还包括第二光电器件(未示出)。

第二光电器件耦合在单根晶体条的靠近成像视野的前端，用于配合第一光电器件，读出伽马光子沉积数据，用于获取不同伽马光子沉积深度方向上的能谱。

此外，在上述探测器的单根晶体条的远端耦合第一光电器件的同时，还可以进一步在探测器的单根晶体条的前端耦合另外一个第二光电器件，以能够从前端对光子沉积数据进行读出，从而能够更为有效地结合第一光电器件的读出数据，更为精准地计算出该探测器的单根晶体条内的光子位置。其中，第二光电器件也可以是硅光电倍增管(SiPM)。

进一步地，通过在单根晶体条两端分别耦合一个SiPM光电元件作为光电器件，可以更为准确地计算得到伽马光子沉积深度方向上的位置等数据，从而可以在后续针对成像的数据处理过程中，实现对不同深度处统计得到能谱进行分段标定。例如，对于1×1×20mm

其中，P(z)是在深度方向上的作用位置，k和t为拟合系数，可以通过实验标定拟合得到。

之后，依次对每个入射的光子事件根据其落在深度段位置对其进行对应系数的能量校正。如此，便可以通过双端耦合光电器件，很好地解决因闪烁光子在细长晶体条内因传输距离长导致光损失严重，造成测得能谱较差的问题，显著提高探测效率。

根据本公开的实施例，探测器还包括至少一个第三光电器件。

至少一个第三光电器件耦合在单根晶体条的至少一侧表面上。

为进一步地避免闪烁光子在细长晶体条内的传输距离长而造成光损失严重以及测得的能谱较差的问题，可以在单根晶体条的探测器的柱体的侧表面上进行耦合光电器件数量的增加，实现侧面读出，从而能够显著增大出光面，减少光子在单根晶体条中的传输光损失，结合上述第一光电器件和第二光电器件的双端读出设计，能够更进一步地改善能谱较差的情况，显著提高光子探测效率。其中，第三光电器件也可以是硅光电倍增管(SiPM)。

如图6A-6B所示，根据本公开的实施例，单根晶体条包括多个第一晶体块和多个第二晶体块。

多个第二晶体块与多个第一晶体块彼此交错排列构成一晶体条结构。

如图6A所示，本公开实施例中作为探测器的单根晶体条601可以是整根长柱体的闪烁晶体条，该闪烁晶体条可以选用发射光谱与吸收光谱至少有部分重叠的闪烁体材料，比如掺铈钆铝镓石榴石(Cerium-doped Gadolinium Aluminum Gallium Garnet，简称GAGG(Ce)或GAGG)，从而可以进一步增大不同方向入射光子的探测响应能力上的差异，间接提高了伽马光子的定位成像的角度分辨率。

另一方面，该单根晶体条还可以是至少两种不同特性的闪烁晶体材料块拼接构成的长柱体结构，如图6B所示，该单根晶体条602由多个第一晶体块621和多个第二晶体块622彼此交叠拼接构成的一晶体条结构。其中，第一晶体块621和第二晶体块622之间在光子传输特性上具有一定差异。如此，便可以直接物理性将长直柱体的单根晶体条划分为多个探测单元，从而能够获知光子具体沉积在哪个单元内，在不显著增加结构复杂性的前提下进一步增加可用于光子方向估计的信息量，提高探测准确率和探测效率。

其中，上述探测用单根晶体条均需要具有上述长宽比大于等于10∶1的尺寸比例设计，利用在其远端和/或前端耦合的光电器件，使得不同方向入射的伽马光子沉积在该单根细长的晶体时，在其耦合端面上会随着照射角度的不同形成明显的响应差异并读出，从而能够显著起到提高探测效率对方向敏感性的作用。

根据本公开的实施例，第一晶体块和第二晶体块为闪烁体材料；或者第一晶体块为闪烁体材料，第二晶体块为光导材料；其中，闪烁体材料的发射光谱和吸收光谱部分重叠，光导材料的折射率大于等于1.5。

如图6B所示，第一晶体块621和第二晶体块622均可以为闪烁体材料，且第一晶体块621可以是200ns的GAGG材料块，同时第二晶体块622可以是90ns的GAGG材料块，如前述所言，可以能够显著起到提高探测效率对方向敏感性的作用。

另一方面，该第一晶体块621和第二晶体块622也可以是完全不同的两种材料，如第一晶体块621也可是闪烁晶体，而第二晶体块622也可以是光导材料，具体如K9光学玻璃(折射率1.51，与耦合剂和SiPM元件的折射率近似)或者HZF-62光学玻璃(折射率1.92，与GAGG晶体的折射率接近)。第一晶体块621和第二晶体块622彼此交错排列，也能够显著起到提高探测效率对方向敏感性的作用。

如图7A-图7G所示，根据本公开的实施例，单根晶体条可以包括侧视图为四边形、菱形、三角形、心形、V形的柱体结构。如图7A-图7G所示，本公开实施例作为探测器的单根晶体条701a-701g可以是各类长柱体结构，如侧视投影图形为细长的长方形的柱体701a和701g、菱形的柱体701b、三角形的柱体701c、平行四边形的柱体701d、心形的柱体701e以及V形的柱体701f等，由于其形状的不规则性，也能够起到提高探测效率对方向性敏感性的作用，只需要满足相应的长宽比大于等于10∶1的设计即可。同时，也为该单根晶体条的多样化提供了更多的变化形式，显著提高单根晶体条的探测应用范围，使得其适用场景更为多样化。

其中，对于如图7G所示的单根晶体条701g而言，其也可以是两种不同特性材料的交叠组合构成，如前述的光导材料和闪烁晶体之间的交叠，从而进一步提高其响应差异性，更为精确地实现对光子沉积数据的探测，获得更高探测效率的同时，确保成像探测数据准确性。

根据本公开的实施例，优选的，探测器还包括折射层和/或吸收层。

折射层覆盖在单根晶体条靠近成像视野的前端端面上，折射层的折射率大于单根晶体条的闪烁体材料的折射率，用于对入射伽马光子进行折射，增大伽马光子在前端端面上的损失；

吸收层覆盖在单根晶体条靠近成像视野的前端端面上，或者覆盖在折射层上，用于对入射伽马光子进行吸收，增大伽马光子在前端端面上的损失。

对于在远离成像视野FOV的远端端面耦合光电器件的情况，在正对单根晶体条的前端端面入射的伽马光子更多沉积在其远端，产生的闪烁光子需要经过更长的光程才能到达光电器件，由于闪烁晶体的自吸收，会损失部分信号，导致探测效率相对降低，从而使得与其他方向入射光子的探测效率的差异性增大。

为了进一步增大正入射于前端端面的伽马光子和斜入射于前端端面的伽马光子的探测效率的差别，可以在靠近成像视野FOV的(远离第一光电器件)的前端端面涂上高折射率材料构成折射层(未示出)，其中，该高折射率材料的折射率可以大于等于单根晶体条(如GAGG材料折射率为1.91)的高折射率材料，这种高折射率材料可以为二氧化钛、特氟龙、硫酸钡等，借以增大伽马光子产生的闪烁光子在该端面的损失，达到提高不同方向入射光子响应差异的效果。其中，正入射于闪烁体前端端面的伽马光子大多沉积于前端端面并在前端端面产生闪烁光子，让前端端面的闪烁光子损失可以减小对正入射于闪烁体前端端面的伽马光子的探测效率，从而增大它于其他方向入射的伽马光子的探测效率的差异。

另外，在上述折射层设计基础上或者直接替换上述折射层设计，还可以在该前端端面上涂覆可见光子吸收材料作为吸收层，该可见光子吸收材料可以为黑胶带或其他黑色物质等，借以增大伽马光子所产生的闪烁光子在该端面的损失，达到提高不同方向入射光子响应差异的效果。

根据本公开的实施例，所述单根晶体条的第一晶体块和第二晶体块的掺杂离子浓度和/或掺杂剂材料不同，掺杂离子浓度为0.01％～0.6％。

其中，单根晶体条可以为不同掺杂剂的闪烁晶体块交错排列或同一掺杂剂但不同掺杂浓度的闪烁晶体块交错排列。其中，所选择的晶体掺杂剂可以为Ce、Mg、Ti等离子，能够显著改变晶体的发光效率和发光衰变时间，且其相应的掺杂剂浓度范围从0.01％～0.6％可选，使得入射光子沉积在晶体条不同深度位置处的光子探测效率差异增大。其中，第一晶体块和第二晶体块的掺杂剂材料可以不同，例如第一晶体块的晶体掺杂剂可以是Ce，而第二晶体块的晶体掺杂剂可以是Mg，二者交错排列可以构成上述单根晶体条。

其中，若在单根晶体条长度方向上按照一定间距间隔进行晶体掺杂剂的离子掺杂操作或者不同浓度的离子掺杂操作，可以在长度方向上形成不同掺杂剂的闪烁晶体的交错或者形成同一掺杂剂但不同掺杂浓度的闪烁晶体的交错，从而也可以显著增大不同深度的光子探测效率，便于实现上述如分段标定以及传输矩阵标定的相应效果。其中，第一晶体块和第二晶体块可以是同一掺杂剂材料单掺杂离子浓度可以不同，例如第一晶体块和第二晶体块的晶体掺杂剂均可以是Ce，而第一晶体块的Ce的掺杂离子浓度可以是0.01％，而第二晶体块的掺杂离子浓度可以是0.26％，二者交错排列可以构成上述单根晶体条。

因此，单根晶体条可沿其长度方向形成不同晶体掺杂剂的交错或者同一掺杂剂但不同掺杂浓度的交错。

根据本公开的实施例，探测器还包括阻挡层。

阻挡层耦合在单根晶体条靠近成像视野的前端的端面上，以阻挡朝向前端的端面正入射的伽马光子。

可在靠近成像视野FOV的单根晶体条的前端端面覆盖高密度材料形成的薄片层作为阻挡层，能够显著阻挡正入射的伽马光子，降低正入射伽马光子的探测效率，从而增大方向响应差异。其中，该高密度材料的选择可以是钨、铅等对光子阻挡本领强的重金属材料中至少之一。

上述图1-图7G所示的单根晶体条使得其对应的伽马成像装置能够利用单根细长晶体自身的形状特点和性质实现对光子的准直，不需要借助外加的金属准直器或者是利用其他的晶体探测器单元，可仅由一根细长闪烁晶体和一个耦合的光电器件实现对放射源的定位和成像，与自准直探测器的多层探测器单元设计相比，极大简化了系统探测器结构的设计，减少了电子学读出通道数，减轻了设备的重量和体积，能实现便携式成像，且成本低廉。而且，没有了金属准直器对光子的阻挡，大大提升了装置自身的探测效率，且由单根细长晶体组成的放射源定位装置能实现计数和定位的双功能，组成简单，定位方便。

需要说明的是，上述所提及的针对本公开实施例的单根晶体条的相关设计，均或多或少地能够显著起到提高探测效率对方向敏感性的作用，具体不再赘述。

此外，如图9所示，设计放射源平面的伽马成像装置，其作为探测器的单根晶体条901的前端端面正对成像视野FOV平面，并沿平行于成像视野FOV的方向在成像视野FOV对应的平面A上进行二维点阵平移采样，平面A上可以具有多个采样点A1构成的二维点阵，可重建得到成像视野FOV平面的放射源分布图。

如图8A和图8B所示，本公开的另一方面提供了一种伽马成像装置，其中，包括至少一个单根晶体条构成的晶体条阵列和第一电路板。

至少一个单根晶体条构成的晶体条阵列用于相对于成像视野的移动以探测成像视野的入射伽马光子，实现对入射伽马光子的准直，以用于实现伽马成像，其中，单根晶体条的长宽比大于10∶1；

第一电路板与晶体条阵列远离成像视野的远端相耦合，用于输出晶体条阵列对成像视野的探测数据。

如图8A和图8B所示，可以沿每个单根晶体条靠近成像视野FOV(尺寸满足200×200×200mm

如图8B所示，根据本公开实施例，上述伽马成像装置还包括第二电路板，第二电路板与所述晶体条阵列远离成像视野的前端相耦合，用于配合所述第一电路板，输出所述晶体条阵列对所述成像视野的探测数据。

如图8B所示，在晶体条阵列801、802的远端端面各自耦合一层电路板803、804基础上，在该晶体条阵列801、802的前端端面各自耦合一层电路板805、806，作为第二电路板。其中，该第二电路板803、804上可以布置对应多个与上述晶体条阵列801、802的前端端面相耦合的上述第二光电器件。因此，借助于上述第二电路板的配合，可实现单层探测器+前后两层电路板的伽马成像装置设计，以进一步提升其成像精度而不显著增加结构复杂性。

其中，上述图8A和图8B所示晶体条阵列801、802可以由细长单根闪烁晶体组成探测器模块。多根细长单晶体间隔排列，形成该探测器阵列，通过平移旋转等移动探测获得不同角度的采样，从而能够得到更好的伽马图像。

如图8B所示，根据本公开的实施例，伽马成像装置还包括闪烁晶体层，闪烁晶体层位于所述第一电路板和所述晶体条阵列的远端端面之间，以接收通过所述晶体条阵列的剩余闪烁光子。

如图8B所示，在上述多根晶体条形成的阵列探测器模块基础上，可以在晶体模块的远端再耦合一个完整的闪烁晶体层807，该闪烁晶体层807可以位于第一电路板803和晶体条阵列801的源端端面之间，以接收剩余穿透光子，能够形成“梳齿型”探测器阵列，从而可以进一步提高成像质量。

其中，上述晶体条阵列801、802中的单根晶体条单元可以是上述图1-图7G所示的单根晶体条，使得其对应的伽马成像装置能够利用单根细长晶体自身的形状特点和性质实现对光子的准直，不需要借助外加的金属准直器或者是利用其他的晶体探测器单元，可仅由一根根细长闪烁晶体彼此排布构成阵列，以在该阵列的移动探测过程中进一步实现对放射源的定位和成像，极大简化了系统的设计，减轻了设备的重量和体积，能实现便携式成像，且成本低廉。

可见，本公开实施例的上述伽马成像装置能够设计为脑SPECT成像装置，使用多根晶体阵列探测器模块组成单层探测器组成环绕人脑的头盔，轻便灵活可佩戴，具有极高的商业价值和科学研究价值。

本公开的又一方面提供了一种应用于上述的伽马成像装置的成像方法。

如图5所示，本公开实施例的上述伽马成像装置，可以仅由一根细长条形闪烁晶体和一个光电器件组成。通过平移和旋转采样，对成像视野FOV内的放射源分布进行成像。同时设计自适应采样算法，在计数低处减小采样步长Δx，而在计数高处增加采样步长Δx，从而在保证成像精度的同时尽可能减少采样次数，降低采样时间。

对于图像重建，该单根晶体条构成的探测器的SRF是下冲的形状(如图3所示)，与常规的金属准直器探测器相反，用Siddon算法进行滤波，并反投影解析重建时，得到的重建图像亮处代表放射源活度低，暗处代表放射源活度高，需要再对图像做值的大小变换处理才能得到代表放射源分布的正向图像：

其中，y′

如图10A和图10B所示，在蒙特卡洛模拟验证中，当FOV直径D为40mm，探测器与FOV之间的距离d为45mm时，达到4.3×10

相应地，在实际实验验证中，通过搭建单晶体探测器原型装置作为实际样机，来测试其成像性能，选取1×1×20mm

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。