CN209421934U - 一种正电子核素实时计数检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种正电子核素实时计数检测仪，包括：面罩，其内设有多个LYSO晶体探头，用于捕捉γ光子；调理电路，与所有LYSO晶体探头连接，用于将LYSO晶体探头捕捉到γ光子时产生的脉冲信号放大和滤波；脉冲信号记录装置，与调理电路连接，用于通过时间戳的形式记录γ光子的计数脉冲，并通过不同的计数通道发送基于各LYSO晶体探头得到的脉冲信号；符合探测电路，与脉冲信号记录装置连接，用于通过多个计数通道接收脉冲信号，并通过对各计数通道的时间耦合，识别检测到的γ光子。与现有技术相比，本实用新型通过设置调理电路、脉冲信号记录装置和符合探测电路，可以实现对于γ光子的有效检测，从而实现了对于正电子核素的检测。

Description

一种正电子核素实时计数检测仪

技术领域

本实用新型涉及一种医疗器械，尤其是涉及一种正电子核素实时计数检测仪。

背景技术

正电子类放射性核素(如¹¹C、¹³N、¹⁸F等)标记生物活性物质后，几乎不改变机体的生理、生化过程。因此，在临床上，为了检测人体组织的代谢情况，通常会将生物生命代谢中必须的物质，如：葡萄糖、蛋白质、核酸等，标记上短寿命的放射性核素，注入人体后，通过对于该物质在代谢中的聚集，来反映生命代谢活动的情况，从而可在不影响内环境平衡的生理条件下达到诊断的目的。用于标记的正电子核素经过物理衰减和生物代谢后，在受检者体内存留时间很短，大多随代谢产物排出。代谢产物中，CO₂和水是主要产物。其中，只有呼气是实时的，因此，可以通过动态监测呼气中的正电子核素的变化情况，间接了解体内代谢情况。

目前，临床上常用的检测正电子核素情况的装置是正电子发射计算机断层(简称PET)。该装置通过高灵敏的照相机捕捉发射性物质衰变过程中产生的正电子湮灭时产生的光子。经过分析处理，得到可反映代谢状况的三维图像，从而达到诊断的目的。该装置可反映病变的基因、分子、代谢及功能状态。但该设备通过影像检测代谢情况，结构复杂，体积较大，价格昂贵，多用于大型医院，不易于普及型推广。

因此，基于上述，本申请提供一种正电子核素实时计数检测仪，通过该检测仪的整体系统设计，由放置于面罩内成对的LYSO晶体探头实时动态检测呼出气体中CO₂的γ光子，从而解决现有技术存在的不足和缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种正电子核素实时计数检测仪。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种正电子核素实时计数检测仪，包括：

面罩，其内设有多个LYSO晶体探头，用于捕捉γ光子；

调理电路，与所有LYSO晶体探头连接，用于将LYSO晶体探头捕捉到γ光子时产生的脉冲信号放大和滤波；

脉冲信号记录装置，与调理电路连接，用于通过时间戳的形式记录γ光子的计数脉冲，并通过不同的计数通道发送基于各LYSO晶体探头得到的脉冲信号；

符合探测电路，与脉冲信号记录装置连接，用于通过多个计数通道接收脉冲信号，并通过对各计数通道的时间耦合，识别检测到的γ光子。

所有LYSO晶体探头按圆形排列分布。

所述LYSO晶体探头的个数为偶数个。

所述检测仪还包括计数加法器，与符合探测电路连接，用于对检测到的γ光子进行统计。

所述检测仪还包括显示屏，该显示屏与计数加法器连接。

所述符合探测电路的输出通道数为：

其中：N为计数通道的通道数。

所述符合探测电路包括多个与门，各与门的输入端分别与两个不同的计数通道连接；

所述脉冲信号记录装置包括处理器、存储器，以及存储于存储器中并由所述处理器执行的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

接收各计数通道发送的带有时间戳的脉冲信号；

比对是否存在两个脉冲信号的时间戳匹配，若为是，则判断检测到一个γ光子，并对外发送一次用于表征检测到γ光子的脉冲计数，进而，通过累计的脉冲计数，便可得到一定时间内发生湮灭的正电子数，实现计数检测的目的。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1)通过设置调理电路、脉冲信号记录装置和符合探测电路，对脉冲信号打上时间戳的方式，可以实现对于γ光子的有效检测，从而实现了对于正电子核素的检测，效果好。

2)本申请通过面罩的设计，将呼出的气体通过探测器、电子学系统、脉冲信号记录装置、符合探测电路以及计数加法器、显示模块进行γ光子脉冲信号探测和计数，通过对正电子核素情况的检测，方便医生通过湮灭光子的检测数据，分析病人病情，得到符合病人情况的具体情况，并做出对应的治疗方案，为医生治病救人提供很好的方便。

2)本申请使用和操作方便。

3)只要收集并检测呼出的气体，即可较为准确地判断有无幽门螺旋杆菌感染。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构图；

图2为本实用新型的γ光子脉冲信号记录装置结构图；

图3为本实用新型的符合探测电路结构图；

图4为符合探测的原理示意图；

图中：1、面罩；2、调理电路；3、脉冲信号记录装置；4、符合探测电路；5、计数加法器；6、显示屏。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种正电子核素实时计数检测仪，如图1～图3所示，包括：

面罩1，其内设有成对的多个LYSO晶体探头，用于捕捉γ光子；

调理电路2，与所有LYSO晶体探头连接，用于将LYSO晶体探头捕捉到γ光子时产生的脉冲信号放大和滤波，调理电路由滤波部分和放大部分组成，放大部分以运放为核心，滤波部分可以采用LC滤波器或者LRC滤波器，本领域技术人员可以自行选择，因为通过门电路的二次符合探测，此部分不需要太精确，以放大为主；

脉冲信号记录装置3，与调理电路2连接，用于通过时间戳的形式记录γ光子的计数脉冲，并通过不同的计数通道发送基于各LYSO晶体探头得到的脉冲信号；

符合探测电路4，与脉冲信号记录装置3连接，用于通过多个计数通道接收脉冲信号，并通过对各计数通道的时间耦合，识别检测到的γ光子；

计数加法器5，与符合探测电路4连接，用于对检测到的γ光子进行统计。

显示屏6，该显示屏与计数加法器5连接。

面罩5内设置有多个由成对LYSO晶体组成的探头，探头作为探测器连接电子学系统2，所有LYSO晶体探头按圆形排列分布，LYSO晶体探头的个数为偶数个，LYSO晶体可两两匹配成对，用于高效全方位探测γ光子，并转换为电信号。调理电路2可以采用电子学系统。

探测器用于实时检测人体呼出气体中的正电子核素在符合响应线上湮灭产生的γ光子，并将光信号转换为电子信号传输给电子学系统2；电子学系统2通过多个通道连接脉冲信号记录装置3；电子学系统2对探测器探测并传输的电信号进行放大和滤波，并将该信号传输给脉冲信号记录装置3；脉冲信号记录装置3通过时间戳的形式记录γ光子的计数脉冲，并将脉冲信号通过多个计数通道传输给符合探测电路4；符合探测电路4则通过对各计数通道的时间耦合，甄别出成对的γ光子数，有效得到发生在配对探头间的正电子发射事件；符合探测电路4将正电子发射事件信号输出到计数加法器5进行统计，计数加法器5连接显示模块6并通过显示模块6将计数信息进行显示。

脉冲信号记录装置3将每个探头测得的γ光子数以脉冲序列的形式记录；当在两个探测器之间的符合响应线上，有正电子发生湮灭时，相应的两个探测器可测得一次脉冲；但由于康普顿散射的存在，探测器测得的脉冲既包含符合响应产生的γ光子，也包括了散射的γ光子。

符合探测电路4将任意两探头间的计数脉冲，通过逻辑与阵列实现时间耦合，得到成对匹配的脉冲信号；脉冲记录通道数决定了符合电路的输出脉冲数；假设计数通道为N，则符合电路最终输出脉冲的通道数为。

计数加法器5根据符合电路各输出通道的脉冲数，计算得到发生在两探头之间的正电子事件累计数；假设符合输出脉冲总数为M，可求得发生湮灭现象的正电子总数为M。

脉冲信号记录装置3包括输入通道，比较器阵列和输出通道；比较器阵列的左侧用于接收第1级输出脉冲，第1级输出脉冲通过电子学系统发射；比较器阵列的右侧输出第2级输出脉冲到符合探测电路。

符合探测电路4的输出通道数为：

其中：N为计数通道的通道数。

对于符合探测电路4，其可以通过纯硬件电路的方式实现，例如，符合探测电路4包括多个与门，各与门的输入端分别与两个不同的计数通道连接；

当然，符合探测电路4也可以通过软硬件结合的方式实现，例如脉冲信号记录装置3包括处理器、存储器，以及存储于存储器中并由处理器执行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：

接收各计数通道发送的带有时间戳的脉冲信号；

比对是否存在两个脉冲信号的时间戳匹配，若为是，则判断检测到一个γ光子，并对外发送一次用于表征检测到γ光子的脉冲计数。

如图4所示，理论上，对于光子所在的位置，其与圆心的连线为OK，过光子的位置作垂线与圆分别相交于A和B，位于A和B处的两个探头所产生的脉冲信号就是时间戳一致的。

首先，本申请通过面罩的设计，将呼出的气体通过探测器1、电子学系统2、脉冲信号记录装置3、符合探测电路4以及计数加法器5、显示模块6进行γ光子脉冲信号探测和计数，通过对正电子核素情况的检测，方便医生通过湮灭光子的检测数据，分析病人病情，得到符合病人情况的具体情况，并做出对应的治疗方案，为医生治病救人提供很好的方便。

其次，本申请的技术方案使用和操作方便，本申请的设计原理是：正电子标记的物质在被人体代谢后，大部分以二氧化碳和水的形式排出。由放置于面罩内成对的LYSO晶体探头可实时动态检测呼出气体中二氧化碳的γ光子。如此实现γ光子的实时动态检测，如此可以避免由于间隔检测数据波动而引起检测误差，将该设备的检测时间稍微延长，获得检测数据随着时间的动态波动变化，可以获得较为准确和实际的检测数据。

再次，本申请的技术方案，只要收集并检测呼出的气体，即可准确地判断有无幽门螺旋杆菌感染。正电子核素计数检测仪无需复杂的PET系统检测核素代谢分布状况，而只需实时检测人体呼出气体中的正电子核素数，便可动态了解尿素的转化情况，进而实时了解体内幽门螺旋杆菌的变化状况。为医疗方面实时检测正电子核素提供了新的技术方案和思路，具有较好的实用价值和推广价值。

如图3所示，为基于逻辑与门阵列的符合探测电路结构示意图，主要包括通道选择电路和逻辑与阵列。其中：

通道选择电路，对脉冲信号记录装置输出的所有通道进行两两选择配对；

逻辑与阵列，对两两配对的脉冲通道实现时间耦合，得到发生在同一时间的匹配的脉冲信号，即在符合响应线上发生湮灭的正电子数。

如图1和图3所示，首先，通过探测器中的N对LSYO晶体检测到正电子核素由于湮灭现象产生的γ光子数。接着，由电子学系统2对2N个探测器的输出脉冲进行放大滤波等预处理。进一步，通过比较器阵列，对预处理后的信号进一步滤波，并将其转化为高低两种电平。然后，符合探测电路4，通过通道选择依次将2N个脉冲输出信号进行两两配对，并通过逻辑与阵列，对两两配对的脉冲信号进行时间耦合，得到配对的γ光子脉冲数。最后，对各符合输出脉冲数进行叠加，得到总的脉冲输出，进而获得所有发生在符合响应线上的正电子湮灭事件数，以达到实时动态检测人体代谢产物中正电子核素数量的目的。

幽门螺旋杆菌内有尿素酶，可将尿素分解为二氧化碳。在尿素呼气试验检查幽门螺旋杆菌的感染时，首先将经过稳定正电子核素标记的底物引入体内，当胃内HP遇到吞下的带有正电子核素标记的尿素时，就会把它分解成带有正电子核素标记的二氧化碳。带有正电子核素标记的二氧化碳经胃肠道吸收经血液循环到达肺后随呼气排出。而正常人没有幽门螺旋杆菌，带有正电子核素标记的尿素不分解，带有标记的尿素经泌尿系统排出，呼出的气体中没有带有正电子核素标记的二氧化碳。因此只要收集并检测呼出的气体，即可准确地判断有无幽门螺旋杆菌感染。正电子核素计数检测仪无需复杂的PET系统检测核素代谢分布状况，而只需实时检测人体呼出气体中的正电子核素数，便可动态了解尿素的转化情况，进而实时了解体内幽门螺旋杆菌的变化状况。

Claims (8)

1.一种正电子核素实时计数检测仪，其特征在于，包括：

面罩(1)，其内设有多个LYSO晶体探头，用于捕捉γ光子；

调理电路(2)，与所有LYSO晶体探头连接，用于将LYSO晶体探头捕捉到γ光子时产生的脉冲信号放大和滤波；

脉冲信号记录装置(3)，与调理电路(2)连接，用于通过时间戳的形式记录γ光子的计数脉冲，并通过不同的计数通道发送基于各LYSO晶体探头得到的脉冲信号；

符合探测电路(4)，与脉冲信号记录装置(3)连接，用于通过多个计数通道接收脉冲信号，并通过对各计数通道的时间耦合，识别检测到的γ光子。

2.根据权利要求1所述的一种正电子核素实时计数检测仪，其特征在于，所有LYSO晶体探头按圆形排列分布。

3.根据权利要求2所述的一种正电子核素实时计数检测仪，其特征在于，所述LYSO晶体探头的个数为偶数个。

4.根据权利要求1所述的一种正电子核素实时计数检测仪，其特征在于，所述检测仪还包括计数加法器(5)，与符合探测电路(4)连接，用于对检测到的γ光子进行统计。

5.根据权利要求4所述的一种正电子核素实时计数检测仪，其特征在于，所述检测仪还包括显示屏(6)，该显示屏与计数加法器(5)连接。

6.根据权利要求4所述的一种正电子核素实时计数检测仪，其特征在于，所述符合探测电路(4)的输出通道数为：

其中：N为计数通道的通道数。

7.根据权利要求1所述的一种正电子核素实时计数检测仪，其特征在于，所述符合探测电路(4)包括多个与门，各与门的输入端分别与两个不同的计数通道连接。

8.根据权利要求1所述的一种正电子核素实时计数检测仪，其特征在于，所述脉冲信号记录装置(3)包括处理器、存储器，以及存储于存储器中并由所述处理器执行的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

接收各计数通道发送的带有时间戳的脉冲信号；

比对是否存在两个脉冲信号的时间戳匹配，若为是，则判断检测到一个γ光子，并对外发送一次用于表征检测到γ光子的脉冲计数，进而，通过累计的脉冲计数，便可得到一定时间内发生湮灭的正电子数，实现计数检测的目的。