一种多核素的伽马成像系统与方法
专利汇可以提供一种多核素的伽马成像系统与方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种多核素伽 马 成像系统与方法，属于医学影像领域，包括多核素示踪剂注入模 块 、多核素闪烁晶体探测器模块、可配置 电路 模块、图像重建及成像模块。步骤上包括，S1：启动所述成像系统，设定该成像系统的采集时间，对成像对象注射11C、13N、15O、18F标记的化合物；S2：通过安置伽马探测器获得衰变事件发射伽马脉冲数据集；S3: 硅 光电倍增管 输出电 信号 (闪烁脉冲)；S4:探测器进行时间甄别、 能量 甄别、 数据采集 和符合处理；S5:计算机以 断层 的方式显示出来图像。本发明公开的多核素伽马成像系统与方法能获得比 现有技术 更全面的数据，综合解析多分子事件及相关影响，降低对伽马 光子 总计数的需求，降低对 生物 体的辐照 风 险、提高了重建图像的 信噪比 。，下面是一种多核素的伽马成像系统与方法专利的具体信息内容。
1.一种多核素的伽马成像系统，其特征在于：
包括多核素示踪剂注入模块、多核素闪烁晶体探测器模块、可配置电路模块、图像重建及成像模块；
所述多核素示踪剂注入模块拥有可发出对应11C、13N、15O、18F伽马光子射线的四个独立可控的通道；
所述多核素闪烁晶体探测器模块由对应11C、13N、15O、18F四种能量的核素的闪烁晶体探测器组成，由环形支架固定，并在圆心放置成像对象，所述多核素示踪剂注入模块连接所述多核素闪烁晶体探测器模块的四个符合处理模块；
所述可配置电路模块通过2*20引脚接插件与所述多核素闪烁晶体探测器模块连接；
所述图像重建及成像模块位于计算机平台，并通过千兆以太网线接收所述可配置电路模块发送的信息。
2.根据权利要求1所述的一种多核素的伽马成像系统，其特征在于：
所述多核素闪烁晶体探测器模块通过闪烁晶体吸收伽马光子被阻挡产生的沉积能量并被激发到高能级，并以一定的发光衰减时间退激同时各向同性地形成闪烁光子。
3.根据权利要求1所述的一种多核素的伽马成像系统，其特征在于：
所述多核素闪烁晶体探测器模块通过硅光电倍增管完成光电转换过程并最终形成输出电信号。
4.根据权利要求1所述的一种多核素的伽马成像系统，其特征在于：
所述可配置电路模块通过其数字电子学系统数据采集和符合处理，并生成大量符合线。
5.根据权利要求1所述的一种多核素的伽马成像系统，其特征在于：
所述可配置电路模块通过探测器的模拟电子学系统读取探测器采集到的信号，并进行时间甄别和能量甄别。
6.根据权利要求1所述的一种多核素的伽马成像系统，其特征在于：
所述图像重建及成像模块对生成的符合线通过解析或迭代的方法中间湮灭事件发生在空间中的位置分布，并以断层的方式显示出来，并同步记录下时间信息，形成多核素的伽马成像。
7.根据权利要求1所述的一种多核素的伽马成像系统，其特征在于：
所述图像重建及成像模块通过图像降噪模块，使基于contourlet变换的图像自适应阈值提高图像信噪比。
8.一种多核素的伽马成像方法，包括一种多核素的伽马成像系统，其特征在于：
包括权利要求1至7中任意一项所述的一种多核素的伽马成像系统。
9.根据权利要求8所述的一种多核素的伽马成像方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤S1、启动多核素注入模块系统，设定该成像系统的采集时间(小于对应放射性核素的半衰期)，同时设定时间符合模块4的时间窗宽度；依据所用伽马光子放射核素所放射的伽马光子能量设定伽马光子探测器5的能窗；设定用于多伽马光子符合事件有效性判断的长度阈值；
步骤S2：将以一定比例混合的11C、13N、15O、18F正电子核素四种放射性多核素示踪剂注射到成像对象内；图像重建及成像系统根据所设定的工作时间判断成像过程是否继续工作；
若不工作，则执行步骤S5；若继续，则执行步骤S3；
步骤S3：闪烁光子在晶体内输运到达耦合了光敏探测器件的晶体面并被硅光电倍增管完成光电转换过程并最终形成输出电信号(闪烁脉冲)；
步骤S4：探测器接收脉冲数据集及其他信号(因为混合了多种正电子核素，探测器能探测到多种对应能量)，探测器的模拟电子学系统读取探测器采集到的信号，并进行时间甄别和能量甄别，随后其数字电子学系统数据采集和符合处理(多核素的符合关系也会在此体现出来)，并生成大量的符合线；
步骤S5：当足够多的探测器对产生了数千万条符合线，对其通过解析(如滤波反投影法)或迭代(如ART,ML-EM算法)的方法重建湮灭事件发生的在空间中的位置分布，并以断层的方式显示出来，同时记录下同步的时间信息，就形成了多核素的伽马成像。为得到完美真实的图像，在高分辨率的基础上，创造性的应用感兴趣区(Region of interest,下称ROI)的构成模式，对图像进行影像增强。具体的，将感兴趣区域ROI设置a区和b区，两区的面积相等，像素相同，但形状可同可不同，设定凸显增强区(视为异常区)为ROIa区，视定常态区为ROIb区，并分别提取ROIa和ROIb的数据，将ROIa减去ROIb，再除以ROIa。这一步运算含义是常态图像数据(本底数据background date)在是为异常区中数据的比例。将此比例值乘以总图像数据(whole Date of imaging)，等于扣除本底后的图像，在叠加原图像，即得到影像增强(Imaging Strength-IS)，其完整式为 通过这一简单运算，
可增强原图像显像效果，大幅降低图像中的噪声比(noise factor，简称NF)，提高成像仪的分辨率，图像小病灶的显像率(enhance image)；
步骤S5：随后将接收到的多核素伽马光子符合事件进行格式转换、校正、重组、图像重建、数据储存以及可视化显示，通过软件甄别得到生物体的代谢图与标记化合物在生物体内的空间分布图。
一种多核素的伽马成像系统与方法
技术领域
背景技术
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生物体内的分布。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(Time-of-Flight)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，单一种类的正电子核素在生物体内分布重建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，而这会使得病人摄入较大剂量的正电子核素，并增加辐照对病人的危害。
发明内容
具体实施方式
伽马光子射线的四个独立可控的通道，多核素闪烁晶体探测器模块200由对应 C、N、O、
18F四种能量的核素的探测器组成，由环形支架固定，并在圆心放置成像对象，多核素示踪剂注入模块100 连接多核素闪烁晶体探测器模块200的四个符合处理模块，可配置电路模块通过2*20引脚接插件与多核素闪烁晶体探测器模块200连接，接收多核素闪烁晶体探测器模块200发送来的闪烁脉冲信号，随后经过采集、运算、符合处理输出带有时间、位置、能量信息的数据包和符合线，图像重建及成像模块400在计算机平台上完成，通过千兆以太网线接收接收可配置电路模块发送的带有时间、位置、能量信息的数据包和符合线信息，随后将接收到的数据进行格式转换、校正、重组、图像重建、数据储存以及可视化显示，多核素示踪剂注入模块100，输出给多核素闪烁晶体探测器模块200，用于注射11C、13N、15O、18F核素与组织内电子发生湮灭并发出对应四种伽马光子伽马光子射线，多核素示踪剂注入模块100包括18F核素示踪剂调配模块110、15O核素示踪剂调配模块120、13N核素示踪剂调配模块130和
11C核素示踪剂调配模块140，18F核素示踪剂调配模块110 输出给18F核素符合处理模块210，用于在通道产生18F核素并使之湮灭产生 511keV伽马光子射线，15O核素示踪剂调配模块
110输出给15O核素符合处理模块220，用于在通道产生15O核素并使之湮灭产生1738keV伽马光子射线，13N核素示踪剂调配模块110输出给13N核素符合处理模块230，用于在通道产生13N核素并使之湮灭产生1197keV伽马光子射线，11C核素示踪剂调配模块110输出给11C核素符合处理模块240，用于在通道产生18F核素并使之湮灭产生959keV伽马光子射线。
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光电倍增管模块250，F核素符合处理模块210，包括闪烁晶体模块211和信号激发功放模块
212，用于吸收对应伽马光子并形成对应闪烁光子，输出给光电倍增管250模块，闪烁晶体模块 211输出给信号激发功放模块212，闪烁晶体模块211用于吸收伽马光子被阻挡产生的
511keV能量并被激发到高能级，信号激发功放模块212用于以一定的发光衰减时间退激同时各向同性地将信号放大形成闪烁光子，随后输出给光电倍增管模块处理，其中15O核素符合处理模块220，包括闪烁晶体模块221和信号激发功放模块222，用于吸收对应伽马光子并形成对应闪烁光子，输出给光电倍增管250模块，闪烁晶体模块221输出给信号激发功放模块222，闪烁晶体模块 221用于吸收伽马光子被阻挡产生的1738keV能量并被激发到高能级，信号激发功放模块222用于以一定的发光衰减时间退激同时各向同性地将信号放大形成闪烁光子，随后输出给光电倍增管模块处理，其中13N核素符合处理模块230，包括闪烁晶体模块231和信号激发功放模块232，用于吸收对应伽马光子并形成对应闪烁光子，输出给光电倍增管250模块，其中，闪烁晶体模块231输出给信号激发功放模块232，闪烁晶体模块
231用于吸收伽马光子被阻挡产生的 1197keV能量并被激发到高能级，信号激发功放模块
232用于以一定的发光衰减时间退激同时各向同性地将信号放大形成闪烁光子，随后输出
11
给光电倍增管模块处理。其中 C核素符合处理模块240，包括闪烁晶体模块241和信号激发功放模块242，用于吸收对应伽马光子并形成对应闪烁光子，输出给光电倍增管 250模块，闪烁晶体模块241输出给信号激发功放模块242，闪烁晶体模块241 用于吸收伽马光子被阻挡产生的959keV能量并被激发到高能级，信号激发功放模块242用于以一定的发光衰减时间退激同时各向同性地将信号放大形成闪烁光子，随后输出给光电倍增管模块处理，光电倍增管模块250，分别输出给ADC 处理模块和MVT数据处理模块，用于将闪烁光子输运到达耦合并完成光电转换过程并最终形成输出电信号，即闪烁脉冲。
320，输出至信号采集模块410，其将接收的闪烁脉冲信号进行符合处理(多核素的符合关系也会在此体现出来)，并生成相应的符合线，同时对MVT传来的采样信息进行处理测量时间间隔得到闪烁脉冲时间信息，另一方面，FPGA模块还接收来自ADC板的采样数据，并从中获取闪烁脉冲位置信息和能量信息，并通过以太网将时间信息、位置信息、能量信息打包成UDP数据包发送给电脑的图像重建系统处理。
430输出给图像后处理及显示模块并由其输出给图像数据库模块450备份保存，其用于将接收到的数据进行格式转换、校正、重组、图像重建、数据储存以及可视化显示，通过软件甄别得到生物体的代谢图与标记化合物在生物体内的空间分布图，信号采集模块410用于解析UDP内的时间信息、位置信息、能量信息并采集足够多的探测器产生的数千万条符合线，并将信号发送至所述图像重建模块，图像重建模块420用于通过解析(如滤波反投影法)或迭代(如ART,ML-EM算法)的方法重建湮灭事件发生的在空间中的位置分布，同时记录下同步的时间信息，图像降噪模块430，用于通过基于 contourlet变换的图像自适应阈值提高图像信噪比从而降噪，图象显示模块440 将降噪后的位置分布以断层的方式进行可视化显示，就形成了多核素的伽马成像，最后通过软件甄别得到生物体的代谢图与标记化合物在生物体内的空间分布图，图像数据库模块450由图像重建模块420和图象显示模块440输入，用于存储备份经过所述图像重建模块和所述图像后处理及显示模块处理的图像数据。
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4 光触媒装置
