專利名稱：使用探測器響應(yīng)函數(shù)的正電子發(fā)射斷層掃描儀飛行時間列表模式重構(gòu)的制作方法
使用探測器響應(yīng)函數(shù)的正電子發(fā)射斷層掃描儀飛行時間列表模式重構(gòu)背景技術(shù)在醫(yī)學成像領(lǐng)域中正電子發(fā)射斷層掃描儀(PET)的使用正在增長。 在PET成像系統(tǒng)中，放射性核素被引入到要成像的對象中。放射性核素 發(fā)射正電子。當發(fā)射的正電子和電子碰撞時，發(fā)生湮滅事件，其中正 電子和電子被破壞。湮滅事件的結(jié)果是產(chǎn)生兩個基本上相對彼此以180 度傳播的伽馬射線。PET成像系統(tǒng)使用在彼此對面放置的探測器以檢測 從該對象發(fā)射的伽馬射線。通常使用探測器環(huán)以便檢測來自每個角度 的伽馬射線。大量事件的收集創(chuàng)建了對于要通過層析重構(gòu)(tomographic reconstruction)來估計的對象的必要信息。連接到探測器元件的那些 事件形成響應(yīng)線(L0R)或者要被重構(gòu)的竇腔X線照相，該響應(yīng)線可以 根據(jù)它們的幾何屬性被直方圖化以定義投影。事件也可以被個別地添 加到圖像中。因此數(shù)據(jù)收集和圖像重構(gòu)的基本元素是L0R:穿過系統(tǒng)患者孔的 線。額外的信息可以在事件的位置上獲得。首先，已知的是，通過采 樣和重構(gòu)，系統(tǒng)重構(gòu)(定位)點的能力在整個視場空間上不是空間不 變的；在中心更好，朝著周圍的方向慢慢降低。點擴散函數(shù)(PSF)通 常被用來描述這種行為的特征。 一直研制工具以將PSF結(jié)合到重構(gòu)過程 中。第二，飛行時間(T0F)，或者在伽馬射線到達與該對的檢測有關(guān) 的每個探測器之間的時間微分，可以被用來沿著L0R限制事件更可能已 經(jīng)發(fā)生的地方。PSF本質(zhì)上是三維的，并且通常從在掃描器的中心的各向同性的4 至6fflm改變?yōu)樵谥苓叺?至8mm范圍的高度歪斜的橢圓體。T0F信息可以 被轉(zhuǎn)換成空間知識(通過該兩個伽馬線的行進速度的轉(zhuǎn)換)。通常來 說，T0F信息將導致事件的定位在大約10 - 12cm下至用非?？斓膾呙杵?的幾厘米。發(fā)明內(nèi)容因此，期望提供一種在重構(gòu)過程中使用關(guān)于LOR的所有的可用信息 的方法和裝置。本發(fā)明旨在提供一種用于成像過程的改進的重構(gòu)算法。諸如PET系 統(tǒng)，同時結(jié)合探測器點擴散函數(shù)的建模和TOF的知識，以便提高重構(gòu)圖 像的總質(zhì)量。在一個實施例中，飛行時間數(shù)據(jù);故用來確定均值發(fā)射點和飛行時 間概率函數(shù)。該均值發(fā)射點和飛行時間概率函數(shù)反過來被用來定義該 探測器響應(yīng)函數(shù)。然后飛行時間概率函數(shù)和探測器響應(yīng)函數(shù)被用于定 義4既率體，諸如，例如，橢圓體。在該概率體內(nèi)的體素(voxel);故用 在對于給定的響應(yīng)線的重構(gòu)算法中。這個過程提高了重構(gòu)的圖像的總 質(zhì)量而無需大量增加處理時間。在結(jié)合到該說明書中并且構(gòu)成該說明書的 一部分的附圖中，本發(fā) 明的實施例連同上面給出的本發(fā)明的一般描述一起被圖示出，下面給 出的詳細描述用于說明本發(fā)明的原理。本領(lǐng)域的技術(shù)人員認識到這些 說明性的實施例不是意在限制本發(fā)明，而是僅僅提供結(jié)合本發(fā)明的原 理的例子。


圖1示出PET成像系統(tǒng)；圖2示出對于3D PET環(huán)式掃描器的DRF的模型； 圖3示出提供均值發(fā)射點和probT0F的時間戳數(shù)據(jù)； 圖4示出根據(jù)基于probT0F的DRF的改變的符合伽馬射線對的起始 點的概率橢圓體。
具體實施方式
在這里公開的PET系統(tǒng)提供了用于準確地建模PSF以便可以使用 PSF在可接受的處理時間內(nèi)提供改善的圖像重構(gòu)的方法和裝置。該PET 系統(tǒng)結(jié)合列表模式的PET飛行時間(T0F)數(shù)據(jù)建模PSF。該PET系統(tǒng)有 效地提供更加準確的PSF沖莫型并且也通過限制會對檢測到的伽馬射線的起始點有貢獻的體素的數(shù)目來限制計算。圖1示出PET系統(tǒng)，其包括多個探測器環(huán)IO、成像區(qū)域12、要被成 像的對象13、和臺架或者殼體14。其中包括正電子發(fā)射的放射性核素 的、要被成像的對象13被放置在殼體14內(nèi)的成像區(qū)域12中。當正電子 從該放射性核素發(fā)射時，它們和電子碰撞產(chǎn)生湮滅事件16。湮滅事件16產(chǎn)生沿著響應(yīng)線31以相反的方向傳播的兩條伽馬射線17、 18。然后 由探測器環(huán)10檢測該伽馬射線17、 18,并且發(fā)送信號到處理單元54。 該P E T系統(tǒng)8可以包括任意數(shù)目的測器環(huán)10,在圖1中示出其中的5個 (r2、 r3. r4、 r5).處理單元54使用來自探測器10的信息和重構(gòu)算法一起生成對象的 圖像。重構(gòu)算法包括PSF建模以確定對于檢測到的每條伽馬射線的起始 點。在二維PET中，該探測器響應(yīng)是在如圖2中所示的X和e的二維函數(shù)， 其中X是響應(yīng)線(LOR)的徑向位置，e是沿著LOR的發(fā)射伽馬射線的相 對切線位置，該eUtB。和周圍的橫向^L場的PSF相比，在橫向^L場的 中心的PSF具有更窄并且更居中的輪廓(profile)。對于周圍的L0R， PSF相對于X非常不對稱。PSF在s-l處(發(fā)射點在LOR的中間)較窄， 并且向著小的s(發(fā)射點靠近探測器中的一個)變得更寬。在這個方面， 不準確的DRF建模產(chǎn)生圖像質(zhì)量問題，該圖像質(zhì)量問題在周圍的橫向視 場處更嚴重。如在圖2中所示，對于三維PET, PSF是X、 s、 Z，和p的4維函數(shù)。如 所示，Z，是在軸向方向上垂直于LOR的軸，j3是L0R的軸向傾角，并且X-Z， 平面垂直于L0R。由于PET系統(tǒng)產(chǎn)生總是相對彼此18 0度的伽馬射線，飛行時間(TOF ) 算法可以;故用來幫助確定沿著LOR的起始點。例如，如在圖3中所示， PET視場68被示出具有根據(jù)符合(coincidence )伽馬射線對確定的LOR 70?；诜蠈?coincidence pair)的檢測時間的差異和^見場68的 已知直徑，沿著L0R 70可以確定均值發(fā)射點72。然而，不能確定發(fā)射 點的精確的準確度。替代地，該發(fā)射點可以表示為對于沿著L0R "70的 所有的點的概率函數(shù)(probT0F) 75。如在圖3中所示，probT0F 75是 在均值發(fā)射點72處具有最大概率的類高斯函數(shù)。來自探測器10的數(shù)據(jù)可以:故送入到處理單元52，并且可以包括對 于檢測到的每個伽馬射線的時間戳。時間戳可以用來確定均值發(fā)射點 72和probTOF 75。均值發(fā)射點72和probTOF 75可以用來更精確地建才莫 DRF。圖4圖示了使用均值發(fā)射點72和probTOF 75來修正DRF的重構(gòu)算法。 坐標軸作為參考被示出為76。符合檢測產(chǎn)生L0R 70并且時間戳被用來 確定均值發(fā)射點72和probTOF 75,其中probT0F為L的函數(shù)。DRF 78可 以基于均值發(fā)射點72計算，其中DRF是X、 Z，和L4的函數(shù)。對于給定的LOR 70，只有在橢圓體80內(nèi)的體素可以對LOR 70有貢獻。概率橢圓體 80的邊界由probTOF 75和DRF 78所定義。更具體地說，概率橢圓體80 的邊界由在LOR方向上probTOF 75的非零區(qū)域和由在X-Z，、 L-l平面上 DRF 78的非零區(qū)域所確定?？蛇x地，概率體80可以由probT0F的預(yù)定部 分、DRF的預(yù)定部分、或者probTOF的預(yù)定部分和DRF的預(yù)定部分所定義。 通過改變預(yù)定部分，概率體的形狀被改變，并且或可以減少在該概率 體內(nèi)的體素的數(shù)目。例如，probTOF和/或DRF可以;陂計算用于從該均值發(fā)射點的一個或者兩個標準偏差。由于PSF可以是相對的切線位置s的函數(shù)，所以對于每個固定的L一 的橢圓體的邊界可以是不同的。每個體素和LOR的交叉分量僅僅為平面 中的probTOF(L)和PFS在(X, Z，，L-1)的乘積。因此，在前向投影中， 對于給定的LOR,在該概率橢圓體80內(nèi)的所有體素必須和它的T0Fprob 和DRF分量一起被投影。在后向投影中，對于給定的LOR,校正后的LOR 凈皮適當?shù)丶訖?quán)并且^皮分配給在該橢圓概率圓柱體內(nèi)的每個體素。應(yīng)該 注意到，4既率體80可以是由TOFprob和DRF所確定的〗壬意三維形狀，并 且因此本發(fā)明的范圍不意在被限制到特定的幾何概率形狀。因此，用TOF列表模式數(shù)據(jù)，對于每個測量的LOR，符合伽馬射線 發(fā)射位置是已知的并且在掃描器的時間分辨率之內(nèi)。PSF基于均值發(fā)射 點72和probTOF 75對于沿著LOR的有限范圍的對象體素而^皮建才莫。在需 要的計算量上的減少對于精確地建模DRF的算法極大地提高了圖像重 構(gòu)時間。PSF的精確建模允許圖像用更好的分辨率和總質(zhì)量被生成。已經(jīng)參考一個或者多個優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。明顯地，在閱 讀和理解該說明書時對于其他人將產(chǎn)生修改和改變。例如，本發(fā)明不意圖被限制到PET系統(tǒng)，而是可以包括具有不同的形態(tài)的成像系統(tǒng)， 諸如，例如組合的PET/CT系統(tǒng)或者組合的PET/MR系統(tǒng)。它意圖來包 括所有這樣的修改和改變，只要它們來自附加的權(quán)利要求或者它們的 等同物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種PET成像系統(tǒng)，包括(a)一個或者多個探測器，用于檢測從要被成像的對象發(fā)射的伽馬射線；和(b)耦合到所述一個或者多個探測器的處理單元，所述處理單元包括i)用于將時間戳分配給每個伽馬射線檢測事件的裝置；ii)用于根據(jù)所述時間戳確定符合對的裝置；iii)用于確定對于每個符合對的均值發(fā)射點和飛行時間概率函數(shù)的裝置；iv)用于基于對于每個符合對的所述均值發(fā)射點和飛行時間概率函數(shù)確定探測器點擴散函數(shù)的裝置；v)用于基于對于每個符合對的所述飛行時間概率函數(shù)和所述探測器響應(yīng)函數(shù)確定概率體的裝置；和vi)用于在重構(gòu)算法中使用對于每個符合對的所述概率體以產(chǎn)生圖像的裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像系統(tǒng)，其中，所迷概率體是橢圓體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像系統(tǒng)，其中，所述在重構(gòu)算法中 使用對于每個符合對的概率體以產(chǎn)生圖像的裝置包括使用對于每個符 合對的所述飛行時間概率函數(shù)和所述探測器響應(yīng)函數(shù)的交叉權(quán)重。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像系統(tǒng)，其中，對于每個符合對的分地定義。
5，根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像系統(tǒng)，其中，對于每個符合對的 地定義。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像系統(tǒng)，其中，對于每個符合對的所述探測器響應(yīng)函數(shù)的:零區(qū)域所定義:一 '、'，
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像系統(tǒng)，其中，對于每個符合對的A:定義,
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像系統(tǒng)，其中，對于每個符合對的義,
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像系統(tǒng)，其中，對于每個符合對的所述探測器響應(yīng)函數(shù)的預(yù)定部分所定義。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的PET成像系統(tǒng)，其中，對于每個符合對 的所述飛行時間積無率函數(shù)的所述預(yù)定部分和所述4笨測器響應(yīng)函數(shù)的所 述預(yù)定部分或者至少一個大約等于從所述均值發(fā)射點的兩個標準偏
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PET成像系統(tǒng)，還包括不同形態(tài)成像系統(tǒng),
12. —種產(chǎn)生PET圖像的方法，包括(a) 檢測來自要被成像的對象的伽馬射線發(fā)射；(b) 對檢測到的每個所述伽馬射線分配時間戳；(c) 確定符合伽馬射線對；(d) 確定對于每個符合對的均值發(fā)射點和飛行時間概率函數(shù)；(e) 基于對于每個符合對的所述均值發(fā)射點和所述飛行時間概率 函數(shù)確定4采測器響應(yīng)函數(shù)；(f) 基于對于每個符合對的所述飛行時間概率函數(shù)和所述探測器 響應(yīng)函數(shù)確定概率體；和(g) 在重構(gòu)算法中使用對于每個符合對的所述概率體以產(chǎn)生圖像。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所迷的方法，其中，對于每個符合對的所迷 概率體為橢圓體。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，對于每個符合對的所述義:"^ 、 、 、 p
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，對于每個符合對的所述
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，對于每個符合對的所述探測器響應(yīng)函數(shù)的預(yù)定部分所定義。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，對于每個符合對的所述 飛行時間概率函數(shù)的所述預(yù)定部分和所述探測器響應(yīng)函數(shù)的所述預(yù)定 部分或者至少其中一個大約等于從所述均值發(fā)射點的兩個標準偏差。
18. —種圖像重構(gòu)處理器，包括(a) 用于將時間戳分配給伽馬射線檢測事件的裝置；(b) 用于根據(jù)所述時間戳確定符合對的裝置；(c) 用于確定對于每個符合對的均值發(fā)射點和飛行時間概率函數(shù) 的裝置；(d) 用于基于對于每個符合對的所述均值發(fā)射點和飛行時間概率 函數(shù)確定探測器響應(yīng)函數(shù)的裝置；測器響應(yīng)函數(shù)確定概率體的裝置；和(f)用于在重構(gòu)算法中使用對于每個符合對的所述概率體以產(chǎn)生圖像。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的圖像重構(gòu)處理器，其中，對于每個符 合對的所述概率體為橢圓體。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的圖像重構(gòu)處理器，其中，所述在重構(gòu) 算法中使用對于每個符合對的所述概率體以產(chǎn)生圖像的裝置包括使用叉權(quán)重。
全文摘要
一種PET系統(tǒng)包括基于改進的點擴散函數(shù)建模的改進的圖像重構(gòu)算法。PET飛行時間數(shù)據(jù)被用來獲得均值發(fā)射點和飛行時間概率函數(shù)。該信息然后被用來建模點擴散函數(shù)。飛行時間概率函數(shù)和探測器響應(yīng)函數(shù)被用來定義給定響應(yīng)線的概率體，該概率體然后被用在圖像的重構(gòu)中。
文檔編號G06T11/00GK101243331SQ200680030108
公開日2008年8月13日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者D·加格農(nóng), J·卡普, L·M·波佩斯庫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司