[发明专利]基于缝孔混合准直器的多伽马光子符合成像系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于缝孔混合准直器的多伽马光子符合成像系统及方法，所述系统包括时间符合模块、计算机平台、缝孔混合准直器和伽马光子探测器；缝孔混合准直器是通过在合金板上开设若干准直缝和准直孔所形成，合金板采用平面板或曲面板；所述成像方法将放射性核素发生衰变的位置范围缩小为多伽马光子符合事件中通过准直缝在伽马光子探测器探测到的伽马光子事件所确定的若干投影平面和通过准直孔在伽马光子探测器探测到的伽马光子事件所确定的若干投影线的在成像范围内的若干交点，以获得放射性核素在被测范围内分布。本发明提高了多伽马光子符合事件的探测效率，提高了重建图像的信噪比从而降低了对伽马光子总计数的需求。

技术领域

本发明属于发射断层成像技术领域，特别涉及一种基于缝孔混合准直器的多伽马光子符合成像系统及方法。

背景技术

发射断层成像技术是当今探测物体内部信息的重要技术之一，在多种研究领域中有着大量的应用。在被探测物体外通过探测从被探测物体发出的伽马光子，并通过图像重建从而以非侵入式的手段观察得到被探测物体的内部信息。在发射断层成像领域，最为重要的几种成像系统分别有正电子发射断层成像仪(Positron Emission Tomography，以下简称PET)、单光子发射计算机断层成像仪(Single-Photon Emission ComputedTomography，以下简称SPECT)和康普顿相机(Compton Camera)等。目前PET和SPECT均已广泛用于临床检查和诊断，包括癌症、神经系统疾病和心血管疾病等，而康普顿相机也应用于核能工业、天文、医疗等方面。

PET的核心组件由很多个具备时间测量功能的伽马光子探测器模块以及相应的时间符合模块构成。PET的基本原理涉及电子准直技术，所利用的放射性核素为正电子核素。正电子核素放射出的正电子会在被探测物体内发生正负电子湮灭效应，产生一对能量为511keV、方向几乎相反的伽马光子。采用时间符合测量手段，即如果两个伽马光子探测器模块在一个很短的时间内(通常在几百个纳秒)分别探测到这两个能量为511keV的伽马光子，就能确定一条正电子湮灭的发生位置(近似为正电子核素发生衰变的位置)所在的响应线(Line of Response)。记录大量这样的响应线通过图像重建即可获得正电子湮灭发生位置的分布，即近似为正电子核素在被探测物体内的分布。由于正电子湮灭产生的一对伽马光子的发射方向是几乎相反的，因此只能确定正电子湮灭的发生位置在相应的响应线上，而不能确定正电子湮灭发生在相应响应线上的具体位置。尽管可以通过飞行时间测量技术初步确定正电子湮灭发生在相应响应线上的位置范围，但这需要伽马光子探测器模块具备极高的时间分辨率。由于正电子湮灭在响应线上发生位置的不确定性，重建的正电子核素在被探测物体内分布图像的信噪比往往较低，影响诊断的效果。为提高图像信噪比通常需要累积大量的响应线，而这会使得被探测物体摄入较大剂量的正电子核素，增加被探测物体的辐照风险。

SPECT的核心组件包括准直器及伽马光子探测器模块等。SPECT利用的是物理准直技术，其所利用的核素为伽马光子核素。在伽马光子探测器模块的前端通常会放置准直器来限制伽马光子核素放射出的伽马光子到达探测器的入射角度，使得仅沿特定方向发射的伽马光子才能通过准直器被探测器探测到，伽马光子探测器每探测到一个伽马光子就能确定一条伽马光子初始发射位置所在的投影线。积累大量这样的投影线通过图像重建就能确定伽马光子初始发射位置的分布，即伽马光子核素在被探测物体内的分布。与PET存在类似的缺陷，SPECT也不能确定伽马光子在投影线上的具体发射位置，因此重建图像的信噪比较差。另外由于SPECT使用了准直器，限制了能被探测器探测到的伽马光子的发射角度，成像系统的探测效率较低，而这进一步使得重建图像的信噪比恶化。