具有可变换的任务优化几何结构的正电子发射断层摄影(PET)系统技术方案

一种正电子发射断层摄影(PET)成像设备(10)包括多个PET探测器模块(18)和被操作性地连接到所述PET探测器模块的机器人机架(20)。所述机器人机架被配置为控制每个PET探测器模块沿着对应的PET探测器模块的轴向轴线、径向轴线和切向轴线中的至少两个的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可变换的任务优化几何结构的正电子发射断层摄影(PET)系统
下文总体上涉及医学成像领域、正电子发射断层摄影(PET)成像领域以及相关领域。
技术介绍
正电子发射断层摄影(PET)扫描器通常包括圆柱膛型壳体，该壳体支撑若干PET探测器环以用于探测511keV伽马射线。这些PET扫描器的视场(FOV)具有固定的轴向和径向尺寸。已经开发出具有越来越大的膛直径的商用PET扫描器，以便容纳更大的患者。然而，随着探测器的数量随着膛直径的增加而增加，这样的设计增加了成本。在轴向方向上，通常的解决方案是采用多段成像，在多段成像中，使患者逐步通过膛并在轴向方向上重叠的若干位置处对患者进行成像。然后将这些个体PET图像在轴向重叠处“缝合”在一起以形成全身图像(或其他具有扩展轴向范围的图像)。该解决方案具有以下缺点：在缝合的重叠区域处可能出错，并且沿着轴向方向采集多幅图像所需的成像期时间会增加。也不可能利用单个床位置来执行某些连续采集动态研究。为了增加轴向FOV(AFOV)而不伴随增加PET探测器模块的数量(并因此增加成本)，已知在邻近的PET探测器环之间提供间隙。系统的轴向FOV近似为环的轴向尺寸与环之间的间隙之和。在另一种方法中，能够将探测器稀疏地填充在每个探测器环的圆周周围，使得每个环具有的PET探测器模块的数量减少，从而能够添加更多的环以增加轴向FOV。Zhang等人的“PETSystemWithCrystalorDetectorUnitSpacing”(WO2015/019312A1)公开了“稀疏”设计的实施例，包括其中能够针对特定成像任务调节邻近的探测器环之间的(一个或多个)间隔的实施例。在一种变体方法中(参见Gagnon等人的“Positronemissiontomographysystemwithhybriddetectiongeometriesandsampling”(美国专利US8558181))，提供了可调节的轴向FOV。探测器棒平行于PET扫描器的膛的轴向轴线布置并且沿着围绕患者的圆填充。该棒能够在轴向方向上相对于彼此以所期望的量进行移位，从而实现所期望的轴向FOV，同时保持所有棒延伸到的中心轴向区域，从而为该中心轴向区域提供完整的探测器覆盖范围。感兴趣区域/器官将与中心轴向区域对准，以优化针对这样的区域/器官的成像。在其他先前的方法中(参见Gagnon等人的“Modularmulti-geometryPETsystem”(美国专利US8378305))，双探测器PET系统包括：两个探测器组，其对患者的不同部分成像；以及可调节探测器环，其具有一组探测器，该组探测器能够沿着径向移入和移出以形成不同大小的横轴环，从而对不同体型的患者进行成像，同时在需要时另一组探测器能够同时采集数据。下文公开了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，一种PET成像设备包括多个PET探测器模块和被操作性地连接到所述PET探测器模块的机器人机架。所述机器人机架被配置为控制每个PET探测器模块沿着对应的PET探测器模块的轴向轴线、径向轴线和切向轴线中的至少两个的位置。在另一个公开的方面中，一种PET成像设备包括多个PET探测器模块和被操作性地连接到所述PET探测器模块的机器人机架。所述机器人机架被配置为控制每个PET探测器模块沿着对应的辐射探测器的轴向轴线、径向轴线和切向轴线中的每个的位置。在另一个公开方面中，一种PET成像设备包括多个PET探测器模块和被设置在邻近的PET探测器模块之间的间隙中的多个辐射屏蔽。所述机器人机架被配置为控制每个辐射探测器沿着对应的辐射探测器的轴向轴线、径向轴线和切向轴线中的至少两个的位置。所述机器人机架被操作性地连接到所述辐射屏蔽以选择性地伸出或缩回各个辐射屏蔽。多个支架被连接到所述机器人机架并且所述PET探测器模块被安装到所述多个支架上，每个支架平行于所述膛的所述轴向方向进行定向，并且每个PET探测器模块能以机器人方式沿着支撑所述PET探测器模块的所述支架在所述轴向方向上移动。一个优点在于提供了这样的正电子发射断层摄影(PET)成像设备，其具有能在多个方向(例如，轴向和/或径向和/或切向)上独立控制的辐射探测器或探测器模块，以为特定患者和/或任务配置PET扫描器。另一个优点在于提供了具有可移动辐射探测器的成像设备，其能够通过使探测器模块在轴向方向和/或切向方向上振动来增大或减小成像设备的轴向视场，而在增加的FOV配置中具有减少的数据覆盖范围损失。另一个优点在于提供了具有增大的轴向视场和减少的探测器数量的成像设备。另一个优点在于提供了具有遵循患者的对象几何形状的可移动探测器的成像设备。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/或者可以提供其他优点，对于本领域普通技术人员来说，在阅读和理解了本公开内容后，这将变得很明显。附图说明本公开内容可以采取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，并且不应被解释为限制本公开内容。图1-图3示意性地示出了根据一个方面的图像重建系统。图4和图5示出了图1-图3的系统的示例性流程图操作。图6-图11示出了图1-图3的系统的不同的示例性配置。具体实施方式下文提出了可配置的PET扫描器，其中，能够针对特定的成像任务来优化PET探测器的位置。在一个实施例中，PET探测器模块被安装在支架上，该支架是允许PET探测器模块沿着该支架的长度纵向(即，轴向，即，在z方向上)移动的轨道。另外，每个PET模块都经由机器人伸缩臂被安装到支架以提供径向方向上的移动。又另外，每个支架可以沿着切向(即，角度)方向移动。通过这三个机器人自由度，能够实现范围宽广的PET扫描器配置。例如，通过经由PET模块在轴向方向上的移动而允许PET模块的环之间产生较大间隙，能够实现较大的轴向FOV。在另一种方法中，处于不同角度间隔的PET模块组能够产生相对偏移以提供增大的轴向FOV。这种灵活性还允许不均匀的PET模块定位，例如，在心脏扫描中，相对于外围的环，能够增加靠近心脏位置的环的密度(直到邻近的环之间没有间隙)。在这方面，可以预想到将辐射屏蔽安装在独立的机器人伸缩臂上的邻近的PET模块之间，从而允许从中心环之间撤回这些屏蔽而使中心区域的环密度最大化。在一些实施例中，能够在PET成像数据采集期间移动PET模块。例如，如果通过将邻近的PET环间隔开来获得较大的轴向FOV，则可以在采集期间移动这些环而使得最终收集的数据集中没有轴向间隙。类似的概念是“过采样”，其中，在采集期间来回移动探测器以提高轴向探测器的分辨率。可以使用类似的角度来回移动来提高切向方向上的探测器分辨率。在一些实施例中，不同的PET模块可以包括不同的探测器类型，例如，混合使用TOF-PET模块和非TOF-PET模块，并且利用PET扫描器的可配置性来最优地定位PET模块类型的混合物。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(10)，包括：/n多个PET探测器模块(18)；以及/n机器人机架(20)，其被操作性地连接到所述PET探测器模块，所述机器人机架被配置为控制每个PET探测器模块沿着对应的PET探测器模块的轴向轴线、径向轴线和切向轴线中的至少两个的位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171201 US 62/593,2961.一种正电子发射断层摄影(PET)成像设备(10)，包括：
多个PET探测器模块(18)；以及
机器人机架(20)，其被操作性地连接到所述PET探测器模块，所述机器人机架被配置为控制每个PET探测器模块沿着对应的PET探测器模块的轴向轴线、径向轴线和切向轴线中的至少两个的位置。


2.根据权利要求1所述的PET成像设备(10)，其中，所述机器人机架(20)被配置为控制每个PET探测器模块(18)沿着所述对应的PET探测器模块的所述轴向轴线和所述径向轴线的位置。


3.根据权利要求1所述的PET成像设备(10)，其中，所述机器人机架(20)被配置为控制每个PET探测器模块(18)沿着所述对应的PET探测器模块的所述轴向轴线和所述切向轴线的位置。


4.根据权利要求1所述的PET成像设备(10)，其中，所述机器人机架(20)被配置为控制每个PET探测器模块(18)沿着所述对应的PET探测器模块的所述径向轴线和所述切向轴线的位置。


5.根据权利要求1-4中的任一项所述的PET成像设备(10)，还包括具有轴向方向的膛(22)，并且所述机器人机架(20)包括：
多个支架(24)，其围绕所述膛进行设置并且所述PET探测器模块(18)被安装到所述多个支架上，每个支架平行于所述膛的所述轴向方向进行定向，并且每个PET探测器模块能以机器人方式沿着支撑所述PET探测器模块的所述支架在所述轴向方向上移动。


6.根据权利要求5所述的PET成像设备(10)，其中，所述机器人机架(20)还包括：
伸缩机器人臂(26)，每个伸缩机器人臂支撑至少一个PET探测器模块(18)，所述伸缩机器人臂能操作用于沿着所述PET探测器模块的所述径向轴线移动所支撑的至少一个PET探测器模块。


7.根据权利要求5-6中的任一项所述的PET成像设备(10)，其中，所述机器人机架(20)还包括：
支架支撑弧或环(28)，每个支架支撑弧或环至少部分环绕所述成像设备的所述膛(22)，所述支架(24)通过机器人链(30)被安装到所述支架支撑弧或环，所述机器人链能操作用于沿着横向于所述支架的切向轴线移动每个支架，由此被安装到所述支架上的所述PET探测器模块(18)沿着所述对应的PET探测器模块的所述切向轴线移动。


8.根据权利要求1-7中的任一项所述的PET成像设备(10)，还包括：
多个辐射屏蔽(32)，其被设置在邻近的辐射探测器(18)之间的间隙中；
其中，所述机器人机架(20)被操作性地连接到所述辐射屏蔽以选择性地伸出或缩回各个辐射屏蔽。


9.根据权利要求1-8中的任一项所述的PET成像设备(10)，其中，所述PET探测器模块(18)中的至少一个与所述PET探测器模块中的另一个不同，所述PET探测器模块根据以下各项中的至少一项而不同：
用于构造所述PET探测器模块中的所述PET探测器模块的材料，
所述PET探测器模块中的一个包括飞行时间PET探测器模块，而所述PET探测器模块中的另一个包括非飞行时间PET探测器；
所述PET探测器模块中的一个包括飞行时间PET探测器模块，而所述PET探测器模块中的另一个也包括飞行时间PET探测器模块，但这两个飞行时间PET探测器模块的飞行时间分辨率不同；以及
所述PET探测器模块中的一个包括晶体，而所述PET探测器模块中的另一个也包括晶体，但这两个晶体的大小和长度中的至少一个不同。


10.根据权利要求1-9中的任一项所述的PET成像设备(10)，还包括：
机器人控制器(14)，其包括电子处理器(12、14、40)，所述电子处理器被编程为：
确定沿着所述对应的PET探测器模块(18)的所述轴向轴线、所述径向轴线和所述切向轴线中的至少一个的位置的期望变化；并且
沿着所确定的变化移动所述对应的PET探测器模块。


11.根据权利要求1-10中的任一项所述的PET成像设备(10)，还包括至少一个电子处理器(12、14、40)，所述至少一个电子处理器被编程为：
控制所述PET探测器模块(18)以所述PET探测器模块的期望配置和非期望配置来采集体模数据或患者数据；
将机器学习的变换应用于所采集的体模数据或患者数据，以将所述PET探测器模块从所述非期望配置调节到所述期望配置。


12.根据权利要求1-11中的任一项所述的PET成像设备(10)，还包括至少一个电子处理器(12、14、40)，所述至少一个电子处理器被编程为：
确定所述PET探测器模块(18)的配置；
利用所述PET探测器模块的所述配置来采集PET成像数据；
使用衰减图和剂量分布对所采集的成像数据的计数分布进行建模；并且
利用所述计数分布和所述剂量分布来更新所述辐射探测器的所述配置。


13.根据权利要求1-12中的任一项所述的PET成像设备(10)，还包括至少一个电子处理器(12、14、40)，所述至少一个电子处理器被编程为：
确定用于输入的所述PET探测器模块(18)的配置，所述PET探测器模块的所述配置包括接收到的成像对象几何形状和接收到的成像任务中的至少一个；
操作所述机器人机架(20)以所确定的配置布置所述多个PET探测器模块；并且
利用以所确定的配置布置的所述多个PET探测器模块来采集PET成像数据，包括探测符合事件，每个符合事件包括由PET探测器模块在符合时间窗口内探测到的511keV探测事件对。


14.根据权利要求13所述的PET成像设备(10)，其中，所述至少一个电子处理器(12、14、40)被编程为确定包括所述PET探测器模块的轴向位置的所述PET探测器模块(18)的所述配置，以涵盖所述接收到的成像对象几何形状和基于所述接收到的成像对象几何形状的围长确定的所述PET探测器模块的径向位置。


15...

【专利技术属性】
技术研发人员：白传勇，A·安德烈，YM·朱，张滨，CH·董，D·麦克奈特，
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