骨扫描准直器及其设计方法和装置制造方法及图纸

本公开提供的骨扫描准直器及其设计方法和装置，包括：建立核医学影像系统模型和骨扫描准直器形状排布模型；设定多种与核医学影像系统的成像性能相关的骨扫描准直器的参数组合，计算核医学影像系统模型的探测效率和有效粒子比例，所述有效粒子比例是通过蒙特卡洛方法对所述核医学影像系统模型进行单点源模拟，计算单点源投影和整个探测平面包含的粒子数量的比例；挑选出有效粒子比例大于设定值的骨扫描准直器的参数组合；对挑选出的参数组合对应的核医学影像系统模型再进行热圆柱模拟，根据热圆柱模拟结果，将探测效率最高的参数组合作为骨扫描准直器的最终参数。本公开提高了骨扫描准直器的参数优化速度，同时保证了成像质量和探测效率。量和探测效率。量和探测效率。

【技术实现步骤摘要】
骨扫描准直器及其设计方法和装置


[0001]本公开涉及单光子发射断层成像
，具体涉及一种骨扫描准直器及其设计方法和装置。

技术介绍

[0002]单光子发射断层成像(single photon emission computed tomography,SPECT)是核医学影像的主要技术手段之一，通过探测人体内放射性药物发射出来的γ光子进行无创的三维功能性成像，能够实现疾病的早期诊断、分期和预后评估。SPECT在癌症筛查方面可以实现早发现早治疗，对于减小癌症死亡率，提升人民健康水平有重大意义。全国核医学普查结果显示，2020年SPECT的年检查数有250多万例，主要的检查部位包括：骨骼系统(约158.6万例，占比63.1％)，内分泌系统(约40.07万例，占比15.9％)，泌尿系统(约29.47万例，占比11.7％)，循环系统(约10.45万例，占比4.2％)，消化系统(约4.75万例，占比1.9％)等。骨骼系统的检查在当今中国SPECT检查中占比最大，具有十分重要的地位。
[0003]骨骼系统检查一般指骨扫描检查，是针对全身性骨骼进行的一种核医学影像检查，可以有效地诊断各种原发性或继发性骨肿瘤。临床SPECT骨扫描的常规采集流程为：1)给患者的静脉注射15～25mCi 99mTc
‑
MDP显像剂(剂量依据体重调整)，并让患者在两小时内饮用500mL到1000mL水；2)让患者排空尿液减轻膀胱内的液体对显像的影响；3)待静脉注射2h～5h后，患者躺在扫描床上进行采集数据；4)对采集到的数据进行图像重建，得到影像。最后进行多床位的数据采集，实现全身视野的骨成像。
[0004]目前临床SPECT骨扫描采用低能通用型平行孔准直器，图像分辨率约15mm，探测灵敏度约为105cpm/uCi(count per minute,cpm)。为了保证图像质量，需要探测到足够计数的γ光子，这使得通常SPECT骨扫描检查时间较长。一方面，病人的舒适度下降，期间不由自主的运动也会造成图像伪影；另一方面，临床SPECT的扫描效率下降。提高SPECT系统的探测灵敏度，能够在保证图像质量的同时，显著降低骨扫描采集时间，从而提升病人舒适度，降低潜在的运动伪影，提高临床扫描效率和经济效益，具有十分重要的临床应用价值。影响SPECT系统的探测灵敏度的重要部件是平行孔准直器，通过合理的设计准直器的尺寸参数，包括厚度、孔径和孔厚，获得不同的系统性能组合。
[0005]在已有的核相关准直器设计方法的技术中，都需要用到蒙卡模拟做反复尝试，即通过蒙卡模拟一种参数做性能评估，根据结果进行调整再评估。但是蒙卡模拟是一种非常耗时的模拟方法，且每次模拟之后，图像重建计算分辨率也非常耗时。如果将多种可能的参数设计依次进行线性模拟，将会耗费大量时间，设计效率低。

技术实现思路

[0006]本公开旨在至少解决上述技术问题之一。
[0007]为此，本公开第一方面实施例提供的可有效缩短临床骨扫描成像时间的骨扫描准直器的设计方法，包括：
[0008]建立核医学影像系统模型和骨扫描准直器形状排布模型；
[0009]设定多种与核医学影像系统的成像性能相关的骨扫描准直器的参数组合，计算所述核医学影像系统模型的探测效率和有效粒子比例，所述有效粒子比例是通过蒙特卡洛方法对所述核医学影像系统模型进行单点源模拟，计算单点源投影和整个探测平面包含的粒子数量的比例；
[0010]挑选出所述有效粒子比例大于第一设定值的骨扫描准直器的参数组合；
[0011]对挑选出的参数组合对应的核医学影像系统模型再进行热圆柱模拟，根据热圆柱模拟结果，将探测效率最高的参数组合作为骨扫描准直器的最终参数。
[0012]本公开第一方面实施例提供的骨扫描准直器的设计方法，具有以下特点及有益效果：
[0013]本公开第一方面实施例提供的骨扫描准直器的设计方法通过两步筛选的方法，可以实现多种参数的并行优化，并通过定义的有效例子比例，作为分辨率的大致估计，节约计算分辨率时间。本公开既保证了骨扫描准直器的成像质量，又保证了骨扫描准直器的高探测效率，可促进SPECT进行全身骨显像的临床应用。
[0014]在一些实施例中，所述核医学影像系统选用SPECT系统。
[0015]在一些实施例中，与核医学影像系统的成像性能相关的骨扫描准直器的参数包括骨扫描准直器的排布、材料和几何尺寸。
[0016]在一些实施例中，所述骨扫描准直器以六边形蜂巢状排布；所述骨扫描准直器的几何尺寸包括骨扫描准直器的厚度、孔径和孔壁厚，以等差数列的方式设定若干组骨扫描准直器的厚度、若干组骨扫描准直器的孔径和若干组骨扫描准直器的孔壁厚，并结合骨扫描准直器的排布和材料以排列组合的方式得到多种不同的所述参数组合。
[0017]在一些实施例中，按照下式计算所述探测效率：
[0018][0019]式中，η为所述核医学影像系统模型的探测效率，n为被整个探测器平面探测到的粒子数量，N为所述核医学影像系统模型中含有的探测器数量，T为所述核医学影像系统模型的模拟运行时间，A
c
为放射源的活度。
[0020]在一些实施例中，按照下式计算所述有效粒子比例：
[0021][0022]式中，R
eff
为所述核医学影像系统模型的有效粒子比例；Voxels
点
表示以投影点为中心的第一体块的体积；Voxels
总
表示以整个探测器平面作为底、并与所述第一体块等高的第二体块的体积；Var
点
和Var
总
分别表示所述第一体块和所述第二体块内粒子数量的均值。
[0023]在一些实施例中，设所述第一体块的长、宽、高分别为X,Y,Z，X*Y取1
×
1，2
×
2或3
×
3的大小，1,2,3均指像素值，Z的取值根据投影维度设定，当Z取1时，表示对二维投影进行计算，当Z取其他整数时，表示投影图像数。
[0024]在一些实施例中，所述第一设定值为25％～35％。
[0025]本公开第二方面实施例提供的骨扫描准直器的设计装置，包括：
[0026]第一模块，用于建立核医学影像系统模型和骨扫描准直器形状排布模型；
[0027]第二模块，用于设定多种与核医学影像系统的成像性能相关的骨扫描准直器的参数组合，计算所述核医学影像系统模型的探测效率和有效粒子比例，所述有效粒子比例是通过蒙特卡洛方法对所述核医学影像系统模型进行单点源模拟，计算单点源投影和整个探测平面包含的粒子数量的比例；
[0028]第三模块，用于挑选出所述有效粒子比例大于第一设定值的骨扫描准直器的参数组合；
[0029]第四模块，用于对挑选出的参数组合对应的核医学影像系统模型再进行热圆柱模拟，根据热圆柱模拟结果，将探测效率最高的参数组合作为骨扫描准直器的最终参数。
[0030]本公开第三方面实施例提供的骨扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨扫描准直器的设计方法，其特征在于，包括：建立核医学影像系统模型和骨扫描准直器形状排布模型；设定多种与核医学影像系统的成像性能相关的骨扫描准直器的参数组合，计算所述核医学影像系统模型的探测效率和有效粒子比例，所述有效粒子比例是通过蒙特卡洛方法对所述核医学影像系统模型进行单点源模拟，计算单点源投影和整个探测平面包含的粒子数量的比例；挑选出所述有效粒子比例大于第一设定值的骨扫描准直器的参数组合；对挑选出的参数组合对应的核医学影像系统模型再进行热圆柱模拟，根据热圆柱模拟结果，将探测效率最高的参数组合作为骨扫描准直器的最终参数。2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述核医学影像系统选用SPECT系统。3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，与核医学影像系统的成像性能相关的骨扫描准直器的参数包括骨扫描准直器的排布、材料和几何尺寸。4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述骨扫描准直器以六边形蜂巢状排布；所述骨扫描准直器的几何尺寸包括骨扫描准直器的厚度、孔径和孔壁厚，以等差数列的方式设定若干组骨扫描准直器的厚度、若干组骨扫描准直器的孔径和若干组骨扫描准直器的孔壁厚，并结合骨扫描准直器的排布和材料以排列组合的方式得到多种不同的所述参数组合。5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，按照下式计算所述探测效率：式中，η为所述核医学影像系统模型的探测效率，n为被整个探测器平面探测到的粒子数量，n为所述核医学影像系统模型中含有的探测器数量，T为所述核医学影像系统模型的模拟运行时间，A
c
为放射源的活度。6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，按照下式计算所述有效粒子比例：式中，R
eff
为所述核医学影像系统模型的有效粒子比例；Voxels
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，王喆鑫，刘亚强，何作祥，
申请(专利权)人：北京永新医疗设备有限公司，
类型：发明
国别省市：