用于pet成像系统探测器归一化校正的模体的制作方法
【专利摘要】用于PET成像系统探测器归一化校正的模体，涉及医学成像【技术领域】，包括轴向与PET探测器环共轴的一圆柱体，在圆柱体的外表面等距离地开设螺旋槽，在旋槽内设置等距离地缠绕在圆柱体外的导管，导管的两端分别设置开口端。本发明一方面不需要定制价格昂贵的均匀棒源，另一方面简化了机械设计要求，容易满足归一化校正中所有探测单元被均匀照射的要求。
【专利说明】 用于PET成像系统探测器归一化校正的模体
【技术领域】
[0001]本发明涉及医学成像【技术领域】，特别涉及可用于正电子发射计算机断层成像系统的探测器归一化校正的模体设计。
【背景技术】
[0002]在核医学领域中，PET (正电子发射计算机断层扫描)是一种可以无创伤地显示人体器官功能和代谢的检查成像技术，在临床上这种技术可以用来指导癌症治疗。其原理是:病人身体里的恶性肿瘤组织代谢旺盛，代谢物质(如葡糖糖、蛋白质等)聚集较多。我们可以利用放射性核素(如18F、nC等)对代谢物质进行标记，然后使用PET成像系统并通过三维成像技术准确显示代谢物质的聚集和活度来反映生命代谢的活动。由此可见，PET提供了一种直接及时的方法来对肿瘤进行诊断和分析。
[0003]标记代谢物质的放射性核素通过衰变产生正电子，其与周边电子湮灭产生并发事件，并发射一对彼此反向的光子。这对光子被PET探测系统中的一对探测单元同时捕捉到，那么对应的核素可以被定位在这对探测单元所确定的直线上。PET系统获得的原始数据就是一系列由光子对所确定的并发事件。这些并发事件被多角度和位置排列组合后产生三维sinograms (正弦图),然后通过重建算法还原为三维放射性元素分布。
[0004]为了增加探测效率，医用PET通常是一个包含上万个探测单元的环状探测系统。受几何位置和性能差异的影响，例如晶体发光效率、晶体封装、晶体与PMT (光电倍增管)的耦合、电子学系统、光子对的入射角度不同等，探测单元的探测效率不尽一致。因此在实际探测过程中，探测单元的输出并不能准确反映输入光子束强度，例如探测器会输出非均匀的探测结果sinograms，即使所有探测单元被均匀照射。这必然会在重建过程中引入伪影，导致医生对肿瘤的误判断。为了能够准确对探测系统进行建模，得到满意的图像质量，用户必须事先对探测器的探测效率进行校正，这被称为归一化校正。PET系统一般需要经历两种归一化校正，一是出厂前利用低散射源来校正归一化因子中不随时间变化的部分，二是在医院中定时校正探测器性能的漂移对归一化因子的影响。在第一种归一化校正中，通常的做法是用一个含有均匀放射性的棒源绕着PET探测系统的轴做匀速转动以均匀照射所有探测单元。旋转半径要足够大以保证轨迹覆盖PET探测器环的规定视野。校正试验通常要求持续十几个小时以获取足够的符合事件。既然所有探测单元探测到的符合事件在统计上是相同的，那么对应的计数响应就可以作为探测单元效率的量度，以此为基础可计算出归一化因子。由于放射源是棒源，数据处理中散射校正和衰减校正可以忽略。这些因子需要提前计算，以文件方式存储于计算机，在对病人进行检查时，将归一化因子直接作用于测量值就实现了探测器的归一化校正。
[0005]为了保证出厂前的归一化校正的正确性，在试验中必须保证PET系统中所有探测单元能够长时间被均匀照射，这给棒源的加工制作和机械设计带来了很大的困难:
1.固体棒源的放射性需要非常均匀，这使得制作成本非常高昂
2.为了覆盖探测器的轴向视野，棒源的长度通常需要超过20cm，这进一步增加了制作难度
3.由于衰减棒源需要重复定做，这进一步增加了成本
4.固体棒源衰减时间长(半衰期271天)，保存需要严格遵守屏蔽原则，防止放射性污染，这增加了保存过程的复杂性
5.归一化校正试验中棒源的旋转轴要求与PET探测器的轴重合，旋转半径需要足够大以保证探测视野内的所有探测单元都被均匀照射到。另外，旋转速度要求在长时间试验中保持稳定。由于棒源偏心放置，无论是共轴定位、旋转配重还是稳定性都对机械设计有非常高的要求
6.如果棒源长度不足以覆盖PET的轴向视野，在归一化校正试验中棒源还需要沿着探测器的轴向进行步进，这进一步增加了机械设计的复杂性
发明的内容
本发明提出了一种可以满足归一化校正中所有探测单元被均匀照射的要求的用于PET系统出厂前归一化校正的模体。
[0006]本发明包括轴向与PET探测器环共轴的一圆柱体，在圆柱体的外表面等距离地开设螺旋槽，在旋槽内设置等距离地缠绕在圆柱体外的导管，导管的两端分别设置开口端。
[0007]本发明一方面不需要定制价格昂贵的均匀棒源，另一方面简化了机械设计要求，容易满足归一化校正中所有探测单元被均匀照射的要求。
[0008]归一化试验的具体步骤如下:
先使用活度计测试运送来的FDG溶液的活度，然后在容器中按比例与水混合以得到所需要的活度。考虑到死时间的影响，溶液活度不能太高，通常可以取lmCi。
[0009]整个圆柱体被固定在支架上，使用激光定位精确校准使得圆柱体的几何轴和PET探测器环共轴。
[0010]将导管的一端插入容器中，另一端连接空气泵，利用短暂开关空气泵吸入一小段FDG溶液。
[0011]然后通过空气泵压力变化使得溶液在导管内环绕圆柱体做匀速循环运动。由于圆柱体和导管材料的低反应截面特性，这一小段FDG溶液在PET探测器中可以被看做是一个点源在空间中运动，同时完成横截面的匀速旋转运动和轴向的匀速步进运动，并满足均匀照射所有探测单元的要求。
[0012]在试验过程中探测到的符合事件按照其位置和角度信息被填充到正弦图内。为了减小统计误差，正弦图的每个单元要求至少获得250个以上的探测事件，对应的探测时间通常需要四个小时。
[0013]由于FDG溶液半衰期很短(110分钟)，试验完成后，导管和容器内的溶液只需要在屏蔽中放置一天就可以使得得其放射性活度降为零。这给处理用过的FDG溶液带来了很大的方便。
[0014]试验得到的正弦图被后续程序进行处理，通过计算得到正归一化因子中不随时间变化的部分并作为系统参数存储起来。此试验仅需要进行一次。
[0015]在实际的归一化试验中，这种模体有以下优点:首先除了运动点源，这个模体还可以很方便的模拟其他形式的放射源而不需要改变整体结构。比如在吸入一段FDG溶液并使它在导管中旋转一周时再吸入另一段FDG溶液并一直重复下去，保证每段溶液切向位置是一样的，这样通过空气泵的压力变化这些FDG溶液可以看做在视野范围内的一条匀速转动的均匀放射性棒源。如果在一周内等间隔吸入多段FDG溶液，可以模拟匀速转动的多条均匀放射性棒源。更进一步，如果把长导管吸满FDG溶液，就可以生成一个环形的均匀放射性面源，这可以增加单位时间的符合事件采集数目而不需要考虑衰减校正。这种灵活性为我们试验不同方案带来很大的方便。另外，模体参数优化变得简单可行。另外，还可通过可编程为空气泵提供更简单的方法来改变试验参数，例如可以通过编程简单的改变空气泵的压力以改变点源的移动速度。因此可以尝试不同的移动参数或者不同的FDG溶液放射性活度以找到最佳的参数以兼顾探测时间和信号统计性能。其次，FDG溶液较易得到，有益于PET运行成本控制。同时FDG溶液放射性可以很快衰减到零，易于处理。而且相对于固体棒源，这种模体的试验时间可以大大降低。再次，放射源的的运动不依赖于机械，简化了机械设计。最后，圆柱体与PET系统共轴放置，也易于满足稳定性和定位的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的一种结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，本发明设有一圆柱体1，在圆柱体I的外表面等距离地开设螺旋槽，在旋槽内设置等距离地缠绕在圆柱体I外的导管2，导管2的两端21和22分别设置开口端。
[0018]使用时导管2的两端连接到一个可编程压力控制的空气泵上。整个圆柱体I被固定在支架上，使用激光定位精确校准使得圆柱体的几何轴和PET探测器环共轴。
[0019]圆柱体I的直径需要足够大以覆盖PET探测器的横截面视野，长度要求大于PET探测器的轴向视野。
[0020]圆柱体I和导管2的材料应该慎重选择以保证他们在并发事件探测的有效能窗范围内有非常低的反应截面，比如圆柱体I可以用内部填充大量空气的聚丙烯泡沫塑料制作，导管2可以选择直径两毫米的医用细导管。
【权利要求】
1.用于PET成像系统探测器归一化校正的模体，其特征在于包括轴向与PET探测器环共轴的一圆柱体，在圆柱体的外表面等距离地缠绕导管。
2.根据权利要求1所述模体，其特征在于在圆柱体的外表面等距离地开设螺旋槽，所述导管缠绕在螺旋槽内。
3.根据权利要求1所述模体，其特征在于导管的两端分别设置开口端。
【文档编号】A61B6/03GK104287765SQ201410493268
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】李楠 申请人:江苏赛诺格兰医疗科技有限公司