一種評估spect針孔準(zhǔn)直器性能的測試裝置及其測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種評估SPECT針孔準(zhǔn)直器性能的測試裝置及其測試方法。本發(fā)明的測試裝置包括：SPECT探測器、針孔準(zhǔn)直器、平移臺、轉(zhuǎn)動(dòng)臺、三維調(diào)節(jié)臺、底座和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；其中，SPECT探測器設(shè)置在平移臺上；放射源放置在三維調(diào)節(jié)臺上；針孔準(zhǔn)直器設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)臺上；放射源、針孔準(zhǔn)直器和SPECT探測器的中心位于同一條軸線上；SPECT探測器連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本發(fā)明采用平移臺和轉(zhuǎn)動(dòng)臺，一方面實(shí)現(xiàn)了像距和物距的連續(xù)調(diào)節(jié)，另一方面能夠控制影響研究可復(fù)現(xiàn)性和可定量性的變量，如光學(xué)平臺在微小范圍內(nèi)的平整度變化，不同的機(jī)械固定件所累積的機(jī)械誤差及針孔平面的旋轉(zhuǎn)等，提高了幾何校正和射線探測的精確度。
【專利說明】一種評估SPECT針孔準(zhǔn)直器性能的測試裝置及其測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，具體涉及一種用于評估SPECT針孔準(zhǔn)直器性能的測試裝置及其測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)(Single-Photon Emission ComputedTomography, SPECT)是采用放射性核素示蹤技術(shù)，通過探測生物體內(nèi)某些器官攝入的放射性同位素藥物發(fā)射出的射線得到投影數(shù)據(jù)，再將得到的投影數(shù)據(jù)重建為斷層圖像，進(jìn)而獲得待測物體內(nèi)的特定分子的分布情況和代謝信息。小動(dòng)物SPECT顯像可以準(zhǔn)確反映放射核素標(biāo)記的藥物在小動(dòng)物體內(nèi)攝取、代謝的動(dòng)態(tài)過程，監(jiān)控治療方法對疾病的干涉效果。此外，由于SPECT顯像可以在同一小動(dòng)物模型上進(jìn)行連續(xù)的縱向研究，因此可排除因動(dòng)物個(gè)體差異而造成的誤差，并可以將實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接類推至臨床，對人類新藥的研制和開發(fā)具有重要的意義。近年來，隨著可檢測不同分子生物學(xué)過程的SPECT探針的出現(xiàn)，使小動(dòng)物SPECT在針對心臟和大腦等重要器官的無創(chuàng)檢測、腫瘤生物學(xué)等方面有了廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]靈敏度和空間分辨率是衡量SPECT探測器性能的兩個(gè)重要參數(shù)。靈敏度表征SPECT在給定活度下(低活度下)單位時(shí)間內(nèi)探測到的有效計(jì)數(shù)的能力，空間分辨率則表征SPECT系統(tǒng)分辨重建圖像中兩個(gè)相鄰點(diǎn)源的能力。由于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的體積遠(yuǎn)小于人類，小動(dòng)物SPECT成像要求探測器具有更高的靈敏度與空間分辨率，這也是未來小動(dòng)物SPECT發(fā)展的主要方向之一。目前，小動(dòng)物SPECT的高空間分辨率(可達(dá)Imm以下)可以通過利用針孔準(zhǔn)直器(針孔放大成像)或是固有分辨率較高的探測器來獲得，而針孔準(zhǔn)直器比起昂貴的高分辨率探測器來更經(jīng)濟(jì)，同時(shí)多針孔的準(zhǔn)直器在提高空間分辨率的同時(shí)可以兼顧探測效率，彌補(bǔ)了單針孔準(zhǔn)直器探測效率過低的缺點(diǎn)。荷蘭Utrecht大學(xué)研制出了 U-SPECT-1I小動(dòng)物SPECT原型機(jī)使用了環(huán)形排布的75個(gè)小孔準(zhǔn)直器，空間分辨率達(dá)到了 0.3mm。美國Mediso公司生產(chǎn)的NanoScan SPECT/CT也采用了多針孔準(zhǔn)直器，可對活體小鼠或大鼠全身SPECT成像，達(dá)到了“亞毫米級”的空間分辨率，在局部區(qū)域甚至可以實(shí)現(xiàn)0.2mm的空間分辨率。由此可見，在小動(dòng)物SPECT的研發(fā)中，針孔準(zhǔn)直器的應(yīng)用對提高小動(dòng)物SPECT顯像的空間分辨率是至關(guān)重要的，針對針孔準(zhǔn)直器的性能評估方法也非常具有現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]與正電子發(fā)射斷層成像技術(shù)(Positron Emission Tomography,PET)不同，目前針對小動(dòng)物SPECT儀器性能評估沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。2002年，美國杜克大學(xué)S.D.Metzler教授提出了用理論模型來擬合針孔準(zhǔn)直器的分辨率和靈敏度(《Analytic Determination of thePinhole Collimator’s Point-Spread Function and RMS Resolution With Penetration))[IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING, VOL.21，N0.8，AUGUST2002])。但在實(shí)際應(yīng)用中存在的機(jī)械誤差會(huì)造成放射源的離軸偏移，在圖像中形成偽影。因此，這種理論計(jì)算存在較大的局限性。美國電氣制造商協(xié)會(huì)(National Electrical Manufactures Association,NEMA)建議結(jié)合NEMA2012NU-1 (針對臨床SPECT的性能評估標(biāo)準(zhǔn))與NEMA2008NU-4 (針對小動(dòng)物PET性能評估標(biāo)準(zhǔn))來對小動(dòng)物SPECT進(jìn)行性能評估。但是目前的針孔測試平臺空間移動(dòng)自由度不足，不能滿足物距、焦距、放大倍數(shù)連續(xù)調(diào)節(jié)的需求，很難完成NEMA測試標(biāo)準(zhǔn)中對針孔準(zhǔn)直器的各項(xiàng)測試。
[0005]其次，目前傳統(tǒng)的針孔準(zhǔn)直器測試平臺不能精確的實(shí)現(xiàn)對放射源的定位，不能反映準(zhǔn)直器對空間某Y射線源的響應(yīng)。考慮到Y(jié)射線的穿透性很強(qiáng)，即使準(zhǔn)直器使用高密度的屏蔽材料，射線也會(huì)穿透針孔的邊緣，從而在圖像中產(chǎn)生偽影。因此，在實(shí)際應(yīng)用中必須用點(diǎn)放射源、線放射源、面放射源對針孔進(jìn)行中心視野或是偏軸的測試，研究放射源在準(zhǔn)直器邊緣穿透對圖像所造成的影響，才能從根本上減少圖像偽影。
[0006]最后，對于多針孔準(zhǔn)直器的測試包括不同形狀針孔對圖像采樣率的影響，但是目前的測試裝置采用直接替換針孔準(zhǔn)直器的方法。由于準(zhǔn)直器的材料為高密度金屬，加工難度較大、周期較長，如果經(jīng)常替換，造成了資源的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種改進(jìn)型的針孔準(zhǔn)直器測試裝置，具備多自由度調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，克服了上述問題。
[0008]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于評估SPECT針孔準(zhǔn)直器性能的測試裝置。
[0009]本發(fā)明的SPECT針孔準(zhǔn)直器性能測試裝置包括=SPECT探測器、平移臺、針孔準(zhǔn)直器、轉(zhuǎn)動(dòng)臺、三維調(diào)節(jié)臺、底座和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；其中，平移臺固定在底座的一端，SPECT探測器設(shè)置在平移臺上；三維調(diào)節(jié)臺固定在底座的另一端，放射源放置在三維調(diào)節(jié)臺上；在底座上的平移臺與三維調(diào)節(jié)臺之間固定轉(zhuǎn)動(dòng)臺，針孔準(zhǔn)直器設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)臺上；放射源、針孔準(zhǔn)直器和SPECT探測器的中心位于同一條軸線上，轉(zhuǎn)動(dòng)臺在垂直于針孔軸線的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)針孔準(zhǔn)直器在垂直于軸線的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；SPECT探測器連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0010]SPECT探測器固定在平移臺上，探測器為半導(dǎo)體探測器陣列。針孔準(zhǔn)直器安裝在SPECT探測器與探測區(qū)域之間，由可屏蔽Y射線的高密度材料構(gòu)成。注射至待測體內(nèi)的放射源采用單光子示蹤劑，單光子示蹤劑發(fā)出Y射線，這些Y射線經(jīng)過針孔準(zhǔn)直器之后由半導(dǎo)體(如碲鋅鎘、碲化鎘)探測器接收，直接將Y射線轉(zhuǎn)化為電信號，最后通過數(shù)據(jù)線連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0011]放射源通過針孔在探測器上成像。放射源放置在三維調(diào)節(jié)臺上，可以調(diào)整放射源的位置，以達(dá)到與針孔準(zhǔn)直器和SPECT探測器的中心共軸。調(diào)整平移臺，調(diào)節(jié)SPECT探測器與針孔探測器之間的距離，以調(diào)節(jié)像距；配合三維調(diào)節(jié)臺調(diào)節(jié)放射源與針孔準(zhǔn)直器之間的距離，以調(diào)節(jié)物距，從而可以控制針孔準(zhǔn)直器的成像放大率。轉(zhuǎn)動(dòng)臺調(diào)節(jié)針孔準(zhǔn)直器在垂直與針孔軸線的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而可以檢測針孔準(zhǔn)直器的采樣率，并通過三維調(diào)節(jié)臺調(diào)節(jié)放射源的位置，來檢測在空間不同位置對放射源的響應(yīng)(靈敏度)。
[0012]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于評估SPECT針孔準(zhǔn)直器性能測試方法。
[0013]本發(fā)明的SPECT針孔準(zhǔn)直器性能測試方法，包括以下步驟:
[0014]步驟一、共軸幾何校正:
[0015]a)在轉(zhuǎn)動(dòng)臺上更換一個(gè)孔徑較大的針孔，然后在三維調(diào)節(jié)臺上放置一個(gè)十字對準(zhǔn)器，通過調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)臺， 使得十字對準(zhǔn)器的中心與針孔的中心共軸；
[0016]b )將放射源放置在粗調(diào)的十字準(zhǔn)直器的中心，將待測的針孔準(zhǔn)直器安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)臺上，針孔準(zhǔn)直器的中心與針孔的中心重合，記錄探測器的中心的Y光子計(jì)數(shù)，微調(diào)平移臺的旋鈕，使得中心的計(jì)數(shù)達(dá)到最大，從而實(shí)現(xiàn)放射源、針孔準(zhǔn)直器和SPECT探測器的中心位于同一條軸線上；
[0017]步驟二、確定視野范圍(
【權(quán)利要求】
1.一種SPECT針孔準(zhǔn)直器性能測試裝置，其特征在于，所述測試裝置包括=SPECT探測器(I)、平移臺(2)、針孔準(zhǔn)直器(3)、轉(zhuǎn)動(dòng)臺(4)、三維調(diào)節(jié)臺(5)、底座(6)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；其中，所述平移臺(2 )固定在底座(6 )的一端，所述SPECT探測器(I)設(shè)置在平移臺(2 )上；所述三維調(diào)節(jié)臺(5)固定在底座(6)的另一端，放射源放置在三維調(diào)節(jié)臺(5)上；在底座(6)上的平移臺(2)與三維調(diào)節(jié)臺(5)之間固定轉(zhuǎn)動(dòng)臺(4)，所述針孔準(zhǔn)直器(3)設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)臺(4)上；所述放射源、針孔準(zhǔn)直器和SPECT探測器的中心位于同一條軸線上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(4)在垂直于軸線的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)針孔準(zhǔn)直器(3)在垂直于軸線的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述SPECT探測器連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述平移臺(2)包括L型的直角固定塊(201)、平移板(203)和旋轉(zhuǎn)螺桿(204);其中，所述SPECT探測器(I)通過L型的直角固定塊(201)固定在所述平移板(203)上；所述旋轉(zhuǎn)螺桿(204)連接平移板(203)的一端。
3.如權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述三維調(diào)節(jié)臺(5)包括載物臺(501)、旋轉(zhuǎn)臺(502)、水平調(diào)節(jié)板(503)和豎直調(diào)節(jié)板(504);其中，所述水平調(diào)節(jié)板(503)安裝在底座(6)上；所述豎直調(diào)節(jié)板(504)安裝在水平調(diào)節(jié)板(503)上；所述旋轉(zhuǎn)臺(502)安裝在豎直調(diào)節(jié)板(504)上；所述載物臺(501)安裝在旋轉(zhuǎn)臺(502)上；放射源放置在載物臺(501)內(nèi)；所述旋轉(zhuǎn)臺(502)連接至電機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述探測器為半導(dǎo)體探測器陣列。
5.如權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述針孔準(zhǔn)直器采用可屏蔽Y射線的高密度材料。
6.如權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述放射源采用單光子示蹤劑。
7.如權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(4)采用角位臺。
8.—種SPECT針孔準(zhǔn)直器性能測試方法，其特征在于，所述測試方法包括以下步驟: 步驟一、共軸幾何校正: a)在轉(zhuǎn)動(dòng)臺上更換一個(gè)孔徑較大的針孔，然后在三維調(diào)節(jié)臺上放置一個(gè)十字對準(zhǔn)器，通過調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)臺，使得十字對準(zhǔn)器的中心與針孔的中心共軸； b)將放射源放置在粗調(diào)的十字準(zhǔn)直器的中心，將待測的針孔準(zhǔn)直器安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)臺上，針孔準(zhǔn)直器的中心與針孔的中心重合，記錄探測器的中心的Y光子計(jì)數(shù)，微調(diào)平移臺的旋鈕，使得中心的計(jì)數(shù)達(dá)到最大，從而實(shí)現(xiàn)放射源、針孔準(zhǔn)直器和SPECT探測器的中心位于同一條軸線上； 步驟二、確定視野范圍(Field of View, FOV): 探測器安裝在了平移臺上，通過調(diào)節(jié)平移臺在水平方向上連續(xù)運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)針孔準(zhǔn)直器和探測器之間的距離，以調(diào)節(jié)像距U，配合三維調(diào)節(jié)臺調(diào)節(jié)放射源與針孔準(zhǔn)直器之間的距離，以調(diào)節(jié)物距V，實(shí)現(xiàn)對針孔成像放大倍數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)，放大倍數(shù)M，M = !，視野范圍為




VFOV = I，其中，S為探測器的面積； M 步驟三、針孔性能測試: a)對于單針孔準(zhǔn)直器，放射源在中心點(diǎn)的位置，記錄探測器收集的數(shù)據(jù)，得到單針孔準(zhǔn)直器在中心位置處的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)(即單針孔準(zhǔn)直器的分辨率)；通過三維調(diào)節(jié)臺在水平面內(nèi)的調(diào)節(jié)以及在豎直方向的調(diào)節(jié)，放射源偏離中心點(diǎn)在三維方向上移動(dòng)，放射源偏離中心點(diǎn)的距離在視野范圍內(nèi)，收集數(shù)據(jù)，得到點(diǎn)放射源在視野范圍內(nèi)的計(jì)數(shù)率曲線，從而得到單針孔準(zhǔn)直器對于空間任意一點(diǎn)放射源的靈敏度； b)對于多針孔準(zhǔn)直器，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)臺，使得針孔準(zhǔn)直器在垂直軸向的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，收集數(shù)據(jù)，即可以得到放射源針對不同針孔排列的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，從而得到多針孔準(zhǔn)直器的采樣率。`
【文檔編號】A61B6/03GK103654835SQ201310716669
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】任秋實(shí), 楊昆, 謝肇恒, 李素瑩, 張秋實(shí), 劉琪, 盧閆曄, 周坤, 田澗, 黃益星, 劉曦, 俞玥 申請人:北京大學(xué)