一種輻射探測(cè)測(cè)量和成像方法及變結(jié)構(gòu)pet設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)成像儀器領(lǐng)域，涉及一種成像技術(shù)，尤其是斷層成像的方法及裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在輻射探測(cè)測(cè)量和成像領(lǐng)域，所用的探測(cè)器一般為閃爍晶體和光電倍增器件耦合 的結(jié)構(gòu)，由于閃爍晶體有一定的厚度，當(dāng)射線傾斜入射到晶體內(nèi)部時(shí)，會(huì)在晶體的不同深度 處轉(zhuǎn)換成可見光子，然后被光電器件探測(cè)。由于探測(cè)器無(wú)法知道射線與晶體作用的具體深 度，而只能將晶體與探測(cè)器耦合面作為射線被晶體探測(cè)的位置信息。因而會(huì)導(dǎo)致"深度效 應(yīng)"（depth of interaction，D0I)，由此所造成的切向定位誤差會(huì)降低福射探測(cè)測(cè)量的精 度和成像的效果。
[0003] 以正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像(Positron Emission Computed Tomography，簡(jiǎn) 稱PET)為例，PET是核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域一種先進(jìn)的臨床檢查影像技術(shù)。傳統(tǒng)的PET成像系統(tǒng)由多個(gè) 探測(cè)器固定在機(jī)架上排列成環(huán)，當(dāng)正電子湮滅輻射的γ射線對(duì)以一定角度分別切入晶體 時(shí)，由于晶體有一定厚度，射線在晶體的某一深度處與其發(fā)生相互作用，但卻以晶體表面的 位置定位，導(dǎo)致"深度效應(yīng)"（depth of interaction，D0I)，由此所造成的切向定位誤差會(huì) 降低PET的空間分辨率，見附圖1。圖1是普通PET成像裝置對(duì)某一位置成像的示意圖（采用12 個(gè)探測(cè)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明）。可以看出此區(qū)域正電子湮滅輻射的γ射線對(duì)以一定角度 分別切入晶體，射線在晶體的某一深度處與其發(fā)生相互作用。探測(cè)器無(wú)法得到這一深度信 息，在對(duì)響應(yīng)線進(jìn)行重建時(shí)，只能以此晶體的表面作為相互作用點(diǎn)，重建的響應(yīng)線（圖1中虛 線部分)就與實(shí)際的響應(yīng)線（圖1中實(shí)線部分)有一段位移誤差。這個(gè)切向定位誤差會(huì)導(dǎo)致 PET成像的空間分辨率下降。
[0004] 這種影響的大小在PET成像系統(tǒng)視場(chǎng)的不同位置處的分布是不均勻的。在PET成像 系統(tǒng)視場(chǎng)的中心點(diǎn)，由于所有探測(cè)器的中心軸都匯集于此，"深度效應(yīng)"影響較小，此處的空 間分辨率較高;越往視場(chǎng)的邊緣處，產(chǎn)生的γ射線對(duì)切入晶體的角度越大，"深度效應(yīng)"的影 響也較大，空間分辨率就會(huì)降低?？梢妭鹘y(tǒng)的PET成像系統(tǒng)受到"深度效應(yīng)"的影響，其空間 分辨率會(huì)降低，而且在越靠近視場(chǎng)邊緣處，對(duì)其空間分辨率的影響越為嚴(yán)重。同時(shí)，在臨床 中，往往需針對(duì)局部部位得到高質(zhì)量的PET成像，傳統(tǒng)的PET系統(tǒng)不能根據(jù)感興趣的位置，調(diào) 節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高對(duì)特定位置的空間分辨率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種輻射探測(cè)測(cè)量和成像方法，其調(diào)節(jié)探測(cè)器的旋轉(zhuǎn)角 度，使得調(diào)整的探測(cè)器的中軸穿過(guò)待測(cè)量和成像區(qū)域，利用至少一個(gè)調(diào)整的探測(cè)器進(jìn)行測(cè) 量與成像時(shí)，能夠盡量減少待測(cè)量和成像區(qū)域內(nèi)發(fā)射的伽馬射線入射到晶體內(nèi)部的傾斜角 度(最佳為垂直入射），從而降低了"深度效應(yīng)"所帶來(lái)的空間分辨率的損失，提高系統(tǒng)對(duì)聚 焦區(qū)域的空間分辨率，以得到對(duì)待測(cè)量和成像區(qū)域更精準(zhǔn)的成像。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是：
[0007] 一種輻射探測(cè)測(cè)量和成像方法，包括以下步驟：
[0008] (1)確定待測(cè)量和成像區(qū)域的空間位置；
[0009] (2)調(diào)節(jié)至少一個(gè)探測(cè)器的角度，使得所述調(diào)節(jié)后的探測(cè)器中軸穿過(guò)所述待測(cè)量 和成像區(qū)域；
[0010] (3)進(jìn)行測(cè)量或者成像，所述進(jìn)行測(cè)量或者成像的探測(cè)器包括部分或全部調(diào)節(jié)后 的探測(cè)器。
[0011] 所述步驟(2)中，所述調(diào)節(jié)后的探測(cè)器的中軸均匯聚至所述待測(cè)量和成像區(qū)域內(nèi) 任意一點(diǎn)F處，所述F點(diǎn)的空間位置為F (Xf，yf，z f);
[0012] 優(yōu)選的，所述F點(diǎn)為待測(cè)量和成像區(qū)域的中心點(diǎn)。
[0013] 所述的輻射探測(cè)測(cè)量和成像方法應(yīng)用于PET設(shè)備成像，所述待測(cè)量和成像區(qū)域?yàn)?感興趣區(qū)域，所述待測(cè)量和成像區(qū)域的空間位置為感興趣區(qū)域在視場(chǎng)中的空間位置；
[0014] 優(yōu)選的，經(jīng)由成像前診斷步驟確定感興趣區(qū)域、所述F點(diǎn)在視場(chǎng)中的空間位置;或， 在成像過(guò)程中確定感興趣區(qū)域、所述F點(diǎn)在視場(chǎng)中的空間位置；
[0015] 優(yōu)選的，經(jīng)由結(jié)構(gòu)成像數(shù)據(jù)或經(jīng)由功能成像數(shù)據(jù)確定F點(diǎn)在視場(chǎng)中的空間位置F (xf,yf,zf)〇
[0016] 所述PET設(shè)備的探測(cè)器呈環(huán)狀分布，包括Μ組探測(cè)器環(huán)，所述每組探測(cè)器環(huán)中設(shè)置Ν 個(gè)探測(cè)器，Μ，Ν 2 1，或所述PET設(shè)備的探測(cè)器呈板狀分布，包括相對(duì)設(shè)置的兩組探測(cè)器板，所 述每組探測(cè)器板包括Μ排N列探測(cè)器以及固定所述Μ排N列探測(cè)器的一平板機(jī)架，M，N 2 1，則 步驟(2)中：
[0017] (2-1)分另議定每個(gè)探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度ym,n(a m,n，pm,n)，其中m的取值為1，2,3,…，M， η的取值為1，2,3,…，N;
[0018] (2-2)驅(qū)動(dòng)每一個(gè)探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度ym,n(a m,n，i3m,n)以使得每個(gè)探測(cè)器的中軸均匯 聚至所述F(xf，yf，zf)處。
[0019] 所述步驟(2-2)中，包括步驟(A):首先驅(qū)動(dòng)每一個(gè)探測(cè)器在其探測(cè)器環(huán)所在平面 內(nèi)旋轉(zhuǎn)<V n，然后驅(qū)動(dòng)探測(cè)器在垂直于其探測(cè)器環(huán)的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)iV n;
[0020] 或，包括步驟(B):首先驅(qū)動(dòng)每一個(gè)探測(cè)器圍繞其中軸自轉(zhuǎn)am,n度以使得探測(cè)器旋 轉(zhuǎn)至目標(biāo)平面，然后驅(qū)動(dòng)所述探測(cè)器在所述目標(biāo)平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)iV n。
[0021 ]建立視場(chǎng)的空間模擬坐標(biāo)系，經(jīng)由建模方式確定所述的大?。?br>[0022] 所述探測(cè)器呈環(huán)狀分布時(shí)，定義探測(cè)器環(huán)的軸向?yàn)閦軸方向，每一組探測(cè)器環(huán)所在 的平面為X〇 mY，所述平面X〇mY與Z軸的交點(diǎn)為0m(0,0，Zm)，對(duì)于第m環(huán)的第η個(gè)探測(cè)器，取其頭 部中心點(diǎn)為其位置信息，記為〇%"(&， 711，~）；所述探測(cè)器呈板狀分布時(shí)，定義平行于探測(cè)器 板行的方向?yàn)閄軸方向，平行于探測(cè)器板列的方向?yàn)棣S方向，垂直于探測(cè)器板所在平面的 方向?yàn)棣摧S方向，三者交匯于〇 m(〇,〇，zm)點(diǎn)，每個(gè)探測(cè)器板中，對(duì)于第Μ行Ν列個(gè)探測(cè)器，取其 頭部中心點(diǎn)為其位置信息，記為Dm, n( Xn，yn，Zm)，則：
[0023] 步驟(A)中，所述am,n為x",-凡,〇)與 ( x廠XH，Υ/->'》，〇)的夾角，其中 Κ為F在平面X(U〇:的投影，其坐標(biāo)為(Xf，yf，0)根據(jù)向量的夾角公式：
[0024]
[0025] 所述βη，η為Ζ)",?χ廠x j，-凡，々-zj與Dm nFr (x,-欠:"而-八肩的夾角，則根 據(jù)向量的夾角公式可知：
[0026]
[0027] 或，步驟⑶中，所述€^為7^1入.,〇,2/-2"1)與：^^〇^,〇,〇)的夾角，為？在直線 0%1上的投影，其坐標(biāo)為(0，^，~），根據(jù)向量的夾角公式可知：
[0028]
[0029] 所述 βω,η 為為 Α,.,,^Κ-Χμ-?ΟΑΑ,,,Αχ廣XJ/--zj 的夾角，根據(jù)向量 的夾角公式可知：
[0030]
[0031] 步驟(3)中，所述測(cè)量和成像包括以下步驟:根據(jù)所述用于測(cè)量或者成像探測(cè)器的 轉(zhuǎn)動(dòng)角度確定各種晶體的位置信息后，確定各個(gè)位置發(fā)生的湮滅事件被任意一對(duì)晶體探測(cè) 到的概率，從而確定系統(tǒng)響應(yīng)矩陣，并用于迭代重建算法，獲得成像圖像。
[0032] 所述的輻射探測(cè)測(cè)量和成像方法，其應(yīng)用于CT、SPECT、PET-CT、CT-SPECT的成像。 [0033] 一種實(shí)現(xiàn)所述輻射探測(cè)測(cè)量和成像方法的變結(jié)構(gòu)PET設(shè)備，包括多個(gè)探測(cè)器組件， 每個(gè)探測(cè)器組件包括一探測(cè)器以及一前端電路，其特征在于:所述PET設(shè)備還包括至少一確 定對(duì)應(yīng)探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度建模模塊以及至少一驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)探測(cè)器旋轉(zhuǎn)丫^(<^"，匕,")角度的轉(zhuǎn) 動(dòng)控制模塊，所述每個(gè)探測(cè)器與其中一建模模塊以及其中一轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊分別通信連接， 所述轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊輸入端與對(duì)應(yīng)探測(cè)器的建模模塊通信連接，以接受所述建模模塊的指令 帶動(dòng)對(duì)應(yīng)探測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)旋轉(zhuǎn)丫_(<^"，^")角度，使得所述探測(cè)器的中軸穿過(guò)所述放射 發(fā)生區(qū)域。
[0034]所述建模模塊以及轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊對(duì)應(yīng)PET設(shè)備中的探測(cè)器數(shù)量設(shè)置，所述探測(cè)器 組件中均包括一用于確定對(duì)應(yīng)探測(cè)器旋轉(zhuǎn)角度丫^(<^"，匕,")的建模模塊以及一用于帶動(dòng) 相應(yīng)探測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)γ m,n(am,n，i3m, n)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊；
[0035]優(yōu)選的，每組轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊均包括第一轉(zhuǎn)動(dòng)單元以及第二轉(zhuǎn)動(dòng)單元，所述第一轉(zhuǎn) 動(dòng)單元和第二轉(zhuǎn)動(dòng)單元的輸出端均與相應(yīng)的探測(cè)器固定連接，且所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)單元的輸入 端與所述建模模塊通信連接以接受所述建模模塊的指令帶動(dòng)所述探測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)a m,n度，所述 第二轉(zhuǎn)動(dòng)單元的輸入端與所述建模模塊通信連接以接受相應(yīng)建模模塊的指令帶動(dòng)所述探 測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)' η度。
[0036] 變結(jié)構(gòu)PET設(shè)備包括Μ組探測(cè)器環(huán)，所述每組探測(cè)器環(huán)呈環(huán)狀分布，包括Ν個(gè)探測(cè)器 以及用于固定所述Ν個(gè)探測(cè)器的一模塊安裝板，Μ，Ν2 1;
[0037] 優(yōu)選的，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)單元與相應(yīng)探測(cè)器固定連接用于驅(qū)動(dòng)所述探測(cè)器在垂直于 探測(cè)器環(huán)的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)?ν,η，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)單元以及與所述第 二動(dòng)力單元固定連接的探測(cè)器在探測(cè)器環(huán)所在平面旋轉(zhuǎn)<vn，
[0038] 進(jìn)一步的，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)單元包括與對(duì)應(yīng)建模模塊通信連接的第二動(dòng)力組件、第 二傳動(dòng)組件、第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸以及第一旋轉(zhuǎn)架，所述第一旋轉(zhuǎn)架包括垂直固定連接的第一安裝 板與第二安裝板，所述第一安裝板平行于探測(cè)器環(huán)所在平面設(shè)置，所述第二安裝板垂直于 所述探測(cè)器環(huán)面設(shè)置，所述第二動(dòng)力組件的輸出端與所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸均切向設(shè)置，且所述 第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定于所述探測(cè)器上，所述第二安裝板對(duì)應(yīng)所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸以及所述第二動(dòng)力 組件的輸出端設(shè)置開孔，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸與所述第二動(dòng)力組件的輸出端穿過(guò)所述開孔后經(jīng) 由所述第二傳動(dòng)組件連接;所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)單元包括與對(duì)應(yīng)建模模塊通信連接的第一動(dòng)力組 件、第一傳動(dòng)組件以及第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所述第一動(dòng)力組件固定設(shè)置于所示模塊安裝板上，所述 第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定于所述第一安裝板上，第一動(dòng)力組件的輸出端與第一傳動(dòng)軸均軸向設(shè)置且 二者經(jīng)由所述第一傳動(dòng)組件傳動(dòng)連接；
[0039] 或，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)單元與所述探測(cè)器固定連接用于驅(qū)動(dòng)所述探測(cè)器在目標(biāo)平面 Dm,nFF 〃內(nèi)旋i3m,n，所述第二傳動(dòng)單元包括與所述建模模塊通信連接的第四動(dòng)力組件、第四傳 動(dòng)組件、第四轉(zhuǎn)動(dòng)軸以及第二旋轉(zhuǎn)架，所述第二旋轉(zhuǎn)架包括垂直固定連接的第三連接板與 第四連接板，所述第三連接板平行于軸向設(shè)置、所述第四連接板平行于探