BR112012031668B1 - Método de tomografia por emissão de pósitrons e dispositivo com adaptabilidade a aplicação - Google Patents
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Abstract
MÉTODO DE TOMOGRAFIA POR EMISSÃO DE PÓSITRONS E DISPOSITIVO COM ADAPTABILIDADE A APLICAÇÃO. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação. O método incluindo: 1. realizar uma varredura de um objeto de teste inicialmente para obtenção de informação de atividade inicial do objeto de teste; 2. Programar e ajustar o módulo de detecção com base nos resultados da varredura inicial, de forma a obter uma nova estrutura de sistema, e rapidamente calibrar a nova estrutura de sistema; 3. Realizar uma varredura com a nova estrutura de sistema para obter informação de atividade do objeto de teste; 4. analisar a informação de atividade do objeto testado obtido na etapa 3. Se a qualidade da informação de atividade pode satisfazer os requerimentos da aplicação, a varredura é finalizada; por outro lado a programação e ajuste do módulo de detecção é repetida, uma rápida calibração é realizada, e a informação de atividade do objeto testado é obtido de novo estrutura de sistema até que a informação de atividade satisfaça os requisitos da aplicação. O dispositivo inclui um módulo de detecção (1), um módulo de controle de detecção (2), um módulo de reconstrução de imagem (3) e um módulo de programação de detecção (4).
Description
[001] Apresente invenção trata como um todo de um método de geração de imagens por tomografia de emissão de pósitrons (doravante chamado pela abreviação PET) e um dispositivo de geração de imagens com aplicação adaptável, que pertence ao campo de PET.
[002] A Tomografia Por Emissão De Pósitrons (doravante chamada pela abreviação PET) é um método de imagens não invasivo que pode de forma não invasiva, acessar o quantitativamente e metabolicamente o metabolismo, reações bioquímicas, atividades funcionais e perfundir diversos órgãos do corpo humano. Devido a isto, PET é usado para diagnósticos precoces e analises de tumores, doenças cardíacas e doenças neurológicas e desempenha um papel único na prevenção e tratamento de doenças graves. Durante um exame de imagem PET, se faz necessário a injeção de uma droga marcadora com radioisótopos dentro de um corpo humano, um animal ou um organismo sob detecção. No tecido do objeto sob detecção, estes radioisótopos encontra elétrons e alinha para gerar um par de fótons Y. Um detector na periferia do objeto sob detecção recebe o fóton Y e o converte em sinais elétricos, e uma distribuição ativa do objeto sob detecção é obtida pela reconstrução de imagens [Miles N. Wernick, John N. Aarsvold, Emission Tomography: The Fundamentals of PET and SPECT, Elsevier Academic Press, 2004].
[003] PET inclui principalmente um módulo detector, um módulo eletrônico e um módulo de reconstrução de imagem. O módulo de detecção recebe e deposita fótons Y e converte fótons Y em sinais elétrico; o módulo eletrônico processa e transmite estes sinais elétricos; e o módulo de reconstrução de imagem processa o sinal obtido pelo sistema para obter uma distribuição ativa do objeto sob detecção. Após um sistema PET ser instalado, o módulo detector é fixado durante um processo de detecção ou gira em torno de um centro fixo em um padrão determinado [Michael E. Phelps, PET Physics, Instrumentation, and Scanners, Springer, 2006]. Além disso, para um objeto sob detecção, geralmente somente uma detecção é realizada ou múltiplas detecção independentes são realizadas, e o layout e desempenho do módulo detector não é ajustado de acordo com as características dos objetos específicos sob detecção.
[004] Atualmente, a PET para animais consegue um melhor desempenho de resolução especial, determinação da temporização, resolução de energia, sensibilidade, taxa de contagem e assim por diante, em comparação com o PET para o corpo humano (doravante chamado de “PET humano” para abreviação, “PET” também se refere a “PET humano” ao menos quando indicado). O principal motivo reside no fato de que, devido ao efeito do volume parcial, um melhor desenho do esquema do módulo detector é necessário para o propósito de o PET animal alcançar o mesmo desempenho que o PET humano. Se o esquema de desenho do módulo detector do PET animal s utilizado para o PET humano, a razão entre o custo dos cristais de cintilação entre o PET humano ou o PET animal é proporcional ao quadrado da razão entre o raio de um anel de detecção. Assumindo que o campo de visão na direção axial vertical (doravante designado pela abreviação FOV) do PET humano é 60 cm e para o PET animal é 12 cm, e o FOV axial do PET humano e PET animal é igual, o custo dos cristais de cintilação para o PET humano é pelo menos 25 vezes maior do que a do PET animal.
[005] O estabelecimento da resolução espacial é tomado como um exemplo para ilustrar a diferença entre a PET humana e a PET animal. A resolução espacial é um dos indicadores de desempenho mais importantes de PET. Uma maior for a resolução espacial significa que é capaz de detectar uma pequena lesão. Uma vez que o tamanho da lesão de um câncer na fase inicial é geralmente pequena, um PET com maior resolução espacial pode melhorar a taxa de detecção para o cancer em fase inicial. No passado, foi feito muito trabalho para melhorar a resolução especial do sistema PET. A resolução especial é limitada principalmente pela resolução especial intrinsica do detector, faixa de positron, não colinearidade e assim por diante [Craig S Levin, Edward J-Hoffman, “Calculation of positron range and its effect on the fundamental limit of positron emission tomography system spatial resolution,” Physics in Medicine and Biology, vol.44, pp.78l-799, 1999]. Atualmente, para a PET humana, a resolução espacial é cerca de 2 mm ~ 10mm de Largura Total ao Meio do Máximo (doravante designado por FWHM pela abreviatura em inglês), o FOV no sentido do eixo vertical é de aproximadamente 50 ~ 70 cm, a largura do cristal de cintilação, em direção tangencial é, geralmente, cerca de 4 milímetros 8 milímetros [F Lamare, A Turzo, Y Bizais, C Cheze Le, Rest, D Visvikis, “Validation of a Monte Carlo simulation of the Philips Allegro/GEMINI PET systems using GATE,” Physics in Medicine and Biology, vol.51, pp.943-962,2006] [Brad J. Kemp, Chang Kim, John J. Williams, Alexander Ganin, Val J. Lowe, “NEMA NU 2-2001 performance measurements of an LYSO-based PET/CT system in 2D and 3D acquisition patterns,” Journal of Nuclear Medicine, vol.47, pp.1960-1967, 2006]; e para o PET animal, a resolução espacial é de cerca de 1 mm ~ 2mm FWHM, o FOV na direção do eixo vertical, é de cerca de 10 cm 15 cm, a largura do cristal de cintilação, em direção tangencial é geralmente cerca de 1 mm ~ 2mm [Laforest Richard, Longford Desmond, Siegel Stefan, Newport Danny F. , Yap Jeffrey, “Performance evaluation of the microPET-Focus-F120,” in IEEE 2004 Nuclear Science Symposium Conference Record, vol.5, pp.2965-2969, 2004] [Cristian C Constantinescu, Jogeshwar Mukherjee, “Performance evaluation of an Inveon PET preclinical scanner,” Physics in Medicine and Biology, vol.54, pp.2885-2899, 2009]. De modo a obter um PET com uma resolução espacial igual ou maior do que a do PET animal mantendo um FOV largo, é necessário utilizar um grande número de cristais finamente cortados, e o número de cristais aumentado em uma proporção múltipla em relação ao quadrado da razão entre o raio do anel de detecção entre as dois PETs. Com o aumento do número de cristais, mais e mais rápidos tubos fotomultiplicadores e um grande número de canais eletrônicos back-end seriam necessários, desencadeando a um forte aumento no custo do sistema de PET como um todo.
[006] O objeto da presente invenção é o de proporcionar um método de geração de imagens por tomografia de emissão de pósitrons e um dispositivo com aplicação adaptável. O método de geração de imagens por tomografia de emissão de pósitrons pode conseguir um desempenho do sistema melhor com um custo mais baixo do sistema, e o correspondente dispositivo de imagem pode melhorar o desempenho do sistema em várias vezes, para vários decuples e obtém de imagens de alta qualidade de uma região de interesse de um objeto sob detecção, apenas alterando o método de imagem, sem aumentar o custo do sistema.
[007] A presente invenção proporciona um método de geração de imagens por tomografia de emissão de pósitrons com aplicação adaptável, incluindo as seguintes etapas: I. realizar uma varredura inicial para obter um informação preliminar da atividade de um objeto sob detecção; II. de acordo como resultado da varredura inicial obtida na etapa I, programar um desempenho e um layout do blocos detectores e parâmetros de imagem, ajustar os blocos de detectores de modo a obter uma nova estrutura do sistema, e realizar uma rápida calibração para a nova estrutura de sistema; III. realizar uma varrredura com a nova estrutura de sistema para a obtenção da informação de atividade do objeto sob detecção; e IV. analisar a informação de atividade do objeto sob detecção obtida na etapa III; finalizar a varredura no caso de a qualidade da informação de atividade satisfazer os requisitos da aplicação; e no caso da qualidade a informação de atividade não satisfazer os requisitos de aplicação, reprogramar o desempenho e o layout dos blocos de detectores e parâmetros de imagem, ajustar os blocos de detectores, realizar uma calibração rápida, e repetir as etapas III a IV.
[008] Especificamente, a etapa II inclui: a. extrair a localização e o tamanho da região de interesse, de acordo com a informação da atividade do objeto sob detecção obtida pela varredura inicial; b. programar o desempenho e o layout do detector de blocos e os parâmetros de imagem, de acordo com a localização e o tamanho da região de interesse em conjunto com as características do objeto sob detecção e os requisitos de desempenho da imagem; c. ajustar os blocos de detectores de acordo com o resultados do programa, de modo a obter uma nova estrutura de sistema; e d. realizar uma rápida calibração para a nova estrutura de sistema.
[009] Um dispositivo de geração de imagens por tomografia de emissão de pósitrons com aplicação adaptável proporcionado pela invenção inclui um módulo detector, um controle do módulo detector, um módulo de reconstrução de imagem e um módulo de programação do detector; uma saída do módulo detector é conectada como módulo de controle do detector e o módulo de reconstrução de imagem é conectado com o módulo de programação do detector, e a saída do módulo de programação do detector é conectada com o módulo de controle da detecção.
[010] O módulo detector é adaptado para receber e depositar fótons Y e inclui uma pluralidade de bloco de detecção independentes, com cada bloco de detecção tendo um sistema eletrônico independente; e o módulo de detecção é ainda adaptado para transmitir informações dos blocos de detectores do módulo de controle do detector; a informação do blocos de detectores incluem um desempenho e um layout dos blocos de detectores e parâmetros de imagem e informação de um evento detectado; o módulo de controle do detector é adaptado para controlar os blocos de detectores de acordo com o desempenho programado e layout dos blocos de detectores e parâmetros de imagem recebidos do módulo de programação do detector e transmite a informação dos blocos de detectores do módulo de reconstrução de imagem; o módulo de reconstrução de imagem é adaptado para processor a informação dos blocos de detectores obtidas do módulo de controle do detector; e o módulo de programação do detector é adaptado para programar o desempenho e o layout dos blocos de detectores e parâmetros de imagem e transmitir o resultado do módulo de controle de programação do detector.
[011] Uma segunda configuração do dispositivo de geração de imagens por tomografia de demissão de pósitrons com aplicação adaptável proporcionado pela invenção inclui um módulo detector, um módulo de controle do detector, um módulo de reconstrução de imagem e um módulo de programação do detector; uma saída do módulo detector é conectada com o módulo de controle do detector e o respectivo módulo de reconstrução de imagem, uma saída do módulo controle do detector é conectado com o módulo detector e respectivamente ao módulo de reconstrução de imagem, uma saída do módulo de reconstrução de imagem é conectada com o módulo de programação do detector, e uma saída do módulo de programação do detector é conectada com o módulo de controle do detector;
[012] O módulo detector é adaptado para receber e depositar fótons Y e inclui uma pluralidade de blocos detectores independentes, cada um dos blocos detectores tendo um sistema eletrônico independente; e o módulo detector é ainda adaptado para transmitir o desempenho e o layout dos blocos detectores e parâmetros de detecção do módulo de controle do detector e transmitir a informação do evento detectado ao módulo de reconstrução de imagem; o módulo de controle do detector é adaptado para controlar os blocos detectores de acordo com o desempenho programado e layout dos blocos detectores e parâmetros de imagem recebidos do módulo de programação do detector e transmitir o desempenho o layout dos blocos detectores e parâmetros de imagem para o módulo de reconstrução de imagem; o módulo de reconstrução de imagem é adaptado para processor o desempenho e o layout dos blocos detectores, os parâmetros de imagem e a informação do evento detectado obtida do módulo detector e do módulo de controle do detector; e o módulo de programação do detector é adaptado para programar o desempenho e o layout dos blocos detectores e parâmetros de imagem e transmitir o resultado da programação ao módulo de controle do detector.
[013] Uma terceira configuração de um dispositivo de geração de imagem por tomografia e emissão de pósitrons com aplicação adaptável proporcionado pela invenção inclui um módulo detector, um módulo de controle do detector, um módulo de reconstrução de imagem e um módulo de programação do detector; uma saída do módulo detector é conectada com um módulo de reconstrução de imagem, uma saída do módulo de controle do detector é conectada com o módulo detector, uma saída do módulo de reconstrução de imagem é conectada com o módulo de programação do detector, e uma saída do módulo de programação do detector é conectada com o módulo de controle do detector;
[014] O módulo detector é adaptado para receber e depositar fótons Y e inclui uma pluralidade de blocos detectores independentes, cada um dos blocos detectores tendo um sistema eletronico independente; e o módulo detector é ainda adaptado para transmitir informação dos blocos detectores para o módulo de reconstrução de imagem; a informação do blocos detectores incluem o desempenho e o layout dos blocos detectores e os parâmetros de imagem e informação de um evento detectado; o módulo de controle do detector é adaptado para controlar os blocos detectores de acordo com o desempenho programado e layout dos blocos detectores e parâmetros de imagem recebidos do módulo de programação do detector e transmite o desempenho e o layout dos blocos detectores e parâmetros de imagem ao módulo detector; o módulo de reconstrução de imagem é adaptado para processor a informação dos blocos detectores obtidos do módulo detector; e o módulo de programação do detector é adaptado para programar o desempenho e o layout dos blocos detectores e parâmetros de imagem.
[015] As vantagens da invenção são como a seguir. Comparada com o sistema que utiliza completamente os blocos detectores com um alto desempenho, uma qualidade de imagem igual ou comparável pode ser obtida na região de interesse do objeto sob detecção pela utilização de um sistema incluindo um certo numero de blocos detectores com alto desempenho, e assim, o custo do sistema é reduzido.
[016] A Figura 1 é um diagrama de fluxo de um método de geração de imagem por tomografia de emissão de pósitrons com aplicação adaptável de acordo com a invenção;
[017] A figura 2 é uma vista esquemática da estrutura de um de geração de imagem por tomografia de emissão de pósitrons com aplicação adaptável de acordo com a invenção;
[018] A figura 3 é um objeto simulado sob detecção da invenção, e
[019] A Figura 4 mostra os diagramas do layout dos blocos detectores de um sistema de detecção de acordo com uma concretização da presente invenção.
[020] Nas figuras: 1 - módulo detector 2 - módulo de controle de detector 3 - módulo de reconstrução de imagem 4 - módulo de programação do detector
[021] A invenção será descrita mais detalhadamente em conjunto com os desenhos e formas de realização que a acompanham como se segue.
[022] Como mostrado na Figura 1, o método de geração de imagem por tomografia por emissão de pósitrons com aplicação adaptável de acordo com a invenção é como se segue. (1) Uma varredura inicial é realizada para a obtenção de informações preliminares da atividade de um objeto sob detecção.
[023] Os blocos detectores são programados para ficarem em layout ao redor de um objeto sob detecção, de acordo com as características estruturais, uma característica de imagem e um requisito de desempenho de imagem do objeto sob detecção e baseado no desempenho e dimensões geométrica dos blocos detectores em um sistema de imagem; um anel de detecção com uma forma geométirca regular, tal com uma forma circular ou um forma elíptica, pode ser utilizado; alternativamente, um anel de detecção com uma forma convexa irregular pode ser utilizada; alternativamente, um anel de detecção com uma forma geométrica similar ao do objeto sob detecção pode ser utilizado de acordo com as características estruturais do objeto sob detecção. Por exemplo, o anel de detecção é em uma forma similar ao da mama para uma varredura da mama. Cada um dos blocos detectores no anel de detecção que circunda o objeto sob detecção pode ter diferentes desempenhos e parâmetros de imagem.
[024] Uma correção de atenuação pode ser realizada por CT ou uma haste fonte ou um espectro quando se obtém a informação da atividade do objeto sob detecção. [Paul E. Kinahan, Bruce H. Hasegawa, Thomas Beyer, “X-ray-based attenuation correction for positron emission tomography/computed tomography scanners,” Seminars in Nuclear Medicine, vol.33, pp.166-179, 2003].
[025] Uma reconstrução analítica ou iterative pode ser usada para uma reconstrução de imagem, incluindo FBP (Projeção de Retorno Filtrada), MLEM (Maximização de Expectativa Máxima de Verossimilhança), OSEM (Expectativa Máxima do Subconjunto Ordenado) e MAP (Maximum a Posteriori). [Andrew J. Reader, Habib Zaidi, “Advances in PET Image Reconstruction,” Clin. , pp.173-190, 2007].
[026] (2) De acordo com o resultado da varredura inicial obtida na etapa (1), o desempenho e o layout dos bolocos detectores e parâmetros de imagem são programados, os blocos detectores são ajustados de modo a se obter uma nova estrutura de sistema, e a nova estrutura de sistema é rapidamente corregida. A etapa (2) inclui: (2.(1) A localização e o tamanho de uma região de interesse são extraídos de acordo com as informações da atividade do objeto sob detecção obtido pela varredura inicial. A localização e o tamanho da região de interesse podem ser extraídas manualmente, semi-automaticamente ou de forma totalmente automática. [Dewalle-Vignion AS, EI Abiad A, Betrouni N, Hossein-Foucher C, Huglo D, Vermandel M, “Thresholding methods for PET imaging: A review,” Medicine Nucleaire, vol.34, no.2, pp.119-13l, 2010]; (2.(2) O rendimento e a layout dos blocos detectores e os parâmetros de imagem são programados, de acordo com a localização e o tamanho da região de interesse em conjunção com a característica do objeto sob detecção e os requisitos de desempenho de imagem. Os parâmetros para a realização dos blocos detectores incluem uma resolução espacial intrínseca, uma resolução de temporização, uma energia de resolução, a sensibilidade e a taxa de contagem, e os parâmetros de imagem incluem um detector de parâmetro, um parâmetro de eletrônica e um parâmetro de reconstrução de imagem. Cada um dos blocos detectores sobre o anel de detecção em torno do objeto sob detecção pode ter diferente um desempenho e parâmetros de imagem.
[027] A programação do layout dos blocos detectores incluem a programação os blocos detectores em um layout em torno do objeto sob detecção, de acordo com a localização e o tamanho da região de interesse, uma característica estrutural e uma característica de imagem do objeto sob a detecção e o desempenho exigido da imagem e com base no desempenho e das dimensões geométricas dos blocos detectores no sistema de geração de imagens.
[028] Além disso, um anel de detecção com uma forma geométrica regular, tal como uma forma circular ou uma forma elíptica, podem ser utilizados, alternativamente, um anel de detecção com uma forma convexa irregular pode ser utilizada, alternativamente, um anel de detecção, com uma forma geométrica semelhante a do objeto sob detecção pode ser utilizado de acordo com a característica estrutural do objeto sob detecção. Por exemplo, o anel de detecção tem de uma forma semelhante a da mama quando é utilizada para uma varredura mamária.
[029] (i) Layout dos blocos detectores
[030] Os blocos detectores podem formar um anel de detecção para cercar o objeto sob detecção nas fatias transaxiais e podem ser dispostas de um modo de painel. O modo de painel significa que os planos de detecção de dois ou mais blocos detectores são coplanares e os planos de detecção de dois blocos detectores adjacentes têm uma borda sobreposta. Podem ser os padrões de layout a seguir: (2.2.(1) Os blocos de detectores estão distribuídos em um anel de detecção de um modo igualmente espaçados. O tamanho do anel de detecção pode ser ajustado de acordo com as localizações e os tamanhos do objeto sob detecção, da parte detectada e da região de interesse. (2.2.(2) Os blocos detectores estão distribuídos em um anel de detecção, de forma que as secções de blocos detectores estão agrupados em uma única agregação ou múltiplas agregações. (2.2.2.(1) A agregação única dos blocos detectores pode ter um layout como se segue: A) Todos os blocos detectores são agregados próximos da região de interesse. B) Alguns blocos detectores são agregados próximos da região de interesse e os blocos detectores remanescentes podem ser distribuídos nas porções remanescentes do anel de detecção em uma maneira igualmente espaçada. (2.2.2.(2) As múltiplas agregações dos blocos detectores podem ser distribuídas sobre o anel de detecção em uma variedade de padrões simétricos, em que cada uma das agregações simétricas dos blocos detectores podem ter um número diferente de blocos detectores. A simetria é implementada como tomando o centro dos blocos detectores agregados no transepto como um ponto de referência. Os padrões para a simetria incluem: A) uma simetria em relação a um certo centro; B) uma simetria em relação a um eixo de simetria, que é uma linha reta através de um determinado centro, e o eixo de simetria pode ser: (a) uma linha reta definida pelo ponto de referência de um módulo detector agregado ou não-agregado e do centro, ou (b) uma linha reta definida por dois centros, no qual o centro é um centro do anel de detecção, ou um centro da região de interesse, ou um centro de uma região da porção da região da região de interesse, ou de um centro do objeto sob detecção. O centro pode ser um centro geométrico ou de um centro de gravidade. C) uma simetria em relação a uma linha que liga os pontos de referência de dois blocos detectores agregados ou não-agregados ou pontos de referência de um módulo detector agregado e um módulo detector não-agregado.
[031] (ii) Parâmetros do bloco detector incluem uma tensão de alimentação do bloco de detector, os parâmetros de correção da posição espectral, os parâmetros de correção de normalização, os parâmetros de correção de ganho dos fotomultiplicadores e assim por diante;
[032] (iii) os parâmetros eletrônicos incluem os limiares de tensão, os intervalos de tempo, os intervalos de energia, os parâmetros de correção do tempo morto, os parâmetros de correção da linha de base, os parâmetros de correção globais do relógio e assim por diante;
[033] (iv) os parâmetros de reconstrução de imagem incluem a matriz de resposta do sistema, os critérios de rastreio de eventos de informação e assim por diante. (2,3) Os blocos detectores são ajustados de acordo com o resultado da programação, de modo a obter a estrutura do novo sistema; (2,4) O novo sistema é calibrado rapidamente (na invenção "correção / corrigido" e "calibração / calibrado" são intercambiáveis). A compensação e otimização realizada no nível da imagem e do sistema incluem a correção normalizada, a correção de tempo morto, a correção aleatória, a correção de dispersão e assim por diante; a compensação e otimização realizada no detector e nível eletrônico incluem o ganho de calibração dos tubos fotomultiplicadores’, a calibração local, a calibração da energia, o tempo de calibração, a calibração de desvio da linha de base, a calibração do relógio global e assim por diante.
[034] (3) uma verificação é realizada com a estrutura do novo sistema para obtenção de informação da atividade do objeto sob detecção.
[035] Quando as informações da atividade do objeto sob detecção são obtidas, a informação obtida pela atividade da digitalização inicial na etapa (1) pode ser utilizada como a informação a priori, ou as informações da atividade obtidas com a estrutura anterior do sistema, ou uma estrutura anterior do sistema pode ser utilizada como informação a priori, ou uma certa informação da atividade obtida de estruturas múltiplas do sistema de podem ser usadas em combinação, tal como, a informação a priori, e, em seguida, uma reconstrução de imagem é realizada com a nova layout, utilizando a informação a priori.
[036] A referência é feita à etapa (1) do método de correção da atenuação e ao método de reconstrução de imagem.
[037] (4) A atividade de informação do objeto sob detecção obtido na etapa (3) é analisada. Se a qualidade da informação da atividade satisfizer uma exigência da aplicação, a varredura é concluída, caso contrário, o desempenho e a layout dos blocos detectores e os parâmetros de imagem são reprogramados, os blocos detectores são ajustados, a correção rápida é realizada, e as etapas (3) a (4) são repetidas.
[038] Quando os parâmetros do módulo detector são reprogramados, o resultado da verificação inicial, obtido na etapa (1), ou o resultado da verificação obtida através da realização da etapa (3) por uma ou mais vezes podem ser utilizados, ou tanto o resultado da verificação, obtido na etapa (1) e o resultado da verificação obtidas através da realização da etapa (3) por uma ou mais vezes podem ser utilizados.
[039] Os parâmetros de qualidade analisados incluem uma resolução espacial, sensibilidade, uma relação sinal - ruído, um contraste e / ou uma métrica definida pelo utilizador. [National Electrical Manufacturers Association, NEMA Standards Publication NU 2-2007, Performance Measurements Of Small Animal Positron Emission Tomographs, 2007].
[040] A referência é feita à etapa (2) para o método de programação, o ajuste dos parâmetros do módulo detector e a calibragem rápida.
[041] Como mostrado na Figura 2, um dispositivo de geração de imagens por tomografia de emissão de pósitrons com aplicação adaptável de acordo com a presente invenção inclui um módulo detector 1, um módulo de controle do detector 2, um módulo de reconstrução de imagem 3 e um módulo de programação do detector 4. Há três configurações.
[042] A primeira configuração é mostrada na Figura 2 (a), na qual uma saída do módulo detector 1 está ligado com o módulo de controle do detector 2, uma saída do módulo de controle do detector 2 está ligada com o módulo detector 1 e o módulo de reconstrução de imagem 3, respectivamente, uma saída do módulo de reconstrução de imagem 3 está ligada com o módulo de programação do detector 4, e uma saída do módulo de programação do detector 4 é ligada com o módulo de controle do detector 2: (A) o módulo detector 1 está adaptado para receber e depositar fótons Y e inclui vários blocos de detectores independentes, com cada um dos blocos detectores com um sistema eletrônico independente e ser capaz de mover-se em vários graus de liberdade, e o módulo detector 1 é ainda adaptado para transmitir a informação dos blocos detectores para o módulo de controle do detector 2, a informação do componente detector inclui desempenho, um layout, um parâmetro de imagem do componente detector e informação de um evento detectado; (B) o módulo de controle do detector 2 está adaptado para controlar os blocos detectores de acordo com o desempenho programado e layout dos blocos detectores e os parâmetros de imagem recebidos a partir do módulo de programação do detector 4 e transmitir a informação de um dos blocos de detectores para o módulo de reconstrução de imagem 3; (C) o módulo de reconstrução de imagem 3 é adaptado para processar a informação dos blocos de detectores obtidos a partir do módulo de controle do detector 2, de forma a obter informações de atividade de um objeto sob detecção; e (D) o módulo de programação do detector 4 é adaptado para programar o desempenho e a layout dos blocos detectores e os parâmetros de geração de imagem e de transmitir o resultado da programação para o módulo de controle do detector 2.
[043] Uma segunda configuração é mostrada na Figura 2 (b), na qual uma saída do módulo detector 1 está ligada com o módulo de controle do detector 2 e o módulo de reconstrução de imagem 3, respectivamente, uma saída do módulo de controle do detector 2 está ligada respectivamente, com o módulo detector 1 e o módulo de reconstrução de imagem 3, uma saída do módulo de reconstrução de imagem 3 está ligada com o módulo de programação do detector 4, e uma saída do módulo de programação do detector 4 é ligada com o módulo de controle do detector 2: (A) o módulo detector 1 está adaptado para receber e depositar fótons y e inclui vários blocos de detectores independentes, com cada um dos blocos detectores com um sistema eletrônico independente e sendo capaz de mover-se em vários graus de liberdade, e o módulo detector 1 está ainda adaptado para transmitir o desempenho, um layout, um parâmetro de imagem dos blocos detectores para o módulo de controle do detector 2 e transmitir a informação de um evento detectado para o módulo de reconstrução de imagem 3; (B) do módulo de controle do detector 2 está adaptado para controlar os blocos detectores de acordo com o desempenho programado e layout dos blocos detectores e os parâmetros de imagem recebidos a partir do módulo de programação do detector 4 e transmitir o desempenho e a layout dos blocos detectores e os parâmetros de imagem para o módulo de reconstrução de imagem 3; (C) o módulo de reconstrução de imagem 3 é adaptado para processar o desempenho e a layout dos blocos de detectores de imagem, os parâmetros e as informações do evento detectado obtido a partir do módulo detector 1 e o módulo de controle do detector 2, de modo a se obter as informações de atividade de um objeto sob detecção e (D) o módulo de programação do detector 4 é adaptado para programar o desempenho e o layout dos blocos detectores e os parâmetros de geração de imagem e transmitir o resultado da programação para o módulo de controle do detector 2.
[044] A terceira configuração é mostrada na Figura 2 (c), em que uma saída do módulo detector 1 está ligado com o módulo de reconstrução de imagem 3, uma saída do módulo de controle do detector 2 está ligada com o módulo detector 1, uma saída do módulo de reconstrução de imagem 3 é ligada com o módulo de programação do detector 4, e uma saída do módulo de programação do detector 4 é ligada com o módulo de controle do detector 2: (A) o módulo detector 1 está adaptado para receber e depositar fótons Y e inclui vários blocos detectores independentes, com cada um dos blocos detectores tendo um sistema eletrônico independente e sendo capazes de moverem-se em vários graus de liberdade, e o módulo detector 1 está ainda adaptado para transmitir a informação dos blocos detectores para o módulo de reconstrução de imagem 3, a informação dos blocos detectores inclui, desempenho, layout, parâmetros de imagem dos blocos detectores e a informação de um evento detectado; (B) o módulo de controle do detector 2 está adaptado para controlar os blocos detectores de acordo com o desempenho programado, layout e parâmetros de imagem dos blocos detectores recebidos do módulo de programação do detector 4 e transmitem o desempenho e o layout aos blocos detectores e os parâmetros de imagem para o módulo detector 1; (C) o módulo de reconstrução de imagem 3 é adaptado para processar a informação dos blocos detectores obtidos a partir do módulo detector 1, de forma a obter informações de atividade de um objeto sob detecção; e (D) o módulo de programação do detector 4 é adaptado para programar o desempenho e o layout dos blocos detectores e os parâmetros de geração de imagem e transmite o resultado da programação para o módulo de controle do detector 2.
[045] A forma de realização da invenção será descrita em maiores detalhes como se segue, tendo um objeto sob detecção simulada mostrado na Figura 3 como um exemplo. Na Figura 3, uma região em branco representa uma região de interesse, uma região cinzenta representa um tecido / órgão, onde a região de interesse é localizada, e a região mais escura representa outros órgãos / tecidos na transecção do objeto sob detecção.
[046] A Figura 4 mostra os diagramas dos layouts dos blocos de um sistema de detecção quando uma imagem é executada no objeto sob detecção simulada mostrado na Figura 3.
[047] Em uma etapa (1), durante uma digitalização inicial, a detecção é realizada de tal modo que os blocos detectores estão distribuídos em um anel de detecção circular regular de uma forma igualmente espaçada, como mostrado na Figura 4 (a).
[048] As Figuras 4 (b) a 4 (g) mostram as estruturas do sistema com diferentes geometrias programadas pelo módulo de programação do detector. Especificamente, (b) o raio do sistema de detecção é alterado e os blocos detectores são distribuídos sobre um anel de detecção circular de um modo igualmente espaçado, (c) o raio do sistema de detecção é alterado e os blocos detectores são distribuídos sobre um anel de detecção circular sem qualquer espaço entre si, (d) todos os blocos detectores são agrupados em uma agregação perto da região de interesse, (e) alguns dos blocos detectores são agrupados em uma agregação perto da região de interesse e os outros blocos detectores estão distribuídos em um anel de detecção circular de um modo igualmente espaçado, (f), alguns dos blocos detectores estão distribuídos simetricamente em relação a um centro de um anel de detecção circular, na figura, cinco blocos agregados sobre a esquerda e três blocos agregados à direita em relação ao centro do anel de detecção circular, dois blocos de detecção superiores adjuntos e dois blocos de detecção inferiores adjuntos são simétricos ambos em relação a uma linha de ligação definida pelos cinco blocos agregados a esquerda e o ponto de referência dos três blocos agregados à direita; (g) dos blocos detectores são distribuídos simetricamente em relação ao centro do anel de detecção circular, na figura, cinco blocos agregados a esquerda e três blocos agregados a direita são simétricos em relação ao centro do anel de detecção circular, e os outros dos blocos de detecção são distribuídos no anel de detecção circular de uma maneira igualmente espaçada.
[049] Nesta concretização, cada um dos blocos detectores mostrados na figura podem estar em um modo de painel e podem ter diferentes tamanhos. O anel de detecção pode ter um anel de detecção com uma outra forma regular, ou pode ser um anel e detecção com uma forma convexa irregular, ou pode ser um anel de detecção com uma forma geométrica similar ao do objeto sob detecção.
[050] Os exemplos descritos acima são meramente exemplos de concretizações da invenção e não representam o resultado da programação de um módulo de programação do detector atual. Além disso, a invenção não é limitada pelo conteúdo descrito pelos exemplos e pelos desenhos que o acompanham. Consequentemente, qualquer equivalente ou modificação feita que não fuja do espírito aqui descrito recai sobre o escopo de proteção da invenção.
[051] A invenção descreve um método de geração de imagem por tomografia por emissão de pósitrons e um dispositivo de geração de imagem com aplicação adaptável. No método de geração de imagem por tomografia por emissão de pósitrons, uma varredura inicial é primeiramente realizada para obtenção da informação preliminar da atividade; de acordo com o resultado da varredura inicial, blocos detectores são programados e ajustados de modo a obter uma nova estrutura de sistema, e uma nova estrutura de sistema é rapidamente corrigida; uma varredura inicial é realizada com a nova estrutura de sistema para a obtenção da informação da atividade do objeto sob detecção, se a qualidade da informação da atividade satisfizer um requisito da invenção, a varredura é finalizada, de outra forma, os blocos detectores são reprogramados e ajustados, a correção rápida é realizada, e a informação da atividade do objeto sob detecção é novamente obtida com uma nova estrutura de sistema até que a qualidade da atividade de informação satisfaça os requisitos da invenção. O dispositivo de geração de imagem por tomografia de emissão de pósitrons inclui um módulo detector, um módulo de controle do detector, um módulo de reconstrução da imagem e um módulo de programação do detector. O método de geração de imagem por tomografia de emissão de pósitrons pode alcançar um melhor desempeno do sistema com um melhor custo, e melhorar o desempenho do sistema em muitas vezes a muitos decuples, poupa os custos do sistema e obtêm imagens com maior qualidade em uma região de interesse do objeto sob detecção.
Claims (19)
1. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: I. realizar uma varredura inicial para a obtenção de informações de atividade preliminar de um objeto sob detecção; II. a) extrair uma localização e um tamanho de uma região de interesse, de acordo com a informação de atividade do objeto sob detecção obtido pela varredura inicial; b) programar o desempenho e a disposição dos blocos de detecção e os parâmetros de imagem, de acordo com a localização e o tamanho da região de interesse em conjunto com uma característica do objeto sob detecção e requisito de desempenho de imagem; c) ajustar os blocos de detecção de acordo com um resultado da programação, de forma a obter uma nova estrutura de sistema; e d) realizar uma rápida calibração para a nova estrutura de sistema; III. realizar uma varredura com a nova estrutura de sistema para a obtenção de informações de atividade do objeto sob detecção; e IV. analisar as informações da atividade do objeto sob detecção obtidas no passo III; terminar a varredura no caso em que a qualidade da informação de atividade satisfaz os requisitos da aplicação; e no caso da qualidade da informação de atividade não satisfazer os requisitos da aplicação, reprogramar o desempenho e a disposição dos blocos do detecção e os parâmetros de imagem, ajustando os blocos de detecção, realizando rápida calibração, e repetindo os passos III a IV, em que que a programação da disposição dos blocos de detecção na etapa b) compreende programar os blocos de detecção para estar em uma disposição ao redor do objeto sob detecção, de acordo com a localização e o tamanho da região de interesse, da característica estrutural e da característica de imagem do objeto sob detecção e do requisito de desempenho de imagem e baseado no desempenho e nas dimensões geométricas dos blocos de detecção em um sistema de imagens; em que os blocos de detecção são distribuídos em um anel de detecção alterando o raio do anel de detecção ou alterando a maneira e a extensão do cluster de blocos de detecção; e em que a qualidade da informação de atividade do objeto sob detecção é analisada na etapa IV, em que a qualidade é uma ou mais de uma resolução espacial, sensibilidade, uma razão de sinal-para-ruído, um contraste ou uma métrica definida pelos usuários.
2. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que realizar a varredura inicial na etapa I compreende programar os blocos de detecção para estar em uma disposição de envolver o objeto sob detecção, de acordo com uma característica estrutural, uma característica de imagem e um requisito de desempenho de imagem do objeto sob detecção e baseado no desempenho e nas dimensões geométricas dos blocos de detecção em um sistema de imagem.
3. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a disposição de envolver utiliza um anel de detecção com uma forma geométrica regular, ou utiliza um anel de detecção com uma forma convexa irregular, ou utiliza um anel de detecção com uma forma geométrica similar ao objeto sob detecção de acordo com um característica estrutural do objeto sob detecção.
4. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a localização e o tamanho da região de interesse são extraídas manualmente, semi-automaticamente ou totalmente automática na etapa a.
5. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa b, o desempenho dos blocos de detecção compreendem uma resolução espacial intrínseca, uma resolução de duração, uma resolução de energia, sensibilidade e taxa de contagem; e os parâmetros de imagem compreendem um parâmetro detector, um parâmetro eletrônico e um parâmetro de reconstrução de imagem.
6. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a disposição de envolver utiliza um anel de detecção com uma geometria regular, ou utiliza um anel de detecção com uma forma convexa irregular, ou utiliza um anel de detecção com a forma geométrica similar do objeto sob detecção de acordo com a característica estrutural do objeto sob detecção.
7. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os blocos de detecção são distribuídos em um anel de detecção em uma forma igualmente espaçada.
8. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os blocos de detecção são distribuídos em um anel de detecção de tal maneira que, seções de blocos de detecção são agrupadas em uma simples agregação ou uma pluralidade de agregações.
9. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de agregações dos blocos de detecção são distribuídos no anel de detecção em uma variedade de padrões simétricos.
10. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que agregações simétricas dos blocos de detecção têm diferentes números de blocos de detecção.
11. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o padrão simétrico é uma simetria em relação a um certo centro, ou uma simetria em relação a um eixo simétrico o qual é uma linha reta através de um determinado centro, em que o eixo assimétrico é um eixo definido por um módulo de detecção agregado ou não-agregado e o centro ou um eixo definido por dois centros.
12. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o centro é um centro de detecção de anel, ou um centro da região de interesse, ou um centro de uma porção de região da região de interesse, ou um centro do objeto sob detecção.
13. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que é um centro geométrico ou um centro de gravidade.
14. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o padrão simétrico é uma simetria com relação à linha que liga os pontos de referência de dois blocos de detecção agregados ou pontos de referência de dois blocos de detecção não-agregados ou pontos de referência de um módulo de detecção agregado e um módulo de detecção não-agregado.
15. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a agregação simples dos blocos de detecção é distribuída no anel de detecção tal como todos os blocos de detecção são agregados perto da região de interesse; ou alguns dos blocos e detecção são agregados perto da região de interesse e o restante dos blocos de detecção é distribuído na porção remanescente do anel de detecção de forma igualmente espaçada.
16. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma correção de atenuação é realizada por um CT ou uma fonte de barra ou um atlas durante a obtenção da informação de atividade do objeto sob detecção na etapa e na etapa III.
17. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que durante a obtenção da informação de atividade do objeto sob detecção na etapa III, a informação de atividade obtida pela varredura inicial na etapa I é usada como informação priori, ou a informação de atividade obtida com a estrutura de sistema precedente ou uma certa estrutura de sistema anterior é usada como uma informação priori, ou a informação de atividade obtida como estruturas de sistemas múltiplos é usada em combinação como a informação priori, e então uma imagem reconstruída é realizada com uma nova disposição pela utilização da informação priori.
18. Método de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que reprogramar o desempenho e a disposição dos blocos de detecção e dos parâmetros de imagem na etapa IV é realizado pela utilização do resultado da varredura inicial obtida na etapa I ou o resultado da varredura obtida pela realização da etapa III por uma ou múltiplas vezes, ou utilizando ambos os resultados da varredura inicial obtidos na etapa I e o resultado da varredura obtido pela realização da etapa III por uma ou múltiplas vezes.
19. Dispositivo de imagem tomográfica por emissão de pósitron com adaptabilidade de aplicação, caracterizado pelo fato de ser configurado para realizar um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 18.
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