WO2014121547A1 - 应用适应性的pet探测结构及系统 - Google Patents

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谢庆国
刘晶晶
王璐瑶
朱俊
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苏州瑞派宁科技有限公司
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    • G01T1/1641—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras
    • G01T1/1644—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras using an array of optically separate scintillation elements permitting direct location of scintillations

Definitions

  • PET Positron Emission Tomography
  • PET imaging requires the injection of a drug labeled with a radioisotope into a human, animal or organism being tested. These radioisotopes encounter electron quenching in the tissue of the object to be detected to produce a pair of gamma photons.
  • a detector on the periphery of the object to be detected receives gamma photons and converts them into electrical signals. These electrical signals are subjected to a series of processing, and finally an image of the activity distribution of the detected object is obtained by an image reconstruction method.
  • the manner in which the detector module is arranged based on one of five performances includes the following:
  • Figure 1 shows the simulated object to be tested
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a detector module adopting a flat panel mode in an adaptive PET detecting structure according to the present invention, wherein FIG. 4(a) is a schematic diagram showing the distribution of three detector modules in a flat mode; FIG. 4(b) Schematic diagram of a plate pattern distribution containing two large-sized detector modules;
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a specific surrounding manner of an adaptive PET detecting structure according to the present invention.
  • 2( a ) is a schematic diagram of the detector modules being equally spaced and arranged in a regular circular shape;
  • FIG. 2 ( b ) is a change in the radius of the detection system and the detector modules are closely arranged in a circle
  • Figure 2 (c) is a schematic view of the detector module arranged in an elliptical shape;
  • Figure 2 (d) is a schematic view of the detector module with open ends and tightly arranged in a semi-arc shape.
  • the inherent spatial resolution is divided into one level every 0.1 mm; the time characteristic is divided into one level every 10 ps; the energy resolution is divided into one level every 3%; Each 3% is divided into one level; the maximum count rate is divided into one level every 10k cps.
  • the present invention aggregates each of the plurality of aggregates as a single detecting unit, and the plurality of detecting units may be distributed on the detecting ring in a symmetric manner or in a partially tightly distributed manner or in a spaced distribution manner.
  • the present invention is not specifically shown by the specific drawings, and any arrangement between the detecting units is within the scope of the present invention.
  • the level 3 is arranged in two ways. The two detecting units are distributed at different intervals on the detecting ring, and can also be understood as being symmetric with respect to the straight line passing through the center of the detecting ring.

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Abstract

一种应用适应性的PET探测结构，其包括至少两个探测器模块和用以放置探测器模块的探测环，该至少两个探测器模块放置于探测环上并以环绕方式包围被检测对象，每一个探测器模块的性能包括固有空间分辨率、时间特性、能量分辨率、探测效率、最大计数率，探测器模块的性能划分为多个性能等级，至少两个探测器模块中至少有一个探测器模块的一个性能的性能等级高于其它探测器模块的同一性能的性能等级。该PET探测结构将不同性能等级的探测器模块组合在一起使用，并通过对探测器模块的排布方式进行优化设计，在保证最终获得的图像质量的同时，减少了高性能等级的探测器模块的使用数量，节约了系统的建造成本。

Description

应用适应性的 PET探测结构及系统
本申请要求于 2013年 2月 5日提交中国专利局、 申请号为 201310045927.2、 发明名称为 "应用适应性的 PET探测结构及系统"的中国专利申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域 本发明涉及正电子发射断层成像领域， 尤其涉及一种应用适应性的 PET探 测结构及系统。 背景技术
正电子发射断层成像 ( Positron Emission Tomography, 以下筒称 PET )是 一种非侵入性的造影方法， 能无创、 定量、 动态地评估人体内各种器官的代谢 水平、 生化反应、 功能活动和灌注， 能够对肿瘤、 心脏系统疾病和神经系统疾 病进行早期诊断和分析， 在重大疾病的预防和治疗中具有独特的应用价值。 PET成像需要对被检测人体、 动物或生物体注射标记有放射性同位素的药物。 这些放射性同位素在被检测对象的组织中遇到电子湮灭产生一对 γ光子。被检 测对象外围的探测器接收 γ光子并将其转化为电信号。这些电信号经过一系列 的处理， 最后通过图像重建方法获得被检测对象的活度分布图像。
PET成像仪主要包括探测器模块、 电子学模块、 图像重建模块。 其中， 探 测器模块接收并沉积 γ光子， 并将其转换为电信号； 电子学模块处理并传输这 些电信号； 图像重建模块对系统所获得的信号进行处理， 获得被检测对象的活 度分布图像。
目前的 PET采用通用设计的模式， 追求视场范围内整体性能的提高， 所 有探测器模块的性能几乎一致，对所有检测对象都采用相同配置和布局。然而， 在很多情况下，仅需要某个感兴趣区域获得较高质量成像。如果为了满足某个 感兴趣区域的性能需求而更新或升级整个 PET探测系统， 势必会在其它区域 出现性能浪费和闲置。 并且， 在一定的成本约束下， 这种 PET构建方式也无 法全部采用极端高性能的探测器模块， 导致不能获得极端高成像质量。 因此，针对上述技术问题，有必要提供一种改良结构的应用适应性的 PET 探测结构及系统， 以克服上述缺陷。
发明内容
有鉴于此， 本发明的目的在于提供一种应用适应性的 PET探测结构及系 统， 该应用适应性的 PET探测结构及系统在保证局部区域获得高质量的成像 图像的同时， 减少了高性能等级的探测器模块的使用数量， 节约了系统的建造 成本。
为实现上述目的， 本发明提供如下技术方案：
一种应用适应性的 PET探测结构， 其包括至少两个探测器模块和用以放 置探测器模块的探测环，该至少两个探测器模块排布于探测环上并以环绕方式 包围被检测对象， 所述每一个探测器模块的性能包括固有空间分辨率、 时间特 性、 能量分辨率、 探测效率、 最大计数率， 所述探测器模块的性能划分为多个 性能等级，所述至少两个探测器模块中至少有一个探测器模块的一个性能的性 能等级高于其它探测器模块的同一性能的性能等级。
优选的， 在上述应用适应性的 PET探测结构中， 所述的环绕方式采用具 有规则的几何形状； 或者采用非规则的凸集形状； 或者根据被检测对象的结构 特点， 采用类似被检测对象的几何形状。
优选的， 在上述应用适应性的 PET探测结构中， 所述的探测器模块的性 能等级以等间隔划分， 其中， 固有空间分辨率划分性能等级的间隔数值的取值 范围为： O.lmm-lO.Omm, 时间特性划分性能等级的间隔数值的取值范围为： 10ps-50ns, 能量分辨率划分性能等级的间隔数值的取值范围为： 3%-50%, 探 测效率划分性能等级的间隔数值的取值范围为： 3%-90%, 最大计数率划分性 能等级的间隔数值的取值范围为： 10k cps-20M cps。
优选的， 在上述应用适应性的 PET探测结构中， 所述的探测器模块的性 能按某一固定值划分为两级， 其中， 固有空间分辨率划分性能等级的该固定值 的取值范围为： O.lmm-lO.Omm, 时间特性划分性能等级的该固定值的取值范 围为： 10ps-50ns,能量分辨率划分性能等级的该固定值的取值范围为： 3%-50%, 探测效率划分性能等级的该固定值的取值范围为： 3%-90%, 最大计数率划分 性能等级的该固定值的取值范围为： 10k cps-20M cps。
优选的， 在上述应用适应性的 PET探测结构中， 所述的所有探测器模块 的最优性能与最差性能的差值大于某一阈值时， 认为性能有级别差异， 其中， 固有空间分辨率存在性能级别差异的该阈值的取值范围为： O.lmm-lO.Omm, 时间特性存在性能级别差异的该阈值的取值范围为： 10ps-50ns,能量分辨率存 在性能级别差异的该阈值的取值范围为： 3%-50%, 探测效率存在性能级别差 异的该阈值的取值范围为： 3%-90% , 最大计数率存在性能级别差异的该阈值 的取值范围为： 1 Ok cps-20M cps。
优选的， 在上述应用适应性的 PET探测结构中， 所述的探测器模块的性 能等级以等间隔划分， 其中， 固有空间分辨率划分性能等级的间隔数值的取值 范围为： O.lmm-lO.Omm, 时间特性划分性能等级的间隔数值的取值范围为： 10ps-50ns, 能量分辨率划分性能等级的间隔数值的取值范围为： 3%-50%, 探 测效率划分性能等级的间隔数值的取值范围为： 3%-90% , 最大计数率划分性 能等级的间隔数值的取值范围为： 10k cps-20M cps。
优选的， 在上述应用适应性的 PET探测结构中， 所述的探测器模块的性 能按某一固定值划分为两级， 其中， 固有空间分辨率划分性能等级的该固定值 的取值范围为： O.lmm-lO.Omm, 时间特性划分性能等级的该固定值的取值范 围为： 10ps-50ns,能量分辨率划分性能等级的该固定值的取值范围为： 3%-50% , 探测效率划分性能等级的该固定值的取值范围为： 3%-90%, 最大计数率划分 性能等级的该固定值的取值范围为： 10k cps-20M cps。
优选的， 在上述应用适应性的 PET探测结构中， 所述的探测器模块以五 种性能中的其中一种性能为基准进行排布的方式包括如下几种：
( 1 ) 同一性能等级或相邻的若干个性能等级或多种不同性能等级的探测 器模块， 以间隔的方式分布；
( 2 ) 同一性能等级或相邻的若干个性能等级或多种不同性能等级的探测 器模块， 以部分聚集的方式分布， 所述部分聚集的方式包括单处聚集或多处聚 集。
优选的， 在上述应用适应性的 PET探测结构中， 将所述的多处聚集中的 每处聚集作为一个探测单元，所述多个探测单元之间以对称方式或部分紧密部 分分散方式或间隔分布方式分布在探测环上。
优选的， 在上述应用适应性的 PET探测结构中， 所述的探测器模块以五 种性能中的其中至少两种性能为基准进行排布的方式包括如下几种：
( 1 ) 多种性能中的任一性能等级或相邻的若干个性能等级或多种不同的 性能等级的探测器模块， 聚集为一个探测单元， 所述探测单元以间隔的方式分 布；
( 2 ) 多种性能中的任一性能等级或相邻的若干个性能等级或多种不同的 性能等级的探测器模块， 聚集为一个探测单元， 所述探测单元以部分聚集的方 式分布， 所述部分聚集包括单处聚集或多处聚集。
优选的， 在上述应用适应性的 PET探测结构中， 所述的多个探测单元之 间以对称方式或部分紧密部分分散方式或间隔分布方式分布在探测环上。
一种应用适应性的 PET探测系统， 其具有上述任一所述的应用适应性的 PET探测结构， 所述应用适应性的 PET探测系统还包括探测器控制模块、 图 像重建模块、 探测器规划模块。
从上述技术方案可以看出， 本发明实施例的应用适应性的 PET探测结构 及系统将不同性能等级的探测器模块组合在一起使用，并通过对探测器模块的 排布方式进行优化设计，在保证最终获得的图像质量的同时， 减少了高性能等 级的探测器模块的使用数量， 节约了系统的建造成本。
附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作筒单地介绍，显而易见地， 下面描述 中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员 来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
图 1为模拟的被检测对象；
图 2为本发明应用适应性的 PET探测结构具体的环绕方式示意图， 其中， 图 2 ( a ) 为探测器模块以等间距的分散方式且等大小并以规则的圓形排布的 示意图； 图 2 ( b ) 为改变探测系统半径且探测器模块紧密排布为圓形的示意 图； 图 2 (c) 为探测器模块紧密排布为橢圓形的示意图； 图 2 (d) 为探测器 模块采用两端开放式且紧密排布为半弧形的示意图；
图 3为本发明应用适应性的 PET探测结构以五种性能中的其中一种性能 为基准进行探测器模块排布的示意图， 其中， 图 3 (a) 为探测器模块按 3级 性能等间隔分布在探测环上的示意图； 图 3 (b) 为探测器模块按性能等级 1 和性能等级 2等间隔分布在探测环上的示意图； 图 3 (c) 为探测器模块按性 能等级 1和性能等级 2不等间隔分布在探测环上的示意图； 图 3 (d) 为探测 器模块按性能等级 1和性能等级 3不等间隔分布在探测环上的示意图；图 3( e ) 为探测器模块按性能等级 1、 性能等级 2和性能等级 3循环排布在探测环上的 示意图； 图 3 (f) 为探测器模块按性能等级 1、 性能等级 2、 性能等级 3以单 处或多处聚集的方式分布在探测环上的示意图； 图 3 (g) 为探测器模块按性 能等级 1和性能等级 2的组合或按性能等级 2和性能等级 3的组合以单处聚集 的方式分布在探测环上的示意图；
图 4为本发明应用适应性的 PET探测结构中探测器模块采用平板模式的 示意图， 其中， 图 4 (a)为有 6块探测器模块三三以平板模式分布的示意图； 图 4 (b) 为含有两块大尺寸的探测器模块的平板模式分布的示意图；
图 5为本发明应用适应性的 PET探测结构以五种性能中的其中至少两种 性能为基准进行探测器模块排布的示意图， 其中， 图 5 (a) 为探测器模块以 两个固有空间分辨率性能为 3级且其时间特性性能为 1级的探测器模块与一个 固有空间分辨率性能为 1级且其时间特性性能为 1级的探测器模块聚集为一个 探测单元， 以等间隔分布在探测环上的示意图； 图 5 (b) 为图 5 (a) 中的探 测单元以非等间隔分布在探测环上的示意图。
具体实施方式 本发明公开了一种应用适应性的 PET探测结构及系统， 该应用适应性的 PET探测结构及系统在保证局部区域获得高质量的成像图像的同时，减少了高 性能等级的探测器模块的使用数量， 节约了系统的建造成本。 本发明还公开了一种具有上述应用适应性的 PET探测结构的应用适应性 的 PET探测系统， 所述应用适应性的 PET探测系统还包括探测器控制模块、 图像重建模块、 探测器规划模块。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详 细地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的 实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动 的前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。
如图 1所示，图 1为模拟的被检测对象。其中，白色区域代表感兴趣区域， 稍灰区域代表感兴趣区域所在器官 /组织， 最黑的区域代表被检测对象横断面 上的其它器官 /组织。
本发明公开的应用适应性的 PET探测结构， 其包括至少两个探测器模块 和用以放置探测器模块的探测环。该至少两个探测器模块排布于探测环上。探 测环的大小可以根据被检测对象、检测部位和感兴趣区域的位置和大小进行调 整。探测环上的探测器模块的大小可以不同， 其几何形状可以是非规则的长方 体形状， 如锥台形。
本发明实施例的应用适应性的 PET探测结构在规划布局时， 根据感兴趣 区域的位置和大小、 被检测对象的结构特点和成像特点、 成像性能需求， 基于 成像系统中探测器模块的性能和几何尺寸，规划探测器模块以环绕方式包围被 检测对象。
所述的环绕方式可以采用具有规则的几何形状， 如圓形、 橢圓形； 或者采 用非规则的凸集形状； 也可以根据被检测对象的结构特点， 采用类似被检测对 象的几何形状， 如针对乳腺扫描时采用类乳腺形状。
如图 2所示， 图 2为本发明应用适应性的 PET探测结构具体的环绕方式 示意图。 其中， 图 2 ( a ) 为探测器模块以等间距的分散方式且等大小并以规 则的圓形排布的示意图； 图 2 ( b ) 为改变探测系统半径且探测器模块紧密排 布为圓形的示意图； 图 2 ( c )为探测器模块紧密排布为橢圓形的示意图； 图 2 ( d ) 为探测器模块采用两端开放式且紧密排布为半弧形的示意图。 由于本发 明权利要求保护范围涉及多种实施例， 比如， 等间隔（本说明书中等间隔指的 是两个探测器模块或两个探测单元间间隔的探测器模块个数相同）、 紧密（本 说明书中紧密指两个探测器模块或两个探测单元间无间距）、 分散（本说明书 中分散指两个探测器模块或两个探测单元间有间距， 间距可等间距和不等间 距）等等多种实施例。 本发明只用图 2 ( a ) -图 2 ( d )这四个附图作为例子来 说明本发明的一些实施例，其他没有用附图——表示出来的实施例仍旧属于本 发明的保护范围。
如图 4所示，在本发明实施例中，使用的部分探测器模块可以采用平板模 式， 该平板模式的探测器模块可以是多个探测器模块的组合，也可以是一个尺 寸比较大的探测器模块。 图 4 ( a ) 为有 6块探测器模块三三以平板模式分布 的示意图； 图 4 ( b ) 为含有两块大尺寸的探测器模块的平板模式分布的示意 图。 图 4中， 平板模式分布以外的探测器模块为紧密排布， 当然， 在其他实施 例中可以以分散的等间距或不等间距等方式排布，在此不能——罗列出来， 总 体来说， 本发明图 4 ( a ) -图 4 ( b )显示的实施例并不能限缩本发明的实际保 本发明实施例中，每一个探测器模块的性能包括固有空间分辨率、 时间特 性、 能量分辨率、 探测效率、 最大计数率。 其中， 探测器模块的时间特性为其 对时间分辨率的贡献， 是探测器模块中的闪烁晶体、 光导、 光电转换器件以及 电子学系统等部件对时间分辨率的贡献的总和。所述至少两个探测器模块中至 少有一个探测器模块的一个性能的性能等级高于其它探测器模块的同一性能 的性能等级。
因 PET应用领域和被检测对象与部位的不同， 探测器模块的性能等级划 分有所不同，在本发明中无法——穷举出来， 所以本发明仅对如下几个性能等 级划分方式做筒单的介绍，但是这几个具体性能等级划分方式的介绍并不能限 缩本发明的保护范围，任何其他没有穷举到的性能等级划分方式均属于本发明 的保护范围。
本发明关于性能等级划分共涉及三个具体方式，每个方式中又包括多个实 施例子， 下面针对每个方式通过几个具体的实施例对三个具体方式进行说明。
性能等级划分方式一： 所述的探测器模块的性能等级以等间隔划分， 其中， 固有空间分辨率划分 性能等级的间隔数值的取值范围为： O.lmm-lO.Omm, 时间特性划分性能等级 的间隔数值的取值范围为： 10ps-50ns, 能量分辨率划分性能等级的间隔数值的 取值范围为： 3%-50% , 探测效率划分性能等级的间隔数值的取值范围为： 3%-90% , 最大计数率划分性能等级的间隔数值的取值范围为： 10k cps-20M cps。
实施例 1 :
所述的固有空间分辨率按每 0.2mm划分为一级；所述的时间特性按每 30ps 划分为一级；所述的能量分辨率按每 5%划分为一级；所述的探测效率按每 5% 划分为一级； 所述的最大计数率按每 50k cps划分为一级。
实施例 2:
所述的固有空间分辨率按每 0.1mm划分为一级；所述的时间特性按每 10ps 划分为一级；所述的能量分辨率按每 3%划分为一级；所述的探测效率按每 3% 划分为一级； 所述的最大计数率按每 10k cps划分为一级。
实施例 3:
所述的固有空间分辨率按每 10.0mm 划分为一级； 所述的时间特性按每 50ns 划分为一级； 所述的能量分辨率按每 50%划分为一级； 所述的探测效率 按每 90%划分为一级； 所述的最大计数率按每 20M cps划分为一级。
以上几个实施例仅仅是部分实施例，该几个实施例并不限缩本发明实际的 保护范围。
性能等级划分方式二：
所述的探测器模块的性能按某一固定值划分为两级， 其中， 固有空间分辨 率划分性能等级的该固定值的取值范围为： O.lmm-lO.Omm, 时间特性划分性 能等级的该固定值的取值范围为： 10ps-50ns, 能量分辨率划分性能等级的该固 定值的取值范围为： 3%-50% , 探测效率划分性能等级的该固定值的取值范围 为： 3%-90%,最大计数率划分性能等级的该固定值的取值范围为： 10k cps-20M cps。
该划分方式， 当固定值等于中间值时， 该两个等级属于等间隔划分。 实施例 1 :
所述的固有空间分辨率按 2.0mm为界划分为两级；所述的时间特性按 600 ps 为界划分为两级； 所述的能量分辨率按 15%为界划分为两级； 所述的探测 效率按 50%划分为两级； 所述的最大计数率按 200k cps划分为两级。
实施例 2:
所述的固有空间分辨率按 0.1mm为界划分为两级； 所述的时间特性按 10 ps为界划分为两级； 所述的能量分辨率按 3%为界划分为两级； 所述的探测效 率按 3%划分为两级； 所述的最大计数率按 10k cps划分为两级。
实施例 3:
所述的固有空间分辨率按 10.0mm 为界划分为两级； 所述的时间特性按
50ns 为界划分为两级； 所述的能量分辨率按 50%为界划分为两级； 所述的探 测效率按 90%划分为两级； 所述的最大计数率按 20M cps划分为两级。
以上几个实施例仅仅是部分实施例，该几个实施例并不限缩本发明实际的 保护范围。
性能等级划分方式三：
所述的探测器模块的性能，若探测环上所有探测器模块的最优性能与最差 性能之间的差值大于某一阈值， 即认为性能有级别。
性能级别的划分可以按照性能等级划分方式一或二进行划分， 具体为： 所述的所有探测器模块的最优性能与最差性能的差值大于某一阈值时，认 为性能有级别差异， 其中， 固有空间分辨率存在性能级别差异的该阈值的取值 范围为： O.lmm-lO.Omm, 时间特性存在性能级别差异的该阈值的取值范围为： 10ps-50ns, 能量分辨率存在性能级别差异的该阈值的取值范围为： 3%-50% , 探测效率存在性能级别差异的该阈值的取值范围为： 3%-90% , 最大计数率存 在性能级别差异的该阈值的取值范围为： 10k cps-20M cps。
实施例 1 :
所述的固有空间分辨率存在性能级别差异的阈值为 2.0mm;所述时间特性 存在性能级别差异的阈值为 200ps; 所述能量分辨率存在性能级别差异的阈值 为 15%; 所述探测效率存在性能级别差异的阈值为 30%; 所述最大计数率存 在性能级别差异的阈值为 200k cps。
实施例 2:
所述的固有空间分辨率存在性能级别差异的阈值为 0.1mm;所述时间特性 存在性能级别差异的阈值为 lOps; 所述能量分辨率存在性能级别差异的阈值 为 3%; 所述探测效率存在性能级别差异的阈值为 3%; 所述最大计数率存在 性能级别差异的阈值为 10k cps。
实施例 3:
所述的固有空间分辨率存在性能级别差异的阈值为 10.0mm; 所述时间特 性存在性能级别差异的阈值为 20ns; 所述能量分辨率存在性能级别差异的阈 值为 50%; 所述探测效率存在性能级别差异的阈值为 90%; 所述最大计数率 存在性能级别差异的阈值为 20M cps。
在本性能等级划分方式中，性能有级别差异的阈值和具体等级划分的阈值 可以是不一样的。 所以下面将针对两种等级划分的阈值范围做进一步限定。
所述探测器模块的性能等级以等间隔划分， 其中， 固有空间分辨率划分性 能等级的间隔数值的取值范围为： O.lmm-lO.Omm, 时间特性划分性能等级的 间隔数值的取值范围为： 10ps-50ns,能量分辨率划分性能等级的间隔数值的取 值范围为： 3%-50% , 探测效率划分性能等级的间隔数值的取值范围为： 3%-90% , 最大计数率划分性能等级的间隔数值的取值范围为： 10k cps-20M cps。
所述的探测器模块的性能按某一固定值划分为两级， 其中， 固有空间分辨 率划分性能等级的该固定值的取值范围为： O.lmm-lO.Omm, 时间特性划分性 能等级的该固定值的取值范围为： 10ps-50ns, 能量分辨率划分性能等级的该固 定值的取值范围为： 3%-50% , 探测效率划分性能等级的该固定值的取值范围 为： 3%-90%,最大计数率划分性能等级的该固定值的取值范围为： 10k cps-20M cps。
由于上述两种等级划分的阈值 /固定值范围相同， 他们的实施例可以有重 合的情况存在， 所以下面选取了几个他们共同的实施例进行阐述。 实施例 1 :
所述的固有空间分辨率划分等级的阈值 /固定值为 2.0mm; 所述时间特性 划分等级的阈值 /固定值为 200ps; 所述能量分辨率划分等级的阈值 /固定值为 15%; 所述探测效率划分等级的阈值 /固定值为 30%; 所述最大计数率划分等 级的阈值 /固定值为 200k cps。
实施例 2:
所述的固有空间分辨率划分等级的阈值 /固定值为 0.1mm; 所述时间特性 划分等级的阈值 /固定值为 10ps; 所述能量分辨率划分等级的阈值 /固定值为 3%; 所述探测效率划分等级的阈值 /固定值为 3%; 所述最大计数率划分等级 的阈值 /固定值为 10k cps。
实施例 3:
所述的固有空间分辨率划分等级的阈值 /固定值为 10.0mm; 所述时间特性 划分等级的阈值 /固定值为 20ns; 所述能量分辨率划分等级的阈值 /固定值为 50%; 所述探测效率划分等级的阈值 /固定值为 90%; 所述最大计数率划分等 级的阈值 /固定值为 20M cps。
所述的探测器模块以五种性能中的其中一种性能为基准进行排布的方式 包括如下几种：
( 1 ) 同一性能等级或相邻的若干个性能等级或多种不同性能等级的探测 器模块， 以间隔的方式分布。 其中， 间隔的方式包括等间隔或不等间隔。
具体讲， 以探测器模块的固有空间分辨率这一性能为例， 如图 3所示， 图
3 为本发明应用适应性的 PET探测结构以五种性能中的其中一种性能为基准 进行探测器模块排布的示意图。 探测环上共有 12个探测器模块， 按照性能等 级划分方式一， 其固有空间分辨率性能划分为 3个等级： 1级为最优性能， 以 白色填充的方框表示； 2级次之， 以灰色填充的方框表示； 3级为最普通性能， 以黑色填充的方框表示， 12个探测器模块中有 3个 1级探测器模块， 3个 2 级探测器模块， 6个 3级探测器模块。 图 3 ( a )为探测器模块按 3级性能等间 隔分布在探测环上的示意图； 图 3 ( b ) 为探测器模块按性能等级 1和性能等 级 2等间隔分布在探测环上的示意图； 图 3 ( c ) 为探测器模块按性能等级 1 和性能等级 2不等间隔分布在探测环上的示意图； 图 3 ( d) 为探测器模块按 性能等级 1和性能等级 3不等间隔分布在探测环上的示意图； 图 3 (e) 为探 测器模块按性能等级 1、 性能等级 2和性能等级 3循环排布在探测环上的示意 图。
(2) 同一性能等级或相邻的若干个性能等级或多种不同性能等级的探测 器模块， 以部分聚集的方式分布， 所述部分聚集的方式包括单处聚集或多处聚 集。 多处聚集的探测器模块的个数相同或不同。
具体讲， 如图 3 (f) -图 3 (g)所示， 图 3 (f)为探测器模块按性能等级 1、 性能等级 2、 性能等级 3以单处或多处聚集的方式分布在探测环上的示意 图。 图 3 (f)中显示， 可按等级 1以单处聚集的方式排布， 聚集的个数为所有 等级 1的探测器模块； 亦可为按等级 2以单处聚集方式， 聚集的个数为 2个， 剩余的 1个等级 2的探测器模块在探测环上任意分布；亦可认为按等级 3以两 处聚集方式， 均含有 3个探测器模块； 亦可为按照两种（等级 1和等级 2, 或 等级 1和等级 3, 或等级 2和等级 3)或三种不同性能等级形成的多处聚集。 图 3 ( g ) 为探测器模块按性能等级 1和性能等级 2的组合或按性能等级 2和 性能等级 3的组合以单处聚集的方式分布在探测环上的示意图。 图 3 (g) 中 显示， 可理解为按等级 1 和 2以单处聚集的方式排布， 聚集了所有的等级 1 的探测器模块和 2个等级 2的探测器模块，亦可理解为按等级 2和 3以单处聚 集的方式排布。
上述图 3 (a) -图 3 (g) 中各个探测器模块之间是以紧密排布的方式， 当 然在其他实施例中各个探测器模块之间可以以紧密、分散等等， 主要取决于探 测系统半径的大小和形状、 探测器模块的大小和形状。
上述图 3 (a) -图 3 (g) 中各个探测器模块之间是以紧密排布的方式， 当 然在其他实施例中各个探测器模块之间可以以紧密、分散等等， 主要取决于探 测系统半径的大小和形状、探测器模块的大小和形状。本发明并不因为图 3( a ) -图 3 (e)表示出来的各个探测器模块之间的排布方式而限缩整个发明的保护 范围，所有其他各个探测器模块之间的排布方式的实施例均在本发明的保护范 围之内。 上述图 3 ( a ) -图 3 ( g )显示的探测环上共有 12个探测器模块仅仅是一 种实施例， 本发明的保护范围并不受具体探测器模块的个数限制，任何其他大 于等于 2个探测器模块的排布方式均在本发明的保护范围之内。
本发明将所述的多处聚集中的每处聚集作为一个探测单元，所述多个探测 单元之间可以以对称方式或部分紧密部分分散方式或间隔分布方式分布在探 测环上。本发明具体不再通过具体附图进行表示，任何探测单元之间的排布方 式均在本发明保护范围内。 如图 3 ( f )所示， 等级 3以两处聚集方式排布， 这 两个探测单元以不等间隔分布在探测环上，亦可理解为按穿过探测环中心的直 线对称。
上述图 3 ( a ) -图 3 ( g )的排布方式除了本发明中的描述方式， 亦可以有 多种理解， 本实施例并不限制其排布方式只有一种解读。
如图 5所示， 图 5为本发明应用适应性的 PET探测结构以五种性能中的 其中至少两种性能为基准进行探测器模块排布的示意图。图 5以探测器模块中 的固有空间分辨率和时间特性的这两种性能为例， 探测环上共有 12个探测器 模块， 其固有空间分辨率性能按照性能等级划分方式一划分为 3个等级： 1级 为最优性能， 以白色填充的方框表示； 2 级次之， 以灰色填充的方框表示； 3 级为最普通性能， 以黑色填充的方框表示。其时间特性性能按照性能等级划分 方式二划分为 2个等级： 1级为高性能， 以斜线填充； 2级为低性能， 以十字 线填充。有 2个探测器模块的固有空间分辨率性能为 1级， 同时其时间特性为 1级， 有 4个探测器模块的固有空间分辨率性能为 2级， 同时其时间特性为 2 级， 剩余 6个探测器模块的固有空间分辨率性能为 3级， 同时其时间特性为 1 级。
如图 5所示，所述的探测器模块以五种性能中的其中至少两种性能为基准 进行排布的方式包括如下几种：
( 1 ) 多种性能中的任一性能等级或相邻的若干个性能等级或多种不同的 性能等级的探测器模块， 聚集为一个探测单元， 所述探测单元以间隔的方式分 布。 其中， 间隔的方式包括等间隔或不等间隔。 具体如图 5 (a)所示， 图 5 (a) 为探测器模块以两个固有空间分辨率性 能为 3级且其时间特性性能为 1级的探测器模块与一个固有空间分辨率性能为 1级且其时间特性性能为 1级的探测器模块聚集为一个探测单元， 以等间隔分 布在探测环上的示意图。 图 5 (b) 为图 5 (a) 中的探测单元以非等间隔分布 在探测环上的示意图。
( 2 ) 多种性能中的任一性能等级或相邻的若干个性能等级或多种不同的 性能等级的探测器模块， 聚集为一个探测单元， 所述探测单元以部分聚集的方 式分布， 所述部分聚集包括单处聚集或多处聚集。 多处聚集的探测器模块的个 数相同或不同。
具体如图 5 (a)和图 5 (b)所示， 图 5 (a)和图 5 (b)均为其中的探测 单元以两处聚集存在， 且两处聚集的探测器模块的个数相同。
上述图 5 (a) -图 5 (b) 中各个探测器模块之间是以紧密排布的方式， 当 然在其他实施例中各个探测器模块之间可以以分散的方式排布， 或者以紧密、 分散等等方式排布， 具体排布选择主要取决于探测系统半径的大小和形状、探 测器模块的大小和形状。 本发明并不因为图 5 (a) -图 5 (b)表示出来的各个 探测器模块之间的排布方式而限缩整个发明的保护范围，所有其他各个探测器 上述图 5 (a)和图 5 (b) 的排布方式亦可以有多种理解， 本实施例并不 限制其排布方式只有一种解读。
上述图 5 (a) -图 5 (b)显示的探测环上共有 12个探测器模块仅仅是一 种实施例， 本发明的保护范围并不受具体探测器模块的个数限制，任何其他大 于等于 2个探测器模块的排布方式均在本发明的保护范围之内。
所述多个探测单元之间以对称方式或部分紧密部分分散方式或间隔分布 方式分布在探测环上。
所述多处聚集的探测器模块之间以多种对称方式分布在探测环上，所述对 称聚集的探测器模块具有相同或不同个数的探测器模块，对称时， 以聚集的探 测器模块在横断面上的中心作为参考点。 对称方式包括：
1、 关于某一中心对称。 2、 关于某一穿过某中心的直线对称。 其对称轴可以为：
( a )某个聚集的或非聚集的探测器模块的参考点与该中心组成的直线；
( b )某两个中心组成的直线。
其中， 该中心为探测环的中心， 或者感兴趣区域的中心， 或者感兴趣区域 中某一局部区域的中心， 或者检测对象的中心。该中心可以是几何中心或者重
3、 关于两个聚集的， 或两个非聚集的， 或一个聚集一个非聚集的探测器 模块的参考点的连线对称。
本发明实施例的应用适应性的 PET探测结构及系统将不同性能等级的探 测器模块组合在一起使用， 并通过对探测器模块的排布方式进行优化设计， 在 保证最终获得的图像质量的同时， 减少了高性能等级的探测器模块的使用数 量， 节约了系统的建造成本。
对于本领域技术人员而言， 显然本发明不限于上述示范性实施例的细节， 而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现 本发明。 因此， 无论从哪一点来看， 均应将实施例看作是示范性的， 而且是非 限制性的， 本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定， 因此旨在将落 在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化嚢括在本发明内。不应将权 利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外， 应当理解， 虽然本说明书按照实施方式加以描述， 但并非每个实施 方式仅包含一个独立的技术方案， 说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见， 本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经 适当组合， 形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

权 利 要 求
1、 一种应用适应性的 PET探测结构， 其包括至少两个探测器模块和用以 放置探测器模块的探测环，该至少两个探测器模块排布于探测环上并以环绕方 式包围被检测对象， 所述每一个探测器模块的性能包括固有空间分辨率、 时间 特性、 能量分辨率、 探测效率、 最大计数率， 其特征在于： 所述探测器模块的 性能划分为多个性能等级，所述至少两个探测器模块中至少有一个探测器模块 的一个性能的性能等级高于其它探测器模块的同一性能的性能等级。
2、 根据权利要求 1所述的应用适应性的 PET探测结构， 其特征在于： 所 述的环绕方式采用具有规则的几何形状； 或者采用非规则的凸集形状； 或者根 据被检测对象的结构特点， 采用类似被检测对象的几何形状。
3、 根据权利要求 1所述的应用适应性的 PET探测结构， 其特征在于： 所 述的探测器模块的性能等级以等间隔划分， 其中， 固有空间分辨率划分性能等 级的间隔数值的取值范围为： O.lmm-lO.Omm, 时间特性划分性能等级的间隔 数值的取值范围为： 10ps-50ns, 能量分辨率划分性能等级的间隔数值的取值范 围为： 3%-50%, 探测效率划分性能等级的间隔数值的取值范围为： 3%-90% , 最大计数率划分性能等级的间隔数值的取值范围为： 10k cps-20M cps。
4、 根据权利要求 1所述的应用适应性的 PET探测结构， 其特征在于： 所 述的探测器模块的性能按某一固定值划分为两级， 其中， 固有空间分辨率划分 性能等级的该固定值的取值范围为： O.lmm-lO.Omm, 时间特性划分性能等级 的该固定值的取值范围为： 10ps-50ns, 能量分辨率划分性能等级的该固定值的 取值范围为： 3%-50% , 探测效率划分性能等级的该固定值的取值范围为： 3%-90% , 最大计数率划分性能等级的该固定值的取值范围为： 10k cps-20M cps o
5、 根据权利要求 1所述的应用适应性的 PET探测结构， 其特征在于： 所 述的所有探测器模块的最优性能与最差性能的差值大于某一阈值时，认为性能 有级别差异，其中，固有空间分辨率存在性能级别差异的该阈值的取值范围为： O.lmm-lO.Omm , 时间特性存在性能级别差异的该阈值的取值范围为： 10ps-50ns, 能量分辨率存在性能级别差异的该阈值的取值范围为： 3%-50% , 探测效率存在性能级别差异的该阈值的取值范围为： 3%-90%, 最大计数率存 在性能级别差异的该阈值的取值范围为： 10k cps-20M cps。
6、 根据权利要求 5所述的应用适应性的 PET探测结构， 其特征在于： 所 述探测器模块的性能等级以等间隔划分， 其中， 固有空间分辨率划分性能等级 的间隔数值的取值范围为： O.lmm-lO.Omm, 时间特性划分性能等级的间隔数 值的取值范围为： 10ps-50ns, 能量分辨率划分性能等级的间隔数值的取值范围 为： 3%-50%, 探测效率划分性能等级的间隔数值的取值范围为： 3%-90%, 最 大计数率划分性能等级的间隔数值的取值范围为： 10k cps-20M cps。
7、 根据权利要求 5所述的应用适应性的 PET探测结构， 其特征在于： 所 述的探测器模块的性能按某一固定值划分为两级，其中， 固有空间分辨率划分 性能等级的该固定值的取值范围为： O.lmm-lO.Omm, 时间特性划分性能等级 的该固定值的取值范围为： 10ps-50ns, 能量分辨率划分性能等级的该固定值的 取值范围为： 3%-50% , 探测效率划分性能等级的该固定值的取值范围为： 3%-90% , 最大计数率划分性能等级的该固定值的取值范围为： 10k cps-20M cps。
8、 根据权利要求 1所述的应用适应性的 PET探测结构， 其特征在于： 所 述的探测器模块以五种性能中的其中一种性能为基准进行排布的方式包括如 下几种：
( 1 ) 同一性能等级或相邻的若干个性能等级或多种不同性能等级的探测 器模块， 以间隔的方式分布；
( 2 ) 同一性能等级或相邻的若干个性能等级或多种不同性能等级的探测 器模块， 以部分聚集的方式分布， 所述部分聚集的方式包括单处聚集或多处聚 集。
9、 根据权利要求 8所述的应用适应性的 PET探测结构， 其特征在于： 将 所述的多处聚集中的每处聚集作为一个探测单元，所述多个探测单元之间以对 称方式或部分紧密部分分散方式或间隔分布方式分布在探测环上。
10、 根据权利要求 1所述的应用适应性的 PET探测结构， 其特征在于： 所述的探测器模块以五种性能中的其中至少两种性能为基准进行排布的方式 包括如下几种：
( 1 ) 多种性能中的任一性能等级或相邻的若干个性能等级或多种不同的 性能等级的探测器模块， 聚集为一个探测单元， 所述探测单元以间隔的方式分 布；
( 2 ) 多种性能中的任一性能等级或相邻的若干个性能等级或多种不同的 性能等级的探测器模块， 聚集为一个探测单元， 所述探测单元以部分聚集的方 式分布， 所述部分聚集包括单处聚集或多处聚集。
11、 根据权利要求 10所述的应用适应性的 PET探测结构， 其特征在于： 所述多个探测单元之间以对称方式或部分紧密部分分散方式或间隔分布方式 分布在探测环上。
12、一种应用适应性的 PET探测系统，其特征在于：其具有权利要求 1-10 任一所述的应用适应性的 PET探测结构， 所述应用适应性的 PET探测系统还 包括探测器控制模块、 图像重建模块、 探测器规划模块。
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