TWI552728B - 雙同位素同時攫取的能量交疊修正的方法、裝置及系統 - Google Patents
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Description
一種雙同位素同時攫取方法、裝置及系統，尤指一種利用有無貼附金屬薄膜所得之能量分佈圖來進行能量交疊修正的方法、裝置及系統。
請參照圖1所示，元素鎝-99m(Tc-99m)與氟-18(F-18)在能量視窗100~200(keV)的範圍內會有能量交疊的情形，故習知的作法是將Tc-99m與F-18分開偵測，以避免發生降低診斷準確率之情形，再者，兩次不同系統之檢查為間隔一段時間所測得，可能會有病人擺位移動之問題，也須考慮若為精神病患者可能無法配合安靜平躺照影，分別兩次之照影擺位的位置若不同也會造成影像判讀上相當大之困難。再者，若為帕金森氏症等行動不方便之病人，多次之醫院往返更對病人造成相當大之困擾。
發明人有鑑於此，針對此結構，特再增加本發明之應用功能性，其最終目的為用以增加安全性以即便利性之目的。
本發明實施例提供一種應用於單光子斷層掃描雙同位素同時攫取的能量交疊修正的方法、裝置以及系統，包括準直器、金屬
薄膜、偵測單元、分析單元以及顯示單元，用以分析雙同位素的能量分佈圖，利用特定方程式或類神經網路方式或獨立分析成分分析方式來比較有或無貼附金屬薄膜所得之能量分佈圖，且分析雙同位素能量交疊的部分，還原單同位素之能量分佈圖。
進一步執行該特定功能後，從應用端來說，可以使患者同時注入兩種會有能量視窗交疊之顯影劑後，經特定方程式即可推算出無受能量視窗交疊的能量分佈圖，進而增加診斷病灶準確率。因此，一般習用技術係無法符合使用者於實際使用時，可在一次檢查當中就能同時取得能量分佈範圍相近之99mTc及1231之醫學影像，相較之下，本發明則有效克服此技術障礙。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
301、401、501、601‧‧‧檢測器
303、403、503、603‧‧‧準直器
305、405、505、605‧‧‧金屬薄膜
307、407、507、607‧‧‧雙同位素
701‧‧‧單光子斷層掃描裝置
801‧‧‧單光子斷層掃描系統
703、803‧‧‧準直器
7031、8031‧‧‧金屬薄膜
705、805‧‧‧偵測單元
707、807‧‧‧分析單元
809‧‧‧顯示單元
圖1為鎝-99m與氟-18之能量分佈圖。
圖2A為本發明實施例之鎝-99m與碘-123之能量分佈圖(無金屬薄膜作為濾片)。
圖2B為本發明實施例之鎝-99m與碘-123之能量分佈圖(有金屬薄膜作為濾片)。
圖3為本發明實施例之利用雙準直器來進行單光子斷層掃描之示意圖。
圖4為本發明實施例之利用四準直器來進行單光子斷層掃描之示意圖。
圖5為本發明實施例之利用針孔式準直器來進行單光子斷層掃描之示意圖。
圖6為本發明實施例之利用旋轉式多準直器來進行單光子斷層掃描之示意圖。
圖7為本發明實施例之單光子斷層掃描裝置之電路方塊圖。
圖8為本發明實施例之單光子斷層掃描系統之電路方塊圖。
請同時參照圖2A與圖2B，圖2A為本發明實施例之鎝-99m與碘-123之能量分佈圖(無金屬薄膜作為濾片)。圖2B為本發明實施例之鎝-99m與碘-123之能量分佈圖(有金屬薄膜作為濾片)。本發明之實施例採用元素鎝-99m(Tc-99m)與碘-123(I-123)，此鎝-99m(Tc-99m)與碘-123(I-123)所組成的雙同位素在能量分佈圖中於130~170(keV)區間內，具有高度能量重疊的問題，以致於難以判斷原始未受能量交疊情形元素鎝-99m(Tc-99m)與碘-123(I-123)的能量分佈圖。
在此，本發明提出一種應用於單光子斷層掃描雙同位素同時攫取的能量交疊修正的方法，該雙同位素可選自於鎝-99m(Tc-99m)、碘-123(I-123)、碘-124(I-124)、碘-125(I-125)、碘-131(I-131)、銦-111(In-111)、鉈-201(Tl-201)、鎵-67(Ga-67)所組成之群組其中之二者，在本實施例選用元素鎝-99m(Tc-99m)與碘-123(I-123)，並探討如何分離此雙同位素能量交疊所使用的技術手段，本發明並不以鎝-99m(Tc-99m)與碘-123(I-123)所組成的雙同位素為限。
在實驗步驟中，首先以單光子斷層掃描裝置偵測鎝-99m(Tc-99m)與碘-123(I-123)所組成的雙同位素，該單光子斷層掃描裝置可包括一個以上準直器，準直器僅允許飛行方向與其平行的光線通過，用以減少產生光干涉的問題。當準直器覆蓋上一層金屬薄膜時，由於雙同位素所射出光子的能量差異，穿透金屬薄膜後會造成光子不同程度的衰減。本發明利用此衰減的差異，透過特定方程式換算，解決能量重疊的問題，並還原單同位素之活度分佈圖。在以下之實施例，將會對不同的準直器設置做較詳盡
之介紹。再者，將金屬薄膜貼附在該準直器之內側或外側，而經實驗後較理想的結果發現，將金屬薄膜貼附在準直器之內側或外側並不影響實驗的準確性，並且將金屬薄膜貼附於準直器之至少一部份之區域，意即金屬薄膜可以貼附於準直器全部之區域，也可以貼附在準直器部分之區域，進一步比較有無貼附金屬薄膜所得數據之差別。最後，比較無貼附該金屬薄膜所得之能量分佈圖與有貼附該金屬薄膜所得之能量分佈圖，且分析能量分佈圖中雙同位素的能量交疊部分，利用方程式來還原單同位素鎝-99m(Tc-99m)與碘-123(I-123)之原始能量分佈圖。
金屬薄膜選用之金屬材料為鎢、鉛、銅、金、鉑、銀其中之一，本發明所選用的金屬材料多為偏向高原子序之部分，因為光電效應正比於原子序的三次方，故使用高原子序之金屬材料將有助欲顯現其光電效應，金屬薄膜厚度為0.05毫米至1毫米，其中金屬薄膜的厚度以及材料為根據雙同位素的種類所選用，而實驗後理想化的結果為厚度0.25毫米的金。
進一步來說，本發明採用方程式A、方程式B以及方程式C來還原未受能量交疊的能量分佈圖，方程式A為無經金屬薄膜照射所得之主能峰能窗之光子數目，方程式B為經金屬薄膜照射所得之主能峰能窗之光子數目，利用方程式C即可還原未受能量交疊之光子數目。
<方程式A>P A =f A +yf B P B =f B +xf A
<方程式B>P A'=af A +ybf B P B'=df B +cxf A
fA與fB分別代表核種A光子與核種B光子在其主能峰能窗內被偵測到的光子數目，PA與PB分別代表在能窗A與能窗B所偵測到的光子數目，x與y分別代表核種A光子於能窗B與核種B光子於能窗A，被偵測到的分率，意即在能窗B內會接收到核種A光子，在能窗A中也會接收到核種B光子，也就是產生能量交疊的情形。
再者，PA’與PB’分別代表準直器貼附上金屬薄膜後，於能窗A與能窗B所得核種A光子或核種B光子的光子數目，在方程式B與方程式C中，a與b分別代表在能窗A中，金屬薄膜對於核種A光子與核種B光子的衰減程度，c與d則代表在能窗B中，金屬薄膜對於核種A光子與核種B光子的衰減程度，其中，利用方程式A、方程式B以及方程式C即可還原單同位素fA與fB在其主能峰能窗內被偵測到的光子數目。其中，a、b、c、d之衰減程度為以下列公式作為運算基礎：
另外，也可以利用類神經網路分析方式(Artificial Neural Networks，ANNs)或獨立成分分析方式(Independent Components Analysis，ICA)，來比較無貼附該金屬薄膜所得之能量分佈圖與有貼附該金屬薄膜所得之能量分佈圖後，用以還原單同位素之能量分佈圖，類神經網路分析方式是以電腦的軟硬體來模擬生物神經網路的資訊處理方法，從解決問題的歷史實際案例中學習，利用非線性函數的轉換，能有效地對大量資料進行分析，類神經網路分別有倒傳遞類神經網路(Back Propagation Neural Network)、輻狀
基底函數類神經網路(Radial Basis Function Networks)、自組織映射圖網路(Self-Organizing Map Neural Network)、回饋式類神經網路(Recurrent Neural Network)等等之模式，本發明並不以此為限。獨立成分分析又可稱之為獨立分量分析，是一種利用統計原理進行計算的方法，獨立成分分析是一個線性變換，把數據或信號分離成統計獨立非高斯信號源的線性組合。
請參閱圖3，圖3為本發明實施例之利用雙準直器來進行單光子斷層掃描之示意圖，包括檢測器301、準直器303、金屬薄膜305以及雙同位素307，由圖3中明顯可以得知，將待測之雙同位素307置於準直器303之間，金屬薄膜305貼附於準直器303內側一半之區域，檢測器301置於準直器303之外側，用以發出光線來對雙同位素的能量分佈圖進行量測，並以旋轉的方式偵測雙同位素的能量分佈圖，並得到有貼附金屬薄膜305所得之能量分佈圖與無貼附金屬薄膜305所得之能量分佈圖，利用上述方程式A、B、C即可還原出不受能量交疊影響的能量分佈圖。
請參閱圖4，圖4為本發明實施例之利用四準直器來進行單光子斷層掃描之示意圖，利用四準直器與雙準直器來進行單光子斷層掃描為使用類似之技術手段，皆採取貼附金屬薄膜於準直器之部分區域，並比較有無貼附金屬薄膜所得之能量分佈圖，來還原未受能量交疊之能量分佈圖。
再者，利用四準直器來進行單光子斷層掃描所使用之裝置包括檢測器401、準直器403、金屬薄膜405以及雙同位素407，由圖4中明顯可以觀察出，首先將待測之雙同位素407置於準直器403之間，金屬薄膜405貼附於其中兩個準直器403內側之全部區域，檢測器401置於準直器403之外側，用以發出光線來對雙同位素407的能量分佈圖進行量測，準直器403並以旋轉的方式偵測雙同位素407的能量分佈圖，得到有貼附金屬薄膜405所得之能量分佈圖與無貼附金屬薄膜405所得之能量分佈圖，最後，利
用上述方程式A、B、C即可計算出不受能量交疊影響的能量分佈圖。
請參照圖5，圖5為本發明實施例之利用針孔式準直器來進行單光子斷層掃描之示意圖，使用之裝置包括檢測器501、準直器503、金屬薄膜505以及雙同位素507，首先將待測之雙同位素507置於準直器503之間，金屬薄膜505貼附於其中兩個準直器503內側之全部區域，檢測器501置於準直器503之外側，用以發出單光子光線來對雙同位素507的能量分佈圖進行量測，此外，在本實施例所選用的準直器503為針孔式準直器，適用於照射較低能量的同位素，圖5側面為類似梯形的形狀，在其中相鄰的兩個準直器503的短邊內側貼附金屬薄膜505，用以比較沒貼附金屬薄膜作為濾淨所得能量分佈圖進行比較，再利用方程式A、B、C計算出沒受能量交疊之能量分佈圖。
請參照圖6，圖6為本發明實施例之利用旋轉式多準直器來進行單光子斷層掃描之示意圖，本實施例包括檢測器601、準直器603、金屬薄膜605以及雙同位素607，檢測器601側面為一圓形環狀並向圓心發射光線，準直器603為複數個，側面為圓形環狀，準直器603與檢測器601為同心圓，準直器603在內側，用以將檢測器601發出的光線調整成更平行射向圓心，減少光能量的耗損，將待測之雙同位素607置於準直器603之圓心位置，金屬薄膜605貼附於準直器603之半圓區域，進一步來說，金屬薄膜605也可以是以間隔排列方式環繞在準直器603之內側或外側區域，本發明並不以此為限。
請參照圖7，圖7為本發明實施例之單光子斷層掃描裝置之電路方塊圖，單光子斷層掃描裝置701包括準直器703、金屬薄膜7031、偵測單元705以及分析單元707，其中金屬薄膜7031鄰近於準直器703並貼附在其內側或外側，再者，將金屬薄膜7031貼附於準直器703之至少一部份之區域，用以比較有無貼附金屬薄
膜7031所得之能量分佈圖，偵測單元705用以發出光線測量雙同位素的能量分佈圖，分析單元707耦接該偵測單元705，用以分析雙同位素的能量分佈圖，其中，分析單元707利用上述方程式A、B、C或類神經網路方式或獨立分析成分分析方式來比較有或無貼附金屬薄膜7031所得之能量分佈圖，還原單同位素之能量分佈圖，以達到增加取得數據準確率之功效。
請參照圖8，圖8為本發明實施例之單光子斷層掃描系統之電路方塊圖，單光子斷層掃描系統801包括準直器803、金屬薄膜8031、偵測單元805、分析單元807以及顯示單元809，偵測單元805用以發出光線測量雙同位素的能量分佈圖，分析單元807耦接偵測單元805與顯示單元809，用以分析雙同位素的能量分佈圖，利用上述方程式A、B、C或類神經網路方式或獨立分析成分分析方式來比較有或無貼附金屬薄膜8031所得之能量分佈圖，且分析雙同位素能量交疊的部分，還原單同位素之能量分佈圖。
綜上所述，本發明所提出利用在準直器的內側或外側至少一部份之區域貼附金屬薄膜，此金屬薄膜是選自高原子序之材料以增加光電效應，再透過方程式A、B、C或類神經網路分析方式或獨立分析成分分析方式，進一步算出無受能量交疊的能量分佈圖，再者，本發明實施例選用Tc-99m與I-123作為雙同位素之材料，原因是這兩個材料的能量分佈圖重疊性大，將本發明之技術特徵應用於其他能量分佈圖重疊性較小的雙同位素，則能更輕易還原出原始能量分佈圖。將本發明為應用在SPECT診斷醫學領域上，能有效減少病患診斷時間以及提升影像準確率。
以上所述僅為本發明的實施例，其並非用以限定本發明的專利保護範圍。任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明的精神與範圍內，所作的更動及潤飾的等效替換，仍為本發明的專利保護範圍內。
301‧‧‧檢測器
303‧‧‧準直器
305‧‧‧金屬薄膜
307‧‧‧雙同位素
Claims (10)
- 一種應用於單光子斷層掃描雙同位素同時攫取的能量交疊修正的方法，包括：以一單光子斷層掃描裝置照射雙同位素，該單光子斷層掃描裝置包括一個以上準直器；將一金屬薄膜貼附在該準直器之內側或外側，並且將該金屬薄膜貼附於該準直器之至少一部份之區域；其中，比較無貼附該金屬薄膜所得之能量分佈圖與有貼附該金屬薄膜所得之能量分佈圖，且分析能量分佈圖中雙同位素的能量交疊部分，用以還原單同位素之能量分佈圖。
- 如請求項1所述之能量交疊修正的方法，計算無貼附該金屬薄膜所得之能量分佈圖，係由下列方程式A來計算：<方程式A>P A =f A +yf B P B =f B +xf A fA與fB分別代表核種A光子與核種B光子在其主能峰能窗內被偵測到的光子數目，PA與PB分別代表在能窗A與能窗B所偵測到的光子數目，x與y分別代表核種A光子於能窗B與核種B光子於能窗A，被偵測到的分率；計算有貼附該金屬薄膜所得之能量分佈圖，係由下列方程式B來計算：<方程式B>P A'=af A +ybf B P B'=df B +cxf A PA’與PB’分別代表該準直器貼附上該金屬薄膜後，於能窗A與能窗B所得的光子數目，a與b分別代表在能窗A中，該金屬薄膜對於核種A光子與核種B光子的衰減程度，c與d則代表在能窗B中，該金屬薄膜對於核種A光子與 核種B光子的衰減程度；其中，利用方程式A與方程式B即可還原單同位素fA與fB在其主能峰能窗內被偵測到的光子數目。
- 如請求項1所述之能量交疊修正的方法，雙同位素系選自於鎝-99m(Tc-99m)、碘-123(I-123)、碘-124(I-124)、碘-125(I-125)、碘-131(I-131)、銦-111(In-111)、鉈-201(Tl-201)、鎵-67(Ga-67)所組成之群組其中之二者。
- 如請求項2所述之能量交疊修正的方法，該金屬薄膜選用之金屬材料為鎢、鉛、銅、金、鉑、銀其中之一。
- 如請求項3所述之能量交疊修正的方法，該金屬薄膜厚度為0.05毫米至1毫米，其中該金屬薄膜的厚度以及材料為根據雙同位素的種類所選用。
- 如請求項1所述之能量交疊修正的方法，其中該單光子放射斷層掃描裝置包括兩個準直器時，將該金屬薄膜貼附於每一個準直器一半之區域。
- 如請求項1所述之能量交疊修正的方法，其中該單光子放射斷層掃描裝置包括四個準直器時，將該金屬薄膜貼附於其中兩個準直器全部之區域。
- 一種如請求項1所述之應用於單光子斷層掃描雙同位素同時攫取的能量交疊修正的方法，其中利用類神經網路分析方式或獨立成分分析方式，來比較無貼附該金屬薄膜所得之能量分佈圖與有貼附該金屬薄膜所得之能量分佈圖後，用以還原單同位素之能量分佈圖。
- 一種應用於雙同位素同時攫取的能量交疊修正的單光子斷層掃描裝置，包括：一金屬薄膜；一個以上準直器，該金屬薄膜貼附在該準直器之內側或外側，並且將該金屬薄膜貼附於該準直器之至少一部份之區域； 一偵測單元，用以發出光線測量雙同位素的能量分佈圖；以及一分析單元，耦接該偵測單元，用以分析雙同位素的能量分佈圖；其中，該分析單元比較無貼附該金屬薄膜所得之能量分佈圖與有貼附該金屬薄膜所得之能量分佈圖，且分析雙同位素能量交疊的部分，用以還原單同位素之能量分佈圖。
- 一種應用於雙同位素同時攫取的能量交疊修正的單光子斷層掃描系統，包括：一金屬薄膜；一個以上準直器，該金屬薄膜貼在該準直器之內側或外側，並且將該金屬薄膜貼附於該準直器之至少一部份之區域；一偵測單元，用以發出光線測量雙同位素的能量分佈圖；一分析單元，耦接該偵測單元，用以分析雙同位素的能量分佈圖；以及一顯示單元，耦接該分析單元，用以顯示雙同位素的能量分佈圖；其中，該分析單元比較無貼附該金屬薄膜所得之能量分佈圖與有貼附該金屬薄膜所得之能量分佈圖，且分析雙同位素的能量交疊的部分後，該顯示單元即顯示出原單同位素之能量分佈圖。
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