CN104287766A - 一种可用于pet成像系统探测器归一化校正的模体 - Google Patents

Abstract

一种可用于PET成像系统探测器归一化校正的模体，涉及医学成像技术领域，在旋转主轴上同心固定一圆柱体，在圆柱体的周向上均匀地设置六条直形细导管，所述六条直形细导管的长度方向与旋转主轴的轴向平行，六条直形细导管的长度与圆柱体的长度相等。本发明一方面不需要定制价格昂贵的均匀棒源，另一方面简化了机械设计要求，容易满足归一化校正中所有探测单元被均匀照射的要求。

Description

一种可用于PET成像系统探测器归一化校正的模体

技术领域

本发明涉及医学成像技术领域，特别涉及可用于正电子发射计算机断层成像系统的探测器归一化校正的模体设计。

背景技术

在核医学领域中，PET（正电子发射计算机断层扫描）是一种可以无创伤地显示人体器官功能和代谢的检查成像技术，在临床上这种技术可以用来指导癌症治疗。其原理是：病人身体里的恶性肿瘤组织代谢旺盛，代谢物质（如葡糖糖、蛋白质等）聚集较多。我们可以利用放射性核素（如¹⁸F、¹¹C等）对代谢物质进行标记，然后使用PET成像系统并通过三维成像技术准确显示代谢物质的聚集和活度来反映生命代谢的活动。由此可见，PET提供了一种直接及时的方法来对肿瘤进行诊断和分析。

标记代谢物质的放射性核素通过衰变产生正电子，其与周边电子湮灭产生并发事件，并发射一对彼此反向的光子。这对光子被PET探测系统中的一对探测单元同时捕捉到，那么对应的核素可以被定位在这对探测单元所确定的直线上。PET系统获得的原始数据就是一系列由光子对所确定的并发事件。这些并发事件被多角度和位置排列组合后产生三维sinograms（正弦图），然后通过重建算法还原为三维放射性元素分布。

为了增加探测效率，医用PET通常是一个包含上万个探测单元的环状探测系统。受几何位置和性能差异的影响，例如晶体发光效率、晶体封装、晶体与PMT（光电倍增管）的耦合、电子学系统、光子对的入射角度不同等，探测单元的探测效率不尽一致。因此在实际探测过程中，探测单元的输出并不能准确反映输入光子束强度，例如探测器会输出非均匀的探测结果sinograms，即使所有探测单元被均匀照射。这必然会在重建过程中引入伪影，导致医生对肿瘤的误判断。为了能够准确对探测系统进行建模，得到满意的图像质量，用户必须事先对探测器的探测效率进行校正，这被称为归一化校正。PET系统一般需要经历两种归一化校正，一是出厂前利用低散射源来校正归一化因子中不随时间变化的部分，二是在医院中定时校正探测器性能的漂移对归一化因子的影响。在第一种归一化校正中，通常的做法是用一个含有均匀放射性的棒源绕着PET探测系统的轴做匀速转动以均匀照射所有探测单元。旋转半径要足够大以保证轨迹覆盖所需的PET探测器环的横向视野。校正试验通常要求持续十几个小时以获取足够的符合事件。既然所有探测单元探测到的符合事件在统计上是相同的，那么对应的计数响应就可以作为探测单元效率的量度，以此为基础可计算出归一化因子。由于放射源是棒源，数据处理中散射校正和衰减校正可以忽略。这些因子需要提前计算，以文件方式存储于计算机，在对病人进行检查时，将归一化因子直接作用于测量值就实现了探测器的归一化校正。

为了保证出厂前的归一化校正的正确性，在试验中必须保证PET系统中所有探测单元能够长时间被均匀照射，这给棒源的加工制作和机械设计带来了很大的困难：

1.      固体棒源的放射性需要非常均匀，这使得制作成本非常高昂。

2.      为了覆盖探测器的轴向视野，棒源的长度通常需要超过20cm，这进一步增加了制作难度。

3.      由于衰减棒源需要重复定做，这进一步增加了成本。

4.      固体棒源衰减时间长（半衰期271天），保存需要严格遵守屏蔽原则，防止放射性污染，这增加了保存过程的复杂性。

5.      归一化校正试验中棒源的旋转轴要求与PET探测器的轴重合，旋转半径需要足够大以保证探测视野内的所有探测单元都被均匀照射到。另外，旋转速度要求在长时间试验中保持稳定。由于棒源偏心放置，无论是共轴定位、旋转配重还是稳定性都对机械设计有非常高的要求。

6.      如果棒源长度不足以覆盖PET的轴向视野，在归一化校正试验中棒源还需要沿着探测器的轴向进行步进，这进一步增加了机械设计的复杂性。

发明的内容

本发明提出了一种可以应用于PET系统出厂前归一化校正的模体。

本发明包括旋转主轴，在旋转主轴上同心固定一圆柱体，在圆柱体的周向上均匀地设置六条直形细导管，所述六条直形细导管的长度方向与旋转主轴的轴向平行，六条直形细导管的长度与圆柱体的长度相等。

本发明的以上设计，一方面不需要定制价格昂贵的均匀棒源，另一方面简化了机械设计要求，容易满足归一化校正中所有探测单元被均匀照射的要求。

归一化试验的具体步骤如下：

先使用活度计测试运送来的FDG溶液的活度，然后按比例与水混合，以得到所需要的活度。考虑到死时间的影响，溶液活度不能太高，通常可以取1mCi。

然后将一根直形细导管的一端封住，利用漏斗向直形细导管内灌满溶液，然后将另一端也封住。这个直形细导管可以被看做是均匀棒源，FDG溶液可以保证棒源有非常好的均匀性。

重复以上方法，制作六根均匀棒源，然后将分别固定在圆柱体上。

开动电机，通过旋转主轴带动圆柱体，使各直形细导管匀速旋转，由于圆柱体和直形细导管材料的低反应截面特性，对PET探测器来说只有六个均匀棒源绕探测器轴匀速转动，而且可以满足所有探测单元被均匀照射的要求。

在试验过程中探测到的符合事件按照其位置和角度信息被填充到正弦图内。为了减小统计误差，正弦图的每个单元要求至少获得250个以上的探测事件，对应的探测时间通常需要四个小时。

由于FDG溶液半衰期很短（110分钟），试验完成后，直形细导管和剩余的溶液只需要在屏蔽中放置一天就可以使得得其放射性活度降为零。这给处理用过的FDG溶液带来了很大的方便。

试验得到的正弦图被后续程序进行处理，通过计算得到正归一化因子中不随时间变化的部分并作为系统参数存储起来。此试验仅需要进行一次。

在实际的归一化试验中，这种模体有以下优点：首先与固体源相比，FDG液体棒源的均匀性容易满足。其次，FDG溶液较易得到，有益于PET运行成本控制。同时FDG溶液放射性可以很快衰减到零，易于处理。再次，相对于固体棒源，这种模体的试验时间大大降低。另外，模体参数优化变得可行，比如可以很容易的改变圆柱体和细导管的长度、注入不同放射性活度的FDG溶液或改变直形细导管的数目以获得最佳的参数组合以兼顾探测时间和信号统计性能。最后，还可以很容易地制作足够长的直形细导管以覆盖探测器的轴向视野，从而避免了步进的要求，简化了机械设计。同时，圆柱体与PET系统共轴放置，也易于满足稳定性和定位的要求。

附图说明

    图1为本发明的一种结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，圆柱体1通过同心的旋转轴2被固定在旋转电机3上，使用激光定位精确校准使得圆柱体的几何轴、电机转动轴和PET探测器环的轴重合。圆柱体1的直径需要足够大以覆盖PET探测器的横截面视野，长度要求大于PET探测器的轴向视野。

在圆柱体1的外侧面同一周向上沿轴向对称开六个槽以方便可分离式固定六根直形细导管4。

六条直形细导管4的长度方向与旋转主轴2的轴向平行，六条直形细导管4的长度与圆柱体1的长度相等。相邻的直形细导管4之间的夹角为60°。

圆柱体1和六条直形细导管4的材料应选择以保证他们在并发事件探测的有效能窗范围内有非常低的反应截面，比如圆柱体1可以用内部填充大量空气的聚丙烯泡沫塑料制作，直形细导管4可以选择医用高精度毛细玻璃管。

Claims (1)

1.一种可用于PET成像系统探测器归一化校正的模体，其特征在于包括旋转主轴，在旋转主轴上同心固定一圆柱体，在圆柱体的周向上均匀设置六条直形细导管，所述六条直形细导管的长度方向与旋转主轴的轴向平行，六条直形细导管的长度与圆柱体的长度相等。