可变换伽马相机制造技术

描述了一种伽马相机、一种系统和一种方法，其中大伽马相机可以被细分为两个或更多个较小的伽马相机，每个相机独立地定位用于SPECT数据采集。这些可变换伽马相机可以更有效地使用伽马光子探测器区域。半导体伽马探测器平铺阵列特别适合于这种变换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可变换伽马相机专利技术人：詹姆斯·W·哈格(马尔斯，宾夕法尼亚)相关申请的交叉引用本申请要求2016年8月8日提交的题为“TransformableGammaCameras”的编号为62/372,007的美国临时专利申请的优先权和权益，其主题整体以引用方式并入本文中。
一般而言，本专利技术所解决的主要应用是伽马相机，特别是核医学(又名“分子成像”)，其在注射放射性同位素标记的示踪剂(分子成像剂)后采用单光子发射计算机断层扫描(SPECT)。发射的伽马光子由伽马相机或优选地多个伽马相机成像。在单光子发射的情况下(如在SPECT中)，准直器(平行孔、聚焦或多针孔)整合到伽马相机。还可以使用康普顿散射探测器(也称为“电子准直”)，诸如多个Si位置敏感探测器，其中每个伽马相机探测康普顿散射事件并通过3D重建形成图像。在伽马相机的其它应用中，诸如监测粒子束辐射疗法、放射源的安全探测或伽马光子源的天文映射，可以采用编码孔径准直和平面伽马光子成像。这些示例只是说明性的；本专利技术适用于伽马相机的所有应用。本专利技术提供了基于像素化探测器的伽马相机和基于像素化探测器的伽马相机系统的实际设计。特别地，本专利技术可以有利地应用于由像素化半导体直接转换CZT(CdZnTe)伽马探测器构建的伽马相机。
技术介绍
伽马相机，先前也称为闪烁相机或安格相机，已经被用于通过通常称为闪烁扫描术的技术对伽马光子发射进行成像。伽马相机被应用于核医学成像中以观察身体的图像，所述身体包含医学注射、吸入或摄入的放射性药物，所述放射性药物发射伽马光子。伽马相机还可用于安全或天文应用，以探测和成像由放射源或天体物理源产生的伽马光子。哈尔·安格于1957年开发出第一台伽马相机，其设计的变型至今仍被广泛使用。典型的闪烁伽马相机包括密封容器中的大扁平矩形晶体(通常约54cm×40cm×1cm)的铊掺杂碘化钠，标记为NaI(Tl)，密封容器防止湿气和可见光到达晶体。一面有透明玻璃窗或光导。当伽马光子撞击晶体时，晶体闪烁并且闪烁光可以通过玻璃窗逸出，在玻璃窗处光学耦合光探测器阵列(诸如真空光电倍增管(PMT)或硅光电倍增管)通常通过光学凝胶耦合。NaI晶体中伽马光子相互作用的位置由探测闪烁光的多个PMT的电压响应的重心型加权确定。伽马相机通常与准直器耦合(例如：平行孔、聚焦、多针孔或编码孔径)，所述准直器用作用于形成平面投影图像的透镜。在用于核医学的SPECT中，通过以下操作来形成3D图像：将伽马相机移动到患者周围的多个不同角度位置，在每个位置获取平面投影，然后使用各种技术(诸如滤波反投影或迭代最大似然估计重建)重建伽马发射源分布的3D图像。商业SPECT系统通常包括两个闪烁体(通常为NaI)伽马相机，所述两个闪烁体安装在机架上，患者台位于缓慢旋转的伽马相机之间。本专利技术解决了当前商业解决方案和现有专利的若干局限性。特别是，伽马相机中使用的基本技术自1957年以来没有发生实质变化，只是计算机提高了数据采集和图像重建的效率。现有技术系统的一个重要问题是它们通常被设计为“通用”SPECT系统，其中已经做出许多妥协以适应不同的临床应用，诸如骨、脑部、心脏或乳房成像。市场上有专用的心脏SPECT系统，以及专用的平面乳房伽马成像系统，并且已经设计了脑部SPECT系统。本专利技术涉及引入排列为伽马相机的像素化伽马探测器。举例说明，将参考像素化半导体镉锌碲化物(CZT)探测器，但类似的考虑适用于其它半导体伽马探测器，诸如碲化镉(CdTe)和汞化合物(HgI)，或像素化闪烁体探测器。与单片闪烁体和PMT现有技术相比，这些像素化半导体探测器具有许多性能优势，但是它们还具有比近60年的现有技术更高成本的缺点。本专利技术提出了通过使像素化半导体伽马相机能够适应和变换成用于各种临床应用的更优化的几何形状来增加像素化半导体伽马相机的临床效用和效率的方法。作为示例，我们将讨论可变换CZT伽马相机的优选实施例，可变换CZT伽马相机包括我们设计和测试的模块化像素化CZT探测器阵列(称为D-MatrixTM)。图1中示出了基本模块，基本模块包括2×2阵列形式的四个CZT伽马模块(GM)21，2×2阵列包括一个聚合器模块(AM)20。每个AM20是4.4厘米的方形并且提供数字信号输出，所述数字信号输出包括2D位置(模块和像素编号或者优选地x和y)和每个伽马光子探测事件的能量。可选地，还可以通过读取阴极信号以及像素化的阳极信号来提供3D位置，所述3D位置包括CZT晶体中的相互作用深度。本领域技术人员将理解，AM20包括ASIC(专用集成电路)、ADC(模数转换器)和FPGA(现场可编程门阵列)以及支持电子器件。下面的表1包含每个CZT伽马探测器聚合器模块20的基本特性。表1.D-MatrixTMCZT伽马探测器聚合器模块(AM)20的特征，如图1中所示。作为另一示例，我们将讨论伽马相机22，如图2所描绘的，伽马相机22包括以与通用SPECT系统兼容的尺寸排列的D-MatrixTM聚合器模块20。在图示中，在12列中的每一列中排列9个AM20，每列长39.6厘米，宽4.4厘米。12个相邻的列包括52.8cm宽的相机。因此，总共有9×12＝108个AM20，以及4×108＝432个GM21。由于每个GM21具有121个像素，所以图2中的通用伽马相机22具有52,272个像素，每个是2mm的方形。与闪烁体伽马相机相比，CZT伽马相机的一些优点可以在下面的表2中看到。表2.典型的闪烁体伽马相机与包括D-MatrixTMCZT探测器聚合器模块(AM)阵列20的CZT伽马相机的比较。表2示出了CZT探测器可以排列成类似于典型商用伽马相机的相机尺寸(大多数是约轴向40cm×横轴54cm)。选择5mm厚的CZT以提供与典型的0.95cm(3/8”)厚NaI闪烁体类似的阻止本领。该厚度适用于最常见的医用同位素，诸如Tc-99m(140keV)、Tl-201(70keV)、Xe-133(81keV)、Ga-67(90keV)和I-123(159keV)。将CZT厚度增加到1.0cm将提高阻止本领，从而提高针对较高能量医用同位素的探测效率，较高能量医用同位素诸如In-111(171和245keV)和I-131(364keV)，尽管效率较低但可以用5mm厚的CZT探测到它们。CZT伽马相机22的固有空间分辨率比典型的闪烁体伽马相机好大约1.7倍，从而相同探测器区域中的像素是典型的闪烁体伽马相机的2.7倍。此外，与闪烁相机相比，像素化CZT伽马相机无死边缘，闪烁相机具有约为PMT直径的一半的不可用(“死”)边缘，在所述死边缘中安格位置确定是无效的。因此，边缘必须被遮蔽并且不用于成像。此外，闪烁伽马相机具有不均匀的性能，其中中心视野CFOV的性能明显优于外围(“有用”)视野UFOV。在CZT伽马相机中，性能在整个表面上是均匀的，因此CFOV和UFOV性能相同。此外，CZT像素是方形的且不重叠(除了少量的电荷共享)，而闪烁体像素是高斯的，相邻像素有相当大的重叠。最后，能量分辨率通常好2.4倍或更多倍，从而更好地区分模糊SPECT图像的散射伽马光子。平铺阵列半导体伽马相机提供的另一个优点是它们可以有利地部署为稀疏填充的探测器阵列，如201本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种伽马相机系统，包括：支架，由所述支架支撑的可旋转机架，以及可变换伽马相机，所述可变换伽马相机通过机械支撑件连接到所述可旋转机架上并且包括：伽马探测器平铺阵列和准直器，所述可变换伽马相机被配置成细分为多个细分伽马相机，每个细分伽马相机包括所述伽马探测器平铺阵列的子集和所述准直器的子集。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.08 US 62/372,0071.一种伽马相机系统，包括：支架，由所述支架支撑的可旋转机架，以及可变换伽马相机，所述可变换伽马相机通过机械支撑件连接到所述可旋转机架上并且包括：伽马探测器平铺阵列和准直器，所述可变换伽马相机被配置成细分为多个细分伽马相机，每个细分伽马相机包括所述伽马探测器平铺阵列的子集和所述准直器的子集。2.根据权利要求1所述的可变换伽马相机，其中所述伽马探测器平铺阵列包括以下中的至少一个：平板和弯曲板。3.根据权利要求1所述的可变换伽马相机，其中所述伽马探测器平铺阵列包括以下中的至少一个：带有光耦合光探测器的闪烁体，以及半导体直接转换探测器。4.根据权利要求1所述的可变换伽马相机，其中所述伽马探测器平铺阵列包括稀疏填充的伽马探测器平铺阵列。5.根据权利要求1所述的可变换伽马相机，其中所述机械支撑件被配置成定位所述可变换伽马相机或所述多个细分伽马相机。6.根据权利要求1所述的可变换伽马相机，其中所述多个细分伽马相机能够被独立定位用于头部、心脏或乳房成像。7.根据权利要求6所述的可变换伽马相机，其中能够被独立定位用于乳房成像的所述多个细分伽马相机被配置用于在所述多个细分伽马相机之间对乳房进行轻微压缩。8.根据权利要求1所述的可变换伽马相机，其中所述机械支撑件中的至少一个被配置成围绕所述细分伽马相机中的至少一个细分伽马相机的机械支撑轴旋转。9.一种可变换伽马相机，包括：伽马探测器平铺阵列和准直器，所述可变换伽马相机被配置成细分为多个细分伽马相机，每个细分伽马相机包括所述伽马探测器平铺阵列的子集和所述准直器的子集。10.根据权利要求9所述的可变换伽马相机，其中所述伽马探测器平...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·W·哈格，
申请(专利权)人：克罗梅克集团公开有限责任公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB