一種輻射探測測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] 在輻射探測測量和成像領(lǐng)域，所用的探測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，會在晶體的不同深度 處轉(zhuǎn)換成可見光子，然后被光電器件探測。由于探測器無法知道射線與晶體作用的具體深 度，而只能將晶體與探測器耦合面作為射線被晶體探測的位置信息。因而會導(dǎo)致"深度效 應(yīng)"（depth of interaction，D0I)，由此所造成的切向定位誤差會降低福射探測測量的精 度和成像的效果。
[0003] 以正電子發(fā)射型計算機斷層顯像(Positron Emission Computed Tomography，簡 稱PET)為例，PET是核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域一種先進的臨床檢查影像技術(shù)。傳統(tǒng)的PET成像系統(tǒng)由多個 探測器固定在機架上排列成環(huán)，當(dāng)正電子湮滅輻射的γ射線對以一定角度分別切入晶體 時，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 降低PET的空間分辨率，見附圖1。圖1是普通PET成像裝置對某一位置成像的示意圖（采用12 個探測器組成的系統(tǒng)進行說明）?？梢钥闯龃藚^(qū)域正電子湮滅輻射的γ射線對以一定角度 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。探測器無法得到這一深度信 息，在對響應(yīng)線進行重建時，只能以此晶體的表面作為相互作用點，重建的響應(yīng)線（圖1中虛 線部分)就與實際的響應(yīng)線（圖1中實線部分)有一段位移誤差。這個切向定位誤差會導(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)視場的不同位置處的分布是不均勻的。在PET成像 系統(tǒng)視場的中心點，由于所有探測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;越往視場的邊緣處，產(chǎn)生的γ射線對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 分辨率會降低，而且在越靠近視場邊緣處，對其空間分辨率的影響越為嚴(yán)重。同時，在臨床 中，往往需針對局部部位得到高質(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測量和成像方法，其調(diào)節(jié)探測器的旋轉(zhuǎn)角 度，使得調(diào)整的探測器的中軸穿過待測量和成像區(qū)域，利用至少一個調(diào)整的探測器進行測 量與成像時，能夠盡量減少待測量和成像區(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)"所帶來的空間分辨率的損失，提高系統(tǒng)對聚 焦區(qū)域的空間分辨率，以得到對待測量和成像區(qū)域更精準(zhǔn)的成像。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是：
[0007] 一種輻射探測測量和成像方法，包括以下步驟：
[0008] (1)確定待測量和成像區(qū)域的空間位置；
[0009] (2)調(diào)節(jié)至少一個探測器的角度，使得所述調(diào)節(jié)后的探測器中軸穿過所述待測量 和成像區(qū)域；
[0010] (3)進行測量或者成像，所述進行測量或者成像的探測器包括部分或全部調(diào)節(jié)后 的探測器。
[0011] 所述步驟(2)中，所述調(diào)節(jié)后的探測器的中軸均匯聚至所述待測量和成像區(qū)域內(nèi) 任意一點F處，所述F點的空間位置為F (Xf，yf，z f);
[0012] 優(yōu)選的，所述F點為待測量和成像區(qū)域的中心點。
[0013] 所述的輻射探測測量和成像方法應(yīng)用于PET設(shè)備成像，所述待測量和成像區(qū)域為 感興趣區(qū)域，所述待測量和成像區(qū)域的空間位置為感興趣區(qū)域在視場中的空間位置；
[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點在視場中的空間位置;或， 在成像過程中確定感興趣區(qū)域、所述F點在視場中的空間位置；
[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點在視場中的空間位置F (xf,yf,zf)〇
[0016] 所述PET設(shè)備的探測器呈環(huán)狀分布，包括Μ組探測器環(huán)，所述每組探測器環(huán)中設(shè)置Ν 個探測器，Μ，Ν 2 1，或所述PET設(shè)備的探測器呈板狀分布，包括相對設(shè)置的兩組探測器板，所 述每組探測器板包括Μ排N列探測器以及固定所述Μ排N列探測器的一平板機架，M，N 2 1，則 步驟(2)中：
[0017] (2-1)分另議定每個探測器旋轉(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)動每一個探測器旋轉(zhuǎn)角度ym,n(a m,n，i3m,n)以使得每個探測器的中軸均匯 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)動每一個探測器在其探測器環(huán)所在平面 內(nèi)旋轉(zhuǎn)<V n，然后驅(qū)動探測器在垂直于其探測器環(huán)的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)iV n;
[0020] 或，包括步驟(B):首先驅(qū)動每一個探測器圍繞其中軸自轉(zhuǎn)am,n度以使得探測器旋 轉(zhuǎn)至目標(biāo)平面，然后驅(qū)動所述探測器在所述目標(biāo)平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)iV n。
[0021 ]建立視場的空間模擬坐標(biāo)系，經(jīng)由建模方式確定所述的大?。?br>[0022] 所述探測器呈環(huán)狀分布時，定義探測器環(huán)的軸向為z軸方向，每一組探測器環(huán)所在 的平面為X〇 mY，所述平面X〇mY與Z軸的交點為0m(0,0，Zm)，對于第m環(huán)的第η個探測器，取其頭 部中心點為其位置信息，記為〇%"(&， 711，~）；所述探測器呈板狀分布時，定義平行于探測器 板行的方向為X軸方向，平行于探測器板列的方向為Ζ軸方向，垂直于探測器板所在平面的 方向為Υ軸方向，三者交匯于〇 m(〇,〇，zm)點，每個探測器板中，對于第Μ行Ν列個探測器，取其 頭部中心點為其位置信息，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，所述測量和成像包括以下步驟:根據(jù)所述用于測量或者成像探測器的 轉(zhuǎn)動角度確定各種晶體的位置信息后，確定各個位置發(fā)生的湮滅事件被任意一對晶體探測 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] 所述的輻射探測測量和成像方法，其應(yīng)用于CT、SPECT、PET-CT、CT-SPECT的成像。 [0033] 一種實現(xiàn)所述輻射探測測量和成像方法的變結(jié)構(gòu)PET設(shè)備，包括多個探測器組件， 每個探測器組件包括一探測器以及一前端電路，其特征在于:所述PET設(shè)備還包括至少一確 定對應(yīng)探測器旋轉(zhuǎn)角度建模模塊以及至少一驅(qū)動對應(yīng)探測器旋轉(zhuǎn)丫^(<^"，匕,")角度的轉(zhuǎn) 動控制模塊，所述每個探測器與其中一建模模塊以及其中一轉(zhuǎn)動控制模塊分別通信連接， 所述轉(zhuǎn)動控制模塊輸入端與對應(yīng)探測器的建模模塊通信連接，以接受所述建模模塊的指令 帶動對應(yīng)探測器轉(zhuǎn)動相應(yīng)旋轉(zhuǎn)丫_(<^"，^")角度，使得所述探測器的中軸穿過所述放射 發(fā)生區(qū)域。
[0034]所述建模模塊以及轉(zhuǎn)動控制模塊對應(yīng)PET設(shè)備中的探測器數(shù)量設(shè)置，所述探測器 組件中均包括一用于確定對應(yīng)探測器旋轉(zhuǎn)角度丫^(<^"，匕,")的建模模塊以及一用于帶動 相應(yīng)探測器轉(zhuǎn)動γ m,n(am,n，i3m, n)的轉(zhuǎn)動控制模塊；
[0035]優(yōu)選的，每組轉(zhuǎn)動控制模塊均包括第一轉(zhuǎn)動單元以及第二轉(zhuǎn)動單元，所述第一轉(zhuǎn) 動單元和第二轉(zhuǎn)動單元的輸出端均與相應(yīng)的探測器固定連接，且所述第一轉(zhuǎn)動單元的輸入 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所述探測器轉(zhuǎn)動a m,n度，所述 第二轉(zhuǎn)動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所述探 測器轉(zhuǎn)動' η度。
[0036] 變結(jié)構(gòu)PET設(shè)備包括Μ組探測器環(huán)，所述每組探測器環(huán)呈環(huán)狀分布，包括Ν個探測器 以及用于固定所述Ν個探測器的一模塊安裝板，Μ，Ν2 1;
[0037] 優(yōu)選的，所述第二轉(zhuǎn)動單元與相應(yīng)探測器固定連接用于驅(qū)動所述探測器在垂直于 探測器環(huán)的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)?ν,η，所述第一轉(zhuǎn)動單元用于驅(qū)動所述第二轉(zhuǎn)動單元以及與所述第 二動力單元固定連接的探測器在探測器環(huán)所在平面旋轉(zhuǎn)<vn，
[0038] 進一步的，所述第二轉(zhuǎn)動單元包括與對應(yīng)建模模塊通信連接的第二動力組件、第 二傳動組件、第二轉(zhuǎn)動軸以及第一旋轉(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器環(huán)所在平面設(shè)置，所述第二安裝板垂直于 所述探測器環(huán)面設(shè)置，所述第二動力組件的輸出端與所述第二轉(zhuǎn)動軸均切向設(shè)置，且所述 第二轉(zhuǎn)動軸固定于所述探測器上，所述第二安裝板對應(yīng)所述第二轉(zhuǎn)動軸以及所述第二動力 組件的輸出端設(shè)置開孔，所述第二轉(zhuǎn)動軸與所述第二動力組件的輸出端穿過所述開孔后經(jīng) 由所述第二傳動組件連接;所述第一轉(zhuǎn)動單元包括與對應(yīng)建模模塊通信連接的第一動力組 件、第一傳動組件以及第一轉(zhuǎn)動軸，所述第一動力組件固定設(shè)置于所示模塊安裝板上，所述 第一轉(zhuǎn)動軸固定于所述第一安裝板上，第一動力組件的輸出端與第一傳動軸均軸向設(shè)置且 二者經(jīng)由所述第一傳動組件傳動連接；
[0039] 或，所述第二轉(zhuǎn)動單元與所述探測器固定連接用于驅(qū)動所述探測器在目標(biāo)平面 Dm,nFF 〃內(nèi)旋i3m,n，所述第二傳動單元包括與所述建模模塊通信連接的第四動力組件、第四傳 動組件、第四轉(zhuǎn)動軸以及第二旋轉(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