專利名稱：單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀以及其掃描方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀以及其掃描方法，尤其涉及一種利用射束檔塊來吸收放射線的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀以及其掃描方法。
背景技術(shù)：
由于分子圖像(molecular imaging)中的單光子放射計(jì)算機(jī)斷層掃描(SPECT,single photon emission computed tomography)所使用的同位素具有半衰期較長,不需要加速器、即時(shí)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，因此在使用上較為普及。近年來，由于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)需要高解析度的圖像，單光子放射計(jì)算機(jī)斷層掃描儀已經(jīng)成為目前普遍使用的儀器。目前的高解析度單光子放射計(jì)算機(jī)斷層掃描使用針孔準(zhǔn)直器(pinhole collimator)，由于原子序與密度越高的物質(zhì)能吸收越多的放射線，一般來說，針孔準(zhǔn)直器都是利用高原子序及高密度的物質(zhì)所制成，因此不僅昂貴且制作費(fèi)時(shí)。此外，由于單光子放射計(jì)算機(jī)斷層掃描時(shí)需要旋轉(zhuǎn)待測物或是將針孔準(zhǔn)直器與檢測器(detector)對(duì)著待測物旋轉(zhuǎn)，以擷取180度的投影數(shù)據(jù)(projection data),當(dāng)針孔準(zhǔn)直器對(duì)著待測物旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于相當(dāng)笨重，很容易因機(jī)械制作不夠精準(zhǔn)而在圖像上產(chǎn)生假影。為了避免因?yàn)獒樋诇?zhǔn)直器旋轉(zhuǎn)而造成的圖像誤差，目前市面上已有利用鎢制作的中空?qǐng)A柱體，在中空?qǐng)A柱體上嵌有75個(gè)由金子作成的針孔，這些針孔以多圈環(huán)狀排列的方式均勻分布在圓柱體上，并且每個(gè)針孔都對(duì)焦在一照野的(F0V，field of view)中心，使用時(shí)將待測物置放在此中心，放射線即從此中心放射出，通過每個(gè)針孔后成像于檢測器上，由在此針孔準(zhǔn)直器具有多個(gè)針孔環(huán)繞于待測物，掃描時(shí)單光子放射計(jì)算機(jī)斷層掃描儀維持固定，并不需旋轉(zhuǎn)待測體或針孔準(zhǔn)直器與檢測器，并且可同時(shí)得到75組不重疊(non-overlapping)的投影數(shù)據(jù)，藉此即可重建出高解析度的斷層圖像。但是上述的針孔準(zhǔn)直器由于針孔非常細(xì)小，寬度低于一毫米，故其制作難度較高并且成本相當(dāng)昂貴。綜合上述，因此亟需一種制造成本低廉、制作簡單且亦具有高解析度的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀以及其掃描方法來解決現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀及其掃描方法，其利用由高原子序及高密度的物質(zhì)所制成的射束擋塊，在掃描過程中吸收放射線，通過在不同角度上掃描待測物時(shí)，分別加入或移除射束擋塊，再將有、無射束擋塊的投影數(shù)據(jù)結(jié)果相減，估計(jì)出放射線自焦點(diǎn)(FOV)射出的投影數(shù)據(jù)，而利用圖像重建原理得到高解析度的圖像。本發(fā)明提供一種單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其包括一承載臺(tái)；至少一檢測器，其設(shè)置于該承載臺(tái)的周圍；至少一射束檔塊，其設(shè)置于該至少一檢測器與該承載臺(tái)之間；一信號(hào)處理裝置，其與該至少一檢測器的信號(hào)相連接；以及一計(jì)算機(jī)裝置，其電訊連接于該信號(hào)處理裝置。本發(fā)明還提供一種單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法，其使用一單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀來掃描一待測物的圖像，該單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀活動(dòng)設(shè)置有至少一射束檔塊，該單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法包含下列步驟使用該單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀來擷取不含該射束檔塊時(shí)，該待測物于至少一種角度的圖像；使用該單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀來擷取包含該射束檔塊時(shí)，該待測物于該至少一種角度的圖像；將不含該射束檔塊時(shí)所擷取的圖像結(jié)果減去含有該射束檔塊時(shí)所掃描所擷取的圖像結(jié)果；以及重建該待測物的計(jì)算機(jī)斷層圖像。


圖I為本發(fā)明單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀的第一實(shí)施例示意圖。圖2為本發(fā)明單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀的第二實(shí)施例示意圖。圖3為本發(fā)明單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀的第三實(shí)施例俯視示意圖。圖4為本發(fā)明單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀的第四實(shí)施例俯視示意圖。 圖5A為本發(fā)明的射束檔塊示意圖。圖5B為本發(fā)明的射束檔塊示意圖。圖5C為本發(fā)明的射束檔塊示意圖。圖6為單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法的流程示意圖。主要元件符號(hào)說明O-待測物I-單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀10-承載臺(tái)11-檢測器12-射束檔塊13-信號(hào)處理裝置130-信號(hào)轉(zhuǎn)換與放大裝置131-信號(hào)過濾裝置14-計(jì)算機(jī)裝置15-旋轉(zhuǎn)支架16-致動(dòng)件17-屏蔽層2-單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法20 23-步驟
具體實(shí)施例方式為使本領(lǐng)域技術(shù)人員能對(duì)本發(fā)明的特征、目的及功能有更進(jìn)一步的認(rèn)知與了解，下文特將本發(fā)明的系統(tǒng)的相關(guān)細(xì)部結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)的理念原由進(jìn)行說明，以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解本發(fā)明的特點(diǎn)，詳細(xì)說明陳述如下請(qǐng)參閱圖1，圖I為本發(fā)明單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀的第一實(shí)施例示意圖。本發(fā)明提供一種單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀1，其包括一承載臺(tái)10，至少一檢測器11，至少一射束檔塊12，一信號(hào)處理裝置13以及一計(jì)算機(jī)裝置14。該至少一檢測器11設(shè)置于該承載臺(tái)10的周圍；該至少一射束檔塊12設(shè)置于該至少一檢測器11與該承載臺(tái)10之間；該信號(hào)處理裝置13與該至少一檢測器11的信號(hào)相連接；該計(jì)算機(jī)裝置14電訊連接于該信號(hào)處理裝置13。其中，該信號(hào)處理裝置13包含一信號(hào)轉(zhuǎn)換與放大裝置130以及一信號(hào)過濾裝置131，在本實(shí)施例中，該信號(hào)轉(zhuǎn)換與放大裝置130為光電倍增管，該信號(hào)過濾裝置131為能量鑒別與定位儀(Energy discrimination and positioning electronics)。光電倍增管用以將檢測器所發(fā)出的光線轉(zhuǎn)成電子信號(hào)，并放大約數(shù)十萬倍；而能量鑒別與定位儀可算出光子到達(dá)時(shí)的位置，且通過檢驗(yàn)光子到達(dá)時(shí)的能量是否在特定范圍之內(nèi)，來判斷哪些為可使用的光子，如果光子的能量太低，則可能是散射的光子而被排除；該計(jì)算機(jī)裝置14用來處理該信號(hào)處理裝置13所輸出的信息,一般來說,使用濾器反投影法(filtered back-projection)或是ML-EM 法(maximum likelihood expectation maximization)來重建該待測物 0 的計(jì)算機(jī)斷層圖像。在本實(shí)施例中，該射束檔塊12活動(dòng)設(shè)置于該檢測器11與該承載臺(tái)10之間，也就是說，該射束檔塊12可視操作者的需求來拆卸或放置，使掃描時(shí)可視需求包含該射束檔塊12或是不含該射束檔塊12，另外，放置的位置也可視操作者的需求而異，例如，可將該射束擋塊12的距離移動(dòng)，使得該檢測器11到該射束擋塊12的距離大于該射束擋塊12到該待 測物O的距離時(shí)，而可以得到放大的圖像。這邊需要說明的是，圖I中雖設(shè)置有多個(gè)射束擋塊12，但也可僅設(shè)置單一個(gè)射束擋塊12，該射束擋塊12的數(shù)量不以圖面為限。操作者可利用本發(fā)明的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀1，來分別擷取在不同角度上掃描該待測物O時(shí)，有包含該射束擋塊12與未包含該射束檔塊12的圖像，將未包含該射束檔塊12的圖像減掉包含該射束擋塊12的圖像后，再利用一般圖像重建(reconstruction)方法，來得到高解析度的活度分布圖像，藉此重建出待測物O內(nèi)部的活度分布，為了方便擷取多個(gè)角度的圖像，本實(shí)施例中包含一旋轉(zhuǎn)支架15，該旋轉(zhuǎn)支架15連接于該檢測器11與該射束檔塊12，該旋轉(zhuǎn)支架15可使該檢測器11與該射束檔塊12繞著該承載臺(tái)10轉(zhuǎn)動(dòng)，以便進(jìn)行多角度圖像擷取。由于該射束檔塊12的功能在于在掃描過程中吸收放射線，故該射束檔塊12的材料為高原子序及高密度的物質(zhì)所制成，本實(shí)施例中該射束檔塊12的材料為鎢，但該射束檔塊12的材料不以此為限。圖2為本發(fā)明單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀的第二實(shí)施例示意圖。本實(shí)施例當(dāng)中，包含一致動(dòng)件16,該致動(dòng)件16連接于該承載臺(tái)10,使該承載臺(tái)10可旋轉(zhuǎn)。本實(shí)施例與上一實(shí)施例的差異在于，上一實(shí)施例通過該旋轉(zhuǎn)支架15來使該檢測器11與該射束檔塊12旋轉(zhuǎn)，而本實(shí)施例中，由旋轉(zhuǎn)該承載臺(tái)10來取得待測物O的多個(gè)角度的圖像。圖3為本發(fā)明單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀的第三實(shí)施例俯視示意圖。為了提高檢測效率，在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，說明了多組系統(tǒng)，每組均包含至少一射束擋塊12、至少一檢測器11以及一信號(hào)處理裝置13，將多組系統(tǒng)置放于該待測物O的周圍，即可直接擷取該待測物O的特定角度的圖像，每一信號(hào)處理裝置13均連接于一計(jì)算機(jī)裝置14，將掃描結(jié)果傳輸置該計(jì)算機(jī)裝置14進(jìn)行圖像處理，圖3中設(shè)有四組系統(tǒng)，但系統(tǒng)的組數(shù)、設(shè)置的間距以及與待測物O間的位置不以此為限制。故使用此儀器時(shí)可將射束擋塊12移至適合位置，通過改變模塊的視野，來增加投影數(shù)據(jù)的采樣空間，使得系統(tǒng)不必旋轉(zhuǎn)即可重建出清晰的圖像。圖4為本發(fā)明單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀的第四實(shí)施例俯視示意圖。在本實(shí)施例中，將該待測物O置于中心位置，該多個(gè)射束檔塊12環(huán)狀設(shè)置于該待測物O的外側(cè)，本實(shí)施例中將多個(gè)射束檔塊12均勻地嵌在一空心柱體的壁面上，來使該多個(gè)射束檔塊12環(huán)狀設(shè)置于該待測物O的外側(cè)，由于欲使放射線僅被該射束擋塊12吸收，故該空心柱體便設(shè)計(jì)為低原子序、密度物質(zhì)所制成，本實(shí)施例中，該空心柱體的材質(zhì)為碳纖，但不以此為限，并且將該多個(gè)射束檔塊12環(huán)狀設(shè)置于該待測物O的外側(cè)的方式也不以此為限。此外，為使通過各射束檔塊12的放射線在檢測器11上的投影不致重疊，每一射束檔塊12之間維持一定距離；再將一屏蔽層17設(shè)置于該多個(gè)射束檔塊12的外圍，該屏蔽層17的形狀為一空心柱體，該屏蔽層17的壁面上具有多個(gè)開口 170，由于該屏蔽層17的作用是阻止焦點(diǎn)以外，也就是待側(cè)物O位置之外的射線進(jìn)入該檢測器11，故該屏蔽層17是由重金屬制成，本實(shí)施例中，該屏蔽層17的材質(zhì)為鎢，但該屏蔽層7的材質(zhì)不以為限，而該屏蔽層17上每一開口 170的位置均對(duì)應(yīng)于放射線通過每一射束擋塊12后的投影位置，因此，自焦點(diǎn)發(fā)出的放射線，通過該射束檔塊12所設(shè)置的位置后便會(huì)穿過該開口 170而打到該檢測器11 ;而該檢測器11設(shè)置于該屏蔽層17的外圍，本實(shí)施例中，該檢測器11為空心圓柱體的形狀，但該檢測器11的形狀也可為由多個(gè)平面的檢測器11組成的多角形，由在此系統(tǒng)中，自焦點(diǎn)以放射狀發(fā)出的放射線，以多個(gè)方向地通過該射束擋塊12、該屏蔽層17的該開口 170而到達(dá)該檢測器11， 因此，此系統(tǒng)不必旋轉(zhuǎn)便可同時(shí)檢測到多個(gè)角度的投影數(shù)據(jù)，再經(jīng)過重建后即可得到高解析度圖像。由于該射束擋塊12的形狀會(huì)影響掃描結(jié)果的解析度，較佳的射束擋塊12形狀可參考圖5A、圖5B與圖5C所示，其為本發(fā)明的射束檔塊示意圖。在圖5A中可見，該射束檔塊12為一錐體，該錐體的底面為圓弧面，其中，如果將該錐體作一通過該錐體尖端的截面，此截面會(huì)呈現(xiàn)一扇形，如果欲得到較高的解析度，可縮小該扇形的夾角，以提高圖像解析度；另外，本發(fā)明的射束檔塊12形狀，也可如同圖5B，為兩個(gè)頂點(diǎn)相對(duì)的圓錐體，圖5A與圖5B中該射束擋塊12的形狀，與目前的針孔準(zhǔn)直器的形狀相反，也就是與針孔準(zhǔn)直器的針孔形狀相同，由于針孔準(zhǔn)直器是讓放射線僅得以通過針孔位置，而該射束擋塊12是將所通過的放射線吸收，因此，如果使用此兩種形狀的射束擋塊12，搭配在不同角度上分別對(duì)有、無設(shè)置射束擋塊12的待側(cè)物O來進(jìn)行掃描，將有、無射束擋塊12的投影數(shù)據(jù)相減，便可以在低成本的條件下得到與針孔準(zhǔn)直器相近的檢測結(jié)果。圖5C中的射束擋塊12為兩個(gè)互相垂直并且不相交的長條形射束檔塊12，此兩個(gè)長條形的射束擋塊12分別與該待側(cè)物O存在不同的距離，此種類型的射束擋塊12可視操作者的需求，通過變換兩個(gè)射束擋塊12的距離來調(diào)控，來調(diào)整該待側(cè)物O在該檢測器11上橫軸與縱軸的放大倍率，其中該射束檔塊12的截面為扇形或是三角形。圖6為單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法的流程示意圖。本發(fā)明還提供一種單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法2，其使用一單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀I來掃描一待測物O的圖像，該單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀I活動(dòng)設(shè)置有至少一射束檔塊12，該單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法2包含下列步驟步驟20為使用該單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀來擷取不含該射束檔塊時(shí)，該待測物于至少一種角度的圖像；步驟21為使用該單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀來擷取包含該射束檔塊時(shí)，該待測物于該至少一種角度的圖像；步驟22為將不含該射束檔塊時(shí)所擷取的圖像結(jié)果減去含有該射束檔塊時(shí)所掃描所擷取的圖像結(jié)果；步驟23為以及重建該待測物的計(jì)算機(jī)斷層圖像。
—般來說利用濾器反投影法(filtered back-pro jection)或是ML-EM法(maximum likelihood expectation maximization)來重建該待測物的計(jì)算機(jī)斷層圖像。本發(fā)明的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀搭配其掃描方法即可得到高解析度的圖像，相較于已知利用針孔準(zhǔn)直器的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，由于所需的高原子序與高密度的物質(zhì)較少，因此具有體積與重量較輕、制作容易、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于射束擋塊輕巧，掃描時(shí)可以隨著待測物的形狀或是使用者所需放大的圖像的程度來調(diào)整擺放位置，故有應(yīng)用上較靈活的優(yōu)勢。然而以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)不能以之限制本發(fā)明范圍。即大凡依本發(fā)明權(quán)利要求書所做的均等變化及修飾，仍 將不失本發(fā)明的要義所在，故都應(yīng)視為本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施狀況。
權(quán)利要求
1.一種單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其包括 一承載臺(tái)； 至少一檢測器，其設(shè)置于該承載臺(tái)的周圍； 至少一射束檔塊，其設(shè)置于該至少一檢測器與該承載臺(tái)之間； 一信號(hào)處理裝置，其與該至少一檢測器的信號(hào)相連接；以及 一計(jì)算機(jī)裝置，其電訊連接于該信號(hào)處理裝置。
2.如權(quán)利要求I所述的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其中還包含一旋轉(zhuǎn)支架，該旋轉(zhuǎn)支架連接于該檢測器與該射束檔塊，該旋轉(zhuǎn)支架可使該檢測器與該射束檔塊繞著該承載臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求I所述的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其中還包含一致動(dòng)件，該致動(dòng)件連接于該承載臺(tái)，使該承載臺(tái)可旋轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求I所述的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其中該至少一檢測器為環(huán)狀設(shè)置于該承載臺(tái)的外圍，且該單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀包含多個(gè)射束檔塊，該多個(gè)射束檔塊環(huán)狀設(shè)置于該至少一檢測器與該承載臺(tái)之間。
5.如權(quán)利要求4所述的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其中還包含一屏蔽層，其為一空心柱體，該空心柱體的壁面上具有多個(gè)開口，該屏蔽層設(shè)置于該多個(gè)射束檔塊與該至少一檢測器之間。
6.如權(quán)利要求I所述的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其中該射束檔塊活動(dòng)設(shè)置于該檢測器與該承載臺(tái)之間。
7.如權(quán)利要求I所述的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其中該射束檔塊由高原子序的材料所制成。
8.如權(quán)利要求7所述的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其中高原子序的材料為鎢。
9.如權(quán)利要求I所述的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其中該射束檔塊為一錐體，該錐體的底面為圓弧面。
10.如權(quán)利要求I所述的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其中該射束檔塊為兩個(gè)頂點(diǎn)相對(duì)的圓錐體。
11.如權(quán)利要求I所述的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其中該信號(hào)處理裝置包含一信號(hào)轉(zhuǎn)換與放大裝置以及一信號(hào)過濾裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其中該信號(hào)轉(zhuǎn)換與放大裝置為光電倍增管，該信號(hào)過濾裝置為能量鑒別與定位儀(Energy discrimination andpositioning electronics)。
13.如權(quán)利要求I所述的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其中具有兩個(gè)射束檔塊，每一射束檔塊為長條形，彼此互相垂直并且不相交。
14.如權(quán)利要求13所述的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，其中該射束檔塊的截面為扇形或是二角形。
15.一種單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法，其使用一單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀來掃描一待測物的圖像，該單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀活動(dòng)設(shè)置有至少一射束檔塊，該單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法包含下列步驟 使用該單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀來擷取不含該射束檔塊時(shí)，該待測物于至少一種角度的圖像； 使用該單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀來擷取包含該射束檔塊時(shí)，該待測物于該至少一種角度的圖像； 將不含該射束檔塊時(shí)所擷取的圖像結(jié)果減去含有該射束檔塊時(shí)所掃描所擷取的圖像結(jié)果；以及 重建該待測物的計(jì)算機(jī)斷層圖像。
16.如權(quán)利要求15所述的單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法，其中利用濾器反投影法(filtered back-projection)或是 ML-EM 法(maximum likelihood expectationmaximization)來重建該待測物的計(jì)算機(jī)斷層圖像。
全文摘要
一種單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀以及其掃描方法，該單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描儀，包括一承載臺(tái)，至少一檢測器，至少一射束檔塊，一信號(hào)處理裝置以及一計(jì)算機(jī)裝置。該至少一檢測器設(shè)置于該承載臺(tái)的周圍；該至少一射束檔塊設(shè)置于該至少一檢測器與該承載臺(tái)之間；該信號(hào)處理裝置與該至少一檢測器的信號(hào)相連接；該計(jì)算機(jī)裝置電訊連接于該信號(hào)處理裝置。本發(fā)明亦提供一種單光子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法，通過在不同角度上掃描待測物時(shí)，分別加入或移除射束擋塊，再將有、無射束擋塊的投影數(shù)據(jù)結(jié)果相減，即可估計(jì)出自焦點(diǎn)射出的放射線投影數(shù)據(jù)，利用圖像重建原理即得到高解析度的圖像。
文檔編號(hào)A61B6/03GK102871680SQ20111031555
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者莊克士 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院