一种多焦点汇聚型准直器及其多焦点空间位置标定方法与流程

本发明涉及核医学，特别涉及一种多焦点汇聚型准直器及其多焦点空间位置标定方法。

背景技术：

1、单光子发射计算机断层扫描(spect)对人体内的放射性示踪剂进行功能成像。人体内的伽马光子向四面八方发射，在穿透患者组织后被spect的两个伽马相机探测接收。为获取得到人体内放射性示踪剂的物理分布，需要记录光子在探测器上的入射角信息。常规临床系统中会在探测器前安装准直器，用来将光子响应线映射到特定的检测器位置，探测器再围绕患者旋转以获取不同角度的投影数据。然后可以使用迭代重建算法或解析方法来重建获得人体内放射性示踪剂的三维分布。

2、准直器由高密度和高原子序数的材料制成，如铅、钨、金和铂，只允许沿着预期路径开孔位置处的伽马光子通过。只有一小部分(通常为约10-4)伽马光子可通过这些孔并被检测到，严重限制了系统灵敏度。因此增大孔会增加系统灵敏度，但会降低空间分辨率，这种效应通常被称为空间分辨率—灵敏度权衡，它取决于许多因素，如感兴趣区域(roi)或待成像器官的大小，准直器的类型(针孔，平行孔，扇形光束等)，要探测的光子的能量，探测器的固有空间分辨率，探测器的大小和旋转半径。

3、准直器常规分为：平行孔，汇聚型、发散型、针孔型(单针孔、多针孔)等，以及部分特殊的准直器类型：栅格、编码板、百叶型等。平行孔准直器结构简单，好加工，最为普用型；但是分辨率取决于距离，对于一个小物体，平行孔准直器将使探测器的大部分闲置。汇聚型准直器充分利用探测器面积，成放大的像，灵敏度和分辨率提高；但是视野较小。发散型准直器成缩小的像，能够扩大fov；但是分辨力相对下降。单针孔准直器能够充分利用探测器面积，成放大的倒像，高放大倍率，分辨率高；但是同样视野较小。多针孔准直器充分利用探测器面积，灵敏度高，分辨率高；但是重建算法和结构建模较为复杂，视野较小。

技术实现思路

1、本发明提出一种汇聚型多焦点非共焦的准直器，更适用于区分相邻器官或者组织，并对成像视野的不同空间位置处的分辨率和探测效率进行平衡，成像质量更优。

2、具体的，本发明提出一种多焦点汇聚型准直器，所述多焦点汇聚型准直器设置在伽马相机的平面探测器上，所述多焦点汇聚型准直器具有至少两个准直器区域，每个准直器区域分别具有不同的焦点，每个焦点位于相邻准直器区域分界点的垂直线两侧，所述多焦点汇聚型准直器的每个准直器区域对应的成像视野区域采用重叠或部分重叠的形式。

3、更近一步地，所述多焦点汇聚型准直器具有2个准直器区域，所述多焦点汇聚型准直器的尺寸参数、放大倍率、分辨率和灵敏度，依据待成像的物体相对准直器前的空间位置和成像的视野大小设置；所述尺寸参数包括准直器的开孔大小、准直器的厚度和准直器后表面距离探测器晶体的厚度；

4、所述两个焦点与准直器前表面的最短距离表示为：

5、

6、

7、

8、

9、其中，d1和d2分别为第一准直器区域和第二准直器区域对应范围的长度，第一准直器区域和第二准直器区域分别对应两个焦点；d1为第一准直器区域成像视野距离准直器前表面距离，d2为第二准直器区域成像视野距离准直器前表面距离，r为成像视野半径，f1和f2分别为两个焦点与准直器前表面的最短距离，f1为第一偏移距离，f2为第二偏移距离。

10、更近一步地，所述多焦点汇聚型准直器对于距离z的目标点的放大倍数为：

11、

12、点扩展psf分布规律为：

13、

14、其中，ωf(z)为目标点扩展psf分布规律，a为准直器的开孔大小，b为准直器的厚度，c为准直器后表面距离探测器晶体的厚度，z为目标点与准直器的距离，θ是与目标点与探测器垂直面的夹角，k1和k2为通过实测的点扩展图像拟合得到的常数项；

15、灵敏度为psf沿着z方向进行积分：

16、

17、s为灵敏度。

18、更近一步地，所述多焦点汇聚型准直器的开孔是方孔、六边形或圆孔中任意一种。

19、更近一步地，所述成像视野的分辨率和灵敏度的匹配度在0.85～1.15之间，所述分辨率和灵敏度的匹配度表示为：

20、

21、其中，p表示分辨率和灵敏度的匹配度，ωf1(z)表示目标点在第一准直器区域的分辨率，s1表示目标点在第一准直器区域的灵敏度，ωf2(z)表示目标点在第二准直器区域的分辨率，s2表示目标点在第二准直器区域的灵敏度。

22、更近一步地，所述多焦点汇聚型准直器的两个准直器区域的焦点分布在所述分界点两侧，且成像视野区域交叉，获得两个方向的采样信息。

23、还提供了一种多焦点汇聚型准直器的多焦点空间位置标定方法，其特征在于，所述多焦点空间位置标定方法包括由准直器安装到探测器上的位置误差和准直器间壁的加工误差，对多个焦心区域在探测器上的成像位置的标定，包括以下步骤：

24、步骤11，采用面源模型，注入放射性核素药物后摇晃均匀，在成像视野中心放置，采集面源的投影图像；

25、步骤12，利用分割算法，找到均匀成像物体长时间显像的投影图像上不同焦点区域的分界线，将该分界线划分的区域作为不同焦点成像视野在探测器上的对应区域；

26、步骤13，在提取到不同焦点对应区域后，在计算成像系统传输矩阵，并建立体素到像素的变换关系。

27、更近一步地，所述多焦点空间位置标定方法包括针对准直器和探测器间配合的机械部件安装和加工误差，对准直器视野焦心空间位置进行标定，包括以下步骤：

28、步骤21，采用单点源模型，放置在成像视野深度方向不同距离位置处，采集多组点源的投影图像；

29、步骤22，提取投影图像上点在探测器上的位置，以及根据点源距离探测器的不同高度值，利用最小二乘或迭代逼近的方法，计算出最大概率的焦点与准直器前表面的最短距离值；

30、步骤23，根据计算得到焦点与准直器前表面的最短距离值，求出其和理论焦点与准直器前表面的最短距离值的偏差，作为之后校准准直器传输矩阵偏差值。

31、本发明达到的有益效果是：

32、本发明提供的多焦点非共焦的汇聚准直器，可以一次性获取更多的物体空间深度分布信息，充分利用了探测器视野，适合于脑、心脏等小器官临床显像应用，在视野范围内可以获得更高的灵敏度以及更高的分辨率。

33、本发明提出了多焦点非共焦的汇聚准直器中两个视野在不同空间位置处的分辨率和灵敏度的匹配度，通过匹配度进行平衡，使得获得相对更优的图像质量。

34、本发明提出了多焦点非共焦的汇聚准直器在水平方向通过不同尺寸的焦距，间接的增加成像物体的采样角度，使得该准直器下可以使用更少的采样个数或者采样时间，获得相同的图像质量。

技术特征：

1.一种多焦点汇聚型准直器，所述多焦点汇聚型准直器设置在伽马相机的平面探测器上，其特征在于，所述多焦点汇聚型准直器具有至少两个准直器区域，每个准直器区域分别具有不同的焦点，每个焦点位于相邻准直器区域分界点的垂直线两侧，所述多焦点汇聚型准直器的每个准直器区域对应的成像视野区域采用重叠或部分重叠的形式。

2.根据权利要求1所述多焦点汇聚型准直器，其特征在于，所述多焦点汇聚型准直器具有2个准直器区域，所述多焦点汇聚型准直器的尺寸参数、放大倍率、分辨率和灵敏度，依据待成像的物体相对准直器前的空间位置和成像的视野大小设置；所述尺寸参数包括准直器的开孔大小、准直器的厚度和准直器后表面距离探测器晶体的厚度；

3.根据权利要求2所述多焦点汇聚型准直器，其特征在于，所述多焦点汇聚型准直器对于距离z的目标点的放大倍数为：

4.根据权利要求1所述多焦点汇聚型准直器，其特征在于，所述多焦点汇聚型准直器的开孔是方孔、六边形或圆孔中任意一种。

5.根据权利要求3所述多焦点汇聚型准直器，其特征在于，所述成像视野的分辨率和灵敏度的匹配度在0.85～1.15之间，所述分辨率和灵敏度的匹配度表示为：

6.根据权利要求1所述多焦点汇聚型准直器，其特征在于，所述多焦点汇聚型准直器的两个准直器区域的焦点分布在所述分界点两侧，且成像视野区域交叉，获得两个方向的采样信息。

7.一种根据权利要求1-6中任一所述多焦点汇聚型准直器的多焦点空间位置标定方法，其特征在于，所述多焦点空间位置标定方法包括由准直器安装到探测器上的位置误差和准直器间壁的加工误差，对多个焦心区域在探测器上的成像位置的标定，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述多焦点汇聚型准直器的多焦点空间位置标定方法，其特征在于，所述多焦点空间位置标定方法包括针对准直器和探测器间配合的机械部件安装和加工误差，对准直器视野焦心空间位置进行标定，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供一种多焦点汇聚型准直器及其多焦点空间位置标定方法，该多焦点汇聚型准直器安装在伽马相机的平面探测器上，多焦点汇聚型准直器具有至少两个准直器区域，每个准直器区域分别具有不同的焦点，每个焦点位于相邻准直器区域分界点的垂直线两侧设置，多焦点汇聚型准直器的每个准直器区域对应的成像视野区域采用重叠或部分重叠的形式。本发明提出的多焦点汇聚准直器，一次性获取更多的物体空间深度分布信息，实现分辨率和探测效率进行平衡，获得更优的图像质量；同时在水平方向通过不同尺寸的焦距，间接的增加成像物体的采样角度，使得该准直器下可以使用更少的采样个数或者采样时间，获得相同的图像质量。

技术研发人员：杨吉刚,高丽蕾,王道宇,侯岩松,江年铭,刘迈
受保护的技术使用者：北京永新医疗设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/2