探測器頭接近度感測和碰撞避免裝置及方法
【專利說明】探測器頭接近度感測和碰撞避免裝置及方法
[0001]本申請為分案申請，其原申請是2009年5月19日進(jìn)入中國國家階段、國際申請日為2007年10月31日的國際專利申請PCT/US2007/083082，該原申請的中國國家申請?zhí)柺?00780042886.4，發(fā)明名稱為“探測器頭接近度感測和碰撞避免裝置及方法”。
[0002]本發(fā)明涉及成像、測試、診斷及相關(guān)領(lǐng)域。本發(fā)明尤其適用于伽馬相機(jī)、包括伽馬相機(jī)的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)、利用伽馬相機(jī)的斷層攝影醫(yī)學(xué)成像方法等，并且通過具體參考這些方面對本發(fā)明進(jìn)行描述。然而，本發(fā)明更一般地適用于基本任何類型的可移動探測器頭，以及采用這種可移動探測器頭的成像系統(tǒng)和成像方法。
[0003]在核醫(yī)學(xué)成像成像技術(shù)如單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影(SPECT)中，受試者(諸如人類或動物患者、人類或動物測試受試者等)被施予包括放射性同位素或其他放射性組分的放射性藥物。該放射性藥物任選地被配置為在特定的組織或器官(諸如血液、骨骼組織、肝臟、腦等)中聚集。由于放射性同位素或其他放射性元素對受試者具有某些毒性，有利的是針對活體受試者保持低的放射性藥物劑量。由所施予的放射性藥物產(chǎn)生的信號相應(yīng)地較低，因此非常關(guān)注輻射探測器敏感性。
[0004]用于在成像序列期間使輻射探測器敏感性最大化的一種技術(shù)是采用適形斷層攝影軌跡，其中探測器頭在行進(jìn)期間朝向患者或遠(yuǎn)離患者移動以維持小的探測器頭到患者的距離。然而，探測器頭相對脆弱、相對較大(在一些伽馬相機(jī)中，每個探測器頭具有大約40cmX 50cm的輻射敏感面積)，且相對較重(例如包括基于導(dǎo)程的蜂窩狀準(zhǔn)直儀)，因此探測器頭與患者之間的碰撞是一種風(fēng)險(xiǎn)。
[0005]為構(gòu)建適形軌跡，將患者放置到受試者支架上，且放射學(xué)家使用手動控制器來操縱探測器頭以非常接近患者。將這一接近(close-1n)位置(有時(shí)稱為“標(biāo)記位置”)存儲在存儲器中，且操縱該探測器頭到另一接近位置，該另一接近位置提供患者的不同角度或視角以定義另一標(biāo)記位置。然后對若干這樣定義的標(biāo)記位置進(jìn)行插值以構(gòu)建適形軌跡。這種類型的適形軌跡規(guī)劃必須允許有充分的探測器頭到受試者的間隙以提供安全裕度。
[0006]光學(xué)接近度感測系統(tǒng)也是已知的。這些系統(tǒng)使用線性激光陣列或其他定向光源來定義平行于探測器頭的輻射敏感面的片光源。相對定向光源布置的光學(xué)探測器探測片光源的連續(xù)性。當(dāng)對象與片光源相交叉時(shí)，到一些光學(xué)探測器的光學(xué)信號被中斷，從而指示出該片光源已經(jīng)被破壞。在一些布置中，包括兩個空間偏移的平行片光源。如果片光源都沒有被破壞，則推斷出對象離得還很遠(yuǎn)。如果一個片光源被破壞，則推斷出對象在目標(biāo)距離范圍內(nèi)。如果兩個片光源均被破壞，則推斷出對象太靠近，也許指示出即將來臨的碰撞。
[0007]這種光學(xué)接近度感測系統(tǒng)通常從探測器頭的輻射敏感面向外投影，這可能是有問題的。此外，所提供的接近度指示是離散的。在單一片光源的情況下該接近度指示是二值的。對于兩個片光源，接近度指示是三值的(零、一或兩個片光源被破壞)?？梢詫?shí)現(xiàn)更高的分辨率，但是代價(jià)是包括額外的片光源。分辨率最終受到光散射、衍射或其他模糊效應(yīng)的限制，這些模糊效應(yīng)限制了相鄰片光源的靠近度。
[0008]另外，一個或多個片光源的一個或多個位置固定了離散的接近度指示。接近度指示的調(diào)整或者是不可能的，或者需要通過手動或使用適當(dāng)?shù)淖詣庸鈱W(xué)器件來調(diào)整片光源的位置。如果提供這種調(diào)整，其將增加光學(xué)接近度感測系統(tǒng)的整體復(fù)雜性。
[0009]此外，現(xiàn)有的光學(xué)接近度感測系統(tǒng)并不區(qū)分對象破壞片光源的類型。特別地，衣服或床上用品導(dǎo)致的片光源破壞將會被探測到，從而將相對于衣服或床上用品而不是相對于患者定位探測器頭。
[0010]下文提供了克服上述問題及其他問題的新型改進(jìn)的裝置及方法。
[0011]根據(jù)一個方面，公開了一種輻射探測器頭，其包括輻射敏感面以及多個電容元件，所述輻射敏感面被配置為探測輻射，所述多個電容元件被設(shè)置在所述輻射敏感面之上并且被配置為檢測受試者與所述輻射敏感面的接近度。
[0012]根據(jù)另一方面，公開了一種伽馬相機(jī)，其包括多個輻射探測器頭。至少一個輻射探測器頭包括設(shè)置在至少所述輻射探測器頭的輻射敏感部分之上的多個電容元件。接近度傳感器監(jiān)測器與所述多個電容元件相耦合以便基于所述電容元件的測量電特性檢測受試者與所述輻射探測器頭的接近度。
[0013]根據(jù)另一方面，利用輻射探測器頭執(zhí)行成像數(shù)據(jù)采集方法，該輻射探測器頭包括設(shè)置于其表面上的多個電容元件。該成像數(shù)據(jù)采集方法包括:相對于受試者移動所述輻射探測器頭；在所述移動期間或者在所述移動之間的靜止間期期間從所述受試者采集輻射數(shù)據(jù)；在所述移動期間，測量所述電容元件的電特性；以及基于所測量的電特性控制探測器頭到受試者的距離。
[0014]根據(jù)另一方面，公開了一種伽馬相機(jī)，其包括可移動的輻射探測器頭。至少一個電容元件被設(shè)置在所述輻射探測器頭上并包括間隔開的平行導(dǎo)電板。碰撞傳感器監(jiān)測器被配置為響應(yīng)于所述板之間的間隔的機(jī)械變形而檢測在所述平行導(dǎo)電板之間流動的傳導(dǎo)電流。
[0015]一個優(yōu)點(diǎn)在于為輻射探測器頭提供接近度傳感器，該接近度傳感器提供連續(xù)的而非離散的接近度指示。
[0016]另一優(yōu)點(diǎn)在于提供對枕頭或衣服不敏感的接近度傳感器，從而在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中相對于患者而非相對于患者的衣服、枕頭、床單或其他服裝等定位探測器頭。
[0017]另一優(yōu)點(diǎn)在于提供電接近度傳感器，該電接近度傳感器提供連續(xù)的距離信息和碰撞檢測互鎖能力。
[0018]另一優(yōu)點(diǎn)在于提供薄的電接近度傳感器，該薄的電接近度傳感器具有從輻射敏感探測器面起的基本不顯著的突出。
[0019]另一優(yōu)點(diǎn)在于得到連續(xù)距離反饋的接近度傳感器與提供數(shù)據(jù)采集的掃描器或控制器相組合，其中探測器頭到患者的距離可以在患者之間、在同一患者的解剖區(qū)域之間或以其他方式變化。
[0020]另一優(yōu)點(diǎn)在于提供大體平面的接近度傳感器，可以利用眾所周知的平版圖案化技術(shù)來構(gòu)建該接近度傳感器。
[0021]本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解以下詳細(xì)描述的基礎(chǔ)上將認(rèn)識到本發(fā)明的更多優(yōu)點(diǎn)。
[0022]圖1圖解地示出伽馬相機(jī)的透視圖；
[0023]圖2和3分別圖解地示出圖1的伽馬相機(jī)的輻射探測器頭之一的透視圖和側(cè)視截面圖；
[0024]圖4圖解地示出設(shè)置在圖2所示的輻射探測器頭的側(cè)面上的電容元件之一的側(cè)視截面圖；
[0025]圖5圖解地示出適當(dāng)?shù)牟蓸与娐罚?br>[0026]圖6圖解地示出用于處理由圖5的采樣電路生成的采樣信號的適當(dāng)信號處理電路；
[0027]圖7圖解地示出由圖1-6的系統(tǒng)適當(dāng)執(zhí)行的接近度控制和碰撞避免方法；
[0028]圖8圖解地示出在全身平面成像數(shù)據(jù)采集期間進(jìn)行的接近度感測測量；
[0029]圖9圖解地示出在適用于心臟成像的斷層攝影成像數(shù)據(jù)采集期間進(jìn)行的接近度感測測量；
[0030]圖10AU0B和1C示出具有圓形掃描架和兩個輻射探測器頭的伽馬相機(jī)的相應(yīng)前視圖、側(cè)視圖和頂視圖；
[0031]圖11圖解地示出圖10A、10B和1C的伽馬相機(jī)的輻射探測器頭之一的透視圖，包括對前面安裝的和側(cè)面安裝的電容元件的描述。
[0032]參考圖1，一種核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)包括伽馬相機(jī)8，在所圖示說明的實(shí)施例中該伽馬相機(jī)包括兩個輻射探測器頭10、12。在其他實(shí)施例中，該伽馬相機(jī)可以包括一個、兩個、三個、四個、五個、六個、七個或更多個探測器頭。輻射探測器頭10、12具有各自的輻射敏感面14、16，這些輻射敏感面一般被布置為面向患者支架或平板架18。所圖示說明的探測器頭10,12由各自的鉸接式多關(guān)節(jié)自動機(jī)械臂20、22支撐。每個自動機(jī)械臂20、22包括電子可控的平移、旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)體或其他機(jī)械關(guān)節(jié)的組合，這些機(jī)械關(guān)節(jié)協(xié)作地或共同地實(shí)現(xiàn)若干運(yùn)動自由度，諸如探測器頭10、12朝向患者床18或遠(yuǎn)離患者床18的徑向運(yùn)動、這些頭在垂直于徑向運(yùn)動的方向上的切向運(yùn)動，以及圓周運(yùn)動等。每個所圖示說明的自動機(jī)械臂20、22分別終止于叉狀支撐構(gòu)件24、26。叉狀支撐構(gòu)件24、26分別直接支撐探測器頭10、12。
[0033]相機(jī)電子設(shè)備30提供對鉸接式自動機(jī)械臂20、22的控制，輸送動力給自動機(jī)械臂20、22和探測器頭10、12，并且輸出來自探測器頭10、12的輻射探測信息。相機(jī)電子設(shè)備30任選地與視頻監(jiān)測器32相耦合，以便顯示關(guān)于伽