[发明专利]一种全息正电子浓度成像方法及系统

说明书

本发明公开了一种全息正电子浓度成像方法，包括步骤为：为成像物质标记正电子同位素；将标记有正电子同位素的药物注入动物或者人体内，使其分布在动物或人体内；使用切伦科夫事件分辨探测器探测动物或人体内的正电子事件；切伦科夫事件分辨探测器输出时间和空间信息；将切伦科夫事件分辨探测器的时间和空间信息进行计数，重建动物或人体内的3维核素浓度分布。本发明能有效提高伽玛模式PET的空间分辨率和灵敏度，特别适合于对准确度和精确度要求很高的临床用PET，在癌症和心血管疾病中有广泛的应用。高空间分辨率与时间分辨率，有利于提高成像质量；高灵敏度，有利于降低成像的背景噪声，解决高分辨率下统计噪声影响加剧的问题。

技术领域

本发明属于医学粒子物理应用技术领域，具体涉及一种全息正电子浓度成像方法及系统。

背景技术

在过去十年中，对伽玛模式PET的研究主要集中空间分辨率和灵敏度的提高。意大利研制的YAP-PET使用PET/SPECT双模结构，单个YAP闪烁晶体的尺寸为2×2×30mm³，能提供1.8mm FWHM的重建图像空间分辨率。Washington University的MicroPET Focus 120在正硅酸镥(Lu₂SiO₅，简称LSO)闪烁晶体与位置灵敏光电倍增管(Position-SensitivePhotomultiplier，简称PSPMT)之间采用光纤进行耦合。在视场范围(Field of View,简称FOV)中心点，该系统能提供1.69mm FWHM的空间分辨率，其峰值绝对灵敏度达7.1％(能量窗口为250-650keV)。GE公司将EXPLORE VISTA DR商用化，采用两环LGSO/GSO双层晶体，晶体尺寸为1.5×1.5×15mm³。空间分辨率在FOV的中心为1.6mm FWHM，灵敏度为4％(能量窗口为250-700keV)。UC Davis分校S.R.Cherry教授所领导的研究组使用1×1×10mm³的LSO晶体实现了逼近1mm的分辨率。英国开发出QUAD-HIDAC 32伽玛模式PET采用大范围气体探测器，也能得到约为1mm的最高空间分辨率，而且在整个FOV内均匀分布。在国内，中科院高能物理研究所研制的Eplus采用正硅酸钇镥(Lu2-nYinSiO5，简称LYSO)为闪烁晶体，从报刊新闻中获知其主要性能指标为能量分辨率23％，时间分辨率4.3ns，空间分辨率2.3mm，最大计数率1250cps/uCi。

如上所述，目前对伽玛模式PET系统性能的优化，更多的是通过改变硬件，特别是探测器的优化设计来提高空间分辨率。这个途径面临两个主要问题。首先，随着分辨率的进一步提高，硬件手段遇到的困难和系统成本急剧增加。比如，减小晶体切割尺寸是重要的硬件手段之一。受切割过程中的材料损耗、制作安装及其他工程困难的影响，闪烁晶体尺寸的继续减小已经遇到实质性障碍。更重要的是，空间分辨率的提高对相应的图像重建算法提出了新的挑战。

当前，伽玛模式PET系统普遍使用的是同样应用于临床系统的通用PET图像重建算法，以基于统计原理的迭代法为主。其中，以最大似然度作为优化目标和迭代准则的极大似然估计法(Maximum Likelihood Expectation Maximization，简称MLEM)最为经典，也是很多流行算法的基础。在MLEM的基础上，有序子集最大期望法(Ordered-subsetexpectation-maximization，简称OSEM)法将数据依据投影角度分为多个子集进行处理，有效地加速了迭代过程，成为目前应用最为广泛的重建方法。