专利名称：具有改进的量化能力的pet探测器系统的制作方法
具有改进的量化能力的PET探测器系统本发明涉及辐射探测器领域。它特别适用于结合辐射探测器用于采用辐射透射或放射性药物的核医学成像器，例如单光子发射计算机断层摄影(SPECT)成像器和正电子发射断层摄影(PET)成像器以及平面X射线成像器、射电天文学等，并且将特别参考这些进行描述。应意识到本发明也可适用于其他辐射探测器模态以及采用辐射探测器的系统和方法。在单光子发射计算机断层摄影(SPECT)中，放射性药物被施予到成像对象，并且通常被称为伽马相机的一个或多个辐射探测器阵列被用于通过由放射性衰变事件导致的辐射发射来探测放射性药物。通常地，每个伽马相机包括辐射探测器阵列以及设置在辐射探测器阵列前面的准直器。伽马相机在一视角范围内移动，例如在180°或360°角范围内，并且最终的投影数据可以利用滤波反投影、期望最大化或其他成像技术被重建为成像对象中放射性药物分布的图像。有利地，放射性药物可以被设计为集中在所选择的组织中以提供那些所选择的组织的优选成像。在正电子发射断层摄影(PET)中，放射性药物被施予到成像对象，其中放射性药物的放射性衰变事件产生正电子。每个正电子与电子相互作用以产生正电子-电子湮灭事件，其发射两个相反定向的伽马(Y)射线。利用符合探测电路，围绕成像对象的环状辐射探测器阵列探测对应于(多个)正电子-电子湮灭的符合的相反定向伽马射线事件。连接两个符合探测的响应线(LOR)与正电子-电子湮灭事件的位置相交。这种响应线类似于投影数据并且能够被重建以产生二维或三维图像。在飞行时间PET(TOF-PET)中，两个符合、 射线事件的探测之间的小时间差被用于沿着LOR定位湮灭事件。在平面X射线成像中，辐射源照射成像对象，并且设置在成像对象相反侧上的辐射探测器阵列探测所透射的辐射。由于成像对象中的组织对辐射的衰减，所探测的辐射提供了成像对象中的骨骼或其他辐射吸收结构的二维平面表示。这种基于透射的成像在透射计算机断层摄影成像方面得到改进，其中X射线管或其他辐射源围绕成像对象移动以便在扩展的角范围内提供透射视图或投影数据，例如在180°或360°跨度的视角范围内。利用滤波反投影或其他图像重建技术，这一辐射投影数据被重建成二维或三维图像表示。SPECT和PET辐射探测器模块传统上已经包括利用中间光导层与闪烁体晶体阵列光学耦合的光电倍增管(PMT)阵列。闪烁体晶体将所吸收的辐射粒子转换成光猝发脉冲， 其被多个光电倍增管利用Anger逻辑探测并定位。在一些辐射探测系统中，光电倍增管已经被光电二极管替换，这些光电二极管产生与所接收的光的强度成比例的模拟信号。在高光情况下，光电二极管提供了对光电倍增管的成本有效的低电压替代物。已经开发出硅光电倍增管(SiPM)探测器，其将光电倍增管的高增益和稳定性与模拟光电二极管的成本有效及低电压特性结合起来。不同于使用受困于由于Compton散射、计数率饱和非线性响应(堆积效应)造成的事件错位的Anger逻辑，已经提议像素化闪烁体探测器。在像素化探测器中，通常存在个体闪烁体晶体与光电二极管像素的1 1匹配。由探测Y射线事件的像素化探测器的位置确定探测位置。
在以LYSO作为闪烁体晶体的情况下，大约30%的辐射事件被散射。在针对每一 LOR具有两个探测器的PET扫描器中，大约一半的LOR至少在一端与散射事件相关联。亦即，辐射事件撞击第一像素化闪烁体，导致闪烁，并且被Compton散射到第二闪烁体中，在此其导致另一闪烁。被散射的辐射可能在另外的像素化闪烁体中经受进一步的Compton散射。类似地，在与Anger逻辑系统相关联的更大晶体中，单一、事件可能是导致多个闪烁的 Compton散射。Compton散射导致不明确的事件位置和降低的空间分辨率。散射事件的特征在于较低的幅值。过滤或去除散射事件使用于重建的事件的数量减少30-50%。Compton 散射事件的时间接近性可能导致它们显现为对PMT的单一模糊事件。能量开窗、脉冲形状分析以及其他滤波技术已经被开发以改进空间分辨率；然而，所增加的所需的计算时间一般将滤波限制到定性分析，例如基于图像表示的医师诊断。量化方案是可用的，例如标准摄取值(SUV)是癌症治疗响应中广泛使用的量值。 SUV计算的优点在于不需要血液样品；然而，由于图像噪声、差的分辨率和未适当限定的感兴趣区域，SUV是易于变化的。与作为需要血液样品测量的定量替代物的分馏摄取率 (FractionalUptake Rate, FUR)相比，SUV可能得出关于疾病进展的相反结论。本申请提供一种采用像素化晶体读出以改进核医学成像器的空间分辨率并且改进断层图的量化的新的改进的方法和装置，其克服了上述及其他问题。根据一个方面，提出一种用于核医学成像的方法。该方法包括在围绕检查区域布置的多个辐射探测器模块之一上探测伽马(Y)辐射事件。所探测的辐射事件被区分成散射和非散射的事件并且被相应地标记。这些辐射事件被以表模式存储。根据另一个方面，一种核医学成像系统包括至少一个辐射探测模块以探测来自检查区域的辐射。散射探测器被配置为探测并标记散射和非散射辐射事件。表模式存储器存储所探测的辐射事件的探测位置以及它们各自的标记。一个优点在于改进了分辨率。另一优点在于降低了堆积。另一优点在于能够从图像表示中可靠地提取定量的度量。另一优点在于改进了信噪比。本领域技术人员在阅读和理解以下详细描述之后将意识到本发明的更多优点。本发明可以体现为各种部件和部件布置以及各种步骤和步骤布置。附图仅用于图示说明优选实施例，而不应被解读为限制本发明。
图1图解示出采用具有像素化闪烁体的辐射探测器模块的核医学成像系统；图2是具有像素化闪烁体晶体的辐射探测器模块的部分图解侧视图。参考图1，PET或其他辐射断层摄影扫描器8包括被定向为接收来自成像区域12 的辐射的多个辐射探测器模块10。辐射探测器模块10被布置为沿着轴线方向的若干相邻环；但是，可以使用辐射探测器模块的其他布置。通常辐射探测器模块10被容纳在断层摄影扫描器8的壳体14内并且因此从外部是不可见的。每个环是由多达数百个辐射探测器模块10构成的。在一些扫描器中，仅提供辐射探测器模块10的单个环，在其他扫描器中， 提供辐射探测器模块10的多达五个或更多个环。应意识到可以使用探测器头来替换图1 所示的探测器环结构。断层摄影扫描器8包括对象支架16，用于将对象或患者定位在成像区域12中。可选地，支架16在大致横穿辐射探测器模块10的环的轴线方向上是线性可移动的，以便于在延伸的轴线距离上采集三维成像数据。参考图2，其图示说明辐射探测器模块10。当γ射线20撞击辐射探测器模块时， 它能够与一个或多个个体探测器元件22相互作用。首先，Y射线穿过辐射透射层M。该辐射透射层M允许伽马辐射以可忽略的吸收量穿过，同时反射光子。然后Y射线撞击像素化闪烁体观的个体闪烁体晶体26，其将该辐射转换成多个光子，即闪烁。这些光子被光电探测器30探测，该光电探测器30是由单片地设置在公共硅树脂衬底32上的光电二极管阵列构成的。这些光电二极管可以包括固态光电倍增管，例如模拟光电二极管、数字硅光电倍增管(SiPM)等。SiPM提供了对模拟光电二极管的稳定、高增益和低电压替代物。大约 30%的射线20’与第一闪烁体相互作用从而生成光子并且被Compton散射到另一闪烁体中从而生成更多的光子。仅一部分光子直接撞击光电探测器30。为了增加达到光电探测器的光子的数量， 每个闪烁体晶体M的侧壁被诸如Teflon 、Vikuiti 等的反光层；34覆盖。该反光层也抑制光子进入相邻的闪烁体晶体并被对应的光电探测器探测到。光反射性间隔物36被设置在相邻光电探测器之间以防止光子逃逸出闪烁体晶体而不击中光电探测器。除了散射抑制外，使闪烁体晶体像素化也降低了堆积效应，这能够进一步增强图像分辨率。光耦合层38被设置在闪烁体晶体沈和光电探测器观之间。当光到达具有不同折射率的材料的边界时，一些光将透射，而一些光将被反射回来。因为在闪烁体晶体与光电探测器之间的反射是不期望的，插入光耦合层36以使反射最小化。再次参考图1，在开始核磁扫描之前，支架16上的患者被注射放射性药物，该放射性药物包含通常与标签分子耦合的放射性元素。标签分子与将要成像的感兴趣区域相关联，并且倾向于经由正常身体过程而积累在该区域。例如，恶性癌细胞倾向于消耗不正常高的能量；因此，放射性元素通常与葡萄糖耦合，葡萄糖是一种细胞通常对其进行新陈代谢以产生能量的分子。放射性药物的积累聚集在这种区域中并且在图像中表现为“热点”。其他技术包括为存留在循环系统中的分子加标签以便用于灌注研究等。由放射性药物的衰变产生的Y射线被环形布置的辐射探测器模块10探测到。触发器电路(未示出)监测光电探测器观中以闪烁事件为特征的能量脉冲，即脉冲下面的积分面积。通过时间戳电路40将时间戳与每个探测到的闪烁事件相关联。触发器电路和时间戳电路也可以被集成到光电探测器衬底中。符合探测器42确定γ射线的符合对以及由每个Y射线符合对定义的L0R。符合对是通过符合对的探测时间差和视场的已知直径来确定的。LOR的探测器位置和对应的时间戳以表模式格式作为单个条目被存储在表模式存储器44中。散射探测器46确定符合对的每个所探测的辐射事件是非散射的还是散射的。 非散射事件被定义成仅有一个闪烁体发射光子的事件。散射探测器47将一位数据附加到表模式存储器中的每个条目以指示所探测的辐射事件是否经历散射。总而言之，表模式存储器中的每个条目指示所探测的辐射事件的每个符合对的探测时间、探测位置和散射/非散射标记。重建处理器48将所有散射或非散射的LOR重建成被存储在第一图像存储器50中的第一图像表示，并且将没有散射的LOR重建成被存储在第二图像存储器51中的第二图像表示。量化处理器52量化所选择的感兴趣区域/结构的一个或多个度量。这些度量可以包括该感兴趣区域/结构的体积、计数率、标准摄取值(SUV)。该感兴趣区域/结构是由临床医生利用图形用户界面或显示设备M选择的。该图形用户界面或显示设备包括用户输入设备，临床医生可以利用该用户输入设备选择扫描序列和协议、重建方法，显示图像数据等。在TOF-PET系统中，重建处理器也从时间戳电路50得到每个LOR的飞行时间信息。参考图3，图像组合器56将第一图像表示60和第二图像表示62组合成组合图像64以便同时显示。例如，这些图像可以以不同颜色叠加，第二图像表示热点的轮廓可以被叠加到第一图像表示上，第一和第二图像表示可以以共同的尺度并排显示，等等。利用对应于散射和非散射的所探测的辐射事件的响应线重建的检查区域的第一图像表示60具有更好的噪声统计，但具有更低的分辨率。利用对应于非散射的所探测的辐射事件的响应线重建的检查区域的第二图像表示62具有更好的分辨率，因此允许探测小的病变，但是不能示出弱的热点。因此，每种情况提供互补的信息。量化处理器从第二图像表示或组合图像表示64提取一个或多个度量。这些度量可以与量化的图像表示一起显示在图形用户界面或显示设备上。在另一实施例中，利用对应于散射和非散射的所探测的辐射事件的响应线来重建检查区域的第一图像表示。临床医生在该第一图像表示中选择子体积或感兴趣结构，例如可疑的病变。仅利用对应于穿过子体积的非散射的所探测的辐射事件的响应线来重建第二图像表示，以生成子体积的较高分辨率图像表示。组合图像表示可以采用各种形式。例如， 子体积的非散射图像可以替代第一图像中的子体积。量化处理器从第二图像表示或组合图像表示提取一个或多个度量。这些度量可以与量化的子体积图像表示一起显示在图形用户界面或显示设备上。已经参考优选实施例描述了本发明。本领域技术人员在阅读和理解上述详细描述之后可能想到各种修改和变化。希望本发明被解读为包括所有这些修改和变化，只要它们落在随附的权利要求及其等价物的范围内。
权利要求
1.一种用于核医学成像的方法，其包括探测围绕检查区域布置的多个辐射探测器模块之一上的伽马(Y)辐射事件； 区分散射和非散射的所探测的辐射事件； 关于散射或非散射标记之一标记所探测的事件；以及以表模式存储所探测的辐射事件。
2.如权利要求1所述的方法，其中，每个辐射探测器模块是用由多个光学隔离的闪烁体晶体构造的(1)像素化读出闪烁体配置成的，每个闪烁体晶体与( 光电探测器光学耦
3.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其还包括 探测所探测的辐射事件的符合对；以及确定对应于每个符合对的响应线。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其还包括利用被标记为散射和非散射事件的所探测的辐射事件重建所述检查区域的较低分辨率的第一图像表示；以及利用被标记为非散射事件的所探测的辐射事件重建所述检查区域的较高分辨率的第二图像表示。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其还包括利用以表模式存储的所述散射和非散射辐射事件重建所述检查区域的第一图像表示；选择所述第一图像表示中的感兴趣子体积；以及利用以表模式存储的、对应于所选择的感兴趣子体积的非散射辐射事件将所述感兴趣子体积重建成第二图像表示。
6.如权利要求5所述的方法，其还包括基于至少一个度量从所述感兴趣子体积提取定量数据。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述度量是从体积、计数率和标准摄取值(SUV)中选出的。
8.如权利要求4-7中任一项所述的方法，其还包括 将所述第一和第二图像表示组合成组合图像表示； 显示所述组合图像表示。
9.如权利要求2-8中任一项所述的方法，其中，所述光电探测器包括硅光电倍增管 (SiPM)。
10.一种核医学成像系统(8)，其包括至少一个辐射探测器模块(10)，其探测来自检查区域(1 的辐射； 散射探测器(46)，其探测并标记散射和非散射辐射事件；以及表模式存储器G4)，其存储所探测的辐射事件的探测位置以及它们各自的散射/非散射标记。
11.如权利要求10所述的核医学成像系统(8)，其还包括重建处理器(48)，其将所探测的散射和非散射辐射事件重建成第一图像表示并且将所述非散射辐射事件中的至少一些重建成第二图像表示；以及量化处理器(52)，其量化所述第一和第二图像表示之一中的选定感兴趣结构的至少一个度量。
12.如权利要求10所述的核医学成像系统(8)，其中，所述辐射探测器模块(10)包括 像素化闪烁体( )，其由多个光学隔离的闪烁体晶体06)构造；以及多个光电探测器(30)，其每个光学耦合到所述闪烁体晶体之一。
13.如权利要求12所述的核医学成像系统(8)，其中，所述光电探测器(30)包括硅光电倍增管(SiPM)。
14.如权利要求10-13中任一项所述的核医学成像系统(8)，其还包括 多个辐射探测器模块(10)，其被设置为探测来自所述检查区域(1 的辐射事件； 时间戳电路(40)，其将时间戳与所探测的辐射事件相关联；符合探测器(42)，其探测所探测的辐射事件的符合对并且确定对应于每个符合对的响应线；并且其中，所述表模式存储器G4)存储所探测的辐射事件的每个符合对的探测时间、探测位置和散射/非散射标记。
15.如权利要求14所述的核医学成像系统(8)，其中，所述散射探测器06)被配置成在符合对的所探测的辐射事件均未被散射的情况下将存储在所述表模式存储器中的所述符合对标记为非散射事件，并且将具有至少一个散射的所探测的辐射事件的符合对标记为散射的。
16.如权利要求14和15中任一项所述的核医学成像系统(8)，其中，所述标记是附加到对应的表模式条目的一位数据。
17.如权利要求11-16中任一项所述的核医学成像系统(8)，其还包括 图像组合器(56)，其将所述第一和第二图像表示组合成组合图像表示；以及显示器，其显示所述组合图像表示。
18.如权利要求11-17中任一项所述的核医学成像系统(8)，其中，所述度量是从体积、 计数率和标准摄取值(SUV)中选出的。
19.一种用于核医学成像的方法，其包括探测围绕检查区域布置的多个辐射探测器模块之一上的伽马(Y)辐射事件； 区分散射和非散射的所探测的辐射事件；利用所述散射和非散射辐射事件重建较低分辨率的第一图像表示；利用所述非散射辐射事件中的至少一部分重建较高分辨率的第二图像表示；以及显示所述第一和第二图像表示或其组合。
20.如权利要求19所述的方法，其还包括关于散射或非散射标记之一标记所探测的事件；以及以表模式存储所探测的辐射事件。
全文摘要
采用具有像素化闪烁体晶体的辐射探测模块的核医学成像系统包括散射探测器(46)，其被配置为探测并标记存储在表模式存储器(44)中的散射和非散射的所探测的辐射事件。散射和非散射辐射事件的符合对被探测并且对应的响应线(LOR)被确定。可以利用对应于散射和非散射的所探测的辐射事件的LOR来重建检查区域的第一图像表示，以生成具有良好噪声统计的较低分辨率图像(60)。可以利用对应于非散射的所探测的辐射事件的LOR来重建检查区域的全部或子体积的第二较高分辨率图像(62)。量化处理器被配置为从该较低分辨率图像、该较高分辨率图像或组合图像(64)中的至少一个提取至少一个度量，例如体积、计数率、标准摄取值(SUV)等。
文档编号G01T1/29GK102449504SQ201080024174
公开日2012年5月9日 申请日期2010年5月3日 优先权日2009年6月1日
发明者A·巴克勒, C·德根哈特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司