專利名稱：具有可插入經(jīng)直腸探頭的專用移動式高分辨率前列腺pet成像器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及診斷成像，尤其涉及用于成像患者中的前列腺和周圍器官的高分辨率 PET成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域的當前狀態(tài)下，標準PET成像器是被置于專用成像室中并且需要將患者運送到成像器的龐大設(shè)備。這些標準成像器具有不足以精確地對諸如前列腺的小器官進行成像的不良分辨率。另外，在一些臨床情況下，有利的是具有例如可以幫助手術(shù)套具的專用成像器，在該手術(shù)套具中成像可以提供(可疑)癌性病變的中間活檢導(dǎo)向，并且從前列腺和從周圍組織去除癌性組織。現(xiàn)有的移動式PET成像器不能滿足用于前列腺成像試驗的尺寸、分辨率和靈敏度的特定組合要求。本領(lǐng)域的當前狀態(tài)的乳房成像器是平面型的，包括小視場并且只能提供乳房尺寸的對象的高分辨率2D圖像。在 J. S. Huber 等人，“Initial Results of a Positron Tomograph for Prostatelmaging", IEEE Transactions on Nuclear Science，第 53 卷，第 5 期，第 1 部分， 2006年10月，第26534659頁中描述了具有經(jīng)直腸超聲(TRUQ的雙模態(tài)前列腺PET成像器。TRUS提供可以與PET圖像共配準的解剖學(xué)細節(jié)。該PET圖像由具有被限制到大約4-5mm FWHM的空間分辨率的標準ECAT HR+PET的扇區(qū)構(gòu)成。該幾何結(jié)構(gòu)比標準扇區(qū)幾何結(jié)構(gòu)更靠緊，其中所述標準扇區(qū)幾何結(jié)構(gòu)引入交互誤差的附加深度。已經(jīng)研究了用雙平面檢測器在骨盆區(qū)域中進行高分辨率PET成像的構(gòu)思，例如， 參見 T. G. Turkington 等人，"PET prostate imaging with small planar detectors，，， T. R. Q 核禾斗學(xué)石ifi寸會會議紀錄(Τ. R. QNuclear Science Symposium ConferenceRecord), 2004 IEEEQ第 5卷，期，2004年 10 月 16-22 日，第沘06_2809 頁。該掃描器由 3mmX 3mmX IOmm LGSO閃爍器檢測元件所制造的兩個20cmX15cm(軸向)平面檢測器組成。檢測器頭被安裝在具有可調(diào)節(jié)檢測器半徑的旋轉(zhuǎn)臺架上。盡管用小型雙平面PET檢測器檢測骨盆中的熱病變被認為是可能的，但是對這樣的病變的更好表征需要軌道運動或更大的檢測器。參見圖1和2，經(jīng)直腸高分辨率( Imm)前列腺成像器20包括PET探頭21，該 PET探頭21與小視場外部成像檢測器22協(xié)同操作工作并且由靠近前列腺23置于骨盆區(qū)域置于靠近前列腺 23，該成像器由 C. Levin 在“New Photon SensorTechnologies for PET in Prostate-Specific Imaging Configurations，，中，并且由 W. Moses 在"Dedicated PET Instrumentation for prostate imaging” 中提出，上述兩篇文章于 2005 年 12 月 6—7 日在意大利羅馬發(fā)表于前列腺癌檢測、診斷、治療和隨訪中的高級分子成像技術(shù)專題研討會(Topical Symposium on AdvancedMolecular Imaging Techniques in the Detection, Diagnosis, Therapy, andFoIlow-Up of Prostate Cancer)。 3 " *21 歹l」· 23后面并且外部檢測器22在前列腺23前面并用作探頭的第二符合檢測器。外部檢測器 22俘獲源自前列腺中和周圍組織中的正電子發(fā)射和湮滅的第二符合511keV伽馬射線。外部檢測器被置于固定位置并且包括有限的視場。在該方法中，有限的檢測器尺寸和成像過程的有限角采樣不允許前列腺區(qū)域和周圍器官的全標度全角3D斷層攝影成像。使用常規(guī)PET的其他混合成像系統(tǒng)已被提出，參見Sam S. Huh等人， “Investigation of an internal PET probe for prostate imaging，，，得以出片反于Nuclear Instruments and Methods in Physics Research，2007。如圖 3 中所示，具有常規(guī) PET 的混合成像系統(tǒng)25包括外部PET環(huán)沈并且組合常規(guī)PET成像器22和附加的經(jīng)直腸探頭27 以成像前列腺觀。對符合常規(guī)的外部PET掃描器的高分辨率成像探頭進行了模擬研究。內(nèi)部檢測器提供高分辨率( Imm FffHM)和高效率，而由標準PET記錄的事件提供用于圖像重建的完整斷層攝影數(shù)據(jù)。該構(gòu)思仍然在模擬研究中以與常規(guī)PET比較估計性能。具有作為檢測器之一的在圖4中以分解和組裝形式顯示的可插入探頭四的PET 系統(tǒng)已由 C. Levin 在"New Photon Sensor Technologies for PET inProstate-Specific Imaging Configurations”中提出，該文章于2005年12月6-7日在意大利羅馬發(fā)表于前列腺癌檢測、診斷、治療和隨訪中的高級分子成像技術(shù)專題研討會(Topical Symposium on Advanced Molecular Imaging Techniques in theDetection， Diagnosis， Therapy, and Follow-Up of Prostate Cancer)。第二檢測器將在前列腺的另一側(cè)被置于患者外部以便俘獲第二符合511keV伽馬射線。不幸的是，該方法限制了被成像器官的角采樣。存在與可插入經(jīng)直腸探頭的使用相關(guān)的實際實施問題。它們不能被看作是無創(chuàng)的，具有涉及有源探頭的相關(guān)患者安全問題。有用的檢測體積、探頭相對于前列腺的定位和前列腺的不同部分的靈敏度的非均勻性存在限制。當接近前列腺的部分時，常規(guī)的可插入探頭將不成像足夠的周圍組織。如上所述，盡管一些成像幾何結(jié)構(gòu)已被提出用于前列腺，但是仍然需要一種可靠的PET成像器，其能夠以寬的有效視場和以用于全標度全角3D斷層攝影圖像的足夠高的分辨率提供前列腺和周圍組織的軀干寬度成像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種成像前列腺和周圍器官的專用移動式PET成像系統(tǒng)。所述成像系統(tǒng)包括接近患者的軀干放置的外部高分辨率PET成像器和鄰近前列腺放置并且與所述外部成像器協(xié)同操作的可插入小型經(jīng)直腸探頭。所述兩個檢測器系統(tǒng)彼此空間地共配準。 所述外部成像器被安裝在開放式旋轉(zhuǎn)臺架上以提供前列腺和周圍組織和器官的軀干寬度 3D成像。所述可插入探頭提供前列腺和近周環(huán)繞物的更近成像、高靈敏度和甚高分辨率主導(dǎo)的2D視圖。探頭與外部成像器和快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)協(xié)同操作以提供前列腺和周圍組織和器官的甚高分辨率重建。目標和優(yōu)點使用本發(fā)明的具有可插入探頭的專用前列腺PET成像器系統(tǒng)獲得了若干優(yōu)點，包括
5
(1)成像器將提供包括軀干寬度(40cm或以上)乘以至少IOcm寬度的大有效視場。(2)外部成像器包括置于患者前面和患者后面的檢測器模塊，以改善前列腺區(qū)域
的重建分辨率。(3)外部成像器將提供1. 5-2. Omm的3D重建分辨率(在涉及的身體切片上)。(4)將為符合外部成像器的探頭提供1. 0-1. 5mm的2D重建分辨率(在探頭的小視場上)。( 旋轉(zhuǎn)開放式臺架幾何結(jié)構(gòu)將允許用外部成像器在3D成像模式下進行360度角采樣。(6)本發(fā)明的經(jīng)直腸探頭與現(xiàn)有技術(shù)的探頭相比將對圍繞前列腺的組織的明顯更大部分進行成像。(7)前列腺成像器包括多通道快速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，其能夠在列表模式下以至少200kHz觸發(fā)率記錄數(shù)據(jù)以在相同的掃描會話期間允許迅速的有限數(shù)據(jù)分析和快速的數(shù)據(jù)重放和圖像重建。通過與參考附圖一起閱讀以下描述將更好地理解本發(fā)明的這些和其他目標和優(yōu)
點ο


圖1是包括外部有限視場成像檢測器和置于前列腺后面并且接近前列腺的經(jīng)直腸探頭的現(xiàn)有技術(shù)的前列腺成像器的經(jīng)軸視圖。圖2是顯示有一些符合反應(yīng)線(coincidence lines of response)的圖1的現(xiàn)有技術(shù)的成像器的更近視側(cè)視圖。圖3是組合標準PET和附加的經(jīng)直腸探頭的現(xiàn)有技術(shù)的混合成像系統(tǒng)的示意圖。圖4顯示了現(xiàn)有技術(shù)的經(jīng)直腸探頭的分解和組裝透視圖。圖5是具有置于躺在床上的患者之上和之下的四個機械分離的檢測器部分的本發(fā)明的前列腺PET成像器的外部成像器的等軸視圖。圖6是組合外部成像系統(tǒng)和內(nèi)部探頭的專用前列腺成像器的等軸視圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的外部檢測器模塊的所提出的設(shè)計的截面圖。圖8是包括4X4 3mm方形有源襯墊的陣列的基本SiPMT成像模塊的正視圖。圖9是來自圖9的基本模塊的3mm襯墊的正視圖，其中四個襯墊連接到一個讀出通道。圖10是來自圖9的基本模塊的3mm襯墊的正視圖，其中所有十六個襯墊連接到一個讀出通道。圖11是包括160X4)個基本SiPMT成像模塊的陣列的根據(jù)本發(fā)明的插入式PMT 替換模塊的正視圖。圖12是包括硅光電倍增器或雪崩光電二極管的根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)直腸探頭的分解透視圖。圖13是用于一個符合檢測器對的本發(fā)明的PET檢測器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的示意圖。附圖中的附圖標記的索引
20現(xiàn)有技術(shù)的前列腺成像器21PET 探頭22外部成像檢測器23前列腺25具有常規(guī)PET的混合成像系統(tǒng)26外部 PET 環(huán)27現(xiàn)有技術(shù)的經(jīng)直腸探頭28前列腺29現(xiàn)有技術(shù)的可插入探頭30外部PET成像器32檢測器部分34患者36病床37檢測器超模塊38角旋轉(zhuǎn)的方向39前列腺區(qū)域40專用前列腺成像器41外部或外側(cè)PET成像系統(tǒng)42內(nèi)部經(jīng)直腸PET探頭43前外部檢測器模塊44后外部檢測器模塊45檢測器部分或頭46患者47移動式病床48反應(yīng)線50前列腺51可旋轉(zhuǎn)移動臺架52角旋轉(zhuǎn)的方向53檢測模塊之間的距離調(diào)節(jié)的方向54外部成像器部分或頭55平坦PSPMTs的陣列56PSPMT57閃爍器傳感器58像素化或閃爍陣列59光學(xué)窗口60外窗口61死區(qū)62反射帶63外殼體或護罩
70小型硅成像模塊或檢測器
72基本硅成像模塊
74基本SiPMT單元或襯墊
75死腔
76具有4個襯墊的讀出通道
78具有16個襯墊的讀出通道
80SiPMT傳感器單元
82閃爍器陣列
84光導(dǎo)
86SiPMT陣列
88前置放大器
W檢測器頭的寬度
Wp探頭檢測器頭的寬度
Lp探頭檢測器頭的長度
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明，一種對前列腺和周圍器官進行成像的專用移動式高分辨率PET成像器將兩個主要部件和接近前列腺放置的可插入小型經(jīng)直腸探頭進行組合，其中所述兩個主要部件包括接近患者的軀干放置的外部高分辨率專用PET成像器?？刹迦胩筋^與外部成像器協(xié)同操作。兩個檢測器系統(tǒng)經(jīng)由置于所有檢測器模塊上的電子傳感器定位系統(tǒng)彼此被空間地共配準。安裝在開放式旋轉(zhuǎn)臺架上的外部成像器提供前列腺和周圍組織和器官的軀干寬度3D圖像?？刹迦胩筋^提供前列腺和近周圍繞物的更近高靈敏度和甚高分辨率，但是有限的(主要是2D)視圖。盡管外部成像器可以獨立地操作，但是本發(fā)明的關(guān)鍵點是在移動式、開放式器官特定幾何結(jié)構(gòu)中探頭與外部成像器的協(xié)同操作。系統(tǒng)的開放式結(jié)構(gòu)可以允許在治療和手術(shù)情況下實現(xiàn)該系統(tǒng)。參考圖5，顯示了本發(fā)明的前列腺PET成像器的外部成像器30的等軸視圖。前列腺PET成像系統(tǒng)的外部或外側(cè)部件30包括盡可能接近患者的身體放置在躺在病床36上的患者34之上和之下的四個機械獨立的檢測器部分32。檢測器部分32具有20-30cm的寬度 W。兩個檢測器部分32以靈活的相對角布置(如方向箭頭38所示，15-25度)形成檢測器超模塊37以更好地顯示前列腺區(qū)域39和優(yōu)化斷層攝影3D空間分辨率。這也是成本效益最佳的配置，具有用于高性能成像的最小尺寸的成像器。檢測器部分32可以在靜態(tài)模式下被使用或被安裝到旋轉(zhuǎn)臺架并且然后在有限角范圍中旋轉(zhuǎn)以為最佳斷層攝影3D重建提供前列腺區(qū)域的全角投影采樣。參考圖6，顯示了組合專用外部或外側(cè)PET成像系統(tǒng)41和內(nèi)部經(jīng)直腸PET探頭42 的專用前列腺成像器40的優(yōu)選實施例的示意圖。外部成像系統(tǒng)41包括前外部檢測器模塊 43和后外部檢測器模塊44。外部成像系統(tǒng)41包括盡可能接近患者的身體放置在躺在移動式病床47上的患者46之上和之下的四個機械分離的檢測器部分或頭45。在前外部模塊42 和內(nèi)部探頭42之間沿著背對背符合511keV湮滅伽馬射線的路徑的反應(yīng)線的例子被顯示為虛線。最左邊的反應(yīng)線來自前列腺50外部的組織。檢測器部分45被安裝到旋轉(zhuǎn)開放幾何
8結(jié)構(gòu)移動式臺架51并且允許檢測器部分45在大約15到25度的角范圍中旋轉(zhuǎn)，如方向箭頭52所示，從而為最佳斷層攝影3D重建提供前列腺區(qū)域的全角投影采樣。如方向箭頭53 所示，前外部檢測器模塊43和后外部檢測器模塊44之間的距離可以優(yōu)選地用最多25cm的調(diào)節(jié)距離進行調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的專用移動式高分辨率PET成像器40將包括多個通道快速數(shù)據(jù)采集 (DAQ)系統(tǒng)和快速數(shù)據(jù)采集軟件以處理和保存在DAQ系統(tǒng)中被數(shù)字化的數(shù)據(jù)。低壓和高壓電源將被包括以用于檢測器頭45上的板載讀出電子設(shè)備。電子定位系統(tǒng)被包括以控制所有外部檢測器模塊43和44、探頭42和可旋轉(zhuǎn)開放幾何結(jié)構(gòu)移動式臺架51的絕對和相對定位。專用前列腺成像器40將包括具有計算機、觸發(fā)器和數(shù)據(jù)采集電子設(shè)備的移動式柜，以及電源和可選的移動式病床47。另外，可以為成像系統(tǒng)40提供斷層攝影重建軟件。本發(fā)明的專用移動式高分辨率PET成像器40將提供軀干寬度(至少40cm)乘以至少IOcm寬度的有效視場。外部成像器將獲得至少1. 5-2. Omm的3D重建分辨率(在涉及的身體切片上)。符合外部成像器41的探頭42將在探頭的小視場上提供至少1. 0-1. 5mm 2D重建分辨率。旋轉(zhuǎn)開放幾何結(jié)構(gòu)臺架51允許在3D成像模式下用外部成像器41進行360 度角采樣。多通道快速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)能夠在列表模式下以至少200kHz觸發(fā)率記錄數(shù)據(jù)，從而允許在相同的掃描會話期間允許迅速的有限數(shù)據(jù)分析和快速的數(shù)據(jù)重放和圖像重建。將參考圖6解釋本發(fā)明的專用移動式高分辨率PET成像器40的操作。該成像過程將結(jié)合包括外部PET檢測器41和內(nèi)部PET探頭42的兩個成像檢測器部件的優(yōu)點。外部成像系統(tǒng)41將以高分辨率和中等靈敏度產(chǎn)生包括前列腺50和周圍器官和組織的整個感興趣區(qū)域的圖像。經(jīng)直腸探頭42將提供前列腺的有限區(qū)域的“放大的”甚高分辨率和高靈敏度圖像?？赡艿某跏汲上襁^程將首先用外部檢測器41獲得軀干切片的視圖，并且為了前列腺區(qū)域的更近檢查，探頭42將被插入。備選地，可以首先使用探頭42來尋找攝取熱點或病變，并且然后在這之后將跟著用外部PET系統(tǒng)41進行的更寬視圖的斷層攝影掃描。探頭42 的尺寸可以允許前列腺50的區(qū)域的小掃描以在成像檢查過程中覆蓋所有感興趣的點。安裝在探頭42和外部檢測器45上的定位系統(tǒng)將允許兩種類型的圖像的共配準。外部和內(nèi)部成像掃描也可以以重復(fù)的序列用于完整過程的兩個以上的獨立成像片段。最后，原則上用系統(tǒng)的兩個部分41和42進行的成像可以同時進行，探頭42和前外部模塊43提供局部增強視圖，而前外部成像模塊43和后外部成像模塊44提供更寬的視圖。若干成像技術(shù)可以在本發(fā)明的專用移動式高分辨率PET成像器40中實現(xiàn)。優(yōu)選的PET成像器將具有作為511keV湮滅伽馬射線的傳感器/能量轉(zhuǎn)換器的閃爍器，同時不同的光電檢測器可以用作由在閃爍器伽馬傳感器中被吸收的511keV伽馬射線產(chǎn)生的閃爍光的檢測器。閃爍器傳感器部分可以由像素化或片狀晶體閃爍器材料制造，例如LSO，LYS0, GSO, BGO, LaBr3, NaI (Tl)，CsI (Tl)或 CsI (Na)。光電檢測器部分通?？梢允菢藴驶蚨嘣怆姳对銎?，位置敏感的、平板或基于微通道板的光電倍增器，雪崩光電二極管陣列或具有電阻等讀出的大型雪崩光電二極管， 和新型的所謂的硅光電倍增器的不同變型。光電檢測器可以包括光導(dǎo)，例如簡單板、直的或錐形的光纖光導(dǎo)、直的或彎曲的纖維束。然而，對小型可插入探頭的要求將以上選擇限制在遠遠更小的選擇范圍內(nèi)。原則上，當置于患者的身體外部時仍然可以通過適當設(shè)計的光纖光導(dǎo)方案利用光電倍增器，但是實際上這樣的光耦合方案將由于尺寸限制而很難實現(xiàn)。所以，經(jīng)直腸探頭的設(shè)計將被限制到固態(tài)光電檢測器，例如雪崩光電二極管或硅光電倍增器，具有與在外部檢測器中使用的閃爍器相同的選擇。如圖7所示，優(yōu)選閃爍器/光電檢測器類型的外部成像器部分或頭M可以包括耦合到呈像素化陣列58的形式的閃爍器傳感器57的平坦位置敏感光電倍增器(PSPMTs)56 的鄰接陣列55。閃爍器陣列58可以附加地被封裝在氣密容器中，所述氣密容器在PSPMT陣列55側(cè)具有薄光學(xué)窗口 59。閃爍陣列58的外窗口 60是用于不透光和機械保護的薄( Imm的鋁或等效物)保護片或殼體。附加的耦合器窗口被實現(xiàn)以允許從在單獨的平板PSPMT 單元56之間的死區(qū)61前面的閃爍器像素出現(xiàn)的光的更佳光耦合。為了進一步改善來自這些區(qū)域的光收集，窄反射/漫射帶62被置于死區(qū)61中以反射進入死區(qū)中的光并且由此增加在附加的反射、散射和漫射之后在PSPMTs 56的光電陰極收集的該閃爍光的部分。在圖 7所示的成像器頭54中，尺寸大約為5cmX 5cm的PSPMTs (例如Hamamatsu H8500或H9500 PSPMTs)被用于獲得每個檢測器模塊M大約20cm的覆蓋。H8500和H9500 PSPMTs可從新澤西州 Bridgewater 市白勺 Hamamatsu Corporation 導(dǎo)。典型地具有在閃爍陣列58前面的開口的塑料或金屬外殼或盒63封閉檢測器54。 盒63的特定變型將在側(cè)壁和后板中實現(xiàn)高Z材料，例如鎢或鉛或這些金屬與其他金屬的合金或混合物，從而屏蔽檢測器頭M以免于來自除了檢測器的前面以外的所有其他側(cè)的散射伽馬輻射背景。該外殼提供用于檢測器頭M的結(jié)構(gòu)容器和用于將它附連到固定裝置和臺架并且允許檢測器頭置于患者的軀干附近的手段。外部成像器的優(yōu)選實施例由單獨的檢測模塊M組成，每一個檢測模塊基于耦合到具有2. Imm間距的24X24 LYSO 2X2X 15mm像素的陣列的Hamamatsu H8500平板PMT。 每個模塊具有四個模擬位置輸出和一個(快速)能量輸出。位置輸出在DAQ系統(tǒng)中被記錄和數(shù)字化以計算相互作用的511keV伽馬射線的位置?？焖俸托盘柋挥糜诋a(chǎn)生觸發(fā)器電子設(shè)備中的符合觸發(fā)事件，并且然后被提供給DAQ系統(tǒng)以記錄來自檢測器模塊的事件數(shù)據(jù)。 最佳的板載讀出設(shè)計將包括用最少數(shù)量的讀出通道保證高能量和空間分辨率和高速性能的PMT增益均勻性校正。用于外部檢測器頭的基本檢測模塊的備選的更經(jīng)濟的實施例可以基于多元件 PMTs，例如小型面2”方形九元件Wiotonis XP1470 PMTs0然而，盡管獲得的固有空間分辨率僅僅對于2mm間距閃爍像素尚可，但是這些PMTs遠遠比H8500 PSPMTs更慢，這主要是由于單獨的九個內(nèi)通道之間的時移造成的。部分解決方案原則上是可能的，但是讀出設(shè)計和校準變得更復(fù)雜并且完全的問題校正是不可能的。在這些PMTs上構(gòu)建的系統(tǒng)也將遠遠更龐大。在外部檢測器頭的另一個優(yōu)選例子中，硅光電倍增器(SiPMTs)可以用于代替位置敏感PMTs。典型地SiPMT模塊以尺寸大約3mm的更小單元呈現(xiàn)。所以，對于外部檢測器， 需要這些裝置的陣列覆蓋預(yù)期有效視場。參考圖8-11，顯示了如何使用由十六個3mm基本 SiPMT單元74組成的額定12. 5mm模塊72獲得大約5cmX 5cm有效視場的SiPMT光電檢測器70的例子。如圖8中所示，基本初始成像模塊72可以具有以4X4陣列布置的十六個 3mmX3mm讀出像素/襯墊74的陣列。這些基本初始成像模塊72將在四側(cè)可拼接，在邊緣估計有Imm死腔75。來自基本模塊72的3mm襯墊74可以獨立地或粗略地與連接到一個讀出通道76(參見圖9)的四個襯墊或連接到一個讀出通道78 (參見圖10)的所有16個襯墊一起被讀取。通過布置16 0X4)個基本成像模塊72以形成例如相當于來自Hamamatsu的 H8500/H9500平板PMTs的小型成像模塊70，將實現(xiàn)圖11中所示的尺寸大約為5cm2的插入式PMT替換模塊。這些模塊72可以被布置在由4X4基本模塊72組成的小型成像模塊70 中，其覆蓋和讀出的需求與H8500/H9500 PSPMT相當。在該多步模塊化方法中，并且使用適當設(shè)計的板載讀出電路，兩個光電檢測器技術(shù)之間的切換(平坦PSPMT到SiPMT)可以是插入式替換類型，其在切換期間的復(fù)雜性和成本被最小化。該小型光電檢測器70的使用將最小化外部成像系統(tǒng)的尺寸。硅PMT是用于必須的小型經(jīng)直腸探頭42的優(yōu)選光電檢測器技術(shù)。探頭42和前外部檢測器模塊43之間的有限成像幾何結(jié)構(gòu)實際上僅僅允許甚高分辨率平面PET成像。所以，仍然允許高空間2D分辨率(投影幾何形狀)的經(jīng)直腸探頭的優(yōu)選設(shè)計是具有一個耦合到小型光電檢測器陣列的閃爍器層的平坦型模塊。參考圖12，顯示了構(gòu)建有SiPMT傳感器單元80的這樣的成像經(jīng)直腸探頭42的示意圖。探頭42包括閃爍器陣列82、光導(dǎo)84、SiPMT陣列86、和前置放大器88。在SiPMT陣列86中，硅光電倍增器80或雪崩光電二極管(假設(shè)均占據(jù)大約5mm2)的陣列覆蓋2. 5cm寬度(Wp)乘以5cm長度(Lp)的有效視場。因此探頭檢測器頭的小尺寸允許經(jīng)直腸探頭設(shè)在小型包裝中。對于具有3. 85X4. 35mm的像素框尺寸的總共66個像素，SiPMT陣列86尺寸為6X11。通過經(jīng)由探頭內(nèi)部的光分散器光學(xué)窗口將閃爍陣列82耜合到光電檢測器陣列 86獲得間距為1. 5mm并且厚度為IOmm的閃爍陣列82的讀出。下面將給出用于成像器的特定設(shè)計選擇的例子。在DAQ的優(yōu)選實施例中，如上所述，如圖6中所示的PET成像器40具有四個外部檢測器模塊45。每個檢測器模塊45具有耦合到像素化LYSO閃爍器陣列的8個模塊化 Hamamatsu H8500 PSPMTs0每個PSPMT放大器板為每個檢測器45的總共40個通道提供四個位置編碼模擬信號和一個模擬和信號。觸發(fā)器在獨立的觸發(fā)器硬件模塊中形成。用常分數(shù)鑒別器鑒別每個檢測器45的所有PSPMTs (8)的模擬求和。用于四個檢測器模塊的每一個的所有四個被鑒別的信號由符合邏輯電路處理，所述符合邏輯電路將單一符合觸發(fā)器提供給四個64通道DAQ單元。圖13是用于一個符合外部檢測器對的本發(fā)明的DAQ系統(tǒng)的示意圖。在置于躺在床47上的患者46之上的兩個外部模塊45 (參見圖6)和之下的兩個模塊45之間有符合事件的四種組合。另外，在內(nèi)部經(jīng)直腸探頭42和置于患者46前面的兩個外部檢測器模塊45 之間有符合事件的兩種類型。在未插入探頭42的成像過程的部分中，事件觸發(fā)器將是四個外部檢測器45之間的四個符合觸發(fā)器類型的和(邏輯“或”)。當探頭42被插入時將僅僅有涉及前列腺區(qū)域的符合觸發(fā)器的兩種類型，然而同時前列腺附近的器官區(qū)域的有限成像也是可能。所以，原則上六部分符合觸發(fā)器選擇也是可能的。在涉及其他模塊尺寸組合的前列腺PET成像器設(shè)計的情況下，不同于具有四個外部模塊45和一個探頭42的當前所述的例子，使用匹配成像器設(shè)計的不同的讀出/DAQ系統(tǒng)。例如，獨立的實施例可以包括具有在外部系統(tǒng)中的六個或以上模塊和多部件可插入探頭的成像系統(tǒng)。用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的優(yōu)選實施例是在Jlab設(shè)計的基于FPGA的USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有每個單元具有64個同時采樣ADCs的通道并且所有64個通道[Pro05]、 [Pro06]具有150kHz以上的持續(xù)觸發(fā)率的模塊化、可擴展架構(gòu)。在標準操作中，每個單元對應(yīng)于一個單獨的檢測器模塊。每個符合模塊對被時間同步以便匹配兩個檢測器的事件定時。兩個相應(yīng)的單元由外部符合觸發(fā)器邏輯同時觸發(fā)。每個DAQ單元在高速USB上將帶時間戳的原始事件數(shù)據(jù)發(fā)送到它自己的采集計算機。每個采集計算機然后執(zhí)行所有輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)心和能量計算并且在千兆以太網(wǎng)上將該帶時間戳的經(jīng)處理的數(shù)據(jù)發(fā)送到事件構(gòu)造器/ 重建計算機。事件構(gòu)造器使用時間戳將獨立的檢測器事件合并為單一符合事件。它也可以執(zhí)行圖像重建或?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到另一個計算機供圖像重建。被重建的斷層攝影圖像的集合被發(fā)送到用戶界面。當測量在所有外部檢測器模塊和前外部檢測器模塊與探頭之間的符合511keV伽馬射線信號之間的定時時，根據(jù)本發(fā)明的前列腺PET成像器的進一步實施例將實現(xiàn)飛行時間(time-of-flight “T0F”)選擇。在該PET成像器中，以這樣的精度測量定時使得在經(jīng)處理的圖像中重建的體積可以小于軀干寬度。TOF PET可以用在專用前列腺PET成像器中以改善從前列腺以及其他附近結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的放射性信號的檢測。盡管以上描述包含許多具體描述、材料和尺寸，但是這些不應(yīng)當被理解為限制本發(fā)明的范圍，而是僅僅提供本發(fā)明的當前優(yōu)選的實施例中的一些的舉例說明。因此本發(fā)明的范圍應(yīng)當由附帶的權(quán)利要求和它們的法律等效物確定，而不是由給出的例子確定。以下出版物的每一個的內(nèi)容通過引用被全文合并于此1)N. Clinthorne, “Promise of Compton prostate probe，recent results mdbeyond”，于2005年12月6_7日在意大利羅馬發(fā)表于前列腺癌檢測、診斷、治療和隨訪中的高級分子成像技術(shù)專題研討會(Topical Symposium on AdvancedMolecular Imaging Techniques in the Detection,Diagnosis,Therapy,andFoIlow-Up of Prostate Cancer)02) J. S. Huber ^ A, "Dual-Modality PET/U1 trasound imaging of the Prostate，，，Lawrence Berkeley National Laboratory. Paper LBNL-59114(2005 年 11 月 11 日)。3) J. S. Huber 等人，“Initial Results of a Positron Tomograph for Prostatelmaging，，，IEEE Transactions on Nuclear Science，第 53 卷，第 5 期，第 1 部分， 2006 年 10 月，第 2653-2659 頁。4) S. S. Huh 等人，“ Investigation of an internal PET probe for prostateimaging”，得以出片反于 Nuclear Instruments and Methods in Physics Research，2007。5) C. Levin, "New Photon Sensor Technologies for PET in Prostate-SpecificImaging Configurations”，于 2005 年 12 月 6-7 日在意大利羅馬發(fā)表于前列腺癌檢測、診斷、治療和隨訪中的高級分子成像技術(shù)專題研討會(Topical SymposiumonAdvanced Molecular Imaging Techniques in the Detection， Diagnosis， Therapy, and FoIlow-Up of Prostate Cancer)。
6) W. Moses,"Dedicated PET Instrumentation for prostate imaging，，，于 2005 年12月6-7日在意大利羅馬發(fā)表于前列腺癌檢測、診斷、治療和隨訪中的高級分子成像技術(shù)專題石ifi寸會(Topical Symposium on Advanced Molecular ImagingTechniques in the Detection, Diagnosis, Therapy, and FoIlow-Up of ProstateCancer)。7) V. Popov 等人，‘‘A Novel Readout Concept for Multianode PhotomultiplierTubes with Pad Matrix Anode Layout，，，Nuclear Instruments and Methods inPhysics Research A 567^006)319-322)。8) V. Popov ^ A, "Study of Photonis XP1470 Nine-Channel PhotomultiplierTube For Applications in High Resolution Single Gamma and PET Imagers，，，發(fā)表于 2007 IEEE MIC conference，Honolulu，Hawaii，2007 年 10 月 27 日至 11
月3日。
權(quán)利要求
1.一種用于成像患者中的前列腺和周圍器官的專用移動式PET成像器，包括 接近患者的軀干放置的高分辨率外部PET成像器；鄰近前列腺放置在患者中的可插入小型經(jīng)直腸探頭；所述外部成像器和所述經(jīng)直腸探頭彼此空間地共配準；以及用于收集同時來自所述PET成像器和所述經(jīng)直腸探頭的數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像器，其中所述外部PET成像器包括 用于接收患者的病床；用于提供前列腺和周圍組織和器官的軀干寬度3D圖像的開放式旋轉(zhuǎn)臺架，所述旋轉(zhuǎn)臺架圍繞所述病床被安裝；在所述病床之上固定到所述旋轉(zhuǎn)臺架的兩個機械分離的檢測器模塊；以及在所述病床之下固定到所述旋轉(zhuǎn)臺架的兩個機械分離的檢測器模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PET成像器，其中所述檢測器模塊能夠 在靜態(tài)模式下操作，其中所述檢測器模塊相對于患者軀干被固定就位；在動態(tài)模式下操作，其中所述檢測器模塊相對于患者軀干旋轉(zhuǎn)以為增強斷層攝影3D 重建提供前列腺區(qū)域的全角投影采樣；以及包括所述檢測器模塊的所述旋轉(zhuǎn)臺架能夠被旋轉(zhuǎn)15-25度以更好地顯示前列腺區(qū)域和優(yōu)化斷層攝影3D空間分辨率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PET成像器，包括在所述檢測器模塊的每一個上的電子傳感器定位系統(tǒng)，用于彼此地空間共配準所述外部成像器和所述經(jīng)直腸探頭并且用于控制所述外部檢測器模塊的每一個相對于患者軀干的絕對和相對定位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像器，其中所述經(jīng)直腸探頭提供前列腺和近周環(huán)繞物的更近高靈敏度和甚高分辨率2D視圖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像器，其中所述經(jīng)直腸探頭包括高效率和至少Imm FffHM的分辨率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像器，其中所述外部成像器包括在涉及的身體切片上的在1. 5到2. Omm之間的3D重建分辨率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像器，其中符合所述外部成像器的所述探頭包括在所述探頭的小視場上的在1. 0到1. 5mm之間的2D重建分辨率。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PET成像器，其中所述旋轉(zhuǎn)臺架允許在3D成像模式下用所述外部成像器進行360度角采樣。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PET成像器，其中所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是多通道快速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，其能夠在列表模式下以至少200kHz觸發(fā)率記錄數(shù)據(jù)以在相同的掃描會話期間允許迅速的有限數(shù)據(jù)分析和快速的數(shù)據(jù)重放和圖像重建。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PET成像器，其中所述檢測器模塊包括 閃爍器伽馬傳感器，其作為511keV伽馬射線的傳感器/能量轉(zhuǎn)換器；以及光電檢測器，其作為由在所述閃爍器伽馬傳感器中被吸收的511keV伽馬射線產(chǎn)生的閃爍光的檢測器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的PET成像器，其中所述閃爍器伽馬傳感器包括選自包括下列的群組的像素化或片狀晶體閃爍器材料:LS0, LYSO, GSO, BGO, LaBr3, NaI (Tl)，CsI (Tl)和 CsI(Na)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的PET成像器，其中所述光電檢測器選自包括下列的群組 標準光電倍增器，多元件光電倍增器，位置敏感光電倍增器，平板光電倍增器，基于微通道板的光電倍增器，雪崩光電二極管陣列，具有電阻讀出的大型雪崩光電二極管，硅光電倍增器，簡單板狀光導(dǎo)，例如簡單板，直的或錐形的光纖光導(dǎo)，直的或彎曲的纖維束。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PET成像器，其中所述經(jīng)直腸探頭包括閃爍器伽馬傳感器，其作為511keV伽馬射線的傳感器/能量轉(zhuǎn)換器；以及光電檢測器，其作為由在所述閃爍器伽馬傳感器中被吸收的511keV伽馬射線產(chǎn)生的閃爍光的檢測器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的PET成像器，其中所述閃爍器伽馬傳感器包括選自包括下列的群組的像素化或片狀晶體閃爍器材料:LS0, LYSO, GSO, BGO, LaBr3, NaI (Tl)，CsI (Tl) 和 CsI(Na)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的PET成像器，其中所述光電檢測器是選自包括雪崩光電二極管和硅光電倍增器的群組的固態(tài)光電檢測器。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像器，其中所述外部成像器包括耜合到呈像素化陣列的形式的閃爍器傳感器的平坦PSPMT單元的連續(xù)陣列；所述像素化陣列包括具有2. Imm間距的MXM LYSO 2X2X 15mm像素的陣列；以及在所述PSPMT單元的陣列和所述像素化陣列之間的耦合器窗口，其允許從閃爍器像素出現(xiàn)的光的更佳光耦合，其中所述閃爍器像素位于單獨的平板PSPMT單元之間的死區(qū)前
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像器，其中所述外部成像器包括使用大約12. 5mm模塊的具有大約5cmX 5cm有效FOV的SiPMT光電檢測器；以及所述12. 5mm模塊的每一個由以4X4陣列布置的十六個3mmX 3mm讀出像素組成。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像器，其中所述經(jīng)直腸探頭包括 閃爍器陣列，其包括1. 5mm間距乘以IOmm的像素大小；光電檢測器陣列，其包括覆蓋2. 5cmX 5cm的有效FOV的硅光電倍增器或雪崩光電二極管的陣列；以及光分散器光學(xué)窗口，其將所述閃爍器陣列耦合到所述光電檢測器陣列。
全文摘要
一種成像前列腺和周圍器官的專用移動式PET成像系統(tǒng)。所述成像系統(tǒng)包括接近患者的軀干放置的外部高分辨率PET成像器和鄰近前列腺放置并且與所述外部成像器協(xié)同操作的可插入和小型經(jīng)直腸探頭。所述兩個檢測器系統(tǒng)彼此空間地共配準。所述外部成像器被安裝在開放式旋轉(zhuǎn)臺架上以提供前列腺和周圍組織和器官的軀干寬度3D成像。所述可插入探頭提供前列腺和近周環(huán)繞物的更近成像、高靈敏度和甚高分辨率主導(dǎo)的2D視圖。探頭與外部成像器和快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)協(xié)同操作以提供前列腺和周圍組織和器官的甚高分辨率重建。
文檔編號A61B5/05GK102292023SQ200980155291
公開日2011年12月21日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者斯坦尼斯拉夫·麥楚斯基, 詹姆斯·普洛菲特 申請人:杰弗遜科研有限責(zé)任公司