成像方法和系统

文档序号:385003 发布日期:2021-12-10 浏览:11次 >En<

阅读说明:本技术 成像方法和系统 (Imaging method and system ) 是由 A·温克勒 于 2020-04-15 设计创作,主要内容包括:目的是提供一种成像方法和成像系统。根据实施例,成像方法包括将中子发射到物质中,其中所述物质将所发射的中子的至少一部分转换成第一多个伽马射线光子,并且其中所发射的中子的至少一部分穿过所述物质。基于穿过所述物质的所述中子和所述伽马射线光子,可以推导所述物质的至少一个属性。提供了一种成像方法和成像系统。(It is an object to provide an imaging method and an imaging system. According to an embodiment, an imaging method includes emitting neutrons into a substance, wherein the substance converts at least a portion of the emitted neutrons into a first plurality of gamma ray photons, and wherein at least a portion of the emitted neutrons pass through the substance. At least one property of the material may be deduced based on the neutrons and the gamma ray photons that pass through the material. An imaging method and an imaging system are provided.)

成像方法和系统

技术领域

本发明涉及成像,尤其涉及一种成像系统及成像方法。

背景技术

当中子与物质相互作用时,由于被称为的中子俘获反应,物质可以发射除了其它辐射的伽马射线光子。如果伽马射线光子的能量足够高,这些伽马射线光子可以使它们的生产物质几乎不衰减。

然而,在许多物质中,特定中子俘获反应的数量可能较小。为此,由于例如在测量或治疗期间存在的本底和中子导致的本底(其本底可能源于其他物质),导致由伽马射线光子产生的信号可能难以检测。因此,可能难以将这些伽马射线光子直接用于成像应用或其他应用。

发明内容

提供该发明内容以便以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征,也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

本发明的目的是提供一种成像方法和成像系统。前述和其它目的通过独立权利要求的特征来实现。根据从属权利要求、说明书和附图,进一步的实施形式是显而易见的。

根据第一方面,一种成像方法包括:将中子发射到物质中,其中所述物质将所发射的中子的至少一部分转换成第一多个伽马射线光子,并且其中所发射的中子的至少一部分穿过所述物质;将穿过所述物质的所述中子的至少一部分转换成第二多个伽马射线光子;检测在第一能量范围B1中的伽马射线光子的数量N1,其中,所述B1被包括在0-511千电子伏特keV范围内;检测在第二能量范围B2中的伽马射线光子的数量N2,其中,所述B2被包括在500至520keV范围中;检测在第三能量范围B3中的伽马射线光子的数量N3,其中,所述B3被包括在511-660keV范围中;检测在第四能量范围B4中的伽马射线光子的数量N4,其中,B4的下边界大于或等于650keV;以及基于所述N1、所述N2、所述N3和所述N4推导物质的至少一个属性。基于所述N1、所述N2、所述N3和所述N4,可以例如有效地对所述物质成像。

在第一方面的一种实施方式中,B1被包括在范围100-509keV内;B2被包括在范围509-516keV内;B3被包含在516-656keV的范围内;和/或B4的下边界大于或等于656keV。利用这样的范围,可以提高物质的成像的精度。

在第一方面的另一实施方式中,N2对应于湮灭事件的数量。因此,可以推导湮没事件的数量,这可以提供关于物质的附加信息。

在第一方面的进一步的实施方式中,推导所述物质的至少一个属性包括:基于所述N1、所述N2、所述N3和所述N4,识别所述物质中的至少一种元素。基于所述至少一种元素,例如可以推导出所述物质的其他属性。

在第一方面的进一步实施方式中,推导所述物质的至少一个属性还包括:基于所述N1、所述N2、所述N3和所述N4推导所述物质中所述至少一种元素的含量。基于至少一种元素的所述含量,例如可以推导所述物质的其它属性。

在第一方面的进一步的实施方式中,推导所述物质的至少一个属性包括:基于N3推导穿过所述物质的中子的数量。例如,基于穿过所述物质的中子的数量,可以推导出所述物质中各种元素的含量。

在第一方面的进一步实施方式中,所述物质包括硼-10,并且推导所述物质的至少一个属性包括:基于所述N1、所述N2、所述N3和所述N4推导所述物质中的硼-10含量。因此,可以有效地推导所述物质中的硼-10含量。

在第一方面的进一步实施方式中,所述成像方法还包括:基于所述硼-10含量计算用于硼中子俘获疗法的对患者体内的肿瘤的辐射剂量。因此,可以计算用于治疗的放射剂量,其具有从给予输递剂的减小的延迟,或具有比当前可能的更高的精度。

在第一方面的另一实施方式中,所述物质的至少一种属性包括所述物质的结构属性。因此,所述成像方法可以用于例如非破坏性测试(NDT)。

在第一方面的进一步的实施方式中,所述物质包括油,并且推导所述物质的至少一种属性的步骤包括:基于所述N1、所述N2、所述N3、所述N4推导所述油的化学组成。因此,所述成像方法可以用于例如油管检查。

在第一方面的另一实施方式中,使用包括镉的检测器将穿过所述物质的所述中子的至少一部分转换成所述第二多个伽马射线光子。当所述检测器包括镉时,可以以高效率将所述中子转换成伽马射线光子。

在第一方面的另一实现方式中,所述检测器包括以下中的至少一者:碲化镉;碲化镉锌;碲化镉镁;硒化碲锌镉。当所述检测器包括这些物质中的至少一者时,可以将所述中子转换成伽马射线光子,然后在相同物质中将所述伽马射线光子转换成电子-空穴对。然后,可以通过电子-空穴对的移动产生检测器信号。

根据第二方面,一种成像系统包括:中子源,其被配置成:将中子发射到物质中,其中所述物质将所发射的中子的至少一部分转换成第一多个伽马射线光子,并且其中所发射的中子的至少一部分穿过所述物质;检测器,其被配置为:将穿过所述物质的所述中子的至少一部分转换成第二多个伽马射线光子;检测在第一能量范围B1中的伽马射线光子的数量N1,其中,所述B1被包括在0-511千电子伏特keV范围内;检测在第二能量范围B2中的伽马射线光子的数量N2,其中,所述B2被包括在范围500至520keV中;检测在第三能量范围B3中的伽马射线光子的数量N3,其中,所述B3被包括在范围511-660keV中;以及检测在第四能量范围B4中的伽马射线光子数量N4,其中B4的下边界大于或等于650keV;以及计算设备,被配置为:基于所述N1、所述N2、所述N3和所述N4推导所述物质的至少一个属性。利用这些配置,所述成像系统能够基于所述N1、所述N2、所述N3和所述N4对物质进行有效成像。

在第二方面的实施方式中,所述检测器包括直接转换物质,该直接转换物质包括镉。利用这些配置,所述检测器能够以高效率将所述中子转换成伽马射线光子。

在第二方面的另一实施方式中,直接转换物质包括以下中的至少一者:碲化镉;碲化镉锌;碲化镉镁;硒化碲锌镉。当直接转换物质包括这些元素中的至少一者时,所述直接转换物质能够将中子转换成伽马射线光子,然后将所述伽马射线光子转换成电子-空穴对。

应当理解,上述第二方面的实施方式可以彼此组合使用。若干实施方式可以组合在一起以形成进一步的实施方式。

许多附加特征将更容易被理解,因为通过参考结合附图考虑的以下详细描述,它们变得更好理解。

附图说明

下面,根据附图更详细地描述示例实施例,其中:

图1示出了根据实施例的成像方法的示意性流程图;

图2a-2c示出了根据实施例的成像系统的示意性表示;

图3示出了根据实施例的成像系统中包括的检测器的示意性表示;

图4示出了根据实施例的频谱的示意性表示;以及

图5示出了根据一个实施例的能量范围的示意性表示。

在下文中,相同的附图标记表示相同的或至少功能上等同的特征。

具体实施方式

在以下描述中,参照附图,该附图形成本公开的一部分,并且在本公开中通过图示示出了可以解释本公开的特定方面。应理解,可利用其它方面且可在不脱离本发明的范围的情况下作出结构的或逻辑的改变。因此,以下详细描述不应被理解为限制性的,因为本公开的范围由所附的权利要求限定。

例如,应当理解,与所描述的方法有关的公开内容对于被配置为执行该方法的对应设备或系统也是适用的,反之亦然。例如,如果描述了特定的方法步骤,则对应的设备可以包括用于执行所描述的方法步骤的单元,即使这样的单元未在附图中明确地描述或图示。另一方面,例如,如果基于功能单元描述了特定装置,则对应的方法可以包括执行所描述的功能的步骤,即使这样的步骤未在附图中明确地描述或图示。此外,应当理解,除非另外特别指出,否则本文所述的各种示例性方面的特征可彼此组合。

图1示出了根据实施例的成像方法100的示意性流程图。在此,成像方法100可以被称为方法100。

根据实施例,成像方法100包括101发射中子到物质中,其中所述物质将所发射的中子的至少一部分转换成第一多个伽马射线光子,并且其中所被发射的中子的至少一部分穿过所述物质。成像方法100还可以包括102转换穿过所述物质的中子的至少一部分成第二多个伽马射线光子。

根据实施例,成像方法100还可以包括103检测第一能量范围B1中的伽马射线光的数量子N1,其中B1被包括在0-511千电子伏特keV范围内。

成像方法100还可以包括104检测第二能量范围B2中的伽马射线光子的数量N2,其中,B2被包括在范围500-520keV中。

成像方法100还可以包括检测105第三能量范围B3中的伽马射线光子的数量N3,其中,B3被包括在511-660keV的范围中。

成像方法100还可以包括检测106在第四能量范围B4中的伽马射线光子的数量N4,其中B4的下边界大于或等于650keV。

成像方法100还可以包括基于N1、N2、N3和N4推导107所述物质的至少一个属性。

如本领域技术人员可以理解的,成像方法100中的步骤101-107可以以任何顺序执行,或者一些或所有步骤可以基本上同时执行。

根据一个实施例,推导所述物质的至少一个属性包括基于N1、N2、N3和N4,标识所述物质中的至少一种元素。

根据另一个实施例,推导所述物质的至少一个属性还包括:基于所述N1、所述N2、所述N3和所述N4推导所述物质中所述至少一种元素的含量。

在此,术语“元素”可以指例如化学元素、同位素或包含多于一种元素的化合物。

根据另一个实施例,推导所述物质的至少一个属性包括:基于N3推导通过所述物质的中子的数量。

根据另一个实施例,使用包括镉的检测器将穿过所述物质的中子的至少一部分转换成所述第二多个伽马射线光子。例如,检测器可以包括以下中的至少一者:碲化镉;碲化镉锌;碲化镉镁;硒化碲锌镉。

在成像方法100中所述N1、所述N2、所述N3、所述N4的使用可以提供改进的成像。由于光子计数(the photon counts)可以包括不同的能量间隔(energy interval),因此可以识别所述物质中的各种元素。此外,来自穿过物质的中子数和伽马射线光子数二者的信息可以在该方法中被使用,以提供关于所述物质的更多信息。

图2a示出了根据实施例的成像系统200的示意性表示。中子源201可以将中子202发射到物质203中。响应于中子202,物质可以发射光子205。光子205可以包括例如伽马射线光子。此外,一些中子204可以穿过物质203。穿过的中子204和/或光子可以被检测器206检测到。检测器206可以耦合到计算设备207。可替代地,检测器206可包括计算设备207。

根据实施例,成像系统200包括中子源201。中子源201可以被配置成将中子202发射到物质203中。物质203可以将发射的中子202的至少一部分转换成第一多个伽马射线光子205。发射的中子的至少一部分204可以穿过物质203。

成像系统还可以包括检测器206。检测器206可以被配置成将穿过物质的中子的至少一部分204转换成第二多个伽马射线光子。

检测器206还可以被配置为检测在第一能量范围B1中的伽马射线光子的数量N1,其中B1被包括在0-511千电子伏特keV范围内。

检测器206还可以被配置为检测在第二能量范围B2中的伽马射线光子的数量N2,其中,B2被包括在范围500-520keV中。

检测器206还可以被配置为检测在第三能量范围B3中的伽马射线光子的数量N3,其中,B3被包括在范围511-660keV中。

检测器206还可以被配置为检测在第四能量范围B4中的伽马射线光子的数量N4,其中B4的下边界大于或等于650keV。

成像系统200可进一步包括计算设备207。计算设备207可经配置以基于所述N1、所述N2、所述N3及所述N4推导该物质203的至少一个属性。计算设备207可电耦合到检测器206。

检测器206可以被配置为对光子计数。如本领域技术人员可以理解的,检测器206不需要被配置成对所有单个光子进行计数。相反,检测器206可以包括一些计数效率(Counting Efficiency)。计数效率可以由检测器206的量子效率(Quantum Efficienc)和检测器206中的任何电损耗确定。量子效率可以量化检测器206能够将吸收的光子转换成电子-空穴对(electron hole pair)的效率。

检测器206可以包括像素。每个像素可以被配置为检测如本文所公开的伽马射线光子和/或中子。

检测器206和/或计算设备207的一些部件可以被配置为抵抗由诸如中子辐射的电离辐射引起的损坏或故障。这种部件可被称为是辐射硬化的。

在一些情况下,两个或更多个伽马射线光子可以几乎同时由检测器206检测到。在这种情况下,检测器206也许不能将这些光子识别作为单独的事件。这可以被称为堆积(pile-up)。检测器206可以被配置为使用一些堆积拒绝(pile-up rejection)方法来减轻这种影响。

计算设备207可以包括至少一个处理器。所述至少一个处理器可以包括例如各种处理设备中的一个或多个,诸如协处理器、微处理器、控制器、数字信号处理器(DSP)、具有或不具有附带DSP的处理电路、或各种其他处理设备,包括集成电路,诸如例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、微控制器单元(MCU)、硬件加速器、专用计算机芯片等。

计算设备207还可以包括存储器。所述存储器可以被配置为存储例如计算机程序等。所述存储器可以包括一个或多个易失性存储器设备、一个或多个非易失性存储器设备、和/或一个或多个易失性存储器设备和非易失性存储器设备的组合。例如,存储器可以具体化为磁存储设备(例如硬盘驱动器、软盘、磁带等)、光磁存储设备和半导体存储器(例如掩模型只读存储器(mask ROM)、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、闪存ROM、RAM(随机存取存储器)等)。

如本领域技术人员可以理解的,当计算设备207被配置成实现某一功能时,计算设备207的某一和/或某些组件(诸如至少一个处理器和/或存储器)可被配置成实现该功能。此外,当至少一个处理器被配置为实现某一功能时,该功能可以使用例如包括在存储器中的程序代码来实现。

计算设备207可以被配置为使用本领域中已知的任何产品,诸如去卷积,来实现电荷共享校正(charge sharing correction)。这可以减少检测器206中相邻像素之间的光电荷的扩散。电荷共享可在所测量的谱中诱发低能拖尾(low-energy tail),且对于小像素显示尺寸可尤其显著。电荷共享校正可以提高检测器206的能量分辨率。

在本文中,术语“伽马射线”、“伽马射线光子”或类似术语可以指代具有光子能量大于100千电子伏(keV)的电磁辐射,而与光子的起源无关。

图2b示出了根据另一实施例的成像系统200的示意性表示。如图2b的实施例中所示,并非所有通过的中子204都可以被检测器206捕获。相反,由于取决于中子源201和检测器206的定位,穿过中子204的一部分可能不被检测器206捕获。图2b的实施例可以用于例如硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy)。

图2c示出了根据另一实施例的成像系统200的示意性表示。如图2c的实施例中所示,穿过的中子204可以在穿过物质203之后例如在空气中散射。这种散射可以是随机的。因此,一些中子204可以在被检测器206吸收之前在非线性路径中行进。

图3示出了根据实施例的检测器206的示意性表示。检测器206可以包括直接转换物质302和电耦合到检测器的专用集成电路(ASIC)303。

直接转换物质302可以包括镉(Cd)。例如,直接转换物质302(direct conversionmaterial)可以包括镉-113(113Cd)。直接转换物质302还可以包括碲(Te)。直接转换物质302可以包括化合物半导体,诸如碲化镉(CdTe)、碲锌镉(CdZnTe)、碲镁镉(CdMgTe)或硒化碲锌镉(CdZnTeSe)。

在一些实施例中,直接转换物质302可以被布置为层。检测器206还可以包括其它层。直接转换物质302可以被称为直接转换层。或者,直接转换物质302可以被布置成各种其他形状/布置。

直接转换物质302可以被配置为将入射的中子204转换成伽马射线光子304。入射的中子204可以是穿过物质203的那些中子。直接转换物质302可以进一步被配置为将伽马射线光子304转换成电子306和空穴305的对,也被称为电子-空穴对。此外,直接转换物质302可以被配置为将任何其他伽马射线光子(诸如在物质203中生成的伽马射线光子205)转换成电子306和空穴305的对。

电子306和空穴305可以通过施加在直接转换物质302上的电压而分离。因此,电子306可以被ASIC 303检测到。因此,检测器206可以被配置为同时检测中子204和伽马射线光子205。

ASIC 303和/或直接转换物质302可以包括像素。每个像素可以被配置成在像素的位置处检测入射的中子204和/或伽马射线光子205。因此,检测器206可以检测穿过物质203的中子204和/或由物质发射的伽马射线光子205的空间分布。每个像素可以将像素灰度值(intensity value)转换成例如电压或电流。

图4示出了根据实施例的谱400的示意性表示。谱400表示出光子计数413作为光子能量的函数412。

在图4的实施例中,谱400可以由检测器206产生。例如,中子源201可以将中子202发射到物质203中,并且物质203可以包括硼-10(10B)。检测器206可以包括镉Cd。该检测器可以类似于图3的实施例。检测器206中的每个像素可以被配置为生成谱400。

谱400中约478keV处的峰401可能是由于物质203中的以下反应:

10B+n→α+γ+7Li

该反应可以称为硼中子俘获(BNC)反应。当物质203中的10B吸收中子(n)时,可以发射阿尔法粒子(α)、伽马射线光子(γ)和锂-7(7Li)。伽马射线光子的能量可以是大约477.59keV。由于这样的伽马射线光子被检测器206吸收,因此可以在该能量处的谱400中观察到峰401。

谱400中能量511keV处的峰402可以包括所谓的湮灭峰(annihilation peak)。如果伽马射线光子的能量高于1022keV,则伽马射线光子可以在检测器206中生成电子-正电子对(electron-positron pair)。该电子-正电子对之后可以湮没并且生成两个能量分别为511keV的伽马射线光子。这可以被称为湮没事件。因此,相应的峰402可以在该能量下在谱400中被检测到。

湮没事件可以发生在检测器206中。例如,如果检测器206包括屏蔽,该屏蔽可以包括例如铅,则在这种屏蔽中可以发生大量的湮没事件。湮没事件也可发生在检测器206的任何其它部分,例如直接转换物质302。

能量535keV处的峰403可称为逸出峰。558keV处的峰404可以通过逃逸事件损失光子能量。逸出事件低于初始化事件。在图4的实施例中,558keV-23keV=535keV。23(.1)keV的能量损失是由于在Cd原子的电子壳中产生的Cd的Kα的x射线光子,并且随后逃逸。因此,可以在该能量下在谱400中检测到相应的峰403。

能量558keV处的峰404可能是由于以下反应:

113Cd+n→114Cd+γ

在该反应中,检测器206中的镉-113(113Cd)可以捕获中子(n)并转变为镉-114(114Cd)。在转变之后,114Cd可以处于激发态,并且随着114Cd释放,它可以在558.46keV下释放伽马射线光子。该伽马射线光子可以被称为镉瞬发伽马(CdPG)。因此,峰404可以在谱400中被观察到。

在此,术语“瞬发伽马”可以指伽马射线光子,其在裂变事件期间或基本上在裂变事件之后立即被发射的。这与可能延迟的伽马射线相反,该延迟的伽马射线由裂变产物的β衰变造成的。

上述镉反应也可以产生不同于558.46keV能量处的伽马射线光子。例如,能量576.08keV处的峰405和能量651.26keV处的峰406可能是由于上述镉反应产生的伽马射线光子。由于与峰404相比它们的小规模,峰405和406可以被称为小发射峰。峰404可以被称为主发射峰。

在图4的实施例中示出了五个能量范围。全局阈值(GT)能量范围407可以覆盖从0keV到第一能量阈值的能量。在图4的实施例中,第一能量阈值可以是大约470keV。可替换地,GT能量范围407可以覆盖其某个子范围。GT能量范围407可包括对于给定应用可能没有意义的能量范围。例如,在图4的实施例中,在470keV以下可能没有有意义的能量峰。因此,第一能量阈值可以是470keV。

第一能量范围(B1)408可覆盖从第一能量阈值到第二能量阈值的能量范围。例如,在图4的实施例中,第二能量阈值可以是大约509keV。或者,B1408可覆盖其某个子范围。因此,在图4的实施例中,B1408可包括上述的478keV处的峰402。第一阈值和第二阈值以及为此B1408的能量范围可以根据物质而变化。

在B1中检测到的光子数量可被称为N1

第二能量范围(B2)409可覆盖从第二能量阈值到第三能量阈值的能量范围。在图4的实施例中,第三能量阈值可以是例如516keV。因此,B2409可以包括上述的湮没峰402。

在B2中检测到的光子数量可被称为N2

在成像方法100和/或成像系统200中,可以对湮灭事件进行计数,以便确保在BNC反应中生成的伽马射线光子能够与湮灭事件中生成的伽马射线光子区分开。实现这一点的有效方式可以是分别对两者进行计数。

在一些实施例中,可以利用N2,以不同于的方式区分BNC反应中产生的伽马射线光子与湮灭事件中产生的伽马射线光子。例如,湮灭事件的数量可以提供关于物质203的附加信息。例如,在使用氟-18(18F)的PET成像中,主发射体可以是β粒子,特别是正电子粒子,其可以在体内湮灭,产生两个511keV的光子。在这种情况下,N2可被认为是主信号,且光子计数可被用作支持信号以增加如本文所述的准确度。

第三能量范围(B3)410可覆盖从第三能量阈值到第四能量阈值的能量范围。在图4的实施例中,第四能量阈值可以是例如656keV。因此,B3410可以包括峰403-406。因此,B3410中的总光子计数可用于计数检测器206中CdPG反应的数量。

在B3中检测到的光子数量可被称为N3

第四能量范围(B4)411可包括从第三能量阈值开始的能量范围。B4411的上边界可以是例如谱400的末端。例如,谱400的结束可以通过检测器206的特性来确定。例如,在图4的实施例中,B4411的上边界可以是800keV。

在B4中检测到的光子数量可被称为N4

上面关于图4的实施例描述的能量范围仅是示例性的,并且可以根据应用而变化。尤其是GT 407、B1408和B4411可根据物质203而变化,因为当中子被发射到不同的物质中时可发生不同的反应。

图5示出了根据一个实施例的能量范围的示意性表示。图5的实施例中呈现的能量范围和能量范围之间的关系仅是示例性的。例如,在图5的实施例中,一些能量范围可以表示为连续的,然而,在所有实施例中可能不是这种情况。此外,一些能量范围可以重叠,即使这样的能量范围可能未在图5的实施例中呈现。

GT 407可以被包括在0-511keV的范围内。GT 407还可以被包括在该范围的任何子范围中。例如,GT 407可以被包括在100-511keV、200-511keV或100-400keV的范围内。

B1408可以包括在0-511keV的范围内。B1408也可以包括在该范围的任何子范围内。例如,B1408可以包含在100-500keV、200-500keV、100-511keV、470-509keV或300-511keV的范围内。应当理解,由于B1408是能量范围,因此当B1408被包括在某个其他范围中时,B1408可以包括该范围的任何子范围。例如,如果B1408被包括在0-511keV的范围内,则B1408可对应于例如470-509keV的范围。在这种情况下,检测器206可以被配置为检测在470-509keV范围的伽马光子射线,并且方法100可包括检测在470-509keV范围内的伽马射线光子。类似的说明可以应用于GT 407、B2409、B3410和/或B4411。

B2409可包括在500-520keV的范围内。B2409也可以被包括在该范围的任何子范围中。例如,B2409可包括在505-515KeV、509–516keV,或者504–516keV。

B1408和B2409可以是连续的。例如,B1408的上边界可以是E1,而B2409的下边界可以是E1。E1可为例如500-511keV、505-511keV或509-511keV。

B3410可以在511-660keV的范围内。B3410也可以包括在该范围的任何子范围内。例如,B3410可以包括在516-656keV或515-656keV的范围内。

B2409和B3410可以是连续的。例如,B2409的上边界可为E2,而B3410的下边界可为E2。E2可为例如511-520keV、511-516keV或511-513keV。

B3410可以被包括在在511-660keV的范围内。B3410也可以包括在该范围的任何子范围内。例如,B3410可以被包括在516-656keV或515-656keV的范围内。

B4411的下限可以在650-670keV。例如,B4411的下边界可以等于或大于651keV。

B3410和B4411可以是连续的。例如,B3410的上边界可为E3,而B4411的下边界可为E3。E3可以是例如650-670keV、650-660keV或652-658keV。

在一些实施例中,能量范围B1-B4可以不重叠。例如,能量范围B1-B4可以是连续的。在一些实施例中,能量范围B1-B4可以是不连续的。例如,在一些能量范围B1-B4之间可以存在所谓的保护带或间隙。

根据实施例,可基于N1和N4,或基于N3提取关于物质的信息。

根据另一实施例,可基于N3的变化,与B1和/或B4的变化的比较来提取关于物质的信息。这种变化可以例如与参考值进行比较。

N2可用于确保N3仅包含CdPG反应的相关信息。

成像方法100和/或成像系统200可以例如在硼中子俘获治疗(BNCT)中使用。BNCT是针对疑难肿瘤(如头、颈或脑肿瘤)的放射疗法。成像方法100和/或成像系统200可用于在BNCT期间计算患者的肿瘤和健康组织的剂量。

根据一个实施例,物质203包括硼-10,并且物质的至少一个属性的推导包括:基于所述N1、所述N2、所述N3和所述N4推导所述物质中的硼-10含量。例如,物质203可以包括肿瘤细胞。

根据实施例,成像方法100还包括:基于所述硼-10含量计算用于硼中子俘获治疗的对患者中的肿瘤的辐射剂量。辐射剂量可以是例如中子辐射剂量。替代地或附加地,辐射剂量可以包括一些其它辐射剂量,诸如本文所述的那些。如本领域技术人员可以理解的,中子辐射剂量也可以包括其它辐射剂量。

在本文中,术语“热中子”(thermal neutron)、“热化的中子”(thermalizedneutron)或类似术语可以指具有自由中子,其与周围物质的颗粒的平均能量对应的动能的。热中子的动能可以是,例如,大约0.025keV。这可以对应于大约2000米每秒(m/s)的中子速度和大约2×10-10米的中子波长。

10B可以用本领域已知的各种方法在患者的肿瘤细胞中积累。例如,通过对患者施用一定剂量的输递剂(delivery agent),可以使10B在肿瘤细胞中积累。各种递送剂是本领域已知的。当这些包含10B的肿瘤细胞被热化的中子击中时,通过上述BNC反应可以产生瞬发伽马(PGs)。在此,在该反应中生成的瞬时伽马可以被称为硼PGs或bPGs。bPGs是高能量的(478keV)并且使患者身体几乎没有衰减。使用成像方法100,这些光子可以被检测到。可以生成肿瘤的3D重建,用于剂量计算。

应当注意,来自BNC反应的bPGs的数量可能非常小。特别是与本底和中子诱导的本底相比,其可以在治疗期间发生。该本底也可能源自存在于中子束附近的其它物质。

从患者身上散射出的并且在肿瘤中未被BNC反应中的10B转化的中子数量可以与在肿瘤中发生的BNC反应的数量相关。肿瘤中发生的BNC反应越多,从患者身上散射出的中子数量就越少。以及,反之亦然:发生的BNC反应越少,从患者身上散射出的中子数量就越大。

这些中子可以使用例如图3的实施例的检测器206被检测到,从患者身上散射出并进一步散射到检测器206中的中子可以在检测器206内部被转换成镉PGs。这些PGs可以被称为CdPGs。这些CdPGs中的大多数CdPGs的能量可以是前述的558keV。这些CdPGs可以由检测器206高效地检测,从而如上所述在558keV处产生峰。中子到CdPGs的转换以及CdPGs到电荷的转换可以在相同的检测器物质内并且以高效率发生。

此外,到达检测器206的散射中子的数量(以及因此CdPGs的数量)可以比来自BNC反应的bPGs的数量大几个数量级。

BNCT中对健康和肿瘤组织的剂量可基于所述N1、N2、N3和N4被计算。这种方法可以允许在治疗期间实时评估至少一个信号,因为朝向检测器的散射中子的通量可以足够高以用于快速读出,但是该通量可以足够低以不使检测器饱和或损坏检测器。

N1可以对应于bPGs的数量,并且N3可以对应于CdPGs的数量。自然地,N1可以不等于bPGs的数量,并且N3可以不等于CdPGs的数量,因为检测器206可以包括一些效率和/或低效率,在该些效率检测器206可以将PGs转换为电子-空穴对的。

在此,当两个量彼此对应时,在这两个量之间可以存在对应关系。例如,两个量可以彼此成比例或成反比。

除了N1和N3之外,系统200还可以利用N2和N4,以便获得10B含量的更准确估计。由于N2可以对应于湮没事件的数量,因此N2可以用于更准确地估计入射到检测器206上的伽马射线光子的数量。

BNCT中的剂量计算可以例如使用以下步骤进行:

-在测量期间可以获得患者体内放射性活动的强度分布图;

-所述强度分布图可以与CT扫描显示(组合)以用于解剖学参照。这可以是可选的;

-通过强度分布图可以计算核反应+终产物的数量。在BNCT中,核反应的数量可对应于BNC反应的数量;

-基于核反应的数量,然后可以通过例如在医疗性内照射剂量(Medical InternalRadiation Dose:MIRD)数据库中公布的比较值来估计剂量。

核反应的数量可以通过BNC反应和分布的478keV光子被直接地测量,和/或通过在BNC反应中未转化的中子的数量被间接地测量。

BNC反应的数量NBNC可以使用下式计算:

NBNC=(Nn-NCdNC)×c,

其中,Nn是给予患者的中子数量,NCdNC是CdNC反应数量,并且是校正因子。c可以解释检测器206的几何形状、治疗设置和位置、和/或可以影响检测器206的测量的患者特定细节。这些仅是可以解释的考虑的示例,而不应被认为是限制性的。也可以解释各种其它考虑。

CdNC反应的数量可以使用N3测定。B3可覆盖CdNC反应的所有伽马发射的约83%直至1000keV。因此,例如17%的误差是可能的。

B4411可包括来自CdNC反应的若干附加的次要伽马发射。通过将这些发射添加到B3410的强度,CdNC反应的误差可以被降低到低至2.5%。这可以导致更准确的BNC反应计算,并因此导致更准确的剂量计算。

根据实施例,在成像方法100中,物质的至少一个属性包括物质的结构属性。例如,物质可以是结构的一部分,例如油管,并且成像方法100可以用于在结构上执行非破坏性测试(NDT)。结构属性可以包括例如物质的结构完整性。

根据另一实施例,在成像方法100中,物质包括油,并且推断物质的至少一个属性包括:基于所述N1、N2、N3、N4推导油品的化学组成。例如,成像方法100可用于推导油管内部的油的化学成分。

例如,通过使用利用B3410获得的CdNC信号,可以执行管道断层摄影并检查输油管道阻塞。

原油的组成可以类似于以下:

碳(主要为12C,13C)83-85%;

氢(主要是1H,2H)10-14%;

氮(大多数为14N)0.1-2%;

氧(主要为16O、17O、18O)0.05-1.5%;

硫(主要为32S、33S、34S、36S)0.05-6.0%;

金属(主要是铁、镍、铜和钒)<0.1%。

一些原油成分可以具有在B1408能量范围内的伽马射线发射。这些组分可以是,例如,同位素氮-14(14N)、氧-18(18O)、硫-32(32S)、硫-33(33S)和硫-34(34S)。

与上述BNCT剂量计算类似,来自B1的信号强度分布图和数据库如CapGAM数据库,由美国国家核数据中心(Brookhaven National Laboratory)提供,可用于评估油的组成。

发射B1能量范围内的伽马射线的相同元素也可发射B4能量范围内的伽马射线。一些其它元素也可以在B4中发射:例如同位素碳-13(13C)、氮-14(14N)、氧-16(16O)、氧-17(17O)、氧-18(18O)、硫-32(32S)、硫-33(33S)、硫-34(34S)和硫-36(36S)。而16O和32S在B4能量范围内可具有最强的伽马发射。

类似于上述BNCT剂量计算,N4可用于在另一能量范围如B1中改善强度信息。

对于本文所述的任何实施例,可通过添加更多能量范围来进一步改进准确度。例如,能量范围B1-B4可以划分为子范围。因此,可以增加每个能量范围的分辨率。

在一些实施例中,光子计数N1-N4可与相应的参考值比较。与参考值比较的变化可以用于获得关于物质203的信息。例如,可以通过在系统100中没有物质203的情况下校准系统100来获得参考值。例如,可以周期性地执行这种校准。

上述涉及BNCT和NDT的实施例仅是成像方法100和/或成像系统200的示例性应用。成像方法100和/或成像系统200也可以用于其他应用,例如安全应用。例如,成像方法100和/或成像系统200可以用于在极其重要的基础设施的位置处,检查行李的爆炸物或挥发性化合物。

在不失去所寻求的效果的情况下,在此给出的任何范围或设备值可以被扩展或被改变。而且,任何实施例可以与另一实施例组合,除非明确地不允许。

尽管已经以特定于结构特征和/或动作的语言描述了主题,但是应当理解,所附权利要求中定义的主题不必限于上述特定特征或动作。相反,上述具体特征和动作是作为实现权利要求的示例来公开的,并且其他等效特征和动作旨在落入权利要求的范围内。

应当理解,上述益处和优点可以涉及一个实施例或者可以涉及若干实施例。实施例不限于解决任何或所有所述问题的那些实施例,或具有任何或所有所述益处和优点的那些实施例。还将理解,对“一个”项目的引用可以指这些项目中的一个或多个。

本文所述方法的步骤可以以任何合适的顺序进行,或者在适当的情况下同时进行。另外,在不脱离本文所述主题的精神和范围的情况下,可以从任何方法中删除个别块。上述任何实施例的方面可以与所描述的任何其它实施例的方面组合以形成另外的实施例而不失去所寻求的效果。

术语“包括”在这里用来表示包括所标识的方法、块或元件,但是这样的块或元件不包括排他性列表,并且方法或装置可以包含附加的块或元件。

应当理解,上述说明仅作为示例给出,并且本领域技术人员可以进行各种修改。以上说明、示例和数据提供了对示例性实施例的结构和使用的完整描述。尽管以上以一定程度的特殊性或参考一个或多个单独的实施例描述了各种实施例,但是本领域技术人员可以对所公开的实施例做出许多改变,而不脱离本说明书的精神或范围。

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