CN101530330B - 核医学诊断设备及方法,形态断层摄影诊断设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了核医学诊断设备及核医学数据算术处理方法，形态断层摄影诊断设备及形态断层摄影算术处理方法。在对象存在的状态下，采集典型的由镥-176构成的自放射性元素得到的空白数据(S1)。在对象存在的状态下，通过自放射性元素采集透射数据(S2)。通过注射有放射性药剂(S3)的对象所发射γ射线，采集发射数据。基于空白数据和透射数据计算吸收-校正数据(S4到S7)，并使用吸收-校正数据对发射数据进行吸收-校正(S8)。虽然自放射性所获得的背景数据原本是被丢弃的，但是这里反而将背景数据用于吸收-校正数据。由此可以实现稳定的吸收校正。
Description
技术领域
本发明涉及一种核医学诊断设备，一种形态断层摄影诊断设备，一种核医学数据算术处理方法，和一种形态断层摄影算术处理方法，用于基于注射有放射性药剂的对象所产生的放射线，来获得对象的核医学数据或形态断层图像。
背景技术
以PET(正电子发射断层摄影)设备为例阐述核医学诊断设备，即ECT(发射计算断层摄影)设备。PET设备构造为检测由正电子湮没而产生的多条伽玛射线(γ)，并仅当多个检测器同时检测到γ射线时重建对象的断层图像。
具体而言，将含有发射正电子的放射性核素的放射性药剂给予对象，各自均由多个检测器组件(例如闪烁体)组成的多个检测器检测从注射有放射性药剂的对象内部所发射的511KeV的成对湮没γ射线。如果两个检测器在一定时间中检测到γ射线，则假定检测器同时检测到γ射线。检测到的γ射线作为成对湮没γ射线的射线对来计算，成对湮没产生点被识别为在检测到γ射线的每对检测器的连线上。通过累计这样的同时计数信息和执行重建处理，获得了发射正电子的放射性核素分布图像(即断层图像)。这一技术披露在，例如日本专利申请7-113873和2000-28727中。
在核医学诊断中，为了保持较高的定量性能和成像质量，必需吸收和校正同时计数信息数据(也被称为“发射数据”)。PET设备对同时计数数据的吸收依赖于γ射线通过对象的路径，而不依赖于γ射线产生点(正电子成对湮没产生点)。因此，通常会利用与放射性药剂发射 同种类型射线(在此情况下是γ射线)的外部放射源。从吸收系数图(map)获得的透射因数的逆或吸收校正值与发射投影数据相乘，由此，对基于外部放射源放射的并透射对象的γ射线的形态信息(也被称作“透射数据”)进行吸收校正。近来，采用了这样一种技术，该技术将从与PET设备集成的X射线CT设备(PET-CT设备)(而不是代替外部放射源)得到的形态信息转变为吸收系数图，并使用吸收系数图来进行吸收校正。
但是，如果难于安装外部放射源或类似物，以及难以假定对象内部是均匀吸收体，则采用一种技术，该技术假定内部是均匀吸收体，并对该均匀吸收体执行吸收校正，来从发射数据或图像估计对象的轮廓。这一技术披露在，例如KITAMURA Keiji，ISHIKAWA Yoshihiro，MIZUTA Tetsuro，YOSHIDA Eiji和YAMAYA Taiga的“Development ofVarious Data Correction Method in jPET-D4”，Next-generation PETDevice Research and Development Report 2005，pp.47-51中。
近来，特别是在高分辨率PET研发中，根据闪烁体在将放射线转变成光的过程中的高发射量、较短发光衰减时间和高γ射线阻挡能力，经常使用包括镥-176的闪烁体(LSO，LYSO，LGSO，等)作为构建各个检测器的闪烁体。这些特性是PET设备的基础并影响PET设备的性能，即高分辨率(每个闪烁体尺寸减小)，高计数率(加快的事件处理)和高灵敏度(γ射线检测的高概率)。
但是，元素镥-176是放射性物质，在β衰减(β-衰减)(99.9％，最大596KeV)之后并行发生三个γ衰减(300KeV 94％，202KeV 78％，88KeV 15％)。因此，存在如下情况：在这些放射线中的多条(两条或更多)任意放射线被同时计数。该同时计数不能作为“随机同时计数”被减去。但是，在PET中采集数据时，通常会设定能量下限(300-400KeV)，以除去低能量背景，例如散射成分，这一技术披露在，例如Andrew L.等的“On the imaging of very weak sources in an LSO PETScanner”，IEEE MIC 2007，Conf Rec.MO7-5，SYamamoto等的，“Investigation of sigle，random，and true counts from natural radioactivityin LSO-based clinical PET”，Ann Nucl Med，vol.19，pp.109to 114，2005。 非γ射线(511KeV)成分被从检测目标正电子(即放射性药剂)中除去。据报道，通过设定这一能量下限为大约400KeV，可以将镥-176的自放射性抑制到可忽略不计的程度。由此，镥-176的自放射性也可能变为背景噪声，传统上主要目的是抑制这些成分。
同时，有必要在进行同时计数期间抑制自放射性。提出了一种利用自放射性来日常检查检测器(每一个包括光电倍增管(PMT)和电路)的技术。该技术披露在，例如，Christof Knoess等“Development ofDaily Quality Check Procedure for the High-Resolution ResearchTomograh(HRRT)Using Natural LSO Background Radioactivity”，IEEETrans.Nucl.Sci.，vol.49，No.5，P2074，2002。
传统的使用如上文所述的外部放射源和X射线CT图像的吸收校正方法是高度准确和有效的。但是，如果为了提高灵敏度和空间分辨率，将检测器定位在靠近对象处，则通常无法保证用于安装准直的外部放射源、旋转放射源的机构(放射源旋转机构)等的空间。此外，在应用于检测乳癌的乳房X射线照片的PET乳房X射线照相设备的情况下，有必要使对象的躯体(胸部)尽可能靠近检测器。如果对象的内部可以被看作是均匀的吸收体，可以使用这一技术：认为内部是均匀吸收体并执行吸收校正，从而从发射数据和图像中提取对象轮廓。但是，如果对象边缘上的放射积累太小，则无法提取轮廓，并且轮廓提取的准确性也降低。另外，由于在对象边缘上分布偏差很大，轮廓提取的准确性也可能降低。这样，依赖于放射性药剂积累情况的，不可能得到稳定的轮廓信息，不可能执行稳定的吸收校正。
发明内容
鉴于上述情况，提出了本发明。本发明的目的是提供一种核医学诊断设备，一种形态断层摄影诊断设备，一种核医学数据算术处理方法和一种形态断层图像算术处理方法，能够执行稳定的吸收校正，并能够用于处理和诊断核医学数据或获取形态信息。
为实现上述目的，根据本发明的一种核医学诊断设备，一种形态断层摄影诊断设备，一种核医学数据算术处理方法和一种形态断层图 像算术处理方法构建如下。
根据本发明一个方面的核医学诊断设备是一种基于注射有放射性药剂的对象所产生的放射线而获取对象的核医学数据的核医学诊断设备，包括：
放射检测单元，配置为包含同时发出多条放射线的元素；
空白数据采集单元，采集同时计数数据作为空白数据，其中，在所述对象不存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元内的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据；
透射数据采集单元，采集同时计数数据作为透射数据，其中，在所述对象存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元中的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据；
发射数据采集单元，采集同时计数数据作为发射数据，其中，通过使所述放射检测单元对从注射有放射性药剂的对象发出的放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据；
吸收-校正数据计算单元，基于由所述空白数据采集单元采集的所述空白数据和由所述透射数据采集单元采集的所述透射数据中的至少一个，来计算所述对象的吸收-校正数据；以及
吸收校正单元，使用所述吸收-校正数据对由所述发射数据采集单元采集的所述发射数据进行吸收校正，并最终获得吸收-校正发射数据作为所述核医学数据。
根据本发明一个方面的核医学诊断设备包括配置为包含同时发射多条放射线的元素的放射检测单元。空白数据采集单元采集同时计数数据作为空白数据，在所述对象不存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元内的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据。透射数据采集单元采集 同时计数数据作为透射数据，在所述对象存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元中的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据。进一步，发射数据采集单元采集同时计数数据作为发射数据，通过使所述放射检测单元对从注射有放射性药剂的对象发出的放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据。依赖于对象存在与否对放射线的吸收(包括透射)程度可以基于空白数据采集单元所采集的空白数据和透射数据采集单元所采集的透射数据中的至少一个来获知。由此，吸收-校正数据计算单元可以计算对象的吸收-校正数据。吸收校正单元使用吸收-校正数据对发射数据采集单元所采集的发射数据执行吸收-校正，并最终获得吸收-校正发射数据作为核医学数据。这样，虽然由典型的为镥-176的自放射元素(同时发射多条放射线的元素)获得的背景数据原先是丢弃的，但是该背景数据反而被用于吸收-校正数据。通过为吸收-校正数据使用该背景数据，放射检测单元可以与对象非常靠近，而不需要安装外部放射源或类似物。另外，不需要使用由发射数据所获得的形态信息，就可以执行稳定的吸收校正。
此外，如果使用配置为包含自放射元素(同时发射多条放射线的元素)的放射检测单元进行空白数据的采集，根据本发明另一方面的形态断层摄影诊断设备可以是如下构成的。
一种根据本发明另一方面的形态断层摄影诊断设备是一种基于注射有放射性药剂的对象所产生的放射线而获取对象的形态断层图像形态断层摄影诊断设备，包括：
放射检测单元，配置为包含同时发出多条放射线的元素；
空白数据采集单元，采集同时计数数据作为空白数据，其中，在所述对象不存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元内的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据；
透射数据采集单元，采集同时计数数据作为透射数据，其中，在 所述对象存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元中的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据；
透视图像获取单元，基于由所述空白数据采集单元采集的所述空白数据和由所述透射数据单元采集的所述透射数据，获得所述对象的透视图像；以及
形态断层图像获取单元，重建所述透视图像，并获得所述对象的形态断层图像。
根据本发明另一方面的形态断层摄影诊断设备包括配置为包含同时发射多条放射线的元素的放射检测单元。空白数据采集单元采集同时计数数据作为空白数据，在所述对象不存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元内的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据。透射数据采集单元采集同时计数数据作为透射数据，在所述对象存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元中的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据。依赖于对象存在与否对放射线的吸收(包括透射)程度可以基于空白数据采集单元所采集的空白数据和透射数据采集单元所采集的透射数据中的至少一个而获知。透视图像获取单元由此可以获得对象的透视图像。形态断层图像获取单元重建透视图像和获得对象的形态断层图像。这样，虽然由典型的为镥-176的自放射元素(同时发射多条放射线的元素)获得的背景数据原先是被丢弃的，但是该背景数据反而用于吸收-校正数据。借助于反而使用该背景数据，可以获得用于核医学数据处理和诊断或获取形态信息的形态断层图像。
此外，根据本发明另一方面的核医学数据算术处理方法是基于注射有放射性药剂的对象所产生的放射线对对象的核医学数据执行算术处理的方法，包括步骤：
(1)采集同时计数数据作为空白数据，其中，在所述对象不存在的状态下，通过使配置为包含同时发出多条放射线的元素的放射检测单元对包含在所述放射检测单元内的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据；
(2)采集同时计数数据作为透射数据，其中，在所述对象存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元中的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据；
(3)采集同时计数数据作为发射数据，其中，通过使所述放射检测单元对从注射有放射性药剂的对象发出的放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据；
(4)基于所述空白数据和所述透射数据中的至少一个，计算吸收-校正数据；
(5)使用所述吸收-校正数据对所述发射数据进行吸收-校正；以及
执行包括步骤(1)到(5)的算术处理，以最终得到吸收-校正发射数据作为核医学数据。
在根据本发明另一方面的核医学数据算术处理方法中，在步骤(1)，同时计数数据作为空白数据被采集，在所述对象不存在的状态下，通过使配置为包含同时发出多条放射线的元素的放射检测单元对包含在所述放射检测单元内的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据。在步骤(2)，同时计数数据作为透射数据被采集，在所述对象存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元中的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据。在步骤(3)，同时计数数据作为发射数据被采集，通过使所述放射检测单元对从注射有放射性药剂的对象发出的放射线进 行计数，来同时计数所述同时计数数据。依赖于对象存在与否对放射线的吸收(包括透射)程度可以基于空白数据采集单元所采集的空白数据和透射数据采集单元所采集的透射数据中的至少一个而获知。在步骤(4)，对象的吸收-校正数据因此可被计算。在步骤(5)，使用吸收-校正数据对发射数据进行吸收-校正，最终获得吸收-校正发射数据作为核医学数据。对核医学数据执行包括步骤(1)到(5)的算术处理。这样，通过反而使用由同时发射多条放射线的元素所得到的背景数据，可以实施稳定的吸收校正。
而且，如果使用配置为包含自放射元素(同时发射多条放射线的元素)的放射检测单元进行空白数据的采集，根据本发明再一方面的形态断层摄影算术处理方法可以是如下构成的。
根据本发明再一方面的形态断层摄影算术处理方法是基于注射有放射性药剂的对象所产生的放射线对对象的形态断层图像执行算术处理的方法，包括步骤：
(1)采集同时计数数据作为空白数据，其中，在所述对象不存在的状态下，通过使配置为包含同时发出多条放射线的元素的放射检测单元对包含在所述放射检测单元内的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据；
(2)采集同时计数数据作为透射数据，其中，在所述对象存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元中的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据；
(6)基于所述空白数据和所述透射数据，获得所述对象的透视图像；以及
执行包括步骤(1)，(2)和(6)的步骤，以重建透视图像并获得所述对象的形态断层图像。
在根据本发明另一方面的形态断层摄影算术处理方法中，在步骤(1)，同时计数数据作为空白数据被采集，在所述对象不存在的状态下， 通过使配置为包含同时发出多条放射线的元素的放射检测单元对包含在所述放射检测单元内的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据。在步骤(2)，同时计数数据作为透射数据被采集，在所述对象存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元中的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时计数所述同时计数数据。依赖于对象存在与否对放射线的吸收(包括透射)程度可以基于空白数据和透射数据而获知。在步骤(6)，由此可以获得对象的透视图像。透视图像被重建以获得对象的形态断层图像。包括步骤(1)，(2)和(6)算术处理被执行。这样，通过反而使用由同时发射多条放射线的元素所获得的背景数据，可以获得用于核医学数据的处理和诊断或用于获取形态信息的形态断层图像。
在本发明的上述方面，基于空白数据和透射数据中的一个获得吸收-校正数据的具体示例包括：仅使用透射数据来提取对象的轮廓，并产生对象的吸收系数图，从而计算吸收-校正数据；以及使用透射数据和空白数据来提取对象的轮廓，并产生对象的吸收系数图，从而计算吸收-校正数据。无需说明，另一具体示例是，可以通过计算基于透射数据与空白数据之比而获得的对象的透射因数的逆，来计算吸收-校正数据，而不需要产生吸收系数图。
此外，作为使用透射数据和空白数据提取对象的轮廓并产生对象的吸收系数图来计算吸收-校正数据的示例，可以基于透射数据与空白数据之比或透射数据与空白数据之差，来提取对象的轮廓。
作为通过仅使用透射数据提取对象轮廓和产生对象的吸收系数图来计算吸收-校正数据的示例，吸收系数图可以是基于如下假设的图：对象内部被看作是吸收体，或对象内部被看作是由多个吸收系数分段组成的吸收体。如果是后一种图，则仅使用透射数据，来提取对象的轮廓和用于构成吸收系数分段的基础的内部形态信息。
同样，作为通过使用透射数据和空白数据来提取对象的轮廓并产生对象的吸收系数图，来计算吸收-校正数据的示例，吸收系数图可以 是基于如下假设的图：对象内部被看作是吸收体，或对象内部被看作是由多个吸收系数分段组成的吸收体。如果是后一种图，则仅使用透射数据，来提取对象的轮廓和用于构成吸收系数分段的基础的内部形态信息。
可以看出，如果是后一种图，则可以根据真实对象产生更准确的吸收系数图，因此可以进行更准确的吸收校正。
此外，不一定单独地使用吸收系数图。吸收系数图可以结合传统的轮廓提取技术，这样可以提高轮廓提取的准确性。例如，可以使用发射数据以及透射数据和空白数据来提取对象的轮廓。
采集透射数据的步骤(2)和采集发射数据的步骤(3)可以单独地执行或同时执行。
在前者的情况下，在步骤(2)同时计数的同时计数数据不同于在步骤(3)同时计数的同时计数数据。在后者的情况下，在步骤(2)同时计数的同时计数数据和在步骤(3)同时计数的同时计数数据是一次拍摄所获得的数据，一次拍摄所获得的数据可以被分离成用于透射数据采集的同时计数数据和用于发射数据采集的同时计数数据，以便在步骤(2)采集透射数据和在步骤(3)采集发射数据。
分离方法的具体示例如下。基于在放射线计数期间来自放射线的能量，来分离一次拍摄所获得的数据。基于放射线计数期间的时差信息，来分离一次拍摄所获得的数据。如果配置为包含所述元素的所述放射检测单元与配置为不包含所述元素的放射检测单元相组合，则基于由配置为包含所述元素的所述放射检测单元和配置为不包含所述元素的放射检测单元各自获得的空间信息，来分离一次拍摄所获得的数据。
基于空间信息分离一次拍摄所获得的数据的方法如下。通过在使所述旋转驱动机构驱动环形放射检测机构绕着所述对象的体轴旋转的同时，对放射线进行同时计数，来采集空间信息，在所述空间信息中，以在连接用于同时计数的成对的放射检测器的LOR上的包含所述元素的放射检测单元所发出的放射线为基础的透射数据和以包含所述元素的放射检测单元的有关LOR之一上的注射有放射性药剂的所述对 象所发出的放射线为基础的发射数据相混合，LOR是响应线的缩写。仅采集以LOR中与不包含所述元素的放射检测单元有关的LOR之一上的注射有放射性药剂的所述对象所发出的放射线为基础的发射数据的有关空间信息。从所采集的发射数据和所采集的透射数据相混合的空间信息中减去仅与所采集的发射数据有关的空间信息，从而对于在驱动环形放射检测机构绕着所述对象的体轴旋转的同时对放射线进行同时计数，来分离一次拍摄所获得的数据。
在根据本发明的核医学诊断设备，形态断层摄影诊断设备，核医学数据算术处理方法和形态断层摄影算术处理方法中，通过反而将由同时发射多条放射线的元素所得到的背景数据来用于吸收-校正数据，可以获得稳定的吸收校正。进一步，通过反而使用该背景数据，可获得用于核医学数据处理和诊断或获取形态信息的形态断层图像。
附图说明
为了描述本发明，在附图中示出了几种优选形式，但是，可以理解，本发明不限于示出的具体布置和手段。
附图1是根据本发明第一实施例的正电子发射断层摄影(PET)乳房X射线照相设备的侧视图和方框图；
附图2A是根据第一实施例的PET乳房X射线照相设备中使用的检测器板的环境方框图，附图2B是每个检测器板的示意图；
附图3是每个检测器板中放射检测器的具体配置的示意侧视图；
附图4A和4B分别是构成每个放射检测器的闪烁体的模式示意图；
附图5是根据第一实施例包括算术处理方法的核医学诊断的流程图；
附图6是典型的相对于γ射线能量的吸收系数图；
附图7是根据第二实施例的PET设备的侧视图和方框图；
附图8A和8B是根据第二实施例应用在PET设备中的环形放射检测机构的示意图；
附图9是根据第二实施例包括算术处理方法的核医学诊断的流程 图；
附图10是用于解释基于能量的分离的模式图；
附图11A和11B是用于解释基于时差的分离的模式图；
附图12A和12D是用于解释基于空间的分离的模式图；
附图13是根据第三实施例的PET乳房X射线照相设备的侧视图和方框图；
附图14是根据第三实施例的PET设备的侧视图和方框图；
附图15是根据第三实施例的包括算术处理方法的形态断层摄影诊断的流程图。
具体实施方式
以下参考附图阐述本发明的优选实施例。
第一实施例
附图1是根据第一实施例的发射断层摄影(PET)乳房X射线照相设备的侧视图和方框图。附图2A和2B分别是根据第一实施例的PET乳房X射线照相设备中使用的检测器板的周边环境的方框图、以及每个检测器板的示意图。附图3是每个检测器板的放射检测器的具体配置的示意侧视图。附图4A和4B分别是构成每个放射检测器的闪烁体的模式示意图。在第一实施例和下面将要描述的第二和第三实施例中，将举例来描述一种作为核医学诊断设备的PET设备。在第一实施例中，将描述一种用于乳癌检测的PET乳房X射线照相设备，作为PET设备的一个示例。
如附图1和2A所示的方框图，根据第一实施例的PET乳房X射线照相设备包括检测器单元1，支撑机构2，控制器3，输入单元4，输出单元5，同时计数电路6，投影数据计算单元7，空白数据采集单元8，透射数据采集单元9，吸收-校正数据计算单元10，吸收校正单元11，重建单元12和存储单元13。检测器单元1配置为包括在对象M两侧相互对置的两个检测器板1A和1B。如附图2B的示意图中所示，检测器板1A和1B各自被配置，以使多个放射检测器1a依据切口1C而平行排列。每个放射检测器1a对应于根据本发明的放射检测 器单元。
如附图3所示，放射检测器1a被配置为包括闪烁体块21，该闪烁体块21由多个作为检测组件的闪烁体、与闪烁体块3a光学耦合的光导(light guide)22和与光导22光学耦合的光电倍增管(PMT)23的组合而构成。闪烁体块21中的每个闪烁体通过入射γ射线而发射光，将γ射线转变成光，并由此检测γ射线。值得注意的是，放射检测器1a不仅检测γ射线，也检测β射线。
在第一实施例以及下面所要描述的第二和第三实施例中，每个闪烁体配置为包含同时发射多条放射线(包括β射线和γ射线)的元素。在说明书中，“配置为包含…元素”所表达的意思如下。如附图4A所示，例如，整个闪烁体21A(参见附图4A中以正向斜线表示的阴影部分)由自放射性物质(同时发射多条射线的元素，典型的如镥-176)组成，或者由自放射性添加物质(例如含镥GSO)组成。可替代地，如附图4B所示，闪烁体21B由非自放射性物质，典型的例如GSO，组成。闪烁体21C(参见附图4B中以正向斜线表示的阴影部分)是通过将包括自放射性物质或自放射性添加物质的薄膜带接合到闪烁体21B上而构成的。可替代地，闪烁体21C是通过将由自放射性物质或自放射性添加物质制成的涂敷剂涂敷到闪烁体21B(参见附图4B中的由正向斜线所标注的阴影部分)上而构成的。
如果配置为包含此类自放射性元素(同时发射多条射线的元素)的闪烁体构成每个放射检测器1a(参见附图2B和3)，三种γ衰减(300KeV 94％，202KeV 78％，88KeV 15％)在β衰减(99.9％，最大596KeV)之后并行地发生。这样，这些放射线中的多种(两种或更多)任意放射线从闪烁体发出。一些放射线被放射检测器1a(发射该放射线)检测到并计数，而其它放射线被其它放射检测器1a(即，不发射该放射线的放射检测器1a)检测并计数。如果发射的放射线是β射线，则发射该射线的闪烁体、邻近的闪烁体或邻近的放射检测器1a检测到该β射线。如果发射的放射线是γ射线，则包括了发射该射线的闪烁体的那个放射检测器1a或其它放射检测器1a(包括了邻近的放射检测器)检测并计数该射线。
下面将描述γ射线。如前面已经描述的，闪烁体块21发射γ射线，并将每一γ射线转变成光。光导22引导被闪烁体块21转变的光进入PMT23。PMT23将由光导22引导的光通过光电方式转变成电信号，并将电信号输出到如附图1和2A所示的同时计数电路6。
回到附图1，支撑机构2支撑两个彼此对置的检测器板1A和1B，在两者之间有对象M主体(例如胸部)，由此检测器板1A和1B配置为彼此相对。控制器3整体控制着根据本发明第一实施例的PET乳房X射线照相设备的各个组成部分。控制器3配置为包括中央处理单元(CPU)等。
操作者通过输入单元4输入的数据或指令传输给控制器3。输入单元4配置为包括指示设备，典型的如鼠标，键盘，操纵杆，轨迹球和/或触摸板。输出单元5配置为包括一显示单元，典型的如监视器，打印机等。
存储单元13配置为包括存储介质，典型的如ROM(只读存储器)或RAM(随机存取存储器)。在第一实施例中，如果需要，将投影数据计算单元7计算的投影数据、重建单元12重建的断层图像、空白数据采集单元8采集的空白数据、透射数据采集单元9采集的透射数据、吸收采集单元7计算的吸收校正数据、吸收校正单元11吸收-校正的投影数据等写入RAM，以及从RAM中读出。用于执行多种核医学诊断的程序等被预先存储在ROM中。控制器3执行程序，由此分别执行根据程序的核医学诊断。
例如，通过使控制器3执行存储在作为存储介质(典型的如ROM)的存储单元13里的程序等、或由典型的如指示设备等的输入单元14输入的命令，来实现投影数据计算单元7、空白数据采集单元8、透射数据采集单元9、吸收-校正数据计算单元10、吸收校正单元11和重建单元12。
闪烁体块21(参见附图2A)将从被注射有放射性药剂(即放射性同位素(RI))的对象M发出的每条γ射线转变成光。PMT23(参见附图2A)将光通过光电方式转变成电信号，并将电信号输出给同时计数电路6，作为图像信息(像素)。
具体而言，如果放射性药剂被给予对象M，则正电子发射RI的正电子湮灭，由此产生γ射线对。同时计数电路6检查闪烁体块21(参见附图2A)的位置和γ射线入射时间(timing)，仅当γ射线同时入射在两个在对象M两侧相对放置的闪烁体块21上时，才确定传输的图像信息是合适的数据。如果γ射线仅入射在一个闪烁体块21上，则同时计数电路6不把该γ射线作为正电子湮灭而产生的γ射线来处理，而认为该γ射线是噪声。进一步，同时计数电路6确定传输到电路6的图像信息是噪声，并丢弃该图像信息。
在放射检测器1a包括有配置为包含自放射性元素的闪烁体块21的情况下，不仅有来自放射性药剂的γ射线，还有配置为包含自放射性元素的闪烁体块21所发射的γ射线，两者都入射到放射检测器1a的闪烁体块21上。即使这种γ射线同时入射在两个在对象M两侧相对放置的闪烁体21上，同时计数电路6仍将它们作为“同时计数数据”处理。由自放射性获得的数据(即，同时计数电路6计数的、由每个配置为包含自放射性元素的闪烁体块21所发出的γ射线入射的数据)是背景数据。背景数据在第一实施例以及在后面描述的第二和第三实施例中被使用。
同时计数电路6将所检测到的γ射线的图像信息中、来自放射性药剂的成分的图像信息传输给投影数据计算单元7。同时计数电路6将所检测到的γ射线的图像信息中、来自自放射性的成分的图像信息传输给透射数据采集单元9。进一步，在对象M不存在的状态下，同时计数电路6将所检测到的γ射线的图像信息中由自放射性所获得的图像信息传输给空白数据采集单元8。投影数据计算单元7计算同时计数电路6所传输的图像信息作为投影数据，并将投影数据传输给吸收校正单元11。投影数据计算单元7所计算的投影数据也被称为“发射数据”。投影数据计算单元7对应于根据本发明的发射数据采集单元。
空白数据采集单元8在对象M不存在的状态下采集由自放射性获得的数据，作为空白数据。透射数据采集单元9在对象M存在的状态下采集由自放射性获得的数据，作为透射数据。空白数据采集单元8 所采集的空白数据和透射数据采集单元9所采集的透射数据被传输给吸收-校正数据计算单元10。空白数据采集单元8对应于根据本发明的空白数据采集单元，透射数据采集单元9对应于本发明的透射数据采集单元。
吸收-校正数据计算单元10基于空白数据采集单元8所采集的空白数据和透射数据采集单元9所采集的透射数据，计算对象M的吸收-校正数据。在第一实施例以及后面所描述的第二实施例中，吸收校正数据计算单元10从透射数据和空白数据之比中提取对象M的轮廓，并产生对象M的吸收校正图，从而计算吸收校正数据。吸收校正数据计算单元10把计算出的吸收-校正数据传输给吸收校正单元11。吸收校正单元11根据对象M内对γ射线的吸收，通过将吸收-校正数据计算单元10所计算的吸收-校正数据反映在投影数据计算单元7计算的投影数据中，对投影数据计算单元7所计算的投影数据进行吸收-校正。吸收校正单元11把吸收-校正后的投影数据传输给重建单元12。吸收校正数据计算单元10对应于根据本发明的吸收-校正数据计算单元。吸收校正单元11对应于本发明的吸收校正单元。
吸收校正单元11将吸收-校正投影数据传输给重建单元12。重建单元12根据对象M内对γ射线吸收，重建投影数据和获得断层图像。这样，通过在根据第一实施例的PET乳房X射线照相设备中提供吸收校正单元11和重建单元12，PET乳房X射线照相设备基于吸收-校正数据来校正投影数据，并校正断层图像。重建单元12经由控制器3把经校正的断层图像传输给输出单元5，存储单元13等。
以下将结合附图5和6，描述对每一数据执行算术处理的方法(算术处理方法)。附图5示出了根据第一实施例的核医学诊断设备的算术处理方法的流程图。附图6是典型的相对于γ射线能量的吸收系数图。以下，根据第一实施例的算术处理方法将被描述，同时举例说明采用“基于光子能量的区分技术”来区分给予了对象M的放射性核素所发出的γ射线与闪烁体所发射的γ射线。
(步骤S1)采集空白数据
在对象M不存在，并且设置了每个都包括配置为包含自放射性元 素的闪烁体块21的多个检测器1a的情况下，能量下限设定为例如200KeV。由此，闪烁体块21所发射的自放射性γ射线(307KeV，202KeV和88KeV)可以被有效地采集。在预定时间(例如10小时)上，从各自均被配置为包含自放射性元素的闪烁体块21发射的自放射性γ射线被计数。此时，各自均包括配置为包含自放射性元素(即，发射γ射线的闪烁体)的闪烁块21的一些放射检测器1a对所发射的γ射线中的一些γ射线进行计数。其它放射检测器1a对其它的γ射线进行计数。这样，空白数据采集单元8采集由同时计数电路6同时计数的同时计数数据，其不是作为来自放射性药剂的γ射线，而是作为对象M不存在的状态下由自放射性获得的背景数据，作为空白数据。步骤S1对应于根据本发明的步骤(1)。
(步骤S2)采集透射数据
接着，在对象M存在，并且设置了每个都包括配置为包含自放射元素的闪烁体块21的多个检测器1a的情况下，每个配置为包含自放射元素的闪烁体块21所发出的γ射线在预定时间上被计数。此时，在第一实施例中，能量下限设定为例如200KeV，这样，闪烁体块21所发出的自放射性γ射线(307KeV，202KeV和88KeV)可以被有效的采集。包括配置为包含自放射性元素(即，发射γ射线的闪烁体)的闪烁体块21的每个放射检测器1a对发射出的γ射线或β射线中的一些γ射线进行计数。不同于该放射检测器1a的其它放射检测器1a计数从对象M发出并到达其它放射检测器1a的其它γ射线。通过这样计数，透射数据采集单元9采集由同时计数电路6同时计数的同时计数数据，作为在对象存在的状态下由自放射性获得的背景数据，并作为透射数据。步骤S2对应于本发明的步骤(2)。优选地，对象M没有被注入放射性物质。但是，即使放射性物质已经注入到对象M，也可能通过优化能量宽度，获得对自放射性的背景成分具有较高贡献的数据。
(步骤S3)采集发射数据
通过同时计数从对象M发出的γ射线，来采集发射数据。因为γ射线的能量是511KeV，所以在覆盖这一能量范围能量宽度上采集γ 射线。发射数据可被同时，或单独地并与采集透射数据即，步骤S2，并行地采集。步骤S2和S3的顺序可以任意设定。因此，步骤S3可以在步骤S2之后执行，步骤S3可以在步骤S2之前执行，或者步骤S3可以与步骤S2同时或与步骤S2相独立地并行于步骤S2执行。
与步骤S2类似，在对象M存在，放射性药剂被注入到对象M体内，并设置多个放射检测器1a的情况下，其中每个放射检测器1a都包括配置为包含自放射性元素的闪烁体块21，计数γ射线。通过设定能量下限为400KeV，自放射性元素所发出的γ射线(背景数据)可以被抑制到可忽略不计的水平。通过如此计数，投影数据计算单元7计算由同时计数电路6同时计数的同时计数数据，作为来自放射性药剂的γ射线，并作为发射数据。步骤S3对应于本发明的步骤(3)。
(步骤S4)获得计数比窦腔X射线照相图(sinogram)
吸收-校正数据计算单元10通过将在步骤S1中空白数据单元8所采集的空白数据(B)和在步骤S2中透射数据采集单元9所采集的透射数据(T)之间的比率显影到窦腔X射线照相图，来计算吸收校正数据。特别地，吸收-校正数据计算单元10针对窦腔X射线照相图上的每一像素，用透射数据(T)除以空白数据(B)。
(步骤S5)获得轮廓窦腔X射线照相图
由上述窦腔X射线照相图的显影和除法运算所得到的窦腔X射线照相图可以不依赖于放射性药剂的积累情况而确保稳定的轮廓信息，甚至对于对象M边缘的轮廓信息也如此(“轮廓窦腔X射线照相图”)。
(步骤S6)提取轮廓图像
吸收校正计算单元10将在步骤S5得到的轮廓窦腔X射线照相图显影到投影数据，而不是窦腔X射线照相图(维度上与投影数据计算单元7所计算的投影数据相同)，从而提取对象M的轮廓图像。
(步骤S7)产生吸收系数图
用透射数据(T)除以空白数据(B)所获得的值是对象M的透射因数。因此，吸收-校正数据计算单元10通过计算该值的对数和重建图像，来产生吸收系数图。在步骤S7，吸收-校正数据计算单元10在将对象M的内部看作是均匀吸收体的同时，产生吸收系数图。
在步骤S7，作为吸收系数图产生基础的空白数据和透射数据是来自能量为307KeV等的γ射线。由此，吸收系数图也与307KeV的γ射线相关。吸收-校正数据计算单元10可以在307KeV上从吸收系数图提取轮廓，为511KeVγ射线分配理论吸收系数，并进行后面所要描述的步骤S8的吸收校正。可替代地，吸收-校正数据计算单元10可以将307KeV的吸收系数图转变成511KeV的吸收系数图，因为要吸收-校正的发射数据是在511KeV处的同时计数数据。例如，如附图6所示，吸收-校正数据计算单元10可以提前产生相对于γ射线能量E的吸收系数μ(例如水的吸收系数)的曲线图，或显示γ射线能量和吸收系数之间的对应关系的查找表，在参考曲线图或查找表的同时将307KeV的吸收系数转变为511KeV的吸收系数，产生511KeV的吸收系数图，并在后面所描述的步骤8中使用这一511KeV吸收系数图执行吸收校正。步骤S4到S7对应于根据本发明的步骤(4)。
此外，计算吸收-校正数据的步骤，即步骤S4到S7，是与采集发射数据的步骤，即步骤S3，同时执行、或独立并与步骤S3并行执行的。步骤S3和S4到S7的顺序可以任意设定。因此，步骤S4到S7可以在步骤S3之后执行，步骤S4到S7可以在步骤S3之前执行，或步骤S4-S7可以与步骤S3同时执行、或单独并与步骤S3并行执行。
总之，如果步骤S3(根据本发明的步骤(3))在步骤S2(步骤(2))之后执行，则步骤S4到S7(步骤(4))(A)在步骤S3(步骤(3))之后执行，(B)在步骤S2之后(步骤(2))和步骤S3(步骤(3))之前执行，或者(C)与步骤S3同时执行、或单独执行并且并行于步骤S3(步骤(3))。可替代地，如果步骤S3(步骤(3))在步骤S2(步骤(2))之前执行或与S2同时执行、或独立于S2执行并且并行于步骤S2(步骤(2))，则步骤S4到S7(步骤(4))在步骤S2(步骤(2))之后执行。
(步骤S8)执行吸收校正和重建
使用在步骤S4到S7中由吸收-校正数据计算单元10计算的吸收-校正数据(第一实施例中的吸收系数图)，对步骤S3中投影数据计算单元7所计算的发射数据进行吸收-校正。重建单元12重建吸收-校正 投影数据(即，发射数据)，并最终获得作为核医学数据的断层图像。在吸收校正过程中，可以执行通常所使用的处理，如归一化处理，散射补偿处理等非吸收校正处理。步骤S8对应于根据本发明的步骤(5)。
上文所述配置的根据第一实施例的PET乳房X射线照相设备包括放射检测器1a，所述放射检测器的每一个配置为包含同时发射多条放射线的元素(自放射性元素，如镥-176)。在对象M不存在的情况下，包含上述元素的放射检测器1a对该元素所发射的一些γ射线计数，其它放射检测器1a计数其它γ射线。这样，在步骤S1，空白数据采集单元8采集同时计数的同时计数数据。另一方面，在对象M存在的情况下，包含上述元素的放射检测器1a计数该元素所发出的γ射线，其它放射检测器1a计数其它γ射线。这样，在步骤S2透射数据采集单元9采集同时计数的同时计数数据，作为透射数据。进一步，放射检测器1a对注射有放射性药剂的对象M所发出的γ射线进行计数。因此，在步骤S3，投影数据计算单元7采集同时计数的同时计数数据，作为发射数据。
依赖于对象M存在与否对γ射线的吸收(包括透射)程度可以基于在步骤S1空白数据采集单元8所采集的空白数据和在步骤S2透射数据采集单元9所采集的透射数据来获知。进一步，在步骤S4到S7，吸收-校正数据计算单元10可以计算对象M的吸收-校正数据(第一实施例中的吸收系数图)。在步骤S8，吸收校正单元11使用吸收-校正数据(第一实施例中的吸收系数图)对投影数据计算单元7所采集的发射数据进行吸收-校正，最终获得吸收-校正数据作为核医学数据。步骤S1到S8的算术处理是对核医学数据进行的。
可以看到，典型的由镥-176等自放射性(同时发射多条放射线的元素)获得背景数据本来是被丢弃的。但是，这里反而将该背景数据用于吸收-校正数据。通过使用背景数据来用于吸收-校正数据，典型的由放射检测器1a所构成的放射检测单元可以靠近对象M，而不必安装外部放射源等。另外，可以进行稳定的吸收校正，而不需要使用从发射数据获得的形态信息。
在第一实施例中，作为基于空白数据和透射数据而计算吸收-校正 数据的具体示例，从透射数据(T)和空白数据(B)之比(T/B)中提取对象M的轮廓，产生对象M的吸收系数图，由此计算吸收-校正数据。在第一实施例中，吸收系数图是在对象M的内部被看作是均匀吸收体这一假设下产生的图。
在第一实施例中，步骤S2中的采集透射数据和步骤S3中的采集发射数据被分离地执行。即，根据本发明的步骤(2)的透射数据采集和步骤(3)中的发射数据采集是分别进行的。在第一实施例中，在步骤(2)同时计数的同时计数数据不同于步骤(3)中同时计数的同时计数数据。
而且，在第一实施例中，吸收校正可以在不提供外部放射源的情况下进行。因此，有利的，可以使放射检测器1a靠近对象M，对类似于PET乳房X射线照相设备的设备进行尺寸缩减并提高了设备的灵敏度。因为不使用外部放射源，所以不需要购买和替换放射源，由此可以有利的减少了运行和维护成本。
第二实施例
以下将结合附图描述本发明的第二实施例。
附图7是根据本发明第二实施例的PET设备的侧视图和方框图。附图8是根据第二实施例的PET设备上使用的环形放射检测机构的示意图。在第二实施例中，类似于第一实施例，借助示例来描述作为核医学诊断设备的PET设备。在第二实施例，PET设备包括环形放射检测机构1D，不使用外部放射源，从而使得机构1D尽可能靠近对象M，因此减小了设备的尺寸，以下将举例对此进行描述。
如附图7所示，根据第二实施例的PET设备包括控制器3，输入单元4，输出单元5，同时计数电路6，投影数据计算单元7，空白数据采集单元8，透射数据采集单元9，吸收-校正数据计算单元10，吸收校正单元11，重建单元12和存储单元13，以上所述与第一实施例类似。由于组成PET设备的组成部分除了同时计数电路6以外都与第一实施例相同，所以除同时计数电路6的这些部分在此不再描述。在第二实施例中，取代根据第一实施例的检测单元1，PET设备包括环形放射检测机构1D和驱动环形放射检测机构1D绕对象M的体轴旋 转的旋转驱动机构14。每个环形放射检测机构1D对应于根据本发明的环形放射检测机构，旋转驱动机构14对应于根据本发明的旋转驱动机构。
如附图8A和8B所示，每个环形检测机构1D配置为将多个放射检测器1a布置成围绕对象M体轴的环形。环形放射检测机构1D包括至少一个配置为包含同时发出多条放射线的元素(自放射形元素，如镥-176)的放射检测器1a，这就足够了。例如，如附图8A所示，环形放射检测机构1D可以包括配置为每一个都包含自放射性元素的放射检测器1a(参见附图8A中的以正向斜线表示的阴影部分)。可替代地，如附图8B所示，环形放射检测机构1D可以仅部分地包括配置为包含自放射性元素(参见附图8B中的以正向斜线标注的阴影部分)的放射检测器1a，并包括配置为包含典型的由GSO构成的非自放射性物质的放射检测器1a。如果一次拍摄所获得的数据是基于后面所描述的空间信息被分离的，则附图8B所示的结构是有效的。由于每个放射检测器1a的具体配置与在附图3中所示的配置相同，这里将不再描述。放射检测器1a对应于根据本发明的放射检测单元。
在常规的核医学诊断中，测量(采集)通常开始于所给予的医学药剂充分分布于对象M的体内之后，这是通过为药剂在对象M体内分布设定一些时间来实现的。因此，优选地，在药剂在对象M体内到达稳定的分布状态之后，针对吸收校正而采集透射数据。相应的，更优选地，为了缩短时间，可以同时进行透射数据的采集和常规的发射数据的采集。根据第二实施例，在步骤(2)同时计数的同时计数数据和在步骤(3)同时计数的同时计数数据是根据本发明的一次拍摄所获得的数据，一次拍摄所获得的数据被分离为用于透射数据采集的同时计数数据和用于发射数据采集的同时计数数据，从而在步骤(2)采集透射数据和在步骤(3)采集发射数据。根据第二实施例，同时计数电路6把在对象M存在的情况下所计数的同时计数数据分离为用于采集透射数据的数据和用于采集发射数据的数据。具体的分离方法将在下面描述。旋转驱动机构配置为包括电动机等，其未被示出。
以下，将结合附图9到12描述对每一数据执行算术处理的方法(算 术处理方法)。附图9是根据第二实施例包括算术处理方法的核医学诊断的流程图。附图10是基于能量的分离的模式图。附图11是基于时差的分离的模式图。附图12是基于空间的分离的模式图。
(步骤S1)采集空白数据
由于步骤S1与根据第一实施例的步骤S1相同，这里将不再描述。步骤S1对应于根据本发明的步骤(1)。
(步骤T2)采集透射数据和发射数据
在对象M存在，对对象M施予了放射性药剂，设置多个放射检测器1a的情况下，其中每一个放射检测器都包括配置为包含自放射性元素的闪烁体块21，配置为包含自放射性元素的闪烁体块21所发出的γ射线被计数。在此时，各自均包括配置为包含自放射性元素(即，闪烁体发出γ射线)的闪烁体块的一些放射检测器1a对发出的γ射线中的一些γ射线计数。其它放射检测器计数其它γ射线。通过如此计数，考虑到由同时计数电路6所获得的同时计数数据处于这样一种状态：在对象M存在的情况下来自放射性药剂的γ射线数据(即，发射数据)和自放射性所得到的背景数据(即，透射数据)相混合(“E+T”)，对透射数据-发射数据进行采集，步骤T2对应于根据本发明的步骤(2)和(3)。
(步骤T3)分离同时计数数据
可以理解的是，根据本发明步骤(2)所得到的同时计数数据和在步骤(3)所得到的同时计数数据是一次拍摄所获得的数据。同时计数电路6把数据分离成用于采集透射数据的同时计数数据和用于采集发射数据的同时计数数据，这些采集分别在步骤(2)和(3)中执行。具体分离方法的示例包括：
(A)基于光子能量的区分方法
在γ射线计数期间，基于γ射线在转变为光子时所产生的光子能量，区别和分离一次拍摄所得到的数据。如果要通过检测镥-176等的γ射线采集数据，则设定两种或更多类型的能量窗(例如350KeV或更低的能量窗，和400KeV或更高的能量窗)。由此，如附图10所示，即使将放射性药剂施予给对象M之后，也能够通过400KeV或更高 的能量窗把同时计数数据分离成发射数据(参见附图10中的“发射”)，并通过350KeV或更低的能量窗把同时计数数据分离成透射数据(参见附图10中的“Lu-Coin”)，并采集发射数据和透射数据。如附图10中以点线示出的曲线，如果光子能量等于或小于350KeV，则放射检测器1a中的散乱成分通常会混入发射数据。但是，对于提取轮廓的方法，不认为该混合会引起严重的问题。
(B)基于时差信息(TOF：飞行时间)的区分方法
在γ射线计数期间，基于时差信息(TOF)区别和分离一次拍摄所获得的数据。如果在湮灭γ射线被同时计数时的TOF被准确测量，可以从TOF获得γ射线的放射位置(正电子成对湮灭产生位置)。基于这一原理的PET设备被称作“时差信息(或飞行时间)(TOF)型PET”。如附图11A和11B所示，假定用于同时计数的两个放射检测器1a之间的湮灭γ射线的时差是T1[秒]和T2[秒]之间的绝对值|T1-T2|，γ射线(光子)速度是c[cm/秒]，用于同时计数的两个放射检测器1a之间的距离是D[m]，以及由两个放射检测器1a之间的距离所决定的(时间)范围是Δtmax[秒]。在此情况下，距离D表示为D[m]＝Δtmax[秒]×c[cm/秒]。如附图11A所示，两个放射检测器之间的对象M所产生的湮灭光子的时差|T1-T2|落入该范围(参见|T1-T2|＜Δtmax)。因此，数据可被区分为发射数据(参见附图11A中的“发射”)。另一方面，放射检测器1a内(即，自放射性所发出的)产生的湮灭光子的时差|T1-T2|必然是由如附图11B所示的两个放射检测器1a之间的距离决定的时差(Δtmax-Diff≤|T1-T2|≤Δtmax+Diff)所确定的。因此，数据可区分为透射数据(参见附图11B中的“Lu-Coin”)。由此，两种类型的γ射线可以基于这一时差和产生位置信息而彼此区分开。虽然随机同时计数包括在发射数据的相关计数和透射数据的相关计数中，但是随机同时计数可以通过延迟同时计数的方法被除去。
(C)基于空间信息的区分方法
如附图8B所示，如果配置为包含自放射性元素(参见附图8B中以正向斜线表示的阴影部分)的放射检测器1a与配置为不包含自放射性元素(例如，配置为包含GSO)的放射检测器组合在一起，则基 于放射检测器的每个组合所获得的空间信息来区别和分离一次拍摄所获得的数据。附图12A到12D示出了线(LOR：响应线)，LOR利用链线连接如附图8B所示结构中用于同时计数的放射检测器1a。
如附图12A所示，在与配置为包含自放射性元素的放射检测器1a(参见附图12A中以正向斜线表示的阴影部分)所发出的γ射线有关的LOR上，如果注意例如以附图标记A1表示的放射检测器1a，则基于自放射性元素所发出的γ射线的透射数据(T)和基于对象M发射的γ射线的发射数据(R)混合在一起(参见附图12A中的“E+T”)。相应地，如附图12B所示，通过在使旋转驱动机构14(参见附图7)驱动环形放射检测机构1D绕对象M的体轴旋转的同时，同时计数γ射线，来采集发射数据和透射数据。
如附图12C所示，如果与对象M发出的γ射线有关的LOR沿着配置为包含自放射性元素(参见附图12C正向斜线表示的阴影部分)的放射检测器1a而存在，则自放射性元素发射的γ射线不作为从各个投影方向获得的数据而被计数(同时注意，例如以附图标记B1表示的放射检测器1a)，并且透射数据不包括在从各个投影方向获得的数据中。因此，从各个投影方向获得的数据仅是发射数据(R)(参见附图12C中的“E”)。相应地，如附图12D所示，通过在使旋转驱动机构14(参见附图7)驱动环形放射检测机构1D绕对象M的体轴旋转的同时，同时计数γ射线，仅采集发射数据。
在附图12A和12B显示的LOR上，发射数据和透射数据混合在一起。附图12C和12D显示的LOR上，仅发射数据被采集。因此，通过从发射数据和透射数据的混合数据中减去发射数据，可分离发射数据与透射数据。
(步骤S4)获得计数比率窦腔X射线照相
由于步骤S4与根据第一实施例的相应步骤相同，这里将不再对此进行描述。
(步骤S5)获得轮廓窦腔X射线照相
由于步骤S5与根据第一实施例的相应步骤相同，这里将不再对此进行描述。
(步骤S6)提取轮廓图像
由于步骤S6与根据第一实施例的相应步骤相同，这里将不再对此进行描述。
(步骤S7)产生吸收系数图
由于步骤S7与根据第一实施例的相应步骤相同，这里将不再对此进行描述。步骤S4到S7对应于根据本发明的步骤(4)。
(步骤S8)执行吸收校正和重建
由于步骤S8与根据第一实施例的相应步骤相同，这里将不再对此进行描述。步骤S8对应于根据本发明的步骤(5)。
类似于第一实施例，为了吸收-校正数据，如上文所述配置的根据第二实施例的PET设备利用同时发射多条放射线的元素获得的背景数据，可以进行稳定的吸收校正。进一步，根据第二实施例，类似于第一实施例，可以进行吸收校正，不需要提供外部放射源。因此，可以有利的使放射检测器1a靠近对象M，减小了如附图7所示的PET设备的尺寸，并提高了设备灵敏度。
在第二实施例，如果基于空间信息区分数据，在使旋转驱动机构14驱动环形放射检测机构1D绕对象M的体轴旋转的同时，对放射线同时计数，该检测机构1D的每一个配置为：将每个包含同时发射多条放射线的元素(即，自放射形元素，例如镥-176)的放射检测器1a和每个不包含自放射形元素的放射检测器1a围绕对象M的体轴布置成环形。这样，在连接两个用于同时计数的放射检测器1a的线LOR中，采集如下空间的空间信息，在该空间中，基于每一个包含自放射性元素的放射检测器1a所发出的γ射线的透射数据、以及在与包含自放射性元素的放射检测器1a有关的LOR上并基于对象M所发出的γ射线的发射数据相混合。进一步，采集仅与每个不包含自放射性元素的放射检测器1a有关的LOR上空间的空间信息，以及仅基于对象M发射的γ射线的发射数据的空间信息。此外，从采集的、发射数据和透射数据相混合的空间信息中减去仅有关发射数据的所采集的空间信息。由此，可以在驱动环形放射检测机构1D绕对象M的体轴旋转的同时，同时地计数放射线，来分离一次拍摄(在采集透射数据和发射 数据的步骤T2中)获得的数据。
第三实施例
以下将结合附图描述根据本发明的第三实施例。
附图13是根据第三实施例的PET乳房X射线照相设备的侧视图和方框图。附图14是根据第三实施例的PET设备的侧视图和方框图。在第三实施例中，类似于前面的第一和第二实施例，将描述一种形态断层摄影诊断设备，以PET乳房X射线照相设备和PET设备为例。在第三实施例，将结合显示了PET乳房X射线照相设备的侧视图和方框图的附图13和显示了PET设备的侧视图和方框图的附图14，描述类似于根据第一实施例将本发明应用到PET乳房X射线照相设备的示例、和类似于第二实施例将本发明应用到包括环形放射检测器1D的PET设备的示例。
第三实施例与第一和第二实施例的不同之处在于，获得了不仅针对核医学诊断而且针对形态断层摄影的形态断层图像。由于除投影数据计算单元7外，根据第三实施例的PET设备的组成部分与根据第一和第二实施例的组成部分相同，在此仅描述投影数据计算单元7。
在第三实施例中，基于空白数据采集单元8所采集的空白数据和透射数据采集单元9所采集的透射数据，投影数据计算单元7获得对象M的透视图像。即，在第三实施例中，不同于第一和第二实施例，自放射性所得到的背景数据不用于吸收校正，而用于透视图像或形态断层图像。在第三实施例中，可以根据针对每个像素的透射数据与空白数据之比，针对每个像素得到对象M的透射因数，作为透视图像。重建单元12重建透视图像，由此获得对象M的形态断层图像(吸收系数分布图像)。投影数据计算单元7对应于根据本发明的透视图像获取单元。重建单元12对应根据本发明的形态断层图像获取单元。
以下将结合附图15描述对每一数据执行算术处理的方法(算术处理方法)。附图15是显示了根据第三实施例的包括了算术处理方法的形态断层摄影诊断的流程图。
(步骤S1)采集空白数据
由于步骤S1与根据第一和第二实施例的相应步骤相同，在此不 再对此进行描述。步骤S1对应于根据本发明的步骤(1)。
(步骤S2)采集透射数据
由于步骤S2与根据第一实施例的相应步骤相同，在此不再对此进行描述。步骤S2对应于根据本发明的步骤(2)。
(步骤U3)获得透视图
投影计算单元7根据步骤S1空白数据采集单元采集的空白数据与透射数据采集单元9采集的透射数据之比，针对每一像素获得对象M的透射因数，作为透视图像。步骤U3对应于根据本发明的步骤(6)。
(步骤U4)重建透视图
重建单元12重建在步骤U3投影数据计算单元7得到的透视图(即，投影数据)，由此获得断层图像作为形态图像。不考虑数据是否用作如第一和第二实施例中的吸收校正。
在如上文所述配置的根据第三实施例的PET设备中，依赖于对象M是否存在的对γ射线的吸收程度可以是基于空白数据采集单元8所采集的空白数据和透射数据采集单元所采集的透射数据被获知的，投影数据计算单元7可以得到对象M的透视图像。进一步，重建单元12重建透视图像并获得形态断层图像。由此，通过反而使用同时发出多条放射线的元素所获得的背景数据，可以获得形态断层图像，该图像可以用于核医学数据的处理和诊断或用于获取形态信息。所获得的形态信息的应用范围不限于核医学诊断。
本发明不限于上述实施例，可以做出如下的多种改变和变形。
(1)在第一到第三实施例的每个实施例中，不提供外部放射源。但是，本发明可以应用到这样类型的设备中，例如配置为包括PET设备和X射线设备的PET-CT设备，其所发出放射线(X射线CT设备情况下，是X射线)的类型与对象M外部的放射性药剂所发出的放射线类型不同，或者本发明可以应用到这样的设备，其发出的放射线与对象外部的放射性药剂所发出的放射线类型相同。在此提出的外部放射源的示例不仅包括发出与放射性药剂相同类型的放射线的外部放射源，也包括发出与来自对象外部的放射性药剂不同类型的放射线(在X射线CT设备情况下，X射线)的外部放射源。
(2)在第一和第二实施例中，当提取对象M的轮廓和产生对象M的吸收系数图时，对象M轮廓的提取基于透射数据与空白数据之比。可替代地，对象M轮廓的提取可基于透射数据和空白数据之差。可替代地，对象M轮廓的提取可以仅使用透射数据而不使用空白数据。进一步，吸收系数图可以单独地使用，而不与常规的轮廓提取技术结合。可替代地，吸收系数图可以结合常规轮廓提取技术，从而提高轮廓提取的准确性。例如，对象M的轮廓可以使用发射数据也可以使用透射数据和空白数据。在另一可替代的实施例中，发射数据可以与根据透射数据和空白数据之比(或之差)而得到的吸收-校正数据相比较，可以选择数据之一作为更准确的数据，可以使用选择的数据进行吸收校正。
(3)在上述第一和第二实施例中，通过基于透射数据与空白数据之比提取对象M的轮廓和产生对象M的吸收系数图，来获得吸收-校正数据。可替代地，可以通过计算对象M的透射因数的逆来获得吸收-校正数据，而不需要产生吸收系数图，该透射因数的逆基于透射数据与空白数据之比。
(4)在第一和第二实施例中，吸收系数图基于对象M的内部被看作是均匀吸收体这一假设。可替代地，吸收校正图可以基于对象M的内部是由多个吸收系数分段组成的吸收体这一假设。在这一替代方式中，根据透射数据与空白数据之比(或之差)，提取对象M的轮廓以及用于构成吸收系数分段基础的内部形态信息。进一步，如果仅从透射数据中提取对象M的轮廓并产生吸收系数图，则对象的轮廓和构成吸收系数分段基础的内部形态信息可以仅从透射数据中提取。这样，在(4)的变体中，可以根据真实的对象产生更准确的吸收-校正图，由此可得到更准确的吸收校正。
在不脱离本发明精神或本质特性的情况下，本发明可以有其它的具体形式，因此，应参考所附的权利要求而不是在前的说明书指示本发明的范围。
Claims (34)
1.一种核医学诊断设备，用于基于从注射有放射性药剂的对象产生的放射线，获得所述对象的核医学数据，所述核医学诊断设备包括：
放射检测单元，配置为包含同时发出多条放射线的元素；
空白数据采集单元，采集同时计数数据作为空白数据，其中，在所述对象不存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元内的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来通过在一定时间内或者同时进行检测，同时地计数所述同时计数数据；
透射数据采集单元，采集同时计数数据作为透射数据，其中，在所述对象存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元中的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时地计数所述同时计数数据；
发射数据采集单元，采集同时计数数据作为发射数据，其中，通过使所述放射检测单元对从注射有放射性药剂的对象发出的放射线进行计数，来同时地计数所述同时计数数据；
吸收-校正数据计算单元，基于由所述空白数据采集单元采集的所述空白数据和由所述透射数据采集单元采集的所述透射数据中的至少一个，来计算所述对象的吸收-校正数据；以及
吸收校正单元，使用所述吸收-校正数据对由所述发射数据采集单元采集的所述发射数据进行吸收校正，并最终获得吸收-校正发射数据作为所述核医学数据。
2.一种形态断层摄影诊断设备，基于从注射有放射性药剂的对象产生的放射线，获得所述对象的形态断层图像，所述形态断层摄影诊断设备包括：
放射检测单元，配置为包含同时发出多条放射线的元素；
空白数据采集单元，采集同时计数数据作为空白数据，其中，在所述对象不存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元内的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时地计数所述同时计数数据；
透射数据采集单元，采集同时计数数据作为透射数据，其中，在所述对象存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元中的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时地计数所述同时计数数据；
透视图像获取单元，基于由所述空白数据采集单元采集的所述空白数据和由所述透射数据单元采集的所述透射数据，获得所述对象的透视图像；以及
形态断层图像获取单元，重建所述透视图像，并获得所述对象的形态断层图像。
3.根据权利要求1的核医学诊断设备，其中，所述吸收-校正数据计算单元通过仅使用所述透射数据来提取所述对象的轮廓，并产生所述对象的吸收系数图，来计算吸收-校正数据。
4.根据权利要求1的核医学诊断设备，其中，所述吸收-校正数据计算单元通过使用所述透射数据和所述空白数据来提取对象的轮廓，并产生所述对象的吸收系数图，来计算吸收-校正数据。
5.根据权利要求4的核医学诊断设备，其中所述吸收-校正数据计算单元基于所述透射数据与所述空白数据之比，或基于所述透射数据和所述空白数据之差，来提取所述对象的轮廓。
6.根据权利要求3的核医学诊断设备，其中，所述吸收系数图是基于如下假设的图：
所述对象的内部被看作是吸收体。
7.根据权利要求4的核医学诊断设备，其中，所述吸收系数图是基于如下假设的图：
所述对象的内部被看作是吸收体。
8.根据权利要求3的核医学诊断设备，其中，所述吸收系数图是基于如下假设的图：
所述对象的内部被看作是由多个吸收系数分段组成的吸收体；
所述吸收-校正数据计算单元仅使用所述透射数据，来提取所述对象的轮廓以及构成所述吸收系数分段的基础的内部形态信息。
9.根据权利要求4的核医学诊断设备，其中，所述吸收系数图是基于如下假设的图：所述
对象的内部被看作是由多个吸收系数分段组成的吸收体；
所述吸收-校正数据计算单元使用所述透射数据和所述空白数据，来提取所述对象的轮廓以及构成所述吸收系数分段的基础的内部形态信息。
10.根据权利要求4的核医学诊断设备，其中，所述吸收-校正数据计算单元通过使用所述发射数据、所述透射数据和所述空白数据来提取所述对象的轮廓，并产生所述对象的吸收系数图，来计算吸收-校正数据。
11.根据权利要求1的核医学诊断设备，其中，所述吸收-校正数据计算单元通过计算基于所述透射数据与所述空白数据之比而获得的所述对象的透射因数的逆，来计算吸收-校正数据。
12.根据权利要求1的核医学诊断设备，其中，由所述透射数据采集单元同时计数的同时计数数据不同于由所述发射数据采集单元同时计数的同时计数数据。
13.根据权利要求1的核医学诊断设备，其中，由所述透射数据采集单元同时计数的同时计数数据与由所述发射数据采集单元同时计数的同时计数数据是一次拍摄所获得的数据，
一次拍摄所获得的数据被分离成用于透射数据采集的同时计数数据和用于发射数据采集的同时计数数据，从而使所述透射数据采集单元采集透射数据，并使所述发射数据采集单元采集发射数据。
14.根据权利要求13的核医学诊断设备，其中，基于在放射线计数期间来自放射线的能量，来分离一次拍摄所获得的数据。
15.根据权利要求13的核医学诊断设备，其中，基于放射线计数期间的时差信息，来分离一次拍摄所获得的数据。
16.根据权利要求13的核医学诊断设备，其中，如果配置为包含所述元素的所述放射检测单元与配置为不包含所述元素的放射检测单元相组合，则基于由配置为包含所述元素的所述放射检测单元和配置为不包含所述元素的放射检测单元各自获得的空间信息，来分离一次拍摄所获得的数据。
17.根据权利要求16的核医学诊断设备，包括：
环形放射检测机构，将包含所述元素的所述放射检测单元和不包含所述元素的放射检测单元排列成围绕所述对象的体轴的环形；以及
旋转驱动机构，驱动环形放射检测机构绕着所述对象的体轴旋转，
其中，通过在使所述旋转驱动机构驱动环形放射检测机构绕着所述对象的体轴旋转的同时，对放射线进行同时计数，来采集空间信息，在所述空间信息中，以在连接用于同时计数的成对的放射检测器的LOR上的包含所述元素的放射检测单元所发出的放射线为基础的透射数据和以包含所述元素的放射检测单元的有关LOR之一上的注射有放射性药剂的所述对象所发出的放射线为基础的发射数据相混合，LOR是响应线的缩写，
仅采集以LOR中与不包含所述元素的放射检测单元有关的LOR之一上的注射有放射性药剂的所述对象所发出的放射线为基础的发射数据的有关空间信息，以及
从所采集的发射数据和所采集的透射数据相混合的空间信息中减去仅与所采集的发射数据有关的空间信息，从而对于在驱动环形放射检测机构绕着所述对象的体轴旋转的同时对放射线进行同时计数，来分离一次拍摄所获得的数据。
18.一种核医学数据算术处理方法，基于注射有放射性药剂的对象所产生的放射线，对所述对象的核医学数据执行算术处理，所述核医学数据算术处理方法包括步骤：
(1)采集同时计数数据作为空白数据，其中，在所述对象不存在的状态下，通过使配置为包含同时发出多条放射线的元素的放射检测单元对包含在所述放射检测单元内的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来通过在一定时间内或者同时进行检测，同时地计数所述同时计数数据；
(2)采集同时计数数据作为透射数据，其中，在所述对象存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元中的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时地计数所述同时计数数据；
(3)采集同时计数数据作为发射数据，其中，通过使所述放射检测单元对从注射有放射性药剂的对象发出的放射线进行计数，来同时地计数所述同时计数数据；
(4)基于所述空白数据和所述透射数据中的至少一个，计算吸收-校正数据；
(5)使用所述吸收-校正数据对所述发射数据进行吸收-校正；以及
执行包括步骤(1)到(5)的算术处理，以最终得到吸收-校正发射数据作为核医学数据。
19.一种形态断层图像算术处理方法，基于注射有放射性药剂的对象所产生的放射线，对对象的形态断层图像执行算术处理，所述形态断层图像算术处理方法包括步骤：
(1)采集同时计数数据作为空白数据，其中，在所述对象不存在的状态下，通过使配置为包含同时发出多条放射线的元素的放射检测单元对包含在所述放射检测单元内的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时地计数所述同时计数数据；
(2)采集同时计数数据作为透射数据，其中，在所述对象存在的状态下，通过使配置为包含所述元素的所述放射检测单元对包含在所述放射检测单元中的所述元素所发出的一些放射线进行计数，并使另一放射检测单元对其它放射线进行计数，来同时地计数所述同时计数数据；
(6)基于所述空白数据和所述透射数据，获得所述对象的透视图像；以及
执行包括步骤(1)，(2)和(6)的步骤，以重建透视图像并获得所述对象的形态断层图像。
20.根据权利要求18的核医学数据算术处理方法，
其中，在步骤(4)，通过仅使用所述透射数据来提取所述对象的轮廓，并产生所述对象的吸收系数图，来计算吸收-校正数据。
21.根据权利要求18的核医学数据算术处理方法，
其中，在步骤(4)，通过使用所述透射数据和所述空白数据来提取所述对象的轮廓，并产生所述对象的吸收系数图，来计算吸收-校正数据。
22.根据权利要求21的核医学数据算术处理方法，
其中，在步骤(4)，基于所述透射数据与所述空白数据之比，或基于所述透射数据和所述空白数据之差，来提取所述对象的轮廓。
23.根据权利要求20的核医学数据算术处理方法，
其中，吸收系数图是基于如下假设的图：
所述对象的内部被看作是吸收体。
24.根据权利要求21的核医学数据算术处理方法，
其中，吸收系数图是基于如下假设的图：
所述对象的内部被看作是吸收体。
25.根据权利要求20的核医学数据算术处理方法，
其中，吸收系数图是基于如下假设的图：
所述对象的内部被看作是由多个吸收系数分段组成的吸收体；
在步骤(4)，仅使用所述透射数据，来提取所述对象的轮廓以及构成所述吸收系数分段的基础的内部形态信息。
26.根据权利要求21的核医学数据算术处理方法，
其中，吸收系数图是基于如下假设的图：
所述对象的内部被看作是由多个吸收系数分段组成的吸收体；
在步骤(4)，使用所述透射数据和所述空白数据，来提取所述对象的轮廓以及构成所述吸收系数分段的基础的内部形态信息。
27.根据权利要求21的核医学数据算术处理方法，
其中，在步骤(4)，通过既使用发射数据又使用透射数据和空白数据来提取所述对象的轮廓，并产生所述对象的吸收系数图，来计算吸收-校正数据。
28.根据权利要求18的核医学数据算术处理方法，
其中，在步骤(4)，通过计算基于所述透射数据与所述空白数据之比而获得的所述对象的透射因数的逆，来计算吸收-校正数据。
29.根据权利要求18的核医学数据算术处理方法，
其中，在步骤(2)中同时地计数的同时计数数据不同于在步骤(3)中同时地计数的同时计数数据。
30.根据权利要求18的核医学数据算术处理方法，
其中，在步骤(2)中同时地计数的同时计数数据与在步骤(3)中同时地计数的同时计数数据是一次拍摄所获得的数据，
一次拍摄所获得的数据被分离成用于透射数据采集的同时计数数据和用于发射数据采集的同时计数数据，从而在步骤(2)采集透射数据，并在步骤(3)采集发射数据。
31.根据权利要求30的核医学数据算术处理方法，
其中，基于在放射线计数期间来自放射线的能量，来分离一次拍摄所获得的数据。
32.根据权利要求30的核医学数据算术处理方法，
其中，基于在放射线计数期间的时差信息，来分离一次拍摄所获得的数据。
33.根据权利要求30的核医学数据算术处理方法，
其中，如果配置为包含所述元素的所述放射检测单元与配置为不包含所述元素的放射检测单元相组合，则基于由配置为包含所述元素的所述放射检测单元和配置为不包含所述元素的放射检测单元各自获得的空间信息，来分离一次拍摄所获得的数据。
34.根据权利要求33的核医学数据算术处理方法，包括步骤：
通过在驱动环形放射检测机构绕着所述对象的体轴旋转的同时，对放射线进行同时计数，来采集空间信息，在所述空间信息中，以在连接用于同时计数的成对的放射检测器的LOR上的包含所述元素的放射检测单元所发出的放射线为基础的透射数据和以包含所述元素的放射检测单元的有关LOR之一上的注射有放射性药剂的所述对象所发出的放射线为基础的发射数据相混合，LOR是响应线的缩写，其中，所述环形放射检测机构被配置为将包含所述元素的放射检测单元和不包含所述元素的放射检测单元排列成围绕所述对象的体轴的环形；
仅采集以LOR中与不包含所述元素的放射检测单元有关的LOR之一上的注射有放射性药剂的所述对象所发出的放射线为基础的发射数据的有关空间信息；以及
从所采集的发射数据和所采集的透射数据相混合的空间信息中减去仅与所采集的发射数据有关的空间信息，从而对于在驱动环形放射检测机构绕着所述对象的体轴旋转的同时对放射线进行同时计数，来分离一次拍摄所获得的数据。
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