数字正电子发射断层摄影中的飞行时间校准制造技术

用于TOF正电子发射断层摄影(TOF PET)扫描器的辐射探测器元件的飞行时间(TOF)校正结果是通过对由校准数据定义的超定方程组进行求解来生成的，所述校准数据是由所述TOF PET扫描器从位于所述TOF PET扫描器的等中心点处的点源采集的，所述超定方程组被合适地表示为矩阵方程

Time-of-flight calibration in digital positron emission tomography

For a TOF positron emission tomography (TOF PET) radiation detector element time-of-flight scanner (TOF) based on the correction results are defined by the calibration data for solving overdetermined equations to generate, the calibration data is processed by the TOF scanner from the PET located in the TOF PET scanner etc. the center point of the point source acquisition, the equations are suitable for the representation of matrix equation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数字正电子发射断层摄影中的飞行时间校准
以下内容总体上涉及正电子发射断层摄影(PET)领域，包括飞行时间(TOF)PET，并且涉及使用PET、伽玛相机，或另一基于射线发射的成像技术的医学成像等；并且涉及辐射探测器时间戳电路领域、辐射探测事件时间戳领域和相关的领域。
技术介绍
在正电子发射断层摄影(PET)医学成像中，放射性药物被施予给要被成像的对象。放射性药物包括发射正电子的放射性同位素，并且在正负电子湮灭事件中正电子与负电子组合，每个正负电子湮灭事件发射两条相反指向的511keV伽马射线(也被称为伽马粒子，这些术语在本文中被可互换地使用)。PET扫描器包括被设置在对象周围通常形成辐射探测器的包围环的辐射探测器。能量和时间窗处理被应用于探测到的辐射事件以识别符合(或几乎符合，即，在从正负电子湮灭事件的位置到各自的探测器的伽马射线的TOF内)的511keV辐射探测事件。在常规的PET中，每个这样的511keV伽马射线对定义了各自的探测器处的探测事件之间的“响应线”，并且知晓正负电子湮灭事件沿着该线被定位。这种定位足以使用合适的重建技术(例如，滤波反投影、迭代前向-后向投影、各种傅里叶变换图像重建技术等)来重建对象中的放射性药物分布的图像。在飞行时间(TOF)PET中，进一步的分辨率改善通过基于构成的511keV探测事件之间的差(如果有的话)确定正负电子湮灭事件沿着响应线的定位来获得。例如，如果两个511keV探测事件精确地同时发生，那么正负电子湮灭事件被定位在两个探测器之间的相等距离处。另一方面，如果探测器“A”有时在探测器“B”之前探测其511keV事件，那么正负电子湮灭事件被定位为与靠近探测器“B”相比更靠近探测器“A”，并且定量的时间差使得能够沿着响应线对事件进行定量的定位。TOF分辨率、准确性和精确性取决于被分配到符合对的511keV探测事件的时间戳(的差)的准确性。由于光速很高(大约3×1010cm/s，或0.03cm/皮秒)，几十皮秒或更好的量级的时间戳准确性是优选的，以便提供沿着响应线的有用的TOF定位。这难以实现跨过足够大以接收医学对象的探测器的环绕阵列。时间变化能够由于探测器响应时间的差而以探测器元件或晶体水平(亦即，在包括闪烁体晶体的辐射探测器具有耦合的光学探测器的情况下以闪烁体水平)发生，或者由于电信号传播时间的差或其他因素而以更高水平(例如，模块水平)发生。在采用闪烁体的辐射探测器的情况下，获得精确时间戳的另一困难在于闪烁事件的串联性质。当伽马射线被闪烁体晶体吸收时，生成一阵光(闪烁)，这阵光随着时间而延长并且具有一些有限的光子发射对时间的分布图，所述光子发射对时间的分布图被光电倍增管(PMT)、基于半导体的光电探测器，或其他光探测器被读取为在闪烁迸发的时间上的光子计数。用于时间戳的触发器必须关于这种分布进行定义。各种触发器能够被使用，例如，在接收到第一光子时触发时间戳(第一光子触发器)，或在两个(或更多个)光子的时间窗口内接收时触发时间戳(多光子触发器)。由于TOF准确性取决于511keV探测对的相对时间戳，在原理上任何触发器都能够被使用，只要它跨探测器被均匀地应用。实际上，第一光子触发提供了最佳的时间分辨率，但是以更高的噪声为代价，这是因为探测器暗流针对闪烁触发器能够更容易被弄错。多光子触发噪声较小，但是提供了更差的分辨率。
技术实现思路
本申请提供了克服这些问题和其他问题的新的且改善的系统和方法。根据一个方面，公开了一种飞行时间正电子发射断层摄影(TOFPET)成像系统，包括：TOFPET扫描器，其包括辐射探测器元件；以及电子数据处理设备，其被编程为：操作所述TOFPET扫描器以采集包括湮灭事件数据的校准数据，所述湮灭事件数据是针对发生在位于所述TOFPET扫描器的等中心点处的点源中的正负电子湮灭事件而被采集的，其中，每个湮灭事件数据包括对探测由所述湮灭事件发射的两条相反指向的511keV伽马射线的所述辐射探测器元件的识别结果和由所述湮灭事件发射的所述两条相反指向的511keV伽马射线的探测结果之间的时间差；通过对由所述校准数据定义的超定方程组进行求解来生成针对所述辐射探测器元件的TOF校正结果；操作所述TOFPET扫描器以采集包括从成像对象采集的511keV伽马射线探测事件的列表模式成像数据；通过将所述TOF校正结果应用于所述列表模式成像数据来生成校正的列表模式成像数据；并且重建所述校正的列表模式成像数据以生成所述成像对象的至少部分的重建图像。所述TOF校正结果可以通过针对S对矩阵方程进行求解来生成，其中，存储所述校准数据的时间差，C是对所述辐射探测器元件的所述识别结果进行编码的关系矩阵，并且S存储所述TOF校正结果。该矩阵方程可以例如通过计算所述关系矩阵C的伪逆C-1并且计算来求解。根据另一方面，在前述段落中阐述的TOFPET成像系统中，所述TOFPET扫描器被操作为使用多光子触发来采集列表模式成像数据，所述电子数据处理设备可以被进一步编程为将所述列表模式成像数据的时间戳调节为将使用第一光子触发获得的值。在一种方法中，将使用多光子触发采集的所述列表模式成像数据的时间戳TSm调节为估计的第一光子触发的时间戳其中，a和b是常数，并且Pm是针对使用多光子触发采集的列表模式成像数据的光子计数。根据另一方面，一种非瞬态存储介质存储这样的指令，所述指令能由电子数据处理设备读取并运行以执行对辐射探测事件数据进行操作的方法，所述辐射探测事件数据是使用包括闪烁体和与所述闪烁体耦合的光探测器的辐射探测器元件来采集的。所述方法合适地包括：基于由所述辐射探测器元件使用第一光子触发采集的校准数据来确定针对利用第一光子触发进行操作的所述辐射探测器元件的平均光子计数P1；确定针对由所述辐射探测器元件在对象的成像期间使用多光子触发探测到的成像辐射探测事件的光子计数Pm；并且基于值来估计针对所述成像辐射探测事件的第一光子触发的时间戳。在一些实施例中，针对利用第一光子触发进行操作的所述辐射探测器元件的所述平均光子计数P1是通过将高斯分布拟合到由所述辐射探测器元件使用第一光子触发采集的每事件的光子计数的直方图来确定的。根据另一方面，一种方法包括：通过对由校准数据定义的超定方程组进行求解来生成针对TOFPET扫描器的辐射探测器元件的TOF校正结果，所述校准数据是由所述TOFPET扫描器从位于所述TOFPET扫描器的等中心点处的点源采集的；并且使用所生成的TOF校正结果来校正由所述TOFPET扫描器从成像对象采集的成像数据的时间戳。这些操作由电子数据处理设备合适地执行。在一种方法中，所述TOF校正结果是从包括每个均与所述TOFPET扫描器的辐射探测器元件相关联的511keV伽马射线探测事件的校准数据通过包括以下的操作而生成的：对所述511keV伽马射线探测事件执行时间窗处理，以识别对应于正负电子湮灭事件的511keV伽马射线探测事件对；并且对超定方程组Δtd＝si+sj进行求解，其中，d标引第d个511keV伽马射线探测事件对，i和j标引探测到第d个511keV伽马射线探测事件对的两个辐射探测器元件，Δtd指代所述511keV伽马射线探测事件对的伽马射线探测结果之间的所述时间差，si指代针对第i个辐射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行时间正电子发射断层摄影(TOF PET)成像系统，包括：TOF PET扫描器(10)，其包括辐射探测器元件(14)；以及电子数据处理设备(60)，其被编程为：操作所述TOF PET扫描器以采集包括湮灭事件数据的校准数据，所述湮灭事件数据是针对发生在位于所述TOF PET扫描器的等中心点处的点源(40)中的正负电子湮灭事件而被采集的，其中，每个湮灭事件数据包括对探测由所述湮灭事件发射的两条相反指向的511keV伽马射线的所述辐射探测器元件的识别结果和由所述湮灭事件发射的所述两条相反指向的511keV伽马射线的探测结果之间的时间差，通过对由所述校准数据定义的超定方程组进行求解来生成针对所述辐射探测器元件的TOF校正结果(92、102、112、122)，操作所述TOF PET扫描器以采集包括从成像对象采集的511keV伽马射线探测事件的列表模式成像数据，通过将所述TOF校正结果应用于所述列表模式成像数据来生成校正的列表模式成像数据，并且重建所述校正的列表模式成像数据以生成所述成像对象的至少部分的重建图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.23 US 62/053,8631.一种飞行时间正电子发射断层摄影(TOFPET)成像系统，包括：TOFPET扫描器(10)，其包括辐射探测器元件(14)；以及电子数据处理设备(60)，其被编程为：操作所述TOFPET扫描器以采集包括湮灭事件数据的校准数据，所述湮灭事件数据是针对发生在位于所述TOFPET扫描器的等中心点处的点源(40)中的正负电子湮灭事件而被采集的，其中，每个湮灭事件数据包括对探测由所述湮灭事件发射的两条相反指向的511keV伽马射线的所述辐射探测器元件的识别结果和由所述湮灭事件发射的所述两条相反指向的511keV伽马射线的探测结果之间的时间差，通过对由所述校准数据定义的超定方程组进行求解来生成针对所述辐射探测器元件的TOF校正结果(92、102、112、122)，操作所述TOFPET扫描器以采集包括从成像对象采集的511keV伽马射线探测事件的列表模式成像数据，通过将所述TOF校正结果应用于所述列表模式成像数据来生成校正的列表模式成像数据，并且重建所述校正的列表模式成像数据以生成所述成像对象的至少部分的重建图像。2.根据权利要求1所述的TOFPET成像系统，其中，所述电子数据处理设备被编程为通过包括以下的操作来生成针对所述辐射探测器元件的所述TOF校正结果：对对应于所述校准数据的正负电子湮灭事件的超定方程组进行求解，所述方程使所述正负电子湮灭事件的时间差与针对所述辐射探测器元件的所述TOF校正结果相关，其中，方程的数量大于TOF校正结果的数量。3.根据权利要求1-2中的任一项所述的TOFPET成像系统，其中，所述电子数据处理设备被编程为通过包括以下的操作来生成针对所述辐射探测器元件的所述TOF校正结果：针对S对矩阵方程进行求解，其中，存储所述校准数据的时间差，C是对所述辐射探测器元件的所述识别结果进行编码的关系矩阵，并且S存储所述TOF校正结果。4.根据权利要求3所述的TOFPET成像系统，其中，所述求解包括计算所述关系矩阵C的伪逆C-1并且计算5.根据权利要求3所述的TOFPET成像系统，其中，所述求解包括使用奇异值分解(SVD)计算所述关系矩阵C的伪逆C-1并且计算6.根据权利要求3-5中的任一项所述的TOFPET成像系统，其中，所述电子数据处理设备被编程为通过包括以下的操作来生成针对所述辐射探测器元件的TOF校正结果：基于将辐射探测器元件分配到探测器单元的探测器单元定义将所述辐射探测器元件分组成探测器单元，并且构建所述关系矩阵C以由探测器单元对所述辐射探测器元件的所述识别结果进行编码；并且针对S对超定方程组进行求解，其中，S存储针对所述探测器单元的所述TOF校正结果。7.根据权利要求6所述的TOFPET成像系统，其中，所述探测器单元定义包括以下中的至少一个：(i)探测器模块定义，(ii)探测器片定义，其中，探测器片是探测器模块的部件，以及(iii)闪烁体晶体定义，其中，每个探测器片包括一个或多个闪烁体晶体。8.根据权利要求7所述的TOFPET成像系统，其中，所述电子数据处理设备被编程为：使用所述探测器模块定义来执行所述分组的操作和所述求解的操作，以生成模块水平的TOF校正结果(102)；将所述模块水平的TOF校正结果应用于所述校准数据，以生成模块TOF校正的校准数据；并且使用对所述模块TOF校正的校准数据进行操作的探测器片定义来执行所述分组的操作和所述求解的操作，以生成片水平的TOF校正结果(112)；将所述片水平的TOF校正结果应用于所述模块TOF校正的校准数据，以生成模块TOF校正的校准数据和片TOF校正的校准数据；并且针对对所述模块TOF校正的校准数据和所述片TOF校正的校准数据进行操作的闪烁体晶体定义执行所述分组的操作和所述求解的操作，以生成闪烁体晶体水平的TOF校正结果(122)。9.根据权利要求1-8中的任一项所述的TOFPET成像系统，其中，所述电子数据处理设备被编程为操作所述TOFPET扫描器以使用多光子触发来采集列表模式成像数据，并且所述电子数据处理设备还被编程为：将所述列表模式成像数据的时间戳调节为将使用第一光子触发获得的值。10.根据权利要求1-8所述的TOFPET成像系统，其中，所述电子数据处理设备被编程为根据以下公式将使用多光子触发采集的所述列表模式成像数据的时间戳TSm调节为估计的第一光子触发的时间戳TS1：其中，a和b是常数，并且Pm是针对使用多光子触发采集的列表模式成像数据的光子计数。11.一种存储指令的非瞬态存储介质，所述指令能由电子数据处理设备(60)读取并运行以执行对辐射探测事件数据进行操作的方法，所述辐射探测事件数据是使用包括闪烁体和与所述闪烁体耦合的光探测器的辐射探测器元件来采集的，所述方法包括：基于由所述辐射探测器元件使用第一光子触发采集的校准数据来确定针对利用第一光子触发进行操作的所述辐射探测器元件的平均光子计数P1；确定针对由所述辐射探测器元件在对象的成像期间使用多光子触发探测到的成像...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·X·王，T·L·劳伦斯，
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