CN105814454B - 用于重建pet图像的重建装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于重建PET图像的重建装置(9)。第一探测器(3)生成第一探测事件和被分配给所述第一探测事件的探测时间；并且第二探测器(6)生成第二探测事件和被分配给所述第二探测事件的探测时间。定时窗口确定单元(11)基于所述第二探测器相对于所述第一探测器的位置通过提供第一‑第二上阈值来提供第一‑第二定时窗口；并且探测事件对生成单元(12)基于所提供的第一‑第二定时窗口来生成第一‑第二探测事件对，其中，所述第一‑第二探测事件对用于重建所述PET图像。取决于所述第二探测器的位置而提供所述第一‑第二定时窗口引起第一‑第二探测事件对的改善生成，这继而引起改善的PET图像。
Description
技术领域
本发明涉及用于重建正电子发射断层摄影(PET)图像的重建装置、重建方法以及重建计算机程序。本发明还涉及包括重建装置的PET系统和对应的PET方法以及PET计算机程序。
背景技术
US 2003/0036700 A1公开了一种用于获得身体内的身体部分的图像的系统，其中，已经通过静脉将包括铟-III的放射性示踪物施予到身体，使得放射性示踪物优先在所述身体部分中累积。所述系统包括：第一伽马射线传感器，其被配置为探测由铟-III发出的瞬发伽马射线，其中，所述第一伽马射线传感器被定位在身体的外部；以及第二伽马射线传感器，其被配置为探测由铟-III发出的瞬发伽马射线，其中，所述第二伽马射线传感器被定位在身体内部或者被定位在体孔内或体腔内。
WO 2007/0821126 A2公开了一种飞行时间成像装置，其中，所述装置包括：a)窗口生成器，其基于对象的轮廓和成像系统的固有分辨率生成动态接受窗口；b)多个辐射探测器，其生成指示每个辐射事件探测的信号；以及c)响应线处理器，其识别连接对应于共同辐射事件的一对辐射探测的空间响应线。所述装置还包括：d)开窗口部件，其通过使用动态接受窗口过滤辐射事件探测；以及e)重建引擎，其基于剩余的未过滤的辐射事件探测来重建图像。
US2007/0106154公开了一种用于以降低的时间重合窗口限制采集PET图像的系统。就此，获得在辐射视场(FOV)内患者的初步图像。基于所述初步图像来确定所述患者在所述FOV内的空间定位，并且基于针对被相对设置的探测器的每个可能对的所述患者的所述空间定位来计算不同的时间重合窗口。利用所述系统扫描所述患者以探测由湮灭事件产生的一对伽马光子。确定对所述一对伽马光子的所述探测是否发生在所述时间重合窗口内，并且仅在对所述伽马光子的所述探测发生在所述时间重合窗口内时接受探测到的事件。计算接受的湮灭事件的空间定位，并且将其添加到存储的表示所述患者中的放射性分布的计算出的湮灭事件空间定位的分布。
PET系统可以包括外部探测器环和要被引入到人体内的PET内探头。当对应的放射性同位素由于正电子发射而衰减时，外部探测器环和PET内探头适于探测在人体内生成的伽马射线光子。当正电子被原子核发出时，几乎立即发现电子，并且该对湮灭，将这两个粒子的质能转换成以相反方向行进的伽马射线光子。在两个探测器元件中实质上同时探测到这些伽马射线光子将辐射源(即，放射性同位素)置于连接这两个探测器元件的线上，其中，如果在各自的探测时间之间的差小于预设阈值，则认为两个伽马射线光子是同时探测到的。探测到很多重合的伽马射线光子以及因此对应的上面布置有辐射源的线，其中，这些线能够用于重建PET图像。然而，例如与磁共振(MR)图像或计算机断层摄影(CT)图像相比，PET图像的质量可能相对较低。
发明内容
本发明的目标是提供用于重建具有改善质量的PET图像的重建装置、重建方法以及重建计算机程序。本发明的另外的目的是提供包括重建装置的PET系统和对应的PET方法以及PET计算机程序。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于重建目标的PET图像的重建装置，所述重建装置适于基于由PET系统的PET数据采集装置生成的探测事件和被分配给所述探测事件的探测时间来重建所述PET图像，其中，所述PET数据采集装置包括：
-第一探测器，其具有第一探测器元件，所述第一探测器元件用于探测由被定位在所述目标内的辐射源发出的光子，并且用于生成指示探测到光子的第一探测事件和被分配给所述第一探测事件的探测时间；
-第二探测器，其具有第二探测器元件，所述第二探测器元件用于探测由所述辐射源发出的光子，并且用于生成指示探测到光子的第二探测事件和被分配给所述第二探测事件的探测时间；
其中，所述重建装置包括：
-位置提供单元，其用于提供所述第二探测器相对于所述第一探测器的位置；
-定时窗口确定单元，其用于通过提供第一-第二上阈值来提供第一-第二定时窗口，其中，所述第一-第二定时窗口是基于所述第二探测器相对于所述第一探测器的所述位置来提供的；
-探测事件对生成单元，其用于基于所提供的第一-第二定时窗口来生成第一-第二探测事件对，其中，第一-第二探测事件对包括第一探测事件和第二探测事件，探测时间已经被分配给所述第一探测事件和所述第二探测事件，所述第一探测事件的探测时间与所述第二探测事件的探测时间的差等于或小于所述第一-第二上阈值；以及
-重建单元，其用于基于所生成的第一-第二探测事件对来重建所述PET图像。
由于提供了第二探测器相对于第一探测器的位置(即，第二探测器的定位和取向)，并且由于基于所提供的第二探测器的位置而提供了第一-第二定时窗口，因此能够裁剪第一-第二定时窗口到第二探测器的当前位置。例如，能够裁剪第一-第二定时窗口，使得在被分配给第二探测事件和第一探测事件的探测时间之间的差在第一-第二定时窗口内，所述差对应于由相同衰减事件引起的光子，其在鉴于对应的第一探测器元件与第二探测器元件之间的当前空间关系时是最可能的。这种对第一-第二定时窗口的改善裁剪能够引起第一-第二探测事件对的改善的生成，这继而能够引起改善的PET图像。
第一探测器优选是外部探测器，其适于在目标外部使用，并且第一探测器元件优选是外部探测器元件。第二探测器优选是内部探测器，其适于在目标内使用。在一实施例中，外部探测器是围绕检查区域的外部探测器环，并且第二探测器是在检查区内的内部探测器，其中，内部探测器能够适于被布置在目标内或在目标外部。
在一实施例中，所述定时窗口确定单元适于通过进一步提供第一-第二下阈值来提供所述第一-第二定时窗口，其中，第一-第二探测事件对包括第二探测事件和第一探测事件，探测时间已经被分配给所述第二探测事件和所述第一探测事件，所述第二探测事件的探测时间与所述第一探测事件的探测时间的差等于或小于所述第一-第二上阈值并且等于或大于所述第一-第二下阈值。也基于下阈值生成探测事件对能够进一步改善生成这些对的准确度，并且最终引起进一步改善的PET图像的质量。
所述重建装置可以还包括感兴趣区域提供单元，所述感兴趣区域提供单元用于提供在应当由所述PET图像示出的在所述目标内的感兴趣区域，其中，所述定时窗口确定单元适于基于所提供的感兴趣区域来确定所述第一-第二定时窗口。尤其地，感兴趣区域可以被视为定义能够同时生成光子对的区域，其中，关于可能的发出区域的延伸的这一认知能够因此用于裁剪第一-第二定时窗口。这能够进一步改善生成探测事件对的准确度，并且最终引起进一步改善的PET图像的质量。
所提供的第二探测器的位置定义所述第二探测器元件相对于所述第一探测器元件的位置，其中，所述定时窗口确定单元适于取决于各自的第一探测器元件的位置相对于各自的第二探测器元件的位置而提供各自的第一-第二定时窗口，所述各自的第一探测器元件的位置和所述各自的第二探测器元件的位置已经被用于生成各自的第一探测事件和各自的第二探测事件，其中，所述探测事件对生成单元能够适于使用各自的第一-第二定时窗口来确定各自的第一探测事件和各自的第二探测事件是否形成第一-第二探测事件对。因此，第一-第二定时窗口可以适于各自的探测器元件对，从而允许对第一-第二定时窗口的进一步改善的裁剪，这继而可以引起进一步改善的最终重建的PET图像的质量。
所述定时窗口确定单元可以适于取决于各自的第一探测器元件的位置与各自的第二探测器元件的位置之间的距离而提供各自的第一-第二上阈值。此外，所述定时窗口确定单元可以适于基于沿着连接各自的第二探测器元件与各自的第一探测器元件的线所提供的感兴趣区域的边界来提供各自的第一-第二定时窗口。这也能够引起对所述第一-第二定时窗口的进一步改善的裁剪，并且因此最终引起具有进一步改善的图像质量的PET图像。
在优选实施例中，所述位置提供单元适于基于图像并且基于第一探测器与另外的成像系统之间的已知的空间关系来提供所述第二探测器相对于所述第一探测器的位置，所述图像由与所述PET系统集成的另外的成像系统(如，MR或CT系统)生成并示出所述第二探测器，所述空间关系例如可以根据先前的校准步骤获知。在另外的实施例中，所述位置提供单元适于基于光子来提供所述第二探测器相对于所述第一探测器的位置，所述光子已经由所述第二探测器的PET标记发出，并且已经被所述第一探测器探测到。这些技术允许非常准确地确定所述第二探测器的位置，这继而允许非常准确地裁剪第一-第二定时窗口，并且因此进一步改善PET图像的质量。
优选地，所述定时窗口确定单元还适于通过提供第一-第一上阈值来提供第一-第一定时窗口；其中，所述探测事件对生成单元适于基于所提供的第一-第一定时窗口来生成第一-第一探测事件对，其中，第一-第一探测事件对包括第一探测事件，探测时间已经被分配给所述第一探测事件，所述第一探测事件的探测时间的差等于或小于所述第一-第一上阈值；并且所述重建单元适于基于所生成的第一-第二探测事件对和第一-第一探测事件对来重建所述PET图像。此外，所述定时窗口确定单元可以适于通过进一步提供第一-第一下阈值来提供第一-第一定时窗口，其中，第一-第一探测事件对包括第一探测事件，探测时间已经被分配给所述第一探测事件，所述第一探测事件的探测时间的差等于或小于所述第一-第一上阈值并且等于或大于所述第一-第一下阈值。此外，所述定时窗口确定单元可以适于基于所提供的感兴趣区域来确定所述第一-第一定时窗口。在一实施例中，所述定时窗口确定单元适于取决于各自的第一探测器元件的位置和各自的另外的第一探测器元件的位置来提供各自的第一-第一定时窗口，所述各自的第一探测器元件的位置和所述各自的另外的第一探测器元件的位置已经被用于生成各自的第一探测事件和各自的另外的第一探测事件，其中，探测事件对生成单元适于使用各自的第一-第一定时窗口来确定各自的第一探测事件和各自的另外的第一探测事件是否形成第一-第一探测事件对。尤其地，所述定时窗口确定单元能够适于基于沿着连接各自的第一探测器元件与各自的另外的第一探测器元件的线的感兴趣区域的边界来提供各自的第一-第一定时窗口。这能够引起裁剪第一-第一定时窗口，其能够改善生成第一-第一探测事件对，并且因此能够改善最终的PET图像。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于生成目标的PET图像的PET系统，其中，所述PET系统包括：
-PET数据采集装置，其具有：
-第一探测器，其具有第一探测器元件，所述第一探测器元件用于探测由被定位在所述目标内的辐射源发出的光子，并且用于生成指示探测到光子的第一探测事件和被分配给所述第一探测事件的探测时间；
-第二探测器，其具有第二探测器元件，所述第二探测器元件用于探测由所述辐射源发出的光子，并且用于生成指示探测到光子的第二探测事件和被分配给所述第二探测事件的探测时间；
-根据权利要求1所述的重建装置，其用于重建PET图像。
所述第二探测器可以适于被引入到所述目标内，以探测在所述目标内部的光子。尤其地，所述第二探测器可以被视为PET内探头。在另一实施例中，所述第二探测器可以适于被布置在目标的外表面上。如果第二探测器被布置在这些定位处，则能够由相对靠近已经生成光子的定位处的第二探测器探测到光子。这能够引起改善的探测光子的质量，这是因为例如能够降低在从放射性同位素到第二探测器行进的同时被散射和/或被吸收的可能性。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于重建目标的PET图像的重建方法，所述重建方法适于基于由PET系统的PET数据采集装置生成的探测事件和被分配给所述探测事件的探测时间来重建所述PET图像，其中，所述PET数据采集装置包括：
-第一探测器，其具有第一探测器元件，所述第一探测器元件用于探测由被定位在所述目标内的辐射源发出的光子，并且用于生成指示探测到光子的第一探测事件和被分配给所述第一探测事件的探测时间；
-第二探测器，其具有第二探测器元件，所述第二探测器元件用于探测由所述辐射源发出的光子，并且用于生成指示探测到光子的第二探测事件和被分配给所述第二探测事件的探测时间；
其中，，所述重建方法包括：
-由位置提供单元提供所述第二探测器相对于所述第一探测器的位置；
-由定时窗口确定单元通过提供第一-第二上阈值来提供第一-第二定时窗口，其中，所述第一-第二定时窗口是基于所述第二探测器的所述位置来提供的；
-由探测事件对生成单元基于所提供的第一-第二定时窗口来生成第一-第二探测事件对，其中，第一-第二探测事件对包括第二探测事件和第一探测事件，探测时间已经被分配给所述第二探测事件和所述第一探测事件，所述第二探测事件的探测时间与所述第一探测事件的探测时间的差等于或小于所述第一-第二上阈值；并且
-由重建单元基于所生成的第一-第二探测事件对来重建所述PET图像。
在本发明的另外的方面中，提出了一种用于生成目标的PET图像的PET方法，所述PET方法包括：
-由第一探测器的第一探测器元件探测由被定位在所述目标内的辐射源发出的光子，并且生成指示探测到光子的第一探测事件和被分配给所述第一探测事件的探测时间；
-由第二探测器的第二探测器元件探测由所述辐射源发出的光子，并且生成指示探测到光子的第二探测事件和被分配给所述第二探测事件的探测时间；
-根据权利要求12所述的用于重建PET图像的重建方法的步骤。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于重建目标的PET图像的重建计算机程序，其中，所述计算机程序包括程序代码单元，所述计算机程序用于当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的重建装置的计算机上运行时令所述重建装置执行根据权利要求12所述的重建方法的步骤。
在本发明的另外的方面中，提出了一种用于生成目标的PET图像的PET计算机程序，其中，所述计算机程序包括程序代码单元，所述计算机程序用于当所述计算机程序在控制根据权利要求10所述的PET系统的计算机上运行时令所述PET系统执行根据权利要求13所述的PET方法的步骤。
应当理解，权利要求1所述的重建装置、权利要求10所述的PET系统、权利要求12所述的重建方法、权利要求13所述的PET方法、权利要求14所述的重建计算机程序以及权利要求15所述的PET计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，尤其是如从属权利要求中所定义的。
应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求或以上实施例与各自的独立权利要求的任何组合。
参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其它方面将是明显的并且得到阐明。
附图说明
在以下附图中：
图1示意性且示范性地示出了PET/MR系统的实施例；
图2示意性且示范性地示出了PET/MR系统的外部探测器环的外部探测器元件与内部探测器的内部探测器元件之间的距离；
图3示意性且示范性地图示了沿着重合线(LOC)在PET/MR系统的外部探测器环的外部探测器元件与内部探测器的内部探测器元件之间的距离；
图4示意性且示范性地图示了减小的飞行时间(TOF)窗口；并且
图5示出了示范性地图示PET/MR方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1示意性且示范性地示出了组合的PET/MR系统的实施例，所述组合的PET/MR系统用于生成位于支撑器件4(如，桌台)上的人5的PET图像和MR图像。PET系统1包括PET数据采集装置2，所述PET数据采集装置2包括：第一探测器3，其具有第一探测器元件，所述第一探测器3用于探测由被定位在人体5内的辐射源发出的光子，并且用于生成指示探测到光子的第一探测事件和被分配给第一探测事件的探测时间。PET数据采集装置2还包括：第二探测器6，其具有第二探测器元件，所述第二探测器6用于探测由被定位在人体5内的辐射源发出的光子，并且用于生成指示探测到光子的第二探测事件和被分配给第二探测事件的探测时间。第一探测器和第二探测器优选包括用于探测光子的固态探测器元件。
在该实施例中，第一探测器3是外部探测器环，并且第一探测器元件18是外部探测器元件，其中，外部探测器环3围绕检查区域，并且第二探测器6是内部探测器，并且第二探测器元件19是内部探测器元件，其中，内部探测器6适于探测在外部探测器环3内部的光子。因此，第一探测事件能够被视为是外部探测事件，并且第二探测事件能够被视为内部探测事件。
辐射源包括放射性核素，如氟脱氧葡萄糖(FDG)、碳-11、氮-13、氧-15等。放射性核素已经被施予(例如，注射或口服)给人5，并且至少在感兴趣区域7(在该实施例中是人5的前列腺)中聚集。
PET/MR系统1还包括重建装置9，所述重建装置9包括：位置提供单元10，其用于提供内部探测器6在人体5内相对于外部探测器环3的位置(即，定位和取向)；以及定时窗口确定单元11，其用于基于内部探测器6的位置来提供第一-第二定时窗口，并且用于提供第一-第一定时窗口。第一-第二定时窗口定义第一-第二探测事件对，其中，第一-第二探测事件对包括第二探测事件和第一探测事件，并且其中，被分配给第二探测事件和第一探测事件的探测时间之间的差等于或小于第一-第二定时窗口的上阈值。第一-第一定时窗口定义第一-第一探测事件对，其中，第一-第一探测事件对包括第一探测事件，并且其中，被分配给第一探测事件的探测时间之间的差等于或小于第一-第一定时窗口的上阈值。
由于在该实施例中第一探测器3是外部探测器环而第二探测器6是内部探测器，因此第一-第二定时窗口能够被视为外-内定时窗口，而第一-第一定时窗口能够被视为外-外定时窗口。因此，第一-第二探测事件对能够被视为外-内探测事件对，而第一-第一探测事件对能够被视为外-外探测事件对。
重建装置9还包括：探测事件对生成单元12，其用于基于所提供的外-内定时窗口和所提供的外-外定时窗口来生成外-内探测事件对和外-外探测事件对；以及重建单元13，其用于基于所生成的外-内探测事件对和外-外探测事件对(即，基于由各自的探测事件对定义的LOC)来重建所述PET图像。
PET/MR系统还包括MR数据采集装置23以采集MR数据，所述MR数据能够由重建单元13使用以重建MR图像。支撑器件4优选地能在图1中由双箭头24所指示的纵向方向上移动，使得感兴趣区域7能够从外部PET探测器环3移动到MR数据采集装置23，并且反之亦然，以便采集PET数据和MR数据并重建感兴趣区域7的PET图像和MR图像。此外，在该实施例中，内部探测器6还包括用于生成MR数据的线圈，所述MR数据也能够由重建单元13使用以重建MR图像。MR数据采集装置23、外部PET探测器环3和具有内部PET探测器元件和用于生成MR数据的线圈的内部探测器6能够被配置为如例如在以下文章中所公开的：M.D.Schnall等人的“Prostate:MR imaging with an endorectal surface coil”(Radiology，第172卷，第2期，第570-574页，1989年)，该文章描述了包括内线圈的MR数据采集装置，并且该文章通过引用被并入本文；E.Garutti等人的“Single channel optimization for an endoscopictime-of-flight positron emission tomography detector”(IEEE Nuclear ScienceSymposium，医学成像会议，第54卷，2011年)，该文章描述了外部PET探测器环和PET内探头的组合，并且该文章也通过引用被并入本文。所公开的内线圈和所公开的PET内探头能够被集成，即，例如，被放到一起，以提供组合的PET/MR内探头。PET/MR内探头当然也可以以另一方式来构造。例如，所公开的PET内探头可以被装备有PET探测器元件，或者PET内探头可以被装备有线圈以提供组合的PET/MR内探头。
所提供的内部探测器6的位置定义内部探测器元件相对于外部探测器元件的位置，其中，定时窗口确定单元11优选地适于取决于各自的外部探测器元件的位置和各自的内部探测器元件的位置而提供各自的外-内定时窗口，所述各自的外部探测器元件的位置和所述各自的内部探测器元件的位置已经被用于生成各自的外部探测事件和各自的内部探测事件，其中，探测事件对生成单元12优选地适于使用各自的外-内定时窗口以确定各自的外部探测事件和各自的内部探测事件是否形成外-内探测事件对。尤其地，定时窗口确定单元11能够适于取决于各自的外部探测器元件的位置与各自的内部探测器元件的位置之间的距离而提供各自的外-内定时窗口。在下文中，将参考图2对其进行图示。
在图2中，在感兴趣区域7内已经生成了一对光子，所述一对光子可以由外部探测器元件在位置DR处探测到并由内部探测器元件在位置DP处探测到，其中，LOC 30连接两个探测器元件。外-内定时窗口的上阈值然后可以由以下等式定义：
其中，指代各自的外部探测器元件与各自的内部探测器元件之间的距离，c指代光速，并且Δt指代测量不精确度，其可以通过校准进行确定。在图2中，十字17指代外部环探测器3的中央。应当指出，在图2中，在位置DR和DP处的点仅是虚拟点，并且仅用于指示各自的位置。
将外-内定时窗口裁剪到内部探测器6的特性，即，特别是裁剪到内部探测器6的位置，其中，外-外定时窗口优选地大于外-内定时窗口。由于位置提供单元10确定内部探测器6的定位和取向，即，内部探测器6在由外部探测器环3定义的环坐标系中的定位和取向，因此能够根据如以上参考等式(1)所描述的在位置DR处的各自的外部探测器元件与在位置DP处的各自的内部探测器元件之间的距离将外-内定时窗口独立地整形到每个LOC。而且，能够独立地裁剪外-外定时窗口，即，针对每个环-环LOC，能够提供独立的外-外定时窗口。尤其地，各自的外-外定时窗口可以取决于外部探测器环3的已经探测到的各自的光子对的各自的外部探测器元件之间的距离。而且，能够如以上在等式(1)中所描述的关于外-内定时窗口来定义外-外定时窗口的上阈值，即，外-外定时窗口的上阈值也能够被定义为a)由光速除以的外部探测器环的各自的外部探测器元件之间的各自距离与b)测量的不精确度之和。
PET/MR系统还包括感兴趣区域提供单元14，所述感兴趣区域提供单元用于提供应当由PET图像示出的人体5内的感兴趣区域，其中，定时窗口确定单元11能够适于也基于所提供的感兴趣区域来确定外-内定时窗口和外-外定时窗口。在该实施例中，感兴趣区域是前列腺7，并且感兴趣区域提供单元14适于在MR图像内分割前列腺7以提供感兴趣区域。
各自的定时窗口能够被进一步窄化，使得能够通过裁剪各自的定时窗口到从感兴趣区域7(其可以被视为预定义的感兴趣区域)内部的事件发出光子的到达时间差来改善随机重合拒绝。如果在提供定时窗口的同时考虑感兴趣区域7，则优选地通过上限并也通过下限表征各自的定时窗口，所述上限和所述下限是感兴趣区域关于重合探测器元件的离心率的函数。这将在下文中参考图3更加详细地进行解释。
图3示意性且示范性图示了外部探测器元件18和内部探测器元件19，所述外部探测器元件18和所述内部探测器元件19探测在感兴趣区域7内生成的光子并沿着LOC 21行进。在探测时间之间的最大可能差和最小可能差能够由以下等式定义：
以及
在这些等式中，Δt最大指代在探测时间之间的最大可能差，其被分配给由外部探测器元件18和内部探测器元件19生成的探测事件，并且对应于感兴趣区域7内的衰减事件；Δt最小指代在探测时间之间的最小可能差，其被分配给由外部探测器元件18和内部探测器元件19生成的探测事件，并且对应于感兴趣区域7内的衰减事件；L2指代在环探测器元件18与感兴趣区域7之间沿着LOC 21的最大距离；L4指代在感兴趣区域7与内部探测器元件19之间沿着LOC 21的最小距离；L1指代在外部探测器元件18与感兴趣区域7之间沿着LOC 21的最小距离；L3指代在感兴趣区域7与内部探测器元件19之间沿着LOC 21的最大距离；并且c指代光子速度。能够通过以下等式定义外-内定时窗口τP的上限和下限，即，外-内下阈值和外-内上阈值：
Δt最小-Δt≤τP≤Δt最大+Δt (4)，
其中，Δt再次指代测量不精确度。因此，能够基于沿着连接各自的内部探测器元件19与各自的外部探测器元件18的各自的LOC 21的感兴趣区域7的边界，即，基于这些边界以及各自的内部探测器元件19和各自的外部探测器元件18之间的距离，确定外-内下阈值和外-内上阈值，即，各自的外-内定时窗口。而且，可以基于沿着在该情况中连接各自的外部探测器元件与各自的另外的外部探测器元件的LOC的感兴趣区域的边界来提供外-外定时窗口。因此，也能够基于感兴趣区域7与外部探测器环3的各自的外部探测器元件之间的最小距离和最大距离来确定外-外下阈值和外-外上阈值，类似于如以上参考等式(2)至(4)和图3所描述的对外-内下阈值和外-内上阈值的确定。
重建单元13能够适于通过使用已知的PET重建算法(特别是通过使用TOF重建算法)基于所生成的外-内探测事件对和外-外探测事件对来重建PET图像。如果将TOF重建算法应用于外-内探测事件对和外-外探测事件对，则所分配的探测时间不仅用于确定探测到的光子是否由相同的衰减事件引起，而且所述探测时间也用于基于探测时间的差来估计沿着各自的LOC的衰减事件的位置。例如，如果被分配到探测事件对的探测事件的探测时间相等，则能够假设对应的衰减事件可能被集中地定位在各自的LOC上，而如果探测时间极为不同，则能够假设衰减事件被定位在各自的LOC上，可能更靠近探测器元件中已经生成各自对的探测事件的探测器元件。在TOF期间，重建概率函数41(尤其是Gaussian函数)用于指示衰减事件沿着LOC 21被定位在各自的定位的概率，如图4所图示的。各自的概率函数41的最大值被布置在由定义各自的LOC 21的探测事件的探测时间之间的差定义的定位34处。概率函数41还由形成各自的LOC 21的各自的内部探测器元件19和各自的外部探测器元件的位置定义，这是因为各自的衰减事件当然仅能够被定位在各自的内部探测器元件19与各自的外部探测器元件之间而不是在例如区域40内。概率函数41定义沿着各自的LOC 21的部分d，其中，能够定位各自的衰减事件。TOF重建优选使用后向投影算法，其中，在后向投影期间，值仅被投影到利用各自的概率函数41加权的各自的部分d中。关于TOF重建的更多细节可以参考D.L.Snyder DL和D.G.Politte的“Image Reconstruction from List-Mode Data in anEmission Tomography System Having Time-of-Flight Measurements”(IEEETransactions on Nuclear Science，第30卷，第1843–1849页，1983年)，其通过引用被并入本文。
PET/MR系统1优选地适于完全重合地进行操作，即，来自外部环3和内部探测器6两者的任何两个探测器元件被允许成对重合。经裁剪地相对窄的外-内定时窗口以及外-外定时窗口能够允许更好地拒绝随机重合探测事件。
PET/MR系统1还包括：显示器16，其用于显示PET图像和MR图像；以及输入单元15(如键盘、计算机鼠标、触摸板等)，其用于将如开始PET数据采集和/或MR数据采集的命令输入到PET/MR系统1中。
在另一实施例中，PET/MR系统1的PET数据采集部分和PET图像重建部分可以形成单独的PET系统，而不与MR系统集成。此外，在一实施例中，PET系统可以与不是MR成像模态的另一成像模态集成，例如，CT成像模态。
在下文中，将参考图5中示出的流程图来描述PET/MR方法。
在步骤101中，MR数据采集装置用于生成人体内的感兴趣区域的MR数据，其中，所采集的MR数据用于重建人体内的感兴趣区域的MR图像。在步骤102中，PET数据采集装置用于生成PET数据。尤其地，指示探测到光子的外部探测事件和被分配给外部探测事件的探测时间由PET数据采集装置的外部探测器环的外部探测器元件生成。此外，指示探测到光子的内部探测事件和被分配给内部探测事件的探测时间由PET数据采集装置的内部探测器的内部探测器元件生成。
在步骤103中，由位置提供单元提供内部探测器的位置，尤其是内部探测器相对于外部探测器环的定位和取向。优选地，在经重建的MR图像中分割内部探测器以在外部探测环内确定内部探测器的位置。尤其地，通过在经重建的MR图像中分割内部探测器，知晓在由MR系统定义的MR坐标系中的内部探测器的位置，特别是内部探测器元件的位置。此外，可以通过校准提前定义在MR坐标系与外部PET探测器坐标系之间的变换，这允许基于经重建的MR图像和在MR坐标系与外部PET探测器环坐标系之间的变换来确定内部探测器元件相对于外部探测器元件的位置。在其它实施例中，内部探测器可以被装备有MR标记，特别是被装备有至少三个MR标记，所述标记在MR图像中是可见的，并且能够由位置提供单元使用以确定内部探测器相对于外部探测器的位置。在另外的实施例中，还能够通过使用其它位置提供单元(如电磁或光学形状感测位置提供单元)来确定内部探测器的位置，其中，基于各自的内部探测器元件的各自的坐标以及在位置提供单元与外部探测器环之间预定的空间关系能够确定各自的内部探测器元件相对于各自的外部探测器元件的位置。
在步骤104中，由定时窗口确定单元基于内部探测器的位置来提供外-内定时窗口和/或外-外定时窗口。在步骤105中，由探测事件对生成单元基于所提供的外-内定时窗口和所提供的外-外定时窗口来生成外-内探测事件对和外-外探测事件对，并且在步骤106中，由重建单元基于所生成的外-内探测事件对和外-外探测事件对来重建PET图像。在步骤107中，在显示器16上示出MR图像和PET图像，例如作为重叠的图像或并排的图像。步骤103至106能够被视为用于重建PET图像的重建方法的步骤。
为了裁剪外-内定时窗口，使用内部探测器相对于外部探测器环的位置，即，定位和取向。尽管在以上参考图1所描述的实施例中MR图像已经用于确定内部探测器的位置，但是在另一实施例中也能够使用另一技术来确定内部探测器相对于外部探测器环的位置。例如，内部探测器能够包括在内部探测器上和/或内部的已知定位处的PET标记，其中，PET标记(其也可以被视为是形成信任“信标”的PET示踪物)发出光子对，所述光子对能够由外部探测器环探测到，以基于探测到的光子来确定内部探测器相对于外部探测环的位置。也能够使用另一跟踪技术来确定内部探头的位置，如上所述的电磁或光学形状感测跟踪技术。可以在不同时间点处执行对内部探测器的位置确定，以便考虑内部探测器相对于外部探测器环的可能运动，其中，所述运动可以是人体内运动或整个人体的运动。
尽管在以上参考图1所描述的实施例中内部探测器是要被定位在人体内的内探头，但是在另一实施例中内部探测器也能够是另一种种探测器，所述另一种探测器适于被布置在外部探测器环内。例如，内部探测器能够适于被布置在人体的外表面上。在一实施例中，数字PET探测器元件的跟踪补丁被安置在人体的外表面的部分上，所述跟踪补丁靠近感兴趣区域，尤其是靠近目标器官。而且，在该实施例中，可以通过使用成像模态(如，MR成像模态)、被附接到内部探测器上的PET标记、电磁跟踪、光学形状感测跟踪等来跟踪内部探测器。
内部探测器可以适于被放置在直肠或阴道中，以便获得周围组织的高质量图像。上述系统可以适于确定例如前列腺、直肠、肛门、子宫颈等的癌症的扩展程度和局部侵入。
尽管在上述实施例中已经描述了确定外-外定时窗口的某些方式，但是在其它实施例中能够以另一方式提供外-外定时窗口。例如，能够为所有外-外LOC提供恒定的预定外-外定时窗口。
尽管在上述实施例中第一探测器是外部探测器环并且第二探测器是在外部探测器环内的内部探测器，但是在其它实施例中第一探测器和第二探测器也能够是其它探测器。例如，第一探测器和第二探测器能够是两个平板探测器，如正电子发射乳腺摄影系统，其可以被布置在人体的外部在人的相对两侧。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。
单个单元或设备可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
由一个或多个单元或设备执行的流程能够由任何其它数量的单元或设备来执行，所述流程如提供内部探测器的正电子、提供定时窗口、生成探测事件对、重建图像等。例如，步骤103至106能够由单个单元或由任何其它数量的不同单元来执行。根据PET/MR方法的PET/MR系统这些流程和/或控制和/或根据PET方法的PET系统的控制和/或根据用于重建PET图像的重建方法对用于重建PET图像的重建装置的控制能够被实施为计算机程序的程序代码单元和/或被实施为专用硬件。
标准的PET重合逻辑可以被实施在硬件中，并且可以在用于定时窗口的固定且预设的固件值上操作，所述标准的PET重合逻辑能够被扩大以允许依赖LOC的外-内定时窗口和/或外-外定时窗口。例如，用于定时窗口的预设值能够不变，并且为了获得依赖LOC的外-内定时窗口和/或外-外定时窗口，对定时窗口的裁剪能够被实施在软件中并且在重建期间(即，在执行上述重建方法期间)进行应用。以此方式，能够总是执行标准的PET重建，并且能够任选地进行对定时窗口的裁剪。由于对定时窗口的裁剪引起较小的定时窗口，因此标准的基于硬件的重合性定时电路不能丢弃裁剪步骤将包括的事件。重合光子对的定时信息对于经裁剪的开窗口是必要的，并且通常在PET数据(其一般是列表模式的数据)中可用的。因此，对定时窗口的裁剪能够被执行作为单独的额外数据准备步骤，并且被添加到重建管线上。
计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
本发明涉及用于重建PET图像的重建装置。第一探测器生成第一探测事件和被分配给所述第一探测事件的探测时间；并且第二探测器生成第二探测事件和被分配给所述第二探测事件的探测时间。定时窗口确定单元基于所述第二探测器相对于所述第一探测器的位置，通过提供第一-第二上阈值来提供第一-第二定时窗口，并且探测事件对生成单元基于所提供的第一-第二定时窗口来生成第一-第二探测事件对，其中，所述第一-第二探测事件对用于重建所述PET图像。取决于所述第二探测器的位置提供所述第一-第二定时窗口可以引起第一-第二探测事件对的改善生成，其继而能够引起改善的PET图像。
Claims (11)
1.一种用于生成目标的PET图像的PET系统(1)，所述PET系统(1)包括：
PET数据采集装置(2)，其具有：
第一探测器(3)，其具有第一探测器元件(18)，所述第一探测器元件用于探测由被定位在所述目标(5)内的辐射源发出的光子，并且用于生成指示探测到光子的第一探测事件和被分配给所述第一探测事件的探测时间，其中，所述第一探测器(3)是外部探测器环，并且所述第一探测器元件(18)是外部探测器元件，并且其中，所述外部探测器环围绕检查区域；
第二探测器(6)，其具有第二探测器元件(19)，所述第二探测器元件用于探测由所述辐射源发出的光子，并且用于生成指示探测到光子的第二探测事件和被分配给所述第二探测事件的探测时间，其中，所述第二探测器(6)是内部探测器，并且所述第二探测器元件(19)是内部探测器元件，并且其中，所述内部探测器适于探测所述外部探测器环内部的光子；
用于重建所述目标的PET图像的重建装置(9)，所述重建装置(9)适于基于由所述PET数据采集装置(2)生成的探测事件和被分配给所述探测事件的探测时间来重建所述PET图像，所述重建装置(9)包括：
位置提供单元(10)，其用于提供所述第二探测器(6)相对于所述第一探测器(3)的位置；
定时窗口确定单元(11)，其用于通过提供第一-第二上阈值来提供第一-第二定时窗口，其中，所述第一-第二定时窗口是基于所述第二探测器(6)相对于所述第一探测器(3)的所述位置来提供的；
探测事件对生成单元(12)，其用于基于所提供的第一-第二定时窗口来生成第一-第二探测事件对，其中，第一-第二探测事件对包括第一探测事件和第二探测事件，探测时间已经被分配给所述第一探测事件和所述第二探测事件，所述第一探测事件的探测时间与所述第二探测事件的探测时间的差等于或小于所述第一-第二上阈值；以及
重建单元(13)，其用于基于所生成的第一-第二探测事件对来重建所述PET图像。
2.根据权利要求1所述的PET系统，其中，所述定时窗口确定单元(11)适于通过进一步提供第一-第二下阈值来提供所述第一-第二定时窗口，其中，第一-第二探测事件对包括第二探测事件和第一探测事件，探测时间已经被分配给所述第二探测事件和所述第一探测事件，所述第二探测事件的探测时间与所述第一探测事件的探测时间的差等于或小于所述第一-第二上阈值并且等于或大于所述第一-第二下阈值。
3.根据权利要求1所述的PET系统，其中，所述重建装置(9)还包括感兴趣区域提供单元(14)，所述感兴趣区域提供单元用于提供在应当由所述PET图像示出的所述目标(5)内的感兴趣区域，其中，所述定时窗口确定单元(11)适于基于所提供的感兴趣区域来确定所述第一-第二定时窗口。
4.根据权利要求1所述的PET系统，其中，所提供的所述第二探测器(6)的位置定义所述第二探测器元件(19)相对于所述第一探测器元件(18)的位置，其中，所述定时窗口确定单元(11)适于取决于各自的第一探测器元件(18)的位置相对于各自的第二探测器元件(19)的位置而提供各自的第一-第二定时窗口，所述各自的第一探测器元件的位置和所述各自的第二探测器元件的位置已经被用于生成各自的第一探测事件和各自的第二探测事件，其中，所述探测事件对生成单元(12)适于使用所述各自的第一-第二定时窗口来确定所述各自的第一探测事件和所述各自的第二探测事件是否形成第一-第二探测事件对。
5.根据权利要求4所述的PET系统，其中，所述定时窗口确定单元(11)适于取决于所述各自的第一探测器元件(18)的位置与所述各自的第二探测器元件(19)的位置之间的距离而提供各自的第一-第二上阈值。
6.根据权利要求4所述的PET系统，其中，所述PET系统(1)还包括感兴趣区域提供单元(14)，所述感兴趣区域提供单元用于提供应当由所述PET图像示出的所述目标(5)内的感兴趣区域，其中，所述定时窗口确定单元(11)适于基于沿着连接所述各自的第二探测器元件(19)与所述各自的第一探测器元件(18)的线的所述感兴趣区域的边界来提供各自的第一-第二定时窗口。
7.根据权利要求1所述的PET系统，其中，所述位置提供单元(10)适于基于图像来提供所述第二探测器(6)的位置，所述图像由与所述PET系统(1)集成的另外的成像系统生成并示出所述第二探测器(6)。
8.根据权利要求1所述的PET系统，其中，
所述定时窗口确定单元(11)还适于通过提供第一-第一上阈值来提供第一-第一定时窗口；
所述探测事件对生成单元(12)还适于基于所提供的第一-第一定时窗口来生成第一-第一探测事件对，其中，第一-第一探测事件对包括第一探测事件，探测时间已经被分配给所述第一探测事件，所述第一探测事件的探测时间的差等于或小于所述第一-第一上阈值；并且
所述重建单元(13)适于基于所生成的第一-第二探测事件对和第一-第一探测事件对来重建所述PET图像。
9.根据权利要求1所述的PET系统，其中，所述第二探测器(6)适于被引入到所述目标(5)中，以探测在所述目标(5)内部的光子。
10.一种用于生成目标的PET图像的PET方法，所述PET方法包括：
由第一探测器(3)的第一探测器元件(18)探测由被定位在所述目标(5)内的辐射源发出的光子，并且生成指示探测到光子的第一探测事件和被分配给所述第一探测事件的探测时间，其中，所述第一探测器(3)是外部探测器环，并且所述第一探测器元件(18)是外部探测器元件，并且其中，所述外部探测器环围绕检查区域；
由第二探测器(6)的第二探测器元件(19)探测由被定位在所述目标(5)内的所述辐射源发出的光子，并且生成指示探测到光子的第二探测事件和被分配给所述第二探测事件的探测时间，其中，所述第二探测器(6)是内部探测器，并且所述第二探测器元件(19)是内部探测器元件，并且其中，所述内部探测器适于探测所述外部探测器环内部的光子；
使用重建方法来重建所述目标的PET图像，所述重建方法适于基于所述第一和第二探测事件和所述探测时间来重建所述PET图像，并且包括如下步骤：
由位置提供单元(10)提供所述第二探测器(6)相对于所述第一探测器(3)的位置；
由定时窗口确定单元(11)通过提供第一-第二上阈值来提供第一-第二定时窗口，其中，所述第一-第二定时窗口是基于所述第二探测器(6)相对于所述第一探测器(3)的所述位置来提供的；
由探测事件对生成单元(12)基于所提供的第一-第二定时窗口来生成第一-第二探测事件对，其中，第一-第二探测事件对包括第二探测事件和第一探测事件，探测时间已经被分配给所述第二探测事件和所述第一探测事件，所述第二探测事件的探测时间与所述第一探测事件的探测时间的差等于或小于所述第一-第二上阈值；并且
由重建单元(13)基于所生成的第一-第二探测事件对来重建所述PET图像。
11.一种计算机可读介质，其存储有用于生成目标的PET图像的PET计算机程序，所述计算机程序包括程序代码单元，所述程序代码单元用于当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的PET系统(1)的计算机上运行时令所述PET系统(1)执行根据权利要求10所述的PET方法的步骤。
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