CN101111781A - 利用放射源的定时校准 - Google Patents

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Abstract

诊断成像设备中的辐射检测器(12)的缸筒(10)检测辐射对，辐射对具有对应的电子检测器信道(22)，这些电子检测器信道(22)具有非均匀时变时延。并发地发射辐射对的多个校准辐射源(20)安装在缸筒内的已知位置。时间校正处理器(46)利用校准源的已知位置来确定来自校准源的辐射对的相对检测时间中的误差，并且利用所确定的误差产生校正，这种校正用于来自注射到成像受治疗者的放射性药剂的辐射对的相对检测时间。

Description

利用放射源的定时校准
技术领域
本发明涉及数字成像领域。本发明特别适于结合飞行时间(TimeOf Flight)正电子发射型X线断层显像(TOF-PET)成像系统一起使用，并将特别参考这种成像系统对本发明进行描述。不过，将会理解，本发明还可用于正电子发射X线断层显像(PET)扫描仪、有符合能力(coincidence-capable)的伽马照像机医用成像系统和进行时间校准(temporal calibration)的其它类型的核能照像机和诊断成像系统。
背景技术
在核医疗学中，用放射性药剂对受治疗者进行注射，放射性药剂带有放射性同位素，放射性同位素衰变并发射伽马辐射。核能照像机检测伽马辐射并重建诊断图像，这种图像示出受治疗者中放射性活动的密度。
在PET成像时，出现产生两个伽马光子的正电子湮没活动(positron annihilation event)，这两个伽马光子同时以相反的方向发射。PET成像系统通常包括接收所发射的伽马射线对的检测器环。为了确定这些伽马射线是否来源于相同的活动，对这些伽马射线的相对检测时间进行分析，以确定相对检测时间是否在符合窗口(coincidencewindow)中，通常约为5至15纳秒。将在这种窗口中进行的辐射检测认为同时地被接收或符合地被接收。伽马射线确定在两个检测器之间延伸的射线或线路，这两个检测器符合接收伽马射线，且辐射活动沿着这种射线出现。常规的重建技术用于将射线收集重建到诊断图像中，其中诊断图像示出辐射活动的密度。
在飞行时间正电子发射X线断层显像(TOF-PET)中，对每个辐射活动的符合检测之间的时间进行测量。可从符合窗口内的相对检测时间确定沿着射线或至少沿着射线的一段的辐射活动的位置。当伽马辐射以约30cm/ns的速率行进、检测器直径在90至150cm且电流系统对速度和硬件计时(clocking)时，可将活动的位置确定到约3至5cm的射线分段。在重建这些较短的分段时，产生更加精确的诊断图像。
在测量纳秒或几皮秒的几分之一的时间时，测量硬件的稳定性变得很重要。闪烁晶体、光电二极管或光电倍增管、放大器、其它电子器件甚至电缆布线可随着时间、温度等漂移或变化。为了容纳这种漂移，希望频繁地重新校准TOF-PET扫描仪。在TOF-PET扫描仪中，频繁校准也有助于保持符合窗口的精确。
可以用各种各样的方式进行校准。在一种技术中，将放射性点源置于孔中已知的位置，后来会使受治疗者处于该孔中。这些点源可用于校准各种检测器信道之间的相对延迟。不过，替代用于受治疗者的精确定位的点源的校准程序既耗时又中断最佳的患者周转量。
现已开发出了其它的技术，在这些技术中，将电脉冲引入在如前置放大器或在光电倍增管或光电二极管的每个检测信道中。这些人工注入的脉冲可用于从下游注入点校准检测信道，但并不校准光电倍增管或上游电子装置中的定时变化(timing variation)。
另一种方案一直是将光源加到每个闪烁体类型的检测器。这种光源允许将整个检测器信道校准。不过，加入光源在检测系统中添加了大量的复杂硬件。
本发明提供新的经过改进的方法和设备，这些方法和设备解决了上述的和其它的问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供诊断成像设备。患者支架将受治疗者支撑在成像孔中，受治疗者已经注射了放射性药剂，这种放射性药剂发射并发的伽马辐射对。辐射检测器的缸筒包围孔，以检测辐射对，每个检测器包括在多个电子检测器信道中的对应的一个中，这些电子检测器信道具有非均匀时变漂移。多个校准辐射源并发地发射辐射对，这些校准辐射源设置在辐射检测器的缸筒内部并位于受治疗者的外部。时间校准存储器校正非均匀检测器信道漂移且符合检测器(coincidence detector)确定所检测的辐射对的活动是否在所选择的符合窗口中出现。重建处理器将符合辐射对的检测位置重建到图像表示中。校准校正处理器根据从校准辐射源接收的辐射对校正时间校准存储器。
根据本发明的另一个方面，提供一种诊断成像方法，这种方法包括从至少一个放射性药剂放射性核素源接收伽马辐射对以及从多个校准辐射发射源接收伽马辐射对，该至少一个放射性药剂放射性核素源具有检测信道，这些检测信道具有非均匀时变漂移，多个校准辐射发射源具有检测信道。利用校准存储器校正非均匀检测器信道延迟。确定来自该至少一个放射性药剂辐射源和校准源的所检测的符合辐射对。重建进入图像表示的符合对的检测位置，并且调节根据从校准辐射源接收的辐射对进行的非均匀时变漂移的校正。
本发明的一个优点在于它从时间上校准完整的检测路径。
本发明的另一个优点在于其简单性和所加的最少硬件。
本发明的再一个优点在于它能够使时间校准在诊断扫描期间进行。
本领域中熟练的技术人员在阅读并理解了以下的详细描述之后会明白本发明的其它优点。
附图说明
本发明可采取各种器件和器件的布置的形式，以及各种步骤和步骤的布置的形式。附图仅用于示出优选实施例且并不解释为对本发明进行限制。
图1是根据本发明的TOF-PET照像机的示意图。
图2是根据本发明的TOF-PET照像机的优选实施例的示意图。
具体实施方式
参看图1，PET扫描仪8包括缸筒10，辐射检测器12安装在缸筒10中。缸筒10的直径通常为90至150cm，长度通常为30至90cm。优选辐射检测器12足够地小，以在1至5mm内解决所接收的辐射的位置。进行检查的受治疗者14位于中心孔16中。孔16通常由约60至90cm的装饰性半透射线(cosmetic radiotranslucent)塑料缸筒17封闭。通常在患者支架18上接收受治疗者14，患者支架18可轴向移动进入孔16并可从孔16移动出去。
用放射性药剂对受治疗者14进行注射，放射性药剂带有放射性同位素，放射性同位素在发生正电子湮没反应时衰变。放射性药剂每秒钟通常会发射约1500万条伽马射线，这些伽马射线可由检测器12在缸筒10中检测。多个正电子湮没辐射源20位于检测器缸筒10中，但在已知的或易于确定在受治疗者14外部的位置。在一个实施例中，将三个校准放射性核素源20安装到装饰性缸筒17。优选这些校准源是沿着缸筒17轴向延伸的线源，但也可以是多个点源。在一种极端情形中，可将装饰性缸筒17完全用校准放射性核素源覆盖，以使点源有效地形成连续的缸筒。优选校准辐射源20发射数量约为放射性药剂所发射的可检测伽马射线的数量的十分之一的伽马射线。
优选校准放射性核素源20在受治疗者成像期间保持附着在适当的位置。或者，可根据需要在任何时间将校准放射性核素源20移动并重新插入PET扫描仪8中。在一种方法中，校准放射性核素源20用于在将受治疗者引入之前校准PET扫描仪8。在校准完成之后，移去校准放射性核素源20并将受治疗者14引入到PET扫描仪8中。
每个检测器信道22包括检测器12中的一个和关联的电子装置23，电子装置23处理检测器12的输出，如放大、滤波或其它增强。在一个实施例中，该检测器包括闪烁体器件(未示出)和光电二极管或光电倍增管(未示出)，该光电二极管或光电倍增管的输出由关联的电子装置的前置放大器(未示出)放大。闪烁体器件可包括如晶体、光导和光电阴极或二极管。这样，闪烁体器件将所接收到的伽马射线转换成可见光子。光电二极管或光电倍增管从闪烁体器件读取光输出，并将这种光转换成电信号，如电压或电流。在由前置放大器传递到检测时间校正器件24之前将这种信号放大。还构思出其它的辐射检测器，如固态检测器，这种固态检测器将所接收到的辐射直接转换成电输出。
检测时间器件24接收相对于来自时间校准存储器26的其它检测器信道的与其时延有关的信息。在一个实施例中，相对延迟信息以延迟时间段的形式，在将这种延迟时间段加到信道的已测延迟时，这种延迟时间段使该信道具有预选延迟，对于所有的信道来讲，这种预选延迟是常见的。将具有已校延迟的已检测信号发送到符合检测器，该符合检测器搜索符合检测的(如在5纳秒之内)活动。
更明确地来讲，由于检测器12检测辐射，所以检测器的位置与时间校准存储器26连通，时间校准存储器26提供调节信道延迟的延迟(如从探查表)。优选利用正电子湮没幻像(phantom)在最初将时间校准存储器26校准，但也可以如下面所描述的那样完全动态校准时间校准存储器26。所检测的辐射活动的位置和定时与符合检测器28连通，符合检测器28配合在预选符合窗口中所检测的辐射活动对。放弃在符合窗口中并不唯一配对的活动。
识别符合对的位置和它们的相对检测时间的坐标信息储存在符合对存储器30中。检测坐标识别射线的端点，所检测的每个辐射活动沿着该射线出现。在TOF扫描仪中，飞行时间检测器32符合活动的检测之间的相对时间，以确定辐射活动在哪里沿着射线出现。利用目前的技术，可在约3至5cm之内确定沿着射线的辐射活动。随着不断的开发，预计会提高确定沿着射线的辐射活动的位置的精度。或者，可在飞行时间计算中进行检测时间校正，而不是加上标准化的延迟。射线分段处理器(ray segment processor)34确定射线分段，每个所检测的辐射活动沿着该射线分段从所检测的每个对(如储存在符合对存储器30中的)的坐标和飞行时间信息(如储存在飞行时间检测器32中的)出现。
重建处理器36将这些射线分段重建成表示辐射活动的密度的体积诊断图像表示，这种诊断图像表示储存在诊断图像存储器38中。视频处理器40从图像存储器38取回数据并将数据转换成适于显示在输出装置42上的形式和格式，输出装置42如视频监视器、打印机或中央记录电子贮存器。使用控制界面44的操作人员就进行显示的图像的性质向视频处理器40发出指令。可以预见各种图像格式，如体积图像表示的二维投影、穿过体积图像表示的片、最大强度投影、表面重现以及类似的格式。
时间校准校正处理器46在从校准辐射源20接收的辐射的基础上确定对时间校准储存器26的校正。在所示出的实施例中，校准源识别程序48识别属于校准辐射源的辐射活动对。优选校准源标识符48导致来自校准源的活动受阻而不能达到重建处理器36，以使这些活动不出现在重建的图像表示中。
各种技术可用于识别校准源20。例如，射线轨迹和与辐射源20的已知位置关联的相对检测时间会识别来自校准辐射源的活动。在所示出的实施例中，校准源20设置在患者接收缸筒13的外部上，在该实施例中，所有的校准源20的位置比辐射活动的位置更偏离受治疗者。在这种定位的情况下，可仅在定时信息的基础上识别属于校准辐射源20的对。不过，可将位置或射线信息包括在内，以使确定更加精确并识别多个校准辐射源20中的哪一个发射辐射。优选校准源标识符48还识别所检测的伽马射线对属于哪个校准源20。不必将位置精确地重建。一旦识别最接近校准辐射源20，就会从校准源位置存储器50取回最接近校准辐射源20的准确位置。时差时间程序(temporal differencetime routine)52利用该校准辐射源20的已知精确位置和接收校准对的辐射检测器12的位置来确定应已在这些位置之间测量的飞行时间或时间差异。时间校准误差程序54将来自飞行时间检测器32的已测飞行时间时差与来自时间差异时间程序52的计算时差进行比较。
在一种方法中，利用时间校准更新程序56确定表格校准时间，时间校准更新程序56接收检测器信道对和定时误差信息(timing errorinformation)，并适当地校正时间校准存储器或探查表26。在优选实施例中，时间校准更新程序56接收多个检测器信道对和定时误差数据组，并对这些组进行分析，以确定用于每个信道的适当的校正。
校准辐射源20可位于其它位置，如在患者孔14内部、附到或嵌入患者支架18等。作为选择或作为附加，位置源20可位于与患者数据唯一地差异的已知或可精确确定的位置。
目前所描述的时间校准校正系统46可与飞行时间图像重建一起使用或无飞行时间图像重建。没有飞行时间测量进入重建的常规PET扫描仪仍可受益于具有以前面所描述的方式重新校准的时间校准探查表。
图2示出了后处理实施例。来自受治疗者114和校准源120的发射由检测器112接收并通过检测器信道122传递，检测器信道122容纳信号处理器123。将信号发送到检测时间校正器件124，检测时间校正器件124采用延迟校正器件126，对延迟校正器件126提前校准，以补偿接收并处理发射的信道中的内在延迟变化。这样就可采用延迟校正器件126识别和补偿与数据信道122和检测时间校正器件124的每一个中的器件相关的延迟。延迟校正器件126可利用硬件和、或软件源提供这种补偿。将来自检测时间器件124的数据传送到符合检测器128，符合检测器128配合在预选符合窗口中所检测的辐射活动对。列表模式(listmode)贮存器130存储这种符合对并连同与每个符合对关联的时间标记一起将这种数据传送到校正处理器156。
时间校准校正处理器146在从校准辐射源120接收的辐射的基础上确定对检测时间的校正。在所示出的实施例中，校准源识别程序148识别属于校准辐射源120的辐射活动对。一旦识别最接近校准辐射源120，就会从校准源位置存储器150取回最接近校准辐射源120的准确位置。时差时间程序152利用该校准辐射源120的已知精确位置和接收校准对的辐射检测器112的位置来确定应已在这些位置之间测量的飞行时间或时间差异。时间校准误差程序154将来自飞行时间检测器132的已测飞行时间时差与来自时间差异时间程序152的计算时差进行比较，并确定对同时检测对的校正时间的调节。例如，时间校准校正处理器146定期确定时间校正，如每十分之一秒或每百分之一秒。所确定的校正被传送到校正处理器156并用于随后的活动，直到计算下一个时间校正。或者，可将时间校正应用于时间校正确定的另一个已选时间窗口中的符合对。
来自列表模式贮存器的数据由校正处理器156适当地进行调节并且可选择储存在校正数据存储器或缓存器131中。飞行时间检测器132检查符合活动的检测之间的这种校正相对时间，以确定辐射活动在哪里沿着射线出现。射线分段处理器134从飞行时间检测器132和校正数据存储器131接收信息，且重建处理器136重建由射线分段处理器134接收的射线分段。这种重建信息通过诊断图像存储器138和视频处理器140发送到输出装置142，以显示给使用者。
已通过参考优选实施例对本发明进行了描述。其它人在阅读并理解了前面的详细描述之后可进行修改和变化。本发明旨在包括所有的这些修改和变化，只要这些修改和变化在所附的权利要求书或等同描述的范围之内。

Claims (24)

1.一种诊断成像设备，包括：
患者支架(18、118)，所述患者支架(18、118)将受治疗者(14、114)支撑在成像孔(16、116)中，所述受治疗者已经注射了放射性药剂，所述放射性药剂发射并发的伽马辐射对；
辐射检测器(12、112)的缸筒(10、110)，所述缸筒(10、110)包围所述孔(16、116)，以检测所述辐射对，所述每个检测器(12、112)包括在多个电子检测器信道(22、122)中的对应的一个中，所述这些电子检测器信道(22、122)具有非均匀时变漂移；
多个校准辐射源(20、120)，所述多个校准辐射源(20、120)并发地发射辐射对，所述这些校准辐射源(20、120)设置在所述辐射检测器(12、112)的缸筒(10、110)内部并位于所述受治疗者(14、114)的外部；
符合检测器(28、128)，所述符合检测器(28、128)确定所检测的辐射对的活动是否在所选择的符合窗口中出现；
重建处理器(36、136)，所述重建处理器(36、136)将符合辐射对的检测位置从所述放射性药剂重建到图像表示中；
校正处理器(46、146)，所述校正处理器(46、146)根据从所述校准辐射源(20、120)接收的辐射对，确定对来自所述放射性药剂的符合对的检测时间中的时间关系进行时间校正。
2.如权利要求1所述的诊断成像设备，还包括：
飞行时间检测器(32、132)，所述飞行时间检测器(32、132)确定对来自所述受治疗者放射性药剂与所述校准辐射源(20、120)的辐射对的辐射活动进行检测的时间间隔。
3.如权利要求2所述的诊断成像设备，还包括：
列表模式贮存器(130)，所述列表模式贮存器(130)储存检测位置和来自所述符合检测器(28、128)的每个符合对的相对检测时间。
4.如权利要求2所述的诊断成像设备，还包括：
校正处理器(156)，所述校正处理器(156)至少部分地以从所述校准存储器校正处理器(46、146)所接收的数据为基础来调节储存在所述列表模式贮存器(130)中的相对检测时间。
5.如权利要求2所述的诊断成像设备，还包括：
射线分段处理器(34、134)，所述射线分段处理器(34、134)根据在所述检测时间之间的所述确定的时间间隔来确定对应于每个符合辐射对的射线分段。
6.如权利要求5所述的诊断成像设备，还包括：
所述重建处理器(36、136)将所述射线分段重建到所述诊断图像表示中；
诊断图像存储器(38、138)，所述诊断图像存储器(38、138)储存所述重建的诊断图像表示；以及
视频处理器(40、140)，所述视频处理器(40、140)从所述诊断图像存储器(38、138)取回数据并将所述数据转换成适于显示在输出装置(42、142)上的适当形式和格式。
7.如权利要求2所述的诊断成像设备，其特征在于：所述校准处理器(46、146)包括：
位置存储器(50、150)，所述位置存储器(50、150)用于储存所述校准辐射源(20、120)的位置；
校准源识别程序(48、148)，所述校准源识别程序(48、148)识别发射每个校准源辐射对的所述校准辐射源(20、120)；以及
时差时间程序(52、152)，所述时差时间程序(52、152)为所述校准源辐射对确定时差，所述校准辐射对在所述时差处实际上到达所述对应的检测器信道(22、122)。
8.如权利要求7所述的诊断成像设备，还包括：
时间校准误差程序(54、154)，所述时间校准误差程序(54、154)将来自所述飞行时间检测器(32、132)的时间间隔与来自所述时差时间程序(52、152)的时差进行比较。
9.如权利要求7所述的诊断成像设备，还包括：
检测时间校正电路(24、124)，所述检测时间校正电路(24、124)为变化而调节活动的相对检测时间，所述变化在处理对应的检测器信道(22、122)中的延迟时发生；
校准存储器(26，126)，其为所述检测时间校正电路提供校正。
10.如权利要求9所述的诊断成像设备，还包括：
时间校准误差程序(54)，所述时间校准误差程序(54)分析已测飞行时间间隔与来自所述时间差异程序(52)的已确定时差之间的差异，以确定时间校正；
校准存储器更新程序(56)，所述校准存储器更新程序(56)根据已确定的连接更新所述校准存储器(26)。
11.如权利要求1所述的诊断成像设备，还包括：
半透射线缸筒(17、117)，所述半透射线缸筒(17、117)限定所述受治疗者接收孔(16、116)，且所述多个校准辐射源(20、120)安装到所述半透射线缸筒(17、117)。
12.如权利要求11所述的诊断成像设备，其特征在于：所述校准辐射源(20、120)包括至少三个辐射源(20、120)，所述至少三个辐射源(20、120)间隔性地设置在所述半透射线缸筒(17、117)的周围。
13.如权利要求2所述的诊断成像设备，其特征在于：所述校准辐射源(20、120)包括线源和点源中的至少一个。
14.一种诊断成像方法，包括：
从至少一个放射性药剂辐射源接收伽马辐射对，所述至少一个放射性药剂辐射源具有检测信道(22、122)，所述这些检测信道(22、122)具有非均匀时变漂移；
从多个校准辐射发射源(20、120)接收伽马辐射对，所述多个校准辐射发射源(20、120)具有检测信道(22、122)；
确定来自所述放射性药剂辐射源和所述校准源(20、120)的所检测的符合辐射对；
根据从所述校准辐射源(20、120)接收的辐射对确定用于所述非均匀时变漂移的时间校正；以及
将来自所述放射性药剂源的符合对的检测位置重建到图像表示中。
15.如权利要求14所述的方法，还包括：
利用校正存储器(26)进行所述非均匀检测器信道漂移的校正。
16.如权利要求14所述的方法，还包括：
确定对来自所述受治疗者放射性药剂和所述校准辐射源(20、120)的辐射对的辐射活动进行检测的飞行时间时间间隔。
17.如权利要求16所述的方法，还包括：
对于每个符合辐射对来讲，储存检测位置和相对检测时间。
18.如权利要求17所述的方法，还包括：
识别发射每个校准源辐射对的所述校准辐射源(20、120)；以及
从所述校准源辐射对确定相对检测时间校正。
19.如权利要求18所述的方法，还包括：
分析所述相对检测时间校正，以确定所述时间校准存储器(26)的校正。
20.如权利要求18所述的方法，还包括：
根据所述相对检测时间校正来调节储存的来自所述放射性药剂的符合辐射对的相对检测时间。
21.如权利要求14所述的方法，还包括：
在为所述受治疗者(14、114)成像之前移去所述校准源。
22.如权利要求14所述的方法，其特征在于：来自所述校准辐射源(20、120)和所述放射性药剂辐射源的辐射对被同时接收。
23.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述校准辐射源(20、120)以小于所述放射性药剂辐射源的发射速率的百分之十的速率发射辐射。
24.一种飞行时间正电子发射成像装置，所述飞行时间正电子发射成像装置包括处理器，所述处理器用于实现根据权利要求14的方法。
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