γ相机全身扫描系统

0　引言

γ相机的探头是二维的γ光子位置灵敏探测器,用来对参加人体代谢的放射性标记药物成像,获取病人有关生理信息。对于放射性药物发射到探头的每个γ光子,γ相机都会输出表示光子入射位置的X、Y信号,计算机将此γ光子入射事件记录在图像矩阵里坐标为(X,Y)的像素中,不断累积入射事件,就形成了影像。

1　全身扫描的原理和实现方案

对于视野只有300mm左右的探头,在一次静态成像中是不可能得到整个人体的图像的。要对病人全身成像,必须使探头和人体产生相对运动。一种办法是每拍一帧图像后,病人向前移动相当于探头视野宽度的距离,再拍照,然后再移动…,最后将获取的所有图像拼接成一帧全身图像。这种方案要求步进距离非常精确,否则拼接时会出现缝隙或重叠。它的另一个缺点是在步进过程中停止数据采集,因此工作效率不高。

我们采用的方案是:让病人匀速通过探头,数据采集在连续的扫描运动中进行。由于探头对人体的成像区域在不断变化,在记录γ光子入射事件时,除了要知道该事件在探头视野(FOV)中的坐标位置(X,Y)外,还必须知道当前探头对人体的相对位置l。该事件在人体中坐标系(X′,Y′)的位置为:X′=X+l,Y′=Y,如图1所示。如果人体以速度v匀速从头到脚通过探头视野,则只需要知道该事件的发生时刻距成像开始的时间间隔t,就可以得到X′=X+l=X+vt,Y′=Y。

γ相机的探头一般是固定在支架上的,因此我们让病人躺在扫描床上,用步进电机+滚珠丝杠的驱动方式使扫描床作纵向的移动,携带病人匀速通过探头。步进电机由专门的接口电路控制,可以由软件设定扫描床的运动方向、运动速度和扫描长度。因为步进电机+滚珠丝杠驱动方式的精度很高,所以对扫描床可以采用简单的开环控制,直接应用公式X′=X+vt计算事件的位置。这样成本比较低,也能保证扫描图像的质量。

在扫描的过程中,计算机把每个γ光子的入射位置(X,Y)和事件发生时间t记录在数据表里,称为表模式采集( List Mode

Acquisition);扫描结束后再将数据重组成128×512的图像。这样能采用不同方法反复进行数据重组试验,灵活性较好。

2　几个问题的解决方法

2.1　系统刻度

由于事件在探头坐标系中的位置(X,Y)是被接口量化的数字值,而探头对人体的相对位置l是由v、t计算出的实际距离,在数据重组过程中,要根据像素尺寸对l数字化,才能算出该事件在全身图像中的位置。系统刻度是要确定像素尺寸,即扫描时人体中某两点的实际距离与图像中这两点的对应像素的数字化距离之比。如果像素尺寸值存在误差,就会造成事件定位的错误,使图像产生运动模糊。而且这个误差是积累性的,扫描长度越大,运动模糊也越严重。所以像素尺寸的测量精度要相当高,保证由它引起的定位误差不超过半个像素。确定像素尺寸可以有两种方法:铅栅法和点源法。前者是拍摄已知缝间距的铅栅的静态图像,用图像上的两条缝间的像素数除缝间距得到像素尺寸。这种方法得到的像素尺寸值受γ相机的空间分辨率和非线性影响比较大,精度不能满足要求。点源法则是在同一幅图像上记录两个距离已知的点源,再利用求重心的方法找到图像上两个点源的中心位置,进而求出其数字距离。实验表明这种方法的精度较高。为了消除探头非线性的影响,需要在探头视野的不同位置多测几次求平均值。