CN103800023B - 一种基于连续晶体的双平板成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于连续晶体的双平板成像装置，包括两个探测模块，所述探测模块包括连续晶体、光电转换部件和阵列读出电子学系统，所述光电转换部件邻接于所述连续晶体，所述阵列读出电子学系统与所述光电转换部件相连。本发明采用双平板结构，而且本发明探测模块采用连续晶体，有效的解决了深度效应，并且不存在探测死区，有利于提高探测效率和探测灵敏度，从而提高成像的精度和可靠性。

Description

一种基于连续晶体的双平板成像装置

技术领域

本发明涉及分子成像领域，具体涉及双平板成像装置。

背景技术

核医学影像技术可以通过图像的方式反映人体内组织器官的代谢特征，通过对这些代谢特征的分析可以对肿瘤、心血管疾病、神经系统疾病等一系列重大疾病进行早期诊断，是医学影像的重要部分，具有广阔前景。

在肿瘤疾病诊断方面，基于X射线或超声的诊断技术和方法在诊断中发挥了重要作用，显著提高了诊断和治疗效果。但这些方法都基于结构病变的影像诊断，在癌变类型及分期、定性等方面效果较差，对软组织成像时图像质量也难以满足早期诊断要求。MRI软组织成像可以获得较好的对比度效果，但成像特异性较低，容易造成漏诊、误诊。生物医学研究表明，人体器官远在发生结构病变之前其功能上已经发生了病变，基于正电子发射断层成像的分子影像诊断设备可以对代谢功能变化进行成像，因此可以更早期的对肿瘤疾病进行诊断，进一步改善诊断和治疗效果。

目前用于肿瘤疾病诊断的PET（功能代谢显像）成像设备主要包括多边形结构和双平板结构。多边形结构探测角度较多，不需要对探测器进行运动控制，但应用场景比较固定，不够灵活，成本也相对较高。双平板结构可以控制两个平板之间的距离，并可以旋转采集不同角度，成像方式灵活多变，应用场景也更为广泛。但在探测器面积相对较大，距离相对较近时，因此会有明显的深度效应（DOI），深度效应使测得的符合响应线（LOR）偏离正负电子湮灭位置，最终导致重建图像质量下降。

用于PET成像设备的闪烁体探测器的晶体组织形式包括晶体条阵列和连续晶体。晶体条阵列可以比较方便的得到入射γ光子的平面位置，并且读出电路和定位算法相对简单，但无法给出入射γ光子的深度信息，空间分辨率也受限于晶体条的尺寸，存在探测死区。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的为提供一种高分辨率的成像装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于连续晶体的双平板成像装置，包括两个探测模块，所述探测模块包括连续晶体、光电转换部件和阵列读出电子学系统，所述光电转换部件邻接于所述连续晶体，所述阵列读出电子学系统与所述光电转换部件相连。

进一步，所述连续晶体四个侧面和上表面涂有吸光材料。

进一步，所述连续晶体与所述光电转换部件通过光导或光学油脂直接耦合连接。

进一步，所述阵列读出电子学系统为多路读出。

进一步，还包括符合板和上位机数据处理系统，所述两个探测模块均通过所述符合板连接到所述上位机数据处理系统，所述符合板判断两所述探测模块采集的两γ光子信号是否在同一时刻发生，如是则将两信号发送到所述上位机数据处理系统。

进一步，所述上位机数据处理系统或所述阵列读出电子学系统中包括位置拟合单元，所述光电转换部件包括阵列排布的多个探测单元，所述位置拟合单元根据所述各探测单元的探测强度分布I(m,n)，拟合得出外界放射源射入的γ光子与所述连续晶体的作用位置s(x,y,z)，其中m和n为探测单元的位置编号。

进一步，所述位置拟合单元采用立体角模型，所述光电转换部件中第（m,n）个探测单元对点光源位置s（x,y,z）所张立体角具体为：

$\widetilde{\mathrm{\Ω}}=\frac{w\·h\·z}{{({(x-(m+0.5)\·w)}^2+{(y-(n+0.5)\·h)}^2+z^2)}^{3/2}.}$

其中，为第（m,n）个探测单元对点光源位置s（x,y,z）所张立体角；

w为每个探测单元的宽度；

h为每个探测单元的高度；

x、y、z为所述γ光子与连续晶体的作用位置。

进一步，采用立体角模型对γ光子与连续晶体的作用位置进行拟合，并在拟合模型中引入归一化因子A，且

本发明与现有技术相比，本发明采用双平板结构，而且本发明探测模块采用连续晶体，有效的解决了深度效应，并且不存在探测死区，有利于提高探测效率和探测灵敏度，从而提高成像的精度和可靠性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的成像装置的结构示意图；

图2为本发明的成像装置中第一实施例的光导连接示意图；

图3为本发明的成像装置中第二实施例的光学油脂耦合示意图；

图4为本发明的成像装置中探测单元对点光源响应示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

如图1和图2所示，本发明的成像装置包括两个探测模块1，两个探测模块1均通过一符合板2连接到上位机数据处理系统3。探测模块1可调整地固定在一机械装置（图中未示出）中，包括依次相连的连续晶体11、光电转换部件12和阵列读出电子学系统13。

连续晶体11四个侧面和上表面涂有吸光材料，对下表面采用抛光处理，连续晶体11将511keV的γ光子转换为闪烁光。晶体类型可选择LYSO，也可以是BGO、LSO、LuAP、LFS、GSO、GYSO、NaI（Tl）、CsI（Tl）和LaBr3等；晶体形状可选择长方体，也可以是棱台等几何形状；晶体表面处理方式也可以采用抛光处理，吸光处理，漫反射处理等，不同的表面处理方式选择的拟合模型也不同。

光电转换部件12将连续晶体产生的闪烁光转换为电信号，得到闪烁光强度在连续晶体下表面的二维分布情况。光电转换部件12可以是方形光电倍增管，标准圆形光电倍增管，多通道光电倍增管，位置灵敏型光电倍增管，基于微通道板的光电倍增管，雪崩光电二极管阵列等。

在连续晶体11、光电转换部件12之间采用光传输介质14进行连接。该光传输介质14可以是如图2所示的光导141连接，也可以用如图3所示的光学油脂142耦合。光导141可选用光纤材料，具体可选自玻璃、石英、聚苯乙烯、丙烯酸、聚乙烯甲苯或保持在小直径特氟龙管内的液芯光导等。

阵列读出电子学系统13包括信号放大成型、数字化和网络传输模块，将光电转换部件12发出的电信号进行放大成型和数字化，通过网络传输模块将数据发到符合板2。

符合板2判断两探测模块1发送来的两γ光子信号是否在同一时刻发生，如是则将两信号发送到上位机数据处理系统3进行解析；如否认为两个信号不是来自同一个事例，从而舍弃。

上位机数据处理系统3或阵列读出电子学系统13中包括位置拟合单元，根据光电转换部件中各探测单元的探测强度分布I(m,n)以及立体角分布模型，拟合得出γ光子与连续晶体的作用位置s(x,y,z)。拟合公式为：

$(m,n|x,y,z,A)=A\·\widetilde{\mathrm{\Ω}}\frac{A\·w\·h\·z}{{({(x-(m+0.5)\·w)}^2+{(y-(n+0.5)\·h)}^2+z^2)}^{3/2}}$

其中，m、n为自变量，I为因变量，x、y、z、A为要拟合的参数。

为第（m,n）个探测单元对点光源位置s（x,y,z）所张立体角；

w为每个探测单元的宽度；

h为每个探测单元的高度；

x、y、z为γ光子与连续晶体的作用位置；

A为归一化因子。

光电转换部件12中第（m,n）个探测单元的探测强度为归一化因子与探测单元对点光源位置所张立体角的乘积。

本发明的技术方案已由优选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于连续晶体的双平板成像装置，其特征在于，包括两个探测模块、符合板和上位机数据处理系统，所述探测模块包括连续晶体、光电转换部件和阵列读出电子学系统，所述光电转换部件邻接于所述连续晶体，所述阵列读出电子学系统与所述光电转换部件相连，所述两个探测模块均通过所述符合板连接到所述上位机数据处理系统，所述符合板判断两所述探测模块采集的两γ光子信号是否在同一时刻发生，如是则将两信号发送到所述上位机数据处理系统，所述上位机数据处理系统或所述阵列读出电子学系统中包括位置拟合单元，所述光电转换部件包括阵列排布的多个探测单元，所述位置拟合单元根据所述各探测单元的探测强度分布I(m，n)，拟合得出外界放射源射入的γ光子与所述连续晶体的作用位置s(x，y，z)，其中m和n为探测单元的位置编号，所述位置拟合单元采用立体角模型，所述光电转换部件中第(m，n)个探测单元对点光源位置s(x，y，z)所张立体角具体为：

$\widetilde{\mathrm{\Ω}}=\frac{w\·h\·z}{{({(x-(m+0.5)\·w)}^2+{(y-(n+0.5)\·h)}^2+z^2)}^{3/2}}.$

其中，为第(m，n)个探测单元对点光源位置s(x，y，z)所张立体角；

w为每个探测单元的宽度；

h为每个探测单元的高度；

x、y、z为所述γ光子与连续晶体的作用位置。

2.如权利要求1所述的基于连续晶体的双平板成像装置，其特征在于，所述连续晶体四个侧面和上表面涂有吸光材料。

3.如权利要求1所述的基于连续晶体的双平板成像装置，其特征在于，所述连续晶体与所述光电转换部件通过光导或光学油脂直接耦合连接。

4.如权利要求1所述的基于连续晶体的双平板成像装置，其特征在于，所述阵列读出电子学系统为多路读出。

5.如权利要求1所述的基于连续晶体的双平板成像装置，其特征在于，采用立体角模型对γ光子与连续晶体的作用位置进行拟合，并在拟合模型中引入归一化因子A，且。