[发明专利]正电子发射断层摄影系统和其信息处理方法

说明书

技术领域

本发明的实施方式一般涉及正电子发射断层摄影(PET)成像系统。更具体而言，涉及与能量、定时以及空间特性有关的检测事件的配对(pairing)以及过滤。 

背景技术

正电子发射断层摄影法(PET)的使用在医用成像领域中不断增加。在PET成像中，放射性药剂通过注入、吸入或食物摄取而被导入到被图像化的对象内。在投放放射性药剂后，由于药剂的物理以及生物体分子特性，药剂集中在人体内的特定的位置。药剂的实际空间分布、药剂的蓄积区域的强度以及从投放到最终排出的过程的动力学都是可具有临床意义的因素。在该过程中，附着在放射性药剂上的正电子放射体按照半衰期或分支比等同位素的物理特性放射正电子。 

放射性核素放射正电子，当放射出的正电子与电子碰撞时，发生湮灭事件，正电子与电子被破坏。大多数情况下，通过湮灭事件，产生在实质上相差180度的方向上传送的511keV的2条γ射线。 

通过检测2条γ射线，并引出其检测位置之间的线、即同时测量线(LOR：line-of-response)，从而可以求出所预测的原来衰变的位置。该过程不仅可以识别被预测的相互作用线，还可以通过蓄积大量的这种线和断层摄影重建过程推定原来的分布。能够进行正确的定时调整(几百皮秒以内)时，除了2个闪烁事件的定位之外，还可以通过计算飞行时间(TOF：time-of-flight)，追加与沿着线的事件的被预测的位置有关的更多的信息。沿着该线的定位的精度根据与扫描仪的定时分辨率的限度来决定。原来闪烁事件的定位的限度决定扫描仪 的最终空间分辨率，但是同位素的特定的特性(例如，正电子的能量)有利于特定的药剂的空间分辨率的决定(根据2条γ射线的正电子范围和共线性)。 

通过收集大量的事件，可以取得根据断层摄影重建评价对象的图像所需要的信息。可以根据在对应的检测器要素中实质上同时发生的2个检测事件形成同时测量线，并按照其同时测量线的几何学属性制作直方图，从而定义投影、即重建的正弦图。也可以对每个图像追加事件。 

因此，数据收集和图像重建的基本要素是作为横穿系统患者开口部的线的LOR。可以取得与事件的位置有关的其它信息。众所周知第1，通过采样与重建，重建点或进行定位的系统的能力并不是在整个视野上的空间的不变量，而是在中心较高，且随着靠近周围而逐渐降低。为了对该举动附加特征，一般使用点扩散函数(PSF)。开发了一种将PSF编入重建过程的工具。第2，可以使用飞行时间、即γ射线到达参与一对检测的各检测器的时间之间的时间微分，沿着LOR决定发生事件的可能性高的位置。 

上述检测过程必须反复进行大量的湮灭事件。为了决定辅助成像操作是否需要的一些计数(即，成对的事件)而必须解析各成像事例，但从当前的实施可以知道，为了研究典型的长度100cm的FDG(Fluorodeoxyglucose，氟代脱氧葡萄糖)，必须蓄积几亿的计数。蓄积该计数数所需要的时间根据药剂的投放量、扫描仪的灵敏度以及计数性能来决定。 

PET成像系统使用互相相对配置的检测器来检测来自对象的γ射线。一般，为了检测来自各角度的γ射线使用检测器环。因此，一般，为了取得尽可能多的放射，PET扫描仪实质上为圆筒状，当然必须是各向同性。另外，也可以为了取得欠缺角度的数据使用检测器的部分环和旋转，但是，这种方法对扫描仪的整体灵敏度有不利的结果。在具有在平面内包含的所有γ射线与检测器相互作用的可能性的圆筒形状下，使轴方向大小变大对于取得放射的灵敏度或能力具有极其有 利的效果。因此，最好的设计是可能检测所有γ射线的球体。当然，在对人体的应用中，球状设计不得不变得极大，因此变得极其昂贵。因此，现实上，作为检测器的轴方向范围为变量的圆筒形状是当前PET扫描仪的设计的原点。 

PET检测器只能检测通过单一的相互作用、即与晶体相互作用的闪烁过程产生光的一条γ射线，但PET事件实质上同时或一致，实质上为511keV，通过在对象中发生的湮灭事件和在合适的几何学配置中进行的检测中的2个来定义。因此，PET系统为了使事件正确碰撞或配对，需要识别各事件的时间轴(time line)。这一般通过构成实际时间比较器的复杂电路网来实现。由于计数率的必要条件极其严格(每1秒最多接收几亿事件)，因此同时系数电路的结构需要处理庞大数量的计数。