[发明专利]用于数字波前沿分样实时采样的断层成像方法及系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求美国待授权临时专利申请（申请号：61/391,622；申请日期：2010年10月9日）的优先权，该申请在此全文引用。

技术领域

本发明一般涉及在正电子发射型断层成像（PET）、及/或单光子发射型断层成像（SPECT）中数据采集及处理的系统和方法。

背景技术

PET和SPECT成像装置通过传感聚集在病人的靶器官或组织中放射性药物发出的伽玛射线进行工作。通过映射具体伽马射线源的位置来构建二维或三维影像。对于具体的PET实验而言，给病人施用的放射性药物可包含各种涉及生理的任何分子。放射性药物的适用性部分取决于所映射的器官或组织。一种通常选择便是氟代脱氧葡萄糖（FDG），即用¹⁸F取代葡萄糖的羟基后得到的分子。¹⁸F是一种β⁺发射体，意思是其执行以下核衰变反应：

¹⁸F→¹⁸O+β⁺+v+e-    公式1

其中β⁺是正电子，v是中微子，e-是电子。正电子从具有很高动能的¹⁸F原子核中射出，在一个湮灭事件中与电子结合前，能量几乎已经完全耗散。一般情况下，耗散过程可以是弹性或非弹性发散，在正电子的路径周围可以是包括电子和原子核在内的任何环境。根据统计，正电子在失去足够动能以与电子结合及湮灭前要行进1毫米距离。湮灭发生时，产生一对511keV能量（等同于湮灭的粒子能量）的伽玛光子，并且彼此呈近似180°角射出。在理想情况下，如果湮灭时正电子和电子的动量均为零，伽玛光子之间的发射角将正好是180°。与180°的偏移约+/-0.5°，其值表明湮灭事件发生时粒子残余动量的大小。

已知可以放置一对方向呈180°角的PET探测器来探测从单一湮灭事件发出的一对伽玛光子，并根据采集到的数据计算湮灭事件的位置。在一些情况下，将两个或多个PET探测器围绕病人旋转，在另外一些情况下，将PET探测器围绕病人连续布置成一圈而无需旋转。在两种情况下，探测器对于采集到的光子数据要么接收、要么拒绝，这要部分取决于光子能量是否在约511keV的可接受范围内，以及光子是否在能够将伽玛光子彼此关联的可接受时间窗口内到达。如果找到对应的两个伽玛光子，即能够确定其源自同一湮灭事件，则可以在探测到光子的探测器所处两个点之间画一条响应线（LOR）。据此，湮灭事件的位置必定位于LOR上的某点。

一些仪器具有足够的时间分辨率来根据伽玛光子对的飞行时间（TOF）差计算湮灭事件的位置。对于较低分辨率的仪器必须使用其他数学方法，需根据插值及/或外推算法来计算湮灭位置。

传统上，PET/SPECT探测器包括多个按像素化二维阵列布置的闪烁晶体，并用隔膜材料分隔开，以限制相邻晶体之间的光学干涉。将闪烁晶体阵列安装成能够与多个也按照二维阵列布置的光转换器进行光通信。通常，一个光转换器与多个闪烁晶体进行光通信。当闪烁晶体接收到伽玛光子时，光子会在晶体内行进一段距离后才被最终吸收。该距离称为互动深度（DOI）。在吸收伽玛光子的位置，晶体发射大量紫外线及/或可见光子，即晶体进行闪烁。光子的波前沿传播到晶体并接触光转换器。传统上，光转换器连续积分光子信号，并基于其是否达到最小阈值信号强度而逐个读取，之后可能将读到的数据做数字化处理。然后使用质心计算法来估算闪烁事件的位置。根据该数据，可以计算影像重建所需的参数。例如，可以将已知的影像重建算法随后应用于创建影像的数据。这类影像重建算法包括滤波反投影及/或有序子集期望值最大化。然后可以根据已知的影像显示算法显示重建的影像，影像显示算法包括最大强度投影（MIP）及/或最小强度投影（mIP）。

我们需要一种实时数字采样闪烁波前沿的系统及/或方法，能够在测量闪烁波前沿中获得高很多的时间分辨率，从而重建的影像有更高的分辨率。本发明的一些实施例克服了先有技术的一个或多个局限。

发明内容

本发明的一些实施例涉及一种断层成像数据采集的方法，其中包括步骤：同时读取闪烁探测器的每个光转换器；以足以获得多个闪烁波前沿数字采样测量值的频率来读取光转换器；以及把从每个光转换器读取的数据记录为时间的函数。

根据一些实施例，闪烁探测器包括PET探测器、SPECT探测器、或PET/SPECT探测器。

根据一些实施例，闪烁探测器包括一个或多个单片闪烁晶体、在晶体表面开有像素化凹槽的单片闪烁晶体、或像素化闪烁晶体阵列。