CN111596336A - 基于缝-孔平板准直器的多伽马光子符合成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于缝‑孔平板准直器的多伽马光子符合成像系统及方法，所述系统包括时间符合模块、计算机平台、至少一个由一个缝平板准直器和一个第一伽马光子探测器构成的第一探头，至少一个由一个孔平板准直器和一个第二伽马光子探测器构成的第二探头；该成像方法将放射性核素发生衰变的位置范围缩小为多伽马光子符合事件中第一探头探测到的伽马光子事件所确定的若干投影平面和第二探头探测到的伽马光子事件所确定的若干投影线的在成像范围内的若干交点，以此获得放射性核素在被测范围内分布。本发明提高了多伽马光子符合事件的探测效率，简化了重建算法，提高了重建图像的信噪比从而降低了对伽马光子总计数的需求。

Description

基于缝-孔平板准直器的多伽马光子符合成像系统及方法

技术领域

本发明属于发射断层成像技术领域，特别涉及一种基于缝-孔平板准直器的多伽马光子符合成像系统及方法。

背景技术

发射断层成像技术是当今探测物体内部信息的重要技术之一，在多种研究领域中有着大量的应用。在被探测物体外通过探测从被探测物体发出的伽马光子，并通过图像重建从而以非侵入式的手段观察得到被探测物体的内部信息。在发射断层成像领域，最为重要的几种成像系统分别有正电子发射断层成像仪(Positron Emission Tomography，以下简称PET)、单光子发射计算机断层成像仪(Single-Photon Emission ComputedTomography，以下简称SPECT)和康普顿相机(Compton Camera)等。目前PET和SPECT均已广泛用于临床检查和诊断，包括癌症、神经系统疾病和心血管疾病等，而康普顿相机也应用于核能工业、天文、医疗等方面。

PET的核心组件由很多个具备时间测量功能的伽马光子探测器模块以及相应的时间符合模块构成。PET的基本原理涉及电子准直技术，所利用的放射性核素为正电子核素。正电子核素放射出的正电子会在被探测物体内发生正负电子湮灭效应，产生一对能量为511keV、方向几乎相反的伽马光子。采用时间符合测量手段，即如果两个伽马光子探测器模块在一个很短的时间内(通常在几百个纳秒)分别探测到这两个能量为511keV的伽马光子，就能确定一条正电子湮灭的发生位置(近似为正电子核素发生衰变的位置)所在的响应线(Line of Response)。记录大量这样的响应线通过图像重建即可获得正电子湮灭发生位置的分布，即近似为正电子核素在被探测物体内的分布。由于正电子湮灭产生的一对伽马光子的发射方向是几乎相反的，因此只能确定正电子湮灭的发生位置在相应的响应线上，而不能确定正电子湮灭发生在相应响应线上的具体位置。尽管可以通过飞行时间测量技术初步确定正电子湮灭发生在相应响应线上的位置范围，但这需要伽马光子探测器模块具备极高的时间分辨率。由于正电子湮灭在响应线上发生位置的不确定性，重建的正电子核素在被探测物体内分布图像的信噪比往往较低，影响诊断的效果。为提高图像信噪比通常需要累积大量的响应线，而这会使得被探测物体摄入较大剂量的正电子核素，增加被探测物体的辐照风险。

SPECT的核心组件包括准直器及伽马光子探测器模块等。SPECT利用的是物理准直技术，其所利用的核素为伽马光子核素。在伽马光子探测器模块的前端通常会放置准直器来限制伽马光子核素放射出的伽马光子到达探测器的入射角度，使得仅沿特定方向发射的伽马光子才能通过准直器被探测器探测到，伽马光子探测器每探测到一个伽马光子就能确定一条伽马光子初始发射位置所在的投影线。积累大量这样的投影线通过图像重建就能确定伽马光子初始发射位置的分布，即伽马光子核素在被探测物体内的分布。与PET存在类似的缺陷，SPECT也不能确定伽马光子在投影线上的具体发射位置，因此重建图像的信噪比较差。另外由于SPECT使用了准直器，限制了能被探测器探测到的伽马光子的发射角度，成像系统的探测效率较低，而这进一步使得重建图像的信噪比恶化。

康普顿相机模块的核心组件包括两块平行的探测器平面模块等。采用时间符合测量手段，即如果两个平行的探测器平面模块在一个很短的时间内(通常在几个纳秒)分别探测到信号，则可以认为该两次信号来自于同一次伽马光子事件。伽马光子在第一块晶体平面上发生康普顿散射产生康普顿散射光子，所产生的康普顿散射光子在第二块晶体平面发生光电效应被吸收，康普顿相机从而得以探测到该次伽马光子事件。根据伽马光子在第一块晶体平面上沉积能量与第二块晶体平面上沉积能量之和，可以得到伽马光子的总能量。康普顿相机每探测到一个伽马光子事件，根据伽马光子事件在第一块晶体平面上的沉积能量、沉积位置和第二块晶体平面上的沉积能量、沉积位置，就能根据康普顿散射原理确定一个伽马光子初始发射位置所在的投影圆锥面。

本申请人已提出的一种多伽马光子同时发射药物时间符合核医学成像系统及方法(申请号：201610798146.4)，该系统包括多个以非平行方式排列的探测器探头、时间符合模块以及计算机平台构成，每个探测器探头均由准直器和具备时间测量功能的伽马光子探测器构成，探测放射性核素在很短时间内放射的多个伽马光子构成多伽马光子符合事件；所述方法计算到多伽马光子符合事件中的每一个伽马光子事件所确定若干投影线的距离之和最短的点的位置即为放射性核素发生衰变的位置，积累一定数量的多伽马光子符合事件即可实现放射性核素在生物体内分布的获取。该成像系统和方法简化了重建算法，提高了重建图像的信噪比；降低了对伽马光子总计数的需求，降低了病人的辐照风险。但是，由于该系统探测器探头包含限制伽马光子入射的平行孔准直器和针孔准直器，其单探测器探头的探测效率非常低(如所采用的平行孔准直器只允许垂直于其准直器平面的单个方向的伽马光子通过)，进而导致多光子符合事件探测效率极低。除此之外，由于投影线之间不一定完美相交于一点，这不仅加大了判定交点位置的难度，也进一步导致了符合探测效率较低。低符合探测效率导致使得探测数据的信噪比低，对图像的重建质量有一定影响。

为了解决上述系统符合探测效率低的问题，本申请人提出了一种多伽马光子符合成像系统及方法(申请号：201810230414.1)，该系统包括时间符合模块、计算机平台、至少一个由准直器和伽马光子探测器构成的第一探头，至少一个由前后两个康普顿相机探测器构成的第二探头，各探头探测放射性核素放射的多个伽马光子构成多伽马光子符合事件；该成像方法将放射性核素发生衰变的位置范围缩小为多伽马光子符合事件中第一探头探测到的伽马光子事件所确定的投影线和第二探头探测到的伽马光子事件所确定的投影圆锥面的若干个在成像范围内的交点，积累一定数量的多伽马光子符合事件即可获得放射性核素在被测范围内分布的图像。通过使用至少一个康普顿相机探测器探头代替伽马探测器探头，由于康普顿相机探测器不存在准直器设计，相比于SPECT伽马探测器探测效率将会大大提高，从而提高了多光子符合事件的探测效率，提高了重建图像的信噪比。但是，此系统不能保证将伽马光子的发射位置确定为在成像范围内的一个交点，因此不能确保直接得到分布。除此之外，康普顿相机空间分辨率较差，对于康普顿效应较少发生的低能以及高能伽马光子探测效率较低，所成重建图像质量较差。

发明内容

本发明的目的旨在从原理上解决上述PET系统、SPECT系统和已提出的一种多伽马光子同时发射药物时间符合核医学成像系统及多伽马光子符合成像系统及方法的问题，本发明公开了一种基于缝-孔平板准直器的多伽马光子符合成像系统。与现有的多伽马光子同时发射药物时间符合核医学成像技术的不同之处在于，本发明使用了缝平板准直器和孔平板准直器的组合，两者均可以允许任意方向的通过其准直缝或准直孔的伽马光子通过，一方面相较于单针孔准直器和平行孔准直器使得系统的单探测器探头的探测效率得到了提升，并且由于投影平面和投影线在非平行的条件下一定存在交点，不需要进行交点位置的判断，降低了符合事件判定的复杂度，进而提高了多光子符合事件的探测效率，提升了重建图像的信噪比；另一方面也避免了使用空间分辨率较差且对于低能以及高能伽马光子探测效率较低的康普顿相机，使得图像质量可以进一步提升；除此之外，可以通过适当的系统几何设计将直接得到每一个多伽马光子符合事件中的一个放射性核素衰变位置，为直接成像提供可能，并可以根据图像重建算法对结果进行进一步估计。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种基于缝-孔平板准直器的多伽马光子符合成像系统，其特征在于，包括时间符合模块、计算机平台和多个不同种类的探头；多个同种类的探头包括至少一个第一探头和至少一个第二探头，所述第一探头由相互平行的一个缝平板准直器和一个具备时间测量功能的第一伽马光子探测器构成，所述第二探头由相互平行的一个孔平板准直器和一个具备时间测量功能的第二伽马光子探测器构成，所述缝平板准直器和孔平板准直器是通过在各自合金平板上分别开设若干条准直缝和若干个准直孔所形成，各缝平板准直器和孔平板准直器分别放置在与其对应的伽马光子探测器前端与成像对象之间并与两者保持一定距离，使得以任意方向通过缝平板准直器和孔平板准直器的由成像对象内放射性核素发生衰变产生的伽马光子事件均能被相应的伽马光子探测器探测到；所有伽马光子探测器的时间信号线均与所述时间符合模块连接，时间符合模块设定的时间窗用于判断分别被多个探头探测到的多个伽马光子事件是否构成多伽马光子符合事件，并将判断结果输入到计算机平台中；所有伽马光子探测器的能量和位置信号线还同时与计算机平台连接，用于多伽马光子符合事件的有效性判断以及多伽马光子符合事件发生位置可能所在的若干投影线和若干投影线在成像范围内的若干个交点的计算，从而获得放射性核素发生衰变时的可能位置；根据所有放射性核素的可能衰变位置，得到放射性核素在成像对象体内的可能分布，并可以通过图像重建算法对此分布做更为精确的估计。

进一步地，所述缝平板准直器内相邻准直缝和孔平板准直器内相邻准直孔之间的间距d均分别满足：d≥D*a/(a+b)，式中，D是成像对象的大小，a是缝平板准直器或孔平板准直器表面到对应的伽马光子探测器表面的距离，b是成像对象中心到缝平板准直器或孔平板准直器表面的距离。

本发明还提出一种采用上述成像系统的成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)启动所述多伽马光子符合成像系统，设定时间符合模块的时间窗宽度；依据所用放射核素所放射的伽马光子能量设定各伽马光子探测器的能窗；

(2)计算机平台根据所设定条件判断成像过程是否结束；若结束，则执行步骤(5)；若未结束，则执行步骤(3)；

(3)时间符合模块判断各伽马光子探测器是否探测到多伽马光子符合事件，若探测到，则执行步骤(4)；若未探测到，则执行步骤(2)；

(4)计算机平台根据各伽马光子探测器所输入的多个伽马光子能量信息判断所输入的多个伽马光子能量是否分别在所设定的能窗内；如果不在所设定的能窗内，则舍弃该多伽马光子符合事件；如在所设定的能窗内，则根据每一个多伽马光子符合事件在第一伽马光子探测器所输入的一个伽马光子的位置信息计算多伽马光子符合事件发生位置所在的若干投影平面，并根据每一个多伽马光子符合事件在第二伽马光子探测器所输入的一个伽马光子的位置信息和能量信息计算多伽马光子符合事件发生位置所在的若干投影线；记录每一个多伽马光子符合事件中的多个伽马光子所分别确定的若干投影平面和若干投影线的在成像对象内的若干相应交点，作为放射性核素发生衰变的若干个可能位置；执行步骤(2)；

(5)根据所有多伽马光子符合事件计算的放射性核素的多个可能衰变位置得到放射性核素在成像对象体内的可能分布，并可以通过图像重建算法对此分布做更为精确的估计。

本发明的特点及有益效果：

本发明提出的一种基于缝-孔平板准直器的多伽马光子符合成像系统，有效地克服了传统PET系统或SPECT系统只能确定放射性核素衰变位置所在响应线或投影线而不能确定放射性核素衰变发生在响应线或投影线上具体位置的缺陷和已提出的一种多伽马光子同时发射药物时间符合核医学成像系统探测效率过低、信噪比过低的缺陷。本发明通过缝-孔平板准直器和伽马光子探测器计算并获得多个伽马光子事件所确定的若干投影平面和若干投影线的在成像范围内的若干个交点实现对放射性核素的衰变位置的定位，从而获得放射性核素在被探测物体内的可能分布。由于能够基于投影平面和投影线的在成像范围内的若干个交点计算放射性核素的可能衰变位置，简化了图像重建算法，提高了重建图像的信噪比。由于采用了探测效率更高的缝平板准直器以及孔平板准直器来替代单针孔准直器和平行孔准直器，从而提高了单探测器探头的探测效率，同时避免了投影交点的位置判断简化了算法，进一步提高了多光子符合事件的探测效率，降低了对伽马光子事件总计数的需求，减少了所需要的放射性核素剂量。

附图说明

图1是本发明实施例采用1个包含1个缝平板准直器和第一伽马光子探测器的第一探头和1个包含1个孔平板准直器和1个第二伽马光子探测器的第二探头的双探头成像系统整体结构示意图；

图2是本发明实施例采用的一种缝平板准直器的结构示意图；

图3是本发明实施例采用的一种孔平板准直器的结构示意图；

图4是本发明实施例采用1个缝平板准直器的准直缝与另一侧的孔平板准直器平面和第二伽马光子探测器平面平行排布的第一探头和1个第二探头的成像系统的探测及定位几何示意图；

图5是本发明实施例采用1个缝平板准直器的准直缝与另一侧的孔平板准直器平面和第二伽马光子探测器平面垂直排布的第一探头和1个第二探头的成像系统的探测及定位几何示意图；

图6是本发明实施例采用2个包含1个缝平板准直器和第一伽马光子探测器的第一探头和2个包含1个针孔平板准直器和1个第二伽马光子探测器的第二探头的四探头成像系统整体结构示意图；

图7是图6所示成像系统的一种四个探头的三维排布示意图；

图8是本发明实施例采用3个包含1个缝平板准直器和第一伽马光子探测器的第一探头和2个包含1个孔平板准直器和1个第二伽马光子探测器的第二探头的五探头成像系统中各探头的三维排布示意图；

图9是本发明实施例采用4个包含1个缝平板准直器和第一伽马光子探测器的第一探头和2个包含1个孔平板准直器和1个第二伽马光子探测器的第二探头的六探头成像系统中各探头的三维排布示意图；

图10是本发明成像方法的流程框图。

图中：1—缝平板准直器、11—缝平板准直器的合金平板、12—缝平板准直器的准直缝、2—孔平板准直器、21—孔平板准直器的合金平板、22—孔平板准直器的准直孔、3—第一伽马光子探测器、4—第二伽马光子探测器、5—时间符合模块、6—计算机平台、7—成像对象、8—衰变可能位置、9—投影平面、10—投影线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

为了更好地理解本发明，以下详细阐述本发明提出的一种基于缝-孔平板准直器的多伽马光子符合成像系统及方法的应用实例。

本发明提出的一种基于缝-孔平板准直器的多伽马光子符合成像系统，包括至少一个由相互平行的一个缝平板准直器和一个第一伽马光子探测器组成的第一探头、至少一个由相互平行的一个孔平板准直器和一个第二伽马光子探测器组成的第二探头、时间符合模块以及计算机平台；各伽马光子探测器均具备时间测量功能，各缝平板准直器和孔平板准直器分别放置在与其对应的伽马光子探测器前端和成像对象的中间并与两者保持一定距离，使得成像对象内放射性核素发生衰变产生的伽马光子仅沿设定方向发射才能被其对应的伽马光子探测器探测到；其中，所有伽马光子探测器的时间信号线均与时间符合模块连接，时间符合模块设定的时间窗用于判断分别被多个探头(包括第一探头和第二探头)探测到的多个伽马光子事件是否构成多伽马光子符合事件，并将判断结果输入到计算机平台中；所有伽马光子探测器的能量和位置信号线还同时与计算机平台连接，用于多伽马光子符合事件的有效性判断以及伽马光子位置信息的计算；从多伽马光子符合事件在第一伽马光子探测器所输入的一个伽马光子的探测位置，通过对应的缝平板准直器进行投影，可以得到若干投影平面；从多伽马光子符合事件在第二伽马光子探测器所输入的一个伽马光子的探测位置，通过对应的孔平板准直器进行投影，可以得到若干投影线；通过多伽马符合事件中的各个伽马光子所在投影平面和投影线的在成像范围内的若干个交点的计算，从而获得放射性核素发生衰变时的可能位置。根据所有放射性核素的可能衰变位置得到放射性核素在成像对象体内的可能分布，并可以通过图像重建算法对此分布做更为精确的估计。缝平板准直器和孔平板准直器是通过在各自合金平板上分别开设若干条准直缝和若干个准直孔所形成，其中合金平板厚度足以防止至少95％以上的伽马光子的穿透。当缝/孔平板准直器内相邻准直缝/准直孔之间的间距d满足以下公式时，可以使得在成像对象内的交点的个数缩减为一个，从而直接确定放射性核素发生衰变时的位置：

d≥D*a/(a+b)

其中，D是成像对象的大小，a是缝平板准直器或孔平板准直器到对应的伽马光子探测器表面的距离，b是成像对象中心到缝平板准直器或孔平板准直器表面的距离。由于缝/孔平板准直器采用过大的准直缝/准直孔间距会带来探测效率的下降，上式取等号时使得本成像系统能够直接确定放射性核素发生衰变时的位置的同时拥有最高的符合探测效率。

实施例1：

本实施例的成像系统总体结构如图1所示，其探测及定位的示意图如图4所示(为方便画图，缝平板准直器1仅画出3条准直缝12，针孔平板准直器2仅画出9个准直孔22)，该系统由探测平面互相垂直排列的第一探头和第二探头各一个、时间符合模块5以及计算机平台6构成。第一探头由缝平板准直器1(如图2所示)和第一伽马光子探测器3组成，缝平板准直器1是通过在一合金平板11上开设若干条准直缝12所形成，本实施例中，缝平板准直器1内各条准直缝12大小相同、相互平行且等间距设置，形成准直缝阵列。第二探头由孔平板准直器2(如图3所示)和第二伽马光子探测器4组成，孔平板准直器2是通过在另一合金平板21上开设若干个准直孔22所形成，本实施例中，孔平板准直器2内各准直孔22大小相同且等间距设置，形成准直孔阵列。缝平板准直器1放置在第一伽马光子探测器3前端使得成像对象7内放射性核素发生衰变产生的伽马光子仅沿缝平板准直器1的准直缝12到第一伽马光子探测器3方向发射才能被第一伽马光子探测器3探测到，被探测到的伽马光子可以是以任意角度通过缝平板准直器1的准直缝12；孔平板准直器2放置在第二伽马光子探测器4前端使得成像对象7内放射性核素发生衰变产生的伽马光子仅沿孔平板准直器2的准直孔22到第二伽马光子探测器4方向发射才能被第二伽马光子探测器4探测到，被探测到的伽马光子可以是以任意方向通过孔平板准直器2的准直孔22；成像对象7可以为生物体或其它被测物，也可以为核医学成像系统的标准化成像模型；第一伽马光子探测器3和第二伽马光子探测器4的时间信号线均连接到时间符合模块5，该模块设定一定宽度的时间窗(时间窗宽度根据所采用的放射性核素可调，通常在几百纳秒以内)，用于判断分别被两个伽马光子探测器探测到的两个伽马光子事件是否构成双伽马光子符合事件，并将相应的判断结果输入到计算机平台6中，具体地：若来自第一伽马光子探测器3和第二伽马光子探测器4的时间信号在时间窗内，则判断分别被第一伽马光子探测器3和第二伽马光子探测器4探测到的两个伽马光子事件构成双伽马光子符合事件，并将相应的判断结果输入到计算机平台6中；若来自第一伽马光子探测器3和第二伽马光子探测器4的时间信号不在时间窗内，则判断分别被第一伽马光子探测器3和第二伽马光子探测器4探测到的两个伽马光子事件不构成双伽马光子符合事件，舍弃这两个事件；将第一伽马光子探测器3和第二伽马光子探测器4所测量得到的伽马光子的能量、位置信息一并传输到计算机平台6中；第一伽马光子探测器3和第二伽马光子探测器4测量得到的伽马光子的能量和位置信号在计算机平台6中用于多伽马光子符合事件发生位置所在投影平面9、投影线10的若干个交点计算；通过按照上述公式取等号的设计，将若干交点缩小为成像对象范围7内的一个交点，从而可以直接获取放射性核素的衰变可能位置8；根据所有放射性核素的可能衰变位置，可以得到放射性核素在成像对象体内的可能分布，并可以通过图像重建算法对此分布做更为精确的估计。

本实施例中缝平板准直器1到对应的第一伽马光子探测器3表面的距离和孔平板准直器2到对应的第二伽马光子探测器4表面的距离均为a＝15cm，成像对象中心到缝平板准直器1和孔平板准直器2表面的距离均为b＝15cm，成像对象的尺寸为D＝10cm，缝平板准直器1和孔平板准直器2和准直缝12/准直孔22间距均为5cm。

本实施例中所用缝平板准直器1(如图2所示)和孔平板准直器均2(如图3所示)均由矩形钨合金板组成，其中钨合金材料对伽马光子具有较强的吸收作用。在缝平板准直器1的矩形板上等间隔的设置了多个平行的准直缝12，使得仅沿准直缝12发射的伽马光子才能穿过该缝平板准直器1被相应伽马光子探测器3探测到。在孔平板准直器2的矩形板上等间隔的设置了多个平行的准直孔22，使得仅沿准直孔22发射的伽马光子才能穿过该孔平板准直器2被伽马光子探测器4探测到。本实施例中所用缝平板准直器1的尺寸为336mm(长)×336mm(宽)×8mm(厚)，每一条准直缝12尺寸为312mm(长)×4.5mm(宽)，一共7条准直缝12的准直缝阵列，相邻准直缝12之间的间距为50mm。本实施例中所用孔平板准直器2的尺寸为336mm(长)×336mm(宽)×8mm(厚)，每一个准直孔22的孔径为4.5mm，组成7×7一共49个准直孔22的准直孔阵列，相邻准直孔22之间的间距为50mm。

本发明成像系统所用缝平板准直器1的准直逢12排布不局限于一定数量、相同尺寸、等间距以及特定朝向的排布，也可以是多种数量、不等间距和不同朝向的准直逢12排布(如图4、图5所示为不同方向排布的缝平板准直器1)，可根据所要达到的探测效率、信噪比、空间分辨率、缝平板准直器1到对应的第一伽马光子探测器3表面的距离、成像对象中心到缝平板准直器1平面的距离等因素选择不同的缝平板准直器1的准直缝12的数量、尺寸、排布距离和排布方向。

本发明成像系统所用孔平板准直器2的准直孔22排布不局限于一定数量、相同尺寸、等间距以及特定朝向的排布，也可以是多种数量、不同尺寸、不等间距和不同朝向的准直孔22排布，可根据所要达到的探测效率、信噪比、空间分辨率、孔平板准直器2到对应的第二伽马光子探测器4表面的距离、成像对象中心到孔平板准直器2平面的距离等因素选择不同的孔平板准直器2的准直孔22的数量、尺寸、排布距离和排布方向。

本实施例中第一伽马光子探测器3和第二伽马光子探测器4均为NaI(Tl)闪烁体探测器，所采用闪烁体为一整块连续的NaI(Tl)晶体，其尺寸为585mm(长)×470mm(宽)×9.5mm(厚)。在NaI(Tl)晶体远离缝平板准直器或孔平板准直器的一端设有耦合光电倍增管(Photomultiplier,以下简称PMT)或者硅光电倍增管(Silicon Photomultipliers，以下简称SiPM,又称Multi-Pixel Photon Counter–MPPC)，用于光电信号转换从而实现伽马光子在晶体内作用位置、能量和时间的测量。

本发明成像系统所用探头不局限于仅仅使用一个第一探头和一个第二探头(如图1所示)，也可以是至少一个第一探头和至少一个第二探头的任意探测器探头组合(第一探头和第二探头垂直布设时，探头总数不宜超过六个)，可根据所要达到的探测效率、信噪比、空间分辨率等因素选择不同的探头组合，如图6、图7所示为使用两个第一探头和两个第二探头组成的四探头，如图8所示为使用三个第一探头和两个第二探头组成的五探头，如图9所示为使用四个第一探头和两个第二探头组成的六探头。

本发明成像系统所用药物所标记的放射性核素除铟111外，还可以是其他多伽马光子放射核素，即该放射性核素在衰变过程中能以级方式在很短时间内产生至少两个伽马光子，包括但不限于镥177、钠22、碘131、铊201、铷82、钇90等。

本发明成像系统所用各探头的之间是以非平行的方式排布的，由于大部分放射性核素的多伽马光子符合事件中的若干个伽马光子事件之间的发射夹角在90度处的分布概率最大，因此大部分情况下各探头呈互相垂直的分布为分布最优方案。

本发明成像系统的成像方法流程如图10所示，结合实施例1对该方法的具体实施步骤说明如下：

(1)启动所述成像系统，设定采集时间为20分钟，设定时间符合模块5的时间窗宽度为80ns；依据所用多伽马光子放射核素所放射的伽马光子能量分别设定第一伽马光子探测器3和第二伽马光子探测器4所探测到伽马光子能量的能窗。本实施例中所用伽马光子放射核素为铟111，其在衰变过程中能以级联方式在很短的时间内(取决于所用放射性核素，通常在几百纳秒内)产生两个伽马光子，其能量分别为171keV和245keV，因此设定第一伽马光子探测器3和第二伽马光子探测器4的两个能窗为一个171keV±10％能窗和一个245keV±10％能窗的组合；第一伽马光子探测器3和第二伽马光子探测器4的能窗的个数均可根据所用放射性核素级联发射的伽马光子的个数调节，即每种能量的伽马光子对应一个能窗；每个能窗的宽度可根据第一伽马光子探测器3和第二伽马光子探测器4的能量分辨率调节；向成像对象7注射活度为4mCi由铟111标记的放射性药物。

(2)计算机平台6根据所设定的采集时间判断成像过程是否结束；若结束，则执行步骤(5)；若未结束，则执行步骤(3)；

(3)时间符合模块5判断第一伽马光子探测器3和第二伽马光子探测器4是否探测到双伽马光子符合事件，若探测到，则执行步骤(4)；若未探测到，则执行步骤(2)；所述双伽马光子符合事件，即如果被一个第一伽马光子探测器和一个第二伽马光子探测器探测到的两个伽马光子事件在时间符合模块5所设定的时间窗内，则所探测的两个伽马光子事件构成双伽马光子符合事件；

(4)计算机平台6根据第一伽马光子探测器3和第二伽马光子探测器4输入的两个伽马光子事件能量信息判断所输入的两个伽马光子能量是否分别在所设定的两个能窗内；如果不在所设定的能窗内，则舍弃该双伽马光子符合事件；如果在所设定的能窗内，则根据每一个多伽马光子符合事件在第一伽马光子探测器3所输入的一个伽马光子事件的位置信息计算多伽马光子符合事件发生位置所在的投影平面9，根据每一个多伽马光子符合事件在第二伽马光子探测器4所输入的一个伽马光子事件的位置信息计算多伽马光子符合事件发生位置所在的投影线10；计算到每一个多伽马光子符合事件的两个伽马光子事件所分别确定的一条投影平面9和一条投影线10在成像对象7范围内的一个交点8，记录该交点8位置放射性核素发生衰变的一个可能位置；执行步骤(2)；

(5)根据所有双伽马光子符合事件计算的放射性核素的可能衰变位置，得到放射性核素在成像对象体内的可能分布，并可以运用最大似然最大期望值(MaximumLikelihood Expectation Maximization，简称MLEM)算法、有序子集最大期望值算法(Ordered Subsets Expectation Maximization，简称OSEM)等图像重建算法进行重建得到重建图像，对此分布做更为精确的估计。

本发明实施例中的成像系统由于能够通过直接计算方式获得放射性核素的一个可能衰变位置，并可以通过飞行时间(Time-of-Flight)测量技术等手段，对这一个可能衰变位置进行进一步分析与判断，从而简化了图像重建算法，提高了重建图像的信噪比。由于不需要累积大量的投影线来重建放射性核素的空间分布，与此同时使用了缝平板准直器和孔平板准直器的组合，从而提高了单探测器探头的探测效率、避免了投影交点的位置判断简化了算法，进一步提高了多光子符合事件的探测效率，降低了对伽马光子事件总计数的需求，减少了所需要的放射性核素剂量。

将本发明所述成像方法进行编程(该过程可由编程人员通过常规的编程技术予以实现)后输入到计算机平台6中，按照步骤执行即可实现该成像方法预期达到的效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于缝-孔平板准直器的多伽马光子符合成像系统，其特征在于，包括时间符合模块、计算机平台和多个不同种类的探头；多个同种类的探头包括至少一个第一探头和至少一个第二探头，所述第一探头由相互平行的一个缝平板准直器和一个具备时间测量功能的第一伽马光子探测器构成，所述第二探头由相互平行的一个孔平板准直器和一个具备时间测量功能的第二伽马光子探测器构成，所述缝平板准直器和孔平板准直器是通过在各自合金平板上分别开设若干条准直缝和若干个准直孔所形成，各缝平板准直器和孔平板准直器分别放置在与其对应的伽马光子探测器前端与成像对象之间并与两者保持一定距离，使得以任意方向通过缝平板准直器和孔平板准直器的由成像对象内放射性核素发生衰变产生的伽马光子事件均能被相应的伽马光子探测器探测到；所有伽马光子探测器的时间信号线均与所述时间符合模块连接，时间符合模块设定的时间窗用于判断分别被多个探头探测到的多个伽马光子事件是否构成多伽马光子符合事件，并将判断结果输入到计算机平台中；所有伽马光子探测器的能量和位置信号线还同时与计算机平台连接，用于多伽马光子符合事件的有效性判断以及多伽马光子符合事件发生位置可能所在的若干投影线和若干投影线在成像范围内的若干个交点的计算，从而获得放射性核素发生衰变时的可能位置；根据所有放射性核素的可能衰变位置，得到放射性核素在成像对象体内的可能分布，并可以通过图像重建算法对此分布做更为精确的估计。

2.根据权利要求1所述的多伽马光子符合成像系统，其特征在于，所述缝平板准直器内相邻准直缝和孔平板准直器内相邻准直孔之间的间距d均分别满足：d≥D*a/(a+b)，式中，D是成像对象的大小，a是缝平板准直器或孔平板准直器表面到对应的伽马光子探测器表面的距离，b是成像对象中心到缝平板准直器或孔平板准直器表面的距离。

3.根据权利要求1所述的多伽马光子符合成像系统，其特征在于，所述第一探头的探测平面和第二探头的探测平面之间以非平行的方式排列布置。

4.根据权利要求1所述的多伽马光子符合成像系统，其特征在于，所述第一探头的探测平面和第二探头的探测平面之间以垂直的方式排列布置。

5.根据权利要求1所述的多伽马光子符合成像系统，其特征在于，所述缝平板准直器内各相邻准直缝之间的间距相同或不同；所述孔平板准直器内各相邻准直孔之间的间距相同或不同。

6.根据权利要求1所述的多伽马光子符合成像系统，其特征在于，所述放射性核素，在其衰变过程中能以级联方式在很短的时间内产生至少两个伽马光子。

7.一种采用如权利要求1～6中任一项所述成像系统的成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)启动所述多伽马光子符合成像系统，设定时间符合模块的时间窗宽度；依据所用放射核素所放射的伽马光子能量设定各伽马光子探测器的能窗；

(2)计算机平台根据所设定条件判断成像过程是否结束；若结束，则执行步骤(5)；若未结束，则执行步骤(3)；

(3)时间符合模块判断各伽马光子探测器是否探测到多伽马光子符合事件，若探测到，则执行步骤(4)；若未探测到，则执行步骤(2)；

(4)计算机平台根据各伽马光子探测器所输入的多个伽马光子能量信息判断所输入的多个伽马光子能量是否分别在所设定的能窗内；如果不在所设定的能窗内，则舍弃该多伽马光子符合事件；如在所设定的能窗内，则根据每一个多伽马光子符合事件在第一伽马光子探测器所输入的一个伽马光子的位置信息计算多伽马光子符合事件发生位置所在的若干投影平面，并根据每一个多伽马光子符合事件在第二伽马光子探测器所输入的一个伽马光子的位置信息和能量信息计算多伽马光子符合事件发生位置所在的若干投影线；记录每一个多伽马光子符合事件中的多个伽马光子所分别确定的若干投影平面和若干投影线的在成像对象内的若干相应交点，作为放射性核素发生衰变的若干个可能位置；执行步骤(2)；

(5)根据所有多伽马光子符合事件计算的放射性核素的多个可能衰变位置得到放射性核素在成像对象体内的可能分布，并可以通过图像重建算法对此分布做更为精确的估计。

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