加马光子侦测成像装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种加马光子侦检装置以及加马光子侦测方法，该装置包括有多个侦测探头以及信号处理电路，每一个侦测探头具有多层闪烁晶体侦检器。利用该多个侦测探头侦测一目标物所产生的加马光子，加马光子先与第一层侦检器作用，后与第二层侦检器作用，然后取得关于至少一第一时间段中每一个侦测探头所产生的电信号，并分别对每一个侦测探头所具有的多个闪烁晶体侦检器所产生的电信号进行第一时讯符合演算，以得到多个第一时讯相关数据。最后，取得关于至少一第二时间段中该每一个侦测探头的第一层闪烁晶体侦检器所产生的电信号，以及进行一第二时讯符合演算，以得到多对第二时讯相关数据。利用该第一和第二时讯相关数据进行活度分布重建。

Kama Hikaruko detection and imaging devices and methods

The invention provides a gamma photon detection device and detection method of Kama Hikaruko, the device includes a plurality of detection probe and signal processing circuit, a detection probe has a multilayer scintillation crystal detector. Gamma photons generated by the multiple detecting probe detection of a target, Kama Hikaruko first and the first layer and the second layer detector, detector, and then obtain the electrical signal on at least a first time period in each detection probe generated by electrical signals a plurality of scintillation crystal detector and separately for each one the detection probe has produced the first newsletter with calculus, to obtain a plurality of first data related newsletter. Finally, electrical signals generated the first layer on at least a scintillation crystal detector in the second time period of each detection probe, and a second newsletter with calculus, to obtain relevant data of second newsletter. To reconstruct the activity distribution of the first and second time related data.

【技术实现步骤摘要】
加马光子侦测成像装置与方法
本专利技术为一种加马光子侦测装置与方法，特别是指一种侦测瞬发加马光子(promptgammaray)以及正子互毁加马(positronannihilationgammaray)的加马光子侦测成像装置与方法。
技术介绍
如图1所示，放射治疗(Radiotherapy,RT)就是用高能量的光子(如X光射线)或带电粒子来照射病灶处，以达到“杀死恶性肿瘤”或“抑制恶性肿瘤增生”为目的的一种治疗方式。其中，曲线90代表X光剂量和组织深度关系，由于X光射线与物质作用的物理特性，随射线进入组织深度的增加，相对剂量也随深度逐渐衰减，因此单一X光射束进入体内的路径上有较多的剂量释放在肿瘤前后的正常组织，致使X光射线尚未破坏肿瘤癌细胞前就已经影响正常组织，甚至让肿瘤后的正常组织区域也有剂量沉积。相对于X光治疗的方式，曲线91则为带电粒子，例如，质子或重离子，剂量和深度关系，由于物质作用因质子速度越快行进单位距离损失的能量越少，所以进入病患体表最初释放的动能相当低，直到一定的射程深度，质子或重离子动能大幅下降后产生最大剂量沉积，此称为布拉格峰910(BraggPeak)，在布拉格峰之后几乎完全没有剂量。由于质子或重离子治疗具有剂量集中在布拉格峰的特性，因此质子或重离子射程的不确定性影响远较X光更为敏感。若质子或重离子射程预测具有不确定性，其剂量高度集中的布拉格峰所在深度与预期有差异，将造成高剂量区未涵盖到整个肿瘤或高剂量区涵盖到肿瘤周围的重要器官等风险。因此质子或重离子治疗在临床应用上必须要能精准确认质子或重离子射程范围，将其布拉格峰限制在肿瘤区域才能达到最佳的治疗效果。然质子或重离子治疗过程仍有一些因素影响其不准确性，说明如下：(1)治疗计划所造成的不确定性：这是由于目前治疗计划主要来自X光CT影像的Hounsfieldunit(HU)为组织与电子密度的对应关系，然质子或重离子与生物组织作用主要考虑是组织的原子核及其阻挡本领(stoppingpower)，因此将CT影像的HU信息转换为生物组织的阻挡本领，将有其不确定性。除此之外，CT影像假影、X光射束硬化(beamhardening)现象等等也是现行评估质子或重离子射程的不确定来源；(2)实际治疗位置与治疗计划有差异：主要来自病患摆位误差、呼吸或心跳等造成的治疗标的移动等；(3)治疗过程的肿瘤尺寸改变、病患体型改变等；以及(4)来自于产生质子或重离子射束的设施所造成的误差，例如降能器(energydegrader)、射束形成(beamdelivery)相关装置等误差。由于上述射程不准确性，临床治疗时通常在欲治疗的临床靶体积(clinicaltargetvolume,CTV)外加大治疗安全范围(safetymargin)。因射程不确定性而增加的治疗范围，随肿瘤深度y增加(30cm深度肿瘤可增加约14mm治疗安全范围)。在CTV外增加1cm安全范围则有～80cm3的正常健康组织接受与肿瘤相同的辐射剂量，因而增加附近正常组织受损伤及致癌的风险。若CTV附近有辐射耐受度较低的重要器官，也将影响治疗剂量的给予及恶性肿瘤的控制率。为了降低治疗过程的不准确性，提升质子或重离子治疗可信赖度，如果可以在治疗过程中对患者的质子或重离子照射区进行监测，确认质子束在病患体内的路径是否需要修正，这将可缩小治疗安全范围的扩增，提高剂量给予，进而提升肿瘤控制率与治疗效果。因此如何确认与监控质子或重离子束在病患体内的路径是非常重要的研究议题。现有技术中，有数种发展中的验证质子射程技术，符合实时及非侵入性的技术有质子穿透(protontransmission)造影、瞬发加马光子造影及PET(positronemissiontomography)造影。质子穿透造影需占用额外质子设备时间且会产生额外辐射剂量，也有多库伦散射(multipleCoulombscattering)效应等问题待克服，短期实际应用于临床的机会不高。瞬发加马光子(PG)造影及PET造影是利用质子与病患组织作用产生的二次粒子—正子发射核及瞬发加马光子做侦测造影。正子互毁加马光子及瞬发加马光子都可穿透病患身体被侦测，可做活体(invivo)的非侵入性质子射程的量测成像。质子和重离子与生物组织作用机制雷同，下文以质子治疗论述为代表，不再区分质子和重离子。质子照射时，质子与组织原子核的非弹性碰撞产生加马光子，这些加马光子依诱发产生机制可分成两类。一是当质子与人体组织原子核发生非弹性碰撞，靶核被激发至激态，在纳秒(ns)时间内产生瞬发加马光子(promptgamma)。另一是靶核被质子撞击碎片化(nuclearfragmentation)而产生正子发射核(positron-emittingnuclei)，如O-15(半衰期:2.037min)、C-11(半衰期:20.385min)、N-13(半衰期:9.965min)等(NewhauserandZhang,2015)。正子发射核衰变产生的正子(positron)与组织中的电子互毁生成511keV能量的正子互毁加马(positronannihilationgammas)光子对。瞬发加马光子和正子互毁加马光子，它们的能量都可穿透病患身体而被侦测与成像，分析活度分布影像，可获得质子在人体内的路径，故可应用于质子或重离子治疗的射程验证。正子互毁加马光子对一般利用PET造影来侦测，是目前较成熟且已应用于临床的活体质子射程验证技术。不过正子发射核在病患体内的生物代谢(biologicalwashout)效应、正子发射核产量有限、半衰期短以及治疗系统与PET影像的空间对位(co-registration)误差(病患在治疗室与PET造影仪间的移动所造成)等，这些限制了PET对质子射程评估精准度。至于瞬发加马光子，因生成瞬发加马光子所需质子动能较产生正子发射核所需动能低，所以瞬发加马光子分布的位置和质子沉积最大剂量的位置较为一致，因此利用瞬发加马成像活度评估布拉格峰的准确度较利用PET方法来得高。另外，瞬发加马光子产量较正子互毁加马光子多60～80倍，这表示理论上在相同侦检几何状况，瞬发加马光子造影可以有较强信号，统计误差较PET来得小。现有技术中有利用核子医学领域常见的准直器式加马相机(collimator-basedgammacamera)技术，通过针孔改良版的slit准直器或edge-knife准直器结合加马侦检器做瞬发加马射线侦测造影。不过这种技术侦检效率差，因准直器阻挡大部分光子及探头对高能量瞬发加马光子的侦测能力有限。更重要的是因准直器的存在而产生大量的中子(质子诱发的二次辐射粒子之一)，这些中子将干扰侦测探头的信号侦测，造成信杂比(signal-to-noiseratio,S/N)降低，致影响活度影像清晰度及应用其判断质子射程布拉格峰的准确度。此外，因放射治疗诱发的瞬发加马光子能量高，所以准直器设计相当厚重(尺寸达80cm半人高)，占用治疗室有限空间。上述因素导致准直器式加马相机应用在质子临床治疗的实用性受限。此时另一种于医学影像领域较为少见的康普吞散射成像技术因适用于高能量光子侦测成像，从而成为研究质子或重离子治疗用瞬发加马光子造影的新选择。康普吞散射成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加马光子侦检装置，其特征在于，包括：多个侦测探头，每一个侦测探头具有多层闪烁晶体侦检器，每一层闪烁晶体侦检器沿着对应的侦测探头的轴向排列，相邻层闪烁晶体侦检器具有一距离，每一个侦测探头用以撷取加马光子以产生相应的电信号；以及一信号处理电路，与该多个侦测探头电性连接，用以取得关于一第一时间段中每一个侦测探头所产生的电信号，并对每一个侦测探头所具有的多层闪烁晶体侦检器所产生的电信号进行第一时讯符合演算，以判断每一个侦测探头的各层闪烁晶体侦检器所侦测到的电信号是否来自于同一加马光子，以得到对应多个侦测探头的多个第一时讯相关数据，以及取得关于一第二时间段中该每一个侦测探头的第一层闪烁晶体侦检器所产生的电信号，并对进行一第二时讯符合演算，以得到多对第二时讯相关数据，以判断每一个侦测探头的第一层闪烁晶体侦检器所侦测到的电信号是否来自于同一对的加马光子。

【技术特征摘要】
2016.06.29 TW 1051206361.一种加马光子侦检装置，其特征在于，包括：多个侦测探头，每一个侦测探头具有多层闪烁晶体侦检器，每一层闪烁晶体侦检器沿着对应的侦测探头的轴向排列，相邻层闪烁晶体侦检器具有一距离，每一个侦测探头用以撷取加马光子以产生相应的电信号；以及一信号处理电路，与该多个侦测探头电性连接，用以取得关于一第一时间段中每一个侦测探头所产生的电信号，并对每一个侦测探头所具有的多层闪烁晶体侦检器所产生的电信号进行第一时讯符合演算，以判断每一个侦测探头的各层闪烁晶体侦检器所侦测到的电信号是否来自于同一加马光子，以得到对应多个侦测探头的多个第一时讯相关数据，以及取得关于一第二时间段中该每一个侦测探头的第一层闪烁晶体侦检器所产生的电信号，并对进行一第二时讯符合演算，以得到多对第二时讯相关数据，以判断每一个侦测探头的第一层闪烁晶体侦检器所侦测到的电信号是否来自于同一对的加马光子。2.如权利要求1所述的加马光子侦检装置，其特征在于，更具有一重建单元，用以根据该第多对第二时讯相关数据重建一第一活度分布，再将该第一活度分布进行一转换之后得到剂量分布，再将该剂量分布与该多个第一时讯相关数据相关联以重建一第二活度分布。3.如权利要求1所述的加马光子侦检装置，其特征在于，该加马光子为至少一种同位素经由一衰变作用所产生。4.如权利要求1所述的加马光子侦检装置，其特征在于，更具有一带电粒子产生装置，用以产生一带电粒子，该带电粒子束沿一行进方向与一目标物作用时产生该加马光子。5.如权利要求4所述的加马光子侦检装置，其特征在于，该第一时间段为该带电粒子启动的时间段，每一个侦测探头侦测的加马光子为瞬发加马光子，该第二时间段为该带电粒子关闭的时间段，每一个侦测探头用以侦测成对的正子互毁加马光子。6.如权利要求4所述的加马光子侦检装置，其特征在于，该带电粒子束为质子或重离子。7.如权利要求1所述的加马光子侦检装置，其特征在于，该多个探头能够独立地以一中心位置进行转动或相对移动，以改变侦测位置。8.如权利要求1所述的加马光子侦检装置，其特征在于，每一层闪烁晶体侦检器更包括有：一闪烁晶体阵列；一光电传感器，与该闪烁晶体耦接，用以将闪烁晶体阵列所产生的光信号转换成电信号；以及一读出电路，包含前置放大电路，其与该光电传感器电性连接。9.如权利要求8所述的加马光子侦检装置，其特征在于，该闪烁晶体阵列通过光纤与该光电传感器耦接。10.如权利要求8所述的加马光子侦检装置，其特征在于，该闪烁晶体阵列为侧面照射式闪烁晶体阵列或者是正面照射式闪烁晶体阵列。11.一种加马光子侦测方法，其特征在于，包括下列步骤：提供一加马光子侦检装置，其具有多个侦测探头以及与该多个侦测探头电性连接的一信号处理电路，每一个侦测探头具有多层闪烁晶体侦检器，每一层闪烁晶体侦检器沿着对应的侦测探头的轴向排列，相邻层闪烁晶体侦检器具有一距离；该多个侦测探头侦测一目标物所产生的加马光子；在一期间撷取侦测探头的电信号，其中该期间由一第一时间段以及一第二时间段组成；取得关于该第一时间段中每一个侦测探头所产生的电信号，并对每一个侦测探头所具有的多层闪烁晶体侦检器所产生的电信号进行第一时讯符合演算，以得到对应多个侦测探头的...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹美龄，洪志宏，
申请(专利权)人：长庚医疗财团法人林口长庚纪念医院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71