КОЛЛИМАЦИОННЫЙ БЛОК ОБНАРУЖЕНИЯ, АППАРАТ ОБНАРУЖЕНИЯ И СИСТЕМА SPECT-ВИЗУАЛИЗАЦИИ Российский патент 2023 года по МПК G01T1/164 A61B6/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области технологии ядерной медицинской визуализации, а более конкретно к коллимационному блоку обнаружения, аппарату обнаружения, содержащему коллимационный блок обнаружения, и системе SPECT-визуализации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Устройство SPECT (однофотонной эмиссионной компьютерной томографии) для диагностики ядерной медицинской визуализации должно содержать по меньшей мере два компонента для достижения функции SPECT-визуализации. Одним из двух компонентов является компонент в виде детектора, который принимает множество гамма-фотонов, испускаемых обнаруженным объектом в разные моменты времени один за другим, преобразует информацию о времени, информацию об энергии и информацию о положении каждого фотона, воздействующего на детектор, в электрический сигнал и цифровым способом вводит электрический сигнал в компьютер. Другим из двух компонентов является компонент в виде коллиматора, который обычно расположен между обнаруженным объектом и компонентом в виде детектора и поглощает фотоны, испускаемые с определенных конкретных направлений в обнаруженный объект, так что фотоны, поступающие на компонент в виде детектора, могут не обнаруживаться, когда фотоны исходят с вышеупомянутых направлений, или вероятность того, что фотоны, поступающие на компонент в виде детектора, исходят с определенных конкретных направлений, значительно отличается от вероятности того, что фотоны исходят с других направлений. Таким образом, фотоны, принимаемые компонентом в виде детектора, также содержат информацию о направлении падения. Все блоки обнаружения на компоненте в виде детектора принимают определенное количество гамма-фотонов один за другим в течение периода времени визуализации, и гамма-фотоны суммируются, чтобы получить количество гамма-фотонов на каждом блоке обнаружения. Информация, относящаяся к количеству гамма-фотонов на каждом блоке обнаружения, вводится в компонент алгоритма восстановления изображения в компьютере. В алгоритме восстановления изображения вероятность того, что гамма-фотон, испускаемый каждой точкой в пространстве визуализации, будет принят каждым блоком обнаружения компонента в виде детектора, записывается в форме матрицы передачи системы, рассчитанной заранее по формуле геометрической модели или дискретизированному измерению. Алгоритм восстановления изображения может вычислять информацию о распределении интенсивности радиоактивного источника в обнаруженном объекте посредством математической операции путем использования вышеупомянутой информации о вероятности и вводной информации о гамма-фотонах и образовывать цифровое изображение для отображения в блоке отображения.

В отличие от передающей системы КТ-визуализации (радиоактивный источник передающей системы КТ-визуализации расположен вне тела человека, и аппарат, генерирующий рентгеновское излучение, такой как рентгеновская трубка и т.д., обычно используется в качестве радиоактивного источника, поэтому луч, проходящий через тело человека, сам по себе имеет направленность), радиоактивный источник системы SPECT-визуализации представляет собой радиоактивный изотоп, вводимый в тело человека путем инъекции, приема внутрь или ингаляционного способа, и изотоп испускает гамма-фотон изотропным образом, так что гамма-фотон, обнаруженный системой SPECT, не несет информации о направлении. Следовательно, обычная система SPECT должна использовать поглощающий коллиматор, изготовленный из тяжелого металла, который позволяет гамма-фотону только с конкретного направления попадать в детектор и поглощает гамма-фотоны с других направлений, так что гамма-фотон, принятый детектором, может нести информацию о направлении. Однако в системе SPECT конструкция компонента в виде коллиматора сталкивается с дилеммой: с одной стороны, если компонент в виде коллиматора поглощает фотоны с большинства направлений и позволяет фотонам только с нескольких направлений попадать в детектор, каждый фотон, поступающий на детектор, может нести более действенную информацию о направлении, что может быть полезно для улучшения пространственного разрешения системы визуализации; однако количество фотонов, испускаемых радиоактивным источником в единицу времени, соответствует статистическому распределению Пуассона, что приводит к относительному колебанию количества фотонов, полученных блоком обнаружения, и относительное колебание в форме стандартного отклонения обратно пропорционально значению квадратного корня из количества полученных фотонов. Следовательно, при проектировании коллиматора также требуется учитывать возможность попадания большего количества фотонов в детектор, то есть улучшения эффективности обнаружения системы визуализации, чтобы увеличить количество гамма-фотонов, принимаемых каждым блоком обнаружения, и, соответственно, уменьшить относительное статистическое колебание. Однако, таким образом, коллиматор должен позволять фотонам с большего количества направлений попадать в детектор, что тем самым уменьшает эффективность информации о направлении, передаваемой каждым фотоном, принимаемым детектором, то есть уменьшает пространственное разрешение системы визуализации.

Для традиционного коллиматора из тяжелого металла пытаются уменьшить размер отверстия и разнесение между отверстиями в направлении падения гамма-фотона, чтобы обеспечить пространственное разрешение системы SPECT. Однако это часто может приводить к ситуации, когда большое количество гамма-фотонов ослабляются и поглощаются коллиматором и, таким образом, могут не быть обнаружены детектором, что может привести к потере большого количества фотонов и серьезно воздействовать на эффективность обнаружения устройства SPECT.

Следовательно, пространственное разрешение и эффективность обнаружения системы SPECT не могут быть улучшены одновременно из-за наличия компонента в виде коллиматора из тяжелого металла.

С другой стороны, чтобы заставить гамма-фотон проходить через компонент в виде коллиматора из тяжелого металла, на компоненте в виде коллиматора из тяжелого металла необходимо обработать множество параллельных цилиндрических прорезей или конических проколов. Параметр формы прорезей может оказывать большое влияние на производительность системы SPECT, и поэтому необходимо точно контролировать размер обработки, а обработка металла очень сложна.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Чтобы решить по меньшей мере одну из вышеупомянутых проблем, целью настоящего изобретения является предоставление коллимационного блока обнаружения, аппарата обнаружения и системы SPECT-визуализации, которые могут улучшить пространственное разрешение, и/или повысить эффективность обнаружения, и/или уменьшить сложность обработки металла.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предусмотрен коллимационный блок обнаружения, содержащий:

массив сцинтиллирующих кристаллов, выполненный с возможностью приема гамма-фотона, испускаемого радиоактивным источником в обнаруженном объекте; и

несколько фотоэлектрических устройств, выполненных с возможностью приема гамма-фотона и преобразующих гамма-фотон в цифровой сигнал;

при этом массив сцинтиллирующих кристаллов содержит несколько сцинтиллирующих кристаллов, причем несколько сцинтиллирующих кристаллов расположены по существу параллельно и разнесены друг от друга, и каждый сцинтиллирующий кристалл имеет боковую поверхность, выполненную с возможностью приема луча, испускаемого радиоактивным источником, и концевую поверхность; и

при этом несколько фотоэлектрических устройств сцеплены с концевыми поверхностями нескольких сцинтиллирующих кристаллов.

Предпочтительно массив сцинтиллирующих кристаллов представляет собой двумерный массив, и массив сцинтиллирующих кристаллов содержит несколько сцинтиллирующих кристаллов, расположенных в направлении падения гамма-луча, испускаемого радиоактивным источником, и несколько сцинтиллирующих кристаллов, расположенных в направлении, перпендикулярном направлению падения гамма-луча, испускаемого радиоактивным источником.

Предпочтительно сцинтиллирующий кристалл содержит по меньшей мере одну независимую полоску сцинтиллирующего кристалла и/или множество полосок сцинтиллирующего кристалла, склеенных вместе.

Предпочтительно по меньшей мере одна концевая поверхность полоски сцинтиллирующего кристалла сцеплена с фотоэлектрическим устройством.

Предпочтительно в массиве сцинтиллирующих кристаллов наполнитель предусмотрен между сцинтиллирующими кристаллами, разнесенными друг от друга, и материал наполнителя содержит по меньшей мере одно из смолы, полиэтиленовой пластмассы, органического стекла и тяжелого металла.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предусмотрен аппарат обнаружения, содержащий несколько коллимационных блоков обнаружения согласно любому из вышеупомянутых решений.

Предпочтительно несколько коллимационных блоков обнаружения жестко соединены для образования слоя коллимационных блоков обнаружения, который распределен вокруг обнаруженного объекта в форме любого из круга, многоугольника, дуги и частичного многоугольника.

Предпочтительно аппарат обнаружения содержит несколько слоев коллимационных блоков обнаружения, которые расположены в направлении падения гамма-луча, испускаемого радиоактивным источником, и разнесены друг от друга, и несколько слоев коллимационных блоков обнаружения расположены в шахматном порядке таким образом, что по меньшей мере один сцинтиллирующий кристалл содержится в коллимационном блоке обнаружения последнего слоя коллимационных блоков обнаружения, и гамма-фотон, испускаемый из точки поля зрения визуализации, не проходит через какое-либо фотоэлектрическое устройство или материал печатной платы на пути передачи, вдоль которого падает гамма-фотон, и достигает сцинтиллирующего кристалла последнего слоя коллимационных блоков обнаружения.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предусмотрена система SPECT-визуализации, содержащая аппарат обнаружения согласно любому из вышеупомянутых решений, блок обработки данных, блок восстановления изображения и блок отображения изображения;

при этом блок обработки данных выполнен с возможностью приема и обработки цифрового сигнала, выводимого аппаратом обнаружения, для получения информации о падении каждого падающего гамма-фотона; и

при этом блок восстановления изображения выполнен с возможностью приема и обработки информации о падении множества падающих гамма-фотонов, выводимых блоком обработки данных, для получения информации о распределении радиоактивного источника в обнаруженном объекте и образования цифрового изображения; и

при этом блок отображения изображения выполнен с возможностью отображения цифрового изображения для предоставления информации, необходимой для клинического диагноза.

Предпочтительно каждый слой коллимационных блоков обнаружения аппарата обнаружения способен выборочно поворачиваться вокруг обнаруженного объекта.

Предпочтительно система SPECT-визуализации содержит по меньшей мере два аппарата обнаружения, которые расположены в направлении падения гамма-луча, испускаемого радиоактивным источником, и разнесены друг от друга, и в направлении падения гамма-луча, испускаемого радиоактивным источником, дальний аппарат обнаружения, находящийся далеко от обнаруженного объекта, выполнен с возможностью приема гамма-фотона, испускаемого радиоактивным источником в обнаруженном объекте и проходящего через один или более ближних аппаратов обнаружения, и преобразования гамма-фотона в цифровой сигнал.

Предпочтительно относительное положение каждого аппарата обнаружения в системе SPECT-визуализации, разнесение между двумя смежными аппаратами обнаружения, количество полосок сцинтиллирующего кристалла в каждом коллимационном блоке обнаружения, размер полоски сцинтиллирующего кристалла и параметр режима расположения полоски сцинтиллирующего кристалла выбраны согласно пространственному разрешению и соотношению сигнал-шум изображения, требуемым системой SPECT-визуализации.

Предпочтительно коллиматор из тяжелого металла с отверстием предусмотрен между первым аппаратом обнаружения, находящимся близко к обнаруженному объекту, и обнаруженным объектом, и/или между двумя смежными аппаратами обнаружения в направлении падения гамма-луча, испускаемого радиоактивным источником, и/или между слоями коллимационных блоков обнаружения каждого аппарата обнаружения.

Кроме того, коэффициент пропускания фотона коллиматора из тяжелого металла превышает 1%.

По сравнению с известным уровнем техники настоящее изобретение обеспечивает следующие технические эффекты.

Настоящее изобретение предоставляет коллимационный блок обнаружения. Коллимационный блок обнаружения содержит множество фотоэлектрических устройств и массив сцинтиллирующих кристаллов, который содержит множество сцинтиллирующих кристаллов, расположенных по существу параллельно и разнесенных друг от друга. Множество фотоэлектрических устройств сцеплены с концевыми поверхностями множества сцинтиллирующих кристаллов, так что гамма-фотон, испускаемый радиоактивным источником в обнаруженном объекте, при падении с боковой поверхности сцинтиллирующего кристалла не обязательно проходит через фотоэлектрическое устройство (то есть фотоэлектрическое устройство по существу параллельно направлению падения гамма-фотона, испускаемого радиоактивным источником в обнаруженном объекте). Таким образом, достигаются как эффект выравнивания направления гамма-луча, так и цель обнаружения фотонов без воздействия на качество изображения. Кроме того, по сравнению с существующей системой визуализации, в которой используется коллиматор из тяжелого металла, который не позволяет лучу проходить через него, коллимационный блок обнаружения согласно настоящему изобретению может избежать потери гамма-фотона и значительно повысить эффективность обнаружения гамма-фотона без воздействия на качество визуализации системы SPECT-визуализации. В то же время можно избежать трудностей при обработке множества небольших параллельных прорезей или проколов в коллиматоре из тяжелого металла и можно упростить обработку.

Кроме того, настоящее изобретение дополнительно предусматривает аппарат обнаружения, содержащий вышеупомянутый коллимационный блок обнаружения, и систему SPECT-визуализации. Аппарат обнаружения и система SPECT-визуализации имеют тот же технический эффект, что и вышеупомянутый коллимационный блок обнаружения, который здесь повторяться не будет.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Прилагаемые графические материалы настоящего изобретения используются только для лучшего понимания технического решения и преимуществ настоящего изобретения и не представляют собой какое-либо ограничение настоящего изобретения, где:

на фиг. 1 показано структурное схематическое изображение коллимационного блока обнаружения согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 показано изображение, иллюстрирующее принцип прохождения гамма-фотона в теле человека через два коллимационных блока обнаружения согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 3 показано структурное схематическое изображение аппарата обнаружения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 4 показано структурное схематическое изображение аппарата обнаружения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 5 показано структурное схематическое изображение аппарата обнаружения согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 6 показано структурное схематическое изображение аппарата обнаружения согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 7 показано структурное схематическое изображение аппарата обнаружения согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 8 показано структурное схематическое изображение аппарата обнаружения согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 9 показано структурное схематическое изображение аппарата обнаружения согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 10 показано структурное схематическое изображение слоя коллимационных блоков обнаружения в форме дуги согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 11 показано структурное схематическое изображение слоя коллимационных блоков обнаружения в форме круга согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 12 показано структурное схематическое изображение слоя коллимационных блоков обнаружения в форме правильного восьмиугольника согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 13 показано структурное изображение системы SPECT-визуализации согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 14 показано структурное схематическое изображение системы SPECT-визуализации согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Настоящее изобретение будет далее описано подробно и полностью в сочетании с конкретными вариантами осуществления. Приведенные ниже описания являются лишь иллюстративными по сути и не предназначены для ограничения настоящего изобретения, применения или использования.

На фиг. 1 показано структурное схематическое изображение коллимационного блока обнаружения согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2 показано изображение, иллюстрирующее принцип прохождения гамма-фотона в теле человека через два коллимационных блока обнаружения согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, коллимационный блок 1 обнаружения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может быть применен к устройству или системе SPECT-визуализации и содержит: массив 10 сцинтиллирующих кристаллов и несколько фотоэлектрических устройств 20. Массив 10 сцинтиллирующих кристаллов используется для приема гамма-фотона, испускаемого радиоактивным источником в обнаруженном объекте 30. Несколько фотоэлектрических устройств 20 используются для приема гамма-фотона и преобразования гамма-фотона в цифровой сигнал. Большинство из вышеупомянутых обнаруженных объектов 30 являются органами-мишенями в теле человека или телах людей. Разумеется, обнаруженные объекты также могут представлять собой другие обнаруженные объекты.

Массив 10 сцинтиллирующих кристаллов представляет собой двумерный массив, содержащий множество сцинтиллирующих кристаллов 101. Каждый сцинтиллирующий кристалл 101 представляет собой независимую прямоугольную полоску 1011 сцинтиллирующего кристалла. Множество полосок 1011 сцинтиллирующего кристалла расположены параллельно и разнесены друг от друга. Каждая полоска 1011 сцинтиллирующего кристалла имеет две концевые поверхности и четыре боковые поверхности. Боковые поверхности сцинтиллирующего кристалла 101 могут использоваться для падения гамма-луча p, испускаемого радиоактивным источником в обнаруженном объекте 30, то есть боковые поверхности сцинтиллирующего кристалла 101 могут использоваться в качестве плоскостей падения гамма-луча p, испускаемого радиоактивным источником. Одно или более фотоэлектрических устройств 20 сцеплены на одинаковом конце всех полосок 1011 сцинтиллирующего кристалла, и одно или более фотоэлектрических устройств 20 сцеплены на другом конце всех полосок 1011 сцинтиллирующего кристалла.

Существующий блок обнаружения нуклидов с низкой энергией (от десятков кэВ до сотен кэВ), используемый в устройстве SPECT, обычно сцепляет фотоэлектрическое устройство с плоскостью падения гамма-фотона (или плоскостью выхода) сцинтиллирующего кристалла, так что гамма-фотон при прохождении через плоскость падения гамма-фотона может быть легко заблокирован и ослаблен фотоэлектрическим устройством, а также соответствующим электронным устройством и печатной платой, что тем самым вызывает потерю гамма-фотона и воздействует на качество изображения.

На основании конструкции коллимационного блока обнаружения вышеупомянутой структуры настоящего изобретения гамма-фотон, испускаемый радиоактивным источником в обнаруженном объекте 30, при падении с боковой поверхности полоски 1011 сцинтиллирующего кристалла не обязательно проходит через фотоэлектрическое устройство 20 (то есть фотоэлектрическое устройство 20 по существу параллельно направлению падения гамма-фотона p, испускаемого радиоактивным источником в обнаруженном объекте 30). Таким образом, достигаются как эффект коллимации направления гамма-луча, так и цель обнаружения фотонов без воздействия на качество изображения. Кроме того, по сравнению с существующей системой визуализации, в которой используется коллиматор из тяжелого металла, который не позволяет лучу проходить через него, коллимационный блок 1 обнаружения согласно настоящему изобретению может избежать потери гамма-фотона и значительно повысить эффективность обнаружения гамма-фотона без воздействия на качество визуализации системы SPECT-визуализации. В то же время можно избежать трудностей обработки при обработке множества небольших параллельных прорезей или проколов в коллиматоре из тяжелого металла и можно упростить обработку.

Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, способ расположения массива 10 сцинтиллирующих кристаллов в настоящем изобретении не ограничен. Массив 10 сцинтиллирующих кристаллов может быть выполнен в виде массива двумерного расположения, содержащего множество сцинтиллирующих кристаллов 101, расположенных в направлении падения гамма-луча p, испускаемого радиоактивным источником, и множество сцинтиллирующих кристаллов 101, расположенных перпендикулярно направлению падения гамма-луча p, испускаемого радиоактивным источником, или в виде другого массива двумерного расположения.

Как показано на фиг. 3, первый вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает аппарат обнаружения. Аппарат 2 обнаружения в первом варианте осуществления содержит коллимационный блок 1' обнаружения (поскольку коллимационный блок 1' обнаружения находится близко к обнаруженному объекту 30, коллимационный блок 1' обнаружения может использоваться в качестве переднего слоя коллимационных блоков обнаружения), состоящий из ряда кристаллов обнаружения (каждый кристалл обнаружения содержит полоску 1011 сцинтиллирующего кристалла и сцепленное фотоэлектрическое устройство 20), расположенных с интервалами, и коллимационный блок 2' обнаружения (поскольку коллимационный блок 2' обнаружения находится далеко от обнаруженного объекта 30, коллимационный блок 2' обнаружения может использоваться в качестве заднего слоя коллимационных блоков обнаружения), состоящий из ряда кристаллов обнаружения, расположенных близко друг к другу. Из-за наличия коллимационного блока 1' обнаружения гамма-фотон, который может быть обнаружен в положении коллимационного блока 2' обнаружения, имеет разные вероятности исхода из разных положений от 1" до 7" в теле человека. Гамма-фотон имеет высокую вероятность исхода из положений 3" и 5" и низкую вероятность исхода из положений 1", 2", 4", 6' и 7". Из-за наличия коллимационного блока 1' обнаружения в варианте осуществления коллимационный блок 2' обнаружения может иметь разрешающую способность и эффект коллимации для направления падения гамма-фотона.

Конструкция слоя коллимационных блоков обнаружения может воздействовать на задний слой коллимационных блоков обнаружения с точки зрения эффективности обнаружения и разрешающей способности для направления падения гамма-фотона. Меньший зазор расположения массива кристаллов на переднем слое коллимационных блоков обнаружения приводит к лучшей разрешающей способности для направления падения гамма-фотона на заднем слое коллимационных блоков обнаружения и более низкой эффективности обнаружения. Большая толщина кристалла на переднем слое коллимационных блоков обнаружения в направлении падения фотона приводит к лучшей разрешающей способности для направления падения гамма-фотона на заднем слое коллимационных блоков обнаружения и более низкой эффективности обнаружения. На фиг. 3 показан пример разреза области сцинтиллирующих кристаллов 101, в которой полоски 101 сцинтиллирующего кристалла расположены в осевом направлении тела человека. Регулируя разнесение между кристаллами в коллимационном блоке 1' обнаружения, можно изменять эффект коллимации на кристаллах в коллимационном блоке 2' обнаружения и можно регулировать разрешающую способность кристаллов в коллимационном блоке 2' обнаружения для направления падения гамма-фотона.

Как показано на фиг. 4, второй вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает аппарат обнаружения. Аппарат 2 обнаружения во втором варианте осуществления содержит два слоя коллимационных блоков обнаружения (что эквивалентно включению переднего слоя коллимационных блоков обнаружения, состоящего из двух рядов чередующихся кристаллов обнаружения, и заднего слоя коллимационных блоков обнаружения, состоящего из ряда близко соединенных кристаллов обнаружения). В варианте осуществления, благодаря эффекту нескольких рядов кристаллов коллимационного блока 1' обнаружения и коллимационного блока 2' обнаружения, вероятность того, что фотон исходит из положения 3", выше, чем вероятность того, что фотон исходит из других положений. То есть, по сравнению с первым вариантом осуществления, задний слой коллимационных блоков обнаружения имеет лучшую разрешающую способность для направления падения гамма-фотона, но относительно более низкую эффективность обнаружения. Однако эффективность обнаружения переднего слоя коллимационных блоков обнаружения становится больше, поэтому общая эффективность обнаружения аппарата обнаружения не становится меньше. Более того, ряд кристаллов обнаружения на ближнем конце коллимационного блока 1' обнаружения в переднем слое коллимационных блоков обнаружения также играет роль коллимации обнаружения фотона на ряде кристаллов обнаружения на дальнем конце коллимационного блока 1' обнаружения.

В варианте осуществления настоящего изобретения при расположении множества сцинтиллирующих кристаллов 101 массива 10 сцинтиллирующих кристаллов иногда множество сцинтиллирующих кристаллов 101 могут быть не полностью расположены параллельно, при условии что множество сцинтиллирующих кристаллов 101 по существу параллельны, то есть некоторые сцинтиллирующие кристаллы 101 могут быть расположены под наклоном, так что между сцинтиллирующими кристаллами 101 и другими сцинтиллирующими кристаллами 101 может быть образован совсем небольшой угол наклона. Например, угол наклона может иметь любое значение в диапазоне от 0° до 15°.

Как показано на фиг. 5, третий вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает аппарат обнаружения. В массиве 10 сцинтиллирующих кристаллов, содержащемся в аппарате обнаружения согласно третьему варианту осуществления, в дополнение к воздуху пространство между сцинтиллирующими кристаллами 101, расположенными с интервалами, может быть заполнено наполнителем из легкого материала низкой плотности для стабилизации сцинтиллирующего кристалла 101. Необязательно материал наполнителя содержит по меньшей мере одно из смолы, полиэтиленовой пластмассы и органического стекла. Кроме того, при условии обеспечения стабильности структуры массива 10 сцинтиллирующих кристаллов, может быть принята полая конструкция или может быть изменен размер наполнителя, чтобы уменьшить ослабление гамма-фотона.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения в массиве 10 сцинтиллирующих кристаллов материалом из тяжелого металла высокой плотности может быть заполнено пространство между сцинтиллирующими кристаллами 101, расположенными с интервалами, так что материал из тяжелого металла высокой плотности может иметь коэффициент ослабления, значительно отличающийся от коэффициента ослабления материала сцинтиллирующего кристалла 101 относительно гамма-фотона. То есть, когда устройство SPECT-визуализации имеет множество коллимационных блоков обнаружения, расположенных с интервалами в направлении падения гамма-луча p, испускаемого радиоактивным источником, вероятность того, что гамма-фотон проходит через область полоски 1011 сцинтиллирующего кристалла ближнего коллимационного блока обнаружения, чтобы достичь дальнего коллимационного блока обнаружения, значительно отличается от вероятности того, что гамма-фотон проходит через область наполнителя ближнего коллимационного блока обнаружения, чтобы достичь дальнего коллимационного блока обнаружения. Таким образом, вероятности того, что гамма-фотон, обнаруженный на дальнем коллимационном блоке обнаружения, исходит с разных направлений, могут значительно отличаться, так что эффект коллимации ближнего коллимационного блока обнаружения на дальнем коллимационном блоке обнаружения может быть усилен. Ближний коллимационный блок обнаружения и дальний коллимационный блок обнаружения здесь относятся к относительным понятиям. В частности, принимая обнаруженный объект 30 в качестве исходной точки, коллимационный блок обнаружения, находящийся близко к обнаруженному объекту 30, называется ближним коллимационным блоком обнаружения, и коллимационный блок обнаружения, находящийся далеко от обнаруженного объекта 30, называется дальним коллимационным блоком обнаружения.

Как показано на фиг. 6, четвертый вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает аппарат обнаружения. Чтобы усилить эффект коллимации, коллиматор 3' из тяжелого металла с отверстием может быть добавлен между первым аппаратом 2 обнаружения (то есть коллимационным блоком 1' обнаружения на фиг. 6), находящимся близко к обнаруженному объекту 30, и обнаруженным объектом 30, и/или коллиматор 3' из тяжелого металла с отверстием добавлен между двумя смежными аппаратами 2 обнаружения (то есть между коллимационным блоком 1' обнаружения и коллимационным блоком 2' обнаружения на фиг. 6) в направлении падения гамма-луча p, испускаемого радиоактивным источником, и/или коллиматор 3' из тяжелого металла с отверстием добавлен между (внутри аппарата обнаружения, содержащего множество слоев коллимационных блоков обнаружения, и между любыми двумя слоями коллимационных блоков обнаружения) слоями коллимационных блоков обнаружения каждого аппарата 2 обнаружения. Кроме того, добавленный коллиматор 3' из тяжелого металла может также усилить эффект пространственного разрешения заднего коллимационного блока обнаружения.

Кроме того, для обеспечения определенной эффективности обнаружения коэффициент пропускания фотона коллиматора 3' из тяжелого металла должен превышать 1 %. То есть среди фотонов, падающих на переднюю поверхность коллиматора 3' из тяжелого металла, доля фотонов, которые могут проходить через коллиматор и испускаться с задней поверхности коллиматора 3' из тяжелого металла, превышает 1 %. Отверстие на коллиматоре 3' из тяжелого металла может быть любым из линейной овальной прорези, квадратной прорези, круглой прорези, конической прорези и т. д.

Как показано на фиг. 7-9, каждый из пятого, шестого и седьмого вариантов осуществления настоящего изобретения предусматривает аппарат обнаружения, который отличается от структуры массива 10 сцинтиллирующих кристаллов вышеупомянутых вариантов осуществления (каждый сцинтиллирующий кристалл 101 представляет собой независимую полоску 1011 сцинтиллирующего кристалла). В массиве 10 сцинтиллирующих кристаллов трех вариантов осуществления каждый сцинтиллирующий кристалл 101 содержит множество полосок 1011 сцинтиллирующего кристалла, склеенных вместе адгезивом. Конечно, в других вариантах осуществления настоящего изобретения также возможно, чтобы каждый сцинтиллирующий кристалл 101 содержал независимую полоску 1011 сцинтиллирующего кристалла и множество полосок 1011 сцинтиллирующего кристалла, склеенных вместе.

Как показано на фиг. 9, аппарат 2 обнаружения, предусмотренный седьмым вариантом осуществления настоящего изобретения, содержит коллимационный блок 3' обнаружения из тяжелого металла с пористостью 50 % и коллимационный блок 1' обнаружения, которые расположены в виде переднего слоя коллимационных блоков обнаружения, и коллимационный блок 2' обнаружения, который используется в качестве заднего слоя коллимационных блоков обнаружения.

Из-за наличия коллимационного блока 3' обнаружения из тяжелого металла и коллимационного блока 1' обнаружения гамма-фотон, обнаруженный на коллимационном блоке 2' обнаружения, имеет разные вероятности исхода из разных положений от 1" до 7" в теле человека. В варианте осуществления вероятность того, что фотон исходит из положения 3", выше, и вероятность того, что фотон исходит из других положений, ниже. То есть, по сравнению с первым вариантом осуществления, задний слой коллимационных блоков обнаружения имеет лучшую разрешающую способность для направления падения гамма-фотона и относительно более низкую эффективность обнаружения. По сравнению с пятым вариантом осуществления, из-за наличия коллимационного блока 3' обнаружения из тяжелого металла общая эффективность обнаружения аппарата 2 обнаружения становится меньше. Однако коллимационный блок 3' обнаружения из тяжелого металла также играет роль коллимации на ряде кристаллов обнаружения коллимационного блока 1' обнаружения, поэтому аппарат 2 обнаружения имеет лучшую разрешающую способность для направления падения гамма-фотона.

В варианте осуществления настоящего изобретения форма полоски 1011 сцинтиллирующего кристалла не ограничивается кубоидной и может быть цилиндрической или другими формами полосок. Настоящее изобретение позволяет собирать матрицу 10 сцинтиллирующих кристаллов с использованием полосок 1011 сцинтиллирующего кристалла любой одной или более формами кубоида, цилиндра и другими формами полосок.

В варианте осуществления настоящего изобретения способ, которым множество фотоэлектрических устройств 20 сцеплены с концевыми поверхностями множества полосок 1011 сцинтиллирующего кристалла, не ограничен, при условии что по меньшей мере одна концевая поверхность полоски 1011 сцинтиллирующего кристалла сцеплена с фотоэлектрическим устройством 20. Возможно, что все фотоэлектрические устройства 20 сцеплены с концевыми поверхностями на одинаковом конце всех полосок 1011 сцинтиллирующего кристалла, а другой конец всех полосок 1011 сцинтиллирующего кристалла является свободным концом. Можно использовать способ сцепления, как показано в первом варианте осуществления, то есть некоторые из фотоэлектрических устройств 20 сцеплены с концевыми поверхностями на одинаковом конце всех сцинтиллирующих кристаллов 101, а остальные фотоэлектрические устройства 20 сцеплены с концевыми поверхностями на другом конце всех сцинтиллирующих кристаллов 101. Также возможно, что некоторые из фотоэлектрических устройств 20 сцеплены с концевыми поверхностями на одинаковом конце части сцинтиллирующих кристаллов 101, а остальные фотоэлектрические устройства 20 сцеплены с концевой поверхностью на другом конце по меньшей мере одной части сцинтиллирующего кристалла 101 и с концевой поверхностью на другом конце оставшихся сцинтиллирующих кристаллов 101, отличных от части сцинтиллирующего кристалла 101, и т. д.

В первом варианте осуществления выходные сигналы двух фотоэлектрических устройств 20, сцепленных на обоих концах всех сцинтиллирующих кристаллов 101, совместно используются для расчета и определения положения в трехмерном пространстве, где событие гамма-фотона применяется в коллимационном блоке 1 обнаружения, так что устройство или система SPECT-визуализации может обеспечивать трехмерную визуализацию. Конкретная формула расчета выглядит следующим образом:

В формуле DOI представляет положение в трехмерном пространстве, где применяется событие гамма-фотона; E₁ и E₂ представляют амплитуды сигнала или площади фотоэлектрических устройств, сцепленных на обоих концах; k и b представляют собой коэффициенты подгонки, которые получены с помощью эксперимента по калибровочному измерению и подгонки. Конкретный процесс калибровки заключается в следующем.

1. Коллимационный радиоактивный источник размещается на одной стороне коллимационного блока обнаружения, и определяется положение DOI, при котором коллимированный радиоактивный источник попадает на коллимационный блок обнаружения.

2. Собирается множество событий, и получаются значения E₁ и E₂ для каждого события.

3. рассчитывается для каждого события.

4. Полиномиальная линейная подгонка выполняется согласно значению DOI и значению для получения коэффициентов подгонки k и b.

В варианте осуществления настоящего изобретения материал полоски 1011 сцинтиллирующего кристалла может быть выбран из любого из NaI, CsI, LaBr3, CLYC, BGO, LSO, LYSO, GSO, YSO, YAP, GAGG. Разумеется, множество полосок 1011 сцинтиллирующего кристалла массива 10 сцинтиллирующих кристаллов может быть изготовлено из одного и того же материала или разных материалов. Полоски 1011 сцинтиллирующего кристалла, изготовленные из разных материалов, могут иметь разные соотношения ослабления относительно гамма-фотона. Длина полоски 1011 сцинтиллирующего кристалла не ограничена и может быть обоснованно выбрана согласно фактическому применению.

В варианте осуществления настоящего изобретения для фотоэлектрического устройства 20 может быть выбран по меньшей мере один из лавинного фотодиода (APD), кремниевого фотоумножителя (SiPM), фотоумножителя (PMT), лавинного фотодиода в режиме Гейгера (GAPD) и твердотельного фотоумножителя (SSPM). Когда множество коллимационных блоков обнаружения расположены с интервалами в направлении падения гамма-луча p, испускаемого радиоактивным источником, в аппарате обнаружения, по сравнению с использованием PMT-устройства, использование любого из SiPM, APD, GAPD и SSPM может уменьшить расстояние между коллимационными блоками обнаружения, тем самым уменьшая размер и занимаемое пространство аппарата обнаружения или всего устройства SPECT-визуализации.

На фиг. 10 показано структурное схематическое изображение слоя коллимационных блоков обнаружения в форме дуги согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 10, аппарат 2 обнаружения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения содержит множество коллимационных блоков 1 обнаружения любого типа, описанного выше. Множество коллимационных блоков 1 обнаружения жестко соединены для образования слоя коллимационных блоков обнаружения, распределенного в форме дуги вокруг обнаруженного объекта 20.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения аппарат 2 обнаружения может содержать множество слоев коллимационных блоков обнаружения, расположенных с интервалами в направлении падения гамма-луча p, испускаемого радиоактивным источником, и множество слоев коллимационных блоков обнаружения расположены в шахматном порядке таким образом, что по меньшей мере один сцинтиллирующий кристалл 101 находится на коллимационном блоке 1 обнаружения последнего слоя коллимационных блоков обнаружения. Таким образом, гамма-фотон, испускаемый из точки поля зрения визуализации, не проходит через какое-либо фотоэлектрическое устройство или материал печатной платы на пути передачи, вдоль которого падает гамма-фотон, и достигает сцинтиллирующего кристалла последнего слоя коллимационных блоков обнаружения. Таким образом, когда гамма-фотон падает на боковую поверхность полоски 1011 сцинтиллирующего кристалла массива сцинтиллирующих кристаллов, потери гамма-фотона можно избежать без воздействия на качества изображения.

В вариантах осуществления настоящего изобретения реализация жесткого соединения между множеством коллимационных блоков 1 обнаружения, образующих один и тот же слой коллимационных блоков обнаружения, не ограничена, например, соединение может быть реализовано с помощью адгезива или жесткого соединителя.

В вариантах осуществления настоящего изобретения форма, в которой множество жестко соединенных коллимационных блоков 1 обнаружения распределены вокруг обнаруженного объекта 30 (то есть форма, в которой образован слой коллимационных блоков обнаружения), не ограничивается дугой и также может быть любой из круглой (см. фиг. 11), многоугольной (например, правильной шестиугольной или восьмиугольной, см. фиг. 12) и частично многоугольной (то есть локальной формой многоугольника, например, полуформой правильного шестиугольника или восьмиугольника).

На фиг. 13 показано структурное изображение системы SPECT-визуализации согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 14 показано структурное схематическое изображение системы SPECT-визуализации, содержащей два слоя коллимационных блоков обнаружения, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 13 и фиг. 14, система 3 SPECT-визуализации согласно вариантам осуществления настоящего изобретения содержит аппарат 2 обнаружения, имеющий два слоя коллимационных блоков обнаружения, блок 301 обработки данных, блок 302 восстановления изображения и блок 303 отображения. Разумеется, в вариантах осуществления настоящего изобретения конкретное количество и структура слоев коллимационных блоков обнаружения, составляющих аппарат 2 обнаружения, могут быть спроектированы согласно фактическому применению.

В варианте осуществления настоящего изобретения каждый слой коллимационных блоков обнаружения аппарата 2 обнаружения способен выборочно поворачиваться вокруг обнаруженного объекта 30, например, по окружности обнаруженного объекта 30. Разумеется, настоящее изобретение не ограничивается этим. Следовательно, гибкость системы может быть улучшена, и может быть облегчено обнаружение обнаруженных объектов 30 с разными размерами и разными структурами. Кроме того, для дальнейшего улучшения гибкости использования системы множество слоев коллимационных блоков обнаружения могут поворачиваться вокруг обнаруженного объекта 30 с одинаковой скоростью и в одинаковом направлении или с разными скоростями и в разных направлениях.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения система 3 SPECT-визуализации содержит по меньшей мере два аппарата 2 обнаружения. Два смежных аппарата 2 обнаружения расположены в направлении падения гамма-луча p, испускаемого радиоактивным источником, и разнесены друг от друга. В направлении падения гамма-луча p, испускаемого радиоактивным источником, дальний аппарат обнаружения, находящийся далеко от обнаруженного объекта 30, используется для приема гамма-фотона, испускаемого радиоактивным источником в обнаруженном объекте 30 и проходящего через один или более ближних аппаратов обнаружения, и преобразования гамма-фотона в цифровой сигнал.

В варианте осуществления настоящего изобретения относительное положение каждого аппарата обнаружения в системе 3 SPECT-визуализации, разнесение между двумя смежными аппаратами 2 обнаружения, количество полосок 1011 сцинтиллирующего кристалла в каждом коллимационном блоке 1 обнаружения, размер полоски 1011 сцинтиллирующего кристалла и параметр режима расположения полоски 1011 сцинтиллирующего кристалла могут быть выбраны согласно пространственному разрешению и соотношению сигнал-шум изображения, требуемым системой 3 SPECT-визуализации.

Выбор вышеупомянутых параметров требует компромисса между пространственным разрешением и характеристиками соотношения сигнал-шум изображения системы визуализации. Окончательная физическая структура системы SPECT-визуализации может быть определена путем оптимального расчета с помощью следующих этапов.

1. Область поля зрения визуализации разделяется на дискретные пиксельные блоки изображения, и матрица передачи системы A={a_ij} рассчитывается согласно группе значений параметров проектирования системы, где a_ij представляет вероятность того, что фотон, испускаемый из пиксельного блока j изображения в системе визуализации, обнаружен с помощью полоски i сцинтиллирующего кристалла.

2. Определяется равномерный вектор изображения f по всему полю зрения. То есть, если i-й элемент в векторе f попадает в поле зрения, значение равно 1, в противном случае значение равно нулю. Рассчитывается желаемое значение прогнозных данных, полученных в результате измерения f, выполненного системой визуализации:

где [·] представляет собой операцию умножения матрицы на вектор. Предполагая, что система имеет I блоков обнаружения и J блоков изображения A представляет собой матрицу из I строк × J столбцов, f представляет собой вектор столбцов из 1 строки × J столбцов, y представляет собой вектор столбцов из 1 строки × I столбцов.

Рассчитывается информационная матрица Фишера F:

где A' является транспозицией A, и представляет собой диагональную матрицу из I строк × I столбцов, в которой элементы на недиагональной линии равны 0, и значение элемента в i-й строке и i-м столбце является обратным значению элемента в i-м столбце y.

3. Рассчитывается локальная матрица ударного отклика системы:

$$LIR=F^{+}•F$$ ,

где F⁺ представляет собой обобщенную обратную матрицу Мура-Пенроуза F, и LIR представляет собой матрицу из J строк × J столбцов. Значения J в j-м (j=1,..., J) столбце представляют: значения вектора изображения, выводимые системой визуализации в качестве отклика, когда на j-й пиксельный блок изображения в пространстве поля зрения подается вводный сигнал воздействия. В идеале среди значений J в j-м столбце только значение в j-й строке равно 1, а остальные значения равны 0. В это время система визуализации имеет наилучшее пространственное разрешение. Когда пространственное разрешение системы визуализации ограничено, значение в j-й строке и i-м столбце является положительным целым числом от 0 до 1. Чем меньше значение, тем шире распределение отклика на воздействие системы визуализации, что представляет более низкое пространственное разрешение системы визуализации.

4. Значение j-го элемента LIR по диагонали обозначается как R_j, что представляет характеристику пространственного разрешения системы визуализации на j-м пиксельном блоке.

5. Просматриваются значения LIR на различных пиксельных блоках изображения, и рассчитывается среднее значение:

где R используется в качестве показателя оценки характеристики пространственного разрешения системы визуализации.

6. Ковариационная матрица рассчитывается следующим образом:

$$COV=F^{+}•F•F^{+}$$ ,

где COV представляет собой матрицу из J строк × J столбцов. j-й элемент на диагонали, т. е. значение в j-й (j=1,..., J) строке и j-м (j=1,..., J) столбце COV, представляет: вариацию статистического колебания j-го пиксельного блока изображения, который представляет чувствительность системы визуализации к шуму. Чем меньше значение, тем ниже чувствительность системы визуализации к шуму в данных измерения и тем лучше качество изображения.

6. Значение j-го элемента COV по диагонали обозначается как V_j, что представляет вариацию j-го пиксельного блока.

7. Просматриваются значения COV на различных пиксельных блоках изображения, и рассчитывается среднее значение:

где V используется в качестве показателя оценки чувствительности системы визуализации к шуму в данных измерения.

8. Этапы 1-7 повторяются с использованием разных значений параметров проектирования. Значение R и значение V всесторонне сравниваются, и комбинация параметров проектирования системы с относительно большим значением R и относительно малым значением V выводится в качестве результата оптимизированного проектирования структуры системы.

Блок 301 обработки данных согласно варианту осуществления используется для приема и обработки цифрового сигнала, выводимого множеством аппаратов 2 обнаружения, для получения информации о падении каждого падающего гамма-фотона; информационные данные каждого падающего гамма-фотона, полученные блоком 301 обработки данных, содержат положение, энергию, время и другие данные каждого падающего гамма-фотона.

Блок 302 восстановления изображения согласно варианту осуществления используется для приема и обработки информации о падении множества падающих гамма-фотонов, выводимых блоком 301 обработки данных, для получения информации о распределении радиоактивного источника в обнаруженном объекте 30 и образования цифрового изображения.

Кроме того, блок 302 восстановления изображения может получать информацию о распределении радиоактивного источника в обнаруженном объекте с использованием алгоритма аналитического восстановления, алгебраического итеративного алгоритма или статистического итеративного алгоритма восстановления.

Алгоритм аналитического восстановления, такой как формула обратной проекции с фильтрацией, выглядит следующим образом:

где f(x,y) представляет собой восстановленное изображение, P(ω,θ) представляет собой одномерное преобразование Фурье проекции изображения, и |ω| представляет собой фильтр пропускания верхних частот.

Формула алгебраического итеративного алгоритма выглядит следующим образом:

где представляет собой изображение k-й итерации, представляет собой изображение (k+1)-й итерации, представляет собой матрицу передачи итерационной системы, которая представляет вклад пикселя на изображении в проекцию, и представляет собой коэффициент релаксации k-й итерации.

Формула статистического итеративного алгоритма восстановления выглядит следующим образом:

где представляет значение пикселя j-го пикселя на изображении на k-й итерации, и представляет собой значение в i-й строке и j-м столбце матрицы передачи системы, которое представляет вклад j-й точки на изображении в i-й блок обнаружения; представляет значение пикселя j-го пикселя на изображении на (k+1)-й итерации, и представляет собой значение в i-й строке и j-м столбце матрицы передачи системы, которое представляет вклад j-й точки на изображении в i-й блок обнаружения.

Блок 303 отображения варианта осуществления используется для приема и отображения оцифрованного изображения, образованного блоком 302 восстановления изображения.

Кроме того, варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно обеспечивают способ визуализации, к которому применяется любая из вышеупомянутых систем SPECT-визуализации. Способ визуализации включает:

прием гамма-фотона, испускаемого радиоактивным источником в обнаруженном объекте, и преобразование гамма-фотона в цифровой сигнал;

прием и обработку цифрового сигнала с получением информации о падении каждого падающего гамма-фотона;

прием и обработку информации о падении множества падающих гамма-фотонов, с получением информации о распределении радиоактивного источника в обнаруженном объекте и образованием цифрового изображения; и

прием и отображение цифрового изображения, образованного блоком 302 восстановления изображения.

В варианте осуществления настоящего изобретения множество аппаратов 2 обнаружения, содержащих один или более слоев коллимационных блоков обнаружения, могут принимать гамма-фотон, испускаемый радиоактивным источником в обнаруженном объекте 30, и преобразовывать гамма-фотон в цифровой сигнал. Блок 301 обработки данных может принимать цифровые сигналы, выводимые множеством аппаратов 2 обнаружения, и обрабатывать цифровые сигналы один за другим для получения положения, энергии, времени и другой информации каждого падающего гамма-фотона. Блок 302 восстановления изображения может принимать положение, энергию, время и другую информацию множества гамма-фотонов, выводимых блоком 301 обработки данных в единицу времени, и определять решение с помощью алгоритма восстановления изображения (например, алгоритма аналитического восстановления, алгебраического итеративного алгоритма или статистического итеративного алгоритма восстановления) для получения информации о распределении радиоактивного источника в обнаруженном объекте 30 и образования цифрового изображения. Блок 303 отображения используется для окончательного отображения оцифрованного изображения, образованного блоком 302 восстановления изображения.

Варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно предусматривают машиночитаемый носитель информации, имеющий хранящиеся на нем машинные команды, и машинные команды при запуске исполняют каждый этап вышеупомянутого способа визуализации.

Варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно предусматривают терминал, содержащий запоминающее устройство и процессор. В запоминающем устройстве хранятся машинные команды, исполняемые на процессоре, и процессор при запуске машинных команд исполняет каждый этап вышеупомянутого способа визуализации.

В заключение, коллимационный блок обнаружения, аппарат обнаружения и система SPECT-визуализации, предусмотренные настоящим изобретением, могут достигать эффекта коллимации направления гамма-луча и цели обнаружения фотонов без воздействия на качество изображения. Кроме того, по сравнению с существующей системой визуализации, в которой используется коллиматор из тяжелого металла, который не позволяет лучу проходить через него, можно избежать потери гамма-фотона и значительно повысить эффективность обнаружения гамма-фотона без воздействия на качество визуализации системы SPECT-визуализации. В то же время можно избежать трудностей при обработке множества небольших параллельных прорезей или проколов в коллиматоре из тяжелого металла и можно упростить обработку.

Кроме того, за счет оптимального расположения части обнаружения в соответствии с существующей традицией визуализации в качестве аппарата обнаружения согласно настоящему изобретению можно значительно улучшить как чувствительность, так и разрешение системы.

Благодаря обоснованному проектированию параметров, таких как поле зрения, размер сцинтиллирующего кристалла и т. д., система SPECT-визуализации согласно настоящему изобретению может значительно улучшить эффективность обнаружения (вплоть до 0,1 % - 1 %) гамма-фотона и разрешение (менее 0,1 мм - 1 мм) по сравнению с существующей системой визуализации (с эффективностью обнаружения гамма-фотона приблизительно 0,01 % и разрешением визуализации системы приблизительно 12 мм) с коллиматором из тяжелого металла.

Вышеупомянутые конкретные варианты осуществления не представляют собой ограничение объема правовой охраны настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники должны понимать, что в зависимости от требований к проектированию и других факторов могут быть сделаны различные модификации, комбинации, подкомбинации и замены. Любые модификации, эквивалентные замены, улучшения и т. п., сделанные в пределах сущности и объема настоящего изобретения, должны быть включены в объем правовой охраны настоящего изобретения.

Изобретение относится к области технологии ядерной медицинской визуализации. Коллимационный блок обнаружения содержит: массив сцинтиллирующих кристаллов, используемый для приема гамма-фотонов, испускаемых радиоактивным источником в обнаруженном объекте; и множество фотоэлектрических устройств, используемых для приема гамма-фотонов и преобразующих их в цифровой сигнал. Массив сцинтиллирующих кристаллов содержит множество сцинтиллирующих кристаллов, которые по существу параллельны и расположены с интервалами. Каждый сцинтиллирующий кристалл имеет концевую поверхность и боковую поверхность, способную принимать луч, испускаемый радиоактивным источником. Множество фотоэлектрических устройств сцеплены с концевыми поверхностями множества сцинтиллирующих кристаллов. Устройство обеспечивает уменьшение потерь гамма-фотонов и предотвращение поглощения гамма-фотонов печатной платой и фотоэлектрическими устройствами в коллимационном блоке обнаружения, улучшение пространственного разрешения, а также устранение трудности процесса обработки множества небольших параллельных прорезей или проколов и упрощение процесса обработки. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Коллимационный блок обнаружения, содержащий:

массив (10) сцинтиллирующих кристаллов, выполненный с возможностью приема гамма-фотона, испускаемого радиоактивным источником в обнаруженном объекте (30); и

несколько фотоэлектрических устройств (20), выполненных с возможностью приема гамма-фотона и преобразующих гамма-фотон в цифровой сигнал;

при этом массив (10) сцинтиллирующих кристаллов содержит несколько сцинтиллирующих кристаллов (101), причем несколько сцинтиллирующих кристаллов (101) расположены по существу параллельно и разнесены друг от друга, и каждый сцинтиллирующий кристалл (101) имеет боковую поверхность, выполненную с возможностью приема луча, испускаемого радиоактивным источником, и концевую поверхность; и

при этом несколько фотоэлектрических устройств (20) сцеплены с концевыми поверхностями нескольких сцинтиллирующих кристаллов (101).

2. Коллимационный блок обнаружения по п. 1, отличающийся тем, что массив (10) сцинтиллирующих кристаллов представляет собой двумерный массив, и массив (10) сцинтиллирующих кристаллов содержит несколько сцинтиллирующих кристаллов (101), расположенных в направлении падения гамма-луча, испускаемого радиоактивным источником, и несколько сцинтиллирующих кристаллов (101), расположенных в направлении, перпендикулярном направлению падения гамма-луча, испускаемого радиоактивным источником.

3. Коллимационный блок обнаружения по п. 1 или  2, отличающийся тем, что сцинтиллирующий кристалл (101) содержит по меньшей мере одну независимую полоску (1011) сцинтиллирующего кристалла и/или множество полосок (1011) сцинтиллирующего кристалла, склеенных вместе.

4. Коллимационный блок обнаружения по п. 3, отличающийся тем, что по меньшей мере одна концевая поверхность полоски (1011) сцинтиллирующего кристалла сцеплена с фотоэлектрическим устройством (20).

5. Коллимационный блок обнаружения по п. 1, отличающийся тем, что в массиве (10) сцинтиллирующих кристаллов наполнитель предусмотрен между сцинтиллирующими кристаллами (101), разнесенными друг от друга, и материал наполнителя содержит по меньшей мере одно из смолы, полиэтиленовой пластмассы, органического стекла и тяжелого металла.

6. Аппарат обнаружения, содержащий несколько коллимационных блоков обнаружения по любому из пп. 1–5.

7. Аппарат обнаружения по п. 6, отличающийся тем, что несколько коллимационных блоков обнаружения жестко соединены для образования слоя коллимационных блоков обнаружения, который распределен вокруг обнаруженного объекта (30) в форме любого из круга, многоугольника, дуги и частичного многоугольника.

8. Аппарат обнаружения по п. 7, отличающийся тем, что аппарат обнаружения содержит несколько слоев коллимационных блоков обнаружения, которые расположены в направлении падения гамма-луча, испускаемого радиоактивным источником, и разнесены друг от друга, и несколько слоев коллимационных блоков обнаружения расположены в шахматном порядке таким образом, что по меньшей мере один сцинтиллирующий кристалл (101) содержится в коллимационном блоке обнаружения последнего слоя коллимационных блоков обнаружения, и гамма-фотон, испускаемый из точки поля визуализации, не проходит через какое-либо фотоэлектрическое устройство (20) или материал печатной платы на пути передачи, вдоль которого падает гамма-фотон, и достигает сцинтиллирующего кристалла (101) последнего слоя коллимационных блоков обнаружения.

9. Система SPECT-визуализации, содержащая аппарат (2) обнаружения по любому из пп. 6–8, блок (301) обработки данных и блок (302) восстановления изображения;

при этом блок (301) обработки данных выполнен с возможностью приема и обработки цифрового сигнала, выводимого аппаратом (2) обнаружения, для получения информации о падении каждого падающего гамма-фотона; и

при этом блок (302) восстановления изображения выполнен с возможностью приема и обработки информации о падении множества падающих гамма-фотонов, выводимых блоком (301) обработки данных, для получения информации о распределении радиоактивного источника в обнаруженном объекте (30) и образования цифрового изображения.

10. Система SPECT-визуализации по п. 9, отличающаяся тем, что каждый слой коллимационных блоков обнаружения аппарата (2) обнаружения способен выборочно поворачиваться вокруг обнаруженного объекта (30).

11. Система SPECT-визуализации по п. 9, отличающаяся тем, что система SPECT-визуализации содержит по меньшей мере два аппарата (2) обнаружения, которые расположены в направлении падения гамма-луча, испускаемого радиоактивным источником, и разнесены друг от друга, и в направлении падения гамма-луча, испускаемого радиоактивным источником, дальний аппарат обнаружения, находящийся далеко от обнаруженного объекта (30), выполнен с возможностью приема гамма-фотона, испускаемого радиоактивным источником в обнаруженном объекте и проходящего через один или более ближних аппаратов обнаружения, и преобразования гамма-фотона в цифровой сигнал.

12. Система SPECT-визуализации по п. 9, отличающаяся тем, что относительное положение каждого аппарата обнаружения в системе SPECT-визуализации, разнесение между двумя смежными аппаратами (2) обнаружения, количество полосок (1011) сцинтиллирующего кристалла в каждом коллимационном блоке обнаружения, размер полоски (1011) сцинтиллирующего кристалла и параметр режима расположения полоски (1011) сцинтиллирующего кристалла выбраны согласно пространственному разрешению и соотношению сигнал-шум изображения, требуемым системой SPECT-визуализации.

13. Система SPECT-визуализации по п. 9, отличающаяся тем, что коллиматор (3') из тяжелого металла с отверстием предусмотрен между первым аппаратом (2) обнаружения, находящимся близко к обнаруженному объекту, и обнаруженным объектом (30), и/или между двумя смежными аппаратами (2) обнаружения в направлении падения гамма-луча, испускаемого радиоактивным источником, и/или между слоями коллимационных блоков обнаружения каждого аппарата (2) обнаружения.

14. Система SPECT-визуализации по п. 13, отличающаяся тем, что коэффициент пропускания фотона коллиматора (3') из тяжелого металла превышает 1 %.