单光子发射断层成像系统中的模拟探头

摘要

本发明提供了一种用于SPECT系统的模拟探头。该装置包括：光信号发生电路板，利用可编程单片机控制该电路板上各LED管脚的高低电位，实现LED的亮灭，并可以呈现出一定的空间分布特征；光电转换电路板，利用均匀分布的光敏二极管阵列，实现对上述LED阵列光信号的光电转换，并输出至下一级电子学电路；密闭盒，利用密闭盒对上述两块电路板进行封装，避免外界光信号的干扰，并对电路板提供相应的电源接口。本发明避免了直接以放射性物质作为信号源，为SPECT系统在教学实验中的使用和推广提供了客观条件，同时为在无源情况下SPECT系统的安装调试提供了手段。

说明书

技术领域

本发明涉及单光子发射断层成像系统(SPECT)，尤其涉及SPECT成像系统中的模拟探头，并且更具体的涉及能模拟产生并接收具有空间分布特性的光信号的方法和装置。

背景技术

在SPECT中，放射性示踪剂被注入病人体内，SPECT可以重建出放射性示踪剂在人体内的分布图，该图可以反映人体组织结构及其活动功能，如血流状态和人体的新陈代谢。SPECT自从80年代开始临床应用以来，大量的临床资料已经证实SPECT在肿瘤诊断、分期、良恶性鉴别和治疗监测等方面，发挥越来越重要的作用。SPECT同时也被用在骨胳影像显示，心血管疾病和脑部疾病的诊断，近年来，SPECT还常常用于人脑认知活动的研究。

在SPECT成像系统中，放射性示踪剂发射的γ射线被SPECT系统中的探头接收，经过电子学线路的处理，信号被输入计算机，重建后，最终显示放射性示踪剂的分布图。上述SPECT成像过程，由于γ放射源的使用，客观上限制了SPECT系统在教学实验中的使用和推广，同时也限制了在无源情况下SPECT系统的安装调试。

发明内容

本发明的目的在于解决上述SPECT系统在教学实验中难以使用和推广的问题，及在无源情况下SPECT系统的安装调试问题，提供一种代替传统放射源，能模拟产生并接收具有空间分布特性的光信号的方法和装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种产生空间分布光源的方法，其特征在于包括以下步骤：

在一块电路板上，通过单片机产生不同的时序的高低电平序列；

在所述的电路板上，通过由单片机产生的高低电平，控制16*16的LED阵列的亮灭，产生具有空间分布特点的光源信号。

本发明还提供了一种将具有空间分布的光源信号转换为电信号的方法，其特征在于包括以下步骤：

在一块指定的电路板上，均匀分布8*8的光敏二极管；

在所述的电路板上，通过均匀分布的光敏二极管，接收光信号，并通过光电转换性质，将其转化为电信号。

本发明还提供一种用于产生空间分布光源的电路板，其特征在于包括：

可编程单片机，当所述产生空间分布光源的电路板使用时，利用可编程单片机，根据需要事先写入代码，控制各个管脚高低电平序列；

LED阵列，LED阵列由空间排列的LED组成，根据所述可编程单片机产生的高低电平，控制LED阵列中任意LED的亮灭。

本发明还提供一种用于光电转换的电路板，其特征在于包括：

光敏二极管阵列，对所述LED产生的光信号进行光电转换，生成电信号；

输出排线，连接后端电子学电路，对所述电信号进行输出。

本发明还提供一种用于屏蔽外界光源干扰的密闭盒，其特征在于包括：

密闭盒，对上述的用于产生空间分布光源的电路板以及用于光电转换的电路板进行密闭封装；

引脚，对上述用于产生空间分布光源的电路板以及用于光电转换的电路板提供工作电压。

根据本发明的方法和装置，将SPECT系统的后端电子学电路与所述装置连接，可以避免使用具有放射性的物质作为信号源。所以，本发明的方法和装置避免了直接以放射性物质作为信号源，为SPECT系统在教学实验中的使用和推广提供了客观条件，同时为在无源情况下SPECT系统的安装调试提供了手段。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是SPECT系统成像流程示意图。

图2是SPECT模拟探头LED电路板示意图。

图3是SPECT模拟探头光电转换阵列电路板示意图。

图4是SPECT模拟探头LED阵列电路图

图5是SPECT模拟探头光电转换阵列电路图

图6是SPECT模拟探头示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明详细描述本发明的具体实施方式。

图1是SPECT系统成像流程示意图。如图1所示，SPECT系统成像流程包括三部分，即探头接收信号源发出的信号，电子学电路处理和放大信号，计算机采集信号并重建和显示图像。

在SPECT系统中，信号源为放射性物质，该物质通过吸入或注射进入活体体内后，由于代谢水平不同，使得放射性物质在活体体内具有分布的差异性，SPECT成像系统即利用这一特点完成图像。

本发明主要涉及SPECT系统中信号源和探头的更改。

SPECT模拟探头(图6)包括密闭盒(图6-②)，LED电路板(图2)，光电转换阵列电路板(图3)。各电路板通过四角的圆孔，利用铜柱、螺母加以固定，组成一个完整的信号发生、接收装置(图6-①)。将该装置通过密闭盒封装并固定，只通过电源线(图6-③)，以及输出排线(图6-④)完成供电和信号输出的功能。

本发明中，光信号是通过模拟光源系统中的LED阵列产生的。下面介绍LED阵列光信号的产生。

在LED阵列电路板中，利用可编程单片机完成对光信号的控制。单片机通过预先写入的程序，控制LED阵列各引脚高低电位，实现对LED亮灭的控制。

单片机采用的是ATMEL所生产的89S51系列，该系列单片机一共有32个IO口，能够完成对16*16大小的LED阵列的控制，通过振荡频率为12MHz的晶振提供外部时钟；LED选用的是高亮白光LED，以保证在光电转换过程中能够有足够大的输出电流，并且具有波长范围遍及整个光谱。

在程序编写过程中，本系统需要额外的程序烧录设备，利用该设备完成对程序的多次擦写。程序中，需要注意高低电平的时序控制，保证LED亮灭具有一定的持续时间，而且保证LED熄灭的持续时间至少应与其发光的持续时间相等，使设备有足够的时间进行响应，避免出现不同时间信号相互干扰、重叠致使无法进行正确位置判断的情况发生。

另外，为了模拟实际的信号源，在单片机程序中，必须保证在同一时刻只能有一个LED发光，不能出现同时有多个LED发光的现象，即在同一个时刻，仅只有一个空间位置信号被后端电路接收，这就要求在程序设计过程中，同一个时刻仅只能在一个LED上具有高、低电平，而在其余LED上，或将其两端电位同时置高，或者同时置低，保证其处于熄灭的状态，随后在下一个时序中，根据需要，参照上述规则，改变LED两端电位，完成对LED闪烁的控制。例如下列示例代码：

void delay(unsigned int i)

{

   unsigned int j；

   while(i--)

   {

      for(j＝0；j＜125；j++)；

   }

}

void main()

{

   P0＝0xFF；

   P1＝0x00；

   P2＝0xFF；

   P3＝0x00；

   while(1)

   {

      P1＝0x04；

      P2＝0xF7；

      delay(5)；

      P1＝0x00；

      P2＝0xFF；

      P0＝0xFF；

      P3＝0x00；

      delay(10)；

   }

}

代码实现单个LED的循环亮灭，利用delay函数产生相应的延时，保证LED有足够的亮灭持续时间，同样保证了后端电路有充足的充放电时间，如果要完成多个LED循环亮灭的程序，则可根据该实例进行相应的扩展。

在LED亮灭控制中，由于限定了同一时刻闪烁LED的个数，所以在该LED阵列电路中，仅仅依靠单片机IO脚输出电平即可驱动LED阵列，避免了驱动电路的设计，降低了电路的复杂度。

以上描述了LED阵列光源发生装置，以下将描述光电转换的发生。

在光敏二极管阵列电路板上，均匀分布着8*8的光敏二极管元件，该元件完成将光信号转换为电信号的过程，最终将电信号输出至后端的电子学线路。

光敏二极管元件选用的是VISHAY公司生产的BPW34系列，其响应上升下降时间均在100ns以内，能较好的完成光电流输出，并且该系列光敏二极管在波长范围为350～1050nm内都具有较好的响应，能够满足上述白光LED光信号到电信号的转换。

在具体操作过程中，首先应当对光敏二级管施加偏置电压。在该系统中，通过施加5V的直流偏置电压完成上述操作，而且由于该电路板与上述LED阵列电路板采用同样的供电电压，所以在设计过程中，采用统一的供电接口。实施中，将该接口直接与5V直流源连接即可。

当光敏二极管施加偏压之后，便可以完成光电转化的操作。打开供电电源，此时LED阵列便产生出光信号，光敏二极管阵列电路板与上述LED阵列电路板事先已完成了定位固定，并且两电路模块置于屏蔽盒中，外界光源对光敏电路的影响较小，通过光敏电路接收上述LED阵列所产生的光信号，使光信号最终以光电流的形式输出至后端电子学线路，完成信号的产生、转换和输出过程。

光敏二极管在5V偏置电压下，输出光电流小于100微安，与实际SPECT探头中光电倍增管输出电信号量级相近，所以能够较好的完成模拟功能。

根据上述方案进行操作，模拟探头输出电信号通过后端的电子学线路和计算机，利用采集和显示软件，完成对LED阵列中发光位置的确定和显示。

利用图2，图3以及图6-②中的装置，能够很方便的搭建SPECT系统中的模拟探头。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域内熟练地技术人员可在所附权利要求的范围内作出各种变形和修改。