CN116250855A - 基于模块化伽马探头的核医学成像系统及核医学成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医学成像技术领域，尤其涉及一种基于模块化伽马探头的核医学成像系统及核医学成像方法,系统包括多个模块化伽马探头和设有多个可旋转机架的SPECT主机，每一模块化伽马探头包括自适应多针孔准直器和高分辨率伽马探测器，自适应多针孔准直器为相互连接多个切换结构的可动结构，高分辨率伽马探测器固定于切换结构的一端，可旋转机架包括定子和多个转子，每一转子与模块化伽马探头固定连接。本发明提出的系统结合模块化探头的准直器类型及其切换功能、探头的探测器调节机制、环形结构中每个探头可独立连续高精度移动的特点，可以实现成像视野、灵敏度和分辨率等物理参数在大范围内的连续调节，能够满足静态断层和动态断层扫描的需求。
Description
技术领域
本发明涉及医学成像技术领域，尤其涉及一种基于模块化伽马探头的核医学成像系统及核医学成像方法。
背景技术
核医学成像是指，通过注入人体的放射性药物所发射的伽马光子，经由成像设备探测后生成能反映人体组织器官功能或分子水平上生理信息的图像，能够用于辅助临床诊断或治疗。
现有技术的核医学成像系统包括伽马相机、单光子发射计算机断层成像(SPECT)、正电子发射断层成像(PET)设备和相应的多模态成像设备，如SPECT/CT(X射线计算机及断层成像)、SPECT/MRI(核磁共振成像)、PET/CT以及PET/MRI等。其中，伽马相机又称伽马探头，由对伽马光子进行准直的准直器系统、探测伽马光子的探测器系统组成；SPECT由一个或多个安装在可旋转机架上的伽马探头组成，通过对人体多个角度的扫描图像进行三维重建生成三维断层图像。在实际临床应用中，由于患者个体、临床适用病症及阶段、放射性药物、操作人员等的差异，需要针对当前扫描对象的扫描参数进行优化，实现图像质量、扫描效率和辐射剂量的最优化。近年来，自适应成像技术和包括深度学习算法在内的高级算法在临床应用的实施和推广，对核医学系统的性能和物理参数的可自动调节能力提出了更高的需求。
现有技术中主流的SPECT和SPECT/CT主要采用双探头或三探头，机架只能借助工装安装一种平行孔或针孔准直器，在扫描过程中只能对采集时间、成像距离和采集角度等进行调整，不能更改系统物理参数，如成像视野、准直器类型、系统灵敏度等，难以满足全身骨扫描、肾动态等其它临床成像的要求。例如，相关技术中的通用型全环SPECT采用一个由9个大视野伽马探测器组成的探测器环，一个支持多种针孔切换的环形准直器和支持探测器环和准直器环旋转的机架。这种固定结构设计只能容纳有限的准直器类型，只能在几种给定的成像视野、灵敏度和分辨率的组合中切换，难以满足实际临床应用中不同患者、不同组织器官以及不同病症对视野、灵敏度和分辨率的广泛要求，不能满足个体化最优成像的临床需求；另一方面，这种准直器和探测器分离且全封闭式的结构，难以实现有效探测视野在横向和轴向的扩展，而且机架笨重，难以安装和维修。
发明内容
本发明提供一种基于模块化伽马探头的核医学成像系统及核医学成像方法，旨在解决现有技术的SPECT系统只能容纳有限的准直器类型，难以实现有效探测视野在横向和轴向的扩展的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供一种基于模块化伽马探头的核医学成像系统，包括多个模块化伽马探头和设有多个可旋转机架的SPECT主机，每一所述模块化伽马探头包括自适应多针孔准直器和高分辨率伽马探测器，所述自适应多针孔准直器为通过驱动电机相互连接多个切换结构的可动结构，所述高分辨率伽马探测器固定于其中一个所述切换结构的一端，所述可旋转机架包括定子和多个转子，每一所述转子与所述模块化伽马探头固定连接，所述SPECT主机包括运动控制模块和成像控制模块，所述运动控制模块用于驱动控制所述驱动电机以实现所述模块化伽马探头围绕所述转子的运动、以及驱动控制所述转子以实现所述模块化伽马探头围绕所述定子的运动，所述成像控制模块用于控制所述高分辨率伽马探测器实现核医学成像。
优选的，所述核医学成像系统还包括设置于所述高分辨率伽马探测器的成像视野的用于承载扫描对象的检查床、用于医学成像的成像主机以及显示主机。
优选的，所述模块化伽马探头还包括用于包裹所述模块化伽马探头的屏蔽壳体。
优选的，所述可旋转机架为单环结构。
优选的，所述可旋转机架为单环沿轴向扩展形成的多环结构。
优选的，所述模块化伽马探头在所述可旋转机架中呈对称式均匀排布。
优选的，所述成像控制模块还用于：
基于所述高分辨率伽马探测器的成像结果反馈给所述运动控制模块，以通过驱动控制所述驱动电机，并调整所述模块化伽马探头相对于核医学成像的扫描对象的位置。
第二方面，本发明实施例还提供一种核医学成像方法，所述核医学成像方法包括以下步骤：
S1、将扫描对像设置于模块化伽马探头的成像视野中；
S2、设置扫描参数，通过SPECT主机控制所述模块化伽马探头对所述扫描对象进行体位识别，并进行核医学成像预扫描，得到预扫描结果；
S3、根据所述预扫描结果对所述扫描参数进行优化调整；
S4、根据优化调整后的所述扫描参数通过所述SPECT主机控制所述模块化伽马探头对所述扫描对象进行核医学成像扫描，得到所述扫描对象的医学断层图像；
S5、根据所述医学断层图像判断是否需要追加扫描，若是，则返回步骤S2；若否，则执行步骤S6；
S6、输出所述医学断层图像，并结束所述核医学成像扫描流程；
所述核医学成像方法基于上实施例中任一项所述的基于模块化伽马探头的核医学成像系统实现。
本发明所达到的有益效果，在于提出了一种使用模块化伽马探头的核医学成像系统，该系统结合模块化探头的准直器类型及其切换功能、探头的探测器调节机制、环形结构中每个探头可独立连续高精度移动的特点，以及针对这种该系统的核医学成像方法，可以实现成像视野、灵敏度和分辨率等物理参数在大范围内连续调节，能够满足临床核医学所有静态断层和动态断层的最优扫描的需求。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于模块化伽马探头的核医学成像系统100的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的模块化伽马探头1012的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种准直器200的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的准直器位置调整示意图；
图5是本发明实施例提供的SPECT主机101的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的用于全身断层扫描的最优探头配置示意图；
图7是本发明实施例提供的用于心脏动态断层扫描的最优探头配置示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、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详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种基于模块化伽马探头的核医学成像系统，包括多个模块化伽马探头和设有多个可旋转机架的SPECT主机，每一所述模块化伽马探头包括自适应多针孔准直器和高分辨率伽马探测器，所述自适应多针孔准直器为通过驱动电机相互连接多个切换结构的可动结构，所述高分辨率伽马探测器固定于其中一个所述切换结构的一端，所述可旋转机架包括定子和多个转子，每一所述转子与所述模块化伽马探头固定连接，所述SPECT主机包括运动控制模块和成像控制模块，所述运动控制模块用于驱动控制所述驱动电机以实现所述模块化伽马探头围绕所述转子的运动、以及驱动控制所述转子以实现所述模块化伽马探头围绕所述定子的运动，所述成像控制模块用于控制所述高分辨率伽马探测器实现核医学成像。
优选的，所述核医学成像系统还包括设置于所述高分辨率伽马探测器的成像视野的用于承载扫描对象的检查床、用于医学成像的成像主机以及显示主机。
请参照图1，图1是本发明实施例提供的基于模块化伽马探头的核医学成像系统100的结构示意图，其包括由多个安装在可旋转机架1011上的模块化伽马探头1012组成的SPECT主机101、用于运送扫描对象到模块化伽马探头的成像视野的检查床102、提供其它模态扫描成像的主机103，此外，在实际使用时，所述核医学成像系统还应包括供电单元和位于控制室的工作站及显示系统。
示例性的，提供其它模态扫描成像的主机103可以是CT、MRI或PET等，能够与SPECT主机系统联合使用，提供具备更高临床诊断价值的多模态融合图像，或者用于辅助SPECT主机系统进行另一种模态的扫描控制和图像生成。例如，对于SPECT/CT，CT定位像和重建断层图像，可用于辅助引导SPECT扫描范围的选择，并生成扫描对象的衰减系数用于SPECT图像生成过程的衰减校正，用于提高图像质量；检查床102能够垂直升降和水平运动，用于将扫描对象移动到成像视野位置，对于多模态系统，检查床102的水平运动结构可以是一个单一长距离水平运动结构，用于将扫描对象连续运送到不同模态的成像视野位置；检查床102的水平运动结构还可以分解为第一水平运动机构和第二水平水平运动结构，其中，第一水平运动结构用于将第二水平运动结构在不同模态的成像视野位置进行切换，第二水平运动结构用于控制扫描对象在当前模态的成像视野内以步进或连续移动的方式运动，实现对扫描对象单个部位或多个部位的扫描。
优选的，所述模块化伽马探头还包括用于包裹所述模块化伽马探头的屏蔽壳体。
具体的，请参照图2，图2是本发明实施例提供的模块化伽马探头1012的结构示意图，模块化伽马探头1012由高分辨率伽马探测器10121和可移动多针孔板10122、准直器视窗10123、切换结构10124、驱动电机10125和屏蔽壳体10126组成，其中，可移动多针孔板10122、准直器视窗10123共同构成完整的准直器结构。
更进一步地，高分辨率伽马探测器10121，可以采用由不同材料和形状的探测通道单元组成的探测阵列。优选的，其空间分辨率应优于2mm，能有效探测到的伽马光子的能量不低于400keV。
高分辨率伽马探测器10121一般包括三层结构：第一层是光电转换层，用于将伽马信号转换为电信号；第二层是电子读出层，用于对第一层输出的电信号进行处理，得到反映伽马光子的位置、能量、时间等信息的数字或模拟信号；第三层是数据采集层，用于获取第二层的输出信号，并进行编码、压缩等必要的处理后发送到工作站系统，用于后续图像生成等影像链相关分析和处理。高分辨率伽马探测器10121的第一层结构，可以是基于闪烁晶体材料和光电转换器件的两级间接转化结构，其中，闪烁晶体材料以像素阵列或晶体块(连续晶体)的方式组合，将伽马光子转换为光信号，再由耦合到晶体上的上的光电转换器件，比如硅光电倍增管(SiPM)阵列、数字硅光电倍增管(dSiPM)阵列或位置灵敏光电倍增管(PSPMT)，将光信号转换为电信号。这些闪烁晶体材料可以采用碘化钠(NaI(Tl))、碘化铯(CsI(Tl))、锗酸铋(BGO)、钆镓铝石榴石(GAGG)或溴化镧(LaBr3)等。高分辨率伽马探测器10121的第一层结构，也可以采用基于诸如CZT等半导体材料的直接转换结构，其半导体以像素阵列，或者采用连续半导体块耦合像素化读出阳极阵列的组合方式，直接将伽马信号转换为电信号。高分辨率伽马探测器10121的第二层结构，可以采用分离元器件或者基于专用集成电路(ASIC)芯片的设计，其电路结构可以是1:1的分别读出和处理每一路通道的电子信号，或者采用多路复用的模式、并结合一定的解码处理实现对伽马光子位置、时间和能量信息的提取。根据高分辨率伽马探测器10121第一层结构输出电信号的特征，高分辨率伽马探测器10121的第二层结构电子信号处理链条可包括全模拟信号、模拟数字混合信号或者全数字信号。高分辨率伽马探测器10121的第三层结构，除了对第二层的信号进行采集处理外，还可与工作站系统进行通讯，对探测器的信号处理进行必要的标定和配置，如根据信号能量调节SiPM的偏压或通过DAC和VGA调整探测器206的第二层结构中运放的增益等。
在本发明实施例中，准直器包含两级结构：一是可移动多针孔板10122，包含有5组孔径、开口张角和孔径数目不同的针孔准直器；二是准直器视窗10123，包含三个与可移动多针孔板10122的针孔位置和张角匹配的视窗开口，视窗与高分辨率伽马探测器10121的有效视野匹配。驱动电机10125接收到控制信号后，驱动切换结构10124带动可移动多针孔板10122将选定针孔准直器移动到准直器视窗10123的视窗开口位置，即激活当前类型的针孔准直器、关闭其它未选定的针孔准直器，从而实现不同准直器类型之间的自动更换。可移动多针孔板10122、准直器视窗10123、屏蔽壳体10126由高密度、高原子序数和具备机械强度的材料加工而成，这些材料可以是高纯度钨合金、铅及铅合金、金等，对放射性药物发射的伽马射线具备高衰减性能，能有效的对伽马射线进行准直和屏蔽。屏蔽壳体10126需要对高分辨率伽马探测器10121除了入射面之外其它各面进行屏蔽，以有效降低视野外放射源、伽马散射、本底辐射等无效伽马光子对图像质量的影响。其中，切换结构10124可以是曲柄连杆机构，也可以是直线丝杠结构、圆形转盘等结构，需要配合准直器两级结构之间的耦合关系进行选型。
本发明实施例并不对准直器的类型进行限定，其可以采用自适应狭缝板条准直器、可调节平行孔准直器等其它类型的准直器。作为一种示例，请参照图3，图3是本发明实施例提供的一种准直器200的结构示意图，包含三级结构：第一级结构是可移动多狭缝板201，包含有5组宽度和开口张角不同的狭缝，提供横向二维准直；第二级结构是准直器狭缝视窗202，包含一个与可移动多狭缝板201的狭缝位置和张角匹配的视窗开口，视窗与探测器的有效视野匹配；第三级是板条组件203，提供高分辨率的轴向准直。结合可移动多狭缝板201的横向准直和板条组件203的轴向准直，实现对伽马光子的三维准直，准直器更换机理和运动结构与图2所示的切换结构10124相同。
具体的，请参照图4，图4是本发明实施例提供的SPECT主机101的结构示意图，包括由定子10111和通过旋转运动的机构安装到定子10111上的转子10112组成的可旋转机架1011、通过线性运动机构安装到转子10112上的模块化伽马探头1012、集成的运动控制模块和成像控制模块等。
模块化伽马探头1012与可旋转机架1011之间进行运动时，模块化伽马探头1012通过线性丝杆组件安装到转子10112上；在收到运动控制模块的控制命令时，驱动电机10125控制线性丝杆组件(切换结构10124)运动，带动模块化伽马探头1012沿着径向靠近或远离系统中心轴；结合模块化伽马探头1012所选定的准直器，实现该探头的成像视野、分辨率和灵敏度在一定范围内能够连续调整。转子的旋转运动结构系统，可包括轴承、齿轮组合、伺服电机等，驱动转子围绕系统轴在一定范围内连续旋转。
请参照图4，图4是本发明实施例提供的准直器位置调整示意图，在本发明实施例中，随着准直器200到成像视野中心的径向距离L的改变，准直器200所选定的成像视野尺寸P与L成反比关系，即P∝W/L，W是板条组件203的有效视野尺寸；视野中心灵敏度S与L成平方反比关系，即S∝1/L2；系统空间分辨率R的数值与L是正向关系，即：
其中，H是板条组件203与准直器狭缝视窗202的距离，Rd和Rc分别是板条组件203的固有空间分辨率Ri和选定准直器狭缝视窗202的针孔孔径d在成像视野处的对系统空间分辨率R的贡献，R是系统空间分辨率，其决定SPECT的分辨率，即生成图像的分辨率的物理基础。在本发明实施例中，结合精准的图像生成算法，能进一步提高SPECT分辨率，具体的，准直器200沿着径向靠近系统中心轴时，成像视野正比例减小，灵敏度平方反比增加，分辨率提高；反之，准直器200沿着径向远离系统中心轴时，成像视野正比例增大，但灵敏度平方反比降低，分辨率变差。
示例性的，在本发明实施例中，随着准直器200沿着径向移动，当准直器狭缝视窗202到成像视野中心的径向距离L减小为原来的二分之一时，使SPECT的成像视野减小一半，灵敏度增加四倍，最终使得分辨率提高；当径向距离L增加为原来的两倍时，使SPECT的成像视野增加一倍，灵敏度降低到四分之一，最终使得分辨率变差。在本发明实施例中，由于准直器200径向移动能在一定范围内连续、同时改变SPECT的扫描成像视野尺寸、灵敏度和分辨率，通过合理选择准直器200的固有性能区间和准直器狭缝视窗202的尺寸、分辨率等参数，结合探头的径向运动，能够实现在同一台SPECT上实现针对全身断层扫描、局部器官或肿瘤等感兴趣区域的高灵敏度、高分辨率的静态断层或动态断层扫描。本发明实施例中的运动控制系统，可以包含一个或多个控制板，比如，每一个运动机构有一个控制子板，每一可旋转机架有一个中心控制板，用于与工作站105通讯、通过各个运动机构的控制子板来控制各个运动机构的动作、实现各个运动结构的关联性或动作时序管理，以确保不同运动部件之间按规定顺序移动、不发生冲突或碰撞干涉。
优选的，所述可旋转机架为单环结构。如图5所示，一个可旋转机架上包含至少9个探头、且所有探头在360°内均匀分布；机架无需旋转，即可实现静态断层和动态断层。
优选的，所述可旋转机架为单环沿轴向扩展形成的多环结构。对于超长轴向视野的临床需求，比如轴向成像视野超过60cm，采用多个单环结构轴向扩展，每一个环内多探头的配置可采用如图5所示的全环结构；且不同环的探测器在垂直于系统轴的横断面内错开一定角度，结合床移动，对全身断层实现更高采样精度。
优选的，所述模块化伽马探头在所述可旋转机架中呈对称式均匀排布。
示例性的，对于包含四环伽马探头、轴向视野达120cm的全环SPECT，第一环内9个探头的方位角分别是0°、40°、80°、120°、160°、200°、240°、280°和320°，第二环内9个探头的方位角分别是10°、50°、90°、130°、170°、210°、250°、290°和330°，第三环内9个探头的方位角分别是20°、60°、100°、140°、180°、220°、260°、300°和340°，第四环内9个探头的方位角分别是30°、70°、110°、150°、190°、230°、270°、310°和350°；可以通过检查床带动扫描对象依次在四个单环内扫描，则扫描对象每一个部分的采样角度数目从9个增加到36个，提高了采样的均匀性，可进一步提高图像均匀度。在基于模块化探头的多探头SPECT的各种实施例中，多个探头可以采用较少数目探头的全环结构。比如包含三个模块化伽马探头的全环SPECT，至少需要旋转三次才能实现断层成像，难以满足动态断层成像的需求，但成本只有如图4所示的全环SPECT的三分之一。多探头的机架上的分布也可以采用非圆环结构，或者采用圆环结构、但在环内呈不规则排布。比如，可以采用15个探头在方位角210°范围沿C型分布，专用于心脏动态断层和静态断层扫描成像。
优选的，所述成像控制模块还用于：
基于所述高分辨率伽马探测器的成像结果反馈给所述运动控制模块，以通过驱动控制所述驱动电机，并调整所述模块化伽马探头相对于核医学成像的扫描对象的位置。
本发明所达到的有益效果，在于提出了一种使用模块化伽马探头的核医学成像系统，该系统结合模块化探头的准直器类型及其切换功能、探头的探测器调节机制、环形结构中每个探头可独立连续高精度移动的特点，以及针对这种该系统的核医学成像方法，可以实现成像视野、灵敏度和分辨率等物理参数在大范围内连续调节，能够满足临床核医学所有静态断层和动态断层的最优扫描的需求。
本发明实施例还提供一种核医学成像方法，所述核医学成像方法包括以下步骤：
S1、将扫描对像设置于模块化伽马探头的成像视野中；
S2、设置扫描参数，通过SPECT主机控制所述模块化伽马探头对所述扫描对象进行体位识别，并进行核医学成像预扫描，得到预扫描结果；
S3、根据所述预扫描结果对所述扫描参数进行优化调整；
S4、根据优化调整后的所述扫描参数通过所述SPECT主机控制所述模块化伽马探头对所述扫描对象进行核医学成像扫描，得到所述扫描对象的医学断层图像；
S5、根据所述医学断层图像判断是否需要追加扫描，若是，则返回步骤S2；若否，则执行步骤S6；
S6、输出所述医学断层图像，并结束所述核医学成像扫描流程；
所述核医学成像方法基于上实施例中任一项所述的基于模块化伽马探头的核医学成像系统实现。
优选的，在实际实施时，操作员在步骤S1前需要输入或通过医院信息系统导入的扫描对象的信息，除了常规核医学要求的患者信息、药物信息和扫描规程类型等之外，可以包括诸如拟扫描器官名称、大小、疑似病灶位置等与感兴趣扫描区域相关的先验信息；
在步骤S2中，核医学成像系统可通过一种无辐射的技术获取患者相关的尺寸、轮廓、主要组织分布等结构信息，这种无辐射的技术可以是基于光学摄像头和图像目标检测和识别等分析算法相结合的，也可以是基于光学扫描的，还可以是操作员基于床旁辅助工具手工输入的扫描区域位置和范围等信息。
上述步骤中获取的先验信息和步骤S2中获取的患者结构信息，可用于辅助引导步骤S3中其它模式的扫描和步骤S4中的SPECT断层扫描，以减少常规基于CT定位像或SPECT预扫描等相关的定位扫描对患者和/或操作员的辐射剂量。
步骤S2、S4也采用可以用其它模态的预扫描来替代，比如，对于基于SPECT/CT的扫描成像中，传统的CT定位像可以替代步骤S2，其代价是增加患者接受到的X射线剂量和增长扫描时间。
如果是基于多模态核医学成像系统的断层扫描，在步骤S2中可利用其他成像系统执行CT、MRI、PET等其它模态相关的扫描；也可以先执行步骤S4中的SPECT断层扫描，再执行其它模态的扫描。
在步骤S5中，基于先验信息和结构信息进行分析，给出是否需要增加SPECT预扫描来辅助获取自适应全环SPECT扫描范围的建议。例如，针对缺失先验信息或者患者相关的结构信息的情况，进行一个低剂量的全身SPECT预扫描，通过对采集的投影图像数据或重建生成的断层图像数据进行分析和检测，获取患者的轮廓和主要组织分布等扫描区域相关的位置信息。在步骤S3中，扫描参数优化可根据前述步骤获取的信息，针对当前扫描区域进行优化，选取整体图像性能最优的SPECT扫描流程以及流程每一环节最佳匹配的准直器类型、成像视野、灵敏度、分辨率等物理参数，探测器的增益等电子参数和采集时间等参数。
针对未执行或未获取与扫描对象相关的有效信息，步骤S4可以采用基于扫描类型的默认优化参数执行扫描，比如，对于心脏扫描，默认参数选择大器官或心脏专用准直器。在步骤S4中，工作站系统根据调整后的参数与运动控制系统、探测器第三层结构进行通讯，对准直器的类型、探头的径向位置、探测器电子增益等参数进行调节，从而在步骤S4中以最匹配的成像视野、灵敏度和分辨率等物理参数、电子采集参数以及图像生成相关参数对当前扫描对象进行个性化最优的SPECT断层扫描成像。示例性的，图6所示的是实施例相关的用于全身断层扫描的最优探头配置，即每个探头的准直器采用高灵敏度类型、每个探头径向远离系统中心轴至其成像视野覆盖人体轮廓内区域。图7所示的是实施例相关的用于心脏动态断层扫描的最优探头配置，即每个探头的准直器采用适合动态断层成像的类型，例如图3所示的准直器的中间一种配置；且每个探头径向靠近系统中心轴直至其成像视野覆盖心脏区域或靠近人体轮廓的位置，以实现对心脏的高灵敏度、高分辨率断层成像。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存取存储器(Random AccessMemory，简称RAM)等。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式用等同变化，均属于本发明的保护之内。
Claims (8)
1.一种基于模块化伽马探头的核医学成像系统，包括多个模块化伽马探头和设有多个可旋转机架的SPECT主机，其特征在于，每一所述模块化伽马探头包括自适应多针孔准直器和高分辨率伽马探测器，所述自适应多针孔准直器为通过驱动电机相互连接多个切换结构的可动结构，所述高分辨率伽马探测器固定于其中一个所述切换结构的一端，所述可旋转机架包括定子和多个转子，每一所述转子与所述模块化伽马探头固定连接，所述SPECT主机包括运动控制模块和成像控制模块，所述运动控制模块用于驱动控制所述驱动电机以实现所述模块化伽马探头围绕所述转子的运动、以及驱动控制所述转子以实现所述模块化伽马探头围绕所述定子的运动，所述成像控制模块用于控制所述高分辨率伽马探测器实现核医学成像。
2.如权利要求1所述的基于模块化伽马探头的核医学成像系统，其特征在于，所述核医学成像系统还包括设置于所述高分辨率伽马探测器的成像视野的用于承载扫描对象的检查床、用于医学成像的成像主机以及显示主机。
3.如权利要求1所述的基于模块化伽马探头的核医学成像系统，其特征在于，所述模块化伽马探头还包括用于包裹所述模块化伽马探头的屏蔽壳体。
4.如权利要求1所述的基于模块化伽马探头的核医学成像系统，其特征在于，所述可旋转机架为单环结构。
5.如权利要求1所述的基于模块化伽马探头的核医学成像系统，其特征在于，所述可旋转机架为单环沿轴向扩展形成的多环结构。
6.如权利要求1所述的基于模块化伽马探头的核医学成像系统，其特征在于，所述模块化伽马探头在所述可旋转机架中呈对称式均匀排布。
7.如权利要求1所述的基于模块化伽马探头的核医学成像系统，其特征在于，所述成像控制模块还用于：
基于所述高分辨率伽马探测器的成像结果反馈给所述运动控制模块，以通过驱动控制所述驱动电机，并调整所述模块化伽马探头相对于核医学成像的扫描对象的位置。
8.一种核医学成像方法，其特征在于，所述核医学成像方法包括以下步骤：
S1、将扫描对像设置于模块化伽马探头的成像视野中；
S2、设置扫描参数，通过SPECT主机控制所述模块化伽马探头对所述扫描对象进行体位识别，并进行核医学成像预扫描，得到预扫描结果；
S3、根据所述预扫描结果对所述扫描参数进行优化调整；
S4、根据优化调整后的所述扫描参数通过所述SPECT主机控制所述模块化伽马探头对所述扫描对象进行核医学成像扫描，得到所述扫描对象的医学断层图像；
S5、根据所述医学断层图像判断是否需要追加扫描，若是，则返回步骤S2；若否，则执行步骤S6；
S6、输出所述医学断层图像，并结束所述核医学成像扫描流程；
所述核医学成像方法基于权利要求1-7中任一项所述的基于模块化伽马探头的核医学成像系统实现。
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|---|---|---|---|---|
| CN116849690A (zh) * | 2023-08-09 | 2023-10-10 | 佛山瑞迪奥医疗系统有限公司 | Spect成像装置、spect成像系统和诊断组合 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105813569A (zh) * | 2013-12-19 | 2016-07-27 | 通用电气公司 | 多模态成像的系统和方法 |
| CN109938764A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-06-28 | 佛山原子医疗设备有限公司 | 一种基于深度学习的自适应多部位扫描成像方法及其系统 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105813569A (zh) * | 2013-12-19 | 2016-07-27 | 通用电气公司 | 多模态成像的系统和方法 |
| CN109938764A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-06-28 | 佛山原子医疗设备有限公司 | 一种基于深度学习的自适应多部位扫描成像方法及其系统 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116849690A (zh) * | 2023-08-09 | 2023-10-10 | 佛山瑞迪奥医疗系统有限公司 | Spect成像装置、spect成像系统和诊断组合 |
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