CN101680953B - 虚拟pet探测器和用于pet的准像素化读出方案 - Google Patents

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Abstract

在设计用于诸如PET或SPECT装置的诊断成像装置的探测器阵列时，虚拟探测器或像素以与常规的1∶1的比例偏离的比例组合闪烁体晶体(10，20，40)与光电探测器(12)。例如，可以将多个光电探测器粘结到单个晶体上以生成可以是基于软件或基于硬件的虚拟像素(10，20，40)。可以利用虚拟器处理器或利用触发器线网络和时间数字转换器逻辑计算击中晶体的伽马射线的光能和时间标记信息。此外或替代地，多个晶体(54)可以与多个光电探测器(52)的每个相关联。然后通过记录有相等光强度的相邻光电探测器(52)的表格查找确定击中特定晶体的伽马射线，并将这种光电探测器(52)共有的晶体(54)识别为击中位置。

Description

虚拟PET探测器和用于PET的准像素化读出方案
本申请具体应用于医疗应用中使用不同尺寸像素等的正电子发射断层摄影(PET)和/或单光子发射计算断层摄影(SPECT)扫描器中。然而，将会认识到，所述技术也可以应用于其他类型的扫描系统和/或其他医疗应用中。
PET中的闪烁体像素尺寸是决定所得图像的空间分辨率的主要因素。于是，根据所关心的应用，优化扫描器的几何形状和像素尺寸以使扫描器的性能和竞争力最大化。例如，全身扫描器中使用的典型像素尺寸为4×4mm2，而在脑部或动物扫描器中，可以使用2×2mm2到1×1mm2的像素尺寸以提高分辨率。常常使用闪烁体像素和光电探测器之间的1∶1耦合来优化性能，并将其转换成针对每种专门应用对定制设计的光电探测器的需要。然而，这意味着也对光探测链路做出显著改变。在常规的使用光电倍增管和Anger逻辑的系统中，这还意味着必需要调整光导设计和光电倍增管的尺寸，于是导致更高的系统开发和制造成本。
使更大数量的探测器与每个闪烁体元件耦合提高了空间分辨率，多个探测器能够确定闪烁体中哪里发生闪烁事件。然而，可能会影响到确定飞行时间测量结果的时间分辨率，因为多个探测器的每个仅看到一小部分光并可能以不同延迟接收光。相反，将每个闪烁体与对应的探测器耦合优化了时间分辨率，但降低了空间分辨率。从晶体接收所有光的单个探测器能够提供精确的时间标记，但分辨率限于闪烁体的尺寸。
此外，在常规的基于晶体的PET系统中，以1∶1的方式(像素化读出)或通过使用Anger逻辑的光导将闪烁体晶体耦合到光电探测器，用于晶体识别。像素化读出的缺点是巨大数量的通道，随着晶体尺寸变小，光电探测器的成本也成为缺点。另一方面，基于Anger逻辑的系统将很多晶体映射到若干光电探测器上，以更大的堆积和停止时间(dead time)为代价获得更小数量的通道，从而导致计数速率能力降低。
于是，现有技术需要获得便于克服上述缺点的系统和方法。
根据一个方面，一种用于诊断成像系统的虚拟像素阵列包括：虚拟像素，其至少包括闪烁体晶体；多个光电探测器，其以光学方式耦合到所述闪烁体晶体，所述光电探测器响应于所述晶体中的闪烁生成输出信号；以及虚拟器，所述虚拟器处理与所述多个光电探测器探测到的击中所述闪烁体晶体的伽马射线相关联的输出信号，并计算所述伽马射线击中的时间标记。
根据另一方面，一种为虚拟像素计算时间标记的方法包括：接收击中所述虚拟像素的闪烁体晶体的伽马射线；评估来自光学耦合到所述闪烁体晶体的多个光电探测器的每个的输出信号，以为与所述伽马射线击中相关联的每个光电探测器确定能量和光电探测器时间标记；以及通过组合所述多个光电探测器探测到的与所述伽马射线击中相关联的能量来计算所述伽马射线击中的总能量。该方法还包括根据所述多个光电探测器中至少一个光电探测器记录的所述光电探测器时间标记计算所述伽马射线击中的时间标记。
又一方面涉及一种用于诊断成像装置的探测器阵列，其包括布置成阵列的多个光电探测器，以及布置成阵列并光学耦合到多个光电探测器的多个闪烁体晶体，其中光电探测器阵列和闪烁体阵列彼此偏移，使得一些闪烁体晶体较其它闪烁体晶体而言耦合到不同数量的光电探测器。探测器阵列还包括处理器，所述处理器基于光学耦合到被伽马射线击中的闪烁体晶体的多个光电探测器中一个或多个生成的输出信号，识别被所述伽马射线击中的闪烁体晶体。
一个优点是降低了探测器阵列设计成本。
另一个优点在于用于多种尺寸的扫描器的通用探测器阵列芯片。
另一个优点在于改善了使用不同尺寸晶体的探测器阵列或扫描器之间的兼容性。
通过阅读和理解以下详细说明，本领域的普通技术人员将认识到本主题创新的其他优点。
本发明可以具体化为各种的部件和部件布置，以及各种的步骤和步骤安排。附图仅仅出于例示各方面的目的，不应被视为限制本发明。
图1示出了探测器芯片上采用的虚拟像素，将所述探测器芯片配置为以光学方式与各种闪烁体阵列的任何阵列耦合；
图2示出了以类似于上述基于软件的虚拟像素的方式而在通用芯片上采用的基于硬件的像素；
图2A示出了响应于具有相应脉冲A、B、C和D的晶体的闪烁，来自四个光电探测器的输出信号；
图3是有助于利用Anger逻辑确定击中虚拟像素的伽马射线的时间标记的基于硬件的虚拟像素图示；
图4示出了用于PET成像系统的准像素化读出方案的范例，该方案保持了经典像素化读出方法的优点，包括直接将晶体耦合到单独光电探测器，同时将读出通道的数量减少了四倍；
图5示出了利用基于软件的虚拟像素辅助组合更小的真实像素的方法；
图6示出了利用基于硬件的虚拟像素辅助组合更小的真实像素的方法；
图7示出了为包括直接耦合到若干闪烁晶体的光电探测器的探测器实现准像素化读出方案并减少读出通道的方法；
图8示出了例如可以结合这里所述的探测器、探测器阵列、像素阵列、虚拟像素和/或方法的一种或多种使用的诊断成像装置。
图1示出了探测器芯片上采用的虚拟像素，将所述探测器芯片配置为以光学方式与各种闪烁体阵列的任何阵列(未示出)耦合。“虚拟”像素可以是光电探测器和闪烁体晶体的可配置组合，其被设计成充当或表现为给定标准类型的探测器，例如4×4阵列的1×1mm2光电探测器，或给定尺寸中一些其他尺寸的阵列的光电探测器。通用芯片通过使相同的芯片能够用在多种PET扫描器上来降低制造成本。尽管主要针对PET系统给出了这里所述的系统和方法，但要认识到可以结合SPECT系统以及其他辐射探测系统使用这种系统和/或方法。
对新的基于CMOS的光电探测器进行重新设计、制造和测试是一项昂贵的工作。为了克服这个障碍，希望设计一种适于PET和/或SPECT中各种应用的数字硅光电倍增探测器。可以通过将若干小像素组合成更大的虚拟像素来克服这个问题，其可以在硬件或软件中进行组合。例如，可以将四个固态探测器布置成正方形，并可以作为四个独立探测器来操作，组合在一起以作为单个探测器工作等。虚拟像素有助于向基于数字硅光电倍增管向PET探测器引入虚拟化，这将光感测元件和读出电路集成到芯片上。于是，图1所示的虚拟像素示出了基于软件的虚拟化方案，后面的图(示出了基于硬件的虚拟化方案)示出了辅助将若干更小的光电探测器12连接成更大虚拟像素的额外电路，这切合了应用而没有牺牲探测器性能。结果，设计了一种“一个尺寸适合所有”的探测器，从而在设计和制造方面节省了成本，并且与相同尺寸的单片像素相比获得改善的读出性能。
在一个实施例中，虚拟像素包括给定尺寸的闪烁体晶体10和多个较小的光电探测器像素12。根据各方面，由虚拟器14(例如处理器)采用一种算法来将部分探测器数据组合成最终的“击中”，其描述了在虚拟像素晶体的一部分处感知到的伽马射线记录事件。此外，可以结合虚拟像素采用提高时间分辨率并降低数据率的硬件。
给出以下范例以例示虚拟像素有用的情形。例如，可能希望实现具有最小实际像素尺寸的光电探测器，例如对于动物扫描器而言为1×1mm2，然后，如果探测器要用于脑部或人类扫描器中，将更大的晶体粘结到2×2或4×4的光电探测器上。作为该范例的继续，4个或16个光电探测器像素可以探测从晶体发射的光子，在独立的现场可编程门阵列(FPGA)等中实现的外部逻辑可以组合像素，以得到伽马击中的能量和时间。然而，这可能导致时间分辨率降低，因为像素仅看到晶体所发光的1/4或1/16，当在定时信息尤其重要的飞行时间PET扫描器中使用大像素时，这可能尤其具有破坏性。为了构建虚拟像素而不影响时间分辨率，如下文针对图2所述，可以用对称方式将光电探测器的触发器线组合在一起。
根据其他方面，可以采用软件以允许用户(例如经由下拉菜单或一些其他界面)根据要在探测器阵列中采用虚拟像素的应用来选择虚拟像素尺寸。也可以采用软件在硬虚拟像素中选择有效的触发器线，这有助于操控虚拟像素的行为。
图2示出了以类似于上述基于软件的虚拟像素的方式用于通用芯片上的基于硬件的像素。虚拟像素包括连接含有虚拟像素的较小光电探测器12的触发器线22。此外，可以采用时间数字转换器(TDC)26来测量第一个光子到达组合像素的任一个的时间。此外，如2006年8月28日提交的题为“Digital Silicon Photomultiplier”的美国专利申请No.11/467,670所述，采用确认信号的组合来确认所得的击中。使用确认信号来判断该事件是否是真实击中还是已经由暗计数开始采集。将它用于区分真实击中与噪声，同时将用于停止TDC的第一触发电平设置成恰好高于噪声基底以获得最佳的时间分辨率。在虚拟像素中，确认信号是有用的，因为闪光的第一单元停止TDC并开始采集。因此，对于暗计数而言，确认防止像素执行完整的采集并随后立刻丢弃数据。这样做会增加像素的停止时间，因为在该时间期间的任何击中都会导致不正确的时间标记并还可能导致不正确的能量。
以如下方式进行确认：在数字硅光电倍增管中，按等级将触发器网络细分成触发水平触发器线的竖直列线，然后将其连接到TDC。对击中的确认表示有超过一个列触发器线指出有针对要确认击中的击中。例如，根据范例，如果四个列在大约5ns之内表现出活动，那么可以将该事件视为真正的击中。否则，可以迅速将像素复位，以为下次击中做准备。在5ns之内在相应线中探测到4个暗计数的概率充分地低，从而使得上述确认方案效率很高。于是，为了确认虚拟像素中的击中，至少一个光电探测器确认该击中。要认识到，可以结合这里所述的各种确认方案采用显示出活动的列的其它数目(例如超过四个、不到四个等)以及其他时间期间(例如超过5ns，小于5ns等)，上述范例本质上是例示性的并非意在限制所述各方面的范围。
“软”和“硬”虚拟化之间的一个差别在于，在硬虚拟化的情况下，虚拟像素中包括的光电探测器12直接对击中的时间标记做贡献，因为它们的触发器线是通过连接到额外的TDC部件26的平衡网络相连的。在一些实施例中，TDC部件还包括累积器，累积器将来自由虚拟像素构成的相应光电探测器的部分光子计数求和。于是，光子统计保持基本不变。尽管图2中示出了2×2mm2的虚拟像素，但如果需要，可以使用四个虚拟像素来实现4×4mm2的像素，等等。选择器/复用器28选择向一个或多个输出缓冲器(未示出)转发哪些数据。在一个实施例中，软件确定在硬虚拟像素中激活哪个触发器线，以便操控像素的行为。
在软虚拟化中，通过一种算法计算最终击中的时间标记和能量，如果需要，也可以出于性能的原因在外部FPGA中实现该算法。该算法使用来自虚拟像素中包括的所有像素的时间标记和能量，并如同所有像素连接在一起那样来计算击中的时间标记和能量。尽管计算总能量是简单直接的，计算时间标记却可能更加复杂。
可能有几种方式计算组合击中的时间标记。例如，可以用类似于Anger逻辑中使用的方式将时间标记作为部分时间标记的能量加权和来计算时间标记。亦即，如图2A中所示，四个图示探测器的每个以相应的脉冲A、B、C和D对闪烁做出响应，脉冲的开始表示时间，面积表示能量。然而，这种方法涉及到要在硬件中实施的若干乘法-加法运算和定点除法。另一种方法使用具有最高能量的击中的时间标记(例如，图2A范例中的C)，假设该时间标记因为光子统计的原因是最精确的。或者，可以独立于部分击中的能量，使用最早的时间标记(例如图2A中的A)，这种方法模拟了虚拟像素触发器线的硬布线。与在硬虚拟化情况下相比，尽管有一些可能更加影响时间标记的误差源(例如量子噪声、TDC漂移和数值误差)，但软虚拟化较为便宜，且不需要任何额外硬件，这可能会因为更少数量的栅极而获得潜在更高的制造成品率。
图3是有助于利用Anger逻辑确定击中虚拟像素的伽马射线的时间标记的基于硬件的虚拟像素图示。例如，如图所示，可以针对具有2×2mm2晶体的扫描器优化光电探测器芯片。可以在全身扫描器中使用相同的芯片，其中组合了2×2像素以实现具有针对飞行时间(TOF)优化的时间分辨率的4×4mm2虚拟像素。另一方面，也可以将相同的探测器连接到光导和1×1mm2晶体，例如在动物扫描器中。或者，也可以不用光导而使用映射方案。可以将实现Anger逻辑的电路放在芯片本身上，从而使得读出的类型对于系统其余部分而言是透明的。可以优化包括虚拟像素的光电探测器像素12的取向以使由于电子线路导致的任何“死区”最小化，如图3所示。此外，可以将像素12之间的空间用于处理电路等。
为了使用于虚拟化的电路量最小化，可以重复利用一些现有的部件(例如TDC、I/O缓冲器、累加器等)。触发器网络22形成了缓冲器的对称均衡树。此外，以类似方式连接击中确认逻辑(未示出)，以辅助将由于暗计数导致的触发与真实击中分开。至少一个来自每个像素的确认信号可以指示有效击中，使采集继续下去。可以用虚拟像素的确认逻辑取代真实像素中的确认逻辑，以便完成这项工作。此外，可以由虚拟像素状态机控制采集序列。
此外，与读出时间随着像素尺寸增大而增大的单片式大像素相比，虚拟像素的读出时间基本与构成虚拟像素的小像素的读出时间相同。这是并行读出较小像素的结果，这可以比在具有更多要读的线的大像素中做得更快。
要理解，尽管这里所述的各方面在基于软件的虚拟像素和基于硬件的虚拟像素之间做了区分，但软硬虚拟像素的组合也意在落入本申请的范围和精神中。例如，可以在单个虚拟像素阵列中采用独立硬虚拟像素和软虚拟像素的组合。根据另一范例，单个虚拟像素可以采用软虚拟像素的任何或所有特征，如结合图1所述的特征，以及硬虚拟像素的任何或所有特征，如结合图2和3所述的特征。此外，无论采用软还是硬虚拟像素，虚拟像素阵列都能够采用不同尺寸的虚拟像素，以便在给定研究区等上对期望的像素尺寸进行局域化。
在另一个实施例中，在单个探测器阵列中使用虚拟像素的组合。例如，可以对于一研究区采用1×1虚拟像素，以使该位置的空间分辨率最大化，同时可以在别处使用更大的虚拟像素(例如2×2、4×4等)。根据另一实施例，为了空间分辨率采用1×1的虚拟像素，与其相邻，为了时间分辨率采用2×2或4×4虚拟像素。在该范例中，在相同的探测器阵列中采用交替变化虚拟像素尺寸的图案。
图4示出了用于PET或SPECT成像系统的准像素化读出方案的范例，该方案保持了经典像素化读出方法的优点，包括直接将晶体耦合到各个光电探测器，同时将读出通道的数量减少了四倍。描述一种探测器阵列50，其中减少了用于实现给定灵敏度水平的光电探测器52和电子通道的数量，从而能够降低探测器前端的成本。此外，将晶体54直接耦合到光敏表面减少了对光导的需求。此外，晶体间距可以是光电探测器间距尺寸的一半。如图4所示，晶体54直接连接到光电探测器52的敏感表面。晶体大小大约为光电探测器间距的1/2，从而导致4∶1的映射。将晶体布置为使得一个晶体仅向中心光电探测器提供所有光，2个晶体以1∶1方式与每侧一半相邻的探测器共享光，4个晶体与角部相邻的探测器共享1/4的光。可以使用简单的基于查找表的逻辑(例如离散化Anger逻辑等)来通过测量相邻光电探测器之间共享光的比例来识别晶体。
探测器阵列50实现的优点是仅以常规设计所需的1/4通道进行像素化读出，从而降低了电子线路后端的成本。与真正的像素化读出相反，仅仅25％的伽马射线击中导致单通道停止时间。50％的击中导致双通道停止时间，在其余25％的击中中，由于相邻光电探测器之间共享光，四个通道都停止工作。该探测器还允许在各个交互被至少两个晶体分隔时探测Compton串扰。
为了对抗可能导致晶体错误识别的X射线荧光，可以使用3×3光电探测器场的观测值作为更细化的离散化查找表的输入。在图4中，例如晶体1向光电探测器1提供其接收的100％的光，晶体2和3均向光电探测器对1和2以及1和3分别提供它们接收的光的50％。晶体4将其接收到的光均等地分配给全部四个光电探测器等。
根据另一范例，相对于光电探测器52以交错偏移的位置安装晶体54提高了空间分辨率。例如，如果仅由光电探测器之一接收来自给定晶体的100％的光，那么处理器56确定晶体处于记录光的光电探测器中心下方。例如，处理器评估存储器58中存储的查找表，以识别向已知位置的光电探测器传送光的特定晶体。在图4中，在光电探测器1记录光传输，其他光电探测器均未记录传输时，处理器确定击中发生于晶体1上，因为晶体1是唯一能够将整个光脉冲传输到光电探测器1的晶体。
如果两个相邻光电探测器接收的光量相等，那么处理器类似地确定光来自跨越这两个光电探测器的闪烁晶体。例如，如果光电探测器1记录光传输，由处理器56在存储器58中的表格中进行查找将表明击中是在晶体1、晶体2或晶体3处被接收的。通过评估其他光电探测器是否记录了相等的光传输，处理器能够对光电探测器进行参照索引以隔离出精确的晶体。在该范例中，如果光电探测器2记录了与光电探测器1所记录的相等的光传输，那么处理器确定击中发生于晶体2处。或者，如果光电探测器3记录了与光电探测器1记录的相等的光脉冲，那么处理器确定晶体3接收到击中。
如果由四个相邻光电探测器接收的光量相等，那么确定闪烁体晶体等距离地位于四个探测器下方。在图4中，如果全部四个光电探测器记录了基本相等的光传输，那么处理器确定在晶体4处接收到击中。通过这种方式，可以使用相对简单的比例来以小于探测器尺寸的分辨率解析闪烁的空间位置。
要认识到，良好的空间分辨率和良好的时间分辨率并非互相排斥的因素。例如，实施例能够采用具有一个Geiger模式的雪崩光电二极管(APD)的像素，这能够辅助针对给定长宽比的任何尺寸闪烁体晶体实现良好的时间分辨率。
图5示出了利用基于软件的虚拟像素辅助对更小的真实像素进行组合的方法60。在62，采用基于软件的虚拟像素，例如参考图1所述的虚拟像素。在64，评估来自虚拟像素中所有真实像素的时间标记和能量。在66，例如通过将记录于虚拟像素中真实像素上的所有能量求和来计算总能量。在68，计算虚拟像素上记录的击中的时间标记。根据一种或多种不同技术进行时间标记的计算。
例如，根据一个实施例，利用Anger逻辑技术计算时间标记，其中所计算的时间标记是部分时间标记的能量加权和。根据另一个实施例，在68计算的时间标记是最高能量击中的时间标记，假设根据光子统计这是最精确的。根据又一个实施例，在68计算的时间标记是独立于部分击中能量的与击中相关联的最早时间标记。本实施例模拟硬连线的触发器线，例如参考图2和3以及下面的图6的基于硬件的虚拟像素描述的触发器线。通过这种方式，虚拟像素成本得到最小化，因为基于软件的虚拟像素不需要任何额外的硬件。
图6示出了利用基于硬件的虚拟像素辅助对更小真实像素进行组合的方法80。在82，采用基于硬件的虚拟像素，其包括多个更小的真实像素，例如上文参考图2和3所述。在84，评估每个真实像素对虚拟像素的总能量和时间标记的贡献。在86，例如通过将虚拟像素中所有真实像素的能量求和来计算虚拟像素处记录的总能量。
在88，利用硬连线触发器线和TDC以及部件确定伽马射线击中的时间标记。例如，由于硬虚拟像素包括的所有像素都具有通过平衡网络连接到TDC的触发器线，所以所有像素都能够对击中的时间标记直接做出贡献。
根据另一个实施例，可以采用Anger逻辑辅助将具有给定晶体大小的标准芯片用于更大或更小的扫描应用。例如，可以针对具有2×2mm2晶体的扫描器优化光电探测器芯片，并且如果组合四个2×2像素来实现具有针对TOF优化的时间分辨率的4×4mm2虚拟像素，可以将同样的芯片用在全身扫描器中。此外或替代地，例如在动物扫描器中，可以将同样的探测器芯片连接到光导和1×1mm2晶体。再者，可以用例如上文参考图4所述的映射将2×2mm2芯片耦合到1×1mm2的晶体。可以将实现Anger逻辑的电路放在同样的芯片上，从而使得读出的类型对于系统其余部分而言是透明的。可以优化构成虚拟像素的光电探测器像素的取向以使由于电子线路导致的死区最小化，如以上图3所示。
图7示出了为包括直接耦合到若干闪烁晶体的光电探测器的探测器，例如上述探测器50，实现准像素化读出方案并减少读出通道的方法100。在该范例中，晶体的间距是它们耦合到的光电探测器间距尺寸的二分之一。根据一个实施例，在102，在第一光电探测器上探测到击中。在104，对与第一光电探测器相邻的第二光电探测器是否记录了包括基本相等量的光进行判断。在106，针对所有记录基本相等的击中的相邻光电探测器进行表格查找，以便确定在哪里接收到击中。在108，根据记录基本相等的击中的光电探测器识别接收击中的晶体。
根据范例，第一光电探测器在102记录击中，在104根据判断没有第二光电探测器记录击中。在这种情形下，在106查找表格导致在108识别单个晶体，这是单独耦合到第一光电探测器且未与任何其他光电探测器交迭的晶体。根据另一范例，在102和104探测到两个相邻光电探测器接收到基本相等大小的击中，那么106的查找将导致在108识别出与两个光电探测器都交迭而不和其他光电探测器交迭的晶体。根据又一个实施例，在102和104确定，四个光电探测器记录了基本相等的击中。在这种情况下，在106的查找将会在108识别出与全部四个光电探测器的角部交迭的晶体。
图8示出了例如可以结合这里所述的探测器、探测器阵列、像素阵列、虚拟像素和/或方法的一种或多种使用的诊断成像装置120。诊断成像装置120包括外壳122和受检者支撑124。外壳122之内封装的是探测器阵列126。探测器阵列126包括多个单独探测器元件128。将阵列126布置为使得探测器元件128均匀地分布在成像区域130中。探测器阵列126可以是一圈或多圈探测器128，或彼此相对设置的离散平板。无论探测器128的实际放置或布置如何，优选将探测器布置为使得每个探测器具有多个跨越成像区域的对应探测器，以辅助并发探测。在正电子发射断层摄影(PET)中，在成像区域中由正电子湮没事件产生成对的伽马射线且其沿相反方向行进。成对地探测到这些伽马射线，如果一个伽马射线到达探测器行进得比另一个远，探测之间有微小延迟(纳秒量级)。
在PET扫描开始之前，为受检者注射放射性药物。放射性药物包含耦合到标记分子的放射元素。标记分子与要成像的区域相关联，并且容易通过正常身体过程聚集在那里。例如，迅速繁殖的癌细胞往往会消耗异常大量的能量来复制自身。因此，可以将放射性药物链接到分子，所述分子例如是通常细胞通过新陈代谢而产生能量的葡萄糖，其在这种区域中聚集并表现为图像中的“热斑”。其他技术监测被标记分子在循环系统中的流动。
对于PET成像而言，选择的放射性同位素发出正电子。在生成两个相反方向的伽马射线的湮没反应中湮没之前，正电子仅能够移动非常短的距离(纳米量级)。一对伽马射线以光速沿相反方向行进并入射到相对的一对探测器上。
当伽马射线入射到探测器阵列126时，由所得电脉冲的前沿生成时间信号。触发处理器132监测每个探测器128以找到能量峰值，例如，脉冲下方的积分面积，这是每个所接收伽马射线的能量特征。触发处理器132检查时钟133并利用前沿接收标记的时间为每个探测到的伽马射线打上标记。首先由事件证实处理器134使用时间标记来确定哪些伽马射线是界定响应线(LOR)的射线对。因为伽马射线是以光速行进的，如果探测到伽马射线相差超过几纳秒到达，那么它们就可能不是由相同湮没事件产生的，并丢弃它们。在TOF-PET中定时尤其重要，因为可以使用基本同时事件中细微的差异来进一步沿着LOR定位湮没事件。随着计算机处理器时钟速度变得越来越快，沿其LOR定位事件的精确度越来越高。在SPECT摄像机中，通过校准确定每个探测到的伽马射线的LOR或轨迹。
LOR存储在事件存储缓冲器144中，重建处理器146利用滤波反投影或其他适当的重建算法将LOR重建成受检者的图像表示。然后可以在显示装置148上为用户显示重建，将重建保存下来供将来使用，等等。

Claims (17)

1.一种用于诊断成像系统的像素装置，其包括：
闪烁体晶体（10）；
多个光电探测器（12），每个具有真实像素尺寸，所述光电探测器（12）光学耦合到所述闪烁体晶体（10），所述光电探测器响应于所述晶体中的闪烁生成输出信号；以及
虚拟器（14），其组合与由耦合到所述闪烁体晶体的所述多个光电探测器探测到的在所述闪烁体晶体上的伽马射线击中相关联的输出信号并计算具有与所述真实像素尺寸不同的虚拟像素尺寸的虚拟像素的所述伽马射线击中的时间标记。
2.根据权利要求1所述的像素装置，其中，所述虚拟像素是基于软件的虚拟像素，所述虚拟器（14）采用的是计算所述时间标记的算法。
3.根据权利要求2所述的像素装置，其中，所述虚拟器（14）根据所述多个光电探测器(12)的每个的输出信号计算所述时间标记为部分光电探测器时间标记的能量加权和。
4.根据权利要求2所述的像素装置，其中，所述虚拟器（14）根据相对于所述虚拟像素中的其他光电探测器（12）而言记录最高能量水平的光电探测器（12）的所述输出信号来计算所述时间标记。
5.根据权利要求2所述的像素装置，其中，所述虚拟器（14）根据所述虚拟像素中的光电探测器（12）所记录的最早光电探测器时间标记来计算所述时间标记。
6.根据权利要求1所述的像素装置，其中，所述虚拟像素是基于硬件的虚拟像素，并且包括将来自所述多个光电探测器（12）的每个的触发器线（22）连接到时间数字转换器（26）的网络。
7.根据权利要求6所述的像素装置，还包括选择器/复用器（28），其根据通过所述网络接收的所有光电探测器时间标记来选择时间标记数据，以转发到至少一个输出缓冲器。
8.根据权利要求1所述的像素装置，其中，所述多个光电探测器（12）包括布置成4×4阵列的16个光电探测器。
9.根据权利要求1所述的像素装置，其中，所述多个光电探测器（12）包括布置成2×2阵列的4个光电探测器。
10.根据权利要求9所述的像素装置，还包括：
多个所述闪烁体晶体，将其布置成矩形网格；
多个所述2×2阵列的光电探测器，其以偏移关系光学耦合到所述闪烁体晶体，使得在每个2×2阵列中，所述多个所述闪烁体晶体中的四个各光学耦合到一个光电探测器，所述多个所述闪烁体晶体中的四个各耦合到两个相邻的光电探测器，并且所述多个所述闪烁体晶体中的一个同时耦合到四个光电探测器。
11.一种为虚拟像素计算时间标记的方法，其包括：
接收闪烁体晶体（10）上的伽马射线击中；
评估来自光学耦合到所述闪烁体晶体的多个光电探测器（12）的每个的输出信号，以为与所述伽马射线击中相关联的每个光电探测器确定能量和光电探测器时间标记，其中，每个所述光电探测器具有真实像素尺寸；
通过组合由所述多个光电探测器(12)探测到的与所述伽马射线击中相关联的能量来计算虚拟像素的所述伽马射线击中的总能量；以及
根据所述多个光电探测器中至少一个光电探测器（12）记录的光电探测器时间标记来计算所述虚拟像素的所述伽马射线击中的时间标记，所述虚拟像素具有不同于所述真实像素尺寸的虚拟像素尺寸。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括根据来自所述多个光电探测器（12）的每个的与所述伽马射线击中相关联的部分光电探测器时间标记的能量加权和来计算所述伽马射线击中的所述时间标记。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括根据相对于所述虚拟像素中的其他光电探测器而言记录最高能量水平的光电探测器（12）的光电探测器时间标记来计算所述时间标记。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括根据所述虚拟像素中的光电探测器记录的最早光电探测器时间标记来计算所述时间标记。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括根据经由连接来自所述多个光电探测器的每个的触发器线的网络在时间数字转换器（26）处接收的部分时间标记来计算所述时间标记。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括：
将多个所述闪烁体晶体布置成矩形网格；
以偏移关系将多个2×2阵列的光电探测器光学耦合到所述闪烁体晶体，使得在每个2×2阵列中，所述多个所述闪烁体晶体中的四个各光学耦合到一个光电探测器，所述多个所述闪烁体晶体中的四个各耦合到两个相邻的光电探测器，并且所述多个所述闪烁体晶体中的一个同时耦合到四个光电探测器。
17.一种为虚拟像素计算时间标记的设备，其包括：
用于接收闪烁体晶体（10）上的伽马射线击中的装置；
用于评估来自光学耦合到所述闪烁体晶体的多个光电探测器（12）的每个的输出信号，以为与所述伽马射线击中相关联的每个光电探测器确定能量和光电探测器时间标记的装置，其中，每个所述光电探测器具有真实像素尺寸；
用于通过组合由所述多个光电探测器(12)探测到的与所述伽马射线击中相关联的能量来计算虚拟像素的所述伽马射线击中的总能量的装置；以及
用于根据所述多个光电探测器中至少一个光电探测器（12）记录的光电探测器时间标记来计算所述虚拟像素的所述伽马射线击中的时间标记的装置，所述虚拟像素具有不同于所述真实像素尺寸的虚拟像素尺寸。
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