CN108697398A - 组合x射线和核成像 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于探测x射线量子和伽马量子的组合成像探测器(110)。所述组合成像探测器(110)适于同时探测伽马量子和x射线量子。所述组合成像探测器(110)包括沿辐射接收方向(116)以堆叠配置布置的x射线防散射栅格(111)、x射线闪烁体元件层(112)、第一光电探测器阵列(113)、伽马闪烁体元件层(114)以及第二光电探测器阵列(115)。所述x射线防散射栅格(111)包括多个隔板(117A、B、C)，所述多个隔板限定多个孔径(118)，所述多个孔径被配置为对从所述辐射接收方向(116)接收到的x射线量子和伽马量子两者进行准直，使得接收到的伽马量子仅被所述x射线防散射栅格(111)准直。使用所述x射线防散射栅格作为针对接收到的伽马量子的准直器得到明显更轻的组合成像探测器。
Description
技术领域
本发明涉及对x射线量子和伽马量子的探测。它可应用于医学领域，更具体地应用于医学成像和医学介入领域，并且可以用于例如提供感兴趣区域的x射线图像和对应的核图像。
背景技术
在各种医学成像过程中，提供感兴趣区域的x射线图像和核图像两者是有益的。x射线图像通常提供指示感兴趣区域的解剖结构的结构信息。基于探测到的伽马量子来生成核图像，其在本文中被定义为意指指示对象中的放射性示踪剂分布的图像。核图像可以例如是伽马闪烁扫描或SPECT图像，并且通常提供与感兴趣区域相关的功能或生理信息。两种不同的图像类型能够一起用于在医学研究期间改进对潜在病理学的识别。
各种医学过程也受益于x射线和核成像的组合。选择性内部放射疗法或SIRT是一种这样的医学过程，其中放射用于处置癌症。SIRT通常用于不可切除的癌症，即不能通过外科手术处置的癌症，并且涉及将放射性物质的微球注射到供应肿瘤的动脉中。肝肿瘤或转移瘤通常以这种方式处置。然而，在递送这样的处置中，需要许多工作流程步骤以便防止潜在的副作用。这些步骤可以包括在注射含钇-90的微球之前关闭非典型肺和胃肠分流。这防止放射性溃疡，否则其可能由施用的微球的肝外定位而被触发。为此目的，在微创过程期间在x射线引导下执行基于导管的血管盘绕。然后，可以通过将99mTc锝聚合白蛋白(即Tc标记的MAA)注射到两个主要肝动脉中然后进行平面伽马成像来控制朝向肺和胃肠区域的剩余分流水平。在此过程中，患者通常被重复运输在导管室与SPECT成像室之间。
因此，需要能够提供核图像和x射线图像两者的成像系统。
文献US2013/237818A1公开了一种辐射探测器，其具有第一探测器层和第二探测器层。第一层的探测器包括闪烁体和光探测器。第二探测器层的探测器包括闪烁体和光学探测器。第一层的闪烁体具有比第二层的闪烁体更小的横截面。第一层闪烁体的组与每个第二组闪烁体重叠。在CT模式中，第一层的探测器探测透射辐射以生成具有相对高分辨率的CT图像，并且第二层的探测器探测PET或SPECT辐射以生成核数据以用于重建成较低分辨率的发射图像。
文献US6448559B1公开了一种用于多模态PET/SPEC/CT扫描器的探测器组件。该探测器组件包括用于探测低能伽马辐射和x射线的第一层以及用于探测高能伽马辐射的第二层。第一层通常对高能伽马辐射透明。探测器组件包括以雪崩光电二极管形式的光电探测器，以将来自闪烁体的光信号转换成电信号。探测器组件可以被并入在多模态PET/SPECT/CT扫描器中以用于具有相同探测几何形状的同时传输和发射成像。在一个示例配置中，准直器被定位在探测器组件的前面以限定针对SPECT光子的优先入射方向。
然而，在医学成像领域和医学过程领域中，仍然需要能够提供核图像和x射线图像两者的改进的成像系统。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于提供感兴趣区域的核图像和x射线图像两者的系统。此外，提供了一种组合成像探测器。
所述组合成像探测器适于同时探测伽马量子和x射线量子。所述组合成像探测器包括：x射线防散射栅格；x射线闪烁体元件层，其用于响应于探测到的x射线量子而生成x射线闪烁光信号；以及第一光电探测器阵列，其被配置为接收所述x射线闪烁光信号并将所述x射线闪烁光信号转换成第一组电信号。所述组合成像探测器还包括：伽马闪烁体元件层，其用于响应于探测到的伽马量子而生成伽马闪烁光信号；以及第二光电探测器阵列，其被配置为接收所述伽马闪烁光信号并将所述伽马闪烁光信号转换成第二组电信号。此外，所述x射线防散射栅格、所述x射线闪烁体元件层、所述第一光电探测器阵列、所述伽马闪烁体元件层以及所述第二光电探测器阵列沿辐射接收方向以堆叠配置布置。所述x射线防散射栅格包括多个隔板，所述多个隔板限定多个孔径，所述多个孔径被配置为对从所述辐射接收方向接收的x射线量子和伽马量子两者进行准直，使得接收到的伽马量子仅被所述x射线防散射栅格准直。
传统上，伽马照相机，即用于提供SPECT图像或闪烁扫描图像的照相机，需要准直器。伽玛照相机准直器是一种用于限制最终由照相机探测到的伽马光子的角度范围的设备。这样做确保图像中的每个点与源中的唯一点相对应。通常，它被附接到伽马照相机的前表面，并由伽马吸收材料中的数千个精确对准的孔形成。因此，孔，即孔径，由壁限定，壁即隔板，其由伽马吸收材料形成并用于限制被定位在准直器后面的每个伽马探测器的角度视野。伽马吸收材料通常是铅，并且准直器通常通过铸造或折叠铅箔而形成。铅隔板沿辐射接收方向具有一深度，该深度通常由伽马照相机被设计为探测的伽马量子的能量确定。对于探测在70-200keV范围内的伽马光子的伽马照相机，通常使用深度为20-42mm的隔板，这占SPECT准直器重量的约30-50kg。
发明人已经发现，在本文中描述的组合成像探测器中，伽马探测器相对于辐射接收方向被堆叠在x射线探测器后面，由x射线防散射栅格提供对伽马光子的适当准直。顾名思义，x射线防散射栅格包括限定了限制由x射线探测器探测到的散射的x射线量子的数量的孔径的隔板的栅格布置。1D和2D防散射栅格都可以用于此目的，前者包括1D阵列的壁或隔板；后者包括这样的隔板的2D阵列。与准直器一样，x射线防散射栅格将探测器的视场限制于具有与隔板基本上平行的路径的x射线量子。通过减小隔板间距，能够使用1D防散射栅格将x射线探测器视场限制为平面，并且能够使用2D防散射栅格将视场限制为线。通常认为1D防散射栅格在x射线成像中提供足够的防散射性能。如在伽马照相机准直器中，x射线防散射栅格通常也由铅形成，但相比之下，其隔板通常在辐射接收方向上具有约1-5mm的深度；与70keV x射线一起使用的深度。因此，在组合成像探测器中，接收到的伽马量子仅被x射线防散射栅格准直。由于省略了伽马照相机准直器，所以组合成像探测器比例如x射线探测器和SPECT探测器的组合重量轻得多。因此，组合探测器的安装和定位得到大大简化。因此，在一个示例性实施方式中，组合探测器变得足够轻量级以便被附接到传统C型臂。
根据一个方面，所述组合成像探测器包括重建单元。所述重建单元被配置为基于所述第二组电信号来生成重建的核图像。在一种配置中，所述重建单元被配置为基于点扩散函数PSF来生成所述重建的核图像，所述点扩散函数PSF模型表示针对所述x射线防散射栅格的每个孔径的伽马闪烁光信号分布。有利地，通过在核图像重建过程期间考虑PSF，能够改进得到的图像质量，特别是空间分辨率。在另一配置中，所述重建单元被配置为根据测量的核闪烁扫描图像来生成重建的核闪烁扫描图像。所述重建单元还被配置为通过从所述测量的核闪烁扫描图像中的像素值中减去背景像素值(即参考像素值)来生成所述重建的核闪烁扫描图像。有利地，通过以这种方式考虑背景像素值，能够改进图像质量。
通过从属权利要求描述了本发明的其他方面。
附图说明
图1图示了适于同时探测伽马量子和x射线量子的组合成像探测器110的第一实施例。
图2图示了由两个交叉的1D防散射栅格217x和217y形成的2D x射线防散射栅格211的一部分。
图3图示了与被配置为生成重建的核图像的重建单元321组合的组合成像探测器310。
图4图示了针对三个不同源ASG范围z的1D x射线防散射栅格的任意单位的三个模拟点扩散函数。
图5图示了针对由(A)针对源ASG范围z＝100mm(B)针对源ASG范围z＝150mm的两个交叉的1D防散射栅格形成的2D x射线防散射栅格的任意单位的模拟点扩散函数。
图6图示了可以在迭代重建过程期间与组合成像探测器组合使用以生成SPECT图像的各种方法步骤。
具体实施方式
如上所述，本发明提供了一种用于提供感兴趣区域的核图像和x射线图像两者的系统。此外，提供了一种组合成像探测器。
图1图示了适于同时探测伽马量子和x射线量子的组合成像探测器110的第一实施例。组合成像探测器包括x射线防散射栅格111、用于响应于探测到的x射线量子而生成x射线闪烁光信号的x射线闪烁体元件层112，以及被配置为接收x射线闪烁光信号并将所述x射线闪烁光信号转换成第一组电信号的第一光电探测器阵列113。可以通过x射线数据总线119输出第一组电信号。组合成像探测器还包括用于响应于探测到的伽马量子而生成伽马闪烁光信号的伽马闪烁体元件层114，以及被配置为接收伽马闪烁光信号并将所述伽马闪烁光信号转换成第二组电信号的第二光电探测器阵列115。可以通过伽马数据总线120输出第二组电信号。此外，x射线防散射栅格111、x射线闪烁体元件层112、第一光电探测器阵列113、伽马闪烁体元件层114以及第二光电探测器阵列115沿辐射接收方向116以堆叠配置布置。因此，组合探测器110被配置为从辐射接收方向116接收伽马和x射线辐射。辐射接收方向116垂直于包括项111、112、113、114、115中的任何的平面。在整个说明书中使用的术语垂直旨在表示在大约±10度内，或者在完全垂直的±5度内。x射线防散射栅格111包括多个隔板117A、B、C，该多个隔板限定多个孔径118，该多个孔径被配置为对从辐射接收方向116接收到的x射线量子和伽马量子两者进行准直，使得接收到的伽马量子仅被x射线防散射栅格111准直。如上所述，由于使用x射线防散射栅格111作为针对x射线量子的防散射栅格和作为针对伽马量子的准直器，组合探测器受益于明显的重量减轻。此外，组合探测器提供对x射线量子和伽马量子的同时探测，并且得到的x射线图像和核图像是自配准的。
如上所述，x射线防散射栅格与伽马照相机准直器的不同之处主要在于，x射线防散射栅格的隔板沿辐射接收方向116具有比伽马照相机准直器的隔板短得多的深度。在上面给出的示例中，针对x射线防散射栅格的沿辐射接收方向116的隔板的深度通常是针对伽马照相机准直器的隔板的深度的大约1/10th。单单这种减少引起组合探测器中的对应的重量减轻。因此，参考图1中的x射线防散射栅格111，优选地，多个隔板中的每个隔板117A、B、C沿辐射接收方向116具有小于或等于5毫米、或4毫米、或3毫米、或2毫米的深度zd1。
x射线防散射栅格与伽马照相机准直器之间的另一关键差异在于，对于x射线防散射栅格，每个隔板在垂直于辐射接收方向的方向上的厚度较小。通常，针对x射线防散射栅格的隔板厚度约为40微米。相比之下，伽玛照相机准直器的隔板厚度在150微米至1700微米之间，其用于探测140keV伽马量子。因此，参考图1中的x射线防散射栅格111，优选地，多个隔板中的每个隔板117A、B、C在垂直于辐射接收方向116的方向上具有小于或等于100微米、或者小于或等于75微米、或者小于或等于50微米、或者小于或等于40微米的厚度。对隔板厚度的这些约束可以用作备选，或者除了上述深度约束之外还可以用于限定x射线防散射栅格111。
x射线防散射栅格与伽马照相机准直器之间的另一关键差异是x射线防散射栅格通常仅包括隔板的1D阵列。由隔板提供的这样的“狭缝”充分地减少了散射。相比之下，用于伽马成像的准直器通常由隔板的2D阵列形成。如下面更详细描述的，包括仅沿第一方向(x)延伸的第一隔板集的1D x射线防散射栅格或2D x射线防散射栅格可以用作x射线防散射栅格111。
x射线防散射栅格与伽马照相机准直器之间的显著差异包括：i)x射线防散射栅格的隔板间距通常小于伽马照相机准直器中的隔板间距，并且ii)由x射线防散射栅格的隔板限定的孔径通常为狭缝形式，而由伽马准直器的隔板限定的孔径通常为圆形或六边形，因此在辐射接收方向116周围具有旋转对称性，其阶数超过2，或是圆形对称的。示例性的x射线防散射栅格包括：N44r15栅格；即每厘米44线对，或227微米间距，其中间隙比为15，以及N24r12；即每厘米24线对，或417微米间距，其中间隙比为12。因此，x射线防散射栅格的间距可以小于或等于1mm；相反，伽马照相机准直器的间距通常大于1mm。
与伽马照相机准直器相比，使用x射线防散射栅格111作为针对接收到的伽马量子的准直器基本上提供了对接收到的伽马光子的稍差的准直，因此导致核图像质量的轻微降低。实质上，使用x射线防散射栅格作为针对伽马照相机的准直器导致核图像中的背景信号略微升高，这是由于来自倾斜入射伽马量子的隔板穿透增加。然而，发明人已经发现，核图像质量的这种轻微降低对于许多核成像应用是可接受的。
伽马照相机准直器的性能通常由点扩散函数(即PSF)描述。PSF描述了探测器对源自在预定源-准直器范围处的点源的伽马量子的响应。这通常由根据距穿过源和准直器中心的轴的距离(即离轴距离)的探测到的伽马闪烁光的曲线图表示。探测到的伽马闪烁光被记录在垂直于轴的平面中。在这样的曲线图中，核图像分辨率部分地由PSF的宽度确定。
能够针对x射线防散射栅格(即ASG)对伽马光子的响应生成这样的曲线图。图4图示了针对三个不同源ASG范围z的1D x射线防散射栅格的任意单位的三个模拟点扩散函数。模拟参数如下：每厘米44线对防散射栅格，其中间隙比为15(代码：N44r15)；沿辐射接收方向的铅ASG条带深度2.87mm；垂直于辐射接收方向的铅ASG条带宽度36μm；即针对低线对栅格的典型厚度；隔板间距216微米，其从227微米的典型值修改而来以简化模拟。图4中标记为“Str.Abs.”的额外曲线图表示针对源ASG范围z＝100mm的无限隔板吸收的模拟点扩散函数。
如图4所示；三条PSF曲线披露高斯型信号外大约20-30％的背景信号。在所有曲线上看到的低频波纹是由于隔板的单次、两次、三次等穿透。当用作针对140keV辐射(Tc-99m)的SPECT准直器时，针对该x射线防散射栅格的模拟空间分辨率针对对应的源ASG距离80mm、100mm、150mm为7.34mm、9.06mm、13.38mm FWHM。薄隔板的最大穿透为51％。如上所述，仅使用1D x射线防散射栅格实现的这种性能被认为对于许多核成像应用是足够的。因此，尽管图1图示了作为隔板的2D阵列的x射线防散射栅格111，但是x射线防散射栅格111可以备选地由包括仅沿第一方向(x)延伸的第一隔板集的1D x射线防散射栅格(211)提供。
图4中图示的模拟点扩散函数用于1D x射线防散射栅格。在图5中，对于由两个交叉的1D防散射栅格形成的2D x射线防散射栅格也绘制了类似的PSF，例如图2图示的防散射栅格211。图2图示了由两个交叉的1D防散射栅格217x和217y形成的2D x射线防散射栅格211的一部分。在图2中，第一隔板集217x沿第一方向x延伸，并且第二隔板集217y沿第二方向y延伸。此外，第一隔板集217x和第二隔板集217y沿辐射接收方向216以堆叠配置布置，使得第一方向x和第二方向y相互横向。图2中的每个隔板沿辐射接收方向216具有深度zd2。图5图示了针对由(A)针对源ASG范围z＝100mm(B)针对源ASG范围z＝150mm的两个交叉的1D防散射栅格形成的2D x射线防散射栅格的任意单位的模拟点扩散函数。在垂直于辐射接收方向的平面中针对伽马闪烁光分布的完整PSF的一个象限在图5中图示。图5的x和y轴以毫米表示正交平面x和y中的离轴距离，其在0到10mm的范围内。图5中标记为“x-DIST./mm”的离轴距离x因此对应于图4中标记为“DIST./mm”的离轴距离。除了使用交叉ASG外，模拟参数与图4中的相同。与图4相比，在图5中能够看出，由于使用交叉ASG，背景信号的幅值从图4中的20-30％分别减小到图5A和图5B中的5.5％和6.2％。因此，交叉ASG提供了改进的空间分辨率。
各自表示整个平面PSF的一个象限的图5A和图5B指示在没有任何额外处理的情况下来自点源的投影图像导致近似恒定的背景信号与平行于栅格轴的射线的典型4星图案重叠。在随后的核图像重建过程中，PSF中的额外低频波纹图案将在很大程度上平均掉出典型的SPECT图像分辨率。
因此，与图4中模拟的1D x射线防散射栅格一样，图5图示了对于许多核成像应用足够的性能也能够从伽马照相机获得，其中接收到的伽马量子仅被由两个交叉的1D防散射栅格形成的2D x射线防散射栅格准直。参考图2中的防散射栅格211，优选地，多个隔板中的每个隔板217x、217y沿辐射接收方向216具有小于或等于5毫米、或4毫米、或3毫米、或2毫米的深度zd2。备选地或额外地，多个隔板中的每个隔板217x，y可以在垂直于辐射接收方向216的方向上具有小于或等于100微米、或小于或等于75微米、或小于或等于50微米、或小于或等于40微米的厚度。此外，图2中的两个交叉的1D x射线防散射栅格的隔板能够被组合在单个层中，以在单个层中提供隔板的2D阵列。在穿过隔板的穿透方面，预期这样的单个层的性能比图4和图5中的1D和2D x射线防散射栅格的性能好得多。
回到图1；还可以基于上面概述的原理来使用来自组合成像探测器的第二电信号(特别是在伽马数据总线120处输出的那些)的额外处理以进一步改进随后重建的核图像的质量。这样的处理通常在由图像重建单元进行的图像重建期间执行。
图3图示了与被配置为生成重建的核图像的重建单元321组合的组合成像探测器310。组合成像探测器310对应于图1中的项110，并且同样被配置为从辐射接收方向316接收伽马和x射线辐射。基于通过伽马总线320从第二光电探测器阵列接收到的第二组电信号来生成核图像。随后可以借助于显示设备322显示图像，该显示设备任选地与重建单元321进行通信。
用于图像重建过程的PSF的形式可以在某种程度上取决于所采集的核图像的类型。该图像可以例如是闪烁扫描图像；即，从处于固定位置中的伽马探测器采集的图像，或者断层摄影，即SPECT图像，其指示被成像对象的横截面。在闪烁扫描图像(即在平面图像采集模式期间生成的图像)的情况下，能够从测量的图像中减去PSF的非零部分，即背景信号。相反，在SPECT图像的情况下，优选在图像重建过程中考虑PSF形状。
此外，在一种配置中，重建单元321被配置为基于点扩散函数模型来生成重建的核图像，该点扩散函数模型表示针对x射线防散射栅格111、211的每个孔径118、218的伽马闪烁光信号分布。针对垂直于辐射接收方向316的方向或平面来建模伽马闪烁光信号分布。通过在核图像重建过程期间考虑PSF，能够改进得到的图像质量，特别是空间分辨率。注意，传统上，当在核图像重建过程中使用PSF时，使用SPECT准直器的PSF而不是x射线防散射栅格的PSF。
任选地，在重建过程中使用的点扩散函数模型可以包括在垂直于辐射接收方向316的方向上的中心叶部分和超出中心叶的非零部分。中心叶部分通常在孔径的中心具有峰值。图4中图示了在距离＝0与大约7mm之间的这样的叶部分和在距离＝大约7与20mm之间的非零部分或背景部分的示例。尽管图4仅绘制了针对正x轴的PSF，但是当认为负x轴中的伽马闪烁光信号分布是针对正x轴的绘制的曲线图的镜像版本时，中心叶部分是固有的。对于关于图4中的距离轴的正交方向，也能够绘制类似的PSF。此外，在重建过程中，重建单元321还可以被配置为通过从点扩散函数中减去非零部分来生成重建的核图像。通过以这种方式考虑非零部分，即PSF的背景部分，能够生成改进的核图像。如图4和图5所示，通常该非零部分能够是PSF的峰值的大约5％至30％。传统上，当在图像重建过程中使用PSF时，它被建模为仅类似于图4中的直线的中心叶；即，PSF模型中根本没有超出中心叶的非零部分。
此外，在SPECT采集模式中，可以在迭代重建过程的每个循环中应用PSF。每次执行循环时，得到的图像中的噪声都会被减少。PSF优选地被应用于放射性示踪剂在探测器上的空间分布的前向投影估计。
图6图示了可以在迭代重建过程期间与组合的成像探测器组合使用以生成SPECT图像的各种方法步骤。因此，参考图6，当重建的核图像是与感兴趣体积中的实际放射性示踪剂分布相对应的SPECT图像时，重建单元可以被配置为使用迭代重建算法来生成重建的核图像，该迭代重建算法包括以下步骤：
-提供(M1)对感兴趣体积中的放射性示踪剂分布的估计；
-将估计的放射性示踪剂分布投影(M2)到组合成像探测器上以提供投影的估计的闪烁光分布；
-基于第二组电信号来接收(M3)指示与实际放射性示踪剂分布相对应的测量的闪烁光分布的信号；
-将测量的闪烁光分布与投影的估计的闪烁光分布进行比较(M4)；并且
-基于比较步骤来更新(M5)对感兴趣体积中的放射性示踪剂分布的估计；
-其中，在将估计的放射性示踪剂分布投影(M2)的步骤期间应用点扩散函数模型。
参考图1，估计的放射性示踪剂分布通常被投影到包括第二光电探测器阵列115的平面上。
因此，虽然在没有上述PSF模型的情况下x射线ASG的性能为某些核成像应用提供了对伽马量子的足够准直，但是通过PSF模型进一步考虑ASG的性能，能够获得进一步改进的性能，其例如适合于诊断SPECT成像。
此外，公开了一种包括用于控制上述组合成像探测器的指令的计算机程序产品。所述指令当在处理器上运行时使所述处理器使用迭代重建算法基于所述第二组电信号并基于点扩散函数模型来生成与感兴趣体积中的实际放射性示踪剂分布相对应的重建的SPECT核图像，所述点扩散函数模型表示针对所述多个隔板中的每个隔板的伽马闪烁光信号，所述指令包括以下步骤：
-提供(M1)对感兴趣体积中的放射性示踪剂分布的估计；
-将估计的放射性示踪剂分布投影(M2)到组合成像探测器上以提供投影的估计的闪烁光分布；
-基于第二组电信号来接收(M3)指示与实际放射性示踪剂分布相对应的测量的闪烁光分布的信号；
-将测量的闪烁光分布与投影的估计的闪烁光分布进行比较(M4)；并且
-基于比较步骤来更新(M5)对感兴趣体积中的放射性示踪剂分布的估计；
-其中，在将估计的放射性示踪剂分布投影(M2)的步骤期间应用点扩散函数模型。
计算机程序产品可以由专用硬件以及与适当软件相关联的能够执行软件的硬件提供。当由处理器提供时，这些功能能够由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供，其中的一些处理器能够共享。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为专指能够执行软件的硬件，而是能够隐含地包括但不限于数字信号处理器“DSP”硬件、用于存储软件的只读存储器“ROM”、随机存取存储器“RAM”、非易失性存储器等。此外，本发明的实施例能够采用可从计算机可用或计算机可读存储介质访问的计算机程序产品的形式，该计算机可用或计算机可读存储介质提供由计算机或任何指令执行系统使用或与其组合使用的程序代码。出于本说明书的目的，计算机可用或计算机可读存储介质能够是可以包括存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与之组合使用的任何装置。介质能够是电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统，或装置或设备，或传播介质。计算机可读介质的示例包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器“RAM”、只读存储器“ROM”、刚性磁盘和光盘。光盘的当前示例包括压缩盘-只读存储器“CD-ROM”、压缩盘-读/写“CD-R/W”、蓝光碟TM和DVD。
在备选配置中，图3中的重建单元321可以被配置为根据测量的核闪烁扫描图像来生成重建的核闪烁扫描图像。在该配置中，测量的核闪烁扫描图像包括基于第二组电信号生成的多个像素值。在该配置中，重建单元321还被配置为通过从测量的核闪烁扫描图像中的像素值减去背景像素值(即参考像素值)来生成重建的核闪烁扫描图像。通过减去背景像素值，能够获得改进的核图像。可以在空间域或频域中执行该减法。优选地，重建的核闪烁扫描图像与具有边界的对象相对应，并且背景像素值是测量的核闪烁扫描图像中在超出边界的点处的像素的值。备选地，被减去的背景像素值(即参考像素值)可以是与建模值或预期值相对应的估计值，或者是在伽玛照相机的视场的边缘处或附近(例如在视场的边缘的20或10或5个像素内)的像素的值。同样，当重建的核闪烁扫描图像与具有边界的对象相对应时，被减去的背景像素值还优选地是测量的核闪烁扫描图像中在超出边界的点处的像素的值；即被减去的像素位置位于边界与视场的边缘之间。显然，应当保留非负性信号约束。诸如使用平均的(即位置和深度无关的)PSF的2D去卷积滤波的其他技术也可以被应用于改进对上面概述的方向性星形图案伪影的补偿。因此，核闪烁扫描图像的图像重建过程能够是比SPECT图像的图像重建过程更简单的过程。
现在列举各种示例实施方式：
示例1、一种用于同时探测伽马量子和x射线量子的组合成像探测器(110)，所述组合成像探测器包括：
x射线防散射栅格(111)；
x射线闪烁体元件层(112)，其用于响应于探测到的x射线量子而生成x射线闪烁光信号；
第一光电探测器阵列(113)，其被配置为接收所述x射线闪烁光信号并将所述x射线闪烁光信号转换成第一组电信号；
伽马闪烁体元件层(114)，其用于响应探测到的伽马量子而生成伽马闪烁光信号；
第二光电探测器阵列(115)，其被配置为接收所述伽马闪烁光信号并将所述伽马闪烁光信号转换成第二组电信号；
其中，所述x射线防散射栅格(111)、所述x射线闪烁体元件层(112)、所述第一光电探测器阵列(113)、所述伽马闪烁体元件层(114)以及所述第二光电探测器阵列(115)沿辐射接收方向(116)以堆叠配置布置；
其中，所述x射线防散射栅格(111)包括多个隔板(117A、B、C)，所述多个隔板限定多个孔径(118)，所述多个孔径(118)被配置为对从所述辐射接收方向(116)接收到的x射线量子和伽马量子两者进行准直，使得接收到的伽马量子仅被所述x射线防散射栅格(111)准直。
示例2、根据示例1所述的组合成像探测器，其中，所述x射线防散射栅格(211)包括沿第一方向(x)延伸的第一隔板集(217x)以及沿第二方向(y)延伸的第二隔板集(217y)；
其中，所述第一隔板集(217x)和所述第二隔板集(217y)沿所述辐射接收方向(116、216)以堆叠配置布置，使得所述第一方向(x)和所述第二方向(y)相互横向。
示例3、根据示例1-2中的任一项所述的组合成像探测器，其中，i)所述多个隔板中的每个隔板(117A、B、C，217x，217y)沿所述辐射接收方向(116、216)具有深度(zd1、zd2)，并且所述深度(zd1、zd2)小于或等于5毫米，并且/或者ii)所述多个隔板中的每个隔板(117A、B、C，217x，217y)在垂直于所述辐射接收方向(116、216)的方向上具有厚度(t2)，并且所述厚度(t2)小于或等于100微米。
示例4、根据示例1-3中的任一项所述的组合成像探测器，还包括重建单元(321)，所述重建单元被配置为基于所述第二组电信号来生成重建的核图像；
其中，所述重建单元(321)被配置为基于点扩散函数模型来生成所述重建的核图像，所述点扩散函数模型表示针对所述x射线防散射栅格(111、211)的每个孔径(118、218)的伽马闪烁光信号分布。
示例5、根据示例4所述的组合成像探测器，其中，所述点扩散函数模型包括在垂直于所述辐射接收方向的方向上的中心叶部分和超出所述中心叶的非零部分；并且其中，所述重建单元还被配置为通过从所述点扩散函数中减去所述非零部分来生成所述重建的核图像。
示例6、根据示例4或示例5所述的组合成像探测器，其中，所述重建的核图像是与感兴趣体积中的实际放射性示踪剂分布相对应的SPECT图像，并且其中，所述重建单元被配置为使用迭代重建算法来生成所述重建的核图像，所述迭代重建算法包括以下步骤：
提供(M1)对所述感兴趣体积中的所述放射性示踪剂分布的估计；
将估计的放射性示踪剂分布投影(M2)到所述组合成像探测器上以提供投影的估计的闪烁光分布；
基于所述第二组电信号来接收(M3)指示与所述实际放射性示踪剂分布相对应的测量的闪烁光分布的信号；
将所述测量的闪烁光分布与所述投影的估计的闪烁光分布进行比较(M4)；并且
基于所述比较步骤来更新(M5)对所述感兴趣体积中的所述放射性示踪剂分布的所述估计；
其中，在将估计的放射性示踪剂分布投影的步骤期间应用所述点扩散函数模型。
示例7、根据示例1-3中的任一项所述的组合成像探测器，还包括重建单元(321)，所述重建单元被配置为根据包括多个像素值的测量的核闪烁扫描图像来生成重建的核闪烁扫描图像，所述测量的核闪烁扫描图像是基于所述第二组电信号而被生成的；
其中，所述重建单元(321)还被配置为通过从所述测量的核闪烁扫描图像中的所述像素值中减去参考像素值来生成所述重建的核闪烁扫描图像。
示例8、根据示例7所述的组合成像探测器，其中，所述重建的核闪烁扫描图像与具有边界的对象相对应；并且
其中，所述参考像素值是所述测量的核闪烁扫描图像中在超出所述边界的点处的像素的值。
示例9、根据示例7或示例8所述的组合成像探测器，其中，所述组合成像探测器具有针对探测到的伽马量子的视场，并且其中，所述参考像素值是所述测量的核闪烁扫描图像中在所述视场的边缘处的像素的10个像素内的点处的像素的值。
示例10、根据示例7-9中的任一项所述的组合成像探测器，其中，所述减法在频域中被执行。
示例11、一种C型臂，其包括根据示例1-10中的任一项所述的组合成像探测器。
示例12、一种计算机程序产品，包括用于控制根据示例1-3中的任一项所述的组合成像探测器的指令，所述指令当在处理器上运行时使所述处理器：
i)使用迭代重建算法基于所述第二组电信号并基于点扩散函数模型来生成与感兴趣体积中的实际放射性示踪剂分布相对应的重建的SPECT核图像，所述点扩散函数模型表示针对所述多个隔板中的每个隔板的伽马闪烁光信号，其中，所述指令包括以下步骤：
提供(M1)对所述感兴趣体积中的所述放射性示踪剂分布的估计；
将估计的放射性示踪剂分布投影(M2)到所述组合成像探测器上以提供投影的估计的闪烁光分布；
基于所述第二组电信号来接收(M3)指示与所述实际放射性示踪剂分布相对应的测量的闪烁光分布的信号；
将所述测量的闪烁光分布与所述投影的估计的闪烁光分布进行比较(M4)；并且
基于所述比较步骤来更新(M5)对所述感兴趣体积中的所述放射性示踪剂分布的所述估计；
其中，在将估计的放射性示踪剂分布投影的步骤期间应用所述点扩散函数模型；
或者
ii)根据包括多个像素值的测量的核闪烁扫描图像来生成重建的核闪烁扫描图像，所述测量的核闪烁扫描图像是基于所述第二组电信号而被生成的，其中，所述指令包括以下步骤：
从所述测量的核闪烁扫描图像中的所述像素值中减去参考像素值。
总之，已经描述了一种组合成像探测器。组合成像探测器110适于同时探测伽马量子和x射线量子。组合成像探测器110包括沿辐射接收方向116以堆叠配置布置的x射线防散射栅格111、x射线闪烁体元件层112、第一光电探测器阵列113、伽马闪烁体元件层114以及第二光电探测器阵列115。x射线防散射栅格111包括多个隔板117A、B、C，所述多个隔板限定多个孔径118，所述多个孔径配置为对从辐射接收方向116接收到的x射线量子和伽马量子两者进行准直，使得接收到的伽马量子仅被x射线防散射栅格111准直。
Claims (11)
1.一种同时探测伽马量子和x射线量子的组合成像探测器(110)，所述组合成像探测器包括：
x射线防散射栅格(111)；
x射线闪烁体元件层(112)，其用于响应于探测到的x射线量子而生成x射线闪烁光信号；
第一光电探测器阵列(113)，其被配置为接收所述x射线闪烁光信号并将所述x射线闪烁光信号转换成第一组电信号；
伽马闪烁体元件层(114)，其用于响应探测到的伽马量子而生成伽马闪烁光信号；
第二光电探测器阵列(115)，其被配置为接收所述伽马闪烁光信号并将所述伽马闪烁光信号转换成第二组电信号；
其中，所述x射线防散射栅格(111)、所述x射线闪烁体元件层(112)、所述第一光电探测器阵列(113)、所述伽马闪烁体元件层(114)以及所述第二光电探测器阵列(115)沿辐射接收方向(116)以堆叠配置布置；
其中，所述x射线防散射栅格(111)包括多个隔板(117A、B、C)，所述多个隔板限定多个孔径(118)，所述多个孔径(118)被配置为对从所述辐射接收方向(116)接收到的x射线量子和伽马量子两者进行准直，使得接收到的伽马量子仅被所述x射线防散射栅格(111)准直；
并且其中，所述组合成像探测器(110)还包括重建单元(321)，所述重建单元被配置为根据包括多个像素值的测量的核闪烁扫描图像来生成重建的核闪烁扫描图像，所述测量的核闪烁扫描图像是基于所述第二组电信号而被生成的；并且
其中，所述重建单元(321)还被配置为通过从所述测量的核闪烁扫描图像中的所述像素值中减去参考像素值来生成所述重建的核闪烁扫描图像。
2.根据权利要求1所述的组合成像探测器，其中，所述x射线防散射栅格(211)包括沿第一方向(x)延伸的第一隔板集(217x)以及沿第二方向(y)延伸的第二隔板集(217y)；
其中，所述第一隔板集(217x)和所述第二隔板集(217y)沿所述辐射接收方向(116、216)以堆叠配置布置，使得所述第一方向(x)和所述第二方向(y)相互横向。
3.根据权利要求1-2中的任一项所述的组合成像探测器，其中，i)所述多个隔板中的每个隔板(117A、B、C，217x，217y)沿所述辐射接收方向(116、216)具有深度(zd1、zd2)，并且所述深度(zd1、zd2)小于或等于5毫米，并且/或者ii)所述多个隔板中的每个隔板(117A、B、C，217x，217y)在垂直于所述辐射接收方向(116、216)的方向上具有厚度(t2)，并且所述厚度(t2)小于或等于100微米。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的组合成像探测器，还包括重建单元(321)，所述重建单元被配置为基于所述第二组电信号来生成重建的核图像；
其中，所述重建单元(321)被配置为基于点扩散函数模型来生成所述重建的核图像，所述点扩散函数模型表示针对所述x射线防散射栅格(111、211)的每个孔径(118、218)的伽马闪烁光信号分布。
5.根据权利要求4所述的组合成像探测器，其中，所述点扩散函数模型包括在垂直于所述辐射接收方向的方向上的中心叶部分和超出所述中心叶的非零部分；并且其中，所述重建单元还被配置为通过从所述点扩散函数中减去所述非零部分来生成所述重建的核图像。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的组合成像探测器，其中，所述重建的核图像是与感兴趣体积中的实际放射性示踪剂分布相对应的SPECT图像，并且其中，所述重建单元被配置为使用迭代重建算法来生成所述重建的核图像，所述迭代重建算法包括以下步骤：
提供(M1)对所述感兴趣体积中的所述放射性示踪剂分布的估计；
将估计的放射性示踪剂分布投影(M2)到所述组合成像探测器上以提供投影的估计的闪烁光分布；
基于所述第二组电信号来接收(M3)指示与所述实际放射性示踪剂分布相对应的测量的闪烁光分布的信号；
将所述测量的闪烁光分布与所述投影的估计的闪烁光分布进行比较(M4)；并且
基于所述比较步骤来更新(M5)对所述感兴趣体积中的所述放射性示踪剂分布的所述估计；
其中，在将估计的放射性示踪剂分布投影的步骤期间应用所述点扩散函数模型。
7.根据权利要求1所述的组合成像探测器，其中，所述重建的核闪烁扫描图像与具有边界的对象相对应；并且
其中，所述参考像素值是所述测量的核闪烁扫描图像中在超出所述边界的点处的像素的值。
8.根据权利要求1或权利要求7所述的组合成像探测器，其中，所述组合成像探测器具有针对探测到的伽马量子的视场；并且其中，所述参考像素值是所述测量的核闪烁扫描图像中在所述视场的边缘处的像素的10个像素内的点处的像素的值。
9.根据权利要求1、7和8中的任一项所述的组合成像探测器，其中，所述减法在频域中被执行。
10.一种C型臂，其包括根据权利要求1-9中的任一项所述的组合成像探测器。
11.一种计算机程序产品，包括用于控制根据权利要求1-3中的任一项所述的组合成像探测器的指令，所述指令当在处理器上运行时使所述处理器：
根据包括多个像素值的测量的核闪烁扫描图像来生成重建的核闪烁扫描图像，所述测量的核闪烁扫描图像是基于所述第二组电信号而被生成的，其中，所述指令包括以下步骤：
从所述测量的核闪烁扫描图像中的所述像素值中减去参考像素值。
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