针对小间距闪烁晶体阵列的像素识别的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于伽马射线探测器的校准方法和模块，涉及伽马射线探测器以及医学成像设备。
【背景技术】
[0002]伽马射线和X射线成像探测器在医学和其他应用中被用作成像设备，例如正电子发射断层摄影(PET)和单光子发射计算机断层摄影(SPECT)，的部分。这样的成像探测器通常包括闪烁探测器或闪烁体，例如闪烁体晶体或闪烁体晶体的阵列，所述闪烁探测器或闪烁体被耦合到光探测器，例如光敏元件阵列。闪烁体响应于入射(即撞击)粒子(诸如电子、阿尔法粒子、离子或高能光子)而进行闪烁，即发射闪光。所发射的光子由光探测器捕获，其继而由专用读出电子器件读出。基于闪烁光子在何处及何时被捕获(即电荷在光探测器上的强度分布或者空间强度分布，其也可以被称为电荷分布)，能够确定入射粒子在闪烁体中的时间和空间位置。由此，可以生成表示该置的图像。该图像包括关于各自的粒子在何处和何时被发射的信息，这能够通过引入发射粒子的物质或通过使得以其他方式在特定区处发射粒子，由医学或其它成像设备利用。如果，例如，患者被给予发射特定种类的粒子(可能响应于代谢反应)的放射性示踪物，则能够生成表示这些粒子在何处被发射的图像。备选地，伽马射线探测器还可以探测由伽马射线源发射并且在其去往所述探测器的路径上与对象(例如，患者)相互作用的伽马射线。
[0003]在这样的成像方法的背景下的一个重要的问题是所提供的图像分辨率。该分辨率取决于各种因子，诸如光探测器或闪烁体的设计(例如，在使用阵列的情况下，光探测器阵列或闪烁体阵列的尺寸或间距)，数据处理和所使用的算法、不同部件的校准、材料性质(尺寸、质量...)，外部状况或其他影响。被包括在探测器中的闪烁体可以例如包括单个(单片)块，其响应于要被米样和分析的入射粒子，实现所发射的闪烁光子的连续分布(光分布)O备选地，闪烁体可以包括小晶体针的阵列，这实现由这些针的间距给出的成像探测器的固有空间分辨率。单位面积更高数量的晶体针，即更小的针和/或更多针可以例如增加分辨率，其中，能够以更高的精度确定入射粒子的位置。
[0004]因此，改进这种成像探测器的固有空间分辨率可以通过减小在闪烁体阵列中的晶体元件的间距来实现。然而，使得晶体元件的间距更小导致必须正确被识别的更高数量的晶体元件。有针对对经历入射粒子的晶体的识别的两个主要策略:每个个体闪烁体晶体元件能够借助于专用光探测器元件个体地被读出，或光共享方法被使用。根据光共享方法，闪烁体阵列的间距通常比光探测器阵列的间距小，使得若干晶体元件被放置于单个光探测器阵列像素上。为了识别由入射粒子撞击的各自的晶体针，即闪烁体阵列元件，然后可以评估闪烁光如何在多个光探测器元件上分布。为了改进探测和晶体针的正确识别，光导，即光学均匀并且透明的固体材料，可以用于将闪烁光分布在若干光探测器阵列像素上。闪烁光子，即闪烁光或闪烁闪光在所述光探测器阵列的光敏元件上的分布然后可以被分析，以识别被撞击的闪烁体阵列元件。此外，能够确定入射粒子的能量。然而，如果使用光共享代替个体地读出每个闪烁体阵列元件，则正确参数(时间，能量和撞击的位置)的提取通常是更加困难的。另一方面，在光探测器中的所需光敏元件(光探测器像素)数量和数据采集系统的复杂性可以显著降低，这可以实现更低的设备成本。例如，现代临床PET扫描器具有14到15数量级的许多闪烁体晶体元件。阵列的间距通常为大约4mm，从而实现约4mm的固有空间分辨率。如果个体读出每个闪烁体晶体阵列元件，则将需要光探测器中的相同数量的光敏元件(光探测器像素)和电子通道。光共享方法的使用可以以一量级或幅度减少所需光探测器像素和电子通道的数量。
[0005]然而，利用光共享方法的也能够导致缺点。例如，在基于光共享的伽马射线探测器中，必须从来自光探测器中的所有受影响的光敏元件的信号的集合中提取由入射的伽马射线撞击的晶体，即晶体元件以及该伽马射线的能量，这通常需要额外的计算步骤。对于定位，最广泛使用的方法是愤怒定位(anger-pos i t1ning)，即对分布的重心或质心的确定。然而，愤怒定位严重地受丢失信号影响，所述丢失信号例如由在光探测器中的死光敏元件或由一个或多个光敏元件的死时间引起。在Lerche等人的Maximum Likelihood BasedPosit1ning and Energy Correct1n for Pixelated Solid State PET Detectors，Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference Record第3027-3029页(2011)中，作者呈现了用于确定入射伽马射线的位置，并且提取各自的参数的备选方法。所述方法基于最大似然法。以光共享模式被耦合到光探测器阵列的闪烁体阵列中的最可能的光转换位置通过将得到的光分布与针对闪烁体中的不同光转换位置的预先确定的分布进行比较来确定。最可能的位置，即对应于最相似的光分布的位置，被用作对入射伽马射线的闪烁体中的光转换位置的估计。作者示出，医学图像的分辨率可以通过使用最大似然位置估计方法来改进。
[0006]然而，并未详述如何获取用于比较的必要参考分布。
[0007]在Yoshida等人的Calibrat1nProcedure for a DOI Detector of HighResolut1n PET Through a Gaussian Mixture Model，IEEE TRANSACT1NS ON NUCLEARSCIENCE，第51卷、第5号(2004年10月)中，交互探测器的深度被开发用于下一代正电子发射断层摄影(PET)扫描器。基于高斯混合模型(GMM)的方法的统计模型被介绍用于晶体识别。该方法的结果被用于生成查找表。
[0008]在Z1ck等人的3D Millimeter Event Localizat1n in Bulk ScintillatorCrystals，IEEE TRANSACT1NS ON NUCLEAR SCIENCE，第60卷、第2号(2013年4月)中，呈现了一种新技术，其通过使用被放置在晶体和位置敏感光换能器之间的紧密耦合、编码孔阴影掩膜来实现高水平的性能。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供用于伽马射线探测器的校准方法和模块，以在用于成像时提供改进的分辨率。本发明另外的目的在于提供伽马射线探测器、医学成像设备以及计算机程序。
[0010]在本发明的第一方面中，提出了一种用于伽马射线探测器的校准方法，所述伽马射线探测器包括闪烁体阵列和以光共享模式被耦合到所述闪烁体阵列的光探测器阵列，所述闪烁体阵列用于响应于入射伽马射线在光转换位置处发射闪烁光子，所述光探测器阵列用于确定闪烁光子的空间强度分布。该方法包括以下步骤:记录由所述闪烁体阵列响应于多条入射伽马射线发射的闪烁光子的空间强度分布;根据所记录的空间强度分布确定符合地发射的闪烁光子的集合;针对所述符合地发射的闪烁光子的集合，确定重心位置和累积能量;执行基于所确定的重心位置和累积能量的聚类分析，以获得归于闪烁体阵列元件的伽马射线事件的聚类;针对聚类，累积所述空间强度分布，以确定响应于在所述闪烁体阵列元件中的入射伽马射线而发射的闪烁光子的累积空间强度分布;并且基于所述累积空间强度分布确定光矩阵，所述光矩阵包括针对不同闪烁体阵列元件的闪烁光子的预期的空间强度分布。
[0011]在本发明的另一方面中，提出了一种用于伽马射线探测器的校准模块，所述伽马射线探测器包括闪烁体阵列和以光共享模式被耦合到所述闪烁体阵列的光探测器阵列，所述闪烁体阵列用于响应于入射伽马射线在光转换位置处发射闪烁光子，所述光探测器阵列用于确定闪烁光子的空间强度分布。该模块包括记录器累积模块以及矩阵模块，所述记录器用于记录由所述闪烁体阵列响应于多条入射伽马射线发射的闪烁光子的空间强度分布，所述累积模块用于:根据所记录的空间强度分布确定符合地发射的闪烁光子的集合;针对所述符合地发射的闪烁光子的集合，确定重心位置和累积能量;执行基于所确定的重心位置和累积能量的聚类分析，以获得归于闪烁体阵列元件的伽马射线事件的聚类;针对聚类，累积所述空间强度分布，以确定响应于在所述闪烁体阵列元件中的入射伽马射线而发射的闪烁光子的累积空间强度分布;所述矩阵模块用于基于所述累积空间强度分布确定光矩阵，所述光矩阵包括针对不同闪烁体阵列元件的闪烁光子的预期的空间强度分布。
[0012]在本发明的另一方面中，提出了一种伽马射线探测器，包括:闪烁体阵列，其用于响应于入射伽马射线在光转换位置处发射闪烁光子;光探测器阵列，其以光共享模式被耦合到所述闪烁体阵列，所述光探测器阵列用于确定闪烁光子的空间强度分布；以及根据本发明的上述方面的校准模块。
[0013]在本发明的又一方面中，提出了一种包括如本文公开的伽马射线探测器的医学成像设备。在本发明的又一方面中，提供了一种包括程序代码模块的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上执行时，所述程序代码模块用于令所述计算机执行本文公开的校准方法的步骤，以及提供了一种非暂态计算机可读记录介质，在所述非暂态计算机可读记录介质中存储计算机程序产品，所述计算机程序产品当由处理器运行时，令本文所公开的校准方法被执行。
[0014]本发明的优选实施例定义在从属权利要求中。应当理解，请求保护的模块、设备、计算机程序和介质与请求保护的并且在如从属权利要求中定义的校准方法具有相似和/或相同的优选实施例。
[0015]伽马射线在特定的位置，即光转换位置处撞击闪烁元件的阵列，即闪烁体阵列，并且