用于数字PET重建的死像素校正制造技术

一种包括探测器像素的PET探测器阵列(8)采集沿着响应线(LOR)的PET探测计数。重建所述计数以生成重建的PET图像(36、46)。针对因所述PET探测器阵列的死探测器像素而丢失的丢失LOR来校正所述重建。所述校正借助于以下操作：通过内插沿着与所述丢失LOR(60)相邻的LOR(66)的计数来估计沿着所述丢失LOR的计数。所述内插可以是迭代的，以处理连续的丢失的探测器像素组。所述校正可以借助于计算具有与所述重建的PET图像的图像元素(80、82)相对应的矩阵元素的灵敏度矩阵。在这种情况下，每个矩阵元素被计算为除了所述丢失LOR之外的、与对应图像元素相交的所有LOR的总和。所计算的灵敏度矩阵被使用在所述重建中。

Dead Pixel Correction for Digital PET Reconstruction

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于数字PET重建的死像素校正
下文总体上涉及医学成像领域、正电子发射断层摄影(PET)成像领域、辐射探测器领域和相关领域。
技术介绍
在PET成像中，将放射性药物施用给患者(或其他成像对象，例如，兽医对象)。放射性药物被设计成聚集在感兴趣的器官或组织中。在一些功能研究中，放射性药物被设计成流过感兴趣的器官或组织，例如，在血管内施用的放射性药物可以随着血液供应流入和流出脑。放射性药物发射正电子，并且每个随之发生的电子-正电子湮灭事件发射两个相反指向的511keV伽马射线。使用通常布置为环形状的PET探测器阵列，这些相反指向的511keV伽马射线由两个探测器像素探测，因此已知源正电子位于连接两个探测器像素的响应线(LOR)上。伽马射线以光速行进：在常规的PET中，两个511keV伽马射线探测事件在探测器像素的时间分辨率内同时发生。在飞行时间(TOF)PET中，探测器像素具有足够的时间分辨率来探测两个511keV伽马射线探测事件之间的时间差(或缺少时间差)，从而沿着LOR提供TOF定位，其空间分辨率与时间分辨率相当。PET探测器阵列是昂贵的部件，并且通常被制造为模块，每个模块包括一定数量的探测器像素。探测器像素是精密的光子器件，偶尔会发生故障。如果模块中的一个或仅几个探测器像素发生故障，就更换整个模块，这会使成本效益不高。这些故障(即“死”)探测器像素通常不产生数据，并且通常假设少量死探测器像素对所得到的重建PET图像的质量的影响可以忽略不计。如果单个模块中的死探测器像素的数量变得太多，则可以更换模块以便纠正问题。下文公开了解决了上述问题和其他问题的新的且改进的系统和方法。
技术实现思路
在一个公开的方面中，公开了一种正电子发射断层摄影(PET)成像设备，包括：PET探测器阵列，其包括探测器像素，所述探测器像素被配置为采集沿着响应线(LOR)的相反指向的511keV伽马射线对的计数。所述PET成像设备还包括计算机和非瞬态存储介质，所述非瞬态存储介质存储能由所述计算机读取并运行以执行操作的指令，所述操作包括：重建沿着所述LOR的所述计数以生成重建的PET图像；以及针对因所述PET探测器阵列的死探测器像素而丢失的丢失LOR来校正所述重建。在一些实施例中，所述校正包括通过内插沿着与所述丢失LOR相邻的可用的LOR的计数来估计沿着所述丢失LOR的计数。在一些实施例中，所述校正包括计算具有与所述重建的PET图像的图像元素相对应的矩阵元素的灵敏度矩阵，其中，每个矩阵元素被计算为除了所述丢失LOR之外的、与对应图像元素相交的所有LOR的总和。所计算的灵敏度矩阵被使用在所述重建中。在另一公开的方面中，公开了一种非瞬态存储介质，所述非瞬态存储介质存储：死探测器像素的索引，其识别PET探测器阵列的死探测器像素。所述非瞬态存储介质还存储：指令，其能由计算机读取并运行以通过以下操作根据使用所述PET探测器阵列采集的沿着LOR的相反指向的511keV伽马射线对的计数来生成重建的PET图像，所述操作包括：计算具有与所述重建的PET图像的图像元素相对应的矩阵元素的灵敏度矩阵，其中，每个矩阵元素被计算为除了因在死探测器像素的所述索引中索引到的死探测器像素而丢失的丢失LOR之外的、与对应图像元素相交的所有LOR的总和；以及执行对使用所述PET探测器阵列采集的计数的迭代图像重建以生成所述重建的PET图像，其中，所述迭代图像重建包括使用所述灵敏度矩阵的对应矩阵元素对所述重建的PET图像的图像元素的强度进行归一化。在另一公开的方面中，公开了一种PET图像重建方法，其对由PET探测器阵列采集的沿着LOR的相反指向的511keV伽马射线对的计数进行操作。所述PET图像重建方法包括：通过内插沿着与因所述PET探测器阵列的死探测器像素而丢失的丢失LOR相邻的LOR的计数来估计沿着所述丢失LOR的计数；以及将图像数据集重建成重建的PET图像，所述图像数据集包括由所述PET探测器阵列采集的沿着所述LOR的相反指向的511keV伽马射线对的计数和沿着所述丢失LOR的估计的计数。估计沿着所述丢失LOR的计数可以包括：执行第一内插过程，其中，沿着至少具有最小数量的没有丢失的相邻LOR的所述丢失LOR的计数是仅使用沿着没有丢失的LOR的计数来内插的；以及执行至少一个额外的内插过程，其中，沿着具有少于所述最小数量的没有丢失的相邻LOR的所述丢失LOR的计数是使用沿着没有丢失的LOR的计数和/或来自先前内插过程的内插的计数来内插的。一个优点在于在重建的PET图像中提供了提高的图像质量和定量准确度。另一个优点在于提供了PET正弦图图像的提高的图像质量。另一个优点在于在根据正弦图重建的PET图像(具有或不具有飞行时间分箱)中提供了提高的图像质量和定量准确度。另一个优点在于在根据列表模式数据重建的诊断PET图像(具有或不具有飞行时间定位)中提供了提高的图像质量和定量准确度。另一个优点在于通过准确插入针对因死探测器像素而丢失的丢失响应线(LOR)的计数，在重建的PET图像中提供了提高的图像质量和定量准确度。另一个优点在于通过使用更准确的灵敏度矩阵改进对重建的PET图像的图像元素的强度的归一化，在重建的PET图像中提供了提高的图像质量和定量准确度。另一个优点在于通过促进继续使用具有更多数量的死像素的探测器模块为PET探测器阵列模块提供了延长的操作寿命。给定的实施例可以提供前述优点中的零个、一个、两个、更多个或所有优点，并且/或者可以提供在本领域普通技术人员阅读和理解了本公开内容后变得明显的其他优点。附图说明本专利技术可以采用各种部件和各种部件的布置，以及各个步骤和各个步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不应被解释为对本专利技术的限制。图1示意性地示出了包括对死探测器像素的校正的说明性正电子发射断层摄影(PET)成像设备。图2-7示意性地图示了本文描述的死探测器像素校正技术的各方面。图8-10呈现了如本文所述的模拟结果。具体实施方式本文公开的实施例部分地基于以下认识：在某些情况下，甚至少量死探测器像素就可能对重建的PET图像的质量产生显著影响。每个死(因此不能接收信号或者接收异常信号，因此被称为“死”)探测器像素导致数十条甚至数百条丢失的响应线(LOR)。在基于正弦图的重建技术中，单个死像素会引入了整条线的丢失正弦图数据。在一些实施例中，通过内插沿着与丢失LOR相邻的LOR的计数来估计沿着丢失LOR的计数来解决上述问题。内插发生在“LOR空间”中而不是在探测器级别。本文进一步认识到，在连续的死像素组的情况下可能会妨碍这种内插，因为在这种情况下可能没有可用的相邻LOR来提供用于内插的计数。为了解决这种情况，还公开了采用迭代内插，从连续的丢失的探测器像素组的边缘向内工作。在一种这样的迭代方法中，执行第一内插过程，其中，沿着至少具有最小数量的没有丢失的相邻LOR的丢失LOR的计数是仅使用沿着没有丢失的LOR的计数来内插的。本文之后执行至少一个(或者所需数量的)额外的内插过程，其中，沿着具有少于最小数量的没有丢失的相邻LOR的丢失LOR的计数是使用沿着没有丢失的LOR的计数和/或来自先前内插过程的内插的计数中来内插的。本文公开的其他实施例解决了在列表模式数据的迭代重建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正电子发射断层摄影(PET)成像设备，包括：PET探测器阵列(8)，其包括探测器像素，所述探测器像素被配置为采集沿着响应线(LOR)的相反指向的511keV伽马射线对的计数；计算机(10)；以及非瞬态存储介质，其存储能由所述计算机读取并运行以执行操作的指令，所述操作包括：重建沿着所述LOR的所述计数以生成重建的PET图像(36、46)；以及通过以下操作中的一项，针对因所述PET探测器阵列的死探测器像素而丢失的丢失LOR来校正所述重建：通过内插沿着与所述丢失LOR(60)相邻的LOR(66)的计数来估计沿着所述丢失LOR的计数，或者计算具有与所述重建的PET图像的图像元素(80、82)相对应的矩阵元素的灵敏度矩阵，其中，每个矩阵元素被计算为除了所述丢失LOR之外的、与对应图像元素相交的所有LOR的总和，并且其中，所计算的灵敏度矩阵被使用在所述重建中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.14 US 62/433,9411.一种正电子发射断层摄影(PET)成像设备，包括：PET探测器阵列(8)，其包括探测器像素，所述探测器像素被配置为采集沿着响应线(LOR)的相反指向的511keV伽马射线对的计数；计算机(10)；以及非瞬态存储介质，其存储能由所述计算机读取并运行以执行操作的指令，所述操作包括：重建沿着所述LOR的所述计数以生成重建的PET图像(36、46)；以及通过以下操作中的一项，针对因所述PET探测器阵列的死探测器像素而丢失的丢失LOR来校正所述重建：通过内插沿着与所述丢失LOR(60)相邻的LOR(66)的计数来估计沿着所述丢失LOR的计数，或者计算具有与所述重建的PET图像的图像元素(80、82)相对应的矩阵元素的灵敏度矩阵，其中，每个矩阵元素被计算为除了所述丢失LOR之外的、与对应图像元素相交的所有LOR的总和，并且其中，所计算的灵敏度矩阵被使用在所述重建中。2.根据权利要求1所述的PET成像设备，其中，所述校正借助于以下操作：通过内插沿着与所述丢失LOR(60)相邻的LOR(66)的计数来估计沿着所述丢失LOR的计数。3.根据权利要求2所述的PET成像设备，其中，通过内插沿着与所述丢失LOR(60)相邻的LOR(66)的计数来估计沿着所述丢失LOR的计数包括：执行第一内插过程，其中，沿着至少具有最小数量的没有丢失的相邻LOR的所述丢失LOR的计数是仅使用沿着没有丢失的LOR的计数来内插的；以及执行至少一个额外的内插过程，其中，沿着具有少于所述最小数量的没有丢失的相邻LOR的所述丢失LOR的计数是使用沿着没有丢失的LOR的计数和/或来自先前内插过程的内插的计数中的至少一个来内插的。4.根据权利要求2-3中的任一项所述的PET成像设备，其中：沿着每条LOR的计数是由两个与所述LOR相交的探测器像素采集的；并且内插沿着与丢失LOR(60)相邻的LOR的计数包括内插由两个探测器像素采集的沿着所有LOR的计数，所述两个探测器像素中的每个要么是所述两个探测器像素(62、64)中与所述丢失LOR相交的一个探测器像素，要么紧邻所述两个探测器像素中与所述丢失LOR相交的一个探测器像素。5.根据权利要求2-4中的任一项所述的PET成像设备，其中，所述重建使用根据沿着所述LOR的计数与沿着所述丢失LOR的估计的计数的组合生成的至少一幅正弦图(34)。6.根据权利要求2所述的PET成像设备，其中，通过内插沿着与所述丢失LOR(60)相邻的LOR(66)的计数来估计沿着所述丢失LOR的计数是通过用估计的缩放因子(τj)调节正弦图分箱值(cj)以考虑所述丢失LOR来执行的。7.根据权利要求1所述的PET成像设备，其中，所述校正借助于计算具有与所述重建的PET图像的图像元素(80、82)相对应的矩阵元素的灵敏度矩阵，其中，每个矩阵元素被计算为除了所述丢失LOR之外的、与对应图像元素相交的所有LOR的总和，并且其中，所计算的灵敏度矩阵被使用在所述重建中。8.根据权利要求7所述的PET成像设备，其中，计算所述灵敏度矩阵包括根据下式计算矩阵元素Si：其中，i对与所述矩阵元素Si相对应的所述图像元素(80、82)进行索引，j对所述LOR进行索引，Hij是在LORj处探测到的作为符合事件的在体素i处开始的电子-正电子湮灭的概率，并且是除了所述丢失LOR之外的、与所述图像元素i相交的所有LOR的集合。9.根据权利要求1-8中的任一项所述的PET成像设备，还包括：显示器(12)；其中，被存储在所述非瞬态存储介质上的所述指令能由所述计算机(10)读取并运行以执行在所述显示器上显示所述重建的PET图像(36、46)的另外的操作。10.根据权利要求1-9中的任一项所述的PET成像设备，其中：所述非瞬态存储介质还存储死探测器像素的索引(32)；所述PET探测器阵列(8)的所述死探测器像素被定义为在死探测器像素的所述索引中索引到的探测器像素的集合。11.一种非瞬态存储介质，存储：死探测器像素的索引(32)，其识别正电子发射断层摄影(PET)探测器阵列(8)的死探测器像素；以及指令，其能由计算机(10)读取并运行以通过以下操作根据使用所述PET探测器阵列采集的沿着响应线(LOR)的相反指向的511keV伽马射线...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋犀云，白传勇，A·安德烈耶夫，张滨，S·林，叶京汉，M·A·米勒，胡志强，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL