用於核醫療的多罩體探測器的製作方法

2023-05-03 13:41:06 1

專利名稱：：用於核醫療的多罩體探測器的製作方法用於核醫療的多罩體探測器本發明涉及診斷成像系統和方法。它具有結合單光子^t計算機斷層攝影系統(SPECT)的特殊應用，且將特別參考SPECT其進行描述。可以理解，本發明也可以應用於其它成像系統，諸如正電子發射X射線層析照相術(PET)等。核醫療成像利用輻射源來對患者進行成像。典型地，放射性藥物被注入患者體內。放射性藥物混合物包含有方婦寸性同位素，其在預知速率和特徵能量下進行伽馬射線衰變。一個或多個輻射探測器被放置在患者附近以監視和記錄發射出來的輻射。有昧探測器圍繞患者旋轉或指示以監視從多個方向鄉出來的輻射。基於諸如探測到的位置和能量割言息，確定人體內的方謝性藥物的分布和重構分布的影像，以研究循環系統、選定器官或組織的放射性藥物吸收，等等。典型地，在SPECT成像中，準直器放置在探測器前面以控制腐射方向和角展度，其中探測器各元件可從所述交展度接收輻射展開。準直器典型地包括彼此平行設置的板或隔片。然而，這種準直器引入個別探測器元件或象素的盲區。在將諸如In-lll、Ga"67或I-131等產生高能光子的放射性藥物用於成像時，這個問題尤其突出。高能光子需要較厚的隔板以有效提供理論上的平行準直。一種解決方案是i頓針L準直器。典型地，放置針孔準直器使之與待檢查的對象和探測器之間都存在一定距離，例如非常MIW(fieldofview)。針孔功能，其類似於原始的針孔照相機，用起來象透鏡一樣，將齡4鵬"聚焦"在探測器上。靠近視野放置的這種針孔具有相對大的張角以覆蓋^t視野。少量的針孔和大的張角，結合對於非垂直探測器幾何結構來說探測器效率與COS3e有關，其導劍氏的平均效氛可以解釋為什麼具剤氐的系統效率。在針孔數量較大的情況下，要將針孔圓柱體放置成更遠離視野，且探測器面積變大了。如果針孔圓柱體與視野(FOV)中心之間的距離大於FOV自身的半徑，可以實現多憤孔的圓柱形結構。隨著針孔數量的增加，系統效率也得到增加，但是探測器的周長和整體面積也顯著增加，這是費錢的。本發明提供一種新的^爐的成像裝置和方法，其克服了前述的問題和其它方面。根據本發明的一個方面，公開了一種成像系統。至少一個輻射探測器單元設置在視野附近以探測和測量來自視野的輻射。探測器單元包括多個探測模塊。*探觀帳塊探測來自視野預定區域的轄射，其中針區域為，鵬的一部分。一個或多個針孔與該探測器單元相關聯。每個針L接收來自，鵬預定區域的輻射，並將輻射傳送給一個或多個相關的探測模塊。根據另一個方面，公開了一種成像方法。用多個探測模±姊探測來自設置在視野內對象的穿過一個或多個針孔的竊射，每個探測模塊探測來自視野預定區域的輻射，其中齡區域為Mif的一部分。根據又一個方面，公幵了一種診斷成像裝置。臺架組件在圍繞視野的多個坐標上支撐至少一個探測器單元。每個探測器單元包括多個二維探測器模塊和限定出一個或多個孔的準直器板。孑L的數量等於或小於探測器模塊的數量。探測器模塊相對於準直器板設置，以使每個探測器接收穿過單個孔且僅來自視野的一部分的輔射。重構處理器將來自探測器模塊的信號重構成圖，示。本發明的一個優點在於增加系統效率。另一個優點在於對大IW進Wfi:場成像。又一^;點在於維，測器面積。基於閱讀和理解下面，實施例的詳細說明，對本領域普通技術人員而言本發明的其它優點和好處將是顯而易見的。本發明可以以各種零件和割牛排列，以及各種步驟和步驟排列來成形。附圖僅用於說明伏選實施例，且不被解釋為對本發明的限制。圖l是成像系統的示意圖2A是探測頭和針L準直器的一種排列的示意圖2B是探測頭和針孔準直器的另一種排列的示意圖；圖3A示意性地示出了單針L準直器的幾何結構；以及圖3B示意性地示出了三L針孔準直器的幾何結構。參見圖1，核成像系統10典型地包括支撐旋轉臺架14的固定臺架12。各自包括多個探測頭或攝像機18的一個或多個探測器單元16由旋轉臺架14承載用以探測從感興趣區JM^查區域或冬鵬(FOV)20中發出的輻射事件。探測單元16通常圍繞視野20沿圓周設置。典型地，成像對象被注入一種或多種方謝性藥物^^文射性同位素，且被放置於由躺椅28支撐的檢査區域20中。這種同位素的一些實例包括Tc-99m，I-131，Ga-67和In-111。存在於對象內的放射性藥物產生^象發射的輻射。探測單元16探測輻射，這些探測單元可以圍繞檢查區域20被角度地指示或旋轉，以在一個或多個選定投影方向上收集投影發射數據。投影發射數據，例如坐標(x，y)、能量(z)和圍繞檢査區域20的測單元16的角坐標(8)(例如，可從角坐標解算器30中獲得)，存儲在數據存儲器32中。重構處理器36處理來自存儲器32的事件和探測器方位數據，將其轉換為體積圖像表示。該圖像表示存儲在圖像存儲器38中供視頻處理器40處理並顯示在諸如視頻監視器、印表機等圖像顯示器42上。繼續參見圖l，並進一步參見圖2A和2B，各探測器單元16的探測頭18設置在大致為半球形或圓柱形的表面上。這種探測頭優選是較小的，例如有約為20X20cm的有效面積。*探測頭18包括探測元件或探測器44的二維陣列，探測元件或探測器44諸如閃爍體戱敏元件，如光電培增管、光電二極體等。也可預想到是諸如CZT元件這樣的直接的光-電轉換器。每個探測頭18包括用於將各輻射響應轉換成指示雜探測器表面上的坐標(x，y)和其能量(z)的數位訊號的電路46。事件在探測器44上的坐標是在具有標稱的X和Y坐標的二維(2D)笛卡爾坐標系中被解算和/或確定的。然而，可以預想到，還可以j頓其它坐標系。在織測器單元16中，準直器48控制探測器44各元件可接收輻射的方向和角展度，即，探測器44僅可沿著己知光線接收輻射。因此，探測器44i^t輻射進行探測的確定坐標、探測單元16中探測器的位置以及探觀憚元的角坐標限定出標稱(nominal)光線，其中各輻射事件沿著該光線發生。如下面所討論的那樣，在一個實施例中，準直器48採用針孔準直。在另一個實施例中，準直器48採用狹條狀狹縫或扇狀狹縫準直，其中軸向針孔寬度的狹縫具有橫向於軸向方向Z的準直器狹條。狹條狀狹縫和扇狀狹縫準直技術是在本領域公知的。S測器單元16的準直器48包括一個或多個針孔52。在一個實施例中，針孔52為實際的針孔，且提供了真正的3D針L準直。在另一個實施例中，針孔52為狹縫，且提供了在橫向於軸向方向Z的方向上的針孔準直。在軸向方向Z上，準直為狹條狀準直，例如針孔狹縫在Z方向上延伸且狹條沿圓周延伸。可以通過本領域公知的狹條或扇狀光束準直來提供額外的準直。在一個實施例中，探測器單元16的單環在可旋轉臺架14上旋轉。在針孔的實施例中，探測器44沿著分段連續的弧方爐，例如圖2A中所示的三個探測器。在狹縫在軸向上長於探測器44的針孔狹縫的實施例中，相應的多個探測著分段連續的圓柱體軸向設置。在真正的針孔準直器中，探測器可沿著分段連續的半球形部分放置，例如其在軸向和橫向方向上都具有如圖2A中所示的橫截面。可以選定針孔52的尺寸和視野與探測器之間的幾何結構，以限定出較小的視角l，例如小於40度。在一個實施例中，針孔與視野中心的距離d和攝像機與Mif中心的距離dl之間的比例等於或大於2/3。具有探測器單元16的準直器48被移離視野20的中心54且更接近探測頭18，以改善探測器單元16的效率。繼續參見圖2A，所示的探測器單元16的攝相機18與單個針孔52相關聯。視野20被分割成相等的橫切部分20p202、203，從而使得各攝像機18觀察到冬鵬20的相等受限部分。在圖2A所示出的示例性實施例中，三個攝像機18中的每一個觀察卑鵬的1/3。如果在半球形表面上的探測器單元16中裝配有9個攝像機，那麼每個攝像柳見察到視野的1/9。這樣避免了小的入射角，並得到如下面討論那樣的增強的系統效率。再次參見圖2B，探測器單元16的於示出的攝像機18與單憤孔52,、522、523相關聯。選定針孔之間的距離，使得各針孔52,、522、523觀察到與圖2A相同的，lif，例如視野20的1/3。如下面結合圖3A進行討論的那樣，限定有針孔的結構的有效厚度趨向於使由側向的攝像機所看到的有效針孔要比由中間的攝像機戶膽至啲有效針孔小。圖2B中的各攝像機18具有相同的空間解析度。地，屏蔽或艦板56安置於針孔52,、522、523之間，以將輻射引入合適的針孔並防止由"正確的"針孔傳送的輻射到達不相關聯的探測頭。當然，可以預想到，可以使用其它數量的針孔，諸如例如兩個針孔。參見下面的表1，計算了三種不同的多針孔幾何結構的參數。為了計算的簡化，針L^:幾何結構僅在Z方向上得到計算，類似於應用在如上討論的狹條狀狹縫和扇狀狹縫準直概念中的幾何結構。這些實例中的視野具有100mm的直徑，且由8、12或16個針孔進行成像。針孔與FOV中心的距離d分別等於60、70或80mm。如上所述，在傳統祁媳中，在4頓大探測器的系統裡，針孔被放置在FOV附近(d=60mm)，因此針孔的張角a^必須較大(113度)以覆蓋齡FOV。僅可沿圓周圍繞豐鵬體大約8個針孑L或可替換繊縫。圓柱體上的探測器數量較少和大的針孔張角導致低的平均效率，從而說明了關於非垂直的探測器結構的Cos3e相關性。因此，系統效率受到限制。假設在狹敘slat)狀狹織slit)幾何結構中，狹敘slat)的板厚為0.15mm，則該系統效率等於20.6cps細q。如表1所示，在針孔與FOV中心的距離d分別增加為70mm或80腿時，可以圍繞圓周設置12或16個針孔。系統效率分別增加到28.8cps/MBq和32.8cps/MBq。然而，為增加系統效率而付出的犧牲是探測器周長和探測器面積的顯著增加。表1的最後一行給出了關於採用12個三元組探測器單元16的系統的數據，其中齡探測器單元包括三個探測頭18。針孔52到糹鵬中心54的距離d等於60mm，針孔的張角a^較小，例如等於37.6度，且探測器周長保持較小，例如等於490mm。然而，系統效率增加到53.0cps/MBq。表ltableseeoriginaldocumentpage8參見圖3A和3B，準直器48包括沿軸向方向Z延伸的板60。板60由鎢或其它合適的材料製成。針孔52被加工成金或其它合適的材料的塊或圓盤62，以形成限定出針孔開口d2的相對針孔，64。具有針孔52的塊62安置在設於板60中的凹部(未示出)內。在一個實施例中，針孔圓盤62由定位環緊固，且在要求可變換L徑尺寸時可以被調換。針孔52的幵口或孔的物理尺寸d2優選地較小且取決於對對象進行成像所要獲得的空間解析度。在一個實施例中，針孔52的物理尺寸d2為大約lmm至大約7mm。當然，還可以預想到，針孔52的尺寸可以非常小，為0.2mm，從而以高解析度對非常小的對^^行成像。繼續參見圖3A和再次參見圖2A，單個針孔52具有這樣的幾何結構，其中針孔52的邊緣64在從皿視野20的第一皿子i2A側70和更^ifi^測頭的第二或光子離開側72被成形為漏鬥形狀或"V"形形狀，這限定了在狹縫準mA何結構中沿軸向方向Z延伸的第一和第二漏鬥。相對於圖3A中所示的中間攝像機，邊緣的逐漸縮減擴大了側向攝像機所觀察到的針孔有效尺寸。此外，與側向攝像機最靠近準直器的部分相比，側向攝像機最接近中心的區域看到了更大的有效針孔。再參見圖2B和3B,針孔結構74包括三個針孔52P522、523，其中各針孔52,、522、523與探測頭18相關聯。對金或其它材料的塊62進行加工以形成邊緣64和限定出每個針孔52,、522、523的相等孔(12。邊緣64可以環形地、三角形地或以任何其它合適形狀成形，以形成具有預定尺寸和幾何結構的孔d2。各板60包括成對的第一和第二部分80、82。將各對第一和第二部分80、82定位成彼此相互平行且正交於相關聯的針孔52P522、523。以這種方式，各相鄰對的第一和第二部分80、82彼此成角度地定位。各攝像機以與其相關聯的針孔的中心線為中心並垂直於該中心線設置。以這種方式，各攝像機通過具有同樣有效尺寸的孔觀察它那部分視野。此外，對於所有的攝像機而言，視野中心與攝像機之間的尺寸dl，和視野中心與針孔之間的距離d都是一樣的。因此，各攝像機具有同樣的解析度。可選擇地，攝像機具有不同的解析度或效率可能是有利地。例如，因為首要感興趣的區域經常是在視野中心的附近，因此對於某些應用來說，讓中間具有較高的解析度和/或效率可能是有利的。作為另一種替換方式，各攝像機可以觀察視野的不同且不等的部分。這些攝像機也可以以不同的冗餘度(degreeofredundancy)觀察FOV。例如，雙攝像機探測器單元中的各攝像機可以覆蓋FOV的2/3，其中FOV中心的那1/3部分被重複覆蓋。當然，也可以預想到每探測器單元含有其它數量的攝像機的情況。本發明已經參考優選實施例進行了描述。那些閱讀和理解了JlM詳細描述的人員顯然可以進行修改和改變。期望本發明被解釋成包括落在提交的權利要求書或其等同物的範圍內的所有那些修改或改變。權利要求1、一種成像系統(10)，包括至少一個輻射探測器單元(16)，設置在視野(20)附近以探測來自視野(20)的輻射，所述探測器單元(16)包括多個探測模塊(18)，每個探測模塊(18)探測來自視野(20)預定區域的輻射，每個區域為視野(20)的一部分，以及一個或多個針孔(52)，與探測器單元(16)相關聯，其中每個針孔(52)接收來自視野(20)預定區域的輻射，並將輻射導入一個或多個相關聯的探測模塊(18)。2、如權利要求1所述的系統，其中針孔與IW中心的距離(d)和探測頭與Wf中心的距離(dl)之間的比例等於或大於2/3。3、如權利要求2所述的系統，其中針孔(52)的張角(a^)等於或小於約40度。4、如權利要求l所述的系統，其中視野(20)被分割成多個區域(20,，2(^,203)，且*探測模塊(18)探測來自所述相等區域中不同一個的輻射。5、如權利要求4所述的系統，其中*探測模塊(18)3!31相同針孔(52)探測來自與其相關聯區域的輻射。6、如權禾腰求4所述的系統，其中所述區鵬本上相等。7、如權利要求6所述的系統，其中每個針孔(52)限定在形成兩個相對漏鬥的邊緣之間，該兩個相對的漏鬥收斂成L(d2)。8、如權利要求4所述的系統，其中針探測模塊(18)通過不同針孔(52,，522，523)探測來自其豐鵬的輻射。9、如權利要求8所述的系統，其中*探測模塊(18)具有相等的空間彌率。10、如權利要求8所述的系統，其中所述區域部分地重疊。11、如權利要求l所述的系統，其中所述針孔(52)為沿軸向方向延伸的狹縫。12、如權利要求1所述的系統，其中齡探測模塊(18)是二維的平板探測器，所述擺則模塊設置在分段連續的圓柱形和半球形表面部分中的其中之一上。13、一種成像方法，包括用多個探測模塊(18)探測來自設置在，視野(20)內對象的穿過一個或多辨孔(52)的輻射，每個探測模塊(18)探測來自，視野(20)預定區域的輻射，每個區域為視野的一部分。14、如權利要求13所述的方法，其中針孔與視野中心的距離和探測頭與視野中心的距離之間的比例等於或大於2/3。15、如權利要求14所述的方法，其中針孔(52)的張角(afan)等於或小於約40度。16、如權利要求13所述的方法，其中每個探測模塊收穿過單一針孔(52)的輻射。17、如權利要求16所述的方法，其中所述區域基本上相等。18、如權利要求16所述的方法，其中所有的探測模塊收穿過相同針孔的輻射。19、一種診斷成像裝置，包括用於執行權利要求13的各個步驟的設備。20、一種診斷成像裝置，包括臺架組件(12，14)，其在圍繞視野(20)的多個坐標上支撐至少一個探測器單元(16)，探測器單元包括多個探測器陣列(18),和限定出多個孔(52)的準直器板(26)，孔的數量等於或小於探測器陣列的數量，所述探測器陣歹,對於準直器板體，以使每個探測器接收僅穿過所述孔之一且僅來自冬鵬的一部分(20,，202，203)的輻射；以及將來自探測器陣列的信號重構成影像的重構處理器(40)。全文摘要一種成像系統(10)包括至少一個輻射探測器單元(16)，設置在視野(20)附近以探測和測量來自視野(20)的輻射。所述探測器單元(16)包括多個探測模塊(18)，其中每個模塊探測來自視野(20)預定區域的輻射，每個區域為視野的一部分。一個或多個針孔(52)與探測器單元(16)相關聯。每個針孔(52)接收來自視野(20)預定區域的輻射且將輻射傳送到一個或多個相關聯的探測模塊(18)。文檔編號G01T1/164GK101176016SQ200680016417公開日2008年5月7日申請日期2006年5月1日優先權日2005年5月13日發明者A·戈迪克,H·K·維喬雷克,H·博特韋克,R·D·比普斯申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司