CN111743565B - 四维动态断层扫描定位方法、探测器及核医学设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四维动态断层扫描定位方法、探测器及核医学设备，用以提高核医学设备的定位准确性和采集效率。其中四维动态断层扫描定位方法包括：根据两个探测器的探测图像实时调整扫描床的水平伸出距离直至两个探测器的视野中心位于目标器官的预设视野范围的轴线上；根据两个探测器的探测图像调整扫描床的高度直至两个探测器采集的伽马射线计数信息和图像信息对应，此时两个探测器位于工作位置；当两个探测器在工作位置时，实时选取每个探测器采集的至少三个方向的针孔区域图像等效作为重建后图像，用于重建效果的预判，并根据重建后图像实时调整扫描床和两个探测器的相对位置直至两个探测器处于最佳位置。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种四维动态断层扫描定位方法、探测器及核医学设备。
背景技术
发射断层成像技术是一种非侵入式的核医学成像方法，单光子发射计算机断层成像(SPECT，Single Photon Emission Computed Tomography)是发射断层成像的一种，目前已广泛应用于预临扫描床的药物研究和临扫描床疾病诊断。
核医学设备在检测前，需要先将安装有多针孔准直器的探测器的视野中心(沿两个探测器的准直器中垂线方向固定焦距的交点)调整到与目标器官的中心重合。由于安装有多针孔准直器的探测器的视野中心为虚拟空间位置，其无法有效可视化，在重建视野可覆盖目标器官大小的前提下，若目标器官中心与视野中心不重合会降低临床采集的有效性，造成多次反复调整采集，延长患者采集时间加大技师工作量。
发明内容
如前所述，由于安装有多针孔准直器的探测器的视野中心为虚拟空间位置，其无法有效可视化，在重建视野可覆盖目标器官大小的前提下，若目标器官中心与视野中心不重合会降低临床采集的有效性，造成多次反复调整采集，延长患者采集时间加大技师工作量。
针对于现有技术问题，本发明提出一种四维动态断层扫描定位方法，用于核医学设备，其中，所述核医学设备中的探测器安装有多针孔准直器，所述四维动态断层扫描定位方法包括：
步骤S101：根据两个所述探测器的探测图像实时调整扫描床的水平伸出距离直至两个所述探测器的视野中心位于目标器官的预设视野范围的轴线上；
步骤S102：根据两个所述探测器的探测图像调整扫描床的高度直至两个所述探测器采集的伽马射线计数信息和图像信息对应，此时两个所述探测器位于工作位置；
步骤S103：当两个所述探测器在工作位置时，实时选取每个所述探测器采集的至少三个方向的针孔区域图像等效作为重建后图像，用于重建效果的预判，并根据所述重建后图像实时调整所述扫描床和两个所述探测器的相对位置直至两个所述探测器处于最佳位置；
其中：所述工作位置为使得视野中心与预设体型的目标器官模型的中心对准的理论计算位置，所述最佳位置为使得视野中心与所述目标器官的中心实时重合的位置。
作为本发明的一个方面，所述步骤S01具体包括：
根据两个所述探测器采集的目标器官的图像信息与预设体型的目标器官模型对比，并根据对比结果实时调整所述扫描床的水平伸出距离直至两个所述探测器的视野中心位于目标器官的预设视野范围的轴线上。
作为本发明的一个方面，所述步骤S102具体包括：
根据两个所述探测器实时采集的目标器官的图像信息与预设体型的目标器官模型对比，并根据对比结果调整所述扫描床的高度直至两个所述探测器采集的伽马射线的计数一致、图像大小一致，且每个所述探测器采集到的投影图像在对应的所述探测器上居中显示，此时，两个所述探测器位于工作位置。
作为本发明的一个方面，所述当两个所述探测器在工作位置时，实时选取每个所述探测器采集的至少三个方向的针孔区域图像等效作为重建后图像，具体包括：
根据所述预设体型的目标器官模型的结构特点得到所需计算的横断面、冠状面和矢状面方向信息，根据所述多针孔准直器各个针孔的入射方向信息、获取的核医学设备的机架实时的角度信息，在两个所述探测器的探测图像上等效选取最接近预设体型的目标器官模型的对应的针孔区域作为重建图像的三视图，并按实际体位对选取的所述三视图进行旋转和镜像调整。
作为本发明的一个方面，所述四维动态断层扫描定位方法，还包括：当所述探测器在临床采集过程中，在所述扫描床上的目标器官之外的人体组织覆盖铅衣。
作为本发明的一个方面，所述根据所述重建后图像实时调整所述扫描床和两个所述探测器的相对位置直至两个所述探测器处于最佳位置；具体包括：
根据所述重建后图像实时调整所述扫描床的高度、所述扫描床的水平伸出距离、核医学设备的机架的角度、所述探测器的位置中的至少一个，直至两个所述探测器处于最佳位置。
作为本发明的一个方面，在所述探测器运动过程中，所述四维动态断层扫描定位方法还包括：
当检测到的待测人体所受的压力值大于预先设置的第一压力值时，控制所述探测器停止移动；
当检测到的待测人体所受的压力值大于预先设置的第二压力值且小于所述第一压力值时，控制所述探测器沿径向方向远离待测人体移动预设距离后停止。
本发明还提供一种如上所述的四维动态断层扫描定位方法中的探测器，包括：多针孔准直器、平面闪烁晶体以及倍增管阵列，其中：
所述多针孔准直器，包括：屏蔽组件和针孔准直组件，所述屏蔽组件包括屏蔽板和设置在所述屏蔽板的边沿的屏蔽罩，所述针孔准直组件包括设置在所述屏蔽板上的多个针孔，所述多个针孔的入射射线均源自同一焦点；
所述平面闪烁晶体设置在所述准直组件的后方，用于接收每个所述针孔的入射射线，所述倍增管阵列设置在所述平面闪烁晶体的后方。作为本发明的一个方面，每个所述多针孔准直器的前表面设置有压触膜和/或压力传感器。
本发明还提供了一种核医学设备，包括：扫描床，用于支撑待测人体；还包括上述任一项所述的探测器。
本发明与现有技术相比取得了如下技术效果：
1.传统的平行孔准直器分辨率和灵敏度较差，在采集过程中需多个角度旋转，无法满足心脏血流灌注的动态采集快速要求(20s-60s完成一次重建)。相比于需要旋转的平行孔准直器断层采集，探测器可在静态采集的情况下一次性实现多个角度信息的获取，无需旋转、更安全可靠，且由于其高灵敏度和高分辨率针对小器官的临床应用，可实现血流灌注类的图像采集，实现真3D图像采集，且本发明提供的四维动态断层扫描定位方法，定位可以从非工作位置就开始，在扫描床移动过程中可以不断调整，在探测器接触到人体或之前已将位置调整好，调整效率较高。
2.通过设置的铅衣，可以排除其他非目标器官的干扰，提高定位和采集的准确性。
3.通过设置的压力阈值的判断，可以减小定位过程中发生挤伤待测人体的现象的发生。
4.所有针孔均朝向同一焦点，在本申请中一般焦点为目标器官区域。采用本申请的技术方案，大大提高了目标器官成像质量。
附图说明
本发明所列的附图仅是用于更好地理解本发明的技术方案及优势，但不构成对本发明技术方案的任何限定。其中：
图1是本发明提供的四维动态断层扫描定位方法流程图；
图2是本发明提供的探测器对位原理示意图；
图3是本发明提供的方法中，探测器图像上选取的针孔区域示意图；
图4是本发明提供的重建断层图像示意图；
图5是本发明提供的探测器的结构示意图。
附图说明：
1-探测器2-多针孔准直器3-扫描床4-目标器官5-视野中心6-目标器官的轴线7-平面闪烁晶体8-倍增管阵列
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细、完整的说明。以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如前，由于安装有多针孔准直器的探测器的视野中心为虚拟空间位置，其无法有效可视化，在重建视野可覆盖目标器官大小的前提下，若目标器官中心与视野中心不重合会降低临床采集的有效性，造成多次反复调整采集，延长患者采集时间加大技师工作量。
针对于现有技术问题，如图1和图2所示，本发明提出一种四维动态断层扫描定位方法，用于核医学设备，核医学设备中的探测器安装有多针孔准直器，四维动态断层扫描定位方法包括：
步骤S101：根据两个探测器1的探测图像实时调整扫描床3的水平伸出距离直至两个探测器的视野中心5位于目标器官的预设视野范围的轴线6上；上述预设视野范围本领域技术人员可以根据实际需要设定；
步骤S102：根据两个探测器1的探测图像调整扫描床的高度直至两个探测器采集的伽马射线计数信息和图像信息对应，此时两个探测器1位于工作位置；
步骤S103：当两个探测器1在工作位置时，实时选取每个探测器1采集的至少三个方向的针孔区域图像等效作为重建后图像，用于重建效果的预判，并根据重建后图像实时调整扫描床3和两个探测器1的相对位置直至两个探测器1处于最佳位置；
其中：工作位置为使得视野中心5与预设体型的目标器官模型的中心对准的理论计算位置，最佳位置为使得视野中心5与目标器官的中心实时重合的位置。
可选的，上述目标器官4可以为心脏、甲状腺、脑部、肝脏等。上述步骤S101可以在探测器位于远离位置时实施，远离位置为沿工作位置中垂面远离设定距离的位置。上述远离位置距离工作位置的设定距离可以根据实际需要设定。
传统的平行孔准直器分辨率和灵敏度较差，在采集过程中需多个角度旋转，无法满足心脏血流灌注的动态采集快速要求(20s-60s完成一次重建)。相比于需要旋转的平行孔准直器断层采集，探测器1可在静态采集的情况下一次性实现多个角度信息的获取，无需旋转、更安全可靠，且由于其高灵敏度和高分辨率针对小器官的临床应用，可实现血流灌注类的图像采集，实现真3D图像采集，且本发明提供的探测器1定位方法，定位可以从非工作位置就开始，在扫描床3移动过程中可以不断调整，在探测器1接触到人体或之前已将位置调整好，保持探测器的视野中心与目标器官的中心实时重合，调整效率较高，提高核医学设备的定位和采集效率。
作为本发明的一个方面，步骤S101具体包括：
根据两个探测器1采集的目标器官的图像信息与预设体型的目标器官的理论模型对比，并根据对比结果实时调整扫描床3的水平伸出距离直至两个探测器的视野中心位于目标器官的预设视野范围的轴线上。
目标器官中的伽马射线经过多针孔准直器2入设闪烁晶体，经过倍增管阵列将微弱光信号转换成电信号后投影至探测器上进行显示，操作者根据显示屏显示的图像信息与预设体型的目标器官的理论模型进行对比，即具体的可以为根据显示的图像信息的某些边界点数据值与预设体型的目标器官的理论模型的对应边界点数据值进行对比，根据对比差值，对应的调整扫描床3的水平伸出距离。
同理，上述步骤S102中具体包括：
根据两个探测器1实时采集的目标器官的图像信息与预设体型的目标器官模型对比，并根据对比结果调整扫描床3的高度直至两个探测器1采集的伽马射线的计数一致、图像大小一致，且每个探测器1采集到的投影图像在对应的探测器1上的居中显示，此时，两个所述探测器位于工作位置。即两个探测器1采集的图像相同。
如图3和图4所示，上述步骤S103中：当两个探测器1在工作位置时，实时选取每个探测器1采集的至少三个方向的针孔区域图像等效作为重建后图像，具体包括：
根据预设体型的目标器官模型的结构特点得到所需计算的横断面、冠状面和矢状面方向信息，根据多针孔准直器各个针孔的入射方向信息、获取的核医学设备的机架实时的角度信息，在两个探测器的探测图像上等效选取最接近预设体型的目标器官模型的对应的针孔区域(如图3所示的白色框区域)作为重建图像的三视图，并按实际体位对选取的三视图进行旋转和镜像调整。
可选的，不限于选取三个方向的针孔区域图像，也可以是四个方向或者更多，具体可以根据实际操作过程中的需要进行选择，上述最接近预设体型的目标器官模型的对应的针孔区域本领域技术人员可以根据经验确定。
为了排除其他非目标器官的干扰，提高定位和采集的准确性，四维动态断层扫描定位方法还包括：当探测器1在临床采集过程中，在扫描床3上的目标器官之外的人体组织覆盖铅衣。
上述步骤S103中：根据重建后图像实时调整扫描床3和两个探测器1的相对位置直至两个探测器1处于最佳位置；具体包括：
根据重建后图像实时调整扫描床3的高度、扫描床的水平伸出距离、核医学设备的机架的角度、探测器的位置中的至少一个，直至两个探测器1处于最佳位置。目标器官中的伽马射线经过多针孔准直器2入设闪烁晶体，经过倍增管阵列将微弱光信号转换成电信号后投影至探测器上进行显示，操作者根据显示屏显示的图像信息与预设体型的目标器官模型进行对比，即具体的可以为根据显示的图像信息的某些边界点数据值与预设体型的目标器官模型的对应边界点数据值进行对比，根据对比差值，对应的调扫描床的水平伸出距离、机架的角度、探测器的位置中的一个或多个值，直至探测器1的视野中心5与目标器官的中心重合的位置。
本发明提供的一种可选的实施方式中，在探测器1运动过程中，四维动态断层扫描定位方法还包括：
当检测到的待测人体所受压力值大于预先设置的第一压力值时，控制探测器停止移动；
当检测到的待测人体所受压力值大于预先设置的第二压力值且小于第一压力值时，控制探测器1沿径向方向远离待测人体移动预设距离后停止；其中：第一压力值大于第二压力值。通过设置的压力阈值的判断，可以减小定位过程中发生挤伤待测人体的现象的发生。上述预先设置的第一压力值和第二压力值本领域技术人员可以根据实际需要设定。
如图5所示，本发明还提供一种如上述所述的四维动态断层扫描定位方法中的探测器1，包括：多针孔准直器2、平面闪烁晶体7以及倍增管阵列8，其中：
多针孔准直器2，包括：屏蔽组件和针孔准直组件，屏蔽组件包括屏蔽板和设置在屏蔽板的边沿的屏蔽罩，针孔准直组件包括设置在屏蔽板上的多个针孔，多个针孔的入射射线均源自同一焦点；
平面闪烁晶体7设置在准直组件的后方，用于接收每个针孔的入射射线，倍增管阵列8设置在平面闪烁晶体7的后方。
所有针孔均朝向同一焦点，在本申请中一般焦点为目标器官区域。采用本申请的技术方案，大大提高了目标器官成像质量。
可选的上述多准孔准直器可以为梯形的结构。
一种可选的实施方式中，每个多针孔准直器2的前表面设置有压触膜和/或压力传感器。用于检测待测人体受到的压力值，减小定位过程中发生挤伤待测人体的现象的发生。
上述屏蔽罩的结构可以为弧形也可以为直线型，可以根据实际检测的目标器官的形状进行设定，可选的，屏蔽组件还包括第二屏蔽板，所述第二屏蔽板设置在屏蔽罩的上底面与下底面之间，第二屏蔽板上开有与针孔一一对应的修正孔。本实施例中，第二屏蔽板对射线进行二次遮挡，有效减小不同针孔投影之间的交叠，并且，通过调整准直孔和第二屏蔽板间的距离以及修正孔和准直孔的参数，可以改变遮光率的比例。进而，使探测器1的探测效率和空间分辨率显著提高，重建图像质量更好。本实施方式中的第二屏蔽板可以根据屏蔽罩形状以及针孔的分布位置安装在本申请各个实施例中。
本发明还提供了一种核医学设备，包括扫描床3，用于支撑待测人体；还包括上述任一项所述的探测器1。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种四维动态断层扫描定位方法，用于核医学设备，其中，所述核医学设备中的探测器安装有多针孔准直器，其特征在于，所述四维动态断层扫描定位方法包括：
步骤S101：根据两个所述探测器的探测图像实时调整扫描床的水平伸出距离直至两个所述探测器的视野中心位于目标器官的预设视野范围的轴线上；
步骤S102：根据两个所述探测器的探测图像调整扫描床的高度直至两个所述探测器采集的伽马射线计数信息和图像信息对应，此时两个所述探测器位于工作位置；
步骤S103：当两个所述探测器在工作位置时，实时选取每个所述探测器采集的至少三个方向的针孔区域图像等效作为重建后图像，用于重建效果的预判，并根据所述重建后图像实时调整所述扫描床和两个所述探测器的相对位置直至两个所述探测器处于最佳位置；
其中：所述工作位置为使得视野中心与预设体型的目标器官模型的中心对准的理论计算位置，所述最佳位置为使得视野中心与所述目标器官的中心实时重合的位置。
2.如权利要求1所述的四维动态断层扫描定位方法，其特征在于，所述步骤S101具体包括：
根据两个所述探测器采集的目标器官的图像信息与预设体型的目标器官模型对比，并根据对比结果实时调整所述扫描床的水平伸出距离直至两个所述探测器的视野中心位于目标器官的预设视野范围的轴线上。
3.如权利要求1所述的四维动态断层扫描定位方法，其特征在于，所述步骤S102具体包括：
根据两个所述探测器实时采集的目标器官的图像信息与预设体型的目标器官模型对比，并根据对比结果调整所述扫描床的高度直至两个所述探测器采集的伽马射线的计数一致、图像大小一致，且每个所述探测器采集到的投影图像在对应的所述探测器上居中显示，此时，两个所述探测器位于工作位置。
4.如权利要求1所述的四维动态断层扫描定位方法，其特征在于，所述当两个所述探测器在工作位置时，实时选取每个所述探测器采集的至少三个方向的针孔区域图像等效作为重建后图像，具体包括：
根据所述预设体型的目标器官模型的结构特点得到所需计算的横断面、冠状面和矢状面方向信息，根据所述多针孔准直器各个针孔的入射方向信息、获取的核医学设备的机架实时的角度信息，在两个所述探测器的探测图像上等效选取最接近预设体型的目标器官模型的对应的针孔区域作为等效重建图像的三视图，并按实际体位对选取的所述三视图进行旋转和镜像调整。
5.如权利要求1所述的四维动态断层扫描定位方法，其特征在于，还包括：当所述探测器在临床采集过程中，在所述扫描床上的目标器官之外的人体组织覆盖铅衣。
6.如权利要求1所述的四维动态断层扫描定位方法，其特征在于，所述根据所述重建后图像实时调整所述扫描床和两个所述探测器的相对位置直至两个所述探测器处于最佳位置；具体包括：
根据所述重建后图像实时调整所述扫描床的高度、所述扫描床的水平伸出距离、核医学设备的机架的角度、所述探测器的位置中的至少一个，直至两个所述探测器处于最佳位置。
7.如权利要求1～6任一项所述的四维动态断层扫描定位方法，其特征在于，在所述探测器运动过程中，还包括：
当检测到的待测人体所受的压力值大于预先设置的第一压力值时，控制所述探测器停止移动；
当检测到的待测人体所受的压力值大于预先设置的第二压力值且小于所述第一压力值时，控制所述探测器沿径向方向远离待测人体移动预设距离后停止。
8.一种如权利要求1所述的四维动态断层扫描定位方法中的探测器，其特征在于，包括：多针孔准直器、平面闪烁晶体以及光电倍增管阵列，其中：
所述多针孔准直器包括：屏蔽组件和针孔准直组件，所述屏蔽组件包括屏蔽板和设置在所述屏蔽板的边沿的屏蔽罩，所述针孔准直组件包括设置在所述屏蔽板上的多个针孔，所述多个针孔的入射射线均源自同一焦点；
所述平面闪烁晶体设置在所述准直组件的后方，用于接收每个所述针孔的入射射线，所述光电倍增管阵列设置在所述平面闪烁晶体的后方。
9.如权利要求8所述的探测器，其特征在于，每个所述多针孔准直器的前表面设置有压触膜和/或压力传感器。
10.一种核医学设备，包括：扫描床，用于支撑待测人体；其特征在于，还包括如权利要求8或9所述的探测器。
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