使用镥本底辐射的pmt增益和能量校准的制作方法

专利名称：使用镥本底辐射的pmt增益和能量校准的制作方法
使用镥本底辐射的PMT增益和能量校准
本发明涉及医学成像领域。它特别是在与正电子发射断层摄影(PET) 扫描器相结合的光电倍增管(PMT)校准方面得到应用，且将特别参考其 加以描述。本发明还应用于利用了闪烁晶体的其^1成像模态(例如SPECT) 及其他成像模态。
通常，在医学成像中，扫描器的一致性至关重要。在其他条件都相同 时，技术人员希望看到使用相同设置获得的同一对象的两幅图像看起来是 相同的。在核成像中保持扫描器稳定性最大的难题之一就是保持PMT已校 准。公知的是由于使用和温度的原因，PMT的输出随着时间而漂移。PMT 漂移可通过调节PMT的电子增益进行校正。通常，校准的PMT和未校准 的PMT输出是相同的，只是能量通道漂移了。电子增益调节能够使漂移的 PMT输出回到通道对准，不过，通常PMT并不是均匀地漂移，因此必须 要单独校准每个PMT。
典型地，每个PMT所需的增益是通过在扫描器中放置放射性物质并运 行校准过程来决定的。放射性校准源产生特征能量的辐射。确定每个PMT 的增益，使其将来自特征能量辐射的输出信号置入相应的输出能量通道。 该增益被存储在存储器中并在后续的成像程序期间使用。该过程一直运行 到系统的所有PMT都被校准为止。
为了执行这种例行维护，需要在设置好的维护日期或实际的漂移妨碍 生成有用的医学图像时让技术人员在扫描器上进行PMT校准。这给扫描器 带来了一些不可避免的停机时间并带来了技术人员的人工成本。
本申请预期一种能够克服上述问题等的新的改进的核成像设备及其附 带的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种诊断成像设备。闪烁元件响应于 固有辐射发光。所述闪烁元件也是固有地具有放射性的。PMT阵列产生对入射辐射的响应，该响应随时间而变化且在PMT之间有变化。PMT自校 准处理器利用闪烁元件的固有放射性再次校准PMT的响应。
根据本发明的另一方面，提供了一种校准诊断成像扫描器的方法。利 用表现出至少一个特征能量的固有放射性的闪烁元件阵列产生本底辐射。 响应于由所述闪烁元件发射的本底辐射利用所述闪烁元件产生光子发射。 利用所述光电倍增管产生对所述光子发射的响应，所述响应在所述光电倍 增管之间有所变化。使用对所述闪烁元件的固有本底辐射的响应校准所述 光电倍增管。
根据本发明的另一方面，提供了一种诊断成像设备。包括闪烁器阵列 和光电探测器阵列的至少一个探测器组件包括发射具有至少一个特征能量 峰的辐射的放射性元素。所述闪烁器表现出根据特征能量峰的放射性光输 出量有所变化。幅度校准存储器存储对应于每个闪烁器的縮放因子，以对 光电探测器输出进行縮放。自校准处理器接收所述光电探测器响应于所述 放射性元素发射的辐射而产生的输出并调节所述缩放因子，使得所述光电 探测器输出的特征峰幅度处于共同幅度。
根据本发明的另一方面，提供了一种诊断成像设备。所述设备包括至 少一个探测器组件，所述探测器组件包括其响应特征随时间漂移的光电探 测器。所述探测器组件中的闪烁器产生固有本底辐射。自校准处理器作为 时间的函数接收所述光电探测器响应于所述固有本底辐射的输出并在所述 成像设备的停机时间期间校准所述光电探测器。
根据本发明的另一方面，提供了一种校准诊断成像扫描器的方法。利 用表现出至少一个特征能量的固有放射性的闪烁元件阵列产生本底辐射。 响应于由所述闪烁元件发射的本底辐射利用所述闪烁元件产生光子发射。 利用所述光电倍增管产生对所述光子发射的响应，所述响应在所述光电倍 增管之间有所变化。利用对所述闪烁元件的固有本底辐射的响应中的至少 两个特征峰校准光电倍增管。
本发明的一个优点在于减少了扫描器不扫描患者的停机时间。 另一个优点在于消除了对PMT校准的服务呼叫。 另一个优点在于连续更新PMT校准。 另一个优点在于以精确校准产生的诊断图像。另一个优点在于消除了对单独辐射校准源的需求。
在阅读和理解以下有关优选实施例的详细说明的基础上，本领域的普 通技术人员将明了本发明的其他优点和益处。
本发明可以实现为各种组件和组件布置以及各种步骤和步骤布置。附 图仅用于示出优选实施例，并不被视为限制本发明。

图1为根据本申请的核医学扫描器的示意图； 图2为示例性单光子能谱； 图3为示例性符合能谱；
图4为根据本申请的自校准处理器的更详细图示； 图5示出了对PET装置产生的典型单光子能谱的增益调节； 图6示出了对PET装置产生的典型单光子能谱的幅度调节； 图7示出了对PET装置产生的典型符合能谱的增益调节。
参照图l，示出了核医学扫描器10的优选实施例。在扫描之前，对象 置于对象支架表面12上。对象支架表面沿其纵轴A移入和移出扫描器10 的机架16的内膛14。 PET扫描器的内膛衬有圆柱形的辐射探测器18。可 选地，探测器包括多个探测头，对于SPECT扫描器这更为典型。在任一种 情况下，环绕并沿着对象接收内膛14布置探测器18以接收入射的Y射线。 典型地，入射的Y射线击中优选包括闪烁晶体和PMT的阵列的探测器18， 然而预期可采用包括闪烁晶体的任何其他探测器。当闪烁晶体被Y射线击 中时发射小脉冲的可见光，由PMT的光阴极将可见光转变成电子，并由 PMT中的倍增极柱放大电信号。
有很多化合物适于做闪烁晶体。锗酸铋(BGO)、氟化钡(BaFl)、硅 酸钆(GSO)、原硅酸镥(LSO)和原硅酸镥钇(LYSO)为形成闪烁晶体 的化合物示例。在优选实施例中，闪烁晶体包括镥，因此LSO和LYSO两 者都适合，其他包含镥的晶体变型也适合。
为对象注射放射性药物，对于PET扫描器而言该放射性药物经历湮灭 事件，发射沿相反方向传播的两束511eV的Y射线。亦即，两束Y射线沿 共同射线朝相反方向传播。在SPECT扫描器中，放射性药物包括衰变并发射具有一个(或多个)特征能量的Y射线的放射性同位素。
探测到在扫描器的内膛14内发生湮灭事件时，如果两束Y射线基本同 时击中探测器，则将其作为有效的湮灭事件。为了验证事件，事件验证处 理器20检测探测到Y射线的时间。Y射线经受若干次事件验证过程，该过 程从虚假事件中鉴别出有效的湮灭事件。例如，如果没有在足够靠近第一 束的时间内接收到第二束Y射线，就把第一束Y射线作为不成对的抛弃。 除了符合检测之外，事件验证处理器20还可以执行其他验证过程，例如能 量阈值和加窗滤波器以及其他本领域公知的验证过程。
事件验证在利用其中含有镥的探测器晶体(例如LSO和LYSO)时特 别有效。用于PET成像的闪烁晶体中的镥天然地包括大量的镥放射性同位 素(Lu176)。镥的这种特殊同位素在衰变时释放P粒子和88、 202和307 keV 的三束Y射线。如果没有事件验证过程，可能会把这些Y射线误认为源自 对象的Y射线。
自从LSO出现一来，这种多余辐射源就是辐射学家们的问题。很多专 利申请以此为主题试图补偿这种多余的放射源。尽管本申请在成像过程中 仍必须要补偿Lu^同位素，但本申请建议支配该多余的放射现象并引导其
在诊断扫描之间实现有利的目的。
可以利用在图2所示的单光子(singles)模式下的单光子能谱22中出 现的202 keV峰执行较粗的校准。可以利用如图3所示的包括202 keV峰 和307 keV峰的组合能谱24执行更精细的校准。来自任何给定闪烁的光通 常由多个PMT进行观察。基于观察PMT的位置和来自每个观察PMT的信 号的相对幅度，闪烁器定位器26利用Anger逻辑确定每个闪烁的位置，即， 每个接收到的Y射线。以校准期间确定的增益操作每个光电倍增管。典型 增益在大约8:1的范围上变化。从增益査找表(LUT) 28中检索出将每个 倍增管偏置到可工作时的增益。
为了适应闪烁器的光输出变化，幅度调节电路或处理器30调节每个输
出信号的幅度。确定初级闪烁位置以识别接收到Y射线并发射光闪烁的闪 烁晶体。LSO和LYSO闪烁体通常是单个晶体的阵列，例如几厘米见方的
阵列，每个晶体可以且典型地产生来自给定能量辐射事件的不同水平的光。 幅度调节处理器30为来自幅度校正LUT 32的探测闪烁器利用縮放因子縮放观察给定事件的每个PMT的输出。
重建处理器34将来自准确定位的有效事件的射线重建成对象的图像表 示。在PET成像中，符合探测到的Y射线定义了利用公知算法重建的射线。 在SPECT成像中，准直器界定对应于每次闪烁的射线。重建处理器34利 用公知算法将所述射线重建成图像。显示监视器36显示对象解剖结构的重 建部分。
再次，iV76在其衰变时发射88 keV、 202 keV和307 keV的三束y射 线。自校准处理器40使用来自放射性镥的这种本底辐射以在系统10未扫 描患者时对其进行校准。当系统未扫描患者时，其进入自校准模式，该模 式激活自校准处理器。参照图4、 5和6，自然辐射，尤其是202 keV和307
keV的y射线离开闪烁器晶体并击中另一个闪烁器引起闪烁。中央滤波电 路或处理器42使用Anger逻辑抛弃掉并非源于基本在光电倍增管下方中央 的任何信号。202 keV峰探测器44和307 keV峰探测器46探测来自对应于 Lu^的能量的y射线的事件。88keV峰往往被视为没有用处，因为它很少 能逃出发射其的晶体，而且加窗阈值常常更高，以区分环境和散射辐射等。
在第一单光子模式的实施例中，增益调节子处理器50将图5中的所接 收信号的峰52与理想的202 keV峰54比较，并相应地调节用于探测闪烁 的PMT的增益LUT 26中的增益设置。在优选实施例中，参照图5，增益 调节子处理器查找能量脉冲的特征前缘56。在一个实施例中，通过绘制对 于所探测到响应的直线拟合找到前缘56。此外，可以用其他多项式结合针 对典型202 keV响应而定制的函数一起确定前缘56。无论其幅度或位置如 何，对于所有探测到的202keV的Y射线来说，前缘应当是相同的。亦即， 即使系统PMT的幅度和能量响应可能会漂移，也可以调节倍增管的增益以 使202keV峰位于适当的通道中。
一旦完成了 202keV峰的PMT增益校准过程，对于第二实施例而言， 还可选地完成类似307 keV峰的PMT增益校准过程，则可选地执行了符合 模式校准。具体而言，符合探测器60探测202keV的Y射线是否在时间上 充分接近已经在同一Lu^衰变事件中产生的307keV的y射线。在符合模 式下，符合探测器60探测何时由一个闪烁晶体探测到202 keV的y射线且 在第二闪烁晶体处几乎同时探测到307 keV的Y射线。如图3所示，符合能谱产生两个较锐利的峰，这两个峰用于同时对两个PMT进行更精细的校 准。亦即，调节每个探测PMT的增益以将所述307keV与理想的307 keV 峰精确地对准，即，位于307 keV的能量通道中。可以类似地调节接收符 合202 keV事件的倍增管的增益。因为能量校正是线性的，所以自校准处 理器40执行的增益校正准确地对用于PET成像的511 keV峰进行平移。
在计算出增益调节并将其加载到增益LUT26中之后，能量调节子处理 器62响应于所接收的y射线，将输出信号的幅度，即接收闪烁器的光输出 水平与标称或理想202 keV的Y射线响应64比较并相应地调节幅度调节査 找表32中的縮放因子。来自不同闪烁器的光输出不是一致的，因此由观察 PMT所产生的输出信号的幅度之和将会变化。闪烁器定位器68使用Anger 逻辑来确定产生每个所探测到事件的闪烁器。能量调节子处理器62在查找 表32中调节探测到事件的闪烁器的縮放因子，将输出信号之和的幅度縮放 到标称响应曲线64。
类似地，参照图7，可以在符合模式下进行上述校准。亦即，将实际符 合响应70与符合标称响应72比较并与其对准。
在自校准模式中时，所探测到的能量应当仅是202 keV和307 keV之 一，从而使滤波器42除去其他信号。优选针对基本在单个PMT正下方发 生的闪烁执行PMT增益调节。这使得来自PMT的输出信号幅度最大化并 方便了出于这一目的的增益调节，滤波电路42抛弃被闪烁器定位器68判 断为不是基本在单个PMT下方中央的事件。
镥76具有3X10"年的半衰期，因此在扫描器寿命期间无需补充。也 预期使用其他天然含有放射性元素或经掺杂而含有它们的闪烁晶体。
已经参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读并理解前述描述的基 础上将会想到修改和变更。本发明旨在被解释为包括落入随附权利要求或 其等价物的范围内的所有这些修改和变更。
权利要求
1、一种诊断成像设备(10)，包括至少一个响应于入射辐射而发光的闪烁元件(18)，所述闪烁元件(18)表现出至少一个特征能量的固有放射性；与所述至少一个闪烁元件(18)进行光通信的光电倍增管阵列，所述光电倍增管的每个都对入射辐射产生响应，所述响应随时间而变化且在所述光电倍增管之间有变化；光电倍增管自校准处理器(40)，其使用所述至少一个闪烁元件(18)的所述固有放射性再次校准所述光电倍增管的响应。
2、 根据权利要求1所述的诊断成像设备(10)，其中，所述校准处理 器(40)针对光电倍增管增益和响应幅度中的至少一个确定校准因子。
3、 根据权利要求1所述的诊断成像设备(10)，其中，所述至少一个 闪烁元件(18)包含镥。
4、 根据权利要求3所述的诊断成像设备(10)，其中，所述固有放射 性来自大量天然镥176 。
5、 根据权利要求1所述的诊断成像设备(10)，还包括 包含对于每个光电倍增管的增益设置的增益存储器(28);以及 所述自校准处理器(40)确定在单光子模式下由所述光电倍增管之一探测到的响应中的特征峰，并线性地调节相应的光电倍增管的增益设置， 以校正所述响应信号中所述特征峰的定位。
6、 根据权利要求5所述的诊断成像设备(10)，其中，所述自校准处 理器(40)包括中央滤波器(66)，其将所探测到的闪烁限制为在每个光电 倍增管下方的闪烁。
7、 根据权利要求1所述的诊断成像设备(10)，其中，所述自校准处 理器(40)处理来自符合模式下的响应的至少一个特征峰并相应地调节探 测光电倍增管的增益。
8、 根据权利要求l所述的诊断成像设备，其中，所述至少一个闪烁器 包括闪烁器阵列，所述闪烁器之间的闪烁光输出有变化，并且还包括.-包含用于所述多个闪烁器中每个的幅度縮放因子的幅度校正存储器 (32);所述自校准确定响应于由每个所述闪烁器探测到的闪烁调节用于光电 倍增管输出的所述縮放因子。
9、 根据权利要求1所述的诊断成像设备(10)，还包括 包含对于每个光电倍增管的增益设置的增益存储器(28);以及 包含用于所述多个闪烁器中每个的幅度縮放因子的幅度校正存储器(32);更新所述增益存储器和所述幅度校正存储器中的至少一个的所述自校准处理器(40)。
10、 根据权利要求9所述的诊断成像设备，其中，所述自校准处理器(40):根据所述光电倍增管响应于闪烁的输出确定响应峰； 调节所述响应的光电倍增管的增益设置，将所述响应峰移动到与预选 特征曲线的对应峰对准；确定所述闪烁器中哪个产生所述闪烁；以及调节所述产生闪烁的闪烁器的縮放因子，使得所述响应峰的幅度与所 述预选特征曲线的所述对应峰在幅度上对应。
11、 根据权利要求1所述的设备，其中，所述自校准处理器(40)在 诊断成像间的停机时间期间校准所述光电倍增管的所述响应。
12、 一种对诊断成像扫描器(10)进行校准的方法，包括 利用表现出至少一个特征能量的固有放射性的闪烁元件阵列产生本底辐射；响应于由所述闪烁元件发射的本底辐射利用所述闪烁元件产生光子发射；利用所述光电倍增管产生对所述光子发射的响应，所述响应在所述光 电倍增管之间有所变化；以及使用对所述闪烁元件的所述固有本底辐射的响应校准所述光电倍增管。
13、 根据权利要求12所述的方法，还包括通过绘制对由接收所述光子发射之一的所述光电倍增管产生的响应的 能谱的前缘(52)的特征拟合，确定所述光子发射的特征边缘(56);调节所述光电倍增管的增益，以移动所述特征边缘(56)与预选特征 谱(22， 24， 54， 64)的相应特征边缘符合。
14、 根据权利要求12所述的方法，其中，所述校准步骤包括 确定与来自所述光电倍增管之一的特征能量对应的响应的能量峰； 调节所述一个光电倍增管的增益设置，使得所确定的能量峰与所述特征能量对准。
15、 根据权利要求12所述的方法，其中，所述闪烁器表现出至少两个 特征能量的固有放射性，并且还包括利用两个光电倍增管探测所述两个特征能量的符合光子事件并产生对 应的输出峰；针对至少探测到所述特征能量光子事件中选定的一个的所述光电倍增 管调节增益设置，以将所述对应的输出峰与预选特征曲线的相应峰对准。
16、 根据权利要求12所述的方法，其中，所述至少一个闪烁元件包括 具有不同光输出特征的闪烁器阵列，所述校准步骤包括确定所述阵列中哪个闪烁器产生每个光子发射；在所述探测光电倍增管的响应的步骤中确定所述特征能量峰的幅度； 调节所述产生闪烁的闪烁器的输出縮放因子，将所确定的幅度縮放到 预选幅度。
17、 根据权利要求16所述的方法，还包括 在增益存储器(28)中存储每个光电倍增管的增益设置； 在幅度校正存储器(32)中存储每个闪烁元件的縮放因子；以及 在所述校准步骤中更新所述增益存储器(28)和所述幅度校正存储器(32)中的至少一个。
18、 根据权利要求12所述的方法，其中，所述闪烁元件包括镥176。
19、 根据权利要求12所述的方法，其中，所述校准步骤发生在诊断成 像间的停机时间期间。
20、 一种执行权利要求12所述的方法的设备。
21、 一种诊断成像设备，包括至少一个包括闪烁器(18)阵列和光电探测器阵列的探测器组件，所 述闪烁器包括发射具有至少一个特征能量峰的辐射的放射性元素，所述闪 烁器表现出根据所述特征能量峰的放射性光输出量有所变化；幅度校准存储器(32)，其存储对应于每个闪烁器的縮放因子，以对光 电探测器输出进行縮放；自校准处理器(40)，其接收所述光电探测器响应于所述放射性元素发 射的辐射而产生的输出并调节所述縮放因子，使所述光电探测器输出的特 征峰幅度处于共同幅度。
22、 根据权利要求21所述的诊断成像设备，还包括 增益校准存储器(28)，其存储所述光电探测器中每个的增益设置；所述自校准电路(40)还调节所述增益设置，使得每个光电探测器源 自对所述特征能量辐射的响应的输出峰与预选特征能量曲线的对应特征能 量峰对准。
23、 一种诊断成像设备，包括至少一个探测器组件，所述探测器组件包括其响应特征随时间漂移的光电探测器；自校准处理器(40)，其作为时间的函数接收所述光电探测器的输出并在所述成像设备的停机时间期间校准所述光电探测器。
24、 一种校准诊断成像扫描器(10)的方法，包括利用表现出至少一个特征能量的固有放射性的闪烁元件阵列产生本底辐射；响应于由所述闪烁元件发射的本底辐射利用所述闪烁元件产生光子发射；利用所述光电倍增管产生对所述光子发射的响应，所述响应在所述光 电倍增管之间有所变化；以及使用对所述闪烁元件的所述固有本底辐射的响应中的至少一个特征峰 校准所述光电倍增管。
全文摘要
闪烁器(18)包括发射特征能量辐射的放射性元素，例如镥¹⁷⁶，其发射202keV和307keV的γ射线。闪烁器具有变动的光输出水平，和对倾向于漂移的光闪烁有响应的光电倍增管。当扫描器(10)不生成诊断图像时，光电倍增管探测来自镥¹⁷⁶辐射的闪烁。自校准处理器(40)调节每个光电倍增管的增益，使得其的输出峰对应于202keV或307keV，并调节PMT对应于每个闪烁器的输出的缩放因子，使得输出峰具有共同幅度。
文档编号G01T1/164GK101292174SQ200680038455
公开日2008年10月22日 申请日期2006年9月15日 优先权日2005年10月17日
发明者S·库克, T·劳伦斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司