单光子发射计算机断层摄影系统的制作方法

专利名称：单光子发射计算机断层摄影系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及成像系统，且更具体地涉及单光子发射计算机断层摄影系统。
背景技术：
医学放射性核素成像(核医学)是现代医学实践的关键组分。该方法学涉及典型通过注射进行的放射性物质示踪量给药，该放射性物质而后以依赖于待检查组织系统生理功能的方式定位在体内。放射性示踪剂发射物，最常见的是伽马光子，由体外检测器成像，生成体内放射性示踪剂分布图。当由适当培训的医生解读时，这些图像在疾病临床诊断和治疗中提供极有价值的信息。该技术的典型应用包括冠状动脉疾病检测(铊扫描)和患癌症骨骼检测(骨扫描)。绝大多数临床放射性核素成像是采用伽马发射放射性示踪剂和称为“伽马照相机”的检测器进行的。
伽马照相机典型由大型闪烁晶体(例如，碘化钠)组成，该闪烁晶体具有当受伽马光子撞击时会发光的特性。在该晶体的后面粘着有多个光电倍增管及其相关电路以检测闪光并确定它们在闪烁晶体内的位置。在晶体的前面是准直器，其典型由几毫米的铅组成，铅上面有多个开孔。准直器用于吸收全部入射的光子，除了那些大体从合适的方向到达晶体的光子。晶体、光电倍增管和相关电路典型容纳在大型铅容器内以使检测器与不想要的外部射线屏蔽开。整个装置安装在一个具有电动装置的台架上以将检测器放置在病人附近。
伽马照相机提供放射性示踪剂分布的二维图像。然而，体内放射性示踪剂分布典型是三维的。单光子发射断层摄影技术(SPECT)用于通过采用计算机处理以创建类似于“放射性核素CT扫描”的三维断层摄影图像以由从围绕病人的多个角度获得的一系列二维伽马照相图像“重建”三维示踪剂分布。这几乎全部由将一个或多个伽马照相机安装到电动台架上并使其绕病人旋转而完成。而后对由此获得的数据进行处理以生成三维图像。
所示出的三维SPECT图像提供更高的图像对比度并且减少了身体结构的明显重叠。目前认为SPECT成像是心脏放射性核素成像的现有技术中的成像，且目前占在美国进行的全部心脏核成像的一半以上。
虽然其有许多优点，SPECT对于可获益于它的病人也仍是不可能全部获得的。目前的SPECT仪器具有阻碍其广泛应用的许多缺点。
目前的SPECT系统是笨重的，通常需要大型的专用房间来容纳它们。准直系统的效率较低，阻碍了高百分比的发射射线。因此，大多数新的临床系统同时采用安装在一个台架上的两个或多个照相检测器。由于每个检测器通常重达几百磅，支撑台架必然是大型和笨重的。大多数SPECT安装需要附加地板加固的专门建造的房间。由于准确的图像重建需要精确的检测器定位，SPECT系统需要笨重的定位系统，该定位系统由能够以大约一毫米的精度移动和定位数百磅装置的电机和齿轮组成。这些系统必然是大型、笨重和昂贵的。
虽然在医学上极需在各种环境对病人进行成像，包括医生办公室、急救室和重症监护病房，目前SPECT系统的较大尺寸的笨重体积需要将它们固定在固定的场所，通常是医院放射部门或核医学部门。在主治心脏病专家直接在场的情况下进行心脏SPECT成像具有显著的医学和病人方便的优点。许多研究表明，门诊病人的办公室场合的护理花费比医院场合的花费少。除了这些强制性因素外，当前系统的尺寸和成本约束极大限制了它们向社区的渗透性且尤其限制它们在医生办公室的可用性。此外，当前系统需要较大空间，从而在医院提供SPECT服务时具有较大的强制成本。
当前的SPECT系统还有其它的局限性。当伽马照相机绕病人旋转时，需要大量多导线电缆来运送电力和数据往来每个检测器。这些电缆在系统运行期间反复弯折，从而经常会导致设备故障。
现有系统的大型且笨重的特性要求机械台架设计具有高稳定性，但具有成本效率。这导致在这些系统中病人必须以仰卧(背部平躺)体位躺在伸入朝向垂直方向的台架的狭窄平台上。为使检测器能够尽可能靠近胸部且使大型的可移动检测器安全地绕过病人，当前系统需要病人的单臂或两臂抱住头部保持不舒适的姿势。这对于大多数病人而言是痛苦的，且对一些病人而言是不可能的。此外，平躺体位对于许多病人而言是不舒适的，特别是对于那些患有背部疾患的病人。当位于设备中时，许多病人会患幽闭恐怖症。需要使照相机绕病人旋转的狭窄平台对于大体型个体而言是不舒适的，且经常会使那些接受扫描的病人感到不安全或不稳定。而且，病人在成像期间由设备部分包围可限制医生或护士接近重病病人。

发明内容
本发明提供多个成像系统及其部件。根据一个实施例，一种单光子发射计算机断层摄影系统包括具有用于支撑病人的病人支撑件的基底部，从而病人的一部分位于视场内。穿过视场形成纵轴线。检测器组件邻近视场且包括能够检测光子是否撞击到检测器上的光子响应检测器。该检测器组件可操作地检测病人位于视场内部分发射的光子。光子阻挡件设置在视场和检测器之间。该阻挡件具有穿过其中形成的开孔狭缝以使光子通路与开孔狭缝对准。从检测器穿过开孔形成响应线。准直组件包括多个由光子衰减材料形成的准直叶片。支撑组件支撑准直组件。支撑组件包括第一支撑件和第二支撑件。第二支撑件与第一支撑件间隔开。准直组件放置在两支撑件之间，从而在准直组件和第一支撑件之间形成第一距离，并且在准直组件和第二支撑件之间形成第二距离。调整组件包括可操作地调整第一距离的第一调整器和可操作地调整第二距离的第二调整器。
本发明的另一方面提供一种用于从放射成像系统对图像数据进行重组(rebinning)、以使该数据对应于从在位于绕视场的多个位置处获得读数类型的传统伽马照相机获得的数据的方法。可以假设视场具有穿过其中形成的纵轴线。传统伽马照相机具有感应面，其中心线平行于纵轴线。在纵轴线和中心线之间垂直地形成位置线。感应平面定义为包含位置线且垂直于纵轴线。基线定义为垂直于纵轴线且包含在感应平面内。传统伽马照相机的角位置定义为基线和位置线之间的夹角θ。传统伽马照相机可操作地检测以感应相位撞击的光子，其中感应平面内的每个撞击位于距中心线距离r处。重组方法包括包含提供放射成像系统的步骤。成像系统包括具有用于支撑病人的病人支撑件的基底部，从而病人的一部分位于视场内。一个大体弓形的检测器组件邻近视场且包括能够检测光子是否撞击到检测器上的光子响应检测器。该检测器组件还可操作地识别沿弓形检测器组件的检测器撞击位置。光子阻挡件设置在视场和检测器之间。该阻挡件具有穿过其中形成的开孔狭缝以使光子通路与开孔狭缝对准。从检测器穿过开孔形成响应线。准直组件包括多个由光子衰减材料形成的大体平行的准直叶片。这些叶片间隔开以形成多个缝隙。位移致动器可操作地使检测器和光子阻挡件中的一个相对于检测器和光子阻挡件的另一个移动，从而开孔相对于检测器移位，且响应线扫过视场的至少一部分。另外的步骤包括在多个光子大体撞击到感应平面时获得多个检测器读数。每个读数包括强度。确定来自检测器组件的每个读数的位置，该位置包括距视场中心线的半径Rdet和相对于基线的角位置Ψ。确定每个读数的开孔狭缝位置，该位置包括距视场中心线的半径Rapp和相对于基线的角位置。对于传统伽马照相机的每个r和θ的组合，采用下面公式计算Ψ和的相应值φ=arcsin(rRapp)-θ,]]>和Ψ=arcsin(rRdet)-θ]]>对于每个r和θ的组合，存储与、Ψ、Rapp和Raet相关联的强度值。本发明还提供各种校准单光子发射计算机断层摄影系统及其装置的方法。
根据本发明的另一方面，提供一种具有支撑基底部和用于视场成像的成像部分的医学成像设备。该成像部分在由基底部支撑的固定端和与其相间隔的自由端之间延伸。该成像部分包括具有第一支撑件和第二支撑件的支撑组件。两支撑件间隔开且每个支撑件具有由基底部支撑的固定端和与其相间隔的自由端。多个拉紧件在第一和第二支撑件之间延伸且在支撑件的固定端和自由端之间间隔开。在一些实施例中，拉紧件包括一些成角度件从而其端部中的一个靠近成像部分的固定端，同时其它拉紧件使它们的其它端部靠近固定端，从而这些拉紧件相对于彼此成一定角度。


图1A是最佳用于心脏SPECT的本发明优选实施例的透视图，示出系统的整个构造和病人的定位；图1B是图1A中实施例的另一个透视图；图2是用于在SPECT成像期间检测光子的单个检测器模块的一个实施例的透视图；图3是最佳用于SPECT的本发明实施例的开孔弧状体的透视图，在该弧状体后面示出一个射线检测模块以表示相对定位；
图4是开孔弧状体一小部分的横截面详细视图，示出开孔边缘处理的一个实施例的细节；图5是类似于图4的横截面详细视图，示出边缘细节的可替换实施例；图6是类似于图4和5的横截面详细视图，示出边缘细节的另一个可替换实施例；图7示出开孔弧状体一部分的横截面细节，包括用于向开孔提供可调整宽度的可调整端部零件；图8是开孔弧状体一部分和一个可调整端部零件的透视图；图9A是图示顶视图，示出带有凹槽的开孔弧状体、检测器弧状体和病人视场的相对位置；图9B是图示顶视图，示出各检测器的响应线如何提供穿过人体的多角度投影；图10A是在开孔弧状体的第一旋转位置处单个检测器模块和开孔弧状体一小部分的顶部示意图；图10B是类似于图10A的视图，但开孔弧状体在第二位置处；图10C是类似于图10A和10B的视图，但开孔弧状体在第三位置处；图11A-F是本发明的一系列图示顶视图；图12是本发明成像部分可替换实施例的部分透明的透视图，包括开孔弧状体和成角度的准直器叶片；图13是横截面(纵向)准直组件的透视图，示出其与检测器模块的关系；图14是类似于图13的视图，但包括开孔弧状体并示出每个检测器模块的响应线；图15是示出采用本发明和采用传统“高分辨率”平行孔准直器相比的在不同深度处平面内空间分辨率的曲线；图16是根据本发明的平行叶片准直器一部分的横截面视图；图17是根据本发明的成像弧状体一个实施例的支撑组件的透视图；图18是类似于图17的、带有额外拉紧件的支撑组件的透视图；图19是根据本发明的平行叶片准直器一部分和传感器组件的横截面视图，示出准直叶片的相对深度；图20A是可移动开孔弧状体扩展叶片一个实施例的横截面顶视图；图20B是类似于图20A的视图，其中示出在不同位置处的叶片；图21是根据本发明一个实施例的下部支撑件的一部分和开孔弧状体的一部分的透视图；图22是用于本发明的传感器组件的后视图；图23是图22中传感器组件的前视图；图24是图22-23中传感器组件的侧视图；图25是传感器模块一部分的横截面详细视图；图26是传感器模块的一个实施例的前视图；图27是穿过准直器组件观察的一对传感器阵列的视图；图28是闪烁体基晶体检测器模块的一个实施例一部分的透视图；图29A是采用矩形条状闪烁材料块的检测器模块的另一个实施例的透视图；图29B是图29A中模块的侧视图，其中光电检测器在顶部和底部；图29C是类似于图29B的视图，但光电检测器放置在闪烁材料的后面；图30是检测器模块的透视图，其中闪烁材料块具有梯形横截面；图31A是基于矩形闪烁材料块的遮蔽检测器构造的透视图；图31B是基于圆柱形闪烁材料块的遮蔽检测器构造的透视图；图31C基于具有梯形横截面的闪烁材料块的遮蔽检测器构造的透视图；图32是示出类似于图31A中条状遮蔽检测器模块的构造细节的透视图，但光电检测器沿其后面放置；图33是表示本发明一个实施例的并行检测器和开孔弧状体运动方向的图示；图34是根据本发明的具有遮蔽带条的基于二维闪烁体的检测器透视图；图35是开孔弧状体一部分的透视图，其中校准模块放置在开孔处；图36是本发明另一个实施例的顶部图示视图，该实施例利用二维检测器和线性阻挡件；图37是成像弧状体的透视图；图38是根据本发明的成像弧状体一个实施例的横截面视图；图39是根据本发明的成像弧状体的另一个实施例的横截面视图；图40是根据本发明的成像弧状体的又一个实施例的横截面视图；图41是病人视场以及示出为在两个位置处的传统伽马照相机的示意性视图；图42是由传统伽马照相机接收的窦腔X线照相表示数据；图43是在不同设置条件下传统照相机的另一个窦腔X线照相表示数据；图44是来自根据本发明成像系统的窦腔X线照相表示数据；图45是类似于图41的示意图，示出本发明等效开孔弧状体和检测器弧状体位置；图46和47是示出用于传统二维数据处理的开孔弧状体和检测器弧状体的位置转换的所必需的几何形状的示意图；图48是带有放射性校准源和保持器的一个实施例的开孔弧状体一部分的顶视图；图49是校准源外壳或保持器部分的透视图；图50是添加有光子阻挡屏蔽的图49中保持器的透视图；图51是类似于图49和50的透视图，其中具有另外的放射源容器；图52是类似于图49-51的透视图，其中添加了圆柱状放射源；图53是附着到开孔弧状体一部分上的图52中校准源的透视图；图54是开孔弧状体一部分的一侧透视图，示出用于接收校准源的接收器；图55是类似于图54的透视图，示出校准源插入保持器中；图56是校准源保持器的可替换实施例的透视图；图57是图56中保持器的剖视图；图58是与图56和57中保持器一起使用的校准源的透视图；图59是图58校准源的剖视图；图60是图56和57中保持器的透视图，其中容纳有图58和59的校准源；图61是图60中校准源和保持器的透视图，示出其反面；图62是形成成像弧状体一部分的上部和下部支撑件以及图60和61中的保持器和校准源的透视图；图63是类似于图62的透视图，其中增加了开孔弧状体的另一部分；图64是类似于图63的透视图，其中切去了上部支撑件的一部分；图65是开孔弧状体的底部部分和图64的源保持器的详细透视图；图66是校准源和保持器的透视图，其中校准源部分插入保持器中；图67是图66中校准源和保持器的侧视图，其中校准源部分插入保持器中；图68是类似于图67的侧视图，其中校准源全部插入插入保持器中；图69是在图66所示的相反侧的校准源和保持器的另一个透视图，其中校准源部分插入；图70是类似于图69的透视图，其中校准源示出为全部插入；图71是图70校准源保持器的顶视图，其上指示有例证性尺寸；图72是校准源的顶视图；图73是校准源存储容器的顶视图，容器中放置有多个校准源；图74是用于本发明一些实施例中的弯曲晶体的透视图；和图75是图74中晶体的透视图，晶体的背后是多个光电管。
具体实施例方式
在整个说明书中，所示出的优选实施例和实例应当看作对本发明起示范作用而非限制作用。
I.概述本发明的一个方面包括进行单光子发射计算机断层摄影(SPECT)的系统。该系统包括由多个射线检测器模块组成的射线检测器组件，射线检测器模块优选围绕典型在180度至360度的弧形放置。由在与射线检测器组件的角度范围(典型为180-360度)类似的角度范围上延伸的可移动弧状体或环提供平面内(轴向)准直。由保持在静止位置且朝向与横轴平面(垂直于纵轴线)平行的方向的光子衰减材料的多个叶片或薄片提供跨平面(纵向)准直。可选择地，这些叶片可由可透射线的间隔材料薄片分隔开，如泡沫聚苯乙烯或其它塑料。本发明的一些实施例还包括病人椅或支撑结构。
II.椅、弧状构造和病人定位的描述图1A和1B示出最佳用于心脏SPECT的本发明优选实施例，其示出系统100的整个构造和病人102的定位。图中示出了供病人出入的开孔104。系统的成像部分106在病人胸部右侧上延伸成弧状。成像部分由具有如下所述的内部部件的铅屏蔽外壳组成。成像部分由固定到基底部110上的支架108支撑。成像部分的后部和支架一起形成病人支撑的“后背”。病人坐在可调整座椅112上。该座椅的垂直高度可以调整以使病人的心脏位于成像设备的合适部分内。这种调整可通过电机、液压设备或其它设备进行。座椅可选择性地调整以水平旋转，从而使病人易于进入就座位置或从就座位置出来。支架和基底部还可包括或支撑处理扫描所需要的电子元件，以及任何需要的控制装置或显示装置。
如图所示，与现有技术的系统不同，病人基本上竖直地坐着，从而他们的躯干是基本上垂直的。重量轻、更为简单的设计以及本系统体积的减小协同使这种定位成为可能。为最终目的，由成像部分106包围的区域将被称为视场。还是为最终目的，可假设大体与病人躯干纵轴线对准的纵轴线延伸穿过视场。可假设纵轴线是基本上垂直的以区分本系统的定位与常规系统的病人被迫水平定位。实际上，基本垂直的纵轴线可以稍稍倾斜，如图所示，以增加病人的舒适度。
如本领域技术人员所清楚的，对病人适当部分进行成像是很重要的，以获得关于病人特别感兴趣部分的数据。例如，本发明的优选实施例设计成对病人心脏进行成像。因此，在被成像部分或切片中包含病人心脏是重要的。然而，病人心脏在胸腔内的准确位置不总是能够通过外部检查而容易确定。在现有技术系统中，当操作者观察被称为余辉示波器(p-示波器)的低分辨率、二维显示器时，病人位于检测器前方。由于当病人重新定位时需要不断更新以及由于其图像的二维特性，余辉示波器图像必然是低质量的。在病人定位中的操作者误差很常见，且当该误差出现时会导致无用的扫描。根据本发明的另一方面，在心脏扫描之前可对病人胸部进行“快速扫描”以正确定位心脏，从而调整椅子的位置以使心脏正确定位供成像部分106进行成像。
本发明“快速扫描”的可行性有几个理由，这些理由在阅读整个说明书后将会变得更加清楚。本技术的系统必须部分绕病人旋转以获得三维成像。如果要获得快速三维定位图像，大型沉重的(典型为450-500磅)检测器必须在几秒钟内启动或停止。这在机械上是困难的，还可由于大型沉重的检测器的快速移动而对病人产生伤害。本发明只需要移动开孔弧状体以对成像部分106视场内的病人的一部分进行成像。开孔弧状体优选对于病人隐藏在壳体内，并且可以比现有技术的伽马照相机移动得更加快速和安全。而且，整个扫描只需要弧状体移动较短距离，不是象那些伽马照相机要移动很长的距离。此外，本发明比现有技术设备采集图像数据更快。因此，通过在壳体内快速移动开孔弧状体就可以获得快速、低计数三维图像。该低计数图像几乎即时可以由现有计算机重建且立即显示成切片，或优选地，显示成旋转表面表现(rendered)或最大强度投影图像。这种体积表现图像清楚地展示了内部病人解剖学结构且可用于在开始日常高计数成像前可靠地确定心脏的位置。
在本发明的座椅112可上下调整的实施例中，椅子的位置可选择地在两个图像采集之间进行调整以调整成像切片的位置。在一些实施例中，移动可以非常小，以补偿准直器的影响，这将在下面进行更具体的描述。椅子的位置还可以在图像采集期间上下调整。
如本领域技术人员所公知的，病人在成像期间的移动对于大多数成像系统而言是严重问题。大多数系统需要病人以较不舒适的仰卧或俯卧姿式躺在狭窄的水平表面上。这种姿势对于患有背部疾患的病人或许多当躺平后存在呼吸困难的心脏病人常常是不舒适的。这常常导致病人在扫描期间移动。为适应现有技术系统的移动检测器，病人必须在成像过程期间使他们的臂部保持在头部上。这对于许多病人，特别是那些肩部患有关节炎的病人是非常不舒适的。当躺在现有设备的大型金属检测器下时，许多病人会感到害怕或患幽闭恐怖症。那些不舒适或害怕的病人通常会调整他们的姿势以试图变得更舒适些。当这种移动出现在图像采集期间时会导致图像伪影，图像伪影可能导致不正确的发现物以及不正确的后续治疗。较长的扫描时间加剧了该问题。本发明使病人保持竖直姿势，如图1a和1b所示，显著提高了病人的舒适度和稳定度。其对于患有背部疾患或心脏病的病人更为舒适。臂部无需保持在头部上。本发明开放设计消除了幽闭恐怖症。从而，提高了病人的舒适度和稳定度并减少了移动。而且本发明的一些实施例能够显著减少扫描次数，从而减少病人移动的影响。
III.一维固态检测器模块(带)的概述图2示出单个检测器模块150的一个实施例。多个(典型为64个)单个模块布置在围绕病人的弧状体上。该弧状体可在约180至360度范围内延伸。对于心脏SPECT，优选实施例为约180度。所示出的实施例是尺寸适于心脏成像的固态检测器模块。其它的检测器模块实施例在下面描述。如图所示，检测器模块150是细长带。检测器表面上的矩形区域表示各固态检测器元件152阵列，每个检测器元件包括数据采集的一个像素。在该实施例中，检测器元件阵列是一维的，即1×N，虽然也可采用二维阵列。多导线带状电缆154将电信号从检测器元件运送到处理这些信号的电子线路。可替换地，一些处理电路可以与检测器元件集成在一起或由检测器元件封装。
每个检测器元件152可操作地检测是否有光子撞击到其上。因此，全部检测器150可操作地检测是否有光子撞击，而且还可操作地确定沿其长度上的光子撞击位置。每个检测器元件包括一些半导体材料，如碲化镉锌，并在两相对表面上施加电极。穿过电极施加有电动势。如本领域技术人员所清楚的，当光子通过前面电极并与半导体材料相互作用时，在两电极之间会流过小电流。测量该电流以感应光子的碰撞。
虽然本发明最初描述为采用上述检测器元件，本发明的其它实施例可采用其它检测器设计，如将在下面所更为详细描述的。
IV.开孔弧状体-概述图3示出最佳用于心脏SPECT的本发明实施例的开孔弧状体170。一个射线检测器模块172示出为在该弧状体后面以表明相对定位。如图所示，检测器模块大体上平行于纵轴线。弧状体170用作光子阻挡件且可由铅或类似的高衰减材料制成。弧状体170具有足够的高度以覆盖位于其后的射线检测模块172。弧状体具有足够的厚度(典型为约3mm)，以实现基本上完全吸收由病人发射的光子。弧状体贯穿一系列垂直开孔狭缝174，以使光子176能够与开孔狭缝对准以从病人穿过狭缝到达检测器模块。狭缝优选大体平行于病人的纵轴线。
在图3中，弧状体170示出为在其中切割有大体矩形狭缝的连续元件。在一些实施例中，狭缝切割成直通的，且边缘彼此平行。可替换地，狭缝可以切割成成角度边。如图4-6所示。这些图的每一幅示出了与狭缝大体垂直的狭缝横截面。在图4示出的实施例中，弧状体170具有渐缩端部171。弧状体170假设具有一对相对表面。渐缩尖端171从这些相对表面的每个渐缩至大约位于弧状体中心平面处的一点。为简明起见，图4-6示出的弧状体的一部分为大体上直线形。然而，如前所述，其实际上是弓形。
优选地，弧状体170基本上阻挡全部光子，除了那些穿过狭缝174的光子。需要一定厚度的光子阻挡材料，如铅，以适当地阻挡这些光子。渐缩尖端171比弧状体的其余部分薄。因此，它们优选由具有更高光子阻挡能力的材料形成，如钨或金，但也可以是铅。这些渐缩尖端171连接到典型形成弧状体170其余部分的材料上。可替换地，包括边缘在内的弧状体可以全部是一种材料，如铅。图5和6示出渐缩尖端173和175的可替换实施例。在这些实施例中，狭缝的边缘或者从前到后或者从后到前渐缩。对于图4的实施例，尖端优选由比弧状体其余部分具有更高光子阻挡能力的材料形成。狭缝优选具有尖锐的边缘，因为它们提供更始终如一的明显狭缝边缘，不依赖于观察角度。也就是说，当从一定角度观察时，具有方形边的狭缝可呈现基本更窄。通过使狭缝边缘渐缩，当以更浅或更深角度观察时，狭缝具有更始终如一的有效宽度。这在本发明的设计中特别重要，因此射线可以以较大角度进入开孔。可替换地，“尖端”可以是倒圆的。
在本发明的一些实施例中，狭缝优选具有可调整的宽度。这允许调整成像系统的灵敏度和分辨率。这也可有助于校准。图7和8示出为狭缝提供可调整宽度的一种方法。图7示出弧状体177一部分的横截面，其上连接有可调整狭缝形成零件179。图8示出带有一个可调整零件179的弧状体177一部分的透视图。通过相对于弧状体177的其余部分调整零件179的位置，就可以调整狭缝178的相对位置和宽度。对于图4-6的实施例，端部元件179的较薄部分优选由比弧状体177其余部分具有较高光子阻挡能力的材料形成。端部零件179示出为具有前后渐缩，但也可具有图4-6中所示的任何形状，或可向狭缝提供更成方形或倒圆形的边。而且，端部零件179无需是对称的。此外，可以为每个狭缝提供一个可调整零件，该狭缝的其它边由不可移动边缘形成。如本领域技术人员所清楚的，除所示出的方法以外，端部零件179和弧状体177之间的相互连接可以以各种形式提供。狭缝宽度调整也可以其它方式实现，正如本领域技术人员所熟知。
V.视场图9A(从上面)图示出病人视场区180、开孔弧状体182和检测器模块184的相对位置。可以看出，检测器模块组和开孔弧状体共中心地位于病人周围。心脏成像的一个实施例包括大约64个射线检测器模块184，每个模块由单个元件或像素阵列组成。在该实施例中，开孔弧状体182放置在约为30cm的半径a处，而检测器模块184放置在约为40cm的半径b处。具有约50cm直径c的病人视场区很容易地配合到弧状体182内。开孔弧状体182和/或检测器模块组184布置成在纵轴线上共有弧形中心的真正几何弧形。可替换地，其中的每一个或二者可以更偏于椭圆形或形成非共用弧形中心的弓形。例如，弧形中心可以设置成偏离纵轴线以增加弧度半径。弧状体182和/或模块组184也可以是非弓形。例如，每一个都可布置成一系列短直段，或部分弓形且部分非弓形。另一个实例可以是每一个在不同半径位置处具有不同的弧度半径，从而弯曲半径沿“弧形”变化。
提供位移装置以相对于检测器184移动开孔弧状体182。如本领域技术人员所清楚的，可采用许多不同的方法移动开孔弧状体。例如，可通过蜗轮或其它设置将开孔弧状体182连接到电机上，开孔弧状体182可绕病人纵轴线转过有限的角度。如本领域技术人员所清楚的，弧状体可保持静止而只让检测器移动。然而，该方法通常更复杂和成本高。为处理来自扫描的信息的目的，还提供准确确定弧状体位置的装置。如本领域技术人员所清楚的，可获得提供该装置的许多方法，包括光学编码和机械传感器。也可采用感应装置进行位移装置的反馈控制。一个移动开孔弧状体的方法的更详细描述将在下面提供。
VI.在开孔弧状体运动期间扫过的描述图10a-c示出单个检测器190和开孔弧状体的一小部分192的顶视图。这些图示出弧状体192和检测器190在开孔弧状体192的三个不同旋转位置处的相对位置。在每个位置处，开孔狭缝194的位置将检测器的响应线限制到特定的路径196，如图所示。可以看出，当开孔狭缝194移动到检测器190的前方时，检测器的视线成扇形扫过病人，生成多个响应线或投影。
如图9A所示，由于存在多个检测器模块184，和如图3所示的多个开孔狭缝174，在开孔弧状体的每个旋转位置处形成多个检测器响应线。图9B示出当开孔弧状体204旋转时从几个检测器202获得的一小子集响应线200。为简明起见，开孔狭缝自身未在图中示出。图中示出了穿过病人胸部的图示“切片”206，显示以该方式获得足以供断层摄影重建的心脏全部投影集。
开孔弧状体优选连续移动，从而响应线“扫过”视场。可替换地，开孔弧状体可以以不连续步伐移动，当弧状体在每一步停止时进行成像。
VII.每个检测器仅由单个开孔狭缝照射全部检测器优选在所有次数内仅“看穿”一个狭缝。确定狭缝间隔以使每个检测器每次仅由一个狭缝照射。光子检测的总效率与开孔弧状体中的狭缝数成正比。所允许的最大狭缝数nslots是表示可用射线在开孔狭缝处的最大入射角Φarc、检测器弧状体半径和开孔弧状体上最小弧长，如开孔弧状体上的给定弧长度θA的函数，从而给定检测器将每次只通过一个狭缝看见病人视场(θA)nslots=π·φarc2πθA/2=π·φarc2πsin-1(ROAA)-sin-1(RORD)]]>其中RO是病人半径，RA是开孔弧状体的半径，以及RD是检测器弧状体的半径。开孔弧状体只需旋转狭缝之间的间隔Φarc/nslots，以提供全部角度投影集。
对于本发明的一个实施例，病人半径RO为22cm，开孔弧状体RA为30cm且检测器弧状体半径RD是45cm。检测器弧状体和开孔弧状体跨过180度的角度Φarc，最小弧长θA为36°。对于这些值，该方程得出，五个狭缝是避免任何检测器每次看穿超过一个以上狭缝的最大狭缝数。因此，开孔弧状体只需转过36度的角度以提供全部角度投影集。
上述方程和解决方案假设狭缝在弧状体上是间隔均匀的，且由36度的角度分隔。如本领域技术人员所清楚的，关键的问题实际上是狭缝之间的角度间隔，这决定狭缝的数目。再参见图3，所示出的弧状体有5个狭缝，由于图中的观察角度，其中的一个狭缝藏在弯曲处。
虽然上述方程和描述得出的结论是，需要5个狭缝，狭缝之间间隔36度，增加第6个狭缝是有益的。图11A图解示出本发明，其具有多个设置在弧状体上的检测器195，具有5个开孔197的开孔弧状体196，以及视场198。弧状体196示出为处于顺时针极限位置。假设感兴趣光子可源自视场内的任何地方，所画出的投影射线示出视场如何“投射”到检测器弧状体196上。如图所示，一些光子投射到最后检测器的顺时针方向位置处，从而不对图像产生贡献。同样，在逆时针端的若干检测器处于开孔弧状体196逆时针端开孔的“观察范围以外”，因而在弧状体该装置处未曝光。未曝光的检测器表明未达到系统的最佳效率。
图11B示出开孔弧状体处理其运行的中点处。如图所示，在该位置处，穿过全部开孔197的投射与检测器195的位置一致，从而没有浪费光子且没有未曝光的检测器。
图11C示出开孔弧状体196处于逆时针极限位置。在该位置处，在检测器组件顺时针端处的检测器未曝光，且一些穿过逆时针端处开孔的光子未被检测到。
解决该问题的一个方案是提供更大数目的检测器。然而，这会增加成像部分的尺寸，并显著增加设备成本。优选解决方案在图11D中示出。开孔弧状体212现在具有使光子从视场218投射到检测器216上的6个狭缝214。然而这些狭缝之间的间隔是由上述方程而确定不变的(在本实施例中为36度)。图11D示出弧状体212处于顺时针极限位置。如图所示，由于所添加的第6个狭缝，全部检测器都得到照射。图11E示出弧状体212处于运行的中间范围，以及图像11F示出弧状体处于逆时针极限位置。同样，全部检测器216在所有位置都得到照射，从而增加了光子采集效率。添加的“额外”狭缝导致引入的光子与检测器弧状体的长度完美匹配。在这种布置中，全部检测器在全部次数中均通过开孔狭缝得到照射，从而使光子检测效率最佳化。
VIII.斜线开孔再参见图3，所示出的狭缝174是大体垂直狭缝。也就是说，它们平行于视场的纵轴线。根据本发明的其它方面，这些狭缝可以是斜线的，如图12所示。图12示出的组件包括具有其中形成有斜线开孔208的开孔弧状体207。斜线开孔示出为由可调整边缘件209形成，但也可可替换地由在弧状体207中切割出狭缝而提供。而且，与先前的狭缝实施例一样，狭缝边缘可以以各种方式渐缩，包括任何前面已公开的形状。如本领域技术人员所清楚的，沿弧状体207设置多个开孔是优选的。为简明起见，在图12中只示出了两个开孔208。然而，优选还有另外的开孔。图12示出本发明的另一方面，其将在下面参照准直器设计进行描述。可以在各种角度范围提供成角度狭缝或开孔208，角度范围可以从“垂直”到接近水平。可进一步替换地，狭缝可以完全相对于病人轴保持“水平”。开孔也可向相反方向形成如图12所示的角度。
在本发明的开孔是“垂直”的且准直器是水平的实施例中，或相反的实施例中，分辨率在垂直和水平方向上是不同的。根据本发明的一个实施例，开孔在成大约45度角的一个方向上，而准直器在成大约45度角的另一个方向上。通过使开孔和准直器相对于横轴成像平面成角度，使在成像平面得到的整个分辨率基本上变成各向同性，即在所有方向上类似。这在一些应用中是理想的，特别是当重组数据要沿成斜角平面重新格式化时。
IX.准直器再参见图3和11A-F，开孔弧状体和检测器组提供在横轴平面内准直但在纵向上不准直的投影数据。为此原因，本发明优选提供一组纵向或交叉平面准直器，如图13所示。如本领域技术人员所清楚的，图13示出的准直器设计是设计成与例如如图3所示“垂直”开孔弧状体一起使用的。纵向准直器由一系列堆状弧形叶片220组成，这些叶片如图中示出布置且如图中所示集中定位于检测器222弧形布置上。在该图中省略了开孔弧状体，但开孔弧状体集中定位到纵向准直叶片上。叶片优选相互平行且大体与病人纵轴线垂直。叶片是铅或类似衰减材料的薄片或板且可由可透射线的塑料泡沫或类似材料的隔板分隔(未示出)。叶片的数量、尺寸和厚度可以根据不同应用加以改变。
图14类似于图13，但添加有开孔弧状体230。可以看出，每个检测器232的每个检测器元件(像素)具有由开孔弧状体狭缝236和纵向准直叶片238的结合准直效果引导到病人视场的唯一响应线234。
本领域技术人员将会理解，叶片220优选设置在大体与开孔弧状体内的开孔垂直的平面内。在图13和14的实施例中，准直器叶片可认为是“水平的”，因为它们垂直于“垂直的”病人轴。再参见图12，可以看出，准直器210成一定角度以大体垂直成角度开孔。在图12中只示出了五个准直叶片210，以避免使绘图混乱。然而，应当理解，叶片沿整个组件设置，如箭头所指示的。如果开孔成另外的角度，叶片210也可成一定角度以保持与开孔垂直。可替换地，准直器叶片210和开孔208除彼此垂直以外还可彼此成一定角度。
X.分辨率和效率根据本发明系统的平面内分辨率分别由检测器和开孔弧状体的半径RD和RA、物体距开孔弧状体的距离Dist以及狭缝和检测器元件的宽度Wslot和Wdet确定 图15绘出本发明与传统平行孔准直器相比的不同深度处(从准直器到病人内感兴趣点的距离)的分辨率图形。该具有狭缝的弧状体系统假设具有2.4mm的狭缝宽度、4mm的检测器宽度和参照图4所描述的其它参数。为其绘制数据的平行孔准直器具有2.2mm直径的孔和3cm厚的准直器。
对于在视场中心处的点源，具有狭缝的弧状体系统的检测效率与检测器立体角Ω成正比，并可基于Rogers(IEEE TIMI，vol.MI-1，pp63-68，1982)进行计算
Ω=nslot1RD2[robj2-rD2·1RA[robj(RD-RA)]2-[RArD]2]fpdet]]>其中robj和rD分别是物体和检测器分辨率的全宽半最大值(full-width-half-maximum)，Pdet是检测器敛集率(packing fraction)，且f是纵向准直叶片包围的最大截面分数(fraction of frontal area)。在本发明该配置中，f＝叶片厚度/叶片间隔。
当开孔弧状体相对于检测器移动到不同位置时，开孔狭缝的表观宽度将按狭缝和检测器之间角度的正弦的函数而变化。由于当从狭缝观察时，检测器的表观宽度也按照类似函数变化，整个检测器的效率将按照检测器-狭缝角度的正弦平方的函数变化。精确的函数将取决于检测器元件的光子横截面(检测器厚度的函数)并取决于狭缝开孔的光子横截面。对于给定检测器易于描绘出检测器随狭缝位置而变化的灵敏度变化，且可以通过类似于在传统伽马照相机中常规进行的检测器均匀校准的方式用软件进行校准。
应当注意，当存在检测器灵敏度的非均匀性时，根据本公开的方法所构建的成像系统对于在旋转伽马照相机SPECT系统中看到的结构图像伪影较不敏感。在此处所描述的系统中，由特定较不灵敏的检测器元件导致的计数灵敏度降低越过整个图像平面传播，而非表现为传统系统中所看到的结构上的“环状”或“弧状”伪影。这些伪影常常干扰本伪影系统。
XI.准直器构造本领域技术人员将会意识到，铅准直器存在严重问题。铅具有非常高的密度，但并不是特别坚硬和坚固。因此，铅叶片非常重且易于对人产生伤害。在传统的平行孔准直器中，叶片做得非常薄且形成有多个小的平行孔。准直器内孔的深度在某种程度上由铅材料的强度和硬度限定。也就是说，如果准直器构造成比特定深度深，薄的铅叶片会随着时间而塌陷，破坏了准直器效用。本发明考虑到类似问题。如图13中的220和图12中的210那样的准直叶片即大又重，从而对于如何适当地支撑各个叶片存在难题。此外，各个叶片准确定位和对准是很重要的。
本发明另一个创造性方面是一种提供具有平行铅叶片准直器的设计，这些平行的铅叶片通过形成堆叠并在每个铅叶片之间放置可透射线材料片而得到支撑。图16示出根据本发明的该方面构造的平行叶片准直器的一部分。图16还示出支撑组件的一部分，包括下部支撑件240和上部支撑件242。
图17示出根据本发明一个实施例的整个下部支撑件240和上部支撑件242。然而图17未示出支撑组件内的准直组件。参见图17，下部支撑件240和上部支撑件242形成支撑组件244的一部分。该支撑组件244形成成像弧状体106的一部分，如图1A和1B所示。其包围在病人视场周围，如图17中的245所示。当组装后，成像弧状体包括支撑组件244、支撑于其中的平行叶片准直组件、单个或多个检测器以及开孔弧状体。其还优选覆盖有外壳以保护内部的运行并提供外观上的美感。支撑组件244的一端与支撑成像弧状体的椅子基底部108相互连接。这可以通过多种方式完成。可替换地，可在弧状体中间提供另外的支撑。
再参见图16，在246处示出平行叶片准直组件的一部分。准直组件包括铅片或铅板248，铅片248由可透射线材料片或板250隔开。准直器组件可由一片铅片上面堆叠一片可透射线片，而后不断重复该过程直到形成足够高的堆片，如图所示。可透射线材料使铅片保持相对定位，并防止铅片的任何塌陷或移动。优选地，在铅片和可透射线材料堆的顶部和上部支撑件242的底部设置压紧板或下部支撑板252。而后设置偏压装置，如螺纹件254，以向下压住压紧板252。这使堆片246压紧和稳定。优选地，在堆片的顶部和底部设置较厚的铅片或其它光子阻挡材料253，以阻挡光子进入准直器组件的顶部或底部。
如本领域技术人员所清楚的，可采用这种组装过程的改进形式建造准直器组件，如图12所示。根据本发明的另一方面，可采用相关方法形成平行孔准直器。也就是说，可采用可透射线材料充入平行孔准直器的孔内形成平行孔准直器，从而支撑准直器叶片。由于孔之间的铅隔很脆弱，平行孔准直器常常在使用中损坏。根据本发明，准直器的孔可以在建造时充入可透射线材料。这使平行孔准直器基本上变成实心块，从而更加不易损坏。而且，这能够形成和支撑比其它可行的叶片更深和/或更薄的叶片。
再参见图17，可通过由例如拉紧件256使上部和下部支撑件240和242能够彼此拉紧而提供形成根据本发明平行叶片准直器组件的替换方法。也就是说，铅板和可透射线板的交替堆可放置在下部支撑件240上，由上部支撑件242覆盖，并且采用压紧或拉紧件256压紧。本领域技术人员将会意识到，根据本发明的平行叶片准直器非常重，因而悬臂弧状支撑组件承受较大的负载。图18示出该支撑组件可包括多个成一定角度的拉紧件258，其或者如图所示向左边成一定角度，或者向右边成一定角度，或者向左右两边成一定角度。拉紧件像自行车轮辐一样起到提供结构和支撑的作用。它们还使弧状体形成基本上的背面开口以接近电子元件和用于冷却。
图19提供本发明成像部分的一部分横截面视图。其示出下部支撑件240、上部支撑件242和位于其间的铅片248。在该示图中未示出可透射线材料。然而，通常在260处示出用于检测进入光子的电子元件封装或检测器阵列。该检测器阵列可在下面进行更详细的描述。
本发明的设计提供了在此之前关于准直器设计的未曾获得的优点。传统上，准直器设计者限制了准直器孔的深度宽度比。也就是说，由准直器形成的孔可被认为是具有前后深度和边到边或顶到底的宽度。(在平行孔准直器中，边到边和顶到底的宽度通常是相同的。在本发明中，“边到边宽度”是开孔弧状体中开孔尺寸的函数，而顶到底的宽度是平行叶片之间间距的函数)。在现有技术中，小于10∶1的深宽比被认为是最佳的。事实上，文献表明10∶1的比几乎等价于无限大比。换句话说，排除理论已表明不能达到超过10∶1的深宽比。此外，现有技术的准直器设计使得形成非常大的深宽比是极其困难的。深的准直器会遇到结构完整性问题。在现有技术设计中，为达到高的深宽比需要太薄和太高的叶片能够自己支撑自己。因此，高的深宽比也是不实用的。
本发明明显与现有技术的方法不同。在本发明的一个实施例中，铅片具有约2mm的厚度，如图16中的A所示。可透射线片具有约4.5mm的厚度。因此相邻铅片之间的“缝隙”约为4.5mm。在该同一实施例中，铅叶片248的前后深度约为150mm，如图19中的C所示。在该实施例中，深宽比大于33∶1。在本发明的更优选实施例中，铅叶片具有大约1.25mm的厚度。然而，缝隙仍保持同样的约4.5mm。因此，深宽比保持相同。根据本发明，大于现在技术的最大深宽比10∶1的深宽比是优选的。大于20∶1的深宽比是更优选的。大于30∶1的腔深宽比是更加优选的。
根据本发明，还优选铅叶片的厚度大于.5mm。大于.75mm的厚度是更优选的，1mm或更大的厚度是更加优选的，且至少1.25mm的厚度是最优选的。这些厚度也与现有技术显著不同。现有技术的高分辨率平行孔准直器通常具有.2mm或更小厚度的铅叶片，且为获取越来越薄的铅叶片而耗费极大的努力。
采用比现有技术中使用的基本上更大的深宽比，并采用基本上更厚的铅叶片，可提供在现有技术中未被意识到或未被了解的较大优点。
在SPECT成像中，准确确定光予传播方向、光子的能量级和来自该方向的光子数是重要的。这些光子具有足够的能量穿透不够厚的铅。在现有技术的平行孔准直器中，薄的铅叶片通常太薄而不足以阻止许多光子从中穿过。因此，不能将撞击到特定区域的光子假设为直接传播过邻近该区域的孔。相反，该光子可能来自另一个孔且穿透了该相邻孔和感应该光子的孔之间的铅叶片。从而牺牲了准确度。这在得出图像时会产生模糊不清。准直器中孔的深宽比也对成像设备的分辨率具有影响。如果准直器孔是短而宽的，光子可以以显著偏离该孔轴线的角度进入该孔。如果孔是是深而窄的，则传播过该孔的进入光子角度范围更窄。
在本发明中，采用基本上较厚叶片以及采用具有极高深宽比的准直器，均会得到基本上增加的准确度或分辨率。由于叶片较厚且非常深，任何到达准直器背面上传感器的光子可假定是穿过开孔弧状体中的开孔并穿过相邻铅叶片之间。换句话说，每个光子“计数”是良好计数。
现有技术还趋向于采用比本发明更小的缝隙。本发明的实验已表明，在4或4.5mm数量级上的更大缝隙，同时采用更厚的铅叶片，可得到更高的效率和分辨率。如本发明的另一方面所述，采用大于2mm的缝隙是优选的，采用大于3mm的缝隙是更优选的，且4mm或更大的缝隙是最优选的。
再参见图19，传感器阵列260放置在邻近准直组件的背面。在一些实施例中，各传感器放置在紧邻叶片的最后端，而在另一些实施例中，传感器与叶片背面间隔一小段距离。增加叶片248背面与传感器之间的缝隙会减少由受叶片阻挡的光子产生的有效暗区。在一个优选实施例中，传感器与叶片背面间隔2至3mm。
XII.后伸式襟翼如图1和4所示，对于最佳用于心脏成像的实施例，采用弧形成像装置使病人能够易于进入和离开成像系统。然而当开孔弧状体旋转时，它将稍稍延伸进弧状体的开放区域。因此本发明可选择地在开孔弧状体的一端或两端处设置可枢轴转动的后伸式襟翼，如图20A和20B所示。图中示出开孔弧状体300的一端，其包括延伸其长度的延伸叶片302。图20A示出在弧状体运动的一个极限位置处的开孔弧状体300和叶片302，图20B示出它们在另一个极限位置处。延伸叶片302通过铰链304活动连接到开孔弧状体上。枢轴杆306位于叶片的路径中，从而当通过开孔弧状体的运动将延伸叶片推靠在枢轴杆上时，使延伸叶片能够枢转移离病人，如图20B所示。这使弧状体或叶片伸进开口的部分最小化，同时使检测器与不想要的外部射线屏蔽开。
现参见图21，其示出开孔弧状体的一个优选构造。开孔弧状体示出为310，其支撑在支撑件240上，支撑件240形成成像弧状体支撑结构的底部。在该实施例中，开孔弧状体310由彼此相邻放置的各弓形板312形成，从而在其间提供开孔314。开孔314的宽度可以由板312的相对位置确定。开孔弧状体310支撑在支撑件240中的轨道上并可由驱动电机316带动，电机316驱动一系列皮带和滑轮。
XIII.检测器变型现在针对检测器或传感器设计，本发明可采用各种方法。图2和3示出可看作是一维线性阵列的带状检测器。在本发明中也可提供二维阵列。这些阵列可以以集成单元提供或可以通过将两个或更多一维阵列紧密地放置一起而近似形成。成像系统的总灵敏度与可用的检测器表面面积成线性比。
参见图22-24，用于本发明的传感器组件的优选实施例的三个视图示出为320。如图23所清楚地看出，组件320包括三个二维传感器阵列322，324和326。每个传感器阵列依次由一系列传感器模块形成，例如图24中的328。传感器模块是固态CZT(碲化镉锌)，或者可替换地，还可采用碲化镉。图25示出一个传感器模块328的横截面图。该模块具有CZT中心体330，在中心体330的前表面上具有多个小薄方形电极332。在后表面上设有较大的电极，并且在后部336处设有用于处理来自传感器数据信号的芯片。光子撞击到传感器模块328的前表面并由该模块感应。图26示出另一个实施例，其中芯片338只由感应材料340覆盖一半。图26还示出在该模块表面上的电极342构造。
图22和24示出感应组件的冷却集管346。
本领域技术人员公知，很难制造没有内部瑕疵的固态光子传感器。参见图25，CZT材料330的本体是在生产或制造期间可能会形成瑕疵的晶体。如果本体330没有瑕疵，穿过前表面进入CZT本体330的光子使电极332和334可感应到该光子的存在。如图26所示，电极342形成二维栅格。从而，可通过确定哪个电极感应到光子的存在而确定光子撞击位置。如果CZT存在瑕疵，它就会有不能感应到光子撞击的无效点。通常，CZT本体前表面上的电极的尺寸和间隔设置成一个电极负责感应一个“像素”信息。通常，像素尺寸选择成且等于感应系统的理想分辨率。在心脏感应中，优选具有约4到4.5mm的分辨率。因此，电极通常应布置在4-5mm中心区上，从而一个电极负责每个“像素”。如果CZT具有瑕疵，该瑕疵可导致无效像素，其会严重影响图像质量。
根据本发明的另一个方面，将在该情况下为4至4.5mm的理想分辨率再细分成更小部分并采用更小的电极。在图26中，方框350表示宽和高约为4至5mm的区域。然而，在该区域内不是具有单个电极，而是将该“宏像素”再细分成四个像素，每个具有其自己的电极352。如果在宏像素350下面的CZT具有瑕疵，该瑕疵通常只会导致与一个电极352有关的单个坏像素。例如，四个电极中的一个可与没有灵敏度、具有减少的灵敏度或在极少情况下具有增加的灵敏度的CZT部分有关。而后可校准该传感器模块，并处理来自四个电极352的数据，从而提供来自宏像素350的有意义数据。例如，如果一个电极与无效像素有关，则可合并来自其余三个像素的输出并乘以3/4以获得宏像素350的输出。以这种方式，带有含有一些瑕疵的CZT本体的传感器模块仍是可用的。在图26的模块中，电极352优选具有约2.46mm的边到边和顶到底尺寸，且相邻电极之间的间隔约为.04mm。在另一个特别最佳用于心脏应用的优选实施例中，电极到电极的节距约为2.25mm。再参见图19，传感器组件260示出为邻近铅叶片248的后部。图27示出如同穿过叶片362进行观察而得到的传感器阵列360的视图。在一些实施例中，叶片362之间的节距不能由电极364之间的节距均分。例如，在一个实施例中，叶片362之间的节距约为6.5mm，而电极364之间的节距约为2.5mm。为避免由于叶片和像素之间的对准而导致了波纹图案，需要使叶片之间的每个缝隙内的像素个数大致相同。由于在该实施例中，叶片节距不是像素或电极节距的倍数，传感器阵列360布置成以中间叶片366为中心。如图27所示，这种布置防止电极以及像素正好位于一个叶片362后面。
本发明还提供由如碘化钠或碘化铯之类的闪烁体材料与相关的光电倍增管或如固态光电二极管之类的其它光电检测器构成的射线检测器。图28示出基于闪烁现象的检测器模块400。该实施例包括包覆在如铝之类的可透射线、反光罩404内的柱状闪烁材料晶体402。罩404在柱体的两端开口。每一端通过光耦合材料固着光检测器，如光电倍增管、光电二极管或其它光电检测器(未示出)。闪烁事件在闪烁材料内出现的位置由两个光电检测器的输出比确定，从而提供检测器内感应的纵向位置。该实施例制造成本极低，但缺点是由于在其圆形横面上闪烁体厚度变化而导致其横跨水平方向的光子检测器效率可发生变化。这导致检测器的响应函数偏离纯rect函数，从而使空间分辨率稍稍降低。
图29A-C示出闪烁体基检测器的更有效实施例，其由包覆在铝之类可透射线、光反射材料422内的闪烁体材料矩形棒420组成。在图29B中，包覆物在顶部和底部有开口，以能够放入光电检测器424。在图29C所示的可替换实施例中，包覆物在模块的后部开口，从而可固着两个或更多的光电检测器426。无论哪种情况，都考虑将光电检测器放置在闪烁材料端部附近，从而使光电检测器可确定闪烁事件的位置。
图30示出类似于前述图的包覆在反射材料432内具有梯形横截面的闪烁体材料430。与图29A-C的实施例相同，光电检测器可固着在模块的顶部或底部，或者固着在后表面。带梯形横截面的实施例的优点在于对入射射线具有更均匀的横截面，但其制造成本较高。也就是说，从前表面以一定角度进来的射线仍能穿过闪烁体材料的全部深度。
断层摄影系统的轴向分辨率直接取决于检测器的宽度，如上所述。具体地，较窄的检测器增加系统的轴向分辨率。然而，随着检测器宽度变窄，由于撞击到较窄检测器前表面的光子可能在它们沉积其全部能量之前就散射到检测器材料之外，从而使光子检测器效率降低。根据本发明，具有高分辨率的细长条形闪烁材料可通过遮蔽其前表面的一部分而提高其效率。图31A示出基于矩形闪烁材料块的检测器构造440。图31B示出基于圆柱形闪烁材料块的检测器构造442。图31C示出基于具有梯形横截面闪烁材料块的检测器构造44。在上述每个实施例中，除反射包覆物446外，闪烁体还包覆在另外的铅、钨或类似高衰减材料的遮蔽层448内。该外部遮蔽或屏蔽层构造成具有尺寸适合于检测器横截面的窄垂直开口450。一旦光子穿过该开口并撞击到闪烁体上，进一步的散射更易于出现在位于遮蔽层448中开口450后面的较大体积闪烁体内，而非散射到闪烁材料以外。如果需要，可在包覆物和屏蔽层之间插入另外的低-Z材料层(未示出)，以吸收由遮蔽层448发射的二次铅X线。如本领域技术人员所清楚的，图31D中所示的检测器具有宽检测器的较高效率并具有窄检测器的较高分辨率。类似的遮蔽可施加到如图2所示的固态检测器上，从而获得类似的优点。
参见图34，类似的遮蔽方法可应用于二维闪烁体块以形成具有上述优点的检测器452。具体地，一块闪烁材料454具有施加在其表面的铅遮蔽条456。留下窄垂直开口458以使光子入口能够与该开口对准。与图14a-14c所示的实施例一样，这增加了准确度。光电检测器459位于闪烁材料454后面且能够通过例如“Anger逻辑”检测光脉冲出现的位置。由于表面的一部分受到遮蔽，电子线路“知道”光子没有撞击到遮蔽区域，因而能够更精确地查明撞击位置。遮蔽一定部分的检测器表面有效地降低了给定光脉冲的位置不确定性，从而能够更准确和更精确地确定其位置。
图32示出如前述图所述的条形遮蔽检测器模块460的详细构造，但其中检测器462通过采用光学耦合材料464附着到后表面。类似的遮蔽构造可用于固态检测器模块。
如本领域技术人员所清楚的，各种类型的光电检测器的成本有些昂贵。因此，需要减少所需光电检测器的数量。根据本发明的另一个实施例，可将一对或更多光纤附着到每个基于闪烁的检测器，使一个光纤连接到检测器的每一端。光纤可连接到顶部和底部和/或与顶部和底部邻接的背面。而后可将光纤引导到具有位置敏感度类型的光电倍增管。这些易于获得的多通道光电倍增管能够提供横越各倍增管表面的多个位置的不同输出。而后这类光电倍增管能够感应从各种检测器传来的来自大量光纤的光脉冲。以这种方式，就可减少光电检测器的总数。类似的方法可用于基于二维闪烁的检测器。不是采用安装到材料后部的光电检测器，而是可采用多个光纤将光引导到多通道检测器。
如前所述，形成闪烁基检测器芯的闪烁材料块包覆在如铝之类的可透射线、光反射材料内。这增加了由光检测器感知的光脉冲亮度。然而，在某些情况下，这种反射性可干扰光检测器确定光子撞击闪烁材料的纵向位置的能力。因此，减少闪烁材料一个或多个表面的反射性是有益的。为此目的，在包覆前可使表面变糙，可使包覆物的一定区域变糙，或者在闪烁材料或包覆物上施加低反射涂层。可替换地，沿反射器的长度改变反射性是理想的。例如，闪烁材料一个表面上的粗糙带条的宽度可沿检测器的长度改变。该带条可在中央较窄，从而保持较高反射性，而在端部较宽以减少反射性。这增加了在端部检测到靠近中央部事件的可能性。
XIV.检测器和弧状体都移动如果检测器模块的间隔较稀疏，可在本系统提供的成角形采样图案中看到缝隙。这类缝隙的重要性取决于当开孔弧状体移动时所获得数据的角形“贮箱”数目。此外，由不完整角形采样导致的任何伪影的显著性取决于临床设置。如果这种伪影是要去除的，则本发明可选择地提供使检测器模块500旋转过有限的角度范围502的装置(图33)，这种移动或者以连续的方式或者以有限的离散步数产生。检测器弧状体的移动范围等于检测器之间的间隔。在检测器移动的每一步，开孔弧状体504移动过其移动范围506。以这种方式，即使采用稀疏的检测器组也可获得全部的角度投影集。
如另一个可替换方式，一种根据本发明的断层摄影系统可设有较少数目的检测器以减少系统的成本。该系统或者具有降低的分辨率或者需要增加扫描时间。之后，系统可通过在现有的检测器之间的位置处添加另外的检测器进行升级。
XV.校准本领域技术人员公知，核医学成像设备需要定期校准。对于典型的平行孔伽马照相机，在其一面上带有放射性物质的材料片紧靠准直器表面放置以形成定标。本发明形成不同的挑战。在病人轴处可放置管状放射源。然而，由于在若干个位置上的每个弧状体位置需要较长的时光时间，则校准是非常耗时的。这还会导致在校准过程中房间存在不可接受的射线水平。图35显示出一种优选的校准方法。开孔弧状体示出为510，开孔示出为512。校准件514示出为位于开孔512附近。其是弧状且可具有比示出更小的半径和曲率。内表面516上具有放射性材料，且放置成使放射性材料能够导致光予传播过开孔512。这导致放射性材料覆盖可“看见”开孔的全部传感器的视场。显然，要采用多个校准件514，在每个开孔处放置一个。这能够实现设备的快速校准，并能够实现校准设备的紧凑贮存，且使射线曝光量最小化。
XVI.可替换构造本发明的前述实施例已规定检测器传感器阵列、准直器和阻挡件每个都是弧形的。本领域技术人员清楚，其它形状也是可能的。例如，检测器可排列成矩形或方形布置。阻挡件和准直器也可以是类似形状。在另一个实施例中，带状或二维检测器组可在视场周围的各位置处布置成直行。图36中示出采用二维检测器520的该方法。每行检测器520具有放置在其前方的直片形式的阻挡件522。阻挡件522具有在穿过其中形成的开孔，如狭缝524，并且向箭头D所示出的方向移动，从而线或响应扫过视场。如在此的其它实施例中所描述的，也可设置准直器。作为进一步的可替换形式，带状或二维检测器可布置成如图36所示，并可采用弧形或环形阻挡件。这种布置可图36中的布置可覆盖180至360之间弧度。在这些实施例中，如果采用二维检测器，可将伽马照相机中所采用的常规大型二维检测器分成几块，优选四块，以为提供这些实施例所需要的较小二维检测器。这减少了部件的总成本。
根据应用，本发明的系统可包括其它附件。例如，在心脏功能检查中，可能需要使病人进行锻炼以加重心脏负担。为此目的，系统可包括固定或可拆踏车测力计。此外，系统可包括心电图机和/或内置的心脏除颤器。另外，还可包括或可连接静脉输液泵。
XVII.结构考虑图37示出类似于图18中所示的成像弧状体610的支撑组件。然而，图37示出该弧状体具有在上支撑件612和下支撑件614之间的对角线轮辐或趋向另外方向的拉紧件。该轮轴可考虑包括垂直组以及第一和第二对角线组。代表垂直组轮辐的水平轮辐标记为616。代表第一对角线组中轮辐的轮辐标记为618，以及代表第二对角线组中轮辐的轮辐标记为620。如图所示，每组包括多个沿弧状体布置并在上部和下部支撑件612和614之间延伸的类似定位轮辐。虽然弧状体610可以构造成具有全部三组轮辐，其也可构造成只有一组或两组轮辐。在一个优选实施例中，只设置由620代表的两组对角线轮辐。如前所述，支撑组件610具有连接到本发明成像装置其余部分的基底部或固定端622，弧状体的其余部分从基底部622伸出至自由端。在一些实施例中，弧状体610的其余部分不受支撑，从而必须自支撑。由于弧状体610可能非常重，需要将其建造成沿其长度抗下陷或抗扭曲。通过设置由620所代表的轮辐，可提供一定的弧状体下陷补偿。如本领域技术人员所清楚的，通过拉紧轮辐620，弧状体610的悬臂自由端可相对于其在轮辐松弛时所处位置有所提升。在一些情况下，还可设置由616和618代表的轮辐以提供附中的结构或提供其它补偿。
弧状体610优选包括准直器，该准直器构造有多个塑料片或铅片。实验表明，如果上部支撑件612和下部支撑件614未拉紧在一起，弧状体的端部就可能稍稍上提，其会导致准直器组件内的各片相对于彼此极轻微滑动。如果两个支撑件612和614又被彼此压在一起，则准直器组件的各片彼此锁定且极大地增加了整个弧状体610的硬度。因此，弧状体可以例如通过采用固定装置移动到优选位置，而后各种轮辐可被拉紧以使上部板612和下部板614彼此紧紧地夹紧。
参见图38，其示出了弧状体的横截面。在该实施例中，准直器组件630构造有支撑在下部支撑板632和上部支撑板634之间的多个铅和塑料交替层。螺纹调整件636穿过下部支撑板614延伸至下部支撑件632并穿过上部支撑板612延伸至上部支撑件634。各部分可以是不按比例的。通过调整调整件636，可相对于弧状体的其余部分调整准直器组件630的位置。本领域技术人员将明白，调整件设置在沿弧状体长度上的多个位置处，从而准直器组件的位置可在弧状体的整个长度上进行调整。通过调整各个调整件636，可补偿准直器沿其长度上的下陷。此外，可调整准直器组件内的任何扭曲。优选地，调整准直器组件以使每个叶片基本是平坦的。
图38示出位于准直器组件和弧状体病人侧之间的开孔弧状体638。弧状体病人侧具有如铝之类的可透射线材料薄片，如640所示。该材料薄片640将上部支撑件612系到下部支撑件614上以提供结构上稳固的弧形。在弧状体远离病人侧示出一个轮辐642，其代表示出为616-620的轮辐中的一个。
图39示出另一个实施例，其中薄材料片640另外的轮辐644代替。材料片640在图38中是优选的，因为其在光子传输中提供较均匀的减少，而采用轮辐会导致光子通路中的局部减少。然而，本领域技术人员将明白，可对该机器进行校准以补偿辐轮644的存在。
图40示出另一个实施例，其中标记为646的弧状体病人侧上的片绕上部支撑件612的顶部和下部支撑件614的底部弯曲。这使紧固件更容易固定，从而是优选的构造。
XVIII.数据重组本领域技术人员将明白，根据本发明的成像系统提供了与当前通常具有矩形平坦表面的成像照相机不同形式的数据。这些传统照相机从多个角度采集图像，每个图像从该角度提供病人的二维“照片”。在本发明中，多个检测器从多个角度接收光子，当开孔弧状体和检测器相对于彼此移动时，各个检测器的响应线扫过病人区域。由于成像以不同方式完成，因此优选首先对来自本发明的数据进行处理，从而将该数据转换成用于当前机器的格式。而后，可采用传统重建软件处理所得到的数据。这种将数据格式化为由成像设备当前提供的格式的中间步骤在此被称为“重组”。
为理解根据本发明的数据重组，最好首先描述在传统成像设备中如何处理数据。图41示出病人650的横截面。形成本发明一些实施例的一部分的弧状体652的一部分示出为包围在病人650横截的一部分周围。传统二维成像照相机在第一位置处示意性地示为654，在与第一位置成90度的位置处又示为656。多个平行成像线表示从每个照相机654和656的投射。在处理来自由654和656所指示的照相机的数据中，入射光子的位置通常采用r和θ表示。这些变量表示入射光子距检测器中心的距离r，以及照相机的角位置θ。入射光子路径之一在图41中标记为658。该光子路径距在位置654处的照相机中心的距离在图中标示为r。该数据绘制在被称为窦腔X线照相图(sinogram)的图表中。图42示出范例性窦腔X线照相图。窦腔X线照相图绘制出距成像器中心的位置r与照相机的角位置θ之间的关系，其中中心处为零。如果位于成像区域正中间处的点660是发射光子的唯一点，则窦腔X线照相图将是如图42所示垂直直线。这是因为从单个点660发射的光子将会在照相机的全部角位置(θ＝0至360度)都撞击到照相机的中心(r＝0)。图43示出单偏心点的窦腔X线照相图。当成像照相机绕成像区域旋转时，偏心点看起来似乎相对于照相机中心侧向移动，从而在窦腔X线照相图上得到正弦曲线。
再参见图41，如果病人处理竖直位置，则示出为650的横截面切片可以看作是单个水平切片。显然，从实际病人成像时间内得到的窦腔X线照相图将比图42和43中所示的窦腔X线照相图更为复杂。此外，可为病人的每个“切片”建立窦腔X线照相图。如前所述，病人位于其内的视场可形成为具有纵轴线。病人的“切片”将通常垂直于该纵轴线。这也可被称为感应平面。如本领域技术人员所清楚的，可形成多个感应平面以获得病人的不同“切片”。再参见图41，应当理解，距离r可定义为在感应平面内照相机中心点或中心线与接收光子的位置之间的距离。为定义传统伽马照相机的角位置，位置线可定义成在感应平面内在纵轴线和照相机中心之间垂直延伸。而后可将角度θ定义为位置线和也包含在感应平面内并垂直于纵轴线的任意基线之间的夹角。
再回来参见图9B，可以看出当开孔弧状体和检测器相对于彼此移动时，本设备中各检测器的响应线如何扫过视场。
图44示出可看作是根据本发明的具有包含六个开孔的开孔弧状体的成像系统的窦腔X线照相图。如果对单点进行成像，且数据绘制在开孔弧状体位置与检测器阵列上感应到光子的位置的关系图表上，则将会生成多个成角度的平行线。这是因为当开孔弧状体的位置移动时，来自点源可到达检测器的光子在检测器阵列上的位置也以大体线性关系移动。应当注意，图44不是按比例的，而只是试图表达一个大体的概念。为采用为以图42和43中的格式而呈现的数据而设计的算法对图44中所示的数据进行处理，必需对该数据进行再分类或重组。
参见图45，切片650示出为具有发射点662。具有开孔664的开孔弧状体663围绕成像区域，带有检测器666的检测器弧状体或组件665围绕开孔弧状体。从点662发射的光子将穿过开孔664并由位于666处的检测器或传感器接收。由于开孔664的位置和检测器位置666是已知的，可计算出二维照相机的等效位置数据r和θ。在图45中示出了二维照相机的等效r和θ。
现在参见示意图46，光子路径示出为670，开孔弧状体示出为672，以及检测器组件或弧状体示出为674。如图所示，光子路径670穿过开孔676并在678处撞击到检测器上。开孔弧状体的中心示出为C，二维成像照相机的等效r和θ指示在图上。C还代表视场的中心，并可位于纵轴线上。开孔676的角度表示为Φ，而开孔弧状体的半径表示为Rapp。这些变量之间关系由下列方程给出 图47示出检测器弧状体678的位置的类似关系。在该情况下，检测器弧状体的半径给定为Rdet，且检测器弧状体上的位置角给定为Ψ。这些变量之间的关系由以下给出Ψ=arcsin(rRdet)-θ]]>如本领域技术人员所清楚的，可通过将窦腔X线照相图上每个位置的θ和r值代入图46和47所示方程内就可生成病人每个切片的窦腔X线照相图。在每种情况下，这将提供开孔位置和检测器位置Ψ。而后可将为开孔位置和检测器位置的该组合所记录的强度输入到θ和r的该组合的窦腔X线照相图中。不断重复该过程直到生成完整的窦腔照相图。如本领域技术人员所清楚的，可采用计算机设备完成该重组。
XIX.附加校准构造如参照图35所描述的，需要提供某种类型的校准源以校准根据本发明的成像系统。在传统的二维成像照相机中，扁平片状放射源通常放在向上瞄准的准直器的顶部。这种校准源使照相机的全部表面暴露于同一水平的放射性发射下，从而可校准照相机。也就是说，如果照相机读数的某个部分相对于照相机的其它部分偏高或偏低，则可进行软件调整，从而在校准后，所得到的读数是均匀的。这些传统校准方法具有几个缺点。首先，放射性校准源大而重，且使技术人员常常难于操纵。通常将其贮存在大型铅盒中以避免过量的放射性曝光。然而，由于盒体的尺寸和重量，技术人员常常被迫将盒体留在一个地方，而后将放射源随身带进实际要进行成像的房间内。这是不方便的且会导致对技术人员的额外放射性曝光。此外，放置在校准源和照相机感应表面之间的准直器只允许每一万个中光子中的一个光子到达感应表面。因此该校准过程常常是耗时的。
图35示出校准本发明的一个方法。下面将描述其它的方法。在每种情况下，放射源设置在开孔弧状体的开孔内或附近，从而射线投射穿过开孔弧状体、穿过准直器并到达检测器。由于本发明的设计，更高比例的发射光子到达各检测器，从而减少了校准时间。当放射性校准源定位后，移动开孔弧状体并可采用软件校准成像系统以基于检测器相对于开孔弧状体的位置调整检测器灵敏的变化，并调整光子的不同角度与检测器相交这一事实。
现在参见图48，其将描述另一个校准源。在700处示出的开孔弧状体的一部分具有一对形成狭缝704的狭缝边缘件702。校准源包括大体管状的放射源706，该放射源附着到包含铅屏蔽体708和塑料载体710的载体上。图49-55示出校准源的组装和使用。图49示出塑料载体710，如图所示，该载体是具有凹入内表面的弧状体。图50示出嵌套在塑料载体710内的类似形状的铅载体屏蔽体708。在一些实施例中，铅屏蔽体约为21/2至3mm厚。可替换地，该屏蔽体可以由钨形成，这使其在更薄的情况下就能够阻挡同样量的放射线。放射源可以各种方式连接到载体上。图51示出采用可支持放射源的夹子712。可替换地，可通过粘合或通过对载体的全部前面涂覆塑料层使其附着以将放射源保持在一定位置上。图52示出由载体支持的放射源自身706。该放射源可以是充有放射性材料的管，放射性材料可以是如嵌入在环氧树脂或其它树脂内的钴颗粒。图53示出放置在开孔弧状体内的校准源，其中为可见性而去掉了边缘件。图54示出安装有边缘件的开孔弧状体。图55示出放射源滑入一对导向件中以使其定位用于校准。开孔弧状体可以在校准过程中进行边到边的移动。虽然校准源示出为具有比开孔弧状体更高的高度，其也可具有等于或小于开孔弧状体高度的高度。
如本领域技术人员所清楚的，开孔弧状体容纳在成像弧状体内，从而当放置校准源时，接近该开孔弧状体是不容易的。从图56开始的一系列附图示出了校准源的组装、定位和使用以及用于该校准源的保持器和载体。图56示出已组装好的保持器732。其包括一对具有弯曲上端部的侧轨720，所述上端部设置成彼此平行。侧轨720在它们的顶部和底部通过相互连接部分722和724连接在一起。底部相互连接部分724还起到间隔件的作用并可假定位于侧轨的内部。一对内部导轨726连接到底部间隔件724上并与侧轨720大体平行且相间隔地向上延伸。在内部导轨726和侧轨720之间形成一对狭缝。狭缝的开放边由封闭件728封闭。支撑凸缘730邻近于该组装设备的底部。前横件在734处示出。在一个实施例中，横件734包括用于在使用中定位载体或保持器732的磁性锁销。图57示出载体732的分解视图。
图58和59示出形成校准源746一部分的塑料块736。如图所示，在塑料块736的前表面中具有凹部。在塑料块736的该凹部内放置铅屏蔽件738。从塑料块736的侧面伸出导向销740。紧靠铅屏蔽件的内表面放置放射性杆742。而后将塑料或铝制的容器744盖在放射源的上面以使其保持紧靠铅屏蔽件和塑料块。这样就得到组装好的校准源746。
图60示出放置在保持器732内的校准源746，保持器由铰链748支撑。图61示出转动后的保持器736和源746，从而可以看到塑料块736的背面。图62示出位于成像弧状体的上部支撑件750和下部支撑件752之间的保持器732，穿过上部件750形成开口754。图63增加了开孔弧状体755，其具有上部和下部导轨758和760。图64示出将上部支撑件750的一部分切除了。
图65示出源保持器746底部处的铰链748的详细视图。在可替换实施例中，设置有弹簧，如在铰链748处，以用于将保持器的上端弹性偏压向开孔弧状体755。
在建造本发明一些实施例的细节期间，上部支撑件中的开口不会设置成离开孔弧状体足够近以使源可以直接落入适当位置。相反，其需要放置在远离该支撑件支撑开孔弧状体的部分。图66示出源746穿过上部支撑件750的开口754落入保持器732中。该支撑件的一部分被切除以提供可视性。图67示出图66的侧视图，并示出开口754如何放置成后退得足够远，从而当载体746延伸穿过开口754时，载体746不会进入紧邻开孔弧状体的位置。相反，其会撞到保持器732的倾斜后表面上。这导致源稍稍倾斜，其反过来又导致保持器732在铰链上向回转动以与源对准。图68示出源746完全插入保持器732中且保持器向前回动，或者由操作者或者由铰链内的弹簧导致其移动。而后保持器可由磁性锁销或者由弹簧，或者由其它装置保持在一定位置上。图69和70示出该插入过程的其它视图。图71示出保持器732一个实施例的一些范例性尺寸。
图72示出校准源的可替换实施例，其可用于类似于在前述附图中所示的保持器。该校准源的形状类似于图48中的源且具有铅或钨弧状件798。校准源800具有包裹在塑料802中的铅块798以保护该铅块并使变硬。放射性材料管804固定到铅和塑料组件的凹面。用于本发明的校准设备的特别优点在于它们比以前的校准设备更小、更轻，且更易于搬运。图73示出其中放置有六个校准源的校准固定盒810。每个源可嵌套成紧凑地装配到盒810内。盒和校准源的总重量可以低至6或10磅，使技术人员在无需受到曝光的情况下易于搬运。
XX.弯曲的晶体检测器如前所述，本发明可用固态检测器，如CZT，或用闪烁材料后附光电管而制成。在更前面的实施例中，各闪烁材料块并行地组装在一起。根据优选的变形，可提供单个大型弯曲闪烁晶体材料，如图74中的820所示。该单个弯曲晶体块可延其表面刻线，刻线部分切入晶体，从而将晶体分成不同的光子接收区域。图75示出后附多个光电管822的晶体820。
所公开的优选实施例的其它变型对本领域的技术人员来说是显而易见的。本发明的范围由下面的权利要求书，包括其全部等同表述来限定。
权利要求
1.一种用于生成代表光子发射放射性同位素的三维分布类型的多断层成像的单光子发射计算机断层摄影系统，该系统包括基底部，其包括用于支撑病人以使病人的一部分位于视场内的病人支撑件，穿过该视场形成的纵轴线；邻近该视场的检测器组件，该检测器组件包括可操作地检测光子是否撞击到该检测器上的光子响应检测器，该检测器组件可操作地检测病人位于视场内的一部分发射的光子；布置在该视场和该检测器之间的光子阻挡件，该阻挡件具有穿过其中形成的开孔狭缝以使光子通路与该开孔狭缝对准，从该检测器穿过该开孔形成的响应线；准直组件，其包括多个由光子衰减材料形成的准直叶片；用于支撑该准直组件的支撑组件，该支撑组件包括第一支撑件和第二支撑件，该第二支撑件与该第一支撑件间隔开，该准直组件布置在两支撑件之间，从而在该准直组件和第一支撑件之间形成第一距离，且在该准直组件和该第二支撑件之间形成第二距离；和调整组件，其包括可操作地调整该第一距离的第一调整器和可操作地调整该第二距离的第二调整器。
2.如权利要求1所述的系统，其中，该准直组件具有指向视场的前表面和背向视场的后表面，第一调整器包括第一对调整件，每个调整件在该第一支撑件和该准直组件之间延伸，该调整件中的一个比另一个调整件更靠近该准直组件的前表面。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，该第二调整器包括第二对调整件，每个调整件在该第一支撑件和该准直组件之间延伸，该调整件中的一个比另一个调整件更靠近该准直组件的该前表面，该第一和第二对调整件协作以可操作地调整该第一距离和该第二距离以及该准直组件相对于该支撑组件的角度。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，该支撑件大体共同伸展，每个支撑件具有由基底部支撑的固定端和与其隔开的自由端，该准直组件具有邻近该基底部的第一端和邻近该支撑件自由端的第二端，该第一调整器包括在该第一支撑件和该准直组件之间延伸的第一多个调整件，该第二调整器包括在该第二支撑件和该准直组件之间延伸的第二多个调整件，这些调整件协作以调整该准直组件相对于该支撑件的位置。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，第一多个调整件在该第一支撑件的固定端和自由端之间间隔开，且第二多个调整件在该第二支撑件的固定端和自由端之间间隔开。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，该准直组件具有指向视场的前表面和背向视场的后表面，该第一多个调整件包括前方组和后方组，该第一组比该后方组更靠近该准直组件的前表面。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，该第二多个调整件包括前方组和后方组，该第一组比该后方组更靠近该准直组件的前表面。
8.根据权利要求4所述的系统，其中，该支撑件是大体弓形，且大体布置在垂直于该纵轴线的平面内，该支撑件至少部分地绕视场大体弓形地延伸。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，每个支撑件大体是扁平件。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，该支撑件是大体共同伸展的。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，该支撑组件具有由基底部支撑的固定端和与其隔开的自由端。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，该支撑组件还包括多个在该第一和第二支撑件之间延伸的拉紧件，每个拉紧件具有与该第一支撑件相互连接的第一端和与该第二支撑件相互连接的第二端，可调整这些拉紧件以调整该第一和第二端之间的距离。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，每个支撑件具有由该基底部支撑的固定端和与其间隔开的自由端。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，这些拉紧件在该支撑件的该固定端和第二端之间间隔开。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，至少一些拉紧件成一定角度，以使该第一端距该支撑件固定端的距离比该第二端距该支撑件固定端的距离更远，且其它拉紧件成一定角度，以使该第二端距该支撑件固定端的距离比该第一端距该支撑件固定端的距离更远。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，该纵轴线是大体垂直的，且该支撑组件大体布置在垂直于该纵轴线的平面内，从而该第一支撑件为上部支撑件且该第二支撑件为下部支撑件。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，该准直组件包括交替的光子阻挡材料片和可透射线材料片的堆层，该光子阻挡材料片形成准直叶片。
18.根据权利要求1所述的系统，还包括位移致动器，该致动器可操作地使该检测器和光子阻挡件中的一个相对于该检测器和光子阻挡件中的另一个移动，从而该开孔相对于该检测器移位且响应线扫过视场的至少一部分。
19.根据权利要求1所述的系统，其中，病人位于视场中的该部分是病人的躯干，纵轴线为大体垂直，从而病人的躯干大体垂直延伸，病人的头部基本上比病人的臀部高。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，基底部包括椅状结构，该椅状结构具有用于支撑病人臀部的大体水平的底部分和支撑病人背部的大体垂直的背部分。
21.根据权利要求1所述的系统，其中，该支撑组件为大体弓形且至少部分地包围视场。
22.根据权利要求1所述的系统，其中，该准直组件布置在该光子阻挡件和检测器之间。
23.根据权利要求1所述的系统，其中，可透射线材料布置在该准直组件的叶片之间。
24.根据权利要求1所述的系统，其中，该准直叶片大体垂直于纵轴线。
25.根据权利要求1所述的系统，其中，该准直叶片相对于纵轴线成一定角度。
26.根据权利要求1所述的系统，其中，该开孔狭缝大体平行于纵轴线。
27.根据权利要求1所述的系统，其中，该开孔狭缝大体垂直于至少一些叶片。
28.一种成像系统，包括基底部；用于对视场进行成像的检测器组件，该检测器组件包括可操作地检测光子是否撞击到该检测器上的光子响应检测器，该检测器组件可操作地检测从视场发射的光子；准直组件，其包括多个由光子衰减材料形成的准直叶片；用于支撑该准直组件的支撑组件，该支撑组件包括第一支撑件和第二支撑件，该第二支撑件与该第一支撑件间隔开，该准直组件布置在两支撑件之间，从而在该准直组件和该第一支撑件之间形成第一距离，且在该准直组件和该第二支撑件之间形成第二距离；和调整组件，其包括可操作地调整该第一距离的第一调整器和可操作地调整该第二距离的第二调整器。
29.一种用于对来自放射成像系统的断层图像数据进行重组，以使该数据对应于从在位于绕视场的多个位置处获得读数类型的传统伽马照相机获得的数据的方法，该视场具有穿过其中形成的纵轴线，传统伽马照相机具有中心线平行于纵轴线的感应面，在该纵轴线和中心线之间垂直地形成位置线，感应平面形成为包含该位置线且垂直于该纵轴线，基线形成为垂直于该纵轴线且包含在该感应平面内，该传统伽马照相机的角位置形成为该基线和位置线之间的夹角θ，该传统伽马照相机可操作地检测撞击到该感应面上的光子，该感应平面内的每个撞击位于距中心线距离r处，该重组方法包括提供放射成像系统，该放射成像系统包括基底部，其包括用于支撑病人以使病人的一部分位于视场内的病人支撑件；邻近视场的大体弓形的检测器组件，该检测器组件包括可操作地检测光子是否撞击到检测器的光子响应检测器，该检测器组件还可操作地识别沿该弓形检测器组件的检测器的撞击位置；布置在视场和检测器之间的光子阻挡件，该阻挡件具有穿过其中形成的开孔狭缝以使光子通路与该开孔狭缝对准，从该检测器穿过开孔形成响应线；准直组件，其包括多个由光子衰减材料形成的大体平行的准直叶片，这些叶片间隔开以形成多个缝隙；和位移致动器，其可操作地使该检测器和该光子阻挡件中的一个相对于该检测器和光子阻挡件中的另一个移动，从而该开孔相对于检测器移位，且该响应线扫过视场的至少一部分；获得多个与多个光子大体撞击到感应平面有关的检测器读数，每个读数包括强度；确定来自该检测器组件的每个读数的位置，该位置包括距视场中心线的半径Rdet和相对于基线的角位置Ψ；确定每个读数的开孔狭缝位置，该位置包括距该视场中心线的半径Rapp和相对于基线的角位置φ；对于传统伽马照相机的每个r和θ的组合，采用下面公式计算Ψ和φ的相应值φ=arcsin(rRapp)-θ,]]>和Ψ=arcsin(rRdet)-θ]]>对于每个r和θ的组合，存储与φ、Ψ、Rapp和Rdet相关的强度值。
30.根据权利要求29所述的方法，还包括提供计算机设备并利用计算机设备进行计算和存储步骤的步骤。
31.根据权利要求29所述的方法，还包括形成另外的感应平面并获得每个另外的感应平面的检测器读数的步骤。
32.一种医学成像设备，包括基底部，其包括用于支撑病人以使病人躯干的一部分位于视场内的病人支撑件，穿过该视场形成纵轴线；大体弓形的成像部分，其邻近该视场并大体布置在垂直于该纵轴线的平面内，该部分至少部分地绕由该基底部支撑的固定端和与其隔开的自由端之间的视场而大体弓形地延伸，该大体弓形的成像部分包括准直组件，其包括多个由光子衰减材料形成的大体平行的准直叶片；和支撑组件，其包括大体布置在垂直于该纵轴线的平面内的第一支撑件，该第一支撑件具有由该基底部支撑的固定端和与其间隔开的自由端；与该第一支撑件间隔开一定距离并平行于该第一支撑件的第二支撑件，该第二支撑件与第一支撑件共同伸展并具有由基底部支撑的固定端和与其间隔开的自由端；布置在该第一和第二支撑件之间的准直组件；和在该第一和第二支撑件之间延伸的多个拉紧件，这些拉紧件在该支撑件的固定端和自由端之间间隔开，每个拉紧件具有与该第一支撑件相互连接的第一端和与该第二支撑件相互连接的第二端，可调整这些拉紧件以调整第一端和第二端之间的距离，其中至少一些拉紧件成一定角度以使该第一端距该成像部分固定端的距离比第二端距成像部分固定端的距离更远，且其它拉紧件成一定角度以使第二端距成像部分固定端的距离比第一端距成像部分固定端的距离更远。
33.一种对视场进行成像的单光子发射计算机断层摄影系统和用于该系统的校准源的组合，该单光子发射计算机断层摄影系统包括邻近该视场的检测器组件，该检测器组件包括可操作地检测光子是否撞击到检测器的光子响应检测器；布置在该视场和检测器之间的光子阻挡件，该阻挡件具有穿过其中形成的开孔狭缝以使光子通路与该开孔狭缝对准，从该检测器穿过该开孔形成响应线，该阻挡件具有指向该视场的前表面和指向该检测器组件的后表面；准直组件，其包括多个由光子衰减材料形成的大体平行的准直叶片，这些叶片间隔开以形成多个缝隙，该多个叶片布置在该检测器和视场之间，从而只有穿过缝隙中的一个的光子才能从视场传播到检测器上；用于支撑该光子阻挡件的支撑组件，该支撑组件包括第一支撑件和第二支撑件，该第二支撑件与该第一支撑件间隔开，该光子阻挡件布置在两支撑件之间，在与该光子阻挡件间隔开的该支撑件之一中形成开口，在两支撑件之间布置有用于容纳校准源的保持器，该保持器可枢转地连接到该支撑件之一，从而该保持器可以在与开口对准的源接收位置和源邻近该光子阻挡件并大体与该开口对准的校准位置之间枢转；和位移致动器，其可操作地使该检测器和光子阻挡件中的一个相对于该检测器和光子阻挡件中的另一个移动，从而该开孔相对于该检测器移位，且该响应线扫过该视场的至少一部分；校准源，其具有用于校准该系统的安装位置和校准源与系统分离开的非安装位置，该校准源包括；支撑件，其构造成布置在该阻挡件的前表面附近并当该校准源处于安装位置时邻近该开孔；由射线阻挡材料形成的射线屏蔽件，该屏蔽件具有内表面和外表面，该屏蔽件与该支撑件相互连接，从而当该校准源处于安装位置时，该内表面指向开孔；和尺寸适于邻近该开孔的放射源，该放射源布置在该屏蔽件的内表面上，从而当该校准源处于该安装位置时，该放射源布置在该开孔附近且来自该放射源的射线射过该开孔。
34.根据权利要求33所述的组合，其中，该屏蔽件的内表面是凹的。
35.根据权利要求33所述的组合，其中，该放射源是大体圆柱形的。
36.一种对视场进行成像的单光子发射计算机断层摄影系统和用于该系统的校准源的组合，该单光子发射计算机断层摄影系统包括邻近该视场的检测器组件，该检测器组件包括可操作地检测光子是否撞击到该检测器的光子响应检测器；布置在该视场和该检测器之间的光子阻挡件，该阻挡件具有穿过其中形成的开孔狭缝以使光子通路与该开孔狭缝对准，从该检测器穿过该开孔形成响应线，该阻挡件具有指向该视场的前表面和指向该检测器组件的后表面；准直组件，其包括多个由光子衰减材料形成的大体平行的准直叶片，这些叶片间隔开以形成多个缝隙，该多个叶片布置在该检测器和该视场之间，从而只有穿过缝隙中的一个的光子才能从该视场传播到该检测器上；和位移致动器，其可操作地使该检测器和光子阻挡件中的一个相对于该检测器和光子阻挡件中的另一个移动，从而该开孔相对于该检测器移位，且该响应线扫过该视场的至少一部分；校准源，其具有用于校准该系统的安装位置和该校准源与该系统分离开的非安装位置，该校准源包括；支撑件，其构造成布置在该阻挡件的前表面附近，并当该校准源处于该安装位置时邻近该开孔；由射线阻挡材料形成的射线屏蔽件，该屏蔽件具有内表面和外表面，该屏蔽件与该支撑件相互连接，从而当该校准源处于安装位置时，该内表面指向该开孔；和尺寸适于邻近开孔的大体圆柱形的放射源，该放射源布置在屏蔽件的内表面上，从而当该校准源处于该安装位置时，该放射源布置在该开孔附近且来自该放射源的射线射过该开孔。
37.根据权利要求36所述的组合，其中，该屏蔽件的内表面是凹的。
全文摘要
准直器组件(630)构建成具有支撑于下部支撑板(632)和上部支撑板(634)之间的多个铅和塑料交替层。螺纹调整件(636)通过下部板(614)延伸至下部支撑件(632)且通过上部板(612)延伸至上部支撑件(634)。通过调整调整件(636)可以相于弧状体的其余部分调整准直器组件(630)的位置。
文档编号A61B5/05GK1856272SQ200480022960
公开日2006年11月1日 申请日期2004年6月21日 优先权日2003年6月20日
发明者杰克·E·朱尼 申请人:杰克·E·朱尼