CN102871680A - 单光子计算机断层扫描仪以及其扫描方法 - Google Patents
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Abstract
一种单光子计算机断层扫描仪以及其扫描方法，该单光子计算机断层扫描仪，包括：一承载台，至少一检测器，至少一射束档块，一信号处理装置以及一计算机装置。该至少一检测器设置于该承载台的周围；该至少一射束档块设置于该至少一检测器与该承载台之间；该信号处理装置与该至少一检测器的信号相连接；该计算机装置电讯连接于该信号处理装置。本发明亦提供一种单光子计算机断层扫描方法，通过在不同角度上扫描待测物时，分别加入或移除射束挡块，再将有、无射束挡块的投影数据结果相减，即可估计出自焦点射出的放射线投影数据，利用图像重建原理即得到高解析度的图像。
Description
技术领域
本发明涉及一种单光子计算机断层扫描仪以及其扫描方法，尤其涉及一种利用射束档块来吸收放射线的单光子计算机断层扫描仪以及其扫描方法。
背景技术
由于分子图像(molecular imaging)中的单光子放射计算机断层扫描(SPECT，single photon emission computed tomography)所使用的同位素具有半衰期较长，不需要加速器、即时生产的优点，因此在使用上较为普及。近年来，由于动物实验需要高解析度的图像，单光子放射计算机断层扫描仪已经成为目前普遍使用的仪器。
目前的高解析度单光子放射计算机断层扫描使用针孔准直器(pinholecollimator)，由于原子序与密度越高的物质能吸收越多的放射线，一般来说，针孔准直器都是利用高原子序及高密度的物质所制成，因此不仅昂贵且制作费时。此外，由于单光子放射计算机断层扫描时需要旋转待测物或是将针孔准直器与检测器(detector)对着待测物旋转，以撷取180度的投影数据(projection data)，当针孔准直器对着待测物旋转时，由于相当笨重，很容易因机械制作不够精准而在图像上产生假影。
为了避免因为针孔准直器旋转而造成的图像误差，目前市面上已有利用钨制作的中空圆柱体，在中空圆柱体上嵌有75个由金子作成的针孔，这些针孔以多圈环状排列的方式均匀分布在圆柱体上，并且每个针孔都对焦在一照野的(FOV，field of view)中心，使用时将待测物置放在此中心，放射线即从此中心放射出，通过每个针孔后成像于检测器上，由在此针孔准直器具有多个针孔环绕于待测物，扫描时单光子放射计算机断层扫描仪维持固定，并不需旋转待测体或针孔准直器与检测器，并且可同时得到75组不重叠(non-overlapping)的投影数据，藉此即可重建出高解析度的断层图像。但是上述的针孔准直器由于针孔非常细小，宽度低于一毫米，故其制作难度较高并且成本相当昂贵。
综合上述，因此亟需一种制造成本低廉、制作简单且亦具有高解析度的单光子计算机断层扫描仪以及其扫描方法来解决现有技术所产生的问题。
发明内容
本发明为一种单光子计算机断层扫描仪及其扫描方法，其利用由高原子序及高密度的物质所制成的射束挡块，在扫描过程中吸收放射线，通过在不同角度上扫描待测物时，分别加入或移除射束挡块，再将有、无射束挡块的投影数据结果相减，估计出放射线自焦点(FOV)射出的投影数据，而利用图像重建原理得到高解析度的图像。
本发明提供一种单光子计算机断层扫描仪，其包括：一承载台；至少一检测器，其设置于该承载台的周围；至少一射束档块，其设置于该至少一检测器与该承载台之间；一信号处理装置，其与该至少一检测器的信号相连接；以及一计算机装置，其电讯连接于该信号处理装置。
本发明还提供一种单光子计算机断层扫描方法，其使用一单光子计算机断层扫描仪来扫描一待测物的图像，该单光子计算机断层扫描仪活动设置有至少一射束档块，该单光子计算机断层扫描方法包含下列步骤：使用该单光子计算机断层扫描仪来撷取不含该射束档块时，该待测物于至少一种角度的图像；使用该单光子计算机断层扫描仪来撷取包含该射束档块时，该待测物于该至少一种角度的图像；将不含该射束档块时所撷取的图像结果减去含有该射束档块时所扫描所撷取的图像结果；以及重建该待测物的计算机断层图像。
附图说明
图1为本发明单光子计算机断层扫描仪的第一实施例示意图。
图2为本发明单光子计算机断层扫描仪的第二实施例示意图。
图3为本发明单光子计算机断层扫描仪的第三实施例俯视示意图。
图4为本发明单光子计算机断层扫描仪的第四实施例俯视示意图。
图5A为本发明的射束档块示意图。
图5B为本发明的射束档块示意图。
图5C为本发明的射束档块示意图。
图6为单光子计算机断层扫描方法的流程示意图。
【主要元件符号说明】
0-待测物
1-单光子计算机断层扫描仪
10-承载台
11-检测器
12-射束档块
13-信号处理装置
130-信号转换与放大装置
131-信号过滤装置
14-计算机装置
15-旋转支架
16-致动件
17-屏蔽层
2-单光子计算机断层扫描方法
20～23-步骤
具体实施方式
为使本领域技术人员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，下文特将本发明的系统的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明，以使得本领域技术人员可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下：
请参阅图1，图1为本发明单光子计算机断层扫描仪的第一实施例示意图。本发明提供一种单光子计算机断层扫描仪1，其包括：一承载台10，至少一检测器11，至少一射束档块12，一信号处理装置13以及一计算机装置14。该至少一检测器11设置于该承载台10的周围；该至少一射束档块12设置于该至少一检测器11与该承载台10之间；该信号处理装置13与该至少一检测器11的信号相连接；该计算机装置14电讯连接于该信号处理装置13。其中，该信号处理装置13包含一信号转换与放大装置130以及一信号过滤装置131，在本实施例中，该信号转换与放大装置130为光电倍增管，该信号过滤装置131为能量鉴别与定位仪(Energy discriminationand positioning electronics)。光电倍增管用以将检测器所发出的光线转成电子信号，并放大约数十万倍；而能量鉴别与定位仪可算出光子到达时的位置，且通过检验光子到达时的能量是否在特定范围之内，来判断哪些为可使用的光子，如果光子的能量太低，则可能是散射的光子而被排除；该计算机装置14用来处理该信号处理装置13所输出的信息，一般来说，使用滤器反投影法(filtered back-projection)或是ML-EM法(maximum likelihoodexpectation maximization)来重建该待测物0的计算机断层图像。
在本实施例中，该射束档块12活动设置于该检测器11与该承载台10之间，也就是说，该射束档块12可视操作者的需求来拆卸或放置，使扫描时可视需求包含该射束档块12或是不含该射束档块12，另外，放置的位置也可视操作者的需求而异，例如，可将该射束挡块12的距离移动，使得该检测器11到该射束挡块12的距离大于该射束挡块12到该待测物0的距离时，而可以得到放大的图像。这边需要说明的是，图1中虽设置有多个射束挡块12，但也可仅设置单一个射束挡块12，该射束挡块12的数量不以图面为限。
操作者可利用本发明的单光子计算机断层扫描仪1，来分别撷取在不同角度上扫描该待测物0时，有包含该射束挡块12与未包含该射束档块12的图像，将未包含该射束档块12的图像减掉包含该射束挡块12的图像后，再利用一般图像重建(reconstruction)方法，来得到高解析度的活度分布图像，藉此重建出待测物0内部的活度分布，为了方便撷取多个角度的图像，本实施例中包含一旋转支架15，该旋转支架15连接于该检测器11与该射束档块12，该旋转支架15可使该检测器11与该射束档块12绕着该承载台10转动，以便进行多角度图像撷取。由于该射束档块12的功能在于在扫描过程中吸收放射线，故该射束档块12的材料为高原子序及高密度的物质所制成，本实施例中该射束档块12的材料为钨，但该射束档块12的材料不以此为限。
图2为本发明单光子计算机断层扫描仪的第二实施例示意图。本实施例当中，包含一致动件16，该致动件16连接于该承载台10，使该承载台10可旋转。本实施例与上一实施例的差异在于，上一实施例通过该旋转支架15来使该检测器11与该射束档块12旋转，而本实施例中，由旋转该承载台10来取得待测物0的多个角度的图像。
图3为本发明单光子计算机断层扫描仪的第三实施例俯视示意图。为了提高检测效率，在本发明的第三实施例中，说明了多组系统，每组均包含至少一射束挡块12、至少一检测器11以及一信号处理装置13，将多组系统置放于该待测物0的周围，即可直接撷取该待测物0的特定角度的图像，每一信号处理装置13均连接于一计算机装置14，将扫描结果传输置该计算机装置14进行图像处理，图3中设有四组系统，但系统的组数、设置的间距以及与待测物0间的位置不以此为限制。故使用此仪器时可将射束挡块12移至适合位置，通过改变模块的视野，来增加投影数据的采样空间，使得系统不必旋转即可重建出清晰的图像。
图4为本发明单光子计算机断层扫描仪的第四实施例俯视示意图。在本实施例中，将该待测物0置于中心位置，该多个射束档块12环状设置于该待测物0的外侧，本实施例中将多个射束档块12均匀地嵌在一空心柱体的壁面上，来使该多个射束档块12环状设置于该待测物0的外侧，由于欲使放射线仅被该射束挡块12吸收，故该空心柱体便设计为低原子序、密度物质所制成，本实施例中，该空心柱体的材质为碳纤，但不以此为限，并且将该多个射束档块12环状设置于该待测物0的外侧的方式也不以此为限。此外，为使通过各射束档块12的放射线在检测器11上的投影不致重叠，每一射束档块12之间维持一定距离；再将一屏蔽层17设置于该多个射束档块12的外围，该屏蔽层17的形状为一空心柱体，该屏蔽层17的壁面上具有多个开口170，由于该屏蔽层17的作用是阻止焦点以外，也就是待侧物0位置之外的射线进入该检测器11，故该屏蔽层17是由重金属制成，本实施例中，该屏蔽层17的材质为钨，但该屏蔽层7的材质不以为限，而该屏蔽层17上每一开口170的位置均对应于放射线通过每一射束挡块12后的投影位置，因此，自焦点发出的放射线，通过该射束档块12所设置的位置后便会穿过该开口170而打到该检测器11；而该检测器11设置于该屏蔽层17的外围，本实施例中，该检测器11为空心圆柱体的形状，但该检测器11的形状也可为由多个平面的检测器11组成的多角形，由在此系统中，自焦点以放射状发出的放射线，以多个方向地通过该射束挡块12、该屏蔽层17的该开口170而到达该检测器11，因此，此系统不必旋转便可同时检测到多个角度的投影数据，再经过重建后即可得到高解析度图像。
由于该射束挡块12的形状会影响扫描结果的解析度，较佳的射束挡块12形状可参考图5A、图5B与图5C所示，其为本发明的射束档块示意图。在图5A中可见，该射束档块12为一锥体，该锥体的底面为圆弧面，其中，如果将该锥体作一通过该锥体尖端的截面，此截面会呈现一扇形，如果欲得到较高的解析度，可缩小该扇形的夹角，以提高图像解析度；另外，本发明的射束档块12形状，也可如同图5B，为两个顶点相对的圆锥体，图5A与图5B中该射束挡块12的形状，与目前的针孔准直器的形状相反，也就是与针孔准直器的针孔形状相同，由于针孔准直器是让放射线仅得以通过针孔位置，而该射束挡块12是将所通过的放射线吸收，因此，如果使用此两种形状的射束挡块12，搭配在不同角度上分别对有、无设置射束挡块12的待侧物0来进行扫描，将有、无射束挡块12的投影数据相减，便可以在低成本的条件下得到与针孔准直器相近的检测结果。
图5C中的射束挡块12为两个互相垂直并且不相交的长条形射束档块12，此两个长条形的射束挡块12分别与该待侧物0存在不同的距离，此种类型的射束挡块12可视操作者的需求，通过变换两个射束挡块12的距离来调控，来调整该待侧物0在该检测器11上横轴与纵轴的放大倍率，其中该射束档块12的截面为扇形或是三角形。
图6为单光子计算机断层扫描方法的流程示意图。本发明还提供一种单光子计算机断层扫描方法2，其使用一单光子计算机断层扫描仪1来扫描一待测物0的图像，该单光子计算机断层扫描仪1活动设置有至少一射束档块12，该单光子计算机断层扫描方法2包含下列步骤：步骤20为使用该单光子计算机断层扫描仪来撷取不含该射束档块时，该待测物于至少一种角度的图像；步骤21为使用该单光子计算机断层扫描仪来撷取包含该射束档块时，该待测物于该至少一种角度的图像；步骤22为将不含该射束档块时所撷取的图像结果减去含有该射束档块时所扫描所撷取的图像结果；步骤23为以及重建该待测物的计算机断层图像。
一般来说利用滤器反投影法(filtered back-projection)或是ML-EM法(maximum likelihood expectation maximization)来重建该待测物的计算机断层图像。
本发明的单光子计算机断层扫描仪搭配其扫描方法即可得到高解析度的图像，相较于已知利用针孔准直器的单光子计算机断层扫描仪，由于所需的高原子序与高密度的物质较少，因此具有体积与重量较轻、制作容易、成本低廉的优点。此外，由于射束挡块轻巧，扫描时可以随着待测物的形状或是使用者所需放大的图像的程度来调整摆放位置，故有应用上较灵活的优势。
然而以上所述仅为本发明的优选实施例，当不能以之限制本发明范围。即大凡依本发明权利要求书所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，故都应视为本发明的进一步实施状况。
Claims (16)
1.一种单光子计算机断层扫描仪，其包括：
一承载台；
至少一检测器，其设置于该承载台的周围；
至少一射束档块，其设置于该至少一检测器与该承载台之间；
一信号处理装置，其与该至少一检测器的信号相连接；以及
一计算机装置，其电讯连接于该信号处理装置。
2.如权利要求1所述的单光子计算机断层扫描仪，其中还包含一旋转支架，该旋转支架连接于该检测器与该射束档块，该旋转支架可使该检测器与该射束档块绕着该承载台转动。
3.如权利要求1所述的单光子计算机断层扫描仪，其中还包含一致动件，该致动件连接于该承载台，使该承载台可旋转。
4.如权利要求1所述的单光子计算机断层扫描仪，其中该至少一检测器为环状设置于该承载台的外围，且该单光子计算机断层扫描仪包含多个射束档块，该多个射束档块环状设置于该至少一检测器与该承载台之间。
5.如权利要求4所述的单光子计算机断层扫描仪，其中还包含一屏蔽层，其为一空心柱体，该空心柱体的壁面上具有多个开口，该屏蔽层设置于该多个射束档块与该至少一检测器之间。
6.如权利要求1所述的单光子计算机断层扫描仪，其中该射束档块活动设置于该检测器与该承载台之间。
7.如权利要求1所述的单光子计算机断层扫描仪，其中该射束档块由高原子序的材料所制成。
8.如权利要求7所述的单光子计算机断层扫描仪，其中高原子序的材料为钨。
9.如权利要求1所述的单光子计算机断层扫描仪，其中该射束档块为一锥体，该锥体的底面为圆弧面。
10.如权利要求1所述的单光子计算机断层扫描仪，其中该射束档块为两个顶点相对的圆锥体。
11.如权利要求1所述的单光子计算机断层扫描仪，其中该信号处理装置包含一信号转换与放大装置以及一信号过滤装置。
12.如权利要求11所述的单光子计算机断层扫描仪，其中该信号转换与放大装置为光电倍增管，该信号过滤装置为能量鉴别与定位仪(Energydiscrimination and positioning electronics)。
13.如权利要求1所述的单光子计算机断层扫描仪，其中具有两个射束档块，每一射束档块为长条形，彼此互相垂直并且不相交。
14.如权利要求13所述的单光子计算机断层扫描仪，其中该射束档块的截面为扇形或是三角形。
15.一种单光子计算机断层扫描方法，其使用一单光子计算机断层扫描仪来扫描一待测物的图像，该单光子计算机断层扫描仪活动设置有至少一射束档块，该单光子计算机断层扫描方法包含下列步骤：
使用该单光子计算机断层扫描仪来撷取不含该射束档块时，该待测物于至少一种角度的图像；
使用该单光子计算机断层扫描仪来撷取包含该射束档块时，该待测物于该至少一种角度的图像；
将不含该射束档块时所撷取的图像结果减去含有该射束档块时所扫描所撷取的图像结果；以及
重建该待测物的计算机断层图像。
16.如权利要求15所述的单光子计算机断层扫描方法，其中利用滤器反投影法(filtered back-projection)或是ML-EM法(maximum likelihoodexpectation maximization)来重建该待测物的计算机断层图像。
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