本发明涉及核医学成像技术领域，具体地，涉及用于探测器的准直器及其应用，更具体地，涉及用于探测器的准直器和探测器。
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，singlephotonemissioncomputedtomography)是发射断层成像的一种，目前已广泛应用于预临床的药物研究和临床疾病诊断。空间分辨率和探测效率是衡量spect成像性能的两个重要技术指标。spect成像需要对射线进行准直，传统的临床spect均配有平行孔准直器。随着核医学的发展，平行孔准直器spect的空间分辨率和探测效率难以满足更高的临床需求，针对小器官成像，如心脏、甲状腺、脑等，如果给传统spect的探测器配备专用的多针孔准直器，可以通过缩小成像视野，设计合适的针孔放大倍数和针孔排布方式，获得更高的探测效率和更好的空间分辨率。因此多针孔spect成像系统是当前发射断层成像技术的一个重要发展方向。
然而，将多针孔准直器应用到临床仍需要克服一些难题：虽然多针孔准直器的目标视野是人体小器官，但来自人体其他部位的放射性射线也可能通过针孔在探测器上产生投影，这部分投影如果和小器官的投影发生交叠，会降低重建空间分辨率或难以重建出合理图像；为了获得更高的探测效率，多针孔准直器的针孔孔径需要设计的比较大，这时由于针孔投影半影区的影响会导致投影交叠更加严重；通过增加准直器板的厚度可以一定程度减小半影区，但过厚的准直器使得材料成本高昂且加工难度大，在实际中无法应用。
由此，一种可以有效消除多针孔准直器中不同针孔投影的交叠，兼顾探测效率、空间分辨率和重建图像质量的准直器有待研究。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于探测器的准直器，通过顶板对穿过成像通孔的放射性射线进行二次遮挡，有效减小不同针孔投影之间的交叠，并且使探测器的探测效率和空间分辨率显著提高，重建图像质量更好。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种用于探测器的准直器。根据本发明的实施例，该准直器包括：底板，所述底板上设置有呈阵列分布的成像通孔，所述成像通孔包含第一孔段和第二孔段，且所述第一孔段的横向尺寸沿自由端向所述第二孔段的方向逐渐减小，所述第二孔段的横向尺寸沿自由端向所述第一孔段的方向逐渐减小；屏蔽圈，所述屏蔽圈形成在所述底板上；以及顶板，所述顶板设置在所述屏蔽圈内，并封闭所述屏蔽圈的至少部分开口，且所述顶板上设置有呈阵列分布的屏蔽通孔，且所述成像通孔和所述屏蔽通孔一一对应设置。
根据本发明实施例的准直器，通过顶板对穿过成像通孔的放射性射线进行二次遮挡，有效减小不同针孔投影之间的交叠，并且，通过条件顶板和底板之间的距离以及成像通孔和屏蔽通孔的参数，可以改变遮光率的比例。进而，使探测器的探测效率和空间分辨率显著提高，重建图像质量更好。此外，该准直器的加工成本低，易于推广应用。
另外，根据本发明上述实施例的准直器还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述第一孔段和所述第二孔段在上下方向上对称设置。
根据本发明的实施例，所述第一孔段和所述第二孔段独立地为圆台或多棱台。
根据本发明的实施例，所述屏蔽通孔为直孔或斜孔。
根据本发明的实施例，所述屏蔽通孔的下边沿与所述第一孔段的内壁所在环面的延长面与所述顶板的下表面的交线重合。
根据本发明的实施例，所述准直器的遮光率不大于10％，其中，所述遮光率是基于下列公式确定的，
其中，s1代表所述准直器的半影区投影面积；s2代表所述准直器的本影区投影面积；h代表所述成像通孔的中心到所述探测器表面的距离；α代表所述成像通孔对角线的夹角；d代表所述成像通孔的最大孔径；t代表所述底板的底面到所述顶板的顶面的距离。
根据本发明的实施例，所述顶板和所述底板的厚度均不小于3.5毫米。根据本发明的优选实施例，所述底板的厚度为10-14毫米，所述顶板的厚度为2-6毫米。
根据本发明的实施例，所述屏蔽通孔的孔径为3-6毫米。根据本发明的优选实施例，所述屏蔽通孔的孔径为4.5毫米。
在此基础上，本发明进一步提出了探测器。根据本发明的实施例，该探测器包括前述的准直器。由此，该探测器的探测效率和空间分辨率高，重建图像质量好。其中，需要说明的是，该准直器具有前述准直器的全部技术特征和技术效果，在此不再一一赘述。
根据本发明的实施例，所述探测器为可变角双探头spect。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的准直器的局部结构示意图；
图2显示了根据本发明一个实施例的底板的结构示意图；
图3显示了根据本发明一个实施例的底板纵截面的结构示意图；
图4显示了根据本发明一个实施例的顶板的结构示意图；
图5显示了现有准直器遮光原理的示意图；
图6显示了根据本发明一个实施例的遮光率的结果示意图；
图7显示了根据本发明一个实施例的顶板的纵截面的结构示意图；
图8显示了根据本发明一个实施例的准直器的遮光原理的示意图；
图9显示了根据本发明一个实施例的准直器的遮光结果的示意图；
图10显示了根据本发明一个实施例的准直器的遮光结果的示意图；
图11显示了根据本发明一个实施例的双探头spect成像的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
准直器
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种用于探测器的准直器。根据本发明实施例的准直器，通过顶板对穿过成像通孔的放射性射线进行二次遮挡，有效减小不同针孔投影之间的交叠，并且，通过调节顶板和底板之间的距离以及成像通孔和屏蔽通孔的参数，可以改变遮光率的比例。进而，使探测器的成像系统的探测效率和空间分辨率显著提高，重建图像质量更好。此外，该准直器的加工成本低，易于推广应用。
为了便于理解该准直器，参考图1-9对本发明实施例的准直器进行解释说明，该准直器根可以包括：底板100、屏蔽圈200和顶板300。下面对该准直器的各组件进行具体说明：
底板100：如图2和3所示，根据本发明的实施例，底板100上设置有呈阵列分布的成像通孔110，该成像通孔110包含第一孔段111和第二孔段112，且第一孔段111的横向尺寸沿自由端向所述第二孔段的方向逐渐减小，第二孔段112的横向尺寸沿自由端向第一孔段111的方向逐渐减小。换句话说，第一孔段111和第二孔段112由自由端向底板的中心方向，横向尺寸逐渐减小。发明人发现，与采用一个通孔段相比，本发明实施例的成像通孔110采用两个通孔段可以增加横向尺寸最小处材料的厚度，降低射线从该部分穿透的强度。
其中，第一孔段111和第二孔段112的性质可以是对称的，也可以是不对称的。也就是说，第一孔段111和第二孔段112的形状，高度和横向尺寸等参数可以相同，也可以不同。根据本发明的优选实施例，第一孔段111和第二孔段112在上下方向上对称设置。
根据本发明的实施例，不同成像通孔110的朝向(即圆锥轴线方向)指向不同的方向，所有朝向汇聚在成像视野的中心。由此，实现不同成像通孔对同一成像视野的成像，可同时获得待成像物体在不同角度上的投影并用于重建。
根据本发明的实施例，第一孔段111和第二孔段112可以独立地为圆台或多棱台。也就是说，第一孔段111和第二孔段112可以任意的为圆台或多棱台。其中，圆台的上下表面可以是圆形、椭圆形，也可以是其它不规则的圆形。
屏蔽圈200：根据本发明的实施例，该屏蔽圈200形成在底板100上。由此，屏蔽圈遮挡住从外界环境射入准直器的光线。
顶板300：参考图4，根据本发明的实施例，该顶板300设置在屏蔽圈200内，并封闭屏蔽圈200的至少部分开口，且该顶板300上设置有呈阵列分布的屏蔽通孔310，且该成像通孔310和屏蔽通孔110一一对应设置。也就是说，顶板300相对设置在底板100的上方，并且周边位于屏蔽圈200内。由此，通过顶板对穿过成像通孔的放射性射线进行二次遮挡，有效减小不同针孔投影之间的交叠，并且，通过调节顶板和底板之间的距离以及成像通孔和屏蔽通孔的参数，可以改变遮光率的比例。进而，使探测器的探测效率和空间分辨率显著提高，重建图像质量更好。
根据本发明的实施例，底板100和顶板300平行设置。由此，可简化结构设计并方便组装。
在此，进一步对准直器的遮光原理进行解释说明，如图3所示，通常来说，目标视野在针孔张角ɑ所覆盖的区域内，但实际可接受放射性射线入射的角度为β，其中，当针孔朝向和第一平板垂直时，ɑ、β之间有如下关系：
其中，
α代表所述第一孔段和所述第二孔段的连接面的中点到所述第一孔段自由端的夹角；
β代表成像通孔110对角线的夹角；
t0代表底板100的厚度，也就是t0＝t1+t2；
d代表所述第一孔段和所述第二孔段的连接面的最大径向尺寸；
本影区和半影区的投影范围如5所示，本影区也就是图5中ɑ张角所覆盖的投影区域，半影区也就是图5中β张角所覆盖的区域减去本影区的剩余区域。在此种情况下，探测器600平面上既有本影区的投影又有半影区的投影，投影的形状均为圆形。将本影区投影面积用s2表示，半影区投影面积用s1表示，在t1＝0的情况下，二者的比值满足如下关系：
其中，
s1代表准直器的半影区投影面积，也就是图5中β张角所覆盖的区域减去本影区的剩余区域的面积；
s2代表准直器的本影区投影面积，也就是图5中ɑ张角所覆盖的投影区域的面积；
h代表成像通孔110的中心到探测器表面的距离；
α代表第一孔段111和第二孔段112的连接面的中点到第一孔段111自由端的夹角；
d代表成像通孔110的最大孔径；
t代表底板100的底面到顶板300的顶面的距离。
其中，遮光率为半影区投影面积s1和本影区投影面积用s2的比值，遮光率随着准直器厚度的变化关系如图6所示。由图6可知，为了使半影区面积降低到本影区面积的10％左右，也就是遮光率为10％，准直器的厚度至少要达到约80mm。通常制作准直器的材料都比较昂贵，且部分材料(如钨)加工难度大，采用厚的准直器不切实际。发明人在研究中发现，通过设置顶板300进行二次遮挡，也就是由底板100和顶板300共同实现图5中遮光板400的作用，即底板100、顶板300和二者之间的部分共同构成图5中的遮光板400，从而，可以显著减小底板100和顶板300的厚度，并且，底板100和顶板300的厚度，底板100和顶板300之间的距离，以及不同形状和尺寸的成像通孔110和屏蔽通孔310，可以满足不同的设计需求，具有很大的灵活性。
在本发明的一个实施例中，如图4所示，顶板300上有12个椭圆形的屏蔽通孔310，和底板上的成像通孔110一一对应。
如图7所示，根据本发明的实施例，根据本发明的实施例，屏蔽通孔310为直孔(如图7a所示)或斜孔(如图7b所示)。将斜孔改为直孔会更方便进行加工，对遮挡效果的影响可以忽略，本领域技术人员可依据加工难易度自行选取。
进一步地，椭圆形孔的大小设计成尽可能多地遮挡掉成像针孔的半影区投影又不影响本影区的投影，遮挡效果如图8、图9和图10所示。在图10中，成像探测器上的半影区很小，几乎不会和相邻本影区发生交叠。发明人研究发现，当屏蔽通孔310的下边沿与第一孔段111的内壁所在环面的延长面与顶板300的下表面的交线重合时，也就是第一孔段111的内壁所在环面的延长面与顶板300的下表面相交所述形成的图形也就构成了屏蔽通孔310的下边沿，此时，遮光率小，半影区s1的面积接近于零。
此外，需要说明的是，底板100和顶板300之间的距离，以及不同形状和尺寸的成像通孔110和屏蔽通孔310，可以根据不同的设计需求进行调整，具有很大的灵活性。从而，可选择性地对来自非目标器官的射线进行额外某些角度的投影进行额外遮挡，以屏蔽掉不想要或对图像质量有影响的数据，使探测器的探测效率和空间分辨率显著提高，重建图像质量更好。
如前所述，相对于现有的准直器，本发明实施例的准直器的等效厚度为底板100的底面到顶板300的顶面的距离，也就是等价于底板100的厚度、顶板300的厚度和底板100和顶板300之间的距离三者之和。根据公式(2)和所设定的遮光率s1/s2值求出d之后，两块平板之间的距离可以通过d减去第一平板的厚度和第二平板的厚度来确定。
在本发明的实施例中，底板100、顶板300和屏蔽件200可以由金、钽、铂、钨和铅中的至少一种形成的。
进一步，在本发明的优选实施例中，底板100、顶板300和屏蔽件200可以由相同的材料的形成。
在此，需要说明的是，底板100和顶板300的厚度需要保证不被射线穿透，如果射线能量为140kev，平板材料为钨，设定平板至少遮挡99.999％的射线，则平板的最低厚度t可以用如下公式求出，
其中μ＝3.268mm-1，是材料钨对能量140kev光子的线性衰减系数。
相应地，根据本发明的实施例，顶板300和底板100的厚度均不小于3.5毫米。由此，能够有效地遮挡射线，防止被射线射穿。
同时，为了保证透过一个成像通孔110的射线只能到达一个对应的屏蔽通孔310，底板的厚度不能太薄。根据本发明的优选实施例，底板100的厚度为10-14毫米，顶板300的厚度为2-6毫米。由此，底部和顶部的厚度适宜，成像通孔的射线只能到达与之相对应的一个屏蔽通孔，遮光率更低，探测器的探测效率和空间分辨率显著提高，重建图像质量更好。
具体地，根据本发明的优选实施例，屏蔽通孔310的孔径为3-6毫米。根据本发明的优选实施例，屏蔽通孔310的孔径为4.5毫米。由此，屏蔽通孔的孔径适宜，成像通孔的射线只能到达与之相对应的一个屏蔽通孔，遮光率更低。
根据本发明的实施例，该准直器进一步包括支撑件500，该支撑件500设置在顶板300和底板100之间，用于支撑固定顶板300和底板100。
根据本发明的实施例，该支撑件500也可以由钨、铅、金、铂和钽的至少一种形成的。进一步地，该支撑件500还可以与顶板300和底板100采用同种材料形成的。
探测器
在此基础上，本发明进一步提出了探测器。根据本发明的实施例，该探测器包括前述的准直器。由此，该探测器的探测效率和空间分辨率高，重建图像质量好。根据本发明的实施例，安装前述准直器的双探头spect可以无须旋转即对人体小器官进行断层成像和动态断层成像。其中，需要说明的是，该准直器具有前述准直器的全部技术特征和技术效果，在此不再一一赘述。
此外，需要说明的是，本发明实施例的探测器尤其适于对人体小器官为心脏、甲状腺或脑进行成像，但该探测器的用途不限于可以对人体小器官进行断层成像和动态断层成像，还可以对动物的一些器官和脏器进行断层成像和动态断层成像，以及其他可以用本发明实施例的探测器进行成像的目标物均可适用于本发明实施例的探测器。
根据本发明的实施例，探测器为可变角双探头spect。如图11所示，即为双探头spect对人体小器官进行成像的示意图。具有前述的准直器10的多针孔spect成像装置，两个探测器呈一定夹角放置，成像视野位于两个探测器的夹角之间，所有针孔可以覆盖一个足够包含心脏区域的球形视野。由此，该spect成像装置可以达到很高的灵敏度，例如，无需旋转即可对心脏实现快速断层成像，特别地，该装置还可以实现对心脏的动态成像。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。