一种级联成像系统

本发明涉及成像设备，尤其涉及一种级联成像系统。

背景技术：

1、分子影像学(molecularimaging)是运用影像学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平变化，对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。因此，分子影像学是将分子生物学技术和现代医学影像学相结合的产物，为探索疾病的发生、发展和转归，评价药物的疗效，起到连接分子生物学与临床医学之间的桥梁作用。

2、其中，正电子发射计算机断层显像技术(positronemissiontomography，pet)和单光子发射计算机断层成像技术(single-photonemissioncomputed tomography，spect)，合称为核医学中的发射型计算机断层成像技术(emission computedtomography，ect)。级联γ光子符合成像系统使用的是来自于放射性核素药物的γ光子，因此也是一种ect系统，其与pet一样需要进行时间符合探测，同时也可以采用spect中的准直技术。

3、级联辐射是指核素在一次衰变时，通过能级由高至低的跃迁，可以在非常短的时间内按照先后顺序发出特定能量的两个以上的γ光子，与传统单光子成像相比可以提供更多的成像信息，从而改善图像质量。同一次级联辐射所发出的若干个γ光子对之间在时间、位置和发射角度都有很好的相关性，因此可以直接包含核素位置信息。当级联辐射γ光子所对应的级联中间态半衰期足够小时，比如小于10ns，其相比放射性核素分子的移动速度来说非常短暂，可以认为核素分子在这一段时间内没有位移，即每一对级联辐射γ光子发射自同一个位置。级联γ光子符合成像可以直接选择利用反投影进行实时的成像，从而避免传统核医学影像图像重建时的缺陷。

4、spect通过γ照相机探头的每个灵敏点探测沿一条投影线(ray)进来的γ光子，其测量值代表人体在该投影线上的放射性之和。由于放射性核素是任意地向各个方向呈立体空间发射γ射线，因而要准确地探测γ光子的空间位置分布，就需要使用准直器。它安装在探头的最外层，其作用是让一定视野范围内的一定角度方向上的γ射线通过准直器小孔进入晶体，而视野外的与准直器孔角不符的射线则被准直器所屏蔽，也就是起到空间定位选择器的作用。

5、但准直器的存在占用了设备空间，降低了成像效果。准直器材料多为铅、钨，会吸收伽马光子，使得探测器探测到的伽马光子大大减少，探测效率降低，灵敏度下降。目前，采用准直器的系统通常是用于高分辨率spect系统，例如由最先进的针孔和准直系统能够实现亚毫米空间分辨率。但是不采用准直器的的系统，仍然可以在许多不需要超高空间分辨率的分子成像应用中找到重要的新用途，例如，药物开发或新的显像剂的筛选应用。现代临床研究发现，对于一个小动物spect成像系统，即使不使用准直器，也可以实现非常高的灵敏度。

6、灵敏度的提高可以更快地获得图像，允许更高的筛查应用通量，或以非常好的时间分辨率观察动态过程；并且可以使用放射性更少的示踪剂获得图像，使低容量受体系统的体内成像成为可能，有助于研究新的示踪化合物，这对于低产量化学物质或昂贵前体的探针具有重要作用，并且能够降低实验的成本和减轻实验的监管负担。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种级联成像系统，可以极大地提高系统灵敏度，并且能够使图像成像质量更高。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种级联成像系统，包括：探测器模块、级联光子符合模块和图像重建模块；

4、所述探测器模块包括两个相对放置的探测器；两个所述探测器之间容纳被成像物体；所述探测器为伽马射线位置灵敏探测器，两个所述探测器具有时间符合功能；不设准直器；所述探测器模块用于实现单光子成像以及级联伽马光子符合成像的数据采集；

5、所述级联光子符合模块，用于通过时间窗确定级联符合伽马光子对；

6、所述图像重建模块与所述探测器模块及所述级联光子符合模块电连接，用于基于所述探测器模块所采集的数据完成相应的图像重建。

7、优选地，两个所述探测器的形状为圆柱形、椭圆柱形、或者矩形中的任意一种。

8、优选地，两个所述探测器与被成像物体相贴合。

9、优选地，两个所述探测器的探测面完全覆盖所述被成像物体。

10、优选地，所述级联成像系统采用单光子成像与级联伽马光子符合成像相结合的方法，以提高放射性药物的利用率，获得更多的光子信息，使成像更准确。

11、优选地，所述图像重建模块包括采集单元和重建单元；

12、所述采集单元用于根据所采集数据中的单光子事件信息获取单光子事件；其中，所述单光子事件信息包括：单光子事件的能量、位置、作用深度和飞行时间；根据所采集数据中的级联符合光子事件信息获取级联符合光子事件；其中，所述级联符合光子事件信息包括：级联符合光子事件的能量、位置、作用深度、飞行时间和角度；

13、所述重建单元用于根据所述单光子事件和所述级联符合光子事件来重建图像。

14、优选地，所述重建单元采用解析计算或蒙卡模拟的系统传输矩阵，结合反投影和迭代重建算法进行图像重建。

15、优选地，所述级联成像系统还包括机架，所述探测器模块安装在所述机架上；

16、所述机架包括：机械运动组件、运动控制电路、电源保障系统、机架操纵器、机架运动状态显示器、扫描床以及生理信号检测装置。

17、优选地，所述级联成像系统成像时所使用的放射性药物为能够发射级联光子的核素，包括且不限于：镥-177，铟-111，碘-131，铜-6，镓-67，硒-75。

18、与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

19、本发明提供的级联成像系统能够同时采集单光子和级联光子符合信息，没有使用准直器，极大的提高了系统的灵敏度；可以更快地获得图像，允许更高的筛查应用通量，以非常好的时间分辨率观察动态过程；并且使用了级联伽马光子符合成像，利用更多光子信息，使图像成像质量更高。该系统可以使用放射性更少的示踪剂获得图像，使低容量受体系统的体内成像成为可能，有助于研究新的示踪化合物，这对于低产量化学物质或昂贵的探针研究很重要，并且可以降低实验的成本和减轻实验的监管负担。

技术特征：

1.一种级联成像系统，其特征在于，包括：探测器模块、级联光子符合模块和图像重建模块；

2.根据权利要求1所述的级联成像系统，其特征在于，两个所述探测器的形状为圆柱形、椭圆柱形、或者矩形中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的级联成像系统，其特征在于，两个所述探测器与被成像物体相贴合。

4.根据权利要求1所述的级联成像系统，其特征在于，两个所述探测器的探测面完全覆盖所述被成像物体。

5.根据权利要求1所述的级联成像系统，其特征在于，所述级联成像系统采用单光子成像与级联伽马光子符合成像相结合的方法，以提高放射性药物的利用率，获得更多的光子信息，使成像更准确。

6.根据权利要求1所述的级联成像系统，其特征在于，所述图像重建模块包括采集单元和重建单元；

7.根据权利要求6所述的级联成像系统，其特征在于，所述重建单元采用解析计算或蒙卡模拟的系统传输矩阵，结合反投影和迭代重建算法进行图像重建。

8.根据权利要求1所述的级联成像系统，其特征在于，所述级联成像系统还包括机架，所述探测器模块安装在所述机架上；

9.根据权利要求1所述的级联成像系统，其特征在于，所述级联成像系统成像时所使用的放射性药物为能够发射级联光子的核素，包括：镥-177，铟-111，碘-131，铜-6，镓-67，硒-75。

技术总结
本发明提供一种级联成像系统，包括：探测器模块、级联光子符合模块和图像重建模块；所述探测器模块包括两个相对放置的探测器；两个所述探测器之间容纳被成像物体；所述探测器为伽马射线位置灵敏探测器，两个所述探测器具有时间符合功能；不设准直器；所述探测器模块用于实现单光子成像以及级联伽马光子符合成像的数据采集；所述级联光子符合模块，用于通过时间窗确定级联符合伽马光子对；所述图像重建模块与所述探测器模块及所述级联光子符合模块电连接，用于基于所述探测器模块所采集的数据完成相应的图像重建。本发明能够同时采集单光子和级联光子符合信息，没有使用准直器，极大地提高了系统的灵敏度，使图像成像质量更高。

技术研发人员：魏清阳,许书钰,丁大伟,张朝晖
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15