一种辐射探测测量和成像方法及变结构PET设备技术

本发明专利技术公开了一种辐射探测测量和成像方法及实现该方法的变结构PET设备，该方法包括以下步骤：(1)确定待测量和成像区域的空间位置；(2)调节至少一个探测器的角度，使得所述调节后的探测器中轴穿过所述待测量和成像区域；(3)进行测量或者成像，所述进行测量或者成像的探测器包括部分或全部调节后的探测器。通过调节PET设备中探测器在固定机架内旋转角度，使得至少一个探测器的中轴汇集于待测量和成像区域中，从而该区域发射的成对伽马射线可以尽量垂直的入射进入对应探测器的晶体，尽量消除“深度效应”所带来的空间分辨率的损失，提高系统在待测量和成像区域的空间分辨率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于医学成像仪器领域，涉及一种成像技术，尤其是断层成像的方法及装置。
技术介绍
在辐射探测测量和成像领域，所用的探测器一般为闪烁晶体和光电倍增器件耦合的结构，由于闪烁晶体有一定的厚度，当射线倾斜入射到晶体内部时，会在晶体的不同深度处转换成可见光子，然后被光电器件探测。由于探测器无法知道射线与晶体作用的具体深度，而只能将晶体与探测器耦合面作为射线被晶体探测的位置信息。因而会导致“深度效应”(depthofinteraction,DOI)，由此所造成的切向定位误差会降低辐射探测测量的精度和成像的效果。以正电子发射型计算机断层显像(PositronEmissionComputedTomography，简称PET)为例，PET是核医学领域一种先进的临床检查影像技术。传统的PET成像系统由多个探测器固定在机架上排列成环，当正电子湮灭辐射的γ射线对以一定角度分别切入晶体时，由于晶体有一定厚度，射线在晶体的某一深度处与其发生相互作用，但却以晶体表面的位置定位，导致“深度效应”(depthofinteraction,DOI)，由此所造成的切向定位误差会降低PET的空间分辨率，见附图1。图1是普通PET成像装置对某一位置成像的示意图(采用12个探测器组成的系统进行说明)。可以看出此区域正电子湮灭辐射的γ射线对以一定角度分别切入晶体，射线在晶体的某一深度处与其发生相互作用。探测器无法得到这一深度信息，在对响应线进行重建时，只能以此晶体的表面作为相互作用点，重建的响应线(图1中虚线部分)就与实际的响应线(图1中实线部分)有一段位移误差。这个切向定位误差会导致PET成像的空间分辨率下降。这种影响的大小在PET成像系统视场的不同位置处的分布是不均匀的。在PET成像系统视场的中心点，由于所有探测器的中心轴都汇集于此，“深度效应”影响较小，此处的空间分辨率较高；越往视场的边缘处，产生的γ射线对切入晶体的角度越大，“深度效应”的影响也较大，空间分辨率就会降低。可见传统的PET成像系统受到“深度效应”的影响，其空间分辨率会降低，而且在越靠近视场边缘处，对其空间分辨率的影响越为严重。同时，在临床中，往往需针对局部部位得到高质量的PET成像，传统的PET系统不能根据感兴趣的位置，调节系统结构，提高对特定位置的空间分辨率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种辐射探测测量和成像方法，其调节探测器的旋转角度，使得调整的探测器的中轴穿过待测量和成像区域，利用至少一个调整的探测器进行测量与成像时，能够尽量减少待测量和成像区域内发射的伽马射线入射到晶体内部的倾斜角度(最佳为垂直入射)，从而降低了“深度效应”所带来的空间分辨率的损失，提高系统对聚焦区域的空间分辨率，以得到对待测量和成像区域更精准的成像。为达到上述目的，本专利技术的解决方案是：一种辐射探测测量和成像方法，包括以下步骤：(1)确定待测量和成像区域的空间位置；(2)调节至少一个探测器的角度，使得所述调节后的探测器中轴穿过所述待测量和成像区域；(3)进行测量或者成像，所述进行测量或者成像的探测器包括部分或全部调节后的探测器。所述步骤(2)中，所述调节后的探测器的中轴均汇聚至所述待测量和成像区域内任意一点F处，所述F点的空间位置为F(xf,yf,zf)；优选的，所述F点为待测量和成像区域的中心点。所述的辐射探测测量和成像方法应用于PET设备成像，所述待测量和成像区域为感兴趣区域，所述待测量和成像区域的空间位置为感兴趣区域在视场中的空间位置；优选的，经由成像前诊断步骤确定感兴趣区域、所述F点在视场中的空间位置；或，在成像过程中确定感兴趣区域、所述F点在视场中的空间位置；优选的，经由结构成像数据或经由功能成像数据确定F点在视场中的空间位置F(xf,yf,zf)。所述PET设备的探测器呈环状分布，包括M组探测器环，所述每组探测器环中设置N个探测器，M，N≥1，或所述PET设备的探测器呈板状分布，包括相对设置的两组探测器板，所述每组探测器板包括M排N列探测器以及固定所述M排N列探测器的一平板机架，M，N≥1，则步骤(2)中：(2-1)分别确定每个探测器旋转角度γm,n(αm,n,βm,n)，其中m的取值为1,2,3,…,M，n的取值为1,2,3,…,N；(2-2)驱动每一个探测器旋转角度γm,n(αm,n,βm,n)以使得每个探测器的中轴均汇聚至所述F(xf,yf,zf)处。所述步骤(2-2)中，包括步骤(A)：首先驱动每一个探测器在其探测器环所在平面内旋转αm,n，然后驱动探测器在垂直于其探测器环的平面内旋转βm,n；或，包括步骤(B)：首先驱动每一个探测器围绕其中轴自转αm,n度以使得探测器旋转至目标平面，然后驱动所述探测器在所述目标平面内旋转旋转βm,n。建立视场的空间模拟坐标系，经由建模方式确定所述αm,n与βm,n的大小：所述探测器呈环状分布时，定义探测器环的轴向为z轴方向，每一组探测器环所在的平面为XOmY，所述平面XOmY与Z轴的交点为Om(0,0,zm)，对于第m环的第n个探测器，取其头部中心点为其位置信息，记为Dm,n(xn,yn,zm)；所述探测器呈板状分布时，定义平行于探测器板行的方向为X轴方向，平行于探测器板列的方向为Z轴方向，垂直于探测器板所在平面的方向为Y轴方向，三者交汇于Om(0,0,zm)点，每个探测器板中，对于第M行N列个探测器，取其头部中心点为其位置信息，记为Dm,n(xn,yn,zm)，则：步骤(A)中，所述αm,n为与的夹角，其中F′为F在平面XOmY上的投影，其坐标为(xf,yf,0)根据向量的夹角公式：所述βm,n为与的夹角，则根据向量的夹角公式可知：或，步骤(B)中，所述αm,n为与的夹角，F″为F在直线Dm,nOm上的投影，其坐标为(0,yf,zm)，根据向量的夹角公式可知：所述βm,n为为与的夹角，根据向量的夹角公式可知：步骤(3)中，所述测量和成像包括以下步骤：根据所述用于测量或者成像探测器的转动角度确定各种晶体的位置信息后，确定各个位置发生的湮灭事件被任意一对晶体探测到的概率，从而确定系统响应矩阵，并用于迭代重建算法，获得成像图像。所述的辐射探测测量和成像方法，其应用于CT、SPECT、PET-CT、CT-SPECT的成像。一种实现所述辐射探测测量和成像方法的变结构PET设备，包括多个探测器组件，每个探测器组件包括一探测器以及一前端电路，其特征在于：所述PET设备还包括至少一确定对应探测器旋转角度建模模块以及至少一驱动对应探测器旋转γm,n(αm,n,βm,n)角度的转动控制模块，所述每个探测器与其中一建模模块以及其中一转动控制模块分别通信连接，所述转动控制模块输入端与对应探测器的建模模块通信连接，以接受所述建模模块的指令带动对应探测器转动相应旋转γm,n(αm,n,βm,n)角度，使得所述探测器的中轴穿过所述放射发生区域。所述建模模块以及转动控制模块对应PET设备中的探测器数量设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辐射探测测量和成像方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)确定待测量和成像区域的空间位置；(2)调节至少一个探测器的角度，使得所述调节后的探测器中轴穿过所述待测量和成像区域；(3)进行测量或者成像，所述进行测量或者成像的探测器包括部分或全部调节后的探测器。

【技术特征摘要】
1.一种辐射探测测量和成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)确定待测量和成像区域的空间位置；
(2)调节至少一个探测器的角度，使得所述调节后的探测器中轴穿过所述待测量和成像区
域；
(3)进行测量或者成像，所述进行测量或者成像的探测器包括部分或全部调节后的探测器。
2.根据权利要求1所述的辐射探测测量和成像方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所
述调节后的探测器的中轴均汇聚至所述待测量和成像区域内任意一点F处，所述F点的空间位
置为F(xf,yf,zf)；
优选的，所述F点为待测量和成像区域的中心点。
3.根据权利要求1或2所述的辐射探测测量和成像方法，其特征在于：其应用于PET设
备成像，所述待测量和成像区域为感兴趣区域，所述待测量和成像区域的空间位置为感兴趣区
域在视场中的空间位置；
优选的，经由成像前诊断步骤确定感兴趣区域、所述F点在视场中的空间位置；或，在成
像过程中确定感兴趣区域、所述F点在视场中的空间位置；
优选的，经由结构成像数据或经由功能成像数据确定F点在视场中的空间位置
F(xf,yf,zf)。
4.根据权利要求3所述得的辐射探测测量和成像方法，其特征在于：所述PET设备的探
测器呈环状分布，包括M组探测器环，所述每组探测器环中设置N个探测器，M，N≥1，或所
述PET设备的探测器呈板状分布，包括相对设置的两组探测器板，所述每组探测器板包括M排
N列探测器以及固定所述M排N列探测器的一平板机架，M，N≥1，则步骤(2)中：
(2-1)分别确定每个探测器旋转角度γm,n(αm,n,βm,n)，其中m的取值为1,2,3,…,M，n的取
值为1,2,3,…,N；
(2-2)驱动每一个探测器旋转角度γm,n(αm,n,βm,n)以使得每个探测器的中轴均汇聚至所述
F(xf,yf,zf)处。
5.根据权利要求4所述的辐射探测测量和成像方法，其特征在于：所述步骤(2-2)中，
包括步骤(A)：首先驱动每一个探测器在其探测器环所在平面内旋转αm,n，然后驱动探测器在
垂直于其探测器环的平面内旋转βm,n；
或，包括步骤(B)：首先驱动每一个探测器围绕其中轴自转αm,n度以使得探测器旋转至目
标平面，然后驱动所述探测器在所述目标平面内旋转旋转βm,n。
6.根据权利要求4或5所述辐射探测测量和成像方法，其特征在于：建立视场的空间模拟
坐标系，经由建模方式确定所述αm,n与βm,n的大小：
所述探测器呈环状分布时，定义探测器环的轴向为z轴方向，每一组探测器环所在的平面
为XOmY，所述平面XOmY与Z轴的交点为Om(0,0,zm)，对于第m环的第n个探测器，取其头部
中心点为其位置信息，记为Dm,n(xn,yn,zm)；所述探测器呈板状分布时，定义平行于探测器板行
的方向为X轴方向，平行于探测器板列的方向为Z轴方向，垂直于探测器板所在平面的方向为
Y轴方向，三者交汇于Om(0,0,zm)点，每个探测器板中，对于第M行N列个探测器，取其头部
中心点为其位置信息，记为Dm,n(xn,yn,zm)，则：
步骤(A)中，所述αm,n为与的夹角，其中F′为
F在平面XOmY上的投影，其坐标为(xf,yf,0)根据向量的夹角公式：
所述βm,n为与的夹角，则根据向量的夹
角公式可知：
或，步骤(B)中，所述αm，n为与的夹角，F″为F在直线Dm,nOm上的投影，其坐标为(0,yf,zm)，根据向量的夹角公式可知：
所述βm,n为为与的夹角，根据向量的夹角公
式可知：
7.根据权利要求3所述的辐射探测测量和成像方法，其特征在于：步骤(3)中，所述测
量和成像包括以下步骤：根据所述用于测量或者成像探测器的转动角度确定各种晶体的位置信息
后，确定各个位置发生的湮灭事件被任意一对晶体探测到的概率，从而确定系统响应矩阵，并用

\t于迭代重建算法，获得成像图像。
8.根据权利要求1至7任一项所述的辐射探测测量和成像方法，其特征在于：其应用于
CT、SPECT、PET-CT、CT-SPECT的成像。
9.一种实现所述权利要求1至7任一项所述辐射探测测量和成像方法的变结构PET设备，
包括多个探测器组件，每个探测器组件包括一探测器以及一前端电路，其特征在于：所述PET
设备还包括至少一确定对应探测器旋转角度建模模块以及至少一驱动对应探测器旋转
γm,n(αm,n,βm,n)角度的转动控制模块，所述每个探测器与其中一建模模块以及其中一转动控制模
块分别通信连接，所述转动控制模块输入端与对应探测器的建模模块通信连接，以接受所述建模
模块的指令带动对应探测器转动相应旋转γm,n(αm,n,βm,n)角度，使得所述探测器的中轴穿过所述放
射发生区域。
10.根据权利要求9所述的变结构PET设备，其特征在于：所述建模模块以及转动控制模
块对应PET设备中的探测器数量设置，所述探测器组件中均包括一用于确定对应探测器旋转角
度γm,n(αm,n,βm,n)的建模模块以及一用于带动相应探测器转动γm,n(αm,n,βm,n)的转动控制模块；
优选的，每组转动控制模块均包括第一转动单元以及第二转动单元，所述第一转动单元和
第二转动单元的输出端均与相应的探测器固定连接，且所述第一转动单元的输入端与所述建模
模块通信连接以接受所述建模模块的指令带动所述探测器转动αm,n度，所述第二转动单元的输
入端与所述建模模块通信连接以接受相应建模模块的指令带动所述探测器转动βm,n度。
11.根据权利要求10所述的变结构PET设备，其特征在于：包括M组探测器环，所述每
组探测器环呈环状分布，包括N个探测器以及用于固定所述N个探测器的一模块安装板，M，
N≥1；
优选的，所述第二转动单元与相应探测器固定连接用于驱动所述探测器在垂直于探测器环

【专利技术属性】
技术研发人员：郑睿，谢庆国，肖鹏，张博，
申请(专利权)人：武汉数字派特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42