CN104856716A - 一种局部专用的平板pet成像装置及方法、放疗机 - Google Patents
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Abstract
一种局部专用的平板PET成像装置，其包括一对平板PET探测器以及可以支持探测器在三个方向上移动位置、并且支持探测器做一定角度旋转的机械臂系统。一种局部专用的平板PET成像方法，其包括：提供一对平板PET探测器，获取成像对象的感兴趣区域信息；根据感兴趣区域信息确定该对平板PET探测器的成像视场，确保感兴趣区域处于成像视场内；通过该对平板PET探测器采集符合数据，进行数据校正和校准，进行图像重建得到三维断层活度图像；成像完成，移动该对平板PET探测器离开成像对象。本发明的局部专用的平板PET成像装置及方法开放性好，体积小、移动性佳、探测器位置可调性强，探测效率高、空间分辨率高。
Description
技术领域
本发明涉及正电子发射断层成像领域，尤其涉及一种局部专用的平板PET成像装置及方法。
背景技术
正电子发射断层成像（PositronEmissionTomography，均简称PET）是一种非侵入性的造影方法，能无创、定量、动态地评估人体各器官的代谢水平、生化反应、功能活动和灌注。作为一种高敏感性的功能影像设备，PET在肿瘤、心血管系统疾病和神经系统疾病的早期诊断、治疗规划、疗效监测与评估等方面具有独特的价值。
随着PET仪器在临床诊疗中应用的不断深入，医学界对PET仪器的性能和功能提出了新的需求，现有的临床PET，采用传统的封闭式系统构架，无论是性能还是应用范围均面临局限：1、在诸多临床聚焦性检查和治疗中，需要针对局部部位得到高质量的PET图像。现有临床全身型PET无论是空间分辨率（低于4mmFWHM）还是灵敏度（低于10kcpsMBq?1）均难以满足需求。（注：包括探测效率（单位时间、单位浓度下检测数据量），空间分辨率（空间上区别两个点的距离的极限值，即可识别病灶尺寸的下限））2、PET作为一种高敏感性的功能影像，有潜力在影像引导放疗、外科手术导航等应用中发挥价值。但是现有的临床PET体积巨大、必须在专门的影像中心的影像室内工作、探测器封闭，无法在成像的同时进行其他的临床操作等。3、近年来，移动式、床旁式影像设备日益成为各种影像设备发展的一个重要趋势，这些应用中需要小巧、便携、移动性强的床旁式/移动式PET。而现有环形PET体积巨大（占地往往几个平米，重量达几顿），需要专门的影像中心的成像室才能使用。
综上所述，现有PET成像装置是针对人体躯干全身成像，体积巨大，装置采用封闭性的系统结构，可调性差，装置采用固定的探测器布置。
现有PET成像装置具体弊端为：
1、封闭性，在成像的同时进行其他操作，如外科手术、放疗、活检；
2、体积庞大，传统PET为了覆盖所有的病人的躯干，因此探测器环往往偏大（直径至少50cm以上，普遍是70cm以上）；
3、成本昂贵，大探测环需要大量的探测器模组，而PET设备的主要成本即是探测器；
4、移动性、可调性差，必须在专门的PET影像中心中的PET影像室，病人躺在病床移动至封闭型的探测器环内；
5、局部区域成像性能低下，大探测器环导致对于感兴趣区域的有效探测立体角过小（注：探测器距离成像对象越近，则覆盖立体角越大，探测效率越高，反之则越低），大探测器环导致光子非共线性的影响加剧（注：光子非共线性是影响PET空间分辨率的一个重要物理因素，该因素与探测器环的直径成正比：δ=0.0022Dmm，D为探测器直径）。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新型结构的局部专用的平板PET成像装置及方法，以克服上述缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可移动性佳、开放性好、探测器位置可调性强的局部专用的平板PET成像装置及方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种局部专用的平板PET成像装置，其包括至少两组平板PET探测器以及可以支持探测器在三个方向上移动位置、并且支持探测器做一定角度旋转的机械臂系统。
优选的，在上述局部专用的平板PET成像装置中，所述平板PET探测器为规则平板结构，所述所有平板PET探测器中至少有两组呈对称布置。
优选的，在上述局部专用的平板PET成像装置中，所述平板PET探测器为规则平板结构，所述所有平板PET探测器呈非对称布置。
优选的，在上述局部专用的平板PET成像装置中，所述平板PET探测器为非规则平板结构，所述所有平板PET探测器中至少有两组呈对称布置。
优选的，在上述局部专用的平板PET成像装置中，所述平板PET探测器为非规则平板结构，所述所有平板PET探测器呈非对称布置。
优选的，在上述局部专用的平板PET成像装置中，所述每组平板PET探测器为部分环结构，所述部分环结构由若干平板探测器小单元拼接而成，所述所有平板PET探测器中至少有两组呈对称布置。
优选的，在上述局部专用的平板PET成像装置中，所述每组平板PET探测器为部分环结构，所述部分环结构由若干平板探测器小单元拼接而成，所述所有平板PET探测器呈非对称布置。
优选的，在上述局部专用的平板PET成像装置中，所述机械臂系统设有信息输入单元、与信息输入单元连接的控制单元及与控制单元连接的机械臂操作单元，所述机械臂操作单元连接平板PET探测器。
一种利用上述的局部专用的平板PET成像装置进行成像的局部专用的平板PET成像方法，其包括步骤：
S1：获取成像对象的感兴趣区域信息，包括感兴趣区域的大小、形状和所处位置；
S2：根据感兴趣区域的大小、形状和所处位置，确定平板PET探测器的成像视场，确保感兴趣区域处于成像视场内，成像视场即为平板探测器之间的空间范围；
S3：通过平板PET探测器采集符合数据，进行相应的数据校正和校准，进行图像重建得到三维断层活度图像；
S4：成像完成，移动平板PET探测器离开成像对象。
优选的，在上述局部专用的平板PET成像方法中，所述步骤S1中，根据前期的PET图像或SPECT图像或X光透视成像或CT图像或MRI图像或超声图像或DSA图像或其他医学影像或活检结果或临床医生建议获取成像对象的感兴趣区域信息。
优选的，在上述局部专用的平板PET成像方法中，所述步骤S2中，所述感兴趣区域内如果存在重要的亚区域，则同样明确其尺寸、形状和所处位置。
优选的，在上述局部专用的平板PET成像方法中，所述步骤S2中，通过机械臂系统让感兴趣区域处于视场的中心位置。
一种放疗机，其设有上述的局部专用的平板PET成像装置。
从上述技术方案可以看出，本发明实施例的局部专用的平板PET成像装置及方法开放性好，体积小、移动性佳、探测器位置可调性强，探测效率高、空间分辨率高。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
（1）体积小巧，可以方便地应用于手术室等其他临床应用，同时也非常适合与其他的影像模式，如MRI耦合，体积小，方便插入到MRI的成像仓内；
（2）移动性佳、可调性高；
（3）针对感兴趣区域的成像性能高，包括空间分辨率和灵敏度；
（4）成本较现有的PET低几倍甚至更多；
（5）具有开放性，可以用于PET与其他操作同步进行，如放疗（包括伽马射线治疗、X射线治疗、质子治疗、重离子治疗、快中子治疗）、外科手术、热疗、穿刺活检等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中PET探测器与成像对象的排布方式的示意图；
图2本发明局部专用的平板PET成像装置中平板PET探测器与成像对象的第一种排布方式的示意图；
图3为本发明局部专用的平板PET成像装置中平板PET探测器与成像对象的第二种排布方式的示意图；
图4为为本发明局部专用的平板PET成像装置中平板PET探测器与成像对象的第三种排布方式的示意图；
图5为本发明局部专用的平板PET成像装置中第一种成像间距的示意图。
图6为本发明局部专用的平板PET成像装置中第二种成像间距的示意图，其中平板PET探测器与图5中的平板PET探测器相同；
图7为本发明局部专用的平板PET成像装置中第一种形式的平板PET探测器与成像对象的示意图；
图8为本发明局部专用的平板PET成像装置中第二种形式的平板PET探测器与成像对象的示意图；
图9为本发明局部专用的平板PET成像装置中第三种形式的平板PET探测器与成像对象的示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种局部专用的平板PET成像装置及方法，该局部专用的平板PET成像装置及方法瞄准关键部位提供高性能成像，具有开放性、可调性、可移动性的优点。
如图1所示，图1显示现有技术中的一种PET探测器为圆环状结构，此种圆环状结构的PET探测器开放性不好，不能同时进行其他临床操作。
如图2至图4所示，本发明公开的局部专用的平板PET成像装置，其包括至少两组平板PET探测器以及可以支持探测器在三个方向上移动位置、并且支持探测器做一定角度旋转的机械臂系统。本发明的局部专用的平板PET成像装置开放性好，两侧可以容纳在两旁同时进行其他的临床操作，如放疗、外科手术、热疗、活检等；而且，体积小、移动性佳、可调性强，可以推至手术室等应用，放疗包括伽马射线治疗、X射线治疗、质子治疗、重离子治疗、快中子治疗等。
图2至图4显示的是包括两组平板PET探测器的示意图，附图的实施例并不局限本发明的保护范围。从图2至图4可知，平板PET探测器可以设置于任何感兴趣区域对应的位置，体积小、移动性佳、可调性强。
如图5及图6所示，显示了两种成像间距的示意图，即不同成像间距（相同平板PET探测器）对于视场中心位置的探测效率（覆盖角度）（轴向）。
本发明局部专用的平板PET成像装置采用的平板PET探测器数量较现有技术中的圆环形少，因此成本远低于传统圆环形PET探测器，且本发明可以调整平板PET探测器间距，使其尽可能接近病人躯干的成像感兴趣区域，这样可以减小探测器之间的距离，降低光子非共线性对于空间分辨率的干扰效果（δ=0.0022Dmm）；同时较小的平板PET探测器间距同样增加了平板PET探测器相对于躯干的立体角覆盖，如图5所示，会导致比较高的探测器效率（即平板PET探测器的探测灵敏度）。本发明局部专用的平板PET成像装置探测效率高、空间分辨率高。
如图7至图9所示，本发明的平板探测器可以有多种形式，如环形或规则平板结构或非规则平板结构。
所述平板PET探测器为规则平板结构，所述所有平板PET探测器中至少有两组呈对称布置。如图9所示，图9中显示的是包括三组平板PET探测器的情况，即多平板的情况，其中有两组呈对称设计，当然，在其他实施方式中，规则平板结构的平板PET探测器可以不局限于三组，附图9中显示的实施例并不局限本发明的保护范围。
在其他实施方式中，当所述平板PET探测器为规则平板结构时，所述所有平板PET探测器也可以采用非对称布置。
所述平板PET探测器为非规则平板结构，所述所有平板PET探测器中至少有两组呈对称布置。如图8所示，图8中显示的是包括两组平板PET探测器的情况，该两组呈对称设计，当然，在其他实施方式中，非规则平板结构的平板PET探测器可以不局限于两组，附图8中显示的实施例并不局限本发明的保护范围。
在其他实施方式中，当所述平板PET探测器为非规则平板结构时，所述所有平板PET探测器也可以采用非对称布置。
如图7所示，所述每组平板PET探测器为部分环结构，所述部分环结构由若干平板探测器小单元拼接而成，所述所有平板PET探测器中至少有两组呈对称布置。图7中显示的是两组对称设计的平板PET探测器，图7中显示的实施例并不局限本发明的保护范围。
在其他实施方式中，当所述每组平板PET探测器为部分环结构时，所述部分环结构由若干平板探测器小单元拼接而成，所述所有平板PET探测器可以采用非对称布置。
本发明局部专用的平板PET成像装置所有可能的实施例中，各组平板PET探测器可以不同质，包括：尺寸、闪烁晶体（材料、切割方式、厚度等等）。
本发明所有可能的实施例中，平板PET探测器长度上可以覆盖整个腹腔（30-40cm），也可以至于一个小的脏器（比如针对胰腺的专用，可能只需要15-20cm）。
所述机械臂系统设有信息输入单元、与信息输入单元连接的控制单元及与控制单元连接的机械臂操作单元，所述机械臂操作单元连接平板PET探测器。本发明首先根据之前的根据前期的PET图像或SPECT图像或X光透视成像或CT图像或MRI图像或超声图像或DSA图像或其他医学影像或活检结果或临床医生建议获取成像对象的感兴趣区域信息，然后通过在信息输入单元内进行位置的设定，然后系统传达给控制单元，控制单元再指示机械臂操作单元进行平板PET探测器的位置调节。
本发明局部专用的平板PET成像装置采用平板PET探测器来对病人躯干的感兴趣区域成像，探测器不必将病人的躯干完全包裹在内，甚至可以针对特定的检测部位而定制探测器大小。
本发明局部专用的平板PET成像装置有较强的可移动性，可以利用机械臂系统快速移动到病人的躯干周边进行成像，待成像完成后利用机械臂系统将设备移动开，全程不需要移动病人。
本发明局部专用的平板PET成像装置有较强的可调节性，成像过程中，可以移动到躯干表面的不同位置，同时可以旋转角度以获取最佳的成像位置，平板PET成像装置以实时调整间距，方便进行其他的临床操作或者增加探测效率。
本发明公开的局部专用的平板PET成像方法利用上述的局部专用的平板PET成像装置进行成像，该局部专用的平板PET成像方法包括步骤：
S1：获取成像对象的感兴趣区域信息，包括感兴趣区域的大小、形状和所处位置；
S2：根据感兴趣区域的大小、形状和所处位置，确定平板PET探测器的成像视场，确保感兴趣区域处于成像视场内，成像视场即为平板探测器之间的空间范围；
S3：通过平板PET探测器采集符合数据，进行相应的数据校正和校准（归一化校正、衰减校正），进行图像重建得到三维断层活度图像；
S4：成像完成，移动平板PET探测器离开成像对象。
如果需要多次成像，则重复步骤S1-S4。
所述步骤S1中，根据前期的PET图像或SPECT图像或X光透视成像或CT图像或MRI图像或超声图像或DSA图像或其他医学影像或活检结果或临床医生建议获取成像对象的感兴趣区域信息。
所述步骤S2中，所述感兴趣区域内如果存在更重要的亚区域，则同样应明确其尺寸、形状和所处位置。
所述步骤S2中，通过机械臂系统尽量能让感兴趣区域处于视场的中心位置。
从上述技术方案可以看出，本发明实施例的局部专用的平板PET成像装置及方法开放性好，体积小、移动性佳、探测器位置可调性强，探测效率高、空间分辨率高。
本发明还公开了一种放疗机，其设有本发明保护范围内的局部专用的平板PET成像装置。放疗包括伽马射线治疗、X射线治疗、质子治疗、重离子治疗、快中子治疗等。本发明的局部专用的平板PET成像装置除了可以插入放疗机中使用，还可以插入其他设备中使用，任何显而易见能想到的替代方式，均在本发明的保护范围之内。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
（1）体积小巧，可以方便地应用于手术室等其他临床应用，同时也非常适合与其他的影像模式，如MRI耦合，体积小，方便插入到MRI的成像仓内；
（2）移动性佳、可调性高；
（3）针对感兴趣区域的成像性能高，包括空间分辨率和灵敏度；
（4）成本较现有的PET低几倍甚至更多；
（5）具有开放性，可以用于PET与其他操作同步进行，如放疗（包括伽马射线治疗、X射线治疗、质子治疗、重离子治疗、快中子治疗）、外科手术、热疗、穿刺活检等。
Claims (13)
1.一种局部专用的平板PET成像装置，其特征在于：包括至少两组平板PET探测器以及可以支持探测器在三个方向上移动位置、并且支持探测器做一定角度旋转的机械臂系统。
2.根据权利要求1所述的局部专用的平板PET成像装置，其特征在于：所述平板PET探测器为规则平板结构，所述所有平板PET探测器中至少有两组呈对称布置。
3.据权利要求1所述的局部专用的平板PET成像装置，其特征在于：所述平板PET探测器为规则平板结构，所述所有平板PET探测器呈非对称布置。
4.据权利要求1所述的局部专用的平板PET成像装置，其特征在于：所述平板PET探测器为非规则平板结构，所述所有平板PET探测器中至少有两组呈对称布置。
5.据权利要求1所述的局部专用的平板PET成像装置，其特征在于：所述平板PET探测器为非规则平板结构，所述所有平板PET探测器呈非对称布置。
6.据权利要求1所述的局部专用的平板PET成像装置，其特征在于：所述每组平板PET探测器为部分环结构，所述部分环结构由若干平板探测器小单元拼接而成，所述所有平板PET探测器中至少有两组呈对称布置。
7.据权利要求1所述的局部专用的平板PET成像装置，其特征在于：所述每组平板PET探测器为部分环结构，所述部分环结构由若干平板探测器小单元拼接而成，所述所有平板PET探测器呈非对称布置。
8.根据权利要求1所述的局部专用的平板PET成像装置，其特征在于：所述机械臂系统设有信息输入单元、与信息输入单元连接的控制单元及与控制单元连接的机械臂操作单元，所述机械臂操作单元连接平板PET探测器。
9.一种利用权利要求1-8任一所述的局部专用的平板PET成像装置进行成像的局部专用的平板PET成像方法，其特征在于：包括步骤：
S1：获取成像对象的感兴趣区域信息，包括感兴趣区域的大小、形状和所处位置；
S2：根据感兴趣区域的大小、形状和所处位置，确定平板PET探测器的成像视场，确保感兴趣区域处于成像视场内，成像视场即为平板探测器之间的空间范围；
S3：通过平板PET探测器采集符合数据，进行相应的数据校正和校准，进行图像重建得到三维断层活度图像；
S4：成像完成，移动平板PET探测器离开成像对象。
10.根据权利要求9所述的局部专用的平板PET成像方法，其特征在于：所述步骤S1中，根据前期的PET图像或SPECT图像或X光透视成像或CT图像或MRI图像或超声图像或DSA图像或其他医学影像或活检结果或临床医生建议获取成像对象的感兴趣区域信息。
11.根据权利要求9所述的局部专用的平板PET成像方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述感兴趣区域内如果存在重要的亚区域，则同样明确其尺寸、形状和所处位置。
12.根据权利要求9所述的局部专用的平板PET成像方法，其特征在于：所述步骤S2中，通过机械臂系统让感兴趣区域处于视场的中心位置。
13.一种放疗机，其特征在于：其设有权利要求1-8任一所述的局部专用的平板PET成像装置。
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