TWI571243B - 加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識方法及其裝置 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種感測裝置及入射事件發生位置與能量之辨識方法，且特別是有關於一種加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識裝置及加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識方法。
「核醫影像」(Nuclear Medicine Imaging Modalities)是醫學上的一門專科，它利用放射性同位素的方法作臨床上的診斷、治療、與疾病的研究。為了能夠加強檢測重大疾病(例如：癌症)的能力以提供給醫生作最準確的判斷，近而能夠早期發現而進行治療或預防，核子醫學的研究更是各個工業大國重要研究的方向。
核子醫學主要是利用擷取由人體組織上吸收之核醫藥物、所發射出來的放射能量(加馬射線，γ-ray)，經由成像探頭偵測並提供加馬入射之位置與能量資訊，此些資訊經過處理、重建演算而得到關於人體組織內藥物分佈的影像，該影像可以提供給醫生作為臨床診療與判斷的依據。在習用技術中，用來擷取關於人體組織影像的方式大概可分成兩種，一種為正子斷層攝影(Positron Emission Tomography,PET)，另一種則為單光子攝影
(Single photon emission computed tomography,SPECT)，兩者皆需要加馬成像探頭偵測並提供位置與能量資訊來做為計算藥物分佈影像的來源。如第1圖所示，第1圖為正子斷層攝影原理之示意圖。在正子斷層攝影是藉由偵測經正子80與電子81互毀(annihilation)時所產生的成對之γ射線之造影工具。將正子發射之同位素如F-18、C-11、N-13及O-15等標幟於藥物上，利用注射或其他方式使其進入生物體內，再經由生物體各式各樣的生理作用進入待測組織後，透過追蹤這些核醫藥物在體內的代謝，進而達到非侵入性活體功能造影的目的。目前PET已被廣範地應用於臨床診斷上如惡性腫瘤、神經病變、心血管疾病等。
請參閱第2A圖所示，第2A圖為習用之正子斷層攝影裝置示意圖。正子斷層攝影裝置1主要是由複數個感測陣列10環狀排列而成。中間具有一個檢測區域11可以提供待測組織通過以進行檢測。每一個感測陣列(即成像探頭)10的結構如第2B圖所示，第2B圖為習用之成像偵檢器示意圖。基本上感測陣列10主要是由複數個閃爍晶體，例如：LSO(lutetium oxyorthosilicate)，所形成的閃爍晶體陣列100以及光感測元件陣列(photon sensing array)101(例如：複數個光電倍增管(photomultiplier tube,PMT))所構成，光感測元件陣列101連接在閃爍晶體陣列100之一端。此習用之成像偵檢器為面向式構型，為現今市場上絕大多數商用產品所採用。
於此習用技術中，加馬射線由閃爍晶體陣列的上端射入，請參閱第2C圖，與晶格分子作用留下能量，經由晶體內分子一連串的轉換與降激作用而放出閃爍光，這些閃爍光由閃爍晶體陣列的下端導出並進入光感測元件陣列(photon sensing array)。經由光感測陣列進行的光電轉換，及
後續電信號處理，可精確推知與加馬射線發生入射反應的晶體位置，經過一段短時間的信號擷取與累積，即可得到與閃爍晶體陣列相同分布的二維影像，此即為後續藥物分佈影像回推與重建計算的依據。然而在此習用技術的成像偵檢器上，當加馬射線入射角度θ增大時，因加馬射線能量高加上晶體細小，打穿入射晶體至其鄰近晶體方發生閃光反應的機率也隨之升高。如圖中入射角θ 1之射線，其實際測得晶體位置103與理想入射晶體位置102相差了一個晶體單位，射線入射角更大的θ 2，其實際測得晶體位置104與理想入射晶體位置102更相差到二個晶體單位；此誤差是為視差(Parallax error)，將造成成像的模糊與影像品質的劣化。
第3圖為習用之雙端讀取成像偵檢器示意圖。請參閱第3圖，第3圖的習用技術利用複數個雙端讀取偵檢器12排列成環狀或平面結構，來達成儀器成像探頭的建構。相較於第2B圖的成像偵檢器，雙端讀取偵檢器12的結構(如第3圖所示)，主要是在複數個閃爍晶體所形成的晶體陣列120的前後兩端設置光感測陣列(PSA)121與123。γ射線122於該晶體陣列120內之某一特定晶體124上作用反應而會產生閃爍光，因發光過程為均勻等向，加上晶體表面施以反光處理，故發出的閃爍光125與126將沿著晶體長軸往兩端的光偵檢陣列前進，行進過程中部份閃爍光將被晶體本身吸收而衰減，最後分別被該閃爍晶體124前後兩端之光偵檢陣列121及123所感測。由於感測晶體陣列120係為二維之陣列，因此經過訊號處理之後，可以得知產生閃爍光之二維(y,z)位置座標。然而在此習用技術的成像偵檢器上，無法確切得知第三維X軸的座標位置。
台灣專利證書號第I356689專利與美國專利證書號第US
8507842B2號專利，提出一種能量校正方式，利用閃爍光沿晶體內行進時，會被吸收而造成能量衰減的現象，也就是依據能量窗的建立，輔以理想的能峰位置作為修正目標，進而得到較精確的衰減後能量比值，用以估算第三維(X軸)位置。然而，此缺失在於同一閃爍光能量所得到的取樣能量值，若是取樣能量值本身的誤差就非常大時，經由取樣能量值的比值來獲得X方向的位置值，因數值誤差傳遞之故，X方向所估算的位置值精準度較差。另外，針對成像所需的加馬能量資訊，因該架構造成的能量值衰減失真，於此前案亦未能提供解決方案。
又如美國專利證書號US8183533號專利，採用分享光學窗設計(shared window pattern)，故各層感測晶體陣列(Z方向)之間會相互分享，故造成後續估算Z方向的位置容易有誤差。此外，由於在相鄰每一層的各根感應晶體均設有分享光學窗設計(shared window pattern)，彼此也會有分享傳遞，故在估算X方向與Y方向的位置值亦會有較大的誤差產生。再者，前案揭露之分享光學窗設計(shared window pattern)施作與結構上較為複雜，製作上有其困難性。
本發明提供一種加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識方法，並非是由能量比值去估算位置值，係以較為簡便且更精準的方式獲取三維各方向的位置值，進而依據此位置值取得能量修正係數，以修正上述能量失真現象，得出較為精準或者接近原有的加馬能量值。
本發明提供一種加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識
裝置，係在整體結構上進行改良，將各層感測晶體陣列拆成兩排，這兩排感測晶體陣列交叉層疊且在Z方向彼此相互導通，而各層之間在Z方向仍是保持光隔離的。在感測晶體的四周圍擺設光感測陣列(PSA)，如此改良結構並運用下述加馬入射事件發生位置與能量之辨識方法，以供加馬入射事件發生位置與能量計算，而能夠較為簡便且更精準的方式獲取三維各方向的位置值，進而依據此位置值取得能量修正係數，以修正上述能量失真現象得出較為精準或者接近原有的加馬能量值。
本發明提出一種加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識方法，加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識方法包括以下步驟。首先，提供一多端讀取成像探頭。接著，於多端讀取成像探頭偵測一加馬入射事件所產生閃爍光而得到關於閃爍光造成之複數個位置反應。而後進行一位置判斷步驟，以一校正步驟決定出對應各複數個反應位置之晶體位置對應表，各複數個位置反應套用各晶體位置對應表，得到加馬入射事件發生之各該複數個位置反應的位置值/碼。再來，進行篩選一可用事件步驟，比對該複數個位置反應之位置值，若該複數個位置值比對一致，則該加馬入射事件為可用事件並確認該可用事件反應的三維位置值，反之則否。針對該可用事件，進行一能量修正步驟，經與該校正步驟決定之能量修正係數表比對，根據該可用事件的三維位置值取得對應各光檢測陣列之能量值修正係數，之後，進行一能量計算步驟，將該可用事件的該複數個能量值與對應之能量值修正係數加乘，以得到該加馬入射事件總能量值。
本發明提出一種加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識裝置，加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識裝置包括至少一多端讀取
成像探頭。每一個多端讀取成像探頭具有複數個多端讀取成像偵檢器，每一個多端讀取成像偵檢器具有一感測晶體陣列以及複數個光檢測陣列。感測晶體陣列包含複數層感測晶體，其中各層感應晶體具有一第一排感應晶體與一第二排感應晶體，第一排感應晶體的排列方向與第二排感應晶體的排列方向相互垂直，且沿著各排列方向(X與Y)各晶體接觸面上是光隔離的，而第一排感應晶體與第二排感應晶體在Z方向的接觸面上則彼此相互光導通，各層之間仍保持光隔離狀態。複數個光檢測陣列分別設置於感測晶體陣列的四周，以偵測於各感測晶體陣列內所發生之閃爍光所具有之複數個位置反應，其中，依據各光檢測陣列之位置反應，與各光檢測陣所屬之一晶體位置對應表比對，取得各光檢測陣列位置反應之位置值，比對此複數個(對應各光檢測陣列)位置值，若指向一致的一三維位置，則歸類為一可用事件並保留之，該一致的三維位置值則為入射事件發生位置辨識結果。另一項成像需要的資訊，即事件之能量值，則以各光檢測陣列位置反應之能量值為基礎，將上述三維位置值代入各光檢測陣列所屬之能量值修正係數表，得到各光檢測陣列對應該三維位置的能量值修正係數，將各光檢測陣列之能量值與修正係數相乘後加總，即可得該入射事件能量值的辨識結果。
基於上述，本發明之加馬入射事件發生位置與能量之辨識裝置中，將各層感測晶體陣列拆成兩排，這兩排感測晶體陣列交叉層疊且彼此相互導通，在感測晶體的四周圍擺設光感測陣列，使得每一入射事件光感測陣列對應產生四組權重訊號，如此改良結構並運用加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識方法，以供後續成像計算所需之加馬入射事件發生
(三維)位置與能量等資訊。並且，本方法更透過一篩選步驟，篩選出大量入射事件中可用事件，而將不可用的事件忽略而能降低計算上負擔，此可用事件所得到的(三維)位置值，能供作為後續能量修正值的依據。此設計除能夠以較為簡便且更精準的方式獲取三維各方向的位置值，並進而依據此位置值取得能量修正係數，修正光訊號在晶體中行進造成的能量衰減，以得出較為精準或者接近原有的加馬入射事件能量值。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
1‧‧‧正子斷層攝影裝置
10‧‧‧感測陣列
11‧‧‧檢測區域
12‧‧‧雙端讀取偵檢器
120‧‧‧晶體陣列
121‧‧‧光感測陣列
122‧‧‧γ射線
123‧‧‧光感測陣列
124‧‧‧特定晶體
125‧‧‧閃爍光
126‧‧‧閃爍光
100‧‧‧閃爍晶體陣列
101‧‧‧光感測元件陣列
102‧‧‧理想入射晶體位置
103‧‧‧實際測得晶體位置
104‧‧‧實際測得晶體位置
2‧‧‧加馬入射事件發生位置與能量之辨識方法
20~25‧‧‧步驟
19‧‧‧步驟
191~199‧‧‧步驟
3‧‧‧多端讀取成像探頭
30‧‧‧多端讀取成像偵檢器
300‧‧‧感測晶體陣列
300A‧‧‧第一排感應晶體
300B‧‧‧第二排感應晶體
301‧‧‧光檢測陣列
DXL、DXR、DYU、DYL‧‧‧光檢測陣列
301‧‧‧光檢測陣列
80‧‧‧正子
81‧‧‧電子
θ 1、θ 2‧‧‧入射角
第1圖為正子斷層攝影原理之示意圖。
第2A圖為習用之正子斷層攝影裝置示意圖。
第2B圖為習用之成像偵檢器示意圖。
第2C圖為習用成像偵檢器之視差問題示意圖。
第3圖為習用之雙端讀取成像偵檢器示意圖。
第4圖為本發明的加馬入射事件發生位置與能量之辨識方法的流程圖。
第5A圖為本發明的多端讀取成像探頭的俯視圖。
第5B圖為本發明的多端讀取成像探頭的側視圖。
第6圖為本發明進行對於位置部分的校正步驟的流程圖。
第7圖為本發明進行對於能量部分的校正步驟的流程圖。
第8A圖為本發明一示範施作例偵測的加馬能量示意圖。
第8B圖為本發明一示範施作例偵測的加馬能量示意圖。
以下謹結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。
第4圖為本發明的加馬入射事件發生位置與能量之辨識方法的流程圖。請參閱第4圖。在本實施例中，加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識方法2包括有下列步驟20~25，而在進行加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識方法2之前，會先對多端讀取成像探頭3進行步驟19的一校正步驟。
多端讀取成像探頭3如第5A圖及第5B圖所示。多端讀取成像探頭3具有複數個多端讀取成像偵檢器30(為了便於說明，圖式僅繪出一個多端讀取成像偵檢器30)，其係依序排列成一感測平面，每一個多端讀取成像偵檢器30具有一感測晶體陣列300以及四組光檢測陣列(photon sensing array，PSA)301。
感測晶體陣列300是由一細長(長度大於截面尺寸之10倍)感測晶體排列堆疊所組成之矩陣，其中感測晶體陣列300之感測晶體為閃爍晶體，感測晶體係為固態閃爍材料，其係選擇為LSO、LYSO、NaI、CWO、SrI、GSO(Z)或者是LaBr3其中之一，但不以此為限。
感測晶體陣列300包含複數層感測晶體，以如第5A圖及第5B圖為例，沿著Z方向排列有4層感測晶體堆疊而言，各層中沿著X方向排列有
24個感測晶體，而各層中沿著Y方向排列有24個感測晶體。需說明的是，各層感測晶體在Z方向相鄰之間彼此仍為保持光隔離的。
由Z方向觀之，各層感應晶體具有一第一排感應晶體300A與一第二排感應晶體300B，其中第一排感應晶體300A為沿著Y方向依序排列，而第二排感應晶體300B為沿著X方向依序排列。也就是說，本實施例將Z方向各層感測晶體分成一半，並使第一排感應晶體300A的排列方向與第二排感應晶體300B的排列方向相互垂直，第一排感應晶體300A與第二排感應晶體300B各沿其排列方向互為光隔離，而交錯層疊之第一排感應晶體300A與第二排感應晶體300B於接觸面則彼此相互為光導通。
此外，將四組光檢測陣列301分別設置於感測晶體陣列300的四周，以偵測於各感測晶體陣列300內所發生之閃爍光反應，也就是說，本實施例在感測晶體陣列300之X方向與Y方向兩側同時置放光檢測陣列301，分別是位於感測晶體陣列300之X方向兩側的光檢測陣列DXL、DXR，以及位於感測晶體陣列300之Y方向兩側的光檢測陣列DYU與DYL，藉以偵測於感測晶體陣列300內各方向所發生之閃爍光所具有之能量。光檢測陣列301可選擇為PMT陣列、PS-PMT感測器/陣列、PS-SiPM感測器/陣列、PS-APD感測器/陣列以及SiPM陣列其中之一。
上述配置之下，構成多端讀取成像探頭3。首先，對多端讀取成像探頭3進行前置校正的步驟。以本實施例而言，是對四組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL先進行彼此的增益均勻化校正，而各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL內部的訊號讀取線路具有雙向的線性權重電路架構，使得各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL能夠輸出兩個方向(如XZ方向或
YZ方向)、且各方向有兩個權重訊號，也就是各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL均會輸出共四個權重訊號，以供後續位置與能量計算。
對多端讀取成像探頭3進行前置校正的步驟後，接著，進行對於位置部分的校正步驟，請參閱第6圖所示，第6圖為本發明進行對於位置部分的校正步驟的流程圖。具體而言，進行步驟190，以一均勻射源曝照多端讀取成像探頭3，以累計大量入射加馬事件數據資料，並紀錄每一加馬入射事件中的複數個權重訊號。而後進行步驟191，將每一入射加馬事件造成各光檢測陣列的各四個權重訊號計算重心，以得出各光檢測陣列對應的反應位置。換言之，分別將各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL的各四個權重訊號計算重心，而可得到各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL對應之反應位置。
以本實施例而言，第一排感應晶體300A與第二排感應晶體300B彼此相互導通，據此，例如是由第一排感應晶體300A中某一支晶體與入射加馬射線反應，產生閃爍光，一部分閃爍光沿著第一排感應晶體300A之該感測晶體300長軸，朝向其兩端的光偵檢陣列DXL、DXR前進，而另一部分閃爍光則進入與第一排感應晶體300A相鄰之第二排感應晶體300B並沿著第二排感應晶體300B之感測晶體長軸朝向其兩端的光偵檢陣列DYU與DYL前進。
由此可知，因感測晶體陣列300構型之故，產生光源的點(即加馬入射反應點)會有最大量的閃爍光訊號輸出，故於計算位置上，每一入射加馬事件皆能觸發四組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL，也就是每一入射加馬事件在X方向的光檢測陣列DXL、DXR與Y方向的光檢測陣列DYU與DYL
均會產生對應的權重訊號，而各光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL輸出各四個權重訊號，而每組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL的四個權重訊號作重心計算，而得出各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL對應之位置反應。
接著進行步驟192，將各光檢測陣列所屬的所有入射加馬事件反應位置，各自做二維圖像累計(histogram)，以建立各光檢測陣列對應的晶體圖(crystal map)，以本實施例而言，是將各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL對應之位置反應做二維圖像累計(histogram)，而建立關於事件的各光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL位置反應所對應的一晶體圖(crystal map)。
接著進行步驟193，分析各晶體圖以建立各光檢測陣列所屬之晶體位置對應表(crystal look-up table,cLUT)，以本實施例而言，將四個光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL所對應之晶體圖，而分別得出四組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL所對應之晶體位置對應表。
另外，關於能量部分，進行對於能量部分的校正步驟，請參閱第7圖所示，第7圖為本發明進行對於能量部分的校正步驟的流程圖。
進行步驟194，依據各光檢測陣列之晶體位置對應表，而取得各入射加馬事件的位置碼，以本實施例而言，套用步驟193中各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL之晶體位置對應表，而對應取得位置碼(X,Z)XL、(X,Z)XR、(Y,Z)YU與(Y,Z)YL，所稱之X，為各組光檢測陣列在X方向的座標值，所稱之Y，為各組光檢測陣列在Y方向的座標值，而所稱之Z，為各組光檢測陣列在Z方向的座標值。
進行步驟195，篩選可用事件。
以本實施例而言，檢查四組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與
DYL的Z值是否相等，若四組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL的三維座標值(指X、Y、Z方向的座標值)相等一致，則此加馬入射事件位置計算完成，並篩選為可用事件。
反之，若各該位置反應之任一維度方向的該位置值不同，則比較該事件的各該位置反應的一能量值，做為篩選(判斷是否為可用事件)之依據。
以本實施例而言，若上述四組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL的Z值並非全部相等，則此為不可用事件而忽略之。
進一步而言，若光檢測陣列DXL與DXR的X值(X方向的座標值)並非全部相等時，檢查光檢測陣列DXL與DXR兩者位置反應的一能量值。需說明的是，所稱之能量值，指的是各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL分別將各自四個權重訊號加總的數值。
舉例而言，檢查光檢測陣列DXL與光檢測陣列DXR之較大者數值，是否大於等於光檢測陣列DXL與光檢測陣列DXR之較小者兩倍，若符合，則以能量值較大者之X值篩選可用事件的X值，而能量較小者則為不可用事件而忽略之。同樣原理，若光檢測陣列DYU與DYL的Y值(Y方向的座標值)並非全部相等時，亦可篩選出光檢測陣列DYU與DYL可用事件的Y值，而能量較小者則為不可用事件而忽略之。
經由步驟195所篩選出可用事件後，其可用事件所得的位置值可做為後續能量修正的依據。
接著，進行步驟196，將所有可用事件的各組光檢測陣列的各四個能量值，以其三維位置值區分，再將各位置值所屬能量值依光檢測
陣列區分，分別做數值累計，得到各位置對應各光檢測陣列的四個能譜分佈。
以本實施例而言，以位置碼(指X,Y,Z)為分箱單位，累計(histogram)各位置碼對應四組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL之能量值，而得出對應各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL在不同反應位置之能譜分佈。
接著，進行步驟197，分析各位置之四個能譜分佈，取得各能譜分佈之光峰能量值，再以位置值為索引製表，得出對應四組光檢測陣列之四個光峰能量表。
以本實施例而言，分析各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL在不同反應位置之能譜分佈，取得光峰能量值(photo-peak channel)，再以位置碼為索引(index)製表，而得出各反應位置對應光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL之光峰能量表。
而後，進行步驟198，於各該光峰能量表中選定一能量校正基準值。
以本實施例而言，選定四組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL所屬之光峰能量表中的最大值作為校正基準。
進行步驟199，取得對應各光檢測陣列之能量修正係數表。
以本實施例而言，將校正基準除以四組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL之光峰能量表，而得出各反應位置對應四組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL的能量修正係數表，以供後續實際使用時，校正經衰減而失真的能量值，藉以取得精確入射加馬能量的依據。
進行步驟19的校正步驟之後，才算是完成步驟20，提供一可正常使用與運作的多端讀取成像探頭3。
接著進行步驟21，多端讀取成像探頭3偵測一加馬入射事件所產生閃爍光而得到關於閃爍光造成之複數個位置反應。
以本實施例而言，多端讀取成像探頭3對著一造影目標物進行造影，並由此造影目標物發出加馬射線，多端讀取成像探頭3補捉由造影目標物發出之加馬射線，此目標物射源曝照該多端讀取成像探頭3，以累積大量入射加馬事件之成像用數據資料，亦即由探頭提供之三維位置值與能量值，以供後續成像計算使用。
每一入射加馬事件皆能觸發四組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL，也就是每一入射加馬事件在X方向的光檢測陣列DXL、DXR與Y方向的光檢測陣列DYU與DYL均會產生對應的權重訊號，各光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL一經反應即輸出各四個權重訊號；每組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL的各四個權重訊號作重心計算，而得出各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL對應其晶體圖範圍內之反應位置。
接著進行步驟22，進行一位置判斷步驟，以校正步驟(步驟19)決定出對應該複數個反應位置之晶體位置對應表，各該複數個反應位置套用該晶體位置對應表比對，得到該加馬入射事件發生反應的三維位置值(座標)。
以本實施例而言，套用校正步驟中(步驟193)各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL之晶體位置對應表，而對應取得位置碼(Y,Z)XL、(Y,Z)XR、(X,Z)YU與(X,Z)YL，進而取得各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL
對應之各該複數個位置反應的三維位置，所稱之X，為各組光檢測陣列在X方向的座標值，所稱之Y，為各組光檢測陣列在Y方向的座標值，而所稱之Z，為各組光檢測陣列在Z方向的座標值。
接著進行步驟23，進行篩選一可用事件步驟，比對複數個位置值/碼，若各座標/位置值比對一致，則為可用事件，並記錄其三維位置(座標)值，反之則否。
以本實施例而言，先檢查四組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL的Z值是否相等，若相等，則檢查X與Y座標(位置)值，反之則列為不可用事件丟棄或忽略之。
若X與Y座標值皆一致，則完成位置計算與可用事件篩選。反之，若X或Y任一維度方向的位置值不同，則比較該維度兩端光檢測陣列的能量值，作為篩選可用事件與確認位置值之依據。
進一步而言，若光檢測陣列DXL與DXR的Y值(Y方向的座標值)並非全部相等時，檢查光檢測陣列DXL與DXR兩者的能量值。需說明的是，所稱之能量值，指的是，各組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL分別將各自四個權重訊號加總的數值。
舉例而言，檢查光檢測陣列DXL與光檢測陣列DXR之較大者數值，是否大於等於光檢測陣列DXL與光檢測陣列DXR之較小者兩倍，若符合，則以能量值較大者之Y值篩選可用事件的Y值，而能量較小者座標/位置值則忽略之，若不符合則將該事件歸類為不可用事件而丟棄忽略之。同樣原理，若光檢測陣列DYU與DYL的X值(X方向的座標值)並非全部相等時，亦可以相同原則篩選出光檢測陣列DYU與DYL可用事件的X值，或為不可用事
件而忽略之。
接著進行步驟24，針對該可用事件，進行一能量修正步驟，經與該校正步驟中(步驟199)決定之能量修正係數表比對，根據該可用事件的三維位置值取得對應各組光檢測陣列之能量值修正係數。
接著，進行步驟25，進行一能量計算步驟，將該可用事件對應各組光檢測陣列的能量值與對應之能量值修正係數相乘、加總，以得到一精確的加馬入射事件總能量值。
如此一來，將四組光檢測陣列DXL、DXR、DYU與DYL的能量值，分別乘上對應的能量值修正係數，並再加總後即可得到加馬入射事件的總能量。換言之，本實施例依據各光檢測陣列之該複數個位置反應，經與各光檢測陣列之晶體位置對應表比對，得到各光檢測陣列對應之位置值，再經篩選決定可用事件及其三維位置值，而根據該位置值取得對應各光檢測陣列之能量值修正係數，與各光檢測陣列之能量值乘、加，進而得到精確的加馬入射事件能量。
如第8A圖與第8B圖所示，其為本發明一示範施作例偵測的加馬能量示意圖，以能譜的方式表示。在一次511-keV加馬射源照射實驗中，比較校正前(第8A圖)與校正後(第8B圖)可知，經由本實施例之方法所得到的校正後能譜明顯較為集中且正確，而此校正後能譜也較為接近典型511-keV加馬能譜。
至此，步驟23輸出之三維位置值與步驟25輸出之修正能量值即為後續成像計算所需之精準數據。
綜上所述，本發明之加馬入射事件三維發生位置與能量之辨
識裝置中，將各層感測晶體陣列拆成兩排，這兩排感測晶體陣列交叉層疊且彼此相互導通，在感測晶體的四周圍擺設光檢測陣列，使得每一入射事件光感測陣列對應產生權重訊號，如此改良結構並運用前述加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識方法，以供加馬入射事件發生位置與能量計算。
並且，本方法更透過一篩選步驟，篩選出大量入射事件中可用事件，而將不可用的事件忽略而能降低計算上負擔，此可用事件所得到的位置值，能供作為能量修正值的依據。本發明提供能夠較為簡便且更精準的方式獲取各方向(三維)的位置值，進而依據此位置值取得能量修正係數，以得出較為精準或者接近原有的加馬能量值。此三維位置值與精準能量值將可提供後續成像計算，取得高品質的斷層掃描影像。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
2‧‧‧加馬入射事件發生位置與能量之辨識方法
20~25‧‧‧步驟
Claims (10)
- 一種加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識方法，包括以下步驟：提供一多端讀取成像探頭；於多端讀取成像探頭偵測一加馬入射事件所產生閃爍光而得到關於該閃爍光造成之複數個位置反應；進行一位置判斷步驟，以一校正步驟決定出對應各該複數個反應位置之晶體位置對應表，各該複數個位置反應套用該晶體位置對應表得到該加馬入射事件發生之各該複數個位置反應的三維位置；進行篩選一可用事件步驟，比對該複數個位置反應之位置值，若該複數個位置值比對一致，則為該加馬入射事件為可用事件，並確認該可用事件反應的三維位置值，反之則否；以及針對該可用事件，進行一能量修正步驟，經與該校正步驟決定之能量修正係數表比對，根據該可用事件的三維位置值取得對應各該光檢測陣列之能量值修正係數；進行一能量計算步驟，將該可用事件對應各該光檢測陣列的該複數個能量值與對應之該能量值修正係數相乘、加總，以得到一加馬入射事件總能量值。
- 如申請專利範圍第1項所述之加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識方法，其中提供該多端讀取成像探頭之前，進行該校正步驟：以一均勻射源曝照該多端讀取成像探頭，以累計大量入射加馬事件數據資料，並紀錄每一加馬入射事件中的的複數個權重訊號；以及將每一入射加馬事件造成各該光檢測陣列的各四個權重訊號值計算重心，以得出各該光檢測陣列對應的反應位置。
- 如申請專利範圍第2項所述之加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識 方法，其中在將每一入射加馬事件造成各光檢測陣列的各四個權重訊號值計算重心，以得出各該光檢測陣列對應的反應位置的步驟後更包括有下列步驟：將各光檢測陣列所屬的所有入射加馬事件反應位置，各自做二維圖像累計(histogram)，以建立各該光檢測陣列對應的晶體圖；以及分析各晶體圖以建立各該光檢測陣列所屬之晶體位置對應表。
- 如申請專利範圍第3項所述之加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識方法，其中分析各晶體圖以建立各該光檢測陣列所屬之晶體位置對應表的步驟後，更包括有下列步驟：依據各該光檢測陣列之晶體位置對應表，而取得各入射加馬事件的位置碼；篩選可用事件；以及將所有可用事件的各組光檢測陣列的各四個能量值，以其三維位置值區分，再將各位置值所屬能量值依光檢測陣列區分，分別做數值累計，得到該位置對應各光檢測陣列的四個能譜分佈。
- 如申請專利範圍第4項所述之加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識方法，其中進行將所有可用事件的各組光檢測陣列的各四個能量值，以其三維位置值區分，再將各位置值所屬能量值依光檢測陣列區分，分別做數值累計，得到該位置對應各光檢測陣列的四個能譜分佈的步驟後，更包括有下列步驟：分析各該位置之四個能譜分佈，取得各能譜分佈之光峰能量值，再以位置值為索引製表，得出對應四組光檢測陣列之四個光峰能量表；於各該光峰能量表中選定一能量校正基準值；以及取得對應各該光檢測陣列之該能量修正係數表。
- 如申請專利範圍第1項所述之加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識方法，其中更包括有對該多端讀取成像探頭進行前置校正的步驟。
- 一種加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識裝置，包括：至少一多端讀取成像探頭，每一個多端讀取成像探頭具有複數個多端讀取成像偵檢器，每一個多端讀取成像偵檢器具有：一感測晶體陣列，包含複數層感測晶體，其中各該層感應晶體具有一第一排感應晶體與一第二排感應晶體，該第一排感應晶體的排列方向與該第二排感應晶體的排列方向相互垂直，該第一排感應晶體與該第二排感應晶體各沿其排列方向互為光隔離，該第一排感應晶體與該第二排感應晶體於接觸面則彼此相互為光導通；以及複數個光檢測陣列，分別設置於該感測晶體陣列的四周，以偵測於各該感測晶體陣列內所發生之閃爍光反應，其中，依據各該光檢測陣列之該複數個位置反應，經與各光檢測陣列之晶體位置對應表比對，得到各光檢測陣列對應之位置值，再經篩選決定可用事件及其三維位置值，而根據該位置值取得對應各光檢測陣列之能量值修正係數，與各光檢測陣列之能量值乘、加，進而得到精確的加馬入射事件能量。
- 如申請專利範圍第7項所述之加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識裝置，其中各該層感應晶體彼此隔離。
- 如申請專利範圍第7項所述之加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識裝置，其中該感測晶體陣列之感測晶體為固態閃爍材料。
- 如申請專利範圍第7項所述之加馬入射事件三維發生位置與能量之辨識裝置，其中該光偵檢陣列選擇為PMT陣列、PSPMT感測器/陣列、PS-SiPM感測器/陣列、PSAPD感測器/陣列以及SiPM陣列其中之一。
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