一种可实现精确定位的单模式PET成像系统及方法与流程

一种可实现精确定位的单模式pet成像系统及方法
技术领域
1.本发明涉及正电子发射断层成像技术领域，尤其涉及一种可实现精确定位的单模式pet成像系统及方法。


背景技术：

2.pet(正电子发射断层成像技术，positron emission computed tomography)作为一种新的分子显像技术，其在医学上的应用和贡献得到广泛的认同。pet技术以探针分子携带的正电子核素作为正电子发射源，与靶分子或在靶器官的电子发生湮灭作用，释放出两个能量为511kev的高能伽马光子，并进行造影。相比于传统的显像技术，pet技术的信号光子具有波长短、穿透性强、不易受到其他电子的背景散射和俄歇作用的干扰，不会受到身体中骨骼等的阻碍作用，是一种从分子尺度上观测和诊断病理病灶的先进医学影像技术。pet医学影像技术可应用于恶性肿瘤，神经系统及心血管疾病的诊断，这是其他医学影像技术无法实现的。
3.但是，由于目前的pet只收集180度方向上的伽马光子，而由于正负电子在湮灭前具有动量分布，根据动量守恒可知这两个伽马光子实际是偏离180度的，所以实际上这两个伽马光子并不是沿相反方向射出，所测点与真正湮灭点有一定差距，从而造成成像模糊、不准确的问题。同时，这两个伽马光子没有携带病灶分子的任何结构信息，且出射方向的反向延长线无法相交到一点，因而无法清晰定位病灶位置，通常需要结合mr、ct等手段辅助定位，形成多模态成像方法，成本高昂，设计复杂；病灶分子亦需做进一步生物学活检切片才能确认，需要生物学解剖。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种可实现精确定位的单模式pet成像系统及方法。主要通过在探测器的外围增加一个能获得伽马光子能量的装置，以及在探测器的内围增加一层测量伽马光子入射角度的装置，不必依赖mr或ct等技术的辅助就能实现病灶的精准定位，不仅解决了造影不准确、检测点并非真正病变点的问题，而且也大大减少了装置成本，同时本发明的pet成像装置从分子层面确定病灶分子信息，不需要做病理切片，避免了生理学的解剖。具体的，主要通过以下技术方案来实现：
5.一种可实现精确定位的单模式pet成像系统，包括探测模块、数据处理模块、病灶分子数据库和分析模块；
6.所述探测模块，包括探测器环、设置于所述探测器环外围的能量探测器和设置于所述探测器环内围的入射角探测器，所述入射角探测器和所述能量探测器分别测量正电子-电子湮灭后释放出来的两个伽马光子的入射角度和能量分布信息；
7.所述数据处理模块用于分析处理所述探测模块测量的入射角度和能量分布信息，获取两个伽马光子相互之间的夹角；
8.所述分析模块用于根据两个伽马光子的入射角度和夹角确定正电子在分子中的
湮灭位置，以及将动量分布信息与所述病灶分子数据库对比，确定病灶分子结构；
9.所述数据处理模块分别与所述探测模块、分析模块和病灶分子数据库连接。
10.优选的，所述入射角探测器包括：基底、金属层和微透镜层；
11.所述微透镜层对伽马光子进行折射处理，形成垂直入射到设置于所述基底中的传感器层的感光面；
12.所述传感器层对感应到的伽马光子进行光电转换；
13.所述金属层将光电转换的电信号传输到所述数据处理模块进行处理，所述数据处理模块根据所述微透镜层在三维空间中的敏感入射角度与对应的像素映射关系，获得正电子-电子湮灭后释放出来的两个伽马光子在三维空间中的实际入射角度。
14.优选的，还包括显示模块，所述显示模块与所述数据处理模块连接。
15.优选的，还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述数据处理模块连接。
16.一种可实现精确定位的单模式pet成像方法，应用于上述一种可实现精确定位的单模式pet成像系统的任一项，具体包括以下步骤：
17.利用设置于探测模块内围的入射角探测器测量正电子-电子湮灭后释放出来的两个伽马光子的入射角度，以及利用设置于所述探测模块外围的能量探测器测量正电子-电子湮灭后释放出来的两个伽马光子的能量分布信息；
18.所述探测模块将测量得到的两个伽马光子的入射角度和能量分布信息传输给数据处理模块；
19.所述数据处理模块分析处理所述探测模块测量的入射角度和能量分布信息，获取两个伽马光子相互之间的夹角，并将入射角度、夹角和能量分布信息传输给分析模块；
20.所述分析模块根据两个伽马光子的入射角度和夹角确定正电子在分子中的湮灭位置，以及将动量分布信息与病灶分子数据库对比，确定病灶分子结构。
21.本发明具有以下有益效果：正电子-电子湮灭后释放出来的两个伽马光子的夹角偏离一百八十度，通过在探测器环内围设置入射角探测器，可以用于精准测量两个伽马光子的入射角度，以及在探测器环外围设置能量探测器，用于精准测量两个伽马光子的夹角，从而确定正电子在分子中的湮灭位置，实现了不必依赖mr或ct等手段的辅助就能实现病灶的精准定位的目的，不仅解决了造影不准确、检测点并非真正病变点的问题，而且也大大减少了装置成本，同时，本发明从分子层面确定病灶分子结构，不需要做病理切片，避免了生理学的解剖。
附图说明
22.1、图1为本发明实施例一提供的一种可实现精确定位的单模式pet成像系统的结构示意图；
23.2、图2为本发明实施例一提供的入射角探测器的结构示意图；
24.3、图3为本发明实施例一提供的能量探测器的结构示意图；
25.4、图4为本发明实施例一提供的一种可实现精确定位的单模式pet成像系统的原理图。
26.最佳实施方式
27.为了使本领域技术人员更清楚的理解本发明所提供的一种可实现精确定位的单
模式pet成像系统及方法，下面将结合附图对其进行详细的说明。
28.实施例一
29.如图1所示，本发明实施例提供了一种可实现精确定位的单模式pet成像系统，包括探测模块、数据处理模块、病灶分子数据库和分析模块；所述数据处理模块分别与所述探测模块、分析模块和病灶分子数据库连接。
30.如图2所示，所述探测模块，包括探测器环、设置于所述探测器环外围的能量探测器和设置于所述探测器环内围的入射角探测器，所述入射角探测器和所述能量探测器分别测量正电子-电子湮灭后释放出来的两个伽马光子的入射角度和能量分布信息。
31.优选的，如图3所示，所述入射角探测器包括：基底、金属层和微透镜层；
32.所述微透镜层对伽马光子进行折射处理，形成垂直入射到设置于所述基底中的传感器层的感光面；
33.所述传感器层对感应到的伽马光子进行光电转换；
34.所述金属层将光电转换的电信号传输到所述数据处理模块进行处理，所述数据处理模块根据所述微透镜层在三维空间中的敏感入射角度与对应的像素映射关系，获得正电子-电子湮灭后释放出来的两个伽马光子在三维空间中的实际入射角度。
35.所述数据处理模块用于分析处理所述探测模块测量的入射角度和能量分布信息，获取两个伽马光子相互之间的夹角。
36.具体的，由于湮灭位置并非在lor响应线上，要找到两个伽马光子互成的角度，在所述探测器环外围设置能量探测器，测量正电子-电子湮灭后释放出来的两个伽马光子的能量，根据物理学知识，将获得的能量数值减去511kev所对应的角度，即得到两个伽马光子相互之间的夹角。而湮灭点与所述探测模块间的距离仍然由两个伽马光子到达各自探测模块的时间所决定，从而湮灭点到两探测模块的距离就被确定了。此时夹角和两个距离被唯一确定。如图4所示，由于对称性，在空间中有无数个这样的湮灭点，但这些湮灭点射入探测模块的角度不同，因此，只需测量两个伽马光子的入射角度即可唯一确定湮灭位置。
37.因此，所述分析模块根据两个伽马光子的入射角度和夹角就可确定正电子在分子中的湮灭位置，以及将动量分布信息与所述病灶分子数据库对比，确定病灶分子结构。
38.优选的，还包括显示模块，所述显示模块与所述数据处理模块连接。
39.优选的，还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述数据处理模块连接。
40.实施例二
41.本发明实施例提供了一种可实现精确定位的单模式pet成像方法，利用设置于探测模块内围的入射角探测器测量正电子-电子湮灭后释放出来的两个伽马光子的入射角度，以及利用设置于所述探测模块外围的能量探测器测量正电子-电子湮灭后释放出来的两个伽马光子的能量分布信息；所述探测模块将测量得到的两个伽马光子的入射角度和能量分布信息传输给数据处理模块；所述数据处理模块分析处理所述探测模块测量的入射角度和能量分布信息，获取两个伽马光子相互之间的夹角，并将入射角度、夹角和能量分布信息传输给分析模块；所述分析模块根据两个伽马光子的入射角度和夹角确定正电子在分子中的湮灭位置，以及将动量分布信息与病灶分子数据库对比，确定病灶分子结构。
42.应用于上述任一项一种可实现精确定位的单模式pet成像系统，具体的实施方式可参照上述实施例，此处不再赘述。
43.以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种可实现精确定位的单模式pet成像系统，其特征在于，包括探测模块、数据处理模块、病灶分子数据库和分析模块；所述探测模块，包括探测器环、设置于所述探测器环外围的能量探测器和设置于所述探测器环内围的入射角探测器，所述入射角探测器和所述能量探测器分别测量正电子-电子湮灭后释放出来的两个伽马光子的入射角度和能量分布信息；所述数据处理模块用于分析处理所述探测模块测量的入射角度和能量分布信息，获取两个伽马光子相互之间的夹角；所述分析模块用于根据两个伽马光子的入射角度和夹角确定正电子在分子中的湮灭位置，以及将动量分布信息与所述病灶分子数据库对比，确定病灶分子结构；所述数据处理模块分别与所述探测模块、分析模块和病灶分子数据库连接。2.如权利要求1所述的一种可实现精确定位的单模式pet成像系统，其特征在于，所述入射角探测器包括：基底、金属层和微透镜层；所述微透镜层对伽马光子进行折射处理，形成垂直入射到设置于所述基底中的传感器层的感光面；所述传感器层对感应到的伽马光子进行光电转换；所述金属层将光电转换的电信号传输到所述数据处理模块进行处理，所述数据处理模块根据所述微透镜层在三维空间中的敏感入射角度与对应的像素映射关系，获得正电子-电子湮灭后释放出来的两个伽马光子在三维空间中的实际入射角度。3.如权利要求1所述的一种可实现精确定位的单模式pet成像系统，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块与所述数据处理模块连接。4.如权利要求1所述的一种可实现精确定位的单模式pet成像系统，其特征在于，还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述数据处理模块连接。5.一种可实现精确定位的单模式pet成像方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4任一项所述的一种可实现精确定位的单模式pet成像系统，具体包括以下步骤：利用设置于探测模块内围的入射角探测器测量正电子-电子湮灭后释放出来的两个伽马光子的入射角度，以及利用设置于所述探测模块外围的能量探测器测量正电子-电子湮灭后释放出来的两个伽马光子的能量分布信息；所述探测模块将测量得到的两个伽马光子的入射角度和能量分布信息传输给数据处理模块；所述数据处理模块分析处理所述探测模块测量的入射角度和能量分布信息，获取两个伽马光子相互之间的夹角，并将入射角度、夹角和能量分布信息传输给分析模块；所述分析模块根据两个伽马光子的入射角度和夹角确定正电子在分子中的湮灭位置，以及将动量分布信息与病灶分子数据库对比，确定病灶分子结构。
技术总结
本发明属于正电子发射断层成像技术领域，提供了一种可实现精确定位的单模式PET成像系统及方法，通过在探测器环内围设置入射角探测器，可以用于精准测量正电子


技术研发人员：赵玉琳 马晓光
受保护的技术使用者：鲁东大学
技术研发日：2020.12.08
技术公布日：2021/3/9