[發明專利]用于正電子發射斷層攝影術的數據采集

有效

• 申請號: 200880121977.1
• 申請日: 2008-11-03
• 公開（公告）號: CN101903798A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: M·哈茲爾曼;R·S·米瑤卡;T·K·盧埃林;S·豪克
• 申請（專利權）人: 華盛頓大學
• 主分類號: G01T1/164
• 分類號: G01T1/164;A61B5/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 張陽

相關申請的交叉引用

本申請要求于2007年11月2日提交的美國臨時專利申請No.60985083的優先權，其公開通過引用全文明確結合在此。

背景技術

能夠產生活有機體內部的圖像而無需侵入性手術的能力是過去一百年間一個主要的醫學進步。諸如X射線計算機斷層攝影術和磁共振成像術的成像技術現在已經給予醫生和科學家觀察機體內部解剖結構的高分辨率成像的能力。盡管這些技術已經為疾病的診斷和治療帶來了進步，但是很多疾病只在疾病晚期才會導致機體解剖結構的變化，或者從來都不造成結構改變。由此就產生了捕捉活體內特定代謝活動的醫學成像分支。正電子發射斷層攝影術(PET)正是這類醫學成像技術中的一種。

正電子發射斷層掃描術

PET是一種利用放射性衰變測定活有機體內部特定代謝活動的醫學成像模式。正如圖1示意性指示的，PET成像系統包括三個主要組件，即，被施與待掃描被試的放射性示蹤劑、可操作用來檢測放射性示蹤劑定位的掃描器(如下間接討論)、以及斷層攝影成像處理系統。

第一步是產生并施與包括放射性同位素和代謝活性分子的放射性示蹤劑90。示蹤劑90被注射進要掃描的身體91。在示蹤劑90集中于特定組織的允許時間之后，身體91在掃描器92內適當定位。在PET研究中使用的示蹤劑的放射性衰變事件是正電子發射。發射的正電子在身體組織內行進一個短距離直到與一電子相互作用。在湮滅事件中正負電子的相互作用會產生兩個反向平行的511KeV光子。掃描器92適于檢測來自湮滅事件的至少部分光子。

PET系統的第二組件，掃描器92包括檢測511KeV光子的傳感器環，以及處理由傳感器生成信號的前端電子線路。傳感器典型地包括閃爍體晶體或閃爍體93以及光電倍增管(PMT)、硅光電倍增器(SiMP)或雪崩光敏二極管(APD)94。閃爍體晶體93把511KeV高能量光子轉換成很多低能量的光子，典型的為可見光光子。PMT、SiMP或APD?94檢測可見光光子，并生成相應的電脈沖。PMT脈沖由前端電子電路處理以確定脈沖的參數或特性(即，能量、定時)。為了方便起見，本文對PMT的參考可以理解為包含用于檢測高能量光子(諸如511KeV光子)并響應地生成低能量光子(諸如可見光光子)的任何機制或設備。

最后，數據被發送主計算機95，后者執行斷層攝影圖像重建以將數據轉換為3-D圖像。

放射性藥物

為了合成示蹤劑90，需要將短半衰期的放射性同位素附加到有代謝活性的分子。半衰期短可以減少被試在電離輻射中的暴露，但是通常需要生成的示蹤劑90接近掃描器。最常用的示蹤劑是18氟-氟化脫氧葡萄糖([F-18]FDG)，這是一種半衰期為110分鐘的葡萄糖類似物。[F-18]FDG和葡萄糖足夠類似，使其可以被利用葡萄糖的細胞磷酸化，但無法進行糖酵解。于是，分子的放射性部分就陷入組織中。對于消耗大量葡萄糖的細胞(諸如癌細胞和腦細胞)，隨時間較其他組織積累更多的[F-18]FDG。

在經過感興趣的組織攝取足夠示蹤劑90的充分時間之后，使用掃描器92來檢測放射性衰變事件，即通過檢測511KeV光子進行。當正電子被發射后，它在與電子互相湮滅之前通常會在組織中行進幾毫米，生成兩個彼此呈180°±.23°定向的511KeV光子。

光子閃爍

511KeV光子具有大量的能量并會穿透包括身體組織在內的很多材料。雖然這通常會使得光子行進通過并離開身體，但是高能量光子卻難以檢測。檢測光子是閃爍體93的任務。閃爍體93吸收高能量光子并發射更低能量的光子，通常是可見光光子。閃爍體93可由多種材料制成，包括塑料、有機和無機晶體、和有機液體。每一種類型的閃爍器都有不同的密度、折射率、定時特性和最大發射波長。

一般而言，閃爍體晶體的密度決定材料阻止高能量光子效果的好壞。而閃爍體晶體的折射率以及發射光波長則影響從晶體中收集光線的難易程度。發射光的波長還需要與將會把光轉換為電脈沖(例如，PMT)以優化效率的設備相配。閃爍體定時特性決定可見光用多長的時間達到其最大輸出(上升時間)，花多長時間衰變(衰變時間)。上升時間和衰變時間都重要，因為這兩者的和越大，檢測器在給定時間段內所能處理事件的數量就越少，由此掃描在獲取同樣數量計數所需要的時間就越長。同樣的，定時特性越長，兩個事件將會重疊(相撞(pile-up))的可能性就越大，并且數據將會丟失。