CN103777226A

CN103777226A - 光传感器增益检测装置及光传感器增益检测方法

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Publication number: CN103777226A
Application number: CN201310488956.6A
Authority: CN
Inventors: 王晋中; 杜慧妮; 王彦起
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2033-10-18
Also published as: US8859951B2; JP2014085345A; CN103777226B; JP6184288B2; US20140110573A1

Abstract

本发明提供一种改善PET系统内的光传感器增益校正的装置。一种光传感器增益检测装置，具备：检测器，包括光传感器，该光传感器输出信号，该信号起因于响应放射线的到达而发生的第1事件；余脉冲/暗脉冲检测器设备，检测起因于从第1事件触发且在第1事件之后在光传感器内发生的第2事件的余脉冲或者暗脉冲，响应该检测出的余脉冲或者上述暗脉冲而输出指示信号；积分器，对由光传感器输出的信号进行积分并输出；直方图设备，与积分器以及上述余脉冲/暗脉冲检测器设备连接，根据积分后的信号以及上述指示信号，生成直方图；增益决定设备，根据所生成的直方图来决定光传感器的增益。

Description

光传感器增益检测装置及光传感器增益检测方法

技术领域

在本说明书中说明的实施方式一般涉及改善PET系统内的光传感器增益校正的装置以及方法。

背景技术

在PET（即正电子（阳电子）放射断层摄影）成像中，放射性药品通过注入、吸入、和/或摄取被投放给患者。之后，由于该药品的物理性质以及生物体分子的性质，药品集中于人体内的特定的部位。药品的实际的空间分布、蓄积点和/或蓄积区域的强度、以及从投放和捕获到最终排出的过程的动态均具有临床上的意义。在该过程中，附着于放射性药品的阳电子放射体按照半衰期、分支比等同位素的物理性质放射阳电子。各阳电子与被检体的电子相互作用，发生湮没，产生实质上180度离开而前进的511keV的2条γ射线（电子－阳电子湮灭事件）。这2条γ射线接着在PET检测器的闪烁晶体发生闪烁事件（第1事件），由此，闪烁晶体检测γ射线。通过检测这2条γ射线，并在检测位置之间引出直线、即引出“响应线”（line of response，LOR），从而求得本来应该发生湮灭的位置。该过程只识别可能发生相互作用的1根线，但能够通过蓄积大量的这些线，执行断层重建过程，从而以有效的精度推定本来的分布。

各PET检测器除了闪烁晶体之外，还能够包含与闪烁体光学地耦合的光电倍增管（PMT）或者硅光电倍增管（SiPM）。各PMT/SiPM具有被称为“光传感器增益”的性质。在PMT的上下文中，事件的结果，该增益被定义为由PMT的正极（阳极）收集到的电子的总数。

为了使PET系统合适地进行动作，由于光传感器增益的变动性，必须始终对各PMT/SiPM的光传感器增益重新测量并进行处理。该校正过程一般的情况是通过测量由与闪烁体不同的外部光源诱发的光电流来进行。当PMT/SiPM作为检测器的一部分来组装时，特别是当不能执行光传感器增益的直接测量时，难以进行该过程。

发明内容

本实施方式涉及的光传感器增益检测装置，具备：检测器，包括光传感器，该光传感器输出信号，该信号起因于响应放射线的到达而发生的第1事件；余脉冲/暗脉冲检测器设备，检测起因于从上述第1事件触发且在上述第1事件之后在上述光传感器内发生的第2事件的余脉冲或者暗脉冲，响应检测出的该余脉冲或者上述暗脉冲而输出指示信号；积分器，对由上述光传感器输出的上述信号进行积分并输出；直方图设备，与上述积分器以及上述余脉冲/暗脉冲检测器设备连接，根据积分后的上述信号以及上述指示信号，生成直方图；增益决定设备，根据生成的上述直方图来决定上述光传感器的增益。

附图说明

图1是表示基于一实施方式的余脉冲的一个例子的图。

图2是表示示例的余脉冲检测器电路的图。

图3是表示基于一实施方式的系统结构的图。

图4是表示光传感器增益的位置的分布以及代表的图。

图5是基于一实施方式的过程的流程图。

图6是表示基于一实施方式的示例的计算机系统的图。

具体实施方式

本实施方式的光传感器增益检测装置、或者光传感器增益检测方法典型地被用于PET等所代表的核医学诊断装置。接着，参照附图，相同的参照编号在所有的附图中指定同一部分或者对应的部分，图1表示来自光传感器的模拟输出信号。光传感器可以是光电倍增管（PMT），也可以是硅光电倍增管（SiPM）。与特定的光传感器的增益相关的信息能够根据图1所示的余脉冲10等余脉冲进行判断。

余脉冲是1种噪音，大多数情况下由光传感器来观察。余脉冲是由之前的事件（第1事件）触发的、光传感器内的事件后事件（第2事件）。另外，由该事件后事件生成的信号不需要追加外部光源，是自然发生的。如图1所示，这些脉冲10在经过了某一定的延迟期间之后，在主信号脉冲15之后出现。发生余脉冲的1个机构从PMT之后的阶段放射返回到光传感器。这些类型的余脉冲在主脉冲15的紧接之后继续。另外，这些类型的余脉冲除了具有尖锐的前端之外，还具有带来积分后的小的值的高振幅。

该积分后的小的值提供一种特征（signature），该特征使得能够通过由滤波除去其他的信号来分离余脉冲。

另一类型的余脉冲是暗脉冲（dark pulse）。暗脉冲有时通过PMT的不完全性、或者SiPM中的反作用发生。例如，关于PMT，少量的残留气体能够通过电子通过PMT从而离子化。所形成的阳离子向反方向移动，一部分返回光检测器。由于阳离子比较低速，因此，暗脉冲有时经常在余脉冲之后出现。另外，来自LYSO（Lu_1.8Y_0.2SiO₅（Ce））晶体的镥（Lu）本底（background）的β-衰变还能够从PMT来触发余脉冲。

这2个类型的脉冲（余脉冲以及暗脉冲）从光传感器内部生成，为了测量光传感器增益，因此能够用于使校正过程简单化。与这2个类型的脉冲对应的信号与光传感器的增益本身成比例，与耦合材料或者闪烁体不相关，因此，如果累计前的信号处理电子零件适当地发挥作用，则测量这些信号的振幅的操作与测量光传感器增益相等。

图2表示余脉冲检测器的一个例子。各个光传感器为了能够对光传感器进行评价，与余脉冲检测器连接。另外，该检测器能够用于检测暗脉冲。

该检测器用于检测余脉冲的存在、以及用于当检测到余脉冲时输出指示。另外，该检测器使与余脉冲或者暗脉冲是否具有比规定的阈值高或者低的增益相关的判断变得容易。该判断表示进行光传感器是否适当地发挥作用、是否能够恢复、或者是否不能修复的至少某一个。

在代替实施方式中，余脉冲检测器通过基于其它的事件检测器的湮灭事件的检测来触发，上述其它的事件检测器被设计成检测在余脉冲之前进行的事件。作为这样的触发的结果，余脉冲检测器能够避免作为主事件的结果产生的信号的处理。接着，余脉冲检测器能够在检测余脉冲之后关闭。

在追加的代替实施方式中，余脉冲检测器通过软件和硬件的组合来实施。具体而言，余脉冲检测器通过对从光传感器输出的信号进行采样的模拟数字（A/D）转换器得到数字信号。接着，为了判断余脉冲是否存在于信号而使用积分以及滤波来处理被采样的数字信号。余脉冲检测器的数字安装方式还经常监视各信号的定时，以使得关于定时差能够对信号进行比较。

图2所示的余脉冲检测器设备20包含接收输入信号而生成时间区域积分值的积分器21。如果与利用电离放射线而从主事件生成的主信号相比较，则余脉冲信号具有小的时间区域积分值。从而，来自积分器21的输出被输入比较器22，比较器22通过滤波除去具有比值Vref223大或者与其相等的积分值的事件。例如，Vref223能够设定为比与100keV（与余脉冲建立了关联的规定的阈值）等价的积分后的信号高的值。要注意Vref223的值为了提高与检测余脉冲的特定的光传感器的一致度而能够进行校正。

检测器除了通过滤波除去具有比余脉冲大的积分轨迹（footprint）的信号之外，还通过滤波除去具有没有超过某一定的阈值的振幅的所有的信号。例如，比较器24设定为将输入信号与Vref125进行比较，该Vref125被设定为超过噪声基底（noise floor）但比余脉冲的平均振幅低。

比较器22以及24的输出向AND门26输入。当双方的信号高时，输出表示检测到余脉冲的信号。

图3是表示光传感器增益评价电路的示例的构造。图2所示的余脉冲/暗脉冲检测器20与直方图电路31连接，直方图电路31还与积分器电路32连接。

或者，余脉冲/暗脉冲检测器20、直方图电路31、以及积分器电路32的各个能够通过软件和硬件的组合来实施。另外，积分器电路32能够使用与积分器21共用的电路来实施其功能。

直方图电路31输入来自积分器32的多个事件、和表示事件是否是余脉冲或者暗脉冲的来自余脉冲/暗脉冲检测器20的对应的指示。直方图电路31生成表示值的分布的直方图。该分布的一个例子在图4中示出。分布的中心的信号的值与光传感器增益成比例。具体而言，直方图的值是代表由光传感器生成的电流的值，该电流与光传感器增益成比例。

从而，在比较电路33中，为了判断光传感器信号的最大振幅是否大于表示光传感器的恢复可能性的某些规定的阈值，而使用分布。

如图4所示，（通过慎重地设定Vref1以及Vref2）从余脉冲/暗脉冲检测器触发的光传感器信号的直方图化后的积分值的中心充分地表示光传感器增益。在图4中，y轴表示频率/计数，X轴表示“电荷/伏特秒”等累计区域的任意的单位。

如以上说明的那样，该检测器能够判断余脉冲或者暗脉冲是否具有大于规定的阈值的增益。该判断表示光传感器适当地发挥作用、能够恢复、或者不能修复。PMT等光传感器在该增益降低到其本来的值的一半时，不能恢复。从而，比较电路33例如能够判断光传感器增益是否大于所存储的值的一半。

光传感器增益存储机构34连续地存储对于特定的光传感器判断的光传感器增益。或者，光传感器增益存储机构34能够只存储对于特定的光传感器的归一化的光传感器增益的最大值（本来的值）。为了判断光传感器的状态而由比较电路33使用该信息。

判断光传感器是否适当地发挥作用、是否能够恢复、或者是否不能修复的方法至少存在2个。例如，能够使用在上述中说明的业界标准。例如，当光传感器增益降低到光传感器的本来的增益一半时，该光传感器被看作发生了动作不良。或者，当光传感器的绝对增益低于特定的值（例如，只生成低于阈值下限的值）时，该光传感器被看作发生了动作不良。算法或者电路被用来监视由余脉冲/暗脉冲滤波的值，并判断光传感器是否只生成低于阈值下限的值。

另外，光传感器增益能够用于判断是否存在与闪烁体和光传感器的光学耦合相关的问题。例如，当检测到光输出的降低时，能够在最初判断光传感器的增益是否降低。当光传感器的增益没有降低时，问题集中于光学耦合，还有时与检测器整体的替换相关联。

图5是表示检测余脉冲，将该触发与由光传感器生成的信号的直方图化后的积分值相比较的过程的流程图。

在步骤S100中，通过光传感器捕获余脉冲或者暗脉冲。在检测到主事件紧接之后检测余脉冲。在余脉冲之后检测暗脉冲。

在步骤S101中，从光传感器向光传感器增益评价电路发送信号，因此，信号被分割，向余脉冲/暗脉冲检测器和积分器32发送。

在步骤S102中，余脉冲/暗脉冲检测器判断是否检测到余脉冲或者暗脉冲。

在步骤S103中，接受检测到余脉冲/暗脉冲的情况，将检测信号向直方图电路输出，直方图电路应用检测信号作为检测时刻，并且应用从积分器32接收到的积分后的信号，生成表示在信号中产生的事件的直方图。系统使用该生成的直方图，推定重心，达到与光传感器增益信号相关的值（例如，想要参照图4）。

在步骤S104中，所得到的光传感器增益信号被记录于存储机构。

在步骤S105中，所存储的光传感器增益信号与规定数量的以前所存储的光传感器增益信号一起，用于决定本来的光传感器增益。或者，该步骤也可以在检测处理之前作为预步骤进行。

在步骤S106中，为了判断现在的光传感器增益是否过低，或者为了修正现在的光传感器增益分布而系统是否能够校正，将在步骤S103中决定的光传感器增益与所存储的本来的光传感器增益进行比较。另外，按照预先在存储器单元1003中存储的识别信息确定与在步骤S103 中决定的光传感器增益对应的光传感器。另外，例如在CPU1004等中执行上述步骤S105、S106的处理（参照图6）。

在步骤S107中，根据在步骤S103中决定的光传感器增益，进行与前端放大相关的校正过程。或者，当增益小于规定的阈值时，发出识别发生故障且不能恢复的光传感器的警告。当光传感器不能恢复时，该光传感器成为替换的对象。

处理的特定的部分能够使用任何形态的计算机处理器来实施。如本领域的技术人员所认识的那样，作为离散逻辑门，计算机处理器能够实施为面向特殊用途集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、或者其他的复杂可编程逻辑逻辑器件（CPLD）。FPGA或者CPLD的安装能够通过VHDL、Verilog、或者其他的任意的硬件记述语言来进行代码化，该代码可以直接保存于FPGA或者CPLD内的电子存储器，也可以保存于其他的电子存储器。另外，电子存储器是ROM、EPROM、EEPROM、或者闪存存储器等非易失性的。电子存储器也可以是静态RAM或者动态RAM等易失性的，微控制器或者微处理器等处理器也可以设置为管理电子存储器、以及FPGA或者CPLD与电子存储器之间的相互作用。

或者，计算机处理器能够执行包含进行在本说明书中说明的功能的1组计算机可读命令的计算机程序，该程序保存于上述不是暂时的电子存储器的任一个和/或硬盘驱动器、CD、DVD、闪存驱动器、或者其他的任意的所知道的存储介质中。另外，计算机可读命令作为与美国的Intel的Xeon处理器或者美国的AMD的Opteron处理器等处理器、以及Microsoft VISTA、UNIX、Solaris、LINUX、Apple、MAC-OSX等操作系统、以及本领域的技术人员所知道的其他的操作系统一起执行的、应用程序、背景守护程式（background daemon）、或者操作系统的构成要素、或者它们的组合来提供。

另外，实施方式的特定的特征能够使用图7所示的基于计算机的系统1000来实施。计算机1000包含总线B或者用于交流信息的其他的通信机构、以及与该总线B连接的、用于对信息进行处理的处理器 /CPU1004。计算机1000还包含与总线B连接、用于保存信息以及由处理器/CPU1004执行的命令的、随机存储存储器（RAM）或者其他的动态存储设备（例如，动态RAM（DRAM）、静态RAM（SRAM）、以及同步DRAM（SDRAM））等主存储器/存储器单元1003。另外，存储器单元1003能够用于保存在基于CPU1004的命令的执行中的临时变量或者其他的中间信息。计算机1000还能够包含与总线B连接的、用于存储用于CPU1004的静态信息以及命令的只读存储器（ROM）或者其他的静态存储设备（例如，可编程ROM（PROM）、可擦PROM（EPROM）、以及电可擦PROM（EEPROM））。

计算机1000还能够包含用于控制大容量存储装置1002等用于保存信息以及命令的1个或者多个存储设备的、与总线B连接的磁盘控制器、以及驱动器设备1006（例如，软盘（注册商标）驱动器、只读压缩盘驱动器、读取/写入压缩盘驱动器、压缩盘点唱机（compact disc jukebox）、磁带驱动器、以及移动光磁性驱动器）。存储设备能够使用合适的设备接口（例如，小型计算机系统接口（small computer system interface，SCSI）、电子集成驱动器（integrated device electronics，IDE）、扩展IDE（E-IDE）、直接存储器存取（DMA），或者高速DMA（ultra-DMA））追加给计算机1000。

计算机1000还能够包含特殊目的逻辑设备（例如，面向特定用途集成电路（ASIC））或者可构成的逻辑设备（例如，简单可编程逻辑设备（SPLD）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）、以及现场可编程门阵列（FPGA））。

计算机1000还能够包含用于控制用于对计算机用户显示信息的阴极射线管（CRT）等显示器的、与总线B连接的显示器控制器。计算机系统包含用于与计算机用户对话而对处理器提供信息的、键盘以及定位设备等输入设备。定位设备例如也可以是用于对处理器交流方向信息以及指令选择的、以及用于控制显示器上的光标移动的、鼠标、轨迹球、或者定位杆。另外，打印机能够提供由计算机系统保存和/或生成的数据的打印的列表。

计算机1000接受CPU1004执行存储器单元1003等存储器所包含的1个或者多个命令的1个或者多个序列的操作，进行执行方式的处理步骤的至少一部分。这样的命令也可以从大容量存储装置1002或者移动存储介质1001等其他的计算机可读介质读入存储器单元。多处理装置内的1个或者多个处理器也可以用于执行存储器单元1003所包含的命令的序列。在代替实施方式中，硬连线电路能够代替软件命令，或者与软件命令组合使用。从而，实施方式并不限定于硬件电路与软件的任何的特定的组合。

如上所述，计算机1000包含用于保持按照实施方式的教导而程序化的命令的、以及用于包含数据构造、表、记录、或者在本说明书中说明的其他的数据的、至少1个计算机可读介质1001或者存储器。计算机可读介质的例子是压缩盘、硬盘、软盘、磁带、光磁盘、PROM（EPROM、EEPROM、闪存EPROM）、DRAM、SRAM、SDRAM、或者其他的任意的磁性介质、压缩盘（例如，CD-ROM）、或者计算机可读的其他的任意的介质。

本实施方式包含保存于任意的1个计算机可读介质或者计算机可读介质的组合中的、用于控制主处理单元1004的、用于为了执行实施方式而驱动1个或者多个设备的、以及用于使主处理单元1004与人类用户对话成为可能的软件。作为这样的软件，并没有限定，有设备驱动器、操作系统、开发工具、以及应用软件。作为这样的计算机可读介质，还有用于进行在执行实施方式时进行的处理的全部或者一部分（分散处理时）的本实施方式的计算机程序产品。

本实施方式的介质上的计算机代码要素包含脚本、可解释程序、动态链接库（DLL）、Java类、以及可完全执行程序（complete executable program），但并不限定于此，也可以是任意的可解释或者可执行的代码机制。另外，可以为了提高性能、提高可靠性、和/或削减成本而分散本实施方式的处理的一部分。

当在本说明书中使用时，“计算机可读介质”这样的用语是指与为了执行而对CPU1004提供命令的操作相关的任意的介质。计算机可读介质包含非易失性介质以及易失性介质，但并不限定于此，能够采用多种的形态。作为非易失性介质，例如，有大容量存储装置1002或者移动存储介质1001等光盘、磁盘、以及光磁盘。作为易失性介质，有存储器单元1003等动态存储器。

计算机可读介质的各种形态也可以与为了执行而将1个或者多个命令的1个或者多个序列搬运至CPU1004的操作相关联。例如，命令最初也可以容纳于远程计算机的磁盘中。与总线B连接的输入能够接收数据，使总线B承载数据。总线B将数据搬运至存储器单元1003，CPU1004从存储器单元1003取入命令并执行。由存储器单元1003接收的命令也可以任意选择地在基于CPU1004的执行之前或者之后被存储于大容量存储装置1002。

计算机1000还包含与总线B连接的通信接口1005。通信接口1005例如提供与和局域网（LAN）或者因特网等其他的通信网络连接的网络连接的双向数据通信。例如，通信接口1005也可以是用于附加于任意的封包交换LAN的网络接口卡。作为另一例子，通信接口1005也可以是用于对对应的类型的通信线路提供数据通信连接的、非对称数字用户线路（ADSL）卡、综合业务数字通信网（ISDN）卡、或者调制解调器。也可以安装无线连接。在任意的这样的安装方式中，通信接口1005发送接收搬运表示各种类型的信息的数字数据流的电信号、电磁信号、或者光信号。

网络一般的情况是经由1个或者多个网络对其他的数据设备提供数据通信。例如，网络能够经由局域网（例如，LAN）、或者经由服务供应商运用的设备，提供向其他的计算机的连接，上述服务供应商通过通信网络提供通信服务。局域网以及通信网络例如使用搬运数字数据流的电信号、电磁信号、或者光信号、以及相关联的物理层（例如，CAT5缆线、同轴缆线、光纤等）。另外，网络能够提供向携带信息终端（PDA）膝上计算机或者手机等移动设备的连接。

针对特定的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为例子而提示的，并不意图限定实施方式的范围。实际上，在本说明书中说明的新的方法以及系统能够以各种其他的方式来实施。并且，在不脱离实施方式的要旨的范围内，在本说明书中说明的方法以及系统的方式中能够进行各种省略、置换、以及变更。所附的权利要求书以及其等同物意图包含实施方式的范围以及宗旨所包含这样的方式或其变形例。

Claims

1.一种光传感器增益检测装置，具备：

检测器，包括光传感器，该光传感器输出信号，该信号起因于响应放射线的到达而发生的第1事件；

余脉冲/暗脉冲检测器设备，检测起因于从上述第1事件触发且在上述第1事件之后在上述光传感器内发生的第2事件的余脉冲或者暗脉冲，响应检测出的该余脉冲或者上述暗脉冲而输出指示信号；

积分器，对由上述光传感器输出的上述信号进行积分并输出；

直方图设备，与上述积分器以及上述余脉冲/暗脉冲检测器设备连接，根据积分后的上述信号以及上述指示信号，生成直方图；

增益决定设备，根据所生成的上述直方图来决定上述光传感器的增益。

2.根据权利要求1所述的光传感器增益检测装置，其特征在于，

上述光传感器增益检测装置还具备判断单元，上述判断单元根据所决定的上述增益和预先存储的上述光传感器的基准增益，判断上述光传感器是否适当地发挥作用、上述光传感器是否能够恢复、上述光传感器是否能够修复中的至少某一个。

3.根据权利要求1或2所述的光传感器增益检测装置，其特征在于，

上述光传感器增益检测装置还具备存储单元，上述存储单元存储用于确定与所决定的上述增益对应的上述光传感器的识别信息；

上述光传感器增益检测装置还具备确定处理单元，上述确定处理单元根据上述识别信息，从多个光传感器中确定与所决定的上述增益对应的上述光传感器。

4.根据权利要求3所述的光传感器增益检测装置，其特征在于，

上述光传感器增益检测装置还具备校正单元，上述校正单元在判断为上述光传感器能够恢复的情况下，根据所决定的上述增益，执行与所确定的上述光传感器相关的校正处理。

5.根据权利要求3或4所述的光传感器增益检测装置，其特征在于，

上述光传感器增益检测装置还具备输出单元，上述输出单元在判断为上述光传感器不能修复的情况下，警告替换所确定的上述光传感器。

6.根据权利要求1－5中的任一项所述的光传感器增益检测装置，其特征在于，

上述余脉冲/暗脉冲检测器设备还具有积分设备，该积分设备通过滤波排除上述余脉冲或上述暗脉冲以外的信号。

7.根据权利要求6所述的光传感器增益检测装置，其特征在于，

上述余脉冲/暗脉冲检测器设备在滤波后的上述信号大于100keV的情况下，不检测上述余脉冲或者上述暗脉冲。

8.根据权利要求1－7中的任一项所述的光传感器增益检测装置，其特征在于，

上述光传感器是光电倍增管（PMT）或者硅光电倍增管（SiPM）。

9.根据权利要求1－8中的任一项所述的光传感器增益检测装置，其特征在于，

上述第1事件是电子－阳电子湮灭事件。

10.一种光传感器增益检测方法，具备：

通过光传感器输出信号，该信号起因于响应放射线的到达而发生的第1事件；

通过余脉冲/暗脉冲检测器设备，检测起因于从上述第1事件触发且在上述第1事件之后在上述光传感器内发生的第2事件的余脉冲或者暗脉冲，响应检测出的该余脉冲或者上述暗脉冲而输出指示信号；

对由上述光传感器输出的上述信号进行积分并输出；

根据积分后的上述信号以及上述指示信号，生成直方图；

根据所生成的上述直方图来决定上述光传感器的增益。