一种辐射探测测量和成像方法及变结构pet设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于医学成像仪器领域，涉及一种成像技术，尤其是断层成像的方法及装 置。
【背景技术】
[0002] 在辐射探测测量和成像领域，所用的探测器一般为闪烁晶体和光电倍增器件耦合 的结构，由于闪烁晶体有一定的厚度，当射线倾斜入射到晶体内部时，会在晶体的不同深度 处转换成可见光子，然后被光电器件探测。由于探测器无法知道射线与晶体作用的具体深 度，而只能将晶体与探测器耦合面作为射线被晶体探测的位置信息。因而会导致"深度效 应"（depth of interaction，D0I)，由此所造成的切向定位误差会降低福射探测测量的精 度和成像的效果。
[0003] 以正电子发射型计算机断层显像(Positron Emission Computed Tomography，简 称PET)为例，PET是核医学领域一种先进的临床检查影像技术。传统的PET成像系统由多个 探测器固定在机架上排列成环，当正电子湮灭辐射的γ射线对以一定角度分别切入晶体 时，由于晶体有一定厚度，射线在晶体的某一深度处与其发生相互作用，但却以晶体表面的 位置定位，导致"深度效应"（depth of interaction，D0I)，由此所造成的切向定位误差会 降低PET的空间分辨率，见附图1。图1是普通PET成像装置对某一位置成像的示意图（采用12 个探测器组成的系统进行说明）。可以看出此区域正电子湮灭辐射的γ射线对以一定角度 分别切入晶体，射线在晶体的某一深度处与其发生相互作用。探测器无法得到这一深度信 息，在对响应线进行重建时，只能以此晶体的表面作为相互作用点，重建的响应线（图1中虚 线部分)就与实际的响应线（图1中实线部分)有一段位移误差。这个切向定位误差会导致 PET成像的空间分辨率下降。
[0004] 这种影响的大小在PET成像系统视场的不同位置处的分布是不均匀的。在PET成像 系统视场的中心点，由于所有探测器的中心轴都汇集于此，"深度效应"影响较小，此处的空 间分辨率较高;越往视场的边缘处，产生的γ射线对切入晶体的角度越大，"深度效应"的影 响也较大，空间分辨率就会降低。可见传统的PET成像系统受到"深度效应"的影响，其空间 分辨率会降低，而且在越靠近视场边缘处，对其空间分辨率的影响越为严重。同时，在临床 中，往往需针对局部部位得到高质量的PET成像，传统的PET系统不能根据感兴趣的位置，调 节系统结构，提高对特定位置的空间分辨率。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种辐射探测测量和成像方法，其调节探测器的旋转角 度，使得调整的探测器的中轴穿过待测量和成像区域，利用至少一个调整的探测器进行测 量与成像时，能够尽量减少待测量和成像区域内发射的伽马射线入射到晶体内部的倾斜角 度(最佳为垂直入射），从而降低了"深度效应"所带来的空间分辨率的损失，提高系统对聚 焦区域的空间分辨率，以得到对待测量和成像区域更精准的成像。
[0006] 为达到上述目的，本发明的解决方案是：
[0007] 一种辐射探测测量和成像方法，包括以下步骤：
[0008] (1)确定待测量和成像区域的空间位置；
[0009] (2)调节至少一个探测器的角度，使得所述调节后的探测器中轴穿过所述待测量 和成像区域；
[0010] (3)进行测量或者成像，所述进行测量或者成像的探测器包括部分或全部调节后 的探测器。
[0011] 所述步骤(2)中，所述调节后的探测器的中轴均汇聚至所述待测量和成像区域内 任意一点F处，所述F点的空间位置为F (Xf，yf，z f);
[0012] 优选的，所述F点为待测量和成像区域的中心点。
[0013] 所述的辐射探测测量和成像方法应用于PET设备成像，所述待测量和成像区域为 感兴趣区域，所述待测量和成像区域的空间位置为感兴趣区域在视场中的空间位置；
[0014] 优选的，经由成像前诊断步骤确定感兴趣区域、所述F点在视场中的空间位置;或， 在成像过程中确定感兴趣区域、所述F点在视场中的空间位置；
[0015] 优选的，经由结构成像数据或经由功能成像数据确定F点在视场中的空间位置F (xf,yf,zf)〇
[0016] 所述PET设备的探测器呈环状分布，包括Μ组探测器环，所述每组探测器环中设置Ν 个探测器，Μ，Ν 2 1，或所述PET设备的探测器呈板状分布，包括相对设置的两组探测器板，所 述每组探测器板包括Μ排N列探测器以及固定所述Μ排N列探测器的一平板机架，M，N 2 1，则 步骤(2)中：
[0017] (2-1)分另議定每个探测器旋转角度ym,n(a m,n，pm,n)，其中m的取值为1，2,3,…，M， η的取值为1，2,3,…，N;
[0018] (2-2)驱动每一个探测器旋转角度ym,n(a m,n，i3m,n)以使得每个探测器的中轴均汇 聚至所述F(xf，yf，zf)处。
[0019] 所述步骤(2-2)中，包括步骤(A):首先驱动每一个探测器在其探测器环所在平面 内旋转<V n，然后驱动探测器在垂直于其探测器环的平面内旋转iV n;
[0020] 或，包括步骤(B):首先驱动每一个探测器围绕其中轴自转am,n度以使得探测器旋 转至目标平面，然后驱动所述探测器在所述目标平面内旋转旋转iV n。
[0021 ]建立视场的空间模拟坐标系，经由建模方式确定所述的大小：
[0022] 所述探测器呈环状分布时，定义探测器环的轴向为z轴方向，每一组探测器环所在 的平面为X〇 mY，所述平面X〇mY与Z轴的交点为0m(0,0，Zm)，对于第m环的第η个探测器，取其头 部中心点为其位置信息，记为〇%"(&， 711，~）；所述探测器呈板状分布时，定义平行于探测器 板行的方向为X轴方向，平行于探测器板列的方向为Ζ轴方向，垂直于探测器板所在平面的 方向为Υ轴方向，三者交汇于〇 m(〇,〇，zm)点，每个探测器板中，对于第Μ行Ν列个探测器，取其 头部中心点为其位置信息，记为Dm, n( Xn，yn，Zm)，则：
[0023] 步骤(A)中，所述am,n为x",-凡,〇)与 ( x厂XH，Υ/->'》，〇)的夹角，其中 Κ为F在平面X(U〇:的投影，其坐标为(Xf，yf，0)根据向量的夹角公式：
[0024]
[0025] 所述βη，η为Ζ)",?χ厂x j，-凡，々-zj与Dm nFr (x,-欠:"而-八肩的夹角，则根 据向量的夹角公式可知：
[0026]
[0027] 或，步骤⑶中，所述€^为7^1入.,〇,2/-2"1)与：^^〇^,〇,〇)的夹角，为？在直线 0%1上的投影，其坐标为(0，^，~），根据向量的夹角公式可知：
[0028]
[0029] 所述 βω,η 为为 Α,.,,^Κ-Χμ-?ΟΑΑ,,,Αχ广XJ/--zj 的夹角，根据向量 的夹角公式可知：
[0030]
[0031] 步骤(3)中，所述测量和成像包括以下步骤:根据所述用于测量或者成像探测器的 转动角度确定各种晶体的位置信息后，确定各个位置发生的湮灭事件被任意一对晶体探测 到的概率，从而确定系统响应矩阵，并用于迭代重建算法，获得成像图像。
[0032] 所述的辐射探测测量和成像方法，其应用于CT、SPECT、PET-CT、CT-SPECT的成像。 [0033] 一种实现所述辐射探测测量和成像方法的变结构PET设备，包括多个探测器组件， 每个探测器组件包括一探测器以及一前端电路，其特征在于:所述PET设备还包括至少一确 定对应探测器旋转角度建模模块以及至少一驱动对应探测器旋转丫^(<^"，匕,")角度的转 动控制模块，所述每个探测器与其中一建模模块以及其中一转动控制模块分别通信连接， 所述转动控制模块输入端与对应探测器的建模模块通信连接，以接受所述建模模块的指令 带动对应探测器转动相应旋转丫_(<^"，^")角度，使得所述探测器的中轴穿过所述放射 发生区域。
[0034]所述建模模块以及转动控制模块对应PET设备中的探测器数量设置，所述探测器 组件中均包括一用于确定对应探测器旋转角度丫^(<^"，匕,")的建模模块以及一用于带动 相应探测器转动γ m,n(am,n，i3m, n)的转动控制模块；
[0035]优选的，每组转动控制模块均包括第一转动单元以及第二转动单元，所述第一转 动单元和第二转动单元的输出端均与相应的探测器固定连接，且所述第一转动单元的输入 端与所述建模模块通信连接以接受所述建模模块的指令带动所述探测器转动a m,n度，所述 第二转动单元的输入端与所述建模模块通信连接以接受相应建模模块的指令带动所述探 测器转动' η度。
[0036] 变结构PET设备包括Μ组探测器环，所述每组探测器环呈环状分布，包括Ν个探测器 以及用于固定所述Ν个探测器的一模块安装板，Μ，Ν2 1;
[0037] 优选的，所述第二转动单元与相应探测器固定连接用于驱动所述探测器在垂直于 探测器环的平面内旋转?ν,η，所述第一转动单元用于驱动所述第二转动单元以及与所述第 二动力单元固定连接的探测器在探测器环所在平面旋转<vn，
[0038] 进一步的，所述第二转动单元包括与对应建模模块通信连接的第二动力组件、第 二传动组件、第二转动轴以及第一旋转架，所述第一旋转架包括垂直固定连接的第一安装 板与第二安装板，所述第一安装板平行于探测器环所在平面设置，所述第二安装板垂直于 所述探测器环面设置，所述第二动力组件的输出端与所述第二转动轴均切向设置，且所述 第二转动轴固定于所述探测器上，所述第二安装板对应所述第二转动轴以及所述第二动力 组件的输出端设置开孔，所述第二转动轴与所述第二动力组件的输出端穿过所述开孔后经 由所述第二传动组件连接;所述第一转动单元包括与对应建模模块通信连接的第一动力组 件、第一传动组件以及第一转动轴，所述第一动力组件固定设置于所示模块安装板上，所述 第一转动轴固定于所述第一安装板上，第一动力组件的输出端与第一传动轴均轴向设置且 二者经由所述第一传动组件传动连接；
[0039] 或，所述第二转动单元与所述探测器固定连接用于驱动所述探测器在目标平面 Dm,nFF 〃内旋i3m,n，所述第二传动单元包括与所述建模模块通信连接的第四动力组件、第四传 动组件、第四转动轴以及第二旋转架，所述第二旋转架包括垂直固定连接的第三连接板与 第四连接板，所述第三连接板平行于轴向设置、所述第四连接板平行于探