一种正电子发射断层成像装置的制作方法

[0001]
本申请涉及高端医疗成像设备领域，更具体地涉及一种正电子发射断层成像装置。


背景技术：

[0002]
正电子发射断层成像(positron emission tomography，简称pet，或称为正电子发射计算机断层成像)是一种大型、尖端的核医学影像技术，pet能够在细胞水平上无创、定量、动态的评估活体内各个器官的代谢水平、生化反应和功能活动，因而能够在许多疾病引起结构性改变或症状恶化之前，检测出相关的生化改变。pet对于重大疾病的诊断和治疗，尤其是临床上对肿瘤、心血管疾病和神经系统疾病的诊断和治疗具有巨大而独特的应用价值。
[0003]
pet成像的原理为：将带有放射性示踪剂注射到人体或动物体内，示踪剂会根据不同位置的代谢水平而在人体或动物体内的不同位置呈现出不同的浓度分布，同时，放射性示踪剂在人体或动物体内发生β+衰变并产生正电子，正电子与人体或动物体内的电子发生湮灭，继而产生一对能量相同且方向相反的伽马光子，通过体外探测装置可以测量出伽马光子到达探测装置的时间信息、能量信息和位置信息，从而计算出放射性示踪剂在人体或动物体内的分布水平并进行图像重建和显示。
[0004]
为了探测这些伽马光子，通常围绕湮灭事件发生处布置pet探测器，现有技术中根据pet探测器的布置方式可以分为以下几种：固定环形pet装置、平板pet装置、异质pet装置和应用适应型pet等，其中，固定环形是最为传统的pet布置形式，但是该种布置形式中探测环的尺寸不可调，应用适用范围不广；平板pet具有高灵活性和低成本特点，但是牺牲了过多的精度；异质pet和应用适应型的pet逐渐成为pet发展的新方向，比如，cn101856236a以及cn102178542a中分别描述了一种应用适用性的正电子发射断层成像装置以及一种可变结构的正电子发射断层成像机架，其通过在固定不动的机架内环形成一圆形轨道，圆形轨道上安装若干个模块轨道，模块轨道上放置探测模块并构成探测环，探测模块可以通过模块轨道做径向移动、圆周运动和方向变换，用以构建多种尺寸和形状的探测环；然而，这种可变结构的pet装置中通常以探测器的中轴线的焦点为视场中心，仅可以调节探测环的直径大小，视场中心往往保持不动，同时，由于每个探测器模块均采用独立的机械调节机构进行变结构调节，系统的机构自由度较大，结构和控制比较复杂，成本也十分巨大。
[0005]
因此，有必要开发一种可调性强且成本低廉的pet装置。


技术实现要素：

[0006]
本申请的目的是提供一种正电子发射断层成像装置，从而解决上述至少一种问题。
[0007]
为了解决上述技术问题，本申请提供的正电子发射断层成像装置，包括机架、至少两个探测器模块以及调节模块，所述探测器模块设置于所述机架上，所述调节模块与所述
探测器模块对应，所述调节模块包括旋转轴以及可调节连接器，所述旋转轴铰接于所述机架上，所述旋转轴的一端与所述探测器模块连接，所述旋转轴的另一端与所述可调节连接器的一端连接，至少两个所述可调节连接器的另一端连接于一汇聚点。
[0008]
根据本申请的一个实施例，所有所述可调节连接器的另一端连接于一汇聚点。
[0009]
根据本申请的一个实施例，所述调节模块的数量与所述探测器模块的数量相同，每一个所述探测器模块固定于对应的一个所述调节模块上。
[0010]
根据本申请的一个实施例，所述调节模块的数量大于所述探测器模块的数量相同，其中一部分所述旋转轴的一端未设置所述探测器模块。
[0011]
根据本申请的一个实施例，所有所述探测器模块沿着所述机架的周向布置为环形，所述汇聚点与所述环形的中心的连线垂直于所述环形所在的平面。
[0012]
根据本申请的一个实施例，所述旋转轴的延伸方向与所述探测器模块的中心轴线垂直。
[0013]
根据本申请的一个实施例，所述旋转轴通过轴承铰接固定于所述机架上，所述旋转轴以自身的延伸方向为轴进行转动。
[0014]
根据本申请的一个实施例，所述旋转轴的一端与所述探测器模块之间为可拆卸连接。
[0015]
根据本申请的一个实施例，所述旋转轴穿过所述机架设置，所述旋转轴的两端分别位于所述机架的两侧。
[0016]
根据本申请的一个实施例，所述可调节连接器的延伸方向与所述旋转轴的延伸方向相互垂直。
[0017]
根据本申请的一个实施例，所述可调节连接器的延伸方向与所述旋转轴的延伸方向不垂直。
[0018]
根据本申请的一个实施例，所述可调节连接器的一端通过第一杆与所述旋转轴连接，所述第一杆的延伸方向与所述可调节连接器的延伸方向相同。
[0019]
根据本申请的一个实施例，所述可调节连接器的末端设置有第二杆，所述第二杆的延伸方向与所述可调节连接器的延伸方向相同，所有所述可调节连接器的另一端通过所述第二杆连接于所述汇聚点。
[0020]
根据本申请的一个实施例，所述可调节连接器的另一端通过万向铰接头铰接于所述汇聚点。
[0021]
根据本申请的一个实施例，所述装置还包括多个机械臂，所述机械臂固定于所述机架上，所述旋转轴铰接固定于所述机械臂上，所述机架上设置有通孔，所述旋转轴穿过所述通孔。
[0022]
根据本申请的一个实施例，所述机械臂的延伸方向与所述旋转轴的延伸方向相互垂直。
[0023]
根据本申请的一个实施例，所述旋转轴通过固定于所述机械臂末端的轴承或者夹持部铰接。
[0024]
根据本申请的一个实施例，所述可调节连接器为液压直线驱动设备、螺纹传动设备或者电机驱动伸缩设备。
[0025]
本申请提供的正电子发射断层成像装置，通过将探测器模块、旋转轴以及可伸缩
连接器连接形成为整体，通过将可伸缩连接器的末端汇聚在一起，移动汇聚点在xy方向上的位置，可以实现探测器模块的角度调节，并保持视场中心xy坐标和汇聚点xy坐标一致，实现视场中心的调节，也即采用x和y方向的两个自由度就可以完成所有探测器模块的角度调节，实现视场中心的大范围自由可调，操作方便，结构简单，成本较低。
附图说明
[0026]
图1是根据本申请一个实施例的正电子发射断层成像装置的立体结构布置示意图；
[0027]
图2是根据图1实施例的正电子发射断层成像装置的yz平面的布置示意图；
[0028]
图3是根据图1实施例的正电子发射断层成像装置的xy平面的布置示意图；
[0029]
图4是根据图3实施例的正电子发射断层成像装置的xy平面的布置示意图，其中，视场中心发生了变化；
[0030]
图5是根据本申请另一个实施例的正电子发射断层成像装置的yz平面的布置示意图；
[0031]
图6是根据图5实施例的正电子发射断层成像装置的xy平面的布置示意图；
[0032]
图7是根据图5实施例的正电子发射断层成像装置的xy平面的布置示意图，其中，视场中心发生了变化。
具体实施方式
[0033]
以下结合具体实施例，对本申请做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本申请而非用于限制本申请的范围。
[0034]
需要说明的是，当元件被称为“设置在”另一个元件上，它可以直接设置在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当元件被称为“连接/联接”至另一个元件，它可以是直接连接/联接至另一个元件或者可能同时存在居中元件。本申请所使用的术语“连接/联接”可以包括电气和/或机械物理连接/联接。本申请所使用的术语“包括/包含”指特征、步骤或元件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、步骤或元件的存在或添加。本申请所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意的和所有的组合。
[0035]
除非另有定义，本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本申请中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，而并不是旨在限制本申请。
[0036]
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”、等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0037]
下面结合附图对本申请实施例所提供的中子源探测装置及系统进行详细说明。
[0038]
如图1所示，本申请实施例提供了一种正电子发射断层成像装置，其至少包括机架10、多个探测器模块20以及调节模块，其中，机架10固定于基座40上，机架10通常形成为环形，比如圆环形，机架10内部具有一贯通的空间，用于在进行成像时放入被测对象；多个探测器模块20通过调节模块固定于机架10上，调节模块用于调整探测器模块20的旋转角度或者探测器模块20之间的相对位置。
[0039]
通常情况下，多个探测器模块20在机架10上围成一个环形的结构，比如在图1中，机架10可以视为通过平行于xy平面的多个圆环层叠形成，机架10的贯通空间可以视为一个沿着z轴方向延伸的圆筒，此时，z轴为待测对象在扫描时移动/行进的方向，单个探测器模块20可以视为平行于xy平面内的长方形，探测器模块20的末端为长方形的一条边，该末端可以视为构成探测环的其中一个像素，多个像素围在一起形成了环形的结构，像素越多，围成的环形看起来更像一个真正意义的圆形。本领域技术人员应当理解的是，当探测器模块20的数量较少时，比如，仅有三个时，其可以形成为三角形的截面形状，然而，依据本申请的描述，该三角形实质上与本申请中所描述的“探测环”、“环形”结构相同。
[0040]
图2是根据图1实施例的正电子发射断层成像装置的yz平面的布置示意图，下面结合图1和图2详细说明本申请提供的调节模块30的具体设置方式。调节模块30包括旋转轴31以及可调节连接器33，其中，旋转轴31沿着平行于z轴的方向(即待测对象的前进方向)延伸，旋转轴31通过轴承11固定于机架10上，旋转轴31可以在轴承11的作用下自转，即围绕平行于z轴的自身延伸方向的轴线旋转，如图2中的箭头所示；轴承11固定于机架10上，其自身保持相对位置不动，轴承11可以限制旋转轴31在x、y、z轴方向上的平移，而不能限制旋转轴31自身的转动。
[0041]
旋转轴31的延伸方向与探测器模块20的中心线a垂直，旋转轴31的一端与探测器模块20固定连接，也就是说，旋转轴31与探测器模块20之间的相对位置保持不变，即：若旋转轴31转动，探测器模块20随之转动，二者的运动保持同步。旋转轴31的另一端与可调节连接器33连接，此处的“连接”包括两种：第一种：旋转轴31的另一端与可调节连接器33的一端直接连接；第二种：旋转轴31的另一端与可调节连接器33的一端通过第一杆32连接，其中，第一杆32为相对刚性的物体，即第一杆32可以视为刚体，即第一杆32不能发生肉眼可见的变形，第一杆32与旋转轴31之间为刚性连接，即：第一杆32与旋转轴31之间的相对位置保持不变，若旋转轴31转动，第一杆32随之转动，二者的运动保持同步。
[0042]
可调节连接器33在yz平面内延伸，其向着被测对象的行进轴线b延伸，优选地，每一个可调节连接器33的延伸方向与其对应的旋转轴31的延伸方向相互垂直，比如，当采用第二种连接方式时，可调节连接器33的延伸方向与第一杆32的延伸方向保持一致，并且同时与旋转轴31的延伸方向垂直。可调节连接器33可以沿着该延伸方向发生位移，比如缩短或者伸长，同时外力可以借助可调节连接器33向旋转轴31施加扭矩，驱动旋转轴31自转。本领域技术人员应当领会的是，为了向旋转轴31施加扭矩使其自转，可调节连接器33还可以在yz平面内与旋转轴31呈一定的夹角，比如呈钝角。可调节连接器33的末端可以直接连接在一起，也可以通过其他物件连接在一起，比如，可调节连接器33的末端与与第二杆34连接，第二杆34与第一杆32、可调节连接器33的延伸方向一致，第二杆34的末端汇聚于同一点o'，第二杆34可以在可调节连接器33的作用下沿着其延伸方向发生移动，随着可调节连接器33的伸长或者缩短以及转动，汇聚点o'也随之发生移动。为了保证顺利移动，汇聚点o'处采取铰接的方式。
[0043]
上文中提到机架10可以视为通过平行于xy平面的多个圆环层叠形成，多个探测器模块20在机架10上围成一个环形的结构，这里的“圆环”、“环形”机构均可以具有共同的圆心o/环心o，探测器模块20的中心线为a，中心线a即为“圆环”、“环形”的径向方向。当探测器模块20形成为圆环形时，每一个探测器模块20的中心线a均经过圆环的圆心o，该圆心o即为
所有探测器模块20的中轴线的焦点，也就是pet装置的视场中心。在pet装置中，一般选取以探测圆环中心为圆点、一半探测圆环内径的圆形区域作为pet装置的有效成像区域，即pet装置的视场。被测对象沿着垂直于中心线a的轴向b前进，也就是说，在初始状态下，当探测器模块20布置为环形后，其视场中心为o，通过旋转轴31以及可调节连接器33，使得初始状态时，汇聚点o'与视场中心o对应，即在垂直于圆环的轴向b上，o和o'在初始状态下是相互重合的，如图3所示，此时，若环形为圆形，则所有可调节连接器33的长度应当是相同的。
[0044]
下面结合图1-图4说明该正电子发射断层成像装置的工作原理。
[0045]
对于每一个探测器模块20，其均对应一个调节模块，每一个调节模块均包括旋转轴31和可调节连接器33，所有的可调节连接器33的末端汇聚于同一点o'，因此，从整体上看，如图1所示，所有可调节连接器33形成了以汇聚点o'为中心的发散的形状。在探测开始前的初始状态下，如图2和图3所示，o'与o之间的连线b垂直于探测器模块所围成的圆环，可调节连接器33的延伸方向可以与对应的探测器模块20的中心线a相互平行，从而在探测器所在的圆环平面之外重新构建了一个与视场中心o完全对应的汇聚点o'。由于每一个旋转轴31都可以在可伸缩连接器33的带动下进行自转，通过移动汇聚点o'，所有的可伸缩连接器33自身的长度发生伸长或者缩短，如图4中箭头所示，可伸缩连接器33自身同时可能发生旋转运动，带动旋转轴31和探测器模块20发生转动，从而改变探测器模块20的中心线a的方向，实现pet装置市场中心的调节，如图4所示，视场中心o可以经过运动调节至o"。
[0046]
本申请提供的正电子发射断层成像装置，通过将探测器模块、旋转轴以及可伸缩连接器连接形成为整体，通过将可伸缩连接器的末端汇聚在一起，移动汇聚点在xy方向上的位置，可以实现探测器模块的角度调节，并保持视场中心xy坐标和汇聚点xy坐标一致，实现视场中心的调节，也即采用x和y方向的两个自由度就可以完成所有探测器模块的角度调节，实现视场中心的大范围自由可调，操作方便，结构简单，成本较低。
[0047]
进一步地，图5是根据本申请另一个实施例的正电子发射断层成像装置的yz平面的布置示意图，图5的实施例与图1-图4的实施例相比，相同或者类似的部件通过增加“100”的附图标记进行标示，比如，在图5的实施例中，正电子发射断层成像装置包括机架110、探测器模块120、旋转轴131以及可调节连接器133，以下仅描述不同之处。在图5的实施例中，正电子发射断层成像装置还包括多个机械臂141，机械臂141沿着机架110所在的圆环的径向设置于机架110上，所有机械臂141的延伸方向汇聚于机架110所在的圆环的中心，该中心理论上与探测器模块的视场中心o处于同一个轴线b上。机械臂141的数目优选地与探测器模块120的数量一致。机械臂141的末端设置有握持部142，握持部142的具体形式可以有多种，比如圆筒状、多环排布状或者夹持状，握持部142的设计原则为能够提供一个类似于图2实施例中的轴承111，使得旋转轴131可以容置于该轴承111内并且可以发生自转。旋转轴131的两端分别与探测器模块120以及可调节连接器133连接，其连接方式与图2实施例中所述可以相同。机械臂141可以沿着其延伸方向(径向)伸长或者缩短，在机械臂141的作用下，探测器模块120随之沿着径向内缩或者扩张，从而实现探测环大小的调节，同时，可调节探测器133的长度也随之发生伸长或者缩短，使得调节完成后探测器环的中心o始终与可调节连接器133的汇聚点o'保持对应。机架110上同时设置有通孔112，旋转轴131穿过该通孔112并且可以在机械臂141的作用下沿着该通孔112在径向移动。
[0048]
如图6所示，在该实施例中，若需要探测不同大小的被测对象，可以首先通过机械
臂141调节探测器模块120在径向d上的位置，比如，使探测器模块120从虚线所示的位置1移动到位置2，优选地，机械臂141可以通过控制设备进行位移的精确控制，比如采用数控设备控制机械臂141伸长或者缩短的距离，使得调节完成后的探测器模块120仍然可以形成一个环形。为了使得可调节范围更大，机械臂141的数量和探测器120的数量都可以设置为变化的，比如，当需要缩小探测环的直径时，不需要与之前同样数量的相同探测器模块120，若采用同样尺寸的探测器模块120，则在缩小探测环时应当根据需要取出若干个探测器模块；当需要不同的探测精度时，可以更换不同尺寸的探测器模块120以重新组成一个圆环。
[0049]
当探测环的大小调节完成以后，如图7所示，可以与图4的实施例一样通过调节汇聚点o'的位置调整视场中心的位置，比如，图7中的视场中心从o'调节至o"，此时，探测器模块120随之发生旋转，可调节连接器133的长度随之发生伸长或缩短。
[0050]
值得注意的是，对于任一个实施例，当调节汇聚点o'的位置时，每一个探测器旋转的角度都不尽相同，同时每一个可调节连接器伸长或者缩短的距离也不尽相同。为了保持汇聚点o"的位置相对稳定，只有当施加的力达到一定阈值后，可调节连接器自身方能发生缩短或伸长，从而避免装置易受外力影响而发生位置偏移。优选地，可调节连接器可为螺纹传动装置、液压传动装置以及电机驱动伸缩装置等，在此仅作为示例而非限制，理论上任何可以保持相对刚性且可以伸缩的装置均可以用作本申请中的可调节连接器。同样地，机械臂也可以为螺纹传动装置、液压传动装置以及电机驱动伸缩装置等，在此仅作为示例而非限制，理论上任何可以保持相对刚性且可以伸缩的装置均可以用作本申请中的机械臂。
[0051]
另外值得注意的是，本申请中以探测器模块进行圆环形式的排列形式为例进行说明，但是本申请同样适用于非圆环形式的排列形式，比如多边形pet布置形式，只需要将所有探测器模块对应的可调节连接器的末端汇聚点设置于多边形的形心处即可，在此不再赘述。本申请的实施例中对于每一个探测器模块，其均对应一个调节模块，每一个调节模块均包括旋转轴和可调节连接器，所有的可调节连接器的末端汇聚于同一点，然而，为了某些局部检测的需要，比如乳腺检测中，只需要调节部分模块即可，此时，可以选用数量较少的探测器模块，调节模块的数量保持不变，只需要将探测器模块根据需要安装在其中一部分调节模块的旋转轴上即可实现调节，在此不再赘述。
[0052]
以上所述的，仅为本申请的较佳实施例，并非用以限定本申请的范围，本申请的上述实施例还可以做出各种变化，比如，为了实现视场中心可调的目的，上述实施例中探测器模块与可调节连接器的数量是一一对应的关系，本领域技术人员可以根据本申请的启示，可以采用合适的传动装置将其中一部分的旋转轴连接在一起，然后这些旋转轴共用一个可调节连接器；或者本领域技术人员可以根据本申请的启示，将其中至少两个可调节连接器的末端连接于一汇聚点，比如可将处于半个圆环上的可调节连接器连接于一个汇聚点，将处于另半个圆环上的可调节连接器连接于一个汇聚点，通过两个汇聚点分别实现视场中心的调节，同样具有减少探测器模块调节时自由度的效果。即凡是依据本申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本申请专利的权利要求保护范围。本申请未详尽描述的均为常规技术内容。