CN109991651A - 一种pet系统空间分辨率的测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种PET系统空间分辨率的测量装置及测量方法，测量装置包括假体，假体的表面上分布有若干个注射孔，假体内还设置有若干个注射通道和若干个储存空间，储存空间通过注射通道与注射孔连通，储存空间的容积分为至少一个等级；测量方法为：采用注射工具通过注射管道向假体内的若干个储存空间中注入检测剂，每个储存空间内注入的检测剂的体积不超过对应的储存空间的体积；使用质子放疗设备向假体内的检测剂入射质子束；使用PET系统探测正在受质子束辐照或已结束辐照的检测剂，采集对应的闪烁脉冲数据；根据闪烁脉冲数据进行信号处理与图像重建，分析PET系统的空间分辨率。本发明适用于质子放疗中的PET系统，假体设计灵活，功能丰富，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及正电子发射计算机断层成像系统，更具体地涉及一种正电子发射计算机断层成像系统的空间分辨率的测量装置及测量方法。
背景技术
正电子发射计算机断层成像(Positron Emission Tomography，以下简称PET)系统是一种非侵入性的功能代谢分子影像设备，它采用的原理如下：放射性核素衰变会产生正电子，正电子运动很短的一段距离(通常为几个毫米)后就会与组织中的电子结合而发生湮灭，其质量转化成一对向相反方向射出的能量均为0.511MeV的伽马光子，将标记于分子探针上的正电子核素作为示踪剂，通过探测获取正电子湮灭所产生的伽马光子的时间、能量和位置信息，运用符合技术得到湮灭事件响应线(也简称为LOR，Line of Response)，然后采用图像重建算法成像以反映各部位对示踪剂的摄取程度，进而辅助医生对疾病做出相关诊断。
空间分辨率是PET系统的一个重要指标，PET系统的空间分辨率代表其图像重建之后区分两点的能力。传统测量PET系统空间分辨率的方法采用放射性核素点源置于PET系统的横向或轴向上，通过数据采集、图像重建并分析其三个正交方向的一维响应函数的半高全宽作为空间分辨率。在动物或人的PET数据采集中，需要向生物体内注射放射性核素，PET成像的数据来源是放射性核素在体内代谢一段时间后正负电子发生湮灭辐射产生的一对对的伽马光子。
与传统PET系统相比，全数字PET系统具有较高的空间分辨率，比如某些小动物数字PET系统的空间分辨率已高达1.0mm，在中心6.5cm区域内的空间分辨率低于2mm(Wang L，Zhu J，Liang X，Performance evaluation of theLHsystem:a large FOV small-animal PET system[J].Physics in medicine andbiology,2014,60(1):137)。同时，与传统PET系统相比，全数字PET系统还具备更高的灵敏度。全数字PET系统的最大计数率比传统PET系统高十倍甚至更多，也就是说，全数字PET系统能够在相同的时间内捕获到更多的光子，这一特性在质子PET束在线监测时可采集到更多的符合事件。正是因为更高的统计计数，允许使用更加复杂特别的方法来测量PET系统的空间分辨率。
在质子放疗中，质子PET束在线监测不再需要注射放射性核素，而是直接探测质子入射生物体发生核反应后产生的伽马光子。质子入射到假体或生物组织中，会产生一系列的次级粒子，发生包括β+衰变在内的多种反应，此时PET系统检测时的数据来源与注射放射性核素的方式不同，不同的粒子产生机理导致传统的测量空间分辨率的方法在质子放疗中不再适用，因此，迫切需要一种质子治疗中PET系统的空间分辨率的测量装置及测量方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种PET系统空间分辨率的测量装置及测量方法，从而解决现有技术中的空间分辨率测量装置及测量方法不适用于质子放疗的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种PET系统空间分辨率的测量装置及测量方法，该测量装置包括一假体，所述假体的表面上分布有若干个注射孔，所述假体内还设置有若干个注射通道和若干个储存空间，其中，所述储存空间通过所述注射通道与所述注射孔连通，所述储存空间的容积分为至少一个等级。
根据本发明的一个实施例，所述假体为长方体、正方体、圆柱体或者不规则形状。
根据本发明的一个实施例，所述假体为高密度聚乙烯或者聚甲基丙烯酸甲酯。
根据本发明的另一个实施例，若干个所述储存空间的中心位于同一平面内。
根据本发明的另一个实施例，所述注射孔、所述注射通道以及所述储存空间的数量相同，每个所述注射通道分别连接对应的所述注射孔以及储存空间。
根据本发明的另一个实施例，所述注射孔分布于所述假体的同一个表面上。
根据本发明的另一个实施例，若干个所述注射孔位于同一条直线上，若干个所述储存空间的中心位于同一条直线上。
根据本发明的另一个实施例，若干个所述注射孔呈矩阵式分布，若干个所述储存空间也呈矩阵式分布。
根据本发明的另一个实施例，所述储存空间的容积分为两个、三个或者四个等级。
根据本发明的另一个实施例，所述储存空间为球形、长方体形或者椭圆形。
根据本发明的另一个实施例，所述注射通道的内径小于所述注射孔、所述储存空间的内径，所述注射孔的内径小于所述储存空间的内径。
本发明还提供一种利用上述测量装置的PET系统空间分辨率的测量方法，该测量方法包括：步骤S1：采用注射工具通过注射管道向假体内的若干个储存空间中注入检测剂，每个所述储存空间内注入的所述检测剂的体积不超过对应的所述储存空间的体积；步骤S2：使用质子放疗设备向所述假体内的所述检测剂入射质子束；步骤S3：使用PET系统探测正在受所述质子束辐照或已结束辐照的所述检测剂，采集对应的闪烁脉冲数据；步骤S4：根据步骤S3中的所述闪烁脉冲数据进行信号处理与图像重建，分析所述PET系统的空间分辨率。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤S1中，采用的所述注射工具为注射器或者蠕动泵。
根据本发明的另一个实施例，在所述步骤S1中，所述检测剂为水。
根据本发明的另一个实施例，在所述步骤S3中，所述PET系统包括安装在所述质子放疗设备上的束在线PET系统、与所述质子放疗设备在同一个房间内但需要从所述质子放疗设备上移动所述假体的PET系统、与所述质子放疗设备不在同一个房间内的束离线PET系统。
根据本发明的另一个实施例，在所述步骤S4中，通过所述PET系统采集到的深度-闪烁脉冲计数图谱确定空间分辨率，所述空间分辨率为深度-闪烁脉冲计数图谱中曲线的半高全宽。
本发明提供的PET系统空间分辨率的测量装置及测量方法，适用于质子放疗中的PET系统，解决了传统测量工具以及测量方法在质子监测中不适用、不匹配的问题。本发明提供的测量装置中的假体，设计灵活，功能丰富，通过改变储存空间的容积能够方便探测不同PET系统的空间分辨率。另外，本发明能够同时探测不同方向不同位置的空间分辨率，效率高。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的PET系统空间分辨率的测量装置的立体透视示意图；
图2是根据本发明的另一个优选实施例的PET系统空间分辨率的测量装置的立体透视示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的PET系统空间分辨率的测量方法的步骤示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的PET系统空间分辨率的确定示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
图1为根据本发明的一个优选实施例的PET系统空间分辨率的测量装置的立体透视示意图，由图1可知，本发明提供的PET系统空间分辨率的测量装置包括假体10，假体10的其中一个表面11上分布有若干个注射孔20，假体10内还设置有若干个注射通道30和若干个储存空间40，其中，每个注射通道30的两端分别对应设置一个注射孔20和一个储存空间40，每一个注射通道30连通对应的注射孔20与储存空间40，注射孔20的数量、注射通道30的数量以及储存空间40的数量相同，储存空间40的容积分为不同的等级。
更具体地，在图1的实施例中，假体10为长方体形状，长方体假体10的长度为30cm，宽度为6cm，高度为10cm；假体10的上表面11上分布有九个圆形的注射孔20，九个注射孔20在上表面11上沿一条直线排列；假体10内还设置有九个注射通道30以及九个储存空间40，每个注射通道30连通对应的注射孔20以及储存空间40；注射通道30的延伸方向垂直于上表面11，各个注射通道30之间相互平行排列；储存空间40呈球形，九个储存空间40的中心处于同一条直线上；九个储存空间40按照直径的大小分为三个等级，即直径最小的第一储存空间41，直径最大的第三储存空间43以及直径介于第一储存空间41和第三储存空间43之间的第二储存空间42，比如，在图1的实施例中，第一储存空间41的直径为1mm，第二储存空间42的直径为2mm，第三储存空间43的直径为4mm。三种直径的储存空间40沿着直线循环分布，即41、42、43、41、42、43、41、42、43进行分布，相邻的两个储存空间40的中心间距为2cm。
值得注意的是，为了使操作更便利同时保证测量时的准确度，注射通道30的直径小于注射孔20的直径以及储存空间40的直径，注射孔20的直径通常小于储存空间40的直径。
图2为根据本发明的另一个优选实施例的PET系统空间分辨率的测量装置的立体透视示意图，在图2的实施例中，每个相同的部件通过增加100的附图标记进行标注，由图2可知，本发明提供的PET系统空间分辨率的测量装置的假体110也采用长方体形状，长方体假体110的长度为30cm，宽度为30cm，高度为10cm；不同的是，假体110的上表面111上分布的九个注射孔120呈3×3的矩阵式分布；假体110内设置的九个注射通道130以及九个储存空间140也呈3×3的矩阵式分布，每个注射通道130连通对应的注射孔120以及储存空间140；注射通道130的延伸方向垂直于上表面111，各个注射通道130之间相互平行排列；储存空间140呈球形，九个储存空间140的中心处于同一平面上；九个储存空间140按照直径的大小分为三个等级，即直径最小的第一储存空间141，直径最大的第三储存空间143以及直径介于第一储存空间141和第三储存空间143之间的第二储存空间142，在图2的实施例中，第一储存空间141的直径为1mm，第二储存空间142的直径为2mm，第三储存空间143的直径为4mm。三种相同直径的储存空间140沿着同一条直线，不同直径的储存空间140位于不同的直线上，相邻的两个储存空间140的中心间距为2cm。
另外，在本领域技术人员应当理解的是，本发明中注射孔、注射通道以及储存空间的分布可以根据需要进行调整排布，并不局限于上述排列方式，比如可以随机分布于任意一个表面上，可以分布于不同表面上；同时注射孔、注射通道以及储存空间的数量可以根据需要进行选择，比如选择2-100个注射孔、注射通道以及储存空间。本领域技术人员还应当注意的是，本发明中注射孔、注射通道以及储存空间的形状可以根据需要进行改变，比如注射孔采用矩形，注射通道采用弯曲通道，储存空间采用立方体、长方体等形状；储存空间的体积的不同级数可以根据需要设置不同的数值，比如采用直径分别为0.8mm、1.2mm的两个等级，或者采用直径为0.8mm、1.2mm、2mm、3.2mm的四个等级立方体储存空间，储存空间的位置不局限于图中所示分布，还可以分布在任意想要测量空间分辨率的位置，在此不再赘述。
为了适应不同的PET系统的检测空间以及达到不同的测量准确度，本发明中的假体的形状并不局限于长方体，还可以设置为正方体、圆柱体、球体或者任意不规则的形状；假体的大小可以根据采用的质子束的能量进行改变，比如对于能量为160MeV的质子束可选用20cm长的假体，对于能量为230MeV的质子束可选用40cm长的假体；假体还可以根据成像需要设置为透明体或者仿生体等形式。
本发明提供的PET系统空间分辨率的测量装置在使用时，如图3所示，包括以下步骤：
步骤S1：采用注射工具通过注射管道向假体内的若干个储存空间中注入检测剂，每个储存空间内注入的检测剂的体积不超过对应的储存空间的体积；
步骤S2：使用质子放疗设备向假体内的检测剂入射质子束；
步骤S3：使用PET系统探测正在受质子束辐照或已结束质子束辐照的检测剂，采集对应的闪烁脉冲数据；
步骤S4：根据步骤S3中的数据进行信号处理与图像重建，分析PET系统的空间分辨率。
在上述步骤S1中，所采用的假体为高密度聚乙烯(简称HDPE)、聚甲基丙烯酸甲酯(简称PMMA)等材料，这些材质中含有半衰期比检测剂长的核素。所采用注射工具为注射器或者蠕动泵等可定量进行注射的工具；注入的检测剂为水，由于水经质子束辐照后主要产生O15，半衰期仅为2分钟，使用两分钟后的数据进行重建，理论上在能够分辨的小球区域会看到明显较周围图像更暗的现象。检测剂还可以选择其它合适的化合物，比如，满足检测剂和假体所含核素的种类不同的有机溶剂，在检测时均能够被甄别。
在上述步骤S2中，质子放疗设备向假体入射的质子束的能量根据假体的体积进行选择，比如，对于20cm长的假体可选用能量为160MeV的质子束，对于40cm长的假体可选用能量为230MeV的质子束。
在上述步骤S3中，PET系统包括安装在质子放疗设备上的束在线PET系统、与质子放疗设备在同一个房间内但需要从质子放疗设备上移动假体的PET系统、与质子放疗设备不在同一个房间内的束离线PET系统等。进行数据采集时间取决于需要的适宜的数据量，比如半小时或者一小时等。
在上述步骤S4中，通过质子束照射后采集到的深度-闪烁脉冲计数图谱确定空间分辨率，空间分辨率为深度-闪烁脉冲计数谱图中曲线的半高全宽，如图4所示。
本领域技术人员应当理解的是，本发明中未详细介绍的质子放疗设备、PET系统等均为本领域的常用设备，在此不再赘述。
本发明提供的PET系统空间分辨率的测量装置及测量方法，适用于质子放疗中的PET系统，解决了传统测量工具以及测量方法在质子监测中不适用、不匹配的问题。本发明提供的测量装置中的假体，设计灵活，功能丰富，通过改变储存空间的容积能够方便探测不同PET系统的空间分辨率。另外，本发明能够同时探测不同方向不同位置的空间分辨率，效率高。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (17)
1.一种PET系统空间分辨率的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括一假体，所述假体的表面上分布有若干个注射孔，所述假体内还设置有若干个注射通道和若干个储存空间，其中，所述储存空间通过所述注射通道与所述注射孔连通，所述储存空间的容积分为至少一个等级。
2.根据权利要求1所述的PET系统空间分辨率的测量装置，其特征在于，所述假体为长方体、正方体、圆柱体或者不规则形状。
3.根据权利要求1所述的PET系统空间分辨率的测量装置，其特征在于，所述假体为高密度聚乙烯或者聚甲基丙烯酸甲酯。
4.根据权利要求1所述的PET系统空间分辨率的测量装置，其特征在于，若干个所述储存空间的中心位于同一平面内。
5.根据权利要求1所述的PET系统空间分辨率的测量装置，其特征在于，所述注射孔、所述注射通道以及所述储存空间的数量相同，每个所述注射通道分别连接对应的所述注射孔以及储存空间。
6.根据权利要求5所述的PET系统空间分辨率的测量装置，其特征在于，所述注射孔分布于所述假体的同一个表面上。
7.根据权利要求6所述的PET系统空间分辨率的测量装置，其特征在于，若干个所述注射孔位于同一条直线上，若干个所述储存空间的中心位于同一条直线上。
8.根据权利要求6所述的PET系统空间分辨率的测量装置，其特征在于，若干个所述注射孔呈矩阵式分布，若干个所述储存空间也呈矩阵式分布。
9.根据权利要求5所述的PET系统空间分辨率的测量装置，其特征在于，所述储存空间的容积分为两个、三个或者四个等级。
10.根据权利要求9所述的PET系统空间分辨率的测量装置，其特征在于，所述储存空间为球形、长方体形或者椭圆形。
11.根据权利要求1所述的PET系统空间分辨率的测量装置，其特征在于，所述注射通道的内径小于所述注射孔、所述储存空间的内径，所述注射孔的内径小于所述储存空间的内径。
12.一种利用权利要求1所述的测量装置的PET系统空间分辨率的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：
步骤S1：采用注射工具通过注射管道向假体内的若干个储存空间中注入检测剂，每个所述储存空间内注入的所述检测剂的体积不超过对应的所述储存空间的体积；
步骤S2：使用质子放疗设备向所述假体内的所述检测剂入射质子束；
步骤S3：使用PET系统探测正在受所述质子束辐照或已结束辐照的所述检测剂，采集对应的闪烁脉冲数据；
步骤S4：根据步骤S3中的所述闪烁脉冲数据进行信号处理与图像重建，分析所述PET系统的空间分辨率。
13.根据权利要求12所述的PET系统空间分辨率的测量方法，其特征在于，所述假体为高密度聚乙烯或者聚甲基丙烯酸甲酯。
14.根据权利要求12所述的PET系统空间分辨率的测量方法，其特征在于，在所述步骤S1中，采用的所述注射工具为注射器或者蠕动泵。
15.根据权利要求12所述的PET系统空间分辨率的测量方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述检测剂为水。
16.根据权利要求12所述的PET系统空间分辨率的测量方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述PET系统包括安装在所述质子放疗设备上的束在线PET系统、与所述质子放疗设备在同一个房间内但需要从所述质子放疗设备上移动所述假体的PET系统、与所述质子放疗设备不在同一个房间内的束离线PET系统。
17.根据权利要求12所述的PET系统空间分辨率的测量方法，其特征在于，在所述步骤S4中，通过所述PET系统采集到的深度-闪烁脉冲计数图谱确定空间分辨率，所述空间分辨率为深度-闪烁脉冲计数图谱中曲线的半高全宽。
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