CN102008314A - 用于小动物成像的准直器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于小动物成像的准直器装置，包括扫描床，用于支撑及固定待测物体；运动控制平台，用于控制扫描床以预定扫描轨道运动；准直器，用于限定由待测物体各个断层发出的放射性射线的角度；成像探测器，用于接收由待测物体发射并通过准直器限定角度的放射性射线，并在成像探测器上形成待测物体的倒立放大的投影图像，采集待测物体各个断层的投影数据并进行断层重建获得待测物体的三维断层图像。本发明可以选用不同的针孔插件、准直器板，调节准直器到成像探测器的距离，设计扫描床的扫描运动轨道，从而具有高度的灵活性，可以实现高分辨率成像、高探测效率成像、大视野小动物成像等多种模式成像，同时兼具成像的高分辨率，低成本。
Description
技术领域
本发明涉及辐射探测成像技术领域，特别涉及一种用于小动物成像的准直器装置。
背景技术
ECT(Emission Computed Tomography，发射型计算机断层成像术)是一种利用放射性核素的检查方法。其中，ECT方法包括PET(Positron Emission Computed Tomography，正电子发射型计算机断层显像)和SPECT(Single-Photon Emission Computed Tomography，单光子发射计算机断层成像)。
其中，PET技术将放射性核素(如F18，碳11等)注入待测物体后，通过对于该物质在代谢中的聚集来反映生命代谢活动的情况，从而达到诊断的目的。临床SPECT成像是通过对由病人体内发射的伽马射线成像，得到病人体内的放射性药物分布的三维图像，从而反映病人功能、代谢、和生理学状况。
临床SPECT主要采用平行孔准直器，由于平行孔成像原理以及SPECT探测器固有分辨率的限制，其分辨率普遍在10mm左右。但是上述分辨率水平虽然可以提供较大的探测器面积，但是不适用于小动物成像。
为了适应小动物成像，进一步提高SPECT成像的分辨率，可以采用针孔成像的放大原理通过大的探测器面积来换取分辨率的提高，也可以采用具有高固有空间分辨率的专用小动物SPECT成像探测器。但是现有的专用小动物SPECT成像系统虽然专用性强且分辨率高，但是造价高昂并且灵活性差。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。特别提出一种用于小动物成像的准直器装置。该准直器装置适用于小动物的成像且灵活性强。
为实现上述目的，本发明的实施例提出了一种用于小动物成像的准直器装置，包括：扫描床，用于支撑及固定待测物体，所述待测物体内具有放射性药物；运动控制平台，所述运动控制平台与所述扫描床连接，其中所述扫描床固定于所述运动控制平台的旋转中心处，所述运动控制平台用于控制所述扫描床以预定扫描轨道运动；准直器，所述准直器位于待测物体与所述成像探测器之间，用于限定由所述待测物体各个断层发出的放射性射线的角度，所述准直器包括至少一个准直器板，所述准直器板上具有至少一个成像孔；成像探测器，用于接收由所述待测物体发射并通过所述准直器限定角度的放射性射线，并在所述成像探测器上形成所述待测物体的倒立放大的投影图像，采集所述待测物体各个断层的投影数据并进行断层重建获得所述待测物体的三维断层图像。
根据本发明实施例的用于小动物成像的准直器装置可以调节准直器到成像探测器的距离，设计扫描床的扫描运动轨道，调整准直器针孔的参数，从而具有高度的灵活性，同时兼具成像的高分辨率，成本低。
在本发明的一个实施例中，所述成像孔由开口向外的两个对立圆台孔构成，且所述两个圆台孔的锥顶张角相等。
在本发明的一个实施例中，所述成像孔的形状为刀形或船底形。
在本发明的一个实施例中，所述准直器进一步包括多个针孔插件，所述针孔插件可拆卸地嵌插于所述准直器板上的所述成像孔中，所述成像孔为台阶状。
在本发明的一个实施例中，所述每个针孔插件包括针孔部和屏蔽部，其中所述针孔部位于所述屏蔽部的下端，
所述针孔部为开口向外的两个对立圆台孔构成，且所述两个圆台孔的高度相等且锥顶张角相等，所述屏蔽部为圆环柱形结构，用于屏蔽待由待测物体发射出的放射性射线。
在本发明的一个实施例中，所述针孔部的形状为刀形或船底形。
在本发明的一个实施例中，所述屏蔽部的通孔的内径大于或等于所述针孔部的圆台孔的圆台底面直径。
在本发明的一个实施例中，所述不同针孔插件的针孔部的针孔孔径、针孔张角和圆台高度均不相同以及屏蔽部的高度不相同。
在本发明的一个实施例中，所述准直器为单块平板型准直器或者多边形准直器，所述多边形准直器为由多个单块平板型准直器构成。
在本发明的一个实施例中，所述准直器为环形准直器。
在本发明的一个实施例中，所述针孔插件和准直器板由金、钽、铂、钨或铅制成。
在本发明的一个实施例中，所述针孔插件和准直器板由相同金属制成。
在本发明的一个实施例中，所述运动控制平台控制所述扫描床和准直器进行单自由度的旋转运动、平移运动或多自由度运动。
在本发明的一个实施例中，所述准直器固定于所述成像探测器上。
在本发明的一个实施例中，进一步包括支撑部件，用于支撑位于所述支撑部件上方的扫描床和运动控制平台。
在本发明的一个实施例中，所述准直器与所述支撑部件相连，以与所述运动控制平台相对固定。
在本发明的一个实施例中，所述准直器与所述成像探测器的距离可调节。
根据本发明实施例的用于小动物的准直器装置具有高度的灵活性，表现在如下方面：
(1)针孔插件可根据不同的成像需要更换；
(2)准直器板可根据不同的成像需要更换；
(3)准直器到成像探测器的距离可根据成像需要调节；
(4)准直器可以为单平板、多边形平板或环形等结构。
(5)扫描床可根据成像需要进行多自由的运动，包括单自由度的旋转运动、以及三个正交方向的平移叠加旋转运动的多自由度运动。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的用于小动物成像的准直器装置的示意图；
图2为根据本发明的另一个实施例的用于小动物成像的准直器装置的示意图；
图3为根据本发明实施例的成像孔为刀形针孔的准直器的剖面图；
图4为根据本发明实施例的成像孔为船底形针孔的准直器的剖面图；
图5为根据本发明实施例的准直器板的成像孔与针孔插件装配的剖面图；
图6为根据本发明实施例的刀形针孔插件的剖面图；
图7为根据本发明实施例的船底形针孔插件的剖面图；
图8为根据本发明实施例的针孔插件的示意图；
图9为根据本发明实施例的嵌插有针孔插件的六边形准直器装置的剖面图；
图10为根据本发明实施例的嵌插有针孔插件的环形准直器装置的剖面图；以及
图11为根据本发明实施例的针孔插件与准直器板装配的示意图，
其中，SPECT系统-1，针孔插件-2，准直器板-3，待测物体-4，扫描床-5，运动控制平台-6，支撑部件-7，成像孔-9，准直器-10，成像探测器-11。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
下面参考图1描述本发明实施例的用于小动物成像的准直器装置。其中，本发明实施例提供的用于小动物成像的准直器装置可以用于临床SPECT(Single-Photon Emission Computed Tomography，单光子发射计算机断层成像)系统或PET(Positron Emission Computed Tomography，正电子发射型计算机断层显像)系统。
如图1所示，根据本发明实施例的用于小动物成像的准直器装置包括扫描床5，其中扫描床5可以支撑及固定具有放射性药物的待测物体4(如图1的小白鼠)其中，放射性药物可以放射出伽马光子；运动控制平台6，其中运动控制平台6与扫描床5连接，并且扫描床5固定在运动控制平台6的旋转中心处，运动控制平台6可以控制扫描床5以预定的扫描轨道运动，从而带动位于扫描床5上的待测物体4以预定的扫描轨道运动；准直器10，其中准直器10可以限定由待测物体4各个断层发出的放射性射线的角度；成像探测器11，可以接收来自待测物体4发射并通过准直器10限定角度的放射性射线，并在成像探测器11上形成待测物体4的倒立放大的投影图像，采集待测物体4各个断层的投影数据并进行断层重建获得待测物体的三维断层图像。在本发明的一个实施例中，成像探测器11可以为SPECT探测器或PET探测器。
在本发明的一个实施例中，运动控制平台6可以控制扫描床5进行单自由度的旋转运动、具有三个正交方向的平移运动、以及平移与旋转任意组合的多自由度运动。
在本发明的一个实施例中，根据本发明实施例的准直器装置进一步包括支撑部件7。其中，支撑部件7可以支撑位于其上方的运动控制平台6和扫描床5。在本发明的一个实施例中，支撑部件7可以为固定支架或者光学平板。如图1所示，准直器10通过支撑杆与支撑部件7连接，使得准直器10位于待测物体4和成像探测器11之间，从而与运动控制平台6相对固定。并且，支撑部件7要求一定的光学水平。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，准直器10通过支撑杆与成像探测器11连接，使得准直器10位于待测物体4和成像探测器11之间。并且准直器10与成像探测器11的距离为可调节的。由于准直器10通过支撑杆与成像探测器11连接，使得准直器10到待测物体4的距离固定不变。此时，当准直器10与成像探测器11的距离越大时，则SPECT系统的放大倍数越大，从而可以有效提高成像系统的空间分辨率。
准直器10包括至少一个准直器板3，在准直器板3上具有至少一个成像孔9。待测物体4放射出的放射性射线可以通过准直器板3上的成像孔9，在成像探测器11上形成待测物体4的倒立放大投影图像，成像探测器11采集待测物体4各个断层的投影数据并进行断层重建可以获得待测物体4的三维断层图像。
在本发明的一个实施例中，准直器10可以通过以下两种方式之一实现：
(1)准直器10的准直器板3上的成像孔9为可以形成待测物体4的倒立放大投影的针孔(如图3所示)，待测物体4发射出的放射性射线(如伽马射线)通过该成像孔9到达成像探测器11，以在成像探测器11上形成待测物体4的倒立放大投影图像；
(2)准直器10的准直器板3上的成像孔9可以为台阶状，通过针孔插件2装配在该台阶状的成像孔9中(如图4所示)使得待测物体4发射出的伽马射线通过针孔插件8到达成像探测器11，以在成像探测器11上形成待测物体4的倒立放大投影图像。
下面结合图3至图10描述根据本发明实施例的两种准直器。
第一实施例
如图3所示，准直器板3上的成像孔9由开口向外的两个对立圆台孔构成，并且上述两个圆台孔的锥顶张角相等。具体而言，第一圆台孔的锥顶张角α1和第二圆台孔的锥顶张角α2相等。在本发明的一个实施例中，成像孔9可以加工为刀形(如图3所示)或船底形(如图4所示)的针孔。成像孔9的针孔直径、圆台锥顶张角、圆台高度均可以根据成像要求进行加工。其中，在同一块准直板3上，各个成像孔9在准直器板3上的位置和倾角可以不同。
准直器10可以由一个或多个上述第一实施例中的准直器板3构成。
在本发明的一个实施例中，准直器10可以为由一个上述第一实施例中的准直器板3构成的单个平板型准直器，也可以为由多个上述第一实施例中的准直器板3构成的多边形准直器，即由多个单块平板型准直器构成的多边形准直器。
在本发明的一个实施例中，准直器板3可以为平板型(如图3所示)或环形。当准直器板3为环形时，准直器10为环形准直器。
在本发明的一个实施例中，准直器板3可以由金、钽、铂、钨或铅制成。
准直器板3上的成像孔9的数量可以根据成像探测器(如SPECT探测器)的固有分辨率和有效探测面积等因素，以及不同的成像要求包括高分辨率成像、高探测效率成像、大视野小动物成像等进行设置。成像孔9在准直器板3上的位置以及成像孔9与准直器板3的倾斜角度可以根据成像要求进行设置，进而在准直器板3上进行加工。
第二实施例
如图5所示，准直器板3上具有多个形状为台阶状的成像孔9，在每个成像孔9中可拆卸的嵌插有针孔插件2。其中，针孔插件2包括针孔部21和屏蔽部22，针孔部21位于屏蔽部22的下端。其中，针孔部21为开口向外的两个对立的圆台孔构成，并且两个圆台孔的高度相等且锥顶张角也相等。如图6所示，每个针孔部21的第一圆台孔的高度h1和第二圆台孔的高度h2相等，且第一圆台孔的锥顶张角α3和第二圆台孔α4相等。针孔部21可以准直来自待测物体4发出的放射性射线。屏蔽部22可以圆环柱形结构，用于屏蔽由待测物体(如小动物)4发射出并通过针孔部21后的放射性射线。其中屏蔽部22的高度越高，屏蔽效果越好。
在本发明的一个实施例中，屏蔽部22的通孔的内径D大于或等于针孔部21的圆台孔的圆台底面直径d。
在本发明的一个实施例中，针孔部21可以为刀形(如图6所示)或者船底形(如图7所示)。根据不同的成像要求，可以设计不同的针孔参数以设计制造相应的针孔插件。其中，针孔插件2的针孔参数包括针孔直径、圆台孔的锥顶张角、圆台孔的圆台高度、以及屏蔽的高度、屏蔽部通孔内径等参数，上述参数均可以根据成像需要进行设置。其中，针孔孔径越小则空间分辨越高。图8为针孔插件的立体示意图。
在本发明的一个实施例中，对于同一块准直器板3上的不同针孔插件2，针孔插件2的针孔部21的针孔孔径、针孔张角即针孔部的圆台孔的锥顶张角和针孔部的圆台高度均可以根据成像要求设计为相同或不同。并且不同针孔插件2的屏蔽部22的高度也可以根据成像要求设计为相同高度或不同高度。
准直器10可以由一个或多个上述第二实施例中的准直器板3构成。
在本发明的一个实施例中，准直器10可以为由一个上述第二实施例中的准直器板3构成的单个平板型准直器(如图5所示)，也可以为由多个上述第二实施例中的准直器板3构成的多边形准直器(如图9所示)，即由多个单块平板型准直器构成的多边形准直器。
在本发明的一个实施例中，准直器板3可以为平板型(如图5所示)或环形(如图10所示)。当准直器板3为环形时，准直器10为环形准直器。图11为第二实施例中的针孔插件2与准直器板3装配的示意图。
在本发明的一个实施例中，准直器板3和针孔插件2可以由金、钽、铂、钨或铅制成。并且，准直器板3和针孔插件2可以由相同的金属制成，例如，准直器板3和针孔插件2均由钨制成。当然本领域技术人员可以理解的是，准直器板3和针孔插件2也可以由不同的金属制成。
准直器板3上的成像孔9的数量可以根据成像探测器11(如SPECT探测器)的固有分辨率和有效探测面积等因素，以及不同的成像要求包括高分辨率成像、高探测效率成像、大视野小动物成像等进行设置。成像孔9在准直器板3上的位置以及成像孔9与准直器板3的倾斜角度可以根据成像要求进行设置，进而在准直器板3上进行加工。
本发明实施例的用于小动物成像的准直器装置，可用于高分辨率的待测物体成像(如小动物等)，并且具有高度灵活性，体现在以下几点：
(1)可以根据不同的成像需要选择平板型或者多边形或者环形准直器结构、更换不同参数的针孔插件、更换具有不同针孔位置和角度的准直器板；
(2)可以调节准直器到成像探测器的距离，设计扫描床的扫描运动轨道。
本发明实施例的用于小动物成像的准直器装置在实现高分辨率高灵活性的待测物体的SPECT成像的同时成本较低
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (17)
1.一种用于小动物成像的准直器装置，其特征在于，包括：
扫描床，用于支撑及固定待测物体，所述待测物体内具有放射性药物；
运动控制平台，所述运动控制平台与所述扫描床连接，其中所述扫描床固定于所述运动控制平台的旋转中心处，所述运动控制平台用于控制所述扫描床以预定扫描轨道运动；
准直器，所述准直器位于待测物体与所述成像探测器之间，用于限定由所述待测物体各个断层发出的放射性射线的角度，所述准直器包括至少一个准直器板，所述准直器板上具有至少一个成像孔；以及
成像探测器，用于接收由所述待测物体发射并通过所述准直器限定角度的放射性射线，并在所述成像探测器上形成所述待测物体的倒立放大的投影图像，采集所述待测物体各个断层的投影数据并进行断层重建获得所述待测物体的三维断层图像。
2.如权利要求1所述的准直器装置，其特征在于，所述成像孔由开口向外的两个对立圆台孔构成，且所述两个圆台孔的锥顶张角相等。
3.如权利要求2所述的准直器装置，其特征在于，所述成像孔的形状为刀形或船底形。
4.如权利要求1所述的准直器装置，其特征在于，所述准直器进一步包括多个针孔插件，所述针孔插件可拆卸地嵌插于所述准直器板上的成像孔中，所述成像孔为台阶状。
5.如权利要求4所述的准直器装置，其特征在于，所述每个针孔插件包括针孔部和屏蔽部，其中所述针孔部位于所述屏蔽部的下端，
所述针孔部为开口向外的两个对立圆台孔构成，且所述两个圆台孔的高度相等且锥顶张角相等，所述屏蔽部为圆环柱形结构，用于屏蔽待由待测物体发射出的放射性射线。
6.如权利要求5所述的准直器装置，其特征在于，所述针孔部的形状为刀形或船底形。
7.如权利要求5所述的准直器装置，其特征在于，所述屏蔽部的通孔的内径大于或等于所述针孔部的圆台孔的圆台底面直径。
8.如权利要求5的所述的准直器装置，其特征在于，所述不同针孔插件的针孔部的针孔孔径、针孔张角和圆台高度均不相同以及屏蔽部的高度不相同。
9.如权利要求1所述的准直器装置，其特征在于，所述准直器为单块平板型准直器或者多边形准直器，所述多边形准直器为由多个单块平板型准直器构成。
10.如权利要求1所述的准直器装置，其特征在于，所述准直器为环形准直器。
11.如权利要求1所述的准直器装置，其特征在于，所述针孔插件和准直器板由金、钽、铂、钨或铅制成。
12.如权利要求11所述的准直器装置，其特征在于，所述针孔插件和准直器板由相同金属制成。
13.如权利要求1所述的准直器装置，其特征在于，所述运动控制平台控制所述扫描床进行单自由度的旋转运动、平移运动或多自由度运动。
14.如权利要求1所述的准直器装置，其特征在于，所述准直器固定于所述成像探测器上。
15.如权利要求1所述的准直器装置，其特征在于，进一步包括支撑部件，用于支撑位于所述支撑部件上方的扫描床和运动控制平台。
16.如权利要求15所述的准直器装置，其特征在于，所述准直器与所述支撑部件相连，以与所述运动控制平台相对固定。
17.如权利要求16所述的准直器装置，其特征在于，所述准直器与所述成像探测器的距离可调节。
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