CN104024885B - 核医学诊断装置及医用数据处理装置 - Google Patents

Abstract

本实施方式所涉及的核医学诊断装置，具备：扫描仪(401)，具有多个放射线检测器，该多个放射线检测器以具有沿顶板的长轴方向的规定的轴长和规定的环直径的圆筒形状配置于该顶板的周围，并且对在被检体内产生的放射线进行检测；以及控制部(407)，基于针对被检体的摄像视野的直径，计算用于确定放射线的产生点的同时计数时间宽度。

Description

核医学诊断装置及医用数据处理装置

技术领域

本发明的实施方式大致涉及一种使用伽马照相机及正电子发射断层摄影法的扫描仪等放射线检测器对被检体进行摄像的核医学诊断装置及医用数据处理装置。

背景技术

一般地，伽马射线检测器的使用、尤其是正电子发射断层摄影法(PositronEmission Tomography：以下，称为PET)即PET的检测器的使用在医用成像的领域正在增加。在PET成像中，通过注射、吸入或摄取，将放射性医药品导入到将要拍摄的被检体中。放射性医药品的投放后，通过放射性医药品的物理特性及生物体分子特性，放射性医药品集中在人体的特定部位。放射性医药品的实际的空间分布、放射性医药品累积的区域的强度、以及从投放到最终消失的过程中的动力学都是可能具有临床重要性的因素。该过程期间，附着于放射性医药品上的正电子放射体(放射性核素)根据半衰期、分支比等同位体的物理特性来放射正电子。

如果放射性核素放射正电子，并且所放射的正电子与电子碰撞的话，则发生湮灭事件，正电子和电子消失。一般地，通过湮灭事件，产生实质上呈180度分离并传播的(511keV的)2条伽马射线。

通过对这2条伽马射线进行检测，并在这2条伽马射线的位置彼此之间引出一条线，即响应线(line-of-response：LOR)，能够推断出原本的衰变位置。该处理虽然只识别出有可能相互作用的线，但是累积这些线，并通过断层摄影术的重建处理，能够推断出原本的分布(放射性核素的分布)。在除了2个闪烁事件的位置以外，还能够利用(数百皮秒以内的)准确的定时的情况下，通过飞行时间(time-of-flight：TOF)的计算，有可能增加与沿该线的事件的预想位置相关的更多的信息。通过在扫描仪的定时分辨率中的制约，来确定沿该线的定位的精度。

在临床用的全身的PET扫描仪的情况下，成像的摄像视野(field-of-view：以下，称为FOV)是圆筒形体(cylindrical volume)，该圆筒形体具有：直径小于扫描仪的内径的、横截面上的中央的圆形区域；及与PET扫描仪相同的轴长。在以往的PET扫描仪的情况下，横截面上的圆形区域的直径、即横截FOV通常是可能的2个值、例如脑扫描用的256mm和全身扫描用的约576mm～700mm的其中一个。另外，分别对该可能的2个PET的FOV使用(4～6ns的范围的)相同的、固定的同时计数判定窗。

对照地，如表1中所示的一个例子那样，在以往的CT(X射线Computed Tomography)系统中支持多个FOV。

【表1】

CT FOV	S	M	L	LL	XL	XXL
							直径(mm)	240	320	400	550	700	850

与以往的PET扫描仪相关的课题是：规定的全身的FOV对于具有不同的性别、年龄、体型及身体尺寸的所有范围的患者来说是不足够的。另外，由于为了得到患者的解剖学信息通常使用相应的CT扫描仪，所以应该将CT中使用的各种FOV的设定采用作PET用。但是，在PET中，将相同的固定的同时计数判定窗用于不同的FOV中是不恰当的，这是因为：通过针对小的FOV的大的同时计数判定窗而增加了即时数据的随机同时计数(randomcoincidence)，由此图像的品质和定量化将恶化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于被设定为PET扫描仪用的FOV来确定同时计数判定窗的核医学诊断装置及医用数据处理装置。

本实施方式所涉及的核医学诊断装置具备：扫描仪，具有多个放射线检测器，所述多个放射线检测器以具有沿顶板的长轴方向的规定的轴长和规定的环直径的圆筒形状来配置于所述顶板的周围，并且对被检体内产生的放射线进行检测；以及控制部，基于针对所述被检体的摄像视野的直径，计算用于确定所述放射线的产生点的同时计数时间宽度。

根据本实施方式，能够提供一种基于被设定为PET扫描仪用的FOV来确定同时计数判定窗的核医学诊断装置及医用数据处理装置。

附图说明

图1是示出了本实施方式所涉及的、PET的视野(field of view)中的各种视角的图。

图2是示出了本实施方式所涉及的、计算PET的同时计数判定窗的步骤的一个例子的流程图。

图3是示出了本实施方式所涉及的、PET-CT扫描仪系统的外观的图。

图4是示出了本实施方式所涉及的、图3的PET-CT扫描仪系统中的构成要素的图。

符号说明

400…PET/CT系统，401…PET检测器装置(PET扫描仪)，402…顶板及顶板定位部，403…PET检测器定位部，404…数据收集部，405…数据处理部，406…CT装置(CT扫描仪)，407…控制部，408…操作者界面部，409…显示部，410…存储部

具体实施方式

本说明书中所说明的实施方式涉及一种基于被设定为PET扫描仪用的FOV来确定同时计数判定窗的新方法。

特别地，由相对应的CT扫描仪支持的相同的FOV的设定也可以在PET/CT系统中由相对应的PET扫描仪来支持。另外，PET的各FOV具有相对应的最佳的同时计数判定窗的尺寸。考虑到飞行时间差中的测定的不确定性，通过针对具有位于FOV的端部的放射点的最长的斜的响应线(LOR)的最大的飞行时间差，来求得同时计数判定窗(同时计数时间宽度)。因此，最佳的同时计数判定窗的尺寸依赖于PET扫描仪的横截FOV和轴长，另外，还依赖于PET扫描仪的飞行时间分辨率。

另外，本实施方式不限于PET/CT系统。即，本实施方式还能够用于PET/MR以及包含PET装置的核医学诊断装置单体。

特别地，在一个实施方式中，提供一种为了使用正电子发射断层摄影法(PET)的扫描仪拍摄被检体的关心区域而确定同时计数判定窗的方法，该方法包括：(1)为了拍摄被检体的关心区域，确定横截视野(FOV)的直径；以及(2)基于所确定的直径、PET扫描仪的环直径、PET扫描仪的轴长、及PET扫描仪的飞行时间分辨率，计算同时计数判定窗。

在一个实施方式中，确定的步骤包括：根据被检体的关心区域中的计算机断层摄影术(CT)的扫描图，确定横截FOV的直径。

在一个实施方式中，计算的步骤包括：使用下述公式，计算同时计数判定窗(τ)。

【数1】

$\mathrm{\τ}=\frac{d\left(\mathrm{mm}\right)}{300(\mathrm{mm}/\mathrm{ns})}\sqrt{1+{\left(\frac{L}{D}\right)}^2}+\frac{n\·{\mathrm{FWHM}}_{\mathrm{\ΔTOF}}}{2.355}$

在上式中，D是PET扫描仪的环直径，L是PET扫描仪的轴长，d是横截FOV的直径，FWHM_ΔTOF是PET扫描仪的飞行时间分辨率(TOF的时间分辨率)，n是规定的数(2≦n≦3)。

在PET扫描仪中，轴长L与基于沿顶板的长轴方向的多个PET检测器的长度对应。另外，在PET扫描仪中，环直径D与基于在顶板的周围沿圆周排列的多个PET检测器的环直径对应。另外，d与PET扫描中的摄像视野的直径对应。FWHM是半宽度(full width at halfmaximum)。在例如基于来自后述的PET检测器的输出所产生的飞行时间差(ΔTOF)的分布中，FWHM与连接表示最大值(ΔTOFmax)的半值的2点的飞行时间差的宽度对应。

在一个实施方式中，该方法还包括：使用PET扫描仪，进行使用了所计算的同时计数判定窗的被检体的关心区域的PET扫描。

通过其他实施方式，提供一种为了使用正电子发射断层摄影法(PET)-计算机断层摄影术(CT)复合的扫描仪拍摄被检体的关心区域而确定PET的同时计数判定窗的方法，该方法包括：(1)基于被检体的关心区域的尺寸，设定CT的视野(FOV)；(2)进行设定，以使PET成像用的横截FOV的直径与所设定的CT的视野相等；以及(3)基于所确定的直径、PET扫描仪的环直径、PET扫描仪的轴长、及PET扫描仪的飞行时间分辨率，来计算PET的同时计数判定窗。

通过其他实施方式，提供一种正电子发射断层摄影法(PET)-计算机断层摄影术(CT)复合的扫描装置，该扫描装置具备：(1)CT扫描仪，被构成为使用基于被检体的关心区域的尺寸所设定的CT的视野(FOV)来进行被检体的关心区域的CT扫描；以及(2)PET扫描仪，被构成为使用具有横截面的直径的PET的FOV来进行被检体的关心区域的PET扫描。直径通过关心区域的CT扫描来求得，PET扫描仪包含控制部，该控制部基于所求得的直径、PET扫描仪的环直径、PET扫描仪的轴长、及PET扫描仪的飞行时间分辨率，计算同时计数判定窗。

通过其他实施方式，提供一种正电子发射断层摄影法(PET)-计算机断层摄影术(CT)复合的扫描装置，该扫描装置具备：(1)CT扫描仪，被构成为使用基于被检体的关心区域的尺寸所设定的CT的视野(FOV)来进行被检体的关心区域的CT扫描；以及(2)PET扫描仪，被构成为使用具有横截面的直径的PET的FOV来进行被检体的关心区域的PET扫描。PET扫描进行设定，以使横截面上的PET的FOV的直径与所设定的CT的FOV相等。PET扫描仪包含控制部，该控制部被构成为基于所设定的直径、PET扫描仪的环直径、PET扫描仪的轴长、及PET扫描仪的飞行时间分辨率，计算同时计数判定窗。

接着，参照附图，图1示出了用于临床用的全身的PET扫描仪的成像的FOV。在直径D及轴长L的环扫描仪(ring scanner)的内侧中的、具有直径d的圆筒形体的FOV的情况下，最大的飞行时间差(ΔTOF)通过具有FOV的端部处的放射位置E的最长的斜的LOR、即AB来作为下式求得，式中，c是光的速度(300mm/ns)。

【数2】

${\left|\mathrm{\ΔTOF}\right|}_{\max }=\frac{|\mathrm{BE}-\mathrm{AE}|}{c}=\frac{d}{c}\sqrt{1+{\left(\frac{L}{D}\right)}^2}$

在同时计数判定定时窗τ、即用于根据所检测到的2个光子的到达时间差来对同时计数事件施加滤波的阈值中，需要考虑最大的TOF差和定时的不确定性这两方面。飞行时间差ΔTOF呈高斯分布，如果标准偏差σ_ΔTOF等于下式，即

【数3】

σ_ΔTOF=FWHM_ΔTOF/2.355

那么针对圆筒形的FOV的同时计数判定窗通过下式来计算。

【数4】

τ=|ΔTOF|_max+nσ_ΔTOF

上式中，n＝2～3表示圆筒形的FOV的内侧中的全部的真的LOR通过同时计数判定窗检测的信赖区间。在n＝3的情况下，通过所计算的同时计数判定窗，检测出圆筒内的真的LOR的99.7％。在n＝2的情况下，信赖区间为95％。推荐2与3之间的n的值。

基于上述公式，求得下式。

【数5】

$\mathrm{\τ}\left(\mathrm{ns}\right)=\frac{d\left(\mathrm{mm}\right)}{300(\mathrm{mm}/\mathrm{ns})}\sqrt{1+{\left(\frac{L}{D}\right)}^2}+\frac{n\·{\mathrm{FWHM}}_{\mathrm{\ΔTOF}}\left(\mathrm{ns}\right)}{2.355}$

这样地，同时计数判定窗是(PET扫描仪中的)FOV(d)的函数，使用PET检测器的直径(环直径：D)、长度(轴长：L)、及时间分辨率(FWHM_ΔTOF)来明确地计算。

相比以往的扫描仪，基于FOV和PET检测器的特性来计算同时计数判定窗的实施方式具有优点。例如，代替固定的同时计数判定窗，通过上述所计算的“最佳的”同时计数判定窗，降低了针对各个FOV的随机同时计数的量，另一方面，真的同时计数不受影响。

例如，表2列出了：(使用D＝909mm、L＝196mm、FWHM_ΔTOF＝450ps、及n＝2.7)所计算的同时计数判定窗；及与固定的3.0ns的同时计数判定窗相比较的、针对使用NEMA-NU2的计数率用模型的各种尺寸的FOV的随机的降低(random reduction)中的量。

【表2】

PET FOV	S(240)	M(320)	L(400)	LL(550)	XL(700)
						同时计数判定窗(ns)	1.4	1.7	2.0	2.5	3.0
随机的降低	53％	43％	33％	17％	0％

图2示出了根据一个实施方式的、使用PET-CT扫描仪中的PET扫描仪进行PET扫描的方法。

在步骤201中，为了得到CT扫描图，使用所设定的CT的FOV，进行被检体的关心区域中的CT扫描。如表1所示，可以根据所拍摄的被检体的关心区域，使用CT中的多个FOV中的任意的FOV。

在步骤202中，求得PET成像用的横截FOV的直径d。该直径可以根据步骤201中得到的CT扫描图来求得。或者，还可以以与步骤201中使用的CT的FOV值相同的方式设定直径。

在步骤203中，使用下述公式，求得PET的同时计数判定窗。

【数6】

$\mathrm{\τ}=\frac{d\left(\mathrm{mm}\right)}{300(\mathrm{mm}/\mathrm{ns})}\sqrt{1+{\left(\frac{L}{D}\right)}^2}+\frac{n\·{\mathrm{FWHM}}_{\mathrm{\ΔTOF}}}{2.355}$

上式中，D是PET扫描仪的环直径，L是PET扫描仪的轴长，d是横截FOV的直径，FWHM_ΔTOF是PET扫描仪中的飞行时间分辨率，n是规定的数。

在步骤204中，使用步骤202中求得的PET的FOV及步骤203中计算的同时计数判定窗，进行被检体的关心区域中的PET扫描。

图3及图4示出了基于一个实施方式的PET/CT系统400。该系统包括被构成为进行CT扫描的CT装置406、及被构成为进行PET扫描的PET检测器装置(PET扫描仪)401。

PET检测器装置(PET扫描仪)401具有多个放射线检测器，该多个放射线检测器以具有沿顶板的长轴方向的规定的轴长和规定的环直径的圆筒形状被配置于所述顶板的周围，并检测所述被检体内产生的放射线。

PET/CT系统400包括可动患者板(顶板)402，该可动患者板(顶板)402包含板(顶板)定位部，该板(顶板)定位部基于从控制部407接收到的命令等，对位于PET检测器装置401及CT装置(CT扫描仪)406的内侧的患者板(顶板)进行定位。

控制部407控制PET/CT系统400的全部功能，其中包括通过板定位部对患者板(顶板)的位置的调节。板定位部包括被构成为使患者板至少向长轴方向移动的机构。另外，控制部407对PET检测器定位部403进行控制，该PET检测器定位部403对板上的患者的周围的1个或多个PET检测器部分进行定位。

另外，如上所述，控制部407被构成为基于所求得的直径、PET扫描仪的环直径、PET扫描仪的轴长、及PET扫描仪的飞行时间分辨率来计算同时计数判定窗。

控制部407基于针对被检体的摄像视野的直径、轴长、环直径、放射线的飞行时间的时间分辨率，计算用于确定放射线的产生点的同时计数时间宽度。控制部407将所计算的同时计数时间宽度输出至后述的数据处理部。控制部407对PET扫描仪401进行控制，以使用所计算的同时计数时间宽度对被检体执行PET扫描。

另外，控制部407还可以基于通过对被检体进行X射线计算机断层摄影所产生的扫描图，来确定PET扫描中的摄像视野的直径。另外，控制部407还可以将PET扫描中的摄像视野的直径设定为与X射线计算机断层摄影中的摄像视野的直径相等。

数据收集部404在PET扫描中从PET检测器装置401获取PET事件数据，并将该事件数据发送至数据处理部，以重建PET图像。另外，还可以在进行基于数据处理部405的处理前，将PET事件数据存储于存储部410中。

操作者界面部408被构成为接收例如使CT扫描或PET扫描开始的操作员命令、或设定CT图像的关心区域的操作员命令，和/或被构成为接收与扫描相关的参数。患者的PET和CT的图像、以及与扫描相关的操作参数在显示部409显示。

本领域技术人员应该明白，控制部407及数据处理部405可以包括可安装成单个逻辑门、特定用途集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或其他复合型可编程逻辑器件(CPLD)的CPU。FPGA或CPLD的安装可以通过VHDL、Verilog、或其他任意的硬件描述语言来编码，代码可以直接存储在位于FPGA或者CPLD内部的电子存储器中，或者，还可以存储在其他电子存储器中。另外，存储部410可以是ROM、EPROM、EEPROM、或闪存那样的非易失性存储器。另外，存储部410可以是静态RAM或动态RAM那样的易失性存储器，还可以设置微控制器或微处理器等处理器，以便于不仅能够对电子存储器进行管理，还对FPGA或CPLD与存储器单元之间的交换进行管理。

存储部410存储放射线检测数据(PET事件数据)，该放射线检测数据是伴随着对载置于顶板上的被检体内产生的放射线进行检测的扫描而产生的。

或者，控制部407或数据处理部405中的CPU还可以执行计算机程序，该计算机程序包含执行本说明书中所说明的功能的一组计算机可读命令。该程序可以存储于上述非暂时性电子存储器及/或硬盘驱动器、CD、DVD、闪存驱动器、或已知的其他任意的存储介质中。另外，计算机可读指令可以被提供为：与美国Intel(英特尔)公司的Xeon处理器或者美国AMD公司的Opteron处理器等处理器、以及微软VISTA、UNIX(注册商标)、Solaris、LINUX(注册商标)、Apple、MAC-OS以及本领域技术人员已知的其他操作系统等操作系统一起工作的实用应用程序、后台守护程序、或者操作系统的构件；或者它们的组合。

数据处理部405基于放射线检测数据和同时计数时间宽度，产生投放到被检体内的放射性核素的分布图像。

如果通过数据处理部405进行处理，那么所处理的信号存储于存储部410中，和/或显示在显示部409。本领域技术人员应该明白，存储部410可以是硬盘驱动器、CD-ROM驱动器、DVD驱动器、闪存驱动器、RAM、ROM、或本技术领域已知的任意的其他电子存储装置。可以安装LCD显示器、CRT显示器、等离子显示器、OLED、LED、或本技术领域已知的其他任意的显示器来作为显示部409。如此，在本说明书中进行的存储部410及显示部409的说明只是示例而已，绝非用于限定本发明的范围。

另外，在通过核医学诊断装置(例如，PET装置)来实现本实施方式中的装置的技术性思想的情况下，则具有例如图4的结构图中的点划线内的构成要素。这时，确定同时计数时间宽度(同时计数判定窗)的各处理与图2的流程图的各处理对应。关于这些处理，与实施方式相同。

另外，在通过医用数据处理装置来实现本实施方式中的装置的技术性思想的情况下，则具有例如图4的结构图中的虚线内的构成要素。这时，确定同时计数时间宽度(同时计数判定窗)的各处理与图2的流程图的各处理对应。关于这些处理，与实施方式相同。

虽然说明了几个实施方式，但是这些实施方式只是作为示例而被提出的，绝非用于限定本发明的范围。实际上，本说明书中所说明的具有新颖性的方法及系统还可以通过各种其他方式来实施，另外，在不脱离本发明的主旨的情况下，还可以进行本说明书中所说明的方法及系统的方式中的各种省略、代替、及变更。另外，包含于本发明的范围及主旨内的这样的方式或变更包含于所添加的权利要求书及其等价物中。

另外，本发明不限于上述实施方式，在实施阶段，在不脱离其主旨的范围内，能够改变构成要素并具体化。另外，通过将上述实施方式中公开的多个构成要素进行适当地组合，能够形成各种发明。例如，还可以从实施方式中所示的全部构成要素中删除几个构成要素。另外，还可以将不同实施方式中的构成要素进行适当地组合。

Claims (7)

1.一种核医学诊断装置，其特征在于，具备：

扫描仪，具有多个放射线检测器，该多个放射线检测器以具有沿顶板的长轴方向的规定的轴长和规定的环直径的圆筒形状配置于所述顶板的周围，对在被检体内产生的放射线进行检测；以及

控制部，基于将检测所述放射线的多个放射线检测器沿所述顶板的长轴方向配置而得到的轴长、将所述放射线检测器配置于所述顶板的周围而得到的环直径、针对所述被检体的摄像视野的直径和所述放射线的飞行时间的时间分辨率，计算用于确定所述放射线的产生点的同时计数时间宽度。

2.根据权利要求1所述的核医学诊断装置，其特征在于，

所述控制部基于通过对所述被检体进行X射线计算机断层摄影所产生的扫描图，确定所述摄像视野的直径。

3.根据权利要求1所述的核医学诊断装置，其特征在于，

所述控制部通过

$\mathrm{\τ}=\frac{d\left(mm\right)}{300(mm/ns)}\sqrt{1+{\left(\frac{L}{D}\right)}^2}+\frac{n\·{\mathrm{FWHM}}_{\mathrm{\Δ}TOF}}{2.355}$

计算所述同时计数时间宽度τ，D是所述环直径，L是所述轴长，d是所述摄像视野的直径，FWHM_ΔTOF是所述飞行时间的时间分辨率，n是规定的数。

4.根据权利要求3所述的核医学诊断装置，其特征在于，所述规定的数n是2以上且3以下。

5.根据权利要求1所述的核医学诊断装置，其特征在于，

为了使用所计算的所述同时计数时间宽度对所述被检体执行扫描，所述控制部对所述扫描仪进行控制。

6.根据权利要求1所述的核医学诊断装置，其特征在于，

所述控制部将所述直径设定为与针对所述被检体的X射线计算机断层摄影中的摄像视野的直径相等。

7.一种医用数据处理装置，其特征在于，具备：

存储部，存储伴随着对在载置于顶板的被检体内产生的放射线进行检测的扫描而产生的放射线检测数据；

控制部，基于将检测所述放射线的多个检测器沿所述顶板的长轴方向配置而得到的轴长、将所述检测器配置于所述顶板的周围而得到的环直径、针对所述被检体的摄像视野的直径、以及所述放射线的飞行时间的时间分辨率，计算用于确定所述放射线的产生点的同时计数时间宽度；以及

数据处理部，基于所述放射线检测数据和所述同时计数时间宽度，产生投放到所述被检体内的放射性核素的分布图像。