CN102178542B - 一种可变结构的正电子发射断层成像机架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变结构的正电子发射断层成像机架，能够多自由度地调整机架内的探测模块，该机架包括机架内环和/或机架固定环和/或机架外环，各模块轨道上的探测模块形成用于成像的探测环，探测模块能够在机架内环的圆形轨道上的模块轨道上实现径向移动、圆周运动和/或方向调整，用以构建多种尺寸和/或形状的探测环；能够在机架外环上的机械臂的作用下移动到其它模块轨道上，改变探测模块的顺序，以搭建具有多种不同性能的探测模块的探测环。整个探测环可以做圆周运动。该机架结构适应性强，可调整性高，是实现量体裁衣式、一机多能式、一机多用式的应用适应性的正电子发射断层成像仪器的关键技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种正电子发射断层成像机架，属于医学成像仪器领域。
背景技术
正电子发射断层成像（Positron Emission Tomography，以下简称PET）是一种尖端的核医学造影方法，通过探测活体内放射示踪分子的分布状态，无创、定量、动态地评估各器官/组织的代谢水平、生化反应、功能活动和灌注，PET成像仪在重大疾病的诊疗、病理学研究、药理学研究、药物开发等领域已体现出了巨大的应用价值（HaoPeng,Craig S.Levin,“Recent Developments in PET Instrumentation,”Current Pharmaceutical Biotechnology,vol.11,pp.555-571,2010）。
PET成像仪通过探测模块接收并沉积γ光子，将其转换为电信号进行信号处理，提取时间、位置、能量等相关信息，并传输这些信息进行图像处理获得被检测对象的活度分布图像。目前，PET系统仍然采用传统通用设计模式，每个探测模块性能基本一致、尺寸一致，并且，完全固定在机架上，不能够根据需要进行调整探测环形状或探测模块的性能构成，系统一旦搭建完成，机架在检测过程中固定不动，或以固定模式围绕固定中心进行旋转（Michael E.Phelps,PET Physics,Instrumentation,and Scanners,Springer,2006），灵活性明显不足，限制了其检测能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可变结构的正电子发射断层成像机架，该机架能够多自由度地调整机架内的探测模块，根据应用和用户的需要，调整探测模块的径向位置、圆周位置、方向和在探测环上的顺序，搭建具有多种尺寸和性能构成的圆形、类圆形、椭圆形、类椭圆形、矩形以及其它规则和不规则形状的探测环。
本发明提供的一种可变结构的正电子发射断层成像机架包括机架内环，机架内环固定不动。机架内环上有一圆形轨道，圆形轨道上安装有若干个模块轨道。模块轨道用于放置探测模块。在机架内环上工作的探测模块即构成探测环。探测模块可以通过模块轨道做径向移动、圆周运动和方向变换，用以构建多种尺寸和形状的探测环。
本发明提供的一种可变结构的正电子发射断层成像机架还可以采用如下结构，该结构与第一种结构不同的是：机架还包含机架固定环。机架内环和机架固定环对心安装在一起。机架固定环可以安装在机架内环内，亦可以安装在机架内环外。机架固定环固定不动。机架内环采用电机驱动，可相对机架固定环转动。机架内环上的装置均可以与第一种结构相同。相比第一种结构，在该结构下，探测环可以做周向运动。
本发明提供的一种可变结构的正电子发射断层成像机架还可以采用如下结构，该结构与第一种结构不同的是：机架还包含机架外环，机架内环和机架外环对心安装在一起。机架内环装在机架外环内。机架内环固定不动。机架外环采用电机驱动，可以相对机架内环转动。机架内环上的装置均可以与第一种结构相同。机架外环上安装有若干个机械臂。机械臂的大小可以不同。机械臂的数目和模块轨道的数目可以不同。在机械臂的作用下，探测模块能够从原有模块轨道中取出，通过机架外环的圆周运动，再放置到其它模块轨道中。相比第一种结构，在该结构下，可以对探测环上的各个探测模块进行重新排布。
本发明提供的一种可变结构的正电子发射断层成像机架还可以同时包括机架内环、机架固定环和机架外环。机架内环、机架固定环和机架外环对心安装在一起。机架内环安装在机架外环内，机架固定环可以安装在机架内环内，或安装在机架内环和机架外环之间，或安装在机架外环外面。机架固定环固定不动。机架内环和机架外环采用电机驱动，均可相对机架固定环转动。机架内环上的装置与第一种结构相同。机架外环上的装置与第三种结构相同。在该结构下，探测模块在内环上可以通过模块轨道做径向移动、圆周运动和方向变换，用以构建多种尺寸和形状的探测环；探测环可以做圆周运动；可以对探测环上的各个探测模块进行重新排布。
所述模块轨道按其轴线沿径向安装，可以装配传动装置，用于驱动探测模块沿该模块轨道径向运动，工作行程在探测模块不脱离模块轨道的范围内。
所述模块轨道也可以固定安装在圆形轨道上。也可以采用电机给每个模块轨道添加动力，使其可以沿圆形轨道转动，电机能够提供自锁力。
所述模块轨道可以采用双层结构，包括下层的模块轨道基座和上层的模块轨道主体。模块轨道主体用于放置探测模块，可以相对模块轨道基座转动，从而改变探测模块的方向。模块轨道基座可以装配自锁机构，也可以固定安装在圆形轨道上。也可以采用电机给每个模块轨道基座添加动力，使其可以沿圆形轨道转动。
所述模块轨道的大小可以不同，可以用于容纳不同尺寸的探测模块。可以在机架内环上安装不同大小的模块轨道，也可以通过设计模块轨道的结构改变其大小。可改变大小的模块轨道包括传动装置和夹持装置。夹持装置用于夹持探测模块，其大小可更改。夹持装置可以采用双面夹持，或者单面夹持，或其它方式实现。
所述机械臂上安装有机械爪和径向进给装置。机械爪用于夹持探测模块，在径向进给装置作用下机械爪夹持探测模块沿径向移动，运动行程在探测模块脱离模块轨道之后或进入模块轨道之前的范围内。多个机械臂的大小可以不同。
本发明提供的可变结构的电子发射断层成像机架，能够多自由度地调整机架内的探测模块，根据应用和用户的需要，调整探测模块的径向位置、圆周位置、方向和在探测环上的顺序，搭建具有多种尺寸和性能构成的圆形、类圆形、椭圆形、类椭圆形、矩形以及其它规则和不规则形状的探测环。探测模块通过模块轨道做径向移动、圆周运动和方向变换，用以构建多种尺寸和形状的探测环；可以在机械臂作用下移动到其它模块轨道，改变探测模块的顺序，以搭建具有多种不同性能的探测模块的探测环。整个探测环可以做圆周运动。该机架结构适应性强，可调整性高，是实现量体裁衣式、一机多能式、一机多用式的应用适应性的正电子发射断层成像仪器的关键技术。
附图说明
图1为本发明可变结构的正电子发射断层成像机架第一种结构的整体外观图；
图2为本发明可变结构的正电子发射断层成像机架第二种结构的整体外观图；
图3为本发明可变结构的正电子发射断层成像机架第三种结构的整体外观图；
图4为本发明可变结构的正电子发射断层成像机架第四种结构的整体外观图和A-A剖视图；
图5为本发明可变结构的正电子发射断层成像机架的几种典型变换后的结构的整体外观图。
图中：1、机架内环；2、模块轨道；3、探测模块；4、机架固定环；5、机架外环；6、机械臂；7、电动机；8、螺杆；9、夹持机构基座；10、不同性能的探测模块；11、不同尺寸的探测模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明可变结构的正电子发射断层成像机架包括机架内环1，机架内环1固定不动。机架内环1上有一圆形轨道，圆形轨道上安装有若干个模块轨道2。模块轨道2用于放置探测模块3。在机架内环1上工作的探测模块3即构成探测环。探测模块3可以通过模块轨道2做径向移动、圆周运动和方向变换，用以构建多种尺寸和形状的探测环。
模块轨道2按其轴线沿径向安装，可以装配传动装置，用于驱动探测模块3沿该模块轨道2径向运动，工作行程在探测模块3不脱离模块轨道2的范围内。可以采用齿轮齿条传动、螺纹传动、直线电机等传动方案，用以控制探测模块3沿径向运动。例如，采用齿轮齿条传动方案时，在探测模块轨道2上安装带齿轮的电机、在探测模块3上安装齿条，齿轮与齿条相啮合。
模块轨道2也可以固定安装在圆形轨道上。也可以采用电机给每个模块轨道2添加动力，使其可以沿圆形轨道转动，电机也可以提供自锁力。
模块轨道2可以采用双层结构，包括下层的模块轨道基座和上层的模块轨道主体。模块轨道主体用于放置探测模块3，可以相对模块轨道基座转动，从而改变探测模块3的方向。模块轨道基座可以装配自锁机构，也可以固定安装在圆形轨道上。也可以采用电机给每个模块轨道基座添加动力，使其可以沿圆形轨道转动。
模块轨道2的大小可以不同，可以用于容纳不同尺寸的探测模块3。可以在机架内环1上安装不同大小的模块轨道2，也可以通过设计模块轨道2的结构改变其大小。可改变大小的模块轨道2包括传动装置和夹持装置。夹持装置用于夹持探测模块3，其大小可更改。夹持装置可以采用双面夹持，或者单面夹持，或其它方式实现。例如，采用双面夹持方案时，模块轨道2径向方向两侧装有夹持挡板，一侧或两侧夹持挡板装有滚轮，可以在电机控制下沿与径向垂直的方向运动，改变模块轨道2的大小。
如图2所示，本发明可变结构的正电子发射断层成像机架还可以采用如下结构，该结构与第一种结构不同的是：机架还包含机架固定环4。机架内环1和机架固定环4对心安装在一起。机架固定环4可以安装在机架内环1内，亦可以安装在机架内环1外。机架固定环4固定不动。机架内环1采用电机驱动，可相对机架固定环4转动。机架内环1和机架固定环4之间采用圆柱滚子支撑，或润滑油润滑，或其它方式进行装配。机架内环1上的装置均可以与第一种结构相同。相比第一种结构，在该结构下，探测环可以做周向运动。
如图3所示，本发明可变结构的正电子发射断层成像机架还可以采用如下结构，该结构与第一种结构不同的是：机架还包含机架外环5，机架内环1和机架外环5对心安装在一起。机架内环1装在机架外环5内。机架内环1固定不动。机架外环5采用电机驱动，可以相对机架内环1转动。机架内环1和机架外环5之间采用圆柱滚子支撑，或润滑油润滑，或其它方式进行装配。机架内环1上的装置均可以与第一种结构相同。机架外环5上安装有若干个机械臂6。机械臂6的大小可以不同。机械臂6的数目和模块轨道2的数目可以不同。在机械臂6的作用下，探测模块3能够从原有模块轨道2中取出，通过机架外环5的圆周运动，再放置到其它模块轨道2中。相比第一种结构，在该结构下，可以对探测环上的各个探测模块进行重新排布。
机械臂6上安装有机械爪和径向进给装置。机械爪用于夹持探测模块3，在径向进给装置作用下机械爪夹持探测模块3沿径向移动，运动行程在探测模块3脱离模块轨道2之后或进入模块轨道2之前的范围内。多个机械臂6的大小可以不同。
径向进给装置包括电动机7、螺杆8和夹持机构基座9，夹持机构基座9在螺杆8的带动下采用螺纹传动沿径向运动。径向进给装置也可以采用液压传动、直线电机等传动方式构建。
如图4所示，本发明可变结构的正电子发射断层成像机架还可以同时包括机架内环1、机架固定环4和机架外环5。机架内环1、机架固定环4和机架外环5对心安装在一起。机架内环1安装在机架外环5内，机架固定环4可以安装在机架内环1内，或安装在机架内环1和机架外环5之间，或安装在机架外环5外面。机架固定环4固定不动。机架内环1和机架外环5采用电机驱动，均可相对机架固定环4转动。相邻机架环（机架内环1、机架外环5、机架固定环4）之间采用圆柱滚子支撑，或润滑油润滑，或其它方式进行装配。机架内环1上的装置与第一种结构相同。机架外环5上的装置与第三种结构相同。在该结构下，探测模块3在内环上可以通过模块轨道2做径向移动、圆周运动和方向变换，用以构建多种尺寸和形状的探测环；探测环可以做圆周运动；可以对探测环上的各个探测模块进行重新排布。
如图3所示，机架内有12个探测模块，12个机械臂，每个探测模块尺寸一致，12个探测模块构成紧凑的正12边形。
如图5（a）所示，该实施例是图3中每个探测模块沿模块轨道向外移动后的示意图，探测环的半径变大。
如图5（b）所示，该实施例是图5（a）中探测模块随模块轨道进行圆周运动后的示意图，其中，6个探测模块聚集，其它6个探测模块分散在探测环上。
如图5（c）所示，该实施例是图5（a）中探测模块方向改变和随模块轨道进行圆周运动后的示意图，12个探测模块构成具有4个平板探测器的矩形探测环，每个平板探测器包含3个探测模块。
如图5（d）所示，该实施例是图5（a）中将部分探测模块更换为大小相同但性能不同的探测模块，并且探测模块随模块轨道进行圆周运动后的示意图。
如图5（e）所示，该实施例是图3中将部分探测模块更换为不同尺寸探测模块的示意图。
如图5（f）所示，该实施例中，机械臂的数量与模块轨道数量不同，其中，具有模块轨道12个，机械臂4个。机械臂在机架外环上也可以有其它布局方式，可以非均匀分布。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种可变结构的正电子发射断层成像机架，其特征在于，该机架包括机架内环（1），该机架内环（1）上设置有一圆形轨道，该圆形轨道上安装有多个用于放置探测模块（3）的模块轨道（2），该模块轨道（2）固定或可滑动地安装在圆形轨道上，该模块轨道（2）具有夹持装置，用于夹持探测模块（3），其大小可变；
各模块轨道（2）上的探测模块（3）一起形成用于成像的探测环，各探测模块（3）能在模块轨道（2）上实现径向移动、圆周运动和/或方向调整，从而构建多种尺寸和/或形状的探测环。
2.根据权利要求1所述的机架，其特征在于，所述模块轨道（2）按其轴线沿径向布置在圆形轨道上，该模块轨道（2）上装配有传动装置，用于驱动探测模块（3）沿该模块轨道（2）滑动，实现径向移动。
3.根据权利要求1或2所述的机架，其特征在于，所述模块轨道（2）为双层结构，包括下层的模块轨道基座和上层的模块轨道主体，该模块轨道主体用于容置探测模块（3），所述模块轨道基座固定或可滑动地安装在圆形轨道上，该模块轨道主体能够相对所述模块轨道基座旋转，从而实现对探测模块（3）方向的调整。
4.根据权利要求1或2所述的机架，其特征在于，所述模块轨道（2）的大小不同，用以容纳不同尺寸的探测模块（3）。
5.根据权利要求1或2所述的机架，其特征在于，该机架上还包括一与所述机架内环（1）同心安装的机架固定环（4），该机架固定环（4）安装在机架内环（1）内或安装在机架内环（1）外，所述机架固定环（4）固定不动，机架内环（1）可相对机架固定环（4）转动。
6.根据权利要求1或2所述的机架，其特征在于，该机架上还包括一与所述机架内环（1）同心安装的机架外环（5），所述机架外环（5）装在机架内环（1）外，所述机架外环（5）可相对机架内环（1）转动，该机架外环（5）上安装有若干个机械臂（6），该机械臂（6）能够夹持探测模块（3）在各模块轨道（2）之间的移动。
7.根据权利要求6所述的机架，其特征在于，所述机械臂（6）上安装有机械爪和径向进给装置，该机械爪用于夹持探测模块（3），在该径向进给装置作用下，机械爪夹持探测模块（3）实现在各模块轨道（2）之间的移动。
8.根据权利要求7所述的机架，其特征在于，所述机架外环（5）上的机械臂（6）的大小不同，所述机械臂（6）和模块轨道（2）的数量不同。
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- 2011-04-02 CN CN201110083919A patent/CN102178542B/zh active Active
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